JP5710534B2

JP5710534B2 - 周波数領域等化装置及び受信装置

Info

Publication number: JP5710534B2
Application number: JP2012071782A
Authority: JP
Inventors: 雅己相沢
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2032-03-27
Also published as: US20130272365A1; JP2013207380A; US9036690B2

Description

本発明の実施形態はシングルキャリアの周波数領域等化装置及び受信装置に関する。

無線通信においては、反射波によるマルチパス干渉が大きな問題となるが、このマルチパス干渉を抑圧する技術として線形等化器がある。近年、広帯域シングルキャリア通信に対する等化技術の１つとして、複数の送信信号をブロック化し、その時間信号を周波数領域で等化する技術（以下、ＦＤＥ：Frequency Domain Equalization）が提案されている（非特許文献１）。ＦＤＥの場合、送信側では、ブロック化したｎ個のデータ信号（ｎシンボル）の先頭にＰＮ系列などの既知信号のガードインターバル（以下、ＧＩ：Guard Interval）が付加されて送信される。このＧＩとｎ個のデータ信号はフレームを構成する。受信側では、受信フレームからＧＩを除去した後、データブロック部を周波数領域へ変換する。そして、ＰＮ系列を利用して時間領域での伝送路応答を推定し、それを周波数領域へ変換し、この周波数領域の伝送路応答を利用してデータブロック部の等化処理を行なう。

等化処理を行う等化装置は、第１の周波数領域変換部と、伝送路応答推定部と、等化部と、時間領域変換部を備えている。これらのうちの第１の周波数領域変換部は、受信信号からＧＩを除去した時間領域信号を周波数領域信号に変換する。伝送路応答推定部は、相関処理部と、ＰＮ系列生成部と、第２の周波数領域変換部とを備えている。その中の相関処理部は、受信信号とＰＮ系列生成部で生成したＰＮ系列との相関処理を行い時間領域の伝送路応答推定値を計算する。そして、第２の周波数領域変換部は、時間領域の伝送路応答推定値を周波数領域の伝送路応答推定値へ変換し、この周波数領域の伝送路応答推定値を等化部へ出力する。等化部は、周波数領域の伝送路応答推定値を用いてＧＩを除去した周波数領域信号の等化処理を行い、等化出力を時間領域変換部へ出力する。時間領域変換部は等化部からの等化信号を時間領域に変換し、シングルキャリア復調信号として出力する。

一方、日本も含む各国における放送受信装置は、アナログ妨害信号を受信したときにＤ／Ｕ比がある値(ｄＢ)までは受信できていなくてはならない、というスペック(性能)が決められていることが多い。

したがって、シングルキャリア伝送などの受信装置においても、妨害の種類としてアナログＴＶ信号のような周波数依存性の高い妨害信号に対して、その妨害信号を効果的に、判定し除去することを検証する必要がある。

特許第３８７２９５０号

本発明が解決しようとする課題は、シングルキャリア信号の受信に際して、アナログＴＶ信号のような周波数依存性の高い妨害信号を効果的に、判定し、除去することができる周波数領域等化装置及び受信装置を提供することである。

実施形態の周波数領域等化装置は、デジタル変調されたシングルキャリア信号を受信し、周波数領域でマルチパス等化を行う周波数領域等化装置であって、受信される時間領域信号を周波数領域信号へ変換する周波数領域変換部と、受信信号から周波数領域の伝送路応答を推定する伝送路応答推定部と、前記周波数領域変換部の出力を上記伝送路応答推定部の出力で等化する等化部と、前記等化部の出力を周波数単位ごとに所定数のフレームに亘って積分する積分部と、前記積分部の出力の大きさが閾値を超えたか否かを判定する判定部と、前記等化部の出力を前記判定部の判定結果に基づいて補正する補正部と、前記補正部から出力される周波数領域信号を時間領域信号へ変換する時間領域変換部と、前記補正部の補正量を検出する検出部と、前記検出部で検出した補正量が予め定めた量を超えた場合に該補正量を抑える制御を行う制御部と、を具備する。

本発明の第１の実施形態の周波数領域等化装置のブロック図。周波数領域等化で用いられるフレーム構成(時間領域信号)図。受信されるデジタルＴＶ信号の周波数特性及びこれに妨害信号として影響を与えるアナログＴＶ信号の周波数特性の状態図。受信されるシングルキャリア信号の周波数領域信号の状態図。周波数領域信号の平均化した状態図。補正対象とされた部分の補正方法の一例を説明する図。補正対象とされた部分の補正方法の一例を説明する図。補正対象とされた部分の補正方法の一例を説明する図。特定の周波数領域に限定して妨害判定する判定範囲の一例を説明する図。実施形態の周波数領域等化装置における妨害判定部の他の実施例のブロック図。図１０における妨害判定動作の一例を説明する図。本発明の第２の実施形態に係る受信装置のブロック図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[第１の実施形態]
図１は本発明の第１の実施形態の周波数領域等化装置のブロック図である。図２は周波数領域等化で用いられるフレーム構成(時間領域信号)図である。

まず、図２のフレーム構成から説明する。
周波数領域等化(ＦＤＥ)技術の場合、送信側では、図２のようにブロック化したデータ信号（ｎシンボル）の先頭に既知パターンであるＰＮ系列などのガードインターバル（ＧＩ：Guard Interval）が付加されて送信される。以後これをフレームと呼ぶ。なお、ＧＩはフレームヘッダ(ＦＨ) と呼ぶこともあり、それ以外のデータブロック部をフレームボディ(ＦＢ) と呼ぶこともある。受信側では、受信フレームからこのＧＩを除去したのち、それ以外のデータブロック部を周波数領域へ変換する。そして、既知のＰＮ系列を利用して時間領域での伝送路応答を推定し、それを周波数領域へ変換し、この周波数領域の伝送路応答を利用してデータブロック部の等化処理を行なうことになる。

図１に示す周波数領域等化装置１０は、デジタル変調されたシングルキャリア信号を受信し、周波数領域でマルチパス等化を行う周波数領域等化装置であって、周波数領域で妨害信号を判定し、補正する機能を有する。

周波数領域等化装置１０は、第１の周波数領域変換部１１と、伝送路応答推定部１２と、等化部１３と、補正部１４と、妨害判定部１５と、時間領域変換部１６と、を備える。
周波数領域変換部１１は、受信される、ＧＩを除去した時間領域信号を周波数領域信号に変換する。周波数領域変換部１１は、周波数領域信号（R(k)：k＝1，2，3、…、n）を等化部１３へ出力する。

伝送路応答推定部１２は、受信信号から周波数領域の伝送路応答を推定する。伝送路応答推定部１２は、相関処理部１２１と、ＰＮ系列生成部１２２と、第２の周波数領域変換部１２３とを備えている。
ＰＮ系列生成部１２２は、送信側と同じＰＮ系列を生成し、ＰＮ系列を相関処理部１２１へ出力する。

相関処理部１２１は、受信信号とＰＮ系列との相関処理を行い時間領域の伝送路応答推定値を計算する。相関処理部１２１は、算出した伝送路応答推定値を周波数領域変換部１２３へ出力する。
周波数領域変換部１２３は、時間領域の伝送路応答推定値を周波数領域の伝送路応答推定値へ変換し、この周波数領域の伝送路応答推定値を等化部１３へ出力する。

等化部１３は、周波数領域変換部１１の出力を伝送路応答推定部１２の出力で等化する。つまり、等化部１３は、周波数領域の伝送路応答推定値を用いて受信信号の周波数領域信号を等化処理し、その等化出力を妨害判定部１５及び補正部１４へ出力する。
妨害判定部１５は、積分部１５１と、メモリ１５２と、判定部１５３とを備えている。

積分部１５１は、等化部１３からの等化出力をメモリ１５２を用いて積分動作を行うものであって、等化部１３の出力を周波数単位ごとに一定数のフレームに亘って積分する。すなわち、積分部１５１は、入力される等化データを周波数単位ごとに積分するが、周波数単位ごとにメモリ１５２にて読み出しかつ書き込みを行って、所定のフレーム数に亘って積分した結果を、メモリ１５２に溜めて出力する。

判定部１５３は、積分部１５１の出力の大きさが予め定めた閾値を超えたか否かを判定する。すなわち、積分部１５１からの積分結果を所定の閾値と比較して閾値より大きい場合に妨害とみなしその妨害判定結果を補正部１４へ出力する。

補正部１４は、等化部１３の出力を妨害判定部１５の判定部１５３の判定結果に基づいて補正する。つまり、等化出力が判定部１５３の閾値を超えていれば妨害部分であるとして等化部１３の出力を補正し、時間領域変換部１６へ出力する。

ここで、補正とは、妨害と判定された部分の電力レベルを軽減、または除去することである。実際には、妨害とみなされる部分は、除去する(即ち０化する)ことが多い。これは、妨害があると、そこの部分は飛び抜けて大きな値になるので、その部分が利用可能なものか利用できないものかは明確には分からないことと、妨害として除去したとしても周波数領域の極少の一部であって後段の時間領域変換部にて時間領域に変換した際に除去した部分は全体にならされるので格別に影響が出ないためである。

図３は妨害の例としてのアナログＴＶ信号の周波数領域成分を、デジタルＴＶ信号の周波数領域成分の特性と対比して示している。図３において、(a)はアナログＴＶ信号の周波数領域成分の特性を示し、(b)はデジタルＴＶ信号の周波数領域成分の平坦な特性を示している。アナログＴＶ信号やスプリアス(目的以外の不要波)は、周波数選択性が高く、デジタル放送などのデジタルＴＶ信号に対しての妨害信号となり得るものであり、周波数領域で過大な信号成分を除去するだけでも、デジタルＴＶ信号に対する混信比を低減することが可能である。

次に、電力の平均化処理について図４及び図５を参照して説明する。図４は受信されるシングルキャリア信号における周波数領域信号の状態図、図５は周波数領域信号の平均化した状態図である。図４及び図５において、横軸は周波数ｆ、縦軸は電力レベルである。

シングルキャリアの受信信号については、第１の周波数領域変換部１１の出力である周波数領域信号は、図４に示すように入力信号にも依存して周波数軸上で一見ランダムな信号に変化する。
この状態では、例え妨害信号が混在していても、伝送信号自体のランダムさから妨害信号と本来の伝送信号の判別は不可能である。

そこで、入力が時間軸上で十分にランダムであれば、図５に示すように伝送信号成分だけ着目すると周波数軸領域においても十分に平均化することで電力的には一定電力となる。また、妨害信号成分は周波数軸上で加法的に独立しているので、一定電力と妨害信号の和で表現できる。伝送信号成分に比較して十分大きな妨害波に関しては、電力レベルがある定めた閾値を上回る周波数軸領域については補正処理を行うことが有効である。

補正の方法としては、例えば図６乃至図８に示すような方法がある。
図６は、補正処理に該当するデータに１．０以下の定数項を乗算することによって振幅を縮小する方法である。補正した部分を二点鎖線にて示してある。
図７は、補正処理に該当するデータをある値以下に制限する方法である。点線の制限レベルにて制限して二点鎖線のレベルに下げる。

図８は、補正処理に該当するデータをマスク(消去)する方法である。即ち、二点鎖線にて示すように電力レベルを０化する。補正の方法は他にも存在すると考えられるが、本願発明では補正の方法には依存しない。

前述したように、図３にて示した周波数領域でのアナログＴＶ信号は周波数選択性が高いので、周波数領域で過大な信号成分を除去するだけでも、デジタルＴＶ信号に対するアナログＴＶ信号の混信比を低減することが可能である。その場合、図９に示すようにマルチパスなどによる誤動作を避けるために、妨害の判定範囲ａ1，ａ2，…として示した特定の周波数領域の信号成分だけを補正することによって、よりロバスト(強健)なシステムとすることが可能である。

図５に示したように、周波数軸上での平均化処理を行うが、伝送する信号の種類や、平均化量(平均化処理する周波数軸領域の大小)によっては電力が一定にならない場合など、補正によって消失する補正量(消失量)がある定めた量を超える状況が発生した場合、そのような場合は何らかの異常状態とみなす。

すなわち、時間領域変換部１６の後段には図示しない誤り訂正部が配設されているが、誤り訂正部の本来の誤り訂正能力を超えるほどに補正部１４での補正量(消失量)が多い場合は、誤り訂正部での誤り訂正が適切に動作しないので補正量(消失量)が多すぎる状況では補正部での補正量を抑える制御を行うことが効果的である。

具体的には、補正部１４の後段(例えば補正部１４と時間領域変換部１６の間)に、補正部１４の補正量を検出する検出部(図示略)と、該検出部で検出した補正量が予め定めた量を超えた場合に該補正量を抑える制御を行う制御部(図示略)と、をさらに設けた構成としてもよい。

図１０は図１の周波数領域等化装置における妨害判定部の他の実施例のブロック図である。図１１は図１０における妨害判定動作の一例を説明する図である。
図１０に示す妨害判定部１５Ａは、積分部１５１と、メモリ１５２と、判定部１５３と、平均化部１５４とを備えている。

妨害判定部１５Ａは、図１の妨害判定部１５に対して、積分部１５１の出力の１フレーム内での平均値を算出して、その平均値に予め定めた値ｂを加算したものを判定部１５３の閾値として設定する平均化部１５４を追加した構成となっている。

図１１に示すように、積分部１５１出力を平均化する平均化部１５４では、１フレーム内で信号電力の平均値を算出する。そして、その平均値から予め定めた値ｂだけ上のレベルで閾値を設定することにより、受信される信号全体のレベルが変動するような場合でも周波数軸上の特異部分を妨害判定することが可能となる。

以上述べた第１の実施形態によれば、シングルキャリア信号の受信に際して、アナログＴＶ信号のような周波数依存性の高い妨害信号を効果的に、判定し、除去することができる周波数領域等化装置を実現することが可能となる。

[第２の実施形態]
図１２は本発明の第２の実施形態に係る受信装置のブロック図である。上記の第１の実施形態の周波数領域等化装置を搭載した受信装置の一実施形態を示している。
図１２の実施形態の受信装置１００は、通信信号を選局受信するチューナ１と、チューナ１からの受信信号をデジタル信号に変換し、かつベースバンド帯域に変換する直交復調部２と、第１の実施形態の周波数領域等化装置１０を備え、直交復調部２からの信号を等化し、該等化データを復調して出力するデジタル処理部３と、復調データをデコードし、映像信号及び音声信号を再生するデコーダ４と、再生した映像信号及び音声信号を表示及び音声出力する表示部５とを備えている。

以上述べた第２の実施形態によれば、シングルキャリア信号の受信に際して、アナログＴＶ信号のような周波数依存性の高い妨害信号を効果的に、判定し、除去することができる受信装置を実現することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…周波数領域等化装置、１１…周波数領域変換部、１２…伝送路応答推定部、１３…等化部、１４…補正部、１５，１５Ａ…妨害判定部、１５１…積分部、１５２…判定部、１５４…平均化部。

Claims

デジタル変調されたシングルキャリア信号を受信し、周波数領域でマルチパス等化を行う周波数領域等化装置であって、
受信される時間領域信号を周波数領域信号へ変換する周波数領域変換部と、
受信信号から周波数領域の伝送路応答を推定する伝送路応答推定部と、
前記周波数領域変換部の出力を上記伝送路応答推定部の出力で等化する等化部と、
前記等化部の出力を周波数単位ごとに所定数のフレームに亘って積分する積分部と、
前記積分部の出力の大きさが閾値を超えたか否かを判定する判定部と、
前記等化部の出力を前記判定部の判定結果に基づいて補正する補正部と、
前記補正部から出力される周波数領域信号を時間領域信号へ変換する時間領域変換部と、
前記補正部の補正量を検出する検出部と、
前記検出部で検出した補正量が予め定めた量を超えた場合に該補正量を抑える制御を行う制御部と、
を具備したことを特徴とする周波数領域等化装置。
前記補正部は、特定の周波数領域に限定して補正することを特徴とする請求項１記載の周波数領域等化装置。
前記積分部の出力の１フレーム内での平均値を算出して、その平均値に予め定めた値を加算したものを前記判定部の閾値として設定する平均化部をさらに具備し、
前記判定部は前記積分部の出力の大きさが前記閾値を超えた特異部分を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の周波数領域等化装置。
通信信号を選局受信するチューナと、
前記チューナからの受信信号をデジタル信号に変換し、かつベースバンド帯域に変換する直交復調部と、
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の周波数領域等化装置を備え、前記直交復調部からの信号を等化し、該等化データを復調して出力するデジタル処理部と、
を具備したことを特徴とする受信装置。