JP2011109472A - 復調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入力信号に周波数ずれが生じていても正しく波形整形を行なうことができる。
【解決手段】デジタル復調部２０は、受信信号をベースバンド信号に変換するベースバンド変換部として乗算器２１，２２と、ベースバンド信号の波形整形を行なうルートロールオフフィルタ２４と、ベースバンド信号から搬送波成分を除去する搬送波除去回路２６と、搬送波成分が除去されたベースバンド信号から時間応答が速い成分と遅い成分を検出するＰＬＬ回路３１を備えている。時間応答が遅い成分はＮＣＯ回路３３にフィードバックされ、ＮＣＯ回路３３は当該応答が遅い成分に基づいてベーバンド変換部を駆動する信号を発振し、時間応答が速い成分はＮＣＯ回路３２にフィードバックされ、ＮＣＯ回路３２は当該応答が速い成分に基づいて搬送波除去回路２６を駆動する信号を発振する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、デジタル信号を復調する復調装置に関する。

昨今、デジタル回路技術が高まり、従来はアナログ回路で構成していた多値ＱＡＭ用復調装置についても変調波を直接Ａ／Ｄ変換し、デジタル回路で復調回路を構成するようになってきている。従来のデジタル化復調回路では、変調波をベースバンド信号に変換する際、変調波の搬送波成分に近い固定周波数の信号で直交検波を行なうことが多い。

例えば特許文献１に記載の復調装置では、固定周波数の局部発振器の局部発信信号が分配器によって０度位相の信号と９０度位相の信号とされたものが、同相検波器及び直交検波器に与えられる。

特開平５−４１７１７号公報（段落００１８、図１）

しかしながら、上述のように固定周波数で直交検波を行う場合、入力変調波に周波数ずれが生じていると、検波されたベースバンド信号に周波数ずれ（周波数オフセット）が含まれる。このため、波形整形フィルタのろ波特性に対して周波数ずれが発生する。そして、波形整形が正しく行われないために波形に歪みが生じ、またろ波特性がずれることによって干渉波に対する耐力が劣化する。

本発明は、前記のような問題に鑑みなされたもので、入力信号に周波数ずれが生じていても正しく波形整形を行なうことができる復調装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る復調装置は、受信信号をベースバンド信号に変換するベースバンド変換手段と、前記ベースバンド信号の波形整形を行なう波形整形手段と、前記ベースバンド信号から搬送波成分を除去する搬送波除去手段と、前記搬送波成分が除去されたベースバンド信号から時間応答の異なる第１の成分と第２の成分を検出する位相ロックループ手段と、前記第１の成分がフィードバックされ、前記第１の成分に基づいて前記ベーバンド変換手段を駆動する第１の駆動信号を発振する第１の発振手段と、前記第２の成分がフィードバックされ、前記第２の成分に基づいて前記搬送波除去手段を駆動する第２の駆動信号を発振する第２の発振手段を具備する。

本発明の一実施形態に係る復調装置によれば、入力信号に周波数ずれが生じていても正しく波形整形を行なうことができる。

本発明の一実施形態に係る復調装置の系統図。 図１に示すデジタル復調部の構成の一例を示すブロック図。 上記実施形態に係るＰＬＬ回路の構成を示すブロック図。 ルートロールオフフィルタの通過特性（ろ波特性）を示す図。 図４に示すルートロールオフフィルタの通過特性に対する周波数ずれの一例を示す図。

以下、図面を参照して本発明による復調装置の実施の形態を説明する。

本発明の一実施形態に係る復調装置は、一例として、マイクロ波無線装置の受信部に用いられる。マイクロ波無線装置のアンテナによって検出された搬送波は、図１に示すような復調装置によって復調される。

図１は、本発明の一実施形態に係る復調装置の系統図を示す。第１中間周波数（１４０ＭＨｚ）の搬送波は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１に入力する。ＢＰＦ１１は、受信帯域を制限するフィルタで、外部からの干渉を除去し、その影響を除去する。

可変増幅器１２は、ＢＰＦ１１を通過した受信信号のレベル補正を行なう。可変増幅器１２に設定されるゲインは、ゲイン調整制御部１６によるフィードバック制御によって変更される。

周波数変換器１３は、発振器１４が発生するローカル信号により、受信信号の周波数を第２中間周波数（２１．４ＭＨｚ）にダウンコンバートする。

ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５は、受信信号をアナログ−デジタル（ＡＤ）変換する際に生じる折り返し雑音を除去するためのアンチエイリアシング・フィルタである。ＡＤ変換器１７は、例えば受信信号周波数の８倍のサンプリングレートでＬＰＦ１５が出力する受信信号をデジタル信号に変換する。

デジタル復調部２０は、デジタル変換された受信信号の復調、波形整形、等化処理等の処理等を行い、デジタル信号を再生する。

ＡＤ変換器１７及びデジタル復調部２０を動作させるためのクロック（ＡＤＣＬＫ）信号は、デジタル復調部２０から出力されてフィルタ４１を介して供給される周波数誤差情報から、発振器４２によって取り出される。

図２は、デジタル復調部２０の構成の一例を示すブロック図である。

デジタル復調部２０は、乗算器２１及び２２、デシメーションフィルタ２３、ルートロールオフ回路２４、ＡＧＣ回路２５、搬送波除去回路２６、トランスバーサル等化回路２７、最尤復号回路２８、ゼロクロス判定回路２９、位相誤差検出回路３０、ＰＬＬ回路３１、数値制御発振（ＮＣＯ）回路３２及び３３を具備している。

ＮＣＯ回路３２及び３３は、入力に応じた周波数で発振する発振器である。後述のようにＰＬＬ回路３１の出力には２つの成分があり、そのうちの応答の速い成分がＮＣＯ回路３２に、応答の遅い成分がＮＣＯ回路３３に供給される。ＮＣＯ回路３２は、応答の速い成分に応じ、互いに位相が９０°異なるコサイン波とサイン波を発生して搬送波除去回路２６に供給する。またＮＣＯ回路３３は、応答の遅い成分に応じ、互いに位相が９０°異なるコサイン波とサイン波を発生して、乗算器２１と２２とからなるベースバンド変換部に供給する。

乗算器２１及び２２は、受信信号を直交検波によってベースバンド信号に変換するベースバンド変換部を構成する。乗算器２１にはコサイン波が、乗算器２２には当該コサイン波とは位相が９０°異なるサイン波がＮＣＯ回路３３から入力する。乗算器２１によって受信信号の同相成分Ｉが、乗算器２２によって受信信号の直交成分Ｑが同期検出される。

デシメーションフィルタ２３は、受信信号のＩ成分とＱ成分それぞれにデシメーション処理を行い、サンプリング間隔をシンボルクロックの４倍程度に落とす。このデシメーションフィルタは、ＡＤＣＬＫ信号に同期して動作する。デシメーション処理された信号は、ルートロールオフフィルタ２４に入力する。

ルートロールオフフィルタ２４は、受信信号のＩ成分とＱ成分のそれぞれに対して符号間干渉を除去し、波形整形を行なうためのフィルタである。ルートロールオフフィルタ２４は、例えば受信信号のシンボルクロック（ＳｙｍＣＬＫ）の４倍の周波数で動作する。波形整形されたＩ成分及びＱ成分は、ＡＧＣ回路２５によってレベル補正される。ＡＧＣ回路２５は、例えばシンボルクロックの２倍に同期して動作する。

搬送波除去回路２６は、ＮＣＯ回路３２からのコサイン波及びサイン波の入力を受け、受信信号に残っている搬送波成分（周波数オフセット）を除去する。搬送波除去回路２６も、例えばシンボルクロックの２倍に同期して動作する。

トランスバーサル等化回路２７は、搬送波除去回路２６から出力される受信信号のＩ成分とＱ成分のそれぞれに、周波数選択性フェージングによる符号間干渉を除去するための適応等化処理を行う。最尤復号回路２８は、受信信号のデータ系列と可能な全ての符号化系列との距離を計算し、最小距離の符号化系列を最も確からしい符号系列として選択する最尤復号を行う。トランスバーサル等化回路２７及び最尤復号回路２８は、例えばシンボルクロックに同期して動作する。

ゼロクロス判定回路２９には、ルートロールオフフィルタ２４から出力された受信信号のＩ成分が入力される。ゼロクロス判定回路２９は、例えばシンボルクロックの２倍に同期して動作し、受信信号のゼロクロス点の通過を検出する。このゼロクロス判定回路２９によって、クロック再生用に用いるゼロクロス信号が抽出される。ゼロクロス判定回路２９の出力は、フィルタ４１へ送られる。

位相誤差検出回路３０は、トランスバーサル等化回路２７から出力される受信信号のＩ成分とＱ成分の位相差（位相誤差）を検出する。この位相誤差信号は、ＰＬＬ回路３１に供給される。

図３は、本実施形態に係るＰＬＬ回路３１の構成を示すブロック図である。図３に示すように、ＰＬＬ回路３１は、乗算器３１１と３１２、及び位相同期ループを構成する加算器３１３とレジスタ３１４を具備する。

ＰＬＬ回路３１に入力した位相誤差信号は２系統に配分され、乗算器３１１及び乗算器３１２に入力する。乗算器３１１及び乗算器３１２は、入力信号に応じた分周比に基づいて、周波数を変更する。レジスタ３１４と加算器３１３によって、乗算器３１２からの出力情報を積分する。これによって位相誤差信号は、位相揺らぎ等の応答の速い成分（乗算器３１１からの出力）と、周波数ずれ等の応答の遅い成分（レジスタ３１４からの出力）とに分けられる。応答の速い成分であるＰＬＬ出力（Ａ）は、ＮＣＯ回路３２に供給され、短いフィードバックループを構成する。また、応答が遅い成分であるＰＬＬ出力（Ｂ）は、ＮＣＯ回路３３に供給され、長いフィードバックループを構成する。

すなわち、ＰＬＬ回路３１には、位相誤差に瞬時に応答する成分と、誤差情報を積分して平滑化したあとに応答する成分の２種類の出力が生じる。これは、受信信号には、定常的な周波数ずれおよび位相ずれの成分と、絶えず変化している位相雑音の成分が存在するからである。

本実施形態に係るＰＬＬ回路３１では、応答の遅い周波数ずれの成分の情報をベースバンド信号への変換のためのＮＣＯ回路３３へフィードバックし、応答の速い位相揺らぎ成分の情報は、周波数オフセット除去のための搬送波除去回路２６に接続されたＮＣＯ回路３２にフィードバックする。

本実施形態に係るデジタル復調部２０では、応答の遅いＰＬＬ出力に応じてＮＣＯ回路３３で発生させた互いに位相が９０°異なるコサイン波とサイン波を乗算器２１と乗算器２２に入力して、受信信号をベースバンド帯に周波数変換する。

デジタル復調部２０に入力する受信信号に周波数ずれが大きく生じている場合、乗算器２１と２２によって固定の周波数でベースバンド信号への変換が行なわれると、周波数ずれ（周波数オフセット）を多く含む信号が生じる。このため、後段のロールオフフィルタ２４に対する周波数ずれが大きく発生する。

図４は、ルートロールオフフィルタ２４の通過特性（ろ波特性）を示す図である。図４に示すように、ルートロールオフフィルタ２４は、０Ｈｚを中心とした波形及び、２１．４ＭＨｚを中心とした波形を通過させる。しかしながら、ベースバンド信号に変換された受信信号が周波数ずれを含むと、図５に示すように、受信信号の波形の中心が、０Ｈｚと２１．４ＭＨｚからずれてしまう（図５ではαＨｚのずれ）。このため、例えば図５の斜線部の成分がロールオフフィルタ２４によってカットされてしまうなど、ロールオフ波形整形が正しく行われなくなることがある。ロールオフ波形整形が正しく行なわれないことによって波形に歪みが生じ、ろ波特性がずれることによって干渉波に対する耐力が劣化する。

また、入力変調波に同期させてベースバンド信号への変換を行なうには、変換後の位相ずれ成分を検出してフィードバックをする必要がある。このとき、フィードバックループの遅延が大きく発生するため、復調特性の劣化が発生してしまう。

このため本実施形態に係るデジタル復調部２０では図３に示すＰＬＬ回路２１を備えることで、入力変調波の周波数がずれた場合であっても、波形歪みの発生及びろ波特性の劣化を防止し、また基本的な復調特性に影響を与えることを防止する。

デジタル変調部２０では、周波数ずれに相当する成分をＮＣＯ回路３３にフィードバックする。これにより、周波数ずれ分をＮＣＯ回路３３で吸収することができる。従って、波形歪みの発生及びろ波特性の劣化を防ぐことができる。

また位相雑音等の常に変動している成分はＮＣＯ回路３２にフィードバックされる。このフィードバックループは遅延時間が短いため、速い変動にも追従することができる。従って、復調性能を劣化させない。

以上のように、本発明によれば、復調装置の基本性能を維持しつつ、周波数ずれによる性能劣化を防ぐ復調装置を実現することができる。

本願発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、前記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、１つの実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されたり、幾つかの実施形態に示される構成要件が組み合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除されたり組み合わされた構成が発明として抽出され得るものである。

１１…バンドパスフィルタ、１２…可変増幅器、１３…周波数変換器、１４…発振器、１５…ローパスフィルタ、１６…ゲイン調整制御部、１７…ＡＤ変換器、２０…デジタル復調部、２１、２２…乗算器、２３…デシメーションフィルタ、２４…ルートロールオフフィルタ、２５…ＡＧＣ回路、２６…搬送波除去回路、２７…トランスバーサル等化回路、２８…最尤復号回路、２９…ゼロクロス判定回路、３０…位相誤差検出回路、３１…ＰＬＬ回路、３２、３３…数値制御発振回路、４１…フィルタ、４２…発振器。

Claims (7)

1. 受信信号をベースバンド信号に変換するベースバンド変換手段と、
   前記ベースバンド信号の波形整形を行なう波形整形手段と、
   前記ベースバンド信号から搬送波成分を除去する搬送波除去手段と、
   前記搬送波成分が除去されたベースバンド信号から時間応答の異なる第１の成分と第２の成分を検出する位相ロックループ手段と、
   前記第１の成分がフィードバックされ、前記第１の成分に基づいて前記ベーバンド変換手段を駆動する第１の駆動信号を発振する第１の発振手段と、
   前記第２の成分がフィードバックされ、前記第２の成分に基づいて前記搬送波除去手段を駆動する第２の駆動信号を発振する第２の発振手段と、
   を具備する復調装置。
2. 前記位相ロックループ手段は、前記ベースバンド信号から、時間応答が遅い第１の成分と、時間応答が速い第２の成分を検出する請求項１に記載の復調装置。
3. 前記位相ロックループ手段は、前記ベースバンド信号から、周波数ずれ成分を前記第１の成分として、位相揺らぎ成分を前記第２の成分として検出する請求項２に記載の復調装置。
4. 前記ベースバンド変換手段は、直交検波によって、前記受信信号から同相成分と直交成分を検出し、
   前記位相ロックループ手段は、前記同相成分と前記直交成分の位相差に基づいて動作する請求項１に記載の復調装置。
5. 前記第１の発振手段は、数値制御発振器を含む請求項１に記載の復調装置。
6. 前記第２の発振手段は、数値制御発振器を含む請求項１に記載の復調装置。
7. 前記波形整形手段は、ロールオフ波形整形を行なうロールオフフィルタを含む請求項１に記載の復調装置。

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