KR20080107368A - Ｏｆｄｍ 복조 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 소정의 대역 내의 복수의 서브 캐리어에 대하여 정보가 분할되어 직교 변조됨으로써 생성된 전송 심볼을 전송 단위로 하는 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 신호를 복조하는 OFDM 복조 장치로서, 캐리어 주파수 오프셋 검출 회로(20)를 구비한다. 캐리어 주파수 오프셋 검출 회로는, 특정의 오프셋량을 가정하였을 때에 규격상 정해지는 TMCC 신호, AC 신호, 또는 CP 신호가 삽입되는 위치의 서브 캐리어를 복수의 그룹으로 분할하고, 직전의 OFDM 심볼로부터의 위상 회전량의 제곱을 복소 평면에 매핑하여 회전 벡터로 변환하고, 그 회전 벡터를 그룹마다 누적 가산하여 누적 가산값의 절대값을 산출하고, 그룹마다 산출한 누적 가산값의 절대값을 모든 그룹에 대해서 가산하여 가산 절대값을 산출하고, 최대의 가산 절대값이 얻어졌을 때에 가정한 오프셋량을 캐리어 주파수 오프셋량으로 한다.
Figure P1020087019480
캐리어 주파수, 전송 심볼, 서브 캐리어, 캐리어 주파수 오프셋량, 파일럿 캐리어, OFDM 심볼, 위상 회전량

Description

ＯＦＤＭ 복조 장치 및 방법{OFDM DEMODULATION DEVICE AND METHOD}
본 발명은, 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 신호를 복조하는 OFDM 복조 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
　본 출원은, 일본에서 2006년 2월 9일에 출원된 일본 특허 출원 번호 2006-32831을 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원은 참조함으로써, 본 출원에 원용된다.
디지털 신호를 전송하는 방식으로서, 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM) 방식(이하, OFDM 방식이라고 함)이라고 불리는 변조 방식이 이용되고 있다. OFDM 방식은, 전송 대역 내에 다수의 직교하는 부반송파(서브 캐리어)를 설정하고, 각 서브 캐리어의 진폭 및 위상에 PSK(Phase Shift Keying)나 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)에 의해 데이터를 할당하여, 디지털 변조하는 방식이다.
OFDM 방식은, 다수의 서브 캐리어로 전송 대역을 분할하기 때문에, 서브 캐리어 1파당의 대역은 좁아져 변조 속도는 느려지지만, 토탈의 전송 속도는, 종래의 변조 방식과 변함이 없다고 하는 특징을 갖고 있다. 또한，OFDM 방식은, 다수의 서브 캐리어가 병렬로 전송되므로 심볼 속도가 느려지게 되어, 심볼의 시간 길이에 대한 상대적인 멀티패스의 시간 길이를 짧게 할 수 있어, 멀티패스 방해를 받기 어렵게 된다고 하는 특징을 갖는다.
또한，OFDM 방식은, 복수의 서브 캐리어에 대하여 데이터의 할당이 행하여지기 때문에, 송신 시에는 역푸리에 변환을 행하는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산 회로, 수신 시에는 푸리에 변환을 행하는 FFT(Fast Fourier Transform) 연산 회로를 이용함으로써, 송수신 회로를 구성할 수 있다고 하는 특징을 갖고 있다.
이상과 같은 특징점으로부터, OFDM 방식은, 멀티패스 방해의 영향을 강하게 받는 지상 디지털 방송에 적용되는 경우가 많다. 이와 같은 OFDM 방식을 채용한 지상 디지털 방송으로서는, 예를 들면, DVB-T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial), ISDB-T(Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial), ISDB-TSB(ISDB-T Sound Broadcasting) 등의 규격이 있다.
OFDM 방식의 전송 심볼(이하, OFDM 심볼이라고 함)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 송신 시에 IFFT 연산이 행해지는 신호 기간인 유효 심볼과, 이 유효 심볼의 후반의 일부분의 파형이 그대로 카피된 보호 구간으로 구성되어 있다. 보호 구간은, OFDM 심볼의 전반 부분에 설정되어 있다. OFDM 방식에서는, 이와 같은 보호 구간이 설정됨으로써, 멀티패스에 의한 심볼간 간섭을 허용하여, 멀티패스 내성을 향상시키고 있다.
또한，OFDM 방식에서는, 이상과 같은 OFDM 심볼을 복수 모아서 1개의 OFDM 프레임이라고 하는 전송 단위를 형성하는 것이 규정되어 있다. 예를 들면, ISDB-T규격에서는，204 OFDM 심볼로 1 OFDM 프레임을 형성하고 있다. OFDM 방식에서는, 이 OFDM 프레임 단위를 기준으로 하여, 예를 들면, 전송로 특성을 추정하기 위해서 이용되는 분산 파일럿(Scattered Pilot; SP) 신호(이하, SP 신호라고 함)나, 전송 파라미터 등을 포함하는 TMCC(Transmission　and　Multiplexing　Configuration Control)/AC(Auxiliary Channel) 신호의 삽입 위치가 정해져 있다.
ISDB-T 규격에서 채용되어 있는 OFDM 프레임 내에서의 SP 신호, TMCC/AC 신호의 배치 패턴을 도 2에 도시한다. SP 신호는, BPSK(Binary Phase Shift　Keying) 변조되어, 서브 캐리어 방향(주파수 방향)으로 12개의 서브 캐리어에 1개의 비율로 삽입되어 있다. 또한，SP 신호는, OFDM 심볼 방향(시간 방향)의 동일한 서브 캐리어에 대하여, 4 OFDM 심볼에 1회의 비율로 삽입되어 있다. 한편，TMCC/AC 신호는, 차동 BPSK 변조되어, 소정의 복수의 서브 캐리어에 삽입되어 있다. 또한, TMCC/AC 신호는, OFDM 심볼 방향(시간 방향)의 동일한 서브 캐리어의 모든 OFDM 심볼에 삽입되어 있다.
또한, 이하에서는, TMCC/AC 신호가 삽입되어 있는 서브 캐리어를 파일럿 캐리어라고 칭하고, 통상의 데이터 신호가 삽입되어 있는 서브 캐리어를 데이터 캐리어라고 칭한다.
그런데, 전술한 OFDM 심볼을 전송 단위로 하는 OFDM 신호를 수신하는 OFDM 수신 장치에서는, 캐리어 주파수 오프셋에 의해, 도 3의 (A)에 도시한 바와 같은 본래의 캐리어 배치가, 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이 저주파수 방향으로 어긋나 거나, 도 3의 (C)에 도시한 바와 같이 고주파수 방향으로 어긋나거나 하는 경우가 있다. 또한，이 도 3의 (A)∼도 3의 (C)에서는, 간단하게 하기 위해서, 서브 캐리어를 17개만 도시하고 있다. 따라서，OFDM 수신 장치에서는, 캐리어 주파수 오프셋량을 검출하고, 캐리어 주파수 오프셋의 영향을 제거할 필요가 있다.
종래, 캐리어 주파수 오프셋량을 서브 캐리어 정밀도로 검출하는 방법으로서는, 전술한 파일럿 캐리어의 인접하는 OFDM 심볼간에서의 상관을 이용하는 것이 있다. 이 방법의 상세 내용은, 하야시 켄이치로 외저, 「OFDM 요소 기술의 개발」, 영상 정보 미디어 학회 기술 보고(ITE Technical Report），　Vol.23, 　 No.28, 　pp.25 ∼30,　Mar, 1999에 기재가 있다. 이 캐리어 주파수 오프셋량 검출의 수순을, 도 4에 도시하는 플로우차트를 참조하여 설명한다.
우선, 스텝 S101에서, 직교 복조 후의 OFDM 신호의 서브 캐리어마다, 1OFDM 심볼 전부터의 위상 회전량을 산출한다. 이상적인 수신 상태의 경우, 파일럿 캐리어에서는 차동 BPSK 변조되어 있기 때문에, 위상 회전량은 0도 또는 180도로 되고, 데이터 캐리어에서는 예를 들면 64 QAM 변조되어 있기 때문에, 위상 회전량은 랜덤하게 된다. 또한, 파일럿 캐리어에서의 위상 회전량이 0도와 180도의 2가지로 되는 것을 피하기 위해서, 위상 회전량 산출 전에 제곱 처리를 하여 모두를 0도측에 근접시켜 둔다.
다음으로 스텝 S102에서, 가정 오프셋량을 k로 정의하고, k를 탐색 범위의 최소값으로 세트한다. 가정 오프셋량 k는, 회로가 중심으로 하고 있는 위치로부터 k서브 캐리어분 오프셋하고 있는 것을 의미한다. 계속해서 스텝 S103에서, 가정 오프셋량 k가 탐색 범위의 최대값인지의 여부를 판별하고, 최대값이 아닌 경우에는 스텝 S104로 진행하고, 최대값인 경우에는 스텝 S107로 진행한다.
스텝 S104에서는, k 서브 캐리어분 오프셋하고 있다고 가정하였을 때에 규격상 정해지는 파일럿 캐리어 위치의 위상 회전량을 취득하고, 스텝 S105에서는, 각각의 위상 회전량을 복소 평면 상에서 고정 반경의 원주에 매핑하여 회전 벡터로 변환하고, 그들을 모두 누적 가산한다. 그리고 스텝 S106에서, k를 1 인크리먼트 하고, 스텝 S103으로 되돌아간다.
스텝 S107에서는, 누적 가산값의 절대값을 구함과 함께, 그 절대값이 최대인 것을 찾고, 스텝 S108에서는, 최대의 절대값이 얻어졌을 때의 가정 오프셋량 k를 본래의 캐리어 주파수 오프셋량으로서 출력한다. 이것은, 가정 오프셋량 k가 본래의 캐리어 주파수 오프셋량과 일치하는 경우에는, 파일럿 캐리어의 회전 벡터만을 누적 가산하는 것으로 되기 때문에 절대값이 커지지만, 본래의 캐리어 주파수 오프셋량과 일치하지 않는 경우에는, 데이터 캐리어의 회전 벡터를 누적 가산하는 것으로 되기 때문에, 상쇄되어 절대값이 작아지는 것에 기초한다.
예를 들면, 캐리어 주파수 오프셋량이 -2이고 k=-2인 경우, 도 5의 (A)에 도시한 바와 같이 파일럿 캐리어의 OFDM 심볼간에서의 상관을 구하는 것으로 되기 때문에, 누적 가산값의 절대값은 커지지만, 캐리어 주파수 오프셋량이 -2이고 k=+1인 경우, 도 5의 (B)에 도시한 바와 같이 데이터 캐리어의 OFDM 심볼간에서의 상관을 구하는 것으로 되기 때문에, 누적 가산값의 절대값은 작아진다.
<발명의 개시>
<발명이 해결하고자 하는 과제>
이상 설명한 캐리어 주파수 오프셋량의 검출 방법에서는, 이상적인 수신 상태를 상정하고 있었지만, 현실의 수신 환경에서는 캐리어 주파수 오프셋뿐만 아니라, 샘플링 주파수 오프셋 등, 각종 오프셋이 중첩되어 있다.
여기서, 캐리어 주파수 오프셋이 존재하는 경우, 도 6의 (A)에 도시한 바와 같이, 심볼 N과 심볼 N+1 사이에서 전체 서브 캐리어와 동일한 위상 회전량이 가해진다. 따라서, 도면 중 a, b, c, d로 나타내어지는 파일럿 캐리어의 위상 회전량을 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이 복소 평면에 매핑하여 회전 벡터로 변환하고, 그들 모두를 누적 가산하면, 도 6의 (C)에 도시한 바와 같이 누적 가산값의 절대값이 커지기 때문에, 데이터 캐리어의 회전 벡터를 누적 가산하였을 때의 누적 가산값의 절대값의 크기와 차가 생겨, 전술한 바와 같이 캐리어 주파수 오프셋을 검출할 수 있다.
그러나, 샘플링 주파수 오프셋이 존재하는 경우, 도 7의 (A)에 도시한 바와 같이, 심볼 N과 심볼 N+1 사이에서 서브 캐리어 번호에 비례한 위상 회전량이 가해진다. 따라서, 도면 중 a, b, c, d로 나타내어지는 파일럿 캐리어의 위상 회전량을 도 7의 (B)에 도시한 바와 같이 복소 평면에 매핑하여 회전 벡터로 변환하고, 그들 모두를 누적 가산하면, 도 7의 (C)에 도시한 바와 같이 누적 가산값이 상쇄되게 된다. 위상 회전량의 분포가 작은 경우에는 상쇄 성분도 적기 때문에, 데이터 캐리어의 회전 벡터를 누적 가산하였을 때의 누적 가산값의 절대값의 크기와 차가 생겨, 캐리어 주파수 오프셋을 검출할 수 있지만, 위상 회전량이 전체 서브 캐리어 에서 -π로부터 +π까지 분포하는 경우에는, 누적 가산값이 완전히 상쇄되게 되어, 결과적으로 캐리어 주파수 오프셋을 검출할 수 없게 된다.
따라서, 종래, 이와 같은 문제를 회피하기 위해서는, 사전에 샘플링 주파수 오프셋량을 검출하여, 샘플링 주파수 오프셋의 영향을 제거해 두어야만 하기 때문에, 추가의 회로나 처리 시간이 필요하다고 하는 문제가 있었다.
본 발명의 기술 과제는, 전술한 바와 같은 종래의 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 샘플링 주파수 오프셋량을 사전에 검출하지 않고, 캐리어 주파수 오프셋량을 검출하는 것이 가능한 OFDM 복조 장치 및 그 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 OFDM 복조 장치의 일 실시 형태는, 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 신호를 복조하는 OFDM 복조 장치로서, 특정의 주파수의 캐리어 신호를 이용하여 상기 OFDM 신호를 직교 복조하여, 베이스밴드의 OFDM 신호를 생성하는 직교 복조 회로와, 주파수 영역의 OFDM 신호 중, 소정의 신호가 삽입되는 서브 캐리어의 상기 전송 심볼간에서의 상관에 기초하여, 베이스밴드의 OFDM 신호의 중심 주파수의 어긋남량인 캐리어 주파수 오프셋량을 서브 캐리어 정밀도로 검출하는 캐리어 주파수 오프셋 검출 회로와, 캐리어 주파수 오프셋량에 따라서, 상기 캐리어 신호의 주파수를 제어하는 주파수 제어부를 구비하고, 캐리어 주파수 오프셋 검출 회로는, 특정의 오프셋량을 가정하였을 때에 상기 소정의 신호가 삽입되는 위치의 서브 캐리어를 복수의 그룹으로 분할하고, 해당 그룹마다 인접하는 전송 심볼과의 상관값을 산출하고, 그 상관값을 모든 그룹에 대해서 가산하고, 최대의 가산값이 얻어졌을 때에 가정한 오프셋량을 캐리어 주파수 오프셋량으로 하는 것을 특징으로 한 다.
또한, 본 발명에 따른 OFDM 복조 방법의 일 실시 형태는, 소정의 대역 내의 복수의 서브 캐리어에 대하여 정보가 분할되어 직교 변조됨으로써 생성된 전송 심볼을 전송 단위로 하는 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 신호를 복조하는 OFDM 복조 방법으로서, 특정의 주파수의 캐리어 신호를 이용하여 상기 OFDM 신호를 직교 복조하여, 베이스밴드의 OFDM 신호를 생성하는 직교 복조 공정과, 베이스밴드의 OFDM 신호를 전송 심볼 단위로 푸리에 변환하여, 주파수 영역의 OFDM 신호를 생성하는 푸리에 변환 공정과, 주파수 영역의 OFDM 신호 중，TMCC(Transmission　and　Multiplexing　Configuration　Control) 신호, AC(Auxiliary　Channel) 신호, 또는 CP(Continual Pilot) 신호가 삽입되는 서브 캐리어의 상기 전송 심볼간에서의 상관에 기초하여, 베이스밴드의 OFDM 신호의 중심 주파수의 어긋남량인 캐리어 주파수 오프셋량을 서브 캐리어 정밀도로 검출하는 캐리어 주파수 오프셋 검출 공정과, 캐리어 주파수 오프셋량에 따라서, 캐리어 신호의 주파수를 제어하는 주파수 제어 공정을 갖고, 캐리어 주파수 오프셋 검출 공정에서는, 특정의 오프셋량을 가정하였을 때에, TMCC 신호, AC 신호, 또는 CP 신호가 삽입되는 위치의 서브 캐리어를 복수의 그룹으로 분할하고, 해당 그룹마다 인접하는 전송 심볼과의 상관값을 산출하고, 그 상관값을 모든 그룹에 대해서 가산하고, 최대의 가산값이 얻어졌을 때에 가정한 오프셋량을 캐리어 주파수 오프셋량으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명이 적용된 OFDM 복조 장치 및 그 방법에 따르면, 샘플링 주파수 오프셋이 존재하는 경우라도, 샘플링 주파수 오프셋량을 사전에 검출하지 않고, 캐리어 주파수 오프셋량을 검출하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 또 다른 목적, 본 발명에 의해 얻어지는 구체적인 이점은, 이하에서 도면을 참조하여 설명되는 실시 형태로부터 한층 더 명백하게 될 것이다.
도 1은 OFDM 신호, OFDM 심볼, 유효 심볼, 및 보호 구간을 설명하기 위한 도면.
도 2는 OFDM 신호에서의 SP 신호, TMCC/AC 신호의 삽입 위치에 대해서 설명하기 위한 도면.
도 3의 (A)∼도 3의 (C)는 캐리어 주파수 오프셋을 설명하기 위한 도면.
도 4는 종래의 캐리어 주파수 오프셋량 검출의 수순을 설명하는 플로우차트.
도 5의 (A), 도 5의 (B)는 캐리어 주파수 오프셋량, 및 가정 오프셋량을 설명하기 위한 도면.
도 6의 (A)∼도 6의 (C)는 캐리어 주파수 오프셋이 존재하는 경우에서의, 서브 캐리어마다의 위상 회전량, 및 복소 평면에서의 위상 회전량의 누적 가산값을 설명하기 위한 도면.
도 7의 (A)∼도 7의 (C)는 샘플링 주파수 오프셋이 존재하는 경우에서의, 서브 캐리어마다의 위상 회전량, 및 복소 평면에서의 위상 회전량의 누적 가산값을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 실시 형태에서의 OFDM 수신 장치의 블록도.
도 9의 (A)∼도 9의 (C)는 OFDM 수신 장치에서의 캐리어 주파수 오프셋 검출 의 개념을 설명하는 도면.
도 10은 OFDM 수신 장치에서의 캐리어 주파수 오프셋량 검출의 수순을 설명하는 플로우차트.
도 11은 파일럿 캐리어의 위상 회전량으로부터 샘플링 주파수 오프셋의 영향을 제거하는 수순을 설명하는 플로우차트.
도 12의 (A)∼도 12의 (D)는 파일럿 캐리어의 위상 회전량으로부터 샘플링 주파수 오프셋의 영향을 제거하는 일례를 설명하는 도면.
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
이하, 본 발명이 적용된 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
우선, 본 실시 형태에 따른 OFDM 수신 장치의 블록 구성도를 도 8에 도시한다. 또한, 본 명세서의 기재에서는, 블록간에서 전달되는 신호가 복소 신호인 경우에는 태선으로 신호 성분을 표현하고, 블록간에서 전달되는 신호가 실수 신호인 경우에는 세선으로 신호 성분을 표현하고 있다.
OFDM 수신 장치(1)는, 도 8에 도시한 바와 같이, 안테나(11)와, 주파수 변환 회로(12)와, 국부 발진기(13)와, A/D 변환 회로(14)와, 직교 복조 회로(15)와, 반송파 동기 회로(16)와, 국부 발진기(17)와, FFT 연산 회로(18)와, 윈도우 재생 회로(19)와, 캐리어 주파수 오프셋 검출 회로(20)와, 등화 회로(21)를 구비하고 있다.
OFDM 송신 장치로부터 송신된 송신파는, OFDM 수신 장치(1)의 안테나(11)에 의해 수신되고, 캐리어 주파수 fc의 RF 신호로서 주파수 변환 회로(12)에 공급된다.
안테나(11)에 의해 수신된 RF 신호는, 국부 발진기(13)에서 발진된 캐리어 주파수 fc+fIF의 캐리어 신호와 주파수 변환 회로(12)에서 승산됨으로써 중간 주파수 fIF의 IF 신호로 주파수 변환되어, A/D 변환 회로(14)에 공급된다. IF 신호는, A/D 변환 회로(14)에 의해 디지털화되어, 직교 복조 회로(15)에 공급된다.
직교 복조 회로(15)는, 반송파 동기 회로(16)에 의해 주파수 제어된 국부 발진기(17)에서 발진된 중간 주파수 fIF의 캐리어 신호를 이용하여, 디지털화된 IF 신호를 직교 복조하여, 베이스밴드의 OFDM 신호를 출력한다. 이 직교 복조 회로(15)로부터 출력되는 베이스밴드의 OFDM 신호는, FFT 연산되기 전의 소위 시간 영역의 신호이다. 이 때문에, 이하, 직교 복조 후에 FFT 연산되기 전의 베이스밴드 신호를 OFDM 시간 영역 신호라고 부른다. OFDM 시간 영역 신호는, 직교 복조된 결과, 실제로 축 성분(I 채널 신호)과, 허축 성분(Q 채널 신호)을 포함한 복소 신호로 된다. 직교 복조 회로(15)에 의해 출력되는 OFDM 시간 영역 신호는, 반송파 동기 회로(16), FFT 연산 회로(18), 및 윈도우 재생 회로(19)에 공급된다.
FFT 연산 회로(18)는, OFDM 시간 영역 신호에 대하여 FFT 연산을 행하여, 각 서브 캐리어에 직교 변조되어 있는 데이터를 추출하여 출력한다. 이 FFT 연산 회로(18)로부터 출력되는 신호는, FFT 연산된 후의 소위 주파수 영역의 신호이다. 이 때문에,이하, FFT 연산된 후의 신호를 OFDM 주파수 영역 신호라고 한다.
FFT 연산 회로(18)는, 1개의 OFDM 심볼로부터 유효 심볼 길이의 범위, 예를 들면, 2048 샘플의 신호를 뽑아내고, 즉, 1개의 OFDM 심볼로부터 보호 구간분의 범위를 제외하고, 뽑아낸 2048 샘플의 OFDM 시간 영역 신호에 대하여 FFT 연산을 행한다. 구체적으로 그 연산 개시 위치는, OFDM 심볼의 경계로부터, 보호 구간의 종료 위치까지의 사이 중 어느 하나의 위치로 된다. 이 연산 범위를 FFT 윈도우라고 한다.
이와 같이, FFT 연산 회로(18)로부터 출력된 OFDM 주파수 영역 신호는, OFDM 시간 영역 신호와 마찬가지로, 실축 성분(I 채널 신호)과, 허축 성분(Q 채널 신호)으로 이루어지는 복소 신호로 되어 있다. 이 복소 신호는, 예를 들면, 16 QAM 방식이나 64 QAM 방식 등으로 직교 진폭 변조된 신호이다. OFDM 주파수 영역 신호는, 캐리어 주파수 오프셋 검출 회로(20) 및 등화 회로(21)에 공급된다.
윈도우 재생 회로(19)는, OFDM 시간 영역 신호를 유효 심볼 기간분 지연시켜, 보호 구간 부분과 이 보호 구간의 카피원으로 되는 신호와의 상관성을 구하고, 이 상관성이 높은 부분에 기초하여 OFDM 심볼의 경계 위치를 산출하고, 그 경계 위치를 나타내는 윈도우 동기 신호를 발생한다. 윈도우 재생 회로(19)는, 발생한 윈도우 동기 신호를 FFT 연산 회로(18)에 공급한다.
캐리어 주파수 오프셋 검출 회로(20)는, OFDM 주파수 영역 신호에 기초하여, 중심 주파수의 어긋남량인 캐리어 주파수 오프셋량을 서브 캐리어 정밀도로 검출하고, 검출한 캐리어 주파수 오프셋량을 반송파 동기 회로(16)에 피드백한다. 반송파 동기 회로(16)는, 피드백된 캐리어 주파수 오프셋량에 기초하여 국부 발진 기(17)의 발진 주파수를 제어한다. 이 이후, 반송파 동기 회로(16)는, OFDM 시간 영역 신호에 기초하여 서브 캐리어 정밀도 이상의 캐리어 주파수 오프셋량을 검출하고, 국부 발진기(17)의 발진 주파수를 제어할 수 있다. 또한, 캐리어 주파수 오프셋 검출 회로(20)에 대한 상세 내용은 후술한다.
등화 회로(21)는, OFDM 주파수 영역 신호로부터 정보 성분을 제거하여 SP 신호만을 추출하고, 추출한 SP 신호와 기준 SP 신호의 차를 구함으로써, 변조 성분을 제거한다. 변조 성분이 제거된 SP 신호는, SP 신호가 삽입된 서브 캐리어의 전송로 특성을 나타내고 있다. 등화 회로(21)는, 변조 성분이 제거된 SP 신호에 대하여 시간 방향 보간 처리, 주파수 방향 보간 처리를 행하여 OFDM 심볼 내의 전체 서브 캐리어의 전송로 특성을 추정하고, 추정된 전송로 특성을 이용하여, OFDM 주파수 영역 신호의 위상 등화 및 진폭 등화를 행한다. 등화 회로(21)는, 위상 등화 및 진폭 등화가 행해진 OFDM 주파수 영역 신호를 외부에 출력한다.
다음으로, 전술한 캐리어 주파수 오프셋 검출 회로(20)에 대해서 상세하게 설명한다.
전술한 바와 같이, 샘플링 주파수 오프셋이 존재하는 경우에는, 도 9의 (A)에 도시한 바와 같이, 심볼 N과 심볼 N+1 사이에서 서브 캐리어 번호에 비례한 위상 회전량이 가해진다. 따라서, 도면 중 a, b, c, d로 나타내어지는 파일럿 캐리어의 위상 회전량을 도 9의 (B)에 도시한 바와 같이 복소 평면에 매핑하여 회전 벡터로 변환하고, 그들 모두를 누적 가산하면, 누적 가산값이 상쇄되게 되어, 캐리어 주파수 오프셋을 검출할 수 없게 된다.
따라서, 본 실시 형태에서의 캐리어 주파수 오프셋 검출 회로(20)는, 도면 중 a, b, c, d로 나타내어지는 파일럿 캐리어에 기초하는 회전 벡터 모두를 누적 가산하는 것이 아니라, 도 9의 (C)에 도시한 바와 같이, 예를 들면 a, b를 그룹 A로 하고, c, d를 그룹 B로 하여 그룹 내에서 회전 벡터를 누적 가산한다. 그리고, 그룹마다 구해진 누적 가산값의 절대값을 모든 그룹에 대해서 가산한다. 이에 의해, 누적 가산값이 상쇄되어 최종적인 절대값이 작아져, 캐리어 주파수 오프셋을 검출할 수 없게 되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 캐리어 주파수 오프셋 검출 회로(20)에서의 캐리어 주파수 오프셋량 검출의 수순을, 도 10에 도시하는 플로우차트를 참조하면서 설명한다.
우선, 스텝 S1에서, OFDM 시간 영역 신호의 서브 캐리어마다, 1 OFDM 심볼 전부터의 위상 회전량을 산출한다. 이상적인 수신 상태의 경우, 파일럿 캐리어에서는 차동 BPSK 변조되어 있기 때문에, 위상 회전량은 0도 또는 180도로 되고, 데이터 캐리어에서는 예를 들면 64 QAM 변조되어 있기 때문에, 위상 회전량은 랜덤하게 된다. 또한, 파일럿 캐리어에서의 위상 회전량이 0도와 180도의 2가지로 되는 것을 피하기 위해서, 위상 회전량 산출 전에 제곱 처리를 하여 모두를 0도측에 근접시켜 둔다.
다음으로 스텝 S2에서, 가정 오프셋량을 k로 정의하고, k를 탐색 범위의 최소값으로 세트한다. 가정 오프셋량 k는, 회로가 중심으로 하고 있는 위치로부터 k서브 캐리어분 오프셋하고 있는 것을 의미한다. 계속해서 스텝 S3에서, 가정 오프셋량 k가 탐색 범위의 최대값인지의 여부를 판별하고, 최대값이 아닌 경우에는 스 텝 S4로 진행하고, 최대값인 경우에는 스텝 S7로 진행한다.
스텝 S4에서는, k서브 캐리어분 오프셋하고 있다고 가정하였을 때에 규격상 정해지는 파일럿 캐리어 위치의 위상 회전량을 취득하고, 스텝 S5에서는, 각각의 위상 회전량을 복소 평면 상에서 고정 반경의 원주에 매핑하여 회전 벡터로 변환하고, 그들을 그룹마다 누적 가산한다. 그리고 스텝 S6에서, k를 1인크리먼트하고, 스텝 S3으로 되돌아간다.
스텝 S7에서는, 누적 가산값의 절대값을 그룹마다 구하고, 그들을 모든 그룹에 대해서 가산함과 함께, 그 가산 절대값이 최대인 것을 찾고, 스텝 S8에서는, 최대의 가산 절대값이 얻어졌을 때의 가정 오프셋량 k를 본래의 캐리어 주파수 오프셋량으로서 출력한다. 이것은, 가정 오프셋량 k가 본래의 캐리어 주파수 오프셋량과 일치하는 경우에는, 파일럿 캐리어의 회전 벡터만을 누적 가산하는 것으로 되기 때문에 가산 절대값이 커지지만, 본래의 캐리어 주파수 오프셋량과 일치하지 않는 경우에는, 데이터 캐리어의 회전 벡터를 누적 가산하는 것으로 되기 때문에, 상쇄되어 가산 절대값이 작아지는 것에 기초한다.
이와 같이, 캐리어 주파수 오프셋 검출 회로(20)는, 파일럿 캐리어를 복수의 그룹으로 분할하고, 그룹마다 누적 가산값의 절대값을 구하고, 그들을 모든 그룹에 대해서 가산한다. 이에 의해, 샘플링 주파수 오프셋이 존재하는 경우라도, 누적 가산값이 상쇄되어 최종적인 절대값이 작아져, 캐리어 주파수 오프셋을 검출할 수 없게 되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 파일럿 캐리어를 복수의 그룹으로 분할할 때의 그룹수는 임의로 설정 할 수 있다. 단, 그룹수를 늘릴수록 상쇄 성분이 적어지는 한편 메모리 사이즈가 커지기 때문에, 시스템마다 그룹수를 최적화하는 것이 바람직하다.
또한, 파일럿 캐리어를 분할한 각 그룹은, 반드시 가까운 서브 캐리어끼리로 구성되어 있지 않아도 된다. 단, 서브 캐리어 번호가 멀어질수록 샘플링 주파수 오프셋이 존재할 때의 상쇄 성분이 많아지기 때문에, 가까운 서브 캐리어끼리를 동일한 그룹에 통합하는 것이 바람직하다.
그런데, 전술한 캐리어 주파수 오프셋의 검출 방법에 따르면, 샘플링 주파수 오프셋량을 사전에 검출하지 않고, 캐리어 주파수 오프셋량을 검출할 수 있지만, 추가의 회로나 처리 시간이 허용되는 경우에는, 샘플링 주파수 오프셋의 영향을 제거하고 나서 캐리어 주파수 오프셋량을 검출하도록 하여도 된다.
이 샘플링 주파수 오프셋의 영향을 제거하는 수순을, 도 11에 도시하는 플로우차트를 참조하면서 설명한다.
우선 스텝 S11에서, 전술한 바와 같이 k서브 캐리어분 오프셋하고 있다고 가정하였을 때에 규격상 정해지는 파일럿 캐리어 위치의 위상 회전량을 취득하고, 스텝 S12에서, 인접하는 파일럿 캐리어간의 위상 회전량차를 계산한다.
계속해서 스텝 S13에서, 위상 회전량차의 평균값 rot_ave를 계산하고, 스텝 S14에서, 위상 회전량차의 평균값 rot_ave와 기준으로 되는 파일럿 캐리어로부터의 거리에 기초하여, 각 파일럿 캐리어의 위상 회전량을 보정한다.
예를 들면, 샘플링 주파수 오프셋이 존재하고, 도 12의 (A)에 도시한 바와 같이 심볼 N과 심볼 N+1 사이에서 서브 캐리어 번호에 비례한 위상 회전량이 가해 지고 있는 경우에 대해서 생각한다. 도면 중 a, b, c, d로 나타내어지는 파일럿 캐리어의 위상 회전량은 도 12의 (B)에 도시하는 바와 같이 되지만, 스텝 S12, S13에서는, 도 12의 (C)에 도시한 바와 같이, 인접하는 파일럿 캐리어간의 위상 회전량차 Δab, Δbc, Δcd를 계산함과 함께, 그 평균값 rot_ave=(Δab+Δbc+Δcd)/3을 계산한다. 그리고, 스텝 S14에서는, 이 평균값 rot_ave와 기준으로 되는 파일럿 캐리어로부터의 거리에 기초하여, 각 파일럿 캐리어의 위상 회전량을 보정한다. 도면 중 a로 나타내어지는 파일럿 캐리어를 기준으로 하고, 도면 중 a, b, c, d로 나타내어지는 파일럿 캐리어의 위상 회전량을 각각 a, b, c, d로 나타내면, 보정 후의 위상 회전량 a'，b'，c'，d'는,　
a'=a
b'=b+rot_ave×1
c'=c+rot_ave×2
d'＝d+rot_ave×3
과 같이 표현된다.
그 후는, 전술과 마찬가지로, 보정 후의 위상 회전량을 복소 평면 상에서 고정 반경의 원주에 매핑하여 회전 벡터로 변환하고, 그들 모두를 누적 가산하면 된다. 또한，이 방법에서는, 샘플링 주파수 오프셋의 영향이 제거되어 있기 때문에, 전술한 바와 같이 파일럿 캐리어를 복수의 그룹으로 분할할 필요는 없다.
이상, 본 발명의 몇개의 실시 형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시 형태에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 서 다양하게 변경이 가능한 것은 물론이다.
예를 들면, 전술한 실시 형태에서는, 캐리어 주파수 오프셋을 검출할 때에 TMCC 신호 또는 AC 신호가 삽입된 서브 캐리어의 위상 회전량을 이용하였지만, 이들에 한정되는 것이 아니라, CP(Continual Pilot) 신호가 삽입된 서브 캐리어의 위상 회전량을 이용하도록 하여도 된다.

Claims (7)

  1. 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 신호를 복조하는 OFDM 복조 장치로서,
    특정의 주파수의 캐리어 신호를 이용하여 상기 OFDM 신호를 직교 복조하여, 베이스밴드의 OFDM 신호를 생성하는 직교 복조 수단과,
    주파수 영역의 OFDM 신호 중, 소정의 신호가 삽입되는 서브 캐리어의 상기 전송 심볼간에서의 상관에 기초하여, 상기 베이스밴드의 OFDM 신호의 중심 주파수의 어긋남량인 캐리어 주파수 오프셋량을 서브 캐리어 정밀도로 검출하는 캐리어 주파수 오프셋 검출 수단과,
    상기 캐리어 주파수 오프셋량에 따라서, 상기 캐리어 신호의 주파수를 제어하는 주파수 제어 수단을 구비하고,
    상기 캐리어 주파수 오프셋 검출 수단은, 특정의 오프셋량을 가정하였을 때에 상기 소정의 신호가 삽입되는 위치의 서브 캐리어를 복수의 그룹으로 분할하고, 해당 그룹마다 인접하는 전송 심볼과의 상관값을 산출하고, 그 상관값을 모든 그룹에 대해서 가산하고, 최대의 가산값이 얻어졌을 때에 가정한 오프셋량을 상기 캐리어 주파수 오프셋량으로 하는 것을 특징으로 하는 OFDM 복조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 신호는, 적어도 (TMCC(Transmission and Multiplexing Configuration　Control) 신호, AC(Auxiliary Channel) 신호, 또는 CP(Continual Pilot) 신호) 중 어느 하나를 포함하고 있는 OFDM 복조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 OFDM 신호를 송신측에서 역푸리에 변환을 실시하여 시간 영역의 신호로 됨과 함께,
    상기 OFDM 복조 장치는, 상기 베이스밴드의 OFDM 신호를 상기 전송 심볼 단위로 푸리에 변환하여, 주파수 영역의 OFDM 신호를 생성하는 푸리에 변환 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 OFDM 복조 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 캐리어 주파수 오프셋 검출 수단은, 특정의 오프셋량을 가정하였을 때에 상기 TMCC 신호, AC 신호, 또는 CP 신호가 삽입되는 위치의 서브 캐리어를 복수의 그룹으로 분할하고, 직전의 전송 심볼로부터의 위상 회전량의 제곱을 복소 평면에 매핑하여 회전 벡터로 변환하고, 그 회전 벡터를 상기 그룹마다 누적 가산하여 누적 가산값의 절대값을 산출하고, 그룹마다 산출한 누적 가산값의 절대값을 모든 그룹에 대해서 가산하여 가산 절대값을 산출하고, 최대의 가산 절대값이 얻어졌을 때에 가정한 오프셋량을 상기 캐리어 주파수 오프셋량으로 하는 것을 특징으로 하는 OFDM 복조 장치.
  5. 소정의 대역 내의 복수의 서브 캐리어에 대하여 정보가 분할되어 직교 변조 됨으로써 생성된 전송 심볼을 전송 단위로 하는 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 신호를 복조하는 OFDM 복조 장치로서,
    특정의 주파수의 캐리어 신호를 이용하여 상기 OFDM 신호를 직교 복조하여, 베이스밴드의 OFDM 신호를 생성하는 직교 복조 회로와,
    상기 베이스밴드의 OFDM 신호를 상기 전송 심볼 단위로 푸리에 변환하여, 주파수 영역의 OFDM 신호를 생성하는 FFT(Fast Fourier Transform) 연산 회로와,
    상기 주파수 영역의 OFDM 신호 중，TMCC(Transmission and Multiplexing Configuration Control) 신호, AC(Auxiliary　Channel) 신호, 또는 CP(Continual Pilot) 신호가 삽입되는 서브 캐리어의 상기 전송 심볼간에서의 상관에 기초하여, 상기 베이스밴드의 OFDM 신호의 중심 주파수의 어긋남량인 캐리어 주파수 오프셋량을 서브 캐리어 정밀도로 검출하는 캐리어 주파수 오프셋 검출 회로와,
    상기 캐리어 주파수 오프셋량에 따라서, 상기 캐리어 신호의 주파수를 제어하는 반송파 동기 회로를 구비하고,
    상기 캐리어 주파수 오프셋 검출 회로는, 특정의 오프셋량을 가정하였을 때에 상기 TMCC 신호, AC 신호, 또는 CP 신호가 삽입되는 위치의 서브 캐리어를 복수의 그룹으로 분할하고, 해당 그룹마다 인접하는 전송 심볼과의 상관값을 산출하고, 그 상관값을 모든 그룹에 대해서 가산하고, 최대의 가산값이 얻어졌을 때에 가정한 오프셋량을 상기 캐리어 주파수 오프셋량으로 하는 것을 특징으로 하는 OFDM 복조 장치.
  6. 소정의 대역 내의 복수의 서브 캐리어에 대하여 정보가 분할되어 직교 변조됨으로써 생성된 전송 심볼을 전송 단위로 하는 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 신호를 복조하는 OFDM 복조 방법으로서,
    특정의 주파수의 캐리어 신호를 이용하여 상기 OFDM 신호를 직교 복조하여, 베이스밴드의 OFDM 신호를 생성하는 직교 복조 공정과,
    상기 베이스밴드의 OFDM 신호를 상기 전송 심볼 단위로 푸리에 변환하여, 주파수 영역의 OFDM 신호를 생성하는 푸리에 변환 공정과,
    상기 주파수 영역의 OFDM 신호 중，TMCC(Transmission and Multiplexing Configuration Control) 신호, AC(Auxiliary Channel) 신호, 또는 CP(Continual Pilot) 신호가 삽입되는 서브 캐리어의 상기 전송 심볼간에서의 상관에 기초하여, 상기 베이스밴드의 OFDM 신호의 중심 주파수의 어긋남량인 캐리어 주파수 오프셋량을 서브 캐리어 정밀도로 검출하는 캐리어 주파수 오프셋 검출 공정과,
    상기 캐리어 주파수 오프셋량에 따라서, 상기 캐리어 신호의 주파수를 제어하는 주파수 제어 공정을 갖고,
    상기 캐리어 주파수 오프셋 검출 공정에서는, 특정의 오프셋량을 가정하였을 때에 상기 TMCC 신호, AC 신호, 또는 CP 신호가 삽입되는 위치의 서브 캐리어를 복수의 그룹으로 분할하고, 해당 그룹마다 인접하는 전송 심볼과의 상관값을 산출하고, 그 상관값을 모든 그룹에 대해서 가산하고, 최대의 가산값이 얻어졌을 때에 가정한 오프셋량을 상기 캐리어 주파수 오프셋량으로 하는 것을 특징으로 하는 OFDM 복조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 캐리어 주파수 오프셋 검출 공정은, 특정의 오프셋량을 가정하였을 때에 상기 TMCC 신호, AC 신호, 또는 CP 신호가 삽입되는 위치의 서브 캐리어를 복수의 그룹으로 분할하고, 직전의 전송 심볼로부터의 위상 회전량의 제곱을 복소 평면에 매핑하여 회전 벡터로 변환하고, 그 회전 벡터를 상기 그룹마다 누적 가산하여 누적 가산값의 절대값을 산출하고, 그룹마다 산출한 누적 가산값의 절대값을 모든 그룹에 대해서 가산하여 가산 절대값을 산출하고, 최대의 가산 절대값이 얻어졌을 때에 가정한 오프셋량을 상기 캐리어 주파수 오프셋량으로 하는 것을 특징으로 하는 OFDM 복조 방법.
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