JP2010245817A - 受信装置及び受信方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】精度良く受信状況を推定することが可能な受信装置及び受信方法を提供する
【解決手段】受信状況推定部は、伝送路特性が閾値以上となる信号を選択し、取得する。この方法で選択されずに除外される信号は、伝送により強度が著しく低下し、ノイズに埋没した信号となる。一方、選択されて取得される信号は、ノイズに埋没しない信号となる。受信状況推定部は、この選択して取得した信号を用いて受信状況の推定を行う。
【選択図】図5

Description

本発明は、信号を受信して受信状況を推定する受信装置及び受信方法に関する。
近年、テレビジョン放送や移動体通信などの無線通信の様々な分野において、デジタル通信技術が利用されている。また、このような受信装置の中には、受信した信号から受信状況を推定し、種々の制御に利用する受信装置がある。
例えば特許文献1では、受信処理の上流で得られるベースバンド信号を用いて受信状況の推定を行うことにより、迅速に受信状況の推定を行うことを可能とする受信装置が提案されている。
特開2007−208748号公報
しかしながら、従来の受信装置では、受信状況の推定精度が劣化する問題があった。特に、受信装置が、受信した信号に対して伝送路で受けた歪み(例えば、送信された信号が建物などによって反射、回折して複数の伝送路(マルチパス)で信号が伝送されることによる歪み)を補正する処理(等化処理)を施し、当該処理が施された信号を用いて受信状況の推定を行う場合、当該処理によってノイズが大きく増幅されて推定精度が劣化する問題がある。この問題について、図8を参照して説明する。図8は、従来の受信状況の推定方法を示すグラフである。
図8に示すグラフは、受信した信号の周波数を横軸、強度を縦軸としたものであり、等化処理が施される前後の信号の状態を示したものである。図8に示すように、等化処理前の信号において、マルチパスなどの影響によって強度が極端に小さくなる部分(図中の破線領域)は、等化処理が施されることによってその強度が大幅に増幅される。しかし、当該部分は信号がノイズに埋没した部分(ノイズ成分が占める割合が大きい部分)であるため、等化処理後の当該部分の信号を用いて受信状況を推定すると、実際の受信状況よりも劣悪であると推定される可能性が高くなる。そのため、受信状況の推定精度が劣化する場合が生じ得る。
さらに、移動体通信に適用する場合などマルチパスの状態が時間的に変動する場合、受信状況の推定結果もそれに応じて変動するが、推定精度が劣悪であると得られる推定結果が大きくばらつく。そして、この受信状況の推定結果に応じて受信処理の制御を行う場合、適切な制御を行うことが困難となる。
そこで、本発明は、精度良く受信状況を推定することが可能な受信装置及び受信方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明における受信装置は、伝送される信号を受信する受信装置において、受信した前記信号から、当該信号が伝送により受けた影響に基づいた選択を行い、選択信号を取得する信号取得部と、前記選択信号を用いて受信状況を推定する受信状況推定処理部と、を備えることを特徴とする。
なお、以下の実施形態では、受信状況推定処理部の一例として平均MER推定部と平均C/N推定部とを挙げて説明している。
また、上記構成の受信装置において、前記信号が伝送により受けた影響を示す伝送路特性を推定するとともに、当該伝送路特性に基づいて前記信号を補正する等化処理部をさらに備え、前記信号取得部が、前記等化処理部で補正された前記信号から、前記伝送路特性に基づいた選択を行い、前記選択信号を取得することとしても構わない。
このように構成すると、信号取得部が、等化処理部によって補正された信号から、伝送路特性に基づいた選択を行うことで選択信号を取得することとなる。そのため、等化処理部によって受信状況の推定に適さない信号となるような補正が施された信号を除外するとともに、他の信号を選択信号として取得することが可能となる。
また、上記構成の受信装置において、前記信号取得部が、前記伝送路特性の強度が閾値以上となる前記信号を前記選択信号として取得することとしても構わない。
このように構成すると、信号取得部が、伝送路特性の強度が大きくノイズ成分に埋没したものとなる可能性が低い信号を、選択信号として取得することが可能となる。そのため、推定される受信状況が、ノイズ成分の影響を受けにくいものとなる。したがって、受信状況の推定精度を向上させることが可能となる。
また、上記構成の受信装置において、前記閾値が、前記伝送路特性の強度の平均値に基づいた値であることとしても構わない。
このように構成すると、受信した信号の状態に応じた閾値を設定することが可能となる。したがって、受信状況の推定精度をさらに向上させることが可能となる。
また、上記構成の受信装置において、前記受信状況推定処理部が、前記選択信号の信号値と、前記信号の変調に用いられている変調方式が取り得る信号値である基準値のうち当該選択信号の信号値に最も近いものと、が乖離する大きさに基づいて、前記受信状況を推定することとしても構わない。
また、本発明の受信方法は、伝送される信号を受信する第1ステップと、前記第1ステップで受信した前記信号に対して、当該信号が伝送により受けた影響に基づいた選択を行い、選択信号として取得する第2ステップと、前記第2ステップで取得した前記選択信号を用いて受信状況を推定する第3ステップと、を備えることを特徴とする。
本発明の構成とすると、伝送の影響により受信状況の推定に適さなくなった信号を除外し、適した信号を選択して取得することが可能となる。したがって、受信状況の推定精度を向上させることが可能となる。
は、本発明の実施形態における受信装置の構成例を示すブロック図である。 は、等化処理の一例について示す変調信号の模式図である。 は、復調方法の一例について示すコンスタレーションである。 は、受信状況推定部の構成例を示すブロック図である。 は、信号の選択方法の一例について示すグラフである。 は、種々の方法で推定される受信状況のシミュレーション結果を示すグラフである。 は、信号の選択方法の別例について示すコンスタレーションである。 は、従来の受信状況の推定方法を示すグラフである。
以下、本発明の実施形態における受信装置の構成例及び動作例について、図面を参照して説明する。また、以下では、直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplex)方式で変調されて送信される信号を受信する受信装置を例に挙げて説明する。ただし、本例の受信装置は一例に過ぎず、他の信号を受信する受信装置であっても構わないものとする。
<受信装置>
まず、本発明の実施形態における受信装置の構成例及び動作例について、図1を用いて説明する。図1は、本発明の実施形態における受信装置の構成例を示すブロック図である。
図1に示す受信装置1は、送信された信号を受信するアンテナ2と、アンテナ2で受信した信号から所望の帯域の信号を選局してベースバンド信号に変換するとともに増幅を行ない出力するチューナ部3と、チューナ部3から出力されるベースバンド信号の同期を行う同期部4と、同期部4によって同期されたべースバンド信号を高速フーリエ変換して変調信号を出力するFFT(Fast Fourier Transform)部5と、FFT部5から出力される変調信号に等化処理を施して伝送中に受けた歪みを補正して出力する等化処理部6と、等化処理部6から出力される等化処理が施された変調信号を復調して符号化信号を出力する復調部7と、復調部7で復調されて出力される符号化信号を復号する復号部8と、を備える。
また、復調部7は、復調を行う変調信号に基づいて受信状況を推定して受信状況情報を生成し出力する受信状況推定部70を備える。受信状況推定部70は、例えば変調信号のC/N(Carrier to Noise ratio)を推定することにより、受信状況情報を生成する。なお、受信状況推定部70の構成の詳細については後述する。
受信装置1の動作について図1を参照して説明する。受信装置1は、まず、送信される信号がアンテナ2で受信される。そして、チューナ部3がアンテナ2で受信された信号から所望の周波数の信号を選局して取得し、取得した信号の周波数を変換(ダウンコンバート)してベースバンド信号を得る。また、チューナ部3は、ベースバンド信号の増幅なども行う。
チューナ部3から出力されるベースバンド信号は、同期部4に入力されて同期処理が施される。例えば、シンボル同期(信号の時間方向に対して行われる同期)、キャリア同期(信号の周波数方向に対して行われる同期)及びフレーム同期(信号のフレームの始点を検出して行われる同期)が行われる。
同期部4から出力されるベースバンド信号は、FFT部5に入力されてFFT処理が施される。これにより、時間軸の信号から周波数軸の信号へと変換され、複数の周波数の信号(以下、サブキャリアとする)が得られる。OFDM方式で変調された信号では、これらのサブキャリアの周波数が直交したものとなる。これらの信号は、等化処理部6に入力されて、等化処理が施される。
等化処理は、例えば、周波数方向及び時間方向に規則的に配列された既知の大きさの信号であるパイロットシンボルを利用して行われる。日本の地上波デジタルテレビジョン放送などで採用されるISDB−T(Integrated Services Digital Broadcasting for Terrestrial)方式の場合、このパイロットシンボルとしてスキャッタードパイロットシンボル(以下、SPシンボルとする)が用いられる。このSPシンボルを利用した等化処理の一例について、図2を参照して説明する。図2は、等化処理の一例について示す変調信号の模式図である。
図2に示す変調信号の各シンボルについて、時間方向(シンボル方向)に対応する時間番号(シンボル番号)をt(t≧0の整数)で表し、周波数方向(キャリア方向)に対応するキャリア番号をl(l≧0の整数)で表す。そして、各シンボルの位置を(t,l)で表すこととする。本例では、SPシンボルがl=3×(t mod 4)+12p、を満たすキャリア位置に配置される(pは0以上の整数、t mod 4はtを4で割った余りを示す)。この式に示されるように、SPシンボルは、l=3k(k≧0の整数)となる特定のサブキャリアに備えられ、時間方向に対して4シンボル毎、周波数方向に対して12シンボル毎に配置される。
等化処理部5は、まず特定のサブキャリアに配置されたSPシンボルに対して、時間方向の補間を行う。これにより、特定のサブキャリアの伝送路特性が推定される。さらに、SPシンボルと上記補間結果とを用いて、周波数方向の補間を行う。これにより、周波数方向の伝送路特性が推定され、全てのシンボルの伝送路特性が推定される。等化処理部5は、この伝送路特性で各シンボルを複素除算することにより等化処理を行う。この等化処理により、伝送路の影響によって歪んだ変調信号の振幅や位相が補正される。
等化処理部5から出力されるそれぞれの変調信号は復調部7に入力され、サブキャリア毎にそれぞれの変調方式に応じた復調方法で復調される。なお、変調方式として例えば、16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)や64QAM、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)、DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying)などが用いられる。
復調部7の復調方法の一例について、図3を参照して説明する。図3は、復調方法の一例について示すコンスタレーションである。コンスタレーションは、信号の実数成分である同相成分(In-Phase成分、以下、I成分とする)を水平方向、信号の虚数成分である直交成分(Quadrature-Phase成分、以下Q成分とする)を垂直方向にそれぞれ示すものである。なお、図3は、変調信号がQPSKで変調されている場合について示したものである。また、図3のコンスタレーションには、復調対象となるシンボルの信号値Tの他に、変調信号に用いられる変調方式によってシンボルが取り得る信号値である基準値S00〜S11を併せて示す。
図3に示す例では、I成分及びQ成分がともに正となる基準値S00がデータ「00」を変調して得られる信号値を示したものであり、I成分が正かつQ成分が負となる基準値S10がデータ「10」を変調して得られる信号値を示したものであり、I成分が負かつQ成分が正となる基準値S01がデータ「01」を変調して得られる信号値を示したものであり、I成分及びQ成分がともに負となる基準値S11がデータ「11」を変調して得られる信号値を示したものである。ここで、図3に示すように、復調対象となるシンボルの信号値Tが、基準値S00〜S11の中の基準値S00に最も近い場合、このシンボルを復調して得られるデータは「00」となる。
受信状況が良好であれば、送信側でデータを変調して得た信号値(即ち、基準値)と、受信したシンボルの信号値Tとは略等しいものとなる。一方、受信状況が劣化すると、シンボルの信号値と基準値とは乖離する。受信状況推定部70は、この乖離の大きさに基づいて受信状況を推定し、受信状況情報を生成する。なお、受信状況推定部70の動作の詳細については後述する。
受信状況推定部70から出力される受信状況情報は、受信装置1の各部の動作の制御に利用することができる。例えば、受信状況が良好である場合は高解像度の放送信号(例えば、12セグメントの放送信号)を受信処理し、受信状況が劣悪である場合は映像が乱れにくい低解像度の放送信号(例えば、1セグメントの放送信号)を受信処理するように切り替える制御に、この受信状況情報を利用することができる。
他には、受信装置1が複数の受信部(例えば、アンテナ2、チューナ部3、同期部4、FFT部5及び等化処理部6によって構成される部分)を備え、復調部7がそれぞれの受信部から得られた変調信号を合成して復調する場合にも、この受信状況情報を利用することができる。この場合、例えば変調信号の合成比率の制御(例えば、受信状況が劣悪である受信部から得られる変調信号の合成比率を減少、良好である受信部から得られる変調信号の合成比率を増大させる制御)や、使用する受信部の数の制御(例えば、受信状況が全体として劣悪であれば使用する受信部の数を増大、良好であれば使用する受信部の数を減少させる制御)を行うこととしても構わない。
復調部7から出力される符号化信号は、復号部8に入力されて復号され、出力信号が生成される。復号部8は、符号化信号に用いられている圧縮符号化方式(例えば、MPEG(Moving Picture Experts Group)など)に対応した方式によって、符号化信号を復号する。そして、復号されて得られる出力信号は、ディスプレイなどの出力装置(不図示)に与えられ、表示等の出力動作がなされる。なお、符号化信号は、圧縮符号化だけでなくエラー訂正符号化が施されたものであっても構わなく、復号部8がエラー訂正復号化を行うこととしても構わない。
<受信状況推定部>
次に、図1に示した受信状況推定部70の構成及び動作について、図面を参照して説明する。図4は、受信状況推定部の構成例を示すブロック図である。
図4に示すように、受信状況推定部70は、受信状況の推定に使用する信号を選択して取得する信号取得部71と、信号取得部71で取得された信号を用いて平均変調エラー率(以下、平均MER(Modulation Error Ratio)とする)を推定する平均MER推定部72と、平均MER推定部72で推定される平均MERを用いて平均C/Nを推定し受信状況情報として出力する平均C/N推定部73と、を備える。
信号取得部71は、入力される変調信号から、所定の条件を満たす信号(シンボル)を選択的に取得する。この選択方法の具体例について図5を参照して説明する。図5は、信号の選択方法の一例について示すグラフであり、従来の推定方法について示した図8に相当するものである。
図5に示す等化処理前の信号のグラフは、FFT部5から出力されて等化処理部6に入力される変調信号の状態を示したものである。また、このグラフには、等化処理部6で得られる周波数方向の伝送路特性(図中の太線)を併せて示している。この伝送路特性は、例えば上述のようにSPシンボルを補間処理することによって得ることができる。
図5に示す等化処理後のグラフは、等化処理部6から出力されて復調部7に入力される変調信号の状態を示したものである。信号取得部71は、この等化処理後の変調信号から所定のシンボルを選択して取得する。
本実施形態の信号取得部71は、等化処理部6で推定される伝送路特性の強度に基づいて取得するシンボルの選択を行う。特に、伝送路特性の強度が所定の閾値以上となるシンボルを選択して取得する。この方法で図5に示す変調信号の選択を行う場合、図中の矢印で示す周波数(サブキャリア)のシンボルが選択されて取得される。
次に、平均MER推定部72が、信号取得部71によって取得されたシンボルを用いて平均MERを推定する。平均MERは、下記式(1)に示す方法で推定することができる。なお、下記式(1)中、IT(i)及びQT(i)はi番目のシンボルのI成分及びQ成分の値であり、IS(i)及びQS(i)はi番目のシンボルの信号値に最も近い基準値のI成分及びQ成分の値である。また、下記式(1)中の分母は、1〜N番目までのN個分のシンボルのノイズ量(シンボルの信号値と当該信号値に最も近い基準値との乖離の大きさ)の総和である。一方分子は、1〜N番目までのN個分のシンボルの電力(シンボルの信号値に最も近い基準値の電力の大きさ)の総和である。
Figure 2010245817
上記式(1)のように推定される平均MER(MAVE)は、平均C/N推定部72に入力され、平均C/Nの推定に利用される。例えば、下記式(2)に示すように、平均MER(MAVE)からオフセット量Fを減じることにより、平均C/N(CAVE)を推定する。オフセット量Fとは、平均MER(MAVE)を平均C/N(CAVE)に変換するための値であり、実験的に求めることができるものである。そして、平均C/N推定部72で得られる平均C/N(CAVE)が、受信状況情報として出力される。
Figure 2010245817
上記式(1)及び(2)により得られる平均MER(MAVE)及び平均C/N(CAVE)は、その値が大きいほど、受信状況が良好であることを示すものとなる。
以上のようにして受信状況を推定するとき、信号取得部71によって除外されるシンボルは、マルチパスなどの伝送の影響によって強度が極端に弱められたシンボルに対して等化処理を施し、大きく増幅させたシンボルとなる。換言すると、ノイズに埋没して信号値のほとんどがノイズ成分となるシンボルを、大きく増幅させたシンボルとなる。
一方、信号取得部71が選択して取得するシンボルは、強度が極端に弱められることがなかったシンボルに対して等化処理を施し、適切な強度に調整したシンボルとなる。換言すると、ノイズに埋没することなく本来の信号に由来する信号値を有するシンボルを、適切な信号値になるように調整したシンボルとなる。
このように構成することにより、増幅されたノイズ成分によって誤ってノイズ量が大きく見積られる可能性が高いシンボルを除外することが可能となる。また、ノイズの影響が小さく、ノイズ量が正しく見積もられる可能性が高いシンボルを、受信状況を推定するために選択して取得することが可能となる。したがって、ノイズ量の誤認を抑制して、受信状況を精度良く推定することが可能となる。
本実施形態の構成にすることによる受信状況の推定精度向上の効果の具体例について、図面を参照して説明する。図6は、種々の方法で推定される受信状況のシミュレーション結果を示すグラフである。なお、以下の説明において、平均C/N(CAVE)を単にC/Nとよぶ。
図6は、C/Nを種々の値に設定した信号に対して、従来の方法で推定したC/N(信号選択なし、黒塗りの四画及び破線)と、本実施形態の方法で推定したC/N(信号選択あり、白塗りの四画及び太い実線)と、を併せて表示したものである。なお、C/Nが精度良く推定される場合ほど、設定値(理想値、細い実線)に近いものとなる。
図6に示すように、信号選択を行わない従来の方法でC/Nの推定を行うと、上述のようなノイズに埋没したシンボルを増幅したシンボルの影響を受けて、設定値から大幅に乖離したC/Nが得られる。特に、設定値よりも小さい(受信状況が劣悪であることを示す)C/Nが得られる。
一方、本実施形態の信号選択を行う方法で受信状況の推定を行うと、信号選択を行わない従来の方法よりも、設定値に近いC/Nが得られる。即ち、受信状況の推定精度を向上させることが可能となる。
また、このように精度良く推定された受信状況を用いることにより、受信処理する放送信号(例えば、12セグメント及び1セグメントの放送信号)の切り替えを、適切に行うことが可能となる。また、変調信号の合成を効果的に行うことが可能となるため、受信可能な範囲を広くすることができる。
なお、図5に示した閾値を固定値として、予め設定しておくこととしても構わない。また、変調信号の状態に応じて変化する可変値としても構わない。閾値を可変値とする場合、例えば全ての伝送路特性(例えば、ISDB−T方式のMODE3であれば5617)の強度を平均化した平均値を利用して、閾値を算出しても構わない。この平均値を利用して閾値を算出することとすると、変調信号の状態に応じた閾値を設定することが可能となり、さらに受信状況の推定精度を向上させることが可能となるため好ましい。
また、上述の実施形態では、変調信号に用いられている変調方式がQPSKである場合について中心に説明したが、QPSK以外の変調方式(例えば、QAMやDQPSKなど)が用いられる構成であっても構わない。
<変形例>
信号取得部71がさらに、コンスタレーション上で周囲に多数の基準値が存在するシンボルを除外することとしても構わない。この選択方法について図7に示す。図7は、信号取得部の選択方法の別例について示すコンスタレーションである。なお、図7は、図3に示すコンスタレーションに相当するものである。ただし、本例では変調信号に用いられている変調方式が64QAMとなる。具体的には、基準値SのI成分及びQ成分の取り得る値が、ともに±1、±3、±5、±7であり、コンスタレーション上に等間隔で格子状に64個配置されるものである。
図7に示すように、本例では信号取得部71が、最も外側の基準値Sに囲まれる領域(図中の破線領域E)の内側に位置するシンボルを除外する。具体的に例えば、3<X<5、5<Y<7となるシンボルTinは除外され、5<X<7、7<YとなるシンボルToutは除外されない。この方法で除外されるシンボルTinは、周囲に多数の基準値(3,7)、(3,5)、(5,5)及び(5,7)が存在するものである。一方、除外されないシンボルToutは、周囲に少数の基準値(5,7)及び(7,7)しか存在しない。
本例の方法で除外されるシンボルTinは、受信状況が劣化して本来の位置からずれたときに、誤った基準値に対応すると認識される可能性が高いシンボルである。したがって、上記の方法で選択した信号からこのようなシンボルTinを除外することにより、さらに受信状況の推定精度を向上させることが可能となる。
また、本発明の実施形態における受信装置1や受信状況推定部70の各部の動作を、マイコンなどの制御装置が行うこととしても構わない。さらに、このような制御装置によって実現される機能の全部または一部をプログラムとして記述し、該プログラムをプログラム実行装置(例えばコンピュータ)上で実行することによって、その機能の全部または一部を実現するようにしても構わない。
また、上述した場合に限らず、図1の受信装置1や図4の受信状況推定部70は、ハードウェア、或いは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって実現可能である。また、ソフトウェアを用いて受信装置1や受信状況推定部70を構成する場合、ソフトウェアによって実現される部位についてのブロック図は、その部位の機能ブロック図を表すこととする。
以上、本発明における実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実行することができる。
信号を受信して受信状況を推定する受信装置に関する。特に、受信状況の変化が大きい、車などの移動体に実装される受信装置に適用すると好適である。
1 受信装置
2 アンテナ
3 チューナ部
4 同期部
5 FFT部
6 等化処理部
7 復調部
70 受信状況推定部
71 信号選択部
72 平均MER推定部
73 平均C/N推定部
8 復号部

Claims (6)

  1. 伝送される信号を受信する受信装置において、
    受信した前記信号から、当該信号が伝送により受けた影響に基づいた選択を行い、選択信号を取得する信号取得部と、
    前記選択信号を用いて受信状況を推定する受信状況推定処理部と、
    を備えることを特徴とする受信装置。
  2. 前記信号が伝送により受けた影響を示す伝送路特性を推定するとともに、当該伝送路特性に基づいて前記信号を補正する等化処理部をさらに備え、
    前記信号取得部が、前記等化処理部で補正された前記信号から、前記伝送路特性に基づいた選択を行い、前記選択信号を取得することを特徴とする請求項1に記載の受信装置。
  3. 前記信号取得部が、前記伝送路特性の強度が閾値以上となる前記信号を前記選択信号として取得することを特徴とする請求項2に記載の受信装置。
  4. 前記閾値が、前記伝送路特性の強度の平均値に基づいた値であることを特徴とする請求項3に記載の受信装置。
  5. 前記受信状況推定処理部が、前記選択信号の信号値と、前記信号の変調に用いられている変調方式が取り得る信号値である基準値のうち当該選択信号の信号値に最も近いものと、が乖離する大きさに基づいて、前記受信状況を推定することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の受信装置。
  6. 伝送される信号を受信する第1ステップと、
    前記第1ステップで受信した前記信号から、当該信号が伝送により受けた影響に基づいた選択を行い、選択信号を取得する第2ステップと、
    前記第2ステップで取得した前記選択信号を用いて受信状況を推定する第3ステップと、
    を備えることを特徴とする受信方法。
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