JP2013021465A - ワイヤレスマイク用ｏｆｄｍ送信装置及び受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パイロット信号の挿入比率をワイヤレスマイクシステム用に最適化し、伝送効率を向上させる。
【解決手段】ワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置１は、デジタルの音声信号を、キャリアごとにＩＱ平面へのマッピングを行ってキャリア変調信号を生成するキャリア変調部１４２と、前記キャリア変調信号に対してパイロット信号を挿入して配置し、ＯＦＤＭセグメントフレームを生成するＯＦＤＭフレーム構成部１４３とを備え、ＯＦＤＭフレーム構成部１４３は、パイロット信号のシンボル方向の挿入間隔を、パイロット信号のシンボル方向の挿入間隔にＯＦＤＭ信号の有効シンボル長を乗じた値がフェージング周期の１／１００以下となるように設定し、パイロット信号のキャリア方向の挿入間隔を、ＯＦＤＭ信号の有効シンボル長を反射波の最大遅延時間で除した値に前記パイロット信号のシンボル方向の挿入間隔を乗じた値以下となるように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルの音声信号をＯＦＤＭ変調方式により送受信するワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置及び受信装置に関するものである。

従来、ワイヤレスマイクの伝送方式として、アナログ方式とデジタル方式がある。非特許文献１には「特定ラジオマイクの陸上移動局の無線設備」について策定された標準規格が記されており、非特許文献２には「特定小電力無線局ラジオマイク用無線設備」について策定された標準規格が記されている。

アナログ方式のワイヤレスマイクは、遅延時間が少なく、現在広く用いられているが、障害物で途切れやすい、伝送距離が短い、干渉しやすいという問題がある。そのため、屋外やコンサートホールなどで高品質の音声を提供するには、デジタル方式のワイヤレスマイクを用いる必要がある。

例えば、特許文献１には、デジタル方式で音声を圧縮符号化して伝送するワイヤレスマイクシステムが開示されている。図７はこのような従来のワイヤレスマイクシステムの構成を示すブロック図である。ワイヤレスマイク送信装置３は、マイク３１と、Ａ／Ｄ変換部３２と、圧縮符号化部３３と、インターリーブ・誤り訂正部３４と、変調部３５と、Ｄ／Ａ変換部３６と、送信周波数変換部３７と、送信アンテナ３８とを備える。ワイヤレスマイク送信装置３は、Ａ／Ｄ変換部３２によりマイク３１から入力されるアナログの音声信号をデジタル信号に変換し、圧縮符号化部３３によりデジタル信号を圧縮符号化し、インターリーブ・誤り訂正部３４によりインターリーブ及び誤り訂正を行う。続いて、ワイヤレスマイク送信装置３は、変調部３５により例えばπ／４シフトＤＱＰＳＫ変調方式で変調し、Ｄ／Ａ変換部３６により変調信号をアナログ信号に変換し、送信周波数変換部３７により送信周波数に変換し、送信アンテナ３８に出力する。

ワイヤレスマイク受信装置４は、受信アンテナ４１と、受信周波数変換部４２と、Ａ／Ｄ変換部４３と、復調部４４と、デインターリーブ・誤り訂正部４５と、伸張復号部４６と、Ｄ／Ａ変換部４７と、スピーカ４８とを備える。ワイヤレスマイク受信装置４は、受信周波数変換部４２により受信アンテナ４１から入力される信号を周波数変換し、Ａ／Ｄ変換部４３によりデジタル信号に変換し、復調部４４により、送信側で変調された変調信号を復調し、デインターリーブ・誤り訂正部４５によりデインターリーブ及び誤り訂正を行う。続いて、ワイヤレスマイク受信装置４は、伸張復号部４６により、送信側で圧縮された信号を伸張し、Ｄ／Ａ変換部４７により伸張信号をアナログ信号に変換し、スピーカ４８に出力する。

しかし、従来のデジタル方式のワイヤレスマイクシステムでは、周波数帯域を節約するために、圧縮符号化部３３により圧縮処理を行い、伸張復号部４６により圧縮処理された信号の伸張処理を行っており、これらの処理による遅延時間が生じている。図７に示した従来のデジタル方式のワイヤレスマイクシステムでは、ワイヤレスマイク送信装置３とワイヤレスマイク受信装置４で合わせて約３ｍｓの遅延時間が生じている。そのうち、圧縮符号化部３３の圧縮処理及び伸張復号部４６の伸張処理による遅延時間は、合計で約１ｍｓであると言われている。また、屋外や移動しながらワイヤレスマイクを使用する場合には、マルチパスによるフェージングが発生し、品質が低下する。そのため、デジタルの音声信号をＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）変調方式により変調して伝送することが考えられる。

特開平１０−１５０６９２

「特定ラジオマイクの陸上移動局の無線設備」、ＡＲＩＢ ＲＣＲ ＳＴＤ−２２、社団法人電波産業会 「特定小電力無線局ラジオマイク用無線設備」、ＡＲＩＢ ＲＣＲ ＳＴＤ−１５、社団法人電波産業会

ＯＦＤＭ変調方式により信号を伝送する場合、位相及び振幅が既知である基準信号をパイロット信号として特定のキャリアシンボル位置に挿入することができる。図６は、地上デジタルテレビジョン放送の放送方式であるＩＳＤＢ−Ｔ（Integrated Services Digital Broadcasting−Terrestrial）方式やＤＶＢ−Ｔ（Digital Video Broadcasting−Terrestrial）方式におけるパイロット信号の配置を示す図である。図中において、Ｓはスキャッタードパイロット（Scattered Pilot:ＳＰ）信号を示し、その他はデータ信号を示している。ＳＰ信号は、信号生成時の振幅及び位相が既知であるため、受信側において伝送路特性を推定することができる。ｐを非負整数、ｉをシンボル番号、ｋをＳＰ信号が配置されるキャリアシンボル位置とすると、ＳＰ信号は次式（１）を満たすキャリアシンボル位置に配置される。

ｋ＝３×（ｉｍｏｄ４）＋１２ｐ （１）
ここで、（ｉｍｏｄ４）は、シンボル番号ｉを４で除した余りを示す。

すなわち、図６に示すように、あるシンボルにおける信号を注目したとき、ＳＰ信号はキャリア方向に１２キャリアごとに配置される。そして、１シンボル進むごとに、ＳＰ信号は３キャリア分だけキャリア方向にシフトして配置される。このようなＩＳＤＢ−Ｔ方式では、ＳＰ信号の挿入比率は高く、データの伝送効率は１１／１２（９１．７％）である。なお、実際にはＳＰ信号以外のパイロット信号も挿入されるため、さらに伝送効率は悪くなる。また、地上デジタルテレビジョン放送とワイヤレスマイクシステムとでは使用される環境が異なり、満たすべき各設定条件は異なるものとなる。

本発明の目的は、上記課題を解決するため、パイロット信号の挿入比率をワイヤレスマイクシステム用に最適化し、伝送効率を向上させることが可能なワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置及び受信装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係るワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置は、デジタルの音声信号をＯＦＤＭ変調方式により変調したＯＦＤＭ信号を送信するワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置であって、デジタルの音声信号を、キャリアごとに所定の変調方式に応じてＩＱ平面へのマッピングを行い、キャリア変調信号を生成するキャリア変調部と、前記キャリア変調信号に対して、パイロット信号を挿入して配置し、ＯＦＤＭセグメントフレームを生成するＯＦＤＭフレーム構成部と、を備え、前記ＯＦＤＭフレーム構成部は、パイロット信号のシンボル方向の挿入間隔を、パイロット信号のシンボル方向の挿入間隔にＯＦＤＭ信号の有効シンボル長を乗じた値が、最大ドップラー周波数の逆数であるフェージング周期の１／１００以下となるように設定し、パイロット信号のキャリア方向の挿入間隔を、ＯＦＤＭ信号の有効シンボル長を反射波の最大遅延時間で除した値に、前記パイロット信号のシンボル方向の挿入間隔を乗じた値以下となるように設定することを特徴とする。

さらに、本発明に係るワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置において、前記ＯＦＤＭフレーム構成部は、ＯＦＤＭ信号の帯域幅を複数のセグメントに分割した各セグメントの１本のキャリアに、ＴＭＣＣ信号及びＳＰ信号を第１のＴＭＣＣ／ＳＰ信号として配置し、さらに、各チャンネルの最も周波数が高いキャリア又は最も周波数が低いキャリアに、ＴＭＣＣ信号及びＳＰ信号を第２のＴＭＣＣ／ＳＰ信号として配置し、前記第１のＴＭＣＣ／ＳＰ信号と前記第２のＴＭＣＣ／ＳＰ信号とは、シンボル方向にＴＭＣＣ信号及びＳＰ信号の配置が同一であることを特徴とする。

さらに、本発明に係るワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置において、前記ＯＦＤＭフレーム構成部は、１セグメントあたりのデータキャリア数を、全帯域内のデータキャリア数をセグメント数で除した値とすることを特徴とする。

さらに、本発明に係るワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置において、デジタルの音声信号をブロック単位で入力し、ブロックごとに内符号化して内符号を生成する内符号符号化部と、前記内符号符号化部に入力されるブロック単位のデータのビット数をＮｏ、前記内符号の符号化率をＲｉ、前記ＯＦＤＭ信号の変調多値数をＭ、前記ＯＦＤＭ信号のデータキャリア数をＮｄとしたとき、Ｎｏ＝Ｒｉ×Ｍ×Ｎｄとなるように、前記Ｎｏ，前記Ｒｉ，前記Ｍ，及び前記Ｎｄを設定する送信パラメータ設定部と、を備え、前記キャリア変調部は、前記内符号符号化部により内符号化されたデジタルの音声信号を、キャリアごとに所定の変調方式に応じてＩＱ平面へのマッピングを行い、キャリア変調信号を生成することを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明に係るワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ受信装置は、上述のワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置により送信されるＯＦＤＭ信号を受信し、デジタルの音声信号を生成することを特徴とする。

本発明によれば、パイロット信号の挿入比率をワイヤレスマイクシステム用に最適化し、伝送効率を向上させることができるようになる。

本発明による一実施形態のワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置の構成を示すブロック図である。 本発明による一実施形態のワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ受信装置の構成を示すブロック図である。 本発明による一実施形態のワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置における第１の信号配置の例を示す図である。 本発明による一実施形態のワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置における第２の信号配置の例を示す図である。 本発明による一実施形態のワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置のパラメータ例を示す図である。 従来の地上デジタルテレビジョン放送のパイロット信号の配置を示す図である。 従来のデジタル方式のワイヤレスマイクシステムの構成を示すブロック図である。

以下、本発明による実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［ワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置］
図１は、本発明によるワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、ワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置１は、マイク１１と、Ａ／Ｄ変換部１２と、インターリーブ・誤り訂正部１３と、ＯＦＤＭ変調部１４と、Ｄ／Ａ変換部１５と、送信周波数変換部１６と、送信アンテナ１７と、送信パラメータ設定部１８と、水晶発振器１９（１９−１〜１９−ｎ）と、クロック供給部２０とを備える。インターリーブ・誤り訂正部１３は、外符号符号化部１３１と、インターリーブ部１３２と、内符号符号化部１３３とを備え、ＯＦＤＭ変調部１４は、Ｓ／Ｐ変換部１４１と、キャリア変調部１４２と、ＯＦＤＭフレーム構成部１４３と、ＩＦＦＴ部１４４と、ＧＩ付加部１４５とを備える。

Ａ／Ｄ変換部１２は、マイク１１から入力されるアナログの音声信号をデジタル信号に変換し、外符号符号化部１３１に出力する。

外符号符号化部１３１は、ＲＳ符号、ＢＣＨ符号、差集合巡回符号、あるいは、ＣＲＣを付けてインターリーブ部１３２に出力する。これは、受信側で誤り訂正を行うため、あるいは誤り検出を行い、誤ったブロックに対してコンシールメントをかけるためである。特に、ＢＣＨ符号を用いることで、遅延時間を少なくすることができる。例えば、ＲＳ（２０４，１８８）符号の場合、符号１ブロックに含まれるビット数は、２０４（バイト）×８（ビット／バイト）＝１６３２ビットであり、符号化及び復号による遅延時間は１３１０μｓとなる。これに対し、ＢＣＨ（１４４，１２８）符号の場合、符号１ブロックに含まれるビット数が１４４ビットであり、符号化及び復号による遅延時間は１１５μｓである。ブロック符号化により、情報長Ｋｏのデータから符号長Ｎｏの符号が生成される場合、この符号を（Ｎｏ，Ｋｏ）符号と表し、Ｒｏ＝Ｋｏ／Ｎｏを符号化率という。符号長Ｎｏは、外符号化後のブロック長を意味する。なお、後述する内符号の符号化率と区別するために、外符号の符号化率Ｒｏを外符号化率と称する。

インターリーブ部１３２は、誤り訂正の効率を上げるために、外符号符号化部１３１から入力される外符号の順序を並び替え、内符号符号化部１３３に出力する。

内符号符号化部１３３は、インターリーブ部１３２から入力される信号を内符号化（例えば、畳み込み符号化）し、Ｓ／Ｐ変換部１４１に出力する。一般に、内符号化により、情報長Ｋｉのデータから符号長Ｎｉの符号が生成される場合、Ｒｉ＝Ｋｉ／Ｎｉを符号化率という。なお、前述した外符号化率（外符号化率）と区別するために、内符号の符号化率Ｒｉを内符号化率と称する。

Ｓ／Ｐ変換部１４１は、内符号符号化部１３３から入力される内符号を、内部に備えるメモリなどの記憶領域に一時的に記憶し、所定のデータ数に達した時点でパラレルデータに変換してキャリア変調部１４２に出力する。例えば、キャリア数がＮｄで、各キャリアの変調方式の変調多値数がＭの場合には、Ｍビットずつ、Ｎｄ本の信号に変換する。

キャリア変調部１４２は、Ｓ／Ｐ変換部１４１からＭビットごとにパラレル入力される信号に対し、キャリアごとに所定の変調方式（変調多値数Ｍ）に応じてＩＱ平面へのマッピングを行い、キャリア変調信号を生成し、ＯＦＤＭフレーム構成部１４３に出力する。

ＯＦＤＭフレーム構成部１４３は、キャリア変調部１４２から入力されるキャリア変調信号に対して、パイロット信号を挿入して配置することによりＯＦＤＭセグメントフレームを生成し、ＩＦＦＴ部１４４に出力する。ここで、パイロット信号には、ＳＰ信号、及びシンボル方向に連続する基準信号であるＣＰ（Continual Pilot）信号が含まれる。さらに、パイロット信号に制御情報を伝送するための信号であるＴＭＣＣ（Transmission and Multiplexing Configuration Control）信号や、付加情報を伝送するための信号であるＡＣ（Auxiliary Channel）信号を含めてもよい。パイロット信号の配置例については後述する。

ＩＦＦＴ部１４４は、ＯＦＤＭフレーム構成部１４３から入力されるＯＦＤＭセグメントフレームに対して、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆高速フーリエ変換）処理を施して有効シンボル信号を生成し、ＧＩ付加部１４５に出力する。

ＧＩ付加部１４５は、ＩＦＦＴ部１４４から入力される有効シンボル信号の先頭に、有効シンボル信号の後半部分をコピーしたガードインターバルを挿入し、送信レート調整バッファメモリ１４５に出力する。ガードインターバルは、ＯＦＤＭ信号を受信する際にシンボル間干渉を低減させるために挿入されるものであり、マルチパス遅延波の遅延時間がガードインターバル長を超えないように設定される。

Ｄ／Ａ変換部１５は、送信レート調整バッファメモリ１４５から入力されるデジタル信号をアナログ信号に変換する。送信周波数変換部１６は、Ｄ／Ａ変換部１５から入力されるアナログ信号を、送信周波数に変調し、電力増幅して送信アンテナ１７に出力し、送信アンテナ１７を介して受信側に変調信号を送信する。

送信パラメータ設定部１８は、パラメータとして、外符号符号化部１３１に対して情報長Ｋｏ及び符号長Ｎｏを設定し、インターリーブ部１３２に対してインターリーブパラメータを設定し、内符号符号化部１３３に対して内符号化率Ｒｉを設定し、Ｓ／Ｐ変換部１４１に対して変調多値数Ｍ及びデータキャリア数Ｎｄを設定し、キャリア変調部１４２に変調方式の種別及びデータキャリア数Ｎｄを設定し、ＩＦＦＴ部１４４にＦＦＴポイント数、変調多値数Ｍ、及びデータキャリア数Ｎｄを設定し、ＧＩ付加部１４５にガードインターバル比を設定する。なお、変調方式の種別ごとに変調多値数Ｍが異なる場合には、キャリア変調部１４２に変調多値数Ｍを設定してもよいのは勿論である。

ここで、外符号符号化部１３１による外符号の符号長をＮｏとすると、外符号符号化部１３１から出力される1ブロックあたりのデータ量aは、Ｎｏ（単位はビット）と等しい。また、内符号符号化部１３３による内符号化率をＲｉ、キャリア変調部１４２における変調方式の変調多値数をＭ、ＯＦＤＭ信号のキャリア数をＮｄとすると、ＯＦＤＭ信号１シンボルあたりのデータ量ｂは、Ｒｉ×Ｍ×Ｎｄ（単位はビット）で表される。

ａ＝ｂの場合、外符号符号化部１３１、インターリーブ部１３２からブロック単位で処理するごとに出力される符号長のａビットと、内符号符号化部１３３、ＯＦＤＭ変調部１４にてシンボル単位で処理すべきデータ量のｂビットが等しいため、内符号符号化部１３３、ＯＦＤＭ変調部１４は、外符号符号化部１３１、インターリーブ部１３２から出力されるａビット（＝ｂビット）のデータをバッファに蓄積後、直ちに内符号符号化処理、ＯＦＤＭ変調処理を実行することができる。そこで、送信パラメータ設定部１８は、次式（２）を満たすようにパラメータを制御し、設定する。

Ｎｏ＝Ｒｉ×Ｍ×Ｎｄ （２）

なお、外符号化率Ｒｏ＝１とすることも可能であり、この場合には、外符号符号化部１３１は不要となり、内符号符号化部１３３は、デジタルの音声信号をブロック単位で入力し、ブロックごとに内符号化して内符号を生成する。この場合、パラメータは、内符号符号化部に入力されるブロック単位のデータのビット長をＮｏとして、式（２）を満たすように設定される。

このように、送信パラメータ設定部１８が、Ｎｏ＝Ｒｉ×Ｍ×Ｎｄとなるようにパラメータを設定することにより、ＯＦＤＭ信号を連続して生成することができるため、送信レート調整用のバッファメモリは不要となり、外符号符号化部１３１、インターリーブ部１３２に入力されるデータに対する、内符号符号化部１３３、ＯＦＤＭ変調部１４から出力されるデータの遅延を少なくすることができる。

クロック供給部２０は、ＯＦＤＭ信号のキャリアのシンボルレートに応じて水晶発振器１９を選択してクロックを生成し、インターリーブ・誤り訂正部１３、及びＯＦＤＭ変調部１４にクロックを供給する。

［ワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ受信装置］
次に、本発明によるワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ受信装置について説明する。図２は、本発明によるワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ受信装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように、ワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ受信装置２は、受信アンテナ２１と、受信周波数変換部２２と、Ａ／Ｄ変換部２３と、ＯＦＤＭ復調部２４と、デインターリーブ・誤り訂正部２５と、Ｄ／Ａ変換部２６と、スピーカ２７と、受信パラメータ設定部２８と、水晶発振器２９（２９−１〜２９−ｎ）と、クロック供給部３０とを備える。ＯＦＤＭ復調部２４はＧＩ除去部２４１と、ＦＦＴ部２４２と、キャリア復調部２４３と、Ｐ／Ｓ変換部２４４とを備え、デインターリーブ・誤り訂正部２５は、内符号復号部２５１と、デインターリーブ部２５２と、外符号復号部２５３とを備える。

受信周波数変換部２２は、受信アンテナ２１で受信した音声信号を電力増幅し、中間周波数のデータに周波数変換し、Ａ／Ｄ変換部２３に出力する。Ａ／Ｄ変換部２３は、受信周波数変換部２２から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、パラメータ情報を受信パラメータ設定部２８に出力し、ＧＩ除去部２４１に出力する。

ＧＩ除去部２４１は、Ａ／Ｄ変換部２３から入力されるにデジタル信号対して、ガードインターバルを除去して有効シンボルを抽出し、ＦＦＴ部２４２に出力する。

ＦＦＴ部２４２は、ＧＩ除去部２４１から入力される有効シンボルに対して、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）処理を施し、キャリア復調部２４３に出力する。

キャリア復調部２４３は、ＦＦＴ部２４２から入力される信号に対して、キャリアごとに復調を行い、Ｐ／Ｓ変換部２４４に出力する。復調する際には、ＳＰ信号を抽出し、基準値（既知の振幅と位相）と比較することにより、ＳＰ信号の存在するキャリアの伝送路特性を算出し、算出した伝送路特性を時間方向および周波数方向に補間し、全てのＯＦＤＭキャリアの伝送路特性の推定値を算出する。

Ｐ／Ｓ変換部２４４は、キャリア復調部２４３からパラレル入力される信号を、シリアル信号に変換する。

内符号復号部２５１は、Ｐ／Ｓ変換部２４４から入力される内符号を内符号復号して外符号を生成し、デインターリーブ部２５２に出力する。なお、送信側で畳み込み符号化により内符号化されている場合には、内符号復号部２５１は、ビタビ復号を行って誤り訂正し、デインターリーブ部２５２に出力する。

デインターリーブ部２５２は、内符号復号部２５１から入力される外符号に対してデータの順序を並び替え、受信レート調整バッファメモリ２５４に出力する。

外符号復号部２５３は、ワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置１の外符号符号化部１３１にてＢＣＨ符号等の外符号を用いて符号化された符号を復号する。なお、ワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置１が、外符号化率Ｒｏ＝１として外符号符号化部１３１を設けていない場合には、同様に外符号復号部２５３も不要となる。

Ｄ／Ａ変換部２６は、外符号復号部２５３から入力されるデジタル信号をアナログ信号に変換し、スピーカ２７に出力する。

受信パラメータ設定部２８は、ワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置１に設定するパラメータと同じパラメータを、各ブロックに設定する。例えば、ＧＩ除去部２４１に対してガードインターバル比を設定し、ＦＦＴ部２４２に対してＦＦＴポイント数、変調多値数Ｍ、及びデータキャリア数Ｎｄを設定し、キャリア復調部２４３に対して変調方式の種別（変調多値数Ｍ）及びデータキャリア数Ｎｄを設定し、内符号復号部２５１に対して内符号化率Ｒｉを設定し、デインターリーブ部２５２に対してインターリーブパラメータを設定する。外符号復号部２５３に対して情報長Ｋｏ及び符号長Ｎｏを設定する。なお、パラメータはワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置１から受信するようにしてもよいし、ＴＭＣＣ信号からパラメータ情報を取得するようにしてもよい。

ここで、受信パラメータ設定部２８が設定するパラメータは、式（２）のＮｏ＝Ｒｉ×Ｍ×Ｎｄという条件を満たしているため、ワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置１と同様に、受信レート調整用のバッファメモリは不要となる。

クロック供給部３０は、ＯＦＤＭ信号のキャリアのシンボルレート（パラメータの設定モード）に応じて水晶発振器２９を選択してクロックを生成し、ＯＦＤＭ復調部２４、及びデインターリーブ・誤り訂正部２５にクロックを供給する。

［有効シンボル長］
次に、本発明に係るワイヤレスマイクシステムにおけるＯＦＤＭ信号のシンボル長について、送受信間の遅延時間、すなわちワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置１のマイク１１に入力された音声がワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ受信装置２のスピーカ２７から出力されるまでの遅延時間、及びマルチパスによる基本波に対する反射波の遅延時間の観点から最適な値を検討する。

まず、送受信間の遅延時間について検討する。主観評価によると、送受信間による遅延時間が２ｍｓ程度以下になると、遅延を検知しにくくなり、遅延はほぼ気にならなくなると言われている。そこで、本実施例では、送受信間の遅延時間が２ｍｓ以下となるように有効シンボル長Ｔｕを決定する。Ａ/Ｄ変換部１２による遅延時間は約４００μｓ、Ｄ/Ａ変換部２６による遅延時間が約４００μｓである。外符号符号化部１３１及び外符号復号部２５３による合計の遅延時間は、ＢＣＨ符号を用いた場合、約１１５μｓである。インターリーブ部１３２及びデインターリーブ部２５２による合計の遅延時間は、約１２５μｓである。内符号符号化部１３３及び内符号復号部２５１の遅延時間の合計は、約２７０μｓである。すると、送受信全体での遅延時間を２ｍｓ以下とするためには、ＯＦＤＭ変調部１４及びＯＦＤＭ復調部２４の遅延時間の合計Ｔ_ＯＦＤＭを６９０μｓ以下とする必要がある。ＯＦＤＭ変調部１４及びＯＦＤＭ復調部２４の処理に、３シンボル長程度の遅延時間が生じるため、有効シンボル長Ｔｕは、次式（３）の条件を満たす必要がある。

Ｔｕ≦Ｔ_ＯＦＤＭ／３ （３）

次に、マルチパスによる最大遅延時間について検討する。伝搬距離差の最大値をＬとすると、反射波の最大遅延時間τは、光速ｃを用いて、τ＝Ｌ／ｃで表される。ワイヤレスマイクの使用環境下では、無指向のアンテナを使用した場合でも、直接波と反射波との最大伝搬距離差Ｌは２０００ｍ程度である。マルチパスによるフェージングを防止するためには、有効シンボル長Ｔｕを遅延分散の１０倍程度以上にする必要がある。よって、有効シンボル長Ｔｕは、次式（４）の条件を満たす必要がある。なお、有効シンボル長Ｔｕを遅延分散の１０倍程度以上にする必要がある点については、例えば、庄納 崇、「インプレス標準教科書シリーズ ＷｉＭＡＸ教科書」、インプレスＲ&Ｄ、2008年7月16日、P7１の記載を参照されたい。

Ｔｕ≧τ×１０＝１０Ｌ／ｃ （４）

式（３）においてＴ_ＯＦＤＭ≦６９０［μｓ］とし、式（４）においてＬ＝２０００［ｍ］とすると、有効シンボル長Ｔｕは、次式（５）を満たす範囲に設定する必要がある。

６６．６［μｓ］≦Ｔｕ≦２３０［μｓ］ （５）

［ＳＰ信号の挿入間隔］
次に、ＳＰ信号のシンボル方向（時間方向）の挿入間隔について検討する。移動受信をすると、移動のためドップラー効果によりキャリア間の干渉が発生する。このキャリア間の干渉を補償するために、ＯＦＤＭフレーム構成部１４３は、時間方向にＳＰ信号を挿入する。

移動受信によるドップラーシフトによる伝送特性の劣化の影響を防ぐには、有効シンボル長Ｔｕは、フェージング周期Ｔｆの１／１００程度以下にする必要がある。フェージング周期Ｔｆは、最大ドップラー周波数ｆｄの逆数であり、最大ドップラー周波数ｆｄは、移動速度ｖと搬送周波数ｆｃと光速ｃを用いて次式（６）で表される。なお、有効シンボル長Ｔｕをフェージング周期Ｔｆの１／１００程度以下にする必要がある点については、例えば、庄納 崇、「インプレス標準教科書シリーズ ＷｉＭＡＸ教科書」、インプレスＲ&Ｄ、2008年7月16日や、Young-Cheol YU, M, OKADA and H. YAMAMOTO, “Dipole Array Antenna Assisted Doppler Spread Compensator with MRC Diversity for ISDB-T Receiver.”, Vol.E90-B, No.5, IEICE TRANS. COMMUN, May 2007の記載を参照されたい。

ｆｄ＝ｖ×ｆｃ／ｃ （６）

ただし、受信側では受信したＯＦＤＭ信号をシンボル方向に零次ホールドすることにより、見かけ上キャリア方向の挿入間隔を狭くし、伝送路応答に用いるＳＰ信号の数を増やすことが可能である。例えば、図６に示した従来のＩＳＤＢ−Ｔ方式の場合、０次ホールドにより、見かけ上のＳＰ信号のキャリア方向の挿入間隔を３シンボルおきとしている。このように、受信側で０次ホールドする場合には、ＳＰ信号のシンボル方向挿入間隔Ｉｔは、次式（７）の条件を満たす必要がある。すなわち、ＯＦＤＭフレーム構成部１４３は、ＳＰ信号のシンボル方向の挿入間隔Ｉｔを、ＳＰ信号のシンボル方向の挿入間隔ＩｔにＯＦＤＭ信号の有効シンボル長Ｔｕを乗じた値が、最大ドップラー周波数ｆｄの逆数であるフェージング周期Ｔｆの１／１００以下となるように設定する。

Ｉｔ×Ｔｕ≦Ｔｆ／１００ （７）

次に、ＳＰ信号のキャリア方向（周波数方向）の挿入間隔について検討する。ＳＰ信号のキャリア方向の挿入間隔Ｉｆは、有効シンボル長Ｔｕを反射波の最大遅延時間τで除したＴｕ／τ以下とする必要がある。ただし、上述したように、受信側ではシンボル方向に０次ホールドすることが可能であり、この場合には、ＳＰ信号のキャリア方向挿入間隔Ｉｆは、次式（８）の条件を満たす必要がある。すなわち、ＯＦＤＭフレーム構成部１４３は、ＳＰ信号のキャリア方向の挿入間隔Ｉｆを、ＯＦＤＭ信号の有効シンボル長Ｔｕを反射波の最大遅延時間τで除した値に、ＳＰ信号のシンボル方向の挿入間隔Ｉｔを乗じた値以下となるように設定する。

Ｉｆ≦（Ｔｕ／τ）×Ｉｔ （８）

マイクを使用して音声を伝送する状況では、携帯電話による受信のように乗物に乗って移動している環境を想定する必要は無く、大人が早歩き又は軽く走る速度で移動する場合を考慮すれば充分である。そこで、具体的に、ｖ＝２．５ｍ／ｓとした場合に必要となるＳＰ信号の挿入間隔を求める。移動速度ｖを２．５ｍ／ｓとすると、搬送周波数ｆ_ｃが６００ＭＨｚのときは、ｆｄ＝２．５×６００×１０^６／（３×１０^８）＝５［Ｈｚ］、搬送周波数ｆｃが１２００ＭＨｚのときは、ｆｄ＝２．５×１２００×１０^６／（３×１０^８）＝１０［Ｈｚ］となる。よって、フェージング周期Ｔｆ＝１／ｆｄは、搬送周波数が６００ＭＨｚのときは２００ｍｓ、搬送周波数が１２００ＭＨｚでのときは１００ｍｓとなる。式（７）のＴｆに１００ｍｓ、Ｔｕに６６．６μｓを代入し、式（８）のＴｕに６６．６μｓ、τに６．６６μｓを代入すると、ＳＰ信号のシンボル方向挿入間隔Ｉｔ、及びＳＰ信号のキャリア方向挿入間隔Ｉｆは、次式（９）を満たす範囲に設定する必要がある。

Ｉｔ≦１５、Ｉｆ≦１０×Ｉｔ （９）

このように、ＯＦＤＭフレーム構成部１４３は、ＳＰ信号のシンボル方向の挿入間隔Ｉｔを、ＳＰ信号のシンボル方向の挿入間隔ＩｔにＯＦＤＭ信号の有効シンボル長Ｔｕを乗じた値が、最大ドップラー周波数ｆｄの逆数であるフェージング周期Ｔｆの１／１００以下となるように設定し、ＳＰ信号のキャリア方向の挿入間隔Ｉｆを、ＯＦＤＭ信号の有効シンボル長Ｔｕを反射波の最大遅延時間τで除した値に、ＳＰ信号のシンボル方向の挿入間隔Ｉｔを乗じた値以下となるように設定することにより、ＳＰ信号の挿入比率をワイヤレスマイクシステム用に最適化し、伝送効率を向上させることができるようになる。

［パイロット信号の配置例］
次に、本発明によるワイヤレスマイクシステムのパイロット信号の配置例を示す。ＩＳＤＢ−Ｔ方式と同様に、ＯＦＤＭフレーム構成部１４３により、パイロット信号として、ＳＰ信号、ＴＭＣＣ信号、及びＣＰ信号を挿入することができる。本実施例では、ＳＰ信号をキャリア方向に２０キャリアごとに配置する。また、ワイヤレスマイク用に割り当てられたＯＦＤＭ信号の帯域幅を複数のセグメントに分割してもよい。本実施例では、１セグメントあたりのキャリア数を２０本としている。

図３は、ワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置１における各セグメントの第１の信号配置の例を示す図である。図３（ａ）に示す例では、ＯＦＤＭフレーム構成部１４３は次式（１０）を満たすキャリアシンボル位置にＳＰ信号を配置しており、図３（ｂ）に示す例では、ＯＦＤＭフレーム構成部１４３は次式（１１）を満たすキャリアシンボル位置にＳＰ信号を配置している。すなわち、Ｉｔ＝５、Ｉｆ＝２０であり、この値は式（９）の条件を満たしている。

ｋ＝４×（ｉｍｏｄ５）＋２０ｐ （１０）
ｋ＝２×（ｉｍｏｄ１０）＋２０ｐ （１１）

また、セグメントごとの制御を可能とするために、ＯＦＤＭフレーム構成部１４３は、各セグメントの１本のキャリア（図中ではキャリア番号１１のキャリア）にＴＭＣＣ信号を配置している。つまり、ＴＭＣＣ信号の配置はシンボル方向に固定（各シンボルで同一のキャリア位置）である。このようにパイロット信号を配置した場合、データの伝送効率は１８／２０（９０％）となる。

図３（ｃ）は、ＯＦＤＭ送信装置１が伝送する各チャンネルの全帯域のキャリアを示しており、最も周波数が高いキャリアにＣＰ信号を配置している。なお、セグメントのスペクトルを反転してＣＰ信号を各チャンネルの最も周波数が低いキャリアに配置してもよい。

図４は、本発明によるワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置１における各セグメントの第２の信号配置の例を示す図である。図３と同様に、図４（ａ）に示す例では、ＯＦＤＭフレーム構成部１４３は式（１０）を満たすキャリアシンボル位置にＳＰ信号を配置しており、図４（ｂ）に示す例では、ＯＦＤＭフレーム構成部１４３は式（１１）を満たすキャリアシンボル位置にＳＰ信号を配置している。また、ＯＦＤＭフレーム構成部１４３は、各セグメントの１本のキャリア（図中ではキャリア番号１０のキャリア）にＴＭＣＣ／ＳＰ信号を配置している。ここで、ＴＭＣＣ／ＳＰ信号とは、同一のキャリア番号に配置され、シンボル方向にＴＭＣＣ信号及びＳＰ信号を含む信号のことをいう。

図４（ｃ）は、ＯＦＤＭ送信装置１が伝送する各チャンネルの全帯域のキャリアを示しており、最も周波数が高いキャリアにＴＭＣＣ／ＳＰ信号を配置している。なお、ＴＭＣＣ／ＳＰ信号を各チャンネルの最も周波数が低いキャリアに配置してもよい。ここで、最も周波数が高いキャリア（又は最も周波数が低いキャリア）に配置されたＴＭＣＣ／ＳＰ信号のシンボル方向のＴＭＣＣ信号及びＳＰ信号の配置は、各セグメントに配置されたＴＭＣＣ／ＳＰ信号と同一の配置とする。例えば、図４に示すように、キャリア番号ｉを５で除した余りである（ｉｍｏｄ５）が０であるキャリアシンボル位置にＳＰ信号を配置し、それ以外のキャリアシンボル位置にＴＭＣＣ信号を配置する。

このように、ＯＦＤＭフレーム構成部１４３は、各セグメントの１本のキャリアに、ＴＭＣＣ信号及びＳＰ信号を第１のＴＭＣＣ／ＳＰ信号として配置し、さらに、各チャンネルの最も周波数が高いキャリア又は最も周波数が低いキャリアに、ＴＭＣＣ信号及びＳＰ信号を第２のＴＭＣＣ／ＳＰ信号として配置し、第１のＴＭＣＣ／ＳＰ信号と第２のＴＭＣＣ／ＳＰ信号とを、シンボル方向にＴＭＣＣ信号及びＳＰ信号の配置を同一とすることにより、ＴＭＣＣ信号用の抽出回路とＣＰ信号用の抽出回路をそれぞれ設ける必要がなくなり、ＴＭＣＣ／ＳＰ信号用に共通の抽出回路を設けるだけで済むようになる。また、ＴＭＣＣ信号の代わりにＴＭＣＣ／ＳＰ信号を採用することにより、ＳＰ信号が挿入されている分だけＴＭＣＣ信号の受信特性を向上させることができる。

［パラメータ例］
次に、本発明によるワイヤレスマイクシステムで用いられるパラメータ例を示す。図５は、本発明によるワイヤレスマイクシステムのパラメータ例を示す図である。本実施例では、量子化ビット長を２４ビット、サンプリング周波数を４８ＫＨｚとしている。よって、入力情報レートＩは、Ｉ＝２４×４８＝１１５２［ｋｂｐｓ］となる。また、ワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置１及びワイヤレスマイク用受信装置２は、送受信間の遅延量を少なくするために圧縮伸張処理を行わず、すなわち情報圧縮率を１としている。外符号化率Ｒｏは一定となるように、Ｒｏ＝１２８／１４４＝８／９としている。外符号化後のレートＶｏは、Ｖｏ＝Ｉ×１／Ｒｏ＝１１５２×９／８＝１２９６［ｋｂｐｓ］となる。内符号化率Ｒｉ及び変調多値数Ｍはモードにより異なる値となる。

モード１の場合について説明すると、内符号化率Ｒｉ＝１／３であり、変調多値数Ｍ＝２である。よってＯＦＤＭ信号全体のシンボルレートＶｓは、Ｖｓ＝Ｖｏ×（１／Ｒｉ）×（１／Ｍ）＝１２９６×３／２＝１９４４［ｋＨｚ］となる。

外符号符号化部１３１は、１ブロックで伝送するビット数だけ情報ビットが入力されるのを待って処理を開始することになる。そのため、１ブロックで伝送する情報ビット数は少ないほど遅延時間を減らすことができる。しかし、伝送するビット数はある程度大きくないと符号化効率が悪くなる、すなわち、符号長Ｎｏをある程度大きくしないと外符号化率Ｒｏが小さくなる。したがって、遅延時間と符号化率との兼ね合いで、好適な値を符号長Ｎｏに設定する必要がある。本実施例では、外符号の符号長Ｎｏを１４４ｂｉｔとしている。

モード１の場合は、全帯域内のデータキャリア数Ｎｄは、Ｎｄ＝Ｎｏ×（１／Ｒｉ）×（１／Ｍ）＝1４４×３／２＝２１６となる。よって、１キャリアのシンボルレートＶｓｃは、Ｖｓｃ＝Ｖｓ／Ｎｄ＝１９４４／２１６＝９［ｋｂｐｓ］となる。このとき、シンボル長ＴｓはＴｓ＝１／Ｖｓｃ≒１１１．１［μｓ］である。なお、このシンボル長Ｔｓは、式（５）の条件を満たしている。

ここで、ヌルキャリアが発生しないようにするためには、１セグメントあたりのデータキャリア数Ｎｄｓｅｇを、全帯域内のデータキャリア数Ｎｄ、及びセグメント数Ｓを用いて、次式（１２）を満たすように設定する必要がある。

Ｎｄｓｅｇ＝Ｎｄ／Ｓ （１２）

すなわち、ＯＦＤＭフレーム構成部１４３は、１セグメントあたりのデータキャリア数を、全帯域内のデータキャリア数をセグメント数で除した値とするのが好適である。モード１の場合は、Ｎｄ＝２１６、Ｓ＝１２であるため、式（１２）を満たすためには、Ｎｄｓｅｇ＝２１６／１２＝１８とする必要がある。モード８とモード１１には式（１２）を満たさない例を示している。ヌルキャリア数Ｎｎｕｌｌは、Ｎｎｕｌｌ＝Ｓ×Ｎｄｓｅｇ−Ｎｄで表される。モード８の場合は、Ｎｎｕｌｌ＝３×１８−４８＝６であり、モード１１の場合は、Ｎｎｕｌｌ＝２×１８−２７＝９である。

モード１の場合は、セグメント数Ｓは１２であり、各セグメントについて、ＳＰ信号数が１、ＴＭＣＣ信号数が１であるため、全帯域内では、ＳＰ信号数Ｎｓｐは１２となり、ＴＭＣＣ信号数Ｎｔｍｃｃは１２となる。また、ＣＰ信号数Ｎｃｐは全帯域内で１である。よって、全キャリア数Ｎｃａｒｒは、Ｎｃａｒｒ＝２１６＋１２＋１２＋１＝２４１となる。

このように、ＯＦＤＭフレーム構成部１４３は、１セグメントあたりのデータキャリア数Ｎｄｓｅｇを、全帯域内のデータキャリア数Ｎｄをセグメント数Ｓで除した値とすることにより、ヌルキャリアの発生を防止することができる。

上述の実施形態は、代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、ワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置１が、インターリーブ部１３２を備えず、ワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ受信装置２がデインターリーブ部２５２を備えない構成とすることも可能である。

このように、本発明によれば、パイロット信号の挿入比率をワイヤレスマイクシステム用に最適化することができるので、デジタルの音声信号をＯＦＤＭ変調方式により送受信する任意の用途に有用である。

１ ワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置
２ ワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ受信装置
１１ マイク
１２ Ａ／Ｄ変換部
１３ インターリーブ・誤り訂正部
１４ ＯＦＤＭ変調部
１５ Ｄ／Ａ変換部
１６ 送信周波数変換部
１７ 送信アンテナ
１８ 送信パラメータ設定部
１９ 水晶発振器
２０ クロック供給部
１３１ 外符号符号化部
１３２ インターリーブ部
１３３ 内符号符号化部
１４１ Ｓ／Ｐ変換部
１４２ キャリア変調部
１４３ ＯＦＤＭフレーム構成部
１４４ ＩＦＦＴ部
１４５ ＧＩ付加部
２１ 受信アンテナ
２２ 受信周波数変換部
２３ Ａ／Ｄ変換部
２４ ＯＦＤＭ復調部
２５ デインターリーブ・誤り訂正部
２６ Ｄ／Ａ変換部
２７ スピーカ
２８ 受信パラメータ設定部
２９ 水晶発振器
３０ クロック供給部
２４１ ＧＩ除去部
２４２ ＦＦＴ部
２４３ キャリア復調部
２４４ Ｐ／Ｓ変換部
２５１ 内符号復号部
２５２ デインターリーブ部
２５３ 外符号復号部

Claims (5)

1. デジタルの音声信号をＯＦＤＭ変調方式により変調したＯＦＤＭ信号を送信するワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置であって、
   デジタルの音声信号を、キャリアごとに所定の変調方式に応じてＩＱ平面へのマッピングを行い、キャリア変調信号を生成するキャリア変調部と、
   前記キャリア変調信号に対して、パイロット信号を挿入して配置し、ＯＦＤＭセグメントフレームを生成するＯＦＤＭフレーム構成部と、を備え、
   前記ＯＦＤＭフレーム構成部は、パイロット信号のシンボル方向の挿入間隔を、パイロット信号のシンボル方向の挿入間隔にＯＦＤＭ信号の有効シンボル長を乗じた値が、最大ドップラー周波数の逆数であるフェージング周期の１／１００以下となるように設定し、
   パイロット信号のキャリア方向の挿入間隔を、ＯＦＤＭ信号の有効シンボル長を反射波の最大遅延時間で除した値に、前記パイロット信号のシンボル方向の挿入間隔を乗じた値以下となるように設定することを特徴とするワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置。
2. 前記ＯＦＤＭフレーム構成部は、ＯＦＤＭ信号の帯域幅を複数のセグメントに分割した各セグメントの１本のキャリアに、ＴＭＣＣ信号及びＳＰ信号を第１のＴＭＣＣ／ＳＰ信号として配置し、さらに、各チャンネルの最も周波数が高いキャリア又は最も周波数が低いキャリアに、ＴＭＣＣ信号及びＳＰ信号を第２のＴＭＣＣ／ＳＰ信号として配置し、
   前記第１のＴＭＣＣ／ＳＰ信号と前記第２のＴＭＣＣ／ＳＰ信号とは、シンボル方向にＴＭＣＣ信号及びＳＰ信号の配置が同一であることを特徴とする、請求項１に記載のワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置。
3. 前記ＯＦＤＭフレーム構成部は、１セグメントあたりのデータキャリア数を、全帯域内のデータキャリア数をセグメント数で除した値とすることを特徴とする、請求項１又は２に記載のワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置。
4. デジタルの音声信号をブロック単位で入力し、ブロックごとに内符号化して内符号を生成する内符号符号化部と、
   前記内符号符号化部に入力されるブロック単位のデータのビット数をＮｏ、前記内符号の符号化率をＲｉ、前記ＯＦＤＭ信号の変調多値数をＭ、前記ＯＦＤＭ信号のデータキャリア数をＮｄとしたとき、Ｎｏ＝Ｒｉ×Ｍ×Ｎｄとなるように、前記Ｎｏ，前記Ｒｉ，前記Ｍ，及び前記Ｎｄを設定する送信パラメータ設定部と、を備え、
   前記キャリア変調部は、前記内符号符号化部により内符号化されたデジタルの音声信号を、キャリアごとに所定の変調方式に応じてＩＱ平面へのマッピングを行い、キャリア変調信号を生成することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置。
5. 請求項１〜４のいずか一項に記載のワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ送信装置により送信されるＯＦＤＭ信号を受信し、デジタルの音声信号を生成することを特徴とするワイヤレスマイク用ＯＦＤＭ受信装置。

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