(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送すべき情報に応じた位相の切り替えが単位周期数毎に行なわれた２相位相変調信号を検波する回路であって、
上記２相位相変調信号が入力された際に、上記入力信号を上記単位周期数だけ遅延させた単位周期数遅延信号を生成する遅延信号生成手段と、
上記遅延信号生成手段によって生成された単位周期数遅延信号をさらに半周期遅延させて半周期遅延信号を生成する半周期遅延手段と、
上記入力信号と上記単位周期数遅延信号との相関関係に基づいて第１の相関検出信号を生成する第１の相関信号生成手段と、
上記入力信号と上記半周期遅延信号との相関関係に基づいて第２の相関検出信号を生成する第２の相関信号生成手段と、
上記第１の相関信号生成手段によって生成された第１の相関検出信号と、上記第２の相関信号生成手段によって生成された第２の相関検出信号とに基づいて上記入力信号の位相を単位周期数毎に判定する位相判定手段とを有することを特徴とする位相検波回路。
【請求項２】
上記入力信号はアナログ信号であり、上記遅延信号生成手段、半周期遅延手段、第１の相関信号生成手段及び第２の相関信号生成手段はアナログ信号処理回路であることを特徴とする請求項１に記載の位相検波回路。
【請求項３】
上記入力されたアナログ信号を量子化する量子化手段を有し、上記遅延信号生成手段、半周期遅延手段、第１の相関信号生成手段及び第２の相関信号生成手段は上記量子化手段によってデジタル化された信号をデジタル処理することを特徴とする請求項１に記載の位相検波回路。
【請求項４】
伝送すべき情報に応じた位相の切り替えが単位周期数毎に行なわれた２相位相変調信号を検波する方法であって、
上記２相位相変調信号が入力された際に、上記入力信号を上記単位周期数だけ遅延させた単位周期数遅延信号を生成する遅延信号生成処理と、
上記遅延信号生成処理によって生成された単位周期数遅延信号を半周期遅延させて半周期遅延信号を生成する半周期遅延処理と、
上記入力信号と上記単位周期数遅延信号との相関関係に基づいて第１の相関検出信号を生成する第１の相関信号生成処理と、
上記入力信号と上記半周期遅延信号との相関関係に基づいて第２の相関検出信号を生成する第２の相関信号生成処理と、
上記第１の相関信号生成処理によって生成された第１の相関検出信号と、上記第２の相関信号生成処理によって生成された第２の相関検出信号とを比較して上記入力信号の位相を判定する位相判定処理とを有することを特徴とする位相検波方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２相位相変調信号を検波する位相検波回路、位相検波方法に関し、特に、搬送波周波数に直接あるいは副搬送波数の設定された単位周期数毎に信号の位相を切り替えるようにした２相位相変調信号を復調するために用いて好適な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
搬送周波数の位相を送信信号によって変化させ、上記搬送波に送信信号を乗せるようにした２相位相変調方式において、単位周期数に相当する単位時間（これを１ｅｔｕ（ｅ１ｅｍｅｎｔａｒｙ ｔｉｍｅ uniｔと表現する））毎に位相変調を行う場合がある。
【０００３】
上述のように、単位周期数毎に位相変調された２相位相変調信号を復調する際に、アナログ信号のまま処理する場合には、図８に示すように、入力信号Ｓ1を１ｅｔｕディレイ回路８１によって遅延させた信号Ｃ１を生成する。そして、基本の２相位相変調の場合、受信した入力信号Ｓ１とその直前の１ｅｔｕ前に受信した遅延信号Ｃ1とを掛算器８２に与えて相関（内積）を検出し、検出結果を判定回路８３で判定することにより入力信号Ｓ１の位相を検出してデータの復調を行う技術が公知であった。
【０００４】
一方、入力された信号Ｓ１をデジタル処理して復調する場合には、図９に示すように、入力信号Ｓ１を量子化器９１によってデジタル化し、それを排他的論理和回路９３の一方の入力端子に入力する。
【０００５】
また、上記量子化器９１の出力を１ｅｔｕシフトレジスタ９２によって１ｅｔｕだけ遅延させた信号を上記排他的論理和回路９３の他方の入力端子に入力し、上記排他的論理和回路９３の出力を判定回路９４にて判定し、入力信号Ｓ１の復調を行っていた。
【０００６】
上記図８の回路による復調の場合であっても、図９の回路による復調の場合であっても、同じ位相の信号波形が連続したときに最大の正の相関が検出され、逆に、信号の位相が反転した場合に負の相関が検出されるので、相関判定結果に基づいて位相変化の有無を検出することができ、それに基づいてデータ復調を行うことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記図８の回路を用いて入力信号Ｓ１の復調を行う場合、入力信号Ｓ１の波形が中心値より対称なアナログ波形であれば問題なく復調することができる。また、図９の回路を用いて入力信号Ｓ１の復調を行う場合には、デューティが３０〜７０％となるような信号、すなわち、デューティ５０％に近い場合か、あるいは位相反転関係が維持されていれば問題無く位相判定を行うことができていた。
【０００８】
しかしながら、従来の回路の場合には、入力信号Ｓ１にオフセットが重畳したり、位相反転関係がずれていたりすると、正確な位相検波を行うことができなくなる問題があった。
本発明は上述の問題点にかんがみ、入力信号にオフセットが重畳していたり、位相反転関係が多少ずれていたりした場合においても位相検波を正確に行うことができるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の位相検波回路は、伝送すべき情報に応じた位相の切り替えが単位周期数毎に行なわれた２相位相変調信号を検波する回路であって、上記２相位相変調信号が入力された際に、上記入力信号を上記単位周期数だけ遅延させた単位周期数遅延信号を生成する遅延信号生成手段と、上記遅延信号生成手段によって生成された単位周期数遅延信号をさらに半周期遅延させて半周期遅延信号を生成する半周期遅延手段と、上記入力信号と上記単位周期数遅延信号との相関関係に基づいて第１の相関検出信号を生成する第１の相関信号生成手段と、上記入力信号と上記半周期遅延信号との相関関係に基づいて第２の相関検出信号を生成する第２の相関信号生成手段と、上記第１の相関信号生成手段によって生成された第１の相関検出信号と、上記第２の相関信号生成手段によって生成された第２の相関検出信号とに基づいて上記入力信号の位相を単位周期数毎に判定する位相判定手段とを有することを特徴としている。
また、本発明の他の特徴とするところは、上記入力信号はアナログ信号であり、上記遅延信号生成手段、半周期遅延手段、第１の相関信号生成手段及び第２の相関信号生成手段はアナログ信号処理回路であることを特徴としている。
また、本発明のその他の特徴とするところは、上記入力されたアナログ信号を量子化する量子化手段を有し、上記遅延信号生成手段、半周期遅延手段、第１の相関信号生成手段及び第２の相関信号生成手段は上記量子化手段によってデジタル化された信号をデジタル処理することを特徴としている。
【００１０】
本発明の位相検波方法は、伝送すべき情報に応じた位相の切り替えが単位周期数毎に行なわれた２相位相変調信号を検波する方法であって、上記２相位相変調信号が入力された際に、上記入力信号を上記単位周期数だけ遅延させた単位周期数遅延信号を生成する遅延信号生成処理と、上記遅延信号生成処理によって生成された単位周期数遅延信号を半周期遅延させて半周期遅延信号を生成する半周期遅延処理と、上記入力信号と上記単位周期数遅延信号との相関関係に基づいて第１の相関検出信号を生成する第１の相関信号生成処理と、上記入力信号と上記半周期遅延信号との相関関係に基づいて第２の相関検出信号を生成する第２の相関信号生成処理と、上記第１の相関信号生成処理によって生成された第１の相関検出信号と、上記第２の相関信号生成処理によって生成された第２の相関検出信号を比較して上記入力信号の位相を判定する位相判定処理とを有することを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照しながら本発明の位相検波回路、位相検波方法の実施の形態を説明する。
図１は、本実施の形態の位相検波回路の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【００１２】
図１において、１１は１ｅｔｕディレイ回路、１２は半周期遅延回路、１３は第１の掛算器、１４は第２の掛算器、１５は判定回路である。
上記１ｅｔｕディレイ回路１１は、単位周期数に相当する単位時間ｅｔｕ（ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｔｉｍｅ ｕｎｉｔ）分だけ入力信号Ｓ１を遅延させるための回路である。本実施の形態においては、図２に示すように、入力信号Ｓ１の４周期を単位周期数（１ｅｔｕ）と表現するようにしている。
【００１３】
半周期遅延回路１２は、１ｅｔｕディレイ回路１１によって１ｅｔｕ分だけ遅延された入力信号Ｓ１を更に半周期遅延させるための回路である。
第１の掛算器１３は、受信した入力信号Ｓ１と、その直前の１ｅｔｕ前に受信した信号Ｃ１との相関（内積）を演算するための回路であり、第１の相関信号生成手段として設けられているものであり、第１の相関検出信号ａ１を生成する。
【００１４】
第２の掛算器１４は、第２の相関信号生成手段として設けられているものであり、受信した入力信号Ｓ１と、上記半周期遅延回路１２から出力される１ｅｔｕ前に受信した信号Ｃ１を半周期遅延させた信号（以後、単に半周期遅延信号Ｃ２と称する）とを掛算して、第２の相関検出信号ａ２を生成する。
【００１５】
ここで、２つの正弦波を掛算した場合、同じ信号波形が繰り返されたときに最大の相関判定結果が得られるので、位相変化がなかったことを検出するのが第１の相関検出信号ａ１である。
【００１６】
また、受信した入力信号Ｓ１と、直前の（１ｅｔｕ±搬送波周波数の半周期／１ｅｔｕ±副搬送波の半周期）前に受信した信号Ｃ１との相関（内積）を演算した第２の相関検出信号ａ２は、位相変化（位相反転）があったときに最大の相関判定結果が得られるので、位相反転があったことを検出するために用いる。
【００１７】
入力信号波形がサイン波形でノイズがないときには、入力信号Ｓ１と１ｅｔｕ前に受信した信号Ｃ１とを掛け算して生成した検出信号の正負で位相が反転したか否かを判定することが可能である。すなわち、位相判定を行う信号の波形が〔ｓｉｎθ＊ｓｉｎθ〕か、〔−ｓｉｎθ＊ｓｉｎθ〕のどちらになっているかを判定することにより、位相反転が行われたか否かを判定することができる。ここで、ｓｉｎ（θ−１８０度）＝−ｓｉｎθである。
【００１８】
本実施の形態においては、上記〔ｓｉｎθ＊ｓｉｎθ〕と、上記〔−ｓｉｎθ＊ｓｉｎθ〕の両方を演算して比較しているので、信号レベルが小さいときでも位相反転の有無を確実に判定することができる。
【００１９】
ところで、入力信号Ｓ１がサイン波形でオフセットがつくと、従来は位相反転の検出を正確に行うことができない場合があった。
【００２０】
すなわち、図３に示すように、ノイズ等により入力信号Ｓ１にオフセットがつくと、〔（ｓｉｎθー０．７５）＊（ｓｉｎθ−０．７５）〕か、〔（−ｓｉｎθ−０．７５）＊（ｓｉｎθ−０．７５）〕の演算結果、あるいは〔（ｓｉｎθ＋０．７５）＊（ｓｉｎθ＋０．７５）〕か、〔（−ｓｉｎθ＋０．７５）＊（ｓｉｎθ＋０．７５）〕の演算結果の何れかで判定しなければならなかった。
【００２１】
このような場合、いずれも同位相の時に高い相関を示すので高い正の値をとるが、正の値の絶対値は信号振幅にもよるので、これだけでは位相反転が発生したか否かを正確に判定することはできない。すなわち、位相が反転した時には相関がほとんど検出されておらず平均的にゼロに近いが、細かく見ればこれも正の値になっている。
【００２２】
これは、信号成分が位相反転して負の相関を持っているにも関わらず、一定のオフセットが付いている条件においては、オフセット成分が同位相であるための相関が効いているためである。
【００２３】
本実施の形態においては、〔（ｓｉｎθ＋０．７５）＊（ｓｉｎθ＋０．７５）〕、及び〔（−ｓｉｎθ＋０．７５）＊（ｓｉｎθ＋０．７５）〕の両方の演算を行い、その演算結果を比較して判定を行っているので、１周期のなかで同位相の場合が高い相関を有していることを示す出力を出して期間が長く、平均値ではっきりと判定を行うことができる。当然ながら、〔ｓｉｎθ＊ｓｉｎθ〕か〔−ｓｉｎθ＊ｓｉｎθ〕の判定を行うことは容易に、かつ確実に行うことができる。
【００２４】
上述したように、本実施の形態においては、第１の相関検出信号ａ１と第２の相関検出信号ａ２との相関の程度を比較することで、有効な判断を行うようにしている。よって、図３に示したように、入力信号Ｓ１に直流オフセットが重畳していても確実に位相判定を行うことができるため、信号系の受信回路に対する特性の許容度を緩和することができ、受信回路の構成を簡単にできる。
【００２５】
次に、図４〜図７を参照しながら本発明の第２の実施の形態を説明する。
第２の実施の形態は、入力信号Ｓ１を量子化回路４１によりデジタル化し、入力信号Ｓ１をデジタル処理するようにしたものである。図４において、４２は１ｅｔｕシフトレジスタ、４３は半周期シフトレジスタ、４４は第１の相関信号生成回路、４５は第２の相関信号生成回路、４６は判定回路である。本実施の形態においては、上記第１及び第２の相関信号生成回路として排他的論理和回路を用いている。
【００２６】
図５に示したように、第１及び第２相関信号生成回路４４、４５は、２つの入力信号の論理レベルが一致している期間において「Ｈ」レベルの信号を出力し、不一致の期間において「Ｌ」レベルの信号を出力する。
【００２７】
図５〜７は、図４の各部の信号波形を説明するための動作波形図であり、図５は、原理的な動作を説明するもので、動作波形のデューティがほぼ５０％のときを示す。
【００２８】
図６は、信号レベルが小さかったり、直流のオフセットのため量子化回路４１の出力のデューティが小さくなった場合を示す。図７も同じく信号レベルが小さかったり、直流のオフセットのため量子化回路４１の出力のデューティが小さくなったりした場合を示すが、程度は軽い状態を示している。
【００２９】
図４の位相検波回路では、第１及び第２の相関信号発生回路４４、４５は排他的論理和の反転出力を用いているので、それぞれの２つの入力信号のレベルが一致したときに「Ｈ」レベルを出力し、不一致のときに「Ｌ」レベルを出力している。
【００３０】
図５に示したように、入力信号を量子化する量子化回路４１のデューティがほぼ５０％の場合は、入力信号Ｓ１と直前に受信した信号Ｃ１のレベルの一致、不一致を検出すれば、位相反転の有無を問題なく検出することができている。
【００３１】
ところが、図６に示したように、信号レベルが小さかったり、直流のオフセットのため、量子化回路４１の出力のデューティが小さくなったりした場合には、信号周期中で殆どの期間で入力信号Ｓ１、及び直前に受信した信号Ｃ１が両方共に「Ｌ」レベルとなるため、第１及び第２相関信号生成回路４４、４５の出力は共に「Ｈ」レベルとなる期間が長くなってしまっている。このため、第１の相関信号生成回路４４の出力だけからでは位相反転の有無を検出することが困難となっている。
【００３２】
このような場合でも、本実施の形態においては、第１の相関信号生成回路４４の出力と、第２の相関信号生成回路４５の出力とを比較するようにしたので、位相反転の有無を確実に検出することが可能である。
【００３３】
図７は、図５及び図６で示した動作を補足説明するための図であり、図５で示した波形と、図６で示した波形の中間の波形のときの例を示している。
【００３４】
以上説明したように、図６及び図７の場合の何れにおいても、本実施の形態の位相検波回路は位相反転を確実に検出することができる。特に、本実施の形態では量子化した後のデジタル信号処理を集積回路の中で実現することができるので、アルゴリズムが多少複雑になってもコストには殆ど影響しない。したがって、高性能の回路をコストアップすることなく実現することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は上述したように、本発明によれば、伝送すべき情報に応じた位相の切り替えが単位周期数毎に行なわれた２相位相変調信号を検波する際に、入力信号を上記単位周期数だけ遅延させた単位周期数遅延信号を生成する遅延信号生成手段と、上記単位周期数だけ位相が遅延された遅延信号をさらに半周期遅延させて半周期遅延信号を生成する半周期遅延手段と、上記入力信号と上記単位周期数遅延信号との相関関係に基づいて第１の相関検出信号を生成する第１の相関信号生成手段と、上記入力信号と上記半周期遅延信号との相関関係に基づいて第２の相関検出信号を生成する第２の相関信号生成手段と、上記第１の相関検出信号と、上記第２の相関検出信号とに基づいて上記入力信号の位相を判定する位相判定手段とを設けたので、入力信号と、上記入力信号を単位周期数分だけ遅延させた信号との相関を演算した信号が正の場合、及び負の場合の両方で位相反転の有無を判定することができる。これにより、入力信号に直流オフセットが重畳していたり、波形のディレイが小さくなったりした場合においても正確な位相検波を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、アナログ信号処理を行って２相位相変調信号の検波を行う回路の一例を示すブロック図である。
【図２】図１の各部の動作を示すアナログ信号波形図である。
【図３】オフセットが生じている場合のアナログ信号波形図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示し、デジタル信号処理を行って２相位相変調信号の検波を行う回路の一例を示すブロック図である。
【図５】図４の各部の動作を示すデジタル信号波形図である。
【図６】デジタル信号の波形が細かい例を示す波形図である。
【図７】信号レベルが小さかったり、直流のオフセットのため量子化回路の出力のデューティが小さくなったりした場合を示すが、程度は軽い状態を示すデジタル信号波形図である。
【図８】従来のアナログ信号処理で位相反転を検出する回路の一例を示すブロック図である。
【図９】従来のデジタル信号処理で位相反転を検出する回路の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１  １ｅｔｕディレイ回路
１２  半周期遅延回路
１３  第１の掛算器
１４  第２の掛算器
１５  判定回路
Ｓ１  入力信号
ａ１  第１の相関検出信号
ａ２  第２の相関検出信号
【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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【図８】
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【図９】
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