(57)【要約】【課題】直交性を有する複数個のサブ搬送波を活用してデータを送受信する、直交周波数分割多重化方式を用いる通信システムにおいて周波数オフセットを補正する。【解決手段】前記通信システムにおける信号を伝達されて、前記サブ搬送波に正規化された周波数オフセットを推定するオフセット推定手段５１０と、推定された周波数オフセット値と推定周期及び遅延期間によって予測される周波数オフセットの変化量を考慮して、オフセット補正のための補償値を出力するフィードバック制御手段５１１と、出力された補償値に基づいて、オフセット補正信号を出力するオフセット補正信号出力手段５１２と、出力されたオフセット補正信号を持って、前記通信システムにおける入力信号に対してオフセットに該当するほど信号の位相を変化させて、シンボルに対するオフセットを補正する位相変移手段５０４とを含む。【選択図】        図５
2004201260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交性を有する複数個のサブ搬送波を活用してデータを送受信する、直交周波数分割多重化方式を用いる通信システムに適用される周波数オフセット補正装置において、
与えられた推定周期及び推定アルゴリズムに応じて、前記通信システムにおける信号を伝達されて、前記サブ搬送波に正規化された周波数オフセットを推定するオフセット推定手段と、
推定周期に応じて前記オフセット推定手段からの推定された周波数オフセット値と前記推定周期及び遅延期間によって予測される周波数オフセットの変化量を考慮して、フィードバックループを介したオフセット補正のための補償値を出力するフィードバック制御手段と、
前記フィードバック制御手段から伝達された補償値に基づいて、正弦波と余弦波とからなるオフセット補正信号を出力するオフセット補正信号出力手段と、
前記オフセット補正信号出力手段から出力された前記オフセット補正信号を持って、前記通信システムにおける入力信号に対してオフセットに該当するほど信号の位相を変化させることによって、シンボルに対するオフセットを補正する位相変移手段と
を含むことを特徴とする変化量予測による周波数オフセット補正装置。
【請求項２】
前記フィードバック制御手段は、
前記オフセット推定手段によってオフセット値が推定されなくても、過去に推定されたオフセット値を用いてオフセットが推定されないシンボルに対するオフセット値を予測して、周波数オフセット補正のための補償値を出力することを特徴とする請求項1に記載の変化量予測による周波数オフセット補正装置。
【請求項３】
前記フィードバック制御手段は、
周波数オフセットがシンボルレートに比べて非常に遅く変化して、変化率が一定であるという近似化が可能な状況で、所定時間遅延及び時間間隔を有したシンボルの間のオフセット変化量に基づいて一シンボルの間の周波数オフセット変化量を求めて周波数オフセット補正に用いることを特徴とする請求項1に記載の変化量予測による周波数オフセット補正装置。
【請求項４】
前記フィードバック制御手段は、
所定時間のフィードバック遅延によって、所定シンボルで推定された周波数オフセット値を前記所定の時間後のシンボルに補償することにおいて、前記フィードバック遅延に該当するシンボルの間の周波数オフセットの変化量を考慮して補償することによって、前記フィードバック遅延による影響を低減することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の変化量予測による周波数オフセット補正装置。
【請求項５】
前記フィードバック制御手段は、
推定周期が大きくなっても残存オフセットが累積されないように所定の時刻におけるシンボルに対する推定された周波数オフセット値、補償値及びこれに基づいて獲得された一シンボル当たりの周波数オフセット変化量に基づいて、次の周期におけるシンボルに対する推定周波数オフセット値を予測して、実際獲得された推定周波数オフセット値と対比することによって、前記の一シンボル当たりの周波数オフセット変化量を補正することを特徴とする請求項4に記載の変化量予測による周波数オフセット補正装置。
【請求項６】
変化量予測による周波数オフセット補正装置に適用される周波数オフセット補正方法において、
与えられた推定周期及び推定アルゴリズムに応じて、通信システムの周波数オフセットを推定する第1段階と、
前記推定周期によって推定された周波数オフセット値と前記推定周期及び遅延期間によって予測される周波数オフセットの変化量を考慮して、フィードバックループを介したオフセット補正のための補償値を出力する第2段階と、
前記補償値に応じて、前記通信システムの入力信号に対してオフセットに該当するほど信号を変化させて周波数オフセットを補正する第3段階と
を含むことを特徴とする変化量予測による周波数オフセット補正方法。
【請求項７】
前記第2段階は、
前記推定周期に応じて獲得された推定周波数オフセット値を用いて、周波数オフセット補正のための補償値を出力する第4段階と、
前記推定周期の間にオフセット値が推定されないシンボルに対するオフセット値を過去に推定されたオフセット値を用いて予測することによって、周波数オフセット補正のための補償値を出力する第5段階と
を含むことを特徴とする請求項6に記載の変化量予測による周波数オフセット補正方法。
【請求項８】
前記第2段階は、
周波数オフセットがシンボルレートに比べて非常に遅く変化して、変化率が一定であるという近似化が可能な状況で、所定時間遅延及び時間間隔を有したシンボルの間のオフセット変化量に基づいて、一シンボルの間の周波数オフセット変化量を求めて、周波数オフセット補正に用いる過程を有することを特徴とする請求項6に記載の変化量予測による周波数オフセット補正方法。
【請求項９】
前記第2段階は、
所定時間のフィードバック遅延によって所定シンボルで推定された周波数オフセット値を前記所定時間の後のシンボルに補償することにおいて、前記フィードバック遅延に該当するシンボルの間の周波数オフセットの変化量を考慮して補償することによって、前記フィードバック遅延による影響を低減することを特徴とする請求項6ないし8のいずれかに記載の変化量予測による周波数オフセット補正方法。
【請求項１０】
前記第2段階は、
推定周期が大きくなっても残存オフセットが累積されないように、所定時刻におけるシンボルに対する推定された周波数オフセット値、補償値及びこれに基づいて獲得された一シンボル当たりの周波数オフセット変化量に基づいて、次の周期におけるシンボルに対する推定周波数オフセット値を予測して、実際獲得された推定周波数オフセット値と対比して、前記一シンボル当たりの周波数オフセット変化量を補正する過程を有することを特徴とする請求項9に記載の変化量予測による周波数オフセット補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数オフセット補正装置及びその方法に関し、特に、相互直交性を有する複数個の搬送波(Sub-Carrier)を用いてデータを送受信する直交周波数分割多重化方式(OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing)を用いる通信システムの受信機において問題となる周波数オフセットの補正のための装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
OFDM方式では、送信端と受信端との間の発振器(Oscillator)の周波数の差、発振器のジッタ(Jitter)、受信体の移動によるドップラー効果(Doppler Effect)などによって送受信端の間に周波数オフセットが発生するようになるが、このような周波数オフセットは、搬送波間の直交性を破壊してチャネル間の干渉(ICI:Inter-Channel-Interference)とシンボル間の干渉(ISI:Inter-Symbol-Interference)を誘発することによって、信号の雑音比(SNR:Signal Noise Ratio)を減殺させる効果があるので、受信器の性能を劣化させる主な要因として作用する。このような理由でOFDM方式では、周波数オフセットが全体システムの性能に大きい影響を及ぼすようになる。
【０００３】
このような周波数オフセットを補正する機能は、信号に含まれている周波数オフセットを推定する機能と、推定されたオフセットを利用して信号に含まれているオフセットを補正する機能との２種類の機能に分けて考えられる。また、このように周波数オフセットを推定し補正する機能は、一般にサブ搬送波の間隔の整数倍の周波数オフセットに対する機能と、素数倍の周波数オフセットに対する機能とを分けて考えることが一般的である(例えば、特許文献1参照)。
【０００４】
OFDM方式において、複数個のデータが複数個のサブ搬送波に載せられて直交性を維持しながら伝送される単位をシンボルというと、整数倍の周波数オフセットは、受信器の動作の際に、初期に一回のみ推定して数十ないし数百シンボルの周期を有して補償し、素数倍の周波数オフセットに対しては、毎シンボル、または数シンボルごとに推定し、シンボル単位に補償して、周波数オフセットの変化を追跡する方式が一般的である。
【０００５】
また、推定された周波数オフセットは、推定がなされた該当シンボルに直ちに適用することが最適であるが、実際具現においては一般的に具現の効率性を考慮して、図1のように推定された周波数オフセットは、フィードバックされて次のシンボルに適用される。
【０００６】
図1は、従来の周波数オフセット補償回路に対するブロック例示図である。
【０００７】
このように具現される場合、シンボルで周波数オフセットが推定されて補償値がフィードバックされるまでは、FFT(Fast Fourier Transform)の遂行時間、オフセットを推定するためのブロックの遂行時間などに該当するフィードバック遅延が発生するようになり、これによって推定された周波数オフセットが該当シンボルに補償できず、フィードバック遅延ほど後のシンボルに適用されるようになる。
【０００８】
本発明は、このようにフィードバックが存在するOFDM周波数オフセット補正方式の中で毎シンボル、または数シンボルごとにオフセットの推定及び補正が必要な場合に效果的に適用できる新しい補償方法に関するものである。
【０００９】
従来のOFDM方式に一般に用いられる受信端の周波数オフセット補償方式に対するブロック図が図1に示されている。
【００１０】
高周波(RF: Radio Frequency)モジュール101から受信された信号をパスバンド(Pass band)帯域、すなわち、中間周波数(IF: Inter mediate Frequency)帯域に移動させた後、デジタル信号変換器(ADC: Analog to Digital Converter)ブロック102によりサンプリングの過程を経て、ベースバンド信号に変換した後、この信号から同位相及び直交位相分離器(IQ Split)ブロック103では、複素数形態のシンボルデータを生成し、自動利得制御ブロック105を経ながら、FFTブロック106でのオバーフローを防止するため、FFTブロック106の内部動作ビット幅を考慮した信号の利得調整を行い、以後FFT端106に伝送されて、各部の搬送波のデータが分離されてシンボルが復調される。以後に送信過程で発生したエラーをFEC(Forward Error Correction)ブロック108で修正した後、ソースデコーディング(Source Decoding)ブロック109でのソースデコーディング過程を経て、本来送信したデータを復元することになる。
【００１１】
このような全過程は、受信信号から周波数オフセットが除去された時可能であるので、周波数オフセット推定(Frequency Offset Estimation)ブロック110では、推定アルゴリズムの種類に応じて、FFT106の入力値、またはFFT106の出力値を利用してサブ搬送波に正規化された周波数オフセットを推定した後、補正値を計算するための制御ブロック111に伝送し、制御ブロック111では、推定されたオフセット値を用いて補正値を計算して、この値を数値制御発振器(NCO : NumericalControlled Oscillator)112にフィードバックし、NCO112は、オフセットを補正するための正弦波と余弦波(Sine、Cosine)信号を位相回転器(Phase Rotator)ブロック104に伝送する。位相回転器ブロック104では、NCO112から受信した信号を用いて、オフセットに該当するほど入力信号の位相を変化させて、シンボルに対するオフセットを補正する。
【００１２】
この場合、オフセットを推定したシンボルと推定されたオフセットを用いて実際補償されるシンボルは、FFT遂行時間、オフセット推定計算時間などの理由によって、時間的な遅延が発生するようになるので、オフセットが推定されたシンボルと実際補償が適用されるシンボルは、相互異なるようになり、当然、両シンボルに含まれているオフセット値も互いに異なるはずであるので、オフセットの補正は、完壁になされず残存オフセット(Remnant Offset)が発生する問題点が残っている。
【００１３】
従来のオフセット補正方式で補償値cmpnを数式で表現すると、以下の[数1]のように表現できる。すなわち、従来のオフセット補正方式では、制御ブロック111で推定されたオフセット値estnを用いて、[数1]の数式通り補正値cmpnを計算する。
【００１４】
【数１】
2004201260.tif 000003
【００１５】
ここで、各表現が示す比は、以下の通りである。
* estn : n-DELAY番目のシンボルを利用して推定した周波数オフセット
* cmpn : n番目のシンボルにオフセットを補正するために実際適用される補償値
* n :シンボルのインデックス (1、2、...)
* en: n番目シンボルが有している周波数オフセット
* Sn : n番目データシンボル
*DELAY:シンボルのオフセット値が推定されることにかかる遅延(シンボル個数)
*推定されたシンボルのオフセット値は、シンボル単位で補償されることとし、決定されたオフセット値は、直後シンボルに補正適用する。∴フィードバック遅延=DELAY+1
上述した[数1]を見ると、最初推定値がフィードバックされるまでの「DELAY＋1」個のシンボルの間は、補正値が0と初期化されており、以後には推定された値estnと該当値を推定したシンボル(n-DELAY-1番目シンボル)に補償された値との和で現れる。
【００１６】
図2は、従来の周波数オフセット補償方法による周波数オフセット補償を示す一例示図である。
【００１７】
上述した従来の補償方法によって補償すると、図2に示すような結果が得られる。図2に示す従来の方式による例は、フィードバック遅延が3シンボルであり、毎シンボルごとにオフセットを推定して補償することを前提して示すものである。
【００１８】
図2から分かるように、任意のシンボルSnに補償される値は、n-DELAY-1個以前のシンボルに含まれているシンボルのオフセットenであることが分かる。
【００１９】
このようにすると、補償値cmpnは、本来信号にあるオフセットenをDELAY+1個のシンボルほど移動して補正することとなって、DELAY+1個のシンボルほどの間変化した周波数オフセットは、そのままシンボルに残存オフセットとして残っているようになって、オフセットを推定する機能が完壁に動作するとしても、完壁なオフセットの補正がなされないため、フィードバック遅延による残存オフセットが発生するようになって、受信器の性能に悪影響を及ぼすようになる。このような影響は、図3のシミュレーション結果からも分かる。
【００２０】
図3は、従来の周波数オフセット補償方法を適用した時のフィードバック遅延による残存オフセット発生を示す一例示図である(フィードバック遅延=DELAY+1、DELAY=2、PERIOD=1)。
【００２１】
図3は、推定遅延時間を0、2、4に変化させながらコサイン形態を有する周波数オフセットを含んでいる受信信号に対して、[数1]のような従来の方式を適用した結果である。
【００２２】
この場合、大部分の素数倍の周波数オフセット推定アルゴリズムの推定範囲が-0.5ないし0.5であることを考慮して、入力周波数オフセットは、-0.5ないし0.5まで変化するコサイン形態にした。シミュレーション結果から分かるように、残存オフセットRemnant_Offsetは、遅延が大きくなるにしたがって大きくなる傾向があり、補償値cmpnは、周波数オフセットのような形態を維持しながら推定された後、DELAY+1個ほど以後のシンボルに補償されていることが分かる。
【００２３】
従来のオフセット補償方式は、毎シンボルごとに、または数シンボルごとにオフセットを推定して補正することによって、単位時間当りの動作時間が長くなるので、消費電力が大きく、計算量も多いので、プロセッサを利用してオフセットを推定する場合、高い性能のプロセッサが要求される。また、従来のオフセット補償方式で数シンボル単位でオフセットを推定して補正する場合には、一度オフセットが推定されると、次の周期のシンボルからオフセットが推定されるまでは、以前シンボルで推定した値に続いて同一に補正するようになるので、推定周期の間のシンボルに対しては、変化する周波数オフセットに対して補正が不可能となって、推定周期の間のシンボルの間変化した周波数オフセットは、新しくオフセットが推定されて補正されるまでは補正できず、残存オフセットとして累積されるようになる。これに対するシミュレーション結果は、図4に示している。
【００２４】
図4は、従来の周波数オフセット補正方法に推定周期の概念を適用した時の残存オフセットの累積現象を示す一例示図である(DELAY=2、PERIOD=10)。
【００２５】
図4において、n=Aシンボルからn=Bシンボルまでは、n=A-DELAY-1シンボルで推定したオフセット値を利用して補正するようになるので、シンボルによって実際周波数オフセットは変化しているにも関わらず、これに対する考慮がなくて入力周波数オフセットの変化量が全て残存オフセットとして累積されるようになる。そのため、図4において、n=Aからn=Bの区間の間、残存オフセットが周波数オフセットの変化率が同一に増加するのが確認できる。このような場合、推定周期(PERIOD)を増加させる場合、推定周期の間のシンボルに対するオフセットが長い間累積されるので、シンボルに残っている残存オフセットの量も大きくなるという問題点を発生させる。
【００２６】
【特許文献１】
米国特許第5,970,397号明細書
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、前記した問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、過去一定区間の間の一シンボル当たりのオフセットの変化した量が今後所定期間、周波数オフセットの変化量とほとんど同じであることを利用して、今後周波数オフセットの変化量を予測する変化量予測による周波数オフセット補正装置及びその方法を提供することである。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、直交性を有する複数個のサブ搬送波を活用してデータを送受信する、直交周波数分割多重化方式を用いる通信システムに適用される周波数オフセット補正装置において、与えられた推定周期及び推定アルゴリズムに応じて、前記通信システムにおける信号を伝達されて、前記サブ搬送波に正規化された周波数オフセットを推定するオフセット推定手段と、推定周期に応じて前記オフセット推定手段からの推定された周波数オフセット値と前記推定周期及び遅延期間によって予測される周波数オフセットの変化量を考慮して、フィードバックループを介したオフセット補正のための補償値を出力するフィードバック制御手段と、前記フィードバック制御手段から伝達された補償値に基づいて、正弦波と余弦波とからなるオフセット補正信号を出力するオフセット補正信号出力手段と、前記オフセット補正信号出力手段から出力された前記オフセット補正信号を持って、前記通信システムにおける入力信号に対してオフセットに該当するほど信号の位相を変化させることによって、シンボルに対するオフセットを補正する位相変移手段とを含むことを特徴とする変化量予測による周波数オフセット補正装置を提供する。
【００２９】
また、本発明は、変化量予測による周波数オフセット補正装置に適用される周波数オフセット補正方法において、与えられた推定周期及び推定アルゴリズムに応じて、通信システムの周波数オフセットを推定する第1段階と、前記推定周期によって推定された周波数オフセット値と前記推定周期及び遅延期間によって予測される周波数オフセットの変化量を考慮して、フィードバックループを介したオフセット補正のための補償値を出力する第2段階と、前記補償値に応じて、前記通信システムの入力信号に対してオフセットに該当するほど信号を変化させて周波数オフセットを補正する第3段階とを含むことを特徴とする変化量予測による周波数オフセット補正方法を提供する。
【００３０】
本発明で提案する補償方式では、実際大部分の場合に周波数オフセットは、シンボルレートより非常に遅く変化するという点を利用する。すなわち、過去の一定区間の間のシンボルからオフセットを推定した結果を活用して、過去所定区間の間に一シンボル当たりのオフセットが変化した量deltanを計算した後、今後所定期間は、周波数オフセットの変化量が直前の所定区間とほぼ同一であるということを利用して、今後オフセットの変化量を予測するということが基本アイディアである。
【００３１】
【発明の実施形態】
以下、添付する図面を参照しながら、本発明に係る好ましい実施例を詳細に説明する。
【００３２】
図5は、本発明に係る変化量予測による周波数オフセット補償装置に対する一実施例の構成図である。
【００３３】
本発明は、従来の周波数オフセット補償装置に図5のように新しいアルゴリズムを採用したフィードバック制御ブロック511が追加される。新しく追加されたフィードバック制御ブロック511は、オフセット推定ブロック510により推定された周波数オフセットestn値を利用して、実際補償に適用される補償値cmpnを生成して出力しこの値をNCO512に伝達し、位相回転器(Phase Rotator)504は、NCO512から出力される値を利用してオフセットに該当するほど信号の位相を変化させることによって、オフセットを補正する。
【００３４】
フィードバック制御ブロック511の出力でありながら、実際補償に適用される補償値cmpnは、フィードバック制御ブロック511により獲得され、その演算は、下記の[数2]のような方式でなされる。
【００３５】
【数２】
2004201260.tif 000004
【００３６】
ここで、各表現が示すことは、以下の通りである。
* estn : n-DELAY番目のシンボルで推定したシンボルオフセット
* cmpn : n番目シンボルに実際適用される補償値
* n :シンボルのインデックス (1、2、...)
* Sn:n番目のシンボル
上述した[数2]に基づいて、本発明で提案する方式の動作に対する一例を図6に示す。
【００３７】
図6は、本発明に係る変化量予測による周波数オフセット補正方法による周波数オフセット補償を示す一実施例の概念図である(フィードバック遅延=3(DELAY=2)、PERIOD=4)。
【００３８】
図6に示している本発明で提案した補償方式を適用した時のオフセット補償概念図は、オフセット推定遅延は2シンボルであり、これによるフィードバック遅延は3シンボルであり、毎4シンボルごとに一回ずつオフセットを推定して補正することを仮定して示すものである。図2とは異なって、補償値cmpnに示した値がオフセットを推定しない区間でも続けて変化するのを見ることができ、実際補償されるシンボルに含まれているオフセットenとの差も図2の場合より少ないことがわかる。
【００３９】
本発明で提案する補償方式の動作を詳細に説明するに先たち、以下の点を仮定する。
* 各シンボルのオフセットを推定する周期を推定周期(PERIOD)という。すなわち、推定周期=4であれば、4シンボルごとに一回ずつオフセットを推定し、デルタ値などを新しく求める。
* 各シンボルを利用して、オフセット推定ブロック510がオフセットを推定してオフセットestn値を出力するのに必要な遅延時間を推定遅延時間といい、シンボル個数単位に表現する。
* 推定されたオフセットestnは、フィードバック制御ブロック511を介して推定された直後のシンボルの開始部分から適用するシンボル単位補償を仮定する。すなわち、オフセットestn値が出力された後、直ぐ続くシンボルの開始地点以前にフィードバック制御ブロック512の動作が完了して補償値cmpnを出力する。このようにすると、全体フィードバックによる遅延は「推定遅延時間(DELAY)+1」と考えることができる。
*雑音による影響は考慮しない。
*シンボルに含まれている周波数オフセットを推定するアルゴリズムは、完壁に動作して正確にシンボルのオフセットと補償した値との差を推定することができるものとする。
【００４０】
これから[数2]に示す各々の値に対する意味を解析する。[数2]に示す各々の値の意味を把握することによって、本発明が提案する補償方式に対して理解できる。
【００４１】
εn値は、実際シンボルにある周波数誤差en-DELAY-1値とそのシンボルに補償された値cmpn-DELAY-1との差estnと、シンボルに補償された値cmpnとの和で表現される。したがって、εn値が有する意味は、n-DELAY-1番目のシンボルに実際に含まれている周波数誤差値en-DELAY-1を意味するようになる。
【００４２】
但し、εn値は、n値が推定周期に該当してn-DELAY-1番目のシンボルに対して新しくオフセット推定を実施した場合、上述した意味を有しながら新しい値にアップデートされるが、その他の場合には、以前の値εn-1を維持するようになり、最初DELAY+1個のシンボル区間の間は、0に初期化されている。
【００４３】
[数2]に示しているdeltan値の分子成分εn-εn-PERIODは、εn値とεn-PERIOD値との差で表れるので、εn値の推定周期区間の間の変化量の意味と言える。上述したように、εn値がn-DELAY-1番目のシンボルの実際的な周波数オフセットを示すので、deltan値の分子値は、n-DELAY-1番目のシンボルと「n-DELAY-1-PERIOD」番目のシンボルの周波数オフセットの差、すなわち、周波数オフセットの変化量を示す値である。このような値を推定周期PERIODで分けた値がdeltanであるので、deltan値が有する意味は、一シンボル当たり変化する周波数オフセットの変化量の意味である。
【００４４】
但し、deltan値は、n値が推定周期に該当してn-DELAY-1番目のシンボルに対して新しくオフセット推定を実施した場合、上述した意味を有しながら、毎オフセット推定周期ごとに一回ずつ新しく推定された値にアップデートされる。その他の場合には、以前の値deltan-1を維持するようになり、最初「DELAY+1+PERIOD」個のシンボル区間の間は、0に初期化されている。deltan値は、「n-1-DELAY-PERIOD」番目のシンボルが存在すべきであるので、すなわち、以前に一回以上オフセットを推定したことがあるべきであるので、最小限最初PERIOD+DELAY+1個のシンボル区間の間は、0と初期化されているようになる。
【００４５】
もし、周波数オフセットがシンボルレートに比べて非常に遅く単調増加、または減少する形態に変化して、「n-DELAY-1」番目のシンボルと「n-DELAY-1-PERIOD」番目のシンボルとの間の変化率が「n-DELAY-1」番目のシンボルとn番目のシンボルとの間の変化率とほぼ類似すると、オフセットεn値とdeltan値を用いて、n番目のシンボルの実際オフセットenの値を次のような方法で推定することができる。
【００４６】
εn値は、「n-DELAY-1」番目のシンボルの実際オフセットen-1-DELAYを示すので、εn値に一シンボル当たりのオフセットの変化量を示すdeltanの値をフィードバック遅延に該当するDELAY+1回数ほど足すと、n番目のシンボルのオフセットenを正確に補償できるのである。このようにして、フィードバック遅延による影響をなくすことができるのである。
【００４７】
また、一度deltan値を検索した後には、オフセット推定周期に該当しないためオフセットを推定しないシンボル、すなわち、オフセット推定周期の間のシンボルに対しても、シンボル当たりのオフセットの変化量を示すdeltanを各シンボルの以前のシンボルに適用された補償cmpn値に足すことによって、該当シンボルのオフセットen値を正確に補正することができる。このような方法で補償cmpn値を求めることができ、この値を実際補償に用いる。
【００４８】
補償cmpn値は、オフセットεn値と同一に最初DELAY+1シンボル区間の間は、オフセットの推定値が出ないので0に初期化させ、以後には、前記した[数2]のような方式で補正値を出力する。すなわち、毎オフセット推定周期ごとに一回ずつ新しい値にアップデートされ、シンボル周期の区間の間は、以前の補償cmpn-1値にdeltan値を足し、周波数オフセットの変化を追跡して補償するようになるのである。
【００４９】
本発明によって、補償cmpn値を図6と同じ形態で求めることによって、フィードバック遅延による残存オフセットの影響をなくすことができ、オフセット推定周期の間のシンボルに対しても、オフセットを続けて相当に正確に補正できるので、推定周期の間のシンボルに対して以前推定値を同一に続けて補正する時表れ得るオフセットの累積現象を防止できる。すなわち、オフセットの推定周期を増加させることができるので、消費電力の減少と計算量減少などの効果が得られる。
【００５０】
本発明で提案する方式は、上述したように、周波数オフセットがシンボルレートに比べて非常に遅く単調増加、または減少する形態に変化して、「n-DELAY-1」番目のシンボルと「n-DELAY-1-PERIOD」番目のシンボルとの間の変化率が「n-DELAY-1」番目のシンボルとn番目のシンボルとの間の変化率が非常に類似している場合、すなわち、線型に増/減する方式であって、近似化し得る周波数オフセットに対して最も效率的に動作し、このような場合に対するシミュレーション結果は図7に示している。
【００５１】
図7は、線型的に変化する入力オフセットに対して本発明に係る変化量予測による周波数オフセット補償方法(DPCM)と従来の補償方法との性能比較を示す一例示図である(DELAY=2、PERIOD=10)。
【００５２】
本発明に係る変化量予測による周波数オフセット補償方法は、前記した[数2]に示すような特徴を有するので、DPCM(Delta-Predicted Frequency Offset Compensation Method)と記す。
【００５３】
図7において、本発明で提案した補償方法(DPCM)を適用した場合、残存オフセット(DPCM:Remnant_Offset)を述べると、残存オフセットが全く現れないので、フィードバックによる補償遅延の影響を全く受けないことが分かる。もちろん、この場合には、オフセット推定周期を大きくしてもシンボルに残存オフセットが全く累積されない。
【００５４】
しかし、従来の方式で補償した場合には、フィードバック遅延の大きさに比例する残存オフセットが発生し、また推定周期を適用して10シンボルに一回ずつオフセットを推定して補償する場合、A区間のような推定周期の間のシンボルでは、残存オフセットが累積されて入力周波数オフセットと同一な変化率で増加されることが分かる。
【００５５】
図8は、本発明に係る変化量予測による周波数オフセット補償方法(DPCM)を適用した場合の残存オフセットを示す一実施例の説明図である(DELAY=2、PERIOD=10、Input Offset=0.5cos(2πn/100))。
【００５６】
図8には、100シンボルの周期を有し、-0.5ないし0.5範囲を有する非常に速い変化を有するコサイン形態の周波数オフセットに対するシミュレーション結果を示している。図4に示されている既存補償方式を用いる時のn=A、n=Bの間の区間での補償cmpn値とは異なって、補償値を示す補償cmpn値の形態がオフセットを推定しない区間でも入力シンボルの周波数オフセットに応じて変化し補償することが分かる(図8内のB)。このようにすることによって、従来の方式よりはオフセット推定周期の間のシンボルに対して、残存オフセットが累積される効果を大きく低減できる。
【００５７】
図9は、本発明に係る変化量予測による周波数オフセット補償方法(DPCM)を適用した場合と従来の方式を適用した場合に対する残存オフセット比較を示す一例示図である(DELAY=2、PERIOD=10、Input Offset=0.5cos(2πn/100))。
【００５８】
図9に図4の従来方式の補償方法を使用した時の残存オフセットと、図8の本発明で提案する補償方式を適用した時の残存オフセットを比較して示した。
【００５９】
本発明に係る方式では、過去のシンボルのオフセットを実際に測定してその変化量に基づいて、今後のシンボル単位の周波数オフセットの変化量をdeltanというパラメータで予測して、その変化量を予め補償したので、フィードバック遅延による残存オフセットが既存の補償方法よりは少ないことが分かる。これを図9において述べると、本発明における残存オフセットの全体的な大きさが従来方式での残存オフセットよりは小さいということが確認できる。図9に示しているシミュレーションの場合は、入力周波数オフセットが100個のシンボルを一周期にするコサイン形態であって、非常に速く変化する場合に対するものであって、実際の場合に周波数オフセットは、図9の場合より非常に遅く変化するので、前述した本発明の方式に適合するように、線型に近似化が可能であって、提案する方式が效率的に適用できる。
【００６０】
このような点を確認するため、約1000個のシンボルを周期として変化する周波数オフセットを入力に与え、これに対して提案する方式と従来の方式の残存オフセットを比較したシミュレーション結果を図10に示している。
【００６１】
図10は、本発明に係る変化量予測による周波数オフセット補償方法(DPCM)を適用した場合と、従来方式を適用した場合に残存オフセットを比較した一例示図である(DELAY=2、PERIOD=10、Input Offset=0.5cos(2πn/1000))。
【００６２】
この両場合に対して残存オフセットの最大大きさを比較すると、0.0026と0.0377であり、約15倍ほど差があることが分かる。このような結果は、周波数オフセットが遅く変化すればするほど、一層差が大きくなり、推定周期(PERIOD)の長さを長くすればするほど、より一層差が大きくなるようになる。実際の場合に周波数オフセットの変化速度は、シミュレーション上で入力した周期より非常に遅いということを考慮すると、提案する方式は周波数オフセット補正方式であって非常に效果的に用いることができる。
【００６３】
周波数オフセットによるSNR低下影響が0.1dB以下であると、OFDMシステム性能に及ぼす影響は無視できると知られており、QPSKを用いるシステムの場合、サブ搬送波間隔の0.01倍以下であると、このような条件が満たすことと知られているので、図10に示している入力周波数オフセットほどの周期、またはその以上の周期を有する周波数オフセット変化に対しては、最大残存オフセットが0.0026ほどであって、OFDMシステムの性能に影響を与えないということが分かり、また本発明の補償方式が実際に適用された時、優れた性能を示すことができるということが分かる。
【００６４】
しかし、本発明に係る方式も従来の方式と同様に、初期DELAY+1個ほどのシンボルに対しては、フィードバック遅延により補正を実施できないので、パケット(PACKET)形態の多重周波数送受信方式よりは放送のようなストリーム(STREAM)形態の多重周波数送受信方式により一層効果的である。
【００６５】
尚、本発明は、本実施例に限られるものではない。本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【００６６】
【発明の効果】
上述した本発明は、FFTの遂行、オフセット推定アルゴリズム遂行時間などに係るフィードバック遅延が発生する場合、オフセットを推定したシンボルと実際補償されるシンボルとが互いに異なるようになって、発生する残存オフセットをフィードバック制御を介して最小化し、毎シンボル、または数シンボルごとに推定したオフセット推定周期を大きくして、数十シンボル、またはその以上の周期ごとに推定するものと調節することにおいて、推定周期の間のシンボルに対する残存オフセット累積現象を最小化することによって、周波数オフセット補正ブロックの消費電力及び計算量を減少させる効果がある。
【００６７】
また、本発明は、補償cmpn値を前記した[数2]のような形態で求めることによって、フィードバック遅延による残存オフセットの影響をなくすことができ、オフセット推定周期の間のシンボルに対してもオフセットを続けてほぼ正確に補正できるので、推定周期の間のシンボルに対して以前推定値を同一に続けて補正する時現れ得るオフセットの累積現象を防止することができる効果がある。すなわち、本発明は、オフセットの推定周期を増加させることができるので、消費電力の減少と計算量減少などの効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の周波数オフセット補償回路に対するブロック例示図である。
【図２】従来の周波数オフセット補償方法による周波数オフセット補償を示す一例示図である。
【図３】従来の周波数オフセット補償方法を適用した時のフィードバック遅延による残存オフセット発生を示す一例示図である。
【図４】従来の周波数オフセット補正方法に推定周期概念を適用した時の残存オフセットの累積現象を示す一例示図である。
【図５】本発明に係る変化量予測による周波数オフセット補償装置に対する一実施例の構成図である。
【図６】本発明に係る変化量予測による周波数オフセット補正方法による周波数オフセット補償を示す一実施例の概念図である。
【図７】線型的に変化する入力オフセットに対して、本発明に係る変化量予測による周波数オフセット補償方法(DPCM)と従来の補償方法との性能比較を示す一例示図である。
【図８】本発明に係る変化量予測による周波数オフセット補償方法(DPCM)を適用した場合の残存オフセットを示す一実施例の説明図である。
【図９】本発明に係る変化量予測による周波数オフセット補償方法(DPCM)を適用した場合と従来方式を適用した場合に対する残存オフセット比較を示す一例示図である。
【図１０】本発明に係る変化量予測による周波数オフセット補償方法(DPCM)を適用した場合と従来方式を適用した場合に残存オフセットを比較した一例示図である。
【符号の説明】
504      位相回転器(Phase Rotator)
510      オフセット推定(Offset Estimation)ブロック
511      フィードバック制御(FEEDBACK control)ブロック
512      数値制御発振器(NCO)
【図１】
2004201260.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004201260.tif 000008
【図５】
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【図６】
2004201260.tif 000010
【図７】
2004201260.tif 000011
【図８】
2004201260.tif 000012
【図９】
2004201260.tif 000013
【図１０】
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