JP2005512441A - アナログ信号前置補償を行うａｍデジタル音声放送 - Google Patents

Abstract

アナログ信号及び複数のデジタル変調サブキャリヤ信号を含む複合デジタル音声放送信号中のアナログ信号を前置補償する方法であって、この方法は、アナログ信号をサンプリングして（６２）サンプルの時系列ブロックを得、サンプルの各ブロックを復調して（６４）複数の復調器出力を得、デジタル変調サブキャリヤ信号のうち所定の信号に対応する復調器出力を再変調して（６８）エラー信号を発生させ、エラー信号をサンプルのブロックのうち１つのブロックから減算して前置補償されたサンプルブロックを発生させ、前置補償されたサンプルブロックを複数のＯＦＤＭパルスと結合して補償済み複合信号を発生させるステップより成る。この方法を実施する装置も含まれる。

Description

本発明は、ラジオ放送に関し、さらに詳細には、ＡＭインバンド・オンチャンネル（ＩＢＯＣ）デジタル音声放送（ＤＡＢ）及びＡＭ ＩＢＯＣ ＤＡＢ送信機における信号処理に関する。

デジタル音声放送は、音声を既存のアナログ放送を超えるデジタル品質で提供するメディアである。ＡＭ ＩＢＯＣ ＤＡＢは、デジタル信号がアナログ変調信号と共存するハイブリッド方式か、または、アナログ信号をなくすことによりデジタルカバレッジの改善と障害の減少を可能にする全デジタル方式の何れかにより送信可能である。ＩＢＯＣ ＤＡＢは新しいスペクトルの割り当てを必要としないが、その理由は、各ＤＡＢ信号が既存のＡＭチャンネルに割り当てられたものと同じスペクトルマスク内で同時に送信されるからである。ＩＢＯＣは、放送者がそれらの現在の聴取者ベースにデジタル品質の音声を提供しながらスペクトルの経済的利用を促進する。

米国特許第５，５８８，０２２号は、標準のＡＭ放送チャンネル内でアナログ信号とデジタル信号とを同時に放送するためのハイブリッドＡＭ ＩＢＯＣ放送方式を開示するが、この方式は、第１の周波数スペクトルを有し、第１のキャリヤがアナログプログラム信号により変調された無線周波数信号を放送し、それと同時に、第１の周波数スペクトルを包み込む帯域幅内で、各々がデジタルプログラム信号の一部により変調された複数のデジタル変調キャリヤ信号を放送するステップを含む。第１群のデジタル変調キャリヤ信号は、第１の周波数スペクトル内にあり、第１のキャリヤ信号により直交変調される。第２及び第３群のデジタル変調キャリヤ信号は、第１の周波数スペクトルの外側にあり、第１のキャリヤ信号により同相及び直角位相で変調される。

米国では、ＡＭ放送局の電波は、連邦通信委員会（ＦＣＣ）規則により信号レベルマスク内に収まるように制限されるが、そのマスクは、アナログキャリヤから１０．２ｋＨｚ乃至２０ｋＨｚ離れたところで未変調アナログキャリヤレベルより少なくとも２５ｄＢ以下に、また、アナログキャリヤから２０ｋＨｚ乃至３０ｋＨｚ離れたところで未変調アナログキャリヤレベルより少なくとも３５ｄＢ以下に、さらに、アナログキャリヤから３０ｋＨｚ乃至６０ｋＨｚ離れたところで未変調アナログキャリヤレベルより少なくとも［３５ｄＢ＋１ｄＢ／ｋＨｚ］以下に減衰しなければならないように決められている。

米国特許第５，８５９，８７６号は、アナログＡＭ信号と同じチャンネル内の多数のデジタル変調キャリヤにより生じるアナログＡＭ信号包絡線歪みの減少に向けられている。米国特許第５，８５９，８７６号の信号伝送システムは、振幅変調キャリヤと複数のデジタル信号キャリヤとを伝送する手段を備えている。デジタルキャリヤは、アナログＡＭキャリヤの周波数の上方及び下方の両方に位置する。アナログＡＭキャリヤの上方にある或る特定のデジタルキャリヤは、関連のデジタルキャリヤがアナログＡＭキャリヤの下方において等しい周波数だけオフセットした所にある。上方のデジタルキャリヤ及びそれと対を成すキャリヤに対するデータ変調は、それらの加算により生じる信号がアナログＡＭキャリヤと同相の成分を含まないように行われる。このように位置決めされたデジタルキャリヤの対は相補的キャリヤと呼ばれる。この構成により、デジタル放送信号のアナログＡＭ受信の忠実度が改善される。米国特許第５，８５９，８７６号は、包絡線歪みを減少させる手段を加えるのは信号包絡線を予め歪ませる（プレディストーション）ためであることを述べている。信号包絡線は、デジタルキャリヤにより加わる歪みを相殺するために予め歪ませる。米国特許第５，８５９，８７６号は、アナログ処理によるプレディストーション操作を開示し、この操作はデジタル処理によっても行えることを述べている。

ハイブリッドＩＢＯＣ ＤＡＢ方式では、アナログ変調信号の存在により受信機の復調器出力中にデジタル変調信号に関する障害が発生する。ハイブリッド方式のデジタル情報伝送に用いる直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）波形によると、相補的サブキャリヤ、即ち、ＡＭスペクトルのすぐ下のサブキャリヤについてアナログ変調信号効果を容易に除去することができる。これらのサブキャリヤの構成により、それらが復調されて適当に結合された後のアナログ変調信号に対するそれらの直交性が保証される。しかしながら、もう一方の、非相補的サブキャリヤに対するアナログ変調信号の効果は、受信機において処理をおこなっても除去することができない。

本発明は、ＡＭ ＩＢＯＣハイブリッド放送方式のアナログ変調キャリヤにより生じる非相補的キャリヤにより伝送されデジタル信号の歪みを減少させる方法及び装置を提供せんとするものである。

発明の概要

本発明は、アナログ変調キャリヤ信号及び複数のデジタル変調サブキャリヤ信号を含む複合デジタル音声放送信号中のアナログ信号を前置補償する方法であって、アナログ信号をサンプリングしてサンプルの時系列ブロックを得、サンプルの各ブロックを復調して複数の復調器出力を得、デジタル変調サブキャリヤ信号のうち所定の信号に対応する復調器出力を再変調してエラー信号を発生させ、エラー信号をサンプルのブロックのうち１つのブロックから減算して前置補償されたサンプルブロックを発生させ、前置補償されたサンプルブロックを複数のＯＦＤＭパルスと結合して補償済み複合信号を発生させるステップより成るアナログ信号の前置補償方法を提供する。

サンプルの時系列ブロックは互いにオーバーラップすることがある。前置補償されたブロックのサンプルの数は、ＯＦＤＭシンボル中のサンプルの数に等しいのが好ましい。複合信号中の非相補的サブキャリヤに対応する復調器出力を発生するために、相補的サブキャリヤに対する復調器出力を０にセットすることができる。

本発明はまた、アナログ信号及び複数のデジタル変調サブキャリヤ信号を含む複合デジタル音声放送信号中のアナログ信号を前置補償する装置であって、アナログ信号をサンプリングしてサンプルの時系列ブロックを得るための手段と、サンプルの各ブロックを復調して複数の復調器出力を得るための手段と、デジタル変調サブキャリヤ信号のうち所定の信号に対応する復調器出力を再変調してエラー信号を発生させる手段と、エラー信号をサンプルのブロックのうち１つのブロックから減算して前置補償されたサンプルブロックを発生させる手段と、前置補償されたサンプルブロックを複数のＯＦＤＭパルスと結合して補償済み複合信号を発生させる手段とより成るアナログ信号の前置補償装置を提供する。

添付図面を参照して、図１は、ＡＭハイブリッドＩＢＯＣ ＤＡＢ複合信号１０の概略図であり、ＡＭ信号及びＤＡＢ信号の相対的レベルを示す。このハイブリッドフォーマットは、従来のＡＭアナログ信号１２と、該ＡＭ信号の下方で送信されるＤＡＢ信号とを含む。ＤＡＢ信号は周波数が等間隔の複数のデータキャリヤを含む。デジタル変調キャリヤは直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）により発生される。このフォーマットは、これらのキャリヤのスペクトルを中間の保護帯域なしにオーバーラップさせて、スペクトルの利用を最適化するのを可能にする。しかしながら、信号タイミングジッターを補償するために時間領域において保護インターバルを用いることができる。帯域幅はＡＭ帯域では非常に貴重なものであるため、ＯＦＤＭ変調法はＤＡＢを成功裏に実施するにつき極めて有用である。さらに別の利点として、ＯＦＤＭの直交条件はかかる障害を最小限に抑えるため、送信機または受信機の何れかでフィルタリングによりＤＡＢデジタルキャリヤを互いに隔離するのが不要であることである。

ＤＡＢキャリヤは、帯域幅が３０ｋＨｚのチャンネル１６内に閉じ込められる。このチャンネルは、中央周波数帯１８、上方周波数帯２０及び下方周波数帯２２に分割される。中央周波数帯は幅が約１０ｋＨｚあり、チャンネルの中心周波数から±５ｋＨｚ内の周波数を包含する。上方側波帯は、中心周波数から約＋５ｋＨｚ乃至約＋１５ｋＨｚにわたって延びる。下方側波帯は、中心周波数から約−５ｋＨｚ乃至約−１５ｋＨｚにわたって延びる。ＦＣＣの電波マスクを参照番号２４で示す。

複合アナログ／デジタルＤＡＢ波形は、ＦＣＣ電波マスクに完全に収まる複数の変調キャリヤを含む。第１群のデジタル変調キャリヤは、図１の包絡線１８で示す周波数帯内に位置する。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キャリヤ信号レベルより３０乃至４０ｄＢ低い所に設定されている。このデジタル情報をＡＭアナログ波形との直交性を保証する態様で符号化すると、クロストークがさらに減少する。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または相補的３２ＱＡＭ）と呼ぶが、これは米国特許第５，８５９，８７６号にさらに詳細に説明されている。

第１群の外側には、直交振幅変調デジタル信号のさらに別の群がある。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。米国特許第５，５８８，０２２号は、ＩＢＯＣ ＤＡＢ波形に関するさらに別の情報を開示しているが、これを本願の一部として引用する。

図２は、本願に関連のある信号処理機能を示すＡＭ ＩＢＯＣ ＤＡＢ送信機３０の一部のブロック図である。ライン３２は、サンプリングされた音声信号を受ける。音声エンコーダ３４は、このサンプリング済み音声信号をデジタル信号に変換する。このデジタル信号は、ＦＥＣエンコーダブロック３６で示すように前方誤り訂正を施される。ＦＥＣ信号は、インターリーバーブロック３８で示すようにインターリーブされる。その結果得られるインターリーブ済み信号は、高速フーリエ変換変調器４０より変調され、ライン４２上にＤＡＢ信号が発生する。ライン４６上にサンプリング済みアナログ信号を発生させるために、発生源４８がサンプリング済み音声信号を供給する。ライン４６上のサンプリング済みアナログ信号と、ライン４２上のデジタル信号とが加算点５０で結合されると、ライン５２上に複合信号が発生するが、この複合信号は、その後、ＡＭ変調器５４へ送られ、最終的にアンテナ５６へ供給される。アンテナにより送信される信号はほぼ、図１に示すような波形を有する。図２において種々の機能を別個のブロックで示したが、複数の機能を同一のプロセッサに実行させるか、または幾つかのプロセッサに単一の機能を実行させ得ることが明らかである。

ハイブリッドＩＢＯＣ ＤＡＢ方式では、アナログ変調信号の存在により、受信機の復調器出力にデジタル変調信号に関して障害が発生することもある。ハイブリッド方式のデジタル情報伝送に用いる直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）波形は、相補的サブキャリヤ（即ち、ＡＭスペクトルのすぐ下のサブキャリヤについてアナログ変調信号効果を容易に除去するのを可能にする。これらのサブキャリヤの構成により、それらを復調して適当に結合した後におけるアナログ変調信号とのそれらの直交性が保証される。しかしながら、もう一方の、非相補的サブキャリヤに対するアナログ変調信号の効果は、受信機で処理しても除去することができない。

本発明は、サンプリング済みアナログ信号を用いてエラー信号を発生させ、このエラー信号により、受信機の復調器に発生する、非相補的キャリヤにより運ばれるデジタル信号の歪みの補償を可能にする。

図３は、本発明の動作を説明する機能的ブロック図である。プロセスを開始するために、ブロック６０に示すように、音声信号をサンプリングして複数の信号サンプルを発生させる。これらのサンプルは、電圧レベルを表すデジタル信号である。ブロック６２に示すように、所定数のサンプルを読んで第１のサンプルブロックを形成する。図３の例では、各サンプルブロックに含まれるサンプルの所定数は３４９である。しかしながら、本発明におけるサンプル数に対する唯一の制限は、その数がＯＦＤＭ復調プロセスに送られるサンプルの数に等しいということを理解されたい。これは、ＯＦＤＭウィンドウ機能のサンプル長である。

３４９個のサンプルより成る各ブロックはＯＦＤＭパルスと同期している。ＡＭ ＩＢＯＣ ＤＡＢでは、ＯＦＤＭ変調器が動作する毎に３４９個のサンプルが発生する。各サンプルは複素正弦波の和であり、それらの周波数はＯＦＤＭ信号を構成するサブキャリヤに対応する。サンプルのこの集合にわたり、各正弦波の開始位相は一定値を維持する。それらの和はウィンドウ機能により重み付けされる。このウィンドウ機能を適用する前において、各複素正弦波の振幅は一定である。サンプルのこれらの集合は、ＯＦＤＭ信号を構成するパルスより成る。変調器はサンプル２７０個毎に一度実行されるため、３４９個のサンプルのこれらの集合はオーバーラップし、ＯＦＤＭ波形を形成する。各サンプルブロックは、ブロック６４に示すように復調される。復調器は、作動される度に時系列の複素値を発生する。ブロック６６は、非相補的サブキャリヤに対応するサンプルが選択されることを示すが、これらのサンプルは、その後、ブロック６８に示すように再変調される。ブロック７０は、前に訂正されたサンプルブロックの最後の７９個のサンプルが蓄積されることを示す。これら最後の７９個のサンプルは、ブロック７２に示すように、再変調信号に加算され、これにより、ライン７４上にエラー信号が発生する。ＯＦＤＭウィンドウ機能がＯＦＤＭシンボル周期を超える場合、（ＡＭ ＩＢＯＣ ＤＡＢと同様に）エラー項は、３４９個のサンプルの１つの集合がその次の、またはその前の３４９個のサンプルのエラー項とオーバーラップするという意味でオーバーラップする。しかしながら、本発明はパルスのオーバーラップを必要としない。ブロック７６に示すように、エラー信号は、その後、ＡＭ信号から減算され、訂正済みの２７０個のサンプルがＯＦＤＭパルスと結合される。ブロック７８は、さらにデータがあれば、最後の７９個のサンプルを保存し、ブロック８０に示すように、読み取りアドレスを２７０だけインクリメントすることを示すが、図３に示すプロセスは、さらに利用可能なデータがなくなるまで反復され、ブロック８２に到達する。

エラー信号は、デジタルＡＭ（即ち、音声）信号またはＯＦＤＭ信号の何れかから減算される。エラーパルスがＯＦＤＭ及びデジタル化されたＡＭの両方と同期していることが肝要である。図４は、ＤＡＢ送信機におけるその他の処理の一部にアナログ前置補償がいかに適合するかを示すブロック図である。図４において、ライン８４がベースバンド振幅変調信号を受けるが、この信号はアナログ−デジタルコンバータ８８により変換されてライン８６上のデジタル信号となる。ライン８６上の信号は、その後、図４のブロック９０に示すように、図３のプロセスに従ってアナログ前置補償を施される。これにより、ライン９２上にエラー信号が発生する。遅延素子９４は、ライン９６上に遅延されたデジタル化ベースバンド信号を発生させるために用いられる。

ライン９８が受けるデジタル情報は、ＯＦＤＭ変調器１００により変調されてライン１０２上のＯＦＤＭパルスとなる。タイミングブロック１０４は、アナログ前置補償パルスをＯＦＤＭパルスと同期させるために含めるものである。遅延ブロック９４は、エラー信号とデジタル化ベースバンドＡＭとを整列させるために含める。ライン９２上のエラー信号は、加算点１０６において、遅延済みデジタル化ベースバンド信号及びＯＦＤＭパルスから減算されるため、ライン１０８上に補償済み複合信号が発生するが、この信号は放送のために後で上方変換される。

図３を再び参照して、再変調プロセスはＯＦＤＭ変調である。再変調により、合計で３４９個のサンプルが発生する。前のパルスからの再変調器出力の最後の７９個のサンプルは、現在のパルスの再変調器の最初の７９個のサンプルに加算される。その後、７９個のサンプルと現在の再変調器出力の次の１９１個のサンプルとを組み合わせたものが、現在の３４９個のＡＭサンプルブロックのうちの最初の２７０個のサンプルから減算される。再変調器出力の残りの７９個のサンプルは、ＡＭサンプルの次のブロックを処理するために保存される。

サンプリング済みＡＭ信号のオーバーラップしたブロックは、図３に示す処理のための入力を形成する。これらのブロックは、７９個のサンプルがオーバーラップした長さ３４９個のサンプルである。即ち、任意のブロックの最初の７９個のサンプルは前のブロックの最後の７９個のサンプルと同じである。この処理により、前置補償されたＡＭデータの、オーバーラップのない、連続ブロックが出力される。各ブロックは２７０個のサンプルより成る。

本発明の一実施例において、ホストＡＭ信号は、５９５３５０００／１２８０＝１４８８３７５／３２ｋＨｚでサンプリングすることができる。復調器入力のサンプル数は３４９であり、サンプルのＯＦＤＭシンボル周期は２７０である。出力は、ＡＭと、ＯＦＤＭパルスと同期関係にある２７０個のサンプルのブロックのエラー信号の負との和より成る。

ＡＭサンプルのｎ番目のブロックの復調器出力は下記の通りである。

上式において、ａ⁽⁰⁾(ｋ)はＡＭサンプルの時系列を示し、Ｎ＝２５６はＯＦＤＭサブキャリヤ間隔に対するＡＭサンプリングレートの比率である。ここでは、ｎはパルス数、ｍはそのパルス内のサンプル数、ｗはウィンドウ機能、ｋは加算係数である。

非相補的キャリヤに対応するサンプルを選択するために、相補的キャリヤに対応するサンプルを０にセットする。

非相補的サブキャリヤのエラー項を下式により発生させる。

上式において、δ（ｋ；ｎ）は、ｋ＝１，２，３・・・３４９につき、ｎ番目のＡＭデータブロックのエラー項である。

オーバーラップを加算し、ＡＭ信号からエラーを減算するために、ｎ番目のブロックの前置補償したＡＭサンプルは下記の通りである。

本発明を現在において好ましい実施例について説明したが、頭書の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱することなく種々の変形例及び設計変更が可能であることを理解されたい。

ＡＭハイブリッドＩＢＯＣ ＤＡＢ信号の概略図であり、ＡＭ信号及びＤＡＢ信号の相対的レベルを示す。 予め歪みを与える本発明の方式を組み込んだＩＢＯＣ ＤＡＢ送信機の関連部分を示す単純化したブロック図である。 本発明の動作を説明するための機能的ブロック図である。 本発明の動作をさらに説明するための機能的ブロック図である。

Claims (10)

1. アナログ変調キャリヤ信号及び複数のデジタル変調サブキャリヤ信号を含む複合デジタル音声放送信号中のアナログ信号を前置補償する方法であって、
   アナログ信号をサンプリングしてサンプルの時系列ブロックを得、
   サンプルの各ブロックを復調して複数の復調器出力を得、
   デジタル変調サブキャリヤ信号のうち所定の信号に対応する復調器出力を再変調してエラー信号を発生させ、
   エラー信号をサンプルのブロックのうち１つのブロックから減算して前置補償されたサンプルブロックを発生させ、
   前置補償されたサンプルブロックを複数のＯＦＤＭパルスと結合して補償済み複合信号を発生させるステップより成るアナログ信号の前置補償方法。
2. サンプルの時系列ブロックはそれぞれオーバーラップしている請求項１の方法。
3. 前置補償されたブロック中のサンプルの数は、複合デジタル音声放送信号のＯＦＤＭシンボルのサンプルの数に等しい請求項１の方法。
4. 複合デジタル音声放送信号中の相補的サブキャリヤに対応する復調器出力をゼロにするステップをさらに含む請求項１の方法。
5. 前置補償されたサンプルブロックを複数のＯＦＤＭパルスと同期させるステップをさらに含む請求項１の方法。
6. アナログ信号及び複数のデジタル変調サブキャリヤ信号を含む複合デジタル音声放送信号中のアナログ信号を前置補償する装置であって、
   アナログ信号をサンプリングしてサンプルの時系列ブロックを得るための手段と、
   サンプルの各ブロックを復調して複数の復調器出力を得るための手段と、
   デジタル変調サブキャリヤ信号のうち所定の信号に対応する復調器出力を再変調してエラー信号を発生させる手段と、
   エラー信号をサンプルのブロックのうち１つのブロックから減算して前置補償されたサンプルブロックを発生させる手段と、
   前置補償されたサンプルブロックを複数のＯＦＤＭパルスと結合して補償済み複合信号を発生させる手段とより成るアナログ信号の前置補償装置。
7. サンプルの時系列ブロックはそれぞれオーバーラップしている請求項６の装置。
8. 前置補償されたブロック中のサンプルの数は、複合デジタル音声放送信号のＯＦＤＭシンボルのサンプルの数に等しい請求項６の装置。
9. 複合デジタル音声放送信号中の相補的サブキャリヤに対応する復調器出力をゼロにする手段をさらに含む請求項６の装置。
10. 前置補償されたサンプルブロックを複数のＯＦＤＭパルスと同期させる手段をさらに含む請求項６の装置。

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