JP2010541378A - Ｄｍｂ−ｔシステムのための時間周波数同期化およびフレーム番号検出 - Google Patents

Abstract

ＤＭＢ−Ｔ受信機は、シングル・キャリア（ＳＣ）の変調形式と直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）などのマルチキャリアの変調形式をサポートする。放送信号を受信すると、ＤＭＢ−Ｔ受信機は、受信した放送信号を受信ベースバンド信号にダウンコンバートし、サンプル・シフト値±１の範囲内で少なくとも２つの信号フレーム分離間した受信したシンボルの各群を相関させることによって、フレーム・ヘッダ・モード１とフレーム・ヘッダ・モード３の関数として、受信信号からフレーム・タイミングの同期化を判定する。

Description

(関連出願とのクロスリファレンス)
本出願は、２００７年９月２８日付で出願された米国仮特許出願第６０／９９５，７８２号の利益を主張するものである。

本発明は、一般的には、通信システムに関し、より具体的には、無線システム、例えば、地上波放送、携帯電話、ＷｉＦｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ−Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）、衛星などの無線システムに関する。

近年、地上波テレビジョンのためのディジタル・マルチメディア放送（ＤＭＢ−Ｔ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）規格が中国におけるディジタル・テレビジョン（ＤＴＶ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）放送のために公開された（“Ｆｒａｍｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ，（ディジタル・テレビジョン地上波放送システムのためのフレーミング構造、チャンネル符号化および変調）”ＮＳＰＲＣ，２００７年８月）。ＤＭＢ−Ｔ規格の規定によれば、受信機は、シングル・キャリア（ＳＣ：ｓｉｎｇｌｅ ｃａｒｒｉｅｒ）変調モードおよび直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）変調モード（マルチキャリア・モード）をサポートする。シングル・キャリア・モードでは、直交振幅変調された（ＱＡＭ： Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ）シンボルが直接伝送される。マルチキャリア・モードでは、ＱＡＭシンボルが逆離散フーリエ変換（ＤＦＴ：ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）によって変調される。ＤＭＢ−Ｔ信号は、各信号フレームが基本的な構成ブロックを提供する階層型フレーム構造を有する。信号フレーム１０を図１に示す。信号フレーム１０は、フレーム・ヘッダ１１とフレーム・ボディ１２を含む。フレーム・ヘッダ１１は、相異なる長さを有する３つのフレーム・ヘッダ・モードを有する。図１から理解できるように、各長さは、４２０個のシンボル、５９５個のシンボル、さらに、９４５個のシンボルである。フレーム・ボディ１２は、３７８０個のシンボルを伝送し、このうち、３６個のシンボルは、システム情報であり、３７４４個のシンボルは、データである。ＤＭＢ−Ｔシステムにおいては、時間領域同期ＯＦＤＭ（ＴＤＳ−ＯＦＤＭ）技術が採用されている。従って、フレーム・ヘッダは、パイロット信号として機能する擬似雑音（ＰＮ）シーケンスを含み、これは、欧州において使用されるＤＶＢ−Ｔ（地上波）（例えば、ＥＴＳＩ ＥＮ ３００ ７４４ Ｖ１．４．１（２００１−０１）、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ（ＤＶＢ）；Ｆｒａｍｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｉｇｉｔａｌ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ（ディジタル・ビデオ放送（ＤＶＢ）；ディジタル地上波テレビジョンのためのフレーミング構造、チャンネル符号化および変調）参照）において使用される通常のＯＦＤＭ伝送に存在するサイクリック・プレフィックスの代わりに、ガード・インターバルとしても使用される。

上述したように、ＤＭＢ−Ｔ信号は、信号フレームからなる。信号フレームは、フレーム・ヘッダと、フレーム・ボディを含む。ＤＭＢ−Ｔ規格においては、３つのフレーム・ヘッダ・モードが規定されており、各々のモードは、異なる構造を有する。相異なるモードのフレーム・ヘッダは、擬似雑音（ＰＮ）シーケンスを含み、これは、上述したＤＶＢ−Ｔなどの通常のＯＦＤＭ伝送において存在するサイクリック・プレフィックスの代わりに、ガード・インターバルとして挿入される。相異なるモードには相異なる構造が使用されるが、本発明の原理に従えば、受信機は、受信したシンボルのシーケンスを提供するための、関連する信号フレーム構造を有する信号を受信する。また、受信機は、サンプル・シフト値内で少なくとも２信号フレーム分離間した受信したシンボルの各群を相関させることによって受信した信号におけるフレーム・タイミングに同期化する。

本発明の例示的な実施の形態においては、受信機は、ＤＭＢ−Ｔ受信機であり、シングル・キャリア（ＳＣ：ｓｉｎｇｌｅ ｃａｒｒｉｅｒ）変調形式および直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）などのマルチキャリア変調形式をサポートしている。放送信号を受信すると、受信機は、受信放送信号を受信ベースバンド信号にダウンコンバートし、サンプル・シフト値±１の範囲内で少なくとも２つの信号フレーム分離間した受信シンボルの各群を相関させることによって、フレーム・ヘッダ・モード１とフレーム・ヘッダ・モード３の関数として、受信信号からフレーム・タイミングの同期化を判定する。

上述した内容に鑑み、さらに、詳細な説明を読むことによって明らかとなるように、他の実施の形態や特徴事項も想定され、これらも本発明の原理の範囲に含まれる。

ＤＭＢ−ＴフレームおよびＤＭＢ−Ｔフレーム・ヘッダを示す図である。 ＤＭＢ−ＴフレームおよびＤＭＢ−Ｔフレーム・ヘッダを示す図である。 本発明の原理に係る例示的なデータ・セグメントを示す図である。 本発明の原理に係る装置の例示的な実施の形態を示す図である。 本発明の原理に係る例示的なフローチャートを示す図である。 本発明の原理に係る受信機の例示的な実施の形態を示す図である。 本明細書において説明される様々な方法のパフォーマンス・グラフである。 本明細書において説明される様々な方法のパフォーマンス・グラフである。 本明細書において説明される様々な方法のパフォーマンス・グラフである。 本明細書において説明される様々な方法のパフォーマンス・グラフである。 本明細書において説明される様々な方法のパフォーマンス・グラフである。 本明細書において説明される様々な方法のパフォーマンス・グラフである。

本発明のコンセプトとは別の、各図面に示された要素は、公知であり、詳細には説明しない。さらに、テレビジョン放送、受信機、ビデオ符号化については良く知られているものと想定されるため、本明細書において詳細には説明しない。例えば、本発明のコンセプトとは別の、ＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）、ＰＡＬ（Ｐｈａｓｅ Ａｌａｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｌｉｎｅｓ）、ＳＥＣＡＭ（ＳＥｑｕｅｎｔｉａｌ Ｃｏｕｌｅｕｒ Ａｖｅｃ Ｍｅｍｏｉｒｅ）、ＡＴＳＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）、中国ディジタル・テレビジョン・システム（ＧＢ２０６００−２００６）などのＴＶ規格、さらに、ＩＥＥＥ８０２．１６、８０２．１１ｈなどのネットワーキングについての現在の勧告、提案されている勧告については良く知られているものと想定される。ＤＶＢ−Ｔ放送信号についてのさらなる情報は、例えば、ＥＴＳＩ ＥＮ ３００ ７４４ Ｖ１．４．１（２００１−０１）、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ（ＤＶＢ）；Ｆｒａｍｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｉｇｉｔａｌ ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ（ディジタル・ビデオ放送（ＤＶＢ）；ディジタル地上波テレビジョンのためのフレーミング構造、チャンネル符号化および変調）に存在する。同様に、本発明のコンセプトとは別の、８レベル残留側波帯（８−ＶＳＢ）、ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）または、符号化直交周波数分割多重（ＣＯＦＤＭ）、または、ＤＭＴ（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｍｕｌｔｉｔｏｎｅ）などの伝送コンセプト、さらに、無線周波数（ＲＦ）フロント・エンドなどの受信機コンポーネント、低ノイズ・ブロック、チューナ、および復調器などの受信部、コリレータ、リーク・インテグレータ、およびスクエアラについても良く知られているものと想定される。同様に、本発明のコンセプトとは別の、トランスポート・ビットストリームを生成するための、（ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔ Ｇｒｏｕｐ）−２システム規格（ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８−１）などの）フォーマット化および符号化方法は公知であるため、本明細書中では説明しない。さらに、本発明のコンセプトは、従来のプログラミング技術を用いて実施することができるが、このような従来のプログラミング技術は、本明細書中では説明しない。最後に、各図面を通して同様の参照符号は同様の要素を表す。

上述したように、ＤＭＢ−Ｔには３つの異なるフレーム・ヘッダ・モードが存在する。これらは、図２に示されている。フレーム・ヘッダ・モード１（１１−１）は、フロント同期化部（２１）と、ＰＮ２５５シーケンス部（２２）と、リア同期化部（２３）とを含む。フロント同期化部（２１）とリア同期化部（２３）は、ＰＮ２５５シーケンス部（２２）のサイクリック・エクステンションである。フロント同期化部の長さは、８２個のシンボルであり、リア同期化部の長さは、８３個のシンボルである。フレーム・ヘッダ・モード１は、２２５個のフレームの群がスーパーフレーム（図示せず）を形成し、これらの２２５個のフレームは、同一の８次のリニア・シフト・レジスタによって生成されるＰＮシーケンスを使用するが、相異なる初期位相を有する。フレーム・ヘッダ・モード２（１１−２）は、ＰＮ５９５シーケンスからなり、これは、１０次の最長シーケンスから先端を切ったものである。例えば、フレーム・ヘッダ・モード２（１１−２）は、長さ１０２３のＰＮシーケンスからの最初の５９５個のシンボルからなる。フレーム・ヘッダ・モード２では、２１６個の信号フレームの群がスーパーフレームを形成する。フレーム・ヘッダ・モデル１とは異なり、全てのフレーム・ヘッダは、同一のＰＮ５９５シーケンスを含む。最後に、フレーム・ヘッダ・モード３（１１−３）は、フレーム・ヘッダ・モード１（１１−１）の構造と同様である。フレーム・ヘッダ・モード３は、フロント同期化部（４１）と、ＰＮシーケンス（４２）と、リア同期化部（４３）を含む。フロント同期化部（４１）とリア同期化部（４３）は、ＰＮ５１１シーケンス（４２）のサイクリック・エクステンションである。フロント同期化部の長さは、２１７個のシンボルであり、リア同期化部の長さは２１７個のシンボルである。フレーム・ヘッダ・モード３では、２００個の信号フレームの群がスーパーフレームを形成し、これらの２００個のフレームは、同一の９次のリニア・シフト・レジスタによって生成されるＰＮシーケンスを使用するが、相異なる初期位相を有する。相異なるモードには相異なる構造が使用されるが、本発明の原理に従えば、受信機は、受信放送信号を受信ベースバンド信号にダウンコンバートし、サンプル・シフト値内で少なくとも２信号フレーム分離間した受信シンボルの各群を相関させることによって、フレーム・タイミングの同期化を実行する。以下の説明においては、受信機が従来の技術に従って、フレーム・ヘッダ・モードを既に判定したものと仮定する。

上述したように、スーパーフレームにおける信号フレーム・ヘッダは、同一のリニア・シフト・レジスタによって作成されたＰＮシーケンスを使用するが、フレーム・ヘッダ・モード１とフレーム・ヘッダ・モード３とで相異なる初期位相を有する。これらのＰＮシーケンスは、互いのサイクリック・シフトである。スーパーフレームの各信号フレームのためのＰＮシーケンスの初期位相は、上述したＮＳＰＲＣ“Ｆｒａｍｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ，（ディジタル・テレビジョン地上波放送システムのためのフレーミング構造、チャンネル符号化および変調）”、ＮＳＰＲＣ、２００７年８月、に列挙されている。コンピュータによる検証の後、ＰＮシーケンスが以下の構造を有することが判明した。最初の信号フレームにおけるＰＮシーケンスを参照ＰＮシーケンスとし、Ｐ_ｉ（ｌ）を、フレーム・ヘッダ・モードｉでの、参照ＰＮシーケンスに対してｌ個の場所分サイクリックに右側にシフトされたＰＮシーケンスとすると、フレーム・ヘッダ・モード１について、以下の式が成り立つ。

ここで、Ｆ_１（ｌ）は、フレーム・ヘッダ・モード１でｌ番目の信号フレームにおいて使用されるＰＮシーケンスである。同様に、フレーム・ヘッダ・モード３について、以下の式が成り立つ。

ここで、Ｆ_３（ｌ）は、フレーム・ヘッダ・モード３でｌ番目の信号フレームにおいて使用されるＰＮシーケンスである。

等式（１）および（２）に与えられたＰＮシーケンスから、中央の２つの信号フレーム（これらは、モード１の信号フレーム１１１および１１３と、モード３の信号フレーム９９および１０１である）を除き、１つおきの信号フレームでのＰＮシーケンスのサイクリック・シフトは、右側へ１つの場所分、または、左側へ１つの場所分である。中央の２つの信号フレーム、（繰り返すと、これらは、モード１の信号フレーム１１１および１１３と、モード３の信号フレーム９９および１０１である）では、これらに対して隣接する１フレームであるＰＮシーケンスは、１つの場所分サイクリックにシフトとしているか、変更されていない。従って、１つおきの信号フレームで、フレーム・ヘッダは、少なくともＬ_ｉ−１個の繰り返しのＰＮシンボルを有する。Ｌｉは、フレーム・ヘッダ・モードｉでのフレーム・ヘッダの長さである。ここで、ｉ＝１，３（例えば、Ｌ１＝４２０個のシンボルの、Ｌ３＝４９５個のシンボル）である。この点に鑑み、さらに、本発明の原理に従えば、タイミング・インスタンスｍとｓサンプル・シフトについてのＰＮフレーム・ヘッダ相関（ＦＨＣ：Ｆｒａｍｅ Ｈｅａｄｅｒ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）関数は、以下のように定義される。

ここで、ｒ［ｍ］は、サンプリングされた受信信号であり、Ｇ_ｉは、フレーム・ヘッダ・モードｉでのＰＮシーケンスの長さであり、ｉ＝１、３（例えば、Ｇ_１＝２５５個のシンボル、Ｇ_３＝５１１個のシンボル）である。パラメータＭ_ｉ＝Ｎ＋Ｌ_ｉは、フレーム・ヘッダ・モードｉでの信号フレームの長さであり、ｉ＝１、３、（例えば、Ｍ_１＝４０２６個のシンボル、Ｍ_３＝４７２５個のシンボル）である。従って、最適なフレーム・タイミングｍ０は、以下の式で与えられる。

なお、サンプル・タイミングは、シンボル・タイミングと等しいと仮定する。しかしながら、発明のコンセプトは、そのように限定されるものではなく、サンプル・タイミングとシンボル・タイミングとが異なる場合もある。等式（３）のコンセプトを図３に例示する。受信信号ｒ、８０は、サンプルのシーケンスを提供するためにサンプリングされる。例えば、サンプル７９は、ｒ〔ｍ〕を表す（ｋ＝０のとき）。サンプル８１のシーケンス（０≦ｋ≦（Ｇ_ｉ―２））は、２Ｍ_ｉサンプル離間した位置、即ち、少なくとも２信号フレーム分離間した位置にあり、ｓ個のサンプル分前方または後方にシフトした（−１≦ｓ≦１）サンプル８２のシーケンス（０≦ｋ≦（Ｇ_ｉ―２））からの対応する各サンプルｓが乗じられる。本質的に、サンプル・シフト値内で少なくとも２信号フレーム分離間したスライディング・ウインドウ相関がある。ｍ_０が判定されると（等式（４））、ｍ_０の値は、フレームがシンボルにおいて開始する場所を表す。

次に、図４を参照すると、本発明の原理に従ったデバイス５０の例示的な実施の形態が示されている。デバイス５０は、プロセッサに基づくプラットフォーム、例えば、ＰＣ、サーバ、セットトップ・ボックス、携帯情報端末（ＰＤＡ：ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、携帯電話、モバイル用ディジタル・テレビジョン（ＤＴＶ：ｍｏｂｉｌｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）、ＤＴＶなどを表す。この点に関し、デバイス５０は、関連するメモリ（図示せず）を備えた１つ以上のプロセッサと受信機５５を含む。受信機５５は、アンテナ（図示せず）を介して放送信号１を受信する。この例では、放送信号１がディジタル・テレビジョン（ＤＴＶ）サービス、即ち、ＤＴＶトランスポート・ストリームを表すと仮定する。ＤＴＶトランスポート・ストリームは、少なくとも１つのＴＶチャンネルのビデオ、オーディオ、および／または、システム情報を含む。放送信号１は、この情報をシングル・キャリア（ＳＣ）変調と、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）などのマルチキャリア変調のいずれかを用いて搬送する。例示的に、ＤＴＶサービスは、ＤＭＢ−Ｔを介して搬送されるものと仮定する。しかしながら、発明のコンセプトは、このように限定されるものではない。この例においては、放送信号１は、少なくとも、３つのタイプのフレーム・ヘッダ・モードを使用する。受信機５５は、本発明の原理に従って、受信した放送信号１を処理して、フレーム・タイミングの同期化を実行する。フレーム・タイミングの同期化が得られた後、受信機５５は、さらに、受信した放送信号１を処理して、出力デバイス６０に供給される出力信号５６を復元する。出力デバイス６０は、破線のフォームに表すデバイス５０の一部であってもよいし、デバイス５０の一部でなくともよい。この例では、出力デバイス６０は、ユーザが選択したプログラムを視聴可能なディスプレイである。

次に、図５を参照すると、デバイス５０において使用される、本発明の原理に従った例示的なフローチャートが示されている。ステップ２０５において、受信機５５は、サンプリングされた受信された信号（例えば、図３を再び参照されたい）からの各サンプルに対して、フレーム・ヘッダ相関（等式（３））を実行する。このデータから、受信機５５は、ステップ２１５において、ピーク値ｍ_０（等式（４））を判定する。値ｍ_０は、フレームが開始される場所を表す。ステップ２１５でもまた、受信機５５は、フレーム・タイミング同期化が得られた旨の信号を発生する。

次に、図６を参照すると、受信機５５の例示的な部分が示されている。本発明に関連する受信機５５の部分のみが示されている。受信機５５は、ダウンコンバータ１１０と、復調器１１５と、フレーム・タイミング同期化器１２０とを含む。さらに、受信機５５は、プロセッサをベースとするシステムであり、図６の破線ボックスで示す、プロセッサ１９０およびメモリ１９５によって表される１つ以上のプロセッサおよび関連するメモリを含む。この点に関し、コンピュータ・プログラム、または、ソフトウエアは、例えば、図５の上述したフローチャートに従って、プロセッサ１９０によって実行されるために、メモリ１９５に記憶される。プロセッサ１９０は、１つ以上の、記憶されたプログラムで制御されるプロセッサであり、受信機の機能専用のものでなくともよい。例えば、プロセッサ１９０は、受信機５５の他の機能をさらに制御するものであってもよい。例えば、受信機５５がより大きなデバイスの一部である場合には、プロセッサ１９０は、このデバイスの他の機能を制御するものであってもよい。メモリ１９５は、どのようなストレージ・デバイスを表すものでもよく、例えば、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）などが挙げられ、受信機５５の内部に存在するものでもよく、さらに／または、受信機５５の外部に存在するものでもよく、必要に応じて、揮発性のものでもよく、さらに／または、不揮発性のものでもよい。

図６のアンテナ１０５は、放送信号を受信し、受信した放送信号を受信機５５に提供する。この例においては、アンテナ１０５は、受信した放送信号１０６をダウンコンバータ１１０に提供する。ダウンコンバータ１１０は、受信機５５のフロント・エンド処理を表し、受信した放送信号１０６のチューニングおよびダウンコンバートを行って、受信機５５によってさらに処理されるベースバンド、または、中間周波数（ＩＦ）の受信信号１１１を提供するチューナ（図示せず）などを含む。受信信号１１１は、復調器１１５に供給される。ＤＭＢ−Ｔの関連では、復調器１１５は、復調のＮ個のモードをサポートする。ここでＮ＞１である。この例では、Ｎ＝２であり、一方の復調モードは、ＯＦＤＭモードであり、他方の復調モードは、ＳＣモードである。この例では、受信信号１１１は、フレーム・ヘッダ・モード１とフレーム・ヘッダ・モード３のいずれかを使用するＯＦＤＭ信号を表す。復調器１１５は、受信信号１１１を復調して復調済の信号１１６を提供する。復調済の信号１１６は、（点線１３０によって表されるように）公知な方法で、受信機５５によってさらに処理され、出力信号５６を提供する。本発明の原理に従えば、フレーム・タイミング同期化器１２０は、（図５のフローチャートに関して上述したように、）信号パス１１２を介して復調器１１５からのデータを処理し、受信機５５によって使用されるためのフレーム・タイミングの同期化を達成する。これは、信号１２１により、図６に示されている。信号１２１は、受信機５５によって使用されるためのフレーム・タイミングの同期化が得られたこと（例えば、図５のステップ２１５）を知らせる。なお、図６の様々な要素は、単一のブロックとして表されているが、本発明は、そのように限定されるものではない。例えば、各々が１つ以上のタイプの復調をサポートする別個の復調器が存在していてもよい。

モード１およびモード３におけるＰＮフレーム・ヘッダもまた、ＤＭＢ−Ｔにおける信号フレーム番号を示すように設計される。この点に関し、本発明の原理に係るフレーム・ヘッダ・モード１および３において使用されるＰＮシーケンスの認識は、フレーム番号を検出するために使用される。実際、等式（１）および（２）の使用により、フレーム番号検出器の演算量が少なくなる。さらに、このような演算量の少ないフレーム番号検出器は、周波数オフセットの影響を受けない。

等式（１）および（２）に従って、ｉ＝１、３につき、フレーム・ヘッダ・モード１およびフレーム・ヘッダ・モード３の各々につき、Ｓ_ｉ（ｌ）を、Ｆ_ｉ（ｌ）からＦ_ｉ（ｌ＋１）へのサイクリックな右側シフトの数とする。
特に、フレーム・ヘッダ・モード１では、以下のようになる。

なお、負であるＳ_ｉ（ｌ）の値は、左側へのサイクリック・シフトであることを示す。従って、Ｆ_ｉ（ｌ）からＦ_ｉ（ｌ＋１）へのユニークなサイクリック・シフトがある。なお、フレーム・ヘッダｌおよびｌ＋１には、Ｌ_ｉ―｜Ｓ_ｉ（ｌ）｜個の繰り返されたシンボルが存在する。等式（５）および（６）から、２つのルックアップ・テーブル（ＬＵＴ）が構築される。一方のＬＵＴは、フレーム・ヘッダ・モード１のものであり、他方のＬＵＴは、フレーム・ヘッダ・モード３のものである。各ＬＵＴにおいて、各サイクリック・シフトｓは、フレーム番号であるｌの値と関連付けられている。フレーム・ヘッダ・モード１では、少なくともＺ_１＝３０８個のシンボルが２つの連続したフレーム・ヘッダで繰り返され、フレーム・ヘッダ・モード３では、少なくともＺ_３＝８４５個のシンボルが２つの連続したフレーム・ヘッダで繰り返されている。ここで、

および

を左および右にシフトされたｓ個のサンプルに関するＰＮの相関関数であるとする。

ｉ＝１、３では、以下のようになる。

最後に、Ｆ_ｉ（ｌ）からＦ_ｉ（ｌ＋１）のＰＮシーケンスの推定されたサイクリック・シフトは、以下のように与えられる。

等式（９）における

の値は、次に、適切なＬＵＴから関連するフレーム番号ｌを取得するために使用される。

図２に示すように、フレーム・ヘッダ・モード１および３では、フレーム・ヘッダは、ＰＮシーケンスとそのサイクリック・エクステンションとを含む。従って、フレーム・ヘッダ・モード１では、フレーム・ヘッダの最初の１６５個のシンボルは、このフレーム・ヘッダの最後の１６５個のシンボルの繰り返しである。同様に、フレーム・ヘッダ・モード３では、フレーム・ヘッダの最初の４３４個のシンボルは、このフレーム・ヘッダの最後の４３４個のシンボルの繰り返しである。従って、これらのサイクリック・エクステンションの間の相関を用いてフレーム・タイミングの同期化を実行することができる。特に、時間インスタンスｍに対するサイクリック・エクステンション相関（ＣＥＣ：Ｃｙｃｌｉｃ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）関数は、以下のように定義される。

パラメータＣ_１＝１６５は、サイクリックな拡張されたシンボルの数であり、Ｇ_１＝２５５は、フレーム・ヘッダ・モード１でのＰＮシーケンスの長さである。同様に、パラメータＣ_３＝４３４は、サイクリックな拡張されたシンボルの数であり、Ｇ_３＝５１１は、フレーム・ヘッダ・モード３でのＰＮシーケンスの長さである。そして、最適なフレーム・タイミング（信号フレームの最初におけるサンプル・インデックス）は、以下のように与えられる。

なお、周波数オフセットの存在は、タイミング・インデックスに比例した位相の回転を生じさせる。従って、通常、周波数オフセットΔｆは、以下のように推定される。

ここで、ｆｓ＝７．５６ＭＨｚがＤＭＢ−Ｔシステムのシンボル・レートである（例えば、Ｆ．Ｔｕｆｖｅｓｓｏｎ，Ｏ．Ｅｄｆｏｒｓ ａｎｄ Ｍ． Ｆａｕｌｋｎｅｒ，“Ｔｉｍｅ ａｎｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＯＦＤＭ Ｕｓｉｎｇ ＰＮ−Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｐｒｅｍｅａｂｌｅｓ，（ＰＮ−シーケンスのプリアンブルを用いたＯＦＤＭのための時間および周波数同期化）”Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＥ ＶＴＣ，２２０３頁〜２２０７頁、１９９９年９月を参照されたい）。関数のＡｒｇ（・）は、この引数のｍｏｄ−２π角度である。なお、位相がはっきりとしないため、等式（１２）によって与えられる周波数オフセット推定器には限界がある。フレーム・ヘッダ・モード１では、この推定器は、｜Δｆ｜＜２９６４７Ｈｚとなるときを確実に推定することができ、フレーム・ヘッダ・モード３では、この推定器は、｜Δｆ｜≦１４７９４Ｈｚとなるときを確実に推定することができる。

提案されたフレーム・タイミング同期化器、周波数オフセット推定器、および、フレーム番号検出器のパフォーマンスは、コンピュータ・シミュレーションによってデモンストレーションが行われている。シミュレーション環境は、加法性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ： ａｄｄｉｔｉｖｅ ｗｈｉｔｅ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｎｏｉｓｅ）および１．２４μｓ（９．３７サンプル）に相当する二乗平均平方根（ＲＭＳ： ｒｏｏｔ ｍｅａｎｓ ｓｑｕａｒｅ）の遅延スプレッドを有するマルチパス・レイリー・フェージング（ｍｕｌｔｉｐａｔｈ Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｆａｄｉｎｇ）・チャンネルである。マルチパス・レイリー・フェージング・チャンネルでは、各シングル・パスの包絡線は、レイリー分布し、各パスのチャンネル・ゲインは、ジェークス・フェージング・モデル（Ｊａｋｅｓ Ｆａｄｉｎｇ ｍｏｄｅｌ）によって生成される（例えば、Ｐ．Ｄｅｎｔ，Ｅ．Ｇ．Ｂｏｔｔｏｍｌｅｙ， ａｎｄ Ｔ． Ｃｒｏｆｔ，“Ｊａｋｅｓ Ｆａｄｉｎｇ Ｍｏｄｅｌ Ｒｅｖｉｓｉｔｅｄ，” Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ． ２９， Ｎｏ．１３，１１６２〜１１６３頁、１９９３年６月を参照されたい）。図７および図８は、フレーム・ヘッダ・モード１（図７）およびフレーム・ヘッダ・モード３（図８）について、ＡＷＧＮ環境の下で推定されたタイミングの標準偏差を示している。ＳＮ比（ＳＮＲ）が約５ｄＢである場合、標準偏差は、１サンプルよりも小さいことが分かるであろう。このシミュレーションにおいて、周波数オフセットは、１４ｋＨｚに設定される。（フレーム・ヘッダ・モード１についての）図９および（フレーム・ヘッダ・モード３についての）図１０から分かるように、二乗平均平方根（ＲＭＳ： ｒｏｏｔ ｍｅａｎｓ ｓｑｕａｒｅ）残差周波数オフセットは、ＳＮ比（ＳＮＲ）が０ｄＢである場合、フレーム・ヘッダ・モード１では、３００Ｈｚに近似し、フレーム・ヘッダ・モード３では、１００Ｈｚに近似する。最後に、フレーム・ヘッダ番号検出に関し、図１１（フレーム・ヘッダ・モード１）および図１２（フレーム・ヘッダ・モード３）では、提案されたアルゴリズムが優れたパフォーマンスを生み出し、フレーム番号検出エラーがＳＮ比（ＳＮＲ）が−３ｄＢよりも大きい場合には発生しそうもないことが分かるであろう。なお、フレーム番号検出器において使用されるフレーム・タイミングは、等式（３）および等式（４）のＰＮＳタイミング同期化器から取得される。

上述したように、本発明の原理に従えば、フレーム・タイミング同期化器およびフレーム番号検出器は、フレーム・ヘッダ・モード１および３におけるＰＮパターンを利用する。各フレーム・ヘッダにおけるサイクリック・エクステンションの特性に基づくジョイント・フレーム・タイミングおよび周波数オフセット推定器についてもまた、既に説明済である。シミュレーション結果は、全ての提案されたアルゴリズムのパフォーマンスが優れていることを示している。さらに、提案したアルゴリズムの演算量は極めて少なく、従って、実際のシステムに容易に適用することができる。ＯＦＤＭ信号との関連で説明を行っているが、本発明のコンセプトは、シングル・キャリア信号にも適用できる。さらに、フレーム・ヘッダ・モード２には、従来の相関技術が使用できることが理解できよう。

上記に鑑み、前述した内容は、単に、本発明の原理を例示するものに過ぎず、本願明細書において明示的に記載されていなくとも、当業者が様々な代替的な構成を企図し、本発明の原理をその精神および範囲の中で実施できることが理解されよう。例えば、別個の機能要素として描かれている場合であっても、各機能要素を１つ以上の集積回路（ＩＣ）において実施することができる。さらに、本発明の原理は、例えば、衛星、ＷｉＦｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ−Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）、携帯電話など、他のタイプの通信システムに適用することができる。実際、本発明のコンセプトは、固定式の受信機にも、移動式の受信機にも適用することができる。従って、例示的な実施の形態に対し、様々な改変を行うことができ、付随する請求の範囲によって規定される本発明の精神および範囲を逸脱することなく、他の構成を企図できることが理解できよう。

Claims (10)

1. 受信機において使用される方法であって、
   受信したシンボルのシーケンスを提供するための、関連する信号フレーム構造を有する信号を受信するステップと、
   サンプル・シフト値内で少なくとも２信号フレーム分離間した前記受信したシンボルの各群を相関させることによって受信した信号におけるフレーム・タイミングに同期化するステップと、
   を含む、前記方法。
2. 前記信号フレーム構造は、複数のフレーム・ヘッダ・モードを含み、各フレーム・ヘッダ・モードは、擬似シーケンスを有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記信号は、ディジタル・マルチメディア放送地上波テレビジョン信号であり、前記同期化ステップは、フレーム・ヘッダ・モード１およびフレーム・ヘッダ・モード３で実行される、請求項２に記載の方法。
4. サンプル・シフト値内で少なくとも２信号フレーム分離間した受信したシンボルの各群に渡って相関値を判定するステップと、
   前記相関値から、信号フレームがシンボルにおいて開始する場所を表すピーク相関値を判定するステップと、を含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記サンプル・シフト値が±１の範囲内である、請求項１に記載の方法。
6. 受信したシンボルのシーケンスを提供するための、関連する信号フレーム構造を有する信号を受信するダウンコンバータと、
   サンプル・シフト値内で少なくとも２信号フレーム分離間した受信したシンボルの各群を相関させることによって受信した信号におけるフレーム・タイミングに同期化するプロセッサと、
   を含む、装置。
7. 前記信号フレーム構造は、複数のフレーム・ヘッダ・モードを含み、各フレーム・ヘッダ・モードは、擬似シーケンスを有する、請求項６に記載の装置。
8. 前記信号は、ディジタル・マルチメディア放送地上波テレビジョン信号であり、前記プロセッサは、フレーム・ヘッダ・モード１およびフレーム・ヘッダ・モード３でフレーム・タイミングの同期化を実行する、請求項７に記載の装置。
9. 前記プロセッサは、
   （ａ）サンプル・シフト値内で少なくとも２信号フレーム分離間した受信したシンボルの各群に渡って相関値を判定し、
   （ｂ）前記相関値から、信号フレームがシンボルにおいて開始する場所を表すピーク相関値を判定する、請求項６に記載の装置。
10. 前記サンプル・シフト値が±１の範囲内である、請求項６に記載の装置。

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