JP4895311B2 - 放送チャネル推定器 - Google Patents

Description

通信システムは、放送チャネルにより接続される送信器及び受信器を含む。放送チャネルにおいては、雑音、マルチパスフェーディング、環境変化等の要因により送信信号にひずみが生じる場合がある。放送チャネルにおいて送信信号にひずみが生じる程度は、受信器で受信信号を処理することにより測定される。受信信号は、チャネルの特性を推定するために用いられることがある。チャネルの推定された特性は、送信信号を受信側で回復させるために用いられてよい。アドバンスド・テレビ・システム委員会（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ；ＡＴＳＣ）規格を採用したデジタルテレビ（ＤＴＶ）システムにおいては、ＡＴＳＣ信号に埋め込まれたフィールド同期部分を用いてチャネル推定が行われてよい。しかし、特に放送チャネルが数百シンボルに及ぶ場合には、チャネル特性を正確に推定するための十分な情報がフィールド同期部分からは得られない場合がある。

本明細書に記載する発明は、例示として示すのであり、添付の図面に限定するべく示すのではない。図示の簡潔性と明瞭性を期すべく、図面に示す要素を必ずしも原寸に比例させて描かない。たとえば、明瞭性を期していくつかの要素の寸法をその他の要素に比べて誇張する場合がある。さらに、対応あるいは類似する要素を示すべく、適切であれば図面間において参照符号を繰り返し用いた。

通信システム１００の実施形態を示す。

ＡＴＳＣ８−ＶＳＢ信号のフレーム構造の実施形態を示す。

図１のチャネル推定器１８０の実施形態を示す。

図３のチャネル推定器が実行する動作を表す数式を示す。

図３のチャネル推定器が実行する動作を表す数式を示す。

チャネル推定器１８０が出力する推定されたチャネル係数をプロットしたものを示す。

以下の記載においては、放送チャネル推定器について述べる。ロジックの実装、リソース分割・共有・複製の実装、システムコンポーネントの種類と相関関係、ロジックの分割・統合オプション等の数多くの特定的詳細を以下の記載において述べ、本発明のより徹底した理解を得られるべくした。しかし、本発明はこれらの特定的詳細を伴わなくても実施し得ることは当業者には理解されよう。他の例においては、本発明が曖昧なものとならないよう、制御構造、ゲートレベル回路、ソフトウェア命令の完全なシーケンスを詳細には示さなかった。本明細書に含めた記載により、当業者であれば必要以上の実験を行わなくとも適切な機能を実装できるであろう。

本明細書において「一実施形態」、「ある実施形態」、「実施形態例」等の言及により、記載した実施形態には特定の特性、構造、あるいは特徴を含めてよいが、全ての実施形態に必ずしも当該特定の特性、構造、あるいは特徴を含めなくてもよいことを示す。更に、このような語句により、必ずしも同一の実施形態に言及するのでない。更に、特定の特性、構造、あるいは特徴がある実施形態に関連付けて記載される場合、明示せずとも他の実施形態に関連付けてこのような特性、構造、あるいは特徴に影響を及ぼすことは当業者の知識の範囲であることを具申する。

本発明の実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、あるいはこれらの組み合わせにより実施してよい。本発明の実施形態は、機械読み出し可能な媒体に格納された命令として実施してもよく、一以上のプロセッサにより読み出して、実行してよい。機械読み出し可能媒体は、機械（たとえば、コンピュータ装置）により読み出し可能な形式で情報を格納あるいは転送するメカニズムを含んだものであってよい。

たとえば、機械読み出し可能媒体は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク格納媒体、光格納媒体、フラッシュメモリデバイス、電気、光、音声、あるいはその他の形式の伝送信号（たとえば、搬送波、赤外線信号、及びデジタル信号）であってよい。更に、本明細書においては、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、及び命令が何らかのアクションを実行すると記載する場合がある。しかし、そのような記載は単に利便性を期したものであって、それらアクションは実際にはコンピュータ装置、プロセッサ、コントローラ、及びその他のデバイスがファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、及び命令を実行することにより生じるものであることは理解されるべきである。

通信システム１００の実施形態を図１に示す。通信システム１００は、送信器１１０、放送チャネル１２０、及び受信器１５０を含んでよい。

放送チャネル１２０は、ツイストペア銅線、光ファイバ等の有線媒体、及び空気媒体等の無線媒体であってよい。ＡＴＳＣフォーマットのデータフレームの送信時は、放送チャネル１２０は空気媒体であってよい。一実施形態において、放送チャネル１２０の特性は、環境変化、マルチパスフェーディング、及びたとえば加法性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）等の雑音要因の影響を被る場合がある。

送信器１１０は、データフレームを処理して信号を生成し、当該信号を放送チャネル１２０上で送信してよい。一実施形態においては、送信器１１０は、ＡＴＳＣ ８−ＶＳＢフォーマットのデータフレームを処理してよい。送信器１１０は、信号を放送チャネル１２０上で送信する前に、受信側での誤り検出と訂正の便宜を図るべく順方向誤り訂正符号を含めてよい。

受信器１５０は、通信チャネル１２０上で受信した信号（「受信信号」）を処理し、抽出したデータビットを更なる処理に付すべく、たとえばテレビの表示ユニット、あるいはデータビットを受信する構成の任意の装置に送信してよい。一実施形態においては、受信器１５０は、受信信号のひずみを補償するイコライザ１５５、及び受信信号からデータビットを抽出するデコーダ１６０を含んでよい。

受信器１５０は、受信信号を受信したことに応じて放送チャネル係数を生成するチャネル推定器１８０を含んでよい。一実施形態においては、チャネル推定器１８０は、複数のパスからのエコーの特性を表す放送チャネル係数を生成してよい。チャネル推定器１８０は、放送チャネル係数をイコライザ１５５に供給してよく、イコライザ１５５は、受信信号のひずみを放送チャネル係数に基づいて補償してよい。デコーダ１６０は、補償された信号をデコードしてよい。

ＡＴＳＣ ８−ＶＳＢデータフレームの実施形態を図２に示す。データフレーム２００は、第一データフィールド２３１及び第二データフィールド２３２を含んでよい。第一データフィールド２３１は、フィールド同期ユニット（フィールド同期）２２１、及び３１２個のデータセグメント２３１−１乃至２３１−３１２を含んでよい。フィールド同期２２１及びデータセグメント２３１−１乃至２３１−３１２のそれぞれは、８２８個のシンボルを含んでよい。フィールド同期２２１は、第一データフィールド２３１のスタートを示してよく、各データセグメント２３１は、データビットと順方向誤り訂正符号（ＦＥＣ）とを表すシンボルを含んでよい。データセグメント２３１−１乃至２３１−３１２のそれぞれは、データセグメント２３１−１乃至２３１−３１２それぞれのスタートを示すセグメント同期ユニット（セグメント同期）２１１−１乃至２１１−３１２に対応付けられてよい。セグメント同期２１１−０乃至２１１−３１２のそれぞれは、たとえば（５、−５、−５、５）等の４つのシンボルを含んでよい。

同様に、第二データセグメント２３２は、フィールド同期２２２、及び３１２個のデータフィールド２３２−１乃至２３２−３１２を含んでよい。フィールド同期２２２、及びデータセグメント２３２−１乃至２３２−３１２のそれぞれは、８２８個のシンボルを含んでよい。フィールド同期２２２は、第二データフィールド２３２のスタートを示してよく、データセグメント２３２−１乃至２３２−３１２のそれぞれは、データビットとＦＥＣビットとを表すシンボルを含んでよい。データセグメント２３２−１乃至２３２−３１２のそれぞれは、データセグメント２３２−１乃至２３２−３１２それぞれのスタートを示すセグメント同期（「セグメント同期」）２１２−１乃至２１２−３１２に対応付けられてよい。セグメント同期２１２−１乃至２１２−３１２のそれぞれは、たとえば（５、−５、−５、５）等の４つのシンボルを含んでよい。フィールド同期２２１とフィールド同期２２２とは、各々の二番目の擬似数列（ＰＮ６３）の符号が異なっていてよく、これにより受信器１６０によるフレーム構造の構築が容易になるであろう。チャネル１２０が信号にひずみを生じさせない場合、受信器１６０は、ベースバンド信号からフィールド同期２２１及び２２２、並びにセグメント同期２１１−０乃至２１１−３１２及び２１２−０乃至２１２−３１２を容易に識別するであろう。

ＡＴＳＣデータフレーム２００のフィールド同期２２１及び２２２を用いたチャネル特性の推定は、短いチャネルであれば正確になるであろう。しかし、フィールド同期２２１及び２２２は、長いチャネルの特性を正確に、許容範囲の信頼度で推定するのに十分な情報を提供しない場合がある。つまり、長いチャネルの特性の推定にフィールド同期を用いることにより、遠距離エコーを表す偽装値が生成される場合がある。一実施形態においては、受信信号は、複数のパスの信号の組み合わせであってよい。一実施形態においては、異なるパスは、異なるパス長によって異なる伝送時間を構成してよい。一実施形態においては、遠距離エコーは、減衰が大きい長距離パス上を伝送される送信信号の複製物であってよい。

一実施形態においては、チャネル推定器１８０は、チャネル１２０を通過するセグメント同期２１１及び２１２に含まれるチャネル情報を用いてよい。一実施形態においては、チャネル推定器１８０は、フィールド同期２２１及び２２２並びにセグメント同期２１１及び２１２の両方に含まれるチャネル情報を用いて放送チャネル係数を生成してもよい。一実施形態においては、後者の方法により決定された放送チャネル係数は、より信頼度の高い係数であってよい。このような方法により、放送チャネル１２０の特性の測定が正確になるであろう。

チャネル推定器１８０の実施形態を図３に示す。チャネル推定器１８０は、格納フィールド同期ブロック３１０、フィールド同期チャネル推定器３２０、平均値生成器３４０、加算器３４５、遅延素子３５０、セグメント同期チャネル推定器３６０、閾値ブロック３７０、及び改良型チャネル推定器３８０を含んでよい。

一実施形態においては、フィールド同期チャネル推定器３２０及びセグメント同期平均値生成器３４０は、入力としてｙ（ｎ）を受信してよい。一実施形態においては、チャネル１２０Ｈ（ｚ）上で受信した信号ｙ（ｎ）は、元のＶＳＢシンボル列ｘ（ｎ）、チャネル１２０の周波数インパルス応答係数ｈ（ｋ）（ｋ＝０、１、...Ｌ）、及びＡＷＧＮを表すｗ（ｎ）の項で表してよい。値Ｌは、チャネル１２０の長さを表す。ｙ（ｎ）の式は、図４（Ａ）の等式４０１により表される。

一実施形態においては、セグメント同期２１１及び２１２のシンボル（５、−５、−５、５）は、データセグメント２３１及び２３２のそれぞれの後に繰り返してよい。一実施形態においては、各行の初めの４つのシンボルｘ（ｎ）、ｘ（ｎ＋１）、ｘ（ｎ＋２）、及びｘ（ｎ＋３）は、セグメント同期２１１もしくは２１２の４つのシンボルを表してよい。したがって、ｙ（ｎ）は、等式４０２により表されてよい。

一実施形態においては、セグメント同期平均値生成器３４０は、受信信号ｙ（ｎ）を受信したことに応答して平均値ｃ（ｍ）を決定してよい。一実施形態においては、受信信号ｙ（ｎ）の平均値ｃ（ｍ）は、シンボル８３２個につき１回の受信信号ｙ（ｎ）の平均値に等しくてよく、等式４０３により表される。一実施形態においては、「ｍ」は、モジュロ８３２であり、（０、１、２、...８３１）の範囲の値をとってよい。

一実施形態においては、ｍがゼロであるときのシンボルの平均値ｃ（０）は、等式４０４又は４０５により表してよい。一実施形態においては、初めの４つのシンボル以外のシンボルを含む部分は、情報データシンボルの平均値を表すので、この部分を分離してよい。また、シンボル及び加法雑音を表す項ｘ（ｎ＋８３２ｊ−ｋ）及びｗ（ｎ＋８３２ｋ）は、平均値がゼロの乱数であると想定してよい。したがって、Ｎが大きい場合、セグメント同期２１１及び２１２のシンボルの平均値ｃ（０）は、等式４０６により表される。０乃至８３１の範囲の値である正の整数ｍは、平均値ｃ（ｍ）が等式４０７により表されてよい。

一実施形態において、加算器３４５は、平均値ｃ（ｍ）を受け取ったことに応じて値ｄ（ｍ）を生成してよい。一実施形態において、値ｄ（ｍ）は、ｃ（ｍ）の項で定義してよく、等式４０８により表される。一実施形態において、セグメント同期チャネル推定器３６０は、ｄ（ｍ）の値を用いてｋ＝（０、１、２、...８３１）についてのインパルス応答係数ｈ（ｋ）を算出してよい。ｄ（ｍ）に対応するコスト関数Φ（Ｑ）は、等式４０９により表さる。ここでＱ＝｛ｑ（０）、ｑ（１）、...ｑ（８３１）｝である。コスト関数Φ（Ｑ）は、ｑ（ｍ）＝ｈ（ｍ）であるときに、その最小値となってよい。等式４０９に表すコスト関数Φ（Ｑ）を最小化するｈ（ｍ）の解は、等式４１０により表される。

等式４１０より、係数推定値ｈ（ｍ）は、インパルス応答係数が〔１、−２、１〕である高域ＦＩＲフィルタの、入力がｄ（ｍ）であるときの出力と見てよい。一実施形態においては、放送チャネルにおける実際のインパルス応答係数は、低周波挙動に関連するが、ｄ（ｍ）に基づき決定されるチャネル推定値ｈ（ｍ）は、雑音感度を有する。したがって、チャネル推定値ｈ（ｍ）は、高域フィルタ特性ｈ（ｍ）により、主パス信号から遠距離に存在するエコーについては妥当である場合がある。チャネル推定値ｈ（ｍ）について合理的でない値が得られるのを回避するべく、等式４１１及び４１２によりそれぞれ表される制約Γ（ｍ）及びΩ（ｍ）が決定されてよい。等式４１３に示すように、Ω（ｍ）が４Γ（ｍ）より小さい場合、ｈ（ｍ）の値はゼロになり、ｈ（ｍ）の値の信頼度は低いであろう。

一実施形態においては、フィールド同期チャネル推定器３３０は、フィールド同期２２１及び２２２のシンボルに基づいてインパルス応答係数を決定してよい。一実施形態においては、フィールド同期２２１及び２２２の８２８個のシンボルは、周期が５１１のバイナリ擬似数列、それに続くそれぞれ周期が６３の三つのバイナリＰＮ列、及び残りの１２８個のバイナリシンボルである。一実施形態においては、格納フィールド同期４１０はバイナリＰＮ列を格納してよい。一実施形態においては、フィールド同期チャネル推定器３３０は、最小二乗（ＬＳ）法あるいは相関法によりインパルス応答係数ｆ（ｋ）を決定してよい。等式４１４、４１５、及び４１６は、Ｙ、Ｈ、及びＸのベクトル式を表したものである。ここでＹは受信信号であり、Ｘは送信信号であり、Ｈはフィールド同期２２１と２２２に基づいて算出されるチャネル１２０のインパルス応答である。一実施形態においては、Ｙは｛ｙ（ｎ）、ｙ（ｎ−１）、ｙ（ｎ−２）...．｝の「添字ｔ」により表記される転置に等しく、Ｈは｛ｈ（０）、ｈ（１）、...ｈ（Ｌ）｝の転置に等しい。

一実施形態においては、Ｙは、等式４１７に示すようにＸ及びＨの項で表記されてよい。等式４１７からＨを決定してよく、それを等式４１８に示す。一実施形態においては、等式４１８は、ＬＳ法により決定されるインパルス応答特性を表してよい。

一実施形態においては、等式４１８において、Ｘはフィールド同期２２１及び２２２における訓練シンボルを表すので、（Ｘ^ｔＸ）^−１Ｘを予め算出してよい。しかし、正方行列（Ｘ^ｔＸ）は、恒等行列により近似してよい。このような近似により、インパルス応答係数Ｈは、等式４１９に示すようにＸＹと等号で結ばれるようになる。等式４１９は、相関法により算出されるインパルス応答係数を表してよい。しかし、長いチャネルスパンにおいては訓練シーケンス長が限られていることと雑音の影響を受け易いこととにより、ＬＳ法と相関法のいずれによってもチャネル特性が正確に推定されない場合がある。ＬＳ法を用いたチャネル特性の推定により相関法よりも正確な結果が与えられるであろうが、ＬＳ法はチャネル長が増大するにつれ計算量が増大するであろう。

ＬＳと相関法によるチャネル特性の推定は、チャネル長が８３２に接近するにつれ妥当でなくなるであろう。一実施形態においては、セグメント同期２１１及び２１２に基づくチャネル特性ｈ（ｍ）の推定と、フィールド同期２２１及び２２２に基づくチャネル特性Ｈつまりｆ（ｋ）の推定とを組み合わせて遠距離エコーの特性を推定してよい。

一実施形態においては、改良型チャネル推定器３８０は推定されたチャネル特性ｈ（ｍ）及びｆ（ｋ）を受け取って、ｈ（ｍ）及びｆ（ｋ）に基づいて放送チャネル係数ｇ（ｋ）を生成してよい。一実施形態においては、フィールド同期２２１におけるシンボルの数（＝８２８−１２＝８１６）、及びセグメント同期２１１−０乃至２１１−３１２におけるシンボルの全数（＝３１３＊４＝１２５２）に基づいて推定値ｇ（ｋ）を生成してよい。一実施形態においては、推定値を生成するために用いられるシンボルの全数は、２０６８（＝８１６＋１２５２）であってよく、このような方法により長いチャネルの特性が正確に推定できるであろう。

一実施形態においては、改良型チャネル推定器３８０は、加重関数に基づいてｈ（ｍ）とｆ（ｋ）とを合成してよい。一実施形態においては、二つの予め設定されたエコーからの主パス信号への距離に基づいて加重関数を決定してよい。一実施形態においては、二つの予め設定されたエコー（Ｎ_０とＮ_１）への距離は、それぞれ（Ｎ_０＜Ｍ）及び（Ｎ_１＜８３２−Ｍ）であってよい。加重関数ｗ（ｋ）は、等式４２０により表される。一実施形態においては、改良型チャネル推定器３８０は、等式４２１により表される放送チャネル係数ｇ（ｋ）を生成してよい。一実施形態においては、閾値３７０は、各ｇ（ｋ）値についての閾値を格納してよく、改良型チャネル推定器３８０は、ｇ（ｋ）を閾値と比較し、ｇ（ｋ）が閾値より小さければｇ（ｋ）をゼロに設定し、そうでなければｇ（ｋ）値を維持してよい。

図５において、４００、４６５、及び７７５ユニット付近に主エコー、近距離エコー、及び遠距離エコーが存在すると推定されるチャネルの実施形態を示す。推定チャネル５１０は、フィールド同期２２１に基づいて相関法によりチャネル特性を推定することにより得られる。推定チャネル５１０の７７５ユニットに存在する遠距離エコーは、強度が過小で認知できない場合がある。推定チャネル５３０は、４００ユニット付近の主パス信号と、７７５ユニット付近の概略明瞭な遠距離エコーとを示す。推定チャネル５３０は、セグメント同期２１１のシンボルに基づいてチャネル特性を推定することにより得られる。推定チャネル５６０は、４００ユニット付近の主パス信号と、７７５ユニット付近のはっきりと明瞭な遠距離エコーとを示す。推定チャネル５６０は、セグメント同期２１１及びフィールド同期２２１のシンボルに基づいてチャネル特性を推定することにより得られる。一実施形態においては、上記のチャネル推定器１８０を用いることにより推定チャネル５６０を得てもよい。

実施形態例を参照して本発明の特定の特性を記載した。しかし、記載は限定的に解釈されることが意図されたものでない。本発明が関連する技術分野の当業者には明らかである、実施形態例の多様な変更及び本発明のその他の実施形態は、本発明の趣旨と範囲の内に存在するとみなされる。

Claims (7)

1. セグメント同期ユニットおよびフィールド同期ユニットを含む受信信号が受信されたチャネルの特性を表す複数の放送チャネル係数を生成する段階であって、前記フィールド同期ユニットにおける複数のシンボルを用いて主パス信号用の放送チャネル係数を決定し、前記セグメント同期ユニットにおける複数のシンボルを用いて前記主パス信号に関連する遠距離エコー用の放送チャネル係数を決定することにより、前記主パス信号用の放送チャネル係数と前記遠距離エコー用の放送チャネル係数とを含む前記複数の放送チャネル係数を生成する段階と、
   前記受信信号におけるひずみを補償する段階であって、前記受信信号は前記複数の放送チャネル係数を用いて補償される段階と、
   前記補償の後に前記受信信号をデコードする段階と
   を含む方法。
2. 前記主パス信号用の放送チャネル係数は、前記セグメント同期ユニットにおける複数のシンボルに含まれるチャネル情報を用いて生成される、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記複数の放送チャネル係数は、前記セグメント同期ユニットにおける複数のシンボルと、前記フィールド同期ユニットにおける複数のシンボルとに含まれるチャネル情報を用いて生成される、
   請求項１または２に記載の方法。
4. チャネルに接続され、前記チャネル上で受信された、セグメント同期ユニットおよびフィールド同期ユニットを含む受信信号の前記セグメント同期ユニットにおける複数のシンボルの平均値を生成する平均値生成器と、
   前記平均値生成器に接続され、前記平均値を用いて第１のチャネル特性を生成するセグメント同期チャネル推定器と、
   前記チャネルに接続され、前記受信信号のフィールド同期ユニットを用いて第２のチャネル特性を生成するフィールド同期チャネル推定器と、
   前記フィールド同期チャネル推定器と前記セグメント同期チャネル推定器とに接続され、前記チャネルの特性を表す複数の放送チャネル係数を生成する改良型チャネル推定器であって、主パス信号用の放送チャネル係数を前記第２のチャネル特性から決定し、前記主パス信号に関連する遠距離エコー用の放送チャネル係数を前記第１のチャネル特性から決定することによって、前記複数の放送チャネル係数を生成する改良型チャネル推定器と
   を含むチャネル推定器。
5. 前記主パス信号用の放送チャネル係数は、前記受信信号の前記セグメント同期ユニットにおける前記複数のシンボルに符号化されたチャネル情報を用いて生成される、
   請求項４に記載のチャネル推定器。
6. チャネルに接続され、前記チャネルの特性を表す複数の放送チャネル係数を生成するチャネル推定器であって、前記チャネルを介して受信した、セグメント同期ユニットおよびフィールド同期ユニットを含む受信信号の、前記フィールド同期ユニットにおける複数のシンボルを用いて、主パス信号用の放送チャネル係数を決定し、前記セグメント同期ユニットおける複数のシンボルを用いて、前記主パス信号に関連する遠距離エコー用の放送チャネル係数を決定することによって、前記複数の放送チャネル係数を生成するチャネル推定器と、
   前記チャネル推定器に接続され、前記受信信号におけるひずみを補償するイコライザであって、前記受信信号は、前記複数の放送チャネル係数を用いて補償される、イコライザと、
   前記チャネルに結合され、前記受信信号をデコードするデコーダと
   を含む受信器。
7. 前記チャネル推定器は、前記セグメント同期ユニットにおける複数のシンボルに符合化されたチャネル情報を用いて前記主パス信号用の放送チャネル係数を生成する、
   請求項６に記載の受信器。

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