JP2008066858A - 遅延プロファイル測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】到来波の到達時間が近い場合の遅延プロファイル測定であっても、サイドローブ誤差による測定誤差の発生を抑え、微弱な電波の測定を可能にする。
【解決手段】異なる伝搬路を経て到来したＯＦＤＭ方式の電波を受信し、その受信信号をサンプリングして演算処理を行うことにより、各到来波の到達タイミングと強度とを確認できる波形情報を遅延プロファイルとして求める遅延プロファイル測定部２１と、遅延プロファイル測定部２１の処理過程により遅延プロファイルの波形情報中に現れる到来波のサイドローブ誤差と等価なサイドローブデータを生成するサイドローブ生成手段３０と、サイドローブ生成手段３０によって生成されたサイドローブデータを用いて、遅延プロファイル測定部２１で得られた遅延プロファイルのサイドローブ誤差を抑圧補正する補正手段３５とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式の電波に対する遅延プロファイル測定をより正確に行うための技術に関する。

例えば地上デジタル放送のサービスを行うにあたり、各サービスエリアでの電波の伝搬状況を把握するために、遅延プロファイル測定が行われている。

遅延プロファイルは、異なる伝搬路を経て同一地点に到来した各到来波の到達タイミングと強度とを含む波形情報である。

地上デジタル放送等で使用されるＯＦＤＭ方式の電波の遅延プロファイルを得る方法として、伝搬路の推定伝達関数のデータを逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）処理する方法（例えば特許文献１）や、電力スペクトルのデータをＩＦＦＴ処理する方法（例えば特許文献２）が知られている。

特開２００６−９３７６０号公報 特開２００５−２６８８３１号公報

上記の推定伝達関数のデータおよび電力スペクトルのデータはともに周波数領域のデータであり、この周波数領域のデータに対して離散的なＩＦＦＴ処理することで、時間領域の遅延プロファイルデータ（以下ＩＦＦＴ出力と呼ぶ）に変換することができる。

このＩＦＦＴ出力は、理論的には各到来波の到達時刻（相対時刻）で到来波の強度に対応したインパルス波形となって現れる。例えば、直接波は到達時刻０（基準時刻）で最大レベルとなるインパルス波形で表され、遅延波は直接波からの遅延時間の位置にそれぞれのレベルを有するインパルス波形で表される。

ところが、実際の信号処理では、離散的なデータを得るために用いるサンプリング周波数は推定伝達関数あるいは電力スペクトルが存在する周波数の幅（以下、信号帯域幅という）より大きいため、サイドローブ誤差が発生する。

このサイドローブ誤差は、周波数領域のデータをＩＦＦＴ処理した場合の任意の時刻におけるＩＦＦＴ出力の値を示すものであり、次のように導出される。

伝搬路の伝達関数の例で説明すると、到達時刻ｔ＝０（基準時間）の信号レベルをＥ_０、到達時刻ｔ＝ｄの信号レベルをＥ_ｄすると、伝搬路の伝達関数Ｋ_ｎは次式（１）で表される。

Ｋ_ｎ＝Ｅ_０＋Ｅ_ｄｅ^{−ｊ２πｎｄ／Ｎ} ……（１）
ここで、Ｎはサンプリングにより得るデータの総数、ｄは離散時間幅（サンプリング周期）を単位とする遅延時間である。

上記伝搬路の伝達関数のＩＦＦＴ出力Ｄ_ｔは、次式（２）で表される。

Ｄ_ｔ＝∫ Ｋ_ｎｅ^{ｊ２πｎｔ／Ｎ} ｄｎ ……（２）
ここで記号∫は、−Ｂ／２〜Ｂ／２までの積分を表し、Ｂは離散周波数（サンプリング周波数）を単位として表した信号の帯域幅である。

式（２）のＫ_ｎに式（１）を代入して計算すると、任意の時刻ｔにおけるＩＦＦＴ出力Ｄ_ｔが次式（３）のように得られる。

Ｄ_ｔ＝Ｅ_０［Ｎ sin(πＢｔ／Ｎ)］／πｔ
＋Ｅ_ｄ｛Ｎ sin［πＢ（ｔ−ｄ）／Ｎ］｝／π（ｔ−ｄ）……（３）

上式（３）のＩＦＦＴ出力は、時刻ｔ＝０およびｔ＝ｄにおいてインパルスとなり、それぞれの値をＤ_０、Ｄ_ｄとすると、以下のように表すことができる。

Ｄ_０＝Ｅ_０・Ｂ， Ｄ_ｄ＝Ｅ_ｄ・Ｂ ……（４）
ただし、｜ｄ｜≫１の場合

上記の２つの値Ｄ_０、Ｄ_ｄとが遅延プロファイルの測定値である。即ち、ＩＦＦＴ出力のインパルスのレベルと時刻が、各到来波のレベルと時刻に該当している。

式（３）において、Ｂ＝Ｎの場合には、ｔ＝０、ｔ＝ｄ以外の任意の時刻のＩＦＦＴ出力は全て０となり理想的なインパルスが得られるが、実際の測定では、Ｂ＜Ｎであるから、ｔ＝０、ｔ＝ｄ以外の任意の時刻でも、ＩＦＦＴ出力は値をもつ。この成分は到来波が存在していない時刻に現れ、サイドローブ誤差と呼ばれている。

｜ｄ｜があまり大きくない場合には、実際の測定値は、次式（５）、（６）で表される。

Ｄ_０＝Ｅ_０・Ｂ＋Ｅ_ｄ［Ｎ sin(πＢｄ／Ｎ)］／πｄ……（５）
Ｄ_ｄ＝Ｅ_０［Ｎ sin(πＢｄ／Ｎ)］／πｄ＋Ｅ_ｄ・Ｂ……（６）

上式（５）は、時刻０の到来波の測定結果には、理想的な値Ｅ_０・Ｂに時刻ｄの到来波のサイドローブ誤差が含まれていることを表し、上式（６）は、時刻ｄの到来波の測定結果には、理想的な値Ｅ_ｄ・Ｂに時刻０の到来波のサイドローブ誤差が含まれていることを表している。

さらに、式（６）において、Ｅ_ｄがＥ_０に比べて微弱な場合には、測定値の誤差にとどまらずＥ_０のサイドローブ誤差に埋もれている時刻ｄの到来波の存在すら把握できなくなる。

このように到来波の到達時刻が近い場合の遅延プロファイル測定には、サイドローブ誤差により測定値に誤差が生じたり、微弱な電波の測定ができない等の問題があった。

本発明は、この問題を解決して、到来波の到達時間が近い場合の遅延プロファイル測定であっても、サイドローブ誤差による測定誤差の発生を抑え、微弱な電波の測定が可能な遅延プロファイル測定装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１の遅延プロファイル測定装置は、
異なる伝搬路を経て到来したＯＦＤＭ方式の電波を受信し、該受信信号をサンプリングして演算処理を行うことにより、各到来波の到達タイミングと強度とを含む波形情報を遅延プロファイルとして求める遅延プロファイル測定部（２１）と、
前記遅延プロファイル測定部の処理過程により前記遅延プロファイルの波形情報中に現れる到来波のサイドローブ誤差と等価なサイドローブデータを生成するサイドローブ生成手段（３０）と、
前記サイドローブ生成手段によって生成されたサイドローブデータを用いて、前記遅延プロファイル測定部で得られた遅延プロファイルのサイドローブ誤差を抑圧補正する補正手段（３５）とを備えている。

また、本発明の請求項２の遅延プロファイル測定装置は、請求項１の遅延プロファイル測定装置において、
前記サイドローブ生成手段は、
前記遅延プロファイル測定部で得られた遅延プロファイルの波形の包絡線が極大となる時刻とその極大値を用いて、サイドローブ誤差が無い理想状態における到来波の強度を算出する強度演算手段（３１）と、
前記強度演算手段によって算出された到来波の強度を用いて、前記遅延プロファイル測定部で得られた遅延プロファイルに含まれるサイドローブ誤差の成分を求めるサイドローブ誤差算出手段（３２）とを有していることを特徴としている。

このように、本発明の遅延プロファイル測定装置は、遅延プロファイル測定部の測定結果に含まれるサイドローブ誤差を抑圧でき、各到来波の正確な強度を求めることができ、また、サイドローブに埋もれている微弱な電波の存在およびその遅延プロファイルを得ることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した遅延プロファイル測定装置２０の構成を示している。

この遅延プロファイル測定装置２０は、ＯＦＤＭ方式の電波を受信してその遅延プロファイルを測定するためのものであり、遅延プロファイル測定部２１、サイドローブ生成手段３０および補正手段３５を有している。

遅延プロファイル測定部２１は、前記特許文献１、２に記載されているように、アンテナ２１ａ等を介して任意のチャンネルの地上デジタル波を受信し所定の中間周波数帯に周波数変換処理し、その中間周波数帯の信号に対して、直交検波処理、サンプリング処理、伝達関数算出処理（または電力スペクトル算出処理）、ＩＦＦＴ処理等を行い、各到来波の相対的な到来時刻とその強度の情報を含む波形情報としての遅延プロファイルの測定結果Ｄｔを出力する。

前記したように、遅延プロファイル測定の処理を行うことで、その測定結果Ｄｔには、前記式（３）で示したようにサイドローブ誤差が含まれている。

サイドローブ生成手段３０は、遅延プロファイル測定部２１の処理過程により遅延プロファイルＤｔに現れる到来波のサイドローブ誤差成分と等価なサイドローブデータを生成する。

以下、その生成方法について説明する。
サイドローブ誤差を計算するためには、前記式（３）における未知数Ｅ_０、Ｅ_ｄを知る必要があるが、実際に測定で得られる値は遅延プロファイルＤｔでその包絡線が極大となるときの値Ｄ_０、Ｄ_ｄである。

したがって、式（５）、式（６）に測定で得られるＤ_０、Ｄ_ｄを代入して、到来波の強度Ｅ_０、Ｅ_ｄを求める。

ｂ＝Ｂ／Ｎ ……（７）
ａ＝（sin πｂｄ）／πｄ ……（８）
とすると、式（５）、式（６）は、次式（９）、（１０）で表すことができる。

Ｄ_０＝（ｂＥ_０＋ａＥ_ｄ）Ｎ ……（９）
Ｄ_ｄ＝（ａＥ_０＋ｂＥ_ｄ）Ｎ ……（１０）

上記式（９）、（１０）を解くと以下のようになる。
Ｅ_０＝（Ｄ_０ｂ−Ｄ_ｄａ）／［Ｎ（ｂ^２−ａ^２）］ ……（１１）
Ｅ_ｄ＝（Ｄ_ｄｂ−Ｄ_０ａ）／［Ｎ（ｂ^２−ａ^２）］ ……（１２）

上式（１１）、（１２）の右辺のＤ_０、Ｄ_ｄだけでなく他の値も全て既知であるので、各到来波の真の強度Ｅ_０、Ｅ_ｄを上記式から算出することができる。

したがって、測定結果Ｄｔの遅延プロファイルの波形の包絡線が極大となる到来時刻ｔ＝０、ｔ＝ｄとその極大値Ｄ_０、Ｄ_ｄを用いて、サイドローブ誤差が無い理想状態における到来波の強度Ｅ_０、Ｅ_ｄを算出し、これを前記式（３）に代入することで、遅延プロファイル測定部２１で得られた遅延プロファイルを表す式が得られ、この式において到達時刻ｔ＝０、ｔ＝ｄ以外の任意の時刻におけるサイドローブ誤差値を求めることができる。

上記処理を行うために、サイドローブ生成手段３０は、図１に示しているように、測定結果Ｄｔの遅延プロファイルの波形の包絡線が極大となる時刻ｔ＝０、ｔ＝ｄとその極大値Ｄ_０、Ｄ_ｄを検出し、これを用いてサイドローブ誤差が無い理想状態における到来波の真の強度Ｅ_０、Ｅ_ｄを算出する強度算出手段３１と、強度算出手段３１によって算出された到来波の強度Ｅ_０、Ｅ_ｄを前記式（３）に代入し、ｔ＝０、ｔ＝ｄ以外の到達時刻のデータを計算することで、遅延プロファイル測定部２１で得られた遅延プロファイルに含まれるサイドローブ誤差の成分を求めるサイドローブ誤差算出手段３２とを有している。

このようにして得られたサイドローブ誤差の成分は補正手段３５に出力される。
補正手段３５は、遅延プロファイル測定部２１によって得られた遅延プロファイルＤｔからサイドローブ生成手段３０によって生成されたサイドローブ誤差の成分を減算して、各到来波がインパルス状に表されるように補正する。

例えば、遅延プロファイル測定部２１によって図２に示すように、時刻ｔ＝０、ｔ＝ｄで包絡線が極大値Ｄ_０、Ｄ_ｄとなる遅延プロファイルＤｔの波形が得られた場合、サイドローブ生成手段３１は、その極大値Ｄ_０、Ｄ_ｄを検出し、検出したＤ_０、Ｄ_ｄから各到来波の真の強度Ｅ_０、Ｅ_ｄを算出し、その強度を用いてサイドローブ誤差の成分を求める。

図３のＡは、到達時刻ｔ＝０の到来波（直接波）についてのサイドローブ誤差、図３のＢは、到達時刻ｔ＝ｄの到来波（遅延波）についてのサイドローブ誤差をそれぞれ独立に表している。

そして、サイドローブ誤差のうち、例えばＡのサイドローブ誤差を図２の遅延プロファイルＤｔから減じることで、図４のように到達時刻ｔ＝０の到来波のサイドローブ誤差が抑圧補正された遅延プロファイルＤｔ′を得ることができる。

また、図２の遅延プロファイルからサイドローブ誤差Ａ、Ｂを減じる、あるいは図４の遅延プロファイルからサイドローブ誤差Ｂを減じることで、図５のように、到達時刻ｔ＝０、ｔ＝ｄの各到来波のサイドローブ誤差が抑圧補正された遅延プロファイルＤｔ″を得ることができる。これら各到来波のインパルスのレベルはサイドローブ誤差の影響が除去されているので精度が高い。

なお、ここでは遅延プロファイルの包絡線に２つの到来波にそれぞれ対応した極大値が得られる場合について説明したが、例えば時刻ｔ＝ｄの到来波がｔ＝０の到来波に比べて微弱で且つその到達時間差が小さい場合、ｔ＝０の到来波のサイドローブに埋もれて時刻ｔ＝ｄの到来波についての極大値が得られずその存在が把握できない場合がある。

このような場合であっても補正が可能となるように、サイドローブ補正手段３５は、図４に示したように、最初に極大値が最大となる到達時刻０の到来波（例えば直接波）についてのサイドローブ誤差の補正を行う。

このように、サイドローブ補正を段階的に行うことで、到達時刻０のような強い到来波のサイドローブに埋もれていて存在がわからなかった微弱な到来波が現れ、その包絡線が極大となる時刻と強度が把握できる。

上記で微弱な信号の到達時刻における測定結果の値は、サイドローブに埋もれ極大値をとる形ではないが、その値を用いて式（９）、（１０）の連立方程式を適用することができる。

また、サイドローブ誤差の補正を、極大値の大きい順に行うことで、複数の微弱な到来波の遅延プロファイルを得ることもできる。

また、前記実施形態では、到来波が２つの場合について説明したが、これは本発明を限定するものではなく、到来波が３つ以上の場合でも適用できる。その場合には上記した各式を到来波が３つ以上の場合に拡張すればよい。

また、微弱な到来波のサイドローブ誤差は、レベルが高い他の到来波の波形に大きな影響は与えないので、例えば強い２つの到来波と微弱な到来波が含まれている場合には、上記した処理で強い２つの到来波についてのサイドローブ誤差を抑圧することで、微弱な到来波の遅延プロファイルを得ることができる。

また、サイドローブ生成手段３０では、測定結果Ｄｔの時刻ｔ＝０、ｔ＝ｄの値から各到来波の真の強度を算出し、これを用いてサイドローブ誤差を求めているが、サイドローブの抑圧効果が多少低下するが、測定結果Ｄｔの時刻ｔ＝０、ｔ＝ｄの値を各到来波の強度と仮定して、サイドローブ誤差を求めてもよい。

本発明の実施形態の構成図 実施形態の動作を説明するための信号波形図 実施形態の動作を説明するための信号波形図 実施形態の動作を説明するための信号波形図 実施形態の動作を説明するための信号波形図

符号の説明

２０……遅延プロファイル測定装置、２１……遅延プロファイル測定部、３０……サイドローブ生成手段、３１……強度算出手段、３２……サイドローブ誤差算出手段、３５……補正手段

Claims (2)

1. 異なる伝搬路を経て到来したＯＦＤＭ方式の電波を受信し、該受信信号をサンプリングして演算処理を行うことにより、各到来波の到達タイミングと強度とを含む波形情報を遅延プロファイルとして求める遅延プロファイル測定部（２１）と、
   前記遅延プロファイル測定部の処理過程により前記遅延プロファイルの波形情報中に現れる到来波のサイドローブ誤差と等価なサイドローブデータを生成するサイドローブ生成手段（３０）と、
   前記サイドローブ生成手段によって生成されたサイドローブデータを用いて、前記遅延プロファイル測定部で得られた遅延プロファイルのサイドローブ誤差を抑圧補正する補正手段（３５）とを備えた遅延プロファイル測定装置。
2. 前記サイドローブ生成手段は、
   前記遅延プロファイル測定部で得られた遅延プロファイルの波形の包絡線が極大となる時刻とその極大値を用いて、サイドローブ誤差が無い理想状態における到来波の強度を算出する強度演算手段（３１）と、
   前記強度演算手段によって算出された到来波の強度を用いて、前記遅延プロファイル測定部で得られた遅延プロファイルに含まれるサイドローブ誤差の成分を求めるサイドローブ誤差算出手段（３２）とを有していることを特徴とする請求項１記載の遅延プロファイル測定装置。

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