(57)【要約】【課題】  自動車など高速で走行する移動体におけるOFDM信号の受信では、ドプラー効果により受信周波数に変化（周波数ずれ）が生じるほか、受信局の切換え時にOFDM信号の周波数ずれが急激に変わることにより、OFDM信号復調後に符号誤りが発生する。本発明はOFDM信号の周波数ずれを入力信号に追従して実時間で検出する装置と、周波数ずれを補正する装置を提供することを課題とする。【解決手段】  ガードインターバルを有するOFDM信号では、ガードインターバル期間内の第一の一部信号と、前記第一の一部信号とは一有効シンボル期間だけ離れた第二の一部信号は同一である。OFDM信号が周波数ずれを伴っていると、第一の一部信号と第二の一部信号は異なってくる。本発明は、第二の一部信号と第一の一部信号との位相差△θを求めてOFDM信号の周波数ずれ△ｆを検出し、△ｆを用いてOFDM信号の周波数ずれを補正するものである。【選択図】  図４
2007243701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガードインターバルを有するOFDM信号をディジタル信号に変換する第一のステップと、前記第一のステップの出力信号をベースバンド帯複素信号に変換する第二のステップと、前記第二のステップの出力信号の周波数ずれを検出する第三のステップとを備え、
前記第三のステップは前記第二のステップの出力信号のうちガードインターバル期間内の第一の一部信号と前記第一の一部信号とは一有効シンボル期間だけ離れた第二の一部信号とを離散フーリエ変換する第四のステップと、前記第一の一部信号を離散フーリエ変換する前記第四のステップの出力信号を記憶する第五のステップと、前記第二の一部信号を離散フーリエ変換する前記第四のステップの出力信号と前記第五のステップの出力信号との位相差を算出する第六のステップと、前記第六のステップの出力信号から前記第二の一部信号と前記第一の一部信号との位相差を決定する第七のステップと、
を備えていることを特徴とするOFDM周波数ずれ検出装置。
【請求項２】
ガードインターバルを有するOFDM信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号をベースバンド帯複素信号に変換する直交検波器と、前記直交検波器の出力信号から周波数ずれを検出する周波数ずれ検出部とを備え、
前記周波数ずれ検出部は前記直交検波器の出力信号のうちガードインターバル期間内の第一の一部信号と前記第一の一部信号とは一有効シンボル期間だけ離れた第二の一部信号とを離散フーリエ変換する離散フーリエ変換器と、前記第一の一部信号を離散フーリエ変換する前記離散フーリエ変換器の出力信号を記憶する記憶手段と、前記第二の一部信号を離散フーリエ変換する前記離散フーリエ変換器の出力信号と前記記憶手段の出力信号との位相差を算出する位相差算出手段と、前記位相差算出手段の出力信号から前記第二の一部信号と前記第一の一部信号との位相差を決定する位相差決定手段と、
を備えていることを特徴とするOFDM周波数ずれ検出装置。
【請求項３】
請求項２記載の位相差算出手段は、前記第二の一部信号を離散フーリエ変換する前記離散フーリエ変換器の出力信号と前記記憶手段の出力信号とを複素除算し、位相変換して位相差を算出することを特徴とする請求項２記載のOFDM周波数ずれ検出装置。
【請求項４】
請求項２記載の位相差算出手段は、前記第二の一部信号を離散フーリエ変換する前記離散フーリエ変換器の出力信号と前記記憶手段の出力信号とについて、各々位相変換して２つの位相を引き算し位相差を算出することを特徴とする請求項２記載のOFDM周波数ずれ検出装置。    
【請求項５】
請求項２記載の位相差決定手段は、請求項２記載または３記載または４記載の位相差算出手段の出力信号の中から、前記第二の一部信号を離散フーリエ変換する前記離散フーリエ変換器の出力信号の絶対値と前記記憶手段の出力信号の絶対値とが共に一定レベル以上である要素番号のものについて信号を選択し、平均値を算出して前記第二の一部信号と前記第一の一部信号との位相差を決定することを特徴とする請求項２記載または３記載または４記載のOFDM周波数ずれ検出装置。
【請求項６】
請求項１記載のOFDM周波数ずれ検出装置と、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号により前記OFDM周波数ずれ検出装置の第二のステップの出力信号の周波数ずれを補正する第八のステップとを備え、
前記第八のステップは、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号を極座標の位相に変換し複素数を算出し補正係数を算出する第九のステップと、前記第九のステップの出力信号と前記OFDM周波数ずれ検出装置の第二のステップの出力信号とを複素乗算してOFDM周波数ずれを補正する第十のステップと、
を備えていることを特徴とするOFDM周波数ずれ補正装置。  
【請求項７】
請求項２記載または３記載または４記載または５記載のOFDM周波数ずれ検出装置と、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号により前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器の出力信号の周波数ずれを補正する周波数ずれ補正部とを備え、
前記周波数ずれ補正部は、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号を極座標の位相に変換し複素数を算出し補正係数を算出する補正係数算出手段と、前記補正係数算出手段の出力信号と前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器の出力信号とを複素乗算してOFDM周波数ずれを補正する周波数ずれ補正手段と、
を備えていることを特徴とするOFDM周波数ずれ補正装置。
【請求項８】
請求項７記載の補正係数算出手段は、請求項２記載または３記載または４記載または５記載のOFDM周波数ずれ検出装置の出力信号から一サンプル間の位相差を算出する除算器と、メモリ回路と、前記除算器の出力信号と前記メモリ回路の出力信号とを加算する加算器と、前記メモリ回路の出力信号を極座標の位相として複素数を算出する演算器と、
を備え、前記メモリ回路は前記加算器の出力信号を記憶することを特徴とする請求項７記載のOFDM周波数ずれ補正装置。
【請求項９】
請求項７記載の補正係数算出手段は、請求項２記載または３記載または４記載または５記載のOFDM周波数ずれ検出装置の出力信号から一サンプル間の位相差を算出する除算器と、前記除算器の出力信号を極座標の位相として複素数を算出する演算器と、メモリ回路と、前記演算器の出力信号と前記メモリ回路の出力信号とを乗算する乗算器と、
を備え、前記メモリ回路は前記乗算器の出力信号を記憶することを特徴とする請求項７記載のOFDM周波数ずれ補正装置。
【請求項１０】
ガードインターバルを有するOFDM信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号をベースバンド帯複素信号に変換する直交検波器と、前記直交検波器の出力信号から周波数ずれを検出する周波数ずれ検出部とを備え、
前記周波数ずれ検出部は前記直交検波器の出力信号のうちガードインターバル期間内の第一の一部信号を離散フーリエ変換する第一の離散フーリエ変換器と、前記第一の一部信号とは一有効シンボル期間だけ離れた第二の一部信号を離散フーリエ変換する第二の離散フーリエ変換器と、前記第二の離散フーリエ変換器の出力信号と前記第一の離散フーリエ変換器の出力信号との位相差を算出する位相差算出手段と、前記位相差算出手段の出力信号から前記第二の一部信号と前記第二の一部信号との位相差を決定する位相差決定手段と、
を備えていることを特徴とするOFDM周波数ずれ検出装置。
【請求項１１】
請求項１０記載のOFDM周波数ずれ検出装置と、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号により前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器の出力信号の周波数ずれを補正する周波数ずれ補正部とを備え、
前記周波数ずれ補正部は、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号を極座標の位相に変換し複素数を算出し補正係数を算出する補正係数算出手段と、前記補正係数算出手段の出力信号と前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器の出力信号とを複素乗算してOFDM周波数ずれを補正する周波数ずれ補正手段と、
を備えていることを特徴とするOFDM周波数ずれ補正装置。
【請求項１２】
請求項２記載または３記載または４記載または５記載または１０記載のOFDM周波数ずれ検出装置と、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号により前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器の出力信号の周波数ずれを補正する周波数ずれ補正部とを備え、
前記周波数ずれ補正部は、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号を極座標の位相に変換し複素数を算出し補正係数を算出する補正係数算出手段と、前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器の出力信号を遅延する遅延手段と、前記遅延手段の出力信号と前記補正係数算出手段の出力信号とを複素乗算しOFDM周波数ずれを補正する周波数ずれ補正手段と、
を備えていることを特徴とするOFDM周波数ずれ補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車など高速で走行する移動体におけるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)信号の受信に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
OFDM信号は直交した多数のキャリアから構成され、各キャリアは振幅と位相が独立に変調されている。このOFDM信号を自動車など高速で走行する移動体において受信するとドプラー効果により受信周波数に変化（周波数ずれ）が生じるため、キャリア周波数が変化しキャリアの直交性が失われる。この結果、OFDM信号復調後に符号誤りが発生する。このため、OFDM信号の周波数ずれを入力信号に追従して実時間で検出が可能な検出装置と、周波数ずれの補正が可能な補正装置の提供は従来技術では難しい状況にある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
自動車など高速で走行する移動体における受信では、ドプラー効果により受信周波数に変化（周波数ずれ）が生じ、OFDM信号の場合にはキャリア周波数のずれとなる。ドプラー効果による周波数ずれのほか、受信局の切換え時に、例えば移動体の進行方向が電波の進行方向と同一の状態から逆方向に切換わる場合がある。この場合、受信局が切換わる時点の前後においてはOFDM信号の周波数ずれ（キャリア周波数のずれ）はマイナス側からプラス側に急激に変化する。このキャリア周波数のずれによりキャリアの直交性が失われるため、OFDM信号復調後に符号誤りが発生する。周波数のずれは移動体の移動方向が電波と同一方向（または逆方向）のときには移動体の速度に比例するので、速度が大きくなるに伴いOFDM信号復調後の符号誤りが大きくなる。
本発明は、このように電波の受信環境が変化する状況の中で受信したOFDM信号の周波数ずれを入力信号に追従して実時間で検出できるOFDM周波数ずれ検出装置の提供と、さらに周波数ずれ検出装置の出力信号を用いて周波数ずれを入力信号に追従して実時間で補正できる補正装置を提供することを課題とする（OFDM信号の周波数ずれを補正することができればキャリアの直交性は回復される）。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ガードインターバルを有するOFDM信号では、ガードインターバル期間内の第一の一部信号と、前記第一の一部信号とは同一信号長でかつ一有効シンボル期間だけ離れた第二の一部信号は同一である。しかし、OFDM信号が周波数ずれを伴っていると、第一の一部信号と第二の一部信号は異なってくる。
本発明は、第二の一部信号と第一の一部信号との位相差△θを求めてOFDM信号の周波数ずれ△ｆを検出し、検出した△ｆを用いてOFDM信号の周波数ずれを補正するものである。
【０００５】
この目的を達成するため、本発明のOFDM周波数ずれ検出装置は、
ガードインターバルを有するOFDM信号をディジタル信号に変換する第一のステップと、前記第一のステップの出力信号をベースバンド帯複素信号に変換する第二のステップと、前記第二のステップの出力信号の周波数ずれを検出する第三のステップとを備え、
前記第三のステップは前記第二のステップの出力信号のうちガードインターバル期間内の第一の一部信号と前記第一の一部信号とは一有効シンボル期間だけ離れた第二の一部信号とを離散フーリエ変換する第四のステップと、前記第一の一部信号を離散フーリエ変換する前記第四のステップの出力信号を記憶する第五のステップと、前記第二の一部信号を離散フーリエ変換する前記第四のステップの出力信号と前記第五のステップの出力信号との位相差を算出する第六のステップと、前記第六のステップの出力信号から前記第二の一部信号と前記第一の一部信号との位相差を決定する第七のステップと、
を備えていることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明OFDM周波数ずれ検出装置は、ガードインターバルを有するOFDM信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号をベースバンド帯複素信号に変換する直交検波器と、前記直交検波器の出力信号から周波数ずれを検出する周波数ずれ検出部とを備え、
前記周波数ずれ検出部は前記直交検波器の出力信号のうちガードインターバル期間内の第一の一部信号と前記第一の一部信号とは一有効シンボル期間だけ離れた第二の一部信号とを離散フーリエ変換する離散フーリエ変換器と、前記第一の一部信号を離散フーリエ変換する前記離散フーリエ変換器の出力信号を記憶する記憶手段と、前記第二の一部信号を離散フーリエ変換する前記離散フーリエ変換器の出力信号と前記記憶手段の出力信号との位相差を算出する位相差算出手段と、前記位相差算出手段の出力信号から前記第二の一部信号と前記第一の一部信号との位相差を決定する位相差決定手段と、
を備えていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明OFDM周波数ずれ補正装置は、段落番号０００５記載のOFDM周波数ずれ検出装置と、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号により前記OFDM周波数ずれ検出装置の第二のステップの出力信号の周波数ずれを補正する第八のステップとを備え、
前記第八のステップは、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号を極座標の位相に変換し複素数を算出し補正係数を算出する第九のステップと、前記第九のステップの出力信号と前記OFDM周波数ずれ検出装置の第二のステップの出力信号とを複素乗算してOFDM周波数ずれを補正する第十のステップと、
を備えていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明OFDM周波数ずれ補正装置は、
段落番号０００６記載のOFDM周波数ずれ検出装置と、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号により前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器の出力信号の周波数ずれを補正する周波数ずれ補正部とを備え、
前記周波数ずれ補正部は、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号を極座標の位相に変換し複素数を算出し補正係数を算出する補正係数算出手段と、前記補正係数算出手段の出力信号と前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器の出力信号とを複素乗算してOFDM周波数ずれを補正する周波数ずれ補正手段と、
を備えていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明OFDM周波数ずれ検出装置は、
ガードインターバルを有するOFDM信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号をベースバンド帯複素信号に変換する直交検波器と、前記直交検波器の出力信号から周波数ずれを検出する周波数ずれ検出部とを備え、
前記周波数ずれ検出部は前記直交検波器の出力信号のうちガードインターバル期間内の第一の一部信号を離散フーリエ変換する第一の離散フーリエ変換器と、前記第一の一部信号とは一有効シンボル期間だけ離れた第二の一部信号を離散フーリエ変換する第二の離散フーリエ変換器と、前記第二の離散フーリエ変換器の出力信号と前記第一の離散フーリエ変換器の出力信号との位相差を算出する位相差算出手段と、前記位相差算出手段の出力信号から前記第二の一部信号と前記第二の一部信号との位相差を決定する位相差決定手段と、
を備えていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明OFDM周波数ずれ補正装置は、
段落番号０００９記載のOFDM周波数ずれ検出装置と、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号により前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器の出力信号の周波数ずれを補正する周波数ずれ補正部と、
を備え、
前記周波数ずれ補正部は、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号を極座標の位相に変換し複素数を算出し補正係数を算出する補正係数算出手段と、前記補正係数算出手段の出力信号と前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器の出力信号とを複素乗算してOFDM周波数ずれを補正する周波数ずれ補正手段と、
を備えていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明OFDM周波数ずれ補正装置は、
段落番号０００６記載または段落番号０００９記載のOFDM周波数ずれ検出装置と、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号により前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器の出力信号の周波数ずれを補正する周波数ずれ補正部と、
を備え、
前記周波数ずれ補正部は、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号を極座標の位相に変換し複素数を算出し補正係数を算出する補正係数算出手段と、前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器の出力信号を遅延する遅延手段と、前記遅延手段の出力信号と前記補正係数算出手段の出力信号とを複素乗算しOFDM周波数ずれを補正する周波数ずれ補正手段と、
を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のOFDM周波数ずれ検出装置は、周波数ずれを伴うOFDM信号復調後の符号誤り率と周波数ずれによる影響の検討を可能にするとともに、OFDM周波数ずれ検出装置により検出した周波数ずれの検出信号を利用して周波数ずれを補正することを可能にするものである。これにより、本発明は自動車など高速で走行する移動体におけるOFDM信号の安定した受信に貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明のOFDM周波数ずれ検出装置と周波数ずれを補正する補正装置について、実施の形態を具体的に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１に本発明第一の実施例であるOFDM周波数ずれ検出装置の構成図を示す。
図１は入力端子１に入力された直交変調されているOFDM信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２と、Ａ／Ｄ変換器２の出力信号をベースバンド帯複素信号に変換する直交検波器３と、直交検波器３の出力信号から周波数ずれを検出する周波数ずれ検出部４と、から構成される。なお、直交検波器３の出力信号は直交性を有する２つのディジタル信号から構成され、周波数ずれ検出部４においてこの信号は一方を実部・他方を虚部とした複素信号として扱われる。
【００１５】
図１周波数ずれ検出部４は、直交検波器３の出力信号のうちガードインターバル期間内の第一の一部信号と前記第一の一部信号とは一有効シンボル期間だけ離れた第二の一部信号を離散フーリエ変換する離散フーリエ変換器（ＤＦＴ）５と、前記第一の一部信号を離散フーリエ変換するフーリエ変換器５の出力信号を記憶する記憶手段６と、前記第二の一部信号を離散フーリエ変換するフーリエ変換器５の出力信号と記憶手段６の出力信号との位相差を算出する位相差算出手段７と、位相差算出手段７の出力信号から前記第二の一部信号と前記第一の一部信号との位相差を決定する位相差決定手段８と、から構成される。
【００１６】
図２(a)に、OFDM信号２１と、ガードインターバル期間２３と、有効シンボル期間２４と、ガードインターバル期間２３と有効シンボル期間２４とから構成されるシンボル期間２２と、また同図(b)にガードインターバル期間２３内の信号２６と、信号２６とは同一の時間長でかつ一有効シンボル期間だけ離れている信号２７と、有効シンボル期間２５と、を例示している。図２(b)信号２６は段落番号００１５記載の第一の一部信号に対応し、図１離散フーリエ変換器５により離散フーリエ変換され、同図離散フーリエ変換器５の出力信号は記憶手段６に記憶される。また、信号２７は段落番号００１５記載の第二の一部信号に対応するもので、信号２７を受信した後に図１位相差算出手段７において、信号２７と信号２６（図１記憶手段６の出力信号に同じ）との位相差の算出が実行される。
【００１７】
図２に例示する信号はディジタル信号で構成されている。例えば、図２(a)において有効シンボル期間２４のサンプル数を２０４８、ガードインターバル期間２３のサンプル数を１２８とすればシンボル期間２２のサンプル数は２１７６となる。図２(b)有効シンボル期間２５のサンプル数は２０４８、信号２６のサンプル数を３２とすれば信号２７のサンプル数も３２である。図１記憶手段６には、サンプル数３２の信号２６が記憶される。さらに、信号２７を受信した時点で図１位相差算出手段７において、信号２７と信号２６（図１記憶手段５の出力信号）との位相差が３２のサンプル点ごとに算出される。
なお、図２(b)有効シンボル期間２５は、同図(a)シンボル期間２２の先頭がゴーストの影響を受けている可能性があるので先頭より少し遅れて選択するのが望ましい。
【００１８】
以下に、OFDM信号の周波数ずれ検出原理を具体的に示す。
周波数ずれがない場合の図２(b)有効シンボル期間２５を次式で表す。
【数１】
2007243701.tif 000003
なお、exp(jωt)＝cosωt+jsinωtであり、左辺は極座標の形式で右辺はx+jyの形式である。以下、２つの形式とも複素数として扱う。
図２(b)信号２６は、
【数２】
2007243701.tif 000004
で表される。また、図２(b)信号２７は、
【数３】
2007243701.tif 000005
で表される。数３は、ω×Ｔ＝2πp（p：整数）を考慮すると（OFDM信号では、キャリアは有効シンボル期間で整数サイクルでありω×Ｔ＝2πpとなる）、
【数４】
2007243701.tif 000006
となり、s2(t)はs1(t)に等しい。
【００１９】
一方、周波数ずれ△ｆがある場合、数１においてｆがｆ＋△ｆとなり次式となる。
【数５】
2007243701.tif 000007
数５より、周波数ずれ△fがあるときの信号s'(t)は、周波数ずれがないときの信号s(t)に対しexp(j2π△ft)倍となり、時間ｔに比例して位相が2π△ft進み、ｔ＝Tでは2π△fT進むことを示している。
同様に数２は次式で表される。
【数６】
2007243701.tif 000008
また、数３はω×Ｔ＝2πpを考慮して次式となる。
【数７】
2007243701.tif 000009
【００２０】
図１直交検波器３の出力信号はディジタル信号であるから、s1'(t)とs2'(t)はサンプル番号をｍとおいて、それぞれs1'(ｍ)とs2'(ｍ)で表わす。 s1'(ｍ)とs2'(ｍ)（ｍ＝0〜M−1、M：サンプル数）は、それぞれ図２(b)信号２６と信号２７に該当する。このとき、数７は次式で表される。
【数８】
2007243701.tif 000010
【００２１】
ここで、s2'(m)及びs1'(m),m=0~M−1の離散フーリエ変換を次式とおく。すなわち、
【数９】
2007243701.tif 000011
数９において、F2'(k)、F1'(k)を要素、kを要素番号と称す。また、F2'及びF1'はM個の要素から構成されている（離散フーリエ変換では、F2'及びF1'の要素数はs2'(m)及びs1'(m)のサンプル数Mに等しい）。数８の両辺の離散フーリエ変換は数９の記載を用いると次式で表される。  
【数１０】
2007243701.tif 000012
さらに、数１０より、次式を得る。
【数１１】
2007243701.tif 000013
数１１のF2'とF1'との複素除算は要素ごとに要素数（M個）に等しい回数だけ実行される。
すなわち、数１１を要素ごとに表現すると次式で表される。
【数１２】
2007243701.tif 000014
数１２を実行することにより、数８に示すs2'(m)とs1'(m)との位相差（2π△fT）を求めることができる。これにより、周波数ずれ△fを知ることができる。
【００２２】
要素F1'(k)と要素F2'(k)の位相関係を具体的に説明する。図３(a)はF1'(k)及びF2'(k)を３１及び３３にベクトル表示したものの例示である。なお、図３の横軸Ｘは複素数の実部、縦軸Ｙは虚部を表す。また、図３(a)において、３１F1' (k)の位相は３２位相θ１(k)、３３F2' (k)の位相は３４位相θ２(k)、F2' (k)とF1' (k)との位相差は３５位相差△θ(k)を表している。この位相差△θ(k)は、図１位相差算出手段７において、F2'(k)とF1'(k)との複素除算を実行し、複素数x+jyの形式から極座標z(R,θ)の形式に変換して算出される位相である。また、位相差△θ(k)は数１２の右辺の位相2π△fTに等しい。すなわち、
【数１３】
2007243701.tif 000015
の関係を得る。
【００２３】
また、図３(a)から理解されるように、F2' (k)とF1' (k)との３５位相差△θ(k)は３４位相θ２(k)から３２位相θ１(k)を引き算したものに等しい。このことより、３５位相差△θ(k)は３４位相θ２(k)と３２位相θ１(k)とを各々算出した後に２つの位相を引き算して算出することも可能である。
【００２４】
OFDM信号を受信した時、受信機のヘッドアンプ等で発生した熱雑音は信号に重畳するため、図１離散フーリエ変換器５により変換された雑音もF1'(k)及びF2'(k)に重畳する。離散フーリエ変換された雑音の振幅及び位相は、F1'(k)とF2'(k)とは相関がなく、またF1'(k)に重畳した雑音の振幅及び位相はF2'(k)に重畳した雑音の振幅及び位相と相関がない。図３(b)は雑音を離散フーリエ変換した後の要素番号kの雑音を例示するもので、３６雑音z1(ｋ)はF1' (k)に重畳している雑音、３９雑音z2(k)はF2' (m)に重畳している雑音を示している。また、３６雑音z1(k)及び３９雑音z2(k)は、要素番号ごとに振幅と位相がランダムな値となるので、統計的にはM個の雑音のベクトルの変化範囲は３７及び３１０に示すような円形状で考えることができる。  
この結果、図３(b)から理解できるように、（３１F1'(k)＋３７雑音z1(k)の変化範囲）の位相は３８位相変動幅θ1errだけ変動、（３３F2'(k)＋３１０雑音z2(k)の変化範囲）の位相は３１１位相変動幅θ2errだけ変動する。さらに、位相変動θ1errは F1'(k)の絶対値により、またθ2errはF2'(k)の絶対値により変わることが分かる。特に、F1'(k)の絶対値がz1(k)の絶対値より小さい場合、またはF2'(k)の絶対値がz2(k)の絶対値より小さい場合には、算出した位相差△θ(k)に大きい誤差が生じることが分かる。また、F1'(k)＝０の場合には位相差△θ(k)の算出はできない）。従って、図１位相差算出手段６において算出された位相差△θ(k)（k=0〜M−1）には、雑音による誤差が含まれていること等を考慮する必要がある。
【００２５】
このため、図１位相差決定手段８は、位相差算出手段７の出力信号（△θ(k), k=0〜M−1）の中から、誤差が小さい信号を選択しその平均値を算出する必要がある。誤差の小さい信号の選択方法は、例えば、ある選択レベル（F1'(k),k=0〜M−1の絶対値の平均値）を決めておき、位相差算出手段７の出力信号（位相差△θ(k) ,k=0〜M−1）の中から、要素F1'(k)及び要素F2'(k) , k=0〜M−1の絶対値が共に選択レベル以上である要素番号kの位相差△θ(k)を選択し平均値を算出して位相差を決定する。すなわち、
【数１４】
2007243701.tif 000016
数１４により、図１位相差決定手段８の出力信号Θは一シンボル期間ごとに決定することができる。このことは、自動車など高速で走行する移動体での受信において発生するドプラー効果によるキャリア周波数ずれと、受信局の切換え時に発生する急激なキャリア周波数ずれを一シンボル期間ごとに検出が可能であることを示すものである。
図１位相差決定手段８の出力信号Θは、同図出力端子９から出力される。
【００２６】
F1'(k)及びF2'(k)に誤差が重畳していない場合、Ａ／Ｄ変換にともなう量子化誤差を考慮しなければ、数１４により算出したΘは数１３に等しく2π△fTとなり、周波数ずれ△ｆに比例している。すなわち、
【数１５】
2007243701.tif 000017
数１５周波数ずれ△ｆに比例している。
【実施例２】
【００２７】
図４に本発明第二の実施例であるOFDM周波数ずれ補正装置の構成図を示す。
図４は、前記実施例１のOFDM周波数ずれ検出装置と、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号により前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器３の出力信号の周波数ずれを補正する周波数ずれ補正部４１とを備え、
周波数ずれ補正部４１は、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号を極座標の位相に変換し複素数を算出し補正係数を算出する補正係数算出手段４２と、補正係数算出手段４２の出力信号と前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器３の出力信号とを複素乗算してOFDM周波数ずれを補正する周波数ずれ補正手段４３と、から構成される。
なお、前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器３の出力信号は直交性を有する２つのディジタル信号から構成されており、周波数ずれ補正手段４１においてこの信号は一方を実部・他方を虚部とした複素信号として扱われる。
【００２８】
以下に、OFDM信号の周波数ずれ補正原理を具体的に示す。  
周波数ずれがある場合のs'(t)（数５）にexp(−j2π△ft)を乗ずると、周波数ずれがない場合のs(t)に補正できることが分かる。また数１５からs1'(m)及びs2'(m),m=0〜M−1に雑音が重畳していないときの、2π△f＝Θ／Tの関係を用いて次式を得る。 
【数１６】
2007243701.tif 000018
数１６では、極座標z(R,θ)においてR＝1、θ＝−Θ×t／Tとしてexp(−jΘ×t／T)を実行することよりΘを複素数(x+iyの形式)に変換している。また、数１６は、Θを用いて、周波数ずれがある場合のOFDM信号 s'(t)が、周波数ずれがない場合のOFDM信号 s(t)に補正できることも示している。
【００２９】
図４周波数ずれ補正手段４１において数１６をディジタル演算する場合、ｔをサンプル番号nに、一有効シンボル期間Tを一有効シンボル期間のサンプル数Nに置き換えて考える。
すなわち、
【数１７】
2007243701.tif 000019
また、数５s'(t)と数１s(t)との関係はＡ／Ｄ変換したディジタル信号においては次式で表される。
【数１８】
2007243701.tif 000020
数１７の補正係数H(n)は、Θから一サンプル間の位相量（−Θ／N）を算出し、ｎ番目のサンプル点の位相量−Θ×n／Nを求め、さらに極座標z(R,θ)においてR＝1、θ＝−Θ×n／Nとしてexp(−jΘ×n／N)を算出することにより、Θを複素数(x+iyの形式)に変換して補正係数を求めるもので図４補正係数算出手段４２で実行される。
【００３０】
数１７は、一有効シンボル期間の周波数ずれ補正について示すものであるが、一有効シンボル期間と一ガードインターバル期間より構成される一シンボル期間の周波数ずれ補正にも適用できる。すなわち、
【数１９】
2007243701.tif 000021
を実行することにより、一シンボル期間の周波数ずれが補正可能である。
【００３１】
OFDM信号は図２(a)に示すように、シンボルが連なって構成されるものであるから、シンボルの先頭においてはn=n0（n0：任意の整数）である初期値を考慮する必要がある。数１８s'(n)のnをn+n0と置き換え、数１s(t)のディジタル信号をs(n)=a・exp(jωn)とおいて次式を得る。
【数２０】
2007243701.tif 000022
数２０は数１８s'(n)に対して、シンボル期間内で一定の位相(ω+2π△f)×n0)だけ進んでいることを示している。しかし、OFDM信号においては、挿入されているパイロット信号の位相を基準とすることが可能であり一シンボル単位での位相は問題とはならない。従って、シンボルの先頭におけるnの初期値n0は周波数ずれの補正において問題とはならない。さらに、OFDM信号はシンボルが連続したものであるから、OFDM信号の周波数ずれ補正も可能である。この場合には、数１９のｎはOFDM信号のサンプル番号となる。
【００３２】
図４補正係数算出手段４２は数１９に示す補正係数H(n)を算出するものであり、図５(a)及び(b)に具体的な構成を例示する。
補正係数H(n)は、位相がサンプル点ごとにΘ／Nだけ減少するので、現時点における位相を−Θ／N×nとすれば、次のサンプル点では−Θ／N×(n+1)となり、次に、exp(−jΘ／N×(n+1))を算出したものになっている。図５(a)は、この算出方法を実行する構成例である。すなわち、入力端子５１に入力された図４位相差決定手段８の出力信号（Θ）から、図５(a)除算器５２においてΘ／N（一サンプル間の位相差）を算出し、その除算値をΘが更新されるまで保持する。加算器５３は、メモリ回路５４の出力信号Θ／N×nと除算器５２の出力信号Θ／Nとを加算する。加算器５３の出力信号Θ／N×(n+1)はメモリ回路５４に記憶される。演算器５５は、メモリ回路５４の出力信号Θ／N×(n+1)を極座標の位相として複素数（exp(−jΘ×(n+1)／N)）を算出し、演算器５５の出力信号が出力端子５６から出力される。なお、メモリ回路５４の記憶内容（Θ／N×(n+1)）はnとともに増加（または減少）するため、その絶対値が２πを越える可能性があるので記憶内容の絶対値が２πを超えないよう記憶内容を制御する（例えば、記憶内容の絶対値が２πを超えた時点で、２πを減算（または加算）して２π未満に制御する）。
一方、補正係数はH(n)＝exp(−jΘ×(ｎ+1)／N)＝exp(−jΘ×ｎ／N)×exp(−jΘ／N)の関係がある。これは、次のサンプル点(n+1)の補正係数は、サンプル点ｎの補正係数にexp(−jΘ／N)を乗じたものとなっている。図５(b)は、この算出方法を実行する構成例である。図５(b)入力端子５７に入力される図４位相差決定手段８の出力信号（Θ）から、除算器５８においてΘ／N（一サンプル間の位相差）を算出する。演算器５９は除算器５８の出力信号を極座標の位相として（exp(−jΘ／N)）を実行することにより複素数(x+jyの形式)を算出し、Θが更新されるまで保持する。乗算器５１０は、メモリ回路５１１の出力信号exp(−jΘ×ｎ／N)と演算器５９の出力信号exp(−jΘ／N)とを乗算し、乗算器５１０の出力信号がメモリ回路５１１に記憶される。さらにメモリ回路５１１の出力信号（exp(−jΘ×(n+1)／N)）が出力端子５１２から出力される。
【００３３】
図４周波数ずれ補正手段４３において、同図補正係数算出手段４２の出力信号（補正係数H(n)）と同図直交検波器３の出力信号との複素乗算が実行され、出力端子４４から周波数ずれが補正されたOFDM信号（複素信号）が出力される。
図４位相差決定手段８の出力信号Θは、段落番号００２５記載のとおり一シンボル期間ごとに決定される信号であり、OFDM信号の周波数ずれを一シンボル期間ごとに補正することを可能とする。このことにより、高速で走行する移動体での受信において発生するドプラー効果によるキャリア周波数ずれ、受信局の切換え時に発生する急激なキャリア周波数ずれの補正が可能となり、本実施例２は自動車など高速で走行する移動体におけるOFDM信号の周波数ずれの補正に好適である。
【実施例３】
【００３４】
図６に本発明第三の実施例であるOFDM周波数ずれ検出装置の構成図を示す。
図６は入力端子１に入力された直交変調されているOFDM信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２と、Ａ／Ｄ変換器２の出力信号をベースバンド帯複素信号に変換する直交検波器３と、直交検波器３の出力信号から周波数ずれを検出する周波数ずれ検出部６１と、から構成される。なお、直交検波器３の出力信号は直交性を有する２つのディジタル信号から構成され、周波数ずれ検出部６１においてこの信号は一方を実部・他方を虚部とした複素信号として扱われる。
【００３５】
図６周波数ずれ検出部６１は、直交検波器３の出力信号のうちガードインターバル期間内の第一の一部信号を離散フーリエ変換する第一の離散フーリエ変換器６２と、前記第一の一部信号とは一有効シンボル期間だけ離れた第二の一部信号を離散フーリエ変換する第二の離散フーリエ変換器６３と、第二の離散フーリエ変換器６３の出力信号と第一の離散フーリエ変換器６２の出力信号との位相差を算出する位相差算出手段７と、位相差算出手段７の出力信号から前記第二の一部信号と前記第二の一部信号との位相差を決定する位相差決定手段８と、から構成される。
【００３６】
図６に示すＡ／Ｄ変換器２、直交検波器３、位相差算出手段７、位相差決定手段８は、図１に示すＡ／Ｄ変換器２、直交検波器３、位相差算出手段７、位相差決定手段８とそれぞれ機能が同一のものである。また、図６離散フーリエ変換器６２は機能的には図１離散フーリエ変換器５による前記第一の一部信号のフーリエ変換を記憶する同図記憶手段６に代わるものであり、また図６離散フーリエ変換器６３によるフーリエ変換は機能的には図１離散フーリエ変換器５による前記第二の一部信号のフーリエ変換に代わるものであるから、図６位相差算出手段７の入力信号は図１位相差算出手段７と同一である。従って、図６位相差算出手段７の出力信号は図１位相差算出手段７の出力信号と同一であり、さらに図６位相差決定手段８の出力信号は図１位相差決定手段８の出力信号と同一である。このことより、本実施例３は実施例１と同様に図６位相差決定手段８より周波数ずれ△ｆに比例した出力信号が得られる。
図６位相差決定手段８の出力信号Θは、同図出力端子９から出力される。
【００３７】
図６位相差算出手段７は、前記第二の一部信号を離散フーリエ変換する離散フーリエ変換器６３の出力信号と前記第一の一部信号を離散フーリエ変換する離散フーリエ変換器６２の出力信号とを複素除算し、位相変換して位相差を求めることを特徴とする。また、図６位相差算出手段７は、前記第二の一部信号を離散フーリエ変換する離散フーリエ変換器６３の出力信号と前記第一の一部信号を離散フーリエ変換する離散フーリエ変換器６２の出力信号とについて、各々位相変換して２つの位相を引き算し位相差を算出することを特徴とする。さらに、図６位相差決定手段８は、位相差算出手段７の出力信号の中から、前記第二の一部信号を離散フーリエ変換する離散フーリエ変換器６３の出力信号の絶対値と前記第一の一部信号を離散フーリエ変換する離散フーリエ変換器６２の出力信号の絶対値とが共に一定レベル以上である要素番号の信号を選択し平均値を算出して位相差を決定することを特徴とする。
【実施例４】
【００３８】
図７に本発明第四の実施例であるOFDM周波数ずれ補正装置の構成図を示す。
図７は、前記実施例３（図６）のOFDM周波数ずれ検出装置と、前記OFDH周波数ずれ検出装置の出力信号により前記OFDH周波数ずれ検出装置の直交検波器３の出力信号の周波数ずれを補正する周波数ずれ補正部４１と、から構成される。
前記周波数ずれ補正部は、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号を極座標の位相に変換し複素数を算出し補正係数を算出する補正係数算出手段と、前記補正係数算出手段の出力信号と前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器の出力信号とを複素乗算してOFDM周波数ずれを補正する周波数ずれ補正手段と、
を備えていることを特徴とする。
【００３９】
本実施例４（図７）のOFDM周波数ずれ検出装置は実施例３（図６）であり、段落番号００３６記載のとおり図６位相差決定手段８の出力信号は図１位相差決定手段８の出力信号と同一である。また、図７周波数ずれ補正部４１は実施例２の図４周波数ずれ補正部４１と機能、構成が同一のものである。以上のことより、本実施例４（図７）は実施例２（図４）における説明と同様にOFDM信号の周波数ずれ補正が可能である。図７出力端子４４から周波数ずれが補正されたOFDM信号（複素信号）が出力される。
図７補正係数算出手段４２の構成は、実施例２における段落番号００３２記載の図５(a)及び図５(b)補正係数算出手段の構成例が適用可能である。
【実施例５】
【００４０】
図８に本発明第五の実施例であるOFDM周波数ずれ補正装置の構成図を示す。
図８は、実施例１（図１）または実施例３（図６）のOFDM周波数ずれ検出装置と、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号により前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器の出力信号の周波数ずれを補正する周波数ずれ補正部とを備え、
前記周波数ずれ補正部は、前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号を極座標の位相に変換し複素数を算出し補正係数を算出する補正係数算出手段と、前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器の出力信号を遅延する遅延手段と、前記遅延手段の出力信号と前記補正係数算出手段の出力信号とを複素乗算しOFDM周波数ずれを補正する周波数ずれ補正手段と、
を備えていることを特徴とする。
【００４１】
前記補正係数算出手段の出力信号は、前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器の出力信号に対し次の遅延時間が発生する。すなわち、
図２(b)シンボル期間２２の先頭から同図(b)有効シンボル期間２５の先頭までの期間２８
図２(b)有効シンボル期間２５
図２(b)信号２７の期間
前記OFDM周波数ずれ検出装置において、図２(b)信号２７を受信後、数１４によりΘを算出し出力するまでの演算時間
前記OFDM周波数ずれ検出装置の出力信号Θから前記補正係数算出手段において補正係数算出を算出するまでの演算時間
従って、図２(b)信号２７を受信してから図８補正係数算出手段４２に出力される出力信号の先頭は、図２(a)シンボル期間２２の先頭より上記a,b,c,d,eの合計時間だけ遅延する。このため、前記遅延手段により前記OFDM周波数ずれ検出装置の直交検波器の出力信号を前記合計時間だけ遅延させて前記補正係数算出手段の出力信号の先頭と図２(a)シンボル期間２２の先頭を合わせる。
図８周波数ずれ補正手段４３において、同図補正係数算出手段４２の出力信号（補正係数H(n)）と同図遅延手段８１の出力信号との複素乗算が実行され、出力端子４４から周波数ずれが補正されたOFDM信号（複素信号）が出力される。
図８補正係数算出手段４２の構成は、実施例２における段落番号００３２記載の図５(a)及び図５(b)補正係数算出手段の構成例が適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、自動車など高速で走行する移動体におけるOFDM信号の周波数ずれの検出を可能とするOFDM周波数ずれ検出装置と、OFDM信号の周波数ずれの補正を可能とするOFDM周波数ずれ補正装置を提供するものであり産業上の利用可能性は高い。       
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明第一の実施例である。
【図２】OFDM信号の構成概要である。
【図３】信号と雑音のベクトル図である。
【図４】本発明第二の実施例である。
【図５】補正係数算出手段の構成例である。
【図６】本発明第三の実施例である。
【図７】本発明第四の実施例である。
【図８】本発明第五の実施例である。
【符号の説明】
【００４４】
１  入力端子
２  Ａ／Ｄ変換器
３  直交検波器
４  周波数ずれ検出部
５  ＤＦＴ（離散フーリエ変換器）
６  記憶手段
７  位相差算出手段
８  位相差決定手段
９  出力端子
２１  OFDM信号の構成
２２  シンボル期間
２３  ガードインターバル期間
２４、２５  有効シンボル期間
２６  第一の一部信号
２７  第二の一部信号
２８  シンボル期間２２の先頭と有効シンボル期間２５の先頭との期間
３１  F1'(k)のベクトル
３２  F1'(k)の位相θ１(k)
３３  F2'(k)のベクトル
３４  F2'(k)の位相θ２(k)
３５  位相差△θ(k)（F2'(k)の位相θ２(k)とF1'(k)の位相θ１(k)との位相差）
３６  雑音z1(ｋ)のベクトル
３７  雑音z1(ｋ)、k＝0〜M−1の変化範囲
３８  位相変動幅θ1err
３９  雑音z2(k)
３１０  雑音z2(k)、k=0〜M−1の変化範囲
３１１  位相変動幅θ2err
４１  周波数ずれ補正部
４２  補正係数算出手段
４３  周波数ずれ補正手段
４４  出力端子
５１、５７  入力端子
５２、５８  除算器
５３  加算器
５４、５１１  メモリ回路
５５、５９  演算器
５６、５１２  出力端子
５１０  乗算器
６１  周波数ずれ検出部
６２  ＤＦＴ１（離散フーリエ変換器）
６３  ＤＦＴ２（離散フーリエ変換器）
８１  遅延手段
【図１】
2007243701.tif 000023
【図２】
2007243701.tif 000024
【図３】
2007243701.tif 000025
【図４】
2007243701.tif 000026
【図５】
2007243701.tif 000027
【図６】
2007243701.tif 000028
【図７】
2007243701.tif 000029
【図８】
2007243701.tif 000030