JP5306111B2 - Ofdm受信装置 - Google Patents

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本発明はOFDM信号を受信するOFDM受信装置に関し、特に、伝送路の時間変動が激しい環境下であっても受信可能なOFDM受信装置に関する。
従来のOFDM受信装置では、受信したOFDM信号の数シンボル分のSP(Scattered Pilot:スキャッタードパイロット)信号に基づいて時間方向の伝送路推定を行い、全シンボルのSP信号が存在する位置のキャリアに対して伝送路推定値を算出している。そして、算出された当該伝送路推定値に基づいて周波数方向の伝送路推定を行い、1シンボル中の全てのキャリアに対して伝送路推定値を算出している。
しかし、時間方向にSP信号が挿入される割合によって伝送路の時間変動に対する追従性が決まってしまい、移動体が高速移動するなど伝送路が激しく変動するような環境下では、十分な推定精度を保つことができないという問題があった。
このような問題の対策として、時間方向の伝送路推定を行わずに、1シンボル中のSP信号のみを用いた伝送路推定をシンボル毎に行うことによって、全キャリアの伝送路推定値を算出する受信装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。しかし、1シンボルのみで伝送路推定を行う方法は、伝送路の時間変化が激しい環境下に対しては強いが、長い遅延波が存在する環境下では推定精度が落ちるという特性がある。そのため、伝送路の時間変化を検出した結果に応じて、時間方向の伝送路推定を行う方法と、1シンボルのみで伝送路推定を行う方法とを切り替えて用いる受信装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2002−9724号公報 特開2006−140987号公報
上記の1シンボルのみで伝送路推定を行う方法は、時間方向の伝送路推定を行わないため、時間変動が激しい伝送路であってフラットな周波数特性の場合では、伝送路の時間変動の影響によってシンボル全体の受信電力が低下すると、該当するシンボルでは著しく伝送路の推定精度が落ちてしまうという問題がある。
本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、時間変動が激しい伝送路であってフラットな周波数特性の場合であっても精度よく伝送路推定を行うことを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明によるOFDM受信装置は、複数のSP(Scattered Pilot:スキャッタードパイロット)信号が周波数方向および時間方向に周期的に挿入されたOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)信号を受信するOFDM受信装置であって、受信したSP信号の値と、既知のSP信号の値とを用いて、各シンボルにおけるSP信号のキャリア位置での伝送路の周波数特性を推定するSP伝送路推定手段と、SP伝送路推定手段の推定結果を用いて、各シンボル内のキャリア位置のうち、他のシンボルにおける前記SP信号のキャリア位置と同一のキャリア位置での伝送路の周波数特性を先行推定する先行伝送路推定手段と、先行伝送路推定手段の推定結果を用いて、時間方向に伝送路推定を行う時間方向伝送路推定手段と、時間方向伝送路推定手段の推定結果を用いて、周波数方向に伝送路推定を行う周波数方向伝送路推定手段とを備えることを特徴とする。
本発明によると、各シンボル内のキャリア位置のうち、他のシンボルにおける前記SP信号のキャリア位置と同一のキャリア位置での伝送路の周波数特性を先行推定する先行伝送路推定手段と、先行伝送路推定手段の推定結果を用いて、時間方向に伝送路推定を行う時間方向伝送路推定手段と、時間方向伝送路推定手段の推定結果を用いて、周波数方向に伝送路推定を行う周波数方向伝送路推定手段とを備えているため、時間変動が激しい伝送路であってフラットな周波数特性の場合であっても、すなわち特定のシンボルの受信電力が落ちても、精度よく伝送路推定を行うことが可能となる。
本発明の実施形態1によるOFDM受信装置のブロック図である。 本発明の実施形態1による伝送路推定部のブロック図である。 本発明の実施形態1による先行伝送路推定部における伝送路推定結果を出力するキャリア位置の一例を示す図である。 本発明の実施形態1による先行伝送路推定部における伝送路推定結果を出力するキャリア位置の一例を示す図である。 本発明の実施形態1による時間方向伝送路推定部における伝送路推定結果を出力するキャリア位置の一例を示す図である。 本発明の実施形態2による伝送路推定部のブロック図である。 日本の地上デジタル放送でのOFDM信号におけるSP信号の挿入位置を示す図である。
本発明の実施系形態について、図面を用いて以下に説明する。
〈実施形態1〉
図1は、本発明の実施形態1によるOFDM受信装置のブロック図である。本実施形態1によるOFDM受信装置は、複数のSP信号が周波数方向および時間方向に周期的に挿入されたOFDM信号を受信するOFDM受信装置である。
図1に示すように、受信した信号(OFDM信号)はアナログ部11に入力される。アナログ部11に入力された信号は、増幅器によるゲイン調整、ミキサーによる周波数変換、バンドパスフィルタによる帯域制限といった各処理を行った後にA/D部12に出力される。A/D部12では、入力された信号に対してA(Analog:アナログ)/D(Digital:デジタル)変換を行った後に直交復調部13に出力される。直交復調部13では、入力されたデータが複素ベースバンド信号に変換されてFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)部14に出力される。FFT部14では、入力された複素ベースバンド信号を時間軸の信号から周波数軸の信号に変換した後に、伝送路推定部15と等化部16とにそれぞれ出力する。
伝送路推定部15では、入力された信号からSP信号のみを抽出し、当該SP信号に基づいてシンボル毎に更新される全キャリアに対する伝送路推定結果を等化部16に出力する。伝送路推定部15については、後に詳細に説明する。また、等化部16では、伝送路推定部15から入力された伝送路推定結果に基づいてFFT部14から入力された信号に対して等化を行い、その復調結果をFEC(Forward Error Correction:前方誤り訂正)部17に出力する。FEC部17では、入力された復調結果に対してデインターリーブや誤り訂正処理などを行って受信データを再生する。
図7は、日本の地上デジタル放送でのOFDM信号におけるSP信号の挿入位置を示す図である。本実施形態1では、OFDM信号として、日本の地上デジタル放送(ISDB−T:Integrated Services Digital Broadcasting−Terrestrial)形式のOFDM信号を受信するものとする。図7に示すように、ISDB−T形式のOFDM信号は、各シンボルにおいて周波数方向に12キャリア毎にSP信号が挿入されており、シンボル間(時間方向)において3キャリアずつシフトしてSP信号が挿入されている。SP信号は既知の値であるため、受信側で受信したSP信号の値と真の(既知の)SP信号の値とから、SP信号が挿入されたキャリア位置の周波数における伝送路特性を推定することができる。
図2は、本発明の実施形態1による伝送路推定部15のブロック図である。図2に示すように、本実施形態1による伝送路推定部15は、SP伝送路推定部151(SP伝送路推定手段)と、先行伝送路推定部152(先行伝送路推定手段)と、時間方向伝送路推定部153(時間方向伝送路推定手段)と、周波数方向伝送路推定部154(周波数方向伝送路推定手段)とを備えている。
SP伝送路推定部151では、受信したSP信号の値と、既知のSP信号の値とを用いて、各シンボルにおけるSP信号のキャリア位置での伝送路の周波数特性を推定し、推定結果を先行伝送路推定部152に出力する。先行伝送路推定部152では、SP伝送路推定部151から入力された推定結果を用いて、各シンボル内の予め定められた特定のキャリア位置での伝送路の周波数特性を推定(先行推定)し、推定結果を時間方向伝送路推定部153に出力する。
このとき、先行伝送路推定部152では、図3のハッチングのキャリア位置に示すように、先行伝送路推定部152から出力される推定結果がSP信号のキャリア位置を含み、かつ、各シンボルにおいて6キャリア毎となるようなキャリア位置で推定(先行推定)を行ってもよい。すなわち、先行伝送路推定部152は、各シンボルにおいて、SP信号の挿入間隔を2等分するキャリア位置で推定(先行推定)を行ってもよい。また、図4に示すように、先行伝送路推定部152から出力される推定結果がSP信号のキャリア位置を含み、かつ、各シンボルにおいて3キャリア毎となるようなキャリア位置で推定(先行推定)を行ってもよい。すなわち、先行伝送路推定部152は、各シンボルにおいて、SP信号の挿入間隔を4等分するキャリア位置で推定(先行推定)を行ってもよい。
なお、先行伝送路推定部152は、上記のキャリア位置での推定(先行推定)に限らず、各シンボルにおいて、他のシンボルでのSP信号の挿入キャリア位置のうちの少なくとも1つに対応して推定(先行推定)を行ってもよい。また、各シンボルにおいて、他のシンボルでのSP信号の挿入キャリア位置の全てに対応して推定(先行推定)を行ってもよい。
また、先行伝送路推定部152では、推定(先行推定)を行う特定のキャリア位置の数および位置ならびに推定(先行推定)を行わないことを可変に選択可能としてもよい。このとき、何れに選択するのかは、図2に示すように、先行伝送路推定部152に入力される選択信号によって選択されるようにしてもよい。例えば、先行伝送路推定部152にて行われる推定(先行推定)が、図3に示すような6キャリア毎となるようなキャリア位置を用いる方法と、図4に示すような3キャリア毎となるようなキャリア位置を用いる方法と、推定(先行推定)を行わない(すなわち、特定のキャリア位置における推定(先行推定)を行わずに、SP信号のみを用いて伝送路推定を行う)方法とを可変に選択できるようにしてもよい。
時間方向伝送路推定部153では、図5に示すように、先行伝送路推定部152から入力された推定結果を用いて、前後数シンボルの同一キャリア位置での推定結果を元に時間方向に伝送路推定を行い、推定結果をシンボル毎に周波数方向伝送路推定部154に出力する。周波数方向伝送路推定部154では、時間方向伝送路推定部153から入力された推定結果を用いて、周波数方向に伝送路推定を行い、1シンボル中の全キャリア位置での推定結果をシンボル毎に等化部16に出力する。
以上のことから、先行伝送路推定部152にて特定のキャリア位置に対して伝送路推定を行うことによって、時間方向伝送路推定部153にて時間方向の伝送路推定を行う際に、先行伝送路推定部152にて推定された増加した伝送路推定結果を用いることができるため時間的割合を大きくすることができるため、伝送路の時間変動に対する追従性を高めることができる。また、時間変動が激しい伝送路であってフラットな周波数特性の場合に、伝送路の時間変動の影響によってシンボルの受信電力が低下して品質の悪いシンボルが存在しても、時間方向伝送路推定部153では複数のシンボルに対する伝送路推定結果を用いて所望の1シンボルの伝送路推定を行うため(時間方向に連続する複数のキャリア位置で伝送路推定を行っているため)、伝送路推定精度の大幅な劣化を防ぐことができ、精度よく伝送路推定を行うことが可能となる。
〈実施形態2〉
図6は、本発明の実施形態2による伝送路推定部15のブロック図である。本発明の実施形態2では、伝送路時変速度検出部155および遅延プロファイル検出部156をさらに備え、先行伝送路推定部152にて推定(先行推定)するキャリア位置の数と位置とを可変に選択することを特徴としている。その他の構成および動作は実施形態1と同様であるため、ここでは説明を省略する。
図6に示すように、伝送路時変速度検出部155では、伝送路の周波数特性が時間変動する速さを検出し、時変速度結果(速度検出結果)を先行伝送路推定部152に出力する。遅延プロファイル検出部156では、伝送路の遅延波の遅延時間と電力とから遅延プロファイルを検出し、検出結果(遅延プロファイル結果)を先行伝送路推定部152に出力する。先行伝送路推定部152では、伝送路時変速度検出部155にて検出された時変速度結果と、遅延プロファイル検出部156にて検出された遅延プロファイル結果とに基づいて、推定(先行推定)を行う特定のキャリア位置の数と位置とを可変に選択する。
遅延広がりが大きい伝送路の場合において、先行伝送路推定部152にて伝送路推定を行う特定のキャリア位置に対する伝送路推定の精度が劣化してしまう可能性がある。しかし、先行伝送路推定部152において、遅延プロファイル検出部156から入力された遅延プロファイル検出結果に基づいて遅延広がりの大きさを判定し、遅延広がりが大きいと判定されると特定のキャリア位置での推定を用いずにSP信号のみで伝送路推定を行うように選択することによって、伝送路の時間変動に対する追従性は向上しないが、遅延広がりが大きい伝送路での伝送路推定の精度は劣化しない。
また、時間変動が非常に大きい(激しい)伝送路の場合において、先行伝送路推定部152では、図3に示すような6キャリア毎に伝送路推定を行っても追従できない可能性がある。しかし、伝送路時変速度検出部155から入力された時変速度検出結果に基づいて時変速度の大きさを判定し、図4に示すような3キャリア毎に伝送路推定を行うように選択することによって、伝送路の時間変動に対する追従性を向上させることができる。
以上のことから、先行伝送路推定部152において、遅延プロファイル検出結果と時変速度検出結果とに基づいて、推定(先行推定)するキャリア位置の数と位置とを可変に選択することによって、様々な伝送路に対して伝送路推定精度を向上させることができ、受信データを正常に再生することが可能となる。
本発明の活用例として、デジタル放送受信装置や無線LAN(Local Area Network)受信装置に適用できる。
11 アナログ部、12 A/D部、13 直交復調部、14 FFT部、15 伝送路推定部、16 等化部、17 FEC部、151 SP伝送路推定部、152 先行伝送路推定部、153 時間方向伝送路推定部、154 周波数方向伝送路推定部、155 伝送路時変速度検出部、156 遅延プロファイル検出部。

Claims (7)

  1. 複数のSP(Scattered Pilot:スキャッタードパイロット)信号が周波数方向および時間方向に周期的に挿入されたOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)信号を受信するOFDM受信装置であって、
    受信した前記SP信号の値と、既知の前記SP信号の値とを用いて、各シンボルにおける前記SP信号のキャリア位置での伝送路の周波数特性を推定するSP伝送路推定手段と、
    前記SP伝送路推定手段の推定結果を用いて、各シンボル内のキャリア位置のうち、他のシンボルにおける前記SP信号のキャリア位置と同一のキャリア位置での伝送路の周波数特性を先行推定する先行伝送路推定手段と、
    前記先行伝送路推定手段の推定結果を用いて、前記時間方向に伝送路推定を行う時間方向伝送路推定手段と、
    前記時間方向伝送路推定手段の推定結果を用いて、前記周波数方向に伝送路推定を行う周波数方向伝送路推定手段と、
    を備える、OFDM受信装置。
  2. 前記先行伝送路推定手段は、前記各シンボルにおいて、前記SP信号の挿入間隔を2等分するキャリア位置で前記先行推定を行うことを特徴とする、請求項1に記載のOFDM受信装置。
  3. 前記先行伝送路推定手段は、前記各シンボルにおいて、前記SP信号の挿入間隔を4等分するキャリア位置で前記先行推定を行うことを特徴とする、請求項1に記載のOFDM受信装置。
  4. 前記先行伝送路推定手段は、前記各シンボルにおいて、他のシンボルでの前記SP信号の挿入キャリア位置のうちの少なくとも1つに対応して前記先行推定を行うことを特徴とする、請求項1に記載のOFDM受信装置。
  5. 前記先行伝送路推定手段は、前記各シンボルにおいて、他のシンボルでの前記SP信号の挿入キャリア位置の全てに対応して前記先行推定を行うことを特徴とする、請求項1に記載のOFDM受信装置。
  6. 前記先行伝送路推定手段は、前記先行推定を行う前記特定のキャリア位置の数および位置ならびに前記先行推定を行わないことを可変に選択可能であることを特徴とする、請求項1ないし5のいずれかに記載のOFDM受信装置。
  7. 伝送路の周波数特性が時間変動する速さを検出する伝送路時変速度検出手段と、
    前記伝送路の遅延波の遅延時間と電力とから遅延プロファイルを検出する遅延プロファイル検出手段と、
    をさらに備え、
    前記先行伝送路推定手段は、前記伝送路時変速度検出手段にて検出された速度検出結果と、前記遅延プロファイル検出手段にて検出された遅延プロファイル結果とに基づいて、前記先行推定を行う前記特定のキャリア位置の数と位置とを可変に選択することを特徴とする、請求項1ないし6のいずれかに記載のOFDM受信装置。
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