(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直角変調により送信機から受信機へ任意の周波数位置において送信され、シンボルでコード化されるデジタル信号伝送システムにおいて、
送信機において、２つの直角信号成分のうち一方が所定の時間間隔、特にシンボル期間Ｔsymbの１／４、および／または送信機の直角位相搬送波周期の１／４だけ直角位相変調前に遅延され、
受信端で形成される直角信号成分は各ＩＩＲフィルタによりそれぞれフィルタ処理されることを特徴とする伝送システム。
【請求項２】
データ源により提供されビット速度にロックされるデジタル信号をＩデータ流とＱデータ流へ変換する直列並列変換器と、
送信機直角ミキサにより直角搬送波を変調する同位相成分および直角位相成分を形成するようにＩおよびＱデータ流の帯域幅を限定するためにパルス成形フィルタとしてそれぞれ機能する第１の同位相フィルタおよび第１の直角位相フィルタと、
送信機直角位相ミキサの前に接続され、シンボル周期の整数部分１／Ｎに等しい時間間隔だけ同位相成分または直角位相成分を遅延する遅延素子とを具備している請求項１記載の伝送システム用の送信機。
【請求項３】
実質上シンボル周波数の４倍に等しいアナログデジタル変換器のサンプリング周波数ｆｓにより、受信された信号から抽出された信号を形成するためのアナログデジタル変換器と、
ＩＩＲフィルタ構造をもつそれぞれのパルス成形フィルタによりそれぞれフィルタ処理されるＩデータ通路用の同位相成分と、Ｑデータ通路用の直角位相成分へ抽出された信号を分離するデマルチプレクサと、
入力端でＩデータ通路および／またはＱデータ通路に結合され、出力端でアナログデジタル変換器とデマルチプレクサと直角ミキサに結合されているクロック再生装置とを具備している請求項１記載の受信機。
【請求項４】
受信機直角位相ミキサ後、同位相成分と直角位相成分がそれぞれＩＩＲフィルタ構造を使用して構成されている第２の同位相フィルタと第２の直角位相フィルタによりそれぞれフィルタ処理され、
第２の同位相フィルタおよび直角位相フィルタの伝達関数Ｈｒ（ｚ）は、送信機中の関連する第１の同位相フィルタと、関連する第１の直角位相フィルタの相互作用から得られ、これらのフィルタは好ましくはＦＩＲ構造を使用するデジタル形態で構成され、
第１、第２の同位相フィルタの組合わせおよび、第１、第２の直角位相フィルタの組合わせそれぞれ伝達関数Ｈｇ（ｚ）＝Ｈｔ（ｚ）×Ｈｒ（ｚ）を有し、これはナイキスト基準Ｈｇ（ｚ）＋Ｈｇ（−ｚ* ）＝１と、雑音整合基準Ｈｔ（ｚ）＝Ｈｒ（ｚ* ）、ここにｚ*はｚの逆数である、との両者を満たす特性であることを特徴とする請求項３記載の受信機。
【請求項５】
第２の同位相フィルタと第２の直角位相フィルタはそれぞれ第１のオールパス回路網と第２のオールパス回路網を含んでおり、伝達関数Ｈｉ（ｚ）は次式により限定され、
Ｈｉ（ｚ）＝Ａi （ｚ）＝
（ａm ＋ａm-1 ×ｚ-1＋…＋ａ1 ×ｚ-m+1＋ｚ-m）／
（１＋ａ1 ×ｚ-1＋…＋ａm ×ｚ-m）
第２の同位相フィルタと第２の直角位相フィルタの伝達関数は、
Ｈｒ（ｚ）＝（Ａ1 （ｚ2 ）＋ｚ-1×Ａ2 （ｚ2 ））／２
により限定されることを特徴とする請求項３または４記載の受信機。
【請求項６】
第１の同位相フィルタまたは第１の直角位相フィルタの伝達関数は、特に第１、第２の同位相フィルタまたは第１、第２の直角位相フィルタのインパルス応答ｈt （ｔ）、ｈr （ｔ）に関する雑音整合の対称条件Ｈt （ｚ）＝Ｈr （ｚ* ）を経て、第２の同位相フィルタまたは第２の直角位相フィルタからそれぞれ決定され、第１の同位相フィルタまたは第１の直角位相フィルタの結果的なインパルス応答はＦＩＲ構造により任意の正確度で近似されることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項記載の受信機。
【請求項７】
第２の同位相フィルタおよび第２の直角位相フィルタは、加算器／減算器により入力端と出力端で共に接続される２つの並列信号通路を有し、減数通路は第１のオールパス回路網を含み、被減数通路はｚ-1遅延素子と第２のオールパス回路網との直列結合を含んでいることを特徴とする請求項５または６記載の受信機。
【請求項８】
第１、第２のオールパス回路網はそれぞれ１次のオールパス構造Ａi （ｚ2 ）を表し、前記オールパス構造はｚ-2遅延素子と、乗算器と、第１の加算器と、第２の加算器と、第２の減算器とを機能ユニットとして含んでいることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項記載の受信機。
【請求項９】
オールパス構造Ａi （ｚ2 ）の機能ユニットの相互接続は、
入力と出力との間に直列に結合されている信号流方向に第１の入力に接続されている第１の加算器と、出力に接続されているｚ-2遅延素子および第２の加算器との直列結合を含んでおり、
第２の減算器は減数入力が入力端子に接続され、被減数入力がｚ-2遅延素子の出力に接続され、出力が乗算器の第１の入力に接続されており、
乗算器の第２の入力にはメモリからのフィルタ係数ａが与えられ、乗算器の出力は第１の加算器の第２の入力と、第２の加算器の第２の入力の両者に接続されていることを特徴とする請求項８記載の受信機。
【請求項１０】
送信機端においてそれぞれＦＩＲフィルタ構造を有する第１の同位相フィルタおよび第１の直角位相フィルタを具備し、受信機端においてそれぞれＩＩＲ構造を有する第２の同位相フィルタおよび第２の直角位相フィルタを具備し、
第２の同位相フィルタおよび第２の直角位相フィルタは次式の伝達関数にしたがってｚ-1遅延素子と、第１のオールパス回路網と、第２のオールパス回路網とによって構成され、
Ｈｒ（ｚ）＝（Ａ1 （ｚ2 ）＋ｚ-1×Ａ2 （ｚ2 ））／２
第１および第２のオールパス回路網の伝達関数Ａi （ｚ）は次式により定められ、
Ｈall-pass（ｚ）＝Ａi （ｚ）＝
（ａm ＋ａm-1 ×ｚ-1＋…＋ａ1 ×ｚ-m+1＋ｚ-m）／
（１＋ａ1 ×ｚ-1＋…＋ａm ×ｚ-m）
時間ドメインでコンボリュートされたインパルス応答ｈr ' （−ｔ）は、雑音整合基準Ｈｔ（ｚ）＝Ｈｒ（ｚ* ）にしたがって第２の同位相フィルタと第２の直角位相フィルタのインパルス応答ｈr （ｔ）によって形成され、前記インパルス応答ｈr （ｔ）は僅かに残留した振動範囲、特に消滅している振動範囲中に時間ドメインにおいて前に限定され、
鏡像の限定されたインパルス応答ｈr ' （−ｔ）＝ｈr （ｔ）から、ＦＩＲフィルタの係数が決定され、それは第１の同位相フィルタと第１の直角位相フィルタとのフィルタの組合わせで使用されることを特徴とする請求項１で伝送システム、請求項２で送信機、請求項３乃至９のいずれか１項に記載された受信機のためのフィルタ組合わせ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シンボルでコード化され、直角変調により任意の周波数位置で送信機から受信機へ送信されるデジタル信号用の伝送システムに関する。本発明はさらに、送信機、受信機およびこのような伝送システムのフィルタ組合わせに関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル信号用の伝送システムは長い年月にわたって知られており、その有効な特性のために、娯楽または情報システムで信号またはデータの伝送或いは記憶用にも多く使用されている。このようなシステムの主要な特徴は、送信される情報がデジタル化されたまたはコード化された信号として直列的に存在し、送信または記憶する前にこのデジタル信号は通常ＱＰＳＫ変調（＝直角位相シフトキー）を受けることである。一般的にこの後に送信チャンネルまたは無線周波数送信帯域の周波数変換が行われ、信号が記憶されるならば、この変換は必要ではない。受信端では、信号処理は逆の順序で行われ、それによって本来のデジタル信号は再生される。これに続いてさらに受信機での信号処理が続いて行われるが、しかしながらこれはこの発明では関係ない。送信チャンネルを通過する送信された信号は、変調としてあるコード化された形態のデジタル情報を含んだ連続的なアナログ信号である。基本的な要求は、この変調中信頼性のある量子化範囲が存在することであり、したがって最高の可能な雑音不感性が達成される。前述のＱＰＳＫ変調技術およびその変形は高い送信信頼度と高い適合能力を結合させる。送信される信号は、狭帯域幅の測定または音声信号から、広帯域幅のビデオまたは高分解能のカラーテレビジョン信号までの範囲にわたる。この技術を使用する既知の地上または衛星ベースの伝送システムの幾つかの例は、ＤＶＢ＝デジタルビデオ放送、ＤＡＢ＝デジタルオーディオ放送、ＡＤＲ＝アストラ無線、世界スペース無線である。さらに既知の形態の直角変調は、ＢＰＳＫ＝２進位相シフトキー、ＱＡＭ＝直角振幅変調、ＶＳＢ＝残留側帯波変調を含んでいる。
【０００３】
直角変調はＩ座標とそれに垂直のＱ座標により形成される仮想平面において搬送波周波数で回転するベクトルとして説明されることができる。変調しないとき、回転周波数は一定であり、そのため位相は一定の増加を示す。これは送信される信号で変調される基準位相を限定する。アナログ信号の場合、あらゆる位相値が可能である。デジタル信号の場合、量子化が行われ、それを通して４象限などの特定の位相範囲のみが許容され、したがって識別可能である。それぞれの量子化限界よりも小さい残留した妨害は影響を及ぼさない。搬送波周波数の特定により、ＱＰＳＫ変調技術は送信される周波数範囲に適合されることができる。ある状況下、例えばＱＡＭ技術等では、ベクトル長も変化され、それによってさらに独立の情報が送信されることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
伝送システムの開発において、その送信特性と、使用される送信機および受信機の価格および複雑性に関するシステム全般の最適化が必要である。これに関して、通常の放送システムの場合のように、システムが双方向であるか否かまたはこれが基本的にただ１つの送信機と複数の受信機からなるか否かが重要である。後者の場合、送信機特性が改良されおよび／または受信機が簡単にされるならば、送信機がより複雑になってもシステムを非対称に設計することが有効である。
【０００５】
それ故、本発明の目的は、デジタル信号用の伝送システムを提供することであり、それによって通常のシステムと比較して送信特性の改良および特に受信機で必要とされる回路量の減少が達成されることができる。
【０００６】
本発明の別の目的は、本発明にしたがった伝送システム用の送信機および受信機を提供することである。
【０００７】
本発明のさらに別の目的は、本発明にしたがった伝送システム用の有効なフィルタ結合を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の主要な目的は、所定の時間間隔、特にシンボル期間の１／４により直角混合する前に送信機の２つの直角信号成分のうち一方を遅延することにより達成される。一方の直角信号成分の他方の直角信号成分に関するこの時間遅延は、送信機の直角変調の振幅安定度と、受信機の回路の複雑性との両者にかなりの影響をもたらし、この複雑性はデジタル回路を使用して構成する場合には非常に簡単にされることができる。送信機に必要とされる回路量は以下説明するようにほぼ同一であるか、問題にならない程度で増加する。
【０００９】
受信機の簡単化は、２つの直角信号成分のうち一方が所定の時間だけ送信機中で遅延され、付加的なグループ遅延等価が２つの直角信号成分のうちいずれかに必要となることなく、受信機のパルス成形フィルタがオールパス回路網を有する簡単なＩＩＲ構造により置換されることができるという本発明の認識から得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明およびその有効な特徴を添付図面を参照してより詳細に説明する。
図１では、デジタルデータ流がデジタル信号ｓｒとしてソース１から送信機Ｔへ供給されている。直角位相変調に対する基本的な部分は変調器２中に含まれ、それはデジタル信号ｓｒをデジタル流の形態でＩ信号および並列なＱ信号の両者へ変換する直列並列変換器３を含んでいる。帯域幅限定のために、各データ流Ｉ、Ｑはそれぞれのパルス成形フィルタＦＩ１、ＦＱ１に供給されている。これらのフィルタによる処理後、２つのデータ流Ｉ、Ｑは通常それぞれ同位相成分ｋｉと直角位相成分ｋｑと呼ばれ、直角ミキサ４により直角位相搬送波ｔｒを変調する。搬送波ｔｒはｓｉｎ／ｃｏｓ発生器4.1 により形成され、そのｃｏｓ成分およびｓｉｎ成分ｃｏｓ（ｔｒ）とｓｉｎ（ｔｒ）は第１のミキサ4.2 と第２のミキサ4.3 にそれぞれ供給される。搬送波ｔｒは搬送波周波数ｆtrでベクトル図（図４参照）において回転する。２つのミキサ4.2 と4.3 の出力は加算器4.4 により加算され、単一段または多段の周波数変換器５により送信チャンネルＣの帯域位置に導かれる変調信号ｓ（ｔ）を形成する。出力端の変換器５、発生器5.1 、ミキサ5.2 、帯域通過フィルタ5.3 が示されている。変調された信号ｓ（ｔ）は連続的なアナログ信号であり、それには外部および雑音信号が送信通路Ｃ上で重畳されている。よく知られているように、送信機Ｔと受信機Ｒが雑音整合基準およびナイキスト基準の両者を満足させるパルス成形フィルタを含んでいるならば、干渉または雑音により生じる疑似効果が最小にされる。
【００１１】
受信機Ｒは機能的に送信機Ｔの鏡像である。発生器6.1 、ミキサ6.2 、２つの帯域通過フィルタ6.3 、6.4 を含む周波数変換器６により、受信された無線周波数信号は再度アナログ信号ｓ（ｔ）としてより低い周波数帯域またはベースバンドへ変換され、ここでは、アナログまたはデジタル回路を使用して復調器７で復調されデコードされることができる。
【００１２】
復調器７では、アナログ信号ｓ（ｔ）はまず直角ミキサ８により同位相成分ｋｉおよび直角位相成分ｋｑに分割される。これはアナログ信号をｓｉｎ／ｃｏｓ発生器8.1 からのｓｉｎ信号およびｃｏｓ信号と混合することにより行われる。直角混合は純粋にデジタル的に行われてもよいが、この場合、デジタル化された信号値は各サンプリングクロックパルスで、デジタルｓｉｎ値とデジタルｃｏｓ値により乗算され、デジタルｓｉｎ値とデジタルｃｏｓ値は例えば記憶されたｓｉｎ／ｃｏｓ表または適切な計算技術により決定された各角度値に対して得られる。発生器8.1 が固定されたサンプリング瞬間における直角搬送波値として値＋１、０、−１、０、＋１、０、…を得るならば、ミキサ8.2 、8.3 は特にデジタル形態で構成することが容易である。両者の場合、発生器8.1 は位相ロックループ（＝ＰＬＬ）を介して送信機の基準位相にロックされなければならない。直角ミキサ８に後続して各信号通路にそれぞれパルス成形フィルタＦＩ１、ＦＱ２が設けられ、パルス成形フィルタに続いて同位相検出器9.1 と直角検出器9.2 がそれぞれ配置されている。最終的にＩおよびＱ信号は並列直列変換器10により単一データ流ｓｒに再結合される。処理段12でさらに処理が行われる。
【００１３】
復調器７では、クロック再生装置11はＰＬＬの一部分を形成する。これはＩおよびＱ信号を制御信号ｓｔへ変換し、この制御信号ｓｔは周波数において可変周波数発生器8.1 （＝ＶＣＯ）にロックし、位相を基準位相にロックする。デジタル復調器では、クロック再生装置11はサンプリングクロックｆｓも提供し、この周波数は通常シンボル周波数ｆｓｙｍｂの整倍数である。
【００１４】
図２では、並列形態への本来のデータ流ｓｒの変換がデータシーケンスにより図示されている。直列並列変換器３はもとのビットシーケンス１、２、３、４、…を交互に２つの信号通路ＩとＱに分配し、したがってもとのビット対ｄ１、ｄ２の奇数ビットはデータ速度ｆBit ／２のＩデータ流を形成し、ビット対の偶数のビットは同一のデータ速度のＱデータ流を形成する。ビット対ｄ１、ｄ２は“シンボル”Ｓｉを形成し、これはそれぞれの変調プロセスによりこのようにコード化される。図３の表を参照すると、ビット対ｄ１、ｄ２は４つの異なった論理状態を有することができ、したがってこれには４つの異なったシンボルＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が割当てられる。シンボルＳｉは、データ流ｓｒのビット速度ｆBit の半分のみであるシンボル速度またはシンボル周波数ｆｓｙｍｂで再度生じる。例えば４、６または８などの２以上のもとのビットを１シンボルに結合することも可能である。シンボルの可能な数が増加し、シンボル速度は減少する。シンボル速度が低下する程、送信機および受信機の処理周波数と直角搬送波の周波数も低下する。
【００１５】
図４はＱＰＳＫ変調のベクトル図を示している。４つの可能なシンボルＳｉが単位円の４つの象限に割当てられる。ベクトルは搬送波ｔｒに対応し、Ｉ／Ｑ座標系のその瞬間的な回転位置は角度ψ（ｔ）と振幅Ａ（ｔ）により特有に限定される。
【００１６】
図５は送信機および受信機のＩおよびＱ信号の理想的な波形の例を示しており、これは関連するシンボルＳｉにしたがって、理論的に正規化された信号値＋１と−１の間に無限大の勾配のパルスエッジを具備しなければならず、即ちスペクトルは無限大の長さである。できる限り必要な帯域幅を減少するため、エッジは先に説明したパルス成形フィルタにより予め定められた方法で丸くされ、それによって同位相成分ｋｉと直角位相成分ｋｑがパルスシーケンスから形成される。図示の成分ｋｉ、ｋｑは送信機および受信機の両者で生じ、受信機では僅かに変形された形態であり、サンプリングクロックｆｓにより直角混合される前または後にそこでデジタル化されることができる。どの程度サンプリング周波数が減少されているかが図６で明白である。
【００１７】
図６は適切なサンプリングによって個々の直角位相信号成分ｋｉ、ｋｑが受信されたアナログ信号ｓ（ｔ）から受信機Ｒで再生されることができるかを概略して示している。これはアナログ信号ｓ（ｔ）と、搬送波ｔｒの関連するｃｏｓおよびｓｉｎ成分ｃｏｓ（ｔｒ）ｓｉｎ（ｔｒ）（破線曲線）を同一時間スケールで示している。時間軸ｔはシンボル期間Ｔsymb（＝Ｔs ＝Ｔｓ）に正規化される。第４のラインはサンプリングクロックｆｓのサンプリング瞬間ｔ' を示しており、これは図４で示されているように基準位相のＩ／Ｑ座標交差にロックされ、従ってそれぞれｃｏｓおよびｓｉｎ搬送波成分の搬送波に関連するサンプリング瞬間ｔ' kiとｔ' kqを決定する。これは有効なサンプリング速度ｆｓと有効な搬送波周波数ｆtrを生じ、これは一体となって符号周波数ｆｓｙｍｂ：ｆｓ＝４×ｆsymbとｆtr＝ｆsymbに関連する。前述したように、非常に簡単な乗算係数、即ち値＋１、０、−１のみが受信機の直角混合に対して得られる。ミキサはゲートおよびネゲータでデジタルおよびアナログ形態で非常に容易に構成されることができる。
【００１８】
サンプリングがそれぞれＩ／Ｑ座標交差の時間に行われるならば、係数“０”による乗算が信号値“０”を与えるので、受信機の直角混合はさらに簡単にされることができる。この“０”信号値は、個別のデータおよびそれに続くローパスフィルタ処理を省略することによって、デシメーション段とも呼ばれる簡単なサンプリング速度減少段で共通して行われるように、さらに処理するときに単に省略されることができる。直角変調された信号の場合、省略は情報損失を生じない。
【００１９】
最後の２行はそれぞれ同位相成分ｋｉおよび直角位相成分ｋｑのサンプリング瞬間ｔkiとｔkqにおける乗算係数＋１および−１で結合されたサンプリングクロックｆｓｉとｆｓｑを示している。サンプリング瞬間ｔkiおよびｔkqは時間間隔ｔｄにより分離され、ｔｄ＝１／４×Ｔsymbである。
【００２０】
同位相サンプリングクロック周波数ｆｓｉと、直角位相サンプリングクロックの周波数ｆｓｑはしたがって同一である。
ｆｓｉ＝ｆｓｑ＝２×ｆｓｙｍｂ
しかし、位相は異なっており、したがってサンプリング値ｔkiおよびｔkqは先に説明したようにＴｓｙｍｂ／４により時間的に分離される。
【００２１】
結果的なベクトルｔｒ（ｔ）の瞬間的位置φ（ｔ）および、したがって２つの直角位相成分ｋｉ、ｋｑは、同位相サンプル値と直角位相サンプル値の両者が実際にそれぞれのサンプリング瞬間ｔで得られさえすれば、必要な正確度で決定されることができる。図６の交互のサンプリングシーケンスｔkiとｔkqの場合、これは補間なしには可能ではない。
【００２２】
普通に使用され、ナイキストおよび雑音整合基準をも満たさなければならないＦＩＲ補間フィルタは嵩ばった回路を必要とするが、これまでのところ避けられない。しかしながら、本発明によれば、先の基準を満たすが著しく簡単なＩＩＲフィルタが提案されている。予め必要な条件は２つの直角信号成分ｋｉ、ｋｑのうち一方が、好ましくは符号周期Ｔｓｙｍｂの１／４に等しい時間間隔ｔｄだけ送信機において遅延されることである。
【００２３】
図７は本発明にしたがった送信機Ｔと受信機Ｒの実施形態を示している。送信機Ｔは直角位相成分通路Ｑ中の遅延素子13を除いて図１のブロック図と同一の機能ユニットを含んでいる、同一の参照符号が使用され、動作は基本的に図１と同じなので、送信機回路Ｔ全体については再度説明しない。遅延素子13により導入された遅延間隔ｔｄは値ｔｄ＝Ｔｓｙｍｂ／４を有する。前述したようにこの値によって、受信機端Ｒでは複雑なパルス成形フィルタは非常に簡単なフィルタ構造により置換されることができる。これは勿論、詳細に後述するように送信機のパルス成形フィルタＦＩ１、ＦＱ２の構造および設計に影響を有する。送信機Ｔにおける信号処理はアナログまたはデジタルである。処理がデジタルであるならば、処理クロックの周波数ｆｓｉ、ｆｓｑは少なくともシンボル周波数の４倍またはその倍数でなければならない。
【００２４】
図７は送信機Ｔのデジタル実施形態を示している。デジタル変調器２に後続してデジタルアナログ変換器15が配置され、これには発生器16から符号速度の４倍に等しい、即ちｆｓ＝４×ｆｓｙｍｂの変換クロック速度ｆｓが与えられており、これはデータ流ｓｒのビットクロックｆBit にロックされる（図７では図示せず）。出力がアナログ信号ｓ（ｔ）であるこの変換器15を通って、再度、適切な送信がアナログであることが明白にされる。送信機および受信機端での無線周波数変換は図示されていない。
【００２５】
図７の受信機Ｒのブロック図は図１の受信機の基本構造に非常に類似している基本構造を示している。同一の機能ユニットは同一の参照符号により示されており、したがって対応するユニットが容易に認識可能である。再度、先の説明を参照する。受信され下方向変換されたアナログ信号ｓ（ｔ）はアナログデジタル変換器17によりデジタル化され、データ流ｓｄを形成する。デジタルクロックｆｓはクロック再生装置11に結合されたクロック発生器18から来る。通常のデジタル処理装置では、受信された信号ｓ（ｔ）の帯域幅に関してサンプリングが反していないならばデジタル化クロックは任意である。しかしながら好ましいデジタル受信機構造では、デジタル化クロックｆｓは自由に予め決定可能ではなく、その周波数はできる限りに正確にシンボル周波数ｆｓｙｍｂの４倍近くなるべきである。これは簡単な切換え動作＋１、−１により切換えられた受信機の直角ミキサが使用されるならば、図６の説明とフィルタ実行の説明から理解される。これは同位相成分および直角位相成分ｋｉ、ｋｑのサンプリング周波数ｆｓｉ、ｆｓｑを与え、ｆｓ＝２×ｆｓｙｍｂである。これはＩＩＲフィルタ構造を有する受信機フィルタの構成に予め要求される条件であり、特に（式２）の後述の関連説明が参照される。復調器７中の直角ミキサ80,85 はこの原理で動作する。
【００２６】
クロック発生器18に結合される直角ミキサ80はデマルチプレクサとしてそれに関連する電子スイッチ81を有し、このデマルチプレクサはＩデータ通路およびＱデータ通路に交互にアナログデジタル変換器17の出力データを分配する。電子スイッチ81は図７の送信機Ｔの加算器4.4 の逆に対応する。Ｉミキサ83とＱミキサ84に接続される直角搬送波ｔｒの発生器82は交互に値＋１と−１をミキサ83、84に与えるデータ源を含んでいる。後者は提供されたデータを変化しないかこれらを無効にし、両者は特に２の補数表示で、通常の２進数システムで容易に構成されることができる。粗直角ミキサであるミキサ80に加えて、復調器７は精巧な直角ミキサ85を含んでおり、これは非常に低い搬送波差周波数のみを処理する。従って、同位相成分および直角位相成分ｋｉおよびｋｑは、結果的な搬送波またはベクトルｔｒの付加的な角度回転にそれぞれ対応するｃｏｓおよびｓｉｎ値をゆっくりと変化することによって粗ミキサ80後に乗算される。この分割のために、高速ミキサ80の比較的高い搬送波周波数の調節は評価期間中に不正確さを生じることなく比較的粗い周波数ステップで行われることができる。粗および精密直角ミキサ80、85はそれぞれクロック再生装置11からの制御信号ｓｔおよびｓｔ' により制御される。
【００２７】
２つの直角ミキサ80、85に後続してＩデータ通路の同位相パルス成形フィルタＦＩ２と、Ｑデータ通路の直角位相パルス成形フィルタＦＱ２が配置されている。パルス成形フィルタＦＩ１、ＦＱ２に後続してそれぞれデシメーション段19.1と19,2が配置され、ここで各データ速度ｆｓｉとｆｓｑは再度係数１／２により減少される。最終的に２つの検出器段9.1 と9.2 はもとのシンボルＳｉを再生し、これは並列直列変換器10により直列データ流ｓｒへ再結合される。図７では、図面を明瞭にするため、各サンプリング速度が送信機Ｔと受信機Ｒのそれぞれの処理セクションに入っている。
【００２８】
図７の受信機Ｒのブロック図は、送信機Ｔの遅延により予測される遅延素子を含んでいない。これは２つのオールパス回路網を有するＩＩＲフィルタ構造を使用している本発明の構造によるパルス成形受信機フィルタＦＩ１とＦＱ２を具備する。これらのフィルタは対応する送信機フィルタＦＩ１およびＦＱ１と関係して雑音整合基準とナイキスト基準との両者を満足する。以下の説明部分では、これらの特性の論証、対応するフィルタ構造および基本的設計を、同位相フィルタ対ＦＩ１、ＦＩ２または直角位相フィルタ対ＦＱ１、ＦＱ２を置換できる１対のフィルタ対Ｆ１、Ｆ２の例により詳細に説明する。これらのフィルタＦ１、Ｆ２は異なったフィルタ構造である。個々のフィルタの伝達特性は非対称である。しかしながら、後述されるように、２つのフィルタＦ１、Ｆ２のインパルス応答特性は相互に関して鏡像対称でなければならない。
【００２９】
以下の記述は２つの非対称フィルタ対ＦＩ１とＦＩ２、ＦＱ１とＦＱ２に関する。本発明では、非対称フィルタ組合わせＦ１、Ｆ２が構成されなければならない。非対称フィルタ組合わせＦ１、Ｆ２のインパルス応答ｈ（ｔ）の例は図９では送信機フィルタＦ１に対して、図８では受信機フィルタＦ２に対して与えられている。２つの波形は時間軸ｔ＝０に関して鏡像対称である。図９のインパルス応答は負の時間範囲に延在し、因果関係の法則を破ることなく図９のインパルス応答および／または図８のインパルス応答を適切に予め遅延することにより実行されることができる。２つの非対称フィルタＦ１、Ｆ２の相互作用は共通のインパルス応答ｈｇ（ｔ）により図１０で表示され、これは図８、９のインパルス応答のコンボリューションにより得られる。
【００３０】
さらに考慮すると、複素伝達関数Ｈ（ｚ）を試験することによりナイキスト基準と雑音整合基準をより詳細に説明することが必要である。以下の式では、誤解が生じないように通常の形態の指数が使用されている。フィルタ組合わせＦ１、Ｆ２は共通の伝達関数Ｈｇ（ｚ）を有し、これは送信機フィルタＦ１の伝達関数Ｈｔ（ｚ）と受信機フィルタＦ２の伝達関数Ｈｒ（ｚ）に分割される。２つのフィルタＦ１、Ｆ２の伝達関数のコンボリューションはフィルタＦ１、Ｆ２の組合わせの伝達関数Ｈｇ（ｚ）を与える。
Ｈｇ（ｚ）＝Ｈｔ（ｚ）×Ｈｒ（ｚ）          （式１）
【００３１】
以下の考察は、アナログデジタル変換器17とデマルチプレクサ81により図７で決定される受信機フィルタＦ２のサンプリングクロックｆｓｉ、ｆｓｑがシンボル周波数ｆｓｙｍｂの２倍もの高さであり、即ちｆｓｉ＝ｆｓｑ＝２×ｆｓｙｍｂである条件に適用されている。簡単にする目的で、疑いのある場合のみ、受信機Ｆ２の同位相サンプリングクロックｆｓｉと直角サンプリングクロックｆｓｑの区別を以下行い、代りに各処理セクションに割当てられるサンプリングクロックまたはサンプリング周波数ｆｓはｆｓｉとｆｓｑで与えられる。
【００３２】
ｆｓ＝２×ｆｓｙｍｂ                                （式２）
を仮定すると、満たされるべき受信機のパルス成形フィルタの構成と基準の式は特に簡単になる。ナイキスト基準は以下の一般的な形態を有する。
Ｈｇ（ｚ）＋Ｈｇ（−ｚ* ）＝１                      （式３）
ここでｚ＝Ｅｘｐ（ｊ×２π×ｆ／ｆs ）
【００３３】
最適に雑音整合するために、以下の関係が送信機フィルタＦ１と受信機フィルタＦ２との間で保持されなければならない。
Ｈｔ（ｚ）＝Ｈｒ（ｚ* ）                            （式４）
【００３４】
さらに、隣接するチャンネル干渉を抑圧するため、十分な減衰ａmin がそれぞれのＦ１、Ｆ２の阻止帯域で必要とされる。阻止帯域の開始は共通してロールオフ係数ｒにより限定される。
ｆ≧０．５×ｆｓｙｍｂ×（１＋ｒ）では、
｜Ｈｔ（Ｅｘｐ（ｊ×２π×ｆ／ｆs ））｜≦ａmin     （式５）
ｆ≧０．５×ｆｓｙｍｂ×（１＋ｒ）では、
｜Ｈｒ（Ｅｘｐ（ｊ×２π×ｆ／ｆs ））｜≦ａmin     （式６）
【００３５】
前述したように、これらの条件はパルス成形フィルタとして広く使用されている“上昇した余弦”およびガウスフィルタにより満足される。しかしながら、これらのフィルタ構造の欠点は送信機および受信端で必要とされる回路が相当量であることである。
【００３６】
本発明は２つの並列接続されたオールパス回路網Ａ１、Ａ２を有する受信機フィルタ構造が（式２）、（３）、（５）、（６）の基準を満足することができるという認識で予測されている。関連する複素伝達関数は次式のようになる。
Ｈｒ（ｚ）＝１／２×（Ａｌ（ｚ2 ）＋ｚ-1×Ａ２（ｚ2 ））  （式７）
【００３７】
２つのオールパスフィルタＡ１、Ａ２の複素伝達関数は次式のようになる。
Ｈall-pass（ｚ）＝Ａi （ｚ）＝
（ａm ＋ａm-1 ×ｚ-1＋…＋ａ1 ×ｚ-m+1＋ｚ-m）／
（１＋ａ1 ×ｚ-1＋…＋ａm ×ｚ-m）                    （式８）
【００３８】
（式８）が変数ｚではなく変数の逆数ｚ* ＝１／ｚを意味しているならば、以下のように変形が行われる。
Ａi （ｚ* ）＝１／Ａi （ｚ）                        （式８Ａ）
【００３９】
示されているように、受信機フィルタＦ２と、対応する送信機フィルタＦ１との両者のオールパス回路網を使用して構成されるフィルタＦ１、Ｆ２の組合わせは論理的にナイキスト条件を満足する。
【００４０】
（式７）から始めて、送信機フィルタＦ１の伝達関数Ｈｔ（ｚ）は、（式４）の雑音整合条件を介して受信機フィルタＦ２の伝達関数Ｈｒ（ｚ）から形成される。
Ｈｔ（ｚ）＝１／２×（１／Ａ１（ｚ2 ）＋ｚ／Ａ２（ｚ2 ））  （式８ｂ）
【００４１】
オールパス回路網を使用するこのフィルタＦ１、Ｆ２の組合わせの共通の伝達関数Ｈｇ（ｚ）は（式７）、（式８ｂ）にしたがって個々の伝達関数のコンボリューションから得られる。
0003790002.tif 000002
【００４２】
２つの伝達関数Ｈｒ（ｚ）とＨｔ（ｚ）の複素乗算によって行われるコンボリューションから次式が得られる。
0003790002.tif 000003
【００４３】
特に伝達関数Ｈｇ（−ｚ* ）を形成することを含めて、（式３）からのナイキスト基準を（式１０）へ形式的に適用すると、次式が得られる。
Ｈｇ（ｚ）＋Ｈｇ（−ｚ* ）＝１＋０              （式１１）
【００４４】
（式１１）はオールパス回路網を有するフィルタの伝達関数によって得られるが、一般的な形態のナイキスト基準である（式３）と同一に見える。残念ながら、（式４）にしたがった共役複素数フィルタは不安定であり、オールパス回路網を使用するこの形態では実現可能ではない。安定であると仮定される受信機フィルタＦ２の反転を通じて、極およびゼロは交換され、それによって送信機フィルタＦ１の極は単位円外の複素周波数ドメインに移動される。しかしながら、これは数学的に正確な送信機フィルタのＩＩＲ構造のみに適用される。しかしながらＦＩＲ近似により、必要とされるフィルタ回路量だけ限定される正確性により必要な条件を満足する送信機フィルタを設計することは容易に可能である。前述したように、このフィルタの設計は、図８、９にしたがって受信機フィルタＦ２の鏡像の遅延されたインパルス応答ｈｒ' （−ｔ）＝ｈｔ（ｔ）に基づいている。
【００４５】
図１１は例示により、オールパス回路網を使用する受信機フィルタＦ２の減衰特性を示している。周波数ｆはシンボル周波数ｆｓｙｍｂに正規化される。阻止帯域では、減衰ａは約−７０ｄＢである。（式８ｂ）を参照して、共役複素数受信機フィルタは理論的に同一の減衰特性をもたなければならない。しかしながら、前述したように、オールパス構造はここでは可能ではないので、鏡像に形成される周波数応答ｈｒ（ｔ）が図９の周波数応答ｈｔ（ｔ）にできる限り近くなるように近似されるＦＩＲフィルタ構造は、送信機フィルタＦ１に使用される。理論的に負の時間範囲に無限に延在するインパルス応答はインパルス応答開始を限定する時間ウィンドウにより置換されなければならない。これはクリップされたインパルス応答が僅かの影響しか表さないならば十分に正当化される。必要ならば、時間ウィンドウおよび関連するＦＩＲフィルタ構造は抑圧された影響が無視できる程度になるまでさらに大きくされなければならない。この算定は本発明においてこれまで使用されたＦＩＲフィルタＦ１に必要な回路量が１０乃至２０％増加されることのみを必要とすることを示している。しかしながら、受信端では、ここで必要とされる匹敵するフィルタ回路量が例えば１０分の１に減少されるので節約が著しい。さらに、受信機フィルタＦＩ１、ＦＱ２は同一である。
【００４６】
信号送信特性に対する近似を表したＦＩＲフィルタの影響は阻止帯域減衰のみで基本的に明らかであり、これは図１２で想定される例では約−５５ｄＢである。フィルタＦ１、Ｆ２の組合わせ全体の減衰は所望の減衰特性に対して十分以上の総阻止帯域減衰を与える。
【００４７】
図１３は受信端の同位相成分および直角位相成分ｋｉ、ｋｑをアイダイアグラムで概略的に示している。信号値ｋｉ、ｋｑ＝＋１、ｋｉ、ｋｑ＝−１を通過する曲線は限定曲線を表し、その間にはシンボル変換が丁度行われるか否かにかかわらず、受信側の直角位相信号成分が位置付けられている。これらの限定曲線は値＋１、−１で丁度交差するので、先行するシンボルのシーケンスは任意であり、瞬間ｔ＝０で決定されるシンボル状態Ｓｉに影響を与えないことが明白である。図１３のアイダイアグラムは、アナログ形態で瞬間−０．５≦ｔ／Ｔs ≦＋０．５間の全ての可能な転移における２つの直角信号成分ｋｉ、ｋｑを表し、その減衰特性が図１１、１２に対応する非対称フィルタＦ１、Ｆ２の組合わせから計算により決定される。
【００４８】
図１４は２つのオールパス回路網Ａ１、Ａ２を有する受信機フィルタＦ２の構造のブロック図を示している。構造はオールパス回路網Ａ１を有する第１の信号と、ｚ-1の遅延素子ｖ１と第２のオールパス回路網Ａ２の直列結合を有する第２の信号通路を示している。２つの信号通路の共通の入力にはデジタル入力信号ｓｒ' が供給される。第１、第２のオールパス回路網Ａ１、Ａ２の出力はそれぞれ減算器ｓｂ１の減数入力と被減数入力へ接続され、これは受信機フィルタＦ２のデジタル出力信号ｓｒを出力する。
【００４９】
図１５は本発明に適したオールパスフィルタＡｉの機能ユニットおよび構造のブロック図を示している。オールパスフィルタは２次フィルタであり、これは（式８）にしたがってオールパスフィルタの最も簡単な実施形態を表しており、ｍ＝２である。入力ｐ１は第１の加算器ａｄ１の第１の入力１と、減算器ｓｂ２の減数入力に接続されている。加算器ａｄ１の出力はｚ-2遅延素子ｖ２に結合され、その出力は減算器ｓｂ２の被減数入力と、第２の加算器ａｄ２の第１の入力１に接続されている。減算器ｓｂ２の出力は乗算器ｍの第１の入力１に接続され、その第２の入力２にはメモリ装置ｍｒからの係数ａが与えられている。係数ａによって、オールパスフィルタＡｉのフィルタ特性が決定される。乗算器ｍの出力は第１の加算器ａｄ１の第２の入力２と、第２の加算器ａｄ２の第２の入力２の両者に接続されており、第２の加算器ａｄ２の出力は出力ｐ２に接続されている。フィルタ構造はしたがって、非常に簡単であり、デジタル形態で容易に構成されることができる。図１５のオールパス構造は単一の乗算器ｍしか含んでいないことに留意すべきである。それと対照的に、受信機フィルタＦ２の通常のＦＩＲ構造は複数の乗算器を含み、それによって個別の加重が記憶された信号に割当てられる。４０程のサンプル値が加重され、したがって乗算されなければならない。オールパスフィルタを使用する受信機構造の利点はこの比較から容易に明白であろう。（式８）にしたがって設計された高次のオールパスフィルタでは、フィルタ特性は対応する高価格で改良されることができるが、しかしながらこれは匹敵するＦＩＲフィルタの価格よりも廉価である。受信機フィルタＦ２または送信機フィルタＦ１はデジタル形態で構成されることが必ずしも必要ではなく、本発明の概念は原理的に、アナログフィルタ構造に適用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】関連する受信機を有する一般的な送信機のブロック図。
【図２】送信機のデータの並列形態への変換を示した説明図。
【図３】シンボルを限定している表の図。
【図４】ＱＰＳＫベクトル図。
【図５】直角位相の１対の信号および有効なサンプリンククロックのタイミング図。
【図６】受信機におけるデジタル信号処理の概略図。
【図７】本発明にしたがった送信機および受信機のブロック図。
【図８】受信機のフィルタの伝達関数のグラフ。
【図９】送信機のフィルタの伝達関数のグラフ。
【図１０】送信機および受信機フィルタのコンボリューション伝達関数のグラフ。
【図１１】受信機のフィルタの減衰特性と、関連する理想的な送信機のフィルタの減衰特性のグラフ。
【図１２】実際の送信機のフィルタの減衰特性のグラフ。
【図１３】受信機における復調された直角信号成分の限定曲線を概略したアイダイヤグラム図。
【図１４】ＩＩＲフィルタ構造の構成図。
【図１５】オールパス構造の構成図。
【図１】
0003790002.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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