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発明の名称 データ受信装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−221803
公開日 平成7年(1995)8月18日
出願番号 特願平6−24911
出願日 平成6年(1994)1月28日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】役 昌明 (外1名)
発明者 椿 和久 / 梅津 和浩 / 品川 宜昭 / 本間 光一
要約 目的
同期検波に使用する発振器の発振周波数が搬送波周波数に対して大きい周波数偏差を有する場合でも、正しい復号を行なう。

構成
発振器2を使用して位相変調された受信信号を同期検波する検波手段3と、検波手段3からのベースバンド信号を用いて伝送データを判別する識別手段5とを備え、識別手段5の判別結果を利用して発振器2の発振周波数を制御する。また、ベースバンド信号と予め用意した複数の参照信号との相関を調べて発振周波数と搬送波周波数との周波数偏差レベルを検出するベースバンド信号相関検出手段6と、この検出手段6の検出に基づいて識別手段5の判別したデータを置き換えるデータ置換手段7を設ける。発振周波数と搬送波周波数との周波数偏差が伝送データのシンボル伝送速度の±1/8より大きい場合には、ベースバンド信号相関検出手段がそれを検出し、データ置換手段が、識別手段の判別したデータを正しいデータに置き換える。
特許請求の範囲
【請求項1】 発振器の出力する信号を使用して位相変調された受信信号を同期検波する検波手段と、前記検波手段から出力されたベースバンド信号を用いて伝送データを判別する識別手段とを備え、前記識別手段の判別結果を利用して前記発振器の発振周波数を制御するデータ受信装置において、前記ベースバンド信号と予め用意した複数の参照信号との相関を調べて前記発振器の発振周波数と受信信号の搬送波周波数との間の周波数偏差レベルを検出するベースバンド信号相関検出手段と、前記ベースバンド信号相関検出手段の検出結果に基づいて前記識別手段の判別したデータを置き換えるデータ置換手段とを設けたことを特徴とするデータ受信装置。
【請求項2】 前記位相変調が、QPSK変調またはπ/4シフトQPSK変調であることを特徴とする請求項1に記載のデータ受信装置。
【請求項3】 前記参照信号として、送信側および受信側において既知のデータ列を位相変調して得られるベースバンド信号と、該ベースバンド信号を伝送データのシンボル伝送速度の1/n(nは正・負の整数)の周波数で変調して得られるベースバンド信号とを用いることを特徴とする請求項1または2に記載のデータ受信装置。
【請求項4】 前記データ列の位相変調をQPSKまたはπ/4シフトQPSKで行なうことを特徴とする請求項3に記載のデータ受信装置。
【請求項5】 前記データ列として、TDMAフレームの同期ワードを用いることを特徴とする請求項3または4に記載のデータ受信装置。
【請求項6】 前記発振器が、受信信号の搬送波周波数から伝送データのシンボル伝送速度の1/8以上外れた周波数を再生することを特徴とする請求項1乃至5に記載のデータ受信装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル自動車電話等に利用するデータ受信装置に関し、特に、常に正確な復号を得ることができるように構成したものである。
【0002】
【従来の技術】情報を搬送波の位相変化によって伝える位相変調方式の通信では、受信側は、搬送波と同じ周波数を持つ発振器から出力された信号と受信信号とを乗算する同期検波によってベースバンド信号を復調している。この発振器の発振周波数と搬送波周波数との間に偏差がある場合には、復号に誤りが発生するので、位相変調方式のデータ受信装置では、発振器の発振周波数を搬送波周波数に追随させるための手段が設けられている。
【0003】従来のこの種のデータ受信装置は、図6に示すように、受信信号を入力する入力端1と、入力した受信信号からベースバンド信号を得る検波器3と、受信信号の搬送波周波数を再生する発振器2と、検波器3から出力されたベースバンド信号より零クロス信号を求め、それに基づいてベースバンド信号の識別タイミングを表わす再生クロック信号を作成するクロック再生器4と、クロック再生器4の作成した再生クロック信号を使ってベースバンド信号により伝送されるデータを判別する識別器5と、復号したデータを出力する出力端6とを備えている。
【0004】このデータ受信装置では、信号を受信すると、検波器3が、発振器2で再生された受信信号の搬送波周波数成分を持つ信号を使って受信信号を同期検波し、ベースバンド信号を出力する。伝送されるデータがランダムなデータであれば、平均的にデータの識別時刻から識別間隔の1/2時間たった時刻にベースバンド信号の極性が変化する。クロック再生器4は、この極性の変化を表わす零クロス信号を検出し、零クロス信号とデータの識別タイミングとの時間差がデータの識別間隔の1/2になるように、零クロス信号を基準にデータの識別タイミングを発生する。識別器5は、このクロック再生器4の作成した識別タイミングでベースバンド信号の正負を判別し、その結果に基づいて復号データを出力端8から出力する。また、識別器5における識別時の誤差信号は、発振器2にフィードバックされ、発振器2の周波数が搬送波周波数に追従するように制御される。
【0005】4値の位相変調方式であるQPSKでは、図2に示すように、同相成分をI軸、直交成分をQ軸に表した位相ダイアグラムにおいて、I軸およびQ軸からそれぞれπ/4回転した位置にシンボルの信号点が設定されている。データ受信装置の識別器5は、受信したベースバンド信号の同相成分および直交成分のそれぞれの正負を判別し、同相成分および直交成分が共に正のときは(1,1)、同相成分が正、直交成分が負のときは(1、−1)、同相成分が負、直交成分が正のときは(−1、1)、同相成分および直交成分が共に負のときは(−1,−1)というように、そのシンボルの信号点を識別する。
【0006】伝送する情報は、送信するシンボルの間の位相差で表わされ、送信側は、例えば“00”を表わすときは位相変化量をπ/2に、“01”を表わすときは位相変化量をπに、“10”を表わすときは位相変化量を0に、また、“11”を表わすときは位相変化量を−π/2に設定する。一方、受信側は、図2に示すように、シンボル(1,1)の次にシンボル(−1,1)を識別した場合、つまり、π/4の初期位相から+π/2の位相変化があったことを識別した場合は“00”を復号し、また、シンボル(1,1)の次にシンボル(−1,−1)を識別した場合、つまり、πの位相変化量を識別した場合は“01”を復号し、同様に、0の位相変化量を識別した場合は“10”、−π/2の位相変化量を識別した場合は“11”を復号する。
【0007】こうした復号は、データ受信装置における発振器2の発振周波数を搬送波周波数に正しく追従させることによって、誤りなく行なうことができる。そのため、識別器5は、位相ダイアグラムにおける、検波器3の出力を表わす信号点と、識別したシンボルの信号点との間の位相差に相当する誤差信号を発振器2に出力し、発振器2は、この誤差を解消するように発振周波数を制御する。こうすることにより、周波数差が大きくない場合には、発振器5の発振周波数が搬送波周波数と等しく保たれる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のデータ受信装置では、発振器の発振周波数と搬送波周波数との間の周波数偏差△fが、伝送データのシンボル伝送速度の±1/8より大きい場合には、発振器の発振周波数を搬送波周波数に追随させることができず、大きな伝送誤りが発生するという問題点がある。
【0009】この発振器の発振周波数と搬送波周波数との間の周波数偏差△fは、θe=2π△f/fr(但し、frはシンボル伝送速度)に相当するベースバンド信号の位相誤差θeを発生するが、|△f|≧fr/8の場合には、この位相誤差θeがπ/4以上となり、検波器3から出力されたベースバンド信号の信号点が、位相ダイアグラム上において、本来の信号点の存在する象限から外れてしまう。そのため、識別器5は、信号点を誤って識別することになり、識別器5から発振器2には不正確な誤差信号が送られ、その結果、大きな伝送誤りが生れることになる。
【0010】本発明は、こうした従来の問題点を解決するものであり、同期検波に使用する発振器の発振周波数が、搬送波周波数に対して、伝送データのシンボル伝送速度の±1/8より大きい周波数偏差を有している場合でも、正しい復号を行なうことができるデータ受信装置を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、発振器から出力された信号を使用して位相変調された受信信号を同期検波する検波手段と、検波手段から出力されたベースバンド信号を用いて伝送データを判別する識別手段とを備え、識別手段の判別結果を利用して発振器の発振周波数を制御するデータ受信装置において、ベースバンド信号と予め用意した複数の参照信号との相関を調べて発振周波数と搬送波周波数との間の周波数偏差レベルを検出するベースバンド信号相関検出手段と、このベースバンド信号相関検出手段の検出結果に基づいて識別手段の判別したデータを置き換えるデータ置換手段とを設けている。
【0012】また、このデータ受信装置では、QPSK変調またはπ/4シフトQPSK変調された信号を受信する。
【0013】また、参照信号として、送信側および受信側において既知のデータ列を位相変調して得られるベースバンド信号と、このベースバンド信号を伝送データのシンボル伝送速度の1/n(nは正・負の整数)の周波数で変調して得られるベースバンド信号とを用いている。
【0014】また、このデータ列の位相変調をQPSKまたはπ/4シフトQPSKで行なっている。
【0015】また、このデータ列として、TDMAフレームの同期ワードを用いている。
【0016】さらに、発振器が、受信信号の搬送波周波数から伝送データのシンボル伝送速度の1/8以上外れた周波数を再生するように構成している。
【0017】
【作用】そのため、発振器、検波手段および識別手段は、それぞれ従来の装置と全く同じように動作する。発振器の発振周波数と搬送波周波数との間の周波数偏差が伝送データのシンボル伝送速度の±1/8より大きい場合には、ベースバンド信号相関検出手段がそれを検出し、データ置換手段が、識別手段の判別したデータを正しいデータに置き換える。
【0018】ベースバンド信号相関検出手段は、送信・受信側で既知のデータ列、つまりTDMAフレームの同期ワードのようなデータ列を位相変調したベースバンド信号と、それを伝送データのシンボル伝送速度の1/n(nは正・負の整数)の周波数で変調したベースバンド信号とを参照信号として用意し、その既知のデータ列を受信したときに検波手段から出力されたベースバンド信号と、用意した参照信号との相関を調べることによって、前記周波数偏差のレベルを検出する。
【0019】また、識別手段の出力するデータに対して補正手段が設けられたために、同期検波に使用する発振器の発振周波数が搬送波周波数からずれていても、正しい復号を得ることができ、発振器に対する精度の要求が緩和される。
【0020】
【実施例】本発明の実施例におけるデータ受信装置は、図1に示すように、既知のデータ系列の受信信号から得られるベースバンド信号と幾つかの参照信号との相関を検出するベースバンド信号相関器6と、ベースバンド信号相関器6の検出結果に応じて識別器5の出力を置き換えるデータ置換器7とを備えている。ベースバンド信号相関器6は、相関の最も高い参照信号を基に、発振器の発振周波数と搬送波周波数との間の周波数偏差△fが、伝送データのシンボル伝送速度frの1/8以上であるか、−1/8以下であるか、またはその中間にあるかを検出し、データ置換器7は、△fの絶対値がfr/8以上のとき、識別器5の出力する復号を変換する。その他の構成は、従来の装置(図6)と変わりがない。
【0021】このデータ受信装置の動作について説明する。入力端1からQPSK変調された受信信号が入力すると、検波器3は、発振器2で再生された受信信号の搬送波周波数成分を持つ信号を使って受信信号を同期検波し、ベースバンド信号を出力する。クロック再生器4は、ベースバンド信号の零クロス信号を基準にして識別タイミングを発生し、識別器5は、この識別タイミングにおいてベースバンド信号の正負を判別し、シンボルの信号点を識別する。そして、この識別したシンボルの信号点と検波器3から出力されたベースバンドの信号点との位相差に相当する誤差信号を発振器2にフィードバックし、発振器2は、誤差信号を零にするように発振周波数を制御する。この一連の動作は、従来の装置における動作と変わりがない。
【0022】この制御の結果、発振器2の発振周波数と搬送波周波数との間の周波数偏差△fの絶対値が伝送データのシンボル伝送速度frの1/8より小さい場合には、発振器2の発振周波数は、搬送波周波数に正しく追随する。今、送信側が、データ“00”を表わすために位相変化量をπ/2に、“01”を表わすために位相変化量をπに、“10”を表わすために位相変化量を0に、また、“11”を表わすために位相変化量を−π/2に設定したとすると、発振器2の発振周波数が正しく制御されている場合には、図2に示すように(図2では、初期位相がπ/4の場合を示している)、識別器5は、伝送されたデータが“00”のときに位相変化量をπ/2と識別し、“01”のときに位相変化量をπと識別し、“10”のときに位相変化量を0と識別し、また、“11”のときに位相変化量を−π/2と識別し、その識別に基づいて正しい伝送データを復号する。
【0023】しかし、|△f|≧fr/8の場合は、発振器5に識別器5から誤差信号を送るだけでは、正しいデータを復号することができない。これは発振器2の発振周波数が、受信信号の搬送波周波数よりfr/8以上高い場合には、ベースバンドの信号点と本来のシンボルの信号点との間にπ/4を超える位相誤差θeが発生し、そのために識別器5は、そのベースバンドの信号点を−π/2ずれたシンボルの信号点として識別することになるためである。その結果、図3に示すように、識別器4は、伝送データが“01”のときに位相変化量をπ/2と識別し、伝送データが“11”のときに位相変化量をπと識別し、伝送データが“00”のときに位相変化量を0と識別し、また、伝送データが“10”のときに位相変化量を−π/2と識別する。このとき、識別器5は、検波器3が伝送データのシンボル伝送速度の1/8以上高い周波数で検波していることを知らないから、通常の位相変化量とデータとの関係に従って、“01”の伝送データを“00”に、“11”の伝送データを“01”に、“00”の伝送データを“10”に、また、“10”の伝送データを“11”に復号する。
【0024】また、逆に、発振器2の発振周波数が、受信信号の搬送波周波数よりfr/8以上低い場合には、識別器5は、ベースバンドの信号点を+π/2ずれたシンボルの信号点として識別することになる。その結果、図4に示すように、識別器4は、伝送データが“10”のときに位相変化量をπ/2と識別し、伝送データが“00”のときに位相変化量をπと識別し、伝送データが“11”のときに位相変化量を0と識別し、また、伝送データが“01”のときに位相変化量を−π/2と識別する。そして、通常の位相変化量とデータとの関係に従って、“10”の伝送データを“00”に、“00”の伝送データを“01”に、“11”の伝送データを“10”に、また、“01”の伝送データを“11”に復号する。
【0025】こうした復号の誤りをベースバンド信号相関器6とデータ置換器7とによって取り除く。まず、ベースバンド信号相関器6には、予め、既知のデータ系列に異なる変調を施して得られる3種類の参照信号を用意しておき、送信側がそのデータ系列を送信したとき、ベースバンド信号相関器6は、検波器3から出力された受信信号のベースバンド信号と、それらの参照信号との間の相関値を計算し、最も相関の高い参照信号がどれであるかを検出する。
【0026】この既知のデータ系列としては、図5に示すように、データ形式のTDMA通信の各フレームに含まれている同期ワードを使用することができる。ベースバンド信号相関器6には、参照信号として、この同期ワードをQPSK変調して得られるベースバンド信号(「第1参照信号」と呼ぶ)と、第1参照信号を伝送データのシンボル伝送速度frの1/4の周波数で変調して得られるベースバンド信号(「第2参照信号」と呼ぶ)と、第1参照信号を伝送データのシンボル伝送速度frの−1/4の周波数で変調して得られるベースバンド信号(「第3参照信号」と呼ぶ)との3種類の信号を用意する。
【0027】ベースバンド信号相関器6は、同期ワードを受信した時の検波器3から出力されたベースバンド信号と3種類の参照信号とのそれぞれの相関値を計算し、最も相関の強い参照信号を検出する。データ置換器7は、この検出された参照信号に応じて識別器5の行なった復号を置換する。
【0028】ベースバンド信号相関器6が、相関の最も強い参照信号として第1参照信号を検出した場合は、発振器2の発振周波数と搬送波周波数との間の周波数偏差△fが±fr/8以下であることを表しており、この場合は、識別器5が正しい復号を行なっているので、データ置換器7は、何らの置換も行なわず、識別器5の復号をそのまま出力端8に出力する。
【0029】ベースバンド信号相関器6が、相関の最も強い参照信号として第2参照信号を検出した場合は、発振器2の発振周波数が搬送波周波数よりfr/8以上大きいこと(即ち、発振周波数が搬送波周波数から+fr/8以上離れていること)を表している。この場合、先に説明したように、識別器5は、“01”の伝送データを“00”に、“11”の伝送データを“01”に、“00”の伝送データを“10”に、また、“10”の伝送データを“11”に復号しているから、データ置換器7は、これを元に戻すように、つまり、識別器5が“00”を復号したときは“01”に、“01”を復号したときは“11”に、“10”を復号したときは“00”に、また、“11”を復号したときは“10”に置き換えて出力端8から出力する。
【0030】また、ベースバンド信号相関器6が、相関の最も強い参照信号として第3参照信号を検出した場合は、発振器2の発振周波数が搬送波周波数よりfr/8以上小さいこと(即ち、発振周波数が搬送波周波数から−fr/8以上離れていること)を表している。この場合、先に説明したように、識別器5は、“10”の伝送データを“00”に、“00”の伝送データを“01”に、“11”の伝送データを“10”に、また、“01”の伝送データを“11”に復号しているから、データ置換器7は、これを元に戻すように、つまり、識別器5が“00”を復号したときは“10”に、“01”を復号したときは“00”に、“10”を復号したときは“11”に、また、“11”を復号したときは“01”に置き換えて出力端8から出力する。
【0031】このように、実施例のデータ受信装置では、検波器3から出力されたベースバンド信号と参照信号との相関によって、△fの大きさのレベルとその正負とを検出し、△fの絶対値がfr/8以上の場合には、その正負に応じて識別器5の復号を置き換えることにより、常に正しい復号を得ることができる。
【0032】また、これは逆に見れば、同期検波に、搬送波周波数からfr/8以上外れた発振周波数を出力する発振器が使用できることであり、発振器に求められる精度が緩和される。
【0033】なお、実施例では、QPSK変調のデータを受信する場合について専ら説明したが、本発明のデータ受信装置は、π/4シフトQPSK変調、つまり、ある時刻にはI,Q軸上の4個のシンボルのうちのいずれかを送信し、次の時刻には、I,Q軸からπ/4回転した軸上の4個のシンボルのうちのいずれかを送信する動作を繰返し、シンボル間の位相差に応じた情報を伝送する変調方式、のデータを受信する場合にも、同じように動作することができる。また、QPSK変調のデータを扱う場合でも、ベースバンド信号相関器6に用意する参照信号には、データ系列をπ/4シフトQPSK変調して得たベースバンド信号を用いることができ、また、逆に、π/4シフトQPSK変調のデータを扱う場合でも、参照信号には、データ系列をQPSK変調して得たベースバンド信号を用いることもできる。
【0034】また、実施例の考え方をさらに発展させることにより、発振器の発振周波数と搬送波周波数との間の周波数偏差△fがさらに大きい場合にも、正しい復号を得ることが可能になる。
【0035】
【発明の効果】以上の実施例の説明から明らかなように、本発明のデータ受信装置は、識別器の出力を常に正しい値に補正することができ、QPSKやπ/4シフトQPSKによる伝送データを誤りなく復号することができる。
【0036】また、同期検波に使用する発振器に求められる精度を緩めることができる。




 

 


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