JP2005191662A - Method of demodulating ofdm signal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、OFDM方式のデジタル伝送における受信方法に関する。 The present invention relates to a receiving method in OFDM digital transmission.
日本の地上波デジタルテレビ放送では、伝送方式としてOFDM(直交周波数分割多重;Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式が採用されている。OFDM方式は、送信信号を複数の搬送波に分割して送信するマルチキャリア伝送方式の1つであり、マルチパス伝送路の周波数選択性フェ−ジングに強い、各サブチャネルのスペクトルが密に配置でき、周波数利用効率が高い、などの利点がある。 In Japanese terrestrial digital television broadcasting, an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system is adopted as a transmission system. The OFDM scheme is one of multicarrier transmission schemes in which a transmission signal is divided into a plurality of carriers and transmitted, and the spectrum of each subchannel can be densely arranged, which is strong against frequency selective fading of a multipath transmission path. There are advantages such as high frequency utilization efficiency.
一方、OFDM信号はIDFT変換によって生成されるため、レイリーフェーディング伝送路のような時間的に変化する伝送路に対する耐性は弱い。特に、シンボル長の長いモード3において、64QAMでキャリア変調されたOFDM信号は、ドップラー周波数が20Hzを越える環境となると正常に復調することができなくなる。NHKの実験結果によると、4アンテナのサブキャリアレベルMRC(Maximum Ratio Combining)合成のダイバーシテ受信においても、復調可能な環境はドップラー周波数が45Hzまでの環境である。19チャンネル(509MHz)において、45Hzのドップラー周波数は95km/hの移動スピードに相当する。これは、日本の高速道路の制限速度である100km/hに満たない速度であるため、高速道路走行中におけるデジタル放送受信のニーズを満たしていない。
On the other hand, since the OFDM signal is generated by IDFT conversion, resistance to a time-varying transmission line such as a Rayleigh fading transmission line is weak. In particular, in
OFDM信号がレイリーフェーディング伝送路に弱い主な原因は、レイリーフェーディングに乗算性があることであり、また、時間的に変化する伝送路によって直交性が崩れ、キャリア間干渉(ICI;Inter Channel Interference)が発生することである。1パスレイリーの場合、受信したOFDM信号は数1式となる。
The main cause of the weakness of the OFDM signal in the Rayleigh fading transmission path is that Rayleigh fading has a multiplicative property, and the orthogonality is destroyed by the time-varying transmission path, so that inter-carrier interference (ICI; Inter Channel) Interference) occurs. In the case of 1-path Rayleigh, the received OFDM signal is expressed by
数1式中、a(n)はOFDM信号、r(n)はレイリーフェーディング、v(n)は加法的ガウス雑音(AWGN)である。このOFDM信号が復調器においてFFT演算により復調されると、数2式で示される信号となる。
In
ただし、数2式中、Y(k),A(k),R(k),V(k)は、それぞれy(n),a(n),r(n),v(n)をFFT演算した結果であり、*は畳み込み積分符号である。A(k)*R(k,k)が正常な受信信号、シグマ符号のある項はICI成分である。ICIが発生する原因はr(n)が時間変化することにある。r(n)が時間的に変化しない、つまりr(n)が定数である場合には、R(k)がデルタ関数であり、R(k,m)=0 (k≠m)となり、ICIは発生しない。そのため、OFDM信号を正しく復調するのには1シンボルの期間内伝送路が時間的に変化しないという条件が必要である。
However, in
しかし、日本規格のモード3のような長いシンボルにおいては、1シンボル期間中でも伝送路応答が変動する。1パスレイリーフェーディングの場合、1シンボルで伝送路応答変動を補償する技術としては、時間領域等化による手法が学会で報告されている。しかし、その時間領域等化方法はTU6(Typical Urban 6-path Rayleigh fading channel model)のようなマルチパスレイリーフェーディングに対しては効果が薄い。その原因としては、マルチパスレイリーフェーディングの場合、受信信号は数3式のようになり、時間領域での変動は簡単な線形関数にならないからである。
However, in a long symbol such as Japanese
数3式中、iはマルチパスレイリーフェーディングにおける各パスの番号、Mは全マルチパス数を示している。したがって、TU6の場合には、M=6である。また、a(n-τi)はOFDM信号、ri(n-τi)はレイリーフェーディングを示しており、βiは各パスの減衰係数、τiは各パスの遅延時間である。
In
また、FFTで復調後の信号に乗算される伝送路関数も数2式で示した1パスレイリーの場合におけるR(k,k)ではなく、非常に複雑な伝達関数になる。このため、マルチパスレイリーフェーディングの場合は正確な伝送路推定が一層重要になる。
Also, the transmission path function multiplied by the signal demodulated by FFT is not a R (k, k) in the case of the one-path Rayleigh shown in the
OFDM復調器はデータに埋め込まれたパイロット信号を利用して伝送路を推定し、受信データを等化する。日本規格のパイロット配置により、伝送路推定はシンボル方向(伝送路の時間的な変動を推定する)とキャリア方向(伝送路の周波数的な変動を推定する)とともに推定する必要がある。一般的な推定方法として、シンボル方向の直線推定+キャリア方向のFIR推定という推定方法がよく使われている。このような推定方法では据え置き受信においては十分な性能が得られ、回路規模も小さく済む。 The OFDM demodulator estimates a transmission path using a pilot signal embedded in data and equalizes received data. Due to the pilot arrangement of Japanese standards, the transmission path estimation needs to be estimated together with the symbol direction (estimating temporal fluctuation of the transmission path) and the carrier direction (estimating frequency fluctuation of the transmission path). As a general estimation method, an estimation method of straight line estimation in symbol direction + FIR estimation in carrier direction is often used. With such an estimation method, sufficient performance can be obtained in stationary reception, and the circuit scale can be reduced.
しかし、移動受信の場合、レイリーフェーディングの影響で、シンボル方向の伝送路変動も大きくなり、直線補間では正しく伝送路推定ができない。したがって、想定される最大ドップラー周波数にも対応可能なFIR補間が必要となってくる。シンボル方向の直線補間では7シンボル分のパイロットをバッファリングして行えばよいが、FIRフィルタを用いて補間する場合には、回路規模と性能とのバランスを取るためには、48個のシンボル数が必要であると言われており、バッファリングためのメモリの容量が7倍となってしまう。 However, in the case of mobile reception, transmission path fluctuations in the symbol direction also increase due to the influence of Rayleigh fading, and transmission path estimation cannot be performed correctly by linear interpolation. Therefore, FIR interpolation that can cope with the assumed maximum Doppler frequency is required. In linear interpolation in the symbol direction, pilots for 7 symbols may be buffered. When interpolation is performed using an FIR filter, the number of symbols is 48 in order to balance circuit scale and performance. Is said to be necessary, and the capacity of the memory for buffering becomes seven times.
上記特許文献1では、受信信号に対して時間領域および周波数領域の両方で等化処理を実行することで、補間精度が向上するという点について言及されているが、周波数領域においてFIRフィルタを用いた場合に、回路規模が大きくなるという問題については解決策が示されていない。
In the above-mentioned
そこで、本発明は前記問題点に鑑み、地上波デジタルテレビ等で用いられるOFDM変調方式の復調器において、回路規模を増大させることなく、レイリーフェーディングに強く、高速移動受信に適した伝送路等化アルゴリズムを提供することを課題とする。 In view of the above problems, the present invention is an OFDM modulation demodulator used in terrestrial digital television and the like, which is resistant to Rayleigh fading without increasing the circuit scale, and is suitable for high-speed mobile reception. It is an object to provide an optimization algorithm.
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明は、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)伝送における復調方法であって、OFDM方式の伝送信号を受信する第1工程と、シンボル信号に対して、時間領域における等化処理を施す第2工程と、時間等化処理後のシンボル信号に対してFFT変換を行う第3工程と、FFT変換後の受信OFDM信号に対して、FIRフィルタを用いてシンボル方向およびキャリア方向に等化処理を施す第4工程と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
請求項2記載の発明は、請求項1に記載のOFDM信号の復調方法において、前記第4工程で使用するFIRフィルタは、時間等化処理を行わない場合に必要とされるタップ数よりも少ないタップ数で構成されていることを特徴とする。
The invention according to
請求項3記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のOFDM信号の復調方法において、前記第2工程は、レイリーフェーディング関数r(n)を算出する第2.1工程と、シンボル信号をレイリーフェーディング関数r(n)で除算する第2.2工程と、を含み、前記第2.1工程は、ガードインターバル内の複数の信号について、ガードインターバル内の信号(第1信号)と、当該信号のコピー元である有効シンボル内の信号(第2信号)とを結ぶ直線の傾きを求める第2.1.1工程と、前記第2.1.1工程において求めた複数の前記傾きの平均をレイリーフェーディング関数r(n)の傾きとして算出する第2.1.2工程と、を含むことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the OFDM signal demodulation method according to the first or second aspect, the second step includes a second step of calculating a Rayleigh fading function r (n), a symbol, A step of dividing the signal by the Rayleigh fading function r (n), and the step 2.1 includes, for a plurality of signals within the guard interval, signals within the guard interval (first signal). And the step 2.1.1 for obtaining the slope of a straight line connecting the signal in the effective symbol (second signal) that is the copy source of the signal, and the plurality of the steps obtained in the step 2.1.1 And 2.1.2 step of calculating the average of the slopes as the slope of the Rayleigh fading function r (n).
請求項4記載の発明は、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)伝送における復調方法であって、レイリーフェーディング関数r(n)を算出する第1工程と、受信したOFDM信号をレイリーフェーディング関数r(n)で除算することにより、時間領域において等化処理を行う第2工程と、を含み、前記第1工程は、ガードインターバル内の複数の信号について、ガードインターバル内の信号(第1信号)と、当該信号のコピー元である有効シンボル内の信号(第2信号)とを結ぶ直線の傾きを求める第1.1工程と、前記第1.1工程において求めた複数の前記傾きの平均をレイリーフェーディング関数r(n)の傾きとして算出する第1.2工程と、を含むことを特徴とする。 The invention according to claim 4 is a demodulation method in OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) transmission, in which a first step of calculating a Rayleigh fading function r (n), and a received OFDM signal as a Rayleigh fading function r ( a second step of performing equalization in the time domain by dividing by n), wherein the first step includes, for a plurality of signals in the guard interval, signals in the guard interval (first signal) and The 1.1 step for obtaining the slope of the straight line connecting the signal (second signal) in the effective symbol that is the copy source of the signal, and the average of the plurality of slopes obtained in the 1.1 step And 1.2th step of calculating as the gradient of the fading function r (n).
本発明は、周波数領域においてFIRフィルタを用いてシンボル方向およびキャリア方向の等化処理を行うので、伝送路推定の精度が高い。さらに、時間領域において等化処理を行っているので、シンボル方向補間FIRフィルタのタップ数を削減することができ、回路規模の縮小も実現する。 Since the present invention performs equalization processing in the symbol direction and the carrier direction using an FIR filter in the frequency domain, the accuracy of channel estimation is high. Furthermore, since equalization processing is performed in the time domain, the number of taps of the symbol direction interpolation FIR filter can be reduced, and the circuit scale can be reduced.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
{受信処理の流れ}
地上波デジタル放送の送信方式として、1チャンネルの帯域内に数百〜数千の多数の搬送波(サブキャリア)を多重伝送するOFDM方式が日本や欧米などで採用されている。このOFDM方式は、送信データを複数のサブキャリアに分割して送信するマルチキャリア変調方式であるため、周波数利用効率が非常に高く、移動受信時に生じる周波数選択性フェーディング妨害に強い。また、6MHzの帯域幅で伝送する総ビットレートが同じという条件下では、各キャリアのシンボル期間が通常のシングルキャリア変調方式のそれに比べてキャリアの本数分(数百〜数千分)長く、また、各有効シンボル間にガードインターバルという保護期間を設けることによりマルチパス(ゴースト)の影響を小さくできるため、画質劣化を抑制できるという利点がある。
{Reception process flow}
As a transmission system for terrestrial digital broadcasting, an OFDM system for multiplexing and transmitting hundreds to thousands of subcarriers within one channel band is adopted in Japan, Europe, and the like. This OFDM scheme is a multi-carrier modulation scheme that divides transmission data into a plurality of subcarriers and transmits it. Therefore, the frequency utilization efficiency is very high and it is resistant to frequency selective fading interference that occurs during mobile reception. In addition, under the condition that the total bit rate transmitted in the 6 MHz bandwidth is the same, the symbol period of each carrier is longer by the number of carriers (several hundreds to thousands of minutes) than that of the normal single carrier modulation scheme, By providing a protection period called a guard interval between each effective symbol, the influence of multipath (ghost) can be reduced, so that there is an advantage that image quality deterioration can be suppressed.
図1は、本実施の形態に係るOFDM用受信装置の概略を示す機能ブロック図である。OFDM用送信装置(図示せず)から送信されたRF(Radio Frequency)信号1は伝送路を通って受信アンテナ2で受信される。受信RF信号は、チューナー3でIF(Intermediate Frequency)信号に周波数変換される。そのIF信号は、BPF(バンドパスフィルタ)4を介してミキサー5に入力され、搬送波発振器6から供給される信号と乗算された後にLPF(ローパスフィルタ)7に出力される。LPF7において高周波成分が除去された信号はA/D変換器8に出力され、A/D変換器8に入力された信号は所定のサンプリング周波数でデジタル信号(シンボル信号)に変換される。A/D変換器8から出力されたシンボル信号は、乗算器9において周波数補正係数が乗算された後、直並列変換器10に出力される。そして、シリアル信号として入力されるシンボル信号は直並列変換器10においてパラレル信号に変換され、時間領域等化器11に出力される。
FIG. 1 is a functional block diagram schematically showing an OFDM receiving apparatus according to the present embodiment. An RF (Radio Frequency)
時間等化器11における具体的な処理の内容は後述するが、時間領域等化器11においては時間領域におけるシンボル信号の等化処理が実行される。そして、等化後のシンボル信号は、FFT(高速フーリエ変換)演算器12に出力される。
Although details of specific processing in the time equalizer 11 will be described later, the time domain equalizer 11 executes equalization processing of symbol signals in the time domain. Then, the equalized symbol signal is output to an FFT (Fast Fourier Transform)
FFT演算器12は、入力する時間領域のシンボル信号を周波数領域の信号(この信号を受信OFDM信号と呼ぶことにする。)にフーリエ変換する。受信OFDM信号は、周波数ずれ検出部13および周波数領域等化器14に対して出力される。周波数ずれ検出部13においては、入力した受信OFDM信号に基づいて周波数ずれが検出され、周波数補正係数を乗算器9に対して出力する。そして、前述の如く、A/D変換後のシンボル信号に対して周波数補正係数が乗算され、周波数ずれに対する補正処理が行われる。
The
一方、FFT演算器12より出力された受信OFDM信号は、周波数領域において受信信号の等化処理を実行する周波数領域等化器14に出力される。周波数領域等化器14において受信OFDM信号は等化処理が施され、等化処理後の受信OFDM信号は、並直列変換器15でパラレル信号からシリアル信号に変換された後、チャンネル復号器16でビタビ復号化やリードソロモン復号化を施され、次いで、ソース復号器17でMPEG(Moving Picture Experts Group)−2方式などの復号化を施された後、D/A変換器18でアナログ化され出力される。
On the other hand, the received OFDM signal output from the
{時間領域等化処理}
次に、時間領域等化器11において行われる時間領域の等化処理について説明する。図2に示すように、時間領域のシンボル信号にはガードインターバル(GI)区間がある。ガードインターバルは有効シンボルの後部の一部分のコピーである。このガードインターバル信号を利用することで、レイリーフェーディングの傾きを求めることができる。1シンボル区間のレイリーフェーディングは直線関数にみなせるので、傾きが判明すれば、有効シンボル区間のレイリーフェーディング関数を算出ことができる。その関数を使ってシンボル信号を補正する。
{Time domain equalization processing}
Next, the time domain equalization process performed in the time domain equalizer 11 will be described. As shown in FIG. 2, the time domain symbol signal has a guard interval (GI) period. The guard interval is a copy of a part of the rear part of the effective symbol. By using this guard interval signal, the slope of Rayleigh fading can be obtained. Since the Rayleigh fading in one symbol section can be regarded as a linear function, the Rayleigh fading function in the effective symbol section can be calculated if the slope is known. The symbol signal is corrected using the function.
図3は、1シンボル信号における各時間の信号を示している。g1,g2,・・・gLはガードインターバル内の信号であり(Lはガードインターバル内の信号の数)、p1,p2,・・・pLはガードインターバルのコピー元信号である。つまり、giとpiは元は同じ信号である(i=1,2,・・・L)。時間的に変化する伝送路を経て、giがpiに変動するわけである。 FIG. 3 shows signals at each time in one symbol signal. g1, g2,... gL are signals in the guard interval (L is the number of signals in the guard interval), and p1, p2,... pL are copy source signals of the guard interval. That is, gi and pi are originally the same signal (i = 1, 2,... L). Gi changes to pi through a transmission line that changes with time.
g1とp1を図4のような座標にあてはめると、数4式で示すようにg1-p1直線の数式gp1(n)を求めることができる。 When g1 and p1 are applied to the coordinates as shown in FIG. 4, the equation gp1 (n) of the g1-p1 straight line can be obtained as shown in Equation 4.
数4式で得られた直線の傾きはデータに依存するので、giとpi(i-1,2,・・・L)は元は同じ信号であることを利用し、数5式のようにデータの依存性を取り除く。
Since the slope of the straight line obtained by Equation 4 depends on the data, gi and pi (i-1,2, ... L) are based on the same signal as shown in
したがって、レイリーフェーディング関数r(n)の傾きは数6式で与えられる。 Therefore, the slope of the Rayleigh fading function r (n) is given by equation (6).
同様の計算をi=2,3,・・・M(1<M<L)についても行う。つまり、g2〜p2、g3〜p3・・・gM〜pMを用いてそれぞれについて傾きαiを求める。ノイズなど干渉のない場合は、各傾きαiがすべて同じとなるが、ノイズのある場合を考慮してαiの平均値αをとる。したがって、αは数7式で表される。 The same calculation is performed for i = 2, 3,... M (1 <M <L). That is, the inclination αi is obtained for each of g2 to p2, g3 to p3... GM to pM. When there is no interference such as noise, all the inclinations αi are the same, but taking into account the presence of noise, the average value α of αi is taken. Therefore, α is expressed by Equation 7.
これにより、シンボルごとのレイリーフェーディング関数r(n)の傾きが得られる。レイリーフェーディング関数r(n)が求められると、受信信号をレイリーフェーディング関数r(n)で除算することにより、時間領域でシンボルごとに信号等化(信号補正)が行われることとなる。 As a result, the slope of the Rayleigh fading function r (n) for each symbol is obtained. When the Rayleigh fading function r (n) is obtained, signal equalization (signal correction) is performed for each symbol in the time domain by dividing the received signal by the Rayleigh fading function r (n).
{周波数領域等化処理}
次に、周波数領域等化器14において行われる周波数領域の等化処理について説明する。シンボル信号は、FFT演算器12において周波数領域の信号に変換される。図5は、周波数領域における受信OFDM信号を模式的に示す図である。図中横軸はシンボル方向であり、縦軸はキャリア方向である。また、黒四角のポイントはパイロット信号であり、白丸のポイントはデータ信号である。
{Frequency domain equalization processing}
Next, frequency domain equalization processing performed in the frequency domain equalizer 14 will be described. The symbol signal is converted into a frequency domain signal by the
ここで、パイロット信号は、振幅および位相が既知の信号であり、周波数領域等化器14は、パイロット信号の振幅および位相をメモリ等に記憶している。したがって、記憶しているパイロット信号と受信したパイロット信号を比較することにより伝送路応答を求めることが可能である。そして、図5で示したように受信シンボル信号内に配列されているパイロット信号の伝送路応答から、データ信号の伝送路応答を推定するのである。 Here, the pilot signal is a signal whose amplitude and phase are known, and the frequency domain equalizer 14 stores the amplitude and phase of the pilot signal in a memory or the like. Therefore, it is possible to obtain the transmission path response by comparing the stored pilot signal with the received pilot signal. Then, the transmission path response of the data signal is estimated from the transmission path response of the pilot signal arranged in the received symbol signal as shown in FIG.
ここで、前述したように、一般的な推定方法は、シンボル方向は直線推定を行い、キャリア方向はFIRフィルタを用いて推定を行うという方法である。直線推定を行う方法の一例を説明する。図5に示すように、シンボル方向では、パイロット信号が4シンボルごとに出現するように配列されている。したがって、隣り合う2点のパイロット信号の伝送路応答関数の平均をとることにより、その2点のパイロット信号の中間に位置するデータ信号の伝送路応答関数を推定することができる。さらに、この中間に位置するデータ信号の推定された伝送路応答関数と、2シンボル前のパイロット信号の伝送路応答関数との平均をとれば1シンボル前のデータ信号の伝送路応答関数が推定される。あるいは、この中間に位置するデータ信号の推定された伝送路応答関数と、2シンボル後のパイロット信号の伝送路応答関数との平均をとれば1シンボル後のデータ信号の伝送路応答関数が推定される。
Here, as described above, a general estimation method is a method in which the symbol direction is linearly estimated and the carrier direction is estimated using an FIR filter. An example of a method for performing straight line estimation will be described. As shown in FIG. 5, in the symbol direction, pilot signals are arranged so as to appear every four symbols. Therefore, by taking the average of the transmission path response functions of two adjacent pilot signals, it is possible to estimate the transmission path response function of the data signal located between the two pilot signals. Further, if the average of the transmission path response function of the data signal located in the middle and the transmission path response function of the
しかし、移動受信の場合、レイリーフェーディングの影響で、シンボル方向の伝送路変動も大きくなり、上述したような直線推定(直線補間)では正しく伝送路推定を行うことができない。したがって、想定される最大ドップラー周波数にも対応可能なFIR補間が必要となってくる。そこで、本実施の形態においては、シンボル方向等化器141および周波数方向等化器142は、いずれもFIRフィルタを用いた等化処理を実行することとしている。
However, in the case of mobile reception, transmission path fluctuations in the symbol direction also increase due to the influence of Rayleigh fading, and transmission path estimation cannot be performed correctly by linear estimation (linear interpolation) as described above. Therefore, FIR interpolation that can cope with the assumed maximum Doppler frequency is required. Therefore, in this embodiment, both the
ここで、FIRフィルタを用いて理想的なスペクトルを得るためには、タップ数が多く必要となる。そして、タップ数に対応して記憶する必要のあるパイロット信号の数も多くなる。そうすると、バッファリグのためのメモリが多く消費され、回路規模を大きくすることとなる。しかし、本実施の形態においては、FFT演算前の時間領域のシンボル信号に対する等化処理を実行することで、シンボル方向の伝送路変動を緩やかにさせ、シンボル補間FIRフィルタのタップ数を減らすことができるのである。 Here, in order to obtain an ideal spectrum using the FIR filter, a large number of taps are required. And the number of pilot signals that need to be stored corresponding to the number of taps also increases. As a result, a large amount of memory for the buffer rig is consumed, and the circuit scale is increased. However, in the present embodiment, by performing equalization processing on the symbol signal in the time domain before the FFT calculation, it is possible to moderate the transmission path fluctuation in the symbol direction and reduce the number of taps of the symbol interpolation FIR filter. It can be done.
つまり、周波数領域においてシンボル方向およびキャリア方向の両方に対してFIRフィルタを用いた等化処理を実行することにより、精度の高い伝送路推定を可能としながら、FIRフィルタのタップ数を削減し、回路規模の縮小化も実現しているのである。具体的には、時間領域において等化処理を行わず、周波数領域においてのみ等化処理を行う場合に、OFDM信号を正常に復調するためにFIRフィルタに必要なタップ数が実験等により決定されたとすると、本実施の形態の方法によれば、それよりも少ないタップ数のFIRフィルタを用いてOFDM信号を正常に復調することが可能である。 That is, by performing equalization processing using the FIR filter for both the symbol direction and the carrier direction in the frequency domain, the number of taps of the FIR filter can be reduced while enabling highly accurate transmission path estimation. The scale has also been reduced. Specifically, when equalization processing is performed only in the frequency domain without performing equalization processing in the time domain, the number of taps necessary for the FIR filter in order to normally demodulate the OFDM signal is determined by experiments or the like. Then, according to the method of the present embodiment, it is possible to normally demodulate the OFDM signal using the FIR filter having a smaller number of taps.
図6は、時間領域における等化処理を行う前後のシンボル信号の状態を示す図である。図の横軸は時間軸であり、縦軸は振幅を示している。この図は、1シンボル内の信号が全て同じ振幅の信号として送信された場合を示している。図からも分かるように、時間領域における等化処理を行う前のシンボル信号(実線で示している。)は、レイリーフェーディングの影響で、1シンボル内の信号が大きく変動していることがわかる。一方、時間領域における等化処理を行った後のシンボル信号(破線で示している。)は、1シンボル内の信号の変動が緩和されていることがわかる。 FIG. 6 is a diagram illustrating the state of the symbol signal before and after performing equalization processing in the time domain. The horizontal axis in the figure is the time axis, and the vertical axis indicates the amplitude. This figure shows a case where all the signals in one symbol are transmitted as signals having the same amplitude. As can be seen from the figure, the symbol signal before the equalization processing in the time domain (shown by a solid line) shows that the signal within one symbol varies greatly due to the influence of Rayleigh fading. . On the other hand, in the symbol signal (shown by a broken line) after performing the equalization process in the time domain, it can be seen that the fluctuation of the signal within one symbol is reduced.
また、図7は、時間領域における等化処理前のコンスターレーションであり、図8は、時間領域における等化処理後のコンスターレーションを示している。コンスターレーションは、直交変調に対し,同相成分をx軸(横軸)、直交成分をy軸(縦軸)として信号を表したものである。図7と図8を比較すると、図7のコンスターレーションの方が信号点の大きさが大きく、信号にノイズなどが多く含まれていることを示している。 FIG. 7 shows a constellation before equalization processing in the time domain, and FIG. 8 shows a constellation after equalization processing in the time domain. Constellation represents a signal for quadrature modulation with the in-phase component as the x-axis (horizontal axis) and the quadrature component as the y-axis (vertical axis). 7 and FIG. 8 show that the constellation in FIG. 7 has a larger signal point size and the signal contains more noise.
また、図9は、時間領域における等化処理前のシンボル方向の伝送路変動を示す図であり、図10は、時間領域における等化処理後のシンボル方向の伝送路変動を示す図である。図9に比べて図10の方が伝送路が滑らかに変動していることが分かる。これにより、周波数領域での等化処理の精度を向上させることが可能となっている。 FIG. 9 is a diagram showing transmission path fluctuations in the symbol direction before equalization processing in the time domain, and FIG. 10 is a diagram showing transmission path fluctuations in the symbol direction after equalization processing in the time domain. It can be seen that the transmission path in FIG. 10 changes more smoothly than in FIG. Thereby, it is possible to improve the accuracy of equalization processing in the frequency domain.
図11は、本実施の形態の方法を採用したOFDM受信装置(時間領域において等化処理を行った上で、周波数領域においてはFIRフィルタを用いてシンボル方向とキャリア方向に等化処理を行う復調器)と、従来の方法を採用した他社のOFDM受信装置との性能を比較した結果を示している。図中、横軸はドップラー周波数、縦軸は要求されるC/N比(Carrier to Noise Ratio)を示している。C/N比は、雑音電力に対する信号電力の比である。 FIG. 11 shows an OFDM receiver employing the method of the present embodiment (demodulation in which equalization processing is performed in the time domain and then equalization processing is performed in the symbol direction and the carrier direction using an FIR filter in the frequency domain. ) And the performance of an OFDM receiver of another company that employs a conventional method. In the figure, the horizontal axis represents the Doppler frequency, and the vertical axis represents the required C / N ratio (Carrier to Noise Ratio). The C / N ratio is the ratio of signal power to noise power.
たとえば、ドップラー周波数40Hzの場合で比較すると、本実施の形態の復調方法を採用した4アンテナダイバーシテ受信によると、要求されるC/N比は16.8dBである。これに対して、従来方法(他社)の4アンテナダイバーシテ受信では、18.6dBが要求される。つまり、40Hzのドップラー周波数を受ける環境においてOFDM信号を正常に復調するために、本実施の形態のOFDM受信装置が要求する信号品質は、従来のOFDM受信装置が要求する信号品質よりも低いものでよいことを示している。また、4アンテナダイバーシテ受信においては、従来のOFDM受信装置では復調することが不可能であった70Hzのドップラー周波数を受ける環境においてもC/N比が20dB程度で受信可能となっている。また、2アンテナダイバーシテ受信においても、本実施の形態の復調方法を採用すると、C/N比が28dBの信号であれば、50Hzのドップラー周波数を受ける環境まで耐えうることが分かる。 For example, when compared with the case of a Doppler frequency of 40 Hz, according to 4-antenna diversity reception employing the demodulation method of the present embodiment, the required C / N ratio is 16.8 dB. On the other hand, 18.6 dB is required for the 4-antenna diversity reception of the conventional method (other company). That is, in order to normally demodulate the OFDM signal in an environment where the Doppler frequency is 40 Hz, the signal quality required by the OFDM receiver of this embodiment is lower than the signal quality required by the conventional OFDM receiver. It is good. Also, in the 4-antenna diversity reception, reception is possible with a C / N ratio of about 20 dB even in an environment where a Doppler frequency of 70 Hz, which cannot be demodulated by a conventional OFDM receiver, is received. It can also be seen that even in the case of 2-antenna diversity reception, if the demodulation method of the present embodiment is adopted, a signal having a C / N ratio of 28 dB can withstand an environment receiving a Doppler frequency of 50 Hz.
11 時間領域等化器
12 FFT演算器
14 周波数領域等化器
141 シンボル方向等化器
142 キャリア方向等化器
11
Claims (4)
OFDM方式の伝送信号を受信する第1工程と、
シンボル信号に対して、時間領域における等化処理を施す第2工程と、
時間等化処理後のシンボル信号に対してFFT変換を行う第3工程と、
FFT変換後の受信OFDM信号に対して、FIRフィルタを用いてシンボル方向およびキャリア方向に等化処理を施す第4工程と、
を備えることを特徴とするOFDM信号の復調方法。 A demodulation method in OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) transmission,
A first step of receiving an OFDM transmission signal;
A second step of performing equalization in the time domain on the symbol signal;
A third step of performing FFT conversion on the symbol signal after the time equalization processing;
A fourth step of performing equalization processing in the symbol direction and the carrier direction using an FIR filter on the received OFDM signal after FFT conversion;
A method for demodulating an OFDM signal, comprising:
前記第4工程で使用するFIRフィルタは、時間等化処理を行わない場合に必要とされるタップ数よりも少ないタップ数で構成されていることを特徴とするOFDM信号の復調方法。 The method of demodulating an OFDM signal according to claim 1,
An OFDM signal demodulation method, wherein the FIR filter used in the fourth step is configured with a smaller number of taps than that required when time equalization processing is not performed.
前記第2工程は、
レイリーフェーディング関数r(n)を算出する第2.1工程と、
シンボル信号をレイリーフェーディング関数r(n)で除算する第2.2工程と、
を含み、
前記第2.1工程は、
ガードインターバル内の複数の信号について、ガードインターバル内の信号(第1信号)と、当該信号のコピー元である有効シンボル内の信号(第2信号)とを結ぶ直線の傾きを求める第2.1.1工程と、
前記第2.1.1工程において求めた複数の前記傾きの平均をレイリーフェーディング関数r(n)の傾きとして算出する第2.1.2工程と、
を含むことを特徴とするOFDM信号の復調方法。 The OFDM signal demodulation method according to claim 1 or 2,
The second step includes
Step 2.1 for calculating the Rayleigh fading function r (n);
A step 2.2 of dividing the symbol signal by the Rayleigh fading function r (n);
Including
The step 2.1 includes
For a plurality of signals in the guard interval, a second example is obtained in which a slope of a straight line connecting a signal in the guard interval (first signal) and a signal in the effective symbol that is a copy source of the signal (second signal) is obtained. .1 step,
A 2.1.2 step of calculating an average of a plurality of the slopes obtained in the step 2.1.1 as a slope of a Rayleigh fading function r (n);
A method for demodulating an OFDM signal, comprising:
レイリーフェーディング関数r(n)を算出する第1工程と、
受信したOFDM信号をレイリーフェーディング関数r(n)で除算することにより、時間領域において等化処理を行う第2工程と、
を含み、
前記第1工程は、
ガードインターバル内の複数の信号について、ガードインターバル内の信号(第1信号)と、当該信号のコピー元である有効シンボル内の信号(第2信号)とを結ぶ直線の傾きを求める第1.1工程と、
前記第1.1工程において求めた複数の前記傾きの平均をレイリーフェーディング関数r(n)の傾きとして算出する第1.2工程と、
を含むことを特徴とするOFDM信号の復調方法。
A demodulation method in OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) transmission,
A first step of calculating a Rayleigh fading function r (n);
A second step of performing equalization in the time domain by dividing the received OFDM signal by the Rayleigh fading function r (n);
Including
The first step includes
For a plurality of signals within the guard interval, the first 1.1 is used to obtain the slope of a straight line connecting the signal within the guard interval (first signal) and the signal within the effective symbol that is the copy source of the signal (second signal). Process,
A first step of calculating an average of a plurality of the slopes obtained in the step 1.1 as a slope of a Rayleigh fading function r (n);
A method for demodulating an OFDM signal, comprising:
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