JP3859648B2 - デジタル変調信号評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、地上波デジタル放送等で使用されるデジタル変調信号に対する評価を行うための技術に関する。

テレビジョンの地上波による放送は、従来からのアナログ方式に代わりデジタル方式に移行しており、地上波デジタル放送で使用されるデジタル変調信号の評価を行うための装置が各種提案されている。

この種のデジタル変調信号の質は、一般的に搬送波（キャリア）と雑音（ノイズ）との比を表すＣＮ比、ビット誤り率（ＢＥＲ）、変調誤差比（ＭＥＲ）等で評価され、これらの評価値は、例えばＣＮ比が小さければ、ビット誤り率は大きく、また変調誤差比は小さくなり、逆にＣＮ比が大きければ、ビット誤り率は小さく、また変調誤差比は大きくなるというように互いに相関があり、システムや変調方式が定まればそれらの関係も一義的に決まる。

変調誤差比は、受信したデジタル放送信号を復調して得られるＩ、Ｑ座標上のコンスタレーション・シンボルと、理論的なコンスタレーション・シンボルとの間の距離を誤差として求め、その実効値について統計的に集計して得られる値であり、本願出願人はこの変調誤差比の測定が可能な変調誤差比測定装置を次の特許文献１において開示している。

特開２００２−１２４９３１

図８は、変調誤差比測定機能を有する従来のデジタル変調信号評価装置１０（以下、評価装置１０と記す）の概略構成を示している。

この評価装置１０では、例えばＩＳＤＢ−Ｔシステムで採用されるＢＳＴ−ＯＦＤＭ変調方式で変調された測定対象のデジタル放送信号を周波数変換して得られた中間周波数帯のデジタル変調信号ｄ（ｔ）を、Ａ／Ｄ変換部１１によりデジタル信号列Ｄ（ｋ）に変換し、直交復調部１２によってベースバンド信号Ｉ（ｋ）、Ｑ（ｋ）に復調し、これを復調部１３に出力する。

復調部１３は、周波数誤差補正部１４、シンボルタイミング検出部１５およびシンボル復調部１６を含み、入力されたベースバンド信号Ｉ（ｋ）、Ｑ（ｋ）に対する周波数誤差補正処理、シンボルタイミング検出処理を行い、それらの処理で得られた情報に基づいてＩ、Ｑ座標上のコンスタレーション・シンボルの復調処理を行う。

復調部１３によって得られたコンスタレーション・シンボルの情報は変調誤差比算出部１７に出力され、入力されたデジタル変調信号ｄ（ｔ）の品質を示す変調誤差比（ＭＥＲ）が算出される。

上記構成の評価装置１０は、デジタル放送波等のデジタル変調信号そのものに対する品質評価だけでなく、その信号を扱う機器、例えばデジタル放送波を受信するための受信機等の評価に用いられることが多い。

例えば図９のように、地上波デジタル放送用の受信機１にテスト信号Ｔ（デジタル放送波）を入力し、そのチューナ部２から復調部３へ出力されるデジタル変調信号ｄ（ｔ）の品質を、上記構成の評価装置１０で調べることで、受信機１のチューナ部２による信号品質の劣化の度合い、即ちチューナ部２の性能の良否を把握することができる。

なお、この信号品質の劣化の度合いは、予めテスト信号Ｔに対する品質測定を行い、その測定結果とチューナ部２の出力信号の測定結果とを比較することで確認できる。

上記のようなチューナ部２による信号品質の劣化は、チューナ部２自身が発生するノイズやスプリアスに起因するが、例えばスプリアスについては、図１０に示すように、正規のチャネル成分Ｃの帯域内に生じるスプリアスＡだけでなく、スプリアスＢのようにチャネル成分Ｃの帯域外に生じる場合もある（ノイズについても同様のことが起こる）。

これに対し、上記した従来の評価装置１０では、評価対象のシステムによって決まる固定の帯域で信号処理して、変調誤差比等の評価値を求めているので、信号品質の劣化がチャネル帯域内のスプリアスによるものか、チャネル帯域外のスプリアスによるものかを判別することができないという問題がある。

また、信号に対する通過帯域特性の幅だけでなく、その形状についても評価対象のシステムによって予め決まっているため、例えば、受信機１の設計時に、チューナ部２に適した復調部３のフィルタ特性を調べること等ができず、より詳細な評価を行いたいという要望に答えられなかった。

本発明は、この問題を解決し、デジタル変調信号に対するより詳細な評価が可能なデジタル変調信号評価装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１のデジタル変調信号評価装置は、
評価対象のデジタル変調信号を受けて、そのシンボルタイミングの検出処理、周波数誤差補正処理を含む復調処理を行う復調部（３０）と、
前記復調部から出力される信号に基づいて、変調誤差比またはビット誤り率を評価対象値として算出する算出部（３５、３６）とを有するデジタル変調信号評価装置において、
前記復調部に入力されるデジタル変調信号に対して任意の帯域制限を与えるフィルタ部（２５、２５′）と、
前記フィルタ部の特性を、少なくとも評価対象のデジタル変調信号について規定されている第１の通過帯域特性と、該第１の通過帯域特性と異なる第２の通過帯域特性に切り換える特性可変部（２８）と、
前記フィルタ部が前記第１の通過帯域特性に設定されているときに前記算出部によって得られた第１の評価対象値と、前記フィルタ部が前記第２の通過帯域特性に設定されているときに前記算出部によって得られた第２の評価対象値とを対比可能に出力する評価処理部（４０）とを設けたことを特徴としている。

また、本発明の請求項２のデジタル変調信号評価装置は、請求項１のデジタル変調信号評価装置において、
評価対象のデジタル変調信号に対する直交復調処理を行い、ベースバンドの同相成分信号と直交成分信号とを出力する直交復調部（２２）と、
前記直交復調部から出力されたベースバンドの同相成分信号と直交成分信号とをそれぞれ記憶するメモリ（２３、２４）とを含み、
前記フィルタ部は、前記メモリに記憶されたベースバンドの同相成分信号と直交成分信号に対してそれぞれ帯域制限処理を行い、その処理結果を前記復調部に出力することを特徴としている。

また、本発明の請求項３のデジタル変調信号評価装置は、請求項１のデジタル変調信号評価装置において、
評価対象のデジタル変調信号を記憶するメモリ（２３）と、
デジタル変調信号に対する直交復調処理を行い、ベースバンドの同相成分信号と直交成分信号とを前記復調部に出力する直交復調部（２２）とを含み、
前記フィルタ部は、前記メモリに記憶されたデジタル変調信号に対して帯域制限処理を行い、その処理結果を前記直交復調部に出力することを特徴としている。

このように構成したため、本発明のデジタル変調信号評価装置では、復調部に入力されるデジタル変調信号に対して任意の帯域制限処理が行え、帯域制限毎の測定結果から、これまで実現できなかったより詳細な評価が可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用したデジタル変調信号評価装置２０（以下、評価装置２０と記す）の構成を示している。

この評価装置２０は、前記特許文献１の変調誤差比測定装置と同様に、地上波デジタル放送に用いられる受信機を含む各種機器が出力するデジタル変調信号に対して、変調誤差比（ＭＥＲ）やビット誤り率（ＢＥＲ）を求め、これを評価対象値として品質評価を行うものである。

図１に示しているように、評価対象のデジタル変調信号ｄ（ｔ）は、Ａ／Ｄ変換器２１によってデジタル信号列Ｄ（ｋ）に変換され、直交復調部２２に入力される。なお、ここでは、評価対象のデジタル変調信号ｄ（ｔ）を、Ａ／Ｄ変換器２１で直接サンプリングしているが、前記特許文献１の変調誤差比測定装置と同様に、Ａ／Ｄ変換器２１の前段に周波数変換部を設けて、より高い周波数のデジタル変調信号（デジタル放送波）を直接入力できるようにしてもよい。

直交復調部２２は、デジタル変調信号ｄ（ｔ）に対応した周波数を有する正弦波の局発信号（実際はその振幅の数値列）とデジタル信号列Ｄ（ｋ）との積をベースバンドの同相成分信号Ｉ（ｋ）として出力し、前記局発信号に対して９０°位相差をもつ信号（実際はその振幅の数値列）とデジタル信号列Ｄ（ｋ）との積をベースバンドの直交成分信号Ｑ（ｋ）として出力する。

直交復調部２２から出力されたベースバンド信号Ｉ（ｋ）、Ｑ（ｋ）は、それぞれメモリ２３、２４に時系列に記憶される。ここでメモリ２３、２４は、デジタル変調信号ｄ（ｔ）の変調誤差比（ＭＥＲ）やビット誤り率（ＢＥＲ）等の算出に必要なデータ量を格納できる容量を持っており、図示しない指示信号によりベースバンド信号Ｉ（ｋ）、Ｑ（ｋ）を所定数記憶する。

フィルタ部２５を構成する２つのデジタルフィルタ２６、２７は、それぞれメモリ２３、２４に所定数記憶されたベースバンド信号Ｉ（ｋ）、Ｑ（ｋ）に対する帯域制限処理を、特性可変手段２８によって指定された特性で行い、その処理結果Ｉ（ｋ）′、Ｑ（ｋ）′を復調部３０に出力する。

特性可変部２８は、フィルタ部２５を構成する２つのデジタルフィルタ２６、２７の通過帯域特性を、少なくとも評価対象のシステムによって規定されている第１の通過帯域特性Ｆａと、その第１の通過帯域特性Ｆａと異なる任意の第２の通過帯域特性Ｆｂに可変する。

なお、この特性可変は、図示しない操作部による手動可変の形態と、測定プログラムにしたがった自動可変の形態とがある。

復調部３０は、シンボルタイミング検出部３１、周波数誤差補正部３２、シンボル／データ復調部３３等を含み、フィルタ部２５によって帯域制限されたベースバンド信号Ｉ（ｋ）′、Ｑ（ｋ）′に対して、シンボルタイミング検出処理、周波数誤差補正処理、コンスタレーション・シンボルの復調処理、データ復調（復号）処理を行う。

変調誤差比算出部３５は、ビット誤り率算出部３６とともに算出部を構成するものであり、復調部３０によって復調されたコンスタレーション・シンボルに基づいて、デジタル変調信号ｄ（ｔ）の変調誤差比ＭＥＲを求める。

また、ビット誤り率算出部３６は、復調部３０によって復調されたデータ列に対するビット誤り率ＢＥＲの算出を行う。

評価処理部４０は、フィルタ部２５が第１の通過帯域特性Ｆａに設定されているときに、変調誤差比算出部３５およびビット誤り率算出部３６によってそれぞれ得られた変調誤差比ＭＥＲ１、ビット誤り率ＢＥＲ１と、フィルタ部２５が第２の通過帯域特性Ｆｂに設定されているときに、変調誤差比算出部３５およびビット誤り率算出部３６によってそれぞれ得られた変調誤差比ＭＥＲ２、ビット誤り率ＢＥＲ２とを記憶し、表示部４１に両者の対比が可能に表示出力する。

このように構成された評価装置２０で、例えば図２に示すように、地上波デジタル放送用の受信機１のチューナ部２の出力信号ｄ（ｔ）を評価する場合、始めに、チューナ部２の出力信号ｄ（ｔ）について直交復調部２２から出力されるベースバンド信号Ｉ（ｋ）、Ｑ（ｋ）の時系列データを所定数だけメモリ２３、２４に格納させ、特性可変部２８によって、図３の（ａ）に示すように、フィルタ部２５の通過帯域特性を１チャネル分の信号Ｃを過不足無く通過させる幅Ｗａの第１の通過帯域特性Ｆａに設定し、その特性Ｆａによる帯域制限処理を行わせる。

ここで、チューナ部２の出力信号ｄ（ｔ）には、チューナ部２自身が発生させた帯域内のスプリアスＡと帯域外のスプリアスＢが含まれているとすると、この帯域外のスプリアスＢは、フィルタ部２５によって除外され、復調部３０には、試験信号Ｔのチャネル成分Ｃ、チューナ部２が発生させた帯域内のスプリアスＡおよびノイズを含むベースバンド信号Ｉ（ｋ）′、Ｑ（ｋ）′が入力されることになる。

この帯域内のスプリアスＡとノイズは、復調部３０のシンボルタイミング検出処理および周波数誤差検出処理に影響を与え、例えば図４の（ａ）に示すように、復調されるコンスタレーション・シンボルＥ、Ｅ′と理論上のコンスタレーション・シンボルＲとの間に誤差が生じ、その誤差に応じた変調誤差比ＭＥＲ１が変調誤差比算出部３５で算出される。また、コンスタレーション・シンボルの誤差により、復調されたデータに誤りが発生し、そのビット誤り率ＢＥＲ１が、ビット誤り率算出部３６によって算出される。

次に、特性可変部２８によって、例えば図３の（ｂ）に示すように、フィルタ部２５の通過帯域特性を、第１の通過帯域特性Ｆａより広い幅Ｗｂの第２の通過帯域特性Ｆｂに設定し、その通過帯域特性Ｆｂによる帯域制限処理を再度行わせる。

この特性変化により、復調部３０に入力されるベースバンド信号Ｉ′、Ｑ′には、試験用信号のチャネル成分Ｃ、チューナ部２自身が発生させた帯域内のスプリアスＡ、帯域外のスプリアスＢおよびノイズが含まれる。

スプリアスＡ、Ｂとノイズは、前記同様に復調部３０のシンボルタイミング検出処理および周波数誤差検出処理に影響を与え、図４の（ｂ）に示すように、復調されるコンスタレーション・シンボルＥ、Ｅ′と理論上のコンスタレーション・シンボルＲとの間により大きな誤差が生じ、最初に測定された変調誤差比ＭＥＲ１より小さな変調誤差比ＭＥＲ２が算出される。また、ビット誤り率算出部３６によって算出されるビット誤り率ＢＥＲ２はより大きな値となる。

評価処理部４０は、上記のようにしてフィルタ部２５の特性（この場合通過帯域幅）毎に得られた変調誤差比ＭＥＲ１、ＭＥＲ２およびビット誤り率ＢＥＲ１、ＢＥＲ２を記憶し、例えば図５に示すように、フィルタ部２５の特性（通過帯域幅Ｗａ、Ｗｂ）毎に表示部４１に対比可能に表示する。

この表示された変調誤差比ＭＥＲ１、ＭＥＲ２の差、ビット誤り率ＢＥＲ１、ＢＥＲ２の差等から、受信機１のチューナ部２の出力のチャネル外のスプリアスＢの存在および大きさを予測することができ、チューナ部２の品質について、より詳細な評価が可能となる。

なお、上記例では、フィルタ部２５の特性を第１の通過帯域特性Ｆａ（幅Ｗａ）と第２の通過帯域特性Ｆｂ（幅Ｗｂ）に切り換えていたが、フィルタ部２５の第２の通過帯域特性Ｆｂの帯域幅を多段階に少しずつ拡げながら、変調誤差比ＭＥＲとビット誤り率ＢＥＲを求めて、図６の（ａ）に示すような、帯域幅の変化に対する変調誤差比ＭＥＲとビット誤り率ＢＥＲの変化特性を求めて表示部４１にグラフ表示することもできる。

また、その場合、帯域を高域側と低域側の両方を同時に拡げていく方法の他に、高域側と低域側をそれぞれ独立に拡げることで、図６の（ｂ）に示すように、帯域外のスプリアスＢの位置や大きさ等も把握できる。

そして、このように得られた特性から、チューナ部２の特性の良否の判別、チューナ部２に適した復調部３の帯域設計等が可能となる。

なお、ここではフィルタ部２５の通過帯域特性の帯域幅を可変する場合について説明したが、フィルタ部２５の通過帯域特性の形状（例えば矩形型、ガウス型等）を可変し、その形状毎の変調誤差比ＭＥＲとビット誤り率ＢＥＲを求めて、機器の評価を行うこともできる。

また、前記した評価装置２０では、直交復調部２２と復調部３０との間に、メモリ２３、２４およびフィルタ部２５を設けて、復調部３０に入力されるデジタル変調信号（ベースバンド信号）に対して帯域制限していたが、図７に示すデジタル変調信号評価装置５０のように、Ａ／Ｄ変換器２１と直交復調部２２の間にメモリ２３とフィルタ部２５′を設けて、Ａ／Ｄ変換器２１から出力されるデジタル信号列Ｄ（ｋ）をメモリ２３に所定数格納してから、フィルタ部２５′による第１の通過帯域特性Ｆａと第２の通過帯域特性Ｆｂによる帯域制限処理を行い、その処理結果を直交復調部２２に出力してもよい。この場合フィルタ部２５′は一つのデジタルフィルタで構成でき、またメモリも１組で済むので、構成を簡単化できる。

また、上記した評価装置２０、５０では、アナログのデジタル変調信号ｄ（ｔ）を評価対象として入力させていたが、デジタル変換されたデジタル変調信号列Ｄ（ｋ）を評価対象のデジタル変調信号として受ける場合には、評価装置２０、５０においてＡ／Ｄ変換器２１を省略でき、また、ベースバンド信号Ｉ（ｋ）、Ｑ（ｋ）を評価対象のデジタル変調信号として受ける場合には、評価装置２０において、Ａ／Ｄ変換器２１および直交復調部２２を省略できる。

また、上記実施形態では、フィルタ部２５、２５′を、特性の可変が可能なデジタルフィルタで構成し、その特性自体を可変制御していたが、第１の通過帯域特性Ｆａをもつフィルタと、これと独立な第２の通過帯域特性Ｆｂをもつフィルタとを、特性可変部２８によって切り換える構成であってもよい。

また、上記した各部の処理の順序は本発明を限定するものではない。例えば第１の通過帯域特性Ｆａによる帯域制限処理よりも先に第２の通過帯域特性Ｆｂによる帯域制限処理を行ってもよく、また、両特性の帯域制限処理をまとめて行ってから、復調処理、評価値算出処理を行ってもよい。

本発明の実施形態の構成を示す図 実施形態の評価装置の使用例を示す図 評価対象の信号のスペクトラムと通過帯域特性との関係を示す図 通過帯域特性とコンスタレーション・シンボルとの関係を示す図 測定結果の表示例を示す図 通過帯域幅を多段階に可変して得られる特性例を示す図 他の実施形態の構成を示す図 従来装置の構成を示す図 従来の評価装置の使用例を示す図 評価対象の信号のスペクトラム図

符号の説明

１……受信機、２……チューナ部、３……復調部、２０、５０……デジタル変調信号評価装置、２１……Ａ／Ｄ変換器、２２……直交復調部、２３、２４……メモリ、２５……フィルタ部、２６、２７……デジタルフィルタ、２８……特性可変部、３０……復調部、３１……シンボルタイミング検出部、３２……周波数誤差補正部、３３……シンボル／データ復調部、３５……変調誤差比算出部、３６……ビット誤り率算出部、４０……評価処理部、４１……表示部

Claims (3)

1. 評価対象のデジタル変調信号を受けて、そのシンボルタイミングの検出処理、周波数誤差補正処理を含む復調処理を行う復調部（３０）と、
   前記復調部から出力される信号に基づいて、変調誤差比またはビット誤り率を評価対象値として算出する算出部（３５、３６）とを有するデジタル変調信号評価装置において、
   前記復調部に入力されるデジタル変調信号に対して任意の帯域制限を与えるフィルタ部（２５、２５′）と、
   前記フィルタ部の特性を、少なくとも評価対象のデジタル変調信号について規定されている第１の通過帯域特性と、該第１の通過帯域特性と異なる第２の通過帯域特性に切り換える特性可変部（２８）と、
   前記フィルタ部が前記第１の通過帯域特性に設定されているときに前記算出部によって得られた第１の評価対象値と、前記フィルタ部が前記第２の通過帯域特性に設定されているときに前記算出部によって得られた第２の評価対象値とを対比可能に出力する評価処理部（４０）とを設けたことを特徴とするデジタル変調信号評価装置。
2. 評価対象のデジタル変調信号に対する直交復調処理を行い、ベースバンドの同相成分信号と直交成分信号とを出力する直交復調部（２２）と、
   前記直交復調部から出力されたベースバンドの同相成分信号と直交成分信号とをそれぞれ記憶するメモリ（２３、２４）とを含み、
   前記フィルタ部は、前記メモリに記憶されたベースバンドの同相成分信号と直交成分信号に対してそれぞれ帯域制限処理を行い、その処理結果を前記復調部に出力することを特徴とする請求項１記載のデジタル変調信号評価装置。
3. 評価対象のデジタル変調信号を記憶するメモリ（２３）と、
   デジタル変調信号に対する直交復調処理を行い、ベースバンドの同相成分信号と直交成分信号とを前記復調部に出力する直交復調部（２２）とを含み、
   前記フィルタ部は、前記メモリに記憶されたデジタル変調信号に対して帯域制限処理を行い、その処理結果を前記直交復調部に出力することを特徴とする請求項１記載のデジタル変調信号評価装置。

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