JP4314099B2 - Ｏｆｄｍ受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＯＦＤＭ（orthogonal frequency division multiplexing：直交周波数分割多重）信号の受信装置に関し、特に、伝送路特性を推定して受信性能を向上させるＯＦＤＭ受信装置に関する。

近年、音声信号及び映像信号を伝送するためのデジタル変調方式の開発が盛んである。特に地上デジタル放送においては、マルチパス妨害に強いＯＦＤＭ変調方式が注目されている。

ＯＦＤＭ信号の同期検波は、次のような処理を行うことによって実現されている。すなわち、パイロット信号を伝送するパイロットキャリアを所定の周波数間隔毎に有するＯＦＤＭ信号を受信し、この時間領域の信号にフーリエ変換を行って周波数領域の信号に変換し、パイロット信号を抽出し、抽出されたパイロット信号から伝送路特性を求める。更に周波数フィルタを用いてこの伝送路特性に基づいて周波数軸方向の補間を行って、ＯＦＤＭ信号の帯域全体にわたってデータキャリアに対する伝送路特性を求め、補間後の伝送路特性を用いて各データキャリアに歪み補償を行う。

ところが、ＯＦＤＭ信号の帯域外においては伝送路特性が求められていないので、ＯＦＤＭ信号の帯域の両端付近において補間処理を行う際には、周波数フィルタには、その中心周波数の近辺の周波数に対する伝送路特性を与えることができない。このため、補間処理によって求められた伝送路特性の誤差が顕著になり、受信特性が大きく劣化することが知られている。

そこで、例えば特許文献１には、ＯＦＤＭ信号の帯域の末端のパイロットキャリアからパイロットキャリアの周波数間隔だけ離れた周波数においても、伝送路特性が末端のパイロットキャリアの周波数と等しいと仮定して、補間処理により生じる伝送路特性の誤差を抑えるようにした技術が開示されている。また、特許文献２には、更にＦＦＴ（fast Fourier transform）のウインドウの時間ずれに伴う周波数領域の位相回転を考慮することにより、補間処理により生じる誤差を抑える技術が開示されている。
特開平１１−２０５２７４号公報 特開２００２−９７２６号公報

しかし、このような処理を行うと、マルチパス等により振幅変動や位相変動が周波数に応じて生じる場合には、補間処理によって求められた伝送路特性の誤差が顕著になり、受信特性が大きく劣化するという問題があった。

本発明は、パイロットキャリアに対する伝送路特性に基づいて、そのパイロットキャリアの周波数以外の周波数における伝送路特性を外挿により推定し、ＯＦＤＭ受信装置の受信性能を向上させることを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１の発明が講じた手段は、所定のパイロット信号を伝送するパイロットキャリアが所定の周波数間隔毎に配置されたＯＦＤＭ（orthogonal frequency division multiplexing）信号を受信するＯＦＤＭ受信装置であって、前記パイロットキャリアのそれぞれに対する伝送路特性を求めて出力する伝送路特性算出部と、同一のシンボルにおける、第１のパイロットキャリアに対する第１の伝送路特性、及び少なくとも１つの第２のパイロットキャリアに対する第２の伝送路特性を入力とし、所定の演算を前記第２の伝送路特性に対して行って、その結果が前記第１の伝送路特性に近づくように、この演算において用いられる係数を更新することを繰り返し、かつ、前記係数の最終的な値が求められると、前記シンボルにおける前記第２のパイロットキャリアと同数の選択されたパイロットキャリア周波数に対する伝送路特性を、前記第２の伝送路特性として用いて前記所定の演算を行い、求められた結果を前記選択されたパイロットキャリア周波数から前記第１のパイロットキャリアと前記第２のパイロットキャリアとの間の周波数の差の最小値だけ離れた周波数における推定伝送路特性として出力する適応フィルタとを備え、前記適応フィルタは、前記推定伝送路特性と、前記推定伝送路特性を求める際に前記第２の伝送路特性として用いられた伝送路特性の一部とを、新たな前記第２の伝送路特性として用い、新たな推定伝送路特性を求めることを繰り返すものである。

請求項１の発明によると、伝送路特性の推定を行うための演算における係数をシンボル毎に求めて、伝送路特性の推定を正しく行うことができる。特に、ＯＦＤＭ信号の帯域外における伝送路特性を推定することができるので、伝送路特性を周波数軸方向に補間することによって生じる誤差を抑えることができる。したがって、ＯＦＤＭ受信装置の受信性能を向上させることができる。求められた推定伝送路特性を用いて更に伝送路特性を推定することを順次繰り返すので、広範囲の伝送路特性を小規模の回路によって求めることができる。

請求項２の発明では、請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置において、前記適応フィルタは、隣接する２以上のパイロットキャリアを前記第２のパイロットキャリアとして用い、前記隣接する２以上のパイロットキャリアと同数の前記選択されたパイロットキャリア周波数に対する伝送路特性を用いて前記推定伝送路特性を求めるものである。

請求項２の発明によると、２以上のパイロットキャリア周波数に対する伝送路特性に基づいて伝送路特性の推定を行うので、より正しい推定を行うことができる。

請求項３の発明では、請求項２に記載のＯＦＤＭ受信装置において、前記適応フィルタは、前記第１のパイロットキャリアに隣接するパイロットキャリアを前記第２のパイロットキャリアとして用い、前記選択されたパイロットキャリア周波数に隣接するパイロットキャリア周波数に対する伝送路特性を前記推定伝送路特性として求めるものである。

請求項３の発明によると、選択されたパイロットキャリア周波数に隣接するパイロットキャリア周波数に対する伝送路特性を精度よく推定することができる。

請求項４の発明では、請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置において、前記選択されたパイロットキャリア周波数には、最も周波数が高いパイロットキャリアの周波数、又は最も周波数が低いパイロットキャリアの周波数が含まれており、前記推定伝送路特性は、前記ＯＦＤＭ信号の帯域外の周波数に対応することを特徴とする。

請求項４の発明によると、ＯＦＤＭ信号の帯域外の周波数に対する伝送路特性を精度よく推定することができる。このため、ＯＦＤＭ信号の帯域の両端付近における補間処理による誤差を抑えることができる。

請求項５の発明は、請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置において、前記伝送路特性算出部で求められた伝送路特性、及び前記推定伝送路特性に基づいて、前記ＯＦＤＭ信号においてパイロットキャリア間の周波数に配置されたデータキャリアに対する伝送路特性を補間により求める周波数軸補間部と、前記周波数軸補間部で求められた伝送路特性を用いて、これに対応するデータキャリアの波形歪みを補償する歪み補償部とを更に備えるものである。

請求項５の発明によると、データキャリアに対する復調を正しく行うことができるので、誤りの少ない復調出力を得ることができる。

請求項６の発明では、請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置において、前記適応フィルタは、前記所定の演算を前記第２の伝送路特性に対して行う複素フィルタと、前記第１の伝送路特性に対する前記所定の演算の結果の誤差を検出して出力する誤差検出器と、前記誤差を小さくするように前記係数を更新して、前記複素フィルタに出力する係数更新器と、前記係数の最終的な値が求められたと判断すると、求められた最新の前記係数を出力し続けるように、前記係数更新器を制御する制御部とを備えるものである。

請求項６の発明によると、複素フィルタにおいて用いられる係数を求め、その後、求められた係数を用いて伝送路特性の推定を行うことができる。

請求項７の発明では、請求項６に記載のＯＦＤＭ受信装置において、前記係数更新器は、前記誤差の２乗に基づく評価関数の値が小さくなるように、前記係数を更新するものである。

請求項８の発明では、請求項７に記載のＯＦＤＭ受信装置において、前記係数更新器は、ＬＭＳ（least mean-square）アルゴリズムによって前記係数を更新するものである。

請求項９の発明では、請求項７に記載のＯＦＤＭ受信装置において、前記係数更新器は、ＲＬＳ（recursive least-square）アルゴリズムによって前記係数を更新するものである。

このように、本発明によると、適応フィルタを用いることによって、周波数に応じて生じる振幅変動や位相変動を考慮した、周波数軸方向の外挿による伝送路特性の推定を行うので、マルチパス等が存在する伝送路環境においても、伝送路特性を正しく推定することができる。特に、ＯＦＤＭ信号の帯域外の伝送路特性を正しく推定することができ、周波数軸方向の補間処理が正確に行えるようになるので、ＯＦＤＭ受信装置の受信性能を大きく向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置の構成を示すブロック図である。図１のＯＦＤＭ受信装置は、受信部２と、ＦＦＴ部３と、伝送路特性算出部４と、時間軸補間部５と、適応フィルタ６と、周波数軸補間部７と、歪み補償部８と、復調部９とを備えている。

図２は、ＯＦＤＭ信号のフォーマットの例を示す説明図である。図２には、ＯＦＤＭ信号が含む複数のキャリアのそれぞれについて、伝送される信号がシンボル毎に示されている。図２においては、３本のキャリア毎に１本のキャリアが所定の分散パイロット信号（ＳＰ信号）を伝送している。この他に、所定の連続パイロット信号（ＣＰ信号）を伝送するキャリアが存在している。以下では、ＳＰ信号を伝送するキャリアをパイロットキャリアと称する。更に、パイロットキャリア間の周波数には、データキャリアが配置されている。データキャリアは全てのシンボルにおいて、パイロットキャリアはパイロット信号を伝送しないシンボルにおいて、データ信号を伝送する。

図１において、受信部２には、アンテナ１によって受信された高周波信号が入力されている。受信部２は、受け取った信号に周波数変換、同期処理、Ａ／Ｄ変換、ＦＦＴウインドウ処理等を行い、ベースバンドＯＦＤＭ信号を求めてＦＦＴ部３に出力する。ＦＦＴ部３は、入力された時間領域のＯＦＤＭ信号に対して高速フーリエ変換を行って周波数領域のＯＦＤＭ信号に変換し、伝送路特性算出部４及び歪み補償部８に出力する。

伝送路特性算出部４は、周波数領域のＯＦＤＭ信号からＳＰ信号を抽出し、予め保持しているＳＰ信号の位相振幅情報を用いて、各ＳＰ信号を伝送するパイロットキャリアに対する伝送路特性を求め、時間軸補間部５に出力する。すなわち、伝送路特性算出部４は、受信されたＳＰ信号を既知のＳＰ信号で除算して、そのＳＰ信号を伝送するパイロットキャリアに対する伝送路特性を求める。時間軸補間部５は、求められた伝送路特性に時間軸方向の補間を行い、各パイロットキャリアについて、ＳＰ信号が挿入されていないシンボルにおける伝送路特性を求め、伝送路特性算出部４の出力とともに適応フィルタ６に出力する。

適応フィルタ６は、伝送路特性算出部４及び時間軸補間部５で求められた伝送路特性から、後述するように各シンボルにおける外挿のためのフィルタ係数を適応的に算出する。更に、各シンボルについて、フィルタ係数と、パイロットキャリアのうちの少なくとも１つに対する伝送路特性とに基づいて、このパイロットキャリアよりも高い周波数に対する伝送路特性を外挿により推定し、時間軸補間部５の出力とともに周波数軸補間部７に出力する。

周波数軸補間部７は、伝送路特性算出部４、時間軸補間部５及び適応フィルタ６で求められた伝送路特性を用いて周波数軸方向に補間を行って、データキャリアに対する伝送路特性を求め、得られた結果を入力された伝送路特性とともに歪み補償部８に出力する。歪み補償部８は、周波数軸補間部７が出力する伝送路特性を用いて、周波数領域のＯＦＤＭ信号に含まれるデータキャリアの波形歪みを補償（等化）し、得られた信号を復調部９へ出力する。復調部９は、復調を行い、得られたデータ系列を復調出力として出力する。

図３は、図１の適応フィルタ６の構成の例を示すブロック図である。図３のように、適応フィルタ６は、伝送路特性推定フィルタ６１，６２と、信号付加部６３とを備えている。図４は、図３の適応フィルタ６に入力される伝送路特性の値、及びこの適応フィルタ６で推定された伝送路特性の値を模式的に示す説明図である。伝送路特性の値は複素数（ベクトル）であるが、ここでは簡単のため、実数部分のみを示している。図４において、斜線が付された丸はパイロットキャリアに対する伝送路特性の値を示し、白丸はデータキャリアの周波数を示している。

いま、ＯＦＤＭ信号の総パイロットキャリア数をＮ本とし（Ｎは整数）、これらのパイロットキャリアに周波数の低いものから順にインデックス（０，１，…，Ｎ−１）を与えることとする。また、パイロットキャリアの間隔はｆ_p、周波数が最も高いパイロットキャリア（インデックスＮ−１）の周波数はｆ_N-1であるとし、実在するパイロットキャリアの周波数のみではなく、ＯＦＤＭ信号の帯域外の周波数ｆ_N-1＋ｎｆ_pをもパイロットキャリア周波数（インデックスＮ−１＋ｎ）と称する（ｎは１以上の整数）。

以下では、ある時点のＯＦＤＭシンボルにおいて、適応フィルタ６が、周波数ｆ_N-1＋ｆ_p及びｆ_N-1＋２ｆ_pにおける伝送路特性を推定する場合について説明する。このＯＦＤＭシンボルにおけるインデックスＬのパイロットキャリアに対する伝送路特性をＨ_Lと表記する（本実施形態において、Ｌは４≦Ｌ≦Ｎを満たす整数）。

伝送路特性推定フィルタ６１は、時間軸補間部５が出力する伝送路特性Ｈを入力としている。伝送路特性推定フィルタ６１は、そのうち、隣接する２つのパイロットキャリア（インデックスＬ−３及びＬ−２のパイロットキャリア）に対する伝送路特性Ｈ_L-3及びＨ_L-2から、高域側に隣接するインデックスＬ−１のパイロットキャリアに対する推定伝送路特性Ｐ１_L-1を、
Ｐ１_L-1＝Ｈ_L-3×Ｃ１₀＋Ｈ_L-2×Ｃ１₁ …（１）
によって求める。

ここで、伝送路特性推定フィルタ６１は、推定伝送路特性Ｐ１_L-1がインデックスＬ−１のパイロットキャリアに対する伝送路特性Ｈ_L-1にできるだけ近い値となるように、フィルタ係数Ｃ１₀，Ｃ１₁を求める。より具体的には、伝送路特性推定フィルタ６１は、推定伝送路特性Ｐ１_L-1が伝送路特性Ｈ_L-1に近づくように（例えば、伝送路特性Ｈ_L-1に対する推定伝送路特性Ｐ１_L-1の誤差の２乗に基づいた評価関数を小さくするように）、式（１）におけるフィルタ係数Ｃ１₀，Ｃ１₁を更新することを繰り返す。図４の場合は、Ｌ＝Ｎであって、インデックスＮ−３及びＮ−２のパイロットキャリアの伝送路特性に基づいて、フィルタ係数Ｃ１₀，Ｃ１₁を算出する。

次に、伝送路特性推定フィルタ６１は、フィルタ係数Ｃ１₀，Ｃ１₁の最終的な値が求められたと判断すると（例えば、フィルタ係数の更新が所定の回数行われると）、インデックスＮ−２及びＮ−１のパイロットキャリアの伝送路特性を選択し、これらに基づいて推定伝送路特性Ｐ１_Nを求める。すなわち、伝送路特性推定フィルタ６１は、選択された２つのパイロットキャリアに対する伝送路特性Ｈ_N-2及びＨ_N-1から、これらのキャリアよりも高域側にあるインデックスＮのパイロットキャリア周波数における推定伝送路特性Ｐ１_Nを、算出されたフィルタ係数を用いて、
Ｐ１_N＝Ｈ_N-2×Ｃ１₀＋Ｈ_N-1×Ｃ１₁ …（２）
によって推定し、信号付加部６３に出力する。

このように、伝送路特性推定フィルタ６１は、選択されたインデックスＮ−１のパイロットキャリアからインデックスＬ−１及びＬ−２のパイロットキャリアの間の周波数の差ｆ_pだけ離れた周波数ｆ_N-1＋ｆ_pにおける推定伝送路特性Ｐ１_Nを、外挿により求めることができる。

伝送路特性推定フィルタ６２は、時間軸補間部５が出力する伝送路特性Ｈを入力としている。伝送路特性推定フィルタ６２は、そのうち、隣接する２つのパイロットキャリア（インデックスＬ−４及びＬ−３のパイロットキャリア）に対する伝送路特性Ｈ_L-4及びＨ_L-3から、高域側に隣接するインデックスＬ−２のパイロットキャリアに更に隣接するインデックスＬ−１のパイロットキャリアに対する推定伝送路特性Ｐ２_L-1を、
Ｐ２_L-1＝Ｈ_L-4×Ｃ２₀＋Ｈ_L-3×Ｃ２₁ …（３）
によって求める。

ここで、伝送路特性推定フィルタ６２は、推定伝送路特性Ｐ２_L-1が伝送路特性Ｈ_L-1にできるだけ近い値となるように、フィルタ係数Ｃ２₀，Ｃ２₁を求める。より具体的には、伝送路特性推定フィルタ６２は、推定伝送路特性Ｐ２_L-1が伝送路特性Ｈ_L-1に近づくように（例えば、伝送路特性Ｈ_L-1に対する推定伝送路特性Ｐ２_L-1の誤差の２乗に基づいた評価関数を小さくするように）、式（３）におけるフィルタ係数Ｃ２₀，Ｃ２₁を更新することを繰り返す。図４の場合は、Ｌ＝Ｎであって、インデックスＮ−４及びＮ−３のパイロットキャリアの伝送路特性に基づいて、フィルタ係数Ｃ２₀，Ｃ２₁を算出する。

次に、伝送路特性推定フィルタ６２は、フィルタ係数Ｃ２₀，Ｃ２₁の最終的な値が求められたと判断すると、インデックスＮ−２及びＮ−１のパイロットキャリアの伝送路特性を選択し、これらに基づいて推定伝送路特性Ｐ２_N+1を求める。すなわち、伝送路特性推定フィルタ６２は、選択された２つのパイロットキャリアに対する伝送路特性Ｈ_N-2及びＨ_N-1から、これらのキャリアよりも高域側にあるインデックスＮ＋１のパイロットキャリア周波数における推定伝送路特性Ｐ２_N+1を、算出されたフィルタ係数を用いて、
Ｐ２_N+1＝Ｈ_N-2×Ｃ２₀＋Ｈ_N-1×Ｃ２₁ …（４）
によって推定し、信号付加部６３に出力する。

信号付加部６３は、伝送路特性推定フィルタ６１，６２で求められた推定伝送路特性Ｐ１_N，Ｐ２_N+1を伝送路特性Ｈに付加して、周波数軸補間部７に出力する。

式（１），（３）においては、Ｌ＝Ｎではなくてもよく、ＯＦＤＭ信号の帯域内の他のパイロットキャリアに対する伝送路特性に基づいて、フィルタ係数を求めるようにしてもよい。

このように、適応フィルタにおいて外挿のためのフィルタ係数を算出し、これらの係数を用い、隣接する２つのパイロットキャリアに対する伝送路特性に基づいて、周波数が高い側に隣接するパイロットキャリア周波数、及びこのパイロットキャリアに更に隣接するパイロットキャリア周波数における伝送路特性を推定することができる。

マルチパス等が存在する伝送路環境下においても、周波数に応じた振幅変動及び位相変動を考慮してＯＦＤＭ信号の帯域外の伝送路特性を推定することができるので、特に、周波数軸方向にフィルタ処理を行うことによってＯＦＤＭ信号の帯域端で生じる歪みを抑圧することができる。したがって、ＯＦＤＭ受信装置の受信性能を向上させることができる。

なお、適応フィルタが、演算に用いられるパイロットキャリア群から周波数ｆ_p，２ｆ_p，…，ｎｆ_p離れたパイロットキャリアに対する伝送路特性をそれぞれ推定するｎ個の伝送路特性推定フィルタを備えるようにしてもよい。すると、パイロットキャリア群から周波数ｎｆ_p離れた周波数までの伝送路特性を推定することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、第１の実施形態と同様にして求められたフィルタ係数を用いて、ＯＦＤＭ信号の帯域外の伝送路特性を広範囲にわたって推定するＯＦＤＭ受信装置について説明する。

図５は、本発明の第２の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置における適応フィルタ１６の構成の例を示すブロック図である。本実施形態では、図１のＯＦＤＭ受信装置において、適応フィルタ６に代えて適応フィルタ１６を用いた場合について説明する。適応フィルタ１６は、セレクタ１６１と、複素フィルタ１６２と、誤差検出器１６３と、係数更新器１６４と、制御部１６５とを備えている。セレクタ１６１は、遅延器１７１，１７２，１７３と、複素乗算器１７６，１７７と、複素加算器１７８とを備えている。適応フィルタ１６以外の構成要素は、図１のＯＦＤＭ受信装置と同様であるので、その説明を省略する。

図６は、図５の誤差検出器１６３及び係数更新器１６４の構成の例を示すブロック図である。図７は、図５の適応フィルタ１６に入力される伝送路特性の値、及びこの適応フィルタ１６で推定された伝送路特性の値を模式的に示す説明図である。伝送路特性の値は複素数であるが、ここでは簡単のため、実数部分のみを示している。

まず、フィルタ係数を求めるため、セレクタ１６１は、制御部１６５が出力する選択信号ＳＥＬに従い、伝送路特性Ｈを選択して複素フィルタ１６２に出力する。遅延器１７１，１７２，１７３は、例えばレジスタであって、インデックスＬ−１，Ｌ−２，Ｌ−３のパイロットキャリアに対する伝送路特性Ｈ_L-1，Ｈ_L-2，Ｈ_L-3をそれぞれ記憶する（本実施形態において、Ｌは３≦Ｌ≦Ｎを満たす整数）。

複素フィルタ１６２は、係数更新器１６４から入力されたフィルタ係数Ｃ₀，Ｃ₁を用いて伝送路特性Ｈ_L-2，Ｈ_L-3に対するフィルタリング動作を行う。すなわち、複素フィルタ１６２は、複素乗算器１７６，１７７及び複素加算器１７８によって、式（１）と同様に、
Ｐ_L-1＝Ｈ_L-3×Ｃ₀＋Ｈ_L-2×Ｃ₁ …（５）
の演算を行い、得られた推定伝送路特性Ｐ_L-1を伝送路特性Ｈ_L-1とともに誤差検出器１６３に出力する。

図６において、誤差検出器１６３は、誤差Ｅ（Ｍ）、すなわち、
Ｅ（Ｍ）＝Ｐ_L-1（Ｍ）−Ｈ_L-1 …（６）
を求め、係数更新器１６４に出力する。ここでＭは係数更新回数を表す。Ｐ（Ｍ）はＭ回係数更新時のフィルタ出力である。

係数更新器１６４は、誤差Ｅと、遅延器１７２，１７３にそれぞれ記憶された伝送路特性Ｈ_L-2，Ｈ_L-3とに基づいて、ＬＭＳ（least mean-square）アルゴリズムを用いてフィルタ係数を求める。ＬＭＳアルゴリズムは、式（６）の２乗平均値を評価関数として用い、その値ができるだけ小さくなるように動作するアルゴリズムである。ここで評価関数Ｊ_L（Ｍ）は、
Ｊ_L（Ｍ）＝Ａ［｜Ｅ（Ｍ）｜²］ …（Ｌ１）
である。Ａ［ ］は平均を求める演算を示す。

また、Ｈ_L-1を推定するフィルタ係数更新式は、
Ｃ（Ｍ＋１）＝Ｃ（Ｍ）−μＥ（Ｍ）Ｈ^* …（Ｌ２）
である。ここで、Ｃ，Ｈは行列を、＊は複素共役を表す。例えば、２タップの複素フィルタ１６２の場合、Ｃ^T＝［Ｃ₀，Ｃ₁］、Ｈ^*T＝［Ｈ^* _L-2，Ｈ^* _L-3］となる（Ｔは転置を表す）。また、μは、係数更新量を司るステップパラメータである。

係数更新器１６４は式（Ｌ２）の演算を行い、新たなフィルタ係数Ｃ（Ｍ＋１）を複素フィルタ１６２に出力する。複素フィルタ１６２は、このフィルタ係数を用いて新たな推定伝送路特性Ｐ_L-1を求める。誤差検出器１６３は、新たな推定伝送路特性Ｐ_L-1を用いて式（６）の演算を行う。

このようにフィルタ係数を更新する演算を、例えば所定の回数繰り返すと、フィルタ係数の算出が終了する。その結果、評価関数Ｊ_L（Ｍ）を最小値に近づけることができる。制御部１６５は、フィルタ係数を更新する演算の回数を数え、フィルタ係数の算出が終了したと判断すると、フィルタ係数の出力をホールドさせるホールド信号ＨＤ２を係数更新器１６４に出力する。係数更新器１６４は、ホールド信号ＨＤ２に従って、求められた最新のフィルタ係数をホールドして出力する。

以上のようにして、２つのパイロットキャリアに対する伝送路特性を用いて他の周波数における伝送路特性を求めるためのフィルタ係数が求められると、制御部１６５は、ホールド信号ＨＤ１によって遅延器１７１〜１７３をイネーブル動作させる。遅延器１７２，１７３にそれぞれ伝送路特性Ｈ_N-1，Ｈ_N-2が入力され、記憶されると、制御部１６５は、その後はセレクタ１６１が複素フィルタ１６２の出力を選択するように、選択信号ＳＥＬを出力する。このとき、複素フィルタ１６２は、推定伝送路特性Ｐ_Nを、
Ｐ_N＝Ｈ_N-2×Ｃ₀＋Ｈ_N-1×Ｃ₁
によって求めてセレクタ１６１に出力する。セレクタ１６１は、推定伝送路特性Ｐ_Nを周波数軸補間部７及び遅延器１７１に出力し、遅延器１７１は、得られた推定伝送路特性Ｐ_Nを記憶する。

次に、遅延器１７２，１７３にそれぞれ推定伝送路特性Ｐ_N及び伝送路特性Ｈ_N-1が入力され、記憶される。複素フィルタ１６２は、推定伝送路特性Ｐ_N+1を、
Ｐ_N+1＝Ｈ_N-1×Ｃ₀＋Ｐ_N×Ｃ₁
によって求め、セレクタ１６１を介して周波数軸補間部７及び遅延器１７１に出力する。遅延器１７１は、得られた推定伝送路特性Ｐ_N+1を記憶する。

次に、遅延器１７２，１７３にそれぞれ推定伝送路特性Ｐ_N+1，Ｐ_Nが入力され、記憶される。複素フィルタ１６２は、推定伝送路特性Ｐ_N+2を、
Ｐ_N+2＝Ｐ_N×Ｃ₀＋Ｐ_N+1×Ｃ₁
によって求め、セレクタ１６１を介して周波数軸補間部７及び遅延器１７１に出力する。以後、同様の動作を繰り返すと、ＯＦＤＭ信号の帯域からより離れた周波数における伝送路特性が順次求められる。

このように、本実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置は、推定された伝送路特性を用いて他の周波数における伝送路特性を順次求めることを繰り返す。推定された伝送路特性を再帰的に用いるので、小規模の回路によってＯＦＤＭ信号の帯域外において広範囲に伝送路特性を推定することができる。

（第２の実施形態の変形例）
本変形例では、ＲＬＳ（recursive least-square）アルゴリズムを用いてフィルタ係数を求めるＯＦＤＭ受信装置について説明する。

図８は、第２の実施形態の変形例に係る係数更新器２６４の構成の例を示すブロック図である。本変形例では、図５の適応フィルタにおいて、図６の係数更新器１６４に代えて、係数更新器２６４を用いる。係数更新器２６４は、２タップの複素フィルタ１６２のために２つのフィルタ係数を求める場合の一例である。太い線はベクトル信号を、細い線はスカラー信号を表す。係数更新器２６４は、自己相関逆行列発生部２６７と、ゲインベクトル発生部２６８と、ＲＬＳ係数更新部２６９とを備えている。

係数更新器２６４は、誤差Ｅと、遅延器１７２，１７３にそれぞれ記憶された伝送路特性Ｈ_L-2，Ｈ_L-3とに基づいて、ＲＬＳアルゴリズムを用いてフィルタ係数を求める。ＲＬＳアルゴリズムは、指数重み付き誤差の２乗和を評価関数として用い、その値ができるだけ小さくなるようにするように動作するアルゴリズムである。ここで評価関数Ｊ_R（Ｍ）は、
Ｊ_R（Ｍ）＝Σ_i=1 ^Mλ^M-i｜Ｅ（ｉ）｜² …（Ｒ１）
である。ここで、λ（０＜λ＜１）は忘却係数である。

また、Ｈ_L-1を推定するフィルタ係数更新式は、
Ｃ（Ｍ＋１）＝Ｃ（Ｍ）＋ｋ（Ｍ＋１）Ｅ^*（Ｍ＋１） …（Ｒ２）
である。ここで、ｋ（Ｍ）はカルマンゲインベクトルであり、
ｋ（Ｍ＋１）＝（Ｒ^-1（Ｍ）Ｈ）／（λ＋Ｈ^*TＲ^-1（Ｍ）Ｈ） …（Ｒ３）
で表される。Ｒ^-1は、Ｈの自己相関行列Ｒの逆行列であり、
Ｒ^-1（Ｍ＋１）＝（Ｒ^-1（Ｍ）−ｋ（Ｍ＋１）Ｈ^*TＲ^-1（Ｍ））／λ …（Ｒ４）
で表される。

自己相関逆行列発生部２６７は、式（Ｒ４）の演算を行い、行列Ｒ^-1を求めてゲインベクトル発生部２６８に出力する。ゲインベクトル発生部２６８は、式（Ｒ３）の演算を行い、カルマンゲインベクトルｋを求めて自己相関逆行列発生部２６７及びＲＬＳ係数更新部２６９に出力する。ＲＬＳ係数更新部２６９は、式（Ｒ２）の演算を行い、新たなフィルタ係数Ｃ（Ｍ＋１）を求めて複素フィルタ１６２に出力する。複素フィルタ１６２は、このフィルタ係数を用いて新たな推定伝送路特性Ｐ_L-1を求める。誤差検出器１６３は、新たな推定伝送路特性Ｐ_L-1を用いて式（６）の演算を行う。

このようにフィルタ係数を更新する演算を、例えば所定の回数繰り返すと、フィルタ係数の算出が終了する。その結果、評価関数Ｊ_R（Ｍ）を最小値に近づけることができる。一般に、ＲＬＳアルゴリズムはＬＭＳアルゴリズムに比べて係数の収束速度が速いので、図８の係数更新器２６４によると、フィルタ係数を高速に算出することができる。

（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置の構成を示すブロック図である。図９のＯＦＤＭ受信装置は、図１のＯＦＤＭ受信装置において適応フィルタ６に代えて適応フィルタ３６を備え、伝送路状態検出部１１を更に備えたものである。その他の構成要素は、図１のＯＦＤＭ受信装置と同様であるので、その説明を省略する。

伝送路状態検出部１１は、伝送路特性算出部４が出力する伝送路特性から、各パイロットキャリアについて、キャリア妨害の状態やＣ／Ｎ（搬送波電力対雑音電力比）を検出し、適応フィルタ３６に通知する。

いずれのパイロットキャリアに対する伝送路特性に基づいても、求められるフィルタ係数はあまり変わらない。そこで、適応フィルタ３６は、周波数が最も高いパイロットキャリアやその近辺のパイロットキャリアに限らず、妨害を受けておらず、かつ、Ｃ／Ｎが良好なパイロットキャリアの伝送路特性から、フィルタ係数を算出する。また、適応フィルタ３６は、妨害を受けたり、Ｃ／Ｎが悪いパイロットキャリアに対しては、求められたフィルタ係数を用いてそのキャリアに対する伝送路特性を推定し、そのキャリアから求められた伝送路特性に代えて、推定された伝送路特性を出力する。

図９のＯＦＤＭ受信装置によると、状態のよいパイロットキャリアに対する伝送路特性に基づいてフィルタ係数を求め、かつ、ＯＦＤＭ信号の帯域外の伝送路特性だけではなく、帯域内の伝送路特性をも推定するようにするので、求められる伝送路特性に対する妨害や雑音の影響を抑えることができ、ＯＦＤＭ受信装置の受信性能を向上させることができる。

第１及び第２の実施形態においては、フィルタ係数を求める際には、隣接する２つのパイロットキャリアに対する伝送路特性を変更することなく用い続けていたが、これらの伝送路特性を順次変更するようにしてもよい。適応フィルタ３６がこのような動作をする場合について説明する。

図１０は、フィルタ係数を求める際に用いる伝送路特性を順次変更する場合において、用いられる伝送路特性を周波数の順に示す説明図である。例えば、図６の係数更新器１６４を用いる場合には、適応フィルタ３６は次のように動作する。

遅延器１７１〜１７３は、伝送路特性Ｈ_N-6，Ｈ_N-7，Ｈ_N-8をそれぞれ記憶する。複素フィルタ１６２は、複素乗算器１７６，１７７及び複素加算器１７８によって、式（５）と同様に、
Ｐ_N-6＝Ｈ_N-8×Ｃ₀＋Ｈ_N-7×Ｃ₁
の演算を行い、得られた推定伝送路特性Ｐ_N-6を伝送路特性Ｈ_N-6とともに誤差検出器１６３に出力する。誤差検出器１６３は、誤差Ｅ（Ｍ）、すなわち、
Ｅ（Ｍ）＝Ｐ_N-6（Ｍ）−Ｈ_N-6
を求め、係数更新器１６４に出力する。

係数更新器１６４は、式（Ｌ２）の演算を行い、新たなフィルタ係数Ｃ（Ｍ＋１）を複素フィルタ１６２に出力する。

ここで、制御部の制御によって、遅延器１７１〜１７３は、伝送路特性Ｈ_N-5，Ｈ_N-6，Ｈ_N-7をそれぞれ記憶する。
複素フィルタ１６２は、新たなフィルタ係数を用いて、式（１）と同様の演算を行い、得られた推定伝送路特性Ｐ_N-5を伝送路特性Ｈ_N-5とともに誤差検出器１６３に出力する。以下、同様の動作を繰り返す。

伝送路状態検出部１１は、インデックスＮ−４のパイロットキャリアのＣ／Ｎが低すぎることを検出したとすると、そのことを適応フィルタ３６に通知する。適応フィルタ３６は、このキャリアの伝送路特性Ｈ_N-4をフィルタ係数を求めるためには用いないようにし、伝送路特性Ｈ_N-4の代わりに推定伝送路特性Ｐ_N-4を周波数軸補間部７に出力する。すなわち、適応フィルタ３６は、推定伝送路特性Ｐ_N-4が求められると、これを出力し、次に伝送路特性Ｈ_N-3，Ｈ_N-2を用いて、その次には伝送路特性Ｈ_N-2，Ｈ_N-1を用いて、フィルタ係数の更新を行う。周波数が最も高いパイロットキャリアの伝送路特性Ｈ_N-1に対する誤差を用いてフィルタ係数の更新を行うと、適応フィルタ３６は、フィルタ係数の更新を終了する。

このような適応フィルタ３６によると、フィルタ係数の更新回数の計数等を行うことなく、自動的にフィルタ係数の更新を終了することができる。

なお、以上の実施形態においては、パイロットキャリアに対する伝送路特性に基づいて、これよりも周波数が高い側の周波数における伝送路特性を推定する場合について説明したが、周波数が低い側の周波数における伝送路特性を推定することも同様に可能である。

また、適応フィルタが、隣接する２つのパイロットキャリアに対する伝送路特性に基づいて推定伝送路特性を求める場合について説明したが、１つ又は隣接する３以上のパイロットキャリアに対する伝送路特性に基づいて伝送路特性を推定するようにしてもよい。この場合、式（１）〜（５）等において、項の数を、推定に用いられるパイロットキャリアの数と等しくすればよい。

また、時間軸方向の補間は行わなくてもよい。この場合、現在のシンボルにおいてパイロット信号が挿入されているパイロットキャリアに対する伝送路特性に基づいて、すなわち、図２の場合は、４パイロットキャリア毎に求められた伝送路特性に基づいて、適応フィルタにおける処理を行うようにすればよい。

以上説明したように、本発明に係るＯＦＤＭ受信装置は、伝送路特性を正しく推定することができ、周波数軸方向の補間処理が正確に行えるようになるので、伝送路特性を推定して受信性能を向上させるＯＦＤＭ受信装置等として有用である。

本発明の第１の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置の構成を示すブロック図である。 ＯＦＤＭ信号のフォーマットの例を示す説明図である。 図１の適応フィルタの構成の例を示すブロック図である。 図３の適応フィルタに入力される伝送路特性の値、及びこの適応フィルタで推定された伝送路特性の値を模式的に示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置における適応フィルタの構成の例を示すブロック図である。 図５の誤差検出器及び係数更新器の構成の例を示すブロック図である。 図５の適応フィルタに入力される伝送路特性の値、及びこの適応フィルタで推定された伝送路特性の値を模式的に示す説明図である。 第２の実施形態の変形例に係る係数更新器の構成の例を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係るＯＦＤＭ受信装置の構成を示すブロック図である。 フィルタ係数を求める際に用いる伝送路特性を順次変更する場合において、用いられる伝送路特性を周波数の順に示す説明図である。

符号の説明

２ 受信部
３ ＦＦＴ部
４ 伝送路特性算出部
５ 時間軸補間部
６，１６，３６ 適応フィルタ
７ 周波数軸補間部
８ 歪み補償部
９ 復調部
１１ 伝送路状態検出部
１６２ 複素フィルタ
１６３ 誤差検出器
１６４，２６４ 係数更新器
１６５ 制御部

Claims (9)

1. 所定のパイロット信号を伝送するパイロットキャリアが所定の周波数間隔毎に配置されたＯＦＤＭ（orthogonal frequency division multiplexing）信号を受信するＯＦＤＭ受信装置であって、
   前記パイロットキャリアのそれぞれに対する伝送路特性を求めて出力する伝送路特性算出部と、
   同一のシンボルにおける、第１のパイロットキャリアに対する第１の伝送路特性、及び少なくとも１つの第２のパイロットキャリアに対する第２の伝送路特性を入力とし、所定の演算を前記第２の伝送路特性に対して行って、その結果が前記第１の伝送路特性に近づくように、この演算において用いられる係数を更新することを繰り返し、かつ、前記係数の最終的な値が求められると、前記シンボルにおける前記第２のパイロットキャリアと同数の選択されたパイロットキャリア周波数に対する伝送路特性を、前記第２の伝送路特性として用いて前記所定の演算を行い、求められた結果を前記選択されたパイロットキャリア周波数から前記第１のパイロットキャリアと前記第２のパイロットキャリアとの間の周波数の差の最小値だけ離れた周波数における推定伝送路特性として出力する適応フィルタとを備え、
   前記適応フィルタは、
   前記推定伝送路特性と、前記推定伝送路特性を求める際に前記第２の伝送路特性として用いられた伝送路特性の一部とを、新たな前記第２の伝送路特性として用い、新たな推定伝送路特性を求めることを繰り返すものである
   ＯＦＤＭ受信装置。
2. 請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置において、
   前記適応フィルタは、
   隣接する２以上のパイロットキャリアを前記第２のパイロットキャリアとして用い、前記隣接する２以上のパイロットキャリアと同数の前記選択されたパイロットキャリア周波数に対する伝送路特性を用いて前記推定伝送路特性を求めるものである
   ことを特徴とするＯＦＤＭ受信装置。
3. 請求項２に記載のＯＦＤＭ受信装置において、
   前記適応フィルタは、
   前記第１のパイロットキャリアに隣接するパイロットキャリアを前記第２のパイロットキャリアとして用い、前記選択されたパイロットキャリア周波数に隣接するパイロットキャリア周波数に対する伝送路特性を前記推定伝送路特性として求めるものである
   ことを特徴とするＯＦＤＭ受信装置。
4. 請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置において、
   前記選択されたパイロットキャリア周波数には、最も周波数が高いパイロットキャリアの周波数、又は最も周波数が低いパイロットキャリアの周波数が含まれており、前記推定伝送路特性は、前記ＯＦＤＭ信号の帯域外の周波数に対応する
   ことを特徴とするＯＦＤＭ受信装置。
5. 請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置において、
   前記伝送路特性算出部で求められた伝送路特性、及び前記推定伝送路特性に基づいて、前記ＯＦＤＭ信号においてパイロットキャリア間の周波数に配置されたデータキャリアに対する伝送路特性を補間により求める周波数軸補間部と、
   前記周波数軸補間部で求められた伝送路特性を用いて、これに対応するデータキャリアの波形歪みを補償する歪み補償部とを更に備える
   ことを特徴とするＯＦＤＭ受信装置。
6. 請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置において、
   前記適応フィルタは、
   前記所定の演算を前記第２の伝送路特性に対して行う複素フィルタと、
   前記第１の伝送路特性に対する前記所定の演算の結果の誤差を検出して出力する誤差検出器と、
   前記誤差を小さくするように前記係数を更新して、前記複素フィルタに出力する係数更新器と、
   前記係数の最終的な値が求められたと判断すると、求められた最新の前記係数を出力し続けるように、前記係数更新器を制御する制御部とを備える
   ことを特徴とするＯＦＤＭ受信装置。
7. 請求項６に記載のＯＦＤＭ受信装置において、
   前記係数更新器は、
   前記誤差の２乗に基づく評価関数の値が小さくなるように、前記係数を更新するものである
   ことを特徴とするＯＦＤＭ受信装置。
8. 請求項７に記載のＯＦＤＭ受信装置において、
   前記係数更新器は、
   ＬＭＳ（least mean-square）アルゴリズムによって前記係数を更新するものである
   ことを特徴とするＯＦＤＭ受信装置。
9. 請求項７に記載のＯＦＤＭ受信装置において、
   前記係数更新器は、
   ＲＬＳ（recursive least-square）アルゴリズムによって前記係数を更新するものである
   ことを特徴とするＯＦＤＭ受信装置。

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