JP3662579B2 - Ｏｆｄｍ信号受信装置及びｏｆｄｍ信号受信方法 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、直交周波数分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、以下、ＯＦＤＭという。）信号の、受信装置又は受信方法に関する。
背景技術
従来のＯＦＤＭ信号の受信装置（以下、単に受信装置ともいう。）は、まず、ＯＦＤＭ信号をフーリエ変換する。そして、フーリエ変換した結果得られるサブキャリア成分と同期して、当該受信装置において既知信号である送信前のパイロット信号（以下、送信パイロット信号ともいう。）を発生させる。当該受信装置は、受信したＯＦＤＭ信号に含まれるサブキャリア成分におけるパイロット信号（以下、受信パイロット信号ともいう。）のサブキャリア成分を送信パイロット信号で除算することで、当該受信パイロット信号に対応する伝送路特性を算出する。そして、受信パイロット信号の伝送路特性を時間方向及び周波数方向に内挿する内挿フィルタでフィルタリングすることで、全てのサブキャリア成分に対応する伝送路特性を算出する。さらに、サブキャリア成分を内挿フィルタの出力に対応する伝送路特性で除算して、当該サブキャリア成分の位相及び振幅の補正を行い、サブキャリア成分の復調をする。
次に、畳み込み符号化されたデータが直交周波数分割多重方式で伝送されてきた場合は、各サブキャリア成分に復調された後にビタビ復号器において復号する必要がある。ここで、ビタビ復号とは畳み込み符号の持つ繰り返し構造を利用して、最尤復号を効率的に実行する復号方法である。まず、ビタビ復号器では、位相及び振幅を補正した後のサブキャリア成分の受信点配置と、変調方式に依存して一義的に定まる信号点配置との間の尤度を示すブランチメトリックを求める。そして、可能性のあるトレリスの全ての生き残りバスを求め、それぞれのバスのブランチメトリックを累積加算し、累積加算結果が最も小さいバスを選択する。ビタビ復号器では、この選択されたバスのステートを復号結果として出力し、送信データを再生する。
特開２００２−３４４４１４号公報（以下、特許文献１という）１に、ビタビ復号器を有するＯＦＤＭ信号の受信装置の一例が示されている。特許文献１におけるＯＦＤＭ信号の受信装置は、フーリエ変換して得られる振幅変調信号を波形等化するイコライザと、ビタビ復号器を内部に有した伝送路復号回路とを備えている。当該受信装置においては、ＯＦＤＭ信号のシンボルの帯域端に位置するサブキャリアに変調されている信号に対応するブランチメトリックの重み付けを、シンボルの帯域中心のサブキャリアに変調された信号に対応するブランチメトリックの重み付けよりも軽くする。これにより、シンボルの帯域端に位置するサブキャリアに変調されている信号のステートメトリックへの寄与度を、帯域中心に位置するサブキャリアに変調されている信号よりも低くしている。
上記のような従来のＯＦＤＭ信号の受信装置では、復調したサブキャリア成分の信号点配置と、変調方式に依存して一義的に定まる信号点配置との尤度であるユークリッド距離を演算し、その結果に基づいてブランチメトリックを算出している。そのため、従来の受信装置で求められたブランチメトリックには、信号点配置間のユークリッド距離（以下、単に距離ともいう）は考慮されているが復調信号に含まれる雑音成分の平均に対応する電力（以下、雑音平均電力ともいう。）、又は雑音電力と所望の信号電力（例えば、受信信号に対応する電力。）との電力比（以下、信号電力対雑音電力比ともいう）は考慮されていない。また、特許文献１における受信装置においては、シンボルの帯域での位置を考慮してブランチメトリックを算出してはいるものの、復調信号に含まれる雑音成分に対応する雑音平均電力又は信号対雑音電力比は考慮されていない。
しかし、ＯＦＤＭ信号を移動しながら受信する場合には、受信信号の電力が時間的に大きく変化するため、前記雑音平均電力又は前記信号対雑音電力比もまた時間変動する。これに対し、復調信号から算出されるユークリッド距離においては、復調信号に含まれる雑音平均電力や信号対雑音電力比の絶対量が考慮されていないため、復調信号の復号において雑音に対応する電力の変化の影響を抑えることができず、当該復調信号を復号した後の信号に対応する誤り率を十分に小さくできないという問題点があった。
発明の開示
本発明は、上述のような課題を解消するためになされたもので、前記雑音平均電力又は信号対雑音電力比に基づいてブランチメトリックに対する重み付けを行い、当該重み付けを行った結果に基づいてビタビ復号を行うことで、前記雑音平均電力又は信号対雑音電力比の時間変化やその絶対値の影響を小さくすることができるＯＦＤＭ信号の受信装置を得ることを目的とする。
本発明に係るＯＦＤＭ信号受信装置の態様は、受信したＯＦＤＭ信号をフーリエ変換して、当該フーリエ変換の結果得られるサブキャリア成分を出力するフーリエ変換部と、前記サブキャリア成分に含まれるパイロット信号を抽出するパイロット信号抽出部と、前記パイロット信号に対応する既知信号を生成して出力する既知信号生成部と、前記パイロット信号を前記既知信号で除算して、前記パイロット信号に対応する伝送路特性を出力する第１除算部と、前記パイロット信号に対応する伝送路特性に基づいて、前記サブキャリア成分に対応する伝送路特性を算出する内挿フィルタ部と、前記フーリエ変換部から出力された前記サブキャリア成分を、前記内挿フィルタ部から出力された前記伝送路特性で除算して復調信号を出力する第２除算部と、前記復調信号に基づいて、当該復調信号に含まれる雑音成分に対応する電力を算出して、当該算出の結果に対応する雑音電力信号を出力する雑音電力算出部と、前記内挿フィルタ部から出力された前記サブキャリア成分に対応する伝送路特性と前記雑音電力信号とに基づいてブランチメトリックに対する重み係数を算出する重み係数算出部と、前記重み係数に基づいて前記復調信号を復号する復号部とを備える。
本発明に係るＯＦＤＭ信号の受信装置の態様によれば、雑音電力を考慮したビタビ復号が可能となり、復号後の誤り率を低減することができる。
この発明の目的、特徴、局面、及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ信号の受信装置の構成図である。
図２は、本発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ信号の概念図である。
図３は、本発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ信号の信号点図である。
図４は、本発明の実施の形態１に係る雑音電力算出部の構成図である。
図５は、本発明の実施の形態１に係るブランチメトリック重み係数算出部の構成図である。
図６は、本発明の実施の形態１に係るビタビ復号部の構成図である。
図７は、本発明の実施の形態２に係るＯＦＤＭ信号の受信装置の構成図である。
図８は、本発明の実施の形態３に係るＯＦＤＭ信号の受信装置の構成図である。
図９は、本発明の実施の形態３に係るブランチメトリック重み係数算出部の構成図である。
図１０は、本発明の実施の形態３に係るレベル変換テーブルの関数を示す図である。
図１１は、本発明の実施の形態４に係るＯＦＤＭ信号の受信装置の構成図である。
図１２は、本発明の実施の形態４に係るブランチメトリック重み係数算出部の構成図である。
発明を実施するための最良の形態
（実施の形態１）
まず、直行周波数分割多重方式の伝送技術について説明する。この直交周波数分割多重方式は、互いに周波数が直交する複数の搬送波（以下、サブキャリア成分ともいう。）を使って送信データを伝送し、受信装置において送信データを再生する伝送方式である。なお、本実施の形態１においては、畳み込み符号化した送信データを直交周波数分割多重方式によって送受信する場合について説明する。この場合、送信装置において所定の符号化率で畳み込み符号化された送信データは、各サブキャリア成分の変調方式に応じた信号点配置に割り振られる。具体的には、送信データに対して逆フーリエ変換を行い、互いに周波数が直交する複数のサブキャリア成分が多重する信号（以下、多重信号ともいう。）を生成した後、当該多重信号の最後尾から所定の長さのデータ区間をガード区間として多重信号の先頭に付加し送信信号を生成する。その後、当該送信信号は、所定の周波数帯域に周波数変換して送信される。
一方、受信装置においては、受信した信号を所定の周波数帯域に周波数変換し、ガード区間の位置を特定して同期を確立する。その後、同期を確立した受信信号に対してフーリエ変換を行い、各サブキャリア成分を算出する。そして、サブキャリア成分毎に復調した後、ビタビ復号を行って送信データを再生する。
サブキャリア成分の復調は、送信信号に対応する振幅及び位相と、フーリエ変換をした結果得られる信号に対応する振幅及び位相との間の変化量を算出し、当該算出した結果に基づいて送信時の信号点配置を再生する。これを実現する方式として、振幅及び位相の変化量を算出するために特定のサブキャリアを使って既知信号であるパイロット信号を送信する方式が広く知られている。例えば、日本における地上デジタルＴＶ放送方式においては、周波数方向にサブキャリア成分１２個おきに、かつ時間方向には４シンボルおきにスキャッタード・パイロット信号（以下、パイロット信号ともいう）が挿入されている。日本における地上波デジタルＴＶ放送では、受信装置において前記パイロット信号をもとにサブキャリアの復調を行っている。
図１に、本実施の形態に係るＯＦＤＭ信号の受信装置の構成図を示す。図１では、受信したＯＦＤＭ信号を所定の信号帯域に周波数変換して得られる信号（以下、Ｓ１ともいう）が、フーリエ変換部１に入力される。フーリエ変換部１に入力されたＳ１は、所定のタイミングでフーリエ変換され、当該フーリエ変換の結果はパイロット抽出部２及び遅延調整部６に入力される。パイロット抽出部２は、受信したＯＦＤＭ信号に含まれる受信パイロット信号を抽出して第１除算部４に出力する。送信装置においてＯＦＤＭ信号に挿入され、受信パイロット信号に対応するパイロット信号、すなわち、送信パイロット信号は受信装置に予め設定されており、既知信号である。既知信号生成部３は、既知信号である送信パイロット信号を生成して第１除算部４に出力する。なお、既知信号生成部３は、送信パイロット信号をパイロット信号抽出部２の出力に同期したタイミングで生成して出力する。
第１除算部４では、パイロット抽出部２の出力である受信パイロット信号を既知信号生成部３で発生した送信パイロット信号で除算し、各受信パイロット信号に対応する伝送路特性を算出する。この段階で算出された伝送路特性は、各受信パイロット信号が含まれるサブキャリア成分に対してのみ得られる。そのため、この受信パイロット信号に対応する伝送路特性から、全てのサブキャリア成分に対する伝送路特性を得るには、フィルタリングによる内挿処理が必要となる。
図２に、日本における地上波デジタルＴＶ放送方式に係るパイロット信号の配置図を示す。図２において、横軸は周波数、縦軸は時間であり、パイロット信号を黒丸、それ以外のサブキャリア成分を白丸として表している。そして、図２において、パイロット信号は、周波数方向ではシンボル１２個おきに、時間方向ではシンボル４個おきに挿入されている。
したがって、このパイロット信号に対応する伝送路特性から全てのサブキャリア成分に対応する伝送路特性を算出するには、当該パイロット信号に対応する伝送路特性に基づいて時間方向と周波数方向の内挿処理を行う必要がある。そこで、本実施の形態における受信装置では、第１除算部４の出力に対し、内挿フィルタ部５を設けている。内挿フィルタ部５では、前記時間方向への内挿処理及び周波数方向への内挿処理を行う。この内挿処理によりパイロット信号に対応する伝送路特性から、全てのサブキャリア成分に対応する伝送路特性を推定することができる。
一方、遅延調整部６は、内挿フィルタ部５から出力された各サブキャリア成分に対応する伝送路特性と、フーリエ変換部１の出力である各サブキャリア成分とを同期させるため、フーリエ変換部１の出力である各サブキャリア成分を所定の時間だけ遅延させ、第２除算部７に出力する。次に、第２除算部７では、遅延調整部６で遅延された各サブキャリア成分を、内挿フィルタ部５から出力された各サブキャリア成分に対応する伝送路特性で除算し、前記遅延された各サブキャリア成分の復調を行う。なお、第２除算部７の出力は、フーリエ変換部１の出力に対して振幅補正及び位相補正が施されたサブキャリア成分である。ここで、図３に、本実施の形態に係るサブキャリア成分の信号点平面図を示す。なお、図３では、横軸を実軸Ｉ、縦軸を虚軸Ｑとし、パイロット信号を黒丸、それ以外のサブキャリア成分を白丸として表している。また、図３ではパイロット信号がＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、その他のサブキャリア成分が１６値ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）で伝送されている場合を示している。
第２除算部７から出力されたパイロット信号の信号点平面上の点と、送信パイロット信号の信号点平面上の点との距離又は距離の２乗値は、復調信号における雑音電力に比例して増大する。そこで、本実施の形態における受信装置では、第２除算部７の後段に第１の雑音電力算出部８を設ける。そして、当該雑音電力算出部８により、復調信号に対応する雑音平均電力又は信号対雑音電力比に比例する雑音電力信号を生成する。なお、以下の説明においては前記雑音平均電力又は前記信号対雑音電力比のうち雑音平均電力に基づいて前記ブランチメトリックに対する重み付けを行う場合について説明する。
図４に、本実施の形態の受信装置における第１の雑音電力算出部８の構成図を示す。図４では、第２除算部７からの出力が、パイロット補正信号抽出部８０に入力される。パイロット補正信号抽出部８０では、第２除算部７から出力されたサブキャリア成分からパイロット信号を抽出して、当該パイロット信号を信号点距離算出部８１に出力する。信号点距離算出部８１では、パイロット補正信号抽出部８０から出力されたパイロット信号の信号点平面上の点と、送信パイロット信号の信号点平面上の点との距離又は距離の２乗値を算出して平均化部８２に出力する。平均化部８２では、信号点距離算出部８１から出力された各パイロット信号に対応する、信号点間の距離又は距離の２乗値の平均値を算出し、当該平均値に対応する信号を、復調信号の雑音平均電力に対応する雑音電力信号として第１のブランチメトリック重み係数算出部９に出力する。なお、復調信号における雑音平均電力が大きいほど、第１の雑音電力算出部８から出力された信号強度（振幅値）が大きくなる。
第１のブランチメトリック重み係数算出部９は、内挿フィルタ部５から出力された各サブキャリア成分に対応する伝送路特性と、第１の雑音電力算出部８から出力された前記雑音電力信号とから、ビタビ復号に用いるブランチメトリックに対する重み係数を算出する。図５に、本実施の形態に係る第１のブランチメトリック重み係数算出部９の構成図を示す。図５において、内挿フィルタ部５からの伝送路特性は、信号レベル算出部９０に入力される。この信号レベル算出部９０では、内挿フィルタ部５から出力された伝送路特性に基づいてサブキャリア成分毎に振幅又は振幅の２乗値（以下、伝送路特性電力情報ともいう）を算出する。信号レベル算出部９０で算出された伝送路特性電力情報は、レベル変換部９１に入力される。このレベル変換部９１では、第１の雑音電力算出部８からの雑音電力信号に応じて、信号レベル算出部９０からの伝送路特性電力情報に係数を乗じ、さらにオフセット値を加算してブランチメトリックに対する重み係数を算出する。
ここで、オフセット値は、実際にハードウェアを構成したときに生じるビット制限や丸めの影響などを軽減するための微調整を行う値である。なお、伝送路特性電力情報に乗じる係数や加算するオフセット値は、シミュレータや実際に作製したハードウェアを用いて、受信信号の各種条件を変化させながら復調後の誤り率を測定することで最適な値を求めることができる。
第１のブランチメトリック重み係数算出部９で算出された重み係数は、ビタビ復号部１０に入力される。このビタビ復号部１０では、第１のブランチメトリック重み係数算出部９から出力された重み係数に基づいて、第２除算部７から出力されたサブキャリア成分に対応するブランチメトリックを算出し、このブランチメトリックの累積加算結果のうち最小となるバスを選択して復号した信号（以下、Ｓ２ともいう）を出力する。
図６に、本実施の形態に係るビタビ復号部１０の構成図を示す。図６において、第２除算部７から出力された各サブキャリア成分は、ブランチメトリック演算部１００に入力される。このブランチメトリック演算部１００では、復調したサブキャリア成分の信号点と、受信した信号に対応する変調方式によって一義的に定まる各シンボルに対応する信号点との距離を求め、送信装置における畳み込み符号化器の構成によって決まるブランチメトリックを所定の個数分算出する。ブランチメトリック演算部１００で算出されたブランチメトリックは、重み係数乗算部１０１に入力される。重み係数乗算部１０１では、ブランチメトリック演算部１００から入力された各ブランチメトリックに対して、第１のブランチメトリック重み係数算出部９で算出した重み係数を乗算する。重み係数が乗算された各ブランチメトリックは、加算・比較・選択部１０２において累積加算され、複数のバスが算出される。また、加算・比較・選択部１０２では、算出されたそれぞれのバスを比較し、最も値が小さくなるバスを選択する。この選択したバスのブランチメトリックの累積加算結果を、生き残りバスメトリックとしてバスメモリ部１０３に記憶する。このバスメモリ部１０３では、生き残りバスメトリックを記憶し、このバスメトリックに対応する情報系列を復号信号として出力する。
以上のように、本実施の形態における受信装置によれば、雑音電力を考慮したビタビ復号が可能となり、復号後の誤り率を低減することができる。
（実施の形態２）
実施の形態１における受信装置では、復調したパイロット信号に基づいて雑音電力信号を生成し、当該雑音電力信号に基づいてブランチメトリックの重み係数を算出した。本実施の形態における受信装置では、受信信号の入力レベルから雑音電力信号を生成し、当該雑音電力信号に基づいてブランチメトリックの重み係数を算出する。
図７に、本実施の形態に係る受信装置の構成図を示す。図７に示した受信装置において、フーリエ変換部１、パイロット抽出部２、既知信号生成部３、第１除算部４、内挿フィルタ部５、遅延調整部６、第２除算部７、第１のブランチメトリック重み係数算出部９及びビタビ復号部１０が用いられているが、これらは実施の形態１と同様の機能を有する。よって、これらの構成については実施の形態１と同様の符号を付記し、説明を省略する。本実施の形態における受信装置は、受信レベル調整部１１、受信レベル誤差検出部１２、及び当該受信レベル調整部１１及び受信レベル誤差検出部１２の出力に基づいて雑音電力信号を出力する第２の雑音電力算出部１３を備える。なお、本実施の形態における受信装置には、第２の雑音電力算出部１３が設けられるため、実施の形態１の受信装置における第１の雑音電力算出部８を設けない。
伝送路を伝わり受信装置で受信された直後の受信信号（以下、Ｓ０ともいう）は、所定の周波数帯域に周波数変換し所望の信号レベルに調整する前の信号である。このＳ０は、受信レベル調整部１１に入力される。この受信レベル調整部１１では、受信レベル誤差検出部１２から出力される信号（以下、ゲイン調整信号ともいう。）に基づいてＳ０の信号レベルを所望のレベルに調整する。受信レベル誤差検出部１２では、受信レベル調整部１１の出力信号の電力を算出し、これを所定のレベルと比較してレベル誤差を検出する。さらに、受信レベル誤差検出部１２では、前記レベル誤差を検出した結果における高域成分をフィルタによって抑圧し、ゲイン調整信号として受信レベル調整部１１に出力する。なお、これら受信レベル調整部１１と受信レベル誤差検出部１２で構成される回路は、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路として一般に知られている。
本実施の形態における受信装置では、受信レベル誤差検出部１２から出力されたゲイン調整信号が、第２の雑音電力算出部１３にも入力される。この第２の雑音電力算出部１３は、受信レベル誤差検出部１２から出力されるゲイン調整信号に基づいて受信信号に対応する雑音電力信号を出力する。すなわち、Ｓ０の信号電力が所望のレベルよりも小さい場合、受信レベル調整部１１では信号レベルを増幅するが、このとき雑音成分も同様に増幅されるため、Ｓ１に対応する雑音平均電力は相対的に大きくなる。逆に、Ｓ０の信号電力が大きい場合、信号の増幅度が減少するため、雑音成分の増幅度も小さくなり、Ｓ１における雑音平均電力は相対的に小さくなる。よって、ゲイン調整信号の大きさによって雑音平均電力の相対値が推定できる。
第２の雑音電力算出部１３の構成としては、例えば、ゲイン調整信号を雑音電力信号に変換するテーブルを有し、このテーブルに基づいて雑音電力信号を第１のブランチメトリック重み係数算出部９に出力する構成が考えられる。なお、Ｓ０の増幅度が大きくなるようなゲイン調整信号の場合には、雑音平均電力が大きくなると推測できることから、当該テーブルにおける雑音電力信号は大きな値が設定され、一方、Ｓ０の増幅度が小さくなるようなゲイン調整信号の場合には、雑音平均電力が小さくなると推測できることから、当該テーブルにおける雑音電力信号は小さな値が設定される。
以上のように、本実施の形態における受信装置によれば、雑音平均電力を考慮したビタビ復号が可能となり、復号後の誤り率を低減することができる。
（実施の形態３）
実施の形態１における受信装置では、第１のブランチメトリックの重み係数算出部９において、内挿フィルタ５の出力から各サブキャリア成分の伝送路特性電力情報を算出し、この伝送路特性電力情報に対して、雑音電力信号に応じた係数を乗じ、さらにオフセット値を加算してブランチメトリックの重み係数を算出した。本実施の形態における受信装置では、伝送路特性電力情報に対して所定の関数による信号変換を行い、この変換後の信号に対して、雑音電力信号に応じた係数を乗じ、さらにオフセット値を加算してブランチメトリックの重み係数を算出する。
図８に本実施の形態に係る受信装置の構成図を示す。なお、図８に示した受信装置において、フーリエ変換部１、パイロット抽出部２、既知信号生成部３、第１除算部４、内挿フィルタ部５、遅延調整部６、第２除算部７、第１の雑音電力算出部８及びビタビ復号部１０は、実施の形態１で説明した受信装置と同様の機能を有する。よって、これらの構成については実施の形態１における受信装置と同一の符号を付記し、説明を省略する。なお、本実施の形態に係る受信装置においては、第２のブランチメトリック重み係数算出部１４を設け、実施の形態１に係る受信装置における第１のブランチメトリック重み係数算出部９は設けない。
第２のブランチメトリック重み係数算出部１４は、内挿フィルタ部５の出力及び第１の雑音電力算出部８の出力から、ビタビ復号部１０に用いられるブランチメトリックに対する重み係数を算出する。但し、当該第２のブランチメトリック重み係数算出部１４は、内挿フィルタ部５の出力から得られる伝送路特性電力情報に対して所定の関数による信号変換を行う点で第１のブランチメトリック重み係数算出部９と異なる。図９に、本実施の形態に係る第２のブランチメトリック重み係数算出部１４の構成図を示す。
図９において、内挿フィルタ部５から出力された伝送路特性は、信号レベル算出部９０に入力される。この信号レベル算出部９０は、内挿フィルタ部５から出力された伝送路特性に基づいて各サブキャリア成分に対応する伝送路特性電力情報を算出する。信号レベル算出部９０で算出された伝送路特性電力情報は、レベル変換テーブル部１４０に入力される。このレベル変換テーブル部１４０は、予め定められた変換基準によって、信号レベル算出部９０から出力される伝送路特性電力情報を変換するレベル変換基準部として機能する。当該レベル変換テーブル部１４０の構成としては、例えば、当該レベル変換テーブル部１４０に、前記変換基準として設定された所定の関数によって伝送路特性電力情報に対応する信号と関係付けられた出力値が予め格納され、入力される前記伝送路特性電力情報に応じて当該出力値を出力する変換テーブルを設ければよい。
この関数として、例えば図１０に示すような非線形関数を使用することができる。図１０において、横軸は入力信号である伝送路特性電力情報に対応する信号の値（例えば、電力値。）、縦軸は出力信号である変換後の伝送路特性電力情報に対応する信号の値（例えば、電力値。）をそれぞれ示す。図１０では、大きな入力信号に対して出力信号がクリップされている部分（図１０中のＴｈ以上の部分）が存在する。この部分は、伝送路特性電力情報が一定のレベル以上であり、復号する情報の信頼性が十分高いため、重み係数を大きくしなくとも復号後の誤り率に大きな影響は出ないとみなすことができる部分である。また、重み係数を大きくせずに一定値にすることで、重み係数のビット数を制限して回路規模を縮小することができるという利点もある。
さらに図１０では、入力信号が小さいほど出力信号が小さくなるような非線形曲線となっている。これは、伝送路特性電力情報に対応する信号が小さい場合、復号する情報の信頼性が低いため、重み係数をより小さく設定する方が復号後の誤り率を低減できるという利点があるためである。なお、変換テーブルに用いられる関数は、図１０に示した関数に限られず、シュミレータや実際に作製したハードウェアを用いて、受信信号の各種条件を変化させながら復調後の誤り率を測定することで最適な関数を適用する。
レベル変換テーブル部１４０において変換された信号は、レベル変換部９１に入力される。このレベル変換部９１では、第１の雑音電力算出部８からの雑音電力信号に応じて、レベル変換テーブル部１４０において変換された信号に係数を乗じ、さらに、オフセット値を加算してブランチメトリックに対する重み係数を算出する。なお、レベル変換テーブル部１４０において変換された信号に乗じる係数や加算するオフセット値も、シュミレータや実際に作製したハードウェアを用いて、受信信号の各種条件を変化させながら復調後の誤り率を測定することで最適な値を求めることができる。
以上のように、本実施の形態における受信装置によれば、伝送路特性電力情報に対して所望の信号変換ができ、復号後の誤り率を低減することができる。
（実施の形態４）
実施の形態１における受信装置では、サブキャリア成分の変調方式又は符号化率とは無関係にブランチメトリックの重み係数を算出していた。本実施の形態における受信装置では、サブキャリア成分の変調方式又は符号化率を考慮して最適化なブランチメトリックの重み係数を算出する。
図１１に、本実施の形態に係る受信装置の構成図を示す。なお、図１１に示した受信装置において、フーリエ変換部１、パイロット抽出部２、既知信号生成部３、第１除算部４、内挿フィルタ部５、遅延調整部６、第２除算部７、第１の雑音電力算出部８及びビタビ復号部１０は実施の形態１で説明した受信装置と同様の機能を有する。よって、これらの構成については実施の形態１における受信装置と同一の符号を付記し、説明を省略する。なお、本実施の形態に係る受信装置においては、第３のブランチメトリック重み係数算出部１５を設けるため、実施の形態１に係る受信装置における第１のブランチメトリック重み係数算出部９は設けない。
第３のブランチメトリック重み係数算出部１５は、サブキャリア成分の変調方式又は符号化率を考慮して、内挿フィルタ部５の出力及び第１の雑音電力算出部８の出力からビタビ復号部１０に用いるブランチメトリックに対する重み係数を算出する。図１２に、本実施の形態に係る第３のブランチメトリック重み係数算出部１５の構成図を示す。
図１２において、内挿フィルタ部５から出力された伝送路特性は、信号レベル算出部９０に入力される。この信号レベル算出部９０では、内挿フィルタ部５から出力された伝送路特性に基づいて各サブキャリア成分に対応する伝送路特性電力情報を算出する。信号レベル算出部９０で算出された伝送路特性電力情報は、レベル変換テーブル部１４０に入力される。このレベル変換テーブル部１４０は、変換テーブルによって、信号レベル算出部９０から出力される伝送路特性電力情報を変換する。変換テーブルには、所定の関数によって、伝送路特性電力情報に対応する信号と関係付けられた出力値が予め格納されている。
レベル変換テーブル部１４０において電力情報を変換することにより得られた信号は、レベル変換部９１に入力される。レベル変換部９１は、レベル変換テーブル部１４０における変換によって得られた信号に対し、ゲインテーブル部１５０の出力に応じた係数を乗じ、さらに、オフセットテーブル部１５１の出力に応じたオフセット値を加算する。ここで、ゲインテーブル部１５０は、変調方式又は符号化率の情報に応じて第１の雑音電力算出部８の出力を調整し、その値をレベル変換部９１に出力する機能を有する調整部である。また、オフセットテーブル部１５１は、変調方式又は符号化率に対応する情報に応じて、第１の雑音電力算出部８の出力を調整し、その値をレベル変換部９１に出力する機能を有する調整部である。
なお、前記変調方式又は前記符号化率に対応する情報は、受信した信号に当該変調方式又は前記符号化率に対応する情報が含まれる場合には、当該受信した信号から抽出してゲインテーブル部１５０に入力してもよいし、送信装置において使用される前記変調方式又は前記符号化率が既知である場合には予め当該ゲインテーブル１５０部に設定しておいてもよい。また、ゲインテーブル部１５０及びオフセットテーブル部１５１における調整に用いられる変換テーブルや関数などは、シュミレータや実際に作製したハードウェアを用いて、受信信号の各種条件を変化させながら復調後の誤り率を測定すること求められている。ここで、変調方式の例としてＱＰＳＫ、６４ＱＡＭなどがあり、符号化率の例として１／２、７／８などがある。
以上のように、本実施の形態における受信装置によれば、サブキャリア成分の変調方式や畳み込み符号の符号化率に応じてブランチメトリックに対する重み係数を最適化でき、さまざまな変調方式又は符号化率で送信される信号に対して適応的に対応して復号後の誤り率を低減することができる。
なお、本実施の形態においては、当該受信装置にレベル変換テーブル部１４０を設ける場合について説明したが、当該受信装置においてはレベル変換テーブル部１４０を設けなくても同様の効果を得ることができる。
また、前記実施の形態１乃至４における受信装置においては、前記雑音平均電力に基づいて前記ブランチメトリックに対する重み付けを行う場合について説明したが、前記信号対雑音電力比を記雑音平均電力と同様に扱うことで前記実施の形態１乃至４における受信装置と同様の効果を得ることができる。
また、前記実施の形態１乃至４においては、日本における地上波デジタルＴＶ放送方式に使用されるＯＦＤＭ方式の場合について説明したが、前記実施の形態１乃至４に係る受信装置は、当該ＯＦＤＭ方式に限られず、所定の既知信号に基づいて復調を行う方式であれば他の方式にも適用することができる。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
本発明は、直交周波数分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、以下、ＯＦＤＭという。）信号の、受信装置又は受信方法に関する。
背景技術
従来のＯＦＤＭ信号の受信装置（以下、単に受信装置ともいう。）は、まず、ＯＦＤＭ信号をフーリエ変換する。そして、フーリエ変換した結果得られるサブキャリア成分と同期して、当該受信装置において既知信号である送信前のパイロット信号（以下、送信パイロット信号ともいう。）を発生させる。当該受信装置は、受信したＯＦＤＭ信号に含まれるサブキャリア成分におけるパイロット信号（以下、受信パイロット信号ともいう。）のサブキャリア成分を送信パイロット信号で除算することで、当該受信パイロット信号に対応する伝送路特性を算出する。そして、受信パイロット信号の伝送路特性を時間方向及び周波数方向に内挿する内挿フィルタでフィルタリングすることで、全てのサブキャリア成分に対応する伝送路特性を算出する。さらに、サブキャリア成分を内挿フィルタの出力に対応する伝送路特性で除算して、当該サブキャリア成分の位相及び振幅の補正を行い、サブキャリア成分の復調をする。
次に、畳み込み符号化されたデータが直交周波数分割多重方式で伝送されてきた場合は、各サブキャリア成分に復調された後にビタビ復号器において復号する必要がある。ここで、ビタビ復号とは畳み込み符号の持つ繰り返し構造を利用して、最尤復号を効率的に実行する復号方法である。まず、ビタビ復号器では、位相及び振幅を補正した後のサブキャリア成分の受信点配置と、変調方式に依存して一義的に定まる信号点配置との間の尤度を示すブランチメトリックを求める。そして、可能性のあるトレリスの全ての生き残りバスを求め、それぞれのバスのブランチメトリックを累積加算し、累積加算結果が最も小さいバスを選択する。ビタビ復号器では、この選択されたバスのステートを復号結果として出力し、送信データを再生する。
特開２００２−３４４４１４号公報（以下、特許文献１という）１に、ビタビ復号器を有するＯＦＤＭ信号の受信装置の一例が示されている。特許文献１におけるＯＦＤＭ信号の受信装置は、フーリエ変換して得られる振幅変調信号を波形等化するイコライザと、ビタビ復号器を内部に有した伝送路復号回路とを備えている。当該受信装置においては、ＯＦＤＭ信号のシンボルの帯域端に位置するサブキャリアに変調されている信号に対応するブランチメトリックの重み付けを、シンボルの帯域中心のサブキャリアに変調された信号に対応するブランチメトリックの重み付けよりも軽くする。これにより、シンボルの帯域端に位置するサブキャリアに変調されている信号のステートメトリックへの寄与度を、帯域中心に位置するサブキャリアに変調されている信号よりも低くしている。
上記のような従来のＯＦＤＭ信号の受信装置では、復調したサブキャリア成分の信号点配置と、変調方式に依存して一義的に定まる信号点配置との尤度であるユークリッド距離を演算し、その結果に基づいてブランチメトリックを算出している。そのため、従来の受信装置で求められたブランチメトリックには、信号点配置間のユークリッド距離（以下、単に距離ともいう）は考慮されているが復調信号に含まれる雑音成分の平均に対応する電力（以下、雑音平均電力ともいう。）、又は雑音電力と所望の信号電力（例えば、受信信号に対応する電力。）との電力比（以下、信号電力対雑音電力比ともいう）は考慮されていない。また、特許文献１における受信装置においては、シンボルの帯域での位置を考慮してブランチメトリックを算出してはいるものの、復調信号に含まれる雑音成分に対応する雑音平均電力又は信号対雑音電力比は考慮されていない。
しかし、ＯＦＤＭ信号を移動しながら受信する場合には、受信信号の電力が時間的に大きく変化するため、前記雑音平均電力又は前記信号対雑音電力比もまた時間変動する。これに対し、復調信号から算出されるユークリッド距離においては、復調信号に含まれる雑音平均電力や信号対雑音電力比の絶対量が考慮されていないため、復調信号の復号において雑音に対応する電力の変化の影響を抑えることができず、当該復調信号を復号した後の信号に対応する誤り率を十分に小さくできないという問題点があった。
発明の開示
本発明は、上述のような課題を解消するためになされたもので、前記雑音平均電力又は信号対雑音電力比に基づいてブランチメトリックに対する重み付けを行い、当該重み付けを行った結果に基づいてビタビ復号を行うことで、前記雑音平均電力又は信号対雑音電力比の時間変化やその絶対値の影響を小さくすることができるＯＦＤＭ信号の受信装置を得ることを目的とする。
本発明に係るＯＦＤＭ信号受信装置の態様は、受信したＯＦＤＭ信号をフーリエ変換して、当該フーリエ変換の結果得られるサブキャリア成分を出力するフーリエ変換部と、前記サブキャリア成分に含まれるパイロット信号を抽出するパイロット信号抽出部と、前記パイロット信号に対応する既知信号を生成して出力する既知信号生成部と、前記パイロット信号を前記既知信号で除算して、前記パイロット信号に対応する伝送路特性を出力する第１除算部と、前記パイロット信号に対応する伝送路特性に基づいて、前記サブキャリア成分に対応する伝送路特性を算出する内挿フィルタ部と、前記フーリエ変換部から出力された前記サブキャリア成分を、前記内挿フィルタ部から出力された前記伝送路特性で除算して復調信号を出力する第２除算部と、前記復調信号に基づいて、当該復調信号に含まれる雑音成分に対応する電力を算出して、当該算出の結果に対応する雑音電力信号を出力する雑音電力算出部と、前記内挿フィルタ部から出力された前記サブキャリア成分に対応する伝送路特性と前記雑音電力信号とに基づいてブランチメトリックに対する重み係数を算出する重み係数算出部と、前記重み係数に基づいて前記復調信号を復号する復号部とを備える。
本発明に係るＯＦＤＭ信号の受信装置の態様によれば、雑音電力を考慮したビタビ復号が可能となり、復号後の誤り率を低減することができる。
この発明の目的、特徴、局面、及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ信号の受信装置の構成図である。
図２は、本発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ信号の概念図である。
図３は、本発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ信号の信号点図である。
図４は、本発明の実施の形態１に係る雑音電力算出部の構成図である。
図５は、本発明の実施の形態１に係るブランチメトリック重み係数算出部の構成図である。
図６は、本発明の実施の形態１に係るビタビ復号部の構成図である。
図７は、本発明の実施の形態２に係るＯＦＤＭ信号の受信装置の構成図である。
図８は、本発明の実施の形態３に係るＯＦＤＭ信号の受信装置の構成図である。
図９は、本発明の実施の形態３に係るブランチメトリック重み係数算出部の構成図である。
図１０は、本発明の実施の形態３に係るレベル変換テーブルの関数を示す図である。
図１１は、本発明の実施の形態４に係るＯＦＤＭ信号の受信装置の構成図である。
図１２は、本発明の実施の形態４に係るブランチメトリック重み係数算出部の構成図である。
発明を実施するための最良の形態
（実施の形態１）
まず、直行周波数分割多重方式の伝送技術について説明する。この直交周波数分割多重方式は、互いに周波数が直交する複数の搬送波（以下、サブキャリア成分ともいう。）を使って送信データを伝送し、受信装置において送信データを再生する伝送方式である。なお、本実施の形態１においては、畳み込み符号化した送信データを直交周波数分割多重方式によって送受信する場合について説明する。この場合、送信装置において所定の符号化率で畳み込み符号化された送信データは、各サブキャリア成分の変調方式に応じた信号点配置に割り振られる。具体的には、送信データに対して逆フーリエ変換を行い、互いに周波数が直交する複数のサブキャリア成分が多重する信号（以下、多重信号ともいう。）を生成した後、当該多重信号の最後尾から所定の長さのデータ区間をガード区間として多重信号の先頭に付加し送信信号を生成する。その後、当該送信信号は、所定の周波数帯域に周波数変換して送信される。
一方、受信装置においては、受信した信号を所定の周波数帯域に周波数変換し、ガード区間の位置を特定して同期を確立する。その後、同期を確立した受信信号に対してフーリエ変換を行い、各サブキャリア成分を算出する。そして、サブキャリア成分毎に復調した後、ビタビ復号を行って送信データを再生する。
サブキャリア成分の復調は、送信信号に対応する振幅及び位相と、フーリエ変換をした結果得られる信号に対応する振幅及び位相との間の変化量を算出し、当該算出した結果に基づいて送信時の信号点配置を再生する。これを実現する方式として、振幅及び位相の変化量を算出するために特定のサブキャリアを使って既知信号であるパイロット信号を送信する方式が広く知られている。例えば、日本における地上デジタルＴＶ放送方式においては、周波数方向にサブキャリア成分１２個おきに、かつ時間方向には４シンボルおきにスキャッタード・パイロット信号（以下、パイロット信号ともいう）が挿入されている。日本における地上波デジタルＴＶ放送では、受信装置において前記パイロット信号をもとにサブキャリアの復調を行っている。
図１に、本実施の形態に係るＯＦＤＭ信号の受信装置の構成図を示す。図１では、受信したＯＦＤＭ信号を所定の信号帯域に周波数変換して得られる信号（以下、Ｓ１ともいう）が、フーリエ変換部１に入力される。フーリエ変換部１に入力されたＳ１は、所定のタイミングでフーリエ変換され、当該フーリエ変換の結果はパイロット抽出部２及び遅延調整部６に入力される。パイロット抽出部２は、受信したＯＦＤＭ信号に含まれる受信パイロット信号を抽出して第１除算部４に出力する。送信装置においてＯＦＤＭ信号に挿入され、受信パイロット信号に対応するパイロット信号、すなわち、送信パイロット信号は受信装置に予め設定されており、既知信号である。既知信号生成部３は、既知信号である送信パイロット信号を生成して第１除算部４に出力する。なお、既知信号生成部３は、送信パイロット信号をパイロット信号抽出部２の出力に同期したタイミングで生成して出力する。
第１除算部４では、パイロット抽出部２の出力である受信パイロット信号を既知信号生成部３で発生した送信パイロット信号で除算し、各受信パイロット信号に対応する伝送路特性を算出する。この段階で算出された伝送路特性は、各受信パイロット信号が含まれるサブキャリア成分に対してのみ得られる。そのため、この受信パイロット信号に対応する伝送路特性から、全てのサブキャリア成分に対する伝送路特性を得るには、フィルタリングによる内挿処理が必要となる。
図２に、日本における地上波デジタルＴＶ放送方式に係るパイロット信号の配置図を示す。図２において、横軸は周波数、縦軸は時間であり、パイロット信号を黒丸、それ以外のサブキャリア成分を白丸として表している。そして、図２において、パイロット信号は、周波数方向ではシンボル１２個おきに、時間方向ではシンボル４個おきに挿入されている。
したがって、このパイロット信号に対応する伝送路特性から全てのサブキャリア成分に対応する伝送路特性を算出するには、当該パイロット信号に対応する伝送路特性に基づいて時間方向と周波数方向の内挿処理を行う必要がある。そこで、本実施の形態における受信装置では、第１除算部４の出力に対し、内挿フィルタ部５を設けている。内挿フィルタ部５では、前記時間方向への内挿処理及び周波数方向への内挿処理を行う。この内挿処理によりパイロット信号に対応する伝送路特性から、全てのサブキャリア成分に対応する伝送路特性を推定することができる。
一方、遅延調整部６は、内挿フィルタ部５から出力された各サブキャリア成分に対応する伝送路特性と、フーリエ変換部１の出力である各サブキャリア成分とを同期させるため、フーリエ変換部１の出力である各サブキャリア成分を所定の時間だけ遅延させ、第２除算部７に出力する。次に、第２除算部７では、遅延調整部６で遅延された各サブキャリア成分を、内挿フィルタ部５から出力された各サブキャリア成分に対応する伝送路特性で除算し、前記遅延された各サブキャリア成分の復調を行う。なお、第２除算部７の出力は、フーリエ変換部１の出力に対して振幅補正及び位相補正が施されたサブキャリア成分である。ここで、図３に、本実施の形態に係るサブキャリア成分の信号点平面図を示す。なお、図３では、横軸を実軸Ｉ、縦軸を虚軸Ｑとし、パイロット信号を黒丸、それ以外のサブキャリア成分を白丸として表している。また、図３ではパイロット信号がＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、その他のサブキャリア成分が１６値ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）で伝送されている場合を示している。
第２除算部７から出力されたパイロット信号の信号点平面上の点と、送信パイロット信号の信号点平面上の点との距離又は距離の２乗値は、復調信号における雑音電力に比例して増大する。そこで、本実施の形態における受信装置では、第２除算部７の後段に第１の雑音電力算出部８を設ける。そして、当該雑音電力算出部８により、復調信号に対応する雑音平均電力又は信号対雑音電力比に比例する雑音電力信号を生成する。なお、以下の説明においては前記雑音平均電力又は前記信号対雑音電力比のうち雑音平均電力に基づいて前記ブランチメトリックに対する重み付けを行う場合について説明する。
図４に、本実施の形態の受信装置における第１の雑音電力算出部８の構成図を示す。図４では、第２除算部７からの出力が、パイロット補正信号抽出部８０に入力される。パイロット補正信号抽出部８０では、第２除算部７から出力されたサブキャリア成分からパイロット信号を抽出して、当該パイロット信号を信号点距離算出部８１に出力する。信号点距離算出部８１では、パイロット補正信号抽出部８０から出力されたパイロット信号の信号点平面上の点と、送信パイロット信号の信号点平面上の点との距離又は距離の２乗値を算出して平均化部８２に出力する。平均化部８２では、信号点距離算出部８１から出力された各パイロット信号に対応する、信号点間の距離又は距離の２乗値の平均値を算出し、当該平均値に対応する信号を、復調信号の雑音平均電力に対応する雑音電力信号として第１のブランチメトリック重み係数算出部９に出力する。なお、復調信号における雑音平均電力が大きいほど、第１の雑音電力算出部８から出力された信号強度（振幅値）が大きくなる。
第１のブランチメトリック重み係数算出部９は、内挿フィルタ部５から出力された各サブキャリア成分に対応する伝送路特性と、第１の雑音電力算出部８から出力された前記雑音電力信号とから、ビタビ復号に用いるブランチメトリックに対する重み係数を算出する。図５に、本実施の形態に係る第１のブランチメトリック重み係数算出部９の構成図を示す。図５において、内挿フィルタ部５からの伝送路特性は、信号レベル算出部９０に入力される。この信号レベル算出部９０では、内挿フィルタ部５から出力された伝送路特性に基づいてサブキャリア成分毎に振幅又は振幅の２乗値（以下、伝送路特性電力情報ともいう）を算出する。信号レベル算出部９０で算出された伝送路特性電力情報は、レベル変換部９１に入力される。このレベル変換部９１では、第１の雑音電力算出部８からの雑音電力信号に応じて、信号レベル算出部９０からの伝送路特性電力情報に係数を乗じ、さらにオフセット値を加算してブランチメトリックに対する重み係数を算出する。
ここで、オフセット値は、実際にハードウェアを構成したときに生じるビット制限や丸めの影響などを軽減するための微調整を行う値である。なお、伝送路特性電力情報に乗じる係数や加算するオフセット値は、シミュレータや実際に作製したハードウェアを用いて、受信信号の各種条件を変化させながら復調後の誤り率を測定することで最適な値を求めることができる。
第１のブランチメトリック重み係数算出部９で算出された重み係数は、ビタビ復号部１０に入力される。このビタビ復号部１０では、第１のブランチメトリック重み係数算出部９から出力された重み係数に基づいて、第２除算部７から出力されたサブキャリア成分に対応するブランチメトリックを算出し、このブランチメトリックの累積加算結果のうち最小となるバスを選択して復号した信号（以下、Ｓ２ともいう）を出力する。
図６に、本実施の形態に係るビタビ復号部１０の構成図を示す。図６において、第２除算部７から出力された各サブキャリア成分は、ブランチメトリック演算部１００に入力される。このブランチメトリック演算部１００では、復調したサブキャリア成分の信号点と、受信した信号に対応する変調方式によって一義的に定まる各シンボルに対応する信号点との距離を求め、送信装置における畳み込み符号化器の構成によって決まるブランチメトリックを所定の個数分算出する。ブランチメトリック演算部１００で算出されたブランチメトリックは、重み係数乗算部１０１に入力される。重み係数乗算部１０１では、ブランチメトリック演算部１００から入力された各ブランチメトリックに対して、第１のブランチメトリック重み係数算出部９で算出した重み係数を乗算する。重み係数が乗算された各ブランチメトリックは、加算・比較・選択部１０２において累積加算され、複数のバスが算出される。また、加算・比較・選択部１０２では、算出されたそれぞれのバスを比較し、最も値が小さくなるバスを選択する。この選択したバスのブランチメトリックの累積加算結果を、生き残りバスメトリックとしてバスメモリ部１０３に記憶する。このバスメモリ部１０３では、生き残りバスメトリックを記憶し、このバスメトリックに対応する情報系列を復号信号として出力する。
以上のように、本実施の形態における受信装置によれば、雑音電力を考慮したビタビ復号が可能となり、復号後の誤り率を低減することができる。
（実施の形態２）
実施の形態１における受信装置では、復調したパイロット信号に基づいて雑音電力信号を生成し、当該雑音電力信号に基づいてブランチメトリックの重み係数を算出した。本実施の形態における受信装置では、受信信号の入力レベルから雑音電力信号を生成し、当該雑音電力信号に基づいてブランチメトリックの重み係数を算出する。
図７に、本実施の形態に係る受信装置の構成図を示す。図７に示した受信装置において、フーリエ変換部１、パイロット抽出部２、既知信号生成部３、第１除算部４、内挿フィルタ部５、遅延調整部６、第２除算部７、第１のブランチメトリック重み係数算出部９及びビタビ復号部１０が用いられているが、これらは実施の形態１と同様の機能を有する。よって、これらの構成については実施の形態１と同様の符号を付記し、説明を省略する。本実施の形態における受信装置は、受信レベル調整部１１、受信レベル誤差検出部１２、及び当該受信レベル調整部１１及び受信レベル誤差検出部１２の出力に基づいて雑音電力信号を出力する第２の雑音電力算出部１３を備える。なお、本実施の形態における受信装置には、第２の雑音電力算出部１３が設けられるため、実施の形態１の受信装置における第１の雑音電力算出部８を設けない。
伝送路を伝わり受信装置で受信された直後の受信信号（以下、Ｓ０ともいう）は、所定の周波数帯域に周波数変換し所望の信号レベルに調整する前の信号である。このＳ０は、受信レベル調整部１１に入力される。この受信レベル調整部１１では、受信レベル誤差検出部１２から出力される信号（以下、ゲイン調整信号ともいう。）に基づいてＳ０の信号レベルを所望のレベルに調整する。受信レベル誤差検出部１２では、受信レベル調整部１１の出力信号の電力を算出し、これを所定のレベルと比較してレベル誤差を検出する。さらに、受信レベル誤差検出部１２では、前記レベル誤差を検出した結果における高域成分をフィルタによって抑圧し、ゲイン調整信号として受信レベル調整部１１に出力する。なお、これら受信レベル調整部１１と受信レベル誤差検出部１２で構成される回路は、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路として一般に知られている。
本実施の形態における受信装置では、受信レベル誤差検出部１２から出力されたゲイン調整信号が、第２の雑音電力算出部１３にも入力される。この第２の雑音電力算出部１３は、受信レベル誤差検出部１２から出力されるゲイン調整信号に基づいて受信信号に対応する雑音電力信号を出力する。すなわち、Ｓ０の信号電力が所望のレベルよりも小さい場合、受信レベル調整部１１では信号レベルを増幅するが、このとき雑音成分も同様に増幅されるため、Ｓ１に対応する雑音平均電力は相対的に大きくなる。逆に、Ｓ０の信号電力が大きい場合、信号の増幅度が減少するため、雑音成分の増幅度も小さくなり、Ｓ１における雑音平均電力は相対的に小さくなる。よって、ゲイン調整信号の大きさによって雑音平均電力の相対値が推定できる。
第２の雑音電力算出部１３の構成としては、例えば、ゲイン調整信号を雑音電力信号に変換するテーブルを有し、このテーブルに基づいて雑音電力信号を第１のブランチメトリック重み係数算出部９に出力する構成が考えられる。なお、Ｓ０の増幅度が大きくなるようなゲイン調整信号の場合には、雑音平均電力が大きくなると推測できることから、当該テーブルにおける雑音電力信号は大きな値が設定され、一方、Ｓ０の増幅度が小さくなるようなゲイン調整信号の場合には、雑音平均電力が小さくなると推測できることから、当該テーブルにおける雑音電力信号は小さな値が設定される。
以上のように、本実施の形態における受信装置によれば、雑音平均電力を考慮したビタビ復号が可能となり、復号後の誤り率を低減することができる。
（実施の形態３）
実施の形態１における受信装置では、第１のブランチメトリックの重み係数算出部９において、内挿フィルタ５の出力から各サブキャリア成分の伝送路特性電力情報を算出し、この伝送路特性電力情報に対して、雑音電力信号に応じた係数を乗じ、さらにオフセット値を加算してブランチメトリックの重み係数を算出した。本実施の形態における受信装置では、伝送路特性電力情報に対して所定の関数による信号変換を行い、この変換後の信号に対して、雑音電力信号に応じた係数を乗じ、さらにオフセット値を加算してブランチメトリックの重み係数を算出する。
図８に本実施の形態に係る受信装置の構成図を示す。なお、図８に示した受信装置において、フーリエ変換部１、パイロット抽出部２、既知信号生成部３、第１除算部４、内挿フィルタ部５、遅延調整部６、第２除算部７、第１の雑音電力算出部８及びビタビ復号部１０は、実施の形態１で説明した受信装置と同様の機能を有する。よって、これらの構成については実施の形態１における受信装置と同一の符号を付記し、説明を省略する。なお、本実施の形態に係る受信装置においては、第２のブランチメトリック重み係数算出部１４を設け、実施の形態１に係る受信装置における第１のブランチメトリック重み係数算出部９は設けない。
第２のブランチメトリック重み係数算出部１４は、内挿フィルタ部５の出力及び第１の雑音電力算出部８の出力から、ビタビ復号部１０に用いられるブランチメトリックに対する重み係数を算出する。但し、当該第２のブランチメトリック重み係数算出部１４は、内挿フィルタ部５の出力から得られる伝送路特性電力情報に対して所定の関数による信号変換を行う点で第１のブランチメトリック重み係数算出部９と異なる。図９に、本実施の形態に係る第２のブランチメトリック重み係数算出部１４の構成図を示す。
図９において、内挿フィルタ部５から出力された伝送路特性は、信号レベル算出部９０に入力される。この信号レベル算出部９０は、内挿フィルタ部５から出力された伝送路特性に基づいて各サブキャリア成分に対応する伝送路特性電力情報を算出する。信号レベル算出部９０で算出された伝送路特性電力情報は、レベル変換テーブル部１４０に入力される。このレベル変換テーブル部１４０は、予め定められた変換基準によって、信号レベル算出部９０から出力される伝送路特性電力情報を変換するレベル変換基準部として機能する。当該レベル変換テーブル部１４０の構成としては、例えば、当該レベル変換テーブル部１４０に、前記変換基準として設定された所定の関数によって伝送路特性電力情報に対応する信号と関係付けられた出力値が予め格納され、入力される前記伝送路特性電力情報に応じて当該出力値を出力する変換テーブルを設ければよい。
この関数として、例えば図１０に示すような非線形関数を使用することができる。図１０において、横軸は入力信号である伝送路特性電力情報に対応する信号の値（例えば、電力値。）、縦軸は出力信号である変換後の伝送路特性電力情報に対応する信号の値（例えば、電力値。）をそれぞれ示す。図１０では、大きな入力信号に対して出力信号がクリップされている部分（図１０中のＴｈ以上の部分）が存在する。この部分は、伝送路特性電力情報が一定のレベル以上であり、復号する情報の信頼性が十分高いため、重み係数を大きくしなくとも復号後の誤り率に大きな影響は出ないとみなすことができる部分である。また、重み係数を大きくせずに一定値にすることで、重み係数のビット数を制限して回路規模を縮小することができるという利点もある。
さらに図１０では、入力信号が小さいほど出力信号が小さくなるような非線形曲線となっている。これは、伝送路特性電力情報に対応する信号が小さい場合、復号する情報の信頼性が低いため、重み係数をより小さく設定する方が復号後の誤り率を低減できるという利点があるためである。なお、変換テーブルに用いられる関数は、図１０に示した関数に限られず、シュミレータや実際に作製したハードウェアを用いて、受信信号の各種条件を変化させながら復調後の誤り率を測定することで最適な関数を適用する。
レベル変換テーブル部１４０において変換された信号は、レベル変換部９１に入力される。このレベル変換部９１では、第１の雑音電力算出部８からの雑音電力信号に応じて、レベル変換テーブル部１４０において変換された信号に係数を乗じ、さらに、オフセット値を加算してブランチメトリックに対する重み係数を算出する。なお、レベル変換テーブル部１４０において変換された信号に乗じる係数や加算するオフセット値も、シュミレータや実際に作製したハードウェアを用いて、受信信号の各種条件を変化させながら復調後の誤り率を測定することで最適な値を求めることができる。
以上のように、本実施の形態における受信装置によれば、伝送路特性電力情報に対して所望の信号変換ができ、復号後の誤り率を低減することができる。
（実施の形態４）
実施の形態１における受信装置では、サブキャリア成分の変調方式又は符号化率とは無関係にブランチメトリックの重み係数を算出していた。本実施の形態における受信装置では、サブキャリア成分の変調方式又は符号化率を考慮して最適化なブランチメトリックの重み係数を算出する。
図１１に、本実施の形態に係る受信装置の構成図を示す。なお、図１１に示した受信装置において、フーリエ変換部１、パイロット抽出部２、既知信号生成部３、第１除算部４、内挿フィルタ部５、遅延調整部６、第２除算部７、第１の雑音電力算出部８及びビタビ復号部１０は実施の形態１で説明した受信装置と同様の機能を有する。よって、これらの構成については実施の形態１における受信装置と同一の符号を付記し、説明を省略する。なお、本実施の形態に係る受信装置においては、第３のブランチメトリック重み係数算出部１５を設けるため、実施の形態１に係る受信装置における第１のブランチメトリック重み係数算出部９は設けない。
第３のブランチメトリック重み係数算出部１５は、サブキャリア成分の変調方式又は符号化率を考慮して、内挿フィルタ部５の出力及び第１の雑音電力算出部８の出力からビタビ復号部１０に用いるブランチメトリックに対する重み係数を算出する。図１２に、本実施の形態に係る第３のブランチメトリック重み係数算出部１５の構成図を示す。
図１２において、内挿フィルタ部５から出力された伝送路特性は、信号レベル算出部９０に入力される。この信号レベル算出部９０では、内挿フィルタ部５から出力された伝送路特性に基づいて各サブキャリア成分に対応する伝送路特性電力情報を算出する。信号レベル算出部９０で算出された伝送路特性電力情報は、レベル変換テーブル部１４０に入力される。このレベル変換テーブル部１４０は、変換テーブルによって、信号レベル算出部９０から出力される伝送路特性電力情報を変換する。変換テーブルには、所定の関数によって、伝送路特性電力情報に対応する信号と関係付けられた出力値が予め格納されている。
レベル変換テーブル部１４０において電力情報を変換することにより得られた信号は、レベル変換部９１に入力される。レベル変換部９１は、レベル変換テーブル部１４０における変換によって得られた信号に対し、ゲインテーブル部１５０の出力に応じた係数を乗じ、さらに、オフセットテーブル部１５１の出力に応じたオフセット値を加算する。ここで、ゲインテーブル部１５０は、変調方式又は符号化率の情報に応じて第１の雑音電力算出部８の出力を調整し、その値をレベル変換部９１に出力する機能を有する調整部である。また、オフセットテーブル部１５１は、変調方式又は符号化率に対応する情報に応じて、第１の雑音電力算出部８の出力を調整し、その値をレベル変換部９１に出力する機能を有する調整部である。
なお、前記変調方式又は前記符号化率に対応する情報は、受信した信号に当該変調方式又は前記符号化率に対応する情報が含まれる場合には、当該受信した信号から抽出してゲインテーブル部１５０に入力してもよいし、送信装置において使用される前記変調方式又は前記符号化率が既知である場合には予め当該ゲインテーブル１５０部に設定しておいてもよい。また、ゲインテーブル部１５０及びオフセットテーブル部１５１における調整に用いられる変換テーブルや関数などは、シュミレータや実際に作製したハードウェアを用いて、受信信号の各種条件を変化させながら復調後の誤り率を測定すること求められている。ここで、変調方式の例としてＱＰＳＫ、６４ＱＡＭなどがあり、符号化率の例として１／２、７／８などがある。
以上のように、本実施の形態における受信装置によれば、サブキャリア成分の変調方式や畳み込み符号の符号化率に応じてブランチメトリックに対する重み係数を最適化でき、さまざまな変調方式又は符号化率で送信される信号に対して適応的に対応して復号後の誤り率を低減することができる。
なお、本実施の形態においては、当該受信装置にレベル変換テーブル部１４０を設ける場合について説明したが、当該受信装置においてはレベル変換テーブル部１４０を設けなくても同様の効果を得ることができる。
また、前記実施の形態１乃至４における受信装置においては、前記雑音平均電力に基づいて前記ブランチメトリックに対する重み付けを行う場合について説明したが、前記信号対雑音電力比を記雑音平均電力と同様に扱うことで前記実施の形態１乃至４における受信装置と同様の効果を得ることができる。
また、前記実施の形態１乃至４においては、日本における地上波デジタルＴＶ放送方式に使用されるＯＦＤＭ方式の場合について説明したが、前記実施の形態１乃至４に係る受信装置は、当該ＯＦＤＭ方式に限られず、所定の既知信号に基づいて復調を行う方式であれば他の方式にも適用することができる。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
Claims (10)
- 受信したＯＦＤＭ信号をフーリエ変換して、当該フーリエ変換の結果得られるサブキャリア成分を出力するフーリエ変換部と、
前記サブキャリア成分に含まれるパイロット信号を抽出するパイロット信号抽出部と、
前記パイロット信号に対応する既知信号を生成して出力する既知信号生成部と、
前記パイロット信号を前記既知信号で除算して、前記パイロット信号に対応する伝送路特性を出力する第１除算部と、
前記パイロット信号に対応する伝送路特性に基づいて、前記サブキャリア成分に対応する伝送路特性を算出する内挿フィルタ部と、
前記フーリエ変換部から出力された前記サブキャリア成分を、前記内挿フィルタ部から出力された前記伝送路特性で除算して復調信号を出力する第２除算部と、
前記復調信号に基づいて、当該復調信号に含まれる雑音成分に対応する電力を算出して、当該算出の結果に対応する雑音電力信号を出力する雑音電力算出部と、
前記内挿フィルタ部から出力された前記サブキャリア成分に対応する伝送路特性と前記雑音電力信号とに基づいてブランチメトリックに対する重み係数を算出する重み係数算出部と、
前記重み係数に基づいて前記復調信号を復号する復号部とを備えるＯＦＤＭ信号受信装置。 - 前記雑音電力算出部は、
前記復調信号に含まれるパイロット信号を抽出するパイロット補正信号抽出部と、
前記抽出された前記パイロット信号の信号点と前記既知信号の信号点との間の距離又は当該距離の２乗値を算出する信号点距離算出部と、
前記信号点距離算出部において算出された各々の前記パイロット信号に対応する前記距離又は前記距離の２乗値の平均値を算出し、当該算出の結果に対応する信号を前記雑音電力信号として出力する平均化部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ信号受信装置。 - 前記雑音電力算出部は、
受信した前記ＯＦＤＭ信号に対応する電力値と所定のしきい値との差に対応する信号に基づいて、前記ＯＦＤＭ信号に含まれる雑音成分に対応する電力値を算出し、当該算出の結果に対応する信号を前記雑音電力信号として出力することを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ信号受信装置。 - 前記重み係数算出部は、
前記サブキャリア成分に対応する伝送路特性に基づいて、当該サブキャリア成分に対応する信号の振幅又は当該振幅の２乗値を算出して出力する信号レベル算出部と、
前記雑音電力信号に応じて、前記振幅又は前記振幅の２乗値に所定の係数を乗算し、当該乗算の結果に所定のオフセットを与えた結果を前記重み係数として出力するレベル変換部とを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＯＦＤＭ信号受信装置。 - 前記重み係数算出部は、
所定の関数によって、前記振幅又は前記振幅の２乗値と関係付けられた出力値が格納された変換テーブルを含んで構成されるレベル変換基準部をさらに備え、
前記レベル変換部は、前記レベル変換基準部から出力された前記出力値に前記所定の係数を乗算し、当該乗算の結果に前記所定のオフセットを与えた結果を前記重み係数として出力することを特徴とする請求項４に記載のＯＦＤＭ信号受信装置。 - 前記所定の関数は、非線形関数であって、
前記レベル変換基準部は、前記振幅又は前記振幅の２乗値が所定の値よりも小さい場合には、当該振幅又は当該振幅の２乗値と前記出力値とが線形関係にある場合の出力値よりも小さい値を前記出力値として出力し、
前記振幅又は前記振幅の２乗値が所定の値以上である場合には、一定値を前記出力値として出力することを特徴とする請求項５に記載のＯＦＤＭ信号受信装置。 - 前記重み係数算出部は、
前記ＯＦＤＭ信号に対応する変調方式又は符号化率に基づいて、前記雑音電力信号を調整して、当該調整後の雑音電力信号を前記レベル変換部に出力する調整部をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のＯＦＤＭ信号受信装置。 - 前記重み係数算出部は、
前記ＯＦＤＭ信号に対応する変調方式又は符号化率に基づいて、前記雑音電力信号を調整して、当該調整後の雑音電力信号を前記レベル変換部に出力する調整部をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載のＯＦＤＭ信号受信装置。 - 前記重み係数算出部は、
前記ＯＦＤＭ信号に対応する変調方式又は符号化率に基づいて、前記雑音電力信号を調整して、当該調整後の雑音電力信号を前記レベル変換部に出力する調整部をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のＯＦＤＭ信号受信装置。 - 受信したＯＦＤＭ信号をフーリエ変換して、当該フーリエ変換の結果得られるサブキャリア成分を出力し、
前記サブキャリア成分に含まれるパイロット信号を抽出し、
前記パイロット信号に対応する既知信号を生成して出力し、
前記パイロット信号を前記既知信号で除算して、前記パイロット信号に対応する伝送路特性を算出し、
前記パイロット信号の前記伝送路特性に基づいて、前記サブキャリア成分に対応する伝送路特性を算出し、
前記サブキャリア成分を、前記サブキャリア成分に対応する伝送路特性で除算して復調信号を出力し、
前記復調信号に基づいて、当該復調信号に含まれる雑音成分に対応する電力を算出して、当該算出の結果に対応する雑音電力信号を出力し、
前記サブキャリア成分に対応する伝送路特性と前記雑音電力信号とに基づいてブランチメトリックに対する重み係数を算出し、
前記重み係数に基づいて前記復調信号を復号することを含むＯＦＤＭ信号受信方法。
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