JP2006157663A - 移動体用ｏｆｄｍ受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドップラ周波数の推定に必要な回路規模をアンテナ数の増加に依存することなく小さくできる移動体用ＯＦＤＭ受信装置を提供する。
【解決手段】指向性アンテナ１０１−１０４からＯＦＤＭ信号の受信に応答して出力される受信信号を周波数シフト器１２１−１２４によりドップラシフトを補償するための周波数シフトを施した後、合成器１５３に入力してダイバーシチ合成を行い、ダイバーシチ合成後の信号について復調／復号器１５４により復調と復号を行う移動体用ＯＦＤＭ受信装置であって、アンテナ１０１−１０４からの受信信号の一つからドップラ中心周波数推定器１５２によりドップラ成分のスペクトラムの中心周波数を推定し、中心周波数及びアンテナ１０１−１０４の指向性情報から周波数シフト量設定器１３１−１３４により周波数シフト量を算出して周波数シフト器１２１−１２４に設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、移動体に搭載される複数のアンテナを用いた直交周波数多重（ＯＦＤＭ）受信装置に係り、特に移動体の移動に伴うドップラシフトによるキャリア間干渉を軽減する技術に関する。

地上ディジタル放送では、直交周波数多重（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）が採用されている。ＯＦＤＭ信号を自動車のような移動体において受信する場合、移動体の高速移動に伴うドップラシフトによるサブキャリア間干渉（Inter-Carrier Interferences：ＩＣＩ）を考慮しなければならない。

特許文献１（特開平９−２８４２５１号公報）には、移動体に搭載されてＯＦＤＭ信号を受信する受信装置が開示されている。特許文献１の受信装置においては、異なる方向に指向性を持たせた複数のアンテナによりＯＦＤＭ信号を受信し、各アンテナより出力される受信信号から所望チャネルの信号を取り出して、それぞれ自動周波数制御（ＡＦＣ）回路に送る。ＡＦＣ回路においては、各アンテナからの受信信号についてドップラシフトによる周波数誤差を除去する。周波数誤差が除去された後の受信信号を合成器により合成し、この合成器の出力信号を復調／復号器に送ってＯＦＤＭ復調と復号を行う。これによりドップラシフトによるサブキャリア間干渉の影響を除去し、もって安定に映像や音声の情報を再生することができる。
特開平９−２８４２５１号公報

一般に、ドップラシフトによる周波数誤差を検出するためには大きな回路規模が必要である。特許文献１に記載された技術では、各アンテナからの受信信号に対して各々独立にドップラシフトによる周波数誤差を検出していると考えられる。従って、アンテナ数の増加と共に回路規模が増大し、これが受信装置の大型化と消費電力増大の一因となる。

本発明の目的は、ドップラ周波数の推定に必要な回路規模をアンテナ数の増加に依存することなく小さくできる移動体用ＯＦＤＭ受信装置を提供することにある。

本発明の一つの態様によると、移動体に搭載された、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号を受信する移動体用ＯＦＤＭ受信装置において、前記ＯＦＤＭ信号を受信して受信信号をそれぞれ出力する複数の指向性アンテナと、前記指向性アンテナから出力される受信信号に対してドップラシフトを補償するために設定されたシフト量に応じた周波数シフトをそれぞれ施す複数の周波数シフト器と、周波数シフトが施された信号をダイバーシチ合成する合成器と、ダイバーシチ合成された信号について復調及び復号を行う復調／復号器と、前記受信信号の一つまたは前記受信信号を多重化した信号からドップラ成分のスペクトラムの中心周波数を推定する推定器と、推定された中心周波数及び前記指向性アンテナの指向性の方向を表す指向性情報から前記シフト量を算出して前記周波数シフト器に設定する設定器とを具備する移動体用ＯＦＤＭ受信装置を提供する。

本発明によると、複数の指向性アンテナの受信信号から選択または多重化された信号からドップラ成分のスペクトラムの中心周波数を推定するため、推定に必要な回路規模をアンテナ数の増加に依存することなく小さくしつつ、移動体の移動に伴うドップラシフトによるキャリア間干渉を軽減することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１に示されるように、本発明の第１の実施形態に係る移動体用ＯＦＤＭ受信装置では、複数の指向性アンテナ（以下、単にアンテナという）１０１−１０４によってＯＦＤＭ信号が受信される。ここでは４つのアンテナ１０１−１０４を用いているが、２つ以上３つ以下、あるいは５つ以上の指向性アンテナを用いた場合にも適用できる。指向性アンテナ１０１−１０４には、例えばアダプティブアレイアンテナやセクタアンテナを用いることができる。

以下、移動体が自動車のような車両であり、車両にアンテナ１０１−１０４を含む受信装置を搭載する場合、アンテナ１０１−１０４として単一指向性のアンテナを用い、アンテナ１０１−１０４を車両の移動方向（進行方向）に対して前後左右の４方向に指向性を持たせて配置するものとして説明する。

アンテナ１０１−１０４からＯＦＤＭ信号の受信に伴い出力されるＲＦ（高周波）帯の受信信号は、それぞれＲＦ／ＩＦユニット１１１−１１４に入力される。ＲＦ／ＩＦユニット１１１−１１４は、それぞれ所望チャネルの受信信号を選択するチャネル選択フィルタ、チャネル選択された受信信号を増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ）、増幅された受信信号をＩＦ（中間周波数）帯の信号に変換する周波数変換器（ダウンコンバータ）、及び不要波を除去するフィルタ等を含む。

ＲＦ／ＩＦユニット１１１−１１４から出力されるＩＦ帯の受信信号は、それぞれ周波数シフト器１２１−１２４に入力され、周波数シフト量設定器１３１−１３４により設定されたシフト量の周波数シフトを受ける。これによって、移動体の移動に伴って受信信号に生じるドップラシフトが補償される。周波数シフト器１２１−１２４により周波数シフトがなされた信号は、それぞれ高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：ＦＦＴ）ユニット１４１−１４４により、時間領域の信号から周波数領域の信号へと変換される。

ＦＦＴユニット１４１−１４４からの出力信号は合成器１５３に入力され、ダイバーシチ合成がなされる。ダイバーシチ合成後の信号について、復調／復号器１５４により復調と復号が施され、データ信号１５５が再生される。

ダイバーシチ合成の手法は、大きく分けて広帯域のダイバーシチ合成とサブバンド帯域（狭帯域）のダイバーシチ合成があり、さらにＯＦＤＭ特有のサブキャリアダイバーシチ合成がある。さらに、広帯域ダイバーシチ合成、狭帯域ダイバーシチ合成及びサブキャリアダイバーシチ合成の各々について、（ａ）入力される複数の信号について同相となるように合成する等利得合成、（ｂ）入力される複数の信号のうち幾つかを選択して合成する選択合成、及び（ｃ）入力される複数の信号を合成後の信号の信号対雑音比（signal to noise ratio；ＳＮＲ）が最大となる振幅及び位相で合成する最大比合成がある。

本実施形態では、ＦＦＴユニット１４１−１４４からの広帯域の出力信号に対して合成器１５３でダイバーシチ合成を行うため、ＦＦＴを施す前にダイバーシチ合成を行うようにしてもよく、それは広帯域あるいは狭帯域ダイバーシチ合成となる。

アンテナ１０１−１０４を含む受信装置は車両のような移動体に搭載されるため、アンテナ１０１−１０４で受信される信号はドップラシフト、すなわち移動体の移動に伴って生じるドップラ効果による周波数シフトを受ける。本実施形態では、以下のようにしてドップラシフトの補償を行う。

アンテナ１０１−１０４からの受信信号は、ＲＦ／ＩＦユニット１１１−１１４をそれぞれ介して選択器１５１にも入力され、ここで一つまたは複数の信号が選択される。選択器１５１における選択方法としては、例えばアンテナ１０１−１０４の指向性情報に基づいて、（ａ）移動体の移動方向に指向性を持つアンテナからの受信信号を選択する方法、（ｂ）移動体の移動方向に対して逆方向に指向性を持つアンテナからの受信信号を選択する方法、（ｃ）移動体の移動方向に指向性を持つアンテナ及び移動方向に対して逆方向に指向性を持つアンテナのうち、受信特性の良好な方のアンテナからの受信信号を選択する方法を用いることができる。

選択器１５１によって選択された受信信号は、ドップラ中心周波数推定器１５２に入力される。ドップラ中心周波数推定器１５２は、選択器１５２からの受信信号中のドップラ成分のスペクトラム（スペクトラム密度関数）の中心周波数（以下、ドップラ中心周波数という）を推定する。ドップラ中心周波数の推定方法については、後に詳しく説明する。推定されたドップラ中心周波数の情報は、周波数シフト量設定器１２１−１２４に与えられる。周波数シフト量設定器１２１−１２４は、アンテナ１０１−１０４の指向性（ビーム）の方向を表す指向性情報が与えられており、ドップラ中心周波数と指向性情報から周波数シフト量を算出して周波数シフト器１２１−１２４に対して設定する。

次に、図２から図１０を用いてドップラ中心周波数推定器１５２について詳しく説明する。図２に示されるドップラ中心周波数推定器では、ＯＦＤＭ信号に含まれる既知信号系列２００（以下、パイロット信号という）を利用してチャネル状況情報（Channel State Information；ＣＳＩ）推定器２０１によりＣＳＩを推定する。ＣＳＩは、図２中に示されるようにパイロット信号２００のサブキャリア方向（周波数軸）及びシンボル方向（時間軸）を有するＯＦＤＭ平面をサブキャリア単位及びシンボル単位で区切った各単位平面内のチャネル応答を示す情報である。

ドップラシフトがあると、推定したＣＳＩにおいてサブキャリアの時間変動が生じる。そこで、各サブキャリアの時間変動に対して、すなわちチャネル応答のシンボル方向に対してＦＦＴ２１１−２１ｎを施すことによりドップラ成分を抽出し、ドップラ中心周波数を推定する。ＣＳＩのシンボル方向には時間的な変動が現れているために、複素振幅の時間変動を計算することによりドップラ成分を算出することができる。ここでは、ＦＦＴを用いてドップラ成分を計算しているが、ドップラ成分が計算できれば他の計算手法でも構わない。例えば、既知信号が存在しない場合としてガードインターバルの相関を利用したドップラ成分の抽出手法等が挙げられる。ドップラ中心周波数は、前述したようにドップラ成分のスペクトラムの中心周波数を表し、一例としてドップラ成分のスペクトラム密度関数の期待値として、あるいはドップラ成分の両端の周波数の算術平均として計算することができる。

図２に示したドップラ中心周波数推定器の例では、ＦＦＴ２１１−２１ｎによりパイロット信号の各サブキャリアから抽出されたドップラ成分を平均化器２２１によってサブキャリア間において平均化し、平均化したドップラ成分のスペクトラムの中心周波数をドップラ中心周波数として求める。求められたドップラ中心周波数の情報２２０は、図１中の周波数シフト量設定器１２１−１２４に与えられる。各サブキャリアに対するドップラ成分は同一であるため、このようにドップラ成分をサブキャリア間で平均化することによりＳＮＲを改善し、ドップラ中心周波数の推定精度を高めることができる。

図３に示すドップラ中心周波数推定器では、ＦＦＴ２１１−２１ｎによりパイロット信号の各サブキャリアから抽出されたドップラ成分のうち、相対的に信号対雑音比（Signal to Noise Ratio：ＳＮＲ）が大きい一つのドップラ成分を選択器２２２により選択し、選択したドップラ成分のスペクトラムの中心周波数をドップラ中心周波数として求めることで、推定精度を改善している。

図４に示すドップラ中心周波数推定器は、図２と図３に示すドップラ中心周波数推定器を組み合わせている。すなわち、各サブキャリアから抽出されたドップラ成分のうち相対的にＳＮＲの良好な複数のドップラ成分が選択器２２２により選択し、選択した複数のドップラ成分を平均化器２２３によってサブキャリア間において平均化する。こうして平均化したドップラ成分のスペクトラムの中心周波数をドップラ中心周波数として求めることで、推定精度をより改善している。

受信信号に含まれるドップラ成分は、模式的に描くと図５あるいは図６に示すようになる。図５は、無指向性アンテナを用いてＯＦＤＭ信号を受信した場合のドップラ成分であり、キャリア周波数ｆｃを中心に正負対称である。この場合、ドップラ中心周波数はキャリア周波数ｆｃに一致する。

一方、本実施形態では指向性アンテナ１０１−１０４を用いてＯＦＤＭ信号を受信するため、ドップラ成分は図６に示すように周波数の広がりが制限され、かつキャリア周波数ｆｃより上側または下側の周波数帯域に存在する。そこで、ドップラ成分の中心に対応する周波数をドップラ中心周波数とし、図７に示すようにドップラ成分の最低周波数Ｆdlと最高周波数Ｆdhとの算術平均をドップラ中心周波数として推定する。

次に、周波数シフト量設定器１２１−１２４での周波数シフト量の算出方法について詳しく説明する。周波数シフト量設定器１２１−１２４は、ドップラ中心周波数推定１５２により推定されたドップラ中心周波数とアンテナ１０１−１０４の指向性情報に基づいて周波数シフト量を算出する。

図１の実施形態では、選択器１５１により一つのアンテナからの受信信号を選択してドップラ中心周波数推定器１５２に与えることによって、ドップラ中心周波数を推定する。例えば、アンテナ１０１からの受信信号を選択器１５１が選択すると、ドップラ中心周波数推定器１５２ではアンテナ１０１からの受信信号のドップラ中心周波数が推定される。この場合、アンテナ１０１に対応する周波数設定器１３１では、ドップラ中心周波数推定器１５２により推定されたドップラ中心周波数とキャリア周波数ｆｃとの差をそのまま周波数シフト量として設定すればよい。

一方、アンテナ１０１以外のアンテナ１０２−１０４に対応する周波数設定器１３２−１３４では、ドップラ中心周波数推定器１５２により推定されたドップラ中心周波数より、アンテナ１０２−１０４の指向性情報を用いてアンテナ１０２−１０４からの受信信号のドップラ中心周波数に対応する周波数シフト量を算出して設定する。

具体的な例として、アンテナ１０１−１０４を車両のような移動体の移動方向（進行方向）に対して前後左右の４方向に指向性を持たせて配置した場合、つまりアンテナ１０１−１０４が図８に示すように移動体の移動方向に対して前後左右にそれぞれ向く４つのビームＢ_front，Ｂ_back，Ｂ_left，Ｂ_rightを形成している場合を考える。この場合、各アンテナ１０１−１０４からの受信信号には、図９に示すようなドップラ成分が観測される。

すなわち、移動方向前方のビームＢ_frontを形成するアンテナ（アンテナ１０１とする）からの受信信号では、図９で右端の最高周波数（中心周波数Ｆd_front）のドップラ成分が観測される。移動方向後方のビームＢ_backを形成するアンテナ（アンテナ１０２とする）からの受信信号では、図９で左端の最低周波数（中心周波数Ｆd_back）のドップラ成分が観測される。ここで、アンテナ１０１からの受信信号のドップラ中心周波数Ｆd_frontとアンテナ１０２からの受信信号のドップラ中心周波数Ｆd_backとは、キャリア周波数ｆｃを中心として対称である（Ｆd_front−ｆｃ＝ｆｃ−Ｆd_back）。

一方、移動方向の左右のビームＢ_left，Ｂ_rightを形成するアンテナ（アンテナ１０３，１０４とする）からの出力信号では基本的に同じ周波数のドップラ成分が観測され、その中心周波数ｆd_left，ｆd_rightはキャリア周波数ｆｃに一致する（ｆd_left＝ｆd_right＝ｆｃ）。言い換えれば、ビームＢ_left，Ｂ_rightは移動方向に対して９０°の方向に向いているため、アンテナ１０３，１０４からの受信信号にはドップラシフトは生じない。

ここで、ドップラ中心周波数推定器１５２では例えば移動方向前方のビームＢ_frontを形成するアンテナ１０１からの受信信号のドップラ成分についてドップラ中心周波数Ｆd_frontを先のようにして推定する。推定されたドップラ中心周波数Ｆd_frontの情報は、周波数シフト量設定器１３１−１３４に与えられる。

周波数設定器１３１では、対応するアンテナ１０１のビームが移動方向前方を向いていることが指向性情報から分かっているため、ドップラ中心周波数Ｆd_frontとキャリア周波数ｆｃとの差ｆｃ−Ｆd_frontを周波数シフト量として設定する。周波数設定器１３２では、対応するアンテナ１０１のビームが移動方向後方を向いていることが指向性情報から分かっているため、ｆｃ−Ｆd_back＝Ｆd_front−ｆｃを周波数シフト量として設定する。周波数シフト量設定器１３３，１３４では、対応するアンテナ１０３，１０４のビームが移動方向に対して左右、すなわち移動方向に対して直交する方向を向いていることが指向性情報から分かっており、入力される信号にドップラシフトが生じていないことを認識するため、周波数シフト量をゼロに設定する。

このように本実施形態によれば、指向性アンテナ１０１−１０４を用いて受信を行うことによりドップラ成分の広がりを制限した上で、周波数シフト器１２１−１２４によりドップラシフトの補償を行う。これによって、高速フェージング環境を低速フェージング環境に等価的に変換することができる。すなわち、サブキャリア間干渉を軽減でき、もって移動体の低速移動から高速移動までの幅広い環境変化に適応することができる。

また、特に複数の受信信号から選択器１５１により選択された一つの受信信号に対してドップラ中心周波数１５２でドップラ中心周波数を推定することにより、演算量を削減して回路規模の縮小を図ることができる。

ここで、選択器１５１により移動方向前方に指向性を持つアンテナ１０１からの受信信号を選択すれば、ドップラ中心周波数推定器１５１により正の最大ドップラ成分が抽出されるため、正のドップラシフトによるフェージングを低減する効果がある。一方、選択器１５１により移動方向後方に指向性を持つアンテナ１０２からの受信信号を選択すれば、ドップラ中心周波数推定器１５１により負の最大ドップラ成分が抽出されるため、負のドップラシフトによるフェージングを低減する効果が得られる。

さらに、選択器１５１により移動方向前方に指向性を持つアンテナ１０１からの受信信号と移動方向後方に指向性を持つアンテナ１０２からの受信信号のうち受信品質が良好な方の信号を選択することにより、信頼性が高く安定してフェージングを低減でき、ＩＣＩをより効果的に軽減する効果がある。

図１における選択器１５１は、ＩＦ／ＲＦユニット１１１−１１４を介して入力されるアンテナ１０１−１０４からの受信信号のうち任意の複数、例えば二つの受信信号を選択してドップラ中心周波数推定器１５２に与えるようにしてもよい。図１０に示されるドップラ中心周波数推定器では、二つのアンテナからの受信信号であるＯＦＤＭ信号に含まれる既知信号系列（パイロット信号）２００Ａ，２００ＢがＣＳＩ推定器２０１Ａ，２０１Ｂに入力され、各々のＣＳＩが推定される。

ＣＳＩ推定器２０１Ａ，２０１Ｂにより推定されたＣＳＩは加算器２３１−２３ｎに入力され、各々のパイロット信号の相互に対応するサブキャリアどうしが加算される。加算器２３１−２３ｎの出力信号はＦＦＴ２１１−２１ｎに入力され、ドップラ成分が抽出される。抽出されたドップラ成分は、平均化器２２１によってサブキャリア間において平均化されることにより、ドップラ中心周波数が求められる。求められたドップラ中心周波数の情報２２０は、図１中の周波数シフト量設定器１２１−１２４に与えられる。各サブキャリアに対するドップラ成分は同一であるため、このようにドップラ成分をサブキャリア間で平均化することによりＳＮＲを改善し、ドップラ中心周波数の推定精度を高めることができる。

ドップラ中心周波数推定器１５２においてドップラ中心周波数の推定を行う際、図１１に示すように最大ドップラ中心周波数がパイロット信号の間隔、つまりナイキスト周波数を超える場合が発生する可能性がある。図１１において、ナイキスト周波数はゼロ周波数を基準にして＋ｆｓ／２，−ｆｓ／２（ｆｓはサンプリング周波数）である。最大ドップラ中心周波数が正方向において＋ｆｓ／２を超えるか、あるいは負方向において−ｆｓ／２を超えると、一点鎖線で示す折り返し（エリアシング）が発生する。このような折り返しが発生すると、ドップラ中心周波数を正しく推定することができなくなる。

しかし、一般にドップラ成分は時間連続性を持っており、この性質を利用して折り返しの補正ができる。すなわち、折り返しが発生するとドップラ成分の時間不連続点が生じるので、時間不連続点が生じたら次の時間不連続点が生じるまでの区間は折り返しであると判断して、折り返し部分の極性を反転する。これによって、図１１に示すように折り返しが補正された実線で示すようなドップラ成分が得られる。そこで、折り返しが補正された後のドップラ成分についてドップラ中心周波数を推定することにより、正しい推定を行うことが可能となる。

［第２の実施形態］
図１に示した実施形態では、ＲＦ／ＩＦユニット１１１−１１４からの出力信号が選択器１５１に入力されるのに対して、本発明の第２の実施形態では図１２に示されるようにＦＦＴユニット１４１−１４４からの出力信号が選択器１６１に入力され、一つまたは複数の信号が選択される。選択器１６１により選択された信号は、ドップラ中心周波数推定器１６２に入力され、第１の実施形態と同様にしてドップラ中心周波数が推定される。ドップラ中心周波数推定後の処理は第１の実施形態と同様である。

ＦＦＴユニット１４１−１４４によって周波数領域に変換された後の受信信号の各サブキャリアに対応するドップラ成分は、近似的に同一のドップラ成分が畳み込まれている。このことを利用して、図１２の実施形態ではＦＦＴユニット１４１−１４４の出力信号から一つまたは複数の信号を選択器１６１により選択し、ドップラ中心周波数推定器１６２によりドップラ中心周波数を推定している。第２の実施形態による利点は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態では、図１３に示されるようにＦＦＴユニット１４１−１４４からの出力信号が多重化器１７１によって多重化される。多重化器１７１により多重化された信号は、ドップラ中心周波数推定器１７２に入力され、ドップラ中心周波数が推定される。

多重化器１７１からは、例えば図９に示した複数のドップラ成分の全てのスペクトルが出力され、ドップラ中心周波数推定器１７２では図９の全てのドップラ中心周波数、例えばＦd_front，Ｆd_back，ｆd_left，ｆd_right（ただし、ｆd_left＝ｆd_right＝ｆｃ）が求められる。

このように第３の実施形態では、アンテナ１０１−１０４からの受信信号の各ドップラ成分の時間変動成分を合成することにより、一つのドップラ中心周波数推定器１７２によって複数のアンテナ１０１−１０４からの受信信号のドップラ中心周波数を一括して推定することができる。その他の効果は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態によると、図１４に示されるようにＲＦ／ＩＦユニット１１１−１１４からの出力信号が多重化器１８１に入力される。多重化器１８１により多重化された信号は、ドップラ中心周波数推定器１８２に入力され、ドップラ中心周波数が推定される。多重化器１８１からは、例えば図９に示した複数のドップラ成分の全てのスペクトルが出力され、ドップラ中心周波数推定器１８２では、図９の全てのドップラ中心周波数、例えばＦd_front，Ｆd_back，ｆd_left，ｆd_right（ただし、ｆd_left＝ｆd_right＝ｆｃ）が求められる。

このように第４の実施形態においても、第３の実施形態と同様にアンテナ１０１−１０４からの受信信号の各ドップラ成分の時間変動成分を合成することにより、一つのドップラ中心周波数推定器１８２によって複数のアンテナ１０１−１０４からの受信信号のドップラ中心周波数を一括して推定することができる。その他の効果は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

［第５の実施形態］
本発明の第５の実施形態では、図１５に示されるように図１に移動速度検出器１５６が追加されている。移動速度検出器１５６は、移動体の移動速度を例えば全地球測位システム（Global Positioning System：ＧＰＳ）、あるいはジャイロスコープを用いて検出する。検出された移動速度に従って、最大ドップラ周波数計算器１５７により最大ドップラ周波数が計算される。計算された最大ドップラ周波数の情報は、ドップラ中心周波数推定器１５２に入力される。

ドップラ中心周波数推定器１５２では、最大ドップラ周波数の情報を受けて最大ドップラ周波数以下の周波数帯域でドップラ中心周波数の推定を行う。ドップラ成分は原理的に移動体の移動速度で定まる最大ドップラ周波数を超えた周波数帯域で生じることはなく、そのような周波数のドップラ成分が観測されるとすれば、それは何らかの原因によって生じる誤りである。そこで、ドップラ中心周波数の推定を最大ドップラ周波数以下の周波数帯域で行うことにより、ドップラ中心周波数の推定を誤ることがなく、ドップラシフトの補償のための周波数シフト量を的確に設定できる。その他の効果は、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

上述した本発明の実施形態に従う移動体用ＯＦＤＭ受信装置は、地上ディジタルテレビジョン放送の受信装置に特に有用である。また、これ以外の例えば高速大容量データ通信システムにおける移動体用ＯＦＤＭ受信装置にも適用でき、受信品質を改善することができる。

また、指向性アンテナとして可変指向性アンテナを用いてもよい。電波の受信状況は、時々刻々と時間と場所（空間）の関数として変化を遂げているために、可変指向性アンテナを用いると、伝播環境に適応して最良な受信特性を得る効果がある。可変指向性アンテナは、アダプティブアレイアンテナやセクタアンテナといったアンテナ構成についての制約はなく、電波伝搬環境に応じて適応的に最適な受信特性を実現するように指向性が制御される。可変指向性アンテナの指向性制御に関しては、ＬＯＳ(Line Of Site)環境あるいはＮＬＯＳ(Non Line Of Site)環境によって異ならせ、移動体の移動速度、電界強度の強弱のような環境要因により指向性を幅広く変化させることによって、受信品質を改善することができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１実施形態に係る移動体用ＯＦＤＭ受信装置を示すブロック図 ドップラ中心周波数推定器の一例を示すブロック図 ドップラ中心周波数推定器の他の例を示すブロック図 ドップラ中心周波数推定器の別の例を示すブロック図 無指向性アンテナを用いてＯＦＤＭ信号を受信した場合のドップラ成分について説明する図 指向性アンテナを用いてＯＦＤＭ信号を受信した場合のドップラ成分について説明する図 ドップラ中心周波数の推定方法の例を説明する図 指向性アンテナの具体的な配置例を示す図 図８の配置による各アンテナからの受信信号に観測されるドップラ成分について説明する図 ドップラ中心周波数推定器のさらに別の例を示すブロック図 ドップラ中心周波数の推定時にドップラ成分に折り返しが発生する様子と折り返しの補正法について説明する図 本発明の第２実施形態に係る移動体用ＯＦＤＭ受信装置を示すブロック図 本発明の第３実施形態に係る移動体用ＯＦＤＭ受信装置を示すブロック図 本発明の第４実施形態に係る移動体用ＯＦＤＭ受信装置を示すブロック図 本発明の第５実施形態に係る移動体用ＯＦＤＭ受信装置を示すブロック図

符号の説明

１０１−１０４…指向性アンテナ；
１１１−１１４…ＲＦ／ＩＦユニット；
１２１−１２４…周波数シフト器；
１３１…１３４…周波数シフト量設定器；
１４１−１４１…ＦＦＴユニット；
１５１…選択器；
１５２…ドップラ中心周波数推定器；
１５３…合成器；
１５４…復調／復号器；
１５５…データ信号；
１５６…移動速度検出器；
１５７…最大ドップラ周波数計算器；
１６１…選択器；
１６２…ドップラ中心周波数推定器；
１７１…多重化器；
１７２…ドップラ中心周波数推定器；
１８１…多重化器；
１８２…ドップラ中心周波数推定器；
２０１，２０１Ａ，２０１Ｂ…サブキャリア間干渉推定器；
２１１−２１ｎ…ＦＦＴユニット；
２２０…ドップラ中心周波数情報；
２２１…平均化器；
２２２…選択器；
２２３…平均化器；
２３１−２３ｎ…加算器

Claims (10)

1. 移動体に搭載された、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号を受信する移動体用ＯＦＤＭ受信装置において、
   前記ＯＦＤＭ信号を受信して受信信号をそれぞれ出力する複数の指向性アンテナと、
   前記指向性アンテナから出力される受信信号に対してドップラシフトを補償するために設定されたシフト量に応じた周波数シフトをそれぞれ施す複数の周波数シフト器と、
   周波数シフトが施された信号をダイバーシチ合成する合成器と、
   ダイバーシチ合成された信号について復調及び復号を行う復調／復号器と、
   前記受信信号の一つまたは前記受信信号を多重化した信号からドップラ成分のスペクトラムの中心周波数を推定する推定器と、
   推定された中心周波数及び前記指向性アンテナの指向性の方向を表す指向性情報から前記シフト量を算出して前記周波数シフト器に設定する設定器とを具備する移動体用ＯＦＤＭ受信装置。
2. 前記受信信号から少なくとも一つを選択して前記推定器に与える選択器をさらに具備する請求項１記載の移動体用ＯＦＤＭ受信装置。
3. 前記指向性アンテナは、前記移動体の移動方向に指向性を持つ第１アンテナと、前記移動方向に対して反対方向に指向性を持つ第２アンテナを含み、前記選択器は前記第１アンテナ及び第２アンテナから出力される受信信号のうち一方の信号を選択する請求項２記載の移動体用ＯＦＤＭ受信装置。
4. 前記選択器は、前記第１アンテナ及び第２アンテナから出力される受信信号のうち受信品質の良好な方の信号を選択する請求項３記載の移動体用ＯＦＤＭ受信装置。
5. 前記受信信号を多重化して前記推定器に与える多重化器をさらに具備する請求項１記載の移動体用ＯＦＤＭ受信装置。
6. 前記ＯＦＤＭ信号は既知信号系列を含み、前記推定器は前記既知信号系列からチャネル応答の時間変動について高速フーリエ変換を施すことによって前記ドップラ成分を抽出し、該抽出したドップラ成分から前記中心周波数を推定する請求項１記載の移動体用ＯＦＤＭ受信装置。
7. 前記推定器は、前記既知信号系列の各サブキャリアからドップラ成分を抽出し、抽出したドップラ成分をサブキャリア間について平均化し、平均化したドップラ成分について前記中心周波数を推定する請求項６記載の移動体用ＯＦＤＭ受信装置。
8. 前記推定器は、前記既知信号系列の各サブキャリアからドップラ成分を抽出し、抽出したドップラ成分のうち信号対雑音比が相対的に大きい一つのドップラ成分を選択し、選択したドップラ成分について前記中心周波数を推定する請求項６記載の移動体用ＯＦＤＭ受信装置。
9. 前記推定器は、前記既知信号系列の各サブキャリアからドップラ成分を抽出し、抽出したドップラ成分のうち信号対雑音比が相対的に大きい一つのドップラ成分を選択し、選択したドップラ成分をサブキャリア間について平均化し、平均化したドップラ成分について前記中心周波数を推定する請求項６記載の移動体用ＯＦＤＭ受信装置。
10. 前記移動体の移動速度を検出する移動速度検出器と、検出された移動速度から最大ドップラ中心周波数を計算する計算器とをさらに具備し、前記推定器は計算した最大ドップラ周波数以下の周波数帯域において前記中心周波数を推定する請求項１記載の移動体用ＯＦＤＭ受信装置。

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