JP4623684B2 - Ｏｆｄｍ信号受信装置及びｏｆｄｍ信号受信方法 - Google Patents

Description

直交周波数分割多重変調方式で変調された信号を受信するＯＦＤＭ信号受信装置、及びＯＦＤＭ信号受信方法に関するものである。

直交周波数分割多重変調方式（以下、ＯＦＤＭ（Orthogonal frequency division multiplexing）方式と呼ぶ）は、地上波デジタルテレビ放送や無線ＬＡＮなどで採用されている変調方式である。

ＯＦＤＭ方式で使用されている信号（ＯＦＤＭ信号）は、ＯＦＤＭ有効シンボル期間（以下、Ｔｕ）と、ガードインターバル期間（以下、Ｔｇ）で１つのＯＦＤＭシンボル期間を構成している。そのため、ＯＦＤＭ信号を受信するＯＦＤＭ信号受信装置は、有効シンボル期間長の信号を切り出すための時間窓を検出する必要がある。

ＯＦＤＭ信号受信装置の一例としては、例えば、ＯＦＤＭ信号を有効シンボル期間に相当する時間だけ遅延させた信号とＯＦＤＭ信号との相関量を求め、求めた相関量をＴｇ×２倍の区間の移動積分し、積分された相関量が最大となる時刻に同期して窓信号を発生するものがある（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００２−１７１２３８号公報

しかしながら、従来のＯＦＤＭ信号受信装置では、信号パワーが小さく、かつガードインターバル期間Ｔｇよりも長い遅延の反射波が存在した場合には、窓位置検出の精度が劣化するという問題がある。

従来のＯＦＤＭ信号受信装置では、ＯＦＤＭ信号受信装置の入力信号（ＯＦＤＭ信号の主波と反射波の合成波）と、入力信号を遅延させた信号との相関量は、パワーが大きい主波の相関が大きく現れ、反射波の相関が小さく現れる。すなわち、主波のみが存在する間の相関積算値と、主波と反射波の両方の相関積算値の最大値とに差が現われ難くなり、最適な窓位置であるガードインターバルの右端を検出し難くなる。

また、区間積分の範囲がＴｇ×２であるため、積分結果の最大値には、反射波の相関量の全てが反映される訳ではなく、積分結果の最大値と主波の相関積算値の差が顕著になり難い。そのため、積分結果の最大値から検出する窓位置の精度が劣化し、シンボル間干渉により受信性能が低下する。

本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、信号パワーが小さく、かつガードインターバル期間よりも長い遅延の反射波が存在するような伝送路環境においても、高精度な窓位置検出ができるようにすることを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、
アナログ−デジタル変換されたＯＦＤＭ信号を入力とし、前記ＯＦＤＭ信号を前記ＯＦＤＭ信号の有効シンボル期間であるＴｕの時間分の遅延をさせて出力する第１の遅延部と、
前記第１の遅延部の出力と前記ＯＦＤＭ信号との相関を示す相関信号を出力する相関算出部と、
前記相関信号を遅延させた、少なくとも１つの遅延相関信号を出力する第２の遅延部と、
前記相関信号と前記少なくとも１つの遅延相関信号を加算する加算部と、
前記加算部の出力に対して一定区間の移動積分を行なった結果を示す積分信号を出力する区間積分部と、
前記積分信号を前記ＯＦＤＭ信号の有効シンボル期間の間隔で平滑化するシンボル間平滑化部と、
前記シンボル間平滑化部の出力から窓位置情報を算出する窓位置検出部と、
を備えたことを特徴とする。

また、本発明の一態様は、
アナログ−デジタル変換されたＯＦＤＭ信号を入力とし、前記ＯＦＤＭ信号を前記ＯＦＤＭ信号の有効シンボル期間であるＴｕの時間分の遅延をさせて出力する第１の遅延部と、
前記第１の遅延部の出力と前記ＯＦＤＭ信号との相関を示す相関信号を出力する相関算出部と、
前記相関信号に対して一定区間の移動積分を行なった結果を示す積分信号を出力する区間積分部と、
前記積分信号を前記ＯＦＤＭ信号のガードインターバル期間であるＴｇの時間分遅延させた遅延積分信号を出力する第２の遅延部と、
前記積分信号と前記遅延積分信号を加算する加算部と、
前記加算部の出力を前記ＯＦＤＭ信号の有効シンボル期間の間隔で平滑化するシンボル間平滑化部と、
前記シンボル間平滑化部の出力から窓位置情報を算出する窓位置検出部と、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、信号パワーが小さく、かつガードインターバル期間よりも長い遅延の反射波が存在するような伝送路環境においても、高精度な窓位置検出が可能になる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の各実施形態やそれらの変形例の説明において、一度説明した構成要素と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

《発明の実施形態１》
ＯＦＤＭ信号受信装置は、ＯＦＤＭ信号を受けて、有効シンボル期間長の信号を切り出すための時間窓を検出する。図１に、ＯＦＤＭ信号のシンボル構成を示す。ＯＦＤＭ信号は、ＯＦＤＭ有効シンボル期間（以下、Ｔｕ）と、ガードインターバル期間（以下、Ｔｇ）で１つのＯＦＤＭシンボル期間を構成している。Ｔｇの信号は、送信時に同一ＯＦＤＭシンボル内の信号を複写して用いるようになっている。

（ＯＦＤＭ信号受信装置１００の構成）
図２は、本発明の実施形態１に係るＯＦＤＭ信号受信装置１００の構成を示すブロック図である。ＯＦＤＭ信号受信装置１００は、図２に示すように、Ｔｕ遅延部１１０（第１の遅延部）、相関算出部１２０、遅延部１３０（第２の遅延部）、加算部１４０、区間積分部１５０、シンボル間平滑化部１６０、及び窓位置検出部１７０を備えている。

Ｔｕ遅延部１１０は、アナログ−デジタル変換されたＯＦＤＭ信号Ｓ０１を入力とし、ＯＦＤＭ信号Ｓ０１をＴｕの時間分遅延させて相関算出部１２０に出力する。

相関算出部１２０は、ＯＦＤＭ信号Ｓ０１とＴｕ遅延部１１０の出力との相関を算出し、相関を示す信号（相関信号Ｓ０２）を遅延部１３０に出力する。

遅延部１３０は、相関算出部１２０が出力した相関信号Ｓ０２と、相関信号Ｓ０２をＴｇの時間分遅延させた信号（遅延相関信号Ｓ０３）とを加算部１４０に出力する。

加算部１４０は、遅延部１３０から入力された信号（相関信号Ｓ０２と遅延相関信号Ｓ０３）を加算して出力する。

区間積分部１５０は、加算部１４０が出力した信号を、Ｔｇ×３の区間について移動積分する。

シンボル間平滑化部１６０は、区間積分部１５０の出力をＯＦＤＭシンボル単位で平滑化する。

窓位置検出部１７０は、シンボル間平滑化部１６０の出力の最大値を検出し、検出した最大値に基づいて窓の切り出し範囲（信号の切り出し範囲）を決定し、決定した窓位置を示す信号を出力する。

（ＯＦＤＭ信号受信装置１００の動作）
まず、信号パワーが十分大きく、かつ反射波が存在しない場合についてＯＦＤＭ信号受信装置１００の動作を説明する。

図３は、信号パワーが十分大きく、かつ反射波が存在しない場合におけるＯＦＤＭ信号Ｓ０１等の各信号に関するタイムチャートである。同図において、ａ）に示す信号は、Ｔｕ遅延部１１０へ入力されるＯＦＤＭ信号Ｓ０１である。ｂ）に示す信号は、Ｔｕ遅延部１１０の出力である。ｃ）に示す信号は、相関算出部１２０の出力である。ｄ）に示す信号は、遅延部１３０が出力した遅延相関信号Ｓ０３である。ｅ）に示す信号は、加算部１４０の出力である。ｆ）に示す信号は、区間積分部１５０の出力である。

Ｔｕ遅延部１１０は、ＯＦＤＭ信号Ｓ０１が入力されると、ＯＦＤＭ信号Ｓ０１をＴｕの時間分遅延させて相関算出部１２０に出力する。

相関算出部１２０は、ＯＦＤＭ信号Ｓ０１とＴｕ遅延部１１０の出力との相関演算を行う。Ｔｕ遅延部１１０の出力はＯＦＤＭ信号Ｓ０１がＴｕ遅延させられたものなので、Ｔｕ遅延部１１０の出力におけるＧＩは、ＯＦＤＭ信号Ｓ０１の送信時の複写元であるＧＩの信号位置と同じタイミングで相関算出部１２０に入力される。そのため、相関算出部１２０の出力には、Ｔｕ遅延部１１０の出力のＧＩ期間に相関量が現れる。また、それ以外の期間は、Ｔｕ遅延部１１０の出力とＯＦＤＭ信号Ｓ０１とが無相関のため、相関算出部１２０の出力はゼロに近くなる。

相関算出部１２０の出力は遅延部１３０に入力され、遅延部１３０は相関算出部１２０の出力を相関信号Ｓ０２として出力し、さらに相関算出部１２０の出力を遅延させた遅延相関信号Ｓ０３を出力する。

加算部１４０は、相関信号Ｓ０２と遅延相関信号Ｓ０３を加算する。相関信号Ｓ０２と遅延相関信号Ｓ０３を加算することにより、相関が現れる期間が拡大する。この例では、図３のｅ）に示すように、ＧＩ×２の期間で相関量が現れている。

加算部１４０の出力は、区間積分部１５０に入力され、区間積分部１５０は、Ｔｇの３倍の区間積分を行う。図３のｆ）に示すように、区間積分部１５０出力が最大となる期間は、ＧＩと同じ期間で、かつＯＦＤＭ信号Ｓ０１のＧＩ期間から１×ＧＩ期間右にずれた位置となる。

すなわち、区間積分部１５０の出力が最大となる期間からＧＩの長さ分を差し引いた範囲内において、Ｔｕ分の信号をＯＦＤＭ信号Ｓ０１から切り出すことにより、前後のシンボル間の干渉なく、後段の復調処理を行うことが可能となる。

これには、シンボル間平滑化部１６０によって区間積分部１５０の出力を平滑化する。そして、シンボル間平滑化部１６０出力の最大値を窓位置検出部１７０で検出し、窓の切り出し範囲（信号の切り出し範囲）を決定する。

次に、信号パワーが小さく、かつＴｇよりも長い遅延の反射波が存在した場合についてＯＦＤＭ信号受信装置１００の動作を説明する。

図４は、信号パワーが小さく、かつＴｇよりも長い遅延の反射波が存在した場合におけるＯＦＤＭ信号Ｓ０１等の各信号に関するタイムチャートである。同図において、ａ）に示す信号は、ＯＦＤＭ信号受信装置１００に対する入力信号の主波である。ｂ）に示す信号は、入力信号に含まれる反射波である。この例では、反射波は、入力信号の主波に対してパワーが小さく、Ｔｇ×１．５倍の期間遅延している。ＯＦＤＭ信号受信装置１００に入力されるＯＦＤＭ信号Ｓ０１は、ａ）に示す主波とｂ）に示す反射波の合成波である。

また、ｃ）に示す信号は、相関算出部１２０の相関演算出力である。ｄ）に示す信号は、相関算出部１２０の出力である遅延相関信号Ｓ０３である。ｅ）に示す信号は、加算部１４０による加算出力である。ｆ）に示す信号は、区間積分部１５０による、Ｔｇ×３倍の区間積分出力である。

図４に示すように、相関算出部１２０により、合成波の相関を算出すると、相関算出部１２０の出力（すなわち遅延部１３０の出力である相関信号Ｓ０２）にはパワーが大きい主波の相関が大きく現れ、反射波の相関が小さく現れる。そして、相関信号Ｓ０２と遅延相関信号Ｓ０３とを加算することにより、加算部１４０の出力に現れる主波と反射波の相関量は増大する。また、区間積分部１５０における区間積分の範囲はＴｇ×３倍なので、従来技術と比較し積分結果の最大値に反映される反射波の相関量がより多くなる。更に、区間積分範囲の拡大によりデータ累積加算数が増大し、時間方向の平滑化効果が大きくなる。そのため、相関のある信号以外のノイズ成分がより抑制される。ＯＦＤＭ信号受信装置１００では、シンボル間平滑化部１６０の最大値ポイントからＧＩの長さ分を差し引いて窓位置を得る。

上記のように、本実施形態によれば、相関が現れる期間を拡大しつつ、区間積分範囲を拡大したので、信号パワーが小さく、かつＴｇよりも長い遅延の反射波が存在するような伝送路環境においても、高精度な窓位置検出が可能になる。すなわち、信号パワーが小さく、かつＴｇよりも長い遅延の反射波が存在するような伝送路環境伝送路環境において、シンボル間干渉を防ぐことが可能になる。

《発明の実施形態２》
図５は、本発明の実施形態２に係るＯＦＤＭ信号受信装置２００の構成を示すブロック図である。ＯＦＤＭ信号受信装置２００は、図５に示すように、ＯＦＤＭ信号受信装置１００に対して第１のゲイン調整部２１０と第２のゲイン調整部２２０とを追加したものである。

第１のゲイン調整部２１０と第２のゲイン調整部２２０は、遅延部１３０と加算部１４０の間に設けられている。

第１のゲイン調整部２１０は、相関信号Ｓ０２のゲインを調整して加算部１４０に出力する。また、第２のゲイン調整部２２０は、遅延相関信号Ｓ０３のゲインを調整して加算部１４０に出力する。すなわち、本実施形態の加算部１４０は、ゲイン調整された、相関信号Ｓ０２と遅延相関信号Ｓ０３とを加算して出力する。

ＯＦＤＭ信号受信装置２００では、このゲイン調整により、反射波の相関量と主波の相関量を調節することが可能になる。それゆえ、より高精度な窓位置検出を実現することが可能になる。

《発明の実施形態１及び実施形態２の変形例》
実施形態１及び実施形態２では、区間積分部１５０を相関算出部１２０の後段に設け、遅延部１３０では、積分後の信号（積分信号Ｓ０４）を遅延させるようにしてもよい。この場合には、相関算出部１２０は、積分信号Ｓ０４をＴｇの時間分遅延させた信号である遅延積分信号Ｓ０５を第２のゲイン調整部２２０に出力し、積分信号Ｓ０４を第１のゲイン調整部２１０に出力するように構成する。図６は、ＯＦＤＭ信号受信装置２００において、区間積分部１５０を相関算出部１２０の後段に設けた例である。ＯＦＤＭ信号受信装置１００についても同様に構成できる。

なお、上記の各実施形態や変形例では、遅延部１３０において複数種類の遅延相関信号（例えば、１×Ｔｇの時間分の遅延をさせた信号や２×Ｔｇの時間分の遅延をさせた信号）を生成して、加算部１４０では、これらの複数の遅延信号と相関信号Ｓ０２とを加算するようにしてもよいし、これらの複数の遅延相関信号のなかから選択した幾つかの遅延相関信号と相関信号Ｓ０２とを加算するようにしてもよい。この場合は、区間積分部１５０による区間積分出力のピーク位置が上記の実施形態で説明した例とは異なってくるので、窓位置検出部１７０における、窓の切り出し範囲（信号の切り出し範囲）をずらす必要がある。

また、上記の各実施形態における遅延部１３０の遅延量や、区間積分部１５０の積分区間は例示である。積分結果の最大値に対して反射波の相関量が十分に反映されるように、遅延量や積分区間を設定すればよい。

本発明に係るＯＦＤＭ信号受信装置及びＯＦＤＭ信号受信方法は、信号パワーが小さく、かつガードインターバル期間よりも長い遅延の反射波が存在するような伝送路環境においても、高精度な窓位置検出が可能になるという効果を有し、直交周波数分割多重変調方式で変調された信号を受信するＯＦＤＭ信号受信装置等として有用である。

図１は、ＯＦＤＭ信号のシンボル構成を示す図である。 図２は、実施形態１に係るＯＦＤＭ信号受信装置１００の構成を示すブロック図である。 図３は、信号パワーが十分大きく、かつ反射波が存在しない場合におけるＯＦＤＭ信号Ｓ０１等の各信号に関するタイムチャートである。 図４は、信号パワーが小さく、かつＴｇよりも長い遅延の反射波が存在した場合におけるＯＦＤＭ信号Ｓ０１等の各信号に関するタイムチャートである。 図５は、実施形態２に係るＯＦＤＭ信号受信装置２００の構成を示すブロック図である。 図６は、実施形態２の変形例を示すブロック図である。

符号の説明

１００ ＯＦＤＭ信号受信装置
１１０ Ｔｕ遅延部
１２０ 相関算出部
１３０ 遅延部
１４０ 加算部
１５０ 区間積分部
１６０ シンボル間平滑化部
１７０ 窓位置検出部
２００ ＯＦＤＭ信号受信装置
２１０ 第１のゲイン調整部
２２０ 第２のゲイン調整部
Ｓ０１ ＯＦＤＭ信号
Ｓ０２ 相関信号
Ｓ０３ 遅延相関信号
Ｓ０４ 積分信号
Ｓ０５ 遅延積分信号

Claims (8)

1. アナログ−デジタル変換されたＯＦＤＭ信号を入力とし、前記ＯＦＤＭ信号を前記ＯＦＤＭ信号の有効シンボル期間であるＴｕの時間分の遅延をさせて出力する第１の遅延部と、
   前記第１の遅延部の出力と前記ＯＦＤＭ信号との相関を示す相関信号を出力する相関算出部と、
   前記相関信号を遅延させた、少なくとも１つの遅延相関信号を出力する第２の遅延部と、
   前記相関信号と前記少なくとも１つの遅延相関信号を加算する加算部と、
   前記加算部の出力に対して一定区間の移動積分を行なった結果を示す積分信号を出力する区間積分部と、
   前記積分信号を前記ＯＦＤＭ信号の有効シンボル期間の間隔で平滑化するシンボル間平滑化部と、
   前記シンボル間平滑化部の出力から窓位置情報を算出する窓位置検出部と、
   を備えたことを特徴とするＯＦＤＭ信号受信装置。
2. 請求項１のＯＦＤＭ信号受信装置であって、さらに、
   前記相関信号のゲインを調整する第１のゲイン調整部と、
   前記少なくとも１つの遅延相関信号のゲインを調整する第２のゲイン調整部とを備え、
   前記加算部は、それぞれゲイン調整された、前記相関信号と前記少なくとも１つの遅延相関信号とを加算することを特徴とするＯＦＤＭ信号受信装置。
3. 請求項１のＯＦＤＭ信号受信装置であって、
   前記第２の遅延部は、前記相関算出部の出力を前記ＯＦＤＭ信号のガードインターバル期間であるＴｇの時間分遅延させ、
   前記区間積分部は、前記加算部の出力に対して、前記ＯＦＤＭ信号のガードインターバル期間であるＴｇの３倍の期間の移動積分を行なうことを特徴とするＯＦＤＭ信号受信装置。
4. アナログ−デジタル変換されたＯＦＤＭ信号を入力とし、前記ＯＦＤＭ信号を前記ＯＦＤＭ信号の有効シンボル期間であるＴｕの時間分の遅延をさせて出力する第１の遅延部と、
   前記第１の遅延部の出力と前記ＯＦＤＭ信号との相関を示す相関信号を出力する相関算出部と、
   前記相関信号に対して一定区間の移動積分を行なった結果を示す積分信号を出力する区間積分部と、
   前記積分信号を前記ＯＦＤＭ信号のガードインターバル期間であるＴｇの時間分遅延させた遅延積分信号を出力する第２の遅延部と、
   前記積分信号と前記遅延積分信号を加算する加算部と、
   前記加算部の出力を前記ＯＦＤＭ信号の有効シンボル期間の間隔で平滑化するシンボル間平滑化部と、
   前記シンボル間平滑化部の出力から窓位置情報を算出する窓位置検出部と、
   を備えたことを特徴とするＯＦＤＭ信号受信装置。
5. 請求項１のＯＦＤＭ信号受信装置であって、
   前記窓位置検出部は、前記シンボル間平滑化部の出力が最大となる箇所に基づいて窓位置情報を算出することを特徴とするＯＦＤＭ信号受信装置。
6. アナログ−デジタル変換されたＯＦＤＭ信号を入力とし、前記ＯＦＤＭ信号を前記ＯＦＤＭ信号の有効シンボル期間であるＴｕの時間分の遅延をさせて出力する第１の遅延ステップと、
   前記第１の遅延ステップの出力と前記ＯＦＤＭ信号との相関を示す相関信号を出力する相関算出ステップと、
   前記相関信号を遅延させた、少なくとも１つの遅延相関信号を出力する第２の遅延ステップと、
   前記相関信号と前記少なくとも１つの遅延相関信号を加算する加算ステップと、
   前記加算ステップの出力に対して一定区間の移動積分を行なった結果を示す積分信号を出力する区間積分ステップと、
   前記積分信号を前記ＯＦＤＭ信号の有効シンボル期間の間隔で平滑化するシンボル間平滑化ステップと、
   前記シンボル間平滑化ステップの出力から窓位置情報を算出する窓位置検出ステップと、
   を備えたことを特徴とするＯＦＤＭ信号受信方法。
7. アナログ−デジタル変換されたＯＦＤＭ信号を入力とし、前記ＯＦＤＭ信号を前記ＯＦＤＭ信号の有効シンボル期間であるＴｕの時間分の遅延をさせて出力する第１の遅延ステップと、
   前記第１の遅延ステップの出力と前記ＯＦＤＭ信号との相関を示す相関信号を出力する相関算出ステップと、
   前記相関信号に対して一定区間の移動積分を行なった結果を示す積分信号を出力する区間積分ステップと、
   前記積分信号を前記ＯＦＤＭ信号のガードインターバル期間であるＴｇの時間分遅延させた遅延積分信号を出力する第２の遅延ステップと、
   前記積分信号と前記遅延積分信号を加算する加算ステップと、
   前記加算ステップの出力を前記ＯＦＤＭ信号の有効シンボル期間の間隔で平滑化するシンボル間平滑化ステップと、
   前記シンボル間平滑化ステップの出力から窓位置情報を算出する窓位置検出ステップと、
   を備えたことを特徴とするＯＦＤＭ信号受信方法。
8. 請求項４のＯＦＤＭ信号受信装置であって、
   前記窓位置検出部は、前記シンボル間平滑化部の出力が最大となる箇所に基づいて窓位置情報を算出することを特徴とするＯＦＤＭ信号受信装置。

Images