JP3950242B2 - オフセットｑｐｓｋ変調解析方式 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オフセットＱＰＳＫ（ＯＱＰＳＫ）方式で変調された信号を受信して送信機波形品質係数等の解析を行うオフセットＱＰＳＫ変調解析方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤＭＡ方式によるデジタルセルラシステムは通話品質の点で優れており、日本においても実用化されている。このデジタルセルラシステムでは、例えば基地局から移動局に対してデータを送信する下り回線ではＱＰＳＫ変調方式が用いられ、反対に移動局から基地局に対してデータを送信する上り回線ではＯＱＰＳＫ変調方式が用いられている。このデジタルセルラシステムにおいて、良好な通話品質を維持するためには、実際に受信した信号に基づいて波形品質等を測定し、これを解析する必要がある。
【０００３】
図８は、直交変調方式を用いた一般的な送受信システムにおける同期検波の概要を説明するための図である。送信側では、同相成分Ｉに対して所定周波数のローカル信号（搬送波信号）を乗算するとともに、直交成分Ｑに対してこのローカル信号の位相を９０°シフトした信号を乗算し、これらの乗算結果である各信号を合成して送信する。また、受信側では、送信側と同じ周波数を有するローカル信号およびこのローカル信号の位相を９０°シフトした信号を用いて受信信号に対して周波数変換を行い、周波数変換後の２種類の信号をローパスフィルタ（ＬＰＦ）に通すことにより同相成分Ｉと直交成分Ｑとを分離している。
【０００４】
上述した直交検波を用いて信号の送受を行った場合に、送信側と受信側のローカル信号の位相のずれ（この位相のずれを「初期位相」と称する）が存在する場合に、この初期位相を受信側で補正して、送信側と受信側とでローカル信号を同期させる必要がある。例えば、通信データ中に含まれる同期ワード等の既知のデータパターンを用いて、受信側においてローカル信号の位相を同期させることが一般に行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＱＰＳＫ変調解析を行う場合には、初期位相がわからない場合であっても、とりうる絶対位相が＋４５°、＋１３５°、−４５°、−１３５°の４通りであり、同相成分Ｉと直交成分Ｑにおけるシンボル位置がわかれば、強制的に先頭シンボル位置を上述した４つの絶対位相のいずれかに割り当てることにより初期位相を特定することができる。
【０００６】
また、ＯＱＰＳＫ変調方式を用いた場合であっても、何らかの方法で初期位相と周波数誤差を特定できれば、例えば直交成分Ｑのシンボル位置を１／２シンボルだけ強制的に戻すことにより、同相成分Ｉのシンボル位置と直交成分Ｑのシンボル位置を一致させることができるため、ＱＰＳＫ変調方式の場合と同様の手法を用いてクロックディレイの推定や補正を行うことが可能になり、実信号の波形品質等の解析を行うことができる。
【０００７】
しかし、ＯＱＰＳＫ変調方式の場合には、同相成分Ｉのシンボル位置と直交成分Ｑのシンボル位置との間に１／２シンボルだけ時間ずれが存在した状態では、ＱＰＳＫ変調方式で用いた手法によって初期位相を特定することができない。このため、直交成分Ｑのオフセット分を元に戻すことができず、クロックディレイを推定して実信号の波形品質等を解析するという従来から用いられている手法を用いることができなかった。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、オフセットＱＰＳＫ変調方式を用いた受信信号に含まれる初期位相の特定が可能であり、ＱＰＳＫ変調信号に戻してクロックディレイを推定することができるオフセットＱＰＳＫ変調解析方式を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明のオフセットＱＰＳＫ変調方式では、あらかじめ設定された初期位相の候補値を用いて実際に位相補正を行って得られた信号（実信号）と、この信号に対してオフセットＱＰＳＫ復調と変調を繰り返すことによって生成された理想信号との相関係数を相関係数計算手段によって計算し、この計算された相関係数に基づいて、初期位相判定手段によって、初期位相の候補値が適切なものであるか否かが判定される。初期位相の候補値が真値に近いほど、実信号と理想信号のそれぞれの波形が類似し、これら２つの信号の相関係数が大きな値となるため、この相関係数を用いることにより初期位相の適切な推定が可能となる。
【００１０】
特に、初期位相に対応する補正を行った後に、この信号の直交成分のオフセット分を元に戻してＱＰＳＫ信号を生成することによりクロックディレイを推定し、この推定したクロックディレイに対応する補正がなされた信号を用いて相関係数の計算を行うことが好ましい。正しい初期位相と周波数誤差が推定され、補正がなされた信号に対しては、直交成分のオフセット分を元に戻すことができるため、クロックディレイの推定が可能になる。このクロックディレイ分の補正がなされた後の実信号と理想信号とを用いて、これら２つの信号の相関係数を求めることにより、初期位相の推定精度をさらに高めることができる。
【００１１】
また、上述した初期位相判定手段は、複数の候補値のそれぞれに対応して計算される複数の相関係数の中から最大値を検索し、対応する候補値を初期位相として推定することが好ましい。上述した相関係数を用いることにより、複数の候補値の中で最適なものを抽出することができるため、容易に初期位相の推定を行うことができる。
【００１２】
また、上述した初期位相判定手段による推定動作を複数段階に分けて行い、前段の推定結果に基づいて次段の推定動作に用いられる複数の候補値を設定することにより、後段に進むにしたがって推定精度を上げることが好ましい。複数段階に分けて推定動作を行うことにより、最初は粗く初期位相の推定を行い、次第に真値に近づくにしたがって推定精度を上げることにより、効率的な初期位相の推定動作を行うことができる。具体的には、後段に進むにしたがって推定精度を上げる方法としては、複数の候補値の間隔を狭くしたり、相関係数の計算対象となる信号の区間を広げるようにすればよい。これらの方法を用いることにより、誤差の少ない初期位相の推定が可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態のＯＱＰＳＫ変調解析システムについて、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態のＯＱＰＳＫ変調解析システムの構成を示す図である。図１に示す本実施形態のＯＱＰＳＫ変調解析システムは、ＩＦ信号変換部１００、ベースバンド信号変換部２００、周波数誤差粗推定・補正部３００、初期位相・周波数誤差推定・補正部４００および詳細パラメータ推定部５００を含んで構成されている。
【００１５】
ＩＦ信号変換部１００は、測定対象となるＲＦ信号（高周波信号）を所定のＩＦ信号（中間周波信号）に変換した後に標本化処理および量子化処理を行って、ＩＦ信号に対応するデジタルデータを出力する。また、ベースバンド信号変換部２００は、ＩＦ信号変換部１００から入力されるデータに基づいて、同相成分Ｉ１および直交成分Ｑ１からなるベースバンド信号を生成する。周波数誤差粗推定・補正部３００は、キャリア周波数の周波数誤差が大きい場合に、この周波数誤差の粗推定を行い、入力されるベースバンド信号に対して、必要に応じてこの推定した誤差分の補正を行う。周波数誤差が極端に大きいと初期位相等の推定が困難な場合があるため、初期位相の推定を行う前に周波数誤差の粗推定および補正が実施される。初期位相・周波数誤差推定・補正部４００は、初期位相の値を可変してその都度クロックディレイ推定とクロックディレイ補正を行って実信号と理想信号との間の相関係数を計算し、この相関係数の値を用いて適正な初期位相および周波数誤差の推定を行い、この推定結果に基づく補正を実施する。詳細パラメータ推定部５００は、推定された初期位相および周波数誤差に基づく補正がなされた後の信号を用いて、詳細なパラメータ推定を行う。例えば、波形品質、変調精度、マグニチュード・エラー、フェイズ・エラー、原点オフセット等の各種のパラメータの計算が行われる。以下、上述した各部の詳細について説明する。
【００１６】
〔ＩＦ信号変換部〕
図２は、ＩＦ信号変換部１００およびベースバンド信号変換部２００の詳細構成を示す図である。図２に示すように、ＩＦ信号変換部１００は、ローカル発振器１０２、周波数変換器１０４、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０６、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１０８を含んで構成されている。入力されたＲＦ信号（ＯＱＰＳＫ信号）とローカル発振器１０２から出力された発振信号とが周波数変換器１０４によって混合されて、それらの差成分であるアナログのＩＦ信号に変換される。このＩＦ信号の周波数は、後段のＡ／Ｄ変換器１０８によってデジタルデータへの変換が可能な周波数であり、変調信号の変調帯域を含んでいる必要がある。周波数変換器１０４から出力されたＩＦ信号は、バンドパスフィルタ１０６による帯域制限処理によってエリアシング成分が除去された後に、Ａ／Ｄ変換器１０８によってデジタルデータに変換される。例えば、ＯＱＰＳＫ信号のシンボル周波数の８倍の周波数でサンプリングおよび量子化が行われる。
【００１７】
〔ベースバンド信号変換部〕
また、図２に示すように、ベースバンド信号変換部２００は、ローカル発振器２０２、乗算器２０４、２０６、移相器２０８、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１０、２１２を含んで構成されている。ＩＦ信号変換部１００内のＡ／Ｄ変換器１０８から出力されたデジタルのＩＦ信号に対して、２つの乗算器２０４、２０６によって互いに位相が９０°ずれたローカル信号が乗算される。そして、それぞれの乗算結果をローパスフィルタ２１０、２１２に通すことにより、同相成分Ｉ１と直交成分Ｑ１とからなるベースバンド信号が得られる。
【００１８】
〔周波数誤差粗推定・補正部〕
図３は、周波数誤差粗推定・補正部３００の詳細な構成を示す図である。図３に示すように、周波数誤差粗推定・補正部３００は、周波数誤差粗推定部３０２および周波数誤差補正部３０４を含んで構成されている。周波数誤差粗推定部３０２は、ベースバンド信号変換部２００から入力されるベースバンド信号を４逓倍（（Ｉ＋ｊＱ）4 ）した信号列に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行い、そのピークの周波数ｆpeakを検出することにより、周波数誤差の粗推定を行う。４逓倍することにより、ＯＱＰＳＫ変調の各シンボルに対応したベースバンド信号のそれぞれの位相が２πの整数倍となるため、位相を縮退させることができる。これにより、周波数誤差成分は、４逓倍した位置に大きなピークを有することになり、このピークの周波数ｆpeakを４で割ることにより、周波数誤差Δｆの粗い推定が可能になる。このような手法を用いて周波数誤差を推定することにより、ＦＦＴ演算の分解能の４倍の分解能で周波数誤差を求めることができる。
【００１９】
周波数誤差補正部３０４は、周波数誤差粗推定部３０２によって推定された周波数誤差Δｆを用いてｅｘｐ（−ｊ２πΔｆｔ）を計算し、入力されたベースバンド信号（Ｉ＋ｊＱ）に対してこの複素数を乗算することにより、ベースバンド信号に対して周波数誤差の補正を行う。そして、周波数誤差の補正がなされた後のベースバンド信号が次段の初期位相・周波数誤差推定・補正部４００に入力される。
【００２０】
〔初期位相・周波数誤差推定・補正部〕
図４は、初期位相・周波数誤差推定・補正部４００の詳細構成を示す図である。図４に示すように、初期位相・周波数誤差推定・補正部４００は、３つの初期位相・周波数誤差推定部４１０、４１４、４１８と、２つの初期位相・周波数誤差補正部４１２、４１６と、初期位相・周波数誤差・クロックディレイ補正部４２０とを含んで構成されている。
【００２１】
初期位相・周波数誤差推定部４１０は、周波数誤差粗推定・補正部３００から入力されたベースバンド信号に対して、あらかじめ用意された初期位相の複数の候補値のそれぞれを用いて位相補正を行った後の実信号と理想信号とを計算し、これら２つの信号の相関係数を用いて上述した複数の候補値の中から最も真値に近いものを抽出する。ここで、理想信号とは、着目しているベースバンド信号に対してＯＱＰＳＫ復調処理およびＯＱＰＳＫ変調処理を行った信号であって、伝送系で生じる波形歪み等が含まれない信号をいう。
【００２２】
また、初期位相・周波数誤差推定部４１０は、入力されたベースバンド信号に対して、この抽出した初期位相の値を用いて位相補正を行った後に、クロックディレイ推定およびこの推定値を用いたクロックディレイ補正を行い、さらに周波数誤差推定を行う。
【００２３】
図５は、初期位相・周波数誤差推定部４１０の詳細構成を示す図である。なお、他の２つの初期位相・周波数誤差推定部４１４、４１８も同様の構成を有している。図５に示すように、初期位相・周波数誤差推定部４１０は、初期位相のｎ個の候補値のそれぞれに対応する相関係数を計算するためにｎ組の位相補正部４３０、遅延部４３２、クロックディレイ推定部４３４、クロックディレイ補正部４３６、復調部４３８、理想信号作成部４４０、相関係数計算部４４２と、計算されたｎ個の相関係数に基づいて初期位相のｎ個の候補値の中から最も真値に近いものを判定する最適初期位相判定部４５０とを備えている。上述した位相補正部４３０が第１の補正手段に、復調部４３８および理想信号作成部４４０が理想信号作成手段に、相関係数計算部４４２が相関係数計算手段に、最適初期位相判定部４５０が初期位相判定手段に、クロックディレイ推定部４３４が推定手段に、クロックディレイ補正部４３６が第２の補正手段にそれぞれ対応している。
【００２４】
初期位相の真値は０〜３６０°の範囲内にあるが、ＯＱＰＳＫ信号には４つのシンボル点が含まれているため、０〜９０°の範囲で位相を補正することにより、補正後のベースバンド信号に含まれるシンボル位置を正しいシンボル位置に一致させることができる。例えばｎ＝９として、初期位相の９個の候補値φｉ＝（ｉ−１）×１０°（ｉ＝１，２，…，８，９）を考えるものとする。
【００２５】
位相補正部４３０−１は、初期位相φ１（＝０°）を用いてｅｘｐ（ｊφ１）を計算し、入力されたベースバンド信号に対してこの複素数を乗算することにより、ベースバンド信号に対して初期位相φ１に対応する位相補正を行う。
【００２６】
クロックディレイ推定部４３４−１は、位相補正部４３０−１によって位相補正がなされたベースバンド信号の同相成分を遅延部４３２−１に通してオフセット分を元に戻した信号（ＱＰＳＫ信号）に対してクロックディレイ推定を行う。
【００２７】
クロックディレイ補正部４３６−１は、位相補正部４３０−１によって位相補正がなされたベースバンド信号に対して、クロックディレイ推定部４３４−１によって推定されたクロックディレイの補正を行う。ベースバンド信号の同相成分と直交成分に対応する離散的なデジタルデータが入力されると、クロックディレイ補正部４３６−１は、これらのデジタルデータを用いたディレイ補正を行って、サンプリング位置からクロックディレイ分だけずれた位置に対応する同相成分と直交成分の値を計算により求める。
【００２８】
復調部４３８−１は、クロックディレイ分の補正がなされた後のベースバンド信号に対してＯＱＰＳＫ復調処理を行い、変調前のデータを復元する。また、理想信号生成部４４０−１は、この復調されたデータに対して再度ＯＱＰＳＫ変調処理を行い、波形歪み等が含まれない理想的なベースバンド信号を作成する。本明細書においては、この理想的なベースバンド信号を理想信号と称している。
【００２９】
相関係数計算部４４２−１は、理想信号作成部４４０−１から出力される理想信号とクロックディレイ補正部４３６−１から出力されるベースバンド信号とが入力されており、これら２種類の信号波形の相互相関係数ρの実部ρ’を計算する。この相互相関係数ρは、２つの信号波形の類似の度合いを示すものであり、送信信号がどれだけ理想信号に近いかを示す波形品質係数を示している。以下に、相互相関係数ρとその実部ρ’の計算式を示す。
【００３０】
【数１】
【００３１】
【数２】
【００３２】
ここで、Ｚk はクロックディレイ補正部４３６−１から出力されるベースバンド信号を、Ｒk は理想信号作成部４４０−１から出力される理想信号を、Ｍは１／２シンボルごとの測定区間をそれぞれ示している。また、「＊」は共役の複素数を、「Ｒｅ［Ｒk Ｚk *］」はＲk Ｚk *の実部を示している。
【００３３】
図６は、上述した相互相関係数ρとその実部ρ’を比較した図であり、例えば初期位相φが４０°近傍のときに相互相関係数が最大となる場合が示されている。図６に示すように、上述した相互相関係数ρは、初期位相φの真値である４０°近傍で最大となるが、その前後の比較的広い範囲でこの最大値を維持する。これに対し、相互相関係数ρの計算式の分子に含まれる実部を用いて計算した相互相関係数ρ’は、初期位相の真値近傍のみで最大値となる。したがって、最適な初期位相を抽出するためには、実部のみを用いた相互相関係数ρ’を用いることが好ましい。
【００３４】
このようにして初期位相をφ１とした場合の相互相関係数ρ’が相関係数計算部４４２−１によって計算される。同様にして、相関係数計算部４４２−２〜４４２−ｎのそれぞれによって、初期位相をφ２〜φｎとした場合の相互相関係数ρ’が計算される。
【００３５】
最適初期位相判定部４５０は、上述したｎ個の相関係数計算部４４２−１〜４４２−ｎのそれぞれによって計算されたｎ個の相互相関係数ρ’を比較判定し、その最大値に対応する最適な初期位相θを抽出する。さらに、数１のρの分子部分において、２乗する以前の複素数の総和（ΣＲkＺk * ）からＲk とＺk *の位相差を計算して、初期位相θに反映させてもよい。
【００３６】
また、図５に示した初期位相・周波数誤差推定部４１０は、最適初期位相判定部４５０によって抽出された初期位相を補正した後に周波数誤差の推定を行うために、位相補正部４６０、遅延部４６２、クロックディレイ推定部４６４、クロックディレイ補正部４６６、復調部４６８、理想信号作成部４７０、周波数誤差推定部４７２を備えている。上述した相互相関係数ρ’を求めた場合と同様にして、最適初期位相判定部４５０によって抽出された最適な初期位相θに対応した位相補正、クロックディレイ推定および補正、理想信号の作成が行われ、クロックディレイ補正部４６６から出力されたベースバンド信号と理想信号作成部４７０から出力された理想信号とが周波数誤差推定部４７２に入力される。周波数誤差推定部４７２は、これら２つの信号に基づいて周波数誤差を推定する。
【００３７】
初期位相・周波数誤差推定部４１０によって１０°ごとに設定されたｎ個の初期位相候補の中から最も真値に近い値と、これに対応する周波数誤差とが推定されると、次に、初期位相・周波数誤差補正部４１２は、この推定された初期位相および周波数誤差に対応する位相補正および周波数補正を行う。
【００３８】
同様にして、２段目の初期位相・周波数誤差推定部４１４は、少し精度を上げた初期位相の推定とこれに対応する周波数誤差の推定を行う。例えば、初期位相・周波数誤差推定部４１４において、初期位相・周波数誤差推定部４１０において推定された初期位相を中心に±４°の範囲で２°おきに初期位相の５個の候補値が設定され（φ１＝θ−４°、φ２＝θ−２°、φ３＝θ、φ４＝θ＋２°、φ５＝θ＋４°）、その中から最も真値に近いものが抽出される。そして、初期位相・周波数誤差補正部４１６は、入力されたベースバンド信号に対してこれらの推定値を用いた位相補正および周波数補正を行う。
【００３９】
また、３段目の初期位相・周波数誤差推定部４１８は、さらに精度を上げた初期位相の推定とこれに対応する周波数誤差の推定を行う。例えば、初期位相・周波数誤差推定部４１８において、初期位相・周波数誤差推定部４１４において推定した初期位相を中心に±１°の範囲で１°おきに初期位相の３個の候補値が設定され（φ１＝θ−１°、φ２＝θ、φ３＝θ＋１°）、その中から最も真値に近いものが抽出される。そして、初期位相・周波数誤差・クロックディレイ補正部４２０は、入力されたベースバンド信号に対してこれらの推定値を用いた位相補正および周波数補正を行うとともに、初期位相・周波数誤差推定部４１８に含まれるクロックディレイ推定部４６４によって推定されたクロックディレイの補正を行う。
【００４０】
なお、３つの初期位相・周波数誤差推定部４１０、４１４、４１８は、後段に進むほど初期位相の推定誤差が少なくなり周波数誤差の推定誤差も少なくなるため、評価シンボル数を多くしても復調誤りが生じにくくなる。したがって、後段に接続されたものほど評価シンボル数を多くして、周波数誤差の推定精度をさらに上げることが好ましい。
【００４１】
このように、３段階に分けて初期位相の推定範囲を次第に狭くしていくことにより、効率よく、しかも高い精度で短時間に初期位相の値を求めることができる。
【００４２】
〔詳細パラメータ推定部〕
図７は、詳細パラメータ推定部５００の詳細構成を示す図である。図７に示すように、詳細パラメータ推定部５００は、振幅誤差・原点オフセット推定部５１０、５１８、振幅誤差・原点オフセット補正部５１２、５２０、詳細周波数誤差推定部５１４、周波数誤差補正部５１６、測定項目計算部５２２を含んで構成されている。詳細パラメータ推定部５００に入力されるベースバンド信号については、既に前段の初期位相・周波数誤差推定・補正部４００において初期位相、周波数誤差、クロックディレイのそれぞれの補正がなされており、詳細パラメータ推定部５００は、振幅誤差および原点オフセットの推定および補正と、詳細な周波数誤差の推定および補正を行った後に、最終的な各種の測定項目の計算を行う。
【００４３】
まず、振幅誤差・原点オフセット推定部５１０および振幅誤差・原点オフセット補正部５１２によって、入力されるベースバンド信号に対して１回目の振幅誤差と原点オフセットの推定および補正が行われる。このようにして原点オフセット等が補正された後のベースバンド信号（同相成分Ｉ’、直交成分Ｑ’）を用いることにより詳細な周波数誤差の推定が可能であり、次に詳細周波数誤差推定部５１４および周波数誤差補正部５１６によって、１回目の振幅誤差等の補正がなされた後のベースバンド信号を用いて詳細な周波数誤差の推定および補正が行われる。
【００４４】
ところで、振幅誤差・原点オフセット推定部５１０によって行われる１回目の振幅誤差等の推定は、周波数誤差が含まれているベースバンド信号を用いて行われているため、周波数誤差に対応した誤差を含んでいる。このため、誤差の少ない振幅誤差と原点オフセットを求めるために、振幅誤差・原点オフセット推定部５１８および振幅誤差・原点オフセット補正部５２０によって、詳細な周波数誤差の補正が終了したベースバンド信号（同相成分Ｉ’’、直交成分Ｑ’’）に対して２回目の振幅誤差と原点オフセットの推定および補正が行われる。
【００４５】
測定項目計算部５２２は、このようにして周波数誤差、振幅誤差、原点オフセットの補正が終了したベースバンド信号（同相成分Ｉ’’’、直交成分Ｑ’’’）を用いて、最終的な各種の測定項目を計算する。測定項目として、例えば波形品質ρ、変調精度、マグニチュード・エラー（magnitude error ）、フェイズ・エラー（phase error ）等が計算され、詳細周波数誤差推定部５１４において既に計算されている周波数誤差と振幅誤差・原点オフセット推定部５１８において既に計算されている原点オフセットとともに詳細パラメータ推定部５００による推定結果（解析結果）として出力される。なお、測定項目の一つである波形品質ρは、原点オフセットが補正される前のベースバンド信号（同相成分Ｉ３、直交成分Ｑ３）を用いて計算される。
【００４６】
このように、本実施形態のＯＱＰＳＫ変調解析システムでは、初期位相・周波数誤差推定・補正部４００によって、実信号と理想信号との相互相関係数ρ’を用いることにより、ＯＱＰＳＫ変調された受信信号の初期位相を推定することができるため、受信信号に含まれるクロックディレイを推定し、補正することが可能になる。特に、受信信号に含まれるクロックディレイを補正することができれば、ＱＰＳＫ変調解析において従来から行われている手法を用いて位相補正、周波数補正、振幅誤差補正等を行った後に波形品質や変調精度等を計算することができ、汎用的な手法による解析が可能になる。
【００４７】
また、初期位相・周波数誤差推定・補正部４００によって初期位相を推定する際に、この推定動作を複数段階に分けて行い、前段の推定結果に基づいて次段の推定動作に用いられる初期位相の複数の候補値を設定しており、後段に進むにしたがって推定精度を上げることにより、効率的な初期位相の推定を行うことができる。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、初期位相・周波数誤差推定・補正部４００によって初期位相を推定する際に、３つの初期位相・周波数誤差推定部３１０、３１４、３１８によって３段階に分けて次第に推定精度を高めたが、２段以下あるいは４段以上に分けて初期位相の推定を行うようにしてもよい。
【００４９】
また、上述した実施形態では、初期位相・周波数誤差推定・補正部４００において、初期位相のｎ個の候補値φ１〜φｎのそれぞれに対応する位相補正から相関係数計算までの各動作を並行して行ったが、これらの一連の動作を順番に実行するようにしてもよい。例えば、最初に初期位相のｎ個の候補値φ１〜φｎの中からφ１を選択し、この候補値φ１に対応する位相補正等の一連の処理を行って相互相関係数ρ’を計算する。次に、２番目の候補値φ２に対応する位相補正等の一連の処理を行って相互相関係数ρ’を計算する。このようにして、ｎ番目の候補値φｎに対応する位相補正等の一連の処理を行って相互相関係数ρ’を計算する。この場合に、計算された相互相関係数ρ’の中から最も値が大きなものを抽出する方法については、ｎ個の相互相関係数ρ’の計算が全て終了した時点で行う場合の他に、相互相関係数ρ’が計算された時点で逐次判断する場合が考えられる。
【００５０】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、あらかじめ設定された初期位相の候補値を用いて実際に位相補正を行って得られた信号（実信号）と、この信号に対してオフセットＱＰＳＫ復調と変調を繰り返すことによって生成された理想信号との相関係数を計算しており、初期位相の候補値が真値に近いほど相関係数が大きな値となるという性質を用いて初期位相の候補値が適切なものであるか否かを判定することができ、初期位相の適切な推定が可能となる。
【００５１】
特に、初期位相に対応する補正を行った後に、この信号の直交成分または同相成分のオフセット分を元に戻してＱＰＳＫ信号を生成することによりクロックディレイを推定し、この推定したクロックディレイに対応する補正がなされた信号を用いて相関係数の計算を行うことが好ましい。正しい初期位相と周波数誤差が推定され、補正がなされた信号に対しては、直交成分のオフセット分を元に戻すことができるため、クロックディレイの推定が可能になる。このクロックディレイ分の補正がなされた後の実信号と理想信号とを用いて、これら２つの信号の相関係数を求めることにより、初期位相の推定精度をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の変調解析システムの構成を示す図である。
【図２】ＩＦ信号変換部およびベースバンド信号変換部の詳細構成を示す図である。
【図３】周波数誤差粗推定・補正部の詳細な構成を示す図である。
【図４】初期位相・周波数誤差推定・補正部の詳細構成を示す図である。
【図５】初期位相・周波数誤差推定部の詳細構成を示す図である。
【図６】相互相関係数とその実部を比較した図である。
【図７】詳細パラメータ推定部の詳細構成を示す図である。
【図８】直交変調方式を用いた一般的な送受信システムにおける同期検波の概要を説明するための図である。
【符号の説明】
１００ ＩＦ信号変換部
２００ ベースバンド信号変換部
３００ 周波数誤差粗推定・補正部
４００ 初期位相・周波数誤差推定・補正部
４１０、４１４、４１８ 初期位相・周波数誤差推定部
４１２、４１６ 初期位相・周波数誤差補正部
４２０ 初期位相・周波数誤差・クロックディレイ補正部
４３０−１〜４３０−ｎ、４６０ 位相補正部
４３２−１〜４３２−ｎ、４６２ 遅延部
４３４−１〜４３４−ｎ、４６４ クロックディレイ推定部
４３６−１〜４３６−ｎ、４６６ クロックディレイ補正部
４３８−１〜４３８−ｎ、４６８ 復調部
４４０−１〜４４０−ｎ、４７０ 理想信号作成部
４４２−１〜４４２−ｎ 相関係数計算部
４５０ 最適初期位相判定部
４７２ 周波数誤差推定部
５００ 詳細パラメータ推定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、オフセットＱＰＳＫ（ＯＱＰＳＫ）方式で変調された信号を受信して送信機波形品質係数等の解析を行うオフセットＱＰＳＫ変調解析方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤＭＡ方式によるデジタルセルラシステムは通話品質の点で優れており、日本においても実用化されている。このデジタルセルラシステムでは、例えば基地局から移動局に対してデータを送信する下り回線ではＱＰＳＫ変調方式が用いられ、反対に移動局から基地局に対してデータを送信する上り回線ではＯＱＰＳＫ変調方式が用いられている。このデジタルセルラシステムにおいて、良好な通話品質を維持するためには、実際に受信した信号に基づいて波形品質等を測定し、これを解析する必要がある。
【０００３】
図８は、直交変調方式を用いた一般的な送受信システムにおける同期検波の概要を説明するための図である。送信側では、同相成分Ｉに対して所定周波数のローカル信号（搬送波信号）を乗算するとともに、直交成分Ｑに対してこのローカル信号の位相を９０°シフトした信号を乗算し、これらの乗算結果である各信号を合成して送信する。また、受信側では、送信側と同じ周波数を有するローカル信号およびこのローカル信号の位相を９０°シフトした信号を用いて受信信号に対して周波数変換を行い、周波数変換後の２種類の信号をローパスフィルタ（ＬＰＦ）に通すことにより同相成分Ｉと直交成分Ｑとを分離している。
【０００４】
上述した直交検波を用いて信号の送受を行った場合に、送信側と受信側のローカル信号の位相のずれ（この位相のずれを「初期位相」と称する）が存在する場合に、この初期位相を受信側で補正して、送信側と受信側とでローカル信号を同期させる必要がある。例えば、通信データ中に含まれる同期ワード等の既知のデータパターンを用いて、受信側においてローカル信号の位相を同期させることが一般に行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＱＰＳＫ変調解析を行う場合には、初期位相がわからない場合であっても、とりうる絶対位相が＋４５°、＋１３５°、−４５°、−１３５°の４通りであり、同相成分Ｉと直交成分Ｑにおけるシンボル位置がわかれば、強制的に先頭シンボル位置を上述した４つの絶対位相のいずれかに割り当てることにより初期位相を特定することができる。
【０００６】
また、ＯＱＰＳＫ変調方式を用いた場合であっても、何らかの方法で初期位相と周波数誤差を特定できれば、例えば直交成分Ｑのシンボル位置を１／２シンボルだけ強制的に戻すことにより、同相成分Ｉのシンボル位置と直交成分Ｑのシンボル位置を一致させることができるため、ＱＰＳＫ変調方式の場合と同様の手法を用いてクロックディレイの推定や補正を行うことが可能になり、実信号の波形品質等の解析を行うことができる。
【０００７】
しかし、ＯＱＰＳＫ変調方式の場合には、同相成分Ｉのシンボル位置と直交成分Ｑのシンボル位置との間に１／２シンボルだけ時間ずれが存在した状態では、ＱＰＳＫ変調方式で用いた手法によって初期位相を特定することができない。このため、直交成分Ｑのオフセット分を元に戻すことができず、クロックディレイを推定して実信号の波形品質等を解析するという従来から用いられている手法を用いることができなかった。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、オフセットＱＰＳＫ変調方式を用いた受信信号に含まれる初期位相の特定が可能であり、ＱＰＳＫ変調信号に戻してクロックディレイを推定することができるオフセットＱＰＳＫ変調解析方式を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明のオフセットＱＰＳＫ変調方式では、あらかじめ設定された初期位相の候補値を用いて実際に位相補正を行って得られた信号（実信号）と、この信号に対してオフセットＱＰＳＫ復調と変調を繰り返すことによって生成された理想信号との相関係数を相関係数計算手段によって計算し、この計算された相関係数に基づいて、初期位相判定手段によって、初期位相の候補値が適切なものであるか否かが判定される。初期位相の候補値が真値に近いほど、実信号と理想信号のそれぞれの波形が類似し、これら２つの信号の相関係数が大きな値となるため、この相関係数を用いることにより初期位相の適切な推定が可能となる。
【００１０】
特に、初期位相に対応する補正を行った後に、この信号の直交成分のオフセット分を元に戻してＱＰＳＫ信号を生成することによりクロックディレイを推定し、この推定したクロックディレイに対応する補正がなされた信号を用いて相関係数の計算を行うことが好ましい。正しい初期位相と周波数誤差が推定され、補正がなされた信号に対しては、直交成分のオフセット分を元に戻すことができるため、クロックディレイの推定が可能になる。このクロックディレイ分の補正がなされた後の実信号と理想信号とを用いて、これら２つの信号の相関係数を求めることにより、初期位相の推定精度をさらに高めることができる。
【００１１】
また、上述した初期位相判定手段は、複数の候補値のそれぞれに対応して計算される複数の相関係数の中から最大値を検索し、対応する候補値を初期位相として推定することが好ましい。上述した相関係数を用いることにより、複数の候補値の中で最適なものを抽出することができるため、容易に初期位相の推定を行うことができる。
【００１２】
また、上述した初期位相判定手段による推定動作を複数段階に分けて行い、前段の推定結果に基づいて次段の推定動作に用いられる複数の候補値を設定することにより、後段に進むにしたがって推定精度を上げることが好ましい。複数段階に分けて推定動作を行うことにより、最初は粗く初期位相の推定を行い、次第に真値に近づくにしたがって推定精度を上げることにより、効率的な初期位相の推定動作を行うことができる。具体的には、後段に進むにしたがって推定精度を上げる方法としては、複数の候補値の間隔を狭くしたり、相関係数の計算対象となる信号の区間を広げるようにすればよい。これらの方法を用いることにより、誤差の少ない初期位相の推定が可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態のＯＱＰＳＫ変調解析システムについて、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態のＯＱＰＳＫ変調解析システムの構成を示す図である。図１に示す本実施形態のＯＱＰＳＫ変調解析システムは、ＩＦ信号変換部１００、ベースバンド信号変換部２００、周波数誤差粗推定・補正部３００、初期位相・周波数誤差推定・補正部４００および詳細パラメータ推定部５００を含んで構成されている。
【００１５】
ＩＦ信号変換部１００は、測定対象となるＲＦ信号（高周波信号）を所定のＩＦ信号（中間周波信号）に変換した後に標本化処理および量子化処理を行って、ＩＦ信号に対応するデジタルデータを出力する。また、ベースバンド信号変換部２００は、ＩＦ信号変換部１００から入力されるデータに基づいて、同相成分Ｉ１および直交成分Ｑ１からなるベースバンド信号を生成する。周波数誤差粗推定・補正部３００は、キャリア周波数の周波数誤差が大きい場合に、この周波数誤差の粗推定を行い、入力されるベースバンド信号に対して、必要に応じてこの推定した誤差分の補正を行う。周波数誤差が極端に大きいと初期位相等の推定が困難な場合があるため、初期位相の推定を行う前に周波数誤差の粗推定および補正が実施される。初期位相・周波数誤差推定・補正部４００は、初期位相の値を可変してその都度クロックディレイ推定とクロックディレイ補正を行って実信号と理想信号との間の相関係数を計算し、この相関係数の値を用いて適正な初期位相および周波数誤差の推定を行い、この推定結果に基づく補正を実施する。詳細パラメータ推定部５００は、推定された初期位相および周波数誤差に基づく補正がなされた後の信号を用いて、詳細なパラメータ推定を行う。例えば、波形品質、変調精度、マグニチュード・エラー、フェイズ・エラー、原点オフセット等の各種のパラメータの計算が行われる。以下、上述した各部の詳細について説明する。
【００１６】
〔ＩＦ信号変換部〕
図２は、ＩＦ信号変換部１００およびベースバンド信号変換部２００の詳細構成を示す図である。図２に示すように、ＩＦ信号変換部１００は、ローカル発振器１０２、周波数変換器１０４、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０６、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１０８を含んで構成されている。入力されたＲＦ信号（ＯＱＰＳＫ信号）とローカル発振器１０２から出力された発振信号とが周波数変換器１０４によって混合されて、それらの差成分であるアナログのＩＦ信号に変換される。このＩＦ信号の周波数は、後段のＡ／Ｄ変換器１０８によってデジタルデータへの変換が可能な周波数であり、変調信号の変調帯域を含んでいる必要がある。周波数変換器１０４から出力されたＩＦ信号は、バンドパスフィルタ１０６による帯域制限処理によってエリアシング成分が除去された後に、Ａ／Ｄ変換器１０８によってデジタルデータに変換される。例えば、ＯＱＰＳＫ信号のシンボル周波数の８倍の周波数でサンプリングおよび量子化が行われる。
【００１７】
〔ベースバンド信号変換部〕
また、図２に示すように、ベースバンド信号変換部２００は、ローカル発振器２０２、乗算器２０４、２０６、移相器２０８、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１０、２１２を含んで構成されている。ＩＦ信号変換部１００内のＡ／Ｄ変換器１０８から出力されたデジタルのＩＦ信号に対して、２つの乗算器２０４、２０６によって互いに位相が９０°ずれたローカル信号が乗算される。そして、それぞれの乗算結果をローパスフィルタ２１０、２１２に通すことにより、同相成分Ｉ１と直交成分Ｑ１とからなるベースバンド信号が得られる。
【００１８】
〔周波数誤差粗推定・補正部〕
図３は、周波数誤差粗推定・補正部３００の詳細な構成を示す図である。図３に示すように、周波数誤差粗推定・補正部３００は、周波数誤差粗推定部３０２および周波数誤差補正部３０４を含んで構成されている。周波数誤差粗推定部３０２は、ベースバンド信号変換部２００から入力されるベースバンド信号を４逓倍（（Ｉ＋ｊＱ）4 ）した信号列に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行い、そのピークの周波数ｆpeakを検出することにより、周波数誤差の粗推定を行う。４逓倍することにより、ＯＱＰＳＫ変調の各シンボルに対応したベースバンド信号のそれぞれの位相が２πの整数倍となるため、位相を縮退させることができる。これにより、周波数誤差成分は、４逓倍した位置に大きなピークを有することになり、このピークの周波数ｆpeakを４で割ることにより、周波数誤差Δｆの粗い推定が可能になる。このような手法を用いて周波数誤差を推定することにより、ＦＦＴ演算の分解能の４倍の分解能で周波数誤差を求めることができる。
【００１９】
周波数誤差補正部３０４は、周波数誤差粗推定部３０２によって推定された周波数誤差Δｆを用いてｅｘｐ（−ｊ２πΔｆｔ）を計算し、入力されたベースバンド信号（Ｉ＋ｊＱ）に対してこの複素数を乗算することにより、ベースバンド信号に対して周波数誤差の補正を行う。そして、周波数誤差の補正がなされた後のベースバンド信号が次段の初期位相・周波数誤差推定・補正部４００に入力される。
【００２０】
〔初期位相・周波数誤差推定・補正部〕
図４は、初期位相・周波数誤差推定・補正部４００の詳細構成を示す図である。図４に示すように、初期位相・周波数誤差推定・補正部４００は、３つの初期位相・周波数誤差推定部４１０、４１４、４１８と、２つの初期位相・周波数誤差補正部４１２、４１６と、初期位相・周波数誤差・クロックディレイ補正部４２０とを含んで構成されている。
【００２１】
初期位相・周波数誤差推定部４１０は、周波数誤差粗推定・補正部３００から入力されたベースバンド信号に対して、あらかじめ用意された初期位相の複数の候補値のそれぞれを用いて位相補正を行った後の実信号と理想信号とを計算し、これら２つの信号の相関係数を用いて上述した複数の候補値の中から最も真値に近いものを抽出する。ここで、理想信号とは、着目しているベースバンド信号に対してＯＱＰＳＫ復調処理およびＯＱＰＳＫ変調処理を行った信号であって、伝送系で生じる波形歪み等が含まれない信号をいう。
【００２２】
また、初期位相・周波数誤差推定部４１０は、入力されたベースバンド信号に対して、この抽出した初期位相の値を用いて位相補正を行った後に、クロックディレイ推定およびこの推定値を用いたクロックディレイ補正を行い、さらに周波数誤差推定を行う。
【００２３】
図５は、初期位相・周波数誤差推定部４１０の詳細構成を示す図である。なお、他の２つの初期位相・周波数誤差推定部４１４、４１８も同様の構成を有している。図５に示すように、初期位相・周波数誤差推定部４１０は、初期位相のｎ個の候補値のそれぞれに対応する相関係数を計算するためにｎ組の位相補正部４３０、遅延部４３２、クロックディレイ推定部４３４、クロックディレイ補正部４３６、復調部４３８、理想信号作成部４４０、相関係数計算部４４２と、計算されたｎ個の相関係数に基づいて初期位相のｎ個の候補値の中から最も真値に近いものを判定する最適初期位相判定部４５０とを備えている。上述した位相補正部４３０が第１の補正手段に、復調部４３８および理想信号作成部４４０が理想信号作成手段に、相関係数計算部４４２が相関係数計算手段に、最適初期位相判定部４５０が初期位相判定手段に、クロックディレイ推定部４３４が推定手段に、クロックディレイ補正部４３６が第２の補正手段にそれぞれ対応している。
【００２４】
初期位相の真値は０〜３６０°の範囲内にあるが、ＯＱＰＳＫ信号には４つのシンボル点が含まれているため、０〜９０°の範囲で位相を補正することにより、補正後のベースバンド信号に含まれるシンボル位置を正しいシンボル位置に一致させることができる。例えばｎ＝９として、初期位相の９個の候補値φｉ＝（ｉ−１）×１０°（ｉ＝１，２，…，８，９）を考えるものとする。
【００２５】
位相補正部４３０−１は、初期位相φ１（＝０°）を用いてｅｘｐ（ｊφ１）を計算し、入力されたベースバンド信号に対してこの複素数を乗算することにより、ベースバンド信号に対して初期位相φ１に対応する位相補正を行う。
【００２６】
クロックディレイ推定部４３４−１は、位相補正部４３０−１によって位相補正がなされたベースバンド信号の同相成分を遅延部４３２−１に通してオフセット分を元に戻した信号（ＱＰＳＫ信号）に対してクロックディレイ推定を行う。
【００２７】
クロックディレイ補正部４３６−１は、位相補正部４３０−１によって位相補正がなされたベースバンド信号に対して、クロックディレイ推定部４３４−１によって推定されたクロックディレイの補正を行う。ベースバンド信号の同相成分と直交成分に対応する離散的なデジタルデータが入力されると、クロックディレイ補正部４３６−１は、これらのデジタルデータを用いたディレイ補正を行って、サンプリング位置からクロックディレイ分だけずれた位置に対応する同相成分と直交成分の値を計算により求める。
【００２８】
復調部４３８−１は、クロックディレイ分の補正がなされた後のベースバンド信号に対してＯＱＰＳＫ復調処理を行い、変調前のデータを復元する。また、理想信号生成部４４０−１は、この復調されたデータに対して再度ＯＱＰＳＫ変調処理を行い、波形歪み等が含まれない理想的なベースバンド信号を作成する。本明細書においては、この理想的なベースバンド信号を理想信号と称している。
【００２９】
相関係数計算部４４２−１は、理想信号作成部４４０−１から出力される理想信号とクロックディレイ補正部４３６−１から出力されるベースバンド信号とが入力されており、これら２種類の信号波形の相互相関係数ρの実部ρ’を計算する。この相互相関係数ρは、２つの信号波形の類似の度合いを示すものであり、送信信号がどれだけ理想信号に近いかを示す波形品質係数を示している。以下に、相互相関係数ρとその実部ρ’の計算式を示す。
【００３０】
【数１】
【数２】
ここで、Ｚk はクロックディレイ補正部４３６−１から出力されるベースバンド信号を、Ｒk は理想信号作成部４４０−１から出力される理想信号を、Ｍは１／２シンボルごとの測定区間をそれぞれ示している。また、「＊」は共役の複素数を、「Ｒｅ［Ｒk Ｚk *］」はＲk Ｚk *の実部を示している。
【００３３】
図６は、上述した相互相関係数ρとその実部ρ’を比較した図であり、例えば初期位相φが４０°近傍のときに相互相関係数が最大となる場合が示されている。図６に示すように、上述した相互相関係数ρは、初期位相φの真値である４０°近傍で最大となるが、その前後の比較的広い範囲でこの最大値を維持する。これに対し、相互相関係数ρの計算式の分子に含まれる実部を用いて計算した相互相関係数ρ’は、初期位相の真値近傍のみで最大値となる。したがって、最適な初期位相を抽出するためには、実部のみを用いた相互相関係数ρ’を用いることが好ましい。
【００３４】
このようにして初期位相をφ１とした場合の相互相関係数ρ’が相関係数計算部４４２−１によって計算される。同様にして、相関係数計算部４４２−２〜４４２−ｎのそれぞれによって、初期位相をφ２〜φｎとした場合の相互相関係数ρ’が計算される。
【００３５】
最適初期位相判定部４５０は、上述したｎ個の相関係数計算部４４２−１〜４４２−ｎのそれぞれによって計算されたｎ個の相互相関係数ρ’を比較判定し、その最大値に対応する最適な初期位相θを抽出する。さらに、数１のρの分子部分において、２乗する以前の複素数の総和（ΣＲkＺk * ）からＲk とＺk *の位相差を計算して、初期位相θに反映させてもよい。
【００３６】
また、図５に示した初期位相・周波数誤差推定部４１０は、最適初期位相判定部４５０によって抽出された初期位相を補正した後に周波数誤差の推定を行うために、位相補正部４６０、遅延部４６２、クロックディレイ推定部４６４、クロックディレイ補正部４６６、復調部４６８、理想信号作成部４７０、周波数誤差推定部４７２を備えている。上述した相互相関係数ρ’を求めた場合と同様にして、最適初期位相判定部４５０によって抽出された最適な初期位相θに対応した位相補正、クロックディレイ推定および補正、理想信号の作成が行われ、クロックディレイ補正部４６６から出力されたベースバンド信号と理想信号作成部４７０から出力された理想信号とが周波数誤差推定部４７２に入力される。周波数誤差推定部４７２は、これら２つの信号に基づいて周波数誤差を推定する。
【００３７】
初期位相・周波数誤差推定部４１０によって１０°ごとに設定されたｎ個の初期位相候補の中から最も真値に近い値と、これに対応する周波数誤差とが推定されると、次に、初期位相・周波数誤差補正部４１２は、この推定された初期位相および周波数誤差に対応する位相補正および周波数補正を行う。
【００３８】
同様にして、２段目の初期位相・周波数誤差推定部４１４は、少し精度を上げた初期位相の推定とこれに対応する周波数誤差の推定を行う。例えば、初期位相・周波数誤差推定部４１４において、初期位相・周波数誤差推定部４１０において推定された初期位相を中心に±４°の範囲で２°おきに初期位相の５個の候補値が設定され（φ１＝θ−４°、φ２＝θ−２°、φ３＝θ、φ４＝θ＋２°、φ５＝θ＋４°）、その中から最も真値に近いものが抽出される。そして、初期位相・周波数誤差補正部４１６は、入力されたベースバンド信号に対してこれらの推定値を用いた位相補正および周波数補正を行う。
【００３９】
また、３段目の初期位相・周波数誤差推定部４１８は、さらに精度を上げた初期位相の推定とこれに対応する周波数誤差の推定を行う。例えば、初期位相・周波数誤差推定部４１８において、初期位相・周波数誤差推定部４１４において推定した初期位相を中心に±１°の範囲で１°おきに初期位相の３個の候補値が設定され（φ１＝θ−１°、φ２＝θ、φ３＝θ＋１°）、その中から最も真値に近いものが抽出される。そして、初期位相・周波数誤差・クロックディレイ補正部４２０は、入力されたベースバンド信号に対してこれらの推定値を用いた位相補正および周波数補正を行うとともに、初期位相・周波数誤差推定部４１８に含まれるクロックディレイ推定部４６４によって推定されたクロックディレイの補正を行う。
【００４０】
なお、３つの初期位相・周波数誤差推定部４１０、４１４、４１８は、後段に進むほど初期位相の推定誤差が少なくなり周波数誤差の推定誤差も少なくなるため、評価シンボル数を多くしても復調誤りが生じにくくなる。したがって、後段に接続されたものほど評価シンボル数を多くして、周波数誤差の推定精度をさらに上げることが好ましい。
【００４１】
このように、３段階に分けて初期位相の推定範囲を次第に狭くしていくことにより、効率よく、しかも高い精度で短時間に初期位相の値を求めることができる。
【００４２】
〔詳細パラメータ推定部〕
図７は、詳細パラメータ推定部５００の詳細構成を示す図である。図７に示すように、詳細パラメータ推定部５００は、振幅誤差・原点オフセット推定部５１０、５１８、振幅誤差・原点オフセット補正部５１２、５２０、詳細周波数誤差推定部５１４、周波数誤差補正部５１６、測定項目計算部５２２を含んで構成されている。詳細パラメータ推定部５００に入力されるベースバンド信号については、既に前段の初期位相・周波数誤差推定・補正部４００において初期位相、周波数誤差、クロックディレイのそれぞれの補正がなされており、詳細パラメータ推定部５００は、振幅誤差および原点オフセットの推定および補正と、詳細な周波数誤差の推定および補正を行った後に、最終的な各種の測定項目の計算を行う。
【００４３】
まず、振幅誤差・原点オフセット推定部５１０および振幅誤差・原点オフセット補正部５１２によって、入力されるベースバンド信号に対して１回目の振幅誤差と原点オフセットの推定および補正が行われる。このようにして原点オフセット等が補正された後のベースバンド信号（同相成分Ｉ’、直交成分Ｑ’）を用いることにより詳細な周波数誤差の推定が可能であり、次に詳細周波数誤差推定部５１４および周波数誤差補正部５１６によって、１回目の振幅誤差等の補正がなされた後のベースバンド信号を用いて詳細な周波数誤差の推定および補正が行われる。
【００４４】
ところで、振幅誤差・原点オフセット推定部５１０によって行われる１回目の振幅誤差等の推定は、周波数誤差が含まれているベースバンド信号を用いて行われているため、周波数誤差に対応した誤差を含んでいる。このため、誤差の少ない振幅誤差と原点オフセットを求めるために、振幅誤差・原点オフセット推定部５１８および振幅誤差・原点オフセット補正部５２０によって、詳細な周波数誤差の補正が終了したベースバンド信号（同相成分Ｉ’’、直交成分Ｑ’’）に対して２回目の振幅誤差と原点オフセットの推定および補正が行われる。
【００４５】
測定項目計算部５２２は、このようにして周波数誤差、振幅誤差、原点オフセットの補正が終了したベースバンド信号（同相成分Ｉ’’’、直交成分Ｑ’’’）を用いて、最終的な各種の測定項目を計算する。測定項目として、例えば波形品質ρ、変調精度、マグニチュード・エラー（magnitude error ）、フェイズ・エラー（phase error ）等が計算され、詳細周波数誤差推定部５１４において既に計算されている周波数誤差と振幅誤差・原点オフセット推定部５１８において既に計算されている原点オフセットとともに詳細パラメータ推定部５００による推定結果（解析結果）として出力される。なお、測定項目の一つである波形品質ρは、原点オフセットが補正される前のベースバンド信号（同相成分Ｉ３、直交成分Ｑ３）を用いて計算される。
【００４６】
このように、本実施形態のＯＱＰＳＫ変調解析システムでは、初期位相・周波数誤差推定・補正部４００によって、実信号と理想信号との相互相関係数ρ’を用いることにより、ＯＱＰＳＫ変調された受信信号の初期位相を推定することができるため、受信信号に含まれるクロックディレイを推定し、補正することが可能になる。特に、受信信号に含まれるクロックディレイを補正することができれば、ＱＰＳＫ変調解析において従来から行われている手法を用いて位相補正、周波数補正、振幅誤差補正等を行った後に波形品質や変調精度等を計算することができ、汎用的な手法による解析が可能になる。
【００４７】
また、初期位相・周波数誤差推定・補正部４００によって初期位相を推定する際に、この推定動作を複数段階に分けて行い、前段の推定結果に基づいて次段の推定動作に用いられる初期位相の複数の候補値を設定しており、後段に進むにしたがって推定精度を上げることにより、効率的な初期位相の推定を行うことができる。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、初期位相・周波数誤差推定・補正部４００によって初期位相を推定する際に、３つの初期位相・周波数誤差推定部３１０、３１４、３１８によって３段階に分けて次第に推定精度を高めたが、２段以下あるいは４段以上に分けて初期位相の推定を行うようにしてもよい。
【００４９】
また、上述した実施形態では、初期位相・周波数誤差推定・補正部４００において、初期位相のｎ個の候補値φ１〜φｎのそれぞれに対応する位相補正から相関係数計算までの各動作を並行して行ったが、これらの一連の動作を順番に実行するようにしてもよい。例えば、最初に初期位相のｎ個の候補値φ１〜φｎの中からφ１を選択し、この候補値φ１に対応する位相補正等の一連の処理を行って相互相関係数ρ’を計算する。次に、２番目の候補値φ２に対応する位相補正等の一連の処理を行って相互相関係数ρ’を計算する。このようにして、ｎ番目の候補値φｎに対応する位相補正等の一連の処理を行って相互相関係数ρ’を計算する。この場合に、計算された相互相関係数ρ’の中から最も値が大きなものを抽出する方法については、ｎ個の相互相関係数ρ’の計算が全て終了した時点で行う場合の他に、相互相関係数ρ’が計算された時点で逐次判断する場合が考えられる。
【００５０】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、あらかじめ設定された初期位相の候補値を用いて実際に位相補正を行って得られた信号（実信号）と、この信号に対してオフセットＱＰＳＫ復調と変調を繰り返すことによって生成された理想信号との相関係数を計算しており、初期位相の候補値が真値に近いほど相関係数が大きな値となるという性質を用いて初期位相の候補値が適切なものであるか否かを判定することができ、初期位相の適切な推定が可能となる。
【００５１】
特に、初期位相に対応する補正を行った後に、この信号の直交成分または同相成分のオフセット分を元に戻してＱＰＳＫ信号を生成することによりクロックディレイを推定し、この推定したクロックディレイに対応する補正がなされた信号を用いて相関係数の計算を行うことが好ましい。正しい初期位相と周波数誤差が推定され、補正がなされた信号に対しては、直交成分のオフセット分を元に戻すことができるため、クロックディレイの推定が可能になる。このクロックディレイ分の補正がなされた後の実信号と理想信号とを用いて、これら２つの信号の相関係数を求めることにより、初期位相の推定精度をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の変調解析システムの構成を示す図である。
【図２】ＩＦ信号変換部およびベースバンド信号変換部の詳細構成を示す図である。
【図３】周波数誤差粗推定・補正部の詳細な構成を示す図である。
【図４】初期位相・周波数誤差推定・補正部の詳細構成を示す図である。
【図５】初期位相・周波数誤差推定部の詳細構成を示す図である。
【図６】相互相関係数とその実部を比較した図である。
【図７】詳細パラメータ推定部の詳細構成を示す図である。
【図８】直交変調方式を用いた一般的な送受信システムにおける同期検波の概要を説明するための図である。
【符号の説明】
１００ ＩＦ信号変換部
２００ ベースバンド信号変換部
３００ 周波数誤差粗推定・補正部
４００ 初期位相・周波数誤差推定・補正部
４１０、４１４、４１８ 初期位相・周波数誤差推定部
４１２、４１６ 初期位相・周波数誤差補正部
４２０ 初期位相・周波数誤差・クロックディレイ補正部
４３０−１〜４３０−ｎ、４６０ 位相補正部
４３２−１〜４３２−ｎ、４６２ 遅延部
４３４−１〜４３４−ｎ、４６４ クロックディレイ推定部
４３６−１〜４３６−ｎ、４６６ クロックディレイ補正部
４３８−１〜４３８−ｎ、４６８ 復調部
４４０−１〜４４０−ｎ、４７０ 理想信号作成部
４４２−１〜４４２−ｎ 相関係数計算部
４５０ 最適初期位相判定部
４７２ 周波数誤差推定部
５００ 詳細パラメータ推定部
Claims (6)
- 初期位相に対応する所定の候補値が設定され、オフセットＱＰＳＫ変調された信号を直交検波して得られたベースバンド信号に対して、前記候補値に対応する位相シフトを行う第１の補正手段と、
前記第１の補正手段によって補正がなされた信号に対してオフセットＱＰＳＫ復調処理を行った後に再度オフセットＱＰＳＫ変調処理を行うことにより、前記第１の補正手段によって補正がなされた信号に対する理想信号を作成する理想信号作成手段と、
前記第１の補正手段によって補正がなされた信号と前記理想信号との相関係数を計算する相関係数計算手段と、
前記相関係数計算手段によって計算された前記相関係数に基づいて、前記初期位相として設定された前記候補値の適否を判断する初期位相判定手段と、
を備えることを特徴とするオフセットＱＰＳＫ変調解析方式。 - 請求項１において、
前記第１の補正手段によって補正がなされた信号の直交成分または同相成分のオフセット分を元に戻してＱＰＳＫ信号を生成し、このＱＰＳＫ信号を用いてクロックディレイを推定する推定手段と、
前記第１の補正手段によって補正がなされた信号に対して、前記推定手段によって推定されたクロックディレイに対応する補正を行う第２の補正手段と、
を備え、前記第２の補正手段によって補正がなされた信号を用いて前記相関係数計算手段による前記相関係数の計算を行うことを特徴とするオフセットＱＰＳＫ変調解析方式。 - 請求項１または２において、
前記初期位相判定手段は、複数の前記候補値に対応して前記相関係数計算手段によって計算される複数の前記相関係数の中から最大値を検索し、対応する前記候補値を前記初期位相として推定することを特徴とするオフセットＱＰＳＫ変調解析方式。 - 請求項３において、
前記初期位相判定手段による推定動作を複数段階に分けて行い、前段の推定結果に基づいて次段の推定動作に用いられる前記複数の候補値を設定し、後段に進むにしたがって推定精度を上げることを特徴とするオフセットＱＰＳＫ変調解析方式。 - 請求項４において、
前記初期位相判定手段による前記複数段階の推定動作は、後段に進むにしたがって前記複数の候補値の間隔を狭くして行うことを特徴とするオフセットＱＰＳＫ変調解析方式。 - 請求項４または５において、
前記初期位相判定手段による前記複数段階の推定動作は、後段に進むにしたがって、前記相関係数計算手段による計算の対象となる信号の区間を広げることを特徴とするオフセットＱＰＳＫ変調解析方式。
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