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JP2014179758A - データ信号補正回路、受信機、およびデータ信号補正方法 - Google Patents

データ信号補正回路、受信機、およびデータ信号補正方法 Download PDF

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Abstract


【課題】 タップ数を増やさずに、適応フィルタの分解能を高め伝送路推定の精度を向上する。
【解決手段】 データ信号補正回路は、パイロット信号に基づき受信データ信号の伝送路特性推定値を算出する伝送路特性算出部と、前記伝送路特性推定値に基づいて、前記受信データ信号のマルチパスの遅延量を算出するパス検出部と、前記遅延量と前記伝送路特性推定値とを入力とし、前記遅延量に応じて、前記伝送路特性推定値のキャリア方向の入力間隔を調整し、前記調整後の入力間隔で入力された前記伝送路特性推定値に対して適応等化を行う適応フィルタと、を有する。
【選択図】図5

Description

本発明は、データ信号補正回路とこれを用いた受信機、およびデータ信号補正方法に関する。
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)信号の受信装置では、データ信号を正しく復号するために、パイロット信号を用いて伝送路を推定する。パイロット信号は周波数方向(キャリア方向)と時間(シンボル)方向に一定間隔で配置される。パイロット信号に基づいて、補間によりデータ信号の伝送路特性が推定される。受信されたデータシンボルを推定された伝送路特性で除算することで、データ信号を補正することができる。受信性能を向上させるためには、伝送路特性の推定精度を上げることが重要である。
データ信号の伝送路特性の推定方法として、一般に適応フィルタが用いられる。適応フィルタは、環境に応じてフィルタ係数を最適化できる点で、固定フィルタよりも優れている。
図1は一般的な適応フィルタ108を使用したデータ信号補正回路100の概略図である。FFT部3で高速フーリエ変換を受けた受信信号は、信号分別部11でパイロット信号とデータ信号に分離される。シンボル補間部12で、パイロット信号をシンボル方向に補間する。キャリア補間部13で、シンボル補間された信号をマルチパスの遅延量に応じた帯域のフィルタでキャリア方向に補間し、データ部分の伝送路特性推定値を算出する。
第1データ信号補正部14は、受信データ信号を伝送路特性推定値で除算して送信データ信号を算出する。硬判定部15は、算出された送信データ信号をコンスタレーションに対して硬判定処理する。伝送路特性算出部16は、受信データを硬判定処理後の送信データ信号で除算して、伝送路特性推定値を算出する。
パス検出部107は、硬判定後の伝送路特性推定値を逆フーリエ変換することで遅延プロファイルを算出し、FTT開始位置を決定する。また、遅延プロファイルからマルチパス遅延量を算出してキャリア補間部13に供給する。
適応フィルタ部108は、硬判定後の伝送路特性推定値に対して適用等化を行なう。フィルタ係数はLMS(Least Mean Square)法により更新される。第2データ信号補正部109は、受信データ信号を、適応等化後の伝送路特性推定値で除算し、送信データを出力する。
図2は、一般的な適応フィルタ部108の構成図である。H(n)はキャリア番号nの伝送路特性推定値である。タップ数が2αの適応フィルタ部18の各タップに、キャリア番号n−α、…、n−1、n+1、…、n+αの各伝送路特性推定値が入力され、入力された伝送路特性推定値に、対応するタップのタップ係数w(n,k)が乗算される。w(n,k)は、キャリア番号nに対するタップ番号kのタップ係数を表わす。すべてのタップの乗算結果が加算されて出力される。加算値と所望信号d(n)=H(n)との差分が誤差として、タップ係数の更新値の算出に用いられる。
適応フィルタ部108のタップ数を増やして分解能を上げることで、伝送路特性の推定精度を上げることができる。たとえば、図3(A)に示すタップ数20のフィルタ特性の場合、タップ数を60に増やすことで図3(B)に示す急峻な波形を得ることができる。
しかし、タップ数を増やすことで回路規模が大きくなり、消費電力も大きくなる。そのため、回路規模を増やさず特性を向上することが望まれる。
なお、受信信号の時間変動が激しい場合に、マルチパスの遅延量に応じてシンボル方向の補間を選択的に実施する方法が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
特開2005−45664号公報
タップ数を増やすことなく適応フィルタの分解能を上げ、伝送路特性推定の精度を向上することを課題とする。
データ信号補正回路は、パイロット信号に基づき受信データ信号の伝送路特性推定値を算出する伝送路特性算出部と、前記伝送路特性推定値に基づいて、前記受信データ信号のマルチパスの遅延量を算出するパス検出部と、前記遅延量と前記伝送路特性推定値とを入力とし、前記遅延量に応じて、前記伝送路特性推定値のキャリア方向の入力間隔を調整し、前記調整後の入力間隔で入力された前記伝送路特性推定値に対して適応等化を行う適応フィルタと、を有する。
タップ数を増やすことなく適応フィルタの分解能を上げ、伝送路特性推定の精度を向上することができる。
一般的なデータ信号補正回路の概略図である。 一般的な適応フィルタの構成図である。 タップ数増加によるフィルタ特性の向上を示す図である。 実施形態のデータ信号補正回路が適応される受信機の概略構成図である。 実施形態のデータ信号補正回路の構成図である。 パイロット信号に基づくシンボル方向とキャリア方向の補間を示す図である。 実施形態のデータ信号補正回路の原理を説明する図である。 実施形態のデータ信号補正回路で用いられる適応フィルタの構成例を示す図である。 入力データ間隔選択テーブルの例を示す図である。 適応フィルタに対するキャリア方向のデータ入力間隔を変えたときの入力データの選択例を示す図である。 実施形態のデータ信号補正回路で用いられるローバスフィルタの構成例を示す図である。
実施形態では、受信信号の遅延量に応じて適応フィルタに入力するデータのキャリア方向の間隔を変更することによって、適応フィルタのタップ数を維持したまま分解能を上げる。好ましくは、適応フィルタの後段に配置されるローパスフィルタの遮断帯域を、適応フィルタに入力されるデータのキャリア方向の間隔に応じて調整する。
図4は、実施形態のデータ信号補正回路が適用される受信機の構成例を示す。受信機1は、たとえば地上波デジタル放送受信機である。アンテナにより受信されたOFDM信号はチューナの受信部2でベースバンド帯域に変換され、アナログ信号からデジタル信号に変換される。受信部2はまた、信号同期をとってFFT時間窓の位置を決定する。
FFT(高速フーリエ変換)部3は、受信信号に高速フーリエ変換を行って、周波数領域の信号に変換する。
データ信号補正部4は、伝送路推定および等化を行う。データ信号とともに送信されてくる既知信号である分散パイロット(SP:Scattered Pilot)信号を用いて、伝送路の推定を行う。受信データ信号を伝送路の推定値で複素除算することで、伝送路の影響を除去し、データ信号を等化する。
復調部5は、放送波の変調方式に応じて信号を復調する。誤り訂正復号部5では、誤り訂正処理を施し、TS(Transform Stream)方式で出力する。デコーダ7は、TSデータ信号を映像/音声に復号処理する。
図5は、図4で用いられるデータ信号補正部4の概略ブロック図である。FFT部3で高速フーリエ変換を受けた受信信号は、信号分別部11でパイロット信号とデータ信号に分離される。図6(A)に示すように、送信されるデータシンボルのシンボル方向とキャリア方向に一定の間隔で、パイロット(SP)シンボルが挿入されている。パイロット信号は既知の信号であるため、分離したパイロット信号を用いてデータシンボルの伝送路特性を補間により推定する。シンボル補間部12は、図6(B)に示すように、パイロット信号をシンボル方向に補間する。キャリア補間部13は、図6(C)に示すように、シンボル補間された信号を遅延量に応じた帯域のフィルタでキャリア方向に補間し、データ部分の第1伝送路特性推定値を算出する。
第1データ信号補正部15は、受信データ信号を第1伝送路特性推定値で除算して送信データ信号を算出する。硬判定部15は、算出された送信データ信号をコンスタレーションに対して硬判定処理する。伝送路特性算出部16は、受信データ信号を、硬判定を施した送信データ信号で除算して、硬判定後の伝送路特性推定値を算出する。硬判定後の伝送路特性推定値は、パス検出部17と、適応フィルタ部18に供給される。
パス検出部17は、伝送路特性推定値を逆フーリエ変換することで遅延プロファイルを算出し、FTT開始位置を決定する。また、遅延プロファイルから遅延量を算出し、算出した遅延量をキャリア補間部13と、適応フィルタ18と、ローパスフィルタ(LPF)19に供給する。
図5のデータ信号補正部4の特徴として、適応フィルタ18は、パス検出部17が検出する遅延量に基づいて、伝送路特性算出部16から受け取る伝送路特性推定値のキャリア方向の入力間隔を調整する(拡げる)。これについて、図7を参照して説明する。
図7において、パス検出部17により算出された遅延量が、1/3シンボル近傍であるとする。図7(A)のように、従来どおり所定のタップ数で、伝送路特性推定値をキャリア方向に連続して入力して適応等化を行なう。この場合のステップ数を1とする。この方法では、十分なフィルタ分解能が得られない。
これに対し、実施形態では、図7(B)に示すように、遅延量が1/3シンボル近傍である場合、3キャリアごとの伝送路推定値を適応フィルタ18に入力する。この場合のステップ数を3とする。これによって入力帯域幅が3倍になり、適応フィルタ18の分解能が3倍になる。より広い帯域幅から同じ数のキャリア情報をフィルタリングするので、タップ数を増やさなくても、図7(B)のような急峻な遮断特性が得られる。その結果、データ信号の伝送路特性の推定精度を上げることができ、受信性能が向上する。
図8は、適応フィルタ18の概略構成図である。適応フィルタ18は、入力データ間隔選択部31と、乗算器321〜322αと、加算器33と、加算器34と、係数更新部35を有する。入力データ間隔選択部31は、パス検出部17から算出された遅延量を受け取る。入力データ間隔選択部31は入力データ間隔選択テーブル39を有し、パス検出部17から供給される遅延量に応じて、適切な入力データ間隔(ステップ数)を選択する。
図9は、入力データ間隔選択テーブル39の一例を示す。入力データ間隔選択テーブル39には、遅延量と、入力データ間隔(ステップ数K)と、後段のローパスフィルタの遮断帯域があらかじめ対応付けられている。
たとえば、遅延量が1/2シンボル以上の場合、遅延量が大きいので、入力データをそのまま連続して各タップに割り当てる(ステップ数K=1)。この場合の入力データの選択を図10(A)に示す。これに対し、マルチパスで遅延量が小さくなると、キャリア方向の伝送路推定値をある程度間引いても適応等化への影響は少なく、むしろ広帯域幅でのフィルタリング効果が大きくなる。
遅延量が1/3シンボル以上、1/2シンボル未満のときは、入力データ間隔Kを2に設定する。この場合、図10(B)に示すように、2キャリアごとに適応フィルタ18のタップにデータ(伝送路特性推定値)を入力する。遅延量が1/4シンボル以上、1/3シンボル未満のときは、入力データ間隔Kを3に設定して、図10(C)のように3キャリアごとに適応フィルタ18へデータを入力する。この例は、図7(B)に示す処理に対応する。遅延量が1/5シンボル以上、1/4シンボル未満のときは、入力データ間隔Kを4に設定し、図10(D)のように4キャリアごとに適応フィルタ18へデータを入力する。これにより、同じタップ数で、タップ数を増やしたのと同様の効果を得ることができる。
なお、適応フィルタ18では、遅延量と入力データ間隔Kの関係がわかればよいので、入力データ間隔選択テーブル39は、遅延量と入力データ間隔Kの関係だけを記述し、遅延量とLPF遮断帯域の対応関係を省略してもよい。
図8に戻って、入力データ間隔の選択によりK値が決まると、各タップに入力されるキャリア番号が決まる。基準となる所望信号のキャリア番号をn、全タップ数を2×α、入力データ間隔をKとすると、タップの中心から右半分で用いられるβ値は、β=K/2である(小数点以下は切り捨て)。タップの中心から左半分で用いられるβ'値は、β'=K−βである。ただしK=1のとき(間引き処理をしないとき)は、β=β'=0とする。
2キャリアごとに入力される場合(図10(B))、K=2、β=2/2=1、β'=2−1=1である。したがって、適応フィルタ18に入力される推定値のキャリア番号は、H(n−(2α−1))、…、H(n−1)、H(n+1)、…、H(n+(2α−1))となる。
3キャリアごとに入力される場合(図10(C))、K=3となり、Kが奇数である。この場合、β=3/2=1、β'=3−1=2となる。したがって、適応フィルタ18に入力される推定値のキャリア番号は、H(n−(3α−2))、…、H(n−1)、H(n+1)、…、H(n+(3α−1))となる。
乗算器321〜322αの各々は、入力されたキャリア番号の伝送路特性推定値に、対応するタップの係数を乗算する。すべてのタップの乗算結果は、加算器33で加算される。この加算結果が適応フィルタ18の出力、すなわち、適応等化後の伝送路特性推定値になる。
加算器34は、伝送路特性推定の加算値と、所望信号d(n)=H(n)との差分(誤差)を求め、誤差を係数更新部35に入力する。係数更新部35には、係数乗算を受ける前の伝送路推定値が入力され、伝送路推定値と誤差を用いて任意の手法でタップ係数ベクトルが更新される。図8の例では、LMS(Least Mean Square)法で係数更新を行っているが、その他の更新アルゴリズムを用いてもよい。
図11は、適応フィルタ18の後段に配置されるローパスフィルタ19の概略構成図である。ローパスフィルタ19は、フィルタ係数選択部41と、遅延素子421〜42nと、乗算器431〜43n+1と、加算器441〜44nを有する。
ローパスフィルタ19は、適応フィルタ18の出力を入力データとして受け取る。フィルタ係数選択部41は、パス検出部17で検出された遅延量を受け取り、遅延量に応じたフィルタ係数を選択する。フィルタ係数選択部41は、図9の入力データ間隔選択テーブル39と同様のテーブル、または入力データ間隔選択テーブル39のうち遅延量とLPF遮断帯域を対応付けた部分を記述したテーブル(不図示)を有する。たとえば、遅延量が1/2シンボル以上のときは、入力データはそのままキャリア方向に連続して入力されているので、ローパスフィルタリングを行わない。
遅延量が小さくキャリア方向の入力データ間隔が変更された場合、標本化定理から1シンボル/入力データ間隔(ステップ数K)で折り返しが発生する。そのため、ローパスフィルタ19で1/2シンボルより高い領域を遮断して、ノイズの影響を除去する。
遅延量が1/3シンボル以上、1/2シンボル未満のときは、適応フィルタ18に対して2キャリアごとに伝送路推定値が入力されている(K=2)。この場合、ローパスフィルタ19で1/2シンボルよりも後ろの領域を遮断するようにフィルタ係数が選択される。
遅延量が1/4シンボル以上、1/3シンボル未満のときは、適応フィルタ18に3キャリアごとに伝送路推定値が入力されている。この場合、1/3シンボルよりも後ろの領域を遮断するフィルタ係数が選択される。
入力データ(伝送路推定値)は、乗算器431にてフィルタ係数選択部41で選択されたフィルタ係数と乗算される。入力データは遅延素子421〜42nの各々で順次遅延され、遅延された入力データと選択されたフィルタ係数とが乗算器422〜42n+1で順次乗算される。乗算結果は加算器441〜42nで累積的に加算されて、ローパスフィルタ19から出力される。この出力がデータ信号補正部20(図5)に入力される。
データ信号補正部20は、受信データ信号をローパスフィルタ19から出力された伝送路特性推定値で除算し、送信データ信号を算出する。算出された送信データ信号は、データ信号補正部4の出力として、復調部5(図4参照)に供給される。
このように、実施形態のデータ信号補正部4では、遅延量に応じて信号の入力間隔(キャリア間隔)を拡げることにより、タップ数を増やすことなく伝送路推定の精度を向上することができる。
上述した実施形態で、受信可能なマルチパス遅延量をたとえば、1/3シンボル未満に制約する場合は、入力データの間隔を3キャリアごとに固定し、タップ数を従来の適応等化特性と同じ特性を実現できるタップ数に低減する構成としてもよい。この場合は、回路規模を削減しつつ、従来と同様のフィルタ分解能を維持することができる。
以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
(付記1)
パイロット信号に基づき受信データ信号の伝送路特性推定値を算出する伝送路特性算出部と、
前記伝送路特性推定値に基づいて、前記受信データ信号のマルチパスの遅延量を算出するパス検出部と、
前記遅延量と前記伝送路特性推定値とを入力とし、前記遅延量に応じて、前記伝送路特性推定値のキャリア方向の入力間隔を調整し、前記調整後の入力間隔で入力された前記伝送路特性推定値に対して適応等化を行う適応フィルタと、
を有することを特徴とするデータ信号補正回路。
(付記2)
前記適応フィルタの後段に配置されるローパスフィルタ、
をさらに有し、
前記ローパスフィルタは、前記適応フィルタの出力と、前記遅延量とを入力とし、前記遅延量に応じて遮断帯域を変更する、
ことを特徴とする付記1に記載のデータ信号補正回路。
(付記3)
前記適応フィルタは、前記遅延量と前記入力間隔の関係を対応付けたテーブルを有することを特徴とする付記1または2に記載のデータ信号補正回路。
(付記4)
前記ローパスフィルタは、前記遅延量と前記遮断帯域の関係を対応付けたテーブルを有することを特徴とする付記2又は3に記載のデータ信号補正回路。
(付記5)
前記適応フィルタは、前記遅延量が一定量以上の場合は前記入力間隔を変更せず、前記遅延量が一定量未満の場合に、前記伝送路特性推定値をKキャリアごと(Kは2以上の整数)に入力することを特徴とする付記1〜4のいずれかに記載のデータ信号補正回路。
(付記6)
前記ローパスフィルタは、前記遅延量が一定量以上の場合は帯域遮断を行わず、前記遅延量が一定量未満の場合に、前記遅延量に応じた帯域の信号を遮断することを特徴とする付記2〜5のいずれかに記載のデータ信号補正回路。
(付記7)
信号受信部と、
前記信号受信部で受信されたデータ信号に対して伝送路補正を施す付記1〜6のいずれかに記載のデータ信号補正回路と、
前記伝送路補正後の前記データ信号を復調及び復号して映像信号及び音声信号の少なくとも一方を出力する復調・復号処理部と、
を有する受信機。
(付記8)
パイロット信号に基づき受信データ信号の伝送路特性推定値を算出し、
前記伝送路特性推定値に基づいて前記受信データ信号のマルチパスの遅延量を算出し、
前記遅延量に応じて、前記伝送路特性推定値のキャリア方向の入力間隔を調整し、前記調整された入力間隔で入力された前記伝送路特性推定値に対して適応等化を行う、
ことを特徴とするデータ信号補正方法。
(付記9)
前記遅延量に応じた遮断帯域を選択し、
前記選択した遮断帯域で、前記適応等化を受けた前記伝送路特性推定値をフィルタリングする、
ことを特徴とする付記8に記載のデータ信号補正方法。
(付記10)
前記遅延量と前記入力間隔の関係をあらかじめ対応付けて格納することを特徴とする付記8または9に記載のデータ信号補正方法。
(付記11)
前記遅延量と前記遮断帯域の関係をあらかじめ対応付けて格納することを特徴とする付記8〜10のいずれかに記載のデータ信号補正方法。
(付記12)
前記遅延量が一定量以上の場合は前記入力間隔を変更せず、
前記遅延量が一定量未満の場合に、前記伝送路特性推定値をKキャリアごと(Kは2以上の整数)に入力することを特徴とする付記8〜11のいずれかに記載のデータ信号補正方法。
(付記13)
前記遅延量が一定量以上の場合は帯域遮断を行わず、前記遅延量が一定量未満の場合に前記遅延量に応じた帯域の信号を遮断することを特徴とする付記8〜12のいずれかに記載のデータ信号補正方法。
1 受信機
4 データ信号補正部(データ信号補正回路)
11 信号分別部
12 シンボル補間部
13 キャリア補間部
14 第1データ信号補正部
15 硬判定部
16 伝送路特性算出部
17 パス検出部
18 適応フィルタ
19 ローパスフィルタ
20 第2データ信号補正部

Claims (10)

  1. パイロット信号に基づき受信データ信号の伝送路特性推定値を算出する伝送路特性算出部と、
    前記伝送路特性推定値に基づいて、前記受信データ信号のマルチパスの遅延量を算出するパス検出部と、
    前記遅延量と前記伝送路特性推定値とを入力とし、前記遅延量に応じて、前記伝送路特性推定値のキャリア方向の入力間隔を調整し、前記調整後の入力間隔で入力された前記伝送路特性推定値に対して適応等化を行う適応フィルタと、
    を有することを特徴とするデータ信号補正回路。
  2. 前記適応フィルタの後段に配置されるローパスフィルタ、
    をさらに有し、
    前記ローパスフィルタは、前記適応フィルタの出力と、前記遅延量とを入力とし、前記遅延量に応じて遮断帯域を変更する、
    ことを特徴とする請求項1に記載のデータ信号補正回路。
  3. 前記適応フィルタは、前記遅延量と前記入力間隔の関係を対応付けたテーブルを有することを特徴とする請求項1または2に記載のデータ信号補正回路。
  4. 前記ローパスフィルタは、前記遅延量と前記遮断帯域の関係を対応付けたテーブルを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のデータ信号補正回路。
  5. 信号受信部と、
    前記信号受信部で受信されたデータ信号に対して伝送路補正を施すデータ信号補正回路と、
    前記伝送路補正後の前記データ信号を復調及び復号して、映像信号及び音声信号の少なくとも一方を出力する復調・復号処理部と、
    を有し、
    前記データ信号補正回路は、
    パイロット信号に基づき前記受信されたデータ信号の伝送路特性推定値を算出する伝送路特性算出部と、
    前記伝送路特性推定値に基づいて、前記受信されたデータ信号のマルチパスの遅延量を算出するパス検出部と、
    前記遅延量と前記伝送路特性推定値とを入力とし、前記遅延量に応じて、前記伝送路特性推定値のキャリア方向の入力間隔を調整し、前記調整後の入力間隔で入力された前記伝送路特性推定値に対して適応等化を行う適応フィルタと、
    を有することを特徴とする受信機。
  6. 前記データ信号補正回路は、
    前記適応フィルタの後段に配置されるローパスフィルタ、
    をさらに有し、
    前記ローパスフィルタは、前記適応フィルタの出力と、前記遅延量とを入力とし、前記遅延量に応じて遮断帯域を変更する
    ことを特徴とする請求項5記載の受信機。
  7. パイロット信号に基づき受信データ信号の伝送路特性推定値を算出し、
    前記伝送路特性推定値に基づいて前記受信データ信号のマルチパスの遅延量を算出し、
    前記遅延量に応じて、前記伝送路特性推定値のキャリア方向の入力間隔を調整し、前記調整された入力間隔で入力された前記伝送路特性推定値に対して適応等化を行う、
    ことを特徴とするデータ信号補正方法。
  8. 前記遅延量に応じた遮断帯域を選択し、
    前記選択した遮断帯域で、前記適応等化を受けた前記伝送路特性推定値をフィルタリングする、
    ことを特徴とする請求項7に記載のデータ信号補正方法。
  9. 前記遅延量と前記入力間隔の関係をあらかじめ対応付けて格納することを特徴とする請求項7または8に記載のデータ信号補正方法。
  10. 前記遅延量と前記遮断帯域の関係をあらかじめ対応付けて格納することを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載のデータ信号補正方法。
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