JP2013081189A - アナログ信号をデジタル化するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接チャネルノイズが大きい過酷な環境においても、増幅器又はＡ／Ｄコンバータの飽和につながり難いデジタルテレビジョン信号受信のための装置と方法を提供する。
【解決手段】受信器１０は、周波数チャネルにおいてデータ信号を含むアナログ信号を受信する手段１２と、受信信号を増幅する手段１８と、データ信号の周波数チャネル外にある周波数を遮断するように増幅信号をフィルタ処理する手段２０と、フィルタ処理されたアナログ信号をデジタル信号に変換する手段２４と、増幅した後で且つフィルタ処理する前に、受信信号全体のパワーＰ_{ｗｈｏｌｅ}を測定する手段３２と、受信した信号増幅用の増幅制御信号を受信信号の測定パワーＰ_{ｗｈｏｌｅ}の関数として求める手段２６と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルテレビジョン信号のような、アナログ信号をデジタル化する方法並びに対応するデバイスに関する。

デジタルテレビジョンデータは、一般に、予め設定された周波数チャネルを用いてアナログデータ信号により受信器に送信される。

受信器は、アナログデジタルコンバータを用いてデジタル信号に変換される前に受信したアナログ信号を処理する手段を含む。

処理手段は通常、データチャネルの外にある周波数を遮断する少なくとも１つのフィルタと、周波数変換手段と、他の処理モジュールとを含む。

コンバータを最適に使用することができるように処理手段内に増幅器を分散させることは公知であり、詳細には、フィルタの前に増幅器を配置し、更にコンバータの前に別の増幅器を配置することは公知である。

増幅器のゲインは、変換されたデジタルデータ信号のパラメータに応じて（通常、デジタルデータ信号のパワーを一定の基準と比較する）自動ゲイン制御（ＡＧＣ）手段によって自動的に制御される。
このような受信器はフランス国特許ＦＲ−Ａ１−２ ８２６ ５２５において記載されている。

しかしながら、過酷な環境においては、アナログデータ信号はノイズ信号と混同される。ノイズ信号は、データ周波数範囲の外、すなわちデータチャネルの外にある場合があり、これは隣接チャネルノイズと呼ばれ、又は、データ周波数範囲内にある場合があり、これは同一チャネルノイズと呼ばれる。

フランス国特許ＦＲ−Ａ１−２ ８２６ ５２５公報

従来技術の受信器において、これらのノイズ信号は、データ信号と共に増幅され、従って、増幅器又はコンバータの飽和につながる。
そのため、この欠点を克服する新規の方法並びに対応するデバイスを開発することが望まれる。

これに応じて、本発明は、請求項１に記載したアナログ信号をデジタル化する方法を提供する。本方法の他の特徴は従属請求項２〜６に記載されている。
本発明は更に、請求項７に記載のアナログ信号をデジタル化する装置を提供する。本装置の他の特徴は、従属請求項８〜１２に記載されている。

本発明のこれら及び他の態様は、以下の説明及び図面から明らかであろう。

図１を参照すると、デジタルテレビジョンデータを受信することを目的とした受信器１０が図示されている。

受信器１０はまず、予め設定された周波数チャネルでコード化されたデジタルテレビジョンデータを含むアナログ信号Ｓを受信するためのアンテナ１２を備える。受信器１０は更に、受信信号を処理するためのアナログ手段１４と、処理手段１４の出力に接続されたチップ１６とを含む。

アナログ処理手段１４は、アンテナ１２からアナログ信号Ｓを受け取り、データ周波数チャネルの外の周波数を遮断する第１の増幅器１８を含む。

アナログ処理手段１４は更に、その出力に第２の増幅器２２を含む。

チップ１６は、第２の増幅器２２の出力に接続された第１のアナログデジタルコンバータ２４を含む。第１のコンバータ２４は、受信器１０の出力を構成するデジタル信号を出力する。

チップ１６はまた、２つの制御信号Ｃ１８及びＣ２２をそれぞれ第１及び第２の増幅器１８及び２２に配信する自動ゲイン制御（ＡＧＣ）手段２６を含む。

ＡＧＣ手段２６は、以下のパラメータ：変換デジタル信号のパワーＰ_{ｐａｒｔｉａｌ}、Ｐ_{ｐａｒｔｉａｌ}の推定最適パワー値Ｐ_０（Ｐ_０は、Ｐ_{ｐａｒｔｉａｌ}が向かう傾向のあることが予想される値）、及びフィルタ処理前のアナログ信号ＳのパワーＰ_{ｗｈｏｌｅ}から制御信号を決定することができる。

これらのパラメータを求めるために、チップ１６は最初に、変換デジタル信号のパワーＰ_{ｐａｒｔｉａｌ}を測定する手段２８と、振幅分布のパラメータによって定められる振幅分布タイプに応じて推定最適パワー値Ｐ_０計算する手段３０とを含み、双方共、ＡＧＣ及び変換器２４の出力に接続される。

上述の実施形態において、パラメータは、一般化されたモーメントであり、好ましくは一般化された第１のモーメントである。従って、推定最適化パワー計算手段３０は、信号の拡散すなわち場合によっては密度とも呼ばれる振幅分布を表すデジタル信号の一般化された第１モーメントを計算するための第１の要素３０Ａを含む。

計算は、従来式、例えば、パワーにより除算された信号の絶対項の平均の二乗値を用いて予め設定された時間期間にわたって行われる。有利には、この計算はタイムスライディングウィンドウに基づいて行われる。

推定最適化パワー計算手段３０は更に、一般化された第１のモーメントから最適パワーを推定するための第２の要素３０Ｂを含む。他の実施形態において、より高次の一般化モーメントを用いることもできる。

上記の実施形態において、最適パワーの予め設定された値は、その対応する一般化された第１のモーメントで記憶される。第１の要素３０Ａによって計算された一般化されたモーメントの最も近い予め設定された最小値と最大値が検出され、線形補間又は同様のものなどの補間によって対応する最適パワーＰ_０が計算される。

更に、受信器１０は、第１の増幅器１８の出力において、フィルタ２０でフィルタ処理される前のアナログ信号ＳのパワーＰ_{ｗｈｏｌｅ}をアナログ手法で測定するための手段３２を含む。これらの手段は、チップ１６の第２のアナログデジタルコンバータ３４を介してＡＧＣ手段に接続される。

図１及び図２を参照しながら、受信器１０によって達成される方法段階を説明する。

ステップ４０で、ＯＦＤＭ又はＣＯＦＤＭデータ信号Ｄ及びノイズ信号Ｎを含むアナログ信号Ｓがアンテナ１２により受信される。

実施例において、アナログデータ信号Ｄはデジタルテレビジョンデータを搬送する。このデータ信号Ｄの振幅分布のタイプは、使用される基準に応じて予め設定されており、本質的にはガウス分布である。

ノイズ信号Ｎは、同一チャネルノイズ信号Ｎ１と隣接チャネルノイズ信号Ｎ２とを含む。

本方法は更に、増幅器１８によって得られた受信アナログ信号Ｓを増幅するステップ４２を含む。

ステップ４２の後に、受信アナログ信号Ｓの第１のパラメータを測定するステップ４４が続く。より正確に述べると、このパラメータは、予め設定された時間期間にわたる、隣接チャネルノイズ信号Ｎ２を含む全受信アナログ信号ＳのパワーＰ_{ｗｈｏｌｅ}である。

その後、本方法は、フィルタ２０によるアナログ信号Ｓをフィルタ処理して隣接チャネルノイズ信号Ｎ２を除去するステップ４６に続く。

本方法は更に、増幅器２２により得られるフィルタ処理済みアナログ信号Ｄ＋Ｎ１を増幅するステップ４７を含む。

本ステップの後に、コンバータ２４によって、受信され、増幅され、フィルタ処理された信号を、デジタル信号Ｄ及び同一チャネルノイズ信号Ｎ１を含むデジタル信号Ｄ＋Ｎ１に変換するステップ４８が続く。

本方法は、ステップ５０及び５２で対応する測定手段３０により得られる推定最適化パワーＰ_０を計算する段階に進む。

ステップ５０では、デジタル信号Ｄ＋Ｎ１の拡散が第１の一般化されたモーメントを計算することにより測定される。

ステップ５２では、最適化パワーＰ_０は、ステップ５０でもたらされたデジタル信号の拡散の測定値を用いて推定される。

本方法は、コンバータ２４による変換後にデジタル信号Ｄ＋Ｎ１のパワーＰ_{ｐａｒｔｉａｌ}を計算するステップ５４に進む。

最後に、本方法は、以下：
・ステップ５４で測定された変換デジタル信号パワーＰ_{ｐａｒｔｉａｌ}
・ステップ５０及び５２で求められた推定最適信号パワーＰ_０
・ステップ４２で測定された全アナログ信号パワーＰ_{ｗｈｏｌｅ}
の関数としてＡＧＣ手段２６を用いて増幅器１８、２２の制御信号を求めるステップ５６を含む。

図３及び図４を参照すると、第１の実施形態において、第１の増幅器１８の制御信号Ｃ_１８は、Ｐ_{ｗｈｏｌｅ}の関数として求められ、第２の増幅器の制御信号Ｃ_２２はＰ_{ｐａｒｔｉａｌ}及びＰ_０の関数として求められる。

より正確に述べると、図３を参照し、ＡＧＣ手段２６は、Ｐ_{ｗｈｏｌｅ}と予め設定された基準Ｐ_ｒｅｆとの間に第１の誤差検出器を含む。次いで、結果として得られる誤差εは、第１のモジュールＩＣで蓄積され、第１の増幅器１８の制御信号Ｃ_１８を得るようにする。

第２の増幅器２２の制御信号Ｃ_２２を得るために、図４を参照し、ＡＧＣ手段２６は、Ｐ_{ｐａｒｔｉａｌ}とＰ_０との間に第２の誤差検出器を含む。この場合も同様に、結果として得られる誤差ε’は、Ｃ_２２を与える第２のモジュールＩＣ’に蓄積される。

第２の実施形態において、上記の実施形態（図４を参照）でＣ_２２が求められたのと同様に、Ｐ_{ｐａｒｔｉａｌ}とＰ_０との間の誤差ε’を蓄積することにより包括的な制御信号Ｃ_{ｇｌｏｂａｌ}が求められる。制御信号Ｃ_１８及びＣ_２２は、図５で示された２つのグラフを用いることにより包括的制御信号Ｃ_{ｇｌｏｂａｌ}から導かれる。

第１のグラフはＣ_１８を表し、第２のグラフはＣ_２２を表しており、共にＣ_{ｇｌｏｂａｌ}の関数である。グラフは実験的に描かれている。

Ｃ_{ｇｌｏｂａｌ}の第１の部分では、Ｃ_１８は増大しており、Ｃ_２２は低レベルで一定のままである。Ｃ_{ｇｌｏｂａｌ}の第２の部分では、Ｃ_１８は高レベルで一定のままであり、Ｃ_２２は低レベルから増大している

従って、Ｐ_{ｐａｒｔｉａｌ}が減少すると、受信信号Ｓの増幅は、最初に第１の増幅器１８によって行われ、次いで第２の増幅器２２によって行われる。

Ｃ_２２は、Ｃ_{ｇｌｏｂａｌ}の実効値を用いることにより第２のグラフから直接求められる。

しかしながら、Ｃ_１８は、Ｃ_{ｇｌｏｂａｌ}の実効値からＰ_{ｗｈｏｌｅ}の関数である物理量Ｘを差し引いたものを用いることによって第１のグラフから求められる。物理量Ｘを減算することにより、Ｃ_１８が、フィルタ２０の飽和につながる可能性がある高レベルに達するのが回避される。

Ｘ及びＰ_{ｗｈｏｌｅ}間の関数は、上記の実施形態（図３参照）において増幅器１８に予め設定された基準Ｐ_ｒｅｆに対応するＰ_{ｗｈｏｌｅ}で信号を出力させるようにＣ_１８が求められたのと同様にして、Ｐ_{ｗｈｏｌｅ}とＰ_ｒｅｆの間の誤差εを蓄積することにより求められる。

上記の方法及び装置が幾つかの利点をもたらすことは明らかである。

第１に、基準として推定最適信号パワーＰ_０を用いることにより、ＡＧＣ手段２６において同一隣接ノイズ信号Ｎ１の振幅分布が考慮される。より正確に述べると、推定最適信号パワーＰ_０は、一般に、データ信号Ｄ単独の振幅分布に対応する最適パワーＰ１と、同一隣接ノイズ信号Ｎ１単独の振幅分布に対応する最適パワーＰ２との間のいずれかにあることになる。

更に、フィルタ処理前のアナログ信号Ｓの平均パワーＰ_{ｗｈｏｌｅ}を使用することにより、隣接ノイズ信号Ｎ２が考慮されない場合に生じる可能性のある増幅器１８の飽和が回避される。

本発明の方法を実施する装置は、専用装置とすることができ、或いは、デジタルテレビジョンデコーダ又はデジタルテレビジョンセットなどの別の一般的な装置に統合することもできる。

本発明による受信器の概略図である。 図１の受信器により得られたアナログ信号をデジタル化する方法のフリーチャートである。 第１の実施形態による制御信号を求めるための機能図である。 第１の実施形態による制御信号を求めるための機能図である。 第２の実施形態による制御信号を求めるためのグラフである。

１０ 受信器
１２ アンテナ
１４ アナログ処理手段
１６ チップ
１８ 第１の増幅器
２０ フィルタ
２２ 第２の増幅器
２４ 第１のアナログデジタルコンバータ
２６ 自動ゲイン制御（ＡＧＣ）手段
２８ 測定手段
３０ 推定最適化パワー計算手段
３０Ａ 第１の要素
３０Ｂ 第２の要素
３２ 測定手段
３４ 第２のアナログデジタルコンバータ

Claims (10)

1. 周波数チャネルにおいてデータ信号を含むアナログ信号をデジタル化する方法において、
   アナログ信号を受信する段階（４０、１２）と、
   受信信号を増幅する段階（４４、１８）であって、増幅された信号がパワー（Ｐ_{ｗｈｏｌｅ}）を有することを特徴とする段階と、
   データ信号の周波数チャネル外にある周波数を遮断するように、増幅された信号をフィルタ処理する段階（４６、２０）と、
   フィルタ処理された信号をデジタル信号に変換する段階（４８、２４）であって、デジタル信号がパワー（Ｐ_{ｐａｒｔｉａｌ}）を有することを特徴とする段階と、
   前記増幅段階（４４）の後で且つ前記フィルタ処理段階（４６）の前に、前記増幅された信号全体のパワー（Ｐ_{ｗｈｏｌｅ}）を測定する段階（４２、３２）と、
   受信した信号増幅（４４）用の増幅制御信号を増幅された信号の測定パワー（Ｐ_{ｗｈｏｌｅ}）の関数として求める段階（５６、２６）と、
   変換段階（４８）の前に前記フィルタ処理された信号を増幅する段階（４７、２２）と、
   を有する方法であって、
   受信信号の振幅分布を表す、受信信号の特徴を計算する段階（５０、３０Ａ）と、
   デジタル信号のパワー（Ｐ_{ｐａｒｔｉａｌ}）の基準最適パワー（Ｐ_０）を受信信号の振幅分布を表す特徴の関数として計算する段階（５２、３０Ｂ）と、
   フィルタ処理された信号の増幅用の増幅制御信号をデジタル信号のパワー（Ｐ_{ｐａｒｔｉａｌ}）の前記計算された基準最適パワー（Ｐ_０）の関数として求める段階（５６、２６）と、
   を含む、ことを特徴とするアナログ信号をデジタル化する方法。
2. 受信したアナログ信号増幅（４４）用の増幅制御信号が、デジタル信号のパワー（Ｐ_{ｐａｒｔｉａｌ}）の基準最適パワー（Ｐ_０）の関数として求められる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 受信信号の振幅分布を表す特徴が、ある時間期間にわたってデジタル信号の一般化されたモーメントであり、
   基準最適パワー（Ｐ_０）が、一般化モーメントの関数として推定される、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 増幅された信号のパワー（Ｐ_{ｐａｒｔｉａｌ}）を測定する段階（５４、２８）と、
   フィルタ処理された信号の増幅用の増幅制御信号を基準最適パワー（Ｐ_０）の関数として求める段階（５６、２６）と、
   を含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 増幅された信号増幅制御信号とフィルタ処理された信号増幅制御信号とが共に、
   受信信号のパワー（Ｐ_{ｗｈｏｌｅ}）と、
   変換信号のパワー（Ｐ_{ｐａｒｔｉａｌ}）と、
   計算された基準最適パワー（Ｐ_０）と、
   の関数として求められる、ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 周波数チャネルにおいてデータ信号を含むアナログ信号をデジタル化するための装置において、
   アナログ信号を受信する手段（１２）と、
   受信信号を増幅する手段（１８）であって、増幅された信号がパワー（Ｐ_{ｗｈｏｌｅ}）を備えることを特徴とする手段と、
   データ信号の周波数チャネル外にある周波数を遮断するように増幅された信号をフィルタ処理する手段（２０）と、
   フィルタ処理されたアナログ信号を、パワー（Ｐ_{ｐａｒｔｉａｌ}）を備えたデジタル信号に変換する手段（２４）と、
   増幅した後で且つ前記フィルタ処理する前に、増幅された信号全体のパワー（Ｐ_{ｗｈｏｌｅ}）を測定する手段（３２）と、
   前記受信した信号増幅用の増幅制御信号を増幅された信号の測定パワー（Ｐ_{ｗｈｏｌｅ}）の関数として求める手段（２６）と、
   変換の前に、フィルタ処理された信号を増幅する手段（２２）と、
   を更に有する装置であって、該装置が、
   受信信号の振幅分布を表す、受信信号の特徴を計算し（５０、３０Ａ）、
   デジタル信号のパワー（Ｐ_{ｐａｒｔｉａｌ}）の基準最適パワー（Ｐ_０）を、受信信号の振幅分布を表す特徴の関数として計算し（５２、３０Ｂ）、
   フィルタ処理された信号の増幅用の増幅制御信号をデジタル信号のパワー（Ｐ_{ｐａｒｔｉａｌ}）の前記計算された基準最適パワー（Ｐ_０）の関数として求める（５６、２６）、
   ことを特徴とするアナログ信号をデジタル化するための装置。
7. 受信したアナログ信号増幅用の増幅制御信号を受信信号の測定パワー（Ｐ_{ｗｈｏｌｅ}）及びデジタル信号のパワー（Ｐ_{ｐａｒｔｉａｌ}）の基準最適パワー（Ｐ_０）の関数として求める手段（２６）によって特徴づけられ、
   装置が、
   変換する前に前記フィルタ処理された信号を増幅する手段（２２）と、
   受信信号の振幅分布特徴を計算する手段（３０Ａ）と、
   基準最適パワー（Ｐ_０）を計算された振幅分布特徴の関数として推定する手段（３０Ｂ）と、
   フィルタ処理された信号の増幅用の増幅制御信号を計算された基準最適パワー（Ｐ_０）の関数として求める手段（２６）と、
   を含む、ことを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 増幅された分布特徴が、ある時間期間にわたって変換信号の一般化されたモーメントであり、
   基準最適信号パワー（Ｐ_０）が、計算された一般化モーメントの関数として推定される、
   ことを特徴とする請求項６又は７に記載の装置。
9. デジタル信号のパワー（Ｐ_{ｐａｒｔｉａｌ}）を測定する手段（２８）と、
   フィルタ処理された信号の増幅用の増幅制御信号を、デジタル信号の測定されたパワー（Ｐ_{ｐａｒｔｉａｌ}）及び計算された基準最適パワー（Ｐ_０）の関数として求める手段（２６）と、を含む、ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の装置。
10. 受信信号のパワー（Ｐ_{ｗｈｏｌｅ}）と、
    デジタル信号のパワー（Ｐ_{ｐａｒｔｉａｌ}）と、
    基準最適パワー（Ｐ_０）と
    の関数として受信信号増幅およびフィルタ処理された信号増幅の両方を求める手段（２６）を含む、ことを特徴とする請求項９に記載の装置。

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