JP2006129536A - 搬送波再生装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】簡単な演算で変調信号の位相誤差を検出することが出来、回路規模を小さく出来、周波数引き込み特性ならびに位相ジッタ特性の改善を可能にする搬送波再生装置が提供される。この搬送波再生装置は、送信されたシンボルを推定するシンボル推定部と、推定されたシンボルと受信信号を基にして正規化された位相誤差を生成する位相誤差検出手段と、位相誤差をフィルターするループフィルターと、ループフィルターに制御されている数値制御発振部を備える。
【選択図】図1
Description
して、変調信号入力端子5010に供給されているディジタル変調信号の搬送波信号と数値制御発振部5014の出力信号との位相誤差を検出する。アークタンジェント演算部5030の出力は、ループフィルタ5013に入力され、位相誤差の高周波数成分が除去される。そうして、ループフィルタ5013の出力は、数値制御発振部5014に対する制御信号として数値制御発振部5014に入力される。ループフィルタ5013の出力信号により制御された数値制御発振部5014の出力信号は、複素乗算部5011に供給される。
ており、また説明を簡単にするために第1象限のみを用いて説明する。変調信号入力端子5010に入力されたディジタル変調信号と数値制御発振部5014の出力信号との間に位相誤差Δθが存在する場合を仮定する。複素乗算部5011の出力である復調信号は、○印5041で示される。正確な搬送波が再生されていれば上述の位相誤差Δθが存在しないので、複素乗算部5011の出力である復調信号は、4PSKのシンボルの本来の位相である●印5042で示される。●印5042で示される位相は、(π/4+n・π/2)[ラジアン](n=0,1,2,3)である。しかし、位相誤差Δθが存在する場合を仮定しているので、複素乗算部5011より出力される信号は、位相φ(φ=π/4+Δθ)の位置に存在する。
記憶装置に格納しておき、SiとSqをアドレスにして読み出す方法がある。或いは、SiとSqを基にして2次元のベクトルの回転の計算を行い、回転した分の角度を求めるコーディック(Cordic)アルゴリズムも用いられていた。
多賀、石川、小松,「QPSK復調システムの一検討」、テレビジョン学会技術報告、vol.15,No.46,CE’91−42(1991.08)
複素発振信号を出力する数値制御発振手段と、
入力した変調信号と数値制御発振手段の出力とを複素乗算する複素乗算手段と、
複素乗算手段の出力を基にして、変調信号と複素発振信号との位相誤差を検出する位相誤差検出手段と、
位相誤差をフィルターして数値制御発振手段を制御するループフィルタと
を備え、数値制御発振手段により変調信号の搬送波を再生する搬送波再生装置であって、
位相誤差検出手段は、少なくとも、複素乗算手段の出力を基にしてシンボルを推定するシンボル推定手段を備える。
QAM であって、n=2,3,4,5…)を受信する場合の、雑音や反射妨害を有する受信状況において周波数引き込み特性、並びに位相ジッタ特性を更に改善した搬送波再生装置である。
図1は、本発明の実施の形態1に係る搬送波再生装置の構成を示すブロック図である。
と、(数2)で表現される信号を出力する。
力される。位相誤差検出部12aは、Si及びSqを基にして、受信したディジタル変調信号の位相誤差を検出する。位相誤差検出部12aの出力は、ループフィルタ13に入力され、位相誤差の高周波数成分が除去される。そうして、数値制御発振部14に制御信号として入力される。ループフィルタ13の出力信号により制御された数値制御発振部14の出力信号は、複素乗算部11に供給される。
積分系208は積分系増幅部202と第1の加算部203と1シンボル遅延部204で構成されている。
で再生される。この再生された搬送波は、変調信号入力端子10に入力されている信号の搬送波信号と共役関係であり周波数誤差および位相誤差がないので、正しい復調信号を得ることが可能となる。
の数値制御発振部14の出力信号位相が、変調信号入力端子10を介して入力されている信号の搬送波の位相と共役関係でない(つまり周波数ずれ及び位相ずれがある)場合を仮定すると、●印153で示されたシンボルが送信されていても、複素乗算部11から出力される信号は○印152で示されたシンボルとなる。
3は、複素共役部102の出力(Di−jDq)と復調信号入力端子100より入力された復調信号(Si+jSq)と複素乗算する。従って、第2の複素乗算部103は(数4)で表現される算出結果を出力する。
誤差Δθのみを有する信号となる。この第2の複素乗算部103の出力は、図16において□印161で示される。(図16ではA=1としている)つまり、位相誤差検出部12aに入力された複素乗算部11の出力は、上記の第2の複素乗算部103のまでの演算により、本来の変調シンボルである●印153を中心とするベクトルから、I信号軸150の正の部分を中心とするベクトルへ移される。
復調信号入力端子100、シンボル推定部101、位相誤差検出出力端子105は夫々図2及び図3と同様である。従って、これらの詳細な説明は省略する。
本発明の実施の形態2に係る搬送波再生装置は、上記実施の形態1に係る搬送波再生装置において、更に多値直交振幅変調信号(nQAM)受信時の周波数引き込み特性、並びに位相ジッタ特性を向上させるものである。
号は(数8)で表される。この(数8)に示すように、第2の複素乗算部103の出力は、位相誤差(Δθ)と振幅値の自乗(A2)の関数である。そのため、
シンボルに応じて振幅が異なるQAMを受信した場合、検出される位相誤差の利得は送信されたシンボルによって異なる。その様子を、図17と共に説明する。
、検出された位相誤差の利得は送信された変調シンボルに応じて異なる。そのために、周波数が引き込みにくくなる場合がある。また、周波数引き込みが出来、位相同期が確立しても復調出力に大きな位相ジッタを生じる場合がある。そこで、実施の形態2に係る搬送波再生装置は、振幅正規化部107を更に備えている。振幅正規化部107は、検出される位相誤差がシンボルの違いによって発生する位相誤差信号の利得変動を補正する。以下、振幅補正部107の動作を説明する。
かになる。各シンボル175〜178の振幅値は3種類存在する。
示すように、各シンボルにおける振幅値の自乗A2の逆数(1/A2)に相当する係数を発生する。即ち、
(Di、Dq)=(3、3)の場合は、係数として1/A2=1/(A3)2=1が発生される。
1/(A2)2=9/5が発生される。
の値を記憶するROM等の記憶装置で実現することが出来る。
Di+Sq・Dq)+j(Sq・Di−Si・Dq)}が算出される。{(Si・Di+Sq・Dq)+j(Sq・Di−Si・Dq)}で表現される値は、図19A
での◇印191、図19Bでの◇印193、図19Cでの◇印195ある。この様に、第2の複素乗算部103の出力信号は、各シンボルの振幅値によって、そ
の振幅の利得がそれぞれ異なる。そこで、振幅正規化部107は、各シンボルにおける振幅値の自乗(A2)の逆数(1/A2)によって、第2の複素乗算部103の出力を正規化する。即ち、振幅正規化部107は、図19Aの◇印191、図19Bの◇印193、図19Cの◇印195を図19Aの□印192、図19Bの□印194、図19Cの□印196に変換して出力する。この様にして、振幅正規化部107の出力利得は受信シンボルに左右されず一定になる。実施の形態2に係る搬送波再生における位相誤差検出部12bは、この正規化された第2複素乗算部103の出力の虚数部(図19AのQ信号軸成分197、図19BのQ信号軸成分198、図19CのQ信号軸成分199)を位相誤差として出力する。
れるものではなく、シンボル推定部101の出力である(Di、Dq)を基にして、(Di)2+(Dq)2を演算するものに置き換えても同様の効果が得られる。
本発明の実施の形態3に係る搬送波再生装置は、上記実施の形態1及び実施の形態2に係る搬送波再生装置において、更に雑音や反射妨害を有する受信状況において周波数引き込み特性、並びに位相ジッタ特性を改善できるものである。
に代えた構成である。
判定部111としては、具体的な構成の実施例が2つ考えられる。以下、これら2つの実施例を順に説明する。
図22は、位相誤差判定部111の実施例1の構成を示すブロック図である。図23Aと図23Bは位相誤差判定部111の実施例1の動作を説明するための信号空間ダイヤグラムである。以下図22、図23A及び図23Bを用いて、位相誤差判定部111の実施例1の動作を説明する。なお、ここでは、説明を簡単にするために、4PSK受信時及び16QAM受信時の場合であって、且つ第1象限のみを用いて位相誤差判定部111の実施例1の動作を説明する。図23Aは4PSKの場合、図23Bは16QAMの場合を示しているが、実施例1は4PSKと16QAMに限定されるものではない。
(条件2)推定シンボルが第2象限(Di<0且つDq≧0)または第4象限(Di≧0且つDq<0)の時であって、Ei≧0且つEq≧0、または、Ei<0且つEq<0
(Ei+jEq)は、推定されたシンボル(Di+jDq)に対する受信シンボル(Si+jSq)の差分である。従って、4PSKにおいて上記の条件を満足する領域は図23Aの斜線領域231や232であり、16QAMにおいて上記の条件を満足する領域は図23Bの各斜線領域である。
上記実施例1は、複素減算部110の出力である入力信号の振幅誤差(Ei+jEq)における実数部(Ei)と虚数部(Eq)の符号を用いて位相誤差判定を行なっている。位相方向の誤差を更に正確に判定するする方法を以下に示す。
(但し、0<a<最小符号間距離d)
(条件2)推定シンボルが第2象限(Di<0且つDq≧0)または第4象限(Di≧0且つDq<0)の時であって、(−a+Ei)≦Eq≦(a+Ei)
(但し、0<a<最小符号間距離d)
(Ei+jEq)は、推定されたシンボル(Di+jDq)に対する受信シン
ボル(Si+jSq)の差分である。従って、4PSKにおいて上記の条件を満足する領域は図25Aの斜線領域251であり、16QAMにおいて上記の条件を満足する領域は図25Bの各斜線領域252〜255である。
は「0」を出力する。また、減算部111a7の出力は比較器111a8に入力される。比較器111a8は、減算部111a7の出力と比較器111a8のもう一方の入力端子に入力されたEqとを比較し、Eq≧(−a−Ei)が成立する場合には「1」を出力する。成立しない場合は「0」を出力する。比較器111a5及び比較器111a8の出力はそれぞれ、論理積演算部111a9に入力される。論理積演算部111a9は比較器111a5及び比較器111a8の出力を論理積演算し、その結果を選択部111a14に供給する。
部111a13の出力を選択し出力する。選択部111a14の出力は、位相誤差判定結果として出力端子1119に出力される。
る複素乗算部11の出力である復調信号を用いて行っても同様の効果が得られる。
本発明の実施の形態4に係る搬送波再生装置は、上記実施の形態1、実施の形態2及び実施の形態3に係る搬送波再生装置において、16QAM、64QAM、256QAM、1024QAM等(即ち、(2^2n)QAM であって、n=2,3,4,5…)を受信する場合、最も外側にあるシンボル(以下最外シンボルと示す)でも、正確に位相誤差検出が可能になる。更に、雑音や反射妨害を有する受信状況において周波数引き込み特性、並びに位相ジッタ特性を改善できるものである。
最外シンボル推定部130の動作を説明するための信号空間ダイヤグラムである。以下、図28及び図29のを用いて最外シンボル推定部130の動作を説明する。
のうち、Siは比較部1303、Sqは比較部1304に入力される。比較部1303は、入力されたSiが0以上であれば「1」を出力し、そうでなければ「0」を出力する。比較部1304は、入力されたSqが0以上であれば「1」を出力し、そうでなければ「0」を出力する。比較部1303の出力は選択部1310の選択信号として選択部1310に供給され、比較部1304の出力は選択部1311の選択信号として選択部1311に供給される。選択部1310及び1311には、最外シンボルの正の振幅値及び最外シンボルの負の振幅値が入力されている。
ンボル推定部101の出力は、図27の選択部131に入力される。選択部131は、図28の最外シンボル選択信号出力端子1312から供給されている最外シンボル選択信号によって制御され、推定最外シンボルとシンボル推定部101の出力との何れか一方を選択する。選択部131の出力は、複素共役部102に出力される。
ける位相誤差検出部12dを、上記実施の形態2に係る搬送波再生装置における位相誤差検出部12b、または、上記実施の形態3に係る搬送波再生装置における位相誤差検出部12cにして、最外シンボル推定部130と、選択部131とを更に加えた構成であっても同様の効果が得られるのは言うまでもない。この場合、更に多値直交振幅変調信号(QAM)受信時の周波数引き込み特性、並びに位相ジッタ特性を向上させることが可能となる。
本発明の実施の形態5に係る搬送波再生装置は、上記実施の形態1、実施の形態2、実施の形態3、及び実施の形態4に係る搬送波再生装置において、周波数引き込み範囲(キャプチャレンジ)を更に拡大することを可能にするものである。
仮定し、また説明を簡単にするために第1象限のみを示す。以下、図21を用いて周波数誤差検出部16の周波数誤差検出動作を説明する。
た、(Sq・Di−Si・Dq)T=T1は時刻TがT1である時の(Sq・Di−Si・Dq)である。従って、位相誤差検出部12aで検出した位相誤差信号の時間的な差分を算出することで、周波数誤差を検出することができる。
値制御発振部14の発振位相を制御可能となる。
。周波数誤差検出部16aは、前述の周波数誤差検出部16に、比較部305、306と、論理和算出部307と、選択部303と、定数発生部304とを更に加えた構成である。比較部305、306と、論理和算出部307と、選択部303と、定数発生部304以外は、周波数誤差検出部16と同様であり、当該構成部分については同一の参照番号を付してその説明を省略する。
、共に“0”でない場合のみ、選択部303は減算部302の出力を周波数誤差出力端子308に出力する。それ以外の場合は定数発生部304からの定数“0”を出力する。
11、103 複素乗算部
12a、12b、12c、12d 位相誤差検出部
13、13a ループフィルタ
14 数値制御発振部
15 復調信号出力端子
16 周波数誤差検出部
100、1300 復調信号入力端子
101 シンボル推定部
102 複素共役部
104 虚数部選択部
105 位相誤差出力端子
106 符号反転部
107 振幅正規化部
108、121、122 乗算部
109 係数発生部
110 複素減算部
111 位相誤差判定部
112、303、131、111a14、1310、1311 選択部
113、304、111a3、111a6、1305、1306 定数発生部
123、302、111a4、111a7 減算部
130 最外シンボル推定部
150、154 I信号軸
151、155 Q信号軸
152、156、171〜174、2101、2102 ○印(シンボル)
153、157、175〜178 ●印(シンボル)
161、191、194、196、2103、2104 □印
192、193、195 ◇印
158、159 矢印(最小符号間距離)
200、300 位相誤差入力端子
201 直接系増幅部
202 積分系増幅部
203、205、209、111a9、111a11 加算部
204、301 1シンボル遅延部
206 数値制御発振部の制御信号出力端子
210 周波数誤差入力端子
211 周波数誤差増幅部
207 ループフィルタの直接系
208、1401 ループフィルタの積分系
231、232、251〜255、291〜293 領域
294 ★印
295、296 ☆印
308 周波数誤差出力端子
305、306、1112、1113、1114、1115、111a0、111a1、111a5、111a8、111a10、111a12、1307、1308、1303、1304 比較部(器)
307、1309 論理和演算部
1116、1117、1118、111a2 排他的論理和演算部
111a9、111a13 論理積演算部
1301、1302 絶対値演算部
1312 最外シンボル選択信号出力端子
1313 最外シンボル出力端子
1119 位相誤差判定出力端子
1110 推定シンボル入力端子
1111 振幅誤差入力端子
Claims (16)
- 複素発振信号を出力する数値制御発振手段と、
入力した変調信号と前記数値制御発振手段の出力とを複素乗算する複素乗算手段と、
前記複素乗算手段の出力を基にして、前記変調信号と前記複素発振信号との位相誤差を検出する位相誤差検出手段と、
前記位相誤差をフィルターして前記数値制御発振手段を制御するループフィルタと
を備え、前記数値制御発振手段により前記変調信号の搬送波を再生する搬送波再生装置であって、
前記位相誤差検出手段は、
前記複素乗算手段の出力を基にしてシンボルを推定するシンボル推定手段と、
前記シンボル推定手段の出力と前記複素乗算手段の出力とを複素乗算する第2の複素乗算手段と
前記第2の複素乗算手段の出力のQ信号軸成分を選択する虚数部選択手段と
前記複素乗算手段の出力と前記シンボル推定手段の出力とを複素減算して振幅誤差を算出する複素減算手段と、
前記振幅誤差を基にして、前記第2の複素乗算手段の出力が位相方向の誤差かどうかを判定する位相誤差判定手段と、
前記位相誤差判定手段の出力を基にして、前記虚数部選択器の出力のうち位相方向の誤差のみを出力する選択手段と
を備える搬送波再生装置。 - 前記位相誤差判定手段は、
受信シンボルが第1象限または第3象限にある場合には前記複素減算手段の出力の実数部と虚数部とが異符号のときを前記位相方向の誤差であると判定し、前記受信シンボルが第2象限または第4象限にある場合には前記複素減算手段の出力の実数部と虚数部とが同符号のときを前記位相方向の誤差であると判定する請求項1に記載の搬送波再生装置。 - 前記位相誤差検出手段は、
前記シンボル推定手段の出力を基にして前記第2の複素乗算手段の出力振幅を正規化し、前記位相誤差を出力する振幅正規化手段
を更に備える請求項1に記載の搬送波再生装置。 - 前記位相誤差検出手段は、
前記複素乗算手段の出力の実数部または虚数部の絶対値が最小符号間距離dのm倍(但し、(2^2n)QAM(n=2,3,4,…)を受信の場合は、m=2^(n−1))より大きい場合には前記受信シンボルが最外シンボルであると推定して、前記位相誤差を検出する最外シンボル推定手段
を更に備える請求項1に記載の搬送波再生装置。 - 前記位相誤差検出手段は、
前記位相誤差検出手段の出力を基にしてシンボル期間における位相誤差の変化を検出することにより周波数誤差を検出する周波数誤差検出手段を更に備え、
前記周波数誤差検出手段の出力を前記ループフィルタに入力する請求項1に記載の搬送波再生装置。 - 複素発振信号を出力する数値制御発振手段と、
入力した変調信号と前記数値制御発振手段の出力とを複素乗算する複素乗算手段と、
前記複素乗算手段の出力を基にして、前記変調信号と前記複素発振信号との位相誤差を検出する位相誤差検出手段と、
前記位相誤差をフィルターして前記数値制御発振手段を制御するループフィルタと
を備え、前記数値制御発振手段により前記変調信号の搬送波を再生する搬送波再生装置であって、
前記位相誤差検出手段は、
前記複素乗算手段の出力を基にしてシンボルを推定するシンボル推定手段と、
前記シンボル推定手段の出力と前記複素乗算手段の出力とを複素乗算する第2の複素乗算手段と
前記第2の複素乗算手段の出力のQ信号軸成分を選択する虚数部選択器と
前記シンボル推定手段の出力を基にして前記第2の複素乗算手段の出力振幅を
正規化し、前記位相誤差を出力する振幅正規化手段
を備える搬送波再生装置。 - 前記位相誤差検出手段は、
前記複素乗算手段の出力の実数部または虚数部の絶対値が最小符号間距離dのm倍(但し、(2^2n)QAM(n=2,3,4,…)を受信の場合は、m=2^(n−1))より大きい場合には前記受信シンボルが最外シンボルであると推定して、前記位相誤差を検出する最外シンボル推定手段
を更に備える請求項6に記載の搬送波再生装置。 - 前記位相誤差検出手段は、
前記位相誤差検出手段の出力を基にしてシンボル期間における位相誤差の変化を検出することにより周波数誤差を検出する周波数誤差検出手段を更に備え、
前記周波数誤差検出手段の出力を前記ループフィルタに入力する請求項6に記載の搬送波再生装置。 - 複素発振信号を出力する数値制御発振手段と、
入力した変調信号と前記数値制御発振手段の出力とを複素乗算する複素乗算手段と、
前記複素乗算手段の出力を基にして、前記変調信号と前記複素発振信号との位相誤差を検出する位相誤差検出手段と、
前記位相誤差をフィルターして前記数値制御発振手段を制御するループフィルタと
を備え、前記数値制御発振手段により前記変調信号の搬送波を再生する搬送波再生装置であって、
前記位相誤差検出手段は、
前記複素乗算手段の出力を基にしてシンボルを推定するシンボル推定手段と、
前記シンボル推定手段の出力のI信号成分と前記複素乗算手段の出力のQ信号成分とを乗算する第1の乗算手段と、
前記シンボル推定手段の出力のQ信号成分と前記複素乗算手段のI信号成分とを乗算する第2の乗算手段と、
前記第1の乗算手段の出力と前記第2の乗算手段の出力とを減算する減算手段
と
前記複素乗算手段の出力と前記シンボル推定手段の出力とを複素減算して振幅誤差を算出する複素減算手段と、
前記振幅誤差を基にして、前記減算手段の出力が位相方向の誤差かどうかを判定する位相誤差判定手段と、
前記位相誤差判定手段の出力を基にして、前記減算手段の出力のうち位相方向の誤差のみを出力する選択手段と
を備える搬送波再生装置。 - 前記位相誤差判定手段は、
受信シンボルが第1象限または第3象限にある場合には前記複素減算手段の出力の実数部と虚数部とが異符号のときを前記位相方向の誤差であると判定し、前記受信シンボルが第2象限または第4象限にある場合には前記複素減算手段の出力の実数部と虚数部とが同符号のときを前記位相方向の誤差であると判定する請求項9に記載の搬送波再生装置。 - 前記位相誤差検出手段は、
前記シンボル推定手段の出力を基にして前記第2の複素乗算手段の出力振幅を正規化し、前記位相誤差を出力する振幅正規化手段
を更に備える請求項9に記載の搬送波再生装置。 - 前記位相誤差検出手段は、
前記複素乗算手段の出力の実数部または虚数部の絶対値が最小符号間距離dのm倍(但し、(2^2n)QAM(n=2,3,4,…)を受信の場合は、m=
2^(n−1))より大きい場合には前記受信シンボルが最外シンボルであると推定して、前記位相誤差を検出する最外シンボル推定手段
を更に備える請求項9に記載の搬送波再生装置。 - 前記位相誤差検出手段は、
前記位相誤差検出手段の出力を基にしてシンボル期間における位相誤差の変化を検出することにより周波数誤差を検出する周波数誤差検出手段を更に備え、
前記周波数誤差検出手段の出力を前記ループフィルタに入力する請求項9に記載の搬送波再生装置。 - 複素発振信号を出力する数値制御発振手段と、
入力した変調信号と前記数値制御発振手段の出力とを複素乗算する複素乗算手段と、
前記複素乗算手段の出力を基にして、前記変調信号と前記複素発振信号との位相誤差を検出する位相誤差検出手段と、
前記位相誤差をフィルターして前記数値制御発振手段を制御するループフィルタと
を備え、前記数値制御発振手段により前記変調信号の搬送波を再生する搬送波再生装置であって、
前記位相誤差検出手段は、
前記複素乗算手段の出力を基にしてシンボルを推定するシンボル推定手段と、
前記シンボル推定手段の出力のI信号成分と前記複素乗算手段の出力のQ信号成分とを乗算する第1の乗算手段と、
前記シンボル推定手段の出力のQ信号成分と前記複素乗算手段のI信号成分とを乗算する第2の乗算手段と、
前記第1の乗算手段の出力と前記第2の乗算手段の出力とを減算する減算手段と
前記シンボル推定手段の出力を基にして前記減算手段の出力振幅を正規化し、前記位相誤差を出力する振幅正規化手段と
を備える搬送波再生装置。 - 前記位相誤差検出手段は、
前記複素乗算手段の出力の実数部または虚数部の絶対値が最小符号間距離dのm倍(但し、(2^2n)QAM(n=2,3,4,…)を受信の場合は、m=2^(n−1))より大きい場合には前記受信シンボルが最外シンボルであると推定して、前記位相誤差を検出する最外シンボル推定手段
を更に備える請求項14に記載の搬送波再生装置。 - 前記位相誤差検出手段は、
前記位相誤差検出手段の出力を基にしてシンボル期間における位相誤差の変化を検出することにより周波数誤差を検出する周波数誤差検出手段を更に備え、
前記周波数誤差検出手段の出力を前記ループフィルタに入力する請求項14に記載の搬送波再生装置。
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