JP5098029B2 - Ｏｆｄｍ受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＯＦＤＭ伝送方式において、受信信号からスプリアス信号を除去する技術に関する。

日本の地上波デジタルテレビ放送では、伝送方式としてはＯＦＤＭ（直交周波数分割多重；Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式が採用されている。ＯＦＤＭ方式は、送信データを複数の搬送波に分割して送信するマルチキャリア伝送方式の１つであり、マルチパス伝送路の周波数選択性フェーディングに強い、各サブチャネルのスペクトルが密に配置でき、周波数利用効率が高い、などの利点がある。

ＯＦＤＭ復調用ＩＣは、据え置き型テレビへの搭載のみならず、様々なアプリケーションへの適用が広がっている。たとえば、ＯＦＤＭ復調用ＩＣが携帯電話機、ゲーム機、カーナビゲーションシステムへ搭載されるアプリケーション例がある。

Ｂｅｒｎａｒｄ Ｗｉｄｒｏｗ ＆ Ｓａｍｕｅｌ Ｄ．Ｓｔｅａｒｎｓ著，「Ａｄａｐｔｉｖｅ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」，Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ，１９８５年，Ｐ．３４９−３５４

ＯＦＤＭ復調用ＩＣの様々なアプリケーションへの適用が広がるにつれてスプリアス干渉の問題が大きくなっている。スプリアス干渉とは、イメージ信号や、局部発振の高調波成分、あるいは受信機内部で使用する他の発振器の周波数やその高調波成分により受信信号が受ける干渉である。

たとえば、ＯＦＤＭ復調用ＩＣを内蔵するカートリッジをゲーム機に差し込むことで、ゲーム機においてワンセグ（１セグメント受信）の地上デジタル放送を受信可能とするシステムがある。この場合、ゲーム機内部で使用されている発振器の周波数や、その高調波成分がＯＦＤＭ復調用ＩＣに混入し、干渉源となって、ＯＦＤＭ信号のＢＥＲ（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）が劣化するという問題が発生している。

スプリアス干渉は、以下に示す理由により、ＯＦＤＭ復調用ＩＣにとっては、難題となっている。

（１）スプリアス信号は、ＯＦＤＭ復調用ＩＣが実装されるアプリケーションによって異なる性質を持つ。ＯＦＤＭ信号の帯域に入るスプリアスの周波数が不定であり、ＣＣＩ（Ｃｏ−Ｃｈａｎｎｅｌ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）のように、予めキャンセルフィルターを設けておくことができない。

（２）スプリアス信号の振幅がＯＦＤＭ信号よりはるかに大きい場合が多い。そのため、ＦＦＴ演算による復調後の信号においてスプリアス信号の振幅が、ＯＦＤＭ信号の振幅より非常に大きくなる。しかし、復調器のビット精度は限られており、振幅の大きなスプリアス信号にビットを割り当てると、相対的に振幅の小さいＯＦＤＭ信号の量子化精度が急減に劣化することになる。

（３）スプリアス信号により、周波数同期処理に誤りが生じる。周波数誤差が正常に補正されないため、ＢＥＲが劣化する。

（４）スプリアス干渉が強い場合、シンボル同期さえ取れない場合もある。

上記非特許文献１において、アダプティブフィルタによりスプリアス信号を除去する技術が示されている。この技術は、受信信号に混入したスプリアス信号の周波数を自動的に検出し、検出した周波数に対応するノッチフィルタを形成し、スプリアス信号をキャンセルするというものである。

しかし、アダプティブフィルタには数多くのタップ数が要求され、また、ＯＦＤＭ信号は複素信号であるため、アダプティブフィルタも複素係数でなければならない。したがって、タップ数の多い複素アダプティブフィルタの計算量が莫大に増加し、実用的でない。

そこで、本発明は前記問題点に鑑み、受信装置の回路規模を大きくすることなく、不要信号を効率的に除去する技術を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１記載のＯＦＤＭ受信装置は、受信信号を周波数領域に変換した周波数変換後受信信号から不要信号の周波数を検出する解析部と、時間領域において、前記受信信号に対して、前記解析部において検出された前記不要信号の周波数成分を減衰させた信号を不要成分除去信号として取得する不要信号除去部と、前記不要成分除去信号を入力とし、前記不要成分除去信号を周波数変換する復調部と、前記不要成分除去信号を入力とし、前記不要成分除去信号のガードインターバルを利用してシンボル期間を検出するシンボル同期部と、を備え、前記解析部は、検出した前記不要信号の周波数を目標周波数に一致させるための位相回転量を算出する算出部、を含み、前記不要信号除去部は、前記受信信号の位相を前記位相回転量に基づいて回転させる第１位相回転部と、
前記第１位相回転部において位相が回転された受信信号に含まれる前記目標周波数の信号成分を減衰させるフィルタと、前記フィルタから出力された受信信号の位相を前記第１位相回転部における回転方向とは逆方向に前記位相回転量に基づいて回転させる第２位相回転部と、を含み、前記解析部は、前記シンボル同期部によるシンボル同期が完了していない状態で、前記不要信号の周波数を検出する処理を開始することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置において、前記解析部は、定期的に、前記周波数変換後受信信号から不要信号の周波数を検出することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のＯＦＤＭ受信装置において、前記解析部は、前記復調部が備えるＦＦＴ演算回路を利用して、前記受信信号を周波数領域に変換することで、前記周波数変換後受信信号を取得し、取得した前記周波数変換後受信信号から不要信号の周波数を検出することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３に記載のＯＦＤＭ受信装置において、前記復調部から出力される信号に対して波形等化を実行する等化器をさらに備え、前記ＦＦＴ演算回路は、前記不要信号が除去される処理が開始されるまでの間は、前記解析部に与えるための前記周波数変換後受信信号を生成し、前記不要信号が除去される処理が開始された後は、復調信号として前記等化器に出力するための前記周波数変換後受信信号を生成することを特徴とする。

本発明のＯＦＤＭ受信装置は、周波数領域において不要信号の周波数を検出し、時間領域において検出された周波数の信号を減衰させ、不要信号が除去された受信信号をＦＦＴ変換する。これにより、ＦＦＴ変換後の受信信号には不要信号が含まれないので、精度のよい復調処理を行うことができる。

また、時間領域において受信信号の位相を回転させることで、検出した不要信号の周波数をフィルタのストップ周波数に一致させる。これにより、ストップ周波数が固定に設定されているフィルタを用いて、不要信号を減衰させることができる。アダプティブフィルタを利用する場合と比べてフィルタの回路規模を格段に小さくすることができる。

また、復調部が備えるＦＦＴ演算回路を利用して周波数領域に変換された受信信号から不要信号の周波数を検出する。ＦＦＴ演算回路を共用することで、受信装置の回路規模を小さくすることができる。

｛１．ＯＦＤＭ受信装置の全体構成と処理の流れ｝
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係るＯＦＤＭ受信装置を示すブロック図である。ＯＦＤＭ送信装置（図示せず）から送信されたＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号１は伝送路を通って受信アンテナ２で受信される。受信ＲＦ信号は、チューナー３でＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃ）信号に周波数変換される。そのＩＦ信号は、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）４を介してミキサー５に入力され、搬送波発振器６から供給される信号と乗算された後にＬＰＦ（ローパスフィルタ）７に出力される。

ＬＰＦ７において高周波成分が除去された受信信号はＡ／Ｄ変換器８に対して出力され、Ａ／Ｄ変換器８において所定のサンプリング周波数でデジタル信号（シンボル信号）に変換される。デジタル信号に変換された受信信号は、スプリアス信号除去部９においてスプリアス成分が除去された後、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）演算器１０に出力される。スプリアス信号除去部９の処理内容については後述する。

ＦＦＴ演算器１０は、入力する時間領域のシンボル信号を周波数領域の信号にフーリエ変換する。スプリアス信号除去部９から出力された受信信号は、また、シンボル同期回路１１に入力される。

スプリアス信号が除去されていない状態では、シンボル同期回路１１は、シンボル同期を精度よく行うことはできない。そして、このような状態でシンボル同期を行った後で、ＦＦＴ演算を行っても、有効な復調信号を得ることはできない。そこで、本実施の形態においては、スプリアス信号が除去されるまでの間は、シンボル同期回路１１を動作させないようにしている。シンボル同期回路１１におけるシンボル同期処理の開始を遅延させ、その遅延させた期間は、ＦＦＴ演算器１０をスプリアス信号の検出に利用するのである。

シンボル同期回路１１は、ガードインターバルを利用して、シンボル期間を検出し、検出信号をＦＦＴ演算器１０に出力する。この検出信号に基づいて、ＦＦＴ演算器１０は、シンボル期間を決定し、ＦＦＴ演算を行う。ＦＦＴ演算が行われることにより、受信信号は、周波数領域の信号に変換される。

周波数領域の受信信号は、波形等化を実行する等化器１２に入力される。等化器１２は、伝送路推定回路（図示せず）における演算結果に基づいて、受信信号の等化を行う。伝送路推定回路は、受信信号に含まれるパイロット信号に基づいて伝送路関数を算出し、算出した伝送路関数を他の信号に対しても推定する。

一方、等化器１２において等化処理が行われた受信信号は、チャンネル復号器１３でビタビ復号化やリードソロモン復号化を施され、次いで、ソース復号器１４でＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）−２方式などの復号化を施された後、Ｄ／Ａ変換器１５でアナログ化され出力される。

｛２．スプリアス信号除去部の構成｝
次に、スプリアス信号除去部９の構成について説明する。図１に示すように、スプリアス信号除去部９は、ロテーター９１、ノッチフィルタ９２、デ・ロテーター９３、スプリアス検出回路９４を備えている。

ロテーター９１は、スプリアス検出回路９４から入力する位相回転量ｐに基づいて、Ａ／Ｄ変換器８から出力された受信信号の位相を回転させる。

ノッチフィルタ９２は、受信信号からストップ周波数ｆ１の信号を減衰させる。ノッチフィルタ９２のストップ周波数ｆ１は固定である。

デ・ロテーター９３は、スプリアス検出回路９４から入力する位相回転量ｐに基づいて、ノッチフィルタ９２から出力された受信信号の位相を回転させる。ただし、デ・ロテーター９３は、ロテーター９１における回転方向とは逆の方向に受信信号の位相を回転させる。言い換えると、ロテーター９１において、受信信号の位相がｐ位相回転され、デ・ロテーター９３において、受信信号の位相が−ｐ位相回転される。

スプリアス検出回路９４は、ＦＦＴ演算器１０において周波数領域に変換された受信信号からスプリアス信号の周波数ｆ２を検出する。ＯＦＤＭ信号はホワイトノイズのような信号であるので、シンボル同期が取られていない状態でＦＦＴ演算を行うと、演算後の出力もホワイトノイズのような波形となる。一方、スプリアス信号は、単周波数の干渉であるので、一周期の信号を取得すれば、ＦＦＴ演算によって、必ずスペクトラムのピークを得ることができる。したがって、スプリアス信号が混入した受信信号に対して、シンボル同期を取ることなく任意のポイントからスタートする信号を得て、ＦＦＴ演算を行うことで、スプリアス周波数ｆ２を検出することができるのである。また、ＯＦＤＭ信号のパワーが全ての周波数成分に分散するのに対し、スプリアスのパワーは一つの周波数成分に集中する。このため、たとえ時間領域において、スプリアスのパワーがＯＦＤＭ信号のパワーより十数ｄＢ小さくても、周波数領域においては、スプリアスのスペクトルの高さがＯＦＤＭ信号のスペクトルの高さより高い。したがって、受信信号に混入したスプリアス信号の周波数ｆ２を容易に検出することができる。

スプリアス検出回路９４は、スプリアス周波数ｆ２を検出すると、ノッチフィルタ９２に設定されている固定のストップ周波数ｆ１と検出したスプリアス周波数ｆ２の差から、位相回転量ｐを求める。つまり、周波数領域における周波数差（ｆ１−ｆ２）に対応する時間領域における位相回転量ｐを求めるのである。時間領域の受信信号を位相回転させると、周波数領域においてはスペクトラムのシフトとなる。上述したように、スプリアス検出回路９４は、算出した位相回転量ｐをロテーター９１とデ・ロテーター９３に出力する。ロテーター９１およびデ・ロテーター９３は、入力した位相回転量ｐを回路に設定する。

これにより、ノッチフィルタ９２に入力される受信信号は、ロテーター９１により位相が回転されており、スプリアス信号の周波数がｆ１に調整されている。そして、ノッチフィルタ９２は、予め設定されているストップ周波数ｆ１に基づいて、スプリアス信号を減衰させるのである。スプリアス信号が減衰された後、受信信号は、再びデ・ロテーター９３において位相の逆回転が加えられ、位相が元の状態に戻される。

スプリアス信号が除去された受信信号は、シンボル同期回路１１に出力される。シンボル同期回路１１に入力される受信信号は、スプリアス信号が除去されているので、シンボル同期回路１１は、ガードインターバル信号を利用して、精度よくシンボル同期を行うことができる。

｛３．スプリアス信号除去処理の流れ｝
次に、図２を参照しながら、スプリアス信号の除去処理の流れについて説明する。まず、受信装置の電源がＯＮされ、ＯＦＤＭ受信装置が起動すると、ロテーター９１およびデ・ロテーター９３がリセットされる。具体的には、ロテーター９１とデ・ロテーター９３の位相回転量として０が設定される（ステップＳ１）。

続いて、ＯＦＤＭ受信装置がＯＦＤＭ信号の受信を開始すると、ＦＦＴ演算器１０が動作を開始し、ＦＦＴ演算後の出力信号をスプリアス検出回路９４に出力する（ステップＳ２）。

そして、スプリアス検出回路９４は、スプリアス信号の周波数ｆ２を検出し、ノッチフィルタ９２に予め設定されているストップ周波数ｆ１と、検出したスプリアス信号の周波数ｆ２との差から時間領域における位相回転量ｐを算出する（ステップＳ３）。

ステップＳ１〜Ｓ３の処理においては、ロテーター９１およびデ・ロテーター９３は、受信信号に位相回転を加えていない。したがって、ノッチフィルタ９２において、スプリアス信号は除去されていない。この状態においては、シンボル同期回路１１は動作していない。したがって、ＦＦＴ演算器１０は、シンボル同期がとれていない状態で、スプリアス信号が混入した受信信号に対してＦＦＴ演算を行う。しかし、上述したように、スプリアス信号は単周波数の信号であるので、スプリアス検出回路９４は、周波数領域の信号からスプリアス信号のスペクトラムのピークを検出することが可能である。

また、シンボル同期回路１１によるシンボル同期処理にはある程度の時間を要する。復調処理を開始するためには、ＦＦＴ演算器１０は、シンボル同期が完了するのを待つ必要がある。しかし、スプリアス信号が除去されていない状態では、不必要なシンボル同期処理をカットすることで、ＦＦＴ演算処理を早いタイミングで開始し、スプリアス周波数検出までの時間を短縮しているのである。

続いて、スプリアス検出回路９４が、ロテーター９１とデ・ロテーター９３に位相回転量ｐをセットし、スプリアス信号除去部９におけるスプリアス信号の除去処理が開始する（ステップＳ４）。つまり、ロテーター９１によって位相回転量ｐに基づいて受信信号の位相が回転されることで、スプリアス信号の周波数がｆ１に調整され、ノッチフィルタ９２においてスプリアス信号が除去される。

ＦＦＴ演算器１０は、入力する受信信号からスプリアス信号が除去されたことを確認すると、ロテーター９１とデ・ロテーター９３の位相回転量ｐをロックし、シンボル同期回路１１を動作させる。これにより、スプリアス信号が除去された受信信号から精度よくシンボル同期処理が行われる。そして、シンボル同期された受信信号に対してＦＦＴ演算が行われる。この後は、ＦＦＴ演算器１０は、復調処理用に利用されるのである（ステップＳ５）。

このように、本実施の形態においては、ノッチフィルタ９２のストップ周波数ｆ１を固定することができる。したがって、スプリアス周波数に応じて、フィルタ係数を可変とするアダプティブフィルタを用いる場合と比べて、フィルタバンクが不要であり、非常に回路規模を小さくすることができる。また、位相回転を行うロテーター９１およびデ・ロテーター９３は回路規模が小さいので、スプリアス信号除去部９全体としても回路規模を小さくすることができる。

また、スプリアス信号を検出するために利用するＦＦＴ演算器は、復調処理に用いるＦＦＴ演算器と共用させている。これによっても、スプリアス検出に関わる回路の規模を縮小することができる。

スプリアス検出回路９４におけるスプリアス周波数ｆ２の検出および位相回転量ｐの算出は、ＯＦＤＭ受信装置の起動時に１回行えばよい。その後は、ロテーター９１およびデ・ロテーター９３は設定された位相回転量ｐに基づいて受信信号の位相を回転させる。ただし、外部環境の変動によりスプリアス周波数ｆ２が変化する場合も想定されるので、復調処理に入ったＦＦＴの出力から定期的に、スプリアス周波数ｆ２の検出および位相回転量ｐの算出を行ってもよい。そして、定期的に、ロテーター９１およびデ・ロテーター９３に更新された位相回転量ｐを設定させればよい。この場合であっても、ノッチフィルタ９２のストップ周波数ｆ１を固定にすることができる。

このように、本実施の形態のＯＦＤＭ受信装置は、ＦＦＴ演算器１０により復調処理を行う前に、時間領域においてスプリアス信号を除去する。これにより、「発明が解決しようとする課題」において説明したように、ＦＦＴ演算後の受信信号にスプリアス信号が混入した場合の諸問題を解決することが可能である。

本実施の形態におけるＯＦＤＭ受信装置のブロック図である。 スプリアス信号除去処理を示すフローチャートである。

符号の説明

９ スプリアス信号除去部
１０ ＦＦＴ演算器
９１ ロテーター
９２ ノッチフィルタ
９３ デ・ロテーター
９４ スプリアス検出回路

Claims (4)

1. 受信信号を周波数領域に変換した周波数変換後受信信号から不要信号の周波数を検出する解析部と、
   時間領域において、前記受信信号に対して、前記解析部において検出された前記不要信号の周波数成分を減衰させた信号を不要成分除去信号として取得する不要信号除去部と、
   前記不要成分除去信号を入力とし、前記不要成分除去信号を周波数変換する復調部と、
   前記不要成分除去信号を入力とし、前記不要成分除去信号のガードインターバルを利用してシンボル期間を検出するシンボル同期部と、
   を備え、
   前記解析部は、
   検出した前記不要信号の周波数を目標周波数に一致させるための位相回転量を算出する算出部、
   を含み、
   前記不要信号除去部は、
   前記受信信号の位相を前記位相回転量に基づいて回転させる第１位相回転部と、
   前記第１位相回転部において位相が回転された受信信号に含まれる前記目標周波数の信号成分を減衰させるフィルタと、
   前記フィルタから出力された受信信号の位相を前記第１位相回転部における回転方向とは逆方向に前記位相回転量に基づいて回転させる第２位相回転部と、
   を含み、
   前記解析部は、前記シンボル同期部によるシンボル同期が完了していない状態で、前記不要信号の周波数を検出する処理を開始することを特徴とするＯＦＤＭ受信装置。
2. 請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置において、
   前記解析部は、定期的に、前記周波数変換後受信信号から不要信号の周波数を検出することを特徴とするＯＦＤＭ受信装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のＯＦＤＭ受信装置において、
   前記解析部は、前記復調部が備えるＦＦＴ演算回路を利用して、前記受信信号を周波数領域に変換することで、前記周波数変換後受信信号を取得し、取得した前記周波数変換後受信信号から不要信号の周波数を検出することを特徴とするＯＦＤＭ受信装置。
4. 請求項３に記載のＯＦＤＭ受信装置において、
   前記復調部から出力される信号に対して波形等化を実行する等化器をさらに備え、
   前記ＦＦＴ演算回路は、前記不要信号が除去される処理が開始されるまでの間は、前記解析部に与えるための前記周波数変換後受信信号を生成し、前記不要信号が除去される処理が開始された後は、復調信号として前記等化器に出力するための前記周波数変換後受信信号を生成することを特徴とするＯＦＤＭ受信装置。

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