JP2002527949A - Amコンパチブルデジタル音声放送信号の復調及び等化方法及び装置 - Google Patents

Amコンパチブルデジタル音声放送信号の復調及び等化方法及び装置

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JP2002527949A JP2000575275A JP2000575275A JP2002527949A JP 2002527949 A JP2002527949 A JP 2002527949A JP 2000575275 A JP2000575275 A JP 2000575275A JP 2000575275 A JP2000575275 A JP 2000575275A JP 2002527949 A JP2002527949 A JP 2002527949A
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Abstract

(57)【要約】 本発明の復調及び等化方法は、第1の周波数スペクトルを有し、アナログプログラム信号により変調される第1のキャリアと、第1の周波数スペクトルを包含する帯域幅内の複数のデジタル変調キャリア信号と、相補的信号を含み第1の周波数スペクトル内にある第1群のデジタル変調キャリア信号と、非相補的信号を含み第1の周波数スペクトルの外側にある第2及び第3群のデジタル変調キャリア信号とを有する振幅変調無線周波数信号を含んだ振幅変調コンパチブルデジタル放送信号の処理に用いる。この方法は、振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を高速フーリエ変換して非相補的キャリアを表わす第1の変換済み信号を発生させ、第1の変換済み信号に第1の複数の等化係数より成る第1の等化ベクトルを乗算して第1の変換済み信号を処理することにより第1の等化済み信号を発生させ、非相補的信号に用いる第1の複数の等化係数を更新し、振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を高速フーリエ変換して相補的キャリアを表わす第2の変換済み信号を発生させ、第1の複数の等化係数を用いて補間により求めた第2の複数の等化係数より成る第2の等化ベクトルを求め、第2の変換済み信号に第2の等化ベクトルを乗算することにより第2の変換済み信号を処理して第2の等化済み信号を発生させるステップより成る。本発明は、上記方法を用いる無線周波数受信機だけでなく、上記方法を実施する装置及び上記等化方法を用いる無線周波数受信機の動作も包含する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】
本発明はラジオ放送に関し、さらに詳細には、振幅変調コンパチブルデジタル
放送方式の受信機において信号を復調し等化する方法及び装置に関する。
【0002】 音声忠実度を改善するためにデジタル符号化された音声信号を放送する可能性
につき関心が高まっている。いくつかの方式が提案されているが、米国特許第5
,588,022号に記載された1つの方式は、標準AM放送チャンネルにおい
てアナログ信号とデジタル信号を同時に放送するものである。第1の周波数スペ
クトルを有する振幅変調無線周波数信号が放送されるが、この振幅変調無線周波
数信号は、第1のキャリアがアナログプログラム信号により変調されたものであ
り、この信号と同時に、第1周波数スペクトルを包含する帯域幅内で複数のデジ
タル変調キャリア信号が放送される。各デジタル変調キャリア信号は、デジタル
プログラム信号の一部により変調される。第1の群のデジタル変調キャリア信号
は、第1の周波数スペクトル内にあって、第1のキャリア信号により直角位相で
変調される。第2及び第3の群のデジタル変調キャリア信号は、第1の周波数ス
ペクトルの外側にあって、第1のキャリア信号と同相及び直角位相の両方で変調
される。
【0003】 米国特許第5,588,022号に記載されたAMコンパチブルデジタル音声
放送方式は、アナログAMチャンネルへのクロストークを回避しながらデジタル
信号に最適なデータスループットを与えるような波形構成になっていた。通信情
報を載せるために、多数のキャリアが直交周波数分割多重化方式(OFDM)に
より使用される。
【0004】 一般大衆用AMラジオのモノ音響検波器は受信信号の包絡線にだけ応答するが
、その位相には応答しない。多数のデジタル変調キャリアを用いるため、このハ
イブリッド信号により生じる包絡線のひずみを減少させる手段が必要である。本
出願人に譲渡された米国特許出願第08/671,252号は、AMコンパチブ
ルデジタル音声放送方式における包絡線ひずみの減少方法を開示している。アナ
ログAMキャリア周波数より高い或る特定のデジタルキャリアには、それに連携
するものとして、アナログAMキャリアの下方において同一量周波数オフセット
したデジタルキャリアがある。上側デジタルキャリア及びその対応キャリアに含
まれる情報及びそれらの変調は、それらキャリアの加算により生じる信号がアナ
ログAMキャリアと同相の成分を持たないようなものである。このように構成さ
れたデジタルキャリアの対を「相補的」と呼ぶ。アナログ信号スペクトルの直下
にないキャリアは「非相補的」と呼び、AMキャリアに対して同相及び直角位相
で変調される。この構成は、AMコンパチブルデジタル放送信号のアナログAM
受信の中実度を驚異的に改善する。
【0005】 受信機は、デジタル信号を高速フーリエ変換(FFT)により復調する。1つ
の可能な方法及びその関連の装置は、米国特許第5,633,896号に記載さ
れている。この特許は、直交周波数分割多重化(OFDM)変調方式を用いるA
Mコンパチブルデジタル音声放送(AM DAB)方式におけるアナログ信号と
デジタル信号の間の望ましくないクロストークを、受信OFDMデジタル信号の
同相及び直角位相成分に対して別個に二重高速フーリエ変換プロセスを施すこと
により最小限に抑える復調方式を開示している。直角位相チャンネルの出力を用
いて相補的データが復元されるが、得られた処理済み成分信号を加算すると非相
補的データが復元される。
【0006】 受信した多数のキャリア信号は、ダイナミックチャンネル応答に変動がある場
合等化しなければならない。等化しなければ、歪の大きい信号が検波され、デジ
タル放送信号の情報を復元できない。等化器は、デジタル音声放送信号の情報の
復元性を改善するものであり、かかる等化器の1例が米国特許第5,559,8
30号に開示されている。この特許の等化器は、AMコンパチブルデジタル音声
放送波形を受信してその波形を波形ベクトルとして蓄積する手段を含む。この等
化器はさらに、波形ベクトルに等化ベクトルを乗算してその波形を処理する。こ
の等化ベクトルは、各々が最初に所定の値にセットされた複数の等化係数より成
る。等化器はさらに、処理済みの波形ベクトルの各位置を蓄積した波形ベクトル
と比較する。等化器は、蓄積した波形ベクトルに最も近いベクトル位置をその信
号として選択する。等化器は、雑音排除性を得るために波形ベクトル、処理済波
形ベクトル及び蓄積した波形ベクトルにより等化係数を更新する手段を備えるの
が好ましい。
【0007】 米国特許第5,633,896号及び第5,559,830号の等化器では、
周波数ドメイン情報は周波数ドメインベクトルとして等化器に与えられる。周波
数ドメイン情報の各ブロックは、記憶アレイに蓄積される。この記憶アレイベク
トルは複数の等化係数が乗算され、この乗算により得られる積が等化済み信号で
ある。等化器では一組の正確な値が先天的に知られており、これらに対して等化
済み信号の各ベクトル位置を比較することができる。ベクトル位置に記載された
値に最も近い理想的な値を実際の信号値として選択する。決定のベクトルは決定
アレイに蓄積される。等化係数の推定手段は、受信信号、等化済み信号及び決定
アレイを用いて、係数の推定値を計算する。雑音排除性を与えるために、等化係
数の推定値は時間に亘って平均化することができる。係数更新速度が、ノイズ排
除性及び収斂速度を決定する。帯域の異なる部分の係数は、ひずみ機構の知識に
応じてそれぞれ異なる速度で更新される。米国特許第5,633,896号及び
第5,559,830号を本願の一部として引用する。
【0008】 二重FFT方式を用いると、相補的キャリアの周波数範囲にわたりAMキャリ
ア周波数の周りで対称的な大きさ及び反対称的な位相を有するチャンネルのシス
テム性能を改善できるが、大きさが非対称的(non-symmetric)であるか又は位相
が非反対称的(non- anti-symmetric)であるチャンネルでは、相補的なキャリア
のFFT出力を組み合わせるプロセスにより非対称的な大きさ及び非反対称的な
位相の情報が破壊され、等化器を駆動する信号は正確でなくなる。同日に出願さ
れ同一譲受人に譲渡された本願の発明者による米国特許出願(発明の名称:"Meth
od for Equalization of Complementary Carriers in An AM Compatible Digita
l Audio Broadcast System")は、等化係数の大きさが非対称的で、位相が非反
対称的である場合適当な等化係数を与えることのできる等化方法を開示している
【0009】 非相補的キャリアの復調には、信号の同相部分をハイパスろ波してアナログ信
号からのFFTのスペクトル漏洩をなくすることが必要である。しかしながら、
ハイパスフィルタを使用すると、同相信号中の情報が破壊されて相補的デジタル
キャリアを適当に等化することができない。アナログ信号のスペクトル領域に亘
って非対称的な大きさまたは非反対称的な位相を有するチャンネルでは、情報が
破壊されることにより相補的キャリアの適当な等化ができない。ここで言うチャ
ンネルには、信号の伝播に影響を与える現象だけでなく、受信信号の大きさ及び
位相に影響を与える送信機または受信機の任意の構成要素が含まれる。本発明は
、非相補的キャリア上へアナログ信号のスペクトルが漏洩するまたは相補的キャ
リアの適当な等化に必要な情報が破壊されるという問題を伴わずにデジタル信号
を復調する方法を提供する。本発明は、改良型復調及び等化方法及びかかる方法
を実現する受信機を提供せんとするものである。
【0010】
【発明の概要】
本発明は、AMコンパチブルデジタル放送信号の復調及び等化方法を提供する
。この方法は、相補的キャリアFFT出力からの情報を組み合わせるという利点
を維持しながら相補的キャリアの等化係数を推定することを包含する。この方法
は、非相補的キャリアからの情報を用いて補間により相補的キャリアの等化係数
を推定する。
【0011】 本発明の復調及び等化方法は、第1の周波数スペクトルにおいてアナログプロ
グラム信号により変調される第1のキャリアと、第1の周波数スペクトルを包含
する帯域幅内の複数のデジタル変調キャリア信号と、相補的信号を含み第1の周
波数スペクトル内にある第1群のデジタル変調キャリア信号と、非相補的信号を
含み第1の周波数スペクトルの外側にある第2及び第3群のデジタル変調キャリ
ア信号とを有する振幅変調無線周波数信号を含んだ振幅変調コンパチブルデジタ
ル放送信号の処理に使用される。この方法は、振幅変調コンパチブルデジタル放
送信号を高速フーリエ変換して非相補的キャリアを表わす第1の変換済み信号を
発生させ、第1の変換済み信号に第1の複数の等化係数より成る第1の等化ベク
トルを乗算して第1の変換済み信号を処理することにより第1の等化済み信号を
発生させ、非相補的信号に用いる第1の複数の等化係数を更新し、振幅変調コン
パチブルデジタル放送信号を高速フーリエ変換して相補的キャリアを表わす第2
の変換済み信号を発生させ、第1の複数の等化係数を用いて補間により求めた第
2の複数の等化係数より成る第2の等化ベクトルを求め、第2の変換済み信号に
第2の等化ベクトルを乗算することにより第2の変換済み信号を処理して第2の
等化済み信号を発生させるステップより成る。
【0012】 本発明は、上記方法を用いる無線周波数受信機の動作だけでなく上記方法を実
施する装置及び上記等化方法を用いる無線周波数受信機を包含する。
【0013】
【好ましい実施例の説明】
本発明は、既存のアナログAM放送割当てチャンネルと同じ割当て領域上にア
ナログ振幅変調信号とデジタル信号の両方を含む放送信号のキャリアを等化する
方法を提供する。アナログAM信号と同一のチャンネル内でデジタル信号を放送
する方式は、イン・バンド・オン・チャンネル(IBOC)放送方式と呼ばれて
いる。この放送は、複数の直交周波数分割変調(OFDM)キャリアを介してデ
ジタル波形を送信することにより行われるが、これらキャリアの一部はアナログ
AM信号により直角位相で変調され、標準のAM放送信号が有意なエネルギーを
持つスペクトル領域内にある。残りのデジタルキャリアはアナログAM信号によ
り同相及び直角位相の両方で変調され、アナログAM信号と同じチャンネル内に
あるが、そのスペクトル領域にはアナログAM信号は有意なエネルギーを持たな
い。米国では、AM放送局からの電波の発射は、連邦通信委員会(FCC)規則
により、アナログキャリアから10.2kHz乃至20kHz離れたところで未
変調のアナログキャリアレベルより少なくとも25dB、20kHz乃至30k
Hz離れたところで少なくとも35dB、また30kHz乃至60kHz離れた
ところで少なくとも35dB+1dB/kHz減衰することを条件として決定さ
れた信号レベルマスク内におさまるように制限されている。
【0014】 図1は、本発明が利用できるタイプのAMデジタル音声放送信号のスペクトル
を示す。曲線10は標準放送振幅変調信号の大きさのスペクトルを表わし、キャ
リア周波数はf0である。FCCの電波発射マスクは番号12で示されている。
OFDMの波形は、f1=59.535・106/(131072)又は約454
Hz離隔した一連のデータキャリアより成る。第1群の24個のデジタル変調キ
ャリアは、図1の包絡線14で示すように、(f0−12f1)から(f0+12
1)に亘るバンド内にある。これらの信号の大部分は、アナログAM信号との
クロストークを最小限に抑えるために未変調AMキャリア信号レベルより39.
4dB低いところにある。クロストークは、このデジタル情報をアナログAM波
形との直交関係を保証する態様で符号化すると、さらに減少する。このタイプの
符号化を「相補的符号化(即ち、相補的BPSK、相補的QPSK又は相補的3
2 QAM)」と呼ぶが、これは前述した現在係属中の米国特許出願第08/6
71,252号にさらに詳細に記載されている。相補的BPSK変調を最も内側
のデジタルキャリア対に対して用いると、タイミングの回復が容易になる。これ
らのキャリアは、−028dBcのレベルのセットされている。この第1群の他
の全てのキャリアは−39.4dBcのレベルにあり、48及び32 kbps
の符号化速度で相補的32 QAMにより変調される。相補的8 PSK変調は
、(f0−11f1)から(f0−2f1)及び(f0+2f1)から(f0+11f1 )の範囲にあるキャリアに対して16 kbpsの符号化速度で用いられる。こ
れら全部で3つの符号化速度で、(f0−12f1)及び(f0+12f1)のキャ
リアは補充データを運び、相補的32 QAMにより変調される。
【0015】 第1群の外側には、さらに別の群のデジタルキャリアがある。これらのデジタ
ル波形をアナログ信号と直角位相にする必要性は、アナログAM信号の帯域幅を
制限することによりなくなる。包絡線16及び18によりそれぞれ包まれる第2
及び第3群のキャリアは、例えば、48及び32kbpsの速度で32 QAM
を、また16kbpsの速度で8 PSKを用いて変調する。これらのキャリア
は、全ての符号化速度で−30dBcのレベルのセットされる。
【0016】 図2は、図1の複合デジタル/アナログ信号を受信する受信機のブロック図で
ある。アンテナ110はデジタル/アナログ信号を含む複合波形を受信し、この
信号を、無線周波数プリセレクタ、増幅器、ミクサー及び局部発振器を含む従来
型入力段112へ送る。入力段は、ライン114上に中間周波数信号を発生する
。この中間周波数信号は、自動利得制御回路116を介してI/Q信号発生器1
18へ送られる。I/Q信号発生器は、ライン120上に同相信号を、またライ
ン122上に直角位相信号を発生する。ライン120上の同相チャンネル出力は
、アナログ−デジタルコンバータ124へ入力される。同様に、ライン122上
の直角位相チャンネル出力は、別のアナログ−デジタルコンバータ126に送ら
れる。ライン120、122上のフィードバック信号により自動利得制御回路1
16が制御される。ライン120上の信号はアナログAM信号を含むが、この信
号はブロック140により図示のように分離されて出力段142からスピーカ1
44又は他の出力装置へ送られる。
【0017】 復調器150は、ライン128、130上のデジタル信号を受信し、ライン1
54上へ出力信号を発生する。これらの出力信号は、等化器156及びデータ転
送速度フィルタ/データ復号器158へ送られる。データ復号器の出力は,デイ
ンターリーバ(deinterleaver)/前方誤り訂正復号器164へ送られ、データの
健全性が改善される。デインターリーバ/前方誤り訂正回路の出力は、情報源復
号器166へ送られる。情報源復号器の出力は、送信機におけるアナログ信号の
遅延を補償し、受信機においてアナログ及びデジタル信号を時間的に整列させる
ために回路168により遅延される。遅延回路168の出力は、デジタル−アナ
ログコンバータ160によりアナログ信号に変換されてライン162上の信号と
なり、出力段142へ送られる。
【0018】 1996年9月24日付け発行の米国特許第5,559,830号は、等化係
数更新アルゴリズムを有する等化器の1つの動作モードを開示している。本発明
は、等化係数がFFTの中心の周りで大きさが非対称的か又は位相が非反対称的
な場合に生じる影響を考慮して、等化器の動作及び等化係数更新アルゴリズムを
改善するものである。
【0019】 図3は、本発明の動作を説明する受信機による処理の一部を示す機能的ブロッ
ク図である。ライン128及び130上の同相(I)及び直角位相(Q)信号は
、図2に示すものと同じダウンコンバータ手段を用いて与えることもできる。ブ
ロック170の第1の高速フーリエ変換プロセッサ(FFT1)へ入力する前に
アナログ信号を除去するために、ライン128上の信号の同相成分をろ波してラ
イン148上にろ波済み信号を発生するハイパスフィルタ174が付加されてい
る。ライン148及び130上の信号は、FFT1へ入力する前にウインドウ処
理/ガードインターバル除去回路171により処理される。ウインドウ処理は、
デジタルキャリアが直交関係を維持するように、又はデジタルキャリア間の直交
関係が不十分であってもそれがシステム性能にインパクトを与えないほど軽微な
ものとなるように行う必要がある。キャリア間の直交関係を維持するためのウイ
ンドウ処理を行う方法が開発されている。本発明の方法の特定の実施例では、送
信機及び受信機においてルートレイズド余弦(root-raised cosine)ウインドウ処
理が行われる。このウインドウ処理では、1ボーの135個のサンプルのうち1
番目と最後の7個のサンプルにテイパリング(tapering)が生じる。受信機でウイ
ンドウ処理を施した後、最後の7個のサンプルを最初の7個のサンプルに加算し
、129番目のサンプルを1番目のサンプルに、また130番目のサンプルを2
番目のサンプルに加算し、この方式を135番目のサンプルが7番目のサンプル
に加算されるまで継続する。その結果得られた128個のポイントがFFTに入
力される。場合によっては、ハイパスフィルタ174で処理する前にウインドウ
処理/ガードバンド除去処理を行うのが有利かも知れない。この場合、回路17
1及び173により実行されるウインドウ処理及びガードバンド除去動作は1つ
の回路により結合することも可能である。
【0020】 アナログ信号から非相補的キャリアの同相部分上へのスペクトルの漏洩を阻止
するには、アナログ信号を除去することが必要である。このハイパスフィルタの
問題点は、相補的キャリアを適当に等化し復調するに必要な情報が、チャンネル
がアナログAMキャリア周波数の周りで非対称的な大きさまたは非反対称的な位
相を有する時に破壊される可能性があることである。アナログ信号を除去するた
めにFFT1への同相入力をハイパスフィルタに通す場合、等化係数更新アルゴ
リズムへ入力されるFFT1の出力はある特定の対称性を有する。さらに詳述す
ると、FFT1の同相部分のエネルギーは相補的キャリアについてはほとんどゼ
ロであるため、FFT1の出力は相補的キャリアではほとんど反エルミート対称
性を有する。相補的キャリアの記号決定プロセッサの出力は同一特性を有する。
これら2つの反エルミート信号は等化係数更新ルーチンの入力であるため、等化
係数は、FFT1の中心周波数の周りで対称的な大きさについての応答と反対称
的な位相についての応答を有するように制限される。従って、等化係数は、FF
T1の中心周波数の周りで非対称的な大きさまたは非反対称的な位相を持つべき
である時適当な値に収斂しない。
【0021】 非相補的なキャリアに対応するFFT1の出力は、ライン176を介して第1
の等化器178へ入力される。等化器178は周波数ドメインデータに作用し、
各OFDMキャリアの大きさ及び位相を、チャンネルの乱れ、送信機及び受信機
のフィルタ、送信及び受信アンテナ、及び信号の大きさ及び位相に影響を与える
他のファクタ及び処理の影響を相殺するように調整する。ライン180上の等化
器178の出力は記号決定プロセッサ182へ送られるが、このプロセッサはA
Mコンパチブル放送波形の非相補的キャリアにより運ばれるデジタル情報を表わ
す信号をライン184上に発生する。
【0022】 ライン176及び184上の情報は、ブロック186が等化器EQ1の等化係
数ベクトルを更新する際使用する。ブロック188の等化器EQ2により処理さ
れる相補的キャリアに適用される係数は、ブロック190が補間により決定する
。入力信号128、130は、ウインドウ処理/ガードインターバル除去回路1
73により処理されて、高速フーリエ変換プロセッサFFT2へ入力されるが、
このプロセッサは相補的キャリアに対応する出力をライン192上に発生し、入
力として等化器EQ2へ送る。図2の等化器156の出力は、さらなる処理に必
要なデータの種類に応じて(これは特にシステムに用いる前方誤り訂正(FEC
)のタイプによる)、図2におけるEQ1 178とEQ2 188の出力の組
合せまたは図3の信号184及び202の組合せより成る。記号決定出力が必要
な場合、相補的キャリアの対のFFT出力を組み合わせることにより相補的キャ
リアについて高い信号対雑音比(SNR)を得ることができる。さらに詳述する
と、一方の相補的キャリアからのデータをもう一方の相補的キャリアの負の複素
共役に加算してその平均値を計算する。等化器EQ2により処理される相補的キ
ャリアの各対については、ブロック194は、その対の一方のキャリアの負の複
素共役が加算器196、198で示すようにその対のもう一方のキャリアに加算
されることを示している。記号プロセッサ200は、AMコンパチブル放送信号
の相補的キャリアにより運ばれるデジタル情報を表わす出力を発生する。
【0023】 図4a及びbは、本発明の動作をさらに説明するためのベクトル図である。図
4aは、送信信号のフェーザ図である。水平軸はI成分であり、垂直軸はQ成分
である。一定のAMキャリアレベルは水平軸に沿うフェーザ204として示し、
フェーザ図はAMキャリアの周波数に関して固定されている。図4aはさらに、
AM側波帯信号206、208を示す。これらの信号は、アナログトーンを表わ
す。図4aは、アナログ側波帯の合成またはベクトル和210を示す。そのベク
トル和はI軸上にあり、アナログ側波帯の回転にも拘らず継続してI軸上にある
。図4aはまた、1対の相補的キャリアのフェーザ212、214を示す。これ
らのキャリアのベクトル和216はQ軸上にあり、相補的キャリアの回転にも拘
らずQ軸上にとどまる。
【0024】 図4bは、チャンネルが非対称的な大きさと非反対称的な位相を持つと仮定し
た場合の受信機におけるフェーザ図である。おわかりのように、相補的キャリア
の対212’及び214’のベクトル和216’はI信号及びQ信号の両方でエ
ネルギーを有する。相補的キャリア対の周波数におけるI信号が図3に示すハイ
パスフィルタにより除去されるとすると、この信号は適当に等化し復調すること
は不可能である。図4a及び4bは一対の相補的キャリアだけを示すが、上記の
ことは全ての相補的キャリアに当てはまる。図4a及び4bは、相補的キャリア
の適当な復調を妨げる別の効果を示す。アナログ側波帯206’及び208’の
ベクトル和210’も、I及びQ信号の両方でエネルギーを有する。従って、ア
ナログ信号のエネルギーの一部がQ信号に含まれるため、相補的キャリアの適当
な復調が阻止される。従って、チャンネルが非対称的な大きさ及び非反対称的な
位相を有する場合は、FFT1の出力を用いて相補的キャリアを適当に復調する
ことは不可能である。しかしながら、FFT1の出力は、非相補的キャリアの等
化及び復調に使用できる。非相補的情報だけをFFT1の出力に使用するのであ
るから、非相補的キャリアの出力だけを計算する必要がある。図3に示すように
、FFT1の出力は第1の等化器EQ1へ入力される。この等化器は、第2の等
化器EQ2と共に周波数ドメインデータに作用して、伝播チャンネルの乱れ、送
信機及び受信機のフィルタ、送信及び受信アンテナ、及び受信信号の大きさ及び
位相に影響を与える他のファクタおよび処理の影響を相殺するようにOFDMキ
ャリアの大きさ及び位相を調整する。EQ1の出力は、各非相補的キャリアに対
して何れの周波数ドメイン集合ポイントが送信されたかを決定する記号決定プロ
セッサに入力される。これらの決定は、予め等化した集合ポイント及び等化係数
の前の値と共に、等化係数の更新に使用される。最小平均二乗(LMS)または
再帰的最小二乗(RLS)法のようなアルゴリズムを用いて等化係数を更新する
ことができる。
【0025】 図3に示すように、FFT2は、相補的キャリアの情報を得るために使用され
る。FFT2へ入力されるI信号はハイパスフィルタを通過しないため、FFT
2の出力で、相補的キャリアの等化及び復調に必要な全ての情報が得られる。F
FT2の出力では相補的情報だけを使用するため、相補的キャリアの出力だけを
計算する必要がある。FFT2の出力はEQ2により等化される。図3に示すよ
うに、相補的キャリアの各対に対して、その対の一方のキャリアの負の複素共役
がその対のもう一方のキャリアに加算される。その後、その和を用いてその相補
的キャリアの対につき記号決定を行う。EQ2の係数はEQ1の係数と同じ態様
で更新することができるが、アナログ信号が存在すると係数の推定に雑音が混入
する。これを克服するために、EQ2の等化係数をEQ1の係数を用いて補間に
より得ることができる。自動利得制御(AGC)、キャリアトラッキング、記号
トラッキングのような受信機の制御ループが適当な値である場合、FFTの中心
周波数は既知で一定の大きさ及び位相を有する。
【0026】 図5は、相補的キャリアに亘って等化係数を決定するために線形補間を用いる
例を示す。図5はチャンネル応答の逆数218を実際に示すが、これは等化器に
とって望ましい応答であるからである。等化器の大きさから得られるであろう応
答220をも図5に示す。分かりやすくするために、図示の等化器応答は上方に
わずかに移動されているが、これはチャンネルの逆応答から識別できるようにす
るためである。この応答は非相補的キャリアの領域222、224においてチャ
ンネルの逆応答に追従することに注意されたい。お分かりのように、チャンネル
応答218が比較的滑らかである場合、補間により得られた等化係数は理想の値
に近く、等化器の大きさ応答220は相補的キャリアの領域226においてチャ
ンネルの大きさの逆数に追従する。
【0027】 補間にはいくつかの種類がある。例えば、相補的領域の外側の第1のOFDM
キャリアの等化係数の値を用いて、それらの値からチャンネルの中心における値
へ線形補間を行うことができる。線形補間は、信号が商用AM放送バンド(53
0kHz乃至1710kHz)内にあり、相補的領域の幅が10kHz未満であ
るケースの大部分において満足できるものであることが判明している。別法とし
て、相補的キャリア領域に最も近い非相補的キャリアが受信信号の同相部分から
アナログ信号を除去するために使用可能なハイパスフィルタのようなフィルタに
より影響を受ける場合、チャンネルの中心からさらに離れた非相補的キャリアを
用いるのが望ましい。また、多くの非相補的キャリアからの情報を補間プロセス
に使用することができる。線形以外の補間アルゴリズムも利用可能である。よく
知られた補間アルゴリズムの中には、三次式近似、多項式補間、FFTベースの
補間及び指数又は対数曲線のあてはめが含まれる。補間に用いる非相補的等化係
数と、補間から得られる相補的等化係数とは、雑音の影響を減少するために時間
に亘って平均化することができる。周波数に亘って平滑化することにより、雑音
の影響を減少することも可能である。係数の大きさを線形補間する代わりに、対
数スケールで補間するのが有利かもしれない。別法として、等化係数の大きさ及
び位相を補間する代わりに、等化係数を表わすための係数の対応する実成分及び
虚成分を補間することが望ましいかもしれない。
【0028】 本発明は、振幅変調コンパチブルデジタル音声放送信号を復調し適応等化する
方式を提供する。以上において、本発明の特定の好ましい方式及び実施例を明ら
かにしたが、本発明は頭書の特許請求の範囲の中で他の態様で実施可能であるこ
とを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、従来技術の複合アナログAM/デジタル放送信号を略示する。
【図2】 図2は、本発明に従って動作する等化器を備えた受信機のブロック図である。
【図3】 図3は、本発明による復調器と適応等化器の動作を説明する機能的ブロック図
である。
【図4a】 図4aは、本発明の動作を説明するフェーザ図である。
【図4b】 図4bは、本発明の動作を説明するフェーザ図である。
【図5】 図5は、等化器の応答の大きさを示す図である。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年9月11日(2000.9.11)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0002
【補正方法】変更
【補正内容】
【0002】 音声忠実度を改善するためにデジタル符号化された音声信号を放送する可能性
につき関心が高まっている。いくつかの方式が提案されているが、米国特許第5
,588,022号(WO 9524781 A)に記載された1つの方式は、
標準AM放送チャンネルにおいてアナログ信号とデジタル信号を同時に放送する
ものである。第1の周波数スペクトルを有する振幅変調無線周波数信号が放送さ
れるが、この振幅変調無線周波数信号は、第1のキャリアがアナログプログラム
信号により変調されたものであり、この信号と同時に、第1周波数スペクトルを
包含する帯域幅内で複数のデジタル変調キャリア信号が放送される。各デジタル
変調キャリア信号は、デジタルプログラム信号の一部により変調される。第1の
群のデジタル変調キャリア信号は、第1の周波数スペクトル内にあって、第1の
キャリア信号により直角位相で変調される。第2及び第3の群のデジタル変調キ
ャリア信号は、第1の周波数スペクトルの外側にあって、第1のキャリア信号と
同相及び直角位相の両方で変調される。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正内容】
【0003】 米国特許第5,588,022号(WO 9524781 A)に記載された
AMコンパチブルデジタル音声放送方式は、アナログAMチャンネルへのクロス
トークを回避しながらデジタル信号に最適なデータスループットを与えるような
波形構成になっていた。通信情報を載せるために、多数のキャリアが直交周波数
分割多重化方式(OFDM)により使用される。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】 一般大衆用AMラジオのモノ音響検波器は受信信号の包絡線にだけ応答するが
、その位相には応答しない。多数のデジタル変調キャリアを用いるため、このハ
イブリッド信号により生じる包絡線のひずみを減少させる手段が必要である。米
国特許第5,859,876号は、AMコンパチブルデジタル音声放送方式にお
ける包絡線ひずみの減少方法を開示している。アナログAMキャリア周波数より
高い或る特定のデジタルキャリアには、それに連携するものとして、アナログA
Mキャリアの下方において同一量周波数オフセットしたデジタルキャリアがある
。上側デジタルキャリア及びその対応キャリアに含まれる情報及びそれらの変調
は、それらキャリアの加算により生じる信号がアナログAMキャリアと同相の成
分を持たないようなものである。このように構成されたデジタルキャリアの対を
「相補的」と呼ぶ。アナログ信号スペクトルの直下にないキャリアは「非相補的
」と呼び、AMキャリアに対して同相及び直角位相で変調される。この構成は、
AMコンパチブルデジタル放送信号のアナログAM受信の中実度を驚異的に改善
する。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】 受信機は、デジタル信号を高速フーリエ変換(FFT)により復調する。1つ
の可能な方法及びその関連の装置は、米国特許第5,633,896号(WO
9708877 A)に記載されている。この特許は、直交周波数分割多重化(
OFDM)変調方式を用いるAMコンパチブルデジタル音声放送(AM DAB
)方式におけるアナログ信号とデジタル信号の間の望ましくないクロストークを
、受信OFDMデジタル信号の同相及び直角位相成分に対して別個に二重高速フ
ーリエ変換プロセスを施すことにより最小限に抑える復調方式を開示している。
直角位相チャンネルの出力を用いて相補的データが復元されるが、得られた処理
済み成分信号を加算すると非相補的データが復元される。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0006
【補正方法】変更
【補正内容】
【0006】 受信した多数のキャリア信号は、ダイナミックチャンネル応答に変動がある場
合等化しなければならない。等化しなければ、歪の大きい信号が検波され、デジ
タル放送信号の情報を復元できない。等化器は、デジタル音声放送信号の情報の
復元性を改善するものであり、かかる等化器の1例が米国特許第5,559,8
30号(WO 9623374 A)に開示されている。この特許の等化器は、
AMコンパチブルデジタル音声放送波形を受信してその波形を波形ベクトルとし
て蓄積する手段を含む。この等化器はさらに、波形ベクトルに等化ベクトルを乗
算してその波形を処理する。この等化ベクトルは、各々が最初に所定の値にセッ
トされた複数の等化係数より成る。等化器はさらに、処理済みの波形ベクトルの
各位置を蓄積した波形ベクトルと比較する。等化器は、蓄積した波形ベクトルに
最も近いベクトル位置をその信号として選択する。等化器は、雑音排除性を得る
ために波形ベクトル、処理済波形ベクトル及び蓄積した波形ベクトルにより等化
係数を更新する手段を備えるのが好ましい。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】 米国特許第5,633,896号(WO 9708877 A)及び第5,5
59,830号(WO 9623374 A)の等化器では、周波数ドメイン情
報は周波数ドメインベクトルとして等化器に与えられる。周波数ドメイン情報の
各ブロックは、記憶アレイに蓄積される。この記憶アレイベクトルは複数の等化
係数が乗算され、この乗算により得られる積が等化済み信号である。等化器では
一組の正確な値が先天的に知られており、これらに対して等化済み信号の各ベク
トル位置を比較することができる。ベクトル位置に記載された値に最も近い理想
的な値を実際の信号値として選択する。決定のベクトルは決定アレイに蓄積され
る。等化係数の推定手段は、受信信号、等化済み信号及び決定アレイを用いて、
係数の推定値を計算する。雑音排除性を与えるために、等化係数の推定値は時間
に亘って平均化することができる。係数更新速度が、ノイズ排除性及び収斂速度
を決定する。帯域の異なる部分の係数は、ひずみ機構の知識に応じてそれぞれ異
なる速度で更新される。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正内容】
【0008】 二重FFT方式を用いると、相補的キャリアの周波数範囲にわたりAMキャリ
ア周波数の周りで対称的な大きさ及び反対称的な位相を有するチャンネルのシス
テム性能を改善できるが、大きさが非対称的(non-symmetric)であるか又は位相
が非反対称的(non- anti-symmetric)であるチャンネルでは、相補的なキャリア
のFFT出力を組み合わせるプロセスにより非対称的な大きさ及び非反対称的な
位相の情報が破壊され、等化器を駆動する信号は正確でなくなる。公報第WO
0021228号は、等化係数の大きさが非対称的で、位相が非反対称的である
場合適当な等化係数を与えることのできる等化方法を開示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CR, CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI,G B,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL ,IN,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,ZA,ZW (72)発明者 ゴールドストン,ドン,アール アメリカ合衆国 オハイオ州 45040 メ イソン ウイップアウィル・ドライブ 9888 Fターム(参考) 5K004 AA03 DF02 DG01 5K022 DD01 DD33 DD34 DD43 5K046 AA05 EE06 EE19 EF11 【要約の続き】 り成る第2の等化ベクトルを求め、第2の変換済み信号 に第2の等化ベクトルを乗算することにより第2の変換 済み信号を処理して第2の等化済み信号を発生させるス テップより成る。本発明は、上記方法を用いる無線周波 数受信機だけでなく、上記方法を実施する装置及び上記 等化方法を用いる無線周波数受信機の動作も包含する。

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の周波数スペクトルにおいてアナログプログラム信号に
    より変調される第1のキャリアと、第1の周波数スペクトルを包含する帯域幅内
    の複数のデジタル変調キャリア信号と、相補的信号を含み第1の周波数スペクト
    ル内にある第1群のデジタル変調キャリア信号と、非相補的信号を含み第1の周
    波数スペクトルの外側にある第2及び第3群のデジタル変調キャリア信号とを有
    する振幅変調無線周波数信号を含んだ振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を
    復調し等化する方法であって、 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を高速フーリエ変換して非相補的キャ
    リアを表わす第1の変換済み信号を発生させ、 第1の変換済み信号に第1の複数の等化係数より成る第1の等化ベクトルを乗
    算して第1の変換済み信号を処理することにより第1の等化済み信号を発生させ
    、 非相補的信号に用いる第1の複数の等化係数を更新し、 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を高速フーリエ変換して相補的キャリ
    アを表わす第2の変換済み信号を発生させ、 第1の複数の等化係数を用いて補間により求めた第2の複数の等化係数より成
    る第2の等化ベクトルを求め、 第2の変換済み信号に第2の等化ベクトルを乗算することにより第2の変換済
    み信号を処理して第2の等化済み信号を発生させるステップより成る振幅変調コ
    ンパチブルデジタル放送信号を復調し等化する方法。
  2. 【請求項2】 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を同相及び直角位相
    成分に分離し、 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を高速フーリエ変換するステップの前
    に振幅変調コンパチブルデジタル放送信号の同相成分をろ波して第1の変換済み
    信号を発生させるステップをさらに含む請求項1の方法。
  3. 【請求項3】 同相成分をろ波するステップは、同相成分をハイパスフィル
    タにかけることを含む請求項2の方法。
  4. 【請求項4】 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号をウインドウ処理し
    、振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を高速フーリエ変換する各ステップの
    前に振幅変調コンパチブルデジタル放送信号からガードインターバルを除去する
    ステップをさらに含む請求項1の方法。
  5. 【請求項5】 第2の複数の等化係数は、第1の組の等化係数と第1の周波
    数スペクトルの中心における既知の値とを用いて計算され、かかる計算は線形補
    間、三次式近似補間、多項式補間、高速フーリエベースとした補間または対数曲
    線のあてはめの1つを用いて補間により実行される請求項1の方法。
  6. 【請求項6】 補間は時間に亘って平均化される請求項1の方法。
  7. 【請求項7】 補間は、第1及び第2の複数の等化係数を表わすために使用
    される実成分及び虚成分に対して行われる請求項1の方法。
  8. 【請求項8】 第1の周波数スペクトルにおいてアナログプログラム信号に
    より変調される第1のキャリアと、第1の周波数スペクトルを包含する帯域幅内
    の複数のデジタル変調キャリア信号と、相補的信号を含み第1の周波数スペクト
    ル内にある第1群のデジタル変調キャリア信号と、非相補的信号を含み第1の周
    波数スペクトルの外側にある第2及び第3群のデジタル変調キャリア信号とを有
    する振幅変調無線周波数信号を含んだ振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を
    受信する無線周波数受信機を作動させる方法であって、 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を受信し、 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を高速フーリエ変換して非相補的キャ
    リアを表わす第1の変換済み信号を発生させ、 第1の変換済み信号に第1の複数の等化係数より成る第1の等化ベクトルを乗
    算して第1の変換済み信号を処理することにより第1の等化済み信号を発生させ
    、 非相補的信号に用いる第1の複数の等化係数を更新し、 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を高速フーリエ変換して相補的キャリ
    アを表わす第2の変換済み信号を発生させ、 第1の複数の等化係数を用いて補間により求めた第2の複数の等化係数より成
    る第2の等化ベクトルを求め、 第2の変換済み信号に第2の等化ベクトルを乗算することにより第2の変換済
    み信号を処理して第2の等化済み信号を発生させ、 第1及び第2の等化済み信号に応答して出力信号を発生させるステップより成
    る無線周波数受信機を作動させる方法。
  9. 【請求項9】 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を同相及び直角位相
    成分に分離し、 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を高速フーリエ変換するステップの前
    に振幅変調コンパチブルデジタル放送信号の同相成分をろ波して第1の変換済み
    信号を発生させるステップをさらに含む請求項8の方法。
  10. 【請求項10】 同相成分をろ波するステップは、同相成分をハイパスフィ
    ルタにかけることを含む請求項9の方法。
  11. 【請求項11】 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号をウインドウ処理
    し、振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を高速フーリエ変換する各ステップ
    の前に振幅変調コンパチブルデジタル放送信号からガードインターバルを除去す
    るステップをさらに含む請求項8の方法。
  12. 【請求項12】 第2の複数の等化係数は、第1の組の等化係数と第1の周
    波数スペクトルの中心における既知の値とを用いて計算され、かかる計算は線形
    補間、三次式近似補間、多項式補間、高速フーリエベースとした補間または対数
    曲線のあてはめの1つを用いて補間により実行される請求項8の方法。
  13. 【請求項13】 補間は時間に亘って平均化される請求項8の方法。
  14. 【請求項14】 補間は、第1及び第2の複数の等化係数を表わすために使
    用される実成分及び虚成分に対して行われる請求項8の方法。
  15. 【請求項15】 第1の周波数スペクトルにおいてアナログプログラム信号
    により変調される第1のキャリアと、第1の周波数スペクトルを包含する帯域幅
    内の複数のデジタル変調キャリア信号と、相補的信号を含み第1の周波数スペク
    トル内にある第1群のデジタル変調キャリア信号と、非相補的信号を含み第1の
    周波数スペクトルの外側にある第2及び第3群のデジタル変調キャリア信号とを
    有する振幅変調無線周波数信号を含んだ振幅変調コンパチブルデジタル放送信号
    を復調し等化する装置であって、 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を高速フーリエ変換して非相補的キャ
    リアを表わす第1の変換済み信号を発生する手段と、 第1の変換済み信号に第1の複数の等化係数より成る第1の等化ベクトルを乗
    算して第1の変換済み信号を処理することにより第1の等化済み信号を発生する
    手段と、 非相補的信号に用いる第1の複数の等化係数を更新する手段と、 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を高速フーリエ変換して相補的キャリ
    アを表わす第2の変換済み信号を発生する手段と、 第1の複数の等化係数を用いて補間により求めた第2の複数の等化係数より成
    る第2の等化ベクトルを求める手段と、 第2の変換済み信号に第2の等化ベクトルを乗算することにより第2の変換済
    み信号を処理して第2の等化済み信号を発生する手段とより成る振幅変調コンパ
    チブルデジタル放送信号を復調し等化する装置。
  16. 【請求項16】 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を同相及び直角位
    相成分に分離する手段と、 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号の同相成分をろ波する手段とをさらに
    含む請求項15の装置。
  17. 【請求項17】 同相成分をろ波する装置はハイパスフィルタより成る請求
    項16の装置。
  18. 【請求項18】 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号をウインドウ処理
    し、振幅変調コンパチブルデジタル放送信号からガードインターバルを除去する
    手段をさらに含む請求項15の装置。
  19. 【請求項19】 第2の複数の等化係数は、第1の組の等化係数と第1の周
    波数スペクトルの中心における既知の値とを用いて計算され、かかる計算は線形
    補間、三次式近似補間、多項式補間、高速フーリエベースとした補間または対数
    曲線のあてはめの1つを用いて補間により実行される請求項15の装置。
  20. 【請求項20】 補間は時間に亘って平均化される請求項15の装置。
  21. 【請求項21】 補間は、第1及び第2の複数の等化係数を表わすために使
    用される実成分及び虚成分に対して行われる請求項15の装置。
  22. 【請求項22】 第1の周波数スペクトルにおいてアナログプログラム信号
    により変調される第1のキャリアと、第1の周波数スペクトルを包含する帯域幅
    内の複数のデジタル変調キャリア信号と、相補的信号を含み第1の周波数スペク
    トル内にある第1群のデジタル変調キャリア信号と、非相補的信号を含み第1の
    周波数スペクトルの外側にある第2及び第3群のデジタル変調キャリア信号とを
    有する振幅変調無線周波数信号を含んだ振幅変調コンパチブルデジタル放送信号
    を受信する無線周波数受信機であって、 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を受信する手段と、 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を高速フーリエ変換して非相補的キャ
    リアを表わす第1の変換済み信号を発生する手段と、 第1の変換済み信号に第1の複数の等化係数より成る第1の等化ベクトルを乗
    算して第1の変換済み信号を処理することにより第1の等化済み信号を発生する
    手段と、 非相補的信号に用いる第1の複数の等化係数を更新する手段と、 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を高速フーリエ変換して相補的キャリ
    アを表わす第2の変換済み信号を発生する手段と、 第1の複数の等化係数を用いて補間により求めた第2の複数の等化係数より成
    る第2の等化ベクトルを求める手段と、 第2の変換済み信号に第2の等化ベクトルを乗算することにより第2の変換済
    み信号を処理して第2の等化済み信号を発生する手段と、 第1及び第2の等化済み信号に応答して出力信号を発生する手段とより成る無
    線周波数受信機。
  23. 【請求項23】 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号を同相及び直角位
    相成分に分離する手段と、 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号の同相成分をろ波する手段とをさらに
    含む請求項22の受信機。
  24. 【請求項24】 同相成分をろ波する装置はハイパスフィルタより成る請求
    項23の受信機。
  25. 【請求項25】 振幅変調コンパチブルデジタル放送信号をウインドウ処理
    し、振幅変調コンパチブルデジタル放送信号からガードインターバルを除去する
    手段をさらに含む請求項23の受信機。
  26. 【請求項26】 第2の複数の等化係数は、第1の組の等化係数と第1の周
    波数スペクトルの中心における既知の値とを用いて計算され、かかる計算は線形
    補間、三次式近似補間、多項式補間、高速フーリエベースとした補間または対数
    曲線のあてはめの1つを用いて補間により実行される請求項23の受信機。
  27. 【請求項27】 補間は時間に亘って平均化される請求項23の受信機。
  28. 【請求項28】 補間は、第1及び第2の複数の等化係数を表わすために使
    用される実成分及び虚成分に対して行われる請求項23の受信機。
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