JP2022040440A - 搬送波再生回路 - Google Patents

Abstract

【課題】シングルキャリア高多値ＱＡＭ無線システムにおいて、性能の劣化の原因となる搬送波の位相ノイズが付加された条件下でも高い復調性能を実現する。【解決手段】処理対象信号に相互に異なる位相オフセットを付与して位相オフセット付与後の処理対象信号を複数生成する位相オフセット付与部４と、位相オフセット付与後の処理対象信号それぞれの位相誤差を検出する位相誤差測定部５と、位相オフセット付与後の処理対象信号のうちのいずれかを選択する判定部６３と、選択された位相オフセット付与後の処理対象信号の位相誤差から位相オフセットを減算した値を用いて処理対象信号の位相を回転する第５の位相回転器８と、を有し、判定部６３が、連続するシンボル間における位相誤差の変動量の絶対値を積算した位相誤差の変動量積算値に基づいて位相オフセット付与後の処理対象信号のうちのいずれかを選択する。【選択図】図１

Description

この発明は、搬送波再生回路に関し、特に、デジタル無線伝送において搬送波・受信波を再生する技術に関する。

無線トラフィックの増大に伴う周波数利用の高効率化の要求からデジタル無線伝送においては高多値ＱＡＭ（ＱＡＭ：Ｑuadrature Ａmplitude Ｍodulation の略；直角位相振幅変調）方式による高速伝送の要求が高まっている。

高多値ＱＡＭ方式では、送信装置や受信装置において生じる搬送波の位相ノイズ（位相誤差）などによって、復調性能が劣化する場合がある。このため、位相ノイズと熱雑音の影響度に基づいて復調性能（具体的には、符号誤り率）を向上させる、という搬送波再生回路が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１－１０１１７７号公報

ところで、高多値化変調においては搬送波再生の位相誤差検出範囲が著しく狭くなり、位相ノイズ環境下で位相ジッタが増加する状況になると搬送波再生の補正精度が大幅に劣化する、という問題がある。

そこでこの発明は、シングルキャリア高多値ＱＡＭ無線システムにおいて、性能の劣化の原因となる搬送波の位相ノイズが付加された条件下でも高い復調性能を実現することが可能な、搬送波再生回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、処理対象信号に相互に異なる位相オフセットを付与して前記位相オフセット付与後の処理対象信号を複数生成する位相オフセット付与部と、前記位相オフセット付与後の処理対象信号それぞれの位相誤差を検出する位相誤差測定部と、前記位相オフセット付与後の処理対象信号のうちのいずれかを選択する判定部と、選択された前記位相オフセット付与後の処理対象信号の前記位相誤差から前記位相オフセットを減算した値を用いて前記処理対象信号の位相を回転する位相回転器と、を有する、ことを特徴とする搬送波再生回路である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の搬送波再生回路において、前記判定部が、連続するシンボル間における前記位相誤差の変動量の絶対値を積算した位相誤差の変動量積算値に基づいて前記位相オフセット付与後の処理対象信号のうちのいずれかを選択する、ことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の搬送波再生回路において、前記判定部が、既知信号に関する位相差に基づいて前記位相オフセット付与後の処理対象信号のうちのいずれかを選択する、ことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、予め位相オフセットを加えた処理対象信号を複数生成してそれらを切り替えながら位相誤差を検出して位相回転を行うようにしているので、処理対象信号のコンスタレーションが大きく回転し処理対象信号の多くが位相誤差検出範囲から外れて位相誤差の測定を適切に行うことができないために搬送波再生の補正精度が劣化してしまうことを防ぐことができ、コンスタレーションの回転に適合的／適応的に対処して位相誤差への追従性能を向上させ、延いては高い復調性能を実現することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、位相誤差の変動量積算値に基づいて位相オフセット付与後の処理対象信号を選択するようにしているので、位相オフセットを加えた処理対象信号の切り替えを適切に行うことができ、コンスタレーションの回転に一層確実に対処して位相誤差への追従性能を向上させ、延いては高い復調性能を一層確実に実現することが可能となる。特に、バーストエラーが発生する区間では位相誤差が大きく揺らいで位相誤差の変動量が増加するので、位相誤差の変動量積算値を用いることにより、バーストエラーが発生する区間（言い換えると、バーストエラーが起こりうる残留位相誤差がある区間）を正確に検出することができ、搬送波の再生を適切に行うことが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、既知信号に関する位相差に基づいて位相オフセット付与後の処理対象信号を選択するようにしているので、位相オフセットを加えた処理対象信号の切り替えを適切に行うことができ、コンスタレーションの回転に一層確実に対処して位相誤差への追従性能を向上させ、延いては高い復調性能を一層確実に実現することが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る搬送波再生回路の概略構成を示す機能ブロック図である。 位相変動の補償前後の位相誤差を示す図である。（Ａ）は補償前の位相誤差を示す図である。（Ｂ）はこの発明に係る搬送波再生回路による補償後の位相誤差を示す図である。 位相変動の補償手法の違いによる符号誤り率の違いを示す図である。 この発明の実施の形態２に係る搬送波再生回路の概略構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態２に係る搬送波再生回路において利用される既知信号を含む送信信号のイメージを示す図である。 実施の形態２に係る搬送波再生回路のタイミング検出部における相互相関値を算出する区間の考え方を説明する図である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に係る搬送波再生回路の概略構成を示す機能ブロック図である。

この搬送波再生回路は、デジタル無線伝送において搬送波・受信波を再生する機序であり、主として、第１の搬送波再生ループ１と、第２の等化器２と、第２の搬送波再生ループ３と、位相オフセット付与部４と、位相誤差測定部５と、切替制御部６と、第３のＮＣＯ７と、第５の位相回転器８と、第３の遅延回路９と、を有する。搬送波再生回路に関係する信号の変調方式として、ＱＡＭ（Ｑuadrature Ａmplitude Ｍodulation の略；直角位相振幅変調）方式を仮定する。

第１の搬送波再生ループ１は、第１の位相回転器１１、第１の等化器１２、第１の検出器１３、第１のＬＰＦ１４、第１のＮＣＯ１５、第２の位相回転器１６、および第１の遅延回路１７を含む。

第１の位相回転器１１は、入力される信号の位相を回転する回転器・乗算器であり、第１のＮＣＯ１５から出力される位相回転制御信号に基づいて、入力される信号の位相を回転する。

第１の位相回転器１１は、具体的には、送信側において直交変調されたＩＦ信号が入力される直交復調器（図示していない）によって直交復調されたうえでＡ／Ｄ変換器（図示していない）によってデジタル信号に変換された同相成分Ｉｃｈのベースバンド信号および直交成分Ｑｃｈのベースバンド信号の入力を受け、前記同相成分Ｉｃｈおよび直交成分Ｑｃｈのベースバンド信号のそれぞれに対して、第１のＮＣＯ１５から出力される位相回転制御信号としての正弦波および余弦波に基づいて位相回転を行う。なお、図においては、同相成分Ｉｃｈと直交成分Ｑｃｈとを１本の信号線によって示している。

第１の等化器１２は、第１の位相回転器１１から出力される信号（「位相回転信号」と呼ぶ）の周波数特性の劣化（伝搬路および無線装置内の回路で変動した周波数特性）を補償する適応等化器であり、つまり位相回転信号の線形歪やデータ誤りを解消する等化器である。第１の等化器１２は、具体的には例えば判定帰還型等化器や線形等化器によって構成され、判定指向アルゴリズムやＣＭＡアルゴリズムに基づいてタップ係数を更新する機能を備える。

第１の検出器１３は、第１の等化器１２による補償後の位相回転信号に含まれる位相誤差を検出して出力する位相誤差検出器である。位相誤差には、位相の回転方向（即ち、進み方向か遅れ方向か）と位相誤差量（即ち、回転量）とが含まれる。

第１の検出器１３による位相誤差の検出の仕法は、特定の手法には限定されないものの、例えば特開２００８－２４４９１８号公報に記載の手法や特開２０１９－２２０９４２号公報に記載の手法などが用いられ得る。

第１のＬＰＦ１４は、第１の検出器１３によって検出された位相誤差の高周波成分を、所定の帯域幅（言い換えると、カットオフ周波数）に応じて除去するフィルタであり、具体的にはローパスフィルタ（ＬＰＦ：Ｌow Ｐass Ｆilter の略）によって構成される。

第１のＮＣＯ１５は、第１のＬＰＦ１４によって高周波成分が除去された位相誤差に基づいて位相回転制御信号を生成する機器であり、数値制御発振器（ＮＣＯ：Ｎumerically Ｃontrolled Ｏscillator の略）によって構成される。

第１のＮＣＯ１５は、具体的には、第１のＬＰＦ１４から出力される位相誤差に基づいて逆位相の正弦波および余弦波を生成して、生成した前記逆位相の正弦波および余弦波を位相回転制御信号として第１の位相回転器１１へと出力して該第１の位相回転器１１による位相回転を制御するとともに、前記逆位相の正弦波および余弦波を位相回転制御信号として第２の位相回転器１６へも出力する。

上記により、第１の位相回転器１１において、ＩＦ信号の搬送波周波数と直交復調に用いられるローカル周波数との差分の周波数成分が取り除かれて搬送波周波数同期がとられる。

第２の位相回転器１６は、入力される信号の位相を回転する回転器・乗算器であり、第１のＮＣＯ１５から出力される位相回転制御信号に基づいて、入力される信号の位相を回転する。

第２の位相回転器１６は、具体的には、第１の等化器１２によって周波数特性の劣化が補償されたうえで（即ち、線形歪などが解消されたうえで）第１の検出器１３によって検出された位相誤差に基づいて第１のＮＣＯ１５から出力される位相回転制御信号としての正弦波および余弦波に基づいて、第１の遅延回路１７から出力される信号の位相回転を行う。

第１の遅延回路１７は、第１の位相回転器１１へと入力される信号（具体的には、同相成分Ｉｃｈのベースバンド信号および直交成分Ｑｃｈのベースバンド信号）を主に第１の位相回転器１１から第１のＮＣＯ１５までの処理時間の合計に相当する時間だけ遅延させた信号を生成して第２の位相回転器１６に対して出力する。

上記のように、第１の搬送波再生ループ１は、信号処理ループのなかに第１の等化器１２が組み込まれることにより、周波数特性の劣化を補償した後（即ち、線形歪などが解消された後）に推定した位相誤差に基づいて入力信号の位相ノイズのキャンセル処理が施される。これにより、マイクロ波無線システムはマルチパスフェージング環境下での無線伝送が前提となるため、フェージングによる受信信号の位相回転やレベル変動によって搬送波の位相ノイズの推定精度が著しく低下する場合があるのに対し、信号処理ループのなかに等化器が組み込まれることで、フェージング環境下における搬送波の位相ノイズの推定精度が向上し、延いては高い搬送波再生性能／復調性能が実現される。

第２の等化器２は、第２の位相回転器１６から出力される信号の周波数特性の劣化を補償する等化器である。第２の等化器２は、具体的には例えば判定帰還型等化器や線形等化器によって構成され、判定指向アルゴリズムやＣＭＡアルゴリズムに基づいてタップ係数を更新する機能を備える。

第２の搬送波再生ループ３は、第３の位相回転器３１、第２の検出器３２、第２のＬＰＦ３３、第２のＮＣＯ３４、第４の位相回転器３５、および第２の遅延回路３６を含む。

第３の位相回転器３１は、入力される信号の位相を回転する回転器・乗算器であり、第２のＮＣＯ３４から出力される位相回転制御信号に基づいて、入力される信号の位相を回転する。

第３の位相回転器３１は、具体的には、第２の等化器２から出力される同相成分Ｉｃｈの信号および直交成分Ｑｃｈの信号の入力を受け、前記同相成分Ｉｃｈおよび直交成分Ｑｃｈの信号のそれぞれに対して、第２のＮＣＯ３４から出力される位相回転制御信号としての正弦波および余弦波に基づいて位相回転を行う。

第２の検出器３２は、第３の位相回転器３１から出力される信号に含まれる位相誤差を検出して出力する位相誤差検出器である。位相誤差には、位相の回転方向（即ち、進み方向か遅れ方向か）と位相誤差量（即ち、回転量）とが含まれる。

第２のＬＰＦ３３は、第２の検出器３２によって検出された位相誤差の高周波成分を、所定の帯域幅（言い換えると、カットオフ周波数）に応じて除去するフィルタであり、具体的にはローパスフィルタ（ＬＰＦ）によって構成される。

第２のＬＰＦ３３の帯域幅は、第１のＬＰＦ１４の帯域幅よりも広く設定されることが好ましい。第２のＬＰＦ３３の帯域幅と第１のＬＰＦ１４の帯域幅との間の関係は、第２のＬＰＦ３３の帯域幅の方が第１のＬＰＦ１４の帯域幅よりも広い方が好ましいものの、特定の関係に限定されるものではなく、搬送波再生ループの処理が発散しないことが考慮されるなどしたうえで、適当な関係に適宜設定される。第２のＬＰＦ３３の帯域幅は、例えば、熱雑音が小さく発散し難いと考えられる場合には第１のＬＰＦ１４の帯域幅の１．５～２．０倍程度に設定されることが考えられ、熱雑音が大きく発散し易いと考えられる場合には第１のＬＰＦ１４の帯域幅の１．０～１．５倍程度に設定されることが考えられる。

第２のＮＣＯ３４は、第２のＬＰＦ３３によって高周波成分が除去された位相誤差に基づいて位相回転制御信号を生成する機器であり、数値制御発振器（ＮＣＯ）によって構成される。

第２のＮＣＯ３４は、具体的には、第２のＬＰＦ３３から出力される位相誤差に基づいて逆位相の正弦波および余弦波を生成して、生成した前記逆位相の正弦波および余弦波を位相回転制御信号として第３の位相回転器３１へと出力して該第３の位相回転器３１による位相回転を制御するとともに、前記逆位相の正弦波および余弦波を位相回転制御信号として第４の位相回転器３５へも出力する。

第４の位相回転器３５は、入力される信号の位相を回転する回転器・乗算器であり、第２のＮＣＯ３４から出力される位相回転制御信号に基づいて、入力される信号の位相を回転する。

第４の位相回転器３５は、具体的には、第２の等化器２によって周波数特性の劣化が補償されたうえで（即ち、線形歪などが解消されたうえで）第２の検出器３２によって検出された位相誤差に基づいて第２のＮＣＯ３４から出力される位相回転制御信号としての正弦波および余弦波に基づいて、第２の遅延回路３６から出力される信号の位相回転を行う。

第２の遅延回路３６は、第２の等化器２から出力されて第３の位相回転器３１へと入力される信号を主に第３の位相回転器３１から第２のＮＣＯ３４までの処理時間の合計に相当する時間だけ遅延させた信号を生成して第４の位相回転器３５に対して出力する。

第４の位相回転器３５から出力される信号のことを「処理対象信号」と呼ぶ。

上記のように、第２の搬送波再生ループ３は、信号処理ループのなかに等化器が組み込まれていないので、信号処理ループ内の遅延量が第１の搬送波再生ループ１と比べて小さいため、位相誤差の推定精度が向上する。さらに、第２の搬送波再生ループ３における第２のＬＰＦ３３の帯域幅を第１のＬＰＦ１４の帯域幅よりも広く設定することにより、位相ノイズを補償できる帯域を広げることが可能となる。すなわち、前段の第１の搬送波再生ループ１によって位相ノイズの第１段階の補償が既に行われているので、第２段階の補償としては、搬送波再生ループの処理を発散させないことに留意しても、第１のＬＰＦ１４の帯域幅よりも広く設定して位相ノイズを補償できる帯域を広げることが可能となる。

そして、実施の形態１に係る搬送波再生回路は、処理対象信号に相互に異なる位相オフセットを付与して位相オフセット付与後の処理対象信号を複数生成する位相オフセット付与部４と、位相オフセット付与後の処理対象信号それぞれの位相誤差を検出する位相誤差測定部５と、位相オフセット付与後の処理対象信号のうちのいずれかを選択する判定部６３と、選択された位相オフセット付与後の処理対象信号の位相誤差から位相オフセットを減算した値を用いて処理対象信号の位相を回転する第５の位相回転器８と、を有し、判定部６３が、連続するシンボル間における位相誤差の変動量の絶対値を積算した位相誤差の変動量積算値に基づいて位相オフセット付与後の処理対象信号のうちのいずれかを選択する、ようにしている。

位相オフセット付与部４は、第２の搬送波再生ループ３（具体的には、第４の位相回転器３５）から出力される信号（即ち、処理対象信号）に相互に異なる位相オフセットを付与した（言い換えると、信号のコンスタレーションの傾きを変化させた）信号を複数生成するための仕組みであり、第１の付与部４１Ａ、第２の付与部４１Ｂ、および第３の付与部４１Ｃを含む。

位相オフセット付与部４は、すなわち、同相成分のＩ軸と直交成分のＱ軸との直交座標系である複素平面上に分布する処理対象信号（別言すると、受信シンボル）に位相オフセット（別言すると、位相回転角）を付与する。位相オフセット付与部４による処理は、言い換えると、複素平面上に分布する処理対象信号のコンスタレーションの傾きを変化させる処理である。

図に示す例では、位相オフセット付与部４は３つの付与部を有し、処理対象信号に対して、第１の付与部４１Ａはα１［ｄｅｇ］の位相オフセットを付与し、第２の付与部４１Ｂはα２［ｄｅｇ］の位相オフセットを付与し、さらに、第３の付与部４１Ｃはα３［ｄｅｇ］の位相オフセットを付与する。

位相オフセットの角度α１，α２，およびα３は、それぞれ、特定の値に限定されるものではなく、例えばＱＡＭ方式の多値数に応じて変化する位相誤差検出範囲の大きさが考慮されるなどしたうえで適当な値に適宜設定される。なお、位相誤差検出範囲は、例えば、複素平面上に縦横等間隔に配置される各理想シンボル点間を縦横等間隔に格子状に区切って区画される、各理想シンボル点を中心とする四角形の各領域の大きさに相当する。

位相オフセットの角度α１，α２，およびα３は、具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、ＱＡＭ方式の多値数が４０９６である場合に、α１＝＋１．６［ｄｅｇ］，α２＝０［ｄｅｇ］，およびα３＝－１．６［ｄｅｇ］に設定されることが考えられる。

ただし、位相オフセット付与部４に設けられる付与部の個数は、３つに限定されるものではなく、２つでもよく、また、４つ以上でもよい。例えば、４つの付与部が設けられるようにして、各付与部の位相オフセットの角度β１～β４について、β１＝＋１．８［ｄｅｇ］，β２＝＋０．６［ｄｅｇ］，β３＝－０．６［ｄｅｇ］，およびβ４＝－１．８［ｄｅｇ］に設定されるようにしてもよい。

位相誤差測定部５は、位相オフセット付与部４から出力される（図に示す例では）３種類の位相オフセット付与後の処理対象信号のそれぞれについて、複素平面上において各理想シンボル点に対して位相オフセット付与後の処理対象信号が進み方向もしくは遅れ方向にどの程度ずれているかという位相誤差を検出するための仕組みであり、第１の測定部５１Ａ、第２の測定部５１Ｂ、および第３の測定部５１Ｃを含む。位相誤差測定部５による位相誤差の検出はシンボルごとに行われる。

第１の測定部５１Ａは、位相オフセット付与部４の第１の付与部４１Ａから出力される位相オフセット（この実施の形態では即ち、α１＝＋１．６［ｄｅｇ］）付与後の処理対象信号についての、理想シンボル点に対する進み方向もしくは遅れ方向のずれの程度に相当する位相誤差を測定して出力する。

第２の測定部５１Ｂは、位相オフセット付与部４の第２の付与部４１Ｂから出力される位相オフセット（この実施の形態では即ち、α２＝０［ｄｅｇ］）付与後の処理対象信号についての、理想シンボル点に対する進み方向もしくは遅れ方向のずれの程度に相当する位相誤差を測定して出力する。

第３の測定部５１Ｃは、位相オフセット付与部４の第３の付与部４１Ｃから出力される位相オフセット（この実施の形態では即ち、α３＝－１．６［ｄｅｇ］）付与後の処理対象信号についての、理想シンボル点に対する進み方向もしくは遅れ方向のずれの程度に相当する位相誤差を測定して出力する。

切替制御部６は、後段の第５の位相回転器８の制御に用いられる位相回転制御信号を生成するための位相誤差を選択するための仕組みであり、第１の算出部６１Ａ、第２の算出部６１Ｂ、および第３の算出部６１Ｃ、ならびに、第１の加算部６２Ａ、第２の加算部６２Ｂ、および第３の加算部６２Ｃ、さらに、判定部６３およびスイッチ６４を含む。

第１の算出部６１Ａは、位相誤差測定部５の第１の測定部５１Ａから出力される位相誤差について、連続するシンボル間における位相誤差の変動量（即ち、ｎ番目のシンボルの位相誤差－(ｎ－１)番目のシンボルの位相誤差）を算出してその絶対値を出力する。第１の算出部６１Ａによる位相誤差の変動量の算出はシンボルごとに行われ、位相オフセットの角度α１＝＋１．６［ｄｅｇ］を付与した場合の１シンボルあたりの（別言すると、連続する２シンボル間における）位相誤差の変動量の絶対値が出力される。

第２の算出部６１Ｂは、位相誤差測定部５の第２の測定部５１Ｂから出力される位相誤差について、連続するシンボル間における位相誤差の変動量（即ち、ｎ番目のシンボルの位相誤差－(ｎ－１)番目のシンボルの位相誤差）を算出してその絶対値を出力する。第２の算出部６１Ｂによる位相誤差の変動量の算出はシンボルごとに行われ、位相オフセットの角度α２＝０［ｄｅｇ］を付与した場合の１シンボルあたりの（別言すると、連続する２シンボル間における）位相誤差の変動量の絶対値が出力される。

第３の算出部６１Ｃは、位相誤差測定部５の第３の測定部５１Ｃから出力される位相誤差について、連続するシンボル間における位相誤差の変動量（即ち、ｎ番目のシンボルの位相誤差－(ｎ－１)番目のシンボルの位相誤差）を算出してその絶対値を出力する。第３の算出部６１Ｃによる位相誤差の変動量の算出はシンボルごとに行われ、位相オフセットの角度α３＝－１．６［ｄｅｇ］を付与した場合の１シンボルあたりの（別言すると、連続する２シンボル間における）位相誤差の変動量の絶対値が出力される。

第１の加算部６２Ａは、第１の算出部６１Ａからシンボルごとに出力される位相誤差の変動量の絶対値について、連続する所定の数のシンボル分を加算して位相誤差の変動量積算値として出力する。加算するシンボルの数は、特定の値には限定されないものの、例えば処理対象の位相誤差の変動速度に合わせて調整することやシンボル間隔をふまえて即時的な信号処理に支障が生じないことが考慮されるなどしたうえで適当な値に適宜設定される。加算するシンボルの数は、具体的には例えば５～１５程度の範囲のうちの適当な値に設定されることが考えられる。加算するシンボルの数は、第１の加算部６２Ａ、第２の加算部６２Ｂ、および第３の加算部６２Ｃのすべてに対して同じに設定される。

第２の加算部６２Ｂは、第２の算出部６１Ｂからシンボルごとに出力される位相誤差の変動量の絶対値について、連続する前記所定の数のシンボル分を加算して位相誤差の変動量積算値として出力する。

第３の加算部６２Ｃは、第３の算出部６１Ｃからシンボルごとに出力される位相誤差の変動量の絶対値について、連続する前記所定の数のシンボル分を加算して位相誤差の変動量積算値として出力する。

判定部６３は、第１の加算部６２Ａ、第２の加算部６２Ｂ、および第３の加算部６２Ｃのそれぞれから出力される位相誤差の変動量積算値の入力を受け、これら位相誤差の変動量積算値のうちの最小値を特定し、前記最小値を出力した加算部が含まれる系の情報をスイッチ６４へと出力する。

判定部６３は、具体的には、第１の加算部６２Ａから出力される位相誤差の変動量積算値が最小である場合には第１の系（即ち、第１の付与部４１Ａ、第１の測定部５１Ａ、第１の算出部６１Ａ、および第１の加算部６２Ａからなる系）の位相誤差を第３のＮＣＯ７へと出力すべきことを内容とする切替信号をスイッチ６４へと出力し、また、第２の加算部６２Ｂから出力される位相誤差の変動量積算値が最小である場合には第２の系（即ち、第２の付与部４１Ｂ、第２の測定部５１Ｂ、第２の算出部６１Ｂ、および第２の加算部６２Ｂからなる系）の位相誤差を第３のＮＣＯ７へと出力すべきことを内容とする切替信号をスイッチ６４へと出力し、さらにまた、第３の加算部６２Ｃから出力される位相誤差の変動量積算値が最小である場合には第３の系（即ち、第３の付与部４１Ｃ、第３の測定部５１Ｃ、第３の算出部６１Ｃ、および第３の加算部６２Ｃからなる系）の位相誤差を第３のＮＣＯ７へと出力すべきことを内容とする切替信号をスイッチ６４へと出力する。

スイッチ６４は、判定部６３から出力される切替信号（即ち、系の選択情報）の入力を受け、入力された前記切替信号に従ってスイッチを切り替える。スイッチ６４は、具体的には、前記切替信号において第１の系が指示されているときは第１の測定部５１Ａによって測定された位相誤差から第１の付与部４１Ａによって付与された位相オフセットの角度α１を減算した値を第３のＮＣＯ７へと出力し、また、前記切替信号において第２の系が指示されているときは第２の測定部５１Ｂによって測定された位相誤差から第２の付与部４１Ｂによって付与された位相オフセットの角度α２を減算した値を第３のＮＣＯ７へと出力し、さらにまた、前記切替信号において第３の系が指示されているときは第３の測定部５１Ｃによって測定された位相誤差から第３の付与部４１Ｃによって付与された位相オフセットの角度α３を減算した値を第３のＮＣＯ７へと出力する。

第３のＮＣＯ７は、スイッチ６４から出力される位相誤差に基づいて位相回転制御信号を生成する機器であり、数値制御発振器（ＮＣＯ）によって構成される。

第３のＮＣＯ７は、具体的には、スイッチ６４から出力される位相誤差に基づいて逆位相の正弦波および余弦波を生成して、生成した前記逆位相の正弦波および余弦波を位相回転制御信号として第５の位相回転器８へと出力して該第５の位相回転器８による位相回転を制御する

第５の位相回転器８は、入力される信号の位相を回転する回転器・乗算器であり、第３のＮＣＯ７から出力される位相回転制御信号に基づいて、入力される信号の位相を回転する。

第５の位相回転器８は、具体的には、スイッチ６４から出力される位相誤差に基づいて第３のＮＣＯ７から出力される位相回転制御信号としての正弦波および余弦波に基づいて、第３の遅延回路９から出力される信号の位相回転を行う。

第３の遅延回路９は、第２の搬送波再生ループ３（具体的には、第４の位相回転器３５）から出力されて位相オフセット付与部４へと入力される信号（即ち、処理対象信号）を主に位相オフセット付与部４から第３のＮＣＯ７までの処理時間の合計に相当する時間だけ遅延させた信号を生成して第５の位相回転器８に対して出力する。

上記のような搬送波再生回路の作用効果の検証例として、位相変動の補償前後の位相誤差を図２に示す。図２に示す結果から、補償前（即ち、第１の位相回転器１１へと入力される信号）は同図（Ａ）に示すように位相誤差が大きく変動しているのに対し、この発明に係る搬送波再生回路による補償後は同図（Ｂ）に示すように残留位相誤差が大幅に少ないことが確認される。

上記のような搬送波再生回路の作用効果の他の検証例として、位相変動の補償手法の違いによる符号誤り率（ＢＥＲ：Ｂit Ｅrror Ｒate の略）の違いを図３に示す。図３では、４０９６ＱＡＭにおける従来手法の符号誤り率とこの発明に係る搬送波再生回路の符号誤り率とを示す。図３に示す結果から、従来手法に対して、この発明に係る搬送波再生回路の符号誤り率が改善していることが確認され、特に搬送波対雑音比（ＣＮＲ：Ｃarrer－to－Ｎoise Ｒatio の略）が大きい領域において符号誤り率が大きく改善していることが確認される。

上記のような搬送波再生回路によれば、予め位相オフセットを加えた処理対象信号を複数生成してそれらを切り替えながら位相誤差を検出して位相回転を行うようにしているので、処理対象信号のコンスタレーションが大きく回転し処理対象信号の多くが位相誤差検出範囲から外れて位相誤差の測定を適切に行うことができないために搬送波再生の補正精度が劣化してしまうことを防ぐことができ、コンスタレーションの回転に適合的／適応的に対処して位相誤差への追従性能を向上させ、延いては高い復調性能を実現することが可能となる。

上記のような搬送波再生回路によれば、また、位相誤差の変動量積算値に基づいて位相オフセット付与後の処理対象信号を選択するようにしているので、位相オフセットを加えた処理対象信号の切り替えを適切に行うことができ、コンスタレーションの回転に一層確実に対処して位相誤差への追従性能を向上させ、延いては高い復調性能を一層確実に実現することが可能となる。特に、バーストエラーが発生する区間では位相誤差が大きく揺らいで位相誤差の変動量が増加するので、位相誤差の変動量積算値を用いることにより、バーストエラーが発生する区間（言い換えると、バーストエラーが起こりうる残留位相誤差がある区間）を正確に検出することができ、搬送波の再生を適切に行うことが可能となる。

（実施の形態２）
図４は、この発明の実施の形態２に係る搬送波再生回路の概略構成を示す機能ブロック図である。

この実施の形態は切替制御部６の構成が実施の形態１と異なる一方で他の構成や処理の内容は実施の形態１と同様であるので、実施の形態１と同等の構成や処理の内容については同一符号を付することでその説明を省略する。

実施の形態２に係る搬送波再生回路は、処理対象信号に相互に異なる位相オフセットを付与して位相オフセット付与後の処理対象信号を複数生成する位相オフセット付与部４と、位相オフセット付与後の処理対象信号それぞれの位相誤差を検出する位相誤差測定部５と、位相オフセット付与後の処理対象信号のうちのいずれかを選択する判定部６７と、選択された位相オフセット付与後の処理対象信号の位相誤差から位相オフセットを減算した値を用いて処理対象信号の位相を回転する第５の位相回転器８と、を有し、判定部６７が、既知信号に関する位相差に基づいて位相オフセット付与後の処理対象信号のうちのいずれかを選択する、ようにしている。

切替制御部６は、後段の第５の位相回転器８の制御に用いられる位相回転制御信号を生成するための位相誤差を選択するための仕組みであり、タイミング検出部６５、位相差測定部６６、判定部６７、およびスイッチ６８を含む。

タイミング検出部６５は、第２の搬送波再生ループ３（具体的には、第４の位相回転器３５）から出力される信号（即ち、処理対象信号）の入力を受け、前記処理対象信号と既知信号との間の相互相関値を計算する。

既知信号は、送信データに組み込まれて周期的に送信される。既知信号は、具体的には例えば、図５に示すように、送信側において、送信データのデータ部を構成する所定の数（図５に示す例では、ｘ）のシンボル数ごとに、所定の数（図５に示す例では、ｙ；具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、５～１０程度）のシンボル数の信号として組み込まれる。既知信号は、送信側と受信側である搬送波再生回路とで共有する所定のパターンの変調波として送信データに一定周期で組み込まれる。また、既知信号の前記所定のパターンは、例えば、切替制御部６に備えられる記憶素子（図示省略）などに予め記憶さる。

タイミング検出部６５は、処理対象信号のうち既知信号を受信している区間（言い換えると、既知信号に該当する区間）を検出するため、処理対象信号のうちの一部区間／範囲と既知信号との間の相互相関値を算出し、算出された相互相関値が所定の閾値以上である場合に、相互相関値が高いとされた区間のシンボル群が既知信号であると判断し、前記シンボル群を既知信号の組み込みのタイミングの同期をとるための基準に設定する。基準に設定されたシンボル群のことを「基準シンボル群」と呼ぶ。相互相関値を算出する区間のシンボル数は既知信号としての所定のパターンを構成するシンボル数に合わせてｙに設定され、基準シンボル群のシンボル数はｙである。

タイミング検出部６５は、具体的には、図６に示すように、処理対象信号（図中、「受信信号」と表記）について、相互相関値を算出する対象区間／範囲を１シンボルずつずらしながら（同図（Ａ）参照）、当該処理対象信号（受信信号）のうちのｙシンボルのそれぞれについて相互相関値Ｓ(ｎ)，Ｓ(ｎ＋１)，Ｓ(ｎ＋２)，・・・を算出する（但し、ｎは序数を構成する例えば自然数；同図（Ｂ）参照）。この際、タイミング検出部６５は、相互相関値が低い部分はデータ部（図５参照）であるとしてデータ部を構成するシンボル数ｘを同時にカウントしながら相互相関値を算出する。

タイミング検出部６５は、また、処理対象信号のうちの基準シンボル群の終わりからデータ部に該当する（と考えられる）ｘシンボルだけ隔てたｙシンボルについて既知信号との相互相関値を算出する。そして、算出された相互相関値が所定の閾値以上である場合は、タイミング検出部６５は、上記でカウントしたｘが既知信号の組み込みの一定周期（言い換えると、既知信号と既知信号との間のデータ部のシンボル数）であると判断する。一方、算出された相互相関値が所定の閾値未満である場合は、タイミング検出部６５は、上記でカウントしたｘをリセットし、処理対象信号と既知信号との間の相互相関値を算出して基準シンボル群を検出する処理に戻る。

タイミング検出部６５は、上記で特定した既知信号の組み込みの一定周期（即ち、データ部のシンボル数ｘ）ごとに、既知信号を受信するタイミングであることを表す受信フラグ信号を位相差測定部６６に対して出力する。

なお、タイミング検出部６５は、既知信号の組み込みの一定周期を一旦特定した後も、データ部に該当する（と考えられる）ｘシンボルだけ隔てたｙシンボルについて既知信号との相互相関値を算出する処理を継続して行い、相互相関値が所定の回数（具体的には例えば、３回）連続して所定の閾値を下回った場合には、一旦特定したｘをリセットし、処理対象信号と既知信号との間の相互相関値を算出して基準シンボル群を検出する処理に戻るようにしてもよい。

位相差測定部６６は、第２の搬送波再生ループ３（具体的には、第４の位相回転器３５）から出力される信号（即ち、処理対象信号）の入力を受けつつ、タイミング検出部６５から出力される受信フラグ信号が入力されるまで待機する。

位相差測定部６６は、受信フラグ信号が入力されると、受信フラグが入力されたタイミングに対応する処理対象信号（具体的には、既知信号に該当するシンボル群）について、既知信号の真値に対する進み方向もしくは遅れ方向のずれの程度に相当する、複素平面上における位相差を前記既知信号に該当するシンボル群を構成するシンボルごとに測定する。位相差測定部６６は、また、前記で測定したシンボルごとの位相差について、既知信号に該当するシンボル群に関する平均値（「既知信号位相差平均値」と呼ぶ）を算出する。

位相差測定部６６は、既知信号位相差平均値の算出が完了したタイミングで、算出した前記既知信号位相差平均値と既知信号位相差平均値が算出され更新されたことを表す更新フラグ信号とを判定部６７に対して出力する。

判定部６７は、位相差測定部６６から出力される既知信号位相差平均値および更新フラグ信号の入力を受け、入力された前記既知信号位相差平均値を最新の既知信号位相差平均値として保持する。

判定部６７は、さらに、上記最新の既知信号位相差平均値の大きさと、位相オフセット付与部４の各付与部４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃによって付与される位相オフセットの角度α１，α２，α３に応じて特定される各系の位相誤差検出範囲と、の比較の結果として選択される系の情報をスイッチ６８へと出力する。

上記最新の既知信号位相差平均値の大きさと各系の位相誤差検出範囲との比較は、具体的には例えば、あくまで一例として挙げると、下記のように行われる。なお、第１の系は第１の付与部４１Ａおよび第１の測定部５１Ａからなる系であり、第２の系は第２の付与部４１Ｂおよび第２の測定部５１Ｂからなる系であり、第３の系は第３の付与部４１Ｃおよび第３の測定部５１Ｃからなる系である。

ここでは、ＱＡＭ方式の多値数が４０９６であり、位相オフセットの角度がα１＝＋１．６［ｄｅｇ］，α２＝０［ｄｅｇ］，およびα３＝－１．６［ｄｅｇ］に設定されている場合を例に挙げる。この場合、各系の位相誤差検出範囲は下記のようになる。
第１の系：位相オフセットが＋１．６°→位相誤差検出範囲は＋０．８°～＋２．４°
第２の系：位相オフセットが ０°→位相誤差検出範囲は－０．８°～＋０．８°
第３の系：位相オフセットが－１．６°→位相誤差検出範囲は－２．４°～－０．８°

この場合には、判定部６７は、例えば、上記最新の既知信号位相差平均値が＋２°である場合には第１の系（即ち、第１の付与部４１Ａおよび第１の測定部５１Ａからなる系）の位相誤差を第３のＮＣＯ７へと出力すべきことを内容とする切替信号をスイッチ６８へと出力し、また、上記最新の既知信号位相差平均値が＋０．５°や－０．５°である場合には第２の系（即ち、第２の付与部４１Ｂおよび第２の測定部５１Ｂからなる系）の位相誤差を第３のＮＣＯ７へと出力すべきことを内容とする切替信号をスイッチ６８へと出力し、さらにまた、上記最新の既知信号位相差平均値が－２°である場合には第３の系（即ち、第３の付与部４１Ｃおよび第３の測定部５１Ｃからなる系）の位相誤差を第３のＮＣＯ７へと出力すべきことを内容とする切替信号をスイッチ６８へと出力する。

スイッチ６８は、判定部６７から出力される切替信号（即ち、系の選択情報）の入力を受け、入力された前記切替信号に従ってスイッチを切り替える。スイッチ６８は、具体的には、前記切替信号において第１の系が指示されているときは第１の測定部５１Ａによって測定された位相誤差から第１の付与部４１Ａによって付与された位相オフセットの角度α１を減算した値を第３のＮＣＯ７へと出力し、また、前記切替信号において第２の系が指示されているときは第２の測定部５１Ｂによって測定された位相誤差から第２の付与部４１Ｂによって付与された位相オフセットの角度α２を減算した値を第３のＮＣＯ７へと出力し、さらにまた、前記切替信号において第３の系が指示されているときは第３の測定部５１Ｃによって測定された位相誤差から第３の付与部４１Ｃによって付与された位相オフセットの角度α３を減算した値を第３のＮＣＯ７へと出力する。

上記により、既知信号を受信するたびに、判定部６７において保持される最新の既知信号位相差平均値が更新され、前記最新の既知信号位相差平均値に基づいて選択される系が（具体的には、位相オフセットの種別が）スイッチ６８によって切り替えられる。

上記のような搬送波再生回路によれば、予め位相オフセットを加えた処理対象信号を複数生成してそれらを切り替えながら位相誤差を検出して位相回転を行うようにしているので、処理対象信号のコンスタレーションが大きく回転し処理対象信号の多くが位相誤差検出範囲から外れて位相誤差の測定を適切に行うことができないために搬送波再生の補正精度が劣化してしまうことを防ぐことができ、コンスタレーションの回転に適合的／適応的に対処して位相誤差への追従性能を向上させ、延いては高い復調性能を実現することが可能となる。

上記のような搬送波再生回路によれば、また、既知信号に関する位相差に基づいて位相オフセット付与後の処理対象信号を選択するようにしているので、位相オフセットを加えた処理対象信号の切り替えを適切に行うことができ、コンスタレーションの回転に一層確実に対処して位相誤差への追従性能を向上させ、延いては高い復調性能を一層確実に実現することが可能となる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。

例えば、上記の実施の形態では第１の搬送波再生ループ１に加えて第２の搬送波再生ループ３を有するようにしているが、第２の搬送波再生ループ３はこの発明において必須の構成ではなく、第２の位相回転器１６から出力される信号または第２の等化器２から出力される信号がそのまま処理対象信号として位相オフセット付与部４や第３の遅延回路９へと入力されるようにしてもよい。

また、上記の実施の形態では第１の搬送波再生ループ１と第２の搬送波再生ループ３との２つの搬送波再生ループを有するようにしているが、３つ以上の搬送波再生ループを有するようにしてもよい。

また、上記の実施の形態１では、連続するシンボル各々の位相誤差の差分としての位相誤差の変動量の絶対値について連続する所定の数のシンボル分を加算して得られる位相誤差積算値に基づいて、位相回転制御信号を生成する際に用いる位相誤差を出力する系（図に示す例では、第１の系、第２の系、および第３の系のうちのいずれか）が選択されるようにしている。しかしながら、位相回転制御信号を生成する際に用いられる位相誤差を出力する系を位相誤差の程度に基づいて選択する場合の仕法は、上記の実施の形態１における手順や方法に限定されるものではなく、１シンボルごとの位相誤差や連続する２シンボル間における位相誤差の変動の程度が小さかったり、連続する複数のシンボルにわたる位相誤差や位相誤差の変動の程度が小さかったりする系を選択することができる手順や方法であれば、他の手順や方法が用いられるようにしてもよい。例えば、連続する所定の数のシンボルにわたる位相誤差の絶対値の平均値が最小である系が選択されたり、連続する所定の数のシンボルにわたる位相誤差の変動量の絶対値の平均値が最小である系が選択されたりするようにしてもよい。

１ 第１の搬送波再生ループ
１１ 第１の位相回転器
１２ 第１の等化器
１３ 第１の検出器
１４ 第１のＬＰＦ
１５ 第１のＮＣＯ
１６ 第２の位相回転器
１７ 第１の遅延回路
２ 第２の等化器
３ 第２の搬送波再生ループ
３１ 第３の位相回転器
３２ 第２の検出器
３３ 第２のＬＰＦ
３４ 第２のＮＣＯ
３５ 第４の位相回転器
３６ 第２の遅延回路
４ 位相オフセット付与部
４１Ａ 第１の付与部
４１Ｂ 第２の付与部
４１Ｃ 第３の付与部
５ 位相誤差測定部
５１Ａ 第１の測定部
５１Ｂ 第２の測定部
５１Ｃ 第３の測定部
６ 切替制御部
６１Ａ 第１の算出部
６１Ｂ 第２の算出部
６１Ｃ 第３の算出部
６２Ａ 第１の加算部
６２Ｂ 第２の加算部
６２Ｃ 第３の加算部
６３ 判定部（実施の形態１）
６４ スイッチ（実施の形態１）
６５ タイミング検出部
６６ 位相差測定部
６７ 判定部（実施の形態２）
６８ スイッチ（実施の形態２）
７ 第３のＮＣＯ
８ 第５の位相回転器
９ 第３の遅延回路

Claims (3)

1. 処理対象信号に相互に異なる位相オフセットを付与して前記位相オフセット付与後の処理対象信号を複数生成する位相オフセット付与部と、
   前記位相オフセット付与後の処理対象信号それぞれの位相誤差を検出する位相誤差測定部と、
   前記位相オフセット付与後の処理対象信号のうちのいずれかを選択する判定部と、
   選択された前記位相オフセット付与後の処理対象信号の前記位相誤差から前記位相オフセットを減算した値を用いて前記処理対象信号の位相を回転する位相回転器と、を有する、
   ことを特徴とする搬送波再生回路。
2. 前記判定部が、連続するシンボル間における前記位相誤差の変動量の絶対値を積算した位相誤差の変動量積算値に基づいて前記位相オフセット付与後の処理対象信号のうちのいずれかを選択する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の搬送波再生回路。
3. 前記判定部が、既知信号に関する位相差に基づいて前記位相オフセット付与後の処理対象信号のうちのいずれかを選択する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の搬送波再生回路。

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