JP2996167B2 - 自動周波数制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動周波数制御装置
に関し、特に受信ＰＳＫ波をローカル周波数を用いて直
交復調し、これ等直交復調出力の位相ずれを検出してこ
の位相ずれに応じてローカル周波数を制御するようにし
た自動周波数制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の自動周波数制御機能を有
する受信ＰＳＫ波のディジタル復調装置の例を、図７の
ブロック図に示している。図７において、受信ＰＳＫ波
は直交復調部１へ入力されてローカル発生部１１から発
生されるローカル周波数を用いて直交復調される。

【０００３】この直交復調部１は、図８に示す如く、受
信ＰＳＫ波を同相で２分配する０度２分配器１０１と、
ローカル周波数を直交２分配する９０度２分配器１０３
と、ＰＳＫ波とローカル周波数の正相分との乗算をなす
乗算器１０２と、ＰＳＫ波とローカル周波数の直交分と
の乗算をなす乗算器１０４とを有している。

【０００４】こうして直交復調された復調信号はＬＰＦ
（ローパスフィルタ）２ａ，２ｂを介してＡ／Ｄ変換器
３ａ，３ｂへ夫々入力され、デジタル化される。これ等
デジタル信号は復調部４においてＩデータとＱデータと
に夫々復調され導出されることになる。

【０００５】これ等Ｉデータ及びＱデータは位相ずれ検
出部５へ入力され、これ等両データに基づいて位相ずれ
が検出される。この位相ずれの検出方法としては、例え
ば、これ等両データを基に図２に示す如き位相平面上で
の信号点配置（コンスタレーション）を描き、本来の位
置（図２（Ａ）の黒点位置）からの位相ずれδθ（図２
（Ｂ）参照）を各データ毎に算出して行われる。

【０００６】平均化回路部１２において、これ等各々の
位相ずれデータを平均化し、周波数制御データ生成部１
０にてローカル発生部１１の周波数制御用データに変換
することにより、ローカル周波数の制御が行われるよう
になっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のこの種の自動周
波数制御方式では、加わる雑音が大きくなる（Ｃ／Ｎが
悪化する）と、周波数制御速度が遅くなって引込み時間
が長くなるという欠点がある。

【０００８】その理由は、例えばＱＰＳＫを使用した伝
送システムの場合、データの位相ずれは±４５度の範囲
でしか考えることができないが、ローカル周波数がずれ
た状態でＣ／Ｎが悪化すると、図３（Ｂ）に示すよう
に、±４５度を越えるデータが生じるようになる。この
±４５度を越えた位相ずれデータは、図４（Ｂ）の位相
ずれ度数分布に示すように、逆方向の位相ずれデータと
して扱われてしまう。このため、単純に位相ずれデータ
をそのまま平均化すると、この逆方向の位相ずれデータ
により、位相ずれデータの平均値が下がり、周波数制御
の速度を遅くしてしまう。

【０００９】尚、特開平２−２２２３４３号公報には、
位相ずれデータの平均化速度をデジタル復調部からの復
調データのレベルに応じて変化させる技術が開示されて
いるが、位相ずれデータをそのまま平均化する点におい
ては、図７に示した従来例と同様である。

【００１０】また、特開昭５８−２１０７１３号公報で
は、位相ずれのデータを連続的に使用せず、ある条件を
満足する場合のみ使用してローカル周波数を制御する技
術が開示されているが、位相ずれデータをそのまま平均
化する点において、図７に示した従来例と同様である。

【００１１】本発明の目的は、受信側ローカル周波数を
送信側のそれと素早く一致させることができる様にした
自動周波数制御装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、受信Ｐ
ＳＫ波をローカル周波数を用いて直交復調し、これ等直
交復調出力の位相ずれを検出してこの位相ずれに応じて
前記ローカル周波数を制御するようにした自動周波数制
御装置であって、前記直交復調出力の位相ずれの大きさ
及びその方向を検出する位相ずれ検出手段と、前記位相
ずれの大きさの所定期間における平均値を算出する平均
値算出手段と、前記ずれの方向の所定期間における多数
決をとる多数決手段と、前記平均値と前記多数決とに従
って前記ローカル周波数の制御データを生成する制御デ
ータ生成手段とを含むことを特徴とする自動周波数制御
装置が得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の作用を述べると、本発明
の自動周波数制御方式は、位相ずれのデータを位相ずれ
の大きさと位相ずれの方向とを別々に処理する。位相ず
れの大きさ情報のみを取り出し、一定期間のデータを平
均化することによって、Ｃ／Ｎが悪化した場合でも、ロ
ーカルの周波数ずれの大きさに対応した速度で、制御を
行うことを可能にする。また、位相ずれ方向の情報のみ
を取り出し、同様に一定期間のデータの位相ずれ方向の
情報の多数決を取り、多い方の方向を選択することによ
って、制御する方向（周波数を下げる方向か、周波数を
上げる方向か）を確実に選択できる。

【００１４】以下、図面を用いて本発明の実施例につい
て詳述する。

【００１５】図１は本発明の実施例のブロック図であ
り、図７と同等部分は同一符号により示している。図１
において、例えばＱＰＳＫ変調方式によりデジタル復調
された信号は、直交復調部１においてローカル発生部１
１の出力信号を用いて周波数変換され、互いに９０度の
位相差をもつ２つの信号に変換される。これ等の信号
は、ＬＰＦ２ａ，２ｂによって高周波成分が取り除か
れ、ベースバンド信号となる。

【００１６】これ等の互いに９０度の位相差を持つベー
スバンド信号は、Ａ／Ｄ変換器３ａ，３ｂ及びデジタル
復調器４によって、デジタルデータ（一方をＩデータ，
他方をＱデータと呼ぶ）に変換され、出力される。

【００１７】位相ずれ検出部５では、これらのＩデー
タ，Ｑデータを基に位相ずれデータを生成する。ＱＰＳ
Ｋ変調方式を採用したシステムを考え、位相ずれ検出器
５の動作を図２，３を用いて説明する。

【００１８】Ｃ／Ｎが良く、ローカルの周波数と合って
いる状態では、図２（Ａ）の様なコンスタレーションと
なる。Ｃ／Ｎが良い状態のままで、ローカルの周波数が
ずれた場合には、コンスタレーションは図２（Ｂ）の様
に、δθだけ同図（Ａ）を回転したものとなる。この回
転方向は、ローカル周波数のずれた方向により一意的に
決定される。

【００１９】Ｃ／Ｎが悪い場合のコンスタレーション
は、Ｃ／Ｎが良い場合のコンスタレーションの信号点分
布を広くしたものとなる。図３（Ａ）は、Ｃ／Ｎが悪
く、ローカル周波数が合っている状態でのコンスタレー
ションであり、図３（Ｂ）は、Ｃ／Ｎが悪く、ローカル
周波数がずれた状態でのコンスタレーションである。

【００２０】位相ずれ検出部５では、一つ一つのデータ
について、本来あるべき位相からのずれδθの大きさと
方向（左回りを正、右回りを負）を合わせて位相ずれデ
ータとし、±４５度フルスケールとした量子化を行って
出力する。図４（Ａ）は、図３（Ａ）の状態において、
連続する１９個のデータを取り出し、４ビットで直線量
子化した場合の夫々の位相ずれデータの値に対する度数
分布を示している。また、図４（Ｂ）は、図３（Ｂ）の
状態において、連続する１９個のデータを取り出し、４
ビットで量子化した場合のものである。

【００２１】ずれの大きさ検出部６では、位相ずれデー
タの絶対値を取り出力する。平均化回路部８では、位相
ずれデータの絶対値を適度に平均化して出力する。例え
ば、図４の場合で考えると、（Ａ）の場合の平均値は、 （３×１＋２×２＋１×４＋０×５＋１×４＋２×２＋
３×１）／１９＝１．１６ となり、（Ｂ）の場合の平均値は、 （３×１＋４×２＋５×４＋６×５＋７×４＋７×２＋
６×１）／１９＝５．７４ となる。

【００２２】この平均化回路部８の平均化するデータの
数を大きくすると、位相ずれデータの変化に対し、出力
の変化を遅くすることができ、逆に平均化するデータを
少なくすると、出力の変化は速くすることができる。

【００２３】一方、ずれの方向検出部７では、位相ずれ
データの符号部のみを取り出力する。通常の場合、位相
ずれ検出部５の位相ずれデータのＭＳＢ（最上位ビッ
ト）のみを出力することになる。

【００２４】多数決回路９では、ある一定の数の入力デ
ータの中で、正のデータの数と負のデータの数をコンパ
レータで比較し、正のデータが多い場合と、負のデータ
が多い場合と、正のデータと負のデータが等しい場合
（概ね等しい場合でも良い）との３つの場合に夫々対応
した３ビットを出力する。

【００２５】図４の場合で考えると、（Ａ）の場合に
は、正のデータの数と負のデータの数とは同じであるの
で、正のデータの数と負のデータの数が等しいことを表
すビットに１を立てる。（Ｂ）の場合には、明らかに正
のデータの方が多いので、正のデータが多いことを表す
ビットに１を立てる。それ以外の場合、すなわち負のデ
ータが多い場合には、負のデータが多いことを示すビッ
トに１を立てる。

【００２６】平均化と同様、多数決を行うデータの数を
大きくすると、出力データの変化速度は遅くなり、デー
タの数を少なくすると、出力データの変化は速くなる。
通常は、平均化を行うデータの数と合わせるが、異なっ
た範囲とすることも可能である。

【００２７】周波数制御データ生成部１０では、平均化
回路８と多数決回路部９のデータを合成し、ローカル発
生部１１へ周波数制御データを出力する。多数決回路部
９の出力が、正のデータの数が多い場合には、平均化回
路部８の出力データに正の符号を付け周波数制御データ
を生成する。負のデータの数が多い場合には、平均化回
路部８の出力データに負の符号を付け周波数制御データ
を生成する。正のデータの数と負のデータの数が等しい
場合には、平均化回路部８の出力は無視し、周波数制御
データは変化させない。

【００２８】ローカル発生部１１では、周波数制御デー
タにより決定される周波数のローカル信号を発生し、直
交復調器１へ出力する。

【００２９】以上のような動作をした場合、図４
（Ａ），（Ｂ）夫々の状態において、ローカル周波数が
どのように変化するかを説明する。

【００３０】先ず、図４（Ａ）の場合は、平均化回路部
８の出力は［１．１６］であるが、多数決回路部９の出
力が［正のデータの数と負のデータの数が等しい］とな
っているので、ローカル周波数は変化させない。

【００３１】一方、図４（Ｂ）の場合は、平均化回路部
８の出力は［５．７４］であり、多数決回路部９の出力
が、［正のデータの数が多い］となっているので、［＋
５．７４］に相当する制御電圧をローカル発生部１１に
加える。これによって、比較的速い速度でローカルの周
波数が変化し、図４（Ａ）の状態に素早く近付く。

【００３２】この動作を図７の従来方式と比較すると、
従来方式では、位相ずれデータそのものを平均化するの
で、平均化回路部１２の出力は、図４（Ａ）の場合は、 （−３×１−２×２−１×４＋０×５＋１×４＋２×２
＋３×１）／１９＝０ となり、（Ｂ）の場合には、 （３×１＋４×２＋５×４＋６×５＋７×４−７×２−
６×１）／１９＝３．６３ となる。

【００３３】これより分かるように、図４（Ａ）の場合
は、状態が変わらず同じ動作をするが、図４（Ｂ）の場
合には、従来方式の方がローカル周波数の変化速度が遅
く、この差はローカル周波数のずれが大きいときほど大
きくなる。

【００３４】図１における位相ずれ検出部５の例として
は、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）で構成する回路が考
えられる。すなわち、デジタル復調部４からのＩデータ
及びＱデータをＲＯＭのアドレス入力とする。これ等各
アドレス対応に、予め算出して求められている位相ずれ
情報（大きさと符号）を量子化して、例えば８ビット程
度として格納しておく。

【００３５】また、図１における周波数制御データ生成
部１０の例としても基本的にＲＯＭを用いた構成とする
ことができ、図５，図６にその具体例を夫々示してい
る。

【００３６】図５において、ＲＯＭ５１は平均化回路部
８の８ビット出力と、多数決回路部９の３ビット出力
と、後述するラッチ回路５２の８ビット出力とをアドレ
ス入力とする。これ等各アドレス対応に、予め算出して
求められている周波数制御情報を、例えば８ビットデー
タとして格納しておく。

【００３７】この周波数制御情報は、ラッチ回路５２に
て一度ラッチされた後、Ｄ／Ａ変換器５３へ入力されて
アナログ周波数制御信号として出力される。ラッチ回路
５２のラッチ出力はＲＯＭ５１のアドレスの一部として
供給されている。

【００３８】多数決回路９の３ビット出力が正及び負の
両データが等しい（概ね等しい）ことを示した場合に
は、前述した如く、周波数制御データは変化させないよ
うにしていることから、この場合にはラッチ回路５２の
出力を変化させないようにするために、ＲＯＭ５１の出
力をＲＯＭのアドレスの一部として、当該多数決回路部
９の出力が正，負データが等しいことを示したときに、
このラッチ回路５２の出力をそのままＲＯＭ５１の出力
データとする様に、予めＲＯＭ５１に格納しておくもの
である。

【００３９】この場合、多数決回路部９の出力３ビット
を全てＲＯＭ５１のアドレス入力としているが、この出
力３ビットのうち任意の２ビットを用いても良い。なぜ
ならば、多数決回路部９の多数決結果は、上記した如
く、正か，負か，どちらでもないかの３種（３ビット）
であることから、２ビットで充分これ等３種の状態は全
て表現できるからである。

【００４０】図６は周波数制御データ生成部１０の他の
例を示しており、ＲＯＭ５１のアドレス入力には、平均
化回路部８の８ビットと多数決回路部９の１ビット（図
では、正が多いことを示すビット）とを供給している。

【００４１】そして、多数決回路部９の別の１ビット
（図では、負が多いことを示すビット）と先の正が多い
ことを示す１ビットとを２入力オア回路５４へ供給し、
このオア回路５４の出力Ａをアンド回路５５の開閉制御
に用いている。このアンド回路５５はオア回路５４の出
力Ａに従ってラッチ回路５２のラッチクロックＣＬＫの
オンオフを行うものである。

【００４２】オア回路５４の出力Ａでは、正のデータ数
と負のデータ数とが等しいときには“０”となるので、
アンド回路５５によりラッチクロックＣＬＫは停止し
て、ラッチ回路５２のラッチ内容は変化せず、よってこ
の時は周波数制御データの変化はないことになる。

【００４３】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明によれば、Ｃ／
Ｎが悪化した状態でも、ローカル周波数のずれの大きさ
に応じた速度でローカル周波数の制御を行うことがで
き、素早く受信側のローカル周波数を送信側のローカル
周波数と一致させることができるという効果がある。

【００４４】その理由は、位相ずれのデータを位相ずれ
の大きさと位相ずれの方向とを別々に処理し、位相ずれ
の大きさ情報のみを取り出し、平均化するため、Ｃ／Ｎ
が悪化し、位相ずれデータの符号が反転した場合でも影
響を受けないため、ローカルの周波数ずれの大きさに対
応した速度で制御を行うことができるからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のブロック図である。

【図２】ＱＰＳＫ変調時の位相平面上における信号点配
置（コンスタレーション）を示し、（Ａ）はローカル周
波数ずれがなくまたＣ／Ｎも良い場合、（Ｂ）はローカ
ル周波数がずれてＣ／Ｎは良い場合を夫々示す図であ
る。

【図３】（Ａ）はローカル周波数ずれがなくＣ／Ｎは悪
い場合、（Ｂ）はローカル周波数がずれかつＣ／Ｎも悪
い場合を夫々示すコンスタレーションである。

【図４】位相ずれ検出器５における出力分布の例を示し
たもので、（Ａ）はローカル周波数ずれがなくＣ／Ｎが
悪い場合、（Ｂ）はローカル周波数ずれがありかつＣ／
Ｎも悪い場合である。

【図５】周波数制御データ生成部１０の一例を示す図で
ある。

【図６】周波数制御データ生成部１０の他の例を示す図
である。

【図７】従来の自動周波数制御方式を示すブロック図で
ある。

【図８】直交復調部１の例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 直交復調部 ２ａ，２ｂ ＬＰＦ ３ａ，３ｂ Ａ／Ｄ変換部 ４ デジタル復調部 ５ 位相ずれ検出部 ６ ずれの大きさ検出部 ７ ずれの方向検出部 ８ 平均化回路部 ９ 多数決回路部 １０ 周波数制御データ生成部 １１ ローカル発生部 ５１ ＲＯＭ ５２ ラッチ ５３ Ｄ／Ａ変換部 ５４ オア回路 ５５ アンド回路

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受信ＰＳＫ波をローカル周波数を用いて
   直交復調し、これ等直交復調出力の位相ずれを検出して
   この位相ずれに応じて前記ローカル周波数を制御するよ
   うにした自動周波数制御装置であって、前記直交復調出
   力の位相ずれの大きさ及びその方向を検出する位相ずれ
   検出手段と、前記位相ずれの大きさの所定期間における
   平均値を算出する平均値算出手段と、前記ずれの方向の
   所定期間における多数決をとる多数決手段と、前記平均
   値と前記多数決とに従って前記ローカル周波数の制御デ
   ータを生成する制御データ生成手段とを含むことを特徴
   とする自動周波数制御装置。
2. 【請求項２】 前記制御データ生成手段は、前記多数決
   手段の多数決結果が位相ずれの方向を示していない場合
   に、前記制御データを変化せしめないよう構成されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の自動周波数制御装
   置。
3. 【請求項３】 前記位相ずれ検出手段は、前記直交復調
   出力を夫々ディジタル復調したＩ及びＱデータをアドレ
   ス入力とし、これ等アドレスに対応して予め位相ずれデ
   ータが格納されたメモリであることを特徴とする請求項
   １または２記載の自動周波数制御装置。
4. 【請求項４】 前記制御データ生成手段は、前記平均値
   のデータと前記多数決のデータとをアドレス入力とし、
   これ等アドレスに対応して予め前記制御データが格納さ
   れたメモリを有することを特徴とする請求項１〜３いず
   れか記載の自動周波数制御装置。