JP2010226154A - Ｆｆｔ時間同期用相関器 - Google Patents

Abstract

【課題】雑音が多い低ＳＮＲにおいても良好にＦＦＴ窓同期を得る。
【解決手段】受信信号Ｓ２は、遅延回路１１により、有効ＯＦＤＭシンボルＳ長分遅延され、この遅延信号Ｓ１１が複素掛算手段１２へ出力される。複素掛算手段１２では、受信信号Ｓ２と遅延信号Ｓ１１との複素掛算を行う。この掛算結果Ｓ１２は、第１の積分手段１３により、積分されてガードインターバル長の移動平均相当が行われ、この積分結果Ｓ１３が第２の積分手段１４へ出力される。第２の積分手段１４は、ＯＦＤＭシンボル長を整数分の１にした時間区間において、積分結果Ｓ１３を周期的に積分し、その時間区間毎に積分結果Ｓ１４を出力する。この積分結果Ｓ１４は、第１のセレクタ１５で選択されてＮ個のフィルタ１６−１〜１６−ｎで平滑化され、第２のセレクタ１７により、フィルタ１６−１〜１６−ｎの並びに合わせ時間区間毎に選択され、相関値Ｓ１７が出力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex；直交周波数分割多重）変調方式により変調された信号を、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform；高速フーリエ変換）によりＯＦＤＭ復調する際に用いられるＦＦＴ窓位置を決定するための相関出力（即ち、ＦＦＴ入力信号の時間同期）を求めるＦＦＴ時間同期用相関器に関するものである。

従来、複数の直交サブキャリア（搬送波）を同時に伝送するＯＦＤＭ方式は、地上系デジタルテレビジョン放送システム（以下単に「地上デジタル放送」という。）等の種々の用途に使用可能である。

図５は、従来のＯＦＤＭ方式における伝送信号のフレーム構成図である。
各伝送シンボルは、ガードインターバル（サイクリックプリフィックスとも言う。）ＧＩと有効ＯＦＤＭシンボルＳとにより構成されている。ガードインターバルＧＩは、有効ＯＦＤＭシンボルＳの時間波形の後部Ｓａを抽出し、先頭にコピーしたものである。ＯＦＤＭ方式は、周期波形を用いる複数の周期波形を用いるため、ＯＦＤＭ変調波形の一部（後部Ｓａ）をコピーし、繰り返し波形として加えることで、マルチパス受信における耐性を強くしている。

図６は、従来のＯＦＤＭ復調器を示す概略の構成図である。
このＯＦＤＭ復調器は、アンテナ等から入力されたＯＦＤＭ信号Ｓｉｎの物理チャネルを選択してアナログベースバンド信号Ｓ１を出力する高周波（以下［ＲＦ」という。）部１を有し、この出力側に、アナログ／デジタル変換（以下「Ａ／Ｄ変換」という。）部２が接続されている。Ａ／Ｄ変換部２は、ＲＦ部１から出力されたアナログベースバンド信号Ｓ１をデジタルベースバンド信号である受信信号Ｓ２に変換する回路であり、この出力側に、ＦＦＴ時間同期用相関器３及びＦＦＴ部４が接続されている。

ＦＦＴ時間同期用相関器３は、受信信号Ｓ２を入力し、ガードインターバルＧＩ長分遅延した受信信号Ｓ２ａとの自己相関を取り、この相関値Ｓ３をＦＦＴ部４へ出力する回路である。ＦＦＴ部４は、相関値Ｓ３に基づき、受信信号Ｓ２を高速離散フーリエ変換して複素シンボルデータからなる受信データＳ４を出力するものであり、この出力側に、復号部５が接続されている。復号部５は、受信データＳ４を復号処理して復調データＳｏｕｔを出力するものである。

従来の相関器３は、対象の受信信号Ｓ２と有効ＯＦＤＭシンボル分遅延したガードインターバル長分の受信信号Ｓ２ａにて相関を取るものである。従来の時間同期は、この相関器３を用いて有効ＯＦＤＭシンボル周期の中で相関器出力の相関値Ｓ３が最も大きくなる時間位置を検出し、この時間位置を基準にＦＦＴ入力の窓位置を決定している。

例えば、下記の特許文献１には、有効ＯＦＤＭシンボル分だけ遅延させた信号と、遅延させないＯＦＤＭ信号との間で、相関を求めることによってシンボル同期を行う技術が開示されている。

特開平１１−１６３８２４号公報

しかしながら、従来のＦＦＴ時間同期用相関器３では、以下のような課題があった。
図７は、従来の相関器３における自己相関を示す図である。

従来の相関器３では、図７に示すように、受信信号Ｓ２に含まれる雑音電力の割合が大きくなる程、相関出力のＦＦＴ窓位置Ｔ１，Ｔ２を示す山のような波形が崩れ（低くなり）、相関値Ｓ３の最も大きい時間位置が安定しなくなる（即ち、受信信号Ｓ２における雑音電力の割合が大きくなる程、ＴＴＦ窓位置Ｔ１，Ｔ２を示す時間位置が認識し難くなる）。

雑音電力が大きい程、その時間位置の不安定さが増し、その結果、妥当なＦＦＴ窓位置Ｔ１，Ｔ２の取得が困難になる。妥当なＦＦＴ窓位置Ｔ１，Ｔ２の取得ができない場合、所望のＯＦＤＭシンボル情報の一部を取得せず、取得しなかった分の隣接する不要なＯＦＤＭシンボル情報の一部を取得することとなる。不要なＯＦＤＭシンボル情報は、雑音電力として復調されるため、受信特性が劣化する。

このように、雑音電力割合の大きい受信難な状況程、理想的なＦＦＴ窓位置Ｔ１，Ｔ２を取得することが困難となり、より特性劣化が生じやすい傾向にある。

本発明のＦＦＴ時間同期用相関器によれば、ＯＦＤＭ復調における時間同期を生成するＦＦＴ時間同期用相関器において、自己相関出力を、ＯＦＤＭシンボル長の整数分の１の時間区間において積分し、この積分結果を出力する積分手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、雑音が多い低い搬送波対雑音比（Carrier to Nosise ratio、以下「ＳＮＲ」という。）においても良好にＦＦＴ窓同期を得ることができる。しかも、積分手段を有しているので、回路の小型化も可能になる。

図１は本発明の実施例１におけるＦＦＴ時間同期用相関器を示す構成図である。 図２は図１中のフィルタ１６−１〜１６−ｎの動作を示す波形図である。 図３は本発明の実施例２におけるＦＦＴ時間同期用相関器を示す構成図である。 図４は本発明の実施例３におけるＦＦＴ時間同期用相関器を示す構成図である。 図５は従来のＯＦＤＭ方式における伝送信号のフレーム構成図である。 図６は従来のＯＦＤＭ復調器を示す概略の構成図である。 図７は従来の相関器３における自己相関を示す図である。

本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。

（実施例１の構成）
図１は、本発明の実施例１におけるＦＦＴ時間同期用相関器を示す構成図である。

このＦＦＴ時間同期用相関器１０は、例えば、従来の図６に示すＯＦＤＭ復調器において、従来の相関器３に代えて設けられるものである。

本実施例１のＦＦＴ時間同期用相関器１０は、受信信号Ｓ２を入力してこの受信信号Ｓ２を有効ＯＦＤＭシンボル長分遅延させた遅延信号Ｓ１１を出力する遅延回路１１を有し、この出力側に、複素掛算手段１２が接続されている。複素掛算手段１２は、受信信号Ｓ２と遅延信号Ｓ１１との複素掛算を行い、この掛算結果Ｓ１２を出力するものであり、この出力側に、第１の積分手段１３が接続されている。

第１の積分手段１３は、掛算結果Ｓ１２を積分してガードインターバル長の移動平均相当を行い、この積分結果Ｓ１３を出力するものであり、この出力側に、第２の積分手段１４が接続されている。第２の積分手段１４は、ある一定の時間区間において積分結果Ｓ１３を積分し、その一定時間区間毎に積分結果Ｓ１４を出力し、出力後に内部の値を初期化した後、継続する積分結果Ｓ１３を続けて積分するものであり、この出力側に、第１のセレクタ１５が接続されている。

第１のセレクタ１５は、積分結果Ｓ１４を複数の出力信号に切り替えるものであり、この出力側に、同一構成の複数のフィルタ１６−１〜１６−ｎが接続されている。複数のフィルタ１６−１〜１６−ｎは、第１のセレクタ１５の出力信号を得たときのみ動作するものであり、これらの出力側に、第２のセレクタ１７が接続されている。第２のセレクタ１７は、第１のセレクタ１５の切り替え周期と同様、且つ第１のセレクタ１５の出力信号に応じて動作するフィルタ１６−１〜１６−ｎの出力信号に連動し、これらのフィルタ１６−１〜１６−ｎの出力信号を切り替えて相関値Ｓ１７を出力するものである。

（実施例１の動作）
図２は、図１中のフィルタ１６−１〜１６−ｎの動作を示す波形図である。

従来の図６に示すＯＦＤＭ復調器において、アンテナ等から入力されたＯＦＤＭ信号Ｓｉｎは、ＲＦ部１により物理チャネルが選択されてアナログベースバンド信号Ｓ１が出力される。アナログベース信号Ｓ１は、Ａ／Ｄ変換部２によりデジタルベースバンド信号である受信信号Ｓ２に変換され、この受信信号Ｓ２が図６のＦＦＴ部４及び図１のＦＦＴ時間同期用相関器１０へ出力される。

図１のＦＦＴ時間同期用相関器１０において、入力された受信信号Ｓ２は、遅延回路１１により、有効ＯＦＤＭシンボル長分遅延され、この遅延信号Ｓ１１が複素掛算手段１２へ出力される。複素掛算手段１２では、受信信号Ｓ２と遅延信号Ｓ１１との複素掛算を行う。この掛算結果Ｓ１２は、第１の積分手段１３により、積分されてガードインターバル長の移動平均相当が行われ、この積分結果Ｓ１３が第２の積分手段１４へ出力される。

第２の積分手段１４は、ＯＦＤＭシンボル長（＝有効ＯＦＤＭシンボル長＋ガードインターバル長）を整数分（ここでは説明のためＮと定義）の１にした時間区間において、積分結果Ｓ１３を周期的に積分し、その時間区間毎に積分結果Ｓ１４を出力する。この積分結果Ｓ１４は、第１のセレクタ１５で選択されてＮ個のフィルタ１６−１〜１６−ｎへ順に出力され、このＮ個のフィルタ１６−１〜１６−ｎで平滑化される。Ｎ個のフィルタ１６−１〜１６−ｎは、図２に示すように、有効ＯＦＤＭシンボル長をＮ等分した時間位置にそれぞれ対応している。

Ｎ個のフィルタ１６−１〜１６−ｎで平滑化された信号は、第２のセレクタ１７により、フィルタ１６−１〜１６−ｎの並びに合わせ時間区間毎に選択され、相関値Ｓ１７が出力される。この相関値Ｓ１７は、図６のＦＦＴ部４に与えられる。

図６のＦＦＴ部４では、相関値Ｓ１７に基づき、受信信号Ｓ２を高速離散フーリエ変換して複素シンボルデータからなる受信データＳ４を復号部５へ出力する。復号部５は、受信データＳ４を復号処理して復調データＳｏｕｔを出力する。

（実施例１の効果）
本実施例２のＦＦＴ時間同期用相関器１０によれば、次の（１）〜（３）のような効果がある。

（１） 第２の積分手段１４により、ある１点の時間位置でなく、時間区間の合計とすることで、相関の強い時間位置付近程大きくなる。これにより、局部的に振幅が小さくなっても、周辺の相関値により、本来の相関が強い時間位置を含む時間区間の値がより大きくなりやすくなる。加えて、その後のフィルタ１６−１〜１６−ｎにより、同時間位置における相関との平滑化をすることで、雑音等により一時的に妥当でない時間位置に強い相関が得られたとしても、過去の相関結果を活かすことが可能となり、雑音を抑圧する作用が生じる。従って、本来の最大相関が得られる時間位置を含む時間区間の相関結果が最大となりやすく、従来のＦＦＴ時間同期用相関器３より、雑音耐性を高めることが可能となる。

（２） 本実施例１のＦＦＴ時間同期用相関器１０を、例えば、携帯電話機等の携帯機器を受信対象とする地上デジタル放送（ワンセグ（１ｓｅｇ））に使用されるＯＦＤＭ復調器に適用し、ワンセグの放送内に含まれる緊急地震警報を受信した場合、次のような効果が得られた。

緊急地震警報は、ワンセグの放送内に含まれる警報フラグである。緊急地震警報は、ワンセグのデータ受信が困難な低いＳＮＲで受信が可能となるようなデータ配列を有している。しかし、従来のＦＦＴ時間同期用相関器３を用いた場合は、このような低いＣＮＲにて安定した同期を得ることができない。これに対し、本実施例１のＦＦＴ時間同期用相関器１０を使用した場合、ＣＮＲ＝０ｄＢ以下の弱電界におけるＦＦＴ窓同期が可能となり、雑音が多い低ＣＮＲにおいても良好にＦＦＴ窓同期を得ることができ、その結果、緊急地震警報を受信することができた。

（３） 積分手段１４を持たない場合は、相関出力のＯＦＤＭシンボル長相当区間の分解能分のフィルタ数が必要となるが、本実施例２では、積分手段１４を設けているので、フィルタ１６−１〜１６−ｎの数を削減でき、回路の小型化も可能となる。

（実施例２の構成）
図３は、本発明の実施例２におけるＦＦＴ時間同期用相関器を示す構成図であり、実施例１を示す図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

本実施例２のＦＦＴ時間同期用相関器１０Ａでは、実施例１のＦＦＴ時間同期用相関器１０における遅延回路１１に代えて、アドレスデコーダ２０及びメモリ２１が設けられ、更に、実施例１の第１のセレクタ１５、フィルタ１６−１〜１６−ｎ、及び第２のセレクタ１７に代えて、これらと同様のフィルタ機能を奏する１個のフィルタ１６−１、アドレスデコーダ２２、及びメモリ２３が設けられている。

アドレスデコーダ２０は、図示しない制御回路等から与えられるアドレスを解読してメモリ２１の記憶領域を選択するための選択信号Ｓ２０をメモリ２１に与えるものである。メモリ２１は、選択信号Ｓ２０により選択される記憶領域において、入力される受信信号Ｓ２を記憶し、この読み出しを行って遅延信号Ｓ１１を出力するものであり、この出力側に、実施例１と同様の複素掛算手段１２が接続されている。

フィルタ１６−１は、第２の積分手段１４の出力側に接続されている。更に、フィルタ１６−１の入出力側に、メモリ２３が接続され、このメモリ２３に、アドレスデコーダ２２が接続されている。アドレスデコーダ２２は、図示しない制御回路等から与えられるアドレスを解読してメモリ２３の記憶領域を選択するための選択信号Ｓ２２をメモリ２３に与えるものである。メモリ２３は、選択信号Ｓ２２により選択される記憶領域において、入力されるフィルタ１６−１の出力信号を記憶し、この読み出しを行ってフィルタ１６−１へ与えるものである。このフィルタ１６−１から、実施例１と同様の相関結果Ｓ１７が出力される構成になっている。その他の構成は、実施例１と同様である。

（実施例２の動作）
入力された受信信号Ｓ２は、アドレスデコーダ２０の選択信号Ｓ２０に基づき、メモリ２１に記憶され、所定時間後に読み出されて、有効ＯＦＤＭシンボル長分遅延された遅延信号Ｓ１１が複素掛算手段１２へ出力される。複素掛算手段１２では、実施例１と同様に、受信信号Ｓ２と遅延信号Ｓ１１との複素掛算を行う。この掛算結果Ｓ１２は、第１の積分手段１３により、積分されてガードインターバル長の移動平均相当が行われ、この積分結果Ｓ１３が第２の積分手段１４へ出力される。第２の積分手段１４は、実施例１と同様に、ＯＦＤＭシンボル長（＝有効ＯＦＤＭシンボル長＋ガードインターバル長）を整数（Ｎ）分の１にした時間区間において、積分結果Ｓ１３を周期的に積分し、その時間区間毎に積分結果Ｓ１４を出力する。

積分結果Ｓ１４は、フィルタ１６−１で平滑化され、この平滑結果が、アドレスデコーダ２２の選択信号Ｓ２２に基づき、メモリ２３に記憶される。すると、このメモリ２３に記憶された制御信号により、次の積分結果Ｓ１４がフィルタ１６−１により平滑化され、この平滑結果が、メモリ２３に記憶される。このような動作がＮ回繰り返され、フィルタ１６−１から、実施例１と同様の相関値Ｓ１７が出力される。

（実施例２の効果）
本実施例２によれば、実施例１の遅延回路１１、セレクタ１５，１７及びフィルタ１６−２〜１６−ｎをメモリ２１，２３に置き換え、このメモリ２１，２３から実施例１と同様の時間関係を有する信号を出力する構成にしているので、実施例１と同様の性能が得られる。しかも、メモリ２１，２３を使用しているので、回路を簡素化できて小型化の実現が可能となる。

（実施例３の構成）
図４は、本発明の実施例３におけるＦＦＴ時間同期用相関器を示す構成図であり、実施例２を示す図３中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

本実施例３のＦＦＴ時間同期用相関器１０Ｂでは、実施例２のフィルタ１６−１の出力側に、補間フィルタ２４を設けている。補間フィルタ２４は、時間区間の周期で出力されるフィルタ１６−１の出力信号を補間し、時間区間より短い周期の相関結果Ｓ１７ａを生成するものである。その他の構成は、実施例２と同様である。

（実施例３の動作）
フィルタ１６−１の出力までの動作は、実施例２と同様である。フィルタ１６−１の出力信号は、積分手段１７の積分周期と同様の時間区間は変動しないものである。フィルタ１６−１の出力信号を相関結果Ｓ１７としてＦＦＴ窓位置を決定する場合、時間区間より短い精度の位置を決めるためには、フィルタ１６−１の出力信号が最大となる時間位置情報を、別途フィルタにて平滑化する必要がある。このフィルタのように過去の時間位置を用いて平滑化する場合、理想的な時間位置を得るまでに非常に長い時間分の相関結果Ｓ１７を必要とする。そのため、予め理想的な時間位置になるよう時間区間より短い精度の位置を出力するよう、補間フィルタ２４により、フィルタ１６−１の出力信号を用いて相関結果Ｓ１７ａを生成している。

（実施例３の効果）
本実施例３によれば、補間フィルタ２４を設けたので、フィルタ１６−１の出力信号より理想的な時間位置に近い相関結果Ｓ１７ａを得ることができる。そのため、相関値Ｓ１７ａの最大値の時間位置を用いた平滑化が短期間でできるようになる。従って、より早く理想的なＦＦＴ窓時間位置を得ることができる。

（変形例）
本発明は、上記実施例１〜３に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（ａ）〜（ｃ）のようなものがある。

（ａ） 図３のメモリ２３は、フィルタ１６−１の出力信号ではなく、積分手段１４の積分結果Ｓ１４を記憶するか、あるいは、フィルタ１６−１の出力信号及び積分結果Ｓ１４を記憶する構成にする等、他のフィルタ構造に変えても、上記と同様の作用効果を奏することができる。

（ｂ） 図４の補間フィルタ２４を図１のセレクタ１７の出力側に設け、この補間フィルタ２４により、セレクタ１７から出力される補間値Ｓ１７を補間し、ＯＦＤＭシンボルの整数分の１の周期より短い周期にて補間された相関値Ｓ１７ａを出力する構成にしてもよい。これにより、実施例２とほぼ同様の作用効果を奏することができる。

（ｃ） 図６のＯＦＤＭ復調器は、ＯＦＤＭ信号Ｓｉｎの種類に対応して他の復調構成に変更してもよい。又、本発明は、緊急地震警報に限らず、ＯＦＤＭ全般に適応が可能である。

４ ＦＦＴ部
１０，１０Ａ，１０Ｂ 相関器
１１ 遅延回路
１２ 複素掛算手段
１３，１４ 積分手段
１５，１７ セレクタ
１６−１〜１６−ｎ フィルタ
２１，２３ メモリ
２４ 相関フィルタ

Claims (6)

1. ＯＦＤＭ復調における時間同期を生成するＦＦＴ時間同期用相関器において、
   自己相関出力を、ＯＦＤＭシンボル長の整数分の１の時間区間において積分し、この積分結果を出力する積分手段を有することを特徴とするＦＦＴ時間同期用相関器。
2. 請求項１記載のＦＦＴ時間同期用相関器は、メモリを用いて構成されていることを特徴とするＦＦＴ時間同期用相関器。
3. 請求項１又は２記載のＦＦＴ時間同期用相関器は、更に、
   前記積分結果を、前記ＯＦＤＭシンボル長を整数分にて分割した時間位置に相当するフィルタ又はフィルタ機能にて平滑化し、この平滑結果を出力する平滑手段を有することを特徴とするＦＦＴ時間同期用相関器。
4. 前記平滑手段は、メモリを用いて構成されていることを特徴とする請求項３記載のＦＦＴ時間同期用相関器。
5. 請求項３又は４記載のＦＦＴ時間同期用相関器は、更に、
   前記平滑結果を、前記ＯＦＤＭシンボル長の整数分の１の周期で順番に選択して出力する選択手段を有することを特徴とするＦＦＴ時間同期用相関器。
6. 請求項２〜５のいずれか１項に記載のＦＦＴ時間同期用相関器は、更に、
   前記ＦＦＴ時間同期用相関器の出力信号を補間し、前記ＯＦＤＭシンボルの整数分の１の周期より短い周期にて補間結果を出力する補間フィルタを有することを特徴とするＦＦＴ時間同期用相関器。

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