JP3770585B2 - ディジタル伝送装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル変調方式によるディジタル伝送装置における伝送状態の表示機能の改善に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ヨーロッパやアメリカおよび日本でディジタル放送が検討されており、その変調方式としては、直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplex)変調方式の採用が有力視されている。
このOFDM変調方式とは、マルチキャリア変調方式の一種で、多数のディジタル変調波を加え合わせたものである。 このときの各キャリアの変調方式にはQPSK(Quadrature Phase Shift Keying:4相位相偏移変調)方式等が用いられ、合成波であるOFDM信号を得ることができる。
ここで、このOFDM信号を数式で表すと、以下のようになる。
まず、各キャリアのQPSK信号をαk(t)とすると、これは式(1)で表せる。
αk(t)=ak(t)・cos(2πkft)+bk(t)・sin(2πkft) ・・・・・(1)
ここで、kはキャリアの番号を示し、ak(t)、bk(t)は、k番目のキャリアのデータで、[−1]または[1]の値をとる。
次に、キャリアの本数をNとすると、OFDM信号はN本のキャリアの合成であり、これをβk(t)とすると、これは次の式(2)で表すことができる。
βk(t)=Σαk(t) (但し、k=1〜N) ・・・・・・(2)
ところで、OFDM変調方式では、マルチパスの影響を低減するため、信号にガードインターバルを付加するのが一般的である。
このOFDM信号は、上記信号単位から構成され、この信号単位シンボルは、例えば有効サンプル1024サンプルにガードインターバルデータ48サンプルを付加した1072サンプルのシンボル894組に、6組の同期シンボルを付加した、全900シンボルからなるフレームと呼ぶストリーム単位の繰返しで構成される。
図12は、従来技術によるOFDM伝送装置における変復調部の基本的な構成を示すブロック図である。
伝送路符号化部1Tは、フレーム周期である900シンボル毎に、送信機のフレーム制御パルスFSTを発生し、同期シンボル期間の開始を表わすフレームパルス信号として、他のブロックに供給する。 符号化部2Tは、入力されたデータDiiを符号化し、I軸とQ軸の2軸にマッピングしたデータRfとIfを出力する。
IFFT(Inverse Fast Fourier Transform:逆フーリエ変換)部3Aは、これらデータRfとIfを周波数成分と見なし、1024サンプルからなる時間軸信号R(実数成分)とI(虚数成分)に変換する。 ガード付加部3Bは、1024サンプルからなる時間軸信号RとIの開始期間における波形の中で、例えば最初の48サンプルの波形を1024サンプル後に付加し、合計1072サンプルの時間軸波形からなる情報シンボルRgとIgを出力する。 この48サンプルは反射波混入時の緩衝帯となる。
同期シンボル挿入器5は、これら情報シンボルRg,Igに対して、それらの894サンプル毎に、予めメモリ等に記憶された、6シンボルからなる同期波形を挿入し、フレーム構成のデータRsgとIsgを作成する。
これらのデータRsg,Isgは直交変調処理部8に供給され、ここでD/A変換器81と直交変調器82、ローカル発振器83により、周波数FcのキャリアによるOFDM変調波信号RFとして生成され、高周波増幅され、ここでは図示しないが、送信アンテナを介して伝送路Lに送出されることになる。 伝送帯域は、UHF帯やマイクロ波帯が用いられる。
【0003】
なお、送信機Txにおける処理に必要なクロックCK(周波数16MHz)は、クロック発振器6から各ブロックに送信機クロックCKdとして供給される。
上記の様にして送信されたOFDM変調波信号RFは、図示しない受信アンテナを介し、受信機Rxの直交復調処理部9に入力され、直交復調器91により電圧制御発振器93から供給される周波数Fc'の局発信号と乗算されて、ベースバンド信号に直交復調された後、A/D変換器92によってディジタル化され、データR'sgとI'sgに変換される。
これらのデータR'sg,I'sgは、FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)部3Cに供給され、ここでパルスFSTrcに基づきFFTとして利用する1024サンプルのデータ期間を決定するゲート信号を作成して、緩衝帯である48サンプルを除外することにより、時間軸波形信号R'sg,I'sgは、周波数成分信号R'fとI'fに変換される。 一方、上記データR'sgとI'sgは、同期検出器4にも入力され、ここで同期シンボル群が検出され、これによりフレームパルスとなるパルスFSTrが取り出される。 このパルスFSTrは、受信機Rxのフレーム制御パルスとなり、受信機Rxの各ブロックに供給される。
そして、これら周波数成分信号R'f,I'fは、復号化部2Rにて識別、復号化されて、データD'oになり、伝送路復号化部1Rにて連続した信号Doutとして出力される。
【0004】
次に各部の詳細について述べる。
伝送路符号化部1Tは、伝送中に混入の恐れがある各種のエラーによるデータ誤りを防止するため、インターリーブ処理、エネルギー拡散処理、エラー訂正用符号処理等を行う。
符号化部2Tは、信号Diiを、マッピングROMを用いてI,Q軸の所定点の情報に変換し、また、不要キャリアに相当する期間の信号は0に置換し、データRfとIfを作成する。
IFFT変換部3Aは、入力信号RfとIfをクロックCKdとパルスFSTとでタイミングを決められた、シンボル周期の時間軸波形RとIに変換する。
具体的には、プレッシー社のPDSP16510等を用いれば実現できる。
ガード付加部3Bは、ここに入力された信号RとIを1024サンプル遅延させる遅延器と、1025サンプル目から1072サンプル目のみ遅延出力を選択する切り替え器からなり、これらはクロックCKとパルスFSTによってタイミングを決められる。 ここで得られる全1072サンプルからなるシンボルは、1025サンプル目から1072サンプル目に、1サンプル目から48サンプル間の時間軸波形が付加され、情報シンボルRg,Igとなる。
同期挿入部5は、作成されたガード付時間信号RgとIgに前記同期シンボル群を挿入し出力する。 同期シンボル群の1つとして、NULLシンボル挿入の目的は、無信号であるNULLシンボル期間によって、同期シンボル群の存在を大まかに見つけるためである。 SWEEPシンボル挿入の目的は、シンボルの切り替わり点を正確に求めるためであり、SWEEPシンボルは1シンボル期間に伝送帯域の下限周波数から上限周波数に変化する波形である。
直交変調処理部8は、D/A変換器81により、実数部の信号Rsgと虚数部の信号Isgに対してD/A変換を行い、直交変調器82では、実数部信号に対しては、発振器83からの周波数fcのキャリア信号のままで変調し、虚数部信号に対しては、発振器83の周波数fcのキャリア信号を90°移相した信号で変調することによって直交変調を施し、これらの信号を合成してOFDM変調波信号を得る。
【0005】
受信機Rxでは、伝送されたOFDM信号を直交復調処理部9に入力する。
ここでの処理は、送信機Txとは逆に、直交復調器91により、電圧制御発振器93から出力される周波数Fc'のキャリア信号により復調した出力を実数部信号として取り出し、キャリア信号を90°移相して復調した出力を虚数部信号として取り出すものである。 そして、これら実数部と虚数部の各復調アナログ信号を、A/D変換器92によりディジタル信号に変換する。
同期検出器4は、受信した信号R'sgとI'sgからフレームの区切りを探索し、フレームの基準FSTrcを出力するとともに相関出力VCを出力する。
そして、FFT部3Cは、このパルスFSTrcに基づいてシンボルを区切り、前述のようにフーリエ変換を行うことでOFDM復調を行い、データR'fとI'fを出力する。
復号化部2Rは、例えばROMテーブル手法にて、データR'fとI'fを識別し、データD'oを算出する。
伝送路復号化部1Rは、逆インターリーブ処理、エネルギー逆拡散処理、エラー訂正処理等を行い、連続したディジタルデータDout、エラー訂正処理状況であるエラーフラグ信号Seおよび受信機クロック信号CKRXを出力する。
なお、受信信号を画像化するには、OFDM復調で得たディジタルデータを、MPEGデコーダを用いて画像に復号する必要がある。
【0006】
ところで、OFDMはマルチキャリア変調方式の一種であることは前述した。
OFDMの特徴として、一部のキャリアがレベル低下し、このキャリアに割り当てられたデータが喪失されても、残りの多数の正常なキャリアに割り当てられたデータからエラー訂正処理により喪失データが再生可能である。
通常、図13に示すように、受信機においてエラーの発生状況はLEDによるBER(ビット・エラー・レート)表示で確認できる。 しかし、このBER状態は、一定時間内に受信したデータに対するエラーデータの割合を示すものであって、エラーの発生パターンについては分からない。
即ち、BERが同一でも、ノイズ等により伝送帯域全体にランダムにエラーが生じる場合には、正常なデータからエラー訂正が可能となる。 しかし、周波数選択性フェージングや瞬断によって連続的なバーストエラーが生じる場合には、正常なデータを得ることができず、エラー訂正が不可能となってしまう。
これらのデータを映像化する場合、ランダムエラーの場合には正常に映像化が可能でも、バーストエラーの場合には、映像化不可能となってしまうことが考えられる。
また、通常、図13に示すように、受信電界強度は、受信機側においてメータ等により確認できる。
【0007】
ところで、以上説明したようなディジタル伝送装置を、マラソン中継等の移動しながらの電波伝送に用いる場合、受信機のアンテナを移動中の中継車等の送信アンテナに正確に向け、強い電波を受ける方向調整作業が必要となる。 以後、この方向調整作業を、短縮して、方調と呼ぶ。 また、このようなマラソン中継等を、移動体中継、移動体伝送と言う。
旧来のアナログ伝送の場合、ほとんどのケースで、伝送品質は電界が強い程に良好となる。 しかし、ディジタル伝送の場合は、同一のBER状態が得られている時、受信電界が強くてバーストエラーが存在する電波を受信するより、多少受信電界が弱くてもランダムエラーが存在する電波を受信する方が、良好な伝送状態を得られることが圧倒的に多い。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した従来の構成において、伝送状態を把握する手段として、LEDにより表示されるBER状態では、一定時間内に受信したデータ内に存在するエラーの割合のみ表示されるため、エラーの発生パターンについては未知である。
また、メータ等により表示される受信電界強度が最も強い電波が高品質であるとは限らない。 このように、方向調整作業を行うにあたり、BER状態と受信電界強度の情報のみでは、必ずしも、高品質の伝送を実現できないという欠点が生じている。
本発明は、これらの欠点を除去し、伝送エラーの発生を示す情報を、映像信号化して表示し、方向調整者がバーストエラーの少ない電波を受信する操作を容易化し、品質の高い伝送を実現することを第1の目的とする。
また、方向調整者が多数の表示モニタを見なくて済むように映像化したエラー発生情報を、他の映像信号に同期させることで、俗に言う、スーパーインポーズ状態で表示することを第2の目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記第1の目的を達成するため、ディジタル変調方式によるディジタル伝送装置において、受信信号から伝送におけるエラー発生状態を表す信号を生成し、当該生成したエラー発生状態を表す信号を映像信号化する手段と、当該映像化信号を画像表示する手段を有する構成としたものである。
また、上記エラー発生状態を表す信号を、エラー訂正処理状態を表すエラーフラグ信号とし、上記映像信号化する手段を、上記エラーフラグ信号をその発生位置、発生数に応じて映像信号化するものである。
さらに、上記エラー発生状態を示す信号を記憶装置に記憶し、映像信号のブランキング期間に関係なく発生したエラーを全て表示するものである。
また、上記映像信号化したエラー発生状態を示す信号を、エラーの発生している期間と、エラーの発生していない期間で、異なる輝度または色相で表示するものである。
また、上記第2の目的を達成するため、上記映像信号化したエラー発生状態を示す信号を、他の映像信号に同期させて重畳する手段を有する構成としたものである。
また、画像コーデックと組み合わせ、受信復号された映像信号に、上記映像信号化したエラー発生状態を示す信号を同期させて重畳する手段を有する構成としたものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の全体ブロック構成を図1に示す。 これは、図12に示す従来技術と同様構成の送信機Txと、同じく同様構成の受信機Rxと、映像変換部7Aから構成される。
受信機Rxから出力されるエラーフラグ信号Seは、映像変換部7Aに接続される。 エラーフラグ信号Seの一例として、スタンフォードテレコム社のビタビデコーダSTEL−2060の76番ピン出力(BERR出力)を用いることで実現できる。
また、エラーフラグが出力される場合の一例を挙げる。 例えば、符号化に、DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying:4相差動位相偏移変調)を用いた場合、データのマッピング位置は図11に示すように、A点、B点、C点、D点の4点である。
送信機側からA点として伝送されたデータが、伝送路に存在するノイズなどの外乱により、受信機側においてE点で受信された場合、B点のデータとして認識され、エラーが発生しエラーフラグはLレベルからHレベルに変化する。
【0011】
図2に、本発明の映像変換部7Aの具体的構成の一実施例を示し、以下に説明する。
受信機Rxから得られるエラーフラグ信号Seは、ゲート7A−2に接続される。 映像同期信号発生器7A−1から出力されるブランキング期間信号BLK、カラーサブキャリア信号SCおよび映像同期信号C.SYNCは、それぞれ、ゲート7A−2、色合成器7A−4、加算器7A−3に入力される。
ゲート7A−2から出力されるエラーフラグゲート信号Segは、色合成器7A−4に入力される。 色合成器7A−4から出力される色付きエラーフラグ信号Seg'は、加算器7A−3に入力される。 加算器7A−3は、この色付きエラーフラグ信号Seg'を映像信号化して出力する。
ここで、図3を用い、映像信号化されたエラー表示画像例について説明する。
図に示すように、発生するエラー数に応じ画像が変化する。 例えば、ランダムエラーが存在する場合は、エラーが増加するにつれ、図3(A)の様に、エラーを表す画像(ドット)数が増加する。 また、バーストエラーが存在する場合は、エラーが増加するにつれ、図3(B)のように、エラーを表す画像(横線)の太さが太くなる。 なお、表示の更新は、映像信号の更新周期に依存する。
【0012】
図4に、色合成器7A−4の具体的構成の一実施例を示し、以下に説明する。
カラーサブキャリア信号SCは、色変換器7A-4-1に入力される。 エラーフラグゲート信号Segと、色変換器7A-4-1から出力される変換されたカラーサブキャリア信号SC'は、加算器7A-4-2に入力される。 加算器7A-4-2は色付きエラーフラグ信号Seg'を出力する。
なお、色合成器7A−4は、エラー表示をエラーが発生している期間とエラーが発生していない期間を異なる輝度、または色相で表示するために用いる。
例えば、NTSC用であれば、カラーサブキャリア信号SCは、14.3MHzクロックを4分周した3.58MHzの信号である。 これを、色変換器7A-4-1においてカラーサブキャリア信号SCの振幅、位相を変化させた信号SC'と、エラーフラグゲート信号Segを加算器7A-4-2において加算することで、色付きエラーフラグ信号Seg'が得られる。
また、ブランキング期間にエラーフラグ信号Seが発生するのを防止するため、ブランキング期間にレベルLとなるBLK信号を用いてブランキング期間は強制的にレベルLとする。 但し、この構成を用いると、ブランキング期間のエラーは映像として表示されない。
【0013】
そこで、ブランキング期間のエラーについても表示可能とする構成を図5に示し、説明する。 これは、図12に示す従来技術と同様の構成の送信機Txと、同じく同様構成の受信機Rx、記憶装置付き映像変換部7Bから構成される。
受信機Rxからのエラーフラグ信号Seは、記憶装置付き映像変換部7Bに接続される。
図6に、この記憶装置付き映像変換部7Bの具体的な構成を示し、以下に説明する。
受信機Rxから得られるエラーフラグ信号Seは、FIFO(First In First Out)メモリ7B−2に接続される。 映像同期信号発生器7B−1から出力される映像同期信号C.SYNCは、タイミングパルス発生器7B−3および加算器7B−4に入力される。 タイミングパルス発生器7B−3は、信号C.SYNCに応じて、FIFOメモリ7B−2への読み出しリセット信号RRESおよび読み出しイネーブル信号REを出力する。 FIFOメモリ7B−2から出力されるレート変換されたエラーフラグ信号Se'は、加算器7B−4に入力される。 加算器7B−4は映像信号を出力する。 信号Seと信号C.SYNCの関係を図7に示す。 この構成を用いることにより、全エラーが表示可能となる。
【0014】
次に、エラー発生状態を他の映像に重畳する場合について、図8を用いて説明する。 この構成は、図1,図5の映像変換部7A,7Bに替えて、エラー発生状態映像重畳部7Cとした構成である。
エラーフラグ信号Seは、ゲート7C−2に接続される。 外部映像信号は、外部映像同期型同期信号発生器7C−1および加算器7C−3に入力される。
外部映像同期型同期信号発生器7C−1から出力されるブランキング期間信号BLKは、ゲート7C−2に接続される。 ゲート7C−2から出力されるエラーフラグゲート信号Segは、加算器7C−3に接続される。 加算器7C−3は外部映像信号とエラーフラグゲート信号Segを加算し、エラー発生状態重畳映像信号を出力する。
図9に外部映像同期型同期信号発生器7C−1の構成を示す。 外部映像信号は、同期抽出器7C-1-1に入力される。 同期抽出器7C-1-1から出力される抽出同期信号は、同期信号発生器7C-1-2に入力される。 同期信号発生器7C-1-2は、ブランキング期間信号BLKを出力する。
【0015】
図10に本発明の伝送システムを画像コーデックと組み合わせ、エラー発生状態映像をMPEG復号画像に重畳する画像/音声伝送システムの構成を示す。
入力された映像信号と音声信号は、MPEG−ENC(エンコーダ)部TxMにて、送信機Txからの基準クロックCKTXに従い、圧縮されたディジタルデータDinに変換される。
伝送され受信機Rxで復調された該データは、Doutとして伸張を行うMPEG−DEC(デコーダ)部RxMに入力される。 MPEG−DEC部RxMにて伸張された画像信号は、前述のエラー発生状態映像重畳部7Cに入力され、上記と同様にして、エラー発生状態を重畳された後、エラー発生状態重畳映像信号出力される。
【0016】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、伝送エラーの発生状態を映像信号化して表示することのできるディジタル伝送装置を実現でき、また、エラーの発生状態を瞬時に視覚的に得ることができ、より品質の高い方向調整作業を容易に実施できる。 また、映像信号化したことで、表示する装置も一般的なビデオモニタを使用できるため、状況に応じて最適なサイズの表示が可能となる。
なお、伝送状態を測定・収集する際に、映像信号の形態に変換してあるため、VTR等に録画することで、大量のデータを容易かつ安価に記録できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の全体構成の一実施例を示すブロック図
【図2】本発明の映像変換部7Aの一例を示すブロック図
【図3】本発明のエラー発生状態の表示画像の一例を示す模式図
【図4】本発明の色合成器7A−4の一例を示すブロック図
【図5】本発明の全体構成の他の実施例を示すブロック図
【図6】本発明の記憶装置付き映像変換部7Bの一例を示すブロック図
【図7】本発明のエラーフラグ信号Seと映像信号の関係を示す模式図
【図8】本発明のエラー発生状態映像重畳部7Cの一例を示すブロック図
【図9】本発明の外部映像同期型同期信号発生器7C−1の一例を示すブロック図
【図10】本発明の伝送状態−復号画像重畳型伝送システムの一例を示すブロック図
【図11】エラーフラグが出力される場合のデータのマッピング位置を説明する模式図
【図12】従来構成の伝送装置の一例を示すブロック図
【図13】従来の受信機におけるBER、受信電界強度の表示例を示す模式図
【符号の説明】
Tx:送信機、Rx:受信機、7A:映像変換部、7B:記憶装置付き映像同期信号発生器、7C:エラー発生状態映像重畳部、7A−1,7B−1:映像同期信号発生器、7A−2:ゲート、7A−3,7A-4-2,7B−1:加算器、7A−4:色合成器、7A-4-1:色変換器、7B−2:FIFOメモリ、7B−3:タイミングパルス発生器、7C-1-1:同期抽出器、7C-1-2:同期信号発生器、TxM:MPEG−ENC部、RxM:MPEG−DEC部。
Claims (4)
- ディジタル変調方式によるディジタル伝送装置において、
受信側で、受信したデータの伝送におけるエラー発生状態を表す信号を取り出し、当該取り出した伝送エラー発生状態を表す信号を、伝送エラーの発生する時間間隔に応じて伝送エラーを表す画像(ドット)同士の発生間隔、状態が変化する、伝送エラーの発生パターンを表す映像信号に変換する手段と、当該変換した映像信号を、上記伝送エラーの発生パターンを表す画像として表示装置に画像表示する手段を有することを特徴とするディジタル伝送装置。 - 請求項1記載のディジタル伝送装置において、
上記伝送エラー発生状態を表す信号を、エラー訂正状態を表すエラーフラグ信号とし、上記映像信号に変換する手段を、上記エラーフラグ信号の発生する時間間隔に応じて伝送エラーを表す画像(ドット)同士の発生間隔、状態が変化する、伝送エラーがランダムエラーかバーストエラーかを表す映像信号に変換する手段としたことを特徴とするディジタル伝送装置。 - 請求項1乃至2記載のディジタル伝送装置において、
上記映像信号に変換した伝送エラー発生状態を表す信号を、上記受信データに伝送エラーが発生した期間と、上記受信データに伝送エラーが発生していない期間で異なる輝度または色相で表示することを特徴とするディジタル伝送装置。 - 請求項1乃至3記載のディジタル伝送装置において、
上記映像信号に変換した伝送エラー発生状態を表す信号を、他の映像信号に同期させて重畳する手段を有することを特徴とするディジタル伝送装置。
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