JP3651895B2

JP3651895B2 - 残留側波帯信号に対するキャリア復元ネットワーク中の位相検出器

Info

Publication number: JP3651895B2
Application number: JP52468695A
Authority: JP
Inventors: ストロール，クリストファー，ヒュー; ジャフェ，スティーヴン，トッド
Original assignee: RCA Licensing Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1994-03-21
Filing date: 1995-03-13
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2020-05-25
Also published as: DE69530839D1; EP0752172B1; CN1071525C; TW256978B; EP0752185A1; GB9405487D0; JPH09510839A; JP4044132B2; MY114158A; MX9604220A; KR970702617A; DE69532170T2; CN1146267A; EP0752172A4; MY114086A; DE69527419T2; EP0801866B1; KR970701970A; KR100339110B1; TW306112B

Description

発明の分野
本発明はデジタル信号処理システムに関する。さらに詳しくは、本発明は、例えば高品位テレビ（HDTV）情報によって変調された残留側波帯信号に対するキャリア復元ネットワーク中の位相検出器に関する。
発明の背景
VSBまたはQAM（Quadrature Amplitude Modulated）信号からの受信機でのデータ復元には３つの機能の実装が必要になる：シンボル同期のためのタイミング復元（timing recovery）、キャリア復元（carrier recovery）（周波数復調）およびイコライゼーション（等化）である。タイミング復元は、受信機クロック（タイム・ベース）を送信機クロックに同期させる処理である。これにより、受信した信号を時間的に最適な点においてサンプリングすることができ、受信したシンボル値の判定指向処理（decision−directed process）に関連したスライシング・エラーの可能性を減少させることができる。キャリア復元は、受信したRF信号をもっと低い中間周波数通過帯域（intermediate frequency passband）、ベースバンド付近へ周波数遷移したあと、最後にベースバンドへ周波数遷移して変調ベースバンド情報の復元ができるようにする処理である。イコライゼーションは、受信信号に対する送信チャンネル乱れの影響を補償する処理である。また、特に、イコライゼーションにより、送信チャンネルのローパス・フィルタの影響を含むチャンネルの乱れにより発生するベースバンド内シンボル間干渉（baseband intersymbol interference:ISI）を除去する。ISIは、任意のシンボルの値を先行および後続のシンボルの値でひずませる。
QAM信号に対して、タイミング復元は、通常受信機に組み込まれる最初の機能である。タイミングは、中間通過帯域信号から、またはベースバンド近傍信号（baseband−near signal）すなわちキャリア復元ネットワークにより補償されるキャリア・オフセットを伴うベースバンド信号から復元することができる。どちらの場合でも、タイミングはベースバンド復調の前に確立することができる。キャリア復元復調処理は、通常２ステップ処理である。まず、通過帯域信号がベースバンド近くに、周波数シフタにより遷移される。周波数シフタは、周波数オフセットが入力する通過帯域信号と所望のベースバンド信号の間のどれであるのかに関して、「最良の推測」（"best guess"）を用いる。この周波数遷移は、通常、アナログ回路すなわち受信機のアナログからデジタルへの変換の前に行われる。次に、イコライゼーションがこのベースバンド近傍信号に対して行われる。最後に、キャリア復元が行われ、ベースバンド付近の信号から残存周波数オフセットを除去して真のベースバンド出力信号を発生させる。この機能はデジタル受信機の回路で実行されるものである。イコライザは、ベースバンド近傍信号へのシフトを行う第１のローカル発振器とキャリア復元ループ・ネットワークとの間に挿入される。これは、イコライザにより提供される少くとも部分的に開いた「目」（partiolly open "eye"）を必要とする典型的な（知られている）判定指向処理であることである。
デジタル情報を搬送しているQAM信号は、２次元データシンボルの実軸と虚軸で定義される２次元データ・シンボルの配置によって表わされる。これとは対照的に、VSB信号は、受信機で復元しようとする量子化データを含む１つの軸による１次元データ・シンボルの配置によって表わされる。VSB信号の同期復調は、通常、パイロット信号の助けをかりて達成される。パイロット信号は、VSB信号をベースバンドに、典型的には残留位相（residual phase）または周波数エラーなく、１ステップで復調することができるようにする。タイミング復元の機能の実行するとき、QAM信号に対して行われている復調とイコライゼーションは、従来の手法を用いることでは、VSB信号に対して働かない。QAM信号に対して、ベースバンド近傍信号とベースバンド信号との間の周波数オフセットに独立な、いくつかのタイミング復元方法が知られている。しかしながら、周波数独立なタイミング復元がVSB信号に対して実行可能ではないことが、一般的に受け入れられている。この理由で、VSBシステム中で、ベースバンドに対する絶対復調（absolute demodulation）が、歴史的にまず最初に実装されている。
パイロット成分を含むVSBシステムの一例は、米国に対して最近提案されたグランド・アライアンス（Grand Alliance）HDTV送信システムがある。このシステムは、VSBデジタル送信フォーマットを用いてパケット化したデータストリームを搬送しており、連邦通信委員会（Federal Communication Commission:FCC）においてアドバンスト・テレビ・サービス諮問委員会（Advisory Committee of Advanced Television Service:ACATS）が米国での評価を行なっている。ACATS技術分科会に1994年２月22日に送付されたグランド・アライアンスHDTVシステムの仕様書（ドラフト文書）は、1994年度放送業者全国大会草稿集（Proceodings of the National Association of Broadcasters）、1994年３月20〜24日、48回年次放送エンジニアリング会議（48th Anuual Broadcost Engineerin Conference Proceedings）にみられる。例えばグランド・アライアンスにより使用される伝送システムのような、８−VBSシステム中のキャリア復元ネットワークは、消費者品質（consumer−grade）の受信機チューナ中の発振器に伴うような中程度の位相エラーが存在している中で、キャリア・エラーを追従することができない。このことにより、残留位相を取り除くための第２のキャリア復元ネットワークの使用が必要となる。
通過帯域デジタル通信システムにおいて、キャリアは、位相ロック・ループ（PLL）により追従していた。位相検出部は、PLLの重要な部分である。位相検出部は、必要な位相補償の量を定め、対応するエラー信号を生成する。エラー信号は、入力している信号と乗算され、信号をベースバンドへと復調する。判定指向位相検出部（decision−directed phase detector:DDPD）は、QAMシステムでしばしば用いられる。このような位相検出部は、入力する信号と入力する信号の量子化されたものとの間の角度エラーとして、位相角を測定している。QAM信号中では、同相と直交の成分は、両方ともデータ・シンボルを伝達しており、かつ、これらの成分は両方とも、送信機においてナイキスト・フィルタリング（Nyquist filtering）を用いて作成される。これは、シンボル間干渉（intersymbol interference:LSI）が存在していないとき、QAM信号の同相と直交の両方の成分の期待される値が量子化部からの離散値であることを示唆している。このように、DDPDは位相エラーを、量子化判定とイコライザから量子化部に入力する信号との間の角度差を測定することにより、正確に測定することができる。
この技術は、VSB信号に直接適用することができない。QAM信号とは異なり、複素VSB信号は中では、同相成分（複素信号の実成分）のみが送信機のおけるナイキスト・フィルタリングを受ける。直交成分（虚成分）はVSBフィルタリングを受ける。これは、一般的にはナイキスト・フィルタリングではない。このようなフィルタリングの意味することは、ISIがない状態でも、直交チャンネルは、同相成分の最適サンプル点における期待される値の連続（continuum of expected value）を含んでいることである。従来のDDPD（QAMシステムにおいて使用されているようなもの）の使用は、VSBシステムに適用しない。これは、離散シンボル値例えば量子化サンプルは、直交チャンネルから得ることができないからである。従って、本願では、VSBデータ通信システムのキャリア復元ネットワークにおいて特に有用な位相検出器を開示している。
発明の要約
本発明の原理によれば、VSBデータ通信システムのキャリア復元ネットワークにおける使用に適した位相検出器を開示している。位相検出器は、量子化部、遅延されたシンボルを供給する遅延ネットワーク、および量子化され、遅延された入力の結合に応答して第１と第２の信号を作成する第１と第２の乗算部を含む。第１と第２の信号は、結合されて、位相エラー信号を作成する。
開示された好ましい実施例では、位相検出器は、実部のみのVSB信号に応答する。位相エラー信号は、他のキャリア復元ネットワークが信号経路の前にあるイコライザの制御入力に印加される。
【図面の簡単な説明】
図面において、
図１は本発明の原理による位相検出装置を含むHDTV受信機等の高品位テレビ受信機の一部のブロック図である。
図２は本発明の原理によるキャリア復元位相検出装置を含む受信機システムの別の実施例のブロック図である。
図３は本発明の原理による位相検出装置の一部の詳細図である。
図４は図１および図２に関して述べられたブラインド・イコライゼーション処理に関連したシンボル判定処理を示す図である。
図面の詳細な説明
図１において、アンテナ10で受信した放送VSB変調アナログHDTV信号は、たとえばRFチューニング部、中間周波数通過帯域出力信号を生成するためのダブル・コンバージョン・チューナ、および適当な利得制御部を含む入力ネットワーク14で処理される。受信したVSB信号は、例示的には、グランド・アライアンスHDTV仕様に準拠した従来のNTSC6MHz周波数スペクトルを占有する、シンボル速度10.76Mシンボル／秒の８−VSB信号である。このシステムにおけるナイキスト帯域幅（Nyquist band width）は5.38MHzで、それぞれの帯域端（bandedge）で0.31MHzの過剰帯域幅（excess band width）を有する。
入力プロセッサ14からの通過帯域出力信号は、アナログ−デジタル変換器16によってアナログからデジタルへ形態が変換される。変換器16は、たとえば２サンプル／シンボルのサンプル速度で動作する。この例で、受信したVSB信号は、パイロット成分またはトレーニング成分を含まず、また、ユニット14で6MHz帯域の中心が規格の5.38MHzに存在するように処理されている。この信号のADC16入力における周波数スペクトルは、2.38MHzから8.38MHzの範囲を占有している。タイミング復元ネットワーク（timing recovery nettwork）17を用いることにより、タイミング同期が確立されたとき、ADC16は、シンボル速度の２倍の21.52MHzでこの信号をサンプリングする。タイミング復元ネットワーク17は、送信機で生成された対応するクロックと同期している出力シンボル・クロック（CLK）を提供する。クロックCLKは、受信システムのADC16およびその他のエレメントに適用される。タイミング復元を得るための技術は知られている。ネットワーク17での使用に適している特に好ましいタイミング復元技術の１つは“Carrier Independent Timing Recovery System for a Vestigial Sideband Modulated Signal"（残留側波帯変調信号のためのキャリア非依存タイミング復元システム）と題するC.Strolle et al.による同時出願中の米国特許出願（RCA87,588）号に開示されている。
開示のシステムにおいて、送信信号のキャリア周波数は規格の5.38MHzで、送信シンボル周波数は公称10.76Mシンボル／秒、また、受信機サンプリング周波数は送信シンボル周波数の２倍である。ベースバンドへの復調が得られるときのキャリア・ロックでは、復元されたキャリア周波数は受信機サンプリング周波数の1/4である。
ADC16からのデジタル信号は、キャリア・プロセッサ18に印加される。プロセッサ18は、ベースバンド付近へ復調されるVSB出力信号を提供するための従来設計であるキャリア復元ネットワークを含む。この目的に適しているキャリア復元ネットワークは従来技術で知られている。ユニット18で使用するために、特に好しいキャリア復元ネットワークは、“Carrier Recovery System for a Vestigial Sideband Signal"（残留側波帯信号のためのキャリア復元システム）と題するC.Strolle et al.による出願中の米国特許出願（RCA87,862）号に開示されている。開示のシステムにおいて、絶対ベースバンドへの復調は、キャリア復元を支援するためのパイロット信号またはイコライゼーションを支援するためのトレーニング信号に依存することなく、第２のキャリア復元ネットワークと共にブラインド・イコライザ・ネットワークを用いて実現している。処理すべき入力VSB信号は、実成分と虚成分からなる複素信号（complex signal）で、グランド・アライアンスHDTV送信システムで使用している種類とすることができる。VSB信号の実成分のみが復元すべきデータ・シンボルを含む。
プロセッサ18からのベースバンド付近のVSB出力信号は、デジタル・データと共に送信チャンネルの乱れおよびアーティファクトに起因するシンボル間干渉（ISI）を含んでいる。この信号を、たとえばこの場合ではデジタルFIRフィルタとして実現される比例間隔イコライザ（fractionally spaced equalizer）等の複素適応型フィード・フォワード通過帯域イコライザ20の入力へ適用する。イコライザ20は、信号の取得中は「ブラインド」モードで動作し、その後、判定指向モードで動作する。イコライザ20の係数値（タップ重み）は、後述するような制御入力に印加されるエラー信号（Ｅ）で適応的に制御される。
プロセッサ18からの入力VSB信号の初期ブラインド・イコライゼーションは、VSBシンボル配置に対して、RCAアルゴリズムの修正されたバージョンと考えられる方式により行われる。特に、発明者は、VSB信号のブラインド・イコライゼーションは、VBB信号に適切な、RCAアルゴリズムの１次元のバージョンを用いることにより達成することができることを理解していた。用いられているアルゴリズムは、VSB判定デバイスに対する適切な判定領域を判定し、適応型イコライザがトレーニング信号を使用することなくコンバージェンスを行なえるように判定を生成する。
ブラインド・イコライゼーションの処理をさらに詳細に説明する前に、幾つかの術語を定義しておくのが有用であろう。「判定領域」は実数範囲の連続部分で上下の境界を有する。「境界なし判定領域」は上側の境界について正の無限、または下側の境界について負の無限のどちらかを有する判定領域である。シンボル点は、上側境界より小さく下側境界より大きい値を有していれば、判定領域内に存在する。判定領域はシンボル点が判定領域内に存在するときは、シンボル点を「覆う（span）」。「判定デバイス」、たとえば量子化部は、入力シンボル点が存在する判定領域がどれか判定し、その判定領域に対応するシンボル点を出力する。「ステップ」は、完全配置（full constellation）において２つの隣接するシンボルの間の距離である。前述のように、VSB信号は、基本的には１つだけの軸が、受信機で復元すべき量子化シンボル・データを含むような１次元データ配置である。
VSBシステムでは、典型的には一つの判定領域が完全配置の１つのデータ・シンボルを覆う。それぞれの判定領域の上下の境界は、配置サンプル点間の中点に設定する。これらの判定領域がイコライザの初期コンバージェンスに使用される場合、ISIの存在のために判定デバイスからの判定の内、90％より大幅に少い判定のみが正しいため、コンバージェンスは発生しない。
後述するように、ブラインド・イコライゼーション・アルゴリズムは、幾つかの正しい判定を強制的に行なう過程で、新規に上下の判定領域境界を判定する。完全なVSB配置（full VSB constellation）は数組に分割され、判定領域の上下の境界が決定される。これらの第１の組は、それぞれの組が１つのシンボルだけを含み、判定領域が典型的なVSB判定領域に対応するまで、さらに小さな組に分割される。判定境界は典型的には判定領域内のシンボルの間の中点に配置される。それぞれの判定段階たとえば量子化部において、多数の判定を訂正して、イコライザがコンバージェンスに達するようにすることができる。つまり、ブラインド・イコライゼーション処理におけるそれぞれの判定段階は、コンバージェンスに近づくに従って、徐々にVSB信号の「目」を開くために用いられる。
それぞれの判定領域の上下の境界は次のような方法で決定される。任意のシンボルの集合に対して、任意の判定領域の下側境界がその集合内のもっとも小さいシンボルの値より1/2ステップ小さい値に設定される。しかし、最小シンボルが配置の最小値シンボルの場合には、下側境界は負の無限に設定される。判定領域の上側境界は、集合内の最大シンボル値より1/2ステップ大きい値に設定される（シンボルが最大値シンボルである場合は別で、この場合、上側境界は正の無限大の値に設定される）。イコライザからの出力シンボルが、これらの判定領域の１つに存在する場合、判定デバイスの出力は関連する集合のデータ・シンボルの算術手段（arithmatic mean）であるとみなすことができる。
ローカルに生成したエラー信号が、所定の量子化閾値レベル以下の場合、即ち判定領域の評価が改良できることを意味するが、判定領域はそれぞれのシンボルの集合を半分に分割することにより変更される。新規の判定領域の上下の境界と判定デバイス出力は前述したような方法で再計算する。
前述の処理を８−VSB信号の次のような例で説明する。グランド・アライアンスHDTVシステムに採用された信号のフォーマットは、次の８データ・シンボルで定義される１次元データ配置を有する８−VSB信号を使用している。
−７ −５ −３ −１＋１＋３＋５＋７
この１次元配置は、VSB信号の同相実成分により伝送される。このシンボル構成では、シンボルは全て２単位づつ離れた等間隔で、DCオフセットに関係なくデータ・ビットをシンボルへ割り当てることができる。
前述したようなブラインド・イコライゼーション処理の例は、３つの段階またはレベルを含み、入力データ・シンボルは、３種類の異なる方法でグループ化または「クラスタ化」され、関連する量子化判定デバイスにより、徐々により詳細な量子化ステップがそれぞれ行なわれる。最初の（粗い）８シンボルVSB配置点のクラスタ化は、粗い量子化ステップを含む最初のイコライゼーション・レベルで行なわれ、２つのシンボル・クラスタを発生する：
［−７ −５ −３ −１］および［＋１＋３＋５＋７］
この操作では、量子化部のスライス点はゼロに設定されており、データの符号（＋または−）が検出される。これらのクラスタそれぞれに対する粗い量子化ステップの判定領域は、それぞれ
［−無限大,0］および［0,＋無限大］
である。
この場合、粗い量子化判定デバイスの出力はそれぞれ、
［−４］［＋４］
である。
イコライゼーションの次のレベルにおける次の（細かい）クラスタ化のレベルは、次のような４つのシンボル・クラスタを発生する：
［−7,−５］［−3,−１］［1,3］［5,7］
これらのクラスタに対する細かい量子化ステップの判定領域は、それぞれ、
［−無限大，−４］［−4,0］［0,4］［4,無限大］
である。
この場合、細かい分解能の判定デバイスの出力は、それぞれ
［−６］［−２］［２］［６］
である。
イコライゼーションの際、後のレベルにおける最後の詳細化レベルは、次のようなシンボル・クラスタを発生する
［−７］［−５］［−３］［−１］［１］［３］［５］［７］
これは、もっとも細かい判定領域は
［−無限大，−６］［−6,−４］［−4,−２］［−2,0］
［0,2］［2,4］［4,6］［6,無限大］
もっとも細かい分解能の判定デバイス出力は、従って完全なVSB配置
−７ −５ −３ −１１３５７
となる。
量子化部で発生した判定出力は、入力−出力マッパ（ルック・アップ・テーブル）により提供される。このようなマッパの使用は、量子化部の設計において知られている。８−VSB信号でのこの例は、４つのシンボル・サンプルからなる２つのクラスタで始まっている。これはまた、８シンボルからなる１つのクラスタから始まっていることもあり得る。類似の操作は、16−VSB信号に適用される。16−VSB信号は、４シンボルからなる４つのクラスタから、または８シンボルからなる２つのクラスタから始めることができる。連続する粗いそして細かい領域の間で、判定領域の値は典型的には1/2の係数で関連するのだが、この関係は必須ではない。
前述の処理を図４に要約してあり、８−VSB信号のブラインド・イコライゼーションのためのクラスタ、判定領域、判定デバイス出力が図示してある。これらの操作は、後述するように、量子化部52,54,56と、時分割多重化シンボルの出力データストリームを供給するマルチプレクサ（MUX）58とを含む図１のネットワーク50により実行される。
VSB信号に対して、前述の処理の修正が必要なこともある。一組の判定領域のうちの全てではなく、幾つかの判定領域が境界を有していない場合に、問題が発生する。VSB信号ではもっとも外側の正と負の判定領域が境界を有していない。送信チャンネルの乱れのために、チャンネル乱れがない場合に通常にみられる以上の多くの点が境界のない領域に入ることが考えられる。この状況は判定デバイスの出力にバイアス（かたより）を発生する。このバイアスを克服するには、境界のない判定領域の範囲を僅かに短縮し、境界のある判定領域の範囲を同時に増加させる。これらの領域は、以下のパラグラフで言及する最適オフセット値を実現するために必要とする量だけ短縮または延長する。これらの値は、一般に総判定領域に対する比率は小さい。この調節で全ての判定領域の選択が同率になる。
このバイアス調節手順は、前述した８−VSBシステムの状況において以下の例で説明する。たとえば４クラスタ段階では、判定領域の値は、たとえば１単位より僅かに大きな値を有するオフセット・スカラー係数「Δ」で乗算することにより修正する。オフセットの値は、特定のシステムでの性質と条件によって変化してもよい。オフセットの目的は、中間の判定領域の範囲を狭めることである。オフセットは判定領域の正と負の極限におけるもっとも外側の値、たとえば正または負の無限大には用いない。つまり、前述の第２のシンボル・クラスタ化の場合には判定領域は次のように変更される。
［−無限大，−４＊Δ］［−４＊Δ,0］［0,4＊Δ］［４＊Δ，無限大］
判定デバイス出力も同様に変更される：
−６＊Δ −２＊Δ ２＊Δ ６＊Δ
オフセット・スカラー値は、実験により定めることができる。それぞれのイコライゼーション（クラスタ化レベル）で最適なオフセット値は、量子化部が、２クラスタから４クラスタへおよび４クラスタから８クラスタへ切り換る場合のRMSエラーの遷移（transient）を最小化することにより見つけられる。これらの値は経験的に決められることが多い。場合によっては、出力デバイスのオフセット値と判定領域のオフセット値が異なる場合がある。同様の観測が16−VSB信号に適用される。
図１に図示したシステムの動作について説明する。この実施例では、イコライザ20は調節可能なタップを備えたFIRフィルタとして実現しているが、他の適応型フィルタ構造を使用することもできる。イコライザ20は複素入力および出力を備えた複素ユニットである。しかし、イコライザ20は、入力信号の同相実成分だけを処理し単一の実出力を有するような実成分専用フィルタ（real−only filter）とすることができる。実成分専用イコライザのフィルタ構造は後述するように図２に図示される。
イコライザ20からの出力信号は、第１の（デ）ローテータ（（de）−rotator）22に印加される。（デ）ローテータ22は、従来の構成からなり知られている方法で動作し、制御信号に応答して入力信号の位相エラーを補償する。複素乗算部であるローテータ22は、第２のキャリア復元ネットワークに含まれ、このネットワークは、位相検出ネットワーク30およびローテータ22からの出力信号の同相実成分と直交虚成分を分離するためのネットワーク24も含む。複素信号の実成分および虚成分を分離するためのネットワークは知られている。第２のキャリア復元ネットワークは、典型的には、イコライザ20の出力信号に含まれる残留位相エラーを除去してベースバンド信号を生成する。第２のキャリア復元ネットワークは、プロセッサ18の前段キャリア復元ネットワークを効果的に高機能化するものである。このネットワークは、周波数オフセットを通常除去するが、全ての周波数および位相オフセットを除去する能力が欠如することがある。
ネットワーク24からの分離した実成分は、ネットワーク30の実位相検出部32により処理される。実位相検出部32は図３との関連において図示し説明する。検出器32からの出力信号は、検出部入力信号の位相エラーを表わし、イコライザ20の出力信号に関連する。検出部32の出力信号は、ループ・フィルタ34（たとえば積分器）でフィルタされ、位相エラーに比例する電圧を発生する。電圧制御発振部（VCO）36は、この電圧に比例する周波数を発生する。つまり、VCO36の出力は、周波数と位相が適応型イコライザからの出力信号の位相エラーに比例した複素信号である。VCO36からの出力信号は、デローテータ22の動作を制御してイコライザ20の出力信号における位相エラーを補償する。特に、ローテータ22は、VCO出力信号の関数として入力信号の位相を修正し、位相エラーをゼロまで減少している。
周知の信号処理技術を使用して、ネットワーク30からの制御信号をユニット64で変化させて、ネットワーク30からの複素制御信号の虚成分を除去する。ユニット64から得られた実成分だけの制御信号を、第２の（デ）ローテータ62の制御入力に印加する。デローテータについては以下で説明する。ユニット24からの分離実成分は処理のためにネットワーク50の入力に適用する。ユニット67は、ユニット24から分離された虚成分を、ネットワーク50からの出力実信号で処理して複素信号を再構成する。
ネットワーク50は、３つの並列量子化部段（判定デバイス）52,54,56で構成された多段判定デバイスで、3:1の時間マルチプレクサ58へ量子化したデータを提供する。ネットワーク50は、図４に要約してあるように、シンボルのクラスタ化、判定領域、および前述したような判定出力を提供する。２レベル量子化部52を第１の（粗い）イコライゼーション・レベル間に最初に使用する。第２のローテータ62の出力に発生する通過帯域エラー信号ＥのRMS値が、センサ66内のコンパレータ・ネットワークで検出され、所定の閾値以下の場合には、マルチプレクサ（MUX）制御信号がセンサ66で生成される。この制御信号は、ネットワーク50内のMUX58に対して、次の（詳細な）レベルの量子化部からの出力、たとえば第２のイコライゼーション・レベルで４レベル量子化部54からの出力を選択させる。イコライザは、RMSエラーがセンサ66で検出される所定の第２の閾値を上まわるまで、この量子化部の使用から取り出した情報に応答する。この条件で生成されるマルチプレクサ制御信号は、ネットワーク50に次のそして最後の（もっとも詳細な）レベルの量子化部からの出力、この例では第３の最終レベルのイコライゼーションにおける８レベル量子化部56の出力を選択させる。量子化部56は８−VSB配置全部を包含する。この時点で、イコライザ20は完全にコンバージェンス（収束）できるべきであることが期待される。
混合部60の非反転（＋）入力への入力は量子化前の複素信号であり、混合部の反転（−）入力への入力は実成分量子化後の複素信号である。このように、混合部60からの出力信号は、量子化前後の差、または所望の量子化レベルからのオフセット／エラーを表わす。この信号はベースバンド位相エラーを表わす。ローテータ22は対向する方向（即ち、時計回りと反時計回り）に回転する同様の複素ローテータである。回転方向の違いはローテータ22に対してローテータ62の制御入力に印加される信号が共役であることに起因する。ローテータ62の出力に発生したエラー信号Ｅは、イコライザ20がエラー信号Ｅに応じて係数を調節することにより除去しようとしている通過帯域位相エラーを表わす。
ネットワーク50は、図示されるような３個の独立した量子化部52,54,56の代りに、制御可能な量子化レベルを備えた単一の適応型量子化部を使用することができる。イコライズしたベースバンド信号は、ユニット76で復号し出力プロセッサ78で処理される。復号部76は、たとえば知られているように、インタリーブ除去部、リード・ソロモン・エラー補正、およびオーディオ／ビデオ復号ネットワークを含むことができる。出力プロセッサ78は、オーディオおよびビデオ・プロセッサとオーディオおよびビデオ再生装置を含むことができる。トレリス復号器を使用するシステムでは、トレリス復号部への入力は第１のローテータ22の出力で端子T1から取り出すことができる。
図２に図示されたシステムは、ベースバンド付近のVSB信号のブラインド・イコライゼーションも実行するが、図１で用いているような複素イコライザではなく、実成分専用イコライザを使用している。図２において、受信したVSB信号の実成分は、適応型実成分専用フィードフォワード・イコライザ210の入力に印加される。イコライザ210の係数は、エラー信号Ｅ（後述する）に応答して調節される。イコライザ210の実成分出力信号は判定フィードバック・イコライザ214からの実成分出力信号と加算部212で組み合される。フィルタ・ネットワーク216は、加算器212の実成分出力からVSB信号実成分の直交位相虚成分を再構成する。この再構成は、知られているヒルバート変換技術を用いて実現しており、VSB信号の同相実成分と直交虚成分とがヒルバート変換の対を近似的に形成することに基づいている。ユニット218は、フィルタ216からの再構成直交成分とユニット212からの実成分とを組み合せて、イコライズされた実成分を有する再構成複素VSB信号を発生する。遅延要素220は、再構成フィルタ216の動作に付随する遅延を補償し、入力信号が時間的に一致して加算器218に到着するように保証している。
ユニット218からの複素VSB信号は、乗算部224は、乗算部（ローテータ）224で処理される。図１のローテータ22と同様の様態で動作し、同じように図１のユニット30に対応する第２のキャリア復元ネットワーク226のVCOで発生した複素出力信号に応答する。図１の場合と同様に、キャリア復元ネットワーク226は、実成分／虚成分分離部228から供給される、ローテータ224からの出力信号の分離した実成分に応答する。ユニット228からの実成分は、図１のネットワーク50に対応する多段量子化判定ネットワーク230で処理される。イコライズされたベースバンドVSB信号は、量子化部230の出力に現われ、次の信号処理部（図示せず）へ伝送される。
量子化部230の実入力および出力信号は、減算部232で差分をとられ、得られた実信号は乗算部234の入力に印加される。減算部の出力信号は、量子化部230への実入力信号と量子化部230からの量子化実出力信号との差を表わす。乗算部234のもう１つの入力は、減算部232からの実信号出力を受け取る。ユニット228で分離した虚成分と、量子化部230の出力からのイコライズされた実成分とが、ユニット236で組み合わせられて複素VSB信号を発生し、これが乗算部240の信号入力に印加される。乗算部240のもう１つの入力は、共役ネットワーク236から実信号を受け取り、ユニット226の複素出力信号の虚成分を反転する。
乗算部240の出力は通過帯域実信号（複素乗算部の実出力だけを使用する）である。この信号は判定フィードバック・イコライザ214の信号入力に印加され、イコライザ214の制御入力は乗算部234からのエラー出力信号（Ｅ）を受け取る。このエラー信号は通過帯域エラー信号を表わし、係数制御信号として入力イコライザ210へも印加される。イコライザ214の出力は実成分で、ユニット212においてイコライザ210のイコライズされた実出力信号と結合される。フィードバック・イコライザ214は、フォワード・イコライザ210において除去されなかった信号間干渉の残りを除去する。判定フィードバック・イコライザは知られている。多段イコライザ230は、図１に図示したのと同じ方法でMUX制御信号を用いることにより制御することができる。これは、エラー信号を検出することによりMUX制御信号を発生し、これを図１に関連して説明した量子化部230に付随するマルチプレクサへ印加することで行うことができる。
図１の第２のキャリア復元ループにおけるネットワーク30の、また図２中の対応するネットワーク226の位相検出部32が図３に詳細に図示してある。位相検出部32は、VSB信号の実成分だけを用いてキャリアの位相エラーを測定し、キャリア位相エラーの正弦に比例する出力信号を発生する。位相検出部32は、基本的に位相検出部への実成分入力における全ての直交位相成分を検出する。このような実成分の直交ひずみは、どれも位相検出部32の出力に現われる位相オフセット・エラーを表わしている。
位相検出部は、量子化部310、シンボル遅延要素312および314、乗算部316および318、および減算混合部320を、図示したような構成で含む。量子化部310は、８−VSB信号の場合には８レベルの量子化部で、16−VSB信号の場合には16レベル量子化部、と言うようになっている。遅延要素312および314は量子化部310の動作に伴う通過時間遅延（transit time delay）を補償し、信号が時間的に同期して乗算部314、316に到着するようにする。位相検出部32は、レイテンシが小さい（low latency）位相検出部で、入力と出力の間の遅延が少い（１シンボル）良い雑音トラッキングを行う。
位相検出部は、入力信号ｈ（ｔ）の位相（角度）エラーの正弦に比例する位相エラー出力信号Ph（ｔ）を生成する。この信号は、図１から分かるように、適応型イコライザ出力信号を回転したものである。位相検出部出力信号Ph（ｔ）は次式で定義される：
Ph（ｔ）＝ｈ（ｔ）＊ｈ´（ｔ−Ｔ）−ｈ´（ｔ）＊ｈ（ｔ−Ｔ）
ここで、ｈ´（ｔ）は量子化判定デバイス310の出力、ｈ（ｔ）は適応イコライザの回転後の出力、Ｔはシンボル区間である。位相検出部出力信号Ph（ｔ）は、入力信号の正弦に比例し、タイミング・オフセットには比例しない。正弦関数は、数学的な正弦関数自体ではないが、位相検出部32の入力−出力伝達関数の形状から得られる。

Claims

キャリア・オフセットが現れやすい、デジタル・イメージ・データを表すデータ・シンボルの１次元配置としてフォーマットされた残留側波帯（VSB）ビデオ信号を受信するための装置において、
制御入力を有し、ベースバンドの方へ受信したVSBを遷移するキャリア復元ネットワークと、
前記キャリア復元ネットワークに結合された位相検出部とを備え、
前記位相検出部は、
ベースバンド近傍のVSB信号を受信する入力と、前記入力VSB信号に応答して量子化されたVSB信号を生成する量子化部と、前記入力VSB信号を遅延し、かつ、前記量子化された信号を遅延するシンボル遅延ネットワークと、前記量子化されたVSB信号および前記遅延ネットワークからのシンボル遅延信号に応答して、第１の信号を生成する第１の乗算部と、前記入力VSB信号および前記遅延ネットワークからのシンボル遅延量子化信号に応答して、第２の信号を生成する第２の乗算部と、前記第１と第２の信号を差を取るように結合して、位相エラー表示信号を生成する結合部と、前記位相エラー表示信号を前記キャリア復元ネットワークの制御入力に供給する手段とを含むことを特徴とする装置。
請求項１記載の装置において、
前記入力VSB信号は、虚成分ではなく、実成分に示されること
を特徴とする装置。
請求項１記載の装置において、さらに、
送信機クロックと同期するシンボル・クロックを供給することにより、前記位相検出部への前記入力信号がタイミング・ロックを表すタイミング復元ネットワーク
を備えることを特徴とする装置。
請求項１記載の装置において、
前記キャリア復元ネットワークは、前記遷移されたVSB信号を受ける入力と、前記位相検出部に結合される出力と、および前記エラー信号の関数である制御信号を受ける制御入力とを有する信号イコライザ
をさらに含むことを特徴とする装置。
請求項４記載の装置において、
前記キャリア復元ネットワークは、送信されたVSB信号を受ける入力と、前記イコライザに結合される出力とを有する前段キャリア復元ネットワーク
をさらに含むことを特徴とする装置。
請求項１記載の装置において、
前記入力VSB信号はＮレベルVSB信号であり、かつ前記量子化部はＮ量子化レベルを示す
ことを特徴とする装置。
請求項１記載の装置において、
前記遅延ネットワークは１シンボル遅延を示す
ことを特徴とする装置。