JP5777564B2

JP5777564B2 - デジタル放送受信装置

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Publication number: JP5777564B2
Application number: JP2012110794A
Authority: JP
Inventors: 雅己相沢
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2032-05-14
Also published as: JP2013239840A; US9148249B2; US20130301632A1

Description

本発明の実施形態は、常時的な通常雑音と瞬時的に発生するインパルス雑音とを適応的に判定して除去するデジタル放送受信装置に関する。

デジタル伝送方式においては受信環境の時間的、周波数的な変動、劣化による対策として誤り訂正が重要な役割を果たしている。さらには、マルチパス、妨害波などの対策として消失訂正などが活用されている。

直交周波数分割多重(以下、ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing)伝送信号のようなマルチキャリア伝送においては一連のデータを高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）などの時間・周波数変換を行いガード期間を設けて、伝送を行なう。以下このようなガード期間とデータ部分を備えた一連のデータ構造をフレームと呼ぶ。

ところで、デジタルテレビジョン放送信号に対して妨害となる信号の種類として、アナログテレビジョン放送信号のような妨害となる周波数領域が決まっている周波数依存性の高い妨害がある場合、周波数領域での妨害となる周波数キャリアを検出し、検出した妨害キャリアを除去することによって訂正する(これを消失訂正という)が有効なことが判明している。

例えば、妨害の検出方法において妨害の有無の信頼性を上げるため、積分処理等を行って何フレームにも亘って妨害成分を蓄積し、予め設定したレベルを超えたことを判定することによって、妨害となる周波数キャリアの検出を行なっている。

ところが、インパルス雑音のような時間的に受信状態が激しく変動する状況では、上記の積分処理等では、瞬時の大きな受信レベル変化に即応してこれを判定し消失訂正等することは困難であった。

特許第３８７２９５０号公報

本発明が解決しようとする課題は、常時的に生じる周波数変動に伴う通常雑音の判定及び除去のほかに、インパルス雑音のような時間的に受信状態が激しく変動する状況に瞬時に対応して、これを判定し除去することができるデジタル放送受信装置を提供することである。

実施形態のデジタル放送受信装置は、複数のキャリアの周波数分割多重伝送信号を受信するデジタル放送受信装置であって、受信される時間領域信号を周波数領域信号へ変換する周波数領域変換部と、前記周波数領域信号を等化することによって復調する復調部と、前記復調部の復調出力を入力し、代表シンボルと受信シンボルの差分を算出する差分検出部と、前記差分検出部の差分出力を各周波数ごとに積分する積分部と、前記差分検出部の差分出力の周波数軸方向の平均をフレーム毎に算出することによって雑音レベルを検出する雑音検出部と、前記雑音検出部の出力が第１の閾値を上回ることを検出する第１の品質判定部と、前記雑音検出器の出力が第２の閾値を下回ることを検出する第２の品質判定部と、前記第１及び第２の品質判定部の２つの品質判定結果からインパルス雑音の有無を検出する検出部と、前記検出部で検出したインパルス雑音の有無に応じて前記差分検出部の差分出力と前記積分部の積分出力とを切り替えて出力する選択部と、前記選択部で選択した出力の大きさが閾値を超えたことを判定する判定部と、前記復調部の出力を前記判定部の判定結果に基づいて補正する補正部と、を具備する。

本発明の第１の実施形態のデジタル放送受信装置のブロック図。インパルス雑音の変動特性の状態図。硬判定部の差分出力と積分部の積分出力とを較べた状態図。妨害検知動作の一例を説明する図。本発明の第２の実施形態のデジタル放送受信装置のブロック図。図４の妨害検知動作による不具合点及びそれを改善した図５の構成に基づく動作とを較べた状態図。第３の実施形態のデジタル放送受信装置に係り、大きな妨害が入った場合の硬判定部における差分検出の状態図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
[第１の実施形態]
図１は本発明の第１の実施形態のデジタル放送受信装置のブロック図である。
図１の実施形態のデジタル放送受信装置１０は、複数のキャリアの周波数分割多重伝送信号(例えば直交周波数分割多重伝送信号)を受信するデジタル放送受信装置であって、インパルス状の妨害信号(以下、インパルス雑音という)を判定し、補正する機能を有する。また、インパルス雑音以外の常時的に生じる周波数変動に伴う妨害信号(通常雑音)も判定し、補正する機能も有する。ここで、補正とは、妨害と判定されたデータ部分の電力レベルを軽減、または除去(消失)することである。

デジタル放送受信装置１０は、周波数領域変換部としてのＦＦＴ部１１と、復調部としての等化部１２と、妨害判定部１３と、補正部１４と、誤り訂正部１５と、を備える。
妨害判定部１３は、差分検出部としての硬判定部１６と、積分部１７と、選択部１８と、インパルス検出回路１９と、判定部２０と、を備える。

インパルス検出回路１９は、平均化部１９１と、第１の品質判定部１９２と、第２の品質判定部１９３と、検出部１９４と、を備える。

周波数領域変換部としてのＦＦＴ部１１は、受信信号である時間領域信号を入力し周波数領域信号に変換する。ＦＦＴ部１１は、周波数領域信号（R(k)：k＝1，2，3，…，n）を等化部１２へ出力する。
復調部としての等化部１２は、周波数領域の伝送路応答推定を算出してから、その伝送路応答推定を用いて周波数領域信号に対して等化処理を行い、補正部１４へ出力する。

差分検出部としての硬判定部１６では、等化部１２の等化出力の硬判定を行うもので、代表シンボルと受信シンボルの差分を２値的に算出する。算出された差分信号は、雑音成分即ち妨害成分の有無を表すものとなる。硬判定部１６に代えて、代表シンボルと受信シンボルの差分を多値的に算出する軟判定部を用いた構成としてもよい。

積分部１７は、周波数キャリアごとのデータをメモリ(図示略)から読み出し、積分した後、該メモリに溜める。積分部１７は、ＩＩＲ(無限インパルス応答：Infinite Impulse Response)、ＦＩＲ(有限インパルス応答：Finite Impulse Response)、区間積分などフレーム間のデータを使用する。本実施形態では、積分部の種類には限定されない。

インパルス検出回路１９において、雑音検出部としての平均化部１９１は、周波数軸上での平均をとる周波数軸平均化部であって、硬判定部１６の差分出力のフレーム内の平均値、すなわち受信雑音レベルを算出する。そして、第１の品質判定部１９２は受信雑音レベルを第１の閾値(例えば上限値)と比較しそれを上回るかどうかを判定し、第２の品質判定部１９３は受信雑音レベルを第２の閾値(例えば下限値)と比較しそれを下回るかどうかを判定し、検出部１９４はある一定の時間内で上記の２つの品質判定条件を満たしているか否かを判定し、インパルス雑音の有無を検出する。

ここで、２つの品質判定条件とは、例えば一定の時間内に、第１の閾値を上回ることと、第２の閾値を下回ることである。検出部１９４は上記の２つの品質判定条件を満たしていれば、インパルス雑音有りと判定し、上記の２つの品質判定条件を満たしていなければ、インパルス雑音無しと判定する。

選択部１８は、インパルス検出回路１９のインパルス雑音有無の検出結果に応じて、硬判定部１６の差分出力か、積分部１７の積分出力かのどちらか一方を選択して出力する。選択部１８は、インパルス検出回路１９でインパルス雑音有りが検出されると硬判定部１６の差分出力を選択し、インパルス雑音無しが検出されると積分部１７の積分出力を選択して、判定部２０へ出力する。

判定部２０では、選択部１８の出力に対して、妨害の判定を行なう。判定部２０は、選択部１８で選択した出力の大きさが予め定めた閾値を超えたか否かを判定する。すなわち、判定部２０は、選択部１８からの出力を所定の閾値と比較して閾値より大きい場合に妨害とみなし、その妨害判定結果を補正部１４へ出力する。

補正部１４は、判定部２０の妨害有りの判定結果を受けて、等化部１２からの等化出力に対して補正処理(例えば消失処理)を行って、後段の誤り訂正部１５へ出力する。
補正の方法としては、補正処理に該当するデータに１．０以下の定数項を乗算する方法、補正処理に該当するデータをある値以下に制限する方法、補正処理に該当するデータをマスクする(０化する)方法などがある。実際には、妨害とみなされる部分は、消失させる(即ち０化する)ことが多い。補正の方法は他にも存在すると考えられ、本願発明では補正の方法には依存しない。

次に、インパルス雑音について説明する。
図２は受信信号にインパルス雑音が入っている状態を示している。横軸は時間ｔ、縦軸は雑音レベルである。

通常の雑音レベルが小さく良好な状態Ａでは、受信状態が良好であり、状態Ｂの区間では受信状態が非常に激しく劣化している。インパルス検出回路１９では、平均化部１９１においてこのような雑音レベルの状況をフレームごとに把握(算出)し、第１及び第２の品質判定部１９２及び１９３において図２に示すように２つの第１及び第２の閾値(上限値及び下限値)を用いて、劣悪な部分Ｂ(雑音レベルが瞬時的に大きく変化する部分)と受信状況が良好な部分Ａ(雑音レベルが低く平坦な部分)が一定の時間内に発生しているような状況を検出部１９４で判定することにより、インパルス雑音の存在を検出する。このようにしてインパルス雑音の有りを検出したときには、その検出信号に基づき選択部１８を切り替えて硬判定部１６からの差分出力を選択して、判定部２０へ出力する。インパルス雑音の有りを検知しない状態では、選択部１８は積分部１７からの積分出力を選択して、判定部２０へ出力する。このように、インパルス雑音有り時の差分出力とインパルス雑音無し時(即ち通常雑音時)の積分出力とを適応的に切り替えることで、どのような妨害をも判定し、これを除去することが可能となる。

誤り訂正関連技術である時間的或いは周波数的なインタリーブ(送信側)により送信過程で混入したインパルス状の雑音は、受信側ではデインタリーブにより細分化されてデータに散らばることで、妨害データは近傍の信号によって訂正処理される。加えて、誤り訂正部１５の誤り訂正では、受信した信号の信頼性情報(例えば補正部１４の出力における消失の有無情報)を用いて訂正処理を行うことで、性能を向上することが可能であり、一般に消失訂正などが用いられる。

上述したように、インパルス検出の有無に応じて、硬判定部１６の出力と積分部１７の出力とを切り替えて判定部２０へ出力することが必要な理由を、図３を参照して説明する。

図３は硬判定部１６の差分出力と積分部１７の積分出力とを較べた状態図を示している。図面の図３の上方から下方への縦方向に時間が経過していくように時間軸ｔをとってあり、その時間軸ｔに沿って硬判定後の差分出力(雑音成分)の波形が示されている。この差分出力波形の４つの時間経過点それぞれに対応する周波数成分波形(スペクトル)が、(a)差分出力及び(b)積分出力(周波数軸ｆで記載)について示されている。差分出力と積分出力とで各々の周波数成分波形(スペクトル)が互いに大きく異なる部分は、時間軸ｔ上の差分出力の大きな振幅変化波形の時間的位置(符号Ｋにて示す)に対応した、上から２つ目の周波数成分波形である。時間軸ｔ上のＫにおける大きな振幅変動に対して、(a)差分出力についての周波数成分波形も周波数軸ｆ上で大きな振幅変動を生じており、一定の閾値を超えた大きさで変動しており、妨害と判定される状態となっている。これに対して、同じ時間位置Ｋにおける(b)積分出力についてはその周波数成分波形は積分処理に基因して一定の閾値を超えるレベルに達することがなく、その結果、妨害と判定されない状態を維持している。

このように、積分部１７の(b)積分出力については、平滑化された出力となるため、周波数軸上で瞬時的な大きな変化は見られず、一定の閾値を用いて瞬時的に大きく変化する妨害波(インパルス雑音)を検知でないが、硬判定部１６の(a)差分出力については、積分処理されていないため、瞬時的に大きく変化する妨害波(インパルス雑音)の影響が周波数軸上にも直ぐに現れ、上記一定の閾値でもインパルス状の妨害波を検知することができる。

すなわち、インパルス雑音を検出後、硬判定部１６の差分出力を判定部２０に出力することにより、インパルス雑音のような時間的受信状態が激しく変動する状況にも即座に対応し、除去することが可能となる。

第１の実施形態のデジタル放送受信装置によれば、インパルス雑音のような時間的に受信状態が激しく変動する状況に瞬時に対応して、これを判定し消失訂正等することが可能となる。

[第２の実施形態]
図４は妨害検知動作の一例を説明する図、図５は本発明の他の実施形態のデジタル放送受信装置のブロック図、図６は図４の妨害検知動作による不具合点とそれを改善した図５の構成に基づく動作とを較べた状態図である。

変調方式や符号化率といった伝送条件を考慮した場合、妨害判定の閾値は一定ではなく、全体の受信レベルから算出する方法が考えられる。

妨害レベルは周波数軸的にみて他の周波数キャリアに較べて突出しているため、図４に示すように判別が可能である。
すなわち、１フレーム内で信号電力の平均値を算出し、その平均値から予め定めた値ｅだけ上のレベルで閾値を設定することにより、少なくとも１フレーム全体のレベルが変動するような場合でも周波数軸ｆ上の突出した特異点(例えばインパルス雑音)のみを検出することが可能となる。

ただし、図１のように硬判定部１６の差分出力を平均化する雑音検出部としての平均化部１９１で１フレーム内で信号電力の平均値(これは周波数軸上での平均値である)を算出し、第１及び第２の品質判定部１９２，１９３でその平均値から予め定めたそれぞれの値だけ上のレベルで第１及び第２の閾値を算出し設定すると、インパルス雑音が少なくとも１フレームより長い場合、そのフレーム内では全体に雑音が入る状況になるため、図６に示すように(a)の周波数軸上での平均化のみでは、時間位置Ｋで瞬時的に振幅が大きく変化した場合に(a)の周波数軸平均のみの場合ではその上限側の閾値が高く算出されかつ設定されて、妨害レベルのピークを超える状況となり、妨害が検知できなくなるという問題が起こり得る。図５ではこの問題を解決する構成となっている。

図５は第２の実施形態のデジタル放送受信装置のブロック図である。図１と同一部分には同一符号を付してある。
図５の実施形態のデジタル放送受信装置１０Ａは、周波数領域変換部としてのＦＦＴ部１１と、復調部としての等化部１２と、妨害判定部１３Ａと、補正部１４と、誤り訂正部１５と、を備える。

妨害判定部１３Ａは、差分検出部としての硬判定部１６と、積分部１７と、選択部１８と、インパルス検出回路１９と、判定部２０と、閾値算出部としての時間軸平均化部２１と、を備える。
インパルス検出回路１９の構成は、図１におけるインパルス検出回路と同様である。ただし、平均化部１９１は前述したように周波数軸平均化部であって、時間軸上での平均をとる時間軸平均化部２１とは異なる。

第２の実施形態において、図１のデジタル放送受信装置１０と異なる点は、閾値生成部としての時間軸平均化部２１が新たに設けられていることである。すなわち、閾値生成部としての時間軸平均化部２１は、雑音検出部としての平均化部１９１からの周波数軸方向の平均値出力を入力し、フレーム間の時間軸方向の平均値を算出し、その平均値に基づいて第３の閾値を生成する。第３の閾値は判定部２０の閾値として用いられる。

硬判定部１６の差分出力を平均化する平均化部１９１では、１フレーム内で信号電力の平均値すなわち受信雑音レベルを算出する。それをさらに閾値算出部としての時間軸平均化部２１では時間的な平均をとることにより、その平均値から上のレベルで第３の閾値を生成して判定部２０に出力し設定する（図６の(b)時間軸平均あり参照）。これにより、全体のレベルが変動するような場合でも特異点のみを検出することが可能となる。

本実施形態によれば、雑音の周波数方向のフレーム内平均の結果をさらに時間的に平均化することで、周波数的だけではなく、時間軸的に見た場合の異常点を検出することが可能となり、複数フレームに亘るインパルス雑音も検出することが可能である。

第２の実施形態のデジタル放送受信装置においても、インパルス雑音のような時間的に受信状態が激しく変動する状況に瞬時に対応して、これを判定し消失訂正等することが可能となる。

[第３の実施形態]
本発明に係るデジタル放送受信装置における動作の一形態について説明する。図７を参照して、インパルス雑音の判定及び消失を実施する際に必要とされる、好ましい消失訂正処理の一形態について説明する。

図７は硬判定部における差分検出の状態図である。
図７において、ＩＱ平面上における理想の信号点としての代表シンボル(白丸印)ａ1〜ａ4と、実際に受信した信号点である受信シンボル(黒丸印)ｂ1とを表している。受信シンボルｂ1は代表シンボルａ1に対応したものであるが、受信シンボルｂ1の位置は代表シンボルａ1から大きくずれて別の代表シンボルａ3の近くに位置している。このような状況では、受信側では、代表シンボルａ1と受信シンボルｂ1との差分が実際の雑音(長い矢印にて示す)であるが、受信シンボルｂ1とこれに一番近い代表シンボルａ3との間で差分値(短い矢印にて示す)が算出されてしまうという誤りを生じる。

実際には、代表シンボルと受信シンボルとの差分である雑音レベルというのは時間的及び周波数的にランダムであり、大きな妨害が入った場合、図７に示すように受信シンボルｂ1は代表シンボルａ1を大きく越えて、他の代表シンボル(例えばａ3)に近くなり差分的には小さな値をとる場合があり得る。こういった場合、単独のキャリアについてだけでは見落としが発生する。つまり、瞬時値だけで妨害を正しく判定することは難しくなる。そして、見落としが多くなると、妨害に対する性能が落ちてくる。そこで、通常の妨害判定では、少なくとも１つのフレームに亘って積分処理して見落としを防ぐことが行われている。特に、インパルス雑音を検出して、選択部１８を積分出力から積分されていないリアルタイムの差分出力に切り替えたときに図７のような見落とし(誤った差分算出)が生じ易い。見落としが起きやすい状況では、消失量も多くなるので、該当するフレーム全体を消失することが好ましい。

従って、キャリア全体でみて消失量が非常に多いときというのは、雑音が多く雑音だらけといった状況にある。特にインパルス雑音の検出をしていて雑音が多いというのは、図７のようなことが起こっている可能性があり、そのときは雑音の多い該当するフレーム全体を消失させる。

そこで、予め定めた検出量より妨害と検知されたキャリア数が多い時は該当するフレーム全体を消失することにより、消失すべき妨害の見落としを回避することが可能である。換言すれば、補正部１４による補正を消失処理にて実施した際に、消失量が所定量より多いときは、該当するフレーム全体を消失する訂正部(図示せず)を補正部１４の後段(例えば補正部１４と訂正部１５の間)に設けた構成とする。

第３の実施形態のデジタル放送受信装置においても、インパルス雑音のような時間的に受信状態が激しく変動する状況に瞬時に対応して、これを判定し消失訂正等することが可能となる。
以上に述べた実施形態のデジタル放送受信装置によれば、インパルス性の雑音であっても妨害判定を行い、妨害を消失することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０，１０Ａ…デジタル放送受信装置、１１…ＦＦＴ部(周波数領域変換部)、１２…等化部(復調部)、１３，１３Ａ…妨害判定部、１４…補正部、１５…誤り訂正部、１６…硬判定部(差分検出部)、１７…積分部、１８…選択部、１９…インパルス検出回路、２０…判定部、１９１…平均化部(周波数軸平均化部)、１９２…第１の品質判定部、１９３…第２の品質判定部、１９４…検出部。

Claims

複数のキャリアの周波数分割多重伝送信号を受信する受信装置であって、
受信される時間領域信号を周波数領域信号へ変換する周波数領域変換部と、
前記周波数領域信号を等化することによって復調する復調部と、
前記復調部の復調出力を入力し、代表シンボルと受信シンボルの差分を算出する差分検出部と、
前記差分検出部の差分出力を各周波数ごとに積分する積分部と、
前記差分検出部の差分出力の周波数軸方向の平均をフレーム毎に算出することによって雑音レベルを検出する雑音検出部と、
前記雑音検出部の出力が第１の閾値を上回ることを検出する第１の品質判定部と、
前記雑音検出器の出力が第２の閾値を下回ることを検出する第２の品質判定部と、
前記第１及び第２の品質判定部の２つの品質判定結果からインパルス雑音の有無を検出する検出部と、
前記検出部で検出したインパルス雑音の有無に応じて前記差分検出部の差分出力と前記積分部の積分出力とを切り替えて出力する選択部と、
前記選択部で選択した出力の大きさが閾値を超えたことを判定する判定部と、
前記復調部の出力を前記判定部の判定結果に基づいて補正する補正部と、
を具備したことを特徴とするデジタル放送受信装置。
前記雑音検出部からの周波数軸方向の平均出力を入力し、フレーム間の時間軸方向の平均値を算出し、該平均値に基づいて第３の閾値を生成する閾値生成部をさらに具備し、
該第３の閾値を前記判定部の閾値として用いることを特徴とする請求項１に記載のデジタル放送受信装置。
前記補正部による補正を消失処理にて実施した際に、消失量が所定量より多いときに、該当するフレーム全体を消失する訂正部をさらに具備したことを特徴とする請求項１又は２記載のデジタル放送受信装置。