JP2007251322A - Ｏｆｄｍ信号の伝送品質推定回路およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＦＤＭ信号のように雑音の強いところが局在する信号においても伝送余裕度を正確に推定することができるＯＦＤＭ信号の伝送品質推定回路およびその方法を提供する。
【解決手段】デジタル変調された直交周波数分割多重信号を復調する復調装置における伝送信号の品質を推定する伝送品質推定回路であり、直交変調した信号をフーリエ変換し、さらにフーリエ変換した信号を復調する復調部と、復調部の出力をデマッピング処理するデマッピング部と、デマッピング部の出力より誤り訂正を行うとともにビット誤り率を出力する誤り訂正部と、誤り訂正部の受信信号出力より受信信号点の誤差電力を算出する誤差電力算出部と、誤差電力算出部の出力より所定の周期毎に誤差電力の最大値を検出する最大誤差電力検出部と、最大誤差電力検出部の出力より伝送路の余裕度を推定する伝送余裕度推定部とからなり、ビット誤り率と余裕度とを表示部に表示する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタルＦＰＵ受信機においてデジタルＦＰＵ送信機からの伝送信号が破錠に至る伝送余裕度やビット誤り率を推定する直交周波数分割多重信号（ＯＦＤＭ信号：Orthogonal Frequency Division Multiplexing 信号）の伝送品質推定回路およびその方法に関するものである。

スポーツ等の実況中継では、ＦＰＵ（Field Pickup Unit ）装置を使用し、テレビカメラで撮影した映像信号をマイクロ波を利用して中継現場から中継局へと伝送する放送技術が利用されている。ＦＰＵ装置では、従来アナログ伝送が主流であったが、近年、アナログ伝送より伝送劣化が少ないことからデジタル伝送が普及しつつある。

デジタル信号による伝送では、信号の伝送品質を把握するにあたり、ビット誤り率（ＢＥＲ：Bit Error Rate）という値を使用している。デジタル信号は信号形態が０または１であるが、雑音の影響により閾値を飛び越して入れ替わってしまうことがあり、ＢＥＲは、このような誤りを総ビット数に対する誤受信したビット数から得られる数値であって、伝送品質を把握する数値として利用されている。

実際のデジタルＦＰＵ装置では、誤り訂正技術である畳み込み処理による多少の補正が行われるものも、基本的には閾値未満の雑音は把握し難い特性があり、即ち、ＢＥＲは受信信号が所定の閾値に到達してはじめて把握することができる数値であるといえる。そのために、デジタルＦＰＵ装置では、移動中継車に搭載されたアンテナの方向の調整を行う場合、アンテナ方向の微調整が雑音の影響で行うことができないことがある。また、中継リハーサル時においても最適な伝送速度を選択するためのマージン（余裕度）の把握ができない等の問題があった。

近年、デジタル伝送技術では、上記のようなＢＥＲの欠点を補うために変調誤差比（ＭＥＲ：Modulation Error Ratio）が使われており、雑音や歪みの影響が少なく受信状態が良好である程、大きな値となる。このＭＥＲは、この座標のばらつきを数値化した値であり、図４のデータシンボル座標を参照して説明すると、原点（０，０）から基準点（Ｉ，Ｑ）までの距離の和と基準点（Ｉ，Ｑ）から受信信号点（δＩ，δＱ）までの距離の和との比であり、同図にＭＥＲを定義する関係式を示した。即ち、ＢＥＲが閾値を超えたものの数（比率）を把握する値であるのに対して、ＭＥＲは受信信号の搬送波の伝送品質を常時、マージン（余裕度）という形で把握することが可能である。また、ＢＥＲは、搬送波のコンスタレーション表示を確認することで視覚的に伝送品質を確認することができる。

上記のように、デジタル伝送技術では、伝送品質を把握するのが困難であるといった特徴を有するが、雑音の影響を最小限に留めることができる直交周波数分割多重搬送波（以下、ＯＦＤＭ搬送波と称する）による伝送方式がある。ＯＦＤＭ搬送波は、互いの位相が直交関係にある搬送波を複数多重化したマルチキャリア信号を生成するようにした搬送波であり、ＦＰＵ装置のような移動体通信では、ビルや山などによる反射波がマルチパス（遅延波）として入力され、これを考慮しなければならず、ＯＦＤＭ搬送波はこのような影響を受け難い伝送方式として利用されている。

従来のＦＰＵ装置について、図７のブロック図を参照して説明する。図７（ａ）はＦＰＵ送受信システムの概略を示し、図７（ｂ）はＦＰＵ受信システムのデジタル変調信号受信装置における伝送品質を表示するシステムを示し、図７（ｃ）はその要部を示す信号点間距離対雑音演算部の細部を示しており、この受信装置はＭＥＲ等を利用して符号誤り率を推定するものである。なお、この従来例では、ＭＥＲという技術用語は使用していないものの、以下に説明するように、受信信号から与えられる信号点と、復調のために設定してある中心位置との間の距離を雑音レベルとして算出する雑音レベル算出手段が開示されており、ＭＥＲと同じ技術を利用するものである。

この従来例では、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、復調部１からの出力が信号点間距離対雑音演算部２に入力されており、さらに、信号点間距離対雑音演算部２を詳細に説明すると、復調部１からの入力された出力の内、受信信号点Ｒと中心位置Ｓとが雑音レベル算出部２ａに供給され、雑音レベル算出部２ａからの出力を複数のシンボルにわたり加算平均する平均演算部２ｂと、平均演算部２ｂにより平均化された雑音レベルに現れる誤差量を補正する雑音レベル補正部２ｃと、雑音レベル補正部２ｃからの出力の雑音レベルを信号点間距離で除算して信号点間距離対雑音比を算出する除算部２ｄと、除算部２ｄからの雑音比をデシベル換算して対数換算する対数変換部２ｅとから構成されている。このように従来例にはデジタル変調信号受信装置が開示されている。また、この従来例には、信号点間距離対雑音比の算出に当たり、デシベル換算に代えて符号誤り率を算出する技術が開示されている。さらに、ＯＦＤＭで使用した変調方式に対応する技術も開示されている。これらの従来例には、信号点間距離対雑音比を算出する手段が開示されているが、信号点間距離でなく、信号点の距離で除算すればＭＥＲを算出することと同等の技術である（例えば、特許文献１参照）。

特許３７０１８５１号公報（明細書全文，図面全図）

上記従来例では、ＭＥＲのような誤差電圧を複数シンボルで平均演算部により平均する技術が開示されているが、これはシングルキャリアのデジタル信号において伝送路のマージン把握のためには有効であるが、ＯＦＤＭ信号ではあまり有効な技術とは言えない。図５と図６は、ＯＦＤＭ信号の伝送路に雑音を加えたときの図であり、横軸が周波数であり、縦軸が信号強度を示し、折れ線状で示したものが信号のスペクトル、点が誤差（雑音）を表している。図５は一般の雑音についてのものであるが、図６はマルチパスによるものであり、ＯＦＤＭではマルチパスに対し、周波数に対して周期的に雑音が強いところと弱いところが局在する特性を持っている。

このようにマルチパスによる雑音のように強いところが周期的に局在すると、誤差電圧を平均化処理して得られるＭＥＲでは、雑音が局在する部分の影響が全体のシンボルに作用して軽減される結果となり、全シンボルに渡って伝送余裕度があるものと誤認するおそれがあった。無論、デジタル伝送において、雑音の強いところが局在する信号においては破錠を起こせば、そこで信号を受信できなくなり、その後の伝送に支障をきたすことになる。即ち、ＭＥＲが複数のコンスタレーション点の平均的な誤差の程度を表しており、複数シンボルで誤差が平均化されるため伝送余裕度を計測するＭＥＲを監視するのみでは、スペクトラムの谷底付近でのＢＥＲが受信状態が悪いことを把握することができず、ＭＥＲを監視しているにもかかわらずデジタル伝送の破錠をきたすおそれがあった。

本発明は、上記のような問題点に鑑みなされたものであって、ＯＦＤＭ信号のようにマルチパスに対して雑音の強いところが局在する信号において、伝送余裕度を正確に推定することができるＯＦＤＭ信号の伝送品質推定回路およびその方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、上述した課題を解決したものであり、請求項１の発明は、デジタル変調された直交周波数分割多重信号を復調する直交周波数分割多重信号復調装置における伝送信号の品質を推定する伝送品質推定回路であって、
直交復調した信号をフーリエ変換し、さらに前記フーリエ変換した信号を復調する復調部と、
該復調部の出力をデマッピング処理するデマッピング部と、
該デマッピング部の出力より誤り訂正を行うとともにビット誤り率を出力する誤り訂正部と、
該誤り訂正部の受信信号出力より受信信号点の誤差電力を算出する誤差電力算出部と、
該誤差電力算出部の出力より所定の周期毎に前記誤差電力の最大値を検出する最大誤差電力検出部と、
該最大誤差電力検出部の出力より伝送路の余裕度を推定する伝送余裕度推定部とからなり、
前記誤り訂正部から得られる前記ビット誤り率と前記伝送余裕度推定部から得られる前記余裕度とを表示部に表示することを特徴とするＯＦＤＭ信号の伝送品質推定回路である。

また、請求項２の発明は、前記所定周期は、１ＯＦＤＭシンボルを周期単位とすることを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ信号の伝送品質推定回路である。

また、請求項３の発明は、前記伝送余裕度推定部は、変調方式や畳み込み符号化率によるデータテーブルを参照して推定することを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ信号の伝送品質推定回路である。

また、請求項４の発明は、デジタル変調された直交周波数分割多重信号を復調し、伝送信号の品質を推定する伝送品質推定方法であって、
直交復調した信号をフーリエ変換し、さらに前記フーリエ変換した信号を復調し、
該復調した出力信号をデマッピング処理し、
該デマッピング処理出力より誤り訂正を行うとともにビット誤り率を算出し、
該誤り訂正した後の出力より受信信号点の誤差電力を算出し、
該誤差電力より所定の周期毎に前記誤差電力の最大値を検出し、
該最大誤差電力より伝送路の余裕度を推定し、前記ビット誤り率と前記伝送余裕度から伝送品質を推定することを特徴とするＯＦＤＭ信号の伝送品質推定方法である。

また、請求項５の発明は、前記所定周期は、１ＯＦＤＭシンボルを周期単位とすることを特徴とする請求項４に記載のＯＦＤＭ信号の伝送品質推定方法である。

また、請求項６の発明は、前記伝送信号の余裕度およびビット誤り率の推定は、変調方式や畳み込み符号化率によるテーブルデータを参照して推定することを特徴とする請求項４に記載のＯＦＤＭ信号の伝送品質推定方法である。

請求項１または請求項４の発明によれば、受信したＯＦＤＭ信号を直交復調し、フーリエ変換した信号をさらに復調処理してデマッピング処理し、受信信号点の誤差電力を算出し、所定周期当たりの最大誤差電力検出し、最大誤差電力より伝送余裕度やビット誤り率（ＢＥＲ）を推定することにより、ＭＥＲのような誤差を平均化処理する演算処理工程が存在しないため、移動体通信のように通信経路が刻々変化する場合には有用である。特に、アンテナ方向の微調整や伝送パラメータの決定には効果を発揮する。

アンテナ微調整は、入力電界表示やグレー表示を用いてアンテナ方向を初期調整（粗調整）した後、余裕度表示を見ながら最も余裕度が大きい方向へ微調整するのに使用する。また、伝送パラメータは、中継リハーサル時なで、余裕度を目安にして、伝送速度などを決定する。従来のＢＥＲ表示よりも、幅広い（コンスタレーションの乱れ具合）範囲にわたって表示できるため、伝送路の雑音に対する余裕度が推定し易くなる。さらに、本発明では、ＯＦＤＭ信号による伝送を対象としたが、マッピング処理を行うデジタル伝送であれば、シングルキャリアの場合にも適用可能である。

また、請求項２または請求項５の発明によれば、最大誤差電力の検出を１ＯＦＤＭシンボル単位で検出するように構成したことにより、数ＯＦＤＭシンボルからかなりの長時間による設定が可能となり、伝送品質推定回路の用途が広がる効果がある。

また、請求項３または請求項６の発明によれば、変調方式や畳み込み符号化率によるテーブルを使用して算出することにより、ＲＯＭなどのメモリ素子で構成することが可能となるため、回路構成が簡単となる。また、テーブル出力は対数変換して得られる値、即ち、デシベル（ｄＢ）としたことにより、伝送余裕度を計算するときも加減算で計算することが可能となる効果を有する。

以下、本発明に係るＯＦＤＭ信号の伝送品質推定回路およびその方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図１は本発明の一実施形態を示すブロック図であり、図２は本実施形態における誤差電力の算出を説明する図であり、図３（ａ），（ｂ）はＯＦＤＭ信号の伝送品質推定回路の表示例を示す図である。

先ず、本実施形態の伝送品質推定回路について、図１を参照し説明する。伝送品質推定回路は、入力端子１０、復調部１１、デマッピング部１２、誤り訂正部１３、誤差電力算出部１４、最大誤差電力検出部１５、伝送余裕度推定部１６および表示部１７から構成されている。受信信号の出力電圧は誤り訂正部１３から出力される。なお、同図の点線内が、本発明の伝送品質推定回路の要部を示すブロック図である。

入力端子１０には、デジタルＦＰＵ送信機より伝送されるＯＦＤＭ信号を受信アンテナで受信し、デジタルデータに変換するとともに直交復調し、それぞれの出力をフーリエ変換した信号が入力され、復調部１１に入力される。

復調部１１はフーリエ変換された信号を復調処理し、復調信号をデマッピング部１２に入力するとともに、誤り訂正回路１３および最大誤差電力検出部１５に対してタイミング制御信号を出力する。

デマッピング部１２では、復調信号より座標軸上の点にデマッピング処理を行う。デマッピング処理は送信側でのマッピング処理とは逆の処理となる。

誤り訂正回路１３では、デマッピング出力に対して誤り訂正を行い、復調部１１からのタイミング制御信号によりＢＥＲを出力する。なお、ＢＥＲの推定は公知である。

誤差電力算出部１４では、デマッピング部１２の出力より受信信号点の最も近い基準となる点の距離を誤差電力として算出し出力する。具体的には、図２のコンスタレーション表示に示すように、基準点がＡおよびＢであり、Ａ１およびＡ２は共に基準点Ａに対する受信信号点である。Ａ１は基準点Ａに近いため、基準点Ａとの距離Ｌ１を算出する。Ａ２は基準点Ａよりも基準点Ｂに近いため基準点Ｂとの距離Ｌ２を算出する。

最大誤差電力検出部１５は、誤差電力算出部１４の出力を復調部１１からのタイミング制御信号により、制御信号の周期に基づいて、最大誤差電力を検出する。周期は１ＯＦＤＭ信号のシンボル周期信号を周期単位とする。即ち、最大誤差電力検出部１５では、シンボル毎の最大誤差電力を検出する。

伝送余裕度推定部１６は最大誤差電力より、変調方式および畳み込み符号化率を参照し、伝送における余裕度を推定する。なお、伝送における余裕度とは、破錠するときの限界誤差電力と得られる最大誤差電力との差のレベルである。限界誤差電力と最大誤差電力との差は、テーブルデータ（テーブルＲＯＭ）から算出する。また、変調方式や畳み込み符号化率によるテーブルデータが設けられ、このテーブルデータから伝送信号の余裕度およびビット誤り率の推定をする。

表示部１７は伝送余裕度推定部１６の出力である余裕度（マージン）とＢＥＲを図３のように表示する。図３（ａ），（ｂ）は、表示部１７に伝送余裕度（マージン）とＢＥＲとを並べて表示した一例を示している。図３（ａ）は、ＢＥＲのＯＶＥＲを伝送余裕度の０ｄＢを基準とした表示例であり、残り何ｄＢでＯＶＥＲとなるのかを把握することができる。また、図３（ｂ）は、ＢＥＲのＵＮＤＥＲを伝送余裕度の０ｄＢを基準とした表示例である。ＯＶＥＲと同様に、後、何ｄＢでＵＮＤＥＲになるかを把握することができる。

本発明は、ＭＥＲの内在する課題を解決した伝送品質推定回路に関し、伝送品質推定回路はその出力を表示部１７に表示することができ、デジタルＦＰＵ受信装置を搭載した中継車における実際の運用では、技術員がこの表示部１７の両方の表示を見ながらアンテナの方向調整等を行うことができる。表示部１７のＢＥＲとマージンを監視することによって、ＯＦＤＭ信号を破錠することなく受信することができる。図３（ａ），（ｂ）の表示例は、運用する人あるいは用途により、図３（ａ），（ｂ）の何れかの表示を選択し得るようにスイッチ（図示なし）を設けて切り換えるようにしてもよい。

なお、本発明は、ＣＰＵを使用してプログラムで処理することも可能である。ＣＰＵ処理速度と伝送速度にも依るが、ＣＰＵ処理速度が伝送速度よりも速いときに可能である。処理の順は、図１の符号の順にプログラムを構成することが可能である。

本発明の活用例としては、デジタルＦＰＵ装置のデジタル受信機に利用することができる。

本発明の伝送品質推定回路の一実施形態を示すブロック図である。、 本実施形態における誤差電力の算出を説明する図である。 （ａ），（ｂ）はＯＦＤＭ信号の伝送品質推定回路の表示例を示す図である。 ＭＥＲの説明図である。 ＯＦＤＭ信号の伝送路に一般の雑音を加えたときのスペクトル図である。 ＯＦＤＭ信号の伝送路にマルチパス雑音を加えたときのスペクトル図である。 （ａ）はＦＰＵ送受信システムの概略を示すブロック図、（ｂ）はＦＰＵ受信システムのデジタル変調信号受信装置のブロック図、（ｃ）はその要部を示す信号点間距離対雑音演算部の細部を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 入力端子
１１ 復調部
１２ デマッピング部
１３ 誤り訂正部
１４ 誤差電力算出部
１５ 最大誤差電力検出部
１６ 伝送余裕度推定部
１７ 表示部

Claims (6)

1. デジタル変調された直交周波数分割多重信号を復調する直交周波数分割多重信号復調装置における伝送信号の品質を推定する伝送品質推定回路であって、
   直交復調した信号をフーリエ変換し、さらに前記フーリエ変換した信号を復調する復調部と、
   該復調部の出力をデマッピング処理するデマッピング部と、
   該デマッピング部の出力より誤り訂正を行うとともにビット誤り率を出力する誤り訂正部と、
   該誤り訂正部の受信信号出力より受信信号点の誤差電力を算出する誤差電力算出部と、
   該誤差電力算出部の出力より所定の周期毎に前記誤差電力の最大値を検出する最大誤差電力検出部と、
   該最大誤差電力検出部の出力より伝送路の余裕度を推定する伝送余裕度推定部とからなり、
   前記誤り訂正部から得られる前記ビット誤り率と前記伝送余裕度推定部から得られる前記余裕度とを表示部に表示することを特徴とするＯＦＤＭ信号の伝送品質推定回路。
2. 前記所定周期は、１ＯＦＤＭシンボルを周期単位とすることを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ信号の伝送品質推定回路。
3. 前記伝送余裕度推定部は、変調方式や畳み込み符号化率によるデータテーブルを参照して推定することを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ信号の伝送品質推定回路。
4. デジタル変調された直交周波数分割多重信号を復調し、伝送信号の品質を推定する伝送品質推定方法であって、
   直交復調した信号をフーリエ変換し、さらに前記フーリエ変換した信号を復調し、
   該復調した出力信号をデマッピング処理し、
   該デマッピング処理出力より誤り訂正を行うとともにビット誤り率を算出し、
   該誤り訂正した後の出力より受信信号点の誤差電力を算出し、
   該誤差電力より所定の周期毎に前記誤差電力の最大値を検出し、
   該最大誤差電力より伝送路の余裕度を推定し、前記ビット誤り率と前記伝送余裕度から伝送品質を推定することを特徴とするＯＦＤＭ信号の伝送品質推定方法。
5. 前記所定周期は、１ＯＦＤＭシンボルを周期単位とすることを特徴とする請求項４に記載のＯＦＤＭ信号の伝送品質推定方法。
6. 前記伝送信号の余裕度およびビット誤り率の推定は、変調方式や畳み込み符号化率によるテーブルデータを参照して推定することを特徴とする請求項４に記載のＯＦＤＭ信号の伝送品質推定方法。

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