JP4510236B2 - 直交周波数分割多重方式による無線信号の伝送方法および直交周波数分割多重方式による無線信号を受信する受信機 - Google Patents
直交周波数分割多重方式による無線信号の伝送方法および直交周波数分割多重方式による無線信号を受信する受信機 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線放送プログラムを種々の搬送波信号で送信し、ユーザが無線放送プログラムを選択し、無線信号はその時点での無線放送プログラムに対する識別番号を有しており、選択されている無線放送プログラムの信号品質を、無線放送プログラムを受信する搬送波信号に依存して連続的に求める、直交周波数分割多重方式ＯＦＤＭによる無線信号の伝送方法に関する。本発明はまた、受信機によりＯＦＤＭ無線信号が受信され、ユーザにより無線放送プログラムが選択され、受信機により複数の送信機から種々の搬送波信号、すなわち種々の搬送波周波数で無線放送プログラムが受信され、受信機によりユーザが選択した無線放送プログラムが表示され、受信機により選択された無線放送プログラムの種々の搬送波信号での信号品質が連続的に求められる、直交周波数分割多重方式ＯＦＤＭによる無線信号を受信する受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
すでに P.Bureau, "Compatible digital broadcasting for AM radio bands", IBE, March 1999 P53-54 から、短波、中波、長波の領域の無線放送に対してＯＦＤＭに基づいたディジタル伝送法を使用することが知られている。ここではいわゆる「ディジタルラジオモンダイアル」システム（ＤＲＭ：Digital Radio Mondial）をアナログの短波、中波、長波での伝送法の周波数パターンに互換的に形成することが構想されている。この場合にも無線放送プログラムが複数の周波数で送信できるように維持される。
【０００３】
ＥＴＳＩ規格ＥＮ５００６７ "Specification of the Radio Data System (RDS) for VHF/FM sound broadcasting in the fequency range from 87.5 to 108.0Mhz" によるＦＭ／ＲＤＳでは、無線放送プログラムに対する代替周波数への変更が行われる。その際にはその時点での無線放送プログラムのＲＤＳ信号に含まれている識別番号が周波数変更後に評価される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、無線信号の伝送方法および無線信号を受信する受信機を提供して、複数の周波数で伝送される無線放送プログラムのデータを最良の信号品質を有する周波数で表示することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明により、識別番号と無線放送プログラムの信号品質とを無線信号から求め、選択されている無線放送プログラムの受信に対して最良の信号品質が得られる搬送波信号を使用する方法で解決される。課題はまた、受信機により、識別番号とユーザの選択した無線放送プログラムの信号品質とが受信された無線信号から求められ、受信機により、最良の信号品質が得られる無線放送プログラムの搬送波信号が選択される受信機を構成して解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の独立請求項に記載の特徴を有する方法および受信機によれば、従来の技術に比べて、受信機がユーザによって選択された無線放送プログラムごとに最良の信号品質を有する送信機がサーチされる利点が得られる。このサーチはユーザに対してスクリーンされており、ユーザには例えば当該の無線放送プログラムの名称のみが表示される。最良の受信品質を有する送信機がサーチされるので、その時点でユーザにとって最良の受信品質が得られる。さらに無線放送プログラムは識別番号によって受信機に認識される。この識別番号は受信機によって無線信号から求められる。これにより受信されている無線放送プログラムの一義的な割り当てが受信機によって保証される。
【０００７】
従属請求項に記載された手段により、独立請求項に記載された方法および受信機の有利な実施形態が得られる。
【０００８】
特に有利には、１つ以上の送信周波数で伝送される無線放送プログラムごとに搬送波周波数の変更が中断なく行われる。この場合、例えば音楽を聴取しているユーザは音楽放送の中断を認識することはない。こうした変更は有利には、新たな搬送波周波数の信号品質がそれまでの周波数よりも良好である場合に行われる。このために有利には、その時点での無線放送プログラムの識別番号と信号品質との検出が送信周波数の実際の変更前に行われる。これにより後者の周波数で有効に同一のプログラムが送信され、別の送信施設ではないことが保証される。このため搬送波信号の変更の際にも無線放送プログラムの中断のない受信が可能となる。
【０００９】
本発明の有利な実施形態では、同一の無線放送プログラムを送信する搬送波信号を介したデータ、特に送信周波数を介したデータが無線信号から受信機によって求められる。受信機はユーザによって選択されている無線放送プログラムに対して種々の搬送波信号を信号品質の点で検査し、ユーザによって選択されている無線放送プログラムを最良の受信品質で受信できる搬送波信号を選択する。
【００１０】
受信機に対して、使用可能な別の送信周波数を中断なく検査するための時間を調製するために有利にはテストシンボルが設けられており、このテストシンボルから受信機によってその時点での無線放送プログラムの識別番号が求められる。このテストシンボルに対して有利にはコヒーレントなディジタル変調法（例えば直交位相シフトキーイング法ＱＰＳＫ）が使用される。この手法は大きな障害耐性を特徴としている。
【００１１】
さらに有利には、シンボル持続時間を相応に変更することにより、テストシンボルが識別番号を求めることなく相関法により確実に得られる。これはユーザによって選択されている無線放送プログラムと同じものである。なぜなら種々の送信施設の送信が相互に同期されていないからである。
【００１２】
さらに有利には、パイロット搬送波を用いて基準位相および基準振幅を簡単に、ディジタル変調法（例えばＱＰＳＫ）のコヒーレントな復調のために求めることができる。
【００１３】
ディジタル変調法を使用することにより、有利には、受信無線信号の振幅と予測振幅との差、および受信無線信号の位相と予測位相との差から受信品質を求めることができる。テストシンボルごとに発生する全ての差の適切な評価、例えば平均値が信号品質の尺度として用いられる。
【００１４】
本発明の有利な実施形態では、テストシンボルがテストシンボルのガードインターバルとの相関により検出されるように構成されている。この場合ＯＦＤＭシンボルの特性、すなわちガードインターバルがシンボルとなっているもののコピーであり、同時にシンボルの周期的な継続状態であるという特性が利用される。
【００１５】
本発明の有利な改善形態では、状態情報、例えば周波数設定および増幅度設定がその時点で利用されている搬送波信号ごとに受信機内に記憶される。これにより受信機は、代替搬送波信号の信号品質を検査した後、再び同じ設定によるオリジナルの搬送波の有効信号へ簡単に戻ることができる。
【００１６】
さらに有利には、ユーザによって選択された無線放送プログラムを表示するために求められたデータストリームのシンボルクロックの設定が代替周波数のシンボルクロックに対しても使用される。
【００１７】
本発明の別の改善形態では、受信機に関する状態情報、例えば増幅度設定および周波数設定の情報が有効であると検査された代替周波数での搬送波信号に対して記憶される。これにより受信機は後に検査する際にも、また受信に適した良好な開始値で持続的に変更する際にも開始することができる。
【００１８】
さらに有利には、本発明の受信機によれば、代替搬送波信号を監視するための受信部のみしか必要なくなる。したがって本発明により簡単に改善された製品が得られる。
【００１９】
【実施例】
本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。
【００２０】
図１には概略的に受信機の構造がブロック回路図によって示されている。アンテナ１は受信部２に接続されている。無線信号はアンテナ１で受信され、その後受信部２へ達する。受信部２では受信された無線信号がフィルタリングされ、増幅され、中間周波数へ変換されてディジタル化される。フィルタリングはユーザによって選択された無線放送プログラム、すなわち受信部２によって受信周波数として解釈されたプログラムに基づいて行われる。受信された無線放送プログラムに対する受信部２の設定はそのつど記憶され、後にこれらの設定を表すランダムでない値で開始される。このような設定は例えば受信フィルタ、信号増幅、周波数の同期、データストリームの幾つかの信号の時間シフトに相当する。
【００２１】
受信部２はプロセッサ３に接続されたデータ入力側およびデータ出力側を有している。データ入力側を介して受信部２はプロセッサ３からデータを受け取る。このデータはどの周波数が受信された無線信号からフィルタリングにより取り出されたかという情報を含んでいる。
【００２２】
受信部２のデータ出力側を介してプロセッサ２５も接続されており、このプロセッサでは高速フーリエ変換（FFT: Fast Fourier Transformation）が行われる。ＦＦＴはタイミング信号を周波数領域内へ移行させる周知の手法である。周波数領域への変換には周波数の同期と直交周波数分割多重方式の副搬送波で変調されたデータ信号の復調とを行う必要がある。ＦＦＴの結果はプロセッサ３および復調器４へ送出される。
【００２３】
プロセッサ３は復調器４にも接続されている。プロセッサ３は復調器４にタイミング同期のデータを送出する。これは例えばフレームの開始およびシンボルの開始時に行われる。
【００２４】
復調された信号は復調器４から信号処理部５へ達する。信号処理部５では復調された信号がさらに処理され、表示部６で表示される。表示部６は典型的にはスピーカであるが、モニタであってもよい。
【００２５】
ここで無線信号は直交周波数分割多重方式（Orthogonal Frequency Division Multiplex）で伝送され、使用される周波数領域全体は短波、中波、長波に相応する。伝送すべきデータは複数の副搬送波に分割され、副搬送波に分割された無線信号は妨害を受けない。したがって無線放送プログラムの受信時には、無線放送プログラムの無線信号の分割された周波数領域がフィルタリングにより取り出される。
【００２６】
直交周波数分割多重方式は特に無線システムに適している。なぜならこの方法はマルチパスで伝搬する無線信号のために構想されているからである。これは特に無線チャネルが周波数に依存する減衰量を有する場合に当てはまる。したがって有利には、信号は一方の周波数で伝送されるだけではない。最悪の場合でも極めて高い減衰量を基礎とできるように、他方の周波数では信号はきわめて僅かしか減衰されない。信号を大きな周波数領域にわたって分割すると、周波数選択性の信号フェージングのために、全信号が強い減衰量を基礎とする確率は小さい。
【００２７】
短波、中波、長波での波の伝搬特性によりマルチパス伝搬が発生する。建築物、地形、および主として大気層のために無線信号はこれらの条件に基づいて反射および散乱される。これにより無線信号に対して送信機から受信機へのマルチパスが発生する。この現象はマルチパス伝搬と称され、これにより送信機の無線信号の種々の成分はそれぞれ異なる遅延時間で受信機へ到来する。このため送信機の無線信号は受信機で重畳され、いわゆるシンボル間干渉（Intersymbol-Interferenz）が生じる。
【００２８】
さらに無線信号は送信機から受信機へ戻るパスに依存して種々に減衰される。減衰量および遅延時間によりここでは無線チャネルの伝送特性も定められる。
【００２９】
これら全ての影響を同時に受けた信号が受信機に受け取られる。ここでは受信信号の振幅と位相状態とが障害の全体を含んでいる。したがってチャネル歪み除去部は、チャネル符号化部と関連して無線チャネルの全伝送特性を保証するタスクを有する。チャネル符号化部では冗長データを有効データに加えて、この冗長を用いて破壊されたデータを受信機内で再構成する。
【００３０】
無線信号の伝送特性を求めるために、ＯＦＤＭ無線信号がパイロット搬送波に加えられる。このパイロット搬送波はオリジナルのかたちで受信機に記憶されている。受信されたパイロットと受信機に記憶されているパイロットとを比較することにより、無線チャネルの伝送特性が例えば周知のＤＶＢ−Ｔ（Digital Video Broadcasting Terrestrical）で通常のように求められる。
【００３１】
数学的にも実際的にも通常の手法では相関が行われる。この相関の結果はチャネル予測部により完全な伝送特性とともに送出される。
【００３２】
相関法は１つの技術であり、ここでは相関ユニット内へ入力データとして受信信号と記憶されたオリジナルの信号とが入力される。相関ユニットの出力側では、受信信号が無線チャネルの伝送特性に依存して経た変化を表す信号が受け取られる。相関結果のピーク値は入力信号の一致の度合が増すにつれて高くなる。したがって相関法はこの場合には同期のためにも用いられる。
【００３３】
無線チャネルの伝送特性は受信機内で補償され、これにより受信機はオリジナルで送信されたデータを検出できる状態となる。この過程は歪み除去と称される。
【００３４】
ＯＦＤＭマルチキャリア信号の復調に際して、通常はＦＦＴ変換が基礎として用いられる。シンボル間干渉を回避するために、本来の有効シンボルにはさらにいわゆるガードインターバル（Schutzinterval）が設けられており、このガードインターバルは簡単にはシンボルとなるもののコピーである。ガードインターバルの長さは通常は伝送チャネルで予測されるエコー伝搬時間の最大値にしたがって定められる。ただし本発明ではこれはテストシンボルに必要な長さの適合化に利用される。
【００３５】
したがってタイミング同期部でのタスクはまず、ＦＦＴに対するウィンドウを定めることである。すなわちＦＦＴのサンプリング値を取り出すための時間インターバルを決定することである。シンボルをガードインターバル内で周期的に連続させるため、このタスクは相関法を用いて解決される。
【００３６】
図２には時間的な相関を計算するスキーマが示されている。時間長さ２７のテストシンボルはデータストリーム内に組み込まれている。ガードインターバル２８はテストシンボルに先行する。テストシンボルの最後にもガードインターバル２８の最後にも相関ウィンドウの長さに相応する長さＮp２６が存在している。
【００３７】
図２にはＦＦＴウィンドウのタイミング同期を行う様子が示されている。復調のためのＦＦＴウィンドウの最適な位置を見出すアルゴリズムは次のように記述される。すなわち
１．長さＮp２６の相関ウィンドウとテストシンボルとの間の相関を次式によってＦＦＴを行う前に計算する。
【００３８】
【数１】
【００３９】
ここでｒはテストシンボルのタイミング信号を表す。ＮPD２７は２つの周期的なパターンの間の間隔を表しており、かつここではＦＦＴの長さＮFFTと同義である。周期的なパターンの長さはＮP２６と称される。ｄはテストシンボルの開始を表している。
【００４０】
２．相関ウィンドウとテストシンボルとの間の相関は観察時間範囲内で可能な全ての位置ｄごとに計算される。
【００４１】
３．相関作用が最大となる値ｄは復調のためのＦＦＴウィンドウの最適な位置を表す。
【００４２】
ガードインターバル２８は、このガードインターバル２８の最後の時間部分Ｎｐ２６とテストシンボルの最後の時間部分Ｎp２６との間の相関関係を、チャネルエコーが存在する場合にも維持するように構成されている。相関ウィンドウＴkorrの持続時間はＮp２６とサンプリング値の持続時間との積から得られる。ガードインターバル２８はおおよそはシンボル間干渉の補償に必要な一方の領域と、学習ウィンドウとしてＦＦＴウィンドウの正確な位置を見出すのに用いられる他方の領域とに分割される。
【００４３】
テストシンボル内の有効情報は必要な全持続時間に応じて複数回反復できるので、僅かな伝搬時間の差しかない場合には複数の相関最大値が生じる。ただしこれは受信機に対して、ＦＦＴウィンドウが求められた時点に任意に、したがって一般には第１の時点に設定できるので、問題とはならない。他の周波数への実際の切り換え過程においては単に、別のデータストリームが最後の最大値に続いて生じることを考慮するだけでよい。
【００４４】
プロセッサ３はこの同期のタスクを引き受け、上述のチャネル予測を行い、これに応じて受信信号の歪みを除去する。
【００４５】
初期化フェーズ後、またはプリセット中にユーザは無線放送プログラムを選択する。初期化フェーズとは、無線放送受信機がまず受信された無線信号から受信可能な無線放送プログラムとその送信周波数のリストとを求めるフェーズである。このために無線信号はこの種のデータを有する。これに代えてメーカー側ですでに無線放送受信機に無線放送プログラムの送信周波数のリストを設けることもできる。この場合ユーザは所望の送信機の名称を入力するだけでよい。
【００４６】
ユーザに選択されている無線放送プログラムには送信周波数に相応する搬送波信号が割り当てられている。プロセッサ３は必要な周波数情報を受信部２のリストから引き渡し、受信部２は相応の周波数を受信された無線信号からフィルタリングにより取り出す。この周波数で受信された無線信号から、プロセッサ３は同期を行った後に識別番号を検出して、ユーザによって選択された無線放送プログラムが存在するか否かを求める。識別信号の復調と同時にプロセッサ３は信号品質をも検出する。
【００４７】
信号品質は復調器４によりいわゆるテストシンボルを用いて以下に説明する手法で求められる。テストシンボルはコヒーレントな直交位相シフトキーイング法により変調されている。ただし他のコヒーレントなディジタル変調法を適用することもできる。
【００４８】
直交位相シフトキーイング法（英語ではQuadrature Phase Shift Keying: QPSKと称される）は、信号の位相が変調されるディジタル変調法の１つである。図３にはＱＰＳＫにおけるいわゆるコンステレーションダイアグラムが示されている。このダイアグラムでは受信信号が複素数表示されている。したがって横軸に実成分、縦軸に虚成分が読みとれる。この複素数表示により信号の振幅と位相とをともに示すことができる。
【００４９】
ダイアグラムの象限における４つの×印２３は、ここではＱＰＳＫに使用される４つの角度を表している。この場合これらの角度はそれぞれ４５゜、１３５゜、２２５゜、および３１５゜である。したがって変調には４つの固定の値が使用される。これらの４つの値のうち１つがそのつど受信信号に対して予測される。さらに座標の原点から×印２３までの長さに相応する振幅も予測される。
【００５０】
第２象限には×印２３の他にさらに○印２４が示されている。これら２つの要素の間のｘ軸上の距離は参照番号２１でΔｘとして示されており、ｙ軸上の距離は参照番号２２でΔｙとして示されている。○印２４は、予測される信号に対してエラーを有する受信信号を表している。このエラーは差Δｘ、Δｙによって得られる。このような受信信号が多く発生する場合には、この×印の周囲に雲が発生する。雲が大きくなればなるほど、受信信号と予測される信号との差が大きくなる。
【００５１】
受信信号と予測される信号との差は復調器４内でこれら２つの信号を比較することにより求められる。これら２つの信号の差はコンステレーションダイアグラムにベクトルとして現れる。これは例えば図３の×印２３と○印２４との間のベクトルである。復調器４は通常の手法でこのベクトルの長さを計算し、この値を記憶する。１つのテストシンボルについて求められた全ての長さの平均値が信号品質の尺度となる。ただしこの差を別の手段で、例えばジオメトリ平均などを用いて評価して適用することもできる。テストシンボルに対する種々の搬送波信号の信号品質が比較される際にはこれらの平均値が比較される。
【００５２】
ただし受信信号は予測される信号との位相差を有するだけでなく、振幅差も有している。したがってパイロット搬送波によりテストシンボルの基準位相および基準振幅を求めなければならない。
【００５３】
ＱＰＳＫは複数の角度および位相差を使用する変調法に比べて障害耐性が大きい。なぜならＱＰＳＫで位相の予測値と位相の実際値との間に許容されるエラーが他の手法の場合よりも大きいからである。このために障害は他の変調法の場合よりも復調への影響が僅かである。復調は受信データにおいて、例えばバイナリのデータに０が存在しているか、または１が存在しているかを求めることを意味する。
【００５４】
コヒーレントな変調法では絶対的な位相基準および振幅基準が復調に用いられる。ただし絶対的な振幅および位相は複数の影響要素、例えば種々の伝送パスおよびこ増幅器などにより変更されるので、基準位相および基準振幅を求めなければならない。この基準はパイロット搬送波を用いて定められる。すなわちパイロット信号の位相状態は例えば０゜で固定され、振幅は１で固定される。他の副搬送波はこのために固定の間隔、すなわちすでに送信機内で定められた間隔を有するので、パイロット搬送波により基準値が定められる。通常の場合コヒーレントな変調法では周知のようにインコヒーレントな変調法よりも良好なＳＮ比が得られる。このＳＮ比は信号出力とノイズ出力との比である。ＳＮ比が高くなるにつれて無線信号はより良好に検出される。
【００５５】
テストシンボルはディジタル化されて受信された無線信号のデータストリームに存在しているが、表示に必要な情報、例えばオーディオ情報を含んでいない。テストシンボルを伝送する時間内で同様に別の搬送波信号が続いて検査され、その際にオーディオ情報の成分が失われることはない。この別の搬送波信号ではメインデータストリームで伝送されたリストにより同じプログラムが場合により受信可能となる。
【００５６】
図４には、無線放送プログラムに属する３つのテストシンボル７が示されているが、これらは種々の周波数で存在しており、種々の時間で受信機へ到来する。これらのテストシンボル７はデータストリーム内に組み込まれている。テストシンボル３８の長さは等しく、オーバラップ時間３９はこの場合シンメトリックである。
【００５７】
上方のデータストリームは選択された無線放送プログラムに対して利用される周波数で存在している。中央のデータストリームおよび下方のデータストリームは代替周波数で受信され、極端な場合には許容される最大の信号遅延を有する。このためオーバラップ時間３９はここでは最小値で示されている。
【００５８】
データストリームの信号品質を比較する場合、この比較は上方のデータストリームに属するテストシンボルの時間３８中にしか行えない。なぜならテストシンボルには有効データ例えばオーディオデータが含まれておらず、上方のデータストリームは無線放送プログラムの受信に用いられるからである。中央のデータストリームおよび下方のデータストリームは、上方のデータストリームのテストシンボルと交差しているのみでこれをカバーしてはいないので、テストシンボルどうしがオーバラップしている時間３９は信号品質を求めるのに充分な長さを有さなければならない。
【００５９】
したがって必要な最小オーバラップ時間３９は、最大可能な遅延時間が決定要素となって定められる。この遅延時間は所定の無線システムに対する送信機の立地点に基づいて生じる。一方では送信機の立地点が地球全体に分散していて、所定の受信地域に対してきわめて大きな最大遅延時間が発生する可能性があり、他方ではテストシンボル３８の長さが使用可能なチャネル容量を低減させるため、システムの設計時には容量の損失の甘受と信号遅延の甘受との間で妥協点を見出さなければならない。ただし種々の周波数で存在する無線放送プログラムの２つのテストシンボルは、無線放送プログラムごとの送信機間の同期が前提とされる場合、多くとも最大可能な遅延時間だけシフトされている。こうした大きなシフトから最小のオーバラップ時間３９が得られる。この最小のオーバラップ時間は少なくとも発生して信号品質を求めるのに充分な長さを有さなければならない。
【００６０】
無線放送プログラムごとの送信機のタイミング同期に基づいて、データストリームに対して求められて表示されるシンボルのクロックが無線放送プログラムの代替周波数でのシンボルクロックにも用いられる。
【００６１】
図５には概略的に周波数領域のテストシンボルの内部構造が示されている。テストシンボルのエッジ部分および中央部分にはそれぞれ、周波数同期に必要なシーケンス８が設けられている。さらに搬送波は同様にチャネル予測のためのパイロット搬送波として使用される。
【００６２】
テストシンボルの別の搬送波は有効データ９およびパイロット１０である。有効データには無線放送プログラムの識別番号が符号化されている。識別番号により、この周波数で存在しているデータストリームがユーザによって選択された無線放送プログラムに属しているか否かが検査される。このステップは信号品質の検出と並行して行われる。これによりユーザによって選択されている無線放送プログラムを含む搬送波信号へしか変更できないことが保証される。
【００６３】
しかし有効データが復号化できるようになる前に、受信されたサンプリング値が受けた周波数シフトを補正しなければならない。これは都合の良いことに時間的な相関結果の副産物であり、±１／２の副搬送波間隔の領域の信号の精細な周波数偏移を正確に求められることが周知である。さらに搬送波間隔の整数倍を周波数オフセットとして求めることが残っている。このことはパイロット搬送波のグループ（図５ではデータ８）の有利な相関特性を有する特別のシーケンス、例えばＤＡＢに使用されるＣＡＺＡＣシーケンスにより達成される。
【００６４】
さらにパイロット搬送波の送信配列により、ＱＰＳＫデータをコヒーレント復調する際の支援のほかに、周波数変更の場合にもきわめて良好なチャネル予測をデータストリーム内の変調された搬送波の後続のコヒーレント復調に対して送出することができる。このようにすれば、他の場合に通常行われる長い同期を省略でき、中断のない周波数変更が達成される。
【００６５】
パイロット１０は固定の間隔でテストシンボル内に存在しており（ここでは８つのフィールドとなっている）、チャネル予測に用いられ、また上述のように基準位相および基準振幅を求めるために用いられる。
【００６６】
テストシンボルがデータストリームに発生する頻度はテストシンボルに基づく伝送容量の損失にしたがって定められる。これによりテストシンボル長さとテストシンボルの反復周波数とが影響を受ける。
【００６７】
有効なシンボル長さＴTUが１５ｍｓである場合、種々の周波数での無線放送プログラムのテストシンボル間で少なくとも必要なオーバラップはＴTU＋ＴPPL＋ＴKORR＝２４ｍｓとなる。この最小のオーバラップ時間は信号品質を検出するのに必要なシンボル長さＴTU＝１５ｍｓを含んでいる。これに、受信部が別の周波数で調整される際のフィルタおよび受信部の他の素子の過渡時間ＴPLLが加えられる。過渡時間はこの実施例では６ｍｓとする。さらにこれに相関インターバルに必要な長さＴKORR＝３ｍｓが加えられる。テストシンボルＴTGES＝４２ｍｓはシンボル長さＴTU＝１５ｍｓと、上述した妥協点から得られる最大遅延時間ＴVERZ＝１８ｍｓと、過渡時間ＴPLL＝６ｍｓと、相関を行うのにかかる時間ＴKORR＝３ｍｓとから成る。この４２ｍｓのテストシンボルが２秒おきに反復されると、２．１％に相当するチャネル損失が発生する。最大で５％の損失まで許容可能と見なされる。
【００６８】
テストシンボルの長さは、このテストシンボル内に別のデータが符号化されているか否かにしたがって定められる。他のＯＦＤＭシンボルとは異なるテストシンボルの長さでデータストリームのテストシンボルが検出される。さらに、同じ無線放送プログラムを有する代替周波数での搬送波信号をテストシンボルのオーバラップにより検出することができる。このことは高い確率で可能である。なぜなら異なる送信施設の種々の無線放送プログラムのデータストリームは本発明によれば同期されず、種々の無線放送プログラムのテストシンボルのオーバラップはきわめて僅かな確率でしか生じないからである。
【００６９】
図６には、信号品質を検出し、場合により他の搬送波信号へ切り換える際のプロセッサ３での処理ステップを表すフローチャートが示されている。
【００７０】
方法ステップ１１で、プロセッサ３により行われる処理が開始される。方法ステップ１２で、種々の周波数に相応する搬送波信号の受信リストから、無線放送プログラムごとに次の搬送波信号が選択される。方法ステップ１３ではその時点でテストシンボルが存在しているか否かが検査される。存在しない場合には方法ステップ１４でテストシンボルが存在するまで待機される。テストシンボルが検出されると、方法ステップ２９で選択された代替周波数への変更が行われる。方法ステップ１５では受信電力が受信機に記憶された閾値を上方超過しているか否かが検査される。このようにして、きわめて弱い信号レベルで受信された無線信号が遮断される。
【００７１】
搬送波信号の信号レベルが閾値を下回る場合、方法ステップ１２で次の搬送波信号が選択される。この搬送波信号のテストシンボルの信号レベルが閾値を上方超過している場合には、方法ステップ３０でテストシンボルを検出して周波数同期を形成することが試みられる。方法ステップ３１では有効に同期が行われたか否かを検査する。有効でなかった場合には、方法ステップ１２へ戻る。有効であった場合、方法ステップ１６で識別番号がテストシンボルから復号化される。この搬送波信号のデータストリームの識別番号がユーザによって選択されている無線放送プログラムに相応する場合、方法ステップ１８でこの搬送波信号は代替搬送波信号として記憶される。選択されている無線放送プログラムに識別信号が相応しない場合は、次の搬送波信号がリストから選択される。
【００７２】
方法ステップ１９は、方法ステップ１８で記憶された搬送波信号に属するデータストリームの信号品質がその時点で無線放送プログラムの表示に用いられているデータストリームの信号品質よりも良好であるか否かを検査する。良好でない場合には、方法ステップ１２で次の搬送波信号がリストから取り出される。信号品質が良好である間、テストシンボルはこの搬送波信号への切り換えを行うことができる。
【００７３】
図７には、図６の方法ステップ３０、３１の方法ステップで言及された周波数同期の際のフローチャートが示されている。方法ステップ３２では上述のように周波数の時間的な相関が求められる。方法ステップ３３では相関のピーク値が求められる。方法ステップ３４では、相関のピーク値が受信機に記憶された閾値を上方超過しているか否かが検査される。ピーク値が閾値を下回っている場合には、次の周波数が方法ステップ３５で探索される。その後の方法ステップ１２は図６に示されている。相関のピーク値が閾値を上方超過している場合には、方法ステップ３６でテストシンボルのＦＦＴが行われる。これによりテストシンボルは周波数領域内に生じる。方法ステップ３７では周波数エラーが計算され補正される。方法ステップ３８でパイロットからチャネル予測が行われる。その後図６の方法ステップ１２へ進行する。
【図面の簡単な説明】
【図１】受信機のブロック回路図である。
【図２】時間的な相関関係を求めるスキーマを示す図である。
【図３】位相シフトキーイングにおけるコンステレーションダイアグラムである。
【図４】種々の周波数および種々の遅延時間での無線放送プログラムのテストシンボルを示す図である。
【図５】データ搬送波およびパイロット搬送波によるテストシンボルと同期のシーケンスとを示す図である。
【図６】代替搬送波信号の識別を表すフローチャートである。
【図７】周波数の同期を表すフローチャートである。
【符号の説明】
１ アンテナ
２ 受信部
３、２５ プロセッサ
４ 復調器
５ 信号処理部
６ 表示部
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線放送プログラムを種々の搬送波信号で送信し、ユーザが無線放送プログラムを選択し、無線信号はその時点での無線放送プログラムに対する識別番号を有しており、選択されている無線放送プログラムの信号品質を、無線放送プログラムを受信する搬送波信号に依存して連続的に求める、直交周波数分割多重方式ＯＦＤＭによる無線信号の伝送方法に関する。本発明はまた、受信機によりＯＦＤＭ無線信号が受信され、ユーザにより無線放送プログラムが選択され、受信機により複数の送信機から種々の搬送波信号、すなわち種々の搬送波周波数で無線放送プログラムが受信され、受信機によりユーザが選択した無線放送プログラムが表示され、受信機により選択された無線放送プログラムの種々の搬送波信号での信号品質が連続的に求められる、直交周波数分割多重方式ＯＦＤＭによる無線信号を受信する受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
すでに P.Bureau, "Compatible digital broadcasting for AM radio bands", IBE, March 1999 P53-54 から、短波、中波、長波の領域の無線放送に対してＯＦＤＭに基づいたディジタル伝送法を使用することが知られている。ここではいわゆる「ディジタルラジオモンダイアル」システム（ＤＲＭ：Digital Radio Mondial）をアナログの短波、中波、長波での伝送法の周波数パターンに互換的に形成することが構想されている。この場合にも無線放送プログラムが複数の周波数で送信できるように維持される。
【０００３】
ＥＴＳＩ規格ＥＮ５００６７ "Specification of the Radio Data System (RDS) for VHF/FM sound broadcasting in the fequency range from 87.5 to 108.0Mhz" によるＦＭ／ＲＤＳでは、無線放送プログラムに対する代替周波数への変更が行われる。その際にはその時点での無線放送プログラムのＲＤＳ信号に含まれている識別番号が周波数変更後に評価される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、無線信号の伝送方法および無線信号を受信する受信機を提供して、複数の周波数で伝送される無線放送プログラムのデータを最良の信号品質を有する周波数で表示することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明により、識別番号と無線放送プログラムの信号品質とを無線信号から求め、選択されている無線放送プログラムの受信に対して最良の信号品質が得られる搬送波信号を使用する方法で解決される。課題はまた、受信機により、識別番号とユーザの選択した無線放送プログラムの信号品質とが受信された無線信号から求められ、受信機により、最良の信号品質が得られる無線放送プログラムの搬送波信号が選択される受信機を構成して解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の独立請求項に記載の特徴を有する方法および受信機によれば、従来の技術に比べて、受信機がユーザによって選択された無線放送プログラムごとに最良の信号品質を有する送信機がサーチされる利点が得られる。このサーチはユーザに対してスクリーンされており、ユーザには例えば当該の無線放送プログラムの名称のみが表示される。最良の受信品質を有する送信機がサーチされるので、その時点でユーザにとって最良の受信品質が得られる。さらに無線放送プログラムは識別番号によって受信機に認識される。この識別番号は受信機によって無線信号から求められる。これにより受信されている無線放送プログラムの一義的な割り当てが受信機によって保証される。
【０００７】
従属請求項に記載された手段により、独立請求項に記載された方法および受信機の有利な実施形態が得られる。
【０００８】
特に有利には、１つ以上の送信周波数で伝送される無線放送プログラムごとに搬送波周波数の変更が中断なく行われる。この場合、例えば音楽を聴取しているユーザは音楽放送の中断を認識することはない。こうした変更は有利には、新たな搬送波周波数の信号品質がそれまでの周波数よりも良好である場合に行われる。このために有利には、その時点での無線放送プログラムの識別番号と信号品質との検出が送信周波数の実際の変更前に行われる。これにより後者の周波数で有効に同一のプログラムが送信され、別の送信施設ではないことが保証される。このため搬送波信号の変更の際にも無線放送プログラムの中断のない受信が可能となる。
【０００９】
本発明の有利な実施形態では、同一の無線放送プログラムを送信する搬送波信号を介したデータ、特に送信周波数を介したデータが無線信号から受信機によって求められる。受信機はユーザによって選択されている無線放送プログラムに対して種々の搬送波信号を信号品質の点で検査し、ユーザによって選択されている無線放送プログラムを最良の受信品質で受信できる搬送波信号を選択する。
【００１０】
受信機に対して、使用可能な別の送信周波数を中断なく検査するための時間を調製するために有利にはテストシンボルが設けられており、このテストシンボルから受信機によってその時点での無線放送プログラムの識別番号が求められる。このテストシンボルに対して有利にはコヒーレントなディジタル変調法（例えば直交位相シフトキーイング法ＱＰＳＫ）が使用される。この手法は大きな障害耐性を特徴としている。
【００１１】
さらに有利には、シンボル持続時間を相応に変更することにより、テストシンボルが識別番号を求めることなく相関法により確実に得られる。これはユーザによって選択されている無線放送プログラムと同じものである。なぜなら種々の送信施設の送信が相互に同期されていないからである。
【００１２】
さらに有利には、パイロット搬送波を用いて基準位相および基準振幅を簡単に、ディジタル変調法（例えばＱＰＳＫ）のコヒーレントな復調のために求めることができる。
【００１３】
ディジタル変調法を使用することにより、有利には、受信無線信号の振幅と予測振幅との差、および受信無線信号の位相と予測位相との差から受信品質を求めることができる。テストシンボルごとに発生する全ての差の適切な評価、例えば平均値が信号品質の尺度として用いられる。
【００１４】
本発明の有利な実施形態では、テストシンボルがテストシンボルのガードインターバルとの相関により検出されるように構成されている。この場合ＯＦＤＭシンボルの特性、すなわちガードインターバルがシンボルとなっているもののコピーであり、同時にシンボルの周期的な継続状態であるという特性が利用される。
【００１５】
本発明の有利な改善形態では、状態情報、例えば周波数設定および増幅度設定がその時点で利用されている搬送波信号ごとに受信機内に記憶される。これにより受信機は、代替搬送波信号の信号品質を検査した後、再び同じ設定によるオリジナルの搬送波の有効信号へ簡単に戻ることができる。
【００１６】
さらに有利には、ユーザによって選択された無線放送プログラムを表示するために求められたデータストリームのシンボルクロックの設定が代替周波数のシンボルクロックに対しても使用される。
【００１７】
本発明の別の改善形態では、受信機に関する状態情報、例えば増幅度設定および周波数設定の情報が有効であると検査された代替周波数での搬送波信号に対して記憶される。これにより受信機は後に検査する際にも、また受信に適した良好な開始値で持続的に変更する際にも開始することができる。
【００１８】
さらに有利には、本発明の受信機によれば、代替搬送波信号を監視するための受信部のみしか必要なくなる。したがって本発明により簡単に改善された製品が得られる。
【００１９】
【実施例】
本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。
【００２０】
図１には概略的に受信機の構造がブロック回路図によって示されている。アンテナ１は受信部２に接続されている。無線信号はアンテナ１で受信され、その後受信部２へ達する。受信部２では受信された無線信号がフィルタリングされ、増幅され、中間周波数へ変換されてディジタル化される。フィルタリングはユーザによって選択された無線放送プログラム、すなわち受信部２によって受信周波数として解釈されたプログラムに基づいて行われる。受信された無線放送プログラムに対する受信部２の設定はそのつど記憶され、後にこれらの設定を表すランダムでない値で開始される。このような設定は例えば受信フィルタ、信号増幅、周波数の同期、データストリームの幾つかの信号の時間シフトに相当する。
【００２１】
受信部２はプロセッサ３に接続されたデータ入力側およびデータ出力側を有している。データ入力側を介して受信部２はプロセッサ３からデータを受け取る。このデータはどの周波数が受信された無線信号からフィルタリングにより取り出されたかという情報を含んでいる。
【００２２】
受信部２のデータ出力側を介してプロセッサ２５も接続されており、このプロセッサでは高速フーリエ変換（FFT: Fast Fourier Transformation）が行われる。ＦＦＴはタイミング信号を周波数領域内へ移行させる周知の手法である。周波数領域への変換には周波数の同期と直交周波数分割多重方式の副搬送波で変調されたデータ信号の復調とを行う必要がある。ＦＦＴの結果はプロセッサ３および復調器４へ送出される。
【００２３】
プロセッサ３は復調器４にも接続されている。プロセッサ３は復調器４にタイミング同期のデータを送出する。これは例えばフレームの開始およびシンボルの開始時に行われる。
【００２４】
復調された信号は復調器４から信号処理部５へ達する。信号処理部５では復調された信号がさらに処理され、表示部６で表示される。表示部６は典型的にはスピーカであるが、モニタであってもよい。
【００２５】
ここで無線信号は直交周波数分割多重方式（Orthogonal Frequency Division Multiplex）で伝送され、使用される周波数領域全体は短波、中波、長波に相応する。伝送すべきデータは複数の副搬送波に分割され、副搬送波に分割された無線信号は妨害を受けない。したがって無線放送プログラムの受信時には、無線放送プログラムの無線信号の分割された周波数領域がフィルタリングにより取り出される。
【００２６】
直交周波数分割多重方式は特に無線システムに適している。なぜならこの方法はマルチパスで伝搬する無線信号のために構想されているからである。これは特に無線チャネルが周波数に依存する減衰量を有する場合に当てはまる。したがって有利には、信号は一方の周波数で伝送されるだけではない。最悪の場合でも極めて高い減衰量を基礎とできるように、他方の周波数では信号はきわめて僅かしか減衰されない。信号を大きな周波数領域にわたって分割すると、周波数選択性の信号フェージングのために、全信号が強い減衰量を基礎とする確率は小さい。
【００２７】
短波、中波、長波での波の伝搬特性によりマルチパス伝搬が発生する。建築物、地形、および主として大気層のために無線信号はこれらの条件に基づいて反射および散乱される。これにより無線信号に対して送信機から受信機へのマルチパスが発生する。この現象はマルチパス伝搬と称され、これにより送信機の無線信号の種々の成分はそれぞれ異なる遅延時間で受信機へ到来する。このため送信機の無線信号は受信機で重畳され、いわゆるシンボル間干渉（Intersymbol-Interferenz）が生じる。
【００２８】
さらに無線信号は送信機から受信機へ戻るパスに依存して種々に減衰される。減衰量および遅延時間によりここでは無線チャネルの伝送特性も定められる。
【００２９】
これら全ての影響を同時に受けた信号が受信機に受け取られる。ここでは受信信号の振幅と位相状態とが障害の全体を含んでいる。したがってチャネル歪み除去部は、チャネル符号化部と関連して無線チャネルの全伝送特性を保証するタスクを有する。チャネル符号化部では冗長データを有効データに加えて、この冗長を用いて破壊されたデータを受信機内で再構成する。
【００３０】
無線信号の伝送特性を求めるために、ＯＦＤＭ無線信号がパイロット搬送波に加えられる。このパイロット搬送波はオリジナルのかたちで受信機に記憶されている。受信されたパイロットと受信機に記憶されているパイロットとを比較することにより、無線チャネルの伝送特性が例えば周知のＤＶＢ−Ｔ（Digital Video Broadcasting Terrestrical）で通常のように求められる。
【００３１】
数学的にも実際的にも通常の手法では相関が行われる。この相関の結果はチャネル予測部により完全な伝送特性とともに送出される。
【００３２】
相関法は１つの技術であり、ここでは相関ユニット内へ入力データとして受信信号と記憶されたオリジナルの信号とが入力される。相関ユニットの出力側では、受信信号が無線チャネルの伝送特性に依存して経た変化を表す信号が受け取られる。相関結果のピーク値は入力信号の一致の度合が増すにつれて高くなる。したがって相関法はこの場合には同期のためにも用いられる。
【００３３】
無線チャネルの伝送特性は受信機内で補償され、これにより受信機はオリジナルで送信されたデータを検出できる状態となる。この過程は歪み除去と称される。
【００３４】
ＯＦＤＭマルチキャリア信号の復調に際して、通常はＦＦＴ変換が基礎として用いられる。シンボル間干渉を回避するために、本来の有効シンボルにはさらにいわゆるガードインターバル（Schutzinterval）が設けられており、このガードインターバルは簡単にはシンボルとなるもののコピーである。ガードインターバルの長さは通常は伝送チャネルで予測されるエコー伝搬時間の最大値にしたがって定められる。ただし本発明ではこれはテストシンボルに必要な長さの適合化に利用される。
【００３５】
したがってタイミング同期部でのタスクはまず、ＦＦＴに対するウィンドウを定めることである。すなわちＦＦＴのサンプリング値を取り出すための時間インターバルを決定することである。シンボルをガードインターバル内で周期的に連続させるため、このタスクは相関法を用いて解決される。
【００３６】
図２には時間的な相関を計算するスキーマが示されている。時間長さ２７のテストシンボルはデータストリーム内に組み込まれている。ガードインターバル２８はテストシンボルに先行する。テストシンボルの最後にもガードインターバル２８の最後にも相関ウィンドウの長さに相応する長さＮp２６が存在している。
【００３７】
図２にはＦＦＴウィンドウのタイミング同期を行う様子が示されている。復調のためのＦＦＴウィンドウの最適な位置を見出すアルゴリズムは次のように記述される。すなわち
１．長さＮp２６の相関ウィンドウとテストシンボルとの間の相関を次式によってＦＦＴを行う前に計算する。
【００３８】
【数１】
ここでｒはテストシンボルのタイミング信号を表す。ＮPD２７は２つの周期的なパターンの間の間隔を表しており、かつここではＦＦＴの長さＮFFTと同義である。周期的なパターンの長さはＮP２６と称される。ｄはテストシンボルの開始を表している。
【００４０】
２．相関ウィンドウとテストシンボルとの間の相関は観察時間範囲内で可能な全ての位置ｄごとに計算される。
【００４１】
３．相関作用が最大となる値ｄは復調のためのＦＦＴウィンドウの最適な位置を表す。
【００４２】
ガードインターバル２８は、このガードインターバル２８の最後の時間部分Ｎｐ２６とテストシンボルの最後の時間部分Ｎp２６との間の相関関係を、チャネルエコーが存在する場合にも維持するように構成されている。相関ウィンドウＴkorrの持続時間はＮp２６とサンプリング値の持続時間との積から得られる。ガードインターバル２８はおおよそはシンボル間干渉の補償に必要な一方の領域と、学習ウィンドウとしてＦＦＴウィンドウの正確な位置を見出すのに用いられる他方の領域とに分割される。
【００４３】
テストシンボル内の有効情報は必要な全持続時間に応じて複数回反復できるので、僅かな伝搬時間の差しかない場合には複数の相関最大値が生じる。ただしこれは受信機に対して、ＦＦＴウィンドウが求められた時点に任意に、したがって一般には第１の時点に設定できるので、問題とはならない。他の周波数への実際の切り換え過程においては単に、別のデータストリームが最後の最大値に続いて生じることを考慮するだけでよい。
【００４４】
プロセッサ３はこの同期のタスクを引き受け、上述のチャネル予測を行い、これに応じて受信信号の歪みを除去する。
【００４５】
初期化フェーズ後、またはプリセット中にユーザは無線放送プログラムを選択する。初期化フェーズとは、無線放送受信機がまず受信された無線信号から受信可能な無線放送プログラムとその送信周波数のリストとを求めるフェーズである。このために無線信号はこの種のデータを有する。これに代えてメーカー側ですでに無線放送受信機に無線放送プログラムの送信周波数のリストを設けることもできる。この場合ユーザは所望の送信機の名称を入力するだけでよい。
【００４６】
ユーザに選択されている無線放送プログラムには送信周波数に相応する搬送波信号が割り当てられている。プロセッサ３は必要な周波数情報を受信部２のリストから引き渡し、受信部２は相応の周波数を受信された無線信号からフィルタリングにより取り出す。この周波数で受信された無線信号から、プロセッサ３は同期を行った後に識別番号を検出して、ユーザによって選択された無線放送プログラムが存在するか否かを求める。識別信号の復調と同時にプロセッサ３は信号品質をも検出する。
【００４７】
信号品質は復調器４によりいわゆるテストシンボルを用いて以下に説明する手法で求められる。テストシンボルはコヒーレントな直交位相シフトキーイング法により変調されている。ただし他のコヒーレントなディジタル変調法を適用することもできる。
【００４８】
直交位相シフトキーイング法（英語ではQuadrature Phase Shift Keying: QPSKと称される）は、信号の位相が変調されるディジタル変調法の１つである。図３にはＱＰＳＫにおけるいわゆるコンステレーションダイアグラムが示されている。このダイアグラムでは受信信号が複素数表示されている。したがって横軸に実成分、縦軸に虚成分が読みとれる。この複素数表示により信号の振幅と位相とをともに示すことができる。
【００４９】
ダイアグラムの象限における４つの×印２３は、ここではＱＰＳＫに使用される４つの角度を表している。この場合これらの角度はそれぞれ４５゜、１３５゜、２２５゜、および３１５゜である。したがって変調には４つの固定の値が使用される。これらの４つの値のうち１つがそのつど受信信号に対して予測される。さらに座標の原点から×印２３までの長さに相応する振幅も予測される。
【００５０】
第２象限には×印２３の他にさらに○印２４が示されている。これら２つの要素の間のｘ軸上の距離は参照番号２１でΔｘとして示されており、ｙ軸上の距離は参照番号２２でΔｙとして示されている。○印２４は、予測される信号に対してエラーを有する受信信号を表している。このエラーは差Δｘ、Δｙによって得られる。このような受信信号が多く発生する場合には、この×印の周囲に雲が発生する。雲が大きくなればなるほど、受信信号と予測される信号との差が大きくなる。
【００５１】
受信信号と予測される信号との差は復調器４内でこれら２つの信号を比較することにより求められる。これら２つの信号の差はコンステレーションダイアグラムにベクトルとして現れる。これは例えば図３の×印２３と○印２４との間のベクトルである。復調器４は通常の手法でこのベクトルの長さを計算し、この値を記憶する。１つのテストシンボルについて求められた全ての長さの平均値が信号品質の尺度となる。ただしこの差を別の手段で、例えばジオメトリ平均などを用いて評価して適用することもできる。テストシンボルに対する種々の搬送波信号の信号品質が比較される際にはこれらの平均値が比較される。
【００５２】
ただし受信信号は予測される信号との位相差を有するだけでなく、振幅差も有している。したがってパイロット搬送波によりテストシンボルの基準位相および基準振幅を求めなければならない。
【００５３】
ＱＰＳＫは複数の角度および位相差を使用する変調法に比べて障害耐性が大きい。なぜならＱＰＳＫで位相の予測値と位相の実際値との間に許容されるエラーが他の手法の場合よりも大きいからである。このために障害は他の変調法の場合よりも復調への影響が僅かである。復調は受信データにおいて、例えばバイナリのデータに０が存在しているか、または１が存在しているかを求めることを意味する。
【００５４】
コヒーレントな変調法では絶対的な位相基準および振幅基準が復調に用いられる。ただし絶対的な振幅および位相は複数の影響要素、例えば種々の伝送パスおよびこ増幅器などにより変更されるので、基準位相および基準振幅を求めなければならない。この基準はパイロット搬送波を用いて定められる。すなわちパイロット信号の位相状態は例えば０゜で固定され、振幅は１で固定される。他の副搬送波はこのために固定の間隔、すなわちすでに送信機内で定められた間隔を有するので、パイロット搬送波により基準値が定められる。通常の場合コヒーレントな変調法では周知のようにインコヒーレントな変調法よりも良好なＳＮ比が得られる。このＳＮ比は信号出力とノイズ出力との比である。ＳＮ比が高くなるにつれて無線信号はより良好に検出される。
【００５５】
テストシンボルはディジタル化されて受信された無線信号のデータストリームに存在しているが、表示に必要な情報、例えばオーディオ情報を含んでいない。テストシンボルを伝送する時間内で同様に別の搬送波信号が続いて検査され、その際にオーディオ情報の成分が失われることはない。この別の搬送波信号ではメインデータストリームで伝送されたリストにより同じプログラムが場合により受信可能となる。
【００５６】
図４には、無線放送プログラムに属する３つのテストシンボル７が示されているが、これらは種々の周波数で存在しており、種々の時間で受信機へ到来する。これらのテストシンボル７はデータストリーム内に組み込まれている。テストシンボル３８の長さは等しく、オーバラップ時間３９はこの場合シンメトリックである。
【００５７】
上方のデータストリームは選択された無線放送プログラムに対して利用される周波数で存在している。中央のデータストリームおよび下方のデータストリームは代替周波数で受信され、極端な場合には許容される最大の信号遅延を有する。このためオーバラップ時間３９はここでは最小値で示されている。
【００５８】
データストリームの信号品質を比較する場合、この比較は上方のデータストリームに属するテストシンボルの時間３８中にしか行えない。なぜならテストシンボルには有効データ例えばオーディオデータが含まれておらず、上方のデータストリームは無線放送プログラムの受信に用いられるからである。中央のデータストリームおよび下方のデータストリームは、上方のデータストリームのテストシンボルと交差しているのみでこれをカバーしてはいないので、テストシンボルどうしがオーバラップしている時間３９は信号品質を求めるのに充分な長さを有さなければならない。
【００５９】
したがって必要な最小オーバラップ時間３９は、最大可能な遅延時間が決定要素となって定められる。この遅延時間は所定の無線システムに対する送信機の立地点に基づいて生じる。一方では送信機の立地点が地球全体に分散していて、所定の受信地域に対してきわめて大きな最大遅延時間が発生する可能性があり、他方ではテストシンボル３８の長さが使用可能なチャネル容量を低減させるため、システムの設計時には容量の損失の甘受と信号遅延の甘受との間で妥協点を見出さなければならない。ただし種々の周波数で存在する無線放送プログラムの２つのテストシンボルは、無線放送プログラムごとの送信機間の同期が前提とされる場合、多くとも最大可能な遅延時間だけシフトされている。こうした大きなシフトから最小のオーバラップ時間３９が得られる。この最小のオーバラップ時間は少なくとも発生して信号品質を求めるのに充分な長さを有さなければならない。
【００６０】
無線放送プログラムごとの送信機のタイミング同期に基づいて、データストリームに対して求められて表示されるシンボルのクロックが無線放送プログラムの代替周波数でのシンボルクロックにも用いられる。
【００６１】
図５には概略的に周波数領域のテストシンボルの内部構造が示されている。テストシンボルのエッジ部分および中央部分にはそれぞれ、周波数同期に必要なシーケンス８が設けられている。さらに搬送波は同様にチャネル予測のためのパイロット搬送波として使用される。
【００６２】
テストシンボルの別の搬送波は有効データ９およびパイロット１０である。有効データには無線放送プログラムの識別番号が符号化されている。識別番号により、この周波数で存在しているデータストリームがユーザによって選択された無線放送プログラムに属しているか否かが検査される。このステップは信号品質の検出と並行して行われる。これによりユーザによって選択されている無線放送プログラムを含む搬送波信号へしか変更できないことが保証される。
【００６３】
しかし有効データが復号化できるようになる前に、受信されたサンプリング値が受けた周波数シフトを補正しなければならない。これは都合の良いことに時間的な相関結果の副産物であり、±１／２の副搬送波間隔の領域の信号の精細な周波数偏移を正確に求められることが周知である。さらに搬送波間隔の整数倍を周波数オフセットとして求めることが残っている。このことはパイロット搬送波のグループ（図５ではデータ８）の有利な相関特性を有する特別のシーケンス、例えばＤＡＢに使用されるＣＡＺＡＣシーケンスにより達成される。
【００６４】
さらにパイロット搬送波の送信配列により、ＱＰＳＫデータをコヒーレント復調する際の支援のほかに、周波数変更の場合にもきわめて良好なチャネル予測をデータストリーム内の変調された搬送波の後続のコヒーレント復調に対して送出することができる。このようにすれば、他の場合に通常行われる長い同期を省略でき、中断のない周波数変更が達成される。
【００６５】
パイロット１０は固定の間隔でテストシンボル内に存在しており（ここでは８つのフィールドとなっている）、チャネル予測に用いられ、また上述のように基準位相および基準振幅を求めるために用いられる。
【００６６】
テストシンボルがデータストリームに発生する頻度はテストシンボルに基づく伝送容量の損失にしたがって定められる。これによりテストシンボル長さとテストシンボルの反復周波数とが影響を受ける。
【００６７】
有効なシンボル長さＴTUが１５ｍｓである場合、種々の周波数での無線放送プログラムのテストシンボル間で少なくとも必要なオーバラップはＴTU＋ＴPPL＋ＴKORR＝２４ｍｓとなる。この最小のオーバラップ時間は信号品質を検出するのに必要なシンボル長さＴTU＝１５ｍｓを含んでいる。これに、受信部が別の周波数で調整される際のフィルタおよび受信部の他の素子の過渡時間ＴPLLが加えられる。過渡時間はこの実施例では６ｍｓとする。さらにこれに相関インターバルに必要な長さＴKORR＝３ｍｓが加えられる。テストシンボルＴTGES＝４２ｍｓはシンボル長さＴTU＝１５ｍｓと、上述した妥協点から得られる最大遅延時間ＴVERZ＝１８ｍｓと、過渡時間ＴPLL＝６ｍｓと、相関を行うのにかかる時間ＴKORR＝３ｍｓとから成る。この４２ｍｓのテストシンボルが２秒おきに反復されると、２．１％に相当するチャネル損失が発生する。最大で５％の損失まで許容可能と見なされる。
【００６８】
テストシンボルの長さは、このテストシンボル内に別のデータが符号化されているか否かにしたがって定められる。他のＯＦＤＭシンボルとは異なるテストシンボルの長さでデータストリームのテストシンボルが検出される。さらに、同じ無線放送プログラムを有する代替周波数での搬送波信号をテストシンボルのオーバラップにより検出することができる。このことは高い確率で可能である。なぜなら異なる送信施設の種々の無線放送プログラムのデータストリームは本発明によれば同期されず、種々の無線放送プログラムのテストシンボルのオーバラップはきわめて僅かな確率でしか生じないからである。
【００６９】
図６には、信号品質を検出し、場合により他の搬送波信号へ切り換える際のプロセッサ３での処理ステップを表すフローチャートが示されている。
【００７０】
方法ステップ１１で、プロセッサ３により行われる処理が開始される。方法ステップ１２で、種々の周波数に相応する搬送波信号の受信リストから、無線放送プログラムごとに次の搬送波信号が選択される。方法ステップ１３ではその時点でテストシンボルが存在しているか否かが検査される。存在しない場合には方法ステップ１４でテストシンボルが存在するまで待機される。テストシンボルが検出されると、方法ステップ２９で選択された代替周波数への変更が行われる。方法ステップ１５では受信電力が受信機に記憶された閾値を上方超過しているか否かが検査される。このようにして、きわめて弱い信号レベルで受信された無線信号が遮断される。
【００７１】
搬送波信号の信号レベルが閾値を下回る場合、方法ステップ１２で次の搬送波信号が選択される。この搬送波信号のテストシンボルの信号レベルが閾値を上方超過している場合には、方法ステップ３０でテストシンボルを検出して周波数同期を形成することが試みられる。方法ステップ３１では有効に同期が行われたか否かを検査する。有効でなかった場合には、方法ステップ１２へ戻る。有効であった場合、方法ステップ１６で識別番号がテストシンボルから復号化される。この搬送波信号のデータストリームの識別番号がユーザによって選択されている無線放送プログラムに相応する場合、方法ステップ１８でこの搬送波信号は代替搬送波信号として記憶される。選択されている無線放送プログラムに識別信号が相応しない場合は、次の搬送波信号がリストから選択される。
【００７２】
方法ステップ１９は、方法ステップ１８で記憶された搬送波信号に属するデータストリームの信号品質がその時点で無線放送プログラムの表示に用いられているデータストリームの信号品質よりも良好であるか否かを検査する。良好でない場合には、方法ステップ１２で次の搬送波信号がリストから取り出される。信号品質が良好である間、テストシンボルはこの搬送波信号への切り換えを行うことができる。
【００７３】
図７には、図６の方法ステップ３０、３１の方法ステップで言及された周波数同期の際のフローチャートが示されている。方法ステップ３２では上述のように周波数の時間的な相関が求められる。方法ステップ３３では相関のピーク値が求められる。方法ステップ３４では、相関のピーク値が受信機に記憶された閾値を上方超過しているか否かが検査される。ピーク値が閾値を下回っている場合には、次の周波数が方法ステップ３５で探索される。その後の方法ステップ１２は図６に示されている。相関のピーク値が閾値を上方超過している場合には、方法ステップ３６でテストシンボルのＦＦＴが行われる。これによりテストシンボルは周波数領域内に生じる。方法ステップ３７では周波数エラーが計算され補正される。方法ステップ３８でパイロットからチャネル予測が行われる。その後図６の方法ステップ１２へ進行する。
【図面の簡単な説明】
【図１】受信機のブロック回路図である。
【図２】時間的な相関関係を求めるスキーマを示す図である。
【図３】位相シフトキーイングにおけるコンステレーションダイアグラムである。
【図４】種々の周波数および種々の遅延時間での無線放送プログラムのテストシンボルを示す図である。
【図５】データ搬送波およびパイロット搬送波によるテストシンボルと同期のシーケンスとを示す図である。
【図６】代替搬送波信号の識別を表すフローチャートである。
【図７】周波数の同期を表すフローチャートである。
【符号の説明】
１ アンテナ
２ 受信部
３、２５ プロセッサ
４ 復調器
５ 信号処理部
６ 表示部
Claims (22)
- 無線放送プログラムを種々の搬送波信号で送信し、
ユーザが無線放送プログラムを選択し、
無線信号はその時点での無線放送プログラムに対する識別番号を有しており、
選択されている無線放送プログラムの信号品質を、無線放送プログラムを受信する搬送波信号に依存して連続的に求め、
識別番号を、テストシンボルを含む無線信号から求め、
選択されている無線放送プログラムの受信に対して最良の信号品質が得られる搬送波信号を使用する、
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式による無線信号の伝送方法において、
テストシンボル（７）からユーザによって選択されている無線放送プログラムの識別番号を求め、各テストシンボル（７）を直交位相シフトキーイング法（ＱＰＳＫ法）により変調する
ことを特徴とする直交周波数分割多重方式による無線信号の伝送方法。 - 第２の搬送波信号の無線放送プログラムの信号品質のほうが第１の搬送波信号の無線放送プログラムの信号品質よりも良好な場合、第１の搬送波信号で受信されて既に表示されている無線放送プログラムを第２の搬送波信号で受信される同じ無線放送プログラムにより表示の中断なく置換する、請求項１記載の方法。
- 無線信号に全ての搬送波信号を表すデータを含め、該搬送波信号により同じ無線放送プログラムを送信する、請求項２記載の方法。
- 無線信号はパイロット搬送波（１０）でのテストシンボル（７）、同期信号および有効データ信号（９）を有する、請求項３記載の方法。
- テストシンボル（７）を用いて受信搬送波信号で受信された無線放送プログラムの信号品質を求める、請求項４記載の方法。
- 受信されている無線信号の振幅と予測振幅との差、および受信されている無線信号の位相と予測位相との差を用いて信号品質を求め、テストシンボル（７）ごとに求められた全ての差を評価することにより信号品質の尺度を求める、請求項５記載の方法。
- テストシンボル（７）を他のシンボルとは異なるガードインターバルにより検出する、請求項５記載の方法。
- パイロット搬送波（１０）を用いてチャネル予測を行う、請求項５または６記載の方法。
- 基準位相および基準振幅をパイロット搬送波（１０）を用いてコヒーレントな復調に対して求める、請求項８記載の方法。
- テストシンボル（７）の長さを利用してその時点での無線放送プログラムのデータストリームを識別する、請求項１記載の方法。
- 識別番号を含むＯＦＤＭ無線信号を受信する手段と、
複数の送信機から、種々の搬送波信号、すなわち種々の搬送波周波数で無線放送プログラムを受信する手段と、
選択されている無線放送プログラムの信号品質を、無線放送プログラムを受信する搬送波信号に依存して連続的に求める手段と、
識別番号を、テストシンボルを含む無線信号から求める手段と、
最良の信号品質が得られる無線放送プログラムの搬送波信号を選択する手段と、
ユーザが選択した無線放送プログラムを表示する手段と
を有している
直交周波数分割多重方式による無線信号を受信する受信機において、
テストシンボル（７）からユーザによって選択されている無線放送プログラムの識別番号を求める手段と、各テストシンボル（７）を直交位相シフトキーイング法（ＱＰＳＫ法）により復調する手段とを有する
ことを特徴とする直交周波数分割多重方式による無線信号を受信する受信機。 - 第２の搬送波信号の良好な信号品質が検出された場合、第１の搬送波信号で受信されて既に表示されている無線放送プログラムを第２の搬送波信号で受信される同じ無線放送プログラムにより置換する手段を有している、請求項１１記載の受信機。
- どの搬送波信号で、すなわちどの搬送波周波数で無線放送プログラムを受信するかを無線信号から求める手段を有する、請求項１２記載の受信機。
- ガードインターバルとシンボルとなっているものとの相関を用いて受信されたシンボルおよびテストシンボル（７）の開始を検出する手段を有しており、前記テストシンボルはパイロット信号（１０）および有効データ信号（９）を有する、請求項１３記載の受信機。
- テストシンボル（７）に基づいて信号品質を求める手段を有する、請求項１４記載の受信機。
- パイロット搬送波（１０）を用いてチャネル予測を行う手段を有する、請求項１５記載の受信機。
- パイロット信号を用いてコヒーレントな復調に対する基準位相および基準振幅を求める手段を有する、請求項１６記載の受信機。
- 受信されている無線信号の振幅と予測振幅との差、および受信されている無線信号の位相と予測位相との差を用いて信号品質を求める手段と、テストシンボル（７）ごとの全ての差を評価し、信号品質の尺度として用いる手段とを有する、請求項１７記載の受信機。
- テストシンボル（７）と他のシンボルとを異なるシンボル長さにより区別する手段を有する、請求項１１から１８までのいずれか１項記載の受信機。
- テストシンボル（７）が他のシンボルとは異なる長さを有することから、ガードインターバルに基づく相関によって、無線放送プログラムのデータストリームを識別する手段を有する、請求項１８記載の受信機。
- テストシンボル（７）中に別の周波数の無線放送プログラムの信号品質が求められた場合、状態情報すなわち周波数設定および増幅度設定を表示されている無線放送プログラムに対して記憶する手段を有する、請求項１９記載の受信機。
- 有効であると検査された代替周波数に対して状態情報すなわち周波数設定、増幅度設定、およびデータストリームに対する時間シフトを記憶し、後の検査または持続的な変更の際に周波数成分の設定に対してランダムでない開始値で開始する手段を有する、請求項２０記載の受信機。
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