JP2018502487A - Ａｍ復調 - Google Patents

Abstract

振幅変調された無線信号を復調する方法が開示される。この方法は、変調された信号３０２を位相検出器３０８およびエッジ検出器３１４の両方に誘導することと、位相検出器３０８およびエッジ検出器３１４のそれぞれの出力信号３１０、３１８、３２０を用いて信号３０２における変調シンボル３４０の境界を判定することと、を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、振幅変調（ＡＭ）された信号、特に、例えば短距離データ通信に用いられるような無線信号の復調に関する。

信号を復調するときに、変調シンボルのエッジを正確に判定することがしばしば必要とされる。例えば、無線通信システムは、変調シンボルによって変調された周期的搬送波信号を含むＡＭ信号を送信機が受信機に送信するように構成され、該受信機は該信号内に含まれる情報またはデータを元に戻すために該ＡＭ信号を復調する必要がある。例えば、信号が、振幅が２つの所定のレベル間で変化する繰り返しパターンの搬送波を含むデジタルデータを伝送する場合、各変調シンボルの境界の正確なタイミングは、システムの動作、特に、応答の開始点を厳密なある時点に設定するのに用いられるタイマを開始することに関して重要となり得る。

変調された信号からＡＭ変調シンボルを復調するときに、包絡線検出器を用いて、一般的には変調された信号を生成した複数の変調シンボルをなぞる、変調信号の全体的な形状を伝える信号包絡線を抽出することが知られている。このような包絡線検出器は、単純な整流器をしばしば備え、この場合、整流器の出力信号は、アナログフィルタを用いてフィルタされてから、比較器に送られ復調済みの信号として出力される。

このような解決策に用いられるアナログフィルタは、通常、実際の包絡線の不正確な検出と、変調シンボルのエッジが出現するタイミングの不確実性につながる可能性がある、工程変動（製造プロセスに起因するデバイス間の差異）に悩まされる。

信号の変調にＡＭ技術だけが用いられている場合に、復調目的で位相ロックループ（ＰＬＬ）を用いることも公知である。このようなシステムでは、変調された信号および局部発振器信号の両方が位相検出器に送られる。入力信号が搬送波をなくして変調されれば、位相検出器は基準入力上に何も信号を感知せず、ＰＬＬは位相ロックできなくなるであろう。復調は、当業者にそれ自体が公知の単純なロック検出器回路を用いることによって達成することができる。

ＰＬＬを用いることの欠点は、位相ロックを検出するのに必要とされる時間が、通常それ自体がアナログコンポーネントのアナログ工程変動に依存する、発振器の自走周波数に依存することである。

本発明は、代替的手法を提供しようとするものである。

第１の態様から、本発明は、振幅変調された無線信号を復調する方法を提供するものであって、前記方法は、変調された前記無線信号を位相検出器およびエッジ検出器の両方に誘導することと、前記位相検出器および前記エッジ検出器のそれぞれの出力信号を用いて前記無線信号における変調シンボルの境界を判定することと、を含む。

第２の態様から、本発明は、振幅変調された無線信号を復調するように構成された受信機を提供するものであって、前記受信機は、変調された前記無線信号を受信するように両方とも構成された位相検出器およびエッジ検出器を備え、前記位相検出器および前記エッジ検出器のそれぞれの出力信号を用いて、変調された前記無線信号における変調シンボルの境界を判定するように構成される。

したがって、本発明によれば、受信機は、変調された無線信号を、変調された信号の包絡線を得るための位相検出器、および、変調された信号のエッジを判定することができるエッジ検出器の両方に誘導することが当業者には分かるであろう。両方の検出器からの出力を用いて変調シンボルの境界を判定することによって、復調済みの信号を出力することができる。

位相検出器およびエッジ検出器の両方を用いることによって、エッジ検出器のない従来のシステムと比べたときに変調シンボルの境界に関する不確実性が減少した、復調済みの信号を得ることができる。

当該技術分野でそれ自体が公知のいくつかの位相検出器回路が存在する。いくつかの一連の実施形態において、位相検出器は、位相ロックループとロック検出器と、を備える。

変調シンボルが存在するかどうかを判定するために、慣習的には正弦波である入力信号を、位相検出器に入力として提供する前に、矩形波に変換することが有利である。いくつかの一連の実施形態において、変調された信号は、正弦波−矩形波コンバータに送られる。

上述した矩形波の出力を用いて、変調された信号上に変調シンボルが存在する時点を判定することができる。いくつかの別の一連の実施形態において、正弦波−矩形波コンバータの出力は、変調シンボルが存在しないときの矩形波と、変調シンボルが存在するときの一定値と、を含む。

正弦波−矩形波コンバータ回路の性質に起因して、変調シンボルが存在するときに矩形波出力が論理ハイ値または論理ロー値のどちらを含むことになるかは、通常は常に前もって分かるとは限らない。正弦波−矩形波コンバータ（シュミットトリガを用いるものなど）がヒステリシスを有することはよくあることであり、ゆえに、入力が前述のヒステリシスを克服するのに必要とされる閾値電圧を下回るときに出力がどのような値をとることになるかは分からない。

変調された信号上に存在する変調シンボルの境界は、エッジ検出器の入力値の第１一定値から第２一定値への変化を監視することによって判定してもよい。いくつかの一連の実施形態において、エッジ検出器は、エッジ検出器への入力が第１閾値を上回るときに第１レベルにラッチする第１出力と、エッジ検出器への入力が第２閾値を下回るときに第２レベルにラッチする第２出力と、を含む。第１閾値および第２閾値は、同じであってもよいが、通常、これらは異なる。

エッジ検出器は、出力を継続的に生成することもできる。しかしながら、一連の実施形態において、エッジ検出器は、代わりに、変調された信号上にこのような変調シンボルが現在存在することが分かると、変調シンボルの境界のみを監視する。したがって、いくつかの一連の実施形態において、位相検出器が変調シンボルを検出した後にエッジ検出器をリセットするように構成された結合器が提供される。

変調された信号上に変調シンボルが存在するとともにエッジ検出器がリセットされていると判定されたときは、変調シンボルの境界を監視することが有利である。正弦波−矩形波コンバータ上に存在する上記のヒステリシス効果に起因して、変調シンボルの境界がローからハイへの遷移またはハイからローへの遷移のいずれによって示されることになるかは通常は事前には分からないが、信号の現在レベルを判定して、対応する反対レベルへの変化を監視することは可能である。いくつかの一連の実施形態において、結合器は、エッジ検出器をリセットした後にエッジ検出器の第１出力が第１出力値にラッチするのを検出するように構成されて、エッジ検出器の第２出力が第２出力値にラッチするのを監視する。

やがて、変調シンボルは終わり、正弦波−矩形波コンバータからの出力はもはや一定のままではなくなる。別の一連の実施形態において、エッジ検出器の第２出力が第２出力値にラッチすることを利用して、変調シンボルの境界を示してもよい。

一般に、所与の復調スキームのいずれにおいてもエラーが発生する可能性があり、ある状況下では、変調シンボルの検出された境界を検証しこの境界が真であることを保証することによって、これらのエラーを減らすことが有利である。いくつかの一連の実施形態において、エッジ検出器によって検出されたエッジは、エッジの後に続く位相検出器出力がハイになることを確認することによって検証される。

いくつかの一連の実施形態において、復調器は、バッテリ駆動の集積回路内に実装される。

本発明が幅広い通信技術での用途を有することを当業者は理解するであろう。いくつかの一連の実施形態において、当該復調は、近距離無線通信（ＮＦＣ）システムで用いるために提供される。

本発明に関連して言及される搬送波は、正弦波の波形に限定されず、矩形波、鋸波、三角波、または他の周期的波形を含むがこれらに限定されない他の波形を含むこともできることも当業者は理解するであろう。

次に、ほんの一例として、添付図を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

（ａ）は従来のアナログ包絡線検出器型復調器のブロック図であり、（ｂ）は従来の位相ロックループ型復調器のブロック図である。 従来の単純なアナログ包絡線検出器型復調器と従来の位相ロックループ型復調器のタイミング図である。 本発明の典型的な実施形態のブロック図である。 本発明の典型的な実施形態のタイミング図である。

図１（ａ）は、従来のアナログ包絡線検出器型復調装置１００のブロック図を示す。入来する変調された信号１０２は、アナログ包絡線検出器１０４へ送られる。この包絡線検出器１０４は、単純な整流器の形態をとることもできる。包絡線検出器１０４は、出力として包絡線信号１０６を生成する。この包絡線信号１０６は、変調された入力信号１０２の包絡線に忠実に従う形状を有する。結果的に生じる包絡線信号１０６は、次いで、復調済みの信号１１０を生成するために包絡線信号１０６を閾値と比較する比較器１０８に送られる。

図１（ｂ）は、従来の位相ロックループ型復調装置２００のブロック図を示す。入来する変調された信号２０２は、出力として矩形波２０６を生成する正弦波−矩形波コンバータ２０４へ送られる。この矩形波２０６は、図２を参照してさらに詳述するように、入来する変調された信号２０２との固定の位相関係を有する。ロック検出器付き位相ロックループ２０８は、矩形波２０６を第１入力として取り入れ、整合した周波数の局部発振器２０７を第２入力として取り入れる。変調シンボルが続く間、矩形波２０６と発振器２０７との間の位相関係はもはや存在せず、そのため、位相ロックループはロックを失う。位相ロックループがロックを有するとき、および、有さないときを示す信号が、出力として復調済みの信号２１０をもたらす。

図２は、図１（ａ）にある従来のアナログ包絡線検出器型復調装置１００および図１（ｂ）にある位相検出器型復調装置２００のタイミング図を示しており、時間関数としてこれらの装置と関係付けられた信号の特性を示す。

変調された信号１０２、２０２は、振幅変調（ＡＭ）技術を用いて変調された搬送波信号（この例では、搬送波信号は正弦波の波形である）で構成され、結果として変調された信号１０２、２０２の包絡線は、この場合２つの別個の信号レベルのシンボルを伝送する。シンボル１２０、２２０の長さは、信号レベルが所与の閾値を下回った状態の持続時間である。

アナログ包絡線検出器型復調装置１００を用いるとき、変調された信号１０２は、包絡線検出器１０４によって処理され、復調済みの信号１１０が得られる。ここで、復調済みの信号１１０の包絡線は、変調された信号１０２の包絡線をなぞり、閾値演算を経てシンボルのエッジが定義される。しかしながら、図面で分かるように、エッジ検出器のコンポーネントでの避けられない工程変動に起因して、変調シンボルの境界におけるある程度の不確実性１２２が存在し、この結果、復調済みの信号１１０に存在するシンボルの長さが、変調された信号１０２に元々存在するシンボル１２０の長さとは異なることになる。

位相ロックループ型復調装置２００を用いるとき、変調された信号２０２は、矩形波に変換された信号２０６を生成する正弦波−矩形波コンバータ２０４によって処理される。変調シンボル２２０が存在しないと、矩形波に変換された信号２０６は、変調された信号２０２と同じ周波数を有する。しかし、変調シンボル２２０が続く間、矩形波に変換された信号２０６は、矩形波シンボルの持続時間２１４にわたり一定のままである。矩形波に変換された信号２０６は、変調シンボル２２０が続く間はハイまたはローにラッチするが、どちらとなるかは予測可能ではなく、毎回変化する場合がある。

この従来の位相ロックループ型復調装置２００（図１（ｂ））において、矩形波に変換された信号２０６は、次いで、ロック検出器付き位相ロックループ２０８に入力される。ロック検出器付き位相ロックループ２０８は自走式局部発振器２０７を有し、自走式局部発振器２０７は、搬送波の周波数で動作して、局部発振器２０７の信号を矩形波に変換された信号２０６と比較し２つの信号間の位相関係を判定することによって、出力信号２１０を生成する。

出力信号２１０は、位相ロックループがロックを確立する（すなわち、局部発振器信号と矩形波に変換された信号２０６との間に固定の位相関係がある）とハイになる。対照的に、出力信号２１０は、ロックを確立することができないとローになるが、この現象は、変調シンボル２２０が存在して、矩形波に変換された信号２０６が矩形波シンボルの持続時間２１４にわたり一定のままとなり、矩形波に変換された信号２０６と局部発振器信号との間の位相関係がなくなるときに起こる。出力信号２１０は、変調された信号２０２を形成した変調信号の一般的形状をなぞることによって、復調済みの信号となる。しかし、復調済みの出力信号２１０は、ロックを再確立するのにかかる可変時間に起因して、変調シンボルの境界の位置に関しある程度の不確実性２１２を有する。

図３は、例えば双方向無線通信システムで用いられる、本発明の典型的な実施形態のブロック図を示す。アンテナ３２８は、入来する信号３２６を受信し、受信した信号３３０を増幅器３３２に提供する。受信した信号３３０は、増幅器３３２によって増幅されて、復調器３００による使用のために十分な振幅を提供する。増幅された信号３３４は、次いで、ダウンコンバータ３３６によって処理されて、復調に適切な変調された信号入力３０２を生成する。例えば近距離通信（ＮＦＣ）の実装など他の実施形態では、ダウンコンバータおよび／または増幅器は必要ではない場合がある。入来する変調された信号３０２は、矩形波に変換された信号３０６を生成する正弦波−矩形波コンバータ３０４へ誘導される。

矩形波に変換された信号３０６は、次いで、ロック検出器付き位相ロックループ３０８に入力される。ロック検出器付き位相ロックループ３０８は自走型局部発振器３０９を有し、自走型局部発振器３０９は、搬送波の周波数で動作して、この局部発振器信号を矩形波に変換された信号３０６と比較し２つの信号間の位相関係を判定することによって、ロック検出信号３１０を生成する。

矩形波に変換された信号３０６は、エッジ検出器３１４にも入力される。エッジ検出器３１４は２つのラッチを備え、第１ラッチは、矩形波に変換された信号３０６が所定の閾値を上回ると論理ハイ値にラッチする正のエッジ信号３１８を提供する一方で、第２ラッチは、矩形波に変換された信号３０６が別の所定の閾値を下回ると論理ハイ値にラッチする負のエッジ信号３２０を提供する。

ロック検出信号３１０は結合器３１２に入力され、結合器３１２は、変調シンボルの存在を監視して、エッジ検出器３１４にラッチリセット信号３１６を提供する。この結合器３１２は、図４を参照してさらに後述するように、正のエッジ信号３１８および負のエッジ信号３２０を取り入れこれらの入力をロック検出信号３１０と結合することによって、復調済みの出力信号３２２を生成する。

図４は、図３に示した本発明の典型的な実施形態のタイミング図であり、時間関数として本発明のさまざまなコンポーネントと関係付けられた信号の特性を示す。

変調された信号３０２は、振幅変調（ＡＭ）技術を用いて変調された搬送波信号（この例では、搬送波信号は正弦波の波形である）で構成され、結果として変調された信号３０２の包絡線は、この場合２つの別個の信号レベルのシンボルを伝送する。シンボル３４０の長さは、信号レベルが所与の閾値を下回った状態の持続時間である。

位相ロックループ型復調装置３００を用いるとき、変調された信号３０２は、矩形波に変換された信号３０６を生成する正弦波−矩形波コンバータ３０４によって処理される。変調シンボル３４０が存在しないと、矩形波に変換された信号３０６は、変調された信号３０２と同じ周波数を有する。しかし、変調シンボル３４０が続く間、矩形波に変換された信号３０６は、矩形波シンボルの持続時間３１４にわたり一定のままである。正弦波−矩形波コンバータ３０４に存在するヒステリシスに起因して、矩形波に変換された信号３０６は、変調シンボル３４０が続く間はハイまたはローにラッチするが、どちらとなるかは予測可能ではなく、毎回変化する場合がある。

ロック検出器付き位相ロックループ３０８のロック検出信号３１０は、位相ロックループがロックを確立する（すなわち、局部発振器信号と矩形波に変換された信号３０６との間に固定の位相関係がある）とハイになる。対照的に、ロック検出信号３１０は、ロックを確立することができないとローになるが、この現象は、変調シンボル３４０が存在して、矩形波に変換された信号３０６が矩形波シンボルの持続時間３１４にわたり一定のままとなり、矩形波に変換された信号３０６と局部発振器信号との間の位相関係がなくなるときに起こる。出力信号３１０は、変調された信号３０２を形成した変調信号の一般的形状をなぞることによって、復調済みの信号となる。しかし、ロック検出信号３１０は、変調シンボルの境界の位置に関しある程度の不確実性３４６を有する。

結合器３１２は、ロック検出信号３１０を監視する。ロック検出信号３１０が所定の時間の長さにわたりローであれば（変調シンボル３４０が存在することを示す）、結合器３１２は、ラッチリセット信号３１６をエッジ検出器３１４に提供し、エッジ検出器３１４は両方のラッチを論理ロー値３５２にリセットする。ラッチリセット信号３１６が除去されるとすぐに閾値に関してラッチがかかるので、直ちに２つのうち１つのラッチがかかることになるが、上述のように、正弦波−矩形波コンバータ３０４におけるヒステリシスに起因して、どちらのラッチがかかることになるかは前もって分からない。結合器３１２は、第１ラッチがかかるのを検出すると第２ラッチがかかるのを監視し、これが起こると変調シンボル３４０の境界を意味することになる。

この時点で、矩形波に変換された信号３０６はハイなので、正のエッジ信号３１８は直ちに論理ハイ値３５４になり、結合器３１２は、負のエッジ信号３２０が後の時点３５６で論理ハイ値になるよう監視すべきであることを意味する。

ロック検出信号３１０は、次いで、検出されたより正確な負のエッジ信号３２０と組み合わされて、図１（ｂ）の従来の位相ロックループ型復調装置で用いられる場合のロック検出信号３１０と関係付けられた不確実性３４６と比べると不確実性３４８の窓がより狭い復調済み出力信号３２２を生成する。

次いで、負のエッジ信号が論理ハイ値３５６になった後にロック検出信号３１０が論理ハイ値に戻ることを確認することによって、検出されたエッジの検証が可能である。この検証の結果、検証無しの復調済み信号３２２と比べると僅かに時間遅延がある、検証有りの復調済み信号３２４が生成される。

したがって、シンボルエッジを従来の方法よりもアナログ工程変動が少ない状態で判定することができる、変調された信号を復調するための方法が説明されたことが分かるであろう。

特定の実施形態が詳細に説明されているが、本発明の範囲内での多くの変異例および変形例が可能である。

Claims (20)

1. 振幅変調された無線信号を復調する方法であって、
   変調された前記無線信号を位相検出器およびエッジ検出器の両方に誘導することと、
   前記位相検出器および前記エッジ検出器のそれぞれの出力信号を用いて前記無線信号における変調シンボルの境界を判定することと、を含む
   ことを特徴とする方法
2. 前記位相検出器が、位相ロックループとロック検出器と、を備える
   ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 変調された前記無線信号を正弦波−矩形波コンバータに送ることを含む
   ことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記正弦波−矩形波コンバータの出力は、変調シンボルが存在しないときの矩形波と、変調シンボルが存在するときの一定値と、を含む
   ことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記エッジ検出器は、前記エッジ検出器への入力が第１閾値を上回るときに第１レベルにラッチする第１出力と、前記エッジ検出器への入力が第２閾値を下回るときに第２レベルにラッチする第２出力とを含む
   ことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の方法。
6. 前記位相検出器が変調シンボルを検出した後に前記エッジ検出器をリセットすることを含む
   ことを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の方法。
7. 前記エッジ検出器をリセットした後に第１の出力値にラッチする前記エッジ検出器の第１出力を検出し、第２の出力値にラッチする前記エッジ検出器の第２出力を監視することを含む
   ことを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の方法。
8. 前記第２の出力値にラッチする前記エッジ検出器の第２出力を、前記変調シンボルの境界を示すのに用いることを含む
   ことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 前記エッジ検出器によって検出されたエッジを、前記エッジの後に続く前記位相検出器出力がハイになるかをチェックすることによって検証することを含む
   ことを特徴とする、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の方法。
10. 前記復調器がバッテリ駆動の集積回路内に実装される
    ことを特徴とする、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の方法。
11. 振幅変調された無線信号を復調するように構成された受信機であって、前記受信機は、
    変調された前記無線信号を受信するように両方とも構成された位相検出器およびエッジ検出器を備え、
    前記位相検出器および前記エッジ検出器のそれぞれの出力信号を用いて、変調された前記無線信号における変調シンボルの境界を判定するように構成される
    ことを特徴とする、受信機。
12. 前記位相検出器が、位相ロックループとロック検出器と、を備える
    ことを特徴とする、請求項１１に記載の受信機。
13. 変調された前記無線信号を正弦波−矩形波コンバータに送る
    ことを特徴とする、請求項１１または請求項１２に記載の受信機。
14. 前記正弦波−矩形波コンバータの出力は、変調シンボルが存在しないときの矩形波と、変調シンボルが存在するときの一定値と、を含む
    ことを特徴とする、請求項１３に記載の受信機。
15. 前記エッジ検出器は、前記エッジ検出器への入力が第１閾値を上回るときに第１レベルにラッチする第１出力と、前記エッジ検出器への入力が第２閾値を下回るときに第２レベルにラッチする第２出力とを含む
    ことを特徴とする、請求項１１乃至請求項１４のいずれかに記載の受信機。
16. 前記位相検出器が変調シンボルを検出した後に前記エッジ検出器をリセットするように構成されたコンバイナを備える
    ことを特徴とする、請求項１１乃至請求項１５のいずれかに記載の受信機。
17. 結合器または前記結合器は、前記エッジ検出器をリセットした後に第１の出力値にラッチする前記エッジ検出器の第１出力を検出し、第２の出力値にラッチする前記エッジ検出器の第２出力を監視するように構成される
    ことを特徴とする、請求項１１乃至請求項１６のいずれかに記載の受信機。
18. 前記第２の出力値にラッチする前記エッジ検出器の第２出力を、前記変調シンボルの境界を示すのに用いる
    ことを特徴とする、請求項１７に記載の受信機。
19. 前記エッジ検出器によって検出されたエッジを、前記エッジの後に続く前記位相検出器出力がハイになるかをチェックすることによって検証する
    ことを特徴とする、請求項１１乃至請求項１８のいずれかに記載の受信機。
20. 前記復調器がバッテリ駆動の集積回路内に実装される
    ことを特徴とする、請求項１１乃至請求項１９のいずれかに記載の受信機。