JP5213769B2 - Receiving machine - Google Patents

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Description

本発明は、受信信号の周波数偏差を補正し、位相補正を行う受信機に関する。   The present invention relates to a receiver that corrects a frequency deviation of a received signal and performs phase correction.

移動体通信や衛星通信等の無線受信機が、受信信号を復調して送信されたデータを検出するためには、周波数同期が必要である。特に送信された信号の位相や周波数成分に送信データ系列をマッピングしている場合には、高精度の周波数同期が必要である。   In order for a radio receiver such as mobile communication or satellite communication to detect data transmitted by demodulating a received signal, frequency synchronization is required. In particular, when the transmission data sequence is mapped to the phase and frequency component of the transmitted signal, high-accuracy frequency synchronization is required.

無線受信機は、受信信号を周波数ダウンコンバータにより中間周波数を経てベースバンド周波数に変換する、または直接ベースバンド周波数に変換する。そして、無線受信機は、ベースバンド周波数に変換した信号にAD(Analog to Digital)変換を実施し、変換したディジタル信号をディジタル信号処理により検波する。この際、伝搬環境に伴う受信周波数の変動や送受ローカル発振器間の周波数偏差のために、無線受信機のローカル発振器が生成した周波数でダウンコンバードを実施すると、ディジタル信号処理に入力されるディジタル信号には周波数偏差が含まれている。したがって、受信信号を正しく検波するには、この周波数偏差を補償する必要がある。   The radio receiver converts the received signal to a baseband frequency through an intermediate frequency by a frequency down converter, or directly converts it to a baseband frequency. The wireless receiver performs AD (Analog to Digital) conversion on the signal converted to the baseband frequency, and detects the converted digital signal by digital signal processing. At this time, if down-conversion is performed at the frequency generated by the local oscillator of the wireless receiver due to fluctuations in the reception frequency due to the propagation environment and frequency deviation between the transmission and reception local oscillators, the digital signal input to the digital signal processing is converted into a digital signal. Contains the frequency deviation. Therefore, in order to correctly detect the received signal, it is necessary to compensate for this frequency deviation.

無線受信機が周波数偏差を補償する方法として、AFC(Automatic Frequency Control)回路を用いる方法がある。特に送信信号の位相や周波数成分に送信データ系列をマッピングしている場合には、高精度の周波数同期が必要であるためAFC回路が必要である。近年の無線通信では、PSK(Phase Shift Keying)やQAM(Quadrature Amplitude Modulation)等のように、伝送レートを増大させるために位相成分にも送信データをマッピングするケースが多い。また、無線受信機が同期検波を実施する際には、検波軸を再生するためのCR(Carrier Recovery)回路が必要である。したがって、高精度の周波数同期を必要とする無線受信機は、AFC回路とCR回路の両方を備えることになる。   As a method for the radio receiver to compensate for the frequency deviation, there is a method using an AFC (Automatic Frequency Control) circuit. In particular, when the transmission data sequence is mapped to the phase and frequency component of the transmission signal, an AFC circuit is necessary because high-accuracy frequency synchronization is required. In recent wireless communications, transmission data is often mapped to phase components in order to increase the transmission rate, such as PSK (Phase Shift Keying) and QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Further, when the radio receiver performs synchronous detection, a CR (Carrier Recovery) circuit for reproducing the detection axis is necessary. Therefore, a radio receiver that requires high-accuracy frequency synchronization includes both an AFC circuit and a CR circuit.

AFC回路では、AD変換後のディジタル信号を複素信号に変換し、変換した福祖信号の位相変動を検出する。検出した位相変動量が補償すべき周波数偏差に相当するため、検出した位相変動量を周波数に変化して周波数偏差を求め、求めた周波数偏差を生成する中間周波数に反映することにより周波数偏差の補償を行う。一方、検波をするためには検波軸を決める必要がある。たとえば、QPSK(情報データ2bitを1シンボルにマッピング)の場合には、MSBの判定にはI軸を検波軸に設定し、LSBの判定にはQ軸を検波軸に設定すると判定が容易になるため、CR回路では、そのような状態になるよう周波数偏差補償後の受信信号の位相を回転させる。   In the AFC circuit, the digital signal after AD conversion is converted into a complex signal, and the phase fluctuation of the converted Fuso signal is detected. Since the detected phase fluctuation amount corresponds to the frequency deviation to be compensated, the detected phase fluctuation amount is changed to the frequency to obtain the frequency deviation, and the obtained frequency deviation is reflected in the intermediate frequency to generate the frequency deviation compensation. I do. On the other hand, in order to detect, it is necessary to determine the detection axis. For example, in the case of QPSK (information data 2 bits mapped to one symbol), the MS axis is determined by setting the I axis as the detection axis, and the LSB is determined by setting the Q axis as the detection axis. Therefore, in the CR circuit, the phase of the received signal after frequency deviation compensation is rotated so as to be in such a state.

また、周波数同期の誤差を低減する無線受信機としては、たとえば、下記特許文献1には、フレーム先頭の複数の連続シンボルの補助信号のみを用いて周波数引き込みを行うことで疑似同期の発生を抑える技術が開示されている。   In addition, as a wireless receiver that reduces frequency synchronization errors, for example, in Patent Document 1 below, pseudo-synchronization is suppressed by using only the auxiliary signals of a plurality of consecutive symbols at the beginning of a frame. Technology is disclosed.

特開2000−316030号公報JP 2000-31030 A

しかしながら、上記従来の技術によれば、無線受信機では、AFC回路およびCR回路は、役割は異なるが、それぞれが受信信号の位相を変化させる機能を有する。そのため、同様の機能を有する機能が同一受信機内で重複することになり、回路構成上効率的でない、という問題があった。   However, according to the above conventional technique, in the radio receiver, the AFC circuit and the CR circuit have different functions, but each has a function of changing the phase of the received signal. For this reason, functions having similar functions are duplicated in the same receiver, and there is a problem that the circuit configuration is not efficient.

また、上記特許文献1の記載の無線受信機は、疑似同期の発生を抑える技術は開示されているが、AFC回路の処理とCR回路の処理を行う構成には適用できない、という問題があった。   Further, although the wireless receiver described in Patent Document 1 discloses a technique for suppressing the occurrence of pseudo-synchronization, there is a problem that it cannot be applied to a configuration that performs processing of an AFC circuit and processing of a CR circuit. .

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、AFC処理およびCR処理を行う場合に、回路規模を削減することができる受信機を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a receiver capable of reducing the circuit scale when performing AFC processing and CR processing.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、受信信号の周波数偏差を検
出して補正する周波数補正処理と、受信信号の位相を所望の位相に設定する位相補正処理と、を実施する受信機であって、受信信号に基づいて、受信信号の位相を前記所望の位相に設定するための補正位相量を算出する補正位相算出手段と、受信信号に基づいて位相情報を算出し、1サンプル前の位相情報から前記補正位相量の1サンプル前の量を減算し、この減算によって得られる値と現サンプルの位相情報との差分から周波数偏差情報を検出する周波数偏差検出手段と、前記周波数偏差情報と前記補正位相量に基づいて、直交検波を行うための正弦波を生成する正弦波生成手段と、前記正弦波に基づいて受信信号を直交検波して複素信号とする直交検波手段と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention includes a frequency correction process for detecting and correcting the frequency deviation of the received signal, a phase correction process for setting the phase of the received signal to a desired phase, A correction phase calculating means for calculating a correction phase amount for setting the phase of the received signal to the desired phase based on the received signal, and calculating phase information based on the received signal and, previous sample by subtracting the amount of one sample before the correction phase amount from the phase information, and frequency deviation detecting means for detecting the frequency deviation information from the difference between the phase information value and the current sample obtained by this subtraction A sine wave generating means for generating a sine wave for performing quadrature detection based on the frequency deviation information and the correction phase amount; and a quadrature detection using a quadrature detection of the received signal based on the sine wave to form a complex signal. Characterized in that it comprises a means.

本発明によれば、CRループとAFCループの両方の処理を実施する位相制御手段を備え、位相制御手段では、周波数偏差変動に対応する位相変動と補正位相とに基づいて、両者を補償するような直交検波用の正弦波を生成するようにしたので、回路規模を削減できるという効果を奏する。   According to the present invention, the phase control means for executing both the CR loop and the AFC loop is provided, and the phase control means compensates for both based on the phase fluctuation corresponding to the frequency deviation fluctuation and the correction phase. Since a sine wave for quadrature detection is generated, the circuit scale can be reduced.

図1は、本発明にかかる受信機の機能構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a functional configuration example of a receiver according to the present invention. 図2−1は、AFCループで周波数偏差が補償できている状態の信号点の一例を示す図である。FIG. 2A is a diagram illustrating an example of signal points in a state where the frequency deviation can be compensated for by the AFC loop. 図2−2は、補正位相量を示す図である。FIG. 2B is a diagram illustrating the correction phase amount. 図3は、NCO部と周波数偏差検出部の内部構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an internal configuration example of the NCO unit and the frequency deviation detection unit. 図4は、ループフィルタ部の構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the loop filter unit.

以下に、本発明にかかる受信機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Embodiments of a receiver according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態.
図1は、本発明にかかる受信機の機能構成例を示す図である。本実施の形態の受信機は、受信信号をAD変換しディジタル信号とするAD変換器(AD)1と、周波数偏差および位相の補償を行う位相制御部2と、補償処理後の受信信号を検波する検波部3で構成される。本実施の形態の位相制御部2は、図1に示すように、NCO(Numerical Controlled Oscillator)部11,周波数偏差検出部12,補正位相算出部13,直交検波器14,LPF(Low Pass Filter)15を備える。従来の受信機では、AFC機能部とCR機能部を別に備え、AFC機能部が周波数偏差の補償を行い、CR機能部が位相の補償を行っていたが、本実施の形態の形態では、位相制御部2が、AFC機能(AFCループ)とCR機能(CRループ)の両方の機能を備える。
Embodiment.
FIG. 1 is a diagram illustrating a functional configuration example of a receiver according to the present invention. The receiver according to the present embodiment includes an AD converter (AD) 1 that AD converts a received signal into a digital signal, a phase control unit 2 that performs frequency deviation and phase compensation, and detects the received signal after compensation processing. It is comprised by the detection part 3 to do. As shown in FIG. 1, the phase control unit 2 according to the present embodiment includes an NCO (Numerical Controlled Oscillator) unit 11, a frequency deviation detection unit 12, a correction phase calculation unit 13, a quadrature detector 14, and an LPF (Low Pass Filter). 15. In the conventional receiver, the AFC function unit and the CR function unit are separately provided, the AFC function unit compensates the frequency deviation, and the CR function unit compensates the phase. The control unit 2 has both an AFC function (AFC loop) and a CR function (CR loop).

まず、一般的なAFCループとCRループの処理を説明する。図2−1は、AFCループで周波数偏差が補償できている状態(ロックした状態)の信号点の一例を示す図である。また、図2−2は、補正位相量を示す図である。周波数偏差が補償できていない状態、たとえば受信開始時点では周波数偏差のためにIQ平面上で信号点は回転する。これに対し、ロックした状態では、図2−1のように、信号点の回転が止まる。この停止する位置の位相は任意である。一方、CRループでは、検波軸を所望の位置に調整するための位相補正を行う。たとえば、図2−2の場合には、図2−1の信号点を補正位相量10だけ回転させることにより、I軸上に信号点を移動させる。   First, general AFC loop and CR loop processing will be described. FIG. 2A is a diagram illustrating an example of signal points in a state where the frequency deviation can be compensated by the AFC loop (locked state). FIG. 2B is a diagram illustrating the correction phase amount. In a state where the frequency deviation cannot be compensated, for example, at the start of reception, the signal point rotates on the IQ plane due to the frequency deviation. On the other hand, in the locked state, the rotation of the signal point stops as shown in FIG. The phase of the stop position is arbitrary. On the other hand, in the CR loop, phase correction is performed to adjust the detection axis to a desired position. For example, in the case of FIG. 2-2, the signal point is moved on the I axis by rotating the signal point of FIG.

つぎに、本実施の形態の動作を説明する。まず、AD変換器1が受信信号をAD変換し、ディジタル信号に変換し位相制御部2に出力するが、周波数同期が確立されていない状態では、はじめに周波数同期確立のためにAFC機能としての処理(AFCループ)が開始される。AFCループとして、位相制御部2の直交検波器14が、NCO部11から出力される正弦波信号を用いてそのディジタル信号を直交検波(IQ分離)する。NCO部11は、AD変換器1がIF(中間周波数)サンプリングの場合(入力されるディジタル信号がIFの場合)には、IFに相当する周波数の正弦波を出力する。入力されるディジタル信号がベースバンド信号の場合にはIFに相当する周波数を0に設定する。なお、NCO部11は、後述のように周波数偏差検出部12,補正位相算出部13からの出力がある場合には、その出力に基づいて周波数偏差,位相を補償するための正弦波信号を調整するが、処理の開始時には、設定された所定の周波数の正弦波信号を生成する。   Next, the operation of the present embodiment will be described. First, the AD converter 1 performs AD conversion on the received signal, converts it into a digital signal, and outputs it to the phase control unit 2. In the state where frequency synchronization is not established, first, processing as an AFC function for establishing frequency synchronization. (AFC loop) is started. As an AFC loop, the quadrature detector 14 of the phase control unit 2 performs quadrature detection (IQ separation) on the digital signal using the sine wave signal output from the NCO unit 11. When the AD converter 1 performs IF (intermediate frequency) sampling (when the input digital signal is IF), the NCO unit 11 outputs a sine wave having a frequency corresponding to IF. If the input digital signal is a baseband signal, the frequency corresponding to IF is set to zero. The NCO unit 11 adjusts a sine wave signal for compensating the frequency deviation and phase based on the outputs from the frequency deviation detection unit 12 and the correction phase calculation unit 13 as will be described later. However, at the start of processing, a sine wave signal having a set predetermined frequency is generated.

LPF15は、IQ分離後の信号に対して帯域外ノイズの除去や波形整形等の処理を実施し、処理後の信号を周波数偏差検出部12へ出力する。周波数偏差検出部12は、LPF15から入力された信号に基づいて周波数偏差を補正するための情報である周波数偏情報を検出し、NCO部11へ出力し、NCO部11は、周波数偏差情報に基づいて周波数偏差を補償する正弦波信号を生成し、直交検波器14へ出力する。そして、直交検波器14は、NCO部11から出力される周波数を補償する正弦波信号を用いて、位相制御部2に入力するディジタル信号を直交検波してLPF15へ出力する。以降、直交検波器14,LPF15,周波数偏差検出12,NCO部11,直交検波器14の順の処理(AFCループ)が、周波数同期が確立するまで実施される。   The LPF 15 performs processing such as out-of-band noise removal and waveform shaping on the signal after IQ separation, and outputs the processed signal to the frequency deviation detection unit 12. The frequency deviation detection unit 12 detects frequency deviation information that is information for correcting the frequency deviation based on the signal input from the LPF 15, and outputs the detected information to the NCO unit 11. The NCO unit 11 is based on the frequency deviation information. Thus, a sine wave signal for compensating the frequency deviation is generated and output to the quadrature detector 14. The quadrature detector 14 performs quadrature detection of the digital signal input to the phase control unit 2 using the sine wave signal that compensates the frequency output from the NCO unit 11 and outputs the digital signal to the LPF 15. Thereafter, the processing (AFC loop) in order of the quadrature detector 14, the LPF 15, the frequency deviation detection 12, the NCO unit 11, and the quadrature detector 14 is performed until frequency synchronization is established.

周波数同期が確立すると、補正位相算出部13を含むCRループも動作して、AFCループとともに2つのループが同時に動作する。CRループの処理としては、LPF15は、処理後の信号を周波数偏差検出部12とともに補正位相算出部13にも出力する。そして、補正位相算出部13は、入力された信号について信号点のI軸からのズレを算出して位相補正情報とし、位相補正情報をNCO部11と周波数偏差検出部12へ出力する。NCO部11は、周波数編差検出部12から出力される周波数偏差と補正位相算出部13から出力される位相補正上法とを合成して、受信信号の位相を補償するための正弦波を生成する。   When the frequency synchronization is established, the CR loop including the correction phase calculation unit 13 is also operated, and the two loops are simultaneously operated together with the AFC loop. As processing of the CR loop, the LPF 15 outputs the processed signal to the correction phase calculation unit 13 together with the frequency deviation detection unit 12. Then, the correction phase calculation unit 13 calculates a deviation of the signal point from the I axis for the input signal to obtain phase correction information, and outputs the phase correction information to the NCO unit 11 and the frequency deviation detection unit 12. The NCO unit 11 synthesizes the frequency deviation output from the frequency difference detection unit 12 and the phase correction upper method output from the correction phase calculation unit 13 to generate a sine wave for compensating the phase of the received signal. To do.

周波数偏差検出部12は、補正位相算出部13から出力された位相補正情報に基づいて補正位相を減算する。この処理は、補正位相量の分を位相の変動(周波数偏差)として検出しないように、補正位相量を差し引く処理である。   The frequency deviation detection unit 12 subtracts the correction phase based on the phase correction information output from the correction phase calculation unit 13. This process is a process of subtracting the correction phase amount so that the amount of the correction phase amount is not detected as a phase variation (frequency deviation).

図3は、本実施の形態のNCO部11と周波数偏差検出部12の内部構成例を示す図である。NCO部11は、加算器20と、乗算器21と、入力されたデータを1サンプル分格納するためのメモリであるバッファ(Buf)22と、加算器23と、正弦波生成部24と、で構成される。さらに、正弦波生成部24は、乗算器32,バッファ(Buf)33,cos生成部(cos(dp))34,−sin生成部(−sin(dp))35で構成される。また、周波数偏差検出部12は、ループフィルタ(LF)25と、乗算器26と、位相差算出部27と、位相算出部28と、入力されたデータを1サンプル分格納するためのメモリであるバッファ(Buf)29,31と、乗算器30と、で構成される。さらに、位相差算出部27は、加算器36を備える。   FIG. 3 is a diagram illustrating an internal configuration example of the NCO unit 11 and the frequency deviation detection unit 12 according to the present embodiment. The NCO unit 11 includes an adder 20, a multiplier 21, a buffer (Buf) 22 that is a memory for storing input data for one sample, an adder 23, and a sine wave generation unit 24. Composed. Further, the sine wave generating unit 24 includes a multiplier 32, a buffer (Buf) 33, a cos generating unit (cos (dp)) 34, and a −sin generating unit (−sin (dp)) 35. The frequency deviation detector 12 is a memory for storing a loop filter (LF) 25, a multiplier 26, a phase difference calculator 27, a phase calculator 28, and input data for one sample. Buffers (Buf) 29 and 31 and a multiplier 30 are included. Further, the phase difference calculation unit 27 includes an adder 36.

NCO部11の正弦波生成部24は、後述のように1サンプル時間あたりの位相変動として入力される周波数偏差を加算器32とバッファ33により順次加算し、加算した値に基づいてcos生成部34および−sin生成部35が、cos波および−sin波を生成する。cos生成部34および−sin生成部35の正弦波(cos波,−sin波)の生成方法は、たとえば、sin,cosのテーブルを用いる方法やCORDIC(COordinate Rotation DIgital Computer)アルゴリズムを使用する方法等があるが、どのような方法を用いてもよい。   As will be described later, the sine wave generation unit 24 of the NCO unit 11 sequentially adds frequency deviations input as phase fluctuations per one sample time by an adder 32 and a buffer 33, and a cos generation unit 34 based on the added value. The -sin generator 35 generates a cosine wave and a -sin wave. The sine wave (cos wave, -sin wave) generation method of the cos generation unit 34 and the -sin generation unit 35 is, for example, a method using a sin, cos table, a method using a CORDIC (COordinate Rotation DIgital Computer) algorithm, or the like. However, any method may be used.

周波数偏差検出部12の位相算出部28は、入力される信号(IQ複素信号)の位相を求めるためにArctan演算を含む処理を行う。Arctan演算を行う方法としては、たとえば、テーブルを用いる方法やCORDICアルゴリズムを使用する方法等があるが、どのような方法を用いてもよい。周波数偏差算出部12の位相差算出部27は、加算器36により連続する2サンプルの位相差を計算する。周波数偏差算出部12のループフィルタ部25は、AFCループのようなフィードバック系を安定動作させるための機能を有する。   The phase calculation unit 28 of the frequency deviation detection unit 12 performs a process including an Arctan operation in order to obtain the phase of the input signal (IQ complex signal). As a method for performing the Arctan operation, for example, there are a method using a table and a method using a CORDIC algorithm, but any method may be used. The phase difference calculation unit 27 of the frequency deviation calculation unit 12 calculates the phase difference between two consecutive samples by the adder 36. The loop filter unit 25 of the frequency deviation calculation unit 12 has a function for stably operating a feedback system such as an AFC loop.

図4は、ループフィルタ部25の構成例を示す図である。周波数偏差が1次的に変動する場合にも定常誤差無く追尾するために、ループフィルタ部25をたとえば図4のように構成する。図4のループフィルタ部25は、たとえば、乗算器41,43と、加算器42,44と、入力されたデータを格納するためのメモリであるバッファ(Buf)45と、で構成される。ループフィルタ部25に入力された信号は、乗算器41,43にそれぞれ出力され、乗算器41,43がその信号に固定のパラメータα,βをそれぞれ乗算する。なお、固定のパラメータであるα,βは、所望の追尾特性になるようにそれぞれ設定する値である。乗算器43の出力は加算器44に出力され、加算器44は、乗算器43から入力された信号とバッファ45に格納されているデータとを加算し、加算結果をバッファ45に格納するとともに、加算器42に出力する。加算器42は、乗算器41の出力と加算器44の出力とを加算して、出力する。この例では、AFCループは2次ループとなる。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the loop filter unit 25. In order to track without steady error even when the frequency deviation fluctuates linearly, the loop filter unit 25 is configured as shown in FIG. 4, for example. 4 includes, for example, multipliers 41 and 43, adders 42 and 44, and a buffer (Buf) 45 that is a memory for storing input data. The signal input to the loop filter unit 25 is output to the multipliers 41 and 43, respectively, and the multipliers 41 and 43 multiply the signals by fixed parameters α and β, respectively. Note that α and β, which are fixed parameters, are values set to achieve desired tracking characteristics, respectively. The output of the multiplier 43 is output to the adder 44. The adder 44 adds the signal input from the multiplier 43 and the data stored in the buffer 45, and stores the addition result in the buffer 45. The result is output to the adder 42. The adder 42 adds the output of the multiplier 41 and the output of the adder 44 and outputs the result. In this example, the AFC loop is a secondary loop.

つぎに、本実施の形態の処理の手順について説明する。まず、AD1は、受信信号をAD変換してディジタル信号とし、位相制御部2の直交検波器14が、そのディジタル信号を直交検波してI信号,Q信号(IQ複素信号)に分離し、分離後の信号をLPF15に出力する。LPF15は、IQ複素信号に対して帯域外ノイズの除去や波形整形などの処理を実施し、処理後のIQ複素信号を周波数偏差検出部12,補正位相算出部13,検波部3にそれぞれ出力する。   Next, a processing procedure of the present embodiment will be described. First, AD1 AD-converts the received signal into a digital signal, and the quadrature detector 14 of the phase control unit 2 performs quadrature detection of the digital signal and separates it into an I signal and a Q signal (IQ complex signal). The later signal is output to the LPF 15. The LPF 15 performs processing such as out-of-band noise removal and waveform shaping on the IQ complex signal, and outputs the processed IQ complex signal to the frequency deviation detection unit 12, the correction phase calculation unit 13, and the detection unit 3, respectively. .

周波数同期が確立されていない状態では、上述のとおり、まずAFCループが動作する。具体的には、周波数偏差算出部12の位相算出部28が、IQ複素信号の位相を算出し、算出した位相をバッファ29と位相差算出部27に出力する。位相差算出部27は、位相算出部28から入力された位相とバッファ29に格納されている1サンプル前の位相との差分を算出して、その差分(位相差)を乗算器26へ出力する。乗算器26は、位相差を1サンプル間の周波数偏差の変動に変換するため、位相差に1/(2πTPLL)を乗算し、乗算結果をループフィルタ部25へ出力する。なお、TPLLはAFCループの動作周期を表す。ループフィルタ部25は、乗算器26から出力される乗算結果に対して上述のようにフィードバック系を安定動作させる処理を行い、処理後の値を1サンプル間の周波数偏差変動(周波数偏差情報)としてNCO部11へ出力する。 In a state where frequency synchronization is not established, the AFC loop first operates as described above. Specifically, the phase calculation unit 28 of the frequency deviation calculation unit 12 calculates the phase of the IQ complex signal, and outputs the calculated phase to the buffer 29 and the phase difference calculation unit 27. The phase difference calculation unit 27 calculates a difference between the phase input from the phase calculation unit 28 and the phase one sample before stored in the buffer 29, and outputs the difference (phase difference) to the multiplier 26. . The multiplier 26 multiplies the phase difference by 1 / (2πT PLL ) in order to convert the phase difference into a variation in frequency deviation between one sample, and outputs the multiplication result to the loop filter unit 25. T PLL represents the operation cycle of the AFC loop. The loop filter unit 25 performs a process of stably operating the feedback system on the multiplication result output from the multiplier 26 as described above, and uses the processed value as frequency deviation fluctuation (frequency deviation information) between one sample. Output to the NCO unit 11.

NCO部11では、入力された1サンプル間の周波数偏差変動を加算器23およびバッファ22により積分して周波数偏差とする。具体的には、加算器23は、周波数偏差検出部1から出力される1サンプル間の周波数偏差変動とバッファ22に格納されている1サンプル前の加算結果とを加算して、加算した結果をバッファ22および乗算器21へ出力する。バッファ22は、加算器23から出力された加算結果を格納する。   The NCO unit 11 integrates the input frequency deviation fluctuation between one sample by the adder 23 and the buffer 22 to obtain a frequency deviation. Specifically, the adder 23 adds the frequency deviation fluctuation between one sample output from the frequency deviation detector 1 and the addition result of the previous sample stored in the buffer 22, and the addition result is obtained. The data is output to the buffer 22 and the multiplier 21. The buffer 22 stores the addition result output from the adder 23.

乗算器21は、加算器23から出力される、積分結果である周波数偏差に対して、位相変動に変換するために、2πTSを乗算し、乗算結果を加算器20へ出力する。なお、TSはサンプル周期を表す。なお、実装時には乗算器21と乗算器26をそれぞれ別に実装する必要はなく、1つの乗算器を用いて、1/(2πTPLL)と2πTSを乗算した値を乗算器21と乗算器26のいずれかの位置で乗算するようにしてもよい。加算器20は、補正位相算出部13からの出力がない場合には、乗算器21から出力された周波数偏差に対応する位相変動を正弦波生成部24へ出力する。そして、正弦波生成部24は、位相変動に基づいてその位相変動を補償するよう直交検波用の正弦波を生成する。以上の動作により、周波数偏差の補償が行われ(周波数同期し)、周波数偏差の補償が所定の誤差以内になると、位相回転が停止する(位相の変化量が所定の誤差以内になる)状態、すなわちAFCループがロックした状態となる。 The multiplier 21 multiplies 2πT S in order to convert the frequency deviation output from the adder 23, which is an integration result, into phase fluctuation, and outputs the multiplication result to the adder 20. T S represents the sample period. It is to be noted that the multiplier 21 and the multiplier 26 do not need to be mounted separately at the time of mounting, and a value obtained by multiplying 1 / (2πT PLL ) and 2πT S by using one multiplier is used for the multiplier 21 and the multiplier 26. You may make it multiply in any position. The adder 20 outputs a phase fluctuation corresponding to the frequency deviation output from the multiplier 21 to the sine wave generation unit 24 when there is no output from the correction phase calculation unit 13. Then, the sine wave generation unit 24 generates a sine wave for quadrature detection so as to compensate for the phase fluctuation based on the phase fluctuation. With the above operation, frequency deviation compensation is performed (frequency synchronization), and when phase deviation compensation is within a predetermined error, phase rotation is stopped (the amount of phase change is within a predetermined error). That is, the AFC loop is locked.

AFCループがロックした状態になると、補正位相算出部13が動作を開始し、CRループが動作する。具体的には、まず、補正位相算出部13は、LPF15から出力されるIQ複素信号の位相を求め、求めた位相に基づいて検波軸が所望の位置となるように、補正位相量を求め、その補正位相量をNCO部11と周波数偏差検出部12へ出力する。NCO部11の加算器20は、補正位相算出部13から出力される補正位相量と乗算器21からの出力とを加算して、正弦波生成部24に出力する。   When the AFC loop is locked, the correction phase calculation unit 13 starts operating, and the CR loop operates. Specifically, first, the correction phase calculation unit 13 obtains the phase of the IQ complex signal output from the LPF 15 and obtains the correction phase amount based on the obtained phase so that the detection axis is at a desired position. The corrected phase amount is output to the NCO unit 11 and the frequency deviation detection unit 12. The adder 20 of the NCO unit 11 adds the correction phase amount output from the correction phase calculation unit 13 and the output from the multiplier 21 and outputs the result to the sine wave generation unit 24.

周波数偏差検出部12では、補正位相算出部13から出力された補正位相量をバッファ31に格納し、加算器30が、バッファ29に格納された位相から、バッファ31に格納された補正位相量を減算して、減算結果を1サンプル前の位相として位相差算出部27へ出力する。この減算により、周波数偏差検出部12では、補正位相算出部13が算出する補正位相分の位相変動を除いた受信信号の位相変動のみを検出することができる。以降の処理は、AFCループがロックする前のAFCループの動作と同様である。   The frequency deviation detection unit 12 stores the correction phase amount output from the correction phase calculation unit 13 in the buffer 31, and the adder 30 calculates the correction phase amount stored in the buffer 31 from the phase stored in the buffer 29. Subtraction is performed, and the subtraction result is output to the phase difference calculation unit 27 as the phase one sample before. By this subtraction, the frequency deviation detector 12 can detect only the phase fluctuation of the received signal excluding the phase fluctuation corresponding to the correction phase calculated by the correction phase calculator 13. The subsequent processing is the same as the operation of the AFC loop before the AFC loop is locked.

CRループの動作開始後、検波部3は、所望の精度で検波軸の再生が達成できていることを確認すると、検波を開始する。なお、検波部3は、適用する無線システムに応じてビット同期やフレーム同期を獲得後に検波を開始する。   After the operation of the CR loop is started, the detection unit 3 starts the detection when it is confirmed that the detection axis can be reproduced with a desired accuracy. The detection unit 3 starts detection after obtaining bit synchronization or frame synchronization according to a wireless system to be applied.

また、補正位相算出部13は、たとえば、固定の補正位相値Δを定めておき、IQ複素信号のQ成分の正負を判定し、Q成分が正の時は補正位相として−Δを出力し、Q成分が負の時は+Δを出力するようにする。また位相同期の捕捉時間を短縮するためには、補正位相算出部13は、たとえば、Q成分が正の場合は、処理ごとに、−Δを、−Δ,−2Δ,…と順次インクリメントした値を補正位相として出力し、Q成分の位相が変化して負の値になった場合には、インクリメント結果を初期化して(+Δとする)、また、さらにQ成分が続けて負の値である場合には、+Δを順次インクリメントした値を補正位相として出力するような構成とすればよい。補正位相算出13の構成は、これに限らず、どのような構成としてもよい。   The correction phase calculation unit 13 determines, for example, a fixed correction phase value Δ, determines whether the Q component of the IQ complex signal is positive or negative, and outputs −Δ as the correction phase when the Q component is positive, When the Q component is negative, + Δ is output. In order to shorten the acquisition time of phase synchronization, for example, when the Q component is positive, the correction phase calculation unit 13 sequentially increments −Δ to −Δ, −2Δ,. When the phase of the Q component changes to a negative value, the increment result is initialized (set to + Δ), and the Q component continues to be a negative value. In such a case, a configuration may be adopted in which a value obtained by sequentially incrementing + Δ is output as a correction phase. The configuration of the correction phase calculation 13 is not limited to this, and any configuration may be used.

なお、本実施の形態では、受信信号をAD変換後のディジタル信号に対して、NCO部11,周波数偏差検出部12,補正位相算出部13の処理を行う例について説明したが、これに限らず、各要素をアナログ信号に対応する構成要素として、上記と同様の動作をアナログ信号に対して実施するようにしてもよい。   In the present embodiment, the example in which the NCO unit 11, the frequency deviation detection unit 12, and the correction phase calculation unit 13 perform the process on the digital signal after the AD conversion of the reception signal has been described. Each element may be a component corresponding to an analog signal, and the same operation as described above may be performed on the analog signal.

以上のように、本実施の形態の受信機は、CRループとAFCループの両方の処理を実施する位相制御部2を備え、位相制御部2では、周波数偏差検出部12が算出した周波数偏差変動に対応する位相変動と補正位相算出部13が算出する補正位相とに基づいて、NCO部11が、両者を補償するような直交検波用の正弦波を生成するようにした。そのため、従来のCRループとAFCループの両方の処理を実施する受信機に比べ回路規模を削減できるという効果を奏する。   As described above, the receiver according to the present embodiment includes the phase control unit 2 that performs processing of both the CR loop and the AFC loop. In the phase control unit 2, the frequency deviation variation calculated by the frequency deviation detection unit 12 is provided. The NCO unit 11 generates a sine wave for quadrature detection that compensates for both based on the phase fluctuation corresponding to the correction phase and the correction phase calculated by the correction phase calculation unit 13. Therefore, the circuit scale can be reduced as compared with the conventional receiver that performs both the CR loop processing and the AFC loop processing.

以上のように、本発明にかかる受信機は、受信信号の周波数偏差を補正し、位相補正を行う受信機に有用であり、特に、位相成分にも送信データをマッピングする通信システムにおける受信機に適している。   As described above, the receiver according to the present invention is useful for a receiver that corrects a frequency deviation of a received signal and performs phase correction, and is particularly useful for a receiver in a communication system that maps transmission data to phase components. Is suitable.

1 AD
2 位相制御部
3 検波部
11 NCO部
12 周波数偏差検出部
13 補正位相算出部
14 直交検波器
15 LPF
20,23,32,36 加算器
21,26,30 乗算器
22,29,33 バッファ(Buf)
24 正弦波生成部
25 ループフィルタ(LF)
27 位相差算出部
28 位相算出部
34 cos(dp)
35 −sin(dp)
1 AD
2 Phase control unit 3 Detection unit 11 NCO unit 12 Frequency deviation detection unit 13 Correction phase calculation unit 14 Quadrature detector 15 LPF
20, 23, 32, 36 Adder 21, 26, 30 Multiplier 22, 29, 33 Buffer (Buf)
24 Sine wave generator 25 Loop filter (LF)
27 phase difference calculation unit 28 phase calculation unit 34 cos (dp)
35 -sin (dp)

Claims (4)

受信信号の周波数偏差を検出して補正する周波数補正処理と、受信信号の位相を所望の位相に設定する位相補正処理と、を実施する受信機であって、
受信信号に基づいて、受信信号の位相を前記所望の位相に設定するための補正位相量を算出する補正位相算出手段と、
受信信号に基づいて位相情報を算出し、1サンプル前の位相情報から前記補正位相量の1サンプル前の量を減算し、この減算によって得られる値と現サンプルの位相情報との差分から周波数偏差情報を検出する周波数偏差検出手段と、
前記周波数偏差情報と前記補正位相量に基づいて、直交検波を行うための正弦波を生成する正弦波生成手段と、
前記正弦波に基づいて受信信号を直交検波して複素信号とする直交検波手段と、
を備えることを特徴とする受信機。
A receiver that performs a frequency correction process for detecting and correcting a frequency deviation of a received signal, and a phase correction process for setting a phase of the received signal to a desired phase,
Correction phase calculation means for calculating a correction phase amount for setting the phase of the reception signal to the desired phase based on the reception signal;
Calculating phase information based on the received signal, one sample before subtracting the amount of one sample before the correction phase amount from the phase information, the frequency deviation from the difference between the phase information value and the current sample obtained by this subtraction A frequency deviation detecting means for detecting information;
Sine wave generating means for generating a sine wave for performing quadrature detection based on the frequency deviation information and the correction phase amount;
A quadrature detection means for quadrature detection of the received signal based on the sine wave to form a complex signal;
A receiver comprising:
前記正弦波生成手段は、前記周波数偏差情報を対応する位相量に変換し、変換後の位相量と前記補正位相量とを加算し、加算結果に基づいて前記正弦波を生成することを特徴とする請求項1に記載の受信機。   The sine wave generating means converts the frequency deviation information into a corresponding phase amount, adds the converted phase amount and the correction phase amount, and generates the sine wave based on the addition result. The receiver according to claim 1. 前記周波数偏差検出手段は、前記補正位相量を減算した後の受信信号に基づいて前記周波数偏差情報を検出することを特徴とする請求項1または2に記載の受信機。   The receiver according to claim 1, wherein the frequency deviation detecting unit detects the frequency deviation information based on a reception signal after subtracting the correction phase amount. 前記周波数偏差検出手段および前記補正位相算出手段は、受信信号として前記複素信号を用いることを特徴とする請求項1、2または3に記載の受信機。   The receiver according to claim 1, wherein the frequency deviation detection unit and the correction phase calculation unit use the complex signal as a reception signal.
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