JPH08149174A - 位相比較方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 受信信号点の位置がどこであっても正しく位
相を比較することができる位相比較方法を提供する。 【構成】 直交振幅変調信号の復調に用いた再生搬送波
の位相ズレを検出する位相比較方法において、Ｉ−Ｑ平
面上の全領域を、シンボル点を１つずつ中に含む複数の
誤差判定領域11〜14に区分し、受信信号点の誤差判定領
域内における位置が、その誤差判定領域内のシンボル点
と原点とを通る直線のＩ軸側またはＱ軸側のいずれにあ
るかに応じて、位相ズレの修正方向を異にする位相誤差
信号を出力するようにしている。受信信号点がＩ−Ｑ平
面上のどの位置にくる場合でも正しく位相比較が行なえ
る。また、位相ズレの大きさに応じて、位相誤差信号の
出力レベルを増加させることにより、位相ズレの迅速な
修正が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直交振幅変調（ＱＡ
Ｍ）信号の復調に際して、再生搬送波の位相と変調波の
位相とを比較する位相比較方法に関し、特に、全ての状
態で正しい位相比較を行なうことを可能にしたものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】直交振幅変調では、互いに独立する２つ
の信号を直交する２つの搬送波でそれぞれ振幅変調し、
それらを加え合わせて送信信号としている。この信号を
受信した受信側では、受信信号を二つに分岐し、その一
方に発振器で発生された再生搬送波を乗算し、他方にそ
の再生搬送波の位相をπ／２ずらした信号を乗算する同
期検波によって、同相信号と直交信号とを復調し、それ
らの信号の振幅を識別して、同相信号及び直交信号の振
幅の組合せによって表される多値を復号する。

【０００３】また、この検波で得られた信号を基に、再
生搬送波と変調波との位相ずれを検出し、発振器で発生
する再生搬送波の位相を補正している。

【０００４】こうした動作を行なうディジタル復調装置
は、図８に示すように、変調波をディジタル信号に変換
するアナログ−ディジタル変換器（ＡＤ変換器）71と、
再生搬送波を発生する数値制御発振器（ＮＣＯ）78と、
再生搬送波を用いて信号を同期検波し、同相信号と直交
信号とに分離する検波回路72と、信号のスペクトルを整
形するロールオフフィルタ73と、信号点のタイミングに
おける値を保持するレジスタ74と、復号された４値デー
タを２値データに変換する４−２変換回路75と、再生搬
送波と変調波との位相差を出力する位相比較器76と、位
相比較器76の出力を平滑化してＮＣＯ78に出力するロー
パスフィルタ77とを備えており、位相比較器76、ローパ
スフィルタ77及びＮＣＯ78によって搬送波再生ループを
形成している。なお、この復調装置は、１６ＱＡＭから
の復調を想定しており、そのため、４−２変換回路75に
おいて４値データから２値データへの変換を行なってい
る。

【０００５】この装置では、ＡＤ変換器71でディジタル
信号に変換された変調波が検波回路72で同相信号と直交
信号とに分解され、それぞれの信号がロールオフフィル
タ73でスペクトル整形された後、この信号の信号点のタ
イミングにおける値のみがレジスタ74に取り込まれる。
この値は４−２変換回路75に読み込まれ、ここで同相信
号及び直交信号の組合せが表す４値のデータから一般的
に扱い易い２値のデータへの変換が行なわれ、変換され
たデータが出力される。

【０００６】また、再生搬送波の位相を補正するため、
位相比較器76は、レジスタ74の出力から、数値制御発振
器78の発生する再生搬送波の位相と変調波の位相との差
を検出し、位相誤差信号を出力する。この出力はローパ
スフィルタ77で平滑化され、数値制御発振器78の周波数
制御端子に加えられ、数値制御発振器78は、発生する再
生搬送波の位相を修正する。

【０００７】この位相比較器76では、再生搬送波と変調
波との位相差を補正する信号を次のようにして求める。
なお、この明細書では、Ｉ−Ｑ平面上の各シンボルのキ
ャリア対雑音比が理論的に最良となる点をシンボル点と
し、実際に受信したシンボルのＩ−Ｑ平面上の点を受信
信号点とする。

【０００８】Ｉ−Ｑ平面上において、図９に示すように
（図９では簡単のため第１象限のみを示している）、各
シンボル点１、２、３、４に対する誤差判定領域81〜88
を設定し、受信信号点が＋の判定領域82、84、86、88に
あるときは、位相差の位相誤差信号として＋レベルの信
号を出力し、また、−の判定領域81、83、85、87にある
ときは、位相差の位相誤差信号として−レベルの信号を
出力する。

【０００９】つまり、受信信号の同相成分（Ｉ成分）と
対応するシンボル点のＩ成分との差をｘ、受信信号の直
交成分（Ｑ成分）と対応するシンボル点のＱ成分との差
をｙとしたとき、受信信号点が第１象限にある場合に
は、 ｘ＞０ 且つ ｙ＜０ である場合に、位相比較器76は＋レベル、 ｘ＜０ 且つ ｙ＞０ である場合に、−レベルの位相誤差信号を出力する。例
えば、受信信号点が89の場合、これはｘ＞０、且つ、ｙ
＜０の誤差判定領域84内であるので、＋レベルの位相誤
差信号が出力される。ＮＣＯ78は、この位相誤差信号を
受けて、再生搬送波の位相を遅らせる修正を行ない、そ
の結果、受信信号点がシンボル点の方向に近づく。

【００１０】この位相比較は、ｘとｙとを計算するＩ成
分用及びＱ成分用の二つの減算器と、その値の正負を判
別すを判別手段とによって具現化することができる。

【００１１】なお、他の象限での誤差判定領域は、図９
を原点Ｏを中心として回転させた形状となる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の位相比
較方法では、受信信号点が ｘ＞０ 且つ ｙ＞０ または ｘ＜０ 且つ ｙ＜０ の範囲にある場合には位相比較を行なうことができない
という問題点があった。

【００１３】本発明は、このような従来の問題点を解決
するものであり、受信信号点の位置がどこであっても正
しく位相を比較することができる位相比較方法を提供す
ることを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、直
交振幅変調信号の復調に用いた再生搬送波の位相ズレを
検出する位相比較方法において、Ｉ−Ｑ平面上の全領域
を、シンボル点を１つずつ中に含む複数の誤差判定領域
に区分し、受信信号点の誤差判定領域内における位置
が、その誤差判定領域内のシンボル点と原点とを通る直
線のＩ軸側またはＱ軸側のいずれにあるかに応じて、位
相ズレの修正方向を異にする位相誤差信号を出力するよ
うにしている。

【００１５】また、この直線と、受信信号点及び原点を
結ぶ直線との成す角度によって、位相誤差信号の出力レ
ベルを変えるようにしている。

【００１６】また、この出力レベルを、この角度の増加
に応じて段階的に増やすようにしている。

【００１７】また、誤差判定領域を、Ｉ軸と、Ｑ軸と、
Ｉ軸またはＱ軸に平行な直線とを境界線として区分して
いる。

【００１８】また、誤差判定領域を、原点から各シンボ
ル点までの距離の大きさを小さい順に列べたときに隣合
う値同志の平均値を半径とし中心を原点とする円と、原
点を中心とした同一円周上にあるシンボル点の内、隣合
うシンボル点同志の垂直二等分線とを境界線として区分
している。

【００１９】さらに、誤差判定領域内に受信信号点が位
置するときの位相誤差信号の出力値を、記憶手段のその
位置と対応付けたアドレスに予め格納し、受信信号点の
位置に応じて、この記憶手段の該当するアドレスから格
納された出力値を読み出すようにしている。

【００２０】

【作用】そのため、受信信号点がＩ−Ｑ平面上のどの位
置にくる場合でも正しく位相比較が行なえる。また、位
相ズレの大きさに応じて、位相誤差信号の出力レベルを
増加させることにより、位相ズレの迅速な修正が可能に
なる。

【００２１】また、Ｉ−Ｑ平面上の位置に対応する位相
誤差信号の出力値を記憶手段に予め格納し、受信信号点
に応じて該当する出力値を読み出すことにより、所定の
位相比較結果を簡単に得ることができる。

【００２２】

【実施例】

（第１実施例）各実施例の位相比較方法は、１６ＱＡＭ
を復調する図８のディジタル復調装置の位相比較器にお
いて実施される場合を例に説明する。

【００２３】第１実施例の位相比較方法では、図１に示
すように、Ｉ−Ｑ平面の全面を、シンボル点１、２、
３、４を中心に置く正方形11、12、13、14で区分し、そ
れらの全てを誤差判定領域としている。そして、各誤差
判定領域11、12、13、14の中を、シンボル点と原点とを
通る直線（基準線）で二分し、基準線よりＩ軸側の区域
を＋区域、基準線よりＱ軸側の区域を−区域に定めて、
受信信号点が＋区域にある場合には位相比較結果として
＋レベルを出力し、受信信号点が−区域にある場合には
位相比較結果として−レベルを出力する。

【００２４】従って、受信信号点が15である場合には、
位相比較結果として＋レベルを出力し、また、受信信号
点が16である場合には、位相比較結果として−レベルを
出力する。これらの受信信号点15、16は、従来の位相比
較方法では比較結果が得られなかった位置である。

【００２５】なお、図１では簡単のために第１象限のみ
を示しているが、他の象限については、これを原点Ｏを
中心として回転させた特性となる。

【００２６】このような位相比較動作は、例えば、読み
出し専用メモリ（ＲＯＭ）を用いて具現化することがで
きる。この方法では、誤差判定領域の各位置に対応する
出力レベルを予めＲＯＭに記憶させておき、受信信号点
の位置をＲＯＭに入力して、その位置に応じた出力レベ
ルをＲＯＭから出力させる。

【００２７】誤差判定領域の各位置は、図２に示すよう
に、Ｉ軸及びＱ軸上の座標を共に３ビットで表示する。
なお、図２は誤差判定領域13を拡大したものである。

【００２８】また、このＩ座標の値をＲＯＭのアドレス
のＡ０〜Ａ２に対応させ、Ｑ座標の値をＲＯＭのアドレ
スのＡ３〜Ａ５に対応させる。

【００２９】一方、ＲＯＭには、図３に示すように、６
桁のアドレス（Ａ５，Ａ４，Ａ３，Ａ２，Ａ１，Ａ０）
に対応する出力値Ｄ０を格納する。ここでは、Ｄ０の１
が＋レベル、０が−レベルと決めている。

【００３０】このＲＯＭに対して、図４に示すように、
受信信号点のＩ軸座標がアドレスのＡ０〜Ａ２として、
また、Ｑ軸座標がアドレスのＡ３〜Ａ５として入力され
るように接続する。従って、いま受信信号点が21である
とすると、ＲＯＭからは、その座標（１１１，１０１）
に対応するアドレス（１０１１１１）の出力値Ｄ０（＝
１）が出力され、位相比較器から＋レベルの位相誤差信
号が出力される。

【００３１】なお、図３の設定では位相差が０の場合に
＋レベルを出すようにしている。これを、位相差が０の
とき、位相比較器の出力がオフになるように変えるに
は、ＲＯＭの出力を１ビット追加して（Ｄ１，Ｄ０）の
２ビットとし、Ｉ成分の値とＱ成分の値とが等しいアド
レスではＤ１が１、それ以外ではＤ１が０となるように
定め、Ｄ１が１のときは位相比較器の出力をオフにすれ
ばよい。

【００３２】このように第１実施例の位相比較方法で
は、Ｉ−Ｑ平面のすべての点に対して正しい位相比較を
行なうことができ、搬送波再生ループのループゲインを
大きくすることができる。

【００３３】（第２実施例）第２実施例の位相比較方法
では、図５に示すように、第１実施例と同じ誤差判定領
域の中を、原点Ｏとシンボル点とを通る基準線の他に、
その基準線を原点Ｏを中心として±９°回転した直線に
よって４つの区域に分割し、それらの区域をＩ軸に近い
側から＋＋、＋、−、−−の区域と定め、受信信号点が
それらの区域に位置するとき、その区域に応じたレベル
の位相誤差信号を位相比較器から出力するようにしてい
る。

【００３４】各区域に受信信号点が位置したときの位相
比較器の信号レベルの大きさは、 −−＜−＜０＜＋＜＋＋ の関係を有している。つまり、＋＋区域に受信信号点が
あるときには、大きい＋レベルの位相誤差信号が出力さ
れ、＋区域にあるときは小さい＋レベルの位相誤差信号
が、−区域にあるときは小さい−レベルの位相誤差信号
が、また、−−区域にあるときは大きい−レベルの位相
誤差信号が出力される。

【００３５】従って、受信信号点が45と46との場合、ど
ちらもシンボル点４より時計回り方向に位相がずれた状
態であるが、位相のズレがより大きい受信信号点46の方
がより大きいレベルの位相比較結果が出力される。その
ため、位相のズレが大きいときにＮＣＯの補正量が大き
くなり、位相の修正が迅速に行なわれる。

【００３６】なお、図５では簡単のために第１象限のみ
を示しているが、他の象限については、これを原点Ｏを
中心として回転させた特性となる。

【００３７】この第２実施例の位相比較方法は、第１実
施例で述べたＲＯＭを用い、出力ビット数を増やし、各
アドレスに対応する出力値を、それぞれ区域に応じたレ
ベルの値に設定することにより容易に具現化することが
できる。

【００３８】なお、この実施例では、誤差判定領域に位
相差±９°、４段階の変化を持たせているが、位相差の
値は他の値でもよく、また、より多くのレベルの段階を
設けて高精度な位相比較結果が得られるようにすること
もできる。

【００３９】（第３実施例）第３実施例の位相比較方法
では、図６に示すように、誤差判定領域51、52、53、54
の区分が、Ｉ軸、Ｑ軸と二つの円周、及びシンボル点１
と４とを結ぶ線分の垂直二等分線の二つの円周に挟まれ
た部分から成る境界線で区画されている。ただし、二つ
の円の半径は、小さい方は、原点Ｏからシンボル点１ま
での距離と原点Ｏからシンボル点３までの距離との平均
値であり、大きい方は、原点Ｏからシンボル点１までの
距離と原点Ｏからシンボル点２までの距離との平均値で
ある。また、各誤差判定領域51〜54を、原点Ｏとシンボ
ル点１、２、３、４とを通る基準線によって２つの区域
に分割し、Ｉ軸側に近い区域を＋区域、Ｑ軸側に近い区
域を−区域と定めている。

【００４０】なお、図６では簡単のために第１象限のみ
を示しているが、他の象限については、これを原点Ｏを
中心として回転させた特性となる。

【００４１】位相比較器は、受信信号点が＋区域に位置
する場合、位相比較結果として＋レベルを出力する。ま
た、受信信号点が−区域に位置する場合は−レベルを出
力する。

【００４２】この位相比較方法は、第１実施例で述べた
ＲＯＭを用い、各アドレスに対応する出力値をその区域
に応じたレベルに設定することにより容易に具現化する
ことができる。

【００４３】この第３実施例の位相比較方法では、円周
方向に可能な限り大きく誤差判定領域を設けている。そ
のため、この位相比較方法は、利得制御などにより各受
信信号点の原点Ｏからの距離のばらつきは小さいが、位
相差が大きい復調装置の位相比較に適している。

【００４４】（第４実施例）第４実施例の位相比較方法
では、図７に示すように、第３実施例と同じ誤差判定領
域の中を、原点Ｏとシンボル点とを通る基準線の他に、
その基準線を原点Ｏを中心として±９°回転した直線に
よって４つの区域に分割し、それらの区域をＩ軸に近い
側から＋＋、＋、−、−−の区域と定め、受信信号点が
それらの区域に位置するとき、その区域に応じたレベル
の位相誤差信号を位相比較器から出力するようにしてい
る。

【００４５】各区域に受信信号点が位置したときの位相
比較器の信号レベルの大きさは、第２実施例と同様、 −−＜−＜０＜＋＜＋＋ の関係を有している。

【００４６】この位相比較方法では、位相差の大きさに
応じて出力レベルを変えて位相誤差信号を出力すること
ができるので、位相差の大きい復調装置に用いることが
適している。

【００４７】なお、この位相比較方法でも、第２実施例
と同様、位相差を±９°以外に設定したり、４段階より
も多い段階を設けることが可能である。

【００４８】一般的には、位相誤差信号は、誤差判定領
域内においてシンボル点と原点とを結ぶ線分を基準と
し、その線分と、受信信号点と原点とを結ぶ直線との成
す角度（ただし、時計回り方向を正、反時計回り方向を
負）を変数とする関数として設定することができる。

【００４９】また、各実施例では１６値ＱＡＭの場合に
ついて述べたが同様なことが３２、６４、２５６などの
多値ＱＡＭについても言える。

【００５０】

【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなよう
に、本発明の位相比較方法は、Ｉ−Ｑ平面の全ての点に
対して位相比較結果を定義しているため、受信信号点が
どこにあっても正しい位相比較を行なうことができ、搬
送波再生ループのループゲインを大きくすることができ
る。

【００５１】また、位相差の大きさに応じて、レベルを
変えた位相比較結果を出力することができる。

【００５２】また、ＲＯＭを用いることによって、所望
の位相誤差結果を簡単に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の位相比較方法での誤差判
定領域を示すＩ−Ｑ平面図、

【図２】第１実施例の位相比較方法における座標設定
図、

【図３】第１実施例の位相比較方法を実施するときのＲ
ＯＭの設定データ、

【図４】第１実施例の位相比較方法を実施するときのＲ
ＯＭの接続を示す図、

【図５】本発明の第２実施例の位相比較方法での誤差判
定領域を示すＩ−Ｑ平面図、

【図６】本発明の第３実施例の位相比較方法での誤差判
定領域を示すＩ−Ｑ平面図、

【図７】本発明の第４実施例の位相比較方法での誤差判
定領域を示すＩ−Ｑ平面図、

【図８】従来のディジタル復調器の構成を示すブロック
図、

【図９】従来の位相比較方法での誤差判定領域を示すＩ
−Ｑ平面図である。

【符号の説明】

１〜４ シンボル点 11〜14、41〜44、51〜54、61〜64、81〜88 誤差判定領
域 15、16、21、45、46、89 受信信号点 71 ＡＤ変換器 72 検波回路 73 ロールオフフィルタ 74 レジスタ 75 ４−２変換器 76 位相比較器 77 ローパスフィルタ 78 数値制御発振器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直交振幅変調信号の復調に用いた再生搬
   送波の位相ズレを検出する位相比較方法において、 Ｉ−Ｑ平面上の全領域を、シンボル点を１つずつ中に含
   む複数の誤差判定領域に区分し、 受信信号点の前記誤差判定領域内における位置が、該誤
   差判定領域内のシンボル点と原点とを通る直線のＩ軸側
   またはＱ軸側のいずれにあるかに応じて、位相ズレの修
   正方向を異にする位相誤差信号を出力することを特徴と
   する位相比較方法。
2. 【請求項２】 前記直線と、受信信号点及び原点を結ぶ
   直線との成す角度によって、前記位相誤差信号の出力レ
   ベルを変えることを特徴とする請求項１に記載の位相比
   較方法。
3. 【請求項３】 前記出力レベルを、前記角度の増加に応
   じて段階的に増やすことを特徴とする請求項２に記載の
   位相比較方法。
4. 【請求項４】 前記誤差判定領域が、Ｉ軸と、Ｑ軸と、
   Ｉ軸またはＱ軸に平行な直線とを境界線とすることを特
   徴とする請求項１乃至３に記載の位相比較方法。
5. 【請求項５】 前記誤差判定領域が、原点から各シンボ
   ル点までの距離の大きさを小さい順に列べたときに隣合
   う値同志の平均値を半径とし中心を原点とする円と、原
   点を中心とした同一円周上にあるシンボル点の内、隣合
   うシンボル点同志の垂直二等分線とを境界線とすること
   を特徴とする請求項１乃至３に記載の位相比較方法。
6. 【請求項６】 前記誤差判定領域内に受信信号点が位置
   するときの前記位相誤差信号の出力値を、記憶手段の前
   記位置と対応付けたアドレスに予め格納し、受信信号点
   の位置に応じて、前記記憶手段の該当するアドレスから
   格納された出力値を読み出すことを特徴とする請求項１
   乃至５に記載の位相比較方法。