JP2006014335A

JP2006014335A - デジタル放送受信システムの搬送波周波数のオフセット検出装置及びその周波数オフセット検出方法

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Publication number: JP2006014335A
Application number: JP2005184161A
Authority: JP
Inventors: Jung-Won Kwak; 征元郭
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2025-06-23
Also published as: JP4064981B2; BRPI0502536A; CN1722716A; KR100555661B1; CA2510563A1; US20050286614A1; KR20050122018A

Abstract

【課題】デジタル受信システムにおいて、ノンコヒーレントチャネルプロフィールと交差相関とを利用して、シンボルタイミングオフセットと関係なく搬送波周波数オフセットを検出する搬送波周波数のオフセット検出装置及びその検出方法を提供することである。
【解決手段】入力された信号に対して所定個数の単位に分類されたＰＮシーケンスを利用して、相関値を各々計算する複数の相関器と、複数の相関器の中で互いに隣接していない相関器の出力値を各々入力して、入力値に対する共役複素数値を生成する少なくとも１つの共役信号生成部と、少なくとも１つの共役信号生成部の各出力値を、前記共役信号生成部に出力値を入力する前記相関器と隣接した前記相関器の出力値に各々乗算する少なくとも１つの乗算器と、少なくとも１つの乗算器の出力値を加算する加算器と、加算器の出力値から位相成分を抽出して、搬送波周波数オフセットに出力する位相抽出部とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、デジタル放送信号受信システムに関し、さらに詳細には、デジタル放送信号受信システムにおける搬送波周波数オフセットを検出する装置及びその検出方法に関する。

デジタル放送信号の伝送方式の中で、ＶＳＢ(ＶｅｓｔｉｇｉａｌＳｉｄｅＢａｎｄｓ)伝送方式では、一般に、ＶＳＢ信号の周波数領域にパイロットトーン(ＰｉｌｏｔＴｏｎｅ)を挿入し、受信側ではこれを利用してタイミング復元と搬送波復元とを行う。

図１は、ＶＳＢ信号の周波数波形を示す図である。同図に示すように、パイロットトーンは、基底帯域信号において低域エッジ側３１０ＫＨｚに一定のレベルのＤＣ成分を挿入して生成される。したがって、受信側では、受信された信号の周波数領域でパイロットトーンの位置を正確に復元して、パイロットトーンをＤＣに遷移し、これを利用してタイミング復元と搬送波のエラーを補正して搬送波を復元できる。

また、受信側では、受信された信号に挿入されたパイロットトーンを抽出して、ＦＰＬＬ(ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）のような搬送波周波数復元回路を用いて搬送波周波数オフセットを補償できる。

図２は、一般的な搬送波周波数オフセットの復元回路を示すブロック図である。図２の搬送波周波数オフセットの復元回路は、一種のＤＦＰＬＬ(ＤｉｇｉｔａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ)であって、周波数オフセットを検出するＡＦＣＬＰＦ(ＡｕｔｏｍａｔｉｃＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｔｒｏｌＬｏｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ)１０、位相エラーを検出するＡＰＣＬＰＦ(ＡｕｔｏｍａｔｉｃＰｈａｓｅＣｏｎｔｒｏｌＬｏｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ)４０及び受信された信号の搬送波エラーを補正するＶＣＯ(ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＯｓｉｌｌａｔｏｒ)５０とを含む。

図２の搬送波周波数復元回路は、パイロットトーンを利用してタイミング復元と連動される搬送波復元を行う。

図３は、周波数誤差とＡＦＣＬＰＦ１０の入力信号波形との関係を示す。

ＡＦＣＬＰＦ１０は、受信された信号の周波数誤差が正の値ならば位相を−９０゜ぐらい変化させ、負の値ならば位相を＋９０゜ぐらい変化させ、図３の左側から３番目(ｃ)の波形に示されているように、虚数部Ｉ及び実数部Ｑ軸の正弦波入力に対してＡＦＣＬＰＦ１０の入力信号の位相変化が周波数誤差によって決定されるようにする。

したがって、ＡＦＣＬＰＦ１０から低域フィルタリングが行なわれて出力された信号は、周波数誤差に比例するＤＣ成分を有する。

したがって、ＶＣＯ５０では周波数誤差に比例するＤＣ成分の量だけ自由駆動周波数値を増加させて、ＶＣＯ５０から出力された周波数値を乗算器７０、８０を利用して搬送波周波数復元回路の最初入力信号の虚数部Ｉ及び実数部Ｑ信号に各々乗算して周波数誤差を補正する。

上記したように、周波数誤差が補正された後には、ＡＰＣＬＰＦ４０の出力値の位相特性によって位相補正が行われる。

図４は、ＡＰＣＬＰＦ４０の出力値の位相特性を示す。同図に示すように、ＡＰＣＬＰＦ４０で検出された位相エラーは、その平衡点が９０゜と２７０゜とで形成される。したがって、復調信号はその極性が反転され得る。

上記のように、パイロットトーンを利用した搬送波周波数の復元方式は、パイロットトーンが完璧に復元される場合には性能に異常がないが、伝送チャネル上で発生するマルチパスなどの劣悪なチャネル環境によって、パイロット部分が損傷された場合には搬送波周波数を復元できないという問題点がある。

また、搬送波周波数オフセットの補償範囲を広げる場合には、補償後の残留オフセットが大きく、残留オフセットの量を低減する場合には、補償範囲が減るという問題点がある。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、デジタル受信システムにおいて、ノンコヒーレントチャネルプロフィールと交差相関とを利用してシンボルタイミングオフセットと関係なく搬送波周波数オフセットを検出する、搬送波周波数のオフセット検出装置及びその検出方法を提供することにある。

本発明に係るデジタル受信システムの搬送波周波数のオフセット検出装置は、入力された信号に対して所定個数の単位に分類されたＰＮシーケンスを利用して、相関値を各々計算する複数の相関器と、該複数の相関器の中で互いに隣接していない相関器の出力値を各々入力して、前記入力値に対する共役複素数値を生成する少なくとも１つの共役信号生成部と、該少なくとも１つの共役信号生成部の各出力値を、前記共役信号生成部に出力値を入力する前記相関器と隣接した前記相関器の出力値に各々乗算する少なくとも１つの乗算器と、該少なくとも１つの乗算器の出力値を加算する加算器と、該加算器の出力値から位相成分を抽出して、搬送波周波数オフセットに出力する位相抽出部とを備える。

好ましくは、前記加算器の出力値が、次の数式のように与えられることを特徴とする。

ここで、ｒ(ｎ)は入力信号であり、ｐ(ｎ)はＰＮシーケンスである。

また、前記入力信号は、次の数式のように与えられることが好ましい。

また、前記複数の相関器が、前記ＰＮシーケンスを分類した次の式のように与えられるサブシーケンスを各々利用して前記相関値を算出する。

ここで、Ｐ(ｎ)はＰＮシーケンスである。

また、前記位相抽出部から抽出する前記位相成分は、次の式のように与えられることが好ましい。

ここで、ＣＦＯは搬送波周波数オフセットである。

好ましくは、前記位相抽出部は、前記複数の相関器から出力された前記相関値を利用したノンコヒーレント相関値にともなうチャネルプロフィールを利用して、所定のしきい値を超過するパスに対する前記加算器の出力値に対するベクトル和から前記位相成分を抽出する。

また、前記位相抽出部は、前記複数の相関器から出力された前記相関値を利用したノンコヒーレント相関値にともなうチャネルプロフィールを利用して、メインパスに該当する前記加算器の出力値から前記位相成分を抽出する。

好ましくは、前記ノンコヒーレント相関値は、次の数式のように与えられる。

ここで、ｐ(ｋ)はＰＮシーケンスであり、ｒ(ｋ)は入力信号である。

また、本発明に係るデジタル受信システムの搬送波周波数オフセットを検出する方法は、入力された信号に対して所定個数の単位に分類されたＰＮシーケンスを利用して相関値を各々計算するステップと、計算された前記相関値の中で、互いに隣接していない相関値に対する共役複素数値を生成するステップと、前記共役複素数値を隣接する前記相関値に各々乗算し加算することにより、交差相関値を算出するステップと、前記交差相関値から位相成分を抽出して、搬送波周波数オフセットに出力するステップとを含む。

したがって、劣悪なチャネル環境の影響でパイロット信号が検出できない場合にも、搬送波周波数オフセットを検出することができる。

本発明によれば、シンボルタイミング復元と関係なしでパイロット信号を利用せずにフィールドシンク信号の交差相関値とノンコヒーレントチャネルプロフィールとを利用して搬送波周波数オフセットを検出することによって、劣悪なチャネル環境の影響でパイロット信号が検出できない場合にも、搬送波周波数オフセットを検出することができる。

以下、添付した図面を参照し本発明の最も好ましい実施の形態を詳細に説明する。

［実施形態］
図５は、本発明に係る搬送波周波数のオフセット検出装置を示すブロック図である。搬送波周波数のオフセット検出装置は、第１相関器ないし第Ｎ相関器１１０‐１ないし１１０‐Ｎ、第１共役信号生成部ないし第(Ｎ‐１)共役信号生成部１２０‐１ないし１２０‐(Ｎ‐１)、第２乗算器ないし第Ｎ乗算器１３０‐２ないし１３０‐Ｎ、加算器１４０及び位相抽出部１５０を含む。

第１相関器ないし第Ｎ相関器１１０‐１ないし１１０‐Ｎは、サンプリングされた受信信号のフィールド同期信号を受け取ってノンコヒーレント相関値を算出する。ノンコヒーレント相関値に対する詳細は後述する。

第１共役信号生成部ないし第(Ｎ‐１)共役信号生成部１２０‐１ないし１２０‐(Ｎ‐１)は、第１相関器ないし第(Ｎ‐１)相関器１１０‐１ないし１１０‐(Ｎ‐１)に各々接続されて、第１相関器ないし第(Ｎ‐１)相関器１１０‐１ないし１１０‐Ｎの出力信号に対応する共役複素数を生成する。

第２乗算器ないし第Ｎ乗算器１３０‐２ないし１３０‐Ｎは、第２相関器ないし第Ｎ相関器１１０‐２ないし１１０‐Ｎの出力信号各々を、第１共役信号生成部ないし第(Ｎ‐１)共役信号生成部１２０‐１ないし１２０‐(Ｎ‐１)から出力される信号各々に乗算する。

加算器１４０は、第２乗算器ないし第Ｎ乗算器１３０‐２ないし１３０‐Ｎの出力信号を加算し交差相関値を算出する。交差相関値に対する詳細は後述する。

位相抽出部１５０は、加算器１４０の出力値から搬送波周波数オフセットに該当する位相成分を抽出する。

したがって、受信されたフィールド同期信号の交差相関及びノンコヒーレントチャネルプロフィールにより、シンボルタイミングオフセットと関係なく搬送波周波数オフセットを検出できる。

一方、算出された前記ノンコヒーレント相関値が最大となる時点、すなわちメインパスを基準として搬送波周波数オフセットに該当する位相成分を抽出するか、所定のしきい値以上のパスに対して交差相関値のベクトル和を取り、ベクトル和に該当する搬送波周波数オフセット値を検出して、さらに正確に搬送波周波数オフセットを検出できる。

図６は、図５の搬送波周波数のオフセット検出装置の動作説明に提供される図であり、図７は、本発明に係る搬送波周波数のオフセット検出方法の説明に提供されるフローチャートである。

図７に示すように、まず受信信号を受け取り(Ｓ２１０)、受信信号に対する相関値を計算するためにフィールドシンク(ｆｉｅｌｄｓｙｎｃ.)部分のＭ個のＰＮシーケンスをＮ個のサブシーケンスに分けて、第１相関器ないし第Ｎ相関器１１０‐１ないし１１０‐Ｎで各々のサブシーケンスに対して相関値を計算する(Ｓ２２０)。

フィールドシンク信号の中でＭ個のＰＮ信号をＮ個のサブシーケンス「ｐ(ｎ)」を以下の数式６のように表す。

一方、受信された信号ｒ(ｋ)を以下の数式７のように表す。

したがって、第１相関器ないし第Ｎ相関器１１０‐１ないし１１０‐Ｎは、受信信号ｒ(ｋ)に対し前記サブシーケンス「ｐ(ｎ)」を利用して、以下の数式８のように相関値を計算する。

次いで、第１共役信号生成部ないし第(Ｎ‐１)共役信号生成部１２０‐１ないし１２０‐(Ｎ‐１)は、これら各々に接続された第１相関器ないし第(Ｎ‐１)相関器１１０‐１ないし１１０‐(Ｎ‐１)から計算された相関値に対する共役複素数値を生成する(Ｓ２３０)。

第２乗算器ないし第Ｎ乗算器１３０‐２ないし１３０‐Ｎは、前記第１共役信号生成部ないし第(Ｎ‐１)共役信号生成部１２０‐１ないし１２０‐(Ｎ‐１)から生成された共役複素数値各々を、第２相関器ないし第Ｎ相関器１１０‐２ないし１１０‐Ｎから計算された相関値に各々乗算する。

したがって、加算器１４０は、前記第２乗算器ないし第Ｎ乗算器１３０‐２ないし１３０‐Ｎから出力された乗算値を累積加算して、以下の数式９のような交差相関値「Ｃ」を算出する(Ｓ２４０)。

位相抽出部１５０は、加算器１４０から出力された前記交差相関値から位相成分をｑ搬送波周波数オフセットとして抽出する(Ｓ２５０)。加算器１４０から出力された交差相関値は、共役複素数交差相関値であって、搬送波周波数オフセット「ＣＦＯ」は、次の数式１０のように前記交差相関値から導き出される。

すなわち、搬送波周波数オフセット「ＣＦＯ」は、交差相関値の位相成分「Ｋθ」となる。

一方、搬送波周波数オフセットを推定する時点は、以下の数式１１のようなパーシャルノンコヒーレント相関(ＰａｒｔｉａｌＮｏｎｃｏｈｅｒｅｎｔＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ)を行って算出されたチャネルプロフィールの値が最大となるある時点、すなわちメインパスを基準として交差相関値を算出し導き出すことができる。また、図６に示すように、ノンコヒーレント相関値が所定のしきい値を超過するパスに対する交差相関値のベクトル和(ｃｒｏｓｓｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｖｅｔｏｒｓｕｍ)から位相成分の値を導き出して、搬送波周波数オフセット値を検出することもできる。シンボルタイミング復元が完璧に行なわれない場合には、所定のしきい値を超過するパスに対する交差相関値のベクトル和を利用することがさらに好ましい。

本発明によれば、シンボルタイミング復元と関係なしでフィールドシンク信号の交差相関値とノンコヒーレントチャネルプロフィールとを利用して、搬送波周波数オフセットを検出する。したがって、本発明に係る周波数オフセット検出装置の後端に接続されるファイン搬送波周波数オフセット復元装置(ｆｉｎｅｃａｒｒｉｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｆｓｅｔｒｅｃｏｖｅｒｙ)の性能を改善させることができるという長所がある。

また、一般にＶＳＢ信号の搬送波周波数オフセット補正は、パイロット信号を利用して行なわれるが、チャネル環境の影響によりパイロット信号が毀損された時には、搬送波周波数オフセットを補正できないため信号受信が不可能であるという問題があったが、本発明によれば、パイロット信号を利用していないため、劣悪なチャネル環境によりパイロット信号を検出できない場合にも動作できる。

また、フィールドシンク信号内のＰＮシーケンスを利用して算出された相関値によれば、チャネルプロフィールを極めて正確に読み取ることができるので、劣悪なチャネルでも正常に動作でき、ノンコヒーレントチャネルプロフィールで所定のしきい値を超過する形状が発生する時点を基準として、交差相関値のベクトル和を使用して搬送波周波数オフセットを抽出することにより、シンボルタイミングオフセットの影響をほとんど受けない。

一方、本発明に係る搬送波周波数のオフセット検出装置は、ノンコヒーレント相関値を利用してＶＳＢ信号の同期を推定する同期検出器(ｓｙｎｃｄｅｔｅｃｔｏｒ)にも活用でき、同期信号を基準信号に利用する他の搬送波周波数オフセット復元アルゴリズムやシンボルタイミング復元アルゴリズムを適用できる。

以上、本発明の原理を例示するために本発明の好適な実施形態について図示し説明したが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求している本発明の要旨を逸脱することなく、本発明に対する種々の変更及び修正が可能であることは当業者であれば理解できることであろう。よって、そのような変更及び修正は本発明の特許請求の範囲に含まれるものと見なすべきである。

ＶＳＢデジタル放送信号受信システムにおいて、搬送波周波数オフセットを検出するために利用されることができる。

ＶＳＢ信号の周波数波形を示す図である。一般的な搬送波周波数オフセットの復元回路を示すブロック図である。周波数誤差とＡＦＣＬＰＦの入力波形との関係を示す図である。位相フィルタの出力位相特性を示す図である。本発明に係る搬送波周波数のオフセット検出装置を示すブロック図である。図５の搬送波周波数のオフセット検出装置の動作説明に提供される図である。本発明に係る搬送波周波数のオフセット検出方法の説明に提供されるフローチャートである。

符号の説明

１１０‐１ないい１１０‐Ｎ相関器
１２０‐１ないし１２０‐(Ｎ‐１) 共役信号生成部
１３０‐２ないし１３０‐Ｎ乗算部
１４０加算器
１５０位相抽出部

Claims

入力された信号に対して所定個数の単位に分類されたＰＮシーケンスを利用して、相関値を各々計算する複数の相関器と、
該複数の相関器の出力値を各々入力して、前記入力値に対する共役複素数値を生成する少なくとも１つの共役信号生成部と、
該少なくとも１つの共役信号生成部の各出力値を、前記共役信号生成部に出力値を入力する前記相関器と隣接した前記相関器の出力値に各々乗算する少なくとも１つの乗算器と、
該少なくとも１つの乗算器の出力値を加算する加算器と、
該加算器の出力値から位相成分を抽出して、搬送波周波数オフセットに出力する位相抽出部と
を備えることを特徴とする搬送波周波数のオフセット検出装置。
前記加算器の出力値が、次の数式のように与えられることを特徴とする請求項１に記載の搬送波周波数のオフセット検出装置。

ここで、ｒ(ｎ)は入力信号であり、ｐ(ｎ)はＰＮシーケンスである。
前記入力信号は、次の数式のように与えられることを特徴とする請求項２に記載の搬送波周波数のオフセット検出装置。
前記複数の相関器は、前記ＰＮシーケンスを分類した次の式のように与えられるサブシーケンスを各々利用して前記相関値を算出することを特徴とする請求項１に記載の搬送波周波数のオフセット検出装置。

ここで、Ｐ(ｎ)はＰＮシーケンスである。
前記位相抽出部から抽出する前記位相成分は、次の式のように与えられることを特徴とする請求項１に記載の搬送波周波数のオフセット検出装置。

ここで、ＣＦＯは搬送波周波数オフセットである。
前記位相抽出部は、前記複数の相関器から出力された前記相関値を利用したノンコヒーレント相関値にともなうチャネルプロフィールを利用して、所定のしきい値を超過するパスに対する前記加算器の出力値に対するベクトル和から前記位相成分を抽出することを特徴とする請求項１に記載の搬送波周波数のオフセット検出装置。
前記位相抽出部は、前記複数の相関器から出力された前記相関値を利用したノンコヒーレント相関値にともなうチャネルプロフィールを利用して、メインパスに該当する前記加算器の出力値から前記位相成分を抽出することを特徴とする請求項１に記載の搬送波周波数のオフセット検出装置。
前記ノンコヒーレント相関値は、次の数式のように与えられることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の搬送波周波数のオフセット検出装置。

ここで、ｐ(ｋ）はＰＮシーケンスであり、ｒ(ｋ)は入力信号である。
入力された信号に対して所定個数の単位に分類されたＰＮシーケンスを利用して相関値を各々計算するステップと、
計算された前記相関値の中で、互いに隣接していない相関値に対する共役複素数値を生成するステップと、
前記共役複素数値を隣接する前記相関値に各々乗算し加算することにより、交差相関値を算出するステップと、
前記交差相関値から位相成分を抽出して、搬送波周波数オフセットに出力するステップと
を含むことを特徴とする搬送波周波数のオフセット検出方法。
前記交差相関値は、次の数式のように与えられることを特徴とする請求項９に記載の搬送波周波数のオフセット検出方法。

ここで、ｒ(ｎ)は入力信号であり、ｐ(ｎ)はＰＮシーケンスである。
前記入力信号は、次の数式のように与えられることを特徴とする請求項１０に記載の搬送波周波数のオフセット検出方法。
前記相関値計算ステップは、前記ＰＮシーケンスを分類した次の式のように与えられるサブシーケンスを各々利用して前記相関値を算出することを特徴とする請求項９に記載の搬送波周波数のオフセット検出方法。

ここで、Ｐ(ｎ)はＰＮシーケンスである。
前記搬送波周波数オフセット出力ステップから抽出する前記位相成分は、次の式のように与えられることを特徴とする請求項９に記載の搬送波周波数のオフセット検出方法。

ここで、ＣＦＯは搬送波周波数オフセットである。
前記搬送波周波数オフセット出力ステップは、前記相関値を利用したノンコヒーレント相関値にともなうチャネルプロフィールを利用して、所定のしきい値を超過するパスに対する前記交差相関値のベクトル和から前記位相成分を抽出することを特徴とする請求項９に記載の搬送波周波数のオフセット検出方法。
前記搬送波周波数オフセット出力ステップは、前記相関値を利用したノンコヒーレント相関値にともなうチャネルプロフィールを利用して、メインパスに該当する前記交差相関値から前記位相成分を抽出することを特徴とする請求項９に記載の搬送波周波数のオフセット検出方法。
前記ノンコヒーレント相関値は、次の数式のように与えられることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の搬送波周波数のオフセット検出方法。

ここで、ｐ(ｋ）はＰＮシーケンスであり、ｒ(ｋ)は入力信号である。