JP4921360B2 - シンボルタイミングの曖昧さ訂正 - Google Patents

Description

本発明は一般には通信システムに、より詳細には受信機に関するものである。

ATSC-DTV（Advanced Television Systems Committee‐Digital Television）システム（たとえば米国先進テレビジョンシステム委員会の『ATSCデジタルテレビジョン規格』、文書A/53、1995年9月16日および『ATSCデジタルテレビジョン規格の利用案内』、文書A/54、1995年10月4日を参照）のような現代の通信システムにおいては、高度な変調、チャネル符号化および等化が通例適用される。受信機では、復調器は一般に搬送波位相および／またはシンボルタイミングの曖昧さを有する。等化器は一般にはDFE（Decision Feedback Equalizer［判定帰還型等化器］）型またはその何らかの変形であって、有限の長さをもつ。ひどく歪んだチャネルにおいては、等化器が信号をうまく処理し、歪みの補正を行う最善の可能性を与えるため、チャネルインパルス応答（channel impulse response）の仮想中心（virtual center）を知ることが重要である。一つのアプローチは、セグメント同期信号に基づいて適応的等化器のためのチャネル仮想中心を計算するセントロイド計算器（centroid calculator）を使用することである。もう一つのアプローチは、フレーム同期信号に基づいて適応的等化器のためのチャネル仮想中心を計算するセントロイド計算器を使用することである。

我々は、チャネル仮想中心を決定するための上述の両アプローチは、誤ったシンボルタイミング位相によるセントロイド計算器に入力されたデータへの、よってセントロイド推定値への影響に対処するものではないことを観察するに至った。換言すれば、上述の両アプローチはセントロイド計算における復調器のシンボルタイミングの曖昧さの効果に対処するものではなく、この曖昧さを補正しようと試みることはしない。

したがって、本発明の原理によれば、受信機は、シンボル期間あたり複数の信号サンプルをもつ復調信号を与える復調器と、前記復調信号に応答して前記複数の信号サンプルのうちチャネル仮想中心を決定するのに使う少なくとも一つを選択する、セントロイド計算器とを有する。

本発明のある実施形態では、ATSC受信機は復調器、セントロイド計算器および適応的等化器を有する。復調器は受信されたATSC-DTV信号を復調し、シンボル期間あたり複数のサンプルをもつ復調された信号を与える。セントロイド計算器は復調されたATSC-DTV信号を処理し、前記適応的等化器のためのチャネル仮想中心を計算するために各時間期間Tにおける複数の標本値の少なくとも一つを選択する。例示的に、セントロイド計算器は復調されたATSC-DTV信号内のトレーニング信号を使用し（たとえばセグメント同期またはフレーム同期）、前記少なくとも一つのサンプルの選択を復調器におけるシンボルタイミングの曖昧さを補正するためにも行う。

本発明の原理によれば、セントロイド計算器は内部制限器を有しており、それがパフォーマンスを改善する。

本発明の概念のほかは、図面に示した要素はよく知られており、詳細に述べることはしない。また、テレビ放送および受信機に通じていることを前提とし、やはりここで詳細に述べることはしない。たとえば、本発明の概念のほかは、NTSC（National Television Systems Committee）、PAL（Phase Alternation Lines）、SECAM（SEquential Couleur Avec Memoire）およびATSC（Advanced Television Systems Committee）といったテレビ標準のための現行および提案されている勧告に通じていることを前提とする。同様に、本発明の概念のほかは、８レベル残留側波帯（8-VSB: eight-level vestigial sideband）、直角位相振幅変調（QAM: Quadrature Amplitude Modulation）といった伝送の概念ならびに無線周波（RF: radio-frequency）フロントエンドまたは低ノイズブロック、チューナー、復調器、相関器、リーク積分器（leak integrator）および二乗器（squarer）といった受信機セクションのような受信機構成要素も前提とする。同様に、トランスポート・ビットストリームを生成するための整形および符号化方法（MPEG（Moving Picture Expert Group）-2システム規格（ISO/IEC13818-1）のような）はよく知られており、ここでは説明しない。また、本発明の概念は従来式のプログラミング技法を使って実装でき、そうした技法についてここで説明はしないことも注意しておくべきである。最後に、図面の同様の番号は同様の要素を表す。

本発明の概念を記述する前に、図１に、ATSC-DTVシステムで使うためのセントロイド計算器のブロック図を示す。セントロイド計算器１００は相関器１０５、リーク積分器１１０、二乗器１１５、ピーク探索要素１２０、乗算器１２５、第一の積分器１３０、第二の積分器１３５および位相検出器１４０を有している。セントロイド計算器１００は、セグメント同期信号と、シンボルあたり１サンプルで同相（実数）成分のみからなるデータ入力信号１０１−１に基づいている。データ入力信号１０１−１は、復調器（図示せず）によって与えられる、復調された受信ATSC-DTV信号を表している。

データ入力信号１０１−１は、その中のセグメント同期信号（またはパターン）の検出のために相関器１０５（またはセグメント同期検出器１０５）に入力される。セグメント同期信号は反復パターンであり、２つの隣接するセグメント同期信号の間の距離は大きめになっている（832シンボル）。よって、セグメント同期シンボルを使ってチャネルインパルス応答を推定できる。チャネルインパルス応答は今度はチャネル仮想中心すなわちセントロイドを推定するために使われる。セグメント同期検出器１０５はデータ入力信号１０１−１を、ATSC-DTVセグメント同期の特性、すなわち二値表現なら[1 0 0 1]あるいはVSBシンボル表現では[＋5 −5 −5 ＋5]と突き合わせて相関を調べる。セグメント同期検出器１０５からの出力信号は次いでリーク積分器１１０に入力される。リーク積分器１１０は832シンボルの長さを有しており、これは１セグメントのシンボル数に等しい。VSBデータはランダムなので、データシンボル位置での積分器の値は平均されて０に近づく。しかし、セグメント同期位置での積分器の値は、４つのセグメント同期シンボルが832シンボルごとに繰り返すので、信号強度に比例して増大する。チャネルインパルス応答がマルチパスすなわちゴーストを呈すれば、それらのマルチパス遅延の位置にセグメント同期シンボルが現れる。結果として、マルチパス遅延の位置での積分器の値もゴースト振幅に比例して増大する。リーク積分器というのは、ピーク探索が実行されたのちに、積分器が新しい数を加えるたびに定数値を引くようなものである。832個のリーク積分器の値は二乗器１１５によって二乗される。結果として得られる出力信号すなわち相関器信号１１６はピーク探索要素１２０および乗算器１２５に送られる。（二乗する代わりに要素１１５は入力信号の絶対値を与えるのでもよいことを注意しておくべきであろう。）
リーク積分器の各値（相関器信号１１６）がピーク探索要素１２０に入力される際、対応するシンボル指数〔インデックス〕値（シンボル指数１１９）もピーク探索要素１２０に入力される。シンボル指数１１９は、最初に０にリセットされ、新たなリーク積分値の値ごとに１インクリメントされて0から831のパターンを繰り返すなどの仮想指数である。ピーク探索要素１２０は832個の二乗された積分器の値（相関器信号１１６）に対してピーク探索を実行し、ピーク信号１２１を提供する。このピーク信号は、832個の二乗された積分器の値のうちで最大値に関連付けられるシンボル指数に対応するものである。ピーク信号１２１は当該チャネルの初期中心として使われ、第二の積分器１３５（後述）に入力される。

リーク積分器の値（相関器信号１１６）はまた、現在のシンボル指数から初期中心への相対距離により重みをかけられ、次いでフィードバックループすなわちセントロイド計算ループによって重みを適用した中心位置が決定される。セントロイド計算ループは、位相検出器１４０、乗算器１２５、第一の積分器１３０および第二の積分器１３５を有する。このフィードバックループはピーク探索が実行され、第二の積分器１３５が初期中心またはピーク値で初期化されたのちに開始される。位相検出器１４０は現在のシンボル指数（シンボル指数１１９）と仮想中心値１３６の間の距離（信号１４１）を計算する。乗算器１２５を通じて重みをかけられた値１２６が計算され、第一の積分器１３０に与えられ、この第一の積分器１３０が832個のシンボルのグループごとに重みをかけられた値を蓄積していく。上記のように、第二の積分器１３５は初期に前記ピーク値に設定され、それから第一の積分器１３０の出力を蓄積して仮想中心値すなわちセントロイド１３６を生成するのに進む。図１のすべての積分器は暗黙的なスケーリング因子を有している。

ひとたび仮想中心値１３６が決定されたら、セグメント同期およびフレーム同期信号のようなVSB参照信号は、仮想中心と揃うよう受信機内でローカルに再生成される（図示せず）。結果として、等化されたデータ出力が仮想中心と揃うよう、等化器内でチャネルを等化するためのタップが生長する。

図１に関して上記したシステムの、シンボルあたり２サンプルの複素データ入力信号（同相成分および直交成分）への、あるいはフレーム同期ベースの設計への拡張は図１から容易に導かれる。

たとえば、データ入力信号が複素数であれば、セントロイド計算器（今の場合「複素セントロイド計算器」とも呼ぶ）は、図２に示すように入力データ信号の同相（I）成分および直交（Q）成分を別個に処理する。具体的には、入力データ信号の同相成分（１０１−１）はセグメント同期検出器１０５−１、リーク積分器１１０−１および平方器１１５−１を介して処理される一方、入力データ信号の直交成分（１０１−２）はセグメント同期検出器１０５−２、リーク積分器１１０−２および平方器１１５−２を介して処理される。これらの要素のそれぞれは図１において上述したのと同様の仕方で機能する。図には示していないが、シンボル指数の生成はどちらの二乗器要素からでもできる。各二乗器（１１５−１および１１５−２）からの出力信号は加算器１８０を介して足し合わされて相関器信号１１６を与える。処理の残りは図１に関して上述したのと同じである。

シンボルあたり２サンプルのセントロイド計算器に関しては、T/2の間隔が例示的に使われる（ここで、Tはシンボル間隔に対応する）。たとえば、セグメント同期検出器はT/2間隔のセグメント同期特性と一致するT/2間隔の値を有し、リーク積分器は2×832の長さであり、シンボル指数は0,1,2,...,831ではなく0,0,1,1,2,2,...,831,831のパターンに従う。

最後に、フレーム同期信号に基づくセントロイド計算器については、以下のことに留意すべきである。フレーム／フィールド同期信号は832個のシンボルから構成され、313セグメントごとに到着するので、これはチャネル中のいかなる実際的なマルチパス広がりよりも長く、よってマルチパス信号の位置を決定することにおいて何の問題もない。図１のセグメント同期検出器に対して非同期PN511相関器をチャネルインパルス応答（PN511を単独で使っているなら832個のフレーム同期シンボルのうちから）を測定するのに使ってもよい。（PN511は擬似乱数列で、先述のATSC規格で記述されている。）さらなる処理は図１について上述したのと同様であるが、処理が少なくとも１フィールド全体にわたって実行される点が異なっている。前記相関値がピーク探索機能ブロックに送られてピーク探索が１フィールドの時間にわたって実行される。よってこのピーク値のシンボル指数が初期仮想中心点として使われることになる。ひとたび初期中心点が決定されたら、相関結果が所定の閾値より大きく、かつ初期仮想中心点の前後のある範囲内のときにのみ、相関結果が解析される。たとえば、相関結果が所定の値より大きな、初期中心位置のまわりの±500シンボルである。厳密な範囲は、現実の環境中で遭遇すると期待される実際上のチャネルインパルス応答の長さと利用可能な等化器の長さの両方によって決定される。処理の残りは図１について先に記述されたのと同じである。

我々は、チャネル仮想中心を決定するための上述のアプローチは、誤ったシンボルタイミング位相によるセントロイド計算器に入力されたデータへの、よってセントロイド推定値への影響に対処するものではないことを観察するに至った。換言すれば、上述のアプローチはセントロイド計算における復調器のシンボルタイミングの曖昧さの効果に対処するものではなく、この曖昧さを補正しようと試みることはしない。

したがって、本発明の原理によれば、受信機は、シンボル期間あたり複数の信号サンプルをもつ復調信号を与える復調器と、前記復調信号に応答して前記複数の信号サンプルのうちチャネル仮想中心を決定するのに使う少なくとも一つを選択する、セントロイド計算器とを有する。

本発明の原理に基づく例示的なテレビ１０の高レベルのブロック図が図３に示されている。テレビ（TV）１０は受信機１５およびディスプレイ２０を含む。例示的に、受信機１５はATSC対応受信機である。受信機１５はNTSC（National Television Systems Committee）対応でもよいことを注意しておくべきである。これはすなわち、テレビ１０がNTSC放送またはATSC放送からのビデオコンテンツを表示できるようNTSC動作モードおよびATSC動作モードを有しているということである。簡単のため、本発明の概念の記述において、ここではATSC動作モードのみについて述べる。受信機１５は放送信号１１を（たとえばアンテナ（図示せず）を介して）受信する。それを処理してそこからたとえばHDTV（high definition TV［高精細度テレビ］）ビデオ信号を復元し、そこに載っているビデオコンテンツを視聴するためにディスプレイ２０に加えるのである。

さらに、本発明の原理によれば、受信機１５はシンボルタイミングの曖昧さの補正をするセントロイド計算器を含んでいる。受信機１５の関連部分の例示的なブロック図が図４に示されている。復調器２７５はIF周波数（F_IF）を中心とする信号２７４を受信し、6MHz（MHzは100万ヘルツ）に等しい帯域幅を有する。復調器２７５は、シンボル期間Tあたり複数のサンプルをもつ復調された受信ATSC-DTV信号２０１を、セントロイド計算器２００に与える。セントロイド計算器２００は本発明の原理に基づき、適応的等化器（図示せず）による使用のための仮想中心値１３６を計算するために各時間期間Tにおける複数のサンプルのうちの少なくとも一つを選択する。例示的に、セントロイド計算器２００は信号２９４を介して復調器２７５にシンボルタイミング情報を提供することを、復調器２７５におけるシンボルタイミングの曖昧さを補正するために行ってもよい。（本発明の概念に重要でない、たとえば信号２７４を与えるためのRFフロントエンドなど受信機１５の他の処理ブロックがここでは示されていないことを注意しておくべきであろう。）
ここで図５を参照すると、セントロイド計算器２００の例示的なブロック図が示されている。セントロイド計算器２００は検出器２９０、位相検出器１４０、乗算器１２５、第一の積分器１３０および第二の積分器１３５を有している。検出器２９０のほかは、セントロイド計算器２００は動作においてセントロイド計算器１００（先述）と同様である。復調器２７５によって与えられる復調された受信ATSC-DTV信号を表すデータ入力信号２０１が検出器２９０に入力される。検出器２９０は、セントロイド計算器２００が、仮想中心値１３６を決定する際にシンボルタイミング曖昧さを考慮に入れることを可能にし、例示的には信号２９４を介してシンボルタイミング情報を提供する。

ここで図６を参照すると、本発明の原理に基づく検出器２９０の例示的なブロック図が示されている。この例では、検出器２９０はシンボル期間Tあたり２サンプルで動作し、データ入力信号２０１の同相成分を使用する。しかし、本発明の概念はそれに限定されない。図６では、データ入力信号２０１は２つのサンプルを有する。データ入力０（２０１−１）で表される第一のサンプルおよびデータ入力１（２０２−１）で表される第二のサンプルである。これに関し、図４の復調器２７５はシリアル出力復調器またはパラレル出力復調器のいずれかであると想定される。復調器２７５がシリアル出力復調器であれば、復調器２７５はデータ入力０とデータ入力１を復調器クロック（図示せず）と関連付けられた交互のサンプルの列として与える。他方、復調器２７５がパラレル出力復調器の場合、復調器２７５はデータ入力０とゼータ入力１を復調器クロック（図示せず）と関連付けられた同じ時刻のサンプルの対として与える。いずれの場合にも、復調器クロックはシンボルレート（1/T）の２倍またはそれ以上の周波数を有しうる。クロック周波数がシンボルレートの２倍より高ければ、サンプル・イネーブル（図示せず）によって復調クロックのいつサンプルが利用可能かが識別される。簡単のため、一般性を失うことなく、以下では、クロック周波数がシンボルレート（1/T）に等しく、復調器２７５はパラレル出力復調器であると想定する。

図６から観察できるように、各サンプルは同じような仕方で処理される。特に、データ入力０は相関器（セグメント同期検出器）２０５−１、リーク積分器２１０−１、二乗器２１５−１およびビーク探索要素２２０−１によって処理される。同様に、データ入力１は相関器（セグメント同期検出器）２０５−２、リーク積分器２１０−２、二乗器２１５−２およびピーク探索要素２２０−２によって処理される。これら二つの処理経路からの出力信号は最大ピーク要素２８０に加えられ、該最大ピーク要素２８０がシンボル指数値２９１、相関器値２９２、ピーク値２９３および時間位相値２９４を与える。のちにさらに述べるように、検出器２９０のこれらの要素は、セントロイド計算器２００が、仮想中心値１３６を提供する際にシンボルタイミングの曖昧さを考慮に入れることを可能にする。

図６におけるあるサンプルについての特定の処理経路（たとえばセグメント同期検出器、リーク積分器および二乗器）は図１に示したものと同様だが、図６に示した構成には、検出器２９０が使用する最も適切なサンプル（データ入力０かデータ入力１か）を識別することを可能にする主要な相違がいくつかある。類似性の面では、データ入力０とデータ入力１の両者はセグメント同期検出器、リーク積分器および二乗機能によって独立して処理される。図６のこれらの要素は図１に示した対応する要素と同じである。

図６における両方の二乗機能（２１５−１、２１５−２）の出力、すなわち相関値０および１（図６ではcorr_value0およびcorr_value1と記されている）は次いでそれぞれピーク探索要素２２０−１および２２０−２に送られる。これらの要素によって実行されるピーク探索は図１で実行されたのと同様であるが、一つ機能が加わっている。ピーク探索要素からの出力信号として、ピーク（peak）値とともに、それぞれのピークに対応する相関値（corr_peak）も与えられるのである。corr_peakの値は、セグメント同期信号に基づいてセントロイド計算器のために探索される832の値のうちの最大相関値（maximum correlated value）である。そして以前と同様、「ピーク」値は最大相関値と関連付けられたシンボル指数である。よって、ピーク探索要素２２０−１は「peak0」出力信号および「corr_peak0」出力信号を与える。同様に、ピーク探索要素２２０−２は「peak1」出力信号および「corr_peak1」出力信号を与える。

さらに、二乗器２１５−１および２１５−２はそれぞれのシンボル指数値を与える。具体的には、二乗器２１５−１はシンボル指数０の値を与えるが、この値は最初に０にリセットされることができ、新たな入力データ０のサンプルごとに１インクリメントされる。二乗器２１５−２はシンボル指数１の値を与えるが、この値は、最初に０にリセットされることができ、新たな入力データ１のサンプルごとに１インクリメントされる。これらの指数はいずれも時間的に互い違いになっていてもよいし（シリアル出力変調器の場合）、同一であってもよい（パラレル出力復調器の場合）。

ひとたびそれぞれのピーク探索要素によってピーク探索が実行されると、各サンプルについて値すなわち信号の組が最大ピーク要素２８０に与えられる。最大ピーク要素２８０はどのサンプルが仮想中心値の計算に使うのに最も適切かを判断する。換言すれば、最大ピーク要素２８０は、適切なサンプルを選択する選択要素である。前記信号の組に含まれるものは、各二乗器からの相関値（corr_value）およびシンボル指数値ならびに各ピーク探索要素からのピーク値およびcorr_peak値である。図６に示されるように、データ入力０については信号のこの組はcorr_value0、peak0、corr_peak0およびシンボル指数０を含み、データ入力１については、信号のこの組はcorr_value1、peak1、corr_peak1およびシンボル指数１を含む。

仮想中心値を決定する際に使用する最も適切または正しいサンプルは、corr_peakの値が最大になるものである。これは、正しいサンプル位相は時間中で最大の相関を与えるという観察から来ている。よって、最大ピーク要素２８０は図７に示されたフローチャートを実行する。ステップ３０５では、最大ピーク要素２８０は各サンプルについてピーク探索の完了を待つ。ひとたびピーク探索が完了すると、ステップ３１０で、最大ピーク要素２８０は、corr_peak0の値がcorr_peak1の値以上であるかどうかを判定する。

corr_peak0の値がcorr_peak1の値以上であれば、最大ピーク要素２８０は、ステップ３１５で入力サンプル０を選択し、それに従って出力信号２９１、２９２、２９３および２９４の値を決定する。具体的には、最大ピーク要素２８０はシンボル指数信号２９１を二乗器２１５−１からのシンボル指数０の値に設定し、相関器値２９２を二乗器２１５−１からのcorr_value0の値に設定し、ピーク値２９３をピーク探索要素２２０−１からのpeak0の値に設定し、時間位相信号２９４の値を入力サンプル０の選択を表す値、たとえば値「0」に等しく設定する。

他方、corr_peak0の値がcorr_peak1の値未満であれば、最大ピーク要素２８０は、ステップ３２０で入力サンプル１を選択し、それに従って出力信号２９１、２９２、２９３および２９４の値を決定する。具体的には、最大ピーク要素２８０はシンボル指数信号２９１を二乗器２１５−２からのシンボル指数１の値に設定し、相関器値２９２を二乗器２１５−２からのcorr_value1の値に設定し、ピーク値２９３をピーク探索要素２２０−２からのpeak1の値に設定し、時間位相信号２９４の値を入力サンプル１の選択を表す値、たとえば値「1」に等しく設定する。

ひとたび正しいタイミングサンプルが最大ピーク要素２８０によって同定されると、最大ピーク要素２８０からの出力信号２９１、２９２、２９３は次いで図５に示すようにセントロイド計算器２００の要素の残りに加えられ、処理は、図１に示されたセントロイド計算器について先述したように進む。結果として、セントロイド計算ループは正しいサンプルで動作し、復調器のシンボルタイミングの曖昧さからは独立している。さらに、最大ピーク要素２８０は、選択されたタイミングサンプルを表す時間位相信号２９４を提供する。たとえば、時間位相信号２９４は正しいサンプルが入力データ０のときは「0」であり、正しいサンプルが入力データ１のときは「1」である。この信号を復調器２７５（図４に示されている）にフィードバックすることにより、復調器２７５は次いでそのシンボルイネーブル信号（図示せず）を調整して、正しいサンプルをポイントし、その出力にあるいかなるタイミングの曖昧さをも除去できる。よって、その場合、正しい復調器出力サンプルは、復調器に続く、すなわち復調器より下流のいかなるブロック（たとえば等化器、トレリスデコーダ、インターリーブ解除器）にも与えられることができる。

最初に図１で図示および説明した装置は、シンボルあたり２サンプルのセントロイド計算器を有することができるものの、その計算器は、本発明の原理に基づく復調器内のシンボルタイミングの曖昧さを訂正する目的のために設計されてはいないということを留意しておくことが重要である。特に、その計算器は２つのサンプルを蓄積するが、互いの違いを区別しないからである。また、図１の背景では、シンボルあたり２サンプルの相関器が使用され、セグメント同期の前後のデータに強く依存する。これに対し、図６の検出器２９０では、同じシンボルあたり１サンプルの相関器が両方のサンプルに使用される。さらに、図１のセントロイド計算器からは、タイミングの曖昧さを訂正する可能性のために復調器に入力するような情報は何ら引き出されない。

本発明の原理に基づくその他の変形が可能である。たとえば、図７のステップ３１５および３２０における最大ピーク要素２８０の動作は以下のように変更できる。具体的には、ステップ３１５において、最大ピーク要素２８０はシンボル指数信号２９１の値を二乗器２１５−１からのシンボル指数０の値に設定し、相関器値２９２を(corr_value0＋corr_value1)という値の和に設定し、ピーク値２９３をピーク探索要素２２０−２からのpeak0の値に設定し、時間位相信号２９４の値を入力サンプル０の選択を表す値、たとえば値「0」に等しく設定する。そしてステップ３２０では、最大ピーク要素２８０はシンボル指数信号２９１の値を二乗器２１５−２からのシンボル指数１の値に設定し、相関器値２９２をやはり(corr_value0＋corr_value1)という値の和に設定し、ピーク値２９３をピーク探索要素２２０−２からのpeak1の値に設定し、時間位相信号２９４の値を入力サンプル１の選択を表す値、たとえば値「1」に等しく設定する。

本発明の原理に基づくもう一つの実施形態では、図４、５、６に示されたセントロイド計算器は同相データと直交データに拡張される、すなわち、図２に示したような複素セントロイド計算器である。具体的には、複素セントロイド計算器については、同相（I）データと直交（Q）データが別個の相関器に送られ、それらの出力が２つの別個のリーク積分器にはいる。２つの積分器の出力は二乗され、足し合わされて、それぞれのcorr_value信号を生成する。これが上の図５および図６で図示および説明したさらなる処理にかけられる。

本発明の原理に基づくもう一つの実施形態では、セントロイド計算器はシンボルあたりN個のサンプルを同時に処理するよう拡張される。ここでNはN≧2の整数で、同相データ入力のみ（図６に示した場合）または同相および直交データ入力（上述の場合）がある。これに関し、最大ピーク要素２８０は今では、２つのデータ経路の間だけでなく、N個のデータ経路（データ入力０からデータ入力N−1）のうちから判断をする。その際、各サンプルは対応するデータ経路を有し、各データ経路の処理は図４、５、６、７について上述したのと同様である（フローチャートはN通りの可能性のうちから判断をするよう適切に拡張する）。

ここで図８に目を向けると、もう一つの例示的な実施形態が示されている。この実施形態は図５に示したものと同様だが、乗算器１２５によって実行される重み付け動作に先立って制限器（limiter）２６５が含められている点で異なっている。制限器２６５の動作は、図９の例示的なフローチャートで示されている。ステップ７０５で、制限器２６５はピーク探索の完了を待つ。ひとたびピーク探索が完了すると、制限器２６５はステップ７１０で閾値を設定する。例示的には、閾値は(peak/K)に等しく設定される。Kの値は実験的に選ぶ。ステップ７１５では、制限器２６５は相関器値（２９２）が設定された閾値よりも大きいかどうかを判定する。相関器値（２９２）が設定された閾値より大きければ、制限器２６５はステップ７２０で相関器値（２９２）を制限しない。すなわち、図８での信号２６６の値は信号２９２の値に等しい。しかし、相関器値（２９２）が閾値以下の場合には、制限器２６５はステップ７２５で、信号２６６の値を、例示的な制限器値Lに等しく設定する。この例では、Lは０に等しい。結果として、ステップ７２５で、信号２６６は０に等しく設定される。

制限器２６５の背後の発想は、相関の概念ならびに、ランダムなデータおよびノイズが積分器で蓄積すると０に向かうという想定が、限りのないシーケンスサイズに近づく大きなサンプルを前提としているという事実のためである。しかし、セントロイド計算およびその後の積分は制限された時間内に生起する。実は、セントロイド計算のための時間が受信機がロックするための全体的な時間に影響するので、セントロイド計算器時間を最小化することが有益である。したがって、データ入力と実際の入力ノイズに関連する積分器における残留ノイズがあり、これはセントロイド計算器動作時間の関数でもある。残留ノイズがピーク探索に影響することはゴーストが０またはほとんど０dBのチャネル以外ではありそうもないが、重み付けされた値（図８の信号１２６）は相関値かける現在シンボルから中心までの距離という積なので、ピーク値から遠く離れた位置のノイズが最終的な計算に著しく寄与することがありうる。よって、上述したような制限器を設けることによって、相関器積分器における残留ノイズが消去され、重み付けされた値の推定値を改善する。この制限器は、前記閾値がピーク値の関数になっていれば、可能性としての復調器の搬送波位相およびシンボルタイミングの曖昧さに起因するミスマッチ動作あるいは自動利得制御（AGC）ミスマッチにおける過剰な制限が解消されて、より効果的である。

制限器の使用の不都合な点は、制限器２６５が小さなレベルは破棄するので、理論上は、セントロイド計算器が、ある強度レベルよりも高いゴーストのみを含むよう制限されるということである。しかし、ステップ７１０で定数Kを適切に選ぶことで、残留ノイズの結果である相関値と実際のゴーストである値との間の兼ね合いを定義することができる。残留ノイズレベルより低いいかなるゴースト強度レベルも、制限器があろうがなかろうがセントロイド計算器によって適正に対処されはしない。例として、K＝2⁶とすれば、制限器は主信号より約18dB低いいかなるゴーストをも破棄する。

本発明の原理によれば、セントロイド計算器への制限器の追加はここに記載されているすべての実施形態にあてはまる。たとえば、本発明の原理に基づくもう一つの例示的な実施形態７００が図１０に示されている。この図は図１に示した実施形態と似ているが、制限器２６５を追加した点で違っている。この制限器２６５は図９のフローチャートに関して上述したように機能する。

ここに記載されている本発明の原理に基づく例示的な実施形態はいかなる同期信号に基づくこともできる。相関器は入力データを、選択された同期信号と比較する。ATSC-DTVの背景では、候補としてセグメント同期信号またはフレーム同期信号がある。これらの種類の同期信号については、違いは当該同期信号の種別と大きさを受け容れるための相関器の選択および積分器の大きさである。

同様に、本発明の原理に基づいてここに記載された例示的な実施形態のすべては、いかなるデジタル通信システムのいかなる種類のトレーニング信号に基づくこともできる。この場合、相関器は入力データを問題のトレーニング信号と比較する。本発明の原理に基づいてここに記載されているすべての実施形態について、仮想中心計算は信号受信の始まりにおいて確かに生起するが、そのプロセスは継続されることもでき、そうすれば最適な仮想中心位置が常時チャネル条件に基づいて更新され、それに応じてサンプリングクロック周波数をゆっくり変えることにより更新された仮想中心位置に従って仮想中心をシフトさせることができる。その場合、時間位相出力についても同じ更新がなされるべきである。

本発明の原理に基づいてここに記載されているすべての実施形態について、ひとたび重みを適用された中心（これは等化器の仮想中心でもある）が決定されれば、セグメント同期信号およびフレーム同期信号のような参照信号が、仮想中心と揃うよう受信機内でローカルに再生成される。結果として、等化されたデータ出力が仮想中心と揃うよう、等化器内でチャネルを等化するためのタップが生長する。

本発明の原理に基づいてここに記載されているすべての実施形態について、出力時間位相の生成に厳密に関連するブロックはセントロイド計算器の残りから別個に実装され、復調器における時間位相曖昧さを補正する目的のために使用されうる。
以上は本発明の原理を単に解説するものであり、当業者なら、ここに明示的に記載されてはいないものの本発明の原理を具現するものである数多くの代替的な構成を考案できるであろうことは理解されるであろう。それらも本発明の精神および範囲のうちである。たとえば、別個の機能要素の背景で例示されたものの、前記の機能要素は一つまたは複数の集積回路（IC）上に具現されてもよい。同様に、別個の要素として示されたものの、該要素のどれでも、あるいは全部でも、たとえば図７および／または図９などに示されたステップの一つまたは複数に対応する関連するソフトウェアを実行する保存プログラム制御によるプロセッサ、たとえばデジタル信号プロセッサにおいて実装されてもよい。さらに、テレビ１０内にバンドルされている要素として示されたものの、そこにおける要素は種々のユニットに任意の組み合わせにおいて分散されてもよい。たとえば、図３の受信機１５は、ディスプレイ２０を組み込んでいる装置またはボックスとは物理的に別個のセットトップボックスのような装置またはボックスの一部であってもよいなどである。また、地上波放送の背景で述べたものの、本発明の原理は他の種類の通信システム、たとえば衛星、ケーブルなどにも適用可能であることを注意しておくべきだろう。したがって、例示的な実施形態には数多くの修正がなし得るものであり、付属の請求項によって定義される本発明の精神および範囲から外れることなく他の構成が考案されうることは理解しておくべきである。

セントロイド計算器のブロック図である。 複素セントロイド計算器で使うための複素信号を処理するためのブロック図を示している。 本発明の原理を具現する受信機の例示的な高レベルブロック図を示す図である。 本発明の原理を具現する受信機の例示的な部分を示す図である。 本発明の原理を具現する受信機の例示的な部分を示す図である。 本発明の原理を具現する受信機の例示的な部分を示す図である。 本発明の原理に基づく受信機で使うための例示的なフローチャートである。 本発明の原理に基づく別の例示的な実施形態を示す図である。 本発明の原理に基づく別の例示的な実施形態を示す図である。 本発明の原理に基づく別の例示的な実施形態を示す図である。

Claims (19)

1. シンボル期間当たり複数個の信号サンプルをもつ復調信号を与える復調器と、
   前記複数個より少ない個数の信号サンプルを使って前記復調信号に応じるセントロイドを決定するセントロイド計算器であって、セントロイドとは仮想中心値に対応するシンボルを同定するインデックスである、セントロイド計算器、
   とを有する受信機であって：
   前記セントロイド計算器が：
   セントロイドを決定する際に使うために前記複数個より少ない前記個数の信号サンプルを選択する検出器と、
   前記複数個より少ない前記個数の選択された信号サンプルを使って前記セントロイドを決定するセントロイド計算ループ、
   とを有する、
   受信機。
2. 前記複数個の信号サンプルが2個であることを特徴とする、請求項１記載の受信機。
3. 前記検出器が、前記セントロイド計算ループに、シンボルを同定するシンボル・インデックス値と、信号サンプルの、既知の特性をもつ参照信号との相関を表す相関器値と、相関器値のピークにおける相関を表す相関ピーク値とを与えることを特徴とする、請求項１記載の受信機。
4. 前記検出器が、前記復調器に入力するために、前記複数個より少ない前記個数の選択された信号サンプルを表す時間位相値を与え、それにより前記復調器がいかなる復調器タイミングの曖昧さも解決できることを特徴とする、請求項１記載の受信機。
5. 請求項１記載の受信機であって、前記検出器が：
   前記複数個の信号サンプルのそれぞれについて一つの、複数の経路を有しており、各経路は：
   その経路について、対応する、参照信号サンプルの、既知の特性との相関を表す相関器値と、相関器値のピークにおけるシンボルのシンボル・インデックスを表すピーク・インデックス値と、相関器値のピークにおける相関を表す相関ピーク値と、シンボルを同定するシンボル・インデックスとを含む信号の組を提供するのに使うための相関器、リーク積分器およびピーク探索要素を有しており、
   前記検出器は、前記複数の経路のそれぞれからの前記信号の組に応じる、前記セントロイドを決定するのに使うために前記複数個より少ない個数の信号サンプルを選択し、前記選択された信号サンプルの対応する相関器値、ピーク・インデックス値およびシンボル・インデックスを提供するための選択要素を有している、
   ことを特徴とする受信機。
6. 前記相関器がATSC-DTV（Advanced Television Systems Committee‐Digital Television）のセグメント同期信号との相関をとることを特徴とする、請求項５記載の受信機。
7. 前記相関器がATSC-DTV（Advanced Television Systems Committee‐Digital Television）のフレーム同期信号との相関をとることを特徴とする、請求項５記載の受信機。
8. 前記複数個の信号サンプルのそれぞれが複素数であることを特徴とする、請求項１記載の受信機。
9. 前記セントロイド計算器が複素セントロイド計算器であることを特徴とする、請求項１記載の受信機。
10. 前記セントロイド計算器が、その中の相関値をある閾値に応じて制限するための制限器を含むことを特徴とする、請求項１記載の受信機。
11. 前記閾値がピーク相関値の関数であることを特徴とする、請求項１０記載の受信機。
12. シンボル期間当たり複数個の信号サンプルをもつ復調信号を与えるために受信信号を復調するステップを有することを特徴とする、受信機において使用するための方法であって：
    前記複数個より少ない個数の信号サンプルを使ってセントロイドを決定するステップであって、セントロイドとは仮想中心値に対応するシンボルを同定するインデックスである、ステップをさらに有しており、
    前記セントロイドを決定するステップが：
    前記複数個の信号サンプルのそれぞれについて、シンボルを同定するシンボル・インデックス値と、信号サンプルの、既知の特性をもつ参照信号との相関を表す相関器値と、相関器値のピークにおけるシンボルのシンボル・インデックスを表すピーク・インデックス値と、相関器値のピークにおける相関を表す相関ピーク値とを決定し、
    前記複数個の信号サンプルのうちから、前記複数個の信号サンプルのそれぞれに対応する相関ピーク値を比較することによって、セントロイドを決定するのに使う一つの信号サンプルを選択し、
    前記選択された信号サンプルの前記対応する相関器値、ピーク・インデックス値およびシンボル・インデックスの関数として前記セントロイドを決定する、
    ことを含むことを特徴とする方法。
13. 前記複数個の信号サンプルが2個であることを特徴とする、請求項１２記載の方法。
14. 前記相関器値がATSC-DTV（Advanced Television Systems Committee‐Digital Television）のセグメント同期信号との相関を表すことを特徴とする、請求項１２記載の方法。
15. 前記相関器値がATSC-DTV（Advanced Television Systems Committee‐Digital Television）のフレーム同期信号との相関を表すことを特徴とする、請求項１２記載の方法。
16. 前記複数個の信号サンプルのそれぞれが複素数であることを特徴とする、請求項１２記載の方法。
17. 復調器に入力するために前記少なくとも一つの選択された信号サンプルを表す時間位相値を与えるステップをさらに有しており、それにより前記復調器がいかなる復調器タイミングの曖昧さも解決できることを特徴とする、請求項１２記載の方法。
18. 前記シンボル・インデックス値と、相関器値と、ピーク・インデックス値と、相関ピーク値とを決定するステップが：
    相関値をある閾値に応じて制限するステップを含むことを特徴とする、請求項１２記載の方法。
19. 前記閾値がピーク相関値の関数であることを特徴とする、請求項１８記載の方法。

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