JP4390733B2 - 受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、異なる変調方式によりそれぞれ変調された変調データが時間軸多重された伝送フレームが周期的に伝送されるデジタル伝送システムに好適な受信装置に関するものである。
また、本発明は、デジタルケーブルテレビのような大容量伝送システムに好適な受信装置に関するものである。

大容量伝送システムの実用化に伴い、１つのフレーム中に異なる変調方式によりそれぞれ変調された複数の変調データを時間軸多重して伝送するデジタル伝送システムが開発されている。このデジタル伝送システムに用いられる受信装置において、受信した信号について良好な復調を行うためには、正確な同期検出を行うことが重要である。従来のフレーム同期方式においては、フレーム中に同期パターンとしてユニークワードが付加され、受信した信号中の同期パターンとユニークワードとの間の相関を求めることによりフレーム同期が検出されていた（例えば、特許文献１参照）。

また、変調されたデータの変調方式を識別する方法として、変調波のベースバンド信号の特徴量、例えば連続するシンボル間の位相差分値の分散とシンボルの瞬時振幅値の標準偏差との組み合わせによる特徴をメモリに記憶し、受信信号の特徴をメモリに記憶した特徴と比較することにより変調方式を識別する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

「特許第2943839号公報」 「特開002-325108号公報」

フレームの先頭にユニークワードが同期パターンとして付加されているフレーム信号を伝送するシステムの受信機では、ユニークワードとの相関検出によりフレーム同期を検出する。そのため、ユニークワードが挿入されている区間内に情報を多重することができなかった。一方、同期パターンが挿入されている区間内に情報を多重することができれば、情報伝送効率を一層向上させることができる。そのためには、複数の変調方式を区別してフレーム周期を識別するための手段が必要である。
また、受信信号をベースバンド帯の信号に変換し、位相差分値の分散と振幅値の標準偏差とを２次元的に記憶したメモリを用いて変調方式を識別する方法では、受信装置に比較的大容量のメモリを設置する必要があり、構造的に複雑化する欠点がある。

本発明の目的は、従来同期パターンが挿入されていた区間にも情報を多重することができ、情報伝送効率が一層向上したデジタル伝送システムに用いられる受信装置を提供することにある。
さらに、本発明の別の目的は、比較的大容量のメモリを用いることなくフレーム同期を行うことができる受信装置を提供することにある。
さらに、本発明の別の目的は、デジタルケーブルテレビのようなな大容量伝送システムに好適な受信装置を提供することにある。

本発明による受信装置は、シンボルの振幅が一定の位相変調方式により変調された変調データと、前記位相変調方式とは異なる別の変調方式により変調された変調データとが時間軸多重されたフレームが周期的に伝送されるデジタル伝送システムに用いられる受信装置において、
前記位相変調方式と同一の変調方式の振幅が一定のシンボル列を発生する手段と、当該シンボル列のシンボルの振幅と受信信号のシンボルの振幅との差分の絶対値を検出する差分検出手段とを具え、前記差分検出手段からの出力に基づいて前記位相変調方式により変調された変調データの区間と前記別の変調方式により変調された変調データの区間とを識別することを特徴とする。

Ｎ相の位相変調信号の受信信号は、周波数誤差を含んでいる場合でもシンボルは2次元平面上で同心円状のコンスタレーションとなる。本発明では、検出すべき位相変調方式のシンボルの理想的な振幅のシンボル列を発生する手段を有し、当該シンボル列発生手段から生成したシンボル列のシンボルの振幅と受信信号の振幅との差の絶対値を算出する。受信信号が理想的な場合には、位相変調されたシンボル列の区間について差の絶対値は零になる。一方、振幅が変化する変調方式のシンボル列については、受信信号のシンボルの振幅とシンボル列発生手段からのシンボルの振幅との差の絶対値は絶対値は零とはならない。従って、シンボル列発生手段からのシンボルの振幅と受信信号のシンボルの振幅との差分の絶対値を算出し、その結果を利用することにより、位相変調方式により変調された変調データの区間と別の変調方式により変調された変調データ区間とを識別することができる。この結果、位相変調方式により変調された区間をフレーム同期検出及び情報伝送の両方の目的に利用することができる。よって、フレームに同期パターンを形成することなく、互いに異なる変調方式により変調された変調データを識別できるので、従来同期パターンが挿入されていたフレーム区間内にも変調データを挿入することができる。

本発明による受信装置は、シンボルの振幅が一定の位相変調方式により変調された変調データと、前記位相変調方式とは異なる別の変調方式により変調された変調データとが時間軸多重されているフレームが周期的に伝送されるデジタル伝送システムに用いられる受信装置において、
前記シンボルの振幅が一定の位相変調方式と同一の変調方式の振幅が一定のシンボル列を発生する手段と、当該シンボル列のシンボルの振幅と受信信号のシンボルの振幅との差分の絶対値を検出する差分検出手段と、前記差分検出手段からの出力について、所定のシンボル数にわたって移動平均を求める移動平均算出手段と、移動平均算出手段からの出力の最小値を検出する最小値検出手段とを具え、
前記算出された移動平均の最小値からフレーム同期を検出することを特徴とする。

受信信号のシンボルの振幅とシンボル列発生手段から発生したシンボルの振幅との差分の絶対値について、シンボルの振幅が一定の位相変調方式の区間のシンボル数だけ移動平均を加算することにより、移動平均の最小値が位相変調方式で変調された変調データの区間と別の変調方式の変調データの区間との境界を表すことになる。従って、移動平均の最小値を検出することにより、フレーム同期が検出されるので、変調波のベースバンド信号の特徴量を示す2次元テーブルのメモリを参照することなく、簡単な回路でフレーム同期を検出することができる。

本発明による別の受信装置は、所定数のシンボルを含み、各シンボルの振幅が一定の位相変調方式により変調された第１の変調データと、所定数のシンボルを含み、前記位相変調方式とは異なる別の変調方式により変調された第２の変調データとが時間軸多重されているフレームが周期的に伝送されるデジタル伝送システムに用いられる受信装置において、
受信信号の連続するシンボルの振幅の絶対値を算出する第1の絶対値算出手段と、前記位相変調方式と同一の変調方式の振幅が一定のシンボル列を発生するシンボル列発生手段と、前記シンボル列発生手段から順次出力されるシンボルの振幅の絶対値を算出する第２の絶対値算出手段と、前記第１の絶対値算出手段からの出力と第２の絶対値算出手段からの出力とをシンボル毎に減算して、受信信号のシンボルの振幅とシンボル列発生手段から出力されたシンボルの振幅との差分の絶対値を検出する差分検出手段と、差分検出手段からの出力を前記第１の変調データのシンボル数だけ順次加算する移動平均算出手段と、移動平均算出手段からの出力信号について最小値を検出する最小値検出手段とを具え、前記最小値検出手段からの出力に基づいてフレーム同期を検出することを特徴とする。

本発明による受信装置の好適実施例は、最小値検出手段からの出力を用いて順次受信するフレームの伝送周期を決定すると共に、前記第１の変調データの区間と第２の変調データの区間とを識別することを特徴とする。

本発明による受信装置の別の好適実施例は、シンボルの振幅が一定の位相変調方式としてBPSK方式を用い、前記別の変調方式として直交振幅変調方式を用いることを特徴とする。

本発明では、受信信号の各シンボルの振幅とシンボルの振幅が一定の位相変調方式により発生したシンボル列のシンボルの振幅との差分の絶対値を算出し、その結果に基づいてフレーム同期を検出すると共に変調データの区間を識別しているので、位相変調方式により変調された変調データの区間をフレーム同期検出及びデータ伝送の両方に用いることができる。この結果、特別な同期パターンを用いることなくフレーム同期を検出することができる。よって、従来同期パターンが挿入されていたフレーム区間にも変調データを挿入することができ、情報伝送効率を一層高めることが可能になると共に簡単な回路構成でフレーム同期の検出及び変調データの各区間を識別することができる。例えば、デジタル放送の分配伝送システムの応用としては、本発明の伝送フレーム内に複数のMPEG-2 TS信号を多重するためのフレームを構成することを想定する。4096QAM区間に複数のMPEG-2 TSパケットを配置する場合、各TSパケットとTSid(TS識別番号)との関係をフレームのヘッダに示す必要が生ずる。そこで、このヘッダ情報をBPSK区間に多重することで効率よく複数のMPEG-2 TSの多重を行うことが可能になる。この結果、デジタルケーブルテレビのような大容量伝送システムに好適な受信装置を実現することができる。

図１は、本発明が適用されるデジタル伝送システムにおける伝送フレームの一例を示す線図である。本例の伝送フレームは、デジタルケーブルテレビの大容量伝送装置から各ユーザの受信装置に周期的に送信される伝送フレームとすることができる。各伝送フレームは、シンボルの振幅が一定の二相位相変調方式(BPSK）により変調された区間とシンボルの振幅が時間ともに変化する直交振幅変調方式(4096QAM)により変調された区間とを含み、BPSKの区間及び4096QAMの区間は共にデータ変調されているものとする。一例として、各フレームは２^１４ 個のシンボルを含み、BPSKには1024個のシンボルを割り当て、4096QAMには15360個のシンボルを割り当てる。これらのBPSKの区間及び4096QAMの区間のシンボル数は受信装置側において既知のものとする。本発明をデジタル放送の分配伝送システムに適用する場合、伝送フレーム中に複数のMPEG-2 TSパケットを配置する場合、各TSパケットとTS識別番号との関係を示すヘッダ情報をBPSK区間に多重し、MPEG-2 TSパケットを4096QAM区間に多重することができる。

上記伝送フレームは、従来同期パターンが挿入されていた区間もデータ変調されているため、大容量伝送装置から周期的に送信されてくるフレームを復調するためには、フレーム同期を検出すると共に各変調方式によりそれぞれ変調された区間を識別する必要がある。図2は、フレーム同期検出を行うと共に変調区間を識別するフレーム同期回路の一例を示す線図である。受信信号（r(nT)）は絶対値算出回路１に入力し、順次受信された受信信号の連続する各シンボルの振幅の絶対値が順次算出される。算出された受信信号の各シンボルの振幅の絶対値は減算器２に順次供給する。減算器２の他方の入力部にはシンボル列発生回路３を接続する。このシンボル列発生回路３にはシンボルレート情報が入力し、BPSK方式により変調され振幅が一定の連続するシンボル列を発生し、各シンボルの振幅の絶対値を順次出力する。従って、減算器２から、受信信号の連続する各シンボルの振幅の絶対値とBPSK方式のシンボル列の各シンボルの振幅の絶対値との差（ｃ’(nT)）がシンボル毎に順次出力される。

減算器２からの出力を移動平均算出回路４に供給する。移動平均算出回路４では、受信信号中の連続する各シンボルの振幅の絶対値とBPSKのシンボル列の連続する各シンボルの振幅の絶対値との差分を順次加算し、1つのフレームのBPSK区間中に含まれるシンボル数（本例では、Tr＝1024個）の和の加算値を順次算出する。すなわち、連続する各シンボルの絶対値の差分値を再先に加算された差分値と置換するように順次加算して合計１０２４個の差分値の和を順次出力する。

図3は、移動平均算出回路４からの出力信号を示す線図である。図３において、横軸は連続するシンボル数を示し、縦軸は移動平均算出回路の出力値（相対値）を示す。順次受信される各フレームは、先頭から、振幅が一定の１０２４個のシンボル列（BPSK区間）が受信され、続いて振幅の変化する（２^１４ −１０２４）個のシンボル列（4096QAM区間）が受信される。従って、受信信号中の4096QAM区間のシンボルと参照用のBPSKのシンボル列との間の差分の絶対値が出力されるときは、移動平均算出回路４からの出力信号はあるレベルの値となる。一方、受信フレーム中のBPSK区間のシンボルとの差分値が出力されると、移動平均算出回路からの出力信号レベルは徐々に小さくなり、連続するBPSKシンボルの数が1024個の時、最小値が出力される。従って、移動平均算出回路４の後段に最小値検出回路５を設け、移動平均算出回路からの出力信号の最小値を検出することにより変調方式の異なるBPSK区間と4096QAM区間との間の境界並びにフレーム同期が検出される。

受信装置側においては、検出されたフレーム同期に基づいてフレームの伝送周波数及び伝送周期を求めることができる。さらに、受信装置において、フレーム全体のシンボル数及び各変調区間のシンボル数が既知であるから、各フレームのBPSKの変調区間と4096QAMの変調区間とを識別することができる。この結果、従来の伝送フレームにおいて同期パターンが挿入されていた区間に変調データを挿入しても、受信装置側において当該区間の変調データを復調することができると共にフレーム同期も検出することができ、情報伝送効率を一層高めることが可能になる。さらに、変調方式を識別する手段も不要になる。

本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、BPSK方式により変調された変調データと4096QAM方式により変調された変調データとが時間軸多重されたフレームについて説明したが、BPSKと４PSK又は8PSKによる変調データと直交振幅変調による変調データとを時間軸多重したフレームについても適用することができる。この場合、BPSK検出と並列して４PSK検出又は８PSK検出を行い、それぞれ移動平均を求め、移動平均の最小値を検出することにより、変調方式の異なるデータ区間の境界を検出することができる。

本発明による受信装置が受信する伝送フレームの一例を示す線図である。 本発明によるフレーム同期検出回路の一例を示す回路図である。 移動平均算出回路の出力信号波形を示す線図である。

符号の説明

１ 絶対値算出回路
２ 減算器
３ シンボル列発生回路
４ 移動平均算出回路
５ 最小値検出回路

Claims (5)

1. シンボルの振幅が一定の位相変調方式により変調された変調データと、前記位相変調方式とは異なる別の変調方式により変調された変調データとが時間軸多重されたフレームが周期的に伝送されるデジタル伝送システムに用いられる受信装置において、
   前記位相変調方式と同一の変調方式の振幅が一定のシンボル列を発生する手段と、当該シンボル列のシンボルの振幅と受信信号のシンボルの振幅との差分の絶対値を算出する差分検出手段とを具え、前記差分検出手段からの出力に基づいて前記位相変調方式により変調された変調データの区間と前記別の変調方式により変調された変調データの区間とを識別することを特徴とする受信装置。
2. シンボルの振幅が一定の位相変調方式により変調された変調データと、前記位相変調方式とは異なる別の変調方式により変調された変調データとが時間軸多重されているフレームが周期的に伝送されるデジタル伝送システムに用いられる受信装置において、
   前記位相変調方式と同一の変調方式の振幅が一定のシンボル列を発生する手段と、当該シンボル列のシンボルの振幅と受信信号のシンボルの振幅との差分の絶対値を算出する差分検出手段と、前記差分検出手段からの出力について、所定のシンボル数にわたって移動平均を求める移動平均算出手段と、移動平均算出手段からの出力の最小値を検出する最小値検出手段とを具え、
   前記算出された移動平均の最小値からフレーム同期を検出することを特徴とする受信装置。
3. 所定数のシンボルを含み、各シンボルの振幅が一定の位相変調方式により変調された第１の変調データと、所定数のシンボルを含み、前記位相変調方式とは異なる別の変調方式により変調された第２の変調データとが時間軸多重されているフレームが周期的に伝送されるデジタル伝送システムに用いられる受信装置において、
   受信信号のシンボルの振幅の絶対値を順次算出する第1の絶対値算出手段と、前記位相変調方式と同一の変調方式の振幅が一定のシンボル列を発生するシンボル列発生手段と、前記シンボル列発生手段から順次出力されるシンボルの振幅の絶対値を算出する第２の絶対値算出手段と、前記第１の絶対値算出手段からの出力と第２の絶対値算出手段からの出力とをシンボル毎に減算して、受信信号のシンボルの振幅とシンボル列発生手段から出力されたシンボルの振幅との差分の絶対値を検出する差分検出手段と、差分検出手段からの出力を前記第１の変調データのシンボル数だけ順次加算する移動平均算出手段と、移動平均算出手段からの出力信号について最小値を検出する最小値検出手段とを具え、前記最小値検出手段からの出力に基づいてフレーム同期を検出することを特徴とする受信装置。
4. 請求項３に記載の受信装置において、前記最小値検出手段からの出力を用いて順次受信するフレームの伝送周期を決定すると共に、前記第１の変調データの区間と第２の変調データの区間とを識別することを特徴とする受信装置。
5. 請求項１から４までのいずれか１項に記載の受信装置において、前記シンボルの振幅が一定の位相変調方式としてBPSK方式を用い、前記別の変調方式として直交振幅変調方式を用いることを特徴とする受信装置。