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JP2904986B2 - 直交周波数分割多重ディジタル信号送信装置および受信装置 - Google Patents

直交周波数分割多重ディジタル信号送信装置および受信装置

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JP2904986B2
JP2904986B2 JP4017067A JP1706792A JP2904986B2 JP 2904986 B2 JP2904986 B2 JP 2904986B2 JP 4017067 A JP4017067 A JP 4017067A JP 1706792 A JP1706792 A JP 1706792A JP 2904986 B2 JP2904986 B2 JP 2904986B2
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知弘 斉藤
政幸 高田
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  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、互いに直交する多数
の搬送波を用いてディジタル信号を伝送する直交周波数
分割多重(0rthgonal Frequency Division Multiplexin
g:OFDM)ディジタル変調方式を用いる直交周波数分
割多重ディジタル信号送信装置および受信装置に関す
る。
【0002】[発明の概要] この発明は、互いに直交する多数の搬送波を用いてディ
ジタル信号を伝送する直交周波数分割多重ディジタル信
号伝送方式に適用される送信装置および受信装置におい
て、各搬送波を多値変調し、各搬送波の振幅、位相の基
準となるデータを伝送し、それをもとにしてデータを復
調する方式における、振幅・位相基準データの送信装置
および受信装置に関するものである。
【0003】そして、送信装置側では、各搬送波を多値
変調すると共に、複数の伝送シンボルから成るフレーム
の中の決まった位置で各搬送波の振幅・位相基準データ
を周期的に送出し、ある1つの伝送シンボルにおいては
全搬送波の中で一定数の一部の搬送波について振幅・位
相基準データを送出し、ある一定数の伝送シンボルの中
で全搬送波の振幅・位相基準データが1回ずつ送られる
ようにし、さらに1つの搬送波について見ると、複数の
相異なる振幅・位相基準データが順番に送られることと
する。他方、受信装置側では、各搬送波ごとに受信した
振幅・位相基準データを記憶し、これを基準にして送信
データを復元する。これにより、受信装置側において搬
送波再生を行なうことなくデータを受信することを可能
とすると共に、振幅・位相基準データの送出による信号
電力の増加とピーク信号レベルの増加を防ぎ、さらに振
幅・位相基準データが誤った場合の悪影響をすべての搬
送波に分散し、軽減することを可能とする。
【0004】
【従来の技術】従来、直交周波数分割多重ディジタル信
号伝送方式において、振幅・位相基準データをインタリ
ーブした形で送信し、受信側では搬送波の再生なしに基
準データを元に戻し、有効送信データを復調する方式は
知られていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】直交周波数分割多重デ
ィジタル信号伝送方式(OFDM)は、マルチパスに強
い、周波数利用効率が比較的高い、スペクトルが白色ガ
ウス雑音に近く、他のサービスに妨害を与えにくいなど
の多くの特長を有し、特に移動体向けPCM音声放送な
どに適した優れた変調方式であるが、従来の単一キャリ
アのディジタル変調方式と比較すると、受信側でキャリ
ア再生を行なって同期復調することが難しく、音声放送
用として主に検討されてきた各搬送波をQPSK変調す
る方式においては、差動変復調によりデータの送受信を
行なっていた。
【0006】一方、OFDMは近年、ディジタルテレビ
ジョンの伝送方式としても注目されており、この場合、
伝送ビットレートを増やすために各搬送波の変調方式を
16QAMなどの多値変調方式とすることが有望であ
る。しかしながら、16QAMのように信号の位相だけ
でなく振幅方向にも情報を含む場合、受信側でまったく
キャリア再生を行なわずに差動復調によってデータを復
元することは困難である。
【0007】そこで、送信側から各搬送波ごとに振幅と
位相の基準を与えるデータを各伝送フレーム内のある決
まった位置で送信し、受信側では、この基準データをも
とにして有効送信データを復元する方式が考えられる
が、この場合には、次のような問題点が生じる。
【0008】i.すべての搬送波の基準データを同一シ
ンボルで送ると、振幅・位相基準データの平均電力が有
効データの平均電力より大きい場合は、基準データを送
るシンボルの平均電力が有効データを送るシンボルの平
均電力と比べてかなり大きな値となると共に、基準デー
タ伝送用シンボルが誤った場合に長いバースト誤りが発
生する。
【0009】ii.基準データとしてある1つの値のみを
用いると、信号のピークレベルが大きくなり、伝送路の
非線形性の影響を受けやすくなる。
【0010】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みなされたもので、受信側でキャリアの再生なしにデー
タを復元することができる直交周波数分割多重ディジタ
ル信号送信装置および受信装置を提供することを目的と
する。
【0011】
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明の直交周波数分
割多準ディジタル信号送信装置は、互いに直交する多数
の搬送波を用いてディジタル信号を送信する直交周波数
分割多重ディジタル信号変調器、振幅・位相の基準とな
る固定データを記憶する固定基準データメモリ、振幅・
位相基準データの送出位置を記憶する基準データ送出位
置メモリ、伝送シンボル数をカウントする伝送シンボル
数カウンタ、搬送波の番号をカウントする搬送波番号カ
ウンタ、および振幅・位相基準データと有効送信データ
を切り換えるための送信データ切換制御回路を備え、基
準データ送信位置メモリ、伝送シンボル数カウンタ、お
よび搬送波番号カウンタの出力をもとにして送信データ
切換制御回路がデータ切換制御信号を発生し、この制御
信号に基づいて振幅・位相基準データと有効送信データ
を切り換えて送出し、これを直交周波数分割多重ディジ
タル信号変調器により変調して送出するようにしたもの
である。
【0013】またこの発明の直交周波数分割多重ディジ
タル信号受信装置は、直交周波数分割多重ディジタル変
調された受信データを復調する直交周波数分割多重ディ
ジタル信号復調器、振幅・位相の基準となる固定データ
を記憶する固定基準データメモリ、振幅・位相基準デー
タの送出位置を記憶する基準データ送出位置メモリ、伝
送シンボル数をカウントする伝送シンボル数カウンタ、
搬送波の番号をカウントする搬送波番号カウンタ、受信
データを基準データと有効受信データに分離するための
受信データ切換制御回路、受信した振幅・位相基準デー
タを記憶する受信基準データメモリ、および各伝送シン
ボルの各搬送波で送られた元の振幅と位相を計算する振
幅・位相計算論理回路を備え、直交周波数分割多重ディ
ジタル信号復調器によって受信データを復調し、基準デ
ータ送信位置メモリ、伝送シンボル数カウンタ、および
搬送波番号カウンタの出力をもとにして受信データ切換
制御回路がデータ切換制御信号を発生し、この切換制御
信号に基づいて受信データを振幅・位相基準データと有
効受信データに分離し、受信した振幅・位相基準データ
は受信基準データメモリに記憶し、振幅・位相計算論理
回路において有効受信データ、受信基準データ、固定基
準データの3種類の情報から各伝送シンボルの各搬送波
で送られた元の振幅と位相を計算し、送られてきたデー
タを復元するようにしたものである。
【0014】
【作用】この発明の送信装置および受信装置を適用した
直交周波数分割多重ディジタル信号伝送方式では、送信
側が各搬送波を多値変調すると共に、複数の伝送シンボ
ルから成るフレームの中の決まった位置で各搬送波の振
幅・位相基準データを周期的に送出し、ある1つの伝送
シンボルにおいては全搬送波の中で一定数の一部の搬送
波について振幅・位相基準データを送出し、ある一定数
の伝送シンボルの中で全搬送波の振幅・位相基準データ
が1回ずつ送られるようにし、さらに1つの搬送波につ
いて見ると、複数の相異なる振幅・位相基準データが順
番に送られることとし、他方、受信側が各搬送波ごとに
受信した振幅・位相基準データを記憶し、これを基準に
して送信データを復元する。
【0015】こうして、受信側においてキャリア再生を
行なうことなくデータを受信することを可能とすると共
に、振幅・位相基準データの送出による信号電力の増加
とピーク信号レベルの増加を防ぎ、さらに振幅・位相基
準データが誤った場合の悪影響をすべての搬送波に分散
し、軽減することを可能とする。
【0016】またこの発明の直交周波数分割多重ディジ
タル信号送信装置では、基準データ送信位置メモリ、伝
送シンボル数カウンタ、および搬送波番号カウンタの出
力をもとにして送信データ切換制御回路がデータ切換制
御信号を発生し、この制御信号に基づいて振幅・位相基
準データと有効送信データを切り換えて送出し、これを
直交周波数分割多重ディジタル信号変調器により変調し
て送出する。
【0017】またこの発明の直交周波数分割多重ディジ
タル信号受信装置では、直交周波数分割多重ディジタル
信号復調器によって受信データを復調し、基準データ送
信位置メモリ、伝送シンボル数カウンタ、および搬送波
番号カウンタの出力をもとにして受信データ切換制御回
路がデータ切換制御信号を発生し、この切換制御信号に
基づいて受信データを振幅・位相基準データと有効受信
データに分離し、受信した振幅・位相基準データは受信
基準データメモリに記憶し、振幅・位相計算論理回路に
おいて有効受信データ、受信基準データ、固定基準デー
タの3種類の情報から各伝送シンボルの各搬送波で送ら
れた元の振幅と位相を計算し、送られてきたデータを復
元する。
【0018】
【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。
【0019】図1はこの発明の直交周波数分割多重ディ
ジタル信号送信装置の一実施例を示しており、101は
インタリーブマトリクス、102は振幅・位相の基準と
なる固定データを記憶する固定基準データメモリ、10
3は直列/並列変換器、104は逆離散フーリエ変換
(IFFT)による直交周波数分割多重ディジタル信号
変調を行なう変調器、105は並列/直列変換回路、1
06はディジタルアナログ変換を行なうD/A変換回
路、107はローパスフィルタ、108は送信周波数に
変換する周波数変換回路である。
【0020】また、109は振幅・位相基準データと有
効送信データを切り換えるための切換制御信号を出力す
る送信データ切換制御回路であり、インタリーブマトリ
クス101からの信号と固定基準データメモリ102か
らの信号の切換制御を行なう。110は振幅・位相基準
データの送出位置を記憶する基準データ送出位置メモ
リ、111は伝送シンボル数をカウントする伝送シンボ
ル数カウンタ、112は搬送波の番号をカウントする搬
送波番号カウンタである。
【0021】図2はこの発明の直交周波数分割多重ディ
ジタル信号受信装置の一実施例を示しており、201は
受信信号周波数を装置内周波数に変換する周波数変換回
路、202はローパスフィルタ、203はアナログディ
ジタル変換を行なうA/D変換回路、204は直列/並
列変換回路、205は高速フーリエ変換により直交周波
数分割多重ディジタル変調された受信データを復調する
直交周波数分割多重ディジタル信号復調器、206は並
列/直列変換回路である。
【0022】また、207は受信した振幅・位相基準デ
ータを記憶する受信基準データメモリ、208はデイン
タリーブマトリクス、209は各伝送シンボルの各搬送
波で送られた元の振幅と位相を計算する振幅・位相計算
論理回路、210は振幅・位相の基準となる固定データ
を記憶する固定基準データメモリであり、さらに、21
1はフレーム同期シンボル同期再生回路、212は伝送
シンボル数をカウントする伝送シンボル数カウンタ、2
13は搬送波の番号をカウントする搬送波番号カウン
タ、214は受信データを基準データと有効受信データ
に分離するための受信データ切換制御回路、215は振
幅・位相基準データの送出位置を記憶する基準データ送
出位置メモリである。
【0023】次に、上記の送信装置および受信装置を備
えた直交周波数分割多重ディジタル信号伝送方式の伝送
動作について説明する。
【0024】図1の送信装置において、有効送信データ
はまず、インタリーブマトリクス101によってインタ
リーブを施され、この後、後述する切換制御信号により
固定基準データメモリ102に記憶された振幅・位相基
準データと切り換えられながら直列/並列変換回路10
3に入力される。
【0025】直列/並列変換回路103は、1伝送シン
ボルで送られるビット数ごとにデータを並列に変換す
る。そして、変換後のデータは直交周波数分割多重ディ
ジタル信号(OFDM)変調器104に入力される。
【0026】このOFDM変調器104では、逆離散フ
ーリエ変換(IFFT)によりベースバンドの時間軸波
形が生成され、これが並列/直列変換回路105に入力
される。
【0027】このOFDM変調器104における信号処
理の概要を図3に基づいて説明する。OFDM変調器に
おける一般的な信号処理の内容は、例えば、「Le Floch
etal, "Digital Sound Broadcasting to Mobile Recei
vers", IEEE Transactionson Consumer Electronics, V
ol.35, Number 3, August 1989, pp.493-503」に示され
ている。
【0028】図3に示す例では搬送波数448、IFF
Tポイント数1024の場合であり、送信データは図3
(a)に示すように周波数軸上の複素データの形で変調
器に入力され、IFFTによって同図(b)に示すよう
なベースバンド時間軸波形が生成される。図3(a)で
は、搬送波番号1〜224をIFFTポイント番号2〜
225に、搬送波番号225〜448をIFFTポイン
ト番号801〜1024に割り当てている。
【0029】各搬送波を16QAM変調する場合の各搬
送波の信号点配置と、振幅・位相基準データとして送る
信号点位置の例は図4に示してある。この図4の例で
は、振幅・位相基準データとして各搬送波ごとに信号点
A,B,C,Dをこの順に送出する。
【0030】なお、この図4の例では、振幅・位相基準
データ用の信号点として有効データ伝送用信号点の一部
を用いているが、振幅・位相基準データ用信号点の位置
と有効データ伝送用信号点の位置が異なっていてもさし
つかえない。例えば、図4で、振幅・位相基準データと
して信号点a,b,c,dを順番に送り出してもよい。
【0031】振幅・位相基準データと有効送信データを
切り換える切換制御信号は、基準データ送出位置メモリ
110、伝送シンボル数カウンタ111、および搬送波
番号カウンタ112の出力をもとにして、送信データ切
換制御回路109により出力される。
【0032】OFDMのフレーム構成例が図5に示して
あり、この発明による振幅・位相基準データ送出方法の
例が図6に示してある。図5のフレーム構成例では、1
フレームが1個の同期用シンボルと100個の伝送シン
ボルから構成されている。また、各伝送シンボルで振幅
・位相基準データを送る搬送波の番号を図式化した図6
の例では、nを搬送波番号、mを伝送シンボル番号とし
たとき、第m伝送シンボルにおいては、n mod 8
=m mod 8 となる搬送波において、振幅・位
相基準データを送る。ここで、k mod 8 は、整
数kを8で割った余りを表わしている。
【0033】このようにしてOFDM変調されたベース
バンドOFDM信号は、並列/直列変換回路105によ
って直列データに変換され、さらにD/A変換回路10
6、ローパスフィルタ107、周波数変換回路108を
経て無線周波数のOFDM信号に変換され、送信され
る。
【0034】次に、受信側について説明すると、図2に
示す受信装置では、受信信号が周波数変換回路201、
ローパスフィルタ202によってベースバンド信号に変
換され、このベースバンド信号がA/D変換回路20
3、直列/並列変換回路204を経てOFDM復調器2
05に入力される。これと同時に、ベースバンド信号が
フレーム同期シンボル同期再生回路211にも入力さ
れ、同期用シンボルを検出することによってフレーム同
期パルスとシンボル同期パルスが作り出される。
【0035】OFDM復調器205では、図3の変調処
理と逆の処理がなされ、周波数軸上のデータが取り出さ
れる。
【0036】取り出された周波数軸上データは並列/直
列変換回路206で直列データに変換され、この後、受
信データ切換回路214から出力される切換制御信号に
より振幅・位相基準データと有効受信データに分離さ
れ、受信基準データメモリ207またはデインタリーブ
マトリクス208に入力される。
【0037】受信データ切換制御回路214は、送信側
の送信データ切換制御回路109と同様にして伝送シン
ボル数カウンタ212、搬送波番号カウンタ213、基
準データ送出位置メモリ215の出力をもとにして切換
制御信号を発生する。なおここで、伝送シンボル数カウ
ンタ212と搬送波番号カウンタ213は、フレーム同
期シンボル同期再生回路211によって再生された同期
パルスに従って動作する。
【0038】デインタリーブマトリクス208によりデ
インタリーブされた有効受信データは、振幅・位相計算
論理回路209に入力され、この有効受信データと、受
信基準データメモリ207に記憶された最新の振幅・位
相基準データおよび固定基準データメモリ210に記憶
されている固定基準データとから、送信された信号の振
幅と位相の推定値が計算される。この計算は、各伝送シ
ンボルごとに、また各搬送波ごとに行なわれ、有効送信
データの推定値が求められ、出力される。
【0039】この演算方法について説明すると、いまあ
る1つの伝送シンボル番号、搬送波番号に対応する有効
受信データをDRX、受信基準データをSRX、固定基準デ
ータをSTXとすると、有効送信データの推定値DTXは、 DTX/DRX=STX/SRX より、 DTX=DRX・STX/SRX によって求められる。ここで、DTX,DRX,STX,SRX
はすべて複素数データである。
【0040】こうして、各搬送波を多値変調し、各搬送
波の振幅、位相の基準となるデータを伝送し、それをも
とにしてデータを復調するこの実施例の直交周波数分割
多重ディジタル信号伝送方式においては、送信側では、
各搬送波を多値変調すると共に複数の伝送シンボルから
成るフレームの中の決まった位置で各搬送波の振幅・位
相基準データを周期的に送出し、ある1つの伝送シンボ
ルにおいては全搬送波の中で一定数の一部の搬送波につ
いて振幅・位相基準データを送出し、ある一定数の伝送
シンボルの中で全搬送波の振幅・位相基準データが1回
ずつ送られるようにし、さらに1つの搬送波について見
ると、複数の相異なる振幅・位相基準データが順番に送
られることとし、他方、受信側では、各搬送波ごとに受
信した振幅・位相基準データを記憶し、これを基準にし
て送信データを復元することにより、受信側において搬
送波再生を行なうことなくデータを受信することを可能
とすると共に、振幅・位相基準データの送出による信号
電力の増加とピーク信号レベルの増加を防ぎ、さらに振
幅・位相基準データが誤った場合の悪影響をすべての搬
送波に分散し、軽減することを可能とするのである。
【0041】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、受信側
では搬送波を再生することになしにOFDM信号を復調
してデータを受信することができる。
【0042】また、通常、振幅・位相基準データの平均
電力が有効データの平均電力より大きい場合、振幅・位
相基準データを同一シンボルのみで伝送するとそのシン
ボルの電力が他のシンボルより大きくなるが、この発明
によれば基準データを伝送しない場合と同様にどの伝送
シンボルの電力もほぼ同程度の値とすることができる。
【0043】さらに、この発明によれば、振幅・位相基
準データの伝送による信号ピークレベルの増大を防ぐこ
とができ、また振幅・位相基準データを伝送するシンボ
ルが受信できなかった場合の誤りの発生を最小限に抑え
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の直交周波数分割多重ディジタル信号
送信装置の一実施例のブロック図。
【図2】この発明の直交周波数分割多重ディジタル信号
受信装置の一実施例のブロック図。
【図3】上記実施例におけるOFDM変調器の信号処理
動作を示す説明図。
【図4】上記実施例における各搬送波を16QAM変調
する場合の各搬送波の信号点配置と、振幅・位相基準デ
ータとして送る信号点位置の例を示す説明図。
【図5】上記実施例におけるOFDM信号のフレーム構
成例を示す説明図。
【図6】上記実施例における振幅・位相基準データ送出
方法の一例を示す説明図。
【符号の説明】
101 インタリーブマトリクス 102 固定基準データメモリ 103 直列/並列変換回路 104 OFDM変調器 105 並列/直列変換回路 106 D/A変換回路 107 ローパスフィルタ 108 周波数変換回路 109 送信データ切換制御回路 110 基準データ送出位置メモリ 111 伝送シンボル数カウンタ 112 搬送波番号カウンタ 201 周波数変換回路 202 ローパスフィルタ 203 A/D変換回路 204 直列/並列変換回路 205 OFDM復調器 206 並列/直列変換回路 207 受信基準データメモリ 208 デインタリーブマトリクス 209 振幅・位相計算論理回路 210 固定基準データメモリ 211 フレーム同期シンボル同期再生回路 212 伝送シンボル数カウンタ 213 搬送波番号カウンタ 214 受信データ切換制御回路 215 基準データ送出位置メモリ
フロントページの続き (72)発明者 斉藤 知弘 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本 放送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 高田 政幸 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本 放送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 山田 宰 東京都世田谷区砧一丁目10番11号 日本 放送協会 放送技術研究所内 (56)参考文献 欧州特許出願公開365431(EP,A 1) 「Analysis and Sim ulation of a Digit al Mobile Channel Using Orthogonal F requency Division Multiplexing」,IEEE TRANSACTIONS ON C OMMUNICATIONS,VOL. COM−33,NO.7,JULY 1985 pp665−675 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04J 11/00 H04J 1/20

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに直交する多数の搬送波を用いてデ
    ィジタル信号を送信する直交周波数分割多重ディジタル
    信号変調器、振幅・位相の基準となる固定データを記憶
    する固定基準データメモリ、振幅・位相基準データの送
    出位置を記憶する基準データ送出位置メモリ、伝送シン
    ボル数をカウントする伝送シンボル数カウンタ、搬送波
    の番号をカウントする搬送波番号カウンタ、および振幅
    ・位相基準データと有効送信データを切り換えるための
    送信データ切換制御回路を備え、 基準データ送信位置メモリ、伝送シンボル数カウンタ、
    および搬送波番号カウンタの出力をもとにして送信デー
    タ切換制御回路がデータ切換制御信号を発生し、この制
    御信号に基づいて振幅・位相基準データと有効送信デー
    タを切り換えて送出し、これを直交周波数分割多重ディ
    ジタル信号変調器により変調して送出することを特徴と
    する直交周波数分割多重ディジタル信号送信装置。
  2. 【請求項2】 直交周波数分割多重ディジタル変調され
    た受信データを復調する直交周波数分割多重ディジタル
    信号復調器、振幅・位相の基準となる固定データを記憶
    する固定基準データメモリ、振幅・位相基準データの送
    出位置を記憶する基準データ送出位置メモリ、伝送シン
    ボル数をカウントする伝送シンボル数カウンタ、搬送波
    の番号をカウントする搬送波番号カウンタ、受信データ
    を基準データと有効受信データに分離するための受信デ
    ータ切換制御回路、受信した振幅・位相基準データを記
    憶する受信基準データメモリ、および各伝送シンボルの
    各搬送波で送られた元の振幅と位相を計算する振幅・位
    相計算論理回路を備え、 直交周波数分割多重ディジタル信号復調器によって受信
    データを復調し、基準データ送信位置メモリ、伝送シン
    ボル数カウンタ、搬送波番号カウンタの出力をもとにし
    て受信データ切換制御回路がデータ切換制御信号を発生
    し、この切換制御信号に基づいて受信データを振幅・位
    相基準データと有効受信データに分離し、受信した振幅
    ・位相基準データは受信基準データメモリに記憶し、振
    幅・位相計算論理回路において有効受信データ、受信基
    準データ、固定基準データの3種類の情報から各伝送シ
    ンボルの各搬送波で送られた元の振幅と位相を計算し、
    送られてきたデータを復元することを特徴とする直交周
    波数分割多重ディジタル信号受信装置。
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