JP2009188602A - Ofdm receiver - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、OFDM伝送方式において、受信信号からスプリアス信号を除去する技術に関する。 The present invention relates to a technique for removing a spurious signal from a received signal in an OFDM transmission system.
日本の地上波デジタルテレビ放送では、伝送方式としてはOFDM(直交周波数分割多重;Orthogonal Frequency Division Multiplexing)方式が採用されている。OFDM方式は、送信データを複数の搬送波に分割して送信するマルチキャリア伝送方式の1つであり、マルチパス伝送路の周波数選択性フェーディングに強い、各サブチャネルのスペクトルが密に配置でき、周波数利用効率が高い、などの利点がある。 In Japanese terrestrial digital television broadcasting, an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system is adopted as a transmission system. The OFDM scheme is one of multicarrier transmission schemes in which transmission data is divided into a plurality of carrier waves and transmitted. The spectrum of each subchannel, which is strong against frequency selective fading of a multipath transmission path, can be densely arranged, There are advantages such as high frequency utilization efficiency.
OFDM復調用ICは、据え置き型テレビへの搭載のみならず、様々なアプリケーションへの適用が広がっている。たとえば、OFDM復調用ICが携帯電話機、ゲーム機、カーナビゲーションシステムへ搭載されるアプリケーション例がある。 The OFDM demodulating IC is not only mounted on a stationary television but also applied to various applications. For example, there is an application example in which an OFDM demodulation IC is mounted on a mobile phone, a game machine, or a car navigation system.
OFDM復調用ICの様々なアプリケーションへの適用が広がるにつれてスプリアス干渉の問題が大きくなっている。スプリアス干渉とは、イメージ信号や、局部発振の高調波成分、あるいは受信機内部で使用する他の発振器の周波数やその高調波成分により受信信号が受ける干渉である。 As the application of OFDM demodulation ICs to various applications spreads, the problem of spurious interference is increasing. The spurious interference is interference that a received signal receives due to an image signal, a harmonic component of local oscillation, or a frequency of another oscillator used in the receiver and its harmonic component.
たとえば、OFDM復調用ICを内蔵するカートリッジをゲーム機に差し込むことで、ゲーム機においてワンセグ(1セグメント受信)の地上デジタル放送を受信可能とするシステムがある。この場合、ゲーム機内部で使用されている発振器の周波数や、その高調波成分がOFDM復調用ICに混入し、干渉源となって、OFDM信号のBER(Bit Error Rate)が劣化するという問題が発生している。 For example, there is a system in which a one-seg (1-segment reception) terrestrial digital broadcast can be received by a game machine by inserting a cartridge containing an OFDM demodulation IC into the game machine. In this case, there is a problem that the frequency of the oscillator used in the game machine and its harmonic components are mixed in the OFDM demodulating IC and become an interference source, and the BER (Bit Error Rate) of the OFDM signal is deteriorated. It has occurred.
スプリアス干渉は、以下に示す理由により、OFDM復調用ICにとっては、難題となっている。 Spurious interference is a challenge for OFDM demodulation ICs for the following reasons.
(1)スプリアス信号は、OFDM復調用ICが実装されるアプリケーションによって異なる性質を持つ。OFDM信号の帯域に入るスプリアスの周波数が不定であり、CCI(Co−Channel−Interference)のように、予めキャンセルフィルターを設けておくことができない。 (1) Spurious signals have different properties depending on the application in which the OFDM demodulation IC is mounted. The spurious frequency that falls within the band of the OFDM signal is indefinite, and a cancel filter cannot be provided in advance as in CCI (Co-Channel-Interference).
(2)スプリアス信号の振幅がOFDM信号よりはるかに大きい場合が多い。そのため、FFT演算による復調後の信号においてスプリアス信号の振幅が、OFDM信号の振幅より非常に大きくなる。しかし、復調器のビット精度は限られており、振幅の大きなスプリアス信号にビットを割り当てると、相対的に振幅の小さいOFDM信号の量子化精度が急減に劣化することになる。 (2) The amplitude of the spurious signal is often much larger than that of the OFDM signal. For this reason, the amplitude of the spurious signal in the signal demodulated by the FFT operation is much larger than the amplitude of the OFDM signal. However, the bit accuracy of the demodulator is limited, and if a bit is assigned to a spurious signal with a large amplitude, the quantization accuracy of an OFDM signal with a relatively small amplitude will deteriorate rapidly.
(3)スプリアス信号により、周波数同期処理に誤りが生じる。周波数誤差が正常に補正されないため、BERが劣化する。 (3) An error occurs in the frequency synchronization processing due to the spurious signal. Since the frequency error is not normally corrected, the BER deteriorates.
(4)スプリアス干渉が強い場合、シンボル同期さえ取れない場合もある。 (4) When spurious interference is strong, even symbol synchronization may not be achieved.
上記非特許文献1において、アダプティブフィルタによりスプリアス信号を除去する技術が示されている。この技術は、受信信号に混入したスプリアス信号の周波数を自動的に検出し、検出した周波数に対応するノッチフィルタを形成し、スプリアス信号をキャンセルするというものである。
Non-Patent
しかし、アダプティブフィルタには数多くのタップ数が要求され、また、OFDM信号は複素信号であるため、アダプティブフィルタも複素係数でなければならない。したがって、タップ数の多い複素アダプティブフィルタの計算量が莫大に増加し、実用的でない。 However, since the adaptive filter requires a large number of taps and the OFDM signal is a complex signal, the adaptive filter must also have complex coefficients. Therefore, the amount of calculation of a complex adaptive filter having a large number of taps is enormously increased, which is not practical.
そこで、本発明は前記問題点に鑑み、受信装置の回路規模を大きくすることなく、不要信号を効率的に除去する技術を提供することを課題とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a technique for efficiently removing unnecessary signals without increasing the circuit scale of a receiving apparatus.
上記課題を解決するため、請求項1記載のOFDM受信装置は、周波数領域に変換された受信信号から不要信号の周波数を検出する解析部と、時間領域において前記解析部において検出された不要信号の周波数を減衰させる不要信号除去部と、前記不要信号除去部において不要信号が除去された受信信号をFFT変換する復調部と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, an OFDM receiver according to
請求項2記載の発明は、請求項1に記載のOFDM受信装置において、前記解析部は、検出した不要信号の周波数を目標周波数に一致させるための位相回転量を算出する算出部、を含み、前記不要信号除去部は、受信信号の位相を前記位相回転量に基づいて回転させる第1位相回転部と、前記第1位相回転部において位相が回転された受信信号に含まれる前記目標周波数の信号を減衰させるフィルタと、前記フィルタから出力された受信信号の位相を前記第1位相回転部における回転方向とは逆方向に前記位相回転量に基づいて回転させる第2位相回転部と、を含むことを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the OFDM receiver according to
請求項3記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のOFDM受信装置において、前記解析部は、前記復調部が備えるFFT演算回路を利用して周波数領域に変換された受信信号から不要信号の周波数を検出することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the OFDM receiver according to the first or second aspect, the analysis unit is unnecessary from a reception signal converted into a frequency domain using an FFT operation circuit included in the demodulation unit. It is characterized by detecting the frequency of the signal.
請求項4記載の発明は、請求項3に記載のOFDM受信装置において、前記FFT演算回路は、不要信号が除去されるまでの間は、前記解析部に与えるための周波数領域の受信信号を生成し、不要信号が除去された後は、復調信号としての周波数領域の受信信号を生成することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the OFDM receiver according to the third aspect, the FFT operation circuit generates a reception signal in a frequency domain to be provided to the analysis unit until an unnecessary signal is removed. Then, after the unnecessary signal is removed, a reception signal in the frequency domain as a demodulated signal is generated.
本発明のOFDM受信装置は、周波数領域において不要信号の周波数を検出し、時間領域において検出された周波数の信号を減衰させ、不要信号が除去された受信信号をFFT変換する。これにより、FFT変換後の受信信号には不要信号が含まれないので、精度のよい復調処理を行うことができる。 The OFDM receiver of the present invention detects the frequency of an unnecessary signal in the frequency domain, attenuates the signal of the frequency detected in the time domain, and performs FFT conversion on the received signal from which the unnecessary signal has been removed. As a result, since the unnecessary signal is not included in the received signal after the FFT conversion, accurate demodulation processing can be performed.
また、時間領域において受信信号の位相を回転させることで、検出した不要信号の周波数をフィルタのストップ周波数に一致させる。これにより、ストップ周波数が固定に設定されているフィルタを用いて、不要信号を減衰させることができる。アダプティブフィルタを利用する場合と比べてフィルタの回路規模を格段に小さくすることができる。 Further, by rotating the phase of the received signal in the time domain, the frequency of the detected unnecessary signal is matched with the stop frequency of the filter. Thereby, an unnecessary signal can be attenuated using a filter whose stop frequency is fixed. Compared to the case of using an adaptive filter, the circuit scale of the filter can be significantly reduced.
また、復調部が備えるFFT演算回路を利用して周波数領域に変換された受信信号から不要信号の周波数を検出する。FFT演算回路を共用することで、受信装置の回路規模を小さくすることができる。 Moreover, the frequency of an unnecessary signal is detected from the received signal converted into the frequency domain using the FFT arithmetic circuit with which a demodulation part is provided. By sharing the FFT operation circuit, the circuit scale of the receiving device can be reduced.
{1.OFDM受信装置の全体構成と処理の流れ}
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態に係るOFDM受信装置を示すブロック図である。OFDM送信装置(図示せず)から送信されたRF(Radio Frequency)信号1は伝送路を通って受信アンテナ2で受信される。受信RF信号は、チューナー3でIF(Intermediate Frequencyc)信号に周波数変換される。そのIF信号は、BPF(バンドパスフィルタ)4を介してミキサー5に入力され、搬送波発振器6から供給される信号と乗算された後にLPF(ローパスフィルタ)7に出力される。
{1. Overall structure and processing flow of OFDM receiver}
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an OFDM receiving apparatus according to the present embodiment. An RF (Radio Frequency)
LPF7において高周波成分が除去された受信信号はA/D変換器8に対して出力され、A/D変換器8において所定のサンプリング周波数でデジタル信号(シンボル信号)に変換される。デジタル信号に変換された受信信号は、スプリアス信号除去部9においてスプリアス成分が除去された後、FFT(高速フーリエ変換)演算器10に出力される。スプリアス信号除去部9の処理内容については後述する。
The reception signal from which the high-frequency component has been removed by the LPF 7 is output to the A / D converter 8, and is converted to a digital signal (symbol signal) at a predetermined sampling frequency by the A / D converter 8. The received signal converted into the digital signal is output to an FFT (Fast Fourier Transform)
FFT演算器10は、入力する時間領域のシンボル信号を周波数領域の信号にフーリエ変換する。スプリアス信号除去部9から出力された受信信号は、また、シンボル同期回路11に入力される。
The
スプリアス信号が除去されていない状態では、シンボル同期回路11は、シンボル同期を精度よく行うことはできない。そして、このような状態でシンボル同期を行った後で、FFT演算を行っても、有効な復調信号を得ることはできない。そこで、本実施の形態においては、スプリアス信号が除去されるまでの間は、シンボル同期回路11を動作させないようにしている。シンボル同期回路11におけるシンボル同期処理の開始を遅延させ、その遅延させた期間は、FFT演算器10をスプリアス信号の検出に利用するのである。
In a state where the spurious signal is not removed, the
シンボル同期回路11は、ガードインターバルを利用して、シンボル期間を検出し、検出信号をFFT演算器10に出力する。この検出信号に基づいて、FFT演算器10は、シンボル期間を決定し、FFT演算を行う。FFT演算が行われることにより、受信信号は、周波数領域の信号に変換される。
The
周波数領域の受信信号は、波形等化を実行する等化器12に入力される。等化器12は、伝送路推定回路(図示せず)における演算結果に基づいて、受信信号の等化を行う。伝送路推定回路は、受信信号に含まれるパイロット信号に基づいて伝送路関数を算出し、算出した伝送路関数を他の信号に対しても推定する。
The frequency domain received signal is input to an
一方、等化器12において等化処理が行われた受信信号は、チャンネル復号器13でビタビ復号化やリードソロモン復号化を施され、次いで、ソース復号器14でMPEG(Moving Picture Experts Group)−2方式などの復号化を施された後、D/A変換器15でアナログ化され出力される。
On the other hand, the received signal that has been equalized in the
{2.スプリアス信号除去部の構成}
次に、スプリアス信号除去部9の構成について説明する。図1に示すように、スプリアス信号除去部9は、ロテーター91、ノッチフィルタ92、デ・ロテーター93、スプリアス検出回路94を備えている。
{2. Configuration of Spurious Signal Removal Unit}
Next, the configuration of the spurious signal removal unit 9 will be described. As shown in FIG. 1, the spurious signal removal unit 9 includes a
ロテーター91は、スプリアス検出回路94から入力する位相回転量pに基づいて、A/D変換器8から出力された受信信号の位相を回転させる。
The
ノッチフィルタ92は、受信信号からストップ周波数f1の信号を減衰させる。ノッチフィルタ92のストップ周波数f1は固定である。
The
デ・ロテーター93は、スプリアス検出回路94から入力する位相回転量pに基づいて、ノッチフィルタ92から出力された受信信号の位相を回転させる。ただし、デ・ロテーター93は、ロテーター91における回転方向とは逆の方向に受信信号の位相を回転させる。言い換えると、ロテーター91において、受信信号の位相がp位相回転され、デ・ロテーター93において、受信信号の位相が−p位相回転される。
The de-rotator 93 rotates the phase of the reception signal output from the
スプリアス検出回路94は、FFT演算器10において周波数領域に変換された受信信号からスプリアス信号の周波数f2を検出する。OFDM信号はホワイトノイズのような信号であるので、シンボル同期が取られていない状態でFFT演算を行うと、演算後の出力もホワイトノイズのような波形となる。一方、スプリアス信号は、単周波数の干渉であるので、一周期の信号を取得すれば、FFT演算によって、必ずスペクトラムのピークを得ることができる。したがって、スプリアス信号が混入した受信信号に対して、シンボル同期を取ることなく任意のポイントからスタートする信号を得て、FFT演算を行うことで、スプリアス周波数f2を検出することができるのである。また、OFDM信号のパワーが全ての周波数成分に分散するのに対し、スプリアスのパワーは一つの周波数成分に集中する。このため、たとえ時間領域において、スプリアスのパワーがOFDM信号のパワーより十数dB小さくても、周波数領域においては、スプリアスのスペクトルの高さがOFDM信号のスペクトルの高さより高い。したがって、受信信号に混入したスプリアス信号の周波数f2を容易に検出することができる。
The
スプリアス検出回路94は、スプリアス周波数f2を検出すると、ノッチフィルタ92に設定されている固定のストップ周波数f1と検出したスプリアス周波数f2の差から、位相回転量pを求める。つまり、周波数領域における周波数差(f1−f2)に対応する時間領域における位相回転量pを求めるのである。時間領域の受信信号を位相回転させると、周波数領域においてはスペクトラムのシフトとなる。上述したように、スプリアス検出回路94は、算出した位相回転量pをロテーター91とデ・ロテーター93に出力する。ロテーター91およびデ・ロテーター93は、入力した位相回転量pを回路に設定する。
When detecting the spurious frequency f2, the
これにより、ノッチフィルタ92に入力される受信信号は、ロテーター91により位相が回転されており、スプリアス信号の周波数がf1に調整されている。そして、ノッチフィルタ92は、予め設定されているストップ周波数f1に基づいて、スプリアス信号を減衰させるのである。スプリアス信号が減衰された後、受信信号は、再びデ・ロテーター93において位相の逆回転が加えられ、位相が元の状態に戻される。
Thus, the phase of the received signal input to the
スプリアス信号が除去された受信信号は、シンボル同期回路11に出力される。シンボル同期回路11に入力される受信信号は、スプリアス信号が除去されているので、シンボル同期回路11は、ガードインターバル信号を利用して、精度よくシンボル同期を行うことができる。
The received signal from which the spurious signal has been removed is output to the
{3.スプリアス信号除去処理の流れ}
次に、図2を参照しながら、スプリアス信号の除去処理の流れについて説明する。まず、受信装置の電源がONされ、OFDM受信装置が起動すると、ロテーター91およびデ・ロテーター93がリセットされる。具体的には、ロテーター91とデ・ロテーター93の位相回転量として0が設定される(ステップS1)。
{3. Flow of spurious signal removal processing}
Next, the flow of spurious signal removal processing will be described with reference to FIG. First, when the power of the receiving apparatus is turned on and the OFDM receiving apparatus is activated, the
続いて、OFDM受信装置がOFDM信号の受信を開始すると、FFT演算器10が動作を開始し、FFT演算後の出力信号をスプリアス検出回路94に出力する(ステップS2)。
Subsequently, when the OFDM receiver starts receiving an OFDM signal, the
そして、スプリアス検出回路94は、スプリアス信号の周波数f2を検出し、ノッチフィルタ92に予め設定されているストップ周波数f1と、検出したスプリアス信号の周波数f2との差から時間領域における位相回転量pを算出する(ステップS3)。
The
ステップS1〜S3の処理においては、ロテーター91およびデ・ロテーター93は、受信信号に位相回転を加えていない。したがって、ノッチフィルタ92において、スプリアス信号は除去されていない。この状態においては、シンボル同期回路11は動作していない。したがって、FFT演算器10は、シンボル同期がとれていない状態で、スプリアス信号が混入した受信信号に対してFFT演算を行う。しかし、上述したように、スプリアス信号は単周波数の信号であるので、スプリアス検出回路94は、周波数領域の信号からスプリアス信号のスペクトラムのピークを検出することが可能である。
In the processing of steps S1 to S3, the
また、シンボル同期回路11によるシンボル同期処理にはある程度の時間を要する。復調処理を開始するためには、FFT演算器10は、シンボル同期が完了するのを待つ必要がある。しかし、スプリアス信号が除去されていない状態では、不必要なシンボル同期処理をカットすることで、FFT演算処理を早いタイミングで開始し、スプリアス周波数検出までの時間を短縮しているのである。
The symbol synchronization processing by the
続いて、スプリアス検出回路94が、ロテーター91とデ・ロテーター93に位相回転量pをセットし、スプリアス信号除去部9におけるスプリアス信号の除去処理が開始する(ステップS4)。つまり、ロテーター91によって位相回転量pに基づいて受信信号の位相が回転されることで、スプリアス信号の周波数がf1に調整され、ノッチフィルタ92においてスプリアス信号が除去される。
Subsequently, the
FFT演算器10は、入力する受信信号からスプリアス信号が除去されたことを確認すると、ロテーター91とデ・ロテーター93の位相回転量pをロックし、シンボル同期回路11を動作させる。これにより、スプリアス信号が除去された受信信号から精度よくシンボル同期処理が行われる。そして、シンボル同期された受信信号に対してFFT演算が行われる。この後は、FFT演算器10は、復調処理用に利用されるのである(ステップS5)。
When the
このように、本実施の形態においては、ノッチフィルタ92のストップ周波数f1を固定することができる。したがって、スプリアス周波数に応じて、フィルタ係数を可変とするアダプティブフィルタを用いる場合と比べて、フィルタバンクが不要であり、非常に回路規模を小さくすることができる。また、位相回転を行うロテーター91およびデ・ロテーター93は回路規模が小さいので、スプリアス信号除去部9全体としても回路規模を小さくすることができる。
Thus, in the present embodiment, the stop frequency f1 of the
また、スプリアス信号を検出するために利用するFFT演算器は、復調処理に用いるFFT演算器と共用させている。これによっても、スプリアス検出に関わる回路の規模を縮小することができる。 Further, the FFT calculator used for detecting the spurious signal is shared with the FFT calculator used for the demodulation process. This also makes it possible to reduce the scale of the circuit related to spurious detection.
スプリアス検出回路94におけるスプリアス周波数f2の検出および位相回転量pの算出は、OFDM受信装置の起動時に1回行えばよい。その後は、ロテーター91およびデ・ロテーター93は設定された位相回転量pに基づいて受信信号の位相を回転させる。ただし、外部環境の変動によりスプリアス周波数f2が変化する場合も想定されるので、復調処理に入ったFFTの出力から定期的に、スプリアス周波数f2の検出および位相回転量pの算出を行ってもよい。そして、定期的に、ロテーター91およびデ・ロテーター93に更新された位相回転量pを設定させればよい。この場合であっても、ノッチフィルタ92のストップ周波数f1を固定にすることができる。
The detection of the spurious frequency f2 and the calculation of the phase rotation amount p in the
このように、本実施の形態のOFDM受信装置は、FFT演算器10により復調処理を行う前に、時間領域においてスプリアス信号を除去する。これにより、「発明が解決しようとする課題」において説明したように、FFT演算後の受信信号にスプリアス信号が混入した場合の諸問題を解決することが可能である。
As described above, the OFDM receiving apparatus according to the present embodiment removes spurious signals in the time domain before the
9 スプリアス信号除去部
10 FFT演算器
91 ロテーター
92 ノッチフィルタ
93 デ・ロテーター
94 スプリアス検出回路
9 Spurious
Claims (4)
時間領域において前記解析部において検出された不要信号の周波数を減衰させる不要信号除去部と、
前記不要信号除去部において不要信号が除去された受信信号をFFT変換する復調部と、
を備えることを特徴とするOFDM受信装置。 An analysis unit for detecting the frequency of the unnecessary signal from the received signal converted into the frequency domain;
An unnecessary signal removing unit for attenuating the frequency of the unnecessary signal detected by the analysis unit in the time domain;
A demodulator that performs FFT conversion on the received signal from which unnecessary signals have been removed in the unnecessary signal remover;
An OFDM receiving apparatus comprising:
前記解析部は、
検出した不要信号の周波数を目標周波数に一致させるための位相回転量を算出する算出部、
を含み、
前記不要信号除去部は、
受信信号の位相を前記位相回転量に基づいて回転させる第1位相回転部と、
前記第1位相回転部において位相が回転された受信信号に含まれる前記目標周波数の信号を減衰させるフィルタと、
前記フィルタから出力された受信信号の位相を前記第1位相回転部における回転方向とは逆方向に前記位相回転量に基づいて回転させる第2位相回転部と、
を含むことを特徴とするOFDM受信装置。 The OFDM receiver according to claim 1, wherein
The analysis unit
A calculation unit for calculating a phase rotation amount for making the frequency of the detected unnecessary signal coincide with the target frequency;
Including
The unnecessary signal removing unit is
A first phase rotation unit that rotates the phase of the received signal based on the phase rotation amount;
A filter for attenuating the signal of the target frequency included in the received signal whose phase has been rotated in the first phase rotation unit;
A second phase rotation unit that rotates the phase of the reception signal output from the filter based on the phase rotation amount in a direction opposite to the rotation direction in the first phase rotation unit;
An OFDM receiving apparatus comprising:
前記解析部は、前記復調部が備えるFFT演算回路を利用して周波数領域に変換された受信信号から不要信号の周波数を検出することを特徴とするOFDM受信装置。 In the OFDM receiver according to claim 1 or 2,
The OFDM receiver according to claim 1, wherein the analysis unit detects a frequency of an unnecessary signal from a reception signal converted into a frequency domain using an FFT arithmetic circuit provided in the demodulation unit.
前記FFT演算回路は、不要信号が除去されるまでの間は、前記解析部に与えるための周波数領域の受信信号を生成し、不要信号が除去された後は、復調信号としての周波数領域の受信信号を生成することを特徴とするOFDM受信装置。 The OFDM receiver according to claim 3,
The FFT operation circuit generates a reception signal in the frequency domain to be given to the analysis unit until the unnecessary signal is removed, and receives the frequency domain as a demodulated signal after the unnecessary signal is removed. An OFDM receiver that generates a signal.
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