JP3367275B2 - タイミング抽出回路 - Google Patents
タイミング抽出回路Info
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- JP3367275B2 JP3367275B2 JP13007195A JP13007195A JP3367275B2 JP 3367275 B2 JP3367275 B2 JP 3367275B2 JP 13007195 A JP13007195 A JP 13007195A JP 13007195 A JP13007195 A JP 13007195A JP 3367275 B2 JP3367275 B2 JP 3367275B2
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- Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
- Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＱＰＳＫ蓄積一括復調
器におけるタイミング抽出回路に関するものである。
器におけるタイミング抽出回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、蓄積一括復調器におけるタイミン
グ抽出回路に関しては、ＦＦＴを用いる方法や相関演算
とＤＦＴを用いる方法、あるいは自動等化器を用いる方
法が研究されている。
グ抽出回路に関しては、ＦＦＴを用いる方法や相関演算
とＤＦＴを用いる方法、あるいは自動等化器を用いる方
法が研究されている。
【０００３】図２は従来の最も基本的とされるタイミン
グ抽出回路の動作アルゴリズムを示したものである（文
献、東田、他：”ＰＳＫ信号蓄積一括復調方式における
タイミング抽出とキャリア推定”、電子情報通信学会研
究報告、CS86-169）。以下図２に示される各部の動作に
ついて説明する。メモリから読み出された同相、直交成
分データそれぞれ２L個（Ｌ：ＦＦＴの段数）のサンプ
リングデータは、それぞれ２乗され加算される。これに
データの端での影響を小さくするために窓関数をかけ、
ＦＦＴに入力される。そして、ＦＦＴ出力のパワースペ
クトルからシンボルレート付近でピークを示す周波数ス
ペクトルをタイミング成分として抽出する。
グ抽出回路の動作アルゴリズムを示したものである（文
献、東田、他：”ＰＳＫ信号蓄積一括復調方式における
タイミング抽出とキャリア推定”、電子情報通信学会研
究報告、CS86-169）。以下図２に示される各部の動作に
ついて説明する。メモリから読み出された同相、直交成
分データそれぞれ２L個（Ｌ：ＦＦＴの段数）のサンプ
リングデータは、それぞれ２乗され加算される。これに
データの端での影響を小さくするために窓関数をかけ、
ＦＦＴに入力される。そして、ＦＦＴ出力のパワースペ
クトルからシンボルレート付近でピークを示す周波数ス
ペクトルをタイミング成分として抽出する。
【０００４】次に逆ＦＦＴをかけて時間領域で実部（ｃ
ｏｓ成分）と虚部（ｓｉｎ成分）の波形を得る。虚部を
実部で割ったものに逆正接をかけると、タイミング位相
成分が得られる。このタイミング位相成分がちょうどπ
の所でデータを読めば、シンボルの中央値が読めること
になる。しかし一般にサンプリングはシンボルレートと
非同期であるため、タイミング位相成分がπに最も近い
点のサンプル値がシンボルの中央値として用いられてい
る。
ｏｓ成分）と虚部（ｓｉｎ成分）の波形を得る。虚部を
実部で割ったものに逆正接をかけると、タイミング位相
成分が得られる。このタイミング位相成分がちょうどπ
の所でデータを読めば、シンボルの中央値が読めること
になる。しかし一般にサンプリングはシンボルレートと
非同期であるため、タイミング位相成分がπに最も近い
点のサンプル値がシンボルの中央値として用いられてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来のタイミング抽出法によって得られたシンボル値に
は、サンプリングとシンボルレートが非同期であること
を原因とする誤差が含まれている。その誤差を小さくす
るためにサンプリング周波数を上げるとメモリ量が著し
く上昇し、逆にメモリ量を少なくするためにサンプリン
グ周波数を下げるとシンボル値の誤差が大きくなってし
まうという問題があった。
来のタイミング抽出法によって得られたシンボル値に
は、サンプリングとシンボルレートが非同期であること
を原因とする誤差が含まれている。その誤差を小さくす
るためにサンプリング周波数を上げるとメモリ量が著し
く上昇し、逆にメモリ量を少なくするためにサンプリン
グ周波数を下げるとシンボル値の誤差が大きくなってし
まうという問題があった。
【０００６】また、フレーム長が短く、送信側と受信側
のクロック周波数の偏差による影響があまり問題になら
ない場合においては、ＦＦＴを使用する従来技術では１
シンボル当りの演算量が大きくなり過ぎる。
のクロック周波数の偏差による影響があまり問題になら
ない場合においては、ＦＦＴを使用する従来技術では１
シンボル当りの演算量が大きくなり過ぎる。
【０００７】本発明は、簡単な回路構成で、かつ１シン
ボル当りのサンプル数が少ない場合でも、より正確なシ
ンボル値が得られるタイミング抽出回路を提供すること
を目的とする。
ボル当りのサンプル数が少ない場合でも、より正確なシ
ンボル値が得られるタイミング抽出回路を提供すること
を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に本発明のタイミング抽出回路は、相関器を用いてサン
プリングデータと参照ユニークワードとの相関値を算出
しその相関値からシンボル中央のタイミングを算出し、
さらに数フレームにわたる平均化処理を施して得られた
タイミングに基づき、内挿補間機能を有する波形整形フ
ィルタを用いて、メモリから読み出したサンプリングデ
ータから、シンボル中央の値を補間により算出するもの
である。
に本発明のタイミング抽出回路は、相関器を用いてサン
プリングデータと参照ユニークワードとの相関値を算出
しその相関値からシンボル中央のタイミングを算出し、
さらに数フレームにわたる平均化処理を施して得られた
タイミングに基づき、内挿補間機能を有する波形整形フ
ィルタを用いて、メモリから読み出したサンプリングデ
ータから、シンボル中央の値を補間により算出するもの
である。
【０００９】
【作用】本発明では補間を行っているため、サンプリン
グ周波数がシンボルレートの数倍程度の低い場合におい
ても、シンボル値の誤差は小さい。また、得られたタイ
ミングに平均化処理を施すことにより、ユニークワード
前後のデータの不確定性による影響を小さくしているた
め、ユニークワードが短い場合でも正確なシンボル値を
得ることができる。
グ周波数がシンボルレートの数倍程度の低い場合におい
ても、シンボル値の誤差は小さい。また、得られたタイ
ミングに平均化処理を施すことにより、ユニークワード
前後のデータの不確定性による影響を小さくしているた
め、ユニークワードが短い場合でも正確なシンボル値を
得ることができる。
【００１０】
【実施例】本実施例ではサンプリングレートをシンボル
レートの２倍、１フレームの長さを４０シンボル、ユニ
ークワードの長さを４シンボルとし、以下図面を参照し
ながら説明する。図１において１１はＱＰＳＫ準同期検
波信号を、シンボルレートと非同期にオーバーサンプリ
ングするアナログ・ディジタル変換器、１２はオーバー
サンプリングデータを蓄積するためのメモリ、１３は参
照ユニークワードの複素共役値が格納されたメモリ、１
４は波形整形および内挿補間の機能を備えたディジタル
フィルタ、１５はメモリ１１から読み込まれたデータと
メモリ１３から読み込まれた参照ユニークワード複素共
役値との相関値を算出する相関器、１６は相関器１５か
ら読み込まれた相関値列データからタイミングを算出す
るタイミング算出手段、１７はタイミング算出手段１６
から読み込まれたタイミング信号に対し平均化処理を施
す平均化処理手段である。
レートの２倍、１フレームの長さを４０シンボル、ユニ
ークワードの長さを４シンボルとし、以下図面を参照し
ながら説明する。図１において１１はＱＰＳＫ準同期検
波信号を、シンボルレートと非同期にオーバーサンプリ
ングするアナログ・ディジタル変換器、１２はオーバー
サンプリングデータを蓄積するためのメモリ、１３は参
照ユニークワードの複素共役値が格納されたメモリ、１
４は波形整形および内挿補間の機能を備えたディジタル
フィルタ、１５はメモリ１１から読み込まれたデータと
メモリ１３から読み込まれた参照ユニークワード複素共
役値との相関値を算出する相関器、１６は相関器１５か
ら読み込まれた相関値列データからタイミングを算出す
るタイミング算出手段、１７はタイミング算出手段１６
から読み込まれたタイミング信号に対し平均化処理を施
す平均化処理手段である。
【００１１】図３は本発明に適用される相関器の一実施
例を示すブロック図であり、図３を用いて相関器の動作
を説明する。３１、３２、３３、３４、３５、３６は１
サンプル分だけのデータを遅らせる複素遅延器、３７、
３８、３９、３０は複素乗算器、４１は複素加算器、４
２は入力の絶対値を出力する装置、４３は入力の絶対値
を出力する装置、４４は加算器である。U1 *、U2 *、
U3 *、U4 *はユニークワード４シンボルの複素共役値であ
る。なお、太い矢印は複素データの流れを、細い矢印は
実数データの流れをそれぞれ意味する。本相関器にはメ
モリ１２に蓄積されたデータが順に読み込まれ、複素遅
延器により１サンプルおきに４つのサンプル値が１組と
される。
例を示すブロック図であり、図３を用いて相関器の動作
を説明する。３１、３２、３３、３４、３５、３６は１
サンプル分だけのデータを遅らせる複素遅延器、３７、
３８、３９、３０は複素乗算器、４１は複素加算器、４
２は入力の絶対値を出力する装置、４３は入力の絶対値
を出力する装置、４４は加算器である。U1 *、U2 *、
U3 *、U4 *はユニークワード４シンボルの複素共役値であ
る。なお、太い矢印は複素データの流れを、細い矢印は
実数データの流れをそれぞれ意味する。本相関器にはメ
モリ１２に蓄積されたデータが順に読み込まれ、複素遅
延器により１サンプルおきに４つのサンプル値が１組と
される。
【００１２】この１組のサンプル値とユニークワードの
複素共役値U1 *,U2 *,U3 *,U4 *との複素積の和が複素相関
値として計算される。そして複素相関値の実部および虚
部の絶対値の和が、相関値として出力される。
複素共役値U1 *,U2 *,U3 *,U4 *との複素積の和が複素相関
値として計算される。そして複素相関値の実部および虚
部の絶対値の和が、相関値として出力される。
【００１３】次にタイミング算出手段１６の動作につい
て説明する。相関のピーク値をｒpとし、その近傍の相
関値ｒp-1，ｒp，ｒp+1が相関器より入力される。本実
施例では、サンプル点からシンボル中央点までの時間差
の近似値として、３点(-T,rp -1),(0,rp),(T,rp+1)を通
る放物線の傾きが０になる点が、（数１）を用いて算出
され、出力される。
て説明する。相関のピーク値をｒpとし、その近傍の相
関値ｒp-1，ｒp，ｒp+1が相関器より入力される。本実
施例では、サンプル点からシンボル中央点までの時間差
の近似値として、３点(-T,rp -1),(0,rp),(T,rp+1)を通
る放物線の傾きが０になる点が、（数１）を用いて算出
され、出力される。
【００１４】
【数２】
【００１５】上記Δｔは雑音及びユニークワード前後の
ランダムデータの影響で短期的に変動し、送信側と受信
側のクロック周波数の偏差の影響で長期的に変動する。
Δｔの精度を上げるには、何らかの平均操作を行なえば
よいが、単純な平均操作を行なうことはできない。なぜ
なら、上記クロック周波数偏差の影響により、メモリ上
のユニークワード位置が変動するため、相関ピーク位置
もまた変動し、その際、Δｔの値がサンプリング周期程
度のジャンプを起こすからである。
ランダムデータの影響で短期的に変動し、送信側と受信
側のクロック周波数の偏差の影響で長期的に変動する。
Δｔの精度を上げるには、何らかの平均操作を行なえば
よいが、単純な平均操作を行なうことはできない。なぜ
なら、上記クロック周波数偏差の影響により、メモリ上
のユニークワード位置が変動するため、相関ピーク位置
もまた変動し、その際、Δｔの値がサンプリング周期程
度のジャンプを起こすからである。
【００１６】以上のようなΔｔの変動現象を考慮に入れ
た平均化処理手段のアルゴリズムを図４に示す。以下図
４を参照しながら説明する。
た平均化処理手段のアルゴリズムを図４に示す。以下図
４を参照しながら説明する。
【００１７】まず、平均値を表す変数ａが０、入力され
たデータ数を表すカウンタｎが１に初期化される（Ｓ０
１）。次に変数ｘに、タイミング算出手段から読み込ま
れた推定時間差Δｔが代入される（Ｓ０２）。そして、
ａからｘへ値が増加する方向へジャンプが起こっていな
いかどうかの判定が行われ（Ｓ０３１）、ジャンプが起
こっている場合には、ａに対しサンプリング周期Ｔを減
算（Ｓ０４１）することによる修正が行なわれ、また、
増加方向へのジャンプが起こってない場合には、ａから
ｘへ値が減少する方向へジャンプが起こっていないかど
うかの判定が行われ（Ｓ０３２）、ジャンプが起こって
いる場合には、ａに対しサンプリング周期Ｔを加算（Ｓ
０４２）することによる修正が行われる。なお、αはジ
ャンプ判定のための係数である。
たデータ数を表すカウンタｎが１に初期化される（Ｓ０
１）。次に変数ｘに、タイミング算出手段から読み込ま
れた推定時間差Δｔが代入される（Ｓ０２）。そして、
ａからｘへ値が増加する方向へジャンプが起こっていな
いかどうかの判定が行われ（Ｓ０３１）、ジャンプが起
こっている場合には、ａに対しサンプリング周期Ｔを減
算（Ｓ０４１）することによる修正が行なわれ、また、
増加方向へのジャンプが起こってない場合には、ａから
ｘへ値が減少する方向へジャンプが起こっていないかど
うかの判定が行われ（Ｓ０３２）、ジャンプが起こって
いる場合には、ａに対しサンプリング周期Ｔを加算（Ｓ
０４２）することによる修正が行われる。なお、αはジ
ャンプ判定のための係数である。
【００１８】続いてカウンタｎが平均値算出回数Ｎに達
しているかどうかが判定され（Ｓ０５）、ｎがＮに満た
ない場合には、更新式（１）により、ａの値が今までの
推定時間差の平均値となるように更新され（Ｓ０６）、
そのあとｎが１だけインクリメントされる（Ｓ０７）。
一方ｎがＮに等しい場合には、ランダムデータの影響に
よるａの誤差は十分小さいものと見なし、更新式（２）
により、ａとｘの差分が僅かに加味される形でａの値が
更新される（Ｓ０８）。なお、βは１に比べて十分小さ
い正の係数である。
しているかどうかが判定され（Ｓ０５）、ｎがＮに満た
ない場合には、更新式（１）により、ａの値が今までの
推定時間差の平均値となるように更新され（Ｓ０６）、
そのあとｎが１だけインクリメントされる（Ｓ０７）。
一方ｎがＮに等しい場合には、ランダムデータの影響に
よるａの誤差は十分小さいものと見なし、更新式（２）
により、ａとｘの差分が僅かに加味される形でａの値が
更新される（Ｓ０８）。なお、βは１に比べて十分小さ
い正の係数である。
【００１９】最後にａの値が出力され（Ｓ０９）、入力
部に戻る（Ｓ０２）。ここで更新処理についてまとめる
と、動作開始後Ｎ−１フレーム目まではΔｔの短期的変
動に対応するために、それまでの平均値が出力される
が、Ｎフレーム目以降は（２）の更新、つまりａがΔｔ
の長期的変動に追随するようするための更新がなされて
ゆき、ａの更新後の値が出力されることになる。
部に戻る（Ｓ０２）。ここで更新処理についてまとめる
と、動作開始後Ｎ−１フレーム目まではΔｔの短期的変
動に対応するために、それまでの平均値が出力される
が、Ｎフレーム目以降は（２）の更新、つまりａがΔｔ
の長期的変動に追随するようするための更新がなされて
ゆき、ａの更新後の値が出力されることになる。
【００２０】波形整形及び内挿補間フィルタ１４は、所
望の波形整形を行なうためのインパルス応答波形サンプ
リングデータのテーブルを有し、そのインパルス応答デ
ータとメモリ１２から読み出されたサンプリングデータ
とのコンボリューションを平均化処理手段１７の出力値
に基づく推定シンボル中央点において算出し、これをシ
ンボル値として出力する。
望の波形整形を行なうためのインパルス応答波形サンプ
リングデータのテーブルを有し、そのインパルス応答デ
ータとメモリ１２から読み出されたサンプリングデータ
とのコンボリューションを平均化処理手段１７の出力値
に基づく推定シンボル中央点において算出し、これをシ
ンボル値として出力する。
【００２１】以上のように、上記タイミング算出手段１
６においてはユニークワード近傍の３つの相関値からタ
イミングを算出し、さらに上記平均化処理手段１７によ
り平均化処理を施すことでデータ変動による誤差を取り
除いているので、本実施例のようにユニークワード長が
短く、算出タイミングに対するユニークワード前後のデ
ータ変動による影響が大きい場合でも、シンボル中央点
を正確に推定することができる。
６においてはユニークワード近傍の３つの相関値からタ
イミングを算出し、さらに上記平均化処理手段１７によ
り平均化処理を施すことでデータ変動による誤差を取り
除いているので、本実施例のようにユニークワード長が
短く、算出タイミングに対するユニークワード前後のデ
ータ変動による影響が大きい場合でも、シンボル中央点
を正確に推定することができる。
【００２２】
【発明の効果】以上のように、本発明のタイミング抽出
回路は低いサンプリング周波数でも正確なタイミングを
抽出できる。
回路は低いサンプリング周波数でも正確なタイミングを
抽出できる。
【００２３】また、従来の技術で用いられているＦＦＴ
及び逆ＦＦＴといった膨大な演算量を必要とする手法の
代わりに相関器１５を用いることで、本発明の演算量は
従来技術に比べて極めて小さいものとなっている。
及び逆ＦＦＴといった膨大な演算量を必要とする手法の
代わりに相関器１５を用いることで、本発明の演算量は
従来技術に比べて極めて小さいものとなっている。
【００２４】従って、高速なＱＰＳＫ蓄積一括復調器の
ためのタイミング抽出回路として非常に有用である。ま
た、本発明のタイミング抽出回路は、アナログ・ディジ
タル変換器を除く全てのブロックをディジタル回路で実
現できるので、温度変化などの環境による影響が少ない
ため信頼性が高いことや、ＬＳＩによる小型化が可能で
あるといった特徴がある。
ためのタイミング抽出回路として非常に有用である。ま
た、本発明のタイミング抽出回路は、アナログ・ディジ
タル変換器を除く全てのブロックをディジタル回路で実
現できるので、温度変化などの環境による影響が少ない
ため信頼性が高いことや、ＬＳＩによる小型化が可能で
あるといった特徴がある。
【図１】本発明のタイミング抽出回路の一実施例におけ
るブロック図
るブロック図
【図２】従来の最も基本的なタイミング抽出回路のブロ
ック図
ック図
【図３】本発明に適用される相関器の一実施例を示すブ
ロック図
ロック図
【図４】本発明に適用される平均化処理手段の一実施例
を示す流れ図
を示す流れ図
１１ アナログ・ディジタル変換器
１２、１３ メモリ
１４ 波形整形及び内挿補間フィルタ
１５ 相関器
１６ タイミング算出手段
１７ 平均化処理手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H04L 27/00 - 27/22
Claims (2)
- 【請求項１】ユニークワードを含み１フレームを単位と
するＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）準同
期検波信号を、シンボルレートと非同期にオーバーサン
プリングするアナログ・ディジタル変換器と、 １フレーム毎に上記アナログ・ディジタル変換器から出
力されるオーバーサンプリングデータを蓄積するメモリ
と、 上記メモリに蓄積されたオーバーサンプリングデータ中
のユニークワード近傍のデータ列と参照ユニークワード
との相関値列を算出する相関器と、 前記相関器の出力信号からサンプリング点とシンボル中
央点の推定時間差を（数１）を用いて算出するタイミン
グ算出手段と、 前記メモリに蓄積されたサンプリングデータに対する波
形整形を行うと同時に、前記タイミング算出手段の出力
データに基づいて推定シンボル中央点におけるシンボル
値を算出する波形整形及び内挿補間フィルタを備えたこ
とを特徴とするタイミング抽出回路。【数１】 ただし、ｒ p は相関のピーク値、ｒ p-1 ，ｒ p+1 はその近
傍の相関値とする。 - 【請求項２】前記タイミング算出手段から入力された時
間差信号に対し、過去数フレーム分の時間差の平均値に
基づき、平均化処理を施す平均化処理手段を設け、前記
波形整形及び内挿補間フィルタを、タイミング算出手段
の出力データの代わりに、前記平均化処理手段の出力デ
ータに基づいてシンボル値の算出を行うようにした請求
項１記載のタイミング抽出回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13007195A JP3367275B2 (ja) | 1995-05-29 | 1995-05-29 | タイミング抽出回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13007195A JP3367275B2 (ja) | 1995-05-29 | 1995-05-29 | タイミング抽出回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08331188A JPH08331188A (ja) | 1996-12-13 |
| JP3367275B2 true JP3367275B2 (ja) | 2003-01-14 |
Family
ID=15025309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13007195A Expired - Fee Related JP3367275B2 (ja) | 1995-05-29 | 1995-05-29 | タイミング抽出回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3367275B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3355147B2 (ja) * | 1999-04-22 | 2002-12-09 | 株式会社日立国際電気 | 自動周波数制御方式 |
| JP4520388B2 (ja) * | 2005-08-30 | 2010-08-04 | 日本無線株式会社 | 復調装置および受信システム |
| JP4788327B2 (ja) * | 2005-12-13 | 2011-10-05 | 株式会社ケンウッド | Ｆｓｋ信号検出装置、受信機及びｆｓｋ信号検出方法 |
| JP5202285B2 (ja) * | 2008-12-24 | 2013-06-05 | 三菱電機株式会社 | シンボルクロック検出回路、アナログディジタル識別回路および変調方式識別装置 |
| JP5213046B2 (ja) * | 2009-01-22 | 2013-06-19 | 株式会社ネットコムセック | シンボル同期追従装置及び方法 |
| JP5761748B2 (ja) * | 2011-06-08 | 2015-08-12 | 日本電気航空宇宙システム株式会社 | シンボル同期捕捉システム及びその方法 |
-
1995
- 1995-05-29 JP JP13007195A patent/JP3367275B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08331188A (ja) | 1996-12-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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