(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリアンブル部と、パイロットキャリアを含むペイロード部とを有するＯＦＤＭ信号の周波数誤差を補正する受信装置において、
前記プリアンブル部における周波数誤差に基づいて、シンボル単位の相対位相誤差を補正する第１の周波数誤差補正手段と、
前記補正された信号を、サブキャリア毎に周波数成分に展開する高速フーリエ変換手段と、
前記周波数成分に展開された信号に対して、前記シンボル毎の残留位相誤差を前記パイロットキャリアを用いて補正する第２の周波数誤差補正手段と
を有し、
前記第１の周波数誤差補正手段は、
同相Ｉ成分信号及び直交Ｑ成分信号からなる前記ＯＦＤＭ信号を、一定時間遅延させる遅延手段と、
前記遅延させた直交Ｑ成分信号を反転させる第１の符号反転手段と、
前記ＯＦＤＭ信号と、前記遅延させた同相Ｉ成分信号及び前記反転させた直交Ｑ成分信号とからなる複素共役信号とを複素乗算し、周波数誤差ΔＩ及びΔＱを導出する第１の複素乗算手段と、
前記周波数誤差に基づく周波数１次補正信号を１シンボル分だけ記録しており、同一フレーム内の各シンボルに同一の補正信号を乗算し、前記周波数誤差ΔＩ及びΔＱに基づく周波数１次補正信号を出力する補正信号メモリと、
前記ＯＦＤＭ信号に前記周波数１次補正信号を乗算する乗算手段と
を有することを特徴とする受信装置。
【請求項２】
前記補正信号メモリは、前記周波数誤差ΔＩ及びΔＱを複素平面上でｘ軸を正の方向となす角Δθ'と表し、Δθ（＝Δθ'／１６）が０°〜＋４５°の範囲であるsin及びcosの値から構成され、該値を、符号反転又はsin及びcosの値の入れ換えを行うことで周波数１次補正信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
【請求項３】
前記第２の周波数誤差補正手段は、
参照信号となるパイロットキャリアを出力する参照信号メモリと、
前記高速フーリエ変換手段から出力されたＯＦＤＭ信号に挿入されているパイロットキャリアと、前記参照信号メモリから出力されたパイロットキャリアとを複素乗算する第２の複素乗算手段と、
前記複素乗算された直交Ｑ成分信号を反転させる第２の符号反転手段と、
前記複素乗算された同相Ｉ成分信号及び前記反転された直交Ｑ成分信号からなる複素共役信号を、前記パイロットキャリア間で平均化する平均化手段と、
前記平均化された前記複素共役信号を前記シンボルの全てのサブキャリアに複素乗算する第３の複素乗算手段と、
前記複素乗算された直交Ｑ成分信号を反転させ、複素共役をとる第３の符号反転手段と
を有することを特徴とする請求項１から２のいずれか１項に記載の受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）信号の周波数誤差を補正する受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＯＦＤＭ信号は、プリアンブル部と、パイロットキャリアを含むペイロード部（データ部）とを有する。従来、このＯＦＤＭ信号の周波数誤差を補正する受信装置には、アナログ処理方式のものと、デジタル処理方式のものとがあった。
【０００３】
図１は、従来のアナログ方式による受信装置の構成図である。図１によれば、受信したＯＦＤＭ信号のプリアンブル部に含まれる周波数誤差Δθを、該プリアンブル部におけるａｒｃｔａｎ（直交Ｑ成分／同相Ｉ成分）から検出する。その検出出力は、Ｄ／Ａ変換され、周波数誤差量に応じた電圧ΔＶを得る。この電圧ΔＶにより電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Control Oscillator）が制御され、これにより得られた周波数Δｆにより周波数を補正する。
【０００４】
一方、デジタル方式による受信装置によれば、基本的に、プリアンブル部によって周波数誤差に起因する位相回転量Δθを検出し、−Δθの回転量を持つ補正信号をデジタル信号処理で生成し、その補正信号を受信信号に乗じて周波数誤差を補正する。この方式によれば、理想的システムにするには計算桁が数十桁に及び、三角関数を高次にわたる級数展開式を用いて算出する必要があった。この三角関数の演算量を減らすために、近似を用いて三角関数の値を導出する方法も提案されている。また、周波数誤差補正のための補正信号をテーブルでメモリに記録する方法も提案されている。これは、周波数誤差に基づいてテーブルから補正信号を検索し、ＯＦＤＭ信号にその補正信号を乗算することで周波数誤差を補正する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＯＦＤＭ信号の受信装置における周波数誤差補正には、以下のような問題があった。
【０００６】
アナログ処理方式によれば、ＯＦＤＭ変復調方式が、周波数間隔の狭いマルチキャリア構成であるため、実際に特定のキャリアに同調することは困難である。加えて、オープンループの構成となるために、ＶＣＯ等の設定電圧に対する周波数誤差が加わってしまい、構成が困難となる。
【０００７】
デジタル処理方式によれば、三角関数の演算部分が多く、回路規模が大きくならざるを得ない。更に、演算量が多いために、回路の動作速度が、通信の伝送速度を大きく上回る必要がある。これらは、必要となる装置の部品点数を増大させ、装置の体積、消費電力及び価格を増大させることになる。また、近似を用いて三角関数の値を導出したとしても、近似による誤差がフレームの後方に近づくに従い累積し、周波数誤差の正確な補正ができなくなるという問題があった。
【０００８】
更に、補正信号のテーブルをメモリに記録し、周波数誤差に基づいて補正信号を検索する場合、周波数誤差量とフレーム長とに応じた補正信号テーブルを用意する必要があるため、メモリ量が増加するという問題もあった。
【０００９】
そこで、本発明は、演算量及びメモリ量を少なくした装置構成により、ＯＦＤＭ信号の周波数誤差を簡易に補正する受信装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、プリアンブル部と、パイロットキャリアを含むペイロード部とを有するＯＦＤＭ信号の周波数誤差を補正する受信装置において、プリアンブル部における周波数誤差に基づいて、シンボル単位の相対位相誤差を補正する第１の周波数誤差補正手段と、補正された信号を、サブキャリア毎に周波数成分に展開する高速フーリエ変換手段と、周波数成分に展開された信号に対して、シンボル毎の残留位相誤差をパイロットキャリアを用いて補正する第２の周波数誤差補正手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の他の実施形態によれば、第１の周波数誤差補正手段は、同相Ｉ成分信号及び直交Ｑ成分信号からなるＯＦＤＭ信号を、一定時間遅延させる遅延手段と、遅延させた直交Ｑ成分信号を反転させ、複素共役をとる第１の符号反転手段と、ＯＦＤＭ信号と、遅延させた同相Ｉ成分信号及び反転させた直交Ｑ成分信号とからなる複素共役信号とを複素乗算し、周波数誤差ΔＩ及びΔＱを導出する第１の複素乗算手段と、周波数誤差に基づく周波数１次補正信号を記録しており、周波数誤差ΔＩ及びΔＱに基づく周波数１次補正信号を出力する補正信号メモリと、ＯＦＤＭ信号に周波数１次補正信号を乗算する乗算手段と、を有することも好ましい。
【００１２】
本発明の他の実施形態によれば、補正信号メモリは、周波数誤差ΔＩ及びΔＱを複素平面上でｘ軸を正の方向となす角Δθ'と表し、Δθ（＝Δθ'／１６）が０°〜＋４５°の範囲であるsin及びcosの値から構成され、該値を、符号反転又はsin及びcosの値の入れ換えを行うことで周波数１次補正信号を生成することも好ましい。
【００１３】
本発明の他の実施形態によれば、第２の周波数誤差補正手段は、参照信号となるパイロットキャリアを出力する参照信号メモリと、高速フーリエ変換手段から出力されたＯＦＤＭ信号に挿入されているパイロットキャリアと、参照信号メモリによるパイロットキャリアとを複素乗算する第２の複素乗算手段と、複素乗算された直交Ｑ成分信号を反転させる第２の符号反転手段と、複素乗算された同相Ｉ成分信号及び反転された直交Ｑ成分信号からなる複素共役信号を、パイロットキャリア間で平均化する平均化手段と、平均化された複素共役信号をシンボルの全てのサブキャリアに複素乗算する第３の複素乗算手段と、複素乗算された直交Ｑ成分信号を反転させ、複素共役をとる第３の符号反転手段と、を有することも好ましい。
【００１４】
本発明の他の実施形態によれば、パイロットキャリアがＭ個のシンボル毎に挿入されており、補正信号メモリは、Ｍ個の周波数１次補正信号のみを記録することも好ましい。
【００１５】
本発明の他の実施形態によれば、フレームの先頭からＮ個（ＮはＭの約数）のシンボル毎に第２の周波数誤差補正手段が行われることも好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
ＯＦＤＭ信号のフレーム構成としては、例えばMMAC HiSWANa（ARIB STD-T70）によって規定されているものがある。HiSWANaによれば、タイミング検出及び周波数誤差補正は、ＢＣＨ(Broadcast CHannel)下り送信バースト信号及び上り送信バースト信号に対して行われる。各送信バースト信号は、プリアンブル部とペイロード部とから構成される。これらの送信バースト信号のプリアンブル部を用いて、周波数誤差が補正される。
【００１８】
図２は、ＢＣＨ下り送信バースト信号のフレーム構成図である。図３は、上り送信バースト信号のフレーム構成図である。
【００１９】
図２によれば、ＢＣＨ下り送信バースト信号は、プリアンブル部が、Ａフィールド→Ｂフィールド→Ｃフィールドの順序である。これに対し、図３によれば、上り送信バースト信号は、プリアンブル部分が、Ｂフィールド→Ａフィールド→Ｃフィールドの順序である。尚、Ａの符号を反転させたものがＩＡ及びＲＡであり（ＩＡとＲＡは同じ）、Ｂの符号を反転させたものがＩＢである。
【００２０】
図４は、本発明による周波数誤差を補正するＯＦＤＭ受信装置の構成図である。
【００２１】
図４によれば、周波数誤差１次補正部１と、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）回路３と、周波数誤差２次補正部２とからなる。ＦＦＴ回路３は、ＯＦＤＭ時間信号をサブキャリア毎に周波数成分に展開するものである。これに対し、周波数誤差１次補正部１は、ＦＦＴ回路３の前段に位置し、プリアンブル部における周波数誤差に基づいて、シンボル単位の相対位相誤差を補正する。また、周波数誤差２次補正部２は、ＦＦＴ回路３の後段に位置し、周波数成分に展開された信号に対して、シンボル毎の残留位相誤差をパイロットキャリアで補正する。これにより、周波数誤差の補正を簡易に精度良く行うことが可能となる。尚、図４において、説明を簡易にするために、ＯＦＤＭ信号の受信、及び復調に必要な周波数誤差補正以外の機能は省略されている。
【００２２】
最初に、周波数誤差１次補正部１について詳細に説明する。
【００２３】
ＯＦＤＭ信号のプリアンブル部における受信信号（同相Ｉ成分及び直交Ｑ成分）が受信される。遅延部１０は、この受信信号を１６Ｔ（Ｔはサンプルクロック）だけ遅延させる。次に、符号反転部１１は、遅延させた直交Ｑ成分信号を符号反転し、複素共役をとる。次に、複素乗算部１２は、同相Ｉ成分及び直交Ｑ成分の受信信号と、遅延させた同相Ｉ成分信号及び複素共役をとった直交Ｑ成分信号からなる複素信号とを複素乗算し、遅延を施さない受信信号のプリアンブル部に対して周波数誤差（１６Ｔ分の位相回転量ΔＩ及びΔＱ）を導出する。次に、補正信号メモリ１３は、周波数誤差に基づいて、該補正信号メモリ１３に記録されている周波数１次補正信号を検索し、出力する。補正信号メモリ１３は、予め、周波数誤差に基づく周波数１次補正信号をテーブルで記録したものである。最後に、乗算部１４は、周波数１次補正信号と受信信号とが乗算される。これにより、受信信号の周波数誤差の１次補正が行われる。
【００２４】
図５は、複素乗算部１２における複素乗算説明図である。
【００２５】
図５によれば、上段には受信信号であるＯＦＤＭ時間信号のプリアンブル部が表され、下段には同じプリアンブル部が１６Ｔ遅延させて複素共役されたものが表されている。複素乗算部１２後の同相Ｉ成分及び直交Ｑ成分を複素平面に展開すると、その結果は、原点を中心とした円周上の、Ｉ軸正側を基準とした角度Δθ'の位置に現れる。
【００２６】
「場合１」では、共役前の信号（ＲＡ、Ａ、ＲＡ）の符号が乗算する信号（Ａ＊、ＲＡ＊、Ａ＊）と反転しているため、Δθ'には周波数誤差による位相回転のほかに、πだけ余分な位相回転の加わった値が出力される。一方、「場合２」では、共役前の信号（Ｂ、Ｂ、Ｂ）は、乗算する信号（Ｂ＊、Ｂ＊、Ｂ＊）と同じであるため、Δθ'に相当する余分な位相回転は加わらない。
【００２７】
Δθ'は、時間１６Ｔ間の周波数誤差による位相回転量であるので、Δθ'を１６で除算することにより、１サンプリング時間での周波数誤差による位相回転量Δθが導出される。この位相回転を補正する補正信号を逐次受信信号に乗算することにより、周波数誤差が補正できる。尚、以上の処理をＣフィールドでも行うことにより、補正周波数の精度を高めることができる。
【００２８】
ここで、補正信号メモリ１３に記憶するメモリ量を少なくする方法を検討する。実際、１６Ｔ分の位相回転量ΔＩ及びΔＱから、補正信号メモリ１３内の補正信号を検索する際、ΔＱ／ΔＩに１対１に対応するΔθ'（＝arctan（ΔＱ／ΔＩ））に基づいて検索を行う。しかしながら、Δθ'は、−１８０°〜＋１８０°の角度を取り得るので、この全範囲を網羅する補正信号を用意すると、補正信号メモリ１３の量が膨大になる。
【００２９】
図６は、本発明による補正信号メモリ１３における補正信号のテーブルである。これは、補正信号メモリ１３のメモリ量を減らすために、例えば、特開２００１−２２３６６２号公報「ＯＦＤＭ受信装置の周波数補正方法」に記載されたものである。
【００３０】
即ち、Δθ'がとり得る範囲を０°〜＋１８０°とし、更に検索して出力されるΔθ（＝Δθ'／１６）に対するsinとcosの値は、まず0°〜+45°の範囲のsin及びcosの値を用意しておく。
▲１▼Δθが０°〜＋４５°の場合、用意してあるsin及びとcosの値をそのまま利用する。
▲２▼Δθが０°〜＋４５°以外の範囲（図８の太線囲部）では、０°〜＋４５°のsin及びcosの値を入れ換える。又は、符号を反転させる等の処理を加えることで補正信号を生成する。
【００３１】
更に、本発明では、以下の方法で補正信号メモリのメモリ量の削減を図っている。
【００３２】
図７は、理想的な周波数誤差補正の説明図である。これに対して、図８は、本発明による周波数誤差補正の説明図である。
【００３３】
図７によれば、フレーム全体に渡って補正信号により周波数誤差が補正されたものである。このように、単に、補正信号をテーブルから検索する場合には、フレーム全体に渡る補正信号をメモリに記録しておく必要がある。
【００３４】
これに対し、図８によれば、補正信号メモリ１３は、１シンボル分だけの補正信号を記録し、同一フレーム内の各シンボルに同一の補正信号を乗算して補正をする。この方法によれば、周波数誤差に起因する１シンボル内の相対位相誤差のみが補正され、シンボルそのものの絶対位相誤差が残留する。
【００３５】
そこで、本発明では、更に、周波数誤差１次補正部１によって未だ残留するＯＦＤＭシンボルの位相誤差を、周波数誤差２次補正部２によって補正する。これにより、補正信号メモリ１３に保持する補正信号テーブルは、１シンボル分で済むことになり、メモリ容量の大幅な削減を図ることができる。
【００３６】
次に、周波数誤差２次補正部２の機能について詳細に説明する。
【００３７】
図４によれば、ＦＦＴ回路３によって変換された周波数軸上のＯＦＤＭシンボルが入力される。複素乗算部２０は、ＯＦＤＭ信号に挿入されたパイロットキャリアと、参照信号メモリ２１に記録されている既知のパイロットキャリアとを、それぞれ複素乗算する。次に、符号反転部２２は、複素乗算によって得られた直交Ｑ成分信号を反転させる。次に、平均化部２３は、複素乗算によって得られた同相Ｉ成分信号と反転された直交Ｑ成分信号とからなる複素共役信号を平均化する。次に、複素乗算部２４は、平均化して得られたＩ／Ｑ成分信号と、ＦＦＴ回路２から得られたＩ／Ｑ成分信号とを複素乗算する。最後に、符号反転部２５が、複素乗算部２４から得られた直交Ｑ成分信号を符号反転することにより、複素共役信号として２次補正された受信信号を得ることができる。
【００３８】
図９は、HiSWANaの仕様におけるＯＦＤＭシンボルのサブキャリア配置図である。図９によれば、ＯＦＤＭシンボルのうち、４つの受信パイロットキャリアが１４シンボル毎に存在している。この場合、補正信号メモリ１３は、１４シンボル長分の補正信号を記録すればよい。即ち、周波数誤差１次補正部１において、１４シンボル毎に絶対位相誤差が残留するけれども、周波数誤差２次補正部２において、その残留位相誤差を１４シンボル毎のパイロットキャリアで補正することができる。このように、周波数誤差１次補正と組み合わせることによって、周波数誤差をデジタル処理で精度良く除去することができる。
【００３９】
また、周波数誤差２次補正部２の処理が、フレームの先頭からＮ個（Ｎは１４の約数）のシンボル毎に行われるようにすることにより、更に演算量を減らすことも可能となる。
【００４０】
前述した本発明の種々の実施形態によれば、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略が、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。
【００４１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明におけるＯＦＤＭ信号の周波数誤差を補正する受信装置によれば、演算量及びメモリ量を少なくした回路構成により、ＯＦＤＭ信号の周波数誤差を簡易に補正することができる。
【００４２】
ＦＦＴ回路３の前段に位置する周波数誤差１次補正部１によれば、周波数誤差に基づく周波数誤差１次補正信号をテーブルで記録する補正信号メモリ１３を有するため、一般的に周波数誤差補正をデジタル処理で行うために必要な三角関数演算（arctan、sin及びcos）を行う必要がなくなる。即ち、演算量の減少により、回路規模の縮小化又は処理遅延の短縮化を図ることができる。
【００４３】
また、ＦＦＴ回路３の後段に位置する周波数誤差２次補正部２によれば、周波数誤差１次補正部１において残留する絶対位相誤差を補正することができる。従って、周波数誤差１次補正部１の補正信号メモリ１３において、フレーム長に相当する補正信号のテーブルを持つ必要はない。即ち、例えば１シンボル分に相当する一定時間における補正信号のテーブルのみを記録すればよく、メモリ量を抑えた回路構成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のアナログ方式による受信装置の構成図である。
【図２】  HiSWANaにおけるＢＣＨ下り送信バースト信号のフレーム構成図である。
【図３】  HiSWANaにおける上り送信バースト信号のフレーム構成図である。
【図４】本発明によるＯＦＤＭ信号の周波数誤差を補正する受信装置の構成図である。
【図５】複素乗算部１２における複素乗算説明図である。
【図６】本発明による補正信号メモリにおける補正信号のテーブルである。
【図７】理想的な周波数誤差補正の説明図である。
【図８】本発明による周波数誤差補正の説明図である。
【図９】  HiSWANaにおけるＯＦＤＭシンボルのサブキャリア配置図である。
【符号の説明】
１  周波数誤差１次補正部
１０  遅延部
１１  符号反転部
１２  複素乗算部
１３  補正信号メモリ
１４  乗算部
２  周波数誤差２次補正部
２０  複素乗算部
２１  参照信号メモリ
２２  符号反転部
２３  平均化部
２４  複素乗算部
２５  符号反転部
３  ＦＦＴ回路
【図１】
0003885657.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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