JP4285845B2

JP4285845B2 - 受信装置

Info

Publication number: JP4285845B2
Application number: JP21234799A
Authority: JP
Inventors: 健宮野
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2019-07-27
Also published as: JP2001044963A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディジタル変調信号の受信装置に関し，特に変調方式に直交周波数分割多重化方式（以下、「ＯＦＤＭ方式」と記す」）を用いた、例えば地上ディジタル放送の受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地上ディジタル放送では、図１に示すようにＯＦＤＭ信号は１３個のセグメントで構成されており、各セグメントのサブキャリア変調方式には固定受信用に同期変調（例えば，ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ）が用いられ、移動受信用に差動変調（ＤＱＰＳＫ）が用いられる。
【０００３】
同期変調部は搬送波の絶対位相を知る必要があるため，図２に示すように受信時にその値が既知な参照信号（パイロットシンボル）が抽入される。
図２に示すように、同期変調部ではパイロットシンボルは１シンボルにおいて１２キャリア毎に間隔を開けて挿入されており、固定受信時にはパイロットシンボルから得られた位相情報を基にパイロットシンボル付近のデータシンボルをそのパイロットシンボルの位相情報で代表して復調する、あるいはシンボル毎に周波数軸方向にデータシンボルを復調するなどの方法が用いられる。従って、時間軸方向に受信信号の歪みが生じない固定受信が対象となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
差動変調部のデータシンボルは、差動復調で受信できるため，搬送波の絶対位相を知る必要がなく，移動受信向きである。
しかし、同期変調部は固定受信対象であるが差動変調部より伝送容量が多い。従って移動体でも受信したいが，上記パイロットシンボルの位相情報で代表して復調する復調方式では移動体受信での信号歪みを補正するのに十分でない。
【０００５】
また、差動変調部の移動受信対象に関しては、差動変調されているため誤り率特性が良くない。
そこで本発明は、同期変調部の信号を移動体でも受信し、かつ差動変調部の受信品質の向上を図ることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明受信装置は、変調方式にＯＦＤＭ方式を用いた、例えば地上ディジタル放送システムの受信装置であって、同期変調セグメントに対する受信手段を有し、該受信手段はＯＦＤＭ復調された出力を１フレーム分保管するフレームメモリ、前記保管されたフレームに抽入された分散パイロットシンボルに基づいてフレーム内の他のシンボルの位相・振幅を補正する補正装置、及び前記補正された出力をコヒーレント復調する復調手段備えている。
【０００７】
前記受信手段は、さらに前記補正された１フレームの全シンボルの内で時間の新しい４シンボル列分のシンボルを記憶する部分フレームメモリを備えている。
そして、前記補正装置は、前記分散パイロットシンボルが存在するキャリア軸の該分散パイロット間のデータシンボルの位相・振幅変動値を、該分散パイロットシンボルに基づいて１次又は２次のガウス公式で内挿により推定して補正する。また、前記分散パイロットシンボルが存在するキャリア軸のシンボルの補正値を用いて、該キャリア軸間のデータシンボルの位相・振幅変動値を、１次又は２次のガウス公式で内挿により推定して補正する。
【０００８】
さらに、受信装置は差動変調セグメントに対する受信手段を有し、該受信手段はＯＦＤＭ復調された出力を１シンボル列分保管するシンボルメモリ、前記保管されたシンボル列に挿入された連続パイロットシンボルに基づいてシンボル列内の他のシンボルの位相・振幅を補正する補正装置、及び該補正された出力をコヒーレント復調する復調手段を備えている。
【０００９】
また、前記差動変調セグメントに対する受信手段は差動変調シンボルに対する差動復調手段も備え、該復調手段の出力と前記コヒーレント復調手段の出力を切り替えて出力する切替装置を備えている。
そして、前記補正装置は、１シンボル列の連続パイロットシンボル間のデータシンボルの位相・振幅変動値を、１次又は２次のガウス公式で内挿により推定して補正し、周波数の１番高い連続パイロットシンボルより大きいデータシンボルの位相・振幅変動値を、該周波数の１番高い連続パイロットシンボルの位相・振幅推定値で複素割り算することによって推定して補正している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
ＯＦＤＭ方式では直列状で入力されるビット列が所定の単位ブロックに分割された後、位相、振幅変調されたＮ個の並列シンボルに変換される。このＮ個の並列シンボルは逆フーリエ変換により各々異なる周波数を有する副搬送波を用いて多重化された後に加算され伝送される。この場合、各副搬送波は相互直交性を有する。
【００１１】
一方、ＯＦＤＭ通信システムの受信側ではシンボル内のサンプル間の干渉を取り除く伝送路等価器を必要とする。伝送路等価器ではシンボル内の各サンプルが異なる副搬送波を有しているため、変化する伝送路状況に応じて歪曲の程度を検知してこれを取り除くことが求められる。
ＯＦＤＭ方式において、効率的な伝送路等価方法としてパイロットシンボル挿入方法がある。パイロットシンボル挿入方法によると、送信側から周期的にパイロットシンボルを伝送すると、受信側ではパイロットシンボルが伝送される時期を知った上で伝送されたパイロットシンボルを復号化して伝送路により歪曲された程度を推定する。そして、推定値でチャネルにより歪曲された有効シンボルを補う。
【００１２】
先にも述べたように、図２は同期変調部のためのパイロットシンボルを挿入したフレームの構成を示した図である。同期変調部は搬送波の絶対位相を知る必要があるため、図２に示されているように受信時にその値が既知の参照信号（パイロットシンボル）が分散して挿入される（分散パイロット）。図２において、縦軸は時間軸でありシンボル（Ｉ）を表しており、横軸は周波数軸でありキャリア（Ｋ）を表している。１フレームは２０４シンボルよりなる。図２に示された構成では、周波数軸に沿ってシンボル内では１２番目のキャリア毎に、また隣接したシンボル間では３キャリア毎にパイロットシンボルが挿入されている。そして時間軸に沿って４シンボル毎に周期的に繰り返して挿入されている。この構成はサンプリング理論を適用して最小限のパイロットを用い、ドップラー現象に強い特性を持たせた構成である。
【００１３】
図３は差動変調部のためのパイロットシンボルを挿入したフレームの構成を示した図である。差動変調部は相対位相に情報を乗せるため絶対位相を知る必要がない。そのため、図２に示すような分散パイロットはないが、周波数同期に必要な参照信号（パイロットシンボル）が連続して挿入されている（連続パイロット）。図３に示された構成では、周波数軸のキャリア内の全てにパイロットシンボルが割当られている。
【００１４】
先に述べたように、固定受信向けに同期変調が用いられ、移動受信用に差動変調が用いられる。そして、同期変調部では１シンボルにおいて１２キャリアに１つパイロットシンボルが挿入されており、かなりの間隔が開いている。そして固定受信時にはパイロットシンボルから得られた位相情報を基に、パイロットシンボル付近のデータシンボルをそのパイロットシンボルの位相情報で代表して復調する。またはシンボル毎に周波数軸方向にシンボルを復調している。従って、時間軸方向に受信信号の歪みが生じない固定受信が対象となる。
【００１５】
一方、同期変調部は差動変調部より伝送容量が多いので移動体でも受信したいが、上記パイロットシンボルから得られた位相情報を基に、パイロットシンボル付近のデータシンボルをそのパイロットシンボルの位相情報で代表して復調する方式では、移動体受信での信号歪みを補正するのに十分でない。
図４はＱＰＳＫ変調信号の各変調信号の信号空間図を示したものである。図において位相が４５度のシンボルであれば（１，１）、４５度の３倍なら（１，０）、４５度の５倍なら（０，０）、４５度の７倍なら（０，１）として位相に合わせて送っている。固定受信の場合はフェージングの問題は生じないので、この様な位相情報はそのまま受信できる。しかし移動体ではフェージングが起こって位相が回転してしまうので、４５度で（１，１）であったシンボルが受信側では例えば１００度ずれているということが起こる。
【００１６】
図４において●は位相が４５度であると判明しているパイロットシンボルであり、○は受信側で復調しなければ位相が不明なデータシンボルである。例えば、受信側で位相が判明しているパイロットシンボル●を受信したら位相が１００度であったとする。その場合、１００度−４５度＝５５度となり、５５度位相がずれていることがわかる。しかし位相が判明していないデータシンボル○を受信した場合、そのシンボルが送信時とどのくらいずれているかはわからない。しかし、位相が判明していない他のデータシンボル○の位相を、位相が判明しているパイロットシンボル●の位相を基準に補正することができる。
【００１７】
例えば、図２において位相が判明しているパイロットシンボル●の位相が５５度ずれていることがわかるので、この位相のずれに基づいてその周囲に存在する位相が判明していないデータシンボル○を補正することができる。その場合パイロットシンボル●のすぐ隣の位相が判明していないデータシンボル○についてはかなり正確に補正することができるが、データシンボル○がパイロットシンボル●と離れていると、例えば移動体が高速で移動しているような場合、補正の間に位相が変動してしまうので正確に補正することはできない。
【００１８】
しかし、同期変調部は搬送波の絶対位相を知る必要があるため、正確に補正する必要がある。
そこで本発明は、移動体において同期変調部で受信した場合に、信号歪みが十分補正できる受信装置を提供するものである。
図５は本発明により位相・振幅の変動を推定して補正する手法を説明するための図である。図のシンボルの内、シンボル●（Ａ、Ｂ、Ｃ）は位相が判明しているパイロットシンボルであり、シンボル○は位相が不明なデータシンボルである。このような場合にパイロットシンボルに基づいて位相が不明なデータシンボルの位相をどのように補正するかを説明する。
【００１９】
まず、既知のパイロットシンボル、
【００２０】
【数１】

【００２１】
上記式で、ｍは図５に示すようにシンボルの位置であり、Ｎはパイロットシンボルが挿入されている間隔である（図５の場合は４シンボルに１つであるから、Ｎ＝４）。
図５において、Ａ、Ｂ、Ｃは位相・振幅が判明しているパイロットシンボルであり、ｘ1 、ｘ2 、ｘ3 は位相・振幅が判明されていないデータシンボルである。同様にｙ1 、ｙ2 、ｙ3 、ｚ1 、ｚ2 は位相・振幅が判明されていないデータシンボルである。ここで、シンボルｘ1 、ｘ2 、ｘ3 は両側のパイロットシンボルＡとＢの２点の位相が判明しているので、これらの位相・振幅変動の推定値は１次ガウス公式（６）で内挿により求めることができる。この場合、式（６）のＱ₀ はシンボルＡにＱ₁ はシンボルＢに対応する。
【００２２】
また、データシンボルｙ1 、ｙ2 、ｙ3 についてはパイロットシンボルＡ、Ｂ、Ｃの３点の位相・振幅が判明しているので、これらの位相・振幅変動の推定値は２次ガウス公式（５）で内挿により求めることができる。この場合、式（５）のＱ_-1はシンボルＡに、Ｑ₀ はシンボルＢに、Ｑ₁ はシンボルＣにそれぞれ対応する。なお、ｘ1 、ｘ2 、ｘ3 の位相・振幅変動の推定値も位相・振幅が判明しているパイロットシンボルＡ、Ｂ、Ｃを用い、２次ガウス公式（５）で内抽により求めることができる。
【００２３】
また、パイロットシンボルＣより周波数の大きいデータシンボルｚ1 、ｚ2 に対してはパイロットシンボルＣの振幅・位相推定値で複素割り算することにより推定する。
図６は１フレーム分のシンボルの位相・振幅をどのように補正するかを説明するための図である。
【００２４】
【表１】

【００２５】
先に述べたように、差動変調部は相対位相に情報を乗せるため絶対位相を知る必要はない。従って、図２に示すような分散パイロットはないが、フレーム構成は図３に示すような、ＡＦＣなどの周波数同期に必要な参照信号（パイロットシンボル）が連続して挿入された構成（連続パイロット）となっている。そして差動変調部のシンボルは差動復調で受信できるため、搬送波の絶対位相を知る必要がなく、移動受信向きである。しかし、差動変調されているため誤り率特性が悪くなる。そこで、本発明は差動変調部の受信の品質を向上させるものである。
【００２６】
図７は差動変調の場合、どのようにシンボルを補正するかを説明するための図である。図７は図３に示すフレーム構成の１シンボル分を示したものである。まず、周波数の低い連続パイロットシンボルＡとその次に周波数の高い連続パイロットシンボルＢ間のシンボルａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅの位相・振幅の変動値を、Ａ、Ｂを用いて１次のガウス公式で内挿により推定する。また、周波数の一番高い連続パイロットシンボルＺより周波数の大きい全データシンボルｘ、ｙ、ｚに対して、その周波数の一番高い連続パイロットシンボルＺの振幅・位相推定値で複素割り算することにより推定する。また、Ｂ、Ｃ間のデータシンボルｆ、ｇ、ｈをＡ、Ｂ、Ｃ点に基づいて２次のガウス公式で内挿により推定する。なお、Ａ、Ｂ間のシンボルの位相・振幅の変動値を１次のガウス公式により推定したが、パイロットシンボルＡ、Ｂ、Ｃに基づいて２次のガウス公式により推定することもできる。また、Ｂ、Ｃ間のデータシンボルを２次のガウス公式で内挿により推定したが、Ｂ、Ｃ点に基づいて１次のガウス公式により推定することもできる。なお、１次ガウス公式より２次ガウス公式を用いる方が補正値をより正確に得ることができる。
【００２７】
Ｃ、Ｚ間は詳細に記載されていないが、Ａ、Ｃ間と同様に所定の間隔でパイロットシンボルが挿入されている。従って、Ａ、Ｂ間あるいはＢ、Ｃ間と同様に、１次または２次のガウス公式で内挿により推定することができる。
図８は本発明受信装置の構成のブロック図である。１はＯＦＤＭ復調部（ＦＦＴ）である。ＯＦＤＭ復調された信号は同期変調部の制御装置２に出力される。制御装置２にはフレームメモリ３、補償装置４、部分フレームメモリ５が接続されている。そして、制御装置２の出力は同期変調キャリアコヒーレント復調部６に入力し、同期変調セグメントに対しコヒーレント復調する。
【００２８】
一方、ＯＦＤＭ復調された信号は差動変調部の制御装置９に出力される。制御装置９にはシンボルメモリ７、補償装置８が接続されている。そして、制御装置９の出力は差動変調キャリアコヒーレント復調部１０に入力し、差動変調セグメントをコヒーレント復調する。
また、ＯＦＤＭ復調部１で復調された信号は通常の差動復調を行う差動変調キャリア差動復調部１１に入力する。そして差動変調キャリアコヒーレント復調部１０と差動変調キャリアコヒーレント差動復調部１１の出力は、切替え装置１２を経て出力される。
【００２９】
上記受信装置の動作を以下に説明する。まず、同期変調部の制御装置２はＯＦＤＭ復調部１からの出力をフレームメモリ３に１フレーム分保管する。次に、補償装置４により、先に説明したように位相・振幅が判明しているシンボルに基づいて図６に示した点線で囲った部分のシンボルの位相を、ガウス公式で内挿により推定して補正し、これをフレーム全体に適用する。そして１フレームの全シンボルの内、時間の新しい４シンボル列分のシンボルを部分フレームメモリ４に記憶させる。これにより次のフレームに対しても２次のガウス公式を用いて内挿により推定して補正することが可能となる。そして、補正されたシンボルは同期キャリアコヒーレント復調部に入力され、復調されて出力する。
【００３０】
また、差動変調部の制御装置９はＯＦＤＭ復調部１からの出力をシンボルメモリ７に１シンボル列分保管する。そして、図７で説明したように、１シンボル分を補償装置８により補正する。補正されたシンボルは差動キャリアコヒーレント復調部に入力され、復調されて出力する。
一般にＤＱＰＳＫ変調されたシンボルは絶対位相検波の後、自然符号に変換して差動復号を行うことで同期検波でき、受信特性が向上する。本発明では連続パイロットシンボルを用いることで差動変調シンボルについても振幅・位相が推定されることになり、同期検波が可能となり受信特性が向上する。
【００３１】
差動変調キャリア差動復調部１１は、通常の差動変調シンボルに対する差動復号手段であり、差動キャリアコヒーレント復調部１０の出力と差動変調キャリア差動復調部１１の出力を切替え装置１２で切り替えることができるようになっている。連続パイロットの挿入間隔は広く、高速移動受信時にはシンボルの振幅・位相変動を十分補償できない。従って、受信体が静止または非常に低速で走行している時は差動キャリアコヒーレント復調部１０の出力を、そして高速移動受信時には差動変調キャリア差動復調部１１の出力を用いることにより、全体的な受信品質の向上が可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、同期変調部では分散パイロットが存在する最小範囲内でデータシンボルが内挿推定できるため、情報量が差動変調部より大きい同期変調部を移動受信することができる。また、連続パイロットシンボルを用いて差動変調シンボルをコヒーレント復調することができ、さらに、従来の差動復調手段をも合わせて具備し、受信状況により復調出力を切り替えることにより差動変調部の受信品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＯＦＤＭ信号のセグメント構成の一例を示した図である。
【図２】同期変調部の分散パイロットを有するフレーム構成を示す図である。
【図３】差動変調部の連続パイロットを有するフレーム構成を示す図である。
【図４】ＱＰＳＫ変調信号の各信号の信号空間図を示した図である。
【図５】本発明により位相を推定するやり方を説明するための図である。
【図６】本発明により１フレーム分のシンボルの位相をどのように補正するかを説明するための図である。
【図７】本発明により差動変調の場合シンボルの位相をどのように補正するかを説明するための図である。
【図８】本発明の受信装置の構成のブロック図である。
【符号の説明】
１…ＯＦＤＭ復調部
２…同期変調部の制御装置
３…フレームメモリ
４…補償装置
５…部分フレームメモリ
６…同期変調キャリアコヒーレント復調部
７…シンボルメモリ
８…補償装置
９…差動変調部の制御装置
１０…差動変調キャリアコヒーレント復調部
１１…差動変調キャリア復調部
１２…切替装置

Claims

変調方式にＯＦＤＭ方式を用いる受信装置であって、該受信装置は同期変調セグメントに対する受信手段を有し、
該受信手段はＯＦＤＭ復調された出力を１フレーム分保管するフレームメモリ、前記保管されたフレームに抽入された分散パイロットシンボルに基づいてフレーム内の他のシンボルの位相・振幅を補正する補償装置、及び前記補正された出力をコヒーレント復調するコヒーレント復調手段を備えており、
前記補償装置は、分散パイロットシンボルが存在するキャリア毎に、該分散パイロットシンボルに基づいて該分散パイロットシンボル間に存在する位相・振幅が判明していないデータシンボルの位相・振幅の変動値を推定してこれらデータシンボルの位相・振幅を補正し、前記分散パイロットシンボルが存在しないキャリアについては、前記分散パイロットシンボル及び前記補正されたデータシンボルの位相・振幅に基づいて位相・振幅が判明していないデータシンボルの位相・振幅の変動値を推定してこれらデータシンボルの位相・振幅を補正し、
前記同期変調セグメントに対する受信手段は、前記補正された１フレームの全シンボルの内で時間の新しい４シンボル列分のシンボルを記憶する部分フレームメモリをさらに備えた受信装置。
変調方式にＯＦＤＭ方式を用いる受信装置であって、該受信装置は差動変調セグメントに対する受信手段を有し、
該受信手段はＯＦＤＭ復調された出力を１シンボル列分保管するシンボルメモリ、前記保管されたシンボル列に抽入された連続パイロットシンボルに基づいてシンボル列内の他のシンボルの位相・振幅を補正する補償装置、及び該補正された出力をコヒーレント復調するコヒーレント復調手段を備えており、
前記補償装置は、１シンボル列の連続パイロットシンボル間のデータシンボルの位相・振幅変動値を該連続パイロットシンボルに基づいて１次又は２次のガウス公式で内挿により推定して補正し、周波数の１番高い連続パイロットシンボルより大きいデータシンボルの位相・振幅変動値を、該周波数の１番高い連続パイロットシンボルの位相・振幅推定値で複素割り算することによって推定して補正する受信装置。
前記差動変調セグメントに対する受信手段は、差動変調シンボルに対する差動復調手段も備え、該復調手段の出力と前記コヒーレント復調手段の出力を切り替えて出力する切替装置を備えた、請求項２に記載の受信装置。
前記切替装置は、受信体の移動状況に応じて出力を切り替える、請求項３に記載の受信装置。