JP2513331B2 - 搬送波再生器 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/18—Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
- H04L27/22—Demodulator circuits; Receiver circuits
- H04L27/227—Demodulator circuits; Receiver circuits using coherent demodulation
- H04L27/2271—Demodulator circuits; Receiver circuits using coherent demodulation wherein the carrier recovery circuit uses only the demodulated signals
- H04L27/2273—Demodulator circuits; Receiver circuits using coherent demodulation wherein the carrier recovery circuit uses only the demodulated signals associated with quadrature demodulation, e.g. Costas loop
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/0014—Carrier regulation
- H04L2027/0044—Control loops for carrier regulation
- H04L2027/0063—Elements of loops
- H04L2027/0065—Frequency error detectors
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は移動体衛星通信システムに関し，特に伝搬路
で生ずる信号の急激な減衰による復調器の同期外れを復
旧する搬送波再生方式に関する。
で生ずる信号の急激な減衰による復調器の同期外れを復
旧する搬送波再生方式に関する。
［従来の技術］ 従来，復調器の構成は受信変調波より周波数逓倍等の
操作による変調除去回路と抽出された搬送波のS/N改善
を目的とする狭帯域同調回路であるいはPLL回路等で構
成されていた。
操作による変調除去回路と抽出された搬送波のS/N改善
を目的とする狭帯域同調回路であるいはPLL回路等で構
成されていた。
［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来の搬送波再生方式は，恒常的にある一定
以上のS/Nで信号が受信されている場合には，特に問題
点はなかった。
以上のS/Nで信号が受信されている場合には，特に問題
点はなかった。
然しながら，移動体衛星通信では，その性質上，伝搬
路に木，建物等の種々の妨害が存在する為，一定以上の
S/Nを得る事は出来ない。この様な条件では伝搬路の減
衰が極めて大きくなると，受信側には全く信号が到達し
なくなる状況に陥り，搬送波再生ループの位相同期が外
れる。この外れた区間に於いて，ループは自走状態とな
り，当然，位相及び周波数のずれが再生搬送波に生ず
る。
路に木，建物等の種々の妨害が存在する為，一定以上の
S/Nを得る事は出来ない。この様な条件では伝搬路の減
衰が極めて大きくなると，受信側には全く信号が到達し
なくなる状況に陥り，搬送波再生ループの位相同期が外
れる。この外れた区間に於いて，ループは自走状態とな
り，当然，位相及び周波数のずれが再生搬送波に生ず
る。
よって再度，位置移動により信号が受信されても，こ
のずれにより，再生搬送波の再同期に長時間を有すると
いう欠点があった。
のずれにより，再生搬送波の再同期に長時間を有すると
いう欠点があった。
また，これは音声通信であれば，不要なクリック雑音
等が長時間発生する原因になっていた。
等が長時間発生する原因になっていた。
そこで，本発明の技術的課題は上記欠点に鑑み，シャ
ドウィング等によって生じた搬送波同期外れの復帰を早
める搬送波再生方式を提供することである。
ドウィング等によって生じた搬送波同期外れの復帰を早
める搬送波再生方式を提供することである。
［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、周期的に固定語が挿入された変調信
号を入力とし同期復調を行う同期復調器と、該同期復調
器の出力信号を入力とし、前記固定語との相互相関値を
出力する相互相関回路と、該相互相関回路の出力信号の
実部、虚部より再生搬送波の位相誤差を求める位相計算
回路と、前記相互相関回路の出力信号の絶対値が予め定
められた閾値を越えたなら、以後前記固定語の挿入され
ている周期でそのタイミングを示すアパーチャ信号を生
成するフレーム同期回路と、該フレーム同期回路より得
られるアパーチャ信号を用いて前記同期復調器に前記ア
パーチャ信号の出力された時点での前記位相計算回路出
力の位相を復調に用いる再生搬送波の位相として使用す
る手段とを備えたことを特徴とする搬送波再生器が得ら
れる。
号を入力とし同期復調を行う同期復調器と、該同期復調
器の出力信号を入力とし、前記固定語との相互相関値を
出力する相互相関回路と、該相互相関回路の出力信号の
実部、虚部より再生搬送波の位相誤差を求める位相計算
回路と、前記相互相関回路の出力信号の絶対値が予め定
められた閾値を越えたなら、以後前記固定語の挿入され
ている周期でそのタイミングを示すアパーチャ信号を生
成するフレーム同期回路と、該フレーム同期回路より得
られるアパーチャ信号を用いて前記同期復調器に前記ア
パーチャ信号の出力された時点での前記位相計算回路出
力の位相を復調に用いる再生搬送波の位相として使用す
る手段とを備えたことを特徴とする搬送波再生器が得ら
れる。
即ち，本発明は，信号断により自走状態となった同期
復調器内の搬送波再生回路の出力信号によって，同期復
調された信号列に対し，送信側に於いて，同期的に挿入
されている固定語を相互相関検出し，その検出信号よ
り，再生搬送波の位相誤差を検出し，これを，搬送波再
生回路に設定することにより，再起動を早めることを特
徴とする搬送波再生方式である。
復調器内の搬送波再生回路の出力信号によって，同期復
調された信号列に対し，送信側に於いて，同期的に挿入
されている固定語を相互相関検出し，その検出信号よ
り，再生搬送波の位相誤差を検出し，これを，搬送波再
生回路に設定することにより，再起動を早めることを特
徴とする搬送波再生方式である。
また、本発明によれば、周期的に固定語が挿入された
変調信号を入力とし同期復調を行う同期復調器と、該同
期復調器の出力信号を入力とし、前記固定語との相互相
関値を出力する相互相関回路と、該相互相関回路の出力
信号の実部、虚部より再生搬送波の位相誤差を求める位
相計算回路と、前記相互相関回路の出力信号の絶対値が
予め定められた閾値を越えたなら、以後前記固定語の挿
入されている周期でそのタイミングを示すアパーチャ信
号を生成するフレーム同期回路と、該フレーム同期回路
より周期的に出力される前記アパーチャ信号の出力され
た時点における前記位相計算回路出力の連続した２回の
出力値の差より搬送波周波数誤差を求める周波数計算回
路と、該周波数計算回路の出力信号を前記アパーチャ信
号が出力された時点で前記同期復調器で用いる再生搬送
波の周波数として使用する手段とを備えたことを特徴と
する搬送波再生器が得られる。
変調信号を入力とし同期復調を行う同期復調器と、該同
期復調器の出力信号を入力とし、前記固定語との相互相
関値を出力する相互相関回路と、該相互相関回路の出力
信号の実部、虚部より再生搬送波の位相誤差を求める位
相計算回路と、前記相互相関回路の出力信号の絶対値が
予め定められた閾値を越えたなら、以後前記固定語の挿
入されている周期でそのタイミングを示すアパーチャ信
号を生成するフレーム同期回路と、該フレーム同期回路
より周期的に出力される前記アパーチャ信号の出力され
た時点における前記位相計算回路出力の連続した２回の
出力値の差より搬送波周波数誤差を求める周波数計算回
路と、該周波数計算回路の出力信号を前記アパーチャ信
号が出力された時点で前記同期復調器で用いる再生搬送
波の周波数として使用する手段とを備えたことを特徴と
する搬送波再生器が得られる。
即ち，本発明は，信号断により自走状態となった同期
復調器内の搬送波再生回路の出力信号によって同期復調
された信号列に対し，送信側に於いて同期的に挿入され
ている固定語を相互相関検出し，その検出信号より再生
搬送波の位相誤差を検出し，更にフレーム周期毎に，こ
の誤差を検出することにより，周波数オフセットも検出
し，復調器の再同期時間の短縮を計ることを特徴とする
搬送波再生方式である。
復調器内の搬送波再生回路の出力信号によって同期復調
された信号列に対し，送信側に於いて同期的に挿入され
ている固定語を相互相関検出し，その検出信号より再生
搬送波の位相誤差を検出し，更にフレーム周期毎に，こ
の誤差を検出することにより，周波数オフセットも検出
し，復調器の再同期時間の短縮を計ることを特徴とする
搬送波再生方式である。
［実施例］ 次に本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の第１の実施例である。１は通常の同
期復調部に、113のアパーチャ信号の出力された時点に
おける114の位相値の値を再生搬送波の初期位相として
設定する機能を付与したもので、その主構成要素は101
の同期検波回路,102のクロック再生回路,103の搬送波再
生回路である。２はデータ中に周期的に挿入される固定
語に対する相互相関回路であり,3は相互相関回路出力信
号より受信信号と再生搬送波自走位相との位相差を計算
する位相計算回路,4は位相相関出力を用いて固定語周期
に対するフレーム同期を確立するフレーム同期回路であ
る。
期復調部に、113のアパーチャ信号の出力された時点に
おける114の位相値の値を再生搬送波の初期位相として
設定する機能を付与したもので、その主構成要素は101
の同期検波回路,102のクロック再生回路,103の搬送波再
生回路である。２はデータ中に周期的に挿入される固定
語に対する相互相関回路であり,3は相互相関回路出力信
号より受信信号と再生搬送波自走位相との位相差を計算
する位相計算回路,4は位相相関出力を用いて固定語周期
に対するフレーム同期を確立するフレーム同期回路であ
る。
端子110に印加された入力変調波信号は同期復調部１
により通常の同期復調処理をされ，復調データ系列を端
子111に出力する。復調データ系列に含まれる固定語ｙ
（ｔ）を相互相関回路２は次式の操作で検出する。
により通常の同期復調処理をされ，復調データ系列を端
子111に出力する。復調データ系列に含まれる固定語ｙ
（ｔ）を相互相関回路２は次式の操作で検出する。
ここに,r（ｔ）は受信信号であり固定語パターンの部
分のみ考えれば ｒ（ｔ）＝ｙ（ｔ）＋ｎ（ｔ） である（ｎ（ｔ）は雑音）。
分のみ考えれば ｒ（ｔ）＝ｙ（ｔ）＋ｎ（ｔ） である（ｎ（ｔ）は雑音）。
一方,2Nは固定語長を示し,Tはタイムスロットであ
る。またｒ（ｔ）、ｙ（ｔ）は、それぞれ２系列の信号
列を複素信号で表現したもので、＊は複素共役を表す。
（１）を変形すると となり，第一項はｙ（ｔ）の自己相関関数であり，第２
項は雑音信号がフィルターｙ（−ｔ）を通過させた時の
信号と同じとなる。このφ（τ）のシミュレーション結
果を第３図に示す。
る。またｒ（ｔ）、ｙ（ｔ）は、それぞれ２系列の信号
列を複素信号で表現したもので、＊は複素共役を表す。
（１）を変形すると となり，第一項はｙ（ｔ）の自己相関関数であり，第２
項は雑音信号がフィルターｙ（−ｔ）を通過させた時の
信号と同じとなる。このφ（τ）のシミュレーション結
果を第３図に示す。
第３図はフレーム周期256ビット間隔で長さ64ビット
の固定語をQPSK変調で伝送し，受信Eb/Noが0dBの場合で
ある。このシミュレーションでは未だ搬送波再生回路10
3は正しくトラッキングを行っており，固定語が正常に
受信されている。
の固定語をQPSK変調で伝送し，受信Eb/Noが0dBの場合で
ある。このシミュレーションでは未だ搬送波再生回路10
3は正しくトラッキングを行っており，固定語が正常に
受信されている。
この相関信号を位相面で示したのが第４図である。図
で中心よりの大きさは信号レベルを示し位相回転量は を示している。ここでRealは実部,Imagは虚部を示して
いる。位相計算回路３は（３）式の演算を行う（出力信
号は114）。
で中心よりの大きさは信号レベルを示し位相回転量は を示している。ここでRealは実部,Imagは虚部を示して
いる。位相計算回路３は（３）式の演算を行う（出力信
号は114）。
これらの図から問題となるのは雑音，パターン等によ
って発生する誤検出信号の影響である。その為にはフレ
ーム周期は一定であることを利用してアパーチャを生成
し誤検出を防ぐことができる。このアパーチャ信号は、
相互相関回路出力の絶対値がこのフレーム周期である回
数連続して定められた閾値を越えたとき、このフレーム
周期で閾値を越えるタイミングに出力される。このアパ
ーチャを用いて該当する時間部分のみを示したのが第５
図である。これから誤検出信号の影響が殆んど無くなっ
ている事が判る。
って発生する誤検出信号の影響である。その為にはフレ
ーム周期は一定であることを利用してアパーチャを生成
し誤検出を防ぐことができる。このアパーチャ信号は、
相互相関回路出力の絶対値がこのフレーム周期である回
数連続して定められた閾値を越えたとき、このフレーム
周期で閾値を越えるタイミングに出力される。このアパ
ーチャを用いて該当する時間部分のみを示したのが第５
図である。これから誤検出信号の影響が殆んど無くなっ
ている事が判る。
一方，第６図は搬送波再生ループが同期できなくなる
ようなフェージングを与えた場合の相互相関器出力信号
である（フレーム同期回路４は動作させている）。この
場合も、この相互相関回路出力より受信信号と再生搬送
波との位相関係が読みとられるはずである。従って，復
調列に対し，固定語を用いた相関器出力信号を用い，位
相差を式（３）により求め，信号114及びタイミングと
してのアパーチャ信号113を用いて搬送波再生回路103の
位相をその差だけ推移させることにより，搬送波再生回
路103が非同期状態にあってもすばやくその同期を確立
することができる。
ようなフェージングを与えた場合の相互相関器出力信号
である（フレーム同期回路４は動作させている）。この
場合も、この相互相関回路出力より受信信号と再生搬送
波との位相関係が読みとられるはずである。従って，復
調列に対し，固定語を用いた相関器出力信号を用い，位
相差を式（３）により求め，信号114及びタイミングと
してのアパーチャ信号113を用いて搬送波再生回路103の
位相をその差だけ推移させることにより，搬送波再生回
路103が非同期状態にあってもすばやくその同期を確立
することができる。
次に第２図に示す本発明の第２の実施例によれば，位
相計算回路３と搬送波再生回路103との間に周波数計算
回路５を設けることにより，周波数ずれを以下の手法に
て求める。
相計算回路３と搬送波再生回路103との間に周波数計算
回路５を設けることにより，周波数ずれを以下の手法に
て求める。
まずそれぞれのフレームビット時点で得られた（３）
式の位相をθ1,θ2,…θｎとする。求めるべき周波数オ
フセットの関数をω（ｔ）とすればその位相関係Θ
（ｔ）は Θ（ｔ）＝∫ω（ｔ）dt …（４） となる。初期位相をθｘとし，フレームビット長をｌと
すると が得られる。これと上記系列θ１…θｎとの比較を行
う。
式の位相をθ1,θ2,…θｎとする。求めるべき周波数オ
フセットの関数をω（ｔ）とすればその位相関係Θ
（ｔ）は Θ（ｔ）＝∫ω（ｔ）dt …（４） となる。初期位相をθｘとし，フレームビット長をｌと
すると が得られる。これと上記系列θ１…θｎとの比較を行
う。
即ち，θ２−θ１に対してはΘ（2lT）−Θ（lT）の
比較となる。
比較となる。
最適なω（ｔ）は評価関数 を最小化する様に選ばれる。この得られたω（ｔ）より
０次項を取り出し，即ち ω（ｔ）＝ω０＋ω1t＋ω2t2＋… のω０を取り出す。高速な同期が必要な場合には の直線近似でも殆んどさしつかえない。
０次項を取り出し，即ち ω（ｔ）＝ω０＋ω1t＋ω2t2＋… のω０を取り出す。高速な同期が必要な場合には の直線近似でも殆んどさしつかえない。
この様にして得られたω０と，θｉ（ｉのフレーム位
置でロードするとした時）を搬送波再生回路に設定して
やれば再生回路の高速同期を達成する事が出来る。
置でロードするとした時）を搬送波再生回路に設定して
やれば再生回路の高速同期を達成する事が出来る。
ここで第７図に，搬送波再生回路103にデジタルVCO
（電圧制御発振器）を用いた場合を説明する。
（電圧制御発振器）を用いた場合を説明する。
まず，入力ωｎは周波数，出力θｎは位相に相当す
る。従って，図中ωe,θｅがゼロのときは という単純な積分器である。
る。従って，図中ωe,θｅがゼロのときは という単純な積分器である。
これに位相誤差の補正を行いたいときは，図中のθｅ
のところに位相誤差を代入してやれば， となり位相誤差の補正された出力θｎ′が得られる。
のところに位相誤差を代入してやれば， となり位相誤差の補正された出力θｎ′が得られる。
また，周波数誤差の補正を行いたいときは，図中のω
ｅのところに周波数誤差を代入すれば ωｎ′＝ωｎ＋ωｅ となり，やはり周波数誤差の補正された出力θ′ｎが得
られる。
ｅのところに周波数誤差を代入すれば ωｎ′＝ωｎ＋ωｅ となり，やはり周波数誤差の補正された出力θ′ｎが得
られる。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明は復調データ列に周期的に
含まれる固定語を相互相関検出し，その検出信号の実
部，虚部より位相角を測定し，搬送波再生回路の出力信
号を測定した位相角分だけ補正することにより，シャド
ウィング等によって生じた搬送波同期外れの復帰を早め
る事ができる。
含まれる固定語を相互相関検出し，その検出信号の実
部，虚部より位相角を測定し，搬送波再生回路の出力信
号を測定した位相角分だけ補正することにより，シャド
ウィング等によって生じた搬送波同期外れの復帰を早め
る事ができる。
更に，本発明によれば固定語を相互相関検出した検出
信号より，位相差，周波数差を測定して，搬送波再生回
路に設定することにより，同様な効果を得ることができ
る。
信号より，位相差，周波数差を測定して，搬送波再生回
路に設定することにより，同様な効果を得ることができ
る。
第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック回路図，
第２図は本発明の第２の実施例を示すブロック回路図，
第３図はφ（τ）のシュミレーションの結果を示す図，
第４図は、固定語の位相が０度の場合相関信号出力の波
形を示した図であり、本図において、０度近傍において
相関信号のレベルが最も大きい。しかし、位相面の中心
から０度よりは小さいが比較的大きな円領域内に相関信
号が出力されている。これは雑音等の無相関な信号によ
り全位相状態で相関信号が出力されることを示してい
る。第５図はアパーチャを用いて該当する時間部分のみ
を示した図であり、本図においては、アパーチャを生成
することにより、第４図の位相面中心から円領域内に発
生していた雑音等による相関信号出力が全くなくなって
いることを示している。第６図は固定語の位相が、０
度、90度、180度、270度のそれぞれに存在する場合の相
関信号出力を示したものであり、本図においては、フェ
ージングにより各位相状態はばらつきが大きくなってい
るが、０度、90度、180度、270度それぞれの位相状態を
中心として相関信号レベルが分布していることを示して
いる。第７図はデジタルVCOの回路図である。 １……同期復調部,2……相互相関回路,3……位相計算回
路,4……フレーム同期回路,5……周波数計算回路。
第２図は本発明の第２の実施例を示すブロック回路図，
第３図はφ（τ）のシュミレーションの結果を示す図，
第４図は、固定語の位相が０度の場合相関信号出力の波
形を示した図であり、本図において、０度近傍において
相関信号のレベルが最も大きい。しかし、位相面の中心
から０度よりは小さいが比較的大きな円領域内に相関信
号が出力されている。これは雑音等の無相関な信号によ
り全位相状態で相関信号が出力されることを示してい
る。第５図はアパーチャを用いて該当する時間部分のみ
を示した図であり、本図においては、アパーチャを生成
することにより、第４図の位相面中心から円領域内に発
生していた雑音等による相関信号出力が全くなくなって
いることを示している。第６図は固定語の位相が、０
度、90度、180度、270度のそれぞれに存在する場合の相
関信号出力を示したものであり、本図においては、フェ
ージングにより各位相状態はばらつきが大きくなってい
るが、０度、90度、180度、270度それぞれの位相状態を
中心として相関信号レベルが分布していることを示して
いる。第７図はデジタルVCOの回路図である。 １……同期復調部,2……相互相関回路,3……位相計算回
路,4……フレーム同期回路,5……周波数計算回路。
Claims (2)
- 【請求項１】周期的に固定語が挿入された変調信号を入
力とし同期復調を行う同期復調器と、該同期復調器の出
力信号を入力とし、前記固定語との相互相関値を出力す
る相互相関回路と、該相互相関回路の出力信号の実部、
虚部より再生搬送波の位相誤差を求める位相計算回路
と、前記相互相関回路の出力信号の絶対値が予め定めら
れた閾値を越えたなら、以後前記固定語の挿入されてい
る周期でそのタイミングを示すアパーチャ信号を生成す
るフレーム同期回路と、該フレーム同期回路より得られ
るアパーチャ信号を用いて前記同期復調器に前記アパー
チャ信号の出力された時点での前記位相計算回路出力の
位相を復調に用いる再生搬送波の位相として使用する手
段とを備えたことを特徴とする搬送波再生器。 - 【請求項２】周期的に固定語が挿入された変調信号を入
力とし同期復調を行う同期復調器と、該同期復調器の出
力信号を入力とし、前記固定語との相互相関値を出力す
る相互相関回路と、該相互相関回路の出力信号の実部、
虚部より再生搬送波の位相誤差を求める位相計算回路
と、前記相互相関回路の出力信号の絶対値が予め定めら
れた閾値を越えたなら、以後前記固定語の挿入されてい
る周期でそのタイミングを示すアパーチャ信号を生成す
るフレーム同期回路と、該フレーム同期回路より周期的
に出力される前記アパーチャ信号の出力された時点にお
ける前記位相計算回路出力の連続した２回の出力値の差
より搬送波周波数誤差を求める周波数計算回路と、該周
波数計算回路の出力信号を前記アパーチャ信号が出力さ
れた時点で前記同期復調器で用いる再生搬送波の周波数
として使用する手段とを備えたことを特徴とする搬送波
再生器。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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