JPH09168004A - デジタルpll装置 - Google Patents

デジタルpll装置

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JPH09168004A
JPH09168004A JP32765195A JP32765195A JPH09168004A JP H09168004 A JPH09168004 A JP H09168004A JP 32765195 A JP32765195 A JP 32765195A JP 32765195 A JP32765195 A JP 32765195A JP H09168004 A JPH09168004 A JP H09168004A
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スペクトラム拡散通信での復調処理に用いた
場合に、シンボルタイミングが可変したときに、デジタ
ルPLLの位相歪みを防止できるデジタルPLL装置を
提供する。 【解決手段】 プリアンブル受信中に、相関レベルの振
幅最大値点を求めてシンボルタイミングを確定する同期
積算回路6と、同期積算回路6にて確定したシンボルタ
イミング毎に角度演算を行って位相θcを出力する角度
演算回路7と、角度演算回路7からの位相θcを入力し
て位相同期ループを動作させて出力位相を求めるデジタ
ルPLL回路8とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、直接拡散方式を用
いたスペクトラム拡散通信の受信器等にその復調処理部
として用いることに適したデジタルPLL(Phase
LockedLoop)装置に関する。
【0002】
【従来の技術】バースト状に行われる多方向通信システ
ムには、PSK(位相シフトキーイング)変調を用いた
システムが多いが、このシステムでは、搬送周波数のず
れ、即ち周波数オフセットが位相復調歪みとなって、誤
り率特性に影響する。
【0003】このため、周波数オフセットに基づく位相
回転量が自動的に補償できるよう、例えば受信側で搬送
波再生を行って入力波との位相比較を行い、位相同期発
信器の発信周波数を入力周波数に自動追随させる位相同
期ループ式位相同期検波装置などが提案されている。こ
の種の同期検波装置の入力信号対雑音比と誤り率との関
係は、遅延検波よりも優れている。しかし、発信器の基
本周波数信号に対してパルスの付加やパルスの削除を行
う際に、急激な周波数シフトや位相シフトが発生する問
題がある。
【0004】特に、スペクトラム拡散通信において受信
機のデータ復調動作にデジタルPLLを用いた場合、バ
ーストデータのプリアンブル受信中に相関器にて逆拡散
されたデータから相関レベルの最大値点を求め、その最
大値点にてシンボルタイミングを固定する。そのシンボ
ルタイミング毎にデジタルPLLを動作させ復調動作を
行っていると、送信機・受信機の水晶発振子の精度誤差
またはマルチパス等により、相関の最大値点が固定した
シンボルタイミングから前後にずれていることがある。
データの復調精度を上げるためにシンボルタイミングを
相関レベルの最大値点に追従させようとしてシンボルタ
イミングを前後に移動させると、デジタルPLLに入力
される位相は、それまでとは異なる位相情報をもつ位相
が入力される。そのためにデジタルPLLのNCO(数
値制御発信器)の値が新たなる位相情報に対して追従
し、かつ同期が取れるまで時間が掛かりその間位相歪み
が発生するという問題点があった。
【0005】そこで、急激な周波数シフトや位相シフト
の発生を防止するために、例えば、特開平5−7544
8号公報に開示されたDPLL装置では、入力信号の周
波数よりも高い周波数の信号を出力する第1基準信号発
生手段と、入力信号の周波数よりも低い周波数の信号を
出力する第2基準信号発生手段と、該第1および第2基
準信号発生手段の出力信号の位相差を検出する検出手段
とを備え、第1、第2基準信号発生手段の出力信号の位
相差が最小になった時点において、前記入力信号に対す
る位相差を検出し、その結果に従って第1、第2基準信
号発生手段のいずれかの出力信号を選択することを特徴
とするDPLL装置が提案されている。この装置と同様
の構成のデジタルPLL装置を図5に示す。図5ににお
いて、発信器101aは周波数fL の信号を発生し、発
信器101bはそれよりも高い周波数fH の信号を発生
する。102はこのfL 、fH の信号を選択信号によっ
て選択するマルチプレクサ、103は分周比nの分周
器、104は入力信号と分周器103の出力信号の位相
を比較するための位相比較回路である。105はラッ
チ、106は上記fL 、fH の信号の位相の一致を検出
する位相一致検出回路であり、この位相一致検出回路1
06によってfL とfH の位相差が最も小さくなった時
に、位相比較回路104の出口がラッチ105でラッチ
され、マルチプレクサ103でfL とfH のいずれかが
選択され基本周波数信号が切り替わっても急激な周波数
シフトや位相シフトが発生しない構成になっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来のデジタルPLL
装置には、受信器側で基本周波数信号を生成する発信器
を最低2個以上用意しなければならなず、製造コストが
高いという問題点がある。
【0007】また、従来は、高い周波数の発信器と低い
周波数の発信器の位相差が最小になったところで基本周
波数信号の切り替えを行っているために、位相差が最小
になるまでの時間内は、位相誤差を無くすことはできな
いし、かつ、この方式を復調動作にデジタルPLLを用
いたスペクトラム拡散通信装置に適用することは困難で
あるという問題点がある。これは、前述のごとく、基本
周波数信号に対して、スペクトラム拡散通信装置の受信
器側で相当するのは、相関器にて逆拡散されたデータか
ら相関レベルの最大値点をサーチしその最大値点にて同
期を取るシンボルタイミングである。このシンボルタイ
ミングは、通常プリアンブル受信中に逆拡散された相関
値を1シンボル内積算しその結果、1シンボル内での最
大相関点をシンボルタイミングとしている。そのシンボ
ルタイミング毎にデジタルPLLを動作させ復調動作を
行っていると、送信機・受信機の水晶発振子の精度誤差
またはマルチパス等により、相関の最大値点がプリアン
ブル受信中に固定したシンボルタイミングから前後にず
れていることがある。データの復調精度を上げるために
シンボルタイミングを相関レベルの最大値点に追従させ
ようとしてシンボルタイミングを前後に可変させると、
デジタルPLLに入力される位相は、それまでとは異な
る位相情報をもつ位相が入力される。つまり、スペクト
ラム拡散通信においては、シンボルタイミングを可変す
ることは、必ず位相差が存在し、マルチパス等の影響に
より可変前後において異なる位相情報を持つ位相がデジ
タルPLLに入力される可能性がある。そのためにデジ
タルPLLのNCOの値が新たなる位相情報に対して追
従し、かつ同期が取れるまで時間が掛かりその間位相歪
みが発生するという問題点がある。
【0008】本発明の課題は、直後拡散方式を用いたス
ペクトラム拡散通信の受信装置として適用した場合に、
出口位相が位相歪みなく得られ、高品質のデータ復調が
実現するデジタルPLL装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、プリア
ンブル受信中に、相関レベルの振幅最大値点を求めてシ
ンボルタイミングを確定する同期積算回路と、前記同期
積算回路にて確定したシンボルタイミング毎に角度演算
を行って位相θcを出力する角度演算回路と、前記角度
演算回路からの位相θcを入力して位相同期ループを動
作させて出力位相を求めるデジタルPLL回路とを有す
ることを特徴とするデジタルPLL装置が得られる。デ
ータ受信中にて、前記同期積算回路は、逐次、振幅最大
値点をサーチして確定したシンボルタイミングTcから
前後±1/2チップどちらかに、相関最大値点が連続し
てKシンボルカウントされれば、移動させようとするシ
ンボルタイミング点Tsを前記角度演算回路へ通知し、
前記角度演算回路は、シンボルタイミング点Tsでの角
度演算を行って位相θsを出力し、前記デジタルPLL
回路は、シンボルタイミングが移動するまでのLシンボ
ル区間にて、それまでの最大ピーク点でのシンボルタイ
ミングでの位相θcと、移動させるようにするシンボル
タイミング点での位相θsとの差分をL回積算してこれ
に1/Lを乗じて平均化した値を、前記同期積算回路が
シンボルタイミングをずらした時点で、位相同期ループ
の数値制御発信器にその値を加算するものであってもよ
い。
【0010】本発明によればまた、スペクトラム拡散変
調した信号を受信し、同相および直交成分毎に拡散符号
で相関演算して逆拡散復調すると共に、該逆拡散復調に
より最大相関値が得られる同期点Tcを求め、最大相関
値が得られる同期点を逐次追尾し前記同期点Tcの相関
値より、±1/2チップの範囲内で相関最大点が連続K
シンボル区間カウントされれば、該同期点Tcから移動
させようとする同期点を同期点Tsとし、該同期点Ts
にて角度情報θsを求め、前記同期点Tcにて求められ
た角度情報θcと前記角度情報θsとで、前記同期点T
sから該同期点Tcに切り替えるまでのLシンボル区間
にて、(θc−θs)の差分をLシンボル区間にわたっ
て相加平均して位相誤差情報を求めることを特徴とする
デジタルPLL装置が得られる。前記同期点Tcから同
期点Tsに同期点が切り替わる時点にて、該同期点Ts
にて求められた角度情報をデジタルPLL回路に入力す
ると共に、求めた前記位相誤差情報を該デジタルPLL
回路の位相同期ループ回路に加算するよう構成してもよ
い。
【0011】
【作用】本発明では、シンボルタイミングを可変させた
時に、デジタルPLLに入力される位相情報が、シンボ
ルタイミング移動前後で変化していても、周波数シフト
や位相シフトが発生せず、瞬時にNCO値の同期が取れ
る。これにより、デジタルPLLの出口位相が位相歪み
なく得られ、高品質のデータ復調が実現する。
【0012】即ち、本発明では、同期積算回路はデータ
復調の精度を上げるために、プリアンブル中にて確定し
たシンボルタイミングでの入力相関振幅レベルについ
て、時間経過とともに他のシンボルタイミング点の方が
振幅レベルが大きいと判断したら、シンボルタイミング
に同期補足をかけて、±1/2チップ方向のどちらかに
移動させる。
【0013】デジタルPLL回路は、シンボルタイミン
グに補正が掛けられた点での入力位相はそれまで入力さ
れてきた位相情報とは異なるので、以前の位相情報と新
たなるシンボルタイミングでの位相情報との差分を相加
平均した値を、デジタルPLLのNCO(数値制御発信
器)の値に加算する。これにより、新たなる位相情報を
持つ位相が入力されても瞬時にデジタルPLLの出力位
相は同期が取れる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態によるデジタルPLL装置を説明する。
【0015】図1は、本発明のデジタルPLL装置をス
ペクトラム拡散通信の受信器に適用した場合の構成を示
すブロック図である。図1において、本デジタルPLL
装置は、プリアンブル受信中に、相関レベルの振幅最大
値点を求めてシンボルタイミングを確定する同期積算回
路6と、同期積算回路6にて確定したシンボルタイミン
グ毎に角度演算を行って位相θcを出力する角度演算回
路7と、角度演算回路7からの位相θcを入力して位相
同期ループを動作させて出力位相を求めるデジタルPL
L回路8とを有している。
【0016】データ受信中にて、同期積算回路6は、逐
次、振幅最大値点をサーチして確定したシンボルタイミ
ングTcから前後±1/2チップどちらかに、相関最大
値点が連続してKシンボルカウントされれば、移動させ
ようとするシンボルタイミング点Tsを角度演算回路7
へ通知しする。角度演算回路7は、シンボルタイミング
点Tsでの角度演算を行って位相θsを出力する。デジ
タルPLL回路8は、シンボルタイミングが移動するま
でのLシンボル区間にて、それまでの最大ピーク点での
シンボルタイミングでの位相θcと、移動させるように
するシンボルタイミング点での位相θsとの差分をL回
積算してこれに1/Lを乗じて平均化した値を、同期積
算回路6がシンボルタイミングをずらした時点で、位相
同期ループのNCO(数値制御発信器)にその値を加算
する。
【0017】さらに詳しくは、本装置において、アンテ
ナ1に補足された拡散信号は、RF部2で直交復調され
る。RF部2から出力されるIch、Qchのデータは
それぞれ、A/D変換器3a、3bにより、拡散チップ
の2倍オーバーサンプリングにてデジタル変換される。
デジタル変換されたIdata、Qdataはそれぞ
れ、相関器4a、4bにより逆拡散され、その出力値が
振幅演算回路5に入力される。振幅演算回路5は、
{(Idata)2 +(Qdata)2 1/2 という演
算をすることにより、入力の振幅値を求める。同期積算
回路6では、受信側ではシンボルタイミングは既知であ
り、A/D変換器は2倍オーバーサンプリングであるの
で、1シンボルの拡散チップ数×2クロック分だけシフ
ト動作を行うシフトレジスタを用意し、常に振幅レベル
の入力に対して1シンボル前のデータと加算するように
する。かくして、巡回加算によって得られた値から1シ
ンボル内での最大相関値を検出しその点をシンボルタイ
ミングTcとする。このシンボルタイミングTcはプリ
アンブル受信中に抽出し常に1シンボル区間を保持した
タイミングで角度演算回路7に通知する。次に、プリア
ンブルが終了してデータ受信状態になったら、同期積算
回路6はシンボルタイミングTcでの入力振幅レベルと
前後±1/2チップの入力振幅レベルを逐次比較してセ
ンター点のTcの入力レベルより、±1/2チップどち
らかのレベルがマルチパスまたは水晶発振子の精度誤差
の影響で上回っていたらアップダウンカウンターを用い
てカウントし、Kシンボル区間、例えばKを128とす
ると、128シンボル区間連続カウントされればシンボ
ルタイミングのセンター点を移動させようとする点をT
sとし角度演算回路7に通知する。Tsを通知してから
Lシンボル区間、例えばLを16とすると、16シンボ
ル後に同期積算回路6はTsでのシンボルタイミング点
をセンター点であるTcとして角度演算回路7に通知す
る。角度演算回路7はシンボルタイミング毎に角度θを
算出する機能を有するところで、θ=tan-1{(Qd
ata)/(Idata)}の演算を行う。通常ROM
を使用してROMテーブルにより角度θを求める方法が
あるが、1シンボル区間内に角度θの演算結果が得られ
ればよいので、シフトレジスタと加算器、さらに比較器
があれば求めることができる。タイミングTcで求めら
れた角度はθcとする一方、タイミングTsで求められ
た角度はθsとする。
【0018】次に、デジタルPLL回路8について説明
する。位相比較回路81は、単純な減算器で、入力され
るθcから位相同期ループのNCOの値を引くことによ
り搬送波に同期した出力位相が得られる。位相調整回路
82は、送信側の変調成分を取り除くためであり、変調
方式がBPSKならばMOD(π)、QPSKならばM
OD(π/2)の回路にすればよい。ループフィルタ8
3は、例えば図2の様な回路構成にすることができる。
図2において、フィルター係数部111、112は、乗
算器など用いずにビットシフトにて実現する。再び図1
において、VCO84としては、発信器やカウンタは使
用せずに、レジスタと加算器によるループ積算器にて構
成する。位相誤差演算回路85は、θcとθsの差分を
L(=16)シンボル区間積算しL(=16)で除算す
ることによりθcとθsの位相誤差平均値を求める回路
である。
【0019】事象判定回路14は、デジタルPLLの出
力位相がI、Qどこの事象に存在するかにより復調デー
タを決定する回路である。
【0020】次に、本図1のデジタルPLL装置の動作
について、図1に図3を併せ参照して説明する。図3
は、各ブロックの動作タイミングを示すものである。振
幅演算回路5の波形は、初めTcのセンター点に最大相
関振幅レベルがあるが、水晶発振子誤差やマルチパス等
の影響により、センター点から+1/2チップの場所に
センター点での振幅値よりも大きな相関レベルが存在し
たことを示す。同期積算回路6は、+1/2チップのタ
イミング点をTsとし、Tcの振幅レベルに基づいてT
sの振幅レベルが連続してKシンボル区間上回るまでカ
ウントする。その間、角度演算回路7は、Tcのタイミ
ングしか受け取っていないので、Tcでの角度演算を行
いθcを求める。他方、デジタルPLL回路8は、θc
で位相同期ループを動作して出力位相を求める。次に、
同期積算回路6にて連続Kシンボル区間カウントされれ
ば、角度演算回路7にシンボルタイミングTcとセンタ
ー点に移動させようとするシンボルタイミングTsを通
知する。角度演算回路7は、Tc、Tsを受け取った
ら、それぞれについてθc、θsを求める。Lシンボル
区間では、位相誤差演算回路85は、シンボル単位毎に
(θc−θs)を実行し、その結果をLシンボル区間積
算しLで除算することにより、Σ(θc−θs)/Lで
ある位相誤差平均値を求める。Lシンボル後では、同期
積算回路6は、Tsのタイミングをセンター点のタイミ
ングTcに移動させる。つまり、TsがTcになる。タ
イミングが切り替わった時点で、求められたθcをデジ
タルPLL回路8に入力すると共に、Σ(θc−θs)
/Lの値をNCOに加算させて出力位相を求める。
【0021】図4(a)および(b)は、本発明の効果
を示す波形図である。横軸は時間、縦軸はデジタルPL
L回路8の出力位相である。図4(a)は位相誤差を加
算しない場合で、図4(b)は本発明によるデジタルP
LL装置の動作を実施した場合である。シンボルタイミ
ングがTcからTsに切り替わった時点ではθcとθs
の位相情報が異なるのでデジタルPLL回路8の出力位
相は位相歪みが存在し、時間経過とともに位相同期ルー
プの作用により入力された位相に追従し、最後に出力位
相はロックされる。図4(b)に示す本発明において
は、TcからTsに切り替わった時点において、θcと
θsとの位相情報の差分をデジタルPLL回路8のNC
Oに加算しているので、出力位相は位相歪みなく、瞬時
にロックされているのがわかる。尚、以上の説明では、
+1/2チップ方向のシンボルタイミングずれを説明し
たが−1/2チップ方向のタイミングずれも同様であ
る。
【0022】
【発明の効果】本発明によるデジタルPLL装置は、プ
リアンブル受信中に、相関レベルの振幅最大値点を求め
てシンボルタイミングを確定する同期積算回路と、同期
積算回路にて確定したシンボルタイミング毎に角度演算
を行って位相θcを出力する角度演算回路と、角度演算
回路からの位相θcを入力して位相同期ループを動作さ
せて出力位相を求めるデジタルPLL回路とを有してい
るため、デジタルPLL回路の出力位相に位相歪みが生
じない。これにより、スペクトラム拡散通信において受
信側でデジタルPLL回路を用いた復調動作を行う上で
高品質のデータ復調を提供できる。これは特に、シンボ
ルタイミングを移動させる以前にそれまでの位相情報と
新たなるシンボルタイミングでの位相情報との位相誤差
を求め、新たなるシンボルタイミングでの位相情報がデ
ジタルPLL回路に入力されたと同時にデジタルPLL
回路のNCO(数値制御発信器)に求められた位相誤差
を加算することにより、出力位相に位相歪みを生じさせ
ないからである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態によるデジタルPLL装置
を示すブロック図である。
【図2】図1に示すデジタルPLL装置におけるループ
フィルタの具体的な構成例を示す図である。
【図3】図1に示すデジタルPLL装置の動作タイミン
グを示す波形図である。
【図4】図1に示すデジタルPLL装置の効果を示す波
形図である。
【図5】従来例によるデジタルPLL装置を示すブロッ
ク図である。
【符号の説明】
1 アンテナ 2 RF部 3a、3b A/D変換器 4a、4b 相関器 5 振幅演算回路 6 同期積算回路 7 角度演算回路 8 デジタルPLL装置 9 事象判定回路 81 位相比較回路 82 位相調整回路 83 ループフィルタ 84 VCO 85 位相誤差演算回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プリアンブル受信中に、相関レベルの振
    幅最大値点を求めてシンボルタイミングを確定する同期
    積算回路と、前記同期積算回路にて確定したシンボルタ
    イミング毎に角度演算を行って位相θcを出力する角度
    演算回路と、前記角度演算回路からの位相θcを入力し
    て位相同期ループを動作させて出力位相を求めるデジタ
    ルPLL回路とを有することを特徴とするデジタルPL
    L装置。
  2. 【請求項2】 データ受信中にて、前記同期積算回路
    は、逐次、振幅最大値点をサーチして確定したシンボル
    タイミングTcから前後±1/2チップどちらかに、相
    関最大値点が連続してKシンボルカウントされれば、移
    動させようとするシンボルタイミング点Tsを前記角度
    演算回路へ通知し、前記角度演算回路は、シンボルタイ
    ミング点Tsでの角度演算を行って位相θsを出力し、
    前記デジタルPLL回路は、シンボルタイミングが移動
    するまでのLシンボル区間にて、それまでの最大ピーク
    点でのシンボルタイミングでの位相θcと、移動させる
    ようにするシンボルタイミング点での位相θsとの差分
    をL回積算してこれに1/Lを乗じて平均化した値を、
    前記同期積算回路がシンボルタイミングをずらした時点
    で、位相同期ループの数値制御発信器にその値を加算す
    るものである請求項1記載のデジタルPLL装置。
  3. 【請求項3】 スペクトラム拡散変調した信号を受信
    し、同相および直交成分毎に拡散符号で相関演算して逆
    拡散復調すると共に、該逆拡散復調により最大相関値が
    得られる同期点Tcを求め、最大相関値が得られる同期
    点を逐次追尾し前記同期点Tcの相関値より、±1/2
    チップの範囲内で相関最大点が連続Kシンボル区間カウ
    ントされれば、該同期点Tcから移動させようとする同
    期点を同期点Tsとし、該同期点Tsにて角度情報θs
    を求め、前記同期点Tcにて求められた角度情報θcと
    前記角度情報θsとで、前記同期点Tsから該同期点T
    cに切り替えるまでのLシンボル区間にて、(θc−θ
    s)の差分をLシンボル区間にわたって相加平均して位
    相誤差情報を求めることを特徴とするデジタルPLL装
    置。
  4. 【請求項4】 前記同期点Tcから同期点Tsに同期点
    が切り替わる時点にて、該同期点Tsにて求められた角
    度情報をデジタルPLL回路に入力すると共に、求めた
    前記位相誤差情報を該デジタルPLL回路の位相同期ル
    ープ回路に加算する請求項3記載のデジタルPLL装
    置。
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