JP2005151377A - Method and apparatus for estimating transmission line characteristics in ofdm communication system - Google Patents
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Description
本発明は、OFDM(直交周波数分割多重化)通信方式の同期検波復調に際して必要となる周波数軸上の伝送路特性推定方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to a method and an apparatus for estimating transmission path characteristics on a frequency axis that are necessary for synchronous detection demodulation in an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) communication system.
近年、音声・画像などの様々な情報を統合したデータを無線通信でやり取りする、マルチメディア無線通信サービスの要求が高まっている。 In recent years, there has been an increasing demand for multimedia wireless communication services for exchanging data integrating various information such as voice and images by wireless communication.
これらの要求に答えるためには、高速度・高品質なデータ通信を可能とする無線通信方式の実現が必須となる。しかし、無線通信においては、複数の反射波により発生するマルチパスフェージングに起因して通信品質の著しい劣化を招くという問題がある。そこで、マルチパスフェージングの対策として周波数軸上で直交関係を有する複数の狭帯域サブキャリアを用いて伝送するOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重化)通信方式が注目されている(下記非特許文献1、2参照)。OFDM方式は、周波数軸等化方式の採用により、マルチパスフェージング環境化においても復調方式として同期検波の利用が可能となり、多値QAM等の高能率変調方式を用いた高速度・高品質データ通信の提供を可能としている。
In order to meet these requirements, it is essential to realize a wireless communication system that enables high-speed and high-quality data communication. However, in wireless communication, there is a problem that communication quality is significantly deteriorated due to multipath fading generated by a plurality of reflected waves. Therefore, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) communication schemes that transmit using a plurality of narrowband subcarriers having an orthogonal relationship on the frequency axis as a countermeasure for multipath fading are attracting attention (the following non-intervals). (See
OFDM方式の周波数軸等化に際しては、伝送路特性の高精度推定が前提となる。伝送路特性推定法としては、既知パイロット信号から構成されるプリアンブルシンボルを用いた方式が一般的に利用されている。 The frequency axis equalization of the OFDM system is premised on high-accuracy estimation of transmission path characteristics. As a channel characteristic estimation method, a scheme using a preamble symbol composed of a known pilot signal is generally used.
しかしながら、このプリアンブルシンボルを用いた方式は、伝送路帯域内に含まれる雑音成分により、推定精度が劣化することが指摘されている。これに対して、時間軸上で雑音成分を除去し、推定精度を改善するDFT(離散フーリエ変換)法を用いた伝送路特性推定法が提案されている(下記特許文献1、非特許文献3参照)。
However, it has been pointed out that the method using this preamble symbol deteriorates the estimation accuracy due to the noise component contained in the transmission path band. On the other hand, a channel characteristic estimation method using a DFT (Discrete Fourier Transform) method that removes noise components on the time axis and improves estimation accuracy has been proposed (
この伝送路特性推定法は、伝送路特性の時間軸上インパルス応答が全てガードインターバル(GI)内に存在する特徴を利用している。ただし、DFT法は送信側におけるFFT(高速フーリエ変換)ポイント数とサブキャリア数が等しい理想的なナイキストサンプリングを前提とした方式であり、一般的なサンプリング間隔の場合には改善効果が劣化するという問題がある。 This transmission path characteristic estimation method uses the feature that all impulse responses on the time axis of the transmission path characteristics exist within the guard interval (GI). However, the DFT method is based on ideal Nyquist sampling in which the number of FFT (Fast Fourier Transform) points on the transmission side is equal to the number of subcarriers, and the improvement effect deteriorates in the case of a general sampling interval. There's a problem.
一方、OFDM信号は周波数軸上のサブキャリア間で互いに直交関係を有することから、ある一定間隔にパイロットサブキャリアを配置するスキャタードパイロット(SP)の採用により、1個のプリアンブルを用いて複数の独立した回線の伝送路特性を一括して推定することが可能となる。 On the other hand, since the OFDM signal has an orthogonal relationship between subcarriers on the frequency axis, by using a scattered pilot (SP) in which pilot subcarriers are arranged at a certain interval, a plurality of preambles are used using one preamble. It is possible to collectively estimate the transmission path characteristics of independent lines.
この手法は、複数の独立した通信回線の伝送路特性推定を効率的に短時間に行う必要のあるOFDMA(OFDM−Access)方式(下記非特許文献4参照)やMIMO(Multi−Input Multi−Output)システム(下記非特許文献5参照)等での採用が検討されている。また、データシンボル内にSPを挿入することにより、時間変動を伴うフェージング補償法としても利用されている(下記非特許文献6)。
This technique is based on an OFDMA (OFDM-Access) method (see Non-Patent
これらSPを用いた伝送路特性推定法においては、ある一定間隔で配置されたパイロット信号間の伝送路特性を周波数軸補間法により推定する必要がある。周波数軸補間法としては、これまでに標本化関数を利用したDFT補間法が提案されている。このDFT補間法は、上記のDFT法と同様にFFTポイント数とサブキャリア数が異なる場合には、特に両端の伝送路特性に大きな歪みが発生することが知られている。
上記したように、従来の伝送路特性推定装置では、既知パイロット信号であるプリアンブルシンボルを用いた推定方式が利用されている。この方式により推定される伝送路特性は、伝送線路上で付加される雑音の全ての影響を受ける事から推定精度が大幅に劣化する問題がある。 As described above, the conventional transmission path characteristic estimation apparatus uses an estimation method using a preamble symbol which is a known pilot signal. Since the transmission path characteristics estimated by this method are affected by all of the noise added on the transmission line, there is a problem that the estimation accuracy is greatly deteriorated.
これを改善する方式としてDFT法を用いた雑音軽減方式が提案されている(上記特許文献1,非特許文献3参照)。この方式は、推定された周波数軸上の伝送路特性をDFT処理し時間軸信号にする。ここで得られた時間軸信号は、フェージング伝送路の時間軸インパルス応答に相当する。ここで、理想的なナイキストサンプリングを想定した場合は低次のインパルス応答の信号成分に電力が集中するため、インパルス応答の信号成分が存在する区間のみ取り出し、その他の雑音成分は除去可能となる。
As a method for improving this, a noise reduction method using the DFT method has been proposed (see
しかしながら、実際のシステムでは、エイリアス発生によりナイキストサンプリングを設定することが不可能となること、マルチパス遅延波の各遅延時間は任意な値を有することから、時間軸上のインパルス応答は全時間帯に亘って広がってしまい、雑音成分を除去すると同時に希望インパルス応答の信号成分も除去することになり、推定された伝送路特性に歪みが発生し、推定精度が劣化するという問題がある。 However, in an actual system, it becomes impossible to set Nyquist sampling due to aliasing, and each delay time of the multipath delay wave has an arbitrary value. In other words, the noise component is removed and the signal component of the desired impulse response is removed at the same time, so that the estimated transmission path characteristics are distorted and the estimation accuracy is deteriorated.
以下、従来技術の問題点を詳細に説明する。 Hereinafter, the problems of the prior art will be described in detail.
まず、従来の伝送路特性推定方式の問題点について説明する。
〔1〕プリアンブルを用いた伝送路特性推定方式
伝送路特性の推定は、フレームの先頭に付加されるプリアンブルシンボルを利用して行われるのが一般的である。ここで、送信される周波数軸上のM個のパイロットデータ情報を、an とすると、IFFT(逆高速フーリエ変換)された時間軸上のプリアンブル信号bk は次式(1)によって表される。
First, problems of the conventional transmission path characteristic estimation method will be described.
[1] Transmission path characteristic estimation method using preamble Transmission path characteristics are generally estimated using a preamble symbol added to the head of a frame. Here, assuming that M pilot data information on the frequency axis to be transmitted is an, the preamble signal b k on the time axis subjected to IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) is expressed by the following equation (1). .
〔2〕DFT法を用いた伝送路特性推定方式
上記〔1〕の伝送路特性推定法に対して、推定精度の改善法(雑音成分の軽減法)としてDFT法が提案されている。これは、式(5)で得られた伝送路特性の時間軸信号は式(2)に示す伝送路の時間軸インパルス応答に相当することを利用している。
[2] Transmission Line Characteristic Estimation Method Using DFT Method In contrast to the transmission line characteristic estimation method of [1] above, the DFT method has been proposed as a method for improving estimation accuracy (noise component reduction method). This utilizes the fact that the time-axis signal of the transmission path characteristic obtained by Expression (5) corresponds to the time-axis impulse response of the transmission path shown in Expression (2).
図9は従来のDFT法を用いた伝送路特性推定装置の構成を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a transmission path characteristic estimation apparatus using a conventional DFT method.
この図において、101はGI除去回路、102はFFT回路、103はスイッチ、104は伝送路特性推定装置、105は伝送路特性推定部、106はIDFT(逆離散フーリエ変換)回路、107は雑音除去回路、108はDFT回路、109は等化器、110は判定回路である。 In this figure, 101 is a GI elimination circuit, 102 is an FFT circuit, 103 is a switch, 104 is a transmission line characteristic estimation device, 105 is a transmission line characteristic estimation unit, 106 is an IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform) circuit, and 107 is noise removal. The circuit, 108 is a DFT circuit, 109 is an equalizer, and 110 is a decision circuit.
この図に示すように、受信信号を受けたGI除去回路101は、FFT回路102、スイッチ103、伝送路特性推定部105、IDFT回路106、雑音除去回路107、DFT回路108、等化器109を介して判定回路110から復調データを出力することができる。
As shown in this figure, the
図9において、IDFT回路106によるIDFT後の時間軸信号は、上記式(5)を用いて次式(7)、(8)によって表される。
In FIG. 9, the time axis signal after IDFT by the
しかしながら、このような改善が得られるのは理想的なナイキストサンプリング(N=M)を想定した場合や、各遅延波の遅延時間τとN、Mとの間に特殊な関係が有る場合である。実際の装置構成では、送信側のD/A変換後に発生するエイリアス除去を目的として周波数軸上の情報データの両側にゼロパディングが必要となり、一般的にはN≠Mとなる。また、マルチパス遅延波の各遅延時間は任意な値を有する。この場合には、式(8)より(M/N)τ1 =η1 (整数)の関係が成立しなくなり、時間軸上の伝送路インパルス応答は図10に示すように全時間帯に亘って存在することになる。これは、式(4)に示したようにNポイントの周期関数を基準に取った伝送路インパルス応答を、Mポイントの周期関数で再現したことに起因している。 However, such an improvement can be obtained when an ideal Nyquist sampling (N = M) is assumed or when there is a special relationship between the delay time τ of each delay wave and N, M. . In an actual apparatus configuration, zero padding is necessary on both sides of information data on the frequency axis for the purpose of removing aliases generated after D / A conversion on the transmission side, and generally N ≠ M. Further, each delay time of the multipath delay wave has an arbitrary value. In this case, the relationship of (M / N) τ 1 = η 1 (integer) does not hold from the equation (8), and the transmission line impulse response on the time axis extends over the entire time zone as shown in FIG. Will exist. This is because the transmission line impulse response based on the N-point periodic function as shown in the equation (4) is reproduced with the M-point periodic function.
従って、図10に示すように推定精度の改善を目的として中心部分の区間NP を除去すると、雑音成分と同時にインパルス応答の希望信号成分の一部も除去されることになり伝送路特性の推定精度が劣化することになる。
〔3〕DFT法を用いた周波数軸補間法
時間変動を伴うフェージング環境の伝送路特性推定においては、データサブキャリアの間に一定間隔でパイロットサブキャリアを挿入するスキャタードパイロット(SP)が利用される。このSPは、上記したように、図11に示すMIMOシステムにおける伝送路特性推定法としての利用が検討されている。すなわち、図11に示すように、各アンテナから互いにインターリーブされたSPを1個の共通のプリアンブルに多重化して送信することにより、受信側では周波数軸補間法を利用することにより全てのアンテナ間の伝送路特性が推定可能となる。
Therefore, when removing the section N P of the central portion for the purpose of improving estimation accuracy, as shown in FIG. 10, the estimation of channel characteristics will be also removed some of the desired signal components at the same time impulse response with noise components Accuracy will deteriorate.
[3] Frequency axis interpolation method using DFT method In the estimation of transmission path characteristics in a fading environment with time fluctuation, a scattered pilot (SP) in which pilot subcarriers are inserted at regular intervals between data subcarriers is used. The As described above, the use of this SP as a channel characteristic estimation method in the MIMO system shown in FIG. 11 is being studied. That is, as shown in FIG. 11, SPs interleaved with each other from each antenna are multiplexed and transmitted in one common preamble, and on the receiving side, the frequency axis interpolation method is used to make the connection between all antennas. The transmission path characteristics can be estimated.
また、OFDM方式を多元接続方式として利用するOFDMAシステムでは、MIMOシステムの場合と同様に複数の利用者端末から基地局への独立の通信回線の伝送路特性を1個のプリアンブルを利用して推定可能となる。ここで、SPを対象とした周波数軸補間法としては、標本化関数を利用したDFT補間法が主に検討されている。しかしながら、DFT補間法はナイキストサンプリングを前提とした手法であり、上記〔2〕で述べたように実際のシステム構成では、再生された伝送路特性に大きな歪みが発生するという問題がある。 In addition, in an OFDMA system using the OFDM method as a multiple access method, the transmission path characteristics of independent communication lines from a plurality of user terminals to the base station are estimated using one preamble, as in the MIMO system. It becomes possible. Here, as a frequency axis interpolation method for SP, a DFT interpolation method using a sampling function is mainly studied. However, the DFT interpolation method is based on Nyquist sampling, and as described in [2] above, there is a problem that a large distortion occurs in the reproduced transmission path characteristics in the actual system configuration.
本発明は、従来のDFT方式の有する問題点を解決するために、DFT方式の代わりに既に画像信号の圧縮技術等として採用されているDCT(離散コサイン変換)方式を利用することを特徴とする。DCT方式は、DFT法と同じ直交変換法の一種であるが、DFT法と比較して低次の信号成分だけを用いて信号波形を高精度に表現可能とする。 The present invention is characterized by using a DCT (Discrete Cosine Transform) method that has already been adopted as a compression technique for an image signal in place of the DFT method in order to solve the problems of the conventional DFT method. . The DCT method is a kind of the same orthogonal transformation method as the DFT method, but enables a signal waveform to be expressed with high accuracy using only lower-order signal components as compared with the DFT method.
すなわち、本発明では、DFT法を用いた伝送路特性推定方式の欠点である非ナイキストサンプリングの場合に時間軸インパルス応答が全時間帯に亘って広がるという問題が無く、時間軸インパルス応答が低次の信号成分に集中することから希望インパルス応答の信号成分を殆ど除去することなく雑音成分を大幅に除去可能となり、伝送路特性の推定精度を大幅に改善可能とした。また、同様に周波数軸補間法に対してもDCT法の適用が可能となり高精度な周波数軸補間を実現可能としている。 That is, in the present invention, in the case of non-Nyquist sampling, which is a drawback of the transmission path characteristic estimation method using the DFT method, there is no problem that the time axis impulse response spreads over the entire time zone, and the time axis impulse response is low order. Therefore, the noise component can be largely removed without almost removing the signal component of the desired impulse response, and the estimation accuracy of the transmission path characteristics can be greatly improved. Similarly, the DCT method can be applied to the frequency axis interpolation method, and high-accuracy frequency axis interpolation can be realized.
本発明は、上記状況に鑑みて、大幅な雑音成分の除去が可能となるOFDM通信方式における伝送路特性推定方法及び装置を提供することを目的とする。 In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a transmission path characteristic estimation method and apparatus in an OFDM communication system that can remove a significant noise component.
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕OFDM通信方式における伝送路特性推定方法において、周波数軸上の伝送路特性の時間軸上のインパルス応答が、低次の成分に電力が集中する特徴を利用し、前記低次の成分を効率的に再現可能なDCT(離散コサイン変換)方式を用いて、伝送路特性推定を行うことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] In the transmission path characteristic estimation method in the OFDM communication system, the impulse response on the time axis of the transmission path characteristic on the frequency axis utilizes the characteristic that power is concentrated on the low order component, and the low order component is Transmission path characteristic estimation is performed using a DCT (Discrete Cosine Transform) method that can be efficiently reproduced.
〔2〕上記〔1〕記載のOFDM通信方式における伝送路特性推定方法において、雑音成分を時間軸上で大幅に除去しても、DFT法と比較して時間軸インパルス応答の希望成分の除去される割合が小さく、再生された周波数軸上での伝送路特性の推定精度を改善することを特徴とする。 [2] In the transmission path characteristic estimation method in the OFDM communication system described in [1] above, even if the noise component is largely removed on the time axis, the desired component of the time axis impulse response is removed compared to the DFT method. It is characterized by improving the estimation accuracy of the transmission path characteristics on the regenerated frequency axis.
〔3〕上記〔1〕記載のOFDM通信方式における伝送路特性推定方法において、DCT方式と等価となる2倍のサンプル点に拡張したDFT方式を用いることを特徴とする。 [3] The transmission path characteristic estimation method in the OFDM communication system described in [1] is characterized in that the DFT system extended to twice the sampling points equivalent to the DCT system is used.
〔4〕上記〔1〕記載のOFDM通信方式における伝送路特性推定方法において、スキャタードパイロット信号を用いる場合に、DCT方式を利用して周波数軸補間を高精度に行うことを特徴とする。 [4] In the transmission path characteristic estimation method in the OFDM communication system described in [1] above, when a scattered pilot signal is used, frequency axis interpolation is performed with high accuracy using a DCT system.
〔5〕上記〔4〕記載のOFDM通信方式における伝送路特性推定方法において、パイロット信号間隔Kを大きくとっても周波数軸補間を精度良く実行することを特徴とする。 [5] The method for estimating channel characteristics in the OFDM communication system according to [4] above, wherein frequency axis interpolation is performed with high accuracy even when the pilot signal interval K is large.
〔6〕OFDM通信方式における伝送路特性推定装置において、プリアンブル信号を受けるDCT回路と、このDCT回路からの信号を受ける雑音除去回路と、この雑音除去回路からの信号を受け、周波数軸等化回路へ送信するIDCT回路とを具備することを特徴とする。 [6] In a transmission path characteristic estimation apparatus in the OFDM communication system, a DCT circuit that receives a preamble signal, a noise removal circuit that receives a signal from the DCT circuit, a frequency axis equalization circuit that receives a signal from the noise removal circuit And an IDCT circuit for transmission to the network.
本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。 According to the present invention, the following effects can be achieved.
(1)大幅な雑音成分の除去が可能となる。 (1) A significant noise component can be removed.
(2)IDCT操作を行うことにより雑音成分を軽減した周波数軸上の伝送路特性を再現することができる。 (2) By performing the IDCT operation, the transmission path characteristics on the frequency axis with reduced noise components can be reproduced.
(3)従来方式の構成でIDFTとDFTをそれぞれDCTと逆離散コサイン変換(IDCT)に変更するだけで実現可能となる。 (3) It can be realized only by changing IDFT and DFT to DCT and inverse discrete cosine transform (IDCT), respectively, in the configuration of the conventional system.
(4)高精度の周波数軸補間が可能となる。つまり、本発明のDCT法を利用した周波数軸補間法は、DCT法の有する低次の信号成分に電力が集中する特徴を利用しており、従来のDFT法では困難であったSPの周波数軸補間を利用した伝送路特性の推定を高精度に実現可能としている。 (4) High accuracy frequency axis interpolation is possible. That is, the frequency axis interpolation method using the DCT method of the present invention uses the characteristic that power concentrates on low-order signal components of the DCT method, and the frequency axis of the SP, which was difficult with the conventional DFT method, is used. It is possible to estimate the channel characteristics using interpolation with high accuracy.
OFDM通信方式における伝送路特性推定装置において、プリアンブル信号を受けるDCT回路7と、このDCT回路7からの信号を受ける雑音除去回路8と、この雑音除去回路8からの信号を受けるIDCT回路9とを備え、大幅な雑音成分の除去を可能にする。
In the transmission path characteristic estimation apparatus in the OFDM communication system, a DCT circuit 7 that receives a preamble signal, a
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
まず、DCT法を用いた伝送路特性推定方式について説明する。 First, a transmission path characteristic estimation method using the DCT method will be described.
図1は本発明の実施例を示すOFDM復調装置のブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram of an OFDM demodulator showing an embodiment of the present invention.
この図において、1はOFDM復調装置、2はA/D変換器、3はGI除去回路、4はFFT回路、5はスイッチ、6は本発明にかかる伝送路特性推定装置であり、この伝送路特性推定装置6は、DCT回路7、雑音除去回路8、IDCT回路9からなる。また、10は周波数軸等化回路、11は判定回路である。
In this figure, 1 is an OFDM demodulator, 2 is an A / D converter, 3 is a GI removal circuit, 4 is an FFT circuit, 5 is a switch, and 6 is a transmission path characteristic estimation apparatus according to the present invention. The characteristic estimation device 6 includes a DCT circuit 7, a
OFDM復調装置1に入力されるOFDM受信信号は、A/D変換器2でA/D変換され、GI除去回路3、FFT回路4、スイッチ5を介してプリアンブル信号を受けたDCT回路7を通して雑音除去回路8に送られ、IDCT回路9を介して再生された周波数軸伝送路特性を周波数軸等化回路10に送り、判定回路11から復調データを出力することができる。
An OFDM reception signal input to the
本発明によれば、伝送路特性の時間軸インパルス応答が低次成分に集中する特徴を利用し、低次成分を効率的に再現可能なDCT方式を採用し、従来のDFT方式の有する問題点を解決する。
(1)離散コサイン変換(DCT)
DCT法は、DFT法と同様に直交変換法の一種であり既に画像信号の高能率圧縮技術等として採用されている(上記非特許文献7参照)。
According to the present invention, a DCT method capable of efficiently reproducing a low-order component using the characteristic that the time-axis impulse response of the transmission path characteristic is concentrated on the low-order component is adopted, and the problems of the conventional DFT method To solve.
(1) Discrete cosine transform (DCT)
Similar to the DFT method, the DCT method is a kind of orthogonal transformation method and has already been adopted as a high-efficiency compression technique for image signals (see Non-Patent Document 7 above).
図2はDFTを用いた従来方式(a)とDCTを用いた本発明の方式(b)とを対比した図である。 FIG. 2 is a diagram comparing the conventional method (a) using DFT and the method (b) of the present invention using DCT.
図2(a)に示すように、DFT法ではN個のデータが周期的に繰り返される信号として処理される。従って、上記〔2〕で述べたように両端の不連続性に起因して高次の信号成分が発生する。これに対して、DCT法は、図2(b)に示すようにN個のデータを鏡対象に配置した2N個のデータを周期とする信号として処理される。これにより、両端が連続となり、DCT後の信号は低次の信号成分に電力が集中するという特徴を持つ。ここで、時間軸上の伝送路特性が一般的にはGI内の遅延波のみから構成されているという特徴から、DCT法を利用することにより大幅な雑音成分の除去が可能となることが期待される。 As shown in FIG. 2A, in the DFT method, N pieces of data are processed as signals that are periodically repeated. Therefore, as described in [2] above, higher-order signal components are generated due to discontinuities at both ends. On the other hand, as shown in FIG. 2B, the DCT method is processed as a signal having a cycle of 2N data in which N data are arranged on a mirror object. As a result, both ends are continuous, and the signal after DCT has a characteristic that power is concentrated on low-order signal components. Here, it is expected that a significant noise component can be removed by using the DCT method from the characteristic that the transmission path characteristics on the time axis are generally composed only of delayed waves in the GI. Is done.
(2)DCT法を用いた伝送路特性推定方式
DCT法を用いた伝送路特性推定方式は、図9に示した従来方式の構成におけるIDFT回路106とDFT回路108をそれぞれ図1のように、DCT回路7とIDCT回路9に変更するだけで実現可能となる。すなわち、式(5)で推定された周波数軸上での伝送路特性を次式(14)によりDCT処理する。
(2) Transmission path characteristic estimation method using DCT method Transmission path characteristic estimation system using DCT method is the same as that in FIG. 1 for
(3)DCT法を用いた周波数軸補間方式
図4に、SPで構成されたパイロット信号の配置例を示す。
(3) Frequency Axis Interpolation Method Using DCT Method FIG. 4 shows an arrangement example of pilot signals composed of SP.
ここで、SP間隔がKの場合には、K種類の独立したSP配列が可能となる。また、各パイロット信号の振幅値は、SP間隔をKとした場合には、プリアンブルシンボルの平均信号電力を一定と仮定することにより、√K倍に設定することが可能となる。図4の構成により、K個の送受信アンテナから構成されるMIMOシステムにおいて、2K 種類の独立した伝送路特性を1個のプリアンブルシンボルを利用して推定可能となる。ここで、J番目のSP配列に対する最初のパイロット信号の周波数番号をJとする。Jは0からK−1までの数となる。ここで、J番目のSP配列を用いて推定される周波数軸上の伝送路特性は、式(5)において、m=iK+Jと置くことにより次式(18)によって表される。 Here, when the SP interval is K, K types of independent SP arrays are possible. Further, when the SP interval is K, the amplitude value of each pilot signal can be set to √K times by assuming that the average signal power of the preamble symbol is constant. With the configuration of FIG. 4, 2 K types of independent transmission path characteristics can be estimated using one preamble symbol in a MIMO system including K transmission / reception antennas. Here, the frequency number of the first pilot signal for the J-th SP array is J. J is a number from 0 to K-1. Here, the channel characteristic on the frequency axis estimated using the J-th SP array is expressed by the following equation (18) by setting m = iK + J in equation (5).
次に、MP (=M/K)ポイントから構成される式(18)をDCT処理すると次式(19)となる。 Next, when DCT processing is performed on the equation (18) composed of M P (= M / K) points, the following equation (19) is obtained.
(4)特性評価
ここでは、上記(3)で提案したDCT法を用いた伝送路特性推定方式の各種伝送特性について計算機シミュレーションで評価する。表1にシミュレーション仕様を示す。
(4) Characteristic Evaluation Here, various transmission characteristics of the transmission path characteristic estimation method using the DCT method proposed in (3) above are evaluated by computer simulation. Table 1 shows the simulation specifications.
図5には、図10に示したDTF法における時間軸インパルス応答と図3に示した本発明によるDCT法における時間軸インパルス応答の振幅レベルを示す。また、図には雑音レベルについても合わせて示す。図5から明らかなように、DCT法はDFT法と比較して低次の信号成分に電力が集中しており、次数を高くするに従いインパルス応答成分の振幅値が急激に減少していることが分かる。 FIG. 5 shows amplitude levels of the time axis impulse response in the DTF method shown in FIG. 10 and the time axis impulse response in the DCT method according to the present invention shown in FIG. The figure also shows the noise level. As is apparent from FIG. 5, the DCT method concentrates power on lower-order signal components as compared to the DFT method, and the amplitude value of the impulse response component rapidly decreases as the order is increased. I understand.
これにより、DCT法は雑音成分を時間軸上で大幅に除去しても、DFT法と比較して希望成分の除去される割合が小さく再生された周波数軸上での伝送路特性の推定精度を改善できることが分かる。 As a result, even if the noise component is largely removed on the time axis, the DCT method can reduce the rate of removal of the desired component compared to the DFT method, and can improve the estimation accuracy of the transmission path characteristics on the reproduced frequency axis. It can be seen that it can be improved.
また、図6は変調方式がQPSK方式の場合のBER(Bit Error Rate)特性について示す図である。この図においては、マルチパスフェージングの遅延分散100ns、FFTポイント数Nは512、サブキャリア数Mは384、エイリアス除去を目的に挿入されるゼロパディング数は128(=512−384)、DCT法における雑音除去区間NP は40をC/Nによらず固定的に利用した場合の結果であり、横軸はC/N(周波数時間軸)(dB)、縦軸はBERを示し、A線は雑音を含まない理想的な伝送路特性を用いた場合のBER特性、B線は本発明のDCT法によるBER特性、C線は従来のプリアンブル法によるBER特性を示している。図6より本発明の方式は理想的な場合のBER特性とほぼ同じ特性が達成可能であることが分かる。また、C/Nによらず固定的なNp 値を設定できることから実際の装置構成において有効な手法と考える。 FIG. 6 is a diagram showing BER (Bit Error Rate) characteristics when the modulation method is the QPSK method. In this figure, the delay dispersion of multipath fading is 100 ns, the number of FFT points N is 512, the number of subcarriers M is 384, and the number of zero padding inserted for the purpose of alias removal is 128 (= 512-384). noise removal section N P is the result of the case of fixing utilized irrespective of 40 C / N, the horizontal axis represents C / N (frequency-time axis) (dB), the ordinate indicates the BER, a line The BER characteristic in the case of using an ideal transmission line characteristic not including noise, the B line indicates the BER characteristic by the DCT method of the present invention, and the C line indicates the BER characteristic by the conventional preamble method. FIG. 6 shows that the method of the present invention can achieve almost the same characteristics as the ideal BER characteristics. Also, it considered an effective method in the actual apparatus configuration because it can set a fixed N p value regardless of C / N.
図7は、変調方式がQPSK方式の場合のパイロット信号間隔(K)を変化させた場合のBER特性であり、マルチパスフェージングの遅延分散100nsを条件とした。横軸はパイロット信号間隔(K)、縦軸はBERを示し、A線はC/Nが12dBの場合の本発明のDCT法によるBER特性、B線はC/Nが24dBの場合の本発明のDCT法によるBER特性、C線はC/Nが40dBの場合の本発明のDCT法によるBER特性、D線はC/Nが12dBの場合の従来のDFT法によるBER特性、E線はC/Nが24dBの場合の従来のDFT法によるBER特性、F線はC/Nが40dBの場合の従来のDFT法によるBER特性を示している。 FIG. 7 shows the BER characteristics when the pilot signal interval (K) is changed when the modulation method is the QPSK method, and the delay dispersion of multipath fading is 100 ns. The horizontal axis represents the pilot signal interval (K), the vertical axis represents BER, the A line represents the BER characteristic according to the DCT method of the present invention when C / N is 12 dB, and the B line represents the present invention when C / N is 24 dB. BER characteristics by DCT method, C line is BER characteristic by DCT method of the present invention when C / N is 40 dB, D line is BER characteristic by conventional DFT method when C / N is 12 dB, E line is C The BER characteristic by the conventional DFT method when / N is 24 dB, and the F line shows the BER characteristic by the conventional DFT method when C / N is 40 dB.
図8は変調方式がQPSK方式の場合のC/N対BER特性を示す図であり、マルチパスフェージングの遅延分散100ns、FFTポイント数Nは512、サブキャリア数Mは384、雑音除去区間Np は40、パイロット信号(SP)間隔Kを8に取った場合である。横軸はC/N(dB)、縦軸はBERを示し、A線は伝送路特性が理想的な場合のBER特性、B線は本発明のDCT法によるBER特性、C線は従来のDFT法によるBER特性を示している。 FIG. 8 is a diagram showing C / N vs. BER characteristics when the modulation method is the QPSK method. The multipath fading delay dispersion is 100 ns, the FFT point number N is 512, the subcarrier number M is 384, and the noise removal interval N p. Is 40 and the pilot signal (SP) interval K is 8. The horizontal axis represents C / N (dB), the vertical axis represents BER, the A line represents the BER characteristic when the transmission line characteristic is ideal, the B line represents the BER characteristic according to the DCT method of the present invention, and the C line represents the conventional DFT. The BER characteristic by a method is shown.
図8より、本発明の方式は理想的な場合の特性とほぼ同じBER特性が達成可能であることが分かる。また、C/Nによらず固定的なNP 値を設定できることから実際の装置構成において有効な手法と考える。これに対して、DFT法では、C/Nごとに最適なNP を設定する必要があること、及びC/Nが高い所では理想的な場合の特性と比較して大幅に劣化していることが分かる。 From FIG. 8, it can be seen that the method of the present invention can achieve almost the same BER characteristics as ideal characteristics. Also, it considered an effective method in the actual apparatus configuration because it can set a fixed N P value regardless of C / N. In contrast, in the DFT method, it is necessary to set the optimum N P for each C / N, and is at C / N is high are significantly degraded compared to the characteristics of the ideal case I understand that.
以上の結果より、本発明の周波数軸補間法は、OFDMAやMIMOシステムにおける伝送路特性推定方式として十分利用可能であることが実証された。 From the above results, it was proved that the frequency axis interpolation method of the present invention can be sufficiently used as a transmission path characteristic estimation method in an OFDMA or MIMO system.
本発明では、従来のDFT法をベースにした伝送路特性推定方式の問題点について明らかにし、これら問題点を解決する離散コサイン変換を用いた伝送路特性推定方式を提案した。この提案方式は、スキャタードパイロットを用いた周波数軸補間法としても利用可能であることも明らかにした。また、計算機シミュレーションにより本発明の有効性について実証した。 In the present invention, the problems of the conventional transmission path characteristic estimation method based on the DFT method have been clarified, and a transmission path characteristic estimation system using discrete cosine transform that solves these problems has been proposed. It was also clarified that this proposed method can be used as a frequency axis interpolation method using scattered pilots. The effectiveness of the present invention was verified by computer simulation.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。 In addition, this invention is not limited to the said Example, Based on the meaning of this invention, a various deformation | transformation is possible and these are not excluded from the scope of the present invention.
本発明は、現在OFDM通信方式を標準化通信方式として採用している地上波デジタルTV伝送システムおよび無線LANシステムだけでなく、次世代無線通信システムの有望な伝送システムとして検討されているMC−CDMA,OFDMA,MIMOシステム等の伝送路特性推定方式として利用可能である。 The present invention is not limited to terrestrial digital TV transmission systems and wireless LAN systems that currently employ the OFDM communication system as a standardized communication system, but is also considered as a promising transmission system for next-generation wireless communication systems. It can be used as a transmission path characteristic estimation method such as an OFDMA or MIMO system.
1 OFDM復調装置
2 A/D変換器
3 GI除去回路
4 FFT回路
5 スイッチ
6 伝送路特性推定装置
7 DCT(離散コサイン変換)回路
8 雑音除去回路
9 IDCT(逆離散コサイン変換)回路
10 周波数軸等化回路
11 判定回路
DESCRIPTION OF
Claims (6)
(b)該DCT回路からの信号を受ける雑音除去回路と、
(c)該雑音除去回路からの信号を受け、周波数軸等化回路へ送信するIDCT回路とを具備することを特徴とするOFDM通信方式における伝送路特性推定装置。 (A) a DCT circuit that receives a preamble signal;
(B) a noise removal circuit for receiving a signal from the DCT circuit;
(C) An IDCT circuit that receives a signal from the noise removal circuit and transmits the signal to a frequency axis equalization circuit, and a transmission path characteristic estimation apparatus in an OFDM communication system.
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