JP4381902B2 - 入力電界強度推定回路、その方法、及び受信機 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル変調した信号を受信し、その入力信号の電界強度を推定する入力電界強度推定回路、その方法、及び受信機に関し、特にデジタル変調における低レベル入力電界強度を推定するのに好適な入力電界強度推定回路、その方法、及び受信機に関するものである。

一般にスポーツ等の実況中継では、テレビカメラで撮像した信号をＦＰＵ装置（ Field Pick Up ，マイクロ波局外中継器）を使用して、中継現場からマイクロ波を利用して、中継車へ映像伝送を送っている。従来のＦＰＵ装置では、映像信号や音声信号を周波数変調し、さらに周波数変換を行って、無線帯域の信号としてＦＰＵ送信機より伝送し、受信側では、送られてくる電波の電界強度をレベル・メータ等で確認しながら、受信レベルが最高となるようにアンテナの方向調整を行って、受信状態の良好な映像を復調している。

最近では、従来の周波数変調等の伝送方式である、所謂アナログＦＰＵ装置に替わって、ＱＰＳＫ（直交位相変調）、ＱＡＭ（直交変調）、或いはＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）などのデジタル変調による伝送方式のデジタルＦＰＵ装置が使用されている。デジタルＦＰＵ装置はアナログＦＰＵ装置と異なり、伝送中の誤りを修復する訂正機能を有するため、入力電界強度はアナログＦＰＵ装置よりも遙かに低くてもよく、雑音レベルが信号レベルより大きくとも受信可能であることが知られている。（例えば、特許文献１参照）

特開２００１−３６５０６号公報（明細書全文，図面全図）

従来のアナログＦＰＵ受信機では、入力信号の電界強度を得るのに、ＬＮＡ（低雑音増幅器）の出力を包絡線検波した出力信号から得ていた。すなわち、信号成分の方が常にノイズ成分より十分に大きい信号レベルでないと、入力信号の電界強度を求めることができない。従来は、ＳＮ比（ＣＮ比）が常にプラスであるという前提でアナログＦＰＵ受信機の設計が行われていたので、信号成分がノイズ成分とほぼ同等のレベルの場合は検波出力が得られないことになる。従って、従来の受信電界強度測定回路では、入力信号の電界強度が弱い場所でのアンテナ方向調整ができないことがあった。入力信号の電界強度によりアナログＦＰＵ受信機のアンテナ方向調整を行う場合、ＳＮ比（ＣＮ比）がある程度（例えば１０ｄＢ）大きくないと困難であり、移動中継ではアンテナ方向調整ができなくなることがあった。

ところで、デジタルＦＰＵ受信機では、信号成分とノイズ成分とのレベルがほぼ同等な場合であってもデジタル変調された信号を復調できるという優れた特性を有し、アナログ受信機よりＳＮ比が小さくても良好な受信状態とすることができる。そのようなことから、デジタルＦＰＵ受信機に従来の受信電界強度測定回路を用いた場合、信号成分の出力を検波して電界強度を検出することができないことになる。従って、デジタルＦＰＵ受信機では、従来の受信電界強度測定回路を、入力電界強度を利用したアンテナ方向調整に利用することができないという問題があり、デジタルＦＰＵ受信機に好適な入力電界強度を検出する新たな回路や方法の開発が望まれていた。

本発明は、上述したような問題点に鑑みなされたものであり、信号成分がノイズ成分より小さい場合であっても入力電界強度を推定することができる入力電界強度推定回路、その方法、及び受信機を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記課題を達成したものであって、請求項１の発明は、デジタル変調信号を直交復調する受信機における入力電界強度推定回路であって、
受信信号をＡ／Ｄ変換した後に直交復調し、該直交復調した信号における所定周期で入力された同一データの相関値を計算する相関計算手段と、
該相関計算手段による相関値から所定周期毎の相関最大値を検出する最大値検出手段と、
該最大値検出手段により入力信号の電界強度を換算する電力換算手段とを備え、
該電力換算手段による換算値に基づいて、該受信機に入力される入力信号の電界強度を推定することを特徴とする入力電界強度推定回路である。

また、例えば、最大値検出手段はピーク値検出部による相関値を検出し、所定周期の最大値の平均値を相関最大値として出力する手段であり、電力換算手段は相関最大値から入力電界強度を推定する手段であり、より具体的には、相関最大値対入力電界強度が予めデータテーブルとして作成され、このデータテーブルを利用して相関最大値から入力電界強度を読み出す手段である。また、相関最大値対入力電界強度の曲線データを表す関数式から演算処理して求めてもよい。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の入力電界強度推定回路において、前記デジタル変調信号が直交周波数分割多重信号であることを特徴とする入力電界強度推定回路である。

また、請求項３の発明は、請求項１に記載の入力電界強度推定回路において、前記デジタル変調信号が位相振幅変調信号であることを特徴とする入力電界強度推定回路である。

また、請求項４の発明は、デジタル変調信号を直交復調する受信機における入力電界強度推定方法であって、
該受信機に入力された受信信号をＡ／Ｄ変換した後に直交復調し、該直交復調したデジタル信号の所定周期で入力された同一データの相関値を計算し、該相関計算結果より、所定周期毎の相関最大値を検出し、入力信号の電界強度を算出することを特徴とする入力電界強度推定方法である。

また、請求項５の発明は、受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段により変換されたデジタル信号を直交復調する直交復調手段とによる受信機において、
該直交復調手段により復調された信号における所定周期で入力される同一データの相関値を計算する相関計算手段と、
該相関計算手段による相関値から所定周期毎の相関最大値を検出する最大値検出手段と、
該最大値検出手段による相関最大値から入力信号の電界強度を換算する電力換算手段とからなる入力電界強度推定回路を備えたことを特徴とする受信機である。

なお、例えば、電力換算手段は相関最大値から入力電界強度を推定する手段であり、相関最大値対入力電界強度を予めデータテーブルとして作成し、相関最大値から入力電界強度を読み出すことができる。また、相関最大値対入力電界強度の曲線データを表す関数式から演算処理して求めてもよい。なお、デジタル変調信号は、直交周波数分割多重信号或いは位相振幅変調信号を対象としている。

請求項１の発明では、デジタル変調信号を直交復調する受信機における入力電界強度推定回路であって、受信信号をＡ／Ｄ変換した後に直交復調し、該直交復調した信号における所定周期で入力された同一データの相関値を算出する相関計算手段と、該相関計算手段による相関値から所定周期毎の相関最大値を検出する最大値検出手段と、該最大値検出手段により入力信号の電界強度を換算する電力換算手段とを備え、該電力換算手段による換算値に基づいて、該受信機に入力される入力信号の電界強度を推定することを特徴とする入力電界強度推定回路であるので、入力信号の雑音信号のレベルが、信号レベルより大きい場合であって、自己相関による相関計算により得られる相関値から相関最大値を検出し、相関最大値から入力電界強度（入力電力）に電力換算することが可能であり、デジタル変調された信号を受信するデジタル受信機に極めて効果的であり、受信信号の雑音レベルに影響されることなく、入力信号の入力電力強度推定し、アンテナの方向調整を行うことができる利点がある。また、ＦＰＵに使用される追尾装置にも好適なものであるし、雑音レベルに影響されないレベル・メータの主要回路としても利用することができる。

また、請求項２の発明では、請求項１に記載の入力電界強度推定回路において、前記デジタル変調信号が直交周波数分割多重信号であることを特徴とする入力電界強度推定回路であるので、ＯＦＤＭ信号を使用した機器、例えば、地上波デジタル放送などにも好適である。

また、請求項３の発明では、請求項１に記載の入力電界強度推定回路において、前記デジタル変調信号が位相振幅変調信号であることを特徴とする入力電界強度推定回路であるので、デジタル変調を使用した受信機器にも好適なものとなる。

また、請求項４の発明では、デジタル変調信号を直交復調する受信機における入力電界強度推定方法であって、
該受信機に入力された受信信号をＡ／Ｄ変換した後に直交復調し、該直交復調したデジタル信号の所定周期で入力された同一データの相関値を計算し、該相関計算結果より、所定周期毎の相関最大値を検出し、入力信号の電界強度を算出することを特徴とする入力電界強度推定方法であるので、デジタル変調された信号であれば、信号レベルが雑音レベルより小さくても自己相関により入力電界強度を推定することができる。なお、デジタル変調信号は、直交周波数分割多重信号或いは位相振幅変調信号を対象としている。

また、請求項５の発明では、受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段により変換されたデジタル信号を直交復調する直交復調手段とによる受信機において、
該直交復調手段により復調された信号における所定周期で入力される同一データの相関値を計算する相関計算手段と、
該相関計算手段による相関値から所定周期毎の相関最大値を検出する最大値検出手段と、
該最大値検出手段による相関最大値から入力信号の電界強度を換算する電力換算手段とからなる入力電界強度推定回路を備えたことを特徴とする受信機であるので、デジタル変調されて伝送される電波を受信するデジタル受信機器に用いられ、信号レベルより雑音レベルが大きい場合であっても、その入力信号の入力電界強度を自己相関による相関値を利用して推定することができ、この推定された入力電界強度を電力に変換して、レベル・メータを駆動させることができる。また、入力電界強度推定回路を備えた受信機は、中継局などに設置される追尾用受信機としても用いることができる。なお、受信信号は、直交周波数分割多重信号或いは位相振幅変調信号を対象としている。

以下、本発明に係る入力電界強度推定回路、その方法、及び受信機の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明の入力電界強度推定回路は受信機の直交復調信号を利用して入力電界強度を推定する回路であり、その入力電界強度の推定方法、また、本発明の受信機は、デジタル変調された信号を受信する受信機器を対象とし、受信機器に入力電界強度推定回路が含むものであり、地上波デジタル放送機器、中継局に用いられるデジタルＦＰＵ受信機、自動追尾用受信機、さらには、入力電界強度を測定するレベル・メータ専用の受信機等を含むものである。

（第一実施形態）
図１は本発明における入力電界強度推定回路の一実施形態を含む受信機のブロック図であり、この受信機はＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）信号を復調する復調回路を備えるものである。同図において、１はＡ／Ｄ変換部、２は直交復調部、３はガードインターバル除去部、４はＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform）部、５は復号部、６は相関計算部、７はピーク値検出部、８は電力換算部であり、受信機の主要部が、Ａ／Ｄ変換部１、直交復調部２、ガードインターバル除去部３、ＦＦＴ部４、復号部５で構成され、入力電界強度推定回路の主要部が、相関計算部６、ピーク値検出部７、電力換算部８から構成されている。

先ず、受信機の主要部を説明する。Ａ／Ｄ変換部１は、図示しない前段で周波数変換された受信信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号に変換する。直交復調部２はＡ／Ｄ変換部１によりＡ／Ｄ変換されたデジタル信号を直交復調してＯＦＤＭ信号とする。ガードインターバル除去部３はＯＦＤＭ信号のガードインターバル部分（ガード期間）を除去する。ＦＦＴ部４は送信側でＩＦＦＴ（逆フーリエ変換：Inverse FFT）処理したＯＦＤＭ信号を元に戻す処理を行う。復号部５はフーリエ変換した信号を変調前の信号に復号することによって、受信データが得られる。

次に、入力電界強度推定回路の主要部を説明する。相関計算部６は直交復調部２により直交復調されたＯＦＤＭ信号よりデータ毎に相関演算を行い、時系列の相関値を算出する。ピーク値検出部７は、時系列の相関値よりシンボル期間毎の最大値を検出し、複数シンボル期間に亘り、各シンボル期間毎の相関最大値（最大値の平均）を出力する。電力換算部８は、図５の換算表に示す曲線データに基づいて、相関最大値から入力信号の電力を換算し、この換算値を出力データとして出力する。電力換算部８の出力データは、アンテナの方向調整などを行う際の出力信号として利用したり、或いはレベル・メータなどの表示部に供給して入力電界強度を指示する出力として利用することができる。

図５の換算表は、横軸が相関最大値（例えば、８ビットのデジタル値）を示し、縦軸が入力電界強度［ｄＢ］を示し、相関最大値対入力電界強度による曲線データが作成され、この曲線データに基づいて、相関最大値から入力電界強度を換算することができる。この換算表は、相関最大値に対する入力電界強度を前もって測定して作成する。換算表は、記憶装置に相関最大値に対する入力電界強度の関係をデータテーブルとして作成し、データテーブルに相関最大値を入力すると、入力電界強度が出力されるようにし、相関最大値から入力電界強度が換算できるようにしたものであり、実際は電圧レベルがデジタル値として出力される。また、データテーブルは、曲線データを関数式として記憶した記憶装置であってもよい。入力電界強度推定回路には、このようなテーブルデータが備えられている。

また、本実施形態の入力電界強度推定方法は、図１を参照して説明すると、デジタル変調信号を直交復調する受信機における入力電界強度推定方法であって、受信機に入力された受信信号をＡ／Ｄ変換部１によりデジタル信号に変換した後、直交復調部２にて直交復調し、直交復調したデジタル信号の所定周期で入力された同一データの相関を相関計算部６にて演算処理し、相関計算部６で得られた相関計算結果より、ピーク値検出部７による所定周期毎の相関最大値を検出し、電力換算部８にて入力信号の電界強度を推定し、出力データとして出力する。

次に、本実施形態における要部の動作について、図２（ａ）〜（ｅ）のタイムチャートを参照し説明する。同図（ａ）がＯＦＤＭ変調された信号を１シンボル信号区間を示し、同図（ｂ）が１ＯＦＤＭ信号におけるガードインターバル部分（ガード期間）と有効シンボル部分（有効シンボル期間）を示している。同図（ｃ）は受信信号であるＯＦＤＭ信号におけるガードインターバル部分を説明するためのタイムチャートであり、矢印で示したものが同一データを示している。通常、ＯＦＤＭ信号のガードインターバル部分は有効シンボルの所定部分をコピーして各シンボルの先頭部分に付与し、巡回的に重複させてＯＦＤＭ信号波を送信している。同図（ｄ）は受信信号に重畳された遅延信号を示し、遅延信号は同図（ｃ）の受信信号に対して１有効シンボル区間遅延したものである。同図（ｅ）は本実施形態の入力電界強度推定回路における演算結果を示している。

入力電界強度推定回路では、相関計算部６において、同図（ｃ）の受信信号と同図（ｄ）の遅延信号とのガードインターバル部分の同一データ同士を相関演算処理して相関値を得る。相関値は、入力信号の雑音が小さいと演算結果（相関値）が大となり、雑音が大きいと演算結果が小さくなる特性を有し、この特性を利用して、この演算結果より入力信号の雑音レベルを換算し入力信号の電力換算を行う。また、ガードインターバル部分は、有効シンボル部分のコピーなので、雑音成分があっても相関レベルは大きくなる。続いて、相関計算部６の相関値からピーク値検出部７により最大値を求める。電力換算部８は、この相関最大値に基づいて、図５の換算表のテーブルデータにより換算し、この換算値（入力電界強度［ｄＢ］）が出力データとして得られる。出力データは入力電界強度［ｄＢ］に応じた電力レベル（デジタル値）として出力される。

なお、同図（ｅ）の相関値Ｌ１，Ｌ２及びＬ３は演算結果を示し、ピーク値検出部７が相関値Ｌ１のとき、相関値が最大値となり、入力信号の雑音レベルが小さく、入力信号の入力電圧が最大となり、良好な受信状態となる。なお、同図（ｅ）から明らかなように、シンボル期間の切り替わり目のタイミングで相関値が最大となり、最大値からＯＦＤＭシンボルの開始位置が推定できる。

（第二実施形態）
本発明に係る第二実施形態の入力電界強度推定回路、その方法、及び受信機について、図３を参照して説明する。本発明に係る受信機はＱＡＭ（位相振幅変調）信号を復調する復調回路を備え、また、このような受信機に用いられる入力電界強度推定回路、及びその方法に関する。なお、図３において、図１と同様な処理部については同じ符号を付与し、詳細な説明を省略する。

同図において、受信機は、Ａ／Ｄ変換部１と、直交復調部２と、復号部５とを備え、復号部５から受信データが得られる。入力電界強度検出回路は、直交復調部２からの復調信号が入力される同期信号検出部９と、同期信号の相関演算処理して相関値を得る相関計算部６と、相関値から最大値を検出するピーク値検出部７と、相関最大値から入力電力に換算する電力換算部８とから構成され、電力換算部８から出力データが得られる。

この実施形態は、ＱＡＭ信号などのように、ＯＦＤＭ信号のガードインターバル部分を有しないデジタル変調された信号を受信する受信機を対象としている。このような受信機では、受信信号の同期部分を同期信号検出部９により検出し、同期部分の信号に基づいて、相関演算部６により相関演算処理を行って相関値を得る。なお、同期部分は、受信側では既値であり、固定値とし、この固定値と受信信号の同期部分との相関演算処理を行うことにより相関値が得られる。ピーク値検出部７では相関値の最大値を検出し、複数フレーム間に亘り、各フレーム毎の最大値の平均（相関最大値）を出力する。電力換算部８は、図５の換算表に基づいて、相関最大値を入力電圧に換算し、出力データとする。電力換算部８では、上記説明したように、図５の換算表の曲線カーブに基づいて換算する。曲線カーブは、上記で説明したデータテーブルであり、電力換算部８に含まれる。

次に、図３の実施形態の動作について、図４を参照して説明する。同図（ａ）はＱＡＭのシンボル区間を１フレームとして示した信号図である。同図（ｂ）は１フレームにおけるＱＡＭ信号の同期部分とデータ部分とを示す信号図である。同図（ｃ）は同期部分にみの信号図である。同図（ｄ）は同期部分の相関演算を行った信号図である。相関演算部６による相関演算では、固定値と同期部分の値とを演算するため、同期部分の最後のタイミングで演算結果が得られる。ＱＡＭの同期信号は、一般のデータ信号に比べて低い多値データとなるため、演算回路も比較的小規模で実現することができる。

本発明では、上記第一及び第二実施形態の入力電界強度推定回路をデジタルＦＰＵ受信機等の受信機器に組み込むことによって、入力電界強度推定回路の出力データから入力信号の電界強度を推定し、その推定結果による出力データに基づいて、入力電界強度が最大となる方向にアンテナの向きを自動的に制御することができる。例えば、中継局に入力電界強度推定回路を備えるＦＰＵ受信機を搭載し、このＦＰＵ受信機が、マラソン中継等の移動する撮影対象を撮影した映像又は音声データ等をデジタル変調してＦＰＵ送信機から送信する電波を受信する際、ＦＰＵ送信機からの電波を良好な受信状態となるようにアンテナを追尾させて受信することができる。

本発明の活用例としては、入力電界強度推定回路をデジタルＦＰＵ受信機に組み込んで、入力電界強度を推定し、受信レベルが最大となるようにアンテナの方向調整を行うことができるし、デジタル変調・復調システムにおける受信レベルを検出するレベル・メータとして利用することができる。さらに、局外中継に用いられる移動中継における追尾用のアンテナ方向制御に利用することができるし、アンテナを設置する際のレベル・メータとしても利用することができる。さらには、地上デジタル放送等の携帯用の受信機に入力電界強度推定回路を組み込むことも可能であり、入力電界強度を表示したり、入力電界強度推定回路の出力を種々の制御に利用することも可能である。

本発明における第一の実施形態を示すブロック図である。 第一の実施形態の動作を説明するための説明図であり、（ａ）はＯＦＤＭ波のシンボル信号区間を示し、（ｂ）はその概略の構成を示し、（ｃ），（ｄ）はガードインターバル分部を示し、（ｅ）は相関演算結果を示している。 本発明における第二の実施形態を示すブロック図である。 第二の実施形態の動作を説明するための説明図であり、（ａ）はＱＡＭのシンボル区間を示し、（ｂ）はその概略の構成を示し、（ｃ）は同期部分の信号図であり、（ｄ）は相関演算結果と入力電界強度の関係を示している。 相関最大値と入力電界強度とによる曲線データを示す図である。

符号の説明

１ Ａ／Ｄ変換部（Ａ／Ｄ変換手段）
２ 直交復調部（直交復調手段）
３ ガードインターバル除去部
４ ＦＦＴ部
５ 復号部
６ 相関計算部
７ ピーク値検出部
８ 電力換算部

Claims (5)

1. デジタル変調信号を直交復調する受信機における入力電界強度推定回路であって、
   受信信号をＡ／Ｄ変換した後に直交復調し、該直交復調した信号における所定周期で入力された同一データの相関値を算出する相関計算手段と、
   該相関計算手段による相関値から所定周期毎の相関最大値を検出する最大値検出手段と、
   該最大値検出手段により入力信号の電界強度を換算する電力換算手段とを備え、
   該電力換算手段による換算値に基づいて、該受信機に入力される入力信号の電界強度を推定することを特徴とする入力電界強度推定回路。
2. 請求項１に記載の入力電界強度推定回路において、前記デジタル変調信号が直交周波数分割多重信号であることを特徴とする入力電界強度推定回路。
3. 請求項１に記載の入力電界強度推定回路において、前記デジタル変調信号が位相振幅変調信号であることを特徴とする入力電界強度推定回路。
4. デジタル変調信号を直交復調する受信機における入力電界強度推定方法であって、
   該受信機に入力された受信信号をＡ／Ｄ変換した後に直交復調し、該直交復調したデジタル信号の所定周期で入力された同一データの相関値を計算し、該相関計算結果より、所定周期毎の相関最大値を検出し、入力信号の電界強度を算出することを特徴とする入力電界強度推定方法。
5. 受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段により変換されたデジタル信号を直交復調する直交復調手段とによる受信機において、
   該直交復調手段により復調された信号における所定周期で入力される同一データの相関値を計算する相関計算手段と、
   該相関計算手段による相関値から所定周期毎の相関最大値を検出する最大値検出手段と、
   該最大値検出手段による相関最大値から入力信号の電界強度を換算する電力換算手段とからなる入力電界強度推定回路を備えたことを特徴とする受信機。

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