JP4633090B2 - 位相検出を用いた復調方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、信号の復調方法に関し、詳細には位相検出を用いて信号を復調する方法およびそれを適用した装置に関する。

位相偏移方式（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＰＳＫ）は、高周波数の搬送波にデータを載せて伝送する方式の１つであって、搬送波の位相、振幅、周波数のいずれか１つ、またはこれらの組み合わせを０、１のデジタルデータに変化させて信号伝送を行う方式である。

位相偏移方式は、伝送しようとする２つの値（０または１）のデジタル信号を搬送波の０位相とπ位相に対応させ伝送する２進位相偏移方式（ＢＰＳＫ：ｂｉｎａｒｙ ＰＳＫ）と、２つのデジタル信号である０と１の２ビットを集めて搬送波の４位相上に対応させ伝送する直交位相偏移方式（ＱＰＳＫ）とがある。

さらに、ＢＰＳＫのような周波数帯域でＢＰＳＫの３倍の情報を伝送することのできる８位相偏移方式（８ＰＳＫ）、ＢＰＳＫの４倍情報を伝送できる１６位相偏移方式（１６ＰＳＫ）もある。

一方、伝送されたデータを復元する方法として、フィードバックループを用いて受信端の正弦波が送信端の搬送波と同じ位相を有するべく調整し、これを信号に乗算してデータの復元を行なう方法がある。

係る方式で最も多く使用されているのが、コスタスループ（ＣＯＳＴＡＳ−ｌｏｏｐ）である。コスタスループの構造は図１に示す通りである。同図に示すコスタスループは３つのミキサー１１０，１３０，１６０、２つの低域通過フィルタ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：ＬＰＦ）１２０、１７０、ループフィルタ１４０、および電圧制御発振部（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：ＶＣＯ）１５０から構成されている。

第１ミキサー１１０は、外部から入力された変調信号（ｍ（ｔ）ｃｏｓ（ωｔ））と電圧制御発振部１５０で出力される発振信号である正弦波信号（ｃｏｓ（ωｔ＋θ））をミキシングして第１低域通過フィルタ１２０に印加する。第２ミキサー１６０は、外部から入力された変調信号（ｍ（ｔ）ｃｏｓ（ωｔ））と電圧制御発振部１５０で出力される発振信号である正弦波信号（ｃｏｓ（ωｔ＋θ））とをミキシングして第２低域通過フィルタ１７０に印加する。それで、受信端が送信端の搬送波に対してθだけでの位相差を有していれば、第１ミキサー１１０および第２ミキサー１７０から出力される信号は次の通りである。
m(t)cos(ωt)cos(ωt+θ)=m(t){cosθ+cos(2ωt+θ)}/2
m(t)cos(ωt)sin(ωt+θ)=m(t){sinθ+sin(2ωt+θ)}/2
低域通過フィルタ１２０，１７０は、入力された信号から高周波帯域のジッタ信号をろ過して低周波帯域の必要な信号のみを通過させる装置であって、第１低域通過フィルタ１２０および第２低域通過フィルタ１７０で出力される信号は、それぞれｍ（ｔ）ｃｏｓθ、ｍ（ｔ）ｓｉｎθである。θは０として収斂されるので、位相差が０であるときｍ（ｔ）を復元できるようになる。

一方、第３ミキサーは、第１低域通過フィルタ１２０および第２低域通過フィルタ１７０で出力される信号をミキシングしてループフィルタ１４０へ印加する。ミキシングされた信号はループフィルタ１４０を経て電圧制御発振部１５０へ印加される。電圧制御発振部１５０はループフィルタ１４０で出力された信号に基づいて電圧制御信号に応じて発振信号を生成し、９０度の位相差がある発振信号をそれぞれ第１ミキサー１１０、第２ミキサー１２０に印加する。
日本公開特許第２００１−１８６０５２号公報 日本公開特許第２００１−１８６４４０号公報 韓国公開特許第１９９９−０８２４１７号公報

しかし、従来技術における高周波数の搬送波を復元するため前述のコスタスループ（ＣＯＳＲＡＳ ｌｏｏｐ）を用いることにおいて、ＬＰＦの具現が難しくなる問題を抱えている。特に、アナログフィルタであるＬＰＦの具現において、簡単な構造のＲＣフィルタを使用するとしても高周波で周波数応答の平坦度はよくないだけでなく、コンデンサが占めている面積が大きいことから小型フィルタを生産することが難しい。

従って、本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、位相検出を用いて変調信号をサンプリングし、このサンプリングされた結果を用いて変調された信号を復調することにより低域通過フィルタを利用しない復調方法およびその装置を提供することにある。

さらに、復調された信号のジッタを除去するためのフィルタとしてデジタルフィルタを適用することによって小型化された復調装置を提供することにある。

前述した目的を達成するための本発明に係る復調方法は、受信された信号をサンプリングして位相情報を検出するステップと、前記検出された位相情報を用いてクロックを同期させるステップと、前記同期されたクロックで前記受信された信号をオーバーサンプリングするステップと、前記オーバーサンプリング結果に基づいて前記受信された信号を復調するステップと、を含む。

また、前記オーバーサンプリングステップは、前記同期されたクロックの上昇エッジおよび下降エッジで前記受信された信号のレベルを測定することが好ましい。

また、前記復調方法は、前記同期されたクロックの上昇エッジで測定された前記レベルを非反転させ、前記同期されたクロックの下降エッジで測定された前記レベルを反転させるステップを含むことが好ましい。

ここで、前記同期されたクロックの個数は少なくとも２つ以上であることが好ましく、前記オーバーサンプリングするステップで用いられる前記同期されたクロックは、前記受信された信号に含まれた搬送波と所定の位相差を有することが好ましい。

また、前記所定の位相差は、πを前記同期されたクロックの個数で割った値の整数倍であることが好ましい。

また、前記オーバーサンプリングステップは、１つのクロック周期で少なくとも２回以上のサンプリングを行うことが好ましく、前記復調された信号からジッタを除去するステップを含むことが好ましい。

一方、前述した目的を達成するための本発明に係る復調装置は、受信された信号をサンプリングして位相情報を検出する位相検出部と、前記検出された位相情報を用いてクロックを同期させるクロック制御部と、前記受信された信号を前記同期されたクロックでオーバーサンプリングし、前記オーバーサンプリングされた結果を用いて前記受信された信号を復調する復調部と、を含む。

また、前記復調部は、前記同期されたクロックの上昇エッジおよび下降エッジにて前記受信された信号のレベルを測定することが好ましい。

また、前記復調部は、前記同期されたクロックの上昇エッジで測定された前記レベルを非反転させ、前記同期されたクロックの下降エッジで測定された前記レベルを反転させることが好ましい。

ここで、前記同期されたクロックの個数は、少なくとも２つ以上であることが好ましく、前記復調部で用いられる同期クロックは、前記受信された信号に含まれた搬送波と所定の位相差を有することが好ましい。

そして、前記所定の位相差はπを前記同期されたクロックの個数で割った値の整数倍であることが好ましい。

また、前記オーバーサンプリングステップは、１つのクロック周期で少なくとも２回以上のサンプリングを行うことが好ましく、前記復調された信号からジッタを除去するフィルタを含むことが好ましい。ここで、前記フィルタはデジタルフィルタであることが好ましい。
本発明の一形態による復調方法は、
受信された信号をサンプリングして位相情報を検出するステップと、
前記検出された位相情報を用いてクロックを同期させるステップと、
同期させた前記クロックで前記受信された信号をオーバーサンプリングするステップと、
前記オーバーサンプリング結果に基づいて、前記同期させたクロックの上昇エッジおよび下降エッジにおける前記受信された信号のレベルを測定し、前記上昇エッジで測定された前記レベルを非反転させ、前記下降エッジで測定された前記レベルを反転させることで、前記受信された信号を復調するステップと
を含むことを特徴とする復調方法である。

本発明によると、位相検出を用いて受信された信号をサンプリングし、サンプリングされた結果に基づいて受信された信号の復調を行なうことができる。さらに、復調された信号のジッタ除去のためのフィルタとして、低域通過フィルタではないデジタルフィルタが用いられるので、復調装置を小型化に形成することができる。

以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。
（実施形態）
図２は本発明に係る、受信された信号を復調する復調装置のブロック図である。同図を参照すると、復調装置は、位相検出部２１０、クロック制御部２２０、クロック生成部２３０、復調部２４０、フィルタ２５０、ＣＤＲ部２６０を含んでなる。

位相検出部２１０は、受信された信号をクロックでサンプリングし受信された信号の位相情報を検出する。受信された信号は搬送波にデータを載せた変調信号であることが一般的である。クロック制御部２２０は位相検出部２１０から印加された位相情報に基づいて後述するクロック生成部２３０で印加されたクロックを搬送波と所定の位相差を有するように同期させ、同期されたクロックを位相検出部２１０および復調部２４０へ印加する。この際に受信された信号がＢＰＳＫである場合、クロック制御部２２０は搬送波と位相が同じクロックと、搬送波とπ／２だけの位相差があるクロックである２つのクロックとを同期させることが好ましい。

クロック生成部２３０は、クロックを生成してクロック制御部２２０に印加する。なお、クロック生成部２３０で生成されるクロックの周波数は搬送波の周波数と同一であることが好ましく、クロック生成部２３０はクロック制御部２２０内に含まれることもできる。

復調部２４０は信号を受信し、同期されたクロックを用いて信号をオーバーサンプリングし、オーバーサンプリングされた結果に基づいて信号を復調し、この復調された信号をフィルタ２５０へ印加する。オーバーサンプリングとは１つのクロック周期で２回以上サンプリングされることを意味する。オーバーサンプリングされた結果を用いて受信された信号を復調する方法については後述する。

一方、フィルタ２５０は、復調部２４０で出力される信号に存在するジッタ（ｊｉｔｔｅｒ）を除去し、ジッタの除去された復調信号をＣＤＲ（Ｃｌｏｃｋ Ｄａｔａ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）２６０へ印加する。ＣＤＲ２６０はフィルタ２５０で印加された復調信号にてクロックとデータを復元する。フィルタ２５０およびＣＤＲ２６０は復調装置に選択的に適用される。

以下、図２に示す復調装置が受信された信号を復調する方法について、図３に基づいて詳説する。図３は本発明の一実施の形態に係る、復調装置が位相検出を用いて信号を復調する方法を説明するためのフローチャートである。説明の便宜のために受信された信号はＢＰＳＫであると仮定する。

図３に示すように、まず、位相検出部２１０は、受信された信号をサンプリングして受信された信号の位相情報を検出する（Ｓ３１０）。なお、クロックはクロック制御部２２０から印加されたクロックである。

クロック制御部２２０は、位相検出部２１０から印加された位相情報を用いて受信された信号の搬送波と所定の位相差を有するようにクロックを同期させ、同期されたクロックを位相検出部２１０および復調部２４０に印加する（Ｓ３２０）。なお、クロック制御部２２０で同期されたクロックは２つであることが好ましいが、１つのクロックは搬送波と同じ位相を有し、別の１つのクロックはπ／２だけの位相差を有する。

復調部２４０は、同期された２つのクロックのうち搬送波とπ／２だけの位相差を有するクロックに受信された信号をオーバーサンプリングする（Ｓ３３０）。

さらに、復調部２４０はオーバーサンプリングされた結果を用いて受信された信号を復調するが、クロックの上昇エッジで測定されたレベルは非反転し、クロックの下降エッジで測定されたレベルは反転させる方法で信号の復調を行なう（Ｓ３４０）。

フィルタ２５０は、復調部２４０で印加された復調信号からジッタ（ｊｉｔｔｅｒ）を除去する（Ｓ３５０）。さらに、フィルタ２５０に入力される信号はオーバーサンプリングされたデジタル信号であるため、フィルタ２５０は既存のアナログフィルタとは相違にデジタルフィルタを利用する。デジタルフィルタはアナログフィルタより新たな工程に合わせて再設計することが容易であり、小さい体積を有するといった利点があるので、復調装置の小型化が図れる。

最後に、ＣＤＲ２６０はフィルタ２５０で印加された復調信号にてクロックとデータを復元する（Ｓ３６０）。

図４は、位相検出を用いて信号を復調する復調部２４０を説明するためのタイミング図である。説明の便宜を図るために受信された信号はＢＰＳＫ信号であり、本来の信号を搬送波に乗せて変調する方法と、復調部２４０で受信された信号を復調する方法とを共に説明する。さらに、クロック制御部２２０で出力されるクロックは予め受信された信号に同期された状態である。

（ａ）は本来の信号であって、デジタルであることが好ましい。（ｂ）は本来の信号を乗せる搬送波である。本来の信号に搬送波を乗算して変調された信号を生成する。

詳細には、搬送波が論理レベル「ハイ」である場合、本来の信号が論理レベル「ハイ」である場合には変調された信号の論理レベルは「ハイ」である。そして、搬送波の論理レベルが「ハイ」であるが、本来信号の論理レベルが「ロー」である場合には変調された信号の論理レベルは「ロー」である。

一方、搬送波の論理レベルが「ロー」であり本来信号の論理レベルが「ハイ」である場合には変調された信号の論理レベルは「ロー」であり、搬送波の論理レベルが「ロー」であり本来信号の論理レベルが「ロー」である場合には変調された信号の論理レベルは「ハイ」である。かかる方式で変調された信号は（ｃ）に示した通りである。

（ｃ）に示す変調信号が受信機の復調部２４０に印加されると、復調部２４０は受信された信号とクロックを用いてオーバーサンプリングを行う。この際に、クロックはクロック制御部２２０で同期されたクロックであって、受信された信号と一定の位相差がある。（ｄ）には搬送波と位相差が同一クロックと搬送波とπ／２だけの位相差があるクロックが図示されている。一方、搬送波と位相差が同一なクロックを用いてオーバーサンプリングを行うとしても信号の復調に寄与しないことから、以下では搬送波とπ／２だけの位相差があるクロックのみを用いて復調する方法について説明する。

オーバーサンプリングはクロックの上昇エッジとクロックの下降エッジで受信された信号のレベルを測定する方式により行われるが、測定されたレベルは（ｅ）に示す通りである。

次に、復調部２４０は、オーバーサンプリングされた結果を用いて受信された信号の復調を行うが、クロックの上昇エッジで測定されたレベルは非反転させ、クロックの下降エッジで測定されたレベルは反転させる。その結果から獲得したレベルは（ｆ）に示した通りであり、復調された信号は（ｇ）に示す通りである。

結局、本来信号である（ａ）と復調された信号である（ｇ）は同一であり、位相検出を介して受信された信号を復調できることが分かる。図４に示す復調された信号はオーバーサンプリングされた過程でジッタが発生しない理想的な場合を想定したものであるが、オーバーサンプリング過程でジッタが発生し得る。

図４は受信された信号がＢＰＳＫであるため同期されたクロックは２つであり、復調過程のいずれか１つのレベル周期で２回オーバーサンプリングを行った。受信された信号がＢＰＳＫであっても、位相差のある３つ以上のクロックを用いて復調することができるので、受信された信号がＢＰＳＫである場合に復調のため搬送波と同じ位相を有するクロックを含み２つ以上のクロックが求められる。

さらに、図４には受信された信号がＢＰＳＫであると仮定したが、必ずこれに限定されず多重位相を有する変調信号においても本願の復調装置が適用されることは言うまでもない。例えば、変調信号がＱＰＳＫである場合には搬送波とそれぞれ０、π／４、π／２、３π／４だけの位相差を有するクロックを用いてそれぞれのクロックごとにクロックの上昇エッジおよび下降エッジでオーバーサンプリングを行なう方式により受信された信号を復調すればよい。同様に、受信された信号がＮ−ＰＳＫである場合には搬送波とそれぞれ０、π／Ｎ、２π／Ｎ、３π／Ｎ、、（Ｎ−１）π／Ｎだけの位相差を有するＮ個のクロックを用いて信号を復調することができる。

従って、受信された信号がＭ−ＰＳＫである場合、これを復調するために少なくともＭ個のクロックが求められ、Ｍ個のクロックのうち搬送波と同じ位相を有するクロックを除いた残りクロックは搬送波とπ／Ｍの整数倍だけの位相差を有する。さらに、クロックそれぞれの上昇エッジおよび下降エッジでサンプリングを行なうので、１つのクロック周期でサンプリングする回数を２で割った値と同一個数のクロックが信号復調のために用いられることが好ましい。

そして、クロック制御部で復調部２４０および位相検出部２１０に印加されるクロックは同期されたクロックであって、同期されたクロックが２つである場合に２つのクロック全てそれぞれが復調部２４０および位相検出部２１０に印加されることもあるが、２つのクロック全てが位相検出部２１０に印加され、２つのいずれか１つのクロック、特に搬送波とは異なる位相を有する同期されたクロックのみが復調部２４０に印加される方式で、クロックが復調部２４０および位相検出部２１０に印加されることもある。また、搬送波のような位相を有するクロックは位相検出部２１０に印加され、搬送波と異なる位相を有する同期されたクロックは復調部２４０に印加されることもある。

図５は本発明の一実施の形態に係る位相検出部２１０と復調部２４０の回路図である。図５に示す回路は、６つのフリップフロップと５つのマルチプレクサ（ＭＵＸ）から構成されている。フリップフロップは外部から入力された受信信号を一時格納してビット単位でマルチプレクサに出力させる格納素子である。マルチプレクサは複数のフリップフロップで入力されたビット単位の信号のうちいずれか１つの信号をクロックを用いて選択的に出力する。

特に、第１マルチプレクサ５５０および第４マルチプレクサ５６５は入力される受信信号をフリップフロップ５１０、５１５、５２０，５２５を用いてサンプリングし、クロックの下降エッジで測定されたレベルを反転させることにより、復調された信号をフィルタ２５０、２３０に出力する。また、第５ミキサー５７０とフリップフロップ５３０，５３５は、第２ミキサー５５５および第３ミキサー５６０で出力された信号を用いて位相情報を生成し、この生成された位相情報をクロック制御部２２０に出力する。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

従来のコスタスループの構造を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る位相検出を用いて受信された信号を復調する復調装置のブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る復調装置が位相検出を用いて信号復調を行なう方法を説明するためのフローチャートである。 位相検出を用いて信号復調が行なわれる復調部を説明するためのタイミング図である。 本発明の一実施の形態に係る位相検出部と復調部の回路図である。

符号の説明

２１０ 位相検出部
２２０ クロック制御部
２３０ クロック生成部
２４０ 復調部
２５０ フィルタ
２６０ ＣＤＲ
５１０〜５３５ フリップフロップ
５５０〜５７０ マルチプレクサ

Claims (13)

1. 受信された信号をサンプリングして位相情報を検出するステップと、
   前記検出された位相情報を用いてクロックを同期させるステップと、
   同期させた前記クロックで前記受信された信号をオーバーサンプリングするステップと、
   前記オーバーサンプリング結果に基づいて、前記同期させたクロックの上昇エッジおよび下降エッジにおける前記受信された信号のレベルを測定し、前記上昇エッジで測定された前記レベルを非反転させ、前記下降エッジで測定された前記レベルを反転させることで、前記受信された信号を復調するステップと
   を含むことを特徴とする復調方法。
2. 前記同期させたクロックの個数は少なくとも２つ以上であることを特徴とする請求項１に記載の復調方法。
3. 前記オーバーサンプリングするステップで用いられる前記同期させたクロックは、前記受信された信号に含まれた搬送波と所定の位相差を有することを特徴とする請求項２に記載の復調方法。
4. 前記所定の位相差は、πを前記同期させたクロックの個数で割った値の整数倍であることを特徴とする請求項３に記載の復調方法。
5. 前記オーバーサンプリングステップは、１つのクロック周期で少なくとも２回以上のサンプリングを行うことを特徴とする請求項１に記載の復調方法。
6. 前記復調された信号からジッタを除去するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の復調方法。
7. 受信された信号をサンプリングして位相情報を検出する位相検出部と、
   前記検出された位相情報を用いてクロックを同期させるクロック制御部と、
   前記受信された信号を同期させた前記クロックでオーバーサンプリングし、前記オーバーサンプリングされた結果を用いて前記受信された信号を復調する復調部と
   を含み、前記復調部は、前記同期させたクロックの上昇エッジおよび下降エッジにおける前記受信された信号のレベルを測定し、前記上昇エッジで測定された前記レベルを非反転させ、前記下降エッジで測定された前記レベルを反転させることで、前記受信された信号を復調することを特徴とする復調装置。
8. 前記同期させたクロックの個数は、少なくとも２つ以上であることを特徴とする請求項７に記載の復調装置。
9. 前記復調部で用いられる前記同期させたクロックは、前記受信された信号に含まれた搬送波と所定の位相差を有することを特徴とする請求項８に記載の復調装置。
10. 前記所定の位相差はπを前記同期させたクロックの個数で割った値の整数倍であることを特徴とする請求項９に記載の復調装置。
11. 前記オーバーサンプリングステップは、１つのクロック周期で少なくとも２回以上のサンプリングを行うことを特徴とする請求項７に記載の復調装置。
12. 前記復調された信号からジッタを除去するフィルタを含むことを特徴とする請求項７に記載の復調装置。
13. 前記フィルタはデジタルフィルタであることを特徴とする請求項１２に記載の復調装置。

Images