JP4399447B2

JP4399447B2 - Ｏｆｄｍ受信機

Info

Publication number: JP4399447B2
Application number: JP2006292398A
Authority: JP
Inventors: 雅人田中; 博次赤堀
Original assignee: Oki Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2026-10-27
Also published as: US20080100485A1; US7482958B2; JP2008109562A

Description

本発明は、地上デジタル放送受信機等のＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplex:直交周波数分割多重)受信機、特にチューナで中間周波数に変換された受信信号のレベル制御に関するものである。

図２は、従来の地上デジタル放送受信機の概略を示す構成図である。
この地上デジタル放送受信機は、ＯＦＤＭ変調されたＵＨＦ(Ultra High Frequency)帯の無線信号ＲＦを受信するアンテナ１と、このアンテナ１で受信した無線信号ＲＦを局部発振部２の局部発振信号ＬＯで周波数変換して所望の受信チャネルの中間周波信号ＩＦを生成するチューナ３を有している。中間周波信号ＩＦは、利得制御信号ＡＧＣで増幅度が制御される可変利得増幅器（以下、「ＡＭＰ」という）４で平均電力が一定の値になるように増幅され、アナログ・デジタル変換器（以下、「ＡＤＣ」という）５に与えられるようになっている。ＡＤＣ５の出力側には、高速フーリエ変換器（以下、「ＦＦＴ」という）６と電力算出部７が接続されている。

ＦＦＴ６は、ＡＤＣ５でデジタル値に変換された時間領域の信号を、ＯＦＤＭを構成する複数の搬送波に対応する周波数領域の信号に変換するものである。ＦＦＴ６の出力側には、図示しないが、複数の搬送波間の同期を取って受信データを生成する等化部や、エラー訂正部、映像音声再生部等が接続されている。

一方、電力算出部７は、ＡＤＣ５でデジタル値に変換された時間領域の信号に基づいて、ＡＭＰ４の出力信号の平均電力に応じた値を算出するものである。電力算出部７の出力信号はデジタル・アナログ変換器（以下、「ＤＡＣ」という）８に与えられ、このＤＡＣ８でアナログ信号に変換されて、利得制御信号ＡＧＣとしてＡＭＰ４に与えられるようになっている。

この地上デジタル放送受信機では、アンテナ１で受信された４５０〜７００ＭＨｚの無線信号ＲＦが、チューナ３で中心周波数を約５００ｋＨｚとして帯域が約４５０ｋＨｚの中間周波信号ＩＦに変換される。この中間周波信号ＩＦには、例えば１０８本の搬送波が多重されており、各変調波は放送内容や制御信号を構成するデータによって直交変調されている。チューナ３から出力された中間周波信号ＩＦは、ＡＭＰ４によって所定のレベルに増幅されてＡＤＣ５に与えられ、例えば２ＭＨｚのサンプリングクロックに従ってデジタル値に変換される。ＡＤＣ５でデジタルに変換された受信信号は、ＦＦＴ６に与えられて搬送波毎の信号に分離されて受信データが生成され、映像や音声として再生される。

更に、ＡＤＣ５でデジタル値に変換された受信信号は電力算出部７に与えられ、一定期間（例えば、搬送波の変調単位である１シンボルの期間＝約１ｍｓ）の平均電力が計算される。電力算出部７で算出された平均電力の値は、ＤＡＣ８によってアナログの利得制御信号ＡＧＣに変換され、ＡＭＰ４に与えられる。ＡＭＰ４では、利得制御信号ＡＧＣが大きくなると増幅度が低下し、利得制御信号ＡＧＣが小さくなると増幅度が増加する。これにより、ＡＭＰ４の出力信号の平均電力は、所定の値に収束する。

従って、ＡＭＰ４から出力される平均電力を、ＡＤＣ５の最適な入力レベルとなるように設定することで、このＡＤＣ５から適切にデジタル値に変換された受信信号が得られる。

特開２００４−１５３８１１号公報

しかしながら、前記電力算出部７による平均電力の算出では、次のような課題があった。
即ち、平均電力の計算では、瞬時電力を計算してその平均値を算出する必要がある。瞬時電力は電圧の２乗に比例するので、サンプリングクロックに従って、ＡＤＣ５から出力されるデジタル値の２乗計算を行う必要が有る。また、ＡＤＣ５から出力されるデジタル値の範囲は比較的広範な値であるので、２乗した結果の桁数は大きくなる。更に、平均電力を求めるために、各瞬時電力の値を１シンボルの期間（約１ｍｓ）累積加算する必要がある。このため、大容量の計算を高速で行う必要があり、電力算出部７の規模が増大するという課題があった。

本発明は、簡単な回路構成で、ＡＤＣに与える中間周波信号を所定のレベルに保つことができるレベル制御機能を有するＯＦＤＭ受信機を提供することを目的としている。

本発明は、ＯＦＤＭ変調された無線信号を受信して中間周波信号に変換し、ＡＭＰによって該中間周波信号を増幅した後、ＡＤＣでデジタル信号に変換して処理するＯＦＤＭ受信機において、前記ＡＤＣから出力される信号レベルを第１の閾値と比較して第１の比較結果を出力する第１の比較器と、前記第１の閾値よりも大きな第２の閾値と前記信号レベルを比較して第２の比較結果を出力する第２の比較器と、前記第１の比較結果に基づいて前記信号レベルが前記第１の閾値を超える頻度をカウントし、前記無線信号の１シンボル長の期間毎に第１のカウント結果を出力する第１のカウンタと、前記第２の比較結果に基づいて前記信号レベルが前記第２の閾値を超える頻度をカウントし、前記無線信号の１シンボル長の期間毎に第２のカウント結果を出力する第２のカウンタと、前記第１及び第２のカウント結果の頻度に基づいて一定期間内の前記信号レベルの平均値を算出する移動平均部と、前記移動平均部で算出された平均値に応じて前記ＡＤＣから出力されるデジタル信号の平均レベルが所定の値となるように前記ＡＭＰを制御するための利得制御信号を生成するＤＡＣとを有するレベル制御部を設けたことを特徴としている。

本発明では、比較器とカウンタと移動平均部とＤＡＣによって、ＡＭＰを制御する利得制御信号を生成するレベル制御部を設けている。これにより、乗算器や桁数の大きな加算器を組み合わせた電力算出部で構成される従来のレベル制御部に比べて、簡単な回路構成で、ＡＤＣに与える中間周波信号を所定のレベルに保つことができるという効果がある。

この発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、次の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。但し、図面は、もっぱら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の実施例を示す地上デジタル放送受信機のレベル制御部の構成図である。
このレベル制御部１０は、図２の地上デジタル放送受信機における電力算出部７とＤＡＣ８に代えて設けられるもので、その他の構成は図２と同様である。

レベル制御部１０は、ＡＤＣ５でデジタル値に変換された信号Ｓ１を、それぞれ閾値ｔｈ１，ｔｈ２（但し、ｔｈ１＞ｔｈ２）と比較する比較器（ＣＭＰ）１１，１２を有している。比較器１１は、Ｓ１＞ｔｈ１のときに“１”、Ｓ１≦ｔｈ１のときに“０”となる信号Ｓ２を出力するものである。また、比較器１２は、Ｓ１＞ｔｈ２のときに“１”、Ｓ１≦ｔｈ２のときに“０”となる信号Ｓ３を出力するものである。比較器１１，１２の出力側には、それぞれカウンタ（ＣＮＴ）１３，１４が接続されている。

カウンタ１３は、比較器１１から与えられる信号Ｓ２が“１”のときに、ＡＤＣ５のサンプリングクロックＣＬＫをカウントするものである。また、カウンタ１４は、比較器１２から与えられる信号Ｓ３が“１”のときに、ＡＤＣ５のサンプリングクロックＣＬＫをカウントするものである。これらのカウンタ１３，１４は、１シンボル期間毎に、それぞれカウント結果の信号Ｓ４，Ｓ５を出力するようになっている。カウンタ１３の出力側は、信号Ｓ４を閾値ｔｈ３と比較する比較器１５に接続され、カウンタ１４の出力側は、信号Ｓ５を閾値ｔｈ４と比較する比較器１６に接続されている。

比較器１５は、Ｓ４＞ｔｈ３のときに“−１”、Ｓ４≦ｔｈ１のときに“＋１”となる
信号Ｓ６を出力するものである。また、比較器１６は、Ｓ５＞ｔｈ４のときに“−１”、
Ｓ５≦ｔｈ４のときに“＋１”となる信号Ｓ７を出力するものである。比較器１５，１６
の出力側は、移動平均部１７に接続されている。

移動平均部１７は、信号Ｓ６と信号Ｓ７の平均値を、シンボルタイミング信号ＴＩＭに従って一定期間累積加算し、その加算値を信号Ｓ８として出力するものである。信号Ｓ８は、ＤＡＣ１８に与えられるようになっている。

ＤＡＣ１８は、移動平均部１７から出力される信号Ｓ８をアナログ信号に変換し、利得制御信号ＡＧＣとしてＡＭＰ４に与えるものである。

図３は、図１のレベル制御部１０の動作原理を示す説明図である。
ＡＭＰ４に入力される中間周波信号ＩＦはＯＦＤＭ変調された信号であるので、複数の直交正弦波を足し合わせたもので構成され、その振幅は正規分布で近似することができる。

このため中間周波信号ＩＦの瞬時値を複素数表示でｚ（ｔ）＝ｘ（ｔ）＋ｊｙ（ｔ）とすると、直交成分ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）の振幅の正規分布ｐ（ｘ），ｐ（ｙ）は、次のように各々独立した式で表される。

ここで、ｒ（ｔ）を本信号の振幅とすると、ｒ（ｔ）は次式で表される。

また、振幅の確率密度分布ｐ（ｒ）は、次式で表される。

図３中の曲線Ｃａは、横軸を振幅ｒ、縦軸を確率密度分布ｐ（ｒ）としたときの、振幅ｒと確率密度分布ｐ（ｒ）の関係を示している。また、この曲線Ｃａと横軸で囲まれた部分の面積は、ＡＤＣ５によるサンプル数に対応している。即ち、図３の横軸の振幅ｒは、図１におけるＡＤＣ５の出力である信号Ｓ１の値に対応している。

比較器１１，１２では、サンプリングされてデジタル化された信号Ｓ１の振幅ｒが、それぞれ閾値ｔｈ１，ｔｈ２と比較され、カウンタ１３，１４では、振幅ｒがそれぞれ閾値ｔｈ１，ｔｈ２を超えた回数がカウントされる。

これにより、例えば信号Ｓ１の確率密度分布が図３の曲線Ｃａで表される場合、１シンボル期間におけるサンプリング結果により、カウンタ１３から出力される信号Ｓ４ａの値は、図３の曲線Ｃａと横軸で囲まれ、かつｒ＝ｔｈ１の縦線の右側の部分の面積に相当する。また、カウンタ１４から出力される信号Ｓ５ａの値は、図３の曲線Ｃａと横軸で囲まれ、かつｒ＝ｔｈ２の縦線の右側の部分の面積に相当する。

信号Ｓ４ａ，Ｓ５ａの値は、それぞれ比較器１５，１６で閾値ｔｈ３，ｔｈ４と比較され、閾値よりも大きければ−１、小さければ＋１の信号Ｓ６ａ，Ｓ７ａが出力される。信号Ｓ４ａ，Ｓ５ａは、移動平均部１７でシンボルタイミング信号ＴＩＭに従って一定期間累積加算され、その加算値が信号Ｓ８ａとして出力される。

次に、信号Ｓ１の平均レベルが大きくなると、この信号Ｓ１の確率密度分布は図３の曲線Ｃｂで表されるように、横方向に広がると共にその縦軸方向のピーク値は小さくなる。この場合、カウンタ１３から出力される信号Ｓ４ｂの値は、図３の曲線Ｃｂと横軸で囲まれ、かつｒ＝ｔｈ１の縦線の右側の部分の面積に相当する。また、カウンタ１４から出力される信号Ｓ５ｂの値は、図３の曲線Ｃｂと横軸で囲まれ、かつｒ＝ｔｈ２の縦線の右側の部分の面積に相当する。従って、Ｓ４ａ＜Ｓ４ｂ、Ｓ５ａ＜Ｓ５ｂとなる。

信号Ｓ４ｂ，Ｓ５ｂが増加してそれぞれ閾値ｔｈ３，ｔｈ４を超えると、比較器１５，１６から出力される信号Ｓ６ａ，Ｓ７ａは−１となり、移動平均部１７から出力される信号Ｓ８ｂの値は、それまでの信号Ｓ８ａよりも小さくなる。

信号Ｓ８ａは、ＤＡＣ１８でアナログ信号に変換され、利得制御信号ＡＧＣとしてＡＭＰ４に与えられるので、ＡＭＰ４の増幅度が減少してその出力レベルが低下する。これにより、ＡＤＣ５から出力される信号Ｓ１の平均レベルは低下する。このようなフィードバック作用により、ＡＤＣ５から出力される信号Ｓ１の平均レベルは、所定のレベルに保持される。

以上のように、本実施例のレベル制御部１０は、比較器１１，１２等と、カウンタ１３，１４等で構成しているので、従来の乗算器や桁数の大きな加算器を組み合わせた電力算出部を用いる場合に比べて、簡単な回路構成で、ＡＤＣ５に与える中間周波信号ＩＦを所定のレベルに保つことができるという利点がある。なお、この実施例のレベル制御部は、地上デジタル放送受信機に限らず、その他のＯＦＭＤ受信機にも適用することができる。

本発明の実施例を示す地上デジタル放送受信機のレベル制御部の構成図である。従来の地上デジタル放送受信機の概略を示す構成図である。図１のレベル制御部１０の動作原理を示す説明図である。

符号の説明

４増幅器
５アナログ・デジタル変換器
１０レベル制御部
１１，１２，１５，１６比較器
１３，１４カウンタ
１７移動平均部
１８デジタル・アナログ変換器

Claims

直交周波数分割多重変調された無線信号を受信して中間周波信号に変換し、可変利得増幅器によって該中間周波信号を増幅した後、アナログ・デジタル変換器でデジタル信号に変換して処理するＯＦＤＭ受信機において、
前記アナログ・デジタル変換器から出力される信号レベルを第１の閾値と比較して第１の比較結果を出力する第１の比較器と、
前記第１の閾値よりも大きな第２の閾値と前記信号レベルを比較して第２の比較結果を出力する第２の比較器と、
前記第１の比較結果に基づいて前記信号レベルが前記第１の閾値を超える頻度をカウントし、前記無線信号の１シンボル長の期間毎に第１のカウント結果を出力する第１のカウンタと、
前記第２の比較結果に基づいて前記信号レベルが前記第２の閾値を超える頻度をカウントし、前記無線信号の１シンボル長の期間毎に第２のカウント結果を出力する第２のカウンタと、
前記第１及び第２のカウント結果の頻度に基づいて一定期間内の前記信号レベルの平均値を算出する移動平均部と、
前記移動平均部で算出された平均値に応じて前記アナログ・デジタル変換器から出力されるデジタル信号の平均レベルが所定の値となるように前記可変利得増幅器を制御するための利得制御信号を生成するデジタル・アナログ変換器と、
を有するレベル制御部を設けたことを特徴とするＯＦＤＭ受信機。