JP4520387B2 - 直交誤差自動補償回路 - Google Patents

Description

本発明は、ＱＰＳＫ(Quadri Phase Shift Keying：４相位相変調) や、多値ＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation：直交振幅変調）などのディジタル変調信号を復調する直交検波器における直交誤差を補償する直交誤差自動補償回路に関する。

ＱＰＳＫや多値ＱＡＭなどのディジタル変調信号の受信器では、受信信号を同相・直交の２系統の信号成分に分離し、それぞれベースバンド信号として出力するための直交検波器が用いられる。

理想的な直交検波器では、信号空間ダイヤグラムは図５に実線で示すように円となる。しかし、一般には直交誤差・ゲイン誤差、ＤＣオフセット等の直交検波器の不完全性により同相／直交チャネル間の直交性が崩れ、信号空間ダイヤグラムは図５に破線で示すように楕円となる（非特許文献１）。このため、特許文献１では、全ディジタル直交検波器に対する直交誤差検出回路が提案されている。なお、キャリア同期およびタイミング誤差が確立していない状態では、位相回転や符号間干渉が存在するため、直交検波器出力は楕円内部にランダムに分布することになる。したがって、直交誤差補償回路では、信号空間ダイヤグラム上の各象限における受信信号の存在確率が等しくなるように制御（直交誤差補償）を行う。

図４は、特許文献１に示す従来の直交誤差自動補償回路の構成例を示す。図において、同相信号入力端子１０および直交信号入力端子２０には、不要高調波を除去後の直交検波器出力が入力される。この同相信号および直交信号は直交誤差補償回路１００に入力され、直交誤差が補償された同相信号および直交信号としてそれぞれ同相信号出力端子３０および直交信号出力端子４０に出力される。この直交誤差補償回路１００における直交誤差補償制御は、次のようにして行われる。

二乗演算回路１１０，１２０および加算回路１３０は、直交誤差補償回路１００から出力される同相信号および直交信号を入力して二乗和（電力）を計算する。符号反転回路１４０は、加算回路１３０の出力を符号反転する。選択回路１５０は、直交誤差補償回路１００から出力される同相信号および直交信号の各符号ビットを入力し、同符号（受信信号の信号空間ダイヤグラム上の配置が第１象限と第３象限の場合）であれば加算回路１３０の出力信号、異符号（受信信号の信号空間ダイヤグラム上の配置が第２象限と第４象限の場合）であれば符号反転回路１４０の出力信号を選択して出力する。選択回路１５０の出力信号は累積加算回路１６０で累積加算される。ここで、送信信号系列はランダムであるので、一定数の受信シンボルに対して選択回路１５０の出力信号を累積加算することにより、信号空間ダイヤグラム上の信号点の偏りが検出される。累積換算回路１６０の出力信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１７０で平滑化されて直交誤差補償回路１００の制御信号として用いられる。このようなフィードバック制御により、直交誤差補償を自動的に行うことができる。

なお、信号空間ダイヤグラムの形状は、キャリア同期およびタイミング同期とは無関係である。したがって、従来の直交誤差自動補償回路では、キャリア同期およびタイミング同期が確立していなくとも、劣化なく動作する。
特開２００４−２４８１１５号公報 鈴木博，吉野仁、「アフィン変換線形ひずみ補償−移動無線通信における等化を含む線形信号伝送への適用−」，電子情報通信学会論文誌Ｂ−II，Vol.J75-B-II，No.1，pp.1-9，1992年１月

図４に示す従来の直交誤差自動補償回路では、累積加算回路１６０で累積される値は、装置の電源投入時に初期化される以外にクリアされることはない。このため、長時間にわたる運用中に発生する伝送信号の偏りがある状況、すなわち受信信号の信号点配置が特定の象限にしか現れないような状況、例えば“０" や“１" が連続する、あるいは“０１" 交番等が発生する状況では、累積加算回路１６０の値が大きくなる場合がある。

このような原因で累積加算回路１６０にオーバーフローが発生すると、直交誤差補償回路１００への制御信号の単調増加性（あるいは単調減少性）が失われるため、直交誤差補正のためのフィードバック制御が破綻する。このため、累積加算回路１６０を設計する際には、オーバーフローしないように十分に余裕をもたせる必要がある。しかし、この余裕度は、システムのフレームを構成する確定パターン自体やその長さ、データ区間で使用される誤り訂正やスクランブラの設計パラメータ等に依存するため、正確な見積りが難しく、必要以上にマージンをとることになる。

本発明は、入力信号に偏りがあってもフィードバック制御の破綻を防ぎ、簡易な回路で所定の直交誤差補償特性を満足させることができる直交誤差自動補償回路を提供することを目的とする。

第１の発明は、直交検波器の出力から不要高調波を除去した同相信号および直交信号を入力し、制御信号に応じて直交誤差を補償した同相信号および直交信号を出力する直交誤差補償手段と、 直交誤差補償手段から出力される同相信号および直交信号を入力し、その二乗和を演算する二乗和演算手段と、二乗和演算手段の出力を符号反転する符号反転手段と、二乗和演算手段の出力を第１の入力とし、符号反転手段の出力を第２の入力とし、直交誤差補償手段から出力される同相信号および直交信号の符号情報を第３の入力とし、第３の入力が同符号の場合は第１の入力を出力し、第３の入力が異符号の場合は第２の入力を出力する選択手段と、外部から閾値の絶対値を入力し、選択手段の出力を累積加算し、その累積加算値の絶対値が閾値の絶対値を超える場合に累積加算処理を停止するとともに、その累積加算値が正の値であれば加算信号を出力し、負の値であれば減算信号を出力する累積処理手段と、外部から刻み幅を入力し、累積処理手段から加算信号を入力した場合に直前の値に刻み幅だけ増加させた値を制御信号として直交誤差補償手段に出力し、累積処理手段から減算信号を入力した場合に直前の値に刻み幅だけ減少させた値を制御信号として直交誤差補償手段に出力するアキュムレータとを備える。

第１の発明では、累積処理手段は選択手段の出力を累積加算し、その累積加算値の絶対値が外部から設定される閾値の絶対値を超える場合に累積加算処理を停止するとともに、その累積加算値が正の値であれば後段のアキュムレータに加算信号を出力し、負の値であれば減算信号を出力する。アキュムレータは、加算信号または減算信号に基づいて、直交誤差補償手段に与える制御信号を所定の刻み幅単位で増減する処理を行う。これにより、直交誤差補償手段では、直交誤差に対する補償信号出力の単調増加性または単調減少性が保証され、入力信号に偏りがあっても回路の動作が破綻することはなく、性能劣化を回避することができる。

第２の発明は、第１の発明における累積処理手段として、外部から閾値の絶対値を入力し、選択手段の出力を累積加算し、その累積加算値の絶対値が閾値の絶対値を超える場合に累積加算処理を停止するとともに、その累積加算値が正の値であれば＋（閾値）、負の値であれば−（閾値）を出力する累積加算回路と、外部から閾値の絶対値を入力し、累積加算回路の出力が＋（閾値）であれば加算信号を出力し、−（閾値）であれば減算信号を出力する閾値比較回路とを用いる構成である。

第３の発明は、第１の発明における累積処理手段として、外部から閾値の絶対値を入力し、選択手段の出力の符号ビットに応じて＋１または−１のカウント動作を行い、そのカウント値の絶対値が閾値の絶対値を超える場合にカウント動作を停止するとともに、そのカウント値が正の値であれば＋（閾値）、負の値であれば−（閾値）を出力するアップダウンカウンタと、外部から閾値の絶対値を入力し、アップダウンカウンタの出力が＋（閾値）であれば加算信号を出力し、−（閾値）であれば減算信号を出力する閾値比較回路とを用いる構成である。

なお、累積処理手段（累積加算回路またはアップダウンカウンタと閾値比較回路）およびアキュムレータは、全体として直交誤差自動補償回路のフィードバック制御におけるループフィルタとして機能する。外部から設定される閾値とアキュムレータの刻み幅は、ローパスフィルタとしての周波数特性・遅延特性に影響を与えるパラメータである。したがって、これらのパラメータの値は、ループフィルタとしての最適な値に設計される。

第４の発明は、直交検波器の出力から不要高調波を除去した同相信号および直交信号を入力し、制御信号に応じて直交誤差を補償した同相信号および直交信号を出力する直交誤差補償手段と、外部から閾値の絶対値を入力し、直交誤差補償手段から出力される同相信号および直交信号の符号ビットを入力し、各信号が同符号か異符号かに応じて＋１または−１のカウント動作を行い、そのカウント値の絶対値が閾値の絶対値を超える場合にカウント動作を停止するとともに、そのカウント値が正の値であれば＋（閾値）、負の値であれば−（閾値）を出力するアップダウンカウンタと、外部から閾値の絶対値を入力し、アップダウンカウンタの出力が＋（閾値）であれば加算信号を出力し、−（閾値）であれば減算信号を出力する閾値比較回路と、外部から刻み幅を入力し、閾値比較回路から加算信号を入力した場合に直前の値に刻み幅だけ増加させた値を直交誤差補償手段に与える制御信号として出力し、閾値比較回路から減算信号を入力した場合に直前の値に刻み幅だけ減少させた値を直交誤差補償手段に与える制御信号として出力するアキュムレータとを備える。

第４の発明では、直交誤差を入力信号の信号点配置上の象限判定のみで検出し、それをカウントして第３の発明と同様に直交誤差補償手段に与える制御信号を生成することができる。これにより、直交誤差自動補償回路の構成を大幅に簡易にすることができる。

本発明の直交誤差自動補償回路は、簡易な回路構成により、入力信号に偏りがあっても累積処理手段におけるオーバーフローに伴うフィードバック制御の破綻を防ぐことができ、所定の直交誤差補償特性を満足させることができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態を示す。図において、同相信号入力端子１０および直交信号入力端子２０には、不要高調波を除去後の直交検波器出力が入力される。この同相信号および直交信号は直交誤差補償回路１００に入力され、直交誤差が補償された同相信号および直交信号としてそれぞれ同相信号出力端子３０および直交信号出力端子４０に出力される。この直交誤差補償回路１００における直交誤差補償制御は、次のようにして行われる。

二乗演算回路１１０，１２０および加算回路１３０からなる二乗和演算手段では、直交誤差補償回路１００から出力される同相信号および直交信号を入力して二乗和（電力）を計算する。符号反転回路１４０は、加算回路１３０の出力を符号反転する。選択回路１５０は、直交誤差補償回路１００から出力される同相信号および直交信号の各符号ビットを入力し、同符号であれば加算回路１３０の出力信号、異符号であれば符号反転回路１４０の出力信号を選択して出力する。選択回路１５０の出力信号は累積加算回路２００で累積加算される。

累積加算回路２００は、外部から閾値の絶対値を入力し、その累積加算値の絶対値が閾値の絶対値を超える場合に累積加算処理を停止するとともに、その累積加算値が正の値であれば＋（閾値）、負の値であれば−（閾値）を閾値比較回路２１０に出力する。閾値比較回路２１０は、外部から閾値の絶対値を入力し、累積加算回路２００の出力が＋（閾値）であれば加算信号、−（閾値）であれば減算信号をアキュムレータ２２０に出力する。アキュムレータ２２０は、外部から刻み幅を入力し、閾値比較回路２１０から入力する加算信号または減算信号に基づいて、直交誤差補償回路１００に与える制御信号を現在の値から刻み幅単位で増減する処理を行う。直交誤差補償回路１００では、このように刻み幅単位で増減される制御信号によるフィードバック制御が行われ、直交検波器の直交誤差に対する補償を自動的に行うことができる。

なお、累積加算回路２００では、後段の閾値比較回路２１０が加算信号または減算信号を出力したタイミングで、累積加算値をクリアしてもよい。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第１の実施形態における累積加算回路２００をアップダウンカウンタ２０５に置き換え、選択回路１５０の出力信号の符号ビットに対してカウント動作を行うようにしたところにある。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

アップダウンカウンタ２０５は、選択回路１５０の出力の符号ビットに応じて＋１または−１のカウント動作を行い、カウント値の絶対値が閾値の絶対値を超える場合にカウント動作を停止するとともに、そのカウント値が正の値であれば＋（閾値）、負の値であれば−（閾値）を閾値比較回路２１０に出力する。閾値比較回路２１０およびアキュムレータ２２０の動作は第１の実施形態と同様である。このようなアップダウンカウンタ２０５を用いることにより、簡易な構成で第１の実施形態と同等の直交誤差補償動作を実現することができる。

（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第２の実施形態における二乗演算回路１１０，１２０、加算回路１３０、符号反転回路１４０、選択回路１５０を省き、直交誤差補償回路１００から出力される同相信号および直交信号をアップダウンカウンタ２０７に直接入力する構成とする。その他の構成は、第２の実施形態と同様である。

アップダウンカウンタ２０７は、直交誤差補償回路１００から出力される同相信号および直交信号の符号ビットを入力し、各信号が同符号か異符号かに応じて＋１または−１のカウント動作を行い、そのカウント値の絶対値が閾値の絶対値を超える場合にカウント動作を停止するとともに、そのカウント値が正の値であれば＋（閾値）、負の値であれば−（閾値）を閾値比較回路２１０に出力する。閾値比較回路２１０およびアキュムレータ２２０の動作は第２の実施形態（第１の実施形態）と同様である。すなわち、本実施形態の構成では、直交誤差を入力信号の信号点配置上の象限判定のみで検出する構成とすることにより、簡易な構成で第１の実施形態および第２の実施形態と同等の直交誤差補償動作を実現することができる。

なお、バースト伝送の場合、送信相手が異なっても受信側の直交検波器の特性は変わらないので、第１〜第３の実施形態のいずれの構成においても信号が到来した期間のみ回路を動作させることにより対応することができる。

本発明の第１の実施形態の構成例を示す図。 本発明の第２の実施形態の構成例を示す図。 本発明の第３の実施形態の構成例を示す図。 従来の直交誤差自動補償回路の構成例を示す図。 信号空間ダイヤグラムを示す図。

符号の説明

１０ 同相信号（直交検波器の同相チャネル出力）入力端子
２０ 直交信号（直交検波器の直交チャネル出力）入力端子
３０ 同相信号（直交誤差補償回路の同相チャネル出力）出力端子
４０ 直交信号（直交誤差補償回路の直交チャネル出力）出力端子
１００ 直交誤差補償回路
１１０，１２０ 二乗演算回路
１３０ 加算回路
１４０ 符号反転回路
１５０ 選択回路
１６０ 累積加算回路
１７０ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２００ 累積加算回路
２０５，２０７ アップダウンカウンタ
２１０ 閾値比較回路
２２０ アキュムレータ

Claims (4)

1. 直交検波器の出力から不要高調波を除去した同相信号および直交信号を入力し、制御信号に応じて直交誤差を補償した同相信号および直交信号を出力する直交誤差補償手段と、
   前記直交誤差補償手段から出力される同相信号および直交信号を入力し、その二乗和を演算する二乗和演算手段と、
   前記二乗和演算手段の出力を符号反転する符号反転手段と、
   前記二乗和演算手段の出力を第１の入力とし、前記符号反転手段の出力を第２の入力とし、前記直交誤差補償手段から出力される同相信号および直交信号の符号情報を第３の入力とし、第３の入力が同符号の場合は第１の入力を出力し、第３の入力が異符号の場合は第２の入力を出力する選択手段と、
   外部から閾値の絶対値を入力し、前記選択手段の出力を累積加算し、その累積加算値の絶対値が閾値の絶対値を超える場合に累積加算処理を停止するとともに、その累積加算値が正の値であれば加算信号を出力し、負の値であれば減算信号を出力する累積処理手段と、
   外部から刻み幅を入力し、前記累積処理手段から前記加算信号を入力した場合に直前の値に刻み幅だけ増加させた値を前記制御信号として前記直交誤差補償手段に出力し、前記累積処理手段から前記減算信号を入力した場合に直前の値に刻み幅だけ減少させた値を前記制御信号として前記直交誤差補償手段に出力するアキュムレータと
   を備えたことを特徴とする直交誤差自動補償回路。
2. 請求項１に記載の直交誤差自動補償回路において、
   前記累積処理手段は、
   外部から閾値の絶対値を入力し、前記選択手段の出力を累積加算し、その累積加算値の絶対値が閾値の絶対値を超える場合に累積加算処理を停止するとともに、その累積加算値が正の値であれば＋（閾値）、負の値であれば−（閾値）を出力する累積加算回路と、
   外部から前記閾値の絶対値を入力し、前記累積加算回路の出力が＋（閾値）であれば加算信号を出力し、−（閾値）であれば減算信号を出力する閾値比較回路と
   を備えたことを特徴とする直交誤差自動補償回路。
3. 請求項１に記載の直交誤差自動補償回路において、
   前記累積処理手段は、
   外部から閾値の絶対値を入力し、前記選択手段の出力の符号ビットに応じて＋１または−１のカウント動作を行い、そのカウント値の絶対値が閾値の絶対値を超える場合にカウント動作を停止するとともに、そのカウント値が正の値であれば＋（閾値）、負の値であれば−（閾値）を出力するアップダウンカウンタと、
   外部から前記閾値の絶対値を入力し、前記アップダウンカウンタの出力が＋（閾値）であれば加算信号を出力し、−（閾値）であれば減算信号を出力する閾値比較回路と
   を備えたことを特徴とする直交誤差自動補償回路。
4. 直交検波器の出力から不要高調波を除去した同相信号および直交信号を入力し、制御信号に応じて直交誤差を補償した同相信号および直交信号を出力する直交誤差補償手段と、
   外部から閾値の絶対値を入力し、前記直交誤差補償手段から出力される同相信号および直交信号の符号ビットを入力し、各信号が同符号か異符号かに応じて＋１または−１のカウント動作を行い、そのカウント値の絶対値が閾値の絶対値を超える場合にカウント動作を停止するとともに、そのカウント値が正の値であれば＋（閾値）、負の値であれば−（閾値）を出力するアップダウンカウンタと、
   外部から前記閾値の絶対値を入力し、前記アップダウンカウンタの出力が＋（閾値）であれば加算信号を出力し、−（閾値）であれば減算信号を出力する閾値比較回路と、
   外部から刻み幅を入力し、前記閾値比較回路から前記加算信号を入力した場合に直前の値に刻み幅だけ増加させた値を前記直交誤差補償手段に与える前記制御信号として出力し、前記閾値比較回路から前記減算信号を入力した場合に直前の値に刻み幅だけ減少させた値を前記直交誤差補償手段に与える前記制御信号として出力するアキュムレータと
   を備えたことを特徴とする直交誤差自動補償回路。
   

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