JP2002538668A - Ｆｆｔ解析ウィンドウ変位補償を有するｃｏｆｄｍ復調器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 １つの記号に対応するウィンドウにおいて受信信号を解析し、各記号がいくつかの位相および振幅変調キャリヤを搬送し、これらキャリヤのうちのいくつかは、周波数が所定の方法で１つの記号から次の記号へ偏移されてパイロットを形成する高速フーリエ変換回路（１４）と、各キャリヤが受けたひずみを、いくつかの連続する記号（Ｓ）から受け取られるパイロットに対応するアンカー（Ａ）から補間する二次元フィルタ（１８）と、最適位置に対してウィンドウ移動を訂正する手段（１２）とを含むＣＯＦＤＭ復調器。復調器は、ひずみに関連する記号と、ひずみを補間するために使用されるアンカーに関連する記号とに対してそれぞれ実行されるウィンドウ移動訂正に従って各ひずみを訂正する手段（４２）を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、ＣＯＦＤＭ（「符号化直交周波数分割多重」）復調器、より詳細に
は、無線伝送に使用されるそのような復調器に関する。

【０００２】 図１は、ＣＯＦＤＭ変調の原理を説明するためのものである。伝送されるデー
タ・パケットが、Ｎ個のそれぞれの周波数に関連するＮ個の複素係数の形に変換
される。周波数の数Ｎは２の冪であり、例えば８１９２（ディジタル・テレビ拡
散）に等しい。各複素係数が、係数に関連する周波数を示すポイントにおいて周
波数軸から始まる図１に示されるベクトルに対応する。

【０００３】 Ｎ個の係数は逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）によって処理されて、ＩＦＦＴ
は変調キャリヤの合計から形成される「記号」を生成し、各キャリヤは関連する
複素係数によって決定される振幅と位相を有する。このようにして生成された記
号は伝送されて、受信器がそれを逆処理、即ち高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実
行して最初の複素係数に復元する。

【０００４】 図１に示されるように、いくつかの規則正しく分布するベクトルＰ１、Ｐ２、
Ｐ３などが既知の一定の値を有する。これらのベクトル、または対応するキャリ
ヤはパイロット・キャリヤと呼ばれる。これらは伝送信号によって受けられるひ
ずみを反映しパイロット間に位置する未知のベクトルにおいて実行される訂正を
補間するために使用される。

【０００５】 図２はいくつかの連続記号Ｓｎ−１、Ｓｎなどの伝送を示す。示されるように
、これらの記号の各々は対応する記号の端部のコピーである保護間隔Ｇの前にあ
る。保護間隔は、受信レベルにおける伝送のエコーに起因する記号間変調ひずみ
を回避するために使用される。また、図２は伝送記号のエコーＳＥｎ−１、ＧＥ
ｎ−１などを示す。このエコーは主信号に対して保護間隔Ｇの期間より短い期間
だけ遅延される。

【０００６】 通常、各記号Ｓはその記号と同じ長さのウィンドウＷにおける受信器のＦＦＴ
回路によって解析される。保護間隔がない場合には、主信号の記号と一致する解
析ウィンドウＷがエコー信号の２つの記号にまたがるだろう。これはＦＦＴにお
いて訂正することが困難であるエラーの原因となるだろう。

【０００７】 保護間隔Ｇは、もしそれがエコー遅延より大きいならば、それが主信号ならび
にエコーにおいて同じ記号に属する部分とだけ一致するように解析ウィンドウＷ
の調整限界を規定する。解析ウィンドウが記号およびその保護間隔にまたがると
いうことは、結局、特に上述のパイロット・キャリヤによって訂正される位相偏
移の原因となる。

【０００８】 図３は、解析ウィンドウＷを調整するために受信の始めで記号始めを発見する
フランス特許第２，７４３，９６７号に記載されているような従来のＣＯＦＤＭ
復調器に使用される方法を示す。受信信号と１つの記号の分だけ遅延されるこの
同じ信号との間の訂正プロダクトが実行される。これによって遅延信号の各保護
間隔が受信信号の同一部分、即ち受信信号内の対応する記号の端部と一致する時
間を検出することができる。

【０００９】 訂正プロダクトＣが最初ゼロで、遅延信号の各保護間隔の始めから漸進的に増
加し始まる。最大値が保護間隔の端部で達せられて、その後に訂正プロダクトＣ
は減少し始まり値がゼロとなる。エコー信号がある場合に、訂正ピークはより小
さくて、エコー方向に移動し、そのためそれらは解析ウィンドウが始まる場所を
全く良く示す。

【００１０】 しかし、信号は非常にしばしば雑音が多くて、十分な精度で訂正ピークの位置
を決定することが困難である。この目的のために、上述のフランス特許に記載さ
れている回路によって、回路設定においてチャネルのパルス応答を解析すること
によって位置を改善することができる。もちろん、受信信号は動作中に周波数ま
たは位相のドリフトを受けることがあり、そのためにウィンドウの位置は、以下
に説明されるように規則正しく変更される必要がある。

【００１１】 図４は上述のフランス特許に記載されているようなＣＯＦＤＭ復調器のアーキ
テクチャを図示する。それは無線伝送ディジタル・テレビ信号を受信するシステ
ムである。無線伝送において、記号は高周波キャリヤによって搬送されて、その
周波数は示されていないチューナーによって下げられる。図４のアーキテクチャ
の要素１０が記号をこのキャリヤから抽出し、それらをディジタルに変換する。
要素１２が、図３に関連して説明されるように解析ウィンドウの位置を決定し、
必要な場合には、解析ウィンドウの位置を再調整する。ＦＦＴは、１２において
決定されたウィンドウによって１４において実行される。ＦＦＴによって規定さ
れる係数は１６において待つように置かれて、係数が受けたひずみを１８におい
て補間する。複素数であるひずみは２０において係数を訂正するために使用され
る。

【００１２】 チャネルのパルス応答が、受信されたひずみのあるパイロットにもとづいて２
２において計算される。このパルス応答によって、解析ウィンドウの位置が正し
いかどうか、またはそれを修正する必要があるかどうかを決定する。パルス応答
のパワーが最大である場合に、最適なウィンドウ位置が得られる。

【００１３】 前に示したように、各記号は既知の同一特性のパイロットを含む（一般に、そ
れらは、受信器によって知られる法によって、ユニティ振幅、およびゼロまたは
１８０°の位相を有する）。復調器によって受信されたパイロットは、パイロッ
トが受けたひずみを反映する。ひずみの値はＡ_ｐ＝ｐ_ｐ／Ｅ_ｐであり、ここでｐ _ｐ は位置ｐの受信パイロットの値であり、Ｅ_ｐは対応する伝送パイロットの値で
ある。ひずみＡ_ｐは現在「アンカー」と称される。これらのアンカーは、パイロ
ットを有しない位置ｋにおけるひずみ（以後、ｄ_ｋと表わされる、ｋ≠ｐ）を補
間によって計算するために使用される。

【００１４】 ２０におけるエラー訂正は、受信された係数とそれぞれの補間されたひずみの
比を計算することから成る。Ｄ_ｋ＝Ｒ_ｋ／ｄ_ｋ、ここで、Ｄ_ｋは訂正された値で
あり、Ｒ_ｋは受信された値である。

【００１５】 パイロットがデータを搬送しない場合には、それらの数を制限することが必要
である。しかし、パイロットの数が小さくなるほどに、２つの連続するパイロッ
ト間の補間エラーが多くなる。この状況を改善するために、パイロットは１つの
記号から次の記号へいくつかの位置だけ移動されて、二次元補間がいくつかの連
続する記号において実行される。以後に記述される例において、各記号は１２の
位置ごとに１つのパイロットを含み、パイロットは１つの記号から次の記号へ３
つの位置だけ移動される。

【００１６】 図５はこの二次元補間を図示する。それはアレイを示し、その行が連続する記
号に対応し、最後の受信記号が最後の行に在る。アレイの列が連続する記号キャ
リヤ位置または周波数に対応する。ハッチングをかけられた正方形が受信アンカ
ーに対応する。パイロットの１つの記号から次の記号への移動に因って、近くの
アンカーがいくつかの列（本例では３つの列ごと）に現れる。

【００１７】 すべてのひずみはアンカーを含む列において最初に補間される。そして、有限
のインパルス応答フィルタ２４が各行のなくなったひずみを補間する。

【００１８】 上述の例で、記号ｎ−３のひずみは、記号ｎが受信される時に補間され得る。
さらに、記号ｎ−３のいくつかのひずみ補間は、前の記号のアンカーを記号ｎ−
６まで戻って必要とするだろう。したがって、この方法は記号ｎ−１〜ｎ−３を
完全に格納する必要があり、また記号ｎ−４〜ｎ−６のアンカーだけを格納する
必要がある。

【００１９】 記号ｎにおける位置ｋの補間されたひずみは次のように表わされる。

【数１】 ここで、Ａは受信アンカーであり、ｓ＝（ｎモジュロ４−ｋ／３モジュロ４）モ
ジュロ４である。

【００２０】 例として、この式で、図５における記号ｎ−３の３番目の位置における補間さ
れたひずみは、３／４Ａ_ｎ−４＋３／４Ａ_ｎと表わされる。

【００２１】 図６は図５の方法を実施するひずみ補間回路１８を図示する。図４の遅延回路
１６は、３つの連続する記号Ｓ_ｎ−１、Ｓ_ｎ−２、Ｓ_ｎ−３をシフト・レジスタ
内に格納する。列においてひずみを補間するのに必要な６個の連続する記号の受
信アンカーＡ_ｎ−１〜Ａ_ｎ−６は、６個のカスケード接続されたシフト・レジス
タ２６内に格納される。レジスタ１６および第１のレジスタ２６が現在記号Ｓ_ｎ を受け取る。４入力マルチプレクサ２８が、第１の入力で４分の１を掛けた記号
Ｓ_ｎのアンカーを、第２の入力で第１のレジスタ２６によって規定されて２分の
１を掛けたアンカーＡ_ｎ−１を、第３の入力で第２のレジスタ２６によって規定
されて４分の３を掛けたアンカーＡ_ｎ−２を、および第４と最後の入力で第３の
レジスタ２６によって規定されたアンカーＡ_ｎ−３を受け取る。

【００２２】 マルチプレクサ３０が、第１の入力で第４のレジスタ２６によって規定されて
４分の３を掛けたアンカーＡ_ｎ−４を、第２の入力で第５のレジスタ２６によっ
て規定されて２分の１を掛けたアンカーＡ_ｎ−５を、第３の入力で第６のレジス
タ２６によって規定されて４分の１を掛けたアンカーＡ_ｎ−６を、および最後の
入力で値ゼロを受け取る。３２において、マルチプレクサ２８および３０の出力
の合計がフィルタ２４に与えられる。マルチプレクサ２８および３０は、補間さ
れたひずみの位置ｋによってマルチプレクサの適当な入力を選択する同じ選択信
号ＳＥＬによって制御される。

【００２３】 前に示したように、ＦＦＴ解析ウィンドウの位置は、設定段階において一回だ
け決定される。しかし、それはウィンドウ位置が良好であることを規則正しく確
認し、必要な場合にこの位置を再調整するために与えられる。しかし、解析ウィ
ンドウの位置が修正された場合に、記号キャリヤの各々の位相が相関的に修正さ
れて、この位相修正は訂正する必要があるひずみとして現れる。位相修正が現在
記号ｎに対して生じた場合に、この現在記号のアンカーは前にある記号のアンカ
ーと同じ位相基準を有しないだろう。それによって記号ｎのアンカーを含むひず
みを補間することが不可能だろう。

【００２４】 図７は、この現象をさらに詳細に図示するためのものである。この図面はゼロ
から番号付けされた連続する記号における同じ位置のアンカーの位相変動を示し
、これはアンカーが４つの記号ごとに同じ位置で発見される図５の例の文脈内に
在る。

【００２５】 受信記号は固定解析ウィンドウで規則正しく進んでいると想定されており、こ
れは、記号０、４、８、および１２に対して示されるように、アンカー位相の増
加の原因となる。補間された位相がアンカーの位相値を結ぶ直線上に位置する丸
印をつけられている。

【００２６】 第７番目の記号において、解析ウィンドウは間隔τだけ進み、記号位相の進み
に追いつく。この結果、位相は四角で表示されたように展開するはずであり、す
なわち、記号５および６について規則正しく増加し続け、記号７について急に降
下し、そして再び規則正しく増加する。位相降下は記号８のアンカーにおいて初
めて知覚できて、記号５〜７に対して補間されたエラーが記号４および８のアン
カーの位相値を結ぶ直線上に位置しており、間違っている。この結果、記号５〜
７は失われて、この損失は、記号がビデオ信号に対応する場合に特にテレビ画面
上で、かなりしばしば知覚できる。

【００２７】 受信器および送信器が固定位置に在る場合に、大抵の場合にそうであるように
、解析ウィンドウ再調整がめったに起きず、そのような信号妨害が許容できるこ
とがある。

【００２８】 しかし、列車のような移動車両で受信器を使用することが考えられる。この場
合に、ウィンドウ再調整がしばしば起きるので、この原因となる妨害が許容でき
なくなる。

【００２９】 本発明の目的は、解析ウィンドウの再調整に因るいかなる妨害も抑圧できるＣ
ＯＦＤＭ復調器を提供することである。

【００３０】 この目的を達成するために、本発明は、１つの記号に対応するウィンドウにお
いて受信信号を解析する高速フーリエ変換回路であって、各記号はいくつかの位
相および振幅変調キャリヤを搬送し、これらキャリヤのうちのいくつかは、周波
数が所定の方法で１つの記号から次の記号へ偏移されてパイロットを形成する高
速フーリエ変換回路と、各キャリヤが受けたひずみを、いくつかの連続する記号
から受け取られるパイロットに対応するアンカーから補間する二次元フィルタと
、最適位置に対してウィンドウ移動を訂正する手段とを含むＣＯＦＤＭ復調器を
提供する。復調器は、ひずみに関連する記号およびひずみを補間するために使用
されるアンカーに関連する記号に対してそれぞれ実行されるウィンドウ移動訂正
に従って各ひずみを訂正する手段を含む。

【００３１】 本発明の実施形態によれば、ウィンドウ移動を訂正する手段は、受信信号と１
つの記号の分だけ遅延されたこの同じ記号の間の相関プロダクトによって得られ
る相関信号に同期する位相ロック・ループを含み、各記号はその記号の端部のコ
ピーに対応する保護間隔の前にある。

【００３２】 本発明の実施形態によれば、各ひずみは、フーリエ変換後の周波数において、
前にある記号と後にある記号における同じ位置の２つのアンカーの加重和であり
、これらのアンカーに対して前にある記号と後にある記号に対する解析ウィンド
ウが受ける移動に対応するそれぞれの位相が加算されており、そしてこれらのア
ンカーに対してひずみに関連する記号に対する解析ウィンドウが受ける移動に対
応する位相が減算されている。

【００３３】 本発明の前述の目的、特徴、および利点が、添付図面と関連する特定の実施形
態についての以下の非限定的な説明で詳細に論じる。

【００３４】 ＦＦＴ解析ウィンドウが受信信号に関して修正される場合に二次元補間方法に
起因する補間エラーを回避するために、本発明は解析ウィンドウの位置修正に、
各周波数に対して、起因する位相偏移を補間計算に含むことを規定する。

【００３５】 図５および６の従来の例において、補間されたひずみｄ_ｎ，ｋは次のように表
わされる。

【数２】 ここで、Ａは受信アンカーであり、ｓ＝（ｎモジュロ４−ｋ／３モジュロ４）モ
ジュロ４である。

【００３６】 本発明によって、ひずみｄ_ｎ，ｋは次の関係によって計算される。

【数３】 ここで、ｆ_ｋは位置ｋに対応する周波数であり、各ｗはｗの添え字によって表示
される記号に対して使用された解析ウィンドウの時間単位で表わされる絶対位置
に対応する。

【００３７】 この関係を適用することは結果的に従来の関係（１）を適用することになり、
２つのアンカーに対してその２つのアンカーに関連する記号に対する解析ウィン
ドウが受ける移動に対応するそれぞれの位相を前に加算しており、そうして得ら
れた値に対して補間ひずみに関連する記号に対する解析ウィンドウが受ける移動
に対応する位相を減算している。

【００３８】 この関係が例として図７の記号６に対する補間に適用された場合に、ｗ_ｎ−Ｓ ＝ｗ_４＝０、ｗ_ｎ＝ｗ_６＝０、およびｗ_{ｎ−Ｓ＋４}＝ｗ_８＝τである。言い換え
れば、記号８のアンカーがτだけ増加される一方で、記号４のアンカーが変更さ
れない。これによってこのアンカーがまた記号０〜４の受信補間アンカーと正し
い位置関係になり、四角によって表示されるように記号６に対するアンカーを正
確に補間することが可能となる。

【００３９】 この例にまさしく示されるように、本発明は、図３に関連して説明したように
、解析ウィンドウの位置が始めで従来通り決定されて時々再調整される図４のタ
イプの復調器において使用され得る。

【００４０】 しかし、解析ウィンドウを調整するこの従来の方法は複雑であり、今まではＤ
ＳＰ（ディジタル信号プロセッサ）を使用する必要があった。この方法は、始め
からの正確なウィンドウ位置を得ること、引き続いて起こる調整に対するいかな
る必要も抑制すること、または少なくとも引き続いて起こる調整をできるだけ後
に延期することが重要なので、使用されていた。

【００４１】 逆に言えば、本発明によって、各アンカーは解析ウィンドウの現在位置によっ
て訂正されるので、解析ウィンドウは永続的に移動していることがある。このよ
うに、図３に関連して説明された相関信号Ｃに同期される位相ロック・ループ（
ＰＬＬ）によって解析ウィンドウの位置を調整することが考えられる。

【００４２】 図８はこの方法を使用するＣＯＦＤＭ復調器のアーキテクチャを示す。このア
ーキテクチャは図４のそれと類似しており、同じ要素が同じ参照数字で示される
。図４のひずみ補間回路１８は、ここでは本発明によってひずみ補間回路１８’
に置換される。ウィンドウ位置を設定する回路１２が、図３に関連して説明され
た相関信号Ｃに同期するＰＬＬ４０によって永続的に制御される。ＰＬＬはディ
ジタルであることが好ましく、そのときそれは対応する記号に対して解析ウィン
ドウの絶対位置を示す累算器を含み、この位置は値ｗとして直接的に利用され得
る。連続する値ｗは４２において変換されて、ひずみ補間回路１８’によって使
用できる。

【００４３】 図９は補間回路１８’および変換回路４２をさらに詳細に示す。回路１８’は
図６のそれと類似しており、同じ参照が同じ要素を示す。回路１８’は、複素数
乗算器４４がマルチプレクサ２８および３０の各々の出力において挿入されたと
いうことで回路１８と異なる。

【００４４】 回路４２は６個のカスケード・シフト・レジスタ４６を含み、それらのうちの
第１のレジスタは、各記号に対して、解析ウィンドウ移動値ｗを受け取る。した
がって、レジスタ４６は６つの連続する記号に対する値ｗを格納し、これはシフ
ト・レジスタ２６に格納されたアンカーＡにもとづいている。マルチプレクサ４
８は、４つの入力において第１から第４のレジスタ４６の入力をそれぞれ受け取
る。マルチプレクサ５０は、３つの第１の入力において最後の３つのレジスタ４
６のそれぞれの出力を、第４の入力においてゼロの値を受け取る。マルチプレク
サ４８および５０は、マルチプレクサ２８および３０と同じ選択信号ＳＥＬによ
って制御される。

【００４５】 マルチプレクサ４８および５０の各々の後には、それぞれのマルチプレクサの
出力に対して第３のレジスタ４６の出力を減算する減算器５２がある。減算器５
２の出力は、５４において２πｆ_ｋによって乗じられ、かつ５６において極デカ
ルト変換を受けた後に複素数の形でそれぞれの乗算器４４に与えられる。

【００４６】 マルチプレクサの最後の入力が選択された場合に、補間回路１８’によって与
えられる値は、訂正される必要がない受信アンカーである。この場合に、マルチ
プレクサ４８に関連する減算器５２は、マルチプレクサ２８によって与えられた
受信アンカーを変更しない複素値１に対応してゼロの値を与える。この受信アン
カーは加算器３２によっても変更されず、それはゼロの値をマルチプレクサ３０
に関連する乗算器４４から受け取る。

【００４７】 一般に、従来のＣＯＦＤＭ復調器が

【数４】 タイプの複素数による乗算器をＦＦＴ回路の出力において含み、ここでＴは保護
間隔Ｇの半分の期間である。実際は、解析ウィンドウは通常記号の始めよりはむ
しろ保護間隔の中央で始まり、この乗算は結果として生ずる移動に対して補償す
ると想定されている。この乗算器は、本発明によって要求される乗算を実行する
ために有利に時分割使用されることがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ＣＯＦＤＭ伝送システムにおける位相および振幅変調キャリヤを示す図である
。

【図２】 ＣＯＦＤＭ復調器によって受け取られる信号および信号のＦＦＴ解析のウィン
ドウを示す図である。

【図３】 従来のＣＯＦＤＭ復調器における記号始め検出方法を示す図である。

【図４】 従来のＣＯＦＤＭ復調器のアーキテクチャを示す図である。

【図５】 二次元ひずみ補間方法を示す図である。

【図６】 図５の補間の実施を可能にする回路を示す図である。

【図７】 従来の復調器におけるＦＦＴ解析ウィンドウ再調整に関連する問題を示す図で
ある。

【図８】 本発明によるＣＯＦＤＭ復調器のアーキテクチャを示す図である。

【図９】 図８の復調器の要素をさらに詳細に示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つの記号に対応するウィンドウにおいて受信信号を解析し
   、各記号がいくつかの位相および振幅変調キャリヤを搬送し、これらキャリヤの
   うちのいくつか（Ｐ）は、周波数が所定の方法で１つの記号から次の記号へ偏移
   されてパイロットを形成する高速フーリエ変換回路（１４）と、 いくつかの連続する記号（Ｓ）から受け取られたパイロットに対応するアンカ
   ー（Ａ）から、各キャリヤが受けたひずみを補間する二次元フィルタ（１８）と
   、 最適位置に対してウィンドウ移動を訂正する手段（１２）とを含み、 ひずみに関連する記号と、ひずみを補間するために使用されるアンカーに関連
   する記号とに対してそれぞれ実行されるウィンドウ移動訂正に従って各ひずみを
   訂正する手段（４２）を含むことを特徴とするＣＯＦＤＭ復調器。
2. 【請求項２】 ウィンドウ移動を訂正する手段が、受信信号と１つの記号に
   よって遅延されるこの同じ信号との間の相関プロダクトによって得られる相関信
   号（Ｃ）に同期される位相ロック・ループ（４０）を含み、各記号が、記号の端
   部のコピーに対応する保護間隔（Ｇ）の前にあることを特徴とする請求項１に記
   載の復調器。
3. 【請求項３】 各ひずみが、フーリエ変換後の周波数フィールドにおいて、
   前にある記号と後にある記号における同じ位置の２つのアンカーの加重和であり
   、これらのアンカーに対して、前にある記号と後にある記号に対する解析ウィン
   ドウが受ける移動に対応するそれぞれの位相が加算されており、これらのアンカ
   ーに対して、ひずみに関連する記号に対する解析ウィンドウが受ける移動に対応
   する位相が減算されていることを特徴とする請求項１に記載の復調器。