JPH0744446B2 - 周波数情報検出方法 - Google Patents

周波数情報検出方法

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JPH0744446B2
JPH0744446B2 JP59216894A JP21689484A JPH0744446B2 JP H0744446 B2 JPH0744446 B2 JP H0744446B2 JP 59216894 A JP59216894 A JP 59216894A JP 21689484 A JP21689484 A JP 21689484A JP H0744446 B2 JPH0744446 B2 JP H0744446B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は周波数情報検出方法に関し、例えば自動周波数
制御装置(AFC)に適用して好適なものである。
〔従来の技術〕
従来、PSK(位相シフトキーイング変調)通信システム
や、FM(周波数変調)通信システムなどにおいては、受
信復調装置において、局部発振器から発生された周波数
信号を受信信号のキヤリア周波数に追従させるため、AF
C回路が設けられている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで受信信号のキヤリア周波数は例えばドツプラー
効果などの影響によつて周波数が変動したり、復調装置
の局部発振器の発振周波数がずれたりすることを避け得
ないため、受信装置の自動周波数制御機能として、引込
範囲を広げて周波数変動が大きくなつても周波数ロツク
状態に引込むことができるようにすると共に、一旦ロツ
ク状態に引込んだ後は、等価雑音帯域幅を狭くして受信
信号の信号レベルをできるだけ高くする必要があると考
えられている。
しかし十分に広い引込範囲を設定すれば、C/Nが劣化し
た場合ノイズのために正しい同期動作をすることができ
なくなるおそれがある。この問題に対処するため、局部
発振周波数を受信信号に引込む際に、周波数比較回路に
よつて周波数エラーを検出し、この周波数エラーに基づ
いて局部発振周波数を制御することによつて比較的短い
時間で確実に同期が取れる状態に引込むようにする方法
が考えられている。
この周波数比較回路は、従来受信信号のゼロクロス点を
カウントして当該カウント値の偏差に基づいて周波数差
を検出する方法が用いられているが、この方法によると
C/Nが劣化すると誤差が無視し得ない程度に大きくなる
欠点がある。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、比較的簡
易な構成によつて、入力周波数信号の各時点における周
波数を確実に検出し得るようにした周波数情報検出方法
を提案しようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
かかる問題点を解決するため本発明においては、入力信
号SINのキャリアのπ/2の位相差に相当する時間間隔を
有する一対のサンプリング時点において入力信号SIN
瞬時値を順次サンプルリングし、当該1回のサンプリン
グ処理によつて得られる一対のサンプル値SQ及びSIに基
づいて位相値を求め、順次続くサンプリング処理におい
て得られた第1の位相値Φ及び第2の位相値ΦK-1
差を求めることによつて近似微分値Φ−ΦK-1/Δtを
得、この近似微分値を周波数情報検出出力として送出す
る。
〔作用〕
このようにして入力信号の瞬時値についてのサンプルデ
ータを用いて、各時点における瞬時周波数を検出するこ
とができ、かくするにつき入力信号のC/Nが悪い場合に
も比較的高い精度で周波数を検出し得る。
〔実施例〕
以下図面について本発明の一実施例を詳述する。第4図
において、1は全体として自動周波数制御装置(AFC)
を示し、入力周波数信号SINを周波数比較回路2におい
て比較信号SCOMと比較し、その周波数差に応じたエラー
出力SERを制御電圧発生回路3に与える。制御電圧発生
回路3はエラー出力SERに応じた直流レベルの制御信号S
CTを局部発振回路としての電圧制御型発振回路(VCO)
4に制御信号として与える。かくしてVCO4はエラー出力
SERが0になるような比較周波数信号SCOMを周波数比較
回路2に送出すると共に、周波数出力SOUTとして送出す
る。
周波数比較回路2は第1図に示すように、入力周波数信
号SINをアナログ−デイジタル変換回路11においてデイ
ジタルデータS2に変換される。ここでデイジタルデータ
S2は第2図に示すように正弦波キヤリアでなる入力周波
数信号SINを所定のサンプリング周波数に設定されたク
ロツク信号CL1によつてデイジタルデータS2に変換して
得られる。
このデイジタルデータS2はIアームラツチ回路121及び
Qアームラツチ回路12Qに入力される。Qアームラツチ
回路12Qはサンプリング周波数に選定されたクロツク信
号CL2がラツチ指令信号として与えられ、これにより入
力周波数信号SINがアナログ−デイジタル変換回路11に
おいてサンプリングされてデイジタルデータに変換され
たとき、その瞬時値が順次Qアームラツチ回路12Qにラ
ツチされて行く。これによりQアームラツチ回路12Qに
は、第2図において○印で示すサンプリング時点の瞬時
値のデータがラツチされることになる。
クロツク信号CL2はπ/2遅延回路13において遅延されて
Iアームラツチ回路12Iにラツチ指令信号として与えら
れる。従つてIアームラツチ回路12IにはQアームラツ
チ回路12Qにデータが取込まれた後π/2だけ遅れた時点
においてアナログ−デイジタル変換回路11から送出され
て来るデイジタルデータS2をラツチする。これによりI
アームラツチ回路12Iには、第2図において×印で示す
ように、入力周波数信号SINのうち、Qアームラツチ回
路12Qにラツチされた瞬時値に対してπ/2だけ位相がず
れた時点における瞬時値のデータがラツチされることに
なる。
このようにして入力周波数信号SINから互いにπ/2(90
゜)の位相差をもつ時点における瞬時値がラツチ回路12
Q及び12Iに順次サンプリングラツチされて行くのに対し
て、ラツチ回路12Q及び12Iはこれら互いにπ/2の位相差
をもつデータを同じタイミングで読出して一対のサンプ
ルデータSQ及びSIを例えばROM構成のtan-1変換回路14に
入力する。従つて実質上、tan-1変換回路14には第3図
に示すように正弦波sinΦで表し得るQアーム側サンプ
ルデータSQと、余弦波cosΦで表し得るIアーム側サン
プルデータSIとが同時に入力されることになる。
ここでQアーム側サンプルデータSQを次式、 SQ=Asin(ωCt+φ) =AsinΦ ……(1) で表し得る値とすると、Iアーム側サンプルデータSI
次式、 SI=Asin〔ω(t+ΔtX)+φ〕 ……(2) で表されるようにπ/2遅延回路13における遅延時間ΔtX
だけQアーム側サンプルデータSQに対して遅延した時点
の値を表す。ただしAは振幅、ωは入力周波数信号S
INのキヤリア信号の周波数、φは初期位相ずれをそれぞ
れ表す。ここでΔtXで表されるように入力周波数信号SINのキヤリアの中心
角周波数ωに対して位相π/2に相当する時間遅れをも
つようにπ/2遅延回路13において予め設定されているか
ら、この値を(2)式に代入すると、 で表される。従つてサンプリングデータSIは、位相Φの
ときの瞬時値を意味することになる。
tan-1変換回路14は、(1)式及び(4)式で表される
サンプルデータSQ及びSIに基づいて入力周波数信号SIN
からサンプリングされた各値を位相Φで表す位相信号Φ
を得るもので、予めROMに次式、 の変換値をルツクアツプテーブルとして記憶しておき、
当該記憶データをサンプルデータSQ及びSIによつて読出
すようになされている。かくしてtan-1変換回路はサン
プルデータSQ及びSIに基づいて位相を検出する位相検出
回路を構成する。
この位相信号Φは位相比較回路15に入力され、第4図に
ついて上述した比較周波数信号SCOMと比較される。位相
比較回路15は減算回路でなり、位相信号Φのデータ値か
ら比較周波数信号SCOMのデータ値を減算して位相エラー
データΦを得てこれを近似微分回路16に第1の入力と
して供給される。またこの位相エラーデータΦは、サ
ンプリング時間に同期したクロツク信号CL3によつて駆
動される1サンプル時間遅延回路17において1サンプリ
ング時間だけ遅延され、その遅延データΦk-1が近似微
分回路16に第2の入力として供給される。
近似微分回路16は位相エラーデータΦ及び遅延エラー
データΦk-1に基づいて次式、 で表されるエラー出力SERを得る。ここでΔtSはサンプ
リング時間間隔、Δωはエラー角周波数であり、この
エラー角周波数Δωから次式、 Δω=2πΔf ……(7) に基づいてエラー周波数Δfに対応するエラー出力SER
を得ることができる。
(6)式においてサンプリング時間間隔ΔtSは実際上十
分小さい値であるので、エラー出力SERは実用上VCO4
(第4図)の発振周波数と、入力周波数信号SINの周波
数との偏差を表しており、この偏差が0になるようにVC
O4の発振周波数を制御することによつて、VCO4の発振周
波数を入力周波数信号SINに追従ロツクさせることがで
きる。
第1図の構成において、ラツチ回路12Q及び12Iにおいて
サンプリングした情報信号の周波数帯域をBとした場
合、2B以上の周波数で標本化することによつてサンプル
データSQ及びSIを得るようにすれば、各サンプルごとの
位相の変化は−π〜+πの範囲に生じることになり、こ
れにより瞬時周波数を求めることができる。かくして求
めた瞬時周波数は帯域Bを越えることはないから、たと
え雑音が混入しても、フイルタリングによつて除去する
ことができる。従つてたとえC/Nが低い入力周波数信号S
INが到来しても、その誤差をフイルタリングにおいて用
いたフイルタの帯域以下に制限できることにより、周波
数に関する情報を確実に検出することができる。
また第1図の構成において、入力周波数信号SINとして
周波数変調(FM)信号が到来した場合には、入力周波数
信号SINの周波数が変調されている情報信号の最大偏移
の範囲で変動するのに対して、ラツチ回路12Q及び12Iに
対してデータをラツチするサンプリング周波数はクロツ
ク信号CL2によつて固定されているが、そのために生ず
る誤差は、実用上十分無視し得る。
すなわち入力周波数信号SINのキヤリアの周波数が、中
心角周波数ωからΔωだけ偏移した場合を考えると、
ラツチ回路12Qから得られるサンプルデータSQは次式、 SQ=Asin〔(ω+Δω)t+φ〕 ……(8) になるのに対して、ラツチ回路12IのサンプルデータSI
で表される。(9)式において、角周波数偏移Δωは実
用上キヤリアの中心角周波数ωに対して十分小さな値
に選定すれば(例えばキヤリアの中心周波数が10〔MH
z〕のとき、角周波数偏移を数〔kHz〕程度に選定す
る)、(Δω/ω)・(π/2)の値を実用上無視し得
る。その結果ラツチ回路12IのサンプルデータSIは SI=Acos〔(ω+Δω)t+φ〕 ……(10) で表し得、従つてQアーム側サンプルデータSQに対して
π/2だけ位相がずれたサンプルデータSIを実用上誤差な
く得ることができる。
第5図は本発明の他の実施例を示すもので、この場合は
入力周波数信号SINの周波数を表す周波数検出出力FOUT
を得るものである。
第5図において、第2図との対応部分に同一符号を付し
て示すように、tan-1変換回路14の位相出力Φが直接近
似微分回路16に対して第1の入力Φとして供給される
と共に、位相出力Φを1サンプル時間遅延回路17におい
て1サンプル時間だけ遅延させて得られる遅延データΦ
K-1を近似微分回路16に第2の入力として与える。かく
して近似微分回路16の出力端には、(6)式について上
述したと同様にして位相データΦを近似微分することに
よつて角周波数出力Δωを得ることができる。この角
周波数出力Δωは、積分回路21において積分されるこ
とによつてフイルタリング処理された後、入力周波数信
号SINの周波数を表す周波数検出信号FOUTとして送出さ
れる。
ここでラツチ回路12Q及び12Iにサンプリングされるサン
プリングデータSQ及びSIは、入力周波数信号SINのキヤ
リアに変調されている情報信号の周波数帯域Bの2倍の
周波数2Bで標本化されているので、これらのサンプリン
グデータSQ及びSIに基づいて得た周波数出力Δωの周
波数は、FM変調信号を受信する場合入力周波数信号SIN
に含まれている情報信号成分を表し、またPSK変調信号
を受信する場合ドツプラー成分局部発振周波数のキヤリ
ア信号に対する偏差を表すことになる。
第5図のように構成した場合にも、第2図について上述
したと同様にして、簡易な構成において実用上誤差を無
視し得る周波数情報を確実に得ることが出来る。
なお上述の実施例においては、近似微分回路16に入力す
る位相データΦ及びΦK-1として、現在サンプリング
しているデータと1つ前のサンプリング時点においてサ
ンプリングされたデータとを用いるようにしたが、これ
に代え、現在のサンプリングしているデータと1つ後の
サンプリング時点において得られたデータとを用いるよ
うにしても良い。また2つの位相データのサンプリング
時間間隔も、1サンプリング時間に限らず、複数サンプ
リング時間に選定しても良い。
また上述の実施例においては、キヤリアのπ/2の位相差
に相当する時間間隔を有する一対のサンプル時点におけ
る入力信号の瞬時値をtan-1変換して位相信号Φを得る
ようにしたが、これに代え、時間間隔をπ/2以外の値に
設定しても良く、またtan-1変換をする際にROMを用いず
演算によつて求めるようにしても良い。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、S/Nが悪い入力周波数信
号が到来した場合にも実用上十分な精度の周波数情報を
得ることができる簡易な構成の周波数情報検出回路を、
容易に実現し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による周波数情報検出回路の一実施例を
示すブロツク図、第2図及び第3図はそのラツチ回路12
Q及び12Iの動作の説明に供する信号波形図、第4図は第
1図の構成を適用するAFCを示すブロツク図、第5図は
本発明の他の実施例を示すブロツク図である。 1……AFC、2……周波数比較回路、11……アナログ−
デイジタル変換回路、12I、12Q……ラツチ回路、14……
tan-1変換回路、15……位相比較回路、16……近似微分
回路、17……1サンプル時間遅延回路、21……積分回
路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力信号のキヤリアのπ/2の位相差に相当
    する時間間隔を有する一対のサンプリング時点において
    上記入力信号の瞬時値を順次サンプリングし、当該1回
    のサンプリング処理によつて得られる一対のサンプル値
    に基づいて上記入力信号の位相値を求め、この入力信号
    の位相値に基づいた第1の位相値と該第1の位相値を遅
    延した第2の位相値との差を求めてサンプリング時間で
    除算することによつて近似微分値を得、この近似微分値
    を周波数情報検出出力として送出することを特徴とする
    周波数情報検出方法。
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