JP3713211B2

JP3713211B2 - 伝送路特性測定器および回り込みキャンセラ

Info

Publication number: JP3713211B2
Application number: JP2001070777A
Authority: JP
Inventors: 孝基柴田
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2021-03-13
Also published as: JP2002271295A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の周波数チャネルのサブキャリア信号を多重化して含むＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multi-plexing；直交周波数分割多重）信号の伝送路特性の測定に関し、特に、単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ：Single Frequency Network）における中継装置等において生じる信号の回り込み波の特性の測定、および回り込み波の消去に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＯＦＤＭ通信方式による単一周波数ネットワーク（ＳＦＮ：Single Frequency Network）が構成された場合、ネットワーク内に設けられる中継装置では、同一周波数の電波（信号）で送受信を行うため、再送信電波（信号）の回り込みが問題となることがある。この回り込み現象について、図を参照して説明する。図５は従来の中継装置の概略構成を、図６は回り込みが生じた場合の伝搬遅延特性の模式図を、また図７は実際に回り込みが発生した場合の伝搬遅延特性の一例を示す。
【０００３】
図５に示すように、中継装置５０は、上位局から所定の搬送周波数ｆの信号を受信する受信アンテナ５２と、下位局に向けて同じ搬送周波数ｆの信号を送信する送信アンテナ５４と、増幅処理等の中継処理を行う中継処理部５６と、を備える。
【０００４】
ここで、回り込み波の伝達関数をＲ(ω)［ω：角周波数］、中継処理の伝達関数をＧ(ω)、および、
【数１】

とすると、観測点Ｐ（図５）における系全体の伝達関数Ｓ(ω)は、
【数２】

と表すことができる。ここに、αｉ：振幅比、τi：遅延時間、θi：位相、また、Ｒ(ω)，Ｇ(ω)およびＳ(ω)は複素数である。この場合の伝搬遅延特性は、図６に示すように、直接波（ｐ０；遅延無し）とともに回り込み波の各次数成分（ｐ１［１次］，ｐ２［２次］，・・・）に応じた複数のインパルスを含む。このうち、２次以上の成分は、回り込み波が繰り返し帰還する（帰還発振する）ことにより生じたものである。
【０００５】
単一の回り込み波の場合（伝搬遅延特性：図６）は、２次以上の成分が含まれていてもその解析は比較的容易であるが、特性（振幅比，遅延時間，位相など）の異なる回り込み波が複数存在した場合には（伝搬遅延特性：図７）、その解析が難しくなってしまう。
【０００６】
そこで、図８に示すように、従来の伝送路特性の測定では、同一チャネルでの上位局（親局）からの送信を停止して受信器５８と送信器６０との間を遮断するとともに、実際の送信信号と同じ信号を送信器６０から送信することにより、回り込みの２次以上の成分を無くし１次成分のみを再現させ、特性測定器６２で伝搬遅延特性を取得していた。図９に、このような手法によって測定した伝搬遅延特性の一例を示す。但し、この場合には、図９の破線より右側の伝搬遅延特性のみが得られる。この図９は、図７と同じ回り込み状況下で測定した伝搬遅延特性である。図からわかるように、特性の異なる回り込み波が複数存在する場合にも、この手法によって得られた結果（例えば伝搬遅延特性［図９］）には各回り込み波の１次成分しか出現しないので、比較的容易にかつ精度良く測定を行うことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の測定手法では、上位局（親局）からの送信を停止するとともに中継装置の受信器と送信器との間を遮断するため、測定中には本来のＯＦＤＭ信号の中継処理を行うことができない。このため、ＯＦＤＭ信号の送信開始前や送信休止中など、中継の必要のない状況でしか測定を行うことができない。また、測定を終えて送信を再開した後（すなわち中継開始後）に回り込み状況が変化する場合もあり、その場合、上記従来の手法では迅速に対応できないという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、本発明にかかる伝送路測定器は、所定の周波数チャネルのサブキャリア信号を多重化して含むＯＦＤＭ信号の伝送路特性を測定する伝送路特性測定器において、受信したＯＦＤＭ信号のスペクトルの逆数に基づいて伝送路特性を測定することを特徴とする。
【０００９】
ここで、本発明にかかる伝送路特性測定器の測定原理について説明する。上記の系全体の伝達関数Ｓ(ω)［スペクトル］の逆数Ｔ(ω)［＝１／Ｓ(ω)］は、式（２）より、
Ｔ(ω) ＝１− Ｃ(ω) ・・・（３）
である。この逆数Ｔ(ω)は、直接波（遅延無し）と回り込み波の１次成分のみを含むことがわかる。すなわち、本発明によれば、電界強度のスペクトルＴ(ω)の逆数から回り込み波の１次成分Ｃ(ω)をより容易に抽出し、その特性をより容易に取得することができる。また、この逆数Ｔ(ω)の算出および伝送路特性の測定は、上位局（親局）からの送信を停止することなく、また中継装置の受信器と送信器との間を遮断することもなく、中継処理中に行うことができるので、本発明によれば、中継処理開始後の伝送路特性の変化にもより迅速に対応することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の第一の実施形態にかかる伝送路特性測定器について図１を参照して説明する。本実施形態にかかる伝送路特性測定器１０は、デジタル化された受信信号（ＯＦＤＭ信号）に対して離散フーリエ変換処理を行うことによりスペクトルを算出するＦＦＴ処理部１２と、算出されたスペクトルの逆数のスペクトルを算出する逆数算出部１４と、逆数のスペクトルに対して逆離散フーリエ変換処理を行うＩＦＦＴ処理部１６と、を備える。
【００１１】
このうちＦＦＴ処理部１２は、受信信号の離散的な周波数毎の信号強度Ｓ(ｎ)（ただし、０≦ｎ＜Ｎ，Ｎ：離散フーリエ変換のポイント数）を取得する。このＳ(ｎ)は、スペクトルに相当する。なお、Ｓ(ｎ)の取得点（すなわちｎ）は、サブキャリア信号の周波数に必ずしも整合させる必要はなく、ｎの取得点数ＮもＯＦＤＭ信号（すなわちＯＦＤＭ信号に含まれるサブキャリア信号）の周波数帯域から、必要な精度を確保できる程度に適宜選択すればよい。
【００１２】
逆数算出部１４は、このスペクトルＳ(ｎ)の振幅の二乗値
｜Ｓ(ｎ)｜²＝Ｓ(ｎ)・Ｓ^*(ｎ)＝［Ｒｅ｛Ｓ(ｎ)｝］²＋［Ｉｍ｛Ｓ(ｎ)｝］²
・・・（４）
に対し、複数の取得タイミングでの平均値を取った逆数
Ｔ(ｎ) ＝Ａ／｜Ｓ(ｎ)｜² ・・・（５）
を算出する（ただし、Ａは補正係数であり、＊は複素共役を示す）。なお、補正係数Ａは、これ以降の算出結果の電界強度（受信電力）レベルを調整するために設定する。この補正係数Ａは、例えば、スペクトルＳ(ｎ)から算出した値（例えばＳ(ｎ)の信号強度の平均値［複数のタイミング分のスペクトルＳ(ｎ)の所定周波数帯域での平均値］）の二乗値としてもよいし、予め定めた所定値としてもよい。
【００１３】
ＦＦＴ処理部１２は、上記Ｓ(ｎ)の周波数ポイント毎の平均値の算出を、所定期間内の複数のタイミングで取得されるＯＦＤＭ信号に対して行う。そして逆数算出部１４は、複数の取得タイミング分のスペクトルＳ(ｎ)の周波数ポイント毎の平均値（すなわち時間平均値）の二乗値の逆数を、逆数の（エネルギ）スペクトルＴ(ｎ)として出力する。
【００１４】
ＩＦＦＴ処理部１６は、逆数の（エネルギ）スペクトルＴ(ｎ)に対して逆離散フーリエ変換を行う。上述したように、逆数の（エネルギ）スペクトルＴ(ｎ)を実数成分とし虚数成分を０として逆離散フーリエ変換した結果では、回り込み波の２次以上の高調波成分が除去され、直接波と回り込みの１次成分が残存する。すなわち、本実施形態にかかる伝送路特性測定器１０によれば、回り込み波の１次成分に対する特性（振幅比，遅延時間，位相）をより容易に取得することができる。伝搬遅延特性としては、図９に示したのと同様の伝搬遅延特性を得ることができる。また、このＩＦＦＴ処理部１６による逆離散フーリエ変換の算出結果は複素数値であり、各（遅延）時間ポイントにおける振幅、位相を取得することもできる。また、各特性の取得を後に行うため、ＩＦＦＴ処理部１６は、取得した複素数値自体を図示しない記憶部に保存しておいても良い。また、このＩＦＦＴ処理部１６は、算出結果に対して電界強度による補正を行う。より具体的には、例えば直接波の電界強度（または受信電力）を基準（０［ｄＢ］）とした相対値で示すよう、対数表示値を直接波の電界強度（受信電力）で除算した値を出力値とする。
【００１５】
上記第一の実施形態にかかる伝送路特性測定器１０は、各特性の取得に際し、受信信号に対する同期（シンボル同期等）およびサブキャリア信号の周波数チャネルの特定を必ずしも必要としない。また、伝送モードの判定等を行うパイロット信号の抽出等も必要としない。その分、装置構成を簡素化することができるとともに、より迅速に特性を把握することができる。
【００１６】
次に、本発明の第二の実施形態にかかる伝送路特性測定器について図２を参照して説明する。本実施形態にかかる伝送路特性測定器２０は、パイロット信号に基づいて伝送路特性を取得する。パイロット信号は、所定のタイミングおよび周波数で送信される。このため本実施形態では、伝送路特性測定器２０は、パイロット信号に対し、予め受信タイミングの同期（シンボル同期等）および周波数の整合を行っておく。
【００１７】
本実施形態にかかる伝送路特性測定器２０は、デジタル化された受信信号（ＯＦＤＭ信号）に対して離散フーリエ変換処理を行うことによりスペクトルを算出するＦＦＴ処理部１２と、算出されたスペクトルから、所定のタイミングで受信した所定の周波数のパイロット信号を抽出するパイロット信号抽出部２２と、抽出したパイロット信号からＯＦＤＭ信号のスペクトルを推定するスペクトル推定部２４と、推定したスペクトルの逆数のスペクトルを算出する逆数算出部１４と、逆数のスペクトルに対して逆離散フーリエ変換処理を行うＩＦＦＴ処理部１６と、を備える。
【００１８】
パイロット信号抽出部２２は、ＦＦＴ処理部１２の出力としてのスペクトルＳ(ｋ)から、所定のタイミングで受信した所定周波数のパイロット信号のスペクトルＳｐ(ｍ)（ただし、０≦ｍ＜Ｋ，Ｍ＜Ｋ，Ｋ≦Ｎ；Ｋはキャリア数，Ｍはパイロット信号の数，Ｎは離散フーリエ変換のポイント数）を抽出する。パイロット信号の一つであるスキャッタード・パイロット（ＳＰ）信号は、一部のサブキャリア信号に置き換えて送信され、その送信に用いられる周波数チャネルは、サブキャリア信号の全周波数チャネルの一部である。すなわち、ＳＰ信号のスペクトルＳｐ(ｍ)は周波数方向に所定間隔で離散化されたまばらな分布となっている。このため、スペクトル推定部２４は、ＳＰ信号のスペクトルＳｐ(ｍ)から、ＳＰ信号の存在しない周波数帯域の信号強度を推定して補間し、Ｓｐ(ｍ)と補間推定した信号強度とに基づいてスペクトルＳ１(ｎ)（ただし、０≦ｎ＜Ｎ，Ｋ≦Ｎ；Ｎは離散フーリエ変換のポイント数）を算出する。この補間は、複数（例えば周波数方向に隣接する二つ）のパイロット信号の信号強度から内挿（例えば一次内挿）または外挿により行う。また、ＳＰ信号は、時間方向にも離散化されているため、時間方向についても上記同様の補間処理を行ってもよい。この場合は、同じ周波数チャネルで受信タイミングの異なる複数のパイロット信号の電界強度（または受信電力）から、パイロット信号の存在しないタイミングでの信号強度を補間すればよい。また、伝送路特性の推定精度を向上させるため、時間方向にパイロット信号の電界強度の平均化を行ってもよい。
【００１９】
逆数算出部１４およびＩＦＦＴ処理部１６はスペクトル推定部２４の出力としてスペクトルの二乗値｜Ｓ１(ｎ)｜²＝Ｓ１(ｎ)・Ｓ１^*(ｎ)に対して、上記第一の実施形態と同じ処理を行う。すなわち、この伝送路特性測定器２０によっても、上記第一の実施形態と同じく、逆数のスペクトルＴ(ｎ)に基づいて、より容易に伝送路特性を取得することができる。また、取得される伝搬路遅延特性は、図９に示したのと同様のものとなる。
【００２０】
次に、本発明の第三の実施形態にかかる伝送路特性測定器８０について図３を参照して説明する。本実施形態にかかる伝送路特性測定器８０は、パイロット信号に基づいて伝送路特性を取得する。パイロット信号は、所定のタイミングおよび周波数で送信される。このため本実施形態では、伝送路特性測定器８０は、パイロット信号に対し、予め受信タイミングの同期および周波数の整合を行っておく。
【００２１】
本実施形態にかかる伝送路特性測定器８０は、デジタル化された受信信号（ＯＦＤＭ信号）に対して離散フーリエ変換処理を行うことによりスペクトルを算出するＦＦＴ処理部１２と、算出されたスペクトルから、所定のタイミングで受信した所定の周波数のパイロット信号を抽出するパイロット信号抽出部２２と、受信信号から抽出したパイロット信号のスペクトルと受信側で用意してある既知のパイロット信号のスペクトルの比較を行いＯＦＤＭ信号の伝達関数を推定する伝達関数推定部８２と、推定した伝達関数の逆数のスペクトルを算出する複素逆数算出部８４と、推定した伝達関数の逆数の伝達関数に対して逆離散フーリエ変換処理を行うＩＦＦＴ処理部１６と、を備える。
【００２２】
パイロット信号抽出部２２は、ＦＦＴ処理部１２の出力としてのスペクトルＳ(ｋ)から、所定のタイミングで受信した所定周波数のパイロット信号のスペクトルＳｐ(ｍ)（ただし、０≦ｍ＜Ｋ，Ｍ＜Ｋ，Ｋ≦Ｎ，；Ｋはキャリア総数，Ｍはパイロット信号の周波数ポイント数，Ｎは離散フーリエ変換のポイント数）を抽出する。パイロット信号の一つであるスキャッタード・パイロット（ＳＰ）信号は、一部のサブキャリア信号に置き換えて送信され、その送信に用いられる周波数チャネルは、サブキャリア信号の全周波数チャネルの一部である。すなわち、ＳＰ信号のスペクトルＳｐ(ｍ)は周波数方向に所定間隔で離散化されたまばらな分布となっている。このため、伝達関数推定部８２は、受信したＳＰ信号のスペクトルＳｐ(ｍ)と受信側で用意してある既知のＳＰ信号Ｘｐ(ｍ)から
Ｓ２(ｍ)＝Ｓｐ(ｍ)／Ｘｐ(ｍ) ・・・（６）
により求めた伝達関数Ｓ２(ｍ)を用いて、ＳＰ信号の存在しない周波数帯域の伝達関数を推定して補間し、Ｓｐ(ｍ)と補間推定した伝達関数とに基づいてＳ２(ｎ)（ただし、０≦ｎ＜Ｎ，Ｋ≦Ｎ；Ｎは離散フーリエ変換の周波数ポイント数）を算出する。この補間は、複数（例えば周波数方向に隣接する二つ）の（受信信号より抽出されたパイロット信号と受信側で用意した既知のパイロット信号により得られた）伝達関数から内挿（例えば一次内挿）または外挿により行う。またＳＰ信号は、時間方向にも離散化されているため、時間方向についても上記同様の補間処理を行ってもよい。この場合は、同じ周波数チャネルで受信タイミングの異なる複数のパイロット信号の存在しないタイミングでの伝達関数を補間すればよい。また、伝送路特性の推定精度を向上させるため、時間方向にパイロット信号の存在するタイミングの伝達関数の平均化を行ってもよい。
【００２３】
複素逆数算出部８４およびＩＦＦＴ処理部１６は、伝達関数推定部８２の出力としての伝達関数
Ｓ２(ｎ)＝Ｒｅ｛Ｓ２(ｎ)｝＋Ｉｍ｛Ｓ２(ｎ)｝・・・（７）
に対して、
【数３】

を算出する。すなわち、この伝送路特性測定器８０では、逆数の伝達関数Ｔ(ｎ)の実数成分、虚数成分を二乗化することなく用いて逆離散フーリエ変換することで、より容易に伝送路特性を取得することができる。また、取得される伝搬路遅延特性は、図９に示したのと同様のものとなる。
【００２４】
次に、本発明の第四の実施形態にかかる回り込みキャンセラについて図４を参照して説明する。回り込みキャンセラ３０を含むＯＦＤＭ中継装置４０は、上位側装置から所定の搬送周波数ｆの信号を受信する受信アンテナ４２と、下位側装置に向けて同じ搬送周波数ｆの信号を送信する送信アンテナ４４と、増幅処理等の中継処理を行う中継処理部４６と、を備える。そして回り込みキャンセラ３０は、受信アンテナ４２と送信アンテナ４４との間（本実施形態では、受信アンテナ４２と中継処理部４６との間；中継処理部４６に入力される前）に設けられる。この回り込みキャンセラ３０は、回り込み波を消去する回り込み波消去部３２と、回り込み波の特性を検出し、回り込み波消去部３２の制御パラメータを算出する制御パラメータ算出部３４とを備える。
【００２５】
このうち制御パラメータ算出部３４は、上記第一，第二または第三の実施形態にかかる伝送路特性測定器（１０，２０，８０）を含み、上記逆数のスペクトルに対する逆離散フーリエ変換の算出結果より取得した複素数値または各回り込み波の特性値（振幅比，遅延時間，位相，伝搬遅延特性など）に基づいて制御パラメータを算出する。
【００２６】
また回り込み波消去部３２は、加算器３６とフィルタ３８（例えば複素ＦＩＲフィルタ）とを含む。加算器３６は、受信アンテナ４２で受信したＯＦＤＭ信号からフィルタ３８の出力信号を減算することで、受信信号に含まれる回り込み波（１次成分以上所定次数成分まで）を消去する。またフィルタ３８は、加算器３６から出力された信号の特性を制御パラメータに基づいて変化させ、これをフィルタ３８の出力信号とする。このような構成において、制御パラメータ算出部３４は、制御パラメータを、直接波成分を含まず、回り込み波の次数成分を該受信信号に同期して含む信号をフィルタ３８から出力させるよう、係数（例えば複素ＦＩＲフィルタのタップ係数）を算出する。尚、係数更新の際にはよく知られた更新係数などを導入することもできる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、多数の回り込み波が生じた状況下でも、回り込み波の特性をより容易に測定することができる。また、中継処理を遮断することなく随時回り込み波の特性を検出することができるので、中継処理開始後に回り込み状況が変化したような場合にも、より迅速かつより確実に回り込み波の特性を検出し、これを消去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態にかかる伝送路特性測定器の概略構成図である。
【図２】本発明の第二の実施形態にかかる伝送路特性測定器の概略構成図である。
【図３】本発明の第三の実施形態にかかる伝送路特性測定器の概略構成図である。
【図４】本発明の第四の実施形態にかかる回り込みキャンセラの概略構成図である。
【図５】ＯＦＤＭ通信方式の単一周波数ネットワーク中継装置の概略構成および伝達関数を示す説明図である。
【図６】ＯＦＤＭ通信方式の単一周波数ネットワーク中継装置において１波回り込みが生じた場合の伝搬遅延特性を模式的に示した説明図である。
【図７】ＯＦＤＭ通信方式の単一周波数ネットワーク中継装置において多波回り込みが発生した場合の伝搬遅延特性の一例である。
【図８】伝搬遅延特性の測定を行うための従来の装置構成を示す図である。
【図９】図７の伝搬遅延特性から回り込み波の２次以上の高調波成分を除去した伝搬遅延特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０，２０，８０伝送路特性測定器、１２ＦＦＴ処理部、１４逆数算出部、１６ＩＦＦＴ処理部、２２パイロット信号抽出部、２４スペクトル推定部、３０回り込みキャンセラ、３２回り込み波消去部、３４制御パラメータ算出部、３６加算器、３８フィルタ、４０ＯＦＤＭ中継装置、４２受信アンテナ、４４送信アンテナ、４６中継処理部、８２伝達関数推定部、８４複素逆数算出部。

Claims

所定の周波数チャネルのサブキャリア信号を多重化して含むＯＦＤＭ信号の伝送路特性を測定する伝送路特性測定器において、
受信したＯＦＤＭ信号のスペクトルの逆数に基づいて伝送路特性を測定することを特徴とする伝送路特性測定器。
所定の周波数チャネルのサブキャリア信号を多重化して含むＯＦＤＭ信号の回り込み成分を消去する回り込みキャンセラであって、
受信したＯＦＤＭ信号のスペクトルの逆数に基づいて測定された伝送路特性に基づいて、前記回り込み成分を消去することを特徴とする回り込みキャンセラ。