(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＱＰＳＫ復調器によって与えられる値の対（Ｉｓ、Ｑｓ）の伝送に基づいて内部クロック（ＣＫＲ）の同期を取るためにループのロックインを検出する方法であって、
各対の前記２つの値を成分とする各ベクトルのモジュール（ｒ）を計算するステップと、
前記モジュールを理論的なモジュールより小さい閾値（ｒｔｈ）と比較するステップと、
前記閾値より大きいまたは小さいことが判明したモジュールの数とモジュールの総数との比に従ってロックイン条件を決定するステップとを含むロックインを検出する方法。
【請求項２】
前記モジュールが前記閾値より大きい場合に、前記閾値を所定の値Ａだけ増加させるステップと、
前記モジュールが前記閾値より小さい場合に、前記閾値を値Ａより大きな所定の値Ｂだけ減少させるステップと、
所定の数の値の対に対して得られた閾値の値に基づいてロックイン条件を決定するステップとを含む請求項１に記載のロックイン検出方法。
【請求項３】
前記モジュールが前記得られた閾値より小さい所望の確率に比Ａ／Ａ＋Ｂが等しくなるように、値ＡとＢが選ばれる請求項２に記載のロックイン検出方法。
【請求項４】
前記閾値が一定な限界値より大きい時に、ロックイン条件が検出される請求項２に記載のロックイン検出方法。
【請求項５】
更に、前記閾値が前記限界値より小さく、且つ内部クロック周波数を強制的に変化させることで前記閾値の著しい減少が生じた時に、ロックイン条件が検出される請求項４に記載のロックイン検出方法。
【請求項６】
ＱＰＳＫ復調によって与えられる値の対（Ｉｓ、Ｑｓ）の伝送に基づいて内部クロック（ＣＫＲ）の同期を取るためにループのロックインを検出する回路であって、
各対の前記２つの値（Ｉｓ、Ｑｓ）を成分とする各ベクトルのモジュール（ｒ）を計算する回路（２０）と、
閾値（ｒｔｈ）を格納するレジスタ（２４）と、
前記レジスタに格納されている前記閾値を前記計算回路で与えられる前記モジュールと比較する比較器（２２）と、
前記モジュールが前記閾値より大きい時に、前記レジスタの内容を所定の値Ａだけ増加させ、前記モジュールが前記閾値より小さい時に、前記レジスタの内容を値Ａより大きい所定の値Ｂだけ減少させる手段（２６，２８）と、
前記ロックインの条件を決定するために前記レジスタに格納されている前記閾値を解析する回路（３０）とを含むロックインを検出する回路。
【請求項７】
前記モジュールが前記閾値より小さい所望の確率に比Ａ／Ａ＋Ｂが等しくなるように、値ＡとＢが選ばれる請求項６に記載のロックイン検出回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、復調器に関し、特に、同一周波数で直角位相の２つの搬送波で同時に２つの２進信号を伝送する信号を復調するＱＰＳＫ復調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
関連出願についての相互参照
この出願は、１９９８年６月１６日出願の先のフランス特許出願第９８−０７７２１号に基づいており、優先権を主張し、その開示全体を本明細書に参照により合体する。
【０００３】
直角位相シフト・キーイング（ＱＰＳＫ）復調器は、同一周波数で直角位相の２つの搬送波で同時に２つの２進信号を伝送する信号を復調するために使用される。ＱＰＳＫ復調器は、送信された２進信号の対を両方とも復元し、復元された信号の対から２進値を抽出する。本発明は、復元された信号から２進値を抽出することに関し、より詳細には、２進信号伝送速度に基づいて内部クロックの同期を検出することに係わる。図１は、復元された信号から２進値を抽出する従来のＱＰＳＫ復調器の一部を示す。示されているように、２つのアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１０が、大雑把に復調された後の２進信号の対ＩとＱに対応する２つのアナログ信号ＩａとＱａを受取る。
【０００４】
Ａ／Ｄ変換器１０は、信号ＩとＱによる２進値の伝送速度より高い周波数を持つクロック信号ＳＣＫで制御される。アナログ−ディジタル変換器１０の出力は、補間フィルタ１２に供給される。Ａ／Ｄ変換器１０から供給されるサンプルの対に基づいて、補間フィルタ１２が、各々の伝送された２進値の対に対応する値ＩｓとＱｓを計算する。サンプルＩｓとＱｓの選択は、２進値の伝送に基づいて同期を取られている復元されたクロックＣＫＲによって決まる。一般に、復元されたクロックＣＫＲのエッジ（このエッジで選択されるサンプルが決められる）は、２つの連続するサンプルの間にある。
【０００５】
２つのサンプルの間にある復元されたクロックＣＫＲのエッジの位置は、選択されるサンプルの値を補間するためにフィルタ１２で使用される係数ｋで示される。この尺度は、クロック信号ＣＫＲの復元が選択されるサンプルの振幅の変化に依存しているので必要であり、特に２進値の伝送速度がＡ／Ｄ変換器１０のサンプリング周波数に近くなった時に必要である。同期誤差検出回路１６から低域フィルタ１８を介して周波数設定点を受取るディジタル制御発振器１４によって、復元されたクロックＣＫＲと係数ｋが供給される。誤差検出回路１６は、数多くある従来のエラー計算アルゴリズムの１つにより、補間フィルタ１２からの２進値ＩｓとＱｓに基づいて、ディジタル誤差値を計算する。
【０００６】
構成要素１２、１４、１６、および１８で形成される同期ループが、２進値伝送に基づいてクロックＣＫＲの同期を取る。これらの２進値は大雑把な復調で得られるので、搬送波は送信信号から完全には除去されていないし、成分ＩｓとＱｓのベクトルは復調周波数の誤差に等しい周波数で回転している。通常は（点線で示すように）フィルタ１２と誤り検出回路１６の間に一般的に置かれるが、もっと下流に置くこともできる回転訂正（補正）回路で、この誤差は抑止される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＱＰＳＫ復調器で起きる１つの問題は、２進値伝送速度が広い範囲で変るということであり、同期ループは、一般には伝送速度が変化した後で再同期を取ることができない。同期を取るためには、一般には連続して周波数の試験を行い、正しい周波数が見つかった時を示すためにロックイン検出器を用いる。第１タイプの従来のロックイン検出器では、誤り検出回路１６からの同期誤差信号が用いられ、誤差が閾値より小さくなった時にロックインが指示される。しかし、受信条件がよくない時には、ロックインされたシステムの誤差信号と「非ロック」システムの誤差信号の間に有意の差がない。
【０００８】
この問題を克服するために、他のタイプのロックイン検出器では、瞬時周波数の安定性を解析するアルゴリズムが使用されている。しかし、このような解析自体の信頼性が悪く、その解析には多くのクロスチェックによる確認が必要になり、これによってプロセスが特に複雑で手間取る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
これらの欠点を考慮して、上記の欠点を克服し、応答時間の速いロックイン検出回路を提供することが本発明の目的である。値の伝送に基づいて内部クロックの同期を取るループのロックインを検出するために、各対の２つの値を成分とする各ベクトルのモジュールを計算し、格納されている閾値と比較する。ロックイン条件は、閾値よりも大きなまたは小さなモジュールの数とモジュールの総数の比によって決定される。
【００１０】
本発明の他の目的は、悪い受信条件の下で、信頼性のあるロックイン検出回路を提供することである。
【００１１】
本発明の一実施形態は、復調器で与えられる値の対の伝送に基づいて内部クロックの同期を取るループのロックインを検出する方法を提供する。この方法によれば、値の対の１つの値を成分とするベクトルのモジュールを計算し、そのモジュールを理論的なモジュールより小さい閾値と比較する。閾値よりも大きいまたは小さいことが判明したモジュールの数とモジュール総数の比によってロックイン条件を決定する。１つの好ましい方法では、モジュールが閾値よりも大きい場合には、閾値が第１の値だけ増加され、モジュールが閾値よりも小さい場合には、閾値が第２の値だけ減少される。
【００１２】
本発明の他の実施形態は、復調器で与えられる値の対の伝送に基づいて内部クロックの同期を取るループのロックインを検出するロックイン検出回路を提供する。ロックイン検出回路は、計算回路、レジスタ、比較器、変更回路、および解析回路を含む。計算回路は、値の対の１つの値を成分とするベクトルのモジュールを計算する。レジスタは閾値を格納し、比較器は格納された閾値を計算されたモジュールと比較する。変更回路は、比較結果に基づいて格納された閾値を変更し、解析回路は、格納された閾値を解析してロックイン条件を決定する。好ましい実施形態では、モジュールが格納された閾値より大きい場合には、変更回路は格納された閾値を第１の値だけ増加させ、モジュールが格納された閾値より小さい場合には、変更回路は格納された閾値を第２の値だけ減少させる。
【００１３】
本発明の他の目的、特徴、および効果は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかし、詳細な説明と具体的な例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、例示のために示したものにすぎず、本発明から逸脱することなしに当然様々な変更を加えることができることを理解されたい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面に関して詳細に説明する。
【００１５】
図１に示すタイプのＱＰＳＫ復調器で与えられる値ＩｓとＱｓの対の理論的に可能な４つの組合せを図示する４つの点Ｐ１からＰ４の配置を図２に示す。システムが乱され、あるいはロックイン条件から離れるにつれて、実際のシステムで見られる点Ｐ１からＰ４は、図２に示される点から益々遠くなる。実際の点は、図２の斜線部分に現れる確率が最も大きい。本発明によって、実際のシステムでの配置点の位置について解析が行われる。
【００１６】
システムがロックインし、信号が適当な回転補正を受けたときには、理論点の近くに点の現れる確率が高くなる。伝送の信号対雑音比が悪くなるにつれて、この確率は小さくなる。（回転補正がない場合には、原点から一定の距離に点の現れる確率が高くなる。）他方、システムがロックインされていない時には、点は分散して配置の原点の近くに現れる確率が比較的高くなる。図３の実線は、ロックインされたシステムの配置点の原点までの距離ｒの例示的な分布を表している。点線は、非ロック・システムにおける同じ分布を表している。「１００」で示されている距離は、理論距離に対応する。
【００１７】
示されているように、原点の近くに点の現れる確率は、非ロック・システムで著しく大きくなる。本発明によれば、十分に多くの連続した点を観察し、原点の近くにある点の割合がある閾値より小さいときに、そのシステムはロックインされていると決定される。この目的のために、固定した閾値を用いることができるであろうが、図３に示される分布は伝送の信号対雑音比によって変化するようである。特に、雑音が大きくなると、分布は広がり平らになる。従って、ある信号対雑音比について適当な閾値は、他の信号対雑音比については適切ではない。更に、伝送の信号対雑音比は、予め知られていないものである。
【００１８】
図４は、信号対雑音比が分からないことで生じる問題を回避する本発明の好ましい実施形態によるロックイン検出回路を示す。示されているように、計算回路２０が、復調器（図１）から値の対ＩｓとＱｓを受取り、値ＩｓとＱｓを成分とするベクトルのモジュールｒを計算する。従って、値ｒは、値ＩｓとＱｓに対応する点の配置の原点までの距離である。比較器２２が、距離ｒをレジスタ２４に格納されている閾値距離ｒｔｈと比較するために用いられる。レジスタ２４の内容（即ち、閾値距離ｒｔｈ）は、比較の結果に基づいて変更される。
【００１９】
より具体的には、距離ｒが閾値距離ｒｔｈより大きいときには、格納されている閾値ｒｔｈを値Ａだけ増加させる。それに対して、小さいときには、格納されている閾値ｒｔｈを値Ｂだけ減少させる。ただし、ＢはＡより大きい。この目的のために、加算器２６が、現在格納閾値ｒｔｈとマルチプレクサ２８の出力との和でレジスタ２４の内容を更新する。ここで、マルチプレクサ２８は、第１入力で値Ａおよび第２入力で値Ｂを受取る。比較器２２が、マルチプレクサ２８を制御して適当な値ＡまたはＢを選ぶ。
【００２０】
動作中に、十分な数の点を数えた後に、閾値ｒｔｈは、閾値ｒｔｈより下の距離ｒの割合がＡ／Ａ＋Ｂに等しくなるような値に落ち着く。言い換えれば、閾値ｒｔｈは、閾値ｒｔｈより下の距離を持つ確率が比Ａ／Ａ＋Ｂに等しくなるような値に自動的に調整される。他の回路３０が、レジスタ２４に格納される閾値の変化を解析し、閾値が以下で説明する一定の条件に対応する時にロックイン信号ＬＣＫを活動化する。
【００２１】
図５は、２つの等確率帯を示す。一方(Ｉ)はロックインされたシステムに対応し、他方（ＩＩ）は非ロック・システムに対応する。この帯は伝送の信号対雑音比に基づいていて、各等確率帯は変化分ＡとＢで決定される一定確率に対応し、ある一定の信号対雑音比について閾値ｒｔｈが落ち着く範囲を与えている。図５に示される例示的な大きさは、閾値ｒｔｈより小さい距離ｒの確率が１／１６であるものに対応している。図５において、閾値ｒｔｈが５０より大きな値になる時にシステムがロックインされていることは、ほぼ確実である。従って、解析回路３０は、閾値ｒｔｈが５０より大きくなったときに、ロックイン信号ＬＣＫを活動化する。更に、閾値ｒｔｈが４０より小さい値になれば、システムは非ロック状態であることがほぼ確実である。
【００２２】
しかし、４０と５０の間に不確実な範囲が残っている。この範囲では、同じ閾値が、小さい信号対雑音比ではロックイン状態に対応し、また、大きな信号対雑音比では非ロック状態に対応する。このことが、図５に同じ閾値（４５）の２つの点で図示されている。１つの点Ｐ５は、信号対雑音比が３ｄＢより小さいところにあり、他方の点Ｐ６は、約５．６ｄＢの信号対雑音比のところにある。このようなはっきりしない場合には、解析回路３０が発振器１４（図１）の周波数を強制的に現在値とは明らかに異なる値に変え、もう一度閾値ｒｔｈを観察することで十分である。
【００２３】
閾値ｒｔｈが殆ど動かなければ、システムの条件は変らないので、システムは非ロック状態しかない（即ち、閾値ｒｔｈは帯ＩＩの範囲内に留まる）。任意の周波数のジャンプをすることで、閾値ｒｔｈが非ロック条件からロックイン条件に移るということは、全く起こりそうにないので、周波数を変えた後で点Ｐ６が帯Ｉに移ることは全くありそうにない。しかし、周波数を変えた後で、閾値ｒｔｈが非常に小さくなる場合には、システム動作条件は変っている（即ち、図５で４０より下の閾値を持つ点Ｐ７で図示されるように、ロックイン状態から非ロック状態に切り換わった）。そのような場合には、解析回路３０は最初の周波数を復元し、ロックイン信号ＬＣＫを活動化する。
【００２４】
１／２０と１／１０の間のＡ／Ａ＋Ｂの比で、良好な動作結果が得られる。比が小さいと、帯ＩＩが急速に大きくなり、これに対して、値が大きいと、帯Ｉがゆっくり増加し広くなる。ある実施形態では、計算回路２０は補間フィルタ１２の出力から直接に値ＩｓとＱｓを受取るが、他の実施形態では、回転補正の後で受取る。言い換えれば、回転誤差は距離計算には影響しない。本発明のロックイン検出器では、システムの動作条件を表すために十分に多い数の点（例えば、数千）の観察が必要とされる。しかし、必要とされる点の数は、従来の回路で必要とされる数（一般には、数万）より遥かに少ない。
【００２５】
現在本発明の好ましい実施形態と考えられるものを図示し、説明したが、本発明の真の範囲から逸脱することなしに、その他様々な変更が可能であり、また均等物が代用できることは当業者には理解されるであろう。その上、本明細書に説明された中心的な発明の概念から逸脱することなしに、本発明の教示に特定の状況を適応するために、多くの変更を行うことができる。更に、本発明の実施形態は、上に説明した全ての特徴を含まなくてもよい。従って、本発明は開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を含むことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＱＰＳＫ復調器の、変調された信号の伝送周波数を再生する部分を示すブロック図である。
【図２】ＱＰＳＫ変調信号で伝送可能な理論的な値に対応する４つの点の配置と実条件の下で考えられるこれらの点の現れる範囲を示すグラフである。
【図３】ロックインされたシステムと非ロック・システムの配置の点の原点までの距離の分布を示すグラフである。
【図４】本発明の好ましい実施形態によるロックイン検出器を示すブロック図である。
【図５】ロック状態および非ロック状態が等確率の領域を伝送の信号対雑音比および配置点の原点までの基準距離によって示すグラフである。
【符号の説明】
１０  アナログ−ディジタル変換器
１２  補間フィルタ
１４  ディジタル制御発振器
１６  同期誤差検出回路
１８  低域通過フィルタ
２０  計算回路
２２  比較器
２４  レジスタ
２６  加算器
２８  マルチプレクサ
３０  解析回路
【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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