JP4664889B2

JP4664889B2 - 波形等化装置および方法

Info

Publication number: JP4664889B2
Application number: JP2006279591A
Authority: JP
Inventors: 裕史阿座上; 遥高野; 町也熊澤; 芳和林
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-10-13
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2026-10-13
Also published as: JP2008099061A

Description

本発明は、放送や無線通信におけるマルチパス妨害を除去する波形等化技術に関し、さらに詳しくは波形等化装置および方法の技術に関する。

放送や無線通信のユピキタス化に伴い、高層ビルによる乱反射が支配的なマルチパス・フェージングの環境においても、固定および携帯受信装置に対して、安定した受信性能の維持が望まれていた。マルチパス妨害の解決策の一つとして、受信装置における波形等化技術の開発が進められてきた。波形等化技術は、マルチパス妨害を受けた受信波から妨害波を除去し、所望波のみを波形等化により復元する技術である。

従来の波形等化装置の一つに、特許文献１（特開２００５−２０４１８６号公報）がある。特許文献１は、適応フィルタの構成をしており、ＦＩＲ（ＦｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ＝有限インパルス応答）フィルタを用いて、各タップ係数を受信信号により自動的に最適化している。相関演算部は、受信信号から抽出されたトレーニング信号と、等化装置が生成するトレーニング信号との相関演算により、フィルタの各タップに対応する相関値をそれぞれ導出する。タップ係数初期値生成部は、最大の相関値以外の各相関値を、導出時の値よりも小さくなるように変換し、すべての相関値を各タップ係数の初期値としてタップ係数演算部に供給する。このように構成することにより、トレーニング信号が歪んでも、適応アルゴリズムの収束時間の増大を防止できるとしている。
特開２００５−２０４１８６号公報

受信装置が受信する受信波には、所望波とマルチパス妨害による妨害波が含まれる。通常、受信波のうちでもっとも無線電力の大きな波を挟んで、時間的な前後に無線電力の小さな波が現れる。従来は、もっとも無線電力の大きなものを所望波とし、所望波の時間的に前後に現れる小さな波を妨害波として、等化していた。しかしながら、時間的に後の妨害波を除去するのは比較的容易であるのに対して、時間的に前の妨害波を除去しようとすると、孫ゴーストと呼ばれる別の妨害波を作り出し、時間的に前の妨害波だけを除去するのが困難であった。

本発明は、上述した従来の課題を解決するもので、孫ゴーストを発生せずに、受信波から妨害波だけを除去することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の波形等化装置は、入力信号に異なる遅延量を与え、タップ係数を乗算する複数のタップ部を備えた非巡回型のＦＩＲフィルタと巡回型のＩＩＲフィルタを用い、適応フィルタ動作により、前記入力信号を波形等化する装置であって、前記入力信号からトレーニング信号を抽出するトレーニング信号抽出部と、基準となるトレーニング信号を生成する基準トレーニング信号算出部と、トレーニング信号抽出部の信号と基準トレーニング信号算出部の信号を用いて相関を算出する相関値算出部と、相関値算出部からの相関値を用いて、ある基準値よりも大きな相関値の中で一番早い場所のタップ位置をセンタータップ位置としてゲイン１のタップ係数を設定し、それ以外のある基準値よりも大きな相関のタップ位置には、センタータップ位置の相関値との比率に−１を乗算したものをタップ係数初期値として、それ以外のタップ位置のタップ係数初期値はゼロとし、孫ゴーストを発生させないように波形等化をするためのタップ係数初期値を算出するタップ係数初期値算出部を用いることを特徴としている。

本発明の波形等化装置および方法によれば、所望信号と、この所望信号に起因する前ゴーストおよび後ゴーストからなる妨害信号とを含む入力信号に対して、孫ゴーストを発生させず、しかも前ゴーストおよび後ゴーストを効率よく低減できる。また、適応フィルタ動作において、初期値の設定精度が高いため、ＬＭＳアルゴリズムの収束時間を短縮することが可能である。これにより、デジタル放送信号の受信性能が格段に向上し、高層ビル間の高度なマルチパス環境においても、また高速の移動体内においても、良好な受信が可能となる。

以下、本発明の実施の形態に関するいくつかの例について、図面を参照しながら説明する。なお、図面において、実質的に同一の構成、動作、および効果を表す要素については、同一の符号を付す。また、以下において記述される数字は、すべて本発明を具体的に説明するために例示したものであり、本発明は例示された数字に制限されない。
（実施の形態１）

図１は、実施の形態１における放送受信装置の構成を示すブロック図である。
アンテナ２０は、デジタル放送電波を受信する。放送受信装置１０は、フロントエンド部２１およびバックエンド部２２によりビデオ信号Ｓ１０を生成し、テレビモニタ２３に出力する。フロントエンド部２１は、チューナ１１、ＩＱ検波＋ＡＦＣ部１０１、クロック再生部１０２、同期部１２、波形等化部１３、誤り訂正部１４を含み、受信したＲＦ信号Ｓ２０に基づいてフロントエンド復号信号Ｓ２１を生成する。バックエンド部２２は、ＴＳ（ＴｒａｎｓｐｏｒｔＳｔｒｅａｍ＝トランスポートストリーム）デコーダ１５、ＭＰＥＧデコーダ１６、ＣＰＵ１７、グラフィックス１８を含み、フロントエンド復号信号Ｓ２１に基づいてビデオ信号Ｓ１０を生成する。

チューナ１１は、ＶＨＦ帯ないしＵＨＦ帯の受信ＲＦ信号Ｓ２０をＩＦ信号Ｓ１１に周波数変換する。ＩＱ検波＋ＡＦＣ部１０１は、ＩＦ信号Ｓ１１からベースバンド信号に変換し、周波数ずれを補正する。クロック再生部１０２は、ベースバンド信号Ｓ１０１からシンボルクロックを再生する。同期部１２は、後述するセグメント同期、フィールド同期位置を検出する。

マルチパス妨害を受けた受信波Ｓ１９は、所望波と妨害波との合成波になっている。受信ＲＦ信号Ｓ２０、ＩＦ信号Ｓ１１、およびベースバンド信号Ｓ１０１は、所望波の信号を表す所望信号と、妨害波の信号を表す妨害信号との和である。ベースバンド信号Ｓ１０１は、このままでは符号間干渉により適正に復号できない。波形等化部１３は、ＬＭＳアルゴリズムにより、ベースバンド信号Ｓ１０１を波形等化し、波形等化信号Ｓ１３を生成する。波形等化部１３がベースバンド信号Ｓ１０１を適切に波形等化すれば、波形等化信号Ｓ１３は所望信号のみとなる。そして誤り訂正部１４で、符号誤りを訂正し、後段のバックエンド部にＴＳデータを出力する。

バックエンド部２２は、ＴＳデコーダ１５でＴＳをデコードし、ＭＰＥＧデコーダ１６でＭＰＥＧ画像、音声をデコードし、ＣＰＵ１７でバックエンド部の処理を制御し、グラフィックス１８で映像化し、ビデオ信号Ｓ１０を生成する。そしてモニタ２３に映像・音声を出力する。

図２は、米国ＡＴＳＣ規格におけるデジタル放送信号のデータ構造を示す説明図である。デジタル放送信号の基本単位は、セグメントである。１フィールドは３１３セグメントを含み、１フレームは２フィールドを含む。トレーニング信号は、各フィールドの先頭セグメントに含まれる。それ以外のセグメントには、放送データが含まれる。１フィールドの送出時間は、２４．２ｍｓｅｃなので、トレーニング信号も２４．２ｍｓｅｃに１回送出される。実施の形態１では、米国ＡＴＳＣ規格を例にとって説明するが、本発明は同様に規定される他の規格にも適用可能である。

図３は、実施の形態１における波形等化部１３の構成を示すブロック図である。
３１は波形等化器の入力端子、３０６は波形等化器の出力端子を示す。３０３は減算器、３０５は加算器を示す。スライサ３０４は、波形等化信号Ｓ１３を所定のレベル数に再量子化し、スライス信号Ｓ３０４を生成する。米国ＡＴＳＣ規格では、通常、変調方式として８ＶＳＢ（Ｖｅｓｔｉｇｉａｌｓｉｄｅｂａｎｄｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｗｉｔｈ８ｄｉｓｃｒｅｔｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｌｅｖｅｌｓ＝８レベル残留側帯波変調）が用いられるため、図４のようにレベル数も８レベルに設定される。

ＦＩＲフィルタ部３０１は、ＩＱ検波＋ＡＦＣ部１０１からベースバンド信号Ｓ１０１を入力し、ＦＩＲフィルタ信号Ｓ３０１生成する。ＦＩＲフィルタ部３０１は、ＦＩＲ（ＦｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ＝有限インパルス応答）フィルタを構成する。直列に接続されたｍ個（ｍは１以上の整数）のＦＩＲ遅延回路ＤＡ１、ＤＡ２、・・・、ＤＡｍは、ベースバンド信号Ｓ１０１を１シンボルずつ順次遅延し、それぞれｍ個のＦＩＲ遅延信号ＳＤＡ１、ＳＤＡ２、・・・、ＳＤＡｍを生成する。ＦＩＲ遅延信号ＳＤＡ０は、ベースバンド信号Ｓ１２に一致する。（ｍ＋１）個のＦＩＲ乗算器ＭＡ０、ＭＡ１、・・・、ＭＡｍは、ＦＩＲ遅延信号ＳＤＡ０、ＳＤＡ１、ＳＤＡ２、・・・、ＳＤＡｍに、ＦＩＲ現係数信号は、通常タップ係数と呼ばれ、Ｃｆ０（ｋ）、Ｃｆ１（ｋ）・・・・、Ｃｆｍ（ｋ）を乗算し、それぞれＦＩＲ乗算出力信号（ＳＤＡ０×Ｃｆ０（ｋ））、（ＳＤＡ１×Ｃｆ１(ｋ)）、・・・、（ＳＤＡｍ×Ｃｆｍ(ｋ)）を生成する。ＦＩＲ加算部３０３は、各ＦＩＲ乗算出力信号（ＳＤＡ０×Ｃｆ０（ｋ））、（ＳＤＡ１×Ｃｆ１(ｋ)）、・・・、（ＳＤＡｍ×Ｃｆｍ(ｋ)）の総和を加算器３０１１により計算し、ＦＩＲフィルタ出力信号Ｓ３０１を生成する。

ＩＩＲフィルタ部３０２は、スライサ３０４からの信号Ｓ３０４を入力し、ＩＩＲフィルタ信号Ｓ３０２を生成する。ＩＩＲフィルタ部３０２は、ＩＩＲ（ＩｎｆｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ＝無限インパルス応答）フィルタを構成する。直列に接続されたｌ個（ｌは１以上の整数）のＩＩＲ遅延回路ＤＢ１、ＤＢ２、・・・、ＤＢｌは、スライサ３０４からの信号Ｓ３０４を１シンボルずつ順次遅延し、それぞれｌ個のＩＩＲ遅延信号ＳＤＢ１、ＳＤＢ２、・・・、ＳＤＢｌを生成する。ＩＩＲ遅延信号ＳＤＢ０は、スライサ３０４からの信号Ｓ３０４に一致する。（ｌ＋１）個のＩＩＲ乗算器ＭＢ０、ＭＢ１、・・・、ＭＢｌは、ＩＩＲ遅延信号ＳＢＤ０、ＳＢＤ１、・・・、ＳＤＢｌに、通常タップ係数と呼ばれるＣｉ０（ｋ）、Ｃｉ１（ｋ）・・・・、Ｃｉｌ（ｋ）を乗算し、それぞれＩＩＲ乗算出力信号（ＳＤＢ０×Ｃｉ０（ｋ））、（ＳＤＢ１×Ｃｉ１(ｋ)）、・・・、（ＳＤＢｌ×Ｃｉｌ(ｋ)）を生成する。ＩＩＲ加算部は、各ＩＩＲ乗算出力信号（ＳＤＢ０×Ｃｉ０（ｋ））、（ＳＤＢ１×Ｃｉ１(ｋ)）、・・・、（ＳＤＢｌ×Ｃｉｌ(ｋ)）の総和を加算器３０２１にて計算し、ＩＩＲフィルタ出力信号Ｓ３０２を生成する。

タップ係数算出部３６は、上記タップ係数Ｃｆ０（ｋ）、Ｃｆ１（ｋ）、・・・・Ｃｆｍ（ｋ）、およびＣｉ０（ｋ）、Ｃｉ１（ｋ）、・・・Ｃｉｌ（ｋ）を下記の（１）（２）のＬＭＳ（ＬｅａｓｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅ＝最小２乗平均）アルゴリズムに基づいて、各タップのタップ係数を算出する。また、式１および式２の漸化式により、漸化ステップごとに適応フィルタ動作を行う。
Ｃｆｊ(ｋ＋１)＝Ｃｆｊ（ｋ）−ＳＴ×（Ｓ３０４−Ｓ３０５）×ＳＤＡｊ（１）
Ｃｉｊ(ｋ＋１)＝Ｃｉｊ（Ｋ）−ＳＴ×（Ｓ３０４−Ｓ３０５）×ＳＤＢｊ（２）

ここで、ｊ＝０、１、２、・・・、ｍである。Ｃｆｊ（ｋ）は、現在の漸化ステップにおける各ＦＩＲフィルタのタップ係数を、Ｃｆｊ（ｋ＋１）は、次の漸化ステップにおける各ＦＩＲフィルタのタップ係数を示す。また、Ｃｉｊ（ｋ）は、現在の漸化ステップにおける各ＩＩＲフィルタのタップ係数を、Ｃｉｊ（ｋ＋１）は、次の漸化ステップにおける各ＩＩＲフィルタのタップ係数を表す。ＳＴは、漸化ステップにおけるステップサイズを、Ｓ３０５はＦＩＲフィルタとＩＩＲフィルタの総和の値を、Ｓ３０４をＳ３０５をスライサ３０４を通した後の値を表す。

ステップサイズＳＴを大きくすると収束速度は速くなるが、オーバーシュートが大きくなり、ついには発振する。したがってステップサイズＳＴは、シミュレーションおよび実験により、適切な値に調整される。

また、Ｃｉ０（ｋ＋１）はセンタータップとよばれ、更新アルゴリズムにおいて、初期値として、ゲイン１の値を設定する。それ以外のタップ係数は、更新アルゴリズムにおいて、初期値ゼロとして設定する。

トレーニング信号抽出部３２は、同期部１２から図２で示した各フィールド位置情報を取得し、ＩＱ検波＋ＡＦＣ部１０１の出力信号Ｓ１０１から、ＡＴＳＣ規格で定められている７００シンボルのトレーニング信号を抽出するブロックである。トレーニング信号生成部３４では、ＡＴＳＣ規格に規定されているトレーニング信号パターンを作成し、トレーニング信号のリファレンス信号を作成する。相関値算出部３３は、トレーニング信号抽出部３２からの実際の受信信号のトレーニング信号Ｓ３２と、トレーニング信号生成部３４からのＡＴＳＣ規格に規定されているトレーニング信号パターンＳ３４から図５のよう
な相関値を作成する。

タップ係数初期値算出部３５では、図５のように相関値からタップ係数の初期設定値を算出する。従来のタップ係数初期値算出部では、図５のように算出した相関値が一番大きな場所をセンタータップ位置とし、Ｃio(k)の値をゲイン１の値に設定している。そして、ある基準値（ここでは、仮にＰとする）よりも大きい相関値の場所のタップ位置（ここの例では、Ｃfm-66(k)と、Ｃfm-65(k)）のタップ係数をセンタータップをゲイン１とした時の相関値比率を算出し、その値に（−１）を乗算したものをＣfm-66(k)およびCfm-65(k)のタップ係数の初期値としている。それ以外のタップ係数初期値は全てゼロを設定する。

今回の発明のタップ係数初期値算出部３５では、図６のように、算出した相関値のうち、ある基準値Ｐよりも大きい場所の中で、一番左（時間的には一番早い位置）に相当する位置をセンタータップとし、Ｃio(k)の値をゲイン１の値に設定している。そして、それ以外の基準値Ｐよりも大きな相関値の場所のタップ位置（ここの例では、Ｃi1(k)とＣｉ66(k)）のタップ係数をセンタータップをゲイン１としたときの相関値比率を算出し、その値に（−１）を乗算したものをCi1(k)およびCi66（k）のタップ係数初期値としている。それ以外のタップ係数初期値は全てゼロを設定する。

タップ係数選択部３７では、波形等化動作開始時は、タップ係数初期値算出部３５からの各タップ係数の初期値に設定するように選択し、波形等化動作開始後は、タップ係数算出部３６で算出した各タップ係数の値に設定するように選択する。

図７は今回の発明のタップ係数初期値算出フローを示す。まず抽出したトレーニング信号と作成した基準トレーニング信号より、相関値を算出する。つぎに、算出した相関値のうち、ある基準値Ｐよりも大きいものの中で、一番左（時間的には一番早い位置）に相当する位置をセンタータップとし、この位置を主波とする。そしてＣio(k)の値をゲイン１の値に設定する。次に、それ以外の基準値Ｐよりも大きな相関値の場所をゴースト波の位置として、その位置のタップ係数をセンタータップをゲイン１としたときの相関値比率に（−１）を乗算した値をその位置のタップ係数初期値とする。そして、タップ係数算出部３７において、波形等化動作開始時には、算出したタップ係数初期値３５の値が設定できるようにし、その後は通常のＬＭＳアルゴリズムが動作するようにタップ係数算出部３６の値がタップに書き込まれるように設定する。

以上のように実施の形態１によれば、所望信号と、この所望信号に起因する前ゴーストおよび後ゴーストからなる妨害信号とを含む入力信号に対して、孫ゴーストを発生させず、しかも前ゴーストおよび後ゴーストを効率よく低減できる。また、適応フィルタ動作において、初期値の設定精度が高いため、ＬＭＳアルゴリズムの収束時間を短縮することが可能である。これにより、デジタル放送信号の受信性能が格段に向上し、高層ビル間の高度なマルチパス環境においても、また高速の移動体内においても、良好な受信が可能となる。

以上、実施の形態におけるこれまでの説明は、すべて本発明を具体化した一例であって、本発明はこれらの例に限定されず、本発明の技術を用いて当業者が容易に構成可能な種々の例に展開可能である。

本発明は、波形等化装置および方法に利用できる。

実施の形態１における放送受信装置の構成を示すブロック図。米国ＡＴＳＣ規格におけるデジタル放送信号のデータ構造を示す説明図。実施の形態１における波形等化部の構成を示すブロック図。米国ＡＴＳＣ規格における８値スライサを示す図。従来の相関値とタップ係数の関係を示す図。今回の発明の相関値とタップ係数の関係を示す図今回の発明のタップ係数の初期値を算出するフロー。

符号の説明

１０放送受信装置
１１チューナ
１０１ＩＱ検波＋ＡＦＣ部
１２同期部
１０２クロック再生部
１３波形等化部
１４誤り訂正部
１５ＴＳデコーダ
１６ＭＰＥＧデコーダ
１７ＣＰＵ
１８グラフィックス
２０アンテナ
２１フロントエンド部
２２バックエンド部
２３テレビモニタ
３１入力部
３２トレーニング信号抽出部
３３相関値算出部
３４基準トレーニング信号算出部
３５タップ係数初期値算出部
３６タップ係数算出部
３７タップ係数選択部
３０１ＦＩＲフィルタ部
３０２ＩＩＲフィルタ部
３０１１加算器
３０２１加算器
３０３減算器
３０４スライサ
３０５加算器
３０６出力部
ＤＡ１、ＤＡ２、・・・、ＤＡｍＦＩＲ遅延回路
ＤＢ１、ＤＢ２、・・・、ＤＢｎＩＩＲ遅延回路

Claims

入力信号に異なる遅延量を与え、タップ係数を乗算する複数のタップ部を備えた非巡回型のＦＩＲフィルタと巡回型のＩＩＲフィルタを用い、適応フィルタ動作により、前記入力信号を波形等化する装置であって、前記入力信号からトレーニング信号を抽出するトレーニング信号抽出部と、基準となるトレーニング信号を生成する基準トレーニング信号算出部と、トレーニング信号抽出部の信号と基準トレーニング信号算出部の信号を用いて相関を算出する相関値算出部と、相関値算出部からの相関値を用いて、ある基準値よりも大きな相関値の中で一番早い場所のタップ位置をセンタータップ位置としてゲイン１のタップ係数を設定し、それ以外のある基準値よりも大きな相関のタップ位置には、センタータップ位置の相関値との比率に−１を乗算したものをタップ係数初期値として、それ以外のタップ位置のタップ係数初期値はゼロとし、孫ゴーストを発生させないように波形等化をするためのタップ係数初期値を算出するタップ係数初期値算出部を用いることを特徴とする波形等化装置。