JP4450725B2 - 遅延プロファイル測定装置、方法及びプログラム - Google Patents
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最初に、観測信号にシンボル間干渉やキャリア間干渉等の干渉が含まれている場合においても、観測信号から遅延プロファイルを正確に測定することができる遅延プロファイル測定装置及び測定方法について説明する。
(遅延プロファイル測定装置の実施例1)
まず、遅延プロファイル測定装置の構成及び基本動作について説明する。図1は、本発明による遅延プロファイル測定装置の第1の実施例を示すブロック図である。図中、1は遅延プロファイル測定装置、2は等化部、3は係数算出部、4は遅延プロファイル表示部をそれぞれ示している。
等化部2の実施例を挙げて、その構成及び動作について説明する。図2は、等化部2の第1の実施例を示すブロック図である。図中、21はFIR(Finite−duration Impulse Response:有限長インパルス応答)フィルタ、22は減算器、23はFIRフィルタをそれぞれ示している。尚、FIRフィルタ21,23は、有限長インパルス応答のトランスバーサルフィルタである。FIRフィルタ21は、主に、主波よりも時間的に前にマルチパス波が到着するいわゆる前ゴーストの等化のために用いる。FIRフィルタ23は、減算器22と組み合わせてIIR(Infinite−duration Impulse Response:無限長インパルス応答)フィルタを構成しており、主波よりも時間的に後にマルチパス波が到着するいわゆる後ゴーストの等化のために用いる。
図2に示した等化部2に対するフィルタの係数を算出する係数算出部3の動作について説明する。送信信号に挿入されたトレーニング信号のスペクトルをS(ω,n)とし、等化部2からの出力の信号の総合周波数特性を(5)式に定義する。
遅延プロファイル表示部4は、FIRフィルタ21の係数とFIRフィルタ23の係数から、観測信号の遅延プロファイルを算出して出力する。FIRフィルタ21の係数をc1(t,n)、FIRフィルタ23の係数をc2(t,n)とする。図2に示した構成の等化部2の場合には、帰還タップを構成しているFIRフィルタ23の係数をそのまま遅延プロファイルデータとして扱うことができる。これに対して、前ゴーストを等化するFIRフィルタ21の係数については、係数が巡回型のインパルス応答となるため、このままでは遅延プロファイルとして用いることができない。そこで、(9)式によりFIRフィルタ21の係数を遅延プロファイルの形に変換する。
さらに詳細な実施例として、OFDM方式を用いた地上デジタル放送ISDB−Tのモード3と呼ばれる信号を観測信号とした場合における、係数算出部3及び遅延プロファイル表示部4の具体的な構成について説明する。尚、地上デジタル放送ISDB−Tについては、「特集 地上デジタル放送方式の研究」、NHK技研R&D1999年5月号等を参照されたい。
図3は、本発明による遅延プルファイル測定装置の第2の実施例を示したブロック図である。尚、図3において図1と同じブロックには同じ番号を付け、その説明を省略する。図3と図1との相違点は、図3に示す遅延プロファイル測定装置1の係数算出部3に等化部2の入力信号及び出力信号の2つ信号が入力されているところにある。
(動作)
まず、遅延プロファイル測定方法について説明する。図4は、1回の観測信号から1つの遅延プロファイルを測定する処理を説明するためのフローチャートである。ここで、遅延プロファイル測定方法を実現する遅延プロファイル測定装置は、等化器の係数を初期化する係数初期化手段、観測信号を取得してメモリに蓄積する測定データ取得手段、観測信号を等化器で等化する等化手段、等化器の係数を算出する係数算出手段、等化器に係数を設定する係数設定手段、等化が正しくなされているか否かを判定する表示判定手段、及び、等化器の係数から遅延プロファイルを算出する遅延プロファイル表示手段とを具えているものとする。本発明は、表示判定手段により等化が正しくなされていないものと判定する限り、測定データ取得手段が、新たな観測信号を取得することはなく、係数算出手段が、同一の観測信号から係数を繰り返して算出し、また、等化が正しくなされているものと判定した場合には、遅延プロファイル表示手段が、係数算出手段により算出された係数から遅延プロファイルを算出すると共に、測定データ取得手段が、新たな観測信号を取得する点を特徴とする。
次に、前述の遅延プロファイル測定方法を用いた遅延プロファイル測定装置の構成について説明する。図5は、遅延プロファイル測定装置の第3の実施例を示すブロック図である。図5において、1は遅延プロファイル測定装置、2は等化部、3は係数算出部、4は遅延プロファイル表示部、5はメモリ部をそれぞれ示している。尚、図5において図1と同じブロックには同じ番号を付け、その説明を省略する。図5と図1との相違点は、図5の遅延プロファイル測定装置1がさらにメモリ部5を具えているところにある。図5のそれぞれのブロックと図4に示したフローチャートの説明中の各手段との対応は、等化部2が等化手段、係数算出部3が係数初期化手段、係数算出手段、係数設定手段及び表示判定手段、遅延プロファイル表示部4が遅延プロファイル表示手段、メモリ部5が測定データ取得手段にそれぞれ相当する。
次に、前述の遅延プロファイル測定方法を用いた遅延プロファイル測定装置の他の構成について説明する。図6は、遅延プロファイル測定装置の第4の実施例を示すブロック図である。尚、図6において図3と同じブロックには同じ番号を付け、その説明を省略する。図6と図3との相違点は、図6の遅延プロファイル測定装置1がさらにメモリ部5を具えているところにある。図6のそれぞれのブロックと図4に示したフローチャートの説明中の各手段との対応は、図5と同様であり、等化部2が等化手段、係数算出部3が係数初期化手段、係数算出手段、係数設定手段及び表示判定手段、遅延プロファイル表示部4が遅延プロファイル表示手段、メモリ部5が測定データ取得手段にそれぞれ相当する。また、図6と図5の相違点は、係数算出部3が等化部2の入力信号及び出力信号の2つの信号を入力して等化部2の係数を算出することにある。係数算出部3は、最小2乗誤差法(MMSE)に基づくアルゴリズムを使用して等化部2の係数を算出する。
図7は、等化部の第2の実施例を示すブロック図である。図7において、201及び204は時間反転部、202及び205は減算器、203及び206はFIRフィルタ、207は時間窓処理部をそれぞれ示す。時間反転部201は、メモリ部5のメモリに蓄積された観測信号を読み出し、読み出した信号の時間的に反転した信号を作成して出力する。減算器202は、時間反転部201の出力(時間反転信号)を被減算端子に入力し、FIRフィルタ203の出力を減算端子に入力し、被減算端子の信号から減算端子の信号を減算して出力する。FIRフィルタ203は、減算器202の出力を入力し、別途設定された係数を入力信号に畳み込んでフィルタ処理を行い、その結果を減算器202の減算端子に出力する。時間反転部204は、減算器202から出力される信号を入力し、その信号の時間的に反転した信号を作成して出力する。
図8は、係数算出部3の一実施例を示すブロック図である。図8において、301はFFT窓処理部、302はFFT部、303はパイロット等化部、304は領域判定部、305は遅延部、306は複素除算部、307は誤差算出部、308はFFT窓誤差補正部、309は等化残差演算部、310はIFFT部、311は係数加算部、312はノイズ除去部、313はノイズ閾値設定部、314は係数分割部、315は時間反転部、316は遅延部、317は表示判定部をそれぞれ示している。
遅延プロファイル表示部4は、係数算出部3のノイズ除去部312により分岐して出力された係数c(k,n)を入力し、係数c(k,n)を遅延プロファイルに変換して表示する。係数分割部314が(30)式のように前ゴースト等化用の係数と後ゴースト等化用の係数とに分割する場合、遅延プロファイル表示部4も(30)式と同様に前ゴースト等化用の係数と後ゴースト等化用の係数とに分割して表示する。遅延プロファイル表示部4において前ゴーストと後ゴーストとに分割して遅延時間順に並び替えた遅延プロファイルh(k,n)は、次式のように表される。
(遅延プロファイル測定装置の実施例5)
まず、遅延プロファイル測定装置の構成について説明する。図9は、遅延プロファイル測定装置の第5の実施例を示すブロック図である。図9において、1は遅延プロファイル測定装置、2は等化部、3は係数算出部、4は遅延プロファイル表示部、24は前ゴースト等化フィルタ、25は後ゴースト等化フィルタ、41はイメージ除去部、42は遅延プロファイル算出部、43はデータ表示部をそれぞれ示す。尚、図9において図1及び図5と同じブロックには同じ番号を付け、その説明を省略する。図9と図1及び図5との主な相違点は、図9の遅延プロファイル表示部4が、係数算出部3から前ゴースト等化用係数及び後ゴースト等化用係数を入力し、前ゴースト等化フィルタの特性が後ゴーストに畳み込まれることにより後ゴースト等化フィルタの係数に現れる実際の遅延プロファイルには存在しない係数(以下、イメージという。)を除去するところにある。
次に、OFDM信号を用いたデジタル放送やデジタル伝送の信号を観測信号とした場合における遅延プロファイル表示部4の動作について説明する。遅延プロファイル表示部4は、係数算出部3のノイズ除去部312により出力され分岐された前ゴースト等化フィルタ24の係数及び後ゴースト等化フィルタ25の係数の両方を含んでいる係数c(k,n)を入力する。イメージ除去部41は、前ゴースト等化フィルタ24が後ゴーストに畳み込まれることにより後ゴースト等化フィルタ25の係数に現れる実際の遅延プロファイルには存在しない係数であるイメージを、(34)式により除去する。
図10は、本発明による遅延プロファイル測定装置の第6の実施例を示すブロック図である。尚、図10において図9と同じブロックには同じ番号を付け、その説明を省略する。図10と図9との相違点は、図10に示す等化部2において後ゴースト等化フィルタ25の後に前ゴースト等化フィルタ24を接続するように構成されているところにある。この構成における前ゴースト等化フィルタ24の係数は、後ゴースト等化フィルタ25の特性が畳み込まれた形となる。このため、遅延プロファイル表示部4のイメージ除去部41は、前ゴースト等化フィルタ24の係数に現れるイメージを除去するように構成される。尚、遅延プロファイル表示部4のイメージ除去部41までの動作については、図9に示した動作と同じであるので、説明は省略する。すなわち、イメージ除去部41による前ゴースト等化フィルタ24の係数に現れるイメージの除去は、(34)式を用いて行われる。
2 等化部
3 係数算出部
4 遅延プロファイル表示部
5 メモリ部
21,23,203,206 FIRフィルタ
22,202,205 減算器
24 前ゴースト等化フィルタ
25 後ゴースト等化フィルタ
41 イメージ除去部
42 遅延プロファイル算出部
43 データ表示部
201,204,315 時間反転部
207 時間窓処理部
301 FFT窓処理部
302 FFT部
303 パイロット等化部
304 領域判定部
305,316 遅延部
306 複素除算部
307 誤差算出部
308 FFT窓誤差補正部
309 等化残差演算部
310 IFFT部
311 係数加算部
312 ノイズ除去部
313 ノイズ閾値設定部
314 係数分割部
317 表示判定部
Claims (11)
- 入力された観測信号を用いて伝搬路の遅延プロファイルを測定する遅延プロファイル測定装置であって、
観測信号のうち予め設定された時間長の観測信号を取得して蓄積するメモリ部と、
前記メモリ部から観測信号を読み出し、該信号に含まれる伝搬路のマルチパスによる周波数特性の歪みをフィルタにより等化する等化部と、
前記等化部により等化された信号、又は前記等化部により等化された信号及び観測信号を入力し、該入力した信号を用いて、前記等化部の伝達関数が伝搬路の伝達関数の逆数に等しくなるように、前記等化部のフィルタの係数を算出する係数算出部と、
前記係数から前記等化部の伝達関数を算出し、該等化部の伝達関数の逆数から遅延プロファイルを算出する遅延プロファイル算出部とを具え、
前記係数算出部は、前記観測信号のデータと、該観測信号を判定したデータとの間の誤差に基づいて、前記等化部による等化が正しく行われていることを判定し、
前記メモリ部は、前記係数算出部により等化が正しく行われていると判定された場合に、新たな観測信号を取得して蓄積し、
前記等化部は、前記メモリ部から新たな観測信号を読み出し、該信号に含まれる伝搬路のマルチパスによる周波数特性の歪みをフィルタにより等化し、
前記遅延プロファイル算出部は、前記係数算出部により等化が正しく行われていると判定された場合に、前記係数算出部により算出された係数から前記等化部の伝達関数を算出し、該等化部の伝達関数の逆数から遅延プロファイルを算出する
ことを特徴とする遅延プロファイル測定装置。 - 請求項1に記載の遅延プロファイル測定装置において、
前記等化部は、観測信号に含まれる前ゴーストを等化するための第1のフィルタと、後ゴーストを等化するための第2のフィルタとを有し、第1のフィルタの後ろに第2のフィルタが接続され、
前記遅延プロファイル算出部は、前記係数算出部により算出された係数に基づいて、第1のフィルタの周波数特性の逆数を逆フーリエ変換して第1の遅延プロファイルを算出し、第2のフィルタの周波数特性の逆数に第1のフィルタの周波数特性の逆数を乗算し、逆フーリエ変換して第2の遅延プロファイルを算出し、前記算出した第1の遅延プロファイル及び第2の遅延プロファイルから伝送路の遅延プロファイルを算出する
ことを特徴とする遅延プロファイル測定装置。 - 請求項1に記載の遅延プロファイル測定装置において、
前記等化部は、観測信号に含まれる前ゴーストを等化するための第1のフィルタと、後ゴーストを等化するための第2のフィルタとを有し、第2のフィルタの後ろに第1のフィルタが接続され、
前記遅延プロファイル算出部は、前記係数算出部により算出された係数に基づいて、第2のフィルタの周波数特性の逆数を逆フーリエ変換して第3の遅延プロファイルを算出し、第1のフィルタの周波数特性の逆数に第2のフィルタの周波数特性の逆数を乗算し、逆フーリエ変換して第4の遅延プロファイルを算出し、前記算出した第3の遅延プロファイル及び第4の遅延プロファイルから伝送路の遅延プロファイルを算出する
ことを特徴とする遅延プロファイル測定装置。 - 請求項1から3までのいずれか一項に記載の遅延プロファイル測定装置において、
前記等化部は、第1のFIRフィルタと、減算器及びFIRフィルタを組み合わせて構成されるIIRフィルタとを有することを特徴とする遅延プロファイル測定装置。 - 請求項1から3までのいずれか一項に記載の遅延プロファイル測定装置において、
前記等化部は、観測信号の時間反転した信号を作成する手段と、
減算器及びFIRフィルタを組み合わせて構成され、前記時間反転した信号を入力し、該信号の周波数特性の歪みを等化する手段と、
前記等化された信号の時間反転した信号を作成する手段と、
減算器及びFIRフィルタを組み合わせて構成され、前記等化された信号の時間反転した信号を入力し、該信号の周波数特性の歪みを等化する手段と、
を有することを特徴とする遅延プロファイル測定装置。 - 伝搬路から観測信号を入力し、該信号に対して等化処理を施す等化部を具えた遅延プロファイル測定装置による伝搬路の遅延プロファイルを測定する方法であって、
観測信号のうち予め設定された時間長の信号を取得してメモリに蓄積する観測信号蓄積ステップと、
前記等化部が、前記メモリから観測信号を読み出し、該信号に含まれる伝搬路のマルチパスによる周波数特性の歪みをフィルタにより等化する等化ステップと、
前記等化部により等化された信号、又は前記等化部により等化された信号及び観測信号を入力し、該入力した信号を用いて、前記等化部の伝達関数が伝搬路の伝達関数の逆数に等しくなるように、前記等化部のフィルタの係数を算出する係数算出ステップと、
前記係数から前記等化部の伝達関数を算出し、該等化部の伝達関数の逆数から遅延プロファイルを算出する遅延プロファイル算出ステップと、
前記等化ステップの後に、等化ステップにより等化が正しく行われていることを判定する判定ステップとを含み、
前記観測信号蓄積ステップは、前記判定ステップにより等化が正しく行われていると判定した場合に、新たな観測信号を取得して前記メモリに蓄積し、
前記等化ステップは、前記等化部が、前記メモリから観測信号を読み出し、該信号に含まれる伝搬路のマルチパスによる周波数特性の歪みをフィルタにより等化し、
前記遅延プロファイル算出ステップは、前記判定ステップにより等化が正しく行われていると判定した場合に、前記係数算出ステップにより算出した係数から前期等化部の伝達関数を算出し、該等化部の伝達関数の逆数から遅延プロファイルを算出する
ことを特徴とする遅延プロファイル測定方法。 - 請求項6に記載の遅延プロファイル測定方法において、
前記等化部が、第1のフィルタと第2のフィルタとを有し、
前記等化ステップの代わりに、入力した観測信号に含まれる前ゴーストを前記第1のフィルタにより等化するステップと、観測信号に含まれる後ゴーストを前記第2のフィルタにより等化するステップとを有し、
前記遅延プロファイル算出ステップは、前記係数算出ステップにより算出した係数に基づいて、前記第1のフィルタの周波数特性の逆数を逆フーリエ変換して第1の遅延プロファイルを算出し、前記第2のフィルタの周波数特性の逆数に前記第1のフィルタの周波数特性の逆数を乗算し、逆フーリエ変換して第2の遅延プロファイルを算出し、前記算出した第1の遅延プロファイル及び第2の遅延プロファイルから伝送路の遅延プロファイルを算出する
ことを特徴とする遅延プロファイル測定方法。 - 請求項6に記載の遅延プロファイル測定方法において、
前記等化部が、第1のフィルタと第2のフィルタとを有し、
前記等化ステップの代わりに、入力した観測信号に含まれる後ゴーストを前記第2のフィルタにより等化するステップと、観測信号に含まれる後ゴーストを前記第1のフィルタにより等化するステップとを有し、
前記遅延プロファイル算出ステップは、前記係数算出ステップにより算出した係数に基づいて、前記第2のフィルタの周波数特性の逆数を逆フーリエ変換して第3の遅延プロファイルを算出し、前記第1のフィルタの周波数特性の逆数に前記第2のフィルタの周波数特性の逆数を乗算し、逆フーリエ変換して第4の遅延プロファイルを算出し、前記算出した第3の遅延プロファイル及び第4の遅延プロファイルから伝送路の遅延プロファイルを算出する
ことを特徴とする遅延プロファイル測定方法。 - 伝搬路から観測信号を入力し、該信号に対して等化処理を施す等化部を具えた遅延プロファイル測定装置による伝搬路の遅延プロファイルを測定するプログラムであって、前記遅延プロファイル測定装置を構成するコンピュータに、
観測信号のうち予め設定された時間長の観測信号を取得してメモリに蓄積する観測信号蓄積処理と、
前記メモリから観測信号を読み出し、該信号に含まれる伝搬路のマルチパスによる周波数特性の歪みをフィルタにより等化する等化処理と、
前記等化部により等化された信号、又は前記等化部により等化された信号及び観測信号を入力し、該入力した信号を用いて、前記等化部の伝達関数が伝搬路の伝達関数の逆数に等しくなるように、前記等化部のフィルタの係数を算出する係数算出処理と、
前記係数から前記等化部の伝達関数を算出し、該等化部の伝達関数の逆数を逆フーリエ変換し、遅延プロファイルを算出する遅延プロファイル算出処理と、
前記等化処理における等化が正しく行われていることを判定する判定処理とを実行させ、
前記観測信号蓄積処理は、前記判定処理により等化が正しく行われていると判定した場合に、新たな観測信号を取得して蓄積し、
前記等化処理は、前記メモリから新たな観測信号を読み出し、該信号に含まれる伝搬路のマルチパスによる周波数特性の歪みをフィルタにより等化し、
前記遅延プロファイル算出処理は、前記判定処理により等化が正しく行われていると判定した場合に、前記係数算出処理により算出した係数から前記等化部の伝達関数を算出し、該等化部の伝達関数の逆数から遅延プロファイルを算出する
ことを特徴とする遅延プロファイル測定プログラム。 - 請求項9に記載の遅延プロファイル測定プログラムにおいて、
前記等化処理は、入力した観測信号に含まれる前ゴーストを第1のフィルタにより等化し、観測信号に含まれる後ゴーストを第2のフィルタにより等化し、
前記遅延プロファイル算出処理は、前記係数算出処理により算出した係数に基づいて、前記第1のフィルタの周波数特性の逆数を逆フーリエ変換して第1の遅延プロファイルを算出し、前記第2のフィルタの周波数特性の逆数に前記第1のフィルタの周波数特性の逆数を乗算し、逆フーリエ変換して第2の遅延プロファイルを算出し、前記算出した第1の遅延プロファイル及び第2の遅延プロファイルから伝送路の遅延プロファイルを算出する
ことを特徴とする遅延プロファイル測定プログラム。 - 請求項9に記載の遅延プロファイル測定プログラムにおいて、
前記等化処理は、入力した観測信号に含まれる後ゴーストを第2のフィルタにより等化し、観測信号に含まれる後ゴーストを第1のフィルタにより等化し、
前記遅延プロファイル算出処理は、前記係数算出処理により算出した係数に基づいて、前記第2のフィルタの周波数特性の逆数を逆フーリエ変換して第3の遅延プロファイルを算出し、前記第1のフィルタの周波数特性の逆数に前記第2のフィルタの周波数特性の逆数を乗算し、逆フーリエ変換して第4の遅延プロファイルを算出し、前記算出した第3の遅延プロファイル及び第4の遅延プロファイルから伝送路の遅延プロファイルを算出する
ことを特徴とする遅延プロファイル測定プログラム。
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