(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信信号をそれぞれ直交する再生キャリア信号で同期検波することにより２つの復調信号を得るデジタル復調装置において、
前記復調信号から受信信号に含まれる信号に同期したクロックを再生するクロック再生手段と、
前記復調信号の符号を前記クロック再生手段で再生したクロックの２倍の周波数のクロックでそれぞれ判定する第１の判定手段と、
前記復調信号の符号を前記クロック再生手段で再生したクロックでそれぞれ判定する第２の判定手段と、
前記第２の判定手段の判定結果に基づき復調信号の位相を判定して該判定結果に基づき前記再生キャリア信号の位相を制御する位相判定手段と、
前記第１の判定手段の判定結果に基づき前記再生信号の隣接する符号が同一であり、かつ隣接する符号の間の信号がゼロの場合は、変調シンボルレートの１／４だけずれた周波数に擬似同期したとして検出する擬似同期検出手段と
を具備することを特徴とするディジタル復調装置。
【請求項２】
前記擬似同期検出手段により擬似同期が検出された場合、前記再生キャリア信号の周波数を所定方向に強制的にシフトする周波数強制シフト手段と、
前記周波数強制シフト手段による再生キャリア信号の周波数の強制的シフトにより擬似同期が解消されない場合は、前記周波数強制シフト手段による再生キャリア信号の周波数のシフト方向を反転するシフト方向反転手段と
を更に具備することを特徴とする請求項１記載のディジタル復調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、４相ＰＳＫ（Phase Shift Keying）搬送信号を用いた無線通信システムのディジタル復調装置に関し、特に、変調シンボルレートの１／４だけずれた周波数に同期する擬似同期を迅速に検出して正規の再生キャリア信号を得ることができるようにしたディジタル復調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、４相ＰＳＫ搬送信号を用いた無線通信システムは、図５に示すように構成されている。
【０００３】
図５において、送信側では、送信するＩ信号およびＱ信号を変調器１００のミキサ（ＭＩＸ）１０１、１０３にそれぞれ加える。ミキサ１０１、１０３には、発振器１０５で生成され、９０°分配器１０４により同相０°および９０°位相に分配された直交する２つのキャリア信号が加えられており、ミキサ１０１、１０３は、Ｉ信号およびＱ信号を上記キャリア信号と混合することによりキャリア信号をＩ信号およびＱ信号で変調する。
【０００４】
ミキサ１０１、１０３から出力された直交する２つの変調されたキャリア信号は、０°合成器１０２で合成され、送信機１０６、送信アンテナ１０７を介して受信機側に送信される。
【０００５】
一方、受信側では、送信側から送信された信号を、受信アンテナ２１０および受信機２０９を経由して受信し、この受信信号を復調器２００の０°分配器１１により２つの信号に分配してミキサ（ＭＩＸ）２０２、２０３に加える。
【０００６】
ミキサ２０２、２０３には、９０°分配器１１３からの同相および９０°位相の再生キャリア信号が加えられており、受信信号に、この同相および９０°位相の再生キャリア信号をそれぞれ混合することによりＩ信号成分およびＱ信号成分を復調する。
【０００７】
また、この復調Ｉ信号成分およびＱ信号成分からクロック（ＣＬＫ）再生回路２０５でクロック信号を再生し、判定回路２０６で、この再生したクロック信号に基づきＩ信号およびＱ信号の符号を判定し、Ｉ信号およびＱ信号を再生出力する。
【０００８】
また、判定回路２０６から出力された再生Ｉ信号およびＱ信号に基づきキャリア再生回路でキャリアの周波数を判別し、この判別した周波数に基づき電圧制御発振器２０８を制御して、９０°分配器１１３からの同相および９０°位相の再生キャリア信号を発生させる。
【０００９】
ところで、上記構成の無線通信システムにおいて、復調器２００は、従来、図６に示すように構成されている。
【００１０】
図６において、受信した変調信号Smodは、０°分配器２１１により２つの信号に分配され、ミキサ（ＭＩＸ）２１２、２１３にそれぞれ加えられる。
【００１１】
一方、ミキサ２１２、２１３には、９０°分配器２１４により分配された同位相０°および９０°位相シフトした再生キャリア信号が加えられている。
【００１２】
ミキサ２１２、２１３は、受信した変調信号Smodと同位相０°および９０°位相シフトした再生キャリア信号とを混合することにより、Ｉ信号成分およびＱ信号成分を復調する。
【００１３】
そして復調Ｉ信号成分およびＱ信号成分に基づきクロック（ＣＬＫ）再生回路２０５でクロック信号を再生し、この再生クロック信号を判定器２１６−１、２１６―２にそれぞれ加える。
【００１４】
判定器２１６−１は、復調Ｉ信号成分からＩ信号の符号をこの再生クロック信号に同期して判別してＩ信号を出力する。
【００１５】
また、判定器２１６−２は、復調Ｑ信号成分からＱ信号の符号をこの再生クロック信号に同期して判別してＱ信号出力する。
【００１６】
また、位相判定回路２１７は、判定器２１６−１および判定器２１６−２からそれぞれ出力されるＩ信号およびＱ信号に基づきＩ信号およびＱ信号の判定点と正規の収束点からの位相誤差を検出する。ここで、位相誤差を検出した場合は、電圧制御発振器２０５に対し再生キャリア信号の周波数を補正するための電圧信号を出力する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、従来のこの種の無線通信システムの復調器は、復調Ｉ信号およびＱ信号の判定点が収束点となるように再生キャリア信号の位相を制御していたので、再生キャリア信号がシンボル周波数の１／４だけずれた個所に同期する擬似同期が発生するという問題があった。
【００１８】
そこで、本発明は、変調シンボルレートの１／４だけずれた周波数に同期する擬似同期を迅速に検出して正規の再生キャリア信号を得ることができるようにしたディジタル復調装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、受信信号をそれぞれ直交する再生キャリア信号で同期検波することにより２つの復調信号を得るデジタル復調装置において、前記復調信号から受信信号に含まれる信号に同期したクロックを再生するクロック再生手段と、前記復調信号の符号を前記クロック再生手段で再生したクロックの２倍の周波数のクロックでそれぞれ判定する第１の判定手段と、前記復調信号の符号を前記クロック再生手段で再生したクロックでそれぞれ判定する第２の判定手段と、前記第２の判定手段の判定結果に基づき復調信号の位相を判定して該判定結果に基づき前記再生キャリア信号の位相を制御する位相判定手段と、前記第１の判定手段の判定結果に基づき前記再生信号の隣接する符号が同一であり、かつ隣接する符号の間の信号がゼロの場合は、変調シンボルレートの１／４だけずれた周波数に擬似同期したとして検出する擬似同期検出手段とを具備することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記擬似同期検出手段により擬似同期が検出された場合、前記再生キャリア信号の周波数を所定方向に強制的にシフトする周波数強制シフト手段と、前記周波数強制シフト手段による再生キャリア信号の周波数の強制的シフトにより擬似同期が解消されない場合は、前記周波数強制シフト手段による再生キャリア信号の周波数のシフト方向を反転するシフト方向反転手段とを更に具備することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るディジタル復調装置の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係るディジタル復調装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【００２３】
なお、図１に示すディジタル復調装置は、４相ＰＳＫ搬送信号を用いた無線通信システムにおける復調装置を示すもので、図５に示した復調器に対応する。
【００２４】
図１において、このディジタル復調装置は、０°分配器２２１、ミキサ（ＭＩＸ）２２２および２２３、９０°分配器２２４、クロック（ＣＬＫ）再生回路２２５、判定器（判定器１）２２６−１、判定器（判定器１）２２６−２、判定器（判定器２）２２６−３、判定器（判定器２）２２６−４、位相判定回路２２７、電圧制御発振器２２８、擬似引き込み判定回路２２９、加算部２３０を具備して構成される。
【００２５】
ここで、０°分配器２２１は、受信した変調信号Smodを２つの信号に分配して、ミキサ２２２および２２３に加えるものである。
【００２６】
ミキサ２２２および２２３は、０°分配器２２１で分配された２つの変調信号Smodに９０°分配器２２４から出力される０°および９０°に位相シフトした再生キャリア信号をそれぞれ混合することによりＩ信号成分およびＱ信号成分を復調するものである。
【００２７】
９０°分配器２２４は、電圧制御発振器２２８から発生された再生キャリア信号を同位相０°および９０°位相シフトした再生キャリア信号をミキサ２２２および２２３へ分配出力する。
【００２８】
クロック再生回路２２５は、ミキサ２２２および２２３からそれぞれ出力されるＩ信号成分およびＱ信号成分に基づきＩ信号およびＱ信号に同期したクロックを再生するもので、このクロック再生回路２２５においては、Ｉ信号およびＱ信号に同期したクロック（×１）および、このクロックの２倍の周波数のクロック（×２）を発生するように構成されている。
【００２９】
判定器２２６−１および２２６―２は、クロック再生回路２２５から出力されるＩ信号およびＱ信号に同期したクロック（×１）の２倍の周波数のクロック（×２）を入力し、このクロック（×２）に基づきＩ信号成分およびＱ信号成分の符号の判定を行う。
【００３０】
また、判定器２２６−３および２２６―４は、クロック再生回路２２５から出力されるＩ信号およびＱ信号に同期したクロック（×１）を入力し、このクロック（×１）に基づきＩ信号成分およびＱ信号成分の符号の判定を行い、Ｉ信号およびＱ信号として出力する。
【００３１】
位相判定回路２２７は、判定器２２６−３および判定器２２６−４からそれぞれ出力されるＩ信号およびＱ信号に基づきＩ信号およびＱ信号の判定点と正規の収束点のからの位相誤差を検出し、電圧制御発振器２０５から発生される再生キャリア信号の周波数を補正するための電圧信号を加算部２３０を介して電圧制御発振器２０５へ出力する。
【００３２】
電圧制御発振器２２８は、位相判定回路２２７および擬似引き込み判定回路２２９の出力に基づき位相制御された再生キャリア信号を発生する。
【００３３】
擬似引き込み判定回路２２９は、判定器２２６−１および２２６―２の判定出力およびクロック再生回路２２５から出力されるＩ信号およびＱ信号に同期したクロック（×１）の２倍の周波数のクロック（×２）および位相判定回路２２７の判定出力を入力し、擬似引き込みを判定するとともに、擬似引き込みが判定された場合は、正規の同期状態に復帰すべく強制シフト信号を加算部２３０を介して電圧制御発振器２２８へ出力する。
【００３４】
さて、上記擬似引き込み判定回路２２９の動作の詳細を説明する前に、図２乃至図４を参照して、この実施の形態における擬似引き込み判定原理について説明する。
【００３５】
今、送信側から送信されるＩ信号およびＱ信号のｎ番目のデータをｉｎ／ｑｎとし、０°および９０°位相のキャリア信号を各々cosωｔ、sinωｔ（ω＝２πf  ：ｆはキャリア信号の周波数）とした場合、図５に示した変調器１００から出力される変調信号は次式で与えられる。
【００３６】
Smod=incosωｔ＋qnsinωｔ  ・・・（式１）
この変調信号を図６に示した復調器でΔωだけずれた再生キャリア信号で復調したとすると、この場合のＩ信号およびＱ信号の復調信号Ｉn´およびＱｎ´は次式で与えられる。
【００３７】
In´=in√２sin（Δωｔ+π／４）  ・・・（式２）
Qn´=ｑn√２cos（Δωｔ+π／４）  ・・・（式３）
ここで、Δωを変調時のキャリア信号のシンボル周波数の1／４とすると、シンボル周期をＴとすれば、
Δω＝（２π／Ｔ）／４＝π／（２Ｔ）  ・・・  (式４)
となる。
【００３８】
これらの式より、キャリアが、１／４シンボル周波数ずれた点に同期した場合Ｉ／Ｑ位相平面上でシンボル周期Ｔの間隔でＩｎ´、Ｑｎ´の値をとるとＩ／Ｑ位相平面上において、９０°位相回転した信号が収束点に現れることがわかり、この状態が擬似同期状態である。
【００３９】
この場合、擬似同期信号のビート信号成分であるsin（Δωｔ＋π／４）、cos（Δωｔ＋π／４）は、図２のようになる。
【００４０】
図２において、時間ｔ＝Ｔ／２＋ｎＴ（ｎは整数）の点に着目すると、各信号は、この点において０となっている。
【００４１】
すなわち、上記記載からｔ＝ｎＴにおけるＩｎ´およびＱｎ´とｔ＝（ｎ−１）ＴにおけるＩ（ｎ−１）´およびＱ（ｎ−１）´とで符号が反転していないのに、ｔ＝Ｔ／２＋（ｎ−１）Ｔで復調Ｉ信号およびＱ信号がゼロとなる場合がある。
【００４２】
図３は、正規の再生キャリア信号で復調した場合のＩ信号およびＱ信号の波形を示し、図４は、擬似同期した再生キャリア信号で復調した場合のＩ信号およびＱ信号の波形を示す。
【００４３】
図４から明らかなように、再生キャリア信号が擬似同期した場合、復調Ｉ信号およびＱ信号は、ｔ＝ｎＴにおけるＩｎ´およびＱｎ´とｔ＝（ｎ−１）ＴにおけるＩ（ｎ−１）´およびＱ（ｎ−１）´とで符号が反転していないのに、ｔ＝Ｔ／２＋（ｎ−１）Ｔで復調Ｉ信号およびＱ信号がゼロとなる場合があることがわかり、この実施の形態においては、この場合を擬似同期として検出する。
【００４４】
更に、この実施の形態においては、１／４シンボル周波数ずれた点に再生キャリア信号が擬似同期したことが検出された場合は、正規の再生キャリア信号を得るために再生キャリア信号の周波数を強制的にシフトする。
【００４５】
ここで、擬似同期は±１／４シンボル周波数ずれた点で発生するため、再生キャリア信号を高い方向にのみシフトすると正規の再生キャリア周波数が得られないので、この実施の形態では、所定回（Ｎ回）連続して擬似同期した場合は、再生キャリア信号の周波数を強制的にシフトする方向を反転するように構成されている。
【００４６】
さて、図１に戻り、位相判定回路２２７は、判定器２２６−３および判定器２２６−４からそれぞれ出力されるＩ信号およびＱ信号に基づきＩ信号およびＱ信号の判定点と正規の収束点のからの位相誤差を検出し、位相誤差が検出されない場合は、位相同期を示す同期信号を擬似引き込み判定回路２２９に対して出力する。
【００４７】
擬似引き込み判定回路２２９は、位相判定回路２２７から同期信号を受け取ると、判定器２２６−１および判定器２２６−２で判定した符号と一回前に判定した符号を基にＩ信号およびＱ信号それぞれに対し符号の比較を行う。
【００４８】
ここで、Ｉ信号あるいはＱ信号のいずれかにおいて、再生クロック（×１）の間隔で獲得した２つの連続した符号が同一であり、かつ、その信号に対応して判定器２２６−１若しくは２２６−２で獲得した２つの判定点の中央の値が０の場合は、擬似同期と判定する。
【００４９】
そして、この擬似同期と判定された場合は、電圧制御発振器２２８から出力される再生キャリア信号の周波数を強制的にシフトするための正の電圧を加算部２３０に出力する。
【００５０】
これにより、電圧制御発振器２２８は、再生キャリア信号の位相を１／４シンボル周波数だけ強制的にシフトする。
【００５１】
ここで、更に擬似同期を検出した場合は、再生キャリア信号の位相を１／４シンボル周波数だけ更に強制的にシフトする電圧を加算部２３０に出力し、これにより、電圧制御発振器２２８は、再生キャリア信号の位相を１／４シンボル周波数だけ強制的にシフトする。そして、上記と同様の手順を正規の再生キャり信号が得られるまで繰り返す。
【００５２】
なお、上記手順をＮ回繰り返したが、擬似引き込み判定回路２２９が再び擬似同期であることを連続して判定する場合は、再生キャリア信号の位相のずれが逆方向に発生していることが考えられるので、この場合は、再生キャリア信号の周波数を強制的にシフトする方向を反転する。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、復調信号の隣接する符号が同一でその間の信号がゼロの場合は、変調シンボルレートの１／４だけずれた周波数に擬似同期したとして検出するように構成したので、変調シンボルレートの１／４だけずれた周波数に同期する擬似同期を迅速に検出することができる。
【００５４】
また、擬似同期を検知した場合には、再生キャリア信号の周波数を所定方向に強制的にシフトするように構成したので、再生キャリア信号において正規の位相同期制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るディジタル復調装置の一実施の形態を示すブロック図。
【図２】１／４シンボル周波数シフト点で擬似同期した再生キャリア信号の直交するビート成分の波形図。
【図３】再生キャリア信号が正規の位相タイミグで復調したＩ／Ｑ信号の波形図。
【図４】再生キャリア信号が１／４シンボル周波数シフトした位相タイミグで復調したＩ／Ｑ信号の波形図。
【図５】無線システムの全体を示すブロック図。
【図６】図５に示した復調器の従来の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１００    変調器
１０１    ミキサ（ＭＩＸ）
１０２    ミキサ（ＭＩＸ）
１０３    発振器
１０４    ９０°分配器
１０５    ０°合成器
１０６    送信機
１０７    送信アンテナ
２００    復調器
２０１    ０°分配器
２０２    ミキサ（ＭＩＸ）
２０３    ミキサ（ＭＩＸ）
２０４    ９０°分配器
２０５    クロック（ＣＬＫ）再生回路
２０６    判定回路
２０７    キャリア再生回路
２０８    電圧制御発振器
２０９    受信機
２１０    受信アンテナ
２１１    ０°分配器
２１２    ミキサ（ＭＩＸ）
２１３    ミキサ（ＭＩＸ）
２１４    ９０°分配器
２１５    クロック（ＣＬＫ）再生回路
２１６−１    判定器
２１６−２    判定機
２１７    位相判定回路
２１８    電圧制御発振器
２２１    ０°分配器
２２２    ミキサ（ＭＩＸ）
２２３    ミキサ（ＭＩＸ）
２２４    ９０°分配器
２２５    クロック（ＣＬＫ）再生回路
２２６−１    判定器（判定器１）
２２６−２    判定器（判定器１）
２２６−３    判定器（判定器２）
２２６−４    判定器（判定器２）
２２７    位相判定回路
２２８    電圧制御発振器
２２９    擬似引き込み判定回路
２３０    加算部
【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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