WO2006062050A1 - 多値ｑａｍシンボルタイミング検出回路および多値ｑａｍ通信信号受信機 - Google Patents

多値ｑａｍシンボルタイミング検出回路および多値ｑａｍ通信信号受信機 Download PDF

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WO2006062050A1
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Shinji Tamura
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Furuno Electric Co., Ltd.
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    • H04L27/389—Demodulator circuits; Receiver circuits with separate demodulation for the phase and amplitude components

Definitions

  • the present invention relates to a multilevel QAM symbol timing detection circuit that detects symbol timing of a multilevel QAM communication signal that communicates information by amplitude phase modulation, and a multilevel QAM communication signal receiver including the same. .
  • various modulation schemes are employed to transmit a large amount of information at the same speed with the same power.
  • a symbol exists as a minimum unit for transmitting this information, and a communication frame is configured by arranging a plurality of these symbols in time series.
  • the larger the amount of information that can be transmitted with one symbol the larger the amount of information that can be transmitted per predetermined time for the entire communication system.
  • 16-level QAM communication signal hereinafter referred to as “16-level QAM communication signal”
  • 4 bits of information are given to one symbol.
  • the QAM modulation system also has multi-level QAM communication signals other than 16-level QAM communication signals, depending on the possible amplitude and phase settings.
  • a unique word UW is first arranged in a communication frame in order to detect symbol timing, and a pilot symbol PS is arranged every predetermined number of symbols. For example, in a 16-value QAM communication signal used in Inmarsat, a unique symbol UW of 40 symbols is placed first, and a pilot symbol PS of 1 symbol is placed every 29 symbols!
  • These unique word UW and pilot symbol PS are preset signals, and are usually set to signals that appear to be BPSK signals in order to make it easy to detect the symbol timing.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 describe that a reference signal corresponding to a symbol timing signal is generated by a receiver, and the received multilevel QAM communication signal is received from the reference signal. And a symbol synchronizer for detecting symbol timing is disclosed.
  • a predetermined threshold is set in advance, the amplitude of the received signal is compared with the threshold while observing the amplitude in time series, and the timing at which the time series characteristic curve of the amplitude crosses the line representing the threshold is symbol timing.
  • a detection method is disclosed.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-24562
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-24563
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-309613
  • an object of the present invention is to detect symbol timing only with a multilevel QAM communication signal received without using a unique word UW or a pilot symbol PS and without using a preset reference signal or threshold.
  • An object of the present invention is to provide a multi-level QAM symbol timing detection circuit capable of performing the above.
  • Another object is to constitute a multi-level QAM communication signal receiver using this multi-level QAM symbol timing detection circuit.
  • amplitude data of the multi-level QAM communication signal detected at a predetermined oversampling frequency is converted into one symbol period.
  • Sampling point amplitude detection means for buffering in units and detecting amplitude data at each sampling timing according to the oversampling frequency, and amplitude data corresponding to each sampling timing within one symbol period for each predetermined period
  • Amplitude data buffer means for each sampling timing buffered over a period of time amplitude histogram forming means for forming a histogram of amplitude data within a predetermined period stored for each amplitude data buffer means for each sampling timing, and the amplitude histogram forming means Resulting force most detected It is characterized by comprising: a symbol tie Mi ring detecting means for detecting the sampling timing corresponding to a high degree the amplitude data as a symbol timing, a.
  • the multilevel QAM symbol timing detection circuit of the present invention includes an absolute value calculation means for generating an absolute value signal by calculating an absolute value of a multilevel QAM communication signal detected at a predetermined multiple oversampling frequency.
  • the sampling point amplitude detection means detects the amplitude data using the absolute value signal of the multilevel QAM communication signal.
  • amplitude data corresponding to each sampling timing in the multilevel QAM communication signal detected at a predetermined oversampling frequency is detected and buffered for each symbol length together with the sampling timing.
  • an absolute value signal that can be sampled using an absolute value signal obtained by calculating an absolute value of a multilevel QAM communication signal detected at a predetermined oversampling frequency is used, the number of samples increases.
  • Amplitude data for one symbol length unit is buffered by a predetermined number of symbols at each corresponding sampling timing, and a histogram of this buffered amplitude data is formed at each sampling timing.
  • symbol timing is detected by detecting a timing at which this same amplitude detection frequency is high.
  • the multi-level QAM symbol timing detection circuit of the present invention uses the I signal and the Q signal for the multi-level QAM communication signal detected at a predetermined multiple oversampling frequency, respectively, using the V and I signals.
  • a histogram of amplitude data for each sampling timing is formed, and a histogram of amplitude data for each sampling timing is formed using the Q signal.
  • a symbol is obtained from the amplitude data histogram for the I signal and the amplitude data histogram for the Q signal. It is characterized by detecting timing.
  • the above-described histogram is formed for each of the I signal and the Q signal by utilizing the configuration of the multi-level QAM communication signal power signal and the Q signal.
  • the symbol timing is the same for the Q signal as the I signal, the detected symbol timing should be the same even if the histogram of each signal is added. Therefore, adding these histograms effectively doubles the number of amplitude samples at each sampling timing, improving detection accuracy.
  • the multi-level QAM communication signal receiver of the present invention includes the multi-level QAM symbol timing detection circuit described above, and uses the symbol timing signal output from the multi-level QAM symbol timing detection circuit. And a sampling means for down-sampling the multi-level QAM communication signal and a baseband demodulation means for demodulating the baseband multi-level Q AM signal sampled by the sampling means.
  • the present invention it is possible to detect the symbol timing using only the received multilevel QAM communication signal. In other words, using a reference signal as before, or setting an appropriate threshold A multi-level QAM symbol timing detection circuit that detects symbol timing easily and reliably can be configured.
  • a multi-level QAM communication signal receiver that reliably demodulates information transmitted by multi-level QAM modulation is configured. Can do.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a multilevel QAM symbol timing detection circuit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the symbol timing detection circuit shown in FIG.
  • FIG.3 Diagram showing integrated histogram of amplitude data
  • FIG.4 Schematic diagram of eye pattern of absolute value signal of 16-value QAM communication signal
  • 610 I signal histogram forming unit
  • 620 Q signal histogram forming unit
  • 611, 621 Absolute value calculating unit
  • 612, 622 Timing amplitude extracting unit
  • 613, 623 1 symbol length notifier
  • 614a to 614n 624a 624n—Timing amplitude notch
  • 615a to 615n 625a to 6 25 ⁇
  • 630 Symbol timing detection unit
  • 640 Histogram data adding unit
  • 641a to 641n Additional signal adding unit
  • a multilevel QAM symbol timing detection circuit will be described with reference to FIGS.
  • a 16-level QAM symbol timing signal detection circuit using a 16-level QAM modulation signal as a multilevel QAM modulation signal will be described.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a 16-level QAM communication signal receiver including a symbol timing detection circuit according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the symbol timing detection circuit shown in FIG.
  • the 16-value QAM communication signal receiver is composed of mixer 1, 2, ⁇ ⁇ 2 phase circuit 3, LPF4, 5, symposium Timing detection circuit 6, downsampling circuits 7a and 7b, and demodulator 8.
  • the RF reception signal of the 16-value QAM-modulated communication signal is down-converted to an intermediate frequency and is distributed and input to mixer 1 and mixer 2 as a 16-value QAMIF signal.
  • the voltage controlled oscillator (VCO) 10 is, for example, based on phase difference information obtained using a Costas loop circuit (not shown) including the VCO 10, and an I signal and a Q signal having a predetermined oversampling frequency.
  • a local oscillation signal having a predetermined frequency is generated so as to be output from force amplifiers 1 and 2, and is output to mixer 1 and also to ⁇ 2 phase circuit 3.
  • ⁇ ⁇ 2 phase circuit 3 shifts the phase of the input local oscillation signal by ⁇ ⁇ 2 and outputs it to mixer 2.
  • the mixer 1 performs quadrature modulation of the input 16-value QAMIF signal with a local oscillation signal from the VCO 10, so that an I signal having a predetermined oversampling frequency (hereinafter simply referred to as "oversampling I signal"). Is output to the low pass filter (LPF) 4. L PF4 removes unnecessary harmonic components contained in the oversampling I signal and outputs it to the symbol timing detection circuit 6 as well as to the downsampling circuit 7a.
  • oversampling I signal an I signal having a predetermined oversampling frequency
  • mixer 2 performs quadrature modulation of the input 16-value QAMIF signal with a local oscillation signal that is controlled by ⁇ ⁇ 2 phase, so that a Q signal having a predetermined oversampling frequency (hereinafter simply referred to as “oversampling”). (Referred to as “Q signal”) and output to the low-pass filter (LPF) 5.
  • LPF5 removes unnecessary harmonic components contained in the oversampling Q signal and outputs it to the symbol timing detection circuit 6 and also outputs it to the downsampling circuit 7b.
  • the symbol timing detection circuit 6 also has hardware or software power to realize the configuration shown in FIG. 2, and an oversampling I signal, an oversampling Q signal, and a symbol timing that are input using a method described later. Is detected and the symbol timing signal is output to the downsampling circuits 7a and 7b.
  • the downsampling circuit 7a synchronizes the oversampling I signal to which the LPF4 force is also input with the symbol timing signal output from the symbol timing detection circuit 6, and downsamples to sample the baseband I signal. Output the data to demodulator 8.
  • the downsampling circuit 7b is connected to the oversampling input from LPF5.
  • the pulling Q signal is synchronized with the symbol timing signal output from the symbol timing detection circuit 6, down-sampled at a predetermined sampling period, and the sampling data of the base band Q signal is output to the demodulator 8.
  • the downsampling circuits 7a and 7b correspond to the “sampling means” of the present invention.
  • the demodulator 8 demodulates information set by 16-value QAM modulation by a known method using the input sampling data of the baseband I signal and sampling data of the baseband Q signal.
  • the demodulator 8 corresponds to the “baseband demodulation means” of the present invention.
  • the symbol timing detection circuit 6 includes an I signal histogram formation unit 610, a Q signal histogram formation unit 620, a histogram data addition unit 640, and a symbol timing detection unit 630.
  • the I signal histogram forming unit 610 includes an absolute value calculating unit 611, a timing amplitude extracting unit 612, a 1 symbol length buffer 613, timing amplitude buffers 614 & ⁇ 61411, and amplitude histogram forming units 615 & ⁇ 61511.
  • the Q signal histogram forming unit 620 includes an absolute value calculating unit 621, a 1 symbol length buffer 622, a timing amplitude extracting unit 623, timing amplitude buffers 624a to 624 ⁇ , and amplitude histogram forming units 625a to 625n.
  • timing amplitude extraction units 612 and 622 correspond to the “sampling point amplitude detection means” of the present invention
  • the timing amplitude buffers 614a to 614n and 624a to 624n correspond to the “amplitude data buffer means for each sampling timing” of the present invention.
  • amplitude histogram forming sections 615a to 615n, 625a to 625n force S Corresponds to the “amplitude histogram forming means” of the present invention.
  • the processing contents of the I signal histogram forming unit 610 and the Q signal histogram forming unit 620 will be described.
  • the I signal histogram forming unit 610 and the Q signal histogram forming unit 620 are substantially the same because the signal processing is substantially the same, except that the signal Q signal is a force Q signal that is a signal force signal to be processed. Description is omitted.
  • the absolute value calculation unit 611 and the absolute value calculation unit 621 correspond to each other
  • the timing amplitude extraction unit 612 and the timing amplitude extraction unit 622 correspond to each other.
  • 1-symbol length buffer 613 and 1-symbol length buffer 623 correspond, and timing amplitude buffers 614a to 614n and timing amplitude buffers 624a to 624n correspond to each other.
  • the amplitude histogram forming units 615 & ⁇ 61511 correspond to the amplitude histogram forming units 625 & ⁇ 62511.
  • the absolute value calculation unit 611 When an oversampling I signal is input to the absolute value calculation unit 611 of the I signal histogram forming unit 610, the absolute value calculation unit 611 performs an absolute value calculation of the input oversampling I signal to obtain an absolute value signal. Is output to the timing amplitude extraction unit 612.
  • Timing amplitude extraction section 612 buffers oversampling I signal sampling timing and amplitude data at this timing in one symbol length buffer 613 every one symbol length. Then, when the sampling timing and the amplitude data are buffered in the 1-symbol length buffer 613 for one symbol length, the timing amplitude extraction unit 612, the timing number corresponding to each sampling timing and the amplitude data corresponding to this number. Output to the timing amplitude buffers 614a to 614 ⁇ . Here, the timing number is sequentially updated every time the sampling timing is acquired. When the timing number is updated by one symbol length, it is initialized, and the timing number is repeatedly updated in the same manner. That is, the same timing number is output every symbol period.
  • the timing amplitude buffers 614a to 614 ⁇ buffer amplitude data of specific timing numbers different from each other. For this reason, the timing amplitude buffers 614a to 614n are provided by the number obtained by dividing the period of one symbol length by the period of the oversampling frequency. In other words, for example, 9 timing amplitude buffers are provided for 9 times oversampling.
  • the timing amplitude buffers 614a to 614 ⁇ buffer a predetermined number of amplitude data, they output these amplitude data to the amplitude histogram forming units 615a to 615 ⁇ , respectively.
  • the number of amplitude data to be filtered that is, the time length of the received signal used for creating the histogram (corresponding to the “predetermined period” of the present invention) is determined by the symbol timing detector 630 described later.
  • the timing may be set as appropriate so that the timing can be distinguished from other sampling timings.
  • the predetermined period may be lengthened if there is a lot of noise and it is difficult to detect the symbol timing, and the predetermined period may be shortened if there is little noise and the symbol timing is easy to detect.
  • Amplitude histogram forming sections 615a to 615 ⁇ form a histogram of input amplitude data.
  • the occurrence frequency for each amplitude data is calculated and output to the histogram data adding unit 640.
  • Histogram formation of amplitude data at each sampling timing is also performed on the oversampling Q signal.
  • the histogram data adding unit 640 outputs the histogram of amplitude data output from each amplitude histogram forming unit 615a to 615n for the oversampling I signal and the amplitude histogram forming unit 625a to 625n for the oversampling Q signal.
  • the amplitude data histogram is input to each of the adders 641a to 641n installed at each sampling timing and output to the symbol timing detection unit 630.
  • the symbol timing detection unit 630 integrates the histograms of the amplitude data for each input sampling timing to form an integrated histogram of amplitude data as shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing an integrated histogram of amplitude data.
  • Figure 3 shows the results of sampling with 9 times oversampling, ie, 9 sampling timings, and 8 amplitude resolutions including amplitude “0”.
  • the number of samples m at each sampling timing is “32”.
  • the sampling timing numbers CH1 to CH9 are arranged in time series in this order.
  • the frequency of occurrence of the amplitude “3” at the sampling timing number CH1 is more prominent than the frequency of occurrence of the specific amplitude at the other sampling timing numbers CH2 to CH9.
  • the frequency of occurrence of amplitude “1” at the sampling timing number CH1 is more prominent than the frequency of occurrence of amplitude “1” at the other sampling timing numbers CH2 to CH9.
  • the same amplitude data is basically obtained at symbol timing, so the frequency of occurrence of the same amplitude data is higher than that at other sampling timings. Protruding.
  • the symbol timing can be detected by detecting the sampling timing at which the same amplitude data is frequently generated.
  • Symbol timing detector 6 detects symbol timing and detects symbol timing. A signal is generated and output to the downsampling circuits 7a and 7b as described above.
  • a 16-level QAM communication signal receiver that reliably demodulates a 16-level QAM communication signal can be configured.
  • the 16-value QAM communication signal is shown.
  • the present invention is not limited to 16-value QAM, and the above-described configuration is applied to multi-value QAM in which data mapping is a square arrangement. And the above-described effects can be achieved.
  • the histogram is formed using the I signal and the Q signal.
  • the histogram may be formed using only the I signal or only the Q signal.
  • the number of samplings is doubled compared to the case of using only one, so that the symbol timing can be detected with higher accuracy.
  • timing amplitude extraction units 612 and 622 use amplitude data at each sampling timing.
  • the sampling timing and amplitude data output to the timing amplitude buffers 614a to 614n and 624a to 624n are increased.
  • the sampling number can be increased without changing the overall sampling time, and the sensitivity can be improved.

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Abstract

多値ＱＡＭ信号のシンボルタイミングを確実に検出する多値シンボルタイミング信号検出回路を提供する。 オーバーサンプリングＩ信号がＩ信号ヒストグラム形成部６１０に入力されると、この信号を絶対値演算して１シンボル長分バッファリングする。このバッファリングされたデータからオーバーサンプリング周波数に応じたサンプリングタイミングとこのタイミングでの振幅データとを抽出して、サンプルタイミング毎に振幅データを所定期間に亘りバッファリングする。これらのバッファリングされた振幅データから各サンプリングタイミングでの振幅データのヒストグラムを形成する。この振幅データのヒストグラムから、最も発生頻度の高い振幅データに対応するサンプリングタイミングを検出して、シンボルタイミングを取得する。

Description

明 細 書
多値 QAMシンボルタイミング検出回路および多値 QAM通信信号受信 機
技術分野
[0001] この発明は、振幅位相変調により情報を通信する多値 QAM通信信号のシンボル タイミングを検出する多値 QAMシンボルタイミング検出回路およびこれを備えた多 値 Q AM通信信号受信機に関するものである。
背景技術
[0002] 情報伝達用のディジタル通信においては、同一パワーでより高速にたくさんの情報 を伝送するために各種の変調方式が採用されて 、る。この情報を伝送するための最 小の単位としてシンボルが存在し、このシンボルを時系列に複数並べることで通信フ レームが構成される。そして、 1シンボルにより伝送可能な情報量が多いほど、通信 系全体として、所定時間当たりに伝送できる情報量が多くなる。例えば、 16値 QAM 変調方式の信号（以下、「 16値 Q AM通信信号」と称す。）では 1シンボルに 4ビットの 情報が与えられている。そして、 QAM変調方式には、取り得る振幅および位相の設 定により、 16値 QAM通信信号以外の多値 QAM通信信号も存在する。
[0003] このような多値 QAM通信信号では、通信フレームにシンボルタイミングを検出する ためにユニークワード UWが最初に配置され、さらに所定シンボル数毎にパイロットシ ンボル PSが配置されている。例えば、インマルサットで用いられる 16値 QAM通信信 号では、最初に 40シンボルのユニークワード UWが配置され、 29シンボル毎に 1シン ボルのパイロットシンボル PSが配置されて!、る。これらユニークワード UWやパイロッ トシンボル PSは予め設定された信号であり、シンボルタイミングを検出し易くするため に、通常は BPSK信号に見える信号に設定されて 、る。
[0004] しかしながら、このようにユニークワード UWやパイロットシンボル PSを検出する方 法では、ユニークワード UWが短 、場合にシンボルタイミングの検出精度が低下した り、低 、EbZNOの時にシンボルタイミング検出タイミングを所定精度まで高めるまで 多くのサンプリング数が必要となったりする。このため、シンボルタイミングが検出でき なかったり、検出できたとしても頻繁にシンボルタイミングを検出できるわけではな!/、。
[0005] この課題を解決する方法として、特許文献 1および特許文献 2には、受信機でシン ボルタイミング信号に応じた基準信号を生成して、この基準信号と受信した多値 QA M通信信号とを比較し、シンボルタイミングを検出するシンボル同期装置が開示され ている。また、特許文献 3には、予め所定の閾値を設け、受信信号の振幅を時系列 で観測しながら前記閾値と比較し、振幅の時系列特性曲線が閾値を表す線とクロス するタイミングをシンボルタイミングとして検出方法が開示されている。
特許文献 1：特開 2001 - 24562公報
特許文献 2：特開 2001 - 24563公報
特許文献 3 :特開 2003— 309613公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] し力しながら、特許文献 1および特許文献 2に記載のシンボル同期装置では、受信 機内でシンボルタイミング信号に応じた基準信号が必要となり、これに応じてこの基 準信号を生成する手段も必要となる。このため、シンボルタイミング検出回路の構成 および処理が複雑になってしまう。また、特許文献 3に記載のシンボルタイミング検出 方法では、閾値を予め設定しておかなければならず、この閾値設定が適切でなけれ ばシンボルタイミングを検出することができな力つたり、誤検出が発生する。これを防 止する方法として閾値を可変にする方法がある力 この方法ではユニークワード UW やパイロットシンボル PSが必要であり、結局ユニークワード UWやパイロットシンボル PSを使用しなければならない。この結果、前述のように閾値設定に時間が力かったり 閾値設定が困難になったりする。
[0007] したがって、本発明の目的は、ユニークワード UWやパイロットシンボル PSを用いる ことなぐまた、予め設定した基準信号や閾値を用いることなく受信した多値 QAM通 信信号のみでシンボルタイミングを検出することができる多値 QAMシンボルタイミン グ検出回路を提供することにある。また、この多値 QAMシンボルタイミング検出回路 を用 ヽた多値 Q AM通信信号受信機を構成することにある。
課題を解決するための手段 [0008] この発明は、多値 QAM通信信号のシンボルタイミングを検出する多値 QAMシン ボルタイミング検出回路において、所定倍のオーバーサンプリング周波数で検出され た多値 QAM通信信号の振幅データを 1シンボル周期単位でバッファリングして、ォ 一バーサンプリング周波数に応じたサンプリングタイミング毎の振幅データを検出す るサンプリング点振幅検出手段と、 1シンボル周期内の各サンプリングタイミングに対 応する振幅データをそれぞれ所定期間に亘りバッファリングするサンプリングタイミン グ別振幅データバッファ手段と、該サンプリングタイミング別振幅データバッファ手段 毎に記憶された所定期間内の振幅データのヒストグラムを形成する振幅ヒストグラム 形成手段と、該振幅ヒストグラム形成手段の結果力 最も検出頻度の高い振幅デー タに対応したサンプリングタイミングをシンボルタイミングとして検出するシンボルタイミ ング検出手段と、を備えたことを特徴としている。
[0009] また、この発明の多値 QAMシンボルタイミング検出回路は、所定倍のオーバーサ ンプリング周波数で検出された多値 QAM通信信号を絶対値演算して絶対値信号を 生成する絶対値演算手段を備え、サンプリング点振幅検出手段で、多値 QAM通信 信号の絶対値信号を用いて振幅データを検出することを特徴としている。
[0010] これら構成では、所定倍のオーバーサンプリング周波数で検出された多値 QAM通 信信号における各サンプリングタイミングに対応する振幅データが検出されてサンプ リングタイミングとともに 1シンボル長毎にバッファリングされる。この際、所定倍のォー バーサンプリング周波数で検出された多値 QAM通信信号を絶対値演算した絶対値 信号を用いてサンプリングしても良ぐ絶対値信号を用いるとサンプリング数が増加す る。 1シンボル長単位分の振幅データは、対応するサンプリングタイミング毎に所定シ ンボル数分バッファリングされて、このバッファリングされた振幅データのヒストグラム がサンプリングタイミング毎に形成される。
[0011] ここで、雑音が除去された QAM通信信号 (QAM通信信号に限ることなぐ振幅変 調および位相変調したディジタル通信信号)ではどのようなシンボル配列であっても シンボルタイミングは常に同じ振幅で現れるので、前述のヒストグラムを形成した 1シ ンボル長分のサンプリングタイミングの中には、同じ振幅の検出頻度が高いタイミング が存在するはずである。これは、図 4に示すように QAM通信信号のアイパターンが、 シンボルタイミングで所定の振幅に収束することでも分かる。図 4は 16値 QAM通信 信号の絶対値信号のアイパターンの概略図である。このように、 16値 QAMではシン ボルタイミングにおいて 2つの振幅値に振幅が収束する。
[0012] 従って、この同じ振幅の検出頻度が高いタイミングを検出することで、シンボルタイミ ングが検出される。
[0013] また、この発明の多値 QAMシンボルタイミング検出回路は、所定倍のオーバーサ ンプリング周波数で検出された多値 QAM通信信号に I信号と Q信号とをそれぞれ用 V、、 I信号を用いてサンプリングタイミング毎の振幅データのヒストグラムを形成すると ともに、 Q信号を用いてサンプリングタイミング毎の振幅データのヒストグラムを形成し 、 I信号に対する振幅データのヒストグラムと、 Q信号に対する振幅データのヒストグラ ムとからシンボルタイミングを検出することを特徴としている。
[0014] この構成では、多値 QAM通信信号力 信号と Q信号とから構成されることを利用し 、 I信号、 Q信号毎に前述のヒストグラムを形成する。ここで、 I信号での Q信号でもシン ボルタイミングは同じであるので、それぞれの信号のヒストグラムを加算しても検出さ れるシンボルタイミングは同じはずである。したがって、これらのヒストグラムを加算す ることで、サンプリングタイミング毎の振幅のサンプル数が実質的に 2倍となり、検出精 度が向上する。
[0015] また、この発明の多値 QAM通信信号受信機は、前述の多値 Q AMシンボルタイミ ング検出回路を備えるとともに、該多値 QAMシンボルタイミング検出回路から出力さ れるシンボルタイミング信号を用いて、多値 Q AM通信信号をダウンサンプリングする サンプリング手段と、該サンプリング手段でサンプリングされたベースバンドの多値 Q AM信号を復調するベースバンド復調手段と、を備えたことを特徴として ヽる。
[0016] この構成では、前述のように検出されたシンボルタイミングを用いて多値 QAM通信 信号の受信信号をダウンサンプリングしてベースバンド復調することで、確実に情報 が復調される。
発明の効果
[0017] この発明によれば、受信した多値 QAM通信信号のみで、シンボルタイミングを検 出することができる。すなわち、従来のように基準信号を用いたり適当な閾値を設定 することなぐ簡易に且つ確実にシンボルタイミングを検出する多値 QAMシンボルタ イミング検出回路を構成することができる。
[0018] また、この発明によれば、この多値 QAMシンボルタイミング検出回路を備えること で、多値 QAM変調により伝送される情報を、確実に復調する多値 QAM通信信号 受信機を構成することができる。
図面の簡単な説明
[0019] [図 1]本発明の実施形態の多値 QAMシンボルタイミング検出回路の概略構成を示 すブロック図
[図 2]図 1に示すシンボルタイミング検出回路の概略構成を示すブロック図
[図 3]振幅データの統合ヒストグラムを示す図
[図 4] 16値 QAM通信信号の絶対値信号のアイパターンの概略図
符号の説明
[0020] 1, 2—ミキサ、 3— π Ζ2位相回路、 4, 5—ローパスフィルタ LPF、 6 -シンボルタイ ミング検出回路、 7a, 7b—ダウンサンプリング回路、 8—復調器
610— I信号ヒストグラム形成部、 620— Q信号ヒストグラム形成部、 611, 621—絶 対値演算部、 612, 622—タイミング振幅抽出部、 613, 623— 1シンボル長ノ ッファ 、 614a〜614n、 624a〜624n—タイミング振幅ノ ッファ、 615a〜615n、 625a〜6 25η—振幅ヒストグラム形成部、 630—シンボルタイミング検出部、 640—ヒストグラム データ加算部、 641a〜641n—加算器
発明を実施するための最良の形態
[0021] 本発明の実施形態に係る多値 Q AMシンボルタイミング検出回路について図 1〜 図 3を参照して説明する。本実施形態では、多値 QAM変調信号として 16値 Q AM 変調信号を利用した 16値 QAMシンボルタイミング信号検出回路について説明する
[0022] 図 1は本実施形態に係るシンボルタイミング検出回路を備えた 16値 QAM通信信 号受信機の概略構成を示すブロック図である。
[0023] 図 2は図 1に示すシンボルタイミング検出回路の概略構成を示すブロック図である。
[0024] 16値 QAM通信信号受信機は、ミキサ 1, 2, π Ζ2位相回路 3、 LPF4, 5、シンポ ルタイミング検出回路 6、ダウンサンプリング回路 7a, 7b、復調器 8を備える。
[0025] 16値 QAM変調された通信信号の RF受信信号は中間周波数にダウンコンバート されて、 16値 QAMIF信号となってミキサ 1とミキサ 2とに分配入力される。
[0026] 電圧制御発振器 (VCO) 10は、例えば、この VCO 10を含むコスタスループ回路（ 図示せず)を用いて得られる位相差情報に基づき、所定のオーバーサンプリング周 波数の I信号および Q信号力 キサ 1, 2から出力されるように、所定周波数の局部発 振信号を生成し、ミキサ 1に出力するとともに π Ζ2位相回路 3に出力する。 π Ζ2位 相回路 3は、入力された局部発振信号の位相を π Ζ2だけ移相（遅延)させてミキサ 2 に出力する。
[0027] ミキサ 1は、入力された 16値 QAMIF信号を VCO10からの局部発振信号で直交 変調することで、所定のオーバーサンプリング周波数の I信号 (以下、単に「オーバー サンプリング I信号」と称する。）を生成して、ローパスフィルタ (LPF) 4に出力する。 L PF4はオーバーサンプリング I信号に含まれる不要な高調波成分を除去してシンポ ルタイミング検出回路 6に出力するとともにダウンサンプリング回路 7aに出力する。
[0028] また、ミキサ 2は、入力された 16値 QAMIF信号を、 π Ζ2位相制御された局部発 振信号で直交変調することで、所定のオーバーサンプリング周波数の Q信号 (以下、 単に「オーバーサンプリング Q信号」と称する。）を生成して、ローパルフィルタ (LPF) 5に出力する。 LPF5はオーバーサンプリング Q信号に含まれる不要な高調波成分を 除去してシンボルタイミング検出回路 6に出力するとともに、ダウンサンプリング回路 7 bに出力する。
[0029] シンボルタイミング検出回路 6は、図 2に示す構成を実現するハードウェアまたはソ フトウェア力もなり、後述する方法を用いて入力されたオーバーサンプリング I信号と オーバーサンプリング Q信号とカゝらシンボルタイミングを検出して、シンボルタイミング 信号をダウンサンプリング回路 7a, 7bに出力する。
[0030] ダウンサンプリング回路 7aは、 LPF4力も入力されたオーバーサンプリング I信号を 、シンボルタイミング検出回路 6から出力されるシンボルタイミング信号で同期するとと もに、ダウンサンプリングして、ベースバンド I信号のサンプリングデータを復調器 8に 出力する。また、ダウンサンプリング回路 7bは、 LPF5から入力されたオーバーサン プリング Q信号を、シンボルタイミング検出回路 6から出力されるシンボルタイミング信 号で同期するとともに、所定のサンプリング周期でダウンサンプリングして、ベースバ ンド Q信号のサンプリングデータを復調器 8に出力する。ここで、ダウンサンプリング回 路 7a, 7bが本発明の「サンプリング手段」に相当する。
[0031] 復調器 8は、入力されたベースバンド I信号のサンプリングデータとベースバンド Q 信号のサンプリングデータとを用いて、既知の方法で 16値 QAM変調により設定され た情報を復調する。ここで、復調器 8が本発明の「ベースバンド復調手段」に相当する
[0032] 次に、シンボルタイミング検出回路 6のより具体的な構成について説明する。
[0033] 図 2に示すように、シンボルタイミング検出回路 6は、 I信号ヒストグラム形成部 610と 、 Q信号ヒストグラム形成部 620と、ヒストグラムデータ加算部 640と、シンボルタイミン グ検出部 630とを備える。
[0034] I信号ヒストグラム形成部 610は、絶対値演算部 611、タイミング振幅抽出部 612、 1 シンボル長バッファ 613、タィミング振幅バッファ614&〜61411、振幅ヒストグラム开成 部615&〜61511を備ぇる。 Q信号ヒストグラム形成部 620は、絶対値演算部 621、 1 シンボル長バッファ 622、タイミング振幅抽出部 623、タイミング振幅バッファ 624a〜 624η,振幅ヒストグラム形成部 625a〜625nを備える。ここで、タイミング振幅抽出部 612, 622が本発明の「サンプリング点振幅検出手段」に相当し、タイミング振幅バッ ファ 614a〜614n, 624a〜624nが本発明の「サンプリングタイミング別振幅データ バッファ手段」に相当し、振幅ヒストグラム形成部 615a〜615n, 625a〜625n力 S本 発明の「振幅ヒストグラム形成手段」に相当する。
[0035] I信号ヒストグラム形成部 610と Q信号ヒストグラム形成部 620との処理内容について 説明する。なお、 I信号ヒストグラム形成部 610と Q信号ヒストグラム形成部 620とでは 、処理する信号力 信号である力 Q信号であるかの違いがあるのみで、信号処理は実 質的に同じであるので、説明は省略する。この際、絶対値演算部 611と絶対値演算 部 621とが対応し、タイミング振幅抽出部 612とタイミング振幅抽出部 622とが対応す る。さらに、 1シンボル長バッファ 613と 1シンボル長バッファ 623とが対応し、タイミン グ振幅バッファ 614a〜614nとタイミング振幅バッファ 624a〜624nとがそれぞれ対 応し、振幅ヒストグラム形成部615&〜61511と振幅ヒストグラム形成部625&〜62511と が対応する。
[0036] I信号ヒストグラム形成部 610の絶対値演算部 611にオーバーサンプリング I信号が 入力されると、絶対値演算部 611は、入力されたオーバーサンプリング I信号の絶対 値演算を行い、絶対値信号をタイミング振幅抽出部 612に出力する。
[0037] タイミング振幅抽出部 612は、オーバーサンプリング I信号のサンプリングタイミング とこのタイミングでの振幅データとを 1シンボル長の時間分毎に 1シンボル長バッファ 6 13にバッファリングする。そして、タイミング振幅抽出部 612は、サンプリングタイミン グと振幅データとが 1シンボル長分だけ 1シンボル長バッファ 613にバッファリングさ れると、各サンプリングタイミングに応じたタイミング番号とこの番号に応じた振幅デー タとをタイミング振幅バッファ 614a〜614ηに出力する。ここで、タイミング番号は、サ ンプリングタイミングを取得する毎に順次更新され、 1シンボル長分だけ更新されると 初期化されて、同様にタイミング番号の更新が繰り返される。すなわち、 1シンボル周 期毎に同じタイミング番号が出力される。
[0038] タイミング振幅バッファ 614a〜614ηは、それぞれに異なる特定のタイミング番号の 振幅データをバッファリングする。このため、タイミング振幅バッファ 614a〜614nは、 オーバーサンプリング周波数の周期で 1シンボル長の周期を除算した個数分だけ備 えられている。言い換えれば、例えば、 9倍のオーバーサンプリングでは 9個のタイミ ング振幅バッファが備えられて 、る。
[0039] これらタイミング振幅バッファ 614a〜614ηはそれぞれ所定個数の振幅データをバ ッファリングすると、これらの振幅データをそれぞれ振幅ヒストグラム形成部 615a〜6 15ηに出力する。ここで、ノ ッファリングする振幅データの個数、すなわち、ヒストグラ ムの作成に利用する受信信号の時間長 (本発明の「所定期間」に相当する。）は、後 述するシンボルタイミング検出部 630でシンボルタイミングが他のサンプリングタイミン グに対して判別可能な程度になるように適宜設定すればよい。言い換えれば、雑音 が多くシンボルタイミングが検出しにくければ所定期間を長くし、雑音が少なくシンポ ルタイミングが検出しやすければ所定期間を短くすればよい。
[0040] 振幅ヒストグラム形成部 615a〜615ηは、入力された振幅データのヒストグラムを形 成して、すなわち、振幅データ毎の発生頻度を算出して、ヒストグラムデータ加算部 6 40に出力する。
[0041] このようなサンプリングタイミング毎の振幅データのヒストグラム形成はオーバーサン プリング Q信号に対しても行われる。
[0042] ヒストグラムデータ加算部 640は、オーバーサンプリング I信号に対する各振幅ヒスト グラム形成部 615a〜615nから出力された振幅データのヒストグラムと、オーバーサ ンプリング Q信号に対する各振幅ヒストグラム形成部 625a〜625nから出力された振 幅データのヒストグラムとを入力し、サンプリングタイミング毎に設置された加算機 641 a〜641nのそれぞれで加算してシンボルタイミング検出部 630に出力する。
[0043] シンボルタイミング検出部 630は、入力されたサンプリングタイミング毎の振幅デー タのヒストグラムを統合して、図 3に示すような振幅データの統合ヒストグラムを形成す る。
[0044] 図 3は、振幅データの統合ヒストグラムを示す図である。なお、図 3ではオーバーサ ンプリングを 9倍すなわちサンプリングタイミングを 9点とし、振幅データの分解能を、 振幅「0」を含む 8段階にしてサンプリングした結果を示す。また、各サンプリングタイミ ングでのサンプリング個数 mは「32」とした結果を示す。また、サンプリングタイミング 番号 CH1〜CH9は、この順で時系列に並んでいるものである。
[0045] 図 3に示す結果では、サンプリングタイミング番号 CH1における振幅「3」の発生頻 度が他のサンプリングタイミング番号 CH2〜CH9での特定振幅の発生頻度よりも突 出している。また、同様にサンプリングタイミング番号 CH1における振幅「1」の発生頻 度が他のサンプリングタイミング番号 CH2〜CH9での振幅「1」の発生頻度よりも突 出している。
[0046] ここで、サンプリングタイミング毎の振幅データの発生頻度には特徴があり、前述の ようにシンボルタイミングでは基本的に同じ振幅データとなるので、同じ振幅データの 発生頻度が他のサンプリングタイミングより突出する。
[0047] したがって、同じ振幅データの発生頻度が高いサンプリングタイミングを検出するこ とで、シンボルタイミングを検出することができる。
[0048] シンボルタイミング検出部 6は、シンボルタイミングを検出するとシンボルタイミング 信号を生成して前述のようにダウンサンプリング回路 7a, 7bに出力する。
[0049] このような構成を用いることで、ユニークワード UWやパイロットシンボル PSを利用 することなくシンボルタイミングを検出することができる。そして、この際、予めシンボル タイミング検出のための基準信号や閾値を設定しておく必要がなぐ容易に且つ確実 にシンボルタイミングを検出することができる。
[0050] また、このようなシンボルタイミング検出回路を備えることで、確実に 16値 QAM通 信信号を復調する 16値 QAM通信信号受信機を構成することができる。
[0051] なお、前述の説明では、 16値 QAM通信信号について示したが、 16値 QAMに限 ることなく、データマッピングが方形配置となる多値 QAMであれば、前述の構成を適 用することができ、前述の効果を奏することができる。
[0052] また、前述の説明では、 I信号と Q信号とを用いてヒストグラムを形成したが、 I信号の みまたは Q信号のみでヒストグラムを形成しても良い。し力しながら、 I信号と Q信号と を用いることで、一方のみを用いる場合よりもサンプリング数が倍増するのでより高精 度にシンボルタイミングを検出することができる。
[0053] また、前述の説明では、サンプリングする時間の長さを長くすることにより精度を向 上できることを説明した。し力 ながら、次に示す方法を用いることで、サンプリングす る全体の長さを長くすることなく精度 (感度)を向上することができる。
[0054] この場合、タイミング振幅抽出部 612, 622で各サンプリングタイミングの振幅デ
[0055] ータをバッファリングする際に、前回バッファリングした 1シンボル長分のデータと、今 回バッファリング 1シンボル長分のデータとを部分的に重複される。この処理を行うこ とで、タイミング振幅バッファ 614a〜614nや 624a〜624nに出力されるサンプリング タイミングおよび振幅データが増加する。すなわち、サンプリング時間全体としては変 化させることなぐサンプリング数を増加することができ、感度を向上させることができ る。

Claims

請求の範囲
[1] 多値 QAM通信信号のシンボルタイミングを検出する多値 QAMシンボルタイミング 検出回路において、
前記所定倍のオーバーサンプリング周波数で検出された多値 QAM通信信号の振 幅データを 1シンボル周期単位でバッファリングして、前記オーバーサンプリング周波 数に応じたサンプリングタイミング毎の振幅データを検出するサンプリング点振幅検 出手段と、
前記 1シンボル周期内の各サンプリングタイミングに対応する振幅データをそれぞ れ所定期間に亘りバッファリングするサンプリングタイミング別振幅データバッファ手 段と、
該サンプリングタイミング別振幅データバッファ手段毎に記憶された前記所定期間 内の振幅データのヒストグラムを形成する振幅ヒストグラム形成手段と、
該振幅ヒストグラム形成手段の結果力 最も検出頻度の高い振幅データに対応し たサンプリングタイミングをシンボルタイミングとして検出するシンボルタイミング検出 手段と、
を備えたことを特徴とする多値 QAMシンボルタイミング検出回路。
[2] 前記所定倍のオーバーサンプリング周波数で検出された多値 QAM通信信号を絶 対値演算して絶対値信号を生成する絶対値演算手段を備え、
前記サンプリング点振幅検出手段は、前記多値 QAM通信信号の絶対値信号を用 V、て振幅データを検出する請求項 1に記載のシンボルタイミング検出手段。
[3] 前記所定倍のオーバーサンプリング周波数で検出された多値 QAM通信信号に I 信号と Q信号とをそれぞれ用い、
前記 I信号を用いて前記サンプリングタイミング毎の振幅ヒストグラムを形成するとと もに、前記 Q信号を用いて前記サンプリングタイミング毎の振幅ヒストグラムを形成し、 前記 I信号に対する振幅ヒストグラムと、前記 Q信号に対する振幅ヒストグラムとから 前記シンボルタイミングを検出する請求項 1または請求項 2に記載の多値 QAMシン ボルタイミング検出回路。
[4] 請求項 1〜請求項 3の 、ずれかに記載の多値 QAMシンボルタイミング検出回路を 備えるとともに、
該多値 QAMシンボルタイミング検出回路から出力されるシンボルタイミング信号を 用いて、前記多値 QAM通信信号をダウンサンプリングするサンプリング手段と、 該サンプリング手段でサンプリングされたベースバンドの多値 QAM信号を復調す るベースバンド復調手段と、を備えたことを特徴とする多値 QAM通信信号受信機。
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