JP5058099B2 - 遅延プロファイル推定装置およびその方法 - Google Patents

Description

本発明は、直交周波数分割多重信号（ＯＦＤＭ信号）における伝送路の遅延プロファイルを推定する遅延プロファイル推定装置、および、その方法に関する発明である。

直交周波数分割多重方式（以下、「ＯＦＤＭ方式」ともいう）によるデジタル伝送技術では、互いの周波数が直交する複数のサブキャリアによって情報を変調および多重して送受信する伝送方式であり、放送や通信の分野で特に実用化が進んでいる。

ＯＦＤＭ方式の伝送では、送信しようとする情報（以下、「送信データ」ともいう）は、複数のサブキャリアに振り分けられ、各サブキャリアにおいて、例えば、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）または多値ＰＳＫでデジタル変調される。また、ＯＦＤＭ方式の信号（以下、「ＯＦＤＭ信号」ともいう）には、サブキャリアを受信側で復調する際に利用される既知信号（以下、「パイロット信号」ともいう）が、特定のサブキャリアとして多重化されている。これらの多重化されたサブキャリアは、所定時間（シンボル区間）ごとに逆フーリエ変換によって直交変換され、所望の送信周波数の信号に周波数変換されて伝送される。

具体的には、送信時に送信しようとする伝送データを、各サブキャリアの変調方式に応じてマッピングし、これらに逆フーリエ変換を行う。次に、逆フーリエ変換後の信号の最後部をコピーした部分を、当該信号の先頭に付加してから送信する。コピー部分は、ガードインターバル（以下、「ＧＩ」ともいう）と呼ばれる。このＧＩの付加により、ガードインターバル長（以下、「ＧＩ長」ともいう）以下の遅延時間を有する遅延波が存在しても、受信側において、異なるシンボル区間の信号が互いに干渉することなく、信号を再生できるようになる。

以上のようなＯＦＤＭ方式では、全てのサブキャリアは互いに直交するため、送受信間でサブキャリア周波数の同期が確立した場合には、送信データを正しく再生することができる。従って、ＯＦＤＭ信号を受信する復調装置では、受信したＯＦＤＭ方式の複素デジタル信号、つまり、受信信号を直交復調して、所望の周波数帯域の周波数に変換する。そして、送受信間のタイミング同期、サブキャリア周波数同期を確立しつつ、上記周波数変換された受信信号にフーリエ変換を行ってサブキャリアごとの信号を生成し、復調を行っている。

次に、送信信号に予め挿入されている上述のパイロット信号について説明する。日本の地上デジタルＴＶ放送方式では、伝送路の遅延プロファイルの推定に用いられるスキャッタードパイロット信号（以下、「ＳＰ信号」ともいう）が周期的に挿入されている。スキャッタードパイロット信号は、周波数方向には、１２サブキャリアごとに１個、時間方向には、一のサブキャリアにおいて４シンボル区間ごとに１個の割合で挿入される。そして、ＳＰ信号が、４シンボル周期で同じ周波数位置（サブキャリア位置）に挿入されるように、１シンボル区間経過するたびに３サブキャリアずらした位置に挿入される。なお、シンボルとは、送信側において同じタイミングで逆フーリエ変換された搬送波の集まりに相当する。また、所定数のシンボル区間で構成される伝送単位を１フレームと呼ぶ。

一方、ＯＦＤＭ信号を移動しながら受信する際に、異なるシンボル区間の信号が互いに干渉することなく信号を再生するためには、伝送路の変動に追従して上述のフーリエ変換のタイミングを制御する必要がある。その手法の一つに、特許文献１に記載されているように、伝送路の遅延プロファイル推定の結果を用いたタイミング制御方式がある。このように、受信側で遅延プロファイル推定を行うことは、送受信間の伝送路状態を解析するのに有用な情報となる。次に、従来の遅延プロファイル推定方法について説明する。

遅延プロファイル推定を行う第１の手法として、特許文献２に記載されているように、受信したＯＦＤＭ信号（以下、「受信信号」とも記す）の自己相関を利用する手法がある。この手法では、ＯＦＤＭ信号の自己相関特性が急峻であることを利用する。具体的には、受信信号の一部を参照値メモリに記録し、記録したＯＦＤＭ信号の自己相関値を算出することで、遅延プロファイル推定を行っている。

遅延プロファイル推定を行う第２の手法として、特許文献１に記載されているように、上述のＳＰ信号を利用する手法がある。受信信号をフーリエ変換した後、ＳＰ信号を抽出して、既知のＳＰ信号で複素除算し、複素除算結果を逆フーリエ変換することで、遅延プロファイル推定を行う。

遅延プロファイル推定を行う第３の手法として、特許文献３に記載されているように、受信信号の電力スペクトルを利用する方法がある。この方法では、受信信号を時間領域で二乗し、電力次元に逆フーリエ変換することで、遅延プロファイル推定を行う。

遅延プロファイル推定を行う第４の手法として、特許文献４に記載されているように、受信信号の一部にプリアンブルとして含まれる既知のパイロット信号との相互相関を行う方法がある。この方法では、遅延プロファイル推定を行う第１の手法と同様に、ＯＦＤＭ信号の自己相関特性が急峻であることを利用して、予め既知の時間領域の受信信号をデータとして記憶しておき、受信信号との相互相関値を算出することで、遅延プロファイル推定を行う。ただし、送信信号には、既知のプリアンブル信号が含まれている必要がある。

特許第３６５４６４６号公報 特開２００４−３２８５８３号公報 特開２００６−９３７６０号公報 特開２００４−２４１８０４号公報

しかしながら、第１の手法では、受信信号の自己相関を用いて相関値を算出するため、受信信号に含まれる遅延波自体も参照信号として扱われることになり、本来存在しない擬似遅延波を算出するという問題があった。また、相関のピークを主波としたとき、先行波と遅延波とを区別することができないという問題があった。

また、第２の手法では、ＳＰ信号を用いて遅延プロファイル推定を行うが、推定可能な最大遅延時間を広げるため、ＳＰ信号は周波数方向および時間方向に内挿補間を行う。しかし、内挿補間したＳＰ信号は、４シンボル区間ごとに１個の間隔で配置されるため、理論上、８シンボル区間よりも早い周期で変動する高速移動受信時の伝送路などでは、遅延プロファイル推定結果に誤りが生じるという問題があった。また、ＳＰ信号に対し、時間内挿補間を行っても、推定可能な受信信号の到来時間差は、有効シンボル長の１／３に制限されるという問題があった。

また、第３の手法では、受信信号の電力スペクトルを用いて遅延プロファイル推定を算出する。しかしながら、複数の遅延波が合成されたＯＦＤＭ信号を受信した場合には、遅延波同士の相互の干渉による混変調により擬似遅延波を算出するという問題があった。また、先行波と遅延波とを区別することができないという問題があった。

また、第４の手法では、プリアンブルとして含まれる既知のパイロット信号を用いて相互相関演算を行うが、送信信号としてプリアンブル信号が含まれていなければ、遅延プロファイル推定ができないという問題があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、伝送路が高速に変動したり、受信信号の到来時間差が有効シンボル長の１／３を超える場合であっても、精度良く遅延プロファイルを推定することを可能にし、さらに、先行波と遅延波とを区別可能な遅延プロファイル推定装置およびその方法を提供することを目的とする。

本発明に係る遅延プロファイル推定装置は、送信データと複数の既知のパイロット信号とがＯＦＤＭ方式で送信される伝送路からＯＦＤＭ信号を受信して、前記伝送路の遅延プロファイルを推定する遅延プロファイル推定装置であって、少なくとも一の前記既知のパイロット信号を逆フーリエ変換して、参照信号を生成する参照信号生成手段を備える。そして、前記ＯＦＤＭ信号と、前記参照信号生成手段で生成された前記参照信号との相関値を算出する相関演算手段と、前記参照信号の自己相関値を要素とする正方行列の逆行列と、前記相関演算手段で算出された相関値との演算を行う行列演算手段とを備え、前記行列演算手段の演算結果を、前記遅延プロファイルとして出力する。

本発明の遅延プロファイル推定装置によれば、既知のパイロット信号に基づいて遅延プロファイルを推定するため、伝送路が高速に変動しても精度良く遅延プロファイル推定を行うことができる。また、推定可能なＯＦＤＭ信号の最大の到来時間差は、４シンボル区間となるため、有効シンボル長の１／３を超えても遅延プロファイルを推定することができる。また、先行波と遅延波とを区別することができる。

＜実施の形態１＞
本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置およびその方法では、日本における地上デジタル放送で用いられるＯＦＤＭ信号を受信しているものとして説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。図１は、本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置およびその方法を説明するためのブロック図である。図１に示すように、本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置は、参照信号生成部１と、相関演算部２と、行列演算部３とを備える。

本実施の形態では、受信されるＯＦＤＭ信号（以下、「受信信号」ともいう）に、ＳＰ信号は、４種類の挿入パターンで周波数位置（サブキャリアの位置）に挿入される。１シンボル区間内では、ＳＰ信号は、そのうちの１つのパターンで挿入される。そこで、以下、遅延プロファイル推定装置が受信するＯＦＤＭ信号のＳＰ信号の挿入パターンを、ＳＰ信号ＳＰ_b（ｂ＝１，２，３，４、）と記すこともある。ここで、ｂは、４種類の挿入パターンの種別を表す。このＳＰ_bは、１シンボル区間ごとに、別のＳＰ_bに変更される。例えば、１シンボル区間経過すると、ＳＰ₁からＳＰ₂に変更される。

本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置は、送信データと複数の既知のＳＰ信号ＳＰ_bとがＯＦＤＭ方式で送信される伝送路からＯＦＤＭ信号を受信して、伝送路の遅延プロファイルを推定する。

次に、動作について簡単に説明する。受されたＯＦＤＭ信号は、相関演算部２に入力され、当該相関演算部２において、参照信号生成部１の出力信号との相関演算が行われる。相関演算部２の出力である演算結果は、行列演算部３により、行列演算が行われる。この行列演算部３の演算結果は、遅延プロファイルとして出力される。次に、各構成について詳しく説明する。

図２は、本実施の形態に係る参照信号生成部１の構成を示すブロック図である。図２に示すように、参照信号生成手段である参照信号生成部１は、既知信号生成部１１と、逆フーリエ変換部１２とを備える。

既知信号生成手段である既知信号生成部１１は、上述の既知のＳＰ信号ＳＰ_bのうち、少なくとも一の既知のＳＰ信号を生成する。既知信号生成部１１は、本実施の形態では、ＳＰ信号を１２サブキャリア間隔で１個挿入し、通常のＯＦＤＭ信号であれば送信データが入るべきサブキャリアには「０」を挿入してなる挿入パターンを、少なくとも一の既知のＳＰ信号として出力する。

上述したように、本実施の形態に係る受信信号の既知のＳＰ信号ＳＰ_bは、４種類の挿入パターンのいずれか一つの挿入パターンで挿入され、１シンボル区間経過ごとに他の挿入パターンで挿入される。それに対し、既知信号生成部１１が生成する少なくとも一つの既知のＳＰ信号は、本実施の形態では、４種類の既知のＳＰ信号ＳＰ_bのうちのいずれか一つのパイロット信号のみを含むものとする。例えば、既知信号生成部１１は、ＳＰ信号ＳＰ₁を生成するが、その他のＳＰ信号ＳＰ₂〜ＳＰ₄は生成しないことを意味する。なお、後の実施の形態で説明するが、既知信号生成部１１は、遅延プロファイル結果に現れるピーク周期に応じて、４種類のＳＰ信号ＳＰ_bのいずれか一つを順次に変更して出力するものであってもよい。

逆フーリエ変換手段である逆フーリエ変換部１２は、既知信号生成部１１が生成した既知のＳＰ信号を逆フーリエ変換して、次式（１）のように、参照信号を生成する。こうして、参照信号生成手段である参照信号生成部１は、少なくとも一の既知パイロット信号を逆フーリエ変換して、次式（１）のように、参照信号を生成する。

ここで、ＳＰ_n,cは、既知信号生成部１１から出力され、ｎ番目のサブキャリアに含まれるＳＰ信号の複素数である。ａ_c（ｉ）は、参照信号生成部１のシンボル区間内のｉ番目の参照信号、Ｎは、逆フーリエ変換のサンプル数を示す。ｃは、上述のｂと同様、ＳＰ信号の挿入パターンを示す。以下、簡単のため、下付き添え字のｎは省略する。

こうして生成される参照信号ａ_c（ｉ）を図３に示す。上述したように、既知のＳＰ信号ＳＰ_cは、１２サブキャリア間隔で１個挿入され、他のサブキャリアを「０」にしている。参照信号ａ_c（ｉ）は、このような既知のＳＰ信号ＳＰ_cを逆フーリエ変換した信号であるため、１／１２のシンボル長ごとに同じ信号が繰返し現れる周期信号となる。

なお、参照信号生成部１は、図４に示すような構成であってもよい。図４に係る参照信号生成部１は、図２に係る構成に加えて、ＧＩ結合部１３をさらに備える。ＧＩ結合手段であるＧＩ結合部１３は、逆フーリエ変換部１２で生成された参照信号の一部を複写して、当該複写された参照信号の一部を、もとの参照信号の所定の位置、例えば、先頭に結合する。以上の構成にすることにより、仮に、受信信号にＧＩが付加されていても、受信信号と参照信号ａ_c（ｉ）との相関値を適切に算出することができる。この相関値については後述する。

また、参照信号生成部１は、図５に示すような構成であってもよい。図５に係る参照信号生成部１は、図２に係る構成の代わりに、既知信号記憶装置１４を備える。既知信号記憶手段である既知信号記憶装置１４は、参照信号ａ_c（ｉ）が予め記憶されている。この既知信号記憶装置１４は、例えば、参照信号ａ_c（ｉ）が予め記憶されているメモリと、そのメモリの内容を出力するメモリコントローラとを備える。これにより、上述の逆フーリエ変換部１２を省略することができる。

次に、図１に係る相関演算部２について説明する。相関演算手段である相関演算部２は、受信信号（受信したＯＦＤＭ信号）と、参照信号生成部１で生成された参照信号ａ_c（ｉ）との相関値である相互相関値Ｍ（ｉ）を、次式（２）から算出する。

ここで、ｒ（ｉ＋ｌ）は受信信号の（ｉ＋ｌ）番目のサンプル値、ａ_c（ｌ）は参照信号生成部１で生成されたｌ番目の出力、Ｌは１つのシンボル区間内のサンプル数である。なお、上付き添え字「＊」は、複素共役を示す。一方、遅延波を含めた上述の受信信号ｒ（ｉ）は、次式（３）のようになる。

ここで、ｘ（ｉ）は受信したＯＦＤＭ信号のｉ番目のサンプル値、ｃ_mはｍ番目の遅延波の位相回転と振幅レベルを示す複素定数、ｄ_mは遅延時間を示す。ここで、受信信号ｒ（ｉ）において、４種類のＳＰ_b信号（ｂ＝１，２，３，４）のうちいずれか一つが多重化されるが、以下、参照信号生成部１が生成する既知のＳＰ信号ＳＰ_cと同じであると仮定する。つまり、ｂ＝ｃと仮定する。そうすると、ｘ（ｉ）は、式（１）の参照信号ａ_c（ｉ）を用いて、次式（４）のように表すことができる。

ｓ（ｉ）は、送信データのみのＯＦＤＭ信号、つまり、ＳＰ信号ＳＰ_cと関係がない信号である。式（３）と式（４）を式（２）に代入すると、次式（５）のように表すことができる。

式（５）を展開すると、次式（６）のように表すことができる。

この式（６）の第一項および第三項は、ＳＰ信号ＳＰ_cに係る信号ａ_c（ｉ）と、ＳＰ信号ＳＰ_cと関係がない信号ｓ（ｉ）との積であるが、これら信号には相関がないため、相関値が小さくなる。また、ｂ≠ｃの場合も相関値は小さい。一方、式（６）の第二項は、ｉ＝０のときに相関値が大きくなり、第四項は、ｉ＝ｄ_mのときに、ｃ_mに応じた小さくない相関値を示す。

ここで、参照信号ａ_c（ｉ）は、図３に示したように周期信号であるため、相互相関値の出力の絶対値｜Ｍ（ｉ）｜は、図６のように、到来波の先頭を中心として三角方の特性を持って現れる（以下、図６のような特性を持った波形を「三角型の特性」ともいう）。なお、図６は、遅延波がなく、直接波のみを受信した場合の図である。

なお、図示しなかったが、相関演算部２は、受信信号ｒ（ｉ）を保持するメモリおよびメモリコントローラや、相互相関値Ｍ（ｉ）を保持するメモリおよびメモリコントローラを備える構成であってもよい。

次に、図１に係る行列演算部３について説明する。行列演算手段である行列演算部３は、参照信号ａ_c（ｉ）の自己相関値を要素とする正方行列の逆行列と、相関演算部２で算出された相互相関値Ｍ（ｉ）との演算を行う。ここでいう正方行列は、次式（７）の参照信号ａ_c（ｉ）の自己相関値ｋ（ｉ）を要素とする（２Ｌ−１）×（２Ｌ−１）の正方行列である。以下、この正方行列を係数行列Ｋと記すこともある。

なお、参照信号生成部１を、ＧＩ結合部１３を含む構成（図４）にした場合には、参照信号ａ_c（ｉ）にガードインターバル長相当分を付加した信号に置き換えてｋ（ｉ）を導出する。

また、参照信号生成部１を、既知信号記憶装置１４を含む構成（図５）にした場合には、既知信号記憶装置１４のメモリの内容と同一の信号ａ_c（ｉ）を用いて、ｋ（ｉ）を導出する。自己相関値ｋ（ｉ）を要素とする係数行列Ｋを次式（８）に示す。

行列演算部３は、次式（９）のように、この係数行列Ｋと、相互相関値Ｍ（ｉ）との行列演算を行う。

ここで、ｐは、到来波ごとの受信電力、すなわち、遅延プロファイルを表すｐ（ｉ）を要素とする（２Ｌ−１）×１行列である。Ｍは、相互相関結果である式（２）のＭ（ｉ）を要素とする（２Ｌ−１）×１行列である。

受信信号ｒ（ｉ）が直接波のみの場合、相関演算部２の出力Ｍ（ｉ）は、上述したように、図６のような三角型の特性を有する。ここで、式（９）を用いて求めたｐ（ｉ）を、図７に示す。図７に示されるように、参照信号ａ_c（ｉ）の周期性によって生じた到来波の先頭を中心とした三角型の特性が除去され、直接波の受信電力成分を抽出することができる。受信電力成分の抽出は、複数の遅延波および先行波に対しても同様に抽出することができる。複数の遅延波および先行波がある場合の遅延プロファイル推定結果の例を図８に示す。ここでは最も大きい受信電力成分を主波として示している。本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置は、行列演算部３の演算結果ｐ（ｉ）を、遅延プロファイルとして出力する。

なお、ここでは、係数行列Ｋの行数と列数は、（２Ｌ−１）×（２Ｌ−１）としたが、これに限ったものではなく、遅延プロファイルを求めるサンプル数、および、演算可能な行列数に応じて変更してもよい。ただし、その場合には、相互相関値Ｍ（ｉ）の行列数も同様に、サンプル数に応じて変更する必要がある。なお、行列Ｋは既知の係数であるため、予め計算された行列Ｋをメモリに保持しておいても構わない。

以上のような本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置およびその方法によれば、相関演算部１、参照信号生成部２、行列演算部３を備え、遅延プロファイル推定を行う。そして、本実施の形態では、参照信号生成部１が生成する少なくとも一の既知のＳＰ信号ＳＰ_cは、受信信号に多重化されるＳＰ信号ＳＰ_b（ｂ＝１〜４）のうちのいずれか一つのみを含む。これにより、ＳＰ信号を時間方向に内挿する必要がなくなるため、内挿を失敗することがなくなる。そのため、例えば、高速移動しながら受信する場合に、伝送路が高速に変動しても、精度良く遅延プロファイル推定を行うことができる。また、推定可能な受信信号の最大の到来時間差は、受信信号ｒ（ｉ）のＳＰ信号が現れる４シンボル区間となるため、受信信号ｒ（ｉ）の到来時間差が有効シンボル長の１／３を超えても遅延プロファイルを推定することができる。また、先行波と遅延波とを区別することができる。また、ＯＦＤＭ復調にフーリエ変換部を設けなくてもよいという利点がある。また、既知のＳＰ信号ＳＰ_cからなる参照信号ａ_c（ｉ）の自己相関値を用いるため、受信信号ｒ（ｉ）の自己相関値を用いた従来の装置よりも、遅延波の推定精度が高いという利点がある。

＜実施の形態２＞
図９は、本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置およびその方法を説明するためのブロック図である。上述したように、受信信号のＳＰ信号ＳＰ_b（ｂ＝１，２，３，４）は４種類のパターンが存在し、それが順次に変更される。それに対して、参照信号生成部１が生成する既知のＳＰ信号ＳＰ_cは、実施の形態１では、受信信号に多重されるＳＰ信号ＳＰ_bのうちのいずれか一つのＳＰ信号のみであった。そのため、実施の形態１に係る構成では、４シンボル区間ごとにしか遅延プロファイルを推定することができない。そこで、本実施の形態では、４シンボル区間よりも小さなシンボル区間ごとに遅延プロファイルの推定を可能にすることを目的とする。

図９に示すように、本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置は、上述の参照信号生成部１に相当する第１〜第４の参照信号生成部１ａ〜ｄと、上述の相関演算部２に相当する第１〜第４の相関演算部２ａ〜ｄと、上述の行列演算部３に相当する第１〜第４の行列演算部３ａ〜ｄと、選択部４とを備える。このように、本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置は、参照信号生成部、および、相関演算部、および、行列演算部を複数備え、かつ、選択部４を備えている点で、実施の形態１と異なる。

次に、第１〜第４の参照信号生成部１ａ〜ｄの動作について説明する。本実施の形態では、第１〜第４の参照信号生成部１ａ〜ｄ全体で生成される既知のパイロット信号ＳＰ_cは、受信信号ｒ（ｉ）に挿入される４つのＳＰ信号ＳＰ_b（ｂ＝１，２，３，４）のうちの少なくとも２以上のパイロット信号を含む。本実施の形態では、第１〜第４の参照信号生成部１ａ〜ｄ全体で生成される既知のパイロット信号ＳＰ_cは、受信信号のパイロット信号の種類の数と同じ、４つのパイロット信号ＳＰ_c（ｃ＝１，２，３，４）を含むものとする。そして、参照信号生成部１ａ〜ｄの既知のＳＰ信号ＳＰ_cは、３サブキャリア間隔ずつずらした位置にＳＰ信号が挿入されている。本実施の形態では、参照信号生成部１ａ〜ｄ、および、相関演算部２ａ〜ｄ、および、行列演算部３ｃ〜ｄは、４つのパイロット信号ＳＰ_cそれぞれに対応して設けられている。

第１〜第４の参照信号生成部１ａ〜ｄは、参照信号ａ_c（ｉ）を生成する（ｃ＝１，２，３，４）。この参照信号ａ_c（ｉ）は、ＳＰ信号が３キャリアずつずらした位置に挿入されてなる既知のＳＰ信号ＳＰ_cを逆フーリエ変換して生成される。こうして、第１〜第４の参照信号生成部１ａ〜ｄを備えることにより、受信信号のＳＰ信号ＳＰ_bが、シンボル区間ごとに別のＳＰ信号ＳＰ_bに変更されても、第１〜第４の参照信号生成部１ａ〜ｄの既知のＳＰ信号ＳＰ_c（ｃ＝１，２，３，４）のいずれか一つは、ＳＰ信号ＳＰ_bと一致することになる。

次に、選択部４について説明する。選択手段である選択部４は、４つのパイロット信号ＳＰ_c（ｃ＝１，２，３，４）に対応する第１〜第４の行列演算部３ａ〜ｄの演算結果のいずれか一つを、出力すべき遅延プロファイルとして選択する。図１０は、選択部４の構成を示すブロック図である。図１０に示すように、本実施の形態に係る選択部４は、第１〜第４のピーク検出部４１ａ〜ｄと、出力選択部４２とを備える。

ピーク検出手段である第１〜第４のピーク検出部４１ａ〜ｄは、４つのパイロット信号ＳＰ_c（ｃ＝１，２，３，４）に対応する第１〜第４の行列演算部３ａ〜ｄの演算結果に対応する信号から、所定数のシンボル区間ごとのピーク値を検出する。この信号は、第１〜第４の参照信号生成部１ａ〜ｄで生成された参照信号ａ_c（ｉ）を元に生成される。本実施の形態に係る第１〜第４のピーク検出部４１ａ〜ｄは、１シンボル区間ごとのピーク値を出力選択部４２に出力する。なお、図示していないが、ここでいう１シンボル区間は、予め与えられているか、または、遅延プロファイルのピーク間隔を繰返し検知するかなどして求められる。

次に、出力選択部４２について説明する。出力選択部４２は、図１１に示すように、第１〜第４のピーク検出部４１ａ〜ｄで検出されたピーク値のうち、最大のピーク値が検出された信号に対応する演算結果を、出力すべき遅延プロファイルとして選択し、出力する。なお、出力選択部４２は、図示しないメモリを備え、最大のピーク値を検出したときの前後の行列演算部３ａ〜ｄの出力を、選択部４の出力としてもよい。

以上のような本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置およびその方法によれば、受信されるＯＦＤＭ信号に多重化されたＳＰ信号ＳＰ_bが、シンボル区間ごとに別のＳＰ信号ＳＰ_bに変更されても、シンボル区間ごとに連続して遅延プロファイルを推定することができる。

なお、本実施の形態では、参照信号生成部、および、相関演算部、および、行列演算部を４つ備えた構成になっているが、必ずしも４つである必要はない。例えば、少なくとも２以上設けられていれば、実施の形態１の最大到来時間差（４シンボル区間）よりも小さい間隔で遅延プロファイルを推定することができる。

＜実施の形態３＞
図１２は、本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置およびその方法を説明するためのブロック図である。以下の実施の形態において、実施の形態１に係る遅延プロファイル推定装置と同じ構成については、同じ符号を付すものとし、以下で新たに説明しない限り、実施の形態１と同じものであるとする。図１２に示すように、本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置は、実施の形態１の構成に加えて、フレーム同期部５をさらに備える。この点で、実施の形態１と異なる。なお、本実施の形態に係るＯＦＭＤ信号は、所定数のシンボル区間を１フレームとするフレーム単位で構成されているものとする。

次に動作について説明する。フレーム同期部５は、受信したＯＦＤＭ信号のフレームから、例えば、当該ＯＦＤＭ信号のサブキャリアに含まれるＴＭＣＣ（Transmission and Multiplexing Configuration Control）と呼ばれる伝送制御キャリアのフレーム同期信号を検出する。こうして、フレーム同期手段であるフレーム同期部５は、受信信号のフレーム同期を確立する。

フレーム同期が確立すれば、４シンボル周期で同じ周波数位置になるように３キャリアずつ変更されているＳＰ信号ＳＰ_bの位置が確定する。そこで、参照信号生成部１は、フレーム同期部５で確立されたフレーム同期に応答して、参照信号ａ_c（ｉ）を生成する。参照信号生成部１で生成される参照信号ａ_c（ｉ）は、本実施の形態では、１シンボル区間ごとに順次に変更される。これにより、行列演算部３は、実施の形態１で示した係数行列Ｋを、対応する既知のＳＰ信号ＳＰ_cの変更にあわせて切り替えて出力する。

例えば、受信信号のＳＰ信号ＳＰ_bが、ＳＰ₁を先頭にして、ＳＰ₁，ＳＰ₂，ＳＰ₃，ＳＰ₄の順からなるフレームで繰り返されているとする。この場合、フレームの先頭は、ＳＰ₁から始まることが予め分かっている。そのため、図１３に示すように、最初のシンボル区間では、参照信号生成部１は、ＳＰ₁に対応する参照信号ａ₁（ｉ）を設定し、行列演算部３は、ＳＰ₁に対応する行列係数Ｋを設定する。次のシンボル区間では、参照信号生成部１は、ＳＰ₂に対応する参照信号ａ₂（ｉ）を設定し、行列演算部３は、ＳＰ₂に対応する行列係数Ｋを設定する。こうして、１シンボル区間ごとに参照信号ａ_c（ｉ）と、行列係数Ｋとを切替える。なお、受信信号ｒ（ｉ）と参照信号ａ_c（ｉ）との間のずれは、先行波、遅延波のいずれを検出するかに応じて、変更してもよい。

以上のような本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置およびその方法によれば、実施の形態２と同様、受信されるＯＦＤＭ信号に多重化されたＳＰ信号ＳＰ_bが、シンボル区間ごとに別のＳＰ信号ＳＰ_bに変更されても、シンボル区間ごとに連続して遅延プロファイルを推定することができる。ただし、実施の形態２と異なり、参照信号生成部、および、相関演算部、および、行列演算部は１つずつ備えるだけでよいという利点がある。

＜実施の形態４＞
以上の実施の形態１〜３までの相関演算部２は、相互相関値Ｍ（ｉ）の演算のみを行った。それに対し、本実施の形態では、相互相関演算を行う前に受信信号ｒ（ｉ）を加工する処理を追加する。

図１４は、本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置およびその方法を説明するためのブロック図である。図１４に示すように、本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置が備える相関演算部２は、リサンプル部２０と、相互相関演算部２１とを備える。このうち、相互相関演算部２１は、実施の形態１〜３までに示した相関演算部２と同一の動作を行う。つまり、本実施の形態は、リサンプル部２０を備える点で、実施の形態１〜３と異なる。

実施の形態１で説明したように、既知信号生成部１で生成される既知のＳＰ信号ＳＰ_cは、１２サブキャリア間隔で１個のＳＰ信号が挿入される挿入パターンとなる。そのため、参照信号ａ_c（ｉ）は、図３に示したように、１／１２シンボル長ごとに同じ信号が繰返し現れる周期信号となった。しかし、例えば、受信信号ｒ（ｉ）の１シンボルが、８１９２サンプルの場合、８１９２／１２は、６８２．６６６・・・となり、非整数倍のサンプル数の周期を持った信号となる。このとき、図６で示される相関演算値Ｍ（ｉ）は、非整数倍の周期信号の影響で本来の相関値レベルよりも低下し、ノイズとの区別をすることが難しくなるという問題が生じる。

そこで、リサンプル手段であるリサンプル部２０は、受信信号ｒ（ｉ）のサンプル数を、既知のＳＰ信号ＳＰ_cのサブキャリア間隔の整数倍にリサンプルする。例えば、１シンボルが、８１９２サンプルである場合、それに近い１２の整数倍である８１９６にリサンプルする。これにより、８１９６／１２＝６８３となり、受信信号ｒ（ｉ）は、１２の整数倍で割り切れるサンプル数となる。本実施の形態では、相互相関演算手段である相互相関演算部２１は、リサンプル部２０でリサンプルされた受信信号ｒ（ｉ）と、参照信号生成部１で生成された参照信号ａ_c（ｉ）との相関値を算出する。そして、本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置は、相互相関演算部２１で算出した相関値を、相関演算部２で算出した相関値として、行列演算部３に与える。

ただし、相関演算部２が、リサンプル部２０を含む場合、行列演算で使用する係数行列Ｋの要素となる式（７）のｋ（ｉ）も、同じレートでリサンプルされた信号ａ_c（ｉ）を使用する必要がある。

以上のようにリサンプルを行うことにより、係数行列Ｋの要素であるｋ（ｉ）は、６８３サンプルごとに大きな値を持つ信号となり、それ以外はＯＦＤＭ信号の自己相関特性により他より小さな値となる。図６で示した三角型の特性も同様に、各到来波に対し、ちょうど６８３サンプルごとにのみ大きな相関値を持った信号となる。この三角型の特性を取り除くためには、各到来波に対し、６８３サンプルごとの相関値と、６８３サンプルごとの係数行列Ｋの要素である係数ｋ（ｉ）を抽出して行列演算を行えばよい。

従来の構成と比較すると、従来では、１シンボルが、Ｌ＝８１９２サンプルの場合に、全てのサンプルを用いて、式（９）の行列演算を行うと、１６３８３×１６３８３の行列演算になる。しかし、本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置は、リサンプル部２０を備えるため、三角型の特性を構成するピークの数だけ行列演算を行えばよい。例えば、図６の例の場合、周期成分が到来波の先頭を中心に前後１２個においてのみ現るので、ピークの先頭から６８３サンプル周期で抽出した係数ｋ（ｉ）、および、相互相関値Ｍ（ｉ）を用いて、２５×２５の行列演算を行えばよい。そして、抽出する先頭サンプルを１サンプルずつ変更しながら、残り合計６８２回の行列演算を行うことで、図７や図８のような遅延プロファイルを得ることができる。

以上のような本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置およびその方法によれば、行列演算部３の演算に必要な行数と列数を少なくすることができるという利点がある。

＜実施の形態５＞
以上の実施の形態１〜３までの相関演算部２は、相互相関値Ｍ（ｉ）の演算のみを行った。それに対し、本実施の形態では、相互相関演算を行う前に受信信号ｒ（ｉ）を加工する処理を追加する。

図１５は、本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置およびその方法を説明するためのブロック図である。図１５に示すように、本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置が備える相関演算部２は、相互相関演算部２１と、フィルタリング部２２とを備える。このうち、相互相関演算部２１は、実施の形態１〜３までに示した相関演算部２と同一の動作を行う。つまり、本実施の形態は、フィルタリング部２２を備える点で、実施の形態１〜４と異なる。

受信信号ｒ（ｉ）は、式（３）および式（４）で示したように、ＳＰ信号ＳＰ_bに係る信号ａ_b（ｉ）と、伝送データ信号ｓ（ｉ）とを含む（ただし、式（４）では、ｂ＝ｃと仮定した式を示した）。そのため、実施の形態１〜３で示した相関演算部２の相関値、および、実施の形態４で示した相互相関演算部２１の相関値は、伝送データ信号ｓ（ｉ）と、参照信号ａ_c（ｉ）との相関値を多からずとも含むことになる。これは、ノイズ成分となるため、ノイズレベルより小さな受信信号ｒ（ｉ）の到来波の推定ができなくなってしまう。

そこで、フィルタリング手段であるフィルタリング部２２は、受信信号ｒ（ｉ）から、ＳＰ信号ＳＰ_bに対応するＯＦＤＭ信号を抽出する。換言すれば、フィルタリング部２２は、受信信号ｒ（ｉ）に含まれる伝送データ信号ｓ（ｉ）を除去するフィルタリングを行う。このようなフィルタリング部２２は、例えば、図１６に示されるようなＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタで構成することができる。

ここで、図１６に示される「Ｚ^-M」は、単位遅延素子をＭ個縦列接続したものであり、「ｇ」は、複素定数である。図１６に係るフィルタは、くし型フィルタとも呼ばれている。例えば、ｇ＝−０．８とした場合、フィルタリング部２２は、図１７のような周波数成分を抽出する。ここで、伝送データ信号ｓ（ｉ）を除去するように、Ｍ（単位遅延素子を縦列接続する個数）と、ｇ（複素定数）を設定することにより、ＳＰ信号ＳＰ_bの周波数成分を有するＯＦＤＭ信号を抽出することができる。

相互相関演算部２１は、フィルタリング部２２で抽出されたＯＦＤＭ信号と、参照信号生成部１で生成された参照信号ａ_c（ｉ）との相関値を算出する。フィルタリング部２２でフィルタリングしたＯＦＤＭ信号と、参照信号ａ_c（ｉ）との相互相関を演算すると、式（６）で表される相互相関値Ｍ（ｉ）の式において、第１項と第３項が０となるため、ノイズ成分のより少ない遅延プロファイル推定結果が得られる。その結果、より小さな受信レベルの到来波の推定が可能となる。本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置は、相互相関演算部２１で算出した相関値を、相関演算部２で算出した相関値として行列演算部３に与える。

以上のような本実施の形態に係る遅延プロファイル推定装置およびその方法によれば、ＳＰ信号ＳＰ_bに対応する周波数成分のＯＦＤＭ信号のみを抽出することができるため、ノイズ成分のより少ない遅延プロファイル推定結果を得ることができる。その結果、より小さな受信レベルの到来波の推定が可能となる。

なお、図１８に示すように、本実施の形態で説明したフィルタリング部２２と、実施の形態４で説明したリサンプル部２０との両方を同時に使用する構成であってもよい。この場合、フィルタリング部２２は、リサンプル部２０でリサンプルされたＯＦＤＭ信号から、ＳＰ信号ＳＰ_bに対応するＯＦＤＭ信号を抽出する。

図１８に係る遅延プロファイル推定装置およびその方法によれば、行列演算部３の演算に必要な行数と列数を少なくすることができ、かつ、ノイズ成分が少ない遅延プロファイル推定結果を得ることができる。

なお、以上の実施の形態１〜５は、本発明の適用可能な態様を例示したものであって、本発明はこれに限られるものではない。また、本発明の活用例として、直交周波数分割多重方式を用いた地上デジタル放送の遅延プロファイル推定装置に適用することができる。

実施の形態１に係る遅延プロファイル装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る遅延プロファイル装置の参照信号生成部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る遅延プロファイル装置の参照信号生成部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る遅延プロファイル装置の参照信号生成部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る遅延プロファイル装置の参照信号を示す図である。 実施の形態１に係る遅延プロファイル装置の相関波形の出力を示す図である。 実施の形態１に係る遅延プロファイル装置の行列演算部の出力を示す図である。 実施の形態１に係る遅延プロファイル装置の遅延プロファイルの推定結果を示す図である。 実施の形態２に係る遅延プロファイル装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る遅延プロファイル装置の選択部の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る遅延プロファイル装置の遅延プロファイルの推定結果を示す図である。 実施の形態３に係る遅延プロファイル装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係る遅延プロファイル装置の遅延プロファイルの推定結果を示す図である。 実施の形態４に係る遅延プロファイル装置の相関演算部の構成を示すブロック図である。 実施の形態５に係る遅延プロファイル装置の相関演算部の構成を示すブロック図である。 実施の形態５に係る遅延プロファイル装置のフィルタリング部の構成を示すブロック図である。 実施の形態５に係る遅延プロファイル装置のフィルタリング部の周波数特性を示す図である。 実施の形態５に係る遅延プロファイル装置の相関演算部の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 参照信号生成部、１ａ 第１の参照信号生成部、１ｂ 第２の参照信号生成部、１ｃ 第３の参照信号生成部、１ｄ 第４の参照信号生成部、２ 相関演算部、２ａ 第１の相関演算部、２ｂ 第２の相関演算部、２ｃ 第３の相関演算部、２ｄ 第４の相関演算部、３ 行列演算部、３ａ 第１の行列演算部、３ｂ 第２の行列演算部、３ｃ 第３の行列演算部、３ｄ 第４の行列演算部、４ 選択部、５ フレーム同期部、１１ 既知信号生成部、１２ 逆フーリエ変換部、１３ ＧＩ結合部、１４ 既知信号記憶装置、２０ リサンプル部、２１ 相互相関演算部、２２ フィルタリング部、４１ａ 第１のピーク検出部、４１ｂ 第２のピーク検出部、４１ｃ 第３のピーク検出部、４１ｄ 第４のピーク検出部、４２ 出力選択部。

Claims (12)

1. 送信データと複数の既知のパイロット信号とがＯＦＤＭ方式で送信される伝送路からＯＦＤＭ信号を受信して、前記伝送路の遅延プロファイルを推定する遅延プロファイル推定装置であって、
   少なくとも一の前記既知のパイロット信号を逆フーリエ変換して、参照信号を生成する参照信号生成手段と、
   前記ＯＦＤＭ信号と、前記参照信号生成手段で生成された前記参照信号との相関値を算出する相関演算手段と、
   前記参照信号の自己相関値を要素とする正方行列の逆行列と、前記相関演算手段で算出された相関値との演算を行う行列演算手段とを備え、
   前記行列演算手段の演算結果を、前記遅延プロファイルとして出力する、
   遅延プロファイル推定装置。
2. 前記少なくとも一の既知のパイロット信号は、前記複数の既知のパイロット信号のうちのいずれか一つのパイロット信号のみを含む、
   請求項１に記載の遅延プロファイル推定装置。
3. 前記少なくとも一の既知のパイロット信号は、前記複数の既知のパイロット信号のうちの少なくとも２以上のパイロット信号を含み、
   前記参照信号生成手段、および、前記相関演算手段、および、前記行列演算手段は、前記少なくとも２以上のパイロット信号それぞれに対応して設けられ、
   前記少なくとも２以上のパイロット信号に対応する前記行列演算手段の前記演算結果のいずれか一つを、出力すべき前記遅延プロファイルとして選択する選択手段をさらに備える、
   請求項１に記載の遅延プロファイル推定装置。
4. 前記選択手段は、
   前記少なくとも２以上のパイロット信号に対応する前記行列演算手段の前記演算結果に対応する信号から、所定数のシンボル区間ごとのピーク値を検出するピーク検出手段と、
   前記ピーク検出手段で検出されたピーク値のうち、最大のピーク値が検出された前記信号に対応する前記演算結果を、出力すべき前記遅延プロファイルとして選択する出力選択手段とを備える、
   請求項３に記載の遅延プロファイル推定装置。
5. 前記ＯＦＤＭ信号は、所定数のシンボル区間を１フレームとするフレーム単位で構成され、
   前記ＯＦＤＭ信号のフレーム同期を確立するフレーム同期手段をさらに備え、
   前記参照信号生成手段は、前記フレーム同期手段で確立されたフレーム同期に応答して、前記参照信号を生成する、
   請求項１に記載の遅延プロファイル推定装置。
6. 前記相関演算手段は、
   前記ＯＦＤＭ信号のサンプル数を、前記既知のパイロット信号のサブキャリア間隔の整数倍にリサンプルするリサンプル手段と、
   前記リサンプル手段でリサンプルされた前記ＯＦＤＭ信号と、前記参照信号生成手段で生成された前記参照信号との相関値を算出する相互相関演算手段とを備え、
   前記相互相関演算手段で算出した相関値を、前記相関演算手段で算出した相関値として前記行列演算手段に与える、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の遅延プロファイル推定装置。
7. 前記相関演算手段は、
   前記ＯＦＤＭ信号から、前記パイロット信号に対応するＯＦＤＭ信号を抽出するフィルタリング手段と、
   前記フィルタリング手段で抽出された前記ＯＦＤＭ信号と、前記参照信号生成手段で生成された前記参照信号との相関値を算出する相互相関演算手段とを備え、
   前記相互相関演算手段で算出した相関値を、前記相関演算手段で算出した相関値として前記行列演算手段に与える、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の遅延プロファイル推定装置。
8. 前記相関演算手段は、
   前記ＯＦＤＭ信号のサンプル数を、前記既知のパイロット信号のサブキャリア間隔の整数倍にリサンプルするリサンプル手段と、
   前記リサンプル手段でリサンプルされた前記ＯＦＤＭ信号から、前記パイロット信号に対応するＯＦＤＭ信号を抽出するフィルタリング手段と、
   前記フィルタリング手段で抽出された前記ＯＦＤＭ信号と、前記参照信号生成手段で生成された前記参照信号との相関値を算出する相互相関演算手段とを備え、
   前記相互相関演算手段で算出した相関値を、前記相関演算手段で算出した相関値として前記行列演算手段に与える、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の遅延プロファイル推定装置。
9. 前記参照信号生成手段は、
   前記少なくとも一の既知のパイロット信号を生成する既知信号生成手段と、
   前記既知信号生成手段が生成した前記既知のパイロット信号を逆フーリエ変換して、前記参照信号を生成する逆フーリエ変換手段とを備える、
   請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の遅延プロファイル推定装置。
10. 前記参照信号生成手段は、
    前記逆フーリエ変換手段が生成した前記参照信号の一部を複写して、当該複写された参照信号の一部を、もとの参照信号に結合するＧＩ結合手段をさらに備える、
    請求項９に記載の遅延プロファイル推定装置。
11. 前記参照信号生成手段は、前記参照信号が予め記憶された既知信号記憶手段を備える、
    請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の遅延プロファイル推定装置。
12. 送信データと複数の既知のパイロット信号とがＯＦＤＭ方式で送信される伝送路からＯＦＤＭ信号を受信して、前記伝送路の遅延プロファイルを推定する遅延プロファイル推定方法であって、
    （ａ）少なくとも一の前記既知のパイロット信号を逆フーリエ変換して、参照信号を生成する工程と、
    （ｂ）前記ＯＦＤＭ信号と、前記工程（ａ）で生成された前記参照信号との相関値を算出する工程と、
    （ｃ）前記工程（ａ）で生成された前記参照信号の自己相関値を要素とする正方行列の逆行列と、前記工程（ｂ）で算出された相関値との演算を行う工程とを備え、
    前記工程（ｃ）の演算結果を、前記遅延プロファイルとして出力する、
    遅延プロファイル推定方法。

Images