JP4688299B2 - 信号処理方法および信号等化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＶレシーバ等で処理可能なイメージを表す信号を適応的にチャネル等化する信号処理方法および信号等化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル情報をシンボルの形で搬送する変調信号からデータを再生するには、レシーバは通常３つの機能を必要とする。第１の機能はシンボル同期化のためのタイミング再生機能であり、第２の機能は搬送波再生機能（ベースバンドへの周波数の復調機能）であり、第３の機能はチャネル等化機能である。
【０００３】
タイミング再生はレシーバのクロック（タイムベース）がトランスミッタのクロックに同期化されるプロセスである。これによって、受信信号が適時にサンプリングされ、受信シンボル値を決定指示する処理と関係付けをしたスライシングエラー（slicing error）を軽減することができる。
【０００４】
搬送波再生は、受信ＲＦ信号がより低いＩＦ（intermediate frequency）通過帯域（たとえば、ベースバンド近傍）にダウンコンバートされた後、ベースバンドに周波数シフトされ、変調ベースバンド情報の再生を可能にするプロセスである。
【０００５】
多くのデジタルデータ通信システムは、適応等化を使用して、変化するチャネル条件と、信号伝送チャネルの妨害によるひずみ効果を補償する。等化プロセスは伝送チャネルの伝達関数を概算し、伝達関数の逆関数を受信信号に適用してひずみ効果を低減または除去する。チャネル等化は典型的には伝送チャネルの周波数依存時間変数応答から生じる振幅のひずみと位相のひずみを除去するフィルタを使用し、これによって、たとえば、改良されたシンボル決定機能を提供する。等化は、伝送チャネルの低域フィルタリング効果を含む伝送チャネル妨害に起因するベースバンドＩＳＩ（intersymbol interference）を除去する。ＩＳＩがあると、所定のシンボルの値が進んだシンボルの値と遅れたシンボルの値とによってゆがめられる。ＩＳＩは本質的にはシンボル「ゴースト」を表している。というのは、ＩＳＩは、所定の決定領域内の規準シンボルの位置に対して進んだシンボルか遅れたシンボルを含むからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
適応型イコライザは本質的にチャネルのひずみを補償する適応応答を伴うデジタルフィルタである。幾つかの周知のアルゴリズムは、このようなフィルタを収束させるため、フィルタ係数を適応させ、よって、フィルタ応答を適応させるために利用可能である。イコライザ係数を収束するプロセスでは、典型的には、より大きなステップサイズは、最初の適応段階で係数がより速く収束することを可能にするために使用され、他方、小さなステップサイズの変化は係数の値が急速に変化することを防ぐために別の時に使用される。本発明は、このようなステップサイズの変化を効率的に使用することをサポートするプロセスに関する。
【０００７】
本発明の目的は、ＴＶレシーバ等で処理可能なイメージを表す信号を適応的にチャネル等化できる信号処理方法および信号等化方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の原理によれば、適応等化の容易化は、適応プロセスで、イコライザフィルタ係数ステップサイズを、パケットエラー率の関数、例えば、ＦＥＣエラー検出訂正ネットワークの出力によって証明可能な関数として、動的に変化させることにより行われる。
【０００９】
本発明の信号処理方法は、イメージを表すデータストリームであって、データパケットを含む変調信号を含むデータストリームを含む受信された信号を処理するシステムの信号処理方法において、前記受信された信号を復調するステップと、前記復調により得られた信号を適応的に等化するステップと、前記等化により得られた信号をエラー検出して、前記等化された信号内のパケットエラーを検出するステップと、前記等化するステップの間に、前記検出したパケットエラーの関数としてフィルタ係数ステップ値を調節するステップとを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の信号等化方法は、イメージを表すデータストリームであって、データパケットを含むデータストリームを含む受信された信号を処理するシステムの信号等化方法において、デフォルトの係数ステップサイズでイコライザを初期化する初期化ステップと、パケットエラーの量を決定する決定ステップと、決定したパケットエラーの量が予め定めたレベルを超えていない場合に最初のステップサイズを保持する保持ステップと、前記決定したパケットエラーの量が予め定めたレベルを超えている場合に係数ステップサイズを低減する低減ステップと、該低減ステップで係数ステップサイズを低減した後、パケットエラーの量が増加しているかどうかを判定する判定ステップと、該判定ステップでパケットエラーの量が増加していると判定した場合に、係数ステップサイズをデフォルトの係数ステップサイズに戻すステップとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
図１を説明する。図１において、地上波放送ＨＤＴＶ（high difinition television）アナログ入力信号は、ＲＦ（radio frequency）同調回路を含む入力ネットワーク１４と、ＩＦ通過帯域出力信号を生成するＩＦプロセッサ１６と、適正なＡＧＣ（automatic gain control）回路により処理される。
【００１３】
本実施の形態では、受信信号は、米国で採用されているＡＴＳＣ地上波放送標準にしたがった搬送波抑圧マルチレベル８ＶＳＢ変調信号である。図を簡単にするために、図１の機能ブロックをクロックするためのタイミング信号は図示していない。
【００１４】
ＩＦプロセッサ１６からの通過帯域ＩＦ出力信号は、Ａ／Ｄ（analog to digital）コンバータ１９によってデジタルシンボルデータストリームに変換される。Ａ／Ｄコンバータ１９からのデジタルシンボルデータストリームは、復調・搬送波再生ネットワーク２２によってベースバンドに復調される。この復調は、受信されたＶＳＢデータストリームにある小さな基準パイロット搬送波に応答して、ＰＬＬ（phase locked loop）によって行われる。復調・搬送波再生ネットワーク２２は出力Ｉフェーズ復調シンボルデータストリームを生成する。復調・搬送波再生ネットワーク２２は、復調器として、Grand Allianceシステム仕様に記述されたタイプの復調器か、あるいは、米国特許出願09/140,257号（１９９８年８月２６日出願、発明者：T.J.Wang）に記載の復調器を含むことができる。
【００１５】
Ａ／Ｄコンバータ１９には、セグメント同期・シンボルクロック再生ネットワーク２４が関係付けしてある。セグメント同期・シンボルクロック再生ネットワーク２４は受信されたランダムデータから各データフレームの反復データセグメント同期コンポーネントを再生する。このセグメント同期は、適正に位相同期化されたクロック、例えば、10.76Msymbols/secを再生成するために使用され、このクロックはＡ／Ｄ（analog to digital）コンバータ１９によるデータストリームシンボルサンプリングを制御するために使用される。
【００１６】
フィールド同期検出器２８はデータフィールド同期コンポーネントを検出してフィールド同期化するものであり、データフィールド同期コンポーネントの検出は、受信された各データセグメントを、レシーバ内のメモリにストアされている理想的なフィールド基準信号と比較することにより行われる。ＮＴＳＣ同一チャネル干渉検出および拒否は、ＮＴＳＣ同一チャネル干渉検出器３０によって行なわれる。その後、当該信号は本発明の原理により動作するチャネルイコライザ３４によって適応的に等化される。このことは後程説明する。チャネルイコライザ３４は、幾つかのタイプ、例えば、ATSC HDTVシステム仕様に記述されているタイプや、W. Bretl et al., "VSB Modem Subsystem Design for Grand Alliance Digital Television Receivers," IEEE Transactions on Consumer Electronics, August 1995に記述されているタイプのうちのいずれかのタイプでもよい。
【００１７】
チャネルイコライザ３４はチャネルひずみを訂正するが、位相ノイズによりシンボルコンステレーションがランダムに回転する。位相トラッキングネットワーク３６は、チャネルイコライザ３４からの信号にある残留位相とゲインノイズを除去するとともに、パイロット信号に応答して前段の搬送波再生ネットワークによって除去されなかった位相ノイズも除去する。信号獲得が開始すると、適応型チャネルイコライザ３４は、ＣＭＡ（constant modulus algorithm）のような周知のブラインド等化アルゴリズム（blind qualization algorithm）を用いて、ブラインドモードで動作する。一定時間、例えば５０ｍｓが経過した後は、チャネルイコライザ３４の出力は、チャネルイコライザ３４が定常状態決定指示モード（steady state decision-directed mode）で動作できるだけの出力になっていると考えられる。
【００１８】
チャネルイコライザ３４からの位相訂正された信号は、トレリス（trellis）デコーダ４０によってトレリス復号化され、ついで、データデインタリーバ４２によってデインタリーブされる。トレリスデコーダ４０からのデータパケットは、ＦＥＣ（forward error correcting）ユニットとしてのReed-Solomonデコーダ４４によってエラー検出され訂正される。Reed-Solomonデコーダ４４からのエラー訂正されたパケットは、周知の手順で、デスクランブラ４６によってデスクランブル（デランダム）される。マイクロコントローラ６０は本システムの他の構成要素に適正なタイミング制御信号とクロック信号を供給し、本システムのネットワークの間でデータ通信リンクとして機能する。Reed-Solomonデコーダ４４とマイクロコントローラ６０は、協働して、本発明の原理にしたがってチャネルイコライザ３４の動作を制御する。このことは後程説明する。その後、復号化されたデータストリームは、オーディオ・ビデオ・表示プロセッサ５０により、音声処理され、ビデオ処理され、表示処理される。
【００１９】
本発明の原理によれば、係数更新処理中のイコライザフィルタ係数のステップサイズは、Reed-Solomonデコーダ４４の出力における測定によって決定されたようなパケットエラー率の関数として変化する。この測定は、訂正できない程のエラーがパケットに何時含まれるか知っている周知のＦＥＣアルゴリズムにしたがって、Reed-Solomonデコーダ４４内で行われる。信号獲得時に一度決定され設定されたステップサイズは、次の信号獲得時まで保持される。パケットエラー率はマイクロコントローラ６０によって監視される。パケットエラー率はシステム性能の直接的で正確な尺度であるから、ステップサイズの変化による結果が許容できるか否か（パケットエラー率が高いか低いか）という累積的な尺度として使用してもよいことは当然である。このステップサイズの変化は、チャネルイコライザ３４の動作モードに関係なく、すなわち、ブラインド動作モードであっても決定指示モードであっても生じる。ステップサイズを変化させることにより、チャネルイコライザ３４がブラインド動作モードから決定指示動作モードへ切り換わる助けとなることができる。
【００２０】
チャネルイコライザ３４のステップサイズを変化させることにより、ダイナミックマルチパス（ゴースト）トラッキング性能とトレードオフして、フィルタ係数のランダムな不正確さだけ、ノイズコントリビューション（noise contribution）を低減させることができる。ステップサイズが大きくなるほど、フィルタ係数がより速く変化し、フィルタがダイナミックに変化するマルチパス状態に、より速く適応することができる。ステップサイズが小さい場合は、フィルタ係数が急速に変化することを防止できる。よって、公称値あたりのフィルタ係数のランダムな変動によるノイズレベルが低減される。これは、変化する信号が損傷（impairment）するため、このような状況でしばしば動作しなければならない地上波放送ＨＤＴＶ信号レシーバにとって、特に有利である。
【００２１】
この地上波放送ＨＤＴＶ信号レシーバの性能が制限される要因として、熱に起因する白色ノイズまたはスタチックマルチパスが含まれることがある。その他、地上波放送ＨＤＴＶ信号レシーバの性能が制限される要因として、ダイナミックマルチパスが含まれることがある。白色ノイズおよびスタチックマルチパスの状況において、定常動作状態に達成している場合には、フィルタ係数は急速に適応する必要がないので、ステップサイズは小さくてよい。ダイナミック動作状態では、フィルタ係数は変化するマルチパスパラメータに急速に適応する必要がある。本システムは、典型的に期待される信号状態に対して選択された最初のステップサイズに対して、ＦＥＣ検出装置の出力において、適正な間隔でパケットエラーの測定を行うことによって、これらの点に取り組んでいる。測定されたエラー率が許容閾値を超える場合、異なるステップサイズが設定され、別のパケットエラー測定が同じ時間間隔で行われる。例えば、大きなステップサイズが最初に使用された場合は、第２の測定では、より小さなステップサイズが使用されることになる。計２回の測定が終わると、適正に調整され使用可能な信号が存在する限り、より小さなエラー率を生成するステップサイズ（コントローラ６０によって決定される）が使用される。このステップサイズは次の信号獲得時まで保持され、次の信号獲得時に、ステップサイズの選択プロセスが繰り返される。
【００２２】
このプロセスは特定のシステムの要件に適合するように合わせることができる。例えば、最初のステップサイズを変更した後、エラーがより少なくなる場合がある。このような場合、所定のシステムで可能である場合は、さらなるステップサイズの低減を試みることができる。第１のステップサイズを低減した後、実質的に同程度のパケットエラーがあった場合、タイブレーカルール（tie-breaker rule）が使用されることがある。このような場合、本システムはトラッキングの質を保持するため、より大きなステップサイズを使用することになる。しかし、システムの要件にしたがって、より小さなステップサイズが望ましいような場合は、異なるシステムではより小さなステップサイズを使用することもある。
【００２３】
より具体的には、イコライザ係数ステップサイズは図２のフローチャートを参照して説明される方法にしたがって確立される。信号獲得時に、マイクロコントローラ６０はデフォルトのステップサイズでチャネルイコライザ３４の動作を初期化する（ステップ１）。このデフォルトのステップサイズはこの例では信号獲得時に通常期待される信号状態に基づくものである。そして、予め定めた約１秒の遅延（ステップ２）の後、マイクロコントローラ６０はReed-Solomonデコーダ４４にケリー（query）し、累積されたパケットエラーの数を決定する（ステップ３）。この１秒の遅延は公称の遅延である。他の遅延も、特定のシステムの要件にしたがって使用される場合がある。
【００２４】
パケットエラーの数が、経験的に決定されたようなビジビリティ（visibility）の閾値を超えていない場合には（ステップ４）、現在のイコライザ係数ステップサイズを保持する（ステップ５）。その後、プロセスは次の信号獲得時（ステップ１０）まで停止する（ステップ９）。
【００２５】
他方、パケットエラーの数がビジビリティの閾値を超えた場合には（ステップ４）、コントローラ６０はチャネルイコライザ３４に対して、係数のステップサイズを低減するように命令する（ステップ５）。そして、予め定めた遅延の後（ステップ６）、マイクロコントローラはReed-Solomonデコーダ４４にケリーし、パケットエラーが増加したかどうかを判定する（ステップ７）。パケットエラーの数が増加している場合には、コントローラ６０はチャネルイコライザ３４のステップサイズをデフォルトのステップサイズに戻す（ステップ８）。他方、増加していない場合は、低減されたステップサイズを保持する。ついで、プロセスは次の信号獲得時（ステップ１０）まで停止する（ステップ９）。
【００２６】
このプロセスは特定のシステムの要件に適合するように整えることができる。例えば、ステップ７は、パケットエラーの数が増加もしないが、変化もしないと判定することができ、あるいは、パケットエラーの数が減少したと判定することもできる。ステップ７でパケットエラーが減少している場合、可能であれば、さらにステップサイズの低減が試みられる場合がある（すなわち、最小ステップサイズの限界に達していない場合）。ステップ７でパケットエラーが変化しない場合、所定のシステムは予め定めたルールを使用して、より大きなステップサイズか、より小さなステップサイズを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理による適応型イコライザを含むＨＤＴＶレシーバの一部を示すブロック図である。
【図２】図１の適応型イコライザの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１４ 入力ネットワーク
１６ ＩＦプロセッサ
１９ Ａ／Ｄコンバータ
２２ 復調・搬送波再生ネットワーク
２４ セグメント同期・シンボルクロック再生ネットワーク
２８ フィールド同期検出器
３０ ＮＴＳＣ同一チャネル干渉検出器
３４ チャネルイコライザ
３６ 位相トラッキングネットワーク
４０ トレリスデコーダ
４２ データデインタリーバ
４４ エラー訂正装置
４６ デスクランブラ
５０ オーディオ・ビデオ・表示プロセッサ
６０ マイクロコントローラ

Claims (9)

1. イメージを表すデータストリームであって、データパケットを含む変調信号を含むデータストリームを含む受信された信号を処理するシステムで、信号処理をする方法において、
   前記受信された信号を復調して復調信号を生成するステップと、
   前記復調された信号を、初期フィルタ係数ステップ値を使用して適応的に等化して等化された信号を生成するステップと、
   前記等化された信号をエラー検出して、前記等化された信号内のパケットエラーを検出するステップと、
   前記等化するステップの間に、前記検出したパケットエラーの関数として前記初期フィルタ係数ステップ値を調整するステップと、
   前記調整するステップの後に、パケットエラーの量が増加すれば、
   前記調整されたフィルタ係数ステップ値を修正して、前記初期フィルタ係数ステップ値を反映させるステップ、または
   前記調整するステップの方向とは逆の方向に、前記調整されたフィルタ係数ステップ値を修正するステップ
   の少なくとも１つを実行するステップと
   を備えることを特徴とする方法。
2. 前記受信された信号は、マルチプルレベルのシンボルコンステレーションによって表されるＨＤビデオ情報を含むＶＳＢ変調された信号であり、
   前記データは、連続するデータフレームにより構成されるデータフレームフォーマットを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記エラーを検出するステップは、リードソロモンエラー検出し、前記等化された信号を訂正することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. イメージを表すデータストリームであって、データパケットを含むデータストリームを含む受信された信号を処理するシステムで、信号を等化する方法において、
   デフォルトの係数ステップサイズでイコライザを初期化するステップと、
   パケットエラーの量を決定するステップと、
   決定したパケットエラーの量が予め定めたレベルを超えていない場合に、最初のステップサイズを保持するステップと、
   前記決定したパケットエラーの量が予め定めたレベルを超えている場合に、係数ステップサイズを低減するステップと、
   低減する前記ステップで係数ステップサイズを低減した後、パケットエラーの量が増加したかどうかを判定するステップと、
   低減する前記ステップで係数ステップサイズを低減した後、判定する前記ステップでパケットエラーの量が増加したと判定した場合に、係数ステップサイズをデフォルトの係数ステップサイズに戻すステップと
   を備えることを特徴とする方法。
5. 決定する前記ステップは、リードソロモンＦＥＣ検出装置の動作に関係付けられたパケットエラーの量を決定するステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記ステップ全体において、
   パケットエラーの量を判定するステップと、
   決定した前記パケットエラーの量が予め定めたレベルを超えている場合に、第１の方向においてイコライザの係数ステップサイズを変更するステップと、
   変更する前記ステップにおいて係数ステップサイズを変更した後で、前記パケットエラーの量が増加したかどうかを判定するステップと、
   変更する前記ステップにおいて前記係数ステップサイズを変更した後、前記パケットエラーの量が増加していた場合に、前記第１の方向の逆の第２の方向において前記係数ステップサイズを変更するステップと
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記パケットエラーの量が変更されていない場合に、より大きい係数ステップサイズまたはより小さい係数ステップサイズを使用するための予め定めたルールを実行するステップをさらに備え、前記予め定めたルールは前記システムの要件に合わせられていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
8. エラーを検出する前記ステップは、フォワードエラー訂正（ＦＥＣ）ネットワークを使用してデータパケットからのデータをエラー検出することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記検出したパケットエラーの関数として前記初期フィルタ係数ステップ値を調整する前記ステップは、前記検出されたパケットエラーが予め定められたレベルより大きい時に起こることを特徴とする請求項１に記載の方法。

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