(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信信号を同一の周波数で再送信する場合に発生する送受信アンテナ間の回り込みを除去する回り込みキャンセラであって、
入力信号から回り込み信号の複製を減じる減算器と、
前記減算器の出力に対してフィルタリング処理を行うことにより、前記回り込み信号の複製を生成するフィルタ手段と、
前記減算器の出力から回り込みの伝送路特性を推定し、前記フィルタ手段の係数を生成するフィルタ係数生成部とを備え、
前記フィルタ係数生成部は、
ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）により、時間領域の信号である前記減算器の出力を周波数領域の信号へと変換し、前記減算器出力にて観測した伝送路特性を推定する伝送路特性推定部と、
前記ＦＦＴにおける時刻誤差に起因して生じる前記伝送路特性の位相回転を補正する時刻誤差補正部と、
前記時刻誤差補正部の出力からキャンセル残差を算出する残差算出手段と、
前記残差算出手段の出力を時間領域の信号に変換する第一のＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆高速フーリエ変換）手段と、
前記第一のＩＦＦＴ手段の出力から、前記フィルタ手段の係数を生成する係数更新手段とを備え、
前記時刻誤差補正部は、
前記伝送路特性推定部の出力に所定の窓関数を乗じる窓がけ手段と、
前記窓がけ手段の出力を時間領域の信号に変換する第二のＩＦＦＴ手段と、
前記第二のＩＦＦＴ手段の出力から前記ＦＦＴにおける時刻誤差を推定する時刻誤差推定手段と、
前記時刻誤差推定手段の出力に基づき、前記伝送路特性推定部の出力を補正する位相回転補正手段とを備える
ことを特徴とする回り込みキャンセラ。
【請求項２】
前記第二のＩＦＦＴ手段の出力f_win(i)（iは0≦i≦M-1を満たす整数、ただしMは前記ＩＦＦＴ手段におけるＩＦＦＴのサイズ）の中で、その大きさが最大のもののインデックスをi_maxとし、f_win(i_max-1)の絶対値とf_win(i_max)の絶対値との比をr_left、f_win(i_max+1)の絶対値とf_win(i_max)の絶対値との比をr_rightとし、
前記時刻誤差推定手段は、r_left及びr_rightの少なくとも一方から前記ＦＦＴにおける時刻誤差を推定する
ことを特徴とする請求項１記載の回り込みキャンセラ。
【請求項３】
前記時刻誤差推定手段は、f_win(i_max-1)の絶対値がf_win(i_max+1)の絶対値に比べて大きい場合は、r_leftからの推定値を前記ＦＦＴにおける時刻誤差の推定値とし、逆にf_win(i_max-1)の絶対値がf_win(i_max+1)の絶対値に比べて小さい場合は、r_rightからの推定値を前記ＦＦＴにおける時刻誤差の推定値とする
ことを特徴とする請求項２記載の回り込みキャンセラ。
【請求項４】
前記時刻誤差推定手段は、r_leftからの推定値とr_rightからの推定値との平均値を、前記ＦＦＴにおける時刻誤差の推定値とする
ことを特徴とする請求項２記載の回り込みキャンセラ。
【請求項５】
前記窓がけ手段が前記伝送路特性推定部の出力に乗じる窓関数はハニング（Hanning）窓関数であり、
前記時刻誤差推定手段は、r_leftからの推定値τ'_leftを
【数１】
0004109530.tif 000031
に基づいて算出し、r_rightからの推定値τ'_rightを
【数２】
0004109530.tif 000032
に基づいて算出する
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の回り込みキャンセラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地上デジタル放送において放送波中継ＳＦＮ（Single Frequency Network：単一周波数ネットワーク）を実現する中継放送所に設置され、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）信号から推定した伝送路特性を用いて回り込みをキャンセルする回り込みキャンセラに係り、特に、ＦＦＴにおける時刻誤差に起因して生じる周波数特性の位相回転を高精度に補正し、高いキャンセル性能を実現する回り込みキャンセラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＯＦＤＭ伝送方式は、伝送するデジタルデータによって互いに直交する多数のキャリアを変調し、それらの変調波を多重して伝送する方式である。ＯＦＤＭ伝送方式においては、使用するキャリアの数を数百から数千と多くするとシンボル時間が極めて長くなることに加え、有効シンボル期間後部の信号の複製をガード期間信号として有効シンボル期間の前に付加することにより、遅延波の影響を受けにくいという特徴を有している。
【０００３】
そしてこの特徴により、単一周波数による放送ネットワーク、すなわちＳＦＮを構築できる可能性があることから、ＯＦＤＭ伝送方式は地上デジタル放送の伝送方式として注目されている。
【０００４】
ＳＦＮの実現方法としては、光ファイバーやマイクロ波等の放送波とは別の回線を用いて、各々の中継放送所まで信号を伝送し、同一周波数で送信する方法が技術的に容易である。しかし、光ファイバーを用いる方法では回線コストが課題となり、マイクロ波を用いる方法では新たな周波数資源の確保が必要となる。
【０００５】
そこで、コスト的に有利で、かつ、新たな周波数資源を必要としない放送波中継によるＳＦＮの実現が望まれている。
【０００６】
しかしながら、放送波中継ＳＦＮの実現にあたっては、送信アンテナから発射される電波が受信アンテナに回り込む現象のため、中継信号品質の劣化や増幅器の発振等の問題を引き起こすことが懸念されている。
【０００７】
放送波中継ＳＦＮの回り込み対策としては、
（１）送受信アンテナを分離して配置し、山岳や建物等による遮蔽を利用して回り込みを低減する、
（２）送受信アンテナの指向特性を改善することにより回り込みを低減する、
（３）信号処理技術によって回り込みのキャンセルを行う、
等が考えられるが、山岳や建物の状況は様々であり、また、アンテナの指向特性改善による対策だけでは十分な回り込みの抑制が期待できないことから、（１）（２）に加えて、（３）の信号処理技術を用いた回り込みキャンセラを併用することが効果的である。
【０００８】
このような信号処理技術としては、受信したＯＦＤＭ信号から回り込み伝送路の周波数特性を推定し、推定した回り込み伝送路の周波数特性データをＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆高速フーリエ変換）して時間軸のインパルス応答データに変換し、そのインパルス応答データをフィルタ係数としてトランスバーサルフィルタに設定することで回り込みの複製信号を作成し、この複製信号を受信した信号から減算することで回り込みをキャンセルする手法が考案されている。（例えば、特許文献１および非特許文献１参照）
以下、従来技術に関して、図面を用いて説明する。
【０００９】
図３は、上記文献および本発明において前提としている伝送方式のパイロット信号配置を示す模式図であり、欧州の地上デジタル放送方式であるＤＶＢ−Ｔ（Digital Video Broadcasting - Terrestrial）方式や、日本の地上デジタル放送方式であるＩＳＤＢ−Ｔ（Integrated Services Digital Broadcasting - Terrestrial）方式が、これに該当する。
【００１０】
図３中の白丸はデータキャリアであり、黒丸は分散的に配置されたパイロットキャリア（ＳＰ（Scattered Pilot））である。
【００１１】
また図３において、横軸（周波数軸）のkはキャリアのインデックスを表わし、縦軸（時間軸）のnはシンボルのインデックスを表わす。このときＳＰ信号は、次の（３）式を満たすインデックスk=kpのキャリアを用いて伝送される。（ただし、式中のmodは剰余演算を表わし、pは非負整数である。）
【００１２】
【数３】
0004109530.tif 000002
また、ＳＰ信号は擬似ランダム符号系列に基づいて変調されており、その振幅及び位相は、配置されるキャリアのインデックスkのみによって決定され、シンボルのインデックスnには依存しない。
【００１３】
図４は、回り込みキャンセラ３ａ（３ｂ、３ｃ）を用いたＳＦＮ中継システムのモデルを示すブロック図である。図中の記号「*」は畳み込み演算を表す。また以降、特に断らない限り、信号や応答は複素数として扱うものとする。
【００１４】
なお、図４中の受信部２は、ＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）帯域の信号を基底帯域（以下、ベースバンド）の信号に変換し、送信部４は逆に、ベースバンドの信号をＲＦ帯域に変換するが、以下では特に断らない限り、これら周波数変換に関しては言及しない。
【００１５】
図４において、x(t)は親局信号、r(t)は受信部２の入力信号、s(t)は送信部４の入力信号、W_in(ω)は受信部２の伝達関数、W_out(ω)は送信部４の伝達関数、W_loop(ω)は回り込み伝送路６の伝達関数、W_fir(ω)は回り込みキャンセラ３ａ（３ｂ、３ｃ）内部のＦＩＲ（Finite Impulse Response：有限インパルス応答）フィルタ３２の伝達関数をそれぞれ表す。
【００１６】
図４において、受信アンテナ１は、親局信号x(t)と回り込み伝送路６からの回り込み信号w_loop(t)*w_out(t)*s(t)との合成信号を受信し、その出力r(t)は受信部２に供給される。受信部２は、受信信号r(t)に対してフィルタリング、周波数変換、ゲイン調整等の処理を行うもので、その出力w_in(t)*r(t)は回り込みキャンセラ３ａ（３ｂ、３ｃ）内部の減算器３１の第一の入力に供給される。
【００１７】
回り込みキャンセラ３ａ（３ｂ、３ｃ）の内部において、減算器３１は、受信部２の出力w_in(t)*r(t)からＦＩＲフィルタ３２の出力w_fir(t)*s(t)を減じるもので、その出力s(t)はＦＩＲフィルタ３２の第一の入力及びフィルタ係数生成部３３ａ、（３３ｂ、３３ｃ）に供給されるとともに、回り込みキャンセラ３の出力として、送信部４に供給される。
【００１８】
フィルタ係数生成部３３ａ（３３ｂ、３３ｃ）は、減算器３１の出力s(t)から伝送路の特性を推定し、フィルタ係数を生成するもので、その出力w_fir(t)はＦＩＲフィルタ３２の第二の入力に供給される。
【００１９】
ＦＩＲフィルタ３２は、減算器３１の出力s(t)に対してフィルタ係数生成部３３ａ（３３ｂ、３３ｃ）の出力w_fir(t)による畳み込み演算を行い、回り込み信号の複製w_fir(t)*s(t)を生成するもので、その出力は減算器３１の第二の入力に供給される。
【００２０】
送信部４は、減算器３１の出力s(t)に対してフィルタリング、周波数変換、ゲイン調整等の処理を行い中継信号w_out(t)*s(t)を生成するもので、その出力は送信アンテナ５に供給される。
【００２１】
送信アンテナ５は送信部４の出力w_out(t)*s(t)を放射するもので、その出力の一部が回り込み伝送路６を経由した後、回り込み信号w_loop(t)*w_out(t)*s(t)となって受信アンテナ１に回り込む。
【００２２】
図５は、従来の回り込みキャンセラ３ａの構成を示すブロック図である。
【００２３】
図５のフィルタ係数生成部３３ａの内部において、伝送路特性推定部３３１は、減算器３１の出力s(t)から伝送路特性F(ω)を推定するもので、その出力は残差算出回路３３２の第一の入力に供給される。
【００２４】
伝送路特性推定部３３１の内部において、ＦＦＴ（First Fourier Transform：高速フーリエ変換）回路３３１１は、減算器３１の出力s(t)から有効シンボル期間長分の信号を切り出し、ＦＦＴすることにより、時間領域の信号であるs(t)を周波数領域の信号に変換するもので、その出力S(ω)は複素除算回路３３１３の第一の入力に供給される。
【００２５】
ＳＰ発生回路３３１２は、ＦＦＴ回路３３１１の出力S(ω)に同期して、その振幅と位相が既知である規定のＳＰ信号を発生するもので、その出力Xp(ω)は複素除算回路３３１３の第二の入力に供給される。
【００２６】
複素除算回路３３１３は、ＦＦＴ回路３３１１の出力S(ω)に含まれる受信ＳＰ信号Sp(ω)をＳＰ発生回路３３１２の出力Xp(ω)で除することにより、パイロットキャリアに対する伝送路特性Fp(ω)を求めるもので、その出力は補間回路３３１４に供給される。
【００２７】
補間回路３３１４は、パイロットキャリアに対してのみ分散的に求められた伝送路特性Fp(ω)を補間し、信号帯域全体に対する伝送路特性F(ω)を推定するもので、その出力は伝送路特性推定部３３１の出力として、残差算出回路３３２に供給される。
【００２８】
残差算出回路３３２は、伝送路特性推定部３３１の出力F(ω)からキャンセル残差E(ω)を算出するもので、その出力はＩＦＦＴ回路３３３に供給される。
【００２９】
ＩＦＦＴ回路３３３は、残差算出回路３３２の出力E(ω)をIＦＦＴすることにより、周波数領域での残差E(ω)を時間領域での残差e(t)に変換するもので、その出力は係数更新回路３３４に供給される。
【００３０】
係数更新回路３３４は、ＩＦＦＴ回路３３３の出力e(t)から、所定の係数更新式に基づいてフィルタ係数w_new(t)を算出するもので、その出力はフィルタ係数生成部３３ａの出力w_fir(t)としてＦＩＲフィルタ３２の第二の入力に供給される。
【００３１】
次に、回り込みキャンセラ３ａが回り込みを打ち消す条件について説明する。
【００３２】
まず、伝送路特性推定部３３１の出力F(ω)は（４）式で表される。
【００３３】
【数４】
0004109530.tif 000003
従って、減算器３１によって回り込み信号が打ち消される条件は（５）式で表される。
【００３４】
【数５】
0004109530.tif 000004
ここで、キャンセル残差E(ω)を（６）式のように定義する。
【００３５】
【数６】
0004109530.tif 000005
そして、（４）式を変形すると（７）式が得られる。
【００３６】
【数７】
0004109530.tif 000006
ここでモデルを簡略化し、受信部２の周波数特性が信号帯域内において平坦であると仮定すると、その伝達関数W_in(ω)は定数Dとなり、残差算出回路３３２内部において、（８）式に基づいて算出される。
【００３７】
【数８】
0004109530.tif 000007
このとき、キャンセル残差E(ω)は（９）式で表される。
【００３８】
【数９】
0004109530.tif 000008
さらに、係数更新回路３３４での係数更新式を（１０）式で定義する。
【００３９】
【数１０】
0004109530.tif 000009
ただし、（１０）式中のw_old(t)は更新前の係数、μは1以下の定数である。
【００４０】
以上の構成によって、回り込みの伝達関数W_loop(ω)W_out(ω)とＦＩＲフィルタ３２の伝達関数W_fir(ω)との差分であるキャンセル残差E(ω)が、０に収束するようにフィードバック制御が動作し、回り込みキャンセラ３ａの出力s(t)には、主波成分のみが出力される。
【００４１】
ここで、ＦＦＴ回路３３１１は、減算器３１の出力s(t)から有効シンボル期間長の信号を切り出しＦＦＴするが、切り出すタイミングが適切でない等の理由により、ＦＦＴにおける時刻に誤差が生じると、その変換結果であるS(ω)に時刻誤差に応じた位相回転が生じる。
【００４２】
例えば、本来ならば時刻０となるべきサンプルが、時刻τとなるような時刻誤差をもっている場合、ＦＦＴ回路３３１１の入力信号はs'(t)は（１１）式で表される。
【００４３】
【数１１】
0004109530.tif 000010
そして、その変換結果S'(ω)は（１２）式で表され、周波数に比例した位相回転を生じる。
【００４４】
【数１２】
0004109530.tif 000011
これまでにも、この位相回転の影響を補正し、高精度な伝送路特性の推定を可能とする手法が考案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００４５】
図６は、時刻誤差補正手法を適用した従来の回り込みキャンセラ３ｂの構成を示すブロック図である。尚、図６において図５と同一部分には同一符号を付して示す。回り込みキャンセラ３ｂは、前記の時刻誤差に起因する位相回転を補正するため、フィルタ係数生成部３３ｂ内部に時刻誤差補正部３３５ｂを備える点で、図５の回り込みキャンセラ３ａと相違する。
【００４６】
図６の時刻誤差補正部３３５ｂの内部において、極座標変換回路３３５０１は、一般的に実部と虚部、すなわち直交座標で表される伝送路特性推定部３３１の出力F(ω)を、振幅r(ω)と位相θ(ω)とで表される極座標に変換するもので、振幅出力r(ω)は直交座標変換回路３３５０５の第一の入力に供給され、位相出力θ(ω)は位相連続化回路３３５０２に供給される。このとき一般的に、位相出力θ(ω)は±πのように値域の範囲が２πで表現されており、この範囲を超えるときに不連続が生じる。
【００４７】
位相連続化回路３３５０２は、極座標変換回路３３５０１の位相出力θ(ω)から、隣接するキャリアとの位相差に対して所定の閾値を設定し、位相差がその閾値を超えて小さくなった場合は＋πを、逆に閾値を超えて大きくなった場合は−πを超えたと判定し、補正を行うもので、その出力θ'(ω)は傾斜算出回路３３５０３および傾斜除去回路の第一の入力に供給される。
【００４８】
傾斜算出回路３３５０３は、位相連続化回路３３５０２の出力θ'(ω)に対して、低域通過フィルタによるフィルタリング処理、あるいは最小二乗法による直線近似処理を施すことによって、回り込みの影響による位相誤差成分を除去し、位相特性θ'(ω)の一次傾斜成分を抽出するもので、その出力αは傾斜除去回路３３５０４の第二の入力に供給される。
【００４９】
傾斜除去回路３３５０４は、傾斜算出回路３３５０３の出力に基づき、位相連続化回路３３５０２の出力θ’を補正するもので、その出力θ”は直交座標変換回路３３５０５の第二の入力に供給される。
【００５０】
直交座標変換回路３３５０５は、極座標変換回路３３５０１の振幅出力r(ω)と傾斜除去回路３３５０４の出力θ"(ω)とで表される複素数値を、実部と虚部とで表される直交座標に変換するもので、その出力F'(ω)は時刻誤差補正部３３５ｂの出力として、残差算出回路３３２に供給される。他の構成及び動作は、図５と同一であるので省略する。
【００５１】
図７は、別の時刻誤差補正手法を適用した従来の回り込みキャンセラ３ｃの構成を示すブロック図である。尚、図７において図５と同一部分には同一符号を付して示す。
【００５２】
図７において、伝送路特性推定部３３１の出力F(ω)は時間誤差補正部３３５ｃに供給されるが、時間誤差補正部３３５ｃ内部において、群遅延特性算出回路３３５１１及びキャリア位相回転処理回路３３５１３の第一の入力に供給される。
【００５３】
群遅延特性算出回路３３５１１は、伝送路特性推定部３３１の出力F(ω)から、位相特性の周波数方向の微分値である群遅延特性を算出するもので、その出力GD(ω)は傾斜抽出回路３３５１２に供給される。
【００５４】
傾斜抽出回路３３５１２は、群遅延特性算出回路３３５１１の出力GD(ω)に対して、低域通過フィルタによるフィルタリング処理を施すことによって、回り込みの影響による位相誤差成分を除去した後、その結果を平均化することにより、位相特性の一次傾斜に相当する群遅延の定数値を抽出するもので、その出力GD_avはキャリア位相回転処理回路３３５１３の第二の入力に供給される。
【００５５】
キャリア位相回転処理回路３３５１３は、傾斜抽出回路３３５１２の出力GD_avに基づき、伝送路特性推定部３３１の出力F(ω)を補正するもので、その出力F'(ω)は時刻誤差補正部３３５ｃの出力として、残差算出回路３３２に供給される。他の構成及び動作は、図５と同一であるので省略する。
【００５６】
【特許文献１】
特開２０００−３４１２３８号公報
【特許文献２】
特開２０００−２９５１９５号公報
【非特許文献１】
今村，外３名，「地上デジタル放送ＳＦＮにおける放送波中継用回り込みキャンセラの検討」，映像情報メディア学会誌，２０００年１１月，第５４巻，第１１号，ｐ．１５６８−１５７５
【００５７】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＦＴにおける時刻誤差に起因する位相回転は、回り込み伝送路の周波数特性を算出する際に、誤差を生じる要因となるため、できる限り高精度に補正されることが望ましい。
【００５８】
しかしながら、図６に示す回り込みキャンセラ３ｂでは、時刻誤差補正部３３５ｂ内部の位相連続化回路３３５０２において閾値を用いた判定と、それに基づく補正を行っており、その判定に誤りがあった場合、次段の傾斜算出回路３３５０３における位相特性θ'(ω)の一次傾斜成分の抽出に誤差が生じ、その結果、時間誤差の補正が正確でなくなる。
【００５９】
また、図７に示す回り込みキャンセラ３ｃでは、時刻誤差補正部３３５ｃ内部の群遅延特性算出回路３３５１１において、位相特性の周波数方向の微分値として群遅延特性を算出しているが、微分演算は一種の高域通過フィルタによるフィルタリング処理であり、回り込みの影響による位相誤差成分は高域成分であるため、次段の傾斜抽出回路３３５１２における位相特性の一次傾斜成分の抽出に誤差が生じ、その結果、時間誤差の補正が正確でなくなる。
【００６０】
このように、前述のような従来の回り込みキャンセラでは、ＦＦＴにおける時刻誤差に起因して生じる周波数特性の位相回転を高精度に補正することができず、キャンセル性能の劣化を引き起こす。
【００６１】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、上記の問題を解決し、ＦＦＴにおける時刻誤差に起因して生じる周波数特性の位相回転を高精度に補正し、高いキャンセル性能を実現する回り込みキャンセラを提供することを目的とする。
【００６２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明に係わる回り込みキャンセラは、以下のように構成される。
【００６３】
本発明の回り込みキャンセラは、受信信号を同一の周波数で再送信する場合に発生する送受信アンテナ間の回り込みを除去する回り込みキャンセラであって、入力信号から回り込み信号の複製を減じる減算器と、前記減算器の出力に対してフィルタリング処理を行うことにより、前記回り込み信号の複製を生成するフィルタ手段と、前記減算器の出力から回り込みの伝送路特性を推定し、前記フィルタ手段の係数を生成するフィルタ係数生成部とを具備して構成され、前記フィルタ係数生成部は、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）により、時間領域の信号である前記減算器の出力を周波数領域の信号へと変換し、前記減算器出力にて観測した伝送路特性を推定する伝送路特性推定部と、前記ＦＦＴにおける時刻誤差に起因して生じる前記伝送路特性の位相回転を補正する時刻誤差補正部と、前記時刻誤差補正部の出力からキャンセル残差を算出する残差算出手段と、前記残差算出手段の出力を時間領域の信号に変換する第一のＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆高速フーリエ変換）手段と、前記第一のＩＦＦＴ手段の出力から、前記フィルタ手段の係数を生成する係数更新手段とを具備して構成され、前記時刻誤差補正部は、前記伝送路特性推定部の出力に所定の窓関数を乗じる窓がけ手段と、前記窓がけ手段の出力を時間領域の信号に変換する第二のＩＦＦＴ手段と、前記第二のＩＦＦＴ手段の出力から前記ＦＦＴにおける時刻誤差を推定する時刻誤差推定手段と、前記時刻誤差推定手段の出力に基づき、前記伝送路特性推定部の出力を補正する位相回転補正手段とを具備する構成を採る。
【００６４】
本発明の回り込みキャンセラは、上記構成において、前記第二のＩＦＦＴ手段の出力f_win(i)（iは0≦i≦M-1を満たす整数、ただしMは前記ＩＦＦＴ手段におけるＩＦＦＴのサイズ）の中で、その大きさが最大のもののインデックスをi_maxとし、f_win(i_max-1)の絶対値とf_win(i_max)の絶対値との比をr_left、f_win(i_max+1)の絶対値とf_win(i_max)の絶対値との比をr_rightとし、前記時刻誤差推定手段は、r_left及びr_rightの少なくとも一方から前記ＦＦＴにおける時刻誤差を推定する構成を採る。
【００６５】
本発明の回り込みキャンセラは、上記構成において、前記時刻誤差推定手段は、f_win(i_max-1)の絶対値がf_win(i_max+1)の絶対値に比べて大きい場合は、r_leftからの推定値を前記ＦＦＴにおける時刻誤差の推定値とし、逆にf_win(i_max-1)の絶対値がf_win(i_max+1)の絶対値に比べて小さい場合は、r_rightからの推定値を前記ＦＦＴにおける時刻誤差の推定値とする構成を採る。
【００６６】
本発明の回り込みキャンセラは、上記構成において、前記時刻誤差推定手段は、r_leftからの推定値とr_rightからの推定値との平均値を、前記ＦＦＴにおける時刻誤差の推定値とする構成を採る。
【００６７】
本発明の回り込みキャンセラは、上記構成において、前記窓がけ手段が前記伝送路特性推定部の出力に乗じる窓関数はハニング（Hanning）窓関数であり、前記時刻誤差推定手段は、r_leftからの推定値τ'_leftを、（１）式に基づいて算出し、r_rightからの推定値τ'_rightを、（２）式に基づいて算出する構成を採る。
【００６８】
これらの構成によれば、ＦＦＴにおける時刻誤差に起因して生じる周波数特性の位相回転を高精度に補正し、高い回り込みキャンセル性能を実現することができる。
【００６９】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、フィルタ係数生成部において減算器の出力をＦＦＴして伝送路の周波数特性を算出した後、ＦＦＴにおける時刻誤差に起因して生じる周波数特性の位相回転を補正し、補正された伝送路特性からキャンセル残差を算出し、これをＩＦＦＴした結果に基づきＦＩＲフィルタの係数を更新することにより、ＦＦＴにおける時刻誤差に起因して生じる周波数特性の位相回転を高精度に補正することである。
【００７０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００７１】
図４との対応部分に同一符号を付して示す図１は、本発明の実施の形態に係る回り込みキャンセラ３ｄを用いたＳＦＮ中継システムのモデルを示すブロック図である。図中の記号「*」は畳み込み演算を表す。また以降、特に断らない限り、信号や応答は複素数として扱うものとする。
【００７２】
なお、図１中の受信部２は、ＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）帯域の信号を基底帯域（以下、ベースバンド）の信号に変換し、送信部４は逆に、ベースバンドの信号をＲＦ帯域に変換するが、これらの周波数変換は、本発明に対して本質的な影響を与えるものではないので、以下では特に断らない限り、これら周波数変換に関しては言及しない。
【００７３】
図１において、x(t)は親局信号、r(t)は受信部２の入力信号、s(t)は送信部４の入力信号、W_in(ω)は受信部２の伝達関数、W_out(ω)は送信部４の伝達関数、W_loop(ω)は回り込み伝送路６の伝達関数、W_fir(ω)は回り込みキャンセラ３ｄ内部のＦＩＲ（Finite Impulse Response：有限インパルス応答）フィルタ３２の伝達関数をそれぞれ表す。
【００７４】
図１において、受信アンテナ１は、親局信号x(t)と回り込み伝送路６からの回り込み信号w_loop(t)*w_out(t)*s(t)との合成信号を受信し、その出力r(t)は受信部２に供給される。受信部２は、受信信号r(t)に対してフィルタリング、周波数変換、ゲイン調整等の処理を行うもので、その出力w_in(t)*r(t)は回り込みキャンセラ３ｄ内部の減算器３１の第一の入力に供給される。
【００７５】
回り込みキャンセラ３ｄの内部において、減算器３１は、受信部２の出力w_in(t)*r(t)からＦＩＲフィルタ３２の出力w_fir(t)*s(t)を減じるもので、その出力s(t)はＦＩＲフィルタ３２の第一の入力及びフィルタ係数生成部３３ｄに供給されるとともに、回り込みキャンセラ３ｄの出力として、送信部４に供給される。
【００７６】
フィルタ係数生成部３３ｄは、減算器３１の出力s(t)から伝送路の特性を推定し、フィルタ係数を生成するもので、その出力w_fir(t)はＦＩＲフィルタ３２の第二の入力に供給される。
【００７７】
ＦＩＲフィルタ３２は、減算器３１の出力s(t)に対してフィルタ係数生成部３３ｄの出力w_fir(t)による畳み込み演算を行い、回り込み信号の複製w_fir(t)*s(t)を生成するもので、その出力は減算器３１の第二の入力に供給される。
【００７８】
送信部４は、減算器３１の出力s(t)に対してフィルタリング、周波数変換、ゲイン調整等の処理を行い中継信号w_out(t)*s(t)を生成するもので、その出力は送信アンテナ５に供給される。
【００７９】
送信アンテナ５は送信部４の出力w_out(t)*s(t)を放射するもので、その出力の一部が回り込み伝送路６を経由した後、回り込み信号w_loop(t)*w_out(t)*s(t)となって受信アンテナ１に回り込む。
【００８０】
図２は、本発明の実施の形態に係る回り込みキャンセラ３ｄの構成を示すブロック図である。
【００８１】
図２において、減算器３１は、受信部２の出力w_in(t)*r(t)からＦＩＲフィルタ３２の出力w_fir(t)*s(t)を減じるもので、その出力s(t)はＦＩＲフィルタ３２の第１の入力及びフィルタ係数生成部３３ｄに供給されるとともに、回り込みキャンセラ３ｄの出力として、送信部４に供給される。
【００８２】
フィルタ係数生成部３３ｄは、減算器３１の出力s(t)から伝送路の特性を推定し、フィルタ係数を生成するもので、その出力w_fir(t)はＦＩＲフィルタ３２の第２の入力に供給される。
【００８３】
ＦＩＲフィルタ３２は、減算器３１の出力s(t)に対してフィルタ係数生成部３３ｄの出力w_fir(t)による畳み込み演算を行い、回り込み信号の複製w_fir(t)*s(t)を生成するもので、その出力は減算器３１の第２の入力に供給される。
【００８４】
以下では、この回り込みキャンセラ３ｄ内部のフィルタ係数生成部３３ｄの構成及び動作について説明する。
【００８５】
図２のフィルタ係数生成部３３ｄの内部において、伝送路特性推定部３３１は、減算器３１の出力s(t)から伝送路特性F(ω)を推定するもので、その出力は時刻誤差補正部３３５ｄに供給される。
【００８６】
伝送路特性推定部３３１の内部において、ＦＦＴ（First Fourier Transform：高速フーリエ変換）回路３３１１は、減算器３１の出力s(t)から有効シンボル期間長分の信号を切り出し、ＦＦＴすることにより、時間領域の信号であるs(t)を周波数領域の信号に変換するもので、その出力S(ω)は複素除算回路３３１３の第一の入力に供給される。
【００８７】
ＳＰ発生回路３３１２は、ＦＦＴ回路３３１１の出力S(ω)に同期して、その振幅と位相が既知である規定のＳＰ信号を発生するもので、その出力Xp(ω)は複素除算回路３３１３の第二の入力に供給される。
【００８８】
複素除算回路３３１３は、ＦＦＴ回路３３１１の出力S(ω)に含まれる受信ＳＰ信号Sp(ω)をＳＰ発生回路３３１２の出力Xp(ω)で除することにより、パイロットキャリアに対する伝送路特性Fp(ω)を求めるもので、その出力は補間回路３３１４に供給される。
【００８９】
補間回路３３１４は、パイロットキャリアに対してのみ分散的に求められた伝送路特性Fp(ω)を補間し、信号帯域全体に対する伝送路特性F(ω)を推定するもので、その出力は伝送路特性推定部３３１の出力として、時刻誤差補正部３３５ｄに供給される。
【００９０】
時刻誤差補正部３３５ｄは、ＦＦＴ回路３３１１における時刻誤差に起因して生じる伝送路特性F(ω)の位相回転を補正するもので、その出力F'(ω)は、残差算出回路３３２に供給される。
【００９１】
残差算出回路３３２は、時刻誤差補正部３３５ｄの出力F'(ω)からキャンセル残差E(ω)を算出するもので、その出力はＩＦＦＴ回路３３３に供給される。
【００９２】
ＩＦＦＴ回路３３３は、残差算出回路３３２の出力E(ω)をIＦＦＴすることにより、周波数領域での残差E(ω)を時間領域での残差e(t)に変換するもので、その出力は係数更新回路３３４に供給される。
【００９３】
係数更新回路３３４は、ＩＦＦＴ回路３３３の出力e(t)から、所定の係数更新式に基づいてフィルタ係数w_new(t)を算出するもので、その出力はフィルタ係数生成部３３ｄの出力w_fir(t)としてＦＩＲフィルタ３２の第二の入力に供給される。
【００９４】
次に、回り込みキャンセラ３ｄが回り込みを打ち消す条件について説明する。
【００９５】
まず、ＦＦＴ回路３３１１における時刻誤差をτとすると、伝送路特性推定部３３１の出力F(ω)は（１３）式で表される。
【００９６】
【数１３】
0004109530.tif 000012
従って、減算器３１によって回り込み信号が打ち消される条件は（１４）式で表される。
【００９７】
【数１４】
0004109530.tif 000013
ここで、キャンセル残差E(ω)を（１５）式のように定義する。
【００９８】
【数１５】
0004109530.tif 000014
そして、（１３）式を変形すると（１６）式が得られる。（１６）式右辺第二項の分母は、ＦＦＴ回路３３１１における時刻誤差τに起因して生じる伝送路特性F(ω)の位相回転を補正したもの、すなわち時刻誤差補正部３３５ｄの出力F'(ω)である。
【００９９】
【数１６】
0004109530.tif 000015
ここでモデルを簡略化し、受信部２の周波数特性が信号帯域内において平坦であると仮定すると、その伝達関数W_in(ω)は定数Dとなり、残差算出回路３３２内部において、（１７）式に基づいて算出される。
【０１００】
【数１７】
0004109530.tif 000016
このとき、キャンセル残差E(ω)は（１８）式で表される。
【０１０１】
【数１８】
0004109530.tif 000017
さらに、係数更新回路３３４での係数更新式を（１９）式で定義する。
【０１０２】
【数１９】
0004109530.tif 000018
ただし、（１９）式中のw_old(t)は更新前の係数、μは1以下の定数である。
【０１０３】
以上の構成によって、回り込みの伝達関数W_loop(ω)W_out(ω)とＦＩＲフィルタ３２の伝達関数W_fir(ω)との差分であるキャンセル残差E(ω)が、０に収束するようにフィードバック制御が動作し、回り込みキャンセラ３ｄの出力s(t)には、主波成分のみが出力される。
【０１０４】
次に、フィルタ係数生成部３３ｄ内部の時刻誤差補正部３３５ｄの構成について説明する。
【０１０５】
時間誤差補正部３３５ｄ内部において、伝送路特性推定部３３１から供給されるF(ω)は、窓がけ回路３３５２１及び位相回転補正回路３３５２４の第一の入力に供給される。
【０１０６】
窓がけ回路３３５２１は、伝送路特性推定部３３１の出力F(ω)に対して窓関数W_win(ω)を乗じるもので、その出力F_win(ω)はＩＦＦＴ回路３３５２２に供給される。
【０１０７】
ＩＦＦＴ回路３３５２２は、窓がけ回路３３５２１の出力F_win(ω)をＩＦＦＴすることにより、周波数応答をインパルス応答に変換するもので、その出力f_win(t)は時刻誤差推定回路３３５２３に供給される。
【０１０８】
時刻誤差推定回路３３５２３は、ＩＦＦＴ回路３３５２２の出力f_win(t)からＦＦＴ回路３３１１における時刻誤差を推定するもので、その出力τ'は位相回転補正回路３３５２４の第二の入力に供給される。
【０１０９】
位相回転補正回路３３５２４は、時刻誤差の推定値τ'に基づき、伝送路特性F(ω)の位相回転を補正するもので、その出力F'(ω)は、時刻誤差補正部３３５ｄの出力として、残差算出回路３３２に供給される。
【０１１０】
次に、フィルタ係数生成部３３ｄ内部の時刻誤差補正部３３５ｄの動作原理について説明する。ここでは、窓がけ回路３３５２１で乗じる窓関数としてハニング（Hanning）窓関数を使用する場合を例にとり説明する。
【０１１１】
伝送路特性推定部３３１の出力F(ω)は、周波数領域においてＯＦＤＭのキャリア間隔でサンプリングされたものであり、周波数領域でのサンプリングのインデックスをk（kは0≦k≦N-1を満たす整数、ただしNはＦＦＴ回路３３１１におけるＦＦＴのサイズ）として、F(ω)=F(k)と表わすことができる。
【０１１２】
ここで、回り込み等が存在しない状況を考え、ＦＦＴにおける時刻誤差をτとすると、F(k)は（２０）式で表わされる。
【０１１３】
【数２０】
0004109530.tif 000019
一方、ハニング窓関数W_win(k)は（２１）式で表わされる。
【０１１４】
【数２１】
0004109530.tif 000020
従って、これらの乗算結果である窓がけ回路３３５２１の出力F_win(k)は（２２）式で表わされる。
【０１１５】
【数２２】
0004109530.tif 000021
インパルス応答、すなわちＩＦＦＴ回路３３５２２の出力f_win(t)は、時間領域においてサンプリングされたものであり、時間領域でのサンプリングのインデックスをi（iは0≦i≦M-1を満たす整数、ただしMはＩＦＦＴ回路３３５２２におけるＩＦＦＴのサイズ）として、f_win(t)=f_win(i)と表わすことができる。
【０１１６】
このf_win(i)は（２３）式で表わされ、
【０１１７】
【数２３】
0004109530.tif 000022
さらに式変形すると、（２４）式となる。
【０１１８】
【数２４】
0004109530.tif 000023
以下では、時刻誤差推定回路３３５２３内部での演算処理について説明する。
【０１１９】
ここで、f_win(i)の中で、その大きさが最大のもののインデックスをi_maxとし、f_win(i_max-1)の絶対値とf_win(i_max)の絶対値との比をr_leftとし、（２２）式を用いて計算すると、（２５）式が得られる。
【０１２０】
【数２５】
0004109530.tif 000024
ここで、ＦＦＴサイズNが十分大きければ、（２６）式の近似を用いることができる。
【０１２１】
【数２６】
0004109530.tif 000025
これを（２５）式に代入すると、（２７）式となる。
【０１２２】
【数２７】
0004109530.tif 000026
これをτについて解くと（２８）式となり、時刻誤差の推定値τ'_leftが得られる。
【０１２３】
【数２８】
0004109530.tif 000027
同様に、（２９）式のようにf_win(i_max+1)の絶対値とf_win(i_max)の絶対値との比をr_rightとする。
【０１２４】
【数２９】
0004109530.tif 000028
これにより、（３０）式より、時刻誤差の推定値τ'_rightが得られる。
【０１２５】
【数３０】
0004109530.tif 000029
ここで、f_win(i_max-1)の絶対値がf_win(i_max+1)の絶対値に比べて大きい場合は、推定値τ'として（２８）式のτ'_leftを採用し、逆にf_win(i_max-1)の絶対値がf_win(i_max+1)の絶対値に比べて小さい場合は、推定値τ'として（３０）式のτ'_rightを採用することにより、雑音等の外乱による推定誤差を抑えることができる。
【０１２６】
また推定値τ'として、（２８）式のτ'_leftと（３０）式のτ'_rightとの平均値を採用することによっても、雑音等の外乱による推定誤差を抑えることができる。
【０１２７】
位相回転補正回路３３５２４内部では、時刻誤差の推定値τ'を用いて、（３１）式により伝送路特性F(k)の位相回転を補正し、F'(k)を得る。
【０１２８】
【数３１】
0004109530.tif 000030
以上の説明では、回り込み等が存在しない状況を考え、F(k)を（２０）式で表わしたが、回り込みが存在する場合は、（２０）式のDが定数ではなくなり、インパルス応答f_win(i)に複数の極大値が存在するようになる。しかし、この場合も複数の極大値の内で最大のもののインデックスをi_maxとすれば、上記の演算で時刻誤差を推定することが可能である。
【０１２９】
このように、本実施の形態の回り込みキャンセラによれば、ＦＦＴにおける時刻誤差に起因して生じる周波数特性の位相回転を、高精度に補正することが可能となる。
【０１３０】
なお、本発明の実施の形態においては、窓がけ回路３３５２１で乗じる窓関数としてハニング（Hanning）窓を使用する場合を例にとり説明したが、（２８）式や（３０）式の推定式を変更することにより、ハミング（Hamming）窓関数等、他の窓関数を使用することも可能である。
【０１３１】
また、本発明の実施の形態においては、信号帯域内に分散的に配置されたパイロットキャリアを含む伝送方式を例にとり説明したが、伝送路特性推定部３３１の内部処理を適宜変更することにより、全キャリアの振幅と位相が既知であるパイロットシンボルが存在する伝送方式等、他の種類の伝送方式に対しても適用可能である。
【０１３２】
また、本発明の実施の形態においては、時刻誤差補正部３３５ｄにて処理する伝送路特性F(k)は、周波数領域においてＯＦＤＭのキャリア間隔でサンプリングされたものであるとして説明したが、３キャリア間隔、６キャリア間隔、１２キャリア間隔等、間引かれたものであっても、同じ原理を適用可能である。
【０１３３】
また、本発明の実施の形態においては、受信部２で周波数変換を行った後の信号において回り込みをキャンセルしているが、受信部２で周波数変換を行う前の信号において回り込みをキャンセルする等、いずれの周波数の信号において回り込みをキャンセルしてもよく、上位概念において本発明と同じ原理に基づいている限り、これらの変形は容易に構成できる。
【０１３４】
また、図には示していないが、回り込みキャンセラにおいて使用しているデジタル信号処理のためのＡＤ（Analog to Ditigal：アナログ−デジタル）変換器ならびにＤＡ（Digital to Analog：デジタル−アナログ）変換器の挿入位置は、本発明の原理とは無関係であり、ＡＤ変換器ならびにＤＡ変換器の挿入位置に関わらず同じ原理を適用することができることは言うまでもない。
【０１３５】
最後に、本発明の実施の形態においては、各々の構成要素が個別のハードウェアとして固有の機能を具現化するものとして説明したが、このような実現方法は本発明の原理とは無関係であり、本発明の構成要素の一部あるいは全体を、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の汎用ハードウェア上で実行されるソフトウェアとして具現化してもよいことは言うまでもない。
【０１３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＦＦＴにおける時刻誤差に起因して生じる周波数特性の位相回転を高精度に補正し、高い回り込みキャンセル性能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る回り込みキャンセラを用いたＳＦＮ中継システムの、原理的構成の一例を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態に係る回り込みキャンセラの構成を示すブロック図
【図３】パイロット信号配置例を示す模式図
【図４】従来の回り込みキャンセラを用いたＳＦＮ中継システムの、原理的構成の一例を示すブロック図
【図５】従来の回り込みキャンセラの第一の構成例を示すブロック図
【図６】従来の回り込みキャンセラの第二の構成例を示すブロック図
【図７】従来の回り込みキャンセラの第三の構成例を示すブロック図
【符号の説明】
１  受信アンテナ
２  受信部
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  回り込みキャンセラ
４  送信部
５  送信アンテナ
６  回り込み伝送路
３１  減算器
３２  ＦＩＲフィルタ
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ  フィルタ係数生成部
３３１  伝送路特性推定部
３３１１  ＦＦＴ回路
３３１２  ＳＰ発生回路
３３１３  複素除算回路
３３１４  補間回路
３３２  残差算出回路
３３３  ＩＦＦＴ回路
３３４  係数更新回路
３３５ｄ  時刻誤差補正部
３３５２１  窓がけ回路
３３５２２  ＩＦＦＴ回路
３３５２３  時刻誤差推定回路
３３５２４  位相回転補正回路
【図１】
0004109530.tif 000033
【図２】
0004109530.tif 000034
【図３】
0004109530.tif 000035
【図４】
0004109530.tif 000036
【図５】
0004109530.tif 000037
【図６】
0004109530.tif 000038
【図７】
0004109530.tif 000039