JP5269751B2 - 復調装置 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル信号を復調する復調装置に関する。

昨今、デジタル回路技術が高まり、従来はアナログ回路で構成していた多値ＱＡＭ用復調装置についても変調波を直接Ａ／Ｄ変換し、デジタル回路で復調回路を構成するようになってきている。従来の復調装置では、受信した変調波を復調して伝送データを再生するために、受信した変調波からクロック成分を抽出し、クロック成分と復調装置内部に設けた発振器を同期させることによりクロック信号を再生している。

デジタル復調装置では、シンボル間で符号が変化したポイント（ゼロクロス点）を検出してそのゼロクロス点がシンボル間の中央に位置するようにＰＬＬを動作させる手法（ゼロクロス法）が用いられている。

特許文献１には、復調ベースバンド信号のレベルが負から正へ変化するタイミングを立ち上がりゼロクロスタイミングとして検出し、復調ベースバンド信号のレベルが正から負へ変換するタイミングを立ち下がりゼロクロスタイミングとして検出するゼロクロス法が記載されている。

特開２００７−１３４０６号公報（段落００１３、図２）

上述のようなゼロクロス法では、搬送波成分が存在する変調波の段階でゼロクロス点の検出が行われる。しかしながら、搬送波成分が存在する信号に対してゼロクロス法が用いられると、搬送波成分の影響によりゼロクロス点の誤検出が生じかねない。ゼロクロス点が誤検出されると、ＰＬＬジッタが生じクロック再生動作が不安定化する。

本発明は、前記のような問題に鑑みなされたもので、安定してクロック再生を行うことができる復調装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る復調装置は、受信信号をベースバンド信号に変換するベースバンド変換手段と、前記ベースバンド信号から搬送波成分を除去する搬送波除去手段と、入力する信号のゼロクロス点を検出するゼロクロス点検出手段と、前記ベースバンド信号における搬送波との同期のずれを検出する同期検出手段と、前記ゼロクロス点検出手段に入力する信号を、前記同期検出手段が検出する同期のずれに応じて、前記搬送波除去手段によって搬送波成分が除される前の信号と前記搬送波成分が除去された後の信号との間で切り換える切り替え手段を具備する。

本発明の一実施形態に係る復調装置によれば、安定してクロック再生を行なうことができる。

本発明の一実施形態に係る復調装置の系統図。 図１に示すデジタル復調部の構成の一例を示すブロック図。 上記実施形態に係るゼロクロス判定回路の構成を示すブロック図。

以下、図面を参照して本発明による復調装置の実施の形態を説明する。

本発明の一実施形態に係る復調装置は、一例として、マイクロ波無線装置の受信部に用いられる。マイクロ波無線装置のアンテナによって検出された搬送波は、図１に示すような復調装置によって復調される。

図１は、本発明の一実施形態に係る復調装置の系統図を示す。第１中間周波数（１４０ＭＨｚ）の搬送波は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１に入力する。ＢＰＦ１１は、受信帯域を制限するフィルタで、外部からの干渉を除去し、その影響を除去する。

可変増幅器１２は、ＢＰＦ１１を通過した受信信号のレベル補正を行なう。可変増幅器１２に設定されるゲインは、ゲイン調整制御部１６によるフィードバック制御によって変更される。

周波数変換器１３は、発振器１４が発生するローカル信号により、受信信号の周波数を第２中間周波数（２１．４ＭＨｚ）にダウンコンバートする。

ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５は、受信信号をアナログ−デジタル（ＡＤ）変換する際に生じる折り返し雑音を除去するためのアンチエイリアシング・フィルタである。ＡＤ変換器１７は、例えば受信信号周波数の８倍のサンプリングレートでＬＰＦ１５が出力する受信信号をデジタル信号に変換する。

デジタル復調部２０は、デジタル変換された受信信号の復調、波形整形、等化処理等の処理等を行い、デジタル信号を再生する。

ＡＤ変換器１７及びデジタル復調部２０を動作させるためのクロック（ＡＤＣＬＫ）信号は、デジタル復調部２０から出力されてフィルタ４１を介して供給される周波数誤差情報から、発振器４２によって取り出される。

図２は、デジタル復調部２０の構成の一例を示すブロック図である。

デジタル復調部２０は、乗算器２１及び２２、デシメーションフィルタ２３、ルートロールオフ回路２４、ＡＧＣ回路２５、搬送波除去回路２６、トランスバーサル等化回路２７、最尤復号回路２８、ゼロクロス判定回路２９、位相誤差検出回路３０、同期はずれ検出回路３１、数値制御発振（ＮＣＯ）回路３２及び３３を具備している。

ＮＣＯ回路３２及び３３は、入力に応じた周波数で発振する発振器である。ＮＣＯ回路３２及び３３には、位相誤差検出回路３０が検出する位相誤差に基づく搬送波誤差が入力する。ＮＣＯ回路３２は、搬送波誤差に応じ、互いに位相が９０°異なるコサイン波とサイン波を発生して搬送波除去回路２６に供給する。またＮＣＯ回路３３も、搬送波誤差に応じ、互いに位相が９０°異なるコサイン波とサイン波を発生して、乗算器２１と２２とからなるベースバンド変換部に供給する。

乗算器２１及び２２は、受信信号を直交検波によってベースバンド信号に変換するベースバンド変換部を構成する。乗算器２１にはコサイン波が、乗算器２２には当該コサイン波とは位相が９０°異なるサイン波がＮＣＯ回路３３から入力する。乗算器２１によって受信信号の同相成分Ｉが、乗算器２２によって受信信号の直交成分Ｑが同期検出される。

デシメーションフィルタ２３は、受信信号のＩ成分とＱ成分それぞれにデシメーション処理を行い、サンプリング間隔をシンボルクロックの4倍程度に落とす。このデシメーションフィルタは、ＡＤＣＬＫ信号に同期して動作する。デシメーション処理された信号は、ルートロールオフフィルタ２４に入力する。

ルートロールオフフィルタ２４は、受信信号のＩ成分とＱ成分のそれぞれに対して符号間干渉を除去し、波形整形を行なうためのフィルタである。ルートロールオフフィルタ２４は、例えば受信信号のシンボルクロック（ＳｙｍＣＬＫ）の４倍の周波数で動作する。波形整形されたＩ成分及びＱ成分は、ＡＧＣ回路２５によってレベル補正される。ＡＧＣ回路２５は、例えばシンボルクロックの２倍に同期して動作する。

搬送波除去回路２６は、ＮＣＯ回路３２からのコサイン波及びサイン波の入力を受け、受信信号に残っている搬送波成分（周波数オフセット）を除去する。搬送波除去回路２６も、例えばシンボルクロックの２倍に同期して動作する。

トランスバーサル等化回路２７は、搬送波除去回路２６から出力される受信信号のＩ成分とＱ成分のそれぞれに、周波数選択性フェージングによる符号間干渉を除去するための適応等化処理を行う。最尤復号回路２８は、受信信号のデータ系列と可能な全ての符号化系列との距離を計算し、最小距離の符号化系列を最も確からしい符号系列として選択する最尤復号を行う。トランスバーサル等化回路２７及び最尤復号回路２８は、例えばシンボルクロックに同期して動作する。

ゼロクロス判定回路２９には、ルートロールオフフィルタ２４又は搬送波除去回路２６から出力された受信信号のＩ成分が入力する。ゼロクロス判定回路２９は、例えばシンボルクロックの２倍に同期して動作し、受信信号のゼロクロス点の通過を検出する。このゼロクロス判定回路２９によって、クロック再生用に用いるゼロクロス信号が抽出される。ゼロクロス判定回路２９の出力は、フィルタ４１へ送られる。ゼロクロス判定回路２９に入力する受信信号は、同期はずれ検出回路３１から送られるスイッチ信号（ＳＷ）によって切り換えられる。

位相誤差検出回路３０は、トランスバーサル等化回路２７から出力される受信信号のＩ成分とＱ成分の位相差（位相誤差）を検出する。この位相誤差信号に基づく搬送波誤差がＮＣＯ回路３２及び３３に供給される。

同期はずれ検出回路３１には、トランスバーサル等化回路２７から出力される受信信号のＩ成分及びＱ成分が入力する。同期はずれ検出回路３１は、このＩ成分とＱ成分の間の位相のずれ量を検出し、そのずれ量に基づいてＮＣＯ回路３２及び３３で再生される搬送波と受信信号の搬送波との同期はずれの有無を検出する。搬送波同期が確立されている場合（同期はずれが検出されない場合）は、ゼロクロス判定回路２９に搬送波除去回路２６からの受信信号が入力するよう、同期はずれ検出回路３１からゼロクロス判定回路２９へスイッチ信号が送られる。一方、Ｉ成分とＱ成分の間の位相のずれ量から同期はずれが検出された場合は、ゼロクロス判定回路２９にルートロールオフフィルタ２４からの受信信号が入力するよう、同期はずれ検出回路３１からゼロクロス判定回路２９へスイッチ信号が送られる。

図３は、本実施形態に係るゼロクロス判定回路２９の構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、ゼロクロス判定回路２９は、レジスタ２９１、２９２、２９３、及び論理回路（ＥＸＯＲ）２９４と２９５を具備する。

レジスタ２９１〜２９３は直列に接続され、論理回路２９４にはレジスタ２９１とレジスタ２９３から出力が入力する。また、論理回路２９５にはレジスタ２９２とレジスタ２９３からの出力が入力する。

レジスタ２９１は今回シンボルの収束点を保持し、レジスタ２９３は前回のシンボルの収束点を保持する。シンボルクロックの２倍（２ＳｙｍＣＬＫ）のタイミングで、受信信号（搬送波除去回路２６又はルートロールオフフィルタ２４から）がレジスタ２９１に取り込まれ、レジスタ２９１の記憶内容がレジスタ２９２に、レジスタ２９２の記憶内容がレジスタ２９３に移動する。

レジスタ２９１に記憶された今回シンボルと、レジスタ２９３に記憶された前回シンボルの間に符号変化が無ければ、論理回路２９４からは０が出力され、符号変化があれば論理回路２９４からは１が出力される。論理回路２９４が１を出力する場合に、ゼロクロス検出結果（ＡＤＣＬＫ制御信号）を更新し、論理回路２９４が０を出力する場合は、ＡＤＣＬＫ制御信号は前状態を保持させる。

また、レジスタ２９２の記憶内容とレジスタ２９３の記憶内容の間で符号変化が無ければ、論理回路２９５からは０が出力され、符号変化があれば論理回路２９５からは１が出力される。論理回路２９４及び論理回路２９５の出力が１の場合、ＡＤＣＬＫを出力する発振器４２の発振を早めるようにゼロクロス判定回路２９から１が出力される。論理回路２９４の出力が１で論理回路２９５の出力が０の場合、発振器４２の発振を遅くするようにゼロクロス判定回路２９から０が出力される。論理回路２９４の出力が０の場合は、ＡＤＣＬＫを制御する信号は前状態（１または０）を保持する。

ゼロクロス判定回路２９から出力された１または０の信号は、フィルタ４１で積分され、発振器４２の発振周波数を制御する。発振器４２の出力は受信波をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器のサンプリングクロックとなり、そのクロックでサンプリングされた信号によりゼロクロス検出結果が更新される。このクロック再生ＰＬＬの動作が繰り返されることにより、受信信号のクロック成分と発振器４２の周波数が同期し、受信クロックが再生されることになる。

位相誤差検出回路３０は、トランスバーサル等化回路２７から出力される受信信号のＩ成分とＱ成分の位相差（位相誤差）を検出する。この位相誤差はＰＬＬ回路３４に供給され、これによりＮＣＯ回路３２、３３を制御して受信信号の搬送波成分と同期させ、搬送波成分を除去する。

次に、本実施形態に係る復調装置によるゼロクロス判定について説明する。

ルートロールオフフィルタ２４からの出力等の搬送波成分の存在する変調波に応じてゼロクロス判定が行われると、搬送波成分の影響によりゼロクロス点の誤検出が発生することがある。例えばクロック周波数と搬送波周波数が所定の関係にある場合にゼロクロス信号をＰＬＬ回路に入力すると、ジッタが大きく発生して復調特性が劣化する。特に搬送波周波数とクロック周波数とが等しい場合に、ＰＬＬのジッタが大きくなる。また、このようなジッタは、伝送信号のパターン周波数毎に発生することが判明している。これらのジッタはスクランブラの段数を増やす等である程度回避することができるが、全てのパターンについて問題が発生しないか否かを判定することが難しい。

本実施形態によるデジタル復調部２０では、同期が確立している場合は、ゼロクロス判定回路２９によるゼロクロス検出結果が搬送波成分の影響を受けないよう、搬送波成分の存在しない搬送波除去回路２６からの出力に基づいて、ゼロクロス判定が行われる。

しかしながら、同期が確立されていない場合には、搬送波除去回路２６に入力するＮＣＯ回路３２からの信号の周波数変動が大きく、逆にゼロクロス判定の結果が不安定になる。このため、同期が確立されていない場合にはスイッチ信号によってゼロクロス判定回路２９の入力を切り換える。これによって搬送波成分の存在するルートロールオフフィルタ２４からの出力に基づいてゼロクロス判定が行われる。このため、搬送波の周波数とクロック周波数が、ジッタを発生するような関係にあったとしても、搬送波同期及びクロック同期は確立できる。

従って、同期が確立するまでは搬送波成分が存在する受信信号に基づいてゼロクロス判定を行うことにより、確実に同期を取ることが出来る。一方、同期が確立した後は、より復調動作を安定させるため、搬送波成分が存在しない受信信号に基づいてゼロクロス判定が行われるように、スイッチ信号によってゼロクロス判定回路２９の入力が切り換えられる。

以上のように、本実施形態に係る復調装置は、搬送波同期の同期を検出する同期はずれ検出回路３１を有し、搬送波同期が確立している場合には、ゼロクロス判定回路２９に入力する信号を、搬送成分が除去されたベースバンド信号に切り換える。これによって、クロック再生の不安定動作防止することが出来る。また、復調装置の同期確立性能を維持し、かつ、周波数関係による性能劣化を防ぐことができる。従って、搬送波周波数やクロック周波数によらず、常に安定したクロック再生動作が行える復調装置を構成することができる。

本願発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、前記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、１つの実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されたり、幾つかの実施形態に示される構成要件が組み合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除されたり組み合わされた構成が発明として抽出され得るものである。

１１…バンドパスフィルタ、１２…可変増幅器、１３…周波数変換器、１４…発振器、１５…ローパスフィルタ、１６…ゲイン調整制御部、１７…ＡＤ変換器、２０…デジタル復調部、２１、２２…乗算器、２３…デシメーションフィルタ、２４…ルートロールオフフィルタ、２５…ＡＧＣ回路、２６…搬送波除去回路、２７…トランスバーサル等化回路、２８…最尤復号回路、２９…ゼロクロス判定回路、３０…位相誤差検出回路、３１…位相はずれ検出回路、３２、３３…数値制御発振回路、４１…フィルタ、４２…発振器。

Claims (3)

1. 受信信号をベースバンド信号に変換するベースバンド変換手段と、
   前記ベースバンド信号の搬送波を生成する搬送波生成手段と、
   前記搬送波生成手段が生成する搬送波に基づいて前記ベースバンド信号から搬送波成分を除去する搬送波除去手段と、
   前記搬送波生成手段が生成する搬送波と前記ベースバンド信号における搬送波との同期確立及び同期はずれを検出する同期検出手段と、
   前記同期検出手段が同期確立を検出する場合は、前記搬送波除去手段が搬送波成分を除去した信号を入力し、前記同期検出手段が同期はずれを検出する場合は、前記ベースバンド変換手段が変換したベースバンド信号を入力してゼロクロスを判定するゼロクロス判定手段と
   を具備する復調装置。
2. 前記同期検出手段は、前記同期確立及び同期はずれの検出結果に応じて、ゼロクロス判定を行う信号を切り換える切り換え信号を前記ゼロクロス判定手段に供給する請求項１に記載の復調装置。
3. 前記ベースバンド変換手段は、直交検波によって、前記受信信号から同相成分と直交成分を検出し、
   前記同期検出手段は、前記同相成分と前記直交成分との位相ずれ量に基づいて前記同期確立及び同期はずれを検出する請求項１に記載の復調装置。

Images