JP5114477B2 - 広帯域の帯域外受信器 - Google Patents

Description

本発明は、通信システムにおける帯域外信号（ケーブル・テレビ・システムにおける帯域外信号を含む）の処理の向上に関する。

この部分は、本願明細書及び特許請求の範囲記載の本発明の種々の局面に関係し得る当該技術分野の種々の局面を本願明細書及び特許請求の範囲の読者に紹介することを意図している。本願明細書及び特許請求の範囲の記載は、本発明の種々の局面をより詳細に理解することを容易にするための背景情報を読者に与えるうえで有用であると思われる。よって、本願の記載は、従来技術を認めるものとしてではなく、前述の観点で読まれるものとする。

ディジタル・ケーブル・テレビ・システムは、多くの情報チャネルを含む信号を処理するよう適合される。前述のチャネルは、システムのユーザによってチューニングし、視ることができる種々のオーディオ／ビデオ・プログラムを含み得る。ケーブル・テレビ信号は、１つ又は複数の帯域外情報チャネルも含み得る。帯域外チャネルは、ケーブル信号を受信しているディジタル・セット・トップ・ボックスに制御情報を供給するなどの種々の目的で使用することができる。プログラム・ガイドは、帯域外通信チャネルを介してケーブル・テレビ受信器に送信することができる情報の別の例である。帯域外通信データを用いて、ビデオ・オン・デマンド・プログラム等をユーザが選択することを可能にする機能などの機能を提供することもできる。

帯域外チャネル内の情報は、使用することができるためには、事前に、受信信号から分離し、復号化しなければならない。現在のシステムは、複雑なアナログ回路を使用して、受信周波数スペクトル内の帯域外チャネルを識別する。現在のシステムでは、帯域外チャネルは、約１ＭＨｚの帯域幅を有し得る。帯域外信号は、７０ＭＨｚと１３０ＭＨｚとの間の送信周波数スペクトル全体におけるどこかで位置検出することができる。帯域外信号は、順方向データ・チャネルと表し得る。

帯域外受信チャネル信号を位置検出し、処理するために必要なアナログ回路により、ディジタル・セット・トップ・ボックス受信器に対して費用及び計算量が追加される。帯域外チャネル情報の受信及び復号化に関連付けられた回路の計算量及び費用を削減するシステム及び方法が望ましい。

本願に記載した実施例は、受信信号を処理する例示的なシステム及び方法に関する。システムの例示的な実施例は、受信信号を受信し、帯域外周波数スペクトルに対応する帯域外データ信号を受信信号から分離するよう適合された受信器回路と、帯域外デ―タ信号をディジタル化された帯域外周波数スペクトル信号に変換するアナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器と、ディジタル化された帯域外周波数スペクトル信号内の帯域外デ―タ・チャネルに対応するデータを識別するよう適合された回路とを備える。

例示的な方法は、受信信号から帯域外周波数スペクトルに対応する帯域外デ―タ信号を分離する工程と、帯域外データ信号をディジタル化帯域外周波数スペクトル信号に変換する工程と、ディジタル化帯域外周波数スペクトル信号内の帯域外デ―タ・チャネルに対応するデータを識別する工程とを含む。

図１は、従来の帯域外受信器１０のブロック図である。帯域外受信器１０は、受信されたケーブル・テレビ信号に対して初期処理を行うよう適合されたディジタル・ケーブル・チューナ・ブロック１２を含む。ディジタル・ケ―ブル・チューナ・ブロック１２は、フィルタリングされた入力信号をチャネル分割器回路１６に供給する入力フィルタ１４を備える。チャネル分割器回路１６は、受信入力信号を順方向アプリケーション伝送（ＦＡＴ）信号２２及び帯域外データ信号１７に分割する。ＦＡＴ信号２２は、種々のオーディオ／ビデオ番組チャネルに対応する情報を含む。ＦＡＴ信号の更なる処理は、当業者に既知のやり方で行われる。

帯域外データ信号１７はチャネル分割回路１６により、フィルタ回路１８に供給される。フィルタリングされた帯域外デ―タ信号はフィルタ回路１８により、増幅器回路２０に供給される。帯域外データ信号は、増幅器回路２０によって増幅され、別のフィルタ２４及び別の増幅器２６に、帯域外チューナ・ブロック２７によって処理される前に供給される。

帯域外チューナ・ブロック２７は、帯域外データ信号を増幅し、これをミクサ３０に供給する可変利得増幅器２８を備える。ミクサ３０は、帯域外データ信号を、復調器ブロック（図示せず）からの帰還信号３６と合成する。ミクサ３０は、帯域外データ情報を含むスペクトル部分以外の周波数スペクトル部分を除去するよう適合されたｓａｗフィルタ３２に帯域外デ―タ信号を供給する。米国のケーブル・システムでは、帯域外デ―タ・チャネルを含む周波数スペクトル部分は、約１ＭＨｚの帯域幅を有する。Ｓａｗフィルタ３２による処理後、帯域外データ信号は、処理済の帯域外デ―タ信号３８として復調器ブロック（図示せず）に供給される前に別の可変利得増幅器３４によって処理することができる。

前述の通り、帯域外受信器１０の計算量により、セット・トップ・ボックスなどのディジタル・ケーブルＴＶ受信機器に対して更なる費用が追加される。本発明の実施例は、帯域外データ情報を受信し、復号化する改良されたシステム及び方法に関する。

図２は、本発明の実施例による例示的な帯域外信号受信器を示すブロック図である。帯域外受信器１００は、更に処理するために、７０乃至１３０ＭＨｚのスペクトル全体をディジタル領域に変換する前に、比較的少量のアナログ・フィルタリング及び利得をもたらすよう適合される。帯域外受信器は、図１を参照して示し、上述したように、ディジタル・ケ―ブル・チューニング・ブロック１２を備える。

しかし、前述のやり方で処理した後、ディジタル・ケ―ブル・チューナ１２の出力は、帯域外データ・チャネルを含み得る周波数スペクトル内に情報を保持するよう適合されたｓａｗフィルタ３２に直接供給される。このスペクトル部分は、本明細書及び特許請求の範囲において、帯域外周波数スペクトルとして表し得る。例えば、米国ケーブル・システムにおける帯域外周波数スペクトルは、約７０ＭＨｚ乃至約１３０ＭＨｚの範囲に収まる。
ケーブル事業者は、前述の周波数スペクトル部分内で１つ又は複数の帯域外通信チャネルを位置検出し得る。

Ｓａｗフィルタ３２の出力は可変利得増幅器３４に供給される。可変利得増幅器３４は、約７０ＭＨｚ乃至約１３０ＭＨｚの周波数領域に対応するアナログ信号である帯域外周波数スペクトル出力信号３９を生成する。アナログ帯域外周波数スペクトル出力信号３９の更なる処理は、図３を参照して説明する。

本発明の例示的な実施例により、帯域外受信器回路の計算量が削減され、付随して、製造費が削減される。例えば、帯域外受信器回路１００（図２）は、帯域外受信器１０（図１）のフィルタ２４（図１）、増幅器２６（図１）、可変利得増幅器２８（図１）及びミクサ３０（図１）を省略している。

図３は、本発明の例示的な実施例によるディジタル・ダウンコンバータ２００のブロック図である。ディジタル・ダウンコンバータ２００は、アナログ帯域外周波数スペクトル出力信号３９（図２）を受信するよう適合されたアナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２０２を備える。よって、Ａ／Ｄ変換器２０２は、帯域外データ信号が期待される範囲内の周波数スペクトル全体をディジタル化するよう適合される。

帯域外データ信号を位置検出することができる範囲内の周波数スペクトル全体をディジタル化するために十分な分解能をＡ／Ｄ変換器２０２が有することが望ましい。分解能が約４ビットである通常の直交位相シフト・キーイング（ＱＰＳＫ）信号を受信するために必要な分解能よりも多くのビットの分解能が必要であり得る。（通常のＱＰＳＫ信号をディジタル化するために必要な分解能を超えて）７０乃至１３０ＭＨｚの周波数帯をディジタル化するために必要な範囲のビットでＡ／Ｄ変換器３０２に供給される余剰信号電力は、所望の帯域外チャネルの平均電力を＋６ｄＢ上回る平均電力での約１０個の直交振幅増幅（ＱＡＭ）チャネルに対応する。この電力は、約６ビットを含む。よって、Ａ／Ｄ変換器２０２は、通常のＱＰＳＫ信号に加えて、７０ＭＨｚと１３０ＭＨｚとの間に周波数スペクトルを効果的に復号化するために約１０ビット程度の分解能を必要とし得る。適切なスペクトルを効果的にディジタル化するために十分な分解能を確実にすることに資するよう更なるビットを追加することができる。

本発明の実施例は、期待され得るサンプリング・クロック周波数よりも低いサンプリング・クロック周波数で動作している一方で、ディジタル領域内に帯域外データ・チャネルの像を生成するよう、アンダサンプリングとして知られる手法を使用することができる。約７０ＭＨｚと約１３０ＭＨｚとの間のスペクトルを処理するために、約１３０乃至１４０ＭＨｚの範囲内のアンダサンプリング・クロック周波数を使用することができる。しかし、当業者は、約２６０ＭＨｚよりも大きなサンプリング・クロック周波数でのアンダサンプリングなしでディジタル化することができることを認識するであろう。

Ａ／Ｄ変換器２０２は、ディジタル化された帯域外周波数スペクトル信号２０３を第１の乗算器２０４及び第２の乗算器２０８に供給する。乗算器２０４及び２０８は、ディジタル直交数値制御発振器（ＮＣＯ）から入力を受信する。第１の乗算器２０４は、ベースバンドI信号を可変ディジタル低域通過フィルタ２１０に供給する。第２の乗算器２０８は、ベースバンドＱ信号を可変ディジタル低域通過フィルタ２１２に供給する。可変ディジタル低域通過フィルタ２１０及び２１２の出力は、更に処理するためにＱＰＳＫ復調器（図示せず）に供給される。ディジタル直交ＮＣＯ２０６は、ディジタル化スペクトル内からの帯域外データ・チャネルに対応するディジタル情報を位置検出するようふるまう。例えば、ディジタル直交ＮＣＯ２０６は、アナログ帯域外周波数スペクトル出力信号３９によって表すデータを掃引するよう適合され得る。

図４は、アンダサンプリング手法を使用することにより、帯域外チャネルを含むアナログ周波数スペクトルの、ディジタル領域への変換を示すグラフである。グラフは全体を参照符号３００で表す。x軸３０２は周波数範囲に対応する。ｙ軸３０４は、アナログ領域（グラフ３００の右側に対応する）内の信号の振幅に対応する。ｙ軸３０４は、グラフ３００のサンプリング周波数Ｆｓを表す。ｙ軸３０５は、グラフ３００内のアナログ領域及びディジタル領域を分ける。ｙ軸３０５は、グラフのナイキスト周波数（Ｆｓ／２）を表す。ｙ軸３０６は、グラフ３００の左側に対応するディジタル領域内の信号の振幅に対応する。ｙ軸３０６は、グラフ３００のＤＣ周波数を表す。

グラフ３００の右側は、ディジタル・ケーブル・チューナ１２（図２）によって受信することができるようなアナログ領域スペクトルに対応する。アナログ領域スペクトルは、いくつかのＦＡＴチャネル３０８、３１０を含み得る。更に、アナログ領域スペクトルは帯域外データ信号３１２を含み得る。

グラフ３００の左側部分は、Ａ／Ｄ変換器２０２（図３）により、ディジタル領域に変換された後の、サンプリングされたアナログ周波数スペクトルに対応する。グラフ３００の左側部分は、アナログ帯域外周波数スペクトル出力信号３９（図３）のディジタル化の例を示す。アナログ帯域外周波数スペクトル出力信号３９をディジタル化する処理は、周波数スペクトルをミラーリングする効果を有する。すなわち、グラフ３０２の右側によって表すアナログ周波数スペクトルは、グラフ３０２の左側によって表すようにディジタル領域においてミラーリングされる。例えば、ＦＡＴチャネル３０８（アナログ領域）は、ミラー像ＦＡＴチャネル３１４により、ディジタル領域において表される。アナログ領域内のＦＡＴチャネル３１０は、ディジタル領域において、ミラー像ＦＡＴチャネル３１６によって表される。同様に、アナログ領域内の帯域外データ信号３１２は、サンプル・ディジタル領域において、ミラー像帯域外データ信号３１８によって表される。

図５は、本発明の例示的な実施例による処理を示すフローチャートである。処理は全体を参照符号４００で表す。ブロック４０２では、処理が始まる。

ブロック４０４で、帯域外データ信号が受信信号から分離される。帯域外データ信号は、帯域外周波数スペクトルに対応し得る。帯域外データ信号は、ディジタル化された帯域外周波数スペクトル信号に、ブロック４０６で変換される。ブロック４０８では、ディジタル化された帯域外周波数スペクトル信号内の、帯域外データ・チャネルに対応するデータが識別される。例示的な処理はブロック４１０で終了する。

本発明は、種々の修正形態及び代替的な形態を呈し得るが、特定の実施例を例として図面において示しており、本明細書及び特許請求の範囲において詳細に説明する。しかし、本発明は、記載した特定の形態に制限されることを意図するものでない。むしろ、本発明は、特許請求の範囲記載の本発明の趣旨及び範囲内に収まる修正案、均等物、及び代替策全てを包含するものである。

従来の帯域外受信器を示すブロック図である。 本発明の例示的な実施例による帯域外信号受信器を示すブロック図である。 本発明の例示的な実施例によるディジタル・ダウンコンバータを示すブロック図である。 帯域外チャネルを含むアナログ周波数スペクトルの、ディジタル領域への変換を示すグラフである。 本発明の例示的な実施例による処理を示すフローチャートである。

Claims (14)

1. 信号処理システムであって、
   信号を受信し、前記信号から帯域外周波数スペクトルに対応する帯域外データ信号を分離するための第１の手段であって、前記帯域外周波数スペクトルは約７０ＭＨｚ乃至約１３０ＭＨｚの範囲に及ぶ第１の手段と、
   前記帯域外デ―タ信号をディジタル化された帯域外周波数スペクトル信号に変換する第２の手段であって、前記第２の手段は、前記帯域外周波数スペクトルを効果的に復号化するために約１０ビット程度の分解能を有する第２の手段と、
   前記ディジタル化された帯域外周波数スペクトル信号内の帯域外デ―タ・チャネルに対応するデータを識別するための第３の手段と
   を備える、前記信号処理システム。
2. 請求項１記載の信号処理システムであって、前記第３の手段がｓａｗフィルタを備える、前記信号処理システム。
3. 請求項１記載の信号処理システムであって、前記第３の手段は、前記ディジタル化された帯域外周波数スペクトル信号に対応するデータを掃引して前記帯域外データ・チャネルに対応するデータを識別するよう適合される、前記信号処理システム。
4. 請求項１記載の信号処理システムであって、前記第３の手段がディジタル直交数値制御発振器を備える、前記信号処理システム。
5. 請求項１記載の信号処理システムであって、前記帯域外データ・チャネルは約１ＭＨｚの帯域幅を有する、前記信号処理システム。
6. 請求項１記載の信号処理システムであって、前記第２の手段は、前記帯域外データ信号をアンダサンプリングするよう適合された、前記信号処理システム。
7. 請求項１記載の信号処理システムであって、前記第２の手段は、前記帯域外データ信号を約１３０ＭＨｚと約１４０ＭＨｚとの間の範囲内のサンプリング・レートでアンダサンプリングするよう適合された、前記信号処理システム。
8. 方法であって、
   信号を受信し、前記信号から帯域外周波数スペクトルに対応する帯域外デ―タ信号を分離するステップであって、前記帯域外周波数スペクトルは約７０ＭＨｚ乃至約１３０ＭＨｚの範囲に及ぶステップと、
   前記帯域外データ信号を、ディジタル化された帯域外周波数スペクトル信号に、前記帯域外周波数スペクトルを効果的に復号化するために約１０ビット程度の分解能で変換するステップと、
   前記ディジタル化された帯域外周波数スペクトル信号内の帯域外デ―タ・チャネルに対応するデータを識別するステップと
   を含む、前記方法。
9. 請求項８記載の方法であって、前記帯域外周波数スペクトルを前記信号から除外するステップを更に含む、前記方法。
10. 請求項８記載の方法であって、前記ディジタル化された帯域外周波数に対応するデータを掃引して、前記帯域外データ・チャネルに対応するデータを識別するステップを更に含む、前記方法。
11. 請求項８記載の方法であって、前記ディジタル化された帯域外周波数スペクトル信号をディジタル直交数値制御発振器によって処理するステップを更に含む、前記方法。
12. 請求項８記載の方法であって、前記帯域外データ・チャネルは約１ＭＨｚの帯域幅を有する、前記方法。
13. 請求項８記載の方法であって、前記帯域外データ信号をアンダサンプリングするステップを更に含む、前記方法。
14. 請求項８記載の方法であって、前記帯域外データ信号を約１３０ＭＨｚと約１４０ＭＨｚとの間の範囲内のサンプリング・レートでアンダサンプリングするステップを更に含む、前記方法。

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