JP2006121677A - 搬送波再生のための回路および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】残留位相誤差によって誤りのない復調を実施すること。
【解決手段】入力信号（ｉｎ）が供給され、この供給された入力信号（ｉｎ）のための搬送波（ｔｒ）を復元し、かつ出力すべき混合信号（ｉ，ｑ）を発生させるためにこの入力信号（ｉｎ）とこの搬送波（ｔｒ）を混合し、その際、出力信号（ｉｏ，ｑｏ）の供給のためにこの混合信号（ｉ，ｑ）の残留位相誤差を移相によって補正する、同期検波器（ＳＤ）用の搬送波再生のための方法に関する。さらに、このような方法を実施するための相応する回路が提案される。
【選択図】図１

Description

本発明は、特許請求項１の上位概念に係る特徴による同期検波器用の搬送波再生のための方法ないしは特許請求項７の上位概念に係る特徴による相応する搬送波再生のための回路に関する。

殊にエアインタフェースを介した信号の伝送のために、信号は伝送前に変調される。受信機側では復調が行なわれる。同期検波器を用いた信号の復調のために搬送波信号つまりその信号のための搬送波を復元する必要がある。受信された信号は次にＩ／Ｑ混合器を用いてこの復元された搬送波とともにベースバンドに混合され、そしてこれにより復調される。搬送波を復元するために搬送波再生の範囲内に位相同期ループ（ＰＬＬ： Ｐｈａｓｅ-Ｌｏｃｋｅｄ-Ｌｏｏｐ）が構成される。この位相同期ループは、受信された搬送波と復元された搬送波の間の実際の位相差を測定することによって、位相のための制御補正信号を計算し、この制御補正信号を用いてその復元された搬送波が再度調整される。

位相同期ループの最大速度いわゆるＰＬＬ帯域幅は、この制御ループ内で生じる遅延時間によって制限されている。このような遅延時間は制御工学では、むだ時間と呼ばれる。この遅延時間は、そのシステムがまだ安定して作動することができる、最大のループ利得を減少させる。しかしながら、受信された信号に、ＰＬＬ帯域幅の範囲外に存在する成分が含まれている場合には、残留位相誤差が存在し続ける。この残留位相誤差は復調度の低下をもたらし、また信号が誤って復調される事態を招く。

従ってこのような残留位相誤差によって誤りのない復調を実施することができないことは欠点であり、そのために搬送波再生のためのこれに応じた、改善された方法ないしは回路が提案される必要がある。

図４には自体公知の同期検波器のブロック線図が示されている。Ｉ／Ｑ混合器（Ｉ： 同相、Ｑ： 直角位相）の入力ＩＮに、受信された入力信号ｉｎが加えられる。前記混合器ＭＩＸは２つの乗算器Ｍを用いて前記入力信号ｉｎを搬送波ｔｒとしての局部的に復元された映像搬送波つまり信号搬送波で乗じ、かつ前記入力信号ｉｎをこれによりベースバンドに混合する。この乗算により、２倍の搬送波周波数にある混合積が生じる。この混合積は望ましくなく、従って混合器ＭＩＸ内で低域フィルタＴＰＭを用いて遮断される。混合器ＭＩＸの出力にて搬送波は周波数ｆ≒０である。 相応して出力ＯＵに同相成分および直角位相成分Ｉ，Ｑを有する混合信号ｉ，ｑが出力される。

混合信号ｉ，ｑはさらにＰＬＬ制御ループに送られる。前記制御ループないしはテレビジョン信号の場合に音声情報を取り除くためのループ内の更なる低域フィルタＴＰＣでの再度の低域フィルタリングの後にそのフィルタリングされた混合信号はいわゆるＣＯＲＤＩＣ（座標回転デジタルコンピュータ／ＣＯｏｒｄｉｎａｔｅ Ｒｏｔａｔｉｏｎ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）に加えられる。ＣＯＲＤＩＣは、極座標変換によって入力におけるＩ／Ｑ信号対の位相値ｐｈを確定する。復元された搬送波ｔｒが入力信号ｉｎの受信された搬送波と正確に同じ場合には、測定された位相ｐｈは零に等しい。そうでない場合は、前記位相ｐｈは、デジタルＩ／Ｑ発振器ＬＯを補正するために利用される。このデジタルＩ／Ｑ発振器ＬＯは、入力信号ｉｎとの混合のために混合器ＭＩＸに送られる搬送波ｔｒを発生させる。位相値ｐｈはこのためにＣＯＲＤＩＣから、相応する計算を実施しかつ前記発振器ＬＯを相応して制御する制御装置Ｃに送られる。

ＡＤＰＬＬ（全デジタルＰＬＬ）とも呼ばれるこのような制御ループ内での必要な計算、即ち、例えばＣＯＲＤＩＣアルゴリスム、フィルタリングおよび制御装置Ｃの補正信号の計算によって実施されるような計算は、デジタル回路としての実現の場合に計算時間によってかつフィルタの包絡線遅延によって信号遅延を発生させ、この信号遅延は制御工学においてむだ時間と呼ばれ、かつ最大可能なループ利得、ひいては制御ループの速度を減少させる。このような場合に過大なループ利得が選択されると制御ループが不安定になる。ＡＤＰＬＬの速度を特徴付けるために、システム伝達関数から得られるＰＬＬ帯域幅が利用される。このシステム伝達関数は、いずれの周波数変換がまだ調整され得るのかを示す。

図５は、映像搬送波に望ましくない周波数変調が含まれている場合の信号のシミュレーションを示す。その映像搬送波の周波数はこの場合、振幅が変化すると同時に急速に変化している。この回路装置による搬送波再生が十分に早く反応することができないため周波数変換が一回転で現われ、このことは振幅および従って周波数もが再び元の状態へと変化するまで、位相誤差が更に大きくなっていくことを意味する。

図６には、実際に出力された復調された信号が、理想の動作から顕著に逸脱した動作を示していることが示されている。この例としての信号は、黒の画像内容を有するビデオ信号である。理想の信号の水平同期パルスであるならば方形でありかつ高周波の雑音成分を含んでいない。これに対してシミュレートされた復調された信号は、雑音の高い割合と、著しく高周波の振動成分を有する斜めに延びている立ち下がりと、を示している。同期パルスのこのひずみは接続されたテレビ受像機において、走査線の水平調整を正確に確定することができないことを意味し、かつこれにより歪んだ画像内容が生じる。

本発明の課題は、改善された搬送波再生を可能にするために残留位相誤差を考慮した、搬送波再生のための方法ないしは回路を提案することである。

上記課題は、請求項１の特徴を有する搬送波再生のための方法により、ないしは特許請求項７の特徴部を有する回路により解決される。

従って、入力信号が供給され、この供給された入力信号のための搬送波を復元し、かつ、出力すべき混合信号を発生させるためにこの入力信号とこの搬送波を混合し、その際、出力信号の供給のためにこの混合信号の残留位相誤差を移相によって補正する、同期検波器用の搬送波再生のための方法が有利である。

これに応じて、入力信号を入力するための入力、入力信号を搬送波と混合して混合信号を供給するための混合器および、搬送波を制御するための制御補正信号を確定するための位相同期ループを備える、入力信号のための復元された搬送波の搬送波再生のための回路が有利である。この回路が出力信号の供給のための、混合信号の残留位相誤差を補正する移相器によって、補完されることは有利である。

従って上記の方法ないしは回路によって、復調がＰＬＬ帯域幅の範囲外の信号の変化の場合にも支障なく、あるいは少なくとも顕著に改善されて実施されることができるように残留位相誤差を用いて搬送波再生を拡張することが可能となる。

有利な形態は従属請求項の対象である。

特に好ましくは、混合信号の位相を測定するために、かつ搬送波を制御するための制御補正信号を確定するために制御ループ内の残留位相誤差を確定する方法である。

特に好ましくは、制御ループ内の残留位相誤差を確定し、かつ制御ループの後ろのあとからの移相の形での移相に使用する方法である。

特に好ましくは、混合信号を移相前に、制御ループ内での遅延時間に相応して遅延させる方法である。

特に好ましくは、搬送波の復元の際に制御が行なわれる場合には移相の適用前に位相誤差値を使用サンプリングレートに内挿する方法である。

特に好ましくは、残留位相誤差の低域フィルタリングのパラメータを搬送波の復元の際の制御の感度と制御帯域幅との妥協によって決定する方法である。

特に、位相同期ループが残留位相誤差の測定と移相器のための制御補正信号の供給とのために設計および／または制御されている回路は有利である。

特に、移相器が位相同期ループのための混合信号の制御ピックアップ(Regel-Abgriff)の後ろに配置されている回路は有利である。

特に、移相器の前での混合信号の遅延のために移相器に遅延装置が上流接続されている回路は有利である。

特に、位相同期ループにおけるサブサンプリングの場合に位相誤差値もしくは制御補正信号を使用サンプリングレートに内挿するために移相器の前に補間装置を有する回路は有利である。

特に、制御補正信号を供給するために位相誤差値の残留位相誤差をフィルタリングするための低域フィルタを有し、その場合、前記低域フィルタのパラメータが制御装置を用いて感度と制御帯域幅との妥協として決定される回路は有利である。

次に本発明を実施例につき詳説する。

図１には、入力信号ｉｎ、殊にテレビジョン入力信号ｉｎ、のための復元された搬送波の搬送波再生のための、例としての有利な回路が示されている。それら個別に記載されたコンポーネントは、個別の分離された構成要素としてスイッチオフされることができる。 個別のコンポーネントのために実現可能であれば、集積回路としての変換も、プロセッサにおけるソフトウェアとしての変換も可能である。

前記回路の入力ＩＮに入力信号ｉｎが加えられる。前記入力ＩＮは同時に混合器ＭＩＸの第１の入力でもある。入力信号ｉｎは前記混合器内で２つの乗算器Ｍにそれらのそれぞれ第１の入力により加えられる。搬送波ｔｒでの入力信号ｉｎの乗算後に同相信号および直角位相信号が乗算器Ｍの出力に出力されるように、乗算器Ｍのそれぞれ第２の入力に搬送波ｔｒが自体公知の方法で加えられる。これら乗算された信号はそれぞれ低域フィルタＴＰＭに送られる。低域フィルタＴＰＭの出力信号は、同相出力Ｉないしは直角位相出力Ｑに混合信号ｉ，ｑの成分として送られる。

混合信号ｉ，ｑは自体公知の方法で位相同期ループ（ＰＬＬ）に送られ、さらにＣＯＲＤＩＣ ＣＤを備えた第１の処理ブロックＣＢに送られる。その際、例えばテレビジョン信号の場合で、音声情報を取り除かなければならない場合には、混合信号ｉ，ｑの両方の成分はそれぞれさらに別の低域フィルタＴＰＣに送られる。これら２つの低域フィルタＴＰＣの出力信号は、次に自体公知の方法での処理のために本来の前記ＣＯＲＤＩＣ ＣＤに送られる。後の考察にとってＩ／Ｑ信号対のＣＯＲＤＩＣ ＣＤによって決定される位相値がその入力において重要であるので、簡略化のためにこれを図１に示しかつ以下で説明する。 このような回路内における通常の更なる信号もしくは成分は、簡略化のために特筆せず、かつ一般の専門知識の枠内で補足されるべきものである。

ＣＯＲＤＩＣ ＣＤにより出力されるたびに、その瞬間の位相値ｐｈを有する信号は制御装置Ｃに送られ、この制御装置は制御補正信号ｌｏｓを局部発振器ＬＯのために生成および準備する。局部発振器ＬＯは制御補正信号ｌｏｓを、局部発振器ＬＯによって生成されかつ入力信号ｉｎとの乗算のために混合器ＭＩＸに送られる搬送波ｔｒの適合に利用する。

ＣＯＲＤＩＣ ＣＤによって確定されかつ出力された位相値ｐｈを有するその信号は、さらに別の低域フィルタＴＰに送られ、それにより低域フィルタの出力にて補正信号ＴＰ-ｐｈを搬送波の再調整のために準備する。この補正信号ＴＰ-ｐｈは制御信号として、混合信号ｉ，ｑの成分の供給のための２つの入力を備えた位相器ＰＳに送られる。前記制御ループによって伝搬遅延Ｚ^-ｋが発生するので、混合信号ｉ，ｑは先ず遅延装置Ｖを用いて相応の値Ｚ^-ｋだけ遅延される。遅延装置Ｖの出力信号ないしその成分は、位相器ＰＳの２つの入力に送られる。位相器ＰＳは加えられた補正信号ＴＰ-ｐｈを用いて混合信号ｉ，ｑの残留位相誤差の補正を行い、かつ出力ＯＵに修正された出力信号ｉｏ，ｑｏを出力する。位相器ｐｓは形態に応じて、混合信号の２つの信号成分ｉ，ｑのために独立したコンポーネントで構成することもできる。

図３には、このような回路を使用可能であるデジタルテレビ受像機のブロック線図の例が示されている。受信されたテレビジョン信号ＩＦｉｎは、局部発振器ＬＯ′および混合器ＭＩＸ′によって第２の中間周波数に変換される。帯域フィルタＢＰでの帯域フィルタリングの後に、望ましくない混合積はその信号から除去されており、この信号はエイリアシングなしにアナログ／デジタル変換器Ａ／Ｄにてデジタル化されることができる。デジタル式の信号処理のための次のデジタルセクションＤＳＰにて、ここに送られた入力信号ｉｎは先ず同期検波器ＳＤによってベースバンドに混合される。更なるフィルタＦにおける更なるフィルタリングおよび別の更なるアルゴリスムによって、同期検波器ＳＤにより出力されたＩ／ＱデータＩ，Ｑからビデオ信号および音声中間周波数信号が得られる。チューナＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ／自動利得制御）を用いて、前記アナログ／デジタル変換器Ａ／Ｄに過大な負荷がかからないようにチューナ出力レベルが調整される。出力側では別の自体公知のコンポーネントＶＡＧＣ（ビデオＡＧＣ）およびＡＡＧＣ（音声ＡＧＣ）を用いて出力すべき信号が対応のＤ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ：デジタル／アナログ）のために最適に調整される。Ｄ／Ａ変換器は、相応する自体公知の信号であるチューナＡＧＣ、ＦＢＡＳ（カラーコンポジット信号）ないしは音声ＺＦ（音声中間周波数）をテレビ受像機の更なるコンポーネントに出力する。

デジタルテレビ受像機のこの回路装置の場合には同期検波器ＳＤとして図１による回路装置を有利に使用することができ、この回路装置は同相成分ないしは直角位相成分Ｉ，Ｑの出力信号として位相器ＰＳの出力信号ｉｏ，ｑｏを出力する。

図１による同期検波器は他の受信システムにも有利に使用することができる。アナログテレビジョン信号の受信に基づいた理論的な根拠が単に例示されている。アナログテレビジョンの例におけるＡ／Ｄ変換器にての入力信号は、

に従って形成され、この場合、第１項は映像ＡＭ変調に、そして第２項は音声ＦＭ変調に相当し、その際、u_ｂｔは映像搬送波振幅であり、ｍは変調指数であり、Ｕ_映像（ｔ）は映像情報であり、ｆ_ＢＴ（ｔ）は映像搬送波周波数であり、u_ｔｔは音声搬送波振幅であり、ｆ_ＴＴは音声搬送波周波数であり、Δψ_ＴＴは前記ＦＭ変調の位相偏移であり、かつＵ_音声（ｔ）は音声情報である。

フィルタリングによって音声搬送波は除去され、搬送波再生にとって重要な信号モデルが、映像ＡＭ変調としての

に従って得られる。

方程式（２）からわかるように、映像搬送波周波数は時間的に変化している。この映像搬送波周波数は、例えば送信機の位相ジッタによって、あるいは付加的な周波数変調の形でのビデオ信号の振幅に左右されて純粋に偶然に変化する場合がある。

自体公知の搬送波再生ループは、図１には示されるように、残留位相誤差を位相器ＰＳを用いて本来の信号経路にて混合器ＭＩＸの後および前記制御ループのためのピックアップの後で補正するフィードフォワード制御によって拡張される。その場合、前記信号経路でのフィルタリングおよび位相測定のシステム遅延Ｚ^-ｋが遅延装置Ｖを用いて適合され、そのことによって混合信号ｉ，ｑのそれぞれのＩ／Ｑ値対のための位相器ＰＳの入力にその適合された位相誤差が同時に加えられる。

位相器ＰＳは、例えば自体公知のＣＯＲＤＩＣアルゴリスムの使用によって実現されることができる。位相器ＰＳの実現は、

に従って実施可能である虚数乗法によっても可能である。

位相器ＰＳのための補正信号ＴＰ-ｐｈは、上記のとおり、前記フィードフォワード補正経路における更なる低域フィルタＴＰによって、ＣＯＲＤＩＣ ＣＤにより出力された位相値ｐｈから得られる。この低域フィルタＴＰを用いて誤差補正の帯域幅を調整することができる。このことは例えば、送信側発振器の広帯域の位相ジッタを補正から除外するために有利である。

計算に要する時間を節約するために、前記制御回路のループは時としてより低いサンプリングレートで計算される。この場合には、本来のサンプリングレートを再度得るためにその更なる低域フィルタＴＰは付加的に、あるいは選択的に補間フィルタとして設計されていてもよい。

図２には、システム全体のシミュレーションのシミュレーション結果が示されている。例えば、この場合には復調されたテレビジョン信号、殊にＦＢＡＳ信号が前記制御ループ（ＰＬＬ）の純粋な実施後の第１の信号ａとして、残留位相誤差の補正が付加された第２の信号ｂと比較して表示されている。この場合、フィードフォワード補正が用いられずに第１の信号ａとして、接続されたテレビ受像機に安定した画像をこの信号から発生できないようにする２つの顕著なひずみを示す水平同期パルスおよび垂直同期パルスのそれぞれが特筆される。 フィードフォワード補正の活動化後に、この対比されている第２の信号ｂは正しく復調された同期パルスを示している。

残留位相誤差が考慮された搬送波再生のための有利な回路を示す； 純粋なＰＬＬの曲線が残留位相誤差の補正を伴ったＰＬＬと比して示されたシミュレーション結果を示す； このような回路を備えたデジタルテレビ受像機のブロック線図を示す； 従来技術による搬送波再生のための同期検波器のブロック線図を示す； 従来技術による同期検波器の周波数変調されたテレビジョン信号のベースバンド図を示す； 従来技術による周波数変調された映像搬送波の場合の復調されたビデオ信号の図および遅い搬送波再生の図を示す。

Claims (12)

1. 同期検波器（ＳＤ）用の搬送波再生のための方法であって、
   − 入力信号（ｉｎ）が供給され、
   − この供給された入力信号（ｉｎ）のための搬送波（ｔｒ）を復元し、
   − 出力すべき混合信号（ｉ，ｑ）を発生させるために、入力信号（ｉｎ）と、搬送波（ｔｒ）を混合する
   搬送波再生のための方法において、
   − 出力信号（ｉｏ，ｑｏ）の供給のためにこの混合信号（ｉ，ｑ）の残留位相誤差を移相によって補正することを特徴とする、搬送波再生のための方法。
2. 混合信号（ｉ，ｑ）の位相（ｐｈ）を測定するために、かつ搬送波（ｔｒ）を制御するための制御補正信号（ｌｏｓ）を確定するために制御ループ内の残留位相誤差を確定する、請求項１に記載の方法。
3. 制御ループ内の残留位相誤差を確定し、かつ制御ループの次のあとからの移相の形での移相に使用する、請求項１または２に記載の方法。
4. 混合信号（ｉ，ｑ）を移相前に、制御ループ内での遅延時間に相応して遅延させる、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 搬送波の復元の際に制御が行なわれる場合に移相の適用前に位相誤差値を使用サンプリングレートに内挿する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. 残留位相誤差の低域フィルタリングのパラメータを搬送波（ｔｒ）の復元の際の制御の感度と制御帯域幅との妥協によって決定する、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
7. 入力信号（ｉｎ）のための復元された搬送波（ｔｒ）の搬送波再生のための回路であって、
   − 入力信号（ｉｎ）を入力するための入力（ＩＮ）、
   − 入力信号（ｉｎ）を搬送波（ｔｒ）と混合して混合信号（ｉ，ｑ）を供給するための混合器（ＭＩＸ，Ｍ）および
   − 搬送波（ｔｒ）を制御するための制御補正信号（ｌｏｓ）を確定するための位相同期ループ（ＭＩＸ，ＣＢ，Ｃ，ＬＯ）を備える、搬送波再生のための回路において、
   − 出力信号（ｉｏ，ｑｏ）の供給のための混合信号（ｉ，ｑ）の残留位相誤差を補正するための移相器（ＰＳ）を備えることを特徴とする、搬送波再生のための回路。
8. 位相同期ループが残留位相誤差の測定と移相器（ＰＳ）のための制御補正信号（ＴＰ-ｐｈ）の供給とのために設計および／または制御されている、請求項７記載の回路。
9. 移相器（ＰＳ）が位相同期ループのための混合信号（ｉ，ｑ）の制御ピックアップの後ろに配置されている、請求項７または８記載の回路。
10. 移相器（ＰＳ）の前での混合信号（ｉ，ｑ）の遅延（ｚ^−ｋ）のために移相器（ＰＳ）に遅延装置（Ｖ）が上流接続されている、請求項７から９までのいずれか１項に記載の回路。
11. 位相同期ループにおけるサブサンプリングの場合に位相誤差値（ｐｈ）もしくは制御補正信号（ＴＰ-ｐｈ）を使用サンプリングレートに内挿するために移相器（ＰＳ）の前に補間装置（ＴＰ）を有する、請求項７から１０までのいずれか１項に記載の回路。
12. 制御補正信号（ＴＰ-ｐｈ）を供給するために位相誤差値（ｐｈ）の残留位相誤差をフィルタリングするための低域フィルタ（ＴＰ）を有し、その場合、前記低域フィルタ（ＴＰ）のパラメータが制御装置を用いて感度と制御帯域幅との妥協として決定される、請求項７から１１までのいずれか１項に記載の回路。

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