JP2005191946A - 位相誤差検出回路及びデジタル信号復調回路 - Google Patents
位相誤差検出回路及びデジタル信号復調回路 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】PSK変調信号の受信器において、位相誤差を高精度に検出する。
【解決手段】BPSK変調信号、QPSK変調信号、8相PSK変調信号等の変調信号の位相誤差を位相誤差検出器26で検出する。位相誤差検出器26は、BPSK変調信号の場合、位相誤差が−45degから45degの場合には2IQにより位相誤差を検出し、45deg〜90degの場合には2IQの代わりに−2IQ+2(I2+Q2)により検出し、−45deg〜−90degの場合には2IQの代わりに−2IQ−2(I2+Q2)により検出する。
【選択図】図1
【解決手段】BPSK変調信号、QPSK変調信号、8相PSK変調信号等の変調信号の位相誤差を位相誤差検出器26で検出する。位相誤差検出器26は、BPSK変調信号の場合、位相誤差が−45degから45degの場合には2IQにより位相誤差を検出し、45deg〜90degの場合には2IQの代わりに−2IQ+2(I2+Q2)により検出し、−45deg〜−90degの場合には2IQの代わりに−2IQ−2(I2+Q2)により検出する。
【選択図】図1
Description
本発明は位相誤差検出回路及びこれを備えたデジタル信号復調回路に関し、特にPSK変調されたデジタル信号の位相誤差を検出する技術に関する。
従来より、デジタル衛星放送を受信するレシーバが知られている。このようなレシーバにおいては、アンテナで受信されたRF信号はキャリア信号と乗算され、直交変調信号であるI信号及びQ信号が復調される。すなわち、受信信号とcosine波キャリア信号とを乗算してI信号が復調され、受信信号と−sine波キャリア信号(cosine波キャリア信号の位相を90度遅延させた信号)とを乗算してQ信号が復調される。I信号及びQ信号はアナログデジタルコンバータADCにてデジタル信号に変換された後、位相回転器に出力する。
位相回転器では、受信信号の位相を回転して送信時の位相に合致させる。デジタル直交変調によりデジタルデータを伝送する場合、送信側のキャリア信号と受信側のキャリア信号との間には周波数誤差及び位相誤差が生じる。このため、受信信号は送信信号に対して周波数誤差及び位相誤差に対応する角度だけI−Q位相平面内において回転してしまう。位相回転器は、この角度誤差を補償するものである。位相回転器には、復調信号の周波数誤差を検出する周波数誤差検出器からの誤差信号、及び復調信号の位相誤差を検出する位相誤差検出器からの誤差信号がループフィルタを介してフィードバックされる。位相回転器は、これらの誤差信号に応じて受信信号の角度を調整する。角度調整された受信信号は、インターポレータ等に出力され復調される。
位相誤差検出器では、例えば以下のような位相誤差検出が知られている。すなわち、M相PSK変調信号のシンボル点データに対してM乗し、その虚数部成分の振幅を検出することで位相誤差を検出する。例えば、M=2の場合、すなわちBPSK変調信号のシンボル点データは、振幅をA、位相誤差をd、位相誤差がないときの位相をθとすると、Ae(θ+d)iで表される。但し、BPSKの場合、θ=0あるいはπである。これを2乗すると、A2e(2θ+2d)i=A2{cos(2d)+isin(2d)}となり、虚数部成分であるA2sin(2d)の振幅を検出することにより、位相誤差dを検出する。
M=4の場合、すなわちQPSK変調信号のシンボルデータの場合には、θ=0,π/,3π/4,5π/4,7π/4であり、4乗するとA4e(4θ+4d)i=A4{cos(4d)+isin(4d)}となり、虚数部成分であるA4sin(4d)の振幅を検出することで位相誤差dを検出する。
図10には、M=2(BPSK)における2乗信号の実数部と虚数部の振幅が示されている。また、図11には、M=4(QPSK)における4乗信号の実数部と虚数部の振幅が示されている。図10において、位相誤差dの絶対値が45deg以下であれば位相誤差の絶対値の増大とともに虚数部の振幅も増大するが、絶対値が45degを超える場合には虚数部の振幅は減少してしまい、位相誤差dに対応した値を検出することができない。図11においても同様であり、位相誤差dの絶対値が22.5deg以下であれば問題ないが、これを超えると虚数部の振幅は減少してしまい位相誤差dに一義的に対応した検出値を得ることができない。
本発明の目的は、M相PSK信号の受信信号をM乗してその虚数部の信号振幅から位相誤差を検出する際に、その位相誤差に対してより正確な検出値を得ることのできる装置を提供することにある。
本発明は、受信信号のシンボル点データをM乗する乗算手段と、M乗されたシンボル点データの虚数部成分の信号振幅を演算により検出することで位相誤差を検出する検出手段とを有するM相PSK変調された受信信号の位相誤差を検出する位相誤差検出回路であって、前記M乗されたシンボル点データの実数部成分の符号を判定する符号判定手段とを有し、前記検出手段は、前記位相誤差に応じて前記虚数部成分の信号振幅の絶対値が単調増加あるいは単調減少するように、前記実数部成分の符号に応じて前記虚数部成分の信号振幅の前記演算を変化させる。なお、一般に、「単調増加」あるいは「単調減少」は、y=f(x)なる関数関係においてxが増加した場合にyが単調に増加あるいは減少することを意味するが、本発明における「単調増加」あるいは「単調減少」には、位相誤差によらず振幅が一定値となる場合も含むものとする。
本発明においては、M乗されたシンボル点データの信号の虚数部分の信号振幅が、位相誤差に対して単調に変化しないことに鑑み、単に虚数部分の信号振幅をそのまま演算して位相誤差を検出するのではなく、位相誤差に応じて単調増加あるいは単調減少するように演算内容を変化させて位相誤差を検出する。
本発明の1つの実施形態では、BPSK変調信号の場合において、位相誤差が0deg〜45degの範囲内では2乗信号の虚数部成分の振幅が位相誤差に応じて単調増加するものの、45deg〜90degの範囲内においては位相誤差に応じて逆に減少してしまうことに鑑み、この範囲内において信号振幅が位相誤差に対して単調増加するように演算内容を変化させる。具体的には、位相誤差と信号振幅の対応関係を示すグラフにおいて、45deg〜90degの範囲のグラフを位相誤差軸に対して対称変換し、さらに0〜45degのグラフと連続となるように2A2だけ上方にシフトさせる。この操作は、数学的には虚数部の信号振幅Ibの符号を反転して−Ibとし、これに2A2を加算することに等しい。
本発明の位相誤差検出器は、M相PSK変調信号を受信するデジタル受信回路に組み込むことができる。このデジタル受信回路では、デジタル受信信号の位相を回転させる位相回転器と、この位相回転器で位相回転された受信信号からシンボル点データを抽出し、所定のフィルタリング処理をした信号の位相誤差を位相誤差検出器で検出して位相回転器にフィードバックすることで、受信信号の位相を送信時の位相に合致させる。
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図1には、本実施形態に係る位相誤差検出器が組み込まれたデジタル信号処理回路の構成ブロック図が示されている。図1の回路は、例えばデジタル衛星放送の受信装置に適用される。
アンテナで受信されたRF信号はキャリア信号と乗算され、直交変調信号であるI信号及びQ信号が復調される。すなわち、受信信号とcosine波キャリア信号とを乗算してI信号が復調され、受信信号と−sine波キャリア信号(cosine波キャリア信号の位相を90度遅延させた信号)とを乗算してQ信号が復調される。I信号及びQ信号はアナログデジタルコンバータADCにてデジタル信号に変換された後、本回路に供給される。
DCオフセット除去器10は、I信号及びQ信号に含まれるDC成分、すなわち、I信号及びQ信号に含まれる累積値を除去してAGC12に出力する。
AGC12は、I信号及びQ信号の振幅が所定値となるように制御し、位相回転器14に出力する。
位相回転器14は、受信信号の位相を回転して送信時の位相に合致させるものである。デジタル直交変調によりデジタルデータを伝送する場合、送信側のキャリア信号と受信側のキャリア信号との間には周波数誤差及び位相誤差が生じる。このため、受信信号は送信信号に対して周波数誤差及び位相誤差に対応する角度だけI−Q位相平面内において回転してしまう。位相回転器14は、この角度誤差を補償するものである。位相回転器14には、周波数オフセット検出器24からの周波数誤差及び位相誤差検出器26からの位相誤差がループフィルタ28を介してフィードバックされる。位相回転器14は、これらの誤差に応じて受信信号の角度を調整する。位相回転器14は、角度調整した受信信号をインターポレータ16に出力する。
インターポレータ16は、受信信号に対してそのサンプル点データからサンプル間にあるシンボル点のデータを推定する。ADCでは、シンボルとは非同期のタイミングでサンプリングするため(非同期サンプル)、インターポレータ16でシンボル点のデータを内挿補間する必要が生じる。インターポレータ16は、ADCのサンプルデータに対して補間したデータを再サンプル処理してシンボル点を抽出する。インターポレータ16は、基本的にはFIR(Finite Impulse Response:有限長インパルス応答)フィルタで構成される。具体的には、インターポレータ16は、直列接続された複数のラッチ、並列接続された複数の係数器、及び加算器を含んで構成される。各ラッチは、デジタル信号をサンプル期間だけ保持して出力する。各係数器は、入力デジタル信号に対して所定の係数を乗じて加算器に出力する。加算器は、各係数器の出力を加算し、後段のナイキストフィルタ18に出力する。各係数器の係数(タップ係数)は、予め複数組(例えば32組)用意しておき、これらの組の中からいずれかの組を選択できる構成とする。すなわち、内挿補間すべき位置により複数組の中のいずれかの組を選択的に用いる。各係数器の係数はCPUによりレジスタ30に書き込まれて各係数器に供給される。内挿補間すべき位置、すなわち内挿補間のタイミングは、タイミングエラー検出器20及びループフィルタ22からなるタイミングコントロール回路により調整される。
ナイキストフィルタ(あるいはルートナイキストフィルタ)18は、ローパスフィルタの一種で、信号帯域を制限する。フィルタを半分に分割して送信側と受信側に設けてシンボル間干渉を抑制する技術が知られており、ナイキストフィルタ18は受信側に設けられるフィルタ分である。なお、フィルタの半分を使用することは、レスポンスの2乗根(ルート)を得ることに等しい。ナイキストフィルタ18は、インターポレータ16からのデジタル信号をフィルタリング処理し、後段の復調器等に出力する。
このような構成において、位相誤差検出器26では、既述したようにナイキストフィルタ18からの出力信号(同相成分I信号、直交成分Q信号)からその位相誤差を検出してループフィルタ28に出力する。位相誤差検出器26の基本動作は、シンボル点での信号をM相PSK変調信号に応じてM乗し、その虚数部の信号振幅を検出することで位相誤差dを検出するものであるが、単にM乗した虚数部の信号振幅を検出するのでは、特に位相誤差dが大きいところで位相誤差dが大きくなるにつれ検出位相誤差が小さくなってしまうので、位相回転(周波数誤差)がある際の正しい位相への引き込み性能や、位相誤差が大きいところからの引き込み特性が良くない。
そこで、本実施形態の位相誤差検出器26は、以下に示すような演算処理を行って位相誤差dを検出する。以下、M=2の場合(BPSK変調信号)、M=4の場合(QPSK変調信号)に分けてその動作を説明する。
<BPSK変調信号の場合>
ナイキストフィルタ18からのI信号、Q信号の振幅をA、位相誤差をd、位相誤差がないときの位相をθ(θ=0あるいはπ)とすると、
Ae(θ+d)i=I+iQ
であり、これを2乗すると、
A2e(2θ+2d)i=A2{cos(2d)+isin(2d)}
=(I2−Q2)+i2IQ
=Rb+iIb
となる。ここで、Rb=I2−Q2は実数部成分、Ib=2IQは虚数部成分である。
ナイキストフィルタ18からのI信号、Q信号の振幅をA、位相誤差をd、位相誤差がないときの位相をθ(θ=0あるいはπ)とすると、
Ae(θ+d)i=I+iQ
であり、これを2乗すると、
A2e(2θ+2d)i=A2{cos(2d)+isin(2d)}
=(I2−Q2)+i2IQ
=Rb+iIb
となる。ここで、Rb=I2−Q2は実数部成分、Ib=2IQは虚数部成分である。
位相誤差が45deg〜90degの場合、図10に示されるように虚数部成分2IQは位相誤差の増大とともに減少する。一方、位相誤差が45deg〜90degに存在することは、実数部成分Rbが負となることで検出できる(図10参照)。そこで、位相誤差が45deg〜90degの場合、2IQの代わりに、
−Ib+2A2=−Ib+2(I2+Q2)=−2IQ+2(I2+Q2)
で位相誤差を検出する。ここで、−Ib+2A2は、Ibの符号を反転して2A2を加算することであるから、Ibを図10において位相誤差軸(横軸)に関して線対称とし、さらに縦軸に対して2A2だけ上方にシフトさせる操作を意味する。
−Ib+2A2=−Ib+2(I2+Q2)=−2IQ+2(I2+Q2)
で位相誤差を検出する。ここで、−Ib+2A2は、Ibの符号を反転して2A2を加算することであるから、Ibを図10において位相誤差軸(横軸)に関して線対称とし、さらに縦軸に対して2A2だけ上方にシフトさせる操作を意味する。
一方、位相誤差が−45deg〜−90degの場合も、虚数部成分2IQは位相誤差の増大とともに減少する。位相誤差が−45deg〜−90degに存在することは実数部成分Rbが負となることで検出できる。そこで、位相誤差が−45deg〜−90degの場合、2IQの代わりに、
−Ib−2A2=−Ib−2(I2+Q2)=−2IQ−(I2+Q2)
で位相誤差を検出する。ここで、−Ib−2A2は、Ibの符号を反転して2A2を減算することであるから、Ibを図10において位相誤差軸(横軸)に関して線対称とし、さらに縦軸に対して2A2だけ下方にシフトさせる操作を意味する。
−Ib−2A2=−Ib−2(I2+Q2)=−2IQ−(I2+Q2)
で位相誤差を検出する。ここで、−Ib−2A2は、Ibの符号を反転して2A2を減算することであるから、Ibを図10において位相誤差軸(横軸)に関して線対称とし、さらに縦軸に対して2A2だけ下方にシフトさせる操作を意味する。
図2には、このように操作を行った場合の、2乗信号の実数部成分と虚数部成分の信号振幅が示されている。位相誤差dが−45deg〜45degでは図10と同一であるが、位相誤差dが40deg〜90degと、−45deg〜−90degでは、それぞれI信号、Q信号の操作により位相誤差が増大するに従い振幅も増大している。したがって、位相誤差が−90deg〜90degの範囲にわたってI信号とQ信号の振幅から実際の位相誤差dに対応した(単調増加した)検出位相誤差を得ることができる。
以上をまとめると、位相誤差の検出方法として、
(1)位相誤差が0〜45degの場合
2IQ
(2)位相誤差が45deg〜90degの場合
−2IQ+2(I2+Q2)
(3)位相誤差が0〜−45degの場合
2IQ
(4)位相誤差が−45deg〜−90degの場合
−2IQ−(I2+Q2)
を用いることで位相誤差を検出する。
(1)位相誤差が0〜45degの場合
2IQ
(2)位相誤差が45deg〜90degの場合
−2IQ+2(I2+Q2)
(3)位相誤差が0〜−45degの場合
2IQ
(4)位相誤差が−45deg〜−90degの場合
−2IQ−(I2+Q2)
を用いることで位相誤差を検出する。
なお、45deg〜90degと、−45deg〜−90degとでは、Rbの符号は共に負であるため両者を識別することはできない。但し、虚数部成分の符号は両者で異なるから(0〜45degは正、0〜−45degは負)、これを用いて両者を識別すればよい。
図3には、位相誤差検出器26における位相誤差検出フローチャートが示されている。まず、ナイキストフィルタ18からのI信号、Q信号を入力し、2乗信号の実数部成分であるRb=I2−Q2 を算出する(S101)。そして、算出した実数部成分Rbの符号が正であるか否かを判定する(S102)。
実数部成分Rbの符号が正である場合、位相誤差は−45deg〜45degの範囲に存在することになるから、位相誤差検出器26は、従来と同様に2乗信号の虚数部成分Ib=2IQの信号振幅により位相誤差dを検出する(S103)。
また、実数部成分Rbの符号が負である場合、位相誤差は45deg〜90degの範囲、あるいは−45deg〜−90degの範囲にあることを意味するから、次に、虚数部成分Ib=2IQの符号が正であるか否かを判定する(S104)。符号が正である場合には位相誤差は45deg〜90degの範囲内にあると判定し(S105)、2IQではなく−2IQ+2(I2+Q2)の信号振幅により位相誤差を検出する(106)。一方、符号が負である場合には位相誤差は−45deg〜−90degの範囲内にあると判定し(S107)、2IQではなく−2IQ−2(I2+Q2)の信号振幅により位相誤差を検出する(108)。検出された位相誤差はループフィルタ28に供給される。
以上の処理により、BPSK変調信号の位相誤差を検出することができる。なお、位相誤差が大きい場合(その絶対値が45deg以上の場合)には信号振幅が一定値となるようにした位相誤差検出法も考えられる。
具体的には、上述の説明において、45deg〜90degの場合には2IQではなくA2=I2+Q2とし、−45deg〜−90degの場合には2IQではなく−A2=−(I2+Q2)とする等である。
図4には、この場合の実数部成分と虚数部成分の信号振幅が示されている。位相誤差dが45deg〜90degではA2に一定化され、−45deg〜−90degでは−A2に一定化される点に留意されたい。45deg〜90degで実際の位相誤差dの増大に伴い検出位相誤差値は増大しないが、こうすることにより計算処理はより簡便なものとなる。この方法では、位相誤差が大きい場合には、位相回転器14で、ある程度の量を回転させ、位相誤差を−45deg〜45degの範囲内に抑え、その後、精度よく位相誤差を補償できる。
図5には、この場合の位相誤差検出器26の処理フローチャートが示されている。図3と異なる点は、位相誤差が45deg〜90degと判定された場合にI2+Q2で位相誤差を検出してループフィルタ28に出力し(S206)、位相誤差が−45deg〜−90degと判定された場合に−(I2+Q2)で位相誤差を検出してループフィルタ28に出力する点である(S208)。
<QPSK変調信号の場合>
ナイキストフィルタ18からのI信号、Q信号の振幅をA、位相誤差をd、位相誤差がないときの位相をθ(θ=π/4、3π/4、5π/4、7π/4)とすると、
Ae(θ+d)i=I+iQ
であり、これを4乗すると、
A4e(4θ+4d)i=A4{cos(4d)+isin(4d)}
=(A2e(2θ+2d)i)2
=(Rb+iIb)2
=(Rb2−Ib2)+i・2RbIb
=Rq+iIq
となる。ここで、Rq=(Rb2−Ib2)=I4−6I2Q2+Q4は実数部成分、Iq=2RbIb=4IQ(I2−Q2)は虚数部成分である。
ナイキストフィルタ18からのI信号、Q信号の振幅をA、位相誤差をd、位相誤差がないときの位相をθ(θ=π/4、3π/4、5π/4、7π/4)とすると、
Ae(θ+d)i=I+iQ
であり、これを4乗すると、
A4e(4θ+4d)i=A4{cos(4d)+isin(4d)}
=(A2e(2θ+2d)i)2
=(Rb+iIb)2
=(Rb2−Ib2)+i・2RbIb
=Rq+iIq
となる。ここで、Rq=(Rb2−Ib2)=I4−6I2Q2+Q4は実数部成分、Iq=2RbIb=4IQ(I2−Q2)は虚数部成分である。
位相誤差が0deg〜22.5degの場合、位相誤差の増大とともに虚数部Iqの絶対値は増大する(符号は負)。また、−22.5deg〜0degの場合も、位相誤差の増大とともに虚数部Iqの絶対値は増大する(符号は正)。したがって、位相誤差が−22.5deg〜22.5degの場合、−Iq(符号を反転させたのは、位相誤差の増大とともに虚数部の振幅を負から正へと増大させるため)で位相誤差を検出することができる。但し、−Iq=−2RbIb=−4IQ(I2−Q2)である。
一方、位相誤差が22.5deg〜45degの場合、図11に示されるように虚数部成分Iqの絶対値は位相誤差の増大とともに減少する。一方、位相誤差が22.5deg〜45degに存在することは、実数部成分Rqが正となることで検出できる(図11参照)。そこで、位相誤差が22.5deg〜45degの場合、−Iqの代わりに、
−(−Iq)+2A4
=Iq+2(Rb2+Ib2)
=2RbIb+2(Rb2+Ib2)
=4IQ(I2−Q2)+2(I2+Q2)2
で位相誤差を検出する。ここで、−(−Iq)+2A4は、−Iqの符号を反転して2A4を加算することであるから、−Iqを図11において位相誤差軸(横軸)に関して線対称とし、さらに縦軸に対して2A4だけ上方にシフトさせる操作を意味する。
−(−Iq)+2A4
=Iq+2(Rb2+Ib2)
=2RbIb+2(Rb2+Ib2)
=4IQ(I2−Q2)+2(I2+Q2)2
で位相誤差を検出する。ここで、−(−Iq)+2A4は、−Iqの符号を反転して2A4を加算することであるから、−Iqを図11において位相誤差軸(横軸)に関して線対称とし、さらに縦軸に対して2A4だけ上方にシフトさせる操作を意味する。
一方、位相誤差が−22.5deg〜−45degの場合も、虚数部成分の絶対値は位相誤差の増大とともに減少する。位相誤差が−22.5eg〜−45degに存在することは実数部成分Rqが正となることで検出できる。そこで、位相誤差が−22.5deg〜−45degの場合、−Iqの代わりに、
−(−Iq)−2A4
=Iq−2(Rb2+Ib2)
=2RbIb−2(Rb2+Ib2)
=4IQ(I2−Q2)−2(I2+Q2)2
で位相誤差を検出する。ここで、−(−Iq)−2A4は、−Iqの符号を反転して2A4を減算することであるから、−Iqを図11において位相誤差軸(横軸)に関して線対称とし、さらに縦軸に対して2A4だけ下方にシフトさせる操作を意味する。
−(−Iq)−2A4
=Iq−2(Rb2+Ib2)
=2RbIb−2(Rb2+Ib2)
=4IQ(I2−Q2)−2(I2+Q2)2
で位相誤差を検出する。ここで、−(−Iq)−2A4は、−Iqの符号を反転して2A4を減算することであるから、−Iqを図11において位相誤差軸(横軸)に関して線対称とし、さらに縦軸に対して2A4だけ下方にシフトさせる操作を意味する。
図6には、このように操作を行った場合の、4乗信号の実数部成分と虚数部成分の信号振幅が示されている。位相誤差dが−22.5deg〜22.5degでは図11と同一であるが、位相誤差dが22.5deg〜45degと、−22.5deg〜−45degでは、それぞれ位相誤差が増大するに従い振幅も増大している。したがって、位相誤差が−45deg〜45degの範囲にわたって実際の位相誤差dに対して単調増加する値を検出することができる。
以上をまとめると、位相誤差の検出方法として、
(1)位相誤差が0〜22.5degの場合
−2RbIb=−4IQ(I2−Q2)
(2)位相誤差が22.5deg〜45degの場合
2RbIb+2(Rb2+Ib2)=4IQ(I2−Q2)+2(I2+Q2)2
(3)位相誤差が0〜−22.5degの場合
−2RbIb=−4IQ(I2−Q2)
(4)位相誤差が−22.5deg〜−45degの場合
2RbIb−2(Rb2+Ib2)=4IQ(I2−Q2)−2(I2+Q2)2
を用いることで位相誤差を検出する。
(1)位相誤差が0〜22.5degの場合
−2RbIb=−4IQ(I2−Q2)
(2)位相誤差が22.5deg〜45degの場合
2RbIb+2(Rb2+Ib2)=4IQ(I2−Q2)+2(I2+Q2)2
(3)位相誤差が0〜−22.5degの場合
−2RbIb=−4IQ(I2−Q2)
(4)位相誤差が−22.5deg〜−45degの場合
2RbIb−2(Rb2+Ib2)=4IQ(I2−Q2)−2(I2+Q2)2
を用いることで位相誤差を検出する。
なお、22.5deg〜45degと、−22.5deg〜−45degとでは、Rqの符号は共に正であるため両者を識別することはできない。但し、虚数部成分の符号は両者で異なるから、これを用いて両者を識別すればよい。
図7には、位相誤差検出器26における位相誤差検出フローチャートが示されている。まず、ナイキストフィルタ18からのI信号、Q信号を入力し、4乗信号の実数部成分であるRq=I4−6I2Q2+Q4 を算出する(S301)。なお、Rq=(Rb2−Iq2)であるから、ナイキストフィルタ18からのI信号、Q信号を入力するのではなく、BPSK変調信号の位相誤差を検出する部位からのRb、Ibを入力して実数部成分を算出してもよい。そして、算出した実数部成分Rqの符号が負であるか否かを判定する(S302)。
実数部成分Rqの符号が負である場合、位相誤差は−22.5deg〜22.5degの範囲に存在することになるから、位相誤差検出器26は、4乗信号の虚数部成分の反転信号−Iq=−4IQ(I2−Q2)の信号振幅により位相誤差dを検出する(S303)。
また、実数部成分Rqの符号が正である場合、位相誤差は22.5deg〜45degの範囲、あるいは−22.5deg〜−45degの範囲にあることを意味するから、次に、虚数部成分−Iqの符号が正であるか否かを判定する(S304)。符号が正である場合には位相誤差は22.5deg〜45degの範囲内にあると判定し(S305)、−4IQ(I2−Q2)ではなく、4IQ(I2−Q2)+2(I2+Q2)2の信号振幅により位相誤差を検出する(306)。一方、符号が負である場合には位相誤差は−22.5deg〜−45degの範囲内にあると判定し(S307)、−4IQ(I2−Q2)ではなく、4IQ(I2−Q2)−2(I2+Q2)2の信号振幅により位相誤差を検出する(308)。検出された位相誤差はループフィルタ28に供給される。
以上の処理により、QPSK変調信号の位相誤差を検出することができる。なお、QPSKにおいても、BPSKの場合と同様に、位相誤差が大きい場合(その絶対値が22.5deg以上の場合)には信号振幅が一定値となるようにして位相誤差を検出することもできる。
<8相PSK変調信号の場合>
ナイキストフィルタ18からのI信号、Q信号の振幅をA、位相誤差をd、位相誤差がないときの位相をθ(θ=0、π/4、π/2、3π/4、π、5π/4、3π/2、7π/4)とすると、
Ae(θ+d)i=I+iQ
であり、これを8乗すると、
A8e(8θ+8d)i=A8{cos(8d)+isin(8d)}
=(A4e(4θ+4d)i)2
=(Rq+iIq)2
=(Rq2−Iq2)+i・2RqIq
=Ro+iIo
となる。ここで、Ro=(Rq2−Iq2)=I8−28I6Q2+70I4Q4−28I2Q6+Q8は実数部成分、Io=2RqIq=8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)は虚数部成分である。
ナイキストフィルタ18からのI信号、Q信号の振幅をA、位相誤差をd、位相誤差がないときの位相をθ(θ=0、π/4、π/2、3π/4、π、5π/4、3π/2、7π/4)とすると、
Ae(θ+d)i=I+iQ
であり、これを8乗すると、
A8e(8θ+8d)i=A8{cos(8d)+isin(8d)}
=(A4e(4θ+4d)i)2
=(Rq+iIq)2
=(Rq2−Iq2)+i・2RqIq
=Ro+iIo
となる。ここで、Ro=(Rq2−Iq2)=I8−28I6Q2+70I4Q4−28I2Q6+Q8は実数部成分、Io=2RqIq=8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)は虚数部成分である。
位相誤差が0deg〜11.25degの場合、位相誤差の増大とともに虚数部Ioの絶対値は増大する。また、−11.25deg〜0degの場合も、位相誤差の増大とともに虚数部Ioの絶対値は増大する。したがって、位相誤差が−11.25deg〜11.25degの場合、Ioで位相誤差を検出することができる。但し、Io=2RqIq=8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)である。
一方、位相誤差が11.25deg〜22.5degの場合、虚数部成分Ioの絶対値は位相誤差の増大とともに減少する。一方、位相誤差が11.25deg〜22.5degに存在することは、実数部成分Roが負となることで検出できる。そこで、位相誤差が11.25deg〜22.5egの場合、Ioの代わりに、
−Io+2A8
=−2RqIq+2(Rq2+Iq2)
=−8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)+2(I2+Q2)4
で位相誤差を検出する。ここで、−Io+2A8は、Ioの符号を反転して2A8を加算することであるから、Ioを位相誤差軸(横軸)に関して線対称とし、さらに縦軸に対して2A8だけ上方にシフトさせる操作を意味する。
−Io+2A8
=−2RqIq+2(Rq2+Iq2)
=−8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)+2(I2+Q2)4
で位相誤差を検出する。ここで、−Io+2A8は、Ioの符号を反転して2A8を加算することであるから、Ioを位相誤差軸(横軸)に関して線対称とし、さらに縦軸に対して2A8だけ上方にシフトさせる操作を意味する。
一方、位相誤差が−11.25deg〜−22.5degの場合も、虚数部成分の絶対値は位相誤差の増大とともに減少する。位相誤差が−11.25deg〜−22.5degに存在することは実数部成分Roが負となることで検出できる。そこで、位相誤差が−11.25deg〜−22.5degの場合、Ioの代わりに、
−Io−2A8
=−2RqIq+2(Rq2+Iq2)
=−8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)−2(I2+Q2)4
で位相誤差を検出する。ここで、−Iqo−2A8は、Ioの符号を反転して2A8を減算することであるから、Ioを位相誤差軸(横軸)に関して線対称とし、さらに縦軸に対して2A8だけ下方にシフトさせる操作を意味する。
(1)位相誤差が0〜11.25degの場合
8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)
(2)位相誤差が11.25deg〜22.5egの場合
−8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)+2(I2+Q2)4
(3)位相誤差が0〜−11.25degの場合
8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)
(4)位相誤差が−11.25deg〜−22.5degの場合
−8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)−2(I2+Q2)4
を用いることで位相誤差を検出する。
−Io−2A8
=−2RqIq+2(Rq2+Iq2)
=−8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)−2(I2+Q2)4
で位相誤差を検出する。ここで、−Iqo−2A8は、Ioの符号を反転して2A8を減算することであるから、Ioを位相誤差軸(横軸)に関して線対称とし、さらに縦軸に対して2A8だけ下方にシフトさせる操作を意味する。
(1)位相誤差が0〜11.25degの場合
8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)
(2)位相誤差が11.25deg〜22.5egの場合
−8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)+2(I2+Q2)4
(3)位相誤差が0〜−11.25degの場合
8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)
(4)位相誤差が−11.25deg〜−22.5degの場合
−8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)−2(I2+Q2)4
を用いることで位相誤差を検出する。
なお、11.25deg〜22.5degと、−11.25deg〜−22.5degとでは、Roの符号は共に負であるため両者を識別することはできない。但し、虚数部成分の符号は両者で異なるから、これを用いて両者を識別すればよい。また、8相PSKにおいても、BPSKの場合と同様に、位相誤差が大きい場合(その絶対値が11.25deg以上の場合)には信号振幅が一定値となるようにして位相誤差を検出することもできる。
以上のようにして、BPSK変調信号、QPSK変調信号、8相PSK変調信号において位相誤差を検出し、位相回転制御を行うことができる。位相誤差検出器26は、これらの変調信号(一般にM相PSK変調信号)それぞれに対応する回路ブロックを有し、それぞれの回路ブロックで位相誤差を検出する。
図9には、位相誤差検出器26の構成ブロック図が示されている。位相誤差検出器26は、BPSK変調信号の位相誤差を演算するBPSK演算部26a、QPSK変調信号の位相誤差を演算するQPSK演算部26b、8相PSK変調信号の位相誤差を演算する8PSK演算部26cを有し、これらは直列接続される。すなわち、BPSK演算部26aの後段にQPSK演算部26bが接続され、QPSK演算部26bの後段に8PSK演算部26cが接続される。
BPSK演算部26aには、ナイキストフィルタ18からのI信号、Q信号が供給される。BPSK演算部26aは、上述した(1)〜(4)に従って位相誤差dを演算して出力する。また、演算により算出された2乗信号の実数部成分Rb及び虚数部成分Ibを後段のQPSK演算部26bに出力する。
QPSK演算部26bは、BPSK演算部26aからのRb及びIbを入力し、これらを用いて位相誤差dを演算して出力する。また、演算により算出された4乗信号の実数部成分Rq及び虚数部成分Iqを後段の8PSK演算部26cに出力する。
8PSK演算部26cは、QPSK演算部26bからのRq及びIqを入力し、これらを用いて位相誤差dを演算して出力する。
図9に示された位相誤差検出器26の構成は一例であり、各相の演算部を並列に接続してそれぞれにI信号及びQ信号を供給する構成としてもよい。
14 位相回転器、16 インターポレータ、18 ナイキストフィルタ、26 位相誤差検出器、28 ループフィルタ。
Claims (10)
- 受信信号のシンボル点データをM乗する乗算手段と、
M乗されたシンボル点データの虚数部成分の信号振幅を演算により検出することで位相誤差を検出する検出手段と、
を有するM相PSK変調された受信信号の位相誤差を検出する位相誤差検出回路であって、
前記M乗されたシンボル点データの実数部成分の符号を判定する符号判定手段と、
を有し、前記検出手段は、前記位相誤差に応じて前記虚数部成分の信号振幅の絶対値が単調増加あるいは単調減少するように、前記実数部成分の符号に応じて前記虚数部成分の信号振幅の前記演算を変化させる
ことを特徴とする位相誤差検出回路。 - 請求項1記載の回路において、さらに、
前記位相誤差を検出すべきタイミングにおける前記虚数部成分の信号振幅の符号を判定する第2符号判定手段と、
を有し、前記検出手段は、前記実数部成分の符号及び前記虚数部成分の信号振幅の符号に応じて、位相誤差を検出すべきタイミングにおける前記虚数部成分の信号振幅の前記演算を変化させる
ことを特徴とする位相誤差検出回路。 - 請求項2記載の回路において、
前記M相PSK変調された受信信号はBPSK変調された信号であってその実数部成分の信号をI、虚数部成分の信号をQとし、
前記符号判定手段は、2乗されたシンボル点データの実数部成分の符号を判定し、
前記第2符号判定手段は、前記位相誤差を検出すべきタイミングにおける前記虚数部成分の信号振幅の符号を判定し、
前記検出手段は、前記実数部成分の符号が正である場合には2IQにより演算し、前記実数部成分の符号が負であって前記虚数部成分の信号振幅の符号が正である場合には−2IQ+2(I2+Q2)により演算し、前記実数部成分の符号が負であって前記虚数部成分の信号振幅の符号が負である場合には−2IQ−2(I2+Q2)により演算する
ことを特徴とする位相誤差検出回路。 - 請求項2記載の回路において、
前記M相PSK変調された受信信号はBPSK変調された信号であってその実数部成分の信号をI、虚数部成分の信号をQとし、
前記符号判定手段は、2乗されたシンボル点データの実数部成分の符号を判定し、
前記第2符号判定手段は、前記位相誤差を検出すべきタイミングにおける前記虚数部成分の信号振幅の符号を判定し、
前記検出手段は、前記実数部成分の符号が正である場合には2IQにより演算し、前記実数部成分の符号が負であって前記虚数部成分の信号振幅の符号が正である場合には(I2+Q2)により演算し、前記実数部成分の符号が負であって前記虚数部成分の信号振幅の符号が負である場合には−(I2+Q2)により演算する
ことを特徴とする位相誤差検出回路。 - 請求項2記載の回路において、
前記M相PSK変調された受信信号はQPSK変調された信号であってその実数部成分の信号をI、虚数部成分の信号をQとし、
前記符号判定手段は、4乗されたシンボル点データの実数部成分の符号を判定し、
前記第2符号判定手段は、前記位相誤差を検出すべきタイミングにおける前記虚数部成分の信号振幅の符号を判定し、
前記検出手段は、前記実数部成分の符号が負である場合には−4IQ(I2−Q2)により演算し、前記実数部成分の符号が正であって前記虚数部成分の信号振幅の符号が負である場合には4IQ(I2−Q2)+2(I2+Q2)2により演算し、前記実数部成分の符号が正であって前記虚数部成分の信号振幅の符号が正である場合には4IQ(I2−Q2)−2(I2+Q2)2により演算する
ことを特徴とする位相誤差検出回路。 - 請求項2記載の回路において、
前記M相PSK変調された受信信号は8相PSK変調された信号であってその実数部成分の信号をI、虚数部成分の信号をQとし、
前記符号判定手段は、8乗されたシンボル点データの実数部成分の符号を判定し、
前記第2符号判定手段は、前記位相誤差を検出すべきタイミングにおける前記虚数部成分の信号振幅の符号を判定し、
前記検出手段は、前記実数部成分の符号が正である場合には8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)により演算し、前記実数部成分の符号が負であって前記虚数部成分の信号振幅の符号が正である場合には−8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)+2(I2+Q2)4により演算し、前記実数部成分の符号が負であって前記虚数部成分の信号振幅の符号が負である場合には−8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)−2(I2+Q2)4により演算する
ことを特徴とする位相誤差検出回路。 - 請求項1記載の回路において、
前記M相PSK変調された受信信号はBPSK変調された信号であってその実数部成分の信号をI、虚数部成分の信号をQとし、
前記符号判定手段は、2乗されたシンボル点データの実数部成分の符号を判定し、
前記検出手段は、前記実数部成分の符号が正である場合には2IQにより演算し、前記実数部成分の符号が負であって前記位相誤差が45deg以上90deg以下の範囲内にある場合には−2IQ+2(I2+Q2)により演算し、前記実数部成分の符号が負であって前記位相誤差が−45deg以上−90deg以下の範囲内にある場合には−2IQ−2(I2+Q2)により演算する
ことを特徴とする位相誤差検出回路。 - 請求項1記載の回路において、
前記M相PSK変調された受信信号はQPSK変調された信号であってその実数部成分の信号をI、虚数部成分の信号をQとし、
前記符号判定手段は、4乗されたシンボル点データの実数部成分の符号を判定し、
前記検出手段は、前記実数部成分の符号が負である場合には−4IQ(I2−Q2)により演算し、前記実数部成分の符号が正であって前記位相誤差が22.5deg以上45deg以下の範囲内にある場合には4IQ(I2−Q2)+2(I2+Q2)2により演算し、前記実数部成分の符号が正であって前記位相誤差が−22.5deg以上−45deg以下の範囲内にある場合には4IQ(I2−Q2)−2(I2+Q2)2により演算する
ことを特徴とする位相誤差検出回路。 - 請求項1記載の回路において、
前記M相PSK変調された受信信号は8相PSK変調された信号であってその実数部成分の信号をI、虚数部成分の信号をQとし、
前記符号判定手段は、8乗されたシンボル点データの実数部成分の符号を判定し、
前記検出手段は、前記実数部成分の符号が正である場合には8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)により演算し、前記実数部成分の符号が負であって前記位相誤差が11.25deg以上22.5deg以下の範囲内にある場合には−8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)+2(I2+Q2)4により演算し、前記実数部成分の符号が負であって前記位相誤差が−11.25deg以上−2.5deg以下の範囲内にある場合には−8IQ(I6−7I4Q2+7I2Q4+Q6)−2(I2+Q2)4により演算する
ことを特徴とする位相誤差検出回路。 - 請求項1〜9のいずれかに記載の位相誤差検出回路と、
前記位相誤差検出回路からの位相誤差に基づいて受信信号の位相を回転させて送信時の位相と合致させる位相回転器と、
を備えるデジタル信号復調回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003430994A JP2005191946A (ja) | 2003-12-25 | 2003-12-25 | 位相誤差検出回路及びデジタル信号復調回路 |
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JP2003430994A JP2005191946A (ja) | 2003-12-25 | 2003-12-25 | 位相誤差検出回路及びデジタル信号復調回路 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011130063A (ja) * | 2009-12-16 | 2011-06-30 | Sony Corp | 信号処理装置および方法 |
-
2003
- 2003-12-25 JP JP2003430994A patent/JP2005191946A/ja active Pending
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