(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
VSB信号及びQAM信号を共用で受信する受信器において、
受信されるアナログ信号を一定周波数のクロックによってデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換器と、
前記アナログ-デジタル変換器から印加されるデジタル信号をシンボルタイミングが復旧されたシンボルクロックにより本来のシンボル位置に補間する補間器と、
前記補間器で補間されたシンボル信号の周波数及び位相エラーをタイミングプロセッサーの駆動クロックによって補正して搬送波を復元する搬送波の復元部と、
前記搬送波の復元部で搬送波が復元されたシンボル信号を整合するフィルターと、前記フィルタリングされたシンボル信号からタイミングエラーを検出し、検出されたタイミングエラーに基づいて前記補間器でシンボルタイミングが復旧されたシンボルクロックを発生させるタイミングプロセッサーと、
前記フィルターから出力される搬送波及びタイミングが復元されたシンボルをVSB/QAMモードによってそのまま出力したり再整列して出力するVSB整列器とを含み、
前記搬送波の復元部は、
NCOと、
前記補間器から出力される信号を前記NCOから出力される信号とかけ合わせて周波数及び位相誤差を補償する混合器と、
前記混合器から出力される信号から周波数及び位相エラーを計算し、その計算されたエラーに対する補正値を発生させるAFCと、
前記混合器から出力されるシンボルを再整列するVSB整列器と、
前記VSB整列器により再整列されたシンボルで周波数及び位相エラーを計算し、その計算されたエラーに対する補正値を発生させるDFPLLと、
信号がQAMであれば前記AFCから出力される信号を選択し、信号がVSBであれば前記DFPLLから出力される信号を選択して前記NCOの周波数を制御するマルチプレクサとを具備することを特徴とするVSB/QAM共用受信器。
【請求項２】
前記タイミングプロセッサーは、VSB/QAMモードによってI軸シンボルとQ軸シンボル中で一つを半シンボル周期だけ遅延して信号の入力時点を別にすることを特徴とする請求項１に記載のVSB/QAM共用受信器。
【請求項３】
前記タイミングプロセッサーは、
前記フィルターから出力されるQ軸シンボルを半シンボル周期だけ遅延する遅延器と、
信号がVSBであれば前記遅延器で遅延されたQ軸シンボルを選択し、信号がQAMであればQ軸シンボルを選択するマルチプレクサと、
前記フィルターから出力されるI軸シンボルと前記マルチプレクサで選択されたQ軸シンボルを入力されてタイミングエラーを検出するタイミングエラー検出器と、
前記タイミングエラー検出器により検出されたタイミングエラーを印加されて、制御電圧を発生させるループフィルターと、
前記ループフィルターの制御電圧によって前記補間器のオフセットを除去する制御信号及びタイミング復旧されたシンボルクロックを発生させる制御及びクロック発生器とを具備することを特徴とする請求項２に記載のVSB/QAM共用受信器。
【請求項４】
前記VSB整列器は、復調されたVSB信号に対して信号再配列でパイロットトーンが位置する周波数をシンボルクロックの１/４だけ遷移させることを特徴とする請求項１に記載のVSB/QAM共用受信器。
【請求項５】
前記VSB整列器は、
前記フィルターから出力されるI軸シンボル及びQ軸シンボルを各々反転する反転器と、
前記I軸シンボル、Q軸シンボル、前記反転器により反転されたI軸シンボル及びQ軸シンボルを決まった順序に選択して再整列されたI'軸及びQ'軸シンボルに出力するマルチプレクサとを具備することを特徴とする請求項４に記載のVSB/QAM共用受信器。
【請求項６】
VSB/QAM共用受信器でVSB信号及びQAM信号を共用で受信する受信方法において、
(a)一定クロックによってアナログ信号をデジタル信号に変換する過程と、
(b)前記(a)過程で変換されたデジタル信号を補間して本来のシンボル位置でシンボルを抽出する過程と、
(c)前記(b)過程で抽出されたシンボルの周波数及び位相誤差をシンボルタイミングが復旧されたクロックによって補正して搬送波が復元される過程と、
(d)前記(c)過程で復元された信号に基づいてタイミングエラーを計算し、その計算されたタイミングエラーによって前記(b)過程の補間位置を制御してシンボルタイミングを復旧し、シンボルタイミングが復旧されたクロックを発生させる段階と、
(e)VSB/QAMモードによってシンボルタイミング及び搬送波が復旧された信号をそのまま出力したり再整列して出力する過程とを含み、
前記(c)過程は、
NCOと、
前記補間器から出力される信号を前記NCOから出力される信号とかけ合わせて周波数及び位相誤差を補償する混合器と、
前記混合器から出力される信号から周波数及び位相エラーを計算し、その計算されたエラーに対する補正値を発生させるAFCと、
前記混合器から出力されるシンボルを再整列するVSB整列器と、
前記VSB整列器により再整列されたシンボルで周波数及び位相エラーを計算し、その計算されたエラーに対する補正値を発生させるDFPLLと、
信号がQAMであれば前記AFCから出力される信号を選択し、信号がVSBであれば前記DFPLLから出力される信号を選択して前記NCOの周波数を制御するマルチプレクサとを具備する前記搬送波の復元部により行われることを特徴とする受信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタル放送受信器に係り、特に地上波及びケーブル伝送規格に適用可能にVSB信号及びQAM信号を共用で受信するVSB/QAM共用受信器及びその受信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近マルチメディアサービスのための映像及び音声情報の提供を基盤とするデジタル放送が全世界的に商用化されている。このようなデジタル放送は一定帯域幅を有する放送チャンネルに映像及び音声信号を伝送するために充分のビット伝送率を確保しなければならない。デジタル放送は伝送媒体によって衛星、地上波、ケーブルでサービスされる。これら伝送媒体は固有の特性によって相異した帯域幅及び変調技法が選択される。特にケーブルと地上波デジタル放送の場合に既存アナログ放送と同じ媒体を通じて伝送されるので周波数帯域がUHF/VHFに制限され、アナログ放送との両立性により帯域幅も既存放送と同一に規定される。したがって、制限された帯域幅内で高いビット伝送率を確保するためにQAM(Quadrature Amplitude Modulation)あるいはVSB(Vestigial Side Band)方式のような多層レベル変調技法が採用される。このようにいろいろな伝送媒体を通じて多様なデジタル放送がサービスされるにつれてデジタル放送受信器のデジタルTV及びデジタルセットトップボックスはQAM及びVSBを全部収容せねばならない。VSB/QAM共用受信器はVSB信号のための別のVSB受信器を具備しなくてもよいためにハードウェア的な体積が縮小される。
【０００３】
図１は通常的なVSB/QAM共用受信器であって、「BroadCom BCM３５００ Specification、"QAM/VSB CATV/HDTVR eceiver"０６/０２/９９」という文献に開示されている。図１に示す受信器はA/D変換器１２、搬送波を復元するためのAFC(Automatic Frequency Control)１３と混合器１４、復元された搬送波から元来のシンボルを抽出する補間器１５を具備する。図１の受信器はまた、復元された搬送波をフィルタリングする整合フィルター１６と、搬送波/タイミング復元を行い、クロックを制御するタイミングプロセッサー１１とを具備する。
【０００４】
このような構成を有する図１のVSB/QAM共用受信器で、A/D変換器１２はタイミングプロセッサー１１で発生する一定周波数(通常２５MHz)のクロックによってアナログ信号をデジタル信号に変換する。AFC１３はタイミングプロセッサー１１で発生する一定周波数のクロックによって混合器１４に入力された信号の周波数及び位相エラーを補正する。混合器１４はAFC１３により搬送波が復元された信号を補間器１５に出力する。補間器１５はタイミングプロセッサー１１で発生するシンボルクロックによって入力される信号からシンボルを抽出する。整合フィルター１６は補間器１５から抽出されたシンボルをフィルタリングする。タイミングプロセッサー１１は、タイミングが復旧されたシンボルクロックを発生させて補間器１５及び整合フィルター１６の駆動クロックに提供する。すなわち、アナログ-デジタル変換及び搬送波の復元に使われるクロックはタイミングが復旧されたシンボルクロックと関係なく一定周波数を有する。ここで、VSB信号はオフセットQAMと見なして全体的にQAM方式の受信構造を有する。しかし、従来のVSB/QAM共用受信器は搬送波復元ループがタイミング復旧ループ前段に位置してA/D変換クロックにより搬送波を復元し、シンボルクロックによりタイミングを復元する。したがって従来のVSB/QAM共用受信器はA/D変換クロックとシンボルクロックが互いに非同期されているのでシンボルに位相誤差が残留することがあり、A/D変換レートが普通シンボルクロックの２倍以上になって消耗電力及びIC設計面で不利である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的課題は、搬送波復元ループ前段でシンボルタイミングを復旧することによって搬送波の復元時にタイミングが復旧されたシンボルクロックを使用でき、シンボルの位相誤差が除去されるVSB/QAM共用受信器及び受信方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の技術的課題を解決するために本発明は、VSB信号及びQAM信号を共用で受信する受信器において、受信されるアナログ信号を一定周波数のクロックによってデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換器と、前記アナログ-デジタル変換器から印加されるデジタル信号をタイミングプロセッサーの制御によって本来のシンボル位置で補間してシンボルのタイミングを復旧する補間器と、前記補間器で補間されたシンボル信号の周波数及び位相エラーをタイミングプロセッサーの駆動クロックによって補正して搬送波を復元する搬送波の復元部と、前記搬送波の復元部で搬送波が復元されたシンボル信号を整合するフィルターと、前記フィルタリングされたシンボル信号からタイミングエラーを検出し、検出されたタイミングエラーに基づいて前記補間器を制御し駆動クロックを発生させるタイミングプロセッサーと、前記フィルターから出力される搬送波及びタイミングが復元されたシンボルをVSB/QAMモードによってそのまま出力したり再整列して出力するVSB整列器とを含むVSB/QAM共用受信器である。
【０００７】
前記他の技術的課題を解決するために本発明は、(a) 一定クロックによってアナログ信号をデジタル信号に変換する過程と、(b) 前記(a)過程で変換されたデジタル信号を補間して本来のシンボル位置でシンボルを抽出する過程と、(c) シンボルタイミングが復旧されたクロックによって、前記(b)過程で抽出されたシンボルの周波数及び位相誤差を補正して搬送波を復元する過程と、(d) 前記(c)過程で復元された信号に基づいてタイミングエラーを計算し、その計算されたタイミングエラーによって前記(b)過程の補間位置を制御してシンボルタイミングを復旧し、シンボルタイミングが復旧されたクロックを発生させる段階と、(e) VSB/QAMモードによってシンボルタイミング及び搬送波が復旧された信号をそのまま出力したり再整列して出力する過程とを含む受信方法である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳細に技術する。図２は、本発明に係るVSB/QAM共用受信器の構成図を示す。図２に示す受信器は一定周波数f0のクロックを発生させる発振器(OSC)２１、発振器２１で発生する一定周波数f0のクロックによって受信されたアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器２２及びデジタル信号を複素形態に出力するI/Q信号発生部２３を具備する。また図２の受信器は、図１の従来の受信器とは違って補間器２４をデジタル信号の周波数及び位相を補償する搬送波の復元部２６の前段に具備する。整合フィルター２７は搬送波の復元部２６から出力される信号をフィルタリングする。タイミングプロセッサー２５は整合フィルター２７に連結されて補間器２４を制御し、タイミング復旧されたシンボルクロックを各構成ブロックの駆動クロックとして提供する。またVSB整列器２８は整合フィルター２７に連結されて入力されるVSB信号を再整列する。タイミングプロセッサー２５に対する詳細な構成は図３に示し、搬送波の復元部２６に対する詳細な構成は図４に示した。
【０００９】
本発明で示したQAM/VSB共用受信器は、基本的に完全デジタル受信方式を採用して具現する。すなわち、発振器２１で自体発振される一定周波数f0のクロックを使用して受信されるアナログ信号をデジタル形態に変換する。ここで、使用されるクロックの周波数f0は伝送されるシンボルの周波数より高い。ケーブル及び地上波デジタル放送のためのQAM及びVSB方式は下記の表１のように多様な帯域幅と伝送シンボル率を有している。
【００１０】
【表１】
0003647377.tif 000002
【００１１】
前記のように、共用受信器はこれらモードに対する搬送波及びタイミングが円滑に復元されうる構造が要求される。これにより本発明の共用受信器は搬送波及びタイミングが連動して復元される方式とQAM/VSBのモード転換と処理方法を考慮して構成された。
【００１２】
図２を参照すれば、A/D変換器２２を通じてデジタル形態に変換された信号はI/Q信号発生部２３に入力される。I/Q信号発生部２３は発振器２１の発振周波数f0を有するクロックによって入力されるデジタル信号をI(In-phase)軸データとQ(Quadrature)軸データの複素形態に出力する。複素形態のデジタル信号は補間器２４を通じて搬送波の復元部２６に入力される。搬送波の復元部２６は入力されるデジタル信号の周波数及び位相誤差を補正しつつ搬送波を復元する。これに対しては図４をもって後述する。搬送波の復元部２６から出力される信号は整合フィルター２７を通じてタイミングプロセッサー２５にフィードバックされる。
【００１３】
タイミングプロセッサー２５は、タイミングエラーを計算してタイミングを復元し、最適のシンボル位置を指定する位置信号を生成する。図３を参照してより具体的に説明すれば、タイミングプロセッサー２５はVSB信号をQAM信号のように処理する。すなわち、VSB信号をQAMのように中心周波数を基準として復調すればVSBはシンボル伝送率が５.３８MHzのオフセットQAMに見なされうる。これによりタイミングプロセッサー２５はQAMとVSBモードに関係なくタイミングを復旧できる。ただし、オフセットQAMに処理されたVSB信号はI軸シンボルとQ軸シンボルとの間に半シンボル周期T/２のオフセットが発生するのでこれを補正しなければならない。それで、タイミングプロセッサー２５はI軸シンボルとQ軸シンボル中で一つを半シンボル周期T/２だけ遅延する。本実施形態ではQ軸シンボルを遅延する。整合フィルター２７から出力されるI軸シンボルはタイミングエラー検出器３３に入力される。
【００１４】
またQ軸シンボルは遅延器３１に入力されると同時にマルチプレクサ３２に入力される。遅延器３１は入力されるQ軸シンボルを半シンボル周期T/２だけ遅延してマルチプレクサ３２に出力する。マルチプレクサ３２は現在入力されるQ軸シンボルと半シンボル周期T/２だけ遅延されたQ軸シンボルをVSB/QAMモードによって選択してタイミングエラー検出器３３に出力する。マルチプレクサ３２はVSBモードであれば半シンボル周期T/２だけ遅延されたQ軸シンボルを選択し、QAMモードであれば現在入力されるQ軸シンボルを選択する。タイミングエラー検出器３３は、I軸シンボルとマルチプレクサ３２で選択されたQ軸シンボルを入力されてタイミング状態を判断して現在シンボル位置が最適のシンボル位置より時間的に先立つ位置かあるいは遅れた位置かを示すタイミングエラーを検出する。ループフィルター３４は、タイミングエラー検出器３３により検出されたタイミングエラーを印加されて制御電圧を発生させる。制御及びクロック発生器３５はループフィルター３４から発生する制御電圧によって可変される発振周波数のクロックを発生させ補間器２４のオフセットを制御する。
【００１５】
ここで、クロックはVSB信号のシンボル率がQAM信号のシンボル率より２倍程度高いので、VSB及びQAM信号によってシンボル伝送率の１/４か同一の周波数を有する。タイミングプロセッサー２５でシンボルタイミングが復旧されたクロックは各構成ブロックの駆動クロックに供給される。
【００１６】
また、図２に戻って、補間器２４は発振器２１の発振周波数f0を有するクロックによって入力される複素形態のデジタル信号をタイミングプロセッサー２５の制御によって本来のシンボル位置で補間してタイミングが復元されたデジタル信号に出力する。このように、補間器２４から出力されるデジタル信号は再び搬送波の復元部２６に入力されるフィードバックループを形成しながらシンボルタイミング復元及び搬送波復元がお互い連動するために位相誤差が除去される。タイミングプロセッサー２５は、VSB信号のシンボル伝送率と同じ周波数の復元されたシンボルクロックを搬送波の復元部２６、整合フィルター２７及びVSB整列器２８の駆動クロックとして提供すると共に後段の構成ブロック(図示せず)で使用できるように復旧されたシンボルクロックを提供する。
【００１７】
一方、VSB信号には搬送波復元のためのパイロットトーンが含まれているので、QAMの搬送波復元とは違う構造を有する。そして、タイミング復元手段の共有のためにVSBをオフセットQAMと見なすことによって補間器２４から出力されるVSB信号は低周波帯域ではない約２.６９MHz帯域にパイロットトーンが存在する。したがって、パイロットトーンが低周波帯域に遷移された後で搬送波の周波数及び位相のエラーが計算される。これに対して、図４を参照してより具体的に説明する。
【００１８】
図４で、補間器２４を通じてタイミングが復元されたシンボルは混合器４１を経てAFC４２及びVSB整列器４３に入力される。タイミングが復元されたシンボルがQAM信号の場合にAFC４２は周波数及び位相のエラーを計算して、その計算したエラーに対する補正値をマルチプレクサ４５に出力する。混合器４１の出力がVSB信号の場合にVSB整列器４３はシンボルを再整列する。そしてデジタル周波数の位相同期ループ(DFPLL;Digital Frequency and Phase Look Loop)４４は、再整列されたシンボルから周波数及び位相のエラーを計算して計算されたエラーに対する補正値をマルチプレクサ４５に出力する。DFPLL４４はデジタル信号処理に基づいた搬送波復元装置である。
【００１９】
マルチプレクサ４５はAFC４２とDFPLL４４から出力される各信号をVSB/QAMモードによって選択してNCO４６に出力する。すなわち、マルチプレクサ４５は現在モードがQAMの場合にAFC４２から出力される信号を選択し、VSBの場合にDFPLL４４から出力される信号を選択してNCO４６を調節する。混合器４１は周波数及び位相の誤差を補償するために補間器２４から出力される信号とNCO４６から出力される信号をかけ合わせる。搬送波が復元されたシンボルは整合フィルター２７に入力される。ここで、搬送波はタイミングプロセッサー２５で復旧されたシンボルクロックにより復元される。これによりパイロットトーンが位置する周波数はシンボルクロックの１/４ほどであるので、図５に示したように別の掛け算器なしに信号再配列で遷移できる。これにより本発明の受信器はハードウェア面的に負担がほとんどなくなる。すなわち、搬送波が復元されたシンボルは整合フィルター２７を通じてフィルタリングされた後でQAM信号の場合にそのまま後段の等化器(図示せず)に出力され、VSB信号の場合にVSB整列器２８を経て等化器に出力される。
【００２０】
図５で、VSB整列器２８はI軸シンボルとQ軸シンボルを各々反転させるための反転器(neg)５１、５２と、I軸、−I軸、Q軸、−Q軸シンボルを選択的に再配列するためのマルチプレクサ５３、５４とよりなされる。すなわち、マルチプレクサ５３、５４はカウンタ(CNT)(図示せず)のカウントによってI軸、−I軸、Q軸、−Q軸シンボルを順番に選択してI軸を再配列した新しいI'軸シンボルと、Q軸、−Q軸、I軸、−I軸シンボルを順番に選択してQ軸を再配列したQ'軸シンボルを形成して復調されたVSB信号に出力する。図６に示したようにVSB信号の再配列でパイロットトーンが位置する周波数はシンボルクロックの１/４ほど遷移される。
【００２１】
【発明の効果】
前述したように、本発明のVSB/QAM共用受信器及びその受信方法は、完全デジタル方式で構成され、シンボルのタイミングを搬送波の復元部の前段で復元してその復元したシンボルクロックに搬送波を復元することによってシンボル伝送率が低い周波数を使用でき搬送波エラーの補正が迅速になされ、VSB受信のための追加的なハードウェア要求量が非常に少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のVSB/QAM共用受信器を示す構成図である。
【図２】  本発明に係るVSB/QAM共用受信器を示す構成図である。
【図３】  図２の受信器のタイミングプロセッサーを示す詳細図である。
【図４】  図２の受信器の搬送波の復元部を示す詳細図である。
【図５】  図２の受信器のVSB整列器を示す詳細図である。
【図６】  図５のVSB整列器の信号再配列に係るスペクトル変化を示す図面である。
【符号の説明】
２１  発振器
２２  A/D変換器
２３  I/O信号発生部
２４  補間器
２５  タイミングプロセッサー
２６  搬送波の復元部
２７  整合フィルター
２８  VSB整列器
【図１】
0003647377.tif 000003
【図２】
0003647377.tif 000004
【図３】
0003647377.tif 000005
【図４】
0003647377.tif 000006
【図５】
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【図６】
0003647377.tif 000008