JP4384140B2

JP4384140B2 - 復調器のスペクトル反転の自動補正のための処理、および係る処理の実施装置

Info

Publication number: JP4384140B2
Application number: JP2006183340A
Authority: JP
Inventors: ジャック・マイヤー
Original assignee: STMicroelectronics SA
Current assignee: STMicroelectronics SA
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2006-07-03
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2026-07-03
Also published as: FR2888076A1; JP2007020169A; US7697636B2; DE602006003134D1; EP1739825A1; EP1739825B1; US20070002975A1

Description

発明の技術分野

本発明はデジタル伝送の分野に関し、より詳細には、デジタル伝送システムの復調器におけるスペクトル反転の自動補正処理に関する。

デジタル通信は、移動電話、新方式デジタルテレビジョン標準、および衛星通信により著しい発展を見せている。この領域の著しい進歩、および同オペレータの著しい拡大により、商品と同じように交換容易な「価値」が情報により作り出されている。

通信チェーンにおけるオペレータの著しい拡大により、デジタル通信システムの復調器内部に、時間同期および位相同期の古典的パラメータに加えて、スペクトル反転の補助パラメータを検出する必要性が提起されている。

図１ａに示すように、復調時に、受信器が、受信信号スペクトルを搬送波周波数（ＯＬ）と混合することは周知である。係る搬送波が、処理する周波数スペクトルの上側周波数か、下側周波数かによって、スペクトル反転が起きる。図１ａは、スペクトル反転を招来しない正規な状態を示す。

図１ｂは、逆に、反転が周波数スペクトル内に起きた状態を示す。この反転は、送信信号のスペクトルが振幅変調の場合のように完全対称なときには、ほとんど問題にならない。

それに対して、複雑な変調の場合、スペクトルが反転すると、データ検出ができなくなる。検出器が位相ロックループ手段により搬送波周波数に適切にロックされているとしても、スペクトル反転が起きると、データ受信を成就できない。

この問題を是正する必要があるが、その理由は、最新のデジタル遠隔通信では、多数の変調／復調を行って送受信することができるからであり、しかも様々なオペレータが同一信号に関わると見られるからである。

スペクトル反転を是正する可能性は二つあり、直交信号を反転するか、またはπ／２回転後に真の信号と直交信号をともに反転するか、のいずれかである。

古典的方法では、ほとんどのシステムが、同相チャンネル、および復調信号を二乗したチャンネルを反転するソフトウエアにより、できる限りの反転を矯正しようとする。そのために、古典的な受信器が、受信信号の処理中に「仮定」することは、この信号が不特定のスペクトル反転の影響を受けない、ということである。搬送波に同期している間に検出に失敗した場合に、特定時間後に受信器が出す結論は、スペクトル反転が起きたかもしれないので、元のスペクトルを再構築するために、同相および二乗の順にチャンネル反転を導入する、ということである。

この広く用いられる方法はある程度の満足をもたらすが、最新の応用に対する復調信号処理では、遮断待ち時間が必要になるという欠点がある。

瞬時処理を保証するために、受信信号でスペクトル反転の疑似瞬時検出ができるように、この状況を是正することが望ましい。

発明の概要

本発明の目的は、デジタル伝送システムの復調器においてスペクトル反転の自動補正処理を達成することである。

本発明の別の目的は、特には高速であってπ／２ＢＰＳＫ変調に適したスペクトル反転の補正処理を達成することである。

本発明は、デジタル通信システムにおける受信器でスペクトル反転の補正処理により、これらの目標を達成する。π／２ＢＰＳＫ、つまりＭＤＰ２変調に従って、仮定に基づく既知のトレーニングシーケンスを受信器で受信できるようにする。この処理は以下のステップを含む：
−上記トレーニングシーケンスの復調；
−Ｎ個の受信サンプル（Ｒ_n）、およびＮ個の仮定に基づく送信サンプル（Ｓ_n）のウィンドウを実行した差分相関計算；
−相関結果を用いて、フレーム開始検出と、デジタル受信チェーン内のスペクトル反転の潜在的必要性とを、同時に決定する。

上記結果のモジュールを閾値と比較してフレーム開始を決定し、受信チェーンのスペクトル反転発生を制御するために、同じ結果の符号を試験するのが好ましい。

好適な実施の形態では、本処理は、幾つかの変調を実行し、その内の一つは、スペクトル反転を制御するためのπ／２ＢＰＳＫ型変調（つまりＭＤＰ２）である。

特定の実施の形態では、幾つかのブロックおよびシンボルの内の一つがπ／２ＢＰＳＫ型変調の対象となる、異なる変調を有する幾つかのブロックおよびシンボルを含むＤＶＢＳ２（デジタルビデオ放送衛星）標準に基づくデジタル通信に本処理が適用される。

また、本発明は、以下を備えるスペクトル反転装置を備えるデジタル通信システム用の受信器を達成する：
−π／２ＢＰＳＫつまりＭＤＰ２型変調に従って、仮定に基づく既知のトレーニングシーケンスを受信する手段；
−上記トレーニングシーケンスの復調を可能にする手段；
−一組の、Ｎ個の受信サンプル（Ｒ_n）および仮定に基づく送信サンプル（Ｓ_n）に差分相関計算を可能にする手段；
−フレーム開始検出および受信チェーン内のスペクトル反転のアクティビティ制御、を同時に決定するために、上記差分計算の結果を利用する手段。

好ましくは、フレーム開始ブロックを計算するためにその結果の実数部の絶対値を用い、受信チェーン内のスペクトル反転を制御するためにその結果の同じ実数部の符号を役立てる。

本発明は、ＤＶＢＳ２標準、またはπ／２ＢＰＳＫ変調型等の独特な変調に基づくブロックおよびシンボルを利用する任意の標準、に基づく受信器および受信システムの実現に特に適合する。

好適な実施形態の説明

本発明の他の特性、目標および利点は、単に非制限的な実施例として提供する以下の説明および図面から明らかになろう。

スペクトル反転の補正処理は、バイナリ位相シフトキー（ＢＰＳＫ）変調と組み合わせたトレーニングシーケンス−仮定に基づく既知のシーケンスＳ₀、Ｓ₁、Ｓ₂、Ｓ₃を備える−の利用に基づく。当該技術で周知のように、ＢＰＳＫ変調では、位相配置は点１、および点−１の２点のみである。本発明では、その変調のπ／２ＢＰＳＫ型を更に特別に利用するが、偶数列シンボルは、同相で搬送波に載せて送信される一方、奇数列のシンボルは、直交させて搬送波に載せて送信される。その変調は、同相、直交の２チャンネルによりエネルギーを一様に分布させる利点を有し、特に、通信衛星の非線形増幅器による等の、特定の場合の送信が確実に良好になる。

注意すべきは、好ましい実施の形態では、π／２ＢＰＳＫ型変調は、処理される情報の一部に限って適用される、ということであり、情報の別の部分は異なる変調を受けることになるということを理解すべきである。当業者は、π／２ＢＰＳＫ型変調が送受信の信号全体に適用されている場合でも、本発明の教示を任意の代替の変調方式の組み合わせに容易に適合できよう。

図２は、受信器に適用する本発明による補正処理を示す。本処理は、以下の処理を実行する受信器により受信され、処理されるトレーニングシーケンスの使用に基づく。

ステップ２１では、本発明による処理は、送信された２つの連続シンボルＳ_nおよびＳ_n+1から次のように計算される差シンボルＤ_nを計算する：
Ｄ_ｎ＝Ｓ_ｎ・Ｓ_ｎ＋１ ^＊
ステップ２２は、繰り返しパラメータｋおよびＣの初期化であり、ともに０に設定する。

次いで、処理は、ステップ２３およびステップ２６を含む繰り返しループにより進行し、エミッションＤ_kの差シンボル、受信Ｘ_kの差シンボル、および対応する相関計算の結果を連続的に計算する。

これを達成するために、処理は、エミッションＤ_n-k-1およびＤ_n-kという２つの連続シンボルから、検討中のｋの値について、エミッションＤ_kの差シンボルの計算をステップ２３で実行する。

次いで、ステップ２４では、本発明による処理は、２つの連続シンボル、すなわち受信されたＲ_n-k-1、およびＲ_n-kから、差シンボルＸ_nを計算する。

Ｘ_ｎ＝Ｒ_{ｎ−ｋ−１・}Ｒ_ｎ−ｋ ^＊
ステップ２５では、処理は、先に計算した、値Ｘ_kとＤ_kとを乗算し、変数Ｃにその積を加える：
Ｃ＝Ｃ＋Ｘ_ｋ・Ｄ_ｋ ^＊
すなわち、ステップ２５の計算により、以下のように、Ｎ個のサンプルＸ₀．．．Ｘ_N-1、およびＮ個のサンプルＤ₀．．．Ｄ_N-1のウィンドウに基づく差分相関計算が得られる：

ステップ２６で、変数ｋについて処理を繰り返し、ステップ２７で、試験を実行してｋ＝Ｎか否かを決定し、最後のＮ値であれば補正計算を完了することになる。

ステップ２６で、ｋがＮと異なる場合、ステップ２３〜ステップ２７を繰り返す新しい計算に処理が進む。逆の場合、つまりｋ＝Ｎの場合、ステップ２８により処理は継続し、前の計算の結果を試験し、ステップ２５の結果の絶対値を所定閾値と比較する。注意すべきは、閾値は、デジタル通信の受信器でフレーム開始の検出が可能な古典的方法で設定される、ということである。これが、本発明で閾値設定法を開発しない理由である。

モジュール（つまり、実数部の絶対値）が所定の閾値に達しない場合、新しいシンボル集合を処理するために、ステップ２１へ処理を戻す。

結果の実数部の絶対値が所定閾値を超える場合、処理はステップ２９に進み、差分相関の結果の実数部符号を試験する。

符号が正の場合、処理は更にステップ３１に進み、フレーム開始の検出器が起動する。

符号が負の場合、ステップ３０で処理が継続し、特定の待ち時間が経過するのを待たずに、スペクトル反転を受信チェーン内に適用する。注意すべきは、ソフトウエアかハードウエアのいずれかを状況に応じて利用できる既知の方法で、スペクトル反転の適用が実行される、ということである。

次いで、処理は、スクリーン開始の起動のステップ３１に続く。

このように、本発明の処理は、送信チェーンのスペクトル反転を受けた受信信号を、そのような反転を受けていない受信信号と同じく、同時に処理できることが判る。π／２ＢＰＳＫ型変調の場合は、フレーム開始時に検出器の開始と同時に、スペクトル反転を直ちに導入するための符号を直接用いることができるという利点がある。

これにより著しい利点が生じる。すなわち、周知の技法では、所定待ち時間の後、受信器の再開が必要であるが、スペクトル反転を導入するためのこの処理時間が本処理では無視できる。本発明によれば、実行した差分相関計算は、差分相関の計算を開始した時に、直ちに、かつスペクトル反転の存在の有無を「先験的に」知らなくても、検出器をフレーム開始と同時に起動させることができる。

このスペクトル反転の瞬時処理が特に有益であることを示す。差分シンボルについては以下に注意すること。

Ｄ２ｋ＝（ｂ２ｋ）・（ｊｂ２ｋ＋１）^＊＝−ｊｂ２ｋ・ｂ２ｋ＋１
（ここで、ｂは実数部）
Ｄは純虚数なので、Ｄ^*＝−Ｄであることに注目する。

このように、スペクトル反転が送信チェーンに現れる場合、ステップ２５で実行する相関計算が、スペクトル反転無しで得られる、組み合わせ結果の符号反転と対応するだけの、次の公式に示すような結果Ｃ’を導くことが判る：

π／２ＢＰＳＫ型変調を仮定すると、新しい相関計算を繰り返す必要はないという結果になる。２つの状況でその結果を直接用いて、スクリーン開始の検出を起動することができる。

説明した処理は様々な方法、特には純ソフトウエア、で実装できる。

本処理は、衛星によるビデオ伝送のために欧州で用いられる新しいＤＶＢＳ２（デジタルビデオ放送衛星）標準に基づく通信に用いることができるという利点がある。この標準によれば、受信信号は、独特な長さと変調を有するシンボルの連続ブロックである。チャンネル送信ブロックの開始には、ヘッダーが送信されて、後続のシンボルフォーマットを定義する。ヘッダー復調は、後続ブロックの良好な受信を保証する基本である。ヘッダーは９０シンボルから成り、その内の２６シンボルは、既知情報（ＳＯＦ＝start of frame：フレーム開始）、６４シンボルは、７ビットをコーディングする補助シンボル（ＰＬＳ＝Physical Layer Structure：物理レイヤー構造）、すなわち、１２８ワードが可能であり、その構造はフレーム開始検出の信頼性を向上させることができる、を含む。

ＰＬＳの６４シンボルにより開始の間違いを防ぐことができる。好適な実施の形態では、ＳＯＦの２６シンボルに処理を適用し、その結果の絶対値を所定閾値と比較して、スペクトル反転の符号だけでなく、フレーム開始を決定する。言うまでもなく、それは実現するための一方法に他ならず、専門家は、他の補助的な周知の試験を実行して、開始の間違いを抑えることができる。注意すべきは、特定の場合、ＰＬＳのコーディングは、少なくとも部分的には既知であり、それにより、既知の差分シンボル数を増加させることができる（ＤＶＢＳ２の情報「パイロット」が既知の場合、３２シンボル以上を利用できる）。

ＤＶＢＳ２標準によれば、これらの９０ビットは、π／２ＢＰＳＫ型変調されている。

衛星ビデオ遠隔伝搬の新標準では、π／２ＢＰＳＫ型変調に基づいて変調されたヘッダーに本処理を適用することにより、スペクトル反転の補正処理を正しく生かすことが可能であることが判る。

しかしながら、これは本発明の多くの可能性の内の一つにすぎない。

図３は、乗算器３２の出力の受信信号の実数部Ｒｅ（ｘｙ^*）を受信する２４個のシフトレジスタ１０１〜１２４の集合に基づく実施の形態を示す。放出した差分シーケンスに基づいて、各出力を反転するか、または反転しない。２５入力の加算器３３により、これらの値の合計を生成し、その結果の絶対値生成が可能なブロック３６にそれらを送信できる。

ブロック３６の結果は、検出器３８によるフレーム開始の検出を可能にするために、比較器ブロック３７により閾値３９と比較する。

図３で分かるように、ブロック３５が実行する計算の符号は、スペクトル反転の検出を可能にするとともに、それを直ちに補正できる。

図１ａは、スペクトル反転がない搬送波（ＯＬ）による信号復調の状態である。図１ｂは、スペクトル反転を有する信号の復調状態を示す。図２は、本発明によるスペクトル反転の補正処理を表す。図３は、本発明の処理を実行するための装置の実現形態を示す。

Claims

デジタル通信システムにおける受信器のためのスペクトル反転の補正処理であって、
前記処理は、π／２ＢＰＳＫ型変調による仮定に基づく既知のトレーニングシーケンスを前記受信器により受信するステップを含み、更に、
前記トレーニングシーケンスを復調するステップ、
２つの受信サンプル間の差分と、仮定に基づく２つの送信サンプル間の差分との相関を、Ｎ個のサンプルにわたって合計することにより差分相関を演算するステップ、および、
デジタル受信チェーン内のスペクトル反転を制御するために、前記差分相関を用いて、フレームの開始および前記差分相関の符号を検出するステップ、を含む処理。
フレーム開始を決定するために、前記差分相関の前記結果の実数部の絶対値を計算するステップ、および、
受信チェーン内のスペクトル反転を制御するために、前記結果の前記実数部の符号を試験するステップ、
を備えたことを特徴とする請求項１の処理。
受信信号の一部に加えるπ／２ＢＰＳＫ型変調を、別の種類の変調と組み合わせてデジタル通信に適用することを特徴とする請求項２の処理。
幾つかのブロックおよびシンボルの内の一つがπ／２ＢＰＳＫ型変調を受ける、異なる変調を有する幾つかのブロックおよびシンボルを含むデジタルビデオ放送衛星型通信に対して用いることを特徴とする請求項３の処理。
ヘッダーは、少なくとも２６シンボルが既知であるπ／２ＢＰＳＫ型変調を介して送信された９０シンボルの集合を含むことを特徴とする請求項４の処理。
スペクトル反転のための装置を備えるデジタル通信システム用の受信器であって、
π／２ＢＰＳＫ型変調に従って、仮定に基づく既知のトレーニングシーケンスを受信する手段、
上記トレーニングシーケンスを復調する手段、
２つの受信サンプル間の差分と、仮定に基づく２つの送信サンプル間の差分との相関を、Ｎ個のサンプルにわたって合計することにより差分相関を計算する手段、および、
フレーム開始、および受信チェーン内のスペクトル反転の制御、を同時に決定するために、上記差分相関の結果を利用するための手段、
を備える受信器。
フレーム開始を決定するために、前記差分相関の前記結果の実数部の絶対値を計算するための手段、および、
前記結果の前記実数部の符号によりスペクトル反転を制御するための手段、
を備えることを特徴とする請求項６の受信器。
π／２ＢＰＳＫ型変調により変調された情報の一部を処理するための手段を組み合わせること、
を特徴とする請求項７の受信器。
異なる変調を有する幾つかのブロックおよびシンボルの内の一部がπ／２ＢＰＳＫ型変調を受ける、異なる変調を有する幾つかのブロックおよびシンボルを処理するための手段を備える請求項８の受信器。
スペクトル反転装置を備える受信器を備えるデジタル通信システムであって、
π／２ＢＰＳＫ型変調に従って、仮定に基づく既知のトレーニングシーケンスを受信する手段、
前記トレーニングシーケンスを復調するための手段、
一組のＮ個の受信サンプル（Ｒn）、および仮定に基づく送信サンプル（Ｓn）に対して差分相関を計算するための手段、および、
前記差分相関の結果を利用して、フレーム開始、および受信チェーン内のスペクトル反転制御、を同時に決定するための手段、
を備えるデジタル通信システム。