JP2015122658A - デジタル送信装置、デジタル受信装置、デジタル通信システム及びその同期検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 所望する伝送速度を落とさずに同期検出精度を高めることができるデジタル通信システムを提供する。【解決手段】 同期パターン及び伝送情報をＱＰＳＫ変調方式に従ってデジタル変調して送信するデジタル送信装置においては、デジタル変調信号における同期パターン部分の位相変化が、π／２シフトＢＰＳＫ変調方式によるデジタル変調信号の位相変化とみなすことができるシンボル列を有する同期パターンを適用する。デジタル送信装置が送信したデジタル変調信号が与えられるデジタル受信装置の同期検出手段は、ＱＰＳＫ変調方式に従うデジタル変調信号に対し、π／２シフトＢＰＳＫ変調方式によるデジタル変調信号が到来したとして同期検出を行う。【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタル送信装置、デジタル受信装置、デジタル通信システム及びその同期検出方法に関し、例えば、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式を適用したデジタル通信に適用し得るものである。

携帯電話通信のデジタル変調方式として、例えば、ＱＰＳＫ変調方式が適用されたものがある。デジタル変調方式がＱＰＳＫ変調方式であれば、デジタル信号でなる伝送情報も同期信号もＱＰＳＫ変調方式に従って変調されて送信され、受信側において、伝送情報の変調部分も同期信号の変調部分もＱＰＳＫ変調方式に従って復調される（ＱＰＳＫ変調方式を適用したデジタル通信システムについては、例えば、特許文献１〜特許文献３に記載されている）。この場合において、受信側における耐ノイズ性能は受信ＣＮ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｎｏｉｓｅ）比−ＢＥＲ（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）特性で表現でき、耐ノイズ性能はＱＰＳＫ変調方式の理論値となる。

特開２００９−６０５７９号公報 特表２０１１−５２６４３４号公報 特開平９−８３６００号公報

伝送情報は、送信側で誤り訂正の符号化を行ってからＱＰＳＫ変調し、受信側でＱＰＳＫ復調したものに誤り訂正を施すため、回線品質としては、低ＣＮ比の状態で動作させることができる。一方、同期信号は、誤り訂正の符号化が行われた伝送情報に付加されるため、同期信号に対して誤り訂正符号化は適用されず、そのため、受信側において誤った同期検出の可能性がある。

そこで、ＱＰＳＫ変調方式に代えて、ＱＰＳＫ変調方式より低ＣＮ比のデジタル変調方式、例えば、ＢＰＳＫ変調方式を適用することも考えられるが、このようにした場合には伝送速度は低速（半分）になる。

そのため、所望する伝送速度を落とすことなく、同期検出精度を高めることができるデジタル送信装置、デジタル受信装置、デジタル通信システム及びその同期検出方法が望まれている。

第１の本発明は、同期パターン及び伝送情報を第１のデジタル変調方式に従ってデジタル変調して送信するデジタル送信装置において、上記同期パターンを上記第１のデジタル変調方式に従ってデジタル変調した信号部分の位相変化が、１シンボル当たりのビット数が上記第１のデジタル変調方式より少ない第２のデジタル変調方式によるデジタル変調信号の位相変化とみなすことができるように、上記同期パターンのシンボル列が選定されていることを特徴とする。

第２の本発明は、同期パターン及び伝送情報が第１のデジタル変調方式に従ってデジタル変調されたデジタル変調信号であって、第１の本発明のデジタル送信装置が送信したデジタル変調信号を受信するデジタル送信装置において、到来した第１のデジタル変調方式に従う上記デジタル変調信号に対し、１シンボル当たりのビット数が上記第１のデジタル変調方式より少ない第２のデジタル変調方式によるデジタル変調信号が到来したとして同期検出を行う同期検出手段を有することを特徴とする。

第３の本発明のデジタル通信システムは、第１の本発明のデジタル送信装置と、第２の本発明のデジタル受信装置とが対向していることを特徴とする。

第４の本発明のデジタル通信システムの同期検出方法は、（１）同期パターン及び伝送情報を第１のデジタル変調方式に従ってデジタル変調して送信するデジタル送信装置が、上記同期パターンとして、上記第１のデジタル変調方式に従ってデジタル変調した信号部分の位相変化が、１シンボル当たりのビット数が上記第１のデジタル変調方式より少ない第２のデジタル変調方式によるデジタル変調信号の位相変化とみなすことができるシンボル列を有する同期パターンを発生し、（２）上記デジタル送信装置が送信したデジタル変調信号が与えられるデジタル受信装置の同期検出手段が、上記第１のデジタル変調方式に従う上記デジタル変調信号に対し、上記第２のデジタル変調方式によるデジタル変調信号が到来したとして同期検出を行うことを特徴とする。

本発明によれば、所望する伝送速度を落とすことなく、同期検出精度を高めることができるデジタル送信装置、デジタル受信装置、デジタル通信システム及びその同期検出方法を実現できる。

第１の実施形態のデジタル通信システムの構成を示すブロック図である。 第１の実施形態のデジタル通信システムが適用可能な伝送フレームのフォーマット例を示す説明図である。 ＱＰＳＫ変調方式におけるシンボル配置と、π／２シフトＢＰＳＫ変調方式におけるシンボル配置とを示す説明図である。 第１の実施形態のデジタル通信システムにおける送信側の同期パターンと受信側が同期検出するパターンとを示す説明図である。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明によるデジタル送信装置、デジタル受信装置、デジタル通信システム及びその同期検出方法の第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。第１の実施形態のデジタル通信システムが適用しているデジタル変調方式はＱＰＳＫ変調方式である。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態のデジタル通信システムの構成を示すブロック図である。

図１において、第１の実施形態のデジタル通信システム１は、デジタル送信装置２及びデジタル受信装置３が伝送回線４を挟んで対向する構成を有する。伝送回線４は、無線回線及び有線回線のいずれであっても良い。

デジタル送信回路２は、伝送フレーム生成部１０、同期パターン発生部１１及びＱＰＳＫ変調部１２を有する。一方、デジタル受信装置３は、π／２シフトＢＰＳＫ同期検出部２０、ＱＰＳＫ復調部２１及び伝送フレーム分解部２２を有する。

伝送フレーム生成部１０には伝送情報が与えられる。伝送フレーム生成部１０は、与えられた伝送情報を所定長ずつ切り分け、切り分けた伝送情報単位に、同期パターン発生部１１が発生した固定の同期パターンを付加して伝送フレームを生成し、ＱＰＳＫ変調部１２に与えるものである。

ここで、伝送フレーム生成部１０に与えられる伝送情報は、既に誤り訂正符号化が施されたものであっても良く、誤り訂正符号化が施されていないものであっても良い。後者の場合には、伝送フレーム生成部１０は、与えられた伝送情報を切り分けた後に、その切り分けた伝送情報に誤り訂正を施して誤り訂正符号を付与するようにしても良い。

図２は、伝送フレームのフォーマット例を示す説明図である。図２（Ａ）は、伝送情報の先頭側及び末尾側にそれぞれ異なる同期パターン（同期ワード）を付与した伝送フレームを示し、図２（Ｂ）は、伝送情報の先頭側のみに同期パターンを付与した伝送フレームを示している。伝送フレーム生成部１０は、いずれのフォーマットに従う伝送フレームを生成するものであっても良い。図２における「伝送情報」の部分には、本来の伝送情報に加えて、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）符号や誤り訂正符号が含まれていても良い。

同期パターン発生部１１は、伝送フレームに盛り込まれる固定の同期パターンを発生するものである。ここで、同期パターン発生部１１が複数種類の同期パターンを発生し得るものであり、図示しない制御部から指示された同期パターンを同期パターン発生部１１が発生するものであっても良い。この場合には、π／２シフトＢＰＳＫ同期検出部２０も、図示しない受信側制御部から指示された同期パターンを検出対象とする。

第１の実施形態のデジタル送信回路２は、同期パターン発生部１１が発生する同期パターンが、動作説明の項で明らかにするように、デジタル受信装置３のπ／２シフトＢＰＳＫ同期検出部２０が、ＱＰＳＫ変調された同期信号をπ／２シフトＢＰＳＫ変調された同期信号とみなして処理できる同期パターンになっていることを特徴としている。

ＱＰＳＫ変調部１２は、伝送フレーム生成部１０が生成した伝送フレームをＱＰＳＫ変調し、その変調後のＱＰＳＫ変調信号を伝送回線４へ送出するものである。

デジタル受信装置３におけるπ／２シフトＢＰＳＫ同期検出部２０は、伝送回線４から到来したＱＰＳＫ変調信号における同期パターン（のタイミング）を検出し、同期タイミング情報をＱＰＳＫ復調部２１に与えるものである。π／２シフトＢＰＳＫ同期検出部２０は、伝送回線４から到来したＱＰＳＫ変調信号を、π／２シフトＢＰＳＫ変調信号とみなして同期パターンを検出するものである。

ＱＰＳＫ復調部２１は、同期タイミング情報に基づいて、伝送回線４から到来したＱＰＳＫ変調信号に対してＱＰＳＫ復調を行って得られた復調信号を伝送フレーム分解部２２に与えるものである。ＱＰＳＫ復調部２１は、伝送回線４から到来したＱＰＳＫ変調信号の全体に対してＱＰＳＫ復調を行っても良く、伝送回線４から到来したＱＰＳＫ変調信号における同期信号部分以外の部分に対してＱＰＳＫ復調を行っても良い。

伝送フレーム分解部２２は、ＱＰＳＫ復調部２１からの復調信号に対して、所定の処理を行ってデジタル送信装置２が送信しようとした伝送情報を得て次段の装置へ送出するものである。復調信号が伝送フレームであって、伝送フレーム単位に付加された誤り訂正符号を有するものであれば、伝送フレーム分解部２２は、伝送フレーム単位に誤り訂正処理を行う。また、誤り訂正符号が所定数の伝送フレームの伝送情報をまとめた単位で誤り訂正符号が付加されているのであれば、伝送フレーム分解部２２は、そのような単位で誤り訂正処理を行う。若しくは、誤り訂正符号が付加されたままの伝送情報を、次段の装置へ送出する。

なお、ＱＰＳＫ復調部２１及び伝送フレーム分解部２２は、従来と同様なものである。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態のデジタル通信システム１における動作を説明する。特に、デジタル受信装置３のπ／２シフトＢＰＳＫ同期検出部２０が行う同期検出に関係する動作を中心に説明する。

送信しようとする伝送情報がデジタル送信装置２に与えられる。デジタル送信装置２の伝送フレーム生成部１０において、与えられた伝送情報を所定長ずつ切り分け、切り分けた伝送情報単位に、同期パターン発生部１１が発生した固定の同期パターンが付加されて伝送フレームが生成される。生成された伝送フレームは、ＱＰＳＫ変調部１２においてＱＰＳＫ変調され、得られたＱＰＳＫ変調信号が伝送回線４へ送出される。

上述したように、同期パターン発生部１１が発生する同期パターンは、π／２シフトＢＰＳＫ同期検出部２０がＱＰＳＫ変調された同期信号をπ／２シフトＢＰＳＫ変調された同期信号とみなして処理できる同期パターンになっている。以下、このことを詳細に説明する。

図３は、ＱＰＳＫ変調方式におけるシンボル配置（コンスタレーション（Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ））と、π／２シフトＢＰＳＫ変調方式におけるシンボル配置とを示す説明図である。

図３（Ａ）に示すＱＰＳＫ変調方式におけるシンボル配置と、図３（Ｂ）に示すπ／２シフトＢＰＳＫ変調方式におけるシンボル配置との比較から明らかなように、各シンボルが取り得る座標上のシンボル点（Ｉ，Ｑ）は同様である。π／２シフトＢＰＳＫ変調方式の場合、ＱＰＳＫ変調方式とは異なり、奇数番目のシンボルが取り得るシンボル点（座標）と偶数番目のシンボルが取り得るシンボル点とが完全に異なっている。

そこで、ＱＰＳＫ変調方式における４つのシンボルのうちシンボル「００」及び「１１」を同期パターンの奇数番目のシンボルに用い、シンボル「０１」及び「１０」を同期パターンの偶数番目のシンボルに用いると、ＱＰＳＫ変調された同期パターンの位相変化は、恰も、π／２シフトＢＰＳＫ変調された同期パターンの位相変化と同様になる。例えば、図４の２行目（送信側）に示すように、同期パターン発生部１１が発生する固定の同期パターンを定めた場合、すなわち、００→０１→００→０１→００→１０→１１→１０→…に定めた場合、ＱＰＳＫ変調された同期パターンの位相変化は、図４の３行目（受信側）に示すパターン、すなわち、０→１→０→１→０→０→１→０→…をπ／２シフトＢＰＳＫ変調方式で変調した際の位相変化と同様になる。

以上のように、ＱＰＳＫ変調される同期パターンであってもそのパターンの選定により、ＱＰＳＫ変調後の位相変化が、あるパターンをπ／２シフトＢＰＳＫ変調した際の位相変化と同様にでき、デジタル受信装置３側において、π／２シフトＢＰＳＫ同期検出部２０を適用可能となる。

デジタル受信装置３には、伝送回線４からＱＰＳＫ変調信号が与えられ、π／２シフトＢＰＳＫ同期検出部２０において、伝送回線４から到来したデジタル変調信号が、ＱＰＳＫ変調信号ではなくπ／２シフトＢＰＳＫ変調信号であるとして、同期パターン（のタイミング）の検出が実行される。図４の例で言えば、π／２シフトＢＰＳＫ同期検出部２０には、図４の３行目に示すパターンが検出対象の同期パターンとしてセットされており、伝送回線４から到来したＱＰＳＫ変調信号に対して、π／２シフトＢＰＳＫ変調方式に従って同期パターンの検出が実行される。

π／２シフトＢＰＳＫ同期検出部２０によって同期パターンが検出されると、同期タイミング情報がＱＰＳＫ復調部２１に与えられ、同期タイミング情報が規定するタイミングに基づいて、伝送回線４から到来したＱＰＳＫ変調信号に対してＱＰＳＫ復調が実行され、得られた復調信号から、伝送フレーム分解部２２によって、デジタル送信装置２が送信しようとした伝送情報が取り出されて次段の装置へ送出される。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、ＱＰＳＫ変調される同期パターンとして、ＱＰＳＫ変調後の信号の位相変化が、π／２シフトＢＰＳＫ変調信号の位相変化とみなすことができるものを適用し、受信側において、π／２シフトＢＰＳＫ変調信号に対する同期検出処理によって、ＱＰＳＫ変調信号の同期を検出するようにしたので、同期検出時における１シンボル当たりのビット数を本来の２ビットから１ビットに減少させることができ、同期検出時のＣＮ比特性を改善することができる（理論的には３ｄＢ改善することができる）。

同期検出精度が向上したことにより、安定したデジタル通信を実現することができる。

（Ｂ）他の実施形態
上記第１の実施形態では、ＱＰＳＫ変調される同期パターンをπ／２シフトＢＰＳＫ変調方式を考慮して選定し、受信側において、π／２シフトＢＰＳＫ変調信号に対する同期検出方法を適用して、ＱＰＳＫ変調信号に対する同期を検出するものを示したが、本発明は、これに限定されず、ＱＰＳＫ変調方式とπ／２シフトＢＰＳＫ変調方式との関係と同様な関係を有する２つのデジタル変調方式を考慮して本発明のデジタル通信システムを構成することができる。

例えば、８ＰＳＫ変調方式とπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式との関係は、ＱＰＳＫ変調方式とπ／２シフトＢＰＳＫ変調方式との関係と同様である。従って、８ＰＳＫ変調される同期パターンをπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式を考慮して選定し、受信側において、π／４シフトＱＰＳＫ変調信号に対する同期検出方法を適用して、８ＰＳＫ変調信号に対する同期を検出するようにしても良い。

上記説明では、デジタル通信システムの例として、携帯電話通信システムを挙げたが、本発明のデジタル通信システムの用途は携帯電話通信システムに限定されるものではない。

１…デジタル通信システム、
２…デジタル送信装置、
１０…伝送フレーム生成部、１１…同期パターン発生部、１２…ＱＰＳＫ変調部、
３…デジタル受信装置、
２０…π／２シフトＢＰＳＫ同期検出部、２１…ＱＰＳＫ復調部、２２…伝送フレーム分解部。

Claims (6)

1. 同期パターン及び伝送情報を第１のデジタル変調方式に従ってデジタル変調して送信するデジタル送信装置において、
   上記同期パターンを上記第１のデジタル変調方式に従ってデジタル変調した信号部分の位相変化が、１シンボル当たりのビット数が上記第１のデジタル変調方式より少ない第２のデジタル変調方式によるデジタル変調信号の位相変化とみなすことができるように、上記同期パターンのシンボル列が選定されていることを特徴とするデジタル送信装置。
2. 上記第１のデジタル変調方式がＱＰＳＫ変調方式であり、上記第２のデジタル変調方式がπ／２シフトＢＰＳＫ変調方式であることを特徴とする請求項１に記載のデジタル送信装置。
3. 同期パターン及び伝送情報が第１のデジタル変調方式に従ってデジタル変調されたデジタル変調信号であって、請求項１に記載のデジタル送信装置が送信したデジタル変調信号を受信するデジタル送信装置において、
   到来した第１のデジタル変調方式に従う上記デジタル変調信号に対し、１シンボル当たりのビット数が上記第１のデジタル変調方式より少ない第２のデジタル変調方式によるデジタル変調信号が到来したとして同期検出を行う同期検出手段を有することを特徴とするデジタル受信装置。
4. 上記第１のデジタル変調方式がＱＰＳＫ変調方式であり、上記第２のデジタル変調方式がπ／２シフトＢＰＳＫ変調方式であることを特徴とする請求項３に記載のデジタル受信装置。
5. 請求項１に記載のデジタル送信装置と、請求項３に記載のデジタル受信装置とが対向していることを特徴とするデジタル通信システム。
6. 同期パターン及び伝送情報を第１のデジタル変調方式に従ってデジタル変調して送信するデジタル送信装置が、上記同期パターンとして、上記第１のデジタル変調方式に従ってデジタル変調した信号部分の位相変化が、１シンボル当たりのビット数が上記第１のデジタル変調方式より少ない第２のデジタル変調方式によるデジタル変調信号の位相変化とみなすことができるシンボル列を有する同期パターンを発生し、
   上記デジタル送信装置が送信したデジタル変調信号が与えられるデジタル受信装置の同期検出手段が、上記第１のデジタル変調方式に従う上記デジタル変調信号に対し、上記第２のデジタル変調方式によるデジタル変調信号が到来したとして同期検出を行う
   ことを特徴とするデジタル通信システムの同期検出方法。

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