JP2008501271A - Ｏｆｄｍシステムにおける信号処理方法及び信号プロセッサ - Google Patents

Abstract

ＯＦＤＭ符号化デジタル信号の受信機のための信号処理方法及びプロセッサ。ＯＦＤＭ符号化デジタル信号は、複数の周波数チャネルにおいてデータシンボルサブキャリアとして送信される。サブキャリアの一部は、受信機に知られているパイロット値を有するパイロットサブキャリアの形式をとる。本方法は、チャネル推定スキームを利用して、受信信号からチャネル伝送ファンクションとチャネル伝送ファンクションのデリバティブを推定することを有する。その後、データの推定が、受信信号とチャネル伝送ファンクションから実行される。最後に、以前及び以降のＯＦＤＭシンボルの少なくとも１つを考慮して、キャリア間干渉を除去することによってデータ、チャネル伝送ファンクションのデリバティブ及び受信信号から、クリーンな受信信号の推定が行われ、上述した各推定が繰り返される。

Description

本発明は、通信システムにおけるＯＦＤＭ符号化デジタル信号を処理する方法及び対応する信号プロセッサに関する。

本発明はまた、ＯＦＤＭ符号化信号を受信するよう構成される受信機と、ＯＦＤＭ符号化信号を受信するよう構成されるモバイル装置とに関する。最後に、本発明は、このようなモバイル装置を有する通信システムに関する。本方法は、地上波映像配信システムＤＶＢ−ＴやＤＶＢ−ＨなどのパイロットサブキャリによるＯＦＤＭ技術を使用したシステムにおいて、改良されたデータ予測を求めるのに利用可能である。モバイル装置は、携帯テレビ、携帯電話、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ポータブルＰＣ（ラップトップ）又はこれらの何れかの組み合わせなどとすることができる。

音声及び映像信号などのデジタル情報の送信のための無線システムにおいて、直交周波数分割多重化技術（ＯＦＤＭ）が広範に利用されてきた。ＯＦＤＭは、周波数選択的なフェーディング無線チャネルを処理するのに利用可能である。データのインタリーブ処理は、効率的なデータ復元とデータ誤り訂正スキームの利用に用いることが可能である。

現在、ＯＦＤＭは、ＤＡＢ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｕｄｉｏ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）システムＥｕｒｅｋａ１４７やＤＶＢ−Ｔ（Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）システムなどにおいて利用されている。ＤＶＢ−Ｔは、変調及び符号化モードに応じて、８ＭＨｚ帯域幅上の５〜３０Ｍｂｐｓネットビットレートをサポートしている。８Ｋモードでは、６８１７のサブキャリ（トータル８１９２のうち）が、１１１６Ｈｚのサブキャリアスペーシングにより使用されている。ＯＦＤＭのシンボル有効時間は、８９６μｓであり、ＯＦＤＭガードインターバルは、当該時間の１／４、１／８、１／１６又は１／３２である。

しかしながら、車両や列車などのモバイル環境では、受信機によって感知されるチャネル伝送ファンクションは、時間の関数として変化する。ＯＦＤＭシンボルなどのこのような伝送ファンクションの変動は、受信信号のドップラーブロードニングなど、ＯＦＤＭサブキャリア管のキャリア間干渉（ＩＣＩ）を生じさせるかもしれない。キャリア間干渉は、車両速度の上昇と共に増大し、臨界速度を超える確実な検出を対策手段なしには不可能にする。

対象となる特定のＯＦＤＭシンボルに対して、信号

と共にＯＦＤＭシンボルのチャネル伝送ファンクション（ｃｈａｎｎｅｌ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）Ｈとそれの時間デリバティブ（ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）Ｈ’が計算される信号処理方法が、ＷＯ０２／０６７５２５、ＷＯ０２／０６７５２６及びＷＯ０２／０６７５２７からすでに知られている。

さらに、米国特許第６，６５４，４２９号は、パイロットシンボルが、時間周波数空間のおける所定のポジションを占有するため、各データパケットの既知のポジションに挿入されるパイロット付加チャネル推定方法を開示している。チャネル伝送ファンクションを推定するため、受信信号に対して２次元逆フーリエ変換、２次元フィルタリング及び２次元フーリエ変換を行い、パイロットシンボルを復元する。

本発明の課題は、より複雑さの少ない信号処理方法を提供することである。

本発明のさらなる課題は、パイロット誘起干渉を除去することによって推定を向上させるチャネル伝送ファンクションの推定のための信号処理方法を提供することである。

上記及び他の課題は、ＯＦＤＭ符号化デジタル信号を処理する方法であって、前記ＯＦＤＭ符号化デジタル信号は、複数の周波数チャネルにおけるデータシンボルサブキャリアとして送信され、前記サブキャリアの一部は、既知のパイロット値を有するパイロットサブキャリアである方法によって満足される。本方法は、チャネル推定スキームを利用して、受信信号からチャネル伝送ファンクションと該チャネル伝送ファンクションのデリバティブを推定するステップと、前記受信信号と前記チャネル伝送ファンクションとからデータを推定するステップと、以前及び以降のＯＦＤＭシンボルの少なくとも１つを考慮して、前記データ、前記チャネル伝送ファンクションのデリバティブ及び前記受信信号からキャリア間干渉を除去することによってクリーンな受信信号を推定するステップと、前記各推定ステップを繰り返すステップとを有する。このようにして、効率的なデータ推定方法が取得される。

前記データの推定は、Ｍタップイコライザセットによって実行されてもよい。このような各繰り返しについて再計算されてもよい。イコライザのタップ数は１や３であってもよく、繰り返し数は、１タップイコライザについては１であり、３タップイコライザについて１であってもよい。

本発明の実施例では、パイロット誘起キャリア間干渉は、チャネル伝送ファンクション

と既知のパイロット値（ａ_ｐ）を利用することによって除去される。

本発明の他の実施例では、パイロット値は、

によって受信信号から除去される。ただし、ｐはパイロットサブキャリアのインデックスである。

本発明のさらなる他の実施例では、本方法はさらに、

によってキャリア間干渉を除去するステップを有する。ただし、

は、

によって規定可能なキャリア間干渉拡散マトリックスである。ただし、Ｎはサブキャリア数であり、ｆ_ｓはサブキャリアスペーシングである。

計算の複雑さを低減するため、干渉拡散マトリックスは、

によって規定される帯域マトリックスであってもよい。

本発明のさらなる実施例では、チャネル伝送ファンクション

とデータ

の積は、Ｌタップとフィルタ係数

を有するフィルタによってフィルタリングされ、フィルタの和が、クリーンな受信信号を提供するため、受信信号から減算される。

本発明の他の特徴では、上記方法の各ステップを実行する信号プロセッサから構成される。

モバイル環境では、車両の移動により、受信機によって確認されるチャネルは経時的に変化する。ＯＦＤＭを利用するＤＶＢ−Ｔシステムでは、この変化は、キャリア間干渉（ＩＣＩ）を発生させる。ＩＣＩレベルは、車両速度の上昇と共に増大する。高速移動する車両において受信するため、特別な対策手段が確実な検出を実現するのにとられる必要がある。

図１において、確実な検出を実現する一般的なフレームワークが示される。データ推定スキームは、受信信号における歪みを補償し、それから送信されたシンボルを推定する。このため、データ推定スキームは、チャネル推定スキームによって推定されるチャネルパラメータを必要とする。

図２において、チャネル推定スキームの全体が示される。

チャネル推定スキームは、以下のチャネルモデルに基づく。すべての妥当な車両速度について、周波数ドメインにおける受信信号は、以下のように近似することが可能である。

本発明では、受信信号とチャネル推定スキームからの推定されたチャネルパラメータＨ及びＨ’とが与えられたとき、送信データの推定方法の問題が解決される。

可能な解法は、送信されるシンボルを推定するため、各データサブキャリアについてＮタップイコライザを使用することである。イコライザは、推定された誤差が平均二乗の意味で最小化されるように構成される。しかしながら、本発明では、複雑さが低減されたデータ推定スキームが開示される。

図３において、提案される繰り返しデータ推定スキームが示される。このスキームは、２つのブロック、すなわち、フィードフォワードパスのデータ推定装置と、フィードバックパスのＩＣＩ除去ブロックから構成される。最初の繰り返しにおいて、データ推定装置には、チャネル推定装置からのパイロット先行除去の出力

が供給される。繰り返しが課されていない場合、データ推定装置の出力

は、当該スキームの出力となり、さらにスライサに供給される。繰り返しが存在する場合、

は、ＩＣＩ除去ブロックに供給され、ＩＣＩ除去ブロックは、クリーナーにより受信される信号

を生成するため、

を取得する。その後、

は、より良好なデータ推定

を生成するため、データ推定装置に供給される。このメカニズムは、課されている繰り返し回数まで継続される。

データ推定装置は、Ｍタップイコライザのセットである。すべての繰り返しにおいて、これらのイコライザは、

がすべての繰り返し後により小さなＩＣＩを有することとなるため、再計算される。イコライザに対する提案されるタップ数は、１と３である。１タップのケースでは、提案される繰り返し数は２であり、３タップのケースでは、提案される繰り返し数は１である。

最初の繰り返しについてイコライザ係数を取得するための計算が、以下に説明される。まず、式（１）が書き換えられる。

１タップイコライザは、以下のように、Ｗｉｅｎｅｒ原理を利用して計算されるサブキャリアｋに適用される。

各サブキャリアにおけるＩＣＩパワーの計算は、３Ｎの乗算を要する（二乗演算とは別に）。これは、さらに以下のように簡単化することができる。すなわち、８ｋ ＤＶＢ−Ｔモードに対して、

となる。

この和は予め計算される。式（９）に示される値は、周波数帯の中間で計算される和の平均である。この計算は、複雑さをサブキャリア毎に２の乗算に低減する。

最初の繰り返しについて、

の項は、再計算を必要とする。それは、以下のように近似される。

従って、サブキャリアｋのイコライザ係数は、

となる。

ｎ番目の繰り返しについて、当該係数及びＭＳＥは、

となる。

上記の計算は、Ｈ及びＨ’が完全に知られているという仮定に基づいている。推定されるＨ及びＨ’について、２つの追加的要素が、式（５）、（１１）及び（１３）の分母に加えられる必要がある。すなわち、γ_Ｈは第２Ｈ ＷｉｅｎｅｒフィルタのＭＳＥであり、

γ_Ｈ’はＨ’ ＷｉｅｎｅｒフィルタのＭＳＥである。

一般的なＮタップ最適Ｗｉｅｎｅｒイコライザは、以下の通りである。

ここで、ＷはＮ×Ｎのマトリックスである。行ｋは、サブキャリアｋのＮタップイコライザに対応する。

Ｗの計算は、４つのマトリックス乗算とＮ×Ｎのマトリックスのインバージョンを必要とする。この複雑さは、通常は実際的な実現形態において処理可能なレベルを超えるものである。以下の部分において、この複雑さは、Ｎの代わりにＭタップイコライザ（Ｍ＜＜Ｎ）を使用し、乗算回数を減少させることによって低減される。

サブキャリアｋに対するＭタップ対称Ｗｉｅｎｅｒイコライザは、以下のように計算される。

直交性原理：

同じ導出に従って、以下が得られる。

計算量を減少させるため、上記の和を以下のように近似する。

ここで、

マトリックスのハミルトニアン性質により、

となることに留意されたい。さらに、

マトリックスは、あるｐに対してＴｏｅｐｌｉｔｚマトリックスとなるため、すべての（ｋ，ｌ）に対して、

となる。従って、その和

は、すべてのｐに対して予め計算することができる。

また、インバージョン対象のマトリックスはハミルトニアンである。すなわち、

であり、従って、上三角又は下三角のみの計算で済むということに留意されたい。残りは、三角部分の共役をとることによって取得される。

第２Ｈフィルタの入力におけるノイズ処理に加えて残余のＩＣＩの白色性、すなわち、受信信号からのパイロット誘起ＩＣＩの除去を補償するため、追加的処理が第１データ推定前に実行されてもよい（参照することによって本明細書にその内容が含まれる、リファレンスＩＤ６９６８１２と同時に出願された特許出願を参照されたい）。この処理は、

と既知のパイロットシンボルａ_ｐを使用して、すべてのサブキャリア上のパイロットシンボルによって生じるＩＣＩを再生成し、その後に

からそれをキャンセルする。

パイロットシンボルがわかっているため、それらは受信信号から除去することが可能である。すなわち、

となる。ただし、ｐはパイロットサブキャリアのインデックスである。

Ｍタップイコライザに対して、この処理はパイロットに隣接するサブキャリア、すなわち、インデックスｐ＋１とｐ−１のサブキャリアに効果的である。なぜなら、２つのサブキャリアからの干渉は、パイロットの欠落において最も強力なものであり、従って、双方のサブキャリアにおけるイコライザは、当該パイロットにおける残りの信号から追加的な情報を取得することが可能であるためである。この処理のため、式（２１）と（２３）は変更される必要があり、すなわち、すべてのパイロットサブキャリアについて、平均パワーがゼロとなることに留意されたい。

ＩＣＩ除去において実行される処理は、以下の通りである。

これが従来の方法により実行される場合、当該処理は、Ｎ（Ｎ＋１）の乗算、すなわち、サブキャリア毎に（Ｎ＋１）の乗算を必要とする。

本発明による提案は、以下の通りである。すなわち、すべてのサブキャリアからの干渉をキャンセルする代わりに、各サブキャリアに対して、

の有効な値が主対角線に沿って連結されるため、最も近接したいくつかのサブキャリアからの干渉のみをキャンセルする。さらに、

はＴｏｅｐｌｉｔｚマトリックスであるため、各対角線に沿った要素は、同一の値を有する。このことは、すべてのサブキャリアに対して、キャンセル処理に関係する要素が同一であることを意味する。従って、乗算処理は、その係数が

を有するＬタップフィルタによる

の要素の積のフィルタリングとしてみなすことができる。サブキャリア毎の乗算回数は、Ｌ＋１となる。

図４は、簡単化された処理を示す。

本発明は、一般にパイロット構成を有し、ＩＣＩからの影響を受けるＯＦＤＭシステムに適用可能である。

異なるフィルタ及び処理が、専用のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）及びソフトウェアにより実行されてもよい。あるいは、本方法の各ステップのすべて又は一部は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＰＧＡ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）など、ハードウェア又はハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより実行されてもよい。

「有する」という表現は、他の要素又はステップを排除するものではなく、「ある」という用語は複数の要素を排除するものではないということが述べられる。さらに、請求項における参照記号は、請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

ここでは、図面を参照して本発明のいくつかの実施例が説明された。この記載を読んだ当業者は、他のいくつかの代替を想到し、このような代替は、本発明の範囲内に属するものである。また、ここで具体的に述べられた以外の組み合わせもまた、本発明の範囲内に属するものである。本発明は、添付された特許請求項によってのみ限定される。

図１は、本発明の一般的な信号処理フレームワークを示す概略ブロック図である。 図２は、本発明が利用可能なチャネル推定スキームの全体の概略ブロック図である。 図３は、データ推定スキームを示す概略ブロック図である。 図４は、本発明によるキャリア間干渉の簡単化された除去を示す概略ブロック図である。

Claims (15)

1. ＯＦＤＭ符号化デジタル信号を処理する方法であって、
   前記ＯＦＤＭ符号化デジタル信号は、複数の周波数チャネルにおけるデータシンボルサブキャリアとして送信され、
   前記サブキャリアの一部は、既知のパイロット値を有するパイロットサブキャリアであり、
   当該方法は、
   チャネル推定スキームを利用して、受信信号からチャネル伝送ファンクションと該チャネル伝送ファンクションのデリバティブを推定するステップと、
   前記受信信号と前記チャネル伝送ファンクションとからデータを推定するステップと、
   以前及び以降のＯＦＤＭシンボルの少なくとも１つを考慮して、前記データ、前記チャネル伝送ファンクションのデリバティブ及び前記受信信号からキャリア間干渉を除去することによってクリーンな受信信号を推定するステップと、
   前記各推定ステップを繰り返すステップと、
   を有することを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法であって、
   前記データを推定するステップは、Ｍタップイコライザセットにより実行されることを特徴とする方法。
3. 請求項２記載の方法であって、
   前記イコライザは、各繰り返しに対して再計算されることを特徴とする方法。
4. 請求項２又は３記載の方法であって、
   前記イコライザのタップ数は、１又は３であり、
   前記繰り返しの回数は、１タップイコライザについては２であり、３タップイコライザについては１である、
   ことを特徴とする方法。
5. 請求項１乃至４何れか一項記載の方法であって、さらに、
   前記チャネル伝送ファンクションのデリバティブと前記既知のパイロット値とを使用することによって、パイロット誘起キャリア間干渉を除去するステップを有することを特徴とする方法。
6. 請求項１乃至５何れか一項記載の方法であって、
   前記パイロット値は、
   

   

   によって（ただし、ｐは前記パイロットサブキャリアのインデックスである）、前記受信信号から除去されることを特徴とする方法。
7. 請求項１乃至６何れか一項記載の方法であって、さらに、
   

   

   によって（ただし、
   

   

   はキャリア間干渉拡散マトリックスである）、前記キャリア間干渉を除去するステップを有することを特徴とする方法。
8. 請求項７記載の方法であって、
   

   

   が成り立つ（ただし、Ｎはサブキャリアの個数であり、ｆ_ｓはサブキャリアスペーシングである）ことを特徴とする方法。
9. 請求項８記載の方法であって、
   前記干渉拡散マトリックスは、
   

   

   により規定される帯域マトリックスであることを特徴とする方法。
10. 請求項９記載の方法であって、
    前記チャネル伝送ファンクションと前記データとの積は、Ｌタップ及びフィルタ係数
    

    

    を有するフィルタによってフィルタリングされ、
    該フィルタの和は、クリーンな受信信号を提供するため、前記受信信号から減算される、
    ことを特徴とする方法。
11. ＯＦＤＭ符号化デジタル信号を処理するよう構成される信号プロセッサであって、
    前記ＯＦＤＭ符号化デジタル信号は、複数の周波数チャネルにおけるデータシンボルサブキャリアとして送信され、
    前記サブキャリアの一部は、既知のパイロット値を有するパイロットサブキャリアであり、
    当該信号プロセッサは、
    チャネル推定スキームを利用して、信号からチャネル伝送ファンクションと該チャネル伝送ファンクションのデリバティブを推定するよう構成されるチャネル推定装置と、
    前記信号と前記チャネル伝送ファンクションとからデータを推定するよう構成される第１データ推定装置と、
    以前及び以降のＯＦＤＭシンボルの少なくとも１つを考慮して、前記データ、前記チャネル伝送ファンクションのデリバティブ及び前記受信信号からキャリア間干渉を除去することによってクリーンな受信信号を推定するよう構成される第２データ推定装置と、
    前記各推定処理を繰り返す手段と、
    を有することを特徴とする信号プロセッサ。
12. ＯＦＤＭ符号化デジタル信号を受信するよう構成される受信機であって、
    前記ＯＦＤＭ符号化デジタル信号は、複数の周波数チャネルにおけるデータサブキャリアとして送信され、
    前記サブキャリアの一部は、既知のパイロット値を有するパイロットサブキャリアであり、
    当該受信機は、
    チャネル推定スキームを利用して、信号からチャネル伝送ファンクションと該チャネル伝送ファンクションのデリバティブを推定するよう構成されるチャネル推定装置と、
    前記信号と前記チャネル伝送ファンクションとからデータを推定するよう構成される第１データ推定装置と、
    以前及び以降のＯＦＤＭシンボルの少なくとも１つを考慮して、前記データ、前記チャネル伝送ファンクションのデリバティブ及び前記受信信号からキャリア間干渉を除去することによってクリーンな受信信号を推定するよう構成される第２データ推定装置と、
    前記各推定処理を繰り返す手段と、
    を有することを特徴とする受信機。
13. ＯＦＤＭ符号化デジタル信号を受信するよう構成されるモバイル装置であって、
    前記ＯＦＤＭ符号化デジタル信号は、複数の周波数チャネルにおけるデータサブキャリアとして送信され、
    前記サブキャリアの一部は、既知のパイロット値を有するパイロットサブキャリアであり、
    当該装置は、
    チャネル推定スキームを利用して、信号からチャネル伝送ファンクションと該チャネル伝送ファンクションのデリバティブを推定するよう構成されるチャネル推定装置と、
    前記信号と前記チャネル伝送ファンクションとからデータを推定するよう構成される第１データ推定装置と、
    以前及び以降のＯＦＤＭシンボルの少なくとも１つを考慮して、前記データ、前記チャネル伝送ファンクションのデリバティブ及び前記受信信号からキャリア間干渉を除去することによってクリーンな受信信号を推定するよう構成される第２データ推定装置と、
    前記各推定処理を繰り返す手段と、
    を有することを特徴とするモバイル装置。
14. ＯＦＤＭ符号化デジタル信号を受信するよう構成されるモバイル装置であって、
    前記ＯＦＤＭ符号化デジタル信号は、複数の周波数チャネルにおけるデータサブキャリアとして送信され、
    前記サブキャリアの一部は、既知のパイロット値を有するパイロットサブキャリアであり、
    当該モバイル装置は、請求項１乃至１０記載の方法を実行するよう構成される、
    ことを特徴とするモバイル装置。
15. 請求項１３又は１４記載のモバイル装置を有することを特徴とする通信システム。

Images