JP4060823B2 - Reception system and modulation rate measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、変調信号の変調速度を測定する装置およびそれを利用した受信システムに関する。 The present invention relates to an apparatus for measuring a modulation speed of a modulation signal and a reception system using the apparatus.
ディジタル位相変調を用いた無線システムにおいては、所定の周期でディジタル信号を特定の位相に対応付けたＢＰＳＫ方式、ＱＰＳＫ方式などの変調方式が広く用いられている。ここでディジタル信号と対応付けた特定の位相値はシンボルと称され、そのシンボルが現れる周期の逆数は変調速度あるいはシンボル速度と称される。変調速度は情報伝送速度と送受信性能を考慮して、ディジタル無線システムの設計仕様においてあらかじめ定められているのが一般的である。 In wireless systems using digital phase modulation, modulation systems such as the BPSK system and the QPSK system in which a digital signal is associated with a specific phase at a predetermined period are widely used. Here, the specific phase value associated with the digital signal is called a symbol, and the reciprocal of the period in which the symbol appears is called a modulation rate or a symbol rate. In general, the modulation rate is determined in advance in the design specifications of the digital radio system in consideration of the information transmission rate and transmission / reception performance.
ディジタル無線システムの受信装置においては、変調信号から直交検波信号を生成する直交検波器と、直交検波信号からシンボルを検知することによりデジタル信号を生成するデジタル復調回路が用いられる。このディジタル復調回路では、変調速度と同一周波数のシンボル復調クロック信号が生成され、この信号に基づいた復調処理が行われる。したがって、ディジタル復調回路が動作するためには、復調する変調信号の変調速度があらかじめ与えられており、それに対応するよう設計がなされている必要がある。 In a receiver of a digital radio system, a quadrature detector that generates a quadrature detection signal from a modulation signal and a digital demodulation circuit that generates a digital signal by detecting a symbol from the quadrature detection signal are used. In this digital demodulation circuit, a symbol demodulated clock signal having the same frequency as the modulation rate is generated, and demodulation processing based on this signal is performed. Therefore, in order for the digital demodulation circuit to operate, it is necessary that the modulation speed of the modulation signal to be demodulated is given in advance, and the design is made to cope with it.
対応すべき変調速度が複数種類あるときは、それぞれの変調速度に対応するディジタル復調回路を複数個設けその中から選択する構成としたり、広範囲の変調速度に対応できるディジタル復調回路を設けた構成とする。受信装置には、受信した信号の変調速度を測定する回路が設けられ、この回路によって変調速度を推定することで対応すべき変調速度が認識される。変調速度を測定する手段については、特開平１１−８８４５０号公報に開示されている。 When there are multiple types of modulation speeds that should be supported, a configuration in which a plurality of digital demodulation circuits corresponding to each modulation speed are provided and selected from them, or a digital demodulation circuit that can handle a wide range of modulation speeds is provided. To do. The receiving device is provided with a circuit for measuring the modulation speed of the received signal, and the modulation speed to be supported is recognized by estimating the modulation speed by this circuit. A means for measuring the modulation speed is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-88450.
特開平１１−８８４５０号公報に開示されている変調速度推定手段は、変調信号の包絡線を算出し、所定の閾値と当該包絡線との比較から、シンボルが現れる点、すなわちシンボル点を摘出し変調速度を算出するものである。当該閾値は使用者によって経験的に与えられるパラメータによって定められるため、包絡線の形状によってはシンボル点間隔の摘出に誤差が生じ、測定される変調速度に誤差を生ずるおそれがある。また、単位シンボル周期内での包絡線を緻密にサンプリングしなければならないため、多シンボル周期に亘る変調信号の包絡線の算出はシステム規模の理由から回避する必要があり、長周期的に生ずる包絡線の波形変動によって誤差を生ずる原因となる。このように、包絡線の波形変動によって精度が左右される変調速度推定手段では、推定誤差が生じる確率が高いため、瞬時に変調速度を切り換えなければならない無線通信システムに適用することは困難である。変調速度の推定誤差によって通信状態を確立できなかった場合、通信状態が確立されるまで変調速度の再測定や再送受信を繰り返すこととなるためである。このような無線通信システムとしては、例えば、電磁波の伝搬状況に応じて変調速度を切り換える無線通信システムが考えられる。 The modulation speed estimation means disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-88450 calculates the envelope of the modulation signal, and extracts the point where the symbol appears, that is, the symbol point, from the comparison between the predetermined threshold and the envelope. The modulation speed is calculated. Since the threshold is determined by a parameter empirically given by the user, depending on the shape of the envelope, an error may occur in the extraction of the symbol point interval, which may cause an error in the measured modulation speed. Also, since the envelope within the unit symbol period must be sampled precisely, calculation of the envelope of the modulation signal over multiple symbol periods must be avoided for reasons of system scale. An error is caused by the waveform fluctuation of the line. As described above, the modulation speed estimation means whose accuracy is affected by the fluctuation of the envelope waveform has a high probability that an estimation error will occur. Therefore, it is difficult to apply it to a wireless communication system in which the modulation speed must be switched instantaneously. . This is because, when the communication state cannot be established due to the estimation error of the modulation rate, re-measurement of the modulation rate and retransmission are repeated until the communication state is established. As such a wireless communication system, for example, a wireless communication system that switches the modulation speed in accordance with the propagation state of electromagnetic waves can be considered.
一般に、ディジタル無線システムの受信性能は送信電力を一定とすれば変調速度に左右される。変調速度が速ければ単位時間当たりに伝送することのできる情報量は多くなるが、帯域当たりの電力は低くなり、受信性能の観点からは不利となる。そこで、電波状況に応じて変調速度を選択的に切り換えることで、情報伝送速度と受信性能の最適化を図ることとしたものが当該無線通信システムである。変調速度の切り換えは迅速に行われ、切り換わり後の変調速度においては安定した通信状態が確立されなけらばならない。したがって、このような無線通信システムに適用される変調速度を測定する回路、すなわち変調速度測定回路としては、測定誤差の少ない高精度のものが望まれる。 In general, the reception performance of a digital radio system depends on the modulation rate if the transmission power is constant. If the modulation speed is high, the amount of information that can be transmitted per unit time is large, but the power per band is low, which is disadvantageous from the viewpoint of reception performance. Therefore, the wireless communication system is designed to optimize the information transmission speed and the reception performance by selectively switching the modulation speed according to the radio wave condition. Switching of the modulation speed is performed quickly, and a stable communication state must be established at the modulation speed after switching. Therefore, a circuit that measures the modulation rate applied to such a wireless communication system, that is, a modulation rate measurement circuit is desired to have a high accuracy with little measurement error.
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、変調信号の性質を利用した多シンボル周期に亘る統計的処理に基づいて、迅速かつ確実に変調速度を測定する変調速度測定回路を提供する。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and a modulation rate measuring circuit for measuring a modulation rate quickly and reliably based on statistical processing over a multi-symbol period using the property of a modulation signal. provide.
本発明は、受信した変調信号を復調し出力する受信システムであって、前記変調信号の変調速度の情報を含む信号を生成し出力する変調速度測定手段を備え、前記変調速度測定手段が出力する信号に基づいて前記変調信号の復調を行い、前記変調速度測定手段は、前記変調信号を検波して得られる検波信号から振幅値を摘出するための信号である摘出クロック信号を生成する摘出クロック生成手段と、前記摘出クロック信号に基づいて摘出された振幅値のばらつき度合いを算出し、当該ばらつき度合いが最小になるよう、前記摘出クロック信号の周波数および位相を決定する摘出クロック制御手段とを含み、前記変調速度測定手段は、前記ばらつき度合いが最小となるときの前記摘出クロック信号の周波数の情報を含む信号を出力することを特徴とする。 The present invention is a receiving system for demodulating and outputting a received modulated signal, comprising modulation speed measuring means for generating and outputting a signal including information on the modulation speed of the modulated signal, and the modulation speed measuring means outputs the signal. demodulates the modulated signal based on the signal, the modulation rate measuring means, extraction clock generation for generating excised clock signal is a signal for extracting the amplitude values from the detection signal obtained by detecting the modulated signal Means, calculating a variation degree of the extracted amplitude value based on the extracted clock signal, and extracting clock control means for determining the frequency and phase of the extracted clock signal so that the variation degree is minimized, the modulation rate measuring means to output a signal including the information of the frequency of the extraction clock signal when the degree of variation is minimized And butterflies.
また、本発明に係る受信システムにおいては、前記ばらつき度合いは、前記検波信号の振幅値から標本値を摘出して計算される分散に基づいて定義される構成とすることが好適である。 In the receiving system according to the present invention, it is preferable that the variation degree is defined based on a variance calculated by extracting a sample value from the amplitude value of the detection signal.
また、本発明に係る変調速度測定装置は、変調信号を検波して得られる検波信号の振幅値をクロック信号によって摘出し、当該振幅値のばらつき度合いを算出するばらつき度合い算出回路を備え、前記ばらつき度合いが最小となるときの前記クロック信号の周波数と位相とから、前記変調信号の変調速度を算出し出力することを特徴とする。 The modulation speed measuring apparatus according to the present invention includes a variation degree calculation circuit that extracts an amplitude value of a detection signal obtained by detecting a modulation signal using a clock signal and calculates a variation degree of the amplitude value. The modulation speed of the modulation signal is calculated and output from the frequency and phase of the clock signal when the degree is minimum.
また、本発明は、変調信号を検波することによって得られる検波信号に基づいて、当該変調信号の変調速度の情報を含む信号を生成し出力する変調速度測定装置であって、クロック信号を出力し、その周波数を変化させることが可能である周波数可変クロック生成回路と、前記周波数可変クロック生成回路が出力するクロック信号によって、前記検波信号の振幅値を摘出する振幅値摘出回路と、前記振幅値のばらつき度合いを算出するばらつき度合い算出回路と、前記周波数可変クロック生成回路が出力するクロック信号の周波数制御を行う周波数制御回路と、前記周波数可変クロック生成回路が出力するクロック信号の位相を変化させる位相変化回路と、前記位相変化回路による位相変化量の制御を行う移相量制御回路と、を備え、前記周波数制御回路と前記移相量制御回路は、前記ばらつき度合い算出回路が算出したばらつき度合いが最小となるよう制御動作し、前記変調速度測定装置は、前記ばらつき度合いが最小となるときの前記クロック信号の周波数の情報を含む信号を出力することを特徴とする。 Further, the present invention is based on the detection signal obtained by detecting the modulated signal, a modulation rate measuring device for generating and outputting a signal including information on the modulation rate of the modulation signal, outputs a clock signal and a frequency variable clock generator circuit is capable of changing its frequency by pre Symbol variable frequency clock signal by the clock generating circuit outputs an amplitude value extraction circuit for extracting the amplitude value of the detection signal, the amplitude A variation degree calculation circuit for calculating a variation degree of the value, a frequency control circuit for controlling the frequency of the clock signal output from the frequency variable clock generation circuit, and a phase of the clock signal output from the frequency variable clock generation circuit comprising a phase changing circuit, and a phase shift amount control circuit for controlling the phase shift amount by the phase changing circuit, said circumferential Number control circuit and the phase shift amount control circuit, said variation degree of variation degree calculation circuit is calculated by the control operation to be minimized, the modulation rate measuring apparatus, the clock signal when the degree of variation is minimized A signal including the frequency information is output .
また、本発明に係る変調速度測定装置においては、前記ばらつき度合いが最小となるときの前記位相変化回路による位相変化量である第１のばらつき度合い最小移相量と、前記第１のばらつき度合い最小移相量とは異なる位相変化量であって、前記ばらつき度合いが最小となるときの前記位相変化回路による位相変化量である第２のばらつき度合い最小移相量とから、前記第１のばらつき度合い最小移相量と前記第２のばらつき度合い最小移相量との差であるばらつき度合い最小移相量差を算出する移相量差算出手段を備え、前記移相量差算出手段が出力するばらつき度合い最小移相量差と前記クロック信号の周波数とに基づいて、前記変調信号の変調速度の情報を含む信号を生成し出力する構成とすることが好適である。
Further, the modulation rate measuring apparatus according to the present invention, the a first variation degree minimum phase shift is a phase variation due to the phase change circuit, the first degree of variation when the variation degree is minimum a phase change amount that is different from the minimum phase shift amount, and a second variation degree minimum phase shift is a phase variation due to the phase change circuit when said degree of variation is minimized, the first A phase shift amount difference calculating means for calculating a difference between the minimum variation degree phase shift amount and the second variation degree minimum phase shift amount; It is preferable that a signal including information on the modulation speed of the modulation signal is generated and output based on the difference in minimum phase shift amount difference and the frequency of the clock signal.
また、本発明に係る変調速度測定装置においては、前記ばらつき度合いは、前記検波信号の振幅値から標本値を摘出して計算される分散に基づいて定義される構成とすることが好適である。 In the modulation rate measuring apparatus according to the present invention, it is preferable that the variation degree is defined based on a variance calculated by extracting a sample value from the amplitude value of the detection signal.
本発明によれば、多シンボル周期に亘る統計的処理に基づいて、迅速かつ確実に変調速度を測定する変調速度測定回路を構成することができるため、対応すべき変調速度が複数種類あり、瞬時に変調速度を切り換えなければならない無線通信システムを実現することができる。また、本発明に係る変調速度測定回路を適用し、ランダムに送受信信号の変調速度を変化させることで信号の秘匿性を高めるシステムを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to configure a modulation speed measurement circuit that measures a modulation speed quickly and reliably based on statistical processing over a multi-symbol period. Thus, it is possible to realize a wireless communication system in which the modulation speed must be switched. In addition, a system that enhances the confidentiality of a signal can be realized by applying the modulation rate measuring circuit according to the present invention and changing the modulation rate of a transmission / reception signal at random.
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は電波状況に応じて変調速度を選択するディジタル無線システムの構成を示す図である。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a digital radio system that selects a modulation speed in accordance with radio wave conditions.
送信電力一定の場合、ディジタル無線システムの送受信性能は変調速度に左右される。変調速度が速ければ単位時間当たりに伝送することのできる情報量は多くなるが、受信性能の観点からは不利となる。これは、変調速度が速くなるほど受信信号の占有する周波数帯域幅が大きくなるため、送信電力を一定とすると帯域当たりの電力は低くなり、単位ビット当たりのエネルギー対雑音エネルギー比が低下するためである。そこで、電波状況に応じて変調速度を選択する無線システムの構成が考えられる。 When the transmission power is constant, the transmission / reception performance of the digital wireless system depends on the modulation rate. If the modulation speed is high, the amount of information that can be transmitted per unit time increases, but this is disadvantageous from the viewpoint of reception performance. This is because the higher the modulation speed, the larger the frequency bandwidth occupied by the received signal, so if the transmission power is constant, the power per band will be low, and the energy-to-noise energy ratio per unit bit will decrease. . Therefore, a configuration of a wireless system that selects a modulation speed in accordance with the radio wave condition is conceivable.
例えば、オフィスで用いられる無線ＬＡＮなどにおいては、基地局と移動局との間の情報伝送は変調速度をできるだけ高め、短時間で情報の送受信が行われることが好ましい。しかしながら、基地局と移動局との間の電磁波伝搬環境は、ＯＡ機器の配置の変化、人の往来などによって頻繁に変化し、基地局あるいは移動局で受信される電磁波の強度が低下することが考えられる。また、ＯＡ機器からは干渉電磁波が発せられていることがあり、受信信号の所望波対雑音比を低下させることもある。このような状況においては、変調速度を低下させ情報伝送品質を情報伝送速度よりも優先させた方が、伝送エラーによる繰り返し送受信を避けることができるため、結果的には短時間で情報伝送を完了することができる。また、単位ビット当たりのエネルギー対雑音エネルギー比が高くすることができるので、不本意に通信回線が切断されるという事態を回避することができる。 For example, in a wireless LAN used in an office, for information transmission between a base station and a mobile station, it is preferable to increase the modulation rate as much as possible and to transmit and receive information in a short time. However, the electromagnetic wave propagation environment between the base station and the mobile station frequently changes due to changes in the arrangement of OA devices, traffic of people, etc., and the intensity of electromagnetic waves received at the base station or mobile station may decrease. Conceivable. In addition, an interference electromagnetic wave may be emitted from the OA device, which may reduce the desired wave-to-noise ratio of the received signal. In this situation, lowering the modulation rate and giving higher priority to the information transmission quality than the information transmission rate can avoid repeated transmission and reception due to transmission errors. can do. In addition, since the energy-to-noise energy ratio per unit bit can be increased, it is possible to avoid a situation where the communication line is unintentionally disconnected.
このような無線システムの構成としては、例えば、基地局と移動局との間で変調速度をどのように変化させるかをあらかじめ定めておき、送受信信号に変調速度の変化を予告する信号を付加するものも考えられる。しかしながら、このような構成では送受信信号の有する情報が冗長になり、システムが複雑となるという問題がある。 As a configuration of such a wireless system, for example, it is determined in advance how the modulation rate is changed between the base station and the mobile station, and a signal for notifying the change of the modulation rate is added to the transmission / reception signal. Things are also conceivable. However, in such a configuration, there is a problem that information contained in the transmission / reception signal becomes redundant and the system becomes complicated.
そこで、変調速度は基地局側で独自に決定し、移動局では受信信号に基づいて独自に変調速度を推定し、これに基づいてディジタル復調を行う構成とすることが好ましい。 Therefore, it is preferable that the modulation rate is uniquely determined on the base station side, and the mobile station independently estimates the modulation rate based on the received signal, and performs digital demodulation based on this.
図１に示すシステムはこのような観点から、電磁波の伝搬環境に応じて変調速度を基地局３において適応的に変化させるものである。電磁波の伝搬環境は、基地局３で受信された信号のビット誤り率などによって評価される。以下、システムの詳細な動作について説明する。
From such a viewpoint, the system shown in FIG. 1 adaptively changes the modulation speed in the
基地局３は移動局４からの信号をアンテナ１０で受信し、分波器１２を介して受信部５に入力する。受信部５が備える受信回路１４は、受信信号を直交検波し直交検波信号をディジタル復調回路１６に入力する。ディジタル復調回路１６において復調された信号は、通信品質判定部２２に入力される。通信品質判定部２２は、移動局４から送信された信号を復調した場合のビット誤り率などに基づいて通信品質を決定し、通信品質を表す情報を変調速度決定部２４に入力する。変調速度決定部２４は、通信品質を表す情報に基づいて、移動局４との通信に用いる信号の変調速度を決定する。通信品質が良好であれば変調速度を速くし、通信品質が劣悪であれば変調速度を遅くする。通信品質と変調速度の対応関係は、通信品質変化に対して変調速度を段階的に対応付けて決定させるものでもよいし、受信品質変化に対して変調速度を連続的に対応付けて決定させるものでもよく、あらかじめ使用者によって定められ、変調速度決定部２４に記憶されている。変調速度決定部２４は記憶されている受信品質と変調速度の対応関係に基づいて、通信品質を表す情報に対する変調速度を決定し、その情報を出力する。変調速度決定部２４が出力する変調速度に関する情報は、ディジタル変調回路２０およびディジタル復調回路１６に入力され、ディジタル変調回路２０およびディジタル復調回路１６は、それぞれ与えられた変調速度に従って処理を行う。
The
送信部６に設けられているディジタル変調回路２０には、基地局の信号処理部（図示せず）から入力される送信データが入力され、変調速度決定部２４が決定した変調速度にしたがって送信データを変調し、このようにして生成された変調信号は送信回路１８に入力される。送信回路１８は、分波器１２を介して移動局に向けて信号を送信する。
The
移動局４は基地局３からの信号をアンテナ１０で受信し分波器１２を介して受信部５に入力する。受信部５が備える受信回路１４は、受信信号を直交検波し直交検波信号をディジタル復調回路１６に入力する。ディジタル復調回路１６において復調された信号は、受信品質判定部２６に入力される。受信品質判定部２６は、基地局３から送信された信号を復調した場合のビット誤り率などに基づいて受信品質を判定する。受信品質が良好であると判定された場合は、ディジタル復調回路１６が受信された変調信号に対応した変調速度で復調処理を行っていることは明らかであるが、受信品質が劣悪であると判定された場合は、受信された変調信号に対応した変調速度で復調処理が行われていない可能性がある。本システムではこの状態が、基地局３側で変調速度が変更されたために生じたものとし、判定結果に基づいて変調速度測定回路１を作動させ、受信された変調信号の変調速度をディジタル復調回路１６に認識させる。すなわち、変調速度測定回路１は、受信品質判定部２６から受信品質が一定のレベルを下回ったと判定した旨の情報の入力を受けると、受信された信号の変調速度の測定を行い、変調速度の情報を含む信号を生成し、ディジタル復調回路１６に入力する。ディジタル復調回路１６は、当該変調速度の情報を含む信号に基づいて復調処理を行う。また、この信号はディジタル変調回路２０にも入力され、この信号によって認識される変調速度を以って変調処理を行う。ここで、受信品質判定部２６が出力する、受信品質が一定のレベルを下回ったと判定した旨の情報はパルス電圧など、変調速度測定回路１を作動させる際のトリガ電圧として実現することが好適である。
The mobile station 4 receives the signal from the
ここで、変調速度測定回路１の動作の詳細について説明する前に、当該回路によって変調速度を測定することが可能である変調信号、およびそれを直交検波することで得られる直交検波信号について説明する。
Here, before describing the details of the operation of the modulation
本発明で取り扱う直交検波信号は、Ｉ信号、Ｑ信号と称される２チャンネルの信号をそれぞれ同相成分、直交成分として直交変調する変調信号に供されるものである。ここでは一例としてＱＰＳＫ信号を考える。Ｉ信号の振幅を横軸にとり、Ｑ信号の振幅を縦軸にとった場合、Ｉ、Ｑ信号で定まる座標点が時間と共に描く軌跡、いわゆるコンスタレーションは、図３のように必ず特定のＩ−Ｑ座標上でのシンボル点を通過する。なお、コンスタレーションは、変調信号の搬送波による位相変化を止めて考えたときの、当該変調信号の複素ベクトルの描く軌跡をも意味する。ここで各シンボル点に対してデジタル信号（０、０）、（０、１）、（１、０）、（１、１）を図３のように対応付けることとすれば、コンスタレーション上の軌跡がシンボル点を通過すると共にシンボル点に対応したディジタル信号が生成されることとなる。 The quadrature detection signal handled in the present invention is provided to a modulation signal that quadrature-modulates two-channel signals called I signal and Q signal as an in-phase component and a quadrature component, respectively. Here, a QPSK signal is considered as an example. When the amplitude of the I signal is taken on the horizontal axis and the amplitude of the Q signal is taken on the vertical axis, the trajectory drawn by the coordinate points determined by the I and Q signals with time, the so-called constellation, is always a specific I− It passes through the symbol point on the Q coordinate. Note that the constellation also means a locus drawn by a complex vector of the modulation signal when the phase change due to the carrier wave of the modulation signal is stopped. Here, if the digital signals (0, 0), (0, 1), (1, 0), (1, 1) are associated with each symbol point as shown in FIG. Passes through the symbol point and a digital signal corresponding to the symbol point is generated.
図４はランダムなデータを変調した場合における、コンスタレーションの複素ベクトル絶対値の時間波形を示したものである。複素ベクトルの絶対値はＩ信号の自乗とＱ信号の自乗の和の平方根として求められる。図４よりシンボル周期毎に振幅が一定となるシンボル点が現れ、データ変化区間では大きく振幅が変動していることがわかる。ここで、データ変化区間が短いほど、コンスタレーション上におけるシンボル点での滞留時間が長くなり、振幅の度数分布はシンボル点に対応する振幅の頻度が最も高くなることとなる。 FIG. 4 shows the time waveform of the constellation complex vector absolute value when random data is modulated. The absolute value of the complex vector is obtained as the square root of the sum of the square of the I signal and the square of the Q signal. As can be seen from FIG. 4, symbol points with constant amplitude appear for each symbol period, and the amplitude varies greatly in the data change section. Here, the shorter the data change interval, the longer the dwell time at the symbol point on the constellation, and the frequency distribution of amplitude has the highest frequency of amplitude corresponding to the symbol point.
このように、一定の振幅値となるシンボル点がシンボル点間隔を以って現れ、シンボル点以外の点では振幅が変動するのは、この直交検波信号が周波数帯域制限を受けたものであることによる。ここで周波数帯域制限には、フィルタ等を用いて無線システムの周波数資源有効利用や信号間干渉を防止するもののみならず、回路の周波数特性によって必然的に受けるものも含まれる。 In this way, symbol points having a constant amplitude value appear with a symbol point interval, and the amplitude fluctuates at points other than the symbol points because this quadrature detection signal is subjected to frequency band restriction. by. Here, the frequency band limitation includes not only the use of a filter or the like to prevent the effective use of frequency resources of the wireless system and the interference between signals, but also the one that inevitably receives the frequency characteristics of the circuit.
周波数帯域制限を受けていないＱＰＳＫ信号の場合、コンスタレーションは図３の特定シンボル点にのみ存在可能な点となり、コンスタレーション上のシンボル点を結ぶ軌跡は理論的には現れない。また、Ｉ、Ｑ信号の時間波形はデータ変化点において急峻に振幅が変化し、データ変化点間では一定の振幅となる矩形波となるため、シンボル点に代えてシンボル区間が定義される。しかしながら、上述のようにＩ，Ｑ信号は回路の周波数特性によって必然的に周波数帯域制限を受けることとなるので、現実にはシンボル区間ではなくシンボル点が現れると考えてよい。 In the case of a QPSK signal that is not subject to frequency band restrictions, the constellation is a point that can exist only at the specific symbol point in FIG. 3, and the locus that connects the symbol points on the constellation does not appear theoretically. In addition, since the time waveforms of the I and Q signals change abruptly at the data change point and become a rectangular wave having a constant amplitude between the data change points, a symbol interval is defined instead of the symbol point. However, as described above, the I and Q signals are inevitably limited by the frequency band depending on the frequency characteristics of the circuit, so that it may be considered that a symbol point appears instead of a symbol interval in reality.
本発明に係る変調速度測定回路１は、帯域制限を受けたＱＰＳＫ信号のように、所定の間隔でシンボル点が現れ、その点における振幅は一定であるが、シンボル点から外れた点における振幅は時間に対して常に変動するような検波信号の性質を利用するものである。
In the modulation
具体的には、ある周波数および位相のクロック信号で検波信号の振幅をサンプリングし、サンプリング値が変動しないようなクロック信号の周波数および位相を統計的な処理によって見いだすことで、変調速度と同一の周波数を有するクロック信号を生成し、このクロック信号の周波数から変調速度を知ることができる。また、サンプリング値が変動しないようなクロック信号の位相は周期的に現れ、その周期間隔とクロック信号の周波数とから変調速度を知ることもできる。 Specifically, the amplitude of the detection signal is sampled with a clock signal of a certain frequency and phase, and the frequency and phase of the clock signal that does not fluctuate the sampling value are found by statistical processing. And a modulation speed can be known from the frequency of the clock signal. In addition, the phase of the clock signal in which the sampling value does not fluctuate periodically appears, and the modulation speed can be known from the cycle interval and the frequency of the clock signal.
なお、このような性質を有する信号は、ＱＰＳＫ信号に限られず、ＢＰＳＫ信号、８ＰＳＫ信号なども考えられる。 The signal having such a property is not limited to the QPSK signal, and a BPSK signal, an 8PSK signal, and the like are also conceivable.
次に、図２に示す変調速度測定回路１の動作について説明する。この回路は、変調信号を直交検波して得られる直交検波信号に基づいて、変調速度と同一周波数（速度）のクロック信号を出力するものである。この回路の動作は外部からのトリガ電圧の入力によって開始する。ただし、これは動作開始のタイミングを得るための構成の一例であり、他にも様々なものが考えられる。図２に示すディジタル無線システム２では、このトリガ電圧は受信品質判定部２６から出力される。なおシステムに使用される変調速度はｆ1、ｆ2、・・・・ｆmのように離散的な値が仕様に定められているものとし、以下、ｆ1、ｆ2、・・・・ｆmを仕様変調速度と称する。
Next, the operation of the modulation
周波数可変クロック信号発生回路３８は、出力信号の周波数を外部回路の制御によって変化させることができる。図２の構成で周波数可変クロック信号発生回路３８は、クロック信号制御部３６の制御に基づいた周波数のクロック信号を出力する。周波数可変クロック信号の出力は、可変位相回路４０によって位相変化を受けた後、サンプルホールド回路３０に入力される。
The frequency variable clock
サンプルホールド回路３０は、入力されたＩ、Ｑ信号のサンプリングを外部から供給されたシンボル復調クロック信号を用いて行い、当該クロック信号の周波数でＩ、Ｑ信号のサンプリング値を出力する。
The
振幅算出回路３２は、サンプルホールド回路３０が出力した、サンプリングされたＩ、Ｑ信号の振幅を算出する。すなわち、振幅をＡiとすれば、Ａi＝（Ｉi 2＋Ｑi 2）1/2として振幅を求める。振幅算出回路４０が算出した振幅Ａiは分散算出回路３４に入力される。
The
分散算出回路３４は、シンボル復調クロック信号の周波数で逐次入力される振幅（Ａ1、Ａ2、Ａ3・・・・・Ａn）の分散σ2を算出する。分散はσ2＝Σ（Ａi−ΣＡi／ｎ）2／ｎ＝ΣＡi 2／ｎ−（ΣＡi）2／ｎ2として求まり、振幅値Ａiが１つ入力される毎に標本としてＡiを新たに加え、それに対する分散を求める。このように分散は次々と更新されていくが、標本の数が上限に達した場合には、新たに入力される標本と最も先に入力された標本が入れ替えられた上で分散が算出される。分散算出回路３４は、図５に示すような乗算器４２、合算器４４、除算器４６、加算器４８を具備する回路で構成することが好適である。
The
また、振幅算出回路３２と分散算出回路３４を一まとめにし、図６に示す振幅および分散算出回路７を構成することができる。振幅および分散算出回路７は、乗算器４２、合算器４４、除算器４６、加算器４８、開平器５０を具備する回路で構成することができる。
In addition, the
分散算出回路３４が算出した分散は、クロック信号制御部３６に入力される。クロック信号制御部３６は、上記分散が最小となるよう、クロック信号の周波数と位相を制御する。
The variance calculated by the
具体的には、まず、仕様変調速度のうち、最速のものである周波数ｆ1のクロック信号を出力するよう、周波数可変クロック信号発生回路３８を制御する。クロック信号制御部３６は、分散算出回路３４が算出した分散が最小となるように、可変位相回路４０の移相量を制御する。例えば、ある移相量を以って可変位相回路４０を動作させたときの分散と、先の移相量とは異なる移相量を以って可変位相回路４０を動作させたときの分散とを比較し、その比較値に基づいて移相量を増減する制御などが考えられる。移相量を増加させたときに分散が増加するようであれば、移相量を減少させ、移相量を減少させたときに分散が増加するようであれば、移相量を増加させる。
Specifically, first, the frequency variable clock
この処理によって分散が最小となる移相量が見いだされない場合、変調信号の変調速度はｆ1ではない。そこで、周波数可変クロック信号発生回路３８が出力するクロック信号の周波数をｆ2、ｆ3、・・・、ｆmと順次切り換えていき、上述の処理によって分散が最小となる移相量が見いだされるクロック信号の周波数ｆiを見いだす。このｆiが、測定された変調信号の変調速度である。
When the phase shift amount that minimizes the dispersion is not found by this process, the modulation speed of the modulation signal is not f 1 . Therefore, the frequency of the clock signal output from the frequency variable clock
分散が最小となる状態での周波数可変クロック信号発生回路３８が出力するクロック信号の周波数の値は、クロック信号制御部３６からディジタル復調回路１６に入力され、ディジタル復調回路１６は変調速度がｆiであることを認識し、変調信号の復調処理を行う。
Frequency value of the clock signal frequency-variable clock
分散が最小となった状態は、クロック信号によるサンプル点とシンボル点間隔とが合致した状態であり、クロック信号周波数はシンボル速度すなわち変調速度に一致することは、上述の変調信号の性質を考えれば明らかである。 The state in which the variance is minimized is a state in which the sampling point by the clock signal and the symbol point interval coincide with each other, and the clock signal frequency matches the symbol rate, that is, the modulation rate, considering the above-described characteristics of the modulation signal. it is obvious.
ここで、注意せねばならないことは、仕様変調速度にはｆ1＞ｆ2＞・・・・＞ｆmの関係がなければならない点である。すなわち、周波数切り換えは周波数の高いものから順に行わなければならない。それは、ｆiのｐ倍の変調速度（ｐは１を除く自然数）であるにもかかわらず、変調速度がｆiであると測定されるおそれがあるためである。例えば、ｆ1＝２ｆ2の関係があり、変調信号の変調速度がｆ1である場合、ｆ1よりも先にｆ2を以って分散が最小となる状態を見いだしたときは、測定されるべき変調速度はｆ1であるにもかかわらずｆ2であると測定されてしまうわけである。 Here, it must be noted that, in the specification modulation speed is a point there must be a relationship of f 1> f 2>····> f m. That is, frequency switching must be performed in order from the highest frequency. This is because the modulation speed may be measured as f i even though the modulation speed is p times f i (p is a natural number excluding 1). For example, if there is a relationship of f 1 = 2f 2 and the modulation speed of the modulation signal is f 1, it is measured when a state in which the variance is minimized with f 2 before f 1 is measured. The modulation speed to be measured is measured as f 2 even though it is f 1 .
図２に示す実施形態では、分散が最小となる状態が確実に見いだされれば、変調速度のｐ分の１の周波数が誤って測定されるようなことはない。しかしながら、雑音などにより分散が最小となる状態が看過されることは十分に考えられる。また、このように、仕様変調速度を逐次選択して変化させていくアルゴリズムは制御が複雑になるという問題もある。 In the embodiment shown in FIG. 2, if a state where the dispersion is minimized is surely found, the frequency of 1 / p of the modulation speed is not erroneously measured. However, it is fully conceivable that the state where the variance is minimized due to noise or the like is overlooked. In addition, as described above, there is a problem that the algorithm in which the specification modulation rate is sequentially selected and changed is complicated to control.
このような問題点を解決する構成としたものが、図７に示すクロック信号の周波数と移相量とから変調速度を算出して出力する変調速度測定回路１である。この構成では、仕様変調速度のうち、速度の速いものから順に処理していく必要はなく、測定されるべき変調速度のｐ分の１の周波数が誤って測定されるというような問題は生じない。以下に、その動作について説明する。
A configuration that solves such a problem is the modulation
この回路の動作も図２に示す回路と同様、外部からのトリガ電圧の入力によって開始する。ただし、これは動作開始のタイミングを得るための構成の一例であり、他にも様々なものが考えられる。図１に示すディジタル無線システム２では、このトリガ電圧は受信品質判定部２６から出力される。まず、仕様変調速度のうち１つ、例えば周波数ｆjのクロック信号を出力するよう、周波数可変クロック信号発生回路３８を制御する。クロック信号制御部３６は、分散算出回路３４が算出した分散ができる限り小さくなるように、可変位相回路４０の移相量を制御する。この制御処理については図２の構成の場合と同様である。この処理によって分散が最小となる移相量が見いだされない場合、変調信号の変調速度はｆjではない。そこで、クロック信号制御部３６は、クロック信号の周波数を仕様変調速度のうちｆj以外のものに切り換え、同様の処理によって分散が最小となる移相量を見いだす。このようにして分散が最小となる状態が見いだされたときのクロック信号の周波数をｆk、移相量をφ1とする。このφ1は移相量記憶部５２に記憶される。
Similarly to the circuit shown in FIG. 2, the operation of this circuit is started by the input of an external trigger voltage. However, this is an example of a configuration for obtaining the operation start timing, and various other configurations are conceivable. In the
次に、クロック信号制御部３６は、クロック信号の信号周波数をｆkに固定した状態で、φ1とは異なる移相量であって分散が最小となる移相量φ2を見いだす。φ2は移相量記憶部５２に記憶される。
Next, the clock
ここで、クロック信号をｆkに固定した場合に、分散が最小となるような移相量が複数見いだされるのは、図４に示すように、シンボル同期点が周期的に現れることによる。移相量を変化させていくと、クロック信号によるサンプル点とシンボル同期点はシンボル周期毎に合致する。クロック信号によるサンプル点とシンボル同期点が合致する点は、分散が最小となる点であることは上述の変調信号の性質から明らかである。すなわち、クロック周波数固定という条件の下で移相量を変化させていけば、分散もまた図８に示すように最小点が周期的に現れることとなる。 Here, when the clock signal is fixed at f k , a plurality of phase shift amounts with minimum dispersion are found because symbol synchronization points appear periodically as shown in FIG. When the amount of phase shift is changed, the sample point by the clock signal and the symbol synchronization point coincide with each symbol period. It is clear from the above-mentioned property of the modulation signal that the point where the sampling point by the clock signal matches the symbol synchronization point is the point where the dispersion is minimized. That is, if the amount of phase shift is changed under the condition that the clock frequency is fixed, the minimum point of dispersion also appears periodically as shown in FIG.
図８における分散最小点の周期Δφは、変調信号のシンボル周期を位相で表したものである。したがって、Δφの逆数にクロック周波数ｆkを乗ずることによってこれを周波数に換算すれば、シンボル速度すなわち変調速度が求まる。具体的には、変調速度算出部５４が移相量記憶部５２からφ1およびφ2を、クロック信号制御部３６からクロック周波数ｆkを読み込み、Δφ＝｜φ2−φ1｜、ｆS＝２πｆk／Δφとして変調速度ｆSを算出し出力する。このようにして算出された変調速度ｆSの値はディジタル復調回路１６に入力され、ディジタル復調回路１６はこれによって変調速度がｆSであることを認識し、変調信号の復調処理を行う。
The period Δφ at the minimum dispersion point in FIG. 8 represents the symbol period of the modulation signal in terms of phase. Therefore, if this is converted into a frequency by multiplying the reciprocal of Δφ by the clock frequency f k , the symbol rate, that is, the modulation rate can be obtained. Specifically, the modulation
本発明に係る変調速度測定回路１を構成する各回路は、デジタル回路で構成することができる。ディジタル回路は入力されたディジタル信号を、それによって表された２進数に対する演算処理を施した上でディジタル信号として出力するものであり、演算処理は２進数の加算、減算、桁のシフト等に帰着される。２進数の演算処理は、各計算ステップ毎にスイッチング回路を対応付けて構成することも理論的には可能であるが、回路規模が大きくなり処理時間が長くなるため、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって構成することが好適である。ＤＳＰはあらかじめ作成されたプログラムによって動作する、基本的な演算処理を行う回路を備えたものである。乗算器４２と加減算器で構成される高速な積和演算器を有しており、各種の命令を原則として１命令１ステップで実行できるように構成されている。ＤＳＰを動作させるためにはプログラムが必要であり、各回路の動作に応じたプログラムは周知の技術によって作成される。
Each circuit constituting the modulation
以上では、本発明に係る変調速度測定回路１を、電波状況に応じて変調速度を選択するディジタル無線システムに適用した場合について説明した。他の適用例として、ランダムに送受信信号の変調速度を変化させることで信号の秘匿性を高めたディジタル無線システムがあり、その構成を図９に示す。変調速度変更パターン発生部２８は、送受信に用いられる信号の変調速度をどのように変更するかを表すパターン信号を出力する。変調速度決定部２４においては、パターン信号の振幅レベルと変調速度とを対応させておき、パターン信号の振幅変化に応じて変調速度を決定し、変調速度の情報を含む情報を出力する。パターン信号はシステムの秘匿性をどの程度にするかに応じて、振幅、周期などに不規則性を持たせて生成される。
The case where the modulation
移動局４の受信部５には変調速度測定回路１が設けられており、ディジタル復調回路１６は、変調速度測定回路１が測定した変調速度を以って復調処理を行うため、基地局３側でランダムに変調速度が変更された場合であっても信号を受信し復調することが可能となる。一方、変調速度測定回路１を備えていない受信装置は、図９に示すディジタル無線システム２で用いられる送受信信号を完全に受信することができないため、秘匿性の高い無線システムが得られる。
The
また、以上では、本発明に係る変調速度測定回路１が無線通信システムに適用されるものとして説明したが、より一般的に、変調速度を測定するための装置として利用できることは明らかである。
In the above description, the modulation
１ 変調速度測定回路、２ ディジタル無線システム、３ 基地局、４ 移動局、５ 受信部、６ 送信部、７ 振幅および分散算出回路、１０ アンテナ、１２ 分波器、１４ 受信回路、１６ ディジタル復調回路、１８ 送信回路、２０ ディジタル変調回路、２２ 通信品質判定部、２４ 変調速度決定部、２６ 受信品質判定部、２８ 変調速度変更パターン発生部、３０ サンプルホールド回路、３２ 振幅算出回路、３４ 分散算出回路、３６ クロック信号制御部、３８ 周波数可変クロック信号発生回路、４０ 可変位相回路、４２ 乗算器、４４ 合算器、４６ 除算器、４８ 加算器、５０ 開平器、５２ 移相量記憶部、５４ 変調速度算出部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記変調信号の変調速度の情報を含む信号を生成し出力する変調速度測定手段を備え、
前記変調速度測定手段が出力する信号に基づいて前記変調信号の復調を行い、
前記変調速度測定手段は、
前記変調信号を検波して得られる検波信号から振幅値を摘出するための信号である摘出クロック信号を生成する摘出クロック生成手段と、
前記摘出クロック信号に基づいて摘出された振幅値のばらつき度合いを算出し、当該ばらつき度合いが最小になるよう、前記摘出クロック信号の周波数および位相を決定する摘出クロック制御手段と、
を含み、
前記変調速度測定手段は、前記ばらつき度合いが最小となるときの前記摘出クロック信号の周波数の情報を含む信号を出力することを特徴とする受信システム。 A receiving system for demodulating and outputting a received modulated signal,
Modulation rate measuring means for generating and outputting a signal including information on the modulation rate of the modulation signal;
Based on the signal output by the modulation speed measuring means, the modulation signal is demodulated,
The modulation speed measuring means includes
And extraction clock generating means for generating an extraction clock signal is a signal for extracting the amplitude values from the detection signal obtained by detecting the pre-Symbol modulated signal,
An extraction clock control means for calculating a variation degree of the extracted amplitude value based on the extraction clock signal and determining a frequency and a phase of the extraction clock signal so that the variation degree is minimized ;
It includes,
The receiving system according to claim 1, wherein the modulation speed measuring means outputs a signal including information on the frequency of the extracted clock signal when the degree of variation is minimized .
前記ばらつき度合いは、前記検波信号の振幅値から標本値を摘出して計算される分散に基づいて定義されることを特徴とする受信システム。 The receiving system according to claim 1 ,
The degree of variation is defined based on a variance calculated by extracting a sample value from an amplitude value of the detection signal.
前記ばらつき度合いが最小となるときの前記クロック信号の周波数と位相とから、前記変調信号の変調速度を算出し出力することを特徴とする変調速度測定装置。 A variation degree calculation circuit that extracts the amplitude value of the detection signal obtained by detecting the modulation signal by the clock signal and calculates the variation degree of the amplitude value,
A modulation speed measuring apparatus that calculates and outputs the modulation speed of the modulation signal from the frequency and phase of the clock signal when the degree of variation is minimized.
クロック信号を出力し、その周波数を変化させることが可能である周波数可変クロック生成回路と、
前記周波数可変クロック生成回路が出力するクロック信号によって、前記検波信号の振幅値を摘出する振幅値摘出回路と、
前記振幅値のばらつき度合いを算出するばらつき度合い算出回路と、
前記周波数可変クロック生成回路が出力するクロック信号の周波数制御を行う周波数制御回路と、
前記周波数可変クロック生成回路が出力するクロック信号の位相を変化させる位相変化回路と、
前記位相変化回路による位相変化量の制御を行う移相量制御回路と、
を備え、
前記周波数制御回路と前記移相量制御回路は、前記ばらつき度合い算出回路が算出したばらつき度合いが最小となるよう制御動作し、
前記変調速度測定装置は、前記ばらつき度合いが最小となるときの前記クロック信号の周波数の情報を含む信号を出力することを特徴とする変調速度測定装置。 A modulation speed measuring device that generates and outputs a signal including information on the modulation speed of the modulation signal based on the detection signal obtained by detecting the modulation signal,
Outputs clock signals, a frequency variable clock generator circuit is capable of changing its frequency,
By a clock signal output by the pre-Symbol frequency variable clock generating circuit, and the amplitude value extraction circuit for extracting the amplitude value of the detection signal,
A variation degree calculation circuit for calculating a variation degree of the amplitude value;
A frequency control circuit that performs frequency control of a clock signal output from the frequency variable clock generation circuit;
A phase change circuit for changing a phase of a clock signal output from the frequency variable clock generation circuit;
A phase shift amount control circuit for controlling a phase change amount by the phase change circuit ;
With
The frequency control circuit and the phase shift amount control circuit perform control operations so that the variation degree calculated by the variation degree calculation circuit is minimized,
The modulation speed measuring apparatus outputs a signal including information on the frequency of the clock signal when the degree of variation is minimized.
前記ばらつき度合いが最小となるときの前記位相変化回路による位相変化量である第１のばらつき度合い最小移相量と、前記第１のばらつき度合い最小移相量とは異なる位相変化量であって、前記ばらつき度合いが最小となるときの前記位相変化回路による位相変化量である第２のばらつき度合い最小移相量とから、前記第１のばらつき度合い最小移相量と前記第２のばらつき度合い最小移相量との差であるばらつき度合い最小移相量差を算出する移相量差算出手段を備え、
前記移相量差算出手段が出力するばらつき度合い最小移相量差と前記クロック信号の周波数とに基づいて、前記変調信号の変調速度の情報を含む信号を生成し出力することを特徴とする変調速度測定装置。 The modulation speed measuring device according to claim 4 ,
A phase change amount which is different from the first degree of variation minimum phase shift is a phase change amount, and the first degree of variation minimum amount of phase shift by the phase shift circuit when said degree of variation is minimized , from said second variation degree minimum phase shift is a phase variation due to the phase change circuit, the second degree of variation between the first degree of variation minimum amount of phase shift when the degree of variation is minimized A phase shift amount difference calculating means for calculating a variation degree minimum phase shift amount difference that is a difference from the minimum phase shift amount is provided.
Modulation characterized by generating and outputting a signal including information on a modulation speed of the modulation signal based on a variation degree minimum phase shift amount difference output from the phase shift amount difference calculating means and a frequency of the clock signal. Speed measuring device.
前記ばらつき度合いは、前記検波信号の振幅値から標本値を摘出して計算される分散に基づいて定義されることを特徴とする変調速度測定装置。 The modulation speed measuring device according to any one of claims 3 to 5 ,
The degree of variation is defined based on a variance calculated by extracting a sample value from an amplitude value of the detection signal.
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