(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
π／４シフトＱＰＳＫ変調方式ディジタル無線の受信機に用いる、搬送波周波数と、検波に供する再生搬送波周波数との周波数偏差を得る周波数偏差検出器において、前記π／４シフトＱＰＳＫ変調方式での遅延検波出力信号の同相成分と直交成分から該信号の位相を求め、サンプル毎に入力される該位相の度数を計測し、該度数が最小となる位相を求めるあるいは推定し、該求めた位相あるいは推定した位相から周波数偏差を算出することを特徴とする周波数偏差検出方法。
【請求項２】
π／４シフトＱＰＳＫ変調方式ディジタル無線の受信機に用いる、搬送波周波数と、検波に供する再生搬送波周波数との周波数偏差を得る周波数偏差検出器において、前記π／４シフトＱＰＳＫ変調方式での遅延検波出力信号の同相成分と直交成分から該信号の位相を求める位相算出器と、該位相算出器からサンプル毎に入力される位相の度数を計測する度数算出器と、該度数算出器が計測する度数が最小となる位相を求めるあるいは推定する最小度数位相推定器と、該最小度数位相推定器で求めた位相あるいは推定した位相から周波数偏差を算出する周波数偏差算出器を備えたことを特徴とする周波数偏差検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディジタル無線の受信機における復調に用いる周波数偏差検出方法およびに周波数偏差検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル通信において受信信号を復調する際には、受信信号が有する搬送波の周波数を忠実に再生するＡＦＣ（自動周波数制御）の技術が重要であり、この中に含まれる周波数偏差検出技術が必須となる。以下この点について図２及び図３を用い、ディジタル変調方式としてπ／４シフトＱＰＳＫを例にとって説明する。
【０００３】
図２は従来技術による復調器の構成を示した図である。符号１１は受信信号入力端子、１２は直交検波器、１３及び１４は低域通過フィルタ（ＬＰＦ）、１５及び１６はＡ／Ｄ変換器、１７及び１８は受信フィルタ、１９及び２０はサンプラ、２１は遅延検波器、２２は同相成分(Ｉ成分)出力端子、２３は直交成分(Ｑ成分)出力端子、２４は周波数偏差検出器、２５はループフィルタ、２６は乗算器、２７は積分器、２８は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、２９はＰＬＬ回路である。
【０００４】
受信信号入力端子１１から入力した搬送波周波数ｆｃを持つ受信信号は、直交検波器１２において、他方入力されるＰＬＬ回路２９の再生搬送波信号を基準として周波数変換が行われ、ベースバンドの複素信号（Ｉ成分、Ｑ成分）となって出力される。該複素信号は低域通過フィルタ１３及び１４により高調波成分等の不要成分が除去された後に、Ａ／Ｄ変換器１５、１６によりディジタル変換され、受信フィルタ１７及び１８によって不要成分除去と波形整形が行われ、サンプラ１９及び２０によってシンボル点が抽出される。該シンボル点は、遅延検波器２１によって一時刻前のシンボル点との位相差が差し引かれ、出力端子２２及び２３から出力される。
【０００５】
一方、遅延検波器２１の出力は周波数偏差検出器２４に入力される。周波数偏差検出器２４では、受信信号入力端子１１から入力される信号が有する搬送波周波数ｆｃと、ＰＬＬ回路２９出力の周波数ｆｃ’の偏差△ｆを求め、これを出力する。この△ｆは、ループフィルタ２５において受信信号が持つ雑音に起因する不要変動成分などが除去された後に、乗算器２６において係数ａ(負の定数)が乗せられ、積分器２７に送られ、この積分器２７の出力電圧が電圧制御発振器２８の発振周波数を制御する。ＰＬＬ回路２９では、電圧制御発振器２８の出力を基準として必要な周波数成分を持つ信号を生成する。
【０００６】
図３は、図２記載の遅延検波器２１出力波形の例を示した図である。（Ａ）は周波数偏差がない場合、（Ｂ）は周波数偏差がある場合である。シンボルの伝送速度１６k [symbol/s]に対して周波数偏差を１k [Hz]としている。（Ａ）と比較して、周波数偏差がある場合の（Ｂ）はシンボル点が全体に左に回転している様子が分かる。図２記載の周波数偏差検出器２４では、図３（Ｂ）に示した回転角（位相差）△θを求めることによって、周波数偏差を検出する。シンボルの伝送速度をＢ[symbol/s]とするとき、周波数偏差Δｆ[Hz]と位相差Δθ[rad]には次の関係がある。
【０００７】
Δθ＝（２πΔｆ）／Ｂ                （数１）
このようにして得られた周波数偏差により、図２記載の構成においては周波数偏差が０に漸近し、図３（Ａ）のような復号波形を得ることが出来る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した従来技術では、受信信号からシンボル点が正しく抽出されていることが前提となっている。すなわち、図２記載のサンプラ１９及び２０がシンボル点を正しくサンプルする必要がある。シンボル点を検出するためには、別にシンボル同期回路が必要であり、いくつかの方法、例えばゼロクロス法、相関法などがある。また、シンボル同期を容易にするために、伝送信号上にプリアンブルと呼ばれる周期性のあるシンボル列、あるいは同期ワードと呼ばれる固定シンボル列が周期的に挿入される。シンボル同期回路は、一般に周波数偏差に制限があり、周波数偏差が特定の値を超えた場合同期をとることは原理上困難となる。
【０００９】
前述のように、従来技術による周波数偏差検出では、シンボル同期が前提となっているため、検出可能な周波数偏差には事実上上限が存在する。
【００１０】
本発明の目的はより大きな周波数偏差を検出可能な搬送波周波数偏差検出方法およびに搬送波周波数偏差検出器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ディジタル無線の受信機に用いる、搬送波周波数と、検波に供する再生搬送波周波数との周波数偏差を得る周波数偏差検出器において、遅延検波出力信号の複素平面上の回転角度から周波数偏差を求めることを特徴とする周波数偏差検出方法である。
【００１２】
本発明は、π／４シフトＱＰＳＫ変調方式ディジタル無線の受信機に用いる、搬送波周波数と、検波に供する再生搬送波周波数との周波数偏差を得る周波数偏差検出器において、前記π／４シフトＱＰＳＫ変調方式での遅延検波出力信号の位相存在分布が不均一であることを利用して、前記遅延検波出力信号の回転角度を求め、該回転角度から周波数偏差を算出することを特徴とする周波数偏差検出方法である。
【００１３】
本発明は、π／４シフトＱＰＳＫ変調方式ディジタル無線の受信機に用いる、搬送波周波数と、検波に供する再生搬送波周波数との周波数偏差を得る周波数偏差検出器において、前記π／４シフトＱＰＳＫ変調方式での遅延検波出力信号の同相成分と直交成分から該信号の位相を求め、サンプル毎に入力される該位相の度数を計測し、該度数が最小となる位相を求めるあるいは推定し、該推定した位相から周波数偏差を算出することを特徴とする周波数偏差検出方法である。
【００１４】
本発明は、π／４シフトＱＰＳＫ変調方式ディジタル無線の受信機に用いる、搬送波周波数と、検波に供する再生搬送波周波数との周波数偏差を得る周波数偏差検出器において、前記π／４シフトＱＰＳＫ変調方式での遅延検波出力信号の同相成分と直交成分から該信号の位相を求める位相算出器と、該位相算出器からサンプル毎に入力される位相の度数を計測する度数算出器と、該度数算出器が計測する度数が最小となる位相を求めるあるいは推定する最小度数位相推定器と、該最小度数位相推定器で推定した位相から周波数偏差を算出する周波数偏差算出器を備えたことを特徴とする周波数偏差検出器である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す。
図４は本発明による周波数偏差検出方法を用いた周波数偏差検出器を含む復調器の実施の形態の構成を示す図である。符号１１から２９は図２記載のものと同じ要素を表し、構成はほぼ同様のものとなっている。異なる点は、遅延検波器２１とサンプラ１９及び２０の位置を入れ替え、遅延検波器２１の出力を本発明による周波数偏差検出器１０１の入力としていることである。
【００１６】
図１は図４記載の周波数偏差検出器１０１の実施の形態の構成を示す図である。入力端子１０２及び１０３には遅延検波出力のＩ成分及びＱ成分が加えられる。図５は入力端子１０２及び１０３に加えられる信号の例であり、（Ａ）は周波数偏差がない場合、（Ｂ）は＋１k [Hz]（シンボル伝送速度１６k [symbol/s]）の偏差がある場合である。（Ｂ）は（Ａ）を全体に左に回転した形状であることが明らかであり、さらに、入力点が−Ｉ軸周辺には存在する確率が極端に低いという特徴がある。本発明の実施の形態では、この特徴を利用して回転角を求め、これにより周波数偏差を検出するものである。
【００１７】
はじめに、上記図５の信号は図１記載の位相算出器１０４に入力される。位相算出器１０４では、入力されるＩ，Ｑ信号の位相φを、−Ｉ軸を基準として計算する。図６は位相算出器１０４の入力信号及び出力信号の例である。
【００１８】
求められた位相は、図１記載の度数算出器１０５に入力され、位相の度数が特定区間において計測される。これは、入力される位相の値がある微小範囲内に入る回数(度数)を計測するものである。図７は度数算出器１０５で出力される度数分布の例である。横軸の位相は２度毎に分割され、その間に入る入力値の度数を縦軸に表している。（Ａ）は周波数偏差がない場合、（Ｂ）は＋１k [Hz]（シンボル伝送速度１６k [symbol/s]）の偏差がある場合である。
【００１９】
図１記載の最小度数位相推定器１０６では、以上の結果から、度数分布が最小となることが予想される位相を求める。このため、度数分布の−９０°＜φ＜０°と０°＜φ＜９０°の範囲でそれぞれ最大値を与える位相を求め、この二つの位相の中点が最小値を与える位相であると判断しこの位置を出力する。図７の例では、（Ａ）の場合０°、（Ｂ）の場合＋２２．５°となる。
【００２０】
図１記載の周波数偏差算出器１０７では、最小度数位相推定器１０６の値から次式を使って推定周波数偏差を算出する。
【００２１】
Δｆ＝（φ／３６０）×Ｂ                （数２）
ここで、△ｆは推定周波数偏差[Hz]、φは最小度数位相推定値[°]、Ｂはシンボル伝送速度[symbol/s]である。
【００２２】
以上述べた本発明による周波数偏差検出では、特定パタンのシンボル系列は必ずしも必要ではなく、ランダムなパタンでも有効である。また、シンボル点ではなく、サンプル点を全て用いているため、シンボル同期が確立していない状態でも検出可能となる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、より大きな周波数偏差を検出可能な搬送波周波数偏差検出方法およびに搬送波周波数偏差検出器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による周波数偏差検出方法を用いた周波数偏差検出器の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】従来技術による復調器の構成を示した図である。
【図３】図２の復調器で復調されたシンボル点を示す図である。
【図４】本発明による周波数偏差検出方法を用いた周波数偏差検出器を含む復調器の実施の形態の構成を示す図である。
【図５】図４の周波数偏差検出器に加えられる信号の例を示す図である。
【図６】図４の周波数偏差検出器における位相検出器の入出力波形の例を示す図である。
【図７】図４の周波数偏差検出器における度数算出器で出力される度数分布の例を示す図である。
【符号の説明】
１１：受信信号入力端子、１２：直交検波器、１３,１４：低域通過フィルタ（ＬＰＦ）、１５,１６：Ａ／Ｄ変換器、１７,１８：受信フィルタ、１９,２０：サンプラ、２１：遅延検波器、２２：同相成分(Ｉ成分)出力端子、２３：直交成分（Ｑ成分）出力端子、２４：周波数偏差検出器、２５：ループフィルタ、２６：乗算器、２７：積分器、２８：電圧制御発振器（ＶＣＯ）、２９：ＰＬＬ回路、１０１：周波数偏差検出器、１０２：同相成分（Ｉ成分）入力端子、１０３：直交成分（Ｑ成分）入力端子、１０４：位相算出器、１０５：度数算出器、１０６：最小度数位相推定器、１０７：周波数偏差算出器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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