JP5578360B2 - 受信装置および方法、並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、受信装置および方法、並びにプログラムに関し、特に、ＡＰＳＫを用いたデジタル伝送において、より簡易的、かつ、より高速に非線形歪みを補償して復調または復号することができるようにする受信装置および方法、並びにプログラムに関する。

近年、デジタル放送（衛星/地上波）や携帯電話、無線ＬＡＮといった無線デジタル伝送において、伝送する情報の多様化や大容量化に伴い、従来の位相変調(ＰＳＫ)よりも周波数利用効率の優れた振幅位相変調(ＡＰＳＫ)が導入されている。しかし、ＡＰＳＫではＰＳＫと比べて振幅変動のダイナミックレンジが大きくなることから、送信増幅器や受信増幅器の非線形性によって生じる伝送路歪みの影響がより顕著となる。

このような非線形歪みを受信機側で補償する技術の一つとして、ARIB STD-B44の解説Aに記載されるような、非線形歪み後の平均信号点を基準として搬送波同期における位相誤差検出や誤り訂正復号における尤度計算を行う方式が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

ここで、STD-B44とは、高度広帯域衛星デジタル放送（高度ＢＳ）の伝送規格であり、現在、国内でサービスされているＢＳデジタル放送の伝送規格(ARIB STD-B20)の後継に該当する。上記高度ＢＳでは、Circular型の１６ＡＰＳＫや３２ＡＰＳＫを新たに採用することにより、現行の規格よりも大容量な伝送を実現している。また、誤り訂正符号として、ＬＤＰＣ（Low Density Parity Check : 低密度パリティ検査）符号を採用することにより、伝送効率を高めている。

高度ＢＳにおける伝送フォーマットでは、上述のようなＡＰＳＫ信号に対する非線形歪み補償を目的として、伝送信号点配置信号と呼ばれる既知系列が多重伝送されている。

例えば、３２ＡＰＳＫの信号点が送信された場合、非線形歪みを受けた受信信号の信号点は、元来の送信信号点と比べて振幅や位相がずれた点を中心に分布するようになる。そのため、もとの送信信号点配置を理想信号点として硬判定や尤度算出を行うと搬送波同期や誤り訂正復号の性能が著しく劣化する。

上述の伝送信号点配置信号が、当該変調スロットの伝送主信号と同じ変調方式に対する全ての信号点を既知の順番で順次伝送されることで、受信機では当該区間の受信信号を信号点毎に平均することにより、非線形歪みを受けた信号点分布の中心点の配置を得ることができる。その結果、上記のように得られた信号点分布の中心点の配置を理想信号点として搬送波同期や誤り訂正復号を行うことにより、非線形歪みを補償することが可能となる。

上記高度ＢＳの受信機に適用される従来の復調回路は、次のように構成されていた。

すなわち、従来の復調回路は、主として、搬送波同期回路と、信号点平均回路、信号点配置テーブル、硬判定器、位相誤差検出器、尤度算出器、及び、誤り訂正復号器により構成される。

搬送波同期回路は、一般的なデジタルＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路で構成されており、位相誤差検出器で検出される位相誤差の分散が最小となるよう搬送波の周波数、及び、位相に対する受信信号の同期の処理を行う。

信号点平均回路は、搬送波同期回路が出力する同期検波信号に対し、伝送信号点配置信号のＩ,Ｑ成分を信号点毎に平均することにより、全信号点の信号点配置情報を生成する。

信号点平均回路により生成された信号点配置情報は、信号点配置テーブルに入力され、多値のバイナリ系列と同バイナリ系列がマッピングされるＩＱ平面上の信号点座標の関係がテーブルとして記憶される。

硬判定器は、信号点配置テーブルに基づいて信号点を硬判定する際のＩＱ平面上の境界線を算出し、同境界線に基づいて硬判定処理を行う。

位相誤差検出器は、硬判定器の硬判定値と同期検波信号の位相差を求めることにより位相誤差を検出する。

尤度算出器は、上記信号点配置テーブルから読み出される信号点配置を理想信号点として、各信号点にマッピングされるバイナリ系列を構成する各ビットの対数尤度比（ＬＬＲ：Log Likelihood Ratio)を算出する。

誤り訂正復号器は、ＬＬＲに基づいてＬＤＰＣ符号の復号を行って、復号データを出力する。

このような復調回路により、非線形歪みによって信号点の振幅や位相の分布が大きく偏移した受信信号に対しても、より劣化の少ない搬送波同期や誤り訂正復号を行うことが可能となる。

http://www.arib.or.jp/tyosakenkyu/kikaku_hoso/hoso_std-b044.html

しかしながら、従来の復調回路では、信号点毎に受信信号の平均を行う必要があるため、ＡＰＳＫの多値数が大きくなって信号点数が増えるほど、必要となる信号点平均回路の数も比例して増えることになるので、復調回路の回路規模を増大させる懸念がある。

また、信号点数が増えるほど、当該信号点が伝送される頻度が反比例して減ることになるため、信号点を平均して十分な非線形歪み補償の効果を得るまでの収束時間が長くなるといった問題がある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ＡＰＳＫを用いたデジタル伝送において、より簡易的、かつ、より高速に非線形歪みを補償して復調または復号することができるようにするものである。

本発明の一側面は、ＡＰＳＫ変調された信号を受信して得られるシンボルに対応する信号点のＩＱ平面上における原点からの距離である半径を特定する半径特定手段と、前記信号点のＩＱ平面上における位相を特定する位相特定手段と、前記特定された半径に基づいて前記受信信号の復調または復号に係る制御パラメータを出力するパラメータ出力手段と、前記受信信号の信号点のそれぞれの位相成分をオフセットする位相成分オフセット手段と、前記特定された半径が同一の半径となる複数の信号点であって、前記位相成分がオフセットされた複数の信号点のＩ成分およびＱ成分を前記半径毎にそれぞれ平均する平均手段とを備え、前記パラメータ出力手段は、前記平均手段により平均されたそれぞれの信号点のＩ成分およびＱ成分に対して、前記オフセットされた位相成分を元に戻して得られる信号点のＩ成分およびＱ成分に基づいて、前記受信信号のシンボルの判定または尤度計算において基準となる基準信号点配置情報を生成し、前記基準信号点配置情報を前記制御パラメータとして出力し、前記位相成分オフセット手段は、前記位相特定手段によって特定された位相の符号を反転させ、そして、符号が反転された位相に基づき、処理対象である受信信号の信号点の位相を回転させることにより、前記受信信号の信号点のそれぞれの位相成分をオフセットする受信装置である。

前記半径特定手段は、前記受信信号を構成するフレームにおいて既知であるシンボルが変調されている区間の信号点の半径を表す情報を出力することで、前記半径を特定するようにすることができる。

前記受信信号は、高度広帯域衛星デジタル放送の放送信号であり、前記既知であるシンボルが変調されている区間は、伝送信号点配置信号が変調されている区間とされるようにすることができる。

本発明の一側面は、半径特定手段が、ＡＰＳＫ変調された信号を受信して得られるシンボルに対応する信号点のＩＱ平面上における原点からの距離である半径を特定し、位相特定手段が、前記信号点のＩＱ平面上における位相を特定し、パラメータ出力手段が、前記特定された半径に基づいて前記受信信号の復調または復号に係る制御パラメータを出力し、前記受信信号の信号点のそれぞれの位相の符号を反転させる符号反転器と、位相成分オフセット手段が、前記受信信号の信号点のそれぞれの位相成分をオフセットし、平均手段が、前記特定された半径が同一の半径となる複数の信号点であって、前記位相成分がオフセットされた複数の信号点のＩ成分およびＱ成分を前記半径毎にそれぞれ平均するステップを含み、前記パラメータ出力手段は、前記平均手段により平均されたそれぞれの信号点のＩ成分およびＱ成分に対して、前記オフセットされた位相成分を元に戻して得られる信号点のＩ成分およびＱ成分に基づいて、前記受信信号のシンボルの判定または尤度計算において基準となる基準信号点配置情報を生成し、前記基準信号点配置情報を前記制御パラメータとして出力し、前記位相成分オフセット手段が、前記位相特定手段によって特定された位相の符号を反転させ、そして、符号が反転された位相に基づき、処理対象である受信信号の信号点の位相を回転させることにより、前記受信信号の信号点のそれぞれの位相成分をオフセットする受信方法である。

本発明の一側面は、コンピュータを、ＡＰＳＫ変調された信号を受信して得られるシンボルに対応する信号点のＩＱ平面上における原点からの距離である半径を特定する半径特定手段と、前記信号点のＩＱ平面上における位相を特定する位相特定手段と、前記特定された半径に基づいて前記受信信号の復調または復号に係る制御パラメータを出力するパラメータ出力手段と、前記受信信号の信号点のそれぞれの位相成分をオフセットする位相成分オフセット手段と、前記特定された半径が同一の半径となる複数の信号点であって、前記位相成分がオフセットされた複数の信号点のＩ成分およびＱ成分を前記半径毎にそれぞれ平均する平均手段とを備え、前記パラメータ出力手段は、前記平均手段により平均されたそれぞれの信号点のＩ成分およびＱ成分に対して、前記オフセットされた位相成分を元に戻して得られる信号点のＩ成分およびＱ成分に基づいて、前記受信信号のシンボルの判定または尤度計算において基準となる基準信号点配置情報を生成し、前記基準信号点配置情報を前記制御パラメータとして出力し、前記位相成分オフセット手段は、前前記位相特定手段によって特定された位相の符号を反転させ、そして、符号が反転された位相に基づき、処理対象である受信信号の信号点の位相を回転させることにより、前記受信信号の信号点のそれぞれの位相成分をオフセットする受信装置として機能させるプログラムである。

本発明の一側面においては、ＡＰＳＫ変調された信号を受信して得られるシンボルに対応する信号点のＩＱ平面上における原点からの距離である半径が特定され、前記信号点のＩＱ平面上における位相が特定され、前記特定された半径に基づいて前記受信信号の復調または復号に係る制御パラメータが出力される。そして、特定された位相の符号が反転され、そして、符号が反転された位相に基づき、処理対象である受信信号の信号点の位相が回転されることにより、前記受信信号の信号点のそれぞれの位相成分がオフセットされ、特定された半径が同一の半径となる複数の信号点であって、前記位相成分がオフセットされた複数の信号点のＩ成分およびＱ成分が前記半径毎にそれぞれ平均される。また、平均されたそれぞれの信号点のＩ成分およびＱ成分に対して、前記オフセットされた位相成分を元に戻して得られる信号点のＩ成分およびＱ成分に基づいて、前記受信信号のシンボルの判定または尤度計算において基準となる基準信号点配置情報が生成され、前記基準信号点配置情報が前記制御パラメータとして出力される。

本発明によれば、ＡＰＳＫを用いたデジタル伝送において、より簡易的、かつ、より高速に非線形歪みを補償して復調または復号することができる。

高度ＢＳのフレームの構成を説明する図である。 増幅器の非線形特性を説明する図である。 ３２ＡＰＳＫ変調された送信信号における信号点をＩＱ平面上の座標位置として説明する図である。 ３２ＡＰＳＫ変調された受信信号における信号点をＩＱ平面上の座標位置として説明する図である。 伝送信号点配置信号の信号点の座標位置を平均する例を説明する図である。 復調回路の構成例を示すブロック図である。 図６の復調回路における従来の信号点平均回路の詳細な構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る復調回路における信号点平均回路の構成例を示すブロック図である。 信号点の半径番号と位相番号を説明する図である。 基準信号点配置情報出力処理を説明するフローチャートである。 本発明の別の実施の形態に係る受信号復号装置の構成例を示すブロック図である。 パーソナルコンピュータの構成例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

最初に、日本の次世代衛星デジタル放送である高度広帯域衛星デジタル放送（高度ＢＳ）のフレーム構成について説明する。

図１は、高度ＢＳのフレームの構成を説明する図である。同図に示されるように、１フレームは、１２０の変調スロットで構成されており、この例では、各変調スロットが、変調スロット＃１乃至変調スロット＃１２０として示されている。

各変調スロットには、同期のための２４シンボル（同図には、FSync、！FSync、SSyncと示されている）が設けられている。また、信号点の位置の判定などに用いられる３２シンボル（伝送信号点配置信号と称される。同図には、Pと示されている）が設けられている。これらのシンボルは既知シンボルとされ、同期のための２４シンボルにより表わされる系列と、信号点の位置の判定などに用いられる３２シンボルにより表わされる系列は、規格により定められている。

上述した同期のための２４シンボルは、同期信号とも称され、フレームを構成する先頭の変調スロットにはFSyncが配置され、２番目の変調スロットにはSSyncのシンボルが配置されることが規格により定められている。さらに３番目以降のスロットにはFSyncの反転シンボルである！FSyncとSSyncのシンボルがスロット毎に交互に配置されることが規格により定められている。

SSyncは２変調スロットに一回ずつ規則的に配置されていることから、変調スロットの先頭を検出するために用いられることが一般的に想定されている。また、FSyncはフレームの先頭スロット以外は反転シンボルが配置されることから、相関値の符号を見ることによりフレームの先頭を検出するために用いられることが一般的に想定されている。

また、各変調スロットには、１３６シンボルで構成される６６の伝送データが含まれている。例えば、変調スロット＃１における伝送データは、Data#1乃至Data#66として示されており、変調スロット＃２における伝送データは、Data#67乃至Data#132として示されている。なお、各変調スロットに含まれる１３６シンボルで構成される６６の伝送データのそれぞれは、伝送主信号とも称される。

さらに、各変調スロットにおいては、伝送・多重に関する制御情報であって４シンボルで構成されるＴＭＣＣが、各伝送データの間に挿入されている。図中では、Tとして示されているものがＴＭＣＣである。

このように構成される高度ＢＳの１フレームは、合計１,１１５,５２０シンボルで構成されることになる。

また、高度ＢＳでは1フレーム内で複数の変調方式を混在させることが可能となる。例えば、１フレーム内に最大８の伝送モードを定義することが可能であり、個々の伝送モードにおいて異なる変調方式が採用されるようにすることができる。高度ＢＳでは、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、８ＰＳＫ、１６ＡＰＳＫ、および３２ＡＰＳＫの５種類の変調方式を用いることが可能とされている。

高度ＢＳでは、変調スロット毎に伝送モードを定義して伝送主信号を上述の５種類の変調方式のいずれかによって変調することができる。この際、伝送信号点配置信号は、伝送主信号と同じ変調方式で変調されるように規定されている。

各変調スロットの伝送モードは、当該フレームより２フレーム前のＴＭＣＣを解析することにより特定することができるようになされている。従って、受信機は、２フレーム前に受信したフレームの各変調スロットに挿入されたＴＭＣＣを全て取得して記憶しておくことにより、受信したフレームの各変調スロットの変調方式を特定するようになされている。

なお、各変調スロットの伝送モードに関わらず、同期のための２４シンボル（同期信号）は、常にπ／２ＢＰＳＫ変調方式により変調されるようになされている。また、各変調スロットの伝送モードに関わらず、ＴＭＣＣは、常にπ／２ＢＰＳＫ変調方式により変調されるようになされている。

ところで、ＡＰＳＫ変調方式を採用する場合、ＰＳＫ変調方式を採用した場合と比較して、増幅器の非線形特性による影響を受けやすくなる。すなわち、ＡＰＳＫではＰＳＫと比べて振幅変動のダイナミックレンジが大きくなることから、送信増幅器や受信増幅器の非線形性によって生じる伝送路歪みの影響がより顕著となるのである。

ここで、増幅器の非線形特性について説明する。

図２は、一般的な増幅器の非線形特性を説明する図である。同図の横軸は、入力信号の振幅の大きさを表しており、縦軸は、出力信号の振幅の大きさ、または出力信号の位相における位相の回転の度合を表している。また、同図において円形のプロット点を結ぶ曲線が振幅・振幅（AM-AM）特性を表しており、三角形のプロット点を結ぶ曲線が振幅・位相（AM-PM）特性を表している。

同図においてAM-AM特性として示されるように、入力信号の振幅が大きくなるにつれ、出力信号の振幅も大きくなっていくが、入力信号がほぼ１０dBmを超えた付近から入力信号の振幅の変化に係らず、出力信号の振幅が変化しなくなっている。

また、同図においてAM-PM特性として示されるように、入力信号の振幅が大きくなるにつれ、出力信号の位相の回転も徐々に大きくなっていくが、入力信号がほぼ５dBmを超えた付近から入力信号の振幅の変化とともに、出力信号の位相の回転が急激に大きくなっている。

例えば、ＡＰＳＫ変調された信号を受信する受信装置においては、図２に示されるような増幅器の非線形性によって生じる伝送路歪みを補償するための技術を採用する必要がある。

図３は、３２ＡＰＳＫ変調された送信信号における信号点をＩＱ平面上の座標位置として説明する図である。同図は、横軸がＩ軸、縦軸がＱ軸とされており、ＩＱ座標が（０，０）となる図中の中心点から信号点までの距離が振幅に対応する。同図に示されるように、ＩＱ座標としてプロットされた各点が送信信号のシンボルに対応する信号点とされ、３２ＡＰＳＫ変調された送信信号においては、３２種類のシンボルを送信することができる。

すなわち、中心点からの距離が最も近い信号点が４点存在し、中心点からの距離が最も遠い信号点が１６点存在し、それらの中間の距離の信号点が１２点存在している。

受信器においては、受信信号のシンボルの信号点が図３に示される３２種類の座標位置のいずれであるかを特定することにより、送信された信号の復調等を行うことができる。しかしながら、図２を参照して上述したように増幅器の非線形性によって生じる伝送路歪みが存在するため、実際に受信された受信信号の信号点は、図４に示されるようになる。

図４は、３２ＡＰＳＫ変調された受信信号における信号点を、図３と同様にＩＱ平面上の座標位置として説明する図である。同図に示されるように、実際に受信された受信信号の信号点は、図３に示される送信信号の信号点の座標位置と正確には一致せず、信号点の座標位置が分散している。

また、図４に示されるように、中心点からの距離が遠くなるほど（振幅が大きくなるほど）、受信信号の信号点の分散の度合いも大きくなっている。

このような受信信号の信号点のそれぞれが３２種類のシンボルのいずれに対応するかを特定できるようにするため、高度ＢＳのフレームには、図１にＰとして示されている伝送信号点配置信号が各変調スロット内に配置されるようになされている。

上述したように伝送信号点配置信号は既知なので、増幅器の非線形性によって生じる伝送路歪みがあっても、受信器において３２種類のシンボルの座標位置を特定することが可能となる。すなわち、伝送信号点配置信号として受信した信号における信号点のそれぞれが３２種類のシンボルのいずれに対応しているのかが受信器において既知であるため、各シンボルの信号点の座標位置がどれだけずれているのか特定することができるのである。

高度ＢＳの受信器は、例えば、受信信号の信号点であって、同一の伝送モードで伝送された複数の変調スロットに配置された伝送信号点配置信号の各シンボルに対応する信号点の座標位置を特定する。例えば、３２ＡＰＳＫの変調方式の伝送モードの変調スロットを２０スロット受信した場合、伝送信号点配置信号を２０受信できるので第１番目のシンボルの信号点を２０個特定でき、第２番目のシンボルの信号点を２０個特定でき、・・・第３２番目のシンボルの信号点を２０個特定できる。そして、高度ＢＳの受信器は、各シンボルに対応する信号点の座標位置を平均することで、３２種類のシンボルの座標位置の基準となる点をそれぞれ特定する。

図５は、伝送信号点配置信号の信号点の座標位置を平均する例を説明する図である。同図は、３２ＡＰＳＫ変調された受信信号における伝送信号点配置信号の信号点を、図３と同様にＩＱ平面上の座標位置として説明する図である。同図に示されるように、同一のシンボルを表す信号点の座標位置が平均されて、３２種類のシンボルの座標位置の基準となる点がそれぞれ特定されている。

そして、受信器は、上述のようにして特定された３２種類のシンボルの座標位置の基準となる点を基準信号点配置情報として保持し、シンボルの硬判定、尤度計算に用いるようになされている。

図６は、高度ＢＳデジタル放送の受信機に設けられる復調回路の構成例を示すブロック図である。

この復調回路１０は、主として、搬送波同期回路２１、位相誤差検出器２２、硬判定器２３、信号点平均回路２４、信号点配置テーブル２５、尤度算出器２６、及び、誤り訂正復号器２７により構成されている。

搬送波同期回路２１は、一般的なデジタルＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路で構成されており、位相誤差検出器２２で検出される位相誤差の分散が最小となるよう搬送波の周波数、及び、位相に対する受信信号の同期の処理を行う。

信号点平均回路２４は、搬送波同期回路が出力する同期検波信号に基づいて、受信信号から得られた伝送信号点配置信号のＩ,Ｑ成分を、３２種類のシンボルのそれぞれの信号点毎に平均する。これにより、上述した基準信号点配置情報が生成される。なお、信号点平均回路２４には、伝送信号点配置信号に対応する同期検波信号のみが供給されるようになされている。

信号点平均回路２４により生成された基準信号点配置情報は、信号点配置テーブル２５に入力され、多値のバイナリ系列と同バイナリ系列がマッピングされるＩＱ平面上の信号点の座標位置の関係がテーブルとして記憶される。

硬判定器２３は、信号点配置テーブル２５に基づいて信号点を硬判定する際のＩＱ平面上の境界線を算出し、同境界線に基づいて硬判定処理を行う。

また、位相誤差検出器２２は、硬判定器２３の硬判定値と同期検波信号の位相差を求めることにより位相誤差を検出する。

尤度算出器２６は、上記信号点配置テーブルから読み出される基準信号点配置情報の信号点のそれぞれを理想信号点として、各信号点にマッピングされるバイナリ系列を構成する各ビットの対数尤度比（ＬＬＲ：Log Likelihood Ratio)を算出する。

誤り訂正復号器２７は、ＬＬＲに基づいてＬＤＰＣ符号の復号を行って、復号データを出力する。

このような復調回路１０により、非線形歪みによって信号点の振幅や位相の分布が大きく偏移した受信信号に対しても、より劣化の少ない搬送波同期や誤り訂正復号を行うことが可能となる。

図７は、図６の復調回路１０における従来の信号点平均回路の詳細な構成例を示すブロック図である。

同図に示されるように、従来の信号点平均回路２４は、信号点分配器４１、信号点１平均回路４２−１、信号点２平均回路４２−２、・・・信号点３２平均回路４２−３２、セレクタ回路４３、および既知信号テーブル４４により構成されている。

なお、信号点１平均回路４２−１、信号点２平均回路４２−２、・・・信号点３２平均回路４２−３２における「１」、「２」、・・・「３２」は信号点のシンボルを識別するための信号点番号とされる。ここで、信号点番号Ｎは、当該信号点にマッピングされるバイナリ系列を表すシンボルに対応しており、３２ＡＰＳＫ変調された信号の場合、Ｎ＝１が"00000"、Ｎ＝２が"00001"、Ｎ＝３が"00010"、…、Ｎ＝３２が"11111"にそれぞれ対応するものとする。

既知信号テーブル４４は、例えば、同期検波信号の伝送フレーム境界に同期したタイミング制御信号に基づいて、伝送信号点配置情報のシンボルの配置順に当該シンボルの信号点番号を順次出力していくようになされている。

信号点分配器４１は、既知信号テーブル４４から出力される信号点番号に従って、該当する平均回路に同期検波信号を分配するようになされている。

信号点１平均回路４２−１乃至信号点３２平均回路４２−３２は、信号点分配器４１から供給される同期検波信号のＩ,Ｑ成分をそれぞれ十分長い時間に渡って平均化するようになされている。

セレクタ回路４３は、各信号点番号に該当する平均結果を順次、切り替えて出力するようになされている。これにより、全信号点の基準信号点配置情報がシリアルに出力されることになる。

しかしながら、このように構成される復調回路１０では、信号点毎に受信信号の平均を行う必要があるため、ＡＰＳＫの多値数が大きくなり、信号点数が増えるほど、必要となる信号点平均回路の数も比例して増えることになる。このため、復調回路１０の回路規模を増大させる懸念がある。

また、信号点数が増えるほど、個々の信号点が伝送される頻度が反比例して減ることになるため、復調回路１０では、全ての信号点を平均して十分な非線形歪み補償の効果を得るまでの収束時間が長くなるといった問題がある。

そこで本発明においては、信号点数が多くても、信号点平均回路の数を抑制し、十分な非線形歪み補償の効果を得るまでの収束時間をできるだけ短くできるようにする。

図８は、本発明の一実施の形態に係る復調回路における信号点平均回路の構成例を示すブロック図である。同図は、例えば、図６に示される復調回路１０における信号点平均回路２４の構成例として適用される。

図８の例では、信号点平均回路２４が、位相回転器６１、半径分配器６２、半径１平均回路６３−１、半径２平均回路６３−２、半径３平均回路６３−３、セレクタ回路６４、位相回転器６５、既知信号テーブル６６、および符号反転器６７により構成されている。

既知信号テーブル６６は、例えば、同期検波信号の伝送フレーム境界に同期したタイミング制御信号に基づいて、伝送信号点配置情報のシンボルの配置順に当該シンボルに対応する信号点の半径番号と位相番号を順次出力していくようになされている。ここで、半径番号と位相番号は、当該シンボルに対応する信号点の座標位置から得られる振幅の大きさ（半径）と位相を特定するための番号とされる。

図９は、信号点の半径番号と位相番号を説明する図である。同図は、横軸がＩ軸、縦軸がＱ軸とされ、図中の点が３２ＡＰＳＫ変調された信号における各シンボルに対応する信号点の座標位置を表している。

同図に示されるように、３２種類の信号点のそれぞれは、３種類の半径に分類できる。なお、図中において、座標（０，０）から各信号点までの距離が振幅の大きさを表すものであり、これを半径と称する。

すなわち、座標（０，０）の中心点からの距離が最も遠い半径を有する円上に位置する信号点が１６個存在する。これら１６個の信号点の半径番号は「１」とされる。また、中心点からの距離が最も近い半径を有する円上に位置する信号点が４個存在する。これら４個の信号点の半径番号は「３」とされる。さらに、それらの中間の距離の半径を有する円上に位置する信号点が１２個存在する。これら１２個の信号点の半径番号は「２」とされる。

また、３２種類の信号点のそれぞれは、２４種類の位相に分類できる。例えば、Ｉ軸上の図中右側に位置する信号点の位相を０°とすると、半径番号が「１」となる信号点の位相は、０°、２２.５°、４５°、６７.５°、９０°、・・・のように１６種類存在する。また、半径番号が「２」となる信号点の位相は、１５°、４５°、７５°、・・・のように１２種類存在する。さらに、半径番号が「３」となる信号点の位相は、４５°、１３５°、・・・のように４種類存在する。従って、例えば、０°となる位相の位相番号を「１」とし、１５°となる位相の位相番号を「２」とし、２２.５°となる位相の位相番号を「３」とし、４５°となる位相の位相番号を「４」とし、・・・のようにすれば、各信号点の位相を２４に分類できるのである。

そうすると、例えば、信号点１０１の半径番号は「１」であり、位相番号は「４」となる。また、信号点１０２の半径番号は「２」であり、位相番号は「４」となる。さらに、信号点１０３の半径番号は「３」であり、位相番号は「４」となる。

既知信号テーブル６６は、このような半径番号と位相番号を処理対象となる信号点（シンボル）毎に順次出力していくようになされている。

なお、既知信号テーブル６６から出力される半径番号と位相番号は、伝送信号点配置情報に対応して予め記憶されているものが出力されることを前提としているが、例えば、硬判定結果として得られた信号点の半径番号と位相番号が出力されるようにしてもよい。

図８に戻って、符号反転器６７は、既知信号テーブル６６から出力される位相番号に基づいて、当該信号点の位相を特定するとともに、その位相の符号を反転させて、位相回転器６１に供給する。

位相回転器６１は、符号反転器６７から供給された情報に基づいて処理対象となる信号点の位相を回転させる。すなわち、符号反転器６７と位相回転器６１により処理対象となる信号点に対応するシンボルの位相変調成分がオフセットされるのである。なお、受信信号の同期検波信号から得られたシンボルは通常、位相誤差を有するため、位相変調成分がオフセットされた後も、位相成分が０となるわけではない。

半径分配器６２は、既知信号テーブル６６から出力される半径番号に従って、該当する平均回路に同期検波信号を分配するようになされている。すなわち、当該同期検波信号が半径番号「１」の信号点に対応するものである場合、半径１平均回路６３−１に供給（分配）されることになる。また、当該同期検波信号が半径番号「２」の信号点に対応するものである場合、半径２平均回路６３−２に供給（分配）され、半径番号「３」の信号点に対応するものである場合、半径３平均回路６３−３に供給（分配）されることになる。

半径１平均回路６３−１乃至半径３平均回路６３−３は、半径分配器６２から供給される同期検波信号のＩ,Ｑ成分をそれぞれ所定の時間に渡って平均化するようになされている。

本発明の信号点平均回路２４では、符号反転器６７と位相回転器６１によりシンボルの位相変調成分がオフセットされた信号点が半径毎に平均化されていくことになる。すなわち、例えば、半径１平均回路６３−１では、半径番号が「１」となる１６種類の信号点の全てについて位相変調成分がオフセットされて平均される。すなわち、本発明の信号点平均回路２４では、同一の半径番号となる信号点は一律に平均化されるのである。

従って、半径１平均回路６３−１による平均結果は、１６種類の信号点のそれぞれを平均して位相０°から何度ずれているかを表すものとなり、１６種類の信号点のそれぞれを平均した半径を表すものとなる。なお、平均した半径によって、例えば、１６種類の信号点の中心点からの距離の平均が、本来半径番号「１」となる距離からどれだけずれているかを特定することも可能となる。

同様に、半径２平均回路６３−２による平均結果は、１２種類の信号点のそれぞれを平均して位相０°から何度ずれているかを表すものとなり、１２種類の信号点のそれぞれを平均した半径を表すものとなる。半径３平均回路６３−３による平均結果は、４種類の信号点のそれぞれを平均して位相０°から何度ずれているかを表すものとなり、４種類の信号点のそれぞれを平均した半径を表すものとなる。

セレクタ回路６４は、各半径番号に該当する平均結果を順次、切り替えて出力するようになされている。

位相回転器６５は、既知信号テーブル６６から出力される位相番号に基づいて、当該信号点の位相を特定するとともに、処理対象となる信号点の位相を回転させる。これにより、符号反転器６７と位相回転器６１によってオフセットされたシンボルの位相変調成分をもとに戻すことになる。

このようにして、全信号点の基準信号点配置情報がシリアルに出力されることになる。

上述したように、本発明の信号点平均回路２４では、半径毎の平均回路が設けられることになる。従って、３２ＡＰＳＫ変調された信号の基準信号点配置情報を得る場合でも、半径１平均回路６３−１乃至半径３平均回路６３−３の３つの平均回路を設けることで足りる。すなわち、本発明によれば、信号点数が多くても、平均回路の数を抑制することができ、装置の肥大化やコスト増を抑止することが可能となる。

また、上述したように、本発明の信号点平均回路２４では、同一の半径番号となる信号点は一律に平均化される。従って、同期検波信号のＩ,Ｑ成分のそれぞれの平均値を算出する際に、単位時間内での分母の数値を大きくすることができる。

つまり、例えば、図７に示される従来の信号点平均回路では、信号点番号毎に平均化されるため、１つの信号点番号に対応するサンプルを蓄積するために充分な時間を要する。これに対して、図８に示される本発明の信号点平均回路では、信号点の半径毎に平均化されるため、例えば、図９の信号点１０１の基準信号点配置情報を得るために要する時間を、従来の１６分の１に短縮できる。例えば、図９の信号点１０１について１６個のサンプルを平均化する場合、従来の信号点平均回路では、基準信号点配置情報を１６回受信する必要があった。これに対して、本発明の信号点平均回路では、基準信号点配置情報を１回受信するだけでよい。

また本発明によれば、同様に、例えば、図９の信号点１０２の基準信号点配置情報を得るために要する時間を、従来の１２分の１に短縮でき、図９の信号点１０３の基準信号点配置情報を得るために要する時間を、従来の４分の１に短縮できる。

このように、本発明によれば、十分な非線形歪み補償の効果を得るまでの収束時間を短くできる。

さらに、本発明によれば、中心からの距離が遠い信号点（振幅が大きい信号点）ほど基準信号点配置情報を得るために要する時間をより短縮することが可能となる。図２を参照して上述したように、増幅器の非線形特性においては、AM-AM特性およびAM-PM特性ともに、入力信号の振幅が大きくなるほど非線形の度合いが顕著なものとなる。従って、例えば、３２ＡＰＳＫ変調された信号を受信する場合、半径番号が「１」となる信号点についてより優先的に非線形歪み補償を行う必要があると考えられる。

本発明によれば、振幅が大きい信号点ほど基準信号点配置情報を得るために要する時間をより短縮することができる。あるいはまた、同一の時間で平均化した場合、振幅が大きい信号点ほど基準信号点配置情報の精度を高めることも可能となる。従って、本発明によれば、例えば、高度ＢＳの放送信号のように、信号点数が多大な変調方式で変調された信号を受信する際に、特に好適な復調回路を実現することが可能となる。

次に、図１０のフローチャートを参照して、図８の信号点平均回路２４による基準信号点配置情報出力処理について説明する。

ステップＳ２１において、符号反転器６７は、既知信号テーブル６６から出力される位相番号に基づいて、当該信号点の位相を特定するとともに、その位相の符号を反転させる。

ステップＳ２２において、位相回転器６１は、ステップＳ２１の処理で符号反転器６７から供給された情報に基づいて処理対象となる信号点の位相を回転させる。これにより処理対象となる信号点に対応するシンボルの位相変調成分がオフセットされる。

ステップＳ２３において、半径分配器６２は、既知信号テーブル６６から出力される半径番号に従って、該当する平均回路に同期検波信号を分配する。

ステップＳ２４において、半径１平均回路６３−１乃至半径３平均回路６３−３は、半径分配器６２から供給される同期検波信号のＩ,Ｑ成分をそれぞれ所定の時間に渡って平均化する。

ステップＳ２５において、セレクタ回路６４は、各半径番号に該当する平均結果を順次、切り替えて出力する。

ステップＳ２６において、位相回転器６５は、既知信号テーブル６６から出力される位相番号に基づいて、当該信号点の位相を特定するとともに、処理対象となる信号点の位相を回転させる。これにより、ステップＳ２２の処理でオフセットされたシンボルの位相変調成分をもとに戻すことになる。

ステップＳ２７において、基準信号点配置情報が出力される。

このようにして、基準信号点配置情報出力処理が実行される。

以上においては、ＡＰＳＫ変調された信号の信号点配置がCircular型である例について説明したが、Circular型だけでなく、Rectangular型（つまりQAM）やTriangular型、Hexagonal型、Star型など、いかなる配置であってもよい。少なくとも同一半径に複数の信号点が配置されるようなものであれば、本発明を適用することができる。

さらに、以上においては、基準信号点配置情報を得るために半径毎に信号点の平均化を行う構成について説明したが、例えば、半径の異なる信号点に対しては、当該半径に応じて異なる制御パラメータを用いて同期や適応等化を行うようにすることも可能である。

例えば、デジタルＰＬＬ回路におけるループゲインを半径毎に異なる値に切り替えることや、適応等化器におけるタップ更新のステップサイズを半径毎に異なる値に切り替えること等が考えられる。ＡＰＳＫ変調された信号の非線形歪み等による伝送路歪みによっては、半径毎に位相誤差検出や等化誤差検出における硬判定器の判定誤り率が異なることが想定される。このため、上述のような半径毎のパラメータ切り替えを行うことにより、搬送波同期や適応等化における制御誤差を最小化することができ、受信性能を更に向上させることが可能となる。

図１１は、本発明の別の実施の形態に係る受信号復号装置の構成例を示すブロック図である。

同図に示される受信号復号装置１３０には、適応等化器１３１、搬送波同期回路１３２、および誤り訂正復号器１３３が設けられている。また、受信号復号装置１３０には、位相誤差検出器１３４、硬判定器１３５、等化誤差検出器１３６、位相回転器１３７、およびタップ利得制御部１３８が設けられている。さらに、受信号復号装置１３０には、ステップサイズテーブル１３９、セレクタ回路１４０、ループゲインテーブル１４１、およびセレクタ回路１４２が設けられている。

適応等化器１３１は、例えば、一般的なトランスバーサルフィルタ型の適応等化器として構成され、マルチパス等による伝送路歪みを等化する。すなわち、等化誤差検出器１３６から供給される等化誤差を補償する。

適応等化器１３１は、タップ利得制御部１３８から供給されるタップ利得に応じたフィルタ処理を行うことで伝送路歪みを等化するようになされている。タップ利得制御部１３８は、セレクタ回路１４０を介してステップサイズテーブル１３９から供給されるステップサイズ、および、位相回転器１３７を介して等化誤差検出器１３６から供給される等化誤差に基づいて出力するタップ利得を制御するようになされている。

搬送波同期回路１３２は、送信側の変調に用いられた搬送波と位相が同期した搬送波を生成し、この搬送波を使って検波することで、受信信号を復調する。

搬送波同期回路１３２は、内部にデジタルＰＬＬを有するループフィルタが設けられた構成とされ、このループフィルタが位相誤差検出器１３４から出力される位相誤差の検出値に基づいて位相誤差を補償するようになされている。ループフィルタの帯域は、セレクタ回路１４２を介してループゲインテーブル１４１から供給されるループゲインに基づいて定まるようになされている。

硬判定器１３５は、同期検波信号を硬判定することで、信号点のシンボルを特定するとともに、その信号点の半径を特定する半径番号を出力するようになされている。

位相誤差検出器１３４は、硬判定器１３５により特定された信号点のシンボルの情報に基づいて同期検波信号から位相誤差を検出し、搬送波同期回路１３２にフィードバックする。

等化誤差検出器１３６は、硬判定器１３５により特定された信号点のシンボルの情報に基づいて同期検波信号の等化誤差を検出するようになされている。

位相回転器１３７は、搬送波同期回路１３２から出力される位相補正量の極性反転値に基づいて等化誤差検出器１３６から出力される等化誤差の位相を回転される。これにより、いわゆるベースバンドの等化誤差がパスバンドの等化誤差に変換されることになる。

ステップサイズテーブル１３９には、信号点の半径番号に応じた最適なステップサイズが予め記憶されており、この例では、３２ＡＰＳＫ変調された信号の各信号点の半径番号に対応する３種類のステップサイズを記憶している。すなわち、半径番号「１」に対応するステップサイズはm_r１とされ、半径番号「２」に対応するステップサイズはm_r2とされ、半径番号「３」に対応するステップサイズはm_r3とされる。

セレクタ回路１４０は、硬判定器１３５から出力される半径番号に基づいて、ステップサイズテーブル１３９から出力されるステップサイズのうち、当該半径番号に対応するステップサイズを選択し、タップ利得制御部１３８に供給するようになされている。

ループゲインテーブル１４１には、信号点の半径番号に応じた最適なループゲインが予め記憶されており、この例では、３２ＡＰＳＫ変調された信号の各信号点の半径番号に対応する３種類のループゲインを記憶している。すなわち、半径番号「１」に対応するループゲインはg_r１とされ、半径番号「２」に対応するループゲインはg_r2とされ、半径番号「３」に対応するループゲインはg_r3とされる。

セレクタ回路１４２は、硬判定器１３５から出力される半径番号に基づいて、ループゲインテーブル１４１から出力されるループゲインのうち、当該半径番号に対応するループゲインを選択し、搬送波同期回路１３２のループフィルタに供給するようになされている。

誤り訂正復号器１３３は、搬送波同期回路から出力される同期検波信号に基づいて、受信信号のシンボルのデータを得て誤り訂正処理を施すことにより、受信信号のデータを復号するようになされている。

このような、受信号復号装置１３０を用いることで、搬送波同期や適応等化における制御誤差を最小化することができ、受信性能を更に向上させることが可能となる。

例えば、ループフィルタの特性として、ループフィルタの帯域が広い（大きい）場合、位相誤差変動への追従性が上がる一方で、ＰＬＬから出力される同期検波信号のジッタ量が大きくなることが知られている。逆に、ループフィルタの帯域が狭い（小さい）場合は位相誤差変動への追従性は落ちるが、出力同期検波信号のジッタ量は小さくなる。ＡＰＳＫ変調された信号の非線形歪み等によって、半径毎に位相誤差検出や等化誤差検出における硬判定器の判定誤り率が異なることが想定される。このため、例えば、ループフィルタのループゲインなども半径毎に切り替えを行うことが望ましい。

図１１では、半径毎に最適なステップサイズ、およびループゲインが予めステップサイズテーブル１３９、およびループゲインテーブル１４１に記憶されている例について説明した。しかし、例えば、硬判定器１３５により半径番号が特定された場合、その半径番号に対応する半径毎に最適なステップサイズ、または最適なループゲイン探索されるようにしてもよい。

なお、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。上述した一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータにネットワークや記録媒体からインストールされる。また、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば図１２に示されるような汎用のパーソナルコンピュータ７００などに、ネットワークや記録媒体からインストールされる。

図１２において、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７０１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）７０２に記憶されているプログラム、または記憶部７０８からＲＡＭ（Random Access Memory）７０３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。ＲＡＭ７０３にはまた、ＣＰＵ７０１が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。

ＣＰＵ７０１、ＲＯＭ７０２、およびＲＡＭ７０３は、バス７０４を介して相互に接続されている。このバス７０４にはまた、入出力インタフェース７０５も接続されている。

入出力インタフェース７０５には、キーボード、マウスなどよりなる入力部７０６、ＬＣＤ(Liquid Crystal display)などよりなるディスプレイ、並びにスピーカなどよりなる出力部７０７が接続されている。また、入出力インタフェース７０５には、ハードディスクなどより構成される記憶部７０８、モデム、LANカードなどのネットワークインタフェースカードなどより構成される通信部７０９が接続されている。通信部７０９は、インターネットを含むネットワークを介しての通信処理を行う。

入出力インタフェース７０５にはまた、必要に応じてドライブ７１０が接続され、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア７１１が適宜装着されている。そして、それらのリムーバブルメディアから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部７０８にインストールされる。

上述した一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、インターネットなどのネットワークや、リムーバブルメディア７１１などからなる記録媒体からインストールされる。

なお、この記録媒体は、図１２に示される、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを配信するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク（フロッピディスク（登録商標）を含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disk)を含む）、光磁気ディスク（MD（Mini-Disk）（登録商標）を含む）、もしくは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア７１１により構成されるものだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに配信される、プログラムが記録されているＲＯＭ７０２や、記憶部７０８に含まれるハードディスクなどで構成されるものも含む。

なお、本明細書において上述した一連の処理は、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１０ 復調回路， ２１ 搬送波同期回路， ２２ 位相誤差検出器， ２３ 硬判定器， ２４ 信号点平均回路， ２５ 基準信号点配置テーブル， ２６ 尤度検出器， ２７ 誤り訂正復号器， ６１ 位相回転器， ６２ 半径分配器， ６３−１ 半径１平均回路， ６３−２ 半径２平均回路， ６３−３ 半径３平均回路， ６４ セレクタ回路， ６５ 位相回転器， ６６ 既知信号テーブル， ６７ 符号反転器

Claims (5)

1. ＡＰＳＫ変調された信号を受信して得られるシンボルに対応する信号点のＩＱ平面上における原点からの距離である半径を特定する半径特定手段と、
   前記信号点のＩＱ平面上における位相を特定する位相特定手段と、
   前記特定された半径に基づいて前記受信信号の復調または復号に係る制御パラメータを出力するパラメータ出力手段と、
   前記受信信号の信号点のそれぞれの位相成分をオフセットする位相成分オフセット手段と、
   前記特定された半径が同一の半径となる複数の信号点であって、前記位相成分がオフセットされた複数の信号点のＩ成分およびＱ成分を前記半径毎にそれぞれ平均する平均手段と
   を備え、
   前記パラメータ出力手段は、
   前記平均手段により平均されたそれぞれの信号点のＩ成分およびＱ成分に対して、前記オフセットされた位相成分を元に戻して得られる信号点のＩ成分およびＱ成分に基づいて、前記受信信号のシンボルの判定または尤度計算において基準となる基準信号点配置情報を生成し、前記基準信号点配置情報を前記制御パラメータとして出力し、
   前記位相成分オフセット手段は、
   前記位相特定手段によって特定された位相の符号を反転させ、そして、符号が反転された位相に基づき、処理対象である受信信号の信号点の位相を回転させることにより、前記受信信号の信号点のそれぞれの位相成分をオフセットする
   受信装置。
2. 前記半径特定手段は、
   前記受信信号を構成するフレームにおいて既知であるシンボルが変調されている区間の信号点の半径を表す情報を出力することで、前記半径を特定する
   請求項１に記載の受信装置。
3. 前記受信信号は、高度広帯域衛星デジタル放送の放送信号であり、
   前記既知であるシンボルが変調されている区間は、伝送信号点配置信号が変調されている区間とされる
   請求項２に記載の受信装置。
4. 半径特定手段が、ＡＰＳＫ変調された信号を受信して得られるシンボルに対応する信号点のＩＱ平面上における原点からの距離である半径を特定し、
   位相特定手段が、前記信号点のＩＱ平面上における位相を特定し、
   パラメータ出力手段が、前記特定された半径に基づいて前記受信信号の復調または復号に係る制御パラメータを出力し、
   位相成分オフセット手段が、前記受信信号の信号点のそれぞれの位相成分をオフセットし、
   平均手段が、前記特定された半径が同一の半径となる複数の信号点であって、前記位相成分がオフセットされた複数の信号点のＩ成分およびＱ成分を前記半径毎にそれぞれ平均するステップ
   を含み、
   前記パラメータ出力手段が、
   前記平均手段により平均されたそれぞれの信号点のＩ成分およびＱ成分に対して、前記オフセットされた位相成分を元に戻して得られる信号点のＩ成分およびＱ成分に基づいて、前記受信信号のシンボルの判定または尤度計算において基準となる基準信号点配置情報を生成し、前記基準信号点配置情報を前記制御パラメータとして出力し、
   前記位相成分オフセット手段が、
   前記位相特定手段によって特定された位相の符号を反転させ、そして、符号が反転された位相に基づき、処理対象である受信信号の信号点の位相を回転させることにより、前記受信信号の信号点のそれぞれの位相成分をオフセットする
   受信方法。
5. コンピュータを、
   ＡＰＳＫ変調された信号を受信して得られるシンボルに対応する信号点のＩＱ平面上における原点からの距離である半径を特定する半径特定手段と、
   前記信号点のＩＱ平面上における位相を特定する位相特定手段と、
   前記特定された半径に基づいて前記受信信号の復調または復号に係る制御パラメータを出力するパラメータ出力手段と、
   前記受信信号の信号点のそれぞれの位相成分をオフセットする位相成分オフセット手段と、
   前記特定された半径が同一の半径となる複数の信号点であって、前記位相成分がオフセットされた複数の信号点のＩ成分およびＱ成分を前記半径毎にそれぞれ平均する平均手段と
   を備え、
   前記パラメータ出力手段は、
   前記平均手段により平均されたそれぞれの信号点のＩ成分およびＱ成分に対して、前記オフセットされた位相成分を元に戻して得られる信号点のＩ成分およびＱ成分に基づいて、前記受信信号のシンボルの判定または尤度計算において基準となる基準信号点配置情報を生成し、前記基準信号点配置情報を前記制御パラメータとして出力し、
   前記位相成分オフセット手段は、
   前記位相特定手段によって特定された位相の符号を反転させ、そして、符号が反転された位相に基づき、処理対象である受信信号の信号点の位相を回転させることにより、前記受信信号の信号点のそれぞれの位相成分をオフセットする
   受信装置として機能させるプログラム。

Images