JP3313403B2 - Qpsk変調器 - Google Patents

Qpsk変調器

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JP3313403B2 JP17845092A JP17845092A JP3313403B2 JP 3313403 B2 JP3313403 B2 JP 3313403B2 JP 17845092 A JP17845092 A JP 17845092A JP 17845092 A JP17845092 A JP 17845092A JP 3313403 B2 JP3313403 B2 JP 3313403B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、衛星通信や地上マイ
クロ波通信に利用されるQPSK変調器に係り、特にデ
ータ信号の周波数帯域を波形処理によって制限し、伝送
効率を改善するものに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、衛星通信や地上マイクロ波通信
における無線伝送方式にあっては、搬送波をデジタル信
号で変調する搬送波変調伝送方式が用いられる。PSK
(フェーズ・シフト・キーイング)変調方式もそのひと
つであり、基本的にデジタル信号の“1”、“0”に応
じて搬送波の位相を切り替えていくものである。
【0003】ところで、デジタル信号は矩形波であり、
多くの高調波成分を含んでいる。したがって、このデジ
タル信号にそのままPSK変調を施すと、その周波数帯
域が広くなり、多重伝送が困難になる。そこで、デジタ
ル信号の波形を鈍らせて(スムージング)、高調波成分
を除去することにより帯域制限することが考えられる。
【0004】上記のような波形処理には、ローパスフィ
ルタを用いるのが一般的であるが、実際には立ち上がり
後、立ち下がり後の振動収束が困難であり、特性の設定
が容易でない。そこで、USP4,339,724(文献「DIGITAL
COMMUNICATIONS」(著者Dr.KAMIO FEHER ,Ph. D.,M.
A. Sc,P. Eng. )に詳細が記載されている)に示され
るフィルタを利用することが考えられている。
【0005】このフィルタは、図4に示すように、第1
乃至第4の信号源1〜4と、各信号源1〜4の出力を制
御信号に応じて導出する第1乃至第4のスイッチ5〜8
と、入力デジタル信号に応じて各スイッチ5〜8に対す
る制御信号を発生するロジック回路9とで構成される。
【0006】第1、第2の信号源1,2はそれぞれ振幅
がEで、周波数が入力デジタル信号の周波数の1/4の
正弦波信号を発生するが、互いに位相がπだけずれてい
る。第3、第4の信号源3,4はそれぞれ+E、−Eの
直流電圧信号を発生する。各スイッチ5〜8で導出され
た信号は合成されて出力されるが、さらにロジック回路
9にフィードバックされる。
【0007】いま、図5(a)に示すデジタル信号(N
RZ符号によるデータ列)がロジック回路9に入力され
たとする。ロジック回路9は入力デジタル信号の状態変
化を判別し、この判別結果に基づきスイッチ5〜8をオ
ン/オフ制御して、1シンボル毎に信号源1〜4の出力
の一つを選択していく。これにより、図5(b)に示す
ように、入力デジタル信号の高調波成分を除去した信号
波形が得られる。
【0008】しかしながら、上記構成のフィルタを用い
た波形処理回路では、複数の信号源を1シンボル毎に選
択していくスイッチの高速化が困難であり、近年の衛星
通信等に用いられるデジタル信号のビットレートに対応
することができない。また、複数の信号源を必要とする
ため、構造的に複雑で、小型化、信頼性の面で問題が大
きい。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
では、高速デジタル信号の高調波成分を除去して波形を
スムージングする有効な手段がなく、QPSK変調時の
帯域制限が困難であった。
【0010】この発明は上記の課題を解決するためにな
されたもので、小型、簡易にして高信頼性ある波形処理
回路により高速デジタル信号の波形をスムージングで
き、これによってQPSK変調時の周波数帯域を効率良
く制限できるQPSK変調器をを提供することを目的と
する。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明に係るQPSK変調器は、I軸データ信号を
波形整形する第1の波形処理回路と、Q軸データ信号を
1/2シンボル遅延する1/2シンボル遅延回路と、こ
の回路の出力を波形整形する第2の波形処理回路と、搬
送波信号を発生するローカル発振器と、このローカル発
振器の出力を90°位相シフトする90°移相器と、前
記ローカル発振器の出力と前記第1の波形処理回路の出
力とを混合する第1のミキサと、前記90°移相器の出
力と前記第2の波形処理回路の出力とを混合する第2の
ミキサと、前記第1、第2のミキサの各出力を加算出力
する加算器とを具備し、前記第1、第2の波形処理回路
は、それぞれ入力データ信号を1シンボル遅延する1シ
ンボル遅延回路と、この遅延回路の出力と入力データ信
号との排他的論理和をとる論理ゲート回路と、前記入力
データ信号の周波数と同一周波数の正弦波信号を発生す
る正弦波発生回路と、この回路の出力位相を前記入力デ
ータ信号の位相に一致させる位相制御手段と、前記正弦
波発生回路の出力信号と前記入力データ信号とを乗算す
る乗算器と、この乗算器の出力を被サンプル信号として
入力し、前記論理ゲート回路の出力が第1のレベルの状
態ではそのまま通過させ、第1のレベルから第2のレベ
ルに状態変化する時点でサンプルホールド出力とするサ
ンプルホールド回路とを備えることを特徴とする。
【0012】
【作用】上記構成によるQPSK変調器では、I,Q軸
データ信号をそれぞれ対応して設けられた第1、第2の
波形処理回路に入力し、各波形処理回路において、1シ
ンボル遅延して入力データ信号との排他的論理和をと
り、一方、入力データ信号の周波数と同一周波数の正弦
波信号を、入力データ信号の位相に一致させつつ、入力
データ信号とを乗算し、この乗算出力を被サンプル信号
として、排他的論理和出力が第1のレベルの状態ではそ
のまま通過させ、第1のレベルから第2のレベルに状態
変化する時点でサンプルホールド出力とすることによ
り、スムージング波形を得る。そして、それぞれ波形処
理されたI,Qデータ信号を0°、90°の搬送波信号
と混合し、加算することにより、周波数帯域が制限され
たI,Q多重信号を得る。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
詳細に説明する。
【0014】図1はこの発明に係るQPSK変調器の全
体構成を示すものである。図1において、1はI軸デー
タ信号入力端子であり、この端子1に供給されたデータ
信号Iは第1の波形処理回路2でスムージング波形に整
形された後、第1のミキサ3に供給される。この第1の
ミキサ3にはローカル発振器4で生成される搬送波信号
(0°)が供給されており、波形整形されたI軸データ
信号はこの搬送波信号とミキシングされて加算器5に送
られる。
【0015】一方、6はQ軸データ信号入力端子であ
り、この端子6に供給されたデータ信号QはTS/2遅
延回路7でTS(1シンボル期間)の1/2だけ遅延さ
れて第2の波形処理回路8に送られる。この第2の波形
処理回路8は第1の波形処理回路2と同一構成で、入力
データ信号をスムージング波形に整形する。ここで波形
整形されたQ軸データ信号は第2のミキサ9に供給され
る。この第2のミキサ9には90°移相器10により9
0°位相シフトされた搬送波信号(90°)が供給され
ており、波形整形されたQ軸データ信号はこの搬送波信
号とミキシングされて加算器5に送られる。
【0016】加算器5は、I軸データ信号、Q軸データ
信号が乗せられた0°、90°の搬送波信号を加算出力
する。これによってQPSK変調信号が得られ、出力端
子11より導出される。上記第1、第2の波形処理回路
2,8は、具体的には図2に示すように構成される。
【0017】図2において、入力端子21に供給される
データ信号DSはNRZ符号によるデータ列である。こ
の入力データ信号DSは直接EX−ORゲート回路22
の一方の入力端に供給されると共に、遅延回路23で1
シンボル分(TS)遅延されて、EX−ORゲート回路
22の他方の入力端に供給される。さらに、位相調整用
の遅延回路24を介して、ミキサ25に供給される。
【0018】このミキサ25は乗算器として機能し、デ
ータ信号DSを正弦波発生器26で発生される正弦波信
号と乗算してFSK変調(Frequency-Shift keying:周
波数変調)して出力する。正弦波発生器26は電圧制御
発振器によって構成され、入力データ信号DSと比較し
て、倍の周期でかつ同期した正弦波信号を発生するよう
に、ビットクロック再生回路27、位相比較器28、ロ
ーパスフィルタ(LPF)29によってPLL回路が組
まれている。
【0019】一方、EX−ORゲート回路22の排他的
論理和出力は、サンプルホールド回路(S/H)30の
ロジックインプット端子に供給される。このサンプルホ
ールド回路30の信号入力端子には上記ミキサ25の出
力が供給される。
【0020】このサンプルホールド回路(S/H)30
はロジックインプット端子のレベルがハイレベルのとき
サンプル期間となり、信号入力をそのまま通過させる。
また、ロジックインプット端子のレベルがローレベルと
なったとき、その時点の入力信号レベルをサンプルして
ホールド出力する。上記構成において、以下、図3を参
照して、図2に示した波形処理回路の動作を説明する。
【0021】いま、図3(a)に示すようなNRZ符号
によるデータ信号DSが入力端子21に供給されたとす
る。ロジック状態では、Hレベルで“1”、Lレベルで
“0”を表すが、NRZデータではHレベルで“1”、
Lレベルで“−1”である。この入力データ信号DS
は、直接EX−ORゲート回路22の一方端に供給さ
れ、また遅延回路23により、図3(b)に示すように
1シンボル分遅延されて、EX−ORゲート回路22の
他方端に供給される。EX−ORゲート回路22は、図
3(a),(b)の排他的論理和をとり、これによって
図3(c)に示すような波形出力が得られる。
【0022】一方、入力データ信号DSはビットクロッ
ク再生回路27に供給され、ここで再生されたビットク
ロックは位相比較器28で発振器26の出力と位相比較
される。これによって得られた位相誤差はローパスフィ
ルタ29で電圧信号に変換され、発振器26の制御入力
となる。これによって位相誤差は修正され、入力データ
信号に同期した倍の周波数の正弦波信号( sinθ:但
し、θ=(π/TS)t)が得られる。
【0023】このように同期制御された正弦波信号はミ
キサ25に供給され、遅延回路22で位相調整されたデ
ータ信号DSと乗算され、これによって図3(d)に示
すようなFSK変調信号が得られる。この変調信号は、
図3(d)からわかるように、入力データ信号DSがN
RZ表示で“−1”のとき正弦波信号を反転したもので
ある。このFSK変調信号はサンプルホールド回路30
に供給される。
【0024】このサンプルホールド回路30は、図3中
に示すように、EX−ORゲート回路22の排他的論理
和出力がLレベルのときサンプル期間、Hレベルのとき
ホールド期間となる。サンプル期間では信号入力をその
まま通過させる。また、ホールド期間では、その開始点
のレベルをホールド出力する。よって、このサンプルホ
ールド回路30の出力は図3(e)に示すようになる。
【0025】以上のようにして波形処理されたデータ信
号は、図3(e)から明らかなように、データが変化し
ている期間は一定レベルとなり、同一データが続くと正
弦波波形でレベル変化する。この結果、入力データ信号
の高調波成分は完全に除去され、帯域制限される。
【0026】そこで、上記信号処理回路を用いて図1の
ように構成すると、I,Q軸データ信号はそれぞれ信号
処理回路2,8により正弦波波形によるFSK変調信号
が得られる。したがって、各軸において、FSK変調信
号をミキサ3,9に供給し、それぞれ0°、90°の搬
送波信号とミキシングして、加算器5で加算処理するこ
とにより、効果的に帯域制限されたI,Q多重信号、す
なわちQPSK変調信号を得ることができる。
【0027】このように、この発明では、信号処理とし
て一つの発振器のみで対応できるので、比較的簡単かつ
小型にすることができ、しかも信頼性を向上させること
ができる。
【0028】尚、上記の各実施例では、入力デジタル信
号としてNRZ符号によるデータ列の場合について説明
したが、他の符号化形式にも適用できることはもちろん
である。その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種
々変形しても、同様に実施可能であることはいうまでも
ない。
【0029】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、小型、
簡易にして高信頼性ある波形処理回路により高速デジタ
ル信号の波形をスムージングでき、これによってQPS
K変調時の周波数帯域を効率良く制限できるQPSK変
調器をを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るQPSK変調器の一実施例とし
て全体構成を示すブロック回路図。
【図2】同実施例の波形処理回路の構成を示すブロック
回路図。
【図3】図2の波形処理回路の動作を説明するための波
形図。
【図4】従来よりQPSK変調器の波形整形用に利用が
考えられているフィルタの構成を示すブロック回路図。
【図5】図4の回路の動作を説明するための波形図。
【符号の説明】
1…I軸データ信号入力端子、2…第1の波形処理回
路、3…第1のミキサ、4…ローカル発振器、5…加算
器、6…Q軸データ信号入力端子、7…TS/2遅延回
路、8…第2の波形処理回路、9…第2のミキサ、10
…90°移相器、11…出力端子、21…データ信号入
力端子、22…EX−ORゲート回路、23…1シンボ
ル遅延回路、24…位相調整用遅延回路、25…ミキ
サ、26…ビットクロック再生回路、27…正弦波発生
器、28…位相比較器、29…ローパスフィルタ、30
…サンプルホールド回路。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】I軸データ信号を波形整形する第1の波形
    処理回路と、Q軸データ信号を1/2シンボル遅延する
    1/2シンボル遅延回路と、この回路の出力を波形整形
    する第2の波形処理回路と、搬送波信号を発生するロー
    カル発振器と、このローカル発振器の出力を90°位相
    シフトする90°移相器と、前記ローカル発振器の出力
    と前記第1の波形処理回路の出力とを混合する第1のミ
    キサと、前記90°移相器の出力と前記第2の波形処理
    回路の出力とを混合する第2のミキサと、前記第1、第
    2のミキサの各出力を加算出力する加算器とを具備し、 前記第1、第2の波形処理回路は、それぞれ入力データ
    信号を1シンボル遅延する1シンボル遅延回路と、この
    遅延回路の出力と入力データ信号との排他的論理和をと
    る論理ゲート回路と、前記入力データ信号の周波数と同
    一周波数の正弦波信号を発生する正弦波発生回路と、こ
    の回路の出力位相を前記入力データ信号の位相に一致さ
    せる位相制御手段と、前記正弦波発生回路の出力信号と
    前記入力データ信号とを乗算する乗算器と、この乗算器
    の出力を被サンプル信号として入力し、前記論理ゲート
    回路の出力が第1のレベルの状態ではそのまま通過さ
    せ、第1のレベルから第2のレベルに状態変化する時点
    でサンプルホールド出力とするサンプルホールド回路と
    を備えることを特徴とするQPSK変調器。
  2. 【請求項2】入力データ信号を1シンボル遅延する1シ
    ンボル遅延回路と、この遅延回路の出力と入力データ信
    号との排他的論理和をとる論理ゲート回路と、前記入力
    データ信号の周波数と同一周波数の正弦波信号を発生す
    る正弦波発生回路と、この回路の出力位相を前記入力デ
    ータ信号の位相に一致させる位相制御手段と、前記正弦
    波発生回路の出力信号と前記入力データ信号とを乗算す
    る乗算器と、この乗算器の出力を被サンプル信号として
    入力し、前記論理ゲート回路の出力が第1のレベルの状
    態ではそのまま通過させ、第1のレベルから第2のレベ
    ルに状態変化する時点でサンプルホールド出力とするサ
    ンプルホールド回路とを具備する波形処理回路。
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