WO2013118850A1 - 可搬型情報端末、復調方法及びその制御プログラム - Google Patents

Abstract

　デジタル放送を受信する機能を有する可搬型情報端末。受信波からドップラー周波数の情報を推定し、推定したドップラー周波数の情報に基づいて移動速度を推定し、推定した移動速度に応じてＦＦＴウィンドウのパラメータを決定する。

Description

可搬型情報端末、復調方法及びその制御プログラム

　本発明は、デジタル放送受信機能を有する可搬型情報端末、可搬型情報端末における復調方法、及びその制御プログラムに関する。

　現在、タブレット端末（多機能携帯端末）やスマートフォン（高機能携帯電話）等の種々の可搬型情報端末が発売されている。タブレット端末（多機能携帯端末）の代表例としてｉＰａｄ（登録商標）が知られており、スマートフォン（高機能携帯電話）の代表例としてｉＰｈｏｎｅ（登録商標）が知られている。
　このような種々の可搬型情報端末には、ワンセグに代表されるデジタル放送受信機能が搭載されており、新規に発売される情報端末にはほとんどの機種にワンセグが搭載されるようになってきている。また、２０１２年からアナログテレビ放送が停波した周波数帯域を使用して、マルチメディア放送という新サービスが開始されようとしており、ますますデジタル放送を利用する機会が増えることが予想される。
　可搬型情報端末の特性上、屋外での使用も多くみられる。例えば、電車内、バス内、自動車内、歩行時など、移動しながら情報端末のデジタル放送受信機能を使ってデジタル放送を視聴することができる。このような環境において、その場で視聴せずにコンテンツの録画をしておいて、後で再生する場合もある。
　このような可搬型情報端末の一例として、特許文献１は、電波を受信する電子機器において、移動速度を検出するための検出部材を用いることなく、電子機器の移動速度を検出する受信装置を開示している。特許文献１の電子機器は、受信した電波に関する複数の検出値から移動速度を推定する速度推定部を備える。この速度推定部は、複数の検出値に含まれる変動周波数を取得し、この変動周波数から受信した電波のドップラー周波数を推定し、このドップラー周波数と受信した電波の信号周波数とから移送速度を推定する。

特開２０１１−１４１２２６号公報

　可搬型情報端末の移動時には、電波伝播上、受信波がフェージングを伴うため、静止して受信する場合に比べて受信性能が劣化する場合が多い。これは受信波がフェージングによるゆらぎを起こすために復調の精度が甘くなったり、受信レベルが変動したりするなどが原因である。
　また、特許文献１に示すように、日本のデジタル放送の変調波はＩＳＤＢ−Ｔ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｓｅｒｖｉｃｅｓ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ−Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ）という規格に基づいたＯＦＤＭ（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号で変調されており、移動時の受信性能の劣化に関して、その変調方式に依存した課題がいくつかある。例えば、遠方の山や建物で反射した反射波が混入すると、許容されるガードインターバルを超えてしまうこともあり、所要Ｃ／Ｎ（Ｃａｒｒｉｅｒ　ｔｏ　Ｎｏｉｓｅ　Ｒａｔｉｏ）が劣化して、受信性能が低下する。
　デジタル放送は、元々屋内の据え置きテレビを想定して作られた仕様であり、固定した環境では設計思想に応じた優れた受信性能が得られるものの、携帯電話等の可搬型情報端末で受信する場合には、このような性能劣化が生じる。
　可搬型情報端末が有する復調回路のパラメータを適切に調整することにより、移動時の性能劣化をある程度抑えることが可能である。ところが、この場合には、静止時の性能を多少なりとも劣化させる。すなわち、静止時の受信性能と、移動時の受信性能は、トレードオフの関係にあり、静止時に合わせて調整するか、移動時に合わせて調整するかの配慮が設計時に求められる。一般的には両者の性能がある程度両立するように、中間に調整されることが多い。しかしながら、この方法は静止時又は移動時に合わせて最良に調整された条件と比較すると劣ることになる。
　特許文献１では、受信した電波に関する複数の検出値から移動速度を推定することが記載されている。ただし、推定された速度情報を受信機の受信品質の改善に用いる旨の記載はなく、特に、推定された速度情報に応じてＦＦＴウィンドウの幅や位置などを設定することについての記載はない。
　本発明は、デジタル放送受信機能を有する可搬型情報端末において、静止時及び移動時のデジタル放送の受信性能を向上させ、さらに使用時の受信能力を向上させる手段を提供することを目的とする。

　上述の課題に鑑み、本発明の一態様は、デジタル放送を受信する機能を有する可搬型情報端末であって、受信波からドップラー周波数の情報を推定する推定手段と、上記推定されたドップラー周波数の情報に基づいて移動速度を推定し、推定された移動速度に応じてＦＦＴウィンドウのパラメータを決定する判定手段と、を備える可搬型情報端末に関する。
　また、本発明の別の態様は、デジタル放送を受信する機能を有する可搬型情報端末における復調方法であって、受信波からドップラー周波数の情報を推定し、上記推定されたドップラー周波数の情報に基づいて移動速度を推定し、推定された移動速度に応じてＦＦＴウィンドウのパラメータを決定する復調方法に関する。
　さらに、本発明の別の態様は、デジタル放送を受信する機能を有する可搬型情報端末における復調方法用の制御プログラムであって、受信波からドップラー周波数の情報を推定する処理と、上記推定されたドップラー周波数の情報に基づいて移動速度を推定し、推定された移動速度に応じてＦＦＴウィンドウのパラメータを決定する処理と、をコンピュータに実行させる制御プログラムに関する。

　本発明によると、移動時のドップラー周波数や速度情報を推定する手段を有することで、その情報に基づいて復調回路のパラメータを移動速度の応じた値に最適化し、可搬型情報端末の受信性能を最大限に引き出すことが可能になる。

　図１は本発明の各実施形態による可搬型情報端末の概略構成を示すためのブロック図である。
　図２はＯＦＤＭ信号を復調する際の受信性能について説明するための図である。
　図３は前方保護処理及び後方保護処理を説明するための図である。
　図４は本発明の実施形態による可搬型情報端末におけるＦＦＴウィンドウの時定数決定方法について説明するための図である。

　以下、本発明の各実施形態の構成について図面を参照しつつ詳細に説明する。但し、以下に説明する実施形態によって本発明の技術的範囲は何ら限定解釈されることはない。
　まず、情報端末の一般的な復調処理の原理について説明する。
　情報端末において、ＯＦＤＭ信号を復調する際には、受信波にＦＦＴ（高速フーリエ変換）を掛け、その結果からＯＦＤＭサブキャリアを復調する。図２に示すように、この際に、ＦＦＴを掛ける時間的な幅（ＦＦＴウィンドウと称する）が決められており、直接波等の主波に対して反射波があることを想定して、ある程度の時間幅と、受信波のタイミングに対する時間的な位置とが決まっている。ＯＦＤＭ変調の特性により、ＦＦＴウィンドウの中に反射波などの遅延波の有効シンボルがすべて収まれば問題なく復調できるが、反射波の遅延時間がＦＦＴウィンドウの外にはみ出すと、復調器にとって妨害エネルギーになり、受信性能が劣化する。
　静止時に受信する場合、この主波に対する反射波の遅れは、大きく変動することはなく、従ってＦＦＴウィンドウの位置は基本的に動かす必要がない。従って、ＦＦＴウィンドウは、主波に対してゆっくり追随させれば良い。もし動きやすいように設定してしまうと、感度に近い微弱電界等の場合に、受信機内部の雑音などによって動いてしまい、感度の劣化などを引き起こす恐れがあるためである。
　一方、移動時に受信する場合は、様々な建物による反射波が移動と共に入射するため、主波に対する反射波の遅れは、時間の経過で大きく変動する。従ってＦＦＴウィンドウの位置は早く動けるようにして追随性を上げたほうが良い。
　他方、復調器では、復調したデータをＴＳ信号にするにあたって、受信波のＯＦＤＭ信号のフレームのタイミングで正しく復調する必要がある。これはＯＦＤＭ同期などと呼ばれる。復調器後段では、復調した後のデータをデインターリーブし、エラー訂正などの処理をした後に、ＴＳパケットの形式に並べ直す。ここでも、ＴＳのパケットという形式によるタイミングを回路内部に持っており、このタイミングを取ることはＴＳ同期などと呼ばれている。
　ＯＦＤＭ同期又はＴＳ同期では、受信波が正しく復調できていれば同期がとれるが、受信誤りが多い場合は同期がとれなくなる。同期をとる回路では、同期の取れていない状態から同期が確立する過程の同期捕捉と、同期が取れている状態から同期が取れない状態に移る過程の同期外れとの場合には、それぞれシンクワードなどの同期指標を何回連続検出したら同期確立とみなすか、同じく何回連続見逃したら同期外れとみなすかなどの処理を行う。これらをそれぞれ後方保護、前方保護と呼んでいる。図３の（ａ）は後方同期処理の例を示しており、保護回数を２回としている。図３の（ｂ）は前方同期処理の例を示しており、保護回数を同じく２回としている。
　この後方保護、前方保護の回数も静止時と移動時とでは最適値が異なる。これは非同期の状態では、該当回路の後段にデータが出力されず、利用者が視聴できないというデメリットになるからである。またこれらの保護期間中に一時的に受信データが誤っていたとしても、すぐに受信データが復活すれば、直ちに後段にデータが出力されるが、一度非同期状態に至ってしまうと、受信データが復活しても後方保護期間は後段にデータが出力されないため、正しいデータを破棄することになる。
　静止時には受信波は安定であり、後方保護は回数を多めにしてノイズなどによる誤同期を避けるほうが好ましい。また前方保護の回数は少なくして少しでも受信波の品質が落ちれば同期を外すように動作させれば良い。これによって確実なデータだけが受信できるようになり、後段の受信データ品質を向上させることが出来る。また前方保護の回数を減らすことで、受信波の品質が悪くなってから同期が外れたと認識できるまでの検出時間を短くすることが出来るために、早めに受信できないことを利用者に示し、利用者のアクション（例えば、チャンネルを変えるなど）を促す効果も期待できる。
　一方、移動時には、フェージングが掛かって受信レベルが端末の感度を上回ったり下回ったりするような不安定な状態も考えられる。そのような受信環境では、受信できない時間率が上がると、受信感度の悪い受信機だと利用者に思われる可能性がある。この場合、少々受信データの信頼性を落としても、各種同期が取りやすく、外れにくいような動作にすることが好ましい。すなわち、後方保護は回数を少なくして、少しでも受信波が受信できたら直ちに同期確立できるようにし、前方保護は多くしてひとたび同期が確立したらなるべく同期を外さないように粘る動作にすることができる。しかし、受信品質を向上させるためには、ＦＦＴウィンドウの設定タイミングの追随速度を情報端末の移動速度に応じて最良に調整するほうがより好適である。
　本発明の各実施形態による可搬型情報端末１は、上記復調処理の特徴に鑑みて、静止時及び移動時のデジタル放送の受信性能を向上させ、さらに使用時の受信能力を向上させるためになされたものである。
　次に、図１に示す本発明の第１の実施形態による可搬型情報端末１の概略構成について説明する。
　図１を参照すると、本実施形態による可搬型情報端末１は、アンテナ１０、受信回路２０、ＯＦＤＭ復調部３０、バックエンド回路４０、表示部５０、スピーカ６０、ＣＰＵ７０、及び記憶装置８０を備えている。可搬型情報端末１は、デジタル放送を受信するためのモジュールなどを搭載したスマートフォン、タブレット端末、携帯ゲーム機などの情報端末である。
　空間の電波を捕まえて電気信号に変換したアンテナ１０の出力は、後段のデジタル放送用の受信回路２０に受信される。そして、受信回路２０は受信した電気信号をＩＦ信号などに変換して出力する。
　ＯＦＤＭ復調部３０は、受信回路２０が出力したＩＦ信号などをＯＦＤＭ信号として復調し、ＴＳ（トランスポートストリーム）信号を出力する。図１に示すように、ＯＦＤＭ復調部３０は、Ａ／Ｄ変換器１１０、ＦＦＴ回路１２０、デインターリーブ回路１３０、ビタビ復号回路１４０、リードソロモン回路１５０、及び判定回路１６０を有している。
　まず、Ａ／Ｄ変換器１１０でＩＦ信号等のアナログ信号がデジタル化される。以後の信号処理はすべてデジタル回路で行われる。ＦＦＴ回路１２０では、入力された受信波にＦＦＴ処理を施し、ＯＦＤＭ信号のタイミング同期を取ってサブキャリアに復調する。この際に、判定回路１６０から出力されるＦＦＴウィンドウの設定情報とＯＦＤＭ同期をとる際に使用する後方保護・前方保護の回数設定などの設定情報を利用する。デインターリーブ回路１３０は、ＦＦＴ回路１２０が出力したサブキャリアの復調情報を所定のインターリーブの並べ替えと逆の処理を行なって元の信号に戻す。ビタビ復号回路１４０は、デインターリーブ回路１３０が出力したデータをビタビ復号し、エラー訂正の処理をして出力する。リードソロモン回路１５０は、リードソロモン符号を復号し、ＴＳと呼ばれるパケット信号に並べ直して出力する。判定回路１６０は、ＦＦＴ回路１２０から出力されるフェージング情報を読み取って速度情報を推定し、また、推定された速度情報に応じてＦＦＴ回路１２０へＦＦＴウィンドウの幅や位置などを設定する。また、判定回路１６０は、同期処理に関してＦＦＴ回路１２０やリードソロモン回路１５０へＦＦＴウィンドウの設定情報と後方保護回数、前方保護回数などを設定する。
　バックエンド回路４０は、ＴＳの内容を復号し、圧縮処理されている映像・音声の伸長処理を行い、元のデータに再生する。表示部（ＬＣＤ）５０は、バックエンド回路４０で再生された映像信号をユーザに見える二次元映像に戻して表示する。また、スピーカ６０により、再生された音声信号をユーザに聞こえる音響信号に戻して鳴らす。
　中央処理装置（ＣＰＵ）７０は、ＯＦＤＭ復調部３０を始めとして、各回路の初期設定やその他の設定、状態の判断、その他指示を行う。また、中央処理装置７０は、記憶装置８０に記憶されたプログラムや設定情報などを実行する。
　続いて、本発明の第１の実施形態による可搬型情報端末１の受信動作について説明する。
　本実施形態の可搬型情報端末１において、受信波がＦＦＴ回路１２０に入力されると、ＦＦＴ回路１２０はキャリアの回転量を算出し、周波数オフセットを検出する。そして、この値で入力信号に補正をかけて、周波数オフセットをキャンセルする。これはいわゆるＡＦＣ（自動周波数制御）の動作となっていて、受信周波数が少しずれてもデジタル放送の受信を継続することができる。
　上記周波数オフセットの情報から、マルチパス受信波を受信した際のドップラー周波数を推定することができる。ＦＦＴ回路１２０は、この情報を判定回路１６０に出力する。判定回路１６０は、ＦＦＴ回路１２０から入力されたドップラー周波数の情報から、可搬型情報端末の移動速度を推定する。市街地などにおいては、ドップラー周波数をある程度統計的に推定することができる。すなわち、ある速度の最大ドップラー周波数ｆｄは、移動速度ｖと波長λから、ｆｄ＝ｖ／λの関係であることが知られている。従って、ドップラー周波数の瞬時値とそのバラツキ度合いから最大ドップラー周波数を算出すれば、移動速度ｖが推定でき、その値はドップラー周波数に比例する。
　次に、ドップラー周波数（又は推定した移動速度）から、ＦＦＴ回路１２０に設定されるＦＦＴウィンドウの追随時定数を決定する。決定方法としては、一例として以下のような方法がある。
（１）ドップラー周波数の閾値を判定回路１６０に持たせ、その値から移動速度の大小を識別して時定数τを決定する。図４（ａ）に例を示す。図４（ａ）では、ドップラー周波数を４０Ｈｚの閾値で判定する例である。
（２）時定数τとドップラー周波数ｆｄの関係を数式で定義し、テーブルを参照するか、直接計算するなどして最大ドップラー周波数ｆｄから時定数τを算出する。数式やテーブルを使用すれば非線形の関係も記述可能である。図４（ｂ）に例を示す。図４（ｂ）では、ドップラー周波数が上がるに従って、時定数が小さくなる、すなわち追随性が早くなる例である。
　これによって、ＦＦＴウィンドウの時定数τが、情報端末の移動速度に応じて最適に制御され、当該受信機の受信性能がフルに引き出される。
　以上説明したように、本発明においては、以下に記載するような効果を奏する。ＦＦＴウィンドウの設定タイミングの追随速度が、情報端末の移動速度に応じて最適に設定されるため、静止時及び移動時であっても、電波環境に左右されることなく、ＦＦＴ復調が行われ、その結果受信品質が向上する。
　続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の第２の実施形態は、上述した第１の実施形態の変形例である。以下、本実施形態において、第１の実施形態においてすでに説明した部分と同様な機能を有する部分について、説明は省略する。
　本実施形態による可搬型情報端末１において、受信波がＦＦＴ回路１２０に入力されると、ＦＦＴ回路１２０は、前述したようにマルチパス受信波を受信した際のドップラー周波数を推定し、この情報を判定回路１６０に出力する。次に、判定回路１６０は、移動速度を推定する。
　そして、ドップラー周波数（又は推定した移動速度）から、ＦＦＴ回路１２０、リードソロモン回路１５０などに設定される後方保護及び前方保護回数などの設定値を決定する。決定方法は、第一の実施例と同様の処理が適用できる。
　これによって、ＦＦＴ回路１２０内で処理される　ＯＦＤＭ同期や、リードソロモン回路で処理されるＴＳ同期などの後方保護／前方保護の条件が、端末の移動速度に応じて最適に制御され、当該受信機の受信性能がフルに引き出される。
　以上、本発明の各実施形態による可搬型情報端末１について説明したが、この構成に限定されることなく、様々な形に設計変更可能である。例えば、移動時の速度情報もしくはドップラー周波数を、携帯端末のデジタル放送受信チューナーのドプラー周波数からではなく、携帯端末のＧＰＳ、加速度センサなどのデバイス、携帯電話の基地局情報、もしくは車載機の場合、車速情報など、携帯端末外部から得ることで代替することも可能である。また、移動時の速度情報を、方位センサと車速センサによる慣性航法測位機器などの測定装置で計測してもよい。
　本発明において説明した上述の可搬型情報端末１は、地上デジタル放送、ワンセグ、マルチメディア放送の受信可能なテレビや情報端末など様々な機器に利用可能である。
　この出願は、２０１２年２月８日に出願された日本出願特願第２０１２−０２５２９１号を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込むものである。

Claims (9)

1. 　デジタル放送を受信する機能を有する可搬型情報端末であって、
   　受信波からドップラー周波数の情報を推定する推定手段と、
   　前記推定されたドップラー周波数の情報に基づいて移動速度を推定し、推定された移動速度に応じてＦＦＴウィンドウのパラメータを決定する判定手段と、を備えることを特徴とする可搬型情報端末。
2. 　前記判定手段は、前記推定されたドップラー周波数又は移動速度から、同期処理のための前方保護処理と後方保護処理に用いる前方保護及び後方保護の条件の設定情報を決定することを特徴とする請求項１に記載の可搬型情報端末。
3. 　前記パラメータは追随時定数であって、該追随時定数は、推定された移動速度に応じて予め設定されたドップラー周波数の閾値に対応して決定されることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれかに記載の可搬型情報端末。
4. 　前記パラメータは追随時定数であって、該追随時定数は、推定された移動速度に応じて予め定義された数式又はテーブルを参照し、算出されることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれかに記載の可搬型情報端末。
5. 　前記ドップラー周波数は、受信波に応じたキャリアの回転量を算出し、該キャリアの回転量に基づいた周波数オフセット情報を用いて推定されることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれかに記載の可搬型情報端末。
6. 　前記ドップラー周波数は、ドップラー周波数の瞬時値とそのバラツキ度合いから最大ドップラー周波数を算出して統計的に推定されることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれかに記載の可搬型情報端末。
7. 　前記ドップラー周波数は、測位装置を用いて推定されることを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれかに記載の可搬型情報端末。
8. 　デジタル放送を受信する機能を有する可搬型情報端末における復調方法であって、
   　受信波からドップラー周波数の情報を推定し、
   　前記推定されたドップラー周波数の情報に基づいて移動速度を推定し、推定された移動速度に応じてＦＦＴウィンドウのパラメータを決定することを含むことを特徴とする復調方法。
9. 　デジタル放送を受信する機能を有する可搬型情報端末における復調方法用の制御プログラムであって、
   　受信波からドップラー周波数の情報を推定する処理と、
   　前記推定されたドップラー周波数の情報に基づいて移動速度を推定し、推定された移動速度に応じてＦＦＴウィンドウのパラメータを決定する処理と、をコンピュータに実行させる制御プログラム。

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