JP2006203613A - 等化器 - Google Patents

Abstract

【課題】 等化器におけるシンボル方向の補間を、ハードウェア規模を増大させることなく、ＦＩＲフィルタを用いて行えるようにする。
【解決手段】 移動体の各運転状態（車速）にそれぞれ対応させた一連のタップ係数を用意しておいて、該移動体の運転状態を検出部１３によって検出して、その検出した運転状態に対応した上記一連のタップ係数をタップ係数設定部１２より、デジタルフィルタ１１に対して設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば地上デジタル放送用受信装置、特にその中の等化器に関する。

受信装置において受信した信号を等化するに際し、パイロットシンボルを用いるという等化方法が知られている。一例として上記の地上デジタル放送用受信装置について見ると、この地上デジタル放送の場合は送信信号の変調方式としてＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式を採用し、マルチキャリア位相変調されたデータシンボル群の中に所定間隔でパイロットシンボルを挿入する。そしてこの挿入されたパイロットシンボルを入力とする受信装置の等化器では、これらパイロットシンボルを用いて伝送路特性すなわち伝送路応答（Ｈ）を推定し、この推定した伝送路応答に基づいてデータシンボル群に対する等化を行う。

なお本発明に関連する公知技術としては、例えば下記の〔特許文献１〕〜〔特許文献３〕がある。しかしこれらの特許文献には、本発明の特徴である、「移動体の運転状態毎に予め設定した一連のタップ係数を保持しておいて、現在の運転状態が変わる毎に、その保持しておいた対応する一連のタップ係数を選択して、ＦＩＲ（有限長インパルス応答）フィルタに対し、その選択された一連のタップ係数を設定する」といった技術思想は開示されていない。

ちなみに、特許文献１には、マルチパス伝搬路において希望波に対する遅延波の遅延時間がガードインターバル時間を超えた場合においても、シンボル間干渉の影響を取り除くことを開示しており、特許文献２には、伝送路におけるマルチパス干渉の影響による歪を補正すると共に、伝送特性の時間変動にも追従し、なおかつ耐雑音性を改善するＯＦＤＭ伝送方式が開示されており、特許文献３には、デジタル通信においてマルチキャリア信号を復調するマルチキャリア変調方式用復調回路に関し、残留キャリア周波数誤差や位相雑音に起因する位相回転に対し、高精度にその補正を行うことが記載されている。

特許第２９３４２２５号公報 特開平１０−７５２２６号公報 特開２００２−１５２１６７号公報

後に図を参照して説明するとおり、上記等化器では、パイロットシンボルに作用する伝送路応答を推定し、シンボル方向（時間方向）ならびにキャリア方向（周波数方向）の各々について「補間」を行って全てのデータシンボルについての伝送路応答を求め、さらに所定の複素除算を行うことにより、等化が行われる。

この場合、上記の「補間」について見てみると、上記シンボル方向については「直線補間」を行い、一方上記キャリア方向については「フィルタ補間」とりわけ「ＦＩＲフィルタ補間」を行っている。このＦＩＲフィルタを用いた補間によれば高精度な補間が行えて理想的である。

ところが、キャリア方向に比べてシンボル方向の演算データ量は遙かに大であることから、ＦＩＲフィルタによるフィルタ補間はシンボル方向の補間には不向きである。もしあえて、このＦＩＲフィルタをシンボル方向の補間に用いるならば、最大ドップラー周波数幅（移動体の走行速度に比例する値であって、例えば、ＵＨＦ帯の７７０ＭＨｚのもとで、１００ｋｍ／ｈで走行したとき、８０Ｈｚ程度）に応じて、ＦＩＲフィルタの通過帯域幅を、連続的に可変にする必要がある。

この結果、各走行速度に対応させて多数のＦＩＲフィルタが用意されなければならないことになり、等化器のハードウェア規模が膨大になってしまう、という問題がある。また、このようにＦＩＲフィルタを用いたとき、移動体の停車時つまり固定受信となる場合には、ＦＩＲフィルタがある通過帯域幅を有することから、雑音による受信品質の劣化が現れる、という問題もある。

したがって本発明は、シンボル方向の補間について、ハードウェア規模を増大させることなしに、ＦＩＲフィルタ補間の導入を可能とすると共に、固定受信時において雑音による受信品質の劣化を防止することのできる等化器を提供することを目的とするものである。

図１は本発明に係る等化器の基本構成図である。本図において、等化器１０は、シンボルフィルタをなすデジタルフィルタ１１と、該フィルタ１１に対してそのタップ係数を設定するためのタップ係数設定部１２と、その設定に際して必要となる当該移動体の運転状態を検出するための検出部１３と、を備えて構成される。

すなわち、本発明による等化器１０は、移動体に搭載され、シンボル方向の補間をパイロットシンボルを用いてデジタルフィルタにより行う等化器であって、上述したデジタルフィルタ１１と、タップ係数設定部１２と、検出部１３と、からなる。タップ係数設定部１２は移動体の運転状態毎に対応させた一連のタップ係数を、その運転状態に応じてデジタルフィルタ１１に対して設定するものであり、検出部１３はその移動体の運転状態がいずれの上記運転状態に属するかを検出するものであって、このタップ係数設定部１２は、検出部１３により検出された上記の運転状態に対応する一連のタップ係数を、デジタルフィルタ１１に対して設定する。なお、上記のデジタルフィルタ１１は、典型的にはＦＩＲフィルタであるが、これに限定するものではない。

等化器１０におけるシンボル方向の補間は前述のとおり、通常、直線補間やステップ補間により行われており、キャリア方向の補間において用いられているＦＩＲフィルタによる補間は、理想的な補間が行えるにも拘らず、シンボル方向の補間には採用されていない。これは、前述したように、移動体の走行速度に応じてＦＩＲフィルタの通過帯域幅を連続的に可変にする必要があり、そのために多数のＦＩＲフィルタを設けなければならないというハードウェア上の問題があるからである。

そこで本発明は、移動体の走行速度毎に応じたデジタルフィルタ（ＦＩＲフィルタ）１１を連続的に設けるのではなく、例えば３０ｋｍ／ｈ帯、６０ｋｍ／ｈ帯および１００ｋｍ／ｈ帯、といったように、離散的な代表ＦＩＲフィルタを数個用意し、現在の走行速度に最も適した１組のタップ係数を適宜選択するようにする。

このために、上記の３０ｋｍ／ｈ帯、６０ｋｍ／ｈ帯および１００ｋｍ／ｈ帯にそれぞれ対応した第１、第２および第３の「一連のタップ係数」のいずれかを上記タップ係数設定部１２から出力して、ＦＩＲフィルタ（１１）に対し設定するようにする。このようにすれば、ＦＩＲフィルタ（１１）それ自体は原理的に１つあればよいことになり、ハードウェア規模の増大といった問題は生じさせない。

また、固定受信時において雑音による受信品質の劣化、といった問題については、上記タップ係数設定部１２から出力する一連のタップ係数を、全て「１」とするだけで解決される。この理由については後述する。

本発明をより一層理解しやすいようにするために、まず、従来の等化器について説明する。

図５はＯＦＤＭ信号のフォーマットの一例を示す図である。本図の例は、欧州や日本のＯＦＤＭシステムにおけるＯＦＤＭ信号の例であり、本図の縦軸はシンボル方向すなわち時間方向を示し、横軸はキャリア方向すなわち周波数方向を示す。

本図中の白丸はデータシンボルＤＳ、すなわちデータ信号を表し、黒丸はパイロットシンボルＰＳすなわちパイロット信号を表す。パイロットシンボルＰＳは、１２本毎のサブキャリアによって伝送されていて、かつ、４シンボル後に同一のサブキャリアに戻るように、巡回的に配列されている。

等化器１０は、キャリア方向の補間とシンボル方向の補間のうち、特に後者のシンボル方向の補間に注目するものであるが、ここで従来の等化器全体の構成について示しておく。

図６は従来の等化器１０の一構成例を示す図である。なお全図を通じて同様の構成要素には、同一の参照番号または記号を付して示す。

本図の等化器１０は、データシンボル抽出部１５とパイロットシンボル抽出部１６と等化部１７とからなり、この等化部１７は、図示する構成要素２１〜２５を含む。

受信側でパイロットシンボル生成部２１により生成したパイロットシンボルと、送信側より受信して抽出したパイロットシンボル抽出部１６からのパイロットシンボルと、をパイロットシンボル複素除算部２２に入力し、ここで両者間の複素除算を行うことにより、受信ベクトルの変動分を算出する。この変動分を、直線補間あるいはステップ補間を行うシンボル補間部２３に通すことにより、シンボル方向でのパイロットシンボルの補間（図７）が行われ、さらに、典型的にＦＩＲフィルタよりなるキャリアフィルタ２４を通すことによりキャリア方向でのパイロットシンボルの補間（図８）が行われて、これがパイロットシンボルによって推定した伝送路応答Ｈとなる。

この推定した伝送路応答Ｈによって、データシンボル複素除算部２５にて、データシンボル抽出部１５からのデータシンボルＤＳに対して複素除算を行う。ここに、受信したデータシンボルＤＳに対する等化が行われたことになる。さらにデータシンボル復調部２６を通して、求めるデータシンボルＤＳすなわち“１，０”の伝送データを得る。

図７はシンボル補間部２３による補間の様子を示す図であり、
図８はキャリアフィルタ２４による補間の様子を示す図である。

図７および図８において、白丸（ＤＳ）と黒丸（ＰＳ）は前述と同様、データシンボルＤＳおよびパイロットシンボルＰＳである。図７においては、直線補間によって補間されたパイロットシンボルが生成され、また図８においては、ＦＩＲフィルタを通して上記の補間されたパイロットシンボルが生成される。つまり時間軸方向および周波数軸方向のそれぞれにおける受信ベクトルの位相回転ならびに振幅変動が検出されて、伝送路応答Ｈが推定される。

本発明は、図７に示す補間を行う図６に示すシンボル補間部２３を、一般的な直線補間に代えて、理想的なデジタルフィルタ（ＦＩＲフィルタ）により実現しようとするものであり、しかもこれをハードウェアの増大を伴わずに実現するのが、図１のデジタルフィルタ（ＦＩＲフィルタ）１１およびタップ係数設定部１２である。なお、以下の説明では、このデジタルフィルタ１１をＦＩＲフィルタ（１１）と称する。

ここで、図１に示すＦＩＲフィルタ（１１）とタップ係数設定部１２についてさらに具体的に説明する。

図２は図１に示すＦＩＲフィルタ（１１）の詳細な構成例を示す図である。ただし、この構成自体は周知である。本図において、ＦＩＲフィルタ（１１）は、パイロットシンボル複素除算部２２からの出力を入力とする縦属接続された複数の遅延部３１と、これら遅延部３１の各入出力段からの信号を入力として、所定のタップ係数（Ｔ０，Ｔ１…Ｔｎ−１）がそれぞれ乗算される複数の複素乗算部３２と、これらの出力の総和をとる加算部３３と、からなり、この加算部３３の出力が、さらに図６のキャリアフィルタ２４に入力される。本発明の特徴の１つは、上記複素乗算部３２に設定すべき各タップ係数（Ｔ０，Ｔ１…Ｔｎ−１）を生成するタップ係数設定部１２にあり、これについてさらに詳しく説明する。

図３はタップ係数設定部１２の概略構成を示す図である。本図において、タップ係数設定部１２は、第１のタップ係数設定部４１と、第２のタップ係数設定部４２と、切替部４３とからなる。この切替部４３は、当該移動体の運転状態を検出する検出部１３によって切替え制御される。検出部１３は、最も簡単には、当該移動体にもともと設けられている速度センサの出力を入力情報とするものでよい。

ここに、第１のタップ係数設定部４１は、運転状態が、固定受信となる停車状態（速度＝０）であるときに、この状態に対応させた一連のタップ係数（Ｔ０，Ｔ１…）をＦＩＲフィルタ（１１）に設定するものであり、第２のタップ係数設定部４２は、その運転状態が走行状態であるときに、この状態に対応させた一連のタップ係数（Ｔ０，Ｔ１…）をＦＩＲフィルタ（１１）に設定するものである。なお、これら設定部４１，４２は、タップ係数記憶手段（メモリ）を内部に備えている。

さらに具体的には、上記第１のタップ係数設定部４１は、全て「１」とした一連のタップ係数（Ｔ０，Ｔ１…）を、ＦＩＲフィルタ（１１）に対して設定することを特徴とするものである。

前述したように、ＦＩＲフィルタ（１１）を用いたとき、移動体の停車時つまり固定受信となる場合には、ＦＩＲフィルタ（１１）がある通過帯域幅を有することから、雑音による受信品質の劣化が現れる、という問題がある。そこで、その雑音を消去するために、該雑音のホワイトノイズ性に着目し、ＦＩＲフィルタ（１１）に入力される一連の信号を全て加算してその平均値をとり、その雑音を０に近付けるようにする。これはＦＩＲフィルタ（１１）のカットオフ周波数を０に近付けてＤＣ成分のみを通過させることを意味する。このことは複素除算部３２の各々に与えるタップ係数（Ｔ０，Ｔ１…Ｔｎ−１）を全て「１」にすることにより達成される。

一方第２のタップ係数設定部４２は、上述した走行状態における走行速度に対する最大ドップラー周波数を通過させるような一連のタップ係数（Ｔ０，Ｔ１…）を、ＦＩＲフィルタ（１１）に対して設定することを特徴とするものである。この場合、この第２のタップ係数設定部４２は、上記の走行速度を複数の速度帯に区分して各速度帯に対応する一連のタップ係数を出力するようにする。そして検出部１３により検出された現在の走行速度に応じて１つの速度帯を特定しこの速度帯に対応する一連のタップ係数を、ＦＩＲフィルタ（１１）に対して設定するのが最も好ましい。図４は図３に示す第２のタップ係数設定部４２の好ましい態様例を示す図であり、上記の複数の速度帯を、一例として、３つの速度帯、すなわち３０ｋｍ／ｈ帯（Ｉ）と、６０ｋｍ／ｈ帯（II）と、１００ｋｍ／ｈ帯（III）と、に区分し、それぞれに対応したタップ係数設定部４２−Ｉ，４２−IIおよび４２−IIIから、上記第２のタップ係数設定部４２を構成する。タップ係数設定部４２−Ｉは、例えば３０ｋｍ／ｈのときの最大ドップラー周波数を通過させることのできる帯域幅をＦＩＲフィルタ（１１）が有するような一連のタップ係数を出力する。他のタップ係数設定部４２−IIおよび４２−IIIも同様に、６０ｋｍ／ｈおよび１００ｋｍ／ｈのときの最大ドップラー周波数に見合う一連のタップ係数をそれぞれ出力する。

この場合、当該移動体の速度検出部１３は、検出された現在の走行速度に最も近くかつ高速側にある速度帯に対応する一連のタップ係数を、ＦＩＲフィルタ（１１）に対して設定するようにする。例えば、現在の走行速度が大体４５ｋｍ／ｈであったとすると、この速度に最も近く（３０ｋｍ／ｈまたは６０ｋｍ／ｈ）、かつ、高速側にある速度帯（６０ｋｍ／ｈ）に対応するタップ係数設定部４２−IIからの一連のタップ係数を、ＦＩＲフィルタ（１１）に与えるように、検出部１３は選択部４４を選択制御する。同様に、その走行速度が例えば大体８０ｋｍ／ｈならば、タップ係数設定部４２−IIIからの一連のタップ係数を選択する。

第２のタップ係数設定部（４２−Ｉ，４２−II，４２−III）は、それぞれ選択部４４によって選択されたとき、それぞれの一連のタップ係数（Ｔ０，Ｔ１…Ｔｎ−１）を一度に複数の複素乗算部３２に対して与えることができる。あるいは、それぞれの一連のタップ係数を、Ｔ０→Ｔ１→…Ｔｎ−１のように、順次、複数の複素乗算部３２に対して与えることもできる。

すなわち後者の場合、第２のタップ係数設定部（４２−Ｉ，４２−II，４２−III）は、一連のパイロットシンボルＰＳが１つずつ入力される毎に上記一連のタップ係数を１つずつ順次出力するようにする。このようにすると、例えばタップ係数設定部４２−Ｉから４２−IIへ遷移するに際して、伝送路応答の切り替えは滑らかとなって、その切り替え時における不快なチラツキ等が緩和される。このことは、例えばタップ係数設定部４２−IIIから４２−IIへの遷移に際しても同様に当てはまる。なお、現在の走行速度の変動に伴って、隣接する２つの速度帯のいずれか一方に遷移する際、その遷移にヒステリシス特性を持たせるのが好ましい。

最後に、本発明に基づく等化器１０の等化動作を、数式を用いながらさらに詳しく説明する。

欧州や日本のＯＦＤＭシステムの信号フォーマット（パイロット信号配置）は、図５，７および８に示したとおりであり、Ｋはキャリア番号、１はシンボル番号である。パイロットシンボルは、受信側で既知のシンボルであって、そのパイロットシンボルの受信ベクトルの大きさＹは、
Ｙ＝Ｈ・Ｃ＋Ｎ
となる。ここで、Ｈは伝送路応答、Ｃはパイロットシンボルの値、Ｎは雑音を示す。

このＹを、受信側で既知なパイロットシンボルの値Ｃで割ると
Ｈ′＝Ｙ／Ｃ＝Ｈ＋Ｎ／Ｃ
となり、雑音が小さい（Ｎ≒０）場合、Ｈ′＝Ｈとして伝送路特性（伝送路応答）が推定できる。全てのパイロットシンボルについて伝送路特性を推定し、シンボル方向およびキャリア方向にてそれぞれ補間することで（図７および図８参照）、全てのデータシンボルに対する伝送路特性が明らかとなる。復調部では、受信されたデータシンボルの値を、この伝送路特性値で割ることにより、正しいデータを復調することができる。

なお、パイロットシンボルに対して推定した上述の伝送路応答の補間は、シンボル方向には最大ドップラー周波数により、キャリア方向にはガードインターバル期間内の遅延波を通過させる理想低域フィルタにより、フィルタリング補間を行うことができる。一般に、キャリア方向にのみ低域フィルタとしてＦＩＲフィルタが用いられるが、本発明ではシンボル方向においてもＦＩＲフィルタを用いて補間が行われる。

既に述べたとおり、最大ドップラー周波数（移動速度に比例する）に応じて、ＦＩＲフィルタの帯域幅を連続的に可変する、つまり多数のＦＩＲフィルタを用意するのはハードウェア規模が大きくなりかつ困難である。また、固定受信の場合は、雑音の影響による劣化が現れる。そのためシンボルフィルタには、移動速度に応じたＦＩＲフィルタのタップ係数を用意する。上述の例では、時速３０ｋｍ／ｈ，６０ｋｍ／ｈ，１００ｋｍ／ｈの最大ドップラー周波数を通過させる一連のタップ係数を用意しておき、移動速度に応じてＦＩＲフィルタの特性を切り替える。また既に述べたとおり、固定受信（停車時）はタップ係数を全て「１」にする。

ＦＩＲフィルタのｎ番目のシンボルに対する出力、つまり伝送路応答は、

である。ここでＮはタップ数、Ｈ（ｎ）はパイロットシンボルに対する伝送路応答である。

ｇｔ（ｎ）＝１（１＝０〜Ｎ）にすると、固定受信つまり停車の場合は、雑音の影響による劣化が現れる問題に対して、ＦＩＲフィルタのタップ係数を１にすることにより、雑音の影響の低減を図ることができる。またタップ係数を切り替える構成にすることにより、ハードウェア規模の低減と雑音の影響の低減を図ることができる。

また既に述べたとおり、固定受信時はパイロットシンボル自身を数シンボル加算平均化することにより雑音を無くすことができる。

本発明に係る等化器の基本構成図である。 ＦＩＲフィルタ（１１）の詳細な構成例を示す図である。 タップ係数設定部１２の概略構成を示す図である。 第２のタップ係数設定部４２の好ましい態様例を示す図である。 ＯＦＤＭ信号のフォーマットの一例を示す図である。 従来の等化器の一構成例を示す図である。 シンボル補間部による補間の様子を示す図である。 キャリアフィルタによる補間の様子を示す図である。

符号の説明

１０ 等化器
１１ デジタルフィルタ
１２ タップ係数設定部
１３ 検出部
１５ データシンボル抽出部
１６ パイロットシンボル抽出部
２１ パイロットシンボル生成部
２２ パイロットシンボル複素除算部
２３ シンボル補間部
２４ キャリアフィルタ
２５ データシンボル複素除算部
３２ 複素乗算部
４１ 第１のタップ係数設定部
４２ 第２のタップ係数設定部
４３ 切替部
４４ 選択部

Claims (9)

1. 移動体に搭載され、受信装置にて受信した信号におけるシンボル方向の補間をパイロットシンボルを用いてデジタルフィルタにより行う等化器であって、
   前記移動体の運転状態毎に対応させた一連のタップ係数を、該運転状態に応じて前記デジタルフィルタに対して設定するタップ係数設定部と、前記移動体の運転状態がいずれの前記運転状態に属するかを検出する検出部と、を備え、前記タップ係数設定部は、前記検出部により検出された前記運転状態に対応する前記一連のタップ係数を、前記デジタルフィルタに対して設定することを特徴とする等化器。
2. 前記フィルタは、ＦＩＲフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の等化器。
3. 前記タップ係数設定部は、
   前記運転状態が、固定受信となる停車状態であるときに、この状態に対応させた前記一連のタップ係数を前記デジタルフィルタに設定する第１のタップ係数設定部と、
   前記運転状態が走行状態であるときに、この状態に対応させた前記一連のタップ係数を前記デジタルフィルタに設定する第２のタップ係数設定部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の等化器。
4. 前記第１のタップ係数設定部は、全て「１」とした前記一連のタップ係数を、前記デジタルフィルタに対して設定することを特徴とする請求項３に記載の等化器。
5. 前記第２のタップ係数設定部は、前記走行状態における走行速度に対する最大ドップラー周波数を通過させるような前記一連のタップ係数を、前記デジタルフィルタに対して設定することを特徴とする請求項３に記載の等化器。
6. 前記第２のタップ係数設定部は、前記走行速度を複数の速度帯に区分して各該速度帯に対応する前記一連のタップ係数を出力するようになし、検出された現在の走行速度に応じて１つの該速度帯を特定しこの速度帯に対応する前記一連のタップ係数を、前記デジタルフィルタに対して設定することを特徴とする請求項５に記載の等化器。
7. 前記検出された現在の走行速度に最も近くかつ高速側にある前記速度帯に対応する前記一連のタップ係数を、前記デジタルフィルタに対して設定することを特徴とする請求項６に記載の等化器。
8. 前記第２のタップ係数設定部は、一連の前記パイロットシンボルが１つずつ入力される毎に前記一連のタップ係数を１つずつ順次出力することを特徴とする請求項６に記載の等化器。
9. 前記現在の走行速度の変動に伴って、隣接する２つの前記速度帯のいずれか一方に遷移する際、その遷移にヒステリシス特性を持たせることを特徴とする請求項６に記載の等化器。

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