JP4948592B2 - ディジタルマルチキャリア伝送用受信装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、実係数ウェーブレットフィルタバンクを使用するディジタルマルチキャリア伝送方法（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｗａｖｅｌｅｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｃａｒｒｉｅｒ伝送方法、以下、「ＤＷＭＣ伝送方法」と記載する）を用いた受信装置及び方法に関するものである。

実係数ウェーブレットフィルタバンクを用いたディジタル変復調処理による伝送方法は、マルチキャリア変調方式の一種による伝送方法であり、実係数フィルタバンクにより複数のディジタル変調波を合成して送信信号を生成するものである。この方法において、各キャリアの変調方式としては、ＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）が用いられる。

ＤＷＭＣ伝送方法によるデータ伝送について、図２３〜図２６を用いて説明する。

図２３に示すように、各サブキャリアはインパルス応答を有し、複数のサブキャリアの各々のインパルス応答が複数のサブキャリア間で互いに重なり合いながら伝送される。各伝送シンボルは、図２４に示すように各サブキャリアのインパルス応答が合成された時間波形となる。

図２５に示されるスペクトル図は、ＤＷＭＣ伝送方法における送信スペクトルの例を示す。ＤＷＭＣ伝送方法では、伝送フレーム（図２６参照）は、伝送シンボルを数十個〜数百個程度集めて構成される。この伝送フレームには、情報データやＲａｍｐ処理を施したＲａｍｐシンボルを含んだプリアンブルデータが含まれる。ランプ処理は、増幅器における情報データ及びプリアンブルデータの歪みを防ぐことができる。

マルチキャリアを使用した通信においては、通常、キャリア検出とシンボル同期は同じ回路で同時に行われることが多い。しかしながら、ウェーブレット変換を用いたＤＷＭＣ伝送方法においては、キャリア検出やシンボル同期などを行う方法は確立されていない。従って、受信装置において、キャリア検出やシンボル同期の精度をどのように向上させるか、またその際にどのようにして伝達効率の低下を抑制するかが大きな問題となっている。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、ＤＷＭＣ伝送方法において周波数領域でのキャリア検出やシンボル同期を行うことが可能な受信装置及び方法を提供することである。

本発明によれば、受信装置は、ウェーブレット変換を用いるデータ変換器と、遅延器と、サブキャリアペアを生成するサブキャリアペア生成器と、サブキャリアペア間の位相差を演算する位相差演算器と、前記位相差演算器により演算された位相差に基づいて受信データを判定する判定器とを備える。

本発明は、ＤＷＭＣ伝送方法において周波数領域でのキャリア検出を行うことが可能な受信装置及び方法を提供する。

本発明の実施の形態１による受信装置を構成する検波部とキャリア検出器とを示すブロック図 サブキャリアと正弦波周波数との関係を示すグラフ 所望信号が存在しない場合の直交座標における受信信号の分布図 所望信号が存在する場合の直交座標における受信信号の分布図 本発明の実施の形態２による受信装置を構成するキャリア検出器の位相差分布演算器を示すブロック図 位相差分布演算器に入力された複素信号を示す分布図 図６の状態からπ／４だけ位相を推移させた時の位相差分布演算器に入力された複素信号を示す分布図 本発明の実施の形態３による受信装置を構成するキャリア検出器の位相差分布演算器を示すブロック図 符号判定器で同相信号の符号を判定している分布図 符号判定器で直交信号の符号を判定している分布図 本発明の実施の形態４による受信装置を構成する検波部とキャリア検出器とシンボル同期回路とを示すブロック図 本発明の実施の形態５による受信装置を構成する検波部とキャリア検出器とシンボル同期回路とを示すブロック図 本発明の実施の形態６による受信装置を構成する検波部のウェーブレット変換器とキャリア検出器とを示すブロック図 図１３におけるポリフェーズ構成のプロトタイプフィルタを示すブロック図 本発明の実施の形態７による受信装置を示すブロック図 本発明の実施の形態８による受信装置を構成する検波部とキャリア検出器とシンボル同期回路とを示すブロック図 電力線通信における信号の振幅スペクトル例を示す図 受信装置にて受信された信号の振幅スペクトル例を示す図 本発明の実施の形態９による受信装置を構成する検波部と選択器とキャリア検出器とシンボル同期回路とを示すブロック図 フレームが伝送される様子を示す図 本発明の実施の形態９におけるＦＦＴを使用した受信装置のブロック図 本発明の実施の形態１０による受信装置を構成する検波部とキャリア検出器を示すブロック図 ウェーブレット波形の例を示す波形図 ＤＷＭＣ伝送方法における送信波形の例を示す波形図 ＤＷＭＣ伝送方法における送信スペクトルの例を示すスペクトル図 ＤＷＭＣ伝送方法における送信フレームの構成例を示すフレーム図 ２個のウェーブレット変換器を有する検波部を示す図

本発明の実施の形態について、図１〜図２７を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１において、受信装置１０００は、キャリア検出器１５と検波部１７を備えている。

検波部１７は、ウェーブレット変換器１と複素データ生成器３とパラレル−シリアル（以下、Ｐ／Ｓという）変換器５を備えている。ウェーブレット変換器１は、互いに直交するＭ個（Ｍは正の整数）の実係数ウェーブレットフィルタで構成される。ウェーブレット変換器１は、データを受信し、その受信データをウェーブレット変換して、Ｍ個のサブキャリア（図１における０〜Ｍ−１）を出力する。複素データ生成器３は、複素情報の同相成分（Ｉチャネル）、直交成分（Ｑチャネル）として複素データを生成する。Ｉチャンネルは、ウェーブレット変換器１からの２ｎ−１番目の出力であり、Ｑチャンネルは２ｎ番目の出力である（但し、１≦ｎ＜Ｍ／２−１とする）。複素データは複素サブキャリアをそれぞれ表す。そして、複素データ生成器３は、複素データをＰ／Ｓ変換器５に出力する。Ｐ／Ｓ変換器５は、それぞれの複素データ生成器５から並列に入力される複素データを直列に変換する。

キャリア検出器１５は、遅延器７と複素除算器９と位相差分布演算器１１と判定器１３とを備えている。

遅延器７は、直列複素データを受信して所定の期間遅延させ、遅延した複素データを出力する。複素除算器９では、直列複素データと遅延複素データとを受取り、両データに基づいて除算を実行し、除算された複素データを出力する。位相差分布演算器１１は、受信した除算複素データを直交座標上の各象限に割り当て、それぞれの象限における信号点数を求め、その中から最大値を選択し、出力する。判定器１３は、位相差分布演算器１１から入力されたデータと判定器１３に保持されているしきい値とを比較してその結果を出力する。

このように構成された受信装置１０００について、その動作を図２と図３を用いて説明する。ここで、受信装置１０００の外部から送信されるデータは既知であり、「１」であると仮定する。また、本実施の形態において、受信部の入力として図２に示す太実線部分（ｆ１、ｆ２、ｆ３）を周波数とする正弦波の合成波が入力されるものとし、それぞれの位相をφ１、φ２、φ３とする。このとき、各正弦波の位相φｎ（ｎ＝１、２、３）は−π〜πの範囲で任意である。

まず、検波部１７は、受信データをウェーブレット変換器１によってウェーブレット変換する。そしてウェーブレット変換器１はＭ本のサブキャリア（０〜Ｍ−１に番号付けられたサブキャリア）を出力する。０番とＭ−１番を除くすべてのサブキャリアは複素データ生成器３に入力される。このとき、ウェーブレット変換器１からの２ｎ−１番目及び２ｎ番目のサブキャリア（１≦ｎ≦Ｍ−１とする）は、それぞれ図２中の各ｆｎを周波数とする正弦波に対するｃｏｓ（φｎ）、ｓｉｎ（φｎ）となる。そして、複素データ生成器３は、ｃｏｓ（φｎ）を実部データ、ｓｉｎ（φｎ）を虚部データとして複素サブキャリアデータを生成する。そして複素サブキャリアデータをＰ／Ｓ変換器５に出力する。次にＰ／Ｓ変換器５は、ウェーブレット変換器１からのサブキャリア０番及びサブキャリアＭ−１番と、複素データ生成器３からの複素サブキャリアをそれぞれパラレルに受信する。そして、これらのパラレルデータを図１の上から順にシリアル複素データ変換する。そして、並直列変換器５から、シリアル複素データが検波部１７の外部に出力される。

以上のように検波部１７は受信データを、ウェーブレット変換器１と複素データ生成器３と、Ｐ／Ｓ変換器５を介して、シリアル複素データに変換する。その後、検波部１７は、シリアル複素データをキャリア検出器１５に出力する。

次に、検波部１７からのシリアル複素データは遅延器７と複素除算器９に入力される。遅延器７では、シリアル複素データを１サンプリング分遅延させ、遅延複素データを複素除算器９に入力する。複素除算器９は、シリアル複素データと遅延複素データとを受信し、両データから複素除算を行い、除算複素データを位相差分布演算器１１に出力する。本実施の形態では、この除算複素データは、複素サブキャリア間の位相差を連続的に表現している。位相差分布演算器１１では位相差を演算し、除算複素データを直交座標上の各象限に割り当て、それぞれの象限における信号点数を求める。図３は所望（通信）信号が存在しない場合の直交座標における受信信号の分布図であり、図４は所望（通信）信号が存在する場合の直交座標における受信信号の分布図を示す。ＡＷＧＮ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｗｈｉｔｅ Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｎｏｉｓｅ）環境を仮定すると、受信装置１０００により受信したデータに所望データが存在しない場合は雑音のみとなるので、サブキャリア間の位相差は図３に示すように各象限にランダムに分布することになるが、受信装置１０００により受信したデータに所望データが存在する場合、サブキャリア間の位相差は図４に示すように、例えば直交座標における一つの象限等、特定の領域に分布する（特に雑音レベルが小さい場合）。このため、各象限の信号点数の中から最大値を求め、判定器１３に最大値を出力する。判定器１３は、位相差分布定数演算器１１から受信した最大値と、判定器１３に保持されているしきい値とを比較する。最大値がしきい値より大きければ、判定器１３は受信データに所望データが含まれていると判定する。一方、最大値がしきい値より小さければ、判定器１３は受信データに所望データが含まれていないと判定する。判定器１３は、判定結果を受信装置１０００の制御部（不図示）に出力する。制御部は受信データを、判定結果に対応して復調器や変調器（共に不図示）に送出する。

以上の構成により、少ない演算量で複素情報（複素データ）を得ることができ、キャリア間位相差の分布を用いて所望データの有無を検出する周波数領域でのキャリア検出を行うことが可能となる。

ところで、本実施の形態では、合計（Ｍ／２−１）個の複素データ生成器３を使用したが、ウェーブレット変換器１からの出力を並直列変換し、そのシリアルデータのうち２ｎ−１番目と２ｎ番目が複素データ生成器３へ入力されるように、タイミング制御を行うことにより、１個の複素データ生成器３でも実現可能である。なお、説明したキャリア検出器は複素データが扱えるＦＦＴベースのマルチキャリア受信装置でも使用可能である。

また、本実施の形態では、１個のウェーブレット変換器１を使用したが、図示されるように、複数のウェーブレット変換器１でも実現可能である。図２７に示すように、検波部１７は２個のウェーブレット変換器１−１，１−２を備える。ウェーブレット変換器１−１，１−２は、実施の形態１のウェーブレット変換器１と同一の構成を有し、データを受信してＭ個（図２７における０〜Ｍ−１）のサブキャリアをそれぞれ出力する。複素データ生成器３は、ウェーブレット変換器１−１，１−２からのサブキャリアを受信して、複素データを生成する。Ｍ番目の複素発生器は、ウェーブレット変換器１−１，１−２からＭ番目のサブキャリアを受信する。以上の構成により、キャリア検出やシンボル同期の母数となるシリアル複素データの数が倍になるので、キャリア検出やシンボル同期の精度を向上させることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態の受信装置の構成は、位相差分布演算器を除いて、実施の形態１の受信装置と同様の構成である。したがって、本実施の形態では、位相差分布演算器について詳細に説明する。

図５において、位相差分布演算器３９（図１においては位相差分布演算器１１）は、位相推移器３１と、符号判定器３３と、カウンター３５と、最大値検出器３７とを備える。

位相推移器３１は、複素除算器９から受信した除算複素データの一部をπ／４だけ位相推移する。符号判定器３３は、各々の算複素データの符号から、除算複素データが位置する象限を判定する。本実施の形態では２つの符号判定器３３０，３３１がある。カウンター３５は、各象限の信号点数をカウントする。本実施の形態では、８つのカウンター３５０〜３５７がある。最大値検出器３７は、カウンター３５でカウントされた数の中で最も多かった信号点数を検出する。

このように構成された位相差分布演算器３９について、その動作を図６及び図７を用いて説明する。ここで、受信装置１０００の外部から送信されるデータは既知であり、「１」であると仮定する。図６は位相差分布演算器に入力された複素データを示す分布図であり、図７は図６の状態からπ／４だけ位相を推移させた時の位相差分布演算器に入力された複素データを示す分布図である。

本実施の形態においては、図９，１０に示すように、位相差分布演算器５３は、複素除算器９から３つの複素データを受信している。符号判定器３３０は複素除算器９からそれぞれの複素データを直接受信する。

符号判定器３３０は、複素除算器９から３つの複素データを受信し、それらの複素データ（Ａ＋Ｂｉ）のＡの符号とＢの符号を判定する。もしＡがプラスでＢもプラスの場合には、符号判定器３３０はその複素データの信号点が第１象限に存在すると判断して、符号データをカウンター３５０に出力する。またもしＡがマイナスでＢがプラスの場合には、符号判定器３３０はその複素データの信号点が第２象限に存在すると判断して、符号データをカウンター３５１に出力する。またもしＡがマイナスでＢもマイナスの場合には、符号判定器３３０はその複素データの信号点が第３象限に存在すると判断して、符号データをカウンター３５２に出力する。またもしＡがプラスでＢがマイナスの場合には、符号判定器３３０はその複素データの信号点が第４象限に存在すると判断して、符号データをカウンター３５３に出力する。そして各カウンター３５０〜３５３は、符号判定器３３０から送られてきた符号データの数、即ち各象限に存在する複素データの信号点の数、をそれぞれカウントし、最大値検出器３７に出力する。図６に示す本実施の形態では、第１象限に１つの複素データの信号点があり、第４象限に２つの複素データの信号点があることから、符号判定器３３０はカウンター３５０に１つの符号データを出力し、カウンター３５３に２つの符号データを出力する。その後、カウンター３５０〜３５３は、符号判定器３３０から送られてきた符号データの数をカウントして、それぞれ１，０，０，２のデータを最大値検出器３７に出力する。

一方、符号判定器３３１は、位相除算器９から位相推移器３１を経て、位相がずれた３つの位相推移複素データを受信し、それらの位相推移複素データ（Ａ＋Ｂｉ）のＡの符号とＢの符号を判定する。本実施の形態では、位相推移複素データの位相は、複素データの位相からπ／４だけずれている。すなわち、図７に示すように、複素平面上でπ／４回転した座標系を持つ。もしＡがプラスでＢもプラスの場合には、符号判定器３３１はその位相推移複素データの信号点が第１象限に存在すると判断して、符号データをカウンター３５４に出力する。またもしＡがマイナスでＢがプラスの場合には、符号判定器３３１はその位相推移複素データの信号点が第２象限に存在すると判断して、符号データをカウンター３５５に出力する。またもしＡがマイナスでＢもマイナスの場合には、符号判定器３３１はその位相推移複素データの信号点が第３象限に存在すると判断して、符号データをカウンター３５６に出力する。またもしＡがプラスでＢがマイナスの場合には、符号判定器３３１はその位相推移複素データの信号点が第４象限に存在すると判断して、符号データをカウンター３５７に出力する。そして各カウンター３５４〜３５７は、符号判定器３３１から送られてきた符号データの数、即ち各象限に存在する複素信号点の数、をそれぞれカウントし、最大値検出器３７に出力する。図７に示す本実施の形態では、第４象限に３つの複素データの信号点があることから、符号判定器３３１はカウンター３５７に３つの符号データを出力する。従って、カウンター３５４〜３５７は、符号判定器３３１から送られてきた符号データの数をカウントして、それぞれ０，０，０，３のデータを最大値検出器３７に出力する。

そして最大値検出器３７はカウンター３５０〜３５７から受け取った複素データの信号点の数のうち最大のものを検出し、その最大値を判定器１３に出力する。

これにより、位相差分布演算器３９は、Ｉ、Ｑ軸の境界に複素データの信号点が集中した場合でも正確に最大値検出が可能である。なお、図５では符号判定器毎に４つのカウンターを使用しているが、３つでも可能である。

このような構成にすることにより、１つの象限にしきい値以上の複素データが集中した場合に所望（通信）信号の検出を行うことができる。

（実施の形態３）
本実施の形態の受信装置の構成は、位相差分布演算器を除いて、実施の形態１の受信装置と同様の構成である。したがって、本実施の形態では、位相差分布演算器について詳細に説明する。

図８において、位相差分布演算器５３は、符号判定器５１と、カウンター３６と、最大値検出器３７とを備える。本実施の形態では、位相差分布演算器５３には、それぞれ２つの符号判定器５１０，５１１、４つのカウンター３６０〜３６３、最大値検出器３７がある。符号判定器５１０は複素データの同相信号を受信し、符号判定器５１１は複素データの直交信号を受信する。カウンター３６０〜３６３の各々は符号判定器５１０，５１１から出力される各符号をカウントする。最大値検出器３７はカウンター３６０，３６１，３６２，３６３からの出力を比較し、その出力の中で最も多かった数を検出する。

このように構成された位相差分布演算器５３について、その動作を図８、９、１０を用いて説明する。ここで、受信装置１０００の外部から送信されるデータは既知であり、「１」であると仮定する。図９は判定器で同相信号の符号を判定している分布図（＋側に３つ）であり、図１０は直交信号の符号を判定している分布図（＋側に１つ、−側に２つ）である。図９及び１０に示される本実施の形態では、位相差分布演算器５３には複素除算器９から３つの複素データが入力される。それぞれの複素データには同相データと直交データとが含まれている。そして、符号判定器５１０は同相データを受信し、符号判定器５１１は直交データを受信する。そして、符号判定器５１０は、各々の同相データの符号（プラスか、もしくは、マイナス）を判定し、符号がプラスかマイナスかに応じてカウンター３６０又はカウンター３６１に符号データを出力する。一方、符号判定器５１１も、符号がプラスかマイナスかに応じてカウンター３６２又はカウンター３６３に符号データを出力する。その後、カウンター３６０〜３６３は、符号データの数をカウントし、その数の情報をそれぞれ出力する。そして、最大値検出器３７は、それぞれのカウンター３６０〜３６３からの数の情報を受信し、それらの数の情報を比較し、最大のものを検出して判定器１３に出力する。

このような構成にすることにより、Ｉ、Ｑ軸の境界に複素データが集中した場合でも正確に最大値検出が可能である。従って所望の（通信）データの有無をより正確に判断することができる。また、本実施の形態における、複素データを検出するために用いられる複素平面の領域は、実施の形態２と比較して２倍の大きさとなる。なお、符号判定器毎にカウンターを２つ使用しているが、１つでも可能である。したがって、位相差分布演算器の構成が簡素化される。

（実施の形態４）
図１１において、受信装置１０００は、検波部１７と、シンボル同期回路７７とキャリア検出器８１とを備えている。ここで検波部は実施の形態１に示すものと同様の構成を有している。また、検波部１７とキャリア検出器８１とは、位相差分布演算器７９を除いて、実施の形態１に示す検波部と同様の構成を有しているので、ここでは詳細な説明を省略する。

キャリア検出器８１において、位相差分布演算器７９は実施の形態１〜３で説明した位相差分布演算器１１，３９，５３のいずれの構成を用いても良い。

シンボル同期回路７７は、遅延器７と、複素除算器９と、複素加算器７１と、同期ずれ演算器７３と、同期タイミング推定器（回路）７５とを備える。図１１に示すように、本実施の形態において、遅延器７及び複素除算器９は、キャリア検出器８１とシンボル同期回路７７とで共有されている。複素加算器７１は、複素除算器９からの複素データを累積加算する。

このように構成された受信装置１０００について、その動作を図１１を参照して説明する。ここで、受信装置１０００の外部から送信されるデータは既知であり、「１」であると仮定する。

まず、検波部１７及びキャリア検出器８１の動作については実施の形態１と同じである。次に、シンボル同期回路７７では、検波部１７により出力されたシリアル複素データを受け取る。このとき、検波部１７でのシンボル同期タイミングが正確に合っていれば、検波部１７からの出力は全て等しい値となるが、シンボル同期タイミングが合っていなければ、そのずれの度合いτとサブキャリア周波数ｆｃによって２πｆｃ・τの位相回転を受けた値となっている。

次に、遅延器７と複素除算器９により、隣り合う複素サブキャリア間の複素除算を行い、複素サブキャリア間位相差を求める。隣り合う複素サブキャリア間の周波数間隔ｆｉは全て同じであるから、全ての複素サブキャリア間位相差（複素値）は等しい値２πｆｉ・τとなる（実際には、伝送路の影響などを受け、２πｆｉ・τよりもばらついた値となる）。この複素サブキャリア間位相差を複素加算器７１によって累積加算することにより位相差の平均値θｍを求め、同期ずれ演算器７３において周波数間隔ｆｉと平均サブキャリア間位相差θｍとから同期ずれ値τ求める。その結果を同期タイミング推定器７５に与えることにより、検波部１７に対し同期タイミングをフィードバックする。

このような構成にすることにより、キャリア検出器８１及びシンボル同期回路７７の回路を簡素化でき、また、キャリア検出からシンボル同期までの移行期間を削減することができる。例えば、４シンボル長のウェーブレットを使用してＤＷＭＣ通信を行う場合、キャリア検出処理からシンボル同期処理に移行する時間を少なくとも３シンボル分の時間だけ短縮することが可能である。

なお、上記で説明したキャリア検出器８１及びシンボル同期回路７７は、複素データが扱えるＦＦＴベースのマルチキャリア受信装置でも使用可能である。

（実施の形態５）
図１２において、受信装置１０００は、検波部１７と、シンボル同期回路９７と、キャリア検出器９９とを備えている。本実施の形態の検波部１７は実施の形態１における検波部と同様の構成を有している。また、本実施の形態のキャリア検出器９９は、インデックスバッファー９１と選択器９３とを除いて、実施の形態３のキャリア検出器と同様の構成を有している。さらに、シンボル同期回路９７は、選択器９５を除いて、実施の形態４のシンボル同期回路と同様の構成を有して。以上より、これらの実施の形態と同様の構成については本実施の形態では詳細な説明を省略する。

キャリア検出器９９は、遅延器７、複素除算器９、符号判定器５１、カウンター３６、インデックスバッファー９１、最大値検出器３７、判定器１３と選択器９３を有している。

本実施の形態において、４個のインデックスバッファー９１０〜９１３がある。各インデックスバッファー９１０〜９１３は、各カウンター３６０〜３６３でカウントされた複素データのインデックスｎ（但し、１≦ｎ≦（Ｍ／２−１）、サブキャリア番号を０〜Ｍ−１とする）を記憶する。選択器９３は最大値となったカウンター３６０〜３６３のインデックスを選択する。

シンボル同期回路９７は、遅延器７と、複素除算器９と、選択器９５と、複素加算器７１と、同期ずれ演算器７３と同期タイミング推定器７５を有している。図１２に示すように、本実施形態において、遅延器７及び複素除算器９は、キャリア検出器９９及びシンボル同期回路９７により共有されている。選択器９５はキャリア検出器９９内において選択されたインデックスに対応するデータのみを選択する。

このように構成された受信装置１０００について、その動作を、図１２を参照して説明する。ここで、受信装置１０００の外部から送信されるデータは既知であり、「１」であると仮定する。

検波部１７の動作については実施の形態１と同じである。また、キャリア検出器９９及びシンボル同期回路９７は実施の形態３及び４と類似した動作である。実施の形態３もしくは４では、符号判定器３３もしくは５１は、符号データをカウンター３５もしくは３６にのみ送信していたが、本実施の形態では、キャリア検出器９９において、符号判定器５１から出力された符号データはカウンター３６とインデックスバッファー９１の双方送られる。従って、インデックスバッファー９１０〜９１３は、それぞれ除算複素データのうちカウンター３６０〜３６３でカウントされるインデックス番号を記録する。その後、選択器９３は、４つのカウンター３６０〜３６３のうち最大値を持つカウンターに対応するインデックスバッファー９１の中の１つのバッファーを選択する。このとき最大値を持つカウンターの情報は、最大値検出器３７から選択器９３に与えられる。その後、選択器９３は、選択器９５に、選択されたインデックスバッファーのインデックスデータを出力する。シンボル同期回路９７では、選択器９５が複素除算器９から出力されたすべての除算複素データの中から、選択器９３からのインデックスデータに対応する所定の複素データを選択し、その所定の複素データを複素加算器７１に出力する。

なお、キャリア検出器９９では実施の形態３に示した位相差分布演算器を基に記載しているが、実施の形態２に示した位相差分布演算器を基にしても同様な構成が可能である。

このような構成にすることにより、位相差分布において最も集中した座標上の領域にある除算複素データ（複素サブキャリア間位相差）を使用して同期タイミングを推定することにより、実施の形態４よりも同期タイミングの推定精度を向上させることができる。

なお、上記で説明したキャリア検出器９９及びシンボル同期回路９７は、複素データが扱えるＦＦＴベースのマルチキャリア受信装置でも使用可能である。

（実施の形態６）
図１３は、本発明の実施の形態６による受信装置のブロック図である。本実施の形態の検波部の構成は図１１、図１２と同様の構成である。本実施の形態では、ウェーブレット変換器１の構成を詳細に説明する。さらに実施の形態１〜５までと構成が大きく異なるキャリア検出器３０７について説明する。

図１３において、受信装置１０００はウェーブレット変換器１と、検波器１７と、キャリア検出器３０７を備えている。ウェーブレット変換器１は、遅延器１１１と、ダウンサンプラ１１３と、プロトタイプフィルタ１１５と、高速離散コサイン変換器（タイプ４）１１７（以下、ＤＣＴ１１７という）を備えている。Ｍ−１遅延器１１１は受信データを１サンプリング時間だけ遅延させる。ダウンサンプラ１１３は受信データのサンプリングレートをＭ分の１にする。

キャリア検出器３０７は、遅延器（回路）３０１と、乗算器３０３と、移動平均回路３０５を備えている。遅延器３０１（回路）は受信データを１シンボル分だけ遅延させて遅延データを出力する。乗算器（回路）３０３は受信データと遅延データとを乗算して乗算データを出力する。移動平均回路３０５は受信データと遅延データと相関を取るために移動平均を行い、その結果ピークが検出された場合には、ＤＣＴ１１７にピーク検出信号を出力する。

図１４を参照して、プロトタイプフィルタ１１５の構成を詳細に説明する。プロトタイプフィルタ１１５は、ダウンサンプリングされたデータを受信するための実係数を有するポリフェーズ構造を備えてもよい。プロトタイプフィルタ１１５は、乗算器１３１と、２入力加算器１３３と、遅延器１３５を備えている。乗算器１３１はプロトタイプフィルタ１１５のフィルタ係数を保持し、遅延器１３５は２入力加算器からのデータを１シンボル時間（Ｍサンプリング時間）遅延させる。

このように構成された受信装置１０００について図１３，１４を参照しながら、その動作を説明する。ここで、受信装置１０００の外部から送信されるデータは既知であり、「１」であると仮定する。

キャリア検出器３０７で受信した受信データは、遅延器３０１と乗算器３０３に導入される。遅延器３０１は遅延データを生成するために受信データを１シンボル分遅延させて、その遅延データを乗算器３０３に出力する。加算器３０３は、外部からの受信データと遅延器３０１からの遅延データとを受信し、その後乗算データを生成するために両方のデータを乗算して、乗算データを移動平均回路３０５に出力する。キャリア検出器３０７はこのような方法でキャリアを検出するものである。移動平均回路３０５は、乗算データを受信して、時間軸上で受信データと遅延データとの相関を利用して移動平均を得る。

図１３において、ＤＣＴ１１７以外の回路は常時動作させておき、キャリア検出器３０７においてキャリア検出が行われた場合ＤＣＴ１１７の動作を開始する。

このような構成にすることにより、時間軸上でのデータの相関を利用したキャリア検出器を使用した場合でも、キャリア検出から復調動作までの移行期間を削減することができる（例えば、４シンボル長のウェーブレットを使用してＤＷＭＣ通信を行う場合、キャリア検出処理から受信処理に移行する時間を少なくとも３シンボル分の時間だけ短縮することが可能である）。また、キャリア検出器３０７で所望データ（キャリア）が検出されるまではＤＣＴ１１７は動作しないので、受信装置１０００の消費電力を抑えることができる。

（実施の形態７）
図１５において、受信装置１０００は、オートゲインコントロール回路１５１（以下、ＡＧＣ１５１という）と、アナログディジタル変換器１５３（以下、Ａ／Ｄ変換器１５３という）と、キャリア検出器１５５と、シンボル同期回路１５７と、レベル判定器１５９を備えている。キャリア検出器１５５とシンボル同期回路１５７は、それぞれ、実施の形態１〜６で説明してきたキャリア検出器及びシンボル同期回路のいずれかの構成を用いることができる。レベル判定器１５９はＡＧＣ回路１５１からのゲインレベルと、判定器１５９に保持されているしきい値とを比較する。ゲインレベルがしきい値よりも小さいときには、レベル判定器１５９はキャリア検出器１５５及びシンボル同期回路１５７にＯＮ情報を出力する。一方、ゲインレベルがしきい値よりも小さくないときには、レベル判定器１５９はキャリア検出器１５５及びシンボル同期回路１５７にＯＦＦ情報を出力する。

このように構成された受信装置１０００について、その動作を図１５を参照して説明する。

まず、所望データが受信データに存在しない場合におけるＡＧＣ回路１５１のゲインは最大ゲインの設定となる。所望データが受信データに存在する場合は、受信データのレベルに合わせてＡＧＣ回路１５１を設定する。所望データが存在する場合に設定されるＡＧＣ回路１５１のゲインは、最大値よりも小さくなっている。

レベル判定器１５９は、しきい値とＡＧＣ回路１５１のゲインレベルとを比較判定する。ゲインレベルがしきい値よりも大きい場合には、レベル判定器１５９はキャリア検出器１５５とシンボル同期回路１５７を動作させないＯＦＦ情報を出力する。ゲインレベルがしきい値よりも小さい場合には、レベル判定器１５９は、キャリア検出器１５５及びシンボル同期回路１５７にＯＮ情報を出力する。

キャリア検出器１５５及びシンボル同期回路１５７は、レベル判定器１５９からのＯＮ情報が入力された場合にキャリアを検出するために、また、シンボルの同期を取るために動作する。一方ＯＦＦ情報が入力された場合には、それらの回路は、動作しない。

このような構成にすることにより、所望データが存在する場合、すなわち、レベル判定器１５９からキャリア検出器１５５及びシンボル同期回路１５７にＯＮ情報が入力された場合のみ、キャリア検出器１５５及びシンボル同期回路１５７が動作するようにすることができるので、受信装置１０００の消費電力を抑えることができる。

なお、本実施の形態のレベル判定器１５９は、キャリア検出器１５５及びシンボル同期回路１５７にＯＮ又はＯＦＦ情報を出力しているが、次のようなものを採用してもよい。すなわち、レベル判定器は、ゲインレベルがしきい値より大きい場合に、キャリア検出器１５５及びシンボル同期回路１５７を動作させる動作信号を出力せず、ゲインレベルがしきい値より小さい場合に動作信号を出力する。キャリア検出器１５５及びシンボル同期回路１５７は、動作信号が入力されると、キャリアを検出する動作及びシンボルの同期をとる動作を行う。

（実施の形態８）
図１６において、受信装置１０００は、検波部１７と、キャリア検出器８０１と、シンボル同期回路７７とを備える。検波部１７とシンボル同期回路７７は実施の形態４の受信装置と同様の構成を有する。従って、ここでは、キャリア検出器８０１を詳細に説明する。

このように構成された受信装置１０００の動作について、図１６及び１７を参照して説明する。電力線において分岐があったり、コンセントがオープンになっているとインピーダンスのミスマッチングがおこりその部分で反射がおきる。そのため、電力線通信（以下、ＰＬＣという）における電力線伝送路の特性は、一般的に劣悪である。

データが、図１７のような波形を持っていたとしても、受信装置１０００では図１８のような波形を持つデータとして受信される。通常、キャリア検出のしきい値は図１７の振幅スペクトルを持つデータに対して設計される。具体的には通信に使用されるサブキャリアから求められるサブキャリア間位相差を総数として、例えば総数（これをＡとおく）の７０％をしきい値とする。図１８のように波形が削られると、たとえ削られなかった振幅スペクトル部分のＣＮＲ（搬送波電力と雑音電力比）がよくても、しきい値の値によってはキャリア検出がＮＧとなる場合が出てくる。

この問題に対しての対策としては、本実施の形態のキャリア検出器８０１が適用される。キャリア検出器８０１において、各々の隣接するサブキャリア間位相差をそれぞれ求め、あるしきい値以下のレベルしかもたないサブキャリア間位相差（複素データ）の数（これをＢとおく）を計算する。

本実施の形態では、しきい値は、「Ａ」及び「Ｂ」を用いて、伝送路状況を考慮して設定される。例えば、実施の形態３の場合、しきい値は、
しきい値＝（Ａ−０．５×Ｂ）×０．７ （数１）
として設定される。伝送路状況に合わせたしきい値を設定することにより、キャリア検出精度を向上させることができる。

上述の方法で、キャリア検出器８０１によりキャリアが検出された場合、キャリア検出器８０１は、その検出情報をシンボル同期回路７７に送る。シンボル同期回路７７は、キャリア検出器８０１からの検出情報に基づいて動作し、シンボル同期を実行する。シンボル同期回路７７で行われたシンボル同期の同期情報は検波部１７にフィードバックされる。

ここでは、本実施の形態におけるしきい値の算出方法の例として実施の形態３を用いて説明したが、しきい値は、他の実施の形態や、伝送路状況に応じて「Ａ」及び「Ｂ」が変更された場合が適用されても良い。このような構成により、他の場合のほぼ全てのキャリア検出精度を同様に向上させることができる。また、この構成は、他の有線通信方式（例えば電話線や同軸を使った既存配線を利用した通信）において用いることも可能であり、ほぼ同様な効果を得ることができる。

（実施の形態９）
図１９において、受信装置１０００は、検波部１７と、選択器５００と、キャリア検出器８０１と、シンボル同期回路７７とを備える。検波部１７とシンボル同期回路７７は、実施の形態８の受信装置と同様の構成を有する。従って、本実施の形態では選択器５００と全体の動作を詳細に説明する。

前述したように、電力線において分岐があったり、コンセントがオープンになっているとインピーダンスのミスマッチングがおこりその部分で反射がおきる。そのため、ＰＬＣにおける伝送路の特性は、一般的に劣悪である。

ＰＬＣにおいては、劣悪な伝送路に加えて他の既存システム（たとえばアマチュア無線や短波放送など）からの干渉が問題となる。実施の形態４に示したキャリア検出器８０１やシンボル同期回路７７では複素データを使用しているため、ＰＬＣに他の既存システムからの干渉が存在し且つ干渉レベルが大きいと、キャリア検出器８０１やシンボル同期回路７７の演算結果に大きな誤差を含むことになる。この大きな誤差の幅は、ＰＬＣにおいて悪影響となり得る。大きな誤差の幅を減少させるために、本実施の形態の受信装置１０００は、選択器５００を備えている。選択器５００は、検波部１７から出力される複素数を使って、全使用サブキャリアにおける平均レベルを求めて平均レベルよりも例えば１２ｄＢ以上大きいレベルを持つサブキャリアは信号レベルが大きい干渉波が存在する可能性が高いと考えて除去し、キャリア検出８０１やシンボル同期回路７７に送信しない。これにより、キャリア検出８０１やシンボル同期回路７７の精度を高めることが可能となる。

さらに、ここで１２ｄｂだったしきい値は、伝送線路の状況やキャリア検出器８０１及びシンボル同期回路７７の精度等により変更可能である。

また上記動作をデータをやり取りしているデータ区間（フレーム内）で行うと、平均レベルよりも１２ｄＢ大きい狭帯域干渉は選択器５００で判別できるが、平均レベルと同程度の狭帯域干渉は判別が困難である。平均レベルと同レベルの狭帯域干渉は、ＰＬＣにおいて悪影響となり得る。この悪影響を減少させるために、上記動作を無信号区間（フレームとフレームの間：フレーム間ギャップ）で行うことが好ましい。図２０に示すように、各フレームＡ，Ｂ，Ｃはプリアンブル部及びデータ部を有する。隣接するフレーム間のギャップは隣接するフレームが重なり合うのを防ぐ。フレーム間ギャップはキャリア検出からさかのぼることにより検出できる。この構成により、常時存在している可能性が高い狭帯域干渉を検出する精度が向上し、結果としてキャリア検出やシンボル同期などの検波部出力を使用した、受信装置１０００の処理性能を向上させることができる。

また、この構成は、他の有線通信方式（例えば電話線や同軸を使った既存配線を利用した通信）において用いることも可能であり、ほぼ同様な効果を得ることができる。

なお、本実施の形態のキャリア検出器においては、複素ウェーブレット変換を用いたマルチキャリア受信装置にその適用が限定されるものではなく、複素データを扱える高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴという）ベースのマルチキャリア受信装置にも適用可能であり、以下にその構成を付記する。

図２１において、受信装置１０００は、検波部１７と、検波部６００と、選択器５００と、キャリア検出器８０１と、シンボル同期回路７７とを備えている。検波部１７と、選択器５００と、キャリア検出器８０１と、シンボル同期回路７７とは前述の受信装置と同様の構成を有している。受信装置１０００の動作としては、プリアンブル部分に関してはほぼ同じである。従って、本実施形態では、検波部６００について詳細に説明する。検波部６００では、複素データを出力するウェーブレット変換器のかわりにＦＦＴを用いて検波を行う。

送信装置（図２１では不図示）ではプリアンブルデータを逆ウェーブレット変換器を使用して発生させるが、プリアンブルデータは単に複数の正弦波の合成波である。そのため、検波部６００においてＦＦＴを使用しても検波部１７を用いた場合と同様に狭帯域干渉検出が行える。

このように構成された受信装置１０００の動作について、図２１を参照して詳細に説明する。

ウェーブレットのフィルタ長がシンボル長に対して例えば４倍ある場合は、フレーム間ギャップはシンボル長の４倍より大きければフレーム間ギャップの狭帯域干渉検出を正確に行うことができる。もしシンボル長の４倍よりも小さいギャップでは、フレームの一部がフィルタに入った状態での狭帯域干渉検出となり、受信装置１０００における狭帯域干渉検出精度が劣化する。

検波部６００にＦＦＴを使用した場合は、ＦＦＴではフィルタ長とシンボル長は同じであるため、フレーム間ギャップは最低１シンボル長あればよい。これによりフィルタ長がシンボル長よりも長いＤＷＭＣ伝送方式で、且つフレーム間ギャップを使って狭帯域干渉検出を行う場合でも、ＦＦＴを用いたギャップがウェーブレットを用いたギャップより小さくできるので、効率よくフレームを伝送することが可能となる。

また、フィルタ長がシンボル長よりも長いシステム（ＯＦＤＭ／ＯＱＡＭやＦｉｌｔｅｒｅｄ ＯＦＤＭなど）についてもこの構成が適用可能である。

さらに、検波部１７での信号処理（具体的には高速離散コサイン変換器（タイプ４）１１７の演算おいて）にＦＦＴを用いることが可能である。よって、検波部１７と検波部６００に共通なＦＦＴを用意することで、図２１に示すように、受信装置の回路構成を簡素化することも可能である。

（実施の形態１０）
図２２において、検波部１７、６００とキャリア検出部８０１は実施の形態９の受信装置と同様の構成を備える。

ここで本実施の形態による受信装置の動作について図２２を参照して説明する。図１９に示すように、検波部６００はＦＦＴを使ってサブキャリアを検出する。フレーム構成は図２０と同一の構成を有する。

通常のウェーブレット変換器を用いた検波部１７を使用してキャリア検出を行う場合は、フィルタ長だけの時間波形を用いてウェーブレット変換した結果を使用してキャリア検出を行うことになる。この場合、検波部から出力されるウェーブレット変換されたデータにはＲａｍｐ処理を施したＲａｍｐデータのウェーブレット変換結果が含まれてしまう。通常、受信装置ではＲａｍｐデータを使ってＡＧＣ処理（具体的には階段状に利得制御される）が行われる。この結果、Ｒａｍｐデータがウェーブレット変換されたデータに含まれるため、キャリア検出精度が劣化する。これを回避するためにはプリアンブル長を十分長くする必要がある。しかしながら、周波数利用効率が劣化する。

本実施の形態では、キャリア検出に、ＦＦＴを使用して検波部６００から出力されたフーリエ変換されたデータを用いる。ＦＦＴを用いて検波することで、シンボルごとにフーリエ変換が行えるので、フレーム先頭で動作するＡＧＣが安定した後にキャリア検出が行えるようになる。

このように、ＦＦＴを使用して検波部６００から出力されたフーリエ変換されたデータを用いることにより、検波部６００からの出力には非線形処理されたデータが存在しないため、キャリア検出の性能を向上させることができる。

なお、フィルタ長がシンボル長よりも長いシステム（ＯＦＤＭ／ＯＱＡＭやＦｉｌｔｅｒｅｄ ＯＦＤＭなど）についてもこの構成が適用可能である。

なお、検波部１７（具体的には離散コサイン変換器（タイプ４）１１７の演算おいて）にＦＦＴを用いることが可能である。よって、検波部１７と検波部６００に共通なＦＦＴを用意することで、図２２に示すように、受信装置の回路構成を簡素化することも可能である。

また、実施の形態１〜１０において、検波部１７は１個のウェーブレット変換器を備えているが、検波部１７は２個又はそれ以上のウェーブレット変換器を備えていてもよい。

さらに、実施の形態１〜１０において、実ウェーブレットフィルタについて説明したが、実ウェーブレットフィルタの代わりに、他のウェーブレットフィルタや、例えばＯＦＤＭ／ＯＱＡＭやＦｉｌｔｅｒｅｄ ＯＦＤＭのようなフィルタ長がシンボル用より長いシステムが用いられてもよい。

また、実施の形態１〜１０の構成は必要に応じて互いに組み合わされてもよい。

実施の形態１〜１０に記載された受信装置は、少ない演算で複素データを得ることができる。また、キャリア間の位相差分布を用いて周波数領域でのキャリア検出を行うことができる。さらに、受信装置の回路構成を簡素化することができる。また、狭帯域干渉波の影響を減少させることができる。

Claims (13)

1. 高速フーリエ変換を使用するディジタルマルチキャリア伝送方法を用いた受信装置であって、
   受信データを高速フーリエ変換して複素データを出力する複素データ出力器と、
   前記複素データを所定の期間遅延して遅延複素データを出力する遅延器と、
   前記複素データと前記遅延複素データとを除算し、複素サブキャリア間の位相差を表す除算複素データを出力する複素除算器と、
   直交座標上で各象限に存在する除算複素データ数を求め、前記求めた数の中から最大値を選択する位相差分布測定器と、
   前記最大値としきい値とを比較することにより所望データが受信されているかどうかを判定する判定器と、
   を有することを特徴とする受信装置。
2. 前記位相差分布測定器は、
   前記除算複素データをπ／４位相推移させる位相推移器と、
   前記除算複素データの符号を判定する符号判定器と、
   各象限に分布する前記除算複素データの信号点をカウントして、カウントされた値を出力する複数のカウンターと、
   前記複数のカウンターから出力された、前記カウントされた値の中から最大値を検出する最大値検出器と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 前記位相差分布測定器は、
   前記除算複素データの同相成分及び直交成分の各符号を判定する符号判定器と、
   前記符号判定器より出力される各符号の数をカウントして、カウントされた値を出力する複数のカウンターと、
   前記複数のカウンターから出力された前記カウントされた値の中から最大値を検出する最大値検出器と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
4. 高速フーリエ変換を使用するディジタルマルチキャリア伝送方法を用いた受信装置であって、
   受信データを高速フーリエ変換して複素データを出力する複素データ出力器と、
   前記複素データを所定の期間遅延して遅延複素データを出力する遅延器と、
   前記複素データと前記遅延複素データとを除算し、複素サブキャリア間の位相差を表す除算複素データを出力する複素除算器と、
   直交座標上で各象限に存在する除算複素データ数を求め、前記求めた数の中から最大値を選択する位相差分布測定器と、
   前記最大値としきい値とを比較することにより所望データが受信されているかどうかを判定する比較判定器と、
   前記除算複素データを加算して累積データを取得し、当該累積データより平均値を得る複素加算器と、
   前記平均値を使用することにより同期ずれ値を演算する同期ずれ演算器と、
   前記同期ずれ値より正しい同期タイミングを推定し、前記複素データ出力器へ当該同期タイミングをフィードバックする同期タイミング推定回路と
   を有することを特徴とする受信装置。
5. 請求項１記載の受信装置であって、
   前記複素データと、伝送路の状況に応じて変更できるしきい値とを用いてキャリア検出を行うキャリア検出回路と、
   前記キャリア検出回路から出力されたデータを使用して同期タイミングを推定するシンボル同期回路と
   を有することを特徴とする受信装置。
6. 請求項１記載の受信装置であって、
   前記複素データの信号レベルによってサブキャリアを選択する選択器と、
   前記選択器で選択されたサブキャリアを使用してキャリア検出を行うキャリア検出回路と、
   前記選択器で選択されたサブキャリアを使用して同期タイミングを推定するシンボル同期回路と
   を有することを特徴とする受信装置。
7. 請求項１記載の受信装置であって、
   前記複素データのフレーム間ギャップの信号レベルによってサブキャリアを選択する選択器と、
   前記選択器で選択されたサブキャリアを使用してキャリア検出を行うキャリア検出回路と、
   前記選択器で選択されたサブキャリアを使用して同期タイミングを推定するシンボル同期回路と
   を有することを特徴とする受信装置。
8. 高速フーリエ変換を使用するディジタルマルチキャリア伝送方法を用いた受信装置であって、
   受信データを高速フーリエ変換して複素データを出力する複素データ出力手段と、
   前記複素データを所定の期間遅延して遅延複素データを出力する遅延手段と、
   前記複素データと前記遅延複素データとを除算し、複素サブキャリア間の位相差を表す除算複素データを出力する複素除算手段と、
   直交座標上で各象限に存在する除算複素データ数を求め、前記求めた数の中から最大値を選択する測定手段と、
   前記最大値としきい値とを比較することにより所望データが受信されているかどうかを判定する判定手段と
   を有する受信装置。
9. 前記測定手段は、
   前記除算複素データをπ／４位相推移させる推移手段と、
   前記除算複素データの符号を判定する判定手段と、
   各象限に分布する前記除算複素データの信号点をカウントして、カウントされた値を出力するカウント手段と、
   前記複数のカウント手段から出力された、前記カウントされた値の中から最大値を検出する検出手段と
   を有する請求項８に記載の受信装置。
10. 前記測定手段は、
    前記除算複素データの同相成分及び直交成分の各符号を判定する判定手段と、
    前記判定手段より出力される各符号の数をカウントして、カウントされた値を出力する複数のカウント手段と、
    前記カウント手段から出力された前記カウントされた値の中から最大値を検出する検出手段と
    を有する請求項８に記載の受信装置。
11. 高速フーリエ変換を使用するディジタルマルチキャリア伝送方法によるデータを受信する方法であって、
    受信データを高速フーリエ変換して複素データを出力する手順と、
    前記複素データを所定の期間遅延して遅延複素データを出力する手順と、
    前記複素データと前記遅延複素データとを除算して複素サブキャリア間の位相差を表す除算複素データを出力する手順と、
    直交座標上で各象限に存在する除算複素データ数を求めて前記求めた数の中から最大値を選択する手順と、
    前記最大値としきい値とを比較することにより所望データが受信されているかどうかを判定する手順と
    を有する方法。
12. 前記算出手順は、
    前記除算複素データをπ／４位相推移させる手順と、
    前記除算複素データの符号を判定する手順と、
    各象限に分布する前記除算複素データの信号点をカウントして、カウントされた値を出力する手順と、
    前記カウントされた値の中から最大値を検出する手順と
    を有する請求項１１に記載の方法。
13. 前記測定手順は、
    前記除算複素データの同相成分及び直交成分の各符号を判定する手順と、
    前記符号判定器より出力される各符号の数をカウントして、カウントされた値を出力する手順と、
    前記カウントされた値の中から最大値を検出する手順と
    を有する請求項１１に記載の方法。
    

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