JP4479460B2 - Demodulator and demodulation method - Google Patents
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Description
本発明は復調装置及び復調方法に関し、特にデジタル無線通信システムにおける多値直交変調信号を復調する復調方式に関するものである。 The present invention relates to a demodulation device and a demodulation method, and more particularly to a demodulation method for demodulating a multilevel orthogonal modulation signal in a digital wireless communication system.
従来のこの種の復調装置の例として、図10に示すものがある。図10を参照すると、直交検波器1と、ローカル発振器2と、A/D(アナログ/デジタル)変換器3と、位相回転器4と、信号判定器5と、位相検出器(PD)6と、LPF10と、数値制御発振器11とからなっている。
An example of this type of conventional demodulator is shown in FIG. Referring to FIG. 10, the
図10において、直交変調された中間周波数帯の入力信号であるIF INは、直交検波器1に入力されて、搬送波とほぼ同一周波数を有するローカル発振器2の出力を用いて、直交成分であるIch103,Qch104に変換される。そして、A/D変換器3により、以降のデジタル処理のために、アナログ信号Ich103,Qch104は、デジタル信号Ich105,Qch106に変換される。このとき、Ich105,Qch106には、ローカル発振器2から出力されるローカル周波数とIF周波数(IF INの周波数)との周波数差に起因する位相回転が残っている。
In FIG. 10, IF IN that is an input signal in the intermediate frequency band subjected to quadrature modulation is input to the
位相回転器4において、Ich105,Qch106に対して、数値制御発振器11によって出力される位相制御信号(位相回転情報)cos119,sin120を複素乗算することにより、位相補正を行って当該位相回転を収束させるようになっている。
In the
信号判定器5は、位相回転器4の出力であるIch107,Qch108のシンボル判定を行って、信号判定値Ich109,Qch110を出力すると共に、Ich107,Qch108の正負で定義される極性信号と、Ich107,Qch108から信号判定値Ich109,Qch110を減算した値で定義される誤差信号112とを算出して、位相検出器(PD)6へ送出する。
The signal determiner 5 performs symbol determination of Ich107 and Qch108, which are outputs of the
この位相検出器6は極性信号111と誤差信号112とから位相差信号113を算出し、LPF10はこの位相差信号113を平滑化してAPC(自動位相制御)信号118として数値制御発振器11へ出力する。数値制御発振器11では、APC信号118を積分することにより、先述した位相制御信号(位相回転情報)cos119,sin120が生成されるのである。
The
この様な復調装置については、準同期検波回路として、例えば、特許文献1や2などに開示されており、周知技術である。
多値QAM(Quadrature Amplitude Modulation )変調信号を想定した場合、IchおよびQchの位相平面上において、原点から遠い位置にある信号は、わずかなずれに対しても大きく揺らいでしまうために、誤って信号判定される可能性が高くなる。その結果、位相平面上において、原点から遠い位置にある信号点から得られる位相差信号113は信頼性が低いにもかかわらず、原点からの距離によらずに一様に使用されるようになっている。また、いわゆる位相とびのような瞬間的な位相変化にも追従してしまうために、途中で位相回転の向きが逆になるような不規則な位相変化が生じたときに、搬送波の同期を外す方向へ制御がかかってしまうことになり、同期外れの発生要因となる。
Assuming a multi-level QAM (Quadrature Amplitude Modulation) modulation signal, the signal far from the origin on the Ich and Qch phase planes fluctuates greatly even with a slight deviation, so that the signal is erroneously detected. The possibility of being judged increases. As a result, on the phase plane, the
本発明の目的は、位相差信号の信頼度を向上させ、かついわゆる位相とびのような不規則な位相変化に影響を受けることなく、適切な位相制御が可能な復調装置及びその方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a demodulating apparatus and method capable of improving the reliability of a phase difference signal and capable of appropriate phase control without being affected by an irregular phase change such as so-called phase jump. That is.
本発明による復調装置は、直交変調信号を受信して直交成分を検波する手段と、この検波出力の位相補正を行う位相補正手段と、この位相補正後の各成分の信号判定を行って直交成分の復調をなす信号判定手段と、前記信号判定手段の出力の位相ずれを検出して前記位相補正手段のための位相差信号を生成する手段とを含む復調装置であって、前記信号判定手段の出力の大きさに応じて前記位相差信号の重み付けをなす重み付け手段とを含むことを特徴とする。 The demodulator according to the present invention receives a quadrature modulation signal and detects a quadrature component, a phase correction unit that performs phase correction of the detection output, and performs signal determination of each component after the phase correction to perform quadrature component And a means for detecting a phase shift of the output of the signal determination means to generate a phase difference signal for the phase correction means, wherein the signal determination means Weighting means for weighting the phase difference signal according to the magnitude of the output.
本発明による復調方法は、直交変調信号を受信して直交成分を検波するステップと、この検波出力の位相補正を行う位相補正ステップと、この位相補正後の各成分の信号判定を行って直交成分の復調をなす信号判定ステップと、前記信号判定ステップによる出力の位相ずれを検出して前記位相補正ステップのための位相差信号を生成するステップとを含む復調方法であって、前記信号判定ステップによる出力の大きさに応じて前記位相差信号の重み付けをなす重み付けステップとを含むことを特徴とする。 The demodulation method according to the present invention includes a step of detecting a quadrature component by receiving a quadrature modulation signal, a phase correction step of correcting the phase of the detection output, and performing signal determination of each component after the phase correction to perform a quadrature component And a step of detecting a phase shift of the output by the signal determination step and generating a phase difference signal for the phase correction step, wherein the signal determination step And a weighting step for weighting the phase difference signal in accordance with the magnitude of the output.
本発明によれば、アナログ系におけるローカル発振器の性能が悪いために復調装置において観測される位相雑音特性が劣化している環境においても、受信信号の信号判定値の絶対値に応じて重み付けされた位相差信号を用いることにより、位相差信号の信頼性を高めることができ、よって位相差の検出特性を改善し、かつ追従する必要のない瞬間的な位相変動を無視することにより、不用意なキャリアの同期外れを抑圧できるという効果がある。また、アナログ系の特性劣化をデジタル処理で補うことができるので、LSIに機能を集積化させることにより、トータルコストの低減が可能となるという効果もある。 According to the present invention, weighting is performed according to the absolute value of the signal determination value of the received signal even in an environment where the phase noise characteristic observed in the demodulator is degraded due to poor performance of the local oscillator in the analog system. By using the phase difference signal, the reliability of the phase difference signal can be improved, thereby improving the detection characteristics of the phase difference and ignoring instantaneous phase fluctuations that do not need to be tracked. There is an effect that loss of carrier synchronization can be suppressed. In addition, since deterioration of analog characteristics can be compensated for by digital processing, there is an effect that the total cost can be reduced by integrating the functions in the LSI.
以下に、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は本発明の第一の実施の形態のブロック図であり、図10と同等部分は同一符号により示している。本例では、図10の従来例に対して、重み付け選択回路7、平均化回路8、PD(位相検出器)出力制御回路9及び乗算器18を付加したものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals. In this example, a
重み付け選択回路7は、信号判定値Ich109,Qch110の絶対値に応じて重み付け係数115を決定(選択)して出力する。この重み付け係数115は信号判定値の大きさ(絶対値)に反比例するように設定されているものとし、予めこの重み付け選択回路7内に設けられているROMテーブル(図示せず)に記憶しておき、信号判定値の大きさに対応した重み付け係数115をROMテーブルから読出して出力するようになっている。
The
平均化回路8は、PD(位相検出器)6から現在までに入力された位相差信号113の総数と累計値を基にして平均位相差信号114を算出してPD出力制御回路9へ出力する。なお、位相差信号113は、その極性が位相の進み遅れを表わし、またその絶対値が位相の進み遅れの度合い(大きさ)を表わす信号である。
The
PD出力制御回路9は、位相差信号113を出力するか否かを平均位相差信号114に応じて制御する機能を有しており、位相差信号113と平均位相差信号114との差分を計算して、この差分値が予め設定された閾値より大きい場合には、位相とびが生じたと判断して、位相差信号113の出力を停止し、それ以外の場合には、位相差信号113をそのまま出力するものである。
The PD
このPD出力制御回路9により出力制御された位相差信号114は重み付けのための乗算器18へ入力されて、重み付け係数115が乗算されることにより重み付けされる。重み付け後の位相差信号117がLPF10へ入力される。他の構成は、図10のそれと同じとなっているので、説明は省略する。
The
以下、本実施の形態の動作を説明する。ここで、本発明の特徴となる位相差信号113について説明すると、先ず、信号判定器5において、極性信号(D)111と誤差信号(E)112とが、図2に示す如く算出されて得られる。そして、PD6において、これら極性信号(D)と誤差信号(E)とから、位相差信号113が生成される。この位相差信号113の極性は位相の進み遅れを表わしており、その絶対値は位相の進みや遅れの度合いを表わす。
Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described. Here, the
ここで、図3を参照すると、変調方式が32QAMの場合における受信信号の位相ずれに対する位相差信号の制御の方向を示したものであり、図3(A)は、受信信号の位相が信号判定値に対して反時計回りにずれているとき、時計回りに位相回転を与える制御を行うことを示している。しかしながら、図3(B)に示す如く、受信信号の位相ずれが更に大きくなったとき、IQ位相平面上において、原点から離れている信号ほど、適切な位相差信号が得られていないことが判る。 Here, referring to FIG. 3, the phase difference signal control direction with respect to the phase shift of the received signal when the modulation method is 32QAM is shown. FIG. When the value deviates counterclockwise with respect to the value, control for giving the phase rotation in the clockwise direction is shown. However, as shown in FIG. 3B, when the phase shift of the received signal is further increased, it can be seen that an appropriate phase difference signal is not obtained as the signal is farther from the origin on the IQ phase plane. .
そこで、本発明においては、位相差信号を求める元となる受信信号の信号判定値の絶対値が大きいほど、位相差信号を減少させるように、また逆に、信号判定値の絶対値が小さいほど、位相差信号を増大させるように、重み付けを行うことにより、位相差信号の信頼性を高めるようにしている。32QAMの場合には、信号判定値の絶対値は5とおり存在するために、これらの信号判定値の絶対値に応じて、重み付け選択回路7にて5とおりの重み付け係数115を生成するのである。
Therefore, in the present invention, the larger the absolute value of the signal determination value of the received signal from which the phase difference signal is obtained, the more the phase difference signal is decreased, and conversely, the smaller the absolute value of the signal determination value is. The reliability of the phase difference signal is increased by weighting so as to increase the phase difference signal. In the case of 32QAM, since there are five absolute values of the signal determination values, the
重み付け選択回路7は、予め設定されている5とおりの重み付け係数を、信号判定値Ich109,Qch110に応じてROMテーブルから読み出して出力する。この出力された重み付け係数115は、PD出力制御回路10からの位相差信号116に対して、乗算器18により乗算され、重み付けされる。
The
図4はこの重み付けを行ったとき(本提案方式)と、行わないとき(従来方式)との位相ずれ(度)に対する位相差信号の変化を示している。本発明による重み付けにより、従来よりも大きな入力位相差に対して、適切な位相差信号が得られている。 FIG. 4 shows changes in the phase difference signal with respect to the phase shift (degree) between when this weighting is performed (the proposed method) and when it is not performed (the conventional method). By the weighting according to the present invention, an appropriate phase difference signal is obtained with respect to an input phase difference larger than the conventional one.
また、PD出力制御回路9は位相とびを検出して位相差信号113の出力制限をなすものであり、位相とびに対する追従防止をなす機能を有している。この位相とびの検出方法は次のとおりである。先ず、図1における平均化回路8において、過去に入力された位相差信号113の平均値の絶対値が出力される。よって、PD出力制御回路9では、平均化回路8からの平均値である平均位相差信号114と現時点における位相差信号113の絶対値との差分が算出され、この差分値が予め定められている閾値を上回ると、位相とびが発生したと判断され、その時点の位相差信号113の出力が停止されるのである。
The PD
図5は、周波数同期がとれている状態から、急に位相とびが発生したときの位相変化を示したものであり、(A)は従来方式であり、(B)は本提案(本発明)方式のものである。(A)に示す従来方式では、数値制御発振器11からの位相情報119,120は、発振器2のローカル周波数と搬送波の周波数との差により生じる位相の変化量に対して、逆方向に同じ割合で増加している。そして、図中に示すような形で位相とびが発生すると、最初はそれに追従しているが、途中で位相制御の向きが逆になったときに追従することができず、搬送波の同期を外す方向へ制御がかかってしまい、同期外れが生ずることになる。
FIG. 5 shows a phase change when a phase jump occurs suddenly from a state where the frequency synchronization is established. FIG. 5A shows the conventional method, and FIG. 5B shows the present proposal (the present invention). It is of the method. In the conventional system shown in (A), the
一方、(B)に示す本発明の方式では、位相とびが発生したとき、位相の変化には追従しない制御がかかることになる。よって、位相差は拡大するものの、前述した重み付けにより、ある程度の大きな位相差に対しても、適切な位相差信号を出力することができる。その結果、搬送波の同期を外す方向への制御がかかりにくくなり、搬送波の同期外れが制御できるのである。 On the other hand, in the system of the present invention shown in (B), when a phase jump occurs, control that does not follow the change in phase is applied. Therefore, although the phase difference is enlarged, an appropriate phase difference signal can be output even for a certain large phase difference by the above-described weighting. As a result, it becomes difficult to control in the direction of releasing the synchronization of the carrier wave, and the loss of synchronization of the carrier wave can be controlled.
図6は本発明の第二の実施の形態のブロック図であり、図1と同等部分は同一符号により示している。本例では、図1のブロックに対して、フレーム同期回路12を追加し、その出力であるフレーム同期信号121によりPD出力制御回路9の出力制御をなすようになっている。より詳述すると、本例では、PD出力制御回路9において、フレーム同期回路12から出力されるフレーム同期信号121をもとに周波数同期がとれているか否かが判断され、同期がとれていない場合には、位相差信号113の出力を制限することなくそのまま出力する。これにより、キャリア引き込み時には、位相差信号113のゲインを落とさずにすむので、より良好な引き込み特性を得ることができる。これに対して、同期がとれているときは、位相差信号113に対して、図1におけるPD出力制御回路9と同じ制御を実行するものである。
FIG. 6 is a block diagram of the second embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In this example, a frame synchronization circuit 12 is added to the block of FIG. 1, and output control of the PD
図7は本発明の第三の実施の形態を示したものである。本例においては図1のブロックにおける重み付け選択回路7及び重み付けのための乗算器18をなくして、位相検出器(PD)6の位相差信号113を直接LPF10へ入力し、また、図1のPD出力制御回路9に代えて、位相とび検出回路13を設けている。そして、位相とび検出回路13からの位相とび検出結果122により、LPF10の特性を制御するようになっている。その他の構成は図1のそれと同じである。
FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention. In this example, the
本例では、位相とび検出回路13にて検出された位相とび検出結果122を基にLPF10を制御している。すなわち、位相とび発生時には、LPF10のループ帯域幅を拡大させて引き込み易くし、逆に、位相とびが発生しないときには、ループ帯域幅を縮小させることにより、位相とび発生時の追従性と、定常時のPLLループ内雑音の抑圧を両立することが可能となる。
In this example, the
なお、位相とび検出回路13における位相とびの検出方法は、前述した如く、平均化回路8からの平均位相差信号114と現在の位相差信号113の絶対値との差分を算出し、この差分値が所定閾値を上回ったときに位相とびが発生したものと判断し、それ以外は、位相とびが発生しないものとする方法による。
As described above, the phase skip detection method in the phase
図8は本発明の第四の実施の形態を示す図であり、図1と同等部分は同一符号により示している。本例は、第一〜第三の実施の形態における位相検出器(PD)6の他の例として、受信信号の信号判定値の絶対値の大きさに応じて、位相差信号113を出力するか否かを選択する機能を有する例を示したものである。
FIG. 8 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In this example, as another example of the phase detector (PD) 6 in the first to third embodiments, the
図8において、図1の重み付け選択回路7及び乗算器18をなくし、信号判定器5の出力であるIch109,Qch110を入力とするPD出力選択回路14を設け、この信号109,110から位相差信号113の出力の可否を選択するPD出力選択信号123を得て、位相検出器(PD)6と平均化回路8へ送るようになっている。
In FIG. 8, the
PD出力選択回路14においては、受信信号の信号判定値の絶対値の大きさに応じて、PD出力選択信号123を生成するものであり、例えば、I−Q位相平面上の最外郭の信号点においてのみ位相差信号113の出力を止めるようにすることにより、位相平面上の原点から遠い信号点から得られるより信頼度の低い位相情報による制御を行わないようにしているのである。
The PD
よって、PD出力選択回路14では、受信信号Ich109,Qch110から位相差信号の出力の可否を選択するPD出力選択信号123を生成し、位相検出器(PD)6及び平均化回路8へ送る。位相検出器(PD)6はこのPD出力選択信号123に応じて位相差信号113を出力するか否かの制御をなす。また、平均化回路8は、PD出力選択信号123が位相差信号の出力を止める信号であれば、平均化処理は行わないようになっている。他の構成は図1のそれと同じであり、よって説明は省略する。
Therefore, the PD
図9は本発明の第五の実施の形態を示す図であり、図1と同等部分は同一符号により示している。本例では、図1の構成に対して、遅延素子であるフリップフロップ(D)15とセレクタ20とを追加したものである。本例においては、第一、第二及び第四の実施の形態とは異なるアプローチにより位相とびへの追従をなくしている。
FIG. 9 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In this example, a flip-flop (D) 15 that is a delay element and a
すなわち、PD出力制御回路9は位相検出器(PD)6からの一つ前の位相差信号113を常に記憶するようになっており、位相とびが検出されないときには、現時点の位相差信号113をそのまま(117)出力し、位相とびが検出されると、一つ前の位相差信号を117として出力することにより、位相とびの追従を防いでいる。また、重み付け係数115についても同様に制御している。すなわち、位相とび検出時には、セレクタ20により、フリップフロップ15の出力である一つ前の位相差信号に対する重み係数を選択するようになっている。位相とびの検出方法は先の例と同じである。
That is, the PD
上記の各実施の形態においては、復調装置の検波方式として準同期検波方式であり、入力される変調信号はQPSK,QAMなどの直交変調信号としているが、周波数及び位相オフセット補正後の誤差信号及び周波数、位相オフセット補正時の位相回転信号が得られる構成であれば、必ずしも準同期検波である必要もなく、また変調方式として、QPSK,QAM以外、例えばQPSK以外のPSKやAPSKでも良いことは勿論である。また、上記各実施の形態を適宜組合わせて実現できるものである。 In each of the above embodiments, a quasi-synchronous detection method is used as the detection method of the demodulator, and the input modulation signal is a quadrature modulation signal such as QPSK or QAM, but the error signal after correcting the frequency and phase offset and If the phase rotation signal at the time of correcting the frequency and the phase offset is obtained, it is not always necessary to perform the quasi-synchronous detection, and the modulation method may be other than QPSK and QAM, for example, PSK and APSK other than QPSK. It is. Moreover, it can be realized by appropriately combining the above embodiments.
上記の各実施の形態においては、これらを適宜組み合わせることができることは勿論である。 Of course, in each of the embodiments described above, these can be appropriately combined.
1 直交復調器
2 ローカル発振器
3 A/D変換器
4 位相回転器
5 信号判定器
6 位相検出器(PD)
7 重み付け選択回路
8 平均化回路
9 PD出力制御回路
10 LPF
11 数値制御発振器
12 フレーム同期回路
13 位相とび検出回路
15 フリップフロップ
18 乗算器
20 セレクタ
DESCRIPTION OF
7
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記信号判定手段の出力の大きさに応じて前記位相差信号の重み付けをなす重み付け手段とを含むことを特徴とする復調装置。 A means for detecting a quadrature component by receiving a quadrature modulation signal, a phase correction means for performing phase correction of the detection output, and a signal determination means for performing signal determination of each component after the phase correction to demodulate the quadrature component And a means for detecting a phase shift of the output of the signal determination means and generating a phase difference signal for the phase correction means,
And a weighting means for weighting the phase difference signal in accordance with the magnitude of the output of the signal determination means.
前記信号判定ステップによる出力の大きさに応じて前記位相差信号の重み付けをなす重み付けステップとを含むことを特徴とする復調方法。 A step of detecting a quadrature component by receiving a quadrature modulation signal, a phase correction step of performing phase correction of the detection output, and a signal determination step of performing signal determination of each component after the phase correction to demodulate the quadrature component And a step of detecting a phase shift of the output by the signal determination step and generating a phase difference signal for the phase correction step,
And a weighting step for weighting the phase difference signal in accordance with the magnitude of the output in the signal determination step.
The demodulation method according to any one of claims 9 to 15, further comprising a step of suppressing the output of the phase difference signal in accordance with the magnitude of the output in the signal determination step.
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