JP5631220B2 - シンボル推定回路及び復調回路 - Google Patents
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Description
また、通信環境の変化に応じて最適な通信システムの自動選択や、変調型式を動的に最適化する環境適応通信や、伝送路状況に応じてより高い伝送品質やスループットを実現する適応変復調機などのシステム、あるいは、到来する電波を監視するシステムなどが開発されている。
ただし、変調型式識別回路が受信信号の変調型式を推定するに際して、受信信号の中心周波数や、シンボル速度などの諸元は事前に知っておく必要があり、中心周波数やシンボル速度などの諸元が分からなければ、受信信号の変調型式を推定することができず、受信信号を復調することができない。
以下の特許文献1,2にも、受信信号の変調型式を推定する技術が開示されているが、中心周波数などの諸元が既知であることを前提するものである。
また、この発明は、シンボル推定回路により推定されたシンボル速度を用いて、変調型式が未知の受信信号を復調することができる復調回路を得ることを目的とする。
図1はこの発明の実施の形態1によるシンボル推定回路を実装している復調回路を示す構成図である。
図1において、シンボル推定回路1は未知のシンボル速度で変調された受信信号を復調するに際して、そのシンボル速度を推定する装置である。
シンボル粗推定器2は未知のシンボル速度で変調された受信信号から直交検波されたIQ信号を入力し、そのIQ信号に重畳されているノイズ(ガウス雑音)を除去する帯域制限フィルタ2aを実装している。
シンボル粗推定器2は帯域制限フィルタ2aによるノイズ除去後のIQ信号を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号の中でピーク電力が得られる周波数値を特定するとともに、その周波数値からシンボル速度を粗推定する処理を実施する。
復調器4はシンボル推定回路1のシンボル精推定器3により周波数偏差が加算されたシンボル速度を用いて、上記受信信号の復調処理を行う。
図2において、シンボル情報検出器10はIQ信号の非線形処理とFFT(高速フーリエ変換)処理を実施することで、周波数領域の信号の中でピーク電力MAX(PAVE1(ω))が得られる周波数値ωPT1を特定する処理を実施する。なお、シンボル情報検出器10は第1のシンボル情報検出器を構成している。
シンボル情報検出器30はIQ信号の周波数変動の検出処理、非線形処理及びFFT処理を実施することで、周波数領域の信号の中でピーク電力MAX(PAVE3(ω))が得られる周波数値ωPT3を特定する処理を実施する。なお、シンボル情報検出器30は第3のシンボル情報検出器を構成している。
非線形部12はLPF部11によるフィルタリング処理後のIQ信号S’R(n)に対する非線形処理(2乗処理)を実施し、非線形処理後のIQ信号f(n)を出力する。
FFT時間領域平均部14はFFT部13による複数個のFFT結果F(ω)に対して、複数回の時間加算処理を行うことで、0〜1023の周波数値ωの範囲で、周波数領域信号の電力PAVE1(ω)を算出する。
ラグランジェ補間部16はピーク電力検出部15から出力されたシンボル周波数ωPAVE1に対する補間処理(例えば、ラグランジェ2次補間処理)を実施し、補間処理後のシンボル周波数ωPT1及びピーク電力MAX(PAVE1(ω))を周波数値選択部40に出力する。
周波数回転部22は周波数偏差検出部21により推定された中心周波数Δfc分だけ、IQ信号SR(n)の周波数を回転させる処理を実施する。
ゼロクロス検出部24はLPF部23によるフィルタリング処理後のIQ信号S’ROT(n)と1シンボル前のIQ信号S’ROT(n−1)との間のゼロクロス点の検出処理を実施して、パルス波のIQ信号f(n)を生成する。
FFT時間領域平均部26はFFT部25による複数個のFFT結果F(ω)に対して、複数回の時間加算処理を行うことで、0〜1023の周波数値ωの範囲で、周波数領域信号の電力PAVE2(ω)を算出する。
ラグランジェ補間部28はピーク電力検出部27から出力されたシンボル周波数ωPAVE2に対する補間処理(例えば、ラグランジェ2次補間処理)を実施し、補間処理後のシンボル周波数ωPT2及びピーク電力MAX(PAVE2(ω))を周波数値選択部40に出力する。
周波数ディスクリミネータ部32はLPF部31によるフィルタリング処理後のIQ信号S’R(n)の位相情報θ(n)を微分演算することで、IQ信号S’R(n)の瞬時周波数変動を検出する。
非線形部33は周波数ディスクリミネータ部32の検出結果に対する非線形処理(2乗処理)を実施し、非線形処理後の信号f(n)を出力する。
FFT時間領域平均部35はFFT部34による複数個のFFT結果F(ω)に対して、複数回の時間加算処理を行うことで、0〜1023の周波数値ωの範囲で、周波数領域信号の電力PAVE3(ω)を算出する。
ラグランジェ補間部37はピーク電力検出部36から出力されたシンボル周波数ωPAVE3に対する補間処理(例えば、ラグランジェ2次補間処理)を実施し、補間処理後のシンボル周波数ωPT3及びピーク電力MAX(PAVE3(ω))を周波数値選択部40に出力する。
シンボル速度算出部50は周波数値選択部40により選択されたシンボル周波数ωPTからシンボル速度fRを算出する処理を実施する。
図3において、非線形処理によるBTR(Bit Timing Recovery)検出回路61は周波数値選択部40により選択されたシンボル周波数ωPTが、シンボル情報検出器10から出力された補間処理後のシンボル周波数ωPT1又はシンボル情報検出器30から出力された補間処理後のシンボル周波数ωPT3である場合、帯域制限フィルタ2aによるノイズ除去後のIQ信号S’R(n)に対して非線形処理を実施することで、各シンボル内のナイキスト位相θN(n)を検出する処理を実施する。
シンボル偏差検出回路63はBTR検出回路61又はBTR検出回路62により検出された各シンボル内のナイキスト位相θN(n)から周波数偏差ΔfRを算出して、その周波数偏差ΔfRをシンボル粗推定器2のシンボル速度算出部50により算出されたシンボル速度fRに加算し、その加算結果fR+ΔfRをシンボル速度の精推定結果として復調器4に出力する処理を実施する。
シンボル粗推定器2は、未知のシンボル速度で変調された受信信号から直交検波されたIQ信号SR(n)を入力すると、帯域制限フィルタ2aを用いて、そのIQ信号SR(n)に重畳されているノイズ(ガウス雑音)を除去する。
シンボル粗推定器2は、帯域制限フィルタ2aによるノイズ除去後のIQ信号を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号の中でピーク電力が得られるシンボル周波数ωPT(周波数値)を特定するとともに、そのシンボル周波数ωPTからシンボル速度fRを粗推定する。
シンボル粗推定器2では、FFTポイント精度(例えば、1024ポイントのFFT処理を実施する場合、1000ppm程度の偏差精度)による粗いシンボル精度の推定処理を行う。
以下、シンボル粗推定器2の処理内容を具体的に説明する。
即ち、シンボル情報検出器10のLPF部11は、例えば、ルートナイキストフィルタ(例えば、カットオフ周波数fc=3dB:占有帯域幅推定値Fw×1.3)を用いて、直交検波されたIQ信号SR(n)に対するフィルタリング処理を実施し、フィルタリング処理後のIQ信号S’R(n)を非線形部12に出力する。
S’R(n)=S’RI(n)+jS’RQ(n) (1)
ただし、jは複素数である。
f(n)=S’R(n)×S’R(n)*
=S’RI(n)×S’RI(n)+S’RQ(n)×S’RQ(n)
(2)
ただし、*は共役を示す記号である。
即ち、FFT時間領域平均部14は、F(ω)導出時のIQ信号f(n)のn値を、例えば256ずつスライドさせながら、下記の式(4)に示すように、(4m−1)回の加算処理を行う。
ピーク電力検出部15は、ピーク電力MAX(PAVE1(ω))を検出すると、そのピーク電力MAX(PAVE1(ω))が得られる周波数値ωPAVE1をシンボル周波数としてラグランジェ補間部16に出力する。
ただし、ピーク電力を検出する際、周波数値の範囲ωは、実際にピーク電力が検出されることが期待される範囲に限定して探索するようにしてもよい。
例えば、下記の式(5)に示すようなラグランジェ2次補間処理を実施する。
図4の例では、FFTポイント番号が“256”の周波数がシンボル周波数ωPT1であり、約−12dBの電力が得られている。
即ち、シンボル情報検出器20の周波数偏差検出部21は、直交検波されたIQ信号SR(n)から、例えば逓倍法などを実施することで、そのIQ信号SR(n)の中心周波数Δfcの推定を行う。
ここでは、周波数偏差検出部21が中心周波数Δfcを推定しているが、既知情報として中心周波数Δfcが事前に与えられるようにしてもよい。
SROT(n)=SR(n)×exp(−2π(Δfc/Fs)×n)
(6)
ただし、FsはデジタルIQ信号をサンプリングしたA/D(Analog to Digital Convertor)サンプリング周波数、nは時間サンプル番号(n=0,・・・,1023)である。
S’ROT(n)=S’ROTI(n)+jS’ROTQ(n) (7)
ただし、jは複素数である。
f(n)=doutI(n)+j×doutQ(n) (8)
ただし、jは複素数である。
ただし、下記の計算において、
InZeroDet=1はゼロクロス有、InZeroDet=0はゼロクロス無を示している。
即ち、FFT時間領域平均部26は、F(ω)導出時のIQ信号f(n)のn値を、例えば256ずつスライドさせながら、下記の式(10)に示すように、(4m−1)回の加算処理を行う。
ピーク電力検出部27は、ピーク電力MAX(PAVE2(ω))を検出すると、そのピーク電力MAX(PAVE2(ω))が得られる周波数値ωPAVE2をシンボル周波数としてラグランジェ補間部28に出力する。
ただし、ピーク電力を検出する際、周波数値の範囲ωは、実際にピーク電力が検出されることが期待される範囲に限定して探索するようにしてもよい。
例えば、下記の式(11)に示すようなラグランジェ2次補間処理を実施する。
即ち、シンボル情報検出器30のLPF部31は、例えば、ルートナイキストフィルタ(例えば、カットオフ周波数fc=3dB:占有帯域幅推定値Fw×1.3)を用いて、直交検波されたIQ信号SR(n)に対するフィルタリング処理を実施し、フィルタリング処理後のIQ信号S’R(n)を周波数ディスクリミネータ部32に出力する。
S’R(n)=S’RI(n)+jS’RQ(n) (12)
ただし、jは複素数である。
FFT部34は、非線形部33から非線形処理後の信号f(n)を受けると、下記の式(14)に示すように、その非線形処理後の信号f(n)に対してハニング窓関数係数W(n)を乗算したのち、Nポイント(例えば、1024ポイント)の複素FFT処理を実施することで、複数個のFFT結果F(ω)をFFT時間領域平均部35に出力する。
即ち、FFT時間領域平均部35は、F(ω)導出時の信号f(n)のn値を、例えば256ずつスライドさせながら、下記の式(15)に示すように、(4m−1)回の加算処理を行う。
ピーク電力検出部36は、ピーク電力MAX(PAVE3(ω))を検出すると、そのピーク電力MAX(PAVE3(ω))が得られる周波数値ωPAVE3をシンボル周波数としてラグランジェ補間部37に出力する。
ただし、ピーク電力を検出する際、周波数値の範囲ωは、実際にピーク電力が検出されることが期待される範囲に限定して探索するようにしてもよい。
例えば、下記の式(16)に示すようなラグランジェ2次補間処理を実施する。
例えば、MAX(PAVE2(ω))>MAX(PAVE3(ω))>MAX(PAVE1(ω))であれば、補間処理後のシンボル周波数ωPT2を選択し、MAX(PAVE3(ω))>MAX(PAVE1(ω))>MAX(PAVE2(ω))であれば、補間処理後のシンボル周波数ωPT3を選択する。
fR =ωPT/N×Fs (17)
ただし、NはFFTのポイント数、FsはA/Dのサンプリング周波数である。
非線形処理によるBTR検出回路61がナイキスト位相θN(n)を検出する処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
ゼロクロスによるBTR検出回路62がナイキスト位相θN(n)を検出する処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
ここで、図5はBTR検出回路61,62により検出される各シンボル内のナイキスト位相θN(n)及び周波数偏差ΔfRであるシンボル速度偏差の一例を示す説明図である。
ΔfR=((θN(nB)−θN(nA))/360)×(f R /(n B −n A ))
(18)
図5の例では、nAシンボル目のナイキスト位相θN(nA)が140、nBシンボル目のナイキスト位相θN(nB)が230であるため、周波数偏差ΔfRは、下記のようになる。
ΔfR=((θN(nB)−θN(nA))/360)×(f R /(n B −n A ))
=((230−140)/360)×(f R /(n B −n A ))(Hz)
これにより、シンボル粗推定器2の粗推定結果では、FFT1024ptの精度(約1000ppm)であるが、シンボル精推定器3の精推定結果では、約50ppm以下の偏差に改善される。
復調器4の復調処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
Claims (5)
- 未知のシンボル速度で変調された受信信号から直交検波されたIQ信号を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号の中でピーク電力が得られる周波数値を特定するとともに、上記周波数値からシンボル速度を粗推定するシンボル粗推定器と、上記IQ信号から各シンボル内のナイキスト位相を検出して、各シンボル内のナイキスト位相から周波数偏差を算出し、上記周波数偏差を上記シンボル粗推定器により粗推定されたシンボル速度に加算するシンボル精推定器とを備えたシンボル推定回路。
- 上記シンボル粗推定器は、IQ信号に重畳されているノイズを除去する帯域制限フィルタを有し、上記帯域制限フィルタによるノイズ除去後のIQ信号を周波数領域の信号に変換することを特徴とする請求項1記載のシンボル推定回路。
- 上記シンボル粗推定器は、上記帯域制限フィルタによるノイズ除去後のIQ信号に対する非線形処理を実施して、非線形処理後のIQ信号を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号の中でピーク電力が得られる周波数値を特定する第1のシンボル情報検出器と、上記帯域制限フィルタによるノイズ除去後のIQ信号のゼロクロス点の検出処理を実施し、その検出結果を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号の中でピーク電力が得られる周波数値を特定する第2のシンボル情報検出器と、上記帯域制限フィルタによるノイズ除去後のIQ信号の周波数変動の検出処理を実施し、その検出結果に対する非線形処理を実施して周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号の中でピーク電力が得られる周波数値を特定する第3のシンボル情報検出器と、上記第1、第2及び第3のシンボル情報検出器により特定された周波数値の中から、最も高いピーク電力が得られる周波数値を選択する周波数値選択部と、上記周波数値選択部により選択された周波数値からシンボル速度を算出するシンボル速度算出部とから構成されていることを特徴とする請求項2記載のシンボル推定回路。
- 上記シンボル精推定器は、上記帯域制限フィルタによるノイズ除去後のIQ信号から各シンボル内のナイキスト位相を検出するBTR(Bit Timing Recovery)検出回路と、上記BTR(Bit Timing Recovery)検出回路により検出された各シンボル内のナイキスト位相から周波数偏差を算出して、上記周波数偏差をシンボル速度算出部により算出されたシンボル速度に加算し、その加算結果をシンボル速度の精推定結果として出力するシンボル偏差検出回路とから構成されていることを特徴とする請求項3記載のシンボル推定回路。
- 未知のシンボル速度で変調された受信信号から直交検波されたIQ信号を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号の中でピーク電力が得られる周波数値を特定するとともに、上記周波数値からシンボル速度を粗推定するシンボル粗推定器と、上記IQ信号から各シンボル内のナイキスト位相を検出して、各シンボル内のナイキスト位相から周波数偏差を算出し、上記周波数偏差を上記シンボル粗推定器により粗推定されたシンボル速度に加算するシンボル精推定器と、上記シンボル精推定器により周波数偏差が加算されたシンボル速度を用いて、上記受信信号の復調処理を行う復調器とを備えた復調回路。
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