JP2011055298A - 復調装置及び復調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない演算処理でオフセットレベルを求めて、それを補正することである。
【解決手段】アンダー・サンプリングにより中間周波信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル変換部（３）と、該アナログ・ディジタル変換部の出力信号を復調する復調部（４〜２４）と、該復調部により求めたシンボル間の符号が反転するゼロクロス点における信号レベルを除去する補正信号を前記中間周波信号に加えるオフセット調整部（２）とを有する復調装置（１００）である。
【選択図】図２

Description

本発明は、ディジタル無線通信システムにおける復調装置及び復調方法に関する。

無線通信では、中間周波数（ＩＦ）信号を高速なＡ／ＤコンバータでＡ／Ｄ変換し、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）で信号処理するディジタルＩＦ受信機が普及しつつある。ディジタルＩＦ受信機には、中間周波数の２倍以上の周波数でサンプリングしてＡ-Ｄ変換するナイキスト・サンプリング方式のほか、アンダー・サンプリングの手法でＩＦ信号から変調信号成分を抽出するサンプリングＩＦ方式がある。サンプリングＩＦ方式では、ＩＦ信号を中間周波数よりわずかに低いサンプリング周波数でサンプリングして、中間周波数とサンプリング周波数の差の周波数に変換し、ＤＳＰによりＩＱ復調を行う。

変調方式としては、直交位相変調だけでなく、直交位相変調と振幅変調とを組み合わせた多値直交振幅変調（ＱＡＭ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式などが利用されている。多値数としては、１６値、６４値、２５６値などがある。

なお、１６ＱＡＭ復調等の多値ＱＡＭ復調において、ＩＦアンダー・サンプリングで生じるＤＣオフセット誤差をＩ（同相）成分、Ｑ（直交）成分のそれぞれの最大値、最小値の平均値から求め、これに基づきそのＤＣオフセット誤差を補正することにより、チャネル切替時等においても高速な引き込みが行われるようにした多値ＱＡＭ復調方法が知られている。

特開２００２−２９０４８７号公報

しかし、従来の技術では、オフセット算出の為にＩ成分、Ｑ成分の最大値、最小値の平均値を求めるため、多くの演算処理が必要である。

本発明は、多値ＱＡＭ復調などにおいて少ない演算処理でオフセットレベルを求めて、それを補正することを目的とする。

一実施形態による復調装置は、アンダー・サンプリングにより中間周波信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル変換部と、該アナログ・ディジタル変換部の出力信号を復調する復調部と、該復調部により求めたシンボル間の符号が反転するゼロクロス点における信号レベルを除去する補正信号を前記中間周波信号に加えるオフセット調整部とを有する。

他の実施形態による復調方法は、アンダー・サンプリングにより中間周波信号をディジタル信号に変換する変換段階と、該変換段階において生成された出力信号を復調する復調段階と、該復調段階において求めたシンボル間の符号が反転するゼロクロス点における信号レベルを除去する補正信号を前記中間周波信号に加えるオフセット調整段階とを含む。

少ない演算処理で高速にオフセットレベルを求めることができる。

フレームフォーマットの一例とコンスタレーションを示す図である。 一実施形態による受信装置の構成を示すブロック図である。 Ａ／Ｄオフセット調整器の構成例を示すブロック図である。 オフセット算出部の構成例を示すブロック図である。 オフセット算出部の動作を説明するための図である。 図２の受信装置の変形例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。

図１は、フレームフォーマットの一例とコンスタレーションを示す図である。

図１（Ａ）は、変調方式として１６ＱＡＭを用いた場合のフレームフォーマットの一例を示す。図１（Ａ）のフレームフォーマットは、先頭のプリアンブルに相当するＲａｍｐに続き、既知信号の同期ワード（ＳＷ）を含む。また、既知信号の同期ワード（ＳＷ）に続き、情報フィールド（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄ）を含む。情報フィールドには、所定の間隔で既知のパイロット信号（上向き矢印で示す）が挿入される。

図１（Ｂ）は、変調方式として１６ＱＡＭを用いた場合のコンスタレーションを示し、直交したＩ，Ｑ軸と、１６個の信号点の配置関係とを示す。図１（Ｂ）には、振幅閾値レベルと最大振幅値を示す包絡線も示した。図１（Ａ）に示した既知信号の同期ワード及びパイロット信号としては、図１（Ｂ）に示した最大振幅値の信号点（０，８，Ａ，２）が用いられる。

図１（Ｃ）は、変調方式として１６ＱＡＭを用いた１０シンボル構成の場合に、既知信号の同期ワード（ＳＷ）の一例を示す。ＳＷを構成する各シンボルＳＷ１〜ＳＷ１０に対応して、最大振幅値の信号点０，８，Ａ，２が割当てられている。この最大振幅値の信号点は、図１の（Ｂ）のＩ，Ｑ軸上の±３の交点に位置し、最大振幅包絡線上の信号点である。また、パイロット信号にも、振幅値が最大となる信号点０，８，Ａ，２の何れかが割当てられる。

従って、既知の同期ワード及びパイロット信号を検出することにより、受信レベルを推定することができる。この推定した受信レベルに基づき、Ｉ，Ｑ軸上の０レベルと±２レベルとの振幅閾値レベルを設定し、この振幅閾値レベルと受信した信号の信号レベルとを比較して、信号点位置対応の復号データを得ることができる。

図２は、一実施形態による受信装置の構成を示すブロック図である。受信装置１００は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１、Ａ／Ｄオフセット調整器２、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）３、直交検波器４、フィルタ（ＦＩＲ；Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｉｌｔｅｒ）５，６、複素相関器７、フレーム検出器８、ＡＦＣ回転補正器９、位相誤差補正器１０、位相誤差算出器１１、周波数誤差算出器１２、デマッピング部１３、フレーム同期監視部１４、動作イネーブル信号生成器１５、フィルタテーブル１７、タイミング補正器１８、ゼロクロス検出器１９、パイロット検出器２０、閾値＆レベル算出器２１、クロック再生器２２、出力用バッファメモリ（ＦＩＦＯ）２３，２４を含む。

参照符号４〜２１で示した機能ブロックは、ファームウェア処理で実現できるブロックを示す。

前段に設けられた無線受信部５０は、無線周波数ＲＦの受信信号を中間周波信号ＩＦに変換してバンドパスフィルタ１に入力する。バンドパスフィルタ１は、中間周波信号ＩＦから不要帯域信号を除去し、Ａ／Ｄオフセット調整器２に入力する。Ａ／Ｄオフセット調整器２は、不要帯域信号を除去した中間周波信号ＩＦにオフセット調整をして、Ａ／Ｄ変換器３に入力する。このＡ／Ｄオフセット調整器２は、図３〜５を参照してさらに詳しく説明する。

Ａ／Ｄ変換器３は、オフセット調整された中間周波信号ＩＦをディジタル信号に変換する。このディジタル信号は、例えばＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によるファームウェア処理で実現する機能ブロック４〜２１により処理することができる。また、機能ブロック４〜２１は、ディジタル回路等のハードウェアにより実現してもよい。

Ａ／Ｄ変換器３から出力されたディジタル信号は、直交検波器４に入力される。直交検波器４は、直交検波出力信号であるＩ，Ｑ信号を出力し、フィルタ５，６を介して複素相関器７に入力する。フィルタ５，６は、フィルタテーブル１７からのフィルタ係数に従った特性に制御されている。複素相関器７は、受信した信号が同期ワード（ＳＷ）の場合Ｉ，Ｑ信号に基づき、同期ワード（ＳＷ）を検出するための相関演算を行い、演算結果をフレーム検出器８に入力する。フレーム検出器８は、同期ワード検出に従ってフレームの先頭を検出し、その検出信号をＡ／Ｄオフセット調整器２と動作イネーブル信号生成器１５とクロック再生器２２とに入力する。

また、直交検波部４は、Ｉ，Ｑ信号を、フィルタ５，６を介してＡＦＣ回転補正器９に入力する。ＡＦＣ回転補正器９は、周波数誤差算出器１２からの定常周波数誤差を示す信号により位相回転の補正処理を行って、補正処理後のＩ，Ｑ信号を位相誤差補正器１０と位相誤差算出器１１とに入力する。位相誤差補正器１０は、位相誤差算出器１１からの位相誤差を示す信号に基づき、Ｉ，Ｑ信号の位相誤差を補正して、補正した信号をデマッピング部１３とパイロット検出器２０と閾値＆レベル算出器２１とに入力する。また、位相誤差補正器１０は、Ｉ，Ｑ信号の一方（図２の場合、Ｉ信号）をゼロクロス検出器１９に入力する。

デマッピング部１３は、位相誤差補正器１０が位相誤差を補正したＩ，Ｑ信号を、閾値＆レベル算出器２１が算出した振幅閾値レベルを用いて符号判定を行い、復号データとしてバッファメモリ（ＦＩＦＯ）２４に入力する。この入力は、デマッピング部１３が出力するライトイネーブル信号ＷＥにより、バッファメモリ２４に書き込まれる。バッファメモリ２４は、クロック発生器２２からのリードイネーブル信号ＲＥに応じて、復号データを復号出力として読出し、後段に設けられた受信信号処理部６０へ転送する。

ゼロクロス検出器１９は、同相信号を取り込んで正→負の変化点、負→正の変化点をゼロクロス点として検出する。ゼロクロス検出器１９は、検出結果をタイミング補正器１８に入力する。タイミング補正器１８は、ゼロクロス検出器１９が検出したゼロクロス点の極性符号（正→負、負→正）が１シンボル前の符号と同じか、現シンボルの符号と同じかを検出してランダムウォークフィルタ処理を行い、タイミング同期をとる。このランダムウォークフィルタでは、フレーム同期前は小さい閾値で引き込みを早め、フレーム同期後は大きな閾値で安定化を図るよう閾値を切り換えている。フィルタテーブル１７は、ゼロクロス検出器１９が検出したゼロクロス点に対応するフィルタ係数を読み出し、このフィルタ係数により前述のフィルタ５，６の特性を制御する。

パイロット検出器２０は、情報フィールド内に所定の周期で挿入された、既知信号であるパイロット信号を検出し、その検出信号をフレーム検出器８と閾値＆レベル算出器２１とに入力する。閾値＆レベル算出器２１は、入力されたＩ，Ｑ信号に基づき、既知信号であるパイロット信号とこのパイロット信号以外の信号とについて、それぞれの受信レベルの平均化処理を行って、閾値と受信信号のレベルとを算出する。また、算出した閾値を信号点判定用としてデマッピング部１３に入力する。また、受信信号のレベルを示すＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）信号をバッファ（ＦＩＦＯ）２３に入力する。この入力は、閾値＆レベル算出部２１が出力するライトイネーブル信号ＷＥにより、バッファメモリ２３に書き込まれる。バッファメモリ２３は、クロック発生器２２からのリードイネーブル信号ＲＥに応じて、ＲＳＳＩ信号を読出し、後段に設けられた受信信号処理部６０へ転送する。

また、閾値＆レベル算出器２１は、無線チャネルを切替える場合のチャネル切替信号に基づき次の処理を行う。すなわち、閾値＆レベル算出器２１は、電源投入時と、このチャネル切替時との初期の期間において、既知のパイロット信号の受信電力算出を行って受信レベルを推定し、所定期間経過後または所定の受信状態判定により、パイロット信号とそれ以外の信号とを用いて受信レベルを推定するように切替える。

フレーム同期監視部１４は、デマッピング部１３からの復号データとフレーム検出器８からのフレーム検出信号とに基づき、フレーム同期監視を行う。そして、フレーム同期外れを検出すると、フレーム検出器８にリセット信号ＲＥＳを入力して、フレーム検出処理を再開させる。動作イネーブル信号生成部１５は、フレーム検出器８からのフレーム検出信号に基づき、イネーブル信号１６を生成して、複素相関器７と、位相誤差算出器１１と周波数誤差算出器１２とデマッピング部１３とに入力する。

図３は、図２に示したＡ／Ｄオフセット調整器２の構成例を示すブロック図である。Ａ／Ｄオフセット調整器２は、オフセット算出部３１とＤ／Ａ変換器３２と加算回路３３とを含む。図３に示すようにＡ／Ｄオフセット調整器２には、バンドパスフィルタ１を通った中間周波信号ＩＦと、タイミング補正器１８からの出力と、フレーム検出器８からの出力との３つの信号が入力される。

オフセット算出部３１は、フレーム検出器８からのフレーム検出信号をイネーブル信号として受け取ると、既知信号である同期ワード（ＳＷ）の区間において動作する。オフセット算出部３１は、タイミング補正器１８から出力される、タイミング補正されたＩ信号のゼロクロス点レベルが入力され、このゼロクロス点レベルの平均演算値からオフセット値を求め、Ｄ／Ａ変換器３２に出力する。Ｄ／Ａ変換器３２は、このオフセット値をＤ／Ａ変換して、アナログオフセット値として加算回路３３に入力する。加算回路３３は、このアナログオフセット値を中間周波信号ＩＦに加算する。

図４は、図３に示したオフセット算出部３１の構成例を示すブロック図である。図４のオフセット算出部３１は、動作区間算出部４１とメモリ４２と比較演算部４３と平均演算部４４と補正値演算部４５とを含む。

動作区間算出部４１は、フレーム検出器８の出力を受けると、オフセット算出部３１の動作区間を算出し、オフセット算出部３１の各機能ブロック４２〜４５にイネーブル信号を出力する。

メモリ４２は、常に、タイミング補正器１８の出力信号の前回の値を記憶している。

比較演算部４３は、タイミング補正器１８の出力の現在の値と、メモリ４２に記憶されている前回の値とを比較し、その誤差が所定値以下であれば、タイミング補正器１８の出力（ゼロクロス点レベル）を平均演算部４４に入力する。しかし、誤差が所定値より大きい場合には、タイミング補正器１８の出力（ゼロクロス点レベル）の値を平均演算部４４に入力しない。これは、前回の値との誤差が大き過ぎる値は、突発的な雑音等の事由に起因するものであり、平均演算部４４による平均演算に含めない方がよいからである。

平均演算部４４は、図５（Ａ）に示したように、同期ワード（ＳＷ）部のＩ信号側の信号遷移時のゼロクロス点のレベルを平均演算し、その結果Ｖを補正値演算部４５に入力する。すなわち、平均演算部４４は、図５（Ｂ）に示したように、ゼロクロス点レベルを記憶するためのメモリ（ゼロクロス平均演算メモリ）を有する。そのメモリはタイミング補正器１８の出力（ゼロクロス値）を順次記憶している。平均演算部４４は、このメモリに記憶されたゼロクロス点レベルを平均して、その平均値を補正値演算部４５に入力する。

補正値演算部４５は、平均演算部４４からのゼロクロス点レベルの平均値の補数を求め、Ｄ／Ａ変換器３２に入力する。すなわち、補正値演算部４５は、Ｖの符号を反転して求めた補正値−ＶをＤ／Ａ変換器３２に入力する。補正値−Ｖは、Ｄ／Ａ変換器３２によりＤ／Ａ変換され、加算回路３３により補正信号として中間周波信号ＩＦ加算される。

このように、一実施形態による復調装置は、アンダー・サンプリングにより中間周波信号ＩＦをディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３を有する。また、Ａ／Ｄ変換器３の出力信号を復調する復調部（機能ブロック４〜２１）を有する。そして、この復調部（機能ブロック４〜２１）のタイミング補正器１８により求めたシンボル間の符号が反転するゼロクロス点における信号レベルを除去（または相殺）する補正信号を中間周波信号ＩＦに加えるＡ／Ｄオフセット調整器２を有している。

このように、フレーム検出器８の出力によりＡ／Ｄオフセット調整器２の動作区間を決定することにより、図１を参照して説明した情報フィールドにおける同期ワードにより、中間周波信号のオフセットを補正することができる。

図６は、図２の受信装置の変形例を示すブロック図である。図６の受信装置２００は、フレーム検出器８の出力の替わりにパイロット検出器２０の出力が、Ａ／Ｄオフセット調整器２に入力されている点で、図２の受信装置１００と異なる。

パイロット検出器２０の出力によりＡ／Ｄオフセット調整器２の動作区間を決定することにより、図１を参照して説明した情報フィールドにおけるパイロット信号により、中間周波信号のオフセットを補正することができる。

なお、変調方式として１６ＱＡＭの場合を説明したが、本発明はこの他の多値数の直交振幅変調にも適用できる。さらに、直交位相変調に適用してもよい。

また、本発明は、マルチバンドアンテナ、周波数可変なマルチバンドＲＦ回路、プログラム可能な信号処理デバイスを用いて構成され、ソフトウェアを書き換えることにより多様なサービスに対応できるソフトウェア無線器にも適用することができる。

以上、本発明の実施の形態について詳述したが、本発明は特有の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

なお、上記実施形態に関して以下の付記を記載する。
（付記１）
アンダー・サンプリングにより中間周波信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル変換部と、
該アナログ・ディジタル変換部の出力信号を復調する復調部と、
該復調部により求めたシンボル間の符号が反転するゼロクロス点における信号レベルを除去する補正信号を前記中間周波信号に加えるオフセット調整部とを有する復調装置。
（付記２）
前記オフセット調整部は、複数のゼロクロス点における信号レベルを平均演算し、求めた平均値の符号を反転して前記補正信号を生成する、付記１に記載の復調装置。
（付記３）
前記オフセット調整部は、前記復調部による既知信号の検出に基づき決定した動作区間に、前記復調部により求めたゼロクロス点における信号レベルを取り込む、付記２に記載の復調装置。
（付記４）
前記オフセット調整部は、ゼロクロス点における信号レベルが前のゼロクロス点における信号レベルに対して所定値以上変化したとき、当該ゼロクロス点における信号レベルを前記平均演算に含めない、付記２または３に記載の復調装置。
（付記５）
前記既知信号は、前記中間周波信号に含まれるフレームの同期ワードまたはパイロット信号である、付記１ないし４いずれか一項に記載の復調装置。
（付記６）
アンダー・サンプリングにより中間周波信号をディジタル信号に変換する変換段階と、
該変換段階において生成された出力信号を復調する復調段階と、
該復調段階において求めたシンボル間の符号が反転するゼロクロス点における信号レベルを除去する補正信号を前記中間周波信号に加えるオフセット調整段階とを含む復調方法。

１ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２ Ａ／Ｄオフセット調整器
３ Ａ／Ｄ変換器
４ 直交検波部
５、６ フィルタ（ＦＩＲ）
７ 複素相関器
８ フレーム検出器
９ ＡＦＣ回転補正器
１０ 位相誤差補正器
１１ 位相誤差算出器
１２ 周波数誤差算出器
１３ デマッピング部
１４ フレーム同期監視部
１５ 動作イネーブル信号生成器
１６ 動作イネーブル信号
１７ フィルタテーブル
１８ タイミング補正器
１９ ゼロクロス検出器
２０ パイロット検出器
２１ 閾値＆レベル算出器
２２ クロック再生器
２３、２４ ＦＩＦＯ
３１ オフセット算出部
３２ Ｄ／Ａ変換器
３３ 加算回路
４１ 動作区間算出部
４２ メモリ
４３ 比較演算部
４４ 平均演算部
４５ 補正値演算部
１００ 復調装置

Claims (5)

1. アンダー・サンプリングにより中間周波信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル変換部と、
   該アナログ・ディジタル変換部の出力信号を復調する復調部と、
   該復調部により求めたシンボル間の符号が反転するゼロクロス点における信号レベルを除去する補正信号を前記中間周波信号に加えるオフセット調整部とを有する復調装置。
2. 前記オフセット調整部は、複数のゼロクロス点における信号レベルを平均演算し、求めた平均値の符号を反転して前記補正信号を生成する、請求項１に記載の復調装置。
3. 前記オフセット調整部は、前記復調部による既知信号の検出に基づき決定した動作区間に、前記復調部により求めたゼロクロス点における信号レベルを取り込む、請求項２に記載の復調装置。
4. 前記オフセット調整部は、ゼロクロス点における信号レベルが前のゼロクロス点における信号レベルに対して所定値以上変化したとき、当該ゼロクロス点における信号レベルを前記平均演算に含めない、請求項２または３に記載の復調装置。
5. アンダー・サンプリングにより中間周波信号をディジタル信号に変換する変換段階と、
   該変換段階において生成された出力信号を復調する復調段階と、
   該復調段階において求めたシンボル間の符号が反転するゼロクロス点における信号レベルを除去する補正信号を前記中間周波信号に加えるオフセット調整段階とを含む復調方法。

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