JP3688260B2 - Ｏｆｄｍ信号復調装置の搬送波周波数同期方法および搬送波周波数同期回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：以下、ＯＦＤＭと記載）方式で入力する複素デジタル信号を復調するＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法に関し、特に、直交復調されたＯＦＤＭ時間ドメインの信号をフーリエ変換してから検波するＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、日本の地上デジタルＴＶ放送方式では、伝送パラメータや伝送制御に関する付加情報、および既知データが変調した連続パイロット搬送波成分は、特定の搬送波を用いてＤＢＰＳＫ（Differential Encoded Binary Phase Shift Keying）やＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）方式でデジタル変調されて伝送されている。これらの搬送波成分は、送信データを伝送する搬送波成分よりも大きな送信電力で伝送されていることから振幅も大きく、周波数誤差を検出するための信号（以下、パイロット搬送波成分と記載）としての役割も果たしている。
【０００３】
それに対して、一般的な送信データ等の上記した以外の搬送波成分は、主としてＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）あるいはＤＱＰＳＫ（Differential Encoded Quadrature Phase Shift Keying）方式で送信されている。従って、パイロット搬送波成分とそれ以外の搬送波成分とでは、位相と振幅が異なることになる。より詳しくは、パイロット搬送波成分は、上記したようにそれ以外の搬送波成分よりも振幅が大きくなるだけでなく、連続するＯＦＤＭシンボル間での位相変化が０またはπとなる。それに対して、それ以外の搬送波成分の場合は、連続するＯＦＤＭシンボル間での位相変化が、変調信号の信号点配置に応じたランダムな位相となる。
【０００４】
一方、上記した各搬送波成分を受信する従来のＯＦＤＭ信号復調装置は、例えば、入力する直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式の複素デジタル信号に対し、直交復調し、ベースバンド帯域に周波数変換し、ガードインターバルを除去してＯＦＤＭ方式の時間ドメインの信号（以下、時間ドメイン信号と記載）とし、該時間ドメイン信号をフーリエ変換してＯＦＤＭ方式の周波数ドメインの信号（以下、周波数ドメイン信号と記載）としてから検波することで復調する構成となっている。
【０００５】
その搬送波周波数同期方法としては、周波数ドメイン信号の各搬送波成分に対して１シンボル前の搬送波成分との差動復調を行い、差動復調結果を２乗し、各搬送波成分ごとに信号の高域成分を抑圧し、各搬送波成分の周波数軸における配置の相関値を演算し、相関値が最大となる周波数軸における位置情報を検出する。この相関値が最大の位置情報は、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差情報となるので、これをもとに時間ドメイン信号に残留している周波数誤差を補正することで、搬送波周波数を同期させる（例えば、非特許文献１の3〜4.2項、Fig.1〜Fig3等参照）。
【０００６】
【非特許文献１】
林健一郎、他５名、「ＯＦＤＭ受信要素技術の開発―地上デジタルＴＶ放送への適用―」、映像情報メディア学会技術報告、１９９９年３月２４日、Vol.23、No.28、p.25-30、BCS'99-15(Mar.,1999)
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法では、上記したように、差動復調した搬送波成分の振幅の大きさが、周波数誤差の検出結果に反映するような検出方法であった。
【０００８】
例えば、上記した非特許文献１の場合には、差動復調結果を２乗してパイロット搬送波成分における位相不確定性を除去し、各搬送波成分ごとに信号の高域成分を抑圧することで一定の位相を有するパイロット搬送波成分を他の搬送波成分から強調させ、各搬送波成分の周波数軸における配置情報を２値化した信号の相関値を演算し、相関値が最大となる位置情報を検出することで、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差情報を得ており、これをもとに時間ドメイン信号の残留している周波数誤差を補正し、搬送波周波数を同期させている。
【０００９】
しかしながら、従来のパイロット搬送波成分の方がそれ以外の搬送波成分よりも大きな送信電力で伝送されていることを利用する搬送波周波数同期方法では、周波数誤差の検出結果が各搬送波の信号電力の大きさに左右されていた。例えば、各搬送波に伝送路の歪みに起因して周波数選択性や時間変動性の電力差が生じた場合に、周波数誤差の検出精度が劣化するという問題点があった。
【００１０】
本発明は上記した問題点を解決するためになされたもので、各搬送波に電力差が生じた場合でも、精度良く搬送波周波数誤差を検出することが可能なＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法には、入力するＯＦＤＭ方式の複素デジタル信号に対し、直交復調し、ベースバンド帯域に周波数変換し、ガードインターバルを除去して時間ドメイン信号とし、該時間ドメイン信号をフーリエ変換して周波数ドメイン信号としてから検波することで復調するＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法であって、フーリエ変換された周波数ドメイン信号の現在のシンボルにおける搬送波成分を、１シンボル前の搬送波成分との間で差動復調するステップと、差動復調された信号の位相が、複素平面上において予め設定された所定範囲内に分布するか否かを判定するステップと、判定された結果から、各搬送波成分の周波数軸における配置の相関値を演算するステップと、演算結果の絶対値を演算するステップと、絶対値が最大値となる周波数軸上の位置を検出し、搬送波の周波数誤差を補正するための搬送波間隔の整数倍の周波数誤差として出力するステップとを有する。
【００１２】
また、本発明のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路は、入力するＯＦＤＭ方式の複素デジタル信号に対し、直交復調し、ベースバンド帯域に周波数変換し、ガードインターバルを除去して時間ドメイン信号とし、該時間ドメイン信号をフーリエ変換して周波数ドメイン信号としてから検波することで復調するＯＦＤＭ信号復調装置において、フーリエ変換された周波数ドメイン信号の現在のシンボルにおける搬送波成分を、１シンボル前の搬送波成分との間で差動復調して差動復調信号を出力する差動復調部と、差動復調信号の位相が、複素平面上において予め設定された所定範囲内に分布するか否かを判定して判定結果を出力する位相分布判定部と、判定結果から、各搬送波成分の周波数軸における配置の相関値を演算し演算結果を出力する相関演算部と、演算結果の絶対値を演算して出力する絶対値演算部と、絶対値が最大値となる周波数軸上の位置を検出し、搬送波の周波数誤差を補正するための搬送波間隔の整数倍の周波数誤差として出力する最大位置検出部とを有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明するが、それに先立ち、本発明を理解するために必要となる本発明で用いた直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式の伝送技術について簡単に説明する。
【００１４】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式の伝送（送受信）技術は、互いの周波数が直交する複数の搬送波によって情報を変調および多重して送信し、受信側では逆の処理を実施して復調する送受信方式であり、放送や通信の分野で特に実用化が進んでいる。
【００１５】
ＯＦＤＭ方式の伝送では、まず送信時に、送信するデータを複数の搬送波に割り振り、各搬送波でＱＰＳＫやＱＡＭまたはＤＱＰＳＫ方式等でデジタル変調され、また、伝送パラメータや伝送制御に関する付加情報、および既知データが変調した連続パイロット搬送波成分は、特定の搬送波を用いて常にＤＢＰＳＫやＢＰＳＫ方式でデジタル変調されてから、これらが多重化され、その後、ＯＦＤＭ信号は所望の送信周波数に周波数変換されて伝送される。
【００１６】
具体的には、送信時に送信する伝送データが各搬送波の変調方式に応じてマッピングされ、これらが逆離散フーリエ変換される。次に、逆離散フーリエ変換後の信号の最後部が信号の先頭にコピーされる。この部分はガードインターバルと呼ばれ、こうすることによって、ガードインターバル長以下の遅延時間を有する遅延波があっても、受信側でシンボル間干渉することなく信号を再生できるようになる。
【００１７】
ＯＦＤＭ方式では全ての搬送波は互いに直交性を有するため、受信側で搬送波周波数が正しく再生された場合、送信データを正しく再生することができる。しかし、受信側の搬送波周波数が実際の周波数に対して誤差を含んでいる場合、搬送波間で干渉が起こり、送信データを誤って再生する確率が増大して伝送特性が劣化する。したがって、ＯＦＤＭ方式では、受信側でいかに正しく搬送波周波数を再生するかが非常に重要な課題となる。
【００１８】
ＯＦＤＭ信号を受信する復調装置では、例えば、上記従来の技術に示したＯＦＤＭ受信装置のように、一般的に入力するＯＦＤＭ方式の複素デジタル信号に対し、直交復調し、ベースバンド帯域に周波数変換し、ガードインターバルを除去して時間ドメイン信号とし、該時間ドメイン信号をフーリエ変換して周波数ドメイン信号としてから検波することで復調している。
【００１９】
また、ＯＦＤＭ信号を受信する復調装置において、搬送波周波数を再生するためには、周波数誤差を減らして同期をとる処理が必要であり、一般的なＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路では、周波数誤差を搬送波間隔の整数倍の成分とそれ以外の成分に分離し、各々に対して周波数誤差を検出してから補正して同期をとっている。例えば、上記従来の技術に示したＯＦＤＭ受信装置は、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を検出するものである。
【００２０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【００２１】
図１において、フーリエ変換部１は、入力する時間ドメイン信号をフーリエ変換し、各搬送波成分を周波数ドメイン信号として不図示の検波部と共に、後段の差動復調部２にも出力する。差動復調部２は、フーリエ変換部１から出力される周波数ドメイン信号の現在のシンボルにおける各搬送波成分に対して、１シンボル前の搬送波成分との間で差動復調して差動復調信号（複素デジタル信号）を後段の第１の位相分布判定部７に出力する。
【００２２】
第１の位相分布判定部７は、入力する差動復調信号の位相が、複素平面上において予め設定された所定範囲内に分布するか否かを判定して判定結果を後段の第１の相関演算部８に出力する。第１の相関演算部８は、入力する判定結果から、各搬送波成分の周波数軸における配置の相関値を演算し、演算結果を後段の第１の絶対値演算部９に出力する。これは、周波数ドメイン信号におけるパイロット搬送波成分の、周波数軸における配置情報を２値化した信号で相関値を演算している。
【００２３】
第１の絶対値演算部９は、入力する演算結果の相関値から絶対値を演算して後段の最大位置検出部６に出力する。最大位置検出部６は、入力する相関値の絶対値の周波数軸における最大値の位置を検出し、その位置情報を、時間ドメイン信号の残留している搬送波の周波数誤差を補正するための搬送波間隔の整数倍の周波数誤差として、例えば、フーリエ変換される前の時間ドメイン信号を生成する狭帯域搬送波周波数同期回路等に出力する。
【００２４】
図２は、周波数軸におけるパイロット搬送波成分とそれ以外の送信データの搬送波成分の配置の一例を示す図である。図２では横軸が周波数を示し、縦軸が振幅を示している。
【００２５】
図２中に点線の矢印で示したパイロット搬送波成分は、実線の矢印で示した他の送信データよりも大きな電力で送信されるため振幅が大きくなっているが、本実施の形態では特に振幅については利用せず、パイロット搬送波成分の周波数軸における配置情報のみを利用する。
【００２６】
図３は、入力する差動復調信号の位相の複素平面上における配置の分布を判定するために、第１の位相分布判定部７に予め設定する所定範囲の一例を示す図である。
【００２７】
図３では、−π／４からπ／４、３π／４からπ、あるいは、−πから−３π／４の範囲を＋１とし、それ以外の範囲を−１とした。
【００２８】
第１の位相分布判定部７は、入力する差動復調信号の位相が、図３の複素平面上において、−π／４からπ／４、３π／４からπ、あるいは、−πから−３π／４のいずれかの範囲に分布するか否かを判定する。従って、第１の位相分布判定部７は、判定結果を絶対値が等しく極性の異なる２値信号（＋１、−１）の何れかに変換して出力する。
【００２９】
図４は、第１の位相分布判定部７の内部構成の一例を示すブロック図である。
【００３０】
図４の第１の位相分布判定部７において、実部絶対値演算部７１は、入力する差動復調信号（複素デジタル信号）の位相の複素平面上における実部の絶対値を演算する。虚部絶対値演算部７２は、入力する差動復調信号（複素デジタル信号）の位相の複素平面上における虚部の絶対値を演算する。比較部７３は、実部絶対値演算部７１から出力される実部の絶対値と、虚部絶対値演算部７２から出力される虚部の絶対値との大小を比較し、実部の絶対値の方が大きければ＋１を出力し、虚部の絶対値の方が大きければ−１を出力する。
【００３１】
第１の位相分布判定部７は、上記のように差動復調された信号の位相における実部の絶対値と虚部の絶対値の大小を比較して判定することで、入力する差動復調信号の位相の複素平面上における配置の分布が、図３に＋１で示された範囲であるか、あるいは、図３に−１で示された範囲であるかを判定することができる。
【００３２】
次に本実施の形態の搬送波周波数同期回路の動作について説明する。
【００３３】
本実施の形態は、概略的には前述したように、パイロット搬送波等の特定の搬送波に対してＤＢＰＳＫやＢＰＳＫ方式等のデジタル変調方式が採用され、送信データの搬送波に対してはＱＰＳＫやＱＡＭまたはＤＱＰＳＫ方式等でデジタル変調方式が採用されたシステムの場合、パイロット搬送波成分とそれ以外の搬送波成分とでは連続するＯＦＤＭシンボル間の信号の位相変化が異なる。すなわち、パイロット搬送波成分では連続するＯＦＤＭシンボル間での位相変化が０またはπとなるのに対して、それ以外の搬送波成分の場合は変調信号の信号点配置に応じたランダムな位相となる。本実施の形態では、この位相変化の分布情報をもとにパイロット搬送波成分の位置を検出することで搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を検出するものである。
【００３４】
まず、フーリエ変換部１では、従来と同様に時間ドメイン信号をフーリエ変換し、各搬送波成分を周波数ドメイン信号として出力する。次に、差動復調部２は、フーリエ変換部１からの入力する現在の周波数ドメイン信号の各搬送波成分に対して、１シンボル前の搬送波成分との差動復調を行う。
【００３５】
第１の位相分布判定部７では、差動復調部２から入力する差動復調された信号の位相成分に対して、図３に示した複素平面上で−π／４からπ／４、または３π／４からπ、または−πから−３π／４の範囲に含まれているか否かを判定し、その位置の判定結果に対応させて、絶対値が等しく極性の異なる２値信号（＋１または−１）の何れかを出力する。
【００３６】
ここで、パイロット搬送波成分は、差動復調後の位相は互いに０またはπの位相差をもつため位相分布の判定結果は常に同符号となる。なお、差動復調部２から入力する差動復調された信号点が図３における各領域の境界線付近にある場合には、パイロット搬送波成分は、種種の変動要因により常に同符号にならないこともある。
【００３７】
第１の相関演算部８は、第１の位相分布判定部７から出力されるパイロット搬送波成分の周波数軸上における配置情報の相関値を演算する。例えば、パイロット搬送波成分の位置を１、それ以外の搬送波成分の位置を０とすると、第１の相関演算部８の出力は、パイロット搬送波成分に対しては常に同符号の信号の加算結果として与えられ、それ以外の搬送波成分に対しては符号がランダムに変化する信号の加算結果として与えられる。
【００３８】
第１の絶対値演算部９は、第１の相関演算部８から出力される相関情報の絶対値を計算して出力する。その結果、第１の絶対値演算部９の出力値は、信号点が図３における各領域の境界線付近にない限り、パイロット搬送波成分とそれ以外の搬送波成分とでは異なり、パイロット搬送波成分に対する絶対値の方が大きくなる。
【００３９】
このように、本実施の形態では、周波数誤差の検出に各搬送波の信号電力の大きさを利用せず、差動復調された信号の位相が、複素平面上において予め設定された所定範囲内に分布するか否かを判定し、判定された結果から、各搬送波成分の周波数軸における配置の相関値を演算し、その演算結果の絶対値の周波数軸における最大値の位置を、搬送波の周波数誤差を補正するための搬送波間隔の整数倍の周波数誤差として出力する。従って、本実施の形態は、周波数誤差の検出結果が各搬送波の信号電力の大きさに左右されず、マルチパス伝送路等の各搬送波に伝送路の歪みに起因して周波数選択性や時間変動性の電力差が生じた場合でも、周波数誤差の検出精度が劣化することがなくなり、精度良く搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を検出することができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、送信データの変調方式として多値ＱＡＭを用いた場合のように、信号点によって送信電力が大きく異なる場合であっても、位相分布のみを用いて周波数誤差を検出できるように構成したため、精度良く搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を検出することができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、周波数ドメイン信号の差動復調結果における位相分布のみを用いて周波数誤差を検出できるように構成したため、パイロット信号の送信電力をそれ以外の搬送波成分の送信電力よりも大きくする必要がなく、より電力効率の良い信号伝送が可能となる。
【００４２】
実施の形態２．
上記した実施の形態１では、第１の位相分布判定部７で、差動復調部２から入力する差動復調された信号の位相成分に対して、図３に示した複素平面上で−π／４からπ／４、または３π／４からπ、または−πから−３π／４のどの範囲に含まれているかを判定していたが、入力する差動復調信号の位相の複素平面上における配置の分布を判定するために予め設定する所定範囲は、これに限るものではない。以下に示す実施の形態２では、位相分布判定部に予め設定する所定範囲が実施の形態１と異なる場合について説明する。
【００４３】
図５は、本発明の実施の形態２に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【００４４】
図５に示した本実施の形態が、図１に示した実施の形態１と異なる点は、実施の形態１の第１の位相判定部７、第１の相関演算部８、および、第１の絶対値演算部９が、本実施の形態２では、第２の位相判定部１０、第２の相関演算部１１、および、第２の絶対値演算部１２に変更されている点である。
【００４５】
図６は、入力する差動復調信号の位相の複素平面上における配置の分布を判定するために、第２の位相分布判定部１０に予め設定する所定範囲の一例を示す図である。
【００４６】
図６では、０からπ／２、あるいは、−πから−π／２の範囲を＋１とし、それ以外の範囲を−１とした。
【００４７】
第２の位相分布判定部１０は、入力する差動復調信号の位相が、図６の複素平面上において、０からπ／２、あるいは、−πから−π／２のいずれかの範囲に分布するか否かを判定する。また、第２の位相分布判定部１０も、判定結果を絶対値が等しく極性の異なる２値信号（＋１、−１）の何れかに変換して出力する。
【００４８】
図７は、第２の位相分布判定部１０の内部構成の一例を示すブロック図である。
【００４９】
図７の第２の位相分布判定部１０において、実部符号判定部１０１は、入力する差動復調信号（複素デジタル信号）の位相の複素平面上における実部の符号が正負の何れかであるかを判定する。虚部符号判定部１０２は、入力する差動復調信号（複素デジタル信号）の位相の複素平面上における虚部の符号が正負の何れかであるかを判定する。同符号判定部１０３は、実部符号判定部１０１から出力される実部の符号と、虚部符号判定部１０２から出力される虚部の符号が同符号であるか否かを判定し、同符号であれば＋１を出力し、同符号でなければ−１を出力する。
【００５０】
第２の位相分布判定部１０は、上記のように差動復調された信号の位相における実部の符号と虚部の符号が同符号か否か判定することで、入力する差動復調信号の位相の複素平面上における配置の分布が、図７に＋１で示された範囲であるか、あるいは、図７に−１で示された範囲であるかを判定することができる。
【００５１】
つまり、第２の位相判定部１０は、第１の位相判定部７とは、入力する差動復調信号の位相の複素平面上における配置の分布を判定するために予め設定される所定範囲が異なり、位相成分が０からπ／２、または−πから−π／２のいずれかの範囲に含まれているか否かを判定するが、その判定された位置に応じて＋１または−１の２値信号を出力する点は実施の形態１と同様である。
【００５２】
また、第２の位相判定部１０で使用する判定領域は、第１の位相分布判定部７で使用する判定領域とは各領域の境界が４５度ずれているが、パイロット搬送波成分の差動復調後の位相が図７における各領域の境界線付近にない限り、パイロット搬送波成分に対する位相分布の判定結果は常に同符号となることは、実施の形態１と同様である。
【００５３】
第２の相関演算部１１、および、第２の絶対値演算部１２については、第２の位相判定部１０から入力される信号が実施の形態１と異なっている点を除けば、実施の形態１に示した第１の相関演算部８、および、第１の絶対値演算部９と同様のものである。
【００５４】
次に本実施の形態の搬送波周波数同期回路の動作について説明する。
【００５５】
本実施の形態の動作は、上記したように、第２の位相判定部１０で、入力する差動復調信号の位相の複素平面上における配置の分布を判定するために予め設定される所定範囲が異なることから、図７に示すように内部回路が変更され、判定結果の出力が異なることを除けば実施の形態１と同様であるので、以下に異なる点のみ説明する。
【００５６】
第２の位相分布判定部１０では、差動復調部２から入力する差動復調された信号の位相成分に対して、図７に示した複素平面上で０からπ／２、または−πから−π／２の範囲に含まれているか否かを判定し、その位置の判定結果に対応させて、絶対値が等しく極性の異なる２値信号（＋１または−１）の何れかを出力する。
【００５７】
本実施の形態の場合にも、パイロット搬送波成分は、差動復調後の位相は互いに０またはπの位相差をもつため位相分布の判定結果は常に同符号であり、差動復調部２から入力する差動復調された信号点が図３における各領域の境界線付近にある場合には、パイロット搬送波成分が常に同符号にならないことがある点も同様である。
【００５８】
第２の相関演算部１１と第２の絶対値演算部１２の動作は、実施の形態１における第１の相関演算部７と第１の相関演算部８の動作と、入力の２値信号が異なることから出力が異なる点以外は同様である。
【００５９】
このように、本実施の形態の場合も、実施の形態１と同様に、周波数誤差の検出に各搬送波の信号電力の大きさを利用せず、差動復調された信号の位相が、複素平面上において予め設定された所定範囲内に分布するか否かを判定し、判定された結果から、各搬送波成分の周波数軸における配置の相関値を演算し、その演算結果の絶対値の周波数軸における最大値の位置を、搬送波の周波数誤差を補正するための搬送波間隔の整数倍の周波数誤差として出力する。従って、本実施の形態は、周波数誤差の検出結果が各搬送波の信号電力の大きさに左右されず、マルチパス伝送路等の各搬送波に伝送路の歪みに起因して周波数選択性や時間変動性の電力差が生じた場合でも、周波数誤差の検出精度が劣化することがなくなり、精度良く搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を検出することができる。
【００６０】
また、本実施の形態でも、送信データの変調方式として多値ＱＡＭを用いた場合のように、信号点によって送信電力が大きく異なる場合であっても、位相分布のみを用いて周波数誤差を検出できるように構成したため、精度良く搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を検出することができる。
【００６１】
また、本実施の形態でも、周波数ドメイン信号の差動復調結果における位相分布のみを用いて周波数誤差を検出できるように構成したため、パイロット信号の送信電力をそれ以外の搬送波成分の送信電力よりも大きくする必要がなく、より電力効率の良い信号伝送が可能となる。
【００６２】
実施の形態３．
上記した実施の形態１および２の位相分布判定部では、差動復調部２から入力する差動復調された信号点が図３あるいは図７における各領域の境界線付近にある場合には、パイロット搬送波成分が常に同符号にならないことがあった。そこで、以下に示す実施の形態３では、入力する差動復調された信号点が図３あるいは図７の何れかにおける各領域の境界線付近にある場合でもパイロット搬送波成分が常に同符号になる搬送波周波数同期回路について説明する。
【００６３】
図８は、本発明の実施の形態３に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【００６４】
図８の搬送波周波数同期回路では、実施の形態１の第１の位相判定部７、第１の相関演算部８、および、第１の絶対値演算部９と、本実施の形態２の、第２の位相判定部１０、第２の相関演算部１１、および、第２の絶対値演算部１２の双方の回路を有している。また、差動復調部２の出力は、第１の位相判定部７と第２の位相判定部１０の双方に入力されている。さらに、第１の絶対値演算部９の出力と第２の絶対値演算部１２の出力とを加算して盛大位置検出部６に出力する加算部５を有している。
【００６５】
次に本実施の形態の搬送波周波数同期回路の動作について説明する。
【００６６】
本実施の形態では、実施の形態１で説明した位相分布の判定から絶対値の演算までの動作と、実施の形態２で説明した位相分布の判定から絶対値の演算までの動作の双方が実施され、さらに双方の絶対値が加算され、その加算結果から最大位置が検出される。
【００６７】
双方の動作が実施される理由は、例えば、本実施の形態の第１の位相分布判定部７では、パイロット搬送波成分の差動復調後の位相が図３における各領域の境界線付近にない限り、パイロット搬送波成分に対する位相分布の判定結果は常に同符号であり、第２の位相分布判定部１０では、パイロット搬送波成分の差動復調後の位相が図７における各領域の境界線付近にない限り、パイロット搬送波成分に対する位相分布の判定結果は常に同符号である。従って、第１の位相判定部７と第２の位相分布判定部１０とでは、上記したように各判定領域の境界が４５度ずれているので、各領域の境界線付近は重複しない。つまり、本実施の形態では、第１の位相分布判定部７と第２の位相分布判定部１０のうち、少なくともどちらか一方においては、信号点が各領域の境界線付近存在しないようにすることができる。
【００６８】
次に、加算部５では、上記第１の絶対値演算部９および上記第２の絶対値演算部１２の出力を入力とし、絶対値化された相関情報を対応する搬送波成分ごとに加算して出力する。
【００６９】
このように本実施の形態では、判定領域が異なる位相判定部を複数設け、複数の判定結果の加算出力の最大値を整数倍周波数誤差信号として出力するので、実施の形態１および２の効果に加えて、入力する差動復調された信号点が図３あるいは図７における各領域の境界線付近にあっても、パイロット搬送波成分を常に同符号にすることができる。
【００７０】
実施の形態４．
実施の形態３では、加算部５の出力を直接に最大位置検出部６に入力させたが、１回のシンボル検出により最大値を抽出する場合には、誤差を含む場合が考えられる。そこで、以下に示す実施の形態４では、加算部５の出力を数シンボルにわたり加算することで誤差成分レベルを相対的に低減させ、その加算結果により最大位置検出部６で最大値を検出する場合を示す。
【００７１】
図９は、本発明の実施の形態４に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【００７２】
図９の本実施の形態において、図８で示した実施の形態３との構成上の相違点は、加算部５と最大位置検出部６との間に、加算部５の出力を数シンボルにわたり加算するシンボル間加算部１３を有している点である。他の構成は実施の形態３と同様である。
【００７３】
次に本実施の形態の搬送波周波数同期回路の動作について説明する。
【００７４】
加算部５までの処理動作は実施の形態３で説明したものと同様である。シンボル間加算部１３は、加算部５から出力される絶対値化された各シンボルの相関情報を、対応する搬送波成分ごとに加算して出力する。
【００７５】
最大位置検出部６は、実施の形態３では加算部５の出力を入力としていたのに対し、本実施の形態ではシンボル間加算部１３の出力を入力としている点が異なるが、他の動作については実施の形態３と同様である。
【００７６】
以上のように、本実施の形態では、絶対値化された相関情報を数シンボルにわたって加算し、その加算結果をもとに最大位置検出を行って周波数誤差を検出できるように構成するので、単一のシンボルの相関情報から最大値を検出場合よりも、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差をより精度良く検出することができる。
【００７７】
また、上記構成により、例えば、ＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路が、受信信号の信号電力が伝送路の時間変化によって減少するシステムに用いられる場合でも、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を精度良く検出することができる。
【００７８】
また、上記構成により、例えば、ＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路が、１シンボル内のパイロット搬送波成分が少ないシステムに用いられる場合でも、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を精度良く検出することができる。
【００７９】
実施の形態５．
実施の形態４では、加算部５の出力を数シンボルにわたって加算することで誤差成分レベルを相対的に低減させたが、誤差成分レベルを低減させるためには、例えば、誤差成分となる高域周波数成分を抑圧する低域通過フィルタを用いても誤差成分レベルを低減させることができる。そこで、以下に示す実施の形態５では、加算部５の出力に対して低域通過フィルタを通過させることで、誤差成分レベルを低減させてから最大位置検出部６で最大値を検出する場合を示す。
【００８０】
図１０は、本発明の実施の形態５に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【００８１】
図１０の本実施の形態において、図８で示した実施の形態３との構成上の相違点は、加算部５と最大位置検出部６との間に、加算部５の出力から誤差成分となる高域周波数成分を抑圧するシンボル間フィルタ部４を有している点である。他の構成は実施の形態３と同様である。
【００８２】
次に本実施の形態の搬送波周波数同期回路の動作について説明する。
【００８３】
加算部５までの処理動作は実施の形態３で説明したものと同様である。シンボル間フィルタ部４は、加算部５から出力される絶対値化された各シンボルの相関情報について、対応する搬送波成分ごとに高域周波数成分を抑圧して出力する。シンボル間フィルタ部４としては、例えば、低域を通過するＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタやＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを用いる。
【００８４】
最大位置検出部６は、実施の形態３では加算部５の出力を入力としていたのに対し、本実施の形態ではシンボル間フィルタ部４の出力を入力としている点が異なるが、他の動作については実施の形態３と同様である。
【００８５】
以上のように、本実施の形態では、加算部５から出力される絶対値化された相関情報を低域通過フィルタでシンボル方向にフィルタリングし、その結果をもとに最大位置を検出して周波数誤差を検出できるようにしたので、各シンボルの相関情報からの最大位置を誤検出する影響を軽減することができ、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差をより精度良く検出することができる。
【００８６】
実施の形態６．
上記した各実施の形態では、差動復調部２の出力に対して直接に位相分布の判定を行っていたが、差動復調部２の出力のうち、周波数誤差を検出するために信号レベルが所定値以上の信頼性の高い信号のみを用いれば、さらに周波数誤差を精度良く検出できることになる。そこで、以下に示す実施の形態６では、差動復調部２の出力に対して信頼性の低い信号を除去してから位相分布の判定を行なう場合を示す。
【００８７】
図１１は、本発明の実施の形態６に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【００８８】
図１１の本実施の形態において、図９で示した実施の形態４との構成上の相違点は、差動復調部２と第１の位相分布判定部７および第２の位相分布判定部１０との間に、信頼性の低い信号を除去する低信頼性信号除去部１４を有している点である。他の構成は実施の形態４と同様である。
【００８９】
低信頼性信号除去部１４は、差動復調部２から出力された現シンボルにおける振幅の平均値または振幅の２乗値の平均値が所定のレベル（以下、レベル閾値と記載）より大きいか否かを判定し、その判定結果に２値信号の何れかを設定して差動復調部２の出力信号と共に位相分布の判定用に出力する。例えば、判定結果がレベル閾値より大きくない場合には、現シンボルが周波数誤差検出に使用する信号として信頼性が低いと判断し、２値信号として１を出力する。また、判定結果がレベル閾値より大きい場合には２値信号として０を出力する。
【００９０】
次に本実施の形態の搬送波周波数同期回路の動作について説明する。
【００９１】
差動復調部２から出力された現シンボルにおける平均振幅または振幅の２乗値の平均値は、低信頼性信号除去部１４で判定された２値信号の判定結果と共に、第１の位相分布判定部１０および第２の位相分布判定部１０に入力される。
【００９２】
判定結果がレベル閾値より大きくない場合には、２値信号として１が第１の位相分布判定部７および第２の位相分布判定部１０に入力される。そして、２値信号が１である場合は、現シンボルの信頼性が低いことから周波数誤差検出に使用する信号として使用しないようにするために、が第１の位相分布判定部７および第２の位相分布判定部１０からは位相分布の判定結果として０を出力する。
【００９３】
判定結果がレベル閾値より大きい場合には、２値信号として０が第１の位相分布判定部７および第２の位相分布判定部１０に入力される。この場合には、上記した実施の形態４と同様な位相分布の判定結果が各位相分布判定部７および１０から出力される。
【００９４】
また、上記した本実施の形態では、現シンボルにおける信頼性を判定するために差動復調部２の出力信号を利用したが、例えば、フーリエ変換部１の出力を利用し、現シンボルにおける平均振幅または振幅の２乗値の平均値が所定のレベルよりも大きいか否かを判定する構成としても良い。
【００９５】
以上のように、本実施の形態では、現シンボルの信号レベルが小さい場合には、そのシンボルを用いて周波数誤差検出を行わないようにしたので、レイリーフェージング伝送路などのように、受信信号のレベル変動が大きい場合であっても、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を精度良く検出することができる。
【００９６】
実施の形態７．
上記した各実施の形態では、最大位置検出部６の出力結果を整数倍周波数誤差信号として直接に出力していたが、最大位置検出部６の出力結果に現れる誤検出の影響を軽減できれば、さらに、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を精度良く検出することができることになる。そこで、以下に示す実施の形態７では、最大位置検出部６の出力に対して誤検出の出力結果を除去する場合を示す。
【００９７】
図１２は、本発明の実施の形態７に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【００９８】
図１２の本実施の形態において、図１０で示した実施の形態５との構成上の相違点は、最大位置検出部６の出力側に、最大位置検出部６の出力結果が誤検出による信号であると判断した場合には、それを整数倍周波数誤差信号として出力しない検出情報保護部１７を有している点である。他の構成は実施の形態５と同様である。
【００９９】
検出情報保護部１７は、最大位置検出部６の出力結果（検出値）に対し、シンボル単位で検出回数の多い検出値は整数倍周波数誤差信号として出力するが、検出回数の少ない検出値は整数倍周波数誤差信号として出力しない。
【０１００】
図１３は、検出情報保護部１７の構成の一例を示すブロック図である。
【０１０１】
図１３において、シフトレジスタ部１７１は、最大位置検出部６の出力信号がシンボル毎に入力され、入力をシンボル単位で複数段遅延してからシリアル／パラレル変換して出力する。連続値検出部１７２は、シフトレジスタ部１７１の出力信号が入力され、、最も検出回数の多い検出値を整数倍周波数誤差信号として出力する。
【０１０２】
次に、本実施の形態で検出情報保護部１７の構成が図１３の場合の搬送波周波数同期回路の動作について説明する。
【０１０３】
検出情報保護部１７に最大位置検出部６の出力信号（＝検出情報保護部１７の入力信号）が入力されると、シフトレジスタ部１７１では、シンボルごとに入力される入力する最大位置検出部６の出力信号をシンボル単位で複数段遅延し、シリアル／パラレル変換する。連続値検出部１７２では、シフトレジスタ部１７１の出力が入力され、シフトレジスタ部１７１の出力のうち、最も検出回数の多い検出値が整数倍周波数誤差信号として出力される。
【０１０４】
図１４は、検出情報保護部１７の構成の他の一例を示すブロック図である。
【０１０５】
図１４において、遅延部１７３は、最大位置検出部６の出力信号がシンボル毎に入力され、入力をシンボル単位で１シンボル分信号を遅延して出力する。
【０１０６】
一致判定部１７４は、遅延部１７３の出力および最大位置検出部６の出力信号が入力され、双方の入力信号が一致しているか否かを判定し、その判定結果を２値信号として出力する。例えば、一致判定部１７４は、２つの入力が一致している場合には１を出力し、一致していない場合には０を出力する。
【０１０７】
カウンタ部１７５は、一致判定部１７４の出力が、例えば、０の場合にはカウンタをリセットし、１の場合には１ずつカウンタの値を増加させる。
【０１０８】
検出情報ゲート部１７６は、カウンタ部１７５の出力および最大位置検出部６の出力信号が入力され、カウンタ部１７５の出力が所定の値である連続回数閾値と一致した場合にのみ最大位置検出部６の出力信号をそのまま出力し、一致しない場合には、保持しておいた１シンボル前の最大位置検出部６の出力信号を出力する。
【０１０９】
次に、本実施の形態で検出情報保護部１７の構成が図１４の場合の搬送波周波数同期回路の動作について説明する。
【０１１０】
検出情報保護部１７に最大位置検出部６の出力信号が入力されると、遅延部１７３では、入力信号を１シンボル分だけを遅延して出力する。一致判定部１７４では、遅延部１７３の出力と共に検出情報保護部１７の入力信号が入力され、双方の入力が一致しているか否かが判定され、その判定結果が２入力が一致である場合には１を出力し、２入力が不一致である場合には０を出力する。そして、カウンタ部１７５では、一致判定部１７４の出力が０の場合にはカウンタがリセットされ、１の場合にはカウンタ出力値が１ずつ増加される。
【０１１１】
検出情報ゲート部１７６では、カウンタ部１７５の出力および最大位置検出部６の出力信号（検出情報保護部１７の入力信号）が入力され、カウンタ部１７５の出力が所定の値である連続回数閾値と一致した場合にのみ検出情報保護部１７の入力信号を出力する。検出情報ゲート部１７６では、連続回数閾値と一致しない場合には、保持されていた１シンボル前の出力信号をそのまま出力する。これにより、最大位置検出部６の出力は、連続回数閾値と同じ回数だけ連続した場合に限り、その結果が検出情報保護部１７から整数倍周波数誤差信号として出力される。
【０１１２】
このように、本実施の形態では、最大位置検出部６の出力結果のうち、出力頻度の低いものを誤検出と判断し、それを検出結果として出力しないので、雑音や伝送路特性の歪みの影響が大きい場合であっても、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を精度良く検出することができる。
【０１１３】
尚、実施の形態４、６、および、７では、シンボル間加算部１３で加算するシンボルの相関情報の数は、２シンボル分である必要はなく、３シンボル分以上を加算してもよい。
【０１１４】
また、実施の形態４、６、および、７では、シンボル間加算部１３では、数シンボルにわたり絶対値化された相関情報の加算を実施するようにしたが、例えば、上記した加算に代えて数シンボルにわたる平均値を計算するようにしても良く、その場合も各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
【発明の効果】
本発明によれば、周波数誤差の検出結果が各搬送波の信号電力の大きさに左右されず、マルチパス伝送路等の各搬送波に伝送路の歪みに起因して周波数選択性や時間変動性の電力差が生じた場合でも、周波数誤差の検出精度が劣化することがなくなり、精度良く搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【図２】 周波数軸におけるパイロット搬送波成分とそれ以外の送信データの搬送波成分の配置の一例を示す図である。
【図３】 入力する差動復調信号の位相の複素平面上における配置の分布を判定するための第１の位相分布判定部に予め設定する所定範囲の一例を示す図である。
【図４】 第１の位相分布判定部の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図５】 本発明の実施の形態２に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【図６】 入力する差動復調信号の位相の複素平面上における配置の分布を判定するための第２の位相分布判定部に予め設定する所定範囲の一例を示す図である。
【図７】 第２の位相分布判定部の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図８】 本発明の実施の形態３に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【図９】 本発明の実施の形態４に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【図１０】 本発明の実施の形態５に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【図１１】 本発明の実施の形態６に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【図１２】 本発明の実施の形態７に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【図１３】 検出情報保護部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１４】 検出情報保護部の構成の他の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ フーリエ変換部、 ２ 差動復調部、 ４ シンボル間フィルタ部、 ５相関演算部、 ６ 最大位置検出部、 ７ 第１の位相分布判定部、 ８ 第１の相関演算部、 ９ 第１の絶対値演算部、 １０ 第２の位相分布判定部、１１ 第２の相関演算部、 １２ 第２の絶対値演算部、 １３ シンボル間加算部、 １４ 低信頼性信号除去部、 １７ 検出情報保護部、 ７１ 実部絶対値演算部、 ７２ 虚部絶対値演算部、 ７３ 比較部、 １０１ 実部符号判定部、 １０２ 虚部符号判定部、 １０３ 同符号判定部、 １７１ シフトレジスタ部、 １７２ 連続値検出部、 １７３ 遅延部、 １７４ 一致判定部、 １７５ カウンタ部、 １７６ 検出情報ゲート部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：以下、ＯＦＤＭと記載）方式で入力する複素デジタル信号を復調するＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法に関し、特に、直交復調されたＯＦＤＭ時間ドメインの信号をフーリエ変換してから検波するＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、日本の地上デジタルＴＶ放送方式では、伝送パラメータや伝送制御に関する付加情報、および既知データが変調した連続パイロット搬送波成分は、特定の搬送波を用いてＤＢＰＳＫ（Differential Encoded Binary Phase Shift Keying）やＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）方式でデジタル変調されて伝送されている。これらの搬送波成分は、送信データを伝送する搬送波成分よりも大きな送信電力で伝送されていることから振幅も大きく、周波数誤差を検出するための信号（以下、パイロット搬送波成分と記載）としての役割も果たしている。
【０００３】
それに対して、一般的な送信データ等の上記した以外の搬送波成分は、主としてＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）あるいはＤＱＰＳＫ（Differential Encoded Quadrature Phase Shift Keying）方式で送信されている。従って、パイロット搬送波成分とそれ以外の搬送波成分とでは、位相と振幅が異なることになる。より詳しくは、パイロット搬送波成分は、上記したようにそれ以外の搬送波成分よりも振幅が大きくなるだけでなく、連続するＯＦＤＭシンボル間での位相変化が０またはπとなる。それに対して、それ以外の搬送波成分の場合は、連続するＯＦＤＭシンボル間での位相変化が、変調信号の信号点配置に応じたランダムな位相となる。
【０００４】
一方、上記した各搬送波成分を受信する従来のＯＦＤＭ信号復調装置は、例えば、入力する直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式の複素デジタル信号に対し、直交復調し、ベースバンド帯域に周波数変換し、ガードインターバルを除去してＯＦＤＭ方式の時間ドメインの信号（以下、時間ドメイン信号と記載）とし、該時間ドメイン信号をフーリエ変換してＯＦＤＭ方式の周波数ドメインの信号（以下、周波数ドメイン信号と記載）としてから検波することで復調する構成となっている。
【０００５】
その搬送波周波数同期方法としては、周波数ドメイン信号の各搬送波成分に対して１シンボル前の搬送波成分との差動復調を行い、差動復調結果を２乗し、各搬送波成分ごとに信号の高域成分を抑圧し、各搬送波成分の周波数軸における配置の相関値を演算し、相関値が最大となる周波数軸における位置情報を検出する。この相関値が最大の位置情報は、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差情報となるので、これをもとに時間ドメイン信号に残留している周波数誤差を補正することで、搬送波周波数を同期させる（例えば、非特許文献１の3〜4.2項、Fig.1〜Fig3等参照）。
【０００６】
【非特許文献１】
林健一郎、他５名、「ＯＦＤＭ受信要素技術の開発―地上デジタルＴＶ放送への適用―」、映像情報メディア学会技術報告、１９９９年３月２４日、Vol.23、No.28、p.25-30、BCS'99-15(Mar.,1999)
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法では、上記したように、差動復調した搬送波成分の振幅の大きさが、周波数誤差の検出結果に反映するような検出方法であった。
【０００８】
例えば、上記した非特許文献１の場合には、差動復調結果を２乗してパイロット搬送波成分における位相不確定性を除去し、各搬送波成分ごとに信号の高域成分を抑圧することで一定の位相を有するパイロット搬送波成分を他の搬送波成分から強調させ、各搬送波成分の周波数軸における配置情報を２値化した信号の相関値を演算し、相関値が最大となる位置情報を検出することで、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差情報を得ており、これをもとに時間ドメイン信号の残留している周波数誤差を補正し、搬送波周波数を同期させている。
【０００９】
しかしながら、従来のパイロット搬送波成分の方がそれ以外の搬送波成分よりも大きな送信電力で伝送されていることを利用する搬送波周波数同期方法では、周波数誤差の検出結果が各搬送波の信号電力の大きさに左右されていた。例えば、各搬送波に伝送路の歪みに起因して周波数選択性や時間変動性の電力差が生じた場合に、周波数誤差の検出精度が劣化するという問題点があった。
【００１０】
本発明は上記した問題点を解決するためになされたもので、各搬送波に電力差が生じた場合でも、精度良く搬送波周波数誤差を検出することが可能なＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法には、入力するＯＦＤＭ方式の複素デジタル信号に対し、直交復調し、ベースバンド帯域に周波数変換し、ガードインターバルを除去して時間ドメイン信号とし、該時間ドメイン信号をフーリエ変換して周波数ドメイン信号としてから検波することで復調するＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法であって、フーリエ変換された周波数ドメイン信号の現在のシンボルにおける搬送波成分を、１シンボル前の搬送波成分との間で差動復調するステップと、差動復調された信号の位相が、複素平面上において予め設定された所定範囲内に分布するか否かを判定するステップと、判定された結果から、各搬送波成分の周波数軸における配置の相関値を演算するステップと、演算結果の絶対値を演算するステップと、絶対値が最大値となる周波数軸上の位置を検出し、搬送波の周波数誤差を補正するための搬送波間隔の整数倍の周波数誤差として出力するステップとを有する。
【００１２】
また、本発明のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路は、入力するＯＦＤＭ方式の複素デジタル信号に対し、直交復調し、ベースバンド帯域に周波数変換し、ガードインターバルを除去して時間ドメイン信号とし、該時間ドメイン信号をフーリエ変換して周波数ドメイン信号としてから検波することで復調するＯＦＤＭ信号復調装置において、フーリエ変換された周波数ドメイン信号の現在のシンボルにおける搬送波成分を、１シンボル前の搬送波成分との間で差動復調して差動復調信号を出力する差動復調部と、差動復調信号の位相が、複素平面上において予め設定された所定範囲内に分布するか否かを判定して判定結果を出力する位相分布判定部と、判定結果から、各搬送波成分の周波数軸における配置の相関値を演算し演算結果を出力する相関演算部と、演算結果の絶対値を演算して出力する絶対値演算部と、絶対値が最大値となる周波数軸上の位置を検出し、搬送波の周波数誤差を補正するための搬送波間隔の整数倍の周波数誤差として出力する最大位置検出部とを有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明するが、それに先立ち、本発明を理解するために必要となる本発明で用いた直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式の伝送技術について簡単に説明する。
【００１４】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式の伝送（送受信）技術は、互いの周波数が直交する複数の搬送波によって情報を変調および多重して送信し、受信側では逆の処理を実施して復調する送受信方式であり、放送や通信の分野で特に実用化が進んでいる。
【００１５】
ＯＦＤＭ方式の伝送では、まず送信時に、送信するデータを複数の搬送波に割り振り、各搬送波でＱＰＳＫやＱＡＭまたはＤＱＰＳＫ方式等でデジタル変調され、また、伝送パラメータや伝送制御に関する付加情報、および既知データが変調した連続パイロット搬送波成分は、特定の搬送波を用いて常にＤＢＰＳＫやＢＰＳＫ方式でデジタル変調されてから、これらが多重化され、その後、ＯＦＤＭ信号は所望の送信周波数に周波数変換されて伝送される。
【００１６】
具体的には、送信時に送信する伝送データが各搬送波の変調方式に応じてマッピングされ、これらが逆離散フーリエ変換される。次に、逆離散フーリエ変換後の信号の最後部が信号の先頭にコピーされる。この部分はガードインターバルと呼ばれ、こうすることによって、ガードインターバル長以下の遅延時間を有する遅延波があっても、受信側でシンボル間干渉することなく信号を再生できるようになる。
【００１７】
ＯＦＤＭ方式では全ての搬送波は互いに直交性を有するため、受信側で搬送波周波数が正しく再生された場合、送信データを正しく再生することができる。しかし、受信側の搬送波周波数が実際の周波数に対して誤差を含んでいる場合、搬送波間で干渉が起こり、送信データを誤って再生する確率が増大して伝送特性が劣化する。したがって、ＯＦＤＭ方式では、受信側でいかに正しく搬送波周波数を再生するかが非常に重要な課題となる。
【００１８】
ＯＦＤＭ信号を受信する復調装置では、例えば、上記従来の技術に示したＯＦＤＭ受信装置のように、一般的に入力するＯＦＤＭ方式の複素デジタル信号に対し、直交復調し、ベースバンド帯域に周波数変換し、ガードインターバルを除去して時間ドメイン信号とし、該時間ドメイン信号をフーリエ変換して周波数ドメイン信号としてから検波することで復調している。
【００１９】
また、ＯＦＤＭ信号を受信する復調装置において、搬送波周波数を再生するためには、周波数誤差を減らして同期をとる処理が必要であり、一般的なＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路では、周波数誤差を搬送波間隔の整数倍の成分とそれ以外の成分に分離し、各々に対して周波数誤差を検出してから補正して同期をとっている。例えば、上記従来の技術に示したＯＦＤＭ受信装置は、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を検出するものである。
【００２０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【００２１】
図１において、フーリエ変換部１は、入力する時間ドメイン信号をフーリエ変換し、各搬送波成分を周波数ドメイン信号として不図示の検波部と共に、後段の差動復調部２にも出力する。差動復調部２は、フーリエ変換部１から出力される周波数ドメイン信号の現在のシンボルにおける各搬送波成分に対して、１シンボル前の搬送波成分との間で差動復調して差動復調信号（複素デジタル信号）を後段の第１の位相分布判定部７に出力する。
【００２２】
第１の位相分布判定部７は、入力する差動復調信号の位相が、複素平面上において予め設定された所定範囲内に分布するか否かを判定して判定結果を後段の第１の相関演算部８に出力する。第１の相関演算部８は、入力する判定結果から、各搬送波成分の周波数軸における配置の相関値を演算し、演算結果を後段の第１の絶対値演算部９に出力する。これは、周波数ドメイン信号におけるパイロット搬送波成分の、周波数軸における配置情報を２値化した信号で相関値を演算している。
【００２３】
第１の絶対値演算部９は、入力する演算結果の相関値から絶対値を演算して後段の最大位置検出部６に出力する。最大位置検出部６は、入力する相関値の絶対値の周波数軸における最大値の位置を検出し、その位置情報を、時間ドメイン信号の残留している搬送波の周波数誤差を補正するための搬送波間隔の整数倍の周波数誤差として、例えば、フーリエ変換される前の時間ドメイン信号を生成する狭帯域搬送波周波数同期回路等に出力する。
【００２４】
図２は、周波数軸におけるパイロット搬送波成分とそれ以外の送信データの搬送波成分の配置の一例を示す図である。図２では横軸が周波数を示し、縦軸が振幅を示している。
【００２５】
図２中に点線の矢印で示したパイロット搬送波成分は、実線の矢印で示した他の送信データよりも大きな電力で送信されるため振幅が大きくなっているが、本実施の形態では特に振幅については利用せず、パイロット搬送波成分の周波数軸における配置情報のみを利用する。
【００２６】
図３は、入力する差動復調信号の位相の複素平面上における配置の分布を判定するために、第１の位相分布判定部７に予め設定する所定範囲の一例を示す図である。
【００２７】
図３では、−π／４からπ／４、３π／４からπ、あるいは、−πから−３π／４の範囲を＋１とし、それ以外の範囲を−１とした。
【００２８】
第１の位相分布判定部７は、入力する差動復調信号の位相が、図３の複素平面上において、−π／４からπ／４、３π／４からπ、あるいは、−πから−３π／４のいずれかの範囲に分布するか否かを判定する。従って、第１の位相分布判定部７は、判定結果を絶対値が等しく極性の異なる２値信号（＋１、−１）の何れかに変換して出力する。
【００２９】
図４は、第１の位相分布判定部７の内部構成の一例を示すブロック図である。
【００３０】
図４の第１の位相分布判定部７において、実部絶対値演算部７１は、入力する差動復調信号（複素デジタル信号）の位相の複素平面上における実部の絶対値を演算する。虚部絶対値演算部７２は、入力する差動復調信号（複素デジタル信号）の位相の複素平面上における虚部の絶対値を演算する。比較部７３は、実部絶対値演算部７１から出力される実部の絶対値と、虚部絶対値演算部７２から出力される虚部の絶対値との大小を比較し、実部の絶対値の方が大きければ＋１を出力し、虚部の絶対値の方が大きければ−１を出力する。
【００３１】
第１の位相分布判定部７は、上記のように差動復調された信号の位相における実部の絶対値と虚部の絶対値の大小を比較して判定することで、入力する差動復調信号の位相の複素平面上における配置の分布が、図３に＋１で示された範囲であるか、あるいは、図３に−１で示された範囲であるかを判定することができる。
【００３２】
次に本実施の形態の搬送波周波数同期回路の動作について説明する。
【００３３】
本実施の形態は、概略的には前述したように、パイロット搬送波等の特定の搬送波に対してＤＢＰＳＫやＢＰＳＫ方式等のデジタル変調方式が採用され、送信データの搬送波に対してはＱＰＳＫやＱＡＭまたはＤＱＰＳＫ方式等でデジタル変調方式が採用されたシステムの場合、パイロット搬送波成分とそれ以外の搬送波成分とでは連続するＯＦＤＭシンボル間の信号の位相変化が異なる。すなわち、パイロット搬送波成分では連続するＯＦＤＭシンボル間での位相変化が０またはπとなるのに対して、それ以外の搬送波成分の場合は変調信号の信号点配置に応じたランダムな位相となる。本実施の形態では、この位相変化の分布情報をもとにパイロット搬送波成分の位置を検出することで搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を検出するものである。
【００３４】
まず、フーリエ変換部１では、従来と同様に時間ドメイン信号をフーリエ変換し、各搬送波成分を周波数ドメイン信号として出力する。次に、差動復調部２は、フーリエ変換部１からの入力する現在の周波数ドメイン信号の各搬送波成分に対して、１シンボル前の搬送波成分との差動復調を行う。
【００３５】
第１の位相分布判定部７では、差動復調部２から入力する差動復調された信号の位相成分に対して、図３に示した複素平面上で−π／４からπ／４、または３π／４からπ、または−πから−３π／４の範囲に含まれているか否かを判定し、その位置の判定結果に対応させて、絶対値が等しく極性の異なる２値信号（＋１または−１）の何れかを出力する。
【００３６】
ここで、パイロット搬送波成分は、差動復調後の位相は互いに０またはπの位相差をもつため位相分布の判定結果は常に同符号となる。なお、差動復調部２から入力する差動復調された信号点が図３における各領域の境界線付近にある場合には、パイロット搬送波成分は、種種の変動要因により常に同符号にならないこともある。
【００３７】
第１の相関演算部８は、第１の位相分布判定部７から出力されるパイロット搬送波成分の周波数軸上における配置情報の相関値を演算する。例えば、パイロット搬送波成分の位置を１、それ以外の搬送波成分の位置を０とすると、第１の相関演算部８の出力は、パイロット搬送波成分に対しては常に同符号の信号の加算結果として与えられ、それ以外の搬送波成分に対しては符号がランダムに変化する信号の加算結果として与えられる。
【００３８】
第１の絶対値演算部９は、第１の相関演算部８から出力される相関情報の絶対値を計算して出力する。その結果、第１の絶対値演算部９の出力値は、信号点が図３における各領域の境界線付近にない限り、パイロット搬送波成分とそれ以外の搬送波成分とでは異なり、パイロット搬送波成分に対する絶対値の方が大きくなる。
【００３９】
このように、本実施の形態では、周波数誤差の検出に各搬送波の信号電力の大きさを利用せず、差動復調された信号の位相が、複素平面上において予め設定された所定範囲内に分布するか否かを判定し、判定された結果から、各搬送波成分の周波数軸における配置の相関値を演算し、その演算結果の絶対値の周波数軸における最大値の位置を、搬送波の周波数誤差を補正するための搬送波間隔の整数倍の周波数誤差として出力する。従って、本実施の形態は、周波数誤差の検出結果が各搬送波の信号電力の大きさに左右されず、マルチパス伝送路等の各搬送波に伝送路の歪みに起因して周波数選択性や時間変動性の電力差が生じた場合でも、周波数誤差の検出精度が劣化することがなくなり、精度良く搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を検出することができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、送信データの変調方式として多値ＱＡＭを用いた場合のように、信号点によって送信電力が大きく異なる場合であっても、位相分布のみを用いて周波数誤差を検出できるように構成したため、精度良く搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を検出することができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、周波数ドメイン信号の差動復調結果における位相分布のみを用いて周波数誤差を検出できるように構成したため、パイロット信号の送信電力をそれ以外の搬送波成分の送信電力よりも大きくする必要がなく、より電力効率の良い信号伝送が可能となる。
【００４２】
実施の形態２．
上記した実施の形態１では、第１の位相分布判定部７で、差動復調部２から入力する差動復調された信号の位相成分に対して、図３に示した複素平面上で−π／４からπ／４、または３π／４からπ、または−πから−３π／４のどの範囲に含まれているかを判定していたが、入力する差動復調信号の位相の複素平面上における配置の分布を判定するために予め設定する所定範囲は、これに限るものではない。以下に示す実施の形態２では、位相分布判定部に予め設定する所定範囲が実施の形態１と異なる場合について説明する。
【００４３】
図５は、本発明の実施の形態２に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【００４４】
図５に示した本実施の形態が、図１に示した実施の形態１と異なる点は、実施の形態１の第１の位相判定部７、第１の相関演算部８、および、第１の絶対値演算部９が、本実施の形態２では、第２の位相判定部１０、第２の相関演算部１１、および、第２の絶対値演算部１２に変更されている点である。
【００４５】
図６は、入力する差動復調信号の位相の複素平面上における配置の分布を判定するために、第２の位相分布判定部１０に予め設定する所定範囲の一例を示す図である。
【００４６】
図６では、０からπ／２、あるいは、−πから−π／２の範囲を＋１とし、それ以外の範囲を−１とした。
【００４７】
第２の位相分布判定部１０は、入力する差動復調信号の位相が、図６の複素平面上において、０からπ／２、あるいは、−πから−π／２のいずれかの範囲に分布するか否かを判定する。また、第２の位相分布判定部１０も、判定結果を絶対値が等しく極性の異なる２値信号（＋１、−１）の何れかに変換して出力する。
【００４８】
図７は、第２の位相分布判定部１０の内部構成の一例を示すブロック図である。
【００４９】
図７の第２の位相分布判定部１０において、実部符号判定部１０１は、入力する差動復調信号（複素デジタル信号）の位相の複素平面上における実部の符号が正負の何れかであるかを判定する。虚部符号判定部１０２は、入力する差動復調信号（複素デジタル信号）の位相の複素平面上における虚部の符号が正負の何れかであるかを判定する。同符号判定部１０３は、実部符号判定部１０１から出力される実部の符号と、虚部符号判定部１０２から出力される虚部の符号が同符号であるか否かを判定し、同符号であれば＋１を出力し、同符号でなければ−１を出力する。
【００５０】
第２の位相分布判定部１０は、上記のように差動復調された信号の位相における実部の符号と虚部の符号が同符号か否か判定することで、入力する差動復調信号の位相の複素平面上における配置の分布が、図７に＋１で示された範囲であるか、あるいは、図７に−１で示された範囲であるかを判定することができる。
【００５１】
つまり、第２の位相判定部１０は、第１の位相判定部７とは、入力する差動復調信号の位相の複素平面上における配置の分布を判定するために予め設定される所定範囲が異なり、位相成分が０からπ／２、または−πから−π／２のいずれかの範囲に含まれているか否かを判定するが、その判定された位置に応じて＋１または−１の２値信号を出力する点は実施の形態１と同様である。
【００５２】
また、第２の位相判定部１０で使用する判定領域は、第１の位相分布判定部７で使用する判定領域とは各領域の境界が４５度ずれているが、パイロット搬送波成分の差動復調後の位相が図７における各領域の境界線付近にない限り、パイロット搬送波成分に対する位相分布の判定結果は常に同符号となることは、実施の形態１と同様である。
【００５３】
第２の相関演算部１１、および、第２の絶対値演算部１２については、第２の位相判定部１０から入力される信号が実施の形態１と異なっている点を除けば、実施の形態１に示した第１の相関演算部８、および、第１の絶対値演算部９と同様のものである。
【００５４】
次に本実施の形態の搬送波周波数同期回路の動作について説明する。
【００５５】
本実施の形態の動作は、上記したように、第２の位相判定部１０で、入力する差動復調信号の位相の複素平面上における配置の分布を判定するために予め設定される所定範囲が異なることから、図７に示すように内部回路が変更され、判定結果の出力が異なることを除けば実施の形態１と同様であるので、以下に異なる点のみ説明する。
【００５６】
第２の位相分布判定部１０では、差動復調部２から入力する差動復調された信号の位相成分に対して、図７に示した複素平面上で０からπ／２、または−πから−π／２の範囲に含まれているか否かを判定し、その位置の判定結果に対応させて、絶対値が等しく極性の異なる２値信号（＋１または−１）の何れかを出力する。
【００５７】
本実施の形態の場合にも、パイロット搬送波成分は、差動復調後の位相は互いに０またはπの位相差をもつため位相分布の判定結果は常に同符号であり、差動復調部２から入力する差動復調された信号点が図３における各領域の境界線付近にある場合には、パイロット搬送波成分が常に同符号にならないことがある点も同様である。
【００５８】
第２の相関演算部１１と第２の絶対値演算部１２の動作は、実施の形態１における第１の相関演算部７と第１の相関演算部８の動作と、入力の２値信号が異なることから出力が異なる点以外は同様である。
【００５９】
このように、本実施の形態の場合も、実施の形態１と同様に、周波数誤差の検出に各搬送波の信号電力の大きさを利用せず、差動復調された信号の位相が、複素平面上において予め設定された所定範囲内に分布するか否かを判定し、判定された結果から、各搬送波成分の周波数軸における配置の相関値を演算し、その演算結果の絶対値の周波数軸における最大値の位置を、搬送波の周波数誤差を補正するための搬送波間隔の整数倍の周波数誤差として出力する。従って、本実施の形態は、周波数誤差の検出結果が各搬送波の信号電力の大きさに左右されず、マルチパス伝送路等の各搬送波に伝送路の歪みに起因して周波数選択性や時間変動性の電力差が生じた場合でも、周波数誤差の検出精度が劣化することがなくなり、精度良く搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を検出することができる。
【００６０】
また、本実施の形態でも、送信データの変調方式として多値ＱＡＭを用いた場合のように、信号点によって送信電力が大きく異なる場合であっても、位相分布のみを用いて周波数誤差を検出できるように構成したため、精度良く搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を検出することができる。
【００６１】
また、本実施の形態でも、周波数ドメイン信号の差動復調結果における位相分布のみを用いて周波数誤差を検出できるように構成したため、パイロット信号の送信電力をそれ以外の搬送波成分の送信電力よりも大きくする必要がなく、より電力効率の良い信号伝送が可能となる。
【００６２】
実施の形態３．
上記した実施の形態１および２の位相分布判定部では、差動復調部２から入力する差動復調された信号点が図３あるいは図７における各領域の境界線付近にある場合には、パイロット搬送波成分が常に同符号にならないことがあった。そこで、以下に示す実施の形態３では、入力する差動復調された信号点が図３あるいは図７の何れかにおける各領域の境界線付近にある場合でもパイロット搬送波成分が常に同符号になる搬送波周波数同期回路について説明する。
【００６３】
図８は、本発明の実施の形態３に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【００６４】
図８の搬送波周波数同期回路では、実施の形態１の第１の位相判定部７、第１の相関演算部８、および、第１の絶対値演算部９と、本実施の形態２の、第２の位相判定部１０、第２の相関演算部１１、および、第２の絶対値演算部１２の双方の回路を有している。また、差動復調部２の出力は、第１の位相判定部７と第２の位相判定部１０の双方に入力されている。さらに、第１の絶対値演算部９の出力と第２の絶対値演算部１２の出力とを加算して盛大位置検出部６に出力する加算部５を有している。
【００６５】
次に本実施の形態の搬送波周波数同期回路の動作について説明する。
【００６６】
本実施の形態では、実施の形態１で説明した位相分布の判定から絶対値の演算までの動作と、実施の形態２で説明した位相分布の判定から絶対値の演算までの動作の双方が実施され、さらに双方の絶対値が加算され、その加算結果から最大位置が検出される。
【００６７】
双方の動作が実施される理由は、例えば、本実施の形態の第１の位相分布判定部７では、パイロット搬送波成分の差動復調後の位相が図３における各領域の境界線付近にない限り、パイロット搬送波成分に対する位相分布の判定結果は常に同符号であり、第２の位相分布判定部１０では、パイロット搬送波成分の差動復調後の位相が図７における各領域の境界線付近にない限り、パイロット搬送波成分に対する位相分布の判定結果は常に同符号である。従って、第１の位相判定部７と第２の位相分布判定部１０とでは、上記したように各判定領域の境界が４５度ずれているので、各領域の境界線付近は重複しない。つまり、本実施の形態では、第１の位相分布判定部７と第２の位相分布判定部１０のうち、少なくともどちらか一方においては、信号点が各領域の境界線付近存在しないようにすることができる。
【００６８】
次に、加算部５では、上記第１の絶対値演算部９および上記第２の絶対値演算部１２の出力を入力とし、絶対値化された相関情報を対応する搬送波成分ごとに加算して出力する。
【００６９】
このように本実施の形態では、判定領域が異なる位相判定部を複数設け、複数の判定結果の加算出力の最大値を整数倍周波数誤差信号として出力するので、実施の形態１および２の効果に加えて、入力する差動復調された信号点が図３あるいは図７における各領域の境界線付近にあっても、パイロット搬送波成分を常に同符号にすることができる。
【００７０】
実施の形態４．
実施の形態３では、加算部５の出力を直接に最大位置検出部６に入力させたが、１回のシンボル検出により最大値を抽出する場合には、誤差を含む場合が考えられる。そこで、以下に示す実施の形態４では、加算部５の出力を数シンボルにわたり加算することで誤差成分レベルを相対的に低減させ、その加算結果により最大位置検出部６で最大値を検出する場合を示す。
【００７１】
図９は、本発明の実施の形態４に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【００７２】
図９の本実施の形態において、図８で示した実施の形態３との構成上の相違点は、加算部５と最大位置検出部６との間に、加算部５の出力を数シンボルにわたり加算するシンボル間加算部１３を有している点である。他の構成は実施の形態３と同様である。
【００７３】
次に本実施の形態の搬送波周波数同期回路の動作について説明する。
【００７４】
加算部５までの処理動作は実施の形態３で説明したものと同様である。シンボル間加算部１３は、加算部５から出力される絶対値化された各シンボルの相関情報を、対応する搬送波成分ごとに加算して出力する。
【００７５】
最大位置検出部６は、実施の形態３では加算部５の出力を入力としていたのに対し、本実施の形態ではシンボル間加算部１３の出力を入力としている点が異なるが、他の動作については実施の形態３と同様である。
【００７６】
以上のように、本実施の形態では、絶対値化された相関情報を数シンボルにわたって加算し、その加算結果をもとに最大位置検出を行って周波数誤差を検出できるように構成するので、単一のシンボルの相関情報から最大値を検出場合よりも、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差をより精度良く検出することができる。
【００７７】
また、上記構成により、例えば、ＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路が、受信信号の信号電力が伝送路の時間変化によって減少するシステムに用いられる場合でも、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を精度良く検出することができる。
【００７８】
また、上記構成により、例えば、ＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路が、１シンボル内のパイロット搬送波成分が少ないシステムに用いられる場合でも、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を精度良く検出することができる。
【００７９】
実施の形態５．
実施の形態４では、加算部５の出力を数シンボルにわたって加算することで誤差成分レベルを相対的に低減させたが、誤差成分レベルを低減させるためには、例えば、誤差成分となる高域周波数成分を抑圧する低域通過フィルタを用いても誤差成分レベルを低減させることができる。そこで、以下に示す実施の形態５では、加算部５の出力に対して低域通過フィルタを通過させることで、誤差成分レベルを低減させてから最大位置検出部６で最大値を検出する場合を示す。
【００８０】
図１０は、本発明の実施の形態５に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【００８１】
図１０の本実施の形態において、図８で示した実施の形態３との構成上の相違点は、加算部５と最大位置検出部６との間に、加算部５の出力から誤差成分となる高域周波数成分を抑圧するシンボル間フィルタ部４を有している点である。他の構成は実施の形態３と同様である。
【００８２】
次に本実施の形態の搬送波周波数同期回路の動作について説明する。
【００８３】
加算部５までの処理動作は実施の形態３で説明したものと同様である。シンボル間フィルタ部４は、加算部５から出力される絶対値化された各シンボルの相関情報について、対応する搬送波成分ごとに高域周波数成分を抑圧して出力する。シンボル間フィルタ部４としては、例えば、低域を通過するＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタやＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを用いる。
【００８４】
最大位置検出部６は、実施の形態３では加算部５の出力を入力としていたのに対し、本実施の形態ではシンボル間フィルタ部４の出力を入力としている点が異なるが、他の動作については実施の形態３と同様である。
【００８５】
以上のように、本実施の形態では、加算部５から出力される絶対値化された相関情報を低域通過フィルタでシンボル方向にフィルタリングし、その結果をもとに最大位置を検出して周波数誤差を検出できるようにしたので、各シンボルの相関情報からの最大位置を誤検出する影響を軽減することができ、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差をより精度良く検出することができる。
【００８６】
実施の形態６．
上記した各実施の形態では、差動復調部２の出力に対して直接に位相分布の判定を行っていたが、差動復調部２の出力のうち、周波数誤差を検出するために信号レベルが所定値以上の信頼性の高い信号のみを用いれば、さらに周波数誤差を精度良く検出できることになる。そこで、以下に示す実施の形態６では、差動復調部２の出力に対して信頼性の低い信号を除去してから位相分布の判定を行なう場合を示す。
【００８７】
図１１は、本発明の実施の形態６に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【００８８】
図１１の本実施の形態において、図９で示した実施の形態４との構成上の相違点は、差動復調部２と第１の位相分布判定部７および第２の位相分布判定部１０との間に、信頼性の低い信号を除去する低信頼性信号除去部１４を有している点である。他の構成は実施の形態４と同様である。
【００８９】
低信頼性信号除去部１４は、差動復調部２から出力された現シンボルにおける振幅の平均値または振幅の２乗値の平均値が所定のレベル（以下、レベル閾値と記載）より大きいか否かを判定し、その判定結果に２値信号の何れかを設定して差動復調部２の出力信号と共に位相分布の判定用に出力する。例えば、判定結果がレベル閾値より大きくない場合には、現シンボルが周波数誤差検出に使用する信号として信頼性が低いと判断し、２値信号として１を出力する。また、判定結果がレベル閾値より大きい場合には２値信号として０を出力する。
【００９０】
次に本実施の形態の搬送波周波数同期回路の動作について説明する。
【００９１】
差動復調部２から出力された現シンボルにおける平均振幅または振幅の２乗値の平均値は、低信頼性信号除去部１４で判定された２値信号の判定結果と共に、第１の位相分布判定部１０および第２の位相分布判定部１０に入力される。
【００９２】
判定結果がレベル閾値より大きくない場合には、２値信号として１が第１の位相分布判定部７および第２の位相分布判定部１０に入力される。そして、２値信号が１である場合は、現シンボルの信頼性が低いことから周波数誤差検出に使用する信号として使用しないようにするために、が第１の位相分布判定部７および第２の位相分布判定部１０からは位相分布の判定結果として０を出力する。
【００９３】
判定結果がレベル閾値より大きい場合には、２値信号として０が第１の位相分布判定部７および第２の位相分布判定部１０に入力される。この場合には、上記した実施の形態４と同様な位相分布の判定結果が各位相分布判定部７および１０から出力される。
【００９４】
また、上記した本実施の形態では、現シンボルにおける信頼性を判定するために差動復調部２の出力信号を利用したが、例えば、フーリエ変換部１の出力を利用し、現シンボルにおける平均振幅または振幅の２乗値の平均値が所定のレベルよりも大きいか否かを判定する構成としても良い。
【００９５】
以上のように、本実施の形態では、現シンボルの信号レベルが小さい場合には、そのシンボルを用いて周波数誤差検出を行わないようにしたので、レイリーフェージング伝送路などのように、受信信号のレベル変動が大きい場合であっても、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を精度良く検出することができる。
【００９６】
実施の形態７．
上記した各実施の形態では、最大位置検出部６の出力結果を整数倍周波数誤差信号として直接に出力していたが、最大位置検出部６の出力結果に現れる誤検出の影響を軽減できれば、さらに、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を精度良く検出することができることになる。そこで、以下に示す実施の形態７では、最大位置検出部６の出力に対して誤検出の出力結果を除去する場合を示す。
【００９７】
図１２は、本発明の実施の形態７に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【００９８】
図１２の本実施の形態において、図１０で示した実施の形態５との構成上の相違点は、最大位置検出部６の出力側に、最大位置検出部６の出力結果が誤検出による信号であると判断した場合には、それを整数倍周波数誤差信号として出力しない検出情報保護部１７を有している点である。他の構成は実施の形態５と同様である。
【００９９】
検出情報保護部１７は、最大位置検出部６の出力結果（検出値）に対し、シンボル単位で検出回数の多い検出値は整数倍周波数誤差信号として出力するが、検出回数の少ない検出値は整数倍周波数誤差信号として出力しない。
【０１００】
図１３は、検出情報保護部１７の構成の一例を示すブロック図である。
【０１０１】
図１３において、シフトレジスタ部１７１は、最大位置検出部６の出力信号がシンボル毎に入力され、入力をシンボル単位で複数段遅延してからシリアル／パラレル変換して出力する。連続値検出部１７２は、シフトレジスタ部１７１の出力信号が入力され、、最も検出回数の多い検出値を整数倍周波数誤差信号として出力する。
【０１０２】
次に、本実施の形態で検出情報保護部１７の構成が図１３の場合の搬送波周波数同期回路の動作について説明する。
【０１０３】
検出情報保護部１７に最大位置検出部６の出力信号（＝検出情報保護部１７の入力信号）が入力されると、シフトレジスタ部１７１では、シンボルごとに入力される入力する最大位置検出部６の出力信号をシンボル単位で複数段遅延し、シリアル／パラレル変換する。連続値検出部１７２では、シフトレジスタ部１７１の出力が入力され、シフトレジスタ部１７１の出力のうち、最も検出回数の多い検出値が整数倍周波数誤差信号として出力される。
【０１０４】
図１４は、検出情報保護部１７の構成の他の一例を示すブロック図である。
【０１０５】
図１４において、遅延部１７３は、最大位置検出部６の出力信号がシンボル毎に入力され、入力をシンボル単位で１シンボル分信号を遅延して出力する。
【０１０６】
一致判定部１７４は、遅延部１７３の出力および最大位置検出部６の出力信号が入力され、双方の入力信号が一致しているか否かを判定し、その判定結果を２値信号として出力する。例えば、一致判定部１７４は、２つの入力が一致している場合には１を出力し、一致していない場合には０を出力する。
【０１０７】
カウンタ部１７５は、一致判定部１７４の出力が、例えば、０の場合にはカウンタをリセットし、１の場合には１ずつカウンタの値を増加させる。
【０１０８】
検出情報ゲート部１７６は、カウンタ部１７５の出力および最大位置検出部６の出力信号が入力され、カウンタ部１７５の出力が所定の値である連続回数閾値と一致した場合にのみ最大位置検出部６の出力信号をそのまま出力し、一致しない場合には、保持しておいた１シンボル前の最大位置検出部６の出力信号を出力する。
【０１０９】
次に、本実施の形態で検出情報保護部１７の構成が図１４の場合の搬送波周波数同期回路の動作について説明する。
【０１１０】
検出情報保護部１７に最大位置検出部６の出力信号が入力されると、遅延部１７３では、入力信号を１シンボル分だけを遅延して出力する。一致判定部１７４では、遅延部１７３の出力と共に検出情報保護部１７の入力信号が入力され、双方の入力が一致しているか否かが判定され、その判定結果が２入力が一致である場合には１を出力し、２入力が不一致である場合には０を出力する。そして、カウンタ部１７５では、一致判定部１７４の出力が０の場合にはカウンタがリセットされ、１の場合にはカウンタ出力値が１ずつ増加される。
【０１１１】
検出情報ゲート部１７６では、カウンタ部１７５の出力および最大位置検出部６の出力信号（検出情報保護部１７の入力信号）が入力され、カウンタ部１７５の出力が所定の値である連続回数閾値と一致した場合にのみ検出情報保護部１７の入力信号を出力する。検出情報ゲート部１７６では、連続回数閾値と一致しない場合には、保持されていた１シンボル前の出力信号をそのまま出力する。これにより、最大位置検出部６の出力は、連続回数閾値と同じ回数だけ連続した場合に限り、その結果が検出情報保護部１７から整数倍周波数誤差信号として出力される。
【０１１２】
このように、本実施の形態では、最大位置検出部６の出力結果のうち、出力頻度の低いものを誤検出と判断し、それを検出結果として出力しないので、雑音や伝送路特性の歪みの影響が大きい場合であっても、搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を精度良く検出することができる。
【０１１３】
尚、実施の形態４、６、および、７では、シンボル間加算部１３で加算するシンボルの相関情報の数は、２シンボル分である必要はなく、３シンボル分以上を加算してもよい。
【０１１４】
また、実施の形態４、６、および、７では、シンボル間加算部１３では、数シンボルにわたり絶対値化された相関情報の加算を実施するようにしたが、例えば、上記した加算に代えて数シンボルにわたる平均値を計算するようにしても良く、その場合も各実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
【発明の効果】
本発明によれば、周波数誤差の検出結果が各搬送波の信号電力の大きさに左右されず、マルチパス伝送路等の各搬送波に伝送路の歪みに起因して周波数選択性や時間変動性の電力差が生じた場合でも、周波数誤差の検出精度が劣化することがなくなり、精度良く搬送波間隔の整数倍の周波数誤差を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【図２】 周波数軸におけるパイロット搬送波成分とそれ以外の送信データの搬送波成分の配置の一例を示す図である。
【図３】 入力する差動復調信号の位相の複素平面上における配置の分布を判定するための第１の位相分布判定部に予め設定する所定範囲の一例を示す図である。
【図４】 第１の位相分布判定部の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図５】 本発明の実施の形態２に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【図６】 入力する差動復調信号の位相の複素平面上における配置の分布を判定するための第２の位相分布判定部に予め設定する所定範囲の一例を示す図である。
【図７】 第２の位相分布判定部の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図８】 本発明の実施の形態３に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【図９】 本発明の実施の形態４に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【図１０】 本発明の実施の形態５に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【図１１】 本発明の実施の形態６に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【図１２】 本発明の実施の形態７に係るＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路を示すブロック図である。
【図１３】 検出情報保護部の構成の一例を示すブロック図である。
【図１４】 検出情報保護部の構成の他の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ フーリエ変換部、 ２ 差動復調部、 ４ シンボル間フィルタ部、 ５相関演算部、 ６ 最大位置検出部、 ７ 第１の位相分布判定部、 ８ 第１の相関演算部、 ９ 第１の絶対値演算部、 １０ 第２の位相分布判定部、１１ 第２の相関演算部、 １２ 第２の絶対値演算部、 １３ シンボル間加算部、 １４ 低信頼性信号除去部、 １７ 検出情報保護部、 ７１ 実部絶対値演算部、 ７２ 虚部絶対値演算部、 ７３ 比較部、 １０１ 実部符号判定部、 １０２ 虚部符号判定部、 １０３ 同符号判定部、 １７１ シフトレジスタ部、 １７２ 連続値検出部、 １７３ 遅延部、 １７４ 一致判定部、 １７５ カウンタ部、 １７６ 検出情報ゲート部。
Claims (22)
- 入力する直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式の複素デジタル信号に対し、直交復調し、ベースバンド帯域に周波数変換し、ガードインターバルを除去して時間ドメイン信号とし、該時間ドメイン信号をフーリエ変換して周波数ドメイン信号としてから検波することで復調するＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法であって、
前記フーリエ変換された周波数ドメイン信号の現在のシンボルにおける搬送波成分を、１シンボル前の搬送波成分との間で差動復調するステップと、
前記差動復調された信号の位相が、複素平面上において予め設定された所定範囲内に分布するか否かを判定するステップと、
前記判定された結果から、前記各搬送波成分の周波数軸における配置の相関値を演算するステップと、
前記演算結果の絶対値を演算するステップと、
前記絶対値が最大値となる周波数軸上の位置を検出し、搬送波の周波数誤差を補正するための搬送波間隔の整数倍の周波数誤差として出力するステップと
を有することを特徴とするＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法。 - 前記位相の分布を判定するステップでは、前記差動復調された信号の位相が、複素平面上において、−π／４からπ／４、３π／４からπ、あるいは、−πから−３π／４のいずれかの範囲に分布するか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法。 - 前記位相の分布を判定するステップでは、前記差動復調された信号の位相の複素平面上における分布を、前記差動復調された信号の位相における実部の絶対値と虚部の絶対値を比較して判定する
ことを特徴とする請求項２に記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法。 - 前記位相の分布を判定するステップでは、前記差動復調された信号の位相が、複素平面上において、０からπ／２、あるいは、−πから−π／２のいずれかの範囲に分布するか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法。 - 前記位相の分布を判定するステップでは、前記差動復調された信号の位相の複素平面上における分布を、前記差動復調された信号の位相における実部の符号と虚部の符号が同符号か否かで判定する
ことを特徴とする請求項４に記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法。 - 前記位相の分布を判定するステップでは、判定結果を絶対値が等しく極性の異なる２値信号として出力する
ことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法。 - 前記位相の分布を判定するステップでは、複素平面上において予め設定された複数の各々異なる所定範囲を利用して、前記差動復調された信号の位相の分布を判定する
ことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法。 - 前記位相の分布を判定するステップでは、前記複数の所定範囲として、−π／４からπ／４、３π／４からπ、あるいは、−πから−３π／４のいずれかの範囲と、０からπ／２、あるいは、−πから−π／２のいずれかの範囲を含んで判定する
ことを特徴とする請求項７に記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法。 - 前記複数の位相の分布を判定した結果から、各々個別に各搬送波成分の周波数軸における配置の相関値を演算するステップと、
前記個別に相関配置が演算された結果から、各々個別に絶対値を演算するステップと、
前記個別に演算された各絶対値を加算し、該加算した各絶対値を周波数軸における最大値の位置を検出するために送出するステップと
を有することを特徴とする請求項７または８に記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法。 - 前記各絶対値が加算された結果を、前記周波数ドメイン信号の複数のシンボル間にわたり加算して、周波数軸における最大値の位置を検出するために送出するステップを有する
ことを特徴とする請求項９に記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法。 - 前記各絶対値が加算された結果に対し、前記周波数ドメイン信号の複数のシンボル間のフィルタリングを実施し、周波数軸における最大値の位置を検出するために送出するステップを有する
ことを特徴とする請求項９に記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法。 - 前記差動復調された搬送波成分に対し、該搬送波成分の振幅値あるいは振幅の２乗値を所定の閾値と比較し、該閾値よりも前記振幅値あるいは振幅の２乗値が小さい場合にはその差動復調信号を後段の回路に出力しないステップを有する
ことを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法。 - 前記絶対値の周波数軸における最大値の位置情報に対し、連続して検出される頻度が少ない場合には誤検出情報と判断して該位置情報を出力しないステップを有する
ことを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法。 - 前記最大値の位置情報が連続して検出される頻度が少ない場合が、最大検出頻度の前記位置情報以外である
ことを特徴とする請求項１３に記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法。 - 前記最大値の位置情報が連続して検出される頻度が少ない場合が、検出頻度を所定の閾値と比較し、該閾値よりも前記検出頻度が小さい場合である
ことを特徴とする請求項１３に記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期方法。 - 入力する直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式の複素デジタル信号に対し、直交復調し、ベースバンド帯域に周波数変換し、ガードインターバルを除去して時間ドメイン信号とし、該時間ドメイン信号をフーリエ変換して周波数ドメイン信号としてから検波することで復調するＯＦＤＭ信号復調装置において、
前記フーリエ変換された周波数ドメイン信号の現在のシンボルにおける搬送波成分を、１シンボル前の搬送波成分との間で差動復調して差動復調信号を出力する差動復調部と、
前記差動復調信号の位相が、複素平面上において予め設定された所定範囲内に分布するか否かを判定して判定結果を出力する位相分布判定部と、
前記判定結果から、前記各搬送波成分の周波数軸における配置の相関値を演算し演算結果を出力する相関演算部と、
前記演算結果の絶対値を演算して出力する絶対値演算部と、
前記絶対値が最大値となる周波数軸上の位置を検出し、搬送波の周波数誤差を補正するための搬送波間隔の整数倍の周波数誤差として出力する最大位置検出部と
を有することを特徴とするＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路。 - 複数の前記位相分布判定部を有し、前記差動復調信号の位相の分布を判定するために複素平面上において予め設定された所定範囲が各位相分布判定部毎に異なる
ことを特徴とする請求項１６に記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路。 - 前記複数の位相分布判定部に対して、各々専用に設けられる複数の前記相関演算部、および、前記絶対値演算部と、
前記各絶対値演算部から出力される絶対値を加算した加算結果を前記最大位置検出部に出力する加算部を有する
ことを特徴とする請求項１７に記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路。 - 前記加算部の加算結果を、前記周波数ドメイン信号の複数のシンボル間にわたり加算して最大位置検出部に出力するシンボル間加算部を有する
ことを特徴とする請求項１８に記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路。 - 前記加算部の加算結果に対し、前記周波数ドメイン信号の複数のシンボル間のフィルタリングを実施して最大位置検出部に出力するシンボル間フィルタ部を有する
ことを特徴とする請求項１８に記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路。 - 前記差動復調部から出力される差動復調信号に対し、該差動復調信号の振幅値あるいは振幅の２乗値を所定の閾値と比較し、該閾値よりも前記振幅値あるいは振幅の２乗値が小さい場合にはその差動復調信号を後段の回路に出力しない低信頼性信号除去部を有する
ことを特徴とする請求項１６〜２０の何れかに記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路。 - 前記最大位置検出部から出力される周波数軸における最大値の位置情報に対し、連続して検出される頻度が少ない場合には誤検出情報と判断して該位置情報を出力しない検出情報保護部を有する
ことを特徴とする請求項１６〜２１の何れかに記載のＯＦＤＭ信号復調装置の搬送波周波数同期回路。
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