JP3324906B2

JP3324906B2 - 位相比較方法

Info

Publication number: JP3324906B2
Application number: JP16159395A
Authority: JP
Inventors: 忠司見原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-06-06
Filing date: 1995-06-06
Publication date: 2002-09-17
Anticipated expiration: 2017-09-17
Also published as: JPH08335963A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直交振幅変調（ＱＡ
Ｍ）信号の復調に際して、再生搬送波の位相と変調波の
位相とを比較する位相比較方法に関し、特に、位相ずれ
が大きい場合の誤判定を防止したものである。

【０００２】

【従来の技術】直交振幅変調では、互いに独立する２つ
の信号を直交する２つの搬送波でそれぞれ振幅変調し、
それらを加え合わせて送信信号を形成している。この信
号を受信した受信側では、受信信号を二つに分岐し、そ
の一方に発振器で発生させた再生搬送波を乗算し、他方
にその再生搬送波の位相をπ／２ずらした信号を乗算す
る同期検波によって同相信号と直交信号とを復調し、そ
れらの信号の振幅を識別して、同相信号及び直交信号の
振幅の組み合わせによって表される多値を復号する。

【０００３】この受信信号は、同相成分をＩ軸で表し、
直交成分をＱ軸で表すＩ−Ｑ平面上に表示することがで
きる。図４にはＩ−Ｑ平面の第１象限を示し、１６ＱＡ
Ｍにおける理想シンボル点、即ち、搬送波電力対雑音電
力比が理論上最大となる点、を１、２、３、４で表示し
ている。受信信号のシンボル点は、再生搬送波と変調波
との位相がずれている場合には、Ｉ−Ｑ平面上で理想シ
ンボル点から外れた箇所に位置を占める。受信側では、
この受信信号のシンボル点と理想シンボル点との位相ず
れを解消するように、発振器を制御し再生搬送波の位相
を補正する。

【０００４】この受信信号のシンボル点と理想シンボル
点との位相を比較し、位相ずれを補正する方法として、
従来、次のような方法が提案されている（特願平６−３
１２３６０）。

【０００５】Ｉ−Ｑ平面を、図４に示すように、太線で
区画される複数の領域（誤差判定領域）５、７、21、22
に分割し、各誤差判定領域を理想シンボル点１、２、
３、４を通る点線で区分し、各シンボル点の時計方向に
位置する領域を＋領域、反時計方向に位置する領域を−
領域と定める。そして、受信信号のシンボル点が＋領域
に位置するときには、正レベルを出力して再生搬送波の
位相を進め、また、−領域に位置するときには、負レベ
ルを出力して再生搬送波の位相を遅らせるように補正を
行なう。

【０００６】例えば、受信シンボル位置が誤差判定領域
22の＋領域にある場合は、本来、理想シンボル点４の位
置にあるべき信号が、再生搬送波の位相の遅れのため
に、本来の位置からずれて現れていると考えて、再生搬
送波の位相を進める正レベルの位相誤差信号を出力す
る。また、受信シンボル位置が誤差判定領域22の−領域
にある場合は、本来、理想シンボル点４の位置にあるべ
き信号が、再生搬送波の位相の進みのために、本来の位
置からずれて現れていると考えて、再生搬送波の位相を
遅らせる負レベルの位相誤差信号を出力する。

【０００７】この円弧の半径は、小さい方は、原点Ｏか
ら理想シンボル点３までの距離と原点Ｏから理想シンボ
ル点２までの距離との平均長さであり、大きい方は、原
点Ｏから理想シンボル点２までの距離と原点Ｏから理想
シンボル点１までの距離との平均長さである。また、誤
差判定領域21と22との間を区画する太直線は理想シンボ
ル点２と４との垂直２等分線である。また、各誤差判定
領域の＋領域と−領域とを区分する点線は、原点Ｏと各
シンボル点とを通る放射状直線の一部であり、この放射
状直線を各誤差判定領域の間だけ切り取った線分に相当
している。

【０００８】なお、図４では、簡単のためにＩ−Ｑ平面
の第１象限だけを示しているが、他の象限はこれをＩ−
Ｑ平面の原点Ｏを中心に回転させたものとなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の位相比
較方法では、位相ずれが大きい場合に、受信シンボル点
に対応する本来の理想シンボル点を誤って判断してしま
う虞れがある。これを図５により説明する。図５におい
て１、２、３、４、25は、理想シンボル点を表してい
る。いま、受信信号をシンボル点23の位置、次いでシン
ボル点24の位置に受信したとする。

【００１０】受信シンボル点23の位置は、図４におい
て、誤差判定領域22の誤差判定領域21に近い位置であ
る。ところで、誤差判定領域22の−領域の周方向の長さ
は、その領域22の＋領域の周方向の長さよりも大きい。
同様に、誤差判定領域21の＋領域の周方向の長さは、−
領域の周方向の長さよりも大きい。これは原点Ｏから等
距離にある理想シンボル点２、４、25（図５）について
見ると、理想シンボル点４と理想シンボル点２との間の
距離が、理想シンボル点４と理想シンボル点25との間の
距離よりも長いことに起因している。いま、受信シンボ
ル点23は、理想シンボル点４と原点Ｏとを結ぶ直線に関
してＩ軸と対称である直線と、誤差判定領域22及び21の
間の境界線とで挟まれた地域（図５のドットを付した地
域）にあるものとする。

【００１１】受信シンボル点23の位置は誤差判定領域22
における−領域であるから、この受信信号の本来の位置
は理想シンボル点４の位置であって、再生搬送波の位相
ずれのために、Ｉ−Ｑ軸が原点Ｏとシンボル点23とを結
ぶ直線及び原点Ｏとシンボル点４とを結ぶ直線の２直線
がなす角度だけ反時計回りに回転していると考えること
ができる。

【００１２】受信機は、再生搬送波の位相を制御するた
め、位相比較方法を実行する位相比較器を含めた自動位
相制御ループを備えている。受信シンボル点23が−領域
に位置を占めたために位相比較器から負レベルの信号が
出力されると、自動位相制御ループは、Ｉ−Ｑ軸を時計
回りに回転させるように位相の制御を行なう。しかし、
位相比較器を含めた自動位相制御ループにはループ遅延
が必ず存在するので、シンボル速度が極めて低速である
場合を除き、通常この位相ずれを次のシンボルを受信す
るまでに補正することはできない。

【００１３】そのため、次の受信シンボル24を受信した
時点では位相ずれの補正が未だされていない。この受信
シンボル点24が誤差判定領域22の＋領域に位置している
場合には、Ｉ−Ｑ軸の回転状態から考えると、この信号
の本来のシンボル位置はシンボル点25と判断するのが正
しいにも関わらず、従来の位相比較方法では、このシン
ボルの本来の位置を理想シンボル点４と誤判定してしま
う。

【００１４】本発明は、こうした従来の問題を解決する
ものであり、位相ずれが大きい場合でも、シンボル位置
の誤判定を減らすことができる位相比較方法を提供する
ことを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、直
交振幅変調信号の変調搬送波と復調に用いる再生搬送波
との位相を比較するため、Ｉ−Ｑ平面上に、原点Ｏを中
心とする円弧を境界線の一部に持ち、且つ領域内を＋領
域と−領域とに区分した誤差判定領域を各理想シンボル
点に対応させて設け、受信シンボル点の位置する領域の
符号に応じて正または負レベルの信号を位相誤差を表す
信号として出力する位相比較方法において、受信シンボ
ル点が、原点Ｏから等距離にあって隣接する相互の間の
距離が一様でない複数の理想シンボル点の１つに対応
し、その受信シンボル点とその理想シンボル点との位置
のずれが一定範囲を超えているとき、その理想シンボル
点の誤差判定領域の中心を受信シンボル点に近づける方
向に、これらの複数の理想シンボル点の誤差判定領域を
回転し、その状態で次の受信信号に対する位相比較を実
行する。

【００１６】また、この複数の理想シンボル点の各誤差
判定領域における周方向の長さを、理想シンボル点の隣
接する相互の間の周方向の最小距離と同じに設定し、原
点Ｏを中心とする円周上に並ぶ複数の理想シンボル点の
誤差判定領域の間隙を回転判定領域と定めて、受信シン
ボル点がこの回転判定領域に位置するとき、受信シンボ
ル点を、対応する理想シンボル点の誤差判定領域に含め
るように、この複数の理想シンボル点の誤差判定領域を
回転させる。

【００１７】また、この誤差判定領域の回転を、回転判
定領域の周方向の長さの１／２に相当する角度だけ行な
う。

【００１８】また、この誤差判定領域の回転の角度を、
受信シンボル点が、対応する理想シンボル点の誤差判定
領域から離れている距離に応じて設定する。

【００１９】また、回転した誤差判定領域を、受信シン
ボル点が、回転に関係していない誤差判定領域に位置し
たとき、元に戻す方向に回転させる。

【００２０】また、この誤差判定領域を、元に戻す方向
への回転により、当初の回転の前の状態に戻す。

【００２１】または、この誤差判定領域を、回転に関係
していない誤差判定領域に位置した受信シンボル点とそ
の対応する理想シンボル点との位置のずれに応じて、元
に戻す方向への回転の角度を設定する。

【００２２】

【作用】そのため、受信シンボル点が、誤差判定領域を
外れて回転判定領域に位置する程、位相ずれが大きいと
きには、その誤差判定領域と同じ円周上にある誤差判定
領域の全てが、位相ずれを減じる方向に回転して、位相
制御が効果を発揮するまでの遅延期間内における位相比
較の誤りを防いでいる。

【００２３】この回転の後に受信した受信シンボル点
が、回転した誤差判定領域以外の誤差判定領域に位置し
たときは、回転させた誤差判定領域を逆方向に回転させ
る。

【００２４】この回転または逆方向の回転の角度は、回
転判定領域の周方向の長さの１／２に相当する一定角度
としたり、または、位相ずれの大きさに応じて、その角
度を設定する。

【００２５】

【実施例】

（第１実施例）本発明の第１実施例における位相比較方
法では、図１に示すように、Ｉ−Ｑ平面上で理想シンボ
ル点１、２、３、４の両側に等面積の＋領域と−領域と
が拡がるように誤差判定領域５、６、７、８を設定して
いる。従って、従来の位相比較方法の誤差判定領域（図
４）に比べると、理想シンボル点２に関する誤差判定領
域６の＋領域が−領域と等面積になるように区切り線12
で区切られて狭くなっており、また、理想シンボル点４
に関する誤差判定領域８の−領域が＋領域と等面積にな
るように区切り線11で区切られて狭くなっている。

【００２６】区切り線11と、二つの円弧と、原点Ｏを通
りシンボル点１を通過する直線とで囲まれた領域９、及
び、区切り線12と、二つの円弧と、原点Ｏを通りシンボ
ル点１を通過する直線とで囲まれた領域10は、誤差判定
領域６、８の回転を行なうかどうかを判定する回転判定
領域であり、受信シンボルを回転判定領域９に受信した
ときは、誤差判定領域６、８を含む同心円間の領域を反
時計方向に回転し、また、受信シンボルを回転判定領域
10に受信したときは、誤差判定領域６、８を含む同心円
間の領域を時計方向に回転する。

【００２７】二つの円弧や、各誤差判定領域において＋
領域と−領域とを区分する区分線については、従来のも
の（図４）と変わりがない。

【００２８】なお、図１では、簡単のためＩ−Ｑ平面の
第１象限のみを示しているが、他の象限はこれを原点Ｏ
を中心に回転させたものとなる。

【００２９】第１実施例の位相比較方法では、受信シン
ボルが誤差判定領域５、６、７、８に位置する場合は、
その領域が＋領域であれば正レベルの信号を出力し、ま
た、その領域が−領域であれば負レベルの信号を出力
し、誤差判定領域を変化させずに次の受信シンボルの位
相比較を行なう。

【００３０】受信シンボルが回転判定領域９に位置する
場合は、その受信シンボルの本来のシンボル位置は理想
シンボル点４であると判断して負レベルの信号を出力
し、次いで、図２に示すように、二つの円弧で囲まれた
領域を、区切り線11が原点Ｏとシンボル点１とを通る直
線に重なるまで、原点Ｏを中心に反時計回りに回転させ
る。

【００３１】この回転で理想シンボル点２、４及びそれ
らと原点Ｏからの距離を同じくする理想シンボル点に関
する誤差判定領域13、14、16は図１の状態から移動す
る。誤差判定領域16は第４象限にあった誤差判定領域が
移動したものである。理想シンボル点１、３に関する誤
差判定領域５、７は元のまま変わらない。また、回転判
定領域９、10の回転先である領域15は未判定領域とな
り、そこに受信シンボルを受信した場合には、位相制御
用の信号を発しない。

【００３２】図２は第１象限と第２、第４象限の一部を
示しているが、第２、４象限の残りと第３象限に関して
は、図２を原点Ｏを中心に回転したものとなる。

【００３３】また、図１の状態において、受信シンボル
が回転判定領域10に位置した場合は、その受信シンボル
の本来のシンボル位置は理想シンボル点２であると判断
して正レベルの信号を出力し、次いで、図３に示すよう
に、二つの円弧で囲まれた領域を、区切り線12が原点Ｏ
とシンボル点１とを通る直線に重なるまで、原点Ｏを中
心に時計回りに回転させる。

【００３４】この回転で、理想シンボル点２、４及びそ
れらと原点Ｏからの距離を同じくする理想シンボル点に
関する誤差判定領域17、18、20が移動し、また、回転判
定領域９、10が未判定領域19に移動する。誤差判定領域
20は第４象限にあった誤差判定領域が移動したものであ
る。

【００３５】図３は第１象限と第２、第４象限の一部を
示しているが、第２、４象限の残りと第３象限に関して
は、図３を原点Ｏを中心に回転したものとなる。

【００３６】こうして、誤差判定領域を反時計方向また
は時計方向に回転した後、次の受信信号に対する位相比
較を行なう。この位相比較では、次の３通りのケースが
ある。次の受信信号のシンボル点が誤差判定領域13、
14、16、17、18、20に位置する場合は、その位置する領
域が＋領域であれば正レベルの信号を、また、−領域で
あれば負レベルの信号を出力し、誤差判定領域を変化さ
せずに次の受信信号の位相比較を行なう。

【００３７】また、次の受信信号のシンボル点が誤差判
定領域５、７に位置する場合は、その位置する領域が＋
領域であれば正レベルの信号を、また、−領域であれば
負レベルの信号を出力した後、回転した誤差判定領域を
元の位置（図１の状態）に戻す。次の受信信号の位相比
較は戻した状態の誤差判定領域で行なう。

【００３８】さらに、次の受信信号のシンボル点が未判
定領域15、19に位置する場合は、位相を制御する信号を
出力せず、誤差判定領域を変化させずに、次の受信信号
の位相比較を行なう。

【００３９】このような動作を具現化する方法の一つと
して、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を用いることがあ
げられる。入力を受信シンボルの位置とし、出力をその
位置に応じた領域の出力値とするＲＯＭを、誤差判定領
域が回転していない状態、回転した状態のそれぞれに対
応させて複数作成し、これを切り替える。

【００４０】このように、第１実施例の位相比較方法で
は、Ｉ−Ｑ平面上で原点Ｏから等距離にある理想シンボ
ル点２、６、‥のシンボル点間隔が、右隣りの理想シン
ボル点と左隣りの理想シンボル点とで異なる場合に、そ
れらの理想シンボル点に関する誤差判定領域の周方向の
長さを、最小のシンボル点間隔を持つ理想シンボル点間
の周方向の距離と同じに設定し、この誤差判定領域を正
しく二分する放射状の区分線によって＋領域と−領域と
に区分けする。また、これらの誤差判定領域に挟まれる
領域を回転判定領域として設定する。

【００４１】そして、初期状態では、誤差判定領域の区
分線が理想シンボル点上を通るように誤差判定領域を配
置し、受信シンボル点が回転判定領域に位置した場合に
は、その位置に応じた位相制御信号を出力した後、回転
判定領域の周方向の長さの１／２に相当する距離だけ、
この誤差判定領域及び回転判定領域を原点Ｏを中心に回
転し、その状態で次の受信信号に対する位相比較を行な
う。

【００４２】その後、遅延していた自動位相制御ループ
による位相ずれの補正が実効を現すようになれば、回転
した誤差判定領域を初期状態に戻す。この戻すタイミン
グとして、第１実施例の位相比較方法では、受信シンボ
ルが回転に関係しない他の誤差判定領域に位置したとき
を捉えて、誤差判定領域の回転を初期化している。

【００４３】その結果、受信信号のシンボル点が回転判
定領域に位置する程、位相ずれが大きい場合でも、その
位相ずれを減らす方向に誤差判定領域を回転させてか
ら、続く受信信号の位相比較を行なっているので、対応
する理想シンボル点を誤判定し、位相誤差信号を間違っ
て出力するケースが減少する。

【００４４】（第２実施例）第２実施例の位相比較方法
では、誤差判定領域の回転後の戻し量を、そのときの位
相ずれの大きさに応じて調整している。

【００４５】この位相比較方法では、Ｉ−Ｑ平面上に図
１に示す誤差判定領域と回転判定領域９、10とを設定
し、第１実施例と同様に、受信信号のシンボル点が回転
判定領域９、10に位置した場合に、二つの円弧で囲まれ
た誤差判定領域６、８及び回転判定領域９、10を、区切
り線11または12が理想シンボル点１と原点Ｏとを結ぶ直
線に重なるまで、時計回りまたは反時計回りに回転させ
る。この状態を図２または図３に示しており、この状態
で次の受信信号に対する位相比較を行なう。

【００４６】次の受信信号のシンボル点が誤差判定領域
13、14、16、17、18、20に位置した場合は、その位置す
る領域が＋領域であれば正レベルの信号を、また、−領
域であれば負レベルの信号を出力し、誤差判定領域を変
化させずに次の受信信号の位相比較を行なう。また、次
の受信信号のシンボル点が未判定領域15、19に位置した
場合は、位相を制御する信号を出力せず、誤差判定領域
を変化させずに、次の受信信号の位相比較を行なう。こ
れらの場合の処理の仕方は第１実施例と変わりがない。

【００４７】一方、次の受信信号のシンボル点が回転に
関係していない誤差判定領域５、７に位置した場合は、
その位置する領域が＋領域であれば正レベルの信号を、
また、−領域であれば負レベルの信号を出力した後、回
転した誤差判定領域を、その受信信号とその本来の理想
シンボル点との位相差に応じた角度だけ回転を戻し、そ
の状態で次の受信信号の位相比較を行なう。

【００４８】この誤差判定領域の回転を戻す角度は、受
信シンボル点とその本来の位置を示す誤差判定領域５、
７の理想シンボル点との位相差が小さいとき、つまり、
自動位相制御ループによる位相ずれの補正が十分に実効
を現しているときには、初期状態に復帰するように戻し
角を大きく取る。また、その位相差が大きいとき、つま
り、自動位相制御ループによる位相ずれの補正が十分に
実効を現していないときには、戻し角を小さく取る。そ
して、その後の受信で位相差が小さくなれば段階的に戻
し角を広げて行く。

【００４９】このような動作を具現化する方法の一つと
して、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を用いることがあ
げられる。入力を受信シンボルの位置とし、出力をその
位置に応じた領域の出力値とするＲＯＭを、誤差判定領
域の回転角に応じて複数作成し、これを切り替える。

【００５０】このように、第２実施例の位相比較方法で
は、回転させた誤差判定領域を、一度に全部戻すのでは
なく、その時の位相ずれの大きさに応じて順次戻してい
る。従って、その時々の位相ずれを補償するように誤差
判定領域を細かく変化させることができるため、受信シ
ンボル点に対する本来の理想シンボル点の判定を、一層
正確に行なうことができる。

【００５１】なお、第１及び第２実施例では、図１の状
態から図２または図３の状態に一挙に誤差判定領域を回
転させているが、このときの回転角を、受信シンボル点
とその本来の理想シンボル点との位相差に応じた角度に
設定するようにしてもよい。この場合、受信シンボル点
と回転判定領域９、10の区切り線11、12との距離が小さ
ければ、回転角は零に近く、この距離が大きくなる程、
回転角を大きくする。この場合、回転角を細かく制御で
きるので、位相差に応じた位相誤差信号をさらに細かく
調整することができる。

【００５２】また、第１及び第２実施例では１６ＱＡＭ
の場合について述べたが、同様のことが３２、６４、２
５６などの多値ＱＡＭについても言える。

【００５３】また、第１及び第２実施例では、具現化方
法として複数のＲＯＭの切換をあげているが、複数のＲ
ＯＭを一つにまとめてアドレス切り換えで行なう方法に
よっても実現できる。

【００５４】

【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなよう
に、本発明の位相比較方法では、受信シンボルの位置が
大きな位相ずれを表しているとき、誤差判定領域を回転
することによって、位相比較の誤りを低減することがで
きる。

【００５５】また、この回転角度やその戻し角度を位相
差に応じて制御することにより、位相比較における誤判
定の一層の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の位相比較方法における初期状
態の誤差判定領域を示す図、

【図２】実施例の位相比較方法における回転（反時計回
り）後の誤差判定領域を示す図、

【図３】実施例の位相比較方法における回転（時計回
り）後の誤差判定領域を示す図、

【図４】従来の位相比較方法における誤差判定領域を示
す図、

【図５】従来の位相比較方法における位相判定方法を示
す図である。

【符号の説明】１、２、３、４、25 理想シンボル点５、６、７、８、13、14、16、17、18、20、21、22 誤
差判定領域９、10 回転判定領域 11、12 区切り線 15、19 未判定領域 23、24 受信シンボル点 26、27 誤差判定領域を設定する線分

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】直交振幅変調信号の変調搬送波と復調に
用いる再生搬送波との位相を比較するため、Ｉ−Ｑ平面
上に、原点Ｏを中心とする円弧を境界線の一部に持ち、
且つ領域内を＋領域と−領域とに区分した誤差判定領域
を各理想シンボル点に対応させて設け、受信シンボル点
の位置する前記領域の符号に応じて正または負レベルの
信号を位相誤差を表す信号として出力する位相比較方法
において、受信シンボル点が、原点Ｏから等距離にあって隣接する
相互の間の距離が一様でない複数の理想シンボル点の１
つに対応し、前記受信シンボル点とその理想シンボル点
との位置のずれが一定範囲を超えているとき、その理想
シンボル点の誤差判定領域の中心を前記受信シンボル点
に近づける方向に、前記複数の理想シンボル点の誤差判
定領域を回転し、その状態で次の受信信号に対する位相
比較を行なうことを特徴とする位相比較方法。
【請求項２】前記複数の理想シンボル点の各誤差判定
領域における周方向の長さを、前記理想シンボル点の隣
接する相互の間の周方向の最小距離と同じに設定し、原
点Ｏを中心とする円周上に並ぶ前記複数の理想シンボル
点の誤差判定領域の間隙を回転判定領域と定めて、前記
受信シンボル点がこの回転判定領域に位置するとき、前
記受信シンボル点を対応する理想シンボル点の前記誤差
判定領域に含めるように、前記複数の理想シンボル点の
誤差判定領域を回転することを特徴とする請求項１に記
載の位相比較方法。
【請求項３】前記誤差判定領域の回転を、前記回転判
定領域の周方向の長さの１／２に相当する角度だけ行な
うことを特徴とする請求項１または２に記載の位相比較
方法。
【請求項４】前記誤差判定領域の回転の角度を、前記
受信シンボル点が、対応する理想シンボル点の誤差判定
領域から離れている距離に応じて設定することを特徴と
する請求項１または２に記載の位相比較方法。
【請求項５】回転した前記誤差判定領域を、受信シン
ボル点が、回転に関係していない誤差判定領域に位置し
たとき、元に戻す方向に回転させることを特徴とする請
求項１または２に記載の位相比較方法。
【請求項６】前記誤差判定領域を、元に戻す方向への
回転により、当初の回転の前の状態に戻すことを特徴と
する請求項５に記載の位相比較方法。
【請求項７】前記誤差判定領域を、回転に関係してい
ない誤差判定領域に位置した前記受信シンボル点とその
対応する理想シンボル点との位置のずれに応じて、元に
戻す方向への回転の角度を設定することを特徴とする請
求項５に記載の位相比較方法。