JP2006050110A - Ｏｆｄｍ広範囲周波数誤差補正装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＯＦＤＭ信号を復調する際に、安定的に周波数誤差を補正することが可能なＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置及びその方法を提供する。
【解決手段】 ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１は、直交復調同期検波手段２０によって、周波数発振器１０が発振する周波数によりＯＦＤＭ信号を直交復調することで復調信号を生成し、帯域幅周波数計測方式誤差検出手段３０によって、復調信号における周波数帯域の次数の偏移により周波数誤差を検出し、復調信号誤差補正手段４０ａによって、復調信号の周波数誤差を補正した補正復調信号を生成し、スキャッタードパイロット式誤差検出手段５０によって、補正復調信号の位相のずれ量により、補正復調信号における周波数誤差を検出し、復調信号誤差補正手段４０ｂによって、補正復調信号の周波数誤差を補正することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＯＦＤＭ信号を復調する際に用いられる検波搬送波の周波数と、周波数発振器が発振する発振周波数との誤差を補正するＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置及びその方法に関する。

従来、ＯＦＤＭ復調装置において、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号を復調する場合、そのＯＦＤＭ信号を同期検波するために、ＯＦＤＭ信号の搬送波（キャリア）の中心周波数に一致した検波搬送波を内部で発生させなければならない。この検波搬送波を内部で発生させる理由は、ＯＦＤＭ信号には、検波搬送波の周波数を同期させるための信号が含まれていないからである。なお、ＯＦＤＭ信号において、許容できる検波搬送波の周波数のずれ（周波数誤差）は、例えば、地上デジタル放送の規格であるＩＳＤＢ−Ｔ（Integrated Services Digital Broadcasting‐Terrestrial）のモード３の伝送モードでは、１Ｈｚといわれている。

そこで、従来、ＯＦＤＭ復調装置では、周波数誤差補正装置によって、ＯＦＤＭ信号のガードインターバル期間の信号を利用して、検波搬送波の周波数と周波数発振器が発振する周波数との差（以下、「周波数誤差」という）を検出し、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator；電圧制御発振器）を制御することで、検波搬送波の周波数の補正を行っている（例えば、特許文献１等参照）。

ここで、図８を参照して、従来の周波数誤差補正装置について説明する。図８は、従来の周波数誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。
なお、ＯＦＤＭ信号において、ガードインターバル期間の信号は、１シンボル（有効シンボル）期間の時間（以下、「シンボル時間」という）遅れた信号をコピーしたものである。このため、ガードインターバル期間の信号の瞬時位相と、シンボル時間遅れた信号の瞬時位相の差（以下、「シンボル位相差」という）は、周波数誤差に比例する。具体的には、シンボル位相差Δθは、以下の（１）式に示すように、周波数誤差Δｆと、シンボル期間の時間Ｔとの積に“２π”を乗じた角度（ラジアン）となる。

Δθ＝２πΔｆＴ …（１）式

従って、シンボル位相差を取得することができれば、周波数誤差を求めることができる。
また、ＯＦＤＭ信号の瞬時位相は、ＯＦＤＭ信号を直交２相同期検波することで得られる同相成分である実数軸信号（以下、「Ｉ信号」という）と、直交成分である虚数軸信号（以下、「Ｑ信号」という）との比の逆正接である。

そこで、周波数誤差補正装置１Ｂは、直交復調手段３によって、周波数発振器（電圧制御発振器）２が生成する検波搬送波により、入力されたＯＦＤＭ信号を直交同期検波（直交２相同期検波）し、Ｉ信号とＱ信号とする。
そして、周波数誤差補正装置１Ｂは、検波周波数誤差検出手段４によって、Ｉ信号とＱ信号との比の逆正接を演算することで、ガードインターバル期間の信号の瞬時位相と、１シンボル期間遅れた信号の瞬時位相とを求め、その差をとることでシンボル位相差を算出する。

さらに、周波数誤差補正装置１Ｂは、検波周波数誤差検出手段４によって、シンボル位相差を、シンボル期間の時間Ｔと“２π”との積の値により除算を行うことで周波数誤差を算出する（前記（１）式参照）。そして、周波数誤差補正装置１Ｂは、周波数発振器２によって、検波周波数誤差検出手段４で算出された周波数誤差により、生成する検波搬送波の周波数を制御する。
これによって、周波数誤差補正装置１Ｂは、ＯＦＤＭ信号を同期検波した信号を生成することができる。
特開２００１−１３６１４３号公報（段落００３６〜００４９、図１２）

しかし、従来の周波数誤差補正装置では、シンボル位相差が“２π”よりも大きい場合、すなわち、周波数誤差が、シンボル期間の逆数（以下、「シンボル基本周波数」という；ＩＳＤＢ−Ｔのモード３では、９９２Ｈｚ）より大きい場合、そのシンボル位相差は、前記（１）式に示すような、位相“２π”の周期性をもっているため、“２π”の整数倍で除した余りの位相（角度）のみが観察されることになる。このため、従来の周波数誤差補正装置では、シンボル位相差が“２π”よりも大きくなった場合、周波数誤差を求めることができない。

また、従来の周波数誤差補正装置では、シンボル位相差が“π”より大きく“２π”よりも小さい場合、シンボル位相差は負の値をとるため、その位相（角度）からは、前記同様に周波数誤差を求めることができない。
すなわち、従来の周波数誤差補正装置では、前記（１）式に示した関係から、周波数誤差を算出することができる範囲は、正負でシンボル基本周波数の１／２の範囲となる。

このため、従来の周波数誤差補正装置では、シンボル位相差によっては、周波数誤差を誤検出してしまう場合がある。また、従来の周波数誤差補正装置では、算出された周波数誤差を周波数発振器に帰還させるループ回路を形成する方式をとることで、検波搬送波の周波数を制御しているため、目的となる周波数の検波搬送波を生成するために時間遅れが生じてしまう。

このように、従来の周波数誤差補正装置では、周波数誤差の誤検出や電圧制御発振器の制御・応答の遅れに伴って、動作が不安定になってしまうという問題がある。なお、電圧制御発振器の制御・応答の遅れを解決するためには、周波数発振器の周波数精度を上げる必要があるが、周波数発振器のコストが高くなってしまうという問題がある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、ＯＦＤＭ信号を復調する際に、周波数発振器の精度が低い場合であっても、周波数発振器が発振する周波数を制御することなく、周波数誤差を検出し、その周波数誤差がシンボル基本周波数の１／２より大きくなる場合であっても、安定的に周波数誤差を補正することが可能なＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置及びその方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、まず、請求項１に記載のＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置は、固有の周波数を発振する周波数発振器を備え、入力された直交周波数分割多重方式で変調されたＯＦＤＭ信号を前記周波数に基づいて直交復調したときの周波数誤差を補正するＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置であって、直交復調手段と、第一の周波数誤差検出手段と、第一の復調信号誤差補正手段と、第二の周波数誤差検出手段と、第二の復調信号誤差補正手段とを備える構成とした。

かかる構成によれば、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置は、直交復調手段によって、周波数発振器が発振する周波数に基づいて、ＯＦＤＭ信号を直交復調することで復調信号を生成する。なお、この復調信号には、周波数発振器で発生される検波搬送波の周波数と、ＯＦＤＭ信号の搬送波の中心周波数との誤差（周波数誤差）が含まれている。

そのため、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置は、第一の周波数誤差検出手段によって、直交復調手段で生成された復調信号を周波数領域変換（高速フーリエ変換等）することで得られるスペクトルにおける周波数帯域の次数の偏移を計測し、復調信号の周波数誤差を検出する。すなわち、第一の周波数誤差検出手段は、復調信号の周波数帯域の次数と、予め規格化されているＯＦＤＭ信号の周波数帯域の次数との差異によって周波数誤差を求める。

そして、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置は、第一の復調信号誤差補正手段によって、第一の周波数誤差検出手段で検出された周波数誤差に基づいて復調信号を補正し、補正復調信号を生成する。なお、第一の周波数誤差検出手段で検出された周波数誤差は周波数領域変換により離散的な値によって求められたものであるため、補正復調信号には誤差（残留誤差）が含まれている。

そのため、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置は、第二の周波数誤差検出手段によって、第一の復調信号誤差補正手段で生成された補正復調信号の位相のずれ量を計測し、補正復調信号の周波数誤差（残留誤差）を検出する。
そして、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置は、第二の復調信号誤差補正手段によって、第二の周波数誤差検出手段で検出された周波数誤差に基づいて、補正復調信号をさらに補正する。
これによって、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置は、周波数発振器で発生される検波搬送波の周波数と、ＯＦＤＭ信号の搬送波の中心周波数との周波数誤差を補正し、同期検波された信号を生成することができる。

また、請求項２に記載のＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置は、請求項１に記載のＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置において、前記第一又は第二の復調信号誤差補正手段は、それぞれの入力信号である前記直交復調手段で生成された復調信号又は前記第一の復調信号誤差補正手段で生成された補正復調信号に含まれるシンボルの実数軸成分であるＩ信号と虚数軸成分であるＱ信号とをそれぞれ時間毎に補正することとした。

かかる構成によれば、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置は、第一の復調信号誤差補正手段において、直交復調手段で生成された復調信号に対して、シンボルの実数軸成分であるＩ信号と虚数軸成分であるＱ信号とを時間毎に直接補正する。また、第二の復調信号誤差補正手段においても、第一の復調信号誤差補正手段で生成された補正復調信号に対して、Ｉ信号とＱ信号とを時間毎に直接補正する。これによって、周波数発振器が発振する周波数を制御することなく周波数誤差の補正が可能になる。

さらに、請求項３に記載のＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置は、請求項１又は請求項２に記載のＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置において、前記第一の周波数誤差検出手段が、周波数領域変換手段と、誤差次数計測手段と、次数・周波数変換手段とを備える構成とした。

かかる構成によれば、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置は、第一の周波数誤差検出手段における周波数領域変換手段によって、ＯＦＤＭ信号におけるシンボル期間より長い時間長を時間窓として、復調信号を周波数のスペクトルに変換する。例えば、周波数領域変換手段は、１シンボル期間の２のべき乗倍（例えば、２、４、８等の整数）の時間長を時間窓として、復調信号を高速フーリエ変換する。なお、時間窓を１シンボル期間の２のべき乗倍とするのは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うための条件であるからである。

そして、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置は、誤差次数計測手段によって、周波数領域変換手段で変換された周波数のスペクトルの帯域における上側波帯幅次数又は下側波帯幅次数に基づいて、復調信号の帯域と予め定められているＯＦＤＭ信号の帯域との誤差を、復調信号における周波数誤差の次数として計測する。これによって、周波数誤差が、周波数の次数の差として求められる。
そして、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置は、次数・周波数変換手段によって、誤差次数計測手段で計測された次数を対応する周波数に変換する。これによって、復調信号における周波数誤差が求められる。

また、請求項４に記載のＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置において、前記第二の周波数誤差検出手段が、シンボル長周波数領域変換手段と、ＳＰ信号位置検出手段と、ＳＰ信号角度検出手段と、角度・周波数変換手段とを備える構成とした。

かかる構成によれば、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置は、第二の周波数誤差検出手段におけるシンボル長周波数領域変換手段によって、第一の復調信号誤差補正手段で補正された補正復調信号を、シンボル長（有効シンボル長）毎の時間窓で周波数領域変換（高速フーリエ変換）する。このように、シンボル毎に周波数領域変換することで、各シンボルの複素平面（シンボル信号配置図）上における位置を取得することが可能になる。一般に、どのシンボルがどの位置に対応するのかを判定することはできないが、ＯＦＤＭ信号におけるスキャッタードパイロット信号は、複素平面における実数軸上に配置される。
そこで、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置は、ＳＰ信号位置検出手段によって、シンボル長周波数領域変換手段で変換された周波数のスペクトルにおいて、スキャッタードパイロット信号の位置を検出する。

そして、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置は、ＳＰ信号角度検出手段によって、シンボル信号配置図の原点位置に対するスキャッタードパイロット信号の位置の回転角度（位相のずれ量）を検出する。これによって、第一の復調信号誤差補正手段で補正された補正復調信号における周波数誤差（残留誤差）が、回転角度として求められる。
そして、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置は、角度・周波数変換手段によって、ＳＰ信号角度検出手段で検出された回転角度を周波数に変換する。これによって、補正復調信号における周波数誤差が求められる。

さらに、請求項５に記載のＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正方法は、固有の周波数を発振する周波数発振器を備えた周波数誤差補正装置において、入力された直交周波数分割多重方式で変調されたＯＦＤＭ信号を前記周波数に基づいて直交復調したときの周波数誤差を補正するＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正方法であって、直交復調ステップと、第一の周波数誤差検出ステップと、第一の復調信号誤差補正ステップと、第二の周波数誤差検出ステップと、第二の復調信号誤差補正ステップとを含む手順とした。

この手順によれば、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正方法は、直交復調ステップによって、周波数発振器が発振する周波数に基づいて、ＯＦＤＭ信号を直交復調することで復調信号を生成する。なお、この復調信号には、周波数発振器で発生される検波搬送波の周波数と、ＯＦＤＭ信号の搬送波の中心周波数との誤差（周波数誤差）が含まれている。

そのため、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正方法は、第一の周波数誤差検出ステップによって、直交復調ステップで生成された復調信号を周波数領域変換（高速フーリエ変換等）することで得られるスペクトルにおける周波数帯域の次数の偏移を計測し、復調信号の周波数誤差を検出する。
そして、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正方法は、第一の復調信号誤差補正ステップによって、第一の周波数誤差検出ステップで検出された周波数誤差に基づいて復調信号を補正し、補正復調信号を生成する。なお、第一の周波数誤差検出ステップで検出された周波数誤差は周波数領域変換により離散的な値によって求められたものであるため、補正復調信号には誤差（残留誤差）が含まれている。

そのため、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正方法は、第二の周波数誤差検出ステップによって、第一の復調信号誤差補正ステップで生成された補正復調信号の位相のずれ量を計測し、補正復調信号の周波数誤差（残留誤差）を検出する。
そして、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正方法は、第二の復調信号誤差補正ステップによって、第二の周波数誤差検出ステップで検出された周波数誤差に基づいて、補正復調信号をさらに補正する。
これによって、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正方法は、周波数発振器で発生される検波搬送波の周波数と、ＯＦＤＭ信号の搬送波の中心周波数との周波数誤差を補正し、同期検波された信号を生成することができる。

請求項１又は請求項５に記載の発明によれば、ＯＦＤＭ信号を受信する際の同期検波に周波数誤差が含まれている場合であっても、最初に、周波数領域変換された周波数帯域の次数の偏移により、周波数誤差を補正するため、広範囲な周波数誤差であっても、±ｆ₀／２以内（ｆ₀は周波数領域変換を行った際の周波数間隔）に周波数誤差を補正することができる。また、本発明は、さらに、±ｆ₀／２以内の周波数誤差を、位相のずれ量に基づいて補正するため、精度よく周波数誤差を補正することができる。
これによって、本発明は、広範囲な周波数誤差に対して精度よく、かつ、安定して復調信号を周波数誤差の少ない信号に補正することができる。

請求項２に記載の発明によれば、Ｉ信号とＱ信号とをそれぞれ時間毎に直接補正するため、従来のような、周波数発振器が発振する周波数を制御するような帰還を伴う処理を行わない。このように、本発明は、帰還を伴わない開回路の制御で実現することができるので、閉回路制御で発生しやすい検波周波数の変動に伴う不安定な動作が生じない。また、このＩ信号及びＱ信号の補正は演算により行うことができるので、補正による復調信号に対する雑音が増加することもなく、常に安定した同期検波の動作を実現することができる。

請求項３に記載の発明によれば、シンボル期間より長い時間長を時間窓として、ＦＦＴし、周波数誤差を補正することで、その周波数誤差を、±ｆ₀／２以内（ｆ₀はＦＦＴを行った時間窓で決まる周波数間隔）に縮小することができる。これによって、例えば、地上デジタル放送において、ＯＦＤＭ信号を受信する際に、従来では、約５００Ｈｚを超えた周波数誤差の補正を行うことができなかったが、本発明によれば、約１ＭＨｚの広範囲な周波数誤差を補正することが可能になる。
さらに、本発明によれば、周波数発振器の誤差の許容範囲を広げることができるので、周波数発振器に関する製造コストを低減させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、シンボル信号配置図の原点位置に対するスキャッタードパイロット信号の位置の回転角度（位相のずれ量）によって、直接周波数誤差を検出することができるため、精密な周波数誤差を検出することができ、また、精度の高い同期検波された信号を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置の構成］
まず、図１を参照して、本発明に係るＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置の構成について説明する。図１は、本発明に係るＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１は、入力されたＯＦＤＭ信号を復調する際に用いられる検波搬送波の周波数（検波周波数）と、周波数発振器が発振する発振周波数との誤差を補正し、同期検波された信号を生成するものである。ここでは、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１は、周波数発振器１０と、直交復調同期検波手段２０と、帯域幅周波数計測方式誤差検出手段３０と、スキャッタードパイロット式誤差検出手段５０と、２つの復調信号誤差補正手段４０（４０ａ，４０ｂ）とを備えている。

周波数発振器１０は、固有の周波数を発振することで、同期検波用の検波搬送波を発生させるもので、例えば、電圧制御発振器である。この周波数発振器１０で発生された検波搬送波は、直交復調同期検波手段２０に出力される。なお、この周波数発振器１０で発生される検波搬送波の周波数と、外部から入力されるＯＦＤＭ信号の搬送波（キャリア）の中心周波数とは同一であることが好ましいが、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１においては、その必要はなく、その誤差（周波数誤差）は以降で説明する各手段で補正される。

直交復調同期検波手段（直交復調手段）２０は、周波数発振器１０が発振する周波数に基づいて、入力されたＯＦＤＭ信号を直交復調することで同期検波した復調信号を生成するものである。この直交復調同期検波手段２０で生成された復調信号は、帯域幅周波数計測方式誤差検出手段３０と、復調信号誤差補正手段４０ａとに出力される。

具体的には、入力されたＯＦＤＭ信号のＩ信号（実数軸信号）をＩ₀、Ｑ信号（虚数軸信号）をＱ₀、周波数誤差をΔｆ、時間をｔとしたとき、直交復調同期検波手段２０は、以下の（２）式により、入力されたＯＦＤＭ信号を直交復調することで復調信号（Ｉ_e（実数軸信号）及びＱ_e（虚数軸信号））を生成する。

なお、本来の直交復調の目的は、入力されたＯＦＤＭ信号のＩ信号（Ｉ₀）及びＱ信号（Ｑ₀）を得ることであるが、周波数誤差Δｆが存在するため、前記（２）式に示すように、直交復調同期検波手段２０で生成された復調信号（Ｉ_e及びＱ_e）は、Ｉ₀及びＱ₀とは異なる値となる。すなわち、周波数誤差Δｆが判別できれば、以下の（３）式により、Ｉ信号（Ｉ₀）及びＱ信号（Ｑ₀）を得ることができる。

そこで、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１は、帯域幅周波数計測方式誤差検出手段３０と、スキャッタードパイロット式誤差検出手段５０と、２つの復調信号誤差補正手段４０（４０ａ，４０ｂ）とに基づいて、周波数誤差Δｆの補正を行う。

帯域幅周波数計測方式誤差検出手段（第一の周波数誤差検出手段）３０は、直交復調同期検波手段２０で生成された復調信号（Ｉ_e及びＱ_e）を周波数領域変換し、その変換結果であるスペクトルにおける周波数帯域の次数の偏移に基づいて、復調信号の周波数誤差を検出するものである。この帯域幅周波数計測方式誤差検出手段３０で検出された復調信号の周波数誤差Δｆ₁は、復調信号誤差補正手段４０ａに出力される。

ここで、図４を参照して、帯域幅周波数計測方式誤差検出手段３０が行う周波数誤差の検出手法の概要について説明する。図４は、周波数軸上におけるＯＦＤＭ信号の帯域幅次数と、上側波帯幅次数と、下側波帯幅次数と、検波周波数における周波数誤差次数との関係を示す図である。ここで、次数とは、周波数領域に変換されたスペクトルにおける高調波の次数を示している。また、この次数は、検波周波数と同じ周波数のスペクトルの次数を“０”として、ＦＦＴを行った際の時間窓（ＦＦＴウィンドウ）で決まる周波数間隔単位で増減し、検波周波数より高い周波数のスペクトルの次数は正で、逆に検波周波数より低い周波数のスペクトルの次数は負となる。さらに、上側波帯幅次数は、検波周波数より高い側（上側）のスペクトルが展開する周波数幅を前記の周波数間隔単位で表した数値で、下側波帯幅次数は、検波周波数より低い側（下側）のスペクトルが展開する周波数幅を前記の周波数間隔単位で表した数値である。

図４に示すように、理想となる検波周波数（基準時）が帯域の中心Ｃに等しい場合、すなわち、検波周波数動作値がＢの中心と一致する場合には、その中心Ｃを境とした検波周波数の上側（高周波側；図中右側）の帯域幅の次数と、下側（低周波側；図中左側）の帯域幅の次数とは同じ次数になる。

ここで、検波周波数に周波数誤差がある場合は、検波周波数の上側の帯域幅次数（上側波帯幅次数）ｎ_Uと、下側の帯域幅次数（下側波帯幅次数）ｎ_Lとが異なってくる。すなわち、次数ｎ_Uと次数ｎ_Bとの差が、周波数誤差の次数ｎに等しくなる。
そこで、帯域幅周波数計測方式誤差検出手段３０（図１参照）は、上側波帯幅次数ｎ_Uを計測し、ＯＦＤＭ信号の帯域幅の次数として規格で定まっている次数ｎ_Bとの差を求めることで、動作時における周波数誤差の次数ｎを求め、その次数ｎを周波数に変換することで、周波数誤差を検出する。

次に、図２を参照（適宜図１参照）して、図４で説明した周波数誤差を検出するための帯域幅周波数計測方式誤差検出手段３０の構成について説明する。図２は、本発明に係るＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置における帯域幅周波数計測方式誤差検出手段の構成を示すブロック図である。
図２に示すように、帯域幅周波数計測方式誤差検出手段３０は、周波数領域変換手段３１と、スペクトル帯域幅次数計測手段３２と、次数・周波数変換手段３３とを備えている。

周波数領域変換手段３１は、直交復調同期検波手段２０で生成された復調信号（Ｉ_e及びＱ_e）を、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）することで、周波数領域のスペクトルＰ（電力スペクトル）に変換するものである。この周波数領域変換手段３１で変換されたスペクトルＰは、スペクトル帯域幅次数計測手段３２に出力される。
なお、この周波数領域変換手段３１は、１シンボル期間の２のべき乗倍（例えば、２、４、８等の整数）の時間長を時間窓（ＦＦＴウィンドウ）として、復調信号を高速フーリエ変換する。

スペクトル帯域幅次数計測手段（誤差次数計測手段）３２は、周波数領域変換手段３１で変換された周波数のスペクトルの帯域における上側波帯幅次数に基づいて、復調信号とＯＦＤＭ信号との帯域の誤差を、復調信号における周波数誤差の次数として計測するものである。
すなわち、スペクトル帯域幅次数計測手段３２は、図４に示したように、例えば、上側の帯域幅におけるスペクトルの本数を、次数（上側波帯幅次数）ｎ_Uとして計測し、ＯＦＤＭ信号の帯域幅の次数として規格で定まっている次数ｎ_Bとの差を求め、動作時における周波数誤差の次数ｎとして算出する。この周波数誤差の次数ｎは、次数・周波数変換手段３３に出力される。

なお、ここでは、スペクトル帯域幅次数計測手段３２は、上側波帯幅次数に基づいて、周波数誤差の次数ｎを算出することとしているが、下側波帯幅次数ｎ_Lを計測し、ＯＦＤＭ信号の帯域幅の次数として規格で定まっている次数ｎ_Bとの差を求め、動作時における周波数誤差の次数ｎとして算出することとしてもよい。

次数・周波数変換手段３３は、スペクトル帯域幅次数計測手段３２で計測された周波数誤差の次数を周波数に変換し、周波数誤差を算出するものである。
なお、周波数誤差をΔｆ₁、周波数領域変換手段３１でＦＦＴを行った際の時間窓（ＦＦＴウィンドウ）で決まる周波数間隔をｆ₀とすると、周波数誤差Δｆ₁とその周波数誤差の次数ｎとは、以下の（４）式に示す関係を有している。

Δｆ₁＝ｎｆ₀ …（４）式

そこで、次数・周波数変換手段３３は、この（４）式により、周波数誤差Δｆ₁を算出する。
なお、前記（４）式における次数ｎは整数値であり、ＦＦＴは離散的な値で処理を行っている。このため、周波数誤差Δｆ₁は、ＦＦＴウィンドウで決まる周波数間隔ｆ₀の整数倍の値しか扱えない。すなわち、帯域幅周波数計測方式誤差検出手段３０で検出される周波数誤差には、周波数間隔±ｆ₀／２以内の差異（残留誤差）が残ることになる。なお、この周波数誤差Δｆ₁（残留誤差）は、ＦＦＴウィンドウの時間を長くすることで小さくなるが、実際にＦＦＴウィンドウの時間を無限大にすることはできないため、完全になくすことはできない。
図１に戻って、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１の構成の説明を続ける。

復調信号誤差補正手段（第一の周波数誤差検出手段）４０ａは、帯域幅周波数計測方式誤差検出手段３０で検出された周波数誤差Δｆ₁に基づいて、復調信号を補正し、補正復調信号を生成するものである。この復調信号誤差補正手段４０ａで生成された補正復調信号は、スキャッタードパイロット式誤差検出手段５０と、復調信号誤差補正手段４０ｂとに出力される。

この復調信号誤差補正手段４０ａは、直交復調同期検波手段２０で生成された復調信号（Ｉ_e及びＱ_e）と、帯域幅周波数計測方式誤差検出手段３０で検出された周波数誤差Δｆ₁とに基づいて、復調信号を補正する。この復調信号誤差補正手段４０ａは、前記（３）式と同様の演算により補正復調信号を生成する。すなわち、生成される補正復調信号のＩ信号をＩ_e2、Ｑ信号をＱ_e2とすると、復調信号誤差補正手段４０ａは、以下の（５）式により補正復調信号を生成する。

この復調信号誤差補正手段４０ａによって、周波数誤差は、±周波数間隔（ｆ₀）／２以内に縮小されることになる。なお、この周波数誤差については、後記するスキャッタードパイロット式誤差検出手段５０と、復調信号誤差補正手段４０ｂとにより補正が行われる。

スキャッタードパイロット式誤差検出手段（第二の周波数誤差検出手段）５０は、復調信号誤差補正手段４０ａで生成された補正復調信号の位相のずれ量である、スキャッタードパイロット信号のシンボル信号配置図（コンスタレーション）における回転角度に基づいて、補正復調信号の周波数誤差を検出するものである。このスキャッタードパイロット式誤差検出手段５０で検出された補正復調信号の周波数誤差は、復調信号誤差補正手段４０ｂに出力される。

ここで、図５及び図６を参照（適宜図１参照）して、スキャッタードパイロット式誤差検出手段５０が行う周波数誤差の検出手法の概要について説明する。図５は、スキャッタードパイロット式誤差検出手段の機能を示す機能ブロック図である。図６は、スキャッタードパイロット信号の回転角度の変化状況を示すシンボル信号配置図である。

図５に示すように、スキャッタードパイロット式誤差検出手段５０は、シンボル（シンボル番号＃１、＃２、＃３、＃４、＃５…）毎に補正復調信号（Ｉ_e2及びＱ_e2）を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）する。なお、スキャッタードパイロット式誤差検出手段５０は、図６に示すように、各シンボルのシンボル長（有効シンボル長）Ｔｓを時間窓（ＦＦＴウィンドウ）としてＦＦＴを行う。なお、この有効シンボル長Ｔｓは、ＩＳＤＢ−Ｔのモード３では、１００８μｓである。

そして、スキャッタードパイロット式誤差検出手段５０は、ＦＦＴされたスペクトルの中でスキャッタードパイロット信号を、シンボル信号配置図の複素平面上の位置として検出し、シンボル毎にその平均位置から、回転角度（ＳＰ信号角度θ１、θ２、θ３、θ４、θ５…）を検出する。

なお、ＯＦＤＭ信号は、１シンボルあたり５６１７本（ＩＳＤＢ−Ｔのモード３の場合）のキャリア（複素値）であり、６４ＱＡＭ方式の変調方式の場合、図６に示すようにシンボル信号配置図上の６４箇所の位置に各シンボルの複素値が配置される。また、スキャッタードパイロット信号は、ＯＦＤＭ信号の１２周波数間隔毎に配置されているため、１シンボルのキャリアに対して約１２分の１にあたる４６９本に出現する。また、スキャッタードパイロット信号は、シンボル信号配置図の実数軸上の０度方向と１８０度方向とに半分ずつに分かれて現れる（図６中、ＳＰ₁、ＳＰ₂）。そして、シンボル毎のキャリアは、周波数誤差が存在する場合、シンボル信号配置図の原点を中心として、全体として回転した位置に配置される。
そこで、スキャッタードパイロット式誤差検出手段５０は、シンボル毎のスキャッタードパイロット信号の回転角度（ＳＰ信号角度：θ１、θ２、θ３、θ４、θ５…）の差を、周波数に変換することで、周波数誤差Δｆ₂を検出する。

次に、図３を参照（適宜図１参照）して、スキャッタードパイロット式誤差検出手段５０の構成について説明する。図３は、本発明に係るＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置におけるスキャッタードパイロット式誤差検出手段の構成を示すブロック図である。
図３に示すように、スキャッタードパイロット式誤差検出手段５０は、シンボル長周波数領域変換手段５１と、ＳＰ信号位置検出手段５２と、ＳＰ信号角度検出手段５３と、角度・周波数変換手段５４とを備えている。

シンボル長周波数領域変換手段５１は、復調信号誤差補正手段４０ａで生成された補正復調信号（Ｉ_e2及びＱ_e2）を、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することで、周波数領域のスペクトルＰに変換するものである。このシンボル長周波数領域変換手段５１で変換されたスペクトルＰは、ＳＰ信号位置検出手段５２に出力される。
なお、このシンボル長周波数領域変換手段５１は、シンボル（有効シンボル）長の時間長を時間窓（ＦＦＴウィンドウ）として、シンボル毎に補正復調信号を高速フーリエ変換する。

ＳＰ信号位置検出手段５２は、シンボル長周波数領域変換手段５１で変換されたスペクトルの実数部の値と、虚数部の値とに基づいて、ＯＦＤＭ信号に含まれるスキャッタードパイロット信号の位置を検出するものである。このＳＰ信号位置検出手段５２で検出されたスキャッタードパイロット信号の位置（実数部の値、虚数部の値）は、ＳＰ信号角度検出手段５３に出力される。

このスキャッタードパイロット信号は、図６に示したように、シンボル信号配置図の実数軸上における０度方向と１８０度方向の位置とに現れる。しかし、検波周波数に周波数誤差がある場合、その周波数誤差に対応して、スキャッタードパイロット信号の位置は、シンボル信号配置図の原点を中心に回転する。そこで、以下のＳＰ信号角度検出手段５３によって、その回転角度を検出する。

ＳＰ信号角度検出手段５３は、ＳＰ信号位置検出手段５２で検出されたスキャッタードパイロット信号の位置に基づいて、複素平面（シンボル信号配置図）上におけるスキャッタードパイロット信号の位置の回転角度（ＳＰ信号角度）をシンボル毎に検出するものである。このＳＰ信号角度検出手段５３で検出されたＳＰ信号角度は、角度・周波数変換手段５４に出力される。

なお、スキャッタードパイロット信号は、実数軸上の０度方向と１８０度方向とに半分ずつ分かれて現れるが、それぞれは、雑音等の影響で若干ずれた位置に現れる。
そこで、ＳＰ信号角度検出手段５３は、シンボル信号配置図の実数軸上の０度方向と１８０度方向とに現れるスキャッタードパイロット信号の位置をシンボル毎に平均化し、それぞれの平均位置に基づいて、スキャッタードパイロット信号の位置のＳＰ信号角度を算出する。
なお、ＳＰ信号角度は、周波数誤差が正の場合は、シンボル番号が増加するに伴い増加し、逆に周波数誤差が負の場合は減少する。

角度・周波数変換手段５４は、ＳＰ信号角度検出手段５３で検出されたＳＰ信号角度を周波数に変換することで周波数誤差を算出するものである。ここで、シンボル毎のＳＰ信号角度の差をΔθ、周波数誤差をΔｆ₂、シンボル基本周波数をＴとすると、前記（１）式と同様に、以下の（６）式の関係が成り立つ。

Δθ＝２πΔｆ₂Ｔ …（６）式

そこで、シンボル番号がｍ１番目のＳＰ信号角度をθ_m1、シンボル番号がｍ２番目のＳＰ信号角度をθ_m2とすると、以下の（７）式で周波数誤差Δｆ₂を算出することができる。

そして、角度・周波数変換手段５４は、前記（７）式で算出した周波数誤差Δｆ₂を復調信号誤差補正手段４０ｂに出力する。
図１に戻って、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１の構成の説明を続ける。

復調信号誤差補正手段（第二の周波数誤差検出手段）４０ｂは、スキャッタードパイロット式誤差検出手段５０で検出された周波数誤差Δｆ₂に基づいて、復調信号誤差補正手段４０ａで補正された補正復調信号をさらに補正し、周波数誤差を除去した復調信号（同期復調信号）を生成するものである。
この復調信号誤差補正手段４０ｂは、復調信号誤差補正手段４０ａと同一のものであり、生成される同期復調信号は、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１に入力されるＯＦＤＭ信号を同期検波した信号となる。

以上説明したように、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１を構成することで、ＯＦＤＭ信号を同期検波する際に、例えば、地上デジタル放送において、従来では、約５００Ｈｚを超えた周波数誤差の補正を行うことができなかったが、約１ＭＨｚの広範囲に周波数誤差が発生しても、補正が可能になり、精度よく且つ安定して同期検波した復調信号を得ることができる。

［ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置の動作］
次に、図７を参照（構成については、適宜図１乃至図３参照）して、本発明に係るＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置の動作について説明する。図７は、本発明に係るＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置の動作を示すフローチャートである。

（直交復調ステップ）
まず、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１は、直交復調同期検波手段２０によって、周波数発振器１０が発振する周波数に基づいて、入力されたＯＦＤＭ信号を直交復調することで同期検波した復調信号を生成する（ステップＳ１；前記（２）式参照）。しかし、周波数発振器１０が発振する周波数は、ＯＦＤＭ信号を同期検波するための同期検波周波数に対して誤差を含んでいる。このため、生成された復調信号は、周波数誤差を含んだ信号となる。
そこで、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１は、帯域幅周波数計測方式誤差検出手段３０と、復調信号誤差補正手段４０ａとによって、復調信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）する際の時間窓（ＦＦＴウィンドウ）で決まる周波数間隔の１／２以内に、復調信号の周波数誤差を補正する。

（第一の周波数誤差検出ステップ）
すなわち、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１は、帯域幅周波数計測方式誤差検出手段３０の周波数領域変換手段３１によって、ステップＳ１で生成された復調信号（Ｉ_e及びＱ_e）を、１シンボル期間の２のべき乗倍の時間長の時間窓で高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することで、周波数領域のスペクトルに変換する（ステップＳ２）。
そして、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１は、スペクトル帯域幅次数計測手段３２によって、ステップＳ２で変換されたスペクトルにおいて、検波周波数のスペクトルの次数が、ＯＦＤＭ信号の帯域幅の次数に対して、どれだけずれているかを計測することで、周波数誤差の次数を計測する（ステップＳ３）。

さらに、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１は、次数・周波数変換手段３３によって、ステップＳ３で計測された周波数誤差の次数と、ＦＦＴウィンドウで決まる周波数間隔とを乗算することで、周波数誤差の次数を、周波数誤差に変換する（ステップＳ４；前記（４）式参照）。
これによって、帯域幅周波数計測方式誤差検出手段３０において、復調信号における周波数誤差が検出されたことになる。

（第一の復調信号誤差補正ステップ）
そして、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１は、復調信号誤差補正手段４０ａによって、ステップＳ１で生成された復調信号に対して、第一の周波数誤差検出ステップ（ステップＳ１〜ステップＳ４）で検出された周波数誤差の補正を行い、補正復調信号を生成する（ステップＳ５；前記（５）式参照）。

これによって、ＦＦＴウィンドウで決まる周波数間隔の１／２以内に周波数誤差が補正された補正復調信号が生成されたことになる。ただし、この段階においても、周波数間隔の１／２以内の誤差（残留誤差）が残っている。
そこで、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１は、スキャッタードパイロット式誤差検出手段５０と、復調信号誤差補正手段４０ｂとによって、残留誤差分の補正を行う。

（第二の周波数誤差検出ステップ）
すなわち、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１は、スキャッタードパイロット式誤差検出手段５０のシンボル長周波数領域変換手段５１によって、有効シンボル長の時間長を時間窓（ＦＦＴウィンドウ）として、シンボル毎に補正復調信号を高速フーリエ変換する（ステップＳ６）。

そして、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１は、ＳＰ信号位置検出手段５２によって、ステップＳ６で変換されたスペクトルの実数部の値と、虚数部の値とに基づいて、ＯＦＤＭ信号に含まれるスキャッタードパイロット信号の位置を検出する（ステップＳ７）。
そして、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１は、ＳＰ信号角度検出手段５３によって、ステップＳ７で検出されたスキャッタードパイロット信号の位置に基づいて、複素平面（シンボル信号配置図）上におけるスキャッタードパイロット信号の位置の回転角度（ＳＰ信号角度）をシンボル毎に検出する（ステップＳ８）。

さらに、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１は、角度・周波数変換手段５４によって、ステップＳ８で検出されたシンボル毎のＳＰ信号角度の差を周波数（周波数誤差）に変換する（ステップＳ９；前記（７）式参照）。
これによって、スキャッタードパイロット式誤差検出手段５０において、補正復調信号における周波数誤差（残留誤差）が検出されたことになる。

（第二の復調信号誤差補正ステップ）
そして、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１は、復調信号誤差補正手段４０ｂによって、ステップＳ５で生成された補正復調信号に対して、第二の周波数誤差検出ステップ（ステップＳ６〜ステップＳ９）で検出された周波数誤差の補正を行い、同期復調信号を生成する（ステップＳ１０）。
以上の動作によって、ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置１は、ＯＦＤＭ信号を同期検波するための誤差を持った同期検波周波数に基づく復調出力の周波数誤差を補正することができる。

本発明に係るＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係るＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置における帯域幅周波数計測方式誤差検出手段の構成を示すブロック図である。 本発明に係るＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置におけるスキャッタードパイロット式誤差検出手段の構成を示すブロック図である。 周波数軸上におけるＯＦＤＭ信号の帯域幅次数と、上側波帯幅次数と、下側波帯幅次数と、検波周波数における周波数誤差次数との関係を示す図である。 スキャッタードパイロット式誤差検出手段の機能を示す機能ブロック図である。 スキャッタードパイロット信号の回転角度の変化状況を示すシンボル信号配置図である。 本発明に係るＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置の動作を示すフローチャートである。 従来の周波数誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ ＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置
１０ 周波数発振器
２０ 直交復調同期検波手段（直交復調手段）
３０ 帯域幅周波数計測方式誤差検出手段（第一の周波数誤差検出手段）
３１ 周波数領域変換手段
３２ スペクトル帯域幅次数計測手段（誤差次数計測手段）
３３ 次数・周波数変換手段
４０ａ 復調信号誤差補正手段（第一の復調信号誤差補正手段）
４０ｂ 復調信号誤差補正手段（第二の復調信号誤差補正手段）
５０ スキャッタードパイロット式誤差検出手段（第二の周波数誤差検出手段）
５１ シンボル長周波数領域変換手段
５２ ＳＰ信号位置検出手段
５３ ＳＰ信号角度検出手段
５４ 角度・周波数変換手段

Claims (5)

1. 固有の周波数を発振する周波数発振器を備え、入力された直交周波数分割多重方式で変調されたＯＦＤＭ信号を前記周波数に基づいて直交復調したときの周波数誤差を補正するＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置であって、
   前記周波数発振器が発振する周波数に基づいて、前記ＯＦＤＭ信号を直交復調することで復調信号を生成する直交復調手段と、
   この直交復調手段で生成された復調信号を周波数領域変換することで得られるスペクトルにおける周波数帯域の次数の偏移を計測し、前記復調信号の周波数誤差を検出する第一の周波数誤差検出手段と、
   この第一の周波数誤差検出手段で検出された周波数誤差に基づいて、前記復調信号を補正し、補正復調信号を生成する第一の復調信号誤差補正手段と、
   この第一の復調信号誤差補正手段で生成された補正復調信号の位相のずれ量を計測し、前記補正復調信号の周波数誤差を検出する第二の周波数誤差検出手段と、
   この第二の周波数誤差検出手段で検出された周波数誤差に基づいて、前記補正復調信号を補正する第二の復調信号誤差補正手段と、
   を備えていることを特徴とするＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置。
2. 前記第一又は第二の復調信号誤差補正手段は、それぞれの入力信号である前記復調信号又は前記補正復調信号に含まれるシンボルの実数軸成分であるＩ信号と虚数軸成分であるＱ信号とをそれぞれ時間毎に補正することを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置。
3. 前記第一の周波数誤差検出手段は、
   前記ＯＦＤＭ信号におけるシンボル期間より長い時間長を時間窓として、前記復調信号を周波数のスペクトルに変換する周波数領域変換手段と、
   この周波数領域変換手段で変換された周波数のスペクトルの帯域における上側波帯幅次数又は下側波帯幅次数に基づいて、前記復調信号と前記ＯＦＤＭ信号との帯域の誤差を、前記復調信号における周波数誤差の次数として計測する誤差次数計測手段と、
   この誤差次数計測手段で計測された次数を周波数に変換し、前記復調信号における周波数誤差とする次数・周波数変換手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置。
4. 前記第二の周波数誤差検出手段は、
   前記補正復調信号を、シンボル長毎の時間窓で周波数のスペクトルに変換するシンボル長周波数領域変換手段と、
   このシンボル長周波数領域変換手段で変換された周波数のスペクトルにおいて、実数軸成分と虚数軸成分とをシンボル信号配置図で表したときのスキャッタードパイロット信号の位置を検出するＳＰ信号位置検出手段と、
   このＳＰ信号位置検出手段で検出されたスキャッタードパイロット信号の位置に基づいて、前記シンボル信号配置図の原点位置に対する前記スキャッタードパイロット信号の位置の回転角度を検出するＳＰ信号角度検出手段と、
   このＳＰ信号角度検出手段で検出された回転角度を、前記補正復調信号の周波数誤差に変換する角度・周波数変換手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正装置。
5. 固有の周波数を発振する周波数発振器を備えた周波数誤差補正装置において、入力された直交周波数分割多重方式で変調されたＯＦＤＭ信号を前記周波数に基づいて直交復調したときの周波数誤差を補正するＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正方法であって、
   前記周波数発振器が発振する周波数に基づいて、前記ＯＦＤＭ信号を直交復調することで復調信号を生成する直交復調ステップと、
   この直交復調ステップで生成された復調信号を周波数領域変換することで得られるスペクトルにおける周波数帯域の次数の偏移を計測し、前記復調信号の周波数誤差を検出する第一の周波数誤差検出ステップと、
   この第一の周波数誤差検出ステップで検出された周波数誤差に基づいて、前記復調信号を補正し、補正復調信号を生成する第一の復調信号誤差補正ステップと、
   この第一の復調信号誤差補正ステップで生成された補正復調信号の位相のずれ量を計測し、前記補正復調信号の周波数誤差を検出する第二の周波数誤差検出ステップと、
   この第二の周波数誤差検出ステップで検出された周波数誤差に基づいて、前記補正復調信号を補正する第二の復調信号誤差補正ステップと、
   を含んでいることを特徴とするＯＦＤＭ広範囲周波数誤差補正方法。

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