JP2005123859A - デジタル放送受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】狭帯域信号を複数組み合わせて狭帯域から広帯域までの放送電波を選択的に受信するデジタル放送受信装置において、比較的広範囲の受信電界強度に亘って、受信品質を段階的なレベルで適正に表示する。
【解決手段】デジタル放送受信装置は、現在選択されている帯域幅に応じて、受信品質（Ｃ／Ｎ値）を判定するための複数のしきい値を変更し、前記検出された受信品質を前記複数のしきい値で判定された複数段階の受信品質レベルに分類する。この分類された受信品質レベルを、段階的に変化する表示態様で表示画面上に表示する。（ａ）変調方式および畳み込み符号化率毎に、誤り率（ＢＥＲ）から、Ｃ／Ｎ値を求める方法、（ｂ）受信データのコンスタレーションに基づいて、予め既知のパイロット信号の受信座標から分散値を求め、これをＣ／Ｎ値に換算する方法、および、（ｃ）受信電力と熱雑音との比をとることでＣ／Ｎ値を求める
【選択図】図４

Description

本発明は、デジタル放送受信装置に係り、特に、携帯型のデジタル放送受信装置に関するものである。

携帯端末装置（例えば携帯電話機など）は、現在位置における基地局からの電波の強さ（電界強度レベルの強弱）をユーザに知らせるために、表示部にいわゆるアンテナバーが表示される。ユーザは端末を使用する前に、その表示されたアンテナバーを確認することにより、その場所での電界強度レベルの強弱を段階的なレベルで認識し、通話での受信品質をある程度予想することができる。
特開２００１−３５９００８号公報

ところで、近々、地上デジタル放送が開始される予定であり、携帯電話機のような携帯端末でもその受信ができるよう検討されている。

このような携帯端末での地上デジタル放送の受信が行われるようになった場合、携帯電話の場合の基地局電波と同様、放送電波についても、その強さをアンテナバーまたは同様の表示態様で表示することが考えられる。

すなわち、テレビ放送受信機能を備えた携帯電話機の場合、ユーザはアンテナバーによる受信品質の確認に慣れており、テレビ放送受信の場合にも同等に受信品質を確認できることが望まれる。

現状のアナログ放送を受信する携帯型テレビ放送受信装置の場合はその様な機能はないが、アナログ放送では、受信電界強度の測定はチューナのＩＦ部にて電界強度の測定を行うことができ、これをアンテナバー表示に反映させることが可能である。

しかしながら、地上デジタル放送では事情が異なり、受信電界強度のみに基づいてアンテナバー表示を行うことは妥当でないと考えられる。地上デジタル放送ではチャンネル帯域幅を１４等分したＯＦＤＭブロック（ＯＦＤＭセグメント、以下セグメントと呼ぶ）のうち１３ブロックを連ねて送信される。移動体受信サービスのセグメント数は、チャンネル帯域中心の１セグメント、デジタルラジオ放送では１もしくは３セグメント、固定向け放送では１３セグメントが利用される予定である。そのため、場合によって受信帯域幅が変わるのに伴って、受信電界強度が帯域により変わってしまう。また、変調方式や畳み込み符号により所要Ｃ／Ｎ(Carrier to Noise ratio)が変わるため、ＩＦ（中間周波数）にて電界強度レベルを測定するだけでは、デジタル放送で信号品質の検出には対応できない。

１３セグメントすべてを受信し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ: Fast Fourier Transformation)により復調し各階層の受信電界強度を求めることは既知である（特許文献１参照）。しかし、携帯端末の場合は消費電力が大きくなり現実的ではないし、受信すべきセグメント以外のセグメントはノイズとなるので受信ダイナミックレンジが抑圧され、受信特性が劣化する。

本発明は、このような背景の下になされたものであり、狭帯域信号を複数組み合わせて狭帯域から広帯域までの放送電波を選択的に受信するデジタル放送受信装置において、比較的広範囲の受信電界強度に亘って、受信品質を段階的なレベルで適正に表示することを目的とする。

本発明によるデジタル放送受信装置は、狭帯域信号を複数組み合わせて狭帯域から広帯域までの放送電波を選択的に受信するデジタル放送受信装置であって、帯域切り替え機能を有する帯域通過フィルタを含む受信回路と、受信品質を検出する受信品質検出手段と、現在選択されている帯域幅に応じて、受信品質を判定するための複数のしきい値を変更するしきい値変更手段と、前記検出された受信品質を前記複数のしきい値で判定された複数段階の受信品質レベルに分類する手段と、この分類された受信品質レベルを、段階的に変化する表示態様で表示画面上に表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。

受信回路内の帯域通過フィルタは、帯域切り替え機能により、狭帯域信号を複数組み合わせて狭帯域から広帯域までの放送電波を選択的に受信する。受信品質検出手段は、受信信号の受信品質を検出する。この受信品質は、現在選択されている帯域幅に応じて変更される複数のしきい値に従って判定され、複数段階の受信品質レベルに分類される。この分類された受信品質レベルは、表示手段により表示画面上に段階的に変化する表示態様で表示される。

前記受信品質検出手段は、好ましくは、受信品質の程度に応じて、複数の検出方法を切り替えて使用する。これにより、比較的広範囲の受信電界強度に亘って、受信品質を検出することができる。

具体的には、前記受信品質はＣ／Ｎ値で表わされ、前記複数の検出方法は、（ａ）変調方式および畳み込み符号化率毎に、誤り率（ＢＥＲ）から、Ｃ／Ｎ値を求める方法、（ｂ）受信データのコンスタレーションに基づいて、予め既知のパイロット信号の受信座標から分散値を求め、これをＣ／Ｎ値に換算する方法、および、（ｃ）受信電力と熱雑音との比をとることでＣ／Ｎ値を求める方法である。この場合、前記方法（ａ）を優先的に使用し、前記方法（ａ）が使用できないとき前記方法（ｂ）を用い、前記方法（ａ）および（ｂ）が使用できないとき前記方法（ｃ）を用いる。

本発明によれば、以下のような効果が期待できる。
１．受信電力が受信限界のような弱電界から受信機が飽和するほどの強電界まで比較的広い範囲で受信品質を的確に表示することができる。
２．受信する帯域幅が変更された場合や、変調方式および畳み込み符号化率が変更になった場合においても、その変化に対応した受信品質を段階的なレベルで適正に表示することができる。
３．受信品質の段階的なレベルによる表示により、ユーザは受信品質の移り変わりを確認することができ、受信品質の低下により突然の受信エラーが生じるような状態も予見することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明が適用される携帯型のデジタル放送受信装置のハードウェア構成を示すブロック図である。この受信装置は携帯電話機に組み込むことができるが、ここでは主として放送受信装置のみの構成を示してある。

この受信装置は、アンテナ１にて受信したデジタル放送波を帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）２にて帯域制限した後、ゲイン切り替え可能な低雑音増幅器（ＬＮＡ: Low Noise Amplifier）３に入力する。ＬＮＡ３は周波数変換器４が飽和しない程度の最適なレベルに受信信号を増幅し、周波数変換器４へ信号を渡す。周波数変換器４は受信信号をＩＦ周波数に変換する。

帯域切り替え帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）５は、受信する帯域を、１セグメント、３セグメント、１３セグメントの帯域幅に可変させることができる。この帯域の切替は、ＣＰＵ１９からシステムバス２１を介して、帯域切り替え信号２２に従って行われ、所望の帯域幅に設定される。ＢＰＦ５からの帯域制限された出力は自動可変利得増幅器（ＡＧＣ）６を介してアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）７に入力され、ＡＤＣ７よりデジタル信号に変換される。

受信信号はＡＤＣ７に入力され、デジタル信号に変換される。ＡＤＣ７の出力は直交復調部８と電力検出部１３に入力される。直交復調部８からはデジタル複素Ｉ信号およびＱ信号が出力される。電力検出部１３は、検出された電力に基づいて、ＡＤＣ７への入力が最適なレベルになるように、ＬＮＡ３およびＡＧＣ６のゲイン（利得）を調整する。

直交復調部８に続くＦＦＴ部９では、複素信号をフーリエ変換する。フーリエ変換された信号はビタビ復号部１０にてエラー訂正され、ＲＳ復号部１１ではリードソロモン復号が行われる。この出力は映像処理部１２（音声処理も含む）により処理され、映像として表示部２０（音声を出力するスピーカも含む）に出力される。

主として上記要素１〜１１が本発明における受信回路を構成している。

ビタビ復号後の信号についてはＢＥＲ計測部１６にて、エラー訂正されたビット数がカウントされ、ＢＥＲ（Bit Error Rate:誤り率）が計算される。ＴＭＣＣ（Transmission and Multiplexing Configuration Control: 伝送多重制御）検出部１５は、ＴＭＣＣ信号から得られる変調方式を特定するための情報を取得する。Ｃ／Ｎ検出部１４は、ＦＦＴされた信号に基づいて、ＳＰ（分散パイロット）信号の分散から測定できる。

信号品質検出部１７ではＢＥＲ計測部１６、ＴＭＣＣ検出部１５、Ｃ／Ｎ検出部１６のデータと、ＣＰＵ１９から得た電力検出部１３の検出電力、およびセグメント帯域幅のデータを基に、実際の受信環境に適した受信信号品質を計算する。算出された受信信号品質は、表示部２０にて映像と一緒に表示され、ユーザに現在の受信品質について知らしめる。

図２にＩＳＤＢ−Ｔ（Terrestrial Integrated Services Digital Broadcasting）と呼ばれる地上デジタル放送方式の伝送イメージを示す。これは、テレビ放送も音声放送も同じ方法でサービスすることを意図し、ＯＦＤＭセグメントと呼ばれる帯域幅約４３０ｋＨｚの狭帯域信号を複数組み合わせて狭帯域から広帯域までの放送電波を構成するものである。この例では、放送送信側の信号変調方式として、チャンネル帯域幅の中央の１セグメント帯域幅についてはＱＰＳＫ、この中心１セグメントを除く中央の３セグメント帯域幅については１６ＱＡＭ、これら３セグメントを除く１３セグメント帯域幅については６４ＱＡＭとしている。但し、本発明はこのような変調方式の割り当てに限定されるものではない。

デジタル放送受信装置では、場合によって異なる帯域幅の放送信号を受信することが考えられる。このような受信帯域切り替えは、ＣＰＵ１９が自動的にまたはユーザの指示に応じて、帯域切り替えＢＰＦ５を制御することにより行われる。具体的には、例えば、１３セグメントのＨＤ（High Definition：高精細度）放送の受信信号Ｃ／Ｎが十分取れないとＣＰＵ１９が判断したときに自動的に１セグメントの簡易放送に切り替わる。ユーザがマニュアルで１セグメント受信に設定したとき、またはユーザがデジタルラジオ放送を選局したときは３セグメントに切り替わる。

ここで、受信品質検出部１７の機能について説明する。受信信号品質を求めるということは、基本的には、Ｃ／Ｎ値を求めることに帰結する。Ｃ／Ｎ値を求める方法にはいつくかある。第１は、変調方式および畳み込み符号化率が既知であるとき、誤り率（ＢＥＲ）から、後述する図４のグラフのデータを基にＣ／Ｎ値を求める方法、第２は、受信データのコンスタレーションに基づいて、予め既知のパイロット信号の受信座標から分散値を求め、これをＣ／Ｎ値に換算する方法である。第３は、受信電力と熱雑音との比をとることでＣ／Ｎ値を求める方法である。ユーザにとっての受信品質は画像・音声の品質であり、デジタルデータのビット誤りが受信品質に直結する。従って、受信品質を求める際には誤り率（ＢＥＲ）が、コンスタレーションやＲＦ受信電力で計測され換算されたＣ／Ｎ値よりも優先する。次いでコンスタレーションより求めたＣ／Ｎ値の方がフェーディングやマルチパスの影響を受けた結果になるので、単にＲＦの受信電力より求めたＣ／Ｎ値より優先する。

図４に、種々の変調方式（および畳み込み符号化率）毎の、ＢＥＲ値とＣ／Ｎ値との関係をグラフで示す。各変調方式において、Ｃ／Ｎ値が大きくなるにつれてＢＥＲ値が小さくなる。但し、Ｃ／Ｎ値が大きくなるにつれてＢＥＲ値の変化率も小さくなる。したがって、図４のグラフの関係に基づいてＢＥＲ値よりＣ／Ｎ値を求める際に、ある程度のＢＥＲ以下ではＣ／Ｎ値を求められない。つまりＢＥＲの悪いところではＣ／Ｎ値を求められるが、ＢＥＲがよくなると精度よくＣ／Ｎ値に換算できなくなる。図４では、このようなＣ／Ｎ値の精度よい測定が困難となるＢＥＲ値を測定限界ＢＥＲ値と呼ぶ。測定限界ＢＥＲ値に対応するＣ／Ｎ値は変調方式（および畳み込み符号化率）によって変化する。

また、コンスタレーションより求めるＣ／Ｎ値は測定限界ＢＥＲ値によって求められるＣ／Ｎ値よりも大きなＣ／Ｎ値まで計測できるが、ＡＤＣ７の分解能によりＣ／Ｎ値計測には限界がある。さらに広い範囲でＣ／Ｎ値を計測するにはＲＦ受信電力を計測し、帯域幅より熱雑音を求め、電力との比をとってＣ／Ｎ値を算出する。

以下、本実施の形態の受信装置の動作について説明する。

前述したように、受信セグメント帯域が変更になる場合は、次のような場合が挙げられる。
（１）受信チャンネルが変更され、変更先での受信セグメント数が変わった。（２）１３セグメントにて放送しているＨＤ放送の視聴が困難になり、ユーザが１セグメントの簡易動画に切り替えた、または受信装置により自動的に切り替わった。
（３）視聴環境が良くなり、ユーザが簡易動画からＨＤ放送に切り替えた、または自動的に切り替わった。
（４）放送しているセグメント帯域幅が放送局側から切り替えられた。

これらの要因により帯域切り替えＢＰＦの帯域幅が変更された場合、受信信号品質の計算方法（特にアンテナバーの本数の判定のためのしきい値Ｃ／Ｎ））が変更される。

図３に各々の変調方式および畳み込み符号化率毎のＣ／Ｎ値とＢＥＲの関係をグラフに表してある。このグラフから、各々の変調方式および畳み込み符号化率（かっこ内の数字）でノイズ耐性が異なるために、アンテナバーしきい値Ｃ／Ｎは、変調方式および畳み込み符号化率によって変更しなければならないことが分かる。例えば、６４ＱＡＭとＱＰＳＫとを比較した場合、Ｃ／Ｎ値が高い方から低下してくると、６４ＱＡＭ（７／８）では早い時期にＢＥＲ値が悪化するが、そのようなＣ／Ｎ値であってもＱＰＳＫ（１／２）ではなお十分良好なＢＥＲ値が得られる。同じ変調方式で畳み込み符号化率のみが違う場合でも同様の事情が見られる。したがって、アンテナバーの段階はＣ／Ｎ値そのものよりＢＥＲ値によって定めるのが妥当であり、Ｃ／Ｎ値を用いて適正なアンテナバーの段階を求めるにはしきい値Ｃ／Ｎを変調方式および畳み込み符号化率によって変える必要がある。

図４は、受信電界強度（ｄＢｍ）と信号品質（Ｃ／Ｎ値）との関係、および、アンテナバー（Ｂａｒ）についての関連を模式的に表した図である。本実施の形態では、アンテナバーの判定にＣ／Ｎ値を用いるが、Ｃ／Ｎ値の求め方は段階的に異なる。すなわち、ＴＭＣＣ信号が検出できない圏外は別として、信号品質の低い側から、第１段階としてＢＥＲを測定し、これをＣ／Ｎ値に換算する。Ｃ／Ｎ値が正確に測定できないＢＥＲ測定限界に達した後は、第２段階として、コンスタレーションによるＣ／Ｎ値を直接求める。さらに信号品質が上がると、電力測定値をＣ／Ｎ値に換算する。

図５は、上記のようなアンテナバーしきい値Ｃ／Ｎの変更処理のフローチャートを示している。この処理は帯域切り換えＢＰＦの帯域が切り換えられたことを検出したとき（Ｓ１１、Ｙｅｓ）、その帯域に応じてアンテナバーしきい値Ｃ／Ｎを決定する。そのためには、例えば、アンテナバーしきい値Ｃ／Ｎ（Ｂａｒ０−１Ｃ／Ｎ，Ｂａｒ１−２Ｃ／Ｎ，Ｂａｒ２−３Ｃ／Ｎ）を計算するか、予めメモリ１８に保存されているテーブルから対応データを読み出すことにより、それらのしきい値の決定を行う（Ｓ１２）。

図６は、本実施の形態における受信信号品質の計算を行い表示部のアンテナバーを更新表示する処理のフローチャートである。この処理は、受信信号品質の計算処理を開始命令にしたがってアンテナバー表示の更新周期毎に実行される。

この処理では、まず、ＴＭＣＣ検出部１５によりＴＭＣＣ信号が検出できるか否かを確認する（Ｓ２１）。検出できなければ、受信エリア圏外にいると判断し、Ｂａｒ＝圏外と設定する（Ｓ２２）。

ＴＭＣＣ信号が検出できたならば、ＴＭＣＣの伝送パラメータ情報より変調方式および畳み込み符号化率のデータを読みとって確認する（Ｓ２３）。次に、ビットエラーレート（ＢＥＲ）が前述のＢＥＲ測定限界にあるかどうかをチェックする（Ｓ２４）。測定限界になければ、ＢＥＲ計測部１６でＢＥＲ値を求め、このＢＥＲ値を対応するＣ／Ｎ値に変換し（Ｓ２５）、ステップＳ２９へ進む。この変換は図３に示したように、変調方式（および符号化率）によって、ＢＥＲ値とＣ／Ｎ値の対応関係が変わる。

ステップＳ２４においてＢＥＲ測定限界にあれば、次に、Ｃ／Ｎ検出部１４でＣ／Ｎ値の検出を試み、Ｃ／Ｎ値がＣ／Ｎ測定限界にあるか否かをチェックする（Ｓ２６）。Ｃ／Ｎ値が測定限界以下（測定可）であれば（Ｓ２６，Ｎｏ）、ステップＳ２９へ進む。測定限界以上（測定不可）であれば、電力検出部１３で受信電界強度を求める（Ｓ２７）。ついで、この求められた受信電界強度を対応するＣ／Ｎ値に変換する（Ｓ２８）。すなわち、Ｃ／Ｎ測定限界以上の場合は（Ｓ２６，Ｙｅｓ）、電力検出部１３にて検出した電力と帯域切り替えＢＰＦ５に設定されている帯域幅を考慮して熱雑音を求め、両者の比をとることでＣ／Ｎ値を算出する。

続くステップＳ２９では、前記決定されたしきい値Ｃ／Ｎを現在のアンテナバーしきい値Ｃ／Ｎと照らし合わせて、予め定められているアンテナバーの複数の表示態様の中から、表示すべきＢａｒデータを求める。この求められたＢａｒデータはそれに対応する図柄を表示部２０に表示する（Ｓ３０）。図７にはＢａｒデータ（表示ＩＤ）と対応する図柄（および「圏外」の文字）の一例を示す。この例は、表示態様として、携帯電話機で利用されているアンテナバーをそのまま利用しているが、他の表示態様、例えば、異なる形状、色、輝度、点滅頻度等であってもよい。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、上記で言及した以外にも種々の変形、変更を行うことが可能である。例えば、図５の処理は、帯域切り替えの有無にかかわらず、図６の処理の実行の度に併せて実行するようにしてもよい。図１に示した構成は、携帯電話機に組み込んだとき、共通する機能の部品は共用することができる。複数段階の受信品質レベルの数は圏外も含めて５段階としたが、本発明は５段階に限定されるものではなく、これより少なくても多くてもよい。

本発明が適用される携帯型のデジタル放送受信装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 地上デジタル放送方式の伝送イメージの説明図である。 各々の変調方式および畳み込み符号化率毎のＣ／Ｎ値とＢＥＲの関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態における、受信電界強度（ｄＢｍ）と信号品質（Ｃ／Ｎ値）との関係、および、アンテナバー（Ｂａｒ）についての関連を模式的に表した図である。 本発明の実施の形態におけるアンテナバーしきい値Ｃ／Ｎの変更処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態における受信信号品質の計算を行い表示部のアンテナバーを更新表示する処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるＢａｒデータと対応する図柄の一例を示した図である。

符号の説明

１…アンテナ、２…帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）、４…周波数変換器、５…帯域通過フィルタ（帯域切り替え機能付き）、６…可変利得増幅器（ＡＧＣ）、７…アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）、８…直交復調部、９…高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）、１０…ビタビ復号部、１１…復号部、１２…映像処理部、１３…電力検出部、１４…Ｃ／Ｎ検出部、１５…ＴＭＣＣ検出部、１６…ＢＥＲ計測部、１７…信号品質検出部、１８…メモリ、 ２０…表示部、２１…システムバス

Claims (4)

1. 狭帯域信号を複数組み合わせて狭帯域から広帯域までの放送電波を選択的に受信するデジタル放送受信装置であって、
   帯域切り替え機能を有する帯域通過フィルタを含む受信回路と、
   受信品質を検出する受信品質検出手段と、
   現在選択されている帯域幅に応じて、受信品質を判定するための複数のしきい値を変更するしきい値変更手段と、
   前記検出された受信品質を前記複数のしきい値で判定された複数段階の受信品質レベルに分類する手段と、
   この分類された受信品質レベルを、段階的に変化する表示態様で表示画面上に表示する表示手段と、
   を備えたことを特徴とするデジタル放送受信装置。
2. 前記受信品質検出手段は、受信品質の程度に応じて、複数の検出方法を切り替えて使用することを特徴とする請求項１記載のデジタル放送受信装置。
3. 前記受信品質はＣ／Ｎ値で表わされ、前記複数の検出方法は、（ａ）変調方式および畳み込み符号化率毎に、誤り率（ＢＥＲ）から、Ｃ／Ｎ値を求める方法、（ｂ）受信データのコンスタレーションに基づいて、予め既知のパイロット信号の受信座標から分散値を求め、これをＣ／Ｎ値に換算する方法、および、（ｃ）受信電力と熱雑音との比をとることでＣ／Ｎ値を求める方法である請求項２記載のデジタル放送受信装置。
4. 前記方法（ａ）を優先的に使用し、前記方法（ａ）が使用できないとき前記方法（ｂ）を用い、前記方法（ａ）および（ｂ）が使用できないとき前記方法（ｃ）を用いることを特徴とする請求項３記載のデジタル放送受信装置。

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