JP2837916B2

JP2837916B2 - Ａｆｃ装置

Info

Publication number: JP2837916B2
Application number: JP2077076A
Authority: JP
Inventors: 則昭近藤; 良仁島崎
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1990-03-28
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1998-12-16
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: JPH03278650A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、QPSK信号遅延検波用の自動周波数制御（AF
C）装置に関するものである。

（従来の技術）従来、通信装置の受信部のAFC装置としては、受信信
号を局部発振器の発振出力により中間周波数の信号に変
換し、該中間周波数のずれを周波数弁別器により検出
し、これを前記局部発振器に帰還してその発振周波数を
制御することにより前記中間周波数のずれを補正するも
のが広く用いられていた（例えば、マイクロ波技術研究
会編「マイクロ波通信工学」（昭47−３−20）社団法人
電気通信協会p.356−361）。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、QPSK変調信号のようなディジタル信号
による変調信号のスペクトルがディジタル信号のパター
ンにより中心周波数を基準とする偏りが生じる場合があ
るので、上記構成のAFC装置では、必ずしも受信部の局
部発振器の発振出力と受信信号の差周波数のずれを検出
できるとは限らないという欠点があった。

本発明は、上記欠点を除去するためになされたもので
あって、QPSK信号を遅延検波した同相成分と直交成分の
２信号のもとに信号処理を行い、入力変調信号の位相に
無関係なAFC制御信号を得ることのできるAFC装置を提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するため、入力QPSK信号を可
変周波数発振器の出力信号により遅延検波して直交位相
関係を有する２つの遅延検波信号を出力する遅延検手段
と、前記２つの遅延検波信号をそれぞれ２乗し、その差
を求めて出力する第１の手段と、前記第１の手段の出力
信号と前記２つの遅延検波信号の積を求めて出力する第
２の手段と、前記第２の手段の出力信号を積分して出力
する積分器とを備え、前記積分器の出力信号を前記可変
周波数発振器に帰還して発振周波数を制御するものであ
る。

（作用）入力されたQPSK信号を遅延検波手段により基底周波数
帯のQPSK信号に変換して遅延検波し、直交位相関係を有
する２つの遅延検波信号を出力する。しかし、入力され
たQPSK信号と前記遅延検波手段の可変周波数発振器の出
力信号と周波数が一致しないとき、前記遅延検波信号に
は周波数不一致による周波数差の成分が存在することと
なり、該遅延検波信号が劣化する。そこで、第１および
第２の出力手段により、遅延検波信号から前記周波数差
の成分を検出し、これを積分器を通して前記可変周波数
発振器に帰還してAFCをかけ、前記遅延検波信号に含ま
れる周波数差の成分を抑圧している。ここで、AFCは入
力されるQPSK信号の変調信号成分に影響されないことが
要求される。そこで、前記遅延検波信号の位相、すなわ
ち入力信号と１シンボル時間前の入力信号の位相差は、
これを４倍すると常に２π（rad）の整数倍になること
に着目し、第１および第２の手段により前記遅延検波信
号に処理を加え前記位相差の成分を巧みに消去して前記
周波数差の成分のみを取り出している。これにより、入
力信号の変調成分に影響されない安定なAFCを実現して
いる。

（実施例）第１図は本発明の第１の実施例の構成図である。以
下、第１図を用いて詳細に説明する。

端子１よりQPSK信号ｘを加える。ここで、QPSK信号ｘ
は式（１）で表されるものとする。

ｘ＝cos（ω₁t＋θ_ｎ）（１）但し ω₁i角周波数 θ_n;位相で0,π/2,π,3π/2 前記QPSK信号ｘを２つに分岐し、一方を乗算器２の第
１の入力端子に、他方を乗算器４の第１の入力端子に加
える。また、可変周波数発振器５の出力ｙを２つに分岐
し、一方をπ/2（rad）移相器３を通して乗算器４の第
２の入力端子に、他方を乗算器２の第２の入力端子に加
える。ここで、可変周波数発振器５の出力ｙは式（２）
で表されるものとする。

ｙ＝cos（ω₂t＋φ）（２）但し ω₂;角周波数 φ ;位相乗算器2,4は、第1,第２の入力端子に入力された、両
信号の積を求め、その結果を低域通過濾波器6,7を通じ
て遅延検波処理回路100の入力端子8,9に加える。入力端
子8,9における信号a,cはそれぞれ式（３），式（４）で
示される基底周波数帯のQPSK信号である。

ａ＝cos｛Δωｔ＝θ_ｎ−φ｝（３）但し Δω＝ω_１−ω_２ｃ＝cos｛Δωｔ＋θ_ｎ−φ−π/2｝（４）遅延検波処理回路100においては、入力端子８に加え
た信号ａを分岐し、乗算器12,14のそれぞれの第１の入
力端子に加えるともに、遅延素子10に加える。同様にし
て、入力端子９に加えた信号ｃを分岐し、乗算器13,15
のそれぞれの第１の入力端子に加えるとともに、遅延素
子11に加える。遅延素子10,11はそれぞれ１タイムスロ
ットの遅延（ｔ）を与えるので、その出力には式
（５），式（６）で示す信号b,dが得られる。

ｂ＝cos｛Δωｔ＋θ_n-1−Δωｔ−φ｝（５）但し θ_n-1;θ_ｎに対し１タイムスロット前の信号の
位相ｄ＝cos｛Δωｔ＋θ_n-1−Δωｔ−φ−π/2｝（６）前記信号ｂを乗算器12の第２の入力端子に入力し、第
１の入力端子に入力した前記信号ａとの積を求める。こ
れにより、乗算器12の出力に式（７）に示す信号ｇを得
る。

ｇ＝ａ＊ｂ＝1/2 cos｛２Δωｔ−２φ＋θ_ｎ＋θ_n-1−Δωｔ｝＋1/2 cos｛θ_ｎ−θ_n-1＋Δωｔ｝（７）また、前記信号ｄを乗算器14の第２の入力端子に入力
し、第１の入力端子に入力した前記信号ａとの積を求め
る。これにより、乗算器14の出力に式（８）に示す信号
ｅを得る。

ｅ＝ａ＊ｄ＝1/2 cos｛２Δωｔ−２φ＋θ_ｎ＋θ_n-1−Δωｔ−π/2｝＋1/2 COS｛θ_ｎ−θ_n-1＋Δωｔ＋π/2｝（８）また、前記信号ｄを乗算器13の第２の入力端子に入力
し、第１の入力端子に入力した信号ｃとの積をもとめ
る。これにより、乗算器13の出力に式（８）に示す信号
ｈをえる。

ｈ＝ｃ＊ｄ＝−1/2 cos｛２Δωｔ−２φ＋θ_ｎ＋θ_n-1−Δωτ｝＝1/2 cos｛θ_ｎ−θ_n-1＋Δωτ｝（９）さらに、前記信号ｂを乗算器15の第２の入力端子に入
力し、第１の入力端子に入力した信号ｃとの積をもとめ
る。これにより、乗算器15の出力に式（10）に示す信号
ｆをえる。

ｆ＝ｂ＊ｃ＝1/2 cos｛２Δωｔ＋θ_ｎ＋θ_n-1−Δωｔ−２φ−π/2｝＋1/2 cos｛θ_n-1−θ_ｎ−Δωｔ＋π/2｝（10）前記信号ｅを減衰器16の第１の入力端子に、前記信号
ｆを第２の入力端子にそれぞれ加え、両信号の差を求め
る。これにより、減衰器16の出力に式（11）に示す信号
ｉをえる。

ｉ＝ｅ−ｆ＝cos｛θ_ｎ−θ_n-1＋Δωｔ＋π/2｝（11）また、前記信号ｇを加算器17の第１の入力端子に、前
記信号ｈを第２の入力端子にそれぞれ加え、両信号を加
算する。これにより、加算器17の出力に式（12）に示す
信号ｊを得る。

ｊ＝ｇ＋ｈ＝cos｛θ_ｎ−θ_n-1＋Δωｔ｝（12）前記信号ｉを加算器18の第１の入力端子に加え、前記
信号ｊを加算器18の第２の入力端子に加えて両信号の和
を求める。これにより、加算器18の出力に式（13）に示
す信号ｋを得る。

ｋ＝ｉ＋ｊ＝２^1/2cos｛θ_ｎ−θ_n-1＋Δωｔ＋π/4｝（13）また、前記信号ｊを減算器19の第１の入力端子に加
え、前記信号ｉを減算器19の第２の入力端子に加えて両
信号の差をもとめる。これにより、減算器19の出力に式
（14）に示す信号１を得る。

ｌ＝ｊ−ｉ＝２^1/2cos｛θ_ｎ−θ_n-1＋Δωｔ−π/4｝（14）加算器18から出力される信号ｋを出力端子29から、減
算器19から出力される信号ｌを出力端子30からそれぞれ
出力し、遅延検波出力信号として出力端子20,21を介し
て外部に出力する。

また、前記出力端子29から出力される信号ｋを乗算器
23の第１および第２の入力端子に入力し、信号ｋを２乗
する。これにより、乗算器23の出力に式（15）に示す信
号ｎを得る。

ｎ＝i² ＝１＋cos｛２（θ_ｎ−θ_n-1）＋２Δωｔ＋π/2｝（15）同様にして、前記出力端子30から出力され信号ｌを乗
算器24の第１および第２の入力端子に入力し、信号l2乗
する。これにより、乗算器23の出力に式（16）に示す信
号ｏを得る。

ｏ＝j² ＝１＋cos｛２（θ_ｎ−θ_n-1）＋２Δωｔ−π/2｝（16）さらに、前記信号n,oを減算器25に入力し、両信号の
差を求める。これにより、減算器25の出力に式（17）に
示す信号ｐを得る。

ｐ＝ｎ−ｏ＝−2cos｛２（θ_ｎ−θ_n-1）＋２Δωｔ−π/2｝（17）一方、前記信号ik及びｌを乗算器22に入力し、両信号
の積を求める。これにより、乗算器22の出力に式（18）
に示す信号ｍを得る。

ｍ＝ｋ＊ｌ＝cos｛２（θ_ｎ−θ_n-1）＋２Δωｔ｝（18）そして、前記信号ｍとｐを乗算器26に入力し、両信号
の積を求める。これにより、乗算器26の出力に式（19）
に示す信号ｑを得る。

ｑ＝ｍ＊ｐ＝−sin｛４（θ_ｎ−θ_n-1）＋４Δωｔ｝（19）上記式（19）の第１項の（θ_ｎ−θ_n-1）は、o,π/2,
π、３π/2であるので４（θ_ｎ−θ_n-1）は２πの整数
倍となり、式（19）は式（20）となる。

ｑ＝−sin（４Δωｔ）（20）式（20）から、信号ｑの大きさは変調信号に依存する
ことなく周波数誤差Δωの関数になることがわかる。

よって、信号ｑを、アップダウンカウンタや低域通過
濾波器などで構成される積分器27を通じて可変周波数発
振器５の周波数制御端子28に帰還することにより、AFC
が可能となる。

第２図は本発明の第２の実施例を示す構成図である。
本実施例は、第１図に示す入力QPSK信号から遅延検波信
号を得る部分を他の構成で実現したものである。すなわ
ち、可変周波数発振器の出力信号から、順次位相がπ/4
（rad）ずつずれた４つの信号を生成し，この信号を用
いて入力QPSK信号を順次位相がπ/4（rad）ずつずれた
４つの基底周波数帯のQPSK信号に周波数変換し、所定の
信号処理を加えて遅延検波信号を得るものである。以
下、第２図を用いて本実施例の動作を詳細に説明する。

端子31よりQPSK信号ｘを加える。ここで、QPSK信号ｘ
は式（21）で表わされるものとする。

ｘ＝cos（ω₁t＋θ_ｎ）（21）但し ω₁;角周波数 θ_n;位相でo,π/2,π,3π/2 前記QPSK信号ｘを４つに分岐し、それぞれ乗算器36,3
7,38,39の第１の入力端子に加える。また、可変周波数
発振器５の出力ｙを乗算器36の第２の入力端子と移相器
32に加え、該移相器32の出力を乗算器37の第２の入力端
子と移相器33に加え、該移相器33の出力を乗算器38の第
２の入力端子と移相器34に加え、該移相器34の出力を乗
算器39の入力端子に加える。移相器32〜34は入力信号に
π/4（rad）位相変化を与えるもので、乗算器36〜39の
各第２の入力端子にはπ/4（rad）ずつ累積的に位相が
異なる信号を入力することとなる。ここで、可変周波数
発振器５の出力ｙは式（22）で表されるものとする。

ｙ＝cos（ω₂t＋φ）（22）但し ω₂;角周波数 φ ;位相各乗算器36〜39は第1,第２の入力端子に入力された両
信号の積を求め、その結果をそれぞれ低域通過濾波器40
〜43を通じて出力する。この出力信号a,b,c,dは式（2
3）〜式（26）に示す基底周波数帯のQPSK信号である。

ａ＝cos｛Δωｔ＋θ_ｎ−φ｝（23）但し Δω＝ω_１−ω_２ｂ＝cos｛Δωｔ＋θ_ｎ−φ−π/4｝（24）ｃ＝cos｛Δωｔ＋θ_ｎ−φ−π/2｝（25）ｄ＝cos｛Δωｔ＋θ_ｎ−φ−３π/4｝（26）さらに、前記信号b,dについては遅延素子44,45を通じ
て１タイムスロット分の遅延時間ｔを与え、式（27）に
示す信号e,式（28）に示す信号ｆを得る。

ｅ＝cos｛Δωｔ＋θ_n-1−φ−Δωｔ−π/4｝（27）但し θ_n-1は、θ_ｎに対し１タイムスロット前の
入力信号の変調位相である。

ｆ＝cos｛Δωｔ＋θ_n-1−φ−Δωｔ−３π/4｝（28）前記信号ａとｅを乗算器46に入力し、両信号の積を求
める。これにより、乗算器46の出力に式（29）に示す信
号ｈを得る。

ｈ＝ａ＊ｅ＝1/2 cos｛２Δωｔ＋θ_ｎ＋θ_n-1−Δωｔ−２φ−π/4｝＋1/2 cos｛θ_ｎ−θ_n-1＋Δωｔ＋π/4｝（29）また、前記信号ｃとｅを乗算器47に入力し、両信号の
積を求める。これにより、乗算器47の出力に式（30）に
示す信号ｉを得る。

ｉ＝ｃ＊ｅ＝cos｛Δωｔ＋θ_ｎ−φ−π/2｝〕＊cos｛Δωｔ＋θ_n-1−φ−Δωｔ−π/4｝＝1/2 cos｛２Δωｔ＋θ_ｎ＋θ_n-1−Δωｔ−２φ−３π/4｝＋1/2 cos｛θ_ｎ−θ_n-1＋Δωｔ−π/4｝（30）また、前記信号ｆとｃを乗算器48に入力し、両信号の
積を求める。これにより、乗算器48の出力に式（31）に
示す信号ｊをえる。

ｊ＝ｃ＊ｆ＝cos｛Δωｔ＋θ_ｎ−φ−π/2｝＊cos｛Δωｔ＋θ_n-1−φ−Δωｔ−３π/4｝＝1/2 cos｛２Δωｔ＋θ_ｎ＋θ_n-1−Δωｔ−２φ−５π/4｝＋1/2 cos｛θ_ｎ−θ_n-1＋Δωｔ＋π/4｝（31）また、前記信号ａとｆを乗算器49に入力し、両信号の
積を求める。これにより、乗算器49の出力に式（32）に
示す信号ｇを得る。

ｇ＝ａ＊ｆ＝cos｛Δωｔ＋θ_ｎ−φ｝＊cos｛Δωｔ＋θ_n-1−φ−Δωｔ−３π/4｝＝1/2 cos｛２Δωｔ＋θ_ｎ＋θ_n-1−Δωｔ−２φ−３π/4｝＋1/2 cos｛θ_ｎ−θ_n-1＋Δωｔ＋３π/4｝（32）さらに、前記記号ｊとｈを加算器50に入力し、両信号
の和を求める。これにより、加算器50の出力に式（33）
に示す信号ｌを得る。

ｌ＝ｊ＋ｈ＝1/2 cos｛２Δωｔ＋θ_ｎ＋θ_n-1−Δωｔ−２φ−５π/4｝＋1/2 cos｛θ_ｎ−θ_n-1＋Δωｔ＋π/4｝＋1/2 cos｛２Δωｔ＋θ_ｎ＋θ_n-1−Δωｔ−２φ−π/4｝＋1/2 cos｛θ_ｎ−θ_n-1＋Δωｔ＋π/4｝＝cos｛θ_ｎ−θ_n-1＋Δωｔ＋π/4｝（33）また、前記信号ｉとｇを減算器51に入力し、両信号の
差を求める。これにより、減算器51の出力に式（34）に
示す信号ｋを得る。

ｋ＝ｉ−ｇ＝1/2 cos｛２Δωｔ＋θ_ｎ＋θ_n-1−Δωｔ−２φ−３π/4｝＋1/2 cos｛θ_ｎ−θ_n-1＋Δωｔ−π/4｝ −1/2 cos｛２Δωｔ＋θ_ｎ＋θ_n-1−Δωｔ−２φ−３π/4｝ −1/2 cos｛θ_ｎ−θ_n-1＋Δωｔ＋３π/4｝＝cos｛θ_ｎ−θ_n-1＋Δωｔ−π/4｝（34）前記信号k,lはそれぞれ遅延検波出力信号として出力
端子59,60から外部に出力される。

次いで、前記加算器50,減算器51からそれぞれ出力す
る遅延検波信号l,kとに基づき可変周波数発振器35の発
振周波数を制御するためのAFC信号を発生する。この信
号を発生するための回路は、第１図に示す第１の実施例
の場合と同一であり、第２図に示すように乗算器52〜5
4,56、減算器55、積分器57から構成されている。従っ
て、第１図の場合と同様にして、乗算器56からは式（3
5）に示す信号ｑが出力される。

ｑ＝−1/2sin（４Δωｔ）（35）この信号ｑを積分器57を通じて周波数制御端子58に入
力し、可変周波数発振器35を制御してAFCを可能として
いる。なお、式（35）により示す信号ｑは第１図に対応
する式（20）で示される信号ｑの値の1/2となってい
る。

これは、第２図に示す遅延検波信号k,lの振振幅〔式
（34），（33）〕が第１図に示す遅延検波信号h,lの振
幅〔式（13），（14）〕の1/2となっていることに基づ
くものであり、AFCとしての動作に本質的な影響を与え
るものではない。

以上、説明したように、第１の実施例と第２の実施例
は同様の効果をもつものである。しかし、入力QPSK信号
を基底周波数のQPSK信号に周波数変換する部分の構成に
ついては、第１の実施例の方が第２の実施例よりも簡単
であり、基底周波数帯のQPSK信号から遅延検波信号を得
る部分の構成については、第２の実施例の方が第１の実
施例よりも簡単となっている。

（発明の効果）以上、詳細に説明したように本発明によれば、可変周
波数発振器に帰還するAFC信号は入力されるQPSK信号の
変調信号に無関係であるので、該変調信号のパターンに
より入力されるQPSK信号にスペクトルの偏りが生じても
安定なAFCをかけることができる。

また、通信装置の受信部等で通常用いられるAFC用の
ディスクリミネータなどが不要となり、基底周波数帯で
の乗算や加算で周波数制御信号が得られるので、ディジ
タル信号処理集積回路などを容易に利用することがで
き、AFC装置を経済的に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図、第２図は
本発明の第２の実施例を示す構成図である。 1,8,9,31……入力端子、2,4,12〜15,22〜24,26,36〜39,
46〜49,52〜54,56……乗算器、３……π/2移相器、5,35
……可変周波数発振器、6,7,40〜43……低域通過濾波
器、10,11,44,45……遅延素子,16,19,25,51,55……減算
器、17,18,50……加算器、20,21,29,30,59,60……出力
端子、27,57……積分器、28,58……周波数制御端子、32
〜34……π/4移相器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04L 27/22 H03J 7/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力QPSK信号を、可変周波数発振器の出力
信号により基底周波数帯QPSK信号に周波数変換し、前記
基底周波数帯QPSK信号を１シンボル時間だけ遅延させた
遅延信号の位相値にπ/4加算した値を、前記基底周波数
帯QPSK信号の位相値から減算した、位相値を持つ第１の
遅延検波信号と、第１の遅延検波信号と直交位相関係を
有する第２の遅延検波信号を出力する遅延検波手段と、前記第１および第２の遅延検波信号をそれぞれ２乗し、
その差を求めて出力する第１の手段と、前記第１の手段の出力信号と前記第１及び第２の遅延検
波信号の積を求めて出力する第２の手段と、前記第２の手段の出力信号を積分して出力する積分手段
とを備え、前記積分手段の出力信号を前記可変周波数発
振器に帰還して発振周波数を制御することを特徴とする
AFC装置。
【請求項２】前記遅延検波手段は、入力QPSK信号を可変
周波数発振器の出力信号により直交位相関係を有する第
１および第２の基底周波数帯QPSK信号に周波数変換する
周波数変換手段と、前記第１の基底周波数帯QPSK信号を１シンボル時間だけ
遅延する第１の遅延手段と、前記第２の基底周波数帯QPSK信号を１シンボル時間だけ
遅延する第２の遅延手段と、前記第１の遅延手段の出力信号と前記第２の基底周波数
帯QPSK信号との積と、前記第２の遅延手段の出力信号と
前記第１の基底周波数帯QPSK信号との積の差を求めて出
力する第１の出力手段と、前記第１の遅延手段の出力信号と前記第１の基底周波数
帯QPSK信号との積と、前記第２の遅延手段の出力信号と
前記第２の基底周波数帯QPSK信号との積の和を求めて出
力する第２の出力手段と、前記第１の出力手段と第２の出力手段の出力信号の和を
求めて第１の遅延検波信号を出力する手段と、前記第１の出力手段と第２の出力手段の出力信号の差を
求めて第２の遅延検波信号を出力する手段とを有する請
求項（１）記載のAFC装置。
【請求項３】入力QPSK信号を可変周波数発振器の出力信
号により位相が順次π/4ラジアンずつ異なる第１、第
２、第３および第４の基底周波数帯QPSK信号に周波数変
換する周波数変換手段と、前記第２の基底周波数帯QPSK信号を１シンボル時間遅延
する第１の遅延手段と、前記第４の基底周波数帯QPSK信号を１シンボル時間遅延
する第２の遅延手段と、前記第１の遅延手段の出力信号と前記第１の基底周波数
帯QPSK信号との積と、前記第２の遅延手段の出力信号と
前記第３の基底周波数帯QPSK信号との積の和を求めて第
１の遅延検出信号を出力する手段と、前記第１の遅延手段の出力信号と前記第３の基底周波数
帯QPSK信号との積と、前記第２の遅延手段の出力信号と
前記第１の基底周波数帯QPSK信号との積の差を求めて第
２の遅延検波信号を出力する手段とを有する請求項
（１）記載のAFC装置。