JP4230654B2 - 地上デジタル放送用送信装置および受信装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、日本における地上デジタル放送用送信装置および受信装置に係り、特に、送受信に際して階層パラメータを切り替える方式の送信装置および受信装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
日本における地上デジタル放送は、表1に示す諸元をもつ狭帯域のOFDM信号を基本単位(以下、OFDMセグメントと呼ぶ)とし、これを幾つか組み合わせて1つのOFDM信号を構成している。地上デジタルテレビジヨン放送の場合は13個のOFDMセグメンで、また、地上デジタル音声放送の場合は1個もしくは3個を組み合わせて構成する。
【0003】
【表1】
【0004】
OFDMセグメントには、キャリア間隔の異なる(従って、キャリア間隔の逆数である有効シンボル長の異なる)モード、ガードインターバル長、誤り訂正(畳み込み符号の符号化率)、時間インターリーブの深さ、キャリア変調方式などの伝送パラメータに関し複数の選択肢が用意されている。
【0005】
これらのうち、モードとガードインターバル長は1つのOFDM信号を構成するOFDMセグメントに対しては同一の値とする必要があるが、誤り訂正、時間インターリーブの深さ、キャリア変調方式はOFDMセグメントごとに異ならせて設定することが可能であり、1つのOFDM信号に異なる伝送パラメータの信号が混在する階層伝送とすることができる(以下、OFDMセグメントごとに設定可能なこれら3つの伝送パラメータを階層パラメータと呼ぶ)。
【0006】
OFDMセグメントごとに設定可能な階層パラメータに関し、同一の階層パラメータのOFDMセグメントをまとめて1つの階層が構成される。テレビジョン放送の場合は、上述したように、13個のOFDMセグメントで構成されるので、原理的には最大13階層まで設定できることになるが、日本の地上デジタルテレビジョン放送方式では階層数を最大3に制限している。また、地上デジタル音声放送の場合、3個のOFDMセグメントで構成される場合について2階層に限定している。
【0007】
図1は、日本の地上デジタル放送用送信装置の系統を示している。
図1において、多重化部1から多重フレーム化されたMPEG−2トランスポートストリーム(以下、TSと呼ぶ)が出力される、TSは外符号化を考慮して204バイトのTSパケット(以下、TSPと呼ぶ)を基本単位としこれが連続する信号である。TSは、外符号化部2で外符号化された後、階層分割部3でパケット単位で各階層に割り振られ、エネルギー拡散、バイトインターリーブを経て畳み込み符号化部4で階層別に畳み込み符号化され、さらに、OFDM変調部5においてOFDM変調(キャリア変調、時間軸インターリーブ、周波数インターリーブ、およびOFDMフレーム化)される。
【0008】
OFDMフレームは時間軸方向に204シンボルで構成され、多重フレームの信号は1OFDMフレームで伝送される(厳密には、次に説明するインターリーブのためデータ量は同じであるが内容は一致しない)。また、OFDMフレーム化の際に復調の基準となるパイロット信号やTMCCと呼ばれる制御信号が組み込まれる。OFDM信号の各セグメントの階層パラメータは、このTMCCで受信装置に伝達される。各階層パラメータは、この多重およびOFDMフレームの境界で設定を切り替えることが可能であり、TMCCでは、現在の階層パラメータに加え切り替わり後の階層パラメータを受信側に伝送するとともに、階層の切り替わりの15フレーム前からカウントダウンで切り替わりを知らせる。
【0009】
図2は、図1中のOFDM変調部5の系統を示している。
ところで、送信装置では、バイトインターリーブ部6、キャリア変調部8中ののビットインターリーブ部7、および時間インターリーブ部9で、インターリーブ方式として畳み込みインターリーブ方式を用いており、受信装置でそれぞれをデインターリーブしている(受信装置の系統を示す図3、図4に、上記インターリーブ部6,7,9に対応するデインターリーブ部が符号6′、キャリア復調部8′中のビットデインターリーブ部7′、および9′でそれぞれ示されている)。また、符号10はOFDMフレーム構成部を示している。
【0010】
図5(a),(b)は、送信装置、受信装置における畳み込みインターリーブ、畳み込みデインターリーブの動作をそれぞれ示している。
図5(a),(b)に示すように、送信装置における畳み込みインターリーブは、ビットあるいはバイト単位にデータをスイッチして深さの異なるバッファを通過させることで、データの並び順を変更する。また、受信装置におけるデインターリーブは、送信側のインターリーブバッファとは深さが対称となるように構成されており、送、受合わせての遅延量を等しくすることで、インターリーブされたデータを元の並び順序に復元する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような畳み込みインターリーブを用いる場合、OFDMフレームの境界を越えて前後のデータが混ざり合い、階層パラメータの切り替えをフレームの境界で行うとしても、装置内の信号の切り替え境界が不明確となり、実際の運用においてどの段階でどのような送受信装置で切り替えを行うか、また、その切り替え時に、各インターリーブおよび誤り訂正・復号、変調方式・復調処理に際してバッファ内のデータをどのように取り扱うかを明確にしておかないと、切り替わり時にデータの損失・破損等が発生するという問題がある。
【0012】
本発明の目的は、送受信に際して階層パラメータを切り替える方式の地上デジタル放送用送信装置および受信装置において、上述した問題を解決するべく、階層パラメータの切り替わり時に生じるデータの損失・破損を少なくするようにした地上デジタル放送用送信装置および受信装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明地上デジタル放送用送信装置は、バイトインターリーブ部の出力信号における階層パラメータの切り替えポイントが、バイトインターリーブ部への入力信号における階層パラメータの切り替え直前のフレームの最後のデータが含まれる前記出力信号のフレームの最後尾に設定される切り替えポイント設定手段を具えてなることを特徴とするものである。
【0014】
また、本発明地上デジタル放送用送信装置はさらに、階層パラメータの切り替え時に生じるデータ量の不整合を調整するためのバイトデータ補正部を前記バイトインターリーブ部より前段に具えてなることを特徴とするものである。
【0016】
また、本発明地上デジタル放送用送信装置は、時間インターリーブ部の出力信号における階層パラメータの切り替えポイントが、時間インターリーブ部への入力信号における階層パラメータの切り替え直前のフレームの最後のデータが含まれる前記出力信号のフレームの最後尾に設定される切り替えポイント設定手段を具えてなることを特徴とするものである。
【0017】
また、本発明地上デジタル放送用送信装置はさらに、時間インターリーブの切り替えにより生じる切り替え前のデータの破損・消失を少なくするための、階層パラメータの切り替え前の時間インターリーブ長用に設定された第1の時間インターリーブ部と階層パラメータの切り替え後の時間インターリーブ長用に設定された第2の時間インターリーブ部とを具えてなることを特徴とするものである。
【0018】
また、本発明地上デジタル放送用送信装置はさらに、階層パラメータの切り替え前の時間インターリーブ長が階層パラメータの切り替え後の時間インターリーブ長より短くなるとき、あらかじめ定めたフレーム時間にわたって階層パラメータの切り替え後の時間インターリーブ部への入力を停止する手段を具えてなることを特徴とするものである。
【0019】
また、本発明地上デジタル放送用受信装置は、階層パラメータの切り替え前の時間インターリーブ長が階層パラメータの切り替え後の時間インターリーブ長より長くなるとき、時間インターリーブの切り替えにより生じる切り替え前のデータの破損・消失を少なくするための、階層パラメータの切り替え前の時間デインターリーブバッファのデータを階層パラメータの切り替え後の時間デインターリーブバッファに利用する手段を具えてなることを特徴とするものである。
【0020】
また、本発明地上デジタル放送用受信装置は、時間インターリーブの切り替えにより生じる切り替え前のデータの破損・消失を少なくするための、階層パラメータの切り替え前の時間デインターリーブバッファのデータを階層パラメータの切り替え後の時間デインターリーブバッファに利用する手段を具えてなることを特徴とするものである。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
表2、表3は、階層パラメータの切り替え時に、本発明によって処理の変更が必要となる部分を送信装置と受信装置に関してそれぞれ示している。
表2から、送信装置(図1、図2参照)では、階層パラメータの切り替え時に処理の変更が必要となる部分は、バイトインターリーブ部6、畳み込み符号化部4、キャリア変調部8、時間インターリーブ部9、およびOFDMフレーム構成部10であることが分かる。
また、表3から、受信装置(図3、図4参照)では、階層パラメータの切り替え時に処理の変更が必要となる部分は、時間デインターリーブ部9′、キャリア復調部8′、畳み込み復号化部4′、および、バイトデインターリーブ部6′であることが分かる。
【0022】
【表2】
【0023】
【表3】
【0024】
表2、表3に示した階層パラメータの切り替え時に影響のある処理部に関して、各処理部のバッファ等の切り替え時の動作手続き、および各処理部への入力信号の切り替えフレームポイントと出力信号の切り替えフレームポイントの対応について規定する。なお、表2、表3から明らかなように、実際の階層パラメータの切り替え時には、複数の処理部が切り替わるが、これは各処理部の切り替え動作を組み合わせることで実現できる。
【0025】
また、データが消失、破損する量を明確にすることで、TS生成時にデータ消失・破損分を考慮に入れることができる。
【0026】
畳み込みインターリーブ、デインターリーブは、図5(a),(b)を参照して説明したように、深さの異なるバッファをスイッチすることにより行われ、以下の説明では、図5(a),(b)に破線で囲んで示すように、インターリーブバッファのそれぞれのバッファをまとめて送、受で対称となる三角形11,11′によって簡略に表現する。
【0027】
以下に、本発明による送信装置、受信装置の各部の切り替え処理について説明する。
1−1.バイトインターリーブ部(送信側)の切り替え処理
図6は、バイトインターリーブ部の構成を示している。
図6において、バイトインターリーブ部は、遅延補正バッファとバイト畳み込みインターリーブとから構成され、遅延補正バッファは、表4に示すように、モード、階層パラメータのキャリア変調方式、畳み込み符号化率とその階層を構成するセグメント数によって値が規定されており、送、受合わせて遅延が1フレームとなるようになっている。
【0028】
【表4】
【0029】
図7は、バイトインターリーブ部の動作を示している。
いま、この図7に従い、バイトインターリーブ部の動作について考える。ここで、符号A,B,C,Dは、多重フレームをエネルギー拡散した後にバイトインターリーブ部へ入力されるフレームを示し、いま、フレームCの先頭で階層パラメータの切り替えが生じたとする。すなわち、切り替えフレームポイントをフレームCの先頭とする。バイトインターリーブ処理により、各フレームはバッファに残っている前のフレームのデータと混ざることになる。例えば、フレームBの一部のデータは、バイトインターリーブの遅延補正バッファとインターリーブバッファに残っているフレームAのデータとインターリーブされる。このときの出力をフレームBAと表わす。フレームBの残りのデータはバイトインターリーブの遅延補正バッファとインターリーブバッファに残る。
【0030】
階層パラメータが変更されるときに、送信装置側では、表4に従い1フレームの大きさに適合するようにバイトインターリーブ部の遅延補正バッファの大きさが変わる。切り替え処理は、フレームCがバイトインターリーブ部にすべて入った直後、フレームDがバッファに入る直前に行う。このとき、遅延補正バッファは、まだ切り替え前のバッファ量であるため、フレームCの1フレームのデータ量との整合が取れていない。
【0031】
図8(a),(b)は、バイトインターリーブ部の構成の2例をそれぞれ示している。
遅延補正バッファは、フレームCの1フレームのデータ量との整合が取れていないため、図8(a)に示すように、本来のバイトインターリーブ部より前段にバイトデータ補正部12を配置してデータ量の補正を行う。いま仮に、図7に示すように、フレームCのデータ量がフレームBより大きい場合、インターリーブ部に入力しきれないフレームCとフレームBの差分データを、バイトデータ補正部12の蓄積用バッファ13にバッファリングして蓄える。この差分のデータ量は、バイトインターリーブ部の切替え時に増加する遅延補正バッファの量と同じであるため、切り替え補正部にバッファリングしてあるデータをそこに挿入し整合をとる。
【0032】
また、切り替え後のデータ量の方が小さい場合、フレームBとフレームCの差分データだけインターリーブ部に入力すべきデータが不足するため、その不足分を、バイトデータ補正部12のダミーデータ発生部14からダミーデータを発生させることで遅延補正バッファを埋める。この差分データの量は切り替え時に減少する遅延補正バッファ量と同じであるため、ダミーデータの入っている余分なバッファを削除しデータ量の整合をとる。このような処理の結果、図7に示す出力信号が得られる。ここで、バイトインターリーブ後の切り替えフレームポイントはフレームDCの先頭になる(図7参照)。
【0033】
バイトインターリーブ部があらかじめ表4の最大値以上の遅延補正バッファ量を持ち、その遅延補正バッファの読み出しと書き込みのアドレスを制御することで、上記と同等の出力が得られる。このようなバイトインターリーブ部の構成例を図8(b)に示す。
なお、切り替え前後の階層パラメータによって、遅延補正バッファの大きさの変更が発生しない場合でも、入出力信号の切り替えフレームポイントは上述と同様の関係になるものとする。
【0034】
1−2.バイトデインターリーブ部(受信側)の切り替え処理
図9は、バイトデインターリーブ部の構成を示している。
図9において、バイトインターリーブ部は、送信側で図6の構成のバイトインターリーブ部によって処理を行うことにより、図10に示すように、階層パラメータの切り替え時に、このバイトデインターリーブ部はバッファのクリアなど特殊な切り替え動作を行わないで復号化することができる。
また、入出力信号の切り替えフレームポイントは、入力信号はフレームDCの先頭にある時、出力信号では、フレームCの先頭になる。
【0035】
1−3.階層数が増える場合
地上デジタルテレビジョン方式では、階層数が増える場合が考えられる。増えた階層の送信側におけるバイトインターリーブ部の処理を図11に示す。増えた階層のバイトインターリーブ部は、入力ストリームに適した遅延補正バッファが準備され、バッファは初期値Nで初期化されている。出力ストリームとしてフレームCN、DC、EDが得られるが、切り替えフレームポイントは、フレームDCの先頭であるので、フレームCNは階層合成部(図2参照)で廃棄されることになるが、畳み込み符号化部とキャリア変調部のバッファ初期値クリアのために階層合成部までは伝送される。
【0036】
一方、受信側では、図12に示すように、フレームDC、EDが入力される前に、初期値Nで初期化されたデインターリーブバッファが準備される。出力信号は、図示のように、最初の1フレーム目が正しく伝送されていない。TSはこの点を考慮して生成する必要がある。
【0037】
1−4.階層数が減る場合
次に、階層数が減る場合に、減る階層の送信側におけるバイトインターリーブ部の処理を図13に示している。いま、入力信号は、フレームZ,A,Bで終了するものとする。送信側において、フレームBが入力された後、仮想的にフレームNが入力されたとし、バイトインターリーブ部の遅延補正バッファとインターリーブバッファに残っているフレームCのデータを送り出すようにする。これは、バイトインターリーブ部の構成例を示す図8(a)のダミーデータ発生部14において、仮想フレームNに相当するデータを発生させることで実現可能である。その結果、送信装置から図13に示す出力信号が得られ、従って、受信装置においては、図14に示すように、フレームZ,A,Bを正しく復号化することができる。
【0038】
2−1.畳み込み符号化部(送信側)の切り替え処理
畳み込み符号化部は、図15に示すように、1/2畳み込み符号化部とパンクチュアド化部とで構成されている。また、図16に1/2畳み込み符号化部の回路構成例を、表5にパンクチュアー化パターンをそれぞれ示している。いま、バイトインターリーブ部の出力信号フレームBA,CB,DCが入力され、フレームDCの先頭が、切り替えフレームポイントであるとする。このとき、1/2畳み込み符号化部は切り替え前後で処理は変わらず、パンクチュアド化部がフレームDCの先頭からパンクチュアー化パターンを変更する。この結果、フレームBA′,CB′,DC′が出力され、切り替えフレームポイントはフレームDC′の先頭になる。
【0039】
【表5】
【0040】
このとき、1つ前のフレームCBに含まれるバイトインターリーブ前のフレームCに含まれていた一部のデータは、前の階層パラメータの畳み込み符号化率で符号化されている点に注意する必要がある。特に、畳み込み符号化率が高くなる方向に切り替える場合(例えば、5/6から1/2に切り替える場合など)、切替りの最初のフレームの一部のデータが前の符号化率で符号化されるため、伝送特性が弱くなってしまうので、TS上の番組は、階層パラメータが切替る次のフレームから切り替える方が安全である。
【0041】
2−2.畳み込み復号化部(受信側)の切り替え処理
畳み込み復号化部は、図17に示すように、デパンクチュアド化部と1/2ビタビ復号化部とで構成されている。いま、入力信号の切り替えフレームポイントがフレームDC′の先頭であったとすると、フレームDC′の先頭でデパンクチュアー化パターンを変更する。その結果、出力信号の切り替えフレームポイントはフレームDCの先頭となる。1/2ビタビ復号化部は切り替え前後で処理の変更をしなくても復号化することができるが、特に、切替り時はTSPの同期バイトであるOx47の固定パターンを利用し、1/2ビタビ復号化処理を一旦終端すると、畳み込み符号化率の違いによる誤りの伝播を防ぐことができる。
【0042】
2−3.階層数が増えるとき
送信側は、1−3.項で説明した出力信号CN,DC,EDからはじまるフレームが入力信号となる。実際には伝送されないフレームCNが1/2畳み込み符号化部に入力されることにより、1/2畳み込み符号化部のバッファの初期値がクリアされ、フレームDC以降は問題なく処理される。
【0043】
2−4.階層数が減るとき
送信側は、1−3.項で説明した出力信号AZ,BA,NBで終わるフレームが入力信号となる。1/2畳み込み符号化部のバッファに最後に残るデータは、最終フレームNBのNULLの部分であるため、そのデータは破棄されても、特に問題はない。
【0044】
3.キャリア変調部(送信側)
キャリア変調部は、図18に示すように、遅延補正部、ビットインターリーブ部、および変調マッピング部で構成されている。ビットインターリーブ部は、各変調方式に対してそれぞれ図19(a),(b),(c)に示すように回路構成が規定されている。また、遅延補正部(遅延補正バッファ)の大きさは、表6に示すようにモード、キャリア変調方式、および階層を構成するセグメント数によって規定され、送、受合わせて2シンボルの遅延となるようになっている。この2シンボルの遅延を見込んで、送信信号では、ビットインターリーブ処理後にフレームの境界を2シンボル分だけ前にずらす。いま、フレームW,X,Y,Zがキャリア変調部に入力されたとして、そのうちフレームX,Yについての信号処理をみると、キャリア変調部の出力のフレームY′,Z′にはそれぞれ先頭の2シンボルに前のフレームのデータが混ざっている。さらに2シンボル分だけフレームの先頭をずらすことで、フレームY′′,Z′′が出力される。
【0045】
【表6】
【0046】
3−1.キャリア変調部の切り替え
キャリア変調部においてキャリア変調パラメータが変わると、ビットインターリーブの遅延補正バッファの大きさ、インターリーブバッファの構成(大きさと数)、変調マッピングが変わる。
【0047】
いま、図20に示すように、フレームW,X,Y,Zがキャリア変調部に入力され、フレームYの先頭を切り替えフレームポイントとし、キャリア変調方式を16QAMからQPSKに切り替えるものとする。このとき、16QAMのキャリア変調部のバッファに残っているフレームXの最後の2シンボルの一部のデータは伝送されない。一方、切り替え後のQPSKのビットインターリーブバッファは初期化(値Nとする)されている。従って、フレームY′の先頭の2シンボルには、QPSKのキャリア変調部のバッファの初期値Nが混ざることになる。これにより、フレーム同期が2シンボルずれるため、出力信号のフレームX′′の最後の2シンボルについては、フレームYの先頭の2シンボルの一部と、バッファの初期値NがQPSKマッピングされたデータとなっている。なお、出力信号の切り替えフレームポイントは、図20に示すように、フレームY′′の先頭となる。
【0048】
3−2.キャリア復調部(受信側)の切り替え
図21に示すように、3−1.項で説明した出力データが受信装置に入力されたとき、切り替えフレームポイントはY′′となる。フレームX′′を16QAMでデマッピングするため、QPSKでマッピングされた最後の2シンボルのデータは正しく復号化できない。つまり、フレームXの最後の2シンボルのデータは正しく復号化できないことになる。続いて受信機側で切り替えが行われるY′′が入力されるとき、ビットデインターリーブ部を切り替えるため、16QAMのビットデインターリーブバッファに残っているフレームYの最初の2シンボルの一部は出力されない。また、QPSKのビットデインターリーブバッファは初期値Nに初期化されているため、フレームYの始めの2シンボルに初期値Nが混入し、正しく復号化できない。なお、出力信号の切り替えフレームポイントは、図21に示すように、フレームYの先頭であり、フレーム切り替えの前後2シンボルが正しく復号化できない。
【0049】
3−3.キャリア変調部(送信側)の切り替え方法
切り替え前のフレームの破損をなくし、切り替え後の始めの2シンボルの誤りのみにする方法について説明する。
図22は、キャリア変調を16QAMからQPSKに切り替える方法を例に示している。
図22に示すように、切り替え時には、切り替え前と切り替え後の両方のキャリア変調部を並行して動作させ、出力はスイッチにより選択する。切り替え直後のフレームYは、切り替え後のキャリア変調部に入力され、切り替え前のキャリア変調部にダミーデータ補正部15からの出力データを入力する。キャリア変調部の出力は、始めの2シンボルについては切り替え前のキャリア変調部を選択し、それ以降は切り替え後のキャリア変調部に切り替える。
【0050】
これにより、切り替え前の時間インターリーブ部のバッファに残っていたフレームXの一部のデータが出力され、切り替え後のキャリア変調部の初期化されたバッファの中身をフレームYの一部のデータに更新することができる。このようにして、切り替え前のフレームの破損をなくし、切り替え後の始めの2シンボルの誤りのみにすることができる。
【0051】
図23(a),(b),(c)は、上述のキャリア変調の切り替えを実施したときのデータの流れを、入力信号、キャリア変調後の出力信号、同期の2シンボルずれ後の出力信号の順にそれぞれ示している。
【0052】
3−4.受信装置の切り替え
受信側では、図24に示すように、3−2.項で説明したのと同様の処理を行う。いま、送信側において3−3.項で説明した処理が行われた信号が入力されたとき、フレームX′′が復号化され、フレームXが出力される。続いてフレームY′′が入力されたとき、受信装置の構成を切り替える。このとき、ビットデインターリーブバッファにフレームX′′のダミーデータが残っている。フレームYについては、3−2.項で説明したのと同様、先頭の2シンボルのデータにはバッファの初期値が出力されるため、正しいデータを復号化することができない。
【0053】
3−5.階層構成が増えるとき
送信側において、入力信号をX,Y,Zで始まるフレームとし、出力信号をフレーム同期を2シンボルずらした後のフレームX′′,Y′′,Z′′であるとする。Xはバイトインターリーブで発生した伝送されないフレームであるため、入力信号の切り替えフレームポイントはYとなる。従って、出力信号の切り替えフレームポイントはY′′となる。また、フレームXによって、ビットインターリーブバッファの初期値がクリアされるので、出力信号Y′′フレーム以降は問題なく伝送される。
【0054】
受信側においては、3−4.項で説明したのと同様、ビットデインターリーブバッファの初期値が先頭の2シンボルのデータに出力されるため、その分、正しく復号化することはできない。
【0055】
3−6.階層構成が減るとき
送信側において、入力信号がX,Y,Zで終わるフレームであるとすると、切り替えフレームポイントは、最終のZフレームの最後となる。また、出力信号をフレーム同期を2シンボルずらした後のフレームX′′,Y′′,Z′′であるとすると切り替えフレームポイントはZ′′の最後となる。いま、何らの処理も施さないものとすると、最終のフレームZのうちの2シンボルがビットインターリーブバッファに残る。また、フレーム同期が2シンボルずらされることにより、フレームZ′′の最後の2シンボルが不足する。そこで、3−3.項で説明した図22中に示されるダミーデータ補正部15により、2シンボル分のデータを追加し、ビットインターリーブバッファ内のデータをフレームZの後に追加する。これにより、フレームZ′′は正しく伝送することができる。
【0056】
以上により、切り替え前のフレームは破損なく受信することができる。一方、切り替え後のフレームについては先頭の2シンボルが破損するので、元のTSは、その点を考慮して構成する必要がある。2シンボルのデータはバイトインターリーブにより分散され、伝送誤りがなければリードソロモンで誤り訂正可能な範囲内に収まる。しかし、この期間の信号は伝送誤りに対する耐性が弱くなっていることに注意する必要がある。
【0057】
4.時間インターリーブ部の切り替え
図25(a),(b)は、時間インターリーブ部(送信側)の構成およびモデル化した図をそれぞれ示している。
また、図26(a),(b)は、時間デインターリーブ部(受信側)の構成およびモデル化した図をそれぞれ示している。
時間インターリーブ部は、図25(a)に示すように、遅延補正バッファと時間インターリーブバッファとで構成されている。時間インターリーブ部は、また、表7に示すように、時間インターリーブの長さとモードに対し遅延補正シンボル数が規定されていて、送、受合わせて遅延時間がフレームの整数倍となるようになっている。
【0058】
【表7】
【0059】
また、時間インターリーブ部はバッファ量がキャリア番号に対し単調に増加、減少してはいないが、以後の説明では図25(b)に示すようにモデル化する。また、時間インターリーブ処理への入力フレームをα1 ,α2 ,--- ,β1 ,β2 ,--- として、フレームβ1 の先頭で時間インターリーブの切り替わりが発生するものとする。このとき、フレームαi は切り替わり前のフレーム、フレームβi は切り替わり後のフレームを表す。また、フレームαi は表6における送、受の遅延フレーム数がL、フレームβi は送、受の遅延フレーム数がL′の時間インターリーブであるとする。
【0060】
また、時間デインターリーブ部は、図26(a)に示すように、時間デインターリーブバッファから構成されている。この時間デインターリーブ部に関しても、以後の説明では図26(b)に示すようにモデル化する。
【0061】
4−1.時間インターリーブ部切り替えの第1の方法
時間インターリーブの長さを切り替える場合の信号処理の一例を、送、受の遅延量が増えるときと減るときに対応して図27と図28にそれぞれ示している。すなわち、図27では、切り替え前よりも切り替え後の方が、遅延フレーム数が大きくなる場合(L<L′)、また、図28では、遅延フレーム数が小さくなる場合(L>L′)である。時間インターリーブ部の切り替えはLフレーム後、つまりフレームαi のデータがすべて時間インターリーブ処理のバッファから出力された後とする。これにより、切り替え前のフレームαは破損なく送信される。一方、時間インターリーブの構成切り替え後、バッファの初期値Nが、L′フレームにわたって出力信号に混在してしまう。以上の結果、図27、図28に示す出力が得られ、切り替えフレームポイントもそれぞれ図示の位置となる。
【0062】
4−2.時間インターリーブ部切り替えの第2の方法
図29、図30は、時間インターリーブ切り替え後に、バッファの初期値Nを出力信号に混在させないで時間インターリーブを切り替える方法を示している。ここに、図29は切り替え前より切り替え後のほうが遅延フレーム数が大きくなる場合、図30は切り替え前より切り替え後のほうが遅延フレーム数が小さくなる場合にそれぞれ対応している。図29、図30に遅延補正バッファ、インターリーブバッファとして示すように、あらかじめこれらのバッファを切り替え前と切り替え後につい両方用意しておく。データは両方のバッファに入力しておき、切り替え時にはバッファの出力をスイッチすることにより行う。フレームの切り替えは、4−1.項で説明したのと同様、Lフレーム後、すなわち、フレームαのデータがすべて時間インターリーブ処理のバッファから出力された直後とする。これにより、切り替え前のデータαは破損なく送信される。一方、時間インターリーブの構成切り替え後のバッファも初期値が十分クリアされ、初期値Nを含まない出力が得られ、切り替えフレームポイトンもそれぞれ図示の位置となる。
【0063】
4−3.時間デインターリーブ部切り替えの方法
受信側における時間デインターリーブ部の切り替えは、送信されてくるフレームの切り替えフレームポイントで切り替えるが、以下では、送信側で上述の4−1.項で説明した第1の方法により時間インターリーブ部切り替えが行われた場合と、4−2.項で説明した第2の方法により時間インターリーブ部切り替えが行われた場合とに分けて説明する。
【0064】
4−3−1.送信側で、第1の方法により時間インターリーブ部切り替えが行われた場合の時間デインターリーブ部切り替えの方法
第1の方法、すなわち、図27、図28の処理により得られた出力信号の受信処理を図31、図32にそれぞれ示している。切り替わりのフレームで受信装置は時間デインターリーブを切り替える。このときバッファは初期値Nで初期化されている。その結果、切り替え前のフレームαは正しく復号することができる。しかし、入力信号中の初期値Nと全体バッファの初期値Nのため、切り替え後の遅延フレーム数L′だけ破損したフレームが出力される。例えば、図31に示すように、遅延フレーム数がL=2からL′=4へと長くなる場合、L′=4の破損が生じる。すなわち、β1 ,β2 の2フレームが破損し、正しくないフレームが2フレーム挿入される。また、図32に示すように、遅延フレーム数がL=4からL′=2へと短くなる場合、L′=2の破損フレームが出力される。しかし、受信信号では、2フレームの損失が発生し、β1 ,β2 ,β3 ,β4 の4フレームが正しく受信できない点に注意する必要がある。
【0065】
4−3−2.送信側で、第2の方法により時間インターリーブ部切り替えが行われた場合の時間デインターリーブ部切り替えの方法
第2の方法、すなわち、図29、図30の処理により得られた出力信号の受信処理を図33、図34にそれぞれ示している。切り替わりのフレームで受信装置は時間デインターリーブを切り替える。このときバッファは初期値Nで初期化されている。送信信号には初期値Nが含まれていないため、送信側の切り替え時に切り替え後の遅延補正バッファに入っていたデータ(図29に示すβ2 の一部、および図30に示すβ4 の一部)は、破損を起こさない。従って、送、受の遅延時間が増える場合も減る場合も、上述の4−3−1.項で説明した方法に比べて切り替え後の遅延補正バッファ分だけ破損が少なく切り替えが行われる。
【0066】
4−4.時間デインターリーブバッファの値を継承する切り替え方法
これまでは、受信側で時間インターリーブを切り替える時、前のバッファのデータを廃棄していたが、ここでは、これを有効利用し、受信出力の破損フレームを小さくする方法を説明する。
【0067】
まず、切り替え前の時間デインターリーブバッファの内容を、切り替え後において時間デインターリーブバッファに利用する方法を示す。
【外1】
【0068】
時間インターリーブ長が長くなる場合、送信側は上述した第2の方法、すなわち、4−2.項で説明した方法で時間インターリーブを切り替える。
図35は、図29の出力信号が入力されたとき、すなわち、時間インターリーブの遅延フレーム数がL=2からL=4に切り替わる切り替え処理を示している。
切り替え動作は、切り替えフレーム(β3 β2 β1 α3 α2 )を受信したときに行われる。図36は、受信装置の時間デインターリーブバッファの動作を示している。
【0069】
時間デインターリーブバッファの切り替えは、〔外1〕の(1)に従って切り替え前の時間デインターリーブバッファの内容を利用する。
すなわち、切り替え前の時間デインターリーブの各バッファの値をB(i,j)とし、切り替え後の各バッファの値をb(i,k)とするとき、0≦j+204×(I′−I)/2<I′×(95−mi )の範囲において切り替えるときには、b(i,j+204×(I′−I)/2)にB(i,j)の値を入れる。ここで、(I′−I)/2は表7における、送、受遅延フレーム数の切り替え前後の差を表わしている。
この処理は、切り替え後のフレームを受信したときに正しくフレームβ2 β1が出力できるように、切り替え前の時間デインターリーブバッファからβ2 β1の一部分を抜き出して切り替え後のバッファに代入している。その結果、図35に示すように、値が初期値のままのNに相当する部分((L′−L)フレーム)は正しくないフレームが出力されるが、β1 ,β2 は正しいフレームが出力される。ただし、Mode3のI=1の場合は上述の式が適用できないため、いまここで説明している切り替え方法を適用することができない。
【0070】
図37は、遅延量がL=4からL′=2に変わる場合を例に、遅延時間が短くなる場合の送信側の構成方法を示している。送信側における切り替わり時の動作は、基本的には、図30に示したのと同じであるが、切り替えのL−L′フレーム前(図37では2フレーム前)から切り替え後のバッファへのデータ入力を停止させる。そして、フレームβ5 の先頭がきたら切り替え後のバッファへの挿入を再開するとともに、データの出力を切り替え前から切り替え後のバッファに切り替える。その結果、図示の出力結果が得られる。
【0071】
図38は、受信側における切り替え動作を示している。
図38に示すように、受信側の切り替えは、フレームβ5 β2 β1 を受信したときに行われ、図39に示す受信装置の時間デインターリーブバッファの動作に基づき、また、上述した切り替え前の時間デインターリーブバッファの内容〔外1〕の(2)に従って、0≦j<I′×(95−mi )においてb(i,j)にB(i,j)の値を入れることにより行う。これにより、切り替え前のバッファの内容をすべて切り替え後に利用することができ、フレームβ1 ,β2 は正しく復号することができる。しかし、出力信号からL−L′フレームは消失する。図示の例では、フレームβ3 ,β4 が消失している。
なお、時間インターリーブ部(図37参照)の出力の切り替えフレームポイントをL−L′だけ前にずらすことにより、時間デインターリーブの出力の切り替えフレームポイントの直後を消失フレームとすることができる。つまり、切り替えフレームポイントとフレームの不連続ポイントとを一致させることができる。図38に示す例では、β1 ,β2 が消失フレームとなり、β3 以降を正しく復号することができるようになる。
【0072】
また、受信側において、4−3.項で説明した方法でバッファを初期化する場合は、図40に示す出力が得られる。
図37に示す信号の送り方では、図38に示すように、時間デインターリーブの出力は、β3 ,β4 が消失してしまうという問題がある。そこで、図41に、消失するフレームにあらかじめ送信側でNULLフレームを挿入する方法を示す。これにより、図38の受信方法でも消失するフレームをなくすことができる。
【0073】
なお、送信側において、階層パラメータの変更によって時間インターリーブ構成に変更が発生しない場合でも、入力信号の切り替わりフレームポイントに対する出力信号の切り替えフレームポイントは、上述の各例におけると同様、切り替り前のデータがすべて時間インターリーブ処理のバッファから出力された後とする。
受信側においても、上述と同様に受信信号の切り替えフレームポイントに従う。
【0074】
以上説明したように、時間インターリーブを切り替えるときデータの破損、消失が発生するため、この点を考慮して、TSを構成する必要がある。
【0075】
5.OFDMフレーム構成の切り替えの影響
OFDMフレームは、図42および図43に示すように、パイロットとデータのシンボル配置が同期変調部と差動変調部で異なる構成となっている。このため、切り替えによってキャリア変調が同期変調部から同期変調部へと変わるとき(例えば、キャリア変調方式が16QAMから64QAMに変わるとき)は、その構成は変わらないが、キャリア変調が同期変調部から差動変調部、あるいは差動変調部から同期変調部に変わったときにOFDMフレームの構成が変わる。
【0076】
また、図44に示すように、入力信号の切り替えフレームポイントとOFDMフレームの切り替えフレームポイントとは一致している。前項まで、各処理部で切り替え位置は、切り替え前のデータを含むフレームの最終フレームの次のフレームの先頭となるようにしている。従って、切り替え前の時間インターリーブの遅延フレーム数をLとすると、Lフレーム+2シンボルにわたり、切り替え後の変調方式で変調されたデータが、切り替え前のOFDMフレームに含まれていることになる。特に、切り替え時にOFDMフレーム構成が変わるときには、同期系(例えば、16QAM)で変調されたシンボルが差動変調部のシンボルで送られてしまう。また、差動変調部で変調されたシンボルが同期変調部のシンボルで送られてしまうため、正しく復調することができず、この分、切り替え後のフレームに誤りが混入することになる。したがって、これらの点を考慮してTSを構成する必要がある。
【0077】
6.階層全体への影響
以上説明した4.項(時間インターリーブ部および時間デインターリーブ部の切り替え)、および5.項(OFDMフレーム構成の切り替え)では、セグメント単位で階層パラメータ切り替えの処理を規定した。そのため、図45に示すように、階層パラメータが切り替わる際に階層を構成するセグメント数が変わらないときは、セグメント単位で発生するデータの破損、消失はその階層のセグメントにすべて共通に発生する。すなわち、図45では、A階層で時間インターリーブ長の変更時に発生するデータの破損・消失はA階層を構成する各セグメント(0〜4)で共通に発生する。これに対し、階層パラメータの切り替わりで階層を構成するセグメント数が変わるとき、セグメントによって切り替え処理が異なるため、データの破損・消失も異なってくる。
【0078】
例えば、いま、図46に示すように、A階層の時間インターリーブ長とB階層の時間インターリーブ長が異なっており、階層パラメータ切り替わり時にA階層が2セグメント増え、その分B階層のセグメント数が減るとする。セグメント0〜4までは、パラメータが変更されないので破損・消失は起こらないが、切り替え後のセグメント5,6では少なくとも時間インターリーブによる遅延時間差分の破損・消失が起こる。この階層パラメータ切り替え後の破損・消失は、時間デインターリーブ以降の復号化処理によりA階層すべてのセグメント内のデータに影響が及ぶことに注意する必要がある。
【0079】
【発明の効果】
本発明によれば、送受信に際して階層パラメータを切り替える方式の地上デジタル放送において、階層パラメータを切り替えた際に生じる受信側でのデータの破損・消失を少なくするとともに、破損・消失したデータ量を明確にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 デジタル放送用送信装置の系統を示している。
【図2】 図1中のOFDM変調部の系統を示している。
【図3】 デジタル放送用受信装置の系統を示している。
【図4】 デジタル放送用受信装置の系統を示している。
【図5】 送信装置、受信装置における畳み込みインターリーブ、畳み込みデインターリーブの動作をそれぞれ示している。
【図6】 バイトインターリーブ部の構成を示している。
【図7】 バイトインターリーブ部の動作を示している。
【図8】 バイトインターリーブ部の構成の2例をそれぞれ示している。
【図9】 バイトデインターリーブ部の構成を示している。
【図10】 送信側で図6の構成のバイトインターリーブ部によって処理を行うことによる受信側における効果を示している。
【図11】 バイトインターリーブ部における増えた階層の処理を示している。
【図12】 階層数が増えた場合、受信側では、フレームDC、EDが入力される前に、初期値Nで初期化されたデインターリーブバッファが準備されることを示している。
【図13】 バイトインターリーブ部における減る階層の処理を示している。
【図14】 階層数が減る場合、受信装置において、フレームZ,A,Bを正しく復号化することができることを示している。
【図15】 畳み込み符号化部の構成を示している。
【図16】 1/2畳み込み符号化部の回路構成例を示している。
【図17】 畳み込み復号化部の構成を示している。
【図18】 キャリア変調部の構成を示している。
【図19】 図18中のビットインターリーブ部の回路構成を示している。
【図20】 16QAMからQPSKへのキャリア変調方式の切り替えを示している。
【図21】 キャリア復調部の切り替えを示している。
【図22】 キャリア変調を16QAMからQPSKに切り替える方法を示している。
【図23】 キャリア変調の切り替えを実施したときのデータの流れを示している。
【図24】 受信装置の構成の切り替えを示している。
【図25】 時間インターリーブ部の構成およびモデル化した図をそれぞれ示している。
【図26】 時間デインターリーブ部の構成およびモデル化した図をそれぞれ示している。
【図27】 時間インターリーブの長さを切り替える場合の信号処理の一例を、送、受の遅延量が増えるときに対応して示している。
【図28】 時間インターリーブの長さを切り替える場合の信号処理の一例を、送、受の遅延量が減るときに対応して示している。
【図29】 時間インターリーブ切り替え後に、バッファの初期値Nを出力信号に混在させないで時間インターリーブを切り替える方法を示している。
【図30】 時間インターリーブ切り替え後に、バッファの初期値Nを出力信号に混在させないで時間インターリーブを切り替える方法を示している。
【図31】 図27の処理により得られた出力信号の受信処理を示している。
【図32】 図28の処理により得られた出力信号の受信処理を示している。
【図33】 図29の処理により得られた出力信号の受信処理を示している。
【図34】 図30の処理により得られた出力信号の受信処理を示している。
【図35】 図29の出力信号が入力されたときの切り替え処理を示している。
【図36】 受信装置の時間デインターリーブバッファの動作を示している。
【図37】 遅延量がL=4からL′=2に変わる場合を例に、遅延時間が短くなる場合の送信側の処理を示している。
【図38】 受信側における切り替え動作を示している。
【図39】 受信装置の時間デインターリーブバッファの動作を示している。
【図40】 受信側においてバッファを初期化した場合に得られる出力を示している。
【図41】 図37の送信側の処理では消失してしまうフレームに、あらかじめNULLフレームを挿入する方法を示している。
【図42】 OFDMフレームの差動変調部におけるパイロットとデータのシンボル配置を示している。
【図43】 OFDMフレームの同期変調部におけるパイロットとデータのシンボル配置を示している。
【図44】 入力信号の切り替えフレームポイントとOFDMフレームの切り替えフレームポイントとは一致していることを示している。
【図45】 OFDMフレーム構成の切り替えによって、A階層で時間インターリーブ長の変更時に発生するデータの破損・消失はA階層を構成する各セグメントで共通に発生することを示している。
【図46】 OFDMフレーム構成の切り替えによって、A階層が2セグメント増え、B階層のセグメント数が減るとすると、セグメント0〜4までは破損・消失は起こらないが、セグメント5,6では少なくとも時間インターリーブによる遅延時間差分の破損・消失が起こることを示している。
【符号の説明】
1 多重化部
2 外符号化部
3 階層分割部
4 畳み込み符号化部
4′畳み込み復号化部
5 OFDM変調部
6 バイトインターリーブ部
6′バイトデインターリーブ部
7 ビットインターリーブ部
7′ビットデインターリーブ部
8 キャリア変調部
8′キャリア復調部
9 時間インターリーブ部
9′時間デインターリーブ部
10 OFDMフレーム構成部
11 三角形
12 バイトデータ補正部
13 蓄積用バッファ
14 ダミーデータ発生部
15 ダミーデータ補正部
Claims (7)
- 階層パラメータを切り替える方式の地上デジタル放送用送信装置において、該装置は、バイトインターリーブ部の出力信号における階層パラメータの切り替えポイントが、バイトインターリーブ部への入力信号における階層パラメータの切り替え直前のフレームの最後のデータが含まれる前記出力信号のフレームの最後尾に設定される切り替えポイント設定手段を具えてなることを特徴とする地上デジタル放送用送信装置。
- 請求項1記載の地上デジタル放送用送信装置において、該装置はさらに、階層パラメータの切り替え時に生じるデータ量の不整合を調整するためのバイトデータ補正部を前記バイトインターリーブ部より前段に具えてなることを特徴とする地上デジタル放送用送信装置。
- 階層パラメータを切り替える方式の地上デジタル放送用送信装置において、該装置は、時間インターリーブ部の出力信号における階層パラメータの切り替えポイントが、時間インターリーブ部への入力信号における階層パラメータの切り替え直前のフレームの最後のデータが含まれる前記出力信号のフレームの最後尾に設定される切り替えポイント設定手段を具えてなることを特徴とする地上デジタル放送用送信装置。
- 請求項3記載の地上デジタル放送用送信装置において、該装置はさらに、時間インターリーブの切り替えにより生じる切り替え前のデータの破損・消失を少なくするための、階層パラメータの切り替え前の時間インターリーブ長用に設定された第1の時間インターリーブ部と階層パラメータの切り替え後の時間インターリーブ長用に設定された第2の時間インターリーブ部とを具えてなることを特徴とする地上デジタル放送用送信装置。
- 請求項4記載の地上デジタル放送用送信装置において、該装置はさらに、階層パラメータの切り替え前の時間インターリーブ長が階層パラメータの切り替え後の時間インターリーブ長より短くなるとき、あらかじめ定めたフレーム時間にわたって階層パラメータの切り替え後の時間インターリーブ部への入力を停止する手段を具えてなることを特徴とする地上デジタル放送用送信装置。
- 請求項4記載の地上デジタル放送用送信装置によって送信された送信電波を受信する地上デジタル放送用受信装置において、該装置は、階層パラメータの切り替え前の時間インターリーブ長が階層パラメータの切り替え後の時間インターリーブ長より長くなるとき、時間インターリーブの切り替えにより生じる切り替え前のデータの破損・消失を少なくするための、階層パラメータの切り替え前の時間デインターリーブバッファのデータを階層パラメータの切り替え後の時間デインターリーブバッファに利用する手段を具えてなることを特徴とする地上デジタル放送用受信装置。
- 請求項5記載の地上デジタル放送用送信装置によって送信された送信電波を受信する地上デジタル放送用受信装置において、該装置は、時間インターリーブの切り替えにより生じる切り替え前のデータの破損・消失を少なくするための、階層パラメータの切り替え前の時間デインターリーブバッファのデータを階層パラメータの切り替え後の時間デインターリーブバッファに利用する手段を具えてなることを特徴とする地上デジタル放送用受信装置。
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