JP5937879B2

JP5937879B2 - 受信装置及びプログラム

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Publication number: JP5937879B2
Application number: JP2012100468A
Authority: JP
Inventors: 慎悟朝倉; 研一村山; 誠田口; 拓也蔀; 澁谷　一彦; 一彦澁谷
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2032-04-25
Also published as: JP2013229763A

Description

本発明は、ＯＦＤＭ信号を受信する受信装置及びプログラムに関するものである。

日本の地上デジタル放送方式であるＩＳＤＢ−Ｔ（Integrated Services Digital Broadcasting - Terrestrial）は、固定受信機向けにハイビジョン放送（又は複数標準画質放送）を実現している。次世代の地上デジタル放送方式では、従来のハイビジョンに変わり、３Ｄハイビジョン放送やハイビジョンの１６倍の解像度を持つスーパーハイビジョンなど、さらに情報量の多いサービスを提供することが求められている。

そこで、無線によるデータ伝送容量を拡大するための手法として、複数の送受信アンテナを用いてＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）伝送を行うＭＩＭＯシステムが提案されている。ＭＩＭＯシステムでは、空間分割多重（ＳＤＭ：Space Division Multiplexing）や、時空間符号（ＳＴＣ：Space Time Codes）が行われる。ＳＤＭの実現例としては、水平偏波及び垂直偏波の両偏波を同時に用いる偏波ＭＩＭＯ方式などが提案されている。ＯＦＤＭ信号の受信装置は、各偏波成分のＧＩ(Guard Interval)を含む時間軸波形に対してＦＦＴウィンドウを適用して有効シンボル期間分の時間波形を抽出し、復調を行うため、ＦＦＴウィンドウ位置を適切に設定することが復調の性能に影響する。

マルチパス波が存在する時、シンボル間干渉（ＩＳＩ：Inter Symbol Interference）を防止するためには、ＦＦＴウィンドウの位置を、異なるシンボルの遅延波を含まないような最適な位置に決定しなければならない。ＦＦＴウィンドウの位置を最適化するには、受信信号にどれだけ誤りが含まれているか、換言すれば受信信号を復調した結果の品質を把握するためのパラメータを取得する必要がある。ＦＦＴウィンドウの位置を少しずつ変えながらこのパラメータを取得して最も誤りが少ない（すなわち、信号品質が良い）位置をＦＦＴウィンドウの最適な位置とみなすことができる。パラメータを取得する方法としては、誤り訂正復号結果を再度符号化して元の受信データと比較する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、デジタル伝送の誤り訂正能力を向上させるための手法として、ターボ符号やＬＤＰＣ（Low Density Parity Check）符号が提案されている。これらの符号の復号処理は、対数尤度比（ＬＬＲ：Log Likelihood Ratio)と呼ばれるパラメータを用いて、各ビットが０又は１である確率推定を基本原理としている。対数尤度比は受信信号の信号点とマッピング上の候補点とのユークリッド距離、及び各キャリアシンボルの雑音分散の推定値から算出される。

特許第３４３９９８７号公報

受信装置を立ち上げてから復調を始めるまでは短時間で行われなければならないため、ＦＦＴウィンドウの位置を素早く決定する必要がある。しかしながら、従来の特許文献１に示すような、誤り訂正復号結果を再度符号化して元の受信データと比較する手法では、データ処理に時間がかかるため、ＦＦＴウィンドウの位置を短時間で最適化することはできなかった。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、ＦＦＴウィンドウの位置を短時間で最適化し、シンボル間干渉を防止することが可能な受信装置及びプログラムを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る受信装置は、ＯＦＤＭ信号を受信する受信装置であって、受信したＯＦＤＭ信号のベースバンド信号にＦＦＴウィンドウを配置して有効シンボル信号期間分の信号を抽出するＧＩ除去部と、前記ＦＦＴウィンドウの位置を最適化するＦＦＴウィンドウ位置決定部と、前記ＧＩ除去部により抽出された有効シンボル期間分の信号に対してフーリエ変換処理を施して周波数領域の複素ベースバンド信号を生成するフーリエ変換部と、前記複素ベースバンド信号に含まれる既知のパイロット信号を抽出するパイロット信号抽出部と、前記抽出されたパイロット信号を用いて各キャリアの伝送路応答を算出する伝送路応答算出部と、前記伝送路応答を用いて前記複素ベースバンド信号から送信信号の推定値を生成する送信信号推定部と、前記伝送路応答を用いて生成された前記送信信号の推定値を用いて、ＢＰＳＫ変調されたキャリアシンボルの雑音分散を算出する雑音分散算出部と、前記送信信号の推定値に対し、周波数方向にデインターリーブ処理を行う周波数デインターリーブ部と、前記雑音分散及び前記デインターリーブ処理された送信信号の推定値を用いて、送信された各ビットの尤度比を算出する尤度比算出部と、前記尤度比を用いて、送信されたビットの推定値を復号する誤り訂正復号部と、を備え、前記ＦＦＴウィンドウ位置決定部は、前記雑音分散算出部により算出される雑音分散が最小となるときのＦＦＴウィンドウの位置を最適ＦＦＴウィンドウ位置と決定し、前記ＧＩ除去部は、前記最適ＦＦＴウィンドウ位置にＦＦＴウィンドウを配置して有効シンボル信号期間分の信号を抽出することを特徴とする。

さらに、本発明に係る受信装置において、前記ＦＦＴウィンドウ位置決定部は、ＦＦＴウィンドウの位置を、所定の走査範囲内で所定量ずつ移動させた位置に決定するＦＦＴウィンドウ走査部と、前記ＦＦＴウィンドウ走査部によりＦＦＴウィンドウの位置が異なる位置に決定されるごとに、前記雑音分散算出部により算出された雑音分散を取得する雑音分散取得部と、前記雑音分散取得部により取得した雑音分散が最小となるときのＦＦＴウィンドウの位置を前記最適ＦＦＴウィンドウ位置と決定する最適ＦＦＴウィンドウ位置決定部と、を有することを特徴とする。

さらに、本発明に係る受信装置において、前記ＧＩ除去部は、複数の受信アンテナにより受信したＯＦＤＭ信号のベースバンド信号にそれぞれＦＦＴウィンドウを配置して有効シンボル信号期間分の信号を抽出し、前記フーリエ変換部は、前記ＧＩ除去部により抽出された有効シンボル期間分の信号に対してフーリエ変換処理を施して複数アンテナ系統の複素ベースバンド信号を生成し、前記送信信号推定部は、前記伝送路応答を用いて前記複数アンテナ系統の複素ベースバンド信号から複数アンテナ系統の送信信号の推定値を生成し、前記雑音分散算出部は、前記伝送路応答を用いて生成された前記複数アンテナ系統の送信信号の推定値を用いて、ＢＰＳＫ変調されたキャリアシンボルの雑音分散を算出し、前記周波数デインターリーブ部は、前記複数アンテナ系統の送信信号の推定値に対し、周波数方向にデインターリーブ処理を行い、前記ＦＦＴウィンドウ位置決定部は、前記ＦＦＴウィンドウの位置をそれぞれ最適化することを特徴とする。

さらに、本発明に係る受信装置において、前記ＦＦＴウィンドウ位置決定部は、所定時間ごとに前記最適ＦＦＴウィンドウ位置を決定することを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明に係るプログラムは、コンピュータを、上記受信装置として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、ＦＦＴウィンドウの位置を短時間で最適化し、かつ、伝送路応答を高い精度で推定することができるようになる。

本発明の一実施形態に係る受信装置の構成例を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る受信装置におけるＧＩ除去部による処理について説明する図である。本発明の一実施形態に係る受信装置におけるＦＦＴウィンドウ位置決定部の構成例を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る受信装置におけるＦＦＴウィンドウの走査例を示す図である。本発明の一実施形態に係る受信装置におけるＦＦＴウィンドウ位置決定部により決定される最適ＦＦＴウィンドウ位置について説明する図である。本発明の一実施形態に係る受信装置におけるＦＦＴウィンドウの位置と雑音分散の関係の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係る受信装置におけるＦＦＴウィンドウ位置決定部の動作を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係る受信装置における雑音分散算出部の構成例を示すブロック図である。ＭＩＭＯシステムにおけるマルチパスの例を示す図である。本発明の一実施形態に係る受信装置における雑音分散のシミュレーション結果を示すグラフである。本発明の一実施形態に係る受信装置におけるＦＦＴウィンドウの位置をそれぞれ最適化することによる効果を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明において、添え字のｉはＯＦＤＭ信号のキャリア番号を意味する。また、本実施形態では、送信アンテナ数２、受信アンテナ数２の２×２ＭＩＭＯシステムにおける受信装置を例に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る受信装置の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、受信装置１は、受信アンテナ１１（１１−１及び１１−２）と、入力処理部１２（１２−１及び１２−２）と、伝送路応答算出部１３と、ＭＩＭＯ検出部（送信信号推定部）１４と、第１周波数デインターリーブ部１５と、ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６と、雑音分散算出部１７と、第２周波数デインターリーブ部１８と、尤度比算出部１９と、ビットデインターリーブ部２０と、誤り訂正復号部２１と、を備える。なお、受信装置１に対応する送信装置が周波数方向にインターリーブ処理しない場合には、受信装置１は第１周波数デインターリーブ部１５、及び第２周波数デインターリーブ部１８を備える必要はなく、受信装置１に対応する送信装置がビット方向にインターリーブ処理しない場合には、受信装置１はビットデインターリーブ部２０を備える必要はない。

入力処理部１２（１２−１及び１２−２）は、受信装置１に対応する送信装置から送信されるＯＦＤＭ信号を、受信アンテナ１１（１１−１及び１１−２）を介して受信し、受信したＯＦＤＭ信号を直交復調処理及びフーリエ変換処理して、複素ベースバンド信号を生成する。図１に示すように、入力処理部１２は、ＧＩ除去部１２１（１２１−１及び１２１−２）と、フーリエ変換部１２２（１２２−１及び１２２−２）と、パイロット信号抽出部１２３（１２３−１及び１２３−２）と、を備える。

ＧＩ除去部１２１は、受信したＯＦＤＭ信号を直交復調処理してベースバンド信号を生成し、Ａ／Ｄ変換によりデジタル信号を生成する。続いて、ＧＩ除去部１２１は、ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６により決定されたＦＦＴウィンドウ位置にＦＦＴウィンドウを配置して、ＦＦＴウィンドウによって有効シンボル信号期間分の信号を抽出する。そして、有効シンボル期間分の信号をフーリエ変換部１２２に出力する。

図２は、ＧＩ除去部１２１の処理を説明する図である。図２に示すように、ＯＦＤＭ信号は、有効シンボル信号に、有効シンボル信号の後半部分をコピーしたＧＩが付加されている。よって、シンボル期間Ｔｓは有効シンボル期間ＴｕとＧＩ期間Ｔｇの合計となる。ＧＩ除去部１２１は、有効シンボル期間Ｔｕ分の幅を有するＦＦＴウィンドウＷを配置し、ＦＦＴウィンドウＷ内の信号（すなわち、有効シンボル期間Ｔｕ分の信号）を抽出する。

フーリエ変換部１２２は、ＧＩ除去部１２１により抽出された有効シンボル期間分の信号に対して、シンボルごとにＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）処理を施して周波数領域の複素ベースバンド信号ｙ_ｉ１，ｙ_ｉ２生成する。そして、複素ベースバンド信号ｙ_ｉ１，ｙ_ｉ２をパイロット信号抽出部１２３、及びＭＩＭＯ検出部１４に出力する。つまり、フーリエ変換部１２２−１は、受信アンテナ１１−１から受信したＯＦＤＭ信号をＦＦＴ処理して複素ベースバンド信号ｙ_ｉ１を生成し、パイロット信号抽出部１２３−１、及びＭＩＭＯ検出部１４に出力する。フーリエ変換部１２２−２は、受信アンテナ１１−２から受信したＯＦＤＭ信号をＦＦＴ処理して複素ベースバンド信号ｙ_ｉ２を生成し、パイロット信号抽出部１２３−２、及びＭＩＭＯ検出部１４に出力する。

パイロット信号抽出部１２３は、ＦＦＴ部１２２により生成された複素ベースバンド信号ｙ_ｉ１，ｙ_ｉ２に含まれる既知のパイロット信号を抽出する。そして、パイロット信号を伝送路応答算出部１３に出力する。

伝送路応答算出部１３は、パイロット信号抽出部１２３により抽出されたパイロット信号を補間してキャリアごとのパイロット信号を生成し、該キャリアごとのパイロット信号を用いてキャリアごとの伝送路応答Ｈ_ｉを算出する。そして、伝送路応答Ｈ_ｉをＭＩＭＯ検出部１４、及び雑音分散算出部１７に出力する。

２×２ＭＩＭＯ伝送の伝送路応答Ｈ_ｉは

と表すことができる。伝送路応答Ｈの各要素ｈ_ｉ１１，ｈ_ｉ１２，ｈ_ｉ２１，ｈ_ｉ２２は複素数である。受信装置１に対応する送信装置の送信アンテナをＴｘ１，Ｔｘ２とし、受信装置１の受信アンテナをＲｘ１（図１では１１−１），Ｒｘ２（図１では１１−２）とすると、ｈ_ｉ１１は送信アンテナＴｘ１から受信アンテナＲｘ１への伝送路の状態を表し、ｈ_ｉ１２は送信アンテナＴｘ２から受信アンテナＲｘ１への伝送路の状態を表し、ｈ_ｉ２１は送信アンテナＴｘ１から受信アンテナＲｘ２への伝送路の状態を表し、ｈ_ｉ２２は送信アンテナＴｘ２から受信アンテナＲｘ２への伝送路の状態を表す。ここで、ｈ_ｉ１１，ｈ_ｉ２２が並列伝送路成分であり、ｈ_ｉ１２，ｈ_ｉ２１が干渉成分となる。

ＭＩＭＯ検出部（送信信号推定部）１４は、フーリエ変換部１２２により生成された複素ベースバンド信号ｙ_ｉ１，ｙ_ｉ２、及び伝送路応答算出部１３により算出された伝送路応答Ｈ_ｉを用いて、ＺＦ（Zero Forcing）、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Squared Error）などの既知の手法により、複数の受信アンテナ１１により受信したデータストリームを分離して送信信号の推定値ｘ＾_ｉ１，ｘ＾_ｉ２を生成する。そして、送信信号の推定値ｘ＾_ｉ１，ｘ＾_ｉ２を第１周波数デインターリーブ部１５及び雑音分散算出部１７に出力する。

第１周波数デインターリーブ部１５は、ＭＩＭＯ検出部１４により生成された送信信号の推定値ｘ＾_ｉ１，ｘ＾_ｉ２に対し、周波数方向にデインターリーブ処理を行う。そして、デインターリーブ処理された送信信号の推定値ｘ＾_ｉ１，ｘ＾_ｉ２を尤度比算出部１９に出力する。周波数方向のデインターリーブ処理とは、受信装置１に対応する送信装置の周波数インターリーブ部により周波数方向に並べ替えられたデータを、元の順序に戻す処理である。

受信装置１は、復号に必要な尤度比を算出するために、受信したＯＦＤＭ信号の雑音分散を算出する必要がある。第１周波数デインターリーブ部１５によりデインターリーブ処理されたデータキャリアから帯域全体の雑音分散を算出してもよいが、より精度の高い雑音分散を算出するには、後述するように、データキャリアでないキャリアシンボルを用いて帯域全体の雑音分散を推定する必要がある。したがって、図１に示す受信装置１では、雑音分散算出部１７を、第１周波数デインターリーブ部１５と尤度比算出部１９との間ではなく、第１周波数デインターリーブ部１５の前に配置している。

雑音分散算出部１７は、ＭＩＭＯ検出部１４により生成された送信信号の推定値ｘ＾_ｉ１，ｘ＾_ｉ２を用いて、受信したＯＦＤＭ信号の雑音分散σ_ｉ１ ^２，σ_ｉ２ ^２を算出する。そして、雑音分散σ_ｉ１ ^２，σ_ｉ２ ^２をＦＦＴウィンドウ位置決定部１６及び第２周波数デインターリーブ部１８に出力する。雑音分散算出部１７の詳細については後述する。

ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６は、ＦＦＴウィンドウの位置を決定し、ＦＦＴウィンドウの位置を示すＦＦＴウィンドウ位置情報をＧＩ除去部１２１に出力する。ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６は、ＦＦＴウィンドウの位置を所定の走査範囲内で所定量ずつ移動させた位置とし、ＦＦＴウィンドウの走査終了後に最適なＦＦＴウィンドウの位置（最適ＦＦＴウィンドウ位置）を決定する。ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６の詳細については後述する。

第２周波数デインターリーブ部１８は、雑音分散算出部１７により算出された雑音分散σ_ｉ１ ^２，σ_ｉ２ ^２に対し、デインターリーブ処理を行う。そして、デインターリーブ処理された雑音分散σ_ｉ１ ^２，σ_ｉ２ ^２を尤度比算出部１９に出力する。

尤度比算出部１９は、第１周波数デインターリーブ部１５によりデインターリーブ処理された送信信号の推定値ｘ＾_ｉ１，ｘ＾_ｉ２と、第２周波数デインターリーブ部１８から入力される雑音分散σ_ｉ１ ^２，σ_ｉ２ ^２とを用いて、受信信号の尤度比λを算出する。そして、尤度比λをビットデインターリーブ部２０に出力する。尤度比λは誤り訂正符号の各ビットについて算出されるものであり、受信信号の確率的な信頼度情報を表す。なお、尤度比λとしては、一般的に対数尤度比（ＬＬＲ）が用いられる。

対数尤度比λは、ｂ＝０となる尤度関数とｂ＝１となる尤度関数の比の対数で表される。つまり、対数尤度比λは、送信信号の推定値ｘ＾_ｉ、及び雑音分散σ_ｉ ^２を用いて、次式（１）により求められる。ｄ_１ ^２，ｄ_０ ^２は理想信号点と送信信号の推定値ｘ_ｉ＾の信号点との間の２乗ユークリッド距離である。

ビットデインターリーブ部２０は、尤度比算出部１９により算出された尤度比λに対し、ビット方向にデインターリーブ処理を行う。そして、デインターリーブ処理された尤度比λを、誤り訂正復号部２１に出力する。ビット方向のデインターリーブ処理とは、受信装置１に対応する送信装置のビットインターリーブ部によりビット方向に並べ替えられたデータを、元の順序に戻す処理である。

なお、受信装置１に対応する送信装置が時間インターリーブ部により時間方向にもインターリーブ処理を行う場合には、受信装置１は、更に時間デインターリーブ部（図示せず）を備える。この時間デインターリーブ部は、尤度比λを時間方向にデインターリーブ処理し、送信装置の時間インターリーブ部により時間方向に並べ替えられたデータを元の順序に戻す。

誤り訂正復号部２１は、ビットデインターリーブ部２０によりデインターリーブ処理された尤度比λを用いて、誤り訂正符号（ＬＤＰＣ符号やターボ符号）の復号を行い、送信装置から送信されたビットの推定値を出力する。

［ＦＦＴウィンドウ位置決定部］
次に、ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６の詳細について説明する。図３は、ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６の構成例を示すブロック図である。図３に示すように、ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６は、雑音分散取得部１６１と、ＦＦＴウィンドウ走査部１６２と、記憶部１６３と、最適ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６４と、第１切換部１６５と、第２切換部１６６と、を備える。

ＦＦＴウィンドウ走査部１６２は、ＦＦＴウィンドウＷ_１の位置を、所定の走査範囲内で所定量ずつ移動させた位置に決定する。ここで、所定の走査範囲内とは、ＦＦＴウィンドウの左端の位置がＧＩ期間Ｔｇ内に収まる範囲内である。そして、決定した走査位置を示す情報を記憶部１６３に格納するとともに、第１切換部１６５に出力する。同様に、ＦＦＴウィンドウ走査部１６２は、ＦＦＴウィンドウＷ_２の走査位置を、所定の走査範囲内で所定量ずつ移動させた位置に決定する。そして、決定した走査位置を示す情報を記憶部１６３に格納するとともに、第２切換部１６６に出力する。ＦＦＴウィンドウ走査部１６２は、ＦＦＴウィンドウＷ_１，Ｗ_２の走査が終了すると、走査終了を最適ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６４に通知する。

雑音分散取得部１６１は、ＦＦＴウィンドウ走査部１６２によりＦＦＴウィンドウの位置が異なる位置に決定されるごとに、雑音分散算出部１７により算出された雑音分散σ_ｉ１ ^２，σ_ｉ２ ^２を取得し、記憶部１６３に格納する。

最適ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６４は、ＦＦＴウィンドウ走査部１６２から走査終了の通知を受け取ると、記憶部１６３を参照し、ＦＦＴウィンドウごとにそれぞれ最適なＦＦＴウィンドウ位置を決定する。すなわち、最適ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６４は、雑音分散σ_ｉ１ ^２が最小となるときのＦＦＴウィンドウＷ_１の位置を最適ＦＦＴウィンドウ位置Ｐ_１と決定し、雑音分散σ_ｉ２ ^２が最小となるときのＦＦＴウィンドウＷ_２の位置を最適ＦＦＴウィンドウ位置Ｐ_２と決定する。そして、最適ＦＦＴウィンドウ位置Ｐ_１を示す情報を第１切換部１６５に出力し、最適ＦＦＴウィンドウ位置Ｐ_２を示す情報を第２切換部１６６に出力する。

第１切換部１６５は、ＦＦＴウィンドウＷ_１の走査期間中は、ＦＦＴウィンドウ走査部１６２により決定されたＦＦＴウィンドウＷ_１の位置を示す情報を第１ＦＦＴウィンドウ位置情報として出力し、最適ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６４により最適ＦＦＴウィンドウ位置Ｐ_１が決定されると、最適ＦＦＴウィンドウ位置Ｐ_１を示す情報を第１ＦＦＴウィンドウ位置情報として出力する。同様に、第２切換部１６６は、ＦＦＴウィンドウＷ_２の走査期間中は、ＦＦＴウィンドウ走査部１６２により決定されたＦＦＴウィンドウＷ_２の位置を示す情報を第２ＦＦＴウィンドウ位置情報として出力し、最適ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６４により最適ＦＦＴウィンドウ位置Ｐ_２が決定されると、最適ＦＦＴウィンドウ位置Ｐ_２を示す情報を第２ＦＦＴウィンドウ位置情報として出力する。ＧＩ除去部１２１は、第１ＦＦＴウィンドウ位置情報及び第２ＦＦＴウィンドウ位置情報に従ってＦＦＴウィンドウを配置する。

図４は、ＧＩ除去部１２１が、ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６により決定されたＦＦＴウィンドウ位置情報に従ってＦＦＴウィンドウを走査する例を示す図である。ＧＩ除去部１２１は、例えば図４に示すようにＦＦＴウィンドウＷを走査する。図４（ａ）はＦＦＴウィンドウＷの走査開始位置を示しており、図４（ｂ）はＦＦＴウィンドウＷの走査中の位置を示しており、図４（ｃ）はＦＦＴウィンドウＷの走査終了位置を示している。

図５は、ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６により決定される最適ＦＦＴウィンドウ位置について説明する図である。遅延波が存在する場合に、図５（ａ）に示す位置にＦＦＴウィンドウＷを配置すると、ＦＦＴウィンドウＷ内の斜線で示す領域に、異なるシンボル（シンボル番号ｎ−１）の信号が含まれる。このように、ＦＦＴウィンドウＷ内に異なるシンボルの信号が含まれる場合にはシンボル間干渉が発生し、その結果、雑音分散算出部１７により算出される雑音分散が大きくなる。一方、図５（ｂ）に示す位置にＦＦＴウィンドウＷを配置すると、ＦＦＴウィンドウＷ内には同一のシンボル（シンボル番号ｎ）の信号しか含まれないため、シンボル間干渉は発生せず、雑音分散算出部１７により算出される雑音分散は小さくなる。

図６は、マルチパス波が存在する場合のＦＦＴウィンドウの位置と雑音分散の関係の一例を示す図である。この図は、横軸がＦＦＴウィンドウＷを走査させたときのＦＦＴウィンドウの左端の位置であり、縦軸が雑音分散算出部１７により算出された雑音分散であり、ＦＦＴウィンドウＷ_１を走査したときに得られる雑音分散σ_ｉ１ ^２と、ＦＦＴウィンドウＷ_２を走査したときに得られる雑音分散σ_ｉ２ ^２を示している。雑音分散σ_ｉ１ ^２，σ_ｉ２ ^２が最小となるとき、ＦＦＴウィンドウＷ_１，Ｗ_２の位置は最適であると考えられる。よって、最適ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６４は、雑音分散σ_ｉ１ ^２が最小となる位置Ｐ_１をＦＦＴウィンドウＷ_１の最適ＦＦＴウィンドウ位置と決定し、雑音分散σ_ｉ２ ^２が最小となる位置Ｐ_２をＦＦＴウィンドウＷ_２の最適ＦＦＴウィンドウ位置と決定する。ＦＦＴウィンドウＷ_１，Ｗ_２は独立しているため、最適ＦＦＴウィンドウ位置の決定は、アンテナごとに並行して同時に行うことができる。

図７は、ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６の動作を示すフローチャートである。ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６は、雑音分散取得部１６１により雑音分散算出部１７にて算出された雑音分散を取得し、雑音分散を記憶部１６３に格納する（ステップＳ１０１）。ＦＦＴウィンドウは、最初は走査開始位置に設定される。次に、ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６は、ＦＦＴウィンドウが走査終了位置まで走査されたか否かを判定する（ステップＳ１０２）。そして、ＦＦＴウィンドウの走査が終了するまでの間、ＦＦＴウィンドウ走査部１６２によりＦＦＴウィンドウ位置を走査するようにＧＩ除去部１２１に指示するとともに（ステップＳ１０３）、このときのＦＦＴウィンドウの位置を記憶部１６３に格納する。そして、雑音分散取得部１６１は、ＦＦＴウィンドウ位置が走査されるごとに、雑音分散を取得する（ステップＳ１０１）。ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６は、ＦＦＴウィンドウの走査が終了すると（ステップＳ１０２−Ｙｅｓ）、最適ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６４により雑音分散が最小となるときのＦＦＴウィンドウの位置を最適ＦＦＴウィンドウ位置と決定する（ステップＳ１０４）。

つまり、ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６は、ＧＩ除去部１２１に対してＦＦＴウィンドウを走査するように指示し、走査が終了すると最適ＦＦＴウィンドウ位置を決定し、ＦＦＴウィンドウの位置を最適ＦＦＴウィンドウ位置に固定するように指示する。そして、ＧＩ除去部１２１はＦＦＴウィンドウ位置決定部１６により決定された最適ＦＦＴウィンドウ位置にＦＦＴウィンドウを配置して有効シンボル信号期間分の信号を抽出する。なお、ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６は、電源投入時に最適ＦＦＴウィンドウ位置を決定するが、伝送環境は時間とともに変動するため、所定時間おきに最適ＦＦＴウィンドウ位置を決定して更新するのが好適である。

［雑音分散算出部］
次に、雑音分散算出部１７の詳細について説明する。図８は、雑音分散算出部１７の構成例を示すブロック図である。図８に示すように、雑音分散算出部１７は、帯域雑音分散算出部１７１と、キャリア雑音分散算出部１７２と、を備える。キャリア雑音分散算出部１７２は必須の構成部ではないが、キャリア雑音分散算出部１７２を備えることにより、より雑音分散の推定精度を向上させることができる。

雑音分散推定部１７１は、ＭＩＭＯ検出部１４により生成された各系統信号からＯＦＤＭ信号の帯域全体の雑音分散の平均値である帯域雑音分散σ^−２を求める。雑音分散は、キャリアシンボルが本来あるべきＩＱ座標上のシンボル点と実際に観測したキャリアシンボルのシンボル点とのずれを意味し、変調誤差比を求めて逆数を取ることで得られる。これは、帯域内平均電力を１とする正規化係数を乗じているためである。ただし、データキャリアの変調誤差比（ＭＥＲ：Modulation Error Ratio）は、キャリアシンボルの雑音が大きい場合に本来あるべきシンボル点を誤って定めてしまう可能性がある。その点、ＢＰＳＫ変調されたキャリアシンボル（例えばＡＣ／ＴＭＣＣ）は最も誤る可能性が低く、高精度で雑音分散の推定が期待できる。よって、雑音分散推定部１７１は、ＡＣ信号及びＴＭＣＣ信号の雑音分散を算出するのが好適である。ＡＣ，ＴＭＣＣ信号の推定値の信号点が（Ｉ_ｉ，Ｑ_ｉ）であり、ＢＰＳＫ変調されているＡＣ，ＴＭＣＣ信号の信号点が（Ｂ，０）及び（−Ｂ，０）であるとき、ＡＣ，ＴＭＣＣ信号の雑音分散σ_ｉＢ ^２は次式（２）により算出される。ここで、ＢはＡＣ，ＴＭＣＣ信号のブースト比であり、ＩＳＤＢ−Ｔの場合は４／３となる。ｍｉｎ（）は小さいほうの値を選択することを意味する。

キャリア雑音分散算出部１７２は、伝送路応答算出部１３により算出された伝送路応答Ｈ_ｉから求まる重み付け行列Ｗ_ｉを用いて、帯域雑音分散算出部１７１により算出された帯域雑音分散σ^−２に対してキャリアごとの重み付けを行い、キャリアごとの雑音分散σ_ｉ ^２を算出する。各キャリアにおける重みＷ_ｉは、Ｈ_ｉ ^ＨＨ_ｉ ^−１と表せる。重みＷ_ｉの算出等の詳細は、例えば、大鐘・小川、「わかりやすいＭＩＭＯシステム技術」、オーム社、ｐ.101を参照されたい。各キャリアの重み付け成分は、この対角成分で表せる。これを全キャリアで正規化し、帯域雑音分散σ^−２に乗算することで重み付けを行うことができる。なお、キャリア雑音分散算出部１７２を備えない場合には、第２周波数デインターリーブ部１８は不要となる。

伝送路にマルチパスが存在する場合は、各ＯＦＤＭキャリアで電力が異なるため雑音分散にばらつきが生じるが、キャリア雑音分散算出部１７２により、キャリアごとの雑音分散を正確に算出することができ、その結果、ＬＤＰＣ復号の性能を向上させることができる。

図９は、マルチパス波の例を示す図である。この例では、ＯＦＤＭ信号のＧＩ期間Ｔｇは１２６ｕｓであり、遅延時間が１２０ｕｓのマルチパス波（遅延波）が存在している。図１０は、図９に示すマルチパス波が存在する場合における雑音分散のシミュレーション結果を示すグラフである。シミュレーションでは、ＦＦＴサイズを８Ｋ、ＤＵ比を１０ｄＢ、ＣＮ比を２９ｄＢとしている。図１０から、ＦＦＴウィンドウの位置が異なるシンボルのマルチパス波を含まない位置に配置されたときに、雑音分散が小さくなることが分かる。

上述のように、受信装置１は、ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６により、雑音分散算出部１７により算出される雑音分散が最小となるときのＦＦＴウィンドウの位置を最適ＦＦＴウィンドウ位置と決定する。そのため、ＦＦＴウィンドウの位置を短時間で最適化し、シンボル間干渉を防止することができるようになる。

また、ＭＩＭＯシステムの場合には、ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６は、各受信アンテナにより受信したＯＦＤＭ信号から抽出したパイロット信号に適用されるＦＦＴウィンドウの位置をそれぞれ最適化するのが好適である。複数のＦＦＴウィンドウの位置が同位置の場合、全てのＦＦＴウィンドウが適切な位置に配置されるとは限らない。例えば、図１１（ａ）に示す例では、ＦＦＴウィンドウＷ_１は異なるシンボルのマルチパス波（遅延波）を含まない適切な位置に配置されている。しかし、ＦＦＴウィンドウＷ_１と同位置に配置されたＦＦＴウィンドウＷ_２は、斜線で示す領域に異なるシンボル（シンボル番号ｎ＋１）のマルチパス波（前ゴースト波）を含むため、受信アンテナＲｘ２が受信したＯＦＤＭ信号に対してはシンボル間干渉が発生する。一つの受信アンテナで受信したＯＦＤＭ信号にシンボル間干渉が発生すると、受信装置１全体のＢＥＲ（Bit Error Rate）特性が劣化してしまう。そこで、ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６が、図１１（ｂ）に示すように、複数のＦＦＴウィンドウの位置をそれぞれ最適化することにより、ＭＩＭＯシステムにおいてもシンボル間干渉を防止することができる。

また、ＦＦＴウィンドウ位置決定部１６は、所定時間ごとに最適ＦＦＴウィンドウ位置を決定するのが好適である。これにより、伝送環境が変動した場合であっても、ＦＦＴウィンドウ位置の位置を最適化することができる。

なお、上述した受信装置１として機能させるためにコンピュータを好適に用いることができ、そのようなコンピュータは、受信装置１の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを、当該コンピュータの記憶部に格納しておき、当該コンピュータのＣＰＵによってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。

上述の実施形態は、代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、２×２ＭＩＭＯシステムにおける受信装置を例に説明したが、アンテナ数はこれに限定されるものではなく、４×２ＭＩＭＯシステムなど、あらゆるアンテナ数のＭＩＭＯシステムにおける受信装置において本発明を適用することができる。また、ＳＩＳＯ（Single Input Single Output）伝送を行うＳＩＳＯシステムにおける受信装置においても本発明を適用することがでる。

このように、本発明は、ＦＦＴウィンドウの位置を短時間で最適化し、シンボル間干渉を防止することができるので、ＯＦＤＭ信号を受信する任意の用途に有用である。

１受信装置
１１受信アンテナ
１２入力処理部
１３伝送路応答算出部
１４ＭＩＭＯ検出部（送信信号推定部）
１５第１周波数デインターリーブ部
１６ＦＦＴウィンドウ位置決定部
１７雑音分散算出部
１８第２周波数デインターリーブ部
１９尤度比算出部
２０ビットデインターリーブ部
２１誤り訂正復号部
１２１−１，１２１−２ＧＩ除去部
１２２−１，１２２−２フーリエ変換部
１２３−１，１２３−２パイロット信号抽出部
１６１雑音分散取得部
１６２ＦＦＴウィンドウ走査部
１６３記憶部
１６４最適ＦＦＴウィンドウ位置決定部
１６５第１切換部
１６６第２切換部
１７１帯域雑音分散算出部
１７２キャリア雑音分散算出部

Claims

ＯＦＤＭ信号を受信する受信装置であって、
受信したＯＦＤＭ信号のベースバンド信号にＦＦＴウィンドウを配置して有効シンボル信号期間分の信号を抽出するＧＩ除去部と、
前記ＦＦＴウィンドウの位置を最適化するＦＦＴウィンドウ位置決定部と、
前記ＧＩ除去部により抽出された有効シンボル期間分の信号に対してフーリエ変換処理を施して周波数領域の複素ベースバンド信号を生成するフーリエ変換部と、
前記複素ベースバンド信号に含まれる既知のパイロット信号を抽出するパイロット信号抽出部と、
前記抽出されたパイロット信号を用いて各キャリアの伝送路応答を算出する伝送路応答算出部と、
前記伝送路応答を用いて前記複素ベースバンド信号から送信信号の推定値を生成する送信信号推定部と、
前記伝送路応答を用いて生成された前記送信信号の推定値を用いて、ＢＰＳＫ変調されたキャリアシンボルの雑音分散を算出する雑音分散算出部と、
前記送信信号の推定値に対し、周波数方向にデインターリーブ処理を行う周波数デインターリーブ部と、
前記雑音分散及び前記デインターリーブ処理された送信信号の推定値を用いて、送信された各ビットの尤度比を算出する尤度比算出部と、
前記尤度比を用いて、送信されたビットの推定値を復号する誤り訂正復号部と、
を備え、
前記ＦＦＴウィンドウ位置決定部は、前記雑音分散算出部により算出される雑音分散が最小となるときのＦＦＴウィンドウの位置を最適ＦＦＴウィンドウ位置と決定し、
前記ＧＩ除去部は、前記最適ＦＦＴウィンドウ位置にＦＦＴウィンドウを配置して有効シンボル信号期間分の信号を抽出することを特徴とする受信装置。
前記ＦＦＴウィンドウ位置決定部は、
ＦＦＴウィンドウの位置を、所定の走査範囲内で所定量ずつ移動させた位置に決定するＦＦＴウィンドウ走査部と、
前記ＦＦＴウィンドウ走査部によりＦＦＴウィンドウの位置が異なる位置に決定されるごとに、前記雑音分散算出部により算出された雑音分散を取得する雑音分散取得部と、
前記雑音分散取得部により取得した雑音分散が最小となるときのＦＦＴウィンドウの位置を前記最適ＦＦＴウィンドウ位置と決定する最適ＦＦＴウィンドウ位置決定部と、
を有することを特徴とする、請求項１に記載の受信装置。
前記ＧＩ除去部は、複数の受信アンテナにより受信したＯＦＤＭ信号のベースバンド信号にそれぞれＦＦＴウィンドウを配置して有効シンボル信号期間分の信号を抽出し、
前記フーリエ変換部は、前記ＧＩ除去部により抽出された有効シンボル期間分の信号に対してフーリエ変換処理を施して複数アンテナ系統の複素ベースバンド信号を生成し、
前記送信信号推定部は、前記伝送路応答を用いて前記複数アンテナ系統の複素ベースバンド信号から複数アンテナ系統の送信信号の推定値を生成し、
前記雑音分散算出部は、前記伝送路応答を用いて生成された前記複数アンテナ系統の送信信号の推定値を用いて、ＢＰＳＫ変調されたキャリアシンボルの雑音分散を算出し、
前記周波数デインターリーブ部は、前記複数アンテナ系統の送信信号の推定値に対し、周波数方向にデインターリーブ処理を行い、
前記ＦＦＴウィンドウ位置決定部は、前記ＦＦＴウィンドウの位置をそれぞれ最適化することを特徴とする、請求項１又は２に記載の受信装置。
前記ＦＦＴウィンドウ位置決定部は、所定時間ごとに前記最適ＦＦＴウィンドウ位置を決定することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の受信装置。
コンピュータを、請求項１から４のいずれか一項に記載の受信装置として機能させるためのプログラム。