JP2009225128A - Carrier wave reproduction circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタル化された情報の無線伝送に関し、特に受信機を送信機と搬送波同期させる位相ロックループに供して好適な搬送波再生回路に関する。 The present invention relates to wireless transmission of digitized information, and more particularly to a carrier recovery circuit suitable for use in a phase-locked loop that synchronizes a receiver with a transmitter.
放送音声プログラム信号などのようなワイドバンドの音声信号、放送局と放送所間の連絡信号、放送所装置の監視・制御信号など、これら複数の信号を一括してデジタルデータ処理し、遠隔地に伝送するデジタル無線回線装置は、無線周波数利用の効率化や伝送メディアの増加、またデジタル化に伴う伝送データ容量・速度の増加によって、多値変調方式の採用などによる伝送効率の向上の必要性が出てきている。 These multiple signals, such as wideband audio signals such as broadcast audio program signals, communication signals between broadcasting stations and broadcasting stations, and monitoring / control signals of broadcasting station equipment, are processed digitally at a time, and are sent to remote locations. Digital radio network equipment to be transmitted needs to improve transmission efficiency by adopting multi-level modulation method, etc. due to the efficiency of using radio frequency, the increase of transmission media, and the increase of transmission data capacity and speed accompanying digitalization. It has come out.
このように、STL(Studio to Transmitter Link;放送局のスタジオから送信所まで放送番組等を伝送する無線回線)およびTTL(Transmitter to Transmitter Link;送信所間で放送番組等を伝送する無線回線)は、デジタル方式化が進められている。 As described above, STL (Studio to Transmitter Link; a radio channel for transmitting a broadcast program or the like from a studio to a transmitting station) and TTL (Transmitter to Transmitter Link; a radio channel for transmitting a broadcast program or the like between transmitting stations) are The digital system is being promoted.
また、無線機回路の実現手段として、回路をソフトウエアに置き換えて、フレキシブルな機能回路および経時変動の極めて少ない機能回路が実現されるデジタル信号処理(DSP;Digital Signal Processor)の技術が進んでいる。 In addition, as a means for implementing a radio circuit, a digital signal processor (DSP) technique is being developed in which a circuit is replaced with software to realize a flexible functional circuit and a functional circuit with extremely little temporal variation. .
特に、多値変調方式(例;QPSK;Quadrature Phase Sift Keying、64QAM;64値 Quadrature Amplitude Modulation)などの変調回路および復調回路において、デジタル信号処理技術を用いて、回路が実現されている。 In particular, in a modulation circuit and a demodulation circuit such as a multi-level modulation scheme (eg, QPSK; Quadrature Phase Shift Keying, 64QAM; 64-level Quadrature Amplitude Modulation), a circuit is realized using a digital signal processing technique.
多値変調信号の復調に際し、送信搬送波(受信信号)の位相に受信搬送波(受信局部発振周波数)の位相を同期させる同期回路(搬送波再生回路;PLL;Phase Locked Loop)が欠かせない。 When demodulating a multilevel modulation signal, a synchronization circuit (carrier recovery circuit; PLL; Phase Locked Loop) that synchronizes the phase of the reception carrier (reception local oscillation frequency) with the phase of the transmission carrier (reception signal) is indispensable.
一方、このように 近年では実際にデジタル信号処理を行なうデバイスであるDSPやFPGA(Field Programmable Gate Array)などの信号処理能力が向上してくるにつれて、これらのデジタル信号処理デバイスで処理される回路の割合が益々増えてきている。その結果、デジタル信号処理回路での処理範囲が大きくなり、応答時間にバラツキが発生するなど、ソフトウエア多重処理の弊害が起きることがある。 On the other hand, in recent years, as the signal processing capability of DSPs and FPGAs (Field Programmable Gate Arrays), which are devices that actually perform digital signal processing, has improved in recent years, the circuits processed by these digital signal processing devices have been improved. The proportion is increasing. As a result, the processing range in the digital signal processing circuit becomes large, and the adverse effects of software multiplex processing may occur, such as variations in response time.
フェージングのような無線回線の伝搬路で発生する突発的な変動要素に対し、デジタル信号処理回路からPLL回路に対し応答させる場面で、多くのプログラム処理を実行している関係上、当該機能における応答時間にバラツキが生じ、リアルタイム性が確保されず、安定な同期が行われないことがある。 In response to sudden changes in the radio channel propagation path such as fading, the digital signal processing circuit responds to the PLL circuit. There may be variations in time, real-time performance may not be ensured, and stable synchronization may not be performed.
図4は、従来の受信部に有する搬送波再生回路の構成例を示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of a carrier recovery circuit included in a conventional receiving unit.
多値変調方式(QPSK、64QAM)の復調回路は、直交検波の回路(乗算器212,222、90°移相器220、LPF213,223)、ROF(Roll Off Filter;信号のスペクトラム形状を所望の帯域に収める波形整形フィルタ)215,225、伝搬路推定部216、位相比較器217、波形等化器218の構成を有し、データの復調が行われる。
Multi-level modulation (QPSK, 64QAM) demodulator circuit, quadrature detection circuit (
これらの構成は、A/D(Analog Digital Converter)214,224以降の復調処理をデジタル信号処理としたものである。 In these configurations, demodulation processing after A / D (Analog Digital Converter) 214, 224 is digital signal processing.
更に、位相比較器217、ループフィルタ230、LPF232、VCXO(Voltage Controlled X’al「crystal」 Oscillator)233による搬送波再生のPLL回路より構成され、搬送波同期が行われる。
Furthermore, the
これらの構成は、D/A(Digital Analog Converter)231迄の同期処理をデジタル信号処理としたものである。 In these configurations, the digital signal processing is used for the synchronization processing up to D / A (Digital Analog Converter) 231.
LPF232の出力であるVCXO制御電圧vは、直交検波器に直接供給する再生搬送波b(受信搬送波;局部発振信号または局発信号)を発振する局部発振器(VCXO233)の周波数・位相制御を行うループに用いられ、このループによって、受信信号sと再生搬送波bとの間の位相差は0になるように制御される。
The VCXO control voltage v, which is the output of the
なお、VCXOは、VCO(Voltage Controlled Oscillator)としてもよい。 The VCXO may be a VCO (Voltage Controlled Oscillator).
また、図示してはいないが、近年において、デジタル信号処理の高速化が更に進み、受信信号の入力段に高速のA/Dを備え、乗算器212,222、VCXO233を含む直交検波器をデジタルダウンコンバータ(DDC;Digital Down Converter)やDSP等のデジタル信号処理デバイスの処理に置き換えることが可能となってきた。
Although not shown, in recent years, the speed of digital signal processing has further increased, and a high-speed A / D is provided in the input stage of the received signal, and quadrature
しかしながら、システム側が要求する伝送データ容量・速度の増加に伴い、これよって受信処理するデータの量および処理速度も増加する。 However, as the transmission data capacity and speed required by the system increases, the amount of data to be received and the processing speed also increase.
受信回路の専用ハード範囲(アナログ回路)とデジタル信号処理回路のソフト処理範囲の兼合いを考慮する必要がある。即ち、デジタル信号処理回路に負わせる処理の内容と処理量を考え、デバイスの処理性能とコストのトレードオフの関係になってきている。 It is necessary to consider the trade-off between the dedicated hardware range (analog circuit) of the receiving circuit and the software processing range of the digital signal processing circuit. That is, considering the content and amount of processing imposed on the digital signal processing circuit, there is a trade-off relationship between device processing performance and cost.
このため、デジタル信号処理回路デバイスの処理負担を軽減させ、リアルタイム性を確保されるような搬送波再生回路の構成にすることが重要となる。 For this reason, it is important to reduce the processing load on the digital signal processing circuit device and to configure the carrier wave reproduction circuit so as to ensure real-time performance.
無線回線の場合、伝搬路における周波数選択性フェージングにより符号間干渉が発生するので、受信信号の位相成分に雑音が加わることとなり搬送波の位相変動が激しくなる。 In the case of a radio link, intersymbol interference occurs due to frequency selective fading in the propagation path, so that noise is added to the phase component of the received signal and the phase variation of the carrier wave becomes severe.
上記の現象が、従来の受信部の復調部におけるデジタル信号処理化された回路に起きた場合、搬送波の位相差情報によるPLLの駆動動作において、受信信号sと再生搬送波bの同期状態の保持が困難となることがあり、送信データを誤って受信データとする問題点がある。 When the above phenomenon occurs in a digital signal processed circuit in the demodulator of the conventional receiver, in the PLL driving operation based on the carrier phase difference information, the synchronization state of the received signal s and the recovered carrier b is maintained. There is a problem that transmission data is erroneously received data.
更に、高速データ伝送を行うようなシステムにおいて、高速、広範囲のデジタル信号処理化された回路では、搬送波の位相差の検出結果を出す迄の時間(ループ遅延量)が、ソフト処理の応答時間に差異が生じることにより、遅延量が大きくなると、1シンボル時間内でのPLL動作が困難となる問題点がある。 Furthermore, in a system that performs high-speed data transmission in a high-speed, wide-range digital signal processing circuit, the time until the detection result of the phase difference of the carrier wave (loop delay amount) is the response time of the software processing. If the delay amount increases due to the difference, the PLL operation within one symbol time becomes difficult.
デジタル信号処理回路と個別ハード回路のトレードオフが考慮された先行技術として、再生搬送波と受信信号の位相差変動を波形等化器により補正してデータを再生し、再生搬送波と受信信号の搬送周波数ずれを位相同期回路によって修正し、再生搬送波の同期を確保する搬送波再生方式であって、データの復調回路にあっては、A/D以降、位相同期回路にあっては、D/A(Digital Analog Converter )迄の回路機能をデジタル信号処理回路に負わせる搬送波再生方式が公開されている。(例えば、特許文献1 参照)
伝搬路上でフェージング等により受信信号に擾乱を受け、符号間干渉が大きくなり、変調位相のノイズによる変動が激しく、かつ、搬送周波数の位相差の変動も激しい状態となる場合が生じる。その状況下において、従来のデジタル信号処理回路を備えた位相差情報によるPLLの駆動回路方式では、受信信号と再生搬送波の搬送周波数同期が困難となること、また、デジタル信号処理によるループ遅延のため1シンボル内でのPLL動作が完了できなくなり、即ち、位相差変動の速度に追従できなくなること、更に、デジタルダウンコンバータやDSPなどのデジタル信号処理デバイスを用いた搬送波再生回路のループ処理が組み込まれることでデバイスの処理能力が増加し、処理プログラム量が大きくなるという問題、また、これに伴い、リアルタイム応答時間にバラツキが生じてしまうという問題があった。 There is a case where the received signal is disturbed by fading or the like on the propagation path, the intersymbol interference increases, the fluctuation of the modulation phase due to noise becomes severe, and the fluctuation of the phase difference of the carrier frequency also becomes severe. Under such circumstances, in the PLL drive circuit system using the phase difference information provided with the conventional digital signal processing circuit, it becomes difficult to synchronize the carrier frequency of the received signal and the reproduced carrier wave, and also due to the loop delay due to the digital signal processing. The PLL operation within one symbol cannot be completed, that is, the phase difference fluctuation speed cannot be followed, and further, the loop processing of the carrier recovery circuit using a digital signal processing device such as a digital down converter or DSP is incorporated. As a result, there is a problem that the processing capacity of the device increases and the amount of processing program increases, and accordingly, there is a problem that the real-time response time varies.
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、伝搬路フェージングにおいて、安定な搬送周波数同期および復調された情報データを生成することのできるデジタル信号処理回路で構成される搬送波再生回路を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a carrier recovery circuit composed of a digital signal processing circuit capable of generating stable carrier frequency synchronization and demodulated information data in channel fading. It is to provide.
この目的を達成するために、本発明の搬送波再生回路は、多値変調が行われた受信信号および、局部発振信号を入力とする周波数変換を行い、中間周波数信号を生成する周波数変換器と、前記中間周波数信号をデジタル信号に変換するA/D変換器と、前記デジタル信号に対し直交検波を行い、I相、Q相の検波信号を生成する直交検波部と、前記検波信号のスペクトラム波形を整形するロールオフフィルタと、前記整形された検波信号より伝搬路フェージングの状態を推定し、伝搬路係数を算出する伝播路推定部と、前記伝播路係数より、前記受信信号と前記局部発振信号間の搬送周波数の位相差分および、前記多値変調が行われた受信信号の変調位相を算出する位相比較器と、前記変調位相より前記伝搬路フェージングによる変調位相誤差分を算出し、該変調位相誤差分を基に前記変調位相を位相補正し、復調された情報データとして出力する波形等化器と、前記搬送周波数の位相差分を遅延補正するループフィルタと、前記ループフィルタの出力をアナログ信号に変換するD/A変換器と、前記アナログ信号から直流分を抽出するローパスフィルタと、前記直流分とされた前記搬送周波数の位相差分により前記局部発振信号の位相制御が行われ、前記受信信号に搬送周波数同期のとれた前記局部発振信号を出力とする局部発振器とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve this object, the carrier recovery circuit of the present invention performs a frequency conversion using a reception signal subjected to multilevel modulation and a local oscillation signal as input, and generates an intermediate frequency signal, and An A / D converter that converts the intermediate frequency signal into a digital signal, a quadrature detection unit that performs quadrature detection on the digital signal and generates I-phase and Q-phase detection signals, and a spectrum waveform of the detection signal A roll-off filter for shaping, a propagation channel fading unit for estimating a propagation channel fading state from the shaped detection signal and calculating a propagation channel coefficient, and between the received signal and the local oscillation signal from the propagation channel coefficient And a phase comparator for calculating a phase difference of the carrier frequency of the received signal and a modulation phase of the received signal subjected to the multi-level modulation, and a modulation phase error due to the channel fading from the modulation phase Calculating a phase, correcting the phase of the modulation phase based on the modulation phase error, and outputting as demodulated information data, a loop filter for delay correcting the phase difference of the carrier frequency, A D / A converter that converts the output of the loop filter into an analog signal; a low-pass filter that extracts a direct current component from the analog signal; and a phase control of the local oscillation signal based on the phase difference of the carrier frequency that is the direct current component And a local oscillator that outputs the local oscillation signal whose carrier frequency is synchronized with the received signal.
本発明によれば、伝搬路の擾乱を受け符号間干渉が大きくなり、変調位相の変動が激しく、搬送周波数の位相差の変動が激しくなる状況下において、PLL回路の動作は、搬送周波数の位相差変動に追従でき、受信信号と再生搬送波の搬送周波数同期が安定に行え、また、デジタル信号処理に負わせる搬送波再生回路のループ処理が組み込まれて、デジタル信号処理デバイスの処理量が増加しても、所望のリアルタイム応答時間内で安定にPLL動作が完遂する。 According to the present invention, the operation of the PLL circuit is performed at the level of the carrier frequency under the situation where the intersymbol interference is increased due to the disturbance of the propagation path, the variation of the modulation phase is severe, and the variation of the phase difference of the carrier frequency is severe. It can follow phase difference fluctuations, can stably synchronize the carrier frequency of the received signal and the recovered carrier wave, and incorporates the loop processing of the carrier wave recovery circuit that imposes on digital signal processing, increasing the processing amount of the digital signal processing device However, the PLL operation is stably completed within the desired real-time response time.
以下に、本発明の一実施形態である搬送波再生回路を示し、説明する。 Hereinafter, a carrier recovery circuit according to an embodiment of the present invention will be shown and described.
図3に、本発明を実施するデジタル無線回線システムの構成例のブロック図を示し、説明する。 FIG. 3 shows a block diagram of a configuration example of a digital radio network system implementing the present invention, and will be described.
111は符号化部、112は多重合成部、113は変調部、114は送信増幅部であり、これらは順に接続されて送信部10を形成している。
音声信号、警報信号および制御信号などの送信情報信号(t1,t2,・・・tn)は、送信情報信号毎に符号化部111に入力されデジタルデータに変換される。
Transmission information signals (t1, t2,... Tn) such as audio signals, warning signals, and control signals are input to the
符号化部111は、送信情報信号(t1,t2,・・・tn)のそれぞれ毎に符号化するものであるが、送信情報信号t1が例えばアナログ音声信号である場合、符号化部111において、音声信号をA/D変換し、必要によっては圧縮などの符号化処理を行い、多重合成部112に送出する。
The
また、送信情報信号t1は、文字コードや画像データなどのデジタル信号であってもよく、これは、送信情報信号t2についても同様であり、このように形式の異なる、いくつかの送信情報信号(t1,t2,・・・tn)を並列に入力できるように構成されている。 Further, the transmission information signal t1 may be a digital signal such as a character code or image data. This is also the case with the transmission information signal t2, and thus several transmission information signals (in different formats) ( t1, t2,... tn) can be input in parallel.
符号化された並列データは、多重合成部112において多重符号処理されて一つのデータストリームになる。
The encoded parallel data is subjected to multiplex code processing in the
多重化されたデータストリームは、変調部113にて誤り訂正符号の付加,受信側の復調時に符号同期のために必要な付加情報(以下ユニークワードと記載する)が付加され、またインターリーブ,スクランブル等の符号処理が加えられる場合もあり、所定の符号処理が行なわれた無線フレームが生成される。これらの符号処理は、多重合成部112で行われてもよい。
The multiplexed data stream is added with an error correction code by the
付加されるユニークワードは、復調時の同期処理や等化器のトレーニングに用いられる。 The added unique word is used for synchronization processing during demodulation and training of the equalizer.
変調部113にて生成された無線フレームは、更に、例えば、64QAM等の多値直交変調のデジタル変調処理され、送信変調波信号を生成して出力とする。
The radio frame generated by the
送信増幅部114では、送信変調波信号の周波数変換や電力増幅が行われ、高周波信号(RF信号;Radio Frequency;無線周波数信号)とされ、送信アンテナ出力信号がアンテナから伝送路へ送出される。
The
次に、受信側の説明に移り、121は受信増幅部、122は復調部、123は多重分離部、124は復号化部であり、これらは順に接続されて受信部20を形成している。
Next, a description will be given on the receiving side. 121 is a reception amplifying unit, 122 is a demodulation unit, 123 is a demultiplexing unit, and 124 is a decoding unit, which are connected in order to form the
無線伝送路を伝搬した多値直交変調された送信信号であるRF信号は、受信アンテナ入力で受信し、受信増幅部121で受信信号の増幅,RF段でのバンドパスフィルタ(BPF;Band Pass Filter;帯域通過濾波器)において不要波を除去され、中間周波数(IF;Internal Frequency;中間周波数信号)にダウンコンバートされ、更に、IF段でのBPF処理され、変換後の不要波が除去され、AGC(Automatic Gain Control;自動利得制御)による一定レベルにゲイン調整するレベル調整が行われる。そののち復調部122にてデジタル復調処理される。
An RF signal, which is a transmission signal subjected to multi-level orthogonal modulation, propagated through the wireless transmission path is received at the input of the receiving antenna, the
復調部122では、受信データのデータフレームに付加されてくる既知の符号列であるユニークワードを検出し受信データのサンプリング位置を補正することで、フレーム同期,シンボル同期を確立し同期検波する。
The
QPSKやQAMの同期検波には、送信搬送波の絶対位相を受信側で再生する必要がある。(搬送波同期、キャリア同期)。 For synchronous detection of QPSK and QAM, it is necessary to regenerate the absolute phase of the transmission carrier on the receiving side. (Carrier synchronization, carrier synchronization).
搬送波同期を同期確立させる搬送波再生処理は、後述する直交検波の回路を経て、受信信号と再生搬送波の位相差情報を生成して、これを用いて、PLLループを動かし、搬送波同期させるコスタスループ処理等によって行なわれる。 The carrier recovery process for establishing the synchronization of the carrier wave is a Costas loop process for generating the phase difference information between the received signal and the recovered carrier wave through a quadrature detection circuit to be described later, and using this to move the PLL loop to synchronize the carrier wave. Etc.
復調部122で行われる64QAM等のデジタル復調処理は、多値変調の復調に必要なシンボル同期を確立し、再生されたシンボルクロックによってサンプリングされたデータ系列を生成して、更に、多重データストリームとして多重分離部123へ送られる。
The digital demodulation processing such as 64QAM performed in the
多重分離部123では、情報信号の各チャネルデータを分離し、各個別チャネルのデータを復号化部124に送出する。
The
復号化部124では、チャネル毎に、D/A変換等による復号化処理が行われ、受信情報信号(r1,r2,・・・rn)を生成して、それぞれの出力とする。
The
図2に、本発明の実施例である前記復調部122の搬送波再生回路の基本構成例であるブロック図を示し、以下に説明を行う。
FIG. 2 is a block diagram showing a basic configuration example of the carrier recovery circuit of the
211は、受信信号s(第1中間周波数)を一方の入力とし、局発信号a(再生搬送波)を他方の入力とし、2つの入力信号による周波数変換を行って、第2中間周波数を生成して出力とする周波数変換器である。第2中間周波数を生成するために、図示されていないが、第2中間周波数を抽出するBPFが周波数変換器211の出力側に挿入されてもよい。
211 receives the received signal s (first intermediate frequency) as one input and the local signal a (reproduced carrier wave) as the other input, and performs frequency conversion using the two input signals to generate a second intermediate frequency. Output frequency converter. In order to generate the second intermediate frequency, although not shown, a BPF for extracting the second intermediate frequency may be inserted on the output side of the
212は、第2中間周波数を一方の入力とし、90°移相されたOSC219の出力周波数(第2中間周波数に同じ周波数)を他方の入力としてI相の検波成分を生成する直交検波手段としての乗算器である。
212 is a quadrature detection means for generating an I-phase detection component using the second intermediate frequency as one input and the output frequency of the
222は、第2中間周波数を一方の入力とし、OSC219の出力周波数を他方の入力としてQ相の検波成分を生成する直交検波手段としての乗算器である。
A
213は、I相の検波成分を入力とし、その低域成分のみを通過させ、I相の検波信号を生成するLPF(Low Pass Filter;低域通過濾波器)である。
223は、Q相の検波成分を入力とし、その低域成分のみを通過させ、Q相の検波信号を生成するLPFである。
214は、I相の検波信号を入力とし、これをデジタル変換し、DSP等のデジタル処理が行える出力を生成するA/D変換器である。
224は、Q相の検波信号を入力とし、これをデジタル変換し、DSP等のデジタル処理が行える出力を生成するA/D変換器である。
215は、デジタル化されたI相の検波信号を入力とし、デジタルフィルタ処理によりスペクトラム波形を整形し、所望のI相検波出力を生成するROFである。
225は、デジタル化されたQ相の検波信号を入力とし、デジタルフィルタ処理によりスペクトラム波形を整形し、所望のQ相検波出力を生成するROFである。
216は、I相およびQ相のROF処理された各検波信号を入力とし、その入力信号から伝播路係数を算出し出力とする伝播路推定部である。
217は、変調信号のシンボル位置(変調位相)を検出して一方の出力(情報データ成分)とし、および、受信信号sと局発信号aとの間の搬送波の位相差分を検出して他方の出力とする位相比較器である。 217 detects the symbol position (modulation phase) of the modulation signal and outputs it as one output (information data component), and detects the phase difference of the carrier wave between the reception signal s and the local oscillation signal a It is a phase comparator as an output.
218は、前記位相比較器の一方の出力を入力とし、変調位相誤差などの補正を行い、正しく復調された情報データを出力とする波形等化器である。
A
219は、直交検波を行うために第2中間周波数と同じ周波数を発振し、発振出力とするOSC(Oscillator;発振器)である。
233は、局発信号aを発振し、周波数変換器211へ出力する電圧制御型の局部発振器を成すVCXO;(Voltage Controlled X’al「crystal」Oscillator;電圧制御水晶発振器)である。
220は、OSC219の出力信号に対し90°位相を遅らせて(または進めて)出力とする90°移相器である。
230は、位相比較器217で生成された搬送周波数の位相差分の検出結果(位相制御信号)を入力とし、それに含まれる高調波成分を除去し、PLLループの応答時間(遅延時間)を位置決めするループフィルタである。
230 receives the detection result (phase control signal) of the phase difference of the carrier frequency generated by the
231は、ループフィルタ230の出力をアナログ値に戻すD/A変換器である。
A D /
232は、D/A変換器の出力に含まれる高調波成分を除去するLPF(Low Pass Filter;低域通過濾波器)である。
位相比較器217、ループフィルタ230からVCXO233までの回路により搬送波再生を行うPLLループが形成される。
A PLL loop for performing carrier wave recovery is formed by a circuit from the
乗算器212、222と90°移相器220とLPF213,223とOSC219とにより直交検波部313が形成される。
The
図2において、受信信号sは、IF信号(第1中間周波数)であるが、図示してはいないが、第1中間周波数に変換される前の信号であるRF信号を直接入力(ダイレクトコンバージョン方式)としてもよい。その場合でも、前段回路(受信増幅部121)にてBPF,AGC等の処理は必要となる。 In FIG. 2, the received signal s is an IF signal (first intermediate frequency), but although not shown, an RF signal which is a signal before being converted to the first intermediate frequency is directly input (direct conversion method). ). Even in such a case, processing such as BPF and AGC is required in the preceding circuit (reception amplifier 121).
本発明である図2の回路方式であれば、直交検波部313からの出力がA/D変換器214,224に入力され、以降の回路によってデジタル信号処理される。このデジタル信号処理は、ループフィルタ230からの出力がD/A変換器231に入力される迄行われ、この回路範囲であれば、デジタル信号処理部として十分時間的に余裕のあるデジタル信号処理(ソフトウエア、プログラム処理)が行われる。
2 according to the present invention, the output from the
更に、本発明である図2の回路方式であれば、近年の高速処理が可能なデジタル信号処理用のLSIを複数個用いることにより、直交検波部313を含む回路をデジタル信号処理方式で、十分時間的余裕のある回路として置き換えられる。
Further, if the circuit system of FIG. 2 according to the present invention is used, a digital signal processing system can be used for a circuit including the
このようなデジタル信号処理方式は、デジタルダウンコンバータ(DDC)またはFPGA,DSPなどのデジタル信号処理デバイス(LSI)によって構成することができる。 Such a digital signal processing system can be configured by a digital signal converter (LSI) such as a digital down converter (DDC) or FPGA, DSP.
そこで、直交検波部313以降をデジタル信号処理で行なう場合の構成例を示し、以下に説明する。図1は、本発明の他の実施例である復調部122の搬送波再生回路の構成例を示すブロック図である。
Therefore, a configuration example in the case where the
図1において、311は、多値変調による受信信号s(第1中間周波数)を一方の入力とし、局発信号a(再生搬送波)を他方の入力とし、2つの入力信号による周波数変換を行って中間周波数(第2中間周波数)を生成して出力とする周波数変換器であり、図2の周波数変換器211と同一機能である。
In FIG. 1,
第2中間周波数を生成するために、図示されていないが、第2中間周波数を抽出するBPFが周波数変換器311の出力側に挿入されてもよい。
In order to generate the second intermediate frequency, although not shown, a BPF for extracting the second intermediate frequency may be inserted on the output side of the
312は、周波数変換器311から出力される第2中間周波数をデジタル信号に変換するA/D変換器である。
313は、A/D変換器312の出力であるデジタル信号に変換された多値変調信号を入力とし、デジタルダウンコンバータ(DDC)等のデジタル信号処理デバイスにより多値変調の直交検波を行い、I相、Q相の検波信号を生成する直交検波部である。
313 receives a multilevel modulation signal converted into a digital signal, which is an output of the A /
314は、デジタル化されたI相、Q相の検波信号を入力とし、デジタルフィルタ処理により検波信号のスペクトラム波形を所望のロールオフとなるように整形し出力とするROFである。図2に示されたROF215、225と同一機能のデジタルフィルタである。
315は、ROF314の出力信号より、瞬時変化する伝搬路フェージングの状態を推定し、伝搬路係数を算出する伝播路推定部であり、伝播路推定部216と同一機能である。
316は、伝播路推定部315の出力信号より、受信信号sと局発信号a間の搬送周波数の位相差分および、多値変調が行われた受信信号の変調位相を算出する位相比較器であり、位相比較器217と同一機能である。
316 is a phase comparator that calculates the phase difference of the carrier frequency between the reception signal s and the local oscillation signal a and the modulation phase of the reception signal subjected to multilevel modulation from the output signal of the propagation
317は、変調位相より伝搬路フェージングによる変調位相誤差分を算出し、この変調位相誤差分を基に変調位相を位相補正し、多値変調の復調された情報データとして出力する波形等化器であり、波形等化部218と同一機能である。
318は、搬送周波数の位相差分を遅延補正するループフィルタであり、ループフィルタ230と同一機能である。
319は、ループフィルタ318の出力をアナログ信号に変換するD/A変換器であり、D/A変換器231と同一機能である。
320は、アナログ信号から直流分を抽出するローパスフィルタであり、LPF232と同一機能である。
321は、直流分となった搬送周波数の位相差分により局発信号aの位相制御が行われ、受信信号sに搬送周波数同期のとれた局発信号aを出力するVCXO(局部発振器)であり、VCXO233と同一機能である。
図1において、入力された受信信号sは、周波数変換器311で電圧制御型のVCXO321からの周波数と混合され、その出力が第2中間周波(2nd IF)信号となる。
In FIG. 1, an input received signal s is mixed with a frequency from a voltage-controlled
そこで、本発明では、LPF320、VCXO321および周波数変換器311の範囲を個別ハード回路に構成する。
Therefore, in the present invention, the ranges of the
第2中間周波信号は、A/D変換器312に直接入力し、デジタル信号に変換され、以降の多値変調信号の直交検波を含む復調処理がDDCあるいはDSPのデバイスによりデジタル信号処理で行われる。
The second intermediate frequency signal is directly input to the A /
即ち、本発明では、A/D312から波形等化器317迄、および、D/A319迄の回路範囲をデジタル信号処理部として構成するソフトウエア処理回路と専用回路とする個別ハード回路の回路分担である。
In other words, in the present invention, the circuit range from A /
なお、図示してはいないが、LPF320をデジタル信号処理部の範囲に入れてもよい。
Although not shown, the
以上の回路によりデジタル信号処理回路の構成とした搬送波再生回路は、伝搬路フェージングにおいて、安定な搬送周波数同期および復調された情報データを提供することができる。 The carrier recovery circuit configured as a digital signal processing circuit by the above circuit can provide stable carrier frequency synchronization and demodulated information data in propagation channel fading.
次に、本発明回路の要部における信号処理の流れについて詳細な説明を行う。 Next, the flow of signal processing in the main part of the circuit of the present invention will be described in detail.
デジタル信号処理の範囲は、図1と図2では異なるが、多値変調信号の処理機能が同一であるので、内部処理について基本構成例を詳細に示した図2によって、先ず、信号処理の説明を進める。 Although the range of digital signal processing is different between FIG. 1 and FIG. 2, the processing function of the multi-level modulation signal is the same, so the signal processing will be described first with reference to FIG. To proceed.
図2において、A/D変換器214,224にてデジタル信号に変換されたI相信号およびQ相信号は、波形整形のためにロールオフフィルタ(ルートロールオフフィルタとも云う)等のフィルタリング処理を行なうデジタルフィルタROF215,225でフィルタ処理された後、伝播路推定部216に送られる。
In FIG. 2, the I-phase signal and Q-phase signal converted into digital signals by the A /
伝播路推定部216では、受信信号に付加されているユニークワードと、受信装置内部のメモリに予め記憶されている所定のユニークワードの符号を比較して伝播路係数を算出する。
The propagation
位相比較器217では、受信信号のユニークワードと受信装置内部のメモリに予め記憶されているユニークワードの符号を比較して、符号の比較から現在の平均位相、直前の平均位相および同一フレーム期間内の平均位相差などを求め、これらの値から搬送周波数の位相差分および変調位相誤差分とするそれぞれの位相変化量を生成する。
The
生成された位相変化量によって、多値変調信号のシンボル位置を検出し、情報データを復調し、更に、受信信号sと再生搬送波(局発信号a)の位相差情報(搬送周波数の位相差分)を生成して、PLLループ回路を動作させ、同期された再生搬送波を生成する。 Based on the generated phase change amount, the symbol position of the multi-level modulation signal is detected, the information data is demodulated, and the phase difference information (carrier frequency phase difference) between the received signal s and the regenerated carrier wave (local signal a) And the PLL loop circuit is operated to generate a synchronized reproduction carrier wave.
このように位相比較器217にて生成された位相変化量は、第1の位相変化量として情報データ再生のための位相情報を生成するほか、1フレーム(付加情報が加えられた1つの無線フレーム)時間内で変化した誤差である位相変化量(位相差情報p)を示し、これが再生搬送波の周波数オフセット量(搬送周波数ずれ)を示す第2の位相変化量となり、その出力がループフィルタ230に送られる。
As described above, the phase change amount generated by the
この位相差情報pは、ループフィルタ230を通してD/Aコンバータ231に送られ、アナログ電圧値に変換される。変換されたアナログ電圧値は、LPF232でD/Aコンバータ231で発生するDC成分以外の不要波を除去し、電圧制御型の局部発振器であるVCXO233の周波数コントロール電圧(VCXO制御電圧v)として送られる。
This phase difference information p is sent to the D /
以上のPLLループ構成によって、ミキサ211から出力される受信信号(第2中間周波数)は、次第に周波数オフセットが減少し、最終的に再生搬送波が送信搬送波と同じ周波数に同期し、受信信号に含まれるのは、情報データの復調に影響を与える変調位相誤差のみとなる。
Due to the PLL loop configuration described above, the received signal (second intermediate frequency) output from the
この受信信号に含まれる変調位相誤差は、主として、伝搬路でのフェージング等により発生する変調位相誤差分であり、この変調位相誤差分が伝播路係数として伝搬路推定部216で求められ、この伝播路係数を用いて、波形等化器218によって変調位相誤差を除去し、正しく復調された情報データが再生される。
The modulation phase error included in the received signal is mainly a modulation phase error due to fading or the like in the propagation path, and this modulation phase error is obtained as a propagation path coefficient by the propagation
図2の実施例の回路構成によれば、OSC219を含めた直交検波部313を有する復調回路に対し、OSC219とは別にVCXO233を備えた搬送波再生ループ回路が中間周波数生成部に局発信号を供給するので、局部発振器がそれぞれ専用化され、このことによって、PLLループ内の処理が多くなり処理遅延が大きくなる。
According to the circuit configuration of the embodiment of FIG. 2, a carrier recovery loop circuit including a
しかしながら、PLL動作は、搬送波周波数の周波数差を補正するに要する時間(遅延時間)に間に合えば良く、それは必ずしも1フレーム,または数フレームの短時間ではないので、例えば図1の構成のように直交検波部以降をデジタル処理で行なうような構成とすることも可能となる。 However, the PLL operation only needs to be in time for the time required to correct the frequency difference between the carrier frequencies (delay time), which is not necessarily a short time of one frame or several frames. It is also possible to adopt a configuration in which the detection unit and the subsequent parts are performed by digital processing.
かつ、復調信号を低域周波数に落とされることにより、復調回路の信号処理時間に余裕が生まれる。 In addition, since the demodulated signal is lowered to a low frequency, a margin is generated in the signal processing time of the demodulating circuit.
以上によって、図1のようにデジタル信号処理の回路部分が多くなっても、発明のような中間周波数の局部発振器のループとすることでデジタル信号処理デバイスの処理負担を軽減することができる。 As described above, even if the number of digital signal processing circuit portions is increased as shown in FIG. 1, the processing load of the digital signal processing device can be reduced by using a loop of an intermediate frequency local oscillator as in the invention.
このような本発明の回路方式によれば、情報データの復調処理時間とPLL回路の同期処理時間とを分けて、それぞれの要求時間内で信号処理時間を済ませればよく、処理時間の余裕が生まれることによって、例えば伝送容量の増加,伝送速度の増加,周波数の高周波数化,変復調処理の多値化などに対応してデバイスの処理量が増加しても、処理時間の増加による処理遅延により位相補正が追従できなくなるという問題が解消される。 According to such a circuit system of the present invention, it is only necessary to divide the demodulation processing time of the information data and the synchronization processing time of the PLL circuit, and to finish the signal processing time within each required time, so that the processing time is afforded. Thus, for example, even if the amount of processing of a device increases in response to an increase in transmission capacity, an increase in transmission speed, an increase in frequency, a multi-level modulation / demodulation process, etc., the phase is increased due to a processing delay due to an increase in processing time. The problem that the correction cannot follow is solved.
そこで、PLL動作ループは、直交検波部に有する局部発振器(図2に示すOSC219)を共用する必要が無くなるので、中間周波数の局部発振器のループ専用とすることで、直交検波部を含むデバイスの処理負担が軽減できる。
Therefore, since the PLL operation loop does not need to share the local oscillator (
以上、本発明の回路方式であれば、周波数変換器311(211)が第1中間周波信号である受信信号sを第2中間周波信号に周波数変換(ダウンコンバージョン)して、比較的低い周波数帯域信号にされたので、デジタル信号処理における、情報データの復調処理時間ならびにPLLループの処理時間に余裕が生まれる。 As described above, according to the circuit system of the present invention, the frequency converter 311 (211) frequency-converts (down-converts) the received signal s, which is the first intermediate frequency signal, into the second intermediate frequency signal, so that the frequency band is relatively low. Since the signal is generated, there is a margin in the demodulation time of the information data and the processing time of the PLL loop in the digital signal processing.
特に、再生搬送波a(局発信号)と受信信号sとの間の位相差変動による搬送周波数ずれ(位相差情報p)を修正するVCXO制御電圧vにおいて、遅延のバラツキがなく、デジタル信号処理応答時間の安定なPLLループの構成となる。 In particular, in the VCXO control voltage v for correcting the carrier frequency shift (phase difference information p) due to the phase difference fluctuation between the reproduced carrier wave a (local signal) and the received signal s, there is no delay variation and the digital signal processing response A time-stable PLL loop configuration is obtained.
従って、周波数がダウンコンバージョンされた第2中間周波信号を用いれば、データの復調およびPLL動作のデジタル信号処理が余裕をもって行える。 Therefore, if the second intermediate frequency signal whose frequency is down-converted is used, data demodulation and digital signal processing for PLL operation can be performed with a margin.
なお、波形等化器317(218)は、フェージングなどの伝搬路上で起きた擾乱に対して、再生搬送波aと受信信号sとの間の位相差変動分として、これを補正して正しい情報データを復調するものである。 Note that the waveform equalizer 317 (218) corrects this as a phase difference fluctuation between the reproduced carrier a and the received signal s with respect to disturbance caused on the propagation path such as fading and correct information data. Is demodulated.
以上のように、本発明では、情報データを復調する過程で、位相比較器316(217)より搬送周波数ずれ(位相差情報p)を生成しているが、PLLのループのみを考えれば、位相差情報pを生成される回路であれば、特に直交検波器でのループ構成を用いなくてもよく、中間周波数を生成する専用回路での局部発振器のPLLループとしてもよい。 As described above, according to the present invention, the carrier frequency shift (phase difference information p) is generated from the phase comparator 316 (217) in the process of demodulating the information data. As long as it is a circuit that generates the phase difference information p, it is not particularly necessary to use a loop configuration in a quadrature detector, and it may be a PLL loop of a local oscillator in a dedicated circuit that generates an intermediate frequency.
本発明は、固定通信に用いられる無線通信システムに適用されて、一例として、STL等の連絡回線として利用することができる。 The present invention is applied to a wireless communication system used for fixed communication, and can be used as a communication line such as an STL as an example.
10 送信部
20 受信部
111 符号化部
112 多重合成部
113 変調部
114 送信増幅部
121 受信増幅部
122 復調部
123 多重分離部
124 複合化部
211、311 周波数変換器
212、222 乗算器
213,223、232、320 LPF(低域通過フィルタ)
214,224、312 A/D(アナログ・デジタル変換器)
215,225、314 ROF(ロールオフフィルタ)
216、315 伝搬路推定部
217、316 位相比較器
218、317 波形等化器
219 OSC(Oscillator;発信器)
220 90°移相器
230、318 ループフィルタ
231、319 D/A(デジタル・アナログ変換器)
233 VCO(Voltage Controlled Oscillator)
321 VCXO(電圧制御水晶発振器)
313 直交検波部(DDC)
10 transmitting
112 Multiple synthesizer
113 Modulator
114 Transmission amplifier
121 Receiving amplifier
122 Demodulator
123 Demultiplexer
124 Compounding Department
211, 311
214, 224, 312 A / D (analog / digital converter)
215, 225, 314 ROF (roll-off filter)
216, 315 Propagation
220 90 °
233 VCO (Voltage Controlled Oscillator)
321 VCXO (voltage controlled crystal oscillator)
313 Quadrature detector (DDC)
Claims (1)
前記中間周波数信号をデジタル信号に変換するA/D変換器と、
前記デジタル信号に対し直交検波を行い、I相、Q相の検波信号を生成する直交検波部と、
前記検波信号のスペクトラム波形を整形するロールオフフィルタと、
前記整形された検波信号より伝搬路フェージングの状態を推定し、伝搬路係数を算出する伝播路推定部と、
前記伝播路係数より、前記受信信号と前記局部発振信号間の搬送周波数の位相差分および、前記多値変調が行われた受信信号の変調位相を算出する位相比較器と、
前記変調位相より前記伝搬路フェージングによる変調位相誤差分を算出し、該変調位相誤差分を基に前記変調位相を位相補正し、復調された情報データとして出力する波形等化器と、
前記搬送周波数の位相差分を遅延補正するループフィルタと、前記ループフィルタの出力をアナログ信号に変換するD/A変換器と、前記アナログ信号から直流分を抽出するローパスフィルタと、前記直流分とされた前記搬送周波数の位相差分により前記局部発振信号の位相制御が行われ、前記受信信号に搬送周波数同期のとれた前記局部発振信号を出力とする局部発振器とを備えた、
ことを特徴とする搬送波再生回路。 A frequency converter that performs frequency conversion using the received signal subjected to multi-level modulation and a local oscillation signal as input, and generates an intermediate frequency signal;
An A / D converter for converting the intermediate frequency signal into a digital signal;
A quadrature detection unit that performs quadrature detection on the digital signal and generates I-phase and Q-phase detection signals;
A roll-off filter for shaping a spectrum waveform of the detection signal;
A propagation path estimator that estimates a propagation path fading state from the shaped detection signal and calculates a propagation path coefficient;
From the propagation path coefficient, a phase comparator that calculates a phase difference of the carrier frequency between the received signal and the local oscillation signal, and a modulation phase of the received signal subjected to the multilevel modulation;
A waveform equalizer that calculates a modulation phase error due to the channel fading from the modulation phase, corrects the phase of the modulation phase based on the modulation phase error, and outputs the demodulated information data;
A loop filter that delay-corrects the phase difference of the carrier frequency, a D / A converter that converts the output of the loop filter into an analog signal, a low-pass filter that extracts a DC component from the analog signal, and the DC component. In addition, phase control of the local oscillation signal is performed based on the phase difference of the carrier frequency, and a local oscillator that outputs the local oscillation signal that is synchronized with the reception frequency of the carrier frequency is provided.
A carrier recovery circuit.
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CN112924940A (en) * | 2020-02-28 | 2021-06-08 | 加特兰微电子科技(上海)有限公司 | Signal scrambling and descrambling method, device and sensor |
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