JP3556047B2 - ディジタル放送受信機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、フレーム内に固定パターンの同期信号を送出する、各キャリアが差動位相変調され直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調されたデジタル放送方式に対応するデジタル放送受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＯＦＤＭ方式によるディジタル変調により音声信号データを放送する方式としてＩＴＵ−Ｒ勧告ＢＳ．７７４に記載されるディジタル音声放送方式（以下、「ＤＡＢ」（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｕｄｉｏ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）という）がある。
【０００３】
図９は従来のディジタル放送受信機の構成を示すブロック図である。図において、１はアンテナ、２はＲＦ増幅器、３は周波数変換器、４は局部発振器、５中間周波増幅器、６は直交復調器、７はＡ／Ｄ変換器、８は同期信号検出器、９は同期制御手段、１０はＤＦＴ処理手段、１１は差動復調器、１２は位相誤差検出器、１３は周波数同調制御手段、１４はビタビ復号器、１５はＭＰＥＧ音声デコーダ、１６はＤ／Ａ変換器、１７は音声増幅器、１８はスピーカである。
【０００４】
以上のように構成された受信機において、アンテナ１にて受信された放送波はＲＦ増幅器２において増幅、周波数変換器３にて周波数変換、中間周波増幅器５にて隣接チャンネル波など不要成分の除去および増幅、直交復調器６にて検波が行われ、ベースバンド信号としてＡ／Ｄ変換器７に与えられる。
【０００５】
Ａ／Ｄ変換器７によりサンプリングされた信号はＤＦＴ手段１０にて複素離散フーリエ変換処理（以下、「ＤＦＴ処理」という）が行われ４相差動位相変調（ＤＱＰＳＫ）された各伝送キャリアの位相が検出される。続く差動復調器１１では時間的に隣接する２伝送シンボルの同一キャリアの変調位相を比較しこの間の位相推移を出力する処理（差動復調）が行われる。差動復調されたデータは、送信側にて変調を行う際のキャリア順序規則に従い、順次ビタビ復号器１４に対し出力される。
【０００６】
ビタビ復号器１４では、送信側にて行われた複数伝送シンボルにまたがる時間インターリーブの解除を行うとともに、畳み込み符号化して伝送されたデータの復号を行う。この際、伝送路で発生するデータの誤り訂正が行われる。
【０００７】
ＭＰＥＧ音声デコーダ１５は、ＩＳＯ／ＭＰＥＧ１レイヤー２の規定に従いビタビ復号器１４から出力される圧縮されたＤＡＢ放送音声データを伸張しＤ／Ａ変換器１６に与える。Ｄ／Ａ変換器１６にてアナログ変換された音声信号は、音声増幅器１７をとおしてスピーカ１８より再生される。
【０００８】
ここで、同期信号検出器８は図１０に示すＤＡＢの伝送信号中のフレーム同期信号の内ヌルシンボル（＝信号なしの期間）をエンベロープ検波により検出するものであり、この出力は同期制御手段９を通して、ＤＦＴ処理手段９にて行われるＤＦＴ処理が正しく信号の伝送フレームおよび各シンボルに同期して行われるためのタイミング信号となる。
【０００９】
位相誤差検出器１２は、差動復調器１１より出力される各キャリアの位相データの本来の位相点からの誤差を検出するものである。すなわち、ＤＡＢでは直交復調器６に与えられる信号の周波数が正しい場合には、差動復調器１１より出力される各キャリア対応の作動復調データの位相はほぼ、π／４、３・π／４、５・π／４、７・π／４の４位相のいずれかとなる。そこで、各キャリア対応のデータをそれぞれ４乗し２πに対する剰余をとると、この値は元のデータに誤差が無い場合はπ、元のデータに位相誤差がある場合はその４倍の値となることから位相誤差検出を行う。実際には位相誤差検出器１１では多数のキャリアのデータについて上記操作を行い、その結果を平均化することで検出の精度を向上する。
【００１０】
こうして求めた位相誤差εは差動復調器１１の出力に基づくものであるため、このときの信号周波数の誤差ζとの間に以下の関係を持つ。
ζ＝ε／Ｔ
ここに、Ｔはガードインターバルを含むシンボル期間である。
【００１１】
周波数制御手段１３はこの位相誤差εが少なくなるように局部発振器４の周波数を制御することで周波数変換器３から出力される中間周波信号の周波数を制御して直交復調器６から与えられるベースバンド信号の周波数誤差ζを０に近づけるよう動作する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この位相誤差検出に基づく周波数制御処理においては信号の周波数誤差が大きく差動復調器１１の出力データに含まれる位相誤差が大きい場合には正しく周波数の誤差を反映した出力を得られないという問題がある。例えば、差動復調器１１出力データの位相が本来の位相点から約π／２ずれてあらわれる場合、このデータを４乗して２πに対する剰余をとると、この値の位相はすべてπとなり、この結果を使って局部発振器４の周波数を制御しても信号の周波数のずれは補正されない。そればかりかこの差動復調器１１出力データに約π／２の位相誤差を生ずる信号周波数に対し誤った引き込み制御を行う結果となる。これは、各キャリアの位相データが本来の位相点からπおよび３・π／２等ずれる場合についても同様である。
【００１３】
また、この位相誤差検出に基づく周波数制御処理においては各キャリアに対する識別をしないため、更に周波数誤差が大きくＯＦＤＭの各キャリア間隔の±１／２を越える場合、この周波数誤差の検出および補正ができないという問題がある。
【００１４】
また、信号の伝送フレームおよび各シンボルへのタイミング同期処理は同期信号検出器８によりフレーム同期信号中のヌルシンボルをエンベロープ検波して検出した信号に基づき行われるため、信号に反射波や雑音が重畳する場合など正確なタイミングを得ることが困難となる。特に、車載受信機やポータブル受信機などの劣悪な受信条件での動作が求められる受信機についてはこの問題が大きかった。
【００１５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、各キャリアが差動位相変調されたＯＦＤＭ方式を用いるデジタル放送に対応の受信機において比較的大きな信号周波数の誤差に対してもこれを正しく検出して自動的に補正するとともに信号に反射波や雑音が重畳する場合にも正確なタイミング同期を得るディジタル放送受信機を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るディジタル放送受信機においては、放送波受信信号のエンベロープ検出に基づく同期信号検出器と、放送波受信信号の各伝送シンボルに対して一括して各キャリアの位相検出を行うＤＦＴ処理手段と、時間的に隣り合う伝送シンボルの各キャリア毎の位相変化に基づく差動復調器と、この差動復調器出力データに対する位相誤差検出器と、各伝送フレーム毎に送信され各キャリアの位相基準を与える固定パターンシンボル（位相基準シンボル）の復調データの処理に基づきほぼキャリア間隔単位の周波数誤差検出を行う第１の周波数誤差検出器と、ほぼキャリア間隔以内の周波数誤差検出を行う第２の周波数誤差検出器と、前記同期信号検出器、位相誤差検出器、第１の周波数誤差検出器および第２の周波数誤差検出器の出力が各々接続される制御装置を備えるものである。
【００１７】
また、放送波受信信号の各伝送シンボルに対して一括して各キャリアの位相検出を行うＤＦＴ処理手段と、時間的に隣り合う伝送シンボルの各キャリア毎の位相変化に基づく差動復調器と、この差動復調器出力データに対する位相誤差検出器と、各伝送フレーム毎に送信され各キャリアの位相基準を与える固定パターンシンボル（位相基準シンボル）の復調データの処理に基づきほぼキャリア間隔単位の周波数誤差検出を行う第１の周波数誤差検出器と、ほぼキャリア間隔以内の周波数誤差検出を行う第２の周波数誤差検出器と、位相基準シンボルの復調データ処理に基づき前記ＤＦＴ処理手段によるＤＦＴ処理タイミングと位相基準シンボル先頭タイミングとの時間誤差を検出する時間誤差検出器と、前記同期信号検出器、位相誤差検出器、第１の周波数誤差検出器、第２の周波数誤差検出器および時間誤差検出器の出力が各々接続される制御装置を備えるものである。
【００１８】
また、第１の周波数誤差検出器を、位相基準シンボル復調データに対し位相を補正する位相補正手段、位相補正のための規定値データを蓄える位相基準シンボルデータ保持手段、位相補正手段の出力に対し逆離散フーリエ変換処理（以下、「ＩＤＦＴ処理」という）を施すＩＤＦＴ手段、ＩＤＦＴ手段の出力に含まれるピーク値を検出するピーク検出器、および、位相基準シンボルデータ保持手段から位相補正手段に与えるデータをシフトさせながら最大ピーク値を求め、その時のシフトの大きさをキャリア間隔単位の周波数誤差として出力する最大値探索手段から構成するものである。
【００１９】
また、第２の周波数誤差検出器を、第１の周波数誤差検出器のＩＤＦＴ手段の出力が最大となるタイミングの１つ前の位相シンボル復調データに対し位相を補正する第１の位相補正手段、ＩＤＦＴ手段の出力が最大となるタイミングの１つ後の位相シンボル復調データに対し位相を補正する第２の位相補正手段、位相補正のための規定値データを蓄える位相基準シンボルデータ保持手段、第１の位相補正手段の出力に対しＩＤＦＴ処理を行う第１のＩＤＦＴ手段、第２の位相補正手段の出力に対しＩＤＦＴ処理を行う第２のＩＤＦＴ手段、第１の周波数誤差検出器のＩＤＦＴ手段の出力の符号と第１のＩＤＦＴ手段の出力の符号と第２のＩＤＦＴ手段の出力の符号とに基づき周波数誤差を判定する周波数誤差判定手段から構成するものである。
【００２０】
また、時間誤差検出器を、位相基準シンボル復調データに対し位相を補正する位相補正手段、位相補正のための規定値データを蓄える位相基準シンボルデータ保持手段、位相補正手段の出力に対しＩＤＦＴ処理を行うＩＤＦＴ手段、ＩＤＦＴ手段の出力に含まれるピーク値のタイミングを検出し、時間誤差として出力するピーク検出器から構成するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１であるディジタル放送受信機の構成を示すブロック図である。図において、１はアンテナ、２はＲＦ増幅器、３は周波数変換器、４は局部発振器、５中間周波増幅器、６は直交復調器、７はＡ／Ｄ変換器、８は同期信号検出器、１０はＤＦＴ処理手段、１１は差動復調器、１２は位相誤差検出器、１４はビタビ復号器、１５はＭＰＥＧ音声デコーダ、１６はＤ／Ａ変換器、１７は音声増幅器、１８はスピーカ、１９は第１の周波数誤差検出器、２０は第２の周波数誤差検出器、２１は制御装置である。ここに、１〜８、１０〜１２および１４〜１８は従来と同等のものである。
【００２２】
図において、第１の周波数誤差検出器１９は位相基準シンボル復調データに基づき、ほぼキャリア間隔単位の周波数誤差検出を行うものであり、信号の周波数にＯＦＤＭのキャリア間隔以上の周波数誤差がある場合にも受信機において、この誤差を補正可能とするものである。以下この動作について説明する。
ＤＡＢの位相基準シンボルは次のように表現することができる。
【００２３】
【数１】
【００２４】
ここに、Ｚｋはｋ番目のキャリアに対する変調成分でありＤＡＢの場合、振幅が１で位相の異なる４つの値 ｅｘｐ（ｊ・ｎ・π／２）、（但しｎ＝１〜３）のいずれかの値となる。
【００２５】
ここで、Ｚｋの値は固定である。式（１）の信号にＤＦＴ処理を施すと出力としてこのＺｋの配列を得るから理想的にはＤＦＴ処理手段１０の出力データの配列と既知のＺｋの配列との間には完全な相関を得ることとなる。また周波数誤差がキャリア間隔の整数倍の場合にはＺｋの配列の要素を推移させながら相関をとることでこの周波数ずれに相当する推移を与えた場合に相関が最大となることから周波数誤差検出ができる。
【００２６】
ところが実際のＤＦＴ処理手段１０の入力データは、信号の周波数誤差ζおよびＤＦＴ処理タイミングと位相基準シンボルとの時間誤差Δｔにより次式のように変形する。
【００２７】
【数２】
【００２８】
これを離散的なデータとして表すと次式となる。
【００２９】
【数３】
【００３０】
ここに、ξ＝２π・ζ／ωとする。
【００３１】
このため、ＤＦＴ処理手段１０の出力は次式のようになる。
【００３２】
【数４】
【００３３】
ここで、ａｋ＝ｈｋ・Ｚｋとする。
【００３４】
ここに、式（４）の第２項Ｉ（ｍ）は、信号の周波数誤差ξのためにＤＦＴ処理の際の各キャリア間の直交性が崩れて発生するｍ番目キャリア以外のキャリアからのもれ成分（以下、「キャリア間干渉成分」という）である。この成分は各キャリア対応のデータ毎に比較的ランダムな性質を持っており、相関をとる際のデータ数を十分大きくすることでその影響を軽減することができる。
【００３５】
ところが、時間誤差により生じる位相誤差成分２πｍΔ／Ｎは各キャリア対応のデータ毎にその値が異なるため、この成分を残したまま復調データの配列とＺｋの配列との間で相関をとっても、周波数誤差に関する有意な結果を得ることができない。
【００３６】
よって、この実施の形態においては第１の周波数誤差検出は単なる相関計算ではなく、復調データの配列とＺｋの共役複素数値の配列とを各要素毎に乗算した結果に対しＩＤＦＴ処理を行い、その結果に対するピーク値の検出を行う。また、復調データの配列とＺｋの共役複素数値の配列の各要素の対応関係に推移を与えながら以上の処理を繰り返して最も大きなピーク値を与える対応関係を求めて、この対応関係に於ける各配列間の推移の大きさから周波数誤差を求める。
【００３７】
図２は第１の周波数誤差検出器の構成を示すブロック図である。図において、１０１は位相補正手段、１０２は位相基準シンボルデータ保持手段、１０３はＩＤＦＴ手段、１０４はピーク検出器、１０５は最大値探索手段である。
【００３８】
位相補正手段１０１は式（４）で表される位相基準シンボル復調データに対し、位相基準シンボルデータ保持手段１０２に蓄えられた既定値Ｚｋの共役値Ｚｋ＊を乗ずる。この結果、周波数誤差がない場合、式（４）の ａ’ｍの位相はすべて実質的にゼロに補正される。
【００３９】
ＩＤＦＴ手段１０３は、この位相補正された出力に対しＩＤＦＴ処理を行うが、この処理は次式のように表現できる。
【００４０】
【数５】
【００４１】
これより、ｎ＝Δにおいて総和をとられる項の位相が一定値となることが分かる。このためＩＤＦＴ手段１０３の出力にはｎ＝Δの時点に大きなピークが生じ、被総和項に位相回転の残る他の時点には明らかなピークは生じないこと明らかである。ピーク検出器１０４はＩＤＦＴ手段１０３の出力に明らかなピークがあるか否かの判定を行うものである。
【００４２】
この明らかなピークが発生する条件は位相補正手段１０１による既定値Ｚｋによる位相補正が正しく行われることである。最大値探索手段１０５は復調データの配列とＺｋの共役複素数値の配列の各要素の対応関係をシフトしながら以上の処理を繰り返して最も大きなピーク値を与える対応関係を求めるもので、この対応関係に於けるシフトの大きさをキャリア間隔を単位とする周波数誤差とし出力するものである。
【００４３】
また、第２の周波数誤差検出器２０は位相基準シンボル復調データに基づき、ほぼキャリア間隔以内の周波数誤差検出を行うものであり、位相誤差検出器１２および第１の周波数誤差検出器による周波数同調制御を行ってなお周波数誤差がある場合にこの誤差を補正可能とするものである。以下、この動作について説明する。
【００４４】
この場合、キャリア間隔単位の大きな周波数誤差は第１の周波数誤差検出器出力に基づく周波数同調制御により除かれているため、検出すべき周波数誤差は先に説明の位相誤差検出器１２の出力に基づく周波数制御にて発生するＮ・π／２に相当の誤引き込みである。
【００４５】
このとき、位相基準シンボルのｎ番目データ出力には、図３に示すとおり比較的大きな隣接キャリアからの復調成分が含まれる。従ってこの隣接キャリアからもれ込む成分の大きさおよび位相を検出することにより、誤引き込みによる周波数ずれの正負および大きさを知ることができる。
【００４６】
図４は第２の周波数誤差検出器の構成を示すブロック図である。図において、２０１は第１の位相補正手段、２０２は第２の位相補正手段、２０３は位相基準シンボルデータ保持手段、２０４は第１のＩＤＦＴ手段、２０５は第２のＩＤＦＴ手段、２０６は周波数誤差判定手段である。
【００４７】
第１の位相補正手段２０１は第１の周波数誤差検出器と同様に位相基準シンボル復調データの配列と位相基準シンボル変調の既定値Ｚｋの複素共役値の配列を要素毎に乗算するものであるが、ここでは第１の周波数誤差検出器において検出した各配列の相関が最大となる関係に対し位相基準シンボルデータの配列要素を正方向にそれぞれ１だけシフトして位相補正処理を行う。
【００４８】
こうして位相補正された出力に対し第１のＩＤＦＴ手段２０４ではＩＤＦＴ処理を施す。この時、処理データ数が十分大きければ第１のＩＤＦＴ手段２０４の出力には、１要素シフトした位相基準シンボルデータの配列に相関をもつ成分、すなわち図３に示す隣接キャリアによる出力（図中、ｎ−１と示す）を得る。
【００４９】
次に、第２の位相補正手段２０２は位相基準シンボル復調データの配列に対し位相基準シンボルデータの配列要素を負方向にそれぞれ１だけシフトして位相補正処理を行う。こうして、第２のＩＤＦＴ手段２０５の出力には、１要素シフトした位相基準シンボルデータの配列に相関をもつ成分、すなわち図３に示す隣接キャリアによる出力（図中、ｎ＋１と示す）を得る。
【００５０】
周波数誤差判定手段２０６は第１のＩＤＦＴ手段２０４および第２のＩＤＦＴ手段２０５の出力を受けて周波数誤差の有無およびその正負を判定するものであり、例えば図３に示すように第１のＩＤＦＴ手段２０４の出力（ｎ−１）が第１の周波数誤差検出器１９で得たピーク最大値（図中、ｎに相当）と同符号であり、第２のＩＤＦＴ手段２０５の出力（ｎ＋１）が第１の周波数誤差検出器１９で得たピーク最大値（図中、ｎに相当）と逆符号でありこれらの振幅が予め定める域値より大きい場合に各キャリアの周波数に正方向の誤差ありと判定する。
【００５１】
また、第１および第２のＩＤＦＴ手段出力と第１の周波数誤差検出器で得たピーク最大値の符号関係が上記と逆でありこれらの振幅が予め定める域値より大きい場合に各キャリアの周波数に負方向の誤差ありと判定する。この判定結果は制御装置２１に与えられる。制御装置２１ではこれに基づき局部発振器４に対する周波数制御を行う。
【００５２】
次に、制御装置２１の動作について説明する。図５はこの発明の実施の形態１における制御装置の動作フローチャートである。受信機の電源投入や受信局の変更等により新たに同期、ＡＦＣ処理を行うことが必要となった場合、制御装置２１は最初に同期検出器８の出力に基づくフレーム同期処理３０１を行う。同期検出器８によりヌルシンボルのタイミングが検出されると制御装置２１は、ほぼフレーム周期のタイマーを起動する。このフレーム同期処理はＤＦＴ処理手段１０にて復調する各シンボルのタイミングを制御するものであり、この同期が確立した時点から、各シンボルデータの復調が正しく行われ差動復調出力にもＱＰＳＫに基づく正しいデータが現れることとなる。
【００５３】
制御装置２１はこの同期確立を待ち位相誤差検出／周波数制御３０２を行う。この位相誤差検出は位相誤差検出器１２により行うものでヌルシンボルを含む場合を除きすべての差動復調データについて実施可能である。制御装置２１は復調データに対し適度な間隔で周波数誤差検出、制御を行うことで、これらの処理の負荷を適度に抑えながらきめ細かな制御を行う。この位相誤差検出による周波数制御により周波数誤差が十分小さくなった場合、制御装置２１はこの制御完了の判定３０３を行う。
【００５４】
制御装置２１は次の段階として第１の周波数誤差検出３０７を行うが、この処理は先に説明のとおりフレームの先頭から２番目の位相基準シンボル復調データに基づいて行うため先ず判定３０４でフレーム期間が経過していることを確認し、次に処理３０５および判定３０６でフレーム同期が維持されていることを確認する。フレーム期間が経過していない場合は位相誤差検出と制御３０２に、フレーム同期が確認されない場合はフレーム同期処理３０１に戻る。
【００５５】
第１の周波数誤差検出３０７にて周波数誤差が検出された場合（３０８：Ｙｅｓ）、制御装置２１は局部発振器４に対しその誤差に応じた周波数制御３０９を行う。また周波数誤差が検出されない場合（３０８：Ｎｏ）には先に説明の第２の周波数誤差検出３１０を行う。この時点においては先の説明で前提としたとおりキャリア間隔の１／２を越えるような大きな周波数誤差は除かれているため、位相誤差検出／制御による誤引き込みを正しく検出することができる。この処理３１０の結果を判定３１１で判定して誤引き込みありの場合、処理３１２にて誤引き込みによる周波数ずれを補償する。
【００５６】
このとき、第１および第２の周波数誤差検出／制御動作では周波数誤差について正確な補正を行うものではないが、これらの処理が行われた後でも位相誤差検出／制御３０２を繰り返し行うため精度のよい周波数同調が確保される。
【００５７】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２であるディジタル放送受信機の構成を示すブロック図である。図において、１はアンテナ、２はＲＦ増幅器、３は周波数変換器、４は局部発振器、５中間周波増幅器、６は直交復調器、７はＡ／Ｄ変換器、８は同期信号検出器、１０はＤＦＴ手段、１１は差動復調器、１２は位相誤差検出器、１４はビタビ復号器、１５はＭＰＥＧ音声デコーダ、１６はＤ／Ａ変換器、１７は音声増幅器、１８はスピーカ、１９は第１の周波数誤差検出器、３０は第２の周波数誤差検出器、２１は制御装置、２２は時間誤差検出器である。ここに、１〜８、１０〜１２および１４〜３０は実施の形態１．と同等のものであり、ほぼ同じ動作を行う。
【００５８】
図７は時間誤差検出器２２の構成を示すブロック図である。図において、４０１は位相補正手段、４０２は位相基準シンボルデータ保持手段、４０３はＩＤＦＴ手段、４０４はピーク検出器である。図より明らかなとおり、この構成は最大値探索手段を除いた第１の周波数誤差検出器と同じである。
【００５９】
位相補正手段４０１は式（４）で表される位相基準シンボル復調データに対し、位相基準シンボルデータ保持手段４０２に蓄えられた既定値Ｚｋの共役値Ｚｋ＊を乗ずる。この結果、周波数誤差がない場合、式（４）の ａ’ｍの位相は実質的にすべてゼロに補正される。ＩＤＦＴ手段４０３は、この位相補正された出力に対しＩＤＦＴ処理を行うが、この処理は式（５）のように表現できる。
【００６０】
これより、ｎ＝Δにおいて総和をとられる項の位相が一定値となることが分かる。このためＩＤＦＴ手段４０３の出力にはｎ＝Δの時点に大きなピークが生じ、被総和項に位相回転の残る他の時点には明らかなピークは生じないこと明らかである。ピーク検出器４０４はこの場合、ＩＤＦＴ手段４０３の出力に明らかなピークが発生する時点ｎの検出を行うものである。
【００６１】
この明らかなピークの発生する時点ｎは先に説明のとおり位相基準シンボルに対するＤＦＴ処理手段のデータ入力タイミングの誤差を表す。従って、制御装置２１は、データ復調タイミングの同期を行うために、ヌルシンボルの検出信号のみに頼るのではなく、この時間誤差検出信号２２の出力を参照して同期処理を行う。
【００６２】
次に、制御装置２１の動作について説明する。図８はこの発明実施の形態２における制御装置の動作フローチャートである。受信機の電源投入や受信局の変更等により新たに同期、ＡＦＣ処理を行うことが必要となった場合、制御装置２１は最初にヌルシンボル検出信号に基づくフレーム同期処理５０１を行う。この処理によりヌルシンボルのタイミングが検出されると制御装置２１は、ほぼフレーム周期のタイマーを起動する。このフレーム同期処理はＤＦＴ処理手段にて復調する各シンボルのタイミングを制御するものであり、この同期が確立した時点から、各シンボルデータの復調が正しく行われ差動復調出力にもＱＰＳＫに基づく正しいデータが現れることとなる。
【００６３】
制御装置２１はこの同期確立を待ち位相誤差検出および周波数制御５０２を行う。この位相誤差検出は先に説明のとおりヌルシンボルを含む場合を除きすべての差動復調データについて実施可能である。制御装置２１は復調データに対し適度な間隔で周波数誤差検出、制御を行うことで、これらの処理の負荷を適度に抑えながらきめ細かな制御を行う。この位相誤差検出による周波数制御により周波数誤差が十分小さくなったことを検知して制御装置２１はこの制御完了の判定５０３を行う。
【００６４】
制御装置２１は次の段階として第１の周波数誤差検出５０７を行うが、この処理は先に説明のとおりフレームの先頭から２番目の位相基準シンボル復調データに基づいて行うため先ず判定５０４でフレーム期間が経過していることを確認し、次に処理５０５および判定５０６でフレーム同期が維持されていることを確認する。フレーム期間が経過していない場合は位相誤差検出と制御５０２に、フレーム同期が確認されない場合はフレーム同期処理５０１に戻る。
【００６５】
第１の周波数誤差検出５０７にて周波数誤差が検出された場合（５０８：Ｙｅｓ）、制御装置２１は局部発振器４に対しその誤差に応じた周波数制御５０９を行う。また周波数誤差が検出されない場合（５０８：Ｎｏ）には先に説明の第２の周波数誤差検出５１０を行う。この時点においては先の説明で前提としたとおりキャリア間隔の１／２を越えるような大きな周波数誤差は除かれているため、位相誤差検出／制御による誤引き込みを正しく検出することができる。この処理５１０の結果を判定５１１で判定して誤引き込みありの場合、処理５１２にて誤引き込みによる周波数ずれを補償する。さらに、データ入力タイミングの誤差検出５１３を行い、判定５１４でタイミングの誤差が無いことを確認し、タイミングに誤差が有る場合（５１４：Ｙｅｓ）、制御装置２１はデータ復調タイミングの同期５１５を行う。また、タイミングに誤差が無い場合（５１４：Ｎｏ）にはフレーム同期処理５０１に戻る。
【００６６】
このとき、第１および第２の周波数誤差検出／制御動作では周波数誤差について正確な補正を行うものではないが、これらの処理が行われた後でも位相誤差検出／制御５０２を繰り返し行うため精度のよい周波数同調が確保される。
【００６７】
ところで、上記説明では位相誤差検出器１２、第１の周波数誤差検出器１９、第２の周波数誤差検出器２０、制御装置２１、時間誤差検出器２２等は独立した装置として述べてきたが、これらはそれぞれ単一の装置を共用することが可能である。
【００６８】
特に、第１の周波数誤差検出器、第２の周波数誤差検出器および時間誤差検出器の構成手段には共通する部分が多く共用化により装置を簡略化、低価格化できる効果がある。
【００６９】
また、位相誤差検出器１２、第１の周波数誤差検出器１９、第２の周波数誤差検出器２０、制御装置２１、時間誤差検出器２２はデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）等を用いてプログラム処理として構成することも可能である。
【００７０】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００７１】
位相誤差検出に基づく周波数制御処理に誤引き込みが発生した場合にも第２の周波数誤差検出器の出力に基づき誤引き込みを解除して正しい同調点への引き込みを行い得るようになる。また信号の周波数誤差が大きくＯＦＤＭの各キャリア間隔を越える場合にも第１の周波数誤差検出器の出力とに基づく周波数同調制御を行うことで周波数誤差の検出および補正を行い得るようになるため、広範な周波数誤差に対応し引き込み周波数精度の高い同調処理を行い得る。
【００７２】
更に、制御装置が前記同期検出器出力に基づくタイミング同期が確立した段階において、前記位相誤差検出器の出力と第１の周波数誤差検出器の出力とに基づく周波数同調制御を行い、この周波数同調制御が完了した段階において、前記第２の周波数誤差検出器の出力に基づく周波数同調制御を行うよう動作するため位相誤差検出器、第１の周波数誤差検出器および第２の周波数誤差検出器の各検出動作が適切に行られ周波数同調処理が確実に行われる。
【００７３】
また、受信信号に反射波や雑音が重畳する場合にも時間誤差検出器の出力に基づく同期処理を行うことで正確なタイミング同期処理を行い得る。
【００７４】
更に、制御装置が同期手段によるタイミング同期が確立した段階において位相誤差検出器の出力と第１の周波数誤差検出器の出力とに基づく周波数同調制御を行い、この周波数同調制御が完了した段階において第２の周波数誤差検出器の出力に基づく周波数同調制御および時間誤差検出器の出力に基づく復調タイミングの同期処理を行うよう動作するため位相誤差検出器、第１の周波数誤差検出器、第２の周波数誤差検出器および時間誤差検出器の各検出動作が適切に行われタイミング同期処理が確実に行われる。
【００７５】
また、第１の周波数誤差検出器を位相補正手段、位相基準シンボルデータ保持手段、ＩＤＦＴ手段、ピーク検出器および最大値探索手段から構成するので精度良く周波数誤差検出を行い得る。
【００７６】
また、第２の周波数誤差検出器を、第１の位相補正手段、第２の位相補正手段、位相基準シンボルデータ保持手段、第１のＩＤＦＴ手段、第２のＩＤＦＴ手段、周波数誤差判定手段から構成するので精度良く周波数誤差検出を行い得る。
【００７７】
また、時誤差検出器を位相補正手段、位相基準シンボルデータ保持手段、ＩＤＦＴ手段、およびピーク検出器から構成するので精度良く時間誤差検出を行い得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１であるディジタル放送受信機の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の周波数誤差検出器の構成を示すブロック図である。
【図３】ＯＦＤＭ受信信号に周波数ずれがある場合のＤＦＴ処理による復調出力を示す図である。
【図４】第２の周波数誤差検出器の構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１における制御装置の動作フローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態２であるディジタル放送受信機の構成を示すブロック図である。
【図７】時間誤差検出器の構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態２における制御装置の動作フローチャートである。
【図９】従来の放送受信機の構成を示すブロック図である。
【図１０】ＤＡＢのデータ伝送フレームの構成図である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、フレーム内に固定パターンの同期信号を送出する、各キャリアが差動位相変調され直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調されたデジタル放送方式に対応するデジタル放送受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＯＦＤＭ方式によるディジタル変調により音声信号データを放送する方式としてＩＴＵ−Ｒ勧告ＢＳ．７７４に記載されるディジタル音声放送方式（以下、「ＤＡＢ」（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｕｄｉｏ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）という）がある。
【０００３】
図９は従来のディジタル放送受信機の構成を示すブロック図である。図において、１はアンテナ、２はＲＦ増幅器、３は周波数変換器、４は局部発振器、５中間周波増幅器、６は直交復調器、７はＡ／Ｄ変換器、８は同期信号検出器、９は同期制御手段、１０はＤＦＴ処理手段、１１は差動復調器、１２は位相誤差検出器、１３は周波数同調制御手段、１４はビタビ復号器、１５はＭＰＥＧ音声デコーダ、１６はＤ／Ａ変換器、１７は音声増幅器、１８はスピーカである。
【０００４】
以上のように構成された受信機において、アンテナ１にて受信された放送波はＲＦ増幅器２において増幅、周波数変換器３にて周波数変換、中間周波増幅器５にて隣接チャンネル波など不要成分の除去および増幅、直交復調器６にて検波が行われ、ベースバンド信号としてＡ／Ｄ変換器７に与えられる。
【０００５】
Ａ／Ｄ変換器７によりサンプリングされた信号はＤＦＴ手段１０にて複素離散フーリエ変換処理（以下、「ＤＦＴ処理」という）が行われ４相差動位相変調（ＤＱＰＳＫ）された各伝送キャリアの位相が検出される。続く差動復調器１１では時間的に隣接する２伝送シンボルの同一キャリアの変調位相を比較しこの間の位相推移を出力する処理（差動復調）が行われる。差動復調されたデータは、送信側にて変調を行う際のキャリア順序規則に従い、順次ビタビ復号器１４に対し出力される。
【０００６】
ビタビ復号器１４では、送信側にて行われた複数伝送シンボルにまたがる時間インターリーブの解除を行うとともに、畳み込み符号化して伝送されたデータの復号を行う。この際、伝送路で発生するデータの誤り訂正が行われる。
【０００７】
ＭＰＥＧ音声デコーダ１５は、ＩＳＯ／ＭＰＥＧ１レイヤー２の規定に従いビタビ復号器１４から出力される圧縮されたＤＡＢ放送音声データを伸張しＤ／Ａ変換器１６に与える。Ｄ／Ａ変換器１６にてアナログ変換された音声信号は、音声増幅器１７をとおしてスピーカ１８より再生される。
【０００８】
ここで、同期信号検出器８は図１０に示すＤＡＢの伝送信号中のフレーム同期信号の内ヌルシンボル（＝信号なしの期間）をエンベロープ検波により検出するものであり、この出力は同期制御手段９を通して、ＤＦＴ処理手段９にて行われるＤＦＴ処理が正しく信号の伝送フレームおよび各シンボルに同期して行われるためのタイミング信号となる。
【０００９】
位相誤差検出器１２は、差動復調器１１より出力される各キャリアの位相データの本来の位相点からの誤差を検出するものである。すなわち、ＤＡＢでは直交復調器６に与えられる信号の周波数が正しい場合には、差動復調器１１より出力される各キャリア対応の作動復調データの位相はほぼ、π／４、３・π／４、５・π／４、７・π／４の４位相のいずれかとなる。そこで、各キャリア対応のデータをそれぞれ４乗し２πに対する剰余をとると、この値は元のデータに誤差が無い場合はπ、元のデータに位相誤差がある場合はその４倍の値となることから位相誤差検出を行う。実際には位相誤差検出器１１では多数のキャリアのデータについて上記操作を行い、その結果を平均化することで検出の精度を向上する。
【００１０】
こうして求めた位相誤差εは差動復調器１１の出力に基づくものであるため、このときの信号周波数の誤差ζとの間に以下の関係を持つ。
ζ＝ε／Ｔ
ここに、Ｔはガードインターバルを含むシンボル期間である。
【００１１】
周波数制御手段１３はこの位相誤差εが少なくなるように局部発振器４の周波数を制御することで周波数変換器３から出力される中間周波信号の周波数を制御して直交復調器６から与えられるベースバンド信号の周波数誤差ζを０に近づけるよう動作する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この位相誤差検出に基づく周波数制御処理においては信号の周波数誤差が大きく差動復調器１１の出力データに含まれる位相誤差が大きい場合には正しく周波数の誤差を反映した出力を得られないという問題がある。例えば、差動復調器１１出力データの位相が本来の位相点から約π／２ずれてあらわれる場合、このデータを４乗して２πに対する剰余をとると、この値の位相はすべてπとなり、この結果を使って局部発振器４の周波数を制御しても信号の周波数のずれは補正されない。そればかりかこの差動復調器１１出力データに約π／２の位相誤差を生ずる信号周波数に対し誤った引き込み制御を行う結果となる。これは、各キャリアの位相データが本来の位相点からπおよび３・π／２等ずれる場合についても同様である。
【００１３】
また、この位相誤差検出に基づく周波数制御処理においては各キャリアに対する識別をしないため、更に周波数誤差が大きくＯＦＤＭの各キャリア間隔の±１／２を越える場合、この周波数誤差の検出および補正ができないという問題がある。
【００１４】
また、信号の伝送フレームおよび各シンボルへのタイミング同期処理は同期信号検出器８によりフレーム同期信号中のヌルシンボルをエンベロープ検波して検出した信号に基づき行われるため、信号に反射波や雑音が重畳する場合など正確なタイミングを得ることが困難となる。特に、車載受信機やポータブル受信機などの劣悪な受信条件での動作が求められる受信機についてはこの問題が大きかった。
【００１５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、各キャリアが差動位相変調されたＯＦＤＭ方式を用いるデジタル放送に対応の受信機において比較的大きな信号周波数の誤差に対してもこれを正しく検出して自動的に補正するとともに信号に反射波や雑音が重畳する場合にも正確なタイミング同期を得るディジタル放送受信機を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るディジタル放送受信機においては、放送波受信信号のエンベロープ検出に基づく同期信号検出器と、放送波受信信号の各伝送シンボルに対して一括して各キャリアの位相検出を行うＤＦＴ処理手段と、時間的に隣り合う伝送シンボルの各キャリア毎の位相変化に基づく差動復調器と、この差動復調器出力データに対する位相誤差検出器と、各伝送フレーム毎に送信され各キャリアの位相基準を与える固定パターンシンボル（位相基準シンボル）の復調データの処理に基づきほぼキャリア間隔単位の周波数誤差検出を行う第１の周波数誤差検出器と、ほぼキャリア間隔以内の周波数誤差検出を行う第２の周波数誤差検出器と、前記同期信号検出器、位相誤差検出器、第１の周波数誤差検出器および第２の周波数誤差検出器の出力が各々接続される制御装置を備えるものである。
【００１７】
また、放送波受信信号の各伝送シンボルに対して一括して各キャリアの位相検出を行うＤＦＴ処理手段と、時間的に隣り合う伝送シンボルの各キャリア毎の位相変化に基づく差動復調器と、この差動復調器出力データに対する位相誤差検出器と、各伝送フレーム毎に送信され各キャリアの位相基準を与える固定パターンシンボル（位相基準シンボル）の復調データの処理に基づきほぼキャリア間隔単位の周波数誤差検出を行う第１の周波数誤差検出器と、ほぼキャリア間隔以内の周波数誤差検出を行う第２の周波数誤差検出器と、位相基準シンボルの復調データ処理に基づき前記ＤＦＴ処理手段によるＤＦＴ処理タイミングと位相基準シンボル先頭タイミングとの時間誤差を検出する時間誤差検出器と、前記同期信号検出器、位相誤差検出器、第１の周波数誤差検出器、第２の周波数誤差検出器および時間誤差検出器の出力が各々接続される制御装置を備えるものである。
【００１８】
また、第１の周波数誤差検出器を、位相基準シンボル復調データに対し位相を補正する位相補正手段、位相補正のための規定値データを蓄える位相基準シンボルデータ保持手段、位相補正手段の出力に対し逆離散フーリエ変換処理（以下、「ＩＤＦＴ処理」という）を施すＩＤＦＴ手段、ＩＤＦＴ手段の出力に含まれるピーク値を検出するピーク検出器、および、位相基準シンボルデータ保持手段から位相補正手段に与えるデータをシフトさせながら最大ピーク値を求め、その時のシフトの大きさをキャリア間隔単位の周波数誤差として出力する最大値探索手段から構成するものである。
【００１９】
また、第２の周波数誤差検出器を、第１の周波数誤差検出器のＩＤＦＴ手段の出力が最大となるタイミングの１つ前の位相シンボル復調データに対し位相を補正する第１の位相補正手段、ＩＤＦＴ手段の出力が最大となるタイミングの１つ後の位相シンボル復調データに対し位相を補正する第２の位相補正手段、位相補正のための規定値データを蓄える位相基準シンボルデータ保持手段、第１の位相補正手段の出力に対しＩＤＦＴ処理を行う第１のＩＤＦＴ手段、第２の位相補正手段の出力に対しＩＤＦＴ処理を行う第２のＩＤＦＴ手段、第１の周波数誤差検出器のＩＤＦＴ手段の出力の符号と第１のＩＤＦＴ手段の出力の符号と第２のＩＤＦＴ手段の出力の符号とに基づき周波数誤差を判定する周波数誤差判定手段から構成するものである。
【００２０】
また、時間誤差検出器を、位相基準シンボル復調データに対し位相を補正する位相補正手段、位相補正のための規定値データを蓄える位相基準シンボルデータ保持手段、位相補正手段の出力に対しＩＤＦＴ処理を行うＩＤＦＴ手段、ＩＤＦＴ手段の出力に含まれるピーク値のタイミングを検出し、時間誤差として出力するピーク検出器から構成するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１であるディジタル放送受信機の構成を示すブロック図である。図において、１はアンテナ、２はＲＦ増幅器、３は周波数変換器、４は局部発振器、５中間周波増幅器、６は直交復調器、７はＡ／Ｄ変換器、８は同期信号検出器、１０はＤＦＴ処理手段、１１は差動復調器、１２は位相誤差検出器、１４はビタビ復号器、１５はＭＰＥＧ音声デコーダ、１６はＤ／Ａ変換器、１７は音声増幅器、１８はスピーカ、１９は第１の周波数誤差検出器、２０は第２の周波数誤差検出器、２１は制御装置である。ここに、１〜８、１０〜１２および１４〜１８は従来と同等のものである。
【００２２】
図において、第１の周波数誤差検出器１９は位相基準シンボル復調データに基づき、ほぼキャリア間隔単位の周波数誤差検出を行うものであり、信号の周波数にＯＦＤＭのキャリア間隔以上の周波数誤差がある場合にも受信機において、この誤差を補正可能とするものである。以下この動作について説明する。
ＤＡＢの位相基準シンボルは次のように表現することができる。
【００２３】
【数１】
ここに、Ｚｋはｋ番目のキャリアに対する変調成分でありＤＡＢの場合、振幅が１で位相の異なる４つの値 ｅｘｐ（ｊ・ｎ・π／２）、（但しｎ＝１〜３）のいずれかの値となる。
【００２５】
ここで、Ｚｋの値は固定である。式（１）の信号にＤＦＴ処理を施すと出力としてこのＺｋの配列を得るから理想的にはＤＦＴ処理手段１０の出力データの配列と既知のＺｋの配列との間には完全な相関を得ることとなる。また周波数誤差がキャリア間隔の整数倍の場合にはＺｋの配列の要素を推移させながら相関をとることでこの周波数ずれに相当する推移を与えた場合に相関が最大となることから周波数誤差検出ができる。
【００２６】
ところが実際のＤＦＴ処理手段１０の入力データは、信号の周波数誤差ζおよびＤＦＴ処理タイミングと位相基準シンボルとの時間誤差Δｔにより次式のように変形する。
【００２７】
【数２】
これを離散的なデータとして表すと次式となる。
【００２９】
【数３】
ここに、ξ＝２π・ζ／ωとする。
【００３１】
このため、ＤＦＴ処理手段１０の出力は次式のようになる。
【００３２】
【数４】
ここで、ａｋ＝ｈｋ・Ｚｋとする。
【００３４】
ここに、式（４）の第２項Ｉ（ｍ）は、信号の周波数誤差ξのためにＤＦＴ処理の際の各キャリア間の直交性が崩れて発生するｍ番目キャリア以外のキャリアからのもれ成分（以下、「キャリア間干渉成分」という）である。この成分は各キャリア対応のデータ毎に比較的ランダムな性質を持っており、相関をとる際のデータ数を十分大きくすることでその影響を軽減することができる。
【００３５】
ところが、時間誤差により生じる位相誤差成分２πｍΔ／Ｎは各キャリア対応のデータ毎にその値が異なるため、この成分を残したまま復調データの配列とＺｋの配列との間で相関をとっても、周波数誤差に関する有意な結果を得ることができない。
【００３６】
よって、この実施の形態においては第１の周波数誤差検出は単なる相関計算ではなく、復調データの配列とＺｋの共役複素数値の配列とを各要素毎に乗算した結果に対しＩＤＦＴ処理を行い、その結果に対するピーク値の検出を行う。また、復調データの配列とＺｋの共役複素数値の配列の各要素の対応関係に推移を与えながら以上の処理を繰り返して最も大きなピーク値を与える対応関係を求めて、この対応関係に於ける各配列間の推移の大きさから周波数誤差を求める。
【００３７】
図２は第１の周波数誤差検出器の構成を示すブロック図である。図において、１０１は位相補正手段、１０２は位相基準シンボルデータ保持手段、１０３はＩＤＦＴ手段、１０４はピーク検出器、１０５は最大値探索手段である。
【００３８】
位相補正手段１０１は式（４）で表される位相基準シンボル復調データに対し、位相基準シンボルデータ保持手段１０２に蓄えられた既定値Ｚｋの共役値Ｚｋ＊を乗ずる。この結果、周波数誤差がない場合、式（４）の ａ’ｍの位相はすべて実質的にゼロに補正される。
【００３９】
ＩＤＦＴ手段１０３は、この位相補正された出力に対しＩＤＦＴ処理を行うが、この処理は次式のように表現できる。
【００４０】
【数５】
これより、ｎ＝Δにおいて総和をとられる項の位相が一定値となることが分かる。このためＩＤＦＴ手段１０３の出力にはｎ＝Δの時点に大きなピークが生じ、被総和項に位相回転の残る他の時点には明らかなピークは生じないこと明らかである。ピーク検出器１０４はＩＤＦＴ手段１０３の出力に明らかなピークがあるか否かの判定を行うものである。
【００４２】
この明らかなピークが発生する条件は位相補正手段１０１による既定値Ｚｋによる位相補正が正しく行われることである。最大値探索手段１０５は復調データの配列とＺｋの共役複素数値の配列の各要素の対応関係をシフトしながら以上の処理を繰り返して最も大きなピーク値を与える対応関係を求めるもので、この対応関係に於けるシフトの大きさをキャリア間隔を単位とする周波数誤差とし出力するものである。
【００４３】
また、第２の周波数誤差検出器２０は位相基準シンボル復調データに基づき、ほぼキャリア間隔以内の周波数誤差検出を行うものであり、位相誤差検出器１２および第１の周波数誤差検出器による周波数同調制御を行ってなお周波数誤差がある場合にこの誤差を補正可能とするものである。以下、この動作について説明する。
【００４４】
この場合、キャリア間隔単位の大きな周波数誤差は第１の周波数誤差検出器出力に基づく周波数同調制御により除かれているため、検出すべき周波数誤差は先に説明の位相誤差検出器１２の出力に基づく周波数制御にて発生するＮ・π／２に相当の誤引き込みである。
【００４５】
このとき、位相基準シンボルのｎ番目データ出力には、図３に示すとおり比較的大きな隣接キャリアからの復調成分が含まれる。従ってこの隣接キャリアからもれ込む成分の大きさおよび位相を検出することにより、誤引き込みによる周波数ずれの正負および大きさを知ることができる。
【００４６】
図４は第２の周波数誤差検出器の構成を示すブロック図である。図において、２０１は第１の位相補正手段、２０２は第２の位相補正手段、２０３は位相基準シンボルデータ保持手段、２０４は第１のＩＤＦＴ手段、２０５は第２のＩＤＦＴ手段、２０６は周波数誤差判定手段である。
【００４７】
第１の位相補正手段２０１は第１の周波数誤差検出器と同様に位相基準シンボル復調データの配列と位相基準シンボル変調の既定値Ｚｋの複素共役値の配列を要素毎に乗算するものであるが、ここでは第１の周波数誤差検出器において検出した各配列の相関が最大となる関係に対し位相基準シンボルデータの配列要素を正方向にそれぞれ１だけシフトして位相補正処理を行う。
【００４８】
こうして位相補正された出力に対し第１のＩＤＦＴ手段２０４ではＩＤＦＴ処理を施す。この時、処理データ数が十分大きければ第１のＩＤＦＴ手段２０４の出力には、１要素シフトした位相基準シンボルデータの配列に相関をもつ成分、すなわち図３に示す隣接キャリアによる出力（図中、ｎ−１と示す）を得る。
【００４９】
次に、第２の位相補正手段２０２は位相基準シンボル復調データの配列に対し位相基準シンボルデータの配列要素を負方向にそれぞれ１だけシフトして位相補正処理を行う。こうして、第２のＩＤＦＴ手段２０５の出力には、１要素シフトした位相基準シンボルデータの配列に相関をもつ成分、すなわち図３に示す隣接キャリアによる出力（図中、ｎ＋１と示す）を得る。
【００５０】
周波数誤差判定手段２０６は第１のＩＤＦＴ手段２０４および第２のＩＤＦＴ手段２０５の出力を受けて周波数誤差の有無およびその正負を判定するものであり、例えば図３に示すように第１のＩＤＦＴ手段２０４の出力（ｎ−１）が第１の周波数誤差検出器１９で得たピーク最大値（図中、ｎに相当）と同符号であり、第２のＩＤＦＴ手段２０５の出力（ｎ＋１）が第１の周波数誤差検出器１９で得たピーク最大値（図中、ｎに相当）と逆符号でありこれらの振幅が予め定める域値より大きい場合に各キャリアの周波数に正方向の誤差ありと判定する。
【００５１】
また、第１および第２のＩＤＦＴ手段出力と第１の周波数誤差検出器で得たピーク最大値の符号関係が上記と逆でありこれらの振幅が予め定める域値より大きい場合に各キャリアの周波数に負方向の誤差ありと判定する。この判定結果は制御装置２１に与えられる。制御装置２１ではこれに基づき局部発振器４に対する周波数制御を行う。
【００５２】
次に、制御装置２１の動作について説明する。図５はこの発明の実施の形態１における制御装置の動作フローチャートである。受信機の電源投入や受信局の変更等により新たに同期、ＡＦＣ処理を行うことが必要となった場合、制御装置２１は最初に同期検出器８の出力に基づくフレーム同期処理３０１を行う。同期検出器８によりヌルシンボルのタイミングが検出されると制御装置２１は、ほぼフレーム周期のタイマーを起動する。このフレーム同期処理はＤＦＴ処理手段１０にて復調する各シンボルのタイミングを制御するものであり、この同期が確立した時点から、各シンボルデータの復調が正しく行われ差動復調出力にもＱＰＳＫに基づく正しいデータが現れることとなる。
【００５３】
制御装置２１はこの同期確立を待ち位相誤差検出／周波数制御３０２を行う。この位相誤差検出は位相誤差検出器１２により行うものでヌルシンボルを含む場合を除きすべての差動復調データについて実施可能である。制御装置２１は復調データに対し適度な間隔で周波数誤差検出、制御を行うことで、これらの処理の負荷を適度に抑えながらきめ細かな制御を行う。この位相誤差検出による周波数制御により周波数誤差が十分小さくなった場合、制御装置２１はこの制御完了の判定３０３を行う。
【００５４】
制御装置２１は次の段階として第１の周波数誤差検出３０７を行うが、この処理は先に説明のとおりフレームの先頭から２番目の位相基準シンボル復調データに基づいて行うため先ず判定３０４でフレーム期間が経過していることを確認し、次に処理３０５および判定３０６でフレーム同期が維持されていることを確認する。フレーム期間が経過していない場合は位相誤差検出と制御３０２に、フレーム同期が確認されない場合はフレーム同期処理３０１に戻る。
【００５５】
第１の周波数誤差検出３０７にて周波数誤差が検出された場合（３０８：Ｙｅｓ）、制御装置２１は局部発振器４に対しその誤差に応じた周波数制御３０９を行う。また周波数誤差が検出されない場合（３０８：Ｎｏ）には先に説明の第２の周波数誤差検出３１０を行う。この時点においては先の説明で前提としたとおりキャリア間隔の１／２を越えるような大きな周波数誤差は除かれているため、位相誤差検出／制御による誤引き込みを正しく検出することができる。この処理３１０の結果を判定３１１で判定して誤引き込みありの場合、処理３１２にて誤引き込みによる周波数ずれを補償する。
【００５６】
このとき、第１および第２の周波数誤差検出／制御動作では周波数誤差について正確な補正を行うものではないが、これらの処理が行われた後でも位相誤差検出／制御３０２を繰り返し行うため精度のよい周波数同調が確保される。
【００５７】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２であるディジタル放送受信機の構成を示すブロック図である。図において、１はアンテナ、２はＲＦ増幅器、３は周波数変換器、４は局部発振器、５中間周波増幅器、６は直交復調器、７はＡ／Ｄ変換器、８は同期信号検出器、１０はＤＦＴ手段、１１は差動復調器、１２は位相誤差検出器、１４はビタビ復号器、１５はＭＰＥＧ音声デコーダ、１６はＤ／Ａ変換器、１７は音声増幅器、１８はスピーカ、１９は第１の周波数誤差検出器、３０は第２の周波数誤差検出器、２１は制御装置、２２は時間誤差検出器である。ここに、１〜８、１０〜１２および１４〜３０は実施の形態１．と同等のものであり、ほぼ同じ動作を行う。
【００５８】
図７は時間誤差検出器２２の構成を示すブロック図である。図において、４０１は位相補正手段、４０２は位相基準シンボルデータ保持手段、４０３はＩＤＦＴ手段、４０４はピーク検出器である。図より明らかなとおり、この構成は最大値探索手段を除いた第１の周波数誤差検出器と同じである。
【００５９】
位相補正手段４０１は式（４）で表される位相基準シンボル復調データに対し、位相基準シンボルデータ保持手段４０２に蓄えられた既定値Ｚｋの共役値Ｚｋ＊を乗ずる。この結果、周波数誤差がない場合、式（４）の ａ’ｍの位相は実質的にすべてゼロに補正される。ＩＤＦＴ手段４０３は、この位相補正された出力に対しＩＤＦＴ処理を行うが、この処理は式（５）のように表現できる。
【００６０】
これより、ｎ＝Δにおいて総和をとられる項の位相が一定値となることが分かる。このためＩＤＦＴ手段４０３の出力にはｎ＝Δの時点に大きなピークが生じ、被総和項に位相回転の残る他の時点には明らかなピークは生じないこと明らかである。ピーク検出器４０４はこの場合、ＩＤＦＴ手段４０３の出力に明らかなピークが発生する時点ｎの検出を行うものである。
【００６１】
この明らかなピークの発生する時点ｎは先に説明のとおり位相基準シンボルに対するＤＦＴ処理手段のデータ入力タイミングの誤差を表す。従って、制御装置２１は、データ復調タイミングの同期を行うために、ヌルシンボルの検出信号のみに頼るのではなく、この時間誤差検出信号２２の出力を参照して同期処理を行う。
【００６２】
次に、制御装置２１の動作について説明する。図８はこの発明実施の形態２における制御装置の動作フローチャートである。受信機の電源投入や受信局の変更等により新たに同期、ＡＦＣ処理を行うことが必要となった場合、制御装置２１は最初にヌルシンボル検出信号に基づくフレーム同期処理５０１を行う。この処理によりヌルシンボルのタイミングが検出されると制御装置２１は、ほぼフレーム周期のタイマーを起動する。このフレーム同期処理はＤＦＴ処理手段にて復調する各シンボルのタイミングを制御するものであり、この同期が確立した時点から、各シンボルデータの復調が正しく行われ差動復調出力にもＱＰＳＫに基づく正しいデータが現れることとなる。
【００６３】
制御装置２１はこの同期確立を待ち位相誤差検出および周波数制御５０２を行う。この位相誤差検出は先に説明のとおりヌルシンボルを含む場合を除きすべての差動復調データについて実施可能である。制御装置２１は復調データに対し適度な間隔で周波数誤差検出、制御を行うことで、これらの処理の負荷を適度に抑えながらきめ細かな制御を行う。この位相誤差検出による周波数制御により周波数誤差が十分小さくなったことを検知して制御装置２１はこの制御完了の判定５０３を行う。
【００６４】
制御装置２１は次の段階として第１の周波数誤差検出５０７を行うが、この処理は先に説明のとおりフレームの先頭から２番目の位相基準シンボル復調データに基づいて行うため先ず判定５０４でフレーム期間が経過していることを確認し、次に処理５０５および判定５０６でフレーム同期が維持されていることを確認する。フレーム期間が経過していない場合は位相誤差検出と制御５０２に、フレーム同期が確認されない場合はフレーム同期処理５０１に戻る。
【００６５】
第１の周波数誤差検出５０７にて周波数誤差が検出された場合（５０８：Ｙｅｓ）、制御装置２１は局部発振器４に対しその誤差に応じた周波数制御５０９を行う。また周波数誤差が検出されない場合（５０８：Ｎｏ）には先に説明の第２の周波数誤差検出５１０を行う。この時点においては先の説明で前提としたとおりキャリア間隔の１／２を越えるような大きな周波数誤差は除かれているため、位相誤差検出／制御による誤引き込みを正しく検出することができる。この処理５１０の結果を判定５１１で判定して誤引き込みありの場合、処理５１２にて誤引き込みによる周波数ずれを補償する。さらに、データ入力タイミングの誤差検出５１３を行い、判定５１４でタイミングの誤差が無いことを確認し、タイミングに誤差が有る場合（５１４：Ｙｅｓ）、制御装置２１はデータ復調タイミングの同期５１５を行う。また、タイミングに誤差が無い場合（５１４：Ｎｏ）にはフレーム同期処理５０１に戻る。
【００６６】
このとき、第１および第２の周波数誤差検出／制御動作では周波数誤差について正確な補正を行うものではないが、これらの処理が行われた後でも位相誤差検出／制御５０２を繰り返し行うため精度のよい周波数同調が確保される。
【００６７】
ところで、上記説明では位相誤差検出器１２、第１の周波数誤差検出器１９、第２の周波数誤差検出器２０、制御装置２１、時間誤差検出器２２等は独立した装置として述べてきたが、これらはそれぞれ単一の装置を共用することが可能である。
【００６８】
特に、第１の周波数誤差検出器、第２の周波数誤差検出器および時間誤差検出器の構成手段には共通する部分が多く共用化により装置を簡略化、低価格化できる効果がある。
【００６９】
また、位相誤差検出器１２、第１の周波数誤差検出器１９、第２の周波数誤差検出器２０、制御装置２１、時間誤差検出器２２はデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）等を用いてプログラム処理として構成することも可能である。
【００７０】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００７１】
位相誤差検出に基づく周波数制御処理に誤引き込みが発生した場合にも第２の周波数誤差検出器の出力に基づき誤引き込みを解除して正しい同調点への引き込みを行い得るようになる。また信号の周波数誤差が大きくＯＦＤＭの各キャリア間隔を越える場合にも第１の周波数誤差検出器の出力とに基づく周波数同調制御を行うことで周波数誤差の検出および補正を行い得るようになるため、広範な周波数誤差に対応し引き込み周波数精度の高い同調処理を行い得る。
【００７２】
更に、制御装置が前記同期検出器出力に基づくタイミング同期が確立した段階において、前記位相誤差検出器の出力と第１の周波数誤差検出器の出力とに基づく周波数同調制御を行い、この周波数同調制御が完了した段階において、前記第２の周波数誤差検出器の出力に基づく周波数同調制御を行うよう動作するため位相誤差検出器、第１の周波数誤差検出器および第２の周波数誤差検出器の各検出動作が適切に行られ周波数同調処理が確実に行われる。
【００７３】
また、受信信号に反射波や雑音が重畳する場合にも時間誤差検出器の出力に基づく同期処理を行うことで正確なタイミング同期処理を行い得る。
【００７４】
更に、制御装置が同期手段によるタイミング同期が確立した段階において位相誤差検出器の出力と第１の周波数誤差検出器の出力とに基づく周波数同調制御を行い、この周波数同調制御が完了した段階において第２の周波数誤差検出器の出力に基づく周波数同調制御および時間誤差検出器の出力に基づく復調タイミングの同期処理を行うよう動作するため位相誤差検出器、第１の周波数誤差検出器、第２の周波数誤差検出器および時間誤差検出器の各検出動作が適切に行われタイミング同期処理が確実に行われる。
【００７５】
また、第１の周波数誤差検出器を位相補正手段、位相基準シンボルデータ保持手段、ＩＤＦＴ手段、ピーク検出器および最大値探索手段から構成するので精度良く周波数誤差検出を行い得る。
【００７６】
また、第２の周波数誤差検出器を、第１の位相補正手段、第２の位相補正手段、位相基準シンボルデータ保持手段、第１のＩＤＦＴ手段、第２のＩＤＦＴ手段、周波数誤差判定手段から構成するので精度良く周波数誤差検出を行い得る。
【００７７】
また、時誤差検出器を位相補正手段、位相基準シンボルデータ保持手段、ＩＤＦＴ手段、およびピーク検出器から構成するので精度良く時間誤差検出を行い得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１であるディジタル放送受信機の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の周波数誤差検出器の構成を示すブロック図である。
【図３】ＯＦＤＭ受信信号に周波数ずれがある場合のＤＦＴ処理による復調出力を示す図である。
【図４】第２の周波数誤差検出器の構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１における制御装置の動作フローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態２であるディジタル放送受信機の構成を示すブロック図である。
【図７】時間誤差検出器の構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態２における制御装置の動作フローチャートである。
【図９】従来の放送受信機の構成を示すブロック図である。
【図１０】ＤＡＢのデータ伝送フレームの構成図である。
Claims (5)
- 各キャリアが差動位相変調された直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）伝送方式を用いるデジタル放送に対応し、放送波受信信号のエンベロープ検出に基づく同期信号検出器と、
放送波受信信号の各伝送シンボルに対して一括して各キャリアの位相検出を行うＤＦＴ処理手段と、
時間的に隣り合う伝送シンボルの各キャリア毎の位相変化に基づく差動復調器と、
この差動復調器出力データに対する位相誤差検出器と、
各伝送フレーム毎に送信され各キャリアの位相基準を与える固定パターンシンボル（位相基準シンボル）の復調データの処理に基づきほぼキャリア間隔単位の周波数誤差検出を行う第１の周波数誤差検出器と、
ほぼキャリア間隔以内の周波数誤差検出を行う第２の周波数誤差検出器と、
前記同期信号検出器、位相誤差検出器、第１の周波数誤差検出器および第２の周波数誤差検出器の出力が各々接続される制御装置
を備えるとともに、この制御装置が
前記同期検出器出力に基づくタイミング同期が確立した段階において、前記位相誤差検出器の出力と第１の周波数誤差検出器の出力とに基づく周波数同調制御を行い、
この周波数同調制御が完了した段階において、前記第２の周波数誤差検出器の出力に基づく周波数同調制御を行う
よう構成したことを特徴とするディジタル放送受信機。 - 各キャリアが差動位相変調された直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）伝送方式を用いるデジタル放送に対応し、放送波受信信号のエンベロープ検出に基づく同期信号検出器と、
放送波受信信号の各伝送シンボルに対して一括して各キャリアの位相検出を行うＤＦＴ処理手段と、
時間的に隣り合う伝送シンボルの各キャリア毎の位相変化に基づく差動復調器と、
この差動復調器出力データに対する位相誤差検出器と、
各伝送フレーム毎に送信され各キャリアの位相基準を与える固定パターンシンボル（位相基準シンボル）の復調データの処理に基づきほぼキャリア間隔単位の周波数誤差検出を行う第１の周波数誤差検出器と、
ほぼキャリア間隔以内の周波数誤差検出を行う第２の周波数誤差検出器と、
位相基準シンボルの復調データ処理に基づき前記ＤＦＴ処理手段によるＤＦＴ処理タイミングと位相基準シンボル先頭タイミングとの時間誤差を検出する時間誤差検出器と、
前記同期信号検出器、位相誤差検出器、第１の周波数誤差検出器、第２の周波数誤差検出器および時間誤差検出器の出力が各々接続される制御装置
を備えるとともに、この制御装置が、
前記同期手段によるタイミング同期が確立した段階において、前記位相誤差検出器の出力と第１の周波数誤差検出器の出力とに基づく周波数同調制御を行い、
この周波数同調制御が完了した段階において、前記第２の周波数誤差検出器の出力に基づく周波数同調制御および前記時間誤差検出器の出力に基づく復調タイミングの同期処理を行う
よう動作することを特徴とするディジタル放送受信機。 - 第１の周波数誤差検出器を、
位相基準シンボル復調データに対し位相を補正する位相補正手段、
位相補正のための規定値データを蓄える位相基準シンボルデータ保持手段、
位相補正手段の出力に対しＩＤＦＴ処理を行うＩＤＦＴ手段、
ＩＤＦＴ手段の出力に含まれるピーク値を検出するピーク検出器、および、
位相基準シンボルデータ保持手段から位相補正手段に与えるデータをシフトさせながら最大ピーク値を求め、その時のシフトの大きさをキャリア間隔単位の周波数誤差として出力する最大値探索手段
から構成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のディジタル放送受信機。 - 第２の周波数誤差検出器を、
前記第１の周波数誤差検出器のＩＤＦＴ手段の出力が最大となるタイミングの１つ前の位相シンボル復調データに対し位相を補正する第１の位相補正手段、
前記ＩＤＦＴ手段の出力が最大となるタイミングの１つ後の位相シンボル復調データに対し位相を補正する第２の位相補正手段、
位相補正のための規定値データを蓄える位相基準シンボルデータ保持手段、
第１の位相補正手段の出力に対しＩＤＦＴ処理を行う第１のＩＤＦＴ手段、
第２の位相補正手段の出力に対しＩＤＦＴ処理を行う第２のＩＤＦＴ手段、
前記第１の周波数誤差検出器のＩＤＦＴ手段の出力の符号と第１のＩＤＦＴ手段の出力の符号と第２のＩＤＦＴ手段の出力の符号とに基づき周波数誤差を判定する周波数誤差判定手段
から構成したことを特徴とする請求項３記載のディジタル放送受信機。 - 時間誤差検出器を、
位相基準シンボル復調データに対し位相を補正する位相補正手段、
位相補正のための規定値データを蓄える位相基準シンボルデータ保持手段、
位相補正手段の出力に対しＩＤＦＴ処理を行うＩＤＦＴ手段、
ＩＤＦＴ手段の出力に含まれるピーク値のタイミングを検出し、時間誤差として出力するピーク検出器
から構成したことを特徴とする請求項２記載のディジタル放送受信機。
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