(57)【要約】【課題】  回路構成を簡略化し、平均化の処理を行うシンボル数を減らし、位相オフセットが観測される状況下やＭＩＭＯ通信環境下であっても、正確にガードインターバルを検出することができるガードインターバル検出装置およびガードインターバル検出方法、並びに、シンボル同期と周波数オフセットを同時に調整することができる周波数オフセット検出装置を提供する。【解決手段】  ガードインターバル検出装置１は、ＯＦＤＭ信号を伝送する際に、当該ＯＦＤＭ信号の有効シンボルの一部をコピーしたガードインターバルを、当該有効シンボルの直前に付加してシンボルとした場合に、前記ガードインターバルを検出するものであって、電力振幅値演算回路５と、遅延回路７と、差分回路９と、積分回路１１と、ピーク検出回路１３と、を備えた。【選択図】      図１
2006135861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＯＦＤＭ信号を伝送する際に、当該ＯＦＤＭ信号の有効シンボルの一部をコピーしたガードインターバルを、当該有効シンボルの直前に付加してシンボルとした場合に、前記ガードインターバルを検出するガードインターバル検出装置であって、
前記シンボルを構成する複数のサンプルの中で、任意数番目のサンプルにおける同相成分信号と直交成分信号とに基づいて、当該ＯＦＤＭ信号の当該サンプルにおける電力値を演算する電力値演算手段と、
この電力値演算手段で電力値が演算された前記サンプルを２つに分岐させた一方の当該電力値を示すサンプルを、前記有効シンボルの時間長である有効シンボル長に相当する時間だけ遅延させて、遅延電力値とする遅延手段と、
この遅延手段で遅延させた遅延電力値と、前記電力値演算手段で電力値が演算された前記サンプルを２つに分岐させた他方が示す電力値とに基づいて、当該サンプルにおける差分値を演算する差分値演算手段とを備え、
この差分値演算手段で演算された差分値が予め設定した値となる任意数番目のサンプルを、前記ガードインターバルの開始タイミングを取得する基準として、当該ガードインターバルを検出することを特徴とするガードインターバル検出装置。
【請求項２】
前記差分値演算手段は、前記電力値および前記遅延電力値の和または平均値に従って、前記ＯＦＤＭ信号の当該サンプルにおける誤差距離率を演算する誤差距離率演算手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のガードインターバル検出装置。
【請求項３】
ＯＦＤＭ信号を伝送する際に、当該ＯＦＤＭ信号の有効シンボルの一部をコピーしたガードインターバルを、当該有効シンボルの直前に付加してシンボルとした場合に、前記ガードインターバルを検出するガードインターバル検出装置であって、
前記シンボルを構成する複数のサンプルの中で、任意数番目のサンプルにおける同相成分信号と直交成分信号とに基づいて、当該ＯＦＤＭ信号の当該サンプルにおける振幅値を演算する振幅値演算手段と、
この振幅値演算手段で振幅値が演算された前記サンプルを２つに分岐させた一方の当該振幅値を示すサンプルを、前記有効シンボルの時間長である有効シンボル長に相当する時間だけ遅延させて、遅延振幅値とする遅延手段と、
この遅延手段で遅延させた遅延振幅値と、前記振幅値演算手段で振幅値が演算された前記サンプルを２つに分岐させた他方が示す振幅値とに基づいて、当該サンプルにおける差分値を演算する差分値演算手段とを備え、
この差分値演算手段で演算された差分値が予め設定した値となる任意数番目のサンプルを、前記ガードインターバルの開始タイミングを取得する基準として、当該ガードインターバルを検出することを特徴とするガードインターバル検出装置。
【請求項４】
前記差分値演算手段は、前記振幅値および前記遅延振幅値の和または平均値に従って、前記ＯＦＤＭ信号の当該サンプルにおける誤差距離率を演算する誤差距離率演算手段を備えることを特徴とする請求項３に記載のガードインターバル検出装置。
【請求項５】
ＯＦＤＭ信号を伝送する際に、当該ＯＦＤＭ信号の有効シンボルの一部をコピーしたガードインターバルを、当該有効シンボルの直前に付加してシンボルとした場合に、前記ガードインターバルを検出するガードインターバル検出方法であって、
前記シンボルを構成する複数のサンプルの中で、任意数番目のサンプルにおける同相成分信号と直交成分信号とに基づいて、当該ＯＦＤＭ信号の当該サンプルにおける電力値を演算する電力値演算ステップと、
この電力値演算ステップにおいて電力値が演算された前記サンプルを２つに分岐させた一方の当該電力値を示すサンプルを、前記有効シンボルの時間長である有効シンボル長に相当する時間だけ遅延させて、遅延電力値とする遅延ステップと、
この遅延ステップにおいて遅延させた遅延電力値と、前記電力値演算ステップにおいて電力値が演算されたサンプルを２つに分岐させた他方が示す電力値とに基づいて、当該サンプルにおける差分値を演算する差分値演算ステップとを含み、
この差分値演算ステップにおいて演算された差分値が予め設定した値となる任意数番目のサンプルを、前記ガードインターバルの開始タイミングを取得する基準として、当該ガードインターバルを検出することを特徴とするガードインターバル検出方法。
【請求項６】
前記差分値演算ステップにおいて、前記電力値および前記遅延電力値の和または平均値に従って、前記ＯＦＤＭ信号の当該サンプルにおける誤差距離率を演算する誤差距離率演算ステップを含むことを特徴とする請求項５に記載のガードインターバル検出方法。
【請求項７】
ＯＦＤＭ信号を伝送する際に、当該ＯＦＤＭ信号の有効シンボルの一部をコピーしたガードインターバルを、当該有効シンボルの直前に付加してシンボルとした場合に、前記ガードインターバルを検出するガードインターバル検出方法であって、
前記シンボルを構成する複数のサンプルの中で、任意数番目のサンプルにおける同相成分信号と直交成分信号とに基づいて、当該ＯＦＤＭ信号の当該サンプルにおける振幅値を演算する振幅値演算ステップと、
この振幅値演算ステップにおいて振幅値が演算された前記サンプルを２つに分岐させた一方の当該振幅値が示すサンプルを、前記有効シンボルの時間長である有効シンボル長に相当する時間だけ遅延させて、遅延振幅値とする遅延ステップと、
この遅延ステップにおいて遅延させた遅延振幅値と、前記振幅値演算ステップにおいて振幅値が演算されたサンプルを２つに分岐させた他方が示す振幅値とに基づいて、当該サンプルにおける差分値を演算する差分値演算ステップとを含み、
この差分値演算ステップにおいて演算された差分値が予め設定した値となる任意数番目のサンプルを、前記ガードインターバルの開始タイミングを取得する基準として、当該ガードインターバルを検出することを特徴とするガードインターバル検出方法。
【請求項８】
前記差分値演算ステップにおいて、前記振幅値および前記遅延振幅値の和または平均値に従って、前記ＯＦＤＭ信号の当該サンプルにおける誤差距離率を演算する誤差距離率演算ステップを含むことを特徴とする請求項７に記載のガードインターバル検出方法。
【請求項９】
ＯＦＤＭ信号を伝送する際に、当該ＯＦＤＭ信号の有効シンボルの一部をコピーしたガードインターバルを、当該有効シンボルの直前に付加してシンボルとした場合に、前記ガードインターバルを検出し、この検出したガードインターバルに基づいて、当該ＯＦＤＭ信号の周波数オフセットを検出する周波数オフセット検出装置であって、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガードインターバル検出装置と、
前記ＯＦＤＭ信号の任意数番目のサンプルにおける同相成分信号または直交成分信号を、前記有効シンボルの時間長である有効シンボル長に相当する時間だけ遅延させる信号遅延手段と、
この信号遅延手段で遅延された遅延同相成分信号と前記直交成分信号とに基づき、または、前記信号遅延手段で遅延された遅延直交成分信号と前記同相成分信号とに基づき、差分の絶対値を演算する差分絶対値演算手段と、
前記ガードインターバル検出装置から出力されたガードインターバルの検出サンプルに基づいたゲートタイミングに従って、前記差分絶対値演算手段で演算された差分の絶対値を出力することで、周波数誤差信号を検出する周波数誤差信号検出手段と、
を備えることを特徴とする周波数オフセット検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＦＤＭ信号におけるガードインターバルを検出するガードインターバル検出装置およびガードインターバル検出方法、並びに、検出したガードインターバルを用いて、周波数オフセットを検出する周波数オフセット検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式による無線伝送技術は、非特許文献１に記載されている放送番組の素材伝送、非特許文献２に記載されている無線ＬＡＮ、または、将来の携帯電話システムにおいて、周波数利用効率の高さ、マルチパスやゴーストに対する耐性から注目されており、地上波デジタル放送、放送番組の素材伝送および無線ＬＡＮの標準方式として採用されていたり、将来の携帯電話システムの標準方式として採用が検討されている。
【０００３】
ＯＦＤＭ方式による無線伝送技術は、当該ＯＦＤＭ方式において伝送されるＯＦＤＭ信号を構成する複数の副搬送波間の直交関係を利用して、最隣接で周波数分割多重された複数の副搬送波上にデジタル化された情報をのせて伝送する技術である。数百から数千に及ぶ複数の副搬送波が最隣接で周波数分割多重されているので、高い周波数利用効率が実現されている。
【０００４】
また、ＯＦＤＭ方式による無線伝送技術は、ＯＦＤＭ信号の伝送帯域を複数の副搬送波の数分に分割して伝送するので、信号帯域の逆数であり、各情報の１ビット若しくは複数ビットを伝送する各符号区間であるシンボルの長さが副搬送波の数倍に長くなり、マルチパスによる遅延波によって生じる符号間干渉の影響が緩和されている。
【０００５】
そして、ＯＦＤＭ方式による無線伝送技術は、マルチパスによる遅延波の影響を緩和するために、ガードインターバルと呼ばれるバッファ区間（ガード時間）を利用している。
ここで、図１３にＯＦＤＭ方式において伝送されるＯＦＤＭ信号の直接波の各シンボルを示すと共に、マルチパスによる遅延波のシンボルが直接波の各シンボルに与える影響を示す。各シンボルは、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、または、６４ＱＡＭといった変調方式で変調されている。これらの変調方式のいずれか、または、これら複数の組み合わせで変調された複数の変調波が、直交周波数分割多重された状態の１シンボル分ずつの波形となる。
【０００６】
この図１３において、ＯＦＤＭ信号の遅延波のシンボルは、ＯＦＤＭ信号の直接波の同一時刻におけるシンボルおよび前後のシンボルと重なっており、直接波の同一時刻におけるシンボルに時間がずれて重なっている部分（ａ）と、後のシンボル（または前のシンボル）に重なっている部分（ｂ）とが生じる。この部分（ａ）の長さ（時間）と部分（ｂ）の長さ（時間）とは、直接波に対する遅延波の遅延時間によって決定される。
【０００７】
そこで、ＯＦＤＭ方式による無線伝送技術では、最大の遅延時間よりも長いバッファ区間（ガード時間）を設定しており、このバッファ区間（ガード時間）に相当するガードインターバルを、ＯＦＤＭ信号を受信する受信側で除去することを前提にして、送信側で各シンボルに付加して送信している。すなわち、デジタル化した情報（有用な信号）をのせると共に受信側で復調される有効シンボルと、受信側で除去されるガードインターバルとからシンボルを構成して送信側から送信（伝送）することで、符号間干渉のない有用な信号の伝送が可能になる。
【０００８】
ＯＦＤＭ方式による無線伝送技術において、符号間干渉のないＯＦＤＭ信号の伝送を実現するためには、ＯＦＤＭ信号を受信する受信側で正確に各シンボルを識別して、当該シンボルを抽出するタイミングを同期させて、ガードインターバルを最適な位置で除去することで、正しいシンボルを構成する受信信号のサンプルの組み合わせでＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を実行することが要求される。
【０００９】
このシンボルを抽出するタイミングを同期させる（以下、シンボル同期という）ために、送信側で生成したガードインターバルの特性を利用することが多い。図１４に各シンボルにおけるガードインターバルの生成方法の一例を示す。図１４に示す事例では、ＯＦＤＭ方式の各シンボルは、有効シンボルの一部をコピーし、このコピーしたものを当該有効シンボルの直前に付加することによって、ガードインターバルとして利用している。なお、このようなガードインターバルは、ＯＦＤＭ方式による無線伝送技術において、大多数で利用されている。
【００１０】
従って、ガードインターバルとして、有効シンボルの一部をコピーして利用する場合には、ガードインターバルと有効シンボルの一部との間に高い相関関係がある。従来は、この関係を利用して、次に示す数式（１）を用いて計算した結果に基づいて、ガードインターバルを検出し、シンボル同期を行っている。
【００１１】
【数１】
2006135861.tif 000003
【００１２】
この数式（１）において、アナログ・デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）による復調処理を想定し、ｋはサンプル番号（整数）、ｒ［ｋ］はｋサンプルにおける相関値、ｘ［ｋ］はｋサンプルにおける受信信号（複素数）、ｘ*［ｋ］はｘ［ｋ］の複素共役を表しており、ｎgおよびｎeはそれぞれサンプル数（整数）で表したガードインターバルの時間（ガード時間）および有効シンボルの時間（有効シンボル長）である。
【００１３】
なお、ｎgとｎeとの比であるｎg／ｎeは、ガードインターバル比と呼ばれている。ｎeは送信側の送信装置で使用される逆ＦＦＴの演算ポイント数または当該ポイント数の整数倍（オーバーサンプル）に等しい。
【００１４】
ここで、数式（１）を具現化（装置化）した例（ガードインターバル検出装置）を図１５に示す。この図１５に示すように、ガードインターバル検出装置１０１は、遅延回路１０３と、共役変換回路１０５と、乗算回路１０７と、積分回路１０９と、ピーク検出回路１１１とを備えている。
【００１５】
このガードインターバル検出装置１０１では、送信装置（図示せず）から送信され、空間を伝搬した後に受信装置（図示せず）において受信された受信信号ｘが入力され、２系統に分岐されて、一方の受信信号ｘは、遅延回路１０３によって、ｎeサンプル遅延されて、遅延受信信号ｘ′となり、共役変換回路１０５によって複素共役に変換されて、複素共役受信信号（ｘ′）*となる。
【００１６】
この複素共役受信信号（ｘ′）*と他方の受信信号ｘとが乗算回路１０７によって、乗算され、この乗算回路１０７の出力であるｘ（ｘ′）*は、積分回路１０９において、ガード時間ｎg分の積分が実行されると、数式（１）に示した相関値ｒ［ｋ］として出力される。この相関値ｒ［ｋ］をガードインターバル相関値（ＧＩ相関値）という。
【００１７】
そして、このガードインターバル相関値（ＧＩ相関値）は、ピーク検出回路１１１によって、絶対値化され、ピークが検出され、各シンボルにおいてガードインターバルの位置が検出される。つまり、ピーク検出回路１１１により、ＧＩ相関値ｒ［ｋ］の絶対値の中で最大値を与えるサンプルｋと、シンボル同期を図る制御信号とが出力される。
【００１８】
なお、この図１５に示したガードインターバル検出装置１０１は、非特許文献３に開示されているものを示したが、実際の処理では共役変換回路１０５で代表されるような複素数として処理するのではなく、実数のままで処理している。そこで、実数Ｉ［ｋ］、Ｑ［ｋ］を用いて、受信信号ｘのサンプルｋであるｘ［ｋ］の同相（Ｉ）成分および直交（Ｑ）成分とすると、ｘ［ｋ］＝Ｉ［ｋ］＋ｊＱ［ｋ］と置き換えることができ、数式（１）のｘ［ｋ＋ｉ＋ｎe］ｘ*［ｋ＋ｉ］は次に示す数式（２）のようになる。
【００１９】
【数２】
2006135861.tif 000004
【００２０】
この数式（２）から推測できるように、当該数式（２）の絶対値を演算する図１５に示したガードインターバル検出装置１０１の回路規模は、より大きなものになってしまう。また、ここで、図１５に示したガードインターバル検出装置１０１を用いて得られるＧＩ相関値の計算結果の例を図１６に示す。
【００２１】
この図１６は、５０シンボル分のＯＦＤＭ信号に対して、ＧＩ相関値を演算した結果を示している。この図１６に示したＧＩ相関値を演算した結果は、受信側の受信装置で正確に周波数同期がとれており、周波数／位相オフセットがない状態で受信されたものを想定したシミュレーション結果である。この図１６では、縦軸に、数式（１）におけるｒ［ｋ］の絶対値が記録されており、横軸に、サンプルｋで記述する時間がプロットされている。
【００２２】
この図１６に示すように、サンプルｋ＝２２００近辺でＧＩ相関値の相関ピーク（ピーク値）が観測されている。しかし、このピーク値はシンボルごとに大きく変動していることが観測できる。すると、シンボル同期の動作の安定性に影響を与える。そこで、このように、ピーク値がシンボルごとに大きく変動してしまうことに着目して、この変動を改善する技術として発案されたものが特許文献１（「別のガードインターバル検出方法」）に開示されている。
【００２３】
この特許文献１に開示されているガードインターバル検出装置のブロック図を図１７に示す。この図１７に示したガードインターバル検出装置１２１は、直交検波回路１２３と、遅延回路１２５（１２５ａ、１２５ｂ）と、引算回路１２７（１２７ａ、１２７ｂ）と、絶対値回路１２９（１２９ａ、１２９ｂ）と、加算回路１３１と、積分回路１３３と、ピーク検出回路１３５とを備えている。また、この図１７に示したガードインターバル検出装置１２１の動作原理を数式化すると、次に示す数式（３）のようになる。
【００２４】
【数３】
2006135861.tif 000005
【００２５】
この数式（３）において、ｓ［ｋ］はサンプルｋにおける差分値であり、その他の定数および変数は数式（１）および数式（２）で使用したものと同様であるので説明を省略する。この数式（３）では、数式（２）の実数項に記載した乗算部分の演算を、減算して絶対値をとった演算に置き換えたものに等しくなっている。
【００２６】
この結果、図１７に示したガードインターバル検出装置１２１では、図１５のガードインターバル検出装置１０１では記載を省略した直交検波回路１２３により、受信信号は同相成分信号Ｉと直交成分信号Ｑとに分離され、同相成分信号Ｉは遅延回路１２５ａで有効シンボル長であるｎeサンプル遅延されて遅延同相成分信号Ｉ′とされ、直交成分信号Ｑは遅延回路１２５ｂで有効シンボル長であるｎeサンプル遅延されて遅延直交成分信号Ｑ′とされて、引算回路１２７（１２７ａ、１２７ｂ）に入力される。
【００２７】
そうすると、ガードインターバル検出装置１２１では、引算回路１２７ａによって、同相成分信号Ｉから遅延同相成分信号Ｉ′が引き算され（Ｉ−Ｉ′）、引算回路１２７ｂによって、直交成分信号Ｑから遅延直交成分信号Ｑ′が引き算され（Ｑ−Ｑ′）、さらに、絶対値回路１２９ａによって、Ｉ−Ｉ′が絶対値化され｜Ｉ−Ｉ′｜とされ、絶対値回路１２９ｂによって、Ｑ−Ｑ′が絶対値化され｜Ｑ−Ｑ′｜とされる。
【００２８】
そして、ガードインターバル検出装置１２１では、加算回路１３１によって、絶対値化された｜Ｉ−Ｉ′｜と｜Ｑ−Ｑ′｜とが加算され、積分回路１３３によって、ガード時間ｎg分の積分が実行されると、数式（３）に示した差分値ｓ［ｋ］として出力される。その後、この差分値ｓ［ｋ］は、ピーク検出回路１３５によって、ガードインターバルの位置を示す最小値を与えるピークが検出され、各シンボルの差分値ｓ［ｋ］の最小値を与えるサンプルｋと、シンボル同期を図る制御信号とが出力される。
【００２９】
なお、この図１７に示したガードインターバル検出装置１２１の構成は、図１５に示したガードインターバル検出装置１０１の構成に比べて、このガードインターバル検出装置１０１を実際に構成するのに必要となる数式（２）にあるような虚数項がなく、また、共役変換回路１０５や乗算回路１０７がないため、明確に簡略化されている。また、引算回路１２７（１２７ａ、１２７ｂ）と絶対値回路１２９（１２９ａ、１２９ｂ）とを合わせて差分回路と呼ぶことにする。
【００３０】
ここで、数式（３）および図１７に示したガードインターバル検出装置１２１を用いて得られる差分値の計算結果の例を図１８に示す。図１８は、図１６と同様に、５０シンボル分のＯＦＤＭ信号に対して、差分値を演算した結果を示している。この図１８に示した差分値を演算した結果は、受信側の受信装置で正確に周波数同期がとれており、周波数／位相オフセットがない状態で受信されたものを想定したシミュレーション結果である。この図１８では、縦軸に、数式（３）におけるｓ［ｋ］の差分値が記録されており、横軸に、サンプルｋで記述する時間がプロットされている。
【００３１】
この図１８に示すように、サンプルｋ＝２２００近辺で差分値の最小ピークが観測されている。図１８に示した演算結果は、図１６に示した演算結果と異なり、最小ピーク付近での変動が小さくなっており、ピーク位置をより明確に視認することができる。つまり、ガードインターバル検出装置１２１は、簡単な構成でガードインターバルの検出能力が高いといえる。
【００３２】
しかし、図１７に示した差分方式のガードインターバル検出装置１２１には重要な問題がある。ここで、数式（３）および図１７に示したガードインターバル検出装置１２１を用いて得られる差分値の計算結果の別の例を図１９に示す。この図１９に示した差分値の計算結果では、同期が不十分なために、１有効シンボルの始めと終わりとの間で、ちょうど２分のπの位相オフセットがある（副搬送波間隔の４分の１に相当する周波数差がある）状態でＯＦＤＭ信号が受信されたことを想定している。
【００３３】
この結果、図１９に示した差分値の計算結果では、図１８においてサンプルｋ＝２２００近辺で明確に観測された差分値の最小ピークが全く観測されていないのがわかる。しかし、同じ状態（１有効シンボルの始めと終わりとの間で、ちょうど２分のπの位相オフセットがある状態）でＯＦＤＭ信号が受信された場合に、図１５に示したガードインターバル検出装置１０１を適用して得たＧＩ相関値の計算結果の例を図２０に示す。この図２０に示すように、ＧＩ相関値の場合には、図１６に示したＧＩ相関値の計算結果と同様に、サンプルｋ＝２２００近辺で相関ピーク（最大ピーク）が検出されるので問題にならない。
【００３４】
つまり、ガードインターバル検出装置１２１の重要な問題とは、１有効シンボルの始めと終わりとの間で、ちょうど２分のπの位相オフセットがある状態でＯＦＤＭ信号を受信した場合、ガードインターバルを検出することができないことである。
【００３５】
この理由は、数式（２）にあって数式（３）において除かれている虚数項が関係している。そこで、この虚数項に対応する同相成分信号Ｉと直交成分信号Ｑとの間で差分を取ることにより、周波数オフセットを検出する技術が、例えば、特許文献２および特許文献３に開示されている。
【００３６】
なお、特許文献２および特許文献３に開示されている技術は、特許文献１に開示されている技術により、シンボル同期することを基本にしているので、最初にシンボル同期がなされるまで、周波数オフセットを調整することができないという問題がある。また、特許文献２および特許文献３に開示されている技術では、回路構成も複雑化してしまう。
【００３７】
ところで、ＯＦＤＭ方式の無線伝送技術を、将来の携帯電話システム等の広帯域移動通信の標準方式に採用しようとした場合、利用できる周波数帯域が制限されていることや、マルチメディア通信の需要等により、高品質、且つ、固定通信並みの高い周波数利用効率が要望されている。この要望に対処する技術として、最近注目を集めているものがＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信技術である。
【００３８】
このＭＩＭＯ通信技術では、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとを用いて、ＭＩＭＯ通信技術におけるＭＩＭＯ伝搬路を構成しており、複数のデータ信号を、同一周波数上、または、周波数帯が重なる状態の電波によって、当該ＭＩＭＯ伝搬路を経由して送受信する。このようにＭＩＭＯ通信技術は、ＭＩＭＯ伝搬路を送受信する複数のデータ信号によるデータの大容量化、或いは、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナによるダイバーシティ効果によるロバスト化を図るものである。
そして、このＭＩＭＯ通信技術において、ＭＩＭＯ通信環境下であっても、正確にガードインターバルを検出することが要求されている。
【非特許文献１】標準規格「テレビジョン放送番組素材伝送用可搬形ＯＦＤＭ方式デジタル無線伝送システム」  ＡＲＩＢ  ＳＴＤ−Ｂ３３  １．０版  （社）電波産業会  ２００２年発行、全頁
【非特許文献２】標準規格「Ｐａｒｔ１１：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＬＡＮ  Ｍｅｄｉｕｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＭＡＣ）  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｌａｙｅｒ（ＰＨＹ）  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＩＥＥＥ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  ８０２．１１  １９９９年発行、全頁
【非特許文献３】Ｒ．Ｖ．Ｎｅｅ  ａｎｄ  Ｒ．Ｐｒａｓａｄ、「ＯＦＤＭ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ  （２０００）、ｐｐ．８１−８６
【特許文献１】特開２０００−２５２９５０号公報
【特許文献２】特開２００１−１１１５２０号公報
【特許文献３】特開２００１−２１１１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３９】
しかしながら、これまで述べてきた従来技術では、いくつかの不十分な点が指摘されている。
まず、ＧＩ相関によるガードインターバル検出方法では、検出するシンボルごとに相関演算する結果、出力される相関ピークの大きさが大きく変動する。また、相関ピーク以外の部分での相関値の変動も決して小さくない。このため、安定したシンボル同期を実現するためには、比較的多数のシンボルに亘る平均化の処理が不可欠になってしまうという問題がある。
【００４０】
また、差分方式によるガードインターバル検出方法は、回路構成を簡略化し、且つ、シンボル変動に対して、差分値の安定した最小ピークを検出することができる。しかしながら周波数位相同期が不十分で位相オフセットが観測されるような状況では、最小ピークが検出できず、ガードインターバルを検出することができなくなるという問題がある。
【００４１】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、回路構成を簡略化し、平均化の処理を行うシンボル数を減らし、位相オフセットが観測される状況下やＭＩＭＯ通信環境下であっても、正確にガードインターバルを検出することができるガードインターバル検出装置およびガードインターバル検出方法、並びに、シンボル同期と周波数オフセットを同時に調整することができる周波数オフセット検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４２】
前記課題を解決するため、請求項１記載のガードインターバル検出装置は、ＯＦＤＭ信号を伝送する際に、当該ＯＦＤＭ信号の有効シンボルの一部をコピーしたガードインターバルを、当該有効シンボルの直前に付加してシンボルとした場合に、前記ガードインターバルを検出するガードインターバル検出装置であって、電力値演算手段と、遅延手段と、差分値演算手段と、を備える構成とした。
【００４３】
かかる構成によれば、ガードインターバル検出装置は、電力値演算手段によって、シンボルを構成する複数のサンプルの中で、任意数番目のサンプルにおける同相成分信号と直交成分信号とに基づいて、当該ＯＦＤＭ信号の当該サンプルにおける電力値を演算する。なお、この電力値の演算は、同相成分信号の二乗と直交成分信号の二乗との和によって求められる。続いて、ガードインターバル検出装置は、遅延手段によって、電力値演算手段で電力値が演算されたサンプルを２つに分岐させた一方の当該電力値を示すサンプルを、有効シンボルの時間長である有効シンボル長に相当する時間だけ遅延させて、遅延電力値とする。
【００４４】
そして、ガードインターバル検出装置は、差分値演算手段によって、遅延手段で遅延させた遅延電力値と、電力値演算手段で電力値が演算されたサンプルを２つに分岐させた他方が示す電力値とに基づいて、当該サンプルにおける差分値を演算する。この差分値は、遅延電力値から他方が示す電力値を減算した後、または、他方が示す電力値から遅延電力値を減算した後、絶対値をとったものである。そして、このガードインターバル検出装置は、差分値演算手段で演算された差分値が予め設定した値となる任意数番目のサンプルを、ガードインターバルの開始タイミングを取得する基準として、当該ガードインターバルを検出する。
【００４５】
請求項２記載のガードインターバル検出装置は、請求項１に記載のガードインターバル検出装置において、前記差分値演算手段が、誤差距離率演算手段を備える構成とした。
【００４６】
かかる構成によれば、ガードインターバル検出装置は、誤差距離率演算手段によって、電力値および遅延電力値の和または平均値に従って、ＯＦＤＭ信号の当該サンプルにおける誤差距離率を演算する。この誤差距離率は、電力値によって規格化した差分値のことである。そして、ガードインターバル検出装置は、誤差距離率演算手段で演算された誤差距離率を用いてガードインターバルを検出する。
【００４７】
請求項３記載のガードインターバル検出装置は、ＯＦＤＭ信号を伝送する際に、当該ＯＦＤＭ信号の有効シンボルの一部をコピーしたガードインターバルを、当該有効シンボルの直前に付加してシンボルとした場合に、前記ガードインターバルを検出するガードインターバル検出装置であって、振幅値演算手段と、遅延手段と、差分値演算手段と、を備える構成とした。
【００４８】
かかる構成によれば、ガードインターバル検出装置は、振幅値演算手段によって、シンボルを構成する複数のサンプルの中で、任意数番目のサンプルにおける同相成分信号と直交成分信号とに基づいて、当該ＯＦＤＭ信号の当該サンプルにおける振幅値を演算する。なお、この振幅値の演算は、同相成分信号の二乗と直交成分信号の二乗との和の平方根によって求められる。続いて、ガードインターバル検出装置は、遅延手段によって、振幅値演算手段で振幅値が演算されたサンプルを２つに分岐させた一方の当該振幅値を示すサンプルを、有効シンボルの時間長である有効シンボル長に相当する時間だけ遅延させて、遅延振幅値とする。
【００４９】
そして、ガードインターバル検出装置は、差分値演算手段によって、遅延手段で遅延させた遅延振幅値と、振幅値演算手段で振幅値が演算されたサンプルを２つに分岐させた他方が示す振幅値とに基づいて、当該サンプルにおける差分値を演算する。この差分値は、遅延振幅値から他方が示す振幅値を減算した後、または、他方が示す振幅値から遅延振幅値を減算した後、絶対値をとったものである。そして、このガードインターバル検出装置は、差分値演算手段で演算された差分値が予め設定した値となる任意数番目のサンプルを、ガードインターバルの開始タイミングを取得する基準として、当該ガードインターバルを検出する。
【００５０】
請求項４記載のガードインターバル検出装置は、請求項３に記載のガードインターバル検出装置において、前記差分値演算手段が、誤差距離率演算手段を備える構成とした。
【００５１】
かかる構成によれば、ガードインターバル検出装置は、誤差距離率演算手段によって、振幅値および遅延振幅値の和または平均値に従って、ＯＦＤＭ信号の当該サンプルにおける誤差距離率を演算する。この誤差距離率は、振幅値によって規格化した差分値のことである。そして、ガードインターバル検出装置は、誤差距離率演算手段で演算された誤差距離率を用いてガードインターバルを検出する。
【００５２】
請求項５記載のガードインターバル検出方法は、ＯＦＤＭ信号を伝送する際に、当該ＯＦＤＭ信号の有効シンボルの一部をコピーしたガードインターバルを、当該有効シンボルの直前に付加してシンボルとした場合に、前記ガードインターバルを検出するガードインターバル検出方法であって、電力値演算ステップと、遅延ステップと、差分値演算ステップと、を含む手順とした。
【００５３】
かかる手順によれば、ガードインターバル検出方法は、電力値演算ステップにおいて、シンボルを構成する複数のサンプルの中で、任意数番目のサンプルにおける同相成分信号と直交成分信号とに基づいて、当該ＯＦＤＭ信号の当該サンプルにおける電力値を演算し、遅延ステップにおいて、電力値演算ステップにて電力値が演算されたサンプルを２つに分岐させた一方の当該電力値を示すサンプルを、有効シンボルの時間長である有効シンボル長に相当する時間だけ遅延させて、遅延電力値とする。そして、ガードインターバル検出方法は、差分値演算ステップにおいて、遅延ステップにて遅延させた遅延電力値と、電力値演算ステップにて電力値が演算されたサンプルを２つに分岐させた他方が示す電力値とに基づいて、当該サンプルにおける差分値を演算し、差分値演算ステップにて演算された差分値が予め設定した値となる任意数番目のサンプルを、ガードインターバルの開始タイミングを取得する基準として、当該ガードインターバルを検出する。
【００５４】
請求項６記載のガードインターバル検出方法は、請求項５に記載のガードインターバル検出方法において、前記差分値演算ステップに、誤差距離率演算ステップを含む手順とした。
【００５５】
かかる手順によれば、ガードインターバル検出方法は、誤差距離率演算ステップにおいて、電力値および遅延電力値の和または平均値に従って、ＯＦＤＭ信号の当該サンプルにおける誤差距離率を演算する。そして、ガードインターバル検出方法は、誤差距離率演算ステップにて演算された誤差距離率を用いてガードインターバルを検出する。
【００５６】
請求項７記載のガードインターバル検出方法は、ＯＦＤＭ信号を伝送する際に、当該ＯＦＤＭ信号の有効シンボルの一部をコピーしたガードインターバルを、当該有効シンボルの直前に付加してシンボルとした場合に、前記ガードインターバルを検出するガードインターバル検出方法であって、振幅値演算ステップと、遅延ステップと、差分値演算ステップと、を含む手順とした。
【００５７】
かかる手順によれば、ガードインターバル検出方法は、振幅値演算ステップにおいて、シンボルを構成する複数のサンプルの中で、任意数番目のサンプルにおける同相成分信号と直交成分信号とに基づいて、当該ＯＦＤＭ信号の当該サンプルにおける振幅値を演算し、遅延ステップにおいて、振幅値演算ステップにて振幅値が演算されたサンプルを２つに分岐させた一方の当該振幅値を示すサンプルを、有効シンボルの時間長である有効シンボル長に相当する時間だけ遅延させて、遅延振幅値とする。そして、ガードインターバル検出方法は、差分値演算ステップにおいて、遅延ステップにて遅延させた遅延振幅値と、振幅値演算ステップにて振幅値が演算されたサンプルを２つに分岐させた他方が示す振幅値とに基づいて、当該サンプルにおける差分値を演算し、差分値演算ステップにて演算された差分値が予め設定した値となる任意数番目のサンプルを、ガードインターバルの開始タイミングを取得する基準として、当該ガードインターバルを検出する。
【００５８】
請求項８記載のガードインターバル検出方法は、請求項７に記載のガードインターバル検出方法において、前記差分値演算ステップに、誤差距離率演算ステップを含む手順とした。
【００５９】
かかる手順によれば、ガードインターバル検出方法は、誤差距離率演算ステップにおいて、振幅値および遅延振幅値の和または平均値に従って、ＯＦＤＭ信号の当該サンプルにおける誤差距離率を演算する。そして、ガードインターバル検出方法は、誤差距離率演算ステップにて演算された誤差距離率を用いてガードインターバルを検出する。
【００６０】
請求項９記載の周波数オフセット検出装置は、ＯＦＤＭ信号を伝送する際に、当該ＯＦＤＭ信号の有効シンボルの一部をコピーしたガードインターバルを、当該有効シンボルの直前に付加してシンボルとした場合に、前記ガードインターバルを検出し、この検出したガードインターバルに基づいて、当該ＯＦＤＭ信号の周波数オフセットを検出する周波数オフセット検出装置であって、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガードインターバル検出装置と、信号遅延手段と、差分絶対値演算手段と、周波数誤差信号検出手段と、を備える構成とした。
【００６１】
かかる構成によれば、周波数オフセット検出装置は、信号遅延手段によって、ＯＦＤＭ信号の任意数番目のサンプルにおける同相成分信号または直交成分信号を有効シンボルの時間長である有効シンボル長に相当する時間だけ遅延させる。続いて、周波数オフセット検出装置は、差分絶対値演算手段によって、信号遅延手段で遅延された遅延同相成分信号と直交成分信号とに基づき、または、信号遅延手段で遅延された遅延直交成分信号と同相成分信号とに基づき、差分の絶対値を演算する。
【００６２】
そして、周波数オフセット検出装置は、周波数誤差信号検出手段によって、ガードインターバル検出装置から出力されたガードインターバルの検出サンプルに基づいたゲートタイミングに従って、差分絶対値演算手段で演算された差分の絶対値を出力することで、周波数誤差信号を検出する。そして、周波数オフセット検出装置は、周波数誤差信号検出手段で検出された周波数誤差信号を、周波数オフセットを検出する基準にして、当該周波数オフセットを検出する。
【発明の効果】
【００６３】
本発明によれば、ＯＦＤＭ信号（受信信号）の任意数番目のサンプル（各サンプル時間）における電力値または振幅値を計算し、当該電力値または当該振幅値の有効シンボル長に相当するサンプル間の差分値、または、当該電力値または当該振幅値で規格化した差分値（誤差距離率）を求め、差分値または誤差距離率に基づいて、ガードインターバルを検出することができる。このため、簡略な回路構成で、マルチパスなど伝搬路の変動や周波数同期が不十分で位相オフセット（位相ズレ）があるような環境下でも安定したシンボル同期を可能にすることができる。また、ＭＩＭＯ通信環境下であっても、正確にガードインターバルを検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
次に、本発明の実施形態について、適宜、図面を参照しながら詳細に説明する。
〈ガードインターバル検出装置（第一実施形態）の構成〉
図１は、ガードインターバル検出装置（第一実施形態）のブロック図である。この図１に示すように、ガードインターバル検出装置１は、受信信号（ＯＦＤＭ信号）を入力して、ガードインターバルの位置を示す制御信号を出力するもので、直交検波回路３と、電力振幅演算回路（電力値演算手段、振幅値演算手段）５と、遅延回路（遅延手段）７と、差分回路（差分値演算手段）９と、積分回路１１と、ピーク検出回路１３とを備えている。
【００６５】
直交検波回路３は、受信信号（ＯＦＤＭ信号）を直交検波して、同相成分信号（Ｉ）と直交成分信号（Ｑ）とを電力振幅演算回路５に出力するものである。なお、受信信号を複素数とみなすことができ、この場合、同相成分信号（Ｉ）は受信信号の実数成分であり、直交成分信号（Ｑ）は受信信号の虚数成分である。
【００６６】
電力振幅演算回路５は、直交検波回路３から出力された同相成分信号（Ｉ）と直交成分信号（Ｑ）とから受信信号の各時間サンプルにおける電力値または振幅値、つまり、受信信号であるＯＦＤＭ信号の連続するシンボルにおいて、各シンボルを構成する複数のサンプルの中で、任意数番目のサンプルそれぞれの同相成分信号（Ｉ）と直交成分信号（Ｑ）とに基づいて、電力値または振幅値を演算するものである。
【００６７】
電力値は、受信信号の電力レベルを示すものであり、同相成分信号（Ｉ）の二乗と直交成分信号（Ｑ）の二乗との和を演算することで求められる。振幅値は、受信信号の波形の振幅レベルを示すものであり、電力値の平方根、つまり、同相成分信号（Ｉ）の二乗と直交成分信号（Ｑ）の二乗との和の平方根を演算することで求められる。なお、図１では振幅値Ｚ＝√（Ｉ2＋Ｑ2）のみを示している。
【００６８】
この電力振幅演算回路５で演算された電力値または振幅値は、回路間を接続する配線によって２系統に分配され、分配された一方の電力値または振幅値は遅延回路７に入力され、分離された他方の電力値または振幅値は差分回路９に入力される。
【００６９】
遅延回路７は、電力振幅演算回路５で演算され、分配された一方の電力値または振幅値を示すサンプルを、有効シンボルの時間長である有効シンボル長に相当する時間だけサンプル遅延させるものである。なお、遅延された電力値は遅延電力値と、遅延された振幅値は遅延振幅値と呼称することとする。また、図１では遅延振幅値Ｚ′のみを示している。
【００７０】
差分回路９は、電力振幅演算回路５で演算され、分配された他方の電力値または振幅値から、遅延回路７で遅延された遅延電力値または遅延振幅値を減算し、絶対値を求めるもので、引算回路９ａと、絶対値回路９ｂとを備えている。
【００７１】
引算回路９ａは、他方の電力値から遅延電力値を減算（引き算）、または、他方の振幅値から遅延振幅値を減算（引き算）するもの、或いは、遅延電力値から他方の電力値を減算、または、遅延振幅値から他方の振幅値を減算するものである。図１では他方の振幅値から遅延振幅値を減算したＺ−Ｚ′のみを示している。
【００７２】
絶対値回路９ｂは、引算回路９ａで減算（引き算）された結果（減算結果）、つまり、他方の電力値から遅延電力値を減算した結果、または、他方の振幅値から遅延振幅値を減算した結果、或いは、遅延電力値から他方の電力値を減算した結果、または、遅延振幅値から他方の振幅値を減算した結果の絶対値を求めるものである。図１では他方の振幅値から遅延振幅値を減算したＺ−Ｚ′の絶対値である｜Ｚ−Ｚ′｜のみを示している。
【００７３】
積分回路１１は、差分回路９から出力された、減算結果の絶対値について、ガード時間分の積分を施して、サンプルごとに電力差分値または振幅差分値を出力するものである。ここで、任意数番目をｋ（サンプル番号、整数）としｋ番目のサンプル（以下、サンプルｋとする）の振幅差分値をｄ［ｋ］とすると、次に示す数式（４）のようになる。なお、電力差分値も同様に数式（４）を用いて求めることができる。
【００７４】
【数４】
2006135861.tif 000006
【００７５】
この数式（４）において、ｎgおよびｎeはそれぞれサンプル数で表したシンボルごとのガードインターバルの時間（ガード時間）および有効シンボルの時間（有効シンボル長）である。また、Ｚ［ｋ］は、電力振幅演算回路５により、サンプルｋにおける同相成分信号（Ｉ）のＩ［ｋ］および直交成分信号（Ｑ）のＱ［ｋ］から求められた振幅値（振幅信号）であり、次に示す数式（５）のようになる。
【００７６】
【数５】
2006135861.tif 000007
【００７７】
さらに、Ｚ［ｋ］は電力振幅演算回路５により、サンプルｋにおける同相成分信号（Ｉ）のＩ［ｋ］および直交成分信号（Ｑ）のＱ［ｋ］から求められた電力値（電力信号）とすることができ、次に示す数式（６）のようになる。
【００７８】
【数６】
2006135861.tif 000008
【００７９】
ピーク検出回路１３は、積分回路１１から出力された、サンプルごとの電力差分値または振幅差分値ｄ［ｋ］に基づいて、ガードインターバルの位置を検出するものである。つまり、このピーク検出回路１３は、サンプルごとの電力差分値または振幅差分値ｄ［ｋ］が予め設定した値（例えば、極小値、または、最小値）となるサンプルを検出し、受信信号の各シンボルに含まれるそれぞれのサンプルｋにおける電力差分値または振幅差分値ｄ［ｋ］において、最小値を与えるサンプルｋおよびシンボル同期の制御信号（ガードインターバルの位置）を出力する。
【００８０】
このガードインターバル検出装置１によれば、遅延された遅延電力値または遅延振幅値と、他方の電力値または振幅値とに基づいて、電力差分値または振幅差分値を演算し、この演算された電力差分値または振幅差分値が最小値（予め設定した値）となる任意数番目のサンプルを、ガードインターバルの開始タイミングを取得する基準にしているので、従来のＯＦＤＭ方式による無線伝送技術（差分方式）に比べて、回路構成を大幅に変更することなく、周波数や位相のオフセットに対しても、正確にガードインターバルを検出することができる。
【００８１】
次に、図２、図３を参照して、ガードインターバル検出装置１による計算結果の例を説明する。この図２、図３では、ガードインターバル検出装置１が５０シンボル分のＯＦＤＭ信号に対して、振幅差分値を計算した計算結果を示している。
【００８２】
図２に示した計算結果は、ＯＦＤＭ信号を受信した受信側において、正確に周波数同期が取れており、周波数や位相のオフセットがない状態で受信されたものとして想定したシミュレーション結果である。
【００８３】
図３に示した計算結果は、ＯＦＤＭ信号を受信した受信側において、有効シンボル区間の始めと終わりとの間にπ／２の位相差がある状態で受信されたものとして想定したシミュレーション結果である。
【００８４】
これら図２、図３において、横軸に、サンプルｋで記述する時間を取っており、縦軸に、数式（４）を用いて得られた振幅差分値ｄ［ｋ］を取っている。図２、図３共に、サンプルｋ＝２２００近辺で最小値（最小ピーク）が観測される。
【００８５】
図２に示した計算結果では、図１８に示した従来のＯＦＤＭ方式による無線伝送技術（差分方式）の結果と比べると、最小値（最小ピーク）の鮮明さや、ピークの深さとピーク以外の区間での変動量との比の値が若干劣っているように観測されるが、図１６に示したＧＩ相関値による相関ピークの最大値の検出と比べると、より鮮明にガードインターバルの開始タイミングを判定できる結果となっている。
【００８６】
図３に示した計算結果では、図１９に示した従来のＯＦＤＭ方式による無線伝送技術（差分方式）の結果と比べると、従来、位相差がπ／２存在すると、全く最小値（最小ピーク）が観測できていなかったのに対し、最小値（最小ピーク）の鮮明さや、ピークの深さとピーク以外の区間での変動量との比の値が図２に示した計算結果とほとんど変わらない良好な結果となっている。
【００８７】
これら図２、図３に示した計算結果から、ガードインターバル検出装置１では、ガードインターバルの位置を示す最小値（最小ピーク）を、ＯＦＤＭ信号の各シンボルの状態が受信状態の変化に伴い変化しても、また、受信側でＯＦＤＭ信号を受信した際に位相差（周波数や位相のオフセットの変化）があったとしても、安定して検出するできることがわかる。
【００８８】
〈ガードインターバル検出装置（第一実施形態）の動作〉
次に、図４に示すフローチャートを参照して、ガードインターバル検出装置１の動作について説明する（適宜、図１参照）。
まず、ガードインターバル検出装置１は、受信信号を入力すると、直交検波回路３によって、直交検波を行って、同相成分信号（Ｉ）および直交成分信号（Ｑ）を電力振幅演算回路５に出力する（ステップＳ１）。
【００８９】
続いて、ガードインターバル検出装置１は、電力振幅演算回路５によって、電力値または振幅値を計算して、この計算した電力値または振幅値を、配線によって分岐させて、遅延回路７と差分回路９とに出力する（ステップＳ２）。そして、ガードインターバル検出装置１は、遅延回路７によって、電力値または振幅値を遅延させて、遅延電力値または遅延振幅値とする（ステップＳ３）。続いて、ガードインターバル検出装置１は、差分回路９の引算回路９ａにおいて、遅延電力値と分岐して入力した他方の電力値、または、遅延振幅値と分岐して入力した他方の振幅値との間の有効シンボル長の時間差（ｎeサンプル）の信号（サンプル）間で引算して、絶対値回路９ｂで絶対値をとる（ステップＳ４）。
【００９０】
そして、ガードインターバル検出装置１は、積分回路１１によって、電力差分値または振幅差分値に基づいて、積分をとり、ピーク検出回路１３によって、各シンボルにおける最小値（最小ピーク）を検出する（ステップＳ５）。この最小値（最小ピーク）がガードインターバルの開始タイミングを取得する基準となる。そして、ガードインターバル検出装置１は、通常、当該装置１の電源投入後、電源遮断まで、これらの動作を繰り返し実行する。なお、積分回路１１による積分には、数式（４）で示したガード時間ｎgサンプル分の積算が対応するが、各シンボルのサンプルごとの結果を、複数のシンボルに亘って積算する場合もある。
【００９１】
〈ガードインターバル検出装置（第二実施形態）の構成〉
図５は、ガードインターバル検出装置（第二実施形態）のブロック図である。この図５に示すように、ガードインターバル検出装置１Ａは、受信信号（ＯＦＤＭ信号）を入力して、ガードインターバルの位置を示す制御信号を出力するもので、直交検波回路３と、電力振幅演算回路（電力値演算手段、振幅値演算手段）５と、遅延回路（遅延手段）７と、差分回路（差分値演算手段）９と、平均値回路１７と、除算回路１９と、積分回路１１と、ピーク検出回路１３とを備えている。図１に示したガードインターバル検出装置１の構成と同様のものは同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９２】
このガードインターバル検出装置１Ａは、ガードインターバル検出装置１と同様に、直交検波回路３によって、受信信号を直交検波し、電力振幅演算回路５によって、電力値または振幅値Ｚ＝√（Ｉ2＋Ｑ2）を求める（以降、振幅値を求めたものとして説明する）。そして、ガードインターバル検出装置１Ａは、電力振幅演算回路５で求めた振幅値Ｚ＝√（Ｉ2＋Ｑ2）を遅延回路７と差分回路９と平均値回路１７とに出力している。
【００９３】
平均値回路１７は、電力振幅演算回路５で求められた振幅値Ｚと、遅延回路７で遅延された遅延振幅値Ｚ′との平均値（Ｚ＋Ｚ′）／２を求めて、除算回路１９に出力するものである。
なお、この平均値回路１７は、振幅値Ｚと遅延振幅値Ｚ′との平均だけではなく、振幅値Ｚと遅延振幅値Ｚ′との和を求めてもよい。また、電力振幅演算回路５が電力値を出力する場合には、電力値と遅延電力値との和、または、電力値と遅延電力値との平均を求める。
【００９４】
除算回路１９は、差分回路９で求められた差分値（振幅差分値）を、平均値回路１７で求められた平均値（Ｚ＋Ｚ′）／２で除算するものである。そして、ガードインターバル検出装置１Ａは、この除算回路１９で除算された結果を、積分回路１１によって、ガード時間分の積分を施して、サンプルｋごとに振幅差分値ｄ［ｋ］（または電力差分値）を出力する。
【００９５】
ここで、振幅差分値ｄ［ｋ］を計算式で表すと、次に示す数式（７）のようになる。この数式（７）で求められる振幅差分値を誤差距離率とする。
【００９６】
【数７】
2006135861.tif 000009
【００９７】
このガードインターバル検出装置１Ａによれば、平均値回路１７によって、振幅値と遅延振幅値との平均値を求めて、差分回路９で求められた差分値を除算して、ＯＦＤＭ信号における誤差距離率を演算し、この演算された誤差距離率を用いてガードインターバルを検出しているので、マルチパス等による伝搬路の変動があり、周波数同期が不十分で位相にズレがあるような環境下、または、ＭＩＭＯ通信環境下にあっても、正確にガードインターバルを検出することができる。
【００９８】
次に、図６、図７を参照して、ガードインターバル検出装置１Ａによる計算結果の例を説明する。この図６、図７では、ガードインターバル検出装置１Ａが５０シンボル分のＯＦＤＭ信号に対して、誤差距離率を計算した計算結果を示している。
【００９９】
図６に示した計算結果は、ＯＦＤＭ信号を受信した受信側において、正確に周波数同期が取れており、周波数や位相のオフセットがない状態で受信されたものとして想定したシミュレーション結果である。
【０１００】
図７に示した計算結果は、ＯＦＤＭ信号を受信した受信側において、有効シンボル区間の始めと終わりとの間にπ／２の位相差がある状態で受信されたものとして想定したシミュレーション結果である。
【０１０１】
これら図６、図７において、横軸に、サンプルｋで記述する時間を取っており、縦軸に、数式（７）を用いて得られた誤差距離率ｄ［ｋ］を取っている。図６、図７共に、サンプルｋ＝２２００近辺で最小値（最小ピーク）が観測される。
【０１０２】
図６、図７に示した計算結果では、図２、３に示したガードインターバル検出装置１の結果と比べると、最小値（最小ピーク）の鮮明さや、ピークの深さとピーク以外の区間での変動量との比の値がいずれもより良好な結果となっている。特に、ピーク以外の区間での変動量が抑えられていることがわかる。これはガードインターバル検出装置１Ａの平均値回路１７によって、差分値を平均値で除算することで、規格化している処理を施していることに起因している。
【０１０３】
これら図６、図７に示した計算結果から、ガードインターバル検出装置１Ａでは、ガードインターバル検出装置１よりも平均値回路１７が組み込まれる分、回路規模が大きくなるが、より良好な結果、つまり、より正確にガードインターバルの位置を検出することができる。
【０１０４】
〈ガードインターバル検出装置（第二実施形態）の動作〉
次に、図８に示すフローチャートを参照して、ガードインターバル検出装置１Ａの動作について説明する（適宜、図５参照）。
まず、ガードインターバル検出装置１Ａは、受信信号を入力すると、直交検波回路３によって、直交検波を行って、同相成分信号（Ｉ）および直交成分信号（Ｑ）を電力振幅演算回路５に出力する（ステップＳ１１）。
【０１０５】
続いて、ガードインターバル検出装置１Ａは、電力振幅演算回路５によって、電力値または振幅値を計算して、この計算した電力値または振幅値を、配線によって分岐させて、遅延回路７と差分回路９と平均値回路１７とに出力する（ステップＳ１２）。そして、ガードインターバル検出装置１Ａは、遅延回路７で、電力値または振幅値を遅延させて、遅延電力値または遅延振幅値とする（ステップＳ３）。続いて、ガードインターバル検出装置１Ａは、差分回路９によって、電力値と遅延電力値、或いは、振幅値と遅延振幅値との間の有効シンボル長の時間差の信号間で引算して、絶対値をとり、平均値回路１７によって、電力値と遅延電力値との平均値、または、振幅値と遅延振幅値との平均値、或いは、電力値と遅延電力値との和、または、振幅値と遅延振幅値との和をとる（ステップＳ１４）。
【０１０６】
そして、ガードインターバル検出装置１Ａは、除算回路１９によって、差分回路９から出力された差分値を、平均値回路１７から出力された平均値または和で除算し、誤差距離率を得る（ステップＳ１５）。そして、ガードインターバル検出装置１Ａは、積分回路１１によって、誤差距離率に基づいて、積分をとり、ピーク検出回路１３によって、各シンボルにおける最小値（最小ピーク）を検出する（ステップＳ１６）。この最小値（最小ピーク）がガードインターバルの開始タイミングを取得する基準となる。
【０１０７】
そして、ガードインターバル検出装置１Ａは、通常、当該装置１Ａの電源投入後、電源遮断まで、これらの動作を繰り返し実行する。なお、積分回路１１による積分には、数式（７）で示したガード時間ｎgサンプル分の積算が対応するが、各シンボルのサンプルごとの結果を、複数のシンボルに亘って積算する場合もある。
【０１０８】
〈ＭＩＭＯ通信環境下におけるガードインターバルの検出について〉
なお、これまでの説明では、送信が１系統のみの場合について、ガードインターバル検出装置１またはガードインターバル検出装置１Ａがガードインターバルを正確に検出できることを説明してきたが、これより、ＭＩＭＯ通信環境下（同じ空間内に複数の送信系統が存在する場合）において、ガードインターバルを正確に検出できることを、図９、図１０を参照して説明する。
【０１０９】
図９、図１０は、送信４系統のＭＩＭＯ通信環境下において、ガードインターバル検出装置１またはガードインターバル検出装置１ＡがＯＦＤＭ信号を受信した際の計算結果の例を示した図である。図９はガードインターバル検出装置１を用いた場合の計算結果を示しており、図１０はガードインターバル検出装置１Ａを用いた場合の計算結果を示している。
【０１１０】
これら図９、図１０では、ＯＦＤＭ信号を受信した受信側において、正確に周波数同期が取れており、周波数や位相のオフセットがない状態で受信されたものとして想定したシミュレーション結果である。図９において、横軸に、サンプルｋで記述する時間を取っており、縦軸に、数式（４）を用いて得られた振幅差分値ｄ［ｋ］を取っている。また、図１０において、横軸に、サンプルｋで記述する時間を取っており、縦軸に、数式（７）を用いて得られた誤差距離率ｄ［ｋ］を取っている。図９、図１０共に、サンプルｋ＝２２００近辺で最小値（最小ピーク）が観測される。
【０１１１】
これら図９、図１０に示した計算結果は、図２、図６にそれぞれに示した計算結果と比較して、最小値（最小ピーク）の深さと、ピークが生じた区間とピーク以外の区間での変動量との比の値がいずれもより良好な結果となっている。特に、ピーク以外の区間での変動量が抑えられていることがわかる。
【０１１２】
なお、これら図９、図１０に示した計算結果は、送信１系統のＯＦＤＭ信号の送信電力（図２、図６）と、送信４系統のＯＦＤＭ信号の送信電力の合計である総送信電力とが同じとなる条件で、送信された４系統のＯＦＤＭ信号のそれぞれを、雑音等が同じ環境で受信することを想定して行ったものである。従って、ＭＩＭＯ通信環境下において、ＯＦＤＭ信号を送信する送信側では、１送信機当たりの送信電力は、送信１系統の場合の１／４となっており、送信している情報である送信内容がそれぞれ異なっていたとしても、その総送信電力がガードインターバルを検出するための最小値（最小ピーク）の形成に寄与していることがわかる。
【０１１３】
また、これら図９、図１０に示した計算結果において、ピーク以外の区間での変動量が抑えられているのは、送信４系統、つまり、４波のＯＦＤＭ信号が合成されることにより、ＯＦＤＭ信号のサンプルごとの相互相関が小さくなっていることが寄与していると推定される。
【０１１４】
これら図９、図１０に示した計算結果によって、ガードインターバル検出装置１または、ガードインターバル検出装置１Ａは、ＭＩＭＯ通信環境下でも利用することができ、さらなる性能向上を図ることが可能であることがわかる。
【０１１５】
〈周波数オフセット検出装置の構成〉
次に、図１１を参照して、周波数オフセット検出装置の構成を説明する。図１１に示すように、周波数オフセット検出装置２１は、周波数や位相のオフセットがある環境でも安定したシンボル同期が行えるように、図１に示したガードインターバル検出装置１に周波数／位相オフセット検出機能を付加したもので、直交検波回路３と、電力振幅演算回路５と、遅延回路７、２３と、差分回路９、２５と、積分回路１１（１１ａ、１１ｂ）と、ピーク検出回路１３と、ゲート回路（周波数誤差信号検出手段）２７とを備えている。なお、図１に示したガードインターバル検出装置１と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。なお、遅延回路２３が信号遅延手段に、差分回路２５が差分絶対値演算手段に相当する。
【０１１６】
この周波数オフセット検出装置２１において、電力振幅演算回路５、遅延回路７、差分回路９、積分回路１１ｂおよびピーク検出回路１３は、ガードインターバルを検出するシンボル同期部分であり、遅延回路２３、差分回路２５、積分回路１１ａおよびゲート回路２７は周波数／位相オフセット検出機能部分である。シンボル同期部分は、ガードインターバル検出装置１と同様の機能を備え、同様の動作を行うので説明は省略する。
【０１１７】
周波数／位相オフセット検出機能部分は、直交検波回路３から出力された同相成分信号（Ｉ）を分岐して取り出して、遅延させる遅延回路２３と、直交検波回路３から出力された直交成分信号（Ｑ）を分岐して取り出して、遅延回路２３で遅延された遅延同相成分信号（Ｉ′）との差分をとって絶対値を取る差分回路２５とを備えいてる。さらに、この周波数／位相オフセット検出機能部分は、差分回路２５から出力された差分の絶対値｜Ｑ−Ｉ′｜をガード時間に相当する積分時間で積分し、数式（３）に示した差分値ｓ［ｋ］に相当する計算結果を出力する積分回路１１ａを備えている。
【０１１８】
なお、数式（３）では、同相成分信号同士、直交成分信号同士の間で差分を求めて加算してｓ［ｋ］を求めていたが、この積分回路１１ａでは、｜Ｉ−Ｉ′｜および｜Ｑ−Ｑ′｜ではなく、｜Ｑ−Ｉ′｜（または｜Ｉ−Ｑ′｜）として、ｓ［ｋ］を求めている。
【０１１９】
ここで、この差分値ｓ［ｋ］に相当する信号の変化を、背景技術のところで参照した図１８、図１９と比較しながら説明する。ちなみに、背景技術で示した図１８、図１９は、有効シンボル区間の開始と有効シンボル区間の終了との間に生じる位相差または周波数差に依存して最小値（最小ピーク）の深さが変化したものと言える。つまり、図１８では位相差がないために、最小値（最小ピーク）が生じた場合と言え、図１９ではπ／２の位相差のために、最小値（最小ピーク）が生じなかった場合と言える。
【０１２０】
まず、サンプルｋにおける受信信号（ＯＦＤＭ信号）をｒ1ｅjαとすると、同相成分信号Ｉ［ｋ］はｒ1ｃｏｓαとなり、直交成分信号Ｑ［ｋ］はｒ1ｓｉｎαとなる。
また、有効シンボル長ｎe分だけ進んだサンプルｋ＋ｎeにおける受信信号をｒ2ｅjβとすると、同相成分信号Ｉ［ｋ］はｒ2ｃｏｓβとなり、直交成分信号Ｑ［ｋ］はｒ2ｓｉｎβとなる。
【０１２１】
それから、｜Ｉ−Ｉ′｜と｜Ｑ−Ｑ′｜を求めると、｜Ｉ−Ｉ′｜＝｜ｒ1ｃｏｓα−ｒ2ｃｏｓβ｜、｜Ｑ−Ｑ′｜＝｜ｒ1ｓｉｎα−ｒ2ｓｉｎβ｜となる。なお、ｒ1はサンプルｋにおける振幅であり、ｒ2はサンプルｋ＋ｎeにおける振幅である。また、αはサンプルｋにおける位相であり、βはサンプルｋ＋ｎeにおける位相である。
【０１２２】
さらに、ｒ1およびｒ2の振幅の平均値を｜ｒ｜とし、αおよびβは独立して変動するとすると仮定すると、サンプルｋがガード時間以外にあるとき、｜Ｉ−Ｉ′｜と｜Ｑ−Ｑ′｜の平均値は、概ね√２倍の｜ｒ｜となる。
【０１２３】
そして、１シンボル内で生じる、伝搬路等の影響による波形歪みが同じであるとすると、サンプルｋがガード時間内にあればｒ1≒ｒ2と想定でき、さらに、β＝α＋θとすると、｜Ｉ−Ｉ′｜は｜ｒ2｛ｃｏｓα−ｃｏｓ（α＋θ）｝｜と、｜Ｑ−Ｑ′｜は｜ｒ2｛ｓｉｎα−ｓｉｎ（α＋θ）｝｜と置き換えることができる。ここで、θはサンプルｋとサンプルｋ＋ｎeの間で変化した位相の変化量（位相差）を表すものである。
【０１２４】
これによって、θが０、つまり、周波数同期が取れている場合、いずれの信号｜Ｉ−Ｉ′｜および｜Ｑ−Ｑ′｜もほぼ０となる。θがπ／２、つまり、位相差がπ／２の場合、｜Ｉ−Ｉ′｜は｜ｒ2｛ｃｏｓα＋ｓｉｎα｝｜となり、｜Ｑ−Ｑ′｜は｜ｒ2｛ｓｉｎα−ｃｏｓα｝｜となり、いずれの信号｜Ｉ−Ｉ′｜および｜Ｑ−Ｑ′｜も√２ｒ2となる。
【０１２５】
そして、ｒ2の平均値が｜ｒ｜であることを考慮すると、図１８、図１９において示したように、有効シンボルの始めと有効シンボルの終了との間に位相差がない場合（図１８）にはガードインターバルを検出できるが、有効シンボルの始めと有効シンボルの終了との間にπ／２の位相差がある場合（図１９）にはガードインターバルを検出できないことが説明できる。
【０１２６】
それゆえ、この周波数オフセット検出装置２１では、位相差の変化に基づいて差分値ｓ［ｋ］が変化したところを、当該サンプルｋの位置で取り出すことで、周波数／位相オフセット制御信号として利用している。ただし、｜Ｉ−Ｉ′｜と｜Ｑ−Ｑ′｜を用いると、θが０の場合、これらの信号は０となるが、θが±π／２の場合、これらの信号が√２｜ｒ｜となり、オフセットする方向が検出しにくくなる。そこで、この周波数オフセット検出装置２１では、周波数／位相オフセット検出機能部分において、｜Ｑ−Ｉ′｜（または｜Ｉ−Ｑ′｜）を利用している。
【０１２７】
これによって、周波数オフセット検出装置２１では、周波数／位相オフセット検出機能部分において、｜Ｉ−Ｉ′｜と｜Ｑ−Ｑ′｜を求めたプロセスと同様のプロセスで｜Ｑ−Ｉ′｜（または｜Ｉ−Ｑ′｜）を求めている。｜Ｑ−Ｉ′｜は、位相差が−π／２の場合、２｜ｒ｜、位相差が０の場合、√２｜ｒ｜、位相差がπ／２の場合、０となる。ちなみに、｜Ｉ−Ｑ′｜は、位相差が−π／２の場合、０、位相差が０の場合、√２｜ｒ｜、位相差がπ／２の場合、２｜ｒ｜となる。
【０１２８】
図１１に戻って周波数オフセット検出装置２１の構成の説明を続ける。
ゲート回路２７は、積分回路１１ａから出力された差分値ｓ［ｋ］に相当する計算結果と、ピーク検出回路１３から出力された、最小値となるサンプルｋおよびシンボル制御信号（ガードインターバルの位置）とに基づいて、周波数／位相制御信号（周波数誤差信号）を出力するものである。つまり、このゲート回路２７では、サンプルｋでの最小値（最小ピーク）の変化を周波数／位相制御信号として取り出すために、ピーク検出回路１３からの出力であるサンプルｋおよびシンボル制御信号（ガードインターバルの位置）を利用している。
【０１２９】
これによって、周波数オフセット検出装置２１では、周波数にして、受信信号のキャリア間隔の１／２から−１／２に相当する周波数制御（周波数オフセット）が可能になる。なお、この周波数オフセット検出装置２１のシンボル同期部分は、図５に示したガードインターバル検出装置１Ａの構成に置き換えることが可能である。
【０１３０】
〈周波数オフセット検出装置の動作〉
次に、図１２に示すフローチャートを参照して、周波数オフセット検出装置の動作を説明する（適宜、図１１参照）。
まず、周波数オフセット検出装置２１は、受信信号を入力すると、直交検波回路３によって、直交検波を行って、同相成分信号（Ｉ）および直交成分信号（Ｑ）を電力振幅演算回路５に出力する（ステップＳ２１）。
【０１３１】
続いて、周波数オフセット検出装置２１は、シンボル同期部分の電力振幅演算回路５によって、電力値または振幅値を計算して、この計算した電力値または振幅値を、配線によって分岐させて、遅延回路７と差分回路９とに出力する（ステップＳ２２）。そして、周波数オフセット検出装置２１は、遅延回路７によって、電力値または振幅値を遅延させて、遅延電力値または遅延振幅値とする（ステップＳ２３）。続いて、周波数オフセット検出装置２１は、差分回路９によって、電力値と遅延電力値、或いは、振幅値と遅延振幅値との間の有効シンボル長の時間差の信号間で引算して、絶対値をとる（ステップＳ２４）。
【０１３２】
そして、周波数オフセット検出装置２１は、積分回路１１ｂによって、電力差分値または振幅差分値に基づいて、積分をとり、ピーク検出回路１３によって、最小値（最小ピーク）を検出する（ステップＳ２５）。そして、周波数オフセット検出装置２１は、ピーク検出回路１３からの出力であるシンボル制御信号（ガードインターバルの検出サンプル）を、ゲートタイミングを取るためのトリガー（ゲートトリガー）として出力する（ステップＳ２６）。
【０１３３】
また、周波数オフセット検出装置２１は、周波数／位相オフセット検出機能部分において、遅延回路２３によって、同相成分信号Ｉを有効シンボル長の時間遅延させる（ステップＳ２７）。続いて、周波数オフセット検出装置２１は、差分回路２５によって、遅延同相成分信号Ｉ′を直交成分信号Ｑから減算して絶対値｜Ｑ−Ｉ′｜をとる（ステップＳ２８）。そして、周波数オフセット検出装置２１は、積分回路１１ａによって、絶対値｜Ｑ−Ｉ′｜に基づいて、積分をとり、ゲート回路２７によって、ピーク検出回路１３からの出力であるゲートトリガーに基づいて、周波数／位相制御信号（周波数オフセット）を検出する（ステップＳ２９）。
【０１３４】
そして、周波数オフセット検出装置２１は、通常、当該装置２１の電源投入後、電源遮断まで、これらの動作を繰り返し実行する。なお、ステップＳ２２〜ステップＳ２５と、ステップＳ２７およびステップＳ２８とは、便宜上、前記のような順序で記載したが、実際には並列に処理している。
【０１３５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、本実施形態では、ガードインターバル検出装置１、１Ａ、または、周波数オフセット検出装置２１として説明したが、各装置の構成の処理を可能にするように、汎用または特殊なコンピュータ言語で記述したガードインターバル検出プログラム、または、周波数オフセット検出プログラムとみなすことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明の実施形態に係るガードインターバル検出装置（第一実施形態）のブロック図である。
【図２】図１に示したガードインターバル検出装置による計算結果の例（位相差なし）を示した図である。
【図３】図１に示したガードインターバル検出装置による計算結果の例（位相差π／２）を示した図である。
【図４】図１に示したガードインターバル検出装置の動作を説明したフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係るガードインターバル検出装置（第二実施形態）のブロック図である。
【図６】図５に示したガードインターバル検出装置による計算結果の例（位相差なし）を示した図である。
【図７】図５に示したガードインターバル検出装置による計算結果の例（位相差π／２）を示した図である。
【図８】図５に示したガードインターバル検出装置の動作を説明したフローチャートである。
【図９】図１に示したガードインターバル検出装置を、４送信のＭＩＭＯ通信環境下に適用した場合の計算結果の例（位相差なし）を示した図である。
【図１０】図５に示したガードインターバル検出装置を、４送信のＭＩＭＯ通信環境下に適用した場合の計算結果の例（位相差なし）を示した図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る周波数オフセット検出装置のブロック図である。
【図１２】図１１に示した周波数オフセット検出装置の動作を説明したフローチャートである。
【図１３】ＯＦＤＭ信号のシンボルとガードインターバルとを説明した図である。
【図１４】ガードインターバルの生成について説明した図である。
【図１５】従来のガードインターバル検出装置（ガードインターバル相関演算による方式）のブロック図である。
【図１６】図１５に示した従来のガードインターバル検出装置による計算結果の例（位相差なし）を示した図である。
【図１７】従来のガードインターバル検出装置（差分方式）のブロック図である。
【図１８】図１７に示した従来のガードインターバル検出装置（差分方式）による計算結果の例（位相差なし）を示した図である。
【図１９】図１７に示した従来のガードインターバル検出装置（差分方式）による計算結果の例（位相差π／２）を示した図である。
【図２０】図１５に示した従来のガードインターバル検出装置（ガードインターバル相関演算による方式）による計算結果の例（位相差π／２）を示した図である。
【符号の説明】
【０１３７】
１、１Ａ  ガードインターバル検出装置
３        直交検波回路
５        電力振幅演算回路（電力値演算手段、振幅値演算手段）
７        遅延回路（遅延手段）
９        差分回路（差分値演算手段）
９ａ      引算回路
９ｂ      絶対値回路
１１      積分回路
１３      ピーク検出回路
１７      平均値回路
１９      除算回路
２１      周波数オフセット検出装置
２３      遅延回路（信号遅延手段）
２５      差分回路（差分絶対値演算手段）
２７      ゲート回路（周波数誤差信号検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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