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JP2000278238A - ガードインターバル挿入式直交周波数分割多重変調方式及びガードインターバル挿入式直交周波数分割多重変調装置 - Google Patents

ガードインターバル挿入式直交周波数分割多重変調方式及びガードインターバル挿入式直交周波数分割多重変調装置

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Publication number
JP2000278238A
JP2000278238A JP11077023A JP7702399A JP2000278238A JP 2000278238 A JP2000278238 A JP 2000278238A JP 11077023 A JP11077023 A JP 11077023A JP 7702399 A JP7702399 A JP 7702399A JP 2000278238 A JP2000278238 A JP 2000278238A
Authority
JP
Japan
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discrete fourier
guard interval
complex
fourier inverse
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11077023A
Other languages
English (en)
Inventor
Noburo Ito
修朗 伊藤
Tsuguyuki Shibata
伝幸 柴田
Hideaki Ito
秀昭 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP11077023A priority Critical patent/JP2000278238A/ja
Publication of JP2000278238A publication Critical patent/JP2000278238A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 OFDM変調におけるGI挿入時のメモリ容
量の減少と遅延時間の削減 【解決手段】GI挿入回路110I及び110Qを有す
るガードインターバル(GI)挿入式直交周波数分割多
重変調装置100は、N点離散フーリエ逆変換器103
と、その入力を、各キャリア番号kの複素周波数軸上の
値に係数αk=expj2πk(N−m)、ただしjは虚数単
位、を乗じ、N点離散フーリエ逆変換器の出力の時間軸
上の値をmだけ遅延させるN個の複素演算回路111−
kを有する。これにより、GI挿入回路110I及び1
10Qにおいて、N個の出力In及びQnを並直列変換し
た信号IR、QRから末尾のm個を取り出し、N個の出力
の前にGIとして付加して、長さN+mの信号ID、QD
とする際、GI挿入回路110I及び110Q内のメモ
リ容量の減少と遅延時間の削減を行うことができる。
尚、各キャリア番号kをN点離散フーリエ逆変換器10
3の直流分入力を0として、0からN−1までとした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、離散フーリエ逆変
換(Inverse Descrete Fourier Transform)を用いる直
交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Mu
ltiplexing)変調方式に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、互いに直交する多数の搬送波(キ
ャリア)を使用した、直交周波数分割多重(OFDM)
方式が盛んに開発されている。OFDM方式は、高速且
つ高密度信号のディジタル伝送方式として注目されてい
る。このOFDM方式は、高品質且つ干渉に強い点で特
に自動車等に於ける移動受信に適したオーディオ信号、
映像信号の伝送手段として有望視されている。
【0003】OFDM方式は、互いに直交する数百或い
は数千の搬送波を用いることで、各搬送波のデータレー
トを数百分の1或いは数千分の1に落とすことができ
る。これにより、いわゆるマルチパスによる干渉を軽減
させることができる。更に、実質的な信号(有効シンボ
ル)と、受信サイドで除去される前提で送信される信号
(ガードインターバル、GI)を反復的に送信すること
で、マルチパスによる干渉をより低減することが行われ
ている。
【0004】OFDM方式におけるキャリアは、送信す
る有効シンボル長(時間)をTとしたき、隣り合うキャ
リアの周波数間隔は1/Tである。キャリアがN本のO
FDM方式は、キャリアの帯域幅はN/Tである。ま
た、ガードインターバル(GI)を挿入しない場合、送
信側及び受信側のディジタルデータのサンプリング周波
数fsは、キャリアの帯域幅N/Tに等しい。ガードイン
ターバル(GI)を挿入する場合は、送信側のガードイ
ンターバル(GI)挿入後、及び受信側のガードインタ
ーバル(GI)除去前のディジタルデータのサンプリン
グ周波数fsは、キャリアの帯域幅N/Tに等しい。送信
側のガードインターバル(GI)挿入前、受信側のガー
ドインターバル(GI)除去後のディジタル回路におけ
るディジタル周波数は、設計により様々に設定すること
ができる。送信側で離散フーリエ逆変換、受信側で離散
フーリエ変換を行う際は、送信側の離散フーリエ逆変換
器、受信側の離散フーリエ変換器のポイント数は原則的
にどちらもNポイントである。
【0005】OFDM方式の変調の概略を図6に示す。
伝送すべきシリアル信号列を直並列変換器(S/P)9
01により並列信号とし、マッピング回路902による
マッピングの後、N対のデータAk、Bk(0≦k≦N−
1)として離散フーリエ逆変換器(IDFT)903に
出力する。離散フーリエ逆変換器(IDFT)903は
入力データをN個の複素数Ak+jBk(0≦k≦N−
1、jは虚数単位)と扱い、離散フーリエ逆変換し、N
個の複素数In+jQnの実数部In、虚数部Qn(0≦n
≦N−1、jは虚数単位)として出力する。
【0006】この2組の並列信号In及びQn(0≦n≦
N−1)を並直列変換器(P/S)904I及び904
Qでそれぞれディジタル直列信号IR及びQRとする。次
に後述する方法によりガードインターバル(GI)がG
I挿入回路910I、910Qにより挿入されたディジ
タル直列信号ID及びQDが生成される。次にディジタル
直列信号ID及びQDをそれぞれディジタル/アナログ変
換器(D/A)905I及び905Qによりアナログ信
号IA及びQAに変換し、低域濾波器(LPF)906I
及び906Qにて低域濾波する。このように得られた2
つのアナログ信号を、各々位相のπ/2ずれた正弦波
(周波数はサンプリング周波数fs)と乗じ、加算する
ことにより中間周波数(IF)信号を得る。
【0007】即ち発振器907で周波数fsの第1の正
弦波を発生させて乗算器908Iと移相器9071に出
力する。移相器9071では位相のπ/2ずれた周波数
sの第2の正弦波を発生させ、乗算器908Iに出力
する。こうして乗算器908Iでは第1の正弦波をアナ
ログ信号IAで変調し、乗算器908Qでは第2の正弦
波をアナログ信号QAで変調し、どちらも加算器909
に出力する。加算器909はアナログ信号IAで変調さ
れた第1の正弦波とアナログ信号QAで変調された第2
の正弦波とを加算し、OFDM中間周波数信号を得る。
こうして得られた中間周波数信号は図示しない周波数変
換器により高調波に周波数変換され、帯域濾波器により
帯域濾波されて送信される。
【0008】GI挿入回路910Iの作用は次の通りで
ある。図7に示す通り、離散フーリエ逆変換器(IDF
T)903のN個の出力信号In(0≦n≦N−1)を
用いれば、並直列変換器(P/S)904Iが出力する
ディジタル直列信号IRについて、IRの内容は「I0
1、I2、…、IN-1」である。このうちの末尾m個の
「IN-m、…、IN-1」を次のようにディジタル直列信号
Rの前に付加する。
【0009】並直列変換器(P/S)904Iからディ
ジタル直列信号IR「I0、I1、I2、…、IN-1」がF
IFO(First In First Out)メモリ920及び多重化
器(MUX)930に出力される。多重化器(MUX)
930は、図示しない制御装置により、並直列変換器
(P/S)904Iから出力されたディジタル直列信号
R「I0、I1、I2、…、IN-1」のうち、1番目から
N−m番目のN−m個のディジタル信号「I0、I1、I
2、…、IN-m-1」を捨て、N−m+1番目からN番目の
m個のディジタル信号「IN-m、…、IN-1」を出力す
る。次に図示しない制御装置によりFIFOメモリ92
0の読み出しの命令が下り、FIFOメモリ920から
出力されたディジタル直列信号IR「I0、I1、I2
…、IN-1」を多重化器(MUX)930が出力する。
こうして、多重化器(MUX)930の出力、即ちGI
挿入回路910Iの出力であるディジタル信号列ID
内容は、N+m個のディジタル信号「IN-m、…、
N-1、I0、I1、I2、…、IN-1」となる。
【0010】このディジタル信号列IDをディジタル/
アナログ変換器(D/A)905Iにより変換したアナ
ログ信号IAの概要を図8に示す。有効シンボルである
ディジタル直列信号IR「I0、I1、I2、…、IN-1
のD/A変換後のアナログ信号IAの部分の末尾が、ガ
ードインターバル(GI)として有効シンボルの前に挿
入される。
【0011】全く同様に、GI挿入回路910Qも作用
し、ガードインターバル(GI)の挿入されたディジタ
ル信号列QDが出力され、ディジタル/アナログ変換器
(D/A)905Qによりアナログ信号QAに変換され
る。尚、ディジタル/アナログ変換の際のサンプリング
周波数は、1有効シンボル長(時間)Tにはガードイン
ターバル(GI)を含まないN個のディジタル信号が有
るのでN/Tのままである。即ち、ガードインターバル
(GI)を挿入するOFDM方式と、ガードインターバ
ル(GI)を挿入しないOFDM方式では、送信波の1
シンボル長の違い(有効シンボル長とガードインターバ
ル長の合計か、有効シンボル長のみか)のみである。ガ
ードインターバル(GI)を挿入するOFDM方式にお
いて、送信側のガードインターバル(GI)挿入前、受
信側のガードインターバル(GI)除去後のディジタル
回路におけるディジタル周波数は、設計により様々に設
定することができる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来のGI挿入回路910I及び910Qは、N個の
ディジタル信号「I0、I1、I2、…、IN-1」を記憶す
るFIFOメモリ920が必要であり、また、並直列変
換器(P/S)904Iが第1のディジタル信号I0
出力してから、多重化器(MUX)930が有効な第1
のディジタル信号IN-mを出力するまでの遅延が必須で
あった。
【0013】そこで本発明者らは、離散フーリエ逆変換
における一定時間遅延が周波数空間での定数倍であるこ
とに着目し、GI挿入回路へのディジタル信号出力をガ
ードインターバル(GI)から始まるように出力できる
ことを見出した。また、周波数空間での係数設定によ
り、ガードインターバル(GI)挿入後のディジタル/
アナログ変換における周波数成分の高域劣化を予め補償
できることから、離散フーリエ逆変換における一定時間
遅延を周波数空間での定数倍とすることとの結合の着想
に至った。
【0014】よって本発明は、上記課題に鑑み、ガード
インターバル挿入回路におけるFIFOメモリの容量減
少と遅延時間削減とが可能な新規なOFDM変調方式あ
るいはOFDM変調装置を提供することを目的とする。
更に、高域劣化補償作用を持ち合わせた、ガードインタ
ーバル挿入回路におけるFIFOメモリの容量減少と遅
延時間削減とが可能な新規なOFDM変調方式あるいは
OFDM変調装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項1に記載の手段によれば、離散フーリエ逆変
換手段を用い、有効シンボルの前にガードインターバル
が挿入された変調信号を発生させる直交周波数分割多重
変調方式において、離散フーリエ逆変換手段の入力の複
素周波数軸上の値に係数を乗じ離散フーリエ逆変換手段
の出力の時間軸上の値を遅延させる複素演算手段を有す
ることを特徴とする。
【0016】また、請求項2に記載の手段によれば、請
求項1に記載のガードインターバル挿入式直交周波数分
割多重変調方式において、離散フーリエ逆変換手段がN
点離散フーリエ逆変換であり、各キャリア番号kをN点
離散フーリエ逆変換の直流分入力を0として0からN−
1までとし、ガードインターバルになるべき離散フーリ
エ逆変換手段の出力をm個(m<N)としたとき、複素
演算手段が離散フーリエ逆変換手段の入力の複素周波数
軸上の値にαk=expj2πk(N−m)ただしjは虚数単
位に略等しい複素数を乗ずることを特徴とする。
【0017】また、請求項3に記載の手段によれば、請
求項1に記載のガードインターバル挿入式直交周波数分
割多重変調方式において、離散フーリエ逆変換手段がN
点離散フーリエ逆変換であり、複素演算手段がガードイ
ンターバル挿入後のディジタル/アナログ変換の際の高
域劣化を予め補償することを特徴とする。
【0018】また、請求項4に記載の手段によれば、請
求項3に記載のガードインターバル挿入式直交周波数分
割多重変調方式において、離散フーリエ逆変換手段がN
点離散フーリエ逆変換であり、各キャリア番号kをN点
離散フーリエ逆変換の直流分入力を0として0からN−
1までとし、各キャリア番号kに対し、k≦N/2のと
きxk=πk/N、k≧N/2+1のときxk=π(N−k)
/Nとし、γ0=1、γ k=xk/sinxk(k≠0)とおい
て、ガードインターバルになるべき離散フーリエ逆変換
手段の出力をm個(m<N)としたとき、複素演算手段
が離散フーリエ逆変換手段の入力の複素周波数軸上の値
にβk=γkexpj2πk(N−m)ただしjは虚数単位に
略等しい複素数を乗ずることを特徴とする。
【0019】また、請求項5に記載の手段によれば、N
点離散フーリエ逆変換器を用い、有効シンボルの前にガ
ードインターバルが挿入された変調信号を発生させる直
交周波数分割多重変調装置において、N点離散フーリエ
逆変換器の入力のキャリア番号kの複素周波数軸上の値
に係数を乗じ、N点離散フーリエ逆変換器の出力の時間
軸上の値を遅延させる複素演算回路を有し、複素演算回
路の係数が、各キャリア番号kをN点離散フーリエ逆変
換器の直流分入力を0として0からN−1までとし、ガ
ードインターバルになるべきN点離散フーリエ逆変換器
の出力をm個(m<N)としたとき、αk=expj2πk
(N−m)ただしjは虚数単位に略等しい複素数であるこ
とを特徴とする。
【0020】更に請求項6に記載の手段によれば、N点
離散フーリエ逆変換器を用い、有効シンボルの前にガー
ドインターバルが挿入された変調信号を発生させる直交
周波数分割多重変調装置において、N点離散フーリエ逆
変換器の入力のキャリア番号kの複素周波数軸上の値に
係数を乗じ、N点離散フーリエ逆変換器の出力の時間軸
上の値を遅延させ、且つ、ディジタル/アナログ変換す
る際の周波数軸上の高域劣化を補償する複素演算回路を
有し、複素演算回路の係数が、各キャリア番号kをN点
離散フーリエ逆変換の直流分入力を0として0からN−
1までとし、各キャリア番号kに対し、k≦N/2のと
きxk=πk/N、k≧N/2+1のときx k=π(N−k)
/Nとし、γ0=1、γk=xk/sinxk(k≠0)とおい
て、ガードインターバルになるべきN点離散フーリエ逆
変換器の出力をm個(m<N)としたとき、βk=γkex
pj2πk(N−m)ただしjは虚数単位に略等しい複素
数である、高域劣化補償ガードインターバル挿入式直交
周波数分割多重変調装置とすることを特徴とする。
【0021】
【作用及び発明の効果】フーリエ変換による時間軸上の
関数と周波数軸上の関数との関係と全く同様に、離散フ
ーリエ逆変換の際の時間軸上の遅延は各周波数に対応す
る係数として作用する。よって、離散フーリエ逆変換手
段を用いるOFDM変調方式において、離散フーリエ逆
変換手段の各キャリアに対応する入力に適当な数値を乗
ずることで離散フーリエ逆変換手段の離散的な時間軸上
の出力を巡回シフトさせることができる。これにより、
ガードインターバル(GI)を挿入するOFDM変調方
式において、離散フーリエ逆変換手段の出力をガードイ
ンターバル(GI)となるべき信号から出力させること
でガードインターバル(GI)挿入時の遅延時間を0と
し、また記憶手段の容量を減少することが可能となる。
【0022】また、離散フーリエ逆変換手段の各キャリ
アに対応する入力に適当な数値を乗ずることは、ディジ
タル/アナログ変換時の高域劣化を予め補償することに
も使用できるので、上述の出力巡回シフトと組み合わせ
ることは有用である。
【0023】上記の方式はキャリア番号で一義的に定義
することができ、且つこのような変調方式を用いたOF
DM変調装置は従来のOFDM変調装置に比べ、装置全
体としての構成を小さくすることができる。尚、上述の
係数はディジタルデータであるため、本来有るべきアナ
ログ数値に略等しいディジタル数値であれば十分であ
る。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施例を
図を用いて説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定
されるものではない。
【0025】〔第1実施例〕図1は本発明の具体的な第
1の実施例に係るOFDM変調装置100の要部を示す
ブロック図である。本発明ではキャリア数Nを2の階乗
とし、離散フーリエ逆変換器として高速フーリエ逆変換
(Inverse Fast Fourier Transform,IFFT)装置を
用いることが可能である。
【0026】OFDM変調装置100の構成は次の通り
である。伝送すべきシリアル信号列を直並列変換器(S
/P)101によりパラレル並列信号とし、マッピング
回路102によるマッピングの後、N対のデータAk
びBk(0≦k≦N−1)がN個の複素演算装置111
−k(0≦k≦N−1)に出力される。
【0027】各複素演算装置111−kは、入力された
k及びBkに対し、後述する演算によりA'k及びB'k
離散フーリエ逆変換器(IDFT)103に出力する。
Nポイント離散フーリエ逆変換器(IDFT)103に
入力されるA'k及びB'kは、キャリア番号kの周波数成
分の実数部及び虚数部として扱われるものである。
【0028】離散フーリエ逆変換器(IDFT)103
は入力された2N個の値A'k及びB'kをN個の複素数
A'k+jB'k(0≦k≦N−1、jは虚数単位)と扱
い、離散フーリエ逆変換し、N個の複素数In+jQn
実数部In、虚数部Qn(0≦n≦N−1、jは虚数単
位)として出力する。A'k+jB'kを単にA(k)、In
+jQnをa(n)とおくと、離散フーリエ逆変換器(I
DFT)103の計算は次の通りである。
【数1】
【0029】離散フーリエ逆変換器(IDFT)103
の出力である2組の並列信号In及びQn(0≦n≦N−
1)を並直列変換器(P/S)104I及び104Qで
それぞれディジタル直列信号IR及びQRとする。ディジ
タル直列信号IR及びQRを形成するディジタル信号はそ
れぞれN個である。ディジタル直列信号IR及びQRは後
述する方法によりGI挿入回路110I及び110Qに
て、N個のディジタル信号からm個複写したディジタル
信号を付加され、N+m個のディジタル信号からなるデ
ィジタル直列信号ID及びQDとして出力される。
【0030】次にディジタル直列信号ID及びQDをそれ
ぞれディジタル/アナログ変換器(D/A)105I及
び105Qによりアナログ信号IA及びQAに変換し、低
域濾波器(LPF)106I及び106Qにて低域濾波
する。このように得られた2つのアナログ信号を、各々
位相のπ/2ずれた正弦波(周波数はサンプリング周波
数fs)と乗じ、加算することにより中間周波数信号を
得る。
【0031】即ち、発振器107で周波数fsの第1の
正弦波を発生させて乗算器108Iと移相器1071に
出力する。移相器1071では位相のπ/2ずれた周波
数fsの第2の正弦波を発生させ、乗算器108Qに出
力する。こうして乗算器108Iでは第1の正弦波をア
ナログ信号IAで変調し、乗算器108Qでは第2の正
弦波をアナログ信号QAで変調し、どちらも加算器10
9に出力する。加算器109はアナログ信号IAで変調
された第1の正弦波とアナログ信号QAで変調された第
2の正弦波とを加算し、OFDM中間周波数信号を得
る。こうして得られた中間周波数信号は図示しない周波
数変換器により高調波に周波数変換され、同じく図示し
ない帯域濾波器により帯域濾波されて送信される。
【0032】複素演算装置111−k(0≦k≦N−
1)において、入力Ak及びBkに対して行われる複素演
算及び出力A'k及びB'kは以下の通りである。αkは複
素数であり、ReC及びImCはそれぞれ複素数Cの実部及
び虚部を示すものとする。 αk=expj2πk(N−m) =cos2πk(N−m)+jsin2πk(N−m) A'k=Re{αk(Ak+jBk)} =Akcos2πk(N−m)−Bksin2πk(N−m) B'k=Im{αk(Ak+jBk)} =Aksin2πk(N−m)+Bkcos2πk(N−m)
【0033】N個の複素ベクトルA'k+jB'k(0≦k
≦N−1、jは虚数単位)を離散フーリエ逆変換器(I
DFT)103で式(1)に従いNポイント離散フーリ
エ逆変換した結果を、N個の複素ベクトルP(k)=Ak
+jBk(0≦k≦N−1、jは虚数単位)を離散フー
リエ逆変換したp(n)と比較する。
【数2】
【0034】即ち、N個の複素ベクトルA'k+jB'
k(0≦k≦N−1、jは虚数単位)をNポイント離散
フーリエ逆変換した結果a(0)、a(1)、…、a(N−
1)は、N個の複素ベクトルAk+jBk(0≦k≦N−
1、jは虚数単位)をNポイント離散フーリエ逆変換し
た結果p(0)、p(1)、…、p(N−1)をN−mだけ巡
回シフトした、p(N−m)、p(N−m+1)、…、p
(N−1)、p(0)、…、p(N−m−1)になっている。
【0035】よって、a(n)=p(n+N−m)の実数部
nを並直列変換器(P/S)104Iに出力し、順次
呼び出して直列信号IRとしてGI挿入回路110Iに
出力する。a(n)=p(n+N−m)の実数部をRea(n)
(=Rep(n+N−m))とおけば、直列信号IRの内容
は、「Rea(0)、Rea(1)、…、Rea(N−1)」即ち
「Rep(N−m)、Rep(N−m+1)、…、Rep(N−
1)、Rep(0)、…、Rep(N−m−1)」である。
【0036】GI挿入回路110Iの構成は図2のよう
になっている。並直列変換器(P/S)の出力直列信号
R「Rea(0)、Rea(1)、…、Rea(N−1)」即ち「R
ep(N−m)、Rep(N−m+1)、…、Rep(N−1)、R
ep(0)、…、Rep(N−m−1)」をFIFOメモリ1
20と多重化器(MUX)130に出力する。図示しな
い制御器により、FIFOメモリ120は直列信号IR
のN個のディジタル信号Rea(0)、Rea(1)、…、Rea
(N−1)即ちRep(N−m)、Rep(N−m+1)、…、Re
p(N−1)、Rep(0)、…、Rep(N−m−1)のうちは
じめのm個を記憶し、残りを捨てる。
【0037】多重化器(MUX)130は、入力された
直列信号IR「Rea(0)、Rea(1)、…、Rea(N−
1)」即ち「Rep(N−m)、Rep(N−m+1)、…、Re
p(N−1)、Rep(0)、…、Rep(N−m−1)」を出力
した後、図示しない制御器によりFIFOメモリ120
から出力されるm個のディジタル信号から成る信号列
「Rea(0)、Rea(1)、…、Rea(m−1)」即ち「Rep
(N−m)、Rep(N−m+1)、…、Rep(N−1)」を出
力する。こうして、N+m個のディジタル信号から成る
信号列ID「Rea(0)、Rea(1)、…、Rea(N−1)、R
ea(0)、Rea(1)、…、Rea(m−1)」即ち「Rep(N
−m)、Rep(N−m+1)、…、Rep(N−1)、Rep
(0)、…、Rep(N−m−1)、Rep(N−m)、Rep(N
−m+1)、…、Rep(N−1)」が、GI挿入回路11
0Iからディジタル/アナログ変換器(D/A)105
Iに出力される。
【0038】a(n)=p(n+N−m)の虚数部Qnを並
直列変換器(P/S)104Qに出力し、順次呼び出し
て直列信号QRとしてGI挿入回路110Qにてガード
インターバル(GI)挿入も全く同様である。
【0039】このように本実施例によれば、N個の複素
演算装置111−k(0≦k≦N−1)を用いて、複素
周波数軸上の値である離散フーリエ逆変換器(IDF
T)103の入力にαkを乗ずることで、GI挿入回路
110Q及び110Iにおいて、FIFOメモリ120
に記憶させる信号列はガードインターバル長であり、か
つ多重化器(MUX)130の出力の遅延時間は無い。
よって、本発明により、ガードインターバル(GI)挿
入回路のメモリ容量減少と、遅延時間削減が可能となる
ことが理解できる。
【0040】〔第2実施例〕図4は本発明の具体的な第
2の実施例に係るOFDM変調装置200の要部を示す
ブロック図である。上述の第1の実施例に係るOFDM
変調装置100と同一の構成要素については同一の符号
が記載されている。本実施例に係るOFDM変調装置2
00と、第1の実施例に係るOFDM変調装置100と
の相違はN個の複素演算装置111−k(0≦k≦N−
1)がN個の複素演算装置211−kに置き換わってい
ることのみである。本実施例でもキャリア数Nを2の階
乗とし、離散フーリエ逆変換器として高速フーリエ逆変
換(Inverse Fast Fourier Transform,IFFT)装置
を用いることが可能である。
【0041】OFDM変調装置200の構成は次の通り
である。伝送すべきシリアル信号列を直並列変換器(S
/P)101によりパラレル並列信号とし、マッピング
回路102によるマッピングの後、N対のデータAk
びBk(0≦k≦N−1)がN個の複素演算装置211
−k(0≦k≦N−1)に出力される。
【0042】各複素演算装置211−kは、入力された
k及びBkに対し、後述する演算によりA''k及びB''k
を離散フーリエ逆変換器(IDFT)103に出力す
る。Nポイント離散フーリエ逆変換器(IDFT)10
3に入力されるA''k及びB''kは、キャリア番号kの周
波数成分の実数部及び虚数部として扱われるものであ
る。
【0043】離散フーリエ逆変換器(IDFT)103
は入力された2N個の値A''k及びB''kをN個の複素数
A''k+jB''k(0≦k≦N−1、jは虚数単位)と扱
い、離散フーリエ逆変換し、N個の複素数In+jQn
実数部In、虚数部Qn(0≦n≦N−1、jは虚数単
位)として出力する。A''k+jB''kを単にA(k)、I
n+jQnをa(n)とおくと、離散フーリエ逆変換器(I
DFT)103の計算は、第1実施例と同様、式(1)
で表される。
【0044】離散フーリエ逆変換器(IDFT)103
の出力である2組の並列信号In及びQn(0≦n≦N−
1)を並直列変換器(並直列変換器(P/S))104
I及び104Qでそれぞれディジタル直列信号IR及び
Rとする。ディジタル直列信号IR及びQRは後述する
方法によりGI挿入回路110I及び110Qにて、N
個のディジタル信号からm個複写したディジタル信号を
付加され、N+m個のディジタル信号からなるディジタ
ル直列信号ID及びQDとして出力される。
【0045】次にディジタル直列信号ID及びQDをそれ
ぞれディジタル/アナログ変換器(D/A)105I及
び105Qによりアナログ信号IA及びQAに変換し、低
域濾波器(LPF)106I及び106Qにて低域濾波
する。このように得られた2つのアナログ信号を、各々
位相のπ/2ずれた正弦波(周波数はサンプリング周波
数fs)と乗じ、加算することにより中間周波数信号を
得る。
【0046】即ち、発振器107で周波数fsの第1の
正弦波を発生させて乗算器108Iと移相器1071に
出力する。移相器1071では位相のπ/2ずれた周波
数fsの第2の正弦波を発生させ、乗算器108Qに出
力する。こうして乗算器108Iでは第1の正弦波をア
ナログ信号IAで変調し、乗算器108Qでは第2の正
弦波をアナログ信号QAで変調し、どちらも加算器10
9に出力する。加算器109はアナログ信号IAで変調
された第1の正弦波とアナログ信号QAで変調された第
2の正弦波とを加算し、OFDM中間周波数信号を得
る。こうして得られた中間周波数信号は図示しない周波
数変換器により高調波に周波数変換され、同じく図示し
ない帯域濾波器により帯域濾波されて送信される。
【0047】複素演算装置211−k(0≦k≦N−
1)において、入力Ak及びBkに対して行われる演算及
び出力A''k及びB''kは以下の通りである。βkは複素
数で、γkは実数である。Re、Imの意味は第1実施例の
説明時と同様である。 βk=γkexpj2πk(N−m) =γkcos2πk(N−m)+jγksin2πk(N−m) γ0=1 γk=xk/sinxk(k≠0) xk=πk/N (k≦N/2) xk=π(N−k)/N (k≧N/2+1) A''k=Re{βk(Ak+jBk)} =Akγkcos2πk(N−m)−Bkγksin2πk(N−m) B''k=Im{βk(Ak+jBk)} =Akγksin2πk(N−m)+Bkγkcos2πk(N−m)
【0048】N個の複素ベクトルA''k+jB''k(0≦
k≦N−1、jは虚数単位)を離散フーリエ逆変換器
(IDFT)103で式(1)に従いNポイント離散フ
ーリエ逆変換した結果を、N個の複素ベクトルP(k)=
γkk+jγkk(0≦k≦N−1、jは虚数単位)を
離散フーリエ逆変換したp(n)と比較すれば、第1実施
例と同様の結果となる。即ち、N個の複素ベクトルA''
k+jB''k(0≦k≦N−1、jは虚数単位)をNポイ
ント離散フーリエ逆変換した結果a(0)、a(1)、…、
a(N−1)は、N個の複素ベクトルγkk+jγk
k(0≦k≦N−1、jは虚数単位)をNポイント離散
フーリエ逆変換した結果p(0)、p(1)、…、p(N−
1)をN−mだけ巡回シフトした、p(N−m)、p(N−
m+1)、…、p(N−1)、p(0)、…、p(N−m−
1)になっている。
【0049】よって、a(n)=p(n+N−m)の実数部
nを並直列変換器(P/S)104Iに出力し、順次
呼び出して直列信号IRとしてGI挿入回路110Iに
出力する。a(n)=p(n+N−m)の実数部をRea(n)
(=Rep(n+N−m))とおけば、直列信号IRの内容
は、「Rea(0)、Rea(1)、…、Rea(N−1)」即ち
「Rep(N−m)、Rep(N−m+1)、…、Rep(N−
1)、Rep(0)、…、Rep(N−m−1)」である。
【0050】GI挿入回路110Iの構成は第1実施例
と全く同様に図2のようになっており、作用も同一であ
る。こうして、N+m個のディジタル信号から成る信号
列I D「Rea(0)、Rea(1)、…、Rea(N−1)、Rea
(0)、Rea(1)、…、Rea(m−1)」即ち「Rep(N−
m)、Rep(N−m+1)、…、Rep(N−1)、Rep
(0)、…、Rep(N−m−1)、Rep(N−m)、Rep(N
−m+1)、…、Rep(N−1)」が、GI挿入回路11
0Iからディジタル/アナログ変換器(D/A)105
Iに出力される。
【0051】a(n)=p(n+N−m)の虚数部Qnを並
直列変換器(P/S)104Qに出力し、順次呼び出し
て直列信号QRとしてGI挿入回路110Qにてガード
インターバル(GI)を挿入する仕組みも第1実施例と
全く同様である。
【0052】さて、各々N+m個のインパルスからなる
ディジタル信号列ID及びQDを、ディジタル/アナログ
変換器(D/A)105I及び105QでD/A変換す
ると、その出力の周波数成分は高域劣化を受ける。ディ
ジタル信号列ID及びQDのインパルスの間隔τはT/N
である。ディジタル信号列ID及びQDの周波数成分は、
N個の複素ベクトルA''k+jB''kであるが、D/A変
換において劣化を受ける。この伝達関数は、上記γk
用いて1/γkとなることが知られている。よって、D/
A変換の出力IA及びQAは、IA+jQA(jは虚数単
位)としてガードインターバルを受信側で排除したのち
Nポイント離散フーリエ変換すると、N個の複素ベクト
ルAk+jBkとなる出力となっている。
【0053】このことは次の通りである。インパルスの
間隔τのインパルス列をD/A変換した際の、D/A変
換の伝達関数は、良く知られているように周波数fに対
しsin(πfτ)/(πfτ)である。N個のキャリアの周波
数間隔は1/Tである。これをNポイント離散フーリエ
逆変換した時、N個のインパルスからなるガードインタ
ーバルを含まないディジタル信号列のインパルス列の間
隔はτ=T/Nである。このN個のインパルスからなる
ガードインターバルを含まないディジタル信号列のD/
A変換した際の、D/A変換の伝達関数を各周波数の劣
化としてグラフで示せば図5の通りとなる。この図5で
はfs=1/τ=N/Tである。
【0054】一方、N+m個のインパルスからなるガー
ドインターバルを含んだディジタル信号列ID及びQD
インパルス列の間隔もτ=T/Nである。すると、ディ
ジタル信号列ID及びQDの、実周波数fとインパルス列
の間隔τ=T/Nの積による各周波数成分の劣化は、キ
ャリア毎に図5と同様、1(劣化無し)から2/π(劣
化最大)であることが容易に理解できる。結局、各々の
周波数成分の劣化は、ガードインターバル(GI)の有
無に関係なくキャリア番号k(0≦k≦N−1、直流成
分をキャリア番号0)によって表現でき、上述の1/γk
である。
【0055】尚、ガードインターバルを含んだディジタ
ル信号列ID及びQDのインパルス列の間隔をτ'=T/
(N+m)とし、ガードインターバルを含まないディジタ
ル直列信号IR及びQRの有効シンボル長(時間)Tと、
ガードインターバルを含んだディジタル直列信号ID
びQDの1シンボル長を等しくする方式も有る。この場
合は、D/A変換した際の周波数は(N+m)/Tである
が、上述と同様に議論から、やはりD/A変換の伝達関
数が1/γkとなることが導かれる。即ち、ガードインタ
ーバルを含まないディジタル直列信号IR及びQRの各実
周波数fに比し、ガードインターバルを含んだディジタ
ル直列信号ID及びQDの各実周波数f'は(N+m)/N倍
になっている。すると、D/A変換した際の各実周波数
f'とインパルス列の間隔τ'の積は、上述のfτに等し
い。よってD/A変換の伝達関数は上述の1/γkとな
る。
【0056】上記2つの実施例における離散フーリエ逆
変換器の入力は、8ビット程度あれば有効に作動する。
また、1≦γk≦π/2≦2であるので、第1実施例の複
素演算装置111−kによるビット数の増加は無く、第
2実施例の複素演算装置211−k(0≦k≦N−1)
によるビット数の増加も1ビットのみである。キャリア
数N即ち離散フーリエ逆変換のポイント数Nは任意であ
るが、離散フーリエ逆変換器として高速フーリエ逆変換
器(Inverse Fast Fourier Transform,IFFT)を用
いることができる点で、Nは256、512、1024
その他の2の整数乗が望ましい。
【0057】上記2つの実施例では、直交変調部(10
5I、105Q以降)としてアナログ直交変調の例を示
したが、本発明は数値制御発振器(Numerically Contro
lledOscillator)を用いたディジタル直交変調でも同様
に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の具体的な第1実施例に係るOFDM
装置100の要部の構成を示したブロック図。
【図2】 本発明の具体的な第1及び第2実施例のガー
ドインターバル(GI)挿入回路の構成を示したブロッ
ク図。
【図3】 本発明の具体的な第1及び第2実施例のガー
ドインターバル(GI)挿入回路の作用を示した概念
図。
【図4】 本発明の具体的な第2実施例に係るOFDM
装置200の要部の構成を示したブロック図。
【図5】 本発明の具体的な第2実施例に係るOFDM
装置200の作用を示すグラフ。
【図6】 従来のOFDM装置100の要部の構成を示
したブロック図。
【図7】 従来のOFDM装置100のガードインター
バル(GI)挿入回路の構成を示したブロック図。
【図8】 従来のOFDM装置100のガードインター
バル(GI)挿入回路の作用を示した概念図。
【符号の説明】
101、901 並直列変換器(S/P) 102、902 マッピング回路 103、903 Nポイント離散フーリエ逆変換器(I
DFT) 104I、104Q、904I、904Q 直並列変換
器(P/S) 105I、105Q、905I、905Q ディジタル
/アナログ変換器(D/A) 106I、106Q、906I、906Q 低域濾波器
(LPF) 107、907 発振器 1071、9071 移相器 108I、108Q、908I、908Q 乗算器 109、909 加算器 111−k、211−k キャリア番号kに対する複素
演算装置(0≦k≦N−1) Ak、Bk 送信シンボルの実数部、虚数部 A'k及びA''k、B'k及びB''k Nポイント離散フーリ
エ逆変換器(IDFT)の入力の実数部、虚数部 In、Qn Nポイント離散フーリエ逆変換器(IDF
T)の出力の実数部、虚数部(0≦n≦N−1) IR、QR N個のディジタル信号In或いはQnから成る
ディジタル信号列 ID、QD N個のディジタル信号In或いはQnから成る
ディジタル信号列IR或いはQRの前に、m個のディジタ
ル信号列から成るガードインターバル(GI)を挿入し
た、N+m個のディジタル信号から成るディジタル信号
列 IA、QAD、QDをD/A変換したアナログ信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 秀昭 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 Fターム(参考) 5K022 DD13 DD17 DD19 DD22 DD23

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 離散フーリエ逆変換手段を用い、有効シ
    ンボルの前にガードインターバルが挿入された変調信号
    を発生させる直交周波数分割多重変調方式において、 前記離散フーリエ逆変換手段の入力の複素周波数軸上の
    値に係数を乗じ、前記離散フーリエ逆変換手段の出力の
    時間軸上の値を遅延させる複素演算手段を有することを
    特徴とするガードインターバル挿入式直交周波数分割多
    重変調方式。
  2. 【請求項2】 前記離散フーリエ逆変換手段がN点離散
    フーリエ逆変換であり、 各キャリア番号kを前記N点離散フーリエ逆変換の直流
    分入力を0として、0からN−1までとし、 ガードインターバルになるべき前記離散フーリエ逆変換
    手段の出力をm個(m<N)としたとき、 前記複素演算手段が、前記離散フーリエ逆変換手段の入
    力の複素周波数軸上の値にαk=expj2πk(N−m)、
    ただしjは虚数単位、に略等しい複素数を乗ずることを
    特徴とする請求項1に記載のガードインターバル挿入式
    直交周波数分割多重変調方式。
  3. 【請求項3】 前記離散フーリエ逆変換手段がN点離散
    フーリエ逆変換であり、 前記複素演算手段が、ガードインターバル挿入後のディ
    ジタル/アナログ変換の際の高域劣化を予め補償する作
    用をも有することを特徴とする請求項1に記載のガード
    インターバル挿入式直交周波数分割多重変調方式。
  4. 【請求項4】 前記離散フーリエ逆変換手段がN点離散
    フーリエ逆変換であり、 各キャリア番号kを前記N点離散フーリエ逆変換の直流
    分入力を0として、0からN−1までとし、各キャリア
    番号kに対し、k≦N/2のときxk=πk/N、k≧N/
    2+1のときxk=π(N−k)/Nとし、γ0=1、γk
    k/sinxk(k≠0)とおいて、 ガードインターバルになるべき前記離散フーリエ逆変換
    手段の出力をm個(m<N)としたとき、 前記複素演算手段が、前記離散フーリエ逆変換手段の入
    力の複素周波数軸上の値にβk=γkexpj2πk(N−
    m)、ただしjは虚数単位、に略等しい複素数を乗ずる
    ことを特徴とする請求項3に記載のガードインターバル
    挿入式直交周波数分割多重変調方式。
  5. 【請求項5】 N点離散フーリエ逆変換器を用い、有効
    シンボルの前にガードインターバルが挿入された変調信
    号を発生させる直交周波数分割多重変調装置において、 前記N点離散フーリエ逆変換器の入力のキャリア番号k
    の複素周波数軸上の値に係数を乗じ、前記N点離散フー
    リエ逆変換器の出力の時間軸上の値を遅延させる複素演
    算回路を有し、 前記複素演算回路の係数が、 各キャリア番号kを前記N点離散フーリエ逆変換の直流
    分入力を0として、0からN−1までとし、 ガードインターバルになるべき前記N点離散フーリエ逆
    変換器の出力をm個(m<N)としたとき、 αk=expj2πk(N−m)ただしjは虚数単位 に略等しい複素数であることを特徴とするガードインタ
    ーバル挿入式直交周波数分割多重変調装置。
  6. 【請求項6】 N点離散フーリエ逆変換器を用い、有効
    シンボルの前にガードインターバルが挿入された変調信
    号を発生させる直交周波数分割多重変調装置において、 前記N点離散フーリエ逆変換器の入力のキャリア番号k
    の複素周波数軸上の値に係数を乗じ、前記N点離散フー
    リエ逆変換器の出力の時間軸上の値を遅延させ、且つ、
    ディジタル/アナログ変換する際の周波数軸上の高域劣
    化を補償する複素演算回路を有し、 前記複素演算回路の係数が、 各キャリア番号kを前記N点離散フーリエ逆変換器の直
    流分入力を0として、0からN−1までとし、各キャリ
    ア番号kに対し、k≦N/2のときxk=πk/N、k≧
    N/2+1のときxk=π(N−k)/Nとし、γ0=1、γ
    k=xk/sinxk(k≠0)とおいて、 ガードインターバルになるべき前記N点離散フーリエ逆
    変換器の出力をm個(m<N)としたとき、 βk=γkexpj2πk(N−m)ただしjは虚数単位 に略等しい複素数であることを特徴とする、高域劣化補
    償ガードインターバル挿入式直交周波数分割多重変調装
    置。
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