JP2001103107A - ディジタルコスタスループ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ディジタルコスタスループ回路２２は周波数
誤差検出回路３０を含み、周波数誤差検出回路３０は
Ｉ′信号とＱ′信号とに基づいて周波数誤差を検出す
る。このディジタルコスタスループ回路２２では、位相
がロックしたにも拘わらず、同期ワード信号を検出でき
ない場合には、同期検出回路３２が同期なしを検出す
る。同期検出回路３２は同期なしを検出するとデータ出
力回路４２を指示して、±ｍ・ｆｓ／ｎデータの符号
（＋，−）および倍数（ｍ）の少なくとも一方を変更
し、そのデータを位相がロックしたときの周波数に加算
する。このように、位相がロックしたときの周波数を用
いて周波数を変更するので、同期を取る動作を始めから
やり直す必要がない。したがって、同期するまでの時間
が短い。 【効果】 短時間で搬送波の再生を開始することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はディジタルコスタスル
ープ回路に関し、特にたとえばサンプリング周波数ｆｓ
のｎ値ＰＳＫ変調信号のキャリア再生に適用される、デ
ィジタルコスタルループ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に示す、従来のディジタルコスタス
ループ回路１では、位相差検出回路２でＩ′信号および
Ｑ′信号の位相差を検出し、検出した位相差がループフ
ィルタ３に与えられる。ループフィルタ３ａは、十分に
低い低域フィルタであり、位相差の高域成分を除去す
る。ループフィルタ３ａの出力は、数値制御発振器（Ｎ
ＣＯ）４に与えられる。ＮＣＯ４は、ループフィルタ３
ａの出力に基づいてＩ信号およびＱ信号に含まれる残留
キャリア成分を除去するための制御信号θを生成し、Ｓ
ＩＮ，ＣＯＳＲＯＭ５に出力する。したがって、ＳＩ
Ｎ，ＣＯＳＲＯＭ５は、制御信号θを入力として、その
アドレス値（コスタレーション平面上の位置）に対応す
るデータを複素乗算回路６に出力する。複素乗算回路６
では所定の演算が施され、Ｉ信号およびＱ信号に含まれ
る残留キャリア成分が除去されていた。つまり、残留キ
ャリア成分による周波数のずれを補正していた。

【０００３】また、残留キャリア成分が除去され、図６
に示すような、８ＰＳＫ方式に対応するコスタレーショ
ン平面上の同期位置（０００〜１１１）のいずれかで位
相がロックしても、誤った周波数に引き込まれた場合に
は、同期ワード信号を読み取ることができない。このた
め、同期検出回路６が同期なしを判断し、±ｍ・ｆｓ／
ｎデータ出力回路７を制御して、ループフィルタ３ｂの
オフセット値を変更する。したがって、ループフィルタ
３ｂに設定されたオフセット値で周波数が大きく変更さ
れる。オフセット値の変更に伴って、周波数が大きく変
更された後、位相差検出回路２の出力に基づいて位相が
ロックされていた。このような動作を繰り返すことによ
り、同期と取っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来技術
では、同期検出回路８が同期なしを検出すると、ループ
フィルタ３ｂのオフセット値を変更して、つまりループ
フィルタ３ｂをリセットして、位相をロックさせる動作
を始めからやり直すため、搬送波（キャリア）を再生す
るまでに時間がかかってしまっていた。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、短
時間で搬送波の再生を開始できる、ディジタルコスタス
ループ回路を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、サンプリン
グ周波数ｆｓのｎ（ｎは２以上の自然数）値ＰＳＫ変調
信号のキャリア再生のためのディジタルコスタスループ
回路であって、残留キャリア成分を含むＩ，Ｑ信号に基
づいて残留キャリア成分を位相差として検出する位相差
検出手段、位相差から周波数誤差を検出する誤差検出手
段、誤差検出手段から出力された周波数誤差を受けるル
ープフィルタ、±ｍ・ｆｓ／ｎ（ｍは１以上の自然数）
のデータを出力するデータ出力手段、およびループフィ
ルタから出力されたデータおよび出力手段から出力され
たデータを加算する加算手段を備え、加算したデータを
数値制御発振器に付与する、ディジタルコスタスループ
回路である。

【０００７】

【作用】このディジタルコスタスループ回路では、サン
プリング周波数ｆｓのｎ（ｎは２以上の自然数）値ＰＳ
Ｋ変調信号の搬送波（キャリア）を再生する。位相差検
出手段は、たとえば複素乗算回路から出力された残留キ
ャリア成分を含むＩ信号とＱ信号とに基づいて、残留キ
ャリア成分を位相差として検出する。周波数誤差検出手
段は、この位相差から周波数誤差を検出する。この周波
数誤差がループフィルタに与えられる。加算手段が、ル
ープフィルタから出力されたデータとデータ出力手段か
ら出力された±ｍ・ｆｓ／ｎ（ｍは１以上の自然数）の
データを加算する。この加算したデータがたとえばＮＣ
Ｏなどのような数値制御発振器に与えられる。ただし、
±はコスタレーション平面上の移動方向を決定するため
の符号であり、ｍはｆｓ／ｎの倍数である。このよう
に、±ｍ・ｆｓ／ｎのデータを加算することにより、周
波数が大きく変更される。たとえば、位相がロックして
も同期なしを検出すれば、ループフィルタから出力され
るデータを用いて、つまり位相がロックしたときの周波
数に±ｍ・ｆｓ／ｎのデータを加算して、正しい周波数
を決定するので、周波数を決定する動作を始めからやり
直す必要がない。

【０００８】たとえば、同期パターンを検出するための
同期パターン検出手段を設けた場合に、同期パターン検
出手段が同期なしを検出すると、変更手段が符号（＋，
−）および倍数（ｍ）の少なくとも一方を変更する。

【０００９】また、パターン同期検出手段が同期ありを
検出すると、保持手段がそのときの±ｍ・ｆｓ／ｎのデ
ータを保持するので、その保持した±ｍ・ｆｓ／ｎのデ
ータが常に加算器に与えられる。つまり、一旦同期する
と、一定のデータが加算器に与えられ、搬送波を確実に
再生することができる。

【００１０】

【発明の効果】この発明によれば、位相がロックしたと
きの周波数を用いて正確な周波数を決定するので、周波
数を決定する動作を始めからやり直す必要がない。した
がって、同期するまでの時間が短いので、短時間で搬送
波の再生を開始することができる。

【００１１】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１２】

【実施例】図１を参照して、この実施例のＢＳディジタ
ル放送受信機１０はチューナ１２を含み、チューナ１２
にはアンテナ１４が接続される。アンテナ１４で受信さ
れたＢＳディジタル放送のディジタルデータがチューナ
１２に与えられ、チューナ１２はディジタルデータを所
望の中間周波信号（ＩＦ信号）にダウンコーバートす
る。

【００１３】ディジタルデータは、図２に示すように、
１フレームに３９９３６シンボル含み、１フレームの先
頭部分が同期信号部分である。ここで、シンボルとは、
１クロックに同期して受信される信号をいう。図から分
かるように、同期信号部分は同期ワード信号とこの同期
ワード信号に続くＴＭＣＣ信号（伝送多重制御信号）と
で構成される。ＴＭＣＣ信号は、スロット制御信号およ
び伝送方式（ＢＰＳＫ（２相位相シフトキーイング）方
式，ＱＰＳＫ（４相位相シフトキーイング）方式および
８ＰＳＫ（８相位相シフトキーイング）方式）に関する
制御情報である。また、ＴＭＣＣ信号および同期ワード
信号のシンボル数（信号点数）は１９２であり、そのう
ち同期ワード信号のシンボル数は４０である。このＴＭ
ＣＣ信号および同期ワード信号は、ＢＰＳＫ方式で変調
され、伝送される。つまり、ＴＭＣＣ信号を検出しなけ
れば、同期信号部分に続く信号の変調方式（伝送方式）
を知ることができないため、ノイズに対して一番強いＢ
ＰＳＫ方式で変調される。

【００１４】上述のように、同期信号部分に続いて、デ
ータ（映像信号および音声信号）とキャリアロック用の
ＢＰＳＫバースト信号（以下、単に「バースト信号」と
いう。）とが交互に配置されている。各データのシンボ
ル数は２０３であり、バースト信号のシンボル数は４で
ある。つまり、バースト信号は、同期信号部分に続い
て、所定シンボル数毎に挿入される。このバースト信号
で同期を取りデータを再生するため、バースト信号もま
たノイズに対して一番強いＢＰＳＫ方式で変調される。
なお、データはＢＰＳＫ変調、ＱＰＳＫ変調または８Ｐ
ＳＫ変調され、この実施例では同一フレーム内では、同
期信号部分に続いて、位相数の多い順、つまり８ＰＳＫ
変調、ＱＰＳＫ変調、ＢＰＳＫ変調の順で並べられる。

【００１５】また、データとバースト信号とを１セット
として、連続する４セットの集まりを１スロットとい
う。各スロットは、各種の変調方式で変調されている。
周波数（位相）がロックすると、同期ワード信号を検出
し、フレームの同期を取ってからＴＭＣＣ信号の内容を
復調することにより、どのような変調方式のデータがど
のような順番で伝送されているかを知ることができる。

【００１６】ここで、送信側から伝送されてくるディジ
タルデータは、８フレームを１周期単位としている。こ
の１周期単位の８フレームをスーパーフレームという。
また、同期ワード信号は、スーパーフレームの各フレー
ムのＴＭＣＣ信号の前後に付加されており、各フレーム
のＴＭＣＣ信号の前に、伝送フレームを同期するための
第１同期語が付加されている。また、スーパーフレーム
のうちの１番目のフレームには、先頭フレームであるこ
とを識別するための第２同期語が付加されている。さら
に、２番目から８番目までのフレームには、第２同期語
の全ビットを反転させた第３同期語が付加されている。
このような同期語を付加することによって、フレームを
識別してしている。

【００１７】図１に戻って、チューナ１２から出力され
たＩＦ信号は、直交検波回路１６に与えられ、直交検波
される。したがって、ベースバンドのアナログのＩ信号
およびＱ信号が得られる。このアナログのＩ信号および
Ｑ信号が、Ａ／Ｄ変換器１８でディジタル信号に変換さ
れ、ナイキストフィルタ２０に与えられる。ナイキスト
フィルタ２０は、ディジタルのＩ信号およびＱ信号に含
まれる不要な高周波成分を除去するとともに、符号間干
渉を防止するためのフィルタリング処理をする。ナイキ
ストフィルタ２０を介したＩ信号およびＱ信号が、ディ
ジタルコスタスループ回路２２の複素乗算回路２４に与
えられる。

【００１８】複素乗算回路２４は、ＲＯＭ２６から出力
されるｓｉｎデータ（ｓｉｎθ）およびｃｏｓデータ
（ｃｏｓθ）とを用いて、数１に示す複素演算処理を実
行し、残留キャリア成分を除去する。つまり、コスタレ
ーション平面上の同期位置（０００〜１１１）との位相
ずれ（周波数誤差Δｆ１）が補正される。

【００１９】

【数１】Ｉ′＝Ｉ×ｃｏｓθ＋Ｑ×ｓｉｎθ Ｑ′＝Ｑ×ｃｏｓθ−Ｉ×ｓｉｎθ このように演算処理によって生成されたＩ′信号および
Ｑ′信号が、図示しない後段の信号処理回路に出力され
るとともに、位相差検出回路２８、周波数誤差検出回路
３０および同期検出回路３２に与えられる。

【００２０】位相差検出回路２８は、Ｉ′信号とＱ′信
号とに基づいて位相差を検出し、検出した位相差をルー
プフィルタ（ＬＦ）３４に与える。ＬＦ３４は、位相差
に含まれる高域成分を除去して、数値制御発振器（ＮＣ
Ｏ）３６に高域成分を除去した位相差を与える。ＮＣＯ
３６は、ＬＦ３４から与えられた位相差に基づいて、残
留キャリア成分を除去するための制御信号θを発生す
る。つまり、ｓｉｎデータおよびｃｏｓデータのパラメ
ータを発生し、ＲＯＭ２６に与える。したがって、ＲＯ
Ｍ２６では、ＮＣＯ３６から与えられる制御信号θに基
づいて、ＳＩＮＲＯＭ２６ａおよびＣＯＳＲＯＭ２６ｂ
からｓｉｎデータ（ｓｉｎθ）およびｃｏｓデータ（ｃ
ｏｓθ）が読み出される。このｓｉｎデータおよびｃｏ
ｓデータが複素乗算回路２４に与えられ、数１に示すよ
うな演算が実行される。

【００２１】また、周波数誤差検出回路３０は、位相差
検出回路２８と同様の回路であり、周波数の誤差を検出
して、検出した周波数誤差を介してＬＦ３８に与える。
ＬＦ３８は、周波数誤差の高域成分を除去し、高域を除
去した周波数誤差を加算器４０に与える。また、±ｍ・
ｆｓ／ｎデータが、±ｍ・ｆｓ／ｎデータ出力回路（以
下、単に「データ出力回路」という。）４２から加算器
４０に与えられる。ここで、ｎはｎ値ＰＳＫ変調された
信号の位相値（同期位置の数）であり、ｆｓはｎ値ＰＳ
Ｋ変調された信号のサンプリング周波数であり、ｍはｆ
ｓ／ｎの倍数である。

【００２２】加算器４０では、ＬＦ３８から出力される
データ（高域成分が除去された周波数誤差）とデータ出
力回路４２から出力された±ｍ・ｆｓ／ｎデータとが加
算される。そして、加算されたデータがＮＣＯ３６に与
えられる。ＮＣＯ３６は、加算されたデータに応じた制
御信号θを発生する。したがって、上述と同様にＲＯＭ
２６からｓｉｎデータ（ｓｉｎθ）およびｃｏｓデータ
（ｃｏｓθ）が複素乗算回路２４に与えられ、周波数が
大きく（±ｍ・ｆｓ／ｎだけ）変更される。

【００２３】さらに、同期検出回路３２はＩ′信号と
Ｑ′信号とに基づいて、位相がロックすると、同期して
いるかどうかを検出する。なお、同期検出回路３２は同
期を取る動作を開始したときまたは周波数を大きく変更
したときから所定時間が経過した後に位相がロックした
と判断する。つまり、同期ありの検出は、ＢＰＳＫ変調
されている同期ワード信号を検出することにより行われ
る。ｎ（ｎは２以上の自然数）値ＰＳＫ変調における位
相がロックする同期位置はｎ個あるため、０度の位相で
ロックするとは限らない。このため、同期検出回路３０
では、Ｉ，Ｑ信号の軸が３６０／ｎ度ずれたｉ（ｉはｎ
〜１の整数）個の位相で同期ワード信号を検出する。た
とえば、同期ワード信号を検出する場合に、３６０／ｎ
度の位相で検出された場合には、Ｉ′，Ｑ′信号は図示
しない位相回転にて−３６０／ｎ度回転され、位相０度
のＩ″，Ｑ″信号として検出される。

【００２４】同期検出回路３２が同期ありを検出する
と、データ出力回路４２から出力されている±ｍ・ｆｓ
／ｎデータをそのまま保持するように指示する。一方、
同期なしを検出すると、データ出力回路４２から出力さ
れている±ｍ・ｆｓ／ｎデータの符号（＋，−）および
倍数（ｍ）の少なくとも一方を変更させる。つまり、位
相がロックしたにも拘わらず、同期ワード信号を読み取
ることができない場合には、位相がロックしたときの周
波数を用いて、次の周波数が決定される。具体的には、
数２に従って周波数を変更する。なお、位相がロックし
たときの周波数をｆＬとし、変更後の周波数をｆ′とす
る。

【００２５】

【数２】ｆ′＝ｆＬ±ｍ・ｆｓ／ｎ 詳しく説明すると、位相差検出回路２８の出力に基づい
て、図３に示すような８ＰＳＫ方式に対応するコスタレ
ーション平面上の点Ａ１が（０００）の位置に引き込ま
れ、位相がロックしたとする。しかし、位相がロックし
たにも拘わらず、同期ワード信号を読み取ることができ
ない場合には、誤った周波数で位相がロックしている。
つまり、送信側が（０００）に続いて（００１）を送信
しているにも拘わらず、受信側で（０００）に続いて同
じく（０００）を受信した場合には、周波数をｆｓ／８
だけずらさなければ正確に信号を復調することができな
い。したがって、同期検出回路３２は同期なしを検出す
る。このため、同期検出回路３２が符号および倍数の変
更を指示し、位相がロックしたときの周波数を用いて次
の周波数が決定される。すなわち、位相がロックしたと
きのＬＦ３８の値、つまり点Ａ１に対応する周波数ｆ１
が用いられる。たとえば、周波数をｆ２に変更する場合
には、同期検出回路３２によって符号が＋に決定され、
倍数がｍ＝１に決定される。したがって、周波数ｆ２
は、数２を用いて数３のように示される。なお、この実
施例では、８ＰＳＫ変調された信号（ディジタルデー
タ）の同期を取るため、ｎは８である。また、コスタレ
ーション平面において左周りに周波数を変更する場合が
＋の方向であり、右まわりが−の方向である。

【００２６】

【数３】ｆ２＝ｆ１＋ｆｓ／８ ただし、ｆＬ＝ｆ１である。

【００２７】周波数ｆ２に変更されると、位相差検出回
路２８の出力に基づいて位相のずれΔθ１が補正され、
位相がロックされる。なお、図３ではずれ量を分かりや
すく説明するために、ずれΔθ１に対応する位相を大き
く示してある。

【００２８】また、周波数ｆ２に変更され、位相がロッ
クされたにも拘わらず、同期ワード信号を読み取ること
ができない場合には、周波数ｆ２を用いて他の周波数に
変更される。たとえば、周波数ｆ３またはｆ４に変更す
る場合について説明する。ここで、周波数ｆ３に変更す
る場合には、同期検出回路３２によって符号が＋に決定
され、倍数がｍ＝２に決定される。また、周波数ｆ４に
変更する場合には、同期検出回路３２によって符号が−
に決定され、倍数がｍ＝２に決定される。したがって、
周波数ｆ３およびｆ４は、数２を用いて数４および数５
のように示される。

【００２９】

【数４】ｆ３＝ｆ２＋２・ｆｓ／８

【００３０】

【数５】ｆ４＝ｆ２−２・ｆｓ／８ このように、ロックした位相に対応する周波数で数２の
ｆＬを更新するとともに、同期検出回路３２が符号およ
び倍数の変更を指示して、正確な周波数が決定される。
正確な周波数が決定されると、同期検出回路３２は、デ
ータ出力回路４２に±ｍ・ｆｓ／ｎデータを保持する指
示を与える。したがって、データ出力回路４２から一定
の±ｍ・ｆｓ／ｎデータが出力される。

【００３１】図４に示す、他の実施例のＢＳディジタル
放送受信機１０は、ＬＦ３８に接続されるメモリ４４を
設けた以外は図１実施例と同じであるため、重複した説
明は省略する。

【００３２】このＢＳディジタル放送受信機１０に含ま
れるディジタルコスタスループ２２では、正確な周波数
を決定する場合の方法が図１実施例とは異なる。具体的
には、図１実施例ではロックした位相に対応する周波数
で数２のｆＬを更新するようにしているが、他の実施例
では数２のｆＬを、始めに位相がロックしたときの周波
数ｆ１に固定してある。つまり、始めに位相がロックし
たときの周波数ｆ１をメモリ４４に記憶し、他の周波数
に変更する場合に、メモリ４４に記憶された周波数ｆ１
をオフセット値としてＬＦ３８に設定する。したがっ
て、周波数を変更させる場合には、上述したように数３
に従って周波数ｆ２に変更される。周波数ｆ２が正確な
周波数でなく、周波数ｆ３またはｆ４に変更する場合に
は、数６および数７に従って変更される。ここで、周波
数ｆ３に変更する場合には、同期検出回路３２は、方向
を＋に決定し、倍数をｍ＝３に決定する。また、周波数
ｆ４に変更する場合には、同期検出回路３２は、方向を
−に決定し、倍数をｍ＝１に決定する。

【００３３】

【数６】ｆ３＝ｆ１＋３・ｆｓ／８

【００３４】

【数７】ｆ４＝ｆ１−ｆｓ／８ これらの実施例によれば、位相がロックしたときの周波
数を用いて、正確な周波数を決定するので、周波数を決
定する動作を始めからやり直す必要がない。したがっ
て、同期するまでの時間が短いので、短時間で搬送波を
再生することができる。

【００３５】なお、この実施例では、８ＰＳＫ変調の信
号についてのみ示したが、ＢＰＳＫ変調、ＱＰＳＫ変
調、１６ＰＳＫ変調および３２ＰＳＫ変調などのｎ値Ｐ
ＳＫ変調の信号についても適用することができる。ただ
し、ｎは２以上の自然数である。

【００３６】また、この実施例では、ディジタルコスタ
スループ回路をＢＳディジタル放送受信機に適用した場
合についてのみ示したが、図２に示すような方式のディ
ジタルデータを受信する他のディジタル放送受信機にも
適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す図解図である。

【図２】送信側から送信されるディジタルデータを示す
模式図である。

【図３】図１実施例に示すディジタルコスタスループを
用いて周波数を変更する場合のコスタレーション平面上
の位置を示す図解図である。

【図４】この発明の他の実施例を示す図解図である。

【図５】従来のディジタルコスタスループを示す図解図
である。

【図６】８ＰＳＫ方式に対応するコスタレーション平面
を示す図解図である。

【符号の説明】

１０ …ＢＳディジタル放送受信機 １６ …直交検波回路 ２０ …ナイキストフィルタ ２２ …ディジタルコスタスループ回路 ２４ …複素乗算回路 ２８ …位相差検出回路 ３０ …周波数誤差検出回路 ３２ …同期検出回路 ３４，３８ …ＬＦ ３６ …ＮＣＯ ４２ …データ出力回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サンプリング周波数ｆｓのｎ（ｎは２以上
   の自然数）値ＰＳＫ変調信号のキャリア再生のためのデ
   ィジタルコスタスループ回路であって、 残留キャリア成分を含むＩ，Ｑ信号から残留キャリア成
   分を位相差として検出する位相差検出手段、 前記位相差から周波数誤差を検出する誤差検出手段、 前記誤差検出手段から出力された前記周波数誤差を受け
   るループフィルタ、±ｍ・ｆｓ／ｎ（ｍは１以上の自然
   数）のデータを出力するデータ出力手段、および前記ル
   ープフィルタから出力されたデータおよび前記出力手段
   から出力されたデータを加算する加算手段を備え、 加算したデータを数値制御発振器に付与する、ディジタ
   ルコスタスループ回路。
2. 【請求項２】同期パターンを検出するパターン検出手
   段、および前記パターン検出手段が同期なしを検出する
   と、前記±ｍ・ｆｓ／ｎのデータの符号（＋，−）およ
   び倍数（ｍ）の少なくとも一方を変更する変更手段をさ
   らに備える、請求項１記載のディジタルコスタスループ
   回路。
3. 【請求項３】前記パターン検出手段が同期ありを検出す
   ると、そのときの±ｍ・ｆｓ／ｎのデータを保持する保
   持手段をさらに備える、請求項２記載のディジタルコス
   タスループ回路。