JPH0779270A

JPH0779270A - 疑似同期検出回路

Info

Publication number: JPH0779270A
Application number: JP5220886A
Authority: JP
Inventors: Susumu Komatsu; 進小松; Tatsuya Ishikawa; 石川　　達也; Noboru Taga; 昇多賀; Yasushi Sugita; 康杉田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Priority date: 1993-09-06
Filing date: 1993-09-06
Publication date: 1995-03-20

Abstract

(57)【要約】【目的】復調器単体で再生搬送波の疑似同期状態を検出
し高速に搬送波再生を行えるようにする。【構成】多値デジタル変調信号は、同相検波器２、直交
検波器３で検波され各検波出力はＬＰＦ６、７を介して
Ａ／Ｄ変換器９、１０に入力され、Ａ／Ｄ変換器９、１
０はクロック再生回路８からのクロックに基づきシンボ
ルレートの２倍の周波数でかつアイパターン中心を含む
タイミングで標本化し量子化し復調データを得、復調デ
ータは、搬送波再生回路１１、同期判定回路１２、疑似
同期判定回路１３に入力され、疑似同期判定回路１３
は、アイパターン中心位相データからアイパターン中間
位相データへのデータ遷移を検出し、その検出出力の平
均から疑似同期か否かを判定し、疑似同期の場合、スイ
ープ信号発生器１５のスイープ動作を再開させ、局部発
振器５の局発をスイープさせ同期状態にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、衛星放送及び衛星通
信等に利用されるデジタル変調波の復調装置に有効な疑
似同期検出回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像情報等の大容量のデジタルデ
ータ伝送に関する研究、開発及び実用化が行われてい
る。デジタルデータ伝送方式には位相変調方式や直交振
幅変調方式がある。

【０００３】ところで衛星放送、衛星通信おいて、伝送
系、特に衛星中継器及び受信機の周波数変換器では周波
数離調が発生し、搬送波再生を行うにはこの周波数離調
を引き込んだ後、位相同期を達成し、搬送波再生を実現
しなければならない。

【０００４】図６は、周波数引き込み機能を設けた従来
の搬送波再生回路を有するデジタル復調回路のブロック
図である。変調信号は、帯域制限フィルタ（ＢＰＦ）１
で帯域外の雑音が除去された後、分配されて同相検波器
２、及び直交検波器３へ供給される。検波器２、３に与
えられる局部発振信号（以下局発と略する）は、局部発
振器５の局発が２つに分配されて０°位相の局発と、９
０°移相器４で移相された９０°位相の局発とされたも
のである。局部発振器５は、後述する搬送波再生用位相
ロックループ（ＰＬＬ）で制御されており、この局部発
振器５の出力が再生搬送波である。

【０００５】検波器２、３の出力は、それぞれ送信器側
とでロールオフ特性をもつ低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
６、７で符号間干渉が除去され、クロック再生回路８、
及びＡ／Ｄ変換器９、１０に供給される。クロック再生
回路８は、検波出力自身からデータのタイミングを抽出
する回路であり、Ａ／Ｄ変換器９、１０に標本化タイミ
ングを供給する。Ａ／Ｄ変換器９、１０は、それぞれの
入力（符号間干渉が除去されて十分に開いたアイパター
ンを持つ）に対して、アイパターンの中心タイミングで
サンプリングを施し標本化及び量子化を行う。量子化
は、デジタル変調方式に応じてそのビット数が決定され
る。Ａ／Ｄ変換器９、１０の出力は復調データであり、
搬送波再生回路１１、同期判定回路１２に供給されると
共に、誤り訂正回路（図示せず）にも導かれる。搬送波
再生回路１１は位相同期ループ（ＰＬＬ）を有し、復調
データから位相誤差を求め、これを平滑化して出力す
る。この平滑化出力は、加算器１４を通して前述の局部
発振器５の制御端子に供給され、これによりフィードバ
ックループが形成される。

【０００６】ここで、スイープ信号発生回路１５は、前
述した周波数引き込みを実現するものである。以下、こ
の動作について説明する。スイープ信号発生回路１５の
出力は、加算器１４に入力されている。これにより局部
発振器５の発振周波数にオフセットを与えることができ
る。即ち、スイープ信号発生回路１５からスイープ信号
を与えると、局部発振出力（再生搬送波）の周波数もス
イープされる。もし、入力変調波の周波数がずれている
と、一般にＰＬＬの周波数引き込み範囲は制限されるこ
とから、位相同期が達成されないことがある。しかし、
上記のように局部発振出力をスイープさせることによ
り、スイープ信号がちょうど入力変調波の周波数ずれを
抑圧する信号を発生した時点で、ＰＬＬが同期可能とな
り、再生搬送波の位相同期が達成される。

【０００７】スイープ信号発生回路１５は、上述のよう
に位相同期が達成された時点で、瞬時にその動作を停止
する必要がある。同期判定回路１２は、復調データから
再生搬送波の位相同期状態を判定し、位相同期状態を検
出するとスイープ信号発生器のスイープ動作を停止する
ように制御する。

【０００８】次に、同期判定回路１２の同期判定方法に
ついて説明する。図７（Ａ）は、ＱＰＳＫ変調のアイパ
ターン中心における位相同期時のコンステレーションで
ある。雑音の少ない状態では、コンステレーションは複
素平面上で４点に収束している。再生搬送波が非同期の
状態では、収束点が回転しているので、この収束点の複
素平面上での分布を求めれば再生搬送波の位相同期を判
定することができる。

【０００９】図８は上記コンステレーションにおいて、
２次元的に領域分割を行い、収束点の分布を求めるため
の領域分割を示す図である。領域Ｂの部分が同期時の収
束点を含む領域で、領域Ａはその他の領域である。なお
領域Ｂは、低Ｃ／Ｎ時の収束点の広がりを考慮してあ
る。搬送波再生が非同期の状態では、収束点が回転し、
どの領域もほぼ同程度に分布するが、位相同期が達成さ
れると領域Ｂに分布する確率が大きくなる。従って、領
域Ａと領域Ｂにそれぞれ分布する確率がほぼ等しいとき
非同期、領域Ｂに分布する確率が領域Ａに分布する確率
より大きいときに同期と判定する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の復
調装置では、入力変調波の周波数離調が大きい場合、疑
似同期状態となり、正常な同期確立ができなくなる場合
がある。疑似同期は、受信された搬送波ｆｃと再生搬送
波ｆｒｃとの周波数誤差Δｆが、シンボルレートｆｓの
ｎ／４（ｎは整数）のときに起こる現象で、あたかも復
調器の同期が確立しているかのように動作するものであ
る。従って周波数離調がｆｓ／４以下の変調波を受信す
る場合には、疑似同期の発生を考慮する必要はないが、
それ以上の周波数離調がある変調波を受信する場合に
は、疑似同期の発生を検出する必要がある。例えばｎ＝
１の場合、復調データはシンボル毎に位相がπ／２シフ
トしてしまう。

【００１１】図７（Ｂ）は、位相のπ／２シフトにより
疑似同期したときのコンステレーションを示す図であ
る。受信した搬送波ｆｃと再生搬送波ｆｒｃとの周波数
誤差Δｆがｆｓ／４であるために、検波器２、３の出力
は、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）６、７の通過帯域から
ｆｓ／４ずれており、このＬＰＦで信号スペクトルが削
れてしまいアイパターンが閉じてしまう。しかしなが
ら、復調データはシンボル毎に位相がπ／２シフトして
いるため、コンステレーションは収束点が広がるだけで
低Ｃ／Ｎ時の同期状態となんら変わりないものとなって
しまうので、従来の同期判定回路は、同期状態であるも
のと誤判定してしまう。

【００１２】するとスイープ動作が停止してしまうため
に、正規の同期周波数に同期することができない。正規
の同期周波数に同期させるためには、スイープ動作を再
開して局部発振器５を正規の同期周波数で発振させなけ
ればならない。そのためには、疑似同期を検出する必要
があるが、位相変化により情報を伝達するＱＰＳＫ変調
方式において、位相ｎπ／２シフトは、復調器において
は搬送波ｆｃと再生搬送波ｆｒｅとの周波数誤差Δｆに
よるものかどうかの判定はできず、誤り訂正回路で行う
ことになる。

【００１３】誤り訂正回路は、復調データの誤りを訂正
するものであるから、どの程度の誤りが発生しているか
を検出することができる。したがって、同期判定された
ときに誤りが非常に大きい場合には疑似同期であるとい
うことがわかる。ところで、ＱＰＳＫ変調では、再生搬
送波に４つの位相不定性があるため、誤り訂正回路では
４つの位相について順次疑似同期判定を行わなければな
らず、判定に持間がかかる。すなわち搬送波再生に時間
がかかってしまうという問題がある。

【００１４】そこでこの発明は、復調器単体で高速に搬
送波再生回路の誤動作を検出することができるデジタル
変調波復調器の疑似同期検出回路を提供することを目的
とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明は、デジタル変
調波の復調装置において、少なくともシンボルレートの
２倍の周波数で、かつアイパターン中心を含むタイミン
グで標本化され量子化された復調データが入力され、ア
イパターン中心位相データからアイパターン中間位相デ
ータへのデータ遷移を検出するデータ遷移検出手段と、
前記データ遷移検出手段の検出出力の平均をとり疑似同
期か否か判定する判定手段とを備える。

【００１６】

【作用】上記の手段により、復調器単体で疑似同期状態
を検出することができ、高速な搬送波再生の周波数引き
込み動作が可能となり、再生搬送波の位相同期を短時間
で達成することができる。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１はこの発明の一実施例であるデジタル変調
波復調器を示している。図６に示した従来の回路と同じ
部分には同一符号を付している。変調信号は、帯域制限
フィルタ（ＢＰＦ）１で帯域外の雑音が除去された後、
分配されて同相検波器２、及び直交検波器３へ供給され
る。検波器２、３には、局部発振器５の局発が２つに分
配されて０°位相の局発と、９０°移相器４で移相され
た９０°位相の局発として与えられている。局部発振器
５は、後述する搬送波再生用位相ロックループ（ＰＬ
Ｌ）で制御されており、この局部発振器５の出力が再生
搬送波である。検波器２、３の出力は、それぞれ送信器
側とロールオフ特性をもつ低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
６、７で符号間干渉が除去され、クロック再生回路８、
及びＡ／Ｄ変換器９、１０に供給される。

【００１８】クロック再生回路８は、検波出力自身から
データのタイミングを抽出する回路であり、Ａ／Ｄ変換
器９、１０に標本化タイミングを供給する。この場合、
クロック再生回路８は、シンボルレートｆｓの２倍の周
波数のクロックを再生しており、その位相はアイパター
ンの中心に同期している。したがってＡ／Ｄ変換器９、
１０では２倍のシンボルレートで標本化が行われる。従
ってＡ／Ｄ変換器９、１０は、それぞれの入力（符号間
干渉が除去されて十分に開いたアイパターンを持つ）に
対して、アイパターンの中心を含むタイミングでサンプ
リングを施し標本化及び量子化を行う。量子化は、デジ
タル変調方式に応じてそのビット数が決定される。Ａ／
Ｄ変換器９、１０の出力は復調データであり、搬送波再
生回路１１、同期判定回路１２、疑似同期検出回路１３
に供給される。

【００１９】搬送波再生回路１１は位相同期ループ（Ｐ
ＬＬ）を有し、復調データから位相誤差を求め、これを
平滑化して出力する。この平滑化出力は、加算器１４を
通して局部発振器５の制御端子に供給され、これにより
フィードバックループが形成される。同期判定回路１２
は、復調データから同期判定を行い、再生搬送波が同期
確立したことを判定すると、スイープ信号発生回路１５
に対してスイープ信号発生を停止するように制御を行
う。スイープ信号発生回路１５は、周波数引き込みを実
現するもので、停止制御が行われるまでは、スイープ信
号を発生して加算器１４に供給している。加算器１４
は、スイープ信号と搬送波再生回路１１からの平滑化出
力を加算して、局部発振器５の周波数制御端子に供給し
ている。

【００２０】疑似同期検出回路１３は、Ａ／Ｄ変換器
９、１０より得られる復調データから、疑似同期判定を
行い、疑似同期状態を判定したときは、スイープ信号発
生回路１５にスタート信号を送り、スイープ動作の再開
を行わせる。

【００２１】次に、疑似同期検出回路１３における疑似
同期判定方法について説明する。図２（Ａ）、図２
（Ｂ）は、それぞれＱＰＳＫ変調の同期状態と疑似同期
状態（シンボル毎にπ／２シフト）との位相ベクトルを
示している。黒丸はアイパターンの中心位相、白丸は黒
丸の中間位相のデータを示している。ここで中間位相の
データに着目すると、同期時（図２（Ａ））と疑似同期
時（図２（Ｂ））とでは、パターンが異なることがわか
る。

【００２２】図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、復調データ
が、位相ａから変化したときの位相ベクトルを、同期状
態と疑似同期状態とで比較して示している。ここで、復
調データが位相ａからａに変化したときの中間位相デー
タをａ´、ａからｂに変化したときの中間位相データを
ｂ´、ａからｃに変換したときの中間位相データをｃ
´、ａからｄに変化したときの中間位相データをｄ´と
する。

【００２３】同期状態（図３（Ａ））のときはデータの
遷移を表すベクトルａａ´、ａｂ´、ａｃ´、ａｄ´の
合成ベクトルの向きは、複素平面上の原点方向である。
一方、疑似同期状態（図３（Ｂ））のときは合成ベクト
ルの向きは、円周方向の成分を持つ。これは復調データ
がシンボル毎にπ／２シフトしているからである。従っ
て、疑似同期検出回路１３では、この円周方向の成分を
検出して疑似同期状態の判定を行う。なお、合成ベクト
ルの円周方向の成分を求めるには、各遷移ベクトルの円
周方向の成分を求め平均すれば良い。

【００２４】図４（Ａ）は、上記疑似同期検出回路１３
の具体的構成例を示している。２倍のシンボルレートで
サンプリングされたデータＩ、Ｑは、遷移ベクトル検出
回路５１に入力され、アイパターン中心位相データから
中間位相データへの遷移ベクトルが検出される。検出さ
れた遷移ベクトルは、判定回路５２で平均化され、その
平均された合成ベクトルが円周方向の成分を持っている
かどうかの判定がなされ、この判定結果が疑似同期判定
結果として出力される。

【００２５】図４（Ｂ）は、上記遷移ベクトル検出回路
５１、判定回路５２の構成をさらに具体化して示してい
る。復調データＩのサインビットは、Ｔ／２遅延回路６
１（Ｔはシンボル周期）６１を介してイクスクルーシブ
オア回路６２の一方端に入力され、復調データＱのサイ
ンビットは、イクスクルーシブオア回路６２の他方端に
入力される。この遷移ベクトル検出回路５１の論理演算
出力は、判定回路５２の加算器６３に入力される。

【００２６】ここで、遷移ベクトル検出回路５１の動作
について説明しておく。この実施例においては、シンボ
ル位相（アイパターン中心位相）のＩデータ符号と中間
シンボル位相のＱデータ符号の排他的論理和をとり、遷
移ベクトルを検出している。これは遷移ベクトルの円周
方向の成分を検出するのに、ベクトルの始点（シンボル
位相）と終点（中間シンボル位相）の象限の遷移を求め
ることにより、検出演算の簡略化を図ったためである。

【００２７】図５は、象限の遷移による遷移ベクトル検
出回路５１の演算テーブルを示したものである。象限の
遷移が反時計廻り（π／２シフト）の場合は、演算結果
であるイクスクルーシブオア（ＥＸ・ＯＲ）出力は、す
べて“Ｌ”、時計回り（−π／２シフト）の場合は、す
べて“Ｈ”となり、遷移ベクトルの円周方向の成分を検
出することができる。また象限遷移が対角方向（πシフ
ト）または遷移しない（シフトなし）、即ち円周方向の
成分が無い場合にも、演算結果として“Ｌ”（反時計廻
り）と“Ｈ”（時計廻り）が検出されるが、それぞれが
同数であるために平均を求めれば円周方向の成分が無い
ことがわかる。

【００２８】次に、図４に戻り判定回路５２について説
明する。加算器６３の出力はラッチ回路６４に入力され
る。ラッチ回路６４の出力は、加算器６３と絶対値回路
６５に入力される。絶対値回路６５の出力は、比較器６
６に入力されて、基準値と比較される。疑似同期の状態
で復調データがシンボル毎にπ／２シフトしているとき
には、遷移ベクトル検出結果として“Ｌ”が多く出力さ
れるので積分器には負の値が加算されいく。また−π／
２シフトのときは“Ｈ”が多いので積分器には正の値が
加算されていく。これに対して、同期状態のときには、
“Ｌ”と“Ｈ”が同数発生するうので積分器出力はゼロ
近傍の値となる。この積分動作は周期的に行われてい
る。積分出力は、絶対値回路６５で絶対値がとられるの
で、ゼロ近傍の値であれば同期確立状態、それ以外であ
れば、疑似同期状態として判定することがでできる。つ
まり絶対値出力Ａが基準値Ｂより大きいかどうかの判定
出力を得ることにより、これを疑似同期判定結果として
用いることができる。

【００２９】ここで積分器の出力の符号を判定すれば、
局発周波数と正規の周波数の大小関係が分かるので、ス
イープ信号発生器のスイープ方向を制御することもでき
る。なおこの発明は、上記の実施例に限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能
であることは勿論である。またＱＰＳＫ信号について説
明したが、多値ＱＡＭ信号等の変調信号に対してもこの
発明を有効に適用できることは勿論である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
復調器単体で再生搬送波の疑似同期状態を検出すること
ができるために、疑似同期が発生するような周波数離調
の大きな変調波に対しても、高速に搬送波再生を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すブロック図。

【図２】この発明による疑似同期検出の原理を説明する
ために示したデータ位相遷移図。

【図３】同じく疑似同期検出の原理を説明するために示
したベクトル図。

【図４】図１の疑似同期検出回路の構成説明図。

【図５】疑似同期検出回路の演算動作の説明図。

【図６】従来のデジタル変調波復調器の構成説明図。

【図７】同期状態と疑似同期状態におけるシンボル位相
の説明図。

【図８】シンボル位相のエリアの説明図。

【符号の説明】

１…帯域制限フィルタ（ＢＰＦ）、２…同相検波器、３
…直交検波器、４…９０°移相器、５…局部発振器、
６、７…低域通過フィルタ（ＬＰＦ）、８…クロック再
生回路、９、１０…Ａ／Ｄ変換器、１１…搬送波再生回
路、１２…同期判定回路、１３…疑似同期判定回路、１
４…加算器、１５…スイープ信号発生器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者多賀昇東京都港区新橋３丁目３番９号東芝エー・ブイ・イー株式会社内 (72)発明者杉田康神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝映像メディア技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】デジタル変調波の復調装置において、少なくともシンボルレートの２倍の周波数で、かつアイ
パターン中心を含むタイミングで標本化され量子化され
た復調データが入力され、アイパターン中心位相データ
からアイパターン中間位相データへのデータ遷移を検出
するデータ遷移検出手段と、前記データ遷移検出手段の検出出力の平均をとり疑似同
期か否か判定する判定手段とを具備したことを特徴とす
る疑似同期検出回路。
【請求項２】前記デジタル変調波は、ＱＰＳＫ変調波で
あり、前記データ遷移検出手段は、上記復調データＩ、
Ｑの符号ビットがそれぞれ供給される第１、第２の入力
端と、第１の入力端のデータをシンボル周期の半周期分
遅延する遅延手段と、前記遅延手段の出力データと前記
第２の入力端のデータとが供給されるイクスクルーシブ
オア回路とを有し、前記判定手段は、前記イクスクルーシブオア回路の出力
データを積分する積分器と、この積分器の出力データの
絶対値を得る絶対値回路と、この絶対値回路の出力値と
所定値とを比較する比較器とを有したことを特徴とする
請求項１記載の疑似同期検出回路。