JPH0296666A - 周波数・位相推定装置 - Google Patents

周波数・位相推定装置

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JPH0296666A
JPH0296666A JP63247330A JP24733088A JPH0296666A JP H0296666 A JPH0296666 A JP H0296666A JP 63247330 A JP63247330 A JP 63247330A JP 24733088 A JP24733088 A JP 24733088A JP H0296666 A JPH0296666 A JP H0296666A
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Tomoyoshi Osawa
智喜 大澤
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、雑音の重畳した正弦波から周波数と位相を推
定する周波数・位相推定装置に関するものである。
〔従来の技術〕
この種の周波数・位相推定装置としては、昭和59年1
2月27日に出願された特願昭59−277365号「
周波数・位相推定装置」に開示されたものがある。この
従来の周波数・位相推定装置では、雑音の重畳した信号
において、位相方向に加わっている雑音成分にのみ着目
し、入力された正弦波の初期位相と周波数に対する最適
解を求めていた。それによると、時刻iにおける信号S
、が、S、!AieXp j  (θ、+ i ω)と
表される正弦波において、その位相θ8が、θ、;θ。
+iω であり、これに雑音(e!)が重畳し等測的に、θ、=
θ。+iω+8i なる位相として観測されるとき、雑音(e、)による影
響をできるだけ受けないように初期位相θ。と周波数ω
を推定する場合に、時刻1からkまでの観測値を用い、
推定誤差の分散を最小にする方法として最小自乗法を用
いている。最小自乗法を用いる場合には、評価関数Jを
、 と定め、その逐次回帰法の解として、 ・ ・ ・(1) YLはYの転置を表す を時刻kにおける最適解として求めていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
この従来技術では、サンプリング定理のスペクトラムの
繰り返しに起因して複数のキャリアスペクトルが発生し
、周波数の推定値ωは複数のうちどれか一つを推定して
いた。これは従来技術が信号を周期Tでサンプルしてい
るため、1/T間隔の繰り返しで±1/2T内の帯域の
スペクトラムが繰り返し発生されるためである。従来技
術では周波数の推定値が、この複数のキャリアスペクト
ルの内どれか一つのスペクトラムを推定していた。
本来、±1/2T帯域内の信号以外はこの帯域の繰り返
しであるため、たとえ他のスペクトルを推定したとして
も、±1/2T帯域内の信号を推定したとみなすべきで
、従来技術では±1/2T帯域外の推定値でもそのまま
の値として捕らえられるという問題点があった。
本発明の目的は、この問題点を解決した周波数・位相推
定装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、正弦波あるいは雑音の重畳した正弦波を入力
とし、入力正弦波の初期位相と周波数を推定する周波数
・位相推定装置において、入力正弦波をある周期Tでサ
ンプルし正弦波サンプル値を出力するサンプル手段と、 入力正弦波の初期位相の推定値と入力正弦波の周波数の
推定値から次時刻における正弦波の推定値を発生ずる手
段と、 前記正弦波サンプル値と前記正弦波の推定値との位相誤
差を検出する手段と、 前記位相誤差に第1の時変係数を乗じた値に従って前記
初期位相の推定値を逐次的に更新する初期位相推定手段
と、 前記位相誤差に第2の時変係数を乗じた値により新しい
周波数の推定値を求める周波数推定手段と、 前記新しい周波数の推定値が±π/Tの範囲の値にする
ために2πi/T(i=・・、−i、o。
1、・・)を減算し、前記周波数の推定値を更新する手
段とを有することを特徴としている。
〔作用〕
本発明によれば、従来技術で推定されていた周波数の値
δiに対して以下の操作によりスペクトルの繰り返しを
防ぎ、問題点を解決している。弐(1)によって得られ
た周波数推定値δは真の値δ。
に対して δ=5、±n/T  (nは整数) のいずれかの値をとる。この値δを±1/2T帯域内の
真値のスペクトルにするため、次式による操作または同
様な操作を行う。
’2B’ = (mod (2;’T+ (int (
2abs(δ1T)/π)2+3)π/4.π/2)−
π/4)T          ・・・(2)但しab
s  (x);xの絶対値 int (x);xを越えない最大の整数mod (x
、z)=x−int (x/z)z〔実施例〕 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。
第1図は本発明の実施例を示すブロック図である。この
周波数・位相推定装置は、入力正弦波をある周期Tでサ
ンプルし正弦波サンプル値を出力するサンプル手段を構
成するサンプルホールド回路1及びA/D変換器2と、
入力正弦波の初期位相の推定値と入力正弦波の周波数の
推定値から次時刻における正弦波の推定値を発生する正
弦波発生器4と、正弦波サンプル値と正弦波の推定値と
の位相誤差を検出するディジタル位相検波器3と、推定
のための第1及び第2の時変係数を発生する係数発生器
8と、位相誤差に第1の時変係数を乗じた値に従って初
期位相の推定値を逐次的に更新する初期位相推定器6と
、位相誤差に第2の時変係数を乗じた値により新しい周
波数の推定値を求める周波数推定器7と、新しい周波数
の推定値が±π/Tの範囲の値にするために2πi/T
(i−・・、−1,0,1,・・)を減算し周波数の推
定値を更新する繰り返し防止回路9とを有している。
サンプルホールド回路1は、雑音の重畳された正弦波信
号をサンプルホールドする。
A/D変換器2は、サンプルホールドされた正弦波をデ
ィジタル化する。
ディジタル位相検波器3は、A/D変換器2の出力と正
弦波発生器4の発生する正弦波とを比較し、位相誤差を
出力する。この位相検波器の実現手段は、例えば文献(
W、C,Lindsey ”A 5urvey ofD
jgital Phase−Locked Loop’
 Proc、 IPEE、 vol。
69、 No、  4. April  1981)に
詳しく示されている。
正弦波発生器4は、初期位相推定器6及び周波数推定器
7と繰り返し防止回路9により推定された初期位相と周
波数とに合致した正弦波を発生するものであり、位相を
入力としその値に対応した正弦波の値を出力とする読み
出し専用メモリ (ROM)44、加算器43、乗算器
42、時刻を発生するカウンタ41により構成すること
ができ、位相推定値と周波数推定値をアドレスとして正
弦波の標本値を出力する。
係数発生器8は、+11式の2/にと6/k(k+1)
を計算し各々の係数を発生する回路であり、逆行列計算
器81とカウンタ82とから構成され、カウンタ82に
よって得られる時刻から逆行列計算器81によって逆行
列を計算し、初期位相推定と周波数推定のためのそれぞ
れ第1及び第2の時変係数を発生する。係数発生器8は
毎時側逆行列の計算を行うのでマイクロプロセッサ等に
より実現される。
初期位相推定器6は、レジスタ61と乗算器62と加算
器63とから構成され、位相誤差と第1の時変係数を乗
算器62にて掛は合わせ、その値を初期位相推定値を保
持するレジスタ61の内容と加算器63において加算し
、初期位相推定値の更新値として再びレジスタに格納す
ると共に、正弦波発生2S4に入力する。
周波数推定器7は、レジスタ71と乗算2S72と加算
器73とから構成され、位相誤差と第2の時変係数を乗
算器72にて掛は合わせ、その値を周波数推定値を保持
するレジスタ71の内容と加算器73において減算し、
時刻kまでの周波数推定値を繰り返し防止回路9に一時
出力する。
繰り返し防止回路9は、式(2)の演算を行い、その結
果を周波数推定値の更新値として再びレジスタ71に格
納すると共に、正弦波発生器4に入力する。この繰り返
し防止回路9は、マイクロプロセッサ等により容易に実
現される。
次に、本実施例の動作を説明する。
雑音の重畳された正弦波信号が周波数・位相推定装置に
入力されると、サンプルホールド回路1でサンプルされ
、A/D変換器2でディジタル化される。ディジタル化
された正弦波は、ディジタル位相検波器3において、初
期位相推定器6及び周波数推定器7と繰り返し防止回路
9により推定された初期位相と周波数とに合致した正弦
波を発生する正弦波発生器4の発生する正弦波と比較さ
れ、位相誤差が出力される。この位相誤差は、初期位相
推定器6の乗算器62及び周波数推定器7の乗算器72
にそれぞれ入力される。
一方、係数発生器8では、カウンタ82によって得られ
る時刻から逆行列計算器81によって逆行列を計算し、
初期位相推定と周波数推定のためのそれぞれ第1及び第
2の時変係数を発生する。初期位相推定のための第1の
時変係数は初期位相推定器6の乗算器62に入力され、
周波数推定のための第2の時変係数は周波数推定器7の
乗算器72に入力される。
初期位相推定器6では、位相誤差と第1の時変係数を乗
算器62にて掛は合わせ、その値を初期位相推定値を保
持するレジスタ61の内容と加算器63において加算し
、初期位相推定値の更新値として再びレジスタ61に格
納する。
周波数推定器7では、位相誤差と第2の時変係数を乗算
器72にて掛は合わせ、その値を周波数推定値を保持す
るレジスタ71の内容と加算器73において減算し、時
刻kまでの周波数推定値を繰り返し防止回路9に一時出
力する。
繰り返し防止回路9により式(2)の演算を行い、その
結果を周波数推定値の更新値として再びレジスタ71に
格納する。更新された周波数推定値は正弦波発生器4に
おいてカウンタ41の内容と乗算器42で乗算され、更
に初期位相推定値と加算器43で加算され、時刻kにお
ける最適位相推定値として読み出し専用メモリ44に入
力され正弦波の値が出力される。なお、この読み出し専
用メモリ44のアドレスの最大値を2πに対応させてお
くことにより、位相推定値はモジュロ2πで行われる。
なお、カウンタ41.82は本装置の動作開始時点から
毎時刻カウントアツプしており、これらカウンタの値は
等しいため共用することも可能である。
以上により、入力される雑音の重畳した正弦波から周波
数と位相を逐次的に最小分散推定をすることができる。
、推定値はそれぞれレジスタ61.71の内容として与
えられる。なお、プログラマブルな信号処理プロセッサ
で上記と等価な動作を容易に実現することができること
は明らかである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来技術では誤って推定していた周波
数イーコ、±n/Tをナイキスト帯域内の真値δ、に戻
すことにより、正確に推定できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すプロ・ツク図である。 l・・・・・サンプルホールド回路 2・・・・・A/D変換器 3・・・・・ディジタル位相検波器 正弦波発生器 初期位相推定器 周波数推定器 係数発生器 繰り返し防止回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)正弦波あるいは雑音の重畳した正弦波を入力とし
    、入力正弦波の初期位相と周波数を推定する周波数・位
    相装置において、 入力正弦波をある周期Tでサンプルし正弦波サンプル値
    を出力するサンプル手段と、 入力正弦波の初期位相の推定値と入力正弦波の周波数の
    推定値から次時刻における正弦波の推定値を発生する手
    段と、 前記正弦波サンプル値と前記正弦波の推定値との位相誤
    差を検出する手段と、 前記位相誤差に第1の時変係数を乗じた値に従って前記
    初期位相の推定値を逐次的に更新する初期位相推定手段
    と、 前記位相誤差に第2の時変係数を乗じた値により新しい
    周波数の推定値を求める周波数推定手段と、 前記新しい周波数の推定値が±π/Tの範囲の値にする
    ために2πi/T(i=・・、−1、0、1、・・)を
    減算し、前記周波数の推定値を更新する手段とを有する
    ことを特徴とする周波数・位相推定装置。
JP63247330A 1988-10-03 1988-10-03 周波数・位相推定装置 Expired - Lifetime JP2527009B2 (ja)

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