JP2004120244A - ディジタル変調信号の品質測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】各信号点の信号ベクトルが一定にならない変調方式のディジタル変調信号に関する品質をより適正に判断できる品質値を測定する。
【解決手段】変調後に現れる信号点の振幅が一定とはならない所定のディジタル変調方式で変調されたディジタル変調信号における各信号点に関して、その信号点の信号ベクトルと理想的な信号ベクトルとのベクトルエラーを検出する。そして、ディジタル変調信号の所定区間について検出された前記ベクトルエラーに関する平均値を品質値として求める。ただし、上記平均値を求めるために使用するベクトルエラーは、振幅が大きい信号点に関して検出されたものほど多くする。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１６ＱＡＭ方式などのように変調後に現れる信号点の振幅が一定とはならないディジタル変調方式で変調されたディジタル変調信号に関する品質値を測定する品質測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル無線通信では、送信信号の品質は、実際の送信信号と理想送信信号との誤差によって現されることが多い。そしてこのような送信信号の品質は、受信誤り率に影響するため、多くの場合は規格値が設定される。
【０００３】
このようなディジタル無線通信のための送信機の設計や製造に当っては、得られる送信信号が上記の規格値を満足することを確認するか否かを確認することが必要となる。そしてこのためには、送信信号の品質値を測定することが必要となる。
【０００４】
送信信号の品質値としては、ベクトルエラーが知られている。ベクトルエラーは、実際の送信信号における信号点に関する信号ベクトルと理想送信信号における信号点に関する信号ベクトルとの誤差に応じた値である。ただし、このベクトルエラーの値は、時間的に変動することがあり得る。そこで、ある測定区間に含まれる各信号点に関して検出したベクトルエラーに関する統計量を品質値として用いることが適切であることが予測される。なお上記の統計量としては、平均値、あるいはｘ％値（ある値以下／未満である確率がｘ％以上／超）などが想定される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３５５８１０号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平９−２７０８２７号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平１１−９８１０８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
さて、１６ＱＡＭ方式でディジタル変調がなされたディジタル変調信号の場合、その信号点は図４に示すような１６点のいずれかとなる。すなわち１６ＱＡＭ方式のディジタル変調信号の場合、ディジタル変調信号における信号ベクトルの振幅が一定とはならない。
【０００９】
一方、このようなディジタル変調信号に対しては、図４に示すように同相信号の振幅方向の雑音、直交信号の振幅方向の雑音、ならびに位相方向の雑音が影響する。同相信号および直交信号の振幅方向の雑音に関しては、各信号点に同様に影響する。しかしながら位相方向の雑音は、振幅が「０」である点を中心として信号点を回転させるように働くため、振幅が「０」である点から遠い信号点、すなわち振幅が大きな信号点ほど大きく影響する。
【００１０】
このことから、各信号点の信号ベクトルが一定にならない変調方式のディジタル変調信号の場合、各信号点のベクトルエラーの最大値はその信号点の信号ベクトルが大きくなるほど大きくなる。この様子を、図５に模式的に示す。図５の黒点はそれぞれ理想的な信号点を示す。そして、各信号点を中心として破線で示した円が、雑音の影響により本来の位置からずれた信号点が存在する可能性のある範囲を示す。すなわち、この円が大きいほどベクトルエラーの最大値が大きいこととなる。
【００１１】
このように、雑音の影響の大きさが信号点毎で均一ではないので、これらの各信号点に関するベクトルエラーを同条件で使用して平均値のような統計量を求めると、品質値としては必要以上に小さな値が得られてしまうという不具合が懸念される。
【００１２】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、各信号点の信号ベクトルが一定にならない変調方式のディジタル変調信号に関する品質をより適正に判断できる品質値を測定するために品質測定方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために本発明は、変調後に現れる信号点の振幅が一定とはならない所定のディジタル変調方式で変調されたディジタル変調信号における各信号点に関して、その信号点の信号ベクトルと理想的な信号ベクトルとのベクトルエラーを検出し、前記ディジタル変調信号の所定区間について検出された前記ベクトルエラーに関する所定の統計量を品質値として求めることとし、かつ前記統計量を求めるために使用するベクトルエラーは、振幅が大きい信号点に関して検出されたものほど多くすることとした。
【００１４】
このような手段を講じたことにより、大きなベクトルエラーが生じ得る振幅が大きい信号点のベクトルエラーを高い割合で考慮して求まる統計量として品質値が求められることとなる。従って、振幅が大きい信号点に生じた大きなベクトルエラーを十分に考慮した品質値を求めることが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態につき説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１実施形態の品質測定方法によりディジタル変調信号に関する品質値を測定するための構成を示すブロック図である。この図１は、送信機１によりディジタル変調を伴って生成された送信信号に関する品質値を測定する構成を示している。
【００１７】
図２は送信機１のブロック図である。
【００１８】
この図２に示すように送信機１は、波形整形フィルタ１１，１４、乗算器１２，１５、ローカルシンセサイザ１３、π／２移相器１６、加算器１７、Ｄ／Ａ変換器１８、乗算器１９、ローカルシンセサイザ２０および増幅器２１を含んでいる。
【００１９】
波形整形フィルタ１１には、送信対象となるデータのうちの同相成分（Ｉ成分）のデータが与えられる。波形整形フィルタ１１は、与えられるデータを波形を整形した上で乗算器１２へと与える。乗算器１２には、ローカルシンセサイザ１３が出力するローカル信号が与えられる。乗算器１２は、上記データと上記ローカル信号とを乗算する。
【００２０】
波形整形フィルタ１４には、送信対象となるデータのうちの直交成分（Ｑ成分）のデータが与えられる。波形整形フィルタ１４は、与えられるデータを波形を整形した上で乗算器１５へと与える。乗算器１５には、ローカルシンセサイザ１３が出力するローカル信号が、π／２移相器１６において位相がπ／２だけずらされた上で与えられる。乗算器１２は、上記データと上記ローカル信号とを乗算する。
【００２１】
加算器１７は、乗算器１２，１５でそれぞれ得られる信号を互いに加算することで、両信号を合成したディジタル変調信号を発生する。かくして、乗算器１２，１５、ローカルシンセサイザ１３、π／２移相器１６および加算器１７は、直交変調器として機能する。
【００２２】
加算器１７が発生したディジタル変調信号はＤ／Ａ変換器１８に与えられる。Ｄ／Ａ変換器１８は、上記のディジタル変調信号をアナログ信号化した上で乗算器１９へと与える。乗算器１９には、ローカルシンセサイザ２０が出力する無線周波数帯のローカル信号が与えられる。乗算器１９は、上記ディジタル変調信号と上記ローカル信号とを乗算することで、上記ディジタル変調信号を無線周波数帯へとアップコンバートした送信信号を生成する。すなわち、乗算器１９およびローカルシンセサイザ２０は、アップコンバータとして機能する。
【００２３】
増幅器２１は、乗算器１９により生成された送信信号を増幅する。
【００２４】
以上の送信機１の増幅器２１から出力される送信信号を、理想受信部２へと入力する。理想受信部２は、理想状態に近い精度で受信処理を行う。理想受信部２で受信再生された信号は、誤差ベクトル生成部４へと入力する。
【００２５】
一方、送信機１へと与えるデータを、マッピング部３へも入力する。マッピング部３は送信機１が行う処理と同様な処理を高精度に行い、理想に近い信号点を求める。このマッピング部３で求められた信号点を、誤差ベクトル生成部４へと入力する。
【００２６】
誤差ベクトル生成部４は、理想受信部２からの信号における信号点に関する信号ベクトルとマッピング部３からの信号点に関する信号ベクトルとの間のベクトルエラーを検出する。この誤差ベクトル生成部４で検出されたベクトルエラーを、ベクトル電力変換部５へと入力する。
【００２７】
ベクトル電力変換部５は、上記のベクトルエラーを電力値に変換する。このベクトル電力変換部５での変換により得られた電力値を、サンプル抽出部６へと与える。
【００２８】
サンプル抽出部６は、マッピング部３で求められた信号点を取得する。サンプル抽出部６は、マッピング部３で求められた信号点の信号ベクトルの大きさに応じて、ベクトル電力変換部５から与えられる電力値を取捨選択することでサンプル電力値を抽出する。このサンプル抽出部６で抽出されたサンプル電力値を、累積・平均化部７へと入力する。
【００２９】
累積・平均化部７は、上記サンプル電力値を所定期間に渡り累積し、その平均値を算出する。そしてこの累積・平均化部７で算出される平均値を品質値とする。
【００３０】
次に以上のような構成による品質測定の動作につき説明する。
【００３１】
送信機１へとデータを与えると、送信機１はこのデータに対して直交変調、Ｄ／Ａ変換、アップコンバートならびに増幅の各処理を順次行って、ディジタル変調がなされた送信信号が生成される。なお、送信機１へと与えるデータを、同相成分および直交成分がそれぞれ｛−３，−１，１，３｝のいずれかのレベルを持つものとすることで、上記送信信号は１６ＱＡＭ方式でディジタル変調がなされた信号となる。
【００３２】
さて、送信機１では、主にＤ／Ａ変換器１８における量子化の誤差や増幅器２１におけるゲイン変動によって振幅方向の雑音が発生する。また主にローカルシンセサイザ１３やローカルシンセサイザ２０が出力するローカル信号の周波数偏差やゆらぎ、あるいは同相および直交の各成分のデータの振幅のアンバランスによって位相方向の雑音が発生する。そしてこれらの雑音の影響により、送信信号における信号点が理想的な信号点からずれることがある。
【００３３】
そこで、このような送信信号における実際の信号点の位置を、理想受信部２での高精度な受信処理により検出する。
【００３４】
一方、送信機１へと与えられるデータをマッピング部３へも与える。そしてマッピング部３で、上記データを１６ＱＡＭ方式でディジタル変調する際の理想的な信号点の位置を検出する。そしてこの理想的な信号点に関する信号ベクトルと上記実際の信号点に関する信号ベクトルとの間のベクトルエラーを誤差ベクトル生成部４により求める。この誤差ベクトル生成部４により求められるベクトルエラーは、実際の信号点のずれ量に相当し、送信機１の精度が低いほど大きくなる。
【００３５】
誤差ベクトル生成部４で求められるベクトルエラーは、個々の信号点に関するものであり、時間的な変動の影響を大きく受けている。そこで、ベクトルエラーをベクトル電力変換部５で電力値に変換した上で、累積・平均化部７により平均化を図ることで、上記の時間的な変動の影響を低減する。
【００３６】
ただしこのとき、各信号点のベクトルエラーを示す電力値の全てを平均化に用いるのではなく、サンプル抽出部６にて以下のように平均化に用いるサンプルを抽出する。
【００３７】
サンプル抽出部６は、マッピング部３より理想的な信号点を取得する。送信機１へと与えるデータが上述のように｛−３，−１，１，３｝のいずれかのレベルを持つものとすると、マッピング部３により求められる理想的な信号点は、（同相成分，直交成分）なる形で現すならば、（−３，３）（−１，３）（１，３）（３，３）（−３，１）（−１，１）（１，１）（３，１）（−３，−１）（−１，−１）（１，−１）（３，−１）（−３，−３）（−１，−３）（１，−３）（３，−３）のいずれかとなる。そこでサンプル抽出部６は、このような情報をマッピング部３より取得する。
【００３８】
さてこれらの信号点は、信号ベクトルの大きさで分類すると、以下のような３つの群に別れる。
【００３９】
Ａ群：（−１，１）（１，１）（−１，−１）（１，−１）
Ｂ群：（−１，３）（１，３）（−３，１）（３，１）（−３，−１）（３，−１）（−１，−３）（１，−３）
Ｃ群：（−３，３）（３，３）（−３，−３）（３，−３）
そしてこれらの各群は、信号ベクトルの大きさが、Ａ群＜Ｂ群＜Ｃ群なる関係にある。
【００４０】
サンプル抽出部６は、Ａ群、Ｂ群およびＣ群のそれぞれに属する信号点に関する電力値のうちでサンプルとして選択する数をそれぞれＮａ，Ｎｂ，Ｎｃと現す場合に、Ｎａ＜Ｎｂ＜Ｎｃなる比率になるように、ベクトル電力変換部５から与えられる電力値を取捨選択する。すなわち、サンプル抽出部６は、信号ベクトルが多きい信号点ほど対応する電力値をサンプルとして選択する数を多くするのである。
【００４１】
一方、データがランダムなものであるとするならば、以上のような１６種類の信号点もランダムに発生すると考えられる。すなわち、各信号点の発生確率は、いずれも１／１６ということとなる。このため、各群の発生確率は、Ａ群＝１／４、Ｂ群＝２／４、Ｃ群＝１／４となる。そこでサンプル抽出部６は例えば、マッピング部３から取得した信号点がＣ群に属する場合には全ての電力値をサンプルとして選択するが、Ｂ群に属する場合には８回につき３回の割合で、またＣ群に属する場合には２回につき１回の割合で電力値をサンプルとして選択する。このようにすれば、各群に属する信号点に関する電力値がサンプルとして選択される確率は、Ａ群＝２／１６、Ｂ群＝３／１６、Ｃ群＝４／１６となり、Ｎａ＜Ｎｂ＜Ｎｃなる比率が成立する。
【００４２】
このような第１実施形態によれば、振幅が大きい信号点に関して求められた誤差ベクトルに対応する電力値ほど多くの数を品質値の算出に用いるサンプルとして用いるようにしているので、このような振幅の大きい信号点において生じ得る大きなベクトルエラーを見逃すことなく十分に反映した適切な品質値を測定することが可能となる。
【００４３】
なお、この第１実施形態によると、サンプル抽出部６でのサンプルの抽出のしかたや割合などにより品質値が変化してしまう。しかし、通信方式の規格などにおいてこれらの事項も含めて規定しておくことで、統一的に品質値の測定を行うことが可能となる。
【００４４】
（第２の実施形態）
図３は本発明の第２実施形態の品質測定方法によりディジタル変調信号に関する品質値を測定するための構成を示すブロック図である。この図３は、送信機１によりディジタル変調を伴って生成された送信信号に関する品質値を測定する構成を示している。なお、図３において図１と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
送信機１へは、測定用データ生成部８で生成した測定用データを入力する。マッピング部３へも測定用データを入力する。
【００４６】
ベクトル電力変換部５での変換により得られた電力値は、その全てをサンプル電力値として累積・平均化部７へと入力する。
【００４７】
次に以上のような構成による品質測定の動作につき説明する。
【００４８】
測定用データ生成部８は、所定のパターンのデータを測定用データとして生成する。上記の所定パターンとは、送信機１でディジタル変調がなされることで、そのディジタル変調後の信号点の存在確率が信号ベクトルが大きい信号点ほど大きくなるようなパターンである。
【００４９】
そして、このような測定用データに対して、送信機１、理想受信部２、マッピング部３、誤差ベクトル生成部４およびベクトル電力変換部５では、第１実施形態と同様な処理がなされる。
【００５０】
この結果、ベクトル電力変換部５から出力される電力値がそれぞれ対応する信号点の数は、信号ベクトルが大きい信号点ほど多くなっている。従って、これらの電力値の全てをサンプル値とするならば、Ｎａ＜Ｎｂ＜Ｎｃなる比率が成立する。
【００５１】
そこで累積・平均化部７では、ベクトル電力変換部５から出力される電力値の全てをそのままサンプル電力値として累積および平均化を行って、品質値を求める。
【００５２】
このような第２実施形態によれば、振幅が大きい信号点に関して求められた誤差ベクトルに対応する電力値ほど多くの数を品質値の算出に用いるサンプルとして用いるようにしているので、このような振幅の大きい信号点において生じ得る大きなベクトルエラーを見逃すことなく十分に反映した適切な品質値を測定することが可能となる。
【００５３】
なお、この第２実施形態によると、測定用データのパターンにより品質値が変化してしまう。しかし、通信方式の規格などにおいてこれらの事項も含めて規定しておくことで、統一的に品質値の測定を行うことが可能となる。
【００５４】
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではない。例えば直交変調器の試験のために直交変調器からの出力信号に関する品質値を測定するなどのように他の用途にも適用が可能である。
【００５５】
また、変調後に現れる信号点の振幅が一定とはならないディジタル変調方式であれば、１６ＱＡＭ方式以外の方式にも本発明の適用が可能である。
【００５６】
また、品質値とする統計量としては、ｘ％値などのような別の値を用いることも可能である。
【００５７】
このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、大きなベクトルエラーが生じ得る振幅が大きい信号点のベクトルエラーを高い割合で考慮して求まる統計量として品質値を求めることとしたので、振幅が大きい信号点に生じた大きなベクトルエラーを十分に考慮した品質値を求めることが可能であり、この結果、各信号点の信号ベクトルが一定にならない変調方式のディジタル変調信号に関する品質をより適正に判断できる品質値を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の品質測定方法によりディジタル変調信号に関する品質値を測定するための構成を示すブロック図。
【図２】送信機１のブロック図。
【図３】第２実施形態の品質測定方法によりディジタル変調信号に関する品質値を測定するための構成を示すブロック図。
【図４】１６ＱＡＭ方式でディジタル変調がなされたディジタル変調信号の信号点を示す図。
【図５】信号点毎のベクトルエラーの範囲を示す図。
【符号の説明】
１…送信機
２…理想受信部
３…マッピング部
４…誤差ベクトル生成部
５…ベクトル電力変換部
６…サンプル抽出部
７…累積・平均化部
８…測定用データ生成部

Claims (3)

1. 変調後に現れる信号点の振幅が一定とはならない所定のディジタル変調方式で変調されたディジタル変調信号に関する品質値を測定する品質測定方法において、
   前記ディジタル変調信号における各信号点に関して、その信号点の信号ベクトルと理想的な信号ベクトルとのベクトルエラーを検出し、
   前記ディジタル変調信号の所定区間について検出された前記ベクトルエラーに関する所定の統計量を前記品質値として求めることとし、
   かつ前記統計量を求めるために使用するベクトルエラーは、振幅が大きい信号点に関して検出されたものほど多くすることを特徴とする品質測定方法。
2. 前記ディジタル変調信号の所定区間について検出された前記ベクトルエラーからそれぞれ異なる振幅の信号点に関して検出されたものを所定の割合で取り出し、この取り出したベクトルエラーに関する前記統計量を前記品質値として求めることを特徴とする請求項１に記載の品質測定方法。
3. ディジタルデータを用いて前記ディジタル変調方式での変調を行う変調器より出力されるディジタル変調信号に関する品質値を測定する品質測定方法であって、
   前記ディジタルデータとして前記ディジタル変調信号に振幅が大きい信号点ほど多く現れるパターンのデータを前記変調器へと与えることを特徴とする請求項１に記載の品質測定方法。

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