JPS6359147A - 信号処理システム - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、信号プロセッサを用いたコヒーレント検出に
関し、特に、直角振幅変調（ＱＡＭ＞信号などの変調さ
れた信号のキャリア（搬送波）回復に関する。

Ｂ、従来技術 変調された信号から情報を回復するためには、復調器は
、搬送波の位相と搬送波の周波数の両方を入手しなくて
はならない。はとんどの変調器は、かなり狭い許容範囲
内で搬送波信号を送信する。

典型的にはこの許容範囲は０．００１％である。しかし
、電話交換網上で通信する場合には、搬送波信号の再挿
入（ｒ　ｅ　ｉ　ｎ　ｆ　ｔ　ｉ　ｏ　ｎ　）により受
信された搬送波信号はＯ，ＯＯ６多種度の誤差を含むこ
とがある。１２００ヘルツの搬送派信号の場合、このこ
とは７ヘルツ以上の周波数のオフセットを意味する。

現在知られている最良の復調器はコヒーレント検出器で
ある。そのような装置は、搬送波信号に位相と周波数と
が入来搬送波信号にロックされた正弦波と余弦波を掛け
あわせることによって搬送波信号を復調する。直角振幅
変調（ＱＡＭ＞または微分位相シフト・キー（ＤＰＳＫ
）信号においては、受信された搬送波信号が、変調の方
向に沿う位相の結果として生じる迅速な変化により連続
的に変調されている。コヒーレント検出器における蔵も
重要な問題は、周波数のオフセット及び電話回線のノイ
ズにもさらされたきわめて非持久的な信号の平均位相及
び周波数を正確に決定することである。

従来技術においては、位相と周波数の両方を決定するこ
とは、搬送波信号をきわめて高い周波数に周波数変換す
る段階を有する。そうして、この変換された信号から搬
送波信号が抽出される。この周波数変換技術は、信号処
理環境では非実用的である。なぜなら、それにはきわめ
て大きいサンプリング速度が必要であるので信号プロセ
ッサに過剰の処理負荷がかかるからである。この過剰の
処理負荷は、信号プロセッサの他の機能を実行する能力
を制限する。

米国特許第４４（５８７９４号は、直角チャネルを使用
することなく同相及び直角係数を直接得るために、帯域
制限ＩＦ倍信号サンプルするディジタル・コヒーレント
検出器を開示する。この検出器は、アナログ・バンドパ
ス信号をサンプリングしディジタル化するための手段と
、そのサンプリングされディジタル化された信号の出力
に接続され、正弦波頂の係数の評価を決定するための手
段を含む。この特許はさらに、サンプリング周波数キャ
リア・パルスに応じて、同相と直角の出力線の間でスイ
ッチングするための手段も戻ひ。この特許は主としてレ
ーダー受信システムに使用され、ディジタル信号プロセ
ッサは含まない。

米国特許第ａａｓ７００５号は、位相シフト・キー（Ｐ
ＳＫ）信号の復調及びビット検出のためのディジタル復
調システムを開示する。この復調システムは、マスター
搬送波発振器と、サンプリング・パルスを与えるために
そのマスター搬送波信号を周波数分割するための分割器
とを有する。

このＰＳＫエンコードされた信号が次にサンプルされて
記憶され、差検出器が、２つのサンプリング回路の間の
差に応じて遷移信号を発生する。そして、論理回路が分
割器の出力を２で割り、減算ループ・パルスまたは加算
ループ・パルスを発生する。次に制御回路が、加算ルー
プ・パルス捷たは減算ループ・パルスのどちらかによっ
て遷移信号が受は取られるか否かに応じてサンプリング
Φパルスの周波数を変更する。このサンプリング・パル
スは、加算ループ・パルスに応答して増加され、減算ル
ープ・パルスに応答して減少される。

このようにして、サンプル・パルスが、入来搬送波信号
と同期される。

米国特許第３６６０７６４号は、非コヒーレント微分位
相検出システムの例を与える。このシステムにおいては
、同期的な局所発振器を要することなく、微分的に位相
変調された信号が検出される。このことは、その搬送波
信号をそのベースバンドに共役な同相及び逆相成分に分
解することによって達成される。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 この発明の目的は、ディジタル信号プロセッサを用いた
コヒーレント検出を行うシステムを提供することにある
。

この発明の他の目的は、変調された信号の搬送波の回復
を改善することにある。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明によれば、ディジタル信号プロセッサを用いて、
電話回線からモデムによって受信したような変調された
信号の搬送波回復を行うだめの方法及び装置が開示され
る。これによれば、搬送波信号が、搬送波の２つの成分
、すなわち同相成分と直交成分を解析する位相誤差検出
器に入力される。この位相の誤差は、最大長のベクトル
の角度と、そのようなベクトルの期待される角度の間の
差から評価される。次にこの位相誤差は、基準発振器の
位相を更新するために使用される。基準発振器は、搬送
波と基準発振器が同相ロック状態にあるように継続的に
更新される。この位相は、位相が、スタート・アップ時
にはより強く調節され周波数ロッキングが達成されるに
つれて次第に弱く調節されるようにすることを可能なら
しめる信頼因子（ｃｏｎｆｉｄｅｎｃｅ　　ｆａｃｔｏ
ｊｒ）によって制限される更新により、その位相誤差に
比例して更新される。さらに、搬送波と基準発振器の間
の周波数誤差が、複数のシンボル時間に亘って評価され
る。この周波数の評価は次に、基準発振器の周波数を調
節するために使用される。基準発振器の周波数を連続的
に更新することにより、搬送波と基準発振器は、迅速に
周波数ロックされることになる。

Ｅ、実施例 第１図に示すコヒーレント検出器１０への入力１１は、
５ｉｎ（Ｗｅ（ｔ）＋Ｐ（ｔ））によってあられすこと
のできる微分位相シフト・キー（ＤＰＳＫ）信号である
。ここでｗｅ（ｔ）は、時間の関数としての搬送波周波
数であり、ｔは時間であり、ｐ（ｔ）は、時間の関数と
しての情報エンコーディングによる位相の変化をあられ
す変数である。基準発振器１５は５ｉｎ（Ｗｒ（ｔ））
とあられすことができる。コヒーレント検出器１０は、
簡単な乗算とフィルタ動作によって位相変化情報をベー
ス・バンドまで転置する。この乗算は、乗算器１２及び
１３によって与えられ、フィルタ動作は、ロー・パス・
フィルタ１６及び１７によって与えられる。

尚、基準発振器１５の出力Ｃでは、それが乗算器１２に
入力される前にブロック１４によって９０°の位相シフ
トが与えられることに注意されたい。

フィルタ動作を行う前に、乗算器１２からの同相チャネ
ル信号出力は、５ｉｎ（Ｗｃ（ｔ）＋Ｐ（ｔ））Ｘ　５
ｉｎ（Ｗｒ　（ｔ））　とあられすことができる。その
ような信号をロー・パス・フィルタ１７を通過させた後
は、利得の小さい項を無視すると、同相信号をあられす
線１８上の信号ｎｃｏｓ（Ｗｃ（ｔ）−Ｗｒ　（ｔ　）
十Ｐ　（ｔ　）　）　　とあられすことができる。同様
１／’Ｃ１線１９上のロー・パス・フィルタ１７からの
信号出力の直交成分は５ｉｎ（Ｗｃ（ｔ）−Ｗｒ（ｔ）
＋ｐＤ））とあられすことかできる。

直交信号と同相信号が同一の周波数であるときその位相
のサインまだはコサインが変化することが見てとれよう
。周波数の差は位相誤差項を生じることになる。その結
果、出力１８また１ｄ１９のどちらかが、位相エンコー
ド情報及び位相誤差を含むことになる。これらの問題を
完服するために、誤差項を検出し基準発振器１５を調節
し以て位相誤差を０にするために、同相成分と直交成分
に搬送波周波数追従動作が施される。

コヒーレント検出器１０け、第２図の搬送波周波数追従
機構の一部である。この搬送波周波数追従機構は、位相
誤差を補正するための内部ループ２０と外部ループ３０
を有する。内部ループは、コヒーレント検出器１０と、
その出力１８及び１９と、位相ロック２３と、その人力
２４及び２５を含み、スタート・アップ時の周波数ロッ
ク・インを達成し、急激な位相変化に対してそのような
位相ロックを維持する。外部フィードバック・ループは
、コヒーレント検出器と、その出力１８及び１９と、適
応等什器２６と、位相／周波数ロック２８と、その人力
２９及び３０と、その出力２７を含み、基準発振器１５
と、線１１上の変調された信号入力との間の位相の差を
予定の狭い許容範囲内に維持する働きを行う。

次に、内部フィードバック・ループの動作を第３図を参
照してより詳細に説明する。内部フィードバック・ルー
プ２０の機能は、線１１上で入来信号を受信後出来るだ
け迅速に位相ロックを達成し、入来信号の位相の急激な
変化に対してその位相ロックを維持することにある。位
相ロックは、位相誤差を評価して線３３上の基準発振器
１５に対する調節によって誤差を補償することによって
達成される。そのような調節の度合は、位相誤差の大き
さに比例する。そのような調節の度合はまた、時間に基
づく信頼因子とも関連づけられている。この信頼因子は
、より高速の位相ロックを達成するために、はじめに信
号が線１１上で受は取られたときにより強く位相の調節
が行なわれるようにする。位相の調節の度合は、位相誤
差の符号と位相誤差の大きさと上述の信頼因子の積であ
る。

基準発振器１５に対する位相の調節は、上記績によって
形成された補正項を基準発振器１５の位相に加えること
によって行なわれる。すなわち、基準発振器１５の新し
い位相は、旧い位相プラス補正因子である。

さて、フェーサ（ｐｈａｓｏｒ）を形成するために線１
８及び１９上でコヒーレント検出器１０から出力される
搬送波信号の同相及び直交成分を考慮することにより、
そのようなフェーサの大きさを計算することができる。

計算を容易にするため、フェーサの２乗の大きさを使用
することができ、それは同相成分の２乗と直交成分の２
乗の和によって与えられる。次にこの２乗の大きさが線
４１上でブロック４２（第３図）に入力され、そこで最
大の大きさのフェーサが決定される。位相誤差の評価の
ために使用されるのはこの最大の大きさのフェーサであ
る。定義により、最大の大きさのフェーサはフェーサ・
プロットの軸、すなわち０°、９０°、１８０°または
２７０°上になくてはならない。

次にブロック４５中で、フェーサからフェーサ・プロッ
トの最も近い軸への距離であるとして位相誤差の大きさ
が評価される。

次に、ブロック４６では位相に対する調節量が計算され
る。位相調節の方向、すなわち位相誤差の符号は、フェ
ーサが、フェーサ・プロット上の最も近い軸のどちらの
側にあるかによって決定される。もしフェーサが最も近
い軸の時計まわりの側にあれば、基準発振器１５は、線
１１上で入力される変調信号よりもわずかに先行してい
る。逆に、フェーサが、フェーサ・プロットの最も近い
軸の反時計まわりの側にあれば、基準発振器１５は１．
ｖｉ！１１上で入力される変調信号よりもわずかに遅れ
ている。下記表１は、変調信号のタイプ、すなわち同相
または直交と、結果の位相誤差の符号との間の関係を要
約したものである。

表　　１ 伺、フェーサと、フエーザφプロット上の最モ近い軸の
間の距離が２つのフェーサ成分である同相または直交成
分のうちの小さい方の成分である。

判断ブロック４３及び線４４は、入来変調信号がＱＡＭ
である場合にのみ働く。ＱＡＭ信号は、情報が位相の変
化のみならず振幅の変化によってもエンコードされてい
ることを除いてはＤＰＳＫ信号と同様である。ＤＰＳＫ
信号は、０°、９０°、１８０°または２７０°の位相
の変化からなる。ＱＡＭもまた０°、９０°、１８０°
または２７０°でエンコードされているが、各位相の変
化は、位相と振幅の両方についてわずかに摂動を受ける
ことがある。こうして単一の位相の変化が４つの可能な
位相の変化に拡張され、以てより多くの情報をエンコー
ドすることができる。表２は、４つの個別の摂動状態と
、それに付随する振幅と位相の変化の情報を要約するも
のである。

もし、ＱＡＭ信号中で摂動が考慮されないなら、タイプ
１またはタイプ２の摂動をもつフェーサが２６°の位相
誤差であると解釈されることＫなろう。

そして振幅の変化には考慮が払われないことになろう。

この問題を克服するために、位相はフェーサが摂動を受
けていないときのみ調節される。この状況は第３図に示
されておシ、そこでは、もし判断ブロック４３に対する
答えがイエスであるなら、すなわち摂動が生じたなら、
誤差の評価または調節は行なわれない。そして、搬送波
周波数追従機構は線４４で示すように単に出力４８へ分
岐して次の最大フェーサを待つ。

次に第４＠のフローチャートを参照して、外部フィード
バック・ループの動作を詳細に説明する。

この外部ループ位相調節は、第５図と第４図のフローチ
ャートを比較すれば分かるように、内部ループにきわめ
てよく似ている。適応等什器２６は外部ループ３０の一
部をなすものであシ、電話回線によってひき起こされた
位相と振幅の歪みを補償することによって、線１８及び
１９上でコヒーレント検出器１０から出力された信号を
終結処理し、以て位相誤差をより正確に評価することを
可能ならしめる。しかし、適応等化器は数ミリ秒の遅延
を引き起こすので、外部ループは搬送波周波・数追従機
構の安定性を下げる。さらに、適応等化器２６はその適
応的な性質ゆえにフィードバックが存在するとうまく働
かない。

適応等化器２６は、線１８及び１９上でコヒーレント検
出器１０から受は取った信号を選択したシンボル速度ま
で間引き（ｄｅｃｉｍａｔｅ）する。その結果、適応等
化器２６からの各サンプルが、シンボルの中点時間に対
応するフェーサをあられす。

シンボルはフェーサ・プロットの軸（Ω０．９０°、１
８０°、２７０°）上で生じなくてはならないので、誤
差は再び、フェーサからフェーサ・プロット上の最も近
い軸への距離であるとして評価される。

ブロック５４では、内部フィードバック・ループ２０の
場合と同様にして位相誤差の大きさと符号か導出される
。これから、ブロック５５で調節量の計算が行なわれ、
ブロック５６で基準発振器１５の位相が調節される。内
部ループ２０に関して説明したのと同様に、判断ブロッ
ク５２は、摂動が生じたか否かを判断する。これは、Ｑ
ＡＭ信号が受信された場合に該当する。第４図に示すよ
うに、もし摂動が生じると、線５３が線５７の末端に分
岐し、摂動が終了するまで誤差の評価あるいは位相の調
節は行なわれない。

ここで述べた位相ロック技術は、入来変調信号との位相
ロックを維持するために単に基準発振器１５の位相を更
新するものである。位相ロックの性能は、基準発振器１
５の周波数もまた変調された信号の周波数に一致するよ
うに調節されるとき著しく改善される。第２図に示すよ
うに、ブロック２８はまた線２７を介してコヒーレント
検出器１０に周波数ロック情報を与える周波数ロック機
構をも含んでいる。この情報は、基準発振器１５の周波
数を調節するために使用される。このことは、時間に亘
って、必要な位相調節をモニタすることにより基準発振
器１５と入来信号１１の間の周波数の差を評価すること
によって行なわれる。

外部ループ３０における各位相調節毎に、位相調節値が
積分されなくてはならない。そしてもし得られた積分値
が予定のしきい値よりも大きいなら、基準発振器１５の
周波数は、基準発振器に、積分値の符号と、時間の関数
である信頼因子の積を加えることにより調節される。

信頼因子は次の式で与えられる。すなわち、Ｃ０ＮＦ＝
（（ＣＯＮＦ−ＩＮＩＴＩＡＬ）Ｘ（０，０９９６）Ｔ
）＋Ｃ０ＮＦ〜Ｆ　Ｉ　ＮＡＬ ここで、Ｃ０ＮＦは信頼因子であり、Ｃ０ＮＦ−ＩＮＩ
ＴＩＡＬは初期値であり、Ｃ０ＮＦ’　　ＦｉＮＡＬけ
最終値でありともに１より小さく、Ｃ０ＮＦ　　ＩＮＩ
ＴＩＡＬはＣ０ＮＦ　　ＦＩＮＡＬよりはるかに大きい
。Ｔは時間である。

簡易化された全体的な機能ブロック図が第５図として示
されている。これにおいては、信号プロセッサ６１は市
販されている任意の信号プロセッサでよい。そのような
信号プロセッサの例として、テキサス・インス°ツルメ
ンツ（Ｔｅｘａｓ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）社のＴＭ
Ｓ３２０１０がある。信号プロセッサ６１はホスト・プ
ロセッサ６９によって完全に制御され、動作の前にその
中央処理ユニットの命令をロードされていなくてはなら
ない。信号プロセッサ６１は命令メモリ６２とデータ拳
メモリ６３を使用する。これらのメモリはともにホスト
・プロセッサ６９によってアクセス可能であるが、信号
プロセッサ６１と同時にはアクセスできない。命令メモ
リ６２は、信号プロセッサ６１がターン・オフ、すなわ
ちリセットされているときのみボスト・プロセッサ６９
ｔ／Ｃよってアクセス可能である。

そのとき、ホスト・プロセッサ６９は命令メモリ６２か
らロードしてデータ・メモリ６５に切換可能であり、デ
ータ・メモリ６５は常時信号プロセッサ６１と動的に共
有されている。信号プロセッサ６１とホスト・プロセッ
サ６９け、ホス）−プロセッサ６９の制御の下で割シ込
みマスクにより互いに割込みを行う能力をもつ。入来高
速モデム信号が線７１−７３上で受信器６７に久方され
る。

これらの入来高速モデム信号はアナログ書式であるので
Ａ／Ｄ変換器６６によってディジタルに変換され、−時
的にデータ・レジスタ６５に格納される。これらのディ
ジタル化された信号は次にデータ・メモＩＪ　６５　Ｋ
入力される。Ａ／Ｄ変換器６６は線７１−７３を介して
久方されたアナログ信号のディジタル化されたサンプル
を与える。データ・メモリ６５中に格納され、基準発振
器１５を線１１上でコヒーレント検出器１０へ入来する
信号で位相及び周波数ロックするために信号プロセッサ
６１によって操作されるのはこれらのディジタル化され
たサンプルである。最適な態様においては、入来高速モ
デム信号は９６００ヘルツでサンプルされる。入来変調
信号のシンボル時間は、１．６ミリ秒であり、このこと
は１６サンプル毎に１つのシンボルを保証する。ここで
述べた最適な態様はＢｅ１ｌ　　２１２ａ／ＣＣＩＴＴ
　Ｖ２２ｂｉｓとの適合性を有する。これらのプロトコ
ルはともに、本発明において説明した搬送波回復機構Ｑ
でよって与えられるような１．６ミリ秒のシンボル時間
をもつ。

１０発明の詳細 な説明したように、この発明によれば、基部発振器の周
波数が入来変調信号に関連して位相及び周波数ロックさ
れるので、位相ロック動作の性能が著しく向上される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、コヒーレント検出器のブロック図、第２図は
、搬送波周波数追従を行う機能ブロック図、 第３図は、内部ループ位相調節の動作フローチャート、 第４図は、外部ループ位相調節の動作フローチーヤー　
ト、 第５図は、本発明のシステムの全体的な機能ブロック図
である。 １０・・・・コヒーレント検出器、１５・・・・基準発
振器。 出願人　　イン→膓拳ビジネス・マシーンズ・コ〒ポジ
ージョン代理人　弁理士　　山　　　本　　　仁　　　
朗ＦＩＧ、　　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 変調信号中の搬送波を回復するためのものであつて、基
   準発振器をもつコヒーレント検出器を有する信号処理シ
   ステムにおいて、 （ａ）上記変調信号を解析して最大長のベクトルを決定
   するための手段と、 （ｂ）上記ベクトルの角度と予定の角度の間の差から位
   相の誤差を評価するための手段と、 （ｃ）上記基準発振器の位相を更新し以て上記変調信号
   と上記基準発振器を位相ロックするための手段とを具備
   する信号処理システム。