JP4508576B2 - 時変マルチパスコンポーネントの特性を検出するシステム - Google Patents

Description

本発明は、受信された信号中の時変マルチパスコンポーネントの存在を補償するための通信受信器の回路に関し、特に、時変マルチパスコンポーネントの特性を検出するためのシステムに関する。

地上放送通信システムにおいては、送信アンテナからの信号は、しばしば、送信アンテナから受信アンテナへの直接の経路を介してばかりでなく、放送エリア中の物体からの反射による１また複数の他の経路を介しても、受信アンテナに届く。このような反射から生じる信号を、マルチパスと呼ぶ。このような物体を、例えば建物のように、固定されたマルチパス信号を生成する位置に固定することができる。また、このような物体は、例えば飛行機のように、移動していても良い。移動する物体によって、多くの問題が生じる。なぜならば、このような物体からのマルチパス信号コンポーネントの強度と位相とは、時間により変化し、ときには、比較的急速に変化するからである。

１また複数のマルチパスコンポーネントが受信された信号中に存在する場合、受信器によって受信され、復調器によって追跡されたキャリアは、直接の経路を通過し、反射されたマルチパス信号コンポーネントと組み合わされたメイン信号コンポーネントから形成された複合信号である。しかしながら、マルチパスコンポーネントは、大抵、メインパスコンポーネントとは異なった位相と強度とを有し、移動する物体に対しては、位相と強度とは、例えば、ドップラーシフト効果により、時間と共に変化している。このように位相および強度が異なると、逆に、受信器中で実行される信号処理に影響を与えることができる。幾つかの受信器システムは、マルチパスコンポーネントを含む受信された信号を補償するための回路を含む。

より詳細には、各受信器は、キャリア上の変調された信号を復調するための処理回路のチェーンを含む。復調器のチェーン中の各処理回路は、受信された信号中のマルチパスコンポーネントの存在を補償するように制御されうる、適応回路を含んでも良い。例えば、ＨＤＴＶ（ｈｉｇｈ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）受信器においては、復調器のチェーンは、キャリア・トラッキング・ループ（ｃａｒｒｉｅｒ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｌｏｏｐ）、シンボル・タイミング・ループ（ｓｙｍｂｏｌ ｔｉｍｉｎｇ ｌｏｏｐ）（ＳＴＬ）、等化器等、を含み、各々は、マルチパスコンポーネントの存在に対して補正するように制御された適応回路（キャリア・トラッキング・バンドパス、シンボル・タイミング・バンドパス、等化器・バンドパス等）を含んでいる。適切に作動するための適応回路に対して、それは、正確でタイムリーな方法において、受信したマルチパスコンポーネントの特性を識別する制御信号を受信しなければならない。

適応回路を異なる設定に調節した時、先行技術のマルチパス補償システムは、復調器のチェーンの出力信号のビット誤り率をモニタすることによって制御信号を発生させた。最小ビット誤り率を生じた設定を使用して、復調器のチェーンのための制御信号の値を設定する。しかしながら、このプロセスは、低速であり、急速に変化するマルチパスコンポーネントに対して容易に適用できない。加えて、復調器のチェーン中の適応回路に対する設定を変化させて、最適な設定を発見する時、復調装置のチェーンの出力にとって、相対的に高いビット誤り率を起こす可能性がある。ビット誤り率が高いと、その後の信号処理能力は落ちて、ユーザが感知するようになる。例えば、ＨＤＴＶ受信器においては、このプロセスは、ビデオコンポーネントによって表されたイメージに誤差を導入し、および／またはオーディオコンポーネントによって表された音声にノイズを導入するかもしれない。それらコンポーネントは、ユーザによって感知されるであろう受信された信号である。

迅速に作動しおよび受信した信号の劣化を感知されない、復調器のチェーン中の適応回路のための制御信号を発生するシステムが期待されている。

本発明の原理による、メインコンポーネントとマルチパスコンポーネントとを含む複合信号を受信するためのシステムは、マルチパスコンポーネントを補償するための制御信号に応答して制御可能な適応回路を有する、復調器のチェーンを含む。このシステムにおいては、制御信号生成器は、位相誤差推定器を含み、その位相誤差推定器は、受信された複合コンポーネントと受信されたメインコンポーネントとの間の位相誤差の推定値を表す信号を生成する。コントローラは、位相誤差信号に応答して制御信号を生成する。

本発明にかかるシステムは、復調器のチェーン中の適応回路のために制御信号を生成することによってマルチパス信号を補正する。その生成は、先行技術にあるように、適応回路中で繰り返し調整する時間のかかるタスク無しの複合コンポーネントの間の位相差の推定値、および調節を最適化するまでビット速度を推定することよりなる。

図１は、本発明の原理に従う、制御信号発生器を含む受信器の一部分のブロック図である。図１においては、本発明の構成と作動とを理解するのに必要な要素のみが例示されている。当業者であれば、どのような他の要素が必要か、並びに、それら他の要素の設計、構成、およびそれら例示されたものとの相互接続の仕方を理解して、完全な作動可能な受信器を作成するであろう。

図１においては、入力端子５を、受信器の（図示していない）フロントエンドに結合する。このフロントエンドは、既知の設計の、ＲＦ増幅器、検出器、およびＩＦ増幅器、を含んでも良い。入力端子５を、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）、キャリア・トラッキング・ループ（ＣＴＬ）２０４、シンボル・タイミング・ループ（ｓｙｍｂｏｌ ｔｉｍｉｎｇ ｌｏｏｐ）（ＳＴＬ）２０６および等化器２１０の縦続接続に結合する。等化器２１０の出力端子を、出力端子１５に結合する。出力端子１５を、受信装置の（図示していない）バックエンドに結合する。このバックエンドは、既知の設計の、フェーズ・トラッキング・ループ（ｐｈａｓｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｌｏｏｐ）、トレリスデコーダ（ｔｒｅｌｌｉｓ ｄｅｃｏｄｅｒ）、データ デインタリーバ（ｄａｔａ ｄｅ−ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｒ）、リードソロモンデコーダ、デスクランブラ、並びに、オーディオおよびビデオプロセッサ、を含んでも良い。

ＳＴＬ２０６の出力端子を、また、同期信号検出器２０８と位相誤差推定器（ｐｈａｓｅ ｅｒｒｏｒ ｅｓｔｉｍａｔｏｒ）２１４とに結合する。同期信号検出器２０８の出力端子は、同期信号を発生させ、および位相誤差推定器２１４の同期信号入力端子と出力端子２５とに結合される。出力端子２５を、図１に例示されたものを含む、（図を簡略にするために図示していない）受信器の他の要素に結合する。位相誤差推定器２１４の出力端子を、コントローラ２２０の入力端子に結合する。コントローラ２２０のそれぞれの出力端子を、ＣＴＬ２０４、ＳＴＬ２０６および等化器２１０の対応する制御入力端子に結合する。

作動中においては、ＡＤＣ２０２、ＣＴＬ２０４、ＳＴＬ２０６、等化器２１０および同期信号検出器２０８は、既知の方法で（図示していない）受信器のフロントエンドおよびバックエンドに関連して作動して、変調された信号を受信し、変調信号を抽出、処理および利用する。例えば、ＨＤＴＶ受信器においては、受信器は、テレビジョン信号によって変調されたキャリアを受信し、およびテレビジョン信号のビデオコンポーネントによって表されるイメージを表示し、およびテレビジョン信号のオーディオコンポーネントによって表される音声を発生するが、それら全ては既知の方法で行う。しかしながら、上述のように、受信されたキャリアは、送信アンテナから受信アンテナへ直接に送信されるメインコンポーネント、および例えば建物や飛行機等の物体の近くから反射される、ことによると１つ以上のマルチパスコンポーネントを含む。マルチパスコンポーネントは、メインコンポーネントの位相とは異なる位相を有する。これにより、複合信号が受信され、その複合信号は、メイン信号のキャリアコンポーネントの位相とは、異なる位相を持ったキャリアコンポーネントを有している。

ＳＴＬ２０６は、シンボルストリーム（ｓｙｍｂｏｌ ｓｔｒｅａｍ）を生成し、それは、送信されたデジタルテレビジョン信号を表している。シンボルストリームは、連続のフレームを含み、各フレームは２つのフィールドを含んでいる。各フィールドは、順番に、３１３セグメントを含み、各セグメントは、８３２シンボルを含む。各セグメントは、既知の固定値を有する４シンボルセグメント同期シーケンスから開始し、８２８個の他のシンボルが続く。同期検出器２０８は、シンボルストリームを受信し、セグメント同期位置信号（ｓｅｇｍｅｎｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ）を含む、同期信号を生成する。そのセグメント同期位置信号は、セグメント同期シンボルシーケンスがＳＴＬ２０６の出力である場合、アクティブである。

位相誤差推定器２１４は、ＳＴＬ２０６からのシンボルストリームおよび同期検出器２０８からのセグメント同期位置信号に応答し、ならびに位相誤差信号Φを生成する。その位相誤差信号Φは、以下でより詳細に説明する方法で、受信された複合信号のキャリアコンポーネントとメイン（直接の）コンポーネントのキャリアコンポーネントとの間の位相誤差の推定値を表している。位相誤差信号Φは、受信したマルチパスコンポーネントの特性の表示を提供する。コントローラ２２０は、以下でより詳細に説明する方法で、位相誤差信号Φを分析し、それぞれの制御信号を生成する。それら制御信号は、復調器の要素（ＣＴＬ２０４、ＳＴＬ２０６および等化器２１０）内の適応回路を調整して、マルチパスコンポーネントに対して正確な補償を行う。

図２は、位相誤差推定器２１４のより詳細なブロック図である。その位相誤差推定器２１４を、図１の制御信号生成装置において使用しても良い。図２に例示された位相誤差推定器２１４は、２００１年１０月２日にＢｏｕｉｌｌｅｔに発行された、米国特許第６、２９８、１００号明細書に開示されたものと類似したものであり、参照により本明細書に組込まれる。図２においては、（図１の）ＳＴＬ２０６からのシンボルストリーム信号を、第１相関器２０と第２相関器３０との入力端子にそれぞれ結合する。セグメント同期シーケンスの既知の固定値を表している、信号Ｓ（ｔ）を、第１相関器２０の第２入力端子に結合する。信号Ｓ（ｔ）のヒルベルト（Ｈｉｌｂｅｒｔ）変換であり、セグメント同期シーケンスＳ（ｔ）と直交する信号を表す、信号Ｈ（Ｓ（ｔ））を、第２相関器３０の第２入力端子に結合する。第１相関器２０の出力端子Ｉ_Ｃを、アークタンジェント（ａｒｃｔａｎ）計算回路４０の第１入力端子に結合し、第２相関器３０の出力端子Ｉ_Ｓを、ａｒｃｔａｎ計算回路の第２入力端子に結合する。ａｒｃｔａｎ計算回路４０の出力端子を、ラッチ５０の入力端子に結合する。ラッチ５０のクロック入力端子を、（図１の）同期検出器２０８からセグメント同期位置信号（ＳＹＮＣ ＰＯＳ）を受信するように結合する。ラッチ５０の出力端子は、位相誤差信号Φを生成し、および（図１の）コントローラ２２０に結合される。

作動中は、シンボルストリームの中のシンボルを、それぞれ、第１相関器２０および第２相関器３０におけるセグメント同期シーケンスの同相表現および垂直表現である、Ｓ（ｔ）とＨ（Ｓ（ｔ））と絶えず相関する。セグメント同期シーケンスのインターバル中に、第１相関器２０からの結果Ｉ_Ｃは、既知の一定の比例定数を有する、ｃｏｓΦに比例しており、第２相関器３０からの結果Ｉ_Ｓは、既知の一定の比例定数をまた有する、ｓｉｎΦに比例する。従って、比Ｉ_Ｓ／Ｉ_Ｃは、ｔａｎΦに比例する。比例定数は、既知であり定数であるので、それらを、適切に補正することができる。従って、比例定数に対して補正され、ａｒｃｔａｎ生成回路４０によって生成された、この比のａｒｃｔａｎは、位相誤差信号Φである。ラッチ５０は、セグメント同期シーケンスのインターバルの終わりに位相誤差信号Φをラッチする。これら方法の全ては、上述の米国特許から公知である。

図３は、コントローラ２２０のより詳細なブロック図であり、そのコントローラを、図１の制御信号生成器において使用しても良い。図３において、位相誤差信号Φを受信する入力端子を、デシメータ１０２、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）回路１０４、強度（ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）計算回路１０６、分析回路１１２および制御回路１１４の縦続接続部に結合する。制御回路１１４のそれぞれの出力端子を、（図１の）ＣＴＬ２０４、ＳＴＬ２０６および等化器２１０の対応する制御入力端子に結合する。

上述のように、復調器のチェーン（ＣＴＬ２０４、ＳＴＬ２０６および等化器２１０）中の要素は、適応回路を含む。その適応回路を、制御信号に応答して制御して、マルチパスコンポーネントを補償する。作動中に、コントローラ２２０は、位相誤差信号Φの周波数成分を分析して、その信号によって表されたマルチパスコンポーネントを特徴付ける。位相誤差信号Φの周波数成分を、デシメータ１０２、ＦＦＴ回路１０４および強度計算回路１０６の組み合わせによって形成される、周波数分析回路１１０によって判定する。強度計算回路１０６は、ＦＦＴ回路１０４によって生成された周波数コンポーネントのベクトルの中の各複素コンポーネントの強度、または二乗された強度のどちらかを計算する。ＦＦＴ回路１０４を使用するとして例示したけれども、当業者であれば、周波数分析回路は、対象のパスバンドにおける複数のそれぞれの周波数で、位相誤差信号Φの大きさを表す信号を発生するためのあらゆる回路を使用しても良い、ということを理解するであろう。

分析回路１１２は、あらゆる周波数コンポーネント、または１つ以上の周波数コンポーネントのあらゆる関数は、復調装置のチェーン（ＣＴＬ２０４、ＳＴＬ２０６、および等化器２１０）中の、適応回路の電流の設定に対する許容可能な閾値を超えるか否かを決定する。当業者であれば、周波数コンポーネントの選択の仕方、並びに周波数コンポーネントの関数および復調装置のチェーン中の適応回路のあらゆる電流の設定に対するそれらに適用すべき閾値の導き出し方、を理解するであろう。

あらゆる閾値を超える場合、そのときは、復調器のチェーン中の適応回路を、そのコンポーネントまたは１組のコンポーネントを閾値以下にするような方法で、そのコンポーネントまたは１組のコンポーネントを減少するように制御する。分析回路１１２は、信号をその分析の結果を示す制御回路１１４へ発信する。制御回路１１４は、応答して、復調器のチェーン（ＣＴＬ２０４、ＳＴＬ２０６、および等化器２１０）中の適応回路へ制御信号を発信する。その復調器のチェーンは、周波数コンポーネント、またはマルチパス信号の１また複数の周波数コンポーネントの関数を減少するようにその回路を調節し、その結果、閾値を、もはや越えさせない。

図１と図３とのコントローラ２２０は、別個の回路要素として例示されている。しかしながら、当業者であれば、コントローラ２２０の全て、または幾つかの部分を、制御プログラムによって志向されたプログラム可能なコントローラによって実装しても良い、ということを理解するであろう。

本発明の原理にかかる、制御信号生成器を含む受信器の一部分のブロック図である。 図１の制御信号生成装置中で使用することができる、位相誤差推定器のより詳細なブロック図である。 図１の制御信号生成装置中で使用することができる、コントローラのより詳細なブロック図である。

符号の説明

２０，３０ 相関器
４０ アークタンジェント計算回路
５０ ラッチ
１０２ デシメータ
１０４ 高速フーリエ変換回路
１０６ 強度計算回路
１１０ 周波数分析回路
１１２ 分析回路
１１４ 制御回路
２０２ ＡＤＣ
２０４ ＣＴＬ
２０６ ＳＴＬ
２０８ 同期信号検出器
２１０ 等化器
２１４ 位相誤差推定器
２２０ コントローラ

Claims (14)

1. メインコンポーネントとマルチパスコンポーネントとを含む複合信号を受信するためのシステムにおいて、前記マルチパスコンポーネントを補償するために、制御信号に応答して制御可能な適応回路を有する復調器のチェーンを含み、前記制御信号を生成する制御信号生成器は、
   前記複合信号と前記メインコンポーネントとの間の、位相誤差の推定値を表す位相誤差信号を生成するための、位相誤差推定器と、
   前記位相誤差信号に応答し、前記制御信号を生成するためのコントローラとを備え、
   前記コントローラは、前記位相誤差信号に応答し、前記位相誤差信号の周波数成分を判定するための、周波数分析回路と、前記位相誤差信号の前記周波数成分を前記適応回路の電流の設定に対する許容可能な閾値と比較する分析回路と、前記比較に応答し、前記閾値を超えないように前記適応回路のための前記制御信号を生成する、制御回路とをさらに備えることを特徴とするシステム。
2. 前記周波数分析回路は、離散フーリエ変換回路を備えたことを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 前記離散フーリエ変換回路は、高速フーリエ変換回路を備えたことを特徴とする請求項２記載のシステム。
4. 前記周波数分析回路は、前記位相誤差に応答し、前記離散フーリエ変換回路に結合されたデシメータをさらに備えたことを特徴とする請求項２記載のシステム。
5. 前記周波数分析回路は、前記離散フーリエ変換回路に応答する、強度決定回路をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載のシステム。
6. 前記周波数分析回路は、前記離散フーリエ変換回路に応答する、二乗された強度決定回
   路をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載のシステム。
7. 前記周波数分析回路は、前記離散フーリエ変換回路からのそれぞれの周波数コンポーネントの強度を対応する閾値と比較する回路を備えたことを特徴とする請求項２記載のシステム。
8. 前記閾値は、前記適応回路の電流状態に依存することを特徴とする請求項７記載のシステム。
9. 前記周波数分析回路は、前記離散フーリエ変換回路からのそれぞれの周波数コンポーネントの強度のうち１また複数の関数を対応する閾値と比較する回路を備えたことを特徴とする請求項７記載のシステム。
10. 前記閾値は、前記適応回路の電流状態に依存することを特徴とする請求項９記載のシステム。
11. 前記周波数分析回路は、前記離散フーリエ変換回路からのそれぞれの周波数コンポーネントの二乗された強度を対応する閾値と比較する回路を備えたことを特徴とする請求項２記載のシステム。
12. 前記閾値は、前記適応回路の電流状態に依存することを特徴とする請求項１１記載のシステム。
13. 前記周波数分析回路は、前記離散フーリエ変換回路からのそれぞれの周波数コンポーネントの強度のうち１また複数の関数を対応する閾値と比較する回路を備えたことを特徴とする請求項１１記載のシステム。
14. 前記閾値は、前記適応回路の電流状態に依存することを特徴とする請求項１３記載のシステム。

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