JP3789259B2 - Digital demodulator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル信号により変調した変調波を復調するデジタル復調装置、特に、差動符号化による変調を施した角度変調波を非同期に復調するデジタル復調装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、デジタル信号の変復調方式としては、ディジタル信号の状態値に応じて搬送波の振幅を変化せしめる振幅変調方式、位相あるいは周波数を変化せしめる、いわゆる角度変調方式がよく知られており、デジタル移動通信の分野では伝送路における振幅歪みの影響を受けにくい角度変調方式を用いるのが一般的である。
まず角度変調について耐歪特性が優れ移動体通信に適したπ/4シフト4相位相変調(π/4シフトQPSK)方式を例に簡単に説明する。
図7はπ/4シフトQPSK変調装置の基本構成を示すブロック図である。
シリアル/パラレル変換器1は入力したデジタルの2値データ列を2ビットを一組とする単位データ(X、Y)に変換する。この単位データを一般に1シンボルと称し、これを一周期として処理が進められる。差動符号化回路2は信号の変化分(差分)に対して(X、Y)の情報を担わせたIチャネルとQチャネルとから成るベースバンド信号を生成し、該ベースバンド信号はローパスフィルタ(LPF)3、4により帯域制限される。しかして、搬送波ωCの同相、直交成分をそれぞれこの帯域制限されたベースバンド信号に乗算することより振幅変調した後、双方を合成して変調波を得るものである。
なお、π/4シフトQPSK方式は、2値信号”1”、”0”に応じて振幅”A”、”−A”を割り当てると共に、1シンボルについて4つの信号点データ(I、Q)を与え、これを元に位相変調を行う4相位相変調(QPSK)方式を基本としたものである。
【0003】
すなわち、I、Qの信号点配置を示す図8(a)の如く、1シンボル毎に図中黒点で示すQPSKの信号点配置と、これをπ/4シフトした図中白ヌキ点で示す信号点配置とを交互に用いて位相変調を行う方式である。従って、先行するシンボルとの位相差ΔΦは必ずπ/4の奇数倍となり、入力された単位データ(X、Y)との関係は図8(b)で表現できる。
以上、角度変調について簡単に述べたが、変調波を復調する方式としては同期検波方式と遅延検波方式がよく知られている。理論的には同期検波方式の方が優れた特性を有するが、高速なフェージングが発生し易い条件下では却って不利であり、特に急激な位相変動が発生し易いデジタル移動通信においては同期検波方式より良好な特性を示す遅延検波方式が適している。
遅延検波は、所定の遅延時間を有する遅延回路で遅延された変調波を基準として、次の変調波を検波するものであるから、上述の如く差動符号化された信号で変調された変調波であることが必要である。また、搬送波再生が不要となり同期検波に比して構成が簡単であるため移動通信に適している。
例えば、前述のπ/4シフトQPSKの場合、1シンボル先行した変調波の位相を基準として、次の変調波を検波することにより両者の位相差ΔΦを求め、これを図8(b)に従って復号すればよい。
【0004】
図9はπ/4シフトQPSK変調波を、遅延検波を利用して復調する従来のデジタル復調装置の一例を示すブロック図である。
位相変調波は搬送波ωCと等しい周波数の信号およびこれをπ/2シフトした信号により、それぞれIチャネルとQチャネルのベースバンド信号となる。このI信号とQ信号はそれぞれローパスフィルタ5、6を介してアナログ/デジタル変換器(A/D)7、8にてデジタル化される。
デジタル化された信号I、Qを、遅延検波回路9にて1シンボル先行する信号との信号点配置の違い、すなわち位相差ΔΦを検出すると共に図8(b)に示した関係に基づきX、Yに復号する。
遅延検波回路9からの検波信号は、データ識別部11、12およびクロック再生回路13に出力される。クロック再生回路13は後述するタイミングポイントを決定し、これに基づいて1シンボル周期毎にタイミングクロック信号をデータ識別部11、12に供給する。データ識別部11、12は前記タイミングクロック信号に基づき検波信号より基本データ(X、Y)を確定し、該基本データ(X、Y)はパラレル/シリアル変換器14にて変調前の2値データ列の信号に復調される。
【0005】
図10は遅延検波回路9のX側出力端からの検波信号を複数回重ね書きしたことにより得られたアイパターンであって、2値信号(X=)1または0が確定するアイの最も開いたポイント(タイミングポイント)10における信号レベルを各シンボルの復調データとして識別するのが一般的である。
以上の復調処理において極めて重要な点は前記タイミングポイントをいかに決定するかであって、従来クロック再生回路は前記タイミングポイントを決定しタイミングクロック信号を生成するものであるが、タイミングポイントを得る手法としてはゼロクロス検出法が一般的であり、遅延検波回路9の一の出力端より検波信号を取り出し、ゼロ(2値のレベルのほぼ中間に位置する所定のレベル)とクロスするポイントすなわち図10中15で示したゼロクロスポイントを検出し、該ゼロクロスポイント15から1/2シンボル周期ずれた位置10を求め、これをタイミングポイント信号としてデータ識別部11、12に出力する。
しかしながら、上述の如きゼロクロスポイントを利用したタイミングポイントを検出するクロック再生回路は、図10のアイパターンの形状からも明らかなように、実際にはデータがゼロをクロスするポイントが図中矢印Δtで示すように広い範囲わたって分布するため、正確なゼロクロスポイントを見つけることが困難であった。
すなわち、単純にゼロクロスポイントから1/2シンボル周期ずらした位置をタイミングポイントとすれば、アイの最も開いたポイントが所望の位置からずれビットエラー発生の割合が大きくなるため、一般的には比較的多数のゼロクロスポイントを読み取ると共にその中央値を求め、これを真のゼロクロスポイントとしていたが、これが確定するまでに時間がかかるという欠陥があった。
特に無線通信のデジタル化システムの如く、頻繁に通信チャネルを切り替え、その都度前記タイミングポイントを設定する必要のあるシステムにおいては極めて大きな欠点となっていた。
【0006】
一方、デジタル無線を念頭において提案された特開平03−205940号公報においては、先行する変調波を準同期検波して得られるベースバンド信号のI、Qそれぞれの信号点が、I、Q座標軸上のどこに位置するのかを検出し、前記信号点が所定の信号点配置からずれていた場合、本来の位置を予測してこれを補正するよう、検波回路の遅延時間を変化させ位相をシフトすることにより同期補正を行う手法が提案されている。
例えば、検出された信号点が図11のX点で示す位置にあったとすると、前記X点は図中黒点で示す所定の信号点配置のうち、前記X点と最も近接したP点にあるものと予測して位相のシフト量を決定する。
しかしながら、この手法において当初のタイミングポイントのずれが著しい場合、1シンボル検波する度に誤った補正を繰り返す可能性が大きく、同期引込が完了するまでに時間がかかるという欠陥があった。
上記のような問題点の解決策として、短時間に復調のタイミングポイントを検出し、良好な復調信号を得ることが可能なデジタル復調装置を提供することを目的とする、特開平06−232931号公報が提案された。以下において、特開平06−232931号公報を図面に基づいて説明する。
【0007】
図10に示したアイパターンから明らかなようにアイが最も開いたタイミングポイント10においては検波信号のレベルが比較的高密度に集中するaまたは−a(X=1または0)となり、その近傍においてはほとんどの場合タイミングポイント10と同じレベルとなる。逆にタイミングポイント10から離れゼロクロスポイント15に近づくに従ってレベルが一致しない確率は高くなる。
すなわち、1シンボル周期分の検波信号について複数個の抽出ポイントを設定し、該抽出ポイントにおける信号レベルをサンプリングし、隣り合う2つの抽出ポイントの信号レベル同志について相関をとると、信号レベルの一致したタイミングポイントの近傍では相関が大きくなり、2つの抽出ポイントの信号レベルが異なる場合相関が小さくなる。換言すれば、図10の10の点におけるサンプリング値の相関は大きくなるが、15の点におけるそれは小さくなる。
この点に着目し相関を検出し、これらの大小を比較することによりタイミングポイントを検知し、良好な復調信号を得る。
【0008】
具体的には、図12に示すように1シンボル周期毎に所定の抽出ポイント(同図においては1シンボル当り8ポイント)にて信号のレベルをサンプリングし、隣り合った抽出ポイントのサンプリングデータ同志、P1とP2、P2とP3・・・と順次相互の相関を検出した後、この相関データの大小を比較して相関が最大となる抽出ポイント対(同図においてはP4とP5の対あるいはP5とP6の対と予測される)を求め、該抽出ポイント対の一方をタイミングポイントと設定するものである。
図13は特開平06−232931号公報におけるデジタル復調装置の一実施例の構成を示すブロック図であって、クロック再生回路16は相関検出回路17および相関判定回路18とから成る。
相関検出回路17は、遅延検波回路9より出力された検波信号X、Yのレベルを、1シンボル周期毎に予め設定された複数個の抽出ポイントにおいてそれぞれサンプリングすると共に、相隣接する2つの抽出ポイントを一組としてサンプリングした信号同志の相関を検出し、検出した相関をX、Yそれぞれについて対応する抽出ポイントの組毎に加算し、それぞれを複数シンボル分累積した上で相関判定回路18に出力するものである。
【0009】
図14は相関検出回路17の具体的な構成例を示すブロック図である。
同図において、遅延回路19、20は共に抽出ポイントの間隔に相当する遅延時間τを有するものであり、XOR(排他的論理和)ゲート21、22の一方の入力端には直接、他方の入力端には前記遅延回路19、20を介して検波信号X、Yを入力せしめることにより直前の抽出ポイントとの相関を検出するものである。しかして、双方の相関データを加算し、これを周期τでデータを振り分けるマルチプレクサ23を介して複数個のカウンタ24に出力し、カウンタ24は所定の複数シンボル分の相関データを蓄積する。
相関判定回路18は、カウンタ24に蓄積された相関データの大小を比較して最も相関の大きくなる抽出ポイントの組を検出し、その一方の抽出ポイントをタイミングポイントと判定すると共に該タイミングポイントに基づきタイミングクロック信号を生成する。
なお、周知の通りXORゲートは図15に示す如き入出力特性を有するから、相関が大きい場合(入力レベルが一致したとき)には”0”を小さい場合(入力レベルが不一致のとき)には”1”を出力する。従って、カウンタに蓄積される数値が0に近いほど相関の大きいポイントということになるから、次段の相関判定回路18は複数の入力から最小値を求めるよう構成すればよい。
一方、遅延検波回路9より出力された検波信号X、Yはデータ識別部11、12に入力され、該データ識別部11、12は相関判定回路18で生成されたタイミングクロック信号に基づいて検波信号X、Yを復号する。復号された信号はパラレル/シリアル変換器14にてデータ列に復調される。
従来はゼロクロスポイントの如き不安定なポイントを基準としてタイミングポイントを予測していたのに対し、上記例では比較的安定したポイントであるアイパターンのアイが最も開いたタイミングポイントを直接的に求めるものであって、フェージング等による急速な位相ずれに対しても強く、大きな位相ずれに対して短時間にタイミングポイントを確定することも可能である。
【0010】
他に、特開平06−232931号公報における第2の実施例として、中間周波(IF)に変換された位相変調波を復調するものがあるが、タイミングポイントを推定するという目的に関して、上記第1の実施形態と原理的には不変なので説明を省略する。
以上で説明した特開平06−232931号公報におけるクロック再生回路は復号化されたデジタル信号について所定のサンプリングを行い、隣り合ったデータ同志の相関をとるものであるから、タイミングポイントを短時間に得ようとする場合等に有効であり、また、アイパターンのアイが最も開いたポイントを直接捕らえる方式であるからゼロクロス近傍の雑音による影響を受けにくく、変調波を1シンボル復調する度にタイミングポイントを更新するからフェージングによる位相ずれに高速に追従する。
しかし、実際に変調波を1シンボル復調する度にタイミングポイントを更新すると、今例えば真の同期タイミングで同期が取れているのに、雑音等によりたまたまゼロクロス点等のタイミングポイントでない点の方が同期タイミングに見えてしまい、かえってエラーが増えてしまうため、現実には複数シンボルにわたって累積したものを同期点判定に用いることになる。
結局、上記で説明した特開平06−232931号公報におけるクロック再生回路における引込後のクロック再生の方法は、相関が最大となる抽出ポイント対、すなわち図12においてはP4とP5の対あるいはP5とP6の対を求め、該抽出ポイント対の一方をタイミングポイントと設定するものであるから、すなわち制御方法としては、P4とP5の対における、複数シンボル期間にわたって蓄積されたカウンタ値と、P5とP6の対におけるそれを比較し、その値の小さい方(相関の大きい方)に同期点が来るように再生クロックのタイミングを定めるというものである。これでも日本のデジタル携帯電話PDCのシンボル・レート21Ksps程度であれば十分にタイミングを保持することができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし近年、デジタル無線機へのデータ容量への要求は増大しており、それに伴いデータ伝送速度も増加していく傾向にある。データ伝送速度の増加はシンボル・レートの増加につながり、それは1シンボルの波長が短くなるということであるから、シンボル・レートが低い場合に比べ、移動体通信器の移動による位相ずれが、等距離の場合でも相対的に大きくなるということである。
すると、上記のように引き込み後に2つの抽出ポイント対についてのみ比較して同期を保持するような制御法では、ある瞬間に移動体通信器の急激な移動やフェージング等の要素が単体で生じるあるいは重なることにより、大きく位相が変化し、ゼロクロスの点にまで同期がずれたような場合、すなわち、図12におけるP8とP1の対とP1とP2の対のところまでずれたような場合は、それぞれの対に対するカウンタの値は、かなり大きい値を取りながらも交互に大小関係が変化することにより結局ここに同期点としてとどまってしまい、誤同期を続け通信不能になるという可能性があった。
また、上記問題点を解決しようとし、常にすべてのタイミングについて相関を観測し、最大になる点を同期タイミングとする制御法では、同期保持に寄与しない回路部分も常に動作していることになり、無駄な電力を消費することになってしまう。それに、伝送速度の増加に伴ってただでさえ消費電力が増大しているのにさらにそれを増やすようなことは回路構成上好ましくなかった。
本発明は上述の従来技術(特開平06−232931号公報)の欠点を改良するものであり、より高速なデータ伝送システムに対応できると共に周波数がずれている場合にも同期を保持でき良好な復調信号を得ることができる低消費電力なデジタル復調装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため本発明は、変調波を遅延検波して検波信号X、Yを得る遅延検波手段と、上記遅延検波手段よりの検波信号X、Yより同期タイミングポイントを決定し、この同期タイミングポイントに基づいた1シンボル周期毎のタイミングクロック信号を出力する同期手段と、上記同期手段よりのタイミングクロック信号に基づいて上記遅延検波手段よりの検波信号から基本データを確定して2値データ列信号に復調するデータ識別手段とを有するデジタル復調装置であって、上記同期手段が、上記遅延検波手段より出力された検波信号X、Yのレベルを1シンボル周期毎に予め設定された複数個の抽出ポイントにおいてそれぞれサンプリングすると共に、初期状態(非同期状態)にあっては相隣接する2つの抽出ポイントを一組としてサンプリングした信号同士の相関を検出するゲート手段と、検出した相関をX、Yそれぞれについて対応する抽出ポイントの組毎に加算する加算手段と、上記加算した相関のそれぞれを複数シンボル分累積する累積手段と、上記累積した相関値から相関判定をおこない初期同期を捕捉する相関判定手段と、上記相関判定手段の出力に基づいて最大の相関を呈する抽出ポイント対のいずれか一方のサンプリングデータが予め設定したひとつの抽出ポイント(タイミングポイント)のとき出力されるよう上記相関検出手段のサンプリング周期をシフトするシフト手段と、を具備し、上記シフト手段におけるシフト動作を規制するスレショルド値が予め設定されていると共に、上記同期が捕捉された状態ではその中心の点の両側それぞれ2つの抽出ポイントのみにおいて相関検出、複数シンボルにわたる累積をおこない、それを基に同期を保持する様にすると共に、上記同期保持に必要な部分以外の動作を停止させることを特徴とする。
本発明の他の特徴は、上記同期手段が、さらに雑音に対応するEb/Noの値に基づき上記スレショルド値を変化させるスレショルド値決定手段を具備したことである。
本発明の他の特徴は、上記同期手段が、さらに雑音に対応するEb/Noの値に基づき自己相関を累積する周期を変化させる周期値決定手段を具備したことである。
本発明の他の特徴は、上記同期手段が、さらに雑音に対応するEb/Noの値に基づき上記スレショルド値を変化させ、最適なスレショルド値を自ら発見する学習モードを備えたコンピュータ手段を具備したことである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示した実施形態に基づいて説明する。
図1は本発明に係るデジタル復調装置の第一実施形態の構成を示すブロック図である。
図1に示す様に、このデジタル復調装置は、変調波が入力されると共に搬送波ωCと等しい周波数の信号およびこれをπ/2シフトした信号が入力される第1および第2の合成器25、26と、上記第1および第2の合成器25、26にそれぞれ接続された第1および第2のローパスフィルタ5、6と、上記第1および第2のローパスフィルタ5、6にそれぞれ接続された第1および第2のA/D変換器7、8と、上記第1および第2のA/D変換器7、8に接続された遅延検波回路9と、上記遅延検波回路9に接続された第1および第2のデータ識別部11、12と、上記遅延検波回路9および第1、第2のデータ識別部11、12に接続された同期部41と、上記同期部41に接続されたデジタル用発振器42と、上記第1および第2のデータ識別部11、12に接続されたパラレル/シリアル変換器14とを有している。
【0014】
図2は、上記同期部41の内部構成を示すブロック図である。
図2に示す様に、この同期部41は、上記遅延検波回路9よりの検波信号X、Yを入力する第1および第2のシリアル/パラレル変換回路43、44と、上記第1および第2のシリアル/パラレル変換回路43、44に接続されたXORゲート群49と、上記XORゲート群49に接続された加算器群50と、上記加算器群50に接続されたカウンタ群45と、上記カウンタ群45に接続された相関判定回路46と、上記カウンタ群45および相関判定回路46に接続された同期保持回路47と、上記相関判定回路46および同期保持回路47に接続されたクロック発生回路47とを有している。
なお、上記同期保持回路47は、上記カウンタ群45の全てのカウンタと接続されてはおらず、後述する如くにサンプルタイミングが中間部分の所定の数(この場合4つ)のカウンタにのみ接続される様になっている。
【0015】
次に、上記デジタル復調装置の動作について説明すると、位相変調波は搬送波ωCと等しい周波数の信号およびこれをπ/2シフトした信号と上記第1および第2の合成器25、26により合成され、それぞれIチャネルとQチャネルのベースバンド信号となる。このI信号とQ信号はそれぞれ第1および第2のローパスフィルタ5、6を介して第1および第2のA/D変換器7、8にてデジタル化される。
デジタル化された信号I、Qを、遅延検波回路9にて1シンボル先行する信号との信号点配置の違い、すなわち位相差ΔΦを検出すると共に図8(b)に示した関係に基づきX、Yに復号する。
遅延検波回路9からの検波信号は、データ識別部11、12および同期部41に出力される。
上記同期部41は遅延検波回路9より出力された検波信号X、Yのレベルを、1シンボル周期毎に予め設定された複数個の抽出ポイントにおいてそれぞれサンプリングすると共に、初期状態(非同期状態)にあっては相隣接する2つの抽出ポイントを一組としてサンプリングした信号同志の相関を検出し、検出した相関をX、Yそれぞれについて対応する抽出ポイントの組毎に加算し、それぞれを複数シンボル分累積した上で相関判定をおこない初期同期を捕捉する。
また、同期が捕捉された状態ではその中心の点の両側それぞれ2つの抽出ポイントのみにおいて相関検出、複数シンボルにわたる累積をおこない、それを基に同期を保持すべくシンボル用クロックのタイミングを調整する。一方周波数ずれに追従するためデジタル用発振器42を制御すべく信号VCOcontを出力するものである。デジタル用発振器42は外部からの電圧入力によりその周波数を制御することが可能ないわゆるVCO(電圧制御発振器)であり、ここから出力されるクロックは細かく図示はしていないがA/D変換器7、8、遅延検波回路9、同期部41、P/S回路14の動作の基準となっている。
【0016】
図2においてS/P(シリアル/パラレル変換)回路43、44はそれぞれ1シンボル周期毎に予め設定された複数個の抽出ポイントの数に1を加えた個数だけレジスタを持ち、抽出ポイントの間隔に相当する遅延時間τ毎にそれぞれの入力X、Yをシフトさせクロック発生回路48より出力される1シンボル周期毎に後段のXORゲート群49にて構成された相関検出回路に相隣接する2つの抽出ポイントを一組として入力せしめることにより後段での相関検出を実現させるためのものである。
S/P回路43、44より出力されるX、Yそれぞれの1シンボル周期毎に予め設定された複数個の抽出ポイントの相隣接する相関をXORゲート群49にてとった後、X、Yの同じタイミングの相関について各抽出ポイント毎に加算器群50によってそれぞれ足されたものがカウンタ群45にてそれぞれ加算される。このカウンタ群45から出力される複数シンボル期間にわたって累積された値が相関値であり、それを基に初期状態においては相関判定回路46がシンボル同期を捕捉、またシンボル同期の捕捉が取れている状態では同期保持回路47が同期を保つように、クロック発生回路48を、そこからシンボルに同期したクロックが出力されるように制御をおこなう。
【0017】
相関判定回路46については、相関検出回路から出力される相関値を基に、例えば、その相関の最も高いポイントにS/P回路の5番目のビット(すなわち図12のP5のタイミング)が来るようにクロック発生回路48を制御するように構成する。また、その同期ポイントにおける相関値が予め設定されてあるスレショルド値を下回ったことをもって同期が捕捉されたことの判定とし、その場合には同期保持状態に移行するためフラグを出力する。そして相関判定回路46は低消費電力化のため動作を止める。
同期保持状態においては、同期保持のためにシンボルの同期タイミングとされるポイントの両側それぞれ2つの相関値のみを使用する。すなわち図3において、予め設定された抽出ポイントの数を8とした例をあげると、タイミングP1とP2の相関値をA1、P2とP3の相関値をA2、・・・、P8とつぎのP1の相関値をA8としたとすると、いまP5のポイントがシンボルの同期ポイントであるように同期を捕捉したわけだが、その両側それぞれ2つの相関値はA3、A4、A5、A6となる。これらの関係は今までの説明から分かるように、A3≧A4、A4=A5、A5≦A6となるはずである。A3、A4およびA5、A6の関係で出てくるイコールは雑音がないときのものである。
【0018】
そこで、本発明ではこの関係を利用して低消費電力で同期保持をおこなうものである。まず、相関判定回路46から同期捕捉完了のフラグが出力されたら、消費電力を抑えるため、同期保持に必要な部分以外の動作を停止する。すなわちS/P回路43、44はそれぞれ同期保持に関係のある信号、すなわち図3の相関値A3〜A6を累積するために必要な信号P3〜P7のみを出力するようにし、また、カウンタ群45も、A3〜A6に対応するものだけがカウントアップ動作を行い他は動作を停止する。さらに同期保持回路47は上記フラグが出力されるまでは動作を停止しており、フラグが出力されて初めてその動作を開始するものとする。
同期保持回路47は、前述の様に接続されている所定のカウンタ45から出力されるA3〜A6の相関値のみを用いて、復調タイミングについて以下の制御を行う。まず、A3≧A4の関係が逆転したような場合、すなわちA3<A4となるような場合は|A3−A4|の値、すなわちここで|・|が・の絶対値をあらわすものとすればA3とA4の差が、予め設定したあるスレショルド値(これは累積するシンボル数によって変わってくるものであるが)を越えた場合は同期点がP5からみてP4の方へずれているとして、クロック発生回路48を、つぎのシンボルタイミングから現在の状況でP4の位置にP5が来るように制御を行う。
【0019】
ここでスレショルド値を設けるのは、同期点があまりに頻繁に切り替えられるのを防ぐためである。また、A5とA6の関係についても同時に観測しており、上記と同様に制御を行う(この場合同期ポイントはP6の方へずらすということになる)。また万が一関係の矛盾が同時に発生したとき、すなわちA3<A4、A5>A6となり、それぞれがスレショルド値を越えている場合は、よりその差分が小さい方へと移動させる。
またA4=A5なる関係については、もし成立しない場合はP5が真のシンボルタイミングから時間τより小さい値でずれているものと考えられるから、デジタル用発振器42を制御することにより対応する。
具体的には|A4−A5|の値があるスレショルド値を越えた場合は、A4−A5が負の場合は同期点がP5からみてP4の方へずれていると考えられるから、デジタル用発振器42の周波数を小さくするようVCOcontの値を調整する。また、A4−A5が正の場合はデジタル用発振器42の周波数を大きくするようVCOcontの値を調整する。ただし、上述のようにサンプルタイミングを変更するような事態が発生した場合にはVCOcontの値は前のままとする。
このような制御を行うことにより、タイミングポイントのずれに対しても、それより微少なシンボルの周波数のずれに対しても、同期ポイントがずれている場合どちらにずれているかがその場で判定でき、そのつぎのシンボルからそのずれに対して修正を施すことが可能になるため、周波数、位相ずれが発生しやすい高速データ伝送システムへの対応が可能となる。
【0020】
一方、遅延検波回路9より出力された検波信号X、Yはデータ識別部11、12に入力され、該データ識別部11、12は相関判定回路46で生成されたタイミングクロック信号に基づいて検波信号X、Yを復号する。復号された信号はパラレル/シリアル変換器14にてデータ列に復調される。
以上の様に、本実施形態によれば、同期保持状態のとき、すなわち相関判定回路46からフラグが出力されたときに遅延検波器9も同期保持に必要なP3〜P7のタイミングポイントのみで動作を行い、他のタイミング時には停止するように制御を行っているので消費電力を更に抑えることができる。
また、相関検出回路において、カウンタ群45が累積するシンボル数は、同期捕捉と同期保持という性格の違いを考慮に入れ、捕捉についてよりも保持のときに長く蓄積するようにすれば早い同期捕捉と安定した同期保持を実現できる。
さらに同期保持回路47においてタイミングポイントの制御を、デジタル用発振器42への制御信号VCOcontの制御よりも長い周期で行えば、さらに安定した同期保持状態を得ることができる。
【0021】
次に、本発明に係るデジタル復調装置の第2実施形態について図4、図5を参照して説明する。
図4は、本発明に係るデジタル復調装置の第2実施形態における同期部の構成を示すブロック図である。他のデジタル復調装置の構成は、図1に示した第1実施形態と同様なので詳しい説明は省略する。
この第2実施形態は、上述した第1実施形態における同期点切り替え判定のためのスレショルド値あるいは自己相関を累積する周期を雑音に相当する値(Eb/No)の大小に応じて変化させる様にしたものである。
すなわち、上記第1実施形態においては、Eb/Noの小さいところでは雑音が信号に対し大きくなるため、スレショルド値が小さいと同期点が頻繁に切り替わることになる。このためスレショルド値が小さい場合そのときのビットエラー率BERが本来の実力値よりも劣ることになる。
逆にEb/Noの大きいところでは、スレショルド値が大きいと同期ずれが発生してもなかなかタイミングの補正が生じず、やはりビットエラー率BERが本来の実力値よりも劣ることになってしまう。
すなわち、スレショルド値を大きく取っても小さく取ってもEb/Noの値によっては劣化が生じてしまうことを回避するためにこの第2実施形態は上述の様にしている。
【0022】
この第2実施形態は、デジタル復調装置の全体構成は図1(第1実施形態)と同じであるが、図4に示す様に、図1における同期部41の構成が上記第1実施形態と異なっている。
すなわち、図4に示す様に、この第2実施形態の同期部41は、図2に示した第1実施形態の同期部41にさらに、相関判定回路46および同期保持回路47に接続されたスレショルド値決定回路52を加えた構成となっている。
そして、動作としては、上記スレショルド値決定回路52は上記相関判定回路46よりの自己相関信号から雑音のレベルに相当するEb/No信号を得て、そのEb/No信号の大きさに応じた最適なスレショルド値を決定して上記同期保持回路47へ送る。なお、図5は、ビットエラー率BERと自己相関について、横軸にEb/No、縦軸にエラーレート(自己相関の場合は横のタイミングとの違いレート)をとってプロットしたグラフであり、このグラフより、自己相関からそのときのEb/Noを推定できることが分かる。
そして、上記同期保持回路47は、その決定された最適のスレショルド値に基づいて同期点切り替えの判定を行うものである。
なお、上記最適なスレショルド値の決定においては、雑音(Eb/No)の大きい環境下では一度ロックしたタイミングをなるべく保持するように雑音(Eb/No)の小さい環境下ではタイミングを常に追従するようにEb/Noの値とその時の最適なスレショルド値を予め実験により求めてテーブルを作成しておきそのテーブルから決定する様にしている。
また、上記実施形態では、Eb/Noの値から最適なスレショルド値を求める様にしていたが、変形例として、上記スレショルド値決定回路の代わりに周期値決定回路を設けて、Eb/Noの値から最適な自己相関を累積する周期を求め、その最適な自己相関を累積する同期で相関判定を行う様にしても良い。
この第2実施形態によれば、雑音(Eb/No)の大きい環境下では一度ロックしたタイミングをなるべく保持するように雑音(Eb/No)の小さい環境下ではタイミングを常に追従するように制御することができる。
【0023】
次に、本発明に係るデジタル復調装置の第3実施形態について図6を参照して説明する。
上記第2実施形態の様に、Eb/Noの値によってスレショルド値あるいは自己相関を累積する同期を変化させることによって適切なタイミング制御が行われる様になる。しかし、フェージングなどの条件により、同じ自己相関の累積違い数でもそのときの最適なスレショルド値が変わることも考えられる。
そういった様々な条件のもとで常に最適なタイミングで復調する回路をハードウェアで作成するのはなかなか困難であった。
そこで、この第3実施形態では、自己相関を用いてEb/Noを推定し、それに対応する予め決定されたスレショルド値、あるいは自己相関を累積する周期を
ダイナミックに変化させることにより、常に最適のタイミングで同期を保持するような制御をCPU、DSP等のソフトウェアによって行わせることにより、よりきめの細かいタイミング制御を可能としたものである。
この第3実施形態は、デジタル復調装置の全体構成は図1(第1実施形態)と同じであるが、図6に示す様に、図1における同期部41の構成が上記第1実施形態と異なっている。
すなわち、図6に示す様に、この第3実施形態の同期部41は、図2に示した第1実施形態の同期部41にさらに、相関判定回路46および同期保持回路47に接続された制御用CPU53を加えた構成となっている。
そして、動作としては、上記制御用CPU53は上記相関判定回路46よりの自己相関信号から雑音のレベルに相当するEb/No信号を得て、そのEb/No信号の大きさに応じた最適なスレショルド値を決定して上記同期保持回路47へ送る。
【0024】
そして、上記同期保持回路47は、その決定された最適のスレショルド値に基づいて同期点切り替えの判定を行うものである。
なお、上記最適なスレショルド値の決定においては、自己相関の累積違い数とそのときのEb/No、Eb/Noの値とその時の最適なスレショルド値を予め実験により求めておき、自己相関の累積違い数とその時の最適なスレショルド値の対応を作り、そしてその対応をもとに、CPU53が自己相関の累積違い数から最適なスレショルド値を設定するようにすると共に、さらに、上位レイヤーにおける回線品質推定等の結果をスレショルド値の決定に反映させるように構成する。すなわち、上記CPU53は、回線状態の推定がうまくいかない場合は、自己相関の累積違い数や、上位レイヤーにおいての回線品質推定結果とをパラメーターにしてスレショルド値を動かしてみて、最適な値を自ら発見する学習モードを備えている。
上記第3実施形態によれば、上述の様にスレショルド値の制御をCPUやDSPといったソフトウェアによって動作の変更が容易に行え、複雑な制御もソフトウェアによって比較的容易に実現できるというインテリジェンスもった素子に任せる構成により、より柔軟できめの細かい制御が可能になり、雑音の大きい環境、あるいはフェージング環境下やそれらの組み合わさった環境等、どのような環境下においても常に最適なタイミングで復調を行うことができるようになり、結果的にビットエラー率BERの平均が向上する。
【0025】
【発明の効果】
本発明は、以上説明した如く従来の構成と比してよりきめ細かくタイミング制御を行うものであるから、低消費電力化をはかれ、高速データ伝送システムにおいて周波数、位相ずれに追従することも容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るデジタル復調装置の第1実施形態の構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示した同期部の内部構成を示す図である。
【図3】図2に示したXORゲートの入出力特性を示す図である。
【図4】本発明に係るデジタル復調装置の第2実施形態の構成を示すブロック図である。
【図5】Eb/NoとBERおよび自己相関レートの関係を表すグラフである。
【図6】本発明に係るデジタル復調装置の第3実施形態の構成を示すブロック図である。
【図7】従来のπ/4シフトQPSK変調装置の基本構成を示すブロック図である。
【図8】(a)、(b)は図7に示したπ/4シフトQPSK変調方式を説明する図である。
【図9】従来の復調装置の基本構成を示すブロック図である。
【図10】図9に示した復調装置における検波信号のアイパターン図である。
【図11】図9に示した復調装置における従来の位相ずれ予測手段を説明する図である。
【図12】図9に示した復調装置における検波信号のアイパターンと抽出ポイントとの関係を説明する図である。
【図13】特開平06−232931号公報におけるデジタル復調装置の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図14】図13に示した相関検出回路の構成を示す図である。
【図15】図14に示したXORゲートの入出力特性を示す図である。
【符号の説明】
9…遅延検波回路、 10…タイミングポイント、
11、12…データ識別部、 13…クロック再生回路、
15…ゼロクロスポイント、 16…クロック再生回路、
17…相関検出回路、 18、46…相関判定回路、
21…XORゲート、 24…カウンタ、
41…同期部回路、
43、44…シリアル/パラレル変換器、 45…カウンタ群、
47…同期保持回路、 48…同期クロック発生回路、
49…XORゲート群、 50…加算器群、
52…スレショルド値決定回路、 53…制御用CPU[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a digital demodulator that demodulates a modulated wave modulated by a digital signal, and more particularly to a digital demodulator that asynchronously demodulates an angle-modulated wave modulated by differential encoding.
[0002]
[Prior art]
In general, as a modulation / demodulation method of a digital signal, an amplitude modulation method in which the amplitude of a carrier wave is changed according to a state value of the digital signal and a so-called angle modulation method in which a phase or a frequency is changed are well known. In the field, it is common to use an angle modulation method that is not easily affected by amplitude distortion in the transmission path.
First, a π / 4 shift four-phase modulation (π / 4 shift QPSK) method, which has excellent distortion resistance characteristics and is suitable for mobile communication, will be briefly described as an example.
FIG. 7 is a block diagram showing the basic configuration of the π / 4 shift QPSK modulator.
The serial /
In the π / 4 shift QPSK system, amplitudes “A” and “−A” are assigned according to binary signals “1” and “0”, and four signal point data (I, Q) are assigned to one symbol. This is based on a four-phase phase modulation (QPSK) system that performs phase modulation based on this.
[0003]
That is, as shown in FIG. 8A showing the signal point arrangement of I and Q, the signal point arrangement indicated by the black dots in the figure for each symbol and the white dots in the figure shifted by π / 4. In this method, phase modulation is performed by alternately using point arrangement. Therefore, the phase difference ΔΦ with respect to the preceding symbol is always an odd multiple of π / 4, and the relationship with the input unit data (X, Y) can be expressed in FIG.
As described above, the angle modulation is briefly described. As a method for demodulating the modulated wave, a synchronous detection method and a delay detection method are well known. Theoretically, the synchronous detection method has better characteristics, but it is disadvantageous under conditions where high-speed fading is likely to occur, especially in digital mobile communications where sudden phase fluctuations are likely to occur, compared to the synchronous detection method. A delay detection method showing good characteristics is suitable.
The delay detection detects the next modulation wave with reference to the modulation wave delayed by the delay circuit having a predetermined delay time. Therefore, the modulation wave modulated by the differentially encoded signal as described above. It is necessary to be. Further, since carrier wave recovery is not required and the configuration is simple compared with synchronous detection, it is suitable for mobile communication.
For example, in the case of the above-described π / 4 shift QPSK, the phase difference ΔΦ between them is obtained by detecting the next modulation wave with reference to the phase of the modulation wave one symbol ahead, and this is decoded according to FIG. do it.
[0004]
FIG. 9 is a block diagram showing an example of a conventional digital demodulator that demodulates a π / 4 shift QPSK modulated wave using delay detection.
The phase-modulated wave becomes an I-channel and Q-channel baseband signal by a signal having the same frequency as that of the carrier wave ωC and a signal obtained by shifting this by π / 2. The I and Q signals are digitized by analog / digital converters (A / D) 7 and 8 via low-
Based on the relationship shown in FIG. 8 (b), the digitized signals I and Q are detected by the
The detection signal from the
[0005]
FIG. 10 is an eye pattern obtained by overwriting the detection signal from the X-side output terminal of the delay detection circuit 9 a plurality of times, and the eye is most open when the binary signal (X =) 1 or 0 is determined. Generally, the signal level at the point (timing point) 10 is identified as demodulated data of each symbol.
The most important point in the above demodulation process is how to determine the timing point, and the conventional clock recovery circuit determines the timing point and generates a timing clock signal. The zero cross detection method is generally used, and a detection signal is taken out from one output terminal of the
However, in the clock recovery circuit that detects the timing point using the zero cross point as described above, as is apparent from the shape of the eye pattern of FIG. As shown, since it is distributed over a wide range, it is difficult to find an accurate zero cross point.
That is, if a position shifted by a half symbol period from the zero cross point is simply used as a timing point, the most open point of the eye is shifted from the desired position and the rate of occurrence of bit errors increases. A large number of zero cross points were read and the median value was obtained and used as a true zero cross point. However, there was a defect that it took time to be determined.
In particular, a system that frequently switches communication channels and needs to set the timing point each time, such as a digital system for wireless communication, has been a serious drawback.
[0006]
On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open No. 03-205940 proposed with digital radio in mind, signal points of I and Q of the baseband signal obtained by quasi-synchronous detection of the preceding modulation wave are on the I and Q coordinate axes. The position of the detection circuit is detected, and when the signal point deviates from the predetermined signal point arrangement, the phase is shifted by changing the delay time of the detection circuit so that the original position is predicted and corrected. A method for performing synchronization correction is proposed.
For example, if the detected signal point is at the position indicated by the point X in FIG. 11, the point X is located at the point P closest to the point X in the predetermined signal point arrangement indicated by the black point in the figure. And the phase shift amount is determined.
However, in this method, when the deviation of the initial timing point is significant, there is a high possibility that erroneous correction is repeated every time one symbol is detected, and it takes time to complete the synchronization pull-in.
As a solution to the above-described problems, Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-232931 aims to provide a digital demodulator capable of detecting a demodulation timing point in a short time and obtaining a good demodulated signal. A publication was proposed. In the following, Japanese Patent Laid-Open No. 06-232931 will be described with reference to the drawings.
[0007]
As is apparent from the eye pattern shown in FIG. 10, at the
That is, when a plurality of extraction points are set for a detection signal for one symbol period, the signal level at the extraction point is sampled, and the signal levels of two adjacent extraction points are correlated, the signal levels match. The correlation increases in the vicinity of the timing point, and the correlation decreases when the signal levels of the two extraction points are different. In other words, the correlation between the sampling values at 10 points in FIG. 10 increases, but it decreases at 15 points.
By paying attention to this point, the correlation is detected, and by comparing the magnitudes, the timing point is detected, and a good demodulated signal is obtained.
[0008]
Specifically, as shown in FIG. 12, the signal level is sampled at predetermined extraction points (8 points per symbol in the figure) every symbol period, and sampling data of adjacent extraction points are After detecting the correlation between P1 and P2, P2 and P3, etc. in order, the correlation data are compared in magnitude, and the extracted point pair (P4 and P5 pair or P5 P6 pair is predicted), and one of the extracted point pairs is set as a timing point.
FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the digital demodulator disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 06-232931. The
The correlation detection circuit 17 samples the levels of the detection signals X and Y output from the
[0009]
FIG. 14 is a block diagram showing a specific configuration example of the correlation detection circuit 17.
In the figure, each of the
The
As is well known, the XOR gate has input / output characteristics as shown in FIG. 15. Therefore, when the correlation is large (when the input levels match), “0” is small (when the input levels do not match). “1” is output. Accordingly, the closer the numerical value accumulated in the counter is to 0, the higher the correlation is, and the
On the other hand, the detection signals X and Y output from the
Previously, the timing point was predicted based on an unstable point such as a zero cross point, but in the above example, the timing point where the eye of the eye pattern, which is a relatively stable point, was most open was directly obtained. In addition, it is strong against a rapid phase shift due to fading or the like, and it is possible to determine a timing point in a short time for a large phase shift.
[0010]
In addition, as a second embodiment in Japanese Patent Laid-Open No. 06-232931, there is one that demodulates a phase-modulated wave converted to an intermediate frequency (IF). In principle, the description is omitted since it is not changed in principle.
The clock recovery circuit described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-232931 described above performs predetermined sampling on the decoded digital signal and correlates adjacent data, so that timing points can be obtained in a short time. It is effective when trying to do so, and because it is a method that directly captures the point where the eye of the eye pattern is most open, it is not easily affected by noise near the zero cross, and the timing point is set every time a modulated wave is demodulated by one symbol. Since it is updated, it follows the phase shift due to fading at high speed.
However, if the timing point is updated every time a modulated wave is actually demodulated by one symbol, synchronization is achieved at the true synchronization timing, for example, but the point that does not happen to be a timing point such as a zero-cross point is synchronized due to noise or the like. Since it looks like the timing and the number of errors increases, in reality, what is accumulated over a plurality of symbols is used for the synchronization point determination.
After all, the method of clock recovery after pulling in the clock recovery circuit described in Japanese Patent Laid-Open No. 06-232931 described above is the extraction point pair that maximizes the correlation, that is, the pair of P4 and P5 or P5 and P6 in FIG. Since one of the extracted point pairs is set as a timing point, that is, as a control method, a counter value accumulated over a plurality of symbol periods in a pair of P4 and P5, and P5 and P6 The paired clocks are compared, and the timing of the recovered clock is determined so that the synchronization point comes to the smaller value (the more correlated). Even in this case, if the symbol rate of the Japanese digital cellular phone PDC is about 21 Ksps, the timing can be sufficiently maintained.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, the demand for data capacity for digital wireless devices has been increasing, and the data transmission speed has been increasing accordingly. An increase in data transmission rate leads to an increase in symbol rate, which means that the wavelength of one symbol is shortened. Therefore, the phase shift due to movement of the mobile communication device is equal distance compared to the case where the symbol rate is low. In this case, it is relatively large.
Then, in the control method in which only two extracted point pairs are compared and held in synchronization as described above, elements such as sudden movement and fading of the mobile communication device occur or overlap at a certain moment. Thus, when the phase changes greatly and the synchronization is shifted to the zero cross point, that is, when the pair of P8 and P1 and the pair of P1 and P2 in FIG. There is a possibility that the counter value for the pair takes a fairly large value, but the magnitude relationship alternately changes, so that it stays here as a synchronization point, and continues to be mis-synchronized and communication becomes impossible.
In addition, in order to solve the above problems, the control method in which the correlation is always observed for all timings and the maximum point is the synchronization timing, the circuit portion that does not contribute to synchronization maintenance is always operating, It will consume useless electric power. In addition, even though the power consumption increases even with an increase in transmission speed, it is not preferable in terms of the circuit configuration to increase the power consumption.
The present invention improves the above-mentioned drawbacks of the prior art (Japanese Patent Laid-Open No. 06-232931), and can cope with a higher-speed data transmission system and can maintain synchronization even when the frequency is deviated. An object of the present invention is to provide a low power consumption digital demodulator capable of obtaining a signal.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention determines a synchronous timing point from delay detection means for obtaining a detection signal X, Y by delay detection of a modulated wave, and detection signals X, Y from the delay detection means. Synchronizing means for outputting a timing clock signal for each symbol period based on the synchronization timing point, and binary data by determining basic data from the detection signal from the delay detecting means based on the timing clock signal from the synchronizing means. A digital demodulator having data identifying means for demodulating the signal into a column signal, wherein the synchronizing means is a plurality of preset levels of detection signals X and Y output from the delay detecting means for each symbol period. Each sampling point is sampled, and in the initial state (asynchronous state), two adjacent extraction points are identified. Sampled signal as Mutual , A means for adding the detected correlation for each set of extraction points corresponding to X and Y, an accumulating means for accumulating each of the added correlations for a plurality of symbols, and the accumulating One extraction point in which one of sampling data of a correlation determination unit that performs correlation determination from the correlation value obtained and captures initial synchronization and an extraction point pair that exhibits the maximum correlation based on the output of the correlation determination unit is set in advance Shift means for shifting the sampling period of the correlation detection means so as to be output at (timing point), A threshold value for restricting the shift operation in the shift means is preset, In the state where the synchronization is acquired, correlation detection is performed only at two sampling points on both sides of the central point, accumulation is performed over a plurality of symbols, and synchronization is maintained based on the detection. It is characterized in that the operation other than the part is stopped.
Another feature of the present invention is that the synchronizing means further comprises threshold value determining means for changing the threshold value based on a value of Eb / No corresponding to noise.
Another feature of the present invention is that the synchronizing means further comprises period value determining means for changing a period for accumulating autocorrelation based on a value of Eb / No corresponding to noise.
Another feature of the present invention is that the synchronizing means further comprises computer means having a learning mode for changing the threshold value based on the value of Eb / No corresponding to noise and finding the optimum threshold value by itself. That is.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on illustrated embodiments.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a first embodiment of a digital demodulator according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the digital demodulator includes a
[0014]
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of the
As shown in FIG. 2, the
The
[0015]
Next, the operation of the digital demodulator will be described. The phase-modulated wave is synthesized by a signal having a frequency equal to the carrier wave ωC and a signal obtained by shifting the phase-modulated wave by π / 2 by the first and
Based on the relationship shown in FIG. 8 (b), the digitized signals I and Q are detected by the
The detection signal from the
The
Further, in a state where synchronization is acquired, correlation detection and accumulation over a plurality of symbols are performed only at two extraction points on both sides of the central point, and the timing of the symbol clock is adjusted based on this to maintain synchronization. On the other hand, a signal VCOcont is output to control the
[0016]
In FIG. 2, S / P (Serial / Parallel Conversion)
After the
[0017]
For the
In the synchronization holding state, only two correlation values are used on both sides of the point which is the symbol synchronization timing for synchronization holding. That is, in FIG. 3, if the number of preset extraction points is set to 8, the correlation value between timings P1 and P2 is A1, the correlation value between P2 and P3 is A2,..., P8 and the next P1 Assuming that the correlation value is A8, the synchronization is captured so that the point P5 is the symbol synchronization point, but the two correlation values on both sides are A3, A4, A5, and A6. As can be seen from the above description, these relationships should satisfy A3 ≧ A4, A4 = A5, and A5 ≦ A6. The equals appearing in relation to A3, A4 and A5, A6 are those when there is no noise.
[0018]
Therefore, in the present invention, this relationship is used to maintain synchronization with low power consumption. First, when a synchronization acquisition completion flag is output from the
The
[0019]
The threshold value is provided here to prevent the synchronization point from being switched too frequently. The relationship between A5 and A6 is also observed at the same time, and control is performed in the same manner as described above (in this case, the synchronization point is shifted toward P6). Also, in the unlikely event that a contradiction of relations occurs at the same time, that is, A3 <A4, A5> A6, and when each exceeds the threshold value, the difference is moved to a smaller one.
The relationship of A4 = A5 is handled by controlling the
Specifically, when the value of | A4-A5 | exceeds a certain threshold value, if A4-A5 is negative, it is considered that the synchronization point is shifted to P4 from P5. The value of VCOcont is adjusted to reduce the frequency of 42. When A4-A5 is positive, the value of VCOcont is adjusted to increase the frequency of the
By performing such control, it is possible to determine on the spot whether the synchronization point is shifted, whether it is a timing point shift or a smaller symbol frequency shift. Since the deviation can be corrected from the next symbol, it is possible to cope with a high-speed data transmission system in which a frequency and phase deviation is likely to occur.
[0020]
On the other hand, the detection signals X and Y output from the
As described above, according to the present embodiment, the
Also, in the correlation detection circuit, the number of symbols accumulated in the
Further, if the timing holding point is controlled in the
[0021]
Next, a second embodiment of the digital demodulator according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a synchronization unit in the second embodiment of the digital demodulator according to the present invention. The configuration of the other digital demodulator is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
In the second embodiment, the threshold value or the period for accumulating the autocorrelation for the synchronization point switching determination in the first embodiment described above is a value (E b / N o ) Is changed according to the size of
That is, in the first embodiment, E b / N o Since the noise increases with respect to the signal at a small value, the synchronization point is frequently switched when the threshold value is small. For this reason, when the threshold value is small, the bit error rate BER at that time is inferior to the original ability value.
Conversely, E b / N o When the threshold value is large, if the threshold value is large, the timing is not easily corrected even if a synchronization shift occurs, and the bit error rate BER is still inferior to the original ability value.
In other words, whether the threshold value is large or small, E b / N o In order to avoid the occurrence of deterioration depending on the value of the second embodiment, the second embodiment is as described above.
[0022]
In the second embodiment, the overall configuration of the digital demodulator is the same as that in FIG. 1 (first embodiment). However, as shown in FIG. 4, the configuration of the
That is, as shown in FIG. 4, the
As an operation, the threshold
The
In determining the optimum threshold value, noise (E b / N o ) In an environment with a large amount of noise (E b / N o ) So that the timing always follows in a small environment. b / N o And a threshold value optimum at that time are obtained by experiments in advance and a table is prepared and determined from the table.
In the above embodiment, E b / N o However, as a modified example, a period value determining circuit is provided in place of the threshold value determining circuit, and E b / N o It is also possible to obtain the period for accumulating the optimum autocorrelation from the values of the values and perform the correlation determination in synchronization with accumulating the optimum autocorrelation.
According to this second embodiment, noise (E b / N o ) In an environment with a large amount of noise (E b / N o ) Can be controlled so as to always follow the timing.
[0023]
Next, a third embodiment of the digital demodulator according to the present invention will be described with reference to FIG.
As in the second embodiment, E b / N o By changing the threshold value or the synchronization for accumulating the autocorrelation, the appropriate timing control is performed. However, it is also conceivable that the optimum threshold value at that time changes depending on the conditions such as fading even with the same cumulative number of autocorrelation.
Under such various conditions, it has been difficult to create a circuit that always demodulates at the optimum timing by hardware.
Therefore, in the third embodiment, E is calculated using autocorrelation. b / N o And the corresponding threshold value, or the period for accumulating the autocorrelation
By changing dynamically, control such that synchronization is always maintained at an optimal timing is performed by software such as a CPU and a DSP, thereby enabling finer timing control.
In the third embodiment, the overall configuration of the digital demodulator is the same as that in FIG. 1 (first embodiment). However, as shown in FIG. 6, the configuration of the
That is, as shown in FIG. 6, the
As an operation, the
[0024]
The
In determining the optimum threshold value, the number of accumulated autocorrelation differences and the E b / N o , E b / N o Value and the optimum threshold value at that time are obtained in advance by experiment, and the correspondence between the cumulative difference number of autocorrelation and the optimum threshold value at that time is made. The optimum threshold value is set based on the number, and further, the result of channel quality estimation and the like in the upper layer is reflected in the determination of the threshold value. That is, if the channel state estimation is not successful, the
According to the third embodiment, as described above, the threshold value is controlled by software such as a CPU and a DSP, and the intelligence can be easily realized by software. This configuration allows more flexible and fine-grained control, and always performs demodulation at the optimal timing in any environment, such as noisy environments, fading environments, or combinations of these. As a result, the average bit error rate BER is improved.
[0025]
【The invention's effect】
As described above, the present invention performs finer timing control as compared with the conventional configuration, so that power consumption can be reduced and it is easy to follow frequency and phase shift in a high-speed data transmission system. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of a digital demodulator according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of a synchronization unit shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing input / output characteristics of the XOR gate shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of a digital demodulator according to the present invention.
FIG. 5 E b / N o It is a graph showing the relationship between BER and autocorrelation rate.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a third embodiment of a digital demodulator according to the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a basic configuration of a conventional π / 4 shift QPSK modulator.
8A and 8B are diagrams for explaining the π / 4 shift QPSK modulation method shown in FIG.
FIG. 9 is a block diagram showing a basic configuration of a conventional demodulator.
10 is an eye pattern diagram of a detection signal in the demodulator shown in FIG. 9. FIG.
11 is a diagram for explaining conventional phase shift predicting means in the demodulator shown in FIG. 9. FIG.
12 is a diagram for explaining a relationship between an eye pattern of a detection signal and an extraction point in the demodulating apparatus illustrated in FIG. 9;
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a digital demodulator in Japanese Patent Laid-Open No. 06-232931.
14 is a diagram showing a configuration of a correlation detection circuit shown in FIG. 13;
15 is a diagram showing input / output characteristics of the XOR gate shown in FIG. 14;
[Explanation of symbols]
9 ... Delay detection circuit, 10 ... Timing point,
11, 12 ... Data identification unit, 13 ... Clock recovery circuit,
15 ... Zero cross point, 16 ... Clock recovery circuit,
17 ... correlation detection circuit, 18, 46 ... correlation determination circuit,
21 ... XOR gate, 24 ... counter,
41 ... Synchronizer circuit,
43, 44 ... serial / parallel converter, 45 ... counter group,
47: Synchronization holding circuit, 48: Synchronization clock generating circuit,
49 ... XOR gate group, 50 ... adder group,
52 ... Threshold value determination circuit, 53 ... Control CPU
Claims (4)
上記遅延検波手段よりの検波信号X、Yより同期タイミングポイントを決定し、この同期タイミングポイントに基づいた1シンボル周期毎のタイミングクロック信号を出力する同期手段と、
上記同期手段よりのタイミングクロック信号に基づいて上記遅延検波手段よりの検波信号から基本データを確定して2値データ列信号に復調するデータ識別手段とを有するデジタル復調装置であって、
上記同期手段が、上記遅延検波手段より出力された検波信号X、Yのレベルを1シンボル周期毎に予め設定された複数個の抽出ポイントにおいてそれぞれサンプリングすると共に、
初期状態(非同期状態)にあっては相隣接する2つの抽出ポイントを一組としてサンプリングした信号同士の相関を検出するゲート手段と、
検出した相関をX、Yそれぞれについて対応する抽出ポイントの組毎に加算する加算手段と、
上記加算した相関のそれぞれを複数シンボル分累積する累積手段と、
上記累積した相関値から相関判定をおこない初期同期を捕捉する相関判定手段と、
上記相関判定手段の出力に基づいて最大の相関を呈する抽出ポイント対のいずれか一方のサンプリングデータが予め設定したひとつの抽出ポイント(タイミングポイント)のとき出力されるよう上記相関検出手段のサンプリング周期をシフトするシフト手段と、
を具備し、
上記シフト手段におけるシフト動作を規制するスレショルド値が予め設定されていると共に、上記同期が捕捉された状態ではその中心の点の両側それぞれ2つの抽出ポイントのみにおいて相関検出、複数シンボルにわたる累積をおこない、それを基に同期を保持する様にすると共に、上記同期保持に必要な部分以外の動作を停止させることを特徴とするデジタル復調装置。A delay detection means for delay-detecting the modulated wave to obtain detection signals X and Y;
Synchronization means for determining a synchronization timing point from the detection signals X and Y from the delay detection means, and outputting a timing clock signal for each symbol period based on the synchronization timing point;
A digital demodulator having data identification means for determining basic data from a detection signal from the delay detection means based on a timing clock signal from the synchronization means and demodulating it into a binary data string signal;
The synchronization means samples the levels of the detection signals X and Y output from the delay detection means at a plurality of extraction points set in advance for each symbol period,
In an initial state (asynchronous state), a gate means for detecting a correlation between signals sampled by setting two adjacent extraction points as a set;
Adding means for adding the detected correlation for each set of extraction points corresponding to each of X and Y;
Accumulating means for accumulating each of the added correlations for a plurality of symbols;
Correlation determination means for performing correlation determination from the accumulated correlation value and capturing initial synchronization;
The sampling period of the correlation detection means is set so that the sampling data of any one of the extraction point pairs exhibiting the maximum correlation based on the output of the correlation determination means is output at one preset extraction point (timing point). Shift means for shifting;
Comprising
A threshold value for restricting the shift operation in the shift means is set in advance, and in the state where the synchronization is captured, correlation detection is performed only at two extraction points on both sides of the central point, and accumulation over a plurality of symbols is performed. A digital demodulating apparatus characterized in that synchronization is held based on this, and operations other than those necessary for the synchronization holding are stopped.
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