JP5831326B2 - Diversity receiver - Google Patents
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Description
本発明は、ダイバーシチ受信機に関し、例えば、直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式を採用するダイバーシチ受信機に適用し得るものである。 The present invention relates to a diversity receiver, and can be applied to a diversity receiver that employs an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system, for example.
図2は、直交周波数分割多重(OFDM)方式を採用する受信機の内部構成図である。 FIG. 2 is an internal configuration diagram of a receiver that employs an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) scheme.
ここで、直交周波数分割多重方式とは、各搬送波の信号が互いに干渉しない直交する多数の搬送波をデジタル変調して多重化する方式であり、マルチキャリア変調方式の1形態である(非特許文献1参照)。マルチキャリア変調方式とは、1チャネルのデータを複数の搬送波に分散させて変調を行なう方式をいう。 Here, the orthogonal frequency division multiplexing system is a system that digitally modulates and multiplexes a plurality of orthogonal carriers that do not interfere with each other, and is a form of multicarrier modulation system (Non-Patent Document 1). reference). The multi-carrier modulation method is a method for performing modulation by dispersing 1-channel data over a plurality of carrier waves.
OFDM方式に代表されるマルチキャリア変調方式を採用することにより、送信データを複数の搬送波に分散できるので、マルチパスによる周波数選択性フェージングが生じても、全てのデータが失われる確率が低くすることができる。 By adopting a multi-carrier modulation method typified by the OFDM method, transmission data can be distributed over multiple carriers, so even if multi-path frequency selective fading occurs, the probability that all data will be lost is reduced. Can do.
送信機は、マルチプレクサによって、送信データをL系統のデータ系列に分割した後、各データ系列を、異なる周波数の搬送波によって変調したデジタル変調信号を合成して伝送する。 The transmitter uses a multiplexer to divide transmission data into L data series, and then synthesizes and transmits digital modulation signals obtained by modulating each data series with a carrier having a different frequency.
受信機9は、図3に例示する復調部11及び21を有しており、アンテナ10及び20に捕捉された搬送波周波数帯域の変調信号は、復調部11及び21の帯域通過フィルタ101によって、各搬送波に対応するデジタル変調信号が抽出され、復調される。
The
復調された個々のデータ系列は、DFT(離散フーリエ変換)部13及び23に与えられ、DFT部13及び23により離散フーリエ変換が行なわれ、各搬送波周波数に変調されていた元のデータ系列に戻される。
The demodulated individual data series is given to DFT (Discrete Fourier Transform)
元のデータ系列はダイバーシチ合成部30〜32に与えられ、ダイバーシチ合成部30〜32は、ダイバーシチ合成を行ない、1個の信号をP/S(並直列)変換部33に出力する。
The original data series is given to
ここで、ダイバーシチ技術は、受信特性を改善する技術である(非特許文献2参照)。ダイバーシチ技術は、マルチパスフェージングが端末の移動に伴って発生し、端末のアンテナが異なるルートで移動すると、アンテナが全く異なるフェージング変動を受けるという特性を利用するものである。 Here, the diversity technique is a technique for improving reception characteristics (see Non-Patent Document 2). The diversity technique uses the characteristic that multipath fading occurs as the terminal moves and the antenna undergoes completely different fading fluctuations when the antenna of the terminal moves along a different route.
ダイバーシチの種類の1つに空間ダイバーシチがあり、図2の受信機9は、2個のアンテナを有して空間ダイバーシチ合成を行なうダイバーシチ合成部30〜32を備える場合を例示する。
One type of diversity is space diversity, and the
ダイバーシチ合成方法の例として、選択合成及び最大比合成がある。 Examples of diversity synthesis methods include selective synthesis and maximum ratio synthesis.
選択合成は、ダイバーシチブランチの中で最も受信信号レベル(受信電力)の高いブランチを選択する方法である。いずれの1個の信号が復調に用いられ、残りの信号は廃棄される。 Selective combining is a method of selecting a branch having the highest received signal level (received power) among diversity branches. Any one signal is used for demodulation, and the remaining signals are discarded.
一方、最大比合成は、全てのブランチの信号を同相化した後、適切な重みを付与して合成する方法である。最大比合成は、受信特性が一層改善される。なお、各ブランチの重み付け係数を受信包絡線レベルに等しく設定したとき、合成後のSNRが最大となる。 On the other hand, maximum ratio combining is a method in which signals of all branches are made in-phase and then combined with appropriate weights. Maximum ratio combining further improves reception characteristics. When the weighting coefficient of each branch is set equal to the reception envelope level, the combined SNR is maximized.
ここで、従来のダイバーシチ合成部30〜32における具体的な計算方法を説明する。
Here, a specific calculation method in the conventional
以下では、k番目のブランチの時間tにおけるu番目の搬送波の受信信号(復調後のシンボル)をxk(t,u)とする。同様に、送信信号(送信機による変調前のシンボル)をdk(t,u),伝搬路(チャネル)特性をHk(t,u),付加雑音をZk(t,u)とする。 In the following, it is assumed that the received signal (demodulated symbol) of the u th carrier at time t of the k th branch is x k (t, u). Similarly, the transmission signal (symbol before modulation by the transmitter) is d k (t, u), the propagation path (channel) characteristic is H k (t, u), and the additional noise is Z k (t, u). .
これらの信号の値は、便宜上、複素数(複素包絡線、等価低域信号)として表現され、絶対値は正弦波の振幅、偏角は正弦波の位相を表す。 The values of these signals are expressed as complex numbers (complex envelope, equivalent low-frequency signal) for convenience, the absolute value represents the amplitude of the sine wave, and the declination represents the phase of the sine wave.
このとき、受信信号xk(t,u)は以下の式(1)で表される。 At this time, the received signal x k (t, u) is expressed by the following equation (1).
xk(t,u)=Hk(t,u)dk(t,u)+Zk(t,u) ・・・(1)
ここで、ブランチ数が2の場合を考える(すなわち、kはk=1又は2の2通りある)。
x k (t, u) = H k (t, u) d k (t, u) + Z k (t, u) (1)
Here, a case where the number of branches is 2 is considered (that is, k is k = 1 or 2).
選択合成の場合、時間tにおけるu番目の搬送波の合成後の信号y(t,u)は、以下の式(2)、(3)のようになる。
なお、|x1(t,u)|2=|x2(t,u)|2の場合、y(t,u)=x1(t,u)としてもy(t,u)=x2(t,u)としても構わないが、一意に定める必要があるため、ここではy(t,u)=x1(t,u)とする。 When | x 1 (t, u) | 2 = | x 2 (t, u) | 2 , y (t, u) = x 1 (t, u) 2 (t, u) may be used, but since it is necessary to uniquely determine it, y (t, u) = x 1 (t, u) is assumed here.
一方、最大比合成の場合、伝搬路特性Hk(t,u)が受信機側で既知であると仮定すると、合成後の信号y(t,u)は以下の式(4)〜(6)のようになる。なお、伝搬路特性Hk(t,u)は、実際には、受信機側で推定した値を用いることになるが、本発明の内容とは独立した内容であるため、ここでは詳細な議論はしないものとする。 On the other hand, in the case of maximum ratio combining, assuming that the propagation path characteristics H k (t, u) are known on the receiver side, the combined signal y (t, u) is expressed by the following equations (4) to (6 )become that way. Note that the propagation path characteristic H k (t, u) is actually a value estimated on the receiver side, but is a content independent of the content of the present invention. Shall not.
y(t,u)=w1(t,u)x1(t,u)+w2(t,u)x2(t,u), ・・・(4)
w1(t,u)=H1 *(t,u)/(|H1(t,u)|2+|H2(t,u)|2), ・・・(5)
w2(t,u)=H2 *(t,u)/(|H1(t,u)|2+|H2(t,u)|2) ・・・(6)
ここで、w1(t,u),w2(t,u)は重み付け係数であり、Hk *(t,u)はHk(t,u)の共役複素数である。上式より、w1(t,u),w2(t,u)は、各ブランチの受信信号を送信時の位相に揃え(w1(t,u),w2(t,u)中の係数H1 *(t,u),H2 *(t,u)はそれぞれ、伝搬路特性H1(t,u),H2(t,u)の共役複素数のため、その偏角は伝搬路特性の偏角と逆回転で同じ大きさを持つ)、受信信号の振幅に比例した値(H1 *(t,u),H2 *(t,u)はそれぞれ、伝搬路特性H1(t,u),H2(t,u)の共役複素数のため、その絶対値は伝搬路特性の絶対値と同じ値となる)による重み付けであることを示している。
y (t, u) = w 1 (t, u) x 1 (t, u) + w 2 (t, u) x 2 (t, u), (4)
w 1 (t, u) = H 1 * (t, u) / (| H 1 (t, u) | 2 + | H 2 (t, u) | 2 ), (5)
w 2 (t, u) = H 2 * (t, u) / (| H 1 (t, u) | 2 + | H 2 (t, u) | 2 ) (6)
Here, w1 (t, u) and w2 (t, u) are weighting coefficients, and H k * (t, u) is a conjugate complex number of H k (t, u). From the above equation, w 1 (t, u), w 2 (t, u) is the same as the phase at the time of transmission (w 1 (t, u), w 2 (t, u)) Since the coefficients H 1 * (t, u) and H 2 * (t, u) are complex conjugates of the propagation path characteristics H 1 (t, u) and H 2 (t, u), their declination is The values (H 1 * (t, u), H 2 * (t, u)) proportional to the amplitude of the received signal are the same as the propagation path characteristics H. 1 (t, u) and H 2 (t, u) are complex conjugate numbers, and the absolute value is the same as the absolute value of the propagation path characteristic).
上記より、ブランチ数がMの場合に拡張すると(k=1,2,…,M)、選択合成の場合、以下の式(7)、(8)のようになる。 From the above, when the number of branches is M (k = 1, 2,..., M), the following formulas (7) and (8) are obtained in the case of selective synthesis.
y(t,u)=xi(t,u) ・・・(7)
ただし、iは以下を満たす値である。
y (t, u) = x i (t, u) (7)
However, i is a value satisfying the following.
|xi(t,u)|2=max(|x1(t,u)|2,|x2(t,u)|2,…,|xM(t,u)|2) ・・・(8)
ここで、max(a1,a2,…,an)はa1,a2,…,anのうちの最大値を表す。
| x i (t, u) | 2 = max (| x 1 (t, u) | 2 , | x 2 (t, u) | 2 ,…, | x M (t, u) | 2 )・ (8)
Here, max (a 1, a 2 , ..., a n) is a 1, a 2, ..., represent the maximum value of a n.
一方、最大比合成の場合は、以下の式(9)、(10)のようになる。
図3において、AGC制御部106は、受信機9内の各部の入出力信号のレベルが所定の範囲に維持されるよう、AGCアンプ102の利得を決定する。
In FIG. 3, the
つまり、受信機9内の各回路素子は、出力可能な電圧の上限値及び下限値を持つ。信号レベルが上限値よりも大きすぎたり下限値よりも小さすぎたりすると、信号の振幅が各回路素子の電圧と比例しなくなり、信号波形を正しく再現できなくなる。したがって、信号レベルは、上限値と下限値の間の適切な値に維持される必要があるため、AGC制御部106はAGCアンプ102の利得を決定する。
That is, each circuit element in the
すなわち、LPF105からのベースバンド信号のレベルを観測し、この値が所定の目標値に収束するように、AGCアンプ102の利得を決定する。ベースバンド信号のレベルの観測は、例えば、信号のレベルを平滑化するため、所定の時間内の積分値を計算する方法を用いることができる。
That is, the level of the baseband signal from the
ここで、AGC制御部106によるAGCアンプ102の利得の決定方法の一例を以下に示す。
Here, an example of a method for determining the gain of the
k番目のブランチの時間tにおけるLPF105からAGC制御部106への信号をxLPF,k(t)、その電力をPLPF,k(t)とすると、AGC制御部106は、r回目の電力の積分値QLPF,k,rを以下のように計算する。
ここで、Tは積分開始から終了までの時間(積分を行う周期)である。 Here, T is the time from the start to the end of integration (cycle for performing integration).
なお、k番目のブランチの時間tにおけるu番目の搬送波の信号及び電力をそれぞれxsub,LPF,k(t,u),Psub,LPF,k(t,u)とすると、xLPF,k(t),PLPF,k(t)、及びxsub,LPF,k(t,u)とPsub,LPF,k(t,u)との関係は、以下のように表される。
一方、k番目のブランチの時間tにおけるアンテナ10への入力信号の電力(アンテナ10での受信電力)をPANT,k(t),AGCアンプ102の利得をGk(t),AGCアンプ102以外のアンテナ10からAGC制御部106までの回路の利得をFk(t)とすると、PLPF,k(t)とは、以下の関係がある。
On the other hand, the power (input power at the antenna 10) of the input signal to the
PLPF,k(t)=Fk(t)Gk(t)PANT,k(t) ・・・(26)
なお、ここでは希望信号に比べて付加雑音は十分に小さいものと仮定し、無視する。
P LPF, k (t) = F k (t) G k (t) P ANT, k (t) (26)
Here, the additional noise is assumed to be sufficiently smaller than the desired signal, and is ignored.
なお、k番目のブランチの時間tにおけるu番目の搬送波のアンテナ10への入力信号の電力(アンテナ10でのu番目の搬送波の受信電力)をPsub,ANT,k(t,u)とすると、PANT,k(t)とは、以下の関係がある。
式(21)、(26)より、以下が導かれる。
ここで、積分区間内においてFk(t),Gk(t)は一定であると仮定する。すなわち、式(29)及び(30)が成り立つものとする。 Here, it is assumed that F k (t) and G k (t) are constant in the integration interval. That is, equations (29) and (30) are assumed to hold.
Fk(t)=Fk,r ((r-1)T≦t≦rT), ・・・(29)
Gk(t)=Gk,r ((r-1)T≦t≦rT), ・・・(30)
ここで、Fk,r,Gk,rはk,rにより決定される定数である。式(28)〜(30)より、以下が導かれる。
F k (t) = F k, r ((r-1) T ≦ t ≦ rT), (29)
G k (t) = G k, r ((r-1) T ≦ t ≦ rT), ... (30)
Here, F k, r and G k, r are constants determined by k, r. The following is derived from the equations (28) to (30).
QLPF,k,r=Fk,r Gk,r PANT,k,r T ・・・(31)
ここで、PANT,k,rは、式(32)で表され、k番目のブランチのr回目の電力積分区間内でアンテナ10に入力される信号の平均電力(アンテナ10での平均受信電力)を表す。
Here, P ANT, k, r is expressed by Expression (32), and the average power of the signal input to the
なお、k番目のブランチのr回目の電力積分区間内でu番目の搬送波のアンテナ10に入力される信号の平均電力(アンテナ10でのu番目の搬送波の平均受信電力)をPsub,ANT,k,r(u)とすると、Psub,ANT,k(t,u)とは、以下の関係がある。
ここで、k番目のブランチにおけるAGC制御部106により観測される信号の電力積分の目標値をQ^LPF,kとする。式(31)において、QLPF,k,r→Q^LPF,k, Gk,r→G^k,rとおくと、以下のように表される。
Here, the target value of the power integration of the signal observed by the
Q^LPF,k=Fk,r G^k,r PANT,k,r T ・・・(34)
ここで、G^k,rはAGCアンプ102の利得の目標値となるため、AGC制御部106は、この値を次回のAGCアンプ102の利得に決定する。すなわち、G^k,r→Gk,r+1とおくと、式(31)、(34)より、以下が導かれる。
Q ^ LPF, k = F k, r G ^ k, r P ANT, k, r T (34)
Here, since G ^ k, r is a target value of the gain of the
Gk,r+1=ELPF,k,r Gk,r, ・・・(35)
ELPF,k,r=Q^LPF,k/QLPF,k,r, ・・・(36)
QLPF,k,r=(Rk,r T)Gk,r, ・・・(37)
Rk,r=Fk,r PANT,k,r ・・・(38)
ELPF,k,rは、電力の積分値QLPF,k,rの目標値Q^LPF,kとの比、R k,rは外乱(QLPF,k,rの制御を乱す要因)を表す。したがって、AGC制御部106は、LPF105からの信号の電力の積分値を観測し、この値が目標値に収束するように、AGCアンプ102の利得を決定するフィードバック回路として構成可能である。
G k, r + 1 = E LPF, k, r G k, r , (35)
E LPF, k, r = Q ^ LPF, k / Q LPF, k, r , (36)
Q LPF, k, r = (R k, r T) G k, r , (37)
R k, r = F k, r P ANT, k, r (38)
E LPF, k, r is the ratio of the power integral value Q LPF, k, r to the target value Q ^ LPF, k , R k, r is the disturbance (the factor that disturbs the control of Q LPF, k, r ) Represent. Therefore, the
以上により、AGC制御部106は、アンテナ10に入力される信号のレベル、すなわち復調部11に入力される信号のレベルが小さい(すなわち、アンテナ10での受信電力が低い)場合には、AGCアンプ102の利得を大きくするように、復調部11に入力される信号のレベルが大きい(すなわち、アンテナ10での受信電力が高い)場合には、AGCアンプ102の利得を小さくするように、値を決定する。
As described above, when the level of the signal input to the
なお、ここでは電力の積分値が計算される信号(AGC制御部106への入力信号)をLPF105の出力信号としたが、BPF101の出力信号又はAGCアンプ102の出力信号又はダウンコンバータ103の出力信号又はLPF107の出力信号又はA/D変換部108の出力信号とする場合でも同様の方法が可能である。いずれの出力信号でも、本発明の一般性を損なうことはないため、ここでは電力の積分値が計算される信号(AGC制御部106への入力信号)をLPF105の出力信号とした場合の説明のみにとどめる。
Here, the signal for calculating the integral value of power (input signal to the AGC control unit 106) is the output signal of the
ところで、ダイバーシチ合成部30〜32でダイバーシチ合成を行う際には、各ブランチのアンテナにおける信号レベル(各ブランチのアンテナでの受信電力)の大小が正しく反映されている必要がある。
By the way, when diversity combining is performed by the
すなわち、ブランチ数が2の場合、DFT部13からダイバーシチ合成部30〜32に入力されるu番目の搬送波の信号のレベルとDFT部23からダイバーシチ合成部30〜32に入力されるu番目の搬送波の信号のレベルとの比は、アンテナ10に入力されるu番目の搬送波の信号のレベル(アンテナ10でのu番目の搬送波の受信電力)とアンテナ20に入力されるu番目の搬送波の信号のレベル(アンテナ20でのu番目の搬送波の受信電力)との比と等しいことが要求される。
That is, when the number of branches is 2, the level of the u-th carrier signal input from the
ところが、両ブランチのAGC制御部106(復調部11内のAGC制御部106及び復調部21内のAGC制御部106)は、各々が所定の信号レベルとなるようAGCアンプ102の利得を決定するため、その値は互いに異なる値となる可能性がある。
However, the AGC control units 106 (the
両ブランチのAGC制御部106が目標とする所定の信号レベルは、通常、両ブランチで回路構成に差異がないため、互いに等しい値となる。
The predetermined signal levels targeted by the
このため、両ブランチのアンテナでのu番目の搬送波の受信電力が異なる場合でも、DFT部13からダイバーシチ合成部30〜32に入力される全ての搬送波を足し合わせた信号のレベルとDFT部23ダイバーシチ合成部30〜32に入力される全ての搬送波を足し合わせた信号のレベルは等しくなってしまう。
Therefore, even when the reception power of the u-th carrier at the antennas of both branches is different, the signal level obtained by adding all the carriers input from the
ここで、全ての搬送波の信号のレベルが等しいと仮定すると、DFT部13からダイバーシチ合成部30〜32に入力されるu番目の搬送波の信号のレベルとDFT部23からダイバーシチ合成部30〜32に入力されるu番目の搬送波の信号のレベルは等しくなってしまう。
Here, assuming that the signal levels of all the carrier waves are equal, the level of the u-th carrier signal input from the
よって、ダイバーシチ合成部30〜32では、両ブランチのアンテナでの受信電力の大小が正しく反映されておらず、このままでは、ダイバーシチ合成が正しく行われないため、受信特性が悪くなる。
Therefore, the
上記内容への対策として、ダイバーシチ合成部30〜32で、各ブランチのアンテナにおける信号レベル(各ブランチのアンテナでの受信電力)の大小が正しく反映されるようになるための一手段としては、各ブランチからダイバーシチ合成部30〜32に入力される信号(DFT部13からダイバーシチ合成部30〜32への信号及びDFT部23からダイバーシチ合成部30〜32への信号)のレベルを、各々のブランチにおけるAGCアンプ102(復調部11内のAGCアンプ102及び復調部21内のAGCアンプ102)の利得の値で補正すればよい。例えば、ダイバーシチ合成部30〜32に入力される信号を、AGCアンプ102の利得の値の平方根により除算すればよい。これにより、各ブランチのアンテナでの受信電力の大小が正しく反映されるようになり、ダイバーシチ合成部30〜32によるダイバーシチ合成を正しく行うことが可能となる。
As measures against the above contents, as a means for the
上記の内容を、数式を用いて説明する。 The above contents will be described using mathematical expressions.
式(26)、(29)、(30)より、以下が導かれる。 From the equations (26), (29), (30), the following is derived.
PLPF,k(t)=Fk,r Gk,r PANT,k(t) ・・・(41)
式(24)、(27)、(41)より、以下が導かれる。
From the equations (24), (27), (41), the following is derived.
全ての搬送波は直交しているため、ある搬送波の電力は、他の搬送波の電力に依存しない。したがって、式(42)より、以下が導かれる。 Since all carriers are orthogonal, the power of one carrier does not depend on the power of other carriers. Therefore, the following is derived from the equation (42).
Psub,LPF,k(t,u)=Fk,r Gk,r Psub,ANT,k(t,u) ・・・(43)
ここで、1番目のブランチ及び2番目のブランチの回路構成は同様であるため、AGCアンプ102以外のアンテナ10からAGC制御部106までの回路の特性Fk,rは、両ブランチで等しいと仮定する。すなわち、式(44)が成り立つものとする。
P sub, LPF, k (t, u) = F k, r G k, r P sub, ANT, k (t, u) (43)
Here, since the circuit configurations of the first branch and the second branch are the same, it is assumed that the circuit characteristics F k, r from the
F1,r=F2,r ・・・(44)
式(43)、(44)より、以下が導かれる。
F 1, r = F 2, r (44)
From the equations (43) and (44), the following is derived.
Psub,LPF,1(t,u)/{G1,r Psub,ANT,1(t,u)}
=Psub,LPF,2(t,u)/{G2,r Psub,ANT,2(t,u)} ・・・(45)
式(45)を変形すると、以下が導かれる。
P sub, LPF, 1 (t, u) / {G 1, r P sub, ANT, 1 (t, u)}
= P sub, LPF, 2 (t, u) / {G 2, r P sub, ANT, 2 (t, u)} (45)
Transforming equation (45) leads to:
P^sub,LPF,1(t,u)/P^sub,LPF,2 (t,u)=Psub,ANT,1(t,u)/Psub,ANT,2(t,u),・・・(46)
P^sub,LPF,1(t,u)=c2 Psub,LPF,1(t,u)/G1,r, ・・・(47)
P^sub,LPF,2(t,u)=c2 Psub,LPF,2(t,u)/G2,r ・・・(48)
ここで、cは0でない任意の定数である。先に述べた通り、DFT 部13からダイバーシチ合成部30〜32に入力されるu番目の搬送波の信号レベルPsub,LPF,1(t,u)とDFT 部23からダイバーシチ合成部30〜32に入力されるu番目の搬送波の信号レベルPsub,LPF,2 (t,u)との比は、アンテナ10に入力されるu番目の搬送波の信号のレベル(アンテナ10での受信電力)Psub,ANT,1(t,u)とアンテナ20に入力されるu番目の搬送波の信号のレベル(アンテナ20での受信電力)Psub,ANT,2 (t,u)との比と等しくなる必要がある。
P ^ sub, LPF, 1 (t, u) / P ^ sub, LPF, 2 (t, u) = P sub, ANT, 1 (t, u) / P sub, ANT, 2 (t, u), ... (46)
P ^ sub, LPF, 1 (t, u) = c 2 P sub, LPF, 1 (t, u) / G 1, r , (47)
P ^ sub, LPF, 2 (t, u) = c 2 P sub, LPF, 2 (t, u) / G 2, r (48)
Here, c is an arbitrary constant that is not 0. As described above, the signal level P sub, LPF, 1 (t, u) of the u-th carrier inputted from the
しかし、式(46)〜(48)より、Psub,LPF,1(t,u)→P^sub,LPF,1(t,u), Psub,LPF,2(t,u)→P^sub,LPF,2(t,u)と置き換えれば(Psub,LPF,k(t,u)をP^sub,LPF,k(t,u)に補正すれば)、条件を満たすことが可能である。 However, P sub, LPF, 1 (t, u) → P ^ sub, LPF, 1 (t, u), P sub, LPF, 2 (t, u) → P from equations (46)-(48) If you replace it with ^ sub, LPF, 2 (t, u) (by correcting P sub, LPF, k (t, u) to P ^ sub, LPF, k (t, u)) Is possible.
式(25)、(47)、(48)より、DFT 部13からダイバーシチ合成部30〜32に入力される信号xsub,LPF,1(t,u)及びDFT 部23からダイバーシチ合成部30〜32に入力される信号xsub,LPF,2(t,u)を以下のように、補正すればよい。
以上のようにして、ダイバーシチ合成部30〜32に入力される信号の振幅を、AGCアンプ102の利得の値の平方根により除算すればよいことが導かれる。
As described above, it is derived that the amplitude of the signal input to the
すなわち、k番目のブランチの時間tにおける復調部DFT部13、23からダイバーシチ合成部30〜32へのu番目の搬送波の入力信号をxsub,LPF,k(t,u)とし、選択合成の場合、式(7)、(8)内のxk(t,u)をx^sub,LPF,k(t,u)(ここで、k=i及びk=1,2,…,M)に置き換えてこれらの式を適用し、y(t)をダイバーシチ合成部30〜32の出力信号とする。また、最大比合成の場合、式(9)、(10)内のxk(t,u)をx^sub,LPF,k(t,u)(ここで、k=i)に置き換えてこれらの式を適用し、y(t,u)をダイバーシチ合成部30〜32の出力信号とする。
That is, the input signal of the u-th carrier wave from the demodulating
しかしながら、従来の受信機は、デジタル信号処理のために、受信したアナログ信号をデジタル信号にA/D変換を行なうことが必要となる。A/D変換を行なう際、量子化雑音が発生し得る。量子化雑音レベルは、ダイバーシチブランチ毎に異なるものであり、付加雑音レベルに含まれるものである。 However, the conventional receiver needs to perform A / D conversion of the received analog signal to a digital signal for digital signal processing. Quantization noise can occur when performing A / D conversion. The quantization noise level is different for each diversity branch, and is included in the additional noise level.
OFDM方式を採用する受信機においては、熱雑音レベルが、全てのブランチ及び全ての搬送波で等しい場合であっても、量子化雑音レベルが等しいとは限らないため、従来の受信機は、ダイバーシチ合成を適切に動作させることができないという問題が生じ得る。以下では、この課題を説明する。 In a receiver employing the OFDM scheme, even if the thermal noise level is the same for all branches and all carriers, the quantization noise level is not always the same. May not be able to operate properly. Hereinafter, this problem will be described.
選択合成は、同じ搬送波のダイバーシチブランチの中で最も受信信号レベルの高いブランチを選択する方法であると述べた。しかし、厳密には、同じ搬送波のダイバーシチブランチの中で最もSNR(信号対雑音比)の高いブランチを選択する方法である。ただし、同じ搬送波の全てのダイバーシチブランチの付加雑音レベルが等しいという条件が成立すれば、最も受信信号レベルの高いブランチを選択する方法と等価となる。 It has been stated that selective combining is a method of selecting a branch having the highest received signal level among diversity branches of the same carrier wave. However, strictly speaking, this is a method of selecting a branch having the highest SNR (signal to noise ratio) among diversity branches of the same carrier wave. However, if the condition that the added noise levels of all diversity branches of the same carrier wave are equal, this is equivalent to the method of selecting the branch with the highest received signal level.
以上の内容を、数式にて説明する。まず、k番目のブランチの時間tにおけるu番目の搬送波の受信信号の電力をPk(t,u),受信信号のうち、希望信号の電力をSk(t,u),付加雑音の電力をNk(t,u)とした場合、Pk(t,u)は以下の式で表される。 The above contents will be described using mathematical expressions. First, the power of the received signal of the u-th carrier at time t of the k-th branch is P k (t, u), the power of the desired signal among the received signals is S k (t, u), and the power of the additional noise Is N k (t, u), P k (t, u) is expressed by the following equation.
Pk(t,u)=Sk(t,u)+Nk(t,u) ・・・(201)
このとき、k番目のブランチの時間tにおけるu番目の搬送波のSNRをSNRk(t,u)とすると、以下のように表される。
P k (t, u) = S k (t, u) + N k (t, u) (201)
At this time, when the SNR of the u-th carrier at time t of the k-th branch is SNR k (t, u), it is expressed as follows.
SNRk(t,u)=Sk(t,u)/Nk(t,u) ・・・(202)
式(201)、(202)より、以下が導かれる。
SNR k (t, u) = S k (t, u) / N k (t, u) (202)
From the equations (201) and (202), the following is derived.
SNRk(t,u)={ Pk(t,u)−Nk(t,u)}/Nk(t,u)
=Pk(t,u)/Nk(t,u)−1 ・・・(203)
ここで、α番目のブランチのSNRをSNRα(t,u)とし、β番目のブランチのSNRをSNRβ(t,u)とする。α番目のブランチのSNRα(t,u)は、β番目のブランチのSNRβ(t,u)よりも大きく、更に両ブランチの付加雑音電力が等しいものとする。すなわち、式(204)、(205)が成り立つものとする。
SNR k (t, u) = {P k (t, u) −N k (t, u)} / N k (t, u)
= P k (t, u) / N k (t, u) −1 (203)
Here, the SNR of the α-th branch is SNR α (t, u), and the SNR of the β-th branch is SNR β (t, u). It is assumed that SNR α (t, u) of the α-th branch is larger than SNR β (t, u) of the β-th branch, and that the additional noise power of both branches is equal. That is, equations (204) and (205) are assumed to hold.
SNRα(t,u)>SNRβ(t,u), ・・・(204)
Nα(t,u)=Nβ(t,u) ・・・(205)
このとき、式(202)〜(205)より、以下が導かれる。
SNR α (t, u)> SNR β (t, u), ... (204)
N α (t, u) = N β (t, u) (205)
At this time, the following is derived from the equations (202) to (205).
Sα(t,u)>Sβ(t,u) ・・・(206)
Pα(t,u)>Pβ(t,u) ・・・(207)
以上のように、同じ搬送波の全てのダイバーシチブランチの付加雑音のレベルが等しければ、最も希望信号レベルの高いブランチを選択する、または受信信号レベルの高いブランチを選択する方法で問題のないことが分かる。
S α (t, u)> S β (t, u) (206)
P α (t, u)> P β (t, u) (207)
As described above, it is understood that there is no problem in a method of selecting a branch having the highest desired signal level or a branch having a high received signal level if the levels of the additional noise of all diversity branches of the same carrier are equal. .
しかしながら、同じ搬送波の各ダイバーシチブランチの付加雑音のレベルが等しくない場合には、全てのダイバーシチブランチで付加雑音のレベルが等しくなるように信号電力を補正した上で、式(7)、(8)を適用する必要がある。 However, if the added noise level of each diversity branch of the same carrier is not equal, the signal power is corrected so that the added noise level is equal in all the diversity branches, and then equations (7) and (8) Need to apply.
信号電力の補正の方法は、以下のようになる。ブランチ数が2の場合を想定し、1番目のブランチの時間tにおけるu番目の搬送波のSNR,希望信号の電力、付加雑音の電力をそれぞれ、SNR1(t,u), S1(t,u), N1(t,u)とし、2番目のブランチの時間tにおけるu番目の搬送波のSNR、希望信号の電力、付加雑音の電力をそれぞれ、SNR2(t,u),S2(t,u),N2(t,u)とする。このとき、以下が成立する。 The method for correcting the signal power is as follows. Assuming that the number of branches is 2, the SNR of the u th carrier at the time t of the first branch, the power of the desired signal, and the power of the additional noise are respectively SNR 1 (t, u), S 1 (t, u), N 1 (t, u), the SNR of the u th carrier at the time t of the second branch, the power of the desired signal, and the power of the additional noise are SNR 2 (t, u), S 2 ( t, u), N 2 (t, u). At this time, the following holds.
SNR1(t,u)=S1(t,u)/N1(t,u), ・・・(208)
SNR2(t,u)=S2(t,u)/N2(t,u), ・・・(209)
補正後のSNR1(t,u), S1(t,u), N1(t,u)をそれぞれ、SNR11(t,u), S11(t,u), N11(t,u),とする。
SNR 1 (t, u) = S 1 (t, u) / N 1 (t, u), ... (208)
SNR 2 (t, u) = S 2 (t, u) / N 2 (t, u), ... (209)
The corrected SNR 1 (t, u), S 1 (t, u), N 1 (t, u) are converted to SNR 11 (t, u), S 11 (t, u), N 11 (t, u).
補正後のSNR2(t,u), S2(t,u), N2(t,u)をそれぞれ、SNR22(t,u), S22(t,u), N22(t,u)とすると、以下が成立するようにすればよい。 The corrected SNR 2 (t, u), S 2 (t, u), N 2 (t, u) are respectively converted into SNR 22 (t, u), S 22 (t, u), N 22 (t, If u), the following should hold.
SNR11(t,u)=S11(t,u)/N11(t,u), ・・・(210)
SNR22(t,u)=S22(t,u)/N22(t,u), ・・・(211)
SNR11(t,u)=SNR1(t,u), ・・・(212)
SNR22(t,u)=SNR2(t,u), ・・・(213)
S11(t,u)={N/N1(t,u)}S1(t,u), ・・・(214)
S22(t,u)={N/N2(t,u)}S2(t,u), ・・・(215)
N11(t,u)=N22(t,u)=N ・・・(216)
ここで、Nは任意の定数である。
SNR 11 (t, u) = S 11 (t, u) / N 11 (t, u), ... (210)
SNR 22 (t, u) = S 22 (t, u) / N 22 (t, u), ... (211)
SNR 11 (t, u) = SNR 1 (t, u), ... (212)
SNR 22 (t, u) = SNR 2 (t, u), ... (213)
S 11 (t, u) = {N / N 1 (t, u)} S 1 (t, u), (214)
S 22 (t, u) = {N / N 2 (t, u)} S 2 (t, u), (215)
N 11 (t, u) = N 22 (t, u) = N (216)
Here, N is an arbitrary constant.
したがって、1番目のブランチの時間tにおけるu番目の搬送波の希望信号、付加雑音をそれぞれ、s1(t,u), n1(t,u)とし、2番目のブランチの時間tにおけるu番目の搬送波の希望信号、付加雑音をそれぞれ、s2(t,u),n2(t,u)とする。 Therefore, the desired signal and additional noise of the u-th carrier at time t of the first branch are s 1 (t, u) and n 1 (t, u), respectively, and the u-th at time t of the second branch Let s 2 (t, u) and n 2 (t, u) be the desired signal and additional noise of the carrier wave, respectively.
これらの補正後の信号をそれぞれ、s11(t,u),n11(t,u),s22(t,u),n22(t,u)とするとき、式(214)〜(216)より、以下のようにすればよい。
最大比合成の場合も同様のことが言える。すなわち、同じ搬送波の全てのダイバーシチブランチの付加雑音レベルが等しいという条件が成立した場合のみ、式(9)、(10)は成立する。したがって、同じ搬送波の各ダイバーシチブランチの付加雑音のレベルが等しくない場合には、選択合成の場合と同様の方法で、全てのダイバーシチブランチで付加雑音レベルが等しくなるように信号電力を補正した上で、式(9)、(10)による合成を行う必要がある。 The same can be said for the maximum ratio synthesis. That is, equations (9) and (10) are satisfied only when the condition that the added noise levels of all diversity branches of the same carrier are equal is satisfied. Therefore, if the added noise level of each diversity branch of the same carrier is not equal, the signal power is corrected so that the added noise level is equal in all diversity branches in the same manner as in the case of selective combining. It is necessary to carry out the synthesis according to the formulas (9) and (10).
ここで、OFDM方式を採用した受信機9におけるSNRを計算する。
Here, the SNR in the
始めに、LPF107からA/D変換部108への、k番目のブランチの時間tにおける搬送波uの信号をxADC-IN,k(t,u)とする。xADC-IN,k(t,u)のうち希望信号をsADC-IN,k(t,u),アンテナ10からA/D変換部108までの増幅器等のアナログ回路により発生する雑音(以下、熱雑音)をnth,k(t,u)とすると、xADC-IN,k(t,u)は、以下のように表される。
First, the signal of the carrier wave u at the time t of the k-th branch from the
xADC-IN,k(t,u)=sADC-IN,k(t,u)+nth,k(t,u) ・・・(61)
これらの信号の値は、先に述べた通り、便宜上、複素数(複素包絡線、等価低域信号)として表現され、絶対値は正弦波の振幅、偏角は正弦波の位相を表す。すなわち、時間tにおける搬送波の周波数をfc、振幅をA(t)、位相をφ(t)とする変調された信号xsig(t)は、Re[・]を実部とし、j2=−1となる虚数単位jを用いて、以下のように表される。
x ADC-IN, k (t, u) = s ADC-IN, k (t, u) + n th, k (t, u) (61)
As described above, the values of these signals are expressed as complex numbers (complex envelope, equivalent low-frequency signal) for convenience, the absolute value represents the amplitude of the sine wave, and the declination represents the phase of the sine wave. That is, a modulated signal x sig (t) having a carrier frequency at time t as f c , an amplitude as A (t), and a phase as φ (t) has Re [•] as a real part, and j 2 = It is expressed as follows using an imaginary unit j which is −1.
xsig(t)=A(t)cos{2πfct+φ(t)}
=A(t)cos(2πfct)cosφ(t)−A(t)sin(2πfct)sinφ(t)
=Re[xcomp(t)xmod(t)], ・・・(71)
xcomp(t)=A(t)exp{jφ(t)}=A(t){cosφ(t)+jsinφ(t)}, ・・・(72)
xmod(t)=exp(j2πfct)=cos(2πfct)+jsin(2πfct), ・・・(73)
式(72)で表される復調後の信号(複素包絡線)のI相(同相成分、実部に相当)をxcomp,I(t)、Q相(直交成分、虚部に相当)をxcomp,Q(t)として、式(74)及び(75)と、式(72)は式(76)のようになる。
x sig (t) = A (t) cos {2πf c t + φ (t)}
= A (t) cos (2πf c t) cosφ (t) −A (t) sin (2πf c t) sinφ (t)
= Re [x comp (t) x mod (t)], ... (71)
x comp (t) = A (t) exp {jφ (t)} = A (t) {cosφ (t) + jsinφ (t)}, (72)
x mod (t) = exp (j2πf c t) = cos (2πf c t) + jsin (2πf c t), (73)
The I phase (in-phase component, corresponding to the real part) of the demodulated signal (complex envelope) represented by the equation (72) is expressed as x comp, I (t), and the Q phase (corresponding to the quadrature component, corresponding to the imaginary part). As x comp, Q (t), the equations (74) and (75) and the equation (72) become the equation (76).
xcomp,I(t)=A(t)cosφ(t), ・・・(74)
xcomp,Q(t)=A(t)sinφ(t) ・・・(75)
xcomp(t)=xcomp,I(t)+j xcomp,Q(t) ・・・(76)
同様にして、xADC-IN,k(t,u), sADC-IN,k(t,u), nth,k(t,u)のI相をそれぞれ、xADC-IN,I,k(t,u), sADC-IN,I,k(t,u), nth,I,k(t,u),Q相をそれぞれxADC-IN,Q,k(t,u), sADC-IN,Q,k(t,u), nth,Q,k(t,u)とすると、式(61)、(76)より、以下が導かれる。
x comp, I (t) = A (t) cosφ (t), ... (74)
x comp, Q (t) = A (t) sinφ (t) (75)
x comp (t) = x comp, I (t) + j x comp, Q (t) (76)
Similarly, x ADC-IN, k (t, u), s ADC-IN, k (t, u), n th, k (t, u) I phase are respectively represented by x ADC-IN, I, k (t, u), s ADC-IN, I, k (t, u), n th, I, k (t, u), Q phase is x ADC-IN, Q, k (t, u) , s ADC-IN, Q, k (t, u), n th, Q, k (t, u), the following is derived from equations (61) and (76).
xADC-IN,k(t,u)=xADC-IN,I,k(t,u)+j xADC-IN,Q,k(t,u), ・・・(81)
xADC-IN,I,k(t,u)=sADC-IN,I,k(t,u)+n th,I,k(t,u), ・・・(82)
xADC-IN,Q,k(t,u)=sADC-IN,Q,k(t,u)+n th,Q,k(t,u) ・・・(83)
ここで、sADC-IN,I,k(t,u)及びsADC-IN,Q,k(t,u)の振幅をAk(t,u),位相をφk(t,u)とすると、sADC-IN,I,k(t,u)及びsADC-IN,Q,k(t,u)は、式(74)、(75)より、以下のように表わせる。
x ADC-IN, k (t, u) = x ADC-IN, I, k (t, u) + j x ADC-IN, Q, k (t, u), (81)
x ADC-IN, I, k (t, u) = s ADC-IN, I, k (t, u) + n th, I, k (t, u), ... (82)
x ADC-IN, Q, k (t, u) = s ADC-IN, Q, k (t, u) + n th, Q, k (t, u) (83)
Where s ADC-IN, I, k (t, u) and s ADC-IN, Q, k (t, u) have amplitude A k (t, u) and phase φ k (t, u) Then, s ADC-IN, I, k (t, u) and s ADC-IN, Q, k (t, u) can be expressed as follows from equations (74) and (75).
sADC-IN,I,k(t,u)=Ak(t,u)cosφk(t,u), ・・・(84)
sADC-IN,Q,k(t,u)=Ak(t,u)sinφk(t,u) ・・・(85)
ここで、各搬送波における変調方式として、通常の移動通信で用いられるPSK(位相偏移変調)またはQAM(直角位相振幅変調)及びFSK(周波数偏移変調)を想定する。すなわち、振幅は一定と仮定する(実際には、通信路の変動(フェージング)により受信信号の振幅は次第に変化するが、短い時間内においては変化しないものと仮定する)。すなわち、以下が成り立つとする。
s ADC-IN, I, k (t, u) = A k (t, u) cosφ k (t, u), (84)
s ADC-IN, Q, k (t, u) = A k (t, u) sinφ k (t, u) (85)
Here, PSK (Phase Shift Keying) or QAM (Quadrature Phase Amplitude Modulation) and FSK (Frequency Shift Keying) used in normal mobile communication are assumed as modulation methods in each carrier wave. That is, the amplitude is assumed to be constant (in reality, it is assumed that the amplitude of the received signal gradually changes due to channel fluctuation (fading) but does not change within a short time). That is, assume that the following holds.
E[Ak(t,u)]=Ak,u ・・・(86)
ここで、E[・]は時間tに対する平均値を表し、Ak,uはk,uにより決定される定数である。また、位相はランダムであり、その分布は一様とする。このとき、sADC-IN,I,k(t,u)の分散E[{sADC-IN,I,k(t,u)}2]は、式(84)、(86)より、以下のように導かれる。
Here, E [•] represents an average value with respect to time t, and A k, u is a constant determined by k, u. The phase is random and the distribution is uniform. In this case, s ADC-IN, I, k (t, u) dispersion E of [{s ADC-IN, I , k (t, u)} 2] , the equation (84) and (86), below Guided like
同様にして、sADC-IN,Q,k(t,u)の分散E[{sADC-IN,Q,k(t,u)}2]は、式(85)、(86)より、以下のように導かれる。 Similarly, s ADC-IN, Q, k (t, u) dispersion E of [{s ADC-IN, Q , k (t, u)} 2] , the equation (85) and (86), It is derived as follows.
E[{sADC-IN,Q,k(t,u)}2]=Ak,u 2/2 ・・・(88)
また、nth,I,k(t,u), nth,Q,k(t,u)は、平均値が0で分散がσth,kのガウス雑音であると仮定する。ここで、σth,kはkにより決定される定数である。すなわち、以下の式が成り立つ。
E [{s ADC-IN, Q, k (t, u)} 2] = A k,
Also, n th, I, k (t, u), n th, Q, k (t, u) are assumed to be Gaussian noise having an average value of 0 and a variance of σ th, k . Here, σ th, k is a constant determined by k. That is, the following formula is established.
E[{nth,I,k(t,u)}2]=E[{nth,Q,k(t,u)}2]=σth,k 2 ・・・(89)
このとき、希望信号sADC-IN,k(t,u)=sADC-IN,I,k(t,u)+j sADC-IN,Q,k(t,u)及び熱雑音nth,k(t,u)=nth,I,k(t,u)+j nth,Q,k(t,u)の電力をそれぞれSADC-IN,k(t,u)及びNth,k(t,u)とすると、これらの平均値E[SADC-IN,k(t,u)]及びE[Nth,k(t,u)]はそれぞれ、式(88)、(89)より、以下のように表される。
E [{n th, I, k (t, u)} 2 ] = E [{n th, Q, k (t, u)} 2 ] = σ th, k 2 (89)
At this time, the desired signal s ADC-IN, k (t, u) = s ADC-IN, I, k (t, u) + j s ADC-IN, Q, k (t, u) and thermal noise n th, k (t, u) = n th, I, k (t, u) + j n th, Q, k (t, u) are respectively converted to S ADC-IN, k (t, u) and N th, k Assuming that (t, u), the average values E [S ADC-IN, k (t, u)] and E [N th, k (t, u)] are represented by the equations (88) and (89), respectively. Is expressed as follows.
E[SADC-IN,k(t,u)]=E[|sADC-IN,k(t,u)|2]
=E[{sADC-IN,I,k(t,u)}2]+E[{sADC-IN,Q,k(t,u)}2]=Ak,u 2, ・・・(90)
E[Nth,k(t,u)]=E[|nth,k(t,u)|2]
=E[{nth,I,k(t,u)}2]+E[{nth,Q,k(t,u)}2]=2σth,k 2 ・・・(91)
したがって、xADC-IN,k(t,u)の電力をPADC-IN,k(t,u)とすると、その平均値E[PADC-IN,k(t,u)]は、式(61)、(90)、(91)より、以下のように表される。
E [S ADC-IN, k (t, u)] = E [| s ADC-IN, k (t, u) | 2 ]
= E [{s ADC-IN, I, k (t, u)} 2 ] + E [{s ADC-IN, Q, k (t, u)} 2 ] = A k, u 2 ,. 90)
E [N th, k (t, u)] = E [| n th, k (t, u) | 2 ]
= E [{n th, I, k (t, u)} 2 ] + E [{n th, Q, k (t, u)} 2 ] = 2σ th, k 2 (91)
Therefore, if the power of x ADC-IN, k (t, u) is P ADC-IN, k (t, u), the average value E [P ADC-IN, k (t, u)] From (61), (90), (91), it is expressed as follows.
E[PADC-IN,k(t,u)]=E[|xADC-IN,k(t,u)|2]=E[|sADC-IN,k(t,u)|2]+E[|nth,k(t,u)|2]
=E[SADC-IN,k(t,u)]+E[Nth,k(t,u)]=Ak,u 2+2σth,k 2 ・・・(92)
ここで、sADC-IN,I,k(t,u), sADC-IN,Q,k(t,u), nth,I,k(t,u), nth,Q,k(t,u)は互いに独立であるとした。
E [P ADC-IN, k (t, u)] = E [| x ADC-IN, k (t, u) | 2 ] = E [| s ADC-IN, k (t, u) | 2 ] + E [| n th, k (t, u) | 2 ]
= E [S ADC-IN, k (t, u)] + E [N th, k (t, u)] = A k, u 2 + 2σ th, k 2 (92)
Where s ADC-IN, I, k (t, u), s ADC-IN, Q, k (t, u), n th, I, k (t, u), n th, Q, k ( t, u) are assumed to be independent of each other.
続いて、A/D変換部108を通過後、すなわちA/D変換部108からLPF105への、k番目のブランチの時間tにおける搬送波uの信号をxADC-OUT,k(t,u)とする。xADC-OUT,k(t,u)のI相をxADC-OUT,I,k(t,u), Q相をxADC-OUT,Q,k(t,u)とすると、式(76)と同様に、以下が導かれる。
Subsequently, after passing through the A /
xADC-OUT,k(t,u)=xADC-OUT,I,k(t,u)+j xADC-OUT,Q,k(t,u) ・・・(101)
ここで、A/D変換部108は、サンプリング周波数で標本化した受信信号のI相及びQ相をそれぞれ、デジタル信号として量子化する。A/D変換部108の量子化ステップをqとすると、xADC-IN,I,k(t,u), xADC-IN,Q,k(t,u)は、qを用いて、以下のように表すことが可能である。
x ADC-OUT, k (t, u) = x ADC-OUT, I, k (t, u) + j x ADC-OUT, Q, k (t, u) (101)
Here, the A /
xADC-IN,I,k(t,u)=q vADC-IN,I,k(t,u), ・・・(102)
xADC-IN,Q,k(t,u)=q vADC-IN,Q,k(t,u) ・・・(103)
このとき、xADC-OUT,I,k(t,u), xADC-OUT,Q,k(t,u)は、qの整数倍に丸められるため、式(102)、(103)より、以下のように表される。
x ADC-IN, I, k (t, u) = qv ADC-IN, I, k (t, u), ... (102)
x ADC-IN, Q, k (t, u) = qv ADC-IN, Q, k (t, u) (103)
At this time, x ADC-OUT, I, k (t, u) and x ADC-OUT, Q, k (t, u) are rounded to an integral multiple of q, so from equations (102) and (103) It is expressed as follows.
xADC-OUT,I,k(t,u)=xADC-IN,I,k(t,u)+nqu,I,k(t,u)=q vADC-OUT,I,k(t,u),・・・(104)
xADC-OUT,Q,k(t,u)=xADC-IN,Q,k(t,u)+nqu,Q,k(t,u)=q vADC-OUT,Q,k(t,u),・・・(105)
nqu,I,k(t,u)=q{vADC-OUT,I,k(t,u)−vADC-IN,I,k(t,u)},・・・(106)
nqu,Q,k(t,u)=q{vADC-OUT,Q,k(t,u)−vADC-IN,Q,k(t,u)}, ・・・(107)
vADC-OUT,I,k(t,u)=round[vADC-IN,I,k(t,u)], ・・・(108)
vADC-OUT,Q,k(t,u)=round[vADC-IN,Q,k(t,u)], ・・・(109)
ここで、nqu,I,k(t,u)及びnqu,Q,k(t,u)はそれぞれ、xADC-IN,I,k(t,u)及びxADC-IN,Q,k(t,u)がA/D変換部108により量子化された際に発生する誤差(以下、量子化雑音)である。
x ADC-OUT, I, k (t, u) = x ADC-IN, I, k (t, u) + n qu, I, k (t, u) = qv ADC-OUT, I, k (t, u), ... (104)
x ADC-OUT, Q, k (t, u) = x ADC-IN, Q, k (t, u) + n qu, Q, k (t, u) = qv ADC-OUT, Q, k (t, u), ... (105)
n qu, I, k (t, u) = q {v ADC-OUT, I, k (t, u) −v ADC-IN, I, k (t, u)}, (106)
n qu, Q, k (t, u) = q {v ADC-OUT, Q, k (t, u) −v ADC-IN, Q, k (t, u)}, (107)
v ADC-OUT, I, k (t, u) = round [v ADC-IN, I, k (t, u)], ... (108)
v ADC-OUT, Q, k (t, u) = round [v ADC-IN, Q, k (t, u)], ... (109)
Where n qu, I, k (t, u) and n qu, Q, k (t, u) are respectively x ADC-IN, I, k (t, u) and x ADC-IN, Q, k (t, u) is an error (hereinafter referred to as quantization noise) that occurs when the A /
また、vADC-OUT,I,k(t,u)及びvADC-OUT,Q,k(t,u)はそれぞれ、xADC-OUT,I,k(t,u)及びxADC-OUT,Q,k(t,u)のA/D変換部108による量子化レベル(A/D変換後の量子化された整数。(量子化ステップ)×(量子化レベル)が真の値となる)である。また、round[・]は・を四捨五入することを表す。
Also, v ADC-OUT, I, k (t, u) and v ADC-OUT, Q, k (t, u) are x ADC-OUT, I, k (t, u) and x ADC-OUT, respectively. , Q, k (t, u) by the A /
ここで、nqu,I,k(t,u)及びnqu,Q,k(t,u)は、量子化ステップ内で一様に分布し、平均値が0であると仮定すると、nqu,I,k(t,u)の分散E[{nqu,I,k(t,u)}2]は、nqu,I,k(t,u)=eとおいて、以下のように表される。
ここで、p(e)は、確率密度関数であり、先に説明した通り、量子化ステップ内で一様であると仮定しているので、以下のように表される。 Here, p (e) is a probability density function and, as described above, is assumed to be uniform within the quantization step, and is expressed as follows.
p(e)=1/q ・・・(111)
同様に、nqu,Q,k(t,u)の分散E[{nqu,Q,k(t,u)}2]は、以下のように表される。
p (e) = 1 / q (111)
Similarly, n qu, Q, k ( t, u) of the dispersion E [{n qu, Q, k (t, u)} 2] is expressed as follows.
E[{nqu,Q,k(t,u)}2]=q2/12 ・・・(112)
量子化雑音nqu,k(t,u)の電力をNqu,k(t,u)とすると、その平均値E[Nqu,k(t,u)]は、式(110)、(112)より、以下のように表される。
E [{n qu, Q, k (t, u)} 2] =
Assuming that the power of the quantization noise n qu, k (t, u) is N qu, k (t, u), the average value E [N qu, k (t, u)] is expressed by equations (110) and ( 112), it is expressed as follows.
E[Nqu,k(t,u)]=E[|nqu,k(t,u)|2]=E[{nqu,I,k(t,u)}2]+E[{nqu,Q,k(t,u)}2]
=q2/6 ・・・(113)
一方、xADC-OUT,I,k(t,u)のうち希望信号をsADC-OUT,I,k(t,u),付加雑音をnADC-OUT,I,k(t,u)とする。同様に、xADC-OUT,Q,k(t,u)のうち希望信号をsADC-OUT,Q,k(t,u), 付加雑音をnADC-OUT,Q,k(t,u)とする。このとき、xADC-OUT,I,k(t,u)及びxADC-OUT,Q,k(t,u)は、それぞれ、以下のように書き換えられる。
E [N qu, k (t, u)] = E [| n qu, k (t, u) | 2 ] = E [{n qu, I, k (t, u)} 2 ] + E [{n qu, Q, k (t, u)} 2 ]
= Q 2/6 ··· (113 )
On the other hand, of x ADC-OUT, I, k (t, u), the desired signal is s ADC-OUT, I, k (t, u) and the additional noise is n ADC-OUT, I, k (t, u) And Similarly, of x ADC-OUT, Q, k (t, u), the desired signal is s ADC-OUT, Q, k (t, u) and the additional noise is n ADC-OUT, Q, k (t, u ). At this time, x ADC-OUT, I, k (t, u) and x ADC-OUT, Q, k (t, u) are rewritten as follows.
xADC-OUT,I,k(t,u)=sADC-OUT,I,k(t,u)+nADC-OUT,I,k(t,u), ・・・(129)
xADC-OUT,Q,k(t,u)=sADC-OUT,Q,k(t,u) +nADC-OUT,Q,k(t,u), ・・・(130)
式(82)、(83)、(104)、(105)、(129)、(130)より、以下が導かれる。
x ADC-OUT, I, k (t, u) = s ADC-OUT, I, k (t, u) + n ADC-OUT, I, k (t, u), ... (129)
x ADC-OUT, Q, k (t, u) = s ADC-OUT, Q, k (t, u) + n ADC-OUT, Q, k (t, u), ... (130)
From the equations (82), (83), (104), (105), (129) and (130), the following is derived.
sADC-OUT,I,k(t,u)=sADC-IN,I,k(t,u), ・・・(131)
sADC-OUT,Q,k(t,u)=sADC-IN,Q,k(t,u), ・・・(132)
nADC-OUT,I,k(t,u)=nth,I,k(t,u)+nqu,I,k(t,u), ・・・(133)
nADC-OUT,Q,k(t,u)=nth,Q,k(t,u)+nqu,Q,k(t,u), ・・・(134)
このとき、希望信号sADC-OUT,k(t,u)及び付加雑音nADC-OUT,k(t,u)の電力をそれぞれSADC-OUT,k(t,u)及びNADC-OUT,k(t,u)とすると、これらの平均値E[SADC-OUT,k(t,u)]及びE[NADC-OUT,k(t,u)]はそれぞれ、式(90)、(91)、(113)より、以下のように表される。
s ADC-OUT, I, k (t, u) = s ADC-IN, I, k (t, u), ... (131)
s ADC-OUT, Q, k (t, u) = s ADC-IN, Q, k (t, u), ... (132)
n ADC-OUT, I, k (t, u) = n th, I, k (t, u) + n qu, I, k (t, u), (133)
n ADC-OUT, Q, k (t, u) = n th, Q, k (t, u) + n qu, Q, k (t, u), ... (134)
At this time, the power of the desired signal s ADC-OUT, k (t, u) and additional noise n ADC-OUT, k (t, u) is changed to S ADC-OUT, k (t, u) and N ADC-OUT, respectively. , k (t, u), the average values E [S ADC-OUT, k (t, u)] and E [N ADC-OUT, k (t, u)] , (91), (113), it is expressed as follows.
E[SADC-OUT,k(t,u)]=E[|sADC-OUT,k(t,u)|2]
=E[{sADC-OUT,I,k(t,u)}2]+E[{sADC-OUT,Q,k(t,u)}2]
=E[{sADC-IN,I,k(t,u)}2]+E[{sADC-IN,Q,k(t,u)}2]
=Ak,u 2, ・・・(135)
E[NADC-OUT,k(t,u)]=E[|nADC-OUT,k(t,u)|2]
=E[{nADC-OUT,I,k(t,u)}2]+E[{nADC-OUT,Q,k(t,u)}2]
=E[{nth,I,k(t,u)}2]+E[{nth,Q,k(t,u)}2]+E[{nqu,I,k(t,u)}2]+E[{nqu,Q,k(t,u)}2]
=2σth,k 2+q2/6, ・・・(136)
したがって、xADC-OUT,k(t,u)の電力をPADC-OUT,k(t,u)とすると、その平均値E[PADC-OUT,k(t,u)]は、以下のように表される。
E [S ADC-OUT, k (t, u)] = E [| s ADC-OUT, k (t, u) | 2 ]
= E [{s ADC-OUT, I, k (t, u)} 2 ] + E [{s ADC-OUT, Q, k (t, u)} 2 ]
= E [{s ADC-IN, I, k (t, u)} 2 ] + E [{s ADC-IN, Q, k (t, u)} 2 ]
= A k, u 2 , ... (135)
E [N ADC-OUT, k (t, u)] = E [| n ADC-OUT, k (t, u) | 2 ]
= E [{n ADC-OUT, I, k (t, u)} 2 ] + E [{n ADC-OUT, Q, k (t, u)} 2 ]
= E [{n th, I, k (t, u)} 2 ] + E [{n th, Q, k (t, u)} 2 ] + E [{n qu, I, k (t, u)} 2 ] + E [{n qu, Q, k (t, u)} 2 ]
= 2σ th, k 2 + q 2/6, ··· (136)
Therefore, if the power of x ADC-OUT, k (t, u) is P ADC-OUT, k (t, u), the average value E [P ADC-OUT, k (t, u)] is It is expressed as
E[PADC-OUT,k(t,u)]=E[|xADC-OUT,k(t,u)|2]
=E[|sADC-OUT,k(t,u)|2]+E[|nADC-OUT,k(t,u)|2]
=Ak,u 2+2σth,k 2+q2/6 ・・・(137)
以上により、A/D変換部108を通過後、すなわちA/D変換部108からLPF105への信号xADC-OUT,k(t,u)におけるSNRをSNRADC-OUT,k(t,u)とすると、その平均値E[SNRADC-OUT,k(t,u)]は、式(135)、(136)より、以下のように表される。
E [P ADC-OUT, k (t, u)] = E [| x ADC-OUT, k (t, u) | 2 ]
= E [| s ADC-OUT, k (t, u) | 2 ] + E [| n ADC-OUT, k (t, u) | 2 ]
= A k, u 2 + 2σ th,
As described above, after passing through the A /
E[SNRADC-OUT,k(t,u)]=E[SADC-OUT,k(t,u)]/E[NADC-OUT,k(t,u)]
=Ak,u 2/{2σth,k 2+q2/6} ・・・(138)
ここで、式(102)、(103)と同様、Ak,u, σth,kは、qを用いて、以下のように表すことが可能である。
E [SNR ADC-OUT, k (t, u)] = E [S ADC-OUT, k (t, u)] / E [N ADC-OUT, k (t, u)]
= A k, u 2 / { 2σ th,
Here, as in equations (102) and (103), A k, u , σ th, k can be expressed as follows using q.
Ak,u=q vA,k,u, ・・・(139)
σth,k=q vth,k ・・・(140)
ここで、v A,k,uはk,uにより決定される定数、vth,kはkにより決定される定数である。このとき、式(87)〜(89)、(131)、(132)より、以下が導かれる。
A k, u = qv A, k, u , ... (139)
σ th, k = qv th, k (140)
Here, v A, k, u is a constant determined by k, u, and v th, k is a constant determined by k. At this time, the following is derived from the equations (87) to (89), (131), and (132).
E[{sADC-OUT,I,k(t,u)}2]=E[{sADC-OUT,Q,k(t,u)}2]=q2 vA,k,u 2/2 ・・・(88-2)
E[{nth,I,k(t,u)}2]=E[{nth,Q,k(t,u)}2]=q2 vth,k 2 ・・・(89-2)
すなわち、vA,k,u/20.5はsADC-OUT,I,k(t,u)及びsADC-OUT,Q,k(t,u)の量子化レベルの絶対値の平均値、vth,kはnth,I,k(t,u)及びnth,Q,k(t,u)の量子化レベルの絶対値の平均値を表す。
E [{s ADC-OUT, I, k (t, u)} 2 ] = E [{s ADC-OUT, Q, k (t, u)} 2 ] = q 2 v A, k, u 2 / 2 (88-2)
E [{n th, I, k (t, u)} 2 ] = E [{n th, Q, k (t, u)} 2 ] = q 2 v th, k 2 (89-2) )
That is, v A, k, u / 2 0.5 is the average value of the absolute values of the quantization levels of s ADC-OUT, I, k (t, u) and s ADC-OUT, Q, k (t, u), v th, k represents an average value of absolute values of quantization levels of n th, I, k (t, u) and n th, Q, k (t, u).
同様に、式(91)、(135)〜(137)は、以下のように書き換えられる。 Similarly, formulas (91) and (135) to (137) can be rewritten as follows.
E[Nth,k(t,u)]=2q2 vth,k 2, ・・・(91-2)
E[SADC-OUT,k(t,u)]=q2 vA,k,u 2, ・・・(135-2)
E[NADC-OUT,k(t,u)]=2q2 vth,k 2+q2/6=q2(2vth,k 2+1/6), ・・・(136-2)
E[PADC-OUT,k(t,u)]=q2(vA,k,u 2+2vth,k 2+1/6) ・・・(137-2)
なお、vADC-OUT,k(t,u)=vADC-OUT,I,k(t,u)+j vADC-OUT,Q,k(t,u)とすると、式(104)、(105)、(137-2)より、以下が導かれる。
E [N th, k (t, u)] = 2q 2 v th, k 2 , (91-2)
E [S ADC-OUT, k (t, u)] = q 2 v A, k, u 2 , (135-2)
E [N ADC-OUT, k (t, u)] = 2q 2 v th,
E [P ADC-OUT, k (t, u)] = q 2 (v A, k, u 2 + 2v th, k 2 +1/6) (137-2)
If v ADC-OUT, k (t, u) = v ADC-OUT, I, k (t, u) + j v ADC-OUT, Q, k (t, u), Equation (104), ( 105) and (137-2) lead to the following.
E[|vADC-OUT,k(t,u)|2]=E[PADC-OUT,k(t,u)]/q2
=vA,k,u 2+2vth,k 2+1/6 ・・・(141)
式(138)〜(140)より、以下が導かれる。
E [| v ADC-OUT, k (t, u) | 2 ] = E [P ADC-OUT, k (t, u)] / q 2
= V A, k, u 2 + 2v th, k 2 +1/6 (141)
The following is derived from the equations (138) to (140).
E[SNRADC-OUT,k(t,u)]=vA,k,u 2/(2vth,k 2+1/6) ・・・(142)
また、k番目のブランチの時間tにおけるu番目の搬送波のアンテナ10への入力信号をsANT,k(t,u)とし、その電力(アンテナ10での受信電力)をSANT,k(t,u)とする。このとき、平均電力E[SANT,k(t,u)]は、以下のように表すことが可能である。
E [SNR ADC-OUT, k (t, u)] = v A, k, u 2 / (2v th, k 2 +1/6) (142)
In addition, an input signal to the
E[SANT,k(t,u)]=G^k,u E[SADC-IN,k(t,u)] ・・・(151)
ここで、G^k,uはアンテナ10からLPF107までのアナログ回路の平均利得を表し、k, uにより決定される定数である。
E [S ANT, k (t, u)] = G ^ k, u E [S ADC-IN, k (t, u)] (151)
Here, G ^ k, u represents the average gain of the analog circuit from the
式(90)、(139)、(151)より、以下が導かれる。
ここで、qANTは、アンテナ10からA/D変換部108までの回路を1つの等価なA/D変換部としたときの量子化ステップである。このときの等価な量子化雑音の平均電力E[N^qu,k(t,u)]は、式(113)より、以下のように表される。
Here, q ANT is a quantization step when the circuit from the
E[N^qu,k(t,u)]=qANT 2/6 ・・・(154)
したがって、E[SNR ADC-OUT,k(t,u)]は、式(91)、(152)、(154)より、以下のように書き換えられる。
E [N ^ qu, k ( t, u)] =
Therefore, E [SNR ADC-OUT, k (t, u)] is rewritten as follows from the equations (91), (152), and (154).
E[SNRADC-OUT,k(t,u)]
=E[SANT,k(t,u)]/{E[Nth,k(t,u)]+E[N^qu,k(t,u)]}, ・・・(155)
E[Nth,k(t,u)]=2σth,k 2, ・・・(156)
E[N^qu,k(t,u)]=E[SANT,k(t,u)]/(6 vA,k,u 2) ・・・(157)
式(155)〜(157)より、OFDM受信機9においては、アンテナ10からLPF107までのアナログ回路による熱雑音に加え、A/D変換部108により、希望信号の量子化レベルの絶対値の平均値vA,k,u/20.5の2乗の逆数に比例した量子化雑音が付加される。
E [SNR ADC-OUT, k (t, u)]
= E [S ANT, k (t, u)] / {E [N th, k (t, u)] + E [N ^ qu, k (t, u)]}, (155)
E [N th, k (t, u)] = 2σ th, k 2 , (156)
E [N ^ qu, k (t, u)] = E [S ANT, k (t, u)] / (6 v A, k, u 2 ) (157)
From the equations (155) to (157), in the
vA,k,uは、その定義より、分解能と言い換えることもできる。すなわち、量子化ステップqが大きい場合、式(102)、(103)より、vA,k,uは小さくなる。これは、分解能が小さいことを意味する。一方、量子化ステップqが小さい場合、vA,k,uは大きくなる。これは、分解能が大きいことを意味する。 v A, k, u can be rephrased as a resolution based on its definition. That is, when the quantization step q is large, v A, k, u is small from Equations (102) and (103). This means that the resolution is small. On the other hand, when the quantization step q is small, v A, k, u becomes large. This means that the resolution is large.
すなわち、式(157)より、アンテナ10への入力信号の平均電力E[SANT,k(t,u)]に対して、分解能が小さい(vA,k,uが小さい)場合には、量子化雑音の平均電力E[N^qu,k(t,u)]が大きく、分解能が大きい(vA,k,uが大きい)場合には、量子化雑音の平均電力E[N^qu,k(t,u)]が小さくなることが分かる。
That is, from the equation (157), when the resolution is small (v A, k, u is small) with respect to the average power E [S ANT, k (t, u)] of the input signal to the
したがって、E[SANT,k(t,u)]が熱雑音に対して十分に大きな場合でも、分解能が小さい(vA,k,uが小さい)場合、量子化雑音はE[SANT,k(t,u)]と同じオーダまで増大してしまう。これは、式(157)で、vA,k,u→∞のとき、E[N^qu,k(t,u)]→0であるが、vA,k,uを減少し、vA,k,u→1のとき、E[N^qu,k(t,u)]→E[SANT,k(t,u)]/6まで増加することからも分かる。 Therefore, even if E [S ANT, k (t, u)] is sufficiently large with respect to thermal noise, if the resolution is small (v A, k, u is small), the quantization noise is E [S ANT, k (t, u)] will increase to the same order. This is E (N ^ qu, k (t, u)] → 0 when v A, k, u → ∞ in equation (157), but v A, k, u is decreased and v It can also be seen from the fact that when A, k, u → 1, E [N ^ qu, k (t, u)] → E [S ANT, k (t, u)] / 6.
この現象は、周波数選択性フェージングが発生し、各搬送波の受信信号の電力が異なる場合、特に顕著である。以下に、このことを説明する。 This phenomenon is particularly noticeable when frequency selective fading occurs and the received signal power of each carrier is different. This will be described below.
AGC制御部106は、A/D変換部108への入力信号のレベルが適正となるように制御を行うが、A/D変換部108への入力信号は、DFT部13により、L個の各搬送波周波数により変調されていたベースバンド信号に分離される以前の信号であり、全ての搬送波が足し合わされた信号である。したがって、AGC制御部106は、総電力(全ての搬送波を足し合わせた信号の電力)が一定となるように制御を行うが、各々の搬送波の信号の電力の値とは無関係である。
The
ここで、A/D変換部108は、全ての搬送波を足し合わせた信号を量子化する。したがって、周波数選択性フェージングが発生し、各搬送波の信号の電力が異なる場合、各搬送波の信号の分解能が異なることになる。
Here, the A /
総電力が大きい場合、各々の搬送波の信号の電力は大きくなる(熱雑音の電力よりも十分に大きくなる)が、他の搬送波よりも小さい電力の搬送波では、分解能が小さいため、搬送波の電力に対して量子化雑音は大きくなる。 When the total power is large, the power of the signal of each carrier becomes large (it is sufficiently larger than the power of thermal noise). On the other hand, the quantization noise increases.
一方、総電力が小さい場合、各々の搬送波の信号の電力は小さくなる(熱雑音の電力よりも十分に大きいとはいえない)が、他の搬送波よりも大きい電力の搬送波では、分解能が大きくなるため、搬送波の電力に対して量子化雑音の電力は小さくなる。 On the other hand, when the total power is small, the power of the signal of each carrier is small (it cannot be said that it is sufficiently larger than the power of thermal noise), but the resolution is large in the carrier of power larger than other carriers. Therefore, the quantization noise power is smaller than the carrier wave power.
その結果、搬送波の信号の電力は同じでも、総電力の大きさにより(言い換えると、他のブランチとの相対電力の大きさにより)、量子化雑音の電力は異なってしまう。すなわち、ある搬送波において、希望信号の電力は同じでも、総電力の大きさ次第で、量子化雑音の電力は大きくも小さくもなり得る。SNRは大きくも小さくもなり得る。 As a result, even if the power of the carrier signal is the same, the power of the quantization noise differs depending on the total power (in other words, the relative power with other branches). That is, in a certain carrier wave, the power of the desired signal is the same, but the power of the quantization noise can be large or small depending on the magnitude of the total power. SNR can be large or small.
したがって、図4に示すように、同じ搬送波における全てのダイバーシチブランチうち、あるブランチでは総電力が高いため、希望信号の電力に対して量子化雑音の電力が高いため、SNRが劣化しているが、別のブランチでは総電力は低いが、希望信号の電力に対して量子化雑音の電力が低いため、SNRが改善しているといった現象が起こり得る。 Therefore, as shown in FIG. 4, among all the diversity branches in the same carrier wave, the total power is high in a certain branch, so that the quantization noise power is higher than the power of the desired signal, so that the SNR is deteriorated. In another branch, although the total power is low, the quantization noise power is low relative to the power of the desired signal, so that the SNR may be improved.
以上のように、熱雑音のレベルが、全てのブランチ及び全ての搬送波で等しい場合でも、量子化雑音のレベルが等しいとは限らないため、付加雑音は等しくならない。すなわち、式(205)の仮定は成り立たない。したがって、式(206)は成り立つとは限らないため、AGCアンプ102の利得の値を参照し、式(49)により希望信号の平均電力E[SANT,k(t,u)]を計算することが可能な場合においても、E[SANT,k(t,u)]のみを参照して、式(7)、(8)を適用した選択合成によるダイバーシチを行うことは不可能であることが分かる。同様に、最大比合成の場合においても、式(9)、(10)を適用した最大比合成によるダイバーシチを行うことは不可能である。
As described above, even when the thermal noise level is the same for all branches and all carriers, the quantization noise level is not always equal, and therefore the additional noise is not equal. That is, the assumption of formula (205) does not hold. Therefore, since Equation (206) does not always hold, the average power E [S ANT, k (t, u)] of the desired signal is calculated by Equation (49) with reference to the gain value of the
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、OFDM受信機では、DFTを実現するデジタル回路が必要であり、A/D変換における分解能の限界による量子化雑音の発生は避けられないが、量子化雑音のレベルがダイバーシチブランチ毎に異なる場合でも、ダイバーシチ合成を適切に動作できるようにするダイバーシチ受信機を提供することになる。 Therefore, in order to solve the above problems, the present invention requires a digital circuit that realizes DFT in the OFDM receiver, and the generation of quantization noise due to the resolution limit in A / D conversion is inevitable. Even when the level of quantization noise differs from diversity branch to diversity branch, a diversity receiver is provided that enables diversity combining to operate properly.
かかる課題を解決するために、第1の本発明は、無線電波の捕捉位置が異なっているものであって、複数の搬送波周波数による変調された受信信号を復調する複数のブランチ処理手段と、各ブランチ処理手段からの受信信号の中からいずれかを選択して出力するダイバーシチ合成手段とを備えたダイバーシチ受信機において、複数のブランチ処理手段はそれぞれ、(1)離散フーリエ変換により分離された、各搬送波周波数により変調されていたベースバンド受信信号に含まれる熱雑音の平均電力を推定し、他の全てのブランチ処理手段と等しい所定値になるように、ベースバンド受信信号の値を補正する熱雑音補正部と、(2)熱雑音補正部により補正されたベースバンド受信信号の量子化ビット幅(信号を所定の量子化ステップで量子化した際の、量子化レベルのビット幅)を、当該量子化ビット幅よりも小さい所定の量子化ビット幅となるよう、ベースバンド受信信号の平均電力を推定し、推定されたベースバンド受信信号の平均電力が、削減後の量子化ビット幅よりも大きな値となる場合、電力が削減後の量子化ビット幅に収まるようにベースバンド受信信号を補正する量子化雑音補正部とを備え、ダイバーシチ合成手段が、各ブランチ処理手段の上記量子化雑音補正部により補正された上記ベースバンド受信信号をダイバーシチ合成することを特徴とするダイバーシチ受信機である。 In order to solve such a problem, the first aspect of the present invention includes a plurality of branch processing means for demodulating received signals modulated by a plurality of carrier frequencies, each having a different radio wave capturing position, In the diversity receiver including the diversity combining unit that selects and outputs one of the received signals from the branch processing unit, each of the plurality of branch processing units includes (1) each separated by discrete Fourier transform, Thermal noise that estimates the average power of thermal noise contained in the baseband received signal that has been modulated by the carrier frequency and corrects the value of the baseband received signal so that it becomes a predetermined value equal to all other branch processing means A correction unit, and (2) a quantization bit width of the baseband received signal corrected by the thermal noise correction unit (the signal is quantized in a predetermined quantization step) The average power of the baseband received signal is estimated so that the predetermined quantization bit width is smaller than the quantization bit width, and the estimated baseband received signal Diversity combining with a quantization noise correction unit that corrects the baseband received signal so that the power falls within the quantized bit width after the reduction when the average power is larger than the reduced quantization bit width. Means is a diversity receiver characterized in that the baseband received signal corrected by the quantization noise correction unit of each branch processing means is diversity combined.
第2の本発明は、無線電波の捕捉位置が異なっているものであって、複数の搬送波周波数による変調された変調信号を復調する複数のブランチ処理手段と、各ブランチ処理手段からの受信信号の中からいずれかを選択して出力するダイバーシチ合成手段とを備えたダイバーシチ受信機において、複数のブランチ処理手段はそれぞれ、離散フーリエ変換により分離された、各搬送波周波数により変調されていたベースバンド受信信号に含まれる熱雑音の平均電力を搬送波周波数毎に推定し、熱雑音の平均電力が、他の全てのブランチ処理手段の同じ搬送波周波数により変調されていたベースバンド受信信号に含まれる熱雑音の平均電力と等しい所定値になるように、ベースバンド受信信号の値を搬送波周波数毎に補正する熱雑音補正部を備え、ダイバーシチ合成手段が、各ブランチ処理手段の熱雑音補正部により補正されたベースバンド受信信号をダイバーシチ合成することを特徴とするダイバーシチ受信機である。 According to a second aspect of the present invention, radio wave capturing positions are different, and a plurality of branch processing means for demodulating a modulated signal modulated by a plurality of carrier frequencies, and a received signal from each branch processing means In the diversity receiver including the diversity combining means for selecting and outputting any of them, each of the plurality of branch processing means is a baseband reception signal modulated by each carrier frequency and separated by discrete Fourier transform. The average power of thermal noise included in the baseband received signal, which was modulated by the same carrier frequency of all other branch processing means , is estimated for each carrier frequency. so that the predetermined value is equal to the power, with a thermal noise correcting unit for correcting the value of the baseband received signals for each carrier frequency, Ibashichi synthesis means is a diversity receiver, characterized in that the baseband reception signal corrected by the thermal noise correction unit of each branch processing means for diversity combining.
第3の本発明は、無線電波の捕捉位置が異なっているものであって、複数の搬送波周波数による変調された変調信号を復調する複数のブランチ処理手段と、各ブランチ処理手段からの受信信号の中からいずれかを選択して出力するダイバーシチ合成手段とを備えたダイバーシチ受信機において、複数のブランチ処理手段はそれぞれ、離散フーリエ変換により分離された、各搬送波周波数により変調されていた量子化されたベースバンド受信信号の量子化ビット幅を、当該量子化ビット幅よりも小さい所定の量子化ビット幅となるよう、ベースバンド受信信号の平均電力を推定し、推定されたベースバンド受信信号の平均電力が、削減後の量子化ビット幅よりも大きな値となる場合、電力が削減後の量子化ビット幅に収まるようにベースバンド受信信号を補正する量子化雑音補正部を備え、ダイバーシチ合成手段が、各ブランチ処理手段の量子化雑音補正部により補正されたベースバンド受信信号をダイバーシチ合成することを特徴とするダイバーシチ受信機である。 According to a third aspect of the present invention, there are different radio wave capturing positions, a plurality of branch processing means for demodulating modulated signals modulated by a plurality of carrier frequencies, and a received signal from each branch processing means. In a diversity receiver including a diversity combining unit that selects and outputs one of the plurality of branch processing units, each of the plurality of branch processing units is quantized and modulated by each carrier frequency separated by a discrete Fourier transform The average power of the baseband received signal is estimated so that the quantized bit width of the baseband received signal becomes a predetermined quantization bit width smaller than the quantized bit width, and the estimated average power of the baseband received signal is estimated. If the value is larger than the reduced quantization bit width, the baseband is set so that the power is within the reduced quantization bit width. A diversity receiver comprising a quantization noise correction unit for correcting a received signal, wherein diversity combining means diversity combines the baseband received signal corrected by the quantization noise correction unit of each branch processing means .
本発明によれば、量子化雑音のレベルがダイバーシチブランチ毎に異なる場合でも、ダイバーシチ合成を適切に動作することができる。 According to the present invention, diversity combining can be appropriately performed even when the level of quantization noise differs for each diversity branch.
(A)第1の実施形態
以下では、本発明のダイバーシチ受信機の第1の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
(A) First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of a diversity receiver of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
この実施形態では、変調方式としてOFDM方式を採用する受信機に本発明を適用する場合を例示する。 In this embodiment, a case where the present invention is applied to a receiver that employs an OFDM system as a modulation system is illustrated.
(A−1)第1の実施形態の構成
(A−1−1)受信機の内部構成の説明
図1は、第1の実施形態の受信機の内部構成を示す内部構成図である。なお、第1の実施形態の受信機1Aは、空間ダイバーシチ機能を備えた、OFDM方式を採用する受信機である。ここでは、ダイバーシチブランチ(以下ブランチという)の数が2個である場合を例示する。また、サブキャリア数(分散する搬送波の数)をL個とする場合を例示する。
(A-1) Configuration of First Embodiment (A-1-1) Description of Internal Configuration of Receiver FIG. 1 is an internal configuration diagram illustrating an internal configuration of a receiver of the first embodiment. Note that the receiver 1A according to the first embodiment is a receiver that employs the OFDM method and has a spatial diversity function. Here, a case where the number of diversity branches (hereinafter referred to as branches) is two is illustrated. In addition, a case where the number of subcarriers (the number of dispersed carriers) is L is illustrated.
図1に示すように、第1の実施形態の受信機1Aは、アンテナ10、復調部11、S/P(直並列)変換部12、DFT部13、熱雑音補正部14、量子化雑音補正部15、アンテナ20、復調部21、S/P変換部22、DFT部23、熱雑音補正部24、量子化雑音補正部25、ダイバーシチ合成部30、ダイバーシチ合成部31、ダイバーシチ合成部32、P/S変換部33、判定部34を有する。
As shown in FIG. 1, the receiver 1A of the first embodiment includes an
図1の受信機1Aは、DFT部13の出力とダイバーシチ合成部30〜32への入力との間に、新たに熱雑音補正部14と量子化雑音補正部15を追加している点、DFT部23の出力とダイバーシチ合成部30〜32への入力との間に、新たに熱雑音補正部24と量子化雑音補正部25を追加している点が、図2の受信機9の構成と異なっている。
The receiver 1A in FIG. 1 additionally includes a thermal
OFDM方式を採用する送信機(図示しない)は、情報ビット列をベースバンド(基底帯域)で符号化し、搬送波周波数(高周波)帯域に変調する。変調された信号は、送信機(図示しない)のアンテナより空間に放射され、受信機のアンテナ10及びアンテナ20に入力される。
A transmitter (not shown) adopting the OFDM scheme encodes an information bit string in a baseband (baseband) and modulates it to a carrier frequency (high frequency) band. The modulated signal is radiated into the space from an antenna of a transmitter (not shown) and input to the
アンテナ10に入力された搬送波周波数帯域の変調信号は、復調部11により、ベースバンドのデジタル信号に再生され、S/P変換部12に入力される。
The carrier frequency band modulation signal input to the
S/P変換部12に入力されたベースバンドのデジタル信号は、直並列変換により、時間方向でL個分の標本値を蓄積し、一括してDFT部13に入力される。
The baseband digital signal input to the S /
DFT部13に入力されたL個のベースバンド信号は、離散フーリエ変換を行うことによって、L個の各搬送波(サブキャリア)周波数により変調されていたベースバンド信号に分離され、L個の各搬送波周波数により変調されていたベースバンド信号が熱雑音補正部14に与えられる。
The L baseband signals input to the
熱雑音補正部14に入力された、L個の各搬送波周波数により変調されていたベースバンド信号は、それぞれの搬送波の信号に含まれる熱雑音の平均電力が、全てのブランチで等しい値となるよう正規化され、量子化雑音補正部15に入力される。
The baseband signal that has been modulated by each of the L carrier frequencies input to the thermal
量子化雑音補正部15に入力された、L個の各搬送波周波数により変調されていた、それぞれの搬送波の信号に含まれる熱雑音の平均電力が、全てのブランチで等しい値となるよう正規化されたベースバンド信号は、それぞれの搬送波の信号に含まれる量子化雑音の平均電力が、全てのブランチで等しい値となるように、所定の量子化ビット幅に制限され、ダイバーシチ合成部30〜32に入力される。
The average power of the thermal noise included in the signals of the respective carriers modulated by the L carrier frequencies input to the quantization
なお、ここではダイバーシチ合成部が3個のみ記載されているが、実際には搬送波の数と同じ個数、すなわちL個のダイバーシチ合成部で構成される。 Although only three diversity combining units are described here, the number is actually the same as the number of carrier waves, that is, L diversity combining units.
ダイバーシチ合成部30〜32では、同じ搬送波周波数(同じサブキャリア番号)の2つのブランチからの信号を所定の方法により合成し、1つの信号としてP/S変換部33に出力する。
ここでは、合成方法の例として、選択合成または最大比合成を想定する。すなわち、k番目のブランチの時間tにおけるu番目の搬送波のDFT部13からダイバーシチ合成部30〜32への入力信号をxk(t,u)として、選択合成の場合、式(7)、(8)を適用し、y(t,u)をダイバーシチ合成部30〜32の出力信号とする。また、最大比合成の場合、式(9)、(10)を適用し、y(t,u)をダイバーシチ合成部30〜32の出力信号とする。
Here, selective synthesis or maximum ratio synthesis is assumed as an example of the synthesis method. That is, in the case of selective combining, the input signal from the
ダイバーシチ合成部31及び32の動作は、ダイバーシチ合成部30と同様であるため、説明は省略する。
Since the operations of the
P/S変換部33に入力されたL個の各搬送波に関するベースバンド信号は、並直列変換され、時間方向でL個分の標本値として、判定部34に入力される。
The baseband signals related to the L carrier waves input to the P /
判定部34に入力されたベースバンド信号は、復号等の処理を行うことにより、元の情報ビット列として再生される。
The baseband signal input to the
一方、アンテナ20に入力された搬送波周波数帯域の変調信号は、復調部21により、ベースバンドの信号に再生され、S/P変換部22に入力される。以降のS/P変換部22、DFT部23、熱雑音補正部24、量子化雑音補正部25の動作は、それぞれS/P変換部12、DFT部13、熱雑音補正部14、量子化雑音補正部15と同様であるため、説明は省略する。
On the other hand, the modulated signal in the carrier frequency band input to the
(A−1−2)復調部の内部構成の説明
図3は、復調部11の内部構成を示す内部構成図である。なお、復調部21も復調部11と同一の構成である。
(A-1-2) Description of Internal Configuration of Demodulator FIG. 3 is an internal configuration diagram showing an internal configuration of the
復調部11は、BPF(バンドパスフィルタ)101と、AGC(自動利得制御)アンプ102と、ダウンコンバータ103と、局部発振器104と、LPF(ローパスフィルタ)107と、A/D(アナログ−デジタル)変換部108と、LPF105と、AGC制御部106からなる。
The
アンテナ10からの信号は、BPF101で、所望する搬送波周波数を中心とした所定の帯域を通過させることにより、搬送波周波数帯域の変調信号が取り出され、AGCアンプ102に入力される。
The signal from the
AGCアンプ102に入力された変調信号は、AGC制御部106により決定した、所定の利得に増幅され、ダウンコンバータ103に入力される。
The modulation signal input to the
なお、ここでは、AGCアンプ102は、BFP101の出力とダウンコンバータ103への入力との間の1個だけ設けることとしたが、AGCアンプは別の位置に追加して複数個のAGCアンプとなるようにしてもよい。例えば、ダウンコンバータ103の出力とLPF107への入力との間、又は、LPF107の出力とA/D変換部108への入力との間に追加して複数個の構成とする場合でも、同様の方法が可能である。いずれの場合でも、本発明の一般性を損なうことはないため、ここではAGCアンプ102をBFP101の出力とダウンコンバータ103への入力との間の1個だけとした場合の説明のみにとどめる。
Here, only one
ダウンコンバータ103は、AGCアンプ102からの搬送波周波数帯域の変調信号と局部発振器104からの基準信号を乗算することにより、ベースバンド信号を再生し、LPF105に出力する。
The down
なお、ここでは、ベースバンド信号の再生は、ダイレクトコンバージョンを想定し、基準信号の周波数を搬送波周波数と同一とすることで、直接ベースバンド信号を再生する場合を説明する。しかし、一旦、搬送波周波数帯域とベースバンドの中間となる周波数帯域の信号に変換後、ベースバンド信号に変換する方法等もある。いずれの方法でも、本発明の一般性を損なうことはないため、ここではダイレクトコンバージョンを想定した場合の説明のみにとどめる。 Here, a case will be described in which the baseband signal is reproduced by assuming direct conversion and by making the frequency of the reference signal the same as the carrier frequency. However, there is a method in which the signal is once converted into a signal in a frequency band intermediate between the carrier frequency band and the baseband and then converted into a baseband signal. Any method does not impair the generality of the present invention, so only a description of direct conversion is assumed here.
ダウンコンバータ103からの信号は、LPF107で、所定の周波数以下の帯域(例えば、通常、希望信号(受信信号から付加雑音を除いた信号成分)の伝送に必要な帯域)のみを通過させることにより、不要な成分を取り除き、A/D変換部108に入力される。
The signal from the
LPF107は、アナログフィルタのため、実装の容易さより(希望信号の帯域幅と同一かつ急峻な特性を実現することは困難なため)、通常は希望信号の帯域幅よりも少し広い通過帯域幅としている。
Since the
A/D変換部108は、LPF107からのアナログ信号を所定の周波数で標本化し、量子化したデジタル信号に変換し、LPF105に出力する。
The A /
A/D変換部108からの信号は、LPF105で、所定の周波数以下の帯域のみを通過させることにより、不要な成分を取り除き、S/P変換部12及びAGC制御部106に入力される。
The signal from the A /
LPF105は、FIR(有限インパルス応答)等によるデジタルフィルタであり、LPF107を通過した希望信号よりも広い帯域幅を持つ信号を、希望信号の帯域幅に制限する。
The
AGC制御部106は、受信機1A内の各部の入出力信号のレベルが所定の範囲に維持されるよう、AGCアンプ102の利得を決定する。つまり、受信機1A内の各回路素子は、出力可能な電圧の上限値及び下限値を持つ。信号レベルが上限値よりも大きすぎたり下限値よりも小さすぎたりすると、信号の振幅が各回路素子の電圧と比例しなくなり、信号波形を正しく再現できなくなる。したがって、信号レベルは、上限値と下限値の間の適切な値に維持される必要があるため、AGC制御部106はAGCアンプ102の利得を決定する。
The
すなわち、A/D変換部108からのベースバンド信号のレベルを観測し、この値が所定の目標値に収束するように、AGCアンプ102の利得を決定する。ベースバンド信号のレベルの観測は、例えば、信号のレベルを平滑化するため、所定の時間内の積分値を計算する方法を用いることができる。
That is, the level of the baseband signal from the A /
以上、ブランチ数が2の場合の受信機1Aの構成について説明したが、ブランチ数が3以上の場合も、同様の構成となる。 The configuration of the receiver 1A when the number of branches is 2 has been described above. However, the configuration is the same when the number of branches is 3 or more.
すなわち、アンテナ10及び復調部11及びS/P変換部12及びDFT変換部13及び熱雑音補正部14及び量子化雑音補正部15が、ブランチ数と同じ数だけ存在し、ダイバーシチ合成部30〜32は、全てのブランチの量子化雑音補正部、すなわち量子化雑音補正部15及び25及びその他のブランチの量子化補正部からの信号を入力する。その他の説明は、ブランチ数が2の場合と同様であるため省略する。
That is, the
(A−2)第1の実施形態の動作
次に、第1の実施形態の受信機1Aにおける処理の動作を説明する。
(A-2) Operation of the First Embodiment Next, the operation of processing in the receiver 1A of the first embodiment will be described.
アンテナ10からDFT部13までの処理動作及びアンテナ20からDFT部23までの処理動作、及び判定部34の処理動作は、従来の処理動作と同じであるのでここでの詳細な動作は省略する。
Since the processing operation from the
DFT部13から熱雑音補正部14への、L個の各搬送波周波数により変調されていたベースバンド信号は、k番目のブランチの時間tにおけるu番目の搬送波の信号をxDFT,k(t,u)とし、そのI相、Q相をそれぞれxDFT,I,k(t,u), xDFT,Q,k(t,u)とすると、以下のように表される。
The baseband signal modulated by the L carrier frequencies from the
xDFT,k(t,u)=xDFT,I,k(t,u)+j xDFT,Q,k(t,u), ・・・(301)
xDFT,I,k(t,u)=q vDFT,I,k(t,u) ・・・(301-2)
xDFT,Q,k(t,u)=q vDFT,Q,k(t,u) ・・・(301-3)
vDFT,I,k(t,u)=−zI,B−1 2B−1+zI,B−2 2B−2+…+zI,0 20, ・・・(302)
vDFT,Q,k(t,u)=−zQ,B−1 2B−1+zQ,B−2 2B−2+…+zQ,0 20 ・・・(303)
ここで、qは量子化ステップであり、vDFT,I,k(t,u), vDFT,Q,k(t,u)はぞれぞれ、xDFT,I,k(t,u), xDFT,Q,k(t,u)の量子化レベルである。また、zI,B−1, zI,B−2,…,zI,0及びzQ,B−1, zQ,B−2,…,zQ,0は0または1の整数である。
x DFT, k (t, u) = x DFT, I, k (t, u) + j x DFT, Q, k (t, u), (301)
x DFT, I, k (t, u) = qv DFT, I, k (t, u) (301-2)
x DFT, Q, k (t, u) = qv DFT, Q, k (t, u) (301-3)
v DFT, I, k (t, u) =-
v DFT, Q, k (t, u) = −
Here, q is a quantization step, and v DFT, I, k (t, u), v DFT, Q, k (t, u) are respectively x DFT, I, k (t, u ), x DFT, Q, k (t, u) quantization level. Z I, B−1 , z I, B−2 ,..., Z I, 0 and z Q, B−1 , z Q, B−2 ,..., Z Q, 0 are integers of 0 or 1 is there.
すなわち、vDFT,I,k(t,u)及びvDFT,Q,k(t,u)は、A/D変換部108を通過後の量子化されたデジタル信号による演算結果であるため、Bビットの2進数として表された整数であり、式(302)及び(303)のように2の補数表現を想定した場合、最小値を−2B−1とし、最大値を2B−1−1とした範囲で、任意の整数値を取る。すなわち、xDFT,I,k(t,u), xDFT,Q,k(t,u)の量子化ビット幅はBである。
That is, since v DFT, I, k (t, u) and v DFT, Q, k (t, u) are the operation results of the quantized digital signal after passing through the A /
なお、ここでは2進数表現として2の補数を想定したが、以下に説明する方法は、符号なし整数や符号付絶対値等の他の表現においても、同様に適用可能である。以下では、2の補数とした場合についてのみ説明する。 Here, 2's complement is assumed as the binary representation, but the method described below can be similarly applied to other representations such as unsigned integers and signed absolute values. Hereinafter, only the case of using 2's complement will be described.
一方、xDFT,k(t,u)におけるSNRをSNRDFT,k(t,u)とすると、その平均値E[SNRDFT,k(t,u)]は、以下のように表される。 On the other hand, when the SNR at x DFT, k (t, u) is SNR DFT, k (t, u), the average value E [SNR DFT, k (t, u)] is expressed as follows: .
E[SNRDFT,k(t,u)]
=E[SDFT,k(t,u)]/{E[NDFT,th,k(t,u)]+E[NDFT,qu,k(t,u)]} ・・・(305)
ここで、SDFT,k(t,u), NDFT,th,k(t,u), NDFT,qu,k(t,u)は、それぞれxDFT,k(t,u)のうち希望信号の電力、熱雑音の電力、量子化雑音の電力を表す。また、式(135-2)、(91-2)、(113)と同様に、以下が導かれる。
E [SNR DFT, k (t, u)]
= E [S DFT, k (t, u)] / {E [N DFT, th, k (t, u)] + E [N DFT, qu, k (t, u)]} (305)
Where S DFT, k (t, u), N DFT, th, k (t, u) and N DFT, qu, k (t, u) are respectively x DFT, k (t, u) It represents the power of the desired signal, the power of thermal noise, and the power of quantization noise. Further, the following is derived in the same manner as in equations (135-2), (91-2), and (113).
E[SDFT,k(t,u)]=q2 vDFT,A,k,u 2, ・・・(306)
E[NDFT,th,k(t,u)]=2q2 vDFT,th,k,u 2, ・・・(307)
E[NDFT,qu,k(t,u)]=q2/6 ・・・(308)
ここで、vDFT,A,k,u/20.5及びvDFT,th,k,uは、それぞれ、xDFT,k(t,u)のうち希望信号及び熱雑音の量子化レベルの絶対値の平均値である。
E [S DFT, k (t, u)] = q 2 v DFT, A, k, u 2 , (306)
E [N DFT, th, k (t, u)] = 2q 2 v DFT, th, k, u 2 , (307)
E [N DFT, qu, k (t, u)] =
Here, v DFT, A, k, u / 2 0.5 and v DFT, th, k, u are the absolute values of the desired signal and thermal noise quantization levels in x DFT, k (t, u), respectively. Is the average value.
熱雑音補正部14は、DFT部13からの信号xDFT,k(t,u)について、ダイバーシチ動作が適切に行われるよう、所定の方法により、熱雑音の平均電力を推定し、熱雑音の平均電力が全てのブランチで等しい所定の値となるよう信号の値を補正する。
The thermal
AGC制御部106は、A/D変換部108への総電力を一定の値とするよう制御するが、総電力は、希望信号の電力と熱雑音の電力の和であるため、希望信号の電力が小さく、熱雑音の電力に対して十分に大きくない場合、総電力に占める熱雑音の割合が高くなる。したがって、希望信号の電力が小さいほど、xDFT,k(t,u)に含まれる熱雑音の割合は高くなるため、この影響が一定となるように補正する必要がある。
The
まず、熱雑音の平均電力の推定方法の例として、ここでは以下の2つを挙げる。 First, here are two examples of methods for estimating the average power of thermal noise.
1つ目の例は、既知の送信系列の繰り返しを利用するものである。 The first example uses a known transmission sequence repetition.
xDFT,k(t,u)のうち、k番目のブランチの時間tにおける搬送波uの既知の系列の信号(シンボル)の1つ目及び2つ目をxknown,1,k(t,u), xknown,2,k(t+δ,u)とすると(ここで、δ>0であり、δは1つめと2つ目のシンボルの時間差を表す)、送信時に同一の値であった2つの信号は熱雑音が付加されることにより、差異を生じるため、xDFT,k(t,u)に含まれる熱雑音の平均電力E[NDFT,th,k(t,u)]の推定量は、以下のように、計算される。
例えば、IEEE802.11a規格の場合、ロングプリアンブルが既知の送信系列の繰り返しとなっているため、上記の式を適用することにより、熱雑音の平均電力を推定することが可能である。 For example, in the case of the IEEE802.11a standard, since the long preamble is a repetition of a known transmission sequence, the average power of thermal noise can be estimated by applying the above formula.
2つ目の例は、事前に実測等によりメモリ等に記録した値を用いることで、AGCアンプ102の利得より推定したアンテナ10での受信電力及び熱雑音の平均電力を用いて、両者の比より、xDFT,k(t,u)に含まれる熱雑音の平均電力を推定する方法である。以下に、その詳細を説明する。
In the second example, the value recorded in the memory or the like in advance by actual measurement or the like is used, and the received power at the
AGC制御部106によるr回目の電力積分における、k番目のブランチの時間tにおけるu番目の搬送波のアンテナ10への入力信号の電力(アンテナ10での受信電力)をPANT,k(t,u)とし、AGC制御部106がAGCアンプ102に設定した利得の値をGk,r、その他の回路による利得をFk,rとする。
In the r-th power integration by the
そうすると、式(41)の左辺であるAGC制御部106への入力信号の電力PLPF,k(t)は一定であるため、AGC制御部106がAGCアンプ102に設定した利得の値Gk,rが決まれば、アンテナ10への入力信号の平均電力E[PANT,k(t)]は一意に決まる。すなわち、E[PANT,k(t)]はGk,rの関数であり、以下が成り立つ。
Then, since the power P LPF, k (t) of the input signal to the
E[PANT,k(t)]=f(Gk,r) ・・・(321)
式(321)の関数は通常、ほぼ線形性を示すが、事前にE[PANT,k(t)]とGk,rとの関係を実測しておき、メモリ等にその対応を記録しておくことにより、Gk,rからE[PANT,k(t)]を推定、すなわち、AGC制御部106がAGCアンプ102に設定した利得の値より、アンテナ10での受信電力を推定することが可能である。また、熱雑音の平均電力E[Nth,k(t)]は設計値及び実測値より、メモリ等にその値を記録しておく。
E [P ANT, k (t)] = f (G k, r ) (321)
The function of Equation (321) usually shows almost linearity, but the relationship between E [P ANT, k (t)] and G k, r is measured in advance, and the correspondence is recorded in a memory or the like. Thus, E [P ANT, k (t)] is estimated from G k, r , that is, the received power at the
AGCアンプ102により利得を調整され、A/D変換部108を通過した信号は、E[PANT,k(t)]とE[Nth,k(t)]の割合を維持しながら、後段の回路に出力されるため、DFT部13の出力信号xDFT,k(t,u)に含まれる希望信号をsDFT,k(t,u), 熱雑音をnDFT,th,k(t,u)とすると、以下の関係がある。
また、xDFT,k(t,u)と、sDFT,k(t,u)及びnDFT,th,k(t,u)との関係は、以下のように表される。 The relationship between x DFT, k (t, u) and s DFT, k (t, u) and n DFT, th, k (t, u) is expressed as follows.
xDFT,k(t,u)=sDFT,k(t,u)+nDFT,th,k(t,u) ・・・(323)
式(323)より、以下が導かれる。
x DFT, k (t, u) = s DFT, k (t, u) + n DFT, th, k (t, u) (323)
The following is derived from the equation (323).
E[|xDFT,k(t,u)|2]=E[|sDFT,k(t,u)|2]+E[|nDFT,th,k(t,u)|2] ・・・(324)
式(322)、(324)よりE[|sDFT,k(t,u)|2]を消去し、E[|nDFT,th,k(t,u)|2]は全ての搬送波で等しい(E[|nDFT,th,k(t,1)|2]=E[|nDFT,th,k(t,2)|2]=…=E[|nDFT,th,k(t,L)|2])とすると、xDFT,k(t,u)に含まれる熱雑音の平均電力E[NDFT,th,k(t,u)]の推定値は、以下のように、計算される。
Equation (322), E from (324) to erase the, E [| 2 | s DFT , k (t, u)] [| n DFT, th, k (t, u) | 2] in all carriers Equal (E [| n DFT, th, k (t, 1) | 2 ] = E [| n DFT, th, k (t, 2) | 2 ] =… = E [| n DFT, th, k ( t, L) | 2 ]), the estimated thermal noise average power E [N DFT, th, k (t, u)] contained in x DFT, k (t, u) is To be calculated.
以上のように、1つ目の例又は2つ目の例による方法により、xDFT,k(t,u)に含まれる熱雑音の平均電力を推定可能である。 As described above, the average power of the thermal noise included in x DFT, k (t, u) can be estimated by the method according to the first example or the second example.
なお、1つ目の方法例による式(311)又は2つ目の方法例による式(325)の推定値を求める過程では、四則演算により量子化ビット幅はbよりも拡大するが、有効数字を考慮し、各計算過程において適宜、冗長な下位ビットを0捨1入等して値を丸めることにより、量子化レベルを所定のビット幅に収めることが可能である。 In the process of obtaining the estimated value of equation (311) according to the first method example or equation (325) according to the second method example, the quantization bit width is expanded from b by four arithmetic operations, but significant figures In consideration of the above, it is possible to keep the quantization level within a predetermined bit width by rounding the value by rounding off the redundant lower-order bits as appropriate in each calculation process.
式(302)、(303)より、xDFT,k(t,u)のI相及びQ相の量子化レベルはbビットの2進数として表された整数であるため、ここでは、そのI相の2乗及びQ相の2乗の和と同じオーダである式(311)及び(325)に表される電力の量子化レベルは、2b+1ビットの2進数として表された整数に丸めることとする。 From Expressions (302) and (303), the quantization level of the I-phase and Q-phase of x DFT, k (t, u) is an integer expressed as a b-bit binary number. The power quantization level expressed in equations (311) and (325), which is in the same order as the sum of the square of Q and the square of Q phase, is rounded to an integer expressed as a binary number of 2b + 1 bits. And
なお、1つ目の方法例の場合、受信機1の外部要因により、希望信号に対して、熱雑音と同等の付加雑音とみなされる干渉信号が発生した場合においても、変動した熱雑音の平均電力を推定可能なため、既知の繰り返し系列を送信信号に含む場合においては、2つ目の方法例よりも有利といえる。 In the case of the first method example, even when an interference signal that is regarded as additional noise equivalent to thermal noise is generated for a desired signal due to an external factor of the receiver 1, the average of fluctuating thermal noise is generated. Since power can be estimated, it can be said that it is more advantageous than the second method example when a known repetitive sequence is included in the transmission signal.
以上のようにして推定した熱雑音の平均電力を用いて、熱雑音の平均電力が全てのブランチで等しい所定の値となるよう信号の値を補正する。すなわち、時間tにおけるu番目の搬送波の前記所定の値をN^NORM,th(t,u)(ここで、N^NORM,th(t,u)>0、すなわち、N^NORM,th(t,u)の量子化レベルは正の整数)とし、更に、補正後の値である、熱雑音補正部14から量子化雑音補正部15への信号をxNORM,k(t,u)とし、そのI相、Q相をそれぞれxNORM,I,k(t,u), xNORM,Q,k(t,u)とすると、以下のように表される。
ここで、N^NORM,th(t,u)が大きすぎる場合、E[NDFT,th,k(t,u)]<N^NORM,th(t,u)となるブランチでは、xNORM,I,k(t,u)またはxNORM,Q,k(t,u)の量子化レベルの絶対値は、xDFT,I,k(t,u)またはxDFT,Q,k(t,u)の量子化レベルの絶対値よりも増加する必要があるが、xDFT,I,k(t,u)またはxDFT,Q,k(t,u)の量子化ビット幅に収まらない場合、xNORM,I,k(t,u)及びxNORM,Q,k(t,u)の量子化ビット幅をxDFT,I,k(t,u)またはxDFT,Q,k(t,u)の量子化ビット幅よりも増やす必要が生じる(ひいては回路規模増大に繋がる)。一方、N^NORM,th(t,u)が小さすぎる場合、E[NDFT,th,k(t,u)]>N^NORM,th(t,u)となるブランチは、xNORM,I,k(t,u)またはxNORM,Q,k(t,u)の量子化レベルの絶対値をxDFT,I,k(t,u)またはxDFT,Q,k(t,u)の量子化レベルの絶対値よりも減少する必要があるが、減少後の量子化レベルの絶対値が小さすぎると(分解能が小さすぎると)受信特性の劣化が生じる。更に、N^NORM,th(t,u)が小さすぎる場合、大小比較の対象となるE[NDFT,th,k(t,u)]の推定精度も上げる(N^NORM,th(t,u)が小さいため、より小さいE[NDFT,th,k(t,u)]の値まで正確に推定する)必要が生じ、そのためには十分に長い時間の平均化が必要となり、リアルタイム性を損なう。したがって、適切な値とする必要がある。 Here, if N ^ NORM, th (t, u) is too large, x NORM in the branch where E [N DFT, th, k (t, u)] <N ^ NORM, th (t, u) , I, k (t, u) or x NORM, Q, k (t, u) absolute value of the quantization level is x DFT, I, k (t, u) or x DFT, Q, k (t , u) must be larger than the absolute value of the quantization level, but does not fit in the quantization bit width of x DFT, I, k (t, u) or x DFT, Q, k (t, u) The quantization bit width of x NORM, I, k (t, u) and x NORM, Q, k (t, u) is x DFT, I, k (t, u) or x DFT, Q, k ( It is necessary to increase the quantization bit width of t, u) (and this leads to an increase in circuit scale). On the other hand, if N ^ NORM, th (t, u) is too small, the branch where E [N DFT, th, k (t, u)]> N ^ NORM, th (t, u) is x NORM, The absolute value of the quantization level of I, k (t, u) or x NORM, Q, k (t, u) is expressed as x DFT, I, k (t, u) or x DFT, Q, k (t, u However, if the absolute value of the quantized level after the decrease is too small (if the resolution is too small), the reception characteristics deteriorate. In addition, if N ^ NORM, th (t, u) is too small, the estimation accuracy of E [N DFT, th, k (t, u)] to be compared is increased (N ^ NORM, th (t , u) is small and therefore needs to be accurately estimated to a smaller E [N DFT, th, k (t, u)] value, which requires a sufficiently long time averaging and real-time Impairs sex. Therefore, it is necessary to set an appropriate value.
以下では、N^NORM,th(t,u)の値の決定方法として、3つの例を挙げる。1つ目の例は、同じ搬送波の全てのブランチのうち、最もE[NDFT,th,k(t,u)]の小さなブランチのE[NDFT,th,k(t,u)]とする方法である。すなわち、以下のように表される。 In the following, three examples are given as methods for determining the value of N ^ NORM, th (t, u). The first example is E [N DFT, th, k (t, u)] of the smallest E [N DFT, th, k (t, u)] branch among all branches of the same carrier. It is a method to do. That is, it is expressed as follows.
N^NORM,th(t,u)
=min(E[NDFT,th,k(t,1)],E[NDFT,th,k(t,2)],…,E[NDFT,th,k(t,L)]) ・・・(333-2)
ここで、min(a1,a2,…,an)はa1,a2,…,anのうちの最小値を表す。一方、2つ目の例は、所定の定数とする方法である。すなわち、以下のように表される。
N ^ NORM, th (t, u)
= Min (E [N DFT, th, k (t, 1)], E [N DFT, th, k (t, 2)],…, E [N DFT, th, k (t, L)]) ... (333-2)
Here, min (a 1, a 2 , ..., a n) is a 1, a 2, ..., it represents the minimum value of a n. On the other hand, the second example is a method of setting a predetermined constant. That is, it is expressed as follows.
N^NORM,th(t,u)=NNORM,const,th ・・・(333-3)
ここで、NNORM,const,thは0でない定数(すなわち、NNORM,const,thの量子化レベルは正の整数)である。 3つ目の例は、1つ目と2つ目の例の組み合わせであり、N^NORM,th(t,u)が小さくなり過ぎるのを防ぐため、同じ搬送波の全てのブランチのうち、最もE[NDFT,th,k(t,u)]の小さなブランチのE[NDFT,th,k(t,u)]とするが、この値が所定の値NNORM,const,thよりも小さい場合、NNORM,const,thにクリップする方法である。すなわち、以下のように表される。
N ^ NORM, th (t, u) = N NORM, const, th (333-3)
Here, N NORM, const, th is a constant that is not 0 (that is, the quantization level of N NORM, const, th is a positive integer). The third example is a combination of the first and second examples, and the most of all branches of the same carrier to prevent N ^ NORM, th (t, u) from becoming too small. E [N DFT, th, k (t, u)] of a small branch of E [N DFT, th, k (t, u)], but this value is smaller than a predetermined value N NORM, const, th When it is small, it is a method of clipping to N NORM, const, th . That is, it is expressed as follows.
N^NORM,th(t,u)
=max(min(E[NDFT,th,k(t,1)],E[NDFT,th,k(t,2)],…,E[NDFT,th,k(t,L)]), NNORM,const,th) ・・・(333-4) 2つ目の例における式(333-3)または3つ目の例における式(333-4)では、E[NDFT,th,k(t,u)]<N^NORM,th(t,u)となるブランチにおいては、式(332)及び(333)に従えば、xNORM,I,k(t,u),xNORM,Q,k(t,u)の量子化レベルの絶対値は、それぞれ、xDFT,I,k(t,u),xDFT,Q,k(t,u)の量子化レベルの絶対値よりも増加するが、このとき、量子化雑音も増加してしまう。その理由は以下の通りである。信号の量子化レベル1,2,3,…をそれぞれa倍(ここで、a>1となる整数)すると、a,2a,3a,…となり、1おきではなくaおきの離散的な値しかとらなくなるため、これは信号の量子化ステップqをa倍にしたのと等価となる。信号中の量子化雑音は式(106)、(107)に示すようにqに比例するため、その値はa倍となり、量子化雑音は増加することになる。したがって、量子化雑音の平均電力が他のブランチ(E[NDFT,th,k(t,u)]≧N^NORM,th(t,u)となるブランチ)と一致しなくなってしまう。したがって、u番目の搬送波の全てのブランチにおいて、E[NDFT,th,k(t,u)]≧N^NORM,th(t,u)となるよう、xDFT,I,k(t,u),xDFT,Q,k(t,u)の量子化ビット幅を十分に大きくとることが望ましい(このとき、3つ目の例の式(333-4)は、1つ目の例の式(333-2)と同じ結果となる。また、1つ目の例で、最もE[NDFT,th,k(t,u)]の小さなブランチのE[NDFT,th,k(t,u)]としたのは、全てのブランチにおいて、E[NDFT,th,k(t,u)]≧N^NORM,th(t,u)とするためである)。なぜなら、xDFT,I,k(t,u),xDFT,Q,k(t,u)の量子化ビット幅が小さくなるほど、xDFT,I,k(t,u),xDFT,Q,k(t,u)の量子化ステップqを大きくする必要があるため、E[NDFT,th,k(t,u)]の量子化レベルが小さくなり、NNORM,const,thよりも小さくなる(E[NDFT,th,k(t,u)]<q NNORM,const,thとなる)可能性が高くなるためである。
N ^ NORM, th (t, u)
= Max (min (E [N DFT, th, k (t, 1)], E [N DFT, th, k (t, 2)], ..., E [N DFT, th, k (t, L) ]), N NORM, const, th ) (333-4) In the expression (333-3) in the second example or the expression (333-4) in the third example, E [N DFT, In a branch where th, k (t, u)] <N ^ NORM, th (t, u), according to equations (332) and (333), x NORM, I, k (t, u), The absolute values of the quantization levels of x NORM, Q, k (t, u) are the quantization levels of x DFT, I, k (t, u), x DFT, Q, k (t, u), respectively. Although the absolute value increases, the quantization noise also increases at this time. The reason is as follows. When the
なお、次善の策として、量子化ビット幅が十分に確保できず、E[NDFT,th,k(t,u)]<N^NORM,th(t,u)となるブランチが存在する場合、量子化雑音の増加によりブランチ間の量子化雑音が等しくなくなることを防ぐため、式(331)〜(333)を見直し、以下のように表される。 As a next best measure, there is a branch where the quantization bit width cannot be sufficiently secured and E [N DFT, th, k (t, u)] <N ^ NORM, th (t, u) In this case, in order to prevent the quantization noise between the branches from becoming equal due to an increase in the quantization noise, the equations (331) to (333) are reviewed and expressed as follows.
E[NDFT,th,k(t,u)]≧N^NORM,th(t,u)の場合、
E[NDFT,th,k(t,u)]<N^NORM,th(t,u)の場合、
xNORM,I,k(t,u)=xDFT,I,k(t,u), ・・・(335)
xNORM,Q,k(t,u)=xDFT,Q,k(t,u) ・・・(336)
上記の式は、各ブランチのE[NDFT,th,k(t,u)]の上限値がN^NORM,th(t,u)となるように(E[NDFT,th,k(t,u)]>N^NORM,th(t,u)であるブランチのE[NDFT,th,k(t,u)]がN^NORM,th(t,u)となるように)、xDFT,I,k(t,u),xDFT,Q,k(t,u)を補正している。
If E [N DFT, th, k (t, u)] <N ^ NORM, th (t, u),
x NORM, I, k (t, u) = x DFT, I, k (t, u), ... (335)
x NORM, Q, k (t, u) = x DFT, Q, k (t, u) (336)
The above equation is such that the upper limit value of E [N DFT, th, k (t, u)] for each branch is N ^ NORM, th (t, u) (E [N DFT, th, k ( t, u)]> N ^ NORM, th (t, u) so that E [N DFT, th, k (t, u)] becomes N ^ NORM, th (t, u)) , X DFT, I, k (t, u), x DFT, Q, k (t, u) are corrected.
なお、NNORM,const,thの値の例としては、所要SNR(システムに要求された、所定の誤り率未満となる最小のSNR)が1よりも十分大きければ、量子化雑音の平均電力もよりも大きく、かつ推定精度を確保可能な最小値(すなわち、量子化ステップqによる量子化レベルの最小値)として、NNORM,const,thの量子化レベルを1とする(NNORM,const,th=qとする)ことが考えられる。 As an example of the value of N NORM, const, th , if the required SNR (the minimum SNR required for the system that is less than the predetermined error rate) is sufficiently larger than 1, the average power of the quantization noise is also Is larger than N and is the minimum value that can ensure the estimation accuracy (that is, the minimum value of the quantization level by the quantization step q), and the quantization level of N NORM, const, th is set to 1 (N NORM, const, (th = q).
以上のようにして、SNRを維持しながら、熱雑音の平均電力が全てのブランチで等しくなるように受信信号を補正した。 As described above, the received signal was corrected so that the average power of the thermal noise became equal in all branches while maintaining the SNR.
補正後の量子化雑音補正部15への信号xNORM,k(t,u)におけるSNRをSNRNORM,k(t,u)とすると、その平均値E[SNRNORM,k(t,u)]は、式(305)〜(308)、(331)〜(333)より、以下のように表される。
When the SNR in the signal x NORM, k (t, u) to the quantized
E[SNRNORM,k(t,u)]
=E[SNORM,k(t,u)]/{E[NNORM,th,k(t,u)]+E[NNORM,qu,k(t,u)]}, ・・・(341)
E[SNORM,k(t,u)]=E[SDFT,k(t,u)] {N^NORM,th(t,u)/E[NDFT,th,k(t,u)]}
=E[SNRDFT,k(t,u)]/N^NORM,th(t,u), ・・・(342)
E[NNORM,th,k(t,u)]=E[NDFT,th,k(t,u)] {N^NORM,th(t,u)/E[NDFT,th,k(t,u)]}
=N^NORM,th(t,u), ・・・(343)
E[NNORM,qu,k(t,u)]=E[NDFT,qu,k(t,u)]=q2/6 ・・・(344)
ここで、SNORM,k(t,u),NNORM,th,k(t,u),NNORM,qu,k(t,u)はぞれぞれxNORM,k(t,u)のうち希望信号の電力、熱雑音の電力、量子化雑音の電力を表す。また、xNORM,k(t,u)の量子化雑音の平均値E[NNORM,qu,k(t,u)]は、xNORM,k(t,u)とxDFT,k(t,u)で量子化ステップqを合わせていることにより(どちらもbビットの2進数として表された整数であるため、量子化ステップは変わっていない)、xDFT,k(t,u)の量子化雑音の平均値E[NDFT,qu,k(t,u)]と等しくなる。
E [SNR NORM, k (t, u)]
= E [S NORM, k (t, u)] / {E [N NORM, th, k (t, u)] + E [N NORM, qu, k (t, u)]}, ... (341 )
E [S NORM, k (t, u)] = E [S DFT, k (t, u)] {N ^ NORM, th (t, u) / E [N DFT, th, k (t, u) ]}
= E [SNR DFT, k (t, u)] / N ^ NORM, th (t, u), ... (342)
E [N NORM, th, k (t, u)] = E [N DFT, th, k (t, u)] {N ^ NORM, th (t, u) / E [N DFT, th, k ( t, u)]}
= N ^ NORM, th (t, u), ... (343)
E [N NORM, qu, k (t, u)] = E [N DFT, qu, k (t, u)] =
Where S NORM, k (t, u), N NORM, th, k (t, u) and N NORM, qu, k (t, u) are each x NORM, k (t, u) Of the desired signal, thermal noise, and quantization noise. Further, x NORM, k (t, u) quantization noise average value E [N NORM, qu, k ( t, u)] is, x NORM, k (t, u) and x DFT, k (t , u) and the quantization step q (both are integers expressed as b-bit binary numbers, the quantization step has not changed), so that x DFT, k (t, u) It becomes equal to the average value of quantization noise E [N DFT, qu, k (t, u)].
以上のようにして、熱雑音補正部14により、熱雑音の平均電力を推定し、熱雑音の平均電力が全てのブランチで等しい所定の値となるよう信号の値が補正された。
As described above, the thermal
続いて、量子化雑音補正部15に入力された、L個の各搬送波周波数により変調されていて、それぞれの搬送波の信号に含まれる熱雑音の平均電力が、全てのブランチで等しい値となるよう正規化されたベースバンド信号は、ダイバーシチ動作が適切に行われるよう、それぞれの搬送波の信号に含まれる量子化雑音の平均電力が全てのブランチで等しい値となるように、所定の量子化ビット幅に制限され、ダイバーシチ合成部30〜32に入力される。
Subsequently, the average power of the thermal noise included in the signals of the respective carriers modulated by the L carrier frequencies input to the quantization
ここで、量子化雑音補正部15への入力信号は、熱雑音補正部14の出力信号xNORM,k(t,u)であり、その量子化レベルは、bビットの2進数として表された整数である。
Here, the input signal to the quantization
一方、後段の部位である、ダイバーシチ合成部30〜32は量子化レベルとして、Bビットの2進数として表された整数を処理するものとする。すなわち、量子化雑音補正部15の出力信号をxCLIP,k(t,u)とすると、xCLIP,k(t,u)の量子化レベルはBビットの2進数として表された整数とする必要がある。
On the other hand,
もし、熱雑音補正部14の前段の部位である、DFT部13の出力信号の量子化ビット幅bと、量子化雑音補正部15の後段の部位である、ダイバーシチ合成部30〜32の入力信号の量子化ビット幅Bとが一致するならば(すなわち、b=Bならば)、xCLIP,k(t,u)は以下のようにすればよい。
If the quantization bit width b of the output signal of the
xCLIP,k(t,u)=xNORM,k(t,u) ・・・(351)
しかしながら、先に説明した通り、周波数選択性フェージングが発生し、各搬送波の信号の電力が異なる場合、各搬送波の信号の分解能が異なることになる。
x CLIP, k (t, u) = x NORM, k (t, u) (351)
However, as described above, when frequency selective fading occurs and the power of the signal of each carrier is different, the resolution of the signal of each carrier is different.
したがって、総電力が大きい場合、各々の搬送波の信号の電力は大きくなる(熱雑音の電力よりも十分に大きくなる)が、他の搬送波よりも小さい電力の搬送波では、分解能が小さいため、搬送波の電力に対して量子化雑音は大きくなる。 Therefore, when the total power is large, the power of the signal of each carrier is large (it is sufficiently larger than the power of thermal noise), but the resolution of the carrier with power smaller than the other carriers is small, so Quantization noise increases with power.
上記のような問題を解決するには、A/D変換部108及びA/D変換部108の後段にある部位を通過する信号の量子化ビット幅を増やす、すなわち、b及びBの値を大きくすればよいが、回路規模の増大、ひいては製造コストの増大に繋がるため、望ましくない。
In order to solve the above problem, the quantization bit width of the signal passing through the A /
したがって、最小限の回路規模の増加とするには、A/D変換部108からDFT部13までの部位を通過する信号の量子化ビット幅のみを増やし、これより後段の部位を通過する信号の量子化ビット幅は抑えるのが望ましい。すなわち、熱雑音補正部14の前段の部位である、DFT部13の出力信号の量子化ビット幅bは増やすが、熱雑音補正部14の後段の部位である、ダイバーシチ合成部30〜32の入力信号の量子化ビット幅Bは維持するのが望ましい。
Therefore, in order to increase the circuit scale to a minimum, only the quantization bit width of the signal passing through the part from the A /
ただし、この場合、b>Bとなるため、DFT部13の出力信号の量子化レベルの有効桁数を制限する必要がある。すなわち、ビット幅bで表される量子化レベルが、Bビットで表現可能な範囲を超える場合(2の補数表現を想定した場合、最小値である−2B−1よりも小さくなる、または、最大値である2B−1−1よりも大きくなる場合)、量子化ステップを増加かつ量子化レベルの絶対値を減少することで(真の値を維持するため、量子化ステップをa倍(a>1)かつ量子化レベルを1/a倍することで)、Bビットで表される整数に変換し、量子化雑音補正部15からダイバーシチ合成部30〜32への信号の量子化レベルとする必要がある。ただし、このとき同じ搬送波の各ブランチで、量子化ステップが異なると、式(113)より、各ブランチの量子化雑音の平均電力が異なってしまう。したがって、ダイバーシチを適切に行うため、全てのブランチの量子化雑音の平均電力が等しくなるには、同じ搬送波の全てのブランチで、同じ量子化ステップの値を適用する必要がある。したがって、最も信号の平均電力が高いブランチの信号の量子化レベルが、Bビットに収まるよう、量子化ステップを変更し、他のブランチは同じ量子化ステップを適用する(最も信号の平均電力が高いブランチの信号の量子化レベルがBビットに収まれば、同じ量子化ステップを適用したそれ以外のブランチの信号の量子化レベルは必ずBビットに収まるため)。
However, in this case, since b> B, it is necessary to limit the number of significant digits of the quantization level of the output signal of the
上記を実現するにあたり、b>Bの場合、以下のようにして処理を行う。 In realizing the above, when b> B, processing is performed as follows.
先に説明した通り、各搬送波における変調方式として、通常の移動通信で用いられるPSK(位相偏移変調)またはQAM(直角位相振幅変調)およびFSK(周波数偏移変調)を想定する。 As described above, PSK (Phase Shift Keying) or QAM (Quadrature Phase Amplitude Modulation) and FSK (Frequency Shift Keying) used in normal mobile communication are assumed as the modulation method in each carrier wave.
すなわち、振幅は一定と仮定する(実際には、通信路の変動(フェージング)により受信信号の振幅は次第に変化するが、短い時間内においては変化しないものと仮定する)。したがって、振幅の2乗である電力の値、すなわち、熱雑音補正部14の出力信号xNORM,k(t,u)の希望信号をsNORM,k(t,u)とすると、その電力SNORM,k(t,u)の平均値E[SNORM,k(t,u)]は、ほぼ変化しないものとする。
That is, the amplitude is assumed to be constant (in reality, it is assumed that the amplitude of the received signal gradually changes due to channel fluctuation (fading) but does not change within a short time). Therefore, if the value of power that is the square of the amplitude, that is, the desired signal of the output signal x NORM, k (t, u) of the thermal
以下に、E[xNORM,k(t,u)]の推定方法を説明する。ここでは以下の2つの例を挙げる。 Hereinafter, a method for estimating E [x NORM, k (t, u)] will be described. Here are two examples.
1つ目の方法例は、はじめにE[SNORM,k(t,u)]を推定するが、この処理は熱雑音補正部14でのxDFT,k(t,u)に含まれる熱雑音E[NDFT,th,k(t,u)]の推定方法と類似しており、また一部の信号は同じものを使うため、熱雑音補正部14でE[SNORM,k(t,u)]を推定するものとし、以下にその方法を説明する。 E[SNORM,k(t,u)]の推定方法は、既知の送信系列の繰り返しを利用するものである。通常、通信路による受信信号の変動を推定するため、このような既知の送信系列が含まれる。また、熱雑音の影響を取り除くため、繰り返しとなっている場合が多い。 xDFT,k(t,u)のうち、k番目のブランチの時間tにおける搬送波uの既知の系列の受信信号(シンボル)の1つ目の方法例及び2つ目の方法例を先の説明と同様に、xknown,1,k(t,u), xknown,2,k(t+δ,u)とする。
In the first method example, E [S NORM, k (t, u)] is first estimated. This process is performed by thermal noise included in x DFT, k (t, u) in the thermal
そうすると、送信時に同一のシンボルであったこれらの信号は熱雑音が付加されることにより、差異が生じるが、平均化することにより、その影響を軽減できるため、xDFT,k(t,u)に含まれる希望信号の平均電力E[SDFT,k(t,u)]の推定値は、以下のように、計算される。
例えば、IEEE802.11a規格の場合、ロングプリアンブルが既知の送信系列の繰り返しとなっているため、上記の式を適用することにより、希望信号の平均電力を推定することが可能である。 xNORM,k(t,u)に含まれる希望信号の平均電力E[SNORM,k(t,u)]の推定値は、式(361)で推定されたE[SDFT,k(t,u)]と、別途、1つ目の方法による式(311)、又は2つ目の方法による式(325)で推定されたE[NDFT,th,k(t,u)]を用いて、式(342)〜(343)より、以下のように求められる。 For example, in the case of the IEEE802.11a standard, since the long preamble is a repetition of a known transmission sequence, the average power of the desired signal can be estimated by applying the above formula. The estimated value of the average power E [S NORM, k (t, u)] of the desired signal included in x NORM, k (t, u) is E [S DFT, k (t , u)] and E [N DFT, th, k (t, u)] estimated by Equation (311) according to the first method or Equation (325) according to the second method. From the equations (342) to (343), the following is obtained.
E[|xNORM,k(t,u)|2]=E[SNORM,k(t,u)]+E[NNORM,th,k(t,u)], ・・・(361-2)
E[SNORM,k(t,u)]
=E[SDFT,k(t,u)]{N^NORM,th(t,u)/E[NDFT,th,k(t,u)]}, ・・・(361-3)
E[NNORM,th,k(t,u)]=N^NORM,th(t,u) ・・・(361-4)
ここで、E[NNORM,th,k(t,u)]は、xNORM,k(t,u)に含まれる熱雑音の平均電力である。
E [| x NORM, k (t, u) | 2 ] = E [S NORM, k (t, u)] + E [N NORM, th, k (t, u)], ... (361-2 )
E [S NORM, k (t, u)]
= E [S DFT, k (t, u)] {N ^ NORM, th (t, u) / E [N DFT, th, k (t, u)]}, ... (361-3)
E [N NORM, th, k (t, u)] = N ^ NORM, th (t, u) (361-4)
Here, E [N NORM, th, k (t, u)] is an average power of thermal noise included in x NORM, k (t, u).
先に説明した通り、E[NDFT,th,k(t,u)]は2b+1ビットの整数となる。同様に、E[SDFT,k(t,u)]も、小数部の最上位ビットで0捨1入して、計算結果を丸めることで、2b+1ビットの整数とし、E[|xNORM,k(t,u)|2]の計算結果も、2b+1ビットの整数に丸めるものとする。 As described above, E [ NDFT, th, k (t, u)] is an integer of 2b + 1 bits. Similarly, E [S DFT, k (t, u)] is also rounded to zero by the most significant bit of the decimal part, and the calculation result is rounded to obtain a 2b + 1 bit integer, and E [| x NORM, The calculation result of k (t, u) | 2 ] is also rounded to an integer of 2b + 1 bits.
2つ目の方法例は、信号を所定の時間だけ積分することにより、xNORM,k(t,u)の平均電力E[|xNORM,k(t,u)|2]を推定する方法である。すなわち、以下のように、計算される。
ここで、rは積分区間における信号の標本数、TSは信号の標本化周期である。また、1つ目の方法例と同様、計算結果を2b+1ビットの整数に丸めるものとする。 Here, r is the number of signal samples in the integration interval, and T S is the signal sampling period. As in the first method example, the calculation result is rounded to an integer of 2b + 1 bits.
b>Bの条件で、bビットからなるxNORM,k(t,u)の量子化レベルを、BビットからなるxCLIP,k(t,u)の量子化レベルに補正するには、2b+1ビットからなる、xNORM,k(t,u)の電力の平均値E[|xNORM,k(t,u)|2]が、2B+1ビットからなるxCLIP,k(t,u)の平均値E[|xCLIP,k(t,u)|2]に収まるようにすればよい。したがって、E[|xNORM,k(t,u)|2]の量子化レベルが2B+1ビットに収まるように縮小することを考える。 To correct the quantization level of x NORM, k (t, u) consisting of b bits to the quantization level of x CLIP, k (t, u) consisting of B bits under the condition of b> B, 2b + 1 Bit average x NORM, k (t, u) power E [| x NORM, k (t, u) | 2 ] is the average of 2B + 1 bit x CLIP, k (t, u) The value E [| x CLIP, k (t, u) | 2 ] may be included. Accordingly, it is considered that the quantization level of E [| x NORM, k (t, u) | 2 ] is reduced so as to be within 2B + 1 bits.
実際は、伝送路による若干の変動があるため、少し余裕を持たせて収めるようにする。したがって、ここでは、2b+1ビットからなるE[|xNORM,k(t,u)|2]の量子化レベルを、2B+1−Dビットに収まるように縮小するものとする。ここで、Dは、伝送路の特性によって決定される0以上2B+1未満の整数である。 Actually, since there is a slight fluctuation depending on the transmission path, it is accommodated with a little margin. Therefore, here, it is assumed that the quantization level of E [| x NORM, k (t, u) | 2 ] composed of 2b + 1 bits is reduced so as to be within 2B + 1-D bits. Here, D is an integer greater than or equal to 0 and less than 2B + 1 determined by the characteristics of the transmission path.
2b+1ビットからなるE[|xNORM,k(t,u)|2]の量子化レベルを、2B+1−DビットからなるE[|xCLIP,k(t,u)|2]の量子化レベルに縮小するには、以下に示す演算をすればよい。 The quantization level of E [| x NORM, k (t, u) | 2 ] consisting of 2b + 1 bits, and the quantization level of E [| x CLIP, k (t, u) | 2 ] consisting of 2B + 1-D bits In order to reduce it to the above, the following calculation is performed.
(E[|xNORM,i(t,u)|2]の量子化レベル)>22B+1−Dの場合、
(E[|xCLIP,k(t,u)|2]の量子化レベル)
=(E[|xNORM,k(t,u)|2]の量子化レベル)
×{P^CLIP(t,u)/(E[|xNORM,i(t,u)|2]の量子化レベル)} ・・・(373)
(E[|xNORM,i(t,u)|2]の量子化レベル)≦22B+1−Dの場合、
(E[|xCLIP,k(t,u)|2]の量子化レベル)
=(E[|xNORM,k(t,u)|2]の量子化レベル) ・・・(374)
P^CLIP(t,u)=22B+1−D ・・・(375)
E[|xNORM,i(t,u)|2]
=max(E[|xNORM,1(t,u)|2], E[|xNORM,2(t,u)|2],…, E[|xNORM,M(t,u)|2])・・・(376)
ここで、式(373)の結果は、整数となるように四捨五入等により丸めるものとする。なお、ここでは、(E[|xNORM,i(t,u)|2]の量子化レベル)>22B+1−D の場合と(E[|xNORM,i(t,u)|2]の量子化レベル)≦22B+1−Dの場合とに分けて、式(373)及び式(374)としたが、場合分けをせずに、全ての[|xNORM,i(t,u)|2]の量子化レベルの範囲に対して、式(373)のみを適用しても構わない(ただし、整数値に丸めることによる誤差が蓄積するため、ここでは場合分けをした)。
(Quantization level of E [| x NORM, i (t, u) | 2 ])> 2 2B + 1-D ,
(Quantization level of E [| x CLIP, k (t, u) | 2 ])
= (Quantization level of E [| x NORM, k (t, u) | 2 ])
× {P ^ CLIP (t, u) / (Quantization level of E [| x NORM, i (t, u) | 2 ])} (373)
(Quantization level of E [| x NORM, i (t, u) | 2 ]) ≦ 2 2B + 1−D ,
(Quantization level of E [| x CLIP, k (t, u) | 2 ])
= (Quantization level of E [| x NORM, k (t, u) | 2 ]) (374)
P ^ CLIP (t, u) = 2 2B + 1-D (375)
E [| x NORM, i (t, u) | 2 ]
= Max (E [| x NORM, 1 (t, u) | 2 ], E [| x NORM, 2 (t, u) | 2 ],…, E [| x NORM, M (t, u) | 2 ]) ... (376)
Here, the result of the formula (373) is rounded by rounding or the like so as to be an integer. Note that here, (E [| x NORM, i (t, u) | 2 ] quantization level)> 2 2B + 1−D and (E [| x NORM, i (t, u) | 2 ] Quantization level) ≦ 2 2B + 1−D , the formula (373) and the formula (374) are used, but all [| x NORM, i (t, u) Only the expression (373) may be applied to the range of the quantization level in [ 2 ] (however, since errors due to rounding to an integer value are accumulated, cases are divided here).
また、式(375)のP^CLIP(t,u)は、最もE[|xNORM,k(t,u)|2]が大きいブランチのE[|xNORM,k(t,u)|2]である、(E[|xNORM,i(t,u)|2]の量子化レベル)=22B+1−Dとなるように決定しているが、2B+1−Dビットに収まればよいので、計算のしやすさを優先して、これより小さな値としても構わない。すなわち、xNORM,I,k(t,u)及びxNORM,Q,k(t,u)の量子化レベルからxCLIP,I,k(t,u)及びxCLIP,Q,k(t,u)の量子化レベルへの変換を、ビットシフト演算が可能となるようにP^CLIP(t,u)を決定することで、回路規模を小さくすることが可能である。すなわち、(E[|xCLIP,k(t,u)|2]の量子化レベル)=(1/22ε)(E[|xNORM,k(t,u)|2]の量子化レベル)(εは整数)であれば、(xCLIP,I,k(t,u)の量子化レベル)=(1/2ε)(xNORM,I,k(t,u)の量子化レベル)及び(xCLIP,Q,k(t,u)の量子化レベル)=(1/2ε)(xNORM,Q,k(t,u)の量子化レベル)となるので、εビットだけ右シフト(下位ビット方向にシフト)すればよいことになる。一例として、P^CLIP(t,u)を以下の式のように決定すればよい。 In addition, formula (375) P ^ CLIP (t , u) of the most E [| x NORM, k ( t, u) | 2] is a large branch of E [| x NORM, k ( t, u) | 2 ], (quantization level of E [| x NORM, i (t, u) | 2 ]) = 2 2B + 1-D , but it only needs to be within 2B + 1-D bits Priority may be given to the ease of calculation, and a smaller value may be used. That is, from the quantization levels of x NORM, I, k (t, u) and x NORM, Q, k (t, u), x CLIP, I, k (t, u) and x CLIP, Q, k (t , u) can be reduced to the quantization level by determining P CLIP (t, u) so that a bit shift operation can be performed. That is, (E [| x CLIP, k (t, u) | 2 ] quantization level) = (1/2 2ε ) (E [| x NORM, k (t, u) | 2 ] quantization level ) (Ε is an integer), (x CLIP, I, k (t, u) quantization level) = (1/2 ε ) (x NORM, I, k (t, u) quantization level ) And (quantization level of x CLIP, Q, k (t, u)) = (1/2 ε ) (quantization level of x NORM, Q, k (t, u)), so only ε bits It is only necessary to shift right (shift in the lower bit direction). As an example, P ^ CLIP (t, u) may be determined as in the following equation.
P^CLIP(t,u)
=(22B+1−D/2ε)(E[|xNORM,i(t,u)|2]の量子化レベル) ・・・(375-2)
ここで、εは以下を満たす最大の整数である。
P ^ CLIP (t, u)
= (2 2B + 1-D / 2 ε) (E [| x NORM, i (t, u) | 2] quantization levels) (375-2)
Here, ε is a maximum integer satisfying the following.
(22B+1−D/2ε)(E[|xNORM,i(t,u)|2]の量子化レベル)≦22B+1−D ・・・(375-3)
式(373)〜(376)は、E[|xNORM,k(t,u)|2]が最も大きなブランチのE[|xNORM,k(t,u)|2]の量子化レベルを、E[|xCLIP,k(t,u)|2]の量子化レベルの最大値である22B+1−Dにクリップすることで、E[|xCLIP,k(t,u)|2]の量子化ビット幅が22B+1−D以下となるようにしている。
(2 2B + 1-D / 2 ε) (E [| x NORM, i (t, u) | 2] quantization levels) ≦ 2 2B + 1-D ··· (375-3)
Equation (373) - (376) is, E [| x NORM, k (t, u) | 2] is the largest branch E [| x NORM, k ( t, u) | 2] quantization levels , E [| x CLIP, k (t, u) | 2 ] is clipped to 2 2B + 1−D which is the maximum quantization level of E [| x CLIP, k (t, u) | 2 ] The quantization bit width is set to 2 2B + 1-D or less.
したがって、bビットからなるxNORM,k(t,u)の量子化レベルを、BビットからなるxCLIP,k(t,u)の量子化レベルに縮小するには、式(373)〜(376)により計算したE[|xCLIP,k(t,u)|2]の量子化レベルを用いて、以下に示す演算をすればよい。
ここで、式(373)〜(376)のE[|xNORM,k(t,u)|2]は、先に説明した通り、式(361-2)及び(361-3)及び(361-4)、または式(362)より求めればよい。なお、E[|xNORM,k(t,u)|2]の推定値の更新タイミングは、受信フレームのフォーマット等に依存するが、一例として、1つのフレームの受信開始から終了までは、同じ値を使う方法、すなわち、受信フレームの先頭でE[|xNORM,k(t,u)|2]を推定、更新し、このフレームの受信完了までは同じ値を用いる方法等が考えられる。なぜなら、通常は、同一フレーム内の全ての信号は等しい重みを持つため、同一フレーム内の全ての信号の量子化ステップが等しいことが望まれるからである。 Here, E [| x NORM, k (t, u) | 2 ] in the equations (373) to (376) is the same as the equations (361-2), (361-3) and (361 -4) or equation (362). Note that the update timing of the estimated value of E [| x NORM, k (t, u) | 2 ] depends on the format of the received frame, but as an example, it is the same from the start to the end of reception of one frame A method of using a value, that is, a method of estimating and updating E [| x NORM, k (t, u) | 2 ] at the beginning of the received frame and using the same value until reception of this frame is considered. This is because, normally, all signals in the same frame have equal weight, and therefore it is desirable that the quantization steps of all signals in the same frame are equal.
式(381)の計算結果(量子化レベル)は、今までの説明と同様、演算課程で0捨1入等により、Bビットの2進数として表された整数に丸めるものとする。また、Bビットで表現可能な範囲を超える場合、すなわち、2の補数表現を想定した場合、最小値である−2B−1よりも小さくなる場合、または、最大値である2B−1−1よりも大きくなる場合は、それぞれ最小値、最大値にクリップするものとする。 It is assumed that the calculation result (quantization level) of Expression (381) is rounded to an integer represented as a B-bit binary number by rounding off to zero or the like in the calculation process, as described above. Also, when the range that can be expressed by B bits is exceeded, that is, when 2's complement expression is assumed, it is smaller than −2 B−1 which is the minimum value, or 2 B−1 − which is the maximum value. If it is greater than 1, it is clipped to the minimum and maximum values, respectively.
以上のようにして、それぞれの搬送波の信号に含まれる量子化雑音の平均電力が、全てのブランチで等しい値となるように、所定の量子化ビット幅に制限された。 As described above, the average power of the quantization noise included in each carrier signal is limited to a predetermined quantization bit width so that all branches have the same value.
補正後のダイバーシチ合成部30〜32への信号xCLIP,k(t,u)におけるSNRをSNRCLIP,k(t,u)とすると、その平均値E[SNRCLIP,k(t,u)]は、式(373)〜(376)、(341)〜(344)より、以下のように表される。
When the SNR in the signal x CLIP, k (t, u) to the
E[SNRCLIP,k(t,u)]=E[SCLIP,k(t,u)]/{E[NCLIP,th,k(t,u)]+E[NCLIP,qu,k(t,u)]},
・・・(391)
E[SCLIP,k(t,u)]=E[SNORM,k(t,u)], ・・・(392)
E[NCLIP,th,k(t,u)]=E[NNORM,th,k(t,u)], ・・・(393)
E[|xNORM,i(t,u)|2]/q>22B+1−Dの場合、
E[NCLIP,qu,k(t,u)]=qclip 2/6, ・・・(394)
qclip={E[|xNORM,i(t,u)|2]/P^CLIP(t,u)} q, ・・・(395)
E[|xNORM,i(t,u)|2]/q≦22B+1−Dの場合、
E[NCLIP,qu,k(t,u)]=E[NNORM,qu,k(t,u)]=q/6 ・・・(396)
ここで、SCLIP,k(t,u), NCLIP,th,k(t,u), NCLIP,qu,k(t,u)はぞれぞれxCLIP,k(t,u)のうち希望信号の電力、熱雑音の電力、量子化雑音の電力を表す。また、P^CLIP(t,u), E[|xNORM,i(t,u)|2]はそれぞれ既に説明した式(375)、(376)に示される通りである。
E [SNR CLIP, k (t, u)] = E [S CLIP, k (t, u)] / {E [N CLIP, th, k (t, u)] + E [N CLIP, qu, k ( t, u)]},
... (391)
E [S CLIP, k (t, u)] = E [S NORM, k (t, u)], ... (392)
E [N CLIP, th, k (t, u)] = E [N NORM, th, k (t, u)], ... (393)
E [| x NORM, i (t, u) | 2 ] / q> 2 2B + 1-D
E [N CLIP, qu, k (t, u)] =
q clip = {E [| x NORM, i (t, u) | 2 ] / P ^ CLIP (t, u)} q, ... (395)
E [| x NORM, i (t, u) | 2 ] / q ≦ 2 2B + 1−D
E [N CLIP, qu, k (t, u)] = E [N NORM, qu, k (t, u)] = q / 6 (396)
Where S CLIP, k (t, u), N CLIP, th, k (t, u), N CLIP, qu, k (t, u) are each x CLIP, k (t, u) Of the desired signal, thermal noise, and quantization noise. P ^ CLIP (t, u), E [| xNORM, i (t, u) | 2 ] are as shown in the equations (375) and (376) already described.
式(391)〜(396)に示される通り、熱雑音補正部14の後段の部位である、ダイバーシチ合成部30〜32の信号の量子化ビット幅がBに制限されるのに合わせて、量子化レベルがBビットの2進数で表現不可能な(Bビットの2進数の範囲には収まらない)信号のみ、量子化ビット幅がBに収まるように、量子化ステップを増加することで、量子化雑音を量子化ビット幅がBの場合の下限値にクリップすると共に、量子化ステップが増加した分だけ量子化レベルの絶対値を減少することにより、希望信号及び熱雑音の電力に変化がないようにしている(量子化ステップをa倍し、量子化レベルを1/a倍することで、その積である、希望信号及び熱雑音の電力の真の値は変化しないようにしている)。
As shown in the equations (391) to (396), the quantization bit width of the signals of the
以上のようにして、量子化雑音補正部15により、それぞれの搬送波の信号に含まれる量子化雑音の平均電力が、全てのブランチで等しい値となるように、所定の量子化ビット幅に制限された。
As described above, the quantization
続いて、ダイバーシチ合成部30では、同じ搬送波周波数(同じサブキャリア番号)の2つのブランチからの信号を所定の方法により合成し、1つの信号としてP/S変換部33に出力する。
Subsequently, the
ここで、ダイバーシチ合成部30への入力信号は、量子化雑音補正部15及び25の出力信号xCLIP,k(t,u)であり、その量子化レベルは、Bビットの2進数として表された整数である。xCLIP,k(t,u)は、熱雑音の平均電力及び量子化雑音の平均電力が上記の手続きより、全てのダイバーシチブランチで等しい値に揃えられているため、ダイバーシチ合成部30が選択合成を行う場合には、xCLIP,k(t,u)→xk(t,u)と置き換えて、式(7)、(8)を適用し、y(t,u)をダイバーシチ合成部30からP/S変換部33への出力とすればよい。
Here, the input signal to the
一方、ダイバーシチ合成部30が最大比合成を行う場合には、同様に、xCLIP,k(t,u)→xk(t,u)と置き換えて、式(9)、(10)を適用し、y(t,u)をダイバーシチ合成部30からP/S変換部33への出力とすればよい。
On the other hand, when the
熱雑音補正部24の動作は、熱雑音補正部14と同様であるため、説明は省略する。また、量子化雑音補正部25の動作は、量子化雑音補正部15と同様であるため、説明は省略する。
Since the operation of the thermal
ダイバーシチ合成部31及び32の動作は、ダイバーシチ合成部30と同様であるため、説明は省略する。
Since the operations of the
(A−3)第1の実施形態の効果
以上のように、第1の実施形態によれば、OFDM方式採用の受信機1Aは、DFTを実現するデジタル回路が必要であり、A/D変換における分解能の限界による量子化雑音の発生は避けられないが、量子化雑音のレベルがダイバーシチブランチ毎に異なる場合でも、ダイバーシチ合成(ここでは、選択合成または最大比合成による方法)を適切に動作可能であるという効果が得られる。
(A-3) Effect of First Embodiment As described above, according to the first embodiment, the receiver 1A adopting the OFDM scheme requires a digital circuit that realizes DFT, and performs A / D conversion. The generation of quantization noise due to the resolution limit is inevitable, but even if the level of quantization noise varies from diversity branch to diversity branch, diversity combining (here, selective combining or maximum ratio combining method) can operate properly. The effect that it is is acquired.
(B)第2の実施形態
次に、本発明のダイバーシチ受信機の第2の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
(B) Second Embodiment Next, a second embodiment of the diversity receiver of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(B−1)第2の実施形態の構成
図5は、第2の実施形態の受信機の内部構成を示す内部構成図である。図5において、第2の実施形態の受信機1Bは、アンテナ10、復調部11、S/P変換部12、DFT部13、熱雑音補正部14、アンテナ20、復調部21、S/P変換部22、DFT部23、熱雑音補正部24、ダイバーシチ合成部30、ダイバーシチ合成部31、ダイバーシチ合成部32、P/S変換部33、判定部34を有する。
(B-1) Configuration of Second Embodiment FIG. 5 is an internal configuration diagram illustrating an internal configuration of a receiver according to the second embodiment. In FIG. 5, the
第2の実施形態の受信機1Bは、図2の受信機9の内部構成を一部変更したものである。また、復調部11及び21は、図3の内部構成を有する。
The
具体的には、DFT部13の出力とダイバーシチ合成部30〜32への入力との間に、新たに熱雑音補正部14を追加している点、DFT部23の出力とダイバーシチ合成部30〜32への入力との間に、新たに熱雑音補正部24を追加している点が、図2とは異なっている。
Specifically, the thermal
熱雑音補正部14は、DFT部13から、L個の各搬送波周波数により変調されていたベースバンド信号を受け取り、それぞれの搬送波の信号に含まれる熱雑音の平均電力が、全てのブランチで等しい値となるよう正規化するものである。また熱雑音補正部14は、全てのブランチで等しい値に正規化したベースバンド信号を、ダイバーシチ合成部30〜32に与えるものである。
The thermal
熱雑音補正部24は、熱雑音補正部14と同様のものであるので、ここでの説明を省略する。
Since the thermal
その他の構成要素は、図2と同様であるため、説明は省略する。 The other components are the same as those in FIG.
(B−2)第2の実施形態の動作
熱雑音補正部14の動作の説明は、第1の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
(B-2) Operation of Second Embodiment Since the description of the operation of the thermal
第2の実施形態は、熱雑音補正部14の前段の部位である、DFT部13の出力以降の信号の量子化ビット幅bと、熱雑音補正部14の後段の部位である、ダイバーシチ合成部30〜32の信号の量子化ビット幅Bとが一致する場合、適用可能である。
In the second embodiment, the quantization bit width b of the signal after the output of the
また、ダイバーシチ合成部30への入力信号は、熱雑音補正部14及び24の出力信号xNORM,k(t,u)であり、その量子化レベルは、B=bビットの2進数として表された整数である。
The input signal to the
ここで、xNORM,k(t,u)は、熱雑音の平均電力が上記の手続きより、全てのダイバーシチブランチで等しい値に揃えられており、量子化雑音の平均電力は既に、全てのダイバーシチブランチで等しい値に揃えられているため、ダイバーシチ合成部30が選択合成を行う場合には、xNORM,k(t,u)→xk(t,u)と置き換えて、式(7)、(8)を適用し、y(t,u)をダイバーシチ合成部30からP/S変換部33への出力とすればよい。
Here, x NORM, k (t, u) is the same value for all the diversity branches from the above procedure, and the average power of the quantization noise is already equal to all the diversity powers. When the
一方、ダイバーシチ合成部30が最大比合成を行う場合には、同様に、xNORM,k(t,u)→xk(t,u)と置き換えて、式(9)、(10)を適用し、y(t,u)をダイバーシチ合成部30からP/S変換部33への出力とすればよい。
On the other hand, when the
熱雑音補正部24の動作は、熱雑音補正部14と同様であるため、説明は省略する。また、ダイバーシチ合成部31及び32の動作は、ダイバーシチ合成部30と同様であるため、説明は省略する。
Since the operation of the thermal
その他の動作も、従来の場合と同様であるため、説明は省略する。 Other operations are also the same as in the conventional case, and thus the description thereof is omitted.
(B−3)第2の実施形態の効果
以上のように、第2の実施形態によれば、OFDM方式採用の受信機では、DFTを実現するデジタル回路が必要であり、A/D変換における分解能の限界による量子化雑音の発生は避けられないが、量子化雑音のレベルがダイバーシチブランチ毎に異なる場合でも、ダイバーシチ合成(ここでは、選択合成または最大比合成による方法)を適切に動作可能であるという効果が得られる。
(B-3) Effect of Second Embodiment As described above, according to the second embodiment, a receiver employing the OFDM scheme requires a digital circuit that realizes DFT, and in A / D conversion Generation of quantization noise due to resolution limitations is inevitable, but even if the level of quantization noise varies from diversity branch to diversity branch, diversity combining (here, selective combining or maximum ratio combining method) can operate properly. The effect that there is.
第2の実施形態は、熱雑音補正部14の前段の部位である、DFT部13の出力以降の信号の量子化ビット幅bと、熱雑音補正部14の後段の部位である、ダイバーシチ合成部30〜32の信号の量子化ビット幅Bとを一致する必要がある。
In the second embodiment, the quantization bit width b of the signal after the output of the
周波数選択性フェージングが発生し、各搬送波の信号の電力が異なる場合、各搬送波の信号の分解能が異なることになるが、各搬送波の信号の量子化ビット幅を大きくした場合には、第1の実施形態と同様、十分な分解能が得られるため、量子化雑音の電力を十分に小さい値まで抑制することが可能である。ただし、第1の実施例に比べて、回路規模が増大する。 When frequency selective fading occurs and the power of the signal of each carrier is different, the resolution of the signal of each carrier is different, but when the quantization bit width of the signal of each carrier is increased, the first As in the embodiment, since sufficient resolution can be obtained, it is possible to suppress the power of the quantization noise to a sufficiently small value. However, the circuit scale increases as compared with the first embodiment.
一方、これらの信号の量子化ビット幅を小さくした場合には、第1の実施形態と同様、回路規模を抑えることが可能であるが、周波数選択性フェージングが発生し、各搬送波の信号の電力が異なる場合、各搬送波の信号の分解能が異なることになるが、十分な分解能が得られないため、第1の実施形態に比べて、量子化雑音の電力が増大する。 On the other hand, when the quantization bit widths of these signals are reduced, the circuit scale can be suppressed as in the first embodiment, but frequency selective fading occurs, and the power of the signal of each carrier wave is reduced. However, since the resolution of the signal of each carrier is different, sufficient resolution cannot be obtained, so that the power of the quantization noise is increased as compared with the first embodiment.
(C)第3の実施形態
次に、本発明のダイバーシチ受信機の第3の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
(C) Third Embodiment Next, a third embodiment of the diversity receiver of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(C−1)第3の実施形態の構成
図6は、第3の実施形態の受信機の内部構成を示す内部構成図である。図6において、第3の実施形態の受信機1Cは、アンテナ10、復調部11、S/P変換部12、DFT部13、量子化雑音補正部15、アンテナ20、復調部21、S/P変換部22、DFT部23、量子化雑音補正部25、ダイバーシチ合成部30、ダイバーシチ合成部31、ダイバーシチ合成部32、P/S変換部33、判定部34を有する。
(C-1) Configuration of Third Embodiment FIG. 6 is an internal configuration diagram illustrating an internal configuration of a receiver according to the third embodiment. In FIG. 6, the receiver 1C of the third embodiment includes an
第3の実施形態の受信機1Cは、図2の受信機9の内部構成を一部変更したものである。また、復調部11及び21は、図3の内部構成を有する。
The receiver 1C of the third embodiment is obtained by partially changing the internal configuration of the
具体的には、DFT部13の出力とダイバーシチ合成部30〜32への入力との間に、新たに量子化雑音補正部15を追加している点が、DFT部23の出力とダイバーシチ合成部30〜32への入力との間に、新たに量子化雑音補正部25を追加している点が、図2とは異なっている。
Specifically, the quantization
量子化雑音補正部15は、DFT部13から、L個の各搬送波周波数により変調されていたベースバンド信号を受け取り、それぞれの搬送波の信号に含まれる量子化雑音の平均電力を、全てのブランチで等しい値となるように、所定の量子化ビット幅に制限して、ダイバーシチ合成部30〜32に与えるものである。
The quantization
量子化雑音補正部25は、量子化雑音補正部15と同様であるため、説明は省略する。
Since the quantization
その他の構成は、図2と同様であるため、説明は省略する。 Other configurations are the same as those in FIG.
(C−2)第3の実施形態の動作
量子化雑音補正部15の動作の説明は、第1の実施形態と同様であるため、説明は省略する。
(C-2) Operation of Third Embodiment The description of the operation of the quantization
量子化雑音補正部15への入力信号は、DFT部13からの信号xDFT,k(t,u)である。加えて、量子化雑音補正部15は、xDFT,k(t,u)の電力の平均値E[|xDFT,k(t,u)|2]を推定するための機能が、第1の実施形態における熱雑音補正部14の代わりに備えられているものとする。
An input signal to the quantization
xDFT,k(t,u)の電力の平均値E[|xDFT,k(t,u)|2]をの推定方法の例に関しては、第1の実施形態の熱雑音補正部14による2つの方法例と同様である。
x DFT, k (t, u ) of the electric power mean value E [| x DFT, k (t , u) | 2] with respect to an example of a method of estimating a is by thermal
量子化雑音補正部25の動作は、量子化雑音補正部15と同様であるため、説明は省略する。
Since the operation of the quantization
その他の動作は、従来の場合と同様であるため、説明は省略する。 Since other operations are the same as those in the conventional case, the description thereof is omitted.
(C−3)第3の実施形態の効果
以上のように、第3の実施形態によれば、OFDM方式採用の受信機は、DFTを実現するデジタル回路が必要であり、A/D変換における分解能の限界による量子化雑音の発生は避けられないが、量子化雑音のレベルがダイバーシチブランチ毎に異なる場合でも、ダイバーシチ合成(ここでは、選択合成または最大比合成による方法)を適切に動作可能であるという効果が得られる。
(C-3) Effect of Third Embodiment As described above, according to the third embodiment, a receiver adopting the OFDM scheme requires a digital circuit that realizes DFT, and in A / D conversion Generation of quantization noise due to resolution limitations is inevitable, but even if the level of quantization noise varies from diversity branch to diversity branch, diversity combining (here, selective combining or maximum ratio combining method) can operate properly. The effect that there is.
第3の実施形態は、熱雑音の平均電力が上記の手続きより、全てのダイバーシチブランチで等しい値に揃えられていないため、アンテナでの受信電力が、熱雑音の平均電力に比べて十分に大きく、熱雑音の平均電力が無視できる場合(熱雑音の平均電力が第1及び第2の実施形態でクリップした上限値よりも十分に小さく、熱雑音補正部14及び24により、熱雑音の平均電力を全てのダイバーシチブランチで等しい値に揃える処理が不要である場合)のみ、有効である。
In the third embodiment, since the average power of thermal noise is not equalized in all diversity branches from the above procedure, the received power at the antenna is sufficiently larger than the average power of thermal noise. When the average power of the thermal noise is negligible (the average power of the thermal noise is sufficiently smaller than the upper limit value clipped in the first and second embodiments, the thermal
(D)他の実施形態
上述した第1〜第3の実施形態では、アナログ回路とデジタル回路とを混在させた復調部の一例を示したが、アナログ回路とデジタル回路との振分けは、第1〜第3の実施形態のものに限定されない。
(D) Other Embodiments In the first to third embodiments described above, an example of a demodulating unit in which an analog circuit and a digital circuit are mixed is shown. -It is not limited to the thing of 3rd Embodiment.
例えば、大半をデジタル回路で構成してもよいし、逆に、大半をアナログ回路で構成するようにしてもよい。また、復調部だけでなく、ダイバーシチ受信機の大半をデジタル回路で構成してもよく、逆に、アナログ回路で構成するようにしてもよい。さらに、デジタル回路で構成した部分を、CPUと、CPUが実行するプログラムで実現するようにしてもよい。 For example, the majority may be constituted by a digital circuit, and conversely, the majority may be constituted by an analog circuit. Further, not only the demodulator but also most of the diversity receivers may be configured with digital circuits, and conversely, may be configured with analog circuits. Furthermore, the part constituted by the digital circuit may be realized by a CPU and a program executed by the CPU.
1A〜1C、9…受信機、
10…アンテナ、11…復調部、12…S/P(直並列)変換部、13…DFT(離散フーリエ変換)部、14…熱雑音補正部、15…量子化雑音補正部、
20…アンテナ、21…復調部、22…S/P変換部、23…DFT部、24…熱雑音補正部、25…量子化雑音補正部、
30…ダイバーシチ合成部、31…ダイバーシチ合成部、32…ダイバーシチ合成部、33…P/S(並直列)変換部、34…判定部
1A-1C, 9 ... receiver,
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (10)
上記複数のブランチ処理手段はそれぞれ、
離散フーリエ変換により分離された、各搬送波周波数により変調されていたベースバンド受信信号に含まれる熱雑音の平均電力を推定し、上記熱雑音の平均電力が、他の全ての上記ブランチ処理手段と等しい所定値になるように、上記ベースバンド受信信号の値を補正する熱雑音補正部と、
上記熱雑音補正部により補正された上記ベースバンド受信信号の量子化ビット幅を、上記量子化ビット幅よりも小さい所定の量子化ビット幅となるよう、上記ベースバンド受信信号の平均電力を推定し、推定された上記ベースバンド受信信号の平均電力が、削減後の量子化ビット幅よりも大きな値となる場合、上記電力が上記量子化ビット幅に収まるように上記ベースバンド受信信号を補正する量子化雑音補正部と
を備え、
上記ダイバーシチ合成手段が、上記各ブランチ処理手段の上記量子化雑音補正部により補正された上記ベースバンド受信信号をダイバーシチ合成する
ことを特徴とするダイバーシチ受信機。 The radio wave acquisition position is different, and a plurality of branch processing means for demodulating a reception signal modulated by a plurality of carrier frequencies and one of the reception signals from each of the branch processing means are selected. Diversity receiver equipped with diversity combining means for outputting
Each of the plurality of branch processing means is
The average power of the thermal noise included in the baseband received signal modulated by each carrier frequency separated by the discrete Fourier transform is estimated, and the average power of the thermal noise is equal to all the other branch processing means. A thermal noise correction unit for correcting the value of the baseband reception signal so as to be a predetermined value;
The average power of the baseband reception signal is estimated so that the quantization bit width of the baseband reception signal corrected by the thermal noise correction unit becomes a predetermined quantization bit width smaller than the quantization bit width. When the estimated average power of the baseband received signal is larger than the quantized bit width after reduction, a quantum that corrects the baseband received signal so that the power falls within the quantized bit width. And a noise correction unit,
The diversity receiver characterized in that the diversity combining means performs diversity combining of the baseband received signal corrected by the quantization noise correcting unit of each branch processing means.
上記複数のブランチ処理手段はそれぞれ、
離散フーリエ変換により分離された、各搬送波周波数により変調されていたベースバンド受信信号に含まれる熱雑音の平均電力を搬送波周波数毎に推定し、上記熱雑音の平均電力が、他の全ての上記ブランチ処理手段の同じ搬送波周波数により変調されていたベースバンド受信信号に含まれる熱雑音の平均電力と等しい所定値になるように、上記ベースバンド受信信号の値を搬送波周波数毎に補正する熱雑音補正部を備え、
上記ダイバーシチ合成手段が、上記各ブランチ処理手段の上記熱雑音補正部により補正された上記ベースバンド受信信号をダイバーシチ合成する
ことを特徴とするダイバーシチ受信機。 The radio wave acquisition position is different, and a plurality of branch processing means for demodulating a modulated signal modulated by a plurality of carrier frequencies and a received signal from each of the branch processing means are selected. Diversity receiver equipped with diversity combining means for outputting
Each of the plurality of branch processing means is
The average power of the thermal noise included in the baseband received signal modulated by each carrier frequency separated by the discrete Fourier transform is estimated for each carrier frequency, and the average power of the thermal noise is calculated for all the other branches. A thermal noise correction unit that corrects the value of the baseband received signal for each carrier frequency so as to have a predetermined value equal to the average power of the thermal noise included in the baseband received signal modulated by the same carrier frequency of the processing means. With
The diversity receiver, wherein the diversity combining means performs diversity combining of the baseband received signal corrected by the thermal noise correction unit of each branch processing means.
上記複数のブランチ処理手段はそれぞれ、
離散フーリエ変換により分離された、各搬送波周波数により変調されていた量子化されたベースバンド受信信号の量子化ビット幅を、上記量子化ビット幅よりも小さい所定の量子化ビット幅となるよう、上記ベースバンド受信信号の平均電力を推定し、推定された上記ベースバンド受信信号の平均電力が、上記量子化ビット幅よりも大きな値となる場合、上記電力が削減後の量子化ビット幅に収まるように上記ベースバンド受信信号を補正する量子化雑音補正部を備え、
上記ダイバーシチ合成手段が、上記各ブランチ処理手段の上記量子化雑音補正部により補正された上記ベースバンド受信信号をダイバーシチ合成する
ことを特徴とするダイバーシチ受信機。 The radio wave acquisition position is different, and a plurality of branch processing means for demodulating a modulated signal modulated by a plurality of carrier frequencies and a received signal from each of the branch processing means are selected. Diversity receiver equipped with diversity combining means for outputting
Each of the plurality of branch processing means is
The quantization bit width of the quantized baseband reception signal modulated by each carrier frequency separated by the discrete Fourier transform is set to a predetermined quantization bit width smaller than the quantization bit width. When the average power of the baseband received signal is estimated, and the estimated average power of the baseband received signal is larger than the quantization bit width, the power is within the quantized bit width after reduction. Comprises a quantization noise correction unit for correcting the baseband received signal,
The diversity receiver characterized in that the diversity combining means performs diversity combining of the baseband received signal corrected by the quantization noise correcting unit of each branch processing means.
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