JP5056342B2 - Ｏｆｄｍ復調装置及びｏｆｄｍ復調方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＯＦＤＭ信号を復調するＯＦＤＭ復調装置及びＯＦＤＭ復調方法に係り、特に、ＦＦＴ窓の位置決定に関する。

デジタル信号を送信する方式として、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ方式；Orthogonal Frequency Division Multiplexing）と呼ばれる変調方式が、広く用いられている。ＯＦＤＭ方式によるＯＦＤＭ信号の伝送は、伝送シンボルを単位として行われる。この伝送シンボルは、有効シンボルとガードインターバル（ＧＩ）とからなる。有効シンボルは、送信データに対応する信号が伝送される期間（区間）である。ガードインターバルは、有効シンボルの信号波形の一部をコピーした信号が伝送される期間である。

ＯＦＤＭ信号を復調する場合、伝送シンボルの境界位置を検出し、検出した境界位置から有効シンボルと同一の長さの演算範囲（ＦＦＴ窓）を定める。このＦＦＴ窓により定められた部分のデータを伝送シンボルから特定して高速フーリエ変換（ＦＦＴ；Fast Fourier Transform）を行うことによりＯＦＤＭ信号を復調する。伝送シンボルの境界位置を正しく検出するために、ガードインターバルを利用する。ガードインターバルとそのコピー元の有効シンボルとの信号の相関性を利用し、受信したＯＦＤＭ信号の自己相関値が最も高いピーク部分が伝送シンボルの境界位置であると判断する。

しかし、ＯＦＤＭ信号を受信する場合、受信位置の周囲の地形や建物等の周辺環境によってマルチパスが発生すると、直接波と反射波（遅延波）とを合成した合成波を受信することになる。このような合成波に対して、上述した受信信号の自己相関を求めると、その波形は、複数のピークが存在する波形となる。ＦＦＴ窓の開始位置は波形のピーク位置になるよう制御するため、複数のピークが存在するとＦＦＴ窓の開始位置が変動することとなる。その結果、ＦＦＴ処理を行う伝送シンボルの位置が変化するため、ＯＦＤＭ復調時にデータ誤りの原因となる。

複数のピークが存在する場合でもＦＦＴ窓の位置を正確に決定するために、自己相関値をガードインターバル期間や所定の期間で積分することにより得られた積分相関値（積分相関量）のピークに基づいてＦＦＴ窓の位置を判定するものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−６９１１９号公報

特許文献１に開示されている構成では、積分期間を超える範囲に反射波が存在する場合には積分相関値のピークが複数存在することとなるため、ＦＦＴ窓の位置を決定することができなかった。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、反射波の影響が小さい最適なＦＦＴ窓の位置を容易に決定できるＯＦＤＭ復調装置及びＯＦＤＭ復調方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るＯＦＤＭ復調装置は、
有効シンボルと該有効シンボルの一部の信号波形により生成されたガードインターバルとで構成された伝送シンボルを伝送単位とするＯＦＤＭ信号を復調するＯＦＤＭ復調装置であって、
前記ＯＦＤＭ信号を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信されたＯＦＤＭ信号の自己相関値を算出する自己相関値算出手段と、
前記自己相関値算出手段により算出された自己相関値の複数の頂点の位置と該自己相関値とに基づいて、前記受信手段により受信されたＯＦＤＭ信号が示す積算値を算出する積算値算出手段と、
前記積算値算出手段により算出された積算値を前記有効シンボルの長さに相当する区間で積分する積分手段と、
前記積分手段により積分された値が最大となる位置を判定する位置判定手段と、
前記位置判定手段が判定した位置に基づいて、前記受信手段により受信されるＯＦＤＭ信号の高速フーリエ変換を施す区間を示すＦＦＴ窓を生成する窓生成手段と、
前記窓生成手段により生成されたＦＦＴ窓に基づいて、前記受信手段により受信されるＯＦＤＭ信号を高速フーリエ変換するフーリエ変換手段と、
を備えることを特徴とする。

前記積算値算出手段は、
前記自己相関値算出手段により算出された自己相関値の頂点の位置から、前記ＯＦＤＭ信号の伝送シンボルに相当する区間の矩形波を発生する矩形波発生手段と、
前記自己相関値算出手段により算出された自己相関値の頂点に対応するＯＦＤＭ信号の電力値を前記自己相関値に基づいて発生する電力値発生手段と、
前記矩形波発生手段により発生された矩形波と前記電力値発生手段により発生された電力値とを乗算して乗算値を算出する乗算手段と、を複数組備えていてもよく、この場合、
前記自己相関値算出手段により算出された自己相関値の複数の頂点について前記乗算手段によりそれぞれ算出された乗算値を加算して積算値を算出する加算手段と、を更に備えていてもよい。

前記積分手段は、
前記加算手段により算出された積算値を前記有効シンボルの長さに相当する区間で積分してもよい。

上記の目的を達成するため、本発明の第２の観点に係るＯＦＤＭ復調方法は、
有効シンボルと該有効シンボルの一部の信号波形により生成されたガードインターバルとで構成された伝送シンボルを伝送単位とするＯＦＤＭ信号を復調するＯＦＤＭ復調方法であって、
前記ＯＦＤＭ信号を受信する受信ステップと、
前記受信ステップにより受信されたＯＦＤＭ信号の自己相関値を算出する自己相関値算出ステップと、
前記自己相関値算出ステップにより算出された自己相関値の複数の頂点の位置と該自己相関値とに基づいて、前記受信ステップにより受信されたＯＦＤＭ信号が示す積算値を算出する積算値算出ステップと、
前記積算値算出ステップにより算出された積算値を前記有効シンボルの長さに相当する区間で積分する積分ステップと、
前記積分ステップにより積分された値が最大となる位置を判定する位置判定ステップと、
前記位置判定ステップが判定した位置に基づいて、前記受信ステップにより受信されるＯＦＤＭ信号の高速フーリエ変換を施す区間を示すＦＦＴ窓を生成する窓生成ステップと、
前記窓生成ステップにより生成されたＦＦＴ窓に基づいて、前記受信ステップにより受信されるＯＦＤＭ信号を高速フーリエ変換するフーリエ変換ステップと、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、反射波の影響が小さい最適な位置にＦＦＴ窓を制御できるため、ＯＦＤＭ信号を安定に復調することができる。

以下に、図面を参照して、実施の形態に係るＯＦＤＭ復調装置１００について詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係るＯＦＤＭ復調装置１００は、図１に示すように、アンテナ１０１と、チューナ部１０２と、Ａ／Ｄ変換部１０３と、自己相関算出部１０４と、集計部１０５と、積分部１０６と、位置判定部１０７と、ＦＦＴ窓生成部１０８と、ＦＦＴ処理部１０９と、復調部１１０と、を備える。

チューナ部１０２は、アンテナ１０１で受信したＯＦＤＭ信号と局部発信部（図示せず）で発信された所定の信号とを乗算することにより周波数の変換を行う。チューナ部１０２は、周波数変換した信号をＢＰＦ（Band Pass Filter）に通し、このＢＰＦによって帯域制限された受信信号をＡ／Ｄ変換部１０３に供給する。

Ａ／Ｄ変換部１０３は、クロック発生部（図示せず）から供給された所定のクロックに同期してチューナ部１０２から供給された受信信号をサンプリングし、このサンプリングした信号をデジタル化する。Ａ／Ｄ変換部１０３は、自己相関算出部１０４及びＦＦＴ処理部１０９にデジタル化した受信信号を供給する。

自己相関算出部１０４は、図３に示すように、Ａ／Ｄ変換部１０３から供給された受信信号と、受信信号を有効シンボル長の期間だけ遅延させた遅延信号との自己相関値を算出する。受信信号によって搬送された伝送シンボルは、ガードインターバル（ＧＩ）と有効シンボルとから構成され、ガードインターバル（ＧＩ）は、有効シンボルの後ろの部分と同じ信号をコピーすることにより生成される。図３（ａ）に示す受信信号の有効シンボルと図３（ｂ）に示す遅延信号のガードインターバルとの信号形状から図３（ｃ）に示す自己相関値を求めることにより、伝送シンボルの境界位置が判別される。

マルチパスが発生する環境では、例えば、図５（ａ）から（ｃ）に示すように、直接波と反射波とのような異なる電力をもった信号を受信するため、自己相関算出部１０４は、受信信号の電力に比例した複数のパルス信号を発生する。つまり、自己相関算出部１０４は、図５（ｄ）に示すように、相対電力及び相対位置に基づいて各受信信号の自己相関値を算出する。自己相関値は伝送シンボル（ガードインターバル）の境界位置でピーク（頂点）となる。ここで、受信した直接波と反射波のうち、最も大きい自己相関値を示す受信信号を主波という。

また、自己相関算出部１０４は、図４に示すように、自己相関算出部１０４で算出された自己相関値の複数のパルス信号を電力の大きい順に登録し、電力の一番大きいパルス信号（主波）に対して各パルス信号の相対電力Ｔ３及び相対位置Ｔ５を求める。例えば、順位Ｔ１が１位のパルス信号（信号１）の相対電力Ｔ３［ｄＢ］及び相対位置Ｔ５［μｓ］が示す値を０（ゼロ）とする。また、順位Ｔ１が１位以外のパルス信号（信号２及び信号３）の相対電力Ｔ３及び相対位置Ｔ５について、順位Ｔ１が１位であるパルス信号との相対値を求める。さらに、各パルス信号の電力比Ｔ４について、パルス信号の電力を合計することにより各値を求める。自己相関算出部１０４は、算出した境界位置の情報を集計部１０５に供給する。

集計部１０５は、自己相関算出部１０４からの境界位置の情報により、自己相関を算出した位置と信号電力とに対応する信号成分を生成し、積分部１０６に供給する。図２は、集計部１０５の構成例を示すブロック部である。図示するように、集計部１０５は、例えば、矩形波生成部２０１、電力部２０２、乗算部２０３、加算部２０４などから構成される。

矩形波生成部２０１は、自己相関算出部１０４が算出した境界位置に同期して、伝送シンボル長に相当する区間の矩形波を生成する。自己相関値のピーク位置から伝送シンボル長に相当する区間の場合では、矩形波の振幅を「１」とし、それ以外の位置（区間）の場合では「−１」又は「０」とする。矩形波生成部２０１は、生成したパルスを乗算部２０３に供給する。

電力部２０２は、自己相関値の複数のパルス信号に対応する電力比Ｔ４を保持し、乗算部２０３に供給する。

乗算部２０３は、矩形波生成部２０１からの信号と電力部２０２からの信号とを乗算することにより、合成した信号を加算部２０４に供給する。乗算部２０３は、図５（ｅ）から（ｇ）に示すように、自己相関値のピーク位置から伝送シンボル長の区間の場合では、１×電力比、と計算処理し、それ以外の位置（区間）の場合では、−１×電力比又は０、と計算処理することにより、自己相関値から乗算値を算出する。乗算部２０３は、例えば公知の乗算回路などより構成される。ここで、矩形波生成部２０１、電力部２０２および乗算部２０３は、それぞれ同一の構成であり、信号を受信する精度に応じて矩形波生成部２０１、電力部２０２および乗算部２０３の個数は任意に設定される。

加算部２０４は、それぞれの乗算部２０３からの信号を加算することにより、図５（ｈ）に示すような積算値を算出する。加算部２０４は算出した積算値を積分部１０６に供給する。

このように構成された集計部１０５は、図５（ｈ）に示すように、自己相関値の境界位置と電力比とに基づいて算出された各乗算値を合算（加算）することにより、積算値を算出する。

積分部１０６は、集計部１０５で算出された積算値に基づき積分値を算出する。積分部１０６は、例えば、集計部１０５で算出された積算値を所定の周波数でサンプリングすることによって得られたサンプリング値を有効シンボル長の区間で合計するように構成される。積分部１０６は、図５（ｉ）に示すように、集計部１０５で算出された積算値に対し各地点より有効シンボル長の区間で積分を行うことにより、積分値（以下、ＦＦＴ積分値とする）を算出する。

位置判定部１０７は、図５（ｉ）に示すＦＦＴ積分値のピーク（最大値）の位置を判定する。位置判定部１０７によって判定されたＦＦＴ積分値のピーク位置が、ＦＦＴ処理（高速フーリエ変換処理）を開始するタイミングとなる。

ＦＦＴ窓生成部１０８は、位置判定部１０７が判定したピーク位置からＦＦＴ処理を行う区間（期間）であるＦＦＴ窓を生成する。このＦＦＴ窓の区間は、図６から図８に示すように、ガードインターバルを含めた伝送シンボル又は有効シンボルにおいて、ピーク位置から有効シンボル長の区間となる。ＦＦＴ窓生成部１０８は、ピーク位置に基づき前記の適切なＦＦＴ窓の区間を設定する。

ＦＦＴ処理部１０９は、ＦＦＴ窓生成部１０８が生成したＦＦＴ窓に基づき、受信信号を高速フーリエ変換する。ＦＦＴ処理部１０９は、ＦＦＴ処理によって得られたデータを復調部１１０に入力する。

復調部１１０は、ＦＦＴ処理部１０９において処理された信号を復調する。

次に、ＦＦＴ窓の開始位置を決定する方法について図６から図９を参照して説明する。ＯＦＤＭ信号である信号１（主波）、信号２、信号３について、図９（ａ）から（ｃ）に示す相対位置及び電力比に基づき、図６から図８に示す各信号の乗算値が算出される。各信号の乗算値を合算（加算）することにより積算値が算出される。積算値を有効シンボル長の区間で積分することによりＦＦＴ積分値が算出される。図６から図８に示すように、ＦＦＴ積分値のピーク位置を判別することにより、ＦＦＴ窓の開始位置を決定することができる。

次に、ＦＦＴ窓の区間を決定する方法について図６から図８を参照して説明する。ＦＦＴ積分値のピーク位置を判別し、この判別されたピーク位置をＦＦＴ窓の開始位置とし、この開始位置から有効シンボル長に相当する区間をＦＦＴ窓の区間とする。

例えば、図６に示すように、信号１（主波）のＧＩの区間に信号２および信号３が存在する場合には、ＦＦＴ積分値のピーク位置は、信号３の先頭の位置から、信号１（主波）の有効シンボルの先頭の位置までの区間となる。位置判定部１０７は、この信号３の先頭の位置から、信号１（主波）の有効シンボルの先頭の位置までの区間をピーク位置として判定する。次に、ＦＦＴ窓生成部１０８は、位置判定部１０７が判定したピーク位置をＦＦＴ窓の開始位置とし、このＦＦＴ窓の開始位置から有効シンボル長の区間をＦＦＴ処理を行うＦＦＴ窓の区間として設定する。このように、ＦＦＴ窓の先頭が信号１（主波）のＧＩの区間に位置する場合には、ＦＦＴ窓の区間は、信号１（主波）のＧＩの区間に位置するＦＦＴ窓の先頭から、有効シンボル長に相当する区間となる。

また、図７に示すように、信号１（主波）のＧＩの区間に信号２が存在し、信号１（主波）のＧＩの区間より後方に信号３が存在する場合には、ＦＦＴ積分値のピーク位置は、信号１（主波）の有効シンボルの先頭の位置となる。位置判定部１０７は、信号１（主波）の有効シンボルの先頭の位置をピーク位置として判定する。次に、ＦＦＴ窓生成部１０８は、位置判定部１０７が判定したピーク位置をＦＦＴ窓の開始位置とし、このＦＦＴ窓の開始位置から有効シンボル長の区間をＦＦＴ処理を行うＦＦＴ窓の区間として設定する。このように、ＦＦＴ窓の先頭が信号１（主波）の有効シンボルの先頭に位置する場合には、ＦＦＴ窓の区間は、信号１（主波）の有効シンボルに相当する区間となる。

また、図８に示すように、信号１（主波）のＧＩの区間に信号３が存在し、ＧＩ長に相当する区間より信号１（主波）の前方に信号２が存在する場合には、ＦＦＴ積分値のピーク位置は、信号１（主波）の先頭の位置となる。位置判定部１０７は、信号１（主波）の先頭の位置をピーク位置として判定する。次に、ＦＦＴ窓生成部１０８は、位置判定部１０７が判定したピーク位置をＦＦＴ窓の開始位置とし、このＦＦＴ窓の開始位置から有効シンボル長の区間をＦＦＴ処理を行うＦＦＴ窓の区間として設定する。このように、ＦＦＴ窓の先頭が伝送シンボルの先頭に位置する場合には、ＦＦＴ窓の区間は、伝送シンボルの先頭の位置から有効シンボル長に相当する区間となる。

以上説明したように、第１の実施の形態にかかるＯＦＤＭ復調装置１００によれば、各受信信号の自己相関値を算出し、自己相関値に基づきＦＦＴ積分値を求めることができる。ＦＦＴ積分値のピークを検出することにより、ＦＦＴ処理を行うＦＦＴ窓の位置及び区間を決定することができる。これにより、マルチパスが発生する環境下において、直接波および反射波からなる複数のＯＦＤＭ信号から最も大きい電力をもった受信信号のガードインターバル区間内に他の受信信号の先頭があるか否かにかかわらず、反射波の影響が小さい最適な位置にＦＦＴ窓の位置を制御することができ、ＯＦＤＭ信号を安定に復調することができる。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態に係るＯＦＤＭ復調装置１００について説明する。第２の実施の形態では、所定の部分についてＤＳＰ（Digital Signal Processor）回路とする。

第２の実施の形態に係るＯＦＤＭ復調装置１００は、図１０に示すように、アンテナ１０１と、チューナ部１０２と、Ａ／Ｄ変換部１０３と、ＦＦＴ窓生成部１０８と、ＦＦＴ処理部１０９と、復調部１１０と、自己相関算出部３０１と、タイミング情報部３０２と、電力情報部３０３と、演算部３０４と、位置判定部３０５と、を備える。アンテナ１０１から復調部１１０は、第１の実施の形態と同一の構成である。自己相関算出部３０１から位置判定部３０５は、ＤＳＰで構成される。

自己相関算出部３０１は、自己相関算出部１０４が行う処理と同等の処理をする。タイミング情報部３０２は、矩形波生成部２０１が行う処理と同等の処理をする。電力情報部３０３は、電力部２０２が行う処理と同等の処理をする。演算部３０４は、乗算部２０３、加算部２０４および積分部１０６が行う処理と同等の処理をする。位置判定部３０５は、位置判定部１０７が行う処理と同等の処理をする。

以上説明したように、所定の部分をＤＳＰに置き換えることにより、それぞれの演算処理を高速に行うことができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。

また、主波（信号１）を含む直接波、反射波の信号の数は、図６から図８に示すように３つに限定されず任意である。

また、有効シンボル長は、図９（ｄ）に示すように、説明の便宜上１００[μs]としているが、２５２[μs]、５０４[μs]、１００８[μs]等、任意である。

また、ガードインターバル長は、図９（ｄ）に示すように、有効シンボル長の１／４に相当する長さとしているが、１／８、１／１６等、任意である。

本発明の第１の実施形態に係るＯＦＤＭ復調装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す集計部の構成を示すブロック図である。 ＯＦＤＭ信号の伝送シンボルを示す図である。 ＯＦＤＭ信号の相対位置と電力比の例を示す図である。 ＦＦＴ窓の位置を決定する方法を説明する図である。 信号１（主波）のＧＩの区間に信号２および信号３が存在している場合のＦＦＴ窓の位置を示す図である。 信号１（主波）のＧＩの区間に信号２が存在し、信号１（主波）のＧＩの区間より後方に信号３が存在している場合のＦＦＴ窓の位置を示す図である。 信号１（主波）のＧＩの区間に信号３が存在し、ＧＩ長に相当する区間より信号１（主波）の前方に信号２が存在している場合のＦＦＴ窓の位置を示す図である。 （ａ）から（ｃ）はそれぞれ図６から図８に示す各信号の相対位置と電力比の例を示す図であり、（ｄ）はＯＦＤＭ信号のパラメータの区間長の例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るＯＦＤＭ復調装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００…ＯＦＤＭ復調装置、１０１…アンテナ、１０２…チューナ部、１０３…Ａ／Ｄ変換部、１０４…自己相関算出部、１０５…集計部、１０６…積分部、１０７…位置判定部、１０８…ＦＦＴ窓生成部、１０９…ＦＦＴ処理部、１１０…復調部、２０１…矩形波生成部、２０２…電力部、２０３…乗算部、２０４…加算部、３０１…自己相関算出部、３０２…タイミング情報部、３０３…電力情報部、３０４…演算部、３０５…位置判定部

Claims (4)

1. 有効シンボルと該有効シンボルの一部の信号波形により生成されたガードインターバルとで構成された伝送シンボルを伝送単位とするＯＦＤＭ信号を復調するＯＦＤＭ復調装置であって、
   前記ＯＦＤＭ信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段により受信されたＯＦＤＭ信号の自己相関値を算出する自己相関値算出手段と、
   前記自己相関値算出手段により算出された自己相関値の複数の頂点の位置と該自己相関値とに基づいて、前記受信手段により受信されたＯＦＤＭ信号が示す積算値を算出する積算値算出手段と、
   前記積算値算出手段により算出された積算値を前記有効シンボルの長さに相当する区間で積分する積分手段と、
   前記積分手段により積分された値が最大となる位置を判定する位置判定手段と、
   前記位置判定手段が判定した位置に基づいて、前記受信手段により受信されるＯＦＤＭ信号の高速フーリエ変換を施す区間を示すＦＦＴ窓を生成する窓生成手段と、
   前記窓生成手段により生成されたＦＦＴ窓に基づいて、前記受信手段により受信されるＯＦＤＭ信号を高速フーリエ変換するフーリエ変換手段と、
   を備えることを特徴とするＯＦＤＭ復調装置。
2. 前記積算値算出手段は、
   前記自己相関値算出手段により算出された自己相関値の頂点の位置から、前記ＯＦＤＭ信号の伝送シンボルに相当する区間の矩形波を発生する矩形波発生手段と、
   前記自己相関値算出手段により算出された自己相関値の頂点に対応するＯＦＤＭ信号の電力値を前記自己相関値に基づいて発生する電力値発生手段と、
   前記矩形波発生手段により発生された矩形波と前記電力値発生手段により発生された電力値とを乗算して乗算値を算出する乗算手段と、を複数組備え、
   前記自己相関値算出手段により算出された自己相関値の複数の頂点について前記乗算手段によりそれぞれ算出された乗算値を加算して積算値を算出する加算手段と、を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のＯＦＤＭ復調装置。
3. 前記積分手段は、
   前記加算手段により算出された積算値を前記有効シンボルの長さに相当する区間で積分することを特徴とする請求項２に記載のＯＦＤＭ復調装置。
4. 有効シンボルと該有効シンボルの一部の信号波形により生成されたガードインターバルとで構成された伝送シンボルを伝送単位とするＯＦＤＭ信号を復調するＯＦＤＭ復調方法であって、
   前記ＯＦＤＭ信号を受信する受信ステップと、
   前記受信ステップにより受信されたＯＦＤＭ信号の自己相関値を算出する自己相関値算出ステップと、
   前記自己相関値算出ステップにより算出された自己相関値の複数の頂点の位置と該自己相関値とに基づいて、前記受信ステップにより受信されたＯＦＤＭ信号が示す積算値を算出する積算値算出ステップと、
   前記積算値算出ステップにより算出された積算値を前記有効シンボルの長さに相当する区間で積分する積分ステップと、
   前記積分ステップにより積分された値が最大となる位置を判定する位置判定ステップと、
   前記位置判定ステップが判定した位置に基づいて、前記受信ステップにより受信されるＯＦＤＭ信号の高速フーリエ変換を施す区間を示すＦＦＴ窓を生成する窓生成ステップと、
   前記窓生成ステップにより生成されたＦＦＴ窓に基づいて、前記受信ステップにより受信されるＯＦＤＭ信号を高速フーリエ変換するフーリエ変換ステップと、
   を備えることを特徴とするＯＦＤＭ復調方法。

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