JP5151144B2 - Ｏｆｄｍ受信機及びデータ判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＯＦＤＭ信号を受信して復調するＯＦＤＭ受信機に係わり、特に、地上波デジタル放送のためのＯＦＤＭ受信機においてＤＢＰＳＫ信号を復調する復調回路およびフレーム同期を検出する回路に係わる。

近年、デジタル信号を伝送する方式として、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）が提案されている。ＯＦＤＭ方式では、周波数領域で互いに直交する複数のキャリアを利用してデータが伝送される。このため、ＯＦＤＭ送信機は、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transformation ）を利用して伝送信号を変調し、ＯＦＤＭ受信機は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transformation ）を利用して伝送信号を復調する。ＯＦＤＭ方式は、周波数利用効率が高いことから、地上波デジタル放送への適用が広く検討されている。なお、日本の地上波デジタル放送の規格であるＩＳＤＢ−Ｔ（Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial）においてもＯＦＤＭが採用されている。また、欧州のＤＶＢ−ＴあるいはＤＶＢ−ＨでもＯＦＤＭが採用されている。

地上波デジタル放送では、データと共に制御情報が伝送される。データはデータキャリアにより伝送され、制御情報はＴＭＣＣ（Transmission and Multiplexing Configuration Control）キャリアにより伝送される。ここで、この制御情報は、フレーム同期を検出するための情報およびデータ信号を復調するための情報等を含んでいる。したがって、ＴＭＣＣキャリアにより伝送されるＴＭＣＣデータを正しく判定することは重要である。

図１５は、従来のデータ判定方法を説明する図である。なお、ＴＭＣＣ信号は、ＤＢＰＳＫ（Differential Binary Phase Shift Keying）信号である。ＤＢＰＳＫでは、連続する２つのシンボル間の位相差（「ゼロ」または「π」）を用いて１ビットのデジタル信号が伝送される。また、地上波デジタル放送のＯＦＤＭ信号は、信頼性を高めるために、同一の情報を並列に伝送する複数のＴＭＣＣ信号を含んでいる。

図１５において、ＦＦＴ回路１０１は、ＯＦＤＭ信号を周波数領域信号に変換する。これにより、データ信号およびＴＭＣＣ信号等が得られる。位相差計算回路１０２は、順次、ＦＦＴ回路１０１により得られたＴＭＣＣ信号のシンボル間位相差を計算する。ＢＰＳＫ復調器１０３は、位相差計算回路１０２により得られた位相差情報に基づいてシンボル毎に１ビットのデジタルデータを生成する。ここで、位相差計算回路１０２およびＢＰＳＫ復調器１０３は、各ＴＭＣＣ信号について上記処理を行う。したがって、１シンボル時間毎に複数の１ビットデータが得られる。そして、多数決判定回路１０４は、複数の１ビットデータに対して多数決判定を行い、尤もらしい１ビットデータを出力する。これによりＴＭＣＣデータが再生される。例えば、図１６に示す例では、１２個のＴＭＣＣ信号が並列に伝送されるシステムにおいて、８個のＴＭＣＣ信号から「０」が検出され、４個のＴＭＣＣ信号から「１」が検出されている。よって、この場合、送信データは「０」であると判定される。

このように、高い信頼性を必要とするＴＭＣＣ信号は、多数決判定を利用して復調されていた。なお、ＴＭＣＣ信号を復調する技術は、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の復調回路では、閾値よりも大きな受信レベルのＴＭＣＣ信号のみを使用して上述の多数決判定が行われる。

地上波デジタル放送の受信機は、ＴＭＣＣデータの中に含まれている同期データを利用してフレーム同期を確立する。そして、同期タイミングを基準として復調処理を実行することによりデータが生成される。

図１７は、従来のフレーム同期検出方法を説明する図である。なお、ＩＳＤＢ−Ｔにおける同期データは「w0＝0011010111101110」または「w1＝1100101000010001」である。
図１７において、既知データレジスタ１１１には、同期データｗ０、ｗ１が格納されている。シフトレジスタ１１２には、上述のようにして得られるＴＭＣＣデータが入力される。すなわち、シフトレジスタ１１２は、順次、最新の１６ビット分のＴＭＣＣデータを保持する。比較器１１３は、既知データレジスタ１１１に格納されている同期データとシフトレジスタ１１２に保持されている１６ビットデータとを比較する。そして、予め決められた閾値（例えば、１４）よりも多くのビットが互いに一致すると、フレーム同期が確立したことを表す同期信号が出力される。なお、閾値よりも多くのビットが一致する状態が所定回数連続して検出されたときに、フレーム同期が確立したと判断する方式も知られている。

関連する技術として、特許文献２にはフレーム同期を確立する方法が記載されている。また、特許文献３、４には、ＯＦＤＭ受信機においてシンボル同期を確立する方法が記載されている。
特開２００２−２４７００３号公報 特開平７−２５０１２０号公報 特開２０００−１１５１２２号公報 特開２０００−２９９６７６号公報

携帯電話機などの移動端末で地上波デジタル放送を受信する場合は、電波の受信レベルが変動するフェージング現象が頻繁に発生する。そして、強いフェージング環境下では、受信電力が低下するので、一時的に信号を復調できなくなることがある。このとき、ＴＭＣＣ情報の再生に失敗すると、受信機は、復調方法を知ることができないので、伝送データを全く再生できなくなってしまう。

同様に、強いフェージング環境下では、同期データが正しく再生されず、フレーム同期を確立できなくなるおそれがある。この場合も伝送データを全く再生できない。なお、同期判断のための閾値を低くすれば（すなわち、誤りを許容すれば）、同期は確立しやすくなる。しかし、この場合、誤同期（すなわち、誤ったタイミングで同期信号を出力すること）が発生する可能性が高くなる。

このように、従来のＯＦＤＭ受信機においては、強いフェージング環境下では、復調処理あるいはフレーム同期の確立ができないことがあった。
本発明の目的は、強いフェージング環境下でも動作するＯＦＤＭ受信機を提供することである。特に、強いフェージング環境下でも復調処理を行うことができる或いはフレーム同期を確立できるＯＦＤＭ受信機を提供することを目的とする。

本発明のＯＦＤＭ受信機は、同じ情報を伝送する複数のＤＢＰＳＫ信号を含むＯＦＤＭ信号を受信するものであり、前記ＯＦＤＭ信号から複数のＤＢＰＳＫ信号を抽出する抽出手段と、前記抽出された複数のＤＢＰＳＫ信号のそれぞれについてシンボル間の位相差を計算する位相差計算手段と、前記位相差計算手段により得られる複数の位相差を積算する積算手段と、前記積算手段により得られる積算結果に基づいて前記ＤＢＰＳＫ信号により
伝送されたデータを判定する判定手段を有する。

各ＤＢＰＳＫ信号の位相は、それぞれ無線伝送路において変化し得る。よって、積算手段は、複数のＤＢＰＳＫ信号のそれぞれについて得られる複数の位相差を積算し、判定手段は、積算結果に基づいてＤＢＰＳＫ信号により伝送されたデータを判定する。

上記ＯＦＤＭ受信機が受信するＤＢＰＳＫ信号は、例えば、所定フォーマットのフレームを伝送する。この場合、前記積算手段は、各フレームの対応するシンボルについての積算結果を複数のフレームに渡って累積的に加算し、前記判定手段は、その累積加算結果に基づいて前記ＤＢＰＳＫ信号により伝送されたデータを判定する。この構成によれば、複数のタイミングで得られた位相差情報を利用してデータ判定を行うので、フェージング等で受信電力が一時的に変動しても送信データを正しく判定できる。

本発明の他の態様のＯＦＤＭ受信機は、所定長のフレームに格納された制御情報データを伝送するＯＦＤＭ信号を受信するものであり、前記ＯＦＤＭ信号から制御情報データを抽出する抽出手段と、前記制御情報データを順番に所定ビットずつ保持する保持手段と、前記保持手段に保持されているデータと予め用意されている既知データとの相関を計算する相関手段と、前記相関手段により得られる相関値をフレーム周期で累積的に加算する加算手段と、前記加算手段により得られる累積相関値が予め設定されている閾値を超えたときに、フレーム同期が確立したことを表す同期確立信号を出力する同期検出手段を有する。

この構成によれば、フレーム毎に計算される相関値を累積加算した結果を利用して同期を検出するので、フェージング等で受信電力が一時的に変動しても同期を確立することができる。

本発明のさらに他の態様のＯＦＤＭ受信機は、所定長のフレームに格納された制御情報データを伝送するＯＦＤＭ信号を受信するものであり、前記ＯＦＤＭ信号から制御情報データを抽出する抽出手段と、フレーム毎に前記制御情報データの中の同期データと予め用意されている既知データとの相関を計算する相関手段と、前記相関手段により得られた最新の所定数の相関値を積算する積算手段と、前記積算手段による積算結果が予め設定されている閾値よりも小さくなったときに、フレーム同期が外れたことを表す同期はずれ信号を出力する同期検出手段を有する。

この構成によれば、複数のフレームについての相関値の時間平均を利用して同期をモニタするので、フェージング等で受信電力が一時的に変動しても同期が外れたか否かを精度よく判断できる。

本発明によれば、強いフェージング環境下でもＯＦＤＭ信号に含まれるＤＢＰＳＫ信号を復調できる。また、本発明によれば、強いフェージング環境下でもフレーム同期を精度よく検出できる。

図１は、実施形態のＯＦＤＭ受信機の構成を示す図である。このＯＦＤＭ受信機１は、特に限定されるものではないが、日本の地上波デジタル放送システム（ＩＳＤＢ−Ｔ）において使用される端末装置であるものとする。日本の地上波デジタル放送においては、ＯＦＤＭ信号を利用して、データ信号、分散パイロット信号（ＳＰ：Scattered Pilot ）、付加情報信号（ＡＣ：Auxiliary Channel ）、制御情報信号（ＴＭＣＣ：Transmission and Multiplexing Configuration Control ）などが伝送される。ここで、ＯＦＤＭ信号は
、複数のデータ信号および複数のＴＭＣＣ信号を伝送する。複数のデータ信号は、基本的に、互いに異なる情報を伝送する。一方、複数のＴＭＣＣ信号は、同じ情報を並列に伝送する。そして、これらの信号は、互いに異なる周波数を持つキャリア波を利用して伝送される。

図１に示すＯＦＤＭ受信機１において、受信したＯＦＤＭ信号は、チューナ１１に与えられる。チューナ１１は、受信信号から所望のチャネルの信号を選択し、中間周波数（ＩＦ：Intermediate Frequency）帯の信号に変換して出力する。Ａ／Ｄ変換器１２は、チューナ１１の出力信号をデジタル信号に変換する。このデジタル信号は、直交復調器１３により複素ベースバンド信号に変換される。時間領域信号である複素ベースバンド信号は、ＦＦＴ回路１４により周波数領域信号に変換される。すなわち、ＦＦＴ回路１４により、データ信号、ＳＰ信号、ＡＣ信号、ＴＭＣＣ信号などが抽出される。このとき、ＦＦＴ回路１４は、シンボル単位でＦＦＴ処理を実行する。

データ信号およびＳＰ信号は、等化部１５に与えられる。ＳＰ信号は、送信位相および送信パワーが予め決められている既知信号であり、同期検波および伝送路推定のために使用される。等化部１５は、ＳＰ信号について補間処理を行い、その補間処理の結果を利用してデータ信号を等化する。「等化」とは、伝送路上で発生した位相回転を補正する処理を含む。等化されたデータ信号は、シンボル毎に１ビットまたは複数ビットの２値データに変換され、さらに誤り訂正部１６による訂正処理の後、ＴＳ（Transform Stream）形式で出力される。

ＴＭＣＣ検出部１７は、ＴＭＣＣ信号からＴＭＣＣデータを検出する。ＴＭＣＣ検出部１７の構成および動作については、後で詳しく説明する。ＴＭＣＣ誤り訂正部１８は、ＴＭＣＣデータについて誤り訂正処理を実行する。同期部１９は、ＴＭＣＣデータを利用してフレーム同期を検出する。同期部１９の構成および動作についても、後で詳しく説明する。なお、不図示の制御部は、ＴＭＣＣデータを解析することにより通信方式に係わる制御情報を取得し、その制御情報を利用して受信動作を制御する。

地上波デジタル放送では、上述したように、同じ情報を伝送する複数のＴＭＣＣ信号が並列に送信される。したがって、ＴＭＣＣ検出部１７は、並列に複数のＴＭＣＣデータを検出して出力する。一実施形態において、１セグメント当たり４つの同一のＴＭＣＣ信号が送信される。したがって、１セグメント放送においては、４つのＴＭＣＣ信号が送信され、１３セグメント放送においては、５２個のＴＭＣＣ信号が送信されることになる。

図２は、ＴＭＣＣのデータ構成を示す図である。また、図３は、ＴＭＣＣデータの詳細な構成を示す図である。これらの図面に示すように、１セットのＴＭＣＣデータは、１つのフレームに格納されて伝送される。１フレームは、２０４個のシンボルを伝送する。ここで、ＴＭＣＣデータは、ＤＢＰＳＫで伝送される。したがって、１セットのＴＭＣＣデータのデータ長（すなわち、フレーム長）は、２０４ビットである。そして、各フレームの第１〜第１６番目のシンボルを利用して同期データが伝送される。

ＴＭＣＣ信号は、基本的に、同じＴＭＣＣデータを繰り返し伝送する。ただし、同期データは、「w0＝0011010111101110」または「w1＝1100101000010001」である。そして、フレーム毎に「w0」「w1」が交互に伝送される。なお、「w1」は「w0」の各ビットを反転することにより得られる。また、通信方式に係わる制御情報を変更する場合には、「伝送パラメータ切替え指標」を利用してその旨が送信装置から受信装置に通知される。具体的には、送信装置は、制御情報を変更する際には、まず、各フレームの「伝送パラメータ切替え指標」を「１１１１」から１ずつデクリメントしてゆく。そして、この指標が「０００
０」になると、制御情報が変更される。以降は、再び、同じＴＭＣＣデータ（同期データを除く）が繰り返し伝送される。

次に、実施形態のＯＦＤＭ受信機の動作を詳しく説明する。以下では、まず、ＴＭＣＣデータの各ビットを判定する方法を説明する。ここで「データ判定」とは、受信データが「０」であるのか「１」であるのかを判定することを意味する。続いて、得られたＴＭＣＣデータを利用してフレーム同期を確立する方法を説明する。

＜データ判定＞
図４は、実施形態のデータ判定方法を説明する図である。ここで、データ判定は、ＴＭＣＣ検出部１７において実行される。なお、ＴＭＣＣ検出部１７には、ＦＦＴ回路１４から複数のＴＭＣＣ信号が与えられる。

位相差計算部２１は、順次、各ＴＭＣＣ信号のシンボル間位相差を計算する。即ち、位相差計算部２１は、複数の位相差値（Δφ１、Δφ２、．．．）を出力する。ここで、ＴＭＣＣ信号は、ＤＢＰＳＫ変調信号である。ＤＢＰＳＫでは、連続する２つのシンボル間の位相差は「ゼロ」又は「π」である。例えば、シンボルＮ−１の位相が「θ」であったときに、シンボルＮを利用して「０」を送信する場合には、シンボルＮの位相は「θ」に設定される。一方、シンボルＮ−１の位相が「θ」であったときに、シンボルＮを利用して「１」を送信する場合には、シンボルＮの位相は「θ＋π」に設定される。よって、ＯＦＤＤＭ受信機１は、シンボル間の位相差を検出すれば、送信されたデータを再生することができる。

しかし、一般に、無線信号の位相は、無線伝送路上で変化する。特に、強いフェージング環境下では、無線信号の位相は大きく変化し得る。また、複数のＴＭＣＣ信号のキャリア波の周波数は互いに異なっているので、伝送路上で発生する位相変化量も互いに異なる。よって、位相計算部２１により得られる複数の位相差値は、必ずしも互いに同じではなく、また、各位相差値は必ずしも「ゼロ」又は「π」ではない。

位相差積算部２２は、位相差計算部２１により得られる複数の位相差値を積算する。そして、データ判定部２３は、位相差積算部２２により得られる積算値に基づいて送信データが「０」であるのか「１」であるのかを判定する。

ここで、図５を参照しながら実施形態のデータ判定方法を説明する。なお、この実施例では、１２個のＴＭＣＣ信号が並列に伝送されるものとする。すなわち、１つのシンボルを復調するために１２個の位相差値が位相差積算部２２に与えられる。また、位相差値は「−１０２４」〜「＋１０２４」で表されるものとする。ここで、ＤＢＰＳＫでは、一般に、図１６に示すように、データ判定のための閾値が９０度および２７０度である。したがって、９０度および２７０度がそれぞれ「０」に変換される。また、９０度から２７０度が正の数値を示す領域に対応し、２７０度からゼロ度およびゼロ度から９０度が負の数値を示す領域に対応する。さらに、０度が「−１０２４」に変換され、１８０度が「＋１０２４」に変換される。

この実施例では、位相差計算部２１によって１２個の位相差値「＋２３０」「＋１４０」「−１５０」「−４５０」「−７５０」「−９５０」「−７３０」「−５８０」「−４５０」「−１５０」「＋１３０」「＋２２０」が得られている。したがって、位相差積算部２２による積算値は、「−３４９０」となる。そして、データ判定部２３は、位相差積算部２２による積算値の「符号」に基づいてデータを判定する。ここで、積算値が正であれば「１」と判定され、積算値が負であれば「０」と判定される。よって、図５に示す例では、データは「０」であると判定される。

このように、実施形態のＯＦＤＭ受信機１では、複数の位相差値を積算した結果に基づいてデータが判定される。このとき、各位相差値は、９０度および２７０度を「０」とする数値体系に変換される。よって、積算値の「符号」に基づいてデータを判定できる。また、信頼性の高いＴＭＣＣ信号（すなわち、位相差が「０」または「π」に近いＴＭＣＣ信号）に対して大きなウエイトが与えられるので、データ判定の精度が向上する。

図６は、他の実施形態のデータ判定方法を説明する図である。図４を参照しながら説明した方法では、シンボル毎にデータが判定される。これに対して、図６に示す方法では、各シンボルについての位相差の積算値が複数のフレームに渡って累積的に加算され、その累積値に基づいてデータが判定される。ただし、この方法は、フレーム同期が確立しているときに実行される。

図６において、位相差加算部２４は、シンボル番号毎に、位相差の積算値を複数のフレームに渡って累積的に加算する。このとき、位相差加算部２４は、蓄積部２５から読み出した累積値に対して新たなシンボルについての積算値を加算し、新たな累積値を生成する。蓄積部２５は、位相差加算部２４により計算された新たな累積値を格納する。符号反転部２６は、同期データについてデータ判定を行う場合には、蓄積部２５から読み出される累積値の符号を反転させる。

図７は、蓄積部２５の実施例である。蓄積部２５は、シンボル番号毎に累積値を格納する。シンボル番号は、ここでは、図３に示すＴＭＣＣの各ビットを識別するビット番号に相当する。累積値は、所定ビット長の２値データで表される。よって、累積値がこの２値データで表される数値範囲を超えた場合には、その上位ビットの値のみが格納される。ただし、「符号」は必ず付与される。

図８は、位相差加算部２４の動作を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、新たなシンボルについての位相差値が入力されたときに実行される。なお、上述したように、地上波デジタル放送では複数のＴＭＣＣ信号が伝送されるので、複数の位相差値が入力される。

ステップＳ１では、データ判定を行うべきシンボルを識別するシンボル番号が検出される。シンボル番号（０〜２０３）は、例えば、図１に示す同期部１９から与えられる。なお、ここでは、新たなシンボルが同期データでなかったものとする（すなわち、シンボル番号が１〜１６でなかったものとする）。ステップＳ２では、検出したシンボル番号に対応する先の累積値を蓄積部２５から抽出する。ステップＳ３では、蓄積部２５から読み出した先の累積値に対して、新たな位相差の積算値を加算することにより新たな累積値を生成する。ステップＳ４では、新たな累積値をデータ判定部２３へ出力する。そして、ステップＳ５において、新たな累積値を蓄積部２５に書き込む。

ところで、上述したように、各ＴＭＣＣ信号は、基本的に、同じＴＭＣＣデータを繰り返し伝送する。すなわち、同じシンボル番号のシンボルは、継続的に同じ値（０／１）を伝送する。そして、図６に示す方法は、この特性を利用してデータ判定の精度を高めている。

例えば、図９に示すように、フレームｎ、ｎ＋１、ｎ＋２．．．において、あるシンボル番号のシンボルが連続して「１」を送信するものとする。この場合、各シンボルについて得られる位相差の積算値は「正の値」となる。したがって、それらの積算値の累積結果は、「大きな正の値」となる。ここで、フレームｎ＋３において強いフェージングが発生し、キャリア波の位相が乱れたものとする。この結果、フレームｎ＋３において位相差の
積算値が「負の値」となっている。しかしながら、累積値は、「＋９６（正の値）」である。よって、このシンボルが伝送するデータは、「１」と判定される。

このように、この方法によれば、強いフェージング環境下であっても、送信データを正しく再生することができる。
ただし、ＴＭＣＣデータの第１〜第１６シンボルの同期データは、上述したように、フレーム毎に「w0」「w1」が交互に伝送される。そして、「w1」は「w0」の各ビットを反転することにより得られる。したがって、データ判定すべきシンボルが同期データであった場合には、蓄積部２５から読み出された累積値は、フレーム番号に応じて、その符号が制御される。累積値の符号の制御は、符号反転部２６により実行される。

また、ＴＭＣＣデータの内容が変化する場合には、図６に示す方法を使用することは好ましくない。ここで、通信方式に係わる制御情報を変更する場合には、上述したように、「伝送パラメータ切替え指標」を利用してその旨が送信装置から受信装置に通知される。具体的には、送信装置は、制御情報を変更する際には、まず、各フレームの「伝送パラメータ切替え指標」を「１１１１」から１ずつデクリメントしてゆく。そして、この指標が「００００」になると、制御情報が変更される。よって、ＯＦＤＭ受信機１は、ＴＭＣＣデータを解析し、「伝送パラメータ切替え指標」をモニタすれば、ＴＭＣＣデータの内容の変化が発生するタイミングを検出することができる。

図１０は、フレーム内処理およびフレーム間処理の切替え方法を示すフローチャートである。フレーム内処理は、図４を参照しながら説明したデータ判定方法であり、１つのシンボルについての位相差の積算値に基づいてデータが判定される。一方、フレーム間処理は、図６を参照しながら説明したデータ判定方法であり、複数のフレームから得られる累積値に基づいてデータが判定される。

ステップＳ１１では、フレーム同期が確立しているか否かをチェックする。フレーム同期が確立しているか否かは、図１に示す同期部１９から通知される。そして、フレーム同期が確立していなければ、ステップＳ１４へ進み、フレーム内処理を実行する。

フレーム同期が確立していれば、ステップＳ１２において、ＴＭＣＣ情報が確定しているか否かをチェックする。ＴＭＣＣ情報が確定しているか否かは、例えば、ＴＭＣＣ誤り訂正部１８において判断される。ＴＭＣＣデータに誤りが無ければ、ＴＭＣＣ情報が確定していると判断される。そして、ＴＭＣＣ情報が確定していなければ、ステップＳ１５へ進み、フレーム間処理を実行する。

ＴＭＣＣ情報が確定していた場合は、ステップＳ１３において、「伝送パラメータ切替え指標」が変化した直後であるか否かをチェックする。そして、「伝送パラメータ切替え指標」が変化したときから所定時間が経過するまでの間は、ステップＳ１５においてフレーム間処理を実行し、以降は、ステップＳ１４においてフレーム内処理を実行する。

なお、この実施例では、フレーム間処理は、フレーム同期が確立されている期間において、ＴＭＣＣ情報が変化したときからＴＭＣＣ情報が確定するまでの間だけ実行される。この手順によれば、ＴＭＣＣ情報が変化したときに、誤ったＴＭＣＣ情報を再生してしまうことを回避できる。

このように、図４〜図１０を参照しながら説明した構成および方法によれば、強いフェージング環境したであっても、ＴＭＣＣデータを正しく判定できる。
＜フレーム同期の検出＞
上述のようにして再生されたＴＭＣＣデータは、図１に示す同期部１９に与えられる。
そして、同期部１９は、ＴＭＣＣデータを利用してフレーム同期を検出する。

図１１は、フレーム同期を検出する方法を説明する図である。フレーム同期の検出は、同期部１９により実行される。なお、図１１においては、フレーム同期を検出する処理に必要な要素のみが描かれている。

シフトレジスタ３１は、ＴＭＣＣデータを順番に１６ビットずつ保持する。既知データレジスタ３２には、１組の既知データw0、w1が格納されている。既知データw0、w1は、送信装置においてＴＭＣＣデータの第１〜第１６ビットにフレーム毎に交互に設定される同期データである。セレクタ３３は、１ビットカウンタ３４の出力信号に従って、既知データw0、w1を選択する。すなわち、セレクタ３３は、既知データw0、w1を交互に選択する。

相関部３５は、シンボル時間毎に、セレクタ３３により選択される既知データと、シフトレジスタ３１に保持されている１６ビットデータと間の相関を計算する。このとき、相関部３５は、それら１組のデータが互いに一致したビット数から「８」を差し引いた結果を「相関値」として出力する。そうすると、相関値は、「−８」〜「＋８」の範囲内の値となり、その絶対値が大きいほど相関が高いことを意味する。例えば、あるタイミングにおいてセレクタ３３により「w0：0011010111101110」が選択され、シフトレジスタ３１に保持されている１６ビットデータが「D1：0111010111101100」であったものとすると、第２ビットおよび第１５ビットのみが互いに異なっている。すなわち、１４個のビットが互いに一致している。したがって、この場合、相関値として「６（＝１４−８）」が出力される。

なお、フレーム同期が確立する前の段階では、ＯＦＤＭ受信機１は、新たに受信したフレームの同期データが「w0」または「w1」にいずれであるのかは分からない。ただし、セレクタ３３によっていずれの既知データが選択されたとしても、相関値の絶対値は同じになる。すなわち、上述の１６ビットデータＤ１および既知データw1が相関部３５に与えられると、第２ビットおよび第１５ビットのみが互いに一致している。したがって、この場合、相関値として「−６（＝２−８）」が出力される。

上述の相関処理は、シフトレジスタ３１が保持する１６ビットデータを１ビットずつシフトしながら繰り返し実行される。よって、１フレーム分のＴＭＣＣデータについて相関処理を実行すると、２０４個の相関値が出力されることになる。

シンボルカウンタ４１は、「シンボル番号（０〜２０３）」をサイクリックにカウントする。このシンボル番号は、メモリ４２の格納アドレスを識別する。ここで、シンボルカウンタ４１は、相関部３５が相関計算を始めたことを契機としてカウントアップ動作を開始する。よって、シンボルカウンタ４２から出力されるシンボル番号とＴＭＣＣデータのビット番号とは、通常、一致していない。

メモリ４２には、図１２に示すように、２０４個の相関値（又は、その累積値）が格納される。ここで、例えば、相関部３５による相関計算がＴＭＣＣデータの第３１〜第４６ビットに対して開始されたものとする。そうすると、ＴＭＣＣデータの第３１〜第４６ビットについての相関値に対して「シンボル番号＝０」が割り当てられる。続いて、ＴＭＣＣデータの第３２〜第４７ビットについて相関値が計算されると、その相関値には「シンボル番号＝１」が割り当てられる。これらの相関値は、順次、シンボル番号に対応付けられて、メモリ４２に格納される。以降、同様に、相関値が計算され、メモリ４２に格納される。

加算部４３は、シンボル番号毎に、相関値を累積的に加算する。すなわち、シンボル番
号毎に、メモリ４２から取り出した相関値（または、その累積値）に新たな相関値を加算する。

閾値レジスタ４４は、予め決められている閾値を保持する。比較部４５は、加算部４３により得られる累積相関値と閾値とを比較する。そして、累積相関値が閾値を超えていれば、フレーム同期が検出されたことを表す同期確立信号を出力する。

上記構成の同期部１９において、シフトレジスタ３１にＴＭＣＣデータの同期データが保持されているときに、相関値の絶対値が最大になる。ここで、ＯＦＤＭ受信機１は、新たに受信したフレームの同期データが「w0」または「w1」にいずれであるのかは分からない。ただし、送信装置は、同期データとして「w0」および「w1」を交互に送信し、セレクタ３３は、既知データとして「w0」および「w1」を交互に選択する。よって、あるフレームにおいて既知データと同期データとが互いに一致して相関値として「正の値」が得られれば、以降のフレームにおいても同様に「正の値」が得られる。反対に、あるフレームにおいて既知データと同期データとが互いに反転していて相関値として「負の値」が得られると、以降のフレームにおいても同様に「負の値」が得られる。したがって、累積相関値の絶対値は、新たな相関値が加算されるごとに大きくなっていく。また、各相関値の絶対値は大きいので、相関値を累積的に加算したときに、その絶対値が大きくなる速度は速い。

一方、シフトレジスタ３１に保持されている１６ビットデータが同期データでない場合には、相関値の絶対値は小さくなる。さらに、得られる相関値の符号は、フレーム毎に交互に変化する可能性が高い。したがって、この場合、相関値を累積的に加算しても、その絶対値はさほど大きくならない。少なくとも、相関値の絶対値が大きくなる速度は遅い。

実施形態の同期検出方法では、累積相関値の絶対値が閾値を越えたタイミングがフレーム同期タイミングであると判断し、同期確立信号を出力する。ここで、同期確立信号が出力されたタイミングは、ＴＭＣＣデータの第１６番目のビットが入力されたタイミングを意味する。なお、上記累積相関値の絶対値が所定のモニタ期間以内に閾値を超えなかった場合には、フレーム同期を確立することができないと判断し、同期失敗信号を出力する。この場合、ＯＦＤＭ受信機１の状態を初期化する。これにより、フレーム同期を検出するために不必要に長い時間を費やすことはなくなり、フェージング環境が改善したときに即座に同期を検出できる。

閾値としてある程度小さな値を設定すれば、フェージングの小さい環境下では、モニタ期間よりも短い時間でフレーム同期を検出することができる。例えば、モニタ期間が４フレーム時間であり、閾値が±１５であるものとする。この場合、フェージングの小さい環境下において相関値として「＋８」が連続して得られるものとすると、２つ目のフレームで同期を検出することができる。また、フェージングの大きい環境下において、例えば、相関値として「＋７」「＋６」「＋１」「＋５」が得られれば、累積加算値は「＋１９」となり、４つ目のフレームで同期を検出することができる。なお、同期データ（すなわち、ＴＭＣＣデータの第１〜第１６ビット）がシフトレジスタ３１に保持されているときには、符号が反転するほど（すなわち、８ビット以上のビット誤りが発生するほど）品質が劣化することは考えられないので、強いフェージング環境下であっても、十分にフレーム同期を検出することができる。

図１３は、フレーム同期を検出する処理を示すフローチャートである。この処理は、１シンボル時間毎に繰り返し実行される。
ステップＳ２１では、新しいシンボルの入力を待つ。すなわち、ＴＭＣＣデータの次のビットの入力を待つ。ステップＳ２２では、新たなビットを含む１６ビットデータについ
ての相関値を計算する。ステップＳ２３では、ステップＳ２２で得られた相関値が当該シンボル番号についての最初の相関値であるか否かをチェックする。そして、最初の相関値であれば、ステップＳ２４において、その相関値をメモリ４２の対応するアドレスに書き込む。一方、最初の相関値でなければ（すなわち、同じシンボル番号について先に相関値が計算されていれば）、ステップＳ２５において、メモリ４２の対応するアドレスから相関値（または、その累積値）を読み出す。ステップＳ２６では、メモリ４２から読み出した相関値に、ステップＳ２２で得た新たな相関値を加算する。そして、ステップＳ２７において、その加算結果をメモリ４２の対応するアドレスに書き込む。

ステップＳ２８では、ステップＳ２４またはＳ２７でメモリ４２に書き込んだ相関値と閾値とを比較する。そして、相関値が閾値を超えていれば、ステップＳ３１において、フレーム同期を検出した旨を表す同期確立信号を出力する。一方、相関値が閾値以下であれば、ステップＳ２９において、相関処理を始めてから所定のモニタ時間が経過したか否かをチェックする。モニタ時間は、例えば、数フレーム時間である。そして、モニタ時間が経過していなければ、ステップＳ２１に戻って次のシンボルを待つ。一方、モニタ時間が経過していれば、ステップＳ３０において、フレーム同期を検出が出来ない旨を表す同期失敗信号を出力する。

＜同期はずれの検出＞
同期部１９は、上述のようにしてフレーム同期を検出した後は、その同期が維持されているか否かをモニタする。以下、図１４を参照しながら同期をモニタする方法について説明する。

相関値の計算は、基本的に、図１１を参照しながら説明した通りである。ただし、フレーム同期が確立しているので、ＴＭＣＣデータから同期データを抽出することができる。すなわち、シフトレジスタ３１に同期データが保持されると、そのタイミングでシフトレジスタ３１に保持されている１６ビットデータが相関部３５に送られる。そして、その１６ビットデータと既知データとの相関値が出力される。

相関値レジスタ５１は、最新のｍ個の相関値を保持する。積算値レジスタ５３は、最新のｍ個の相関値の積算値を保持する。加算部５３は、相関部３５から新たな相関値が出力されると、積算値レジスタ５２に保持されている積算値にその新たな相関値を加算する。また、減算部５４は、積算値レジスタ５２に保持されている積算値から、相関値レジスタ５１に保持されている最も古い相関値を減算する。これにより、最新のｍ個の相関値の積算値が計算される。

閾値レジスタ５５には、予め決められた閾値が格納されている。比較部５６は、最新のｍ個の相関値の積算値と閾値とを比較する。そして、その積算値が閾値以上であれば、フレーム同期が維持されているものと判断する。一方、その積算値が閾値よりも小さくなると、フレーム同期がはずれたものと判断し、比較部５６は同期はずれ信号を出力する。

なお、上述のデータ判定機能および同期検出機能は、特に限定されるものではないが、例えば、ＤＳＰにより実現される。これらの機能は、ソフトウェアとハードウェアの組合せにより実現するようにしてもよい。

また、上述の実施例では、日本の地上波デジタル放送システムのＯＦＤＭ信号について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、欧州の地上波デジタル放送であるＤＶＢ−Ｔ、ＤＶＢ−Ｈ等にも適用可能である。ただし、欧州の地上波デジタル放送では、ＴＭＣＣデータに相当する制御情報は、ＴＰＳ（Transmission Parameter Signalling）と呼ばれている。

さらに、上述の実施例では、ＤＢＰＳＫ信号を復調する方法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＤｘＰＳＫ（例えば、ＤＱＰＳＫ）信号を変調する変調器にも適用可能である。

（付記１）
同じ情報を伝送する複数のＤＢＰＳＫ信号を含むＯＦＤＭ信号を受信するＯＦＤＭ受信機であって、
前記ＯＦＤＭ信号から複数のＤＢＰＳＫ信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出された複数のＤＢＰＳＫ信号のそれぞれについてシンボル間の位相差を計算する位相差計算手段と、
前記位相差計算手段により得られる複数の位相差を積算する積算手段と、
前記積算手段により得られる積算結果に基づいて前記ＤＢＰＳＫ信号により伝送されたデータを判定する判定手段と
を有することを特徴とするＯＦＤＭ受信機。

（付記２）
付記１に記載のＯＦＤＭ受信機であって、
前記ＤＢＰＳＫ信号は、地上波デジタル放送システムの制御情報信号である
ことを特徴とするＯＦＤＭ受信機。

（付記３）
付記２に記載のＯＦＤＭ受信機であって、
前記制御情報信号は、ＴＭＣＣ信号である
ことを特徴とするＯＦＤＭ受信機。

（付記４）
付記１に記載のＯＦＤＭ受信機であって、
前記ＤＢＰＳＫ信号は、所定フォーマットのフレームを伝送するものであり、
前記積算手段は、各フレームの対応するシンボルについての積算結果を複数のフレームに渡って累積的に加算し、
前記判定手段は、その累積加算結果に基づいて前記ＤＢＰＳＫ信号により伝送されたデータを判定する
ことを特徴とするＯＦＤＭ受信機。

（付記５）
付記４に記載のＯＦＤＭ受信機であって、
前記積算手段は、フレーム同期が確立している場合に、複数のフレームに渡って積算結果を累積的に加算する
ことを特徴とするＯＦＤＭ受信機。

（付記６）
付記４に記載のＯＦＤＭ受信機であって、
前記加算手段は、フレームに格納されている情報が変化した後の所定期間は、複数のフレームに渡って積算結果を累積的に加算する
ことを特徴とするＯＦＤＭ受信機。

（付記７）
付記１に記載のＯＦＤＭ受信機であって、
前記位相差は、９０度および２７０度がそれぞれゼロに対応し、９０度から２７０度が
正の数値領域に対応し、２７０度からゼロ度およびゼロ度から９０度が負の数値領域に対応し、前記正の数値領域においては１８０度に対応する数値の絶対値が最大となり、前記負の数値領域においてはゼロ度に対応する数値の絶対値が最大となる数値体系、を用いて表される
ことを特徴とするＯＦＤＭ受信機。

（付記８）
所定長のフレームに格納された制御情報データを伝送するＯＦＤＭ信号を受信するＯＦＤＭ受信機であって、
前記ＯＦＤＭ信号から制御情報データを抽出する抽出手段と、
前記制御情報データを順番に所定ビットずつ保持する保持手段と、
前記保持手段に保持されているデータと予め用意されている既知データとの相関を計算する相関手段と、
前記相関手段により得られる相関値をフレーム周期で累積的に加算する加算手段と、
前記加算手段により得られる累積相関値が予め設定されている閾値を超えたときに、フレーム同期が確立したことを表す同期確立信号を出力する同期検出手段と
を有することを特徴とするＯＦＤＭ受信機。

（付記９）
付記８に記載のＯＦＤＭ受信機であって、
前記同期検出手段は、前記累積相関値が所定時間内に前記閾値を超えなかったときは、同期失敗を表す同期失敗信号を出力する
ことを特徴とするＯＦＤＭ受信機。

（付記１０）
付記８に記載のＯＦＤＭ受信機であって、
前記加算手段は、フレームを構成する各ビットについての累積相関値をそれぞれ格納するメモリを備え、新たな相関値が計算される毎にそのメモリに格納されている対応する累積相関値にその新たな相関値を加える
ことを特徴とするＯＦＤＭ受信機。

（付記１１）
所定長のフレームに格納された制御情報データを伝送するＯＦＤＭ信号を受信するＯＦＤＭ受信機であって、
前記ＯＦＤＭ信号から制御情報データを抽出する抽出手段と、
フレーム毎に、前記制御情報データの中の同期データと予め用意されている既知データとの相関を計算する相関手段と、
前記相関手段により得られた最新の所定数の相関値を積算する積算手段と、
前記積算手段による積算結果が予め設定されている閾値よりも小さくなったときに、フレーム同期が外れたことを表す同期はずれ信号を出力する同期検出手段と
を有することを特徴とするＯＦＤＭ受信機。

（付記１２）
付記１１に記載のＯＦＤＭ受信機であって、
前記積算手段は、前記所定数の相関値を順番に保持するシフトレジスタを備え、前回の積算結果から前記シフトレジスタに保持されている最も古い相関値を減算し、さらに前記相関手段により新たに得られる相関値を加算する
ことを特徴とするＯＦＤＭ受信機。

実施形態のＯＦＤＭ受信機の構成を示す図である。 ＴＭＣＣのデータ構成を示す図である。 ＴＭＣＣデータの詳細な構成を示す図である。 実施形態のデータ判定方法を説明する図である。 実施形態におけるデータ判定の実施例である。 他の実施形態のデータ判定方法を説明する図である。 蓄積部の実施例である。 位相差加算部の動作を示すフローチャートである。 図６に示す方法の効果を説明する図である。 フレーム内処理およびフレーム間処理の切替え方法を示すフローチャートである。 フレーム同期を検出する方法を説明する図である。 同期部が参照するメモリの実施例である。 フレーム同期を検出する処理を示すフローチャートである。 同期をモニタする方法について説明する図である。 従来のデータ判定方法を説明する図である。 従来技術によるデータ判定の例である。 従来のフレーム同期検出方法を説明する図である。

符号の説明

１ ＯＦＤＭ受信機
１４ ＦＦＴ回路
１７ ＴＭＣＣ検出部
１８ ＴＭＣＣ誤り訂正部
１９ 同期部
２１ 位相差計算部
２２ 位相差積算部
２３ データ判定部
２４ 位相差加算部
２５ 蓄積部
２６ 符号反転部
３１ シフトレジスタ
３２ 既知データレジスタ
３３ セレクタ
３４ １ビットカウンタ
３５ 相関部
４１ シンボルカウンタ
４２ メモリ
４３ 加算部
４４ 閾値レジスタ
４５ 比較部
５１ 相関値レジスタ
５２ 積算値レジスタ
５３ 加算部
５４ 減算部
５５ 閾値レジスタ
５６ 比較部

Claims (2)

1. 同じ情報を伝送する複数のＤＢＰＳＫ信号を含むＯＦＤＭ信号を受信するＯＦＤＭ受信機であって、
   前記ＯＦＤＭ信号から複数のシンボルを含む所定フォーマットの複数のフレームを有する前記複数のＤＢＰＳＫ信号を抽出する抽出手段と、
   前記抽出された複数のＤＢＰＳＫ信号のそれぞれについて各フレーム内の前記複数のシンボル間の位相差を計算する位相差計算手段と、
   前記抽出された複数のＤＢＰＳＫ信号のそれぞれについて前記位相差計算手段により得られる複数の位相差を前記フレーム毎に積算し、前記フレーム毎の積算結果を前記複数のフレームに渡って累積的に加算する積算手段と、
   前記積算手段が前記複数のフレームに渡って累積的に加算することにより得られる累積加算結果に基づいて前記抽出された複数のＤＢＰＳＫ信号によりそれぞれ伝送されたデータを判定する判定手段と
   を有し、
   前記位相差計算手段は、９０度および２７０度がそれぞれゼロに対応し、９０度から２７０度が正の数値領域に対応し、２７０度からゼロ度およびゼロ度から９０度が負の数値領域に対応し、前記正の数値領域においては１８０度に対応する数値の絶対値が最大となり、前記負の数値領域においてはゼロ度に対応する数値の絶対値が最大となる数値体系を用いて前記位相差を表す
   ことを特徴とするＯＦＤＭ受信機。
2. 同じ情報を伝送する複数のＤＢＰＳＫ信号を含むＯＦＤＭ信号で伝送されているデータの判定方法であって、
   前記ＯＦＤＭ信号から複数のシンボルを含む所定フォーマットの複数のフレームを有する前記複数のＤＢＰＳＫ信号を抽出し、
   前記抽出された複数のＤＢＰＳＫ信号のそれぞれについて各フレーム内の前記複数のシンボル間の位相差を計算し、
   前記抽出された複数のＤＢＰＳＫ信号のそれぞれについて計算された前記各フレーム内の前記複数のシンボル間の位相差を前記フレーム毎に積算し、
   前記フレーム毎の積算結果を前記複数のフレームに渡って累積的に加算し、
   前記複数のフレームに渡って累積的に加算した結果に基づいて前記抽出された複数のＤＢＰＳＫ信号によりそれぞれ伝送されたデータを判定し、
   前記位相差の計算では、９０度および２７０度がそれぞれゼロに対応し、９０度から２７０度が正の数値領域に対応し、２７０度からゼロ度およびゼロ度から９０度が負の数値領域に対応し、前記正の数値領域においては１８０度に対応する数値の絶対値が最大となり、前記負の数値領域においてはゼロ度に対応する数値の絶対値が最大となる数値体系を用いて前記位相差を表す
   ことを特徴とするデータ判定方法。