JP2002027005A - 復調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 受信装置が安定な状態または不安定な状態の
いずれの場合においても最適なクロック同期特性を得
る。 【解決手段】 ＡＤＣ１は変調アナログ信号をサンプリ
ングする。ＥＰＳ３はＡＤＣ１から出力されたＩ，Ｑ２
系列の信号に位相回転制御を施す。直交制御回路５はＥ
ＰＳ３の出力信号から直交誤差成分を除去する。選択回
路８は、受信装置が同期確立状態にある場合、直交制御
回路５の出力を選択し、受信装置が同期引き込み過程に
ある場合、ＥＰＳ３の出力を選択する。クロック位相検
出器９は、選択回路８の出力信号からクロックの位相情
報を検出する。電圧制御発振器１１は、制御電圧に応じ
た周波数及び位相のサンプリングクロックをＡＤＣ１に
出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はデジタル搬送波伝送
方式に用いられる復調装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、無線通信システムでは、デジタル
搬送波伝送方式の通信システムが盛んに活用されてい
る。このデジタル搬送波伝送方式の受信装置に用いられ
る復調装置においては、復調された信号をデジタル信号
に変換するためにクロック信号が必要となる。復調装置
でクロック信号を再生する方法としては、例えば特開平
０９−２４７２２９号公報で開示された方法がある。特
開平０９−２４７２２９号公報で開示された方法は、図
８に示すように、帯域制限を受けたベースバンド信号を
Ａ／Ｄ変換器１０１でディジタル信号に変換して、この
ディジタル信号を基に位相検出器１０２でサンプリング
クロックの位相情報を検出して、電圧制御発振器１０４
からＡ／Ｄ変換器１０１に供給するサンプリングクロッ
クが最適位相となるように制御するものであり、クロッ
ク位相調整が不要で、最適タイミングに保つことができ
る利点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ａ／Ｄ
変換器１０１から出力される信号に送信装置の不完全性
などに起因する直交誤差等の影響が有る場合、クロック
位相判定の利得が低下し、再生クロックのジッタ特性が
劣化するという問題点があった。再生クロックのジッタ
特性を抑圧するには、Ａ／Ｄ変換器１０１の出力信号か
ら送信装置の直交誤差成分を取り除けば良い。しかし、
Ａ／Ｄ変換器１０１の後ろに直交誤差成分を除去する直
交誤差補正手段を追加して、直交誤差補正手段の出力信
号を基にクロックの位相情報を検出する場合、クロック
の制御ループに直交誤差補正手段の遅延時間が加わって
回路遅延が増加し、復調システムの同期引き込み過程に
おいて、直交誤差補正手段が安定化するまでの不安定動
作により、同期引き込み時間が遅くなるという弊害が発
生する。本発明の主な目的は、受信装置が安定な状態あ
るいは受信装置が同期引き込み過程にあって不安定な状
態のいずれの場合においても、最適なクロック同期特性
を得ることができる復調装置を実現することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、送信側でＱＰ
ＳＫ、ＱＡＭ等の直交変調方式で直交変調された変調信
号を受信する受信装置に設けられる復調装置であって、
変調アナログ信号をサンプリングクロックに同期してサ
ンプリングしディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段
（１）と、Ａ／Ｄ変換手段から出力された互いに直交す
る２つのディジタル信号に位相回転制御を施して復調信
号を得る無限移相手段（３）と、無限移相手段から出力
された互いに直交する２つの復調信号から直交誤差成分
を除去する直交誤差補正手段（５）と、受信装置が同期
確立状態にある場合、直交誤差補正手段から出力された
互いに直交する２つの復調信号を選択して出力し、受信
装置が同期引き込み過程にある場合、無限移相手段から
出力された互いに直交する２つの復調信号を選択して出
力する選択手段（８）と、選択手段から出力された信号
に基づいてサンプリングクロックの位相情報を検出する
クロック位相検出手段（９）と、クロック位相検出手段
によって検出されたクロック位相情報を積分する積分手
段（１０）と、積分手段から出力された制御電圧に応じ
た周波数及び位相のサンプリングクロックをＡ／Ｄ変換
手段に出力する電圧制御発振手段（１１）とを有するも
のである。このように、選択手段が、受信装置が同期確
立状態にある場合、直交誤差補正手段から出力された互
いに直交する２つの復調信号を選択して出力し、受信装
置が同期引き込み過程にある場合、無限移相手段から出
力された互いに直交する２つの復調信号を選択して出力
することにより、同期確立状態の場合は再生クロックの
ジッタ成分を抑圧できる最適な制御を選択し、同期引き
込み過程の場合は速やかなクロック同期を確立できる制
御を選択するようクロックの制御システムを切り替える
ことができる。また、本発明の復調装置の１構成例とし
て、クロック位相検出手段は、時間的に連続する第１の
サンプル値と第２のサンプル値の極性が異なる場合に、
第１のサンプル値の極性と第１、第２のサンプル値の中
間点の極性の排他的論理和の結果をサンプリングクロッ
クの位相情報として出力するものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】［実施の形態の１］次に、本発明
の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態となる復調装置の構成
を示すブロック図である。復調装置は、Ｉ（in phas
e），Ｑ（quadrature phase）２系列の変調アナログ信
号をサンプリングし量子化するアナログデジタルコンバ
ーター（以下、ＡＤＣとする）１と、ＡＤＣ１から出力
されたＩ，Ｑ２系列のそれぞれのディジタル信号の帯域
制限を行い波形整形を行うロールオフフィルタ（Roll O
ff Filtter、以下、ＲＯＦとする）２と、ＲＯＦ２から
出力されたＩ，Ｑ２系列のディジタル信号のそれぞれの
位相を制御し送信搬送波との位相差分を吸収する無限移
相器（Endless Phase Shifter 、以下、ＥＰＳとする）
３と、ＥＰＳ３の回転位相量を制御して送信搬送波同期
を確立する数値制御発振器（Numeric Control Oscillat
or、以下、ＮＣＯとする）４と、ＥＰＳ３から出力され
たＩ，Ｑ２系列のそれぞれの復調信号から送信変調波の
直交誤差成分を除去する直交誤差補正手段となる直交制
御回路５と、直交制御回路５から出力されたＩ，Ｑ２系
列のそれぞれの復調信号から伝搬路で発生するフェージ
ング等による波形歪みを除去する等化器６と、等化器６
から出力されたＩ，Ｑ２系列のそれぞれの復調信号の正
規の信号点位置からの誤差を検出して、この誤差をＮＣ
Ｏ４の制御信号として出力する搬送波位相検出回路７
と、後述するアラーム信号に応じてＥＰＳ３の出力信号
あるいは直交制御回路５の出力信号のいずれか一方を選
択して出力する選択回路８と、選択回路８から出力され
た信号に基づいて再生クロックの位相情報を検出するク
ロック位相検出器９と、クロック位相検出器９によって
検出されたクロック位相情報の高調波成分を除去して積
分回路として動作するローパスフィルタ（Low Pass Fil
tter、以下、ＬＰＦとする）１０と、ＬＰＦ１０から出
力される制御電圧に応じた周波数のサンプリングクロッ
クをＡＤＣ１に出力する電圧制御発振器１１とから構成
される。

【０００６】本実施の形態では、ＱＰＳＫ（Quadtratur
e Phase Shift Keying）の場合を例として説明し、また
検波方式として準同期検波を用いている。図１の復調装
置は、送信側からの信号を受信して、復調、フレーム同
期確立、スクランブル解除などの各種処理を行う受信装
置（不図示）に含まれるものである。そして、この受信
装置において、図１の復調装置の後段には復調信号と所
定の同期パターンとを比較して同期保護を行うフレーム
同期回路（不図示）が設けられている。このフレーム同
期回路は、受信装置がフレーム同期引き込み過程にある
かフレーム同期確立状態にあるかを示すアラーム信号を
出力する。

【０００７】図２は選択回路８の構成を示すブロック図
である。選択回路８は、同期引き込み過程にあることを
アラーム信号が示している場合、図２に示す１Ａ，１Ｂ
側、すなわちＥＰＳ３から出力されたＩ，Ｑ２系列の復
調信号を選択して出力し、同期確立状態にあることをア
ラーム信号が示している場合、０Ａ，０Ｂ側、すなわち
直交制御回路５から出力されたＩ，Ｑ２系列の復調信号
を選択して出力する。

【０００８】以下、本実施の形態の復調装置の動作につ
いて説明する。まず、送信変調波に直交誤差成分がない
理想的な状態でクロック位相判定をする場合について説
明する。ＡＤＣ１は、変調アナログ信号を変調周波数ｆ
ｓ（シンボル周期をＴｓとすると、ｆｓ＝１／Ｔｓ）の
サンプリングクロックでサンプリングし、ディジタル信
号に変換する。なお、本実施の形態では、変調周波数ｆ
ｓのサンプリングクロックの場合で説明しているが、変
調周波数ｆｓの２倍の周波数のサンプリングクロックを
用いてもよい。ＲＯＦ２は、ＡＤＣ１から出力された
Ｉ，Ｑ２系列のそれぞれのディジタル信号の波形整形を
行う。ＥＰＳ３は、ＲＯＦ２から出力されたＩ，Ｑ２系
列のディジタル信号のそれぞれの位相を制御して、送信
搬送波同期を確立する。

【０００９】直交制御回路５は、ＥＰＳ３から出力され
たＩ，Ｑ２系列のそれぞれの復調信号から送信変調波の
直交誤差成分を除去する。直交制御回路５の構成として
は様々なものが知られているが、例えば特開平０６−０
８５８６４号公報または特開平０７−２１２４２７号公
報に開示されたように、Ｉ，Ｑ２系列の復調信号から直
交誤差を検出し、この直交誤差が０となるようＩ，Ｑ２
系列のうち一方の信号を可変容量コンデンサにより位相
補正してもよいし、特開平０９−２４７２２８号公報に
開示されたように、Ｉ，Ｑ２系列の復調信号が理論直交
軸上に位置するように補正演算を施すものでもよい。

【００１０】等化器６は、直交制御回路５から出力され
たＩ，Ｑ２系列のそれぞれの復調信号から伝搬路で発生
するフェージング等による波形歪みを除去する。こうし
て、等化器６の出力からＩ，Ｑ２系列の復調されたディ
ジタル信号が得られる。次に、搬送波位相検出回路７
は、等化器６から出力されたＩ，Ｑ２系列のそれぞれの
復調信号の正規の信号点位置からの誤差を検出して、こ
の誤差をＮＣＯ４の制御信号として出力する。正規の信
号点位置とは、ＱＰＳＫの場合、図３に示す白丸の位置
となる。

【００１１】ＮＣＯ４は、搬送波位相検出回路７から出
力された位相誤差信号を周波数誤差信号θに変換し、こ
の周波数誤差信号θを回転角度信号ｓｉｎθ，ｃｏｓθ
に変換してＥＰＳ３に出力する。周波数は位相を積分し
たものであるから、位相誤差信号を積分することで周波
数誤差信号θが得られる。ＥＰＳ３は、例えば次式に示
すような演算を行うことにより、ＲＯＦ２から出力され
たＩ，Ｑ２系列のディジタル信号のそれぞれの位相を制
御する。

【００１２】 Ｉout ＝Ｉin×ｃｏｓθ−Ｑin×ｓｉｎθ ・・・（１） Ｑout ＝Ｉin×ｓｉｎθ＋Ｑin×ｃｏｓθ ・・・（２） 式（１）、（２）において、ＩinはＥＰＳ３に入力され
るＩ系列の信号、Ｉout はＥＰＳ３から出力されるＩ系
列の信号、ＱinはＥＰＳ３に入力されるＱ系列の信号、
Ｑout はＥＰＳ３から出力されるＱ系列の信号である。
式（１）、（２）に示すようなベクトルの回転対称変換
を行うことにより、入力信号Ｉout，Ｑoutを角度θだけ
回転させる。こうして、等化器６の出力における位相誤
差が０に近づくように制御される。

【００１３】次に、クロック位相検出器９の動作につい
て図４を用いて説明する。図４は最適サンプリング位相
を説明するための図であり、ＱＰＳＫ信号のアイパター
ンを示す図である。図４において、横軸は時間、縦軸は
ＡＤＣ１でサンプリングされたサンプル値の極性を表し
ている。また、時間的に連続する第１、第２のサンプル
値を時間的に古い方から順に信号Ｂ，Ａとする。

【００１４】時間的に連続した２つのサンプル値である
信号Ｂ，Ａは、各々の収束点の中心であるゼロ点に対し
て対称な位置関係にある。ＡＤＣ１に供給されるサンプ
リングクロックの位相が最適である場合、２つの信号
Ｂ，Ａの時間的な中間点の極性は、任意の時間間隔でみ
れば、ほぼ「１」，「０」が等しい確立で発生する。し
かし、サンプリングクロックの位相に遅れまたは進みが
発生している場合、信号Ｂ，Ａの中間点の極性は偏りを
生じる。

【００１５】例えば、図４（ａ）に示す位相遅れの場
合、信号Ｂ，Ａの中間点は極性「１」，「０」の境界線
より上側（極性「１」）に発生する。信号Ｂ，Ａの極性
が異なっているという条件を満たす信号の遷移は２通り
あり、図４（ａ）は信号Ａの極性が「０」、信号Ｂの極
性が「１」の場合で、逆に信号Ａの極性が「１」、信号
Ｂの極性が「０」の場合は、信号Ｂ，Ａの中間点の極性
は前記境界線の下側（極性「０」）に発生する。ここ
で、位相遅れの場合、信号Ｂの極性と信号Ｂ，Ａの中間
点の極性の排他的論理和出力は、前記２通りのいずれの
場合においても「０」となる。

【００１６】一方、図４（ｂ）に示す位相進みの場合、
信号Ｂ，Ａの中間点は極性「１」，「０」の境界線より
下側（極性「０」）に発生する。図４（ａ）と同様に図
４（ｂ）は信号Ａの極性が「０」、信号Ｂの極性が
「１」の場合で、逆に信号Ａの極性が「１」、信号Ｂの
極性が「０」の場合は、信号Ｂ，Ａの中間点の極性は前
記境界線の上側（極性「１」）に発生する。位相進みの
場合、信号Ｂの極性と信号Ｂ，Ａの中間点の極性の排他
的論理和出力は、２通りのいずれの場合においても
「１」となる。

【００１７】クロック位相検出器９は、時間的に連続す
る２つのサンプル値である第１の信号Ｂと第２の信号Ａ
の極性が異なっている場合に、信号Ｂの極性と信号Ｂ，
Ａの中間点の極性の排他的論理和の結果をサンプリング
クロックの位相情報として出力する。以上説明したクロ
ック位相の判定は、特開平９−２４７２２９号公報で開
示された手法である。なお、このようなクロック位相の
判定は、時間的に連続する第１の信号Ｂと第２の信号Ａ
の極性が異なっているという条件を満たせばよく、選択
回路８から出力されるＩ，Ｑ２系列の信号のうちいずれ
か一方を使用すればよい。

【００１８】続いて、ＬＰＦ１０は、クロック位相検出
器９によって検出されたクロック位相情報の高調波成分
を除去する。電圧制御発振器１１は、ＬＰＦ１０から出
力された制御電圧に応じた周波数及び位相のサンプリン
グクロックをＡＤＣ１に出力する。こうして、電圧制御
発振器１１から出力されるサンプリングクロックは、変
調アナログ信号をＡＤＣ１でサンプリングするための最
適位相に制御される。

【００１９】次に、送信変調波に直交誤差成分が存在す
る場合のクロック位相判定について説明する。クロック
位相検出器９、ＬＰＦ１０及び電圧制御発振器１１の動
作に関しては上記の説明と全く同じである。ただし、ク
ロック位相検出器９に入力される信号波形に違いがあ
る。信号波形の違いを図５、図６、図７を用いて説明す
る。

【００２０】まず、送信側の直交誤差が受信信号でどの
様な波形となって現れるのかを、分かりやすくするため
に、クロック位相検出器９に入力されるＩ，Ｑの信号を
２次元の座標上に表したのが図５である。送信変調波に
直交誤差が有る場合は、信号点が菱形となり、直交誤差
がない場合は信号点が正方形となることが表されてい
る。クロック位相検出器９は、１次元の信号を扱うの
で、それぞれの信号点をＩ，Ｑの軸に投影した点が実際
の信号点になる。

【００２１】図６がＩ，Ｑそれぞれの信号点を１次元で
表した波形である。連続した波形であることを示すた
め、アナログの変化波形も記しているが、実際の信号
は、既にアナログ／デジタル変換された信号であるの
で、図６の上矢印の時点でサンプリングされたデジタル
値の多ビット信号で表される。図６（ｂ）に示すよう
に、送信変調波に直交誤差成分が存在する場合、データ
に誤差成分が足し込まれるため、上矢印のサンプリング
時点での収束度が劣化している。

【００２２】このような収束度が劣化した信号波形にて
クロック位相を検出する場合にクロック位相検出器９が
受ける影響を表したのが図７である。図７は、サンプリ
ングクロックの位相に遅れ進みがない状態を表してい
る。なお、図７に示す符号は図４と同じものを用いてい
る。信号Ａと信号Ｂの収束点が劣化することで、信号Ｂ
と信号Ａの中間点の極性が、「１」または「０」の固有
の値をもつ場合を図７の点線の軌跡で表している。この
点線の場合、信号Ｂの極性と信号Ｂ，Ａの中間点の極性
の排他的論理和の結果が「１」、「０」の固有の値とな
るので、クロック位相検出器９から出力された位相情報
がＬＰＦ１０で積分される過程において互いの信号の打
ち消し合いが発生する。したがって、送信変調波に直交
誤差成分が存在する場合、サンプリングクロックの位相
を検出可能な信号は、図７の実線で表される軌跡のデー
タのみとなり、クロック位相検出の利得が低減するとい
う問題がある。

【００２３】そこで、本発明では、受信装置が定常状
態、すなわちフレーム同期が確立していることをアラー
ム信号が示している場合、直交制御回路５から出力され
たＩ，Ｑ２系列の復調信号を選択回路８に選択させて、
この信号をクロック位相検出器９に入力させる。これに
より、直交誤差成分が除去された信号をクロック位相検
出器９へ入力することができ、クロック位相検出の利得
低下を抑圧することができる。

【００２４】また、受信装置が同期引き込み過程に有る
場合、受信装置は速やかなクロック同期の確立を求めら
れる。そこで、フレーム同期の引き込み過程にあること
をアラーム信号が示している場合、直交制御回路５を通
る前の信号、すなわちＥＰＳ３から出力されたＩ，Ｑ２
系列の信号を選択回路８に選択させて、この信号をクロ
ック位相検出器９に入力させる。これにより、クロック
同期の引き込み過程での直交制御回路５の不安定な動作
や直交制御回路５の遅延時間をクロック同期の制御ルー
プ（ＡＤＣ１、ＲＯＦ２、ＥＰＳ３、選択回路８、クロ
ック位相検出器９、ＬＰＦ１０及び電圧制御発振器１
１）内から除去することができ、クロック制御を安定化
し、かつ制御ループのループ内遅延時間を最小とするこ
とが可能であり、速やかなクロック位相同期の確立がで
きるという効果がある。

【００２５】なお、本実施の形態では、アラーム信号の
１例として、フレーム同期が確立しているかどうかを示
す信号を用いたが、復調装置の誤りが増大して任意のエ
ラーレートを超えた場合に発せられる信号を用いてもよ
い。

【００２６】［実施の形態の２］次に、本発明の他の本
実施の形態として、多値ＱＡＭ（Quadrature Amplitude
Modulation ）への応用を説明する。本発明は、ＱＰＳ
Ｋだけでなく、多値ＱＡＭにも適用することができる。
多値ＱＡＭに適用する場合も、図１に示す復調装置の構
成、図４で説明したクロック位相検出器９の動作は実施
の形態の１と同じである。

【００２７】実施の形態の１では、ＱＰＳＫの場合を想
定して、Ｉ，Ｑの各々を２値で図示し説明したが、多値
ＱＡＭの場合には、Ｉ，Ｑ信号点を２次元で表した図５
や、Ｉ，Ｑ信号点を１次元で表した図６、図７におい
て、それぞれサンプルデータをｍ²ＱＡＭ （ｍは、２，
４，８，１６）の信号点へ拡張して考えれば良い。すな
わち、２⁸ＱＡＭ ＝６４ＱＡＭの場合、Ｉ，Ｑそれぞれ
の信号点を２個から８個へ拡張すれば良い。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、受信装置が同期確立状
態にあり安定状態にある場合、選択手段は、直交誤差補
正手段から出力された互いに直交する２つの復調信号を
選択して出力することにより、クロック位相検出手段の
入力信号を直交誤差補正手段の出力から得ることになる
ので、送信変調装置の不完全性から生じる直交誤差の影
響を除去して、クロック位相検出の利得を最適とするこ
とができ、再生サンプリングクロックのジッタを抑圧す
ることが可能となり、伝搬路にフェージング等が発生し
復調装置のクロック同期の保持が厳しい状況下において
も安定したクロック同期を実現できるという効果が得ら
れる。また、受信装置が同期引き込み過程にあり不安定
状態にある場合、選択手段は、無限移相手段から出力さ
れた互いに直交する２つの復調信号を選択して出力する
ことにより、クロック位相検出手段の入力信号を直交誤
差補正手段を通らない信号から得ることになるので、ク
ロック制御ループ内の遅延時間を最小とし、かつ直交誤
差補正手段が安定化するまでの不安定動作を回避するこ
とで速やかなクロック同期を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態となる復調装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】 選択回路の構成を示すブロック図である。

【図３】 復調信号の正規の信号点位置を示す図であ
る。

【図４】 最適サンプリング位相を説明するための図で
ある。

【図５】 クロック位相検出器に入力される信号を２次
元の座標上で表した図である。

【図６】 図５のそれぞれの信号点を１次元で表した図
である。

【図７】 送信変調波に直交誤差成分が存在する場合に
クロック位相検出器が受ける影響を説明するための図で
ある。

【図８】 従来のクロック同期回路の構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１…アナログデジタルコンバーター、２…ロールオフフ
ィルタ、３…無限移相器、４…数値制御発振器、５…直
交制御回路、６…等化器、７…搬送波位相検出回路、８
…選択回路、９…クロック位相検出器、１０…ローパス
フィルタ、１１…電圧制御発振器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信側で直交変調された変調信号を受信
   する受信装置に設けられる復調装置であって、 変調アナログ信号をサンプリングクロックに同期してサ
   ンプリングしディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段
   と、 Ａ／Ｄ変換手段から出力された互いに直交する２つのデ
   ィジタル信号に位相回転制御を施して復調信号を得る無
   限移相手段と、 無限移相手段から出力された互いに直交する２つの復調
   信号から直交誤差成分を除去する直交誤差補正手段と、 受信装置が同期確立状態にある場合、前記直交誤差補正
   手段から出力された互いに直交する２つの復調信号を選
   択して出力し、受信装置が同期引き込み過程にある場
   合、前記無限移相手段から出力された互いに直交する２
   つの復調信号を選択して出力する選択手段と、 選択手段から出力された信号に基づいてサンプリングク
   ロックの位相情報を検出するクロック位相検出手段と、 クロック位相検出手段によって検出されたクロック位相
   情報を積分する積分手段と、 積分手段から出力された制御電圧に応じた周波数及び位
   相のサンプリングクロックを前記Ａ／Ｄ変換手段に出力
   する電圧制御発振手段とを有することを特徴とする復調
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の復調装置において、 前記クロック位相検出手段は、時間的に連続する第１の
   サンプル値と第２のサンプル値の極性が異なる場合に、
   前記第１のサンプル値の極性と第１、第２のサンプル値
   の中間点の極性の排他的論理和の結果を前記サンプリン
   グクロックの位相情報として出力することを特徴とする
   復調装置。