JP2009005046A - シンボル判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】復調信号のシンボル判定をするシンボル判定装置を提供する。
【解決手段】ＲＦ回路１２から出力された受信ＩＦ信号は、受信部２０で受信される。周波数弁別器１４は、受信した信号の周波数変化を振幅値の変化に変換し、アナログ復調信号を出力する。Ａ／Ｄコンバータ２００は、上述したアナログ復調信号をデジタル復調信号に変換する。周波数補正部２２は、上述したデジタル復調信号から同期ワードを検出し、検出した同期ワードの受信パターンと、あらかじめ既知の固定パターンとして保持している同期ワードの固定パターンとを比較し、平均振幅値の差を周波数偏差補正値として算出し、上述したデジタル復調信号と周波数偏差補正値とを加算して、デジタル復調信号の周波数偏差を補正する。シンボル判定部２０２は、周波数偏差が補正されたデジタル復調信号からシンボルを判定し、ＰＣ２４などの出力画面に出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、復調信号のシンボル判定をするシンボル判定装置に関する。

たとえば、特許文献１〜６は、周波数偏差補正手段を備える受信装置を開示する。
特開平８−２３７３１７号公報 特開２００７−１３６２１号公報 特開平４−８１１３７号公報 特開平１０−１６４１５１号公報 特開２００６−９４２４５号公報 特開２０００−３４９８４０号公報

本発明は、上述した背景からなされたものであり、受信信号の周波数偏差補正をさらに効果的に行うことにより、より正確にシンボルを判定可能としたシンボル判定装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる第１のシンボル判定装置は、受信信号を復調して、それぞれ所定のシンボルを示す複数の電圧値をとる復調信号として出力する復調信号であって、前記復調信号から得られるシンボルには、所定の同期ワードが含まれる復調手段と、前記復調信号から、前記同期ワードを検出する同期ワード検出手段と、前記検出された同期ワードに対応する復調信号の実際の電圧値と、前記同期ワードに対応して予め決められた復調信号の電圧値との差を検出する電圧差検出手段と、前記復調信号に対して、前記検出された電圧差を補償する補償手段と、前記電圧差が補償された復調信号から、前記シンボルを判定するシンボル判定手段とを有する。

好適には、前記受信信号は、周波数変調方式により変調され、前記復調信号は、前記受信信号を復調して、前記受信信号の周波数の変化に対応する電圧値をとる復調信号を出力し、前記電圧差検出手段は、検出された同期ワードに対応する復調信号の実際の周波数と、前記同期ワードに対応して予め決められた周波数との差を、前記電圧値として検出し、前記補償手段は、前記検出された電圧値に基づいて、前記復調信号の実際の周波数を、前記復調信号に対して予め定められた周波数と一致させるように補償する。

本発明にかかる第２のシンボル判定装置は、受信信号を復調して、それぞれ所定のシンボルを示す複数の電圧値をとる復調信号として出力する復調信号であって、前記復調信号から得られるシンボルには、所定の同期ワードが含まれる復調手段と前記復調信号から、前記同期ワードを検出する同期ワード検出手段と、前記検出された同期ワードに対応する復調信号の実際の電圧値と、前記同期ワードに対応して予め決められた復調信号の電圧値との差を検出する電圧差検出手段と、前記復調信号から前記シンボルを判定するための所定のシンボル判定しきい値であって、前記シンボル判定しきい値に対して、前記検出された電圧差を補償する補償手段と、前記復調信号から、前記電圧差が補償されたシンボル判定しきい値に基づいて、前記シンボルを判定するシンボル判定手段とを有する。

本発明にかかるシンボル判定装置によれば，受信信号の周波数偏差補正をさらに効果的に行うことにより、より正確にシンボルを判定することが可能となる。

〔本発明の背景〕
本発明の理解を助けるために、まず、本発明がなされるに至った背景を説明する。
図１は、ＦＭ受信機１の構成を示す図である。
図１に示すように、ＦＭ受信機１は、受信アンテナ１０、ＲＦ回路１２、周波数弁別器１４、周波数制御回路１６を含む。
ＲＦ回路１２は、アンプ１２０、ミキサ１２２、局部発信回路１２４、帯域制限フィルタ（ＢＰＦ；Band Pass Filter）１２６を含む。
以下、各図において、実質的に同一の構成部分には、同一の符号が付される。

アンプ１２０は、受信アンテナ１０を介して受信された受信信号を増幅し、ミキサ１２２に対して出力する。
ミキサ１２２は、アンプ１２０から入力される受信信号を、局部発信回路１２４から入力される局部発信信号と混合し、中間周波数（ＩＦ）帯域に周波数変換して、ＢＰＦ１２６に対して出力する。
ＢＰＦ１２６は、ミキサ１２２から入力される受信信号のうち、ＩＦ周波数成分のみを、周波数弁別器１４に対して出力する。

周波数弁別器１４は、ＢＰＦ１２６から入力される受信信号の周波数の変化を、電圧の変化に変換し、ＦＭ復調信号として周波数制御回路１６に対して出力する。
周波数制御回路１６は、周波数弁別器１４から入力される信号の平均値を、オフセット成分として検出して、周波数制御電圧を局部発信回路１２４に対して出力し、局部発信回路１２４の発信周波数の制御を行うことにより、受信周波数を補正する機能を実現することができる。

変調方式としてｎ値ＦＳＫを適用したデジタル通信システムの受信機においても、図１に示したＦＭ受信機１に適用された発信周波数の制御を利用して、同様に受信周波数を補正する機能を実現することができる。
受信信号を直交検波して受信する場合は、たとえば、直交検波後の複素ベースバンド信号のシンボル点位相のずれを検出して、検出したずれの大きさに基づいて、局部発信回路周波数を制御して、受信周波数を補正することができる。
また、デジタル信号処理を用いれば、上述したシンボル点位相のずれの大きさに基づいて、複素ベースバンド信号の位相のずれを補正し、受信周波数を補正することも可能である。

しかしながら、上述した局部発信回路周波数を制御する方法では、回路規模の増大や無線機生産に係る調整工数が増大する。また、直交検波を行う場合においても、回路規模が増大する。
以下に説明する第１のシンボル判定装置２および第２のシンボル判定装置８は、これらの不具合を解決し得るように改良されている。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。

図２は、本発明に係る第１のシンボル判定装置２の構成を示す図である。
図２に示すように、第２の周波数偏差補正装置２は、受信アンテナ１０、ＲＦ回路１２、受信部２０、ＰＣ２４を含む。
受信部２０は、周波数弁別器１４、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ２００、周波数補正部２２、シンボル判定部２０２、シンボル判定しきい値２０４を含む。
周波数補正部２２は、データバッファ２２０、周波数偏差検出回路２２２、同期ワード検出部２２４、制御部２２６、加算回路２２８を含む。

ＲＦ回路１２は、受信アンテナ１０を介して受信された受信信号の信号増幅および周波数変換等を行い、受信ＩＦ信号を、受信部２０に出力する。
以下、受信部２０が受信する受信ＩＦ信号の信号フレームフォーマットについて、
図３を用いて説明する。
図３は、受信ＩＦ信号の信号フレームフォーマット例を示す図である。
図３に示すように、信号フレームフォーマットは、同期ワード部３０と情報信号部３２で構成される。

受信部２０は、周波数弁別器１４がＲＦ回路１２から入力される受信ＩＦ信号を受信し、受信した信号の周波数変化を振幅値の変化に変換し、変換したアナログ復調信号をＡ／Ｄコンバータ２００に対して出力する。
以下、周波数偏差と周波数弁別器１４の出力の関係について、図４を用いて説明する。

図４は、周波数偏差と周波数弁別器１４の出力における周波数偏差振幅値との関係を示す図であって、（Ａ）は、周波数偏差がない場合の周波数弁別器１４の出力を示し、（Ｂ）は、周波数偏差が＋１００Ｈｚの場合の周波数弁別器１４の出力を示し、（Ｃ）は、周波数偏差が−１００Ｈｚの場合の周波数弁別器１４の出力を示す図である。

周波数弁別器１４の出力は、送受信機関の周波数偏差がプラス方向にあると、図４（Ｂ）に示すように、図４（Ａ）に示される周波数偏差がない場合の振幅値と比較して、プラス方向に振幅偏差が発生する。
一方、送受信機関の周波数偏差がマイナス方向にあると、図４（Ｃ）に示すように、図４に（Ａ）に示される周波数偏差がない場合の振幅値と比較して、マイナス方向に振幅偏差が発生する。
このように、周波数偏差はＦＭ検波器出力の振幅偏差として検出可能であり、振幅偏差を補正することで周波数偏差を補正することができる。

Ａ／Ｄコンバータ２００は、周波数弁別器１４から入力されるアナログ復調信号を受信し、デジタル信号に変換して、デジタル復調信号を加算回路２２８、データバッファ２２０、同期ワード検出部２２４に対して出力する。
同期ワード検出部２２４は、Ａ／Ｄコンバータ２００から入力されるデジタル復調信号から同期ワードを検出し、同期ワードを検出したと判断すると検出したことを制御部２２６に通知するための同期ワード検出信号を制御部２２６に対して出力する。

制御部２２６は、同期ワード検出部２２４から入力される同期ワード検出信号が示すタイミングで、データバッファ２２０のデジタル復調信号を周波数偏差検出回路２２２に出力し、周波数偏差補正値を算出するようにデータバッファ２２０、周波数偏差検出回路２２２を制御する。
ここでデータバッファ２２０は、Ａ／Ｄコンバータ２００から入力されるデジタル復調信号のうち少なくとも同期ワード分の信号を蓄え得る容量をもつ。
たとえば、同期ワードが１０シンボルでＡ／Ｄコンバータ２００のサンプリング速度がシンボル速度の８倍であると仮定すると、データバッファ２２０のバッファサイズは１０×８＝８０シンボル分以上必要となる。

データバッファ２２０には、Ａ／Ｄコンバータ２００からデジタル復調信号が入力される度にデータが書き込まれ、バッファ容量が不足すると、古いデータから順次上書きして保存される。
周波数偏差検出回路２２２は、データバッファ２２０から入力されるデジタル信号に基づいて周波数偏差補正値を算出する。
以下、周波数偏差補正値の算出方法を図４, 図５, 図６, 図７, 図８を用いて説明する。

図５は４値ＦＳＫシンボル振幅値と周波数偏位の対応関係を示す図である。
ここで、変調方式として４値ＦＳＫを適用したデジタル通信システムにおいて、図５に示すような周波数偏位と振幅値の関係で、図３で示すような信号フレームフォーマットの信号が送信されたものとする。

図６は４値ＦＳＫ同期ワードのパターン例を示す図である。
図３で示すような信号フレームフォーマットの信号において、同期ワード部３０は、既知の固定パターンであり、周波数偏差検出回路２２２は、たとえば、図６で示すような４値ＦＳＫ同期ワードのパターンを、既知の固定パターンとして保持する。

図７は４値ＦＳＫ同期ワードの受信パターン例を示す図である。
周波数偏差検出回路２２２は、同期ワード部３０のデジタル復調信号を、図７に黒点（●）を付して示すような系列で受信した場合には、保持している同期ワード部３０の既知の固定パターンと比較して、送信側と受信側の周波数偏差はないと判断する。
この場合の平均周波数偏差振幅値は０となる。

一方、図７に×印（×）を付して示すような系列で受信した場合には、周波数偏差検出回路２２２は、保持している同期ワード部３０の既知の固定パターンと比較して、送信側と受信側の周波数偏差が３５０Ｈｚで受信したと判断する。
この場合の平均周波数偏差振幅値は＋１となる。

周波数偏差検出回路２２２は、周波数偏差がない場合の平均振幅値と周波数偏差がある場合の平均振幅値の差を周波数偏差補正値として算出する。
たとえば送信側と受信側の周波数偏差が３５０Ｈｚで受信した場合には、周波数偏差補正値は−１となる。
なお、ここであげた算出方法は４値ＦＳＫを適用したデジタル通信システムを例としたが、一例に過ぎず、ＦＭ、ｎ値ＦＳＫ等の周波数変調方式においても同様に適用できることは明らかである。

加算回路２２８は、Ａ／Ｄコンバータ２００から入力されるデジタル復調信号と周波数偏差検出回路２２２から入力される周波数偏差補正値を加算して周波数補正済みデジタル復調信号を出力する。
以上により、ＦＭ受信機では周波数偏差がないデジタル信号系列が得られるが、変調方式としてｎ値ＦＳＫ等のデジタル変調方式に適用する場合にはシンボル判定が必要になる。

以下、シンボル判定方法について説明する。
シンボル判定部２０２は、加算回路２２８から入力される周波数補正済みデジタル復調信号をシンボル判定しきい値２０４に基づいてシンボル判定を行い、シンボル判定値をＰＣ２４に対して出力する。
たとえば、シンボル振幅値と周波数偏位が図５で示された関係であるとき、シンボル判定しきい値は、−２、０、＋２であり、シンボル値は、＋３、＋１、−１、−３の４値に判定される。
ＰＣ２４は、シンボル判定部２０２から入力されたシンボル判定値をＰＣなどの出力画面に表示する。

〔第１のシンボル判定装置の全体動作〕
ＲＦ回路１２から出力された受信ＩＦ信号は、受信部２０で受信される。
周波数弁別器１４は、受信した信号の周波数変化を振幅値の変化に変換し、アナログ復調信号を出力する。
Ａ／Ｄコンバータ２００は、上述したアナログ復調信号をデジタル復調信号に変換する。
周波数補正部２２は、上述したデジタル復調信号から同期ワードを検出し、検出した同期ワードの受信パターンと、あらかじめ既知の固定パターンとして保持している同期ワードの固定パターンとを比較し、平均振幅値の差を周波数偏差補正値として算出し、上述したデジタル復調信号と周波数偏差補正値とを加算して、デジタル復調信号の周波数偏差を補正する。
シンボル判定部２０２は、周波数偏差が補正されたデジタル復調信号からシンボルを判定し、ＰＣ２４などの出力画面に出力する。
このように、受信信号の周波数偏差を効果的に補正することにより、正確にシンボルを判定することが可能となる。

〔第２の実施形態〕
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。

図８は、本発明に係る第２のシンボル判定装置８の構成を示す図である。
図８の第２のシンボル判定装置８は、図２の第１のシンボル判定装置２の周波数補正部２２を周波数補正部８０に置き換えた装置である。
また、周波数補正部８０は、周波数補正部２２の加算回路２２８を加算回路８００に置き換えた装置である。

加算回路８００は周波数偏差検出回路２２２から入力される周波数偏差補正値とシンボル判定しきい値２０４から入力されるシンボル判定しきい値を加算して
補正済みシンボル判定しきい値を出力する。
シンボル判定部２０２は、Ａ／Ｄコンバータ２００から入力されるデジタル復調信号を補正済みシンボル判定しきい値に基づいてシンボル判定を行い、シンボル判定値をＰＣ２４に対して出力する。
ＰＣ２４は、シンボル判定部２０２から入力されたシンボル判定値をＰＣなどの出力画面に表示する。

〔第２のシンボル判定装置の全体動作〕
ＲＦ回路１２から出力された受信ＩＦ信号は、受信部２０で受信される。
周波数弁別器１４は、受信した信号の周波数変化を振幅値の変化に変換し、アナログ復調信号を出力する。
Ａ／Ｄコンバータ２００は、上述したアナログ復調信号をデジタル復調信号に変換する。
周波数補正部２２は、上述したデジタル復調信号から同期ワードを検出し、検出した同期ワードの受信パターンと、あらかじめ既知の固定パターンとして保持している同期ワードの固定パターンとを比較し、平均振幅値の差を周波数偏差補正値として算出し、シンボル判定するための所定のシンボル判定しきい値２０４と周波数偏差補正値とを加算して、シンボル判定しきい値２０４を補正する。

シンボル判定部２０２は、上述したデジタル復調信号から、周波数偏差が補正されたシンボル判定しきい値２０４に基づいて、シンボルを判定し、ＰＣ２４などの出力画面に出力する。
このように、第２のシンボル判定装置８では、シンボル判定しきい値２０４を補正することにより、正確にシンボルを判定することが可能となり、シンボル判定結果は第１のシンボル判定装置２の構成を利用した場合の結果と同じになる。

図９は、周波数偏差に対するＢＥＲ（ＢＥＲ；Bit Error Rate）のシミュレーション結果を示す図である。
横軸は周波数偏差△ｆ（Ｈｚ）、縦軸はＢＥＲを示し、ＣＮＲ（ＣＮＲ；Carrier to Noise Ratio）＝１５ｄＢ時のグラフである。
シミュレーションの条件として、第１のシンボル判定装置２または第２のシンボル判定装置８において、図５の４値ＦＳＫシンボル振幅値と周波数偏位の対応関係を適用したものである。グラフより、本発明により良好に周波数偏差を補正できることがわかる。

ＦＭ受信機１の構成を示す図である。 第１のシンボル判定装置２の構成を示す図である。 受信ＩＦ信号の信号フレームフォーマット例を示す図である。 周波数偏差と周波数弁別器１４の出力における周波数偏差振幅値との関係を示す図である。 ４値ＦＳＫシンボル振幅値と周波数偏位の対応関係を示す図である。 ４値ＦＳＫ同期ワードのパターン例を示す図である。 ４値ＦＳＫ同期ワードの受信パターン例を示す図である。 第２のシンボル判定装置８の構成を示す図である。 周波数偏差に対するＢＥＲ（ＢＥＲ；Bit Error Rate）のシミュレーション結果を示す図である。

符号の説明

１・・・ＦＭ受信機１
１０・・・受信アンテナ
１２・・・ＲＦ回路
１２０・・・アンプ
１２２・・・ミキサ
１２４・・・局部発信回路
１２６・・・ＢＰＦ
１４・・・周波数弁別器
１６・・・周波数制御回路
２・・・第１のシンボル判定装置
２０・・・受信部
２００・・・Ａ／Ｄコンバータ
２０２・・・シンボル判定部
２０４・・・シンボル判定しきい値
２２・・・周波数補正部
２２０・・・データバッファ
２２２・・・周波数偏差検出回路
２２４・・・同期ワード検出部
２２６・・・制御部
２２８・・・加算回路
２４・・・ＰＣ
３・・・受信ＩＦ信号の信号フレームフォーマット例
３０・・・同期ワード部
３２・・・情報信号部
８・・・第２のシンボル判定装置
８０・・・周波数補正部
８００・・・加算回路

Claims (1)

1. 受信信号を復調して、それぞれ所定のシンボルを示す複数の電圧値をとる復調信号として出力する復調信号であって、前記復調信号から得られるシンボルには、所定の同期ワードが含まれる復調手段と、
   前記復調信号から、前記同期ワードを検出する同期ワード検出手段と、
   前記検出された同期ワードに対応する復調信号の実際の電圧値と、前記同期ワードに対応して予め決められた復調信号の電圧値との差を検出する電圧差検出手段と、
   前記復調信号に対して、前記検出された電圧差を補償する補償手段と、
   前記電圧差が補償された復調信号から、前記シンボルを判定するシンボル判定手段と
   を有するシンボル判定装置。

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