JP3677606B2 - 分数ｎ位相制御ループによつて変換発振器信号が合成される伝送方法 - Google Patents

Description

本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念に記載の伝送方法に関する。
このような方法は、通常放送信号を伝送するために放送技術において利用される。その際、入力信号から形成される変調された伝送信号は、受信ユニットに伝送され、かつこれにより出力信号に変換される。その際、受信ユニットにおいて、発振器信号の発振器周波数によって伝送信号の周波数変換が行なわれる。その際、出力信号の品質は、すなわち信号伝送によって引起こされる入力信号に対する出力信号の変造は、本質的な程度において発振器信号の位相雑音部分に依存する。大きなＱを有する発振器ユニットによって、例えば水晶発振器によって、わずかな位相雑音部分を有する発振器信号が発生できるが、この発振器信号の発振器周波数は、異なった値の間において切換えることができないので、受信ユニットによって及びこのような発振器ユニットによって、チャネルの選択は行なうことができない。
周波数ラスタの種々の値の間において発振器周波数が切換え可能である発振器信号を発生するための慣用の方法は、位相制御ループの利用である。その際、発振器周波数は、位相雑音の少ない基準信号の基準周波数から取出される。その際、発振器周波数は、基準周波数の複数倍に等しい周波数ステップにおいて切換えることができる。雑音の少ない基準信号の利用にもかかわらず、発振器信号として、位相雑音部分を含んだ信号が得られる。位相制御ループから発する位相雑音部分は、出力信号に妨害作用を及ぼすので、わずかに維持しなければならない。高い基準周波数の選択によってしか満たすことができないこの要求によって、位相制御ループの利用範囲は限定される。なぜなら高い基準周波数を有する動作の際に、発振器周波数は、大きな周波数ステップでしか切換えることができないからである。
それ故に本発明の課題は、簡単かつ望ましいコストで実現することができ、発振器信号の発振器周波数が迅速にかつ種々の値の間において小さな周波数ステップでも切換えることができ、かつ出力信号にとって望ましい発振器信号の位相雑音特性が達成できる、特許請求の範囲第１項の上位概念に記載の方法を提供することにある。
課題は、特許請求の範囲第１項の特徴部分の特徴によって解決される。有利な構成及び変形は、特許請求の範囲の従属請求項から明らかである。
本発明によれば、伝送信号を出力信号に変換するために、発振器信号の周波数スペクトルから位相雑音部分がその周波数位置に依存して異なった評価を受ける、すなわち出力信号が発振器信号からの位相雑音部分によってこの位相雑音部分の周波数位置に依存して異なった妨害を受ける受信方法が利用される。受信方法のこの特性は、出力信号の品質への発振器信号のスペクトル位相雑音部分の影響を示すいわゆる位相雑音重み付け関数によって記述される。それにしたがって位相雑音重み付け関数は、発振器信号からの位相雑音部分によって引起こされる出力信号の変造に対する尺度である。発振器信号は、分数Ｎ位相制御ループによって所定の基準周波数を有する基準信号から合成され、その際、発振器信号の発振器周波数と基準信号の基準周波数とからなる比は、有理数であり、すなわち基準周波数は、有利周波数変換係数だけ発振器周波数より小さい。それにしたがって分数Ｎ位相制御ループによって、周波数ラスタからの発振器周波数が合成でき、この周波数ラスタのラスタ周波数は、整数分周係数だけ基準周波数より小さい。その際、周波数ラスタの隣接する２つの周波数の間の周波数間隔を、ラスタ周波数と称する。有利周波数変換係数に基づいて、発振器信号は、複数の妨害線を含む周波数スペクトルを有し、これら妨害線の周波数位置は、ラスタ周波数によって確定される。本発明によれば、発振器信号からの位相雑音部分を示すこれら妨害線は、ラスタ周波数の適当な選択により、位相雑音重み付け関数の周波数依存性に基づいて出力信号を妨害しない又はたいしたことはない程度にしか妨害しない周波数範囲内に置かれる。
なるべく受信方法として、位相雑音重み付け関数が、複数のゼロ位置を、すなわち位相雑音重み付け関数の値が０である周波数を有する方法が利用され、これらゼロ位置のうち少なくともいくつかのものが、所定のゼロ位置周波数ラスタ内にある。この時、ラスタ周波数は、発振器信号の周波数スペクトルのうちの妨害線が、位相雑音重み付け関数のゼロ位置と一致するように、選定される。
受信ユニット及び分数Ｎ位相制御ループは、集積化可能であり、かつ簡単かつ望ましいコストで実現可能なので、例えば刊行物“ユーロピアン・テレコミュニケーション・スタンダード・ＥＴＳ３００４０１”から公知のデジタル放送システム（ＤＡＢ，デジタル・オーディオ・ブロードキャスティング）の放送裝置に利用するためにもっとも良好に適している。この放送システムにおいて伝送方法として、いわゆるＣＯＦＤＭ（符号化直交周波数分割多重）方法が利用される。ここでは伝送信号が、等間隔を置いた複数の補助搬送波を有する多搬送波信号として受信ユニットに伝送される多搬送波方法が問題になる。この放送システムにおいて出力信号への伝送信号の変換は、前記の位相雑音重み付け関数に通じる。
次に本発明を、図面により詳細に説明する。ここでは：
図１は、本発明による方法を実施するシステムの実施例として、デジタル放送システムの基本回路図を示し、
図２は、図１による分数Ｎ位相制御ループから引渡された発振器信号の周波数スペクトルを示し、かつ
図３は、図１による受信ユニットの位相雑音重み付け関数を示している。
図１によれば、デジタル信号は、入力信号ｅとして送信ユニットＳに供給され、この送信ユニットは、これをＣＯＦＤＭ又はＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方法によって伝送信号ｍに変換する。その際、入力信号ｅは、符号化され、変調され、かつ周波数変換され、かつ伝送信号ｍとして、伝送周波数ラスタ内にある複数の補助搬送波を有する多搬送波信号が得られる。
伝送信号ｍは、送信ユニットＳの送信アンテナＳＡＮＴを介して受信ユニットＥの受信アンテナＥＡＮＴに伝送され、かつこれによりＯＦＤＭ又はＣＯＦＤＭ方法にしたがって出力信号ａに変換される。その際、伝送信号ｍは、発振器信号ｏにより周波数変換される。それに続く信号処理によって、それから出力信号ａとしてデジタル信号が得られ、この信号は、伝送に誤りがない際に、入力信号ｅに等しい。
発振器信号ｏは、分数Ｎ位相制御ループＰＬＬにより基準信号ｒから発生される。この分数Ｎ位相制御ループＰＬＬは、位相検出器ＰＤ、ループフィルタＳＦ、電圧制御発振器ＶＣＯ、分周器ＦＴ及び分周器制御ユニットＴＳから構成されている。その際、位相検出器ＰＤは、基準信号ｒを、分周器ＦＴにより発振器信号ｏから周波数割り算によって形成された分周器信号ｔと比較し、かつこれら両方の信号の位相差に依存する制御信号ｐを供給し、この制御信号は、ローパスフィルタとして構成されたループフィルタＳＦを介して、平滑化された制御信号ｓ’として電圧制御発振器ＶＣＯに供給される。その際、電圧制御発振器ＶＣＯから供給された発振器信号ｏの周波数−発振器周波数ｆｏ−は、分周器ＦＴを介して帰還結合に基づいて、基準信号ｒの周波数−基準周波数ｆｒ−に比例する値に調節される。したがって発振器周波数ｆｏに対して、式ｆｏ＝ｆｒ・Ｆが成立ち、その際、Ｆは、分数Ｎ位相制御ループＰＬＬの周波数変換係数を表わしている。この周波数変換係数Ｆは、有理数であり、すなわち分周器ＦＴの分周比が、分周器制御ユニットＴＳによって制御されて、２つの整数値の間、例えば第１の値Ｎとそれより１だけ大きい第２の値Ｎ＋１との間において適当な様式で切換えられることによって得られる分数である。これは、Ｆ＝Ｎ＋Ｋ／Ｍの形で示すことができ、その際、Ｎは、周波数変換係数Ｆの整数部分を、Ｋ／Ｍは、分数部分を示している。発振器周波数ｆｏは、その後、ラスタ周波数ｆｄだけ又はラスタ周波数ｆｄの整数倍だけ互いに間隔を置いた値の間において切換えることができ、その際、ラスタ周波数ｆｄは、整数の分周係数Ｍだけ基準周波数ｆｒより小さい。分数部分Ｋ／Ｍの分子Ｋは、Ｍの周波数分割の間に何度第１の値Ｎによる周波数分割が、かつどの程度頻繁に第２の値Ｎ＋１による周波数分割が行なわれるかを示している。その際、すべて整数値をとる整数部分Ｎに対し、分数部分Ｋ／Ｍの分子Ｋに対し、かつ分周係数Ｍに対して、次の式が成立つ：
Ｎ≧１、Ｍ≧２、Ｍ＞Ｋ≧０
図２によれば、発振器信号ｏの周波数スペクトルＦＰＬＬ（ｆ）内に妨害線ｓ−４・・・ｓ６が現われる。発振器信号ｏの周波数ラスタ内にある、すなわち周波数ｆ−４・・・ｆ６がラスタ周波数ｆｄの整数倍だけ発振器周波数ｆｏから離れかつ発振器周波数ｆｏにある有効信号線ｌｏと比較してとくに高い発振器信号ｏの背景雑音ｓＲに重畳された位相雑音部分を示すこれら妨害線ｓ−４・・・ｓ６は、出力信号ａを大幅に変造することがある。妨害線ｓＳ−４・・・ｓ６の振幅が、ループフィルタＳＦのわずかなループ帯域幅を選択することによって減少することができるとはいえ、この処置は、本例において行なわれない。なぜならそれにより発振器信号ｏの背景雑音ｓＲが、所定の周波数範囲において不所望に増加してしまうからである。
位相雑音部分による出力信号ａの依存性は、出力信号ａの品質への、例えばビット誤り率−すなわち伝送されるビット位置の数に関する出力信号ａの誤りを含んだビット位置の数−への発振器信号ｏのスペクトル位相雑音部分の影響を示す位相雑音重み付け関数によって記述することができる。
図３は、受信ユニットＥの位相雑音重み付け関数Ｈ（ｆ）を示しており、この位相雑音重み付け関数は、利用される受信方法において、伝送信号ｍの補助搬送波に対して得られる。その値は、次の形で示すことができる：
｜Ｈ（ｆ）｜＝｜２・{ｓｉｎ（π（ｆ−ｆｕ）・ＮＦＦＴ／ｆｃ）}／｛ＮＦＦＴ・ｓｉｎ（π・（ｆ−ｆｕ）／ｆｃ）｝・ｓｉｎ（π（ｆ−ｆｕ）・（ＮＦＦＴ／ｆｃ＋Ｄ））｜
その際、ｆにより考慮される位相雑音部分の周波数が、ｆｕにより考慮される補助搬送波の周波数が、ｆｃにより受信ユニットＥにおいて周波数変換に続いて行なわれるサンプリングのサンプリング速度が、ＮＦＦＴによって受信ユニットＥにおいてサンプリングの後に高速フーリエ変換を行なうサンプリング値の数が、かつＤによって保護期間時間が表わされる。数値として、例えばｆｃ＝２．０４８ＭＨｚ、ＮＦＦＴ＝２０４８、Ｄ＝２４６μｓ、又はｆｃ＝２．０４８ＭＨｚ、ＮＦＦＴ＝５１２、及びＤ＝６１．５μｓを選択することができる。
補助搬送波の周波数ｆｕに対して対称的な位相雑音重み付け関数Ｈ（ｆ）は、多数のゼロ位置ｎ−３・・・ｎ８、Ｎ−２・・・Ｎ９を有し、これらのうちゼロ位置Ｎ−２・・・Ｎ９は、差周波数ｄｆ＝ｆｃ／ＮＦＦＴの整数倍だけ補助搬送波の周波数ｆｕより大きく又は小さく、すなわちゼロ位置Ｎ−２・・・Ｎ９は、ゼロ位置周波数ラスタ内にある。
位相雑音重み付け関数Ｈ（ｆ）は、位相雑音部分として発振器信号ｏの背景雑音ｓＲに重畳される１つのゼロ位置Ｎ−２・・・Ｎ９にある妨害線ｓ−４・・てｓ６が、受信方法によって、すなわち受信ユニットＥによって評価されず、したがって出力信号ａの変造を引起こさないことを述べている。出力信号ａへの周波数スペクトルＦＰＬＬ（ｆ）からの妨害線ｓ−４・・・ｓ６の影響を最小にするために、発振器信号ｏの周波数ラスタは、ラスタ周波数ｆｄの適当な選択によって、すなわち基準周波数ｆｒ及び分周係数Ｍの適当な選択によって、妨害線ｓ−４・・・ｓ６の周波数ｆ−４・・・ｆ６が位相雑音重み付け関数Ｈ（ｆ）のゼロ位置周波数ラスタからのゼロ位置のいくつかＮ−２・・・Ｎ９と一致するように調節される。このことは、例えばｆｄ＝Ｌ・ｄｆによって達成することができ、その際、Ｌは、整数を表わす。この要求は、この例において、発振器信号ｏのラスタ周波数ｆｄが伝送信号ｍの隣接する２つの補助搬送波の間の周波数間隔の整数倍に等しいときに満たされる。このようにして発振器信号ｏの周波数スペクトルＦＰＬＬ（ｆ）からの妨害線ｓ−４・・・ｓ６が、ビット誤り率を増加せず、又は実際に常に存在する周波数偏差のためにこのことが出力信号ａにおいて妨害として認められない程度にわずかな程度にしか増加しないことが保証される。
高い基準周波数ｆｒを選択することによって、発振器信号ｏの背景雑音ｓＲは、とくにこの例においてゼロ位置Ｎ−１及びＮ１によって制限される位相雑音重み付け関数Ｈ（ｆ）の危険な範囲において、わずかに維持される。

Claims (6)

1. 伝送方法であって、入力信号（ｅ）から変調された伝送信号（ｍ）が形成され、この伝送信号が、受信ユニット（Ｅ）に伝送され、かつこれにより出力信号（ａ）に変換され、その際、受信ユニット（Ｅ）内において、発振器信号（ｏ）の発振器周波数（ｆ _o ）によって周波数変換が行なわれ、発振器信号（ｏ）が、分散Ｎ位相制御ループ（ＰＬＬ）により基準信号（ｆ _r ）から合成され、この基準信号の基準周波数（ｆ _r ）が、合成可能な２つの発振器周波数（ｆ _o ）の間のできるだけ小さな周波数間隔を示すラスタ周波数（ｆ _d ）の整数倍に等しいものにおいて、
   伝送信号（ｍ）を出力信号（ａ）に変換するために、受信方法として、出力信号（ａ）の品質へ及ぼす発振器信号（ｏ）のスペクトル位相雑音部分の影響を示す位相雑音重み付け関数（Ｈ（ｆ））が複数個のゼロ位置（ｎ _-3 ・・・ｎ ₈ ，Ｎ _-2 ・・・Ｎ ₉ ）を持つ方法が使用され、これらのゼロ位置のうち少なくともいくつかのゼロ位置が所定のゼロ位置周波数ラスタ内にあり、発振器信号（ｏ）の周波数スペクトル（Ｆ _PPL （ｆ））内に妨害線（ｓ _-4 ・・・ｓ ₆ ）として現われる発振器信号（ｏ）の位相雑音部分が、出力信号（ａ）を妨害しない又は無視し得る程度にしか妨害しない周波数範囲（Ｎ _-2 ・・・Ｎ ₉ ）内に置かれるように、ラスタ周波数（ｆ_d）が選定される
   ことを特徴とする、伝送方法。
2. 発振器信号（ｏ）の周波数スペクトル（Ｆ _PLL （ｆ））のうちの妨害線（ｓ _-4 ・・・ｓ ₆ ）が、ゼロ位置周波数ラスタのうちのゼロ位置（Ｎ _-2 ・・・Ｎ ₉ ）のうち少なくともいくつかと一致するように、発振器信号（ｏ）のラスタ周波数（ｆ _d ）が選定されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. デジタル放送システムにおいて放送信号を伝送するために利用されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 伝送信号（ｍ）が、等間隔を置いた複数の補助搬送波を有する多搬送波信号として受信ユニット（Ｅ）に伝送されることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の方法。
5. 伝送信号（ｍ）を形成するために、いわゆるＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）又はＣＯＦＤＭ（符号化ＯＦＤＭ）方法が利用されることを特徴とする、請求項４記載の方法。
6. 発振器信号（ｏ）のラスタ周波数（ｆ _d ）が、伝送信号（ｍ）の隣接する２つの補助搬送波の間の周波数間隔の整数倍に等しいように、選定されることを特徴とする、請求項４又は５記載の方法。

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