JP2000500958A

JP2000500958A - Ｉｉｒフィルタから確定的シーケンスを発生する方法及び装置

Info

Publication number: JP2000500958A
Application number: JP10514435A
Authority: JP
Inventors: サミルエヌヒュリャルカル
Original assignee: フィリップスエレクトロニクスネムローゼフェンノートシャップ
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 2000-01-25
Also published as: EP0861522A2; US5878086A; WO1998012810A2; WO1998012810A3

Abstract

(57)【要約】受信機のＦＩＲフィルタに対して相補的な特性を有している送信機におけるトムリンソン−ハラシマ送信−プレコーダの如きＩＩＲフィルタによって妨害を除去する改良形の妨害除去方法及び装置であって、その改善は、送信側のフィルタと受信側のフィルタを同じ状態にプリセット可能にして、その後受信するものを確立的なものとし得るようにして行なう。この方法及び装置は特に、繰り返し可能な確定的トレーニングシーケンスを使用することにより時間で変化する妨害を補正するのに特に有効である。

Description

【発明の詳細な説明】ＩＩＲフィルタから確定的シーケンスを発生する方法及び装置発明の背景１．発明の分野本発明はディジタル信号の伝送及び処理、特に、トレーニング（学習）パターンの如き確定的シーケンスの使用により妨害をなくす方法及び装置に関するものである。本発明は特に高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）伝送用の同一チャネル及び多重通路干渉をなくすのに適用することができる。２．関連する従来技術の説明米国特許第５，４５２，０１５号の“ディジタルＴＶ伝送用の同一チャネルＮＴＳＣ干渉を除去する方法及び装置”では、同一チャネルのＮＴＳＣ干渉の影響をなくすためにＨＤＴＶ送信機におけるプレコーティング法について開示している。送信機のプレコーティングと、受信機でのフィルタリングとに基づく等化技法については、「“New Automatic Equalizer Employing Medulo Arithmetic”, Electronic Letters，第１３８〜１３９頁、１９７１年３月」及び「“Matched- Transmission IEEE Transactions on Communications，第７７４〜７８０頁、１９７２年８月」に発表されている。この方法を以後トムリンソン−ハラシマ(Tom linson-Harashima)法と称する。同一チャネル干渉は、周波数スペクトル間にランダムに広がるものとして特徴づけられる“ホワイトノイズ”と比べると、特定の周波数に位置づけられると予期することができる。同一チャネル干渉の影響を最小とするために、前記米国特許第５，４５２，０１５号に記載されている受信機のフィルタは、選択周波数での受信信号を減衰するように設計されている。しかし、そうすると、受信機のフィルタは、こうした選択周波数における所望信号をも減衰し、そこに導入されている信号を劣化することになる。 Tomlinson-Harashimaの送信機−プレコーティングと受信機−フィルタリング法は、所望信号を減衰することなく、所望信号に加えられたりする妨害を減衰させることができるように開発されている。概念的に、このようなことは、受信機のフィルタが減衰する周波数の信号を送信機にて強化しておき、受信機でのフィルタによる減衰によって本来の強化されていない信号を発生させるようにすることにより達成することができる。しかしながら、不都合なことに、受信機とは逆のことを送信機に直接適用することは実際にはできない。ＨＤＴＶの同一チャネル干渉の場合には、例えばこの同一チャネル干渉の周波数における伝送信号を強調することは、この同一チャネルに追加の妨害をまねくことになる。各ＴＶチャネルは実際上、他のＴＶチャネルに対してそれらの妨害を増やすことになり、斯様な妨害を除去しようとすることとは逆に、妨害を生ずることになる。 Tomlinson-Harashima法は、信号をモジュロＭ非線形プレコーティングすることにより選択周波数に左程目立つ妨害を加えることなく、これらの選択周波数にて所望信号を有効に強調する。この非線形プレコーティングは妨害を帯域幅全体に渡って広げ、これは受信機にランダムなホワイトノイズとして現われるも、同一チャネルでの総受信品質には殆ど影響が及ばない。前記米国特許第５，４５２，０１５号に記載されているように、Tomlinson-Ha rashima法を用いる送信側のプレコーダは、図１に示すように、出力が受信機のフィルタの諸特性とは逆となるフィルタを経て帰還されるモジュロＭ低減器を具えている。特性的にみて、送信側のプレコーダは非線形無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタと称することができ、このフィルタの帰還特性は受信機における有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタのフィードフォーワード特性とは逆である。「“VSB Transmission System:Technical Details”１９９４年２月１８日」には、周期的なトレーニングシーケンスをＨＤＴＶ伝送に利用して、等化処理や、チルト及びゴーストの如き、伝送チャネルのひずみの影響を最小とし得ることが提案されている。プレコーダ−フィルタ法に関連するトレーニングシーケンスの動作については同時係属出願の第８／５５０，１２８号に記載されている。トレーニングシーケンスはデータ信号と同じようにプレコーティングされ、また受信機にてデータ信号と同じようにフィルタリングされる。トレーニングシーケンスはわかっているから、受信したトレーニングシーケンスと真のトレーニングシーケンスとの差が、受信側のフィルタによって除去されなかった妨害を示すことになる。建物からの伝送信号の反射によって生ずる多重通路受信の如き環境ファクタは周波数に依存するひずみを発生する。真のトレーニングシーケンスと受信したトレーニングシーケンスとの間の観測した差は、特定の受信機のフィルタ特性を調整して、斯様な環境依存妨害を低減するのに用いられる。同様な環境的及び位置に応じた妨害はデータ伝送のケーブル又は他のものにも存在し、こうしたものにも斯かるトレーニングシーケンス法は有効である。しかし、トレーニングシーケンスをプレコーティング−フィルタリング法と組合わせるのは困難である。理想的には、受信したトレーニングシーケンスを、或る予め規定した真のトレーニングシーケンスと直接比較できるようにすべきである。こうすれば、伝送したものと、受信したものとの実際の差を公平に求めることができる。送信機におけるプレコーダはＩＩＲフィルタであり、これは無限メモリを有するものとして特徴づけられるから、同じトレーニングシーケンスを常に用いても、プレコーダした伝送シーケンスは各伝送毎に異なることになる。実際に伝送する信号は、この時点に送るべき信号と、前の時点に送信機によってかって送った各信号とを合成したものである。伝送信号、従って受信信号は斯かる無限メモリのために非確定的なものであると云える。通信システムは際限のない先の伝送を知ることなく元のプレコードされていないデータを定期的に確定する。この確定はプレコーティングが非線形に行われることからして複雑になるが、伝送情報が元の情報と正確に同じものとならないと云うことは、誤りを補正するのに他の技法が存在することからして、通信の成り行きによるものではない。しかし、受信機をトレーニングする場合のトレーニング法は、受信したトレーニングシーケンスと伝送したトレーニングシーケンスとの差を近似させることしかできない。その理由は、実際に伝送されるデータは受信機ではわからないからである。この近似法は、あまり厳しくなく、しかも時間的に不変のひずみを最小とするのには有効であるが、確定的パターンがないと云うことは、かなりのひずみ又は時間的に速く変化する現象によって特徴づけられるひずみを補正することはできない。即ち、或るトレーニングシーケンスから次のトレーニングシーケンスの違いを直接比較することができない。その理由は、伝送シーケンスがＩＩＲフィルタによって常に違ったものにされ、しかも非線形フィルタリングによる影響と妨害による影響とを区別することができないからである。発明の概要本発明は本来ＩＩＲフィルタから確定的なシーケンスを発生させ、これにより特に、ＩＩＲフィルタが非線形素子を含む場合に、受信機での信号処理能力を向上させる方法にある。本発明は特にＨＤＴＶ伝送方式に用いるようにするので、トレーニング信号を送るべき場合に送信機のプレコーダ及び受信機のフィルタをプリセットして、受信機が確定的な受信トレーニングシーケンスを利用して等化を行なえるようにする方法について記述する。斯かるプリセットはプレコーダにおけるＩＩＲへの帰還路に用いられる信号を切り換えて、ＩＩＲメモリを或る既知の状態にすることによって達成される。概念的に、プリセットはＩＩＲの無限メモリフィルタをＦＩＲの有限メモリフィルタに変換し、そしてこの有限メモリをプリセットしてから、これをＩＩＲの無限メモリフィルタへと元に戻すことによって達成される。これと同時に同じプリセットパターンをプレコーティングしないで受信機へ送って、受信機のフィルタを送信機のフィルタと同じとなるようにプリセットすることができる。受信機ではこのプリセット期間の直後に受信される情報が実際上ＦＩＲフィルタメモリと同一の既知のメモリを有するＩＩＲフィルタからのものとなる。従って、その後のシーケンスは元のプレコードしてない伝送シーケンスを知ることによって確定なのとすることができる。ＨＤＴＶディジタル伝送に適用されるように、このようにして実際に伝送されるトレーニングシーケンスを前もって知るようにして、伝送シーケンスと受信シーケンスとの差を直接測定することができる。また、ＨＤＴＶディジタル伝送に適用されるように、ＩＩＲフィルタは各サイクルにて同じようにプリセットされるから、時間的に変化するパーホーマンスの測定及びエンハンスメント処理を行うことができる。図面の簡単な説明図１はTomlinson-Harashimaプレコーティング法を用いる送信側のプレコーダと受信側のフィルタとの回路のブロック図である。図２はプレコーダを有するＨＤＴＶ送信機のブロック図である。図３はフィルタを有するＨＤＴＶ受信機のブロック図である。図４は本発明により変更したプレコーダのブロック図である。図５は本発明による対応する受信機−フィルタのブロック図である。本発明の好適実施例についての詳細な説明図１はTomlinson-Harashimaのプレコーティング法を用いる送信機のプレコーダと受信機のフィルタとによる送−受信対を示す。送信機のプレコーダ１００及び受信機のフィルタ１１０は相補態様で作動するため、理想的にはプレコーティング及びフィルタリング後のデータ出力１３０はデータ入力１２０と同じとなる。しかし、伝送媒体１０５によって導入されるノイズ１４０を所要に応じ受信機のフィルタによりろ波する。受信機の除去フィルタ１１３は〔１，ｇ１，ｇ２，・・・ｇＮ〕のタップを有するＦＩＲフィルタである。この受信機のフィルタの第１タップを１とすることにより、〔ｇ１，ｇ２，・・・ｇＮ〕のタップを有する送信機のプレコーダのフィルタ１０３のタップを逆にする。送信機では、データ入力１２０を加算器１０１にてプレコーダのフィルタ１０３の出力と合成する。送信機のフィルタは、受信機のフィルタによるその後の減衰のために入力を強調すべく設計するために、加算器１０１からの出力１２１は大きくなる。ＭｏｄＭ低減ブロック１０２は出力１２１をクリップして、拘束信号１２２を形成する。この信号１２２は伝送媒体１０５を経て受信機へと伝送される。この伝送媒体は受信機の位置にて対応する受信信号１２３を受信するのに用いられる機器と環境とによって構成される。伝送処理中にノイズ１４０（例えば、同一チャネル干渉）が伝送信号１２２に加えられたりするために、受信信号１２３は伝送信号１２２と一致しなくなる。受信機における受信フィルタ１１０は除去フィルタ１１３とＭｏｄＭ低減素子１１２とで構成される。この受信フィルタは受信信号１２３のノイズ成分を低減させて、理想的にはデータ入力１２０と同一のデータ出力１３０を発生させるようにする。除去フィルタ１１３のタップは斯様なノイズを低減させるのに必要なタップである。ＭｏｄＭ低減素子１１２はＭｏｄＭ低減素子１０２とは逆の作用をし、これらの各素子は同じ特性を有している。このようなTomlinson-Harashim aのプレコーダ−フィルタ装置の設計は当業者に周知である。図２はプレコーダ１００を用いるＨＤＴＶ送信機のブロック図を示す。伝送すべきデータ２００はＭＰＥＧの如きディジタルフォーマットのものとする。前記 “VSB Transmission System:Technical Details”によれば、到来するデータをランダム化し、符号化し、且つインターリーブして、極めて強固な誤り補正可能なデータ信号２２５にする。このデータ信号は受信機をこのデータ信号の伝送ストリームに同期させる信号２６０及び２７０によりフレーム化される。トレーニングシーケンスはフィールド同期パターン２７０に含めるべく指定する。マルチプレクサ２３０は上述したように、プレコードされた出力１２２を発生するプレコーダ１００用の出力１２０を発生する。このプレコードされた信号１２２をブロック２４０にて変調して、受信機へ伝搬し得る信号２５０を発生させる。図３はフィルタ１１０を用いるＨＤＴＶ受信機のブロック図を示す。受信信号３５０は復調器３４０によって復調されて、復調信号１２３を発生する。この復調信号は送信機のマルチプレクサ２３０によってデータ信号に加えた同期信号２６０及び２７０を用いてブロック３３０での同期化及びタイミングをとるのにも用いられる。復調信号１２３は上述したようにデータ出力１３０を発生すべくフィルタ１００によって処理される。このデータ出力は等化器３２５によってさらにろ波され、その後デ−インタリーブされ、復号化され、且つデ−ランダム化されて、理想的には図２のデータ入力２００と同一のデータ出力３００を発生する。図４は本発明により変更したプレコーダを示す。データ入力１２０は送信機及び受信機の双方におけるフィルタメモリをプリセットするのに用いるパターンを含むようにする。これを明瞭化のために、データ信号４２０及びプリセットパターン４７０として概念的に示してあり、この選択をマルチプレクサ４３０により制御してデータ入力１２０を発生させる。この多重化はシステムレベルにて組込むことができ、例えばＨＤＴＶ用の好適実施例ではプリセットパターンをフィールド同期パターン２７０に包含させるべく特定化し、多重化が図２に示すように、システム全体の動作の一部としてマルチプレクサ２３０にて行われるようにする。図４の変更した送信プレコーダ４００は、図１のプレコーダ１００と比較するに、追加のマルチプレクサ４１０を具えている。このマルチプレクサはＭｏｄＭ低減素子１０２の出力端子からフィルタ１０３への帰還路を断って、その代わりに信号１２０を供給するように作動する。即ち、プリセット期間中にはプリセット信号４２５を表明させる。このプリセット信号はマルチプレクサ４１０の動作を制御して、プリセット信号が表明される場合に入力信号１２０が出力端子１２２に直接供給され、プリセット信号が表明されない場合には、ＭｏｄＭ低減素子１０２の出力４２２がデータ出力端子１２２に供給されて、プレコーダ４００が図１のプレコーダ１００と同じように作動するようにする。マルチプレクサ４１０のデータ出力１２２はＮ個のタップを有するフィルタ１０３の入力端子４２３にも供給される。プリセット信号がＮ個の連続する時間周期の間表明される場合には、このＮ−タップフィルタがこれらＮ回の周期にて、プリセットパターンに包含されている値にプリセットされる。プリセット信号が表明されない場合には、送信プレコーダ４００は既知のメモリ状態を有するＩＩＲフィルタとして作動する。このようにして得られるデータ出力は最終プリセット動作の時点から確定的なものとなる。プリセット信号の表明はシステムのアーキテクチャによって決定する。一般に、プリセット信号は通常、伝送プロトコルの仕様によって制定されている同期化法と関連して周期的に発生させる。しかし、本発明によれば、確定的なパターンの発生を望む場合には常にプリセット信号を表明させることができる。例えば、受信系はチャネルを変える場合に、このような再初期化を直接要求することができ、またシステムのモニタ装置は監察した幾つかの性能ファクタに基づいてプリセット値を初期化することができる。ＨＤＴＶ用の模範的な例では、フィールド同期パターンの各発生と共にプリセット信号を周期的に表明させる。ＨＤＴＶ用のプレコーダのフィルタ１０３は５１個のタップを有している。フィールド同期パターン２７０は、その冒頭にフィルタ１０３をプリセットするための５１個のシンボルを含むべく特定化する。これら５１個のシンボルには５１１個のシンボルから成るトレーニングシーケンスを後続させる。このトレーニングシーケンス用に用いるシンボルを規定し、これを受信機に先験的に知らせておく。前記“VSB Transmission System:Technical Details”によれば、この同期パターンを24.2ミリ秒毎に周期的にデータストリームに多重化させる。従って、受信機は送信機と同じ状態にプリセットされ、ろ波した出力を予め規定したトレーニングシーケンスと比較することにより、ノイズ及び他の妨害が直接導入されたことによる違いを確認することができる。５１シンボルのプリセットパターン及び５１１シンボルのトレーニングパターンを24 .2ミリ秒毎に正確に繰り返すから、これら24.2ミリ秒毎の間隔で受信される信号を比較することによって経時的に変化する影響を測定することができる。図５は送信機からの斯かる確定的な出力を利用すべく変更した受信機のブロック図である。ここでは図３に示した変更前の受信機のうちの変更によりブロック１１３及び３２５に影響を及ぼすものを示してある。なお、本発明により設計されるような送信機は変更してない受信機と両立させることができても、本発明によるいずれの有利性も未変更の受信機では実現することができない。さらに、ＩＩＲフィルタからの周期的に繰り返す確定的なパターンを図５に示した以外の方法でも処理して得ることは当業者に明らかであることも留意すべきである。フィルタ１１３の出力１２４はトレーニング手段の素子５５０へ入力される。このトレーニング手段の素子５５０には既知のトレーニングシーケンス素子５６０の出力５６１も入力させる。トレーニングをいつ行なうかを制御するにはタイミング入力信号５２５を用いる。本発明では確定的なトレーニングシーケンスを伝送するため、既知のトレーニングシーケンス素子は受信されるトレーニングシーケンスとは無関係に比較する或る決められたパターンを発生することができる。この既知のトレーニングシーケンス素子は、このシーケンスをプレコードされるメモリから発生させるか、又はこのシーケンスを送信機にて用いられるのと同じ方法を用いて発生することができる。トレーニング手段の素子５５０はタイミング信号５２５により制御されて、入力１２４と５６１とを比較して、補正信号５２３及び５２２を発生し、除去フィルタ１１３か、等化器３２５又はこれら双方をダイナミックに変更させる。トレーニング手段は当業者に周知であり、図５の受信機は本発明に用立てるように、ＩＩＲフィルタからの確定的なシーケンスを処理するだけに制約されるものではない。例えば、トレーニング手段の素子５５０はメモリ付きのマイクロコンピュータとすることができ、様々な信号処理及び統計的技法を用いて、経時的に変化するデータ及び統計を通信系の他の素子又は他の診断システムへ供給することができる。本発明の特定なアプリケーションをＨＤＴＶ信号の受信及び処理を改善する手段として提示したが、ＩＩＲフィルタの如き無限メモリ付きのフィルタから確定的なシーケンスを周期的に発生させることにより、このようなフィルタを用いる場合に常に信号処理を改善することができる。本発明は線形及び非線形、アナログ又はディジタルのいずれのＩＩＲフィルタにも適用することができ、しかもTo mlinson-Harashimaの送−受信対での使用に限定されるものではない。

Claims

【特許請求の範囲】１．帰還素子と合成素子とから成る無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタから、該フィルタへの現行入力と前記帰還素子の出力との関係である確定的な出力を発生する方法が：ｉ）或るコマンド信号を検出する工程と； ii）前記帰還素子の出力を或る既知の状態にするのに十分な長さを有する或る既知の信号シーケンスを前記帰還素子に向ける工程と； iii）次のコマンド信号が受信されるまで前記ＩＩＲフィルタの出力を前記帰還素子へ向ける工程と； iv）前記ii）の工程から繰り返して、直前のコマンド信号の発生後に前記既知のシーケンスと前記ＩＩＲフィルタへの入力とによって前記ＩＩＲフィルタからの出力を確定し得るようにする工程と；を具えていることを特徴とするＩＩＲフィルタから確定的シーケンスを発生する方法。２．前記帰還素子を個別のタップを有するものとして特徴づけ、且つ前記既知のシーケンスの長さを前記帰還素子におけるタップの数に等しくすることを特徴とする請求の範囲１に記載のＩＩＲフィルタから確定的出力を発生する方法。３．入力端子及び出力端子と、Ｎ個の係数を有する帰還素子とを有し、前記出力端子に或る確定的なパターンを発生し得るＩＩＲフィルタによって形成された受信信号を処理する方法が：ｉ）前記ＩＩＲフィルタから前記確定的パターンの開始を識別する工程と； ii）前記受信信号を、前記ＩＩＲフィルタへの入力の既知のパターンと前記帰還素子のＮ個の係数とにのみ依存する或る既知のパターンと比較する工程と； iii）前記比較結果に応じてその後の信号処理を変更する工程と；を具えていることを特徴とする受信信号処理方法。４．iv）先の確定的パターンの発生（に関連しての比較の）結果に応じてその後の信号処理を変更して、受信信号と既知のパターンとの間の経時的に変化する偏差及び時間的に不変の偏差の双方に従って信号処理を変えられるようにし、前記比較結果に応じて受信信号のその後の処理を調整する工程を具えていることを特徴とする請求の範囲３に記載の方法。５．データ入力信号を受信し、データ出力信号を出力する信号処理装置であって、入力端子及び出力端子を有する帰還素子と；合成素子と；第１入力端子、第２入力端子、出力端子及び制御信号受信端子を有している選択素子と；を具えており、前記合成素子が前記データ入力信号と前記帰還素子の出力とを合成して、随意さらに変更され、且つ前記選択素子の第１入力端子への入力を成す出力を発生し；前記データ入力信号が前記選択素子の第２入力端子への入力を成し；前記選択素子の出力端子が前記制御信号に応じて前記選択素子の第１入力端子か、第２入力端子のいずれかに接続され；且つ前記選択素子の出力が前記帰還素子への入力を成して、前記制御信号に応じて前記データ入力信号か、該データ入力と前記帰還素子の出力とを合成したものを前記帰還素子への入力として選択するようにしたことを特徴とする信号処理装置。６．前記合成素子と前記選択素子との間に非線形の信号処理素子を結合させたことを特徴とする請求の範囲５に記載の装置。７．前記帰還素子をＮ−タップフィルタとしたことを特徴とする請求の範囲５に記載の装置。８．請求の範囲１に記載の方法によって確定的出力を発生する送信機。９．送信機が受信機におけるＦＩＲフィルタの逆の特性を有するＩＩＲフィルタを含み、且つ送信機がＩＩＲフィルタの出力に応じて、受信機への入力端子に伝送される伝送シーケンスを発生する送−受信機対であって：前記ＩＩＲフィルタから或る確定的な出力を発生する手段と；前記確定的なＩＩＲフィルタの出力によって発生される前記受信機への入力を処理する処理手段と；前記受信機の動作を変更する手段と；を具えており、前記処理手段が前記伝送シーケンスの確定的特徴を信頼して前記受信機の動作を変更するようにしたことを特徴とする送−受信機対。