JP4354004B2 - アンテナ方向調整方法及びofdm受信装置 - Google Patents
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Description
このOFDM方式は中継現場の映像をテレビ局まで無線伝送するFPU(Field Pickup Unit)の伝送方式として採用され、固定や移動無線中継に使用されている。
従来のアンテナの方向調整方法では、受信側の検波器により受信電界レベルを検出し、受信電界レベルが最大になる方向を探索してアンテナの方向を調整する方法が取られてきた。しかし、受信電界が低くなると、受信信号は雑音に埋もれてしまい、精度の良い検出が困難であった。即ち、アンテナの方向調整の初期段階では受信電界は非常に低いため、OFDM信号が僅かながら到達していたとしても、雑音に埋もれた受信信号を捕らえることができず、手探りで方向調整を行わざるを得なかった。
送信装置12の送信前処理回路13aに入力された情報符号は、誤り訂正符号への変換、64QAMへの変調等の前処理により、各搬送波の信号を表す周波数分布イメージの信号列に変換され、逆フーリエ変換(IFFT)回路13bで時間波形を表す信号列に変換される。そしてガードインターバル挿入回路13cで、伝送路での遅延波に起因する受信側での符号間干渉の影響を少なくするため、送信されるOFDM信号にガードインターバルが付加される。このガードインターバルを挿入された信号は、送信後処理回路13dにおいて更に直交変調、D/A変換、アップコンバート等の後処理を施され、送信アンテナ11から送信される。
この送信されたOFDM伝送信号は、受信アンテナ21で受信され、ケーブルを通して復調装置22に送られる。 復調装置22に入力された受信信号は、ダウンコンバータ23a、A/D変換回路23bでデジタルの複素ベクトル信号に変換された後、伝送された情報符号を復調する信号処理を実施するFFT(フーリエ変換)回路23c、伝送路応答等化回路23d、復調&復号化回路23e等からなる本線系の経路に入力されるとともに、別経路にあるガード相関算出回路24に入力される。
そして、ガード相関算出回路24で、受信信号のガード期間における相関演算を行い、ガード相関信号を受信レベル算出回路25に出力する。受信レベル算出回路25は、ガード相関信号から受信信号のレベルを算出して方向調整信号発生回路26に出力する。
方向調整信号発生回路26は、算出した受信信号レベルに基づき、受信アンテナ21の方向調整用信号を生成し、生成した方向調整用信号を用いて受信アンテナ21の方向調整を行うようにしたものである。
映像情報メディア学会誌 1998年Vol.52,No.11
即ち、アンテナの方向調整の初期段階では受信電界は非常に低いため、OFDM信号が僅かながら到達していたとしても、雑音に埋もれた受信信号を捕らえることができず、手探りで方向調整を行わざるを得なかった。
また、平均化処理により得られた受信電界レベルに対応する信号に対して絶対値演算処理を行い、当該絶対値演算の結果得られた信号レベルに基づき受信アンテナの方向調整用信号を生成し、該生成した方向調整用信号を用いて受信アンテナの方向調整を行うようにしたものである。
また、生成される方向調整用信号を、受信信号のレベルに応じて音質、音量、音の断続間隔の少なくとも1つが変化する方向調整用の音の信号、あるいは色、輝度、点滅間隔の少なくとも1つが変化する方向調整用の光の信号、あるいは数値、文字、グラフの少なくとも1つを表示する信号の内の少なくとも何れか1つの信号としたものである。
また、ガードインターバル期間を含んだOFDM信号を伝送する伝送装置の受信装置において、受信した上記OFDM信号と該OFDM信号を有効シンボル期間長の遅延を行った信号との複素乗算を行う複素乗算演算手段と、当該複素乗算の結果得られる複素乗算信号の少なくともガードインターバル期間の信号に対して低域通過フィルタ演算を行うフィルタ演算手段を具備することにより、受信電界レベルに対応する信号を算出するOFDM受信装置である。
また、フィルタ演算により得られた信号に対して絶対値演算処理を行い、該絶対値演算の結果得られた信号レベルに基づき受信アンテナの方向調整用信号を生成する方向調整信号生成手段を有し、該生成した方向調整用信号を用いて受信アンテナの方向調整を行うOFDM受信装置である。
また、平均化処理、フィルタ演算を行う期間においては、受信局部発振器の発振周波数が一定になるよう制御を行うものである。
また、方向調整用信号を受信信号の実効値にほぼ比例する信号、あるいは受信信号の電力値にほぼ比例する信号、あるいは受信信号のdB値(対数値)にほぼ比例する信号、あるいは受信アンテナの方向を調整する雲台の方向を制御する制御信号の内のいずれか1つの信号に変換するようにしたものである。
また、算出した受信レベル信号を用いて、容易に受信アンテナの方向調整ができるシステムを構築することができるようにもなる。
図1は本発明の第一の実施例について示した図である。前述のように、受信装置に到達したOFDM信号は受信アンテナ1で受信され、受信高周波部2で周波数変換してベースバンド信号に変換される。 このベースバンド信号は、A/D変換回路3に入力され受信サンプリング系列Zin(m)を得る(mはサンプル番号)。 その後、伝送された情報符号を復調するためのFFT(高速フーリエ変換)回路6、復調部7等からなる本線系の経路を経由して復調信号Dを外部装置に出力する。
また、受信サンプリング系列Zin(m)は、クロックタイミングやキャリア周波数を送信信号に同期させる同期処理部8に入力され、同期信号SYNCは受信タイミングを制御する信号としてOFDM受信部全体に配信される。
さらに、受信サンプリング系列Zin(m)は、これらの接続と共に、受信電界を算出する受信電界算出部4に接続され、受信電界算出部4で得られた受信電界信号Rは、方向調整信号発生部5に接続され、受信アンテナ1の方向調整用の信号Cを生成する。
図2は受信電界算出部4の構成について示した図である。A/D変換回路3からの受信サンプル系列Zin(m)は、有効シンボル遅延器41に接続され、有効シンボル遅延された受信サンプル系列Zin(m−M)出力は、複素乗算器42に接続される。複素乗算器42のもう一方の入力端子には、A/D変換回路3からの受信サンプル系列Zin(m)信号が接続される。 後述のように複素乗算器42の出力信号は、積分器43に接続され、絶対値器44を経由して受信電界信号Rとして出力する。
この受信電界算出部4では、OFDMのガードインターバル信号の相関性を利用した処理を施しているため、受信電界算出部4の動作を説明する前に、ガードインターバル信号を含むOFDM信号について図4を用いて説明する。
OFDM方式は、一定の周波数間隔で配置された数百〜数千本の搬送波(キャリア)を、それぞれ一定のシンボル期間Ts’でデジタル変調して伝送する方式である。 OFDM信号への変調には、通常、ポイント数M(例えば、M=1024)のIFFT(逆高速フーリエ変換)が用いられる。 送信側から送出される伝送信号の1シンボルは、IFFTで変調されたMポイントのOFDM信号からなる有効シンボル期間Tsの信号(A+a)と、1シンボルの最後のMg(例えばMg=128)ポイント期間Tgの信号aを有効シンボル期間Ts前のガード期間Tgに複写したMgポイントのガードインターバル信号a’で構成される。なお、次のシンボルのbとb’の部分についても同様である。
Zmul(m)=Zin(m)×Zin(m−M)* ・・・・・・・・・・・(1)
が算出される。この複素乗算信号の波形を、図5(c)、(d)に示す。
図5(c)は、C/Nが無限大の時の様子を示した図である。ここで、ガードインターバル信号であるaとa’、bとb’(図中の点線)の信号は歪みの無い理想的な条件下では同じ信号成分であるため、このガードインターバル期間では相関性を有することになり、他の期間に対して相関レベルが大きくなる。
ここで、この相関レベルは、受信サンプリング系列Zin(m)のガードインターバル期間(aとa’、bとb’)に含有する雑音成分が多くなると、雑音成分の無相関性のために、レベルが小さくなる。 従って、ガードインターバル期間の相関性が低ければ、受信サンプリング系列Zin(m)に含有する雑音成分が多いこと、即ち、受信電界レベルが低いことを意味している。逆に、相関レベルが大きくなると、受信電界レベルが大きいことを意味する。
そのため本発明では、複素乗算器42の出力信号Zmul(m)のI成分、Q成分それぞれに対して、積分器43で平均化処理を施し、擾乱成分を抑圧して、有効な相関成分を抽出する。 即ち、含有する雑音量が多くなると、図5の(d)のように、複素乗算器42の出力信号Zmul(m)自体では、ガードインターバル期間とそれ以外の期間の相関レベル差を判断できるような相関波形を得ることがむずかしくなるが、複素乗算器42の出力信号Zmul(m)を、積分器43で積分(平均化処理)することにより、ガードインターバル期間以外の期間は無相関のため、ガードインターバル期間以外の積分結果は0に収束する。
一方、ガードインターバル期間については、相関性を有するため、積分処理を施すことで、C/Nに依存した相関レベルを得ることができる。
なお、積分器43の構成については、FIRフィルタ等により構成される移動平均処理、即ち低域通過フィルタ(以下LPF:Low Pass Filter)や、IIRフィルタにより構成されるLPFにより実現することができる。このLPFの時定数に関しては、アンテナの方向調整制御に素早く追従できる時定数として、数百msec以内が望ましい。
また、積分処理を施す際には、受信Lo周波数は一定に保つ必要がある。前述したように、同期が確立していない場合には、複素乗算器42の出力Zmul(m)の位相は不確定となる。 ここで、受信Lo周波数が時間的に変動すると、図6に示すようにZmul(m)の位相も変動してしまう。 このような信号に対して積分処理を行った場合、Zmul(m)の有益な相関成分さえも平均化され、0に収束させてしまう。そのため、受信Lo周波数を一定に保持し、Zmul(m)の位相を一定にする制御が必要となる。
I2+Q2 ・・・・・・・・・・・(2)
また、式(3)に示すようにI成分とQ成分の二乗和の平方根を演算することで、受信電力に比例する受信電界信号Rを算出することもできる。
(I2+Q2)0.5 ・・・・・・・・・・・(3)
ところで、通常、受信装置では、受信条件で大きく変化する受信信号のレベルを、自動利得制御(AGC:Automatic Gain Control)回路にてほぼ一定のレベルになるような制御を行った後に、各種の信号処理を実施する方式が用いられている。 そのため、受信電界算出部4に入力される信号Zin(m)の電力も、常にほぼ一定に保たれる。
そのため、受信アンテナの方向を変えながら、受信されるOFDM信号レベルが最大になる方向を探すことができるようになり、算出した方向調整信号を用いて、容易に受信アンテナの方向調整ができるシステムを構築することができるようになる。
Claims (7)
- ガードインターバル期間を含んだOFDM信号を伝送する伝送装置の受信装置において、受信した上記OFDM信号と該OFDM信号を有効シンボル期間長の遅延を行った信号との複素乗算を行い、当該複素乗算の結果得られる複素乗算信号のガードインターバル期間内の信号に対して平均化処理を行い、上記平均化処理により得られた複素乗算信号に対して絶対値演算処理を行い、当該絶対値演算の結果得られた信号レベルにより受信アンテナの方向調整用信号を生成し、該生成した方向調整用信号を用いて受信アンテナの方向調整を行うことを特徴とするOFDM受信装置のアンテナ方向調整方法。
- 請求項1に記載のアンテナ方向調整方法において、受信装置側で絶対的な時間を有することを特徴とするOFDM受信装置のアンテナ方向調整方法。
- 請求項2に記載のアンテナ方向調整方法において、GPSを利用して、受信装置側で絶対的な時間を有することを特徴とするOFDM受信装置のアンテナ方向調整方法。
- 請求項1乃至請求項3記載のアンテナ方向調整方法において、上記生成される方向調整用信号を、上記受信信号のレベルに応じて音質、音量、音の断続間隔の少なくとも1つが変化する方向調整用の音の信号、あるいは色、輝度、点滅間隔の少なくとも1つが変化する方向調整用の光の信号、あるいは数値、文字、グラフの少なくとも1つを表示する信号の内の少なくとも何れか1つの信号としたことを特徴とするアンテナ方向調整方法。
- ガードインターバル期間を含んだOFDM信号を伝送する伝送装置の受信装置において、受信した上記OFDM信号と該OFDM信号を有効シンボル期間長の遅延を行った信号との複素乗算を行う複素乗算演算手段と、当該複素乗算の結果得られる複素乗算信号のガードインターバル期間内の信号に対して低域通過フィルタ演算を行うフィルタ演算手段を具備し、上記フィルタ演算により得られた信号に対して絶対値演算処理を行い、該絶対値演算の結果得られた信号レベルにより受信アンテナの方向調整用信号を生成する方向調整信号生成手段を有することを特徴とするOFDM受信装置。
- 請求項5記載の受信装置において、受信装置側で絶対的な時間を検出する手段を有することを特徴とするOFDM受信装置。
- 請求項6記載の受信装置において、GPSを利用して、受信装置側で絶対的な時間を検出する手段を有することを特徴とするOFDM受信装置。
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