(57)【要約】【課題】各ブランチの雑音電力が等しくない場合においても、選択合成や最大比合成を最適な比率で行うことができるＯＦＤＭ信号受信用のダイバーシティ受信装置を提供する。【解決手段】受信信号をブランチ毎にＦＦＴ処理して復調し、ＦＦＴ処理後に得られる有効キャリア領域の外側のデータ、即ち、雑音成分が含まれるデータを一定帯域幅にわたって積算して、各ブランチの雑音電力を個別に求めることにより、各ブランチの受信高周波段に設けられたＡＧＣ増幅器の増幅率や雑音指数等の値を、ＦＦＴ処理後のベースバンド信号から推定し、各ブランチの雑音電力が異なるような場合でも、最適な比率で信号合成を可能にする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＯＦＤＭ信号を受信するダイバーシティ受信装置であって、前記ＯＦＤＭ信号を受信する各ブランチが、
ＯＦＤＭ信号を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換して復調処理を行うＦＦＴ段と、
該ＦＦＴ段の復調出力から、ＯＦＤＭ信号に挿入されているパイロット信号を分離して抽出するパイロット信号抽出段と、
該パイロット信号抽出段にて抽出したパイロット信号を周波数方向および時間軸方向に内挿して、各ブランチの伝送路特性を求める伝送路特性推定段と、
で構成されるＯＦＤＭ信号復調部を備え、前記ＦＦＴ段の復調出力に、前記伝送路特性推定段にて求めた伝送路特性を考慮した受信電力に基づく合成比率を乗算することにより重み付けして、ダイバーシティの選択・合成を行うダイバーシティ受信装置において、
前記ＯＦＤＭ信号復調部がさらに、前記ＦＦＴ段の復調出力のうち、ＯＦＤＭ信号の有効キャリア範囲外のデータを一定帯域幅にわたって積算することにより雑音電力を測定する帯域外雑音電力測定手段を備え、前記受信電力に基づく合成比率に前記帯域外雑音電力測定手段により測定した雑音電力を考慮した補正係数を乗算して前記重み付けを行うことを特徴とするダイバーシティ受信装置。
【請求項２】
前記帯域外雑音電力測定手段が、ＯＦＤＭ信号の有効キャリア範囲外のデータを一定帯域幅にわたって積算して平均化することにより雑音電力を測定することを特徴とする請求項１記載のダイバーシティ受信装置。
【請求項３】
前記ダイバーシティの選択・合成の単位をキャリア単位で行なうことを特徴とする請求項１記載のダイバーシティ受信装置。
【請求項４】
前記ダイバーシティの選択・合成の単位を、複数本のキャリア単位とすることを特徴とする請求項１記載のダイバーシティ受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）変調方式の受信装置に係り、特にＯＦＤＭ変調されたデジタル伝送方式の送信信号を受信するためのダイバーシティ受信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダイバーシティ受信については種々の文献に記されている（例えば、非特許文献１参照）。また、移動受信などの劣悪な無線伝搬環境下においてフェージングの影響を軽減するために用いるダイバーシティ受信装置の基本的な合成受信法として、選択合成（選択ダイバーシティ）、等利得合成（等利得ダイバーシティ）および最大比合成（最大比合成ダイバーシティ）の３種の合成法があり、これらの合成法のＯＦＤＭ信号への適用も知られている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
奥村善久  進士昌明  監修  「移動通信の基礎」電子情報通信学会、ｐ．６１−１８７
【非特許文献２】
伊丹誠著  「ＯＦＤＭ変調技術」トリケップス出版、ｐ．１１５−１２７
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のダイバーシティ受信装置における選択および最大比合成法では、信号の選択、または合成を行う際に、ＯＦＤＭ信号を受信するブランチ毎のＣ／Ｎ（信号の電力と雑音電力の比）を算出する必要があるも、ブランチ毎にＣ／Ｎを測定せずに、各ブランチの雑音電力を一定の値とみなし、各ブランチの受信電力のみを測定して、その電力比を等価的に各ブランチにおけるＣ／Ｎ比としていた。そのために、雑音電力が各ブランチで異なる場合には、正確なＣ／Ｎを測定したことにならず、最大比合成ダイバーシティや選択ダイバーシティの合成動作が不正確になるという問題があった。
【０００５】
また、各ブランチに独立してＡＧＣ増幅器が設置される場合には、ＡＧＣ増幅後の信号では、各ブランチの雑音電力が一定とならないため、前述した場合と同様に、正確な最大比合成ダイバーシティや選択ダイバーシティの合成ができなかった。
【０００６】
そこで本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、各ブランチの雑音電力が等しくない場合においても、最大比合成ダイバーシティや選択ダイバーシティの合成を正確に行うことができる、ＯＦＤＭ信号を受信するダイバーシティ受信装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、ＯＦＤＭ信号を受信するダイバーシティ受信装置であって、前記ＯＦＤＭ信号を受信する各ブランチが、
ＯＦＤＭ信号を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換して復調処理を行うＦＦＴ段と、
該ＦＦＴ段の復調出力から、ＯＦＤＭ信号に挿入されているパイロット信号を分離して抽出するパイロット信号抽出段と、
該パイロット信号抽出段にて抽出したパイロット信号を周波数方向および時間軸方向に内挿して、各ブランチの伝送路特性を求める伝送路特性推定段と、
で構成されるＯＦＤＭ信号復調部を備え、前記ＦＦＴ段の復調出力に、前記伝送路特性推定段にて求めた伝送路特性を考慮した受信電力に基づく合成比率を乗算することにより重み付けして、ダイバーシティの選択・合成を行うダイバーシティ受信装置において、
前記ＯＦＤＭ信号復調部がさらに、前記ＦＦＴ段の復調出力のうち、ＯＦＤＭ信号の有効キャリア範囲外のデータを一定帯域幅にわたって積算することにより雑音電力を測定する帯域外雑音電力測定手段を備え、前記受信電力に基づく合成比率に前記帯域外雑音電力測定手段により測定した雑音電力を考慮した補正係数を乗算して前記重み付けを行うことを特徴とするダイバーシティ受信装置にある。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１において、前記帯域外雑音電力測定手段が、ＯＦＤＭ信号の有効キャリア範囲外のデータを一定帯域幅にわたって積算して平均化することにより雑音電力を測定することを特徴とする。
【０００９】
さらに請求項３の発明は、請求項１において、前記ダイバーシティの選択・合成の単位をキャリア単位で行なうことを特徴とする。
【００１０】
さらに請求項４の発明は、請求項１において、前記ダイバーシティの選択・合成の単位を、複数本のキャリア単位とすることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、ｎ系統のブランチを有するＯＦＤＭ信号受信用の本発明によるダイバーシティ受信装置の系統図である。各ブランチＮｏ．１〜Ｎｏ．ｎは、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）段１１と、パイロット信号抽出段１２と、伝送路特性推定段１３と、帯域外雑音電力測定段１４とで構成されるＯＦＤＭ復調部１０−１〜１０−ｎを備えている。
【００１３】
ＦＦＴ段１１では、図示しないアンテナからの受信信号であるブランチＮｏ．１のＯＦＤＭ信号を入力とし、このＯＦＤＭ信号を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換して復調処理を行う。ＦＦＴ段１１からの復調出力Ｄ１は、パイロット信号抽出段１２および帯域外雑音電力測定段１４並びに当該復調出力Ｄ１に重み付けする乗算器１５−１に送られる。なお、各ブランチＮｏ．１〜Ｎｏ．ｎに設けられる図示しないアンテナは、受信信号間の相関をすくなくするために、互いに受信信号の搬送波の半波長以上離間させて配置してあるものとする。
【００１４】
パイロット信号抽出段１２では、データと一緒に多重されている信号からパイロット信号を分離して抽出する。パイロット信号は、伝送路特性を求めるために、予めＯＦＤＭ信号に挿入されている、振幅と位相が既知の信号である。パイロット信号抽出段１２にて取り出されたパイロット信号は、伝送路特性推定段１３に送られ、これにて周波数方向および時間方向に内挿が行われ、ブランチＮｏ．１の伝送路特性を表す伝送路特性Ｈ１を得る。
【００１５】
一方、帯域外雑音電力測定段１４は、ＦＦＴ段１１の復調出力Ｄ１のうち、図２に示されるＯＦＤＭ信号の有効キャリア範囲外のデータを一定帯域幅にわたって積算することで雑音電力を測定して出力する。
【００１６】
ここで図２は、ＦＦＴ段ｌｌの出力信号、すなわち復調出力Ｄ１を示している。雑音電力の測定は、ＯＦＤＭ信号の有効キャリア範囲外のデータを少なくとも１ポイントだけ測定すればよいが、雑音電力を正確に測定するためには、有効キャリア範囲外のデータを一定の範囲で積算して平均化を行ったほうがよい。さらに積算を行う範囲は、図２に示すように、ＯＦＤＭ信号の有効キャリア範囲の両側における雑音電力測定積算範囲Ｓ１またはＳ２のいずれか一方を用いるよりも、双方の雑音電力測定積算範囲Ｓ１とＳ２の両方を使用して、より正確に雑音電力を求めるのが好適である。ブランチＮｏ．１における帯域外雑音電力の測定結果を雑音電力Ｎ１とする。
【００１７】
ブランチＮｏ．２〜Ｎｏ．ｎのＯＦＤＭ復調部１０−２〜１０−ｎの動作は、ブランチＮｏ．１のＯＦＤＭ復調部１０−１の動作と同じであるので、説明は省略する。
【００１８】
各ブランチの復調出力Ｄ１〜Ｄｎは、それぞれ乗算器１５−１〜１５−ｎに送られ、各乗算器１５にてそれぞれのブランチの合成係数Ｗ１〜Ｗｎが掛け合わされて重み付けがなされる。本発明に係るダイバーシティ合成の重み係数としての各合成係数Ｗ１〜Ｗｎは、後に詳述するように、各ブランチのＯＦＤＭ復調部１０−１〜１０−ｎにおける伝送路特性推定段１３および帯域外雑音電力測定段１４にてそれぞれ求めた伝送路特性Ｈ１〜Ｈｎおよび雑音電力Ｎ１〜Ｎｎから合成係数生成回路１７にて生成する。その後、合成回路１６により、それぞれのブランチの信号を足し合わして出力信号が得られる。
【００１９】
合成回路１６では、ダイバーシティ受信の合成法として既知の選択又は最大比合成を行うが、先ず、最大比合成を行なう場合における従来の合成係数の決定法につき説明する。
【００２０】
ｉ番目のブランチＮｏ．ｉの合成係数をＷｉ（ｋ，ｌ）とし、ここで、ｋはＯＦＤＭ信号の第ｋ番目のシンボル、ｌは第１番目の搬送波番号とする場合に、従来は、合成係数Ｗｉ（ｋ，ｌ）を下記の（１）式により決定していた。
【００２１】
【数１】
2004312333.tif 000003
【００２２】
ここで、Ｈｉ（ｋ，ｌ）はブランチＮｏ．ｉの伝送路特性Ｈ、即ち、伝送路特性推定段１３により求めた結果である。
【００２３】
上記（１）式の合成係数Ｗｉ（ｋ，ｌ）は、各ブランチの伝送特性を考慮した受信電力から求めた合成係数であり、これは各ブランチの雑音電力が一定レベルの場合には、最適な合成係数となるが、各ブランチの雑音電力のレベルが一定でない場合には、その合成係数は最適値とはならない。
【００２４】
そこで本発明によれば、合成係数生成回路１７にて各ブランチの雑音電力レベルを考慮して合成係数Ｗｉ（ｋ，ｌ）を下記の（２）式に基づいて決定する。
【００２５】
【数２】
2004312333.tif 000004
【００２６】
ここで、ＣｉはブランチＮｏ．ｉの補正係数である。
【００２７】
上記（２）式の補正係数Ｃｉは帯域外雑音電力測定段１４により測定される雑音電力Ｎを考慮して決定する。また、各補正係数Ｃｉは下記の（３）式の制約条件を満足するように決定する。
【００２８】
【数３】
2004312333.tif 000005
【００２９】
次に、ダイバーシティ受信の合成として、合成回路１６を選択合成に適用する場合につき説明する。この場合における各ブランチの合成係数Ｗｉ（ｋ，ｌ）は、前記最大比合成の場合と同様に（２）式により求める。このとき最大値となるＷｉ（ｋ，ｌ）の補正係数Ｃｉの値を１で置き換え、その他の補正係数を０と置く。この処理により、一番大きなＣ／Ｎ（信号の電力と雑音電力の比）をもつブランチの信号のみが通過することになり、最適なブランチを選択することと等価となる。
【００３０】
以上の説明では、ダイバーシティの選択・合成はＯＦＤＭ信号のキャリア単位で行なうことを前提にしていたが、キャリア本数が多くなればハードウェア規模が増大するという問題がある。この場合には、選択・合成を行なう範囲を、複数本のキャリアに拡張して、ＯＦＤＭ信号をいくつかのサブバンドに分けて行なうことにより、ハードウェア規模を小さくすることができる。ハードウェア規模の縮小効果は、サブバンドを構成するキャリア本数に比例するが、選択・合成を行なう範囲と伝送路特性が完全には一致しなくなるので、ダイバーシティ効果は減少する。
【００３１】
ところで、各ブランチの受信高周波段にＡＧＣ増幅器が設置され、その出力がフィルターにより帯域制限を受けている場合について、図３を用いて説明する。フィルターにより帯域制限されたＯＦＤＭ信号と雑音電力のスペクトルは図３に示すようなスペクトルとなる。ここで、雑音電力を測定するための積算範囲を図３に示す雑音電力測定積算範囲Ｓ３および雑音電力測定積算範囲Ｓ４の範囲を超える範囲、即ち、フィルターの通過周波数帯域幅を超えて、フィルターの肩に掛かる範囲を積算した場合には、正確な雑音電力を測定することができない。そこで、雑音電力を測定するための積算範囲設定の際には、この点に注意する必要がある。
【００３２】
従来のダイバーシティ受信機がダイバーシティ合成の際に参照していた、電力比から等価的に求めたＣ／Ｎでは、各ブランチにＡＧＣ増幅器が設置され、各ブランチで雑音電力が異なるような場合には、正確なＣ／Ｎ測定ができず、ダイバーシティ合成の重み係数が最適値とはならないという問題があった。しかし、本発明によれば、雑音電力が各ブランチで異なる場合においても、正確にＣ／Ｎの推定が可能であり、最適なダイバーシティ合成を行うことができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、ＯＦＤＭ信号を受信する本発明によるダイバーシティ受信装置によれば、各ブランチの雑音電力がそれぞれ異なる場合、例えばＡＧＣ増幅器が各ブランチに挿入されているようなケースにおいても、正確な雑音電力の推定が可能であり、最大比合成ダイバーシティや選択ダイバーシティを正確に行うことができる。従って、これら最適な動作を行なうダイバーシティ受信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のダイバーシティ受信装置の構成例を示す図である。
【図２】雑音電力を積算する範囲を説明する図である。
【図３】フィルターで帯域制限された信号に対して、雑音電力を積算する範囲を示す図である。
【符号の説明】
１０−１〜１０−ｎ  ＯＦＤＭ復調部
１１  ＦＦＴ（高速フーリエ変換）段
１２  パイロット信号抽出段
１３  伝送路特性推定段
１４  帯域外雑音電力測定段
１５  乗算器
１６  合成回路
１７  合成係数生成回路
Ｎ１〜Ｎｎ  雑音電力
Ｄ１〜Ｄｎ  復調出力
Ｈ１〜Ｈｎ  伝送路特性
Ｗ１〜Ｗｎ  合成係数
Ｓ１〜Ｓ４  雑音電力測定積算範囲
【図１】
2004312333.tif 000006
【図２】
2004312333.tif 000007
【図３】
2004312333.tif 000008