JP5155254B2 - 半導体集積回路及び受信信号処理方法 - Google Patents
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地上デジタル放送規格ISDB−T(Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial)のOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)フレームには、一定間隔でパイロット信号であるSP(Scattered Pilot)信号が挿入されている。従来、フーリエ変換後の受信信号から抽出されたパイロット信号を用いて、移動受信によって搬送波周波数に加わる周波数(ドップラー周波数)を推定する手法が知られている。
上記の点を鑑みて、本発明は、小さい回路規模でドップラー周波数を精度よく求めることが可能な半導体集積回路及び受信信号処理方法を提供することを目的とする。
この半導体集積回路は、フーリエ変換後の受信信号のうち、パイロット信号のみが入力された場合、当該パイロット信号を逆フーリエ変換して第1のインパルス応答を算出し、前記受信信号のうちのデータ信号から求められる伝送路応答値及び前記パイロット信号が入力された場合、当該伝送路応答値及び当該パイロット信号を逆フーリエ変換して第2のインパルス応答を算出する逆フーリエ変換部と、前記逆フーリエ変換部に対し、前記パイロット信号のみを入力するか、前記伝送路応答値及び前記パイロット信号を入力するか選択する入力選択部と、前記第2のインパルス応答をもとに、所定の長さ以上のマルチパスが発生しているか否かを判定するマルチパス判定部と、前記所定の長さ以上の前記マルチパスの発生が検出された場合、前記第1のインパルス応答の最大値の位置と、前記第2のインパルス応答の最大値の位置とを比較することで、前記第1のインパルス応答における主波位置を特定する主波位置特定部と、前記主波位置を特定した前記第1のインパルス応答を用いて、前記主波位置とフーリエ変換窓位置との間の遅延量をもとに、シンボル間における前記パイロット信号の周波数の違いに起因した前記第1のインパルス応答の位相差を補正する位相差補正部と、前記位相差補正部により補正された前記第1のインパルス応答と、異なるシンボルにおける前記第1のインパルス応答との間の位相回転量を算出する位相偏差算出部と、前記位相回転量をもとに、ドップラー周波数を算出するドップラー周波数算出部と、を有する。
図1は、本実施の形態の半導体集積回路の主要部の構成を示す図である。
半導体集積回路10は、パイロット信号記憶部11、サブキャリア群記憶部12、伝送路応答値生成部13、入力選択部14、逆フーリエ変換部15、インパルス応答保持部16,17、インパルス応答遅延部18、最大値位置検出部19を有している。また、半導体集積回路10は、位相差補正部20、位相偏差算出部21、ドップラー周波数算出部22、マルチパス判定部23、主波位置特定部24、先行波検出部25を有している。
パイロット信号記憶部11は、フーリエ変換(たとえば、FFT(Fast Fourier Transform))後の受信信号に含まれるサブキャリア群のうち、パイロット信号を保持する。
横軸はサブキャリア番号であり、周波数方向を表している。また、縦軸はシンボル番号であり、時間方向を表している。図中で、黒丸はパイロット信号であるSP信号Ds、白丸はデータ信号Daである。
横軸は時間である。
OFDMフレームfs1,fs2,fp1,fp2は、1フレームあたり、シンボル番号0〜203の204個のシンボルを有している。
図4(A)は、n−2番目のシンボルにおけるインパルス応答の例を示し、図4(B)は、n番目のシンボルにおけるインパルス応答の例を示している。図4において、横軸は時間、縦軸は電力である。
移動受信が行われている場合、フェージングによる影響で位相回転が生じ、異なるシンボル間で得られたインパルス応答は、異なる値となる。このときの位相回転量は、搬送波が受けるドップラー周波数と比例する。そのため、ドップラー周波数は、一定期間におけるシンボル間のインパルス応答の位相回転量から算出することが可能である。
ここでは、n−2番目のシンボルのインパルス応答の最大値In-2と、n番目のシンボルのインパルス応答の最大値Inの間の位相差を示している。ΔΘは、フェージングによる位相回転量を示している。さらに、図2に示したようにシンボルごとにSP信号の周波数がシフトされている場合には、SP信号の周波数の違いによる位相差ΔΦが加わる。したがって、インパルス応答の最大値In-2と、インパルス応答の最大値Inの間の位相差は、ΔΘ+ΔΦとなる。位相差ΔΦは、OFDMシンボルを切り出すフーリエ変換窓の位置によって変化する。
ここでは、図5で示したn−2番目のシンボルのインパルス応答の最大値(主波)In-2と、n番目のシンボルのインパルス応答の最大値(主波)Inの位相差を求める様子を示している。
図7(A)は、データ信号を含めたサブキャリア群から求めたインパルス応答を示している。縦軸は電力で、横軸はX(時間)である。横軸は実際には、IFFTポイントで表わされる。
ここで、Ax−256/2は、主波のFFT窓位置からのずれ(ポイント数)を表している。FFTシフトしているので、FFT窓位置は、256/2にあるとしている。
図7(B)の下図の例では、パイロット信号のみから求められるインパルス応答の一例を示している。位置B1,B2,B3にそれぞれインパルス応答が表れており、位置B1にあるインパルス応答は、位置B4のインパルス応答が折り返ったものであり、位置B2のインパルス応答は、位置B5のインパルス応答が折り返ったものである。
主波位置が特定できた場合、位相差補正部20は、フーリエ変換窓位置と、特定された主波の位置B2の折り返り元の位置B4間の遅延量d1に応じて、位相差ΔΦを求める。そして、位相差補正部20は、位相差ΔΦの逆位相(e-ΔΦ)を、インパルス応答の主波の値に乗算する。これによって、シンボル間のSP信号の周波数の違いによる位相差ΔΦが、正しくキャンセルされる。
図8は、主波位置が特定できない場合を示す例である。
図8の上図は、図7(B)の上図と同様に、データ信号を含めたサブキャリア群から求めたインパルス応答の最大値の、時間軸を変換後の位置A2yを示している。
たとえば、図3で示したような流れで、OFDMフレームfs1,fs2,fp1,fp2を処理する場合、ドップラー周波数の更新は、パイロット信号のみを逆フーリエ変換するOFDMフレームfp1,fp2の最後のシンボルで行われる。そのため、たとえば、OFDMフレームfs1,fp1間の切り替わり部分で主波位置が特定できないと、次のOFDMフレームfs2,fp2間の切り替わり部分で主波位置の特定が成功しても、最小でも4フレーム期間、ドップラー周波数の更新ができなくなってしまう。
まず、主波位置特定部24は、主波位置が特定できなかった場合には、その旨を、位相差補正部20、位相偏差算出部21及び先行波検出部25に通知する。
(比較例)
図9は、本実施の形態の半導体集積回路の比較例を示す図である。
図1で示した半導体集積回路10と同様の構成要素については同一符号を付している。
これに対して、図1で示した本実施の形態の半導体集積回路10では、入力選択部14を設け、逆フーリエ変換部15にパイロット信号のみを入力するか、データ信号から求められた伝送路応答値とパイロット信号を入力するか選択している。これにより、逆フーリエ変換部15を1つとすることができ、回路規模を約1/2程度と、大幅に縮小することができる。
図10は、本実施の形態の半導体集積回路による受信信号処理方法を示すフローチャートである。
所定の長さ以上のマルチパスがないか、主波位置を特定したか、または先行波位置を設定した場合、位相差補正部20による位相差補正処理が行われる(ステップS11)。
そして、位相差補正部20は、主波位置または先行波の位置とフーリエ変換窓位置との間の遅延量に応じて、位相差ΔΦを求め、位相差ΔΦの逆位相(e-ΔΦ)を、インパルス応答の主波または先行波の値に乗算する。これによって、シンボル間のSP信号の周波数の違いによる位相差ΔΦが、キャンセルされる。
図11は、OFDM受信システムの主要部の概略の構成を示す図である。
直交復調部32は、受信した変調波を直交復調する。
シンボル番号生成部34は、たとえば、フーリエ変換後のサブキャリア群に含まれるTMCC(Transmission and Multiplexing Configuration Control)信号を用いてシンボル番号を生成する。
伝送路等化部36は、ドップラー周波数推定部35により算出されたドップラー周波数に応じて、フーリエ変換された受信信号を等化する。これにより、伝送路による外乱を除去した送信信号が再現される。具体的には、受信信号を等化する際、伝送路等化部36は、パイロット信号から、伝送路推定値を求めるが、このとき用いるフィルタの係数を、ドップラー周波数に応じて変更する。ドップラー周波数は受信機の移動速度と比例するために、ドップラー周波数に応じてフィルタの係数を変更することで、移動速度に応じた伝送路推定値を求めることができ、送信信号が精度よく再現できる。
誤り訂正部38は、デマッピング部37の出力に対して、たとえば、リードソロモン符号や畳み込み符号を用いて、データの誤りを訂正する。
出力部40は、たとえば、ディスプレイやスピーカであり、復号された映像データや音声データを出力する。
11 パイロット信号記憶部
12 サブキャリア群記憶部
13 伝送路応答値生成部
14 入力選択部
15 逆フーリエ変換部
16,17 インパルス応答保持部
18 インパルス応答遅延部
19 最大値位置検出部
20 位相差補正部
21 位相偏差算出部
22 ドップラー周波数算出部
23 マルチパス判定部
24 主波位置特定部
25 先行波検出部
Claims (4)
- フーリエ変換後の受信信号のうち、パイロット信号のみが入力された場合、当該パイロット信号を逆フーリエ変換して第1のインパルス応答を算出し、前記受信信号のうちのデータ信号から求められる伝送路応答値及び前記パイロット信号が入力された場合、当該伝送路応答値及び当該パイロット信号を逆フーリエ変換して第2のインパルス応答を算出する逆フーリエ変換部と、
前記逆フーリエ変換部に対し、前記パイロット信号のみを入力するか、前記伝送路応答値及び前記パイロット信号を入力するか選択する入力選択部と、
前記第2のインパルス応答をもとに、所定の長さ以上のマルチパスが発生しているか否かを判定するマルチパス判定部と、
前記所定の長さ以上の前記マルチパスの発生が検出された場合、前記第1のインパルス応答の最大値の位置と、前記第2のインパルス応答の最大値の位置とを比較することで、前記第1のインパルス応答における主波位置を特定する主波位置特定部と、
前記主波位置を特定した前記第1のインパルス応答を用いて、前記主波位置とフーリエ変換窓位置との間の遅延量をもとに、シンボル間における前記パイロット信号の周波数の違いに起因した前記第1のインパルス応答の位相差を補正する位相差補正部と、
前記位相差補正部により補正された前記第1のインパルス応答と、異なるシンボルにおける前記第1のインパルス応答との間の位相回転量を算出する位相偏差算出部と、
前記位相回転量をもとに、ドップラー周波数を算出するドップラー周波数算出部と、
を有することを特徴とする半導体集積回路。 - 前記第1のインパルス応答をもとに、先行波を検出する先行波検出部を有し、
前記主波位置特定部にて、前記主波位置の特定ができない場合、前記位相差補正部は、前記先行波の位置と、前記フーリエ変換窓位置との間の遅延量をもとに、シンボル間における前記パイロット信号の周波数の違いに起因した前記第1のインパルス応答の位相差を補正することを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路。 - 前記入力選択部は、シンボル番号を検出し、OFDMのフレームごとに、前記パイロット信号のみを入力するか、前記伝送路応答値及び前記パイロット信号を入力するか切り替えることを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路。
- 入力選択部が、フーリエ変換後の受信信号のうち、パイロット信号のみを逆フーリエ変換部に入力するか、前記受信信号のうちのデータ信号から求められる伝送路応答値及び前記パイロット信号を前記逆フーリエ変換部に入力するか選択し、
前記逆フーリエ変換部は、前記パイロット信号のみが入力された場合、当該パイロット信号を逆フーリエ変換して第1のインパルス応答を算出し、前記伝送路応答値及び前記パイロット信号が入力された場合、当該伝送路応答値及び当該パイロット信号を逆フーリエ変換して第2のインパルス応答を算出し、
マルチパス判定部が、前記第2のインパルス応答をもとに、所定の長さ以上のマルチパスが発生しているか否かを判定し、
主波位置特定部が、前記所定の長さ以上の前記マルチパスの発生が検出された場合、前記第1のインパルス応答の最大値の位置と、前記第2のインパルス応答の最大値の位置とを比較することで、前記第1のインパルス応答における主波位置を特定し、
位相差補正部が、前記主波位置を特定した前記第1のインパルス応答を用いて、前記主波位置とフーリエ変換窓位置との間の遅延量をもとに、シンボル間における前記パイロット信号の周波数の違いに起因した前記第1のインパルス応答の位相差を補正し、
位相偏差算出部が、前記位相差補正部により補正された前記第1のインパルス応答と、異なるシンボルにおける前記第1のインパルス応答との間の位相回転量を算出し、
ドップラー周波数算出部が、前記位相回転量をもとにドップラー周波数を算出することを特徴とする受信信号処理方法。
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