(57)【要約】 【課題】ＯＦＤＭ通信でＧＦ中継装置を設ける環境下における通信特性を測定するのに好適な測定システム等を提供する。【解決手段】測定システム１０１において、送信装置１７１は、伝送信号を直交周波数分割多重変調して複数の中継装置１５１のそれぞれに中継し、複数の中継装置１５１のそれぞれは、当該変調済みの信号を受け付けて互いに異なるように割り当てられた送信周波数で無線送信し、受信装置１３１は、中継装置１５１から無線送信された信号を受信し、サブキャリアごとに時間順の伝達関数の複素系列に分割して離散フーリエ変換し、その周波数成分から、所望の中継装置１５１の送信周波数の近傍のピークの周波数成分を抽出し、通信特性を取得して出力する。【選択図】図１
2008053892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信装置と、複数の中継装置と、受信装置と、を備える直交周波数分割多重通信の通信特性の測定システムであって、
（ａ）前記送信装置は、
伝送信号を直交周波数分割多重変調する変調部、
当該変調済みの信号を、前記複数の中継装置のそれぞれに中継する中継部
を備え、
（ｂ）前記複数の中継装置のそれぞれは、
前記送信装置から中継された当該変調済みの信号を、受け付ける受付部、
前記受け付けられた当該変調済みの信号を、当該中継装置に割り当てられる送信周波数で無線送信する送信部
を備え、
（ｃ）前記複数の中継装置のそれぞれに割り当てられる送信周波数は、互いに異なり、いずれも、前記受信装置が採用する受信周波数の許容範囲内に含まれ、
（ｄ）前記受信装置は、
前記中継装置から無線送信された信号を当該受信周波数の許容範囲内で受信する受信部、
前記受信された信号を、サブキャリアごとに時間順の伝達関数の複素系列に分割する分割部、
前記分割されたサブキャリアのそれぞれについて、当該サブキャリアに含まれる時間順の複素系列を離散フーリエ変換する変換部、
前記分割されたサブキャリアのそれぞれについて前記離散フーリエ変換した周波数成分から、所望の中継装置の送信周波数の近傍のピークの周波数成分を抽出する抽出部、
前記抽出された当該周波数成分から、当該所望の中継装置と前記受信装置との間の通信特性を取得して出力する出力部
を備えることを特徴とする測定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の測定システムであって、
前記出力部は、前記分割されたサブキャリアの少なくとも１つについて前記抽出されたピークの周波数を、当該通信特性として出力する
ことを特徴とする測定システム。
【請求項３】
請求項１に記載の測定システムであって、
前記出力部は、前記分割されたサブキャリアのそれぞれについて前記抽出されたピークの周波数成分の受信強度の総和である受信電界強度を求め、当該受信電界強度を、当該通信特性として出力する
ことを特徴とする測定システム。
【請求項４】
請求項１に記載の測定システムであって、
前記出力部は、前記分割されたサブキャリアのそれぞれについて前記抽出されたピークの周波数成分をサブキャリア順に並べた系列を離散フーリエ変換して遅延プロファイルを求め、当該求められた遅延プロファイルを、当該通信特性として出力する
ことを特徴とする測定システム。
【請求項５】
送信装置と、複数の中継装置と、受信装置と、を用いる直交周波数分割多重通信の通信特性の測定方法であって、前記送信装置は、変調部、中継部を有し、前記複数の中継装置のそれぞれは、受付部、送信部を有し、前記受信装置は、受信部、分割部、変換部、抽出部、出力部を有し、
（ａ）前記送信装置において、
前記変調部が、伝送信号を直交周波数分割多重変調する変調工程、
前記中継部が、当該変調済みの信号を、前記複数の中継装置のそれぞれに中継する中継工程
を備え、
（ｂ）前記複数の中継装置のそれぞれにおいて、
前記受付部が、前記送信装置から中継された当該変調済みの信号を、受け付ける受付工程、
前記送信部が、前記受け付けられた当該変調済みの信号を、当該中継装置に割り当てられる送信周波数で無線送信する送信工程
をさらに備え、
（ｃ）前記複数の中継装置のそれぞれに割り当てられる送信周波数は、互いに異なり、いずれも、前記受信装置が採用する受信周波数の許容範囲内に含まれ、
（ｄ）前記受信装置において、
前記受信部が、前記中継装置から無線送信された信号を当該受信周波数の許容範囲内で受信する受信工程、
前記分割部が、前記受信された信号を、サブキャリアごとに時間順の伝達関数の複素系列に分割する分割工程、
前記変換部が、前記分割されたサブキャリアのそれぞれについて、当該サブキャリアに含まれる時間順の複素系列を離散フーリエ変換する変換工程、
前記抽出部が、前記分割されたサブキャリアのそれぞれについて前記離散フーリエ変換した周波数成分から、所望の中継装置の送信周波数の近傍のピークの周波数成分を抽出する抽出工程、
前記出力部が前記抽出された当該周波数成分から、当該所望の中継装置と前記受信装置との間の通信特性を取得して出力する出力工程
を備えることを特徴とする測定方法。
【請求項６】
請求項５に記載の測定方法であって、
前記出力工程では、前記分割されたサブキャリアの少なくとも１つについて前記抽出されたピークの周波数を、当該通信特性として出力する
ことを特徴とする測定方法。
【請求項７】
請求項５に記載の測定方法であって、
前記出力工程では、前記分割されたサブキャリアのそれぞれについて前記抽出されたピークの周波数成分の受信強度の総和である受信電界強度を求め、当該受信電界強度を、当該通信特性として出力する
ことを特徴とする測定方法。
【請求項８】
請求項５に記載の測定方法であって、
前記出力工程では、前記分割されたサブキャリアのそれぞれについて前記抽出されたピークの周波数成分をサブキャリア順に並べた系列を離散フーリエ変換して遅延プロファイルを求め、当該求められた遅延プロファイルを、当該通信特性として出力する
ことを特徴とする測定方法。
【請求項９】
請求項１から４のいずれか１項に記載の測定システムにおける送信装置。
【請求項１０】
請求項１から４のいずれか１項に記載の測定システムにおける中継装置。
【請求項１１】
請求項１から４のいずれか１項に記載の測定システムにおける受信装置。
【請求項１２】
コンピュータを、請求項９に記載の送信装置として機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項１３】
コンピュータを、請求項１０に記載の中継装置として機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項１４】
コンピュータを、請求項１１に記載の受信装置として機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex；直交周波数分割多重）通信でＧＦ（Gap Filler；ギャップフィラー）中継装置を設ける環境下における通信特性を測定する測定システム、測定方法、送信装置、中継装置、受信装置、ならびに、これらをコンピュータにより実現するためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex；直交周波数分割多重）通信に係る様々な技術が提案されている。このような技術は、以下の文献に開示されている。
【特許文献１】特許第３５９８３７１号公報
【特許文献２】特許第３６０５６３８号公報
【０００３】
ここで、[特許文献１]では、ＯＦＤＭ通信の信号処理において、復調により得られた信号空間ダイアグラムの複数の信号点や復調した信号の相対位相差でプロットされた信号空間ダイアグラムの複数の信号点の統計処理を行って、信号空間ダイアグラムにおける変動を抽出して、複数の信号点を分類し、情報の誤りが生じる確率が高い領域を信号空間ダイアグラムの中で定めて、その領域に含まれる信号点を統計処理から除外する技術が提案されている。
【０００４】
一方、[特許文献２]では、全帯域が複数のセグメントに分割され、伝送品質の異なる複数の情報をこの複数のセグメントのいくつかに振り分けて同時に伝送することによって階層構造を持たせたディジタル変調信号を、階層毎に分離し、少なくとも１つの階層の信号から伝送路の特性を抽出し、抽出した特性を用いて等化制御情報を生成し、これを用いて階層に分離したそれぞれの信号の等化を行う技術が提案されている。
【０００５】
また、地上ディジタル放送のサービスでは、移動体端末や携帯端末での受信を想定したいわゆるワンセグ放送が開始されている。ワンセグ放送では受信側が常時移動すること、受信アンテナの利得が低いこと、アンテナ高が低いこと、サービスエリア内であってもビル影や屋内、地下街などでの電界低下による影響を受けることから、受信障害が発生しうる。そこで、ＧＦ中継装置を用いる技術が提案されている。
【０００６】
ＧＦ中継装置は、受信障害が生じるようなエリアに向けて、ＳＦＮ（Single Frequency Network）と同じ原理で限定的に放送波を増力中継するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、ＧＦ中継装置を適切に配置して受信障害を解消するためには、各ＧＦ中継装置（その一つは本来の送信局に相当し、他は中継局に相当する。）との間の通信特性を適切に測定したい、との要望は大きい。
【０００８】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、ＯＦＤＭ通信でＧＦ中継装置を設ける環境下における通信特性を測定するのに好適な測定システム、測定方法、送信装置、中継装置、受信装置、ならびに、これらをコンピュータにより実現するためのプログラム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】
【０００９】
以上の目的を達成するため、本発明の原理にしたがって、下記の発明を開示する。
【００１０】
本発明の第１の観点に係る直交周波数分割多重通信の通信特性の測定システムは、送信装置と、複数の中継装置と、受信装置と、を備え、以下のように構成する。
【００１１】
すなわち、送信装置は、伝送信号を直交周波数分割多重変調する変調部、当該変調済みの信号を、複数の中継装置のそれぞれに中継する中継部を備える。
【００１２】
一方、複数の中継装置のそれぞれは、送信装置から中継された当該変調済みの信号を、受け付ける受付部、受け付けられた当該変調済みの信号を、当該中継装置に割り当てられる送信周波数で無線送信する送信部を備える。
【００１３】
さらに、複数の中継装置のそれぞれに割り当てられる送信周波数は、互いに異なり、いずれも、受信装置が採用する受信周波数の許容範囲内に含まれる。
【００１４】
そして、受信装置は、中継装置から無線送信された信号を当該受信周波数の許容範囲内で受信する受信部、受信された信号を、サブキャリアごとに時間順の伝達関数の複素系列に分割する分割部、分割されたサブキャリアのそれぞれについて、当該サブキャリアに含まれる時間順の複素系列を離散フーリエ変換する変換部、分割されたサブキャリアのそれぞれについて離散フーリエ変換した周波数成分から、所望の中継装置の送信周波数の近傍のピークの周波数成分を抽出する抽出部、抽出された当該周波数成分から、当該所望の中継装置と受信装置との間の通信特性を取得して出力する出力部を備える。
【００１５】
また、本発明の測定システムにおいて、出力部は、分割されたサブキャリアの少なくとも１つについて抽出されたピークの周波数を、当該通信特性として出力するように構成することができる。
【００１６】
また、本発明の測定システムにおいて、出力部は、分割されたサブキャリアのそれぞれについて抽出されたピークの周波数成分の受信強度の総和である受信電界強度を求め、当該受信電界強度を、当該通信特性として出力するように構成することができる。
【００１７】
また、本発明の測定システムにおいて、出力部は、分割されたサブキャリアのそれぞれについて抽出されたピークの周波数成分をサブキャリア順に並べた系列を離散フーリエ変換して遅延プロファイルを求め、当該求められた遅延プロファイルを、当該通信特性として出力するように構成することができる。
【００１８】
本発明のその他の観点に係る直交周波数分割多重通信の通信特性の測定方法は、送信装置と、複数の中継装置と、受信装置と、を用い、送信装置は、変調部、中継部を有し、複数の中継装置のそれぞれは、受付部、送信部を有し、受信装置は、受信部、分割部、変換部、抽出部、出力部を有し、以下のように構成する。
【００１９】
すなわち、送信装置において、変調部が、伝送信号を直交周波数分割多重変調する変調工程、中継部が、当該変調済みの信号を、複数の中継装置のそれぞれに中継する中継工程を備える。
【００２０】
一方、複数の中継装置のそれぞれにおいて、受付部が、送信装置から中継された当該変調済みの信号を、受け付ける受付工程、送信部が、受け付けられた当該変調済みの信号を、当該中継装置に割り当てられる送信周波数で無線送信する送信工程をさらに備える。
【００２１】
さらに、複数の中継装置のそれぞれに割り当てられる送信周波数は、互いに異なり、いずれも、受信装置が採用する受信周波数の許容範囲内に含まれる。
【００２２】
そして、受信装置において、受信部が、中継装置から無線送信された信号を当該受信周波数の許容範囲内で受信する受信工程、分割部が、受信された信号を、サブキャリアごとに時間順の伝達関数の複素系列に分割する分割工程、変換部が、分割されたサブキャリアのそれぞれについて、当該サブキャリアに含まれる時間順の複素系列を離散フーリエ変換する変換工程、抽出部が、分割されたサブキャリアのそれぞれについて離散フーリエ変換した周波数成分から、所望の中継装置の送信周波数の近傍のピークの周波数成分を抽出する抽出工程、出力部が抽出された当該周波数成分から、当該所望の中継装置と受信装置との間の通信特性を取得して出力する出力工程をさらに備える。
【００２３】
また、本発明の測定方法において、出力工程では、分割されたサブキャリアの少なくとも１つについて抽出されたピークの周波数を、当該通信特性として出力するように構成することができる。
【００２４】
また、本発明の測定方法において、出力工程では、分割されたサブキャリアのそれぞれについて抽出されたピークの周波数成分の受信強度の総和である受信電界強度を求め、当該受信電界強度を、当該通信特性として出力するように構成することができる。
【００２５】
また、本発明の測定方法において、出力工程では、分割されたサブキャリアのそれぞれについて抽出されたピークの周波数成分をサブキャリア順に並べた系列を離散フーリエ変換して遅延プロファイルを求め、当該求められた遅延プロファイルを、当該通信特性として出力するように構成することができる。
【００２６】
本発明のその他の観点に係る送信装置は、上記の測定システムにおける送信装置である。
【００２７】
本発明のその他の観点に係る中継装置は、上記の測定システムにおける中継装置である。
【００２８】
本発明のその他の観点に係る受信装置は、上記の測定システムにおける受信装置である。
【００２９】
本発明の他の観点に係るプログラムは、各種のコンピュータ、たとえば、ソフトウェアのダウンロードによって当該ソフトウェアに対応する各種の無線装置として機能するようなソフトウェアラジオを、上記の送信装置の各部、中継装置の各部、もしくは、受信装置の各部として機能させるように構成する。
【００３０】
また、当該ソフトウェアラジオ等のコンピュータとは独立して、本発明のプログラムを記録した情報記録媒体を配布、販売することができる。また、本発明のプログラムを、インターネット等のコンピュータ通信網を介して伝送し、配布、販売することができる。
【００３１】
特に、当該ソフトウェアラジオ等のコンピュータがＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのプログラム可能な電子回路を有する場合には、本発明の情報記録媒体に記録されたプログラムを無線にて当該コンピュータに伝送し、当該コンピュータ内のＤＳＰやＦ  ＰＧＡにこれを実行させて、本発明の送信装置、中継装置、受信装置とすることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、ＯＦＤＭ通信でＧＦ中継装置を設ける環境下における通信特性を測定するのに好適な測定システム、測定方法、送信装置、中継装置、受信装置、ならびに、これらをコンピュータにより実現するためのプログラムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に本発明の一実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものに置換した実施形態を採用することが可能であるが、これらの実施形態も本発明の範囲に含まれる。
【実施例１】
【００３４】
以下ではまず、通信特性の測定の基本技術について説明し、ついで、ＧＦ中継装置を用いた技術について詳細に説明する。
【００３５】
（測定システム、送信装置、中継装置）
図１は、本発明の実施形態に係る測定システムの概要構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
【００３６】
本図に示すように、測定システム１０１は、一つの受信装置１３１と、複数の中継装置１５１と、一つの送信装置１７１と、からなる。
【００３７】
本実施形態をワンセグ放送の状況にあてはめると、１つの送信装置１７１と１つの中継装置１５１との組合せが「放送送信器」として機能し、他の中継装置１５１が「ギャップフィラー中継器」として機能することになる。これは、隣接するサービスエリアで、同一の番組を同じ周波数帯で放送するＳＦＮ（Single Frequency Network）環境下に類似するものである。一つの送信装置１７１が割り当てられている。
【００３８】
送信装置１７１において、変調部１７２は、一つのソースに対して各サブキャリア（周波数）内、および各シンボル（時間）内に、所定の配置でパイロットシンボルを埋め込み、ＯＦＤＭ変調する。そして、中継部１７３は、そのＯＦＤＭ変調済みの結果を中継装置１５１に中継する。
【００３９】
一方、各中継装置１５１において、受付部１５２は、中継されたＯＦＤＭ変調済みの結果を受け付けて、送信部１５３は、ベースバンドの複素データに変換して、送信する。この際に、中継装置１５１ごとに、基準送信周波数が許容範囲内でお互いにずれるようにする。
【００４０】
地上波ディジタル放送の場合、周波数の許容差は±１Ｈｚであるから、各中継装置１５１ごとの基準送信周波数の差は、数百ミリＨｚ〜１Ｈｚ程度が適当である。この許容差はシステムによって異なり、たとえば±２Ｈｚのような値の場合もある。
【００４１】
中継装置１５１が送信する信号の内容によっては、周波数差を十分に設けることが不可能な場合もある。この場合は、ＯＦＤＭ通信のシンボル毎に、一定の微小角度（この値は、各中継装置１５１ごとに異なるものとする。）の位相回転を加えていき、位相が階段状に変化する信号を生成して送出する手法を採用すれば、送信周波数を異なるものとするのと同様の効果がある。
【００４２】
受信装置１３１は、複数の中継装置１５１が送信した信号を同時に受信する。それぞれの中継装置１５１の基準送信周波数は、受信装置の基準受信周波数の許容範囲内に入っているので、いずれからの信号も受信することが可能である。
【００４３】
（受信装置）
図２は、本実施形態に係る受信装置の概要構成を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
【００４４】
受信装置１３１において、アンテナからなる受信部２０１は、基準受信周波数の許容範囲内の信号をまとめて受信する。したがって、複数の中継装置１５１が送信した信号も、ここで受け付けられることになる。
【００４５】
次に、受け付けられた信号を、ベースバンド変換部２０２が、ベースバンドの複素データに変換し、同期をとってシンボル単位の複素データ系列を取得する。
【００４６】
ついで、ＯＦＤＭフーリエ変換部２０３が、取得された複素データ系列を直並列化して、これらに対して、位相・周波数・振幅の補正をせずに直接フーリエ変換を行い、各サブキャリアに対して、受信ベクトル値からなる時間順の複素系列を得る。
【００４７】
そして、復調部２０４が、各サブキャリアに対して、シンボル値を推定し、各サブキャリアに対する正規化した理想シンボルの理想ベクトル値を求める。
【００４８】
ついで、伝搬特性取得部２０５は、各サブキャリアに対して、複素系列のうち、受信ベクトル値を、これに対して正規化した理想ベクトル値で除算して、伝達関数を求める。
【００４９】
なお、復調部２０４を省略し、伝搬特性取得部２０５は、パイロット信号（既知信号）が埋め込まれている部分についてのみ処理をすることとしても良い。この場合は、当該部分の受信ベクトル値を、既知信号のベクトル値で除算すれば、伝達関数を求めることができる。
【００５０】
この場合に、シンボルの直交座標軸の同期をとるために、周波数と時間のデータ配列に対して、所定の位置に既知データを配置する手法を応用することができる。このような既知データを、ＳＰ（Scattered Pilot symbol）と呼ぶ。
【００５１】
図３は、周波数と時間のデータ配列に対してＳＰが配置される様子を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
【００５２】
本図では、周波数（Frequency、何番目のサブキャリアか）は横軸に、時間（Time、何番目のシンボルか）は縦軸に配置されている。各シンボルは丸印で表記され、通常のデータシンボルは白丸で、ＳＰは黒丸で表記されている。
【００５３】
本図の配置では、１番目のシンボルについては、1，13，25，…番目のサブキャリアにＳＰが配置され、２番目のシンボルについては、4，16，28，…番目のサブキャリアにＳＰが配置され、以下同様に続く。ここで、k番目のシンボルのn個目のＳＰは、3(k-1)+1+12(n-1)で求まるシンボル位置に配置される。
【００５４】
図４は、ある時刻におけるあるサブキャリアの伝達関数を、前後の時刻から補間する様子を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
【００５５】
上記の例では、i = 1，2，3，…について、3(i-1)+1番目のサブキャリアのみに、ＳＰが配置される。本図では、このような3(i-1)+1番目のサブキャリアについて、ある時刻（5番目のシンボル）における伝達関数をReferenceとして求めたい場合の手法を示している。
【００５６】
本図に示すように、５番目のシンボルがＳＰである場合（1，13，25，…番目のサブキャリア）には、求められた伝達関数をそのまま使用する。
【００５７】
ＳＰでない場合は、時間方向に前後に配置されたＳＰの伝達関数の値から補間が行われる（Interpolated）。
【００５８】
たとえば、4，16，28，…番目のサブキャリアについては、2番目のシンボルの伝達関数と5番目のシンボルの伝達関数から内挿するように補間する。
【００５９】
7，19，31，…番目のサブキャリアについては、3番目のシンボルの伝達関数と6番目のシンボルの伝達関数から内挿するように補間する。
【００６０】
10，22，34，…番目のサブキャリアについては、4番目のシンボルの伝達関数と7番目のシンボルの伝達関数から内挿するように補間する。
【００６１】
ただし、伝達関数の補間は、標本化定理が成立することが前提である。したがって、伝達関数の周期成分が４倍のシンボル間隔の逆数の２分の１を超えないことが必要である。本実施形態の場合は、伝達関数の変化速度がそれを超えないことが前提となる。
【００６２】
このほか、各種の手法によって、各サブキャリアの各時刻における複素伝達関数を求めることができる。すなわち、受信部２０１から伝搬特性取得部２０５において行われる処理については、公知技術やこれと同様の機能を有する技術を適用することができ、これらの態様も本発明の範囲に含まれる。
【００６３】
さて、蓄積部２０６は、各サブキャリアに対して、所定の時間シンボル間隔で、得られた伝達関数を順に記憶して蓄積する。ここでは、各サブキャリアに対して、Lシンボル分だけ、伝達関数の値を蓄積部２０６が蓄積するものとする。ここで、周波数順でm番目のサブキャリアの、時間順でk番目のシンボルに対応する複素伝達関数の値を、g(m,k)とする。
【００６４】
離散フーリエ変換部２０７は、蓄積部２０６に蓄積された伝達関数g(m,k)を、m = 1，2，…のそれぞれについて、時系列のデータとして、
G(m,n) = (1/L)Σk=1Lg(m,k) exp(-2π(k-1)nj/L)
のように離散フーリエ変換する。
【００６５】
すなわち、G(m,n)は、m番目のサブキャリアについての、n番目の周波数帯における周波数成分の強度である。
【００６６】
パラメータnを変化させて見ると、G(m,n)にはピークが何箇所か現われる。このピークは、それぞれ、いずれかの中継装置１５１に相当する。
【００６７】
上記のように、中継装置１５１は同じ番組を、微小に異なる基準送信周波数で送信し、受信装置１３１は、ある程度の許容範囲を持ちつつ基準受信周波数で受信する。したがって、測定対象としたい中継装置１５１の基準送信周波数（と、基準受信周波数との差）に対応するnの近傍に存在するピークが、当該中継装置１５１から送信された信号の、m番目のサブキャリアの成分強度、ということになる。
【００６８】
受信装置１３１の側では、複数の中継装置１５１のそれぞれの基準送信周波数が既知であるものとする。基準送信周波数とは、実際に受信される周波数ではなく、当該中継装置１５１が送信する際に用いる周波数の基準となるものであり、動作に際して雑音や各種の誤差がまったく存在しないとした場合に、送信に用いられると想定される周波数のことである。
【００６９】
したがって、現実に送受信に用いられる周波数は、たとえばドップラー効果の影響や、温度変化・湿度変化等の影響による中継装置１５１自身の機器特性の変化により、この基準送信周波数から微小にずれるのが一般的である。
【００７０】
したがって、抽出部２０８は、m = 1，2，…のそれぞれについて、所望の中継装置１５１の基準送信周波数と、当該受信装置１３１の基準受信周波数と、の差に対応する離散フーリエ変換の結果の周波数方向の添字を調べる。この値がaであるとすると、当該差に対応するaの近傍（G(m,a-Δ)〜G(m,a+Δ)）のピークを、当該所望の中継装置１５１のm番目のサブキャリアの成分強度として抽出する。G(m,n)は複素数であるので、「ピーク」とは、複素数の絶対値の極大値を意味する。
【００７１】
Δは、隣り合う基準送信周波数と重ならないような値とする。上記の例では、基準周波数同士の間隔は、数百ｍＨｚ〜１Ｈｚとしていたので、この間隔の最小値の２分の１未満に対応する幅とすることが望ましい。
【００７２】
所望の中継装置１５１と受信装置１３１の間は、空間伝搬により送信電波が伝搬する。この間に、送信アンテナから放射され、あらゆる方向に拡散した電波が空間内のあらゆる対象物により、反射、拡散、回折、減衰の現象を生ずる。そのような中で、さまざまな経路を伝搬した信号が、受信アンテナに到来する。その結果、複数の経路の信号が重なる多重伝搬状態（マルチパス）となる場合がある。
【００７３】
多重伝搬による影響は、ＯＦＤＭ信号においては、帯域内の周波数特性に表れる。図５は、多重伝搬によるＯＦＤＭ信号の影響を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。
【００７４】
本図に示すように、直接波のほか、遅延波が１つある場合は、位相と振幅の差、ならびに、到来時間差（遅延時間）により、帯域内の電力が変動する。
【００７５】
遅延波の影響は、帯域内の振幅周波数特性として現れる。その状況は、主波の到達時間を基準とした時、到来波の遅延時間の逆数の周期変動を周波数帯域内に生じさせるものである。その振幅変動幅は、ＤＵ比で決まる。
【００７６】
したがって、G(m,n)も多重伝搬の影響が発生していれば、当該差に対応するaの近傍G(m,a-Δ)〜G(m,a+Δ)のピーク値は多重伝搬の周波数特性に応じた、当該所望の送信装置１５１のm番目のサブキャリアの成分強度として抽出される。
【００７７】
たとえば、所望の中継装置１５１と受信装置１３１との基準周波数のずれが、離散フーリエ変換した結果の周波数方向のインデックスaに相当する場合、m番目のサブキャリアについてのピークH(m)が、離散フーリエ変換した成分のうち、qm番目の成分であるとすると、
H(m) = G(m,qm)；
qm = argmax n，a-Δ≦n≦a+Δ |G(m,n)|
のように表現できる。H(m)は、所望の中継装置１５１からの伝達関数である周波数特性そのものである。
【００７８】
最後に、出力部２０９は、抽出された成分強度に対して後述するような処理を行い、所望の中継装置１５１の周波数・周波数安定度・電界強度・遅延プロファイル等の通信特性を求めて、出力する。
【００７９】
なお、上記の例では、すべてのサブキャリアについてG(m,n)やH(m)を求めているが、計算量や測定精度を勘案して、所定の間隔おきに選択したサブキャリアについてのみ、これらの処理を実行することとしても良い。以下同様であるが、理解を容易にするため、すべてのサブキャリアについてG(m,n)やH(m)を求める場合を例にあげて説明する。
【００８０】
以下、出力部２０９において行われる通信特性を求める技術について、さらに詳細に説明する。
【００８１】
（通信特性の取得）
上記のように、抽出部２０８が、測定対象の中継装置１５１に対して抽出したサブキャリアのピークが、q1，q2，q3，…に対してH(1)，H(2)，H(3)，…である場合、出力部２０９がこのデータをどのように処理するか、について説明する。
【００８２】
（１）  周波数
まず、中継装置１５１の基準送信周波数を、受信装置１３１で確認、測定したい場合には、上記の
q1，q2，q3，…
をそのまま出力するか、これらを基準受信周波数との差を表す数値として、周波数単位に換算して出力すれば、中継装置１５１から送信された信号の「サブキャリアごとの送信周波数」の実測値を得ることができる。
【００８３】
また、
q1，q2，q3，…
に対する重みをそれぞれ
|H(1)|，|H(2)|，|H(3)|，…
とした重み付き平均をとることによって、中継装置１５１から送信された信号の送信周波数の実測値を得ることとしても良い。
【００８４】
このほか、周波数特性がフラットな場合などは、いずれか１つのサブキャリア（典型的には中心や最小周波数、最大周波数に対応するもの）についてのピークのインデックスから、送信周波数の代表値の実測値を得ても良い。
【００８５】
（２）  周波数安定度
G(m,n)は、ある時間幅τ（Lシンボル長）に相当する窓幅の離散フーリエ変換の値であるので、時間幅τの平均値を示すものである。
【００８６】
周波数安定度を測定したい場合は、以下のような処理を行う。上記の抽出部２０８は、ある時刻t（典型的には、シンボル長さ単位で数える離散値で、時間幅τ区間を代表する時刻である。）について、各サブキャリアについて
H(1)，H(2)，H(3)，…
を出力するが、これを、
Hτ(1,t)，Hτ(2,t)，Hτ(3,t)，…
と書くこととする。すなわち、サブキャリアごとに、時間幅τごとの時間方向の複素系列を得るのである。
【００８７】
上記のように、蓄積部２０６は、Lシンボル長分だけ情報を蓄積するから、ここでもLシンボル長ごとの情報を蓄積するものとすると、m番目のサブキャリアに対して所望の中継装置１５１から受信装置１３１が受信した複素時系列は、
Hτ(m,1)，Hτ(m,2)，…，Hτ(m,L)
となる。
【００８８】
さて、m番目のサブキャリアについての、周波数安定度を求めるには、この複素時系列
Hτ(m,1)，Hτ(m,2)，…，Hτ(m,L)
に対してアラン分散（Allan Variance）解析を行う。アラン分散は、周波数安定度を求めるために広く用いられる技術である。
【００８９】
アラン分散解析を行う対象となるサブキャリアとしては、周波数特性がフラットであれば、中心や最小周波数、最大周波数に対応するものが考えられる。一方、多重伝搬路の影響下では、すべてのサブキャリアに対して行っても良いし、複数のサブキャリアに対して得られた解析結果を、適宜平均化するなどの処理を施しても良い。
【００９０】
（３）  電界強度
さらに、電界強度を測定したい場合は、以下のような処理を行う。すなわち、
H(1)，H(2)，H(3)，…
は、実際に蓄積部２０６に蓄積された伝達関数g(m,k)から求めた、所望の中継装置１５１から受信装置１３１への周波数特性である。すなわち、所望の中継装置１５１から受信装置１３１へ送信された信号の電力は、周波数特性から求めることができる。
【００９１】
そこで、|H(m)|の自乗平均を求めて、これを当該中継装置１５１の電界強度として出力する。
【００９２】
なお、既知の一部のサブキャリアの情報だけを用いて電界強度を求める手法は、受信状態が劣悪でデータのシンボル値推定に誤りが生じる場合には特に有効であるが、受信状態が良好な場合に測定精度を向上させるには、すべてのサブキャリアを処理の対象とすることが望ましい。
【００９３】
（４）  遅延プロファイル
遅延プロファイルを求めるには、所望の中継装置１５１からの伝達関数の複素時系列
H(1)，H(2)，H(3)，…，H(M)
を、複素離散フーリエ変換すれば良い。すなわち、
D(t) = (1/M)Σm=1MH(m) exp(-2π(m-1)tj/M)
とする。
【００９４】
マルチパス環境下では、|D(t)|のピークが複数出現する。これらは、各伝搬路に対応付けられる。D(t)は、遅延時間tの伝搬路の特性を示しており、もとの信号がどの程度の強度で、どの程度位相が変化して到達するか、が、この情報から判明する。
【００９５】
以下では、一部のサブキャリアのみにＳＰが配置されるような場合に、解析できる遅延プロファイルの条件について説明する。
【００９６】
図４に示すように、ＳＰデータを補間して同一の時間に揃えたＳＰのみが使用して、伝達関数を抽出した場合には、単にそれらを並べて、離散フーリエ変換（DFT）すれば良い。このようにすれば、遅延時間（Delay Time）と位相の変化を表す複素遅延プロファイル（Complex Delay Profile）が得られる。
【００９７】
この場合、標本化定理に基づき、解析可能な遅延波の最大の遅延時間は、ＳＰ間隔の逆数未満となる。
【００９８】
上記の例では、ＳＰのみのデータ列は、全体の３分の１になっている（3(k-1)+1番目のサブキャリアのみにＳＰが配置されている。）から、解析可能な最大遅延時間もＳＰ間隔の逆数の３分の１となる。
【００９９】
これよりも長い遅延時間の遅延波が存在した場合は、解析結果の遅延プロファイルに虚像成分となって折り返されることになる。
【０１００】
たとえば、
有効シンボル長を１ｍｓとして、モード３の１３セグメントを利用し、
サブキャリア間隔を１ｋＨｚとし、
ガードインターバル長を１２５μｓ、すなわち有効シンボル長の１／８とし、
サブキャリア数を５６１７とし、バンド幅を５.６１７ＭＨｚとし、
ＳＰ数を１８７２とし、バンド幅を５.６１７ＭＨｚとした
場合を考える。
【０１０１】
この場合、解析可能な最大遅延時間は、1/(1kHz)×(1/3) = 333.3μsとなる。
【０１０２】
遅延時間の分解能は、333.3μs/1872 = 0.178μsとなる。これは、距離分解能で考えると、0.178μs×3.0×108m/s = 53.4mである。
【０１０３】
このほか、すべてのサブキャリアについての伝達関数を求めて、それらの周波数方向の列に対して、離散フーリエ変換を行うこともできる。それ以降の処理は、上記の場合と同様である。
【０１０４】
（ＧＦ中継器を用いる実施形態と実験結果の詳細）
上記の基本技術に基づいて、ＧＦ中継器を用いる実施形態と実験結果の詳細について、以下にさらに詳細に説明する。なお、各種の数式の記号は、理解を容易にするため、上記基本技術とは異なるものを利用することがある。
【０１０５】
建造物障害や弱電界エリアの空間プロファイルの計測において、多重伝搬経路が形成されるような場合は、測定位置によって各局（中継装置１５１）からの到来波のレベルが変動する。このため、受信装置１３１が主波として同期する到来波の局（中継装置１５１）が、測定位置によって変化してしまうことも予想される。したがって、絶対的な到来時間が測定できない系では、目的の局（中継装置１５１）からの到来波を捕捉していくことができなくなる場合もありうる。
【０１０６】
そこで、測定用にＧＦ中継局を仮設して、これを中継装置１５１として機能させ、測定する空間に向けて無線送信をさせることとし、これを基準パスとして目的の被測定波を連続的に空間測定する手法がありうる。
【０１０７】
この場合、上記実施形態同様パイロット用（参照用）のＧＦ中継局（中継装置１５１）の送信周波数は、測定したい中継装置１５１の送信周波数と僅かに異なるようにしておくことで、分離が可能となり、パイロット用の信号自体が空間で多重反射しても、その影響は解析の誤差程度となり、最小限にとどめることができる。
【０１０８】
図６は、受信装置１３１にて実行される測定の処理フローの概要を示す説明図である。以下、本図を参照して説明する。本処理フローは、上記基本技術と基本的には同様である。すなわち、
（１）受信信号から所望のシンボル間隔でシンボル毎の伝達関数を求め、必要な時間分蓄積する。
（２）蓄積した伝達関数は、サブキャリア毎に時間方向に周波数分析（ＤＦＴ）を行い、周波数軸上の電力分布から中継装置１５１各局の搬送波周波数を推定する。
（３）ＤＦＴの結果から、一局毎にその推定周波数における全キャリア分のデータ列を抜き出すと、局別伝達関数が得られる。
（４）局別に伝達関数が分離できれば、その電力の総和から局別電界強度が求まる。
（５）これをＤＦＴすることで、局別複素遅延プロファイルが求まる。
【０１０９】
本手法を用いると、測定点において受信信号が復調できる状態であれば、到達する放送波を送出しているすべての局の特性が測定可能となり、測定に要する労力を低減することができる。以下では、通信特性の数値解析の詳細について、さらに詳細に説明する。
【０１１０】
以下では、シンボル番号をm、サブキャリア番号をl、送信シンボルをd、受信シンボルをy、中継局数をS、伝達関数をh（u番目の中継局からの伝達関数hu）、雑音をN、到来波数をP、振幅をr、シンボル長をτs、遅延時間をτi、搬送波周波数をfc、キャリア間隔をfo、初期位相をβとする。
【０１１１】
すると、多重伝搬路における受信信号を復調して得た受信シンボルは、以下のようになる。
y(m,l) = d(m,l)Σu=1S hu(m,l)
+ Σv=0，v≠mS-1〔d(v,l)Σu=1S hu(v,l)〕
+ N(m,l)
【０１１２】
第１項は、希望シンボル成分、第２項は、サブキャリア間干渉成分、第３項は雑音である。ＳＦＮ環境では、複数の送信局の信号が同時に受信されるエリアがあり、伝達関数hが送信局の数Sだけ重複する。
【０１１３】
すると、伝搬全体の伝達関数gは以下のように計算することができる。
g(m,l) = y(m,l)/d(m,l)
= 〔Σi=1Pwi(m)φi(m)〕Σu=1S exp(j・2π・ΔfTu・lτs)
+ Σv=0，v≠mS-1〔d(v,l)/d(m,l) Σu=1S hu(v,l)〕
+ N(m,l)/d(m,l)
【０１１４】
ここで、wiは、i番目の到来波の振幅成分であり、φiは、i番目の到来波の位相成分である。
【０１１５】
第１項のΔfTu・ｌτsは、周波数変動であり、求める周波数成分そのものである。第２項、第３項は、伝達関数、干渉雑音、外来雑音など、いずれも送信局の搬送波周波数に直接依存しない項とみなせる。したがって、送信局の搬送波周波数（解析側との差分）が周波数解析できることがわかる。
【０１１６】
（１）周波数成分の解析
伝達関数をサブキャリア別に時間方向の時系列でＤＦＴすることにより、以下のように周波数成分を計算することができる。
G(m,n) = (1/L)Σk=0L-1 g(m,k) exp(-j・2π・k・n/L)
ここでLはサブキャリア数である。周波数分解能や解析精度は、シンボル間隔と全データ数で決まるので、所望の精度になるようにシンボルデータを蓄積して解析すればよい。
【０１１７】
G(m,n)のnについてのピークを見ることで、中継装置１５１の搬送波周波数ごとに分離を行うことができるようになり、nを固定してG(m,n)を見れば、ある局（中継装置１５１）からの到来波の解析が可能となる。
【０１１８】
（２）受信電界強度
ある中継装置１５１の送信周波数の近傍にあるピークが、G(m,n)におけるn番目であることが判明したら、当該中継装置１５１からの受信電界強度X(n)は、以下のように電力の総和を求めることで計算する。
X(n) = (1/M)Σm=0M-1|G(m,n)|2
ここでMは時間方向のシンボル数である。
【０１１９】
（３）複素遅延プロファイル
【０１２０】
局毎の周波数成分をＤＦＴすると、複素遅延プロファイルC(n)を求めることができる。
C(n) = (1/M)Σm=0M-1 G(m,n) exp(-j・2π・k・n/M)
【０１２１】
これらの手法により、被測定空間における所望の中継装置１５１からの到来波について、各種の通信特性を測定することができるようになるのである。
【０１２２】
（測定実験）
ＮＩＣＴ地上波ディジタル放送テストベッドの実験局を使用して測定実験を実施した。図７は、実験地の平面図を示す説明図である。また、図８、図９は、測定の諸条件を示す表である。
【０１２３】
実験局の主局（中継装置１５１の一つ）は、本図に示すＹＲＰ１番館の屋上にあり、その高さは地上から約４０ｍである。
【０１２４】
パイロット用のＧＦ局（他の中継装置１５１）は、ＹＲＰ１番館北側の戸建の実験棟の２階テラス、地上高約４ｍに配置した。
【０１２５】
主波の遮蔽物となるＹＲＰ２番館は、ＹＲＰ１番館と同様、約３０ｍの高さである。
【０１２６】
測定車両（受信装置１３１）は、ＹＲＰ２番館北側のＩＴＳリサーチセンターに並行する道路を移動しながら測定点ごとに停車して測定を行なう。
【０１２７】
図１０は、本手法により測定された各測定点における受信電界強度を示すグラフである。本図によると、被測定波とパイロット波が多重伝播として干渉する状況が見てとれる。
【０１２８】
図１１は、パイロット用のＧＦ局を用いずに主局のみで動作をさせて解析をした結果を示すグラフであり、横軸は遅延時間、縦軸は受信電力である。図７における地点４、図９における項目Ａに対するものである。すなわち、装置性能の影響で電界強度が不足し、同期が不安定でスペクトルが広がり、遅延波も見られない。
【０１２９】
一方、図１２は、本手法により解析した結果を示すグラフであり、横軸は遅延時間、縦軸は受信電力である。図７における地点４、図９における項目Ｅに相当するものである。本図に示すように、主局からの信号とパイロット信号とが綺麗に分離され、それぞれの通信特性が解析できていることがわかる。
【０１３０】
図１３は、本手法における主局からの到来波の信号のみを表示するグラフであり、本グラフは図１２の一部をなしている。
【０１３１】
本図に示すように、本手法では、２つのピークが見られ、遅延波も捕捉できている。これは、従来手法による図１１とは大きく異なる結果である。
【０１３２】
図１４は、図７における地点４、図９における項目Ｅにおける主局からの到来波の遅延プロファイルを示す説明図である。遅延波の存在とその遅延時間が、図１３の結果と一致していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
以上説明したように、本発明によれば、ＯＦＤＭ通信でＧＦ中継装置を設ける環境下における通信特性を測定するのに好適な測定システム、測定方法、送信装置、中継装置、受信装置、ならびに、これらをコンピュータにより実現するためのプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の実施形態に係る測定システムの概要構成を示す説明図である。
【図２】本実施形態に係る受信装置の概要構成を示す説明図である。
【図３】周波数と時間のデータ配列に対してＳＰが配置される様子を示す説明図である。
【図４】ある時刻におけるあるサブキャリアの伝達関数を、前後の時刻から補間する様子を示す説明図である。
【図５】多重伝搬によるＯＦＤＭ信号の影響を示す説明図である。
【図６】受信装置にて実行される測定の処理フローの概要を示す説明図である。
【図７】実験地の平面図を示す説明図である。
【図８】測定の諸条件表を示す図である。
【図９】測定の諸条件表を示す図である。
【図１０】本手法により測定された各測定点における受信電力を示すグラフである。
【図１１】パイロット用のＧＦ局を用いずに主局のみで動作をさせて解析をした結果を示すグラフである。
【図１２】本手法により解析した結果を示すグラフである。
【図１３】主局からの到来波の信号を表示するグラフである。
【図１４】主局からの到来波の遅延プロファイルを示す説明図である。
【符号の説明】
【０１３５】
１０１  測定システム
１３１  受信装置
１５１  中継装置
１５２  受付部
１５３  送信部
１７１  送信装置
１７２  変調部
１７３  中継部
２０１  受信部
２０２  ベースバンド変換部
２０３  ＯＦＤＭフーリエ変換部
２０４  復調部
２０５  伝搬特性取得部
２０６  蓄積部
２０７  離散フーリエ変換部
２０８  抽出部
２０９  出力部
【図１】
2008053892.tif 000003
【図２】
2008053892.tif 000004
【図３】
2008053892.tif 000005
【図４】
2008053892.tif 000006
【図５】
2008053892.tif 000007
【図６】
2008053892.tif 000008
【図７】
2008053892.tif 000009
【図８】
2008053892.tif 000010
【図９】
2008053892.tif 000011
【図１０】
2008053892.tif 000012
【図１１】
2008053892.tif 000013
【図１２】
2008053892.tif 000014
【図１３】
2008053892.tif 000015
【図１４】
2008053892.tif 000016