(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のキャリアを用いた周波数分割多重伝送信号を受信する受信装置において、
周波数領域に変換された後の受信信号の伝達関数を推定し、推定した伝達関数に応じた復調方法で上記受信信号を復調する復調部と、
上記復調部で推定された伝達関数に基づき、上記復調部で復調された復調信号の信頼性を判定する信頼性判定部と、
上記復調部で推定された伝達関数の周波数的あるいは時間的な変動量を検出する変動検出部と、
上記復調信号における受信シンボルと送信信号の代表シンボルとの間の距離を測定し、上記信頼性判定部による判定結果及び変動検出部による検出結果に応じてその測定方法が変更される距離測定部と、
上記測定された距離に基づいて誤り訂正を行なう誤り訂正手段
とを具備したことを特徴とする周波数分割多重伝送信号受信装置。
【請求項２】
前記変動検出部は、前記復調部で推定された伝達関数の周波数軸上における変動量を検出することを特徴とする請求項１記載の周波数分割多重伝送信号受信装置。
【請求項３】
前記変動検出部は、前記復調部で推定された伝達関数の時間軸上における変動量を検出することを特徴とする請求項１記載の周波数分割多重伝送信号受信装置。
【請求項４】
前記変動検出部は、検出した前記変動量を前記伝送信号の変調方式に応じて変更することを特徴とする請求項２または３記載の周波数分割多重伝送信号受信装置。
【請求項５】
前記変動検出部は、検出した前記変動量を前記伝送信号の符号化率に応じて変更することを特徴とする請求項２または３記載の周波数分割多重伝送信号受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地上波デジタル放送／通信分野における周波数分割多重伝送信号受信装置に係り、特にマルチパス、フェージングなどの伝送状況に応じた受信信号の周波数的または時間的な変動量を誤り訂正に反映させることによって、受信性能の向上を図るようにした改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、音声信号や映像信号の地上波デジタル伝送分野の技術開発が盛んに行われている。特に、欧州及び日本では、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex：直交周波数分割多重）方式が最適なデジタル伝送（変調）方式として注目されている。ＯＦＤＭ方式では、互いに直交する複数キャリア（搬送波）にデータを割り当てて変調及び復調を行なうもので、送信側では逆ＦＦＴ（Fast Fourier Transfer：フーリエ変換）処理を行ない、受信側ではＦＦＴ処理を行なう。
【０００３】
各キャリアはそれぞれ任意の変調方式を用いることができ、同期検波を用いるＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：直交振幅変調）や遅延検波を用いる伝送などが採用可能である。同期検波においては、性質が既知のパイロット・シンボルを周期的に挿入しておき、受信側ではパイロット・シンボルとの誤差を求めて、受信信号の振幅及び位相等化を行なう。遅延検波においては、受信シンボル間で差動符号化を行ない、キャリア再生せずに受信信号を復調する。
【０００４】
ところで、デジタル伝送では、伝送路における信号劣化や、伝送特性の向上といった観点から、復調信号の誤り訂正が必須となっている。
【０００５】
従来の受信装置では、ガウス雑音に最適化されたビタビ復号を用いて誤り訂正を行っているが、時間変動の激しいフェージング伝送路の場合や、マルチパスと呼ばれている反射波の存在により、雑音の分布がガウス分布と異なることで性能が十分に発揮できない場合があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来の受信装置では、フェージング伝送路の場合や反射波が存在する場合に、十分な誤り訂正が行なえないという問題があった。
【０００７】
この発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、フェージング伝送路の場合やマルチパスが存在している場合でも高い誤り訂正を行なうことができる周波数分割多重伝送信号受信装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の周波数分割多重伝送信号受信装置は、複数のキャリアを用いた周波数分割多重伝送信号を受信する受信装置において、周波数領域に変換された後の受信信号の伝達関数を推定し、推定した伝達関数に応じた復調方法で上記受信信号を復調する復調部と、上記復調部で推定された伝達関数に基づき、上記復調部で復調された復調信号の信頼性を判定する信頼性判定部と、上記復調部で推定された伝達関数の周波数的あるいは時間的な変動量を検出する変動検出部と、上記復調信号における受信シンボルと送信信号の代表シンボルとの間の距離を測定し、上記信頼性判定部による判定結果及び変動検出部による検出結果に応じてその測定方法が変更される距離測定部と、上記測定された距離に基づいて誤り訂正を行なう誤り訂正手段とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
図１は、この発明の第１の実施の形態による周波数分割多重伝送信号受信装置の主要部の構成を示すブロック図である。
【００１１】
図示しない空中線で受信されたＯＦＤＭ信号またはケーブルを通じて伝送されるＯＦＤＭ信号が図示しないチューナーにより選局され、さらに図示しないＡ／Ｄ変換回路によりデジタル信号に変換される。受信され、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号は、直交検波部１で準同期直交検波されてベースバンド信号に変換され、ＦＦＴ（Fast Fourier Transfer：フーリエ変換）部２に供給される。ＦＦＴ部２は、入力された時間領域の信号を周波数領域の信号に変換する。ＦＦＴ部２で周波数領域に変換されたＦＦＴ出力はＯＦＤＭ信号の各キャリアの位相と振幅を示すものとなっている。上記ＦＦＴ出力は復調部３に供給される。
【００１２】
復調部３は、ＦＦＴ部２で得られたＦＦＴ出力の各キャリア毎の伝達関数を推定し、この推定した伝達関数に応じた復調方法、例えば同期検波や遅延検波でＦＦＴ出力の復調を行って復調信号を生成する。
【００１３】
同期検波の場合、送信側で周波数方向及び時間方向に周期的に、基準信号であるパイロット信号（パイロット・シンボル）が挿入されており、このパイロット信号を抽出して基準値と比較することで、振幅、位相等化を行なう。
【００１４】
ここで、送信信号及び受信信号はそれぞれ周波数ｆと時間ｔの関数で表され、送信信号をＸ（ｆ，ｔ）、受信信号をＲ（ｆ，ｔ）とすると、ＸとＲとの間には以下のような関係が成立する。
【００１５】
Ｒ（ｆ，ｔ）＝Ｈ（ｆ，ｔ）・Ｘ（ｆ，ｔ）＋Ｎ  …  （１）
上記（１）式において、Ｈ（ｆ，ｔ）が伝送路における伝達関数と呼ばれる。また、Ｎは加法性の妨害、一例として熱雑音（ガウス雑音）である。
【００１６】
パイロット信号の送信信号は既知であり、これをＸ´（ｆ，ｔ）、パイロット信号の受信信号をＲ´（ｆ，ｔ）とし、熱雑音Ｎについては無視すると、伝達関数Ｈ（ｆ，ｔ）は次の式で与えられる。
【００１７】
Ｈ（ｆ，ｔ）＝Ｒ´（ｆ，ｔ）／Ｘ´（ｆ，ｔ）  …  （２）
つまり、伝達関数を推定するということは、上記（２）式に基づいて伝達関数Ｈ（ｆ，ｔ）を求めることに相当している。
【００１８】
遅延検波の場合、前後のシンボルで複素の演算を行なうことで、搬送波再生を行なわなくても検波が可能であり、同期検波のようにパイロット信号を必要とせず、等化も不要である。
【００１９】
同期検波して等化した、あるいは遅延検波したデータ（復調信号）は信頼性判定部４、変動検出部５及びデマッピング部６に供給される。
【００２０】
信頼性判定部４は、各キャリア毎の推定された伝達関数から重み付け係数を算出する。すなわち、上記のようにして推定された伝達関数Ｈ（ｆ，ｔ）の大きさは伝送路に応じて変化し、この伝達関数Ｈ（ｆ，ｔ）が大きれば復調信号の信頼性は高く、逆に小さければ低い。従って、信頼性判定部４は伝達関数Ｈ（ｆ，ｔ）の大きさに比例した重み付け係数を算出する。この重み付け係数に応じた信号はデマッピング部６に供給される。
【００２１】
変動検出部５は、上記伝達関数Ｈ（ｆ，ｔ）の周波数的あるいは時間的な変動を検出し、その変動の程度を数値化する。この数値化された信号はデマッピング部６に供給される。
【００２２】
デマッピング部６は、復調部３の復調信号からビタビ復号の際に必要なＢＭ（ブランチメトリック）を算出するものであり、具体的には各代表シンボルからＩＱ軸上におけるユークリッド距離を測定する。
【００２３】
復調を行なう場合、受信信号に対してサイン波成分をそれぞれ掛け算し、また受信信号に対してコサイン波成分を掛け算し、これら掛け算の結果からそれぞれの絶対値を求めるようにしており、コサイン波成分を掛け算して得られた絶対値信号がＩ信号、サイン波成分を掛け算して得られた絶対値信号がＱ信号と呼ばれる。また、これらのＩ信号及びＱ信号をＩＱ直交軸（ＩＱ軸）上にプロットしたものがコンタレーション（星座）と呼ばれている。
【００２４】
図２は、送信信号の代表シンボルが例えば４値である場合のコンタレーションを示している。４値の代表シンボルはＩＱ軸上の第１象現から第４象現にそれぞれ黒丸で示すように存在している。そして、受信シンボルが図中の白丸の位置となるように復調された場合、この受信シンボルと４値の各代表シンボルそれぞれとの間の距離ｌ１〜ｌ４が測定される。上記ユークリッド距離とはこれらの距離に相当する。つまり、デマッピングでは、受信シンボルと送信信号の代表シンボルとの間の距離が測定される。
【００２５】
また、デマッピング部６は、上記ＢＭを算出する際に、信頼性判定部４からの重み付け係数に応じた信号及び変動検出部５からの変動の程度に応じた信号に基づき、デマッピング後の信号の重み付けを行なう、あるいは異なるデマッピング方法を選択する。このデマッピング部６の出力は誤り訂正部７に供給される。誤り訂正部７は、デマッピング部６の出力に対して誤り訂正を行ない、出力する。
【００２６】
次に、図１のような構成の装置の動作を説明する。
【００２７】
図３は、受信したＯＦＤＭ信号がマルチパス妨害を受けた場合の周波数スペクトルを示している。なお、横軸は周波数、縦軸はゲインを示している。
【００２８】
図３中、ＣはＯＦＤＭ信号、Ｎは雑音（ガウス雑音）のスペクトルである。マルチパス妨害を受けたＯＦＤＭ信号では一定の周波数間隔でディップ（ゲインの落ち込み）が生じている。この場合、復調部３は、同期検波におけるパイロット信号による等化、あるいは遅延検波により、図４に示すように元の平坦なスペクトルに戻すが、落ち込んだゲインを等化するため、その分、雑音成分が大きくなる。このために、大きな雑音と小さな雑音とが入り混じった復調信号がデマッピング部６に送られることになる。これをそのままデマッピングし、かつ誤り訂正するのではなく、伝達関数（信頼性情報）に応じた重み付けを行なうことで、より高い誤り訂正能力が得られる。このように、伝達関数に応じた重み付けを行なうことについては『１９９８年映像情報メディア学会年次大会３−１「地上伝送特性を考慮した誤り制御」原田、相沢、佐藤、杉本』により報告されている。
【００２９】
ただし、マルチパスが生じていても、Ｄ／Ｕ（所望信号／非所望信号）＝０ｄＢ付近の強い状況である場合や、フェージングが生じている場合には、より特性を向上させることが可能である。
【００３０】
復調処理においては、受信シンボルに最も近接している代表シンボルをみなし復号する硬判定復号だけではなく、代表シンボルとの間の距離などを用いて段階的に受信点を測定する軟判定復号という手法がある。この手法において代表シンボルが例えば２値の場合、受信シンボルと代表シンボル０、１のそれぞれとの間の距離の関係から、受信シンボルを例えば０．８などと軟判定するものである。また、該当する受信情報の信頼性が低い場合、訂正にあまり寄与させずに訂正を行なう消失訂正と呼ばれる手法がある。消失訂正では、信頼性が低い情報をそのまま訂正するよりも、当該情報の信頼性を下げて訂正することで、全体の訂正能力を高めることができる。なお、誤り訂正については、『今井著「符号理論」１９９０年、コロナ社発行』に記載されている。
【００３１】
信頼性判定部４は、各キャリア毎の推定された伝達特性から重み付け係数を算出する。デマッピング部６は、上記のような手法を利用して、復調結果に対して選択的に重み付けすることで、誤り訂正部７における訂正能力を最大限に引き上げて特性の向上を図るようにしている。さらに、デマッピング部６は、信頼性判定部４で得られた信頼性に基づく信号に加えて、変動検出部５で検出された復調信号の周波数的あるいは時間的な変動量に基づく信号を用いてデマッピングを行なう。
【００３２】
次に、変動検出部５における変動の検出方法について具体的に説明する。
【００３３】
図５は、マルチパス妨害を受けたＯＦＤＭ信号（伝達関数）の周波数スペクトルを示している。なお、この場合にも横軸は周波数、縦軸はゲインを示している。
【００３４】
変動検出部５は、伝達関数の変動を求めるために、復調部３で推定された伝達関数あるいはそれに類似した信号を受け取り、その信号の平均値との差分の絶対値の合計を求める。この場合、絶対値の総和ではなく、自乗和を求めてもよい。図５中に矢印で示された各差分を周波数軸で積分し、ＯＦＤＭ信号の１シンボル内の変動量を算出する。
【００３５】
合計を求める範囲はＯＦＤＭ信号の１シンボル期間内で周波数軸での変動のみを検出する場合の変動率を示す。いま、ＯＦＤＭ信号の１シンボル期間内での平均値をＨave 、時刻をｔ、周波数ｆにおける伝達関数をＨ（ｆ，ｔ）、サンプル数をＮとすると、変動量var は以下のように示される。
【００３６】
【数１】
0003872950.tif 000002
【００３７】
変動検出部５は上記（３）式によって得られた変動量var に基づいて重み付けのための係数信号を生成し、デマッピング部６に供給する。デマッピング部６はこの係数信号に基づきデマッピング後の復調信号に対して重み付けを行なうか、あるいは異なるデマッピング方法を選択する。上記の重み付けとは、簡単には変動量var が０のときは重み付け係数を１とし、変動量var が大きくなるのに伴って大きな係数を復調信号（ユークリッド距離）に対して乗算する。
【００３８】
変動検出部５における重み付け係数の生成は、種々の変動量var に対する重み付け係数のテーブルを記憶するＲＯＭを用いた方法でもよく、あるいは演算による方法でもよく、さらには両者を組み合わせた方法でもよい。
【００３９】
また、図６に示すように、伝達関数が時間軸上でも変動する場合、この変動量を合せて検出するには、先の周波数軸上の場合と同様に時間軸上で信号の平均値との差分の絶対値の合計を求める。周波数軸上及び時間軸上での変動量var は以下のように示される。
【００４０】
【数２】
0003872950.tif 000003
【００４１】
もちろん周波数軸上、時間軸上のいずれか一方だけの変動量を検出するようにしてもよい。ここでは、サンプル数Ｎで正規化した値を変動量と呼ぶことにする。
【００４２】
図７は、図１中において、上記信頼性判定部４及び変動検出部５で生成される重み付けのための係数信号に基づいてデマッピング後の復調信号に対して重み付けを行なう場合の、上記デマッピング部６の回路構成の一例を示している。デマッピング部６は、Ｉ信号及びＱ信号からＢＭ（ブランチメトリック）を算出するＢＭ算出部２１と、このＢＭ算出部２１で算出されたＢＭに対し信頼性判定部４で生成された重み付けのための係数信号を乗算する乗算器２２と、この乗算器２２からの出力に対し変動検出部５で生成された重み付けのための係数信号を乗算する乗算器２３とから構成されている。
【００４３】
図８は、図１中の変動検出部５の回路構成の一例を示している。変動検出部５は、伝達関数Ｈ（ｆ，ｔ）から１シンボル期間内での平均値Ｈave を算出する平均値算出部３１と、伝達関数Ｈ（ｆ，ｔ）からこの平均値Ｈave を減算する減算器３２と、減算器３２の出力の絶対値を算出する絶対値算出部（ＡＢＳ）３３とから構成されている。
【００４４】
上記実施の形態の受信装置によれば、信頼性判定部４で得られた信頼性に基づく信号に加えて、変動検出部５で検出された復調信号の周波数的あるいは時間的な変動に基づく信号を用いて重み付け係数信号を発生し、デマッピング部は復調信号に対しこれらの重み付け係数信号に応じた重み付けを行なう、あるいは異なるデマッピング方法を選択するようにしたので、誤り訂正部７における誤り訂正能力を向上させることができる。
【００４５】
図９は、この発明の第２の実施の形態による周波数分割多重伝送信号受信装置の主要部の構成を示すブロック図である。なお、図１と対応する箇所には同じ符号を付してその説明は省略する。
【００４６】
この実施の形態による受信装置は、復調信号の周波数的あるいは時間的な変動に加えて符号化率、変調方式の違いを加味して、デマッピング部６の出力に対して重み付けを行なうようにしたものである。
【００４７】
一般に、符号化率が異なる場合、パンクチャ（符号化ビットの一部を破棄すること）により符号の自由距離が異なってくるため、妨害に対する性能も異なる。その場合、マルチパス、フェージングといった妨害下における重み付け係数の最適値も異なってくる。
【００４８】
そこで、この実施の形態では、変動検出部５´において復調信号の周波数的あるいは時間的な変動に加えて符号化率、変調方式の違いを検出して重み付け係数を求め、乗算器８により、信頼性判定部４により求められた重み付け係数との間で乗算を行ない、さらに乗算器９により、デマッピング部６の出力との間で乗算を行って、復調信号に対して重み付けを行なうようにしたものである。
【００４９】
例えば符号化率についていえば、ｒ＝１／２はより妨害に対して強く、マルチパス、フェージングの変動の影響が少ない。この場合には、図１０に示すように復調信号の周波数的あるいは時間的な変動量にかかわらずに重み付け係数を１倍に固定する。これに対し、ｒ＝７／８のように妨害に対して弱い符号化率の場合には、復調信号の周波数的あるいは時間的な変動量が０のときは重み付け係数を１倍とし、復調信号の周波数的あるいは時間的な変動量が２のときは重み付け係数を４倍とするというように、符号化率に応じて周波数的あるいは時間的な変動量に乗算する係数を変化させる。
【００５０】
このようにすれば、誤り訂正能力をより向上させることができる。
【００５１】
なお、符号化率のみ、あるいは変調方式のみなど、個別の方式だけに対応させることもできる。
【００５２】
図１１は、符号化率に基づいて復調信号の周波数的あるいは時間的な変動量に乗算する係数を変化させた場合の、図９中の変動検出部５´の回路構成の一例を示している。この変動検出部５´が図８のものと異なる点は、符号化率ｒに対応した種々の係数を出力するテーブル部３４と、前記絶対値算出部３３の出力に対して上記テーブル部３４から出力される係数を乗算する乗算器３５とが新たに追加されている点である。
【００５３】
なお、上記各実施の形態では、この発明をＯＦＤＭ受信装置に用いる場合について説明したが、この発明はＯＦＤＭ受信装置に限定されるものではなく、周波数分割多重信号を受信する受信装置であれば実施することができることはもちろんである。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、フェージング伝送路の場合やマルチパスが存在している場合でも高い誤り訂正を行なうことができる周波数分割多重伝送信号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】この発明の第１の実施の形態による周波数分割多重伝送信号受信装置の主要部の構成を示すブロック図。
【図２】送信信号の代表シンボルが４値の場合のコンタレーションを示す図。
【図３】図１の受信装置において受信したＯＦＤＭ信号がマルチパス妨害を受けた場合の周波数スペクトルを示す図。
【図４】図３に示す周波数スペクトルを持つＯＦＤＭ信号を同期検波による等化あるいは遅延検波により元の平坦なスペクトルに戻した状態を示す図。
【図５】マルチパス妨害を受けたＯＦＤＭ信号（伝達関数）の周波数スペクトルを示す図。
【図６】伝達関数が時間軸上で変動する様子を示す図。
【図７】図１中のデマッピング部６の回路構成の一例を示す図。
【図８】図１中の変動検出部５の回路構成の一例を示す図。
【図９】この発明の第２の実施の形態による周波数分割多重伝送信号受信装置の主要部の構成を示すブロック図。
【図１０】図９の受信装置において符号化率に応じて復調信号の周波数的あるいは時間的な変動量を変化させる様子を示す図。
【図１１】図９中の変動検出部５´の回路構成の一例を示す図。
【符号の説明】
１…直交検波部、
２…ＦＦＴ部、
３…復調部、
４…信頼性判定部４、
５、５´…変動検出部、
６…デマッピング部、
７…誤り訂正部、
８、９…乗算器。
【図１】
0003872950.tif 000004
【図２】
0003872950.tif 000005
【図３】
0003872950.tif 000006
【図４】
0003872950.tif 000007
【図５】
0003872950.tif 000008
【図６】
0003872950.tif 000009
【図７】
0003872950.tif 000010
【図８】
0003872950.tif 000011
【図９】
0003872950.tif 000012
【図１０】
0003872950.tif 000013
【図１１】
0003872950.tif 000014