JP2007221203A - 復調システム - Google Patents

Abstract

【課題】受信信号の位相誤差に影響されずに位相変調信号を正確に復調する。
【解決手段】ＱＰＳＫ信号を復調するための余弦波ｃｏｓと正弦波ｓｉｎを生成する正弦／余弦波発生器２０の正弦波発生部を、補正値θに従って位相差の補正ができるように構成すると共に、これらの余弦波ｃｏｓと正弦波ｓｉｎによって復調されて得られた同相成分Ｉと逆相成分Ｑの位相誤差に相当する補正値θを生成する位相補正部３０を設ける。正弦波ｓｉｎの位相補正は、ＩＩＲフィルタによる正弦波発生回路の初期値を補正値θに設定することによって行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＱＰＳＫ（直交位相変調）等の位相変調信号を復調する復調システムに関するものである。

図２は、従来の復調システムの構成図である。
この復調システムは、直交する搬送波をそれぞれ第１と第２のデータ信号で変調して合成されたＱＰＳＫ信号を受信して復調するもので、アンテナ１で受信した高周波信号を増幅する高周波部（ＲＦ）２と、この高周波部２で増幅された高周波信号をＶＣＯ（電圧制御発振器）３の発振信号によって中間周波数に変換する周波数変換器４を有している。また、この復調システムは、周波数変換器４で変換された信号から所望の中間周波数を抽出するＢＰＦ（帯域通過濾波器）５、及びこのＢＰＦ５で抽出された中間周波数をディジタル信号に変換するＡＤＣ（アナログ・ディジタル変換器）６を有している。

更に、この復調システムは、ＡＤＣ６から出力されるディジタル信号を直交する成分Ｉ，Ｑに分離して復調するための２つの乗算器７ｉ，７ｑと、これらの乗算器７ｉ，７ｑに与える余弦波ｃｏｓと正弦波ｓｉｎを生成する正弦／余弦波発生器８を有している。乗算器７ｉ，７ｑの出力側には、それぞれＬＰＦ（低域通過濾波器）９ｉ，９ｑと、これらのＬＰＦ９ｉ，９ｑの出力信号を合成する加算器１０と、この加算器１０の出力信号に誤り訂正等を施して復調信号ＯＵＴを出力するデコーダ１１が設けられている。

この復調システムでは、アンテナ１で受信された高周波信号は、高周波部２で増幅された後、周波数変換器４でＶＣＯ３からの発振信号に従って周波数変換され、ＢＰＦ５で所望の中間周波数が抽出されてＡＤＣ６でディジタル信号に変換される。ＡＤＣ６から出力されたディジタル信号は、２つの乗算器７ｉ，７ｑに共通に与えられる。

乗算器７ｉでは、ディジタル信号が正弦／余弦波発生器８から出力される余弦波ｃｏｓと乗算され、その乗算結果がＬＰＦ９ｉから同相成分Ｉとして出力される。また、乗算器７ｑでは、ディジタル信号が正弦／余弦波発生器８から出力される正弦波ｓｉｎと乗算され、その乗算結果がＬＰＦ９ｑから逆相成分Ｑとして出力される。これらの同相成分Ｉと逆相成分Ｑは加算器１０で合成されてデコーダ１１に与えられ、このデコーダ１１から復調信号ＯＵＴが出力される。

特開平６−８５８５９号公報

上記特許文献１には、ディジタル位相変調バースト受信信号から準同期検波器で検波したバーストモード変調波をアナログ・ディジタル変換器で標本量子化し、バッファメモリでバースト毎にすべて一旦蓄積したサンプル点データ信号に対し、搬送波推定手段で搬送波を推定して周波数と位相を補正したデータ信号に補間タイミング生成手段で演算を施しナイキスト点を推定して生成した補間タイミングにより、データ補正手段で補正データ信号に補間演算を施しナイキスト点データを推定し仮復調データ系列を生成するバースト復調装置が記載されている。このバースト復調装置では、タイミング決定手段で各仮復調データの振幅の絶対値または絶対２乗値をバースト毎に累積加算した値を比較判定し、選択した復調データ系列をデータ判定手段で判定して復調データ信号として出力することにより、推定精度を下げずに負荷を軽減し、高速伝送化に対処できるとされている。

しかしながら、前記復調システムでは、次のような課題があった。
即ち、無線通信では、電波伝搬路やシステムの群遅延によって受信信号の位相が変化する。このため、復調システムのＡＤＣ６でディジタル信号に変換された信号に含まれる同相成分Ｉと逆相成分Ｑの位相差は、正確に９０°とはならず若干のずれが生じる。従って、正弦／余弦波発生器８によって位相差を正確に９０°に設定された余弦波ｃｏｓと正弦波ｓｉｎを生成して乗算器７ｉ，７ｑに与えると、受信信号の位相誤差に起因して復調誤りが生じるという問題があった。

本発明は、受信信号の位相誤差に影響されずに位相変調信号を正確に復調できる復調システムを目的としている。

本発明は、直交する搬送波をそれぞれ第１と第２のデータ信号で変調して合成された位相変調信号を復調する復調システムを、次のように構成したことを特徴としている。

即ち、この復調システムは、位相変調信号を復調するために前記搬送波と周波数が同じで位相差が補正値に応じて制御される第１及び第２の復調用搬送波を生成する搬送波発生手段と、前記位相変調信号と前記第１の復調用搬送波を乗算して同相成分を復調する第１の復調手段と、前記位相変調信号と前記第２の復調用搬送波を乗算して逆相成分を復調する第２の復調手段と、前記同相成分と前記逆相成分が伝搬路や内部回路から受ける位相誤差に相当する前記補正値を生成して前記搬送波発生手段に与える位相補正手段とを備えている。

本発明では、第１及び第２の復調手段で復調された同相成分あるいは逆相成分の位相誤差に相当する補正値を生成する位相補正手段と、この補正値に応じて位相差が制御された第１及び第２の復調用搬送波を生成する搬送波発生手段を有している。これにより、復調された同相成分あるいは逆相成分は位相誤差をゼロに近づけるように制御され、受信信号の位相誤差に影響されずに位相変調信号を正確に復調することができるという効果がある。

同相成分と逆相成分から第１と第２のデータ信号を復元し、この復元された第１と第２のデータ信号の誤り率が基準値以下となったときに位相補正手段の動作を停止させる制御手段を設けると、無駄な動作が抑制されて更に安定した復調動作が可能になる。

この発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、次の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。但し、図面は、もっぱら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の実施例を示す復調システムの構成図であり、図２中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。

この復調システムは、ＱＰＳＫ信号を受信して復調するもので、アンテナ１で受信した高周波信号を増幅する高周波部２、この高周波部２で増幅された高周波信号をＶＣＯ３の発振信号によって中間周波数に変換する周波数変換器４、この周波数変換器４で変換された信号から所望の中間周波数を抽出するＢＰＦ５、このＢＰＦ５で抽出された中間周波数をディジタル信号に変換するＡＤＣ６、及びこのＡＤＣ６から出力されるディジタル信号を直交する同相成分Ｉと逆相成分Ｑに分離して復調する復調手段である乗算器７ｉ，７ｑを有している。乗算器７ｉ，７ｑの出力側には、それぞれ高調波成分を除去してベースバンド信号を取り出すためのＬＰＦ９ｉ，９ｑと、これらのＬＰＦ９ｉ，９ｑの出力信号を合成する加算器１０と、この加算器１０の出力信号に誤り訂正等を施して復調信号ＯＵＴを出力するデコーダ１１が設けられている。

更に、この復調システムは、乗算器７ｉ，７ｑに与える復調用の余弦波ｃｏｓと正弦波ｓｉｎを生成する搬送波発生手段である正弦／余弦波発生器２０と、この正弦／余弦波発生器２０で生成される正弦波ｓｉｎの位相を補正する位相補正手段である位相補正部３０を有している。

正弦／余弦波発生器２０は、ＩＩＲ（無限インパルス応答）フィルタで構成された余弦波発生部と、同じＩＩＲフィルタで構成されて初期値設定が可能な正弦波発生部を有している。余弦波発生部は、２段のシフトレジスタ２１ａ，２１ｂと、２ｃｏｓδの乗算器２２と、−１の乗算器２３と、加算器２４とで構成されている。１段目のシフトレジスタ２１ａの出力は乗算器２２で２ｃｏｓδ倍され、２段目のシフトレジスタ２１ｂの出力は乗算器２３で−１倍され、これらの乗算器２２，２３の出力が加算器２４で加算されてシフトレジスタ２１ａの入力側に帰還され、この加算器２４から余弦波ｃｏｓが出力されるようになっている。

一方、正弦波発生部は、初期値の設定が可能な２段のシフトレジスタ２５ａ，２５ｂと、２ｃｏｓδの乗算器２６と、−１の乗算器２７と、加算器２８と、スイッチ２９とで構成されている。１段目のシフトレジスタ２５ａの出力は乗算器２６で２ｃｏｓδ倍され、２段目のシフトレジスタ２５ｂの出力は乗算器２７で−１倍され、これらの乗算器２６，２７の出力が加算器２８で加算されてシフトレジスタ２５ａの入力側に帰還されるようになっている。

また、シフトレジスタ２５ａ，２５ｂは、イネーブル信号ＥＮによってスイッチ２９が閉じたときに、位相補正部３０から出力される補正値θを、このスイッチ（ＳＷ）２９を介して初期値として設定できるようになっている。これにより、加算器２８から補正値θによって位相補正された正弦波ｓｉｎが出力されるようになっている。なお、イネーブル信号ＥＮは、処理を簡単にするために、図示しない制御回路から１周期毎に１回だけ与えられるようになっている。

位相補正部３０は、ＬＰＦ９ｉ，９ｑから出力される復調後の同相成分Ｉと逆相成分Ｑに基づいて、これらの同相成分Ｉと逆相成分Ｑの位相ずれ（ＱＰＳＫの場合、位相差９０°に対する位相ずれ）を表す補正値θを生成し、正弦／余弦波発生器２０に与えるものである。

位相補正部３０は、シフトレジスタ３１ａ〜３１ｄと加算器３２による４次のＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタで同相成分Ｉの移動平均値Ａｖｉを算出する同相平均値回路と、シフトレジスタ３３ａ〜３３ｄと加算器３４による４次のＦＩＲフィルタで逆相成分Ｑの移動平均値Ａｖｑを算出する逆相平均値回路と、これらの２つの移動平均値Ａｖｉ，Ａｖｑに基づいて復調用搬送波の位相ずれを補正値θとして出力する補正値生成回路３５とで構成されている。補正値生成回路３５は、ｔａｎθ＝Ａｖｉ／Ａｖｑに対応するθ［ｒａｄ］を出力するもので、例えば、アドレス（Ａｖｉ，Ａｖｑ）にｔａｎ^-1（Ａｖｉ／Ａｖｑ）の値を予め記憶させたＲＯＭ（読み出し専用メモリ）で構成されている。

なお、この図１中には示していないが、ＡＤＣ６以降のディジタル回路における定常状態での動作は、復調されてＬＰＦ９ｉ，９ｑから出力される同相成分Ｉや逆相成分Ｑから抽出されたクロック信号に同期して行われるように構成されている。

次に動作を説明する。
アンテナ１で受信された高周波信号は、高周波部２で増幅された後、周波数変換器４でＶＣＯ３からの発振信号によって周波数変換され、ＢＰＦ５で所望の中間周波数が抽出されてＡＤＣ６でディジタル信号に変換される。ＡＤＣ６から出力されたディジタル信号は、２つの乗算器７ｉ，７ｑに共通に与えられる。

乗算器７ｉでは、ディジタル信号が正弦／余弦波発生器２０から出力される余弦波ｃｏｓと乗算され、その乗算結果がＬＰＦ９ｉから同相成分Ｉとして出力される。また、乗算器７ｑでは、ディジタル信号が正弦／余弦波発生器２０から出力される正弦波ｓｉｎと乗算され、その乗算結果がＬＰＦ９ｑから逆相成分Ｑとして出力される。これらの同相成分Ｉと逆相成分Ｑは、位相補正部３０と加算器１０に与えられる。

位相補正部３０では、同相成分Ｉと逆相成分Ｑに基づいてそれぞれの移動平均値Ａｖｉ，Ａｖｑが算出され、これらの移動平均値Ａｖｉ，Ａｖｑに基づいて補正値θが生成される。位相補正部３０で生成された補正値θは、正弦／余弦波発生器２０に与えられる。これにより、正弦／余弦波発生器２０で発生される正弦波ｓｉｎの位相が補正値θによって補正され、乗算器７ｑ及びＬＰＦ９ｑから出力される逆相成分Ｑの位相が補正値θだけ補正される。このようなフィードバックにより、最終的に位相誤差はなくなる。

位相誤差がなくなった同相成分Ｉと逆相成分Ｑは、加算器１０で合成されてデコーダ１１に与えられ、このデコーダ１１から復調信号ＯＵＴが出力される。

以上のように、本実施例の復調システムは、復調された同相成分Ｉと逆相成分Ｑに基づいて位相誤差を補正するための補正値θを生成する位相補正部３０と、この補正値θに従って位相を補正した復調用搬送波（この場合は、正弦波ｓｉｎ）を生成する正弦／余弦波発生器２０を有している。これにより、受信信号の位相誤差に影響されずに位相変調信号を正確に復調できるという利点がある。

なお、本発明は、上記実施例１に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例えば、次のようなものがある。
（１） 正弦／余弦波発生器２０や位相補正部３０の構成は一例であり、同様の機能を有するものであれば、同様に適用することができる。
（２） 例示した回路は、ディジタル処理での回路構成となっているが、アナログ処理の回路にも同様に適用することができる。
（３） ＱＰＳＫに限らず、その他の位相変調信号（例えば、１６ＱＡＭ，６４ＱＡＭ等）に対しても、同様に適用することができる。
（４） 正弦／余弦波発生器２０では、図示しない制御回路から１周期毎に与えられるイネーブル信号ＥＮに従って位相補正を行っているが、例えば、制御回路で補正値θの値を判定し、誤差が基準値を越えたときにのみイネーブル信号ＥＮを出力するようにしても良い。
（５） 制御回路等の制御手段により、誤り訂正の頻度（誤り率）が基準値以下になったと判定されたときに、位相補正部３０の動作を停止させるように構成しても良い。
（６） 図３の、本発明の変形例の復調システムに示すように、正弦／余弦波発生器２０Ａの余弦波発生部を、正弦波発生部と同様に、位相補正部３０から出力される補正値θを、スイッチ２９Ａを介してシフトレジスタ２１ａ，２１ｂに初期値として設定するように構成しても良い。

本発明の実施例を示す復調システムの構成図である。 従来の復調システムの構成図である。 本発明の変形例を示す復調システムの構成図である。

符号の説明

６ ＡＤＣ
７ｉ，７ｑ 乗算器
９ｉ，９ｑ ＬＰＦ
１０ 加算器
１１ デコーダ
２０ 正弦／余弦波発生器
３０ 位相補正部

Claims (3)

1. 直交する搬送波をそれぞれ第１と第２のデータ信号で変調して合成された位相変調信号を復調する復調システムであって、
   前記位相変調信号を復調するために前記搬送波と周波数が同じで位相差が補正値に応じて制御される第１及び第２の復調用搬送波を生成する搬送波発生手段と、
   前記位相変調信号と前記第１の復調用搬送波を乗算して同相成分を復調する第１の復調手段と、
   前記位相変調信号と前記第２の復調用搬送波を乗算して逆相成分を復調する第２の復調手段と、
   前記同相成分と前記逆相成分が伝搬路や内部回路から受ける位相誤差に相当する前記補正値を生成して前記搬送波発生手段に与える位相補正手段とを、
   備えたことを特徴とする復調システム。
2. 直交する搬送波をそれぞれ第１と第２のデータ信号で変調して合成された位相変調信号を復調する復調システムであって、
   前記位相変調信号を復調するために前記搬送波と周波数が同じで位相差が補正値に応じて制御される第１及び第２の復調用搬送波を生成する搬送波発生手段と、
   前記位相変調信号と前記第１の復調用搬送波を乗算して同相成分を復調する第１の復調手段と、
   前記位相変調信号と前記第２の復調用搬送波を乗算して逆相成分を復調する第２の復調手段と、
   前記同相成分と前記逆相成分のいずれかまたは両方の基準位相を実際の位相誤差に合わせるように前記補正値を生成して前記搬送波発生手段に与える位相補正手段と、
   前記同相成分と前記逆相成分から前記第１と第２のデータ信号を復元するデコーダと、 前記復元された第１と第２のデータ信号の誤り率が基準値以下となったときに前記位相補正手段の動作を停止させる制御手段とを、
   備えたことを特徴とする復調システム。
3. 同相成分の位相ずれを検出して第１の補正値を生成し、直交成分の位相ずれを検出して第２の補正値を生成する位相補正回路と、
   前記第１の補正値に基づいて第１の搬送波を生成し、前記第２の補正値に基づいて第２の搬送波を生成する搬送波発生回路と、
   受信信号と前記第１の搬送波とを掛け合わせ、低帯域成分を抽出することにより前記同相成分を生成する第１の復調回路と、
   前記受信信号と前記第２の搬送波とを掛け合わせ、低帯域成分を抽出することにより前記直交成分を生成する第２の復調回路と、
   前記同相成分と前記直交成分とを合成し、ベースバンド信号を生成する合成回路とを、 備えたことを特徴とする復調システム。

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