(57)【要約】受信機が多重ソース位相推定器を有する。多重ソース位相推定器は、パイロット位相推定器と、データ駆動の平均位相推定器と、選択器と、普通の補間制御器とを有する。選択器はパイロット位相推定器かデータ駆動の平均位相推定器のどちらかを、特定の諸時刻における決定された位相推定のソースとして選択する。他の時刻では、前記普通の補間制御器が補間された位相推定を、それぞれの決定された位相推定に基づく線形補間の関数として与える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイロットベースの位相推定器と；
非パイロットベースの位相推定器と；
パイロットベースの位相推定器か非パイロットベースの位相推定器のどちらかを、受信信号の搬送波再生を実行するのに使うための決定された位相推定のソースとして選択する選択器とを有する受信器であって；
前記選択器は、前記受信信号にパイロットが検出されない場合、ある時間区間の満了に際して非パイロットベースの位相推定器を選択する、受信機。
【請求項２】
前記非パイロットベースの位相推定器がデータ駆動の平均推定器である、請求項１記載の受信機。
【請求項３】
前記データ駆動の平均推定器がビタビ・アンド・ビタビ（Viterbi  and  Viterbi）アルゴリズムに基づくものである、請求項２記載の受信機。
【請求項４】
さらに補間器を有する請求項１記載の受信機であって、前記補間器はある時間区間にわたって補間された位相推定を提供し、前記補間器はそれぞれの決定された位相推定に基づいて線形補間を実行する、受信機。
【請求項５】
さらに補間器および判定指向の位相推定器を有する請求項１記載の受信機であって、前記補間器はある時間区間にわたって補間された位相推定を提供し、前記補間器はそれぞれの決定された位相推定および前記判定指向の位相推定器からの少なくとも一つの判定指向の位相誤差推定に基づいて線形補間を実行する、受信機。
【請求項６】
受信信号を復調する復調器と；
復調された受信信号をデコードしてデコードされた信号を提供するデコーダとを有する受信器であって；
前記復調器は、受信信号を復調するために、
パイロットベースの位相推定器と；
非パイロットベースの位相推定器と；
パイロットベースの位相推定器か非パイロットベースの位相推定器のどちらかを、特定の諸時刻に受信信号の決定された位相推定のソースとして選択する選択器と；
それぞれの決定された位相推定に基づいて線形補間を実行し、他の時刻における補間された位相推定を提供する補間器と；
前記補間された位相推定に基づいて受信信号のシンボルを回転解除して復調された受信信号を与える回転解除器、
とを有する多重ソース位相推定器を含んでおり；
前記選択器は、前記受信信号にパイロットが検出されない場合、ある時間区間の満了に際して非パイロットベースの位相推定器を選択する、受信機。
【請求項７】
前記非パイロットベースの位相推定器がデータ駆動の平均推定器である、請求項６記載の受信機。
【請求項８】
前記データ駆動の平均推定器がビタビ・アンド・ビタビ（Viterbi  and  Viterbi）アルゴリズムに基づくものである、請求項７記載の受信機。
【請求項９】
受信信号を復調する復調器と；
復調された受信信号をデコードしてデコードされた信号を提供するデコーダとを有する受信器であって；
前記復調器は、受信信号を復調するために、
パイロットベースの位相推定器と；
非パイロットベースの位相推定器と；
パイロットベースの位相推定器か非パイロットベースの位相推定器のどちらかを、特定の諸時刻に受信信号の決定された位相推定のソースとして選択する選択器と；
判定指向の位相推定器と；
それぞれの決定された位相推定および前記判定指向の位相推定器からの少なくとも一つの判定指向の位相誤差推定に基づいて線形補間を実行し、他の時刻における補間された位相推定を提供する補間器と；
前記補間された位相推定に基づいて受信信号のシンボルを回転解除して復調された受信信号を与える回転解除器、
とを有する多重ソース位相推定器を含んでおり；
前記選択器は、前記受信信号にパイロットが検出されない場合、ある時間区間の満了に際して非パイロットベースの位相推定器を選択する、受信機。
【請求項１０】
前記非パイロットベースの位相推定器がデータ駆動の平均推定器である、請求項９記載の受信機。
【請求項１１】
前記データ駆動の平均推定器がビタビ・アンド・ビタビ（Viterbi  and  Viterbi）アルゴリズムに基づくものである、請求項１０記載の受信機。
【請求項１２】
受信信号についての提供される決定された位相推定のいくつかのソースのうち一つを選択する段階と；
選択されたソースからの決定された位相推定を使って受信信号の補間された位相推定を提供する段階とを有する、受信機において使用する方法であって；
前記いくつかのソースの一つがパイロットベースの位相推定器であり、前記いくつかのソースのうちもう一つが非パイロットベースの位相推定器であり；
前記選択する段階が、前記受信信号にパイロットが検出されない場合、ある時間区間の満了に際して非パイロットベースの位相推定器を選択する段階を含む、方法。
【請求項１３】
前記非パイロットベースの位相推定器がデータ駆動の平均推定器である、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記データ駆動の平均推定器がビタビ・アンド・ビタビ（Viterbi  and  Viterbi）アルゴリズムに基づくものである、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記提供する段階が：
受信信号の判定指向の位相推定を提供する段階と；
前記選択されたソースからの決定された位相推定および提供される判定指向の位相推定の少なくとも一つを使って受信信号の位相推定を補間する段階、
とを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
多重ソース位相推定器を使って受信信号を復調する段階と；
復調された受信信号をデコードしてデコードされた信号を提供する段階とを有する、受信機において使用する方法であって；
前記復調する段階は：
パイロットベースの位相推定器か非パイロットベースの位相推定器のどちらかを、特定の諸時刻に受信信号の決定された位相推定のソースとして選択する段階と；
他の時刻における補間された位相推定を提供する段階であって、該補間はそれぞれの決定された位相推定に基づく線形補間のある形である段階と、
前記補間された位相推定に基づいて受信信号のシンボルを回転解除して復調された受信信号を与える段階、
とを含んでおり；
前記選択する段階が、前記受信信号にパイロットが検出されない場合、ある時間区間の満了に際して非パイロットベースの位相推定器を選択する段階を含む、方法。
【請求項１７】
前記非パイロットベースの位相推定器がデータ駆動の平均推定器である、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記データ駆動の平均推定器がビタビ・アンド・ビタビ（Viterbi  and  Viterbi）アルゴリズムに基づくものである、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
多重ソース位相推定器を使って受信信号を復調する段階と；
復調された受信信号をデコードしてデコードされた信号を提供する段階とを有する、受信機において使用する方法であって；
前記復調する段階は：
パイロットベースの位相推定器か非パイロットベースの位相推定器のどちらかを、特定の諸時刻に受信信号の決定された位相推定のソースとして選択する段階と；
受信信号の判定指向の位相推定を提供する段階と；
他の時刻における補間された位相推定を提供する段階であって、該補間はそれぞれの決定された位相推定および前記判定指向の位相誤差推定の少なくとも一つに基づく線形補間のある形である段階と、
前記補間された位相推定に基づいて受信信号のシンボルを回転解除して復調された受信信号を与える段階、
とを含んでおり；
前記選択する段階が、前記受信信号にパイロットが検出されない場合、ある時間区間の満了に際して非パイロットベースの位相推定器を選択する段階を含む、方法。
【請求項２０】
前記非パイロットベースの位相推定器がデータ駆動の平均推定器である、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記データ駆動の平均推定器がビタビ・アンド・ビタビ（Viterbi  and  Viterbi）アルゴリズムに基づくものである、請求項２０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概括的には通信システムに、より特定的には搬送波再生に関する。
【背景技術】
【０００２】
搬送波再生（carrier  recovery）ループまたは搬送波追跡（carrier  tracking）ループは通信システムの典型的な構成要素である。搬送波再生ループは位相ロックループ（PLL）の一形であり、一般に「コスタス（Costas）ループ」の形をとる。これは典型的には判定指向の（decision-directed）位相誤差推定器を使ってPLLを駆動する。判定指向の位相誤差推定器では、ループは、受信信号点とシンボル配位図から取られたそれぞれのスライスされたシンボル（最近接シンボル）との間の位相誤差によって駆動される。換言すれば、各受信信号点について、どれがシンボル配位図の最近接の（そしておそらくは正しい）シンボル（スライスされたシンボルとも称される）であるかについての硬判定がなされる。次いでこの硬判定から、受信された信号点と対応するスライスされたシンボルとの間の位相誤差がPLLを駆動するために使用される。搬送波周波数オフセット、すなわち受信された信号の搬送波と再生された搬送波との間の周波数差がループの「ロック範囲」外であるとき、いわゆる「引き込み（pull-in）」過程が生じる。引き込み過程では、適正な動作条件のもとでは、ループは、搬送波周波数オフセットがループのロック範囲内にはいるまで搬送波周波数オフセットを低下させるよう動作し、位相ロックが帰結する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、信号対雑音比（SNR）が低下するにつれ、上述したコスタス・ループの位相誤差推定のアプローチはますます信頼できなくなる。硬判定プロセスが、受信されたシンボルについてますます多くの誤った判定をするようになるからである。よって、位相を推定する他の方法が好ましい。たとえば、既知のパイロットシンボルをもつシステムでは、対応する受信機はパイロットベースの位相補間器を含み、それにより位相が、パイロット時刻において信頼できる形で決定され、パイロット時刻の中間では線形補間されうる。逆に、パイロットシンボルを欠くシステムでは、受信機はデータ駆動の補間器を含んでおり、位相推定も、Viterbi  and  Viterbiアルゴリズム（A.  J.  Viterbi  and  A.  M.  Viterbi,“Nonlinear  estimation  of  PSK-modulated  carrier  phase  with  application  to  burst  digital  transmission”,  IEEE  Transactions  on  Information  Theory,  vol.  IT-29,  pp.  543‐551,  July,  1983）によって表されるようなデータ駆動の平均を使って周期的に決定されうる。ここでもまた、このデータ駆動プロセスにおいて、他の時刻での位相を推定するために線形補間が使用される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
私は、パイロットベースの位相推定器と非パイロットベースの位相推定器の両方を組み込むことが受信機にとって有益であることを観察するに至った。たとえば、これによりパイロットベースの補間プロセスと非パイロットベースの補間プロセスとの間で選択をすることができるようになる。したがって、本発明の原理によれば、受信機はパイロットベースの位相推定器と、非パイロットベースの位相推定器と、受信信号に対して搬送波再生を実行する際に使用するためにパイロットベースの位相推定器と非パイロットベースの位相推定器との間の選択をするための選択器とを含む。
【０００５】
本発明のある実施形態では、受信機は多重ソース位相推定器を有する。多重ソース位相推定器は、パイロット位相推定器と、データ駆動の平均位相推定器と、選択器と、普通の補間制御器とを有する。選択器はパイロット位相推定器かデータ駆動の平均位相推定器のどちらかを、特定の諸時刻における決定された位相推定のソースとして選択する。他の時刻では、前記普通の補間制御器が補間された位相推定を、それぞれの決定された位相推定に基づく線形補間の関数として与える。
【０００６】
本発明のある特徴によれば、普通の補間制御器を使うことで、受信機における何らかの追加的な回路および／または処理が最低限にされる。
【０００７】
本発明のもう一つの実施形態では、受信機は多重ソース位相推定器を有する。多重ソース位相推定器は、パイロット位相推定器と、データ駆動の平均位相推定器と、選択器と、コスタス・ループと、普通の補間制御器とを有する。選択器はパイロット位相推定器かデータ駆動の平均位相推定器のどちらかを、特定の諸時刻における決定された位相推定のソースとして選択する。他の時刻では、前記普通の補間制御器が補間された位相推定を、それぞれの決定された位相推定およびコスタスループからの少なくとも一つの判定指向の誤差推定に基づく線形補間の関数として与える。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の概念のほかは、図面に示されている要素はよく知られており、詳細に述べることはしない。また、衛星ベースのシステムになじみがあることは前提とし、それもここでは詳述しない。たとえば、本発明の概念のほかは、衛星トランスポンダ、ダウンリンク信号、シンボル配位図（symbol  constellations）、搬送波再生、補間、位相ロックループ（PLL）、低ノイズダウンコンバータのような無線周波（rf）フロントエンドあるいは受信機セクション、トランスポート・ビット・ストリームを生成し、デコードするためのフォーマットおよびエンコードの諸方法（動画像専門家グループ（MPEG）-2システム規格（ISO/IEC13818-1））対数尤度比のような諸方法、軟入力軟出力（SISO）デコーダ、ビタビ（Viterbi）・デコーダはよく知られており、ここでは説明しない。さらに、本発明の概念は、通常のプログラミング技法を使って実装でき、それについてもここでは説明しない。最後に、図面上での同様の符号は同様の要素を表し、図面のいくつかは処理表現を単純化している。たとえば、当業者は搬送波再生が実領域および複素領域における処理に関わることを認識するものである。
【０００９】
本発明の原理に基づく通信システムの例示的な部分が図１に示されている。図１から観察できるように、信号１０４が受信機１０５によって受信される。信号１０４は、制御信号、コンテンツ（たとえばビデオ）などを表す情報を伝達する。この例の背景では、信号１０４は、アンテナ（図示せず）による受信後のダウンリンク衛星信号を表していると想定される。受信機１０５は本発明の原理（後述）に従って信号１０４を処理し、テレビ（TV）１０によって表されるマルチメディア・エンドポイントに、そこでの表示のために特定のコンテンツを伝達するための信号１０６を与える。
【００１０】
信号１０４についての従来技術の信号フォーマットが図２に示されている。この例の目的のためには、信号１０４はフレーム２０のシーケンスを有しており、各フレーム２０は少なくともパイロット部分２６およびデータ部分２７を有している。パイロット部分２６は一つまたは複数のパイロットシンボルを有する。パイロットシンボルとは、事前に受信機１０５に知られている所定のシンボルである。パイロット部分２６に二つ以上のパイロットシンボルがある場合、該パイロットシンボルの少なくとも一つが基準シンボル２５（後述）としてあらかじめ指定されているものとする。図２の絵は正しい縮尺ではなく、単にデータシンボルと入り交じった一つまたは複数のパイロットシンボルを有する信号を表すことを注意しておくべきであろう。データシンボルは、上述した制御信号およびコンテンツならびにたとえばヘッダおよび誤り訂正／検出情報などといったその他の情報を伝達するものである。
【００１１】
本発明の原理に基づく受信機１０５の例示的な部分が図３に示されている。受信機１０５はフロントエンド・フィルタ１１０、アナログ‐デジタル（A/D）変換器１１５、復調器１２０およびデコーダ１２５を含む。復調器１２０は、本発明の原理によれば、少なくとも一つの多重ソース位相推定器（回路および／またはプロセス）（後述）を含む。フロントエンド・フィルタ１１０は受信信号１０４をダウンコンバート（たとえば衛星送信帯域から）およびフィルタ処理して、ほぼベースバンドの信号をA/D変換器１１５に与える。A/D変換器１１５はダウンコンバートされた信号をサンプリングして、該信号をデジタル領域に変換し、標本値のシーケンスである信号１１６を復調器１２０に与える。復調器１２０は信号１１６の復調（搬送波再生を含む）を実行し、復調された信号１２１をデコーダ１２５に与える。デコーダ１２５は復調された信号点ストリーム１２１を復号して信号１２６を与える。信号１２６は、シンボル区間T当たりNビットのビットストリームである。信号１２６は、図１の信号１０４で伝達された、再生されたデータを表す。出力信号１２６からのデータは、最終的には信号１０６を介してテレビ１０に与えられる。（これに関し、受信機１０５はテレビ１０に加える前に当該データをさらに処理したり、および／または当該データをテレビ１０に直接与えたりすることができる。）
ここで図４に目を向けると、本発明の原理に基づく復調器１２０の例示的なブロック図が示されている。復調器１２０はデジタル再サンプリング器１５０、フィルタ１５５、搬送波再生要素２００およびタイミング再生要素１６５を含む。信号１１６を加えられたデジタル再サンプリング器１５０は、信号１１６を、タイミング再生要素１６５によって提供されるタイミング信号１６６を使って再サンプリングし、再サンプリングされた信号１５１を与える。再サンプリングされた信号１５１はフィルタ１５５に加えられる。フィルタ１５５は帯域通過フィルタで、搬送波周波数のまわりの再サンプリングされた信号１５１をフィルタ処理してフィルタ処理された信号１５６を搬送波再生要素２００および上述したタイミング再生要素１６５の両方に与える。タイミング再生要素１６５はそれからタイミング信号１６６を生成する。本発明の原理によれば、搬送波再生要素２００は多重ソース位相推定器を含み、それを使ってフィルタ処理された信号１５６を回転解除、すなわちそこから搬送波を除去して、信号１２１によって表される復調された信号点ストリームを図３のデコーダ１２５に与える。
【００１２】
搬送波再生要素２００の例示的な実施形態が図５に示されている。図５に示される諸要素は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアにおいて実装されることのできる多重ソース位相推定器を含む搬送波再生要素の一つの形を表している。搬送波再生要素２００はパイロット位相推定器２０５、パイロット同期（sync）ブロック２３０、データ駆動の推定器２５０として示されている非パイロットベースの位相推定器、マルチプレクサ（mux）２５５、補間器／制御器２１０、正弦／余弦（sin/cos）探索表２１５、シンボルバッファ２２０および回転解除器２２５（これは複素乗算器である）を有している。フィルタ処理された信号１５６は、パイロット位相推定器２０５、パイロット同期ブロック２３０、シンボルバッファ２２０およびデータ駆動の推定器２５０に加えられる。
【００１３】
まずシンボルバッファ２２０に目を向けると、このバッファはある時間期間にわたってシンボルを収集し（後述）、それにより、受信シンボルを回転解除器２２５に加える前に補間器／制御器２１０による位相推定の計算を可能にする時間遅延を与える。具体的には、補間器／制御器２１０は、シンボルバッファ２２０を信号２１２を介して制御して、フィルタ処理された信号１５６によって表されるシンボルのバッファ２２０への書き込みと、回転解除器２２５に加える（信号２２１を介して）ためのバッファ２２０からの保存されているシンボルの読み出しとを同期させるとともに、sin/cos探索表２１５を介して（信号２１６を介して）適切な位相推定を加える。適切な遅延を与えるために他の機構、たとえば遅延線、先入れ先出し（FIFO）バッファなどを使うこともできることを注意しておくべきであろう。
【００１４】
次にパイロット同期ブロック２３０に目を向けると、このブロックは図５の他の要素が必要に応じて使うためのタイミング信号２３１を与える。タイミング信号２３１は、フィルタ処理された信号１５６におけるパイロットシンボルの検出に関して時間基準を提供する。
【００１５】
その下にあるのがパイロット位相推定器２０５である。この要素は、決定された位相推定をmux２５５に与える。具体的には、フィルタ処理された信号１５６内の前記一つまたは複数のパイロットシンボルの検出に際して、パイロット位相推定器２０５は、決定された位相推定をmux２５５に与える。先述のように、図２の各パイロット部分２６またはパイロット区間は、既知の時刻に送信された一つまたは複数の既知のシンボルを有している。パイロット位相推定器２０５はシンボルをパイロット区間内で平均し、そのパイロット区間の間の平均位相推定を決定する。たとえば、パイロット部分がいくつかの異なるパイロットシンボルを有していれば、平均位相は次の式で示されるように決定されうる：
【数１】
2008521281.tif 000003
ここで、Riは受信されたパイロットシンボル、P*iは既知のパイロットシンボルの複素共役、添え字iは全パイロットシンボルにわたる。
【００１６】
この決定された位相推定は、たとえばパイロット区間の中心シンボル（基準シンボル）（図２の基準シンボル２５によって表されるような）を基準としうる。換言すれば、そのパイロット区間に対して決定された位相推定は、そのパイロット区間の真ん中における位相であると想定される。こうして、パイロット位相推定器２０５は、特定の諸時刻における、たとえばパイロット区間毎の決定された位相推定をmux２５５に与える。
【００１７】
同様に、非パイロットベースの位相推定器は特定の諸時刻において、たとえば周期的に、決定された位相推定をmux２５５に与える。この例では、非パイロットベースの推定器の一つの例示がデータ駆動の推定器２５０によって与えられる。これは例示的に、位相推定を、Viterbi  and  Viterbiアルゴリズム（A.  J.  Viterbi  and  A.  M.  Viterbi,“Nonlinear  estimation  of  PSK-modulated  carrier  phase  with  application  to  burst  digital  transmission”,  IEEE  Transactions  on  Information  Theory,  vol.  IT-29,  pp.  543‐551,  July,  1983）によって表されるようなデータ駆動の平均を使って決定する。たとえば、直交位相偏移符号化（QPSK）システムでは、修正された（modified）シンボルzmodを足し合わせることによって、M個のシンボルに対して次のような平均位相の推定がなされる。
【００１８】
【数２】
2008521281.tif 000004
ここで冪指数pはたとえば2に等しい。ここで、因子0.25のため、この推定は±πではなく±π/4を超えると曖昧であることを注意しておくべきであろう。
【００１９】
上記では、パイロット位相検出器２０５とデータ駆動の位相検出器２５０の両方が、決定された位相推定のシーケンスをmux２５５（ここでは選択器とも称される）に与える。これは、補間器／制御器２１０に加えるための決定された位相推定の特定のソースを選択する。この例では決定された位相推定のソースは二つしか示していないが、本発明はそれに限定されず、ソースの数がいくつでも適用可能であるということを注意しておくべきであろう。特定のソースの選択は信号２５４によって実行される。信号２５４はソフトウェア制御（たとえばモード設定、システムパラメータなど）のもとであることもできるし、あるいはハードウェア（たとえばスイッチ）を介してなされることもできる。ひとたび特定のソースが選択されれば、その決定された位相推定のシーケンスがmux２５５によって補間器／制御器２１０に与えられる。たとえば、所定の時間の間にパイロットが検出されなければ、搬送波再生要素２００はデフォルトで非パイロットベースの位相推定器ソースを選ぶ。
【００２０】
例示的に、パイロット位相推定器２０５かデータ駆動の推定器２５０かにかかわりなく、決定された位相推定どうしの間の時間はここではEPOCHと称される。これは図６に、時間軸５１に沿ったある時間部分にまたがる例示的なEPOCH５４について示されている。EPOCHの始まりは決定された位相推定の生成によってマークされ、図６ではθstartによって表されている。同様に、EPOCHの終わりは次の決定された位相推定の生成によってマークされ、図６ではθendによって表されている。（あるEPOCHの終わりが別のEPOCHの始まりである、すなわち、あるEPOCHのθendは続くEPOCHのθstartであることを注意しておくべきであろう。）あるEPOCHの間、N個のシンボルが受信され、シンボルバッファ２２０内にバッファリングされる。すなわち、EPOCHによって伝達される時間期間は、シンボル区間をTとして、NTに等しい。（本発明の概念はすべてのEPOCHが同じ継続時間をもつことは要求していないことを注意しておくべきであろう。）
補間器／制御器２１０は、決定された位相推定のシーケンスに作用して、信号２１１をsin/cos探索表２１５に与える。本発明のある特徴によれば、決定された位相推定のソースがどれであろうと補間器／制御器２１０が使われる、すなわち補間器／制御器２１０は共通であり、受信機における追加的な回路および／または処理が最小限になることを注意しておくべきであろう。信号２１１は、対応するシンボルを回転解除するために必要とされる推定された位相量、すなわちいっさいの位相オフセットを除去するための位相回転解除の量についての値を表す。sin/cos探索表２１５はこの位相推定の対応する正弦および余弦値を複素乗算器２２５に与える。信号２２１を回転解除してダウンコンバートされた受信信号１２１を与えるためである。
【００２１】
信号２１１によって表される推定された位相値はここではφderotと称される。EPOCHの始まりにおいて、シンボルを回転解除するために必要とされる位相の量はφstartであり、これは次に等しい：
φstart＝−θstart                      (3)
ここで、すべての角度はラジアンで表されている。ここでの定義では、φstartはここではθstartの「逆」とも称される。EPOCHの終わりにおいては、シンボルを回転解除するために必要とされる位相の量は次に等しい：
φstart＋difflin                      (4)
この特定の例では、difflinについての値は、決定された位相推定の選択されたソースに依存して異なる。パイロット位相推定器２０５が選択されているときは、difflinは次のように定義される：
difflin＝φend−φstart          −π＜φend−φstart＜πのとき；
＝φend−φstart＋2π          φend−φstart＜−πのとき；  (5)
＝φend−φstart−2π          φend−φstart＞πのとき；
ここで、φendはθendの逆である。すなわち、
φend＝−θend                                                  (6)
しかし、データ駆動の推定器２５０が選択されているときは、difflinは次のように定義される：
difflin＝φend−φstart          −π/4＜φend−φstart＜π/4のとき；
＝φend−φstart＋π/2          φend−φstart＜−π/4のとき；(7)
＝φend−φstart−π/2          φend−φstart＞π/4のとき。
式(7)は、パイロット信号が入手できず、Viterbi  and  Viterbiアルゴリズムが使用される場合には、始めの位相および終わりの位相の位相推定がそれぞれ変動しうるのが−π/4から＋π/4までであるという事実を考慮に入れている。この例では、difflinの値は決定された位相推定のソースの関数として変動しうるので、現在どのソースが選択されているかの指標として信号２５４も補間器／制御器２１０に加えられる。
【００２２】
EPOCHの始まりと終わりとの中間では、受信シンボルを回転解除するために要求される位相は知られていない。位相推定を与えるために、補間器／制御器２１０は線形補間を実行してφderotの値を生成する。特に、difflinについての上に記した値は、EPOCHのN個のシンボルにわたって線形に分布されていると想定される。すなわち、EPOCHのk番目のシンボルについて、位相推定φdrot,kは：
φderot,k＝φstart＋（k/N）difflin                            (8)
となり、ここでkはそのEPOCHのシンボルの添え字を表し、NはそのEPOCH内のシンボルの総数である。
【００２３】
ここで図７に目を向ければ、本発明の原理に基づくもう一つの実施形態が示されている。図７の実施形態は図５の実施形態と同様であるが、信号２５４はパイロット検出器２６０によって与えられる。パイロット検出器２６０は、決定された位相推定のソースの選択を自動的に制御する。たとえば、パイロット信号の検出に際し、パイロット検出器２６０はmux２５５を信号２５４を介して制御し、パイロット位相推定器２０５を選択するようにする。だが、パイロット信号が検出されない場合、たとえば所定の時間の満了に際しては、パイロット検出器２６０はmux２５５を制御して、非パイロットベースの位相推定器ソース（データ駆動の推定器２５０によって表されるような）を選択するようにする。こうして、受信機１０５は位相推定のためのパイロット区間が存在すればそれを使い、存在しなければデータに基づく推定を使い、中間ではパイロットベースの位相推定を追加的なデータに基づく推定で補足する。
【００２４】
ここで図８に注意を向けるべきである。図８は、図１の受信機１０５における使用のための本発明の原理に基づく例示的なフローチャートを示している。ステップ５０５では、受信機１０５は特定の諸時刻において、いくつかの可能なソースのうちから、決定された位相推定のソースを選択する。ステップ５１０では、受信機１０５は、その他の時刻における位相の値の推定を、前記の選択されたソースからの決定された位相推定の関数として与える（たとえば式(8)によって示される線形補間を使って）。例示的に、与えられる位相推定は、受信シンボルの回転解除のために使われる。
【実施例１】
【００２５】
残念ながら、パイロット時刻とパイロット時刻の間に、はいってくる搬送波が何ラジアン進んだかを知ることなくしては、上記の線形補間推定はφderot,kについて誤った値を生じうる。このことは図９および図１０でさらに例解される。図９は、例示的なEPOCHについてのφstartおよびφendのそれぞれの値を示している。しかし、矢印１および２によって例証されるように、始まりおよび終わりの決定された位相推定は、はいってくる搬送波が矢印１で表される経路と矢印２で表される経路のどちらを通ったかについては情報を与えてくれない。同様に、類似の状況を示す図１０は、矢印３に付随する経路によって、はいってくる搬送波が進むラジアン数は2πより大きいことさえあることを示している。したがって、本発明のある特徴によれば、判定指向の搬送波再生がこの曖昧さを解決するのに使われる。これは図１１の実施形態において、フィルタ処理された信号１５６を判定指向の搬送波再生回路３００に加えることによって示されている。
【００２６】
しばし図１２に目を向けると、判定指向の搬送波再生回路３００のための例示的なブロック図が示されている。判定指向の搬送波再生回路３００は複素乗算器３１０、正弦／余弦（sin/cos）探索表３４０、位相検出器３１５、ループフィルタ３３０および位相積分器３３５を有している。図１２によって示される処理はデジタル領域であることが想定される（これは必須ではないが）。すなわち、搬送波再生回路３００は硬判定によって駆動されるデジタル位相ロックループ（DPLL）を含んでいる。信号１５６は、同相（I）成分および直交（Q）成分を有する複素サンプルストリームである。複素信号経路は図１２では明示的に示されていないことを注意しておくべきであろう。複素乗算器３１０は信号１５６の複素サンプルストリームを受信し、該複素サンプルストリームの回転解除を再生された搬送波信号３４１によって実行する。特に、信号１５６の同相成分および直交成分は、再生された搬送波信号３４１の位相によって回転解除される。該位相はsin/cos表３４０によって与えられる特定の正弦および余弦の値を表している（後述）。複素乗算器３１０からの出力信号は、ダウンコンバートされた、たとえばベースバンドの受信信号３１１であり、受信信号点の回転解除された複素サンプルストリームを表す。ダウンコンバートされた受信信号３１１は位相検出器３１５に加えられ、位相検出器３１５はダウンコンバートされた信号３１１にまだ存在しているいっさいの位相オフセットを計算し、それを示す位相誤差推定信号３２６を提供する。
【００２７】
図１２から観察できるように、位相検出器３１５は二つの要素を含む：位相誤差推定器３２５およびスライサー３２０である。当技術分野において知られているように、スライサーは、ダウンコンバートされた信号３１１の各受信信号点の同相成分および直交成分によって表される可能なシンボル（目標シンボル）について硬判定を行う。特に、ダウンコンバートされた信号３１１の各受信信号点について、スライサー３２０が最近接シンボル（目標シンボル）を所定のシンボル配位図から選択する。そのため、位相誤差推定器３２５によって与えられる位相誤差推定信号３２６は、各受信信号点と対応する目標シンボルとの間の位相差を表す。特に、位相誤差推定信号３２６は位相誤差推定φerror_estimateのシーケンスを表す。ここで、それぞれの個別のφerror_estimateは、受信信号点と付随するスライスされたシンボルの共役との積の虚部を計算することによって決定される。すなわち、
φerror_estimate＝imag(z・z*sliced)
＝|z|・|zsliced|・sin（∠z−∠zsliced）
〜|z|2・（φerror）                          (9)
上式で、zは受信信号点の複素ベクトルを表し、zslicedは付随するスライスされた信号点の複素ベクトルを表し、z*slicedは付随するスライスされた信号点の複素ベクトルの共役を表す。
【００２８】
位相誤差推定信号３２６はループフィルタ３３０に加えられる。ループフィルタ３３０はさらに位相誤差推定信号３２６をフィルタ処理してフィルタ処理された信号３３１を与える。典型的には、ループフィルタ３３０は比例経路と積分経路をもつ二次のフィルタである。フィルタ処理された信号３３１は位相積分器３３５に加えられ、位相積分器３３５がさらにフィルタ処理された信号３３１を積分して出力位相角信号３３６をsin/cos探索表３４０に与える。sin/cos探索表３４０は付随する正弦および余弦の値を複素乗算器３１０に与える。信号１５６を回転解除してダウンコンバートされた受信信号３１１を与えるためである。簡単のため示していないが、収集（acquisition）スピードを上げるために周波数オフセットFOFFSETがループフィルタ３３０または位相積分器３３５に与えられてもよい。また、搬送波再生回路３００は信号１５６のシンボルレートの倍数（たとえば２倍）で動作してもよいことを注意しておくべきであろう。そのため、位相積分器３３５はあらゆるサンプル時刻において積分し続ける。出力位相角信号３３６は、位相推定を生成するのを支援するため、図１１の補間器／制御器２１０にも加えられる。（出力位相角３３６はすでに回転解除位相値の形であり、そのため補正されるべき信号位相の逆であることを注意しておくべきであろう。）
ここで図１１に戻ると、判定指向の搬送波再生の位相は位相角信号３３６を介して補間器／制御器２１０によって監視される。具体的には、補間器／制御器２１０は各EPOCHの始まりと終わりの間の位相角信号３３６を監視し、EPOCHの始まりから終わりまでの全位相偏移diffcrを決定する。これはπを超えたり、−πより小さかったりすることもある。全位相偏移diffcrは、それぞれのシンボルについてφderotの値を推定する際に使用するための追加情報として、補間器／制御器２１０によって使われる。判定指向の搬送波再生はわずかにずれる、あるいはノイズがあることがあるが――これがそもそも補間方式を使用する理由である――判定指向の搬送波再生は補間された搬送波再生への支援として使うためには十分堅牢であるはずである。
【００２９】
ここで図１３を参照すると、補間器／制御器２１０において全位相偏移diffcrを監視するために使うための例示的な位相偏移計算器４００が示されている。図１３に示される諸要素は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアで実装できる位相偏移計算器の一つ形を表している。位相偏移計算器４００はサンプル遅延４０５、位相レジスタ４３５、差分要素４１０および４４０、比較器４１５および４２０、カウンタ４２５、乗算器４３０ならびに加算器４４５を有している。EPOCHの始まり（信号４３４によって伝達される）において、位相角信号３３６によって表される値は位相レジスタ４３５に記憶され、カウンタ４２５は値0にリセットされる。差分要素４４０は、位相レジスタ４３５に記憶されている開始位相値とEPOCHの間のその後の諸位相値との間の位相差の値４４１を与える。この位相差の値４４１はここでは未補正位相差とも称される。位相偏移計算器４００の残りの要素は、位相角信号３３６の値がπ／−πの動径（この動径は先に述べた図９および図１０に表されている）を何度、どちら向きにまたぐかを追跡する。具体的には、EPOCHの間、差分要素４１０は、位相角信号３３６によって与えられる現在の位相値からサンプル遅延要素４０５によって与えられる以前の位相値を引くことによって、サンプルからサンプルへの位相差を表す位相差信号４１１を与える。この位相差の値の信号は、比較器４１５および４２０の「A」入力リードに加えられる。比較器４１５は位相差信号４１１の値をπ（比較器４１５の「B」入力リードに加えられる）と比較する一方、比較器４２０は位相差信号４１１の値を−π（比較器４２０の「B」入力リードに加えられる）と比較する。位相差の値がπより大きければ、比較器４１５は比較器４１５の「A＞B」リードからの信号をカウンタ４２５に与える。しかし、位相差の値が−πより小さい場合には、比較器４２０が比較器４２０の「A＜B」リードからの信号をカウンタ４２５に与える。カウンタ４２５は、事実上、2πカウンタである。すなわち、カウンタ４２５はπ／−π動径が何回、どちら向きにまたがれたかを計数するのである。位相差の値がπより大きければ、カウンタ４２５はデクリメントされ（カウンタ４２５のDN入力）、一方、位相差の値が−πより小さければ、カウンタ４２５はインクリメントされる（カウンタ４２５のUP入力）。カウンタ４２５からの出力信号４２６は乗算器４３０に加えられ、乗算器４３０はそこに表されている値に2πをかける。その結果は加算器４４５を介して未補正位相差（信号４４１）に加算され、そうして与えられる全位相偏移diffcr（信号４４６）は補間器／制御器２１０によって使用される。換言すれば、π／−π動径が時計回りにまたがれるたびに、そのEPOCHの間の全位相偏移はそのEPOCHの間の未補正位相差（信号４４１）を基準として2πデクリメントされる必要がある。同様に、π／−π動径が反時計回りにまたがれるたびに、そのEPOCHの間の全位相偏移は未補正位相差（信号４４１）を基準として2πインクリメントされる必要がある。
【００３０】
上記のように、パイロット位相推定器２０５からの線形補間の始まりと終わりの位相φstartおよびφendは堅牢であると想定され、EPOCHのそれぞれ始まりおよび終わりにおける検出されたパイロット区間位相の逆である。しかしながら、始まりから終わりまでの未支援（unassisted）の差、すなわち、
difflin＝φend−φstart                              (10)
は、追加的な情報がないときには、整数m回の2π回転だけ外れていると想定される。判定指向の搬送波再生からの情報を使って、回数mの値の選択は、補間される両端の差が補正された判定指向の搬送波再生推定から±πラジアンの範囲内であるようになされる。具体的には、次の式が定義される：
difflin,assist＝φend−φstart＋2mπ                    (11)
diffcr−π＜  difflin,assist    ＜diffcr＋π            (12)
diffcr−π＜φend−φstart＋2mπ＜diffcr＋π            (13)
ここで、difflin,assistは、判定指向の搬送波再生によって支援される際に線形補間器において（式(8)の代わりに）使用されるべき差であり、diffcrは、判定指向の搬送波再生によって計算される、あるEPOCHの始まりから終わりまでの位相差を2πごとの反復について補正したものである。
【００３１】
式(13)から、mの値は次に留意することによって見出すことができる：
2mπ＜diffcr＋π−（φend−φstart）または              (14)
m＜diffcr/(2π)＋0.5−（φend−φstart）/(2π)または      (15)
m＝floor［diffcr/(2π)＋0.5−（φend−φstart）/(2π)］      (16)
ここで、床関数floor(x)はx以下の最大の整数である。この床計算はデジタル領域では、ビットの打ち切りになるので実行するのが簡単であることを注意しておくべきであろう。
【００３２】
こうしてひとたびmが決定されれば、このmの値を使って上の式(11)からdifflin,assistの値が決定される。そのため、補間器／制御器２１０は搬送波支援のある位相推定を次式に従って与える：
φderot,k＝φstart＋(k/N)difflin,assist                    (17)
ここで図１４に注意を向けるべきである。図１４は、図１の受信機１０５における使用のための、本発明の原理に基づく例示的なフローチャートを示している。ステップ６０５では、受信機１０５は特定の諸時刻において、いくつかの可能なソースのうちから、決定された位相推定のソースを選択する。ステップ６１０では、受信機１０５は、判定指向の位相推定を形成する（たとえば上述したコスタス・ループを使って）。ステップ６１５では、受信機１０５は、その他の時刻における位相の値の推定を、前記決定された推定および前記の判定指向の位相推定の関数として与える（たとえば式(17)によって修正された線形補間を使って）。
【実施例２】
【００３３】
本発明の概念のもう一つの例示的な実施形態が図１５に示されている。この例示的な実施形態では、受信機（図示せず）での使用のための集積回路（IC）７０５は、搬送波再生ループ（CRL:  carrier  recovery  loop）７２０およびバス７５１に結合された少なくとも一つのレジスタ７１０を含む。例示的に、IC７５１は集積化されたアナログ／デジタル・テレビジョンの復調器／デコーダである。しかし、IC７０５の本発明の概念に重要な部分しか示していない。たとえば、アナログ‐デジタル変換器、フィルタ、デコーダなどは簡単のため示していない。バス７５１は、プロセッサ７５０によって表される受信機の他の構成要素との間の通信を提供する。レジスタ７１０はIC７０５の一つまたは複数のレジスタを表している。ここで、各レジスタはビット７０９で表されるような一つまたは複数のビットを有している。IC７０５のレジスタまたはその一部は読み出し専用、書き込み専用または読み出し／書き込み用であることができる。本発明の原理によれば、CRL７２０は上記の多重ソース位相推定器の機能を含み、レジスタ７１０の少なくとも一つのビット、たとえばビット７０９はプログラム可能ビットであり、この動作モードを有効にしたり無効にしたりする（たとえば多重ソース選択をオンにしたりオフにしたりする）ためにプロセッサ７５０などにより設定できる。同様に、レジスタ７１０のあるビットは、決定された位相推定のいくつかのソースのうちから特定の一つを選択するために使用されうる。図３の背景では、IC７０５は、IC７０５の入力ピンまたはリードを介して、処理するためのIF信号７０１（たとえば図３の信号１１６）を受信する。この信号の微分７０２が上記のような搬送波再生のためにCRL７２０に適用される。CRL７２０が与える信号７２１は、信号７０２を回転解除した版である。CRL７２０は内部バス７１１を介してレジスタ７１０に結合されている。バス７１１は、当技術分野において知られている、CRL７２０のレジスタ７１０とのインターフェースになる、IC７０５の他の信号経路および／または構成要素の代表である。IC７０５は、信号７０６で表されるような一つまたは複数の再生された信号、たとえばコンポジットビデオ信号を与える。
【００３４】
上記では、衛星通信システムの背景で述べてきたが、本発明の概念がそれに限定されないことを注意しておくべきであろう。たとえば、図１の諸要素は他の型のシステムおよび他の形のマルチメディア・エンドポイントを表していてもよい。たとえば、衛星ラジオ、地上波放送、ケーブルテレビなどである。また、ここでは単一復調器の背景で述べてきたが、本発明の概念は多変調受信機（multi-modulation  receivers）にも適用可能であることは認識しておくべきである。たとえば、レイヤー化変調受信機（layered  modulation  receivers）、階層式変調受信機（hierarchical  modulation  receivers）またはそれらの組み合わせである。実際、本発明は、搬送波再生が実行されるいかなる型の受信機にも適用可能である。最後に、上記の実施形態はシンボルレートで動作しても、他の何らかのレートで動作してもよく、たとえばシンボルレートの２倍でサンプリングすることを注意しておくべきであろう。これは他の処理、たとえば、分数間隔等化器（fractionally-spaced  equalizer）も受信機において使用されてもよい。
【００３５】
よって、以上は本発明の原理を単に解説するものであって、当業者なら数多くの代替的な構成を考案できるであろうことは理解されるであろう。そうした代替は明示的にここに記載されてはいないものの、本発明の原理を具現するものであり、その精神および範囲内のものである。たとえば、別個の機能要素の背景で示されていても、それらの機能要素は一つまたは複数の集積回路（IC）上で具現されうる。同様に、別個の要素として示されてはいても、そうした要素の一部または全部が記憶プログラムによって制御されるプロセッサ、たとえば図５に示された要素の一つまたは複数に対応する付随するソフトウェアを実行するデジタル信号プロセッサ（DSP）またはマイクロプロセッサなどにおいて実装されてもよい。さらに、別個の要素として示されてはいても、それらの要素はそれらのいかなる組み合わせで種々のユニットに分散されていてもよい。たとえば、受信機１０５はテレビ１０の一部であってもよいし、受信機１０５は配信システムにおけるより上流に、たとえばヘッドエンドに位置していてもよい。その場合、受信機１０５はコンテンツをネットワークの他のノードおよび／または受信機に再送信する。したがって、数多くの修正が例示的な実施形態に対してなされうること、そして付属の請求項によって定義される本発明の精神および範囲から外れることなく他の構成も考案しうることを理解するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の原理を具現する例示的な通信システムの一部分を示す図である。
【図２】受信信号の例示的なフォーマットを示す図である。
【図３】本発明の原理に基づく受信機の例示的な具現を示す図である。
【図４】本発明の原理に基づく復調器の例示的な実施形態を示す図である。
【図５】本発明の原理に基づく多重ソース位相推定器の例示的な実施形態を示す図である。
【図６】図５の多重ソース位相推定器において使用するためのEPOCHを図解する図である。
【図７】本発明の原理に基づく多重ソース位相推定器のもう一つの例示的な実施形態を示す図である。
【図８】本発明の原理に基づく例示的なフローチャートを示す図である。
【図９】位相偏移の例を示す図である。
【図１０】位相偏移の例を示す図である。
【図１１】本発明の原理に基づくもう一つの実施形態を示す図である。
【図１２】本発明の原理に基づいて搬送波再生において支援するのに使われる、判定指向の搬送波再生要素の例示的な実施形態を示す図である。
【図１３】図１１の実施形態において使用するための位相偏移計算器を示す図である。
【図１４】本発明の原理に基づく例示的なフローチャートを示す図である。
【図１５】本発明の原理に基づくもう一つの実施形態を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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