CN1177422C - 频分多路传输信号接收装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种接收装置，该装置具有推断从时域变换到频域的接收信号的传递函数并用对应推断的传递函数的解调方法解调上述接收信号的解调电路、基于在上述解调电路推断的传递函数判断由上述解调电路解调的解调信号的可靠性的可靠性判断电路、检测解调信号的频率轴上、时间轴上的一个或两个变量的变动检测电路，对解调信号实施解映射处理的同时根据可靠性判断电路的判断结果和变动检测电路的检测结果变更解映射处理的内容的解映射电路和基于实施了解映射处理的信号进行纠错的纠错电路。

Description

频分多路传输信号接收装置

技术领域

本发明涉及地波数字TV广播和通信领域的频分多路传输信号接收装置，特别是涉及通过根据多途径、衰落等传输状况纠错接收信号的频率或时间变量，提高接收性能的频分多路传输信号接收装置。

背景技术

近年大力进行了语音信号和图像信号的地波数字传输领域的技术开发。特别在欧洲和日本作为最佳数字传输(调制)方式，着眼于作为一种FDM方式的OFDM(Orthogona Frequency Division Multiplex：正交频分复用)方式。OFDM方式是对相互正交的多个载波(载波)分配数据并进行调制和解调，在发送侧进行逆FFT(Fast Fourier Transfer：付里叶变换)处理，在接收侧进行FFT处理。

各载波可以用任意调制方式进行调制，可以采用使用同步检波的QAM(Quadrature Amplitude Modulation：正交振幅调制)和使用延迟检波的传输等。同步检波中，将性质已知的导频符号周期地插入到发送信号，在接收侧求出所接收的导频符号和发送前的导频符号的误差，进行接收信号的振幅和相位均衡。延迟检波中，在接收符号间进行差动编码，不进行载波再生而解调接收信号。

但是，在数字传输中，从传输线路的信号恶化和、提高传输特性的观点，需要纠错解调信号。

在现有的接收装置中，使用最优化高斯噪声的维特比(日文：ビタビ)解码进行了纠错，但由于传输线的衰落时间变动大的情况和存在称为多径的反射波，噪声分布与高斯分布不同，从而不能充分发挥性能。

上述现有的接收装置中，在传输线路衰落的情况和存在反射波的情况下，存在不能很好地进行纠错的问题。

发明内容

根据本发明的接收装置，接收使用了多个载波的频分多路传输信号，该接收装置包括：推断从时域变换到频域之后的接收信号的传递函数并用对应推断的传递函数的解调方法解调上述接收信号的解调电路；连接于上述解调电路，基于在上述解调电路推断的传递函数，判断由上述解调电路解调的解调信号的可靠性的可靠性判断电路；连接于上述解调电路，检测上述解调信号的变量的变动检测电路；与上述解调电路、可靠性判断电路和变动检测电路连接，测定上述解调信号的接收符号和发送信号的代表符号之间的距离，根据上述可靠性判断电路的判断结果和变动检测电路的检测结果，变更其测定方法的距离测定电路；连接于上述距离测定电路，基于由上述距离测定电路测定的距离来进行纠错的纠错电路；上述变动检测电路根据上述传输信号的编码率来变更检测出的上述变量，并且，上述变动检测电路具有：平均值计算电路，连接着上述解调电路，从由上述解调电路推断的传递函数计算出1个符号期间内的传递函数的平均值；减法器，连接着上述解调电路和上述平均值计算电路，从由上述解调电路推断出的传递函数中减去上述平均值；绝对值计算电路，连接着上述减法器，计算上述减法器的输出的绝对值；存储并输出与上述传输信号的编码率对应的各种系数的表；和乘法器，连接着上述绝对值计算电路和上述表，并对上述绝对值计算电路的输出乘以由上表输出的系数。

附图说明

图1是表示本发明的一实施例的地波(ground wave)数字TV广播接收装置整体结构的框图。

图2是表示图1的接收装置的主要部分的电路结构的框图。

图3是表示发送信号的代表符号为4值时的星座的图。

图4是表示用图1的接收装置接收的OFDM信号受到多径干扰时的频率频谱的图。

图5是表示利用同步检波的均衡或利用延迟检波，将具有图4的频率频谱的OFDM信号返回到原来的平坦频谱的状态的图。

图6是表示受到多径干扰的OFDM信号(传递函数)的频率频谱的图。

图7是表示传递函数在时间轴上变动的图。

图8是表示图2电路中的解映射(demapping)电路的电路结构例的图。

图9是表示图2电路中的变动检测电路的电路结构例的图。

图10是表示图2电路中的解映射电路的其它电路结构例的图。

图11是表示本发明另一实施例的地波数字TV广播接收装置的主要部分的电路结构的框图。

图12是根据图11的接收装置的编码率，改变解调信号的频率或时间变量的图。

图13是表示图11电路中的变动检测电路的电路结构例的图。

具体实施方式

下面，参考附图详细说明本发明实施例。

图1表示将本发明的频分多路传输信号接收装置用于地波数字TV广播接收装置时的整体结构。

利用调谐器12对用天线11接收的OFDM信号进行通道选择，并变换为数字信号之后，发送给接收电路13。接收电路13对调谐器12的输出进行解调和纠错，并输出MPEG变换流(MPEG-TS)。将MPEG-TS发送给MPEG解码器14，进行延展处理和解码处理并变换为图像信号。将变换的图像信号发送给监视器15，显示图像。

图2示出图1的接收电路13的详细结构。该接收电路13整体集成在1个半导体芯片上，但根据情况可以分开集成在多个芯片上。

对利用上述调谐器12进行通道选择，变换为数字信号的信号用正交检波电路21进行准同步正交检波变换来变换为基带信号，发送给FFT(Fast FourierTransfer)电路22。FFT电路22将输入的时域信号变换为频域信号。在FFT电路22变换为频域的FFT输出表示OFDM信号的各载波的相位和振幅。上述FFT输出供给解调电路23。

解调电路23推断在FFT电路22得到的FFT输出的各载波的传递函数，用相应于该推断的传递函数的解调方法，例如同步检波或延迟检波等解调FFT输出并生成解调信号。

在同步检波的情况下，通过在发送侧在频率方向和时间方向周期地插入作为基准信号的导频信号(导频符号)，抽取该导频信号并与基准值进行比较，进行振幅、相位均衡。

在此，在分别用频率f和时间t的函数表示发送信号和接收信号，设发送信号为X(f，t)、接收信号为R(f，t)时，在X和R之间有以下关系：

R(f，t)＝H(f，t)·X(f，t)+N  ...(1)

上述式(1)中，H(f，t)称为传输线路的传递函数。N为叠加性干扰，其一例是热噪声(高斯噪声)。

导频信号的发送信号是已知的，设为X’(f，t)，设导频信号的接收信号为R’(f，t)，忽视热噪声N时，用下式表示传递函数H(f，t)。

H(f，t)＝R’(f，t)/X’(f，t)       ...(2)

即，推断传递函数相当于基于上述式(2)求出传递函数H(f，t)。

在延迟检波的情况下，通过用前后符号进行复数运算，不进行载波再生也可以检波，不像同步检波那样需要导频信号，也不需要均衡。

将进行同步检波并均衡的、或进行延迟检波的数据(解调信号)供给可靠性判断电路24、变动检测电路25和解映射电路26。

可靠性判断电路24从各载波的推断的传递函数计算出加权系数。即，如上所述，推断的传递函数H(f，t)的大小根据传输线路而变化，该传递函数H(f，t)越大，解调信号的可靠性越高，反之越小越低。从而，可靠性判断电路24计算出与传递函数H(f，t)的大小成正比的加权系数。将与该加权系数对应的信号供给解映射电路26。

变动检测电路25检测上述传递函数H(f，t)的频率或时间变动，数值化上述变动的程度。将该数值化的信号供给解映射电路26。

解映射电路26从解调电路23的解调信号计算出维特比解码时所需的BM(分支度量)(Branch Metric)，具体是从各代表符号测定IQ轴上的欧几里得距离。

在进行解调时，调谐器12对接收信号乘以正弦波分量，还对接收信号乘以余弦分量，从该相乘的结果求出各绝对值。还有，将乘以余弦波分量所得的绝对值信号称为I信号，乘以正弦波分量所得的绝对值信号称为Q信号。另外，将在IQ正交轴(IQ轴)上图示这些I信号和Q信号的图称为星座。

图3是表示发送信号的代表符号例如为4值时的星座。如IQ轴上的黑圈所示那样，从IQ轴上的第1象限到第4象限存在4值的代表符号。在将接收信号解调为成为白圈的位置时，测定该接收符号和4值的各代表符号之间的距离I1～I4。上述欧几里得距离相当于这些距离。即，在解映射电路26测定各接收符号和发送信号的4个代表符号之间的距离。

另外，解映射电路26在计算上述BM时，基于与来自可靠性判断电路24的加权系数对应的信号和与来自变动检测电路25的变动程度对应的信号，选择对解映射后的信号进行加权的、或不同的解映射方法。

解映射电路26的输出供给纠错电路27。纠错电路27对解映射电路26的输出进行纠错，并输出MPEG-TS。

下面，说明图2结构的电路工作。

图4表示接收的OFDM信号受到多径干扰时的频率频谱。另外，横轴表示频率，纵轴表示增益。

图4中，C是OFDM信号，N是噪声(高斯噪声)的频谱。受到多径干扰的OFDM信号以一定频率间隔产生下降(dip)(增益下降)。此时，解调电路23由同步检波的导频信号的均衡或延迟检波返回到图5所示的原来的平坦的频谱。此时，为了均衡降低的增益，使噪声分量增大。为此，将混合了大噪声和小噪声的解调信号发送给解映射电路26。通过不是对该信号原样解映射并纠错，而是通过进行传递函数(可靠性信号)的对应的加权，可以得到更高的纠错能力。在“1998年图像信号媒体学会年次大会3-1“考虑了地波特性的错误控制”原田、相泽、佐藤、杉本”报告了像这样进行的传递函数的对应的加权。

但是，即使产生多径，也可以在D/U(所要信号/非所要信号)＝0dB附近的较强状况的情况下和产生衰落(fading)的情况下，进一步提高特性。

解调处理中，不仅有将最接近接收符号的代表符号当作解码的硬判断解码(hard decision)，还有使用与代表符号之间的距离等的分阶段地测定接收点的软判断解码(soft decision)的方法。在该软判断方法中在代表符号例如为2值时，从接收符号与各代表符号0、1之间的距离关系，将接收符号例如软判断为0.8等。另外，在相应的接收信号的可靠性低时，有进行纠正而纠正作用不大的称为消失纠正(erasure correct)的方法。在消失纠正中与其原样纠正可靠性低的信息，不如通过降低该信息的可靠性来进行纠正，可以提高整体纠正能力。另外，在“今井著“代码理论”1990年，cotona社发行”记载了纠错。

可靠性判断电路24从各载波的推断出的传递特性计算出加权系数(weighting coefficient)。解映射电路26利用上述方法，通过解调结果选择性地进行加权，可以将纠错电路27的纠正能力提高到最高限而提高特性。而且，解映射电路26不仅基于可靠性判断电路24所得的可靠性的信号，还使用基于变动检测电路25检测的解调信号的频率或时间变量的信号，进行解映射。

下面，具体说明变动检测电路25的变动检测方法。

图6表示受到多径干扰的OFDM信号(传递函数)的频率频谱。另外，此时横轴表示频率，纵轴表示增益。

变动检测电路25为了求出传递函数的变动，接受解调电路23推断的传递函数或与其类似的信号，求出与该信号的平均值的差分的绝对值的总计。此时，也可以不求绝对值的总和，而是求自乘和。图6中在频率轴积分箭头所示的各差分，计算出OFDM信号的1符号内的变量。

求总计的范围在OFDM信号的1符号期间内，图6表示只检测在频率轴上变动的情况。现设OFDM信号的1符号期间内的平均值为H_ave、时间为t、频率f的传递函数为H(f，t)，取样数为N时，变量var如下所示。

$\mathrm{var}=\frac{1}{N}\·\underset{f}{\mathrm{\Σ}}|H(f,t)-H_{\mathrm{ave}}|...\left(3\right)$

变动检测电路25基于从上述式(3)得到的变量var而生成用于加权的系数信号，并供给解映射电路26。解映射电路26基于该系数信号，选择对解映射后的解调信号进行加权或不同的解映射方法。上述加权简单是var变量为0时没加权系数为1，随着变量var变大，对解调信号(欧几里得距离)乘以大的系数。

变动检测电路25的加权系数的生成可以采用存储各种变量var的加权系数表的ROM的方法，或可以采用运算方法，或可以采用组合两者的方法。

另外，如图7所示，传递函数在时间轴上变动时，要与该变量一起检测时，与前一频率轴上的情况同样，在时间轴上求出与信号的平均值的差分的绝对值的总计。加上频率轴上和时间轴上的变动的变量var如下所示。

$\mathrm{var}=\frac{1}{N}\·\underset{f}{\mathrm{\Σ}}\underset{t}{\mathrm{\Σ}}|H(f,t)-H_{\mathrm{ave}}|...\left(4\right)$

当然，也可以只检测在频率轴上、时间轴上的某一个变量。在此，将用取样数N标准化的值称为变量。

图8表示在图2中基于上述可靠性判断电路24和变动检测电路25生成的用于加权的系数信号，对解映射后的解调信号进行加权时的上述解映射电路26的电路结构的一例。解映射电路26由从I信号和Q信号计算出BM的BM计算电路31、对在该BM计算电路31计算出的BM乘以在可靠性判断电路24生成的用于加权的系数信号的乘法器32和对该乘法器32的输出乘以在变动检测电路25生成的用于加权的系数信号的乘法器33构成。

图9表示图2中的变动检测电路25的电路结构的一例。变动检测电路25由从传递函数H(f，t)计算出I符号期间内的平均值H_ave的平均值计算电路41、从传递函数H(f，t)减去该平均值H_ave的减法器42和计算出减法器42的输出绝对值的绝对值计算电路(ABS)43构成。

图10表示在图2中基于可靠性判断电路24和变动检测电路25生成的用于加权的系数信号，选择不同的解映射方法时的解映射电路26的电路结构的一例。解映射电路26由从I信号和Q信号计算出BM的BM计算电路31、具有与用BM计算电路31计算出的某个BM对应的多个不同的输出值并从该不同的输出值中基于在可靠性判断电路24生成的用于加权的系数信号选择某一个并输出的表34、和具有对应该表34的输出的多个不同输出值并从该不同的输出值中基于在变动检测电路25生成的用于加权的系数信号选择某一个并输出的表35构成。即，图10所示的解映射电路26中，基于在可靠性判断电路24和变动检测电路25生成的用于加权的系数信号，选择不同的解映射方法。

根据上述实施例的地波TV广播接收装置，不仅基于在可靠性判断电路24所得的可靠性的信号，还使用基于在变动检测电路25检测的解调信号频率或时间变动的信号而生成加权系数信号，解映射电路26对解调信号选择进行与这些加权系数信号对应的加权，或不同的解映射方法，所以可以提高纠错电路27的纠错能力。

图11表示本发明的另一实施例的图1中的接收电路13的详细结构。该接收电路13整体集成在1个半导体芯片上，但根据情况可以分开集成在多个芯片上。另外，对于与图2对应的部分附上相同标号不作其说明。

该实施例的接收电路除了解调信号的频率或时间变动之外，编码率、调制方式也不同，对解映射电路26的输出进行加权。

一般说来，在编码率不同时，由于因破坏(丢弃编码比特的一部分)而代码的自由距离不同，所以抗干扰性能也不同。此时，多径、衰落干扰下的加权系数的最佳值也不同。

因此，该实施例中，变动检测电路25’除了检测解调信号的频率或时间变动之外，还检测编码率、调制方式的不同，求出加权系数。基于编码率、调制方式不同的信息从前一FFT电路22输出，将这些信息供给变动检测电路25’。

例如，对于编码率，r＝1/2抗干扰最强，多径、衰落的变动的影响最少。此时，如图12所示，与解调信号的频率或时间变量无关，将加权系数固定在1倍。与此不同，在如r＝7/8抗干扰差的编码率的情况下，解调信号的频率或时间变量为0时，设加权系数为1倍，在解调信号的频率或时间变量为2时，设加权系数为4倍，根据编码率改变乘以频率或时间变量的系数。

这样，可以进一步提高纠错电路27的纠错能力。

另外，也可以只对应编码率、或调制方式等个别方式。

图13表示基于编码率，改变乘以解调信号的频率或时间变量的系数时的、图11中的变动检测电路25’的电路结构的一例。该变动检测电路25’与前一图9所示的不同点是新追加了输出对应编码率r的各种系数的表44和对绝对值计算电路41的输出乘以从上述表44输出的系数的乘法器45。

上述实施例中，通过代替输出对应编码率r的各种系数的表44，设置输出对应调制方式的各种系数的表，可以根据调制方式改变乘以频率或时间变量的系数。

另外，上述实施例说明了将本发明用于地波数字TV广播接收装置的场合，但可以通过代替从天线输入信号而从电缆输入信号，可以用于数字方式的电缆TV广播接收装置，而且还可以用于其它数字通信装置。

另外，本发明不限于OFDM接收装置，只要是接收频分多路信号的FDM接收装置，就可以容易实施。

可在本发明范围内容易进行更多的利用和修正。因此，所述的实施例不是限定本发明范围，而是可以在本发明的范围内可以进行各种变更。

Claims (10)

1.一种接收使用了多个载波的频分多路传输信号的接收装置，包括：

解调电路，推断从时域变换到频域之后的接收信号的传递函数，用对应于推断的传递函数的解调方法解调上述接收信号；

可靠性判断电路，连接于上述解调电路，基于由上述解调电路推断出的传递函数，判断由上述解调电路解调的解调信号的可靠性；

变动检测电路，连接于上述解调电路，检测上述解调信号的变动量；

距离测定电路，与上述解调电路、可靠性判断电路和变动检测电路连接，测定上述解调信号的接收符号和发送信号的代表符号之间的距离，根据上述可靠性判断电路的判断结果和变动检测电路的检测结果来变更其测定方法；和

纠错电路，连接于上述距离测定电路，基于由上述距离测定电路测定的距离来进行纠错；

其特征在于：

上述变动检测电路根据上述传输信号的编码率来变更检测出的上述变量，并且，上述变动检测电路具有：

平均值计算电路，连接着上述解调电路，从由上述解调电路推断的传递函数计算出1个符号期间内的传递函数的平均值；

减法器，连接着上述解调电路和上述平均值计算电路，从由上述解调电路推断出的传递函数中减去上述平均值；

绝对值计算电路，连接着上述减法器，计算上述减法器的输出的绝对值；

存储并输出与上述传输信号的编码率对应的各种系数的表；和

乘法器，连接着上述绝对值计算电路和上述表，并对上述绝时值计算电路的输出乘以由上述表输出的系数。

2.如权利要求1所述的接收装置，其特征在于：

上述变动检测电路检测上述解调信号的频率轴上的变量。

3.如权利要求1所述的接收装置，其特征在于：

上述变动检测电路检测上述解调信号的时间轴上的变量。

4.如权利要求1所述的接收装置，其特征在于：

上述变动检测电路检测上述解调信号的频率轴上的变量和时间轴上的变量。

5.如权利要求1所述的接收装置，其特征在于：

上述调制电路、可靠性判断电路、变动检测电路、距离测定电路和纠错电路集成在一个半导体芯片上。

6.如权利要求1所述的接收装置，其特征在于，上述距离测定电路具有：

BM计算电路，连接于上述解调电路，根据由上述解调电路解调的解调信号计算出BM即分支度量；

第1乘法器，连接着上述BM计算电路和上述可靠性判断电路，对由上述BM计算电路计算出的BM乘以由上述可靠性判断电路生成的用于加权的系数信号；和

第2乘法器，连接着上述第1乘法器和上述变动检测电路，对上述第1乘法器的输出乘以由上述变动检测电路生成的用于加权的系数信号。

7.如权利要求1所述的接收装置，其特征在于上述变动检测电路具有：

平均值计算电路，连接着上述解调电路，从由上述解调电路推断的传递函数计算出1个符号期间内的传递函数的平均值；

减法器，连接着上述解调电路和上述平均值计算电路，从由上述解调电路推断出的传递函数减去上述平均值；和

绝对值计算电路，连接着上述减法器，计算出上述减法器的输出的绝对值。

8.如权利要求2所述的接收装置，其特征在于：

上述变动检测电路中，根据上述传输信号的调制方式变更检测出的上述变量。

9.如权利要求3所述的接收装置，其特征在于：

上述变动检测电路中，根据上述传输信号的调制方式变更检测出的上述变量。

10.如权利要求4所述的接收装置，其特征在于：

上述变动检测电路中，根据上述传输信号的调制方式变更检测出的上述变量。

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