JP2010258580A - 受信装置およびノイズ除去方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】放送信号の受信特性を改善することを課題とする。
【解決手段】受信装置1では、周波数領域におけるCWノイズの中心位置からずれるズレキャリア数とそのキャリアが影響を受けるノイズ干渉量とが反比例で近似するものと仮定し、CWノイズの影響を受けながらも正常受信できたキャリアのノイズ干渉量を用いて、正常受信できないキャリアのノイズ干渉量を推定し、この推定結果をもとにCWノイズを受信信号から除去することとした。
【選択図】図2
【解決手段】受信装置1では、周波数領域におけるCWノイズの中心位置からずれるズレキャリア数とそのキャリアが影響を受けるノイズ干渉量とが反比例で近似するものと仮定し、CWノイズの影響を受けながらも正常受信できたキャリアのノイズ干渉量を用いて、正常受信できないキャリアのノイズ干渉量を推定し、この推定結果をもとにCWノイズを受信信号から除去することとした。
【選択図】図2
Description
本発明は、直交周波数分割多重方式で変調された放送信号を受信する受信装置およびノイズ除去方法に関する。
従来、ディジタルテレビ放送等で使用される信号変調方式として、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)が知られている。OFDMは、互いに直交する複数のキャリア(搬送波)を用いて、複数のデータを並列的に送信することにより通信効率を向上させた信号変調方式である。
OFDMを用いてデータを送信する送信局では、送信するデータ列を複素平面にマッピングして、複素平面の横軸を実数部、縦軸を虚数部としてIFFT(逆高速フーリエ変換:Inverse Fast Fourier Transform)を行い、IFFTしたデータをD/A(ディジタル/アナログ)変換し、それぞれ直交する複数のキャリアに割当てた放送信号を送信する。
この放送信号を受信する受信装置は、受信した放送信号をA/D(アナログ/ディジタル)変換した後、FFT(高速フーリエ変換:Fast Fourier Transform)して復調し、逆マッピングを行うことによってデータを再生する。
ここで、受信装置で放送信号を受信する際には、CWノイズ(constant wave noise)と呼ばれる特定の周波数をもつノイズが外部の機器から常態的に混入する場合があり、この場合には、受信した放送信号を復調して再生したデータの品質が劣化する。
このような受信劣化を防止する受信装置として、特許文献1には、CW妨害が存在する場合には、CW妨害が存在するサブキャリアを避けた範囲からデータを抽出する復調装置が開示されており、また、特許文献2には、希望波信号及び干渉波信号からレプリカ干渉波信号を減算して希望波信号のみを出力する干渉波キャンセル装置が開示されている。
しかしながら、上記の特許文献1及び特許文献2では、CWノイズによる影響を十分に抑えることができず、放送信号の受信特性が悪化してしまうという問題があった。
すなわち、特許文献1は、CW妨害が存在するサブキャリアを切って捨てるものであるため、CWノイズによる影響を一部分に限定するのが限界であり、また、特許文献2は、送信側の伝送路歪特性に基づくレプリカ干渉波信号を生成するものであるため、CWノイズによる影響を排除するのは困難であり、いずれにおいても受信特性が悪化してしまう。
そこで、本発明は、上述した従来技術による課題を解消するためになされたものであり、放送信号の受信特性を改善することができる受信装置およびノイズ除去方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る受信装置は、直交周波数分割多重方式で変調された放送信号を受信する受信装置であって、受信した放送信号に含まれるCWノイズの干渉量とキャリアの相関関係であってCWノイズの周波数位置からずれるズレキャリア数とそのキャリアが影響を受ける干渉量が反比例で近似する相関関係に基づき、前記CWノイズの周波数スペクトルを推定するCWノイズ推定手段を有することを特徴とする。
本発明によれば、実際のCWノイズに近いノイズレプリカ信号を生成してCWノイズを除去することができ、受信信号をCWノイズの影響を受ける前に近い状態に復元できる結果、放送信号の受信特性を改善することが可能になる。
以下に添付図面を参照して、本発明に係る受信装置及びノイズ除去方法の好適な実施例を詳細に説明する。
まず、本実施例に係る受信装置のCWノイズの推定について説明する。この受信装置1は、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重方式)で変調されたディジタルテレビ放送信号(以下、「放送信号」という)を受信し、受信した放送信号からCWノイズを除去するものである。
かかるCWノイズが伝送中の放送信号に混入した場合、受信装置1が受信する放送信号(以下、「受信信号」という)は、CWノイズの影響を受けて放送信号の送信時とは異なる周波数スペクトラムになってしまう。
このとき、CWノイズの周波数が特定のキャリアの周波数位置と同一である場合には、そのキャリアに影響が及ぶだけで済むが、そのようなケースは稀であり、キャリアとキャリアの間にCWノイズの中心位置が存在するのが通常である。このような場合には、キャリア間の直行関係がくずれるため、周辺の多数のキャリアが影響を受けてしまう。
そこで、本実施例に係る受信装置1は、受信信号からCWノイズの成分を推定して除去することにより、受信信号の周波数スペクトルを放送信号の周波数スペクトルに近付けて復元することとした。
すなわち、受信装置1では、周波数領域におけるCWノイズの中心となる周波数位置(以下、単に「中心位置」という)からずれるズレキャリア数とそのキャリアが影響を受けるノイズ干渉量とが反比例で近似するものと仮定して、受信信号に含まれるCWノイズの干渉量を推定する。
かかるズレキャリア数とノイズ干渉量の相関関係を用いれば、一部のキャリアのノイズ干渉量を使用して他のキャリアのノイズ干渉量を推定することができる。つまり、CWノイズの影響度合いが不確かなキャリア(CWノイズの中心位置近傍のキャリア)のノイズ干渉量を用いずとも、CWノイズが影響を及ぼす全キャリアのノイズ干渉量を推定できる。
すなわち、周波数領域におけるシンボル(信号点)がOFDM変調時の信号点配置図の枠(図3の(B)参照)を逸脱するほどにCWノイズの影響を受けたキャリアである場合には、SP等化および仮判定により伝送路特性に基づく補正を行っても位相回転等が発生するため、正常な受信シンボルを得ることはできない。
このことから、本実施例では、CWノイズの影響を受けながらも正常受信できたキャリアのノイズ干渉量を用いて、正常受信できないキャリアのノイズ干渉量を推定することとした。
すなわち、受信装置1は、図1に示すように、CWノイズによる影響を受けているキャリアの中でも、ノイズ干渉量の推定の対象とする領域(以下、推定対象領域という)E1と、ノイズ干渉量の推定に使用する領域(以下、推定使用領域という)E3とに区別した上で、推定使用領域E3のノイズ干渉量を用いて、推定対象領域E1のノイズ干渉量を外挿する。
このように、本実施例では、推定使用領域E3のノイズ干渉量を用いて、推定対象領域E1のノイズベクトル差分を外挿するので、CWノイズの影響を受けたキャリアの情報を破棄するのではなく、実際のCWノイズに近いノイズレプリカ信号を生成してCWノイズを除去することができ、受信信号をCWノイズの影響を受ける前に近い状態に復元できる結果、放送信号の受信特性を改善することが可能になる。
さらに、本実施例では、周波数領域における受信シンボルがCWノイズの混入で送信時とは異なる信号点配置図の枠に仮判定されたキャリアのノイズ干渉量を用いることがなくなり、実際のCWノイズからかい離したCWノイズのレプリカ信号を生成することを防止できる結果、CWノイズの除去精度を向上させることができる。
次に、本実施例に係る受信装置の構成について説明する。図2は、本実施例に係る受信装置の構成を示す機能ブロック図である。なお、図2では、本実施例に係る受信装置1の特徴を説明するために必要な構成要素のみを示しており、一般的な放送信号を受信する既存の受信装置が有する構成要素についての記載を一部省略している。
同図に示すように、受信装置1は、FFT部11と、SP等化部12と、CWノイズレプリカ生成部13と、デマップ部16とを有する。
FFT部11は、アンテナ(図示略)により受信された時間領域における受信信号を高速フーリエ変換することにより、周波数領域におけるシンボルからなる放送信号に変換してSP等化部12へ出力する処理部である。なお、ここで、アンテナにより受信された受信信号には、CWノイズ等が混入しているものとする。
このようにして周波数領域の放送信号に変換された各シンボルは、横軸を実数I、縦軸を虚数Qとした複素平面に配置される。この状態では、受信信号が伝送路特性による影響を受けているため、各シンボルは、図3(A)に示すように、2次元のIQ平面上に不規則に配列されている。
SP等化部12は、周波数領域におけるシンボルに変換された受信信号に含まれるSP(Scattered Pilot)シンボルを用いて受信信号の伝送路推定値を算出し、該算出した伝送路推定値でFFT部11から入力される周波数領域の放送信号を複素除算することにより、放送信号に対してSP等化処理を行ってノイズレプリカ生成部13へ出力する処理部である。
ノイズレプリカ生成部13は、受信信号から放送信号の再現信号を減算処理することによりノイズレプリカ信号を生成する処理部であり、デマップ部131と、加算器132とを内在する。
デマップ部131は、2次元の複素平面である周波数領域上に配置された各シンボルを受信信号がOFDM変調された際に用いられた信号点配置図の配置に収束させることにより伝送路特性の補正を行い、補正後の周波数領域における放送信号を加算器132へ出力する処理部である。
すなわち、デマップ部131は、高速フーリエ変換によって得られたシンボル、たとえばコンスタレーションに不規則に配置された図3(A)に示すシンボルを対象に、それぞれのシンボルが存在するコンスタレーションの枠の中心(図3(B)参照)を当該シンボルの元の信号と擬制する仮判定を行う。
ノイズレプリカ生成部13は、デマップ部131により受信信号の伝送路特性に基づいて送信時の放送信号の周波数スペクトルに近い信号が再現された再現信号を加算器132に入力し、SP等化部12から入力された受信信号から、デマップ部131から入力された再現信号を減算処理することによってノイズレプリカ信号を生成し、CWノイズレプリカ生成部14へ出力する。なお、このノイズレプリカ信号は、伝送路特性による影響は排除されているが、伝送中に混入したCWノイズ等は依然含まれた状態である。
CWノイズレプリカ生成部14は、ノイズレプリカ生成部13から入力されるノイズレプリカ信号をもとにCWノイズレプリカ信号を生成する処理部であり、領域決定部141と、ノイズ中心位置推定部142と、ノイズ干渉量推定部143とを内在する。
領域決定部141は、ノイズレプリカ生成部13によって入力されたノイズレプリカ信号に基づき、推定対象領域E1及び推定使用領域E3を決定する処理部である。具体的には、ノイズレプリカ信号におけるICIベクトルの振幅がキャリア方向に所定のキャリア数の間連続して上限振幅値以下になっていない部分を推定対象領域E1と決定し、また、ICIベクトルの振幅がキャリア方向に所定のキャリア数の間連続して下限振幅値以上かつ上限振幅値以下となっている部分を推定使用領域E3と決定する。
例えば、ICIベクトルのうちI成分を対象に推定対象領域E1及び推定使用領域E3を決定するとした時には、領域決定部141は、ICIベクトルのI成分をキャリア番号の昇順または降順に照査し、図4(A)に示すように、I成分の振幅が所定のキャリア数の間連続して上限振幅値以下になっていない部分または所定のキャリア数の間連続して下限振幅値以上になっていない部分を推定対象領域E1と決定する。
この推定対象領域E1を決定する際には、CWノイズの推定に使用できないキャリア、すなわち正常受信できないキャリアを特定するべく、上限振幅値を設定する。なお、ここでは、I成分の振幅が正の値を取る場合について説明したが、I成分の振幅が負の値を取る場合には、上限振幅値の正負を反転させて同様の決定を行うことができる。
このように推定対象領域E1を決定した上で、領域決定部141は、ICIベクトルのI成分のうち推定対象領域E1を除外したキャリアを対象に、ICIベクトルのI成分をキャリア番号の昇順または降順に照査し、図4(A)に示すように、I成分の振幅がキャリア方向に所定のキャリア数の間連続して下限振幅値以上かつ上限振幅値以下となっている部分を推定使用領域E3と決定する。
この推定使用領域E3を決定する際には、CWノイズ等の影響を受けていないキャリアは推定に使用できないので、振幅値がゼロもしくは極小であるキャリアを除外するために下限振幅値を設定し、さらに、正常受信できないキャリアもまた推定に使用できないので、かかるキャリアを除外するために上限振幅値を設定する。なお、ここでは、I成分の振幅が正の値を取る場合について説明したが、I成分の振幅が負の値を取る場合には、上限振幅値及び下限振幅値の正負を反転させて同様の決定を行うことができる。
また、本実施例では、ICIベクトルのうちI成分で決定した推定対象領域E1および推定使用領域E3(図4(A)参照)をそのままQ成分でも流用することとしたが(図4(B)参照)、Q成分を基準に決定した推定対象領域E1および推定使用領域E3をI成分に流用してもよく、また、I成分およびQ成分で各領域を個別に決定してもかまわない。
ノイズ中心位置推定部142は、領域決定部141によって決定された推定使用領域E3のキャリアを用いて、CWノイズの中心位置を推定する処理部である。具体的には、CWノイズの影響の大きさはCWノイズの中心位置からズレるズレキャリア数に反比例すると仮定し、推定使用領域E3に含まれる2点のキャリアおよびその振幅から中心位置を算出する。なお、この中心位置の計算は、ICIベクトルのI成分またはQ成分のいずれを用いて算出することとしてもよい。
例えば、図5に示すように、CWノイズの中心位置をnとし、推定使用領域E3に含まれる2点のキャリア「m」とその振幅「K(m)」及びキャリア「m+1」とその振幅「K(m+1)」からCWノイズの中心位置を推定するとした時、CWノイズの干渉量とズレキャリア数が反比例するならば、K(m+1)/K(m)=(n−m)/(n−(m+1))と仮定することができ、n=K(m+1)/(K(m+1)−K(m))と変形できる。このように、少なくとも2点のキャリアとそのノイズ干渉量を入力として得ることができれば、CWノイズの中心位置を推定することができる。
さらに、ノイズ中心位置推定部142では、中心位置の推定精度を向上させるために、推定使用領域E3において隣接するキャリア全てを対象に上記の逆数補間の計算を行い、それぞれの計算結果として得られる中心位置の各サンプルを平均化することもできる。
なお、ここで言う平均化には、相加平均、加重平均、移動平均、標準偏差や分散など任意の統計手法を適用することができる。また、ここでは、隣接するキャリアを用いて中心位置を算出することとしたが、算出に用いるキャリアの間隔は任意に設定できる。
ノイズ干渉量推定部143は、領域決定部141によって決定された推定対象領域E1及び推定使用領域E3と、ノイズ中心位置推定部142によって推定されたCWノイズの中心位置とに基づいて、推定対象領域E1に含まれる各キャリアのノイズ干渉量を推定する処理部である。
すなわち、ノイズ干渉量推定部143は、CWノイズの干渉量とズレキャリア数が反比例するものと仮定し、推定使用領域E3に含まれるキャリアのうち少なくとも1点のキャリアを用いて、推定対象領域E1に含まれる各キャリアのICIベクトルのI成分およびQ成分それぞれを推定する。
例えば、ICIベクトルのI成分に関し、推定使用領域E3に含まれるキャリア「m」とその振幅「K(m)」を用いて、推定対象領域E1に含まれるキャリア「l」のI成分を推定するとした時、上記のCWノイズの干渉量とズレキャリア数の相関関係から、K(l)/K(m)=(n−m)/(n−l)と仮定することができ、K(l)={(n−m)/(n−l)}K(m)と変形できる。なお、同様にして、Q成分の各キャリアのノイズ干渉量を推定できるのは言うまでもない。
このように、少なくとも推定使用領域E3に含まれる1点のキャリアとノイズ干渉量を入力として得ることができれば、それを代入することにより、推定対象領域E1に含まれる各キャリアのノイズ干渉量を外挿することができる。
すなわち、図4(A)及び(B)を用いて説明した要領でI成分およびQ成分の推定対象領域E1と推定使用領域E3を推定した場合には、図6(A)及び(B)に示すように、推定使用領域E3に含まれる1点のキャリアから、推定対象領域E1に含まれる全てのキャリアのノイズ干渉量を外挿することができる。
さらに、ノイズ干渉量推定部143では、ノイズ干渉量の推定精度を向上させるために、推定使用領域E3に含まれるキャリアごとに推定対象領域E1の各キャリアのノイズ推定量を算出しておき、推定使用領域E3ごとに得られる推定対象領域E1の各キャリアのノイズ干渉量を推定使用領域E3のキャリア間で平均化することもできる。
CWノイズレプリカ生成部14は、ノイズ干渉量推定部143によって推定対象領域E1の各キャリアごとに推定されたノイズ干渉量の他、CWノイズによる干渉を受けた推定使用領域E3をはじめとするキャリアのノイズ干渉量から形成されるCWノイズレプリカ信号を生成し、該生成したCWノイズレプリカ信号を加算器15へ入力する。
加算器15では、SP等化部12から入力された受信信号から、CWノイズレプリカ生成部14によって生成されたCWノイズレプリカ信号を減算処理することによって復元信号を生成し、該生成した復元信号をデマップ部16へ出力する。なお、この復元信号においては、CWノイズがキャンセルされた信号を得ることができる。
デマップ部16は、デマップ部131と同様の機能を有するが、入力される信号の性質が異なる。すなわち、デマップ部16では、加算器15から入力される復元信号に基づいて、2周波数領域上に配置された各シンボルをOFDM変調時の信号点配置の配置に収束させる伝送路特性の補正を行い、補正後の周波数領域における復元信号を後段の処理部へ出力する。
デマップ部16によって出力された復元信号は、既存の受信装置と同様に、誤り訂正処理等が施されて復調され、所定の表示装置によりディジタルテレビ放送画像として表示される。
なお、図2では、図示した機能部全てを含む受信装置1として統合構成した場合について説明したが、ノイズレプリカ生成部13、CWノイズレプリカ生成部14及び加算器15の全部または一部をノイズ除去装置として分散構成し、受信装置のオプションとすることもできる。
次に、本実施例に係る受信装置が実行する処理の流れについて説明する。図7は、本実施例に係るノイズ除去処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、受信装置1の電源がON状態にある場合に実行されるものであり、所定の放送局から放送信号を受信した場合に開始される。
同図に示すように、アンテナを介して放送信号を受信すると、FFT部11は、その受信信号を高速フーリエ変換することにより、周波数領域におけるシンボルからなる放送信号に変換する(ステップS701)。
続いて、SP等化部12は、FFT部11によって出力された周波数領域におけるシンボルに変換された受信信号に対してSP等化処理を行う(ステップS702)。
そして、ノイズレプリカ生成部13は、デマップ部131により受信信号の伝送路特性に基づいて送信時の放送信号の周波数スペクトルに近い信号を再現させた再現信号を加算器132に入力し、SP等化部12から入力された受信信号から、デマップ部131から入力された再現信号を減算処理することによってノイズレプリカ信号を生成し、CWノイズレプリカ生成部14へ出力する(ステップS703)。
続いて、領域決定部141は、ノイズレプリカ生成部13によって入力されたノイズレプリカ信号に基づき、推定対象領域E1及び推定使用領域E3を決定する(ステップS704)。
そして、ノイズ中心位置推定部142は、領域決定部141によって決定された推定使用領域E3のキャリアを用いて、CWノイズの中心位置を推定する(ステップS705)。
その後、ノイズ干渉量推定部143は、領域決定部141によって決定された推定対象領域E1及び推定使用領域E3と、ノイズ中心位置推定部142によって推定されたCWノイズの中心位置とに基づいて、推定対象領域E1に含まれる各キャリアのノイズ干渉量を推定する(ステップS706)。
そして、CWノイズレプリカ生成部14は、ノイズ干渉量推定部143によって推定対象領域E1の各キャリアごとに推定されたノイズ干渉量の他、CWノイズによる干渉を受けた推定使用領域E3をはじめとするキャリアのノイズ干渉量から形成されるCWノイズレプリカ信号を生成する(ステップS707)。
その後、加算器15は、SP等化部12から入力された受信信号から、CWノイズレプリカ生成部14によって生成されたCWノイズレプリカ信号を減算処理することによって復元信号を生成し(ステップS708)、ノイズ除去処理を終了する。
上述してきたように、本実施例によれば、CWノイズの干渉量とキャリアの相関関係であって周波数領域におけるCWノイズの中心位置からずれるズレキャリア数とそのキャリアが影響を受ける干渉量が反比例で近似する相関関係に基づき、CWノイズの形を推定するように構成したので、実際のCWノイズに近いノイズレプリカ信号を生成してCWノイズを除去することができ、受信信号をCWノイズの影響を受ける前に近い状態に復元できる結果、放送信号の受信特性を改善することが可能である。
なお、上記の実施例では、受信信号に一つのCWノイズが混入していた場合を例に挙げて説明したが、本発明は、複数のCWノイズが混入した受信信号からCWノイズを除去することを想定して受信装置1で実行される処理を変更してもよい。
以上のように、本発明に係る受信装置およびノイズ除去方法は、放送信号の受信特性を改善する場合に適している。
1 受信装置
11 FFT部
12 SP等化部
13 ノイズレプリカ生成部
131 デマップ部
132 加算器
14 CWノイズレプリカ生成部
141 領域決定部
142 ノイズ中心位置推定部
143 ノイズ干渉量推定部
15 加算器
16 デマップ部
11 FFT部
12 SP等化部
13 ノイズレプリカ生成部
131 デマップ部
132 加算器
14 CWノイズレプリカ生成部
141 領域決定部
142 ノイズ中心位置推定部
143 ノイズ干渉量推定部
15 加算器
16 デマップ部
Claims (3)
- 直交周波数分割多重方式で変調された放送信号を受信する受信装置であって、
受信した放送信号に含まれるCWノイズの干渉量とキャリアの相関関係であってCWノイズの周波数位置からずれるズレキャリア数とそのキャリアが影響を受ける干渉量が反比例で近似する相関関係に基づき、前記CWノイズの周波数スペクトルを推定するCWノイズ推定手段
を有することを特徴とする受信装置。 - 前記CWノイズ推定手段は、
前記CWノイズの影響を受け、かつ前記放送信号を正常受信したキャリアのノイズ干渉量を用いて、前記放送信号を正常受信できないキャリアのノイズ干渉量を推定する請求項1に記載の受信装置。 - 受信した放送信号からノイズを除去するノイズ除去方法であって、
受信した放送信号に含まれるCWノイズの干渉量とキャリアの相関関係であってCWノイズの周波数位置からずれるズレキャリア数とそのキャリアが影響を受ける干渉量が反比例で近似する相関関係に基づき、前記CWノイズの周波数スペクトルを推定するCWノイズ推定工程
を含んだことを特徴とするノイズ除去方法。
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