JP2006180235A - 受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】 受信信号がＯＦＤＭ変調波であるか否かを正確に判定する受信機を提供する。
【解決手段】 ＯＦＤＭ変調方式により変調された信号の受信の有無を判定する受信機において、記憶手段４が、所定のキャリアの変調信号のパターンを記憶する。受信手段１が、信号を受信する。相関値検出手段５が、受信された信号と記憶されたパターンとの相関値を検出する。判定手段６、７が、検出された相関値が所定の閾値以上である場合或いは所定の閾値を超える場合に受信された信号がＯＦＤＭ変調方式により変調された信号であると判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）変調方式により変調された信号（ＯＦＤＭ変調波）を受信する受信機に関し、特に、受信信号がＯＦＤＭ変調波であるか否かを正確に判定する受信機に関する。

近年、移動体向けデジタル伝送や、地上デジタルテレビ放送への応用に適した変調方式として、マルチパスフェージングやゴーストに強いという特徴のある直交周波数分割多重変調方式（ＯＦＤＭ変調方式）が注目を浴びている。ＯＦＤＭ方式は、マルチキャリア変調方式の一種であり、互いに直交するｎ本（ｎは、例えば、数十〜数千）の搬送波（キャリア）にそれぞれデジタル変調を施した伝送方式である。
例えば、地上デジタルテレビでは、チャンネル帯域幅を１４等分したＯＦＤＭブロック（ＯＦＤＭセグメント）を１３個連ねて送信スペクトルを構成する。１つのＯＦＤＭセグメントに配置されるキャリアの順番は変調方式により決まっており、ＳＰ（Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ Ｐｉｌｏｔ）、ＣＰ（Ｃｏｎｔｉｎｕａｌ Ｐｉｌｏｔ）、ＡＣ（Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｃｈａｎｎｅｌ）、ＴＭＣＣ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）、Ｄａｔａの５種類のキャリアが配置される。

ＳＰは、ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）の位相とレベルの基準を示すために挿入されている。
図３に示されるように、ＯＦＤＭ信号では、時間軸波形である有効シンボルと、有効シンボルの一部を複写して有効シンボルの前に付加したガードインターバルから、ＯＦＤＭシンボルが構成される。
ＳＰは、この有効シンボル期間の１／４までの遅延時間をもつマルチパスを受信した場合においても受信機で基準の位相を正確に判定できるように、キャリア方向については３キャリアに一回、シンボル方向については４シンボルに一回の割合で配置されている。

また、ＳＰは、ＰＲＢＳ（Ｐｓｅｕｄｏ−Ｒａｎｄｏｍ Ｂｉｎａｒｙ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）生成回路の出力ビット列Ｗｉに対し、ＯＦＤＭセグメントのキャリア番号ｉに相当するＷｉに関連付けられ、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）で変調される。ＰＲＢＳ生成回路の初期値は、セグメント毎に定義される。
ＣＰは、データキャリアの変調方式が差動変調の場合に挿入され、差動復調を行うための基準位相となる。また、ＣＰは、ＳＰと同様に、Ｗｉの値に応じて変調されたＢＰＳＫ信号であり、変調の位相はシンボル方向で同一となる。
ＡＣは、付加情報を伝送するための拡張用信号である。
ＴＭＣＣは、制御情報を伝送するための信号である。
Ｄａｔａは、データ情報を伝送するための信号である。

ＯＦＤＭ信号では、上記キャリアが互いに直交関係を保つように加算され、ＯＦＤＭ時間軸波形が生成される。この加算処理は、各キャリアに対しＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を行うことで実現される。
また、ＯＦＤＭ方式では、ガードインターバルを付加することで、ガードインターバル期間内の遅延時間の遅延波に対して、そのシンボル間干渉による劣化を避けることができるため、マルチパスフェージングに対して強い耐性を有する。
このようにして送信装置において生成されたＯＦＤＭ信号は、中間周波数（ＩＦ：Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯域を経由して高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯域へ周波数変換された後に無線により送信される。

図４には、従来の一例に係る受信機（以下、本例の受信機と称する）の構成例を示してある。
本例の受信機は、受信アンテナ１１と、ダウンコンバータ１２と、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器１３と、遅延器１４と、相関演算器１５と、閾値設定部１６と、比較器１７を備えている。
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して、本例の受信機により行われる処理の一例を示す。
受信アンテナ１１により受信された受信信号は、ダウンコンバータ１２でベースバンド信号へ変換された後に、Ａ／Ｄ変換器１３に入力される。
図５（ａ）には、Ａ／Ｄ変換器１３で得られるデジタル受信信号の一例を示してある。このデジタル受信信号は、ガードインターバル区間（ガード期間）とデータ区間(有効シンボル期間)とからなるシンボルで構成されている。なお、実際には、受信信号は図３に示されるような波形となるが、ここでは説明のために、矩形で波形を表現している。

このデジタル受信信号は、遅延器１４及び相関演算器１５に並列に供給される。
遅延器１４では、このデジタル受信信号を有効シンボル長だけ遅延させる。すると、図５（ｂ）に示されるような受信遅延信号が得られる。
次に、相関演算器１５で、この受信遅延信号とデジタル受信信号との相関を求める。相関演算は受信遅延信号とデジタル受信信号との一致度を調べることに相当する。図５（ａ）に示されるデジタル受信信号のａの部分は、図５（ｂ）に示される受信遅延信号のａ１の部分と等しいため、図５（ｃ）に示される相関波形のように、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の区間において相関波形のレベルが上昇して、時刻ｔ２にピークに達する。その後、次第に、２つの信号の一致度が減少するためレベルは低くなり、再び、デジタル受信信号のｂの部分及び受信遅延信号の“ｂ１”の部分でレベルが上昇する。

このようにして得られた相関波形は比較器１７に入力され、閾値設定部１６に予め定められた閾値とこの相関信号とを比較して、閾値より相関信号が大きい場合には、受信機により受信した信号はＯＦＤＭ変調波であると判別する。
このように、受信機では、ガードインターバル期間の相関を用いて、ＯＦＤＭ変調波を検出することができる。なお、ＯＦＤＭ方式の受信機において、ガードインターバル期間の相関を求めることは、公知である（下記特許文献１参照）。

特開２００２−２３２３８９号公報

しかしながら、上記のような受信機では、ＯＦＤＭ変調波の検出にガードインターバルの部分を用いた相関演算を使用するが、この方式は受信信号と当該受信信号を遅延した信号との相関を取るものであるため、例えば、ＯＦＤＭ変調波以外についても相関が現れることがあり、受信信号がＯＦＤＭ変調波であるかどうかの判別が誤ることがあり、より正確な判別の実現が要求されていた。

一例として、地上波放送について検討する。
地上デジタル放送が開始され、現在では地上アナログ放送と地上デジタル放送が同時に行われている。地上デジタルテレビ中継装置では、親局からの放送波がなくなったときには中継局からの出力をしないという機能（スケルチ機能）を設ける必要がある。しかしながら、地上デジタルテレビの放送時間が終わり、中継局により受信した信号が地上アナログ放送波のみだとしても、受信した信号と当該受信した信号を遅延させた信号との相関演算を行ってＯＦＤＭ変調波であるかどうかを判定する場合に、自分自身の信号を用いて判別を行うことから、相関演算を行う位置によっては相関が出てしまうことがある。
また、地上デジタルテレビでは、ガードインターバルの期間が長く、有効シンボルの１／４をガードインターバルとすることがある。ガードインターバルの期間が長くなることによって、相関演算をする対象を長くしてしまうと、地上アナログ放送波のみの受信において、更に誤った相関が出てしまう可能性があり、ＯＦＤＭ変調波の判別が困難になることがある。

このように、受信機において、ＯＦＤＭ変調波以外の受信信号について高い相関結果が出てしまうと、ＯＦＤＭ変調波が受信されていなくても、ＯＦＤＭ変調波を受信したと誤って判断されてしまう。
本発明は、このような従来の課題を解決するために為されたもので、受信信号がＯＦＤＭ変調波であるか否かを正確に判定することができる受信機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る受信機では、次のようにして、ＯＦＤＭ変調方式により変調された信号（ＯＦＤＭ変調波）の受信の有無を判定する。
すなわち、記憶手段が、所定のキャリアの変調信号のパターンを記憶する。受信手段が、信号を受信する。相関値検出手段が、前記受信された信号と前記記憶されたパターンとの相関値を検出する。判定手段が、前記検出された相関値が所定の閾値以上である場合或いは所定の閾値を超える場合に、前記受信された信号が前記ＯＦＤＭ変調方式により変調された信号であると判定する。
従って、受信信号と所定のパターンとの相関値に基づいてＯＦＤＭ変調波の受信の有無が判定されることにより、受信信号がＯＦＤＭ変調波であるか否かを正確に判定することができる。
なお、前記検出された相関値が所定の閾値以上である場合、或いは、所定の閾値を超える場合としては、いずれの場合が用いられてもよい。また、他の場合には、前記受信された信号が前記ＯＦＤＭ変調方式により変調された信号ではないと判定する。

ここで、変調信号のパターンを記憶する対象となるキャリア（所定のキャリア）としては、種々なキャリアが用いられてもよい。
また、記憶手段としては、例えば、メモリを用いて構成することができる。
また、受信信号と所定のパターンとの相関値としては、種々なものが用いられてもよく、例えば、両者の一致の程度が表されるような値が用いられる。相関値が高いほど一致の程度が高く、相関値が低いほど一致の程度が低い。

本発明に係る受信機では、一構成例として、次のような構成とした。
すなわち、前記ＯＦＤＭ変調方式により変調された信号は、シンボル毎にデータが可変であるキャリアの変調信号と、シンボル毎にデータが不変であるキャリアの変調信号と、が加えられた信号である。
そして、前記パターンとして、前記シンボル毎にデータが不変であるキャリアについての１シンボル分以下の変調信号のパターンを用いる。
従って、シンボルによらずにデータが不変であるキャリアについての変調信号のパターンが相関演算に用いられるため、任意のシンボルにおいて、受信信号がＯＦＤＭ変調波であるか否かを正確に判定することができる。
なお、前記パターンとしては、１シンボル分の変調信号のパターンが用いられてもよく、或いは、例えば（１／４）シンボル分や（１／２）シンボル分などのように１シンボル分未満の変調信号のパターンが用いられてもよい。

本発明に係る受信機では、一構成例として、次のような構成とした。
すなわち、前記パターンとして、シンボル毎にデータが不変であるＳｃａｔｔｅｒｅｄ Ｐｉｌｏｔ（ＳＰ）のキャリアについての変調信号のパターンを用いる。
従って、シンボルによらずにデータが不変であるＳＰのキャリアについての変調信号のパターンが相関演算に用いられるため、任意のシンボルにおいて、受信信号がＯＦＤＭ変調波であるか否かを正確に判定することができる。

以上説明したように、本発明に係る受信機によると、所定のキャリアの変調信号のパターンを記憶し、受信信号と記憶したパターンとの相関値を検出し、検出した相関値が所定の閾値に基づいて高い場合に受信信号がＯＦＤＭ変調波であると判定するようにしたため、受信信号がＯＦＤＭ変調波であるか否かを正確に判定することができる。

本発明に係る一実施例を図面を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施例に係る受信機の構成例を示してある。
本実施例の受信機は、無線信号を受信する受信アンテナ１と、受信信号の周波数をベースバンド帯域へ変換するダウンコンバータ２と、アナログ信号をデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換器３と、データを記憶するメモリ４と、２つの信号の相関を演算する相関演算器５と、所定の値（閾値）を設定する閾値設定部６と、２つの信号の大小を比較する比較器７を備えている。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）を参照して、本実施例の受信機によりＯＦＤＭ変調波を判別する処理の一例を示す。
受信アンテナ１により受信した信号をダウンコンバータ２でベースバンド信号へ変換した後に、Ａ／Ｄ変換器３に入力する。
図２（ａ）には、Ａ／Ｄ変換器３によりデジタル化された受信信号（デジタル受信信号）の一例を示してある。このデジタル受信信号は、ガードインターバル区間（ガード期間）とデータ区間（有効シンボル期間）とからなるシンボルで構成されている。なお、ここでは説明のため、デジタル受信信号を矩形の波形で表現している。
このデジタル受信信号は、相関演算部５に入力される。

ここで、メモリ４に記憶されるデータについて説明する。
本実施例では、ＯＦＤＭ変調波のデジタル受信信号について注目する。シンボル毎にデータが変わるデータやＴＭＣＣキャリアをＯＦＤＭ変調した場合には、その波形は図2（ｂ）に示されるようにランダムな波形となり、毎シンボル不定の波形となる。これに対して、シンボル毎にデータパターンが変わらないＳＰキャリアをＯＦＤＭ変調した場合には、その波形は固定パターンの波形となり、毎シンボル同じ波形となる。本実施例では、この固定パターンの波形が図２（ｃ）に示される波形であるとする。

多数の波形が重ね合わされるＯＦＤＭ変調波では、図２（ｂ）に示されるようなランダムパターンの波形や、図２（ｃ）に示されるような固定パターンの波形が足し合わせられた波形となる。
本実施例では、この固定パターンの波形の一部のデータをメモリ４に記憶させておく。
具体例として、図２（ｃ）に示される固定パターンの波形の内で、時刻ｔ３と時刻ｔ４との間の区間の波形パターンのデータを参照信号としてメモリ４に記憶させておく。図２（ｄ）には、参照信号の一例を示してある。

この参照信号は相関演算部５に読み込まれ、相関演算部５においてデジタル受信信号と参照信号とが相関演算される。図２（ｅ）には、この相関結果として得られる相関波形の一例を示してある。
ここで、相関演算について説明する。
まず、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の区間でデジタル受信信号の波形と参照信号の波形との相関演算を行う。デジタル受信信号の波形はランダムパターンの波形と固定パターンの波形との足し合わせであるため、このような相関演算は、ランダムパターンの波形や固定パターンの波形と参照信号の波形との一致度を比較していることに相当する。時刻ｔ１と時刻ｔ２との間の区間では、これらの波形が一致していないため、相関波形にはピークが現れない。

次に、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間の区間でデジタル受信信号の波形と参照信号の波形との相関演算を行う。上記と同様に、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間の区間では、これらの波形が一致していないため、相関波形にはピークが現れない。
次に、時刻ｔ３と時刻ｔ４との間の区間でデジタル受信信号の波形と参照信号の波形との相関演算を行う。この区間では、デジタル受信信号に含まれる固定パターンの波形と参照信号の波形とが一致するため、相関波形にピークが現れる。

このようにして得られた相関波形を比較器７に入力する。また、比較器７には、閾値設定部６に予め定められた閾値が入力される。
比較器７は、相関演算器５から入力される相関波形のレベルと閾値設定部６から入力される閾値（レベル）とを比較し、相関波形のレベルが閾値より大きい場合には、受信信号はＯＦＤＭ変調波であると判断して、その旨を示す情報を制御部など（図示せず）へ出力する。
なお、本実施例では、参照信号として、送信信号の固定パターンの一部（１シンボルの一部）を用いたが、例えば、１シンボル全体の波形を用いることも可能であり、また、連続した複数のシンボルの波形を用いることも可能である。
通常、参照信号のサンプル数を多くすると、演算結果のＳ／Ｎが大きくなるため、ＯＦＤＭ変調波の判別に有利となる。

本実施例のように、受信機に送信信号の波形をリファレンスとして記憶して、その波形を用いて受信信号との相関演算を行うと、ＯＦＤＭ変調波以外の受信信号では高い相関は現れず、ＯＦＤＭ変調波の判別に非常に有効である。
一例として、地上波放送における地上デジタルテレビ中継装置では、本実施例のような受信機の機能を設けることにより、ＯＦＤＭ変調波を使用して放送を行う地上デジタルテレビの放送中にはＯＦＤＭ変調波が受信されていることが判定される一方、地上デジタルテレビの放送時間が終わり、中継局により受信される信号が地上アナログ放送波のみである場合には、ＯＦＤＭ変調波が受信されていないことが判定されるため、スケルチ機能を有効に発揮することができる。

以上のように、本実施例の受信機では、特定のキャリアに既知のデータを挿入して直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式で変調されたＯＦＤＭ信号を受信するに際して、送信側の変調器で挿入される特定のキャリアの信号パターンを記憶しておいて、当該信号パターンと受信信号とを相関演算することにより、受信信号がＯＦＤＭ変調された信号（ＯＦＤＭ変調波）であるかを判別してＯＦＤＭ変調波を検出することが行われる。例えば、本実施例の受信機では、パイロットキャリアをＯＦＤＭ変調した信号パターンを記憶しておいて、当該信号パターンと受信信号とを相関演算することにより、受信信号がＯＦＤＭ変調された信号であるかを判別してＯＦＤＭ変調波を検出する。

具体的には、本実施例では、送信機で既知の信号を用いるキャリア（例えば、パイロットキャリア）をＩＦＦＴして得られる時間波形を参照信号として受信機に記憶しておき、受信機に入力される受信信号と受信機に記憶された参照信号との相関演算を行い、相関演算結果と予め定めておいた閾値との大きさを比較して、相関演算結果の方が大きい場合には、受信信号がＯＦＤＭ変調波であると判断する。
従って、本実施例の受信機では、受信信号がＯＦＤＭ変調波であるか否かを正確に判定することができる。
一例として、本実施例の受信機は、ＯＦＤＭ変調方式で変調されたデータを通信するデータ通信装置（データ伝送装置）の受信装置に設けられて、ＯＦＤＭ変調波の受信を検出する回路として構成される。また、本実施例の受信機は、種々な装置に設けられてもよく、種々な構成とされてもよく、例えば、データの送信及び受信を行う通信機として構成されてもよい。

なお、本実施例の受信機では、所定のパターンを記憶するメモリ４の機能により記憶手段が構成されており、受信アンテナ１により無線信号を受信する機能により受信手段が構成されており、ダウンコンバータ２及びＡ／Ｄ変換器３による処理の後に相関演算器５が受信信号と所定のパターンとの相関値を検出する機能により相関値検出手段が構成されており、閾値設定部６に設定された閾値及び検出された相関値に基づいて比較器７がＯＦＤＭ変調波の受信の有無を判定する機能により判定手段が構成されている。

ここで、本発明に係る受信機などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして提供することも可能であり、また、種々な装置やシステムとして提供することも可能である。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係る受信機などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム（自体）として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。

本発明の一実施例に係る受信機の構成例を示す図である。 ＯＦＤＭ変調波の検出処理の一例を示す図である。 ＯＦＤＭ信号のシンボル構成の一例を示す図である。 受信機の構成例を示す図である。 ガードインターバルの相関波形の一例を示す図である。

符号の説明

１、１１・・受信アンテナ、 ２、１２・・ダウンコンバータ、 ３、１３・・Ａ／Ｄ変換器、 ４・・メモリ、 ５、１５・・相関演算器、 ６、１６・・閾値設定部、 ７、１７・・比較器、 １４・・遅延器、

Claims (3)

1. ＯＦＤＭ変調方式により変調された信号の受信の有無を判定する受信機であって、
   所定のキャリアの変調信号のパターンを記憶する記憶手段と、
   信号を受信する受信手段と、
   前記受信された信号と前記記憶されたパターンとの相関値を検出する相関値検出手段と、
   前記検出された相関値が所定の閾値以上である場合或いは所定の閾値を超える場合に前記受信された信号が前記ＯＦＤＭ変調方式により変調された信号であると判定する判定手段と、
   を備えたことを特徴とする受信機。
2. 請求項１に記載の受信機において、
   前記ＯＦＤＭ変調方式により変調された信号は、シンボル毎にデータが可変であるキャリアの変調信号とシンボル毎にデータが不変であるキャリアの変調信号とが加えられた信号であり、
   前記パターンとして、前記シンボル毎にデータが不変であるキャリアについての１シンボル分以下の変調信号のパターンを用いる、
   ことを特徴とする受信機。
3. 請求項１又は請求項２に記載の受信機において、
   前記パターンとして、シンボル毎にデータが不変であるＳｃａｔｔｅｒｅｄ Ｐｉｌｏｔのキャリアについての変調信号のパターンを用いる、
   ことを特徴とする受信機。

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