JP4087047B2 - Ofdm信号受信装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)伝送方式によって伝送されたOFDM信号を受信するためのOFDM信号受信装置に係り、特に、ガードインターバル長を越える遅延時間のマルチパス環境下やSFN(Single Frequency Network:単一周波数網)内でのシンボル間干渉による伝送特性の劣化を軽減するための適応等化フィルタを具えたOFDM信号受信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
OFDM伝送方式においては、通常、マルチパスによるシンボル間干渉を避けるため、送信側において、有効シンボル期間にガードインターバル期間を付加して送信している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
この送信されたガードインターバル期間に基づいて、遅延波の遅延時間がガードインターバル長以内であれば、シンボル間干渉が生じないようにウィンドウで有効シンボル期間を切り出して復調することができる。しかし、遅延波の遅延時間がガードインターバル長を越える場合には、ウィンドウで有効シンボル期間を切り出すことができないため、やはり、シンボル間干渉が生じて伝送特性を劣化させることになる。
【0004】
そこで、ガードインターバル長を越える遅延時間の遅延波が存在する場合、シンボル間干渉が生じないようにするためには、伝送特性を補償するべく受信信号の波形等化を行うことが必要となる。
【0005】
公開特許公報、特開平11−298434号に、シンボル間干渉が生じる遅延波の波形等化に関して、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)処理以前の段階で、受信信号の自己相関を求めて波形の適応等化を行うことが記載されているが、この場合、自己相関がピークとなる位相を検出して適応等化フィルタのタップ係数を設定しているため、マルチパスによる遅延波の数が増える毎に最適値への収束に時間がかかるという問題がある。また、この方法では、雑音を含む信号どうしの比較をしているため、波形等化に必要なタップ係数の推定精度も低下する。
【0006】
そこで、本発明の目的は、受信信号にガードインターバル長を越える遅延時間の遅延波が存在する場合、従来の適応等化フィルタを用いた波形等化では、マルチパスによる遅延波の数が増える毎に最適値への収束に時間がかかったり、また、波形等化に必要なタップ係数の推定精度も低下するといった問題があったのを、これら問題が排除されたOFDM信号受信装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明OFDM信号受信装置は、伝送路とOFDM信号受信装置内に配置された周波数特性W(ω)の波形等化フィルタとを介して伝送されてきた信号に含まれるパイロット信号Y(ω)と、前記OFDM信号受信装置内にあらかじめ保持している送信信号に含まれるパイロット信号S(ω)とから前記波形等化フィルタを含めた全体の伝送路応答Z′(ω)を推定する手段、該手段により推定した前記波形等化フィルタを含めた伝送路応答Z′(ω)と前記波形等化フィルタの周波数特性W(ω)とから前記波形等化フィルタによるマルチパスのキャンセル残差を求める手段、および該手段により求めたマルチパスのキャンセル残差が最小になるように前記波形等化フィルタのタップ係数を制御する手段を具えてなることを特徴とするものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
なお、以下に説明する本発明の実施の形態は、ISDB−T(Integrated Services Broadcasting for Terrestrial:地上統合デジタル放送)に関する実施形態である。
また、以下の実施形態では、パイロット信号として振幅・位相の基準であるSP(Scatterd Pilot:スキャッタードパイロット)信号を使用するものとする。
【0009】
図1は、本発明OFDM信号受信装置の一実施形態をブロック図にて示している。
図1において、1は減算回路、2はFIR(Finite Impulse Response )フィルタ、3はウインドウ回路、4はFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)回路、5はSP信号抽出回路、6はSP復調回路、7は基準SP信号発生回路、8は複素除算回路、9は信号復調回路、10は残差情報検出回路、11はIFFT(Inverse Fast Fourier Transform:高速逆フーリエ変換)回路、12は係数抽出回路、および13はFFT回路である。
また、図1においては、説明の便宜上、符号P1 ,P2 の観測点が記されている。
【0010】
まず、図1に示す実施形態の図面により、本発明の原理を説明する。
本発明は、受信装置内で伝送路におけるマルチパスの伝達関数を推定し、マルチパスをFIRフィルタ2(図1参照)によって打ち消すようにしたものである。
【0011】
具体的に説明する。
いま、OFDM送信信号に含まれるSP信号をS(ω)で表し、伝送路における主波以外のマルチパスによる周波数特性をH(ω)で表すと、受信装置に入力される信号は、S(ω)(1+H(ω))で表される。また、観測点P1 におけるSP信号をR(ω)で表すと、観測点P1 における伝達関数F(ω)は(1)式で表される。
【数1】
【0012】
また、FIRフィルタ2の周波数特性をW(ω)で表し、観測点P2 におけるSP信号をY(ω)で表すと、受信装置内の伝達関数C(ω)は(2)式で表される。
【数2】
【0013】
(1),(2)式より、FIRフィルタ2と伝送路とを合せた伝達関数Z(ω)は(3)式で表される。
【数3】
【0014】
マルチパスキャンセラの最適条件は、W(ω)=H(ω)が成立することであるから、このときのキャンセル残差信号Err(ω)は(4)式で表される。
【数4】
このキャンセル残差信号Err(ω)を最小化することで、マルチパスのキャンセルが行われる。
【0015】
具体的には、上記のキャンセル残差信号Err(ω)を得るために、受信装置では、観測点P2 における伝送路とFIRフィルタ2を含めた信号の伝達関数Y(i,ω)(iはシンボル番号)の推定と、係数抽出回路12(図1参照)で求められているFIRフィルタ2の時間領域の信号W(i,t)をFFT処理して得られた周波数特性W(i,ω)を求める必要がある。
【0016】
これは、(4)式に従い、残差情報検出回路10(図1参照)で得られたErr(i,ω)をIDFT(Inverse Discrete Fourier Transform:離散逆フーリエ変換)処理、またはIFFT回路11(図1参照)によりIFFT処理することにより時間領域の信号err(i,n)(nは、NをIDFT処理またはIFFT処理の変換ポイント数とすると0≦n<Nの範囲の整数である)が得られる。
【0017】
ここで、時間領域の信号err(i,n)としては1シンボルあたりN個の複素情報が得られる。マルチパスの存在する最大遅延時間の番号をMとするとFIRフィルタ2に要求される最大タップ長もMとなる。ここで、FIRフィルタ2のタップ番号をm(1≦m<M)とする。
【0018】
通常はN>M(Nは、IDFT処理またはIFFT処理の変換ポイント数)であるから、FIRフィルタ2を制御するにあたっては、時間領域の信号err(i,n)において、主波の番号であるn=0およびFIRフィルタ2の制御外の番号であるn>Mの信号を切り捨てて、マルチパスキャンセル後の残差のインパルスレスポンスerr(i,m)のみを取り出すようにする。係数抽出回路12は、この切り捨て処理と、(5)式の逐次更新式によりFIRフィルタ2のタップ係数を制御するための回路である。
【数5】
ここで、w(i,m)はFIRフィルタ2のタップ係数、μは1以下の更新係数である。
【0019】
以上、本発明の原理に基づいてマルチパスをキャンセルする本発明OFDM信号受信装置について、その動作を詳細に説明する。
図1中、観測点P1 に入力される信号は、A/D変換され、直交復調されたデジタル複素ベースバンド信号R(i,t)であるとする。
この複素ベースバンド信号R(i,t)が減算回路1、ウィンドウ回路3、FFT回路4を経た観測点P2 では複素ベースバンド信号
【外1】
が得られる。
【0020】
ここで複素ベースバンド信号〔外1〕からSP信号Y(i,ω)をSP信号抽出回路5で抽出する。SP信号はシンボル毎に周波数配置が異なり、4シンボルで完結しているため、前の3シンボル分のSP信号Y(i−1,ω)Y(i−2,ω)Y(i−3、ω)を合わせて、1つのSP信号
【外2】
とする。
【0021】
SP信号復調回路6では、このSP信号
【外3】
を、基準SP信号発生回路7で発生させた基準SP信号
【外4】
で複素除算を行い、等化器を含めた全体のSP信号の伝達関数
【外5】
を求める。
【0022】
SP信号は、図2に示すように、周波数方向には3キャリア毎に、時間方向では4シンボル毎に間欠的に挿入されているため、信号キャリア部分の伝送路応答については、伝達関数〔外5〕の周波数方向を低域通過フィルタ処理して、全体のキャリアについての伝送路応答をもつZ′(i,ω)を推定する。複素除算回路8において、このZ′(i,ω)を用いて、観測点P2 における複素ベースバンド信号〔外1〕を複素除算して、位相・振幅の補正を行うことにより、データを復調する。
【0023】
係数抽出回路12で生成したFIRフィルタ2のタップ係数W(i,t)を、FFT回路13においてFFT処理することでW(i,ω)を得て、このW(i,ω)とSP信号復調回路からのZ′(i,ω)とを残差情報検出回路10に入力し、原理説明で述べた(4)式によって残差信号Err(i,ω)を求める。次に、IFFT回路11において残差信号のインパルスレスポンスerr(i,n)を求め、さらに切り出し処理を行うことでerr(i,m)として、(5)式に従って、FIRフィルタ2のタップ係数の更新を行う。タップ係数の更新は、ウィンドウ回路3で切り出し処理を行っていないタイミングで更新する。切り出し処理を行っていないタイミングでタップ係数の更新を行うのは、データ復調への影響を軽減するためである。
【0024】
タツプ係数が更新されてから4シンボル以上経過すると、SP信号復調回路6では係数更新後の新たな周波数特性が求められる(図2参照)ため、最短の係数更新間隔は4シンボル毎に1回となる。また、IFFT回路11とFFT回路13は同時に処理(計算)を行う必要は無いので、時分割でIFFT処理とFFT処理とを行い、FFT回路の共用化を図ることが可能である。
【0025】
以上説明した本発明の実施形態においては、パイロット信号としてSP信号を使用するものとしたが、これに限られるものでなく、一般に、OFDM伝送方式で使用される振幅・位相基準の伝送用キャリア信号であれば何でもよいこと勿論である。
【0026】
また、本発明の適用対象は、上述のISDB−Tに使用するOFDM信号受信装置に限られるものではなく、広く一般にOFDM信号受信装置に適用可能であることも勿論である。
【0027】
【発明の効果】
本発明によれば、OFDM受信信号にガードインターバル長を越える遅延時間の遅延波が存在しても、その影響が、SP信号など振幅・位相基準の伝送用キャリア信号を用いて遅延波を検出できる遅延時間の範囲にあれば、ガードインターバル内の遅延時間の遅延波で、従って、波形等化を行わない場合の影響と同程度まで改善される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明OFDM信号受信装置の一実施形態をブロック図にて示している。
【図2】 SP信号が、周波数方向には3キャリア毎に、時間方向では4シンボル毎に間欠的に挿入されていることを示している。
【符号の説明】
1 減算回路
2 FIRフィルタ
3 ウインドウ回路
4,13 FFT回路
5 SP信号抽出回路
6 SP復調回路
7 基準SP信号発生回路
8 複素除算回路
9 信号復調回路
10 残差情報検出回路
11 IFFT回路
12 係数抽出回路
P1 ,P2 観測点
Claims (1)
- 伝送路とOFDM信号受信装置内に配置された周波数特性W(ω)の波形等化フィルタとを介して伝送されてきた信号に含まれるパイロット信号Y(ω)と、前記OFDM信号受信装置内にあらかじめ保持している送信信号に含まれるパイロット信号S(ω)とから前記波形等化フィルタを含めた全体の伝送路応答Z′(ω)を推定する手段、該手段により推定した前記波形等化フィルタを含めた伝送路応答Z′(ω)と前記波形等化フィルタの周波数特性W(ω)とから前記波形等化フィルタによるマルチパスのキャンセル残差を求める手段、および該手段により求めたマルチパスのキャンセル残差が最小になるように前記波形等化フィルタのタップ係数を制御する手段を具えてなることを特徴とするOFDM信号受信装置。
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JP2000303099A JP4087047B2 (ja) | 2000-10-03 | 2000-10-03 | Ofdm信号受信装置 |
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