JP4527864B2

JP4527864B2 - デジタルオーディオ放送（ｄａｂ）システムにおけるデジタル信号の送受信方法

Info

Publication number: JP4527864B2
Application number: JP2000275866A
Authority: JP
Inventors: ミルバーマーレック
Original assignee: アルカテル−ルーセントユーエスエーインコーポレーテッド
Priority date: 1999-09-15
Filing date: 2000-09-12
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2020-09-12
Also published as: DE60038083T2; CA2317903C; DE60038083D1; CA2317903A1; JP2001127733A; US6985537B1; EP1087584A3; EP1087584A2; EP1087584B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル通信システムの、デジタルオーディオ放送（digital audio broadcasting：ＤＡＢ）、および他の種類の技術に関し、特に、このようなデジタルオーディオ放送（ＤＡＢ）に用いられる、シンボルインターリーバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＭ無線バンド内に、デジタルオーディオ放送（ＤＡＢ）を提供するシステムは、ＣＤの品質に近いオーディオと、データサービスを提供でき、かつ、既存のアナログＦＭ送信よりも、より強いカバレッジを提供できる。しかし、全部がデジタル化されたＤＡＢへの移行が完了するまでの間、多くの放送業者は、アナログ信号とデジタル信号が同一の認可されたバンド内で、同時に送信できるような中間的な解決方法を必要としている。このようなシステムは、通常、ハイブリッドのバンド内オンチャネル（hybrid in-band on-channel：ＨＩＢＯＣ）のＤＡＢシステムと称し、ＦＭ無線バンドとＡＭ無線バンドの両方に対し開発されている。
【０００３】
従来のアナログＦＭ受信器で、大きな歪みが入らないようにするために、通常のＦＭＨＩＢＯＣＤＡＢシステムのデータ信号は、例えば、直交周波数分割多重化（orthogonal frequency division multiplexing：ＯＦＤＭ）のサブキャリアを用いて、アナログＦＭホスト信号のいずれかの側の一方の２つの再度バンドで送信される。ＯＦＤＭ通信システムにおいては、デジタル信号は、複数の小さなサブキャリア周波数の変調され、これがその後平行して送信される。
【０００４】
米国内においては、現行のＦＣＣ規制により確立された周波数計画は、地理的な領域内で、各送信局を８００ＫＨｚで分離している。しかし、隣り合う地理的領域内の送信局は、地方送信局からわずか２００ＫＨｚしか分離されていない。かくして、このようなシステムにおける干渉の主な源（ソース）は、第１隣接アナログＦＭ干渉として知られている。このような干渉は、隣接する地理的領域内のＦＭホストキャリアの一部が、デジタル信号サイドバンドの位置部と周波数が重なり合う場合に発生する。第１隣接アナログＦＭ干渉は、通常、２つのデジタルサイドバンドの一方にのみ影響を与えるが、ＤＡＢシステムの性能に対しては、制限的な要素となる。強力な第１隣接干渉信号が存在すると、２つのサイドバンドの一方が干渉とは関係しない場合でも、デジタル信号送信の性能を大幅に劣化させる。
【０００５】
シンボルインターリーバは、多くの通信システムで採用されている。インターリービングすることは、ある時間間隔にわたって、信号をスクランブルすることである。通常、ブロックインターリーバが採用されるが、これにおいては信号は、シンボルを２つのロウ（行）に書き込み、それらをカラム（列）から読み出すことによりスクランブルされる。インターリーバは、配置したデータの順番を、ブロックごとのベースで並べ替えているために、インターリーバの同期化技術を用いて、受信器は最初の順番に記録できるようになる。
【０００６】
ブロックインターリーバは、実現が簡単なため、およびデータの追跡が容易であるために、ＯＦＤＭベースのシステムで用いられている。ブロックで符号化されたシンボルを、送信する前に、多くのブロックの送信期間の間にインターリーブすると、失われたパケットに関連するシンボルが、受信器により脱インターリーブされ、多くの異なった符号化ブロックの中に見つけられる。かくして、各符号化されたブロック内で発生する、シンボルエラーの数を減らすことができ、選択されたブロック符号が、送信された信号内のすべてのシンボルエラーを修正する確立が、それに応じて増加することになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
かくして、ＯＦＤＭシステムの通信システムにおいては、特に、ＩＢＯＣの場合においては、受信器側のディインターリーバは、送信器側のインターリーバに同期しなければならない。しかし、必要とされるインターリーバの同期化メカニズムは、遅延を発生させ、オーバーヘッド情報と、さらに余分の処理を必要とすることになる。かくして、送信器と受信器との間で、インターリーバの同期化を必要としないような、ＯＦＤＭベースの通信システムで用いられる、インターリービングする方法、およびインターリービングする装置の必要性が存在する。さらに、ＯＦＤＭベースの通信システムにおいて、オーバーヘッド情報の必要性を無くし、かつシンボルインターリービングの複雑さ、および処理を低減するようなインターリービングする方法、およびインターリービング装置の必要性が存在する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、直交周波数分割多重化（orthogonal frequency division multiplexing：ＯＦＤＭ）を用いた、インバンドオンチャネル（in-band on-channel：ＩＢＯＣ）のＤＡＢシステムのような、デジタルオーディオ放送、ＤＡＢシステム用のインターリービングする方法と装置を提供する。本発明の一態様によれば、本発明のインターリービングする方法と装置は、特定の時間間隔の間、信号をインターリーブするたたみ込みインターリーバを用いる。本発明のたたみ込みインターリーバは、１個のＯＦＤＭシンボル（または、ＩＢＯＣシステムの適用可能なサブバンド内の活性（アクティブな）サブキャリアの数）の行（ロウ）サイズと、任意のサイズのタイムスパンとを有する。
【０００９】
本発明のインターリービング方法は、フレームを受信した時間に、受信器に与えられるフレームを復号化するのに必要な情報を提供する。かくして、受信器は、新たなインターリーバブロックのスタートを待つことなく、直ちに受信したシンボルをソーティングし、復号化することが出来る。かくして本発明の自己同期化特徴により、ＤＡＢシステム内の受信器は、それ自身のフレームのカウントにしたがって（送信器のフレームのカウントとは無関係に）、スクランブルされたブロックのソーティング（分類）を開始し、受信したシンボルの脱スクランブル（並べ替え）を開始する。かくして、本発明のインターリービング方法と装置は、送信機と受信器との間でインターリーバの同期化を必要とせず、かつ、送信機と受信器の間の遅延を低減させ、そして同期化したブロックインターリーバを実行する際に、メモリの必要性を５０％低減できる。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、ここのたたみ込み符号化装置と、たたみ込みインターリーバをマルチシステム構造内の各サブバンドに適用可能である。かくして本発明は、各サブバンドに対し、独立したエラー拡散（error spreading）を提供できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のインターリービング方法と装置は、たたみ込みインターリーバを用いる。本発明のたたみ込みインターリーバは、１つの特徴によれば、たたみ込みインターリーバに通常関連する可変の遅延は、１個のＯＦＤＭシンボルの行サイズを有する構造化されたメモリＯＦＤＭシンボルのサイズであり、任意のサイズのタイムスパンを有する。本発明の特徴を用いて、解決される。言い換えると、行長さは、ＩＢＯＣシステムの適用可能なサブバンド内の活性（アクティブな）サブキャリアの数に対応する。
【００１２】
たたみ込みインターリーバは、フレームを受信した時間に受信器に与えられたフレームを、復号化するのに必要な情報を提供する。かくして、ブロックインターリーバとは異なり、本発明のＤＡＢシステムの受信器は、インターリーバブロックのスタートを待つことなく、直ちに受信したシンボルのソーティングと復号化を開始することができる。本発明の自己同期化特徴により、ＯＦＤＭベースのＩＢＯＣシステム内の受信器は、自分自身のフレームのカウントにしたがって（送信器のフレームのカウントとは別個に）、スクランブルされたブロックをソーティングし、受信したシンボルのディスクランブリングを開始することができる。ＯＦＤＭベースの通信システム用のインターリービング方法と装置は、送信機と受信器とも間のインターリーバの同期化を必要とせず、かつ、送信機と受信器との間の遅延を低減し、同期化したブロックインターリーバで必要とされるメモリ容量を、約５０％低減できる。
【００１３】
図１は、ＦＭＨＩＢＯＣＤＡＢシステムの周波数スペクトラムの一部を表し、パワーＰと周波数Ｆとの関係を表す。本発明は、ＡＭＨＩＢＯＣＤＡＢシステムにも適用されるが、これは当業者に明らかである。図１に示すスペクトラムの一部は、低デジタルサイドバンド１０２と、高デジタルサイドバンド１０４に関連する、アナログホストＦＭ信号１００を有する。サイドバンドは、ＨＩＢＯＣＤＡＢシステムで、デジタルオーディオ情報を送信するのに用いられる、周波数スペクトラムの一部を表す。
【００１４】
図１に示したＦＭＨＩＢＯＣＤＡＢシステムにおいては、オーディオ信号が、まずマルチ多重記述符号化技術（multi-descriptive coding technique）を用いて符号化されて、２つのストリームＳ₁、Ｓ₂を生成する。このストリームＳ₁、Ｓ₂は、ホストＦＭ信号上をそれぞれサイドバンド１０２、１０４として送信される。多重記述符号化技術Ｓ₁、Ｓ₂を別々の周波数バンドで送信することにより、情報ダイバシティと周波数ダイバシティの両方を与えることができる。
【００１５】
その後２つのストリームＳ₁、Ｓ₂は、２つのクラス、すなわちクラスＩ（コア）と、クラスＩＩ（強化）に、ビットストリームクラスファイア（分類器）を用いて分割される。クラスＩのビットは、より重要なオーディオ情報を表し、より高いレベルのエラー保護、例えば、最も内側のサブバンドＢ、Ｃをビットに関連づけることにより、すなわち第１の隣接チャネル干渉にあまり影響を受けないサブバンドに関連づけることにより、より高いレベルの保護が与えられる。クラスＩＩのビットは、クラスＩのビットよりもオーディオ品質に対しては、重要性は低いと決定されたものであり、これは、最も内側のサブバンドＡ、Ｄ（すなわち第１隣接チャネル干渉に対し、より影響を受けやすいサブバンド）をそれに関連づけることにより、より低いレベルのエラー保護を与えられる。性能のゲインは、サイドバンドに対し干渉の変動を導入することにより、この種のエラー保護から得ることができる。他の干渉保護技術、例えば、サブバンドＡとよりも、サブバンドＢとＣに対し、より高い伝送パワーを提供する技術も用いることができる。
【００１６】
以下に説明する実施例のシステムは、外部（outer）の周期冗長性符号（cyclic redundancy code：ＣＲＣ）と、差分直交位相シフトキーイング（differential quadrature phase shift keyed：ＤＱＰＳＫ）／ＯＦＤＭ変調を用いて、サブバンドＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを符号化している。この構成により、４個の異なるビットストリーム１０５−１、ないし１０５−４の全部が得られる。図２、４で説明するように、本発明は、別個のインターリーバ／ディインターリーバをマルチストリーム構造の４個のサブバンドのそれぞれに適用する。かくして本発明は、各サブバンドに対し独立したエラー拡散（error spread）を提供できる。
【００１７】
送信されたシンボルのＤＱＰＳＫ変調は、周波数選択性フェージングと発振器の位相ドリフィットに対し、耐性を有する。差分符号化は、ＯＦＤＭトーン間の周波数に対し実行される。送信すべきデジタル信号と、外部（outer）巡回冗長性符号ＣＲＣは、サイドバンド１０２、１０４のそれぞれに対し繰り返される。各サイドバンドは、例えばＯＦＤＭサブキャリアの組を表す、Ｎ個の成分（図示せず）を含む。
【００１８】
図２は、本発明が適用されるＦＭＨＩＢＯＣＤＡＢシステムの送信器２００を表す。このＦＭＨＩＢＯＣＤＡＢシステムは、送信器２００と受信器３００を有し、これらに関しては図３で説明する。図２、３は、このシステムのデジタル部分、すなわちデジタル信号の生成と処理に関連する部分にのみを示す。従来の処理装置を付加することにより、アナログ信号も処理できる。従来のＯＦＤＭシステムの詳細な議論は、例えば、W. Y. Zou and Y. Wu, 著の“COFDM-An Overview,”IEEE Trans. Broadcasting, Vol. 41, No. 1, 1-8 (March 1995) あるいは、J. A. C. Bingham, “Multicarrier Modulation for Date Transmission: An Idea Whose Time Has Come,”IEEE Comm. , 5-14(May 1990) を参照のこと。
【００１９】
通常ＰＡＣオーディオ符号化器２０２は、オーディオ圧縮技術を用いて、最大１２８ｋｂｐｓまで変化するビットレートでもって符号化されたオーディオ信号を生成する。これに関しては例えば、D. Sinha, J. D. Johnston, S. Dorward and S. R. Quackenbush, 著の“The Perceptual Audio Coder,”in Digital Audio, Section 42, pp. 42-1 to 42-18, CRC Press, 1998, を参照のこと。この符号化されたオーディオビットストリームが、ＣＲＣ符号化器２０４に加えられ、このＣＲＣ符号化器２０４がＣＲＣエラー検出ブロック符号を用いて、従来方法でＣＲＣビットを生成する。ＣＲＣは、送信器２００で用いられる外部符号（outer code）の一種である。他の外部符号、例えば、Reed-Solomon（ＲＳ）符号と、Bose-Chadhuri-Hocquenghem（ＢＣＨ）符号も含む。
【００２０】
図２に示すように、ＦＭＨＩＢＯＣＤＡＢの送信器２００は、たたみ込み符号化器２２０を有し、公知のチャネル符号化に従って、オーディオビットストリームを符号化する。さらに送信器２００は、たたみ込みインターリーバ２２２とＤＱＰＳＫ変調器２２４とＯＦＤＭ変調器２２６を含む。たたみ込み符号化器２２０における、たたみ込み符号化は、送信器２００で用いられる内部符号（inner code）の一種である。他の種類の内部コード、例えばブロック、あるいはたたみ込み符号、いわゆるターボ符号、およびトレリス符号化変調の符号化技術も含む。ＯＦＤＭ変調器２２６からの変調された出力は、デジタルサイドバンド１０２と１０４に対応し、ＦＭ放送チャネル２３０を介して受信器（図示せず）に送信される。ＤＱＰＳＫ変調器２２４は、インターリーブされたビットストリームを処理して、各ＱＰＳＫシンボルに対し２個のビットを生成し、さらにこれはその後、ＯＦＤＭ変調器２２６により適宜のサブキャリアにマッピングされる。
【００２１】
前述したように、本発明は、別々のたたみ込み符号化器２２０とたたみ込みインターリーバ２２２をマルチストリーム構造の４個のサブバンドＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれに適用する。かくして本発明は、各サブバンドに対し独立したエラー拡散を提供できる。たたみ込みインターリーバ２２２は、公知の方法に従って、周波数領域からの情報を用いて、時間領域でオーディオ情報をインターリーブする。
【００２２】
図３は、本発明が適用されるＦＭＨＩＢＯＣＤＡＢシステムの受信器３００を示す。この受信器３００は、ＯＦＤＭ復調器３０２、ＤＱＰＳＫ復調器３０４、たたみ込みディインターリーバ３１０、たたみ込み復号化器３２０、ＣＲＣ復号化器３３０、３４０を有し、送信器２００の対応する素子の逆の機能を実行する。本発明によれば、この別々のたたみ込みディインターリーバ３１０とたたみ込み復号化器３２０が、マルチストリーム構造の４個のサブバンドＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれに適用される。かくして本発明は、各サブバンドに対して独立したエラー拡散を提供できる。
【００２３】
図４は、受信器３００が受信した４個のサブバンドＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対し、パワーＰと周波数ｆを時間ｔにわたってプロットした図である。本発明のたたみ込みインターリーバは、自己同期化信号を生成するために、受信器３００は、それ自身のフレームカウントにしたがって（送信器のフレームカウントとは無関係に）、スクランブルされたブロックをソーティングと、受信したシンボルのディスクランブリングを開始する。受信器３００が時間ｔにわたって受信したデジタルオーディオデータの４個のフレーム４１０、４２０、４３０、４４０を図４に示す。受信器３００が各フレームを受信すると、十分な情報が受信器３００に対し与えられ、現在のフレームのオーディオ情報のソーティングとデコーディングを開始する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＨＩＢＯＣＤＡＢシステムの周波数スペクトラムの一部を表す図。
【図２】本発明が適用される、ＨＩＢＯＣＤＡＢシステムの送信器のブロック図。
【図３】本発明によるシグネチャーＯＦＤＭフレームのフォーマットを表す図。
【図４】本発明が適用される、ＨＩＢＯＣＤＡＢシステムの受信器のブロック図。
【符号の説明】
１００アナログホストＦＭ信号
１０２低デジタルサイドバンド
１０４高デジタルサイドバンド
１０５ビットストリーム
２００送信器
２０２ＰＡＣオーディオ符号化器
２０４ＣＲＣ符号化器
２２０たたみ込み符号化器
２２２たたみ込みインターリーバ
２２４ＤＱＰＳＫ変調器
２２６ＯＦＤＭ変調器
２３０ＦＭ放送チャネル
３００受信器
３０２ＯＦＤＭ復調器
３０４ＤＱＰＳＫ復調器
３１０たたみ込みディインターリーバ
３２０たたみ込み復号化器
３３０ＣＲＣ復号化器
３４０ＰＡＣオーディオ復号化器
４１０、４２０、４３０、４４０フレーム

Claims

デジタルオーディオ放送（ＤＡＢ）システムにおいてデジタル信号を送信する方法であって、
（Ａ）インバンドオンチャネルシステムのサブバンド内のアクティブなサブキャリアの数に等しい行サイズを有するたたみ込みインターリーバを用いて、デジタル信号内のビットをインターリーブするステップ、
（Ｂ）前記インターリーブされたビットをシンボルにマッピングするステップ、及び
（Ｃ）前記シンボルを受信器に送信するステップ
を備える方法。
前記たたみ込みインターリーバが１つの直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボルに等しい行サイズを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
（Ｄ）前記ＤＡＢシステム内の各サブバンドに、別のたたみ込みインターリーバを適用するステップさらに備える請求項１記載の方法。
（Ｅ）前記ＤＡＢシステム内の各サブバンドに、別のたたみ込み符号化器を提供するステップを備える請求項１記載の方法。
デジタルオーディオ放送（ＤＡＢ）システムにおいてデジタル信号を受信する方法であって、
（Ａ）送信器から送信されたシンボルを受信するステップ、
（Ｂ）インターリーブされたビットを生成するために、前記シンボルを復調するステップ、及び
（Ｃ）インバンドオンチャネルシステムのサブバンド内のアクティブなサブキャリアの数に等しい行サイズを有するたたみ込みディインターリーバを用いて、前記インターリーブされたビットを、脱（ディ）インターリーブするステップ
を備える方法。
前記たたみ込みディインターリーバが１つのＯＦＤＭシンボルに等しい行サイズを有することを特徴とする請求項５記載の方法。
前記ディインターリーバは、前記送信器のフレームカウントとは関係なく、スクランブルブロックをソートし、前記受信したシンボルを脱（ディ）スクランブルすることを特徴とする請求項５記載の方法。
（Ｄ）前記ＤＡＢシステム内の各サブバンドに、別のたたみ込みディインターリーバを適用するステップをさらに備える請求項５記載の方法。
（Ｅ）前記ＤＡＢシステム内の各サブバンドに、別のたたみ込み復号化器を提供するステップを備える請求項５記載の方法。
（Ｆ）前記送信器のフレームカウントとは無関係に、時間にわたって周波数領域で、前記受信したシンボルをソーティングし、復号化するステップをさらに備える請求項５記載の方法。
デジタルオーディオ放送ＤＡＢシステムの送信器であって、
インバンドオンチャネルシステムのサブバンド内のアクティブなサブキャリアの数に等しい行サイズを有し、デジタル信号内のビットをインターリーブするたたみ込みインターリーバ、
前記インターリーブされたビットを、シンボルにマッピングする、ビットからシンボルへのマッパー、及び
前記シンボルを受信器に送信するＯＦＤＭ変調器
を備えた送信器。
前記たたみ込みインターリーバが１つのＯＦＤＭシンボルに等しい行サイズを有することを特徴とする請求項１１記載の送信器。
（Ｄ）前記ＤＡＢシステム内の各サブバンド用の、別のたたみ込みインターリーバをさらに備えた請求項１１記載の送信器。
（Ｅ）前記ＤＡＢシステム内の各サブバンドに、別のたたみ込み符号化器をさらに備えた請求項１１記載の送信器。
デジタルオーディオ放送ＤＡＢシステムの受信器であって、
送信器から送信されたシンボルを受信するＯＦＤＭ復調器、
インターリーブされたビットを生成するために、前記シンボルを復調するシンボルからビットへのマッパー、及び
前記インターリーブされたビットを脱インターリーブするたたみ込みディインターリーバであって、インバンドオンチャネルシステムのサブバンド内のアクティブなサブキャリアの数に等しい行サイズを有するたたみ込みディインターリーバ
を備えた受信器。
前記たたみ込みディインターリーバは１つのＯＦＤＭシンボルに等しい行サイズを有することを特徴とする請求項１５載の受信器。
前記たたみ込みディインターリーバは、前記送信器のフレームカウントとは関係なく、スクランブルブロックをソートし、前記受信したシンボルを脱スクランブルすることを特徴とする請求項１５記載の受信器。
（Ｄ）前記ＤＡＢシステム内の各サブバンドに別のたたみ込みディインターリーバをさらに備えた請求項１５記載の受信器。
（Ｅ）前記ＤＡＢシステム内の各サブバンドに別のたたみ込み復号化器をさらに備えた請求項１５記載の受信器。
前記受信器が、前記送信器のフレームカウントとは無関係に、時間にわたって周波数領域で、前記受信したシンボルをソーティングし、復号化することを特徴とする請求項１５記載の受信器。