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放送受信装置 - クラリオン株式会社
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発明の名称 放送受信装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−13558(P2007−13558A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−191651(P2005−191651)
出願日 平成17年6月30日(2005.6.30)
代理人 【識別番号】100078880
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 修平
発明者 青木 廣志
要約 課題
OFDM(直交周波数分割)方式によって送信された放送信号を受信してこれを復号する放送受信装置であって、受信エリアの拡大と、車載時の都市部での高速走行における受信性能の改善とを、容易に実現することができる放送受信装置を提供することである。

解決手段
複数の受信手段によって受信された複数のOFDM信号を処理して処理済OFDM信号を生成するベースバンド信号処理手段と、処理済OFDM信号を復調するOFDM復調手段とを有する。さらに、ベースバンド信号処理手段において合成ダイバーシティ方式によって処理済OFDM信号を生成する合成ダイバーシティモードと、選択ダイバーシティ方式によって処理済OFDM信号を生成する選択ダイバーシティモードのいずれか一方を選択して切り換える制御手段を備える。
特許請求の範囲
【請求項1】
外部からのOFDM放送波を受信してOFDM信号を生成する複数の受信手段と、
前記複数の受信手段によって受信された複数のOFDM信号を処理して処理済OFDM信号を生成するベースバンド信号処理手段と、
前記処理済OFDM信号を復調するOFDM復調手段と、
前記ベースバンド信号処理手段において、該複数のOFDM信号から得られる複数のベースバンド信号を合成し、合成されたベースバンド信号から該処理済OFDM信号を生成する合成ダイバーシティモードと、該複数のOFDM信号から得られる複数のベースバンド信号のうちのいずれか1つを選択してこれから該処理済OFDM信号を生成する選択ダイバーシティモードのいずれか一方を選択して切り換える制御手段と、
を有する、ことを特徴とする放送受信装置。
【請求項2】
前記ベースバンド信号処理手段が、
該複数のOFDM信号からそれぞれ直交復調して複数の直交復調信号を生成する複数の直交復調部と、
該複数のOFDM信号のそれぞれについて、生成された複数の直交復調信号を積算してベースバンド信号を生成する積算部と、
該複数のOFDM信号のそれぞれに対応した複数のベースバンド信号を加算して合成ベースバンド信号を生成する加算部と、
該合成ベースバンド信号を直交変調して処理済OFDM信号を生成する直交変調部と、
を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の放送受信装置。
【請求項3】
該選択ダイバーシティモードが選択されている時は、前記制御手段は、選択されないベースバンド信号に対する重み付け係数を0として該複数のベースバンド信号の加算が行われるよう、前記加算部を制御する、ことを特徴とする請求項2に記載の放送受信装置。
【請求項4】
前記制御手段が、前記OFDM復調手段によって復調された信号に応じて、前記制御手段が合成ダイバーシティモードと選択ダイバーシティモードのいずれを選択するかを判定する、判定部をさらに有する、ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の放送受信装置。
【請求項5】
前記制御手段が、前記OFDM復調手段によって復調された信号から受信状況のパラメータを抽出するパラメータ抽出部と、放送装置自身の移動速度を検出する速度検出部と、をさらに有し、
前記判定部は、前記パラメータ抽出部によって抽出されたパラメータと、前記速度検出部によって検出された速度とから、前記制御手段が合成ダイバーシティモードと選択ダイバーシティモードのいずれを選択するかを判定する、ことを特徴とする請求項4に記載の放送受信装置。
【請求項6】
前記パラメータ抽出部は、前記OFDM復調手段の出力からパイロット信号を抽出し、前記パイロット信号に逆離散フーリエ変換を行って遅延プロファイルを算出し、この遅延プロファイルから該パラメータを抽出する、ことを特徴とする請求項5に記載の放送受信装置。
【請求項7】
該パラメータは、同一チャンネル干渉している伝播波のパス数、各伝播波の遅延時間、および各伝播波のD/U比を含む、ことを特徴とする請求項6に記載の放送受信装置。
【請求項8】
前記判定部は、該パラメータと該速度を用いて、合成ダイバーシティモードと選択ダイバーシティモードそれぞれについての推定受信感度を算出し、両者を比較することによって前記制御手段が合成ダイバーシティモードと選択ダイバーシティモードのいずれを選択するかを判定する、ことを特徴とする請求項7に記載の放送受信装置。
【請求項9】
前記判定部による判定結果に基づいて、該ベースバンド信号を合成する際の重み付け係数および相関係数を演算する演算部をさらに有する、ことを特徴とする請求項4から8のいずれかに記載の放送受信装置。
【請求項10】
前記演算部は、該重み付け係数および該相関関数を前記積算部に出力する、ことを特徴とする請求項9に記載の放送受信装置。
【請求項11】
前記OFDM復調手段がビットエラーレートを出力する、ことを特徴する請求項1から10のいずれかに記載の放送受信装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、OFDM(直交周波数分割)方式によって送信された放送信号を受信してこれを復号する放送受信装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、従来のアナログ放送に代わってデジタル放送が利用されつつある。特に、時分割方式のようにビットレートを大きくすることなく、大量のデータを限られた周波数帯域内で送信可能な、OFDM方式を用いたデジタル放送が注目されている。
【0003】
OFDM方式とは、データを互いに直交する複数のサブキャリアとして送信することを特徴とするものである。各サブキャリアは互いに直交しているため、サブキャリア同士の周波数帯が一部重なっていてもよい。この特性を利用することによって、OFDM方式のデジタル放送は、大量のデジタルデータを効率よく配信可能となっている。
【0004】
このOFDM方式のデジタル放送用の受信装置においては、信号の減衰を防ぐために、指向性の異なる複数のアンテナを用いて信号品質を向上させる、いわゆるダイバーシティシステムを採用する場合がある。特に自動車等の移動体でOFDM方式のデジタル放送を受信する場合は、ダイバーシティシステムの使用が有効である。
【0005】
ダイバーシティシステムとしては、複数のアンテナから受信した信号のうち、最も劣化の少ないものを採用する選択ダイバーシティ方式によるものと、複数のアンテナから受信した信号を合成する合成ダイバーシティ方式によるものとがある。例えば、特許文献1に開示されている放送受信装置においては、選択ダイバーシティ方式を採用したダイバーシティシステムと、合成ダイバーシティ方式を採用したダイバーシティシステムのいずれか一方が組み込まれている。
【特許文献1】特開2002−232385
【0006】
選択ダイバーシティ方式と合成ダイバーシティ方式とを比較した場合、一般的には合成ダイバーシティ方式の方が高い信号レベルが得られる。しかしながら、電波の反射によって特定のアンテナが受信した信号に遅延が生じた場合には、信号の劣化が起こりうる。特に放送受信装置が都市部にある時は、様々な長さの遅延を伴う信号が複数のアンテナから受信されてしまうため、合成ダイバーシティ方式を信号の遅延による信号劣化が起こりやすい。従って、放送受信装置が自動車などの移動体に設置される場合は、「選択ダイバーシティ方式を採用した場合、郊外に移動した時に信号劣化が起こりやすい」「合成ダイバーシティ方式を採用した場合、都市部に移動した時に信号劣化が起こりやすい」という問題があった。このため、従来の放送受信装置においては、アンテナの感度そのものを増加させることなく、受信エリアの拡大と、都市部での高速走行における受信性能の改善とを同時に実現することができなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は上記の問題に鑑み、特に車載型の放送受信装置において、受信エリアの拡大と、都市部での高速走行における受信性能の改善とを、容易に実現することができる放送受信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の目的を達成するため、本発明の放送受信装置は、外部からのOFDM放送波を受信してOFDM信号を生成する複数の受信手段と、複数の受信手段によって受信された複数のOFDM信号を処理して処理済OFDM信号を生成するベースバンド信号処理手段と、処理済OFDM信号を復調するOFDM復調手段とを有する。さらに、本発明の放送受信装置は、ベースバンド信号処理手段において合成ダイバーシティ方式によって処理済OFDM信号を生成する合成ダイバーシティモードと、選択ダイバーシティ方式によって処理済OFDM信号を生成する選択ダイバーシティモードのいずれか一方を選択して切り換える制御手段を有する。
【0009】
このような構成とすることにより、合成ダイバーシティ方式の方がより高い受信レベルを得られる場合は合成ダイバーシティモードを、また選択ダイバーシティ方式の方がより高い受信レベルを得られる場合は選択ダイバーシティモードを、それぞれ適宜選択して利用可能となる。すなわち、本発明によれば、放送受信装置周囲の環境に応じて適切なダイバーシティ方式が選択されるため、特に、放送受信装置が移動体に載置されている場合のような、周囲環境が変動しやすい状況において、より劣化の少ない信号を得ることができる。
【0010】
また、ベースバンド信号処理手段が、複数のOFDM信号からそれぞれ直交復調して複数の直交復調信号を生成する複数の直交復調部と、複数のOFDM信号のそれぞれについて生成された複数の直交復調信号を積算してベースバンド信号を生成する積算部と、複数のOFDM信号のそれぞれに対応した複数のベースバンド信号を加算して合成ベースバンド信号を生成する加算部と、合成ベースバンド信号を直交変調して処理済OFDM信号を生成する直交変調部と、を有する構成としてもよい。ここで、選択ダイバーシティモードが選択されている時は、制御手段は、例えば選択されないベースバンド信号に対する重み付け係数を0として複数のベースバンド信号の加算が行われるよう、加算部を制御する。
【0011】
また、制御手段が、OFDM復調手段によって復調された信号に応じて、制御手段が合成ダイバーシティモードと選択ダイバーシティモードのいずれを選択するかを判定する、判定部をさらに有していてもよい。このような構成とすると、合成ダイバーシティ方式と選択ダイバーシティ方式とを自動的に切換可能となる。判別のために、OFDM復調手段によって復調された信号から受信状況のパラメータを抽出するパラメータ抽出部と、放送装置自身の移動速度を検出する速度検出部と、を使用する。すなわち、判定部は、パラメータ抽出部によって抽出されたパラメータと、速度検出部によって検出された速度とから、制御手段が合成ダイバーシティモードと選択ダイバーシティモードのいずれを選択するかを判定する。
【0012】
また、パラメータ抽出部は、例えばOFDM復調手段の出力からパイロット信号を抽出し、パイロット信号に逆離散フーリエ変換を行って遅延プロファイルを算出し、この遅延プロファイルからパラメータを抽出する。
【0013】
また、このパラメータとしては、同一チャンネル干渉している伝播波のパス数、各伝播波の遅延時間、および各伝播波のD/U比等が考えられる。判定部は、これらのパラメータと該速度を用いて、合成ダイバーシティモードと選択ダイバーシティモードそれぞれについての推定受信感度を算出し、両者を比較することによって制御手段が合成ダイバーシティモードと選択ダイバーシティモードのいずれを選択するかを判定する。
【0014】
また、判定部による判定結果に基づいて、該ベースバンド信号を合成する際の重み付け係数および相関係数を演算する演算部をさらに有する構成としてもよい。この時、演算部は、例えば重み付け係数および相関関数を積算部に出力する。
【0015】
また、OFDM復調手段がビットエラーレートを出力する構成としてもよい。
【発明の効果】
【0016】
以上のように、本発明の放送受信装置によれば、合成ダイバーシティモードと、選択ダイバーシティモードとを適宜切り換えて利用可能となる。特に、自動車等の移動体に放送受信装置を設置して利用する場合には、受信SN比改善による受信エリアの拡大や、都市部での高速走行における受信性能の改善の双方とが期待できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下、本発明の一実施形態につき、図面を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態による放送受信装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の放送受信装置1は、自動車等の移動体に設置されるものである。
【0018】
本実施形態の放送受信装置1は、それぞれ指向性の異なるN個のアンテナ12を有する。アンテナ12が受信した信号のそれぞれは、A/Dコンバータ14によって離散化されたのちに、別個にベースバンド信号処理部20に入力される。
【0019】
ベースバンド信号処理部20は、入力された複数の信号を処理してOFDM信号を生成し、これを直交変調してOFDM信号を生成し、これをOFDM復調器30に送信する。OFDM復調器30は、受信したOFDM信号を復調して所望の映像・音声データを取得して、これをデータ処理部42に送信する。データ処理部42は、OFDM復調器30
から得たデータを処理して、モニタやスピーカ等に出力する。かくして放送受信装置1の使用者は、アンテナ12にて受信した信号を、映像及び/または音声として視聴できる。
【0020】
また、OFDM復調器30の出力は制御ブロック50に送られる。制御ブロック50は、ベースバンド信号処理部において合成ダイバーシティと選択ダイバーシティのいずれの処理を行うかどうかを判定すると共に、合成ダイバーシティが選択された時に使用する相関値と重み付け係数とを演算する。この重み付け係数はベースバンド信号処理部20に送られ、複数のアンテナ12が受信した信号を合成する際の演算に利用される。この重み付け係数を用いて、信号は同相合成(最大比合成)されるようになっている。
【0021】
また、制御ブロック50には、放送受信装置1が設置されている移動体の速度を検出する速度計(後述)が内蔵されており、制御ブロック50は、速度計およびOFDM復調器30の出力を解析することによって合成ダイバーシティと選択ダイバーシティのいずれの処理を行うかどうかを判定する。
【0022】
以上の構成によって、本実施形態の放送受信装置1は、ベースバンド信号処理部20が合成ダイバーシティ方式と選択ダイバーシティ方式のうち、より受信環境に適したダイバーシティ方式を自動的に選択し、その方式に基づいて高品位な(劣化の少ない)OFDM信号を出力する。この結果として、放送受信装置1の使用者は、放送電波の電界強度が小さい状態で放送を受信する場合であっても、できる限り高い品質で画像及び/または音声を視聴可能である。
【0023】
また、OFDM復調器30は入力されたOFDM信号のビットエラーレートを計測し、出力している。
【0024】
ベースバンド処理部20の構成につき、以下説明する。図2は、本実施形態のベースバンド処理部20のブロック図である。ベースバンド処理部20は、アンテナ12の各々に対応したN個の直交復調部21と、直交復調部21の各々に対応したN個の積算部22と、加算部23I、23Qと、直交変調部24と、を有する。
【0025】
A/Dコンバータ14が出力した信号は、それぞれ対応する直交復調部21に入力される。直交復調部21の各々は、信号を直交復調してベースバンド信号を生成する。各直交復調部21から出力されるベースバンド信号は複素数で記述される。ここで、n番目(n=1,2,・・・,N)の直交復調部21から出力されるベースバンド信号の実数部をXnI(t)、虚数部をXnQ(t)とする。
【0026】
次いで、ベースバンド信号XnI(t)、XnQ(t)は、それぞれ対応する積算部22に送られる。積算部22は、このベースバンド信号(XnI(t)+jXnQ(t))に、制御ブロック50から各積算部22に送信されている重み付け係数W=WnI+jWnQを掛け、その積算結果の実数部(WnI・XnI(t)−WnQ・XnQ(t))、虚数部(WnQ・XnI(t)+WnI・XnQ(t))を、加算部23I、23Qにそれぞれ送る。
【0027】
加算部23I、23Qは、N個の積算部22から送信された積算結果を数1に基づいて加算し、加算結果Y(t)=Y(t)+jY(t)を直交変調部24に送信する。
【0028】
【数1】


【0029】
直交変調部24は、加算結果Y(t)を直交変調してOFDM信号を生成し、これをOFDM復調器30に送信する。
【0030】
以上のように、ベースバンド信号処理部20においては、A/Dコンバータ14の各々から出力された信号が一端復調され、重み付け係数Wによって重み付けされた上でこれらが互いに加算され、次いでこの加算結果が再度変調されてOFDM復調器30に送信される。すなわち、複数のアンテナ12から受信された信号が合成されて出力される、合成ダイバーシティがこのベースバンド処理部20にて行われていることになる。
【0031】
重み付け係数Wは、制御ブロック50によって算出される。制御ブロックの構成に付き、以下に説明する。
【0032】
図3は、制御ブロック50のブロック図である。制御ブロック50は、パイロット信号抽出部51と、逆離散フーリエ変換回路52と、特徴抽出部53と、速度計54と、判定部55と、演算部56を備える。
【0033】
パイロット信号抽出部51は、OFDM復調器30の出力からパイロット信号を抽出して逆離散フーリエ変換回路52に出力する。逆離散フーリエ変換回路52は、パイロット信号を逆離散フーリエ変換して、遅延プロファイルを算出する。この遅延プロファイルは、特徴抽出部53に送られる。特徴抽出部53は、この遅延プロファイルから同一チャンネル干渉している伝播波のパス数M、遅延時間τ(i=0,1,2,・・・,M−1)、D/U比R等の特徴パラメータを抽出する。これらの特徴パラメータは、判定部55に送られる。
【0034】
また、速度計54は、放送受信装置1が設置されている移動体の速度Vを検出する。この速度Vもまた、判定部55に送信される。
【0035】
判定部55は、特徴パラメータおよび速度Vを用いて、各アンテナ12が受信した信号を合成した場合の推定受信感度F[dbm]と、特定のアンテナ12が受信した信号による推定受信感度F[dbm]を演算する。F、Fは共に、伝播波のパス数M、遅延時間τ(i=0,1,2,・・・,M−1)、D/U比R、および速度Vを引数とする関数で記述されており、その関数は実験によって求められる。具体的には、図1に示した放送受信装置1において、アンテナ12の代わりに、特定の電波受信状態/移動体の走行状態をシミュレートした信号をA/Dコンバータ14に入力するフェージング・シュミレータを放送受信装置1に接続し、その時に得られる特徴パラメータと、OFDM復調器30から出力されるビットエラーレートから、多変量解析によって関数F、Fを算出する。
【0036】
ここで、F>Fであれば、合成ダイバーシティを行ったほうが劣化の少ない信号が得られるものと判定部55は判断する。また、F<Fであれば、選択ダイバーシティを行ったほうが劣化の少ない信号が得られるものと判定部55は判断する。この判定結果は演算部56に送信される。
【0037】
演算部56は、判定部55の判断結果に基づいて、重み付け係数Wを算出する。この重み付け係数の算出手順に付き、以下に説明する。
【0038】
まず、重み付け係数の算出に先立って、以下の数2を用いて相関値ΦY,Xnを算出する。なお、図2に示されているように、ベースバンド信号処理部20内で生成されているベースバンド信号(XnI(t)+jXnQ(t))および加算結果Y(t)は、制御ブロック50に送られている。このベースバンド信号および加算結果を数2に代入することによって相関値ΦY,Xnは算出される。
【0039】
【数2】


【0040】
なお、上記数2において、Tは標本数である。
【0041】
合成ダイバーシティを行ったほうが劣化の少ない信号が得られるものと判定部55が判断した場合は、重み付け係数Wは以下の数3によって算出される。
【0042】
【数3】


【0043】
一方、選択ダイバーシティを行ったほうが劣化の少ない信号が得られるものと判定部55が判断した場合は、数4によって重み付け係数Wが算出される。
【0044】
【数4】


【0045】
数4において算出された重み付け係数Wをベースバンド信号(XnI(t)+jX(t))に掛けた場合、加算結果Y(t)は、相関関数ΦY,Xnが最も大きくなるようなベースバンド信号のみが抽出され、他のベースバンド信号が破棄された状態(すなわち、相関関数ΦY,Xnが最も大きくなるベースバンド信号のみが選択される選択ダイバーシティ)と等価となる。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】本発明の実施形態による放送受信装置の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施形態の放送受信装置のベースバンド処理部のブロック図である。
【図3】本発明の実施形態の放送受信装置の制御ブロックのブロック図である。
【符号の説明】
【0047】
1 放送受信装置
12 アンテナ
14 A/Dコンバータ
20 ベースバンド信号処理部
21 直交復調部
22 積算部
23I、23Q 加算部
24 直交変調部
30 OFDM復調器
42 データ処理部
50 制御ブロック
51 パイロット信号抽出部
52 逆離散フーリエ変換回路
53 特徴抽出部
54 速度計
55 判定部
56 演算部




 

 


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