JP2020092309A

JP2020092309A - 復調装置

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Publication number: JP2020092309A
Application number: JP2018227387A
Authority: JP
Inventors: 尚裕針谷; Naohiro Harigai; 翔田中; Sho Tanaka
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-06-11
Anticipated expiration: 2038-12-04
Also published as: JP7177676B2

Abstract

【課題】位相偏移変調信号を高精度に復調することが可能な復調装置を提供する。【解決手段】復調装置１は、位相シフトＱＰＳＫ変調信号から、シンボル周期中に予め定められたサンプリング周期でＡＤ変換された、Ｉ信号及びＱ信号を算出するＩＱ信号算出部１１と、Ｉ信号及び前記Ｑ信号から位相シフトＱＰＳＫ変調信号の位相信号を算出する位相信号算出部１２と、位相信号の変化量を算出する変化量算出部１３１と、変化量の最小値を検出する最小値検出部１３２と、最小値に対応するタイミングに基づいて同期タイミングを調整した同期信号を生成する同期信号生成部１３３と、同期信号の同期タイミングに同期して位相信号を出力する出力部１３４と、位相信号を用いて遅延検波を行い、復調信号を生成する復調信号生成部１４と、を備え、同期信号生成部１３３は、最小値に対応するタイミングとの差が縮まるように同期タイミングを調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、位相偏移変調信号を復調する復調装置に関する。

従来、位相偏移変調信号を復調するために、直交復調されたＩＱ信号の遅延検波を行い、シンボル同期点でデータ識別を行っている。シンボル同期点を得るために、一般的に、アイパターンのアイ開口が最大となるポイントをシンボル同期点として検出する方法がとられている。しかし、伝送路のノイズが大きい場合には、アイパターンは乱れ、シンボル同期点を検出することが困難となる。

そこで、特許文献１には、遅延検波した信号のシンボル周期ごとに複数のサンプルポイントを設定し、各ポイントの移動平均による分散が最小値となるポイントに基づいて、シンボル同期点を検出する方法が開示されている。

特開２００１−１７７５８７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、アイのクロス点付近のデータも含めてすべてのデータの移動平均をとっているので、検出したシンボル同期点が理想のシンボル同期点であるアイ開口点とずれ、復調エラーが生じるおそれがある。そのため、位相偏移変調信号の復調精度をさらに向上させることが望まれていた。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、位相偏移変調信号を高精度に復調することが可能な復調装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る復調装置は、位相シフトＱＰＳＫ変調信号から、シンボル周期中に予め定められたサンプリング周期でＡＤ変換された、Ｉ信号及びＱ信号を算出するＩＱ信号算出部と、前記Ｉ信号及び前記Ｑ信号から前記位相シフトＱＰＳＫ変調信号の位相信号を算出する位相信号算出部と、前記位相信号の変化量を算出する変化量算出部と、前記変化量の最小値を検出する最小値検出部と、前記最小値に対応するタイミングに基づいて同期タイミングを調整した同期信号を生成する同期信号生成部と、前記同期信号の前記同期タイミングに同期して前記位相信号を出力する出力部と、前記位相信号を用いて遅延検波を行い、復調信号を生成する復調信号生成部と、を備え、前記同期信号生成部は、前記最小値に対応するタイミングとの差が縮まるように前記同期タイミングを調整する。

さらに、本発明に係る復調装置において、前記同期信号生成部は、前記最小値に対応するタイミングと一致するように前記同期タイミングを調整する。

さらに、本発明に係る復調装置において、前記同期信号生成部は、前記位相信号の変化量が予め定められた閾値以上となる場合に、前記同期タイミングを調整する。

さらに、本発明に係る復調装置において、前記変化量の最大値を検出する最大値検出部をさらに備え、前記同期信号生成部は、前記最大値が予め定められた閾値以上となる場合に、前記同期タイミングを調整する。

さらに、本発明に係る復調装置において、前記同期信号生成部は、前記サンプリング周期ごとにカウンタ値が更新され、１つの前記シンボル周期で一周するカウンタと、前記カウンタの初期値を制御するカウンタ値制御部と、を備え、前記同期信号生成部は、前記カウンタの予め定められた同期カウンタ値に対応するタイミングで前記同期信号を出力し、前記カウンタ値制御部は、前記最小値に対応するタイミングにおいて、前記カウンタのカウンタ値が前記同期カウンタ値よりも小さい場合には、前記同期タイミングが、前記最小値に対応するタイミングに近づくように前記初期値をずらし、前記カウンタのカウンタ値が前記同期カウンタ値よりも大きい場合には、前記初期値を予め定められたサンプリング周期保持するように前記カウンタを制御する。

本発明によれば、位相偏移変調信号を高精度に復調することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る復調装置の構成例を示すブロック図である。 π／４シフトＱＰＳＫ変調信号のシンボルと位相の関係を示す図である。サンプリングされたＩＱデータの軌跡の一例を示す図である。ＩＱデータが図３に示すように移動した場合における、隣り合うＩＱデータの位相変化量を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る復調装置の構成例を示すブロック図である。システムのＳ／Ｎ比が小さい場合の位相変化量の変化を示すである。本発明の第３の実施形態に係る復調装置の構成例を示すブロック図である。本発明の第４の実施形態に係る復調装置の構成例を示すブロック図である。本発明の第４の実施形態に係る復調装置のカウンタ制御の第１の例を説明するための図である。本発明の第４の実施形態に係る復調装置のカウンタ制御の第２の例を説明するための図である。図１０に示したカウンタ制御を行う復調装置の動作例を示すフローチャートである。本発明の第４の実施形態に係る復調装置のカウンタ制御の第３の例を説明するための図である。図１２に示したカウンタ制御を行う復調装置の動作例を示すフローチャートである。

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下に示す実施形態では、π／４シフトＱＰＳＫ変調信号を復調する復調装置について説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る復調装置について説明する。図１に、本発明の第１の実施形態に係る復調装置１の構成例を示す。図１に示す復調装置１は、ＩＱ信号算出部１１と、位相信号算出部１２と、シンボル同期部１３−１と、復調信号生成部１４とを備える。

ＩＱ信号算出部１１は、位相シフトＱＰＳＫ変調信号に対して、直交復調処理、Ａ／Ｄ変換処理、及びローパスフィルタ処理を行い、シンボル周期中に予め定められたサンプリング周期でＡＤ変換された、Ｉ信号Ｉ（ｎ）及びＱ信号Ｑ（ｎ）を算出する。そして、ＩＱ信号算出部１１は、Ｉ信号Ｉ（ｎ）及びＱ信号Ｑ（ｎ）を位相信号算出部１２に出力する。ここで、ｎはサンプル点のカウント値である。

位相信号算出部１２は、ＩＱ信号算出部１１から入力されたＩ信号Ｉ（ｎ）及びＱ信号Ｑ（ｎ）から、位相シフトＱＰＳＫ変調信号の位相信号を次式（１）により算出する。そして、位相信号算出部１２は、位相信号をシンボル同期部１３−１に出力する。

θ(n)＝tan^-1(Q(n)／I(n)) （１）

シンボル同期部１３−１は、位相信号算出部１２から位相信号を入力し、シンボル同期点における位相信号を復調信号生成部１４に出力する。図１に示すように、シンボル同期部１３−１は、変化量算出部１３１と、最小値検出部１３２と、同期信号生成部１３３と、出力部１３４とを備える。

変化量算出部１３１は、位相信号算出部１２から入力された位相信号の変化量（位相変化量）を算出する。そして、変化量算出部１３１は、位相変化量を最小値検出部１３２に出力する。具体的には、位相変化量θ_ｄｉｆｆは、次式（２）に示すように、１サンプル前の位相信号と差の絶対値で表される。

θ_ｄｉｆｆ＝｜θ(n)−θ(n-1)｜（２）

最小値検出部１３２は、変化量算出部１３１から入力された位相変化量について、所定のタイミングで所定期間（例えば、シンボル周期）内における最小値を検出する。そして、最小値検出部１３２は、位相変化量の最小値を同期信号生成部１３３に出力する。ノイズの影響を無視した理想的な場合には、位相変化量の最小値に対応するタイミングは、シンボル同期点と一致する。その理由を、図２、図３、及び図４を参照して説明する。

図２は、π／４シフトＱＰＳＫ変調信号のシンボルと位相の関係を示す図である。π／４シフトＱＰＳＫ変調は、図２（ａ）に示すように、黒丸で示すＱＰＳＫの信号点配置と、それらをπ／４シフトした白丸で示す信号点配置とを、１シンボルごとに交互に用いて位相変調を行う方式である。したがって、先行するシンボルとの位相差Δφは必ずπ／４の奇数倍となり、入力された単位データ（Ｘ，Ｙ）との関係は、図２（ｂ）の表のように表される。

図３は、サンプリングされたＩＱ信号の軌跡の一例を示す図である。ここでは、ＩＱ信号の軌跡が、点Ａから、＋３π／４（点Ｂ）→＋π／４（点Ｃ）→−３π／４（点Ｄ）→−π／４（点Ｅ）と移動していく様子を示している。サンプリング数は、１シンボル当たり８点としている。

図４は、ＩＱ信号が図３に示すように移動した場合における、隣り合うＩＱ信号の位相変化量を示す図である。このように、シンボル点付近の軌跡は位相変化量が最小になる。そのため、位相変化量の最小値に対応するタイミング（図中ではｔ_Ａ〜ｔ_Ｅ）は、シンボル同期点と一致する。

同期信号生成部１３３は、同期シンボル点に同期した同期タイミングを示す信号である同期信号を生成する。同期信号生成部１３３は、最小値検出部１３２から入力された位相変化量の最小値に対応するタイミングに基づいて同期信号の同期タイミングを調整する。そして、同期信号生成部１３３は、同期信号を出力部１３４に出力する。なお、調整前の同期タイミングは復調開始のタイミングによって決定される。例えば、復調開始のタイミングでシンボル周期の中点を同期タイミングの初期位置とする。

ここで、復調開始のタイミングによっては同期信号の同期タイミングと、位相変化量の最小値に対応するタイミングとにずれが生じる。したがって、同期信号生成部１３３は、両者にずれが生じている場合には、差が縮まるように同期タイミングを調整する。同期信号生成部１３３は、上記タイミングのずれを検出するために、変化量算出部１３１から位相変化量を入力し、同期信号の同期タイミングにおける位相変化量の値が、最小値検出部１３２から入力された位相変化量の最小値と一致するか判定してもよい。あるいは、同期信号生成部１３３は、最小値検出部１３２から位相変化量の最小値を検出したときのタイミングを入力してもよい。

同期信号生成部１３３は、位相変化量の最小値に対応するタイミングと一致するように同期タイミングを調整してもよい。

出力部１３４は、同期信号生成部１３３から入力された同期信号の同期タイミングに同期した位相信号を復調信号生成部１４に出力する。

復調信号生成部１４は、出力部１３４から入力された位相信号を用いて遅延検波を行い、復調信号を生成する。図１に示すように、復調信号生成部１４は、遅延検波部１４１と、データ判定部１４２と、Ｐ／Ｓ変換部１４３とを備える。

遅延検波部１４１は、出力部１３４から入力された位相信号に対して遅延検波を行う。すなわち、１シンボル先行する位相信号との位相差Δφを検出する。そして、遅延検波部１４１は、検出した位相差Δφをデータ判定部１４２に出力する。

データ判定部１４２は、遅延検波部１４１から入力された位相差Δφごとに、２ビットのデータ（Ｘ，Ｙ）を判定する（図２（ｂ）参照）。そして、データ判定部１４２は、判定結果をＰ／Ｓ変換部１４３に出力する。

Ｐ／Ｓ変換部１４３は、データ判定部１４２から入力された２ビットのデータをシリアルデータに変換して、復調信号として外部に出力する。

上述したように、第１の実施形態に係る復調装置１は、位相シフトＱＰＳＫ変調信号の位相変化量を算出し、アイパターンではなく位相変化量の最小値に対応するタイミングに基づいて同期信号を調整する。そしてその際には、位相変化量の最小値に対応するタイミングとの差が縮まるように同期タイミングを調整した同期信号を生成し、該同期タイミングに同期した位相信号を用いて遅延検波を行う。このため、復調装置１によれば、位相偏移変調信号を高精度に復調することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る復調装置について説明する。図５に、本発明の第２の実施形態に係る復調装置２の構成例を示す。図５に示す復調装置２は、ＩＱ信号算出部１１と、位相信号算出部１２と、シンボル同期部１３−２と、復調信号生成部１４とを備える。シンボル同期部１３−２以外の処理は、第１の実施形態と同一であるため、説明を省略する。

シンボル同期部１３−２は、変化量算出部１３１と、最小値検出部１３２と、同期信号生成部１３３と、出力部１３４とを備える。

変化量算出部１３１は、第１の実施形態と同様に、位相変化量を算出する。そして、変化量算出部１３１は、位相変化量を最小値検出部１３２及び同期信号生成部１３３に出力する。

最小値検出部１３２は、第１の実施形態と同様に、変化量算出部１３１から入力された位相変化量について、所定のタイミングで所定期間内における最小値を検出し、最小値を同期信号生成部１３３に出力する。

同期信号生成部１３３は、変化量算出部１３１から入力された位相変化量が予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。そして、同期信号生成部１３３は、位相変化量が閾値以上となる場合にのみ、最小値検出部１３２から入力された位相変化量の最小値に対応するタイミングに基づいて同期信号の同期タイミングを調整する。つまり、同期信号生成部１３３は、位相変化量が閾値以上であり、且つ同期信号の同期タイミングと位相変化量の最小値に対応するタイミングとがずれている場合に、差が縮まるように同期タイミングを調整し、位相変化量が閾値未満である場合には同期タイミングの調整を行わない。この理由を以下に説明する。

図４に示したように、位相差が＋３π／４及び−３π／４のシンボル変化の場合、シンボル間の位相差の変化が大きいため、グラフの山のピークが大きくなる。一方、位相差が＋π／４及び−π／４のシンボル変化の場合、シンボル間の位相差の変化が＋３π／４及び−３π／４の場合に比べて小さいため、グラフの山のピークが小さくなる。

図６に、システムのＳ／Ｎ比が小さい場合の位相変化量の変化を示す。点線は、ノイズがない場合の理想的な位相変化量を示しており、実線は、ノイズの影響が大きい場合の位相変化量を示している。図６に示すように、ノイズが大きい場合に、先行するシンボルとの位相差がπ／４又は−π／４となる、シンボル点の位相変化が小さいデータが連続すると、位相変化がノイズによって乱れてしまい、位相変化量の最小点とシンボル同期点とが一致しなくなることがある。

その点、第２の実施形態に係る復調装置２は、上述したように、位相変化量が閾値以上となる場合にのみ、同期信号の同期タイミングを調整する。つまり、位相変化量が小さいデータはＳ／Ｎ比が小さくなるため、シンボル同期点の判定には用いないで、位相変化量が大きいデータのみを用いてシンボル同期点の判定を行う。そのため、復調装置２によれば、復調装置１よりもさらに高精度に位相偏移変調信号を復調することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る復調装置について説明する。図７に、本発明の第３の実施形態に係る復調装置３の構成例を示す。図７に示す復調装置３は、ＩＱ信号算出部１１と、位相信号算出部１２と、シンボル同期部１３−３と、復調信号生成部１４とを備える。シンボル同期部１３−３以外の処理は、第１の実施形態と同一であるため、説明を省略する。

シンボル同期部１３−３は、変化量算出部１３１と、最小値検出部１３２と、同期信号生成部１３３と、出力部１３４と、最大値検出部１３５とを備える。第３の実施形態は、第２の実施形態と比較して、最大値検出部１３５をさらに備える点が相違する。

変化量算出部１３１は、第１の実施形態と同様に、位相変化量を算出する。そして、変化量算出部１３１は、位相変化量を最小値検出部１３２及び最大値検出部１３５に出力する。

最大値検出部１３５は、変化量算出部１３１から入力された位相変化量について、所定のタイミングで所定期間（例えば、シンボル周期）内における最大値を検出する。そして、最大値検出部１３５は、最大値を同期信号生成部１３３に出力する。

同期信号生成部１３３は、最大値検出部１３５から入力された最大値が予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。そして、同期信号生成部１３３は、最大値が予め定められた閾値以上となる場合にのみ、最小値検出部１３２から入力された位相変化量の最小値に対応するタイミングに基づいて同期信号の同期タイミングを調整する。つまり、同期信号生成部１３３は、位相変化量の最大値が閾値以上であり、且つ同期信号の同期タイミングと位相変化量の最小値に対応するタイミングとがずれている場合に、差が縮まるように同期タイミングを調整し、位相変化量が閾値未満である場合には同期タイミングの調整を行わない。

上述したように、第３の実施形態に係る復調装置３は、位相変化量の最大値を検出する最大値検出部１３５をさらに備え、同期信号生成部１３３は、該最大値が閾値以上となる場合に、同期タイミングを調整する。そのため、復調装置３によれば、伝送路のノイズが大きい場合でも、第２の実施形態と比較して、位相変化量が大きいデータのみを用いてより正確にシンボル同期点の判定を行うことができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る復調装置について説明する。図８に、本発明の第４の実施形態に係る復調装置４の構成例を示す。図８に示す復調装置４は、ＩＱ信号算出部１１と、位相信号算出部１２と、シンボル同期部１３−４と、復調信号生成部１４とを備える。シンボル同期部１３−４以外の処理は、第１の実施形態と同一であるため、説明を省略する。

シンボル同期部１３−４は、変化量算出部１３１と、最小値検出部１３２と、同期信号生成部１３３と、出力部１３４と、最大値検出部１３５とを備える。同期信号生成部１３３は、カウンタ値制御部１３６と、カウンタ１３７とを備える。

カウンタ１３７は、サンプリング周期ごとにカウンタ値が更新され、１つのシンボル周期で一周する。カウンタ１３７は、カウンタ値を最小値検出部１３２、出力部１３４、及び最大値検出部１３５に出力する。

最小値検出部１３２は、カウンタ１３７から入力されたカウンタ値が所定値となるごとに、カウンタが１周する間における位相変化量の最小値を検出する。本実施形態では、最小値検出部１３２は、カウンタ１３７のカウンタ値が最終値になるごとに、カウンタ値が直前の初期値から最終値となるまでの間における、位相変化量の最小値を検出する。そして、最小値検出部１３２は、位相変化量が最小値となる時のカウンタ値をカウンタ値制御部１３６に出力する。

最大値検出部１３５は、カウンタ１３７から入力されたカウンタ値が所定値となるごとに、カウンタが１周する間における位相変化量の最大値を検出する。本実施形態では、最大値検出部１３５は、カウンタ１３７のカウンタ値が最終値になるごとに、カウンタ値が直前の初期値から最終値となるまでの間における、位相変化量の最大値を検出する。そして、最大値検出部１３５は、検出した位相変化量の最大値をカウンタ値制御部１３６に出力する。

カウンタ値制御部１３６は、最大値検出部１３５から入力された位相変化量の最大値、及び最小値検出部１３２から入力されたカウンタ値に基づいて、カウンタ１３７の初期値を制御する。処理の詳細については後述する。

出力部１３４は、カウンタ１３７の予め定められた値（以下、「同期カウンタ値」という。）となるタイミングに同期して、位相信号を復調信号生成部１４に出力する。なお、本実施形態における同期信号生成部１３３は、カウンタ１３７のカウンタ値を示す信号を同期信号として出力部１３４に出力するが、カウンタ１３７が同期カウンタ値となるタイミングのみを示す信号を同期信号としてもよい。

＜カウンタ制御の第１の例＞
次に、カウンタ値制御部１３６によるカウンタ制御の第１の例について説明する。カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の初期値を決定する。最大値検出部１３５から入力された位相変化量の最大値が閾値未満である場合には、シンボル間の位相変化が小さいデータは同期位置を判定するのに有効なデータではないと判断し、カウンタ１３７の初期値の調整を行わない。一方、最大値検出部１３５から入力された位相変化量の最大値が閾値以上である場合には、同期位置を判定するのに有効なデータであると判断し、最小値検出部１３２から入力された位相変化量の最小値に基づいてカウンタ１３７の初期値を、次に説明するように調整する。

カウンタ値制御部１３６は、最小値検出部１３２から入力された位相変化量の最小値に対応するタイミングにおいて、カウンタ１３７のカウンタ値が同期カウンタ値よりも小さい場合には、同期タイミングが最小値に対応するタイミングに近づくように、カウンタ１３７の次回の初期値を調整する。また、最小値検出部１３２から入力された位相変化量の最小値に対応するタイミングにおいて、カウンタ１３７のカウンタ値が同期カウンタ値よりも大きい場合には、カウンタ１３７の次回の初期値を予め定められたサンプリング周期保持するように制御する。すなわち、カウンタ値が０からスタートする場合には、カウンタ１３７の初期値として０を予め定められたサンプリング周期連続して設定する。また、最小値検出部１３２から入力された最小値に対応するタイミングにおいて、カウンタ１３７のカウンタ値が予め同期カウンタ値と等しい場合には、カウンタ１３７の次回の初期値の調整を行わない。

カウンタ値制御部１３６によるカウンタ制御の第１の例を、図９を参照して説明する。図９は、復調装置４のカウンタ制御の第１の例を説明するための図である。この例では、カウンタ１３７のカウンタ値を０〜７とする。また、同期カウンタ値を４とする。すなわち、出力部１３４は、カウンタ１３７のカウンタ値が４となるタイミングに同期して、位相信号を出力する。

図９（ａ）において、カウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ１では、直前のカウンタ値が０から７の間における位相変化量の最大値は閾値未満である。したがって、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の初期値の調整を行わず、初期値は通常どおり０となる。

図９（ａ）において、次にカウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ２では、直前のカウンタ値が０から７の間における位相変化量の最大値は閾値以上である。また、位相変化量が最小となる時のカウンタ値は２であり、同期カウンタ値の４よりも小さい（１から３の範囲）。この場合には、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の初期値を調整し、１を設定する。

図９（ａ）において、次にカウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ３では、直前のカウンタ値が０から７の間における位相変化量の最大値は閾値以上である。また、位相変化量が最小となる時のカウンタ値は３であり、同期カウンタ値の４よりも小さい。そのため、カウンタ値制御部１３６は時刻ｔ２と同様に、カウンタ１３７の初期値を調整し、１を設定する。

図９（ａ）において、次にカウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ４では、直前のカウンタ値が０から７の間における位相変化量の最大値は閾値以上である。また、位相変化量が最小となる時のカウンタ値は４であり、同期カウンタ値の４と等しい。この場合には、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の初期値の調整を行わず、初期値は通常どおり０となる。

また、図９（ｂ）において、カウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ１では、直前のカウンタ値が０から７の間における位相変化量の最大値は閾値未満である。したがって、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の初期値の調整を行わず、初期値は通常どおり０となる。

図９（ｂ）において、次にカウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ２では、直前のカウンタ値が０から７の間における位相変化量の最大値は閾値以上である。また、位相変化量が最小となる時のカウンタ値は６であり、同期カウンタ値の４よりも大きい（５から７の範囲）。この場合には、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の初期値を０に設定し、さらに次の１サンプリング周期の間、カウンタ値を保持する。

図９（ｂ）において、次にカウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ３では、直前のカウンタ値が０から７の間における位相変化量の最大値は閾値以上である。また、位相変化量が最小となる時のカウンタ値は５であり、同期カウンタ値の４よりも大きい。そのため、カウンタ値制御部１３６は時刻ｔ２と同様に、カウンタ１３７の初期値を０に設定し、さらに次の１サンプリング周期の間、カウンタ値を保持する。

図９（ｂ）において、次にカウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ４では、直前のカウンタ値が０から７の間における位相変化量の最大値は閾値以上である。また、位相変化量が最小となる時のカウンタ値は４であり、同期カウンタ値の４と等しい。この場合には、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の初期値の調整を行わず、初期値は通常どおり０となる。

なお、位相変化量が最小値となる時のカウンタ値が０であった場合には、該カウンタ値が同期カウンタ値よりも小さい場合の処理を行ってもよいし、該カウンタ値が同期カウンタ値よりも大きい場合の処理を行ってもよい。あるいは、この場合は位相変化量が最小となるタイミングとカウンタの中央値とのずれが大きいため、無効なデータとして扱い、カウンタ１３７の初期値の調整を行わないようにしてもよい。

＜カウンタ制御の第２の例＞
次に、カウンタ値制御部１３６によるカウンタ制御の第２の例を、図１０を参照して説明する。図１０は、復調装置４のカウンタ制御の第２の例を説明するための図である。図９に示した例では、±１サンプルの同期点移動により位置合わせを行ったが、図１０に示す例では、±Ｍサンプルの同期点移動によって高速に同期点を合わせこむ。また、図９と同様に、カウンタ１３７のカウンタ値を０〜７とし、同期カウンタ値を４とする。

図１０（ａ）において、カウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ１では、直前のカウンタ値が０から７の間における位相変化量の最大値は閾値未満である。したがって、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の初期値の調整を行わず、初期値は通常どおり０となる。

図１０（ａ）において、次にカウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ２では、直前のカウンタ値が０から７の間における位相変化量の最大値は閾値以上である。また、位相変化量が最小となる時のカウンタ値は２であり、同期カウンタ値の４よりも小さい（１から３の範囲）。この場合には、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の次の初期値をＰに設定する。Ｐは、同期カウンタ値と、位相変化量が最小となるタイミングに対応するカウンタ値との差分値とする。ここでは、Ｐ＝４−２＝２となる。

図１０（ａ）において、次にカウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ３では、直前のカウンタ値が０から７の間における位相変化量の最大値は閾値以上である。また、位相変化量が最小となる時のカウンタ値は４であり、同期カウンタ値４と等しい。この場合には、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の初期値の調整を行わず、初期値は通常どおり０となる。時刻ｔ４についても同様の制御となる。

また、図１０（ｂ）において、カウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ１では、直前のカウンタ値が０から７の間における位相変化量の最大値は閾値未満である。したがって、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の初期値の調整を行わず、初期値は通常どおり０となる。

図１０（ｂ）において、次にカウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ２では、直前のカウンタ値が０から７の間における位相変化量の最大値は閾値以上である。また、位相変化量が最小となる時のカウンタ値が６であり、同期カウンタ値の４よりも大きい（５から７の範囲）。この場合には、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の次の初期値を０に設定し、さらに次のＱサンプリング周期の間、カウンタ値を保持する。Ｑは、位相変化量が最小となるタイミングに対応するカウンタ値と、同期カウンタ値との差分値とする。ここでは、Ｑ＝６−４＝２となる。

図１０（ｂ）において、次にカウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ３では、直前のカウンタ値が０から７の間における位相変化量の最大値は閾値以上である。また、位相変化量が最小となる時のカウンタ値は４であり、同期カウンタ値の４と等しい。この場合には、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の初期値の調整を行わず、初期値は通常どおり０となる。時刻ｔ４についても同様の制御となる。

上述した復調装置４の動作について、図１１を参照して説明する。図１１は、復調装置４の動作例を示すフローチャートである。

復調装置４には、最初に各初期値が設定される（ステップＳ１０１）。初期値は、カウンタ１３７のカウンタ値ｎ＝０、位相変化量の最小値θ_ｍｉｎ＝１８０°、位相変化量が最小となる時のカウンタ値（以下、「カウンタ判定値」という。）ｎ＿ｍｉｎ＝０、位相変化量の最大値θ_ｍａｘ＝０°、カウンタ値を保持するサンプリング周期数（以下、「カウンタ値保持回数」という。）ｎ＿ｈｏｌｄ＝０とする。

復調装置４は、位相シフトＱＰＳＫ変調信号が入力されると、ＩＱ信号算出部１１により、Ｉ信号Ｉ（ｎ）及びＱ信号Ｑ（ｎ）を算出し（ステップＳ１０２）、位相信号算出部１２により、位相シフトＱＰＳＫ変調信号の位相信号θ（ｎ）を算出し（ステップＳ１０３）、変化量算出部１３１により、位相変化量θ_ｄｉｆｆを算出する（ステップＳ１０４）。

続いて、最小値検出部１３２により、位相変化量θ_ｄｉｆｆの最小値を検出する。具体的には、カウンタ値ｎ≧１のときに、位相変化量θ_ｄｉｆｆが最小であれば最小値をθ_ｍｉｎとして更新し、その時のカウンタ値をｎ＿ｍｉｎとして記憶する（ステップＳ１０５）。

また、最大値検出部１３５により、位相変化量θ_ｄｉｆｆの最大値を検出する。具体的には、カウンタ値ｎ≧１のときに、位相変化量θ_ｄｉｆｆが最大であれば最大値をθ_ｍａｘとして更新する（ステップＳ１０６）。なお、復調装置４は、ステップＳ１０６の処理を行った後に、ステップＳ１０５の処理を行ってもよいし、ステップＳ１０５及びステップＳ１０６の処理を並行して行ってもよい。

出力部１３４は、カウンタ値ｎが同期カウンタ値であるときの位相信号θ（ｎ）を同期データとして出力する（ステップＳ１０７）。ここでは、同期カウンタ値をＮｓ／２としている。Ｎｓはカウンタ１３７のカウンタサイズ（１シンボル当たりのサンプリング数）である。

カウンタ値制御部１３６は、カウンタ値ｎがＮｓ−１以外であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。そして、カウンタ値ｎがＮｓ−１以外である場合には（ステップＳ１０８−Ｙｅｓ）、カウンタ値保持回数ｎ＿ｈｏｌｄが０である場合には（ステップＳ１０９−Ｙｅｓ）、カウンタ値ｎを１インクリメントし（ステップＳ１１０）、カウンタ値保持回数ｎ＿ｈｏｌｄが０でない場合には（ステップＳ１０９−Ｎｏ）、カウンタ値ｎのインクリメントを行わないで、カウンタ値保持回数ｎ＿ｈｏｌｄを１デクリメントする（ステップＳ１１１）。

カウンタ値制御部１３６は、カウンタ値ｎがＮｓ−１である場合（ステップＳ１０８−Ｎｏ）、すなわちカウンタ値ｎが最終値になった場合には、位相変化量の最大値θ_ｍａｘが閾値θ_ｔｈ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１２）。カウンタ値制御部１３６は、位相変化量の最大値θ_ｍａｘが閾値θ_ｔｈ未満である場合には（ステップＳ１１２−Ｙｅｓ）、カウンタ値ｎを０に設定し（ステップＳ１１３）、位相変化量の最大値θ_ｍａｘが閾値θ_ｔｈ以上である場合には（ステップＳ１１２−Ｎｏ）、カウンタ判定値ｎ＿ｍｉｎが同期カウンタ値（Ｎｓ／２）未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１４）。

カウンタ値制御部１３６は、カウンタ判定値ｎ＿ｍｉｎが同期カウンタ値未満である場合には（ステップＳ１１４−Ｙｅｓ）、カウンタ値ｎをＮｓ／２−ｎ＿ｍｉｎに設定する（ステップＳ１１５）。一方、カウンタ判定値ｎ＿ｍｉｎが同期カウンタ値以上である場合には（ステップＳ１１４−Ｎｏ）、カウンタ判定値ｎ＿ｍｉｎが同期カウンタ値と等しいか否かを判定する（ステップＳ１１６）。

カウンタ値制御部１３６は、カウンタ判定値ｎ＿ｍｉｎが同期カウンタ値と等しい場合には（ステップＳ１１６−Ｙｅｓ）、カウンタ値ｎを０に設定する（ステップＳ１１７）。一方、カウンタ判定値ｎ＿ｍｉｎが同期カウンタ値と等しくない場合（ステップＳ１１６−Ｎｏ）、すなわちカウンタ判定値ｎ＿ｍｉｎが同期カウンタ値を超える場合には、カウンタ値ｎを０に設定するとともに、カウンタ値保持回数ｎ＿ｈｏｌｄをｎ＿ｍｉｎ−Ｎｓ／２に設定する（ステップＳ１１８）。

＜カウンタ制御の第３の例＞
次に、カウンタ値制御部１３６によるカウンタ制御の第３の例を、図１２を参照して説明する。図１２は、復調装置４のカウンタ制御の第３の例を説明するための図である。図１０に示した例では、カウンタの初期値を０としたが、図１２に示す例では、カウンタ１３７は制御前の初期値を４とし、１１までカウントアップする。また、同期カウンタ値を８とする。

図１２（ａ）において、カウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ１では、直前のカウンタ値が４から１１の間における位相変化量の最大値は閾値未満である。したがって、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の初期値の調整を行わず、初期値は通常どおり４となる。

図１２（ａ）において、次にカウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ２では、直前のカウンタ値が４から１１の間における位相変化量の最大値は閾値以上である。また、位相変化量が最小となる時のカウンタ値は６であり、同期カウンタ値の８よりも小さい（５から７の範囲）。この場合には、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の初期値をＲに設定する。Ｒは、同期カウンタ値と、位相変化量が最小となるタイミングに対応するカウンタ値との差分値に、カウンタ１３７の制御前の初期値を加えた値とする。ここでは、Ｒ＝８−６＋４＝６となる。

図１２（ａ）において、次にカウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ３では、直前のカウンタ値が４から１１の間における位相変化量の最大値は閾値以上である。また、位相変化量が最小となる時のカウンタ値は８であり、同期カウンタ値の８と等しい。この場合には、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の初期値の調整を行わず、初期値は通常どおり４となる。時刻ｔ４についても同様の制御となり、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の次の初期値を４に設定する。

また、図１２（ｂ）において、カウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ１では、直前のカウンタ値が４から１１の間における位相変化量の最大値は閾値未満である。したがって、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の初期値の調整を行わず、初期値は通常どおり４となる。

図１２（ｂ）において、次にカウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ２では、直前のカウンタ値が４から１１の間における位相変化量の最大値は閾値以上である。また、位相変化量が最小となる時のカウンタ値は１０であり、同期カウンタ値の８よりも大きい（９から１１の範囲）。この場合には、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の次の初期値をＳに設定する。Ｓは、カウンタ１３７の制御前の初期値から、位相変化量が最小となるタイミングに対応するカウンタ値と同期カウンタ値との差分値を減じた値とする。ここでは、Ｓ＝４−（１０−８）＝２となる。

図１２（ｂ）において、次にカウンタ１３７のカウンタ値が最終値となる時刻ｔ３では、直前のカウンタ値が４から１１の間における位相変化量の最大値は閾値以上である。また、位相変化量が最小となる時のカウンタ値は８であり、同期カウンタ値の８と等しい。この場合には、カウンタ値制御部１３６は、カウンタ１３７の初期値の調整を行わず、初期値は通常どおり４となる。時刻ｔ４についても同様の制御となる。

上述した復調装置４の動作について、図１３を参照して説明する。図１３は、復調装置４の動作例を示すフローチャートである。

復調装置４には、最初に各初期値が設定される（ステップＳ２０１）。初期値は、カウンタ１３７のカウンタ値ｎ＝Ｎｉ、位相変化量の最小値θ_ｍｉｎ＝１８０°、位相変化量が最小となる時のカウンタ値（カウンタ判定値）ｎ＿ｍｉｎ＝０、位相変化量の最大値θ_ｍａｘ＝０°、カウンタ最終値Ｎ＝Ｎｉ＋Ｎｓ−１とする。ここで、Ｎｉはカウンタ１３７の制御前の初期値であり、Ｎｓは１シンボル当たりのサンプリング数である。

復調装置４は、位相シフトＱＰＳＫ変調信号が入力されると、ＩＱ信号算出部１１により、Ｉ信号Ｉ（ｎ）及びＱ信号Ｑ（ｎ）を算出し（ステップＳ２０２）、位相信号算出部１２により、位相シフトＱＰＳＫ変調信号の位相信号θ（ｎ）を算出し（ステップＳ２０３）、変化量算出部１３１により、位相変化量θ_ｄｉｆｆを算出する（ステップＳ２０４）。

続いて、最小値検出部１３２により、位相変化量θ_ｄｉｆｆの最小値を検出する。具体的には、カウンタ値ｎ≧Ｎｉ＋１のときに、位相変化量θ_ｄｉｆｆが最小であれば最小値をθ_ｍｉｎとして更新し、その時のカウンタ値をｎ＿ｍｉｎとして記憶する（ステップＳ２０５）。

また、最大値検出部１３５により、位相変化量θ_ｄｉｆｆの最大値を検出する。具体的には、カウンタ値ｎ≧Ｎｉ＋１のときに、位相変化量θ_ｄｉｆｆが最大であれば最大値をθ_ｍａｘとして更新する（ステップＳ２０６）。なお、復調装置４は、ステップＳ２０６の処理を行った後に、ステップＳ２０５の処理を行ってもよいし、ステップＳ２０５及びステップＳ２０６の処理を並行して行ってもよい。

出力部１３４は、カウンタ値ｎが同期カウンタ値であるときの位相信号θ（ｎ）を同期データとして出力する（ステップＳ２０７）。ここでは、同期カウンタ値をＮｉ＋Ｎｓ／２としている。

カウンタ値制御部１３６は、カウンタ値ｎがカウンタ最終値Ｎ以外であるか否かを判定する（ステップＳ２０８）。そして、カウンタ値ｎがカウンタ最終値Ｎ以外である場合には（ステップＳ２０８−Ｙｅｓ）、カウンタ値ｎを１インクリメントし（ステップＳ２０９）、カウンタ値ｎがカウンタ最終値Ｎである場合には（ステップＳ２０８−Ｎｏ）、位相変化量の最大値θ_ｍａｘが閾値θ_ｔｈ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。

カウンタ値制御部１３６は、位相変化量の最大値θ_ｍａｘが閾値θ_ｔｈ未満である場合には（ステップＳ２１０−Ｙｅｓ）、カウンタ値ｎをＮｉに設定し（ステップＳ２１１）、位相変化量の最大値θ_ｍａｘが閾値θ_ｔｈ以上である場合には（ステップＳ２１０−Ｎｏ）、カウンタ判定値ｎ＿ｍｉｎが同期カウンタ値（Ｎｉ＋Ｎｓ／２）未満であるか否かを判定する（ステップＳ２１２）。

カウンタ値制御部１３６は、カウンタ判定値ｎ＿ｍｉｎが同期カウンタ値未満である場合には（ステップＳ２１２−Ｙｅｓ）、カウンタ値ｎを（Ｎｉ＋Ｎｓ／２）−ｎ＿ｍｉｎ＋Ｎｉに設定する（ステップＳ２１３）。一方、カウンタ判定値ｎ＿ｍｉｎが同期カウンタ値以上である場合には（ステップＳ２１２−Ｎｏ）、カウンタ判定値ｎ＿ｍｉｎが同期カウンタ値と等しいか否かを判定する（ステップＳ２１４）。

カウンタ値制御部１３６は、カウンタ判定値ｎ＿ｍｉｎが同期カウンタ値と等しい場合には（ステップＳ２１４−Ｙｅｓ）、カウンタ値ｎをＮｉに設定する（ステップＳ２１５）。一方、カウンタ判定値ｎ＿ｍｉｎが同期カウンタ値と等しくない場合（ステップＳ２１４−Ｎｏ）、すなわちカウンタ判定値ｎ＿ｍｉｎが同期カウンタ値を超える場合には、カウンタ値ｎをＮｉ−｛ｎ＿ｍｉｎ−（Ｎｉ＋Ｎｓ／２）｝に設定する（ステップＳ２１６）。

上述したように、第４の実施形態に係る復調装置４の同期信号生成部１３３は、サンプリング周期ごとにカウンタ値が更新され、１つのシンボル周期で一周するカウンタ１３７と、カウンタの初期値を制御するカウンタ値制御部１３６と、を備え、カウンタ１３７の同期カウンタ値に対応するタイミングで同期信号を出力する。カウンタ値制御部１３６は、位相変化量の最小値となる時のカウンタ値と、同期カウンタ値とが異なる場合には、両者が近付くようにカウンタ１３７の初期値を制御する。例えば、カウンタ値制御部１３６は、位相変化量の最小値となる時のカウンタ値が同期カウンタ値よりも小さい場合には、同期タイミングが、位相変化量の最小値に対応するタイミングに近づくようにカウンタ１３７の初期値をずらし、位相変化量の最小値となる時のカウンタ値が同期カウンタ値よりも大きい場合には、カウンタ１３７の初期値を予め定められたサンプリング周期保持するようにカウンタ１３７を制御する。そのため、復調装置４によれば、正確に同期タイミングを調整することができ、位相偏移変調信号をさらに高精度に復調することができる。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態の構成図に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。

１，２，３，４復調装置
１１ＩＱ信号算出部
１２位相信号算出部
１３−１，１３−２，１３−３，１３−４シンボル同期部
１４復調信号生成部
１３１変化量算出部
１３２最小値検出部
１３３同期信号生成部
１３４出力部
１３５最大値検出部
１３６カウンタ値制御部
１３７カウンタ
１４１遅延検波部
１４２データ判定部
１４３Ｐ／Ｓ変換部

Claims

位相シフトＱＰＳＫ変調信号から、シンボル周期中に予め定められたサンプリング周期でＡＤ変換された、Ｉ信号及びＱ信号を算出するＩＱ信号算出部と、
前記Ｉ信号及び前記Ｑ信号から前記位相シフトＱＰＳＫ変調信号の位相信号を算出する位相信号算出部と、
前記位相信号の変化量を算出する変化量算出部と、
前記変化量の最小値を検出する最小値検出部と、
前記最小値に対応するタイミングに基づいて同期タイミングを調整した同期信号を生成する同期信号生成部と、
前記同期信号の前記同期タイミングに同期して前記位相信号を出力する出力部と、
前記位相信号を用いて遅延検波を行い、復調信号を生成する復調信号生成部と、
を備え、
前記同期信号生成部は、前記最小値に対応するタイミングとの差が縮まるように前記同期タイミングを調整する、復調装置。
前記同期信号生成部は、前記最小値に対応するタイミングと一致するように前記同期タイミングを調整する、請求項１に記載の復調装置。
前記同期信号生成部は、前記位相信号の変化量が予め定められた閾値以上となる場合に、前記同期タイミングを調整する、請求項１又は２に記載の復調装置。
前記変化量の最大値を検出する最大値検出部をさらに備え、
前記同期信号生成部は、前記最大値が予め定められた閾値以上となる場合に、前記同期タイミングを調整する、請求項１から３のいずれか一項に記載の復調装置。
前記同期信号生成部は、
前記サンプリング周期ごとにカウンタ値が更新され、１つの前記シンボル周期で一周するカウンタと、
前記カウンタの初期値を制御するカウンタ値制御部と、を備え、
前記同期信号生成部は、前記カウンタの予め定められた同期カウンタ値に対応するタイミングで前記同期信号を出力し、
前記カウンタ値制御部は、前記最小値に対応するタイミングにおいて、前記カウンタのカウンタ値が前記同期カウンタ値よりも小さい場合には、前記同期タイミングが、前記最小値に対応するタイミングに近づくように前記初期値をずらし、前記カウンタのカウンタ値が前記同期カウンタ値よりも大きい場合には、前記初期値を予め定められたサンプリング周期保持するように前記カウンタを制御する、請求項１から４のいずれか一項に記載の復調装置。