(57)【要約】【課題】ＯＦＤＭ受信装置で、ノイズ量に応じて柔軟で的確かつ応答性が良いサンプリングオフセット補正ができない。【解決手段】ＯＦＤＭ信号のロングプリアンブルから見積もった信号雑音比（ＳＮＲ）に適応した重み付け係数μを選択する重み付け係数選択回路７１と、重み付け係数μに応じて補正を実行するオフセット補正部７２とを有する。ノイズ量（ＳＮＲ）が変化したときは、その変化後のＳＮＲに対応する重み付け係数μがアダプティブに変更され、オフセット補正部７２による補正が再度実行される。【選択図】図４
2005229207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信した直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）信号の周波数または位相のずれであるオフセットを補正するＯＦＤＭ受信装置であって、
ＯＦＤＭ信号のロングプリアンブルから信号雑音比（ＳＮＲ）を見積もるＳＮＲエスティメータ部と、
信号雑音比に適応したオフセット補正の制御量を出力する補正制御部と、
信号雑音比に適応した制御量に応じて前記補正を実行するオフセット補正部とを有し、
ＳＮＲエスティメータ部から出力される信号雑音比が変更されたときは、変更後の信号雑音比に対応する制御量を補正制御部が出力し、当該出力された制御量に基づいてオフセット補正部が前記補正を再度実行する
ＯＦＤＭ受信装置。
【請求項２】
前記オフセット補正部は、
オフセット補正量を蓄積する蓄積レジスタと、
蓄積レジスタから補正対象のパケット内で前回の補正に用いたオフセット補正量の蓄積値を読み出し、当該読み出した蓄積値により、入力される信号のオフセットを補正する第１補正部と、
第１補正部による補正後の信号からオフセットを検出するオフセット検出部と、
オフセット検出部から出力されるオフセットと、前回補正時のオフセット補正量とを、合計が１となる２つの重み付け係数で重み付けして加算し、新たなオフセット補正量を算出する重み付け加算平均部と、
新たなオフセット補正量により第１補正部の出力信号の位相を補正する第２補正部とを有し、
新たなオフセット補正量を蓄積レジスタの蓄積値に加算してオフセット補正量を順次蓄積しながら、前記第１補正部によるオフセット補正、前記オフセットの検出、前記重み付け加算平均部による演算、および、前記第２補正部によるオフセット補正を、補正対象のパケット内のシンボルを単位として繰り返す
請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置。
【請求項３】
前記補正制御部は、前記２つの重み付け係数の少なくとも一方に関し、入力される前記信号雑音比に適応した重み付け係数値を選択して出力する重み付け係数選択回路からなる
請求項２に記載のＯＦＤＭ受信装置。
【請求項４】
前記オフセット検出部は、周波数領域においてシンボル単位で複数のパイロットキャリアを抽出し、抽出されたパイロットキャリアの値の演算を行うことでオフセットの変化量を計算する
請求項２に記載のＯＦＤＭ受信装置。
【請求項５】
前記オフセット検出部は、時間領域においてシンボル内のガードインターバルを用いて相関を計算することにより、ＯＦＤＭ信号の周波数または位相のずれを計算し前記オフセットとして出力する
請求項２に記載のＯＦＤＭ受信装置。
【請求項６】
前記ＳＮＲエスティメータ部は、入力されるＯＦＤＭ信号から２つの同じ基準シンボルを検出し、当該２つの基準シンボルの値を時間領域あるいは周波数領域において乗除算を行うことによりＳＮＲを計算する
請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置。
【請求項７】
前記オフセット補正部は、
オフセット量を蓄積する蓄積レジスタと、
蓄積レジスタからオフセット量の蓄積値を読み出して、当該読み出した蓄積値により、入力される信号の位相を回転させる位相回転部と、
位相回転後の信号からオフセットを検出するオフセット検出部と、
オフセット検出部から出力されるオフセットと、位相回転前に既に算出されたオフセット量とを、合計が１となる２つの重み付け係数で重み付けして加算し、新たなオフセット量を算出し出力する重み付け加算平均部と、
当該重み付け加算平均部から出力されるオフセット量に基づいてオフセットを補正する周波数を算出し、算出した周波数となるように受信処理に用いるクロックの発振周波数を制御する周波数制御部と
を有する請求項１に記載のＯＦＤＭ受信装置。
【請求項８】
前記補正制御部は、前記２つの重み付け係数の少なくとも一方に関し、入力される前記信号雑音比に適応した重み付け係数値を選択して出力する重み付け係数選択回路からなる
請求項７に記載のＯＦＤＭ受信装置。
【請求項９】
受信した直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）信号の周波数または位相のずれであるオフセットを補正するＯＦＤＭ受信信号のオフセット補正方法であって、
ＯＦＤＭ信号のロングプリアンブルから信号雑音比（ＳＮＲ）を算出するＳＮＲ算出ステップと、
信号雑音比に適応したオフセット補正の制御量を求める補正制御ステップと、
信号雑音比に適応した制御量に応じて前記補正を実行するオフセット補正ステップとを有し、
ＯＦＤＭ信号の雑音レベルが変化し前記ＳＮＲ算出ステップで得た信号雑音比が変更されたときは、前記補正制御ステップを再度実行して変更後の信号雑音比に対応する新たな制御量を求め、当該新たな制御量に基づいて前記オフセット補正ステップを再度実行する
ＯＦＤＭ受信信号のオフセット補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受信した直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）信号をサンプリングしたときのサンプリングオフセットのデータに対する補正をパケットごとに補正量を求めて実行する機能を有するＯＦＤＭ受信装置、および、ＯＦＤＭ受信信号のオフセット補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)とは、複数の直交する副搬送波の信号を多重化するデジタル変調方式であり、周波数利用効率が非常に高く、かつマルチパスに強いという特徴をもっている。現在、ＯＦＤＭ変調方式は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格の無線ＬＡＮや地上波デジタル放送に採用されている。
【０００３】
ＯＦＤＭ変調方式はマルチキャリア変調方式の一種であり、直列の符号化データを隣接間で互いに直交する多数のサブキャリアに対応する並列の符号化データ（情報シンボル）に変換し、当該情報シンボルをマッピング処理により直交座標に割り当て（以下、この割り当てられた情報シンボルを「コンステレーション」という）、それぞれ逆フーリエ変換（周波数領域を時間領域に変換）によってデジタル変調波に変換した後に、各々を加算することでＯＦＤＭ信号を生成し送信する。
ＯＦＤＭ受信装置は、受信したＯＦＤＭ信号を送信時とは逆の処理を施すことにより元の符号化データを得る。
【０００４】
図６に従来のＯＦＤＭ受信装置の概略図を示す。
図６に示すＯＦＤＭ受信装置１００は、アンテナ２、ＲＦ受信部３、Ａ／Ｄ変換部(A/D)４、同期検出回路(sync)５、高速フーリエ変換部(FFT)６、等化器(equalizer)７、デマッパ部(demapper)８、デインタリーブ部(de-interleave)９、デパンクチャ部(de-puncture)１０、ビタビ復号部(vitabi)１１、および、デスクランブラ部(de-scrambler)１２を有する。
【０００５】
ＲＦ受信部３は直交復調およびゲイン調整などの信号処理の機能を有する。ＲＦ受信部３は、アンテナ２からのＯＦＤＭ信号を入力すると、内蔵の局部発振器（不図示）で発生される局部発振信号によってＯＦＤＭ信号を直交復調することにより、無線周波数帯域のＯＦＤＭ信号を中間周波数帯域または基底帯域（ベースバンド）のＯＦＤＭ信号に周波数変換する。中間周波数帯域に変換する場合は中間周波数帯域での各種処理を行った後、さらに周波数帯域をベースバンドに変換する。ベースバンドのＯＦＤＭ信号はＡ／Ｄ変換部４に送られる。周波数変換後のＯＦＤＭ信号はＡ／Ｄ変換部４でデジタル信号に変換され、同期検出回路(sync)５で同期検出される。ここで「同期検出」とは、パケットの先頭に存在するプリアンブル部の信号（ショートプリアンブル）を用いて、その後のＯＦＤＭ復調処理のタイミングを決定することである。
【０００６】
同期検出回路(sync)５では同時に周波数オフセットもある程度補正される。ここで「周波数オフセット」とは、受信機側のＲＦ部(R/F)３内で局部発振器の周波数とダウンコンバートされた周波数信号の中心周波数との和が図示しない送信機側の局部発振器の周波数とずれ、高速フーリエ変換部(FFT)６から出力される信号の実数部データと虚数部データからなる復調ベクトルに誤差が生じ、その結果、サブキャリア間の相互干渉が発生することをいう。
同期検出回路(sync)５で同期検出および周波数オフセットが補正されたデータは高速フーリエ変換(FFT)部６へと入力され、時間領域の信号から周波数領域の信号に変換される。
【０００７】
図６に示す等化器(equalizer)７はＦＦＴの後で信号処理を行い、（１）マルチパスによる初期位相および初期振幅の補正、（２）残留周波数オフセットの補正、（３）サンプリングオフセットの補正を行っている。ここで「サンプリングオフセット」とは図６に示すＡ／Ｄ変換部４や高速フーリエ変換部(FFT)６でのサンプリング周波数が受信機側のサンプリング周波数とずれていることによって、周波数オフセットと同様にＦＦＴ後に復調ベクトルに誤差が生じることをいう。
【０００８】
等化器(equalizer)７で補正されたデータはデマッパ部(demapper)８でコンスタレーションがデマッピングされる。すなわち、送信機側のマッピング処理で直交座標上に情報シンボルとして対応付けられる前の元の符号化データが復元される。続くデインタリーブ部８では、バースト的に発生する伝送路エラーに強くするために送信機側でインターリーブ（ビット並べ替え）されたデータが元の符号化データに復元される。続くデパンクチャ部(de-puncture)１０では、送信機側での畳み込み符号化の符号化率を上げるためになされたパンクチャ処理（ビットの間引き）を逆に戻す処理が実行され、さらにビタビ復号部(vitabi)１１で畳み込み符号化を戻すビタビ複合法が実行され、その後、デスクランブラ部(de-scrambler)１２でスクランブル符号化が戻され、これにより元の送信用符号化データが得られる。
【０００９】
ここで等化器７が補正する「マルチパスによる初期位相および初期振幅」とは、マルチパスが存在する場合に受信点で複数の電波が干渉し合い振幅や位相に急激な変動が生じたものである。また「残留周波数オフセット」とは、ベースバンド信号を得るための周波数変換に用いる基準周波数が正確でないために生じた周波数オフセットのうち、同期検出回路(sync)５で周波数補正しきれずに残留した周波数オフセットである。さらに「サンプリングオフセット」とは、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａにおけるサンプリング周波数の不一致により生じるオフセットのことである。
これらは、マッピングされたデータのコンスタレーションを広げ、誤り率の上昇を引き起こす。無線ＬＡＮシステムでは送信と受信が常に決まった相手同士で行われる保証がないため、サンプリングオフセットの補正は過去の情報を参照できず、受信ごとに適応に対処する必要がある。そこで、サンプリングオフセットの補正をパケットごとに行うことが必要となる。
【００１０】
サンプリングオフセットを補正する方法として、ＦＦＴ前の時間領域の信号を用いて補正する方法とＦＦＴ後の周波数領域の信号を用いて補正する方法の２種類の方法がある。
時間領域で補正する方法としては、ガードインターバルを用いた検出方法があげられる（たとえば特許文献１参照）。
図２に示すように、ＯＦＤＭ信号の１つのシンボル内にガードインターバル（ＧＩ）と呼ばれるシンボル後部の一部信号の繰り返し区間が存在する。特許文献１に記載された方法は、ガードインターバル（ＧＩ）と、そのコピー元である信号部分との相関性を利用することでサンプリング周波数の誤差を推定するものである。
【００１１】
周波数領域で補正する方法としては、パイロットキャリアを用いた検出方法があげられる。ＦＦＴ後のシンボル内にはパイロットキャリアと呼ばれる信号が複数存在する。パイロットキャリアは、ノイズやマルチパス、サンプリングオフセット等の存在しない仮想的な状況では既知の信号である。これらのパイロットキャリアの値から位相のずれを検出することができ、サンプリング周波数の誤差を推定することができる。この方法に関しては非特許文献１に記載されている。
【００１２】
以上に述べたような方法を用いてサンプリング周波数の誤差を推定するが、受信したＯＦＤＭ信号に対してその推定した周波数の補正をかける方法として、デジタル信号処理によって補正する方法と周波数を制御する周波数制御回路を設けてＡ／Ｄのクロック周波数を変更させる方法が存在する。
【特許文献１】特開平０９−３２１７３３号公報
【非特許文献１】M. Spetch, S.Fechtel, G. Fock and H.Meyer、“Optimum Receiver Design for OFDＭ-Based Broadband Transmission-PartII：A Case Study”、IEEE transaction on communication vol. 49, No. 4,、April 2001
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した何れの方法を用いても、ＯＦＤＭ信号にノイズが存在する場合に、サンプリングオフセットによる位相差がノイズより生じる位相差より遥かに小さいため、サンプリング周波数の誤差（サンプリングオフセット量）を正確に推定することは困難である。このサンプリングオフセット量は通常１０−４のオーダーと小さく短いパケットでは問題とならないが、シンボル方向とキャリア方向で累積することから、たとえばＩＥＥＥ８０２．１１規格のように可変長パケット方式を採用する場合に１５００バイト程度の長いパケットを送受信するためには、各パケットにおける情報シンボル（データシンボル）ごとに、パイロット信号によるトラッキング（位相変動追従機能）が必要となる。
ところが、従来のサンプリングオフセットの補正方法では、サンプリングオフセット補正の速度がノイズ量に応じて変化しない。したがって、ノイズが多い場合を想定して補正速度が規定されると、現実にはノイズが少ない伝送路から入力されたＯＦＤＭ信号に対しても遅く処理が施されるなど、柔軟で的確かつ応答性が良い補正ができないという課題があった。
【００１４】
解決しようとする課題は、従来のＯＦＤＭ受信機でサンプリングオフセットを補正する際のトラッキング（位相追従）において、ノイズ量に応じて受信信号に補正をかける速度をアダプティブに変化させることができないことから、柔軟で的確かつ応答性が良い補正ができないことである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るＯＦＤＭ受信装置は、受信した直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）信号の周波数または位相のずれであるオフセットを補正するＯＦＤＭ受信装置であって、ＯＦＤＭ信号のロングプリアンブルから信号雑音比（ＳＮＲ）を見積もるＳＮＲエスティメータ部と、信号雑音比に適応したオフセット補正の制御量を出力する補正制御部と、信号雑音比に適応した制御量に応じて前記補正を実行するオフセット補正部とを有し、ＳＮＲエスティメータ部から出力される信号雑音比が変更されたときは、変更後の信号雑音比に対応する制御量を補正制御部が出力し、当該出力された制御量に基づいてオフセット補正部が前記補正を再度実行する。
【００１６】
本発明において好適に、前記オフセット補正部は、オフセット補正量を蓄積する蓄積レジスタと、蓄積レジスタから補正対象のパケット内で前回の補正に用いたオフセット補正量の蓄積値を読み出し、当該読み出した蓄積値により、入力される信号のオフセットを補正する第１補正部と、第１補正部による補正後の信号からオフセットを検出するオフセット検出部と、オフセット検出部から出力されるオフセットと、前回補正時のオフセット補正量とを、合計が１となる２つの重み付け係数で重み付けして加算し、新たなオフセット補正量を算出する重み付け加算平均部と、新たなオフセット補正量により第１補正部の出力信号の位相を補正する第２補正部とを有し、新たなオフセット補正量を蓄積レジスタの蓄積値に加算してオフセット補正量を順次蓄積しながら、前記第１補正部によるオフセット補正、前記オフセットの検出、前記重み付け加算平均部による演算、および、前記第２補正部によるオフセット補正を、補正対象のパケット内のシンボルを単位として繰り返す。
この場合、さらに好適に、前記補正制御部は、前記２つの重み付け係数の少なくとも一方に関し、入力される前記信号雑音比に適応した重み付け係数値を選択して出力する重み付け係数選択回路からなる。
【００１７】
本発明において好適に、前記オフセット補正部は、オフセット量を蓄積する蓄積レジスタと、蓄積レジスタからオフセット量の蓄積値を読み出して、当該読み出した蓄積値により、入力される信号の位相を回転させる位相回転部と、位相回転後の信号からオフセットを検出するオフセット検出部と、オフセット検出部から出力されるオフセットと、位相回転前に既に算出されたオフセット量とを、合計が１となる２つの重み付け係数で重み付けして加算し、新たなオフセット量を算出し出力する重み付け加算平均部と、当該重み付け加算平均部から出力されるオフセット量に基づいてオフセットを補正する周波数を算出し、算出した周波数となるように受信処理に用いるクロックの発振周波数を制御する周波数制御部とを有する。
この場合、さらに好適に、前記補正制御部は、前記２つの重み付け係数の少なくとも一方に関し、入力される前記信号雑音比に適応した重み付け係数値を選択して出力する重み付け係数選択回路からなる。
【００１８】
本発明に係るＯＦＤＭ受信信号のオフセット補正方法は、受信した直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）信号の周波数または位相のずれであるオフセットを補正するＯＦＤＭ受信信号のオフセット補正方法であって、ＯＦＤＭ信号のロングプリアンブルから信号雑音比（ＳＮＲ）を算出するＳＮＲ算出ステップと、信号雑音比に適応したオフセット補正の制御量を求める補正制御ステップと、信号雑音比に適応した制御量に応じて前記補正を実行するオフセット補正ステップとを有し、ＯＦＤＭ信号の雑音レベルが変化し前記ＳＮＲ算出ステップで得た信号雑音比が変更されたときは、前記補正制御ステップを再度実行して変更後の信号雑音比に対応する新たな制御量を求め、当該新たな制御量に基づいて前記オフセット補正ステップを再度実行する。
【００１９】
本発明のＯＦＤＭ受信装置およびオフセット補正方法の作用を、ＯＦＤＭ受信装置を例として述べれば以下のごとくである。
まず、ＳＮＲエスティメータ部はＯＦＤＭ信号のロングプリアンブルを検出し、その検出結果から信号雑音比（ＳＮＲ）を見積もる。ＳＮＲは補正制御部に送られ、ここでオフセット補正の制御量が求められ、この制御量を用いてオフセット補正部が補正を実行する。
【００２０】
より詳細には、たとえば、オフセット補正部が蓄積レジスタ、第１補正部、オフセット検出部、重み付け加算平均部および第２補正部からなり、制御量として重み付け係数が規定されている。この場合に蓄積レジスタはオフセット補正量を順次加算して蓄積している。蓄積レジスタから補正対象のパケット内で前回の補正に用いたオフセット補正量の蓄積値が読み出され第１補正部に入力されると、第１補正部が、入力される信号のオフセットを、読み出した蓄積値により補正する。
この時点の補正は前回までに蓄積されたオフセットの再現のためであり、つぎに、このオフセットに新たに加算すべきオフセット補正量を求める。
より詳細には、オフセット検出部が、第１補正部から出力される信号のオフセットを検出する。検出されたオフセットは補正制御部（重み付け係数選択回路）からの重み付け係数とともに重み付け加算平均部に入力される。重み付け加算平均部は、このオフセットと、前回補正時のオフセット補正量とを、合計が１となる２つの重み付け係数で重み付けして加算する。２つの重み付け係数の一方が重み付け係数選択回路から出力された係数である場合、他の一方は、その係数を１から引いて内部算出される。この加算結果が新たなオフセット補正量として第２補正部に入力され、第２補正部が第１補正部からの信号を新たなオフセット補正量により補正する。同時に、新たなオフセット補正量が蓄積レジスタの蓄積値に加算されて、ここでオフセット補正量が累積加算される。これにより１つのシンボル単位のオフセット補正処理が終了する。
【００２１】
このようなシンボル単位の補正処理を、新たなオフセット補正量を蓄積レジスタの蓄積値に加算してオフセット補正量を順次蓄積しながら繰り返すことで補正対象のパケット内でオフセット追従補正が実行される。
また、たとえば異なるパケットが入力され、あるいは、同じパケット内でもＳＮＲとして異なる値が検出されると、それに応じた制御量（重み付け係数）が出力され、それに応じて適切なオフセット補正量が算出され、より効果的な補正が実行される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係るＯＦＤＭ受信装置およびオフセット補正方法によれば、サンプリングオフセットを補正する際に、ノイズ量に応じて受信信号に補正をかける制御量をアダプティブに変化させ、その結果、柔軟で的確かつ応答性が良いオフセットの補正が可能となるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、ＯＦＤＭ信号のロングプリアンブルから信号雑音比（ＳＮＲ）を見積もり、見積もったＳＮＲに応じて制御量をアダプティブに変化させ、その時々の制御量で速やかで、かつ適切なオフセット補正を実行するシステムおよび補正方法を提案するものである。
以下、オフセット補正のための位相追従（トラッキング）において、従前のオフセットに付加するオフセット補正量を重み付け加算平均処理により求め、補正の制御量として重み付け係数を用いる場合を例として、本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
図６に示した従来のＯＦＤＭ受信装置の概略構成図に対して、本実施の形態に係るＯＦＤＭ受信装置の概略構成図を図１に示す。ここでは、周波数領域でサンプリングオフセット補正を行うＯＦＤＭ受信装置を示すが、時間領域でサンプリングオフセット補正を行う場合も同様な手法を用いることができる。
【００２５】
図１に示すＯＦＤＭ受信装置１は、アンテナ２、ＲＦ受信部３、Ａ／Ｄ変換部(A/D)４、同期検出回路(sync)５、高速フーリエ変換部(FFT)６、等化器(proposed equalizer)７０、デマッパ部(demapper)８、デインタリーブ部(de-interleave)９、デパンクチャ部(de-puncture)１０、ビタビ復号部(vitabi)１１、デスクランブラ部(de-scrambler)１２、および、ＳＮＲエスティメータ部１３を有する。
【００２６】
ＲＦ受信部３は直交復調およびゲイン調整などの信号処理の機能を有する。ＲＦ受信部３は、アンテナ２からのＯＦＤＭ信号を入力すると、内蔵の局部発振器（不図示）で発生される局部発振信号によってＯＦＤＭ信号を直交復調することにより、無線周波数帯域のＯＦＤＭ信号を中間周波数帯域または基底帯域（ベースバンド）のＯＦＤＭ信号に周波数変換する。中間周波数帯域に変換する場合は中間周波数帯域での各種処理を行った後、さらに周波数帯域をベースバンドに変換する。ベースバンドのＯＦＤＭ信号はＡ／Ｄ変換部４に送られる。
周波数変換後のＯＦＤＭ信号はＡ／Ｄ変換部４でデジタル信号に変換され、同期検出回路(sync)５で同期検出される。同期検出回路５では同時に周波数オフセットもある程度補正される。同期検出回路５で同期検出および周波数オフセットが補正されたデータは高速フーリエ変換(FFT)部６へと入力され、ここで時間領域の信号から周波数領域の信号に変換される。
【００２７】
図１に示す等化器(proposed equalizer)７０は図６に示す等化器７と同様、（１）マルチパスによる初期位相および初期振幅の補正、（２）残留周波数オフセットの補正、（３）サンプリングオフセットの補正を行うものであるが、本実施の形態では、とくにサンプリングオフセットの補正に関する構成（オフセット補正部）に特徴を有する。サンプリング補正部の構成および補正方法の詳細は後述する。また、オフセット補正時の制御量を変更するパラメータとして信号雑音比（ＳＮＲ）を見積もるＳＮＲエスティメータ１３は、図１に示す例では同期検出回路(sync)５の出力からＳＮＲを見積もり、見積もったＳＮＲを、本実施の形態で提案する等化器(proposed equalizer)７０に与えるようになっている。
【００２８】
等化器(proposed equalizer)７０で補正されたデータはデマッパ部(demapper)８でコンスタレーションがデマッピングされる。すなわち、送信機側のマッピング処理で直交座標上に情報シンボルとして対応付けられる前の元の符号化データが復元される。続くデインタリーブ部８では、バースト的に発生する伝送路エラーに強くするために送信機側でインターリーブ（ビット並べ替え）されたデータが元の符号化データに復元される。続くデパンクチャ部(de-puncture)１０では、送信機側での畳み込み符号化の符号化率を上げるためになされたパンクチャ処理（ビットの間引き）を逆に戻す処理が実行され、さらにビタビ復号部(vitabi)１１で畳み込み符号化を戻すビタビ複合法が実行され、その後、デスクランブラ部(de-scrambler)１２でスクランブル符号化が戻され、これにより元の送信用符号化データが得られる。
【００２９】
図２に、一例としてＩＥＥＥ．１１ａ規格で規定されたＯＦＤＭ信号のパケット構造を示す。
図２に示すＯＦＤＭ信号は、プリアンブル部を構成するロングシンボル(long symbol)＃１と＃２、ヘッダ部を構成するシグナルフィールド(SIGNAL FIELD)、および、データ部を構成する多数のデータシンボル(1st OFDM，…)を有する。ロングシンボル(long symbol)＃１や＃２、シグナルフィールドおよび各データシンボルは、それぞれサンプリング周波数に応じたＮ個のサンプリングデータから構成され一定のシンボル長を有する。各シンボルの先頭部分（図２の左側部分）には、マルチパス環境で遅延があっても所望のデータがＦＦＴ窓位相内に収まるように後頭部の一部をコピーして形成されたガードインターバル（ＧＩ）が付加されている。また、とくに図示しないがヘッダ部には、所定数のサブキャリアごとに１０個のショートシンボルがロングシンボル＃１より前に付加されている。
【００３０】
なお、とくに図２に示すパケットが、周波数が等間隔で異なる所定数（ＩＥＥＥ．１１ａ規格では、たとえば５２波）のサブキャリアに割り当てられるとしたときに、データが格納されている４８波のサブキャリアの間にほぼ一定周波数間隔で割り当てられた４波のサブキャリアにパイロット信号が埋め込まれている。パイロット信号は、データ部が基準シンボルで置き換えられた構成を有し、通常は、ＯＦＤＭ復調時に無線周波数のずれを追従するための基準信号として用いられる。また、自動利得制御（ＡＧＣ）などに用いられるショートシンボルは、ＡＧＣ動作を安価な局部発振器で行うことを考慮して全体で１２波のサブキャリアと数が間引かれて配置されている。
【００３１】
前述したように、たとえば図１に示すＡ／Ｄ変換部(A/D)４のサンプリング周波数が送信側のサンプリング周波数と僅かでもずれていると、これがサンプリングオフセットとなってＯＦＤＭ信号の周波数または位相のずれとなって現れる。
図３（Ｂ）は、４８波のサブキャリアに対応したデータシンボルが順次送られてくる場合に、信号の位相差が蓄積される様子を模式的に示す図である。図３（Ｂ）の横軸はサブキャリアのインデックスｉに対応し、縦軸はサンプリングオフセットによる位相シフト量を表している。また、合計５２波の有効シンボルが割り当てられるサブキャリアのうち４波のパイロットキャリアを除くＫ＝４８波のサブキャリア（図３（Ａ）の中心付近と外側部分を除く斜線部）に有効シンボル（シンボル長からＧＩ長を除く長さのシンボル部分）が配置され、その間の４波のパイロットキャリアに基準シンボルが割り当てられている。
【００３２】
この図から、サブキャリアインデックスｉの順に有効シンボルが変化する間に、位相シフト量が負から正に変化していることが分かる。このときの傾きαをサンプリングオフセット量と定義でき、その値は１０−４オーダーと小さい。ところが、たとえばＩＥＥＥ．１１ａ規格ではパケット内に１５００バイト程度の長いパケットが送られてくることがある。その場合、サンプリングオフセットはパケット内で蓄積されてノイズレベルに対しても無視できないようになることから、本実施の形態では、受信信号の入力に追従してサンプリングオフセットが拡大しないように等化器７０によって補正する（トラッキング）。
ここで等化器７０が行うサンプリングオフセットに関し、とくに無線ＬＡＮなどのシステムでは送信と受信が常に決まった相手同士で行われる保証がないため、サンプリングオフセットの補正は過去の情報を参照できず、受信ごとに適応に対処する必要がある。そこで、サンプリングオフセットの補正をパケットごとに行うことが必要となる。
【００３３】
つぎに、サンプリングオフセット補正のための構成と、その補正方法について説明する。最初に、ＳＮＲの見積もりについて説明する。
図１に示す同期検出回路(sync)５による同期検出後のＯＦＤＭデジタル信号をＳＮＲエスティメータ部１３が入力し、そこで２つのロングシンボルの情報を取り込む。本例では図２に示すロングシンボル(long symbol)＃１と、ロングシンボル(long symbol)＃２とにより表されるシンボルがＳＮＲエスティメータ部１３に取り込まれる。ノイズやマルチパス、ならびに周波数オフセットなどが存在しない仮想的な場合、この２つのシンボル＃１と＃２の信号波形は同一である。また、ロングシンボル＃１の前にはガードインターバル（ＧＩ）が存在するため、ＧＩ中に存在するサンプル数を超えない限り２つのロングシンボル＃１と＃２の信号は前方、すなわちＧＩで取り込んでもよい。
【００３４】
ロングシンボル＃１の信号をX1(i)、ロングシンボル＃２の信号をX2(i)とすると、ＳＮＲエスティメータ(SNR estimator)１３のブロックで以下に示す計算を行う。なお、この計算手法の詳細に関しては、文献１：“S. Muller-Weinfurtner，“OFDM for Wireless Communications: Nyquist Windowing， Peak-Power Reduction and Synchronization”，August 2000”に記載されている。 
【００３５】
ＦＦＴを行った後の２つのロングシンボルの信号をX1(i),X2(i)(0≦i≦N-1)とし、各々のパワーをP1,P2、クロスパワーをSと定義する。P1,P2,Sは以下の式で与えれらる。
【００３６】
【数１】
2005229207.tif 000003
【００３７】
ここで、ＳＮＲエスティメータζSNRを以下の式で定義する。
【００３８】
【数２】
2005229207.tif 000004
【００３９】
ＳＮＲエスティメータζSNRとＳＮＲの関係は、次式で近似できる。
【００４０】
【数３】
2005229207.tif 000005
【００４１】
上記文献１ではＦＦＴ後の演算が記載されているが、同様な計算手法により、データ信号が高速フーリエ変換部(FFT)６に入力される前にＳＮＲを見積もることができる。
また、ＳＮＲエスティメータ(SNR estimator)１３で見積もられたＳＮＲは、本実施の形態で提案する等化器(proposed equalizer)７０のブロックに出力される。
【００４２】
つぎに、等化器７０においてデジタル信号処理により実行されるサンプリングオフセット補正について説明する。
サンプリングオフセットが生じる場合、周波数領域での信号は図３（Ｂ）に示すようにサブキャリアに対して比例した位相Δθｉが生じ、補正をかけない場合にはシンボルごとにその傾きαが増加していく。
補正をかけるには、まずパイロットキャリアから位相の傾きαを計算する。しかし、その傾きαはサンプリングオフセットによって生じるだけでなくノイズによる影響がある。したがって、ノイズの影響を抑えるために過去のシンボルで計算した位相の傾きを利用して平均化処理を行う。
【００４３】
ｍ番目のシンボルでの位相Δθmの傾きをαm、ｍ−１番目のシンボルに実際に補正を行った後の位相Δθm-1の傾きをα'm-1とすると、ｍ番目のシンボルで補正する位相の傾きα'mを次式（４）で求めることができる。
【００４４】
【数４】
2005229207.tif 000006
ここで、μは重み付け係数で0≦μ≦1を満たす定数である。
【００４５】
このように求めた傾きに対して各々のサブキャリア番号をかけた位相を計算する。補正する周波数領域のＯＦＤＭ信号がｍ番目のシンボルだとすると、ｍ番目のシンボルまでの補正値の和の位相回転成分をｍ番目のシンボルのデータに対して逆方向に位相回転を与えることでサンプリングオフセット補正を行う。
【００４６】
重み付け係数μを一定とすると、その値が大きいほどトラッキングスピードが速くなるが、ノイズの影響を受けやすくなるというトレードオフが存在する。重み付け係数μの値によってトレードオフが存在する記述に関しては、文献２：“Heejung Yu et all, “Residual Carrier and Sampling Frequency Offset Tracking In OFDM Wireless LAN Systems, CIC, October 2002”に記載されている。なお、文献２に記載されたトレードオフは残留周波数オフセットに関するものであるが、サンプリングオフセットに関しても同様なトレードオフが存在する。
【００４７】
そこで本実施の形態では、重み付け係数μをノイズの大きさに応じて動的に変化させる構成として、等化器(proposed equalizer)７０内に、制御量を出力する補正制御部としての重み付け係数選択回路とオフセット補正回路が設けられている。
図４（Ａ）に重み付け係数選択回路を示し、図４（Ｂ）にオフセット補正部の構成を示す。なお、図４（Ｂ）に示す構成は前記した式（４）を回路により実現したものである。
【００４８】
図４（Ａ）に示す重み付け係数選択回路７１は、演算により重み付け係数μを選択し出力する構成でもよいが、ここでは想定されるＳＮＲレベルに対して最適な重み付け係数μの値を保持しているテーブル（記憶回路）から重み付け係数選択回路７１が構成されている。また図４の例では、本発明で必須ではないが、重み付け係数選択回路７１にパケットのデータ長(data length)や符号化レート(rate)などの情報も取り込まれ、これらの情報とＳＮＲとの組み合わせにおいて重み付け係数μの最適値を出力する構成となっている。
【００４９】
図４（Ｂ）に示すオフセット補正部７２は、大別すると、蓄積レジスタ７３、第１補正部７４、オフセット検出部７５、重み付け加算平均部７６および第２補正部７７を有する。
蓄積レジスタ７３は、加算器７８と、加算器７８の一方入力に前回の加算結果を出力するラッチ回路７９とを有し、加算器７８の出力が第１補正部７４に入力される。
第１補正部７４は、あるシンボル（図４（Ａ）ではｍ番目のシンボル）を入力したときに、そのｍ番目のシンボルの位相を蓄積レジスタ７３の蓄積値、すなわちオフセット補正量の累積値に基づいて、そのオフセット成分の一部をキャンセルするように位相を逆回転させる。この時点の補正（位相逆回転）は前回までに蓄積されたオフセットの再現のためであり、つぎに、このオフセットに新たに加算すべきオフセット補正量を求める。
【００５０】
より詳細には、第１補正部７４から位相逆回転後の信号がオフセット検出部７５に入力され、ここでｍ番目のシンボルについての残存したオフセットαｍが検出される。検出されたオフセットαｍは、重み付け係数選択回路７１からの重み付け係数μとともに重み付け加算平均部７６に入力される。
重み付け加算平均部７６は、ｍ番目のシンボルについての残存オフセットαｍをμ倍するアンプ（または乗算器）７６１と、前回の算出結果を（１−μ）倍するアンプ（または乗算器）７６２と、これら２つのアンプ７６１と７６２の出力を加算する加算器７６３と、加算器７６３の出力を遅延させる遅延回路７６４とを有する。
【００５１】
このような構成の重み付け加算平均部７６からは、前述した式（４）に従った新たなオフセット補正量が出力され、第２補正部７７に出力される。
第２補正部７７は、入力した第１補正部７４からの信号の位相を新たなオフセット補正量だけさらに逆回転させ、その結果、１つのシンボル単位（ｍ番目のシンボル）についての補正処理が終了する。
【００５２】
このようなシンボル単位の補正処理を、新たなオフセット補正量を蓄積レジスタ７３の蓄積値に加算してオフセット補正量を順次蓄積しながら繰り返すことで補正対象のパケット内でサンプリングオフセットに対して位相追従（トラッキング）補正が実行される。
また、たとえば異なるパケットが入力され、あるいは、同じパケット内でもＳＮＲとして異なる値が検出されると、それに応じた重み付け係数μが重み付け係数選択回路７１で選択されて出力され、それに応じて適切なオフセット補正量が算出され、より効果的な補正が実行される。したがって、ノイズが少ないときは重み付け係数μを大きくしてトラッキング速度を上げて、速やかなオフセット補正を実行し、逆に、ノイズが増えてくると重み付け係数μの値を下げてトラッキングを遅くし、ノイズによってサンプリングオフセット補正が影響されないようにノイズ耐性を高めることができる。その結果として、トラッキング速度とノイズ耐性とのトレードオフを克服し、柔軟で的確かつ応答性が良いオフセット補正ができ、位相や周波数のズレによる復調誤りに強いＯＦＤＭ受信装置が実現できる。
【００５３】
なお、同じノイズの見積もり値（ＳＮＲ）であっても伝送速度（符号化レート）やパケットデータ長などによっても最適な重み付け係数μが異なる。したがって、伝送速度やパケットデータ長といったシグナルフィールド(SIGNAL FIELD)に含まれる情報が復号された後において、図１に示すようにデスクランブラ部(de-scrambler)１２から、それらの情報を等化器(proposed qualizer)７０にフィードバックさせ、以後、ＳＮＲとともに最適な重み付け係数μの選択に寄与させることが望ましい。その場合、さらにオフセット補正の応答性や的確性を高めることができる。
【００５４】
また、周波数領域でＳＮＲを見積もってもよい。その場合は、高速フーリエ変換(FFT)部６から出力される信号からＳＮＲを見積もることになるが、このとき等化器７０によるオフセット補正との時間的余裕があまり取れない場合もあることから、その意味では図１のように時間領域でＳＮＲを見積もることが望ましい。
【００５５】
一方、周波数制御回路を設けてＡ／Ｄのクロック周波数を変更させる方法も採用できる。図５に、この方法を採用した場合のオフセット補正回路の構成を示す。
図５に示すオフセット補正部７２Ａは、図４（Ｂ）に示す場合と同様、蓄積レジスタ部７３と重み付け加算平均部７６とを有する。また、図４（Ｂ）に示す第１補正部７４と同じ機能の位相回転部７４Ａを有する。位相回転部７４Ａは、ｍ番目のシンボルを入力したときに、その位相を蓄積レジスタ７３の蓄積値、すなわちオフセット補正量の累積値に基づいてオフセット成分の一部をキャンセルするように位相を逆回転させる。ただし、この位相回転によりシンボルの位相が実際に補正されるのでなく周波数のずれを見積もるために用いられることから、ここでは「補正部」ではなく「位相回転部」と称している。位相回転後の信号はオフセット検出部７５によりオフセットが検出され、この検出後のオフセットと重み付け係数μとを用いた重み付け加算平均が重み付け加算平均部７６により実行される。
【００５６】
図５に示すオフセット補正部７２Ａは周波数制御部８０を有する。周波数制御部８０は、重み付け加算平均部７６から出力されるオフセット量に基づいてオフセットを補正する周波数を算出し、算出した周波数となるように受信処理、たとえばＡ／Ｄに用いるクロックの発振周波数を制御する。
【００５７】
なお、本実施の形態では、前述したようにＳＮＲエスティメータ部(SNR estimator)１３に、ＯＦＤＭ信号とＳＮＲ以外にシグナルフィールドの情報を入力させる。シグナルフィールドは、図２に示すようにロングシンボルの後のシンボルであり、このシグナルフィールドの中には、伝送速度(rate)やパケット内のデータ長(data length)等の情報が含まれている。伝送速度によってノイズの耐性が異なり、またデータ長の違いによってシンボル数が異なるため、エラーレートが最小となるトラッキングスピードも異なる。
本実施の形態では、ＳＮＲと伝送速度およびデータ長の値が与えられた時に、たとえばＰＥＲ（パケットエラーレート）が最小となるようなサンプリングオフセット補正のための重み付け係数μを、受信機の設計段階においてあらかじめ求めておき、図４(Ａ)に示すように各々の信号が入力された場合に最適な重み付け係数μを出力するブロックである重み付け係数選択回路７１を等化器(proposed equalizer)７０内に組み込む。その結果、Ａ／Ｄのクロック周波数を変更する図５に示す場合は補正すべき最適なクロック周波数のずれを、図４（Ｂ）に示すデジタル処理で補正する場合は最適な傾きαをオフセット補正量として出力させることができる。
【００５８】
以上のように、本実施の形態によれば、ＯＦＤＭ受信装置において送信装置側のＤ／Ａにクロックを供給する発振器の周波数と受信装置側のＡ／Ｄにクロックを供給する発振器の周波数とが一致しない場合でも、受信装置で、サンプリングオフセットの補正に用いる重み付け係数μをパケット単位でトラッキングスピードおよびノイズの影響のトレードオフを考慮しながら動的に変化させることでより、誤り率が小さく信頼性の高いＯＦＤＭ信号の通信が実現できる。このときサンプリングオフセットの補正に用いる重み付け係数μの決定を、容易な回路構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本実施の形態に係るＯＦＤＭ受信装置の概略構成図である。
【図２】ＩＥＥＥ．１１ａ規格で規定されたＯＦＤＭ信号のパケット構造を示す模式図である。
【図３】(Ａ)は、サブキャリアの配置を示す模式図、（Ｂ）は、４８波のサブキャリアに対応したデータシンボルが順次送られてくる場合に、信号の位相差が蓄積される様子を模式的に示す図である。
【図４】（Ａ）は重み付け係数選択回路を示す図、（Ｂ）はオフセット補正部の構成を示す図である。
【図５】Ａ／Ｄのクロック周波数を変更させることによりオフセットを補正する場合のオフセット補正回路の構成例を示す図である。
【図６】従来のＯＦＤＭ受信装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…ＯＦＤＭ受信装置、２…アンテナ、３…ＲＦ受信部、４…Ａ／Ｄ変換部、５…同期検出回路、６…高速フーリエ変換部、７，７０…等化器、８…デマッパ部、９…デインタリーブ部、１０…デパンクチャ部、１１…ビタビ復号部、１２…デスクランブラ部、１３…ＳＮＲエスティメータ部、７１…重み付け係数選択回路、７２，７２Ａ…オフセット補正部、７３…蓄積レジスタ、７４…第１補正部、７４Ａ…移送回転部、７５…オフセット検出部、７６…重み付け加算平均部、７７…第２補正部、８０…周波数制御部、μ…重み付け係数
【図１】
2005229207.tif 000007
【図２】
2005229207.tif 000008
【図３】
2005229207.tif 000009
【図４】
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【図５】
2005229207.tif 000011
【図６】
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