JP2964196B2 - ディジタル直交検波復調器 - Google Patents

ディジタル直交検波復調器

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JP2964196B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、位相,振幅またはその
両方によって情報を伝送する変調波信号を復調するため
ディジタル直交検波復調器に関し、特にn相位相変調
波または振幅変調波等からなる中間周波数信号を直接サ
ンプルして得られたデータに補正を加えることによっ
て、直交した振幅出力または位相出力を得るディジタル
直交検波復調器に関するものである。
【0002】電気信号または光信号によってデータ伝送
を行う際に、情報によって位相,振幅またはその両方を
変調した信号を伝送し、受信側でこれを検波復調しても
との情報を再現する方法が、一般に用いられている。
【0003】このような、位相,振幅またはその両方に
よって情報を伝送する変調波信号を復調するための検波
復調器においては、変調波信号を直接サンプルして得ら
れたデータに、所要の補正を加えることによって、直交
した振幅出力または位相出力を得られるようにすること
が要望される。
【0004】
【従来の技術】図24は、従来の検波復調器を例示した
ものであって、11,12はミキサ、13はローカル発
振器、14は90°ハイブリッド、15,16はローパ
スフィルタ(LPF)、17,18はアナログディジタ
ル変換器(A/D)、19は検波部、20はビットタイ
ミング再生回路(BTR)、21はクロック発生器、2
2は自動周波数制御部(AFC)である。以下各部の名
称を括弧内の略号を用いて説明する。
【0005】ミキサ11,12は、一方の入力に、中間
周波数(IF)信号(キャリア周波数fc , 位相φ)を
加えられ、他方の入力に、ローカル発振器13のローカ
ル信号(周波数fl )を、90°ハイブリッド14を経
て互いに直交するように移相した信号をそれぞれ加えら
れることによって、両信号の和と差の周波数の信号を発
生するが、LPF15,16によって和の周波数成分を
除去されるので、差の周波数成分からなる、cos{2
π(fc −fl )+φ},sin{2π(fc−fl
+φ}が、ベースバンド信号としてLPF15,16か
ら出力される。
【0006】A/D17,18は、BTR20からのク
ロックに応じて、LPF15,16からの、アナログ信
号からなる直交したベースバンド信号成分を、ディジタ
ル信号に変換して検波部19に入力する。検波部19で
は、両信号成分に対して同期検波や遅延検波等の所要の
検波復調処理を行って、IF信号によって伝送されたデ
ータ列DATAを復元する。
【0007】BTR20は、位相同期回路(PLL)を
有し、クロック発生器21からのクロックを分周して、
検波部19からのデータ列に同期したクロックを発生し
て、A/D17,18に供給する。AFC22は、検波
部19からのデータ列に同期して、例えばクロック発生
器21の自動周波数制御を行うことによって、検波部1
9におけるデータ列に対して、クロック発生器21のク
ロック周波数を同期させる。なお、AFC22は、他の
目的に使用してもよい。またA/D17,18は、BT
R20からのクロックによって、データ点においてのみ
変換動作を行うことによって、消費電流の低減を図って
いる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図24に示された従来
の検波復調器において、ミキサ11,12,LPF1
5,16,90°ハイブリッド14,ローカル発振器1
3はアナログ回路であって、それぞれの素子が大きく、
回路規模を縮小する上で不利なだけでなく、調整が困難
であり、かつ安定度の上でも問題がある。
【0009】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決しようとするものであって、位相,振幅またはその
両方によって情報を伝送する変調波信号を復調するため
の検波復調器において、入力変調波信号を直接サンプル
して、直交検波成分を取り出すことができるようにする
ことによって、ディジタル回路で構成することができ、
従って回路規模を縮小することが可能な、ディジタル直
交検波復調器を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のディジタル直交
検波復調器は、(1) 周波数fc の搬送波の位相と振幅と
の何れか一方または両方により情報を伝送する変調波を
復調するディジタル直交検波復調器であって、前記変調
波を同一周期で異なる位相のサンプリングクロック
sa,fsbによりサンプリングしてサンプル値Sa ,S
b を出力するサンプリング手段2,3と、このサンプリ
ング手段2,3によるサンプル値Sa ,Sbから前記変
調波の直交する2成分I,Qを出力する変換手段4
(5)とを備え、この変換手段は、前記サンプリングク
ロックfsa,fsbの位相の直交関係からのずれ角をθと
して、 I=Sb Q=Sa /cosθ−Sb tanθ の変換を行って直交する2成分I,Qを出力する構成を
備えている。
【0011】また本発明は、(2) 周波数f c の搬送波の
位相と振幅との何れか一方または両方により情報を伝送
する変調波を復調するディジタル直交検波復調器であっ
て、変調波を同一周期で異なる位相のサンプリングクロ
ックf sa ,f sb によりサンプリングしてサンプル値
a ,S b を出力するサンプリング手段と、このサンプ
リング手段によるサンプル値S a ,S b と、前記サンプ
リングクロックf sa ,f sb の位相の直交関係からのずれ
角θとにより φ=arctan{S a /(S b cosθ)−tanθ} の変換を行って前記変調波の位相φを求める変換手段を
備えている。
【0012】また本発明は、(3) 直交する2成分I,Q
を出力する変換手段または変調波の位相φを求める変換
手段の出力を基にクロックを再生して、サンプリングク
ロックf sa ,f sb を発生するビットタイミング再生回路
と、このビットタイミング再 生回路からの再生クロック
の位相の進み,遅れに応じて前記サンプリング手段また
は前記変換手段の出力位相を補正する補正手段を設ける
ことができる。
【0013】また本発明は、(4) ビットタイミング再生
回路の再生クロックの位相の進み,遅れを積分して、補
正手段における補正を行わせる積分手段を設けることが
できる。
【0014】また本発明は、(5) マスタクロックに従っ
て前記サンプリングクロックf sa ,f sb を発生させると
共に、前記搬送波周波f c と前記マスタクロックの周波
数との差に応じて、前記サンプリング手段または前記変
換手段の出力の位相を補正する補正手段を設けることが
できる。
【0015】
【作用】本発明においては、入力変調波信号を、2つの
タイミングでサンプリングして、直交検波のcos成分
と、sin成分に相当するものを抽出するものであり、
以下、図1〜図11を参照して本発明の原理的作用を説
明する。
【0016】図1は、本発明の原理的構成を示したもの
であって、(a) は変調波の振幅Sを復調する場合の構
成、(b) は変調波の直交する2成分I,Qを復調する場
合の構成、(c) は変調波の位相φを復調する場合の構成
をそれぞれ示している。
【0017】図1(a) に示されるように、位相または振
幅またはその両方に情報が含まれる変調方式の信号を復
調するディジタル直交検波復調器の最も基本的な構成と
して、搬送波周波数f c の変調波を、サンプリング回路
で周波数f s でサンプルして、変調波の振幅Sを直接得
るようにする。
【0018】図2は、サンプル方式による周波数変換を
説明するものである。いま、周波数f c のIF信号を、
ある周波数f s でサンプルすると、サンプリング出力に
は、図2に示されるように、f d =|f s −f c |なる
周波数成分が現れる。
【0019】キャリア周波数f c , キャリアの持つ位相
φのとき、IF信号は次のように表される。 cos(2πf c t+φ) … これを周波数f s でサンプルするとして、式を書き替
えると、 cos(2πf c t+φ)=cos{2π(f s +f d )t+φ} ただし、f d =f c −f s c /2<f s <2*f c
【0020】サンプルする周期はT s =1/f s であっ
て、そのタイミングはt=t s *k=k/f s (kは自
然数)となる。これを式に代入すると、 cos{2π(f s +f d )t s *k+φ} =cos{2π(f s +f d )k/f s +φ} =cos{2πk(1+f d /f s )+φ} …
【0021】kは自然数であるから、上式において三角
関数であるcos内の第1項である1は消去できるの
で、式は次のように表すことができる。 cos(2πkf d /f s +φ) … これを再びtの関数として表すと、 cos(2πf d t+φ) … となる。
【0022】式から明らかなように、IF信号cos
(2πf c t+φ)を周波数f s でサンプルしたとき得
られる周波数f d は、もとのキャリア周波数f c の位相
情報φをそのまま有している。これから逆に、周波数成
分f d の位相を知ることによって、もとのIF信号f c
の位相を知ることができる。
【0023】また図1(b) に示されるように、位相また
は振幅またはその両方に情報が含まれる変調方式の信号
を復調するディジタル直交検波復調器において、周期が
同じ で位相が異なる2つのクロックで変調波をサンプル
し、それによって得られたサンプル値から変換を行っ
て、変調波の直交する2成分を得ることができる。
【0024】位相を示す情報としては、2つの直交した
振幅成分が必要である。そのため、変調波である周波数
c のIF信号を、周期が同じで位相が異なる2つのク
ロックf sa , sb のタイミングによってサンプルし、得
られたサンプル値S a, b から、変調波の直交する2成
分I,Qを得ることができる。
【0025】また変換手段を設けて、キャリア周波数f
C の変調波に対する、サンプリングクロックf sa , sb
の位相が、直交関係からθずれているとき得られるサン
プル値S a, b から、I=S b ,Q=S a /cosθ−
b tanθという変換を行うことによって、直交する
2成分を得ることができる。
【0026】図3は、変調波のサンプルタイミングと位
相平面とを示したものであって、(a) はキャリア周波数
C の変調波とサンプリングクロックf sa , sb との関
係(ただし、変調波とサンプリングクロックの位相関係
は概要を示し、正確に表示したものではない)を示し、
(b) はこの場合のサンプル値S a, b を位相平面上にお
いて示している。また図4は、位相平面上における直交
振幅と位相の導出を説明するものである。
【0027】位相平面上における両サンプル値S a, b
の直交度からのずれ角θは、変調波f c とサンプリング
クロックf sa , sb との位相差(時間差)から求めるこ
とができる。いま、サンプリングクロックf sa , sb
よるサンプリングのタイミングをt sa, sb とし、その
時間差をΔtとすると、サンプルされたデータはそれぞ
れ、 a =cos(2πf c sa +φ) … b =cos(2πf c sb +φ)=cos{2πf c (t sa +Δt)+φ} =cos(2πf c sa +2πf c Δt+φ) … となるので、サンプル値S a, b の位相差は、θ’=2
πf c Δtとなる。従っ てサンプル値S a, b の直交関
係からのずれθは、次のようになる。 θ=π/2−θ’=π/2−2πf c Δt
【0028】このようにして求められたサンプル値S a,
b と位相差θとから、サンプル値S a またはS b での
位相を基準とした2つの直交する振幅成分を、幾何学的
に求めることができる。ここではサンプル値S b を基準
とすると、両振幅成分は、 I=S b Q=S a /cosθ−S b tanθ となる。
【0029】図5は、位相関係が異なる場合の位相平面
を示したものであって、各記号は、図3の場合と同じで
あり、両振幅成分I,Qおよび位相角θも同様にして求
めることができる。
【0030】また変調波のキャリア周波数f c と、サン
プリングクロックf sb , sb の時間差Δtが、Δt=
(1/4fc )×(1+4n)(nは自然数)またはΔ
t=(1/4fc )×(3+4n)の関係になるように
することによって、I=S b ,Q=S a または、I=−
b ,Q=S a として、回路構成を簡単にすることもで
きる。
【0031】変調波の周波数f c と、サンプリングクロ
ックf sa , sb の時間差Δtが、Δt=(1/4fc )
×(1+4n)(nは自然数)の関係にあるとき、サン
プル値S a, b は、そのまま直交成分の振幅を表す。
【0032】これは、図4に示された位相平面におい
て、θ=0のときに等しい。すなわちこの場合は、2π
c Δt=π/2である。これを前述の式,の式に
代入すると、 a =cos(2πf c sa +φ) b =cos(2πf c sb +φ)=cos{2πf c (t sa +Δt)+φ} =cos{2πf c sa +(π/2)+φ} =sin(2πf c sa +φ} 従って I=S b ,Q=S a が得られる。
【0033】同様に、変調波の周波数f c と、サンプリ
ングクロックf sa , sb の時間差Δtが、Δt=(1/
4fc )×(3+4n)(nは自然数)の関係にあると
き、サンプル値S a, b は、θ=πの状態に等しいの
で、Iの符号を反転することによって、直交成分I,Q
を求めることができる。すなわち、 I=−S b ,Q=S a
【0034】また、図1(c) に示されるように、位相ま
たは振幅またはその両方に情報が含まれる変調方式の信
号を復調するディジタル直交検波復調器において、変調
波に対して、周期が同じで位相が異なる2つのクロック
sa , sb でサンプルして、得られたサンプル値S a,
b から、 φ=arctan{S a /(S b cosθ)−tanθ} で示される変換を行うことによって、変調波の位相φを
得るようにする。
【0035】すなわち、サンプル値S b を基準とする変
調波f c の位相φは、図4を参照して、 tanφ=OQ/OI=(OP/cosθ−OItanθ)/OI =OP/(OIcosθ)−tanθ であるから、 φ=arctan{S a /(S b cosθ)−tanθ} … として求めることができる。
【0036】また、変調波のキャリア周波数f c と、サ
ンプリングクロックf sa , sb の位相による時間差Δt
が、Δt=(1/4fc )×(1+4n)(nは自然
数)ま たはΔt=(1/4fc )×(3+4n)の関係
にすることによって、φ=arctan(S a /S b
または、φ=−arctan(S a /S b )として、回
路構成を簡単にすることができる。
【0037】この場合は、Δt=(1/4fc )×(1
+4n)のとき、θ=0であり、Δt=(1/4fc )
×(3+4n)のとき、θ=πであるから、上述の式
によって、位相角θ=0のとき、φ=arctan(S
a /S b )となり、位相角θ=πのとき、φ=−arc
tan(S a /S b )となる。
【0038】また、ディジタル直交検波復調器におい
て、変調波をサンプリングするクロックf s 、または、
サンプリングクロックf sa , sb を作成するためのクロ
ックを、サンプル用のクロック発生器を設けて、これか
ら供給するようにすることができる。
【0039】変調波をサンプリングするクロックf s
または、サンプリングクロックf sa, sb を作成するた
めのクロックを、サンプル用のクロック発生器から供給
することにより、サンプリングクロックを任意の周波数
に選定することができる。
【0040】また、ディジタル直交検波復調器におい
て、変調波をサンプリングするクロックf s 、または、
サンプリングクロックf sa , sb を作成するためのクロ
ックを、ベースバンド信号を処理するためのマスタクロ
ックf m を分周することによって、作成することができ
る。
【0041】変調波をサンプリングするクロックf s
または、サンプリングクロックf sa, sb を作成するた
めのクロックを、ベースバンド信号を処理するための、
マスタクロック発生器からのクロックf m を分周して作
成することができる。これによって、発振器が1つ不要
になるので、ハードウエア規模を縮小することが可能と
なる。
【0042】また、ディジタル直交検波復調器におい
て、変調波をサンプリングするクロックf s 、または、
サンプリングクロックf sa , sb を作成するためのクロ
ックとして、伝送信号のビットタイミングを抽出する、
BTR( ビットタイミング再生回路) からの再生クロッ
クを用いるようにする。
【0043】変調波をサンプリングするクロックf s
または、サンプリングクロックf sa, sb を作成するた
めのクロックとして、伝送信号のビットタイミングを抽
出するBTRからの再生クロックを用いることができ
る。これによって、発振器を省略してハードウエア規模
を縮小するとともに、入力信号をA/D変換するA/D
変換器の動作速度を低くすることができる。
【0044】また、ディジタル検波復調器において、B
TRからの再生クロックのジッタに基づいて、変調波に
対するサンプル点が変動することによって、復調信号の
位相が変化するのを、復調位相にサンプル点のずれの積
分値に応じた補正を加えることによって、正しい位相の
復調出力を得ることができる。
【0045】図6は、ジッタによるサンプル点の位相の
変化とその補正方法とを説明するものであって、(a) は
ジッタによるサンプル点の位相の変化を示し、(b) は補
正方法を示している。
【0046】BTRによって再生されたクロックを用い
て、サンプリングクロックf sa , sb を作成した場合、
BTRは信号によるアイパターンの中央でデータを取り
込むように動作するので、常にジッタを持っている。そ
のため、サンプリングクロックf sa , sb もジッタを持
ち、サンプルされた点の位相は、ジッタの解像度の単位
で変化する。この場合のジッタによる位相変化は、次の
ようになる。
【0047】いま、BTRからのサンプルタイミングに
おける、ジッタに基づく時間変化を±t j とすると、ジ
ッタがないときのサンプル点の位相をSとし、ジッタに
よって変化したサンプル点の位相をS’とすると、 となる。ここでkは、初期状態から積分されたサンプル
点の移動量を示している。
【0048】変調波のキャリア周波数f c と、サンプル
タイミングの時間変化±t j は既知なので、S’の位相
から±2πf c kt j を減じる補正を行うことによっ
て、正しい位相の復調出力を得ることができる。
【0049】図7は、ジッタによる位相変化の補正回路
を示したものであって、30は復調データの位相補正を
行う位相補正部である。BTR31において、クロック
進み遅れ決定部32は、ジッタによるクロックの進み,
遅れを決定し、アップダウン(U/D)カウンタ33
は、決定された進み,遅れによってアップカウントまた
はダウンカウントすることによって、サンプルタイミン
グの時間変化量を積分する。補正データ選択部34は、
U/Dカウンタ33の積分結果に基づいて、復調データ
の位相補正を行うための補正データを選択する。タイミ
ング調整遅延部35は、選択された補正データに基づい
て、位相補正部30を制御し、これによって位相補正部
30においてデータの位相補正が行われて、補正された
復調データが出力される。
【0050】また、ディジタル直交検波復調器におい
て、特に遅延検波を用いる場合には、BTRからの再生
クロックのジッタに基づいて、変調波に対するサンプル
点が変動することによって、復調信号の位相が変化する
のに対して、1つ前のサンプル値との差に応じた補正を
復調位相に加えることによって、正しい位相の復調出力
を得ることができる。
【0051】図8は、遅延検波の場合の補正方法を説明
するものである。変調波のキャリア周波数f c に対し
て、90°の位相差を有するサンプルクロックf sa ,
sb によ ってサンプルすることによって、検波復調が行わ
れるが、BTRの動作に基づいて、サンプリングクロッ
クf sa , sb には、図示のように位相の進み , 遅れが生
じ、これによってサンプルされたデータの位相も変化す
る。
【0052】この際、サンプリングクロックに位相変化
が生じたとき、サンプルデータの位相をこれに対応して
変化させることによって、1つ前のデータと同じ位相に
なるので、遅延検波結果は、常に0となる。
【0053】図9は、遅延検波時の位相変化の補正回路
を示したものであって、図7におけると同じものを同じ
番号で示している。遅延検波時には、ジッタに基づく1
つ前のデータの位相との変化分のみを補正すればよいの
で、積分動作を行うためのU/Dカウンタが不要となる
以外は、その動作は図7の場合と同様である。
【0054】また、ディジタル直交検波復調器におい
て、キャリア周波数f c とベースバンド信号用のマスタ
クロックf m とに周波数差があるために同期していない
ことに基づく、サンプル値の位相ずれに対して、復調信
号に周波数差に対応した補正を加えることによって、正
しい位相を得ることができる。
【0055】変調波f c とベースバンド信号用のマスタ
クロックf m とに周波数差があるために、マスタクロッ
クを分周して得られたクロックf s でサンプルすると、
変調波に対して同じタイミングでサンプリングを行うこ
とができないため、復調信号の位相が徐々に変化する。
【0056】この場合の位相のずれは、n番目のタイミ
ングをt sn =(1/f s )×n(nは自然数)とする
と、サンプル値はそれぞれ 1 =2πf c s1 +φ=2πf c /t s +φ 2 =2πf c s2 +φ=(2πf c /t s )×2+φ n =2πf c sn +φ=(2πf c /t s )×n+φ となる。
【0057】キャリア周波数f c は既知なので、サンプ
ル値S n の位相から(2πf c /t s )×nを減じる補
正を行うことで、正しい復調位相を得ることができる。
これは、回路構成上生じる周波数差を補正するもので、
送受信ローカル発振器の周波数安定度やドップラシフト
による周波数差を補正するものではない。後者の補正
は、例えば図24に示されたAFCが行うことができ
る。
【0058】図10は、周波数差に対する位相補正回路
を示したものであって、図7におけると同じものを同じ
番号で示している。この場合は、カウンタ36によって
周波数差をカウントし、補正データ部37におけるカウ
ント値に対応する補正データによって、タイミング調整
遅延部35が位相補正部30を制御することによって、
復調データに対する位相補正を行って、補正されたデー
タを出力する。
【0059】また、ディジタル直交検波復調器におい
て、キャリア周波数f c とベースバンド信号用のマスタ
クロックf m とに周波数差があるために同期していない
ことに基づく、サンプル値の位相ずれに対して、周波数
差が小さいときは、AFCによって周波数を引き込むこ
とによって、正しい位相の復調信号を得ることができ
る。
【0060】キャリア周波数f c とベースバンド信号用
のマスタクロックf m との周波数差が小さく、特に問題
にならないときは、復調出力信号に基づいて、AFCに
よって、キャリア周波数f c とベースバンド信号用のマ
スタクロックf m との周波数差を引き込ませることがで
きる。
【0061】また、ディジタル直交検波復調器におい
て、キャリア周波数f c とベースバンド信号用のマスタ
クロックf m とに周波数差があるために同期していない
ことに基づく、サンプル値の位相ずれに対して、特に遅
延検波の場合は、1つ前のサンプル値との差に応じた補
正を復調位相に加えることによって、正しい位相の復調
出力を得ることができる。
【0062】遅延検波の場合は、1つ前のデータの位相
との差だけを補正すればよい。周波数差による1つ前の
データの位相との差は、常に、2πf c /f s であって
一定なので、一定の補正値によって補正すればよく、図
7に示されたような積分部は不要である。
【0063】図11は、遅延検波時の周波数差による位
相補正回路を示したものであって、図10におけると同
じものを同じ番号で示している。この場合は、補正デー
タ部37における一定の補正データによって、タイミン
グ調整遅延部35が位相補正部30を制御することによ
って、遅延検波された復調データに対する位相補正を行
って、補正されたデータを出力する。
【0064】また、位相または振幅またはその両方に情
報が含まれる変調方式の信号を復調するディジタル検波
復調器において、変調波周波数f c と、ベースバンド信
号用のマスタクロックf m とが、f m =(f c /4)
(1+2n)*k(kは自然数)の関係になるようにし
て、常に正しい位相を有する復調出力を得ることができ
る。
【0065】変調波のキャリア周波数f c と、ベースバ
ンド信号用のマスタクロックf m とが、f m =(f c
4)(1+2n)*k(kは自然数)の関係にあるとき
は、変調波周波数f c と、マスタクロックf m とが常に
同期しているので、位相補正回路が不要となり、回路構
成が簡単になる。
【0066】
【実施例】図12は、本発明の実施例(1)の要部を示
したものであって、41はアナログディジタル変換器
(A/D)である。前述のように、A/D41は、キャ
リア周波数f c の変調波からなる入力IF信号を、A/
D41において周波数f s でサンプリングして、変調波
の振幅のサンプル値を抽出することによって、復調出
Sを得ることにより、アナログ信号による周波数変換を
必要としないものである。
【0067】図13は、本発明の実施例(2)を示した
ものであって、42,43はアナログディジタル変換器
(A/D)、44はサンプル値を直交復調出力に変換す
る変換器である。
【0068】図1の(b) について作用を説明したよう
に、A/D42,43は、キャリア周波数f c の変調波
からなる入力IF信号を、サンプリングクロックf sa ,
sb によってサンプルして、サンプル値S a, b を発生
し、変換器44は、サンプル値S a, b を変換すること
によって、変調波の直交する2成分I,Qを復調して出
力する。
【0069】図14は、実施例(2)の変形例を示した
ものであって、45はアナログディジタル変換器(A/
D)、46はオア回路(OR)、47,48はフリップ
フロップ(FF)である。
【0070】図14において、A/D45は、キャリア
周波数f c の変調波からなる入力IF信号を、オア回路
46を介して与えられるサンプリングクロックf sa ,
sb によって、時分割的にサンプルしてサンプル値を出力
し、FF47,48は、サンプリングクロックf sa ,
sb に応じて、サンプル値をラッチし、そのサンプル値S
a, b を変調波の直交する2成分I,Qとして出力す
る。
【0071】図14の実施例によれば、1個のアナログ
ディジタル変換器を時分割的に使用してサンプリングを
行うので、回路規模を縮小することができる。
【0072】図15は、実施例(2)の他の変形例を示
したものであって、図14におけると同じものを同じ番
号で示し、65は復調出力からビットタイミングを再生
するビットタイミング再生回路(BTR)、66はリー
ドオンリーメモリ(ROM) である。
【0073】図6および図7を参照して説明したよう
に、変調波をサンプルするサンプリングクロックf sa ,
sb を作成するためのクロックとして、伝送信号のビッ
トタイミングを抽出するためのBTR( ビットタイミン
グ再生回路) からの再生クロックを用い、このBTRか
らの再生クロックのジッタに基づいて、変調波に対する
サンプル点が変動することによる復調信号の位相の変化
を、サンプル点のずれに対応した値を出力する変換器を
設けることによって、正しい位相の直交復調出力I,Q
を得ることができる。なお、復調出力として位相φを出
力するようにすることもできる。
【0074】この場合の変換器としては、サンプル値S
a ,S b と、キャリア周波数f c とBTR65からのサ
ンプリングクロックとの位相ずれとから、補正された復
調データを発生するROM66を用いることができる。
【0075】図16は、本発明の実施例(3)を示した
ものであって、図13および図14におけると同じもの
を同じ番号で示している。
【0076】前述のように、キャリア周波数f c の変調
波からなる入力IF信号に対して、サンプリングクロッ
クf sa , sb の位相が直交度から角度θずれていると
き、A/D45は、入力IF信号を、オア回路46を介
して与えられるサンプリングクロックf sa , sb によっ
て、時分割的にサンプルしてサンプル値を出力し、FF
47,48は、サンプリングクロックf sa , sb に応じ
て、サンプル値をラッチして、サンプル値S a, b を出
力する。変換器44は、サンプル値S a, b から、I=
b ,Q=S a /cosθ−S b tanθという変換を
施すことによって、直交する2成分からなる復調出力
I,Qを得ることができる。
【0077】図17は、本発明の実施例(4)を示した
ものであって、図16におけると同じものを同じ番号で
示している。
【0078】図4を参照して説明したように、キャリア
周波数f c の変調波からなる入力IF信号に対して、サ
ンプリングクロックf sa , sb の時間差Δtが、Δt=
(1/4fc )×(1+4n)(nは自然数)またはΔ
t=(1/4fc )×(3+4n)の関係にあるとき、
A/D45は、入力IF信号を、オア回路46を介して
与えられる、サンプリングクロックf sa , sb によっ
て、時分割的にサンプルしてサンプル値を出力し、FF
47,48は、サンプリングクロックf sa , sb に応じ
て、サンプル値をラッチすることによって、サンプル値
a, b を出力し、変換器44は、サンプル値S a, b
から、I=S b ,Q=S a またはI=−S b ,Q=S a
として出力することによって、直交する2成分からなる
復調出力を得ることができる。
【0079】図18は、本発明の実施例(5)を示した
ものであって、図17におけると同じものを同じ番号で
示し、49はサンプル値を変調波の位相に変換する変換
器である。
【0080】図1(c) を参照して説明したように、A/
D45は、入力IF信号を、オア回路46を介して与え
られ、周期が同じで位相の異なるサンプリングクロック
sa, sb によって、時分割的にサンプルしてサンプル
値を出力し、FF47,48は、サンプリングクロック
sa , sb に応じて、サンプル値をラッチすることによ
って、サンプル値S a, b を出力し、変換器49は、サ
ンプル値S a, b から、φ=arctan{S a /(S
b cosθ)−tanθ}という変換を施すことによっ
て、変調波の位相φを出力する。
【0081】図19は、本発明の実施例(6)を示した
ものであって、図18におけると同じものを同じ番号で
示している。
【0082】前述のように、キャリア周波数f c の変調
波からなる入力IF信号に対して、サンプリングクロッ
クf sa , sb の時間差Δtが、Δt=(1/4fc )×
(1 +4n)(nは自然数)またはΔt=(1/4fc
)×(3+4n)の関係にあるとき、A/D45は、
入力IF信号を、オア回路46を介したサンプリングク
ロックf sa , sb によって、時分割的にサンプルしてサ
ンプル値を出力し、FF47,48は、サンプリングク
ロックf sa , sb に応じて、サンプル値をラッチするこ
とによって、サンプル値S a, b を出力し、変換器49
は、サンプル値S a, b から、φ=arctan(S a
/S b )またはφ=−arctan(S a /S b )とし
て、変調波の位相φを出力する。
【0083】図20は、本発明の実施例(7)を示した
ものであって、図19におけると同じものを同じ番号で
示し、51はリードオンリーメモリ(ROM)、52は
クロック発生器、53はBTR、54はアップダウン
(U/D)カウンタ、55はジッタ位相補正データ部、
56は加算部、57はカウンタ、58は周波数差補正デ
ータ部、59は加算部、60はAFCである。
【0084】図1(a) を参照して説明したように、A/
D45は、周波数f c のIF信号をサンプリングして変
調波の振幅のサンプル値を得る。この時に、オア回路4
6から与えられるサンプリングクロックf sa , sb が時
間的にずれているので、A/D45を共用化し、時分割
で利用する。そして、FF47,48により、サンプリ
ングクロックf sa , sb でサンプリングしたデータを、
それぞれのサンプル値S a, b に分離する。
【0085】前述の図1(c) を参照して説明したよう
に、振幅変化を示すサンプル値S a, b を入力して、R
OM51からなる変換器によって、位相φに変換する。
【0086】また前述のように、サンプリングクロック
sa , sb を、ベースバンド信号用のマスタクロックと
してのBTR53からのタイミング信号を用いる。クロ
ック発生器52は、BTR53にクロックを供給する。
【0087】また、作用として説明したように、BTR
53の動作に基づいて、サンプル点 がずれることによっ
て復調位相が変化するときは、U/Dカウンタ54にお
いて、BTR53におけるジッタによるサンプリングタ
イミングの時間変化を積分し、ジッタ位相補正データ部
55において、この積分結果に基づいて、復調データの
位相補正を行うための補正データを選択し、加算部56
において、選択された補正データをROM51の出力に
加算することによって、ジッタによる位相変化を補正す
る。
【0088】または、作用として説明したように、キャ
リア周波数f c とベースバンド用のマスタクロックに周
波数差があることによるサンプルデータに位相ずれが生
じるときは、カウンタ57によって周波数差を積分し、
周波数差補正データ部58において、この積分結果に基
づいて、復調データの位相補正を行うための補正データ
を選択し、加算部59において、選択された補正データ
をROM51の出力に加算することによって、周波数差
による位相変化を補正する。
【0089】または、図10を参照して説明したよう
に、キャリア周波数f c とベースバンド信号用のマスタ
クロックとの周波数差が小さいときは、AFC60によ
り、この周波数差を引き込むことによって、正しい位相
の復調信号を得る。
【0090】なお、図20の実施例において、ROM5
1から位相φの出力を得る代わりに、直交する2成分
I,Qを出力するようにし、BTR53の進み,遅れに
基づく補正と、周波数差に基づく補正とを、直交する2
成分I,Qに対してそれぞれ行うようにしてもよい。
【0091】図21は、本発明の実施例(8)を示した
ものであって、図20におけると同じものを同じ番号で
示し、61は遅延回路(D)、62は加算部である。
【0092】また、図8および図9を参照して作用を説
明したように、BTRからの再生クロックのジッタに基
づいて、復調信号の位相が変化するとき、遅延検波を用
いる場合には、ジッタに基づく1つ前のデータの位相と
の変化分のみを補正すればよ いので、BTR53におけ
るジッタによるサンプリングタイミングの時間変化を積
分することなく、ジッタ位相補正データ部55に加えて
復調データの位相補正を行うための補正データを選択
し、加算部56において、選択された補正データをRO
M51の出力に加算することによって、ジッタによる位
相変化を補正する。
【0093】また、図11を参照して作用を説明したよ
うに、キャリア周波数f c とベースバンド信号用のマス
タクロックf s とに周波数差があることに基づく、サン
プル値の位相ずれがあるとき、遅延検波の場合は、1つ
前のデータの位相との差だけを補正すればよいが、周波
数差による1つ前のデータの位相との差は、常に、2π
c /f s であって一定なので、一定の補正値によって
補正すればよいので、加算部59において、周波数差補
正データ部58における一定の補正データを加算するこ
とによって、遅延検波された復調データに対する位相補
正を行って、補正されたデータを出力する。ジッタによ
る位相変化の補正を行わないときは、遅延回路61を経
て加算部62において、周波数差補正データを加算し
て、位相補正された出力を発生する。
【0094】なお、図21の実施例において、ROM5
1から位相φの出力を得る代わりに、直交する2成分
I,Qを出力するようにし、BTR53の進み,遅れに
基づく補正と、周波数差に基づく補正とを、直交する2
成分I,Qに対してそれぞれ行うようにしてもよい。
【0095】図22は、本発明の実施例(9)を示した
ものであって、図21におけると同じものを同じ番号で
示している。
【0096】前述の図1(c) を参照して作用を説明した
ように、変調波のキャリア周波数f c と、サンプリング
クロックf sa , sb の位相による時間差Δtを、Δt=
(1/4fc )×(1+4n)(nは自然数)またはΔ
t=(1/4fc )×(3+4n)の関係にして、φ=
arctan(S a /S b )または、φ=−arct
n(S a /S b )としてROM51から、位相変化φを
出力するようにして回路構成を簡単にすることができ
る。
【0097】また、前述の作用として説明したように、
変調波のキャリア周波数f c と、ベースバンド信号用の
マスタクロックf m とが、f m =(f c /4)(1+2
n)*k(kは自然数)の関係にあるときは、変調波周
波数f c と、マスタクロックf m とが常に同期している
ので、位相補正回路が不要となり、回路構成が簡単にな
る。
【0098】なお、図22の実施例において、ROM5
1から位相φの出力を得る代わりに、直交する2成分
I,Qを出力するようにし、BTR53の進み,遅れに
基づく補正を、直交する2成分I,Qに対してそれぞれ
行うようにしてもよい。
【0099】図23は、本発明の実施例(10)を示し
たものであって、図20におけると同じものを同じ番号
で示し、63はサンプル用のクロック発生器、64はク
ロック発生器63のクロックを分周する分周器である。
【0100】前述の作用について説明したように、変調
波をサンプルするサンプリングクロックf sa , sb を作
成するためのクロックを、サンプル用のクロック発生器
63および分周器64を設けて、これから供給するよう
にしたので、サンプリングクロックを任意の周波数に選
定することができる。
【0101】なお、図23の実施例において、ROM5
1から位相φの出力を得る代わりに、直交する2成分
I,Qを出力するようにし、BTR53の進み,遅れに
基づく補正と、周波数差に基づく補正とを、直交する2
成分I,Qに対してそれぞれ行うようにしてもよい。
【0102】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
位相または振幅またはその両方に情報 が含まれる変調方
式の信号を復調するディジタル直交検波復調器におい
て、入力変調波信号を直接サンプルして得られたデータ
に、サンプリングクロックの位相の直交関係からのずれ
角θを基に所要の補正を加えた変換処理により、直交す
る2成分I,Qを出力することができるものであり、デ
ィジタル回路により構成できることによって、小型化を
図ることができるとともに、安定でかつ正確な復調動作
を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理的構成を示す図であって、(a) は
変調波の振幅Sを復調する場合の構成、(b) は変調波の
直交する2成分I,Qを復調する場合の構成、(c) は変
調波の位相φを復調する場合の構成をそれぞれ示してい
る。
【図2】サンプル方式による周波数変換を説明する図で
ある。
【図3】変調波のサンプルタイミングと位相平面とを示
す図である。
【図4】位相平面上における直交振幅と位相の導出を説
明する図である。
【図5】位相関係が異なる場合の位相平面を示す図であ
る。
【図6】ジッタによるサンプル点の位相の変化とその補
正方法とを説明する図である。
【図7】ジッタによる位相変化の補正回路を示す図であ
る。
【図8】遅延検波の場合の補正方法を説明する図であ
る。
【図9】遅延検波時の位相変化の補正回路を示す図であ
る。
【図10】周波数差に対する位相補正回路を示す図であ
る。
【図11】遅延検波時の周波数差による位相補正回路を
示す図である。
【図12】本発明の実施例(1)を示す図である。
【図13】本発明の実施例(2)を示す図である。
【図14】実施例(2)の変形例を示す図である。
【図15】実施例(2)の他の変形例を示す図である。
【図16】本発明の実施例(3)を示す図である。
【図17】本発明の実施例(4)を示す図である。
【図18】本発明の実施例(5)を示す図である。
【図19】本発明の実施例(6)を示す図である。
【図20】本発明の実施例(7)を示す図である。
【図21】本発明の実施例(8)を示す図である。
【図22】本発明の実施例(9)を示す図である。
【図23】本発明の実施例(10)を示す図である。
【図24】従来の検波復調器を例示する図である。
【符号の説明】
1 サンプリング手段 2 サンプリング手段 3 サンプリング手段 4 変換手段 5 変換手段 6 BTR 7 補正手段 8 積分手段 9 補正手段 10 積分手段
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−89651(JP,A) 特開 平1−256253(JP,A) 特開 昭62−178046(JP,A) 特開 昭60−46157(JP,A) 特開 昭63−280547(JP,A) 特開 平5−136837(JP,A) 特開 平5−260107(JP,A) 1992年電子情報通信学会春季大会講演 論文集,分冊2,P.2−343 1992年電子情報通信学会秋季大会講演 論文集,分冊2,P.2−247 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04L 27/00 - 27/38

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周波数fc の搬送波の位相と振幅との何
    れか一方または両方により情報を伝送する変調波を復調
    するディジタル直交検波復調器において、 前記変調波を同一周期で異なる位相のサンプリングクロ
    ックf sa ,f sb によりサンプリングしてサンプル値
    a ,S b を出力するサンプリング手段と、 該サンプリング手段によるサンプル値S a ,S b から前
    記変調波の直交する2成分I,Qを出力する変換手段と
    を備え、 該変換手段は、前記サンプリングクロックf sa ,f sb
    位相の直交関係からのずれ角をθとして、 I=S b Q=S a /cosθ−S b tanθ の変換を行って直交する2成分I,Qを出力する構成を
    備えた ことを特徴とするディジタル直交検波復調器。
  2. 【請求項2】 周波数fc の搬送波の位相と振幅との何
    れか一方または両方により情報を伝送する変調波を復調
    するディジタル直交検波復調器において、 前記変調波を同一周期で異なる位相のサンプリングクロ
    ックf sa ,f sb によりサンプリングしてサンプル値
    a ,S b を出力するサンプリング手段と、 該サンプリング手段によるサンプル値S a ,S b と、前
    記サンプリングクロックf sa ,f sb の位相の直交関係か
    らのずれ角θとにより φ=arctan{S a /(S b cosθ)−tanθ} の変換を行って前記変調波の位相φを求める変換手段と
    を備えたことを特徴とするディジタル直交検波復調器。
  3. 【請求項3】 直交する2成分I,Qを出力する変換手
    段または変調波の位相φを求める変換手段の出力を基に
    クロックを再生して、前記サンプリングクロックf sa
    sb を発生するビットタイミング再生回路と、該ビット
    タイミング再生回路からの再生クロックの位相の進み,
    遅れに応じて前記サンプリング手段または前記変換手段
    の出力位相を補正する補正手段を設けたことを特徴とす
    る請求項1または2記載のディジタル直交検波復調器。
  4. 【請求項4】 前記ビットタイミング再生回路の再生ク
    ロックの位相の進み ,遅れを積分して、前記補正手段に
    おける補正を行わせる積分手段を設けたことを特徴とす
    る請求項3記載のディジタル直交検波復調器。
  5. 【請求項5】 マスタクロックに従って前記サンプリン
    グクロックf sa ,f sb を発生させると共に、前記搬送波
    周波f c と前記マスタクロックの周波数との差に応じ
    て、前記サンプリング手段または前記変換手段の出力の
    位相を補正する補正手段を設けたことを特徴とする請求
    項1乃至4の何れか1項記載のディジタル直交検波復調
    器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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1992年電子情報通信学会春季大会講演論文集,分冊2,P.2−343
1992年電子情報通信学会秋季大会講演論文集,分冊2,P.2−247

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