JP3270333B2 - Mpsk復調レシーバ、ディジタルフィルタおよびmpsk復調方法 - Google Patents

Mpsk復調レシーバ、ディジタルフィルタおよびmpsk復調方法

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JP3270333B2
JP3270333B2 JP19735396A JP19735396A JP3270333B2 JP 3270333 B2 JP3270333 B2 JP 3270333B2 JP 19735396 A JP19735396 A JP 19735396A JP 19735396 A JP19735396 A JP 19735396A JP 3270333 B2 JP3270333 B2 JP 3270333B2
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/18Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H04L27/22Demodulator circuits; Receiver circuits
    • H04L27/233Demodulator circuits; Receiver circuits using non-coherent demodulation
    • H04L27/2338Demodulator circuits; Receiver circuits using non-coherent demodulation using sampling

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は通信システムに関
し、特に、M値位相シフトキーイング(MPSK)を用
いた通信システムに関する。
【0002】
【従来の技術】通常の通信システムにおいては、しばし
ば送信されるべきベースバンド信号でキャリアを変調す
ることが望ましい。ここで、キャリア周波数は送信され
るべきベースバンド信号の周波数よりもはるかに高いも
のである。この変調方式には、通常、ベースバンド信号
を局部発振器の出力信号と乗算する乗算器が用いられ
る。その結果得られる信号は、パスバンド信号と呼称さ
れるが、キャリア周波数範囲にシフトされたベースバン
ド信号を含んでいる。
【0003】多くの通信システムにおいて用いられてい
る変調方式の一タイプに、M値位相シフトキーイングと
呼称される方式がある。ここで、Mは正の整数である。
このタイプの信号変調は公知であり、例えば、Mischa S
chwartz, "Information, Transmission, Modulation an
d Noise", McGraw Hill (3rd ed.), 1980、に記述され
ている。基本的には、位相シフトキーイングは信号の符
号化方式であり、単一あるいは複数個のデータビットが
与えられた振幅および与えられた位相を有するシンボル
信号によって表現されるものである。M値位相シフトキ
ーイングの一タイプに直交位相シフトキーイングすなわ
ちQPSKがある。この方式に従うと、2つのバイナリ
ビットが、およそ90°離れた位相を有するシンボル信
号によって表現される。図2は、QPSK変調方式にお
ける信号配置を示している。例えば、データビット“0
0”は、与えられた振幅および“ゼロ”位相を有する位
相ベクトルあるいはフェーザ(phasor)10によって表現
されるシンボル信号に対応する。データビット“01”
は位相ベクトル10と実質的に同一の振幅およびπ/2
ラジアンの位相シフトを有する位相ベクトル12によっ
て表現されるシンボル信号に対応する。データビット
“10”は、πラジアンの位相シフトを有する位相ベク
トル14によって表現されるシンボル信号に対応する。
同様に、データビット“11”は、3π/2ラジアンの
位相シフトを有する位相ベクトル16によって表現され
るシンボル信号に対応している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来技術に係る通信レ
シーバは、M値位相シフトキーイング復調のためにかな
り複雑な配置を有している。通常、このようなシステム
は、送信されてきた入力信号のキャリア信号を決定すな
わち回復する周波数トラッキングモジュール、入力信号
をパスバンド領域からベースバンド領域に変換する乗算
器、および雑音信号をスムージングするフィルタ、を有
している。それゆえ、従来技術に係るM値復調器の設計
配置は、通常、複雑なアナログ回路を含んでいる。この
配置は、通常、入力信号から回復されたデータビットを
処理するディジタル回路を有している。通常、アナログ
およびディジタル回路の双方を含む集積回路M値復調器
をインプリメントすることは難しいが、単一のチップに
この種の復調器を実現することは、簡便性および費用と
いう点で有利である。よって、単一の集積回路チップ上
にM値復調器を実現するというニーズが存在する。
【0005】さらに、従来技術に係る、送信されてきた
入力信号のキャリア信号を決定するプロセスはかなり時
間がかかるものである。キャリア信号を決定するために
必要となる時間は、バーストモード通信には受け入れ難
いものである。例えば時分割多重アクセス(TDMA)
等の通常のバーストモード通信システムにおいては、複
数個のトランスミッタが同一のチャネルを介して単一の
レシーバ宛に信号を送出する。それぞれのトランスミッ
タは、信号バーストすなわちレシーバによってトランス
ミッタを識別し、バーストの持続中にキャリア信号を決
定するために用いられるプリアンブル部を有する情報パ
ケットを送信する。レシーバは、実質的に短いアイドル
(空き)期間によって互いに分離されたこれらの情報バ
ーストを連続して受信する。少なくとも一部はキャリア
信号の回復に係る比較的長い時間のため、そしてさらに
は入力信号をベースバンド領域に変換するために入力信
号を乗算してフィルタリングするように配置された従来
技術に係る回路の複雑さのために、従来技術に係る復調
器は高ビットレートバーストモード通信には適切ではな
い。よって、高ビットレートバーストモード通信環境に
対しても適した、そして集積回路として集積化されるこ
とが可能なM値復調器に対するニーズが存在する。
【0006】
【課題を解決するための手段】簡潔に述べれば、本発明
の一特徴によれば、M値位相シフトキーイング変調方式
に従って送信されたパスバンド信号パルスを復号化する
レシーバは、パスバンド周波数範囲におけるパスバンド
信号パルスをサンプリングしてそのサンプリングされた
パスバンド信号パルスに対応するディジタルワードを生
成するマルチフェーズ(多相)サンプラ(ここで、前記
ディジタルワードは前記サンプリングされたパスバンド
信号パルスの位相を表現している)、および、前記マル
チフェーズサンプラに接続されていて前記ディジタルワ
ードのうちの一つをストアする位相参照レジスタ(ここ
で、前記マルチフェーズサンプラによって生成された別
のディジタルワードは前記パスバンド信号パルスを復号
化する目的で前記位相参照に対応するディジタルワード
と比較される)を有している。
【0007】簡潔に述べれば、本発明の別の特徴によれ
ば、それぞれのバーストが周期的な信号パルスを有する
ようなMPSK信号バーストを復調する方法が実現され
る。当該方法は、それぞれがサンプリングされた信号パ
ルスの位相を表現するディジタルワードを生成するため
に信号パルスをサンプリングするステップと、送信され
た信号パルスの所定の組に対応するディジタルワードに
応答してデータサンプリングクロック信号を生成するス
テップと、データサンプリングクロック信号に従って生
成されたディジタルワードのうちから選択されたものを
回復するステップとを有している。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例においては、Q
PSKシンボルは、与えられた、すなわち所定のキャリ
ア周波数において送信される。例えば、図3は、図2に
示された信号配置方式における位相ベクトル10、1
2、14および16にそれぞれ対応するQPSK信号パ
ルスを含む4つの組52、54、56および58を示し
ている。これらの組のそれぞれは、与えられた位相に対
応する信号パルスビットストリームを構成している。よ
って、例えばこの特定の実施例においては、組52の信
号パルスは0°の位相シフトに対応している。同様に、
組54の信号パルスは90°の位相シフトに対応し、組
56の信号パルスは180°の位相シフトに、および組
58の信号パルスは270°の位相シフトに対応してい
る。それぞれの信号パルスは1シンボルすなわち2ビッ
トに対応しているが、本発明はこれに限定されるもので
はない。この1シンボルは、それぞれ信号パルスの組を
構成するように送出される。よって、この特定の実施例
においては、信号パルスの組は1シンボルすなわち2ビ
ットに対応している。他のM値位相シフトキーイング変
調方式に関しては、単一あるいは複数個のシンボルに対
応する相異なった位相および/あるいは付加的な位相を
有する、別の信号パルスの組が存在することに留意され
たい。対応する位相シフトを有するそれぞれの信号パル
スの組は、単一のシンボルを表現する。よって、より小
さな位相シフト、例えば90°未満、で信号を変調する
ことにより、与えられた時間期間内に送出されるシンボ
ルの数を増大させることが可能である。
【0009】図3に示されているように、組54の信号
パルスは組52の信号パルスに対して90°位相がずれ
ている。組52の最終パルスが終了して組54の最初の
パルスが開始される領域は、本明細書においては、位相
遷移領域と呼称される。
【0010】それぞれのQPSKシンボルを表現するパ
ルス数は、少なくとも一部はトランスミッタにおけるキ
ャリアあるいは変調周波数に依存する。例えば、ケーブ
ルTVアプリケーションを指向した本発明に従う一実施
例においては、これは図8を参照してより詳細に記述さ
れるが、データレートは毎秒1.62メガビットであ
る。QPSK伝送に関しては、このデータレートはおよ
そ毎秒0.81メガシンボルに対応する。代表的なキャ
リア周波数は29.16MHzである。このQPSK伝
送においては、信号パルス52から56のそれぞれの組
は、同一の位相すなわちシンボルに対応する36パルス
を含んでいる。言い換えれば、信号パルスの単一の組に
対応するそれぞれのシンボルは、29.16MHzキャ
リアの36パルスにわたっている。
【0011】図1は、本発明に従うMPSK復調器の実
施例100を示している。復調器100は、パスバンド
周波数範囲の入力信号を、ベースバンド周波数領域にダ
ウンコンバートすることなく処理する。マルチフェーズ
サンプリング回路102は、データ入力ライン104か
ら入力信号パルスをシーケンシャルに受信する。マルチ
フェーズキャリア周波数ジェネレータ108は、キャリ
ア周波数におけるN個の位相シフトされたクロックすな
わちクロック信号を、サンプリング回路102に接続さ
れたマルチフェーズバス106上に生成する。ここで、
Nは正の整数である。サンプリング回路102の出力信
号は、入力信号パルスのそれぞれの組の位相を表現する
ディジタルワードである。このディジタルワードはデー
タバス114に供給され、データバス114は平均化回
路110に接続されている。
【0012】平均化回路110の出力信号は、データバ
ス116を介して状態マシン118が用いるように供給
される。状態マシン118は、シンボルクロックを決定
するために用いられる。このシンボルクロックは、以下
に詳細に説明されているように、平均化回路110によ
って出力信号として提供されたディジタルワード信号を
サンプリングするために用いられる。本明細書において
は、シンボルクロックという術語は、平均化回路110
によって提供されるディジタルワードが出力レジスタ1
22から読み出されることが望ましい時刻を決定するた
めに用いられるクロック信号を指し示している。シンボ
ルクロックは、位相遷移領域の実質的に中点で開始され
る。前述されているように、位相遷移領域は、信号パル
スの一つの組の位相が信号パルスの新たな組に対応する
別の位相に変化する領域である。出力レジスタ122に
おけるデータは、パルスの組の実質的に中央領域でサン
プリングされる。このアプローチは、サンプリングされ
たディジタルワードに基づいて得られる信号の完全性を
向上させるという意味で望ましいものである。少なくと
も一部クロックジェネレータとして機能する状態マシン
118は、クロックライン120を介して出力レジスタ
122宛に決定されたシンボルクロックを供給する。
【0013】信号検出器126は、その一端が入力デー
タラインに接続されており、他端で状態マシン118に
接続されている。信号検出器126は、入力信号バース
トを検出すると、トリガ信号を生成する。MPSK復調
器100は、マルチフェーズキャリア周波数ジェネレー
タ108、マルチフェーズサンプリング回路102、平
均化回路110および状態マシン118に対してシステ
ムクロックバス130を介してシステムクロックパルス
タイミングを供給するクロック入力を有している。ここ
で、本発明が図1に示された特定の回路の範疇のみに限
定されてはいないことに留意されたい。本発明の一実施
例に従って、マルチフェーズキャリア周波数ジェネレー
タ108は、本発明の発明者であるLakshmikumarによっ
て1995年7月31日に同時に出願された“リングオ
シレータ”という表題の特許出願に記載されているもの
のような電流制御リングオシレータを有している。一実
施例においては、リングオシレータは、それぞれが第一
および第二入力ポートおよび第一および第二出力ポート
を有する、少なくとも2つのディレイユニットを有して
いる。ディレイユニット内では、キャパシタが第一出力
ポートに接続されていて第二キャパシタが第二出力ポー
トに接続されている。同様に、ディレイユニット内で
は、ラッチ回路が、キャパシタにわたるスイッチング時
間を加速する再生帰還を実現するように、これら2つの
キャパシタに対して接続されている。ラッチ回路をキャ
パシタと組み合わせて使用することにより、前掲の特許
出願により詳細に記述されているように、リングオシレ
ータに実質的にリニアな周波数/電流特性を持たせるこ
とが可能になる。
【0014】本発明の一実施例に係るマルチフェーズサ
ンプリング回路102は、図1および図4を参照してよ
り詳細に記述される。サンプリング回路102は、デー
タ入力ライン104から入力信号パルスを並列に受信す
る第一ステージフリップフロップバンク140を有して
いる。これらのフリップフロップへのクロック信号はマ
ルチフェーズキャリア周波数ジェネレータ108によっ
て生成され、マルチフェーズバス106を介してフリッ
プフロップ宛に送出される。前述されているように、図
1のマルチフェーズキャリア周波数ジェネレータ108
は、N個の位相シフトクロック信号を生成する。ここ
で、Nは正の整数である。本明細書に示されている本発
明のQPSKを利用した実施例においては、φ0からφ
15で示された16個の位相シフトクロックが存在する。
Nの値はM値位相シフトキーイング方式に依存し、少な
くとも一部は、用いられる変調方式に従ったM個の相異
なった位相の存在を弁別するために必要とされる位相の
分解能によって決定される。
【0015】本実施例に関して、マルチフェーズクロッ
クφ0からφ15によって実行されるサンプリング動作が
図3に示されている。前述されているように、本実施例
においては、36個の信号パルスよりなる組のそれぞれ
のパルスが単一のシンボルを表現している。この信号パ
ルスは、マルチフェーズクロック信号によってサンプリ
ングされる。このサンプリングは、シンボルに対応する
入力信号パルスを受信するフリップフロップ140によ
って実現される。フリップフロップバンク140中のそ
れぞれのフリップフロップは、受信されるシンボルに対
応する同一の信号パルスを同時に受信する。フリップフ
ロップ140の出力ポートは、それぞれの信号パルスの
16個のサンプリングされたビットを供給する。それぞ
れの信号パルスは、図3に示されているように、“1”
レベル部と“0”レベル部より構成されている。よっ
て、16この位相シフトクロック信号は、8個の“1”
と8個の“0”をサンプリングすることになる。入力信
号パルスの位相および16個の位相シフトクロック信号
によるサンプリングが開始される時刻に依存して、得ら
れるデータは8個の連続した“1”あるいは“0”を有
することになる。このタイプのデータワードは、温度計
コードとして知られている。ディジタルデータワード内
で1および0の位置が循環するため、結果として得られ
るディジタルワードは本明細書において“循環温度計コ
ード”と呼称される。この“循環温度計コード”に従っ
たそれぞれの生成されたディジタルワードは、入力信号
パルスの位相に対応している。よって、入力信号パルス
が入力位相からディジタルワードに変換されることにな
る。図3に示されているように、信号パルスの組の36
個のパルスのそれぞれがディジタルワード30に変換さ
れる。信号パルスを表現しているディジタルワードは、
少なくとも一部は、信号パルスのサンプリングが開始さ
れた時刻に依存している。それゆえ、図3に示された例
においては、0°位相を有する信号パルスを表現してい
るディジタルワードは“11111111000000
00”である。90°位相を有する信号パルスを表現す
るディジタルワードは“00001111111100
00”、180°位相を有する信号パルスを表現するデ
ィジタルワードは“000000001111111
1”、そして270°位相を有するディジタルワードは
“1111000000001111”である。もちろ
ん、本発明はこの観点に制限されている訳ではない。当
業者には明らかなように、他のディジタルワード表現も
可能である。
【0016】ある動作環境においては、フリップフロッ
プ140の出力信号が不定あるいは準安定状態にあるこ
とがある。第一ステージフリップフロップ140の準安
定条件は、位相に対応するディジタルワードの決定にエ
ラーをもたらす。準安定条件によって引き起こされる不
正確さを実質的に低減するために、本実施例において
は、図4に示されているように、第二ステージフリップ
フロップ142が配置されている。フリップフロップ1
42のそれぞれの入力ポートは、フリップフロップ14
0の個々の出力ポートに接続されている。第二ステージ
フリップフロップ142の出力ポートは、温度計デコー
ダ144に接続されている。本実施例においては、温度
計デコーダ144は、循環“温度計”コードを受け取
り、入力信号パルスの位相に対応する、すなわち位相を
表現する4ビットのディジタルワードを生成する。よっ
て、サンプリング回路102は位相デコーダとして機能
する。入力信号パルスはその位相に情報を含んでおり、
サンプリング回路は入力信号パルスの位相を表現するデ
ィジタルワードを生成する。
【0017】図1の平均化回路110は、サンプリング
回路102から得られるディジタルワードを平滑化する
ために用いられる。図5は、本発明に従った平均化回路
の実施例を示している。この回路は、リミッタ152に
接続されたコンパレータ150を有している。リミッタ
152は、種々の可能な設計配置のうちの一つを有して
いる。例えば、本発明の一実施例においては、リミッタ
152は、正の信号を受信した際には“1”を生成し、
負の信号を受信した場合には“−1”を生成し、ゼロ信
号を受信した場合には“0”を出力する論理回路であ
る。本実施例においては、リミッタの出力信号は4ビッ
トアキュムレータ154に渡される。アキュムレータの
出力は、図1の状態マシン118に接続されている。こ
の出力信号は、コンパレータ150に対してもフィード
バックされている。実際の動作においては、平均化回路
はサンプリング回路からディジタルワード、I(t)、
を受信する。コンパレータは、このディジタルワード
を、アキュムレータ154にストアされている4ビット
アキュムレータワード、o(t)、と比較する。その結
果得られる差、e(t)、は、正、負、あるいはゼロで
ある。この差はリミッタ152に渡され、+1、−1、
あるいは0に等しい変化、r(t)、としてアキュムレ
ータに渡される。平均化回路は、入力データの位相遷移
を平滑化するフィルタとして機能する。
【0018】平均化回路の動作が温度計デコーダととも
に以下に詳細に記述される。よって、例えば36個の信
号パルスの第一の組がまず温度計デコーダ144によっ
てデコードされる。この時点では、アキュムレータ15
4の内容はある不定のディジタルワードである。同一の
シンボルに対応するそれぞれの信号パルスは実質的に同
一の位相を有している。よって、温度計デコーダは、理
想的には同一ワードを36回生成する。平均化回路にお
ける数回の反復の後、アキュムレータの出力信号は最終
的には入力信号パルスの位相を表現するディジタルワー
ドと同一になる。次の36パルスよりなる組は相異なっ
たシンボルに対応しており、それゆえ相異なった位相を
有している。よって、温度計デコーダの出力信号は相異
なったディジタルワードになる。36パルスよりなる第
二の組に対応するそれぞれのディジタルワードとアキュ
ムレータのディジタルワード出力信号との間の差は
“1”以上になる。よって、コンパレータの出力は
“1”を越えることになる。しかしながら、リミッタが
この差を“1”に制限する。よって、アキュムレータは
“1”だけインクリメントされる。それゆえ、信号パル
スの第一の組と信号パルスの第二の組の間の位相差に依
存して、アキュムレータが温度計デコーダと同一のディ
ジタルワードを生成するまでには、第二のパルスの組か
らいくつかの信号パルスを必要とする。
【0019】本発明に従うMPSK復調器に関しては、
平均化回路はある位相に対応するあるディジタルワード
から他の位相に対応する別のディジタルワードへの遷移
に最大N/2ステップ必要とする。ここで、Nは位相シ
フトサンプリングクロックの数である。例えば、ここで
記述されている実施例に関しては、180°の位相遷移
に、回路の出力信号がその遷移を反映するまでに、平均
化回路内で8ステップが必要となる。4ビット温度計コ
ードに関しては、180°の位相差は、これらの信号パ
ルスに対応するディジタルワード間での“8”の差に変
換される。よって、アキュムレータの出力信号がこの差
を反映するまでに、平均化回路において8回の反復が必
要である。
【0020】平均化回路の動作により、システムが雑音
に起因する遷移に応答することが防止される。このよう
な遷移は平均化回路内で連続的に蓄積されることはない
ため、平均化回路の最終出力信号は、本当の遷移を表す
回数だけステップアップしたりステップダウンしたりす
ることはない。ここで、本発明が本実施例に示された平
均化回路の範囲に限定されているものではないことに留
意されたい。信号パルスのある組から他の組への遷移を
平滑化するのに適したディジタルフィルタによって平均
化回路110を置換することが可能である。
【0021】図6は、状態マシン118の動作を例示す
る状態図である。図7は、本発明に従うMPSK復調器
とともに用いられる信号パルスの構成例を示している
が、本発明はこの特定のフォーマットに制限されている
ものではない。本発明のこの実施例においては、信号パ
ルスは、図7に示されているような情報バーストすなわ
ち情報フレームとして構成されている。この特定の実施
例においては、それぞれのバーストすなわちフレーム
は、12個のシンボルに対応する12組の信号パルスを
有するプリアンブル部、および228個のシンボルに対
応する228組の信号パルスを有するペイロード部を含
んでいる。連続するフレームの間には、所定のアイドル
期間が存在する。それぞれのプリアンブルは、所定のシ
ンボル群を含んでいる。例えば、図7に示されているよ
うに、それぞれのプリアンブル部は、0°位相を表すシ
ンボルを6個、その後に180°を表すシンボルを1
個、次いで0°位相を表すシンボルを1個、180°位
相を表すシンボルを1個、そして0°位相を表すシンボ
ルを1個、それぞれ含んでいる。プリアンブル部は、2
70°位相を表すシンボルで終了する。もちろん、あら
ゆるシンボル群が用いられ得る。状態マシン118は、
各入力フレームのプリアンブル部を、以下により詳細に
説明されているように、各フレームのペイロード部に含
まれているシンボルの位相に対応する適切なディジタル
ワードを回復するために適したシンボルクロックを決定
する目的で利用する。
【0022】動作においては、MPSK復調器100
は、入力信号パルスを検出するまではアイドル状態に留
まっている。このアイドル状態の間、状態マシン118
は、図6において状態250で示されているように、
“ゼロ”状態にある。状態マシンは、このステージにお
いては、内部カウンタ(図示せず)を“ゼロ”にセット
する。データ入力ライン104に信号パルスを検出する
と、図1の信号検出器126が状態マシン118宛に信
号検出(SD)信号を送出する。SD信号に応答して、
状態マシン118は、図6において252で示されてい
る、次の状態に遷移する。この時点で、状態マシン11
8は図1の平均化回路110からの4ビットディジタル
ワードの受信を開始する。状態マシンは内部カウンタに
トリガ信号を供給して入力信号パルスの計数を開始す
る。信号パルスの組をいくつか受信した後、平均化回路
110は定常状態に達する。本発明に係るこの実施例に
おいては、状態マシンは、平均化回路110が定常状態
にあると判断するまでに、カウンタを72回インクリメ
ントするようにされている。この実施例においては、7
2カウントは信号パルスの2つの組すなわち2シンボル
に対応する。この時点で、MPSK復調器100は、そ
れぞれのパルスが0°位相信号を表している36個の信
号パルスを受信する。よって、平均化回路は同一のディ
ジタルワードを36サイクル受信することになる。それ
ゆえ、数サイクルの後、平均化回路110の出力信号は
入力信号と同一になる。
【0023】この72カウントの後、状態マシンは状態
254へ遷移し、レジスタ(図示せず)に図1のデータ
バス116からのディジタルワードをストアさせるよう
にトリガをかける。このレジスタ(図示せず)は、本明
細書においては位相リファレンスレジスタと呼称される
が、前記ディジタルワードを0°リファレンスとしてス
トアする。この0°位相リファレンスに対応するディジ
タルワードは、図4の温度計デコーダ144によって供
給される“0000”から“1111”までの16個の
可能なディジタルワードのうちのいずれかである。この
実施例では、0°位相リファレンスは“0000”であ
る。本実施例では温度計コード“0100”が90°位
相信号に対応し、“1000”が180°位相信号に、
および“1100”が270°位相信号にそれぞれ対応
するが、本発明の技術的範疇はそれに制限されているわ
けではないことに留意されたい。本発明に従うQPSK
復調器の一実施例においては、2進数“0000”から
“0011”(10進数の0から3)が0°位相リファ
レンスに対応するものとして識別される。2進数“01
00”から“0111”(10進数の4から7)が90
°位相リファレンスに対応するものとして識別される。
2進数“1000”から“1011”(10進数の8か
ら11)が180°の位相リファレンスに対応するもの
として識別される。最後に、2進数“1011”から
“1111”(10進数の12から15)が270°位
相リファレンスに対応するものとして識別される。
【0024】MPSK復調器は、この時点では、いまだ
に入力フレームのプリアンブル部の信号パルスすなわち
シンボルを受信している。ある時点で、図7に示されて
いるように、入力バースト信号の位相が0°位相から1
80°位相へ遷移する。この遷移に応答して、平均化回
路の入力ポートが180°位相を有する信号パルスを3
6個受信する。0°位相から180°位相への遷移によ
り、4ビットアキュムレータ154が一度に1ビット分
インクリメントされる。状態マシンはアキュムレータの
出力信号と0°位相に対応するディジタルワードとを比
較する。4という差が、0°から90゜への位相遷移が
なされたことを表す。
【0025】平均化回路からの4インクリメントを検出
すると、状態マシンは出力シンボルクロックの開始をト
リガし、状態256へ遷移する。シンボルクロックは、
出力レジスタ122内のディジタルワードをサンプリン
グするために用いられる。レジスタ122にストアされ
ているディジタルワードは、本実施例においてはシンボ
ルクロックの立ち下がりエッジによってサンプリングさ
れるが、本発明はこの方式のみに限定されている訳では
ない。サンプリングされたそれぞれのディジタルワード
は、0゜位相リファレンスを表現しているディジタルワ
ードと比較される。4という差は90゜位相シフトを表
す。8という差は180゜位相シフトを表す。12とい
う差は270゜位相シフトを表す。状態マシンは、図7
に示されているように、180゜位相から0゜位相への
2回の遷移とそれに引き続く180゜位相から270゜
位相への1回の遷移を検出するまでは、状態256に留
まる。入力バーストの残りの部分は、入力データのペイ
ロード部に属している。状態マシンは、2つの入力フレ
ーム間にアイドル期間を検出すると、状態250へ戻っ
て上記プロセスを再び開始する。よって、それぞれのバ
ーストすなわちフレームのプリアンブル部は、それぞれ
のフレームすなわちバーストのペイロード部に含まれる
シンボルをサンプリングするシンボルクロックを決定す
るために用いられる。
【0026】図8は、図1のバス116のような4ビッ
トデータバスのタイミングダイアグラムを、状態マシン
クロック、出力シンボルクロックおよび出力データスト
リームと関連して示した図である。図示されているよう
に、シンボルクロックの立ち上がりエッジは、初期状態
では、0°位相から180゜位相への位相遷移に揃って
いる。このことは、遷移領域115において生ずる。出
力レジスタ122のデータは、出力クロックの立ち下が
りエッジでサンプリングされる。このことにより、エラ
ーの可能性を低減するために、36個の信号パルスより
なるそれぞれの組の最初の組すなわちシンボルではな
く、例えば本実施例においては、18番目の信号パルス
においてデータがサンプリングされることが保証され
る。状態マシン118の動作は、ハードウェアあるいは
ソフトウェアの双方において実現され得ることに留意さ
れたい。例えば、ルックアップリードオンリメモリ(R
OM)が、図6に示された各状態に対応する出力信号と
出力シンボルクロックとの生成を含む状態マシンの実現
に用いられる。
【0027】本発明に従うMPSK復調器は、種々の通
信システムにおいて用いられ得る。ディジタル的なアプ
ローチを用いることにより、本発明に従うMPSK復調
器の集積回路としての製造が可能になり、MPSK復調
をレシーバにおいて用いることが可能になる。図9は、
図1の復調器100が用いられる通信システムの一例を
示しているが、本発明はこのアプリケーションに限定さ
れている訳ではない。図9ではインタラクティブテレビ
ジョン環境が示されており、顧客がホストとの間で情報
をやり取りする。例えば、顧客邸200は、同一の邸内
で6名のユーザが外部と通信することを可能にする6つ
のセットトップ端末、例えば210あるいは212、を
有している。複数個の顧客邸200は、顧客邱の近所の
歩道脇に配置された光ネットワークユニット(ONU)
218に接続されている。光ネットワークユニットは、
光ファイバを介してディジタルホスト端末220に接続
されており、ホスト端末220がシステム内の各セット
トップボックスから発信された信号を受信する。これら
のセットトップボックスは、光ネットワークユニット2
18宛にQPSK変調済み信号を送出する。光ネットワ
ークユニット218は、本発明に係るMPSK復調器の
例えばQPSK復調器としての実施例を含んでおり、パ
スバンド周波数領域におけるこれらの信号を、まずベー
スバンド周波数領域にシフトさせることなしに復調す
る。
【0028】よって、本発明に係るMPSK復調器は、
レシーバにおけるダウンコンバージョンを利用すること
なくMPSK復調を可能にする。各入力パルス信号の位
相が対応するディジタルワードに変換される。この配置
により、シンボルクロック信号の実質的に高速な決定が
可能になる。よって、本発明に係るMPSK復調器は、
それぞれの入力フレームに係るシンボルクロックを迅速
に獲得することが望ましいバーストモード通信環境にお
いて有用である。同様に、本発明に係るMPSK復調器
が高度なアナログ回路を必要としないため、頑強な集積
回路配置に適している。前述されているように、本発明
の実施例には、与えられた位相を有するあるバーストか
ら相異なった位相を有する別のバーストへの遷移の間の
信号バーストを平滑化する効果的なフィルタ配置が含ま
れている。
【0029】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので,この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。
【0030】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、高
ビットレートバーストモード通信環境に対しても適し
た、そして集積回路として集積化されることが可能なM
値復調器および復調方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に従うMPSK復調器の一実施例を示
すブロック図である。
【図2】 代表的なQPSK変調方式に係る信号配置を
示す図である。
【図3】 図2に示された信号配置における位相ベクト
ルにそれぞれ対応するQPSK信号バーストを模式的に
示す図である。
【図4】 図3に示された実施例とともに用いられるマ
ルチフェーズサンプラの一実施例を示すブロック図であ
る。
【図5】 本発明に従うMPSK復調器において用いら
れる平均化回路の一実施例を示すブロック図である。
【図6】 本発明に従うMPSK復調器の一実施例とし
てインプリメントされたステートマシンの状態図であ
る。
【図7】 本発明に従うMPSK復調器の一実施例に関
連してインプリメントされる信号バースト構成の一実施
例を示す図である。
【図8】 図1に示された本発明に係るMPSK復調器
の一実施例に係る4ビットデータバスの動作をステート
マシンクロック、出力シンボルクロックおよび出力デー
タストリームと関連して示すタイミング図である。
【図9】 本発明のさらなる実施例を示す図である。
【符号の説明】
30 ディジタルワード 52、54、56、58 信号パルス 100 MPSK復調器 102 サンプリング回路 104 データ入力ライン 106 マルチフェーズバス 108 マルチフェーズキャリア周波数ジェネレータ 110 平均化回路 114 データバス 115 遷移領域 116 データバス 118 状態マシン 120 クロックライン 122 出力レジスタ 126 信号検出器 130 システムクロックバス 140 フリップフロップ 142 フリップフロップ 144 “温度計”デコーダ 150 コンパレータ 152 リミッタ 154 4ビットアキュムレータ 200 利用者邸 210、212 セットトップ端末 218 光ネットワークユニット 220 ホストディジタル端末
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カダバ アール.ラクシミクマー アメリカ合衆国,18106 ペンシルヴァ ニア,ウェスコスヴィル,マラナタ ウ ェイ 5020 (72)発明者 アンジェロ ロッコ マストロコーラ アメリカ合衆国,19609 ペンシルヴァ ニア,ウェスト ローン,オーヴァーヒ ル ロード 9 (72)発明者 クリシュナスワミー ナガラジ アメリカ合衆国,08876 ニュージャー ジー,サマセット,アリガー クローズ 1 (72)発明者 ダグラス エドワード シェリー アメリカ合衆国,19539 ペンシルヴァ ニア,メルツタウン,ハイヴュー レイ ン 46 (56)参考文献 特開 平4−319838(JP,A) 特開 昭63−13552(JP,A) 特開 平6−30063(JP,A) 特開 平6−21988(JP,A) 特開 平7−58792(JP,A) 特開 平4−315342(JP,A) 特開 昭61−177055(JP,A) 特開 平7−104242(JP,A) 特開 昭64−18065(JP,A) 特開 平2−131082(JP,A) 特開 平6−14573(JP,A) 特開 平6−162669(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04L 27/22

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 M値位相シフトキーイング変調方式に従
    って送信されたパスバンド信号パルスを復調するMPS
    K復調レシーバであって、 該パスバンド周波数範囲内の該パスバンド信号パルスを
    サンプリングして、該サンプリングされたパスバンド信
    号パルスに対応する複数のディジタルワードであって、
    該サンプリングされたパスバンド信号パルスの位相を表
    わす複数のディジタルワードを生成するためのマルチフ
    ェーズサンプラと、 該マルチフェーズサンプラに結合され、該ディジタルワ
    ードのうちの1つを、所定のプリアンブル信号と関連す
    る位相リファレンスとして記憶するための位相リファレ
    ンス記憶手段であって、該マルチフェーズサンプラによ
    り生成された他のディジタルワードを該位相リファレン
    スに対応するディジタルワードと比較して該パスバンド
    信号パルスを復号するように動作する位相リファレンス
    記憶手段とを含むことを特徴とするMPSK復調レシー
    バ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のMPSK復調レシーバ
    において、さらに該パスバンド信号パルスの所定の組に
    応答して生成されるディジタルワードを含むディジタル
    ワードを受信するよう該マルチフェーズサンプラに結合
    された出力クロックジェネレータであって、シンボルク
    ロック信号を生成するよう動作する出力クロックジェネ
    レータと、 該シンボルクロック信号に従って選択されたディジタル
    ワードを取得するために該サンプリングクロック信号を
    受信するよう動作する出力信号レジスタとを含むMPS
    K復調レシーバ。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載のMPSK復調レシーバ
    において、さらに複数の位相シフトクロック信号を生成
    するよう構成され、該マルチフェーズサンプラに、該複
    数の位相シフトクロック信号を提供するよう動作するマ
    ルチフェーズ周波数ジェネレータを含むMPSK復調レ
    シーバ。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載のMPSK復調レシーバ
    において、該マルチフェーズサンプラが、 該位相シフトクロック信号を受信するよう結合されたラ
    ッチ回路であって、該位相シフトクロック信号に応答し
    て該パスバンド信号パルスをサンプリングして、該パス
    バンド信号パルスに対応するディジタルワードを生成す
    るよう動作するラッチ回路を含むMPSK復調レシー
    バ。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載のMPSK復調レシーバ
    において、該マルチフェーズサンプラが、さらに該ラッ
    チ回路に結合された温度計デコーダであって、ディジタ
    ルワードの少なくとも1つを該パスバンド信号パルスに
    対応する第2のディジタルワードに変換する温度計デコ
    ーダを含むMPSK復調レシーバ。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載のMPSK復調レシーバ
    において、 該ラッチ回路が、該パスバンド信号を受信する第1の組
    のラッチと、一組の入力ポートおよび出力ポートを有す
    る第2の組のラッチとを含み、 第2の組のラッチの該入力ポートが該第1の組のラッチ
    に結合され、また該第2の組のラッチの出力ポートが該
    温度計デコーダに結合されているMPSK復調レシー
    バ。
  7. 【請求項7】 請求項5に記載のMPSK復調レシーバ
    において、該温度計デコーダの出力は前記ディジタルワ
    ードのフィルタリング済みバージョンを生成する平均化
    回路に接続され、該平均化回路は該ディジタルワードの
    フィルタリング済みバージョンを該出力クロックジェネ
    レータに供給するようになっているMPSK復調レシー
    バ。
  8. 【請求項8】 請求項7に記載のMPSK復調レシーバ
    において、該平均化回路が第1および第2の入力ポート
    を含むコンパレータであって、該第1の入力ポートが該
    温度計デコーダの出力信号を受信するよう結合されてい
    るようなコンパレータと、 該コンパレータに提供される出力信号に応答して、所定
    の調節信号を提供するための、該コンパレータに結合さ
    れたリミッタと、 該リミッタに結合され、該所定の調節信号に従って自己
    の内容を調節するアキュムレータとを含み、 該アキュムレータの出力ポートが該コンパレータの第2
    の入力ポートに結合されて、フィードバックループを形
    成するようになっており、また、該アキュムレータの出
    力ポートが該出力クロックジェネレータにも結合されて
    いるようなMPSK復調レシーバ。
  9. 【請求項9】 請求項8に記載のMPSK復調レシーバ
    において、 該リミッタによって生成される所定の調節信号が、前記
    コンパレータの出力信号が正の信号からなる場合にはイ
    ンクリメントを行い、該コンパレータの出力信号が負の
    信号からなる場合にはデクリメントを行い、該コンパレ
    ータの出力信号がゼロ信号からなる場合にはインクリメ
    ントもデクリメントも行わないことを指示するようにな
    っているMPSK復調レシーバ。
  10. 【請求項10】 請求項9に記載のMPSK復調レシー
    バにおいて、 該インクリメントおよび該デクリメントの量が、2進数
    の1であるMPSK復調レシーバ。
  11. 【請求項11】 請求項10に記載のMPSK復調レシ
    ーバにおいて、 該出力クロックジェネレータが、状態マシンからなるも
    のであるMPSK復調レシーバ。
  12. 【請求項12】 請求項11に記載のMPSK復調レシ
    ーバにおいて、 該状態マシンが、 入来する所定の入力信号パルスの検出を待機するアイド
    ル状態である第一の状態と、 入来する予め定められた入力信号パルスの検出に応答し
    て到達する、所定の数のクロックパルスの間だけ留まる
    第二の状態と、 該所定の数のクロックパルスの後に到達し、該平均化回
    路の内容が所定の量だけインクリメントされた場合に出
    力シンボルクロック信号を生成する第三の状態との間で
    遷移するようになっているMPSK復調レシーバ。
  13. 【請求項13】 請求項1に記載のMPSK復調レシー
    バにおいて、さらにディジタルフィルタを含み、このデ
    ィジタルフィルタが、 第一および第二の入力ポートを有し、この第一の入力ポ
    ートがフィルタリングすべきディジタル信号を受信する
    コンパレータと、 該コンパレータに接続され、該コンパレータによって生
    成される出力信号に応答して所定の調節信号を生成する
    リミッタと、 該リミッタに接続されたアキュムレータとを含み、該所
    定の調節信号に従って、該アキュムレータの内容を調節
    するために、該所定の調節信号を該アキュムレータの以
    前の内容に加算するとともに、該アキュムレータの出力
    ポートを該コンパレータの該第2の入力ポートに接続し
    てフィードバックループを形成するようになっているM
    PSK復調レシーバ。
  14. 【請求項14】 請求項13に記載のMPSK復調レシ
    ーバにおいて、 該リミッタによって生成される所定の調節信号が、該コ
    ンパレータの出力信号が正の信号からなる場合にはイン
    クリメントを行い、該コンパレータの出力信号が負の信
    号からなる場合にはデクリメントを行い、該コンパレー
    タの出力信号がゼロ信号からなる場合にはインクリメン
    トもデクリメントも行わないことを指示するようになっ
    ているMPSK復調レシーバ。
  15. 【請求項15】 請求項14に記載のMPSK復調レシ
    ーバにおいて、 該インクリメントおよび該デクリメントの量が、2進数
    の1であるMPSK復調レシーバ。
  16. 【請求項16】 各々が周期的な信号パルスを含む複数
    のMPSK信号バーストを復調するためのMPSK復調
    方法であって、 該信号パルスをサンプリングして、各々がサンプリング
    信号パルスの位相を表わすような複数のディジタルワー
    ドを生成するステップと、 該信号パルスの所定の組に応答して生成されるディジタ
    ルワードに対応するシンボルクロック信号を生成するス
    テップであって、該所定の組の信号パルスが、該MPS
    K信号バーストのプリアンブル部分に含まれているよう
    なステップと、 該シンボルクロック信号に従って、複数のディジタルワ
    ードを取得するステップとを含むMPSK復調方法。
  17. 【請求項17】 請求項16に記載のMPSK復調方法
    において、該サンプリングするステップが位相がシフト
    された複数のクロック信号を提供するステップと、 該位相がシフトされた複数のクロック信号を該信号パル
    スと比較して、該ディジタルワードを生成するステップ
    とを含むMPSK復調方法。
  18. 【請求項18】 請求項17に記載のMPSK復調方法
    において、さらに該ディジタルワードを、該信号パルス
    の位相に対応する別のディジタルワードに変換するステ
    ップを含むものであるMPSK復調方法。
  19. 【請求項19】 請求項18に記載のMPSK復調方法
    において、さらに該変換後のディジタルワードをフィル
    タリングするステップを含むMPSK復調方法。
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