JP2002501688A - デジタル復調のための搬送波回復において高調波干渉を回避するためのシステムおよび方法 - Google Patents

デジタル復調のための搬送波回復において高調波干渉を回避するためのシステムおよび方法

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JP2002501688A JP53573298A JP53573298A JP2002501688A JP 2002501688 A JP2002501688 A JP 2002501688A JP 53573298 A JP53573298 A JP 53573298A JP 53573298 A JP53573298 A JP 53573298A JP 2002501688 A JP2002501688 A JP 2002501688A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、搬送波をロックし、トラッキングするための改良された復調器に関する。復調回路において、高調波周波数がしばしば発生する。これが起これば、特に高調波周波数が逓降変換された搬送波周波数に近い場合に、高調波周波数が復調器のロックおよびトラッキング機能に干渉し得る。その出力周波数が搬送波の逓降変換に用いられる周波数シンセサイザーに、オフセットを与えるシステムおよび方法が開示される。オフセットは、逓降変換された搬送波の周波数を変化して、これを、干渉を引き起こす高調波から遠ざけるようにシフトする。これにより、復調器は、従来では不可能であった搬送波をロックおよびトラッキングすることが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】 デジタル復調のための搬送波回復において高調波干渉を回避するための システムおよび方法 発明の背景 1.技術分野 本明細書に記載する発明は、広義にはデジタル信号の復調に関する。より具体 的には、本明細書に記載する発明は、復調器に常在する高調波に対応するための 逓降変換周波数の制御に関する。 2.関連技術 復調は、非常に高い周波数を利用可能にするために汎用されている処理である 。デジタル復調における搬送波回復技術の一つは、回復ループ内にVCO(電圧 制御発振器)を置くことに基づいている。VCOは二つの機能を行う。第1に、 「周波数掃引」と呼ばれる手順において搬送波周波数を探索し、第2に、いった ん回復ループがロックした後で搬送波をトラッキングする。VCOがトラッキン グする周波数オフセットは最高+/−5MHzであり得るので、これは重要であ る。この周波数ドリフトは、主に低雑音増幅器ドリフト(LNA)によるもので ある。 実際のシステムにおいては高調波の問題が生じる。高調波とは一般的に、搬送 波回復ループに干渉し得る追加スペクトル成分である。特に、主たる問題はVC O近傍で発振器高調波が存在する可能性である。もし高調波が搬送波回復ループ のキャプチャ/トラッキング範囲内に入るのであれば、(結合によって)VCO が妨害されてロックに失敗するか、またはいったん獲得したロックの解除に失敗 する可能性がある。計測では、この干渉が1dBから5dBの損失を引き起こし 得ることが分かる。具体的には、この干渉は、特に雑音のあるチャネルで処理を しているときに、(IF搬送波が高調波域を越える場合に)獲得を不可能にした り、あるいは(トラッキングによってVCO周波数が高調波帯域を越えてポーリ ングする場合に)復調器またはFECデコーダを非同期化する程高くなり得る。 この問題は、スーパーヘテロダイン処理を含まない搬送波回復ループでも発生 する。標準的VCO処理に対して、より高価な構成装置を要求して処理の許容範 囲(tolerance)を向上させることにより、高調波の発生を最小化し得るが、感 知可能な(Sensitive)周波数帯域における高調波の存在には対応できない。従 って、搬送波回復中に実在する高調波に対応するための解決策が必要とされてい る。 発明の要旨 本発明は、様々な周波数帯域における高調波に対応することにより上述の問題 を克服する。開示されるシステムは、搬送波信号の回復を必要とする衛星波受信 器およびケーブルTV受信器において有用である。 本願に開示するシステムおよび方法は、逓降変換された搬送波でロックするか 、もしロックがなければ、逓降変換された搬送波のオフセット形でロックするこ とで、様々な高調波による干渉の問題を解決する。次に、本システムおよび方法 は、高調波および他の劣化(degrading)周波数(例えばSAWフィルタのロー ルオフ周波数)から離れた、掃引された周波数帯域上の新しい位置に、逓降変換 された搬送波を再設定する。本明細書に開示する発明を用いることにより、たと え劣化高調波が存在しても復調器は適切に機能する。 図面の簡単な説明 次に本発明を、例示目的としてのみ示される発明の好適な実施形態を参照しな がら詳細に説明するとともに、添付した図面に示す。 図1は、本発明の第1のハードウエア環境を示す。 図2は、本発明の実施形態において想定されている搬送波回復ループの発振器 に印加される電圧信号を示す。 図3は、本発明の実施形態において想定されている搬送波信号をロックした搬 送波回復ループを示す。 図4は、本発明の実施形態において想定されているフローチャートを示す。 図5および図6は、本発明の実施形態において想定されている信号図を示す。 詳細な説明 以下に本発明を、デジタル信号の回復に関連して説明する。本発明は同様に、 他の非デジタル信号の回復にも容易に適用されることが理解される。 図1は、本発明において想定されている異なる要素ごとのブロック概略図であ る。L帯域デジタル信号101は、デジタルソース(例えば、衛星波受信器)か ら受信され、トラッキングフィルタ102でトラッキングされる。また、その他 のデジタルソース入力としては、デジタルケーブル分配システムが含まれる。ま た、別の実施形態では、アナログTVシステムおよび無線伝送システムを含む非 デジタル入力も同様に受信される。これらのシステムは例示目的としてのみ示さ れている。本明細書に記載の発明は、高調波信号が存在しそれに対応して必要と される様々な用途に使用されることが想定されている。 トラッキングフィルタ102の出力は制御増幅器103を介して供給される。 制御増幅器は、自動ゲイン制御目的のために復調制御部115によって制御され る。制御増幅器の出力はミキサー104に供給され、ここで中間周波数(IF) に逓降変換される。ミキサー104は、シンセサイザー107からの信号出力を 用いる。図1に示すように、シンセサイザー107の出力は、固定周波数となる ように制御される。ここで、シンセサイザー107は第1の周波数で信号を出力 するように、そして、マイクロプロセッサ122の制御により第2の周波数で信 号を出力するように制御される。便宜上、この二つの周波数をf(synth) およびf(synth−δ)と呼ぶ。δはシンセサイザー107の出力を変化さ せるオフセットである。シンセサイザー107を制御するために、マイクロプロ セッサ122は、SYNTHおよびSYNTH−δの少なくとも2つの信号の一 方を出力する。 次に、ミキサー104からの出力は、定在音響波(SAW)フィルタ105を 介して送られ、ここでIF信号は望ましくない特性を除去するためフィルタリン グされる。最終的にIF信号は増幅器106を介して、ベースバンド処理システ ムに送られる。 ベースバンド処理システムは、複数の異なるサブ回路を備える。増幅器106 からの出力は、2つの経路IおよびQに分割される。IはIF信号の同相成分を 表し、QはIF信号の直角成分を表す。まずI経路を参照して、IF信号はミキ サー108で、電圧制御発振器117(VCO1)からの90度位相がずれた出 力と混合される。位相のずれは移相器110によって達成される。ミキサー10 8からの出力は、低域通過パスフィルタ(LPF)111を介しA/D変換器1 13を介して、復調制御部115に送られる。Qの経路は、Iの経路と同様であ るが、ミキサー109、LPF112、およびA/D変換器114を用いる。復 調制御部115からの出力は、前方誤り訂正回路116に供給され、所望の信号 として出力される。例えば、所望の信号出力としてMPEG出力信号が想定され ている。 ひとたびシステムが搬送波周波数Flock-int上でロックした後、復調制御器1 15は、DIV123を介したVCO1からの予備測定信号(pre-scaled signal )を用いて周波数Flock-intを評価し、これにより、VCO1の周波数が高調波 にどの程度近いかを決定する。 次にマイクロプロセッサが、オフセット値を用いてシンセサイザー107の周 波数を変換する。これにより、高調波と、フィルタリング(SAWまたはベース バンド)が信号のスペクトルを低下させ始める限界との間の周波数で搬送波回復 がロックされる。 その後で、掃引信号をイネーブルするが、このときの振幅は、システムが周波 数Ffinal-lockのおおよその位置を知っているため、はるかに小さな振幅である 。具体的には、この狭域掃引(narrow sweep)は、シンセサイザー工程よりも広け ればよい。これにより、新たな周波数Flock-finalでの獲得は、Flock-intにお ける最初の獲得よりもはるかに速く行われる。 復調制御部115は様々な制御信号を出力する。第1に、上述の制御増幅器1 03を制御する自動ゲイン制御信号をLPF121を介して出力する。第2に、 復調制御部115は、LPF120を介してVCO1 117に搬送波回復ループ 信号を出力する。最後に、復調制御部115は、記号(symbol)クロック回復信 号を、LPF119を介してVCO2 118に出力し、これにより、A/D 変換器113および114は、デコードすべき各記号がいつ始まるのかを知るこ とができる。記号クロック回復ループを補助するため、復調制御器は、デバイダ ー(divider)DIV123を用いてVCO1 117からの周波数をスケールダ ウンし、これにより、VCO2 118に出力されるべきクロック回復周波数を 判断する。 この例において、最も顕著な高調波は、VCO2 118を含むこのループか ら発生する。本発明が対処するのはこの高調波である。しかしながら、他の高調 波も同様に存在し、これらも同様に回避される。さらに、高調波は外部位置(例 えば別のマイクロプロセッサにおけるタイミング回路より)から発生し得る。本 発明の実施形態では、さらにこれらの他の高調波も同様に回避することを想定し ている。 制御シンセサイザー107に加えて、マイクロプロセッサ122も復調制御部 115および前方誤り訂正部116を制御する。 VCO1を含む搬送波回復ループに注目して、搬送波回復回路は2つの主たる 機能を行う。すなわち、「周波数掃引」と呼ばれる手順を介して逓降変換された 搬送波の探索を行い、ひとたび回復ループがロックした後、搬送波をトラッキン グする。トラッキング機能に関しては、搬送波回復回路は最大+/−5MHzま での周波数ドリフトをトラッキングできる。これらのドリフトは、主に低雑音増 幅器(LNA)ドリフトによるものである。 図2は、本発明の実施形態において想定されているVCO1 117への電圧 出力信号を示す。図2は、2組の周波数掃引を示している。第1をf(synt h)の期間と呼ぶ。この期間は2つの等しい時間間隔t1と、もう1つの時間間 隔t2とを含む。これら2つの時間間隔は、VCO1 117からの電圧出力が2 つの傾きm1(および−m1)と、m2とを有していることを表している。オフセ ット周波数期間f(synth−δ)の印可中は、オフセット周波数が搬送波周 波数を含むよう設定されているので、内部時間期間(internal time period)t3 およびt4の長さは、大幅に短く調節される。この例において、本発明の実施形 態はVCO1 117への電圧波形入力の傾きm1およびm2が同じ値に持続され ることを想定している。図2に示した掃引信号は2つの異なる傾きm1およ びm2を有し、これにより、その結果の掃引は、仕様上システムが作動する最悪 の信号対雑音比(SNR)においてでも、搬送信号上でロックするのに十分遅い (m2)掃引である。但し、高いSNRにおいては、搬送波の獲得時間を最小化 するため、掃引(m1)をより速くしてもよい。 本発明の実施形態は、電圧が復調制御器によって理想的線形でVCO1 11 7に供給されることを想定している。あるいは、掃引間隔の正確な制御を可能に するため、非線形掃引も想起されている。図2の信号のピークピーク値は、予想 されるIF搬送波周辺での周波数揺れを決定する(一般的に地上波装置で480 MHz、衛星波受信器で70MHzで表される)。 図2に示すように、f(synth)期間の後には、f(synth−δ)期 間が続く。ある波形と別の波形との交互の繰り返し(alteration)によって逓降 変換された搬送信号の速い獲得が可能になる。なぜなら、搬送波がf(synt h)期間内に獲得されない場合、逓降変換搬送波周波数を変更することによって 、f(synth−δ)期間内に搬送波を獲得する可能性が高いからである。あ るいは、本発明は、f(synth−δ)期間に切り替える前に、f(synt h)期間で何度も掃引することを想定している。この方法では、システムを平均 化して過渡受信の影響(例えば搬送信号の一時的なブロッキング)に対処するこ とを想定している。さらに本発明は、ロックが確立された後に、(例えば、LN Aによって搬送波周波数がシフトしたときに)ロックの確立に失敗した後でのみ 、f(synth−δ)を起動するような、第3のf(synth−δ)期間起 動スキームをも想定している。 図3は、高調波回避スキーム中におけるVCO1 117の出力を示している 。Fsaw(min)およびFsaw(max)は、SAWフィルタ105の通過が許された最小 および最大周波数を表している。従って、すべての逓降変換搬送波周波数をこの 範囲内に入るように制御するべきである。さらに本発明の実施形態では、例えば 、Fsaw(min)からFminを離しておくことを想定している。これはSAWフィル タの遮断周波数エッジ付近での信号強度のロールオフが比較的速いからである。 復調制御によって発生した掃引を用いて、VCO1 117はその制御周波数範 囲FminからFmaxまでを掃引する。ここに示すように、高調波周波数fha rmonic は実際の逓降変換搬送波周波数Flock-intに近い。従って、VCO1の搬 送波回復ループは、逓降変換搬送信号上で、ここに示すように実際にロックする かもしれないし、もしくはしないかもしれないが、搬送波周波数に対する高調波 周波数の近さは、搬送波回復ループの処理を妨害し得る。図3の例において、搬 送波回復ループは期間tdにおいてロックを失う。これが起こったとき、または 、搬送波回復ループが搬送波周波数上でロックできないとき、マイクロプロセッ サ(もしくはマイクロ制御器)122は、シンセサイザーの逓降変換周波数をF (synth)からF(synth−δ)にまで変化させる。これに関して、搬 送波回復ループは時刻tdにおいて、より短い間隔での搬送波掃引を開始する。 掃引時刻tjにおいて、逓降変換搬送波周波数上で最終ロックが達成される。 この手順を用いれば、搬送波回復ループはいずれロックし、そして、真/偽ロ ック(true/false lock)の判定が、制御器またはマイクロプロセッサによって 行われる。もしロックが適切な搬送波上でなければ(例えば、搬送波の別の相で の誤ロック)、システムは正しいロックが達成されるまでロックを解除する。ま た、閾値レベルを超えてSNRが低減されて、高調波によってあまりにも多くの 誤りが発生する場台、システムは再びロックを解除して、真のロックが達成され るまで獲得プロセスを繰り返す。真/偽ロック判定については、現在までに放棄 された「Method And Apparatus For Locatin g And Tracking A QPSK Carrier」と題された米 国特許出願第08/160,839号の継続出願である「Method And Apparatus For Locating And Tracking A QPSK Carrier」と題された米国特許出願第08/427,6 60号に、より詳細に記載されている。上記特許出願を、必要な開示内容の全て について参考として援用する。 図3に示すように、ロックの形成と解除は、周波数Flock-intとして示す。本 発明は、周波数掃引域(FminからFmax)を、予想されるLNAオフセットにシ ンセサイザー分解工程(resolution step)およびSAWフィルタを加えたもの より大きくすることを想定している。また本発明の実施形態は、ベースバンドL PFが信号のスペクトルを歪ませないことを想定している。また雑音低減目 的のために、本発明の実施形態は、FminおよびFmaxをSAWフィルタの遮断周 波数(Fsaw(min)およびFsaw(max))から離しておくことを想定している。これ は、これらの遮断周波数付近では信号劣化が生じるからである。従って、本シス テムはFsaw(min)およびFsaw(max)での歪みからのクリアランスを十分に提供し 、それにより、掃引サイクルの端においてさえ搬送波回復ループの掃引およびロ ックに対応する。 図3に示すように、シフトした搬送波周波数は、劣化を与える周波数より極力 遠くに調整される。この場合、搬送波周波数は、(先にロックに失敗した)初期 ロック周波数Flock-intとSAWフィルタの周波数の一方Fsaw(min)との丁度真 ん中に調整される。図3の例では、高調波がFsaw(min)よりFsaw(max)に近づく ように、Fsaw(min)が移動するのが好ましい。別の例では、Fsaw(min)により近 い高調波を回避するため、Flock-final周波数をFsaw(max)の方に移動する。図 4に示すさらに別の例では、Fharmonic周波数と、FminおよびFmax周波数の少 なくとも一方とを用いて、Flock-final周波数を設定する。ここで回避される周 波数は劣化特性を含む周波数であることを留意するべきである。上述した実施例 の場合、雑音周波数を回避するように用いる周波数組を決定することはシステム に特有であるので、上記実施例ではFminの周波数を周波数Fsaw(min)より高く なるように選択されている(別の実施例では逆である)。例えば、Fsaw(min)が Fminから遠く離れている場合、本発明の実施形態では、下限周波数としてFmin を想定している。これは、Fsaw(min)の方向に動き過ぎると、Ffinal-lockをFmin より低くしてしまい得るからである。これと同じプロセスが、上方周波数に も同様に、容易に適用される。 本発明の実施形態において想定されている広域探索バンドの数および狭域探索 バンドの数の選択は、ここでは一例としてほぼ一対一の対応で示していることに 留意すべきである。本発明の実施形態ではこれに加えて、各探索バンドの数を複 数にすることを想定している。例えば、別の例では狭域探索1つに対して4つの 広域探索を用いる。 図4は本発明の実施形態において想定されているフローチャートを示す。ここ では、2つの周波数シフト処理が行われている。工程401で、システムは搬送 波回復処理を妨害し得る高調波が存在するかどうかを判定する。もし搬送波がな ければ、システム(例えば一体型受信器−デコーダ)は、工程402に示すよう に、図1を参照して上述した通常手順を用いて逓降変換搬送波上でロックする。 もし高調波信号が存在すれば、システムは(例えばマイクロプロセッサ122の 感知処理によって、または内部クロック周波数の手動入力によって)、高調波( 場合によっては複数の高調波)の周波数を決定する。次にシステムは、工程40 4において、搬送波回復ユニットを搬送信号上でロックすることを試みる。これ を行うには、交互に変化する周波数オフセットを用いて広範な高速/低速掃引で 掃引を行うようにチューナを制御する。ここでは、周波数オフセットは250k Hzである。図5では、例えば、約480MHzを中心とする広範な高速/低速 掃引パターンを示している。1サイクル中にδfを含む、250kHzのオフセ ットを印加した例を図6に示す。搬送波は、たとえおそらく高調波周波数付近に あっても、この時点でロックされるべきである。次に工程405において、VC O1の周波数はデバイダー123を介して読み込まれる。 図4に示す搬送波ロックスキームの次の部分は、搬送波の逓降変換された周波 数を高調波周波数から離すことに関する。工程406に示すように、このスキー ムでは、高調波周波数が逓降変換された搬送波周波数より高いか低いかを判定す る。工程407および409の方程式、または工程408および410の方程式 によって、図3の時刻tdから時刻tjの間に示す狭域掃引のための中央周波数を 決定する。この例においては、シンセサイザーの周波数が受信した信号の周波数 よりも高く設定されることに留意すべきである。しかしながら、シンセサイザー の周波数を受信した信号周波数よりも低く設定したい場合に、使用する方程式が 上記と同様ではあるが多少改変されることは当業者には明白である。 次に、シンセサイザー107の新しい周波数が、工程411に示す元の周波数 からfoffだけオフセットした値に決定される。本スキームでは、工程412に 示すように、複数のサイクルで掃引する。例えばここでは、掃引回数は4である 。この数は、起こり得るあらゆる過渡信号に対処して、それにより、新しく調節 された搬送波周波数において新しいロックが生じる可能性を最大化するように調 節される。工程413では、システムは搬送波回復ループがロックされたかどう か を判定する。もしロックされていれば、工程414に示すように、本スキームは 、これが、あらゆる問題のある周波数(例えば、位相のずれた偽搬送波でのロッ ク、または過剰な誤り信号)から遠く離れた適切なロックかどうかを判定する。 もしこれが工程415において良好なロックであると判定されると、本スキーム は、工程414に戻り、ロックの質を引き続き監視する。もし良好なロックでな ければ、本スキームは、掃引サイクル数が上限に達するまで工程412に戻る。 工程413においてもしロックが見出されなければ、システムは、ここでは一例 として480MHzを中心とする+/−3MHz掃引として示されている、元の 搬送波逓降変換周波数での広域掃引に戻る。 もしLNAオフセットが予想以上であれば、高調波信号を低減するために複数 のフィルタリング工程が必要とされ得ることに留意すべきである。フィルタの設 定位置の例としては、SAWおよびベースバンド信号上での迫加フィルタリング が含まれる。 本発明の特定の実施形態を説明し図示してきたが、当業者による改変が可能で あり、本発明がこれらの実施形態に限定されるものでないことが理解されるべき である。本願は、任意のおよび全ての改変が、本明細書中に開示され請求された 根本的な発明の精神および範囲に入ることを想定している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,LS,M W,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY ,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM ,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY, CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,E S,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU,ID ,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ, LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,M G,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT ,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL, TJ,TM,TR,TT,UA,UG,UZ,VN,Y U,ZW

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.高調波周波数の高調波信号によって搬送波信号のキャプチャまたはトラッキ ングが妨害される回復ループを含む復調器であって、該復調器が、 データ信号で変調された搬送波周波数の搬送波信号を受信する入力部と、 第1の周波数で信号を発生するための周波数発生器と、 該周波数発生器からの該信号に応答して、該搬送波周波数の該搬送波信号をよ り低い周波数に変換する変換器と、 該周波数発生器を制御する制御器と、 該より低い周波数上でロッタするためのロッキング回路と、 を備え、 該制御器は、該変換器からの該より低い周波数が該高調波周波数からさらに離 れるように、該第1の周波数に対してオフセットした第2の周波数で該信号を発 生するように該周波数発生器を制御する、復調器。 2.前記制御器は、前記高調波周波数が前記逓降変換された搬送波周波数にどれ だけ近いかを判定する、請求項1に記載の復調器。 3.前記ロッキング回路が、前記搬送波上でロックするのに2つの異なる掃引時 間を用いる、請求項1に記載の復調器。
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