JP2004159213A

JP2004159213A - Ｐｓｋ信号復調装置

Info

Publication number: JP2004159213A
Application number: JP2002324710A
Authority: JP
Inventors: Kota Matsuura; 幸太松浦
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】変調諸元が未知であるＰＳＫ系のデジタル変調信号を、演算量の少ない信号処理により自動復調するＰＳＫ信号復調装置を提供する。
【解決手段】変調諸元が未知のＰＳＫ変調信号と、この信号を信号遅延部３で遅延させた信号とを積算演算部４で積算後、ローパスフィルタ部５により高調波成分を除去して振幅レベル変動のみを取り出す。この信号に対して、特徴抽出部６で負方向のピーク点を検出し、そのピーク点の間隔及びピーク点の信号レベルから変調諸元推定部７において変調諸元を推定することにより、演算量の多い積和演算等を減らした、簡潔な算術演算による信号処理を実現する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変調諸元が未知であるＰＳＫ（ＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）系のデジタル変調信号を自動復調するＰＳＫ信号復調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル変調信号の未知の変調諸元を自動推定し復調する技術は、ハードウェアのソフトウェア化に伴って、信号計測、無線通信、電波監視等の分野で活用されている。
【０００３】
そして、デジタル変調された受信信号の変調方式を自動識別し復調する受信機としては、ＰＳＫ系を含むデジタル変調された受信信号のシンボルレート及びシンボル位置を蓄積一括復調方式により推定し、この推定したシンボル位置における受信信号の瞬時振幅値及び瞬時位相値の統計的な特徴量を用いて最近傍決定法によりデジタル変調方式を識別後、それらの結果をもとに復調処理を行なう受信機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
この受信機を構成するにあたっては、設計上ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）等を用い、ソフトウェアによる信号処理が行なわれることが多い。主な処理としては、例えば、上述の蓄積一括復調方式においては、受信信号を仮復調したデータの各サンプル点における振幅の２乗和算出処理、そのスペクトラムを求めるためのＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理、及びスペクトラムのピークから受信信号のシンボルレートを得るための逆ＦＦＴ処理等が挙げられる。
【０００５】
また、受信信号の瞬時振幅値及び瞬時位相値の統計的な特徴量の算出においては、各推定シンボル位置における受信信号の瞬時振幅値及び瞬時位相値の抽出処理、及びそれらの標準偏差等の統計値に基づく統計的な特徴量の算出処理等が挙げられる。
【０００６】
更に、最近傍決定法による変調形式の識別においては、受信信号の統計的な特徴量とあらかじめ設定された各変調方式毎の統計的な特徴量とのパターン認識的な比較処理、及び比較結果に基づく変調方式の識別処理等が挙げられる。
【０００７】
そしてソフトウェアによるこれらの信号処理を実時間で実行することにより、デジタル変調された受信信号の変調方式を自動識別して復調する受信機が実現されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１１１６４４号公報（第８頁、図２）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらのソフトウェアによる信号処理はいずれも演算量が多い欠点がある。特に蓄積一括復調方式によるシンボルレート及びシンボル位置を推定するための一連の処理は演算量が多く、処理時間の短縮が難しい。また、受信信号の統計的な特徴量から変調方式を推定する際にも、受信信号の特徴によっては演算量が増加し処理時間の増加をきたす場合がある。これら演算量の増加は、後続のすべての処理を遅延させることとなり、その結果、受信信号の復調出力に大きな遅延を発生させるなどの影響を及ぼしていた。このため、これら信号処理においては、演算量の軽減が求められている。
【００１０】
一方、演算量の増加に対しては高速のＤＳＰにより対応する方法もあるが、小型軽量化及び低消費電力化が難しい。更に、近年はデジタル通信の通信品質向上のため、ますます高度化している符号誤り訂正処理への対応等、新たな演算負荷の増加も見込まれており、この点からも上記の信号処理における演算量の軽減が望まれていた。
【００１１】
本発明は上述の事情を考慮してなされたものであり、演算量の少ない信号処理により、変調諸元が未知であるＰＳＫ系のデジタル変調信号を自動復調するＰＳＫ信号復調装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のＰＳＫ信号復調装置は、変調諸元が未知であるＰＳＫ変調信号を入力し、その変調諸元を自動推定し復調するＰＳＫ信号復調装置であって、前記ＰＳＫ変調信号を遅延させる信号遅延手段と、この信号遅延手段から出力される信号と前記ＰＳＫ変調信号とを積算する積算演算手段と、この積算演算手段から出力された積算された信号から、あらかじめ設定した条件に該当する特徴点を検出し、この特徴点における前記積算された信号の時刻及び信号レベルを抽出する特徴抽出手段と、この特徴抽出手段で抽出した時刻から前記ＰＳＫ変調信号のシンボルレートを推定するシンボルレート推定手段と、前記特徴抽出手段で抽出した信号レベルから前記ＰＳＫ変調信号の変調多値数を推定する変調多値数推定手段と、前記シンボルレート推定手段からのシンボルレートと前記変調多値数推定手段からの変調多値数に基づき、前記ＰＳＫ信号を復調する信号復調手段とを具備することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、変調諸元が未知であるＰＳＫ変調信号と、この信号を遅延させた信号とを積算した信号の特徴点における時刻及びレベルに基づき、ＰＳＫ変調信号の変調諸元を推定することにより、演算量の少ない信号処理でＰＳＫ変調信号を自動復調するＰＳＫ信号復調装置を実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係るＰＳＫ信号復調装置の実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係るＰＳＫ信号復調装置の実施の形態を示すブロック図である。図１に示すように、このＰＳＫ信号復調装置１は、信号分配部２、信号遅延部３、積算演算部４、ローパスフィルタ部５、特徴抽出部６、変調諸元推定部７、及び信号復調部８を備えている。更に、変調諸元推定部７は、シンボルレート推定部１１、及び変調多値数推定部１２を備えている。
【００１６】
即ち信号分配部２は、入力信号として変調諸元が未知であるＰＳＫ変調信号を受け取り、この信号を分配して信号遅延部３、積算演算部４、及び信号復調部８に出力する。信号遅延部３は、信号分配部２からの信号を時間軸上で一定時間遅延させて積算演算部４に出力する。
【００１７】
積算演算部４は、信号分配部２から出力される信号と信号遅延部３から出力される信号とを受け取り、これら信号を積算してローパスフィルタ部５に出力する。ローパスフィルタ部５は、積算演算部４における積算によってその出力信号中に現れる搬送波の高調波成分を除去して特徴抽出部６に出力する。
【００１８】
特徴抽出部６は、ローパスフィルタ部５から出力される信号の中から、あらかじめ設定された振幅変化の特徴を持つ点を逐次検出し、その検出時刻及びその時刻における信号レベルを変調諸元推定部７に出力する。本実施の形態においては、検出すべき特徴点を、振幅の負方向のピーク点として設定している。
【００１９】
変調諸元推定部７は、特徴抽出部６から送られてくる特徴点の検出時刻及び信号レベルを受け取り、シンボルレート推定部１１において複数の特徴点の時間間隔から信号のシンボルレートを推定すると共に、変調多値数推定部１２において複数の特徴点における信号レベルから変調多値数を推定する。そしてそれらの結果を信号復調部８に出力する。
【００２０】
信号復調部８は、変調諸元推定部７において推定したシンボルレート及び変調多値数に基づき、信号分配部２からのＰＳＫ変調信号を復調し、復調結果を出力する。
【００２１】
次に、前述した図１、並びに図２のフローチャート及び図３乃至図４の波形図を参照して、上述した本発明の実施の形態によるＰＳＫ信号復調装置の動作を説明する。
【００２２】
まず、図２において、変調諸元が未知であるＰＳＫ変調信号が入力されると、信号分配部２はこの信号を取り込み（ＳＴ１）、後続の３つの信号処理、即ち信号遅延部３、積算演算部４及び信号復調部８に引き渡すために分配する（ＳＴ２）。
【００２３】
これらの中で信号遅延部３に向けて分配された信号は信号遅延部３に入力され、一定時間遅延される。ここでの遅延量は、遅延前の信号、即ち信号分配部２からの信号に対して時間軸上で同一シンボルとの重複部分ができる範囲内で、かつ信号の搬送波の波長単位の値としている。即ち、ＰＳＫ変調信号では、一般に１シンボルは搬送波１０波長以上で構成されていることが多いため、遅延量は対象信号の波長に換算して１０波長以内程度の範囲で設定する（ＳＴ３）。
【００２４】
遅延された信号は積算演算部４に送られ、入力信号、即ち信号分配部２において積算演算部４に向けて分配された信号と積算される。その結果、隣接シンボル間でシンボル値が異なる場合、隣接シンボルとの重複部分において振幅が大きく変化した出力信号が得られる。これら積算演算部４における入出力信号波形をモデル化して図３に示す。
【００２５】
この図は、入力されたＰＳＫ変調信号がＢＰＳＫ（ＢｉｎａｒｙＰＳＫ）の場合を例示している。即ち図３において、信号Ａは、信号分配部２からの信号の変調波のみをモデル化した波形である。信号Ｂは、信号遅延部３からの信号であり、信号Ａに対して信号遅延部３で設定した遅延量Δだけ遅れた波形である。これらの信号を積算すると、信号Ａの隣接シンボル間でシンボル値が異なる場合、即ち０から１、または１から０に変化した場合には、シンボルの切り替わりタイミングから遅延量Δに相当する時間、信号Ａと信号Ｂとは互いに異なったシンボル値で積算されるため、出力信号は図３の信号Ｃに示すように、この時間内において振幅が大きく変化した信号となる。但し、この出力信号は、２信号を積算したことにより搬送波の高調波成分を含んでいる（ＳＴ４）。
【００２６】
このため、更にローパスフィルタ部５を通過させることにより高調波成分を除去し、振幅変化成分を取り出す。ローパスフィルタ部５通過後の信号をモデル化した波形を図３の信号Ｄに示す。即ち、ローパスフィルタ部５通過後の信号は、入力されたＰＳＫ変調信号の隣接シンボル間でシンボル値が異なる場合には、シンボルの切り替わりタイミングに同期して振幅が負方向のピークを形成する信号となる。そして、この信号を特徴抽出用信号として特徴抽出部６に送出する（ＳＴ５）。
【００２７】
特徴抽出部６は、ローパスフィルタ部５から送られてくる特徴抽出用信号の特徴点、即ち振幅の負方向のピーク点を検出するため、信号の振幅変化を継続的に監視する（ＳＴ６）。負方向のピークを検出した場合には（ＳＴ７のＹＥＳ）、その点の時刻及び振幅レベルを記憶する（ＳＴ８）。信号の振幅変化の監視は所定の監視期間継続され（ＳＴ９のＮＯ）、この間に検出された負方向のピーク点の時刻及び振幅レベルは順次蓄積されていく。そして、監視期間が終了すると（ＳＴ９のＹＥＳ）、特徴抽出部６は、これら蓄積されていた時刻及び振幅レベルを変調諸元推定部７に送出する（ＳＴ１０）。
【００２８】
変調諸元推定部７は、特徴抽出部６から送られてくるピーク点の時刻及び振幅レベルを取り込み、先ずシンボルレート推定部１１においてシンボルレートを推定するため、各ピーク点の時刻からピーク点相互間の時間間隔、即ち図３の信号ＤにおけるＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔｎを算出する（ＳＴ１１）。算出した時間間隔は、入力されたＰＳＫ変調信号のシンボル値の変化に同期しているため、シンボル間隔の整数倍となっている。従って、これら時間間隔の最大公約数を求めることにより１シンボルあたりの時間を算出し、入力されたＰＳＫ変調信号のシンボルレートを推定している（ＳＴ１２）。
【００２９】
次に、変調多値数を推定するため、変調多値数推定部１２において特徴抽出部６からの複数のピーク点の振幅レベルを、所定の範囲内で一致しているものを同一グループとしてグルーピングする。隣接シンボル間でシンボル値が異なる場合には、ピーク点の振幅レベルは搬送波の位相遷移先に応じて異なる値を持つ。その結果、入力されたＰＳＫ変調信号がＢＰＳＫ（２相）の場合には、位相遷移先が１相であるため、図３の信号Ｄに示すように、ピーク点の振幅レベルは１つのグループＬＢ１にグルーピングされる。
【００３０】
また、ＱＰＳＫ（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰＳＫ）の場合には、位相遷移先が３相あるため、ローパスフィルタ部５通過後の信号は例えば図４に示した波形となり、ピーク点の振幅レベルは３つのグループＬＱ１、ＬＱ２及びＬＱ３にグルーピングされる。即ち、グルーピング後の振幅レベルのグループ数は、変調多値数より１少ない値となっている。この関係は、変調多値数が４相を超える場合においても変わらない（ＳＴ１３）。
【００３１】
従って、前述のグループ数を計数しその計数値に１を加算することにより、入力されたＰＳＫ変調信号の変調多値数を推定している（ＳＴ１４）。
【００３２】
そして、変調諸元推定部７は、シンボルレート推定部１１において推定されたシンボルレート、及び変調多値数推定部１２において推定された変調多値数とを、入力されたＰＳＫ変調信号の変調諸元として信号復調部８に出力する（ＳＴ１５）。
【００３３】
信号復調部８は、変調諸元推定部７から出力されたシンボルレート及び変調多値数を受け取り、これらの値に基づいて信号分配部２で分配されたＰＳＫ変調信号を復調し、連接機器等に対して復調結果を出力する（ＳＴ１６）。
【００３４】
以上説明したように、本発明の実施の形態のＰＳＫ信号復調装置によれば、積算演算部４において２つの信号の積算を行なっているが、この演算の際にはＦＦＴ処理において実行されるような多量の積和演算処理を必要としない。
【００３５】
また、シンボルレート推定部１１においてシンボルレートを推定する際には、ピーク点相互の時間間隔の最大公約数の算出処理を行なっている。更に、変調多値数推定部１２において変調多値数を推定する際には、信号の振幅レベルのグループ化及びその計数処理を行なっている。これらの演算処理は、統計的あるいはパターン認識的手法に基づいて変調諸元を推定する場合に比較して簡潔な算術演算により実現でき、多量の演算を必要としない。
【００３６】
従って、演算量の少ない信号処理により、ＰＳＫ変調信号を自動復調するＰＳＫ信号復調装置を実現することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、多量の積和演算を必要とせず、簡潔な算術演算による信号処理で変調諸元が未知のＰＳＫ変調信号の変調諸元を推定することにより、演算量の少ない信号処理でＰＳＫ変調信号を自動復調するＰＳＫ信号復調装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るＰＳＫ信号復調装置を示すブロック図。
【図２】図１のＰＳＫ信号復調装置の動作を説明するためのフローチャート。
【図３】入力されたＰＳＫ変調信号がＢＰＳＫの場合における、積算演算部及びローパスフィルタ部の入出力信号波形をモデル化した波形図。
【図４】入力されたＰＳＫ変調信号がＱＰＳＫの場合における、ローパスフィルタ部の出力信号波形をモデル化した波形図。
【符号の説明】
１ＰＳＫ信号復調装置
２信号分配部
３信号遅延部
４積算演算部
５ローパスフィルタ部
６特徴抽出部
７変調諸元推定部
８信号復調部
１１シンボルレート推定部
１２変調多値数推定部

Claims

変調諸元が未知であるＰＳＫ変調信号を入力し、その変調諸元を自動推定し復調するＰＳＫ信号復調装置であって、
前記ＰＳＫ変調信号を遅延させる信号遅延手段と、
この信号遅延手段から出力される信号と前記ＰＳＫ変調信号とを積算する積算演算手段と、
この積算演算手段から出力された積算された信号から、あらかじめ設定した条件に該当する特徴点を検出し、この特徴点における前記積算された信号の時刻及び信号レベルを抽出する特徴抽出手段と、
この特徴抽出手段で抽出した時刻から前記ＰＳＫ変調信号のシンボルレートを推定するシンボルレート推定手段と、
前記特徴抽出手段で抽出した信号レベルから前記ＰＳＫ変調信号の変調多値数を推定する変調多値数推定手段と、
前記シンボルレート推定手段からのシンボルレートと前記変調多値数推定手段からの変調多値数に基づき、前記ＰＳＫ信号を復調する信号復調手段と
を具備することを特徴とするＰＳＫ信号復調装置。
前記特徴抽出手段において検出する点は、前記積算された信号における振幅レベル低下方向のピーク点としたことを特徴とする請求項１に記載のＰＳＫ信号復調装置。
前記シンボルレート推定手段は、前記特徴抽出手段で抽出した複数の特徴点における時刻からこれら相互の時間間隔を算出し、更にこれら時間間隔の最大公約数を求めることにより前記ＰＳＫ変調信号のシンボルレートを推定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＰＳＫ信号復調装置。
前記変調多値数推定手段は、前記特徴抽出手段で抽出した複数の特徴点における信号レベルをその値の範囲によってグループ化し、そのグループ数から前記ＰＳＫ変調信号の変調多値数を推定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＰＳＫ信号復調装置。