JP4965268B2 - ダイバーシチを備える受信器のキャリア対雑音比を向上させる装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、ダイバーシチを備える受信器のキャリア対雑音比を向上させる装置及び方法に関する。本発明は特に、ディジタル地上テレビジョン（DTT）ネットワークの展開の環境にあてはまる。

ディジタル地上伝送（放送）システムは、移動体及び屋内並びにハンドヘルド型製品にマルチメディア・コンテンツを伝達する手段として最近台頭している。

しかし、移動体受信の場合、受信上の重大な問題が明らかにされている。劣化が常に漸増的なアナログ受信信号と違って、ディジタル地上システムの場合、非常に良好な受信から、画像の全面的な喪失及びデータの全面的な喪失への急な変化が存在している。

ディジタル地上伝送に用いられる欧州DVB‐T標準の環境では、2つ以上（通常、２つの）アンテナを用いることによって更にロバストな受信を得て、ディジタル処理回路内の受信チャンネルそれぞれから得られた信号を合成することが可能である。

２つの受信チャンネルからそれぞれ得られた信号は再合成され、次いで、屋内携帯型受信又は移動体受信の環境における最適なMRC(最大比合成)タイプの結果が得られる。

ダイバーシチはよって、この場合、特定の物理的環境（固定又は移動体）における受信を向上させるのに用いることが可能な解決策のうちの１つである（特許文献１乃至３を参照のこと）。

しかし、受信品質が良好なことを確実にするのは十分でない。擾乱された環境では、屋内受信の場合のフェージング効果及び移動体受信の場合のドップラ効果が理由で、受信信号のレベルが低いことと、信号対雑音比が非常に低いこととによって、屋内受信又は移動体受信は特に困難である。チャンネル端部での大きな擾乱は最終的には、受信における急な中断、又は画像内のマクロブロックの生起につながり得る。

このことに対して、DVB-T標準は、エラーフリー伝送を確実にするのに必要な最小キャリア対雑音（C／N）比値を示す。
英国特許第１４３３５８８号明細書 米国特許第４３２６２９４号明細書 米国特許第５３７９０４６号明細書

しかし、前述の値が不十分であることが経験、及び行われた種々の実証実験によって明らかにされている。よって、このキャリア対雑音比を向上させる受信解決策に施すことが必要になっている。

本発明は、ダイバーシチを備えるディジタル受信器の少なくとも２つの受信サブシステムからの、復調される対象の信号のキャリア対雑音比を向上させる方法を提案することによってこの課題を解決することを目的とする。本発明は、同期化された２つの受信サブシステムに対して、変調信号の有用な成分を打ち消すことによって信号の雑音成分を表す信号を抽出する工程と、次いで、有用な成分を打ち消すことを最適にするために帰還ループを形成する工程と、最後に、雑音成分を表す前述の信号を、復調する対象の２つの信号の一方と同相で加算し、復調する対象の２つの信号の他方と逆相で加算する工程から成る。

この方法によって特に、疑似エラーフリー（QEF）伝送を確実にするために、復調器の入力でのキャリア対雑音（C／N）比の点で受信器の性能レベルを向上させることが可能になる。

好ましくは、信号の雑音成分を抽出する工程は、中間周波数で復調される対象の２つの信号であって、信号の１つが180°位相シフトされている信号を加算する工程から成る。

好ましくは、帰還ループは、位相シフト信号に対して更なる位相シフトをもたらして所望の信号の打ち消しを最適にする工程から成る。

本発明は更に、ダイバーシチを備えるディジタル受信器の少なくとも２つの受信サブシステムから復調される対象の信号のキャリア対雑音比を向上させる装置から成る。各サブシステムは、装置のアップストリームにチューナ・エレメントを含み、装置のダウンストリームに復調器を含む。装置は、同期化されたチューナを含む２つの受信サブシステムに、
２つの受信サブシステムからの信号の雑音成分を表す信号を抽出する手段と、
加算器の出力における中間周波数での所望の残差信号を最小にするために帰還ループを形成する手段と、
雑音成分を表すこの信号を、復調する対象の２つの信号の一方と同相で加算し、この信号を、復調する対象の２つの信号の他方と逆相で加算して、各チャンネルに対する相関雑音寄与分を最小にする手段とを備える。

好ましくは、信号の雑音成分を抽出する手段は、２つの受信サブシステムからの、中間周波数での信号を逆相で加算する加算器を備える。

好ましくは、帰還ループを形成する手段は、中間周波数と同一の局所発振器周波数で駆動されるミクサと、結果として生じる連続した成分を分離する低域通過フィルタと、位相シフト信号に対して更なる位相シフトをもたらすために位相シフト器の制御電圧を供給するエラー増幅器とを備える。

本発明は更に、少なくとも２つの受信サブシステムを備え、復調する対象の信号のキャリア対雑音比を向上させる装置を受信サブシステムのうちの少なくとも２つに組み入れた、ダイバーシチを備えるディジタル受信器から成る。

前述本発明の特性及び利点は、添付図面に関して記載した以下の記載を読むことによって更に明らかになるであろう。

図１は、本発明による装置を備えた、ダイバーシチを有する受信器を略示する。通常、受信器は、当業者が分かるように、ダイバーシチ・モードにおいて電磁気信号を受信するために少なくとも２つのアンテナA１、A２を備える。受信サブシステムは各アンテナと関連付けられる。受信サブシステムは、受信信号を選択し、復調するために、チューナ・エレメント１１、１２、及び復調エレメント１３、１４を主に備える。

本発明による装置は図１に示すように、アンテナA1及びA2に関連付けられた２つのUHF信号受信サブシステムのチューナ・エレメントと復調器エレメントの間に挿入される。当然、受信器は、それぞれが１つのアンテナと関連付けられたいくつかの受信サブシステムを備え得る。種々の受信サブシステム対間に（例えば、アンテナA１及びA2や他のアンテナに関連付けられたサブシステム間に）、本発明によるいくつかの装置を挿入することが可能になる。本発明の原理が、２つの別個のサブシステムから得られた信号を比較して信号対雑音比を向上させることに基づいていることを念頭におけば、全ての組み合わせが考えられる。

選択された２つのシステム間の同期化は、共通の基準クロックを用いることによって２つのチューナを駆動させる２つの合成器においてもたらされる。装置４の入力（E１及びE２）におけるチューナ１１、１２によって選択される中間周波数IF1、IF2での信号はよって同期化され、キャリア対雑音比C1／N1を有する。

装置４の出力S1及びS2では、信号IF1’及びIF2’は、キャリア対雑音比C2／N2を有し、復調器１３及び１４それぞれに次いで印加され、当業者に分かるやり方でMRC回路１５によって復調され、次いで再合成される。

疑似エラーフリー（QEF）伝送を確実にするために、復調器C2／N2の入力におけるキャリア対雑音比の点での受信器の性能レベルは、屋内受信の枠組み又は移動体環境の枠組みにおいてかなり向上させなければならない。

装置４は、中間周波数IF1、IF2で変調される信号の有用な成分を打ち消すのに用いることが可能な帰還ループを含む。

ここで実現される方法の基本原理は、一方で、受信サブシステムにおいて生成される雑音の無作為性に基づいており、他方で、アンテナによって受信されたUHF信号を中間周波数に変換するのに必要な非常に大きな利得に基づいている。OFDM復調器によってAGC利得制御ループにより制御されるこの利得は、受信ダイナミック・レンジ全てを吸収することを可能にし、受信構成及び送信変調に応じて、例えば、70乃至８０dBに達し得る。その結果、２つの別個の受信サブシステムにおいてその結果生成され、IF1及びIF２それぞれにおける中間周波数に転置される雑音成分が無相関化される。

前述の通り、２つのチューナのそれぞれの合成器を駆動させる共通の基準を用いることによって、中間周波数IF1及びIF2に転置させた受信信号は、同期化されたものになる。よって、この結果、チャンネル・フィルタリングによって影響を受ける、中間周波数IF1及びIF２での信号を逆相で加算することによって、雑音成分が維持される一方で、変調信号の有用な成分が打ち消される。

位相シフト器２１は、受信チャンネルの１つから得られる中間周波数信号の１つを位相シフトさせるのに用いる。前述の２つの信号を次いで加算器２２によって加算する。中間周波数IF１及びIF2での信号の逆相での加算によって、雑音成分を維持する一方で、送信する対象の信号（所望の信号と呼ばれる）を打ち消すことが可能になる。ここで、変調信号の有用な成分のこの打ち消しは全面的なものでない。残差成分が付随する雑音成分がよって、加算器２２の出力において生じる。ミクサ２３，低域通過フィルタ２４及びエラー増幅器２５から成る帰還ループを用いて、位相シフト器回路２１に制御信号を供給することによってこの有用な成分の打ち消しを最適にする。

このために、ミクサ２３が、チューナの中間周波数を生成する局所発振器LO２６の周波数（局所発振器の周波数と同一）で駆動される（この例では、この周波数は３６MHｚである）。低域通過フィルタ２４は、中間周波数での雑音信号の結果として生じる連続した成分を分離するのに用いる。この成分は、制御電圧を位相シフト器２１に供給するエラー増幅器２５によって基準信号と比較される。この位相シフト器によってもたらされる更なる位相シフトによって、位相シフト信号IF2及び非位相シフト信号IF1を加算して結果信号B（よって、中間周波数信号IF1及びIF2の雑音成分に相当する）を得る場合に可能になる。

装置４の第２の部分は、本発明による方法の以下の工程を施す。この部分は、信号をp、位相シフトさせる位相シフト・エレメント３３、及び加算器３１、３２を備える。これらは、チャンネル１又はチャンネル２に対応するそれぞれの入力において存在している信号と同相及び逆相で、結果雑音成分Bの一部を相関させるのに用いられる。この結果、同相及び逆相で加算することによって各チャンネルに対する相関雑音寄与分を最小にすることが、よって、可能である。

実験的に、かつ、例として、ここに記載する概念は、復調器の入力におけるチャンネルの１つで最大4ｄBのキャリア対雑音C／N比に対する利得を備える。移動体受信モードでは、固定モード受信と比較したキャリア対雑音C／N比に必要な差は、１６QAM2/3の場合、8ｄBであり得る。他の変調タイプの場合、例えば、移動体受信モード又は携帯型受信モードにおける１６ＱＡＭ1/2又は１６ＱＡＭ3/4の場合、前述の差は約7又は８ｄＢという同様な値を有することになる。特定の最小所要Ｃ/Ｎの場合、４ｄＢの雑音削減は、4ｄＢの感度利得に同等である。この利得は復調器の両方の入力に同時に提示されるので、ダイバーシチによって備えられる利得はそれに応じて向上する。

前述の装置では、よって、特定の受信構成に対してより高い情報レートの受信を想定することが可能である。所要Ｃ/Nが１５ｄBである16-QAM2/3タイプ変調モードにおける伝送の受信の限度での状態にある移動体受信器は、本願提案の装置によって、又は更に楽に、この伝送を受信するか、又は所要C/Nが１９ｄBである64-QAM2/3モードにおいて伝送を受信することができる。

よって、ダイバーシチを備えるディジタル地上受信の環境において、本明細書において提案している装置によって、復調前の信号対雑音比の顕著な向上により、受信器の性能レベルをかなり増加させることが可能になることは明らかである。この結果、固定構成のカバー率が向上するか、若しくは、より重要な移動体モード及び携帯型モードの場合の受信性能において向上するか、又は、前述の通り、特定の受信構成に対して更に高い情報レートを受信することが可能になる。

本発明による装置を備えた、ダイバーシチを有する受信器を略示する図である。

符号の説明

１１、１２ チューナ・エレメント
１３、１４ 復調器
２０ 局所発振器
２１ 位相シフト器
２２ 加算器
２３ ミクサ
２４ 低域通過フィルタ
２５ エラー増幅器

Claims (5)

1. 中間周波数で変調された第１のダイバーシチ受信信号及び第２のダイバーシチ受信信号のキャリア対雑音比を向上させる方法であって、
   位相シフト手段により、前記変調された第２のダイバーシチ受信信号を位相シフトさせる工程と、
   前記変調された第１のダイバーシチ受信信号及び前記位相シフトさせた変調された第２のダイバーシチ受信信号を加算し、よって、雑音成分を維持する一方で、変調された信号の有用な成分を打ち消す工程と、
   前記変調された信号の前記有用な成分の打ち消しを最適化するよう、前記中間周波数における制御信号により、前記位相シフト手段を制御する工程と、
   向上させたキャリア対雑音比を有する第１の出力信号を生成するために、前記雑音成分を表す信号、及び前記変調された第１のダイバーシチ受信信号を逆相で加算する工程と、
   向上させたキャリア対雑音比を有する第２の出力信号を生成するために、前記雑音成分を表す信号、及び前記変調された第２のダイバーシチ受信信号を同相で加算する工程
   とを備えることを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法であって、前記制御信号は、前記中間周波数における信号により、送信される対象の信号を混合し、前記位相シフト手段に制御信号を供給するために前記混合された信号をフィルタリングし、増幅することによって得られることを特徴とする方法。
3. 基準信号により、中間周波数で変調された第１のダイバーシチ受信信号及び第２のダイバーシチ受信信号のキャリア対雑音比を向上させる装置であって、
   前記変調された第２のダイバーシチ受信信号を位相シフトさせる位相シフト手段と、
   前記変調された第１のダイバーシチ受信信号及び前記位相シフトさせた変調された第２のダイバーシチ受信信号を加算し、よって、雑音成分を維持する一方で、変調された信号の有用な成分を打ち消す第１の加算手段と、
   前記変調された信号の前記有用な成分の打ち消しを最適化するよう、制御信号により、前記位相シフト手段を制御する制御手段と、
   向上させたキャリア対雑音比を有する第１の出力信号を生成するために、前記雑音成分を表す信号、及び前記変調された第１のダイバーシチ受信信号を逆相で加算する第２の加算手段と、
   向上させたキャリア対雑音比を有する第２の出力信号を生成するために、前記雑音成分を表す信号、及び前記変調された第２のダイバーシチ受信信号を同相で加算する第３の加算手段と
   を備えることを特徴とする装置。
4. 請求項３記載の装置であって、前記制御手段は、
   前記中間周波数における信号により、送信される対象の信号を混合する混合手段と、前記位相シフト手段に前記制御信号を供給するために前記混合された信号をフィルタリングし、増幅するフィルタリング手段及び増幅手段と
   を更に備えることを特徴とする装置。
5. ディジタル受信器であって、
   入力信号をダイバーシチで受信する第１のアンテナ及び第２のアンテナと、
   共通基準クロックの使用により、第１の受信信号及び第２の受信信号を第１の中間周波数信号及び第２の中間周波数信号に変換する第１のチューナ及び第２のチューナと、
   キャリア対雑音比を向上させた第１の出力信号及びキャリア対雑音比を向上させた第２の出力信号を生成するために、中間周波数で変調された第１のダイバーシチ受信信号及び第２のダイバーシチ受信信号のキャリア対雑音比を向上させる、請求項３又は４に記載の装置と、
   前記キャリア対雑音比を向上させた第１の出力信号を復調する第１の復調器、及び前記キャリア対雑音比を向上させた第２の出力信号を復調する第２の復調器と、
   前記復調された、キャリア対雑音比を向上させた第１の出力信号及び前記復調された、キャリア対雑音比を向上させた第２の出力信号を合成し、
   復調された、キャリア対雑音比を向上させた出力信号を生成する合成器と
   を備えることを特徴とする装置。

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