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発明の名称 位相誤差補正方法および装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2003−32314(P2003−32314A)
公開日 平成15年1月31日(2003.1.31)
出願番号 特願2001−218210(P2001−218210)
出願日 平成13年7月18日(2001.7.18)
代理人 【識別番号】100083194
【弁理士】
【氏名又は名称】長尾 常明
【テーマコード(参考)】
5K004
5K022
【Fターム(参考)】
5K004 AA08 JD06 JG01 JH04 
5K022 DD01 DD32
発明者 下村 明広
要約 課題
受信信号のIチャネル成分とQチャネル成分の直交性を補正する。

解決手段
受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分をそれぞれ一定期間積分しその積分値を自乗して加算した値と、正規プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分をそれぞれ一定期間積分しその積分値を自乗して加算した値とを比較して前記受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分の直交性を推定し、前記受信プリアンブル信号の自己相関をとることにより送信装置と受信装置間のローカル周波数誤差を推定し、該ローカル周波数誤差推定の結果と前記直交性推定の結果に基づき、前記受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分の位相を調整する。
特許請求の範囲
【請求項1】受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分をそれぞれ一定期間積分しその積分値を自乗して加算した値と、正規プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分をそれぞれ一定期間積分しその積分値を自乗して加算した値とを比較して前記受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分の直交性を推定し、該推定結果に基づいて前記受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分の位相を調整することを特徴とする位相誤差補正方法。
【請求項2】受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分をそれぞれ一定期間積分しその積分値を自乗して加算した値と、正規プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分をそれぞれ一定期間積分しその積分値を自乗して加算した値とを比較して前記受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分の直交性を推定し、前記受信プリアンブル信号の自己相関をとることにより送信装置と受信装置間のローカル周波数誤差を推定し、該ローカル周波数誤差推定の結果と前記直交性推定の結果に基づき、前記受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分の位相を調整することを特徴とする位相誤差補正方法。
【請求項3】請求項1又は2において、前記位相調整された受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分をフィードバックして再度前記直交性を推定して前記位相調整を行うことを特徴とする位相誤差補正方法。
【請求項4】受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分をそれぞれ一定期間積分しその積分値を自乗して加算した値と、正規プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分をそれぞれ一定期間積分しその積分値を自乗して加算した値とを比較することにより、前記受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分の直交性を推定する直交性推定部と、該直交性推定部で得られた推定値に基づき、前記受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分の位相を調整する位相回転部と、を具備することを特徴とする位相誤差補正装置。
【請求項5】請求項4において、前記直交性推定部で得られた推定値に基づき前記位相回転部における位相調整の量を設定する補正値を格納した補正値メモリを具備することを特徴とする位相誤差補正装置。
【請求項6】請求項4において、前記受信プリアンブル信号の自己相関をとることにより送信装置と受信装置間のローカル周波数誤差を推定する周波数誤差推定部を具備し、前記位相回転部は、前記直交性推定部で得られた推定値と前記周波数誤差推定部で得られた推定値とに基づき、前記受信プリアンブル信号のIチャネル成分のとQチャネル成分の位相を調整することを特徴とする位相誤差補正装置。
【請求項7】請求項6において、前記直交性推定部で得られた推定値と前記周波数誤差推定部で得られた推定値に基づき前記位相回転部における位相調整の量を設定する補正値を格納した補正メモリを具備することを特徴とする位相誤差補正装置。
【請求項8】請求項4乃至7のいずれか1つにおいて、前記位相回転部で位相調整された前記受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分を前記直交性推定部に再度入力させて再度直交性推定および前記位相調整を行わせるフィードバック手段を設けたことを特徴とする位相誤差補正装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、OFDM等の無線受信信号の位相誤差補正方法および装置に係り、特に受信装置での直交復調器における位相誤差および送信装置と受信装置間のローカル周波数誤差による位相誤差に基づく通信品質の劣化を防止する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】OFDM受信装置は、図3に示すように、アンテナ1で受信したOFDM信号を高周波部2においてローカル周波数信号によりIF信号にダウンコンバートしあるいは帯域制限だけ行い、直交復調器(直交検波器)3でIチャネル成分(同相成分)とQチャネル成分(直交成分)に振り分け、さらにその両チャネル成分をA/D変換器4でディジタル信号に各々変換してから、復調部5において離散フーリエ変換によりサブキャリアを取り出しデマッピングしてデータを復調するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このようなOFDM受信装置において、Iチャネル成分とQチャネル成分の直交性(位相差90度の確保性)は、直交復調器3に精度の高いものを使用することで保証できるが、OFDM信号は広帯域であるので、その帯域内の全ての周波数に対して90度の位相差をもつIチャネル成分とQチャネル成分を得る直交復調器を実現することは困難であった。そこで、A/D変換器4を直交復調器3の後段から前段に移すことにより、このA/D変換器4によりOFDM信号帯域の4倍以上のクロックを用いてOFDM信号をサンプリングし、そのサンプリングして得た信号を直交復調器3で交互にIチャネルとQチャネルに割り当てることで誤差のない直交復調を行うことも可能であるが、上記のようにOFDM信号は広帯域となるので、帯域の4倍以上のクロックで動作可能なA/D変換器を実現することは困難であった。このように、直交復調器3を高周波部2の直後に挿入しても、またA/D変換器4を高周波部2の直後に挿入しても、直交誤差を無くすことは困難であった。
【0004】また、送信装置と受信装置間のローカル周波数誤差(送信装置と受信装置の高周波部2の周波数変換用のローカル発振器の相互間の周波数誤差、および送信装置の直交変調器と受信装置の直交復調器のローカル発振器の相互間の周波数誤差)は、受信プリアンブル信号を利用してその誤差を推定し補正することができるが、上記のようにIチャネル成分とQチャネル成分の位相差が90度からずれているときは、上記周波数誤差を正しく補正することができなかった。
【0005】本発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、その目的は、直交復調器による位相誤差とローカル周波数誤差が含まれている信号に対して精度高く位相誤差を補正できるようにした位相誤差補正方法および装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分をそれぞれ一定期間積分しその積分値を自乗して加算した値と、正規プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分をそれぞれ一定期間積分しその積分値を自乗して加算した値とを比較して前記受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分の直交性を推定し、該推定結果に基づいて前記受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分の位相を調整することを特徴とする位相誤差補正方法とした。
【0007】請求項2の発明は、受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分をそれぞれ一定期間積分しその積分値を自乗して加算した値と、正規プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分をそれぞれ一定期間積分しその積分値を自乗して加算した値とを比較して前記受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分の直交性を推定し、前記受信プリアンブル信号の自己相関をとることにより送信装置と受信装置間のローカル周波数誤差を推定し、該ローカル周波数誤差推定の結果と前記直交性推定の結果に基づき、前記受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分の位相を調整することを特徴とする位相誤差補正方法とした。
【0008】請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、前記位相調整された受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分をフィードバックして再度前記直交性を推定して前記位相調整を行うことを特徴とする位相誤差補正方法とした。
【0009】請求項4の発明は、受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分をそれぞれ一定期間積分しその積分値を自乗して加算した値と、正規プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分をそれぞれ一定期間積分しその積分値を自乗して加算した値とを比較することにより、前記受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分の直交性を推定する直交性推定部と、該直交性推定部で得られた推定値に基づき、前記受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分の位相を調整する位相回転部と、を具備することを特徴とする位相誤差補正装置とした。
【0010】請求項5の発明は、請求項4の発明において、前記直交性推定部で得られた推定値に基づき前記位相回転部における位相調整の量を設定する補正値を格納した補正値メモリを具備することを特徴とする位相誤差補正装置とした。
【0011】請求項6の発明は、請求項4の発明において、前記受信プリアンブル信号の自己相関をとることにより送信装置と受信装置間のローカル周波数誤差を推定する周波数誤差推定部を具備し、前記位相回転部は、前記直交性推定部で得られた推定値と前記周波数誤差推定部で得られた推定値とに基づき、前記受信プリアンブル信号のIチャネル成分のとQチャネル成分の位相を調整することを特徴とする位相誤差補正装置とした。
【0012】請求項7の発明は、請求項6の発明において、前記直交性推定部で得られた推定値と前記周波数誤差推定部で得られた推定値に基づき前記位相回転部における位相調整の量を設定する補正値を格納した補正メモリを具備することを特徴とする位相誤差補正装置とした。
【0013】請求項8の発明は、請求項4乃至7のいずれか1つの発明において、前記位相回転部で位相調整された前記受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分を前記直交性推定部に再度入力させて再度直交性推定および前記位相調整を行わせるフィードバック手段を設けたことを特徴とする位相誤差補正装置とした。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は本発明の1つの実施形態のOFDM受信装置のブロック図である。図1において、1はアンテナ、2は受信信号をローカル周波数信号によりIF信号にダウンコンバートし又は帯域制限を行う高周波部、3は受信信号をIチャネル成分とQチャネル成分に振り分ける直交復調器(直交検波器)、4はIチャネル成分とQチャネル成分のアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器、5は離散フーリエ変換によりOFDM受信信号からサブキャリアを取り出しさらにデマッピングによりサブキャリアに乗せられているデータを取り出す復調部であり、以上は図3に示したものと同じである。
【0015】本実施形態はこれらに加えて、Iチャネル成分とQチャネル成分の直交性がどの程度か(両チャネル成分の位相差が90度からどの程度ずれているか)を推定する直交性推定部6、送信装置と受信装置間のローカル周波数誤差を推定する周波数誤差推定部7、得られた補正値に基づいてIチャネル成分とQチャネル成分の位相を調整する位相回転部8を設けた。9は正規プリアンブルを格納したROM等のプリアンブルメモリ、10はシミュレーションにより得られた位相補正値を格納したROM等の補正値メモリである。
【0016】さて、OFDM信号のサブキャリアはそれぞれQAM或いはPSK変調されていることから、ここでは例として図2に64QAMの信号点配置図を示す。図2において、黒点は正常な信号点配置を示し、点線の白点はローカル周波数の初期位相誤差0.05[rad]と直交復調器3による位相誤差0.05[rad]が含まれた信号点配置を示す。さらに、送信装置と受信装置間にローカル周波数誤差fcがある場合は、A/D変換器4でのサンプリング周期をTs[sec]とすると、2πfcTs[rad]だけ位相がずれる。
【0017】Iチャネル成分およびQチャネル成分は、A/D変換器4によりディジタル信号に変換され、直交推定部6に取り込まれる。この直交推定部6では、受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分をそれぞれ一定期間積分しその各積分値を自乗して加算した値と、プリアンブルメモリ9から読み出した正規プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分をそれぞれ積分しその各積分値を自乗して加算した値とを比較することにより、後記する第1の推定値D1を得る。
【0018】周波数誤差推定部7では、受信プリアンブル信号の連続性を利用して自己相関を求めることにより周波数誤差による位相誤差を推定し、後記する第2の推定値D2を得る。自己相関は受信プリアンブル信号を1シンボル分遅延した信号とそれに続く次の受信プリアンブル信号の相関を検出することにより得る。この第2の推定値D2には、ローカル周波数誤差による位相誤差の他に、直交復調器3の位相誤差によるものも含まれる。
【0019】補正値メモリ10には、以上のようにして得られた推定値D1,D2をアドレスとする補正値P1,P2が、予め推定値D1,D2による位相調整量をシミュレーションした結果に応じて格納されている。よって、位相回転部8では、そこに入力した受信プリアンブル信号のIチャネル成分とQチャネル成分の各々の軸が直交性を持つように、その補正値P1,P2によって位相が調整され、その調整量が保持される。
【0020】また、ここで位相調整されたIチャネル成分とQチャネル成分は、直交性推定部6にフィードバックされる。すなわち、直交性推定部6では、当初は受信プリアンブル信号とプリアンブルメモリ9から読み出した正規プリアンブルとで直交性を推定して推定値D1を得るが、その後は位相回転部8からフィードバックされたプリアンブル信号とプリアンブルメモリ9から読み出した正規プリアンブルとで直交性を推定して推定値D1を得る動作に切り替わる。また、周波数誤差推定部7も同様である。
【0021】よって、このフィードバック動作が繰り返されると、位相回転部8で徐々に正確な直交性をもつよう補正され、位相回転部8は最終的に受信プリアンブルのIチャネル成分およびQチャネル成分が正規の直交性をもつ位相調整量にセットされる。以上の動作はプリアンブルのシンボル受信中以外でも行われることがあり、このときは入力するデータは図示しないメモリ等に一時退避される。そして、最終的に設定された位相調整量により、後に続くデータのIチャネル成分およびQチャネル成分の位相が直交性を持つよう調整され、次の復調部5に送られる。
【0022】上記推定値D1,D2は次の式(1)、(2)により得られ、また上記補正値P1,P2によるIチャネル成分、Qチャネル成分の位相調整後の信号Ai(nTs),Aq(nTs)は式(3)により得られる。これら式(1)〜(3)において、n :整数Ts :A/D変換器4におけるサンプリング周期Tp :プリアンブル周期Np :プリアンブル信号の数Si(nTs):受信プリアンブル信号のIチャネル成分Sq(nTs):受信プリアンブル信号のQチャネル成分I(nTs) :メモリ10に格納されているプリアンブル信号のIチャネル成分Q(nTs) :メモリ10に格納されているプリアンブル信号のQチャネル成分である。
【0023】
【数1】

【0024】なお、以上では本発明の効果が特に顕著に現れるODFM信号を扱う場合について説明したが、直交復調器を有し、また送信装置と受信装置間にローカル周波数誤差があるような受信装置ならば、他の受信装置であっても同様に適用できることは勿論である。
【0025】
【発明の効果】以上から本発明によれば、直交復調器による位相誤差、さらにはローカル周波数誤差が含まれた信号に対して、精度高く位相誤差を補正することが可能となり、特にOFDMのような広帯域を扱う装置に好適である。




 

 


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