JP3041171B2 - Ofdm受信同期回路 - Google Patents
Ofdm受信同期回路Info
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Description
レビジョンデータをOFDM(直交周波数分割多重)変
調して伝送するデジタル伝送システムの受信装置に係
り、特に受信データに基づいて送信側との正確なクロッ
ク同期をとり得るようにしたOFDM受信同期回路に関
する。
献(NHK発行VIEW誌1993年5月号第1頁〜第
6頁)に説明されているように、デジタル伝送システム
において特に問題となっているところの、伝送路におけ
るマルチパス歪の影響を受けにくいデジタル変調方式と
して注目されている。
複数の搬送波の位相を直交させたものであり、各搬送波
に対応する変調波のスペクトルは重なりあっているが、
直交条件が満足されるように重なりあっているため、受
信側で完全に分離することが可能である。
ける符号間干渉のないナイキスト条件と同じである。符
号間干渉は、ナイキスト条件が満たされれば、各パルス
の応答波形は互いに重なりあっているものの、適切な標
本化タイミングで信号を抽出することにより完全にパル
ス間で干渉のない受信が可能となる。
のが、OFDM変調方式である。このため、従来の周波
数分割多重のように、各変調波の間にスペクトル重なり
を防ぐためのガード帯域が必要なくなり、高い周波数利
用効率が達成される。
用するが、これらは直交関係になければならない。これ
を実現するため、OFDMの変復調回路には、フーリエ
変換回路が用いられる。このフーリエ変換回路は、一般
にデジタル信号処理によるFFT(高速離散フーリエ変
換)回路で実現することができ、搬送波の数はほぼ任意
に設定可能である。すなわち、数100から数1000
の搬送波を利用することが可能である。
タルデータのレートは、数100分の1から数1000
分の1になり、各搬送波は、非常に低速なレートで変調
される。よって、各搬送波毎にみれば、変調シンボルレ
ートが非常に低くなり、シンボル期間は長くなる。この
ため、通常のマルチパスは、ほとんど近接したマルチパ
スとみなすことができ、マルチパスの影響を大幅に軽減
することができる。
影響を完全に除去するために、シンボル期間の一部にガ
ード期間を用意する手法が知られている。ガード期間
は、有効シンボル内の信号波形の一部をそのまま複写し
たものである。
して前シンボルが次のシンボルに干渉するような場合で
も、マルチパスの遅延時間がガード期間内であるときに
は、つまり自分自身が複写された信号しか漏れ込まない
ときには、原理的に符号間干渉とはならない。
受信信号となるため、マルチパス妨害の大きさ(一般に
D/Uと呼ばれる)に依存して各搬送波の変調シンボル
の位相及び振幅がずれる。このため、一定期間毎に、既
知の位相及び振幅を有する基準信号を、予め伝送してお
く必要がある。
るが、FFTは上記ガード期間を除いた(ガード期間が
なければ1シンボル期間は全て有効シンボル期間とな
る)有効シンボル期間の1シンボル期間のみを規定のク
ロックで正確に取り込み、フーリエ変換演算することで
各搬送波の位相及び振幅情報を得る必要がある。すなわ
ち、これが復調動作となる。
ができないと、上記各搬送波の直交性が満たされないこ
とになり、各搬送波間に干渉を生じてデジタル情報の正
常な復調が不可能となる。従来のOFDM復調回路は、
受信側における有効シンボル期間の検出を特別な基準シ
ンボルの伝送により行なっている。
て無変調シンボル、つまり信号が存在していないシンボ
ルを伝送する例を示している。このような無変調シンボ
ルが周期的に伝送されると、受信側では、図10に示す
ように、入力端子11に供給された検波出力から、変調
波のエンベロープ検出回路12を用いて、そのエンベロ
ープ成分を検出する。そして、エンベロープ検出回路1
2の出力が、判定回路13によって基準レベルとレベル
比較されることにより、無信号つまりゼロキャリアが検
出され、この検出期間が1シンボル期間となる。
安定なクロックで動作するタイミング回路14をリセッ
トする。そして、次の基準シンボルが伝送されるまで
は、このタイミング回路14から出力される信号が、検
波出力からガード期間を除去して有効シンボル期間のデ
ータのみを抽出するためのゲート信号として、出力端子
15を介して取り出される。
期的に伝送して、受信側のFFTに供給するための有効
シンボルを抽出するタイミングを得る手法は、劣悪な受
信状態において有効な手法ではあるが、基準シンボルを
伝送するためにその分だけ情報を伝送することができな
くなり、短い周期で基準シンボルを伝送すると情報の伝
送効率が低下するという不都合がある。
と、雑音によりエンベロープ検出に誤動作があった場
合、長期間に渡って正常なFFT復調が不可能になると
いった問題が生じる。もともとOFDMの1シンボル期
間は、入力デジタルデータを数100から数1000に
シリアル/パラレル展開して、各パラレル出力で各搬送
波を変調するため、1シンボル期間は単一搬送波変調に
比べて数100から数1000倍長くなっている。
準シンボルが、比較的頻繁に伝送されるとしても、この
基準シンボルが伝送される時間間隔は非常に長いものと
なって、1度のエンベロープ検出の誤動作の影響が長時
間続くことになる。
度が低い場合には、周期的に伝送される基準シンボル相
互間で、タイミング回路14で設定されるから有効シン
ボル期間タイミングが徐々にずれるという問題も発生す
る。高い精度のクロック発振源は、高価であるばかりで
なく、移動体での受信を考慮するとドップラー効果によ
るクロック周波数のシフトも同様の問題を生じる。この
結果、基準シンボルの直前では、正確なFFT復調がで
きなくなり、デジタルデータの伝送誤り率が劣化すると
いう問題もある。
ンボルを周期的に伝送することで受信側の有効シンボル
期間タイミングを得る従来の手段では、基準シンボルを
伝送する分だけ情報を伝送することができず伝送効率が
低下するとともに、送信側との正確なクロック同期をと
ることが困難であるという問題を有している。
されたもので、特別な基準シンボルを伝送せずに情報の
伝送効率を高め、しかも容易に送信側との正確なクロッ
ク同期をとることが可能である極めて良好なOFDM受
信同期回路を提供することを目的とする。
受信同期回路は、有効シンボル期間の一部に該有効シン
ボル期間の信号の一部が複写されたガード期間を有する
OFDM変調信号から、有効シンボル期間の信号を取り
込むための同期信号を生成するものを対象としている。
そして、OFDM変調信号をガード期間の信号が複写さ
れたもとの波形と一致するタイミングまで遅延させる遅
延手段と、この遅延手段から出力されるOFDM変調信
号と遅延手段によって遅延されないOFDM変調信号と
の相関を求める相関演算手段と、この相関演算手段の出
力に基づいて有効シンボル期間に対応したタイミング信
号を生成する同期生成手段とを備えるようにしている。
路は、有効シンボル期間の一部に該有効シンボル期間の
信号の一部が複写されたガード期間を有し、所定位置に
有効シンボル期間検出用の基準シンボルが周期的に挿入
されたOFDM変調信号から、有効シンボル期間の信号
を取り込むための同期信号を生成するものを対象として
いる。そして、OFDM変調信号をガード期間の信号が
複写されたもとの波形と一致するタイミングまで遅延さ
せる遅延手段と、この遅延手段から出力されるOFDM
変調信号と遅延手段によって遅延されないOFDM変調
信号との相関を求める相関演算手段と、OFDM変調信
号から基準シンボルを検出する検出手段と、この検出手
段の出力及び相関演算手段の出力に基づいて有効シンボ
ル期間に対応したタイミング信号を生成する同期生成手
段とを備えるようにしている。
が複写されたもとの波形と一致するタイミングまで遅延
させたOFDM変調信号と、遅延されないOFDM変調
信号との相関に基づいて有効シンボル期間に対応したタ
イミング信号を生成するようにしたので、従来のように
特別な基準シンボルを伝送する必要がなくなり、情報の
伝送効率を高めることができる。また、基準シンボルが
伝送されている場合には、OFDM変調信号から基準シ
ンボルを検出した出力と相関とに基づいて有効シンボル
期間に対応したタイミング信号を生成することにより、
相関によるタイミング検出の性能を補強することができ
る。
照して詳細に説明する。図1は、OFDM復調システム
の全体的な構成を示している。すなわち、入力端子16
に供給されたIF(中間周波)帯域の変調信号は、BP
F(帯域通過フィルタ)17により帯域外雑音が除去さ
れた後、混合回路18,19よりなる直交検波回路によ
って、局部発振回路20から出力される局部発振信号と
該局部発振信号を90°移相回路21で90°移相した
信号とそれぞれ混合されることにより、ベースバンド帯
に変換される。
LPF(低域通過フィルタ)22,23により高調波成
分が除去された後、クロック発振回路24から出力され
るクロックに基づいて駆動されるA/D(アナログ/デ
ジタル)変換回路25,26によってデジタルデータに
変換される。A/D変換回路25,26の出力データは
複素デジタルデータであり、A/D変換回路26の出力
データが同相軸検波成分(実数部)Iであり、A/D変
換回路25の出力データが直交軸検波成分(虚数部)Q
である。
ータI,Qは、ガード期間除去回路27に供給されて有
効シンボル期間のデータのみが取り出されて、S/P
(シリアル/パラレル)変換回路28に供給される。こ
のS/P変換回路28は、有効シンボル期間でサンプリ
ングされたデータを全てパラレル化している。この場
合、有効シンボル期間のデータ数は、一般にOFDM変
調における搬送波数に一致するように、A/D変換され
ている。
ータは、FTT回路29に供給されて、クロック発振回
路24から出力されるクロックに基づいて高速離散フー
リエ変換され、各搬送波の位相及び振幅が出力される。
FTT回路29の出力は、P/S(パラレル/シリア
ル)変換回路30によりシリアルなデータ系列に変換さ
れた後、シンボル識別回路31により位相及び振幅が識
別され、ここに、伝送された情報が復調される。
された複素デジタルデータは、その実数部I及び虚数部
Qのいずれか一方または両方(図示の場合は実数部I)
が、シンボル同期回路32に供給されて同期検出に供さ
れる。すなわち、A/D変換回路26から出力された複
素デジタルデータの実数部Iは、シフトレジスタ等で構
成される遅延回路33により後述する規定時間だけ遅延
された後、相関回路34により遅延されたデータと遅延
されていないデータとの相関が求められる。
ライホイールタイミング回路35により2値化される。
フライホイールタイミング回路35は、前記タイミング
回路14を内蔵しており、2値化された相関係数に基づ
いてタイミング回路14がリセットされる。タイミング
回路14は、一度リセットされると以降はリセットしな
くても周期的に必要なガード期間または有効シンボル期
間のタイミングを示す信号を出力し続けることができ
る。これは、フライホイール機能としての周知の技術で
あり、簡単なカウンタ回路で実現することができる。
回路35から発生されたタイミング信号は、ガード期間
除去回路27に供給されて有効シンボル期間のデータの
みを抽出するのに用いられる。このため、FFT回路2
9では、有効シンボル期間のデータのみで演算を行ない
正確な復調を行なうことができる。
め図である。まず、図2は、ここで前提としているOF
DM変調波形(1シンボル期間TS )を示している。O
FDM変調波形には、周期的にガード期間TG が挿入さ
れており、これは有効シンボル期間TS'の波形の一部の
複写である。また、図3は、相関演算によるシンボルタ
イミング検出の動作原理を示している。
路26から出力された複素デジタルデータの実数部I
は、遅延回路33により同図(b)に示すようにTS'だ
け遅延される。これにより、本来ガード期間の信号が複
写されたもとの波形と一致するタイミングとなる。この
ため、相関回路34により、遅延されたデータと遅延さ
れていないデータとの相関を求めると、図3(c)に示
すように、周期的に大きな相関係数が得られる。
ボルの境界のタイミングとなり、この位置を基準にフラ
イホイールタイミング回路35は、図3(d)に示すよ
うに復調動作に必要なタイミング信号を発生することに
なる。フライホイールタイミング回路35は、前述した
ようにフライホイール特性を持たせてあるので、十分に
高いスレッショルドで相関係数を2値化するようにすれ
ば、雑音や信号のランダム性により生じる疑似的な相関
のピークを除去することができる。この点に加えて、一
般的な同期保護技術(前方保護及び後方保護)を応用す
ることも可能である。
れば、有効シンボル期間のデータの一部が複写されたガ
ード期間を有するOFDM変調信号を、ガード期間の信
号が複写されたもとの波形と一致するタイミングまで遅
延させ、遅延されたデータと遅延されていないデータと
の相関を求め、この相関係数の大きさに基づいて有効シ
ンボル期間タイミングを検出するようにしたので、従来
のように特別な基準シンボルを伝送する必要がなくな
り、情報の伝送効率を高めることができる。
イミング回路35から出力されるタイミング信号を用い
て、A/D変換やFFT演算用等に使用されるクロック
の周波数制御を行なっている。すなわち、クロック制御
回路36に、フライホイールタイミング回路35から出
力されるタイミング信号と、相関回路34から出力され
る相関係数とを供給することにより両者の誤差を求め
る。そして、この誤差信号を平滑用のLPF37を介し
てD/A(デジタル/アナログ)変換回路38でアナロ
グ化した信号で、クロック発振回路24の発振周波数を
制御している。このようなクロック制御フィードバック
を施すことにより、送信側と受信側との動作クロックを
完全に一致させることができる。
期回路32の変形例を示している。まず、図4におい
て、入力端子39に供給された複素デジタルデータの実
数部Iまたは虚数部Qは、ゲート回路40を介して遅延
回路41で遅延された後、乗算回路42により遅延され
ていないデータと乗算されることで相関係数が求められ
る。この相関係数は、LPF43により図中に示すよう
にピーク値のわかりやすい波形に変換され、判定回路4
4で2値化されて、タイミング回路45のリセットに用
いられる。
ング信号は、出力端子46を介して前記ガード期間除去
回路27に送出されるとともに、ゲート回路40に供給
されて相関を求めるのに必要な期間に対応する時間幅τ
の期間のみゲートを開放するように制御している。この
ため、相関を求めるのに必要な期間以外での疑似相関ピ
ークが除去されて、同期保護特性が得られるようにな
る。
ックと完全に一致していないときには、ゲート回路40
のゲート開放期間がガード期間から外れる可能性がある
が、これは判定回路44の出力に相関検出ピークが得ら
れなくなることで検出することができる。このとき、タ
イミング回路45は、ゲート回路40に与えるタイミン
グ信号の発生位置を徐々にずらせるように制御する。こ
のタイミング信号の発生位置を徐々にずらせてゆく手法
は、ハンティングとして周知の技術であり、容易に実現
することができる。
路47で微分することにより、図4に示したものに比し
てより厳密に相関ピークのタイミングを判別できるよう
にしたもので、さらに、微分された信号と微分されてい
ない信号との論理積をアンド回路48でとることによ
り、なるべく狭いパルス幅の、つまりより正確なタイミ
ング回路45のためのリセット信号を得るようにしたも
のである。
ている。図6において、入力端子49に供給された複素
デジタルデータの実数部Iまたは虚数部Qは、シフトレ
ジスタ50によってTS'だけ遅延された後、直列接続さ
れた複数のラッチ回路511,512,513,……,
51nに供給されて、タップ係数が抽出される。また、
入力端子49に供給された信号は、そのまま直列接続さ
れた複数のラッチ回路521,522,523,……,
52nに供給されてタップ係数が抽出される。
乗算回路530によって乗算されるとともに、各ラッチ
回路511,512,513,……,51nの出力と、
各ラッチ回路521,522,523,……,52nの
出力とが、それぞれ乗算回路531,532,……,5
3nよって乗算される。そして、各乗算回路530,5
31,532,……,53nの出力が、加算回路54
1,542,……,54nによって加算されることで相
関演算が実行される。そして、全加算出力がタイミング
回路55にリセット信号として与えられる。なお、タイ
ミング回路55の出力は、出力端子56を介してガード
期間除去回路27に送出される。
から出力された複素デジタルデータの実数部I及び虚数
部Qの両方を同時に使用する、シンボル同期回路32の
例を示している。すなわち、A/D変換回路26,25
から出力された複素デジタルデータの実数部I及び虚数
部Qは、それぞれ出力端子57,58を介して前記ガー
ド期間除去回路27に供給されるとともに、シフトレジ
スタ59,60によって前記TS'だけ遅延された後、相
関回路61,62に供給されることにより、遅延前の信
号との相関が求められる。
理積をアンド回路63でとることにより、雑音及び信号
のランダム性により生じる疑似的な相関のピークが効果
的に除去され、その出力がタイミング回路64にリセッ
ト信号として与えられる。なお、タイミング回路64の
出力は、出力端子65を介してガード期間除去回路27
に送出される。
している。すなわち、これは、基準シンボルとしてヌル
シンボル(または無変調シンボル)が送られている場
合、これをヌルシンボル検出回路66で検出する。この
ヌルシンボル検出回路66は、図10に示したエンベロ
ープ検出回路12及び判定回路13と同様な構成となっ
ており、その検出結果はフライホイールタイミング回路
35に供給されている。この場合、フライホイールタイ
ミング回路35には、相関回路34の出力とヌルシンボ
ル検出回路66の出力とが両方供給されることになる
が、両出力の論理和をとってリセット信号としている。
出回路66の検出結果は、動作初期の同期引き込みや、
非常に大きなマルチパス妨害があるときの補助的なタイ
ミング同期のために有効であり、相関演算によるタイミ
ング検出の性能を補強するのに供される。なお、この発
明は上記各実施例に限定されるものではなく、この外そ
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが
できる。
特別な基準シンボルを伝送せずに情報の伝送効率を高
め、しかも容易に送信側との正確なクロック同期をとる
ことが可能である極めて良好なOFDM受信同期回路を
提供することができる。
例を示すブロック構成図。
示す図。
タイミング図。
構成図。
ック構成図。
すブロック構成図。
すブロック構成図。
一例を示す図。
構成図。
判定回路、14…タイミング回路、15…出力端子、1
6…入力端子、17…BPF、18,19…混合回路、
20…局部発振回路、21…90°移相回路、22,2
3…LPF、24…クロック発振回路、25,26…A
/D変換回路、27…ガード期間除去回路、28…S/
P変換回路、29…FFT回路、30…P/S変換回
路、31…シンボル識別回路、32…シンボル同期回
路、33…遅延回路、34…相関回路、35…フライホ
イールタイミング回路、36…クロック制御回路、37
…LPF、38…D/A変換回路、39…入力端子、4
0…ゲート回路、41…遅延回路、42…乗算回路、4
3…LPF、44…判定回路、45…タイミング回路、
46…出力端子、47…微分回路、48…アンド回路、
49…入力端子、50…シフトレジスタ、511〜51
n…ラッチ回路、521〜52n…ラッチ回路、530
〜53n…乗算回路、541〜54n…加算回路、55
…タイミング回路、56〜58…出力端子、59,60
…シフトレジスタ、61,62…相関回路、63…アン
ド回路、64…タイミング回路、65…出力端子、66
…ヌルシンボル検出回路。
Claims (2)
- 【請求項1】 有効シンボル期間の一部に該有効シンボ
ル期間の信号の一部が複写されたガード期間を有するO
FDM変調信号から、前記有効シンボル期間の信号を取
り込むための同期信号を生成するOFDM受信同期回路
において、前記OFDM変調信号を前記ガード期間の信
号が複写されたもとの波形と一致するタイミングまで遅
延させる遅延手段と、この遅延手段から出力されるOF
DM変調信号と前記遅延手段によって遅延されないOF
DM変調信号との相関を求める相関演算手段と、この相
関演算手段の出力に基づいて前記有効シンボル期間に対
応したタイミング信号を生成する同期生成手段とを具備
してなることを特徴とするOFDM受信同期回路。 - 【請求項2】 有効シンボル期間の一部に該有効シンボ
ル期間の信号の一部が複写されたガード期間を有し、所
定位置に前記有効シンボル期間検出用の基準シンボルが
周期的に挿入されたOFDM変調信号から、前記有効シ
ンボル期間の信号を取り込むための同期信号を生成する
OFDM受信同期回路において、前記OFDM変調信号
を前記ガード期間の信号が複写されたもとの波形と一致
するタイミングまで遅延させる遅延手段と、この遅延手
段から出力されるOFDM変調信号と前記遅延手段によ
って遅延されないOFDM変調信号との相関を求める相
関演算手段と、前記OFDM変調信号から前記基準シン
ボルを検出する検出手段と、この検出手段の出力及び前
記相関演算手段の出力に基づいて前記有効シンボル期間
に対応したタイミング信号を生成する同期生成手段とを
具備してなることを特徴とするOFDM受信同期回路。
Priority Applications (1)
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JP5241688A JP3041171B2 (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | Ofdm受信同期回路 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP5241688A JP3041171B2 (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | Ofdm受信同期回路 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP5241688A Expired - Lifetime JP3041171B2 (ja) | 1993-09-28 | 1993-09-28 | Ofdm受信同期回路 |
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Country | Link |
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"OFDMにおけるガード期間を利用した新しい周波数同期方式の検討",テレビジョン学会技術報告,1995年8月24日,Vol.19,No.38,p.13−18 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH0799486A (ja) | 1995-04-11 |
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