JPH0496549A - 同期検波回路 - Google Patents

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〕 この発明は、特に衛星通信で用いられるＰＳＫ波を復調
するのに用いて好適な同期検波回路に関する。

〔発明の概要］ この発明は、特に衛星通信で用いられるＰＳＫ波を復調
するのに用いて好適な同期検波回路において、入力信号
とＶＣＯの出力信号との位相誤差信号を形成する共に、
入力信号とＶＣＯの出力信号との周波数誤差信号を形成
し、位相誤差信号と周波数誤差信号とによりＶＣＯを制
御して入力搬送波信号を再生し、再生された搬送波を用
いて入力信号を復調することにより、搬送波を再生する
際のロック範囲を広くとれると共に、擬似ロックを回避
でき、また、Ｃ／Ｎ比が悪い場合にも、確実に搬送波を
再生できるようにしたものである。

〔従来の技術〕

インマルサット（国際海事衛星機構）のような衛星通信
システムでは、データをＰ　Ｓ　Ｋ　（ＰｈａｓｅＳｈ
ｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）変調して送信するようにしてい
る。

このようなＰＳＫ波は、このＰＳＫ波の搬送波を再生し
、再生された搬送波を用いてＰＳＫ波を位相検波する同
期検波回路により復調できる。

このような同期検波回路において、ＰＳＫ波の搬送波を
再生するのに、ＰＬＬを用いることが考えられる。すな
わち、入力されたＰＳＫ波とＶＣＯの出力信号との位相
差を検出し、この位相誤差“に基づいてＶＣＯを制御す
れば、ＶＣＯの出力信号から、搬送波が再生できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

衛星通信システムでは、衛星からの微弱な電波で通信が
行われるため、Ｃ／Ｎ比が悪い場合でもエラー訂正処理
が可能なように、強力なエラー訂正符号が付加されてい
る。ところが、ＰＳＫ波を復調する同期検波回路で搬送
波が再生できなければ、ＰＳＫ波が復調できないので、
どのような強力なエラー訂正符号を付加しても、正しい
データは得られない。したがって、衛星通信でＰＳＫ波
を復調するのに用いられる同期検波回路としては、Ｃ／
Ｎ比が悪い場合や、フェージングが発生している場合で
も、確実に搬送波を再生できるようにする必要がある。

また、衛星通信では、送信される電波の搬送波周波数が
非常に高く（例えば１．５ＧＨｚ）、この搬送波周波数
に対して信号帯域が小さい（例えば１０．２ｋＨｚ）。

したがって、受信時にダウンコンバートされた後の信号
の周波数誤差は、ＩＰＰｍの周波数保証をしても、２ｋ
Ｈｚ以上の周波数誤差となる。このため、衛星通信でＰ
ＳＫ波を復調するのにＰＬＬを用いる場合には、広い引
込み範囲が要求される。

更に、ＰＳＫ波は、データの境界で搬送波の位相が反転
しており、同期検波回路において、ＰＳＫ波の搬送波を
再生するのにＰＬＬを用いる場合には、変調レートの（
Ｎ／２）倍毎の周波数で、ＰＬＬが擬似ロックする危険
性がある。このことから、同期検波回路において、ＰＳ
Ｋ波の搬送波を再生するのにＰＬＬを用いる場合には、
擬似ロックを回避させる必要がある。

したがって、この発明の目的は、Ｃ／Ｎ比が悪い場合で
も、ＰＳＫ波の搬送波に確実にロックでき、ＰＳＫ波の
搬送波を再生して、ＰＳＫ波を復調できる同期検波回路
を提供することにある。

この発明の他の目的は、引込み範囲が広く、確実に搬送
波を再生でき、ＰＳＫ波を復調できる同期検波回路を提
供することにある。

この発明の更に他の目的は、擬似ロックが回避でき、確
実に搬送波を再生でき、ＰＳＫ波を復調できる同期検波
回路を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、人力信号の搬送波を再生し、搬送波を用い
て入力信号を復調するようにした同期検波回路において
、 入力信号とＶＣＯの出力信号との位相誤差信号を形成す
る共に、入力信号とＶＣＯの出力信号との周波数誤差信
号を形成し、位相誤差信号と周波数誤差信号とによりＶ
ＣＯを制御して入力信号の搬送波を再生するようにした
ことを特徴とする同期検波回路である。

〔作用〕

入力ＰＳＫ波の搬送波を再生するのに、ＶＣＯの出力信
号と入力ＰＳＫ波との位相誤差信号Δφを用いると共に
、ＶＣＯの出力信号と入力ＰＳＫ波との周波数誤差信号
Δｆを用いている。

このため、擬似ロックが回避できると共に、引込み範囲
を広くとることができる。Ｃ／Ｎ比が悪い場合やフェー
ジングが発生した場合にも、■Ｃ０１３のロックが外れ
ることがない。

したがって、Ｃ／Ｎ比が悪い場合でも、ＰＳＫ波の搬送
波に確実にロックでき、引込み範囲が広く、擬似ロック
が回避でき、どのような場合でも確実に搬送波を再生で
き、ＰＳＫ波を復調できる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例について、図面を参照して説
明する。

この発明は、第２図に示すように、ＰＳＫ波の搬送波を
搬送波再生回路１で再生し、この再生された搬送波を用
いて、位相検波回路２で、入力ＰＳＫ波が位相検波する
同期検波回路に適用される。

そして、この発明では、搬送波再生回路１として、入力
ＰＳＫ波とＶＣＯの出力信号との位相誤差を検出すると
共に、入力ＰＳＫ波とＶＣＯの出力信号との周波数誤差
を検出し、この位相誤差信号と周波数誤差信号とを用い
てＶＣＯを制御して、搬送波を再生する構成のものが用
いられる。このような構成の搬送波再生回路を説明する
のに先立って、周波数検出の方法について説明する。

第３図に示すように、入力端子５１からの複素人力信号
と、τ遅延回路５３、複素共役回路５４を介された複素
人力信号とを乗算回路５２で乗算し、乗算回路の出力の
平均値を平均化回路５５で求め、虚部回路５６でこの平
均化回路５５の出力の虚数部をとり、出力端子５７から
出力させる。

このようにすると、帯域を持つ複素人力信号の周波数が
検出できる。

つまり、入力端子５１からの複素数入力信号Ｓ。

を、 Ｓ、＝ｘ　（ｔ）・・・■ とする。この入力信号ｘ　（ｔ）を、τ遅延回路５３で
τだけ遅延させると、τ遅延回路５３の出力は、 ｘ（ｔ−τ）・・・■ となる。このτ遅延回路５３の出力の複素共役を複素共
役回路５４で求めると、 〒（Ｌ−τ）・・・■ となる。この複素共役回路５４の出力と、入力端子５１
からの入力信号Ｓ、とを乗算回路５２で乗算すると、そ
の乗算出力は、 ｘ　（ｔ）　　・ｘ（ｔ−τ）・・・■となる。

乗算回路５２の出力の平均値を平均化回路５５で求める
と、 Ｅ　（ｘ、（ｔ）　　ｘ（を−τ））・・・■となり、
虚部回路５６で平均値出力の虚部をとると、 Ｓｂ−ＪＩｍ　（Ｅ　（ｘ　（ｔ）・ｘ　（ｔ　−ｒ）
）　）　−＠となる。

以上の各信号を時間領域から周波数領域に書き直す。入
力信号Ｓ、を Ｓ　Ｉ　＝Ｘ　（ω）・・・■′ とする。ここで入力信号Ｘ（ω）は、帯域を持った信号
である。この入力信号Ｘ（ω）をτ遅延させると、 Ｘ（ω）・ｅ　−ｊ　ｒ“・・・■′ となる。そして、このτ遅延させた入力信号の複素共役
をとると、 Ｙ（−ω）・ｅ　−Ｊ　ｔ“・・・■′となる。

入力信号と、τ遅延させて複素共役をとった入力信号と
を乗算させると、時間軸上の乗算は周波数軸上のたたみ
込み積分になるので、乗算した信号は、 となる。

この乗算出力の平均値をとると、 となり、この平均値の虚部をとると、 となる。これは、入力信号のスペクトラム（ＩＸ（ω）
１２）に、（ｓｉｎτω）で周波数軸上の重み付けをし
、これを積分したことになる。すなわち、例えば第４図
Ａに示すような成分の入力信号スペクトラム（ＩＸ（ω
）１２）に、第４図Ｂに示すような（ｓｉｎτω）で周
波数軸上の重み付けがなされる。このように重み付けす
ると、第４図Ｃに示すような周波数軸上の成分となる。

これを積分すると、第４図りに示すように、入力信号の
周波数の正負のかたよりに応じた信号が検出される。

この発明では、上述の原理に基づいて、周波数誤差を検
出するようにしている。

第１図は、この発明の一実施例における搬送波再生回路
の構成を示すものである。第１図において、入力端子１
１にＰＳＫ波が供給される。このＰＳＫ波が直交検波回
路１２に供給される。直交検波回路１２には、ＶＣＯ１
３の出力信号が供給される。

入力端子１１からのＰＳＫ波は、直交検波回路１２で直
交検波される。これにより、直交検波回路１２から複素
信号が得られる。この複素数信号がローパスフィルタ１
４を介され、複素信号ＸＸ　（ｊ　）　＝ｅ　ｊ　４　
（ｔ）　ｌ　ｇがローパスフィルタ１４から出力される
。この複素信号ｘ　（ｔ）中の±πが変調成分である。

このローパスフィルタ１４の出力が二乗回路１５に供給
される。二乗回路１５で、ローパスフィルタ１４の出力
が二乗される。これにより、複素信号ｘ　（ｔ）中の変
調成分が除去され、ローパスフィルタ１６からは、 ｅ　ｊＺφ（ｔ）＝ｃｏｓ２φ（ｔ）＋ｊｓｉｎ２φ（
１）が出力される。この信号の虚部ｓｉｎ　２φ（１）
が位相誤差信号Δφとされる。また、この信号の実部ｃ
ｏｓ　２φ（１）がロックデイテクト信号ｌとされる。

また、ローパスフィルタ１４の出力が乗算回路１７に供
給されると共に、τ遅延回路１８、複素共役回路１９を
介して乗算回路１７に供給される。

この乗算回路１７の出力がローパスフィルタ２０に供給
される。ローパスフィルタ２０で、乗算回路１７の出力
が平均化される。第３図及び第４図に示したように、複
素人力信号と、τ遅延回路１８、複素共役回路１９を介
された複素人力信号とを乗算回路１７で乗算し、乗算回
路１７の出力をローパスフィルタ２０で平均化すると、
その虚部の出力から、周波数に対応する周波数誤差信号
Δｆが得られる。

ローパスフィルタ１６の実部から得られるローツタデイ
テクト信号ｌは、コントローラ２１に供給される。ロー
パスフィルタ１６の虚部から得られる位相誤差信号Δφ
は、ゲインアンプ２２に供給される。ローパスフィルタ
２０の虚部から得られる周波数誤差信号Δｆは、コント
ローラ２１に供給されると共に、ゲインアンプ２３に供
給される。

ゲインアンプ２２の出力が加算回路２４に供給されると
共に、ゲインアンプ２５に供給される。

ゲインアンプ２３で、周波数誤差信号Δｆに適当なゲイ
ンがもたされる。このゲインアンプ２３のゲインに、は
、コントローラ２１の出力により制御される。ゲインア
ンプ２５の出力が加算回路２６に供給される。ゲインア
ンプ２３の出力が加算回路２６に供給される。

加算回路２６の出力が積分回路２７に供給される。積分
回路２７の出力が加算回路２４に供給される。加算回路
２４の出力がＶＣＯ１３に供給され、加算回路２４の出
力に応じて、ＶＣＯ１３が制御される。

この搬送波再生回路は、ＰＳＫ波の搬送波周波数にＶＣ
Ｏ１３の発振周波数をロックさせるまでの引込みモード
と、ＰＳＫ波の搬送波周波数に■Ｃ０１３の発振周波数
をロックさせた後の定常モードとが設定される。

引込みモードの場合には、ロックデイテクト信号ｌが正
となるように、ＶＣＯ１３の発振周波数が制御される。

つまり、第５図は、ロック時とアンロック時のロックデ
イテクト信号！の変化を示すものである。第５図におい
て、横軸はＣ／Ｎ比を示し、縦軸はロックデイテクト信
号ｌを示す。

Ａ、がロック時のロックデイテクト信号ｌの変化を示し
、Ａ２がアンロック時のデイテクト信号！の変化を示す
。第５図に示すように、ロックデイテクト信号ｌは、ロ
ック時には正となる。したがって、ロックデイテクト信
号ｌが正となるように制御すれば、ＶＣＯ１３の発振周
波数を入力ＰＳＫ波の搬送波周波数に引き込める。

ところが、このロックデイテクト信号！は、擬似ロック
時にも正となる。このため、ロックデイテクト信号ｌだ
けを用いて引き込むと、擬似ロックする可能性がある。

そこで、この発明の一実施例では、引込みモードでは、
ローパスフィルタ２０から出力される周波数誤差信号Δ
ｆが所定の値±ａ以内になるまでは、ゲインアンプ２３
のゲインＫｆを所定の値Ｋに設定しておき、周波数誤差
信号Δｆが所定の値±ａ以内になるまでは、ロックさせ
ないようにしている。

つまり、第６図は、周波数誤差信号Δｆと実際の周波数
差ΔＦとの関係を示すものである。第６図において、Ｂ
、はＣ／Ｎ比が良い時の特性であり、Ｂ２はＣ／Ｎ比が
悪い時の特性である。第６図に示すように、周波数差Δ
ＦがＯの時には、周波数誤差信号Δｆが０になり、周波
数差Δ４Ｆが大きくなるに従って、周波数誤差信号Δｆ
は大きくなっていき、所定値以上の周波数差ΔＦとなる
と、周波数誤差信号Δｆは小さくなっていく特性となる
。第６図において、Ｆ’＋　％　Ｆ２　、Ｆｓ　、・・
・は擬似ロックする可能性のある周波数である。周波数
誤差信号Δｆが所定の値±ａ以内になるまではロックさ
れないようにすることで、Ｃ／Ｎ比が悪い場合でも、周
波数ＦＡ以内では擬似ロックする危険性がなくなる。

定常モードでは、ゲインアンプ２３のゲインに、の値が
Ｏに設定され、ロックデイテクト信号！が常に正となる
ように、ｖＣＯの発振周波数が制御される。これにより
、ＶＣＯｌ３の発振周波数の位相と入力ＰＳＫ波の搬送
波の位相と一致するように、ＶＣＯｌ３がロックされる
。

七ころで、Ｃ／Ｎ比が悪い場合や、フェージングがあっ
て信号が途切れる場合には、ＶＣＯｌ３の発振周波数が
ロックされた後に、ロックデイテクト信号ｌが負になる
ことがある。この場合、ゲインアンプ２３のゲインに、
が所定のゲインＫに設定されてしまうと、位相ロックが
外れてしまうことがある。

そこで、この発明の一実施例では、定常モードにな・□
ったら、周波数誤差信号Δｆが所定の値±ａ以内であれ
ば、ゲインアンプ２３のゲインＫｒを０に保っておき、
位相ロックが外れないようにしている。定常モードでも
、周波数誤差信号Δｆがあまり大きくなると、再びロッ
クした時に擬似ロックしてしまう可能性があるので、周
波数誤差信号Δｆが所定の値±ａ以上になったら、ゲイ
ンアンプ２３のゲインに、が所定のゲンイＫに設定され
る。

つまり、コントローラ２１では、第６図にフロ一チャー
トで示すように、先ず、引込みモードかどうかが判断さ
れる（ステップ１０１）。

引込みモードの場合には、ローパスフィルタ２０から出
力される周波数誤差信号Δｆが所定の値±ａ以内になっ
たかどうかが判断される（ステップ１０２）。ＶＣＯｌ
３の発振周波数が入力ＰＳＫ波の搬送波周波数と離れて
いる場合には、周波数誤差信号Δｆが所定の値±ａより
大きくなる。

擬似ロックの場合にも、周波数誤差信号Δｆが所定の値
±ａより大きくなる。

周波数誤差信号Δｆが所定の値±ａより大きい場合には
、ゲインアンプ２３のゲインに、が所定のゲインＫに設
定される（ステップ１０３）。これにより、ＶＣＯｌ３
は、位相誤差Δφに応じて制御されると共に、周波数誤
差Δｆに応じて制御される。これにより、ＶＣＯｌ３の
発振周波数は、入力ＰＳＫ波の搬送波周波数に近づいて
いく。

ＶＣＯｌ３の発振周波数が入力ＰＳＫ波の搬送波周波数
に近づくと、ローパスフィルタ２０から出力される周波
数誤差信号Δｆが所定の値±ａ以内になる。ローパスフ
ィルタ２０から出力される周波数誤差信号Δｆが所定の
値±ａ以内になったら、ロックデイテクト信号ｌが０以
上かどうかが判断される（ステップ１０４）。

ロックデイテクト信号ｌが０以下の場合には、ゲインア
ンプ２３のゲインＫｔが所定のゲインＫに設定され（ス
テップ１０３）、ＶＣＯｌ３の発振周波数が入力ＰＳＫ
波の搬送波周波数に近づけれらる。

ＶＣＯｌ３の発振周波数が入力ＰＳＫ波の搬送波周波数
にロックすると、ロックデイテクト信号２が０以上にな
る。ステップ１０４で、ロックデイテクト信号！が０以
上になると、ゲインアンプ２３のゲインＫｔが０に設定
される（ステップ１０５）。

ゲインアンプ２３のゲインに、が０に設定されると、Ｖ
ＣＯｌ　３は、ＶＣＯｌ３の出力信号と入力ＰＳＫ波の
搬送波との位相比較出力に応じて制御される。

ステップ１０１で、引込みモードではなく定常モードで
あると判断された時には、周波数誤差信号Δｆが所定の
値±ａ以内かどうかが判断される（ステップ１０６）。

周波数誤差信号Δｆが所定の値±ａ以内であれば、ゲイ
ンアンプ２３のゲインＫｔが０に設定される（ステップ
１０５）。周波数誤差信号Δｆが所定の値±ａ以上であ
れば、ゲインアンプ２３のゲインに、がＫに設定される
（ステップ１０３）。

〔発明の効果〕

この発明によれば、入力ＰＳＫ波の搬送波を再生するの
に、ｖＣＯの出力信号と入力ＰＳＫ波との位相誤差信号
Δφを用いると共に、ＶＣＯの出力信号と入力ＰＳＫ波
との周波数誤差信号Δｆを用いている。

つまり、引込みモードでは、周波数誤差信号Δｆが所定
の値±ａ以内になるまではゲインアンプ２３のゲインを
所定の値Ｋに設定し、周波数誤差信号Δｆが所定の値ａ
以内になるまでは、ロックされないようにし、周波数誤
差信号Δｆが所定の値±ａ以内になったら、ゲインアン
プ２３のゲインをＯにして、ＶＣＯ１３の発振周波数を
入力ＰＳＫ波の搬送波周波数にロックさせるようにして
いる。

このため、擬似ロックが回避できると共に、引込み範囲
を広くとることができる。

そして、定常モードでは、周波数誤差信号Δｆが所定の
値±ａ以内の時には、ゲインアンプ２３のゲインをＯに
している。

このため、Ｃ／Ｎ比が悪い場合やフェージングが発生し
た場合にも、ＶＣＯ１３のロックが外れることがない。

したがって、Ｃ／Ｎ比が悪い場合でも、ＰＳＫ波の搬送
波に確実にロックでき、引込み範囲が広く、擬似ロック
が回避でき、どのような場合でも確実に搬送波を再生で
き、ＰＳＫ波を復調できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明が適用された同期検波回路における搬
送波検出回路の一例のブロック図、第２図はこの発明が
適用できる同期検波回路の一例のブロック図、第３図は
この発明が適用された同期検波回路における周波数検出
の説明に用いるブロック図、第４図はこの発明が適用さ
れた同期検波回路における周波数検出の説明に用いるグ
ラフ。 第５図及び第６図はこの発明が適用された同期検波回路
における搬送波検出回路の一例の説明に用いるグラフ、
第７図はこの発明が適用された同期検波回路における搬
送波検出回路の説明に用いるフローチャートである。 図面における主要な符号の説明 １１：入力端子、１８：τ遅延回路。 １９：複素共役回路、２１：コントローラ。 ２２．２３，２５ニゲインアンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力信号の搬送波を再生し、上記搬送波を用いて上記入
   力信号を復調するようにした同期検波回路において、 入力信号とＶＣＯの出力信号との位相誤差信号を形成す
   る共に、上記入力信号と上記ＶＣＯの出力信号との周波
   数誤差信号を形成し、上記位相誤差信号と上記周波数誤
   差信号とにより上記ＶＣＯを制御して上記入力信号の搬
   送波を再生するようにしたことを特徴とする同期検波回
   路。