(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多値ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation ）の変調方式を用いた直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ＝Orthogonal Frequency Division  Multiplex ）の無線通信信号の復号において、受信無線周波信号を周波数変換したベースバンドＩチャンネル及び同Ｑチャンネルそれぞれの時間領域信号を周波数領域信号へ変換し、前記各チャンネルごとのパイロット信号及びデータ信号とを出力するフーリエ変換処理部と、前記フーリエ変換処理部よりのパイロット信号をもとに前記ＯＦＤＭを形成するＩチャンネル及びＱチャンネルそれぞれのデータ信号の振幅及び位相の変動を前記パイロット信号の複数本についての平均レベルと、前記パイロット信号の複数本についての直線補間とをもとに推定する推定手段と、前記推定手段による推定結果をもとに予め設定してなるデータ判定用の基準閾値を修正する閾値修正手段と、前記フーリエ変換処理部よりのパイロット信号及び前記閾値修正手段による修正閾値とをもとに前記フーリエ変換処理部よりのデータ信号についてデータ修正するデータ修正部と、前記データ修正部よりのデータ信号について前記閾値修正手段よりの閾値を用いてデータ判定し復号データを出力する判定部とを備えてなるＱＡＭ復号装置。
【請求項２】
Ｉチャンネル用又はＱチャンネル用の前記データ修正部を、複数本からなるパイロット信号を２本の組とし、同組ごとにデータ信号の位相誤差を推定する第１の位相誤差推定部と、前記位相誤差推定部で推定した推定値を平均する第１の位相誤差平均部と、前記第１の位相誤差平均部よりの平均値を基にデータ信号を構成するサブキャリア全体に対して位相を回転させる補正を行うデータ補正部と、前記データ補正部よりのデータ信号につき前記閾値修正手段よりの修正閾値を用いて仮のデータ判定を行うデータ仮判定部と、前記データ補正部で補正されたデータ信号とデータ仮判定部で仮判定されたデータよりデータ位相誤差を推定する第２の位相誤差推定部と、前記第２の位相誤差推定部における推定値の全てについて平均する第２の位相誤差平均部と、前記第２の位相誤差平均部よりの平均値をもとにデータ信号を構成するサブキャリア全体に対して位相を回転するデータ再補正部とで構成したことを特徴とする請求項１記載のＱＡＭ復号装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＱＡＭ復号装置に係り、より詳細には、多値ＱＡＭの変調方式を用いた直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）の無線通信信号の復号において、フェーディング又はノイズ等により変動したデータ信号の判定誤りの防止に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多値ＱＡＭの変調方式を用いた直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）の無線通信信号の復号において、受信信号に含まれているパイロット信号のレベルからデータ信号の振幅変動や位相変動を推定する方法として、パイロットキャリア数本の平均を用いる方法、又はパイロットキャリア間を直線補間する方法が一般的に知られている。しかし、前者の平均を用いる方法は熱雑音等による振幅変動には有効であるが、フェーディング等による位相変動に対応できず、後者の直線補間する方法はパイロットキャリアが劣化した場合誤った推定をする可能性がある。また、上記推定をもとにしたデータ信号の振幅補正については、従来、中間周波回路に設けたＡＧＣ（自動利得制御）アンプを制御していたが、この方法の場合、高速の信号に対しては処理が遅れるという欠点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記に鑑み、パイロット信号の振幅をもとに平均法及び直線補間法の双方を併用して振幅変動と位相変動とを推定し、同推定結果をもとにデータ信号及びデータ判定用の閾値を修正することにより復号データの誤り発生を防止するようにしたＱＡＭ復号装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、多値ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation ）の変調方式を用いた直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ＝Orthogonal Frequency Division Multiplex ）の無線通信信号の復号において、受信無線周波信号を周波数変換したベースバンドＩチャンネル及び同Ｑチャンネルそれぞれの時間領域信号を周波数領域信号へ変換し、前記各チャンネルごとのパイロット信号及びデータ信号とを出力するフーリエ変換処理部と、前記フーリエ変換処理部よりのパイロット信号をもとに前記ＯＦＤＭを形成するＩチャンネル及びＱチャンネルそれぞれのデータ信号の振幅及び位相の変動を前記パイロット信号の複数本についての平均レベルと、前記パイロット信号の複数本についての直線補間とをもとに推定する推定手段と、前記推定手段による推定結果をもとに予め設定してなるデータ判定用の基準閾値を修正する閾値修正手段と、前記フーリエ変換処理部よりのパイロット信号及び前記閾値修正手段による修正閾値とをもとに前記フーリエ変換処理部よりのデータ信号についてデータ修正するデータ修正部と、前記データ修正部よりのデータ信号について前記閾値修正手段よりの閾値を用いてデータ判定し復号データを出力する判定部とを備えてなるＱＡＭ復号装置を提供するものである。
【０００５】
また、Ｉチャンネル用又はＱチャンネル用の前記データ修正部を、複数本からなるパイロット信号を２本の組とし、同組ごとにデータ信号の位相誤差を推定する第１の位相誤差推定部と、前記位相誤差推定部91で推定した推定値を平均する第１の位相誤差平均部と、前記第１の位相誤差平均部よりの平均値を基にデータ信号を構成するサブキャリア全体に対して位相を回転させる補正を行うデータ補正部と、前記データ補正部よりのデータ信号につき前記閾値修正手段よりの修正閾値を用いて仮のデータ判定を行うデータ仮判定部と、前記データ補正部で補正されたデータ信号とデータ仮判定部で仮判定されたデータよりデータ位相誤差を推定する第２の位相誤差推定部と、前記第２の位相誤差推定部における推定値の全てについて平均する第２の位相誤差平均部と、前記第２の位相誤差平均部よりの平均値をもとにデータ信号を構成するサブキャリア全体に対して位相を回転するデータ再補正部とで構成する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。図１は本発明によるＱＡＭ復号装置の一実施例を示す要部ブロック図である。なお、変調信号は例として１６ＱＡＭを用いた直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）とする。図１において、１は同期部であり、入力される１６ＱＡＭのＩチャンネル（ch）信号及びＱチャンネル（ch）信号をフーリエ変換する際のシンボル（後述）の切り出しのタイミングを定める。なお、入力Ｉch信号及びＱch信号は、受信した無線周波信号を周波数変換したベースバンド信号であって、且つ図示しないＡ／Ｄ変換部によりアナログ信号をディジタル化した信号である。これら各信号はデータ信号の他に所定本数（本実施例では４本とする）のパイロット信号が含まれる。２はフーリエ変換処理部であり、同期部１でタイミング設定されたシンボルである時間領域のＩch信号及びＱch信号それぞれを周波数領域の信号に変換する。
【０００７】
３はＩch信号用の推定部であり、フーリエ変換処理部２の出力信号中からＩch側のパイロット信号を取り出し、そのパイロット信号の振幅からＩchデータ信号の振幅変動を推定する。４はＱch信号用の推定部であり、フーリエ変換処理部２の出力信号中からＱch側のパイロット信号を取り出し、そのパイロット信号の振幅からＱchデータ信号の振幅変動を推定する。なお、上記Ｉch信号用の推定部３とＱch信号用の推定部４とを推定手段とした。５はＩch信号用の閾値修正部であり、ＱＡＭにおけるデータ判定に用いるＩch側の予め設定されている閾値を前記Ｉch信号用の推定部３による前記推定をもとに修正する。６はＱch信号用の閾値修正部であり、ＱＡＭにおけるデータ判定に用いるＱch側の予め設定されている閾値を前記Ｑch信号用の推定部４による前記推定をもとに修正する。なお、ch信号用の閾値修正部５とＱch信号用の閾値修正部６とを閾値修正手段とした。
【０００８】
７はＩch信号用の遅延部であり、フーリエ変換処理部２の出力信号中から取り出したＩch側のデータ信号を所定時間遅延し、下記判定部10におけるデータ判定の際のデータと閾値との時間的タイミングの整合をとる。８はＱch信号用の遅延部であり、フーリエ変換処理部２の出力信号中から取り出したＱch側のデータ信号を所定時間遅延し、下記判定部10におけるデータ判定の際のデータと閾値との時間的タイミングの整合をとる。９はデータ修正部であり、遅延部７及び同８よりのＩch及びＱchの各データ信号を、前記閾値修正部５及び同６の閾値修正データと、フーリエ変換処理部２よりのパイロット信号とをもとにデータ修正する。10は判定部であり、データ修正部９よりの修正されたデータ信号につき、閾値修正部５及び同６よりの修正閾値をもとにデータ判定する。同判定出力が１６ＱＡＭにおける各信号点のデータ（復号データ）となる。
【０００９】
次に、図２をもとに本発明を更に詳しく説明する。図２において、（Ａ）は１６ＱＡＭとしたときの各信号点（黒丸印）（１信号点＝４ビット）の配置関係図である。また、図中の21〜24はデータ判定に使用する閾値であり、１６ＱＡＭの場合にはＩ軸及びＱ軸それぞれに＋、−の２本の閾値が必要となる。図１の各閾値修正部５、６の＋、−はこの閾値の極性を表す。なお、これら各閾値は予め設定されている（基本閾値）。また、同図（Ｂ）はＩch側で描いた周波数（横軸）に対するデータ信号及びパイロット信号それぞれの振幅（縦軸）との関係を示したものである。この周波数領域の信号が前述のようにフーリエ変換処理部２より出力される。図中の25はデータ信号、P1〜P4はパイロット信号、26は閾値［（Ａ）図の符号23に相当］である。
【００１０】
また、図（Ｂ）は原点（＝０：直流）に対し例として±２０ＭＨｚの帯域とし、この帯域内を±３２分割（即ち６４周波数分割）したものであり、同６４分割した各周波数（サブキャリア）のうち、６０のサブキャリア個々に１信号点（４ビット）のデータ、４のサブキャリアにP1〜P4のパイロット信号を順次割り当てていく。この割り当ての順序は図の最左端（−２０ＭＨｚ）から最右端（＋２０ＭＨｚ）の順であり、最右端まで割り当てた後は再び最左端へ戻り、以降、これを繰り返す。上記６４周波数分割した１群が１シンボルとなる。なお、上記P1〜P4のパイロット信号の位置を前記±３２分割との関係で表せば、P2とP3を±７の位置、P1とP4を±２１の位置としたものである。従って、パイロット信号間のデータ用サブキャリア数は１３となる。また、「−２０ＭＨｚ」は「＋２０ＭＨｚ」と複素共役の関係にある周波数を意味する。
【００１１】
また、図（Ｂ）に示したデータ信号は本発明の理解を容易にするため、（Ａ）図の信号点Soのデータ（例えば１１１１の４ビットデータ）のみを連続して送信した場合を示す。また、図（Ｂ）ではパイロット信号をP1〜P4の４本とし、このうちP4については負極性としたが、この本数又は極性等については通信方式により原則任意である。ここで、上記図（Ｂ）の状態で受信及びデータ判定ができれば判定データにエラーは発生しない。しかし、実際には電波伝搬路中ではフェーディング等による位相変動（位相雑音）の影響を受け、受信機側ではその処理回路中で熱雑音等の影響を受ける。この場合には各信号点のＩ、Ｑの直交軸上での振幅及び位相が変動し、データ判定にエラーが発生する。
【００１２】
図（Ｃ）は図（Ｂ）の状態のものが上述の影響のうちフェーディング等の位相雑音によりレベル変動した状態の一例を示したものであり、データ信号27及び４本のパイロット信号（P1〜P4）のレベルが図（Ｂ）のそれらに比し変動していることを示す。なお、実際には上記フェーディング等の位相雑音による変動に更に前記熱雑音による振幅変動が加わるが、この両者の関係を図示したものが図（Ｄ）であり、28は上記フェーディング等の位相雑音によりレベル変動したデータ信号を示し、29は更に熱雑音によりレベル変動したデータ信号を示す。このデータ変動とともに４本のパイロット信号のレベルも変動する。以上から、４本のパイロット信号のレベル変動を把握することによりデータ信号の変動を推定することができる。この推定を行うものがＩch信号用の推定部３及びＱch信号用の推定部４であり、両者の推定を総合したものがＩ、Ｑの直交軸上での各信号点の振幅変動及び位相変動となる。
【００１３】
上記推定に際し、推定部３及び推定部４それぞれにおいては下記（１）式及び（２）式を計算する。なお、式は一般式として記す。
ｇ１＝（P1＋P2＋・・・＋（Pi-1）＋Pi＋・・・＋Pn）／ｎ ・・（１）
ｇ２（ｋ）＝［｛Pi−（Pi-1）｝ｋ／・Ｎ］＋（Pi-1） ・・（２）
上式において、ｇ１はｎ本のパイロット信号（P1〜Pn）のレベル平均を表し、ｇ２（ｋ）はｋを関数にした直線式であり、パイロット信号間の直線補間を表す。また、ｋはサブキャリアの位置を表す数値、Ｎはパイロット信号間のサブキャリア数にパイロット信号の本数「１」を加えた数である。これらＮ及びｋについて、例えば図（Ｂ）の場合であれば、パイロット信号の本数ｎ＝４（本）であり、各パイロット信号間には前述のように１３のサブキャリアが存在し、従って、Ｎ＝１３＋１＝１４である。また、（２）式の｛｝内については、相隣接するパイロット信号間のレベル差（P1とP4との間は除く）であり、ｋはこれらパイロット信号間の１３本のサブキャリア個々に対し順に与える１、２、３・・１３の数値である。この場合、（Pi-1）側の最初のサブキャリアを「１」とする。
【００１４】
このようにｇ２（ｋ）が意味するところは、相隣接するパイロット信号間にレベル変化が生じている場合、この間のサブキャリア個々のレベルが直線的に変化しているものと推定することである。上記（１）式及び（２）式の結果をもとに下記（３）式により修正閾値ｇ（ｋ）を求め、予め設定してある閾値をこの閾値に修正する。
ｇ（ｋ）＝ｎｏｒｍ×｛（Ｎ／２）×ｇ１＋Ｎ×ｇ２（ｋ）｝／｛Ｎ＋（Ｎ／２）｝ ・・（３）
上式において、ｎｏｒｍは予め設定してある閾値（基本閾値）であり、Ｎ、ｋについては前記（１）（２）式と同様である。このように、修正閾値ｇ（ｋ）は、従来におけるパイロット信号のレベル平均及び直線補間の双方の要素をそれぞれ重み付けして加味したものである。
【００１５】
上記修正をＩch信号用の閾値修正部５及びＱch信号用の閾値修正部６で行い、同修正値を判定部10に対し設定する。この閾値修正の様子を図２（Ｃ）の符号30に示す。即ち、本来の閾値26を新たな閾値30へ修正する。これにより、本来の閾値26ではデータ判定においてエラーとなる部分（31）が修正閾値30の設定によりエラーとはならないこととなる。なお、図２（Ｃ）では熱雑音による影響（前記Ｄ図）を無視しているが、この熱雑音により一部データ信号において修正閾値30を超え、データ判定においてエラーとなる場合が生じ得る。このため、データ信号についても上記閾値修正と同様に修正する必要がある。このデータ信号の修正をデータ修正部９で行う。
【００１６】
以下、上記データ修正部９につき図３をもとに説明する。なお、図ではＩch側と同構成のＱch側についてはブロック図を省略した。同図において、9aはＩch側のデータ修正部、9bはＱch側のデータ修正部であり、Ｉch側のデータ修正部9aには遅延部７よりデータ信号、フーリエ変換処理部２よりパイロット信号、Ｉch信号用の閾値修正部５より修正閾値のデータがそれぞれ入力され、Ｑch側のデータ修正部9bには遅延部８よりデータ信号、フーリエ変換処理部２よりパイロット信号、Ｑch信号用の閾値修正部６より修正閾値のデータがそれぞれ入力される。Ｉch側のデータ修正部9aにおいて、第１の位相誤差推定部91はパイロット信号を２本の組（P1とP2、P2とP3、P3とP4、P1とP4、P1とP3、P2とP4）とし、それぞれの組におけるレベル差からサンプリングタイミング誤差及び初期位相誤差とによるデータ信号の位相誤差を推定する。この推定を上記括弧内の全ての組について行う。ここに、サンプリングタイミングは同期部１に入力するディジタルのＩch信号を得る際のＡ／Ｄ変換部（図示せず）におけるサンプリングタイミングの誤差であり、初期位相誤差は無線周波信号を周波数変換する際に生じる位相誤差である。
【００１７】
第１の位相誤差平均部92は、上記位相誤差推定部91で推定した全ての推定値を平均する。この平均値を第１の補正値とする。データ補正部93は、上記第１の位相誤差平均部92よりの第１の補正値を基にサブキャリア（データ信号）全体に対して位相を回転させる補正を行う。データ仮判定部94は、判定部10と同様にデータ判定を仮に行うものであり、上記データ補正部93よりのデータ信号につき、閾値修正部５よりの修正閾値を使用してデータ仮判定する。第２の位相誤差推定部95は、前記データ補正部93で補正されたデータ信号とデータ仮判定部94で仮判定されたデータよりデータ位相誤差を推定する。この場合、データ補正部93のデータについてはタイミング合わせのため遅延部96を通す。また、上記推定は、中心周波数に対して対象の関係にあるサブキャリア２本（−１と＋１、−２と＋２、−３と＋３・・・）ずつとし、全てのサブキャリアについて行う。
【００１８】
第２の位相誤差平均部97は、第２の位相誤差推定部95における推定値の全てについて平均する。この平均値を第２の補正値とする。但し、この平均においては閾値修正部５よりの修正閾値と基準閾値の位相差に比べ、第２の位相誤差推定部95で推定された位相誤差が予め定めた値以上の非常に大きいものについては除外して平均する。データ再補正部98は、第２の位相誤差平均部97における第２の補正値をもとに遅延部96及び同じくタイミング合わせ用の遅延部97を介しサブキャリア全体（データ信号）に対して位相を回転することでデータ修正する。以上がＩch側のデータ修正であるが、同様のことをＱch側のデータについても修正する（データ修正部9b）
なお、上記では１６ＱＡＭとしたが、その他の多値ＱＡＭについても本発明は適用できる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、多値ＱＡＭの変調方式を用いた直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）の無線通信信号の復号において、データ判定用の閾値及びデータ信号を、パイロット信号を使用した平均法及び直線補間法の双方の要素を併用して修正するので、フェーディング等の位相雑音又は回路素子等の熱雑音による影響を回避できることとなる。これによりデータ判定のエラー発生が防止され、ＱＡＭ復調装置の性能を向上できることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＱＡＭ復調装置の一実施例を示す要部ブロック図である。
【図２】図１に関する説明図である。
【図３】図１におけるデータ修正部９の一実施例を示す要部ブロック図である。
【符号の説明】
１ 同期部
２ フーリエ変換処理部
３、４ 推定部
５、６ 閾値修正部
７、８ 遅延部
９ データ修正部
9a Ｉch側データ修正部
9b Ｑch側データ修正部
10 判定部
91、95 位相誤差推定部
92、97 位相誤差平均部
93 データ修正部
94 データ仮判定部
96、99 遅延部
98 データ再補正部
【図１】
0004560963.tif 000002
【図２】
0004560963.tif 000003
【図３】
0004560963.tif 000004