JP5100536B2 - 遅延プロファイル推定装置および遅延プロファイル推定方法 - Google Patents

Description

この発明は、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及び方法に関するものである。

地上デジタル放送では、送信機から出力された電波が、建物等の障害物による反射、回折、散乱を受けるため、受信信号に歪が生じる。受信機では、信頼性のある受信性能を実現するために、受信信号から伝送路の遅延プロファイルを推定し、この推定結果を用いて受信信号の歪を補正する必要がある。伝送路の遅延プロファイルを推定する方法として、送信機で擬似ランダム（ＰＮ）系列を既知信号として挿入する方法がある。

中国の地上デジタル放送方式では、送信機は既知の擬似ランダム（ＰＮ）系列の先頭から規定長の系列を該ＰＮ系列の後に付加し、該ＰＮ系列の末尾から規定長の系列を該ＰＮ系列の前に付加した構造を持つフレームヘッダを生成し、このフレームヘッダと、送信すべき情報を含む有効シンボルで構成される伝送シンボルを伝送単位として送信している。

受信機は、受信信号を所定のサンプリング周波数で標本化して得られる標本化系列と自己発生させた既知のＰＮ系列との相関をサンプル毎に計算することで得られる相関系列から遅延プロファイルを推定する。受信信号に含まれるＰＮ系列と受信機内で自己発生させたＰＮ系列とのパターンが完全に一致するとき、相関結果は鋭いピークとなる。このピークの値は到来波の受信レベルに比例した値となる。しかし、受信信号に含まれるＰＮ系列の一部と、自己発生させたＰＮ系列の一部のパターンが一致するとき、不要な相関のピークが生じる。この不要な相関のピークは、到来波に応じた相関のピークを中心にして既知のＰＮ系列長だけ離れた位置に存在し、不要な相関のピークの値は到来波の受信レベルから一意に決まる。

受信信号の標本化系列と自己発生させた既知のＰＮ系列との相関系列に含まれる不要な相関のピークを取り除くことで遅延プロファイルが得られる。非特許文献１に、相関系列から最も大きな相関値を検出し、この相関値からＰＮ系列長だけ離れた位置に存在する相関結果から、不要な相関のピークの値を減算する方法が掲載されている。

Ｇｕａｎｇｈｕｉ Ｌｉｕ， "ＩＴＤ−ＤＦＥ Ｂａｓｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ＴＤＳ−ＯＦＤＭ Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓ"， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｖｏｌ．５３， Ｎｏ．２， ｐｐ．３０４−３０９ （第３０５頁）

しかしながら、マルチパス伝送路の遅延プロファイルを従来手法で推定する場合、受信信号の標本化系列と自己発生させた既知のＰＮ系列との相関系列から到来波に応じた相関のピークを探索し、この相関のピークから既知のＰＮ系列の長さだけ離れた位置の相関結果から不要な相関のピークの値を減算する処理を到来波の数だけ繰り返す必要があり、計算量が多くなるという問題がある。

また、マルチパス伝送路において、主波の到来時刻を基準にして遅延時間差が既知のＰＮ系列の長さと等しい先行波、及び遅延波が存在する場合、従来手法で検出する主波に応じた相関のピーク値に、先行波、及び遅延波による不要な相関のピーク値が加算されるため、遅延プロファイルの推定精度が劣化するという問題がある。

本発明による遅延プロファイル推定装置は、
送信機で、既知の擬似ランダム（ＰＮ）系列における先頭の規定長の系列を該ＰＮ系列の後に付加し、該ＰＮ系列における末尾の規定長の系列を該ＰＮ系列の前に付加した構造を持つフレームヘッダと、送信すべき情報を含む有効シンボルとで構成される伝送シンボルを伝送単位として送信された信号を、伝送路を介して受信し、受信信号を所定のサンプリング周波数で標本化して得られる標本化系列から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において、
それぞれフレームヘッダの一部を構成する２つの異なるＰＮ系列を生成する第１及び第２のＰＮ系列生成手段と、
前記第１のＰＮ系列生成手段によって生成されたＰＮ系列と受信信号の標本化系列との相関を計算する第１の相関計算手段と、
前記第２のＰＮ系列生成手段によって生成されたＰＮ系列と受信信号の標本化系列との相関を計算する第２の相関計算手段と、
前記第１及び第２の相関計算手段で得られる２つの相関系列から遅延プロファイルを推定するプロファイル値計算手段を備え、
前記プロファイル値計算手段が、前記第１及び第２の相関計算手段から出力される２つの相関系列の互いに対応する相関値の瞬時電力を比較して瞬時電力の小さい相関値を選択し、選択した結果を遅延プロファイルとして出力する
ことを特徴とする。

本発明によれば、繰返し処理を行う従来手法と比較して遅延プロファイルを推定するために必要な計算量が少なくなるという効果が得られる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係わる遅延プロファイル推定法推定装置を示す。図示の遅延プロファイル推定装置は、第１のＰＮ系列生成手段１と、第１の相関計算手段２と、第２のＰＮ系列生成手段３と、第２の相関計算手段４と、遅延手段５と、第１の瞬時電力計算手段６と、第２の瞬時電力計算手段７と、最小電力探索手段８と、最小電力選択手段９を備える。

図１の遅延プロファイル推定装置には、受信信号Ｒｓを所定のサンプリング周波数で標本化した系列が入力される。本実施の形態では、送信信号を非特許文献１で定められた形式の信号とする。図２（ａ）にそのような送信信号の構成を示す。送信信号は規定のＰＮ系列で構成されるフレームヘッダＨｆと送信すべき情報を含む有効シンボルＳｅからなる伝送シンボルＳｔを伝送単位とする信号である。フレームヘッダＨｆは、図２（ｂ）に示すように、長さＬｍサンプルの規定のＰＮ系列Ｔｄの先頭Ｌｐｒｅサンプルを規定のＰＮ系列Ｔｄの後に付加し、規定のＰＮ系列Ｔｄの末尾Ｌｐｏｓｔサンプルを規定のＰＮ系列Ｔｄの前に付加した構造を持つ。

図１の遅延プロファイル推定装置における第１のＰＮ系列生成手段１は、図３（ａ）に示すように、フレームヘッダＨｆの先頭ＬｍサンプルのＰＮ系列Ｔｆを生成する。
第１の相関計算手段２は、第１のＰＮ系列生成手段１で生成されたＰＮ系列Ｔｆと受信信号Ｒｓの標本化系列との相関を計算することで相関系列Ｒｆ（ｋ）を得る。
第２のＰＮ系列生成手段３は、図４（ａ）に示すように、フレームヘッダＨｆの末尾ＬｍサンプルのＰＮ系列Ｔｂを生成する。
第２の相関計算手段４は、第２のＰＮ系列生成手段３で生成されたＰＮ系列Ｔｂと受信信号Ｒｓの標本化系列との相関を計算することで相関系列Ｒｂ（ｋ）を得る。

遅延手段５は、第１の相関計算手段２から出力される相関系列Ｒｆ（ｋ）をＬｐｒｅ＋Ｌｐｏｓｔサンプル間隔だけ遅延させて、遅延相関系列Ｒｆ（ｋ−ｄ）を出力する。
第１の瞬時電力計算手段６は、遅延手段５から出力される相関系列Ｒｆ（ｋ−ｄ）の各相関値の瞬時電力（相関系列Ｒｆ（ｋ−ｄ）の各ｋの値についての相関値の２乗に比例する値）を計算する。
第２の瞬時電力計算手段７は、第２の相関計算手段４から出力される相関系列Ｒｂ（ｋ）の各相関値の瞬時電力（相関系列Ｒｂ（ｋ）の各ｋの値についての相関値の２乗に比例する値）を計算する。

最小電力探索手段８は、第１の瞬時電力計算手段６と第２の瞬時電力計算手段７から出力される瞬時電力のうち小さい方を探索する。
最小電力選択手段９は、最小電力探索手段８における探索結果をもとに、遅延手段５から出力される相関系列Ｒｆ（ｋ−ｄ）と第２の相関計算手段４から出力される相関系列Ｒｂ（ｋ）から瞬時電力が小さい相関値（相関系列Ｒｆ（ｋ−ｄ）及びＲｂ（ｋ）の当該ｋの値についての相関値のうちの一方）を選択し、推定遅延プロファイル（の当該ｋの値についての値）として出力する。

上記のうち、遅延手段５と、第１の瞬時電力計算手段６と、第２の瞬時電力計算手段７と、最小電力探索手段８と、最小電力選択手段９とで、第１の相関手段２で得られる相関系列Ｒｆ（ｋ）及び第２の相関計算手段４で得られる相関系列Ｒｂ（ｋ）から遅延プロファイルを推定するプロファイル値計算手段１０が構成される。

以下、より詳細に説明する。まず、図１における第１の相関計算手段２で得られる相関系列Ｒｆ（ｋ）について説明する。
図５（ａ）に第１の相関計算手段２から出力される相関系列を示す。ここで、伝送路はマルチパスが存在しないとし、フレームヘッダＨｆの構造は非特許文献１と同様にＬｍ＝２５５、Ｌｐｒｅ＝８２、Ｌｐｏｓｔ＝８３としている。
Ｒｆ（ｋ）は、図３（ｂ）に示すように、ＰＮ系列Ｔｆの先頭のサンプルを基準にして受信信号Ｒｓに含まれるフレームヘッダＨｆの先頭サンプルがｋサンプルだけシフトしたときに、これらの系列の相関を計算した結果である。

図３（ｂ）においてｋ＝０のとき、受信信号Ｒｓに含まれるＰＮ系列と第１のＰＮ系列生成手段１によって生成されたＰＮ系列Ｔｆが完全に一致するため、図５（ａ）においてｋ＝０に受信レベルに比例した振幅を持つ相関のピーク値が得られる。
また、図３（ｂ）おいてｋ＝２５５のとき、受信信号Ｒｓに含まれるＰＮ系列の一部と第１のＰＮ系列生成手段によって生成されたＰＮ系列Ｔｆの一部が一致するため、図５（ａ）においてｋ＝２５５に不要な相関のピークが生じる。

２波モデル伝送路の場合の第１の相関計算手段２から出力される相関系列Ｒｆ（ｋ）を図５（ｂ）に示す。ここで、遅延波の遅延時間を２００サンプル、Ｄ／Ｕを６［ｄＢ］と想定した。図において、ｋ＝０に主波に応じた相関のピーク、ｋ＝２００に遅延波に応じた相関のピークが存在し、それぞれのピークに対して２５５離れた位置に不要なピークが存在する。

次に、図１における第２の相関計算手段４で得られる相関系列Ｒｂ（ｋ）について説明する。図６（ａ）に第２の相関計算手段４から出力される相関系列Ｒｂ（ｋ）を示す。Ｒｂ（ｋ）は、図４（ｂ）に示すように、ＰＮ系列Ｔｂの先頭のサンプルを基準にして、受信信号Ｒｓに含まれるフレームヘッダＨｆの先頭サンプルがｋサンプルだけシフトしたときに、これらの系列の相関を計算した結果である。図４（ｂ）においてｋ＝１６５のとき、受信信号Ｒｓに含まれるＰＮ系列と第２のＰＮ系列生成手段３によって生成されたＰＮ系列Ｔｂが完全に一致するため、図６（ａ）においてｋ＝１６５に受信レベルに比例した振幅を持つ相関のピーク値が得られる。また、図４（ｂ）におけるｋ＝−９０のとき、受信信号Ｒｓに含まれるＰＮ系列の一部と第２のＰＮ系列生成手段３によって生成されたＰＮ系列Ｔｂの一部が一致するため、図６（ａ）におけるｋ＝−９０に不要な相関のピークが生じる。

２波モデル伝送路の場合の第２の相関計算手段４から出力される相関系列Ｒｂ（ｋ）を図６（ｂ）に示す。ここで、遅延波の遅延時間を２００サンプル、Ｄ／Ｕを６［ｄＢ］と想定した。図において、ｋ＝１６５に主波に応じた相関のピーク、ｋ＝３６５に遅延波に応じた相関のピークが存在し、それぞれのピークに対して２５５離れた位置に不要なピークが存在する。

図５（ｂ）と図６（ｂ）を比較すると、第２の相関計算手段４から出力される相関系列Ｒｂ（ｋ）に含まれる主波に応じた相関のピークは、第１の相関計算手段２から出力される相関系列Ｒｆ（ｋ）に含まれる主波に応じた相関のピークに比べて１６５サンプル間隔（即ち、（Ｌｐｒｅ＋Ｌｐｏｓｔ）サンプル間隔）だけ遅れて出力される。また、遅延波に応じたピークについても同様のことが言える。そこで、図１の遅延プロファイル推定装置における遅延手段５は、２つの相関系列Ｒｆ（ｋ）、Ｒｂ（ｋ）に含まれる主波と遅延波のピークが存在する位置を互いに対応させる（同時に発生させる）ために、第１の相関計算手段２から出力される系列Ｒｆ（ｋ）を１６５サンプル間隔だけ遅延させ、相関系列Ｒｆ（ｋ−１６５）を得る。その結果、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、相関系列Ｒｆ（ｋ−ｄ）＝Ｒｆ（ｋ−１６５）と相関系列Ｒｂ（ｋ）のｋ＝１６５とｋ＝３６５の値がそれぞれ主波と遅延波に応じた相関のピークとなる。

図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、遅延手段から出力される相関系列Ｒｆ（ｋ−１６５）と第２の相関計算手段４から出力される相関系列Ｒｂ（ｋ）に含まれる主波、及び遅延波に応じた相関のピークの存在する位置は対応しいているが、２つの相関系列間で不要な相関のピークが存在する位置は対応していない。つまり、一方の相関系列において不要な相関ピークが存在する位置において、もう一方の相関系列では、非常に小さな相関値となる。

図１の遅延プロファイル推定装置において、第１の瞬時電力計算手段６と第２の瞬時電力計算手段７は、それぞれ遅延手段５から出力される相関系列Ｒｆ（ｋ−１６５）と第２の相関計算手段４から出力される相関系列Ｒｂ（ｋ）の各相関値の瞬時電力（（Ｒｆ（ｋ−１６５）の２乗に比例した値Ｐｆ（ｋ−１６５）、Ｒｂ（ｋ）の２乗に比例した値Ｐｂ（ｋ））を計算する。そして、最小電力探索手段８において第１及び第２の瞬時電力計算手段６、７から出力される瞬時電力のうち小さい方を探索し、この探索結果をもとに、最小電力選択手段９がＲｆ（ｋ−１６５）及びＲｂ（ｋ）のうち、瞬時電力Ｐｆ（ｋ−１６５），Ｐｂ（ｋ）が小さい相関値を選択し出力する。このような選択は、ｋの各値ごとに行われる。すべてのｋについて順次上記の選択を行なうことで、図８に示すような遅延プロファイルを得る。

以上のように、実施の形態１の遅延プロファイル推定装置は、繰返し処理を行わずに遅延プロファイルを推定する。その結果、従来手法に比べて、遅延プロファイルを推定するために必要な計算量が少なくなるという効果がある。

実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２に係わる遅延プロファイル推定装置を示す。図示の遅延プロファイル推定装置は、第１のＰＮ系列生成手段１１と、第２のＰＮ系列生成手段１２と、第３のＰＮ系列生成手段１３と、第１の相関計算手段１４と、第２の相関計算手段１５と、第３の相関計算手段１６と、プロファイル値計算手段１７を備える。

図９の遅延プロファイル推定装置に入力される信号は受信信号Ｒｓを所定のサンプリング周波数で標本化した系列であるとする。送信信号とフレームヘッダは、実施の形態１と同様の形式の信号とする。

図９における第１、第２及び第３のＰＮ系列生成手段１１、１２、１３で生成されるＰＮ系列の一例Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を図１０（ａ）〜（ｄ）に、フレームヘッダＨｆとともに示す。
第１のＰＮ系列生成手段１１は、図１０（ｄ）に示すように、図１０（ａ）のフレームヘッダＨｆの先頭から数えて第１の所定数Ｃ１ａ番目、例えば１５サンプル目から、第２の所定数Ｃ１ｂ番目、例えば３０５サンプル目までの長さ（サンプル数で数えた長さ）Ｓ１ｂ、例えば２９０サンプルのＰＮ系列Ｔ１を生成する。ＰＮ系列Ｔ１の後端からフレームヘッダＨｆの後端までの長さ（サンプル数で数えた長さ）をＳ１ｃで表す。Ｓ１ｃは、
Ｓ１ｃ＝Ｌｍ＋Ｌｐｒｅ＋Ｌｐｏｓｔ−Ｃ１ａ−Ｓ１ｂ …（１ａ）
で与えられる。

第２のＰＮ系列生成手段１２は、図１０（ｃ）に示すように、フレームヘッダＨｆの先頭から数えて第３の所定数Ｃ２ａ番目、例えば５５サンプル目から、第４の所定数Ｃ２ｂ番目、例えば、３０５サンプル目までの長さ（サンプル数で数えた長さ）Ｓ２ｂ、例えば２５０サンプルのＰＮ系列Ｔ２を生成する。ＰＮ系列Ｔ２の後端からフレームヘッダＨｆの後端までの長さ（サンプル数で数えた長さ）をＳ２ｃで表す。Ｓ２ｃは、
Ｓ２ｃ＝Ｌｍ＋Ｌｐｒｅ＋Ｌｐｏｓｔ−Ｃ２ａ−Ｓ２ｂ …（１ｂ）
で与えられる。

第３のＰＮ系列生成手段１３は、図１０（ｂ）に示すように、フレームヘッダＨｆの先頭から数えて第５の所定数Ｃ３ａ番目、例えば８０サンプル目から、第６の所定数Ｃ３ｂ番目、例えば、２８０サンプル目までの長さ（サンプル数で数えた長さ）Ｓ３ｂ、例えば２００サンプルのＰＮ系列Ｔ３を生成する。ＰＮ系列Ｔ３の後端からフレームヘッダＨｆの後端までの長さ（サンプル数で数えた長さ）をＳ３ｃで表す。Ｓ３ｃは、
Ｓ３ｃ＝Ｌｍ＋Ｌｐｒｅ＋Ｌｐｏｓｔ−Ｃ３ａ−Ｓ３ｂ …（１ｃ）
で与えられる。

Ｃ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ｂ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ、Ｓ３ｂは、下記の式（２ａ）〜（４ｃ）を満たすように定められる。
Ｓ１ｂ＞（Ｌｍ−Ｌｐｒｅ−Ｌｐｏｓｔ） …（２ａ）
Ｓ２ｂ＞（Ｌｍ−Ｌｐｒｅ−Ｌｐｏｓｔ） …（２ｂ）
Ｓ３ｂ＞（Ｌｍ−Ｌｐｒｅ−Ｌｐｏｓｔ） …（２ｃ）
Ｃ１ａ＋Ｓ１ｂ＞Ｌｍ …（３ａ）
Ｃ２ａ＋Ｓ２ｂ＞Ｌｍ …（３ｂ）
Ｃ３ａ＋Ｓ３ｂ＞Ｌｍ …（３ｃ）
Ｓ１ｂ＋Ｓ１ｃ＞Ｌｍ …（４ａ）
Ｓ２ｂ＋Ｓ２ｃ＞Ｌｍ …（４ｂ）
Ｓ３ｂ＋Ｓ３ｃ＞Ｌｍ …（４ｃ）

受信信号Ｒｓの標本化系列と、第１、第２及び第３のＰＮ系列生成手段１１、１２、１３で生成されたＰＮ系列Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３との相関系列Ｒ１（ｋ）、Ｒ２（ｋ）、Ｒ３（ｋ）をそれぞれ図１１（ａ）乃至（ｃ）に示す。ここで、マルチパスが存在しない伝送路を想定している。
図１１（ａ）乃至（ｃ）から、到来波に応じた相関のピークＲ１ａ、Ｒ２ａ、Ｒ３ａが存在する位置ｋ＝０を中心に、２５５サンプル離れた位置ｋ＝±２５５に不要な相関のピークＲ１ｂ、Ｒ１ｃ、Ｒ２ｂ、Ｒ２ｃ、Ｒ３ｂ、Ｒ３ｃが生じることがわかる。
不要な相関のピークＲ１ｃ、Ｒ２ｃ、Ｒ３ｃは、フレームヘッダＨｆの構成の際、ＰＮ系列の先頭から規定長Ｌｐｒｅの系列を該ＰＮ系列の後に付加しているために生じるものであり、
不要な相関のピークＲ１ｂ、Ｒ２ｂ、Ｒ３ｂは、フレームヘッダＨｆの構成の際、ＰＮ系列の末尾から規定長Ｌｐｏｓｔの系列を該ＰＮ系列の前に付加しているために生じるものである。

相関のピークＲ１ａ、Ｒ２ａ、Ｒ３ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ、Ｒ２ｂ、Ｒ２ｃ、Ｒ３ｂ、Ｒ３ｃは、それぞれ以下の式（５ａ）〜（７ｃ）で与えられる。
Ｒ１ａ＝Ｓ１ｂ …（５ａ）
Ｒ１ｂ＝Ｌｐｒｅ＋Ｌｐｏｓｔ−Ｃ１ａ …（５ｂ）
Ｒ１ｃ＝Ｌｐｒｅ＋Ｌｐｏｓｔ−Ｓ１ｃ …（５ｃ）
Ｒ２ａ＝Ｓ２ｂ …（６ａ）
Ｒ２ｂ＝Ｌｐｒｅ＋Ｌｐｏｓｔ−Ｃ２ａ …（６ｂ）
Ｒ２ｃ＝Ｌｐｒｅ＋Ｌｐｏｓｔ−Ｓ２ｃ …（６ｃ）
Ｒ３ａ＝Ｓ３ｂ …（７ａ）
Ｒ３ｂ＝Ｌｐｒｅ＋Ｌｐｏｓｔ−Ｃ３ａ …（７ｂ）
Ｒ３ｃ＝Ｌｐｒｅ＋Ｌｐｏｓｔ−Ｓ３ｃ …（７ｃ）

図１１（ａ）に示すように、受信信号ＲｓとＰＮ系列Ｔ１との相関系列Ｒ１（ｋ）における到来波に応じた相関のピークの値Ｒ１ａは２９０、不要なピークＲ１ｃ、Ｒ１ｂの値は５０と１５０である。
また、図１１（ｂ）に示すように、受信信号ＲｓとＰＮ系列Ｔ２との相関系列Ｒ２（ｋ）における到来波に応じたピークの値Ｒ２ａは２５０、不要なピークの値Ｒ２ｃ、Ｒ２ｂは５０と１１０であり、
図１１（ｃ）に示すように、受信信号ＲｓとＰＮ系列Ｔ３との相関系列Ｒ３（ｋ）における到来波に応じたピークの値Ｒ３ａは２００、不要なピークの値Ｒ３ｃ、Ｒ３ｂは２５と８５である。

マルチパス伝送路の場合、複数の到来波を合わせて受信する。この受信信号ＲｓとＰＮ系列との相関の計算式は次式（８）で表される。

ここで、ｒ（ｉ）は受信信号の標本化系列、ｒ_ｊ（ｉ）はｊ番目の到来波の標本化系列、ｐｎ（ｉ）はＰＮ系列、ＭはＰＮ系列の長さ、Ｌは到来波の数とする。

式（８）の最後の行は、複数の到来波を合わせて受信した信号とＰＮ系列との相関値が、各到来波とＰＮ系列との相関結果をすべての到来波に関して足し合わせた値と等しいことを意味する。

図１２（ａ）に受信信号Ｒｓと第１のＰＮ系列生成手段１１で生成されるＰＮ系列Ｔ１との相関系列Ｒ１（ｋ）を示し、図１３（ａ）に受信信号Ｒｓと第２のＰＮ系列生成手段１２で生成されるＰＮ系列Ｔ２との相関系列Ｒ２（ｋ）を示し、図１４（ａ）における受信信号Ｒｓと第３のＰＮ系列生成手段１３で生成されるＰＮ系列Ｔ３との相関系列Ｒ３（ｋ）を示す。
ここで、３波モデル伝送路を想定し、受信する到来波として、主波と、主波に対して規定のＰＮ系列Ｔｄの長さ（２５５サンプル）だけ遅れて受信する第１の遅延波と、主波に対して規定のＰＮ系列Ｔｄの長さの２倍（５１０サンプル）だけ遅れて受信する第２の遅延波が存在する場合を想定する。このような場合を想定するのは、発明が解決しようとする課題の欄で述べたように、主波の到来時刻を基準にして遅延時間差が既知のＰＮ系列の長さと等しい先行波、及び遅延波が存在する場合、従来手法で検出する主波に応じた相関のピーク値に、先行波、及び遅延波による不要な相関のピーク値が加算されるため、遅延プロファイルの推定精度が劣化するという問題があったが、本発明では、そのような問題が解決できることを示すためである。
主波、第１の遅延波、及び第２の遅延波の受信レベルをそれぞれα、β、γとする。

式（８）より、図１２（ａ）に示した相関系列Ｒ１（ｋ）は、図１２（ｂ）〜（ｄ）に示すような３つの到来波（主波、第１の遅延波、第２の遅延波）とＰＮ系列Ｔ１とのそれぞれの相関系列の和で表される。

図１２（ａ）において、例えばｋ＝２５５(この２５５は、規定のＰＮ系列Ｔｄの長さ（サンプル数で表す）に等しく、且つ主波に対する第１の遅延波の遅延時間（サンプル数で表す）、及び第１の遅延波に対する第２の遅延波の遅延時間（サンプル数で表す）に等しい)の相関値Ｒ１（２５５）は、第１の遅延波に応じた相関のピーク値２９０βと、主波、及び第２の遅延波による不要な相関のピーク値１５０α、５０γの和（１５０α＋２９０β＋５０γ）で表される。
また、ｋ＝０の相関値Ｒ１（０）は、主波に応じた相関のピーク値２９０αと、第１の遅延波による不要な相関のピーク値５０βの和（２００α＋５０β）で表され、ｋ＝５１０の相関値Ｒ１（５１０）は、第２の遅延波に応じた相関のピーク値２９０γと第１の遅延波による不要な相関のピーク値１５０βとの和（１５０β＋２９０γ）で表される。

同様にして、図１３（ａ）に示した相関系列Ｒ２（ｋ）は、図１３（ｂ）〜（ｄ）に示すような３つの到来波（主波、第１の遅延波、第２の遅延波）とＰＮ系列Ｔ２とのそれぞれの相関系列の和で表される。
同様にして、図１４（ａ）に示した相関系列Ｒ３（ｋ）は、図１４（ｂ）〜（ｄ）に示すような３つの到来波（主波、第１の遅延波、第２の遅延波）とＰＮ系列Ｔ３とのそれぞれの相関系列の和で表される。

図１２（ａ）、図１３（ａ）および図１４（ａ）に示すように、受信信号ＲｓとＰＮ系列Ｔ１との相関系列Ｒ１（ｋ）の各相関値は、到来波に応じたピーク値と、他の到来波による不要な相関のピーク値との和である可能性がある。そこで、任意のｋにおける受信信号とＰＮ系列Ｔ１との相関結果Ｒ１（ｋ）を３つの変数ｘ、ｙ、ｚを用いて次式（９ａ）のように表すことができる。

１５０ｘ＋２９０ｙ＋５０ｚ＝Ｒ１（ｋ） …（９ａ）

ここで、式（９ａ）において、左辺の第２項の「２９０ｙ」は、Ｒ１（ｋ）に含まれる到来波に応じた相関のピーク値を示しており、左辺の第１項の「１５０ｘ」は、上記到来波を基準に２５５サンプルだけ早く到来した信号による不要な相関のピーク値、左辺の第３項の「５０ｚ」は、上記到来波を基準に２５５サンプルだけ遅れて到来する信号による不要な相関のピーク値を示す。即ち、ｙに乗算されている値（２９０）は、図１１（ａ）に示す相関系列に含まれる到来波に応じた相関のピークＲ１ａであり、ｘ、ｚに乗算されている値（１５０、５０）は、図１１（ａ）に示す不要なピークの値Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃである。

受信信号ＲｓとＰＮ系列Ｔ２、Ｔ３との相関結果Ｒ２（ｋ）、Ｒ３（ｋ）も、受信信号ＲｓとＰＮ系列Ｔ１との相関結果Ｒ１（ｋ）と同様に次式（９ｂ）、（９ｃ）で表される。

１１０ｘ＋２５０ｙ＋５０ｚ＝Ｒ２（ｋ） …（９ｂ）
８５ｘ＋２００ｙ＋２５ｚ＝Ｒ３（ｋ） …（９ｃ）

ここで、ｘ、ｚは不要な相関ピークの原因となる到来波の受信レベルを示しており、ｙは所望の到来波の受信レベルを示している。即ち、式（９ｂ）におけるｙに乗算されている値（２５０）は、図１１（ｂ）に示す相関系列に含まれる到来波に応じた相関のピークＲ２ａであり、ｘ、ｚに乗算されている値（１１０、５０）は、図１１（ｂ）に示す不要なピークの値Ｒ２ｂ、Ｒ２ｃであり、式（９ｃ）におけるｙに乗算されている値（２００）は、図１１（ｃ）に示す相関系列に含まれる到来波に応じた相関のピークＲ３ａであり、式（９ｃ）におけるｘ、ｚに乗算されている値（８５、２５）は、図１１（ｃ）に示す不要なピークの値Ｒ３ｂ、Ｒ３ｃである。
式（９ａ）、（９ｂ）、（９ｃ）は、ｘ、ｙ、ｚを未知の変数とする連立方程式として扱える。

図１１（ａ）〜（ｃ）に示すピークの値を同図に示す記号で置き換えて、式（９ａ）〜（９ｃ）を一般化すれば下記の式（１０ａ）〜（１０ｃ）のようになる。
Ｒ１ｂ・ｘ＋Ｒ１ａ・ｙ＋Ｒ１ｃ・ｚ＝Ｒ１（ｋ） …（１０ａ）
Ｒ２ｂ・ｘ＋Ｒ２ａ・ｙ＋Ｒ２ｃ・ｚ＝Ｒ２（ｋ） …（１０ｂ）
Ｒ３ｂ・ｘ＋Ｒ３ａ・ｙ＋Ｒ３ｃ・ｚ＝Ｒ３（ｋ） …（１０ｃ）

次式に式（９ａ）〜（９ｃ）を連立で解いたときの解を示す。
ｘ＝｛１５×Ｒ１（ｋ）−１１×Ｒ２（ｋ）−８×Ｒ３（ｋ）｝／３６０ …（１１ａ）
ｙ＝｛−３×Ｒ１（ｋ）＋Ｒ２（ｋ）＋４×Ｒ３（ｋ）｝／１８０ …（１１ｂ）
ｚ＝｛−１５×Ｒ１（ｋ）＋１０７×Ｒ２（ｋ）−１１２×Ｒ３（ｋ）｝／１８００
…（１１ｃ）

図９におけるプロファイル値計算手段１７は、第１、第２及び第３の相関計算手段１４、１５、１６から出力される相関値Ｒ１（ｋ）、Ｒ２（ｋ）、Ｒ３（ｋ）を式（１１ａ）、（１１ｂ）、（１１ｃ）に代入し、サンプル毎に連立方程式（９ａ）、（９ｂ）、（９ｃ）の解を求める。そして、３つの解ｘ、ｙ、ｚのうち、ｙを遅延プロファイルの推定結果として出力する。

例えば、図１２（ｂ）〜（ｄ）に示すような３つの到来波（主波、第１の遅延波、第２の遅延波）が存在する場合、図１２（ａ）、図１３（ａ）、図１４（ａ）に示される、第１、第２及び第３の相関計算手段１４、１５、１６から出力される相関系列Ｒ１（ｋ）、Ｒ２（ｋ）、Ｒ３（ｋ）におけるｋ＝０の相関結果Ｒ１（０）（＝２９０α＋５０β）、Ｒ２（０）（＝２５０α＋５０β）、Ｒ３（０）（＝２００α＋２５β）を式（１１ａ）、（１１ｂ）、（１１ｃ）に代入すると、ｘ＝０、ｙ＝α、ｚ＝βとなり、ｙが主波の受信レベルとなる。
また、ｋ＝２５５における相関結果Ｒ１（２５５）、Ｒ２（２５５）、Ｒ３（２５５）を式（１１ａ）、（１１ｂ）、（１１ｃ）に代入すると、ｘ＝α、ｙ＝β、ｚ＝γとなり、ｙが第１の遅延波の受信レベルとなる。
ｋ＝５１０における相関結果Ｒ１（５１０）、Ｒ２（５１０）、Ｒ３（５１０）を式（１１ａ）、（１１ｂ）、（１１ｃ）に代入すると、ｘ＝β、ｙ＝γ、ｚ＝０となり、ｙが第２の遅延波の受信レベルとなる。
また、相関のピークが存在しない範囲では、相関結果が非常に小さな値となるので、ｘ、ｙ、ｚはすべて０近傍の小さな値となる。

以上、相関値のピークＲ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ、Ｒ２ａ、Ｒ２ｂ、Ｒ２ｃ、Ｒ３ａ、Ｒ３ｂ、Ｒ３ｂが図１１（ａ）〜（ｃ）に示す値である場合について説明したが、一般的には、式（１０ａ）〜（１０ｃ）をｙについて連立で解いて、ピーク値Ｒ１ａ〜Ｒ３ｃ、並びに相関系列Ｒ１（ｋ）、Ｒ２（ｋ）、Ｒ３（ｋ）を変数とする、ｙを表す式（式（１１ｂ）と同様の式）を作成しておき、そのようにして作成された式に、任意のｋに対する相関系列Ｒ１（ｋ）、Ｒ２（ｋ）、Ｒ３（ｋ）の値を代入することで、当該ｋの遅延プロファイルの値が求められる。すべてのｋについて求めた値の系列が遅延プロファイルｙ（ｋ）となる。

以上のように、実施の形態２の遅延プロファイル推定装置は、主波に対して遅延時間差が既定のＰＮ系列長と等しい遅延波が存在する場合でも、不要な相関のピークを除去し、遅延プロファイルを正確に推定することができる。言い換えると、不要な相関のピークを除去し、到来波に応じた相関のピークのみを出力することができる。また、繰返し処理を行わずに遅延プロファイルを推定するため、従来手法に比べて計算量が少ないという効果がある。

さらに、本発明の実施の形態１及び実施の形態２のいずれにおいても、計算量を少なくすることができるので、装置におけるエネルギー消費を削減することができる。

この発明の実施の形態１の遅延プロファイル推定装置を示すブロック図である。 （ａ）及び（ｂ）は、この発明の実施の形態１及び実施の形態２における送信信号の構成を示す図及びフレームヘッダＨｆを示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、この発明の実施の形態１で使用するＰＮ系列ＴｆをフレームヘッダＨｆとともに示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、この発明の実施の形態１で使用するＰＮ系列ＴｂをフレームヘッダＨｆとともに示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、この発明の実施の形態１における受信信号ＲｓとＰＮ系列Ｔｆとの相関系列Ｒｆ（ｋ）を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、この発明の実施の形態１における受信信号ＲｓとＰＮ系列Ｔｂとの相関系列Ｒｂ（ｋ）を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、この発明の実施の形態１で遅延プロファイルを推定するための相関系列Ｒｆ（ｋ−１６５）及びＲｂ（ｋ）を示す図である。 この発明の実施の形態１における遅延プロファイルの推定結果を示す図である。 この発明の実施の形態２の遅延プロファイル推定装置を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｄ）は、この発明の実施の形態２で使用する３つのＰＮ系列Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３をフレームヘッダＨｆとともに示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、この発明の実施の形態２で使用するＰＮ系列と受信信号Ｒｓとの相関結果を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、この発明の実施の形態２における３波モデル伝送路での受信信号Ｒｓと第１のＰＮ系列生成手段１１で生成されたＰＮ系列Ｔ１との相関結果を示す示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、この発明の実施の形態２における３波モデル伝送路での受信信号Ｒｓと第２のＰＮ系列生成手段１２で生成されたＰＮ系列Ｔ２との相関結果を示す示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、この発明の実施の形態２における３波モデル伝送路での受信信号Ｒｓと第３のＰＮ系列生成手段１３で生成されたＰＮ系列Ｔ３との相関結果を示す示す図である。

符号の説明

１ 第１のＰＮ系列生成手段、 ２ 第１の相関計算手段、 ３ 第２のＰＮ系列生成手段、 ４ 第２の相関計算手段、 ５ 遅延手段、 ６ 第１の瞬時電力計算手段、 ７ 第２の瞬時電力計算手段、 ８ 最小電力探索手段、 ９ 最小電力選択手段、 １０ プロファイル値計算手段、 １１ 第１のＰＮ系列生成手段、 １２ 第２のＰＮ系列生成手段、 １３ 第３のＰＮ系列生成手段、 １４ 第１の相関計算手段、 １５ 第２の相関計算手段、 １６ 第３の相関計算手段、 １７ プロファイル値計算手段。

Claims (8)

1. 送信機で、既知の擬似ランダム（ＰＮ）系列における先頭の規定長の系列を該ＰＮ系列の後に付加し、該ＰＮ系列における末尾の規定長の系列を該ＰＮ系列の前に付加した構造を持つフレームヘッダと、送信すべき情報を含む有効シンボルとで構成される伝送シンボルを伝送単位として送信された信号を、伝送路を介して受信し、受信信号を所定のサンプリング周波数で標本化して得られる標本化系列から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において、
   それぞれフレームヘッダの一部を構成する２つの異なるＰＮ系列を生成する第１及び第２のＰＮ系列生成手段と、
   前記第１のＰＮ系列生成手段によって生成されたＰＮ系列と受信信号の標本化系列との相関を計算する第１の相関計算手段と、
   前記第２のＰＮ系列生成手段によって生成されたＰＮ系列と受信信号の標本化系列との相関を計算する第２の相関計算手段と、
   前記第１及び第２の相関計算手段で得られる２つの相関系列から遅延プロファイルを推定するプロファイル値計算手段を備え、
   前記プロファイル値計算手段が、前記第１及び第２の相関計算手段から出力される２つの相関系列の互いに対応する相関値の瞬時電力を比較して瞬時電力の小さい相関値を選択し、選択した結果を遅延プロファイルとして出力する
   ことを特徴とする遅延プロファイル推定装置。
2. 前記第１及び第２のＰＮ系列生成手段が生成するＰＮ系列がともに所定の長さを有することを特徴とする請求項１に記載の遅延プロファイル推定装置。
3. 前記第１のＰＮ系列生成手段が生成するＰＮ系列が、フレームヘッダの先頭から前記所定の長さのＰＮ系列と同じものであり、
   前記第２のＰＮ系列生成手段が生成するＰＮ系列が、フレームヘッダの後端から前記所定の長さのＰＮ系列と同じものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の遅延プロファイル推定装置。
4. 送信機で、既知の擬似ランダム（ＰＮ）系列における先頭の規定長の系列を該ＰＮ系列の後に付加し、該ＰＮ系列における末尾の規定長の系列を該ＰＮ系列の前に付加した構造を持つフレームヘッダと、送信すべき情報を含む有効シンボルとで構成される伝送シンボルを伝送単位として送信された信号を、伝送路を介して受信し、受信信号を所定のサンプリング周波数で標本化して得られる標本化系列から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において、
   それぞれフレームヘッダの一部を構成する３つの異なるＰＮ系列を生成する第１、第２及び第３のＰＮ系列生成手段と、
   前記第１のＰＮ系列生成手段で生成されるＰＮ系列と受信信号の標本化系列との相関を計算する第１の相関計算手段と、
   前記第２のＰＮ系列生成手段で生成されるＰＮ系列と受信信号の標本化系列との相関を計算する第２の相関計算手段と、
   前記第３のＰＮ系列生成手段で生成されるＰＮ系列と受信信号の標本化系列との相関を計算する第３の相関計算手段と、
   前記第１、第２及び第３の相関計算手段で得られる３つの相関系列から遅延プロファイルを推定するプロファイル値計算手段を備え、
   前記プロファイル値計算手段が、前記第１、第２及び第３の相関計算手段から出力される３つの相関系列の互いに対応する相関値をもとに遅延プロファイルを推定する
   ことを特徴とする遅延プロファイル推定装置。
5. 前記プロファイル値計算手段は、
   前記第１の相関計算手段から出力される相関系列の到来波に応じた相関のピーク及び第１及び第２の不要な相関のピークと、
   前記第２の相関計算手段から出力される相関系列の到来波に応じた相関のピーク及び第１及び第２の不要な相関のピークと、
   前記第３の相関計算手段から出力される相関系列の到来波に応じた相関のピーク及び第１及び第２の不要な相関のピークと
   に基づいて前記遅延プロファイルを推定するものであり、
   前記第１の不要な相関のピークは、前記フレームヘッダの構成に際し、前記ＰＮ系列における末尾の規定長の系列を該ＰＮ系列の前に付加しているために生じるものであり、
   前記第２の不要な相関のピークは、前記フレームヘッダの構成に際し、前記ＰＮ系列における先頭の規定長の系列を該ＰＮ系列の後に付加しているために生じるものである
   ことを特徴とする請求項４に記載の遅延プロファイル推定装置。
6. 前記プロファイル値計算手段は、
   前記第１の相関計算手段から出力される相関系列Ｒ１（ｋ）の到来波に応じた相関のピークＲ１ａ及び第１及び第２の不要な相関のピークＲ１ｂ、Ｒ１ｃと、
   前記第２の相関計算手段から出力される相関系列Ｒ２（ｋ）の到来波に応じた相関のピークＲ２ａ及び第１及び第２の不要な相関のピークＲ２ｂ、Ｒ２ｃと、
   前記第３の相関計算手段から出力される相関系列Ｒ３（ｋ）の到来波に応じた相関のピークＲ３ａ及び第１及び第２の不要な相関のピークＲ３ｂ、Ｒ３ｃとを関係付ける下記の式、
   Ｒ１ｂ・ｘ＋Ｒ１ａ・ｙ＋Ｒ１ｃ・ｚ＝Ｒ１（ｋ）
   Ｒ２ｂ・ｘ＋Ｒ２ａ・ｙ＋Ｒ２ｃ・ｚ＝Ｒ２（ｋ）
   Ｒ３ｂ・ｘ＋Ｒ３ａ・ｙ＋Ｒ３ｃ・ｚ＝Ｒ３（ｋ）
   を連立で解いたときのｙの値を、前記遅延プロファイルの値として算出する
   ことを特徴とする請求項４に記載の遅延プロファイル推定装置。
7. 送信機で、既知の擬似ランダム（ＰＮ）系列における先頭の規定長の系列を該ＰＮ系列の後に付加し、該ＰＮ系列における末尾の規定長の系列を該ＰＮ系列の前に付加した構造を持つフレームヘッダと、送信すべき情報を含む有効シンボルとで構成される伝送シンボルを伝送単位として送信された信号を、伝送路を介して受信し、受信信号を所定のサンプリング周波数で標本化して得られる標本化系列から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において、
   それぞれフレームヘッダの一部を構成する２つの異なるＰＮ系列を生成する第１及び第２のＰＮ系列生成ステップと、
   前記第１のＰＮ系列生成ステップによって生成されたＰＮ系列と受信信号の標本化系列との相関を計算する第１の相関計算ステップと、
   前記第２のＰＮ系列生成ステップによって生成されたＰＮ系列と受信信号の標本化系列との相関を計算する第２の相関計算ステップと、
   前記第１及び第２の相関計算ステップで得られる２つの相関系列から遅延プロファイルを推定するプロファイル値計算ステップを備え、
   前記プロファイル値計算ステップが、前記第１及び第２の相関計算ステップから出力される２つの相関系列の互いに対応する相関値の瞬時電力を比較して瞬時電力の小さい相関値を選択し、選択した結果を遅延プロファイルとして出力する
   ことを特徴とする遅延プロファイル推定方法。
8. 送信機で、既知の擬似ランダム（ＰＮ）系列における先頭の規定長の系列を該ＰＮ系列の後に付加し、該ＰＮ系列における末尾の規定長の系列を該ＰＮ系列の前に付加した構造を持つフレームヘッダと、送信すべき情報を含む有効シンボルとで構成される伝送シンボルを伝送単位として送信された信号を、伝送路を介して受信し、受信信号を所定のサンプリング周波数で標本化して得られる標本化系列から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において、
   それぞれフレームヘッダの一部を構成する３つの異なるＰＮ系列を生成する第１、第２及び第３のＰＮ系列生成ステップと、
   前記第１のＰＮ系列生成ステップで生成されるＰＮ系列と受信信号の標本化系列との相関を計算する第１の相関計算ステップと、
   前記第２のＰＮ系列生成ステップで生成されるＰＮ系列と受信信号の標本化系列との相関を計算する第２の相関計算ステップと、
   前記第３のＰＮ系列生成ステップで生成されるＰＮ系列と受信信号の標本化系列との相関を計算する第３の相関計算ステップと、
   前記第１、第２及び第３の相関計算ステップで得られる３つの相関系列から遅延プロファイルを推定するプロファイル値計算ステップを備え、
   前記プロファイル値計算ステップが、前記第１、第２及び第３の相関計算ステップから出力される３つの相関系列の互いに対応する相関値をもとに遅延プロファイルを推定する
   ことを特徴とする遅延プロファイル推定方法。

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