JP4142425B2

JP4142425B2 - Ｏｆｄｍ伝送システムの受信障害原因判定装置及び受信障害原因判定方法

Info

Publication number: JP4142425B2
Application number: JP2002366810A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　　誠; 昌之石田; 直紀岡田
Original assignee: Nippon Television Network Corp
Current assignee: Nippon Television Network Corp
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: JP2004201003A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地上波デジタル放送等のＯＦＤＭ（orthogonal Frequency Division Multiplex：直交周波数分割多重）方式を採用した伝送システムに用いられ、ＯＦＤＭ伝送波の受信側で受信信号に生じる受信障害の原因を判別する受信障害原因判別装置とその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、運用開始予定の地上波デジタル放送では、ＯＦＤＭ方式の採用が決定されている。この放送システムは、アナログ放送とのサイマルで導入されるため、各チャンネルの置局状況が複雑化し、ＳＦＮ（Single Frequency Network）難視の問題など、受信障害が各地に発生することが予想される。このため、受信箇所での受信品質を的確に把握することが不可欠となる。
【０００３】
従来のアナログ放送の場合には、受信品質の劣化（伝送路劣化）の度合いは、映像信号や音声信号の劣化の度合いを視覚的、聴覚的に確認することによって行うことができた。ところが、デジタル放送の場合には、受信安定度を視覚的に判断することができず、また受信障害が発生した場合の原因究明が難しい。従って、受信障害の対策を行う場合にも、試行錯誤的な処置をとらざるを得ず、多くの時間を要することが予想される。
【０００４】
また、局間伝送、ＦＰＵ（Field Pickup Unit）伝送においてもＯＦＤＭ方式によるデジタル化が進められているが、これらの伝送システムでも受信障害に対する問題解決が急務となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、ＯＦＤＭ伝送システムにおいて、従来では受信障害が発生した場合の原因究明が難しく、受信障害の対策に多くの時間を要することが懸念されている。
【０００６】
本発明は上記の事情を考慮し、受信障害が発生した原因を比較的短時間に且つ確実に判別することのできるＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別装置とその方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、地上波デジタル放送システムに用いられ、受信側で受信信号に生じる受信障害原因を判別する受信障害原因判別装置であって、前記受信信号から周波数領域信号を復調する復調手段と、この復調手段で復調された周波数領域信号について障害を受けている領域を判別しその特徴パターンを抽出するパターン抽出手段と、予め予想される複数の受信障害原因それぞれについて、前記パターン抽出手段のパターン抽出と同じ処理を行って得られる特徴パターンを受信障害原因と対応付けて格納するデータベースと、前記パターン抽出手段で得られた特徴パターンを前記データベース内の特徴パターンと比較し、近似する特徴パターンを抽出することで受信障害原因を判別する判別手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
前記パターン抽出手段は、前記地上波デジタル放送の放送波の変調方式別、符号化方法別にパターン化することを特徴とする。
【０００９】
また、前記判別手段は、前記受信信号の所要入力電力と所要Ｃ／Ｎのマージン量を判断材料とすることを特徴とする。
【００１０】
前記判別手段は、前記受信障害原因の判別として周波数選択性妨害を含むことを特徴とする。前記周波数選択性妨害としては、アナログ放送波の同一チャンネル妨害、隣接チャンネル妨害、デジタル放送波の同一チャンネル妨害、隣接チャンネル妨害が考えられる。
【００１１】
さらに、受信信号の時間方向の変動を確認してインパルス性のノイズ発生を判別するインパルス性ノイズ判別手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
さらに、前記受信信号の遅延プロファイル情報を作成する遅延プロファイル作成手段を備え、前記判別手段は、前記遅延プロファイル情報を参照して原因特定の指標とすることを特徴とする。
【００１３】
前記パターン抽出手段は、復調された各サブキャリアの信号を２値化し、妨害を受けている周波数領域を区別することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
尚、以下に説明する地上波デジタル放送システムでは、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex：直交周波数分割多重）方式を採用し、ＴＭＣＣ（Transmission and Multiplexing Configuration Control）領域に変調方式、符号化率等の伝送パラメータ値がモード情報として付加されている。
【００１６】
図１は本発明に係る受信障害判別装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。図１において、デジタル放送波を受けた受信アンテナ１１の受信信号は、チューナ１２で選局チャンネルに合わせてベースバンドＯＦＤＭ信号に周波数変換された後、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）・ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理回路１３でデジタル処理により時間領域の信号から周波数領域の信号に変換されて復調出力される。この復調信号は、等化回路１４の位相・振幅の等化処理、誤り訂正・復号回路１５の誤り訂正処理及び復号処理が施されて元の放送信号に戻された後、デコーダ１６で映像・音声信号にデコードされ、モニタ装置１７にて再生処理される。
【００１７】
一方、パターン抽出回路１８には、上記Ａ／Ｄ・ＦＦＴ処理回路１３で復調された周波数領域信号（サブキャリアデータ）、等化回路１４の等化出力、誤り訂正・復号回路１５で得られる訂正を受けた周波数情報が供給される。このパターン抽出回路１８は、入力される信号の多値化、分散の度合いの検出、誤り訂正を受けた周波数の分布作成等を行い、その中で障害を受けている領域を区別して特徴パターンを抽出する。このとき、復調信号中のＴＭＣＣからモード情報を再生し、このモード情報に含まれる伝送パラメータ値から変調方式及び符号化率を判別し、この判別結果を特徴パターンと共にパターン比較回路１９に送る。
【００１８】
一方、パターンデータベース２０には、予め予想される複数の受信障害原因それぞれについて、前記パターン抽出回路１８のパターン抽出と同じ処理を行って得られる特徴パターンが受信障害原因と対応付けられて、変調方式別、符号化率別に格納される。パターン比較回路１９は、パターン抽出回路１８で判別された変調方式、符号化率からデータベース２０に格納されるパターン群を選別し、その中から入力特徴パターンと同じまたは類似のパターンを検出し（いわゆるパターンマッチング）、そのパターンの受信障害原因を判別する。この判別結果は障害判定表示装置２１に適宜表示される。
【００１９】
また、上記パターン抽出回路１８で得られた特徴パターンは、インパルス性ノイズ判定回路２２に供給される。このインパルス性ノイズ判定回路２２は、入力された特徴パターンを遅延回路２２１で１または複数のＯＦＤＭシンボル分遅延し、比較回路２２２で遅延前後のパターン比較を行い、両者が異なっている場合にはインパルス性ノイズが原因と判定し、一致している場合にはインパルス性ノイズの影響ではないと判定する。この判定結果は上記障害判定表示装置２１に送られ、適宜表示される。
【００２０】
また、上記Ａ／Ｄ・ＦＦＴ処理回路１３で得られる各サブキャリアの入力レベルは障害判定表示装置２１に送られる。障害判定表示装置２１では、各サブキャリアの入力レベルから所要入力電力、所要Ｃ／Ｎのマージンを判別し、適宜表示する。
【００２１】
また、上記Ａ／Ｄ・ＦＦＴ処理回路１３で得られる復調信号は遅延プロファイル作成装置２３に送られ、ここで遅延プロファイルが作成される。この遅延プロファイルは、マルチパス等の伝送路特性を評価したもので、その結果は障害判定表示装置２１に送られ、各種障害原因判別の指標として表示される。
【００２２】
上記構成において、以下、図２乃至図４を参照して、障害原因別に処理動作を説明する。
【００２３】
図２（ａ）は、デジタルＴＶ放送の受信チャンネルにアナログＴＶ放送チャンネルが重なって、同一チャンネル妨害が生じた場合を示している。すなわち、アナログ放送波には、映像搬送波、色副搬送波、音声搬送波に強いピークを有している。このため、デジタル放送波の受信チャンネルで得た復調信号（周波数領域信号）をパターン抽出回路１８で多値化し、障害発生領域を判別してみると、例えば図２（ｂ）に示すような特徴パターンが得られる（ここではＱＰＳＫ２値化パターンを示している）。この特徴パターンを予めデータベース２０に格納しておく。パターン比較回路１９では、パターンマッチングで図２（ｂ）に示す特徴パターンが抽出された場合には、アナログ同一チャンネル妨害と判定する。この判定結果は障害判定表示装置２１にて表示される。
【００２４】
図３は隣接チャンネル妨害の例を示すもので、図３（ａ）は第Ｎチャンネルのデジタル放送に対し、第Ｎ−１チャンネル、第Ｎ＋１チャンネルにアナログ放送が行われている場合、図３（ｂ）は第Ｎチャンネルのデジタル放送に対し、第Ｎ−１チャンネル、第Ｎ＋１チャンネルにデジタル放送が行われている場合を示している。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、隣接チャンネルでアナログ放送が行われている場合、下側隣接チャンネル（Ｎ−１）の音声搬送波、上側隣接チャンネル（Ｎ＋１）の映像搬送波の側波成分が受信チャンネル（Ｎ）に漏れ込む。また、図３（ｂ）に示すように、隣接チャンネルでデジタル放送が行われている場合、下側隣接チャンネル（Ｎ−１）の上側側波成分、上側隣接チャンネル（Ｎ＋１）の下側側波成分が受信チャンネル（Ｎ）に漏れ込む。このような隣接チャンネル妨害を受けた周波数領域信号の特徴パターンを見ると、下隣接チャンネル妨害の場合は図３（ｃ）に示すようになり（下部周波数領域に障害発生）、上隣接チャンネル妨害の場合は図３（ｄ）に示すようになり（上部周波数領域に障害発生）、上下共に隣接チャンネル妨害を受けている場合は図３（ｃ）、（ｄ）を組み合わせたパターンになる（下部及び上部の周波数領域に障害発生）。
【００２６】
これらの特徴パターンを予めデータベース２０に格納しておく。パターン比較回路１９では、パターンマッチングで図３（ｃ）に示す特徴パターンが抽出された場合には下隣接チャンネル妨害と判定し、図３（ｄ）に示す特徴パターンが抽出された場合には上隣接チャンネル妨害と判定し、図３（ｃ）、（ｄ）の組み合わせパターンが抽出された場合には上下隣接チャンネル妨害と判定する。これらの判定結果は障害判定表示装置２１に表示される。このとき、隣接チャンネルの放送がアナログ／デジタルのどちらかであるかは既知であるので、判定結果と合わせて表示することが望ましい。
【００２７】
ところで、運用開始予定の地上波デジタル放送では、ＳＦＮ（Single Frequency Network）方式の採用が決定されており、同一チャンネルに複数のデジタル放送波が同時に受かる地域がある。ＯＦＤＭでは、ガードインターバルによりある程度の遅延波に強い耐性を有しているが、ガードインターバルを越える遅延波があると障害となる。また、ガードインターバル以内の遅延波であっても、受信強度が高い場合には受信障害が発生する。また、複数のデジタル放送波が重なって電界強度が所要入力レベルを越えてしまうと、やはり受信障害となる。
【００２８】
図４（ａ）示すように同一チャンネルに複数のＯＦＤＭ信号が重なり、それぞれの遅延量が一定量を越えて妨害が生じている場合に、ＦＦＴ処理された周波数領域信号の特徴パターンを抽出してみると、図４（ｂ）に示すようにＯＦＤＭ帯域全体に渡って、上下の振幅域に障害領域を持つパターンが得られる。また、このときの電界強度は所要入力レベルを越えている。
【００２９】
そこで、図４（ｂ）に示す特徴パターンをデータベース２０に登録しておき、パターンマッチングでこの特徴パターンが抽出された場合、障害判定表示装置２１では、ＦＦＴ処理時に得られる入力レベルから電界強度レベルが所要入力レベルを超えているかを判断し、越えている場合にデジタル放送の同一チャンネル妨害と判定し表示する。また、電界強度レベルが所要入力レベルを超えていない場合には、ＦＦＴ処理時の入力レベルからＣ／Ｎマージンを判断し、この判断結果を基に、単に受信利得が低いことを表示する。
【００３０】
ここで、デジタル放送波混信による同一チャンネル妨害を判断する場合、複数のデジタル放送波の伝送状態を把握することが重要となる。そこで、本実施形態では、遅延プロファイル作成装置２３で遅延プロファイルを作成し、障害判定表示装置２１でデジタル放送混信による同一チャンネル妨害判定の指標とする。これにより、判定精度を飛躍的に向上させることができる。
【００３１】
ところで、ＦＦＴ処理された周波数領域信号のスペクトルを見た場合、妨害を受けていても波形劣化の度合いが小さいと、その差を検出することは困難である。そこで、コンスタレーションの分散度のパターンを抽出することも有効である。妨害解析の一例として、１６ＱＡＭ変調方式のデジタル放送信号の受信時にアナログＴＶ信号による同一チャンネル妨害を受けた場合について、図５を参照して説明する。
【００３２】
図５（ａ）は、１６ＱＡＭのコンスタレーションを示している。このコンスタレーションを周波数軸上で見た場合、図５（ｂ）に示すようになり（１６ＱＡＭの場合はＩ，Ｑ各２ビットであるため、４ビット（４本）の分布が現れる）、部分的に妨害波形が見られる。この周波数分布について、振幅の分散度をヒストグラム表示した場合、図５（ｃ）に示すように、妨害を受けた部分の分散度が急増する。その波形列を見ると、アナログＴＶ信号の周波数分布とほぼ一致している。このことは、１６ＱＡＭ変調方式に対するアナログＴＶ信号による同一チャンネル妨害以外の変調方式、妨害の種類についても同様である。そこで、特徴パターンとして、コンスタレーションの振幅分散度の変化パターンを抽出し、予め同様に処理して登録したパターンとのマッチングをとる。この手法によっても、特徴パターンのマッチング処理によって自動的にかつ的確に妨害の種類を特定することができる。
【００３３】
ところで、上記のようなパターンマッチングによる判定手法では、インパルス性ノイズによってデータベース登録の特徴パターンに近似したパターンが得られ、誤判定されることがある。そこで、本実施形態では、インパルス性ノイズ判定回路２２において、入力された特徴パターンを遅延回路２２１で１または複数のＯＦＤＭシンボル分遅延し、比較回路２２２で遅延前後のパターン比較を行って、インパルス性ノイズの影響の有無を判定し、その結果を障害判定表示装置２１に送るようにしている。障害判定表示装置２１では、インパルス性ノイズの影響を受けている場合に、パターン判定結果の表示を中止し、再度パターン判定を行う。これにより、インパルス性ノイズによる誤判定を未然に防ぐことができる。
【００３４】
したがって、上記構成による受信障害原因判定装置によれば、予め用意した障害原因別特徴抽出パターンとのマッチング処理により、種々の障害原因を比較的簡単にかつ素早く判定することができる。また、各判定に対し、所要入力レベル、所要Ｃ／Ｎのマージン、インパルス性ノイズの影響の有無、遅延プロファイルを判断材料として加えているので、極めて精度の高い判定を行うことができる。
【００３５】
尚、上記実施形態では、等化処理出力について特徴パターンを抽出する場合について説明したが、図１に示すように、等化処理前の信号を取り込んで特徴パターンを抽出するようにしてもよい。この場合、等化処理によって僅かな波形劣化が救出される前の状態で測定されるため、より細かな特徴パターンの抽出が可能となり、これに伴って判定精度を向上させることができる。
【００３６】
また、周波数選択性の妨害を受けた場合には、誤り訂正時に誤り訂正を受けたキャリア周波数の分布に変化が見られる。そこで、誤り訂正・復号をパターン抽出するようにしてもよい。
【００３７】
尚、上記実施形態では、地上波デジタル放送システムを例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＯＦＤＭ方式を採用する局間伝送、ＦＰＵ伝送等にも適用可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、受信障害が発生した原因究明を比較的短時間に且つ確実に判別することのできるＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別装置とその方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る受信障害判別装置の一実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態において、アナログ放送同一チャンネル妨害による受信障害を判定する例を示す図。
【図３】同実施形態において、隣接チャンネル妨害による受信障害を判定する例を示す図。
【図４】同実施形態において、デジタル放送同一チャンネル妨害による受信障害を判定する例を示す図。
【図５】同実施形態において、振幅分散度の特徴パターンのマッチングにより受信障害を判定する例を示す図。
【符号の説明】
１１…受信アンテナ
１２…チューナ
１３…Ａ／Ｄ・ＦＦＴ処理回路
１４…等化回路
１５…誤り訂正・復号回路
１６…デコーダ
１７…モニタ装置
１８…パターン抽出回路
１９…パターン比較回路
２０…パターンデータベース
２１…障害判定表示装置
２２…インパルス性ノイズ判定回路
２２１…遅延回路
２２２…比較回路
２３…遅延プロファイル作成装置

Claims

ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex：直交周波数分割多重）伝送システムに用いられ、ＯＦＤＭ伝送波の受信側で受信信号に生じる受信障害原因を判別する受信障害原因判別装置であって、
前記受信信号から周波数領域信号を復調する復調手段と、
前記復調後の周波数領域信号を誤り訂正処理する誤り訂正手段と、
前記誤り訂正手段で訂正された周波数領域信号の分布パターンを特徴パターンとして抽出するパターン抽出手段と、
予め予想される複数の受信障害原因それぞれについて、前記パターン抽出手段のパターン抽出と同じ処理を行って得られる特徴パターンを受信障害原因と対応付けて格納するデータベースと、
前記パターン抽出手段で得られた特徴パターンを前記データベース内の特徴パターンと比較し、近似する特徴パターンを抽出することで受信障害原因を判別する判別手段と、
を具備することを特徴とするＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別装置。
前記復調後の周波数領域信号を等化処理する等化処理手段を備える場合、前記パターン抽出手段は、前記等化処理手段の入力、出力の少なくともいずれか一方の信号についてパターン抽出を行うことを特徴とする請求項１記載のＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別装置。
前記パターン抽出手段は、さらに、前記復調手段による復調後の周波数領域信号について障害を受けている領域を判別しその特徴パターンを抽出することを特徴とする請求項１記載のＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別装置。
前記パターン抽出手段は、前記ＯＦＤＭ伝送波の変調方式別、符号化方法別に処理することを特徴とする請求項１記載のＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別装置。
前記判別手段は、前記受信信号の所要入力電力と所要Ｃ／Ｎのマージン量を判断材料とすることを特徴とする請求項１記載のＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別装置。
前記判別手段は、前記受信障害原因の判別として周波数選択性妨害を含むことを特徴とする請求項１記載のＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別装置。
前記周波数選択性妨害は、アナログ伝送波の同一チャンネル妨害、隣接チャンネル妨害、デジタル伝送波の同一チャンネル妨害、隣接チャンネル妨害のいずれかを含むことを特徴する請求項６記載のＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別装置。
さらに、受信信号の時間方向の変動を確認してインパルス性のノイズ発生を判別するインパルス性ノイズ判別手段を備えることを特徴とする請求項１記載のＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別装置。
さらに、前記受信信号の遅延プロファイル情報を作成する遅延プロファイル作成手段を備え、
前記判別手段は、前記遅延プロファイル情報を参照して原因特定の指標とすることを特徴とする請求項１記載のＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別装置。
前記パターン抽出手段は、復調された各サブキャリアの信号を２値化し、前記受信障害を受けている周波数領域を区別することを特徴とする請求項１記載のＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別装置。
ＯＦＤＭ（ Orthogonal Frequency Division Multiplex ：直交周波数分割多重）伝送波の受信信号の復調結果に誤り訂正処理を施して得られる周波数領域信号の分布パターンを特徴パターンとして抽出するようにし、予め予想される複数の受信障害原因別に前記特徴パターンを抽出してデータベースに格納しておき、実際に前記ＯＦＤＭ伝送波を受信し復調した信号の特徴パターンを抽出して前記データベースに格納されている各特徴パターンと比較照合して、一致または近似する特徴パターンから受信障害原因を判別することを特徴とするＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別方法。
前記復調後の周波数領域信号について等化処理がなされる場合、前記等化処理の入力、出力の少なくともいずれか一方の信号についてパターン抽出を行うことを特徴とする請求項１１記載のＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別方法。
さらに、前記復調後の周波数領域信号について障害を受けている領域を判別しその特徴パターンを抽出するようにし、予め予想される複数の受信障害原因別に前記障害を受けている領域の特徴パターンを抽出して前記データベースに格納しておくことを特徴とする請求項１１記載のＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別方法。
前記パターン抽出は、前記ＯＦＤＭ伝送波の変調方式別、符号化方法別に行うことを特徴とする請求項１１記載のＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別方法。
前記障害原因の判別は、前記受信信号の所要入力電力と所要Ｃ／Ｎのマージン量を判断材料とすることを特徴とする請求項１１記載のＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別方法。
前記受信障害原因は、周波数選択性妨害を含むことを特徴とする請求項１１記載のＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別方法。
前記周波数選択性妨害は、アナログ伝送波の同一チャンネル妨害、隣接チャンネル妨害、デジタル伝送波の同一チャンネル妨害、隣接チャンネル妨害のいずれかを含むことを特徴する請求項１６記載のＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別方法。
さらに、受信信号の時間方向の変動を確認してインパルス性のノイズ発生を判別することを特徴とする請求項１１記載のＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別方法。
さらに、受信信号の遅延プロファイル情報を参照して原因特定の指標とすることを特徴とする請求項１１記載のＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別方法。
前記パターン抽出は、復調された各サブキャリアの信号を２値化し、前記受信障害を受けている周波数領域を区別することを特徴とする請求項１１記載のＯＦＤＭ伝送システムの受信障害原因判別方法。