JP3973332B2 - Digital modulation / demodulation synchronization system - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル信号により変調した変調波を復調する回路、殊に差動符号化による変調を施した角度変調波を非同期に復調するディジタル復調装置の同期方式に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ディジタル信号の変復調方式としては、ディジタル信号の状態値に応じて搬送波の振幅を変化させる振幅変調方式、位相あるいは周波数を変化させる角度変調方式がよく知られているが、ディジタル移動通信の分野においては、伝送路における振幅歪みの影響を受けにくい角度変調方式を用いるのが一般的である。
ここで、耐歪特性が優れ移動通信に適した角度変調のπ/4シフトQPSK4相位相変調(π/4シフトQPSK)方式について簡単に説明する。
図2は、従来のπ/4シフトQPSK変調装置の構成概要図である。同図に示すように、本変調装置は、シリアル/パラレル変換器61、差動符号化回路62、ローパスフィルタ63a、63b、乗算器64a、64b、90°移相器65、信号発生器66及び加算器67で構成される。
上記構成において、シリアル/パラレル変換器61は、入力したディジタルの2値データ列を2ビットを一組とする単位データ(X,Y)に変換する。この単位データを一般に1シンボルと称し、これを一周期としてデータ処理を行う。
差動符号化回路62は、信号の変化分(差分)に対して(X,Y)の情報を担わせたIチヤネルとQチヤネルとから成るベースバンド信号を生成する。ローパスフィルタ63a、63bは、前記ベースバンド信号をそれぞれ帯域制限して、乗算器64a、64bに出力する。
前記乗算器64a、64bにおいては、ベースバンド信号に、信号発生器66で生成された搬送波ωCの同相成分及び90°移相器65で前記信号発生器66の出力信号の位相ををπ/2ずらした搬送波ωCの直交成分を、それぞれ乗算して振幅変調した後、双方を加算器67において合成して変調波を得るものである。
【0003】
なお、π/4シフトQPSK方式は、2値信号“1”、“0”に対して振幅“A”、“−A”を割り当てると共に、1シンボルについて4つの信号点データ(I,Q)を与え、これを基に位相変調を行なう4相位相変調(QPSK)方式を基本としたものてある。
即ち、図3のπ/4シフトQPSKシンボルと位相の関係図に示されるように、I、Qの信号点の配置は、1シンボル毎に図中黒点て示すQPSKの信号点配置と、これをπ/4シフトした図中白ヌキ点で示す信号点配置とを交互に用いて位相変調を行なう方式てある。
従って、先行するシンボルとの位相差ΔΦは必ずπ/4の奇数倍となり、入力された単位データ(X,Y)との関係は図3の表のように表される。
【0004】
一方、変調波を復調する方式としては同期検波方式と遅延検波方式がよく知られているが、理論的には同期検波方式の方が優れた特性を有するが、高速のフエージングが発生して急激な位相変動が発生し易いディジタル移動通信においては、同期検波方式より遅延検波方式が適している。
遅延検波方式は、所定の遅延時間を有する遅延回路で遅延された変調波を基準にして、次の変調波を検波するものであるから、上述のように差動符号化された信号で変調された変調波であることが必要である。また、搬送波を再生する必要が無いので同期検波に比して構成が簡単であるため移動通信に適している。
例えば、前述のπ/4シフトQPSK方式の場合は、1シンボル先行した変調波の位相を基準として次の変調波を検波することによって両者の位相差ΔΦを求め、これを図3の表に従って復号すればよい。
【0005】
図4(a)は、π/4シフトQPSK変調波を、遅延検波を利用して復調する従来のディジタル復調装置の基本構成を示す構成概要図である。同図に示すように、本復調装置は、乗算器71a、71bと、90°移相器72と、信号発生器73と、ローパスフィルタ74a、74bと、A/D変換器75a、75bと、遅延検波器76と、データ識別部77a、77bと、クロック再生回路78と、パラレル/シリアル変換部79とで構成される。
上記構成において、入力した変調波は、乗算器71a、71bにおいて、信号発生器73で生成された搬送波ωCと等しい周波数の信号及びこの搬送波ωCを90°移相器72で位相をπ/2ずらした信号とそれぞれ乗算され、IチヤネルとQチヤネルのベースバンド信号に変換される。
このI信号とQ信号はそれぞれローパスフィルタ74a、74bで帯域制限され、A/D変換器75a、75bにてディジタル信号に変換される。このディジタル化されたI、Q信号を、遅延検波回路76にて1シンボル先行する信号との信号点配置の違い、即ち位相差ΔΦを検出し、図3に示された関係に基づいてX、Yに復号する。
【0006】
前記遅延検波回路76からの検波信号X、Yは、データ識別部77a、77b及びクロック再生回路78に出力される。クロック再生回路78においては、後述する同期ポイントを決定し、この同期ポイントに基づいて1シンボル周期毎に同期クロック信号をデータ識別部77a、77bに供給する。前記データ識別部77a、77bは、この同期クロック信号に基づいて遅延検波回路76の出力信号より基本データ(X,Y)を確定し、該基本データ(X,Y)は、パラレル/シリアル変換器79において変調前の2値データ列の信号に復調される。
【0007】
図5(a)は、遅延検波回路76からの検波信号を複数回重ね書きしたことにより得られるアイパターンであって、同図に示す2値信号(X=)1または0が確定するアイの最も開いたポイント(同期ポイント) Psの信号レベルを、各シンボルの復調データとして識別するのが一般的である。
以上の復調処理において重要な点は前記同期ポイントをいかに決定するかであって、従来、クロック再生回路は、前記同期ポイントを決定して同期クロック信号を生成するものであるが、同期ポイントを得る手法としてアイパターンの最大のアイ開口点を同期点として検出する手法が取られている。
【0008】
図5(a)に示したアイパターンから明らかなように、アイが最も開いた同期ポイントPsにおいては、検波信号のレベルが比較的高密度に集中するaまたは−a(X=1または0)となり、その近傍においては、ほとんどの場合同期ポイントPsと同じレベルとなる。逆に、同期ポイントPsから離れゼロクロスポイント(同図のPc)に近づくにしたがってレベルが一致しない確率が高くなる。即ち、1シンボル周期分の検波信号について複数個のサンプルポイントを設定し、各サンブルポイントにおける信号レベルをサンプリングし、隣り合う2つのサンプルポイントの信号レベル同志について相関をとると、信号レベルの一致した同期ポイントの近傍では相関が大きくなり、2つのサンプルポイントの信号レベルが異なる場合は相関が小さくなる。換言すれば、図5(a)のPsの点におけるサンプリング値の相関は大きくなるが、Pcの点におけるそれは小さくなる。この点に着目して相関を検出し、これらの大小を比較することにより同期ポイントを検知する。
【0009】
具体的には、図5(b)に示すように、1シンボル周期毎に所定のサンプルポイント(同図においては1シンボル当たり8ポイント)で信号のレベルをサンプリングし、隣り合ったサンプルポイントのサンプリングデータ同士、即ちP1とP2、P2とP3、・・と順次相互の相関を検出した後、この相関データの大小を比較して相関が最大となるサンプルポイント対(同図においてはP4とP5の対あるいはP5とP6の対と予測される)を求め、該サンプルポイント対の一方を同期ポイントと設定するものである。
【0010】
図4(b)は、前述の相関を検出して同期ポイントを設定する方法を適用した従来のディジタル復調装置の構成概要図である。同図の構成は、図4(a)のクロックさ異性回路78を相関検出回路18aと相関判定回路18bとで構成したものである。
同図において、相関検出回路78aは遅延検波回路76より入力した検波信号X、Yのレベルを、1シンボル周期毎に予め設定された複数個のサンプルポイントにおいてサンプリングすると共に、隣接する2つのサンプルポイントを一組としてサンプリングした信号同志の相関を検出し、検出した相関をX、Yそれぞれについて対応するサンプルポイントの組毎に加算し、それぞれを複数シンボル分累積した上で相関判定回路78bに出力する。前記相関判定回路78bにおいては相関データの大きさを比較して最も相関の大きくなる抽出ポイントの組を検出し、その一方のサンプルルポイントを同期ポイントと判定して、同期クロック信号をデータ識別回路77a、77bに出力するものである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、変調信号の伝送路の雑音が極めて少ないときは、図6(a)のアイパターン例に示すように、その受信信号のアイパターンはきれいであり、サンプルポイント間の相関は問題なくとれるが、変調信号の伝送路に雑音がある場合は、図6(b)に示すように、その受信信号のアイパターンは乱れ、サンプルポイントの信号レベルは散らばってしまう。
このような状態のときには、相関の値はずれてしまい、同期ポイントで相関が最大値になるとは限らず、同期点を確定することができず、再び同期探索動作を繰り返し、同期ポイントを検出するまでに時間がかかるという問題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、変調信号伝送路に雑音がある場合にも、安定して同期ポイントを検出することがてきるディジタル変復調における同期方式を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明の同期方式においては、差動符号化によって変調された変調波を所定の検波手段により検波してディジタル信号を得るディジタル復調装置において、前記検波手段からの出力信号を単位データ周期(シンボル周期)毎に予め設定した複数個のサンプルポイントにてサンプリングし、各サンプルポイント毎に移動平均を用いて分散を計算する第1の分散計算手段と、前記第1の分散計算手段により計算された各サンプルポイントの分散の中から最小の分散値を示すサンプルポイントを検出する第1の同期点検出手段と、前記第1の同期点検出手段で検出したサンプルポイントの分散が所定の分散しきい値以下のときそのサンプルポイントを同期点として同期クロック信号を出力する同期点確定手段と、前記第1の同期点検出手段で検出したサンプルポイントの分散計算の平均値に基づいて各サンプルポイントの分散を計算する第2分散計算手段と、前記第2の分散計算手段により計算された各サンプルポイントの分散の中から最小の分散値を示すサンプルポイントを検出する第2の同期点検出手段と、を備え、前記第1の同期点検出手段で検出したサンプルポイントの分散が所定の分散しきい値より大のとき、前記第2の同期点検出手段で検出したサンプルポイントの分散値と前記第1の同期点検出手段で検出したサンプルポイントの分散値とを比較し、分散値が小さい方のサンプルポイントを同期点として前記同期点確定手段から同期クロック信号が出力されることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。本発明による同期方式では、アイパターンのアイ最大開口部を求めるため、1周期ごとのデータに予め設定した複数のサンプルポイントのデータ値からの分散を計算する手法をとる。このとき、同期点においてサンプルポイントのデータ値が取り得る値は、ある一点に集中しているはずであるから、同期点における分散は他のサンプルポイントにおける分散と比較して最も小さいと考えられる。このことから各サンプルポイントにおける分散を求め、その値が最も小さいサンプルポイントを同期点とし、シンボルの“1”、“0”の判定を行うものである。
【0014】
図1は、本発明に係わる同期方式に基づくπ/4シフトQPSK復調装置の構成概要図である。
同図に示すように、本変調装置は、受信したアナログデータをディジタルヘ変換するA/D変換器1と、乗算器21a、21bと90°移相器22と信号発生器23と間引きフィルタ24a、24bとローパスフィルタ25a、25bとから成るDDC部2と、ナイキストフィルタフィルタ3と、遅延検波器4と、入力信号の絶対値をとる位相変換部51と移動平均分散計算部52と平均値固定分散計算部53と同期点確定部54とから成る同期処理部5と、データ判定部6a、6bとパラレル/シリアル変換部7とで構成される。
前記移動平均分散計算部52は移動平均から分散を求めるためのブロックであって、入力データの移動平均を求める平均値計算部521とサンプルポイント毎の分散を求める分散値計算部522と各サンプルポイントの分散の中から最小の分散を探索する分散最小値探索部523と前記分散最小探索部523にて探索した最小の分散を呈するサンプルポイントの位置を探索する同期点探索部524とで構成され、また、前記平均値固定分散計算部53は、分散の計算の平均値を固定して分散を求めるブロックであって、平均値固定分散値計算部531と平均値固定分散最小値探索部532と平均値固定同期点探索部533とで構成される。
【0015】
上記構成において、アナログの受信入力はA/D変換器1においてディジタル信号に変換され、DDC部2の乗算部21a、21bに出力される。
前記乗算器21a、21bに入力した信号は、信号発生器23で生成された搬送波ωCに等しい周波数の信号及びこの搬送波ωCを90°移相器22で位相をπ/2ずらした信号とそれぞれ乗算され、ベースバンド周波数帯のI信号、Q信号に変換される。更に、この信号は間引き回路24a、24bにおいて所定のサンプリングレートに下げられ、ローパスフィルタ25a、25bで帯域制限されて不要信号が除去され、ナイキストフィルタフィルタ3に出力される。
前記ナイキストフィルタフィルタ3においては、I信号、Q信号はそれぞれ符号間干渉の生じないよう帯域制限され、遅延検波器4において1シンボル先行する信号との位相差ΔΦを検出して、図に示された関係に基づいてX、Yに復号する。
【0016】
前述の検波出力信号X、Yは、それぞれデータ判定部6a、6bの出力されるとともに、同期処理部5の位相変換部51にも出力されて次のようにデータ処理される。この場合、同期処理部5へ出力される信号は、検波出力のX、Y信号のうちいずれか一方の信号で良い。
位相変換部51に入力したデータは、入力データの平均を計算するため、全て絶対値に変換され、平均値算出部521において所定のサンプルポイント毎に各々数十サンプル単位の移動平均値が求められる。次に、移動平均分散計算部522において、前記移動平均値をもとに各サンプルポイント毎の分散が求められる。
移動平均分散最小値探索部523は、前記移動平均分散計算部522で求めた各サンプルポイントの分散を比較して分散の最小値を探索する。そして移動平均同期点探索部524において最小の分散が得られたサンプルポイントの位置が探索され、この位置を移動平均による同期ポイントとして記憶保持すると共に、前記移動平均による同期ポイントにおける分散計算の平均値を、平均値固定分散計算部53の分散計算部531に出力する。
【0017】
平均値固定分散計算部53は、各サンプルポイントに対して共通の平均値を用いて分散を求めるブロックであって、この共通の平均値には、前記移動平均同期点探索部部524から出力された同期ポイントにおける分散値の平均値を使用する。
前述の位相変換部51の出力データは、平均値固定分散計算部531に入力され、前記移動平均同期点探索部部524から入力した平均値(固定値)で各サンプルポイント毎の分散が計算される。
平均値固定分散最小探索部532は、前記平均値固定分散計算部531で得られた各サンプルポイントの分散を比較して最小の分散を求め、次に、平均値固定同期点探索部533でこの分散の最小値が得られたサンプルポイントを探索し、同期ポイントとして記憶保持する。
ところが、移動平均を用いた分散の計算では、雑音か加わったときに平均値が本来の同期ポイントのシンボルが取り得る平均値よりずれてしまい、ずれた点の分散を求めてしまうことになる。
【0018】
そこで、同期点確定部54では、前記移動平均分散計算部52で求めた移動平均による同期ポイントの分散と予め設定した分散しきい値とを比較し、移動平均の分散値がしきい値以下のときは、前記平均同期点探索部524で得られた同期ポイントを最終的な同期ポイントとして確定する。
一方、移動平均の分散値がしきい値以上の場合は、前記移動平均同期点探索部524と前記平均値固定同期点探索部533とで得られた同期ポイントの分散値を比較し、より小さい分散値が得られた方の同期ポイントを最終的な同期ポイントとして確定する。
上記のようにして同期ポイントを決定し、同期クロック信号をデータ判定部6a、6bに出力する。前記データ判定部6a、6bは、前記同期クロック信号のタイミングでデータの取得を行い、データの“0”、“1”の判定を行う。
上述の方法で同期ポイントを確定することによって、データ伝搬路に雑音の多い場合も安定に信頼性の高い同期ポイントを得ることが出来る。
【0019】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による同期方式は、ディジタル変復調における同期をアイパターンのアイ開口が最大の点を同期点として求めるために、所定の複数のサンプルポイントの移動平均による分散を計算し、得られた分散の中で最小の分散値が予め設定した分散しきい値以下の場合は、その最小の分散を示したサンプルポイントを同期ポイントする。
また、前記分散値が予め設定した分散しきい値より大きい場合は、前記移動平均による分散で最小の分散値を計算した際の平均値を、前記所定の複数のサンプルポイントにおいて分散を求める際の平均値(固定)として分散を求める。この平均値を固定にして求めた各サンプルポイントの分散の中で得られた最小の分散と、前記移動平均による最小の分散とを比較してより小さい分散値を示す方のサンプルポイントを同期ポイントする。
このようにすることにより、本発明の同期方式は、伝搬路の雑音により信号の品質が悪化した場合でも同期を安定に捕捉することができ、雑音耐性の強い同期方式を提供するうえで大いに貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る同期方式に基づくπ/4シフトQPSK復調装置の実施の一形態例を示す構成概要図。
【図2】従来のπ/4シフトQPSK変調装置の一例を示す構成概要図。
【図3】π/4シフトQPSKシンボルと位相の関係を示す図表。
【図4】(a)は、従来のπ/4シフトQPSK復調装置の基本構成を示す構成概要図、(b)は、創刊を検出して同期ポイントを設定するクロック再生回路を適用したディジタル復調装置の一例を示す構成概要図。
【図5】(a)は、検波信号のアイパターン、
(b)は、検波信号のアイパターンとサンプルポイントとの関係の説明図。
【図6】(a)は、雑音が無い時のアイパターンの一例を示す図、
(b)は、雑音があるときのアイパターンの一例を示す図。
【符号の説明】
(以下、本発明に係わる)
1・・A/D変換器、2・・DDC部、 3・・ナイキストフィルタ、
4・・遅延検波器、5・・同期処理部、6a、6b・・データ判定部、
7・・パラレル/シリアル変換部、 21a、21b・・乗算器、
22・・90°移相器、 23・・信号発生器、
24a、24b・・間引きフィルタ、25a、25b・・ローパスフィルタ、
51・・位相変換部、 52・・移動平均分散計算部、
53・・平均値固定分散計算部、 54・・同期点確定部、
521・・移動平均の平均値計算部、
522・・移動平均の分散値計算部、
523・・移動平均の分散最小値探索部、
524・・移動平均の同期点探索部、
531・・平均値固定の分散値計算部、
532・・平均値固定の分散最小値探索部、
533・・平均値固定の同期点探索部
(以下、従来技術に係わる)
61・・シリアル/パラレル変換器、 62・・差動符号化回路、
63・・ローパスフィルタ、 64a,64b・・乗算器、
65・・90°移相器、 66・・信号発生器、 67・・加算器、
71a、71b・・乗算器、72・・90°移相器、73・・信号発生器、
74a、74b・・ローパスフィルタ、75a、75b・・A/D変換器、
76・・遅延検波器、 77a、77b・・データ識別部、
78・・クロック再生回路、78a・・相関検出回路
78b・・相関判定回路、 79・・パラレル/シリアル変換部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a circuit for demodulating a modulated wave modulated by a digital signal, and more particularly, to a synchronization method of a digital demodulator that asynchronously demodulates an angle-modulated wave modulated by differential encoding.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a modulation / demodulation method of a digital signal, an amplitude modulation method for changing the amplitude of a carrier wave according to a state value of the digital signal and an angle modulation method for changing a phase or a frequency are well known. In general, an angle modulation system that is not easily affected by amplitude distortion in the transmission path is used.
Here, the π / 4 shift QPSK four-phase phase modulation (π / 4 shift QPSK) method of angle modulation having excellent distortion resistance and suitable for mobile communication will be briefly described.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a conventional π / 4 shift QPSK modulator. As shown in the figure, the present modulation device includes a serial / parallel converter 61, a differential encoding circuit 62, low pass filters 63a and 63b, multipliers 64a and 64b, a 90 ° phase shifter 65, a signal generator 66, and An adder 67 is included.
In the above configuration, the serial / parallel converter 61 converts the input digital binary data string into unit data (X, Y) having a set of 2 bits. This unit data is generally called one symbol, and data processing is performed with this as one cycle.
The differential encoding circuit 62 generates a baseband signal composed of an I channel and a Q channel in which (X, Y) information is carried with respect to a change (difference) in the signal. The low-pass filters 63a and 63b limit the band of the baseband signal and output it to the multipliers 64a and 64b.
In the multipliers 64a and 64b, the in-phase component of the carrier wave ωC generated by the signal generator 66 and the phase of the output signal of the signal generator 66 by the 90 ° phase shifter 65 are changed to π / 2. The orthogonal components of the shifted carrier wave ωC are multiplied and amplitude-modulated, respectively, and then both are combined in an adder 67 to obtain a modulated wave.
[0003]
In the π / 4 shift QPSK system, amplitudes “A” and “−A” are assigned to binary signals “1” and “0”, and four signal point data (I, Q) are assigned to one symbol. Based on this, a four-phase phase modulation (QPSK) system that performs phase modulation based on this is basically used.
That is, as shown in the relationship diagram between the π / 4 shift QPSK symbol and the phase in FIG. 3, the arrangement of the I and Q signal points is the same as the QPSK signal point arrangement shown as a black dot in the figure for each symbol. The phase modulation is performed by alternately using the signal point arrangement indicated by white dots in the figure shifted by π / 4.
Therefore, the phase difference ΔΦ with respect to the preceding symbol is always an odd multiple of π / 4, and the relationship with the input unit data (X, Y) is expressed as in the table of FIG.
[0004]
On the other hand, the synchronous detection method and the delay detection method are well known as methods for demodulating the modulated wave, but in theory, the synchronous detection method has better characteristics, but high-speed fading occurs. In digital mobile communications in which sudden phase fluctuations are likely to occur, the delay detection method is more suitable than the synchronous detection method.
The delay detection method detects the next modulated wave with reference to the modulated wave delayed by the delay circuit having a predetermined delay time, and is thus modulated with the differentially encoded signal as described above. It is necessary to be a modulated wave. In addition, since it is not necessary to regenerate a carrier wave, the configuration is simpler than that of synchronous detection, which is suitable for mobile communication.
For example, in the case of the above-mentioned π / 4 shift QPSK system, the phase difference ΔΦ between the two is obtained by detecting the next modulated wave with reference to the phase of the modulated wave preceding by one symbol, and this is decoded according to the table of FIG. do it.
[0005]
FIG. 4A is a schematic configuration diagram showing a basic configuration of a conventional digital demodulator that demodulates a π / 4 shift QPSK modulated wave using delay detection. As shown in the figure, the demodulator includes multipliers 71a and 71b, a 90 ° phase shifter 72, a signal generator 73, low-pass filters 74a and 74b, A / D converters 75a and 75b, It comprises a delay detector 76, data identification units 77a and 77b, a clock recovery circuit 78, and a parallel / serial conversion unit 79.
In the above-described configuration, the input modulated wave is a signal having the same frequency as the carrier wave ωC generated by the signal generator 73 in the multipliers 71a and 71b and the phase of the carrier wave ωC is shifted by π / 2 by the 90 ° phase shifter 72. Each of the signals is multiplied to be converted into baseband signals of I channel and Q channel.
The I and Q signals are band-limited by low-pass filters 74a and 74b, respectively, and converted to digital signals by A / D converters 75a and 75b. A difference in signal point between the digitized I and Q signals and a signal preceding one symbol by the delay detection circuit 76, that is, a phase difference ΔΦ, is detected. Based on the relationship shown in FIG. Decrypt into Y.
[0006]
The detection signals X and Y from the delay detection circuit 76 are output to the data identification units 77a and 77b and the clock recovery circuit 78. The clock recovery circuit 78 determines a synchronization point to be described later, and supplies a synchronization clock signal to the data identification units 77a and 77b for each symbol period based on the synchronization point. The data identification units 77a and 77b determine basic data (X, Y) from the output signal of the delay detection circuit 76 based on the synchronous clock signal, and the basic data (X, Y) is converted into a parallel / serial converter. In 79, the signal is demodulated into a binary data string signal before modulation.
[0007]
FIG. 5A shows an eye pattern obtained by overwriting the detection signal from the delay detection circuit 76 a plurality of times. The eye pattern in which the binary signal (X =) 1 or 0 shown in FIG. The most open point (synchronization point) The signal level of Ps is generally identified as demodulated data of each symbol.
The important point in the above demodulation processing is how to determine the synchronization point. Conventionally, the clock recovery circuit determines the synchronization point and generates a synchronization clock signal. As a method, a method of detecting the maximum eye opening point of the eye pattern as a synchronization point is taken.
[0008]
As is apparent from the eye pattern shown in FIG. 5A, at the synchronization point Ps where the eye is most open, the level of the detection signal is concentrated at a relatively high density a or -a (X = 1 or 0). In the vicinity thereof, the level is almost the same as that of the synchronization point Ps. Conversely, the probability that the levels do not match increases as the distance from the synchronization point Ps approaches the zero cross point (Pc in the figure). That is, when a plurality of sample points are set for a detection signal for one symbol period, the signal level at each sample point is sampled, and the signal levels of two adjacent sample points are correlated, the signal levels match. The correlation increases in the vicinity of the synchronization point, and decreases when the signal levels of the two sample points are different. In other words, the correlation between the sampling values at the point Ps in FIG. 5A increases, but decreases at the point Pc. Focusing on this point, the correlation is detected, and the synchronization point is detected by comparing the magnitudes.
[0009]
Specifically, as shown in FIG. 5B, the signal level is sampled at predetermined sample points (8 points per symbol in the figure) every symbol period, and adjacent sample points are sampled. After detecting the correlation between the data, that is, P1 and P2, P2 and P3,... Sequentially, the correlation data is compared, and the sample point pair (P4 and P5 in FIG. A pair or a pair of P5 and P6) is obtained, and one of the sample point pairs is set as a synchronization point.
[0010]
FIG. 4B is a schematic configuration diagram of a conventional digital demodulation device to which the above-described method for detecting a correlation and setting a synchronization point is applied. In the configuration shown in FIG. 4, the clock synthesizing circuit 78 shown in FIG. 4A is composed of a correlation detection circuit 18a and a correlation determination circuit 18b.
In the figure, a correlation detection circuit 78a samples the levels of the detection signals X and Y input from the delay detection circuit 76 at a plurality of sample points set in advance for each symbol period, and two adjacent sample points. The correlations between the signals sampled as a set are detected, the detected correlations are added for each set of sample points corresponding to X and Y, and each of them is accumulated for a plurality of symbols before being output to the correlation determination circuit 78b. . In the correlation determination circuit 78b, the size of the correlation data is compared to detect the set of extraction points having the highest correlation, and one of the sample points is determined as the synchronization point, and the synchronization clock signal is determined as the data identification circuit. 77a and 77b.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, when there is very little noise in the transmission path of the modulated signal, the eye pattern of the received signal is clean and the correlation between the sample points can be taken without any problem as shown in the eye pattern example of FIG. When there is noise in the transmission path of the modulation signal, as shown in FIG. 6B, the eye pattern of the received signal is disturbed, and the signal levels of the sample points are scattered.
In such a state, the correlation value is lost, and the correlation does not always reach the maximum value at the synchronization point, the synchronization point cannot be determined, and the synchronization search operation is repeated again until the synchronization point is detected. There was a problem that it took a long time.
The present invention has been made to solve the above problems, and provides a synchronization method in digital modulation / demodulation capable of stably detecting a synchronization point even when there is noise in a modulation signal transmission line. For the purpose.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
To solve the above problems, the synchronization method of the first aspect of the present invention, in the digital demodulation device to obtain a digital signal a modulated wave modulated by differential encoding by detecting a predetermined detection means, said detection means Sampling the output signal from a plurality of sample points set in advance for each unit data period (symbol period), and calculating a variance using a moving average for each sample point; First sync point detecting means for detecting a sample point indicating a minimum variance value from among the variances of the respective sample points calculated by the first variance calculating means, and samples detected by the first sync point detecting means. synchronization point establishment means distribution of points for outputting a synchronizing clock signal as a synchronization point the sample point when more than a predetermined variance threshold A second dispersion calculating means for calculating the variance of each sample point based on the average value of variance calculated in the previous SL sample points detected by the first synchronization point detecting means, which is calculated by said second distributed computation means and a second synchronization point detecting means for detecting a sample point showing the minimum of the distributed values from among the variance of each sample point, the dispersion of the first sample point detected by the synchronization point detection means a predetermined dispersion When the value is larger than the threshold value, the variance value of the sample point detected by the second synchronization point detection unit is compared with the variance value of the sample point detected by the first synchronization point detection unit, and the variance value is small. A synchronization clock signal is output from the synchronization point determination means with the other sample point as a synchronization point.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings. In the synchronization method according to the present invention, in order to obtain the maximum eye opening of the eye pattern, a method of calculating variances from data values of a plurality of sample points set in advance in data for each period is adopted. At this time, the values that can be taken by the data values of the sample points at the synchronization point should be concentrated at a certain point, so the variance at the synchronization point is considered to be the smallest compared to the variance at the other sample points. Based on this, the variance at each sample point is obtained, and the sample point having the smallest value is set as the synchronization point, and the symbol “1” or “0” is determined.
[0014]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a π / 4 shift QPSK demodulator based on a synchronization method according to the present invention.
As shown in the figure, the present modulation apparatus includes an A / D converter 1 that converts received analog data into a digital signal, multipliers 21a and 21b, a 90 ° phase shifter 22, a signal generator 23, and a thinning filter 24a. , 24b and low-pass filters 25a and 25b, a DDC unit 2, a Nyquist filter filter 3, a delay detector 4, a phase conversion unit 51 that takes an absolute value of an input signal, a moving average dispersion calculation unit 52, and an average value fixed The synchronization processing unit 5 includes a variance calculation unit 53 and a synchronization point determination unit 54, data determination units 6 a and 6 b, and a parallel / serial conversion unit 7.
The moving average variance calculation unit 52 is a block for obtaining a variance from the moving average, and an average value calculation unit 521 for obtaining a moving average of input data, a variance value calculation unit 522 for obtaining a variance for each sample point, and each sample point A minimum variance search unit 523 that searches for the minimum variance from among the variances of, and a synchronization point search unit 524 that searches for the position of the sample point that exhibits the minimum variance searched by the minimum variance search unit 523. The average value fixed variance calculation unit 53 is a block for obtaining a variance by fixing an average value of variance calculation. The average value fixed variance calculation unit 531, the average value fixed variance minimum value search unit 532, and the average It is comprised with the value fixed synchronous point search part 533.
[0015]
In the above configuration, the analog reception input is converted into a digital signal by the A / D converter 1 and output to the multipliers 21 a and 21 b of the DDC unit 2.
The signals input to the multipliers 21a and 21b are multiplied by a signal having a frequency equal to the carrier wave ωC generated by the signal generator 23 and a signal whose phase is shifted by π / 2 by the 90 ° phase shifter 22, respectively. And converted into an I signal and a Q signal in the baseband frequency band. Further, this signal is lowered to a predetermined sampling rate in the thinning circuits 24a and 24b, band-limited by the low-pass filters 25a and 25b, unnecessary signals are removed, and output to the Nyquist filter filter 3.
Wherein the Nyquist filter filters 3, I signal, Q signal is band-limited so as not to generate inter-symbol interference each detects a phase difference ΔΦ between the signal of one symbol preceding the delay detector 4, shown in Figure 3 Decode into X and Y based on the relationship.
[0016]
The above-described detection output signals X and Y are output from the data determination units 6a and 6b, respectively, and are also output to the phase conversion unit 51 of the synchronization processing unit 5 for data processing as follows. In this case, the signal output to the synchronization processing unit 5 may be either one of the X and Y signals of the detection output.
The data input to the phase conversion unit 51 are all converted to absolute values in order to calculate the average of the input data, and the average value calculation unit 521 obtains a moving average value in units of several tens of samples for each predetermined sample point. . Next, the moving average variance calculator 522 obtains the variance for each sample point based on the moving average value.
The moving average variance minimum value search unit 523 searches for the minimum variance value by comparing the variances of the sample points obtained by the moving average variance calculation unit 522. The moving average synchronization point search unit 524 searches for the position of the sample point at which the minimum variance is obtained, stores and holds this position as a synchronization point by the moving average, and averages the variance calculation at the synchronization point by the moving average. Is output to the variance calculation unit 531 of the average value fixed variance calculation unit 53.
[0017]
The average fixed variance calculation unit 53 is a block for obtaining a variance using a common average value for each sample point. The common average value is output from the moving average synchronization point search unit 524. Use the average of the variance values at the sync point.
The output data of the phase conversion unit 51 is input to the average value fixed variance calculation unit 531, and the variance for each sample point is calculated using the average value (fixed value) input from the moving average synchronization point search unit 524. The
The average value fixed variance minimum search unit 532 compares the variance of each sample point obtained by the average value fixed variance calculation unit 531 to obtain the minimum variance, and then the average value fixed synchronization point search unit 533 The sample point from which the minimum value of variance is obtained is searched and stored as a synchronization point.
However, in the calculation of variance using a moving average, when noise is added, the average value deviates from the average value that can be taken by the symbol of the original synchronization point, and the variance of the shifted point is obtained.
[0018]
Therefore, the synchronization point determination unit 54 compares the variance of the synchronization point by the moving average obtained by the moving average variance calculation unit 52 with a preset variance threshold value, and the variance value of the moving average is less than or equal to the threshold value. In such a case, the synchronization point obtained by the average synchronization point search unit 524 is determined as the final synchronization point.
On the other hand, if the variance value of the moving average is greater than or equal to the threshold value, the variance values of the synchronization points obtained by the moving average synchronization point search unit 524 and the average value fixed synchronization point search unit 533 are compared, and is smaller. The synchronization point from which the variance value is obtained is determined as the final synchronization point.
The synchronization point is determined as described above, and the synchronization clock signal is output to the data determination units 6a and 6b. The data determination units 6a and 6b acquire data at the timing of the synchronous clock signal and determine “0” or “1” of the data.
By determining the synchronization point by the above-described method, a stable and highly reliable synchronization point can be obtained even when there is a lot of noise in the data propagation path.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, the synchronization method according to the present invention calculates the variance by the moving average of a plurality of predetermined sample points in order to obtain the synchronization in digital modulation / demodulation as the synchronization point at the point where the eye opening of the eye pattern is the maximum. If the minimum dispersion value among the obtained dispersions is less than or equal to a preset dispersion threshold value, the sample point indicating the minimum dispersion is synchronized.
Further, when the variance value is larger than a preset variance threshold, an average value obtained by calculating the minimum variance value by the variance by the moving average is obtained when obtaining variance at the predetermined plurality of sample points. The variance is obtained as an average value (fixed). Compare the minimum variance obtained from the variance of each sample point obtained by fixing this average value with the minimum variance obtained by the moving average, and select the sample point that shows the smaller variance value as the synchronization point. To do.
By doing so, the synchronization method of the present invention can stably capture the synchronization even when the signal quality deteriorates due to the noise of the propagation path, and greatly contributes to providing a synchronization method with high noise resistance. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a π / 4 shift QPSK demodulator based on a synchronization method according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a conventional π / 4 shift QPSK modulator.
FIG. 3 is a chart showing a relationship between a π / 4 shift QPSK symbol and a phase.
4A is a schematic configuration diagram showing a basic configuration of a conventional π / 4 shift QPSK demodulator, and FIG. 4B is a digital demodulation using a clock recovery circuit that detects a first issue and sets a synchronization point. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an apparatus.
FIG. 5A is an eye pattern of a detection signal;
(B) is explanatory drawing of the relationship between the eye pattern of a detection signal, and a sample point.
FIG. 6A is a diagram showing an example of an eye pattern when there is no noise;
(B) is a figure which shows an example of an eye pattern when there exists noise.
[Explanation of symbols]
(Hereinafter, according to the present invention)
1 .... A / D converter, 2 .... DDC part, 3 .... Nyquist filter,
4 .... delay detector, 5 .... synchronization processing unit, 6a, 6b ... data determination unit,
7. Parallel / serial converter, 21a, 21b, Multiplier,
22 ... 90 ° phase shifter, 23 ... Signal generator,
24a, 24b ... thinning filter, 25a, 25b ... low pass filter,
51 .. Phase conversion unit 52.. Moving average variance calculation unit
53 .. Average value fixed variance calculation unit 54.. Sync point determination unit
521 .. Moving average average value calculation unit,
522 .. Moving value variance calculation unit,
523 .. Moving average variance minimum value search unit,
524 .. Synchronous point search part of moving average,
531 .. variance value calculation unit with fixed average value,
532 ..Minimum variance search unit with fixed average value,
533 .. Sync point search unit with fixed average value (hereinafter related to the prior art)
61 .. Serial / parallel converter, 62 .. Differential encoding circuit,
63 ·· Low-pass filter, 64a, 64b ·· Multiplier,
65 ... 90 degree phase shifter, 66 ... Signal generator, 67 ... Adder,
71a, 71b, multiplier, 72, 90 ° phase shifter, 73, signal generator,
74a, 74b, low pass filter, 75a, 75b, A / D converter,
76. Delay detector 77a, 77b Data identification part
78 ·· Clock recovery circuit, 78a ·· Correlation detection circuit 78b ·· Correlation determination circuit, 79 ·· Parallel / serial converter

Claims (1)

差動符号化によって変調された変調波を所定の検波手段により検波してディジタル信号を得るディジタル復調装置において、
前記検波手段からの出力信号を単位データ周期(シンボル周期)毎に予め設定した複数個のサンプルポイントにてサンプリングし、各サンプルポイント毎に移動平均を用いて分散を計算する第1の分散計算手段と、
前記第1の分散計算手段により計算された各サンプルポイントの分散の中から最小の分散値を示すサンプルポイントを検出する第1の同期点検出手段と、
前記第1の同期点検出手段で検出したサンプルポイントの分散が所定の分散しきい値以下のときそのサンプルポイントを同期点として同期クロック信号を出力する同期点確定手段と
前記第1の同期点検出手段で検出したサンプルポイントの分散計算の平均値に基づいて各サンプルポイントの分散を計算する第2分散計算手段と、
前記第2の分散計算手段により計算された各サンプルポイントの分散の中から最小の分散値を示すサンプルポイントを検出する第2の同期点検出手段と、を備え、
前記第1の同期点検出手段で検出したサンプルポイントの分散が所定の分散しきい値より大のとき、前記第2の同期点検出手段で検出したサンプルポイントの分散値と前記第1の同期点検出手段で検出したサンプルポイントの分散値とを比較し、分散値が小さい方のサンプルポイントを同期点として前記同期点確定手段から同期クロック信号が出力されることを特徴とするディジタル復調装置の同期方式。
In a digital demodulator for obtaining a digital signal by detecting a modulated wave modulated by differential encoding by a predetermined detection means,
First dispersion calculation means for sampling an output signal from the detection means at a plurality of sample points set in advance for each unit data period (symbol period) and calculating a dispersion using a moving average for each sample point When,
First synchronization point detection means for detecting a sample point indicating a minimum dispersion value from among the dispersions of the respective sample points calculated by the first dispersion calculation means;
Synchronization point determination means for outputting a synchronization clock signal with the sample point as a synchronization point when the variance of the sample points detected by the first synchronization point detection means is less than or equal to a predetermined dispersion threshold ;
Second variance calculation means for calculating the variance of each sample point based on the average value of the variance calculation of the sample points detected by the first synchronization point detection means;
Second synchronization point detection means for detecting a sample point indicating a minimum dispersion value from among the dispersions of the respective sample points calculated by the second dispersion calculation means,
When the variance of the sample points detected by the first sync point detecting means is larger than a predetermined variance threshold, the variance of the sample points detected by the second sync point detecting means and the first sync check A synchronization value of the sample point detected by the output means, and a synchronization clock signal is output from the synchronization point determination means with the sample point having the smaller variance value as a synchronization point. method.
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