JP2020010195A - Frequency estimation device and tracking receiver - Google Patents
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Abstract
【課題】残留搬送波の周波数を正しく推定することができる周波数推定装置および追尾受信機を提供する。【解決手段】周波数推定装置10は、直交検波およびデジタル化された受信信号を離散フーリエ変換して周波数ポイントごとの複素数である周波数スペクトルを生成する離散フーリエ変換部6と、周波数スペクトルの振幅値に基づく周波数ポイントごとの信号レベルを算出する信号レベル算出部73と、各々の周波数ポイントについて、その周波数ポイントの近傍の決められた範囲にある複数個の周波数ポイントの信号レベルから、その周波数ポイントの周辺信号レベルを算出する周辺信号レベル算出部74と、各々の周波数ポイントにおいて、信号レベルの周辺信号レベルに対する大きさの程度を表す突出度を算出する突出度算出部75と、突出度に基づき受信信号に残留する搬送波の周波数を推定する残留搬送波周波数推定部8とを備える。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a frequency estimation device and a tracking receiver capable of correctly estimating the frequency of a residual carrier wave. A frequency estimation device (10) has a discrete Fourier transform unit (6) that generates a frequency spectrum that is a complex number for each frequency point by performing a discrete Fourier transform on an orthogonal detection and a digitized received signal, and an amplitude value of the frequency spectrum. From the signal level calculation unit 73 that calculates the signal level for each frequency point based on, and the signal levels of a plurality of frequency points in a predetermined range in the vicinity of the frequency point for each frequency point, the periphery of the frequency point. Peripheral signal level calculation unit 74 that calculates the signal level, protrusion degree calculation unit 75 that calculates the degree of protrusion indicating the degree of magnitude of the signal level with respect to the peripheral signal level at each frequency point, and the received signal based on the degree of protrusion. It is provided with a residual carrier frequency estimation unit 8 for estimating the frequency of the residual carrier. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、周波数推定装置および追尾受信機に関する。 The present invention relates to a frequency estimation device and a tracking receiver.
追尾受信機は、方位演算時のノイズ量を少なくするため、入力信号の搬送波の周波数を推定し、捕捉および追従処理を行い、低域通過フィルタを用いて余分なノイズを除去する。入力信号に、残留搬送波が残らないようにするために、周波数同期の精度を向上させることが必要となるが、処理回路の追加などによって追尾受信機が大型化する。また、通常の通信機でも、簡易な構造で残留搬送波を推定し除去する装置および方法が望まれている。 The tracking receiver estimates the frequency of the carrier of the input signal, performs capture and tracking processing, and removes extra noise using a low-pass filter in order to reduce the amount of noise during azimuth calculation. It is necessary to improve the accuracy of frequency synchronization in order to prevent the residual carrier from remaining in the input signal, but the tracking receiver becomes large due to the addition of a processing circuit or the like. Further, there is a demand for an apparatus and method for estimating and removing a residual carrier with a simple structure even in a normal communication device.
追尾受信機は、残留搬送波が存在する変調信号が入力される場合に、離散フーリエ変換を用いて変調信号の周波数を推定することができる。たとえば、特許文献1に記載の装置は、スペクトル成分の電力ピーク値を検出して残留搬送波の周波数を推定する。 The tracking receiver can estimate the frequency of the modulated signal using the discrete Fourier transform when the modulated signal in which the residual carrier exists is input. For example, the device described in Patent Document 1 detects a power peak value of a spectral component and estimates the frequency of a residual carrier.
しかしながら、特許文献1に記載の装置は、スペクトル成分の電力ピーク値を検出して受信周波数推定を実施しているため、変調度の大きいPCM(Pulse Code Modulation)/PM(Phase Modulation)方式で変調された信号を受信した場合に、変調信号成分が残留搬送波成分よりも大きくなる場合がある。その結果、特許文献1に記載の装置は、変調信号成分を残留搬送波成分として誤検出してしまうことがある。 However, the device described in Patent Literature 1 detects a power peak value of a spectrum component and performs reception frequency estimation. Therefore, modulation is performed by a PCM (Pulse Code Modulation) / PM (Phase Modulation) method having a large modulation factor. When the modulated signal is received, the modulated signal component may be larger than the residual carrier component. As a result, the device described in Patent Document 1 may erroneously detect a modulated signal component as a residual carrier component.
それゆえに、本発明の目的は、残留搬送波の周波数を正しく推定することができる周波数推定装置および追尾受信機を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a frequency estimating apparatus and a tracking receiver capable of correctly estimating the frequency of a residual carrier.
本発明の周波数推定装置は、直交検波およびデジタル化された受信信号を離散フーリエ変換して周波数ポイントごとの複素数である周波数スペクトルを生成する離散フーリエ変換部と、周波数スペクトルの振幅値に基づく周波数ポイントごとの信号レベルを算出する信号レベル算出部と、各々の周波数ポイントについて、その周波数ポイントの近傍の決められた範囲にある複数個の周波数ポイントの信号レベルから、その周波数ポイントの周辺信号レベルを算出する周辺信号レベル算出部と、各々の周波数ポイントにおいて、信号レベルの周辺信号レベルに対する大きさの程度を表す突出度を算出する突出度算出部と、突出度に基づき受信信号に残留する搬送波の周波数を推定する残留搬送波周波数推定部とを備える。 The frequency estimating apparatus of the present invention includes a discrete Fourier transform unit that performs discrete Fourier transform on a quadrature detection and digitized received signal to generate a frequency spectrum that is a complex number for each frequency point, and a frequency point based on an amplitude value of the frequency spectrum. Signal level calculator for calculating a signal level for each frequency point, and for each frequency point, a signal level of a plurality of frequency points in a predetermined range near the frequency point, and calculating a peripheral signal level of the frequency point A peripheral signal level calculator, a saliency calculator for calculating a saliency indicating a magnitude of the signal level with respect to the peripheral signal level at each frequency point, and a frequency of a carrier remaining in the received signal based on the saliency. And a residual carrier frequency estimator for estimating the residual carrier frequency.
本発明によれば、残留搬送波の周波数を正しく推定することができる。 According to the present invention, the frequency of the residual carrier can be correctly estimated.
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1による追尾受信機1の構成を示すブロック図である。追尾受信機1は、たとえば、航空機などの移動体などに搭載されて、例えば通信衛星などの通信相手と通信するために、移動体に搭載されたアンテナの指向方向誤差を求める。アンテナで生成された和信号(通常の信号)と差信号(指向方向誤差に相当する信号)とが、追尾受信機1に入力されて、追尾受信機1は、指向方向誤差を算出して出力する。指向方向誤差は、アンテナの指向方向を変更する駆動装置に入力されて、アンテナが通信相手の方向を向くように制御される。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a tracking receiver 1 according to the first embodiment. The tracking receiver 1 is mounted on a mobile body such as an aircraft, for example, and obtains a pointing direction error of an antenna mounted on the mobile body to communicate with a communication partner such as a communication satellite. A sum signal (normal signal) and a difference signal (a signal corresponding to a directional error) generated by the antenna are input to the tracking receiver 1, and the tracking receiver 1 calculates the directional error and outputs the calculated directional error. I do. The pointing direction error is input to a driving device that changes the pointing direction of the antenna, and is controlled so that the antenna faces the direction of the communication partner.
追尾受信機1は、和信号および差信号としてIF信号(Intermediate Frequency、中間周波数信号)を使用する。IF信号は、RF信号(Radio Frequency、電波の周波数)からより低い周波数に周波数変換された信号である。IF信号からBB信号(Base Band、通信される情報の信号)が抽出される。図1に示すように、追尾受信機1は、複素和信号生成部25Sと、複素差信号生成部25Eと、周波数推定装置10と、複素位相回転部11S,11Eと、方位演算部12とを備える。 The tracking receiver 1 uses an IF signal (Intermediate Frequency signal) as a sum signal and a difference signal. The IF signal is a signal obtained by frequency-converting an RF signal (Radio Frequency, the frequency of a radio wave) to a lower frequency. A BB signal (Base Band, a signal of information to be communicated) is extracted from the IF signal. As shown in FIG. 1, the tracking receiver 1 includes a complex sum signal generation unit 25S, a complex difference signal generation unit 25E, a frequency estimation device 10, complex phase rotation units 11S and 11E, and an azimuth calculation unit 12. Prepare.
複素和信号生成部25Sは、アナログ受信部2Sと、ADC(Analog Digital Converter)3Sと、直交検波部4Sとを備える。複素差信号生成部25Eは、アナログ受信部2Eと、ADC3Eと、直交検波部4Eとを備える。 The complex sum signal generation unit 25S includes an analog reception unit 2S, an ADC (Analog Digital Converter) 3S, and a quadrature detection unit 4S. The complex difference signal generator 25E includes an analog receiver 2E, an ADC 3E, and a quadrature detector 4E.
アナログ受信部2Sは、アンテナで生成された中間周波数帯の和信号SUM−IFの受信処理を実行する。図2(a)は、アナログ受信部2Sの構成を表わす図である。アナログ受信部2Sは、帯域通過フィルタ(BPF)21Sと、増幅部(AMP)22Sと、低域通過フィルタ(LPF)23Sとを有する。 The analog receiving unit 2S performs a receiving process of the sum signal SUM-IF in the intermediate frequency band generated by the antenna. FIG. 2A is a diagram illustrating a configuration of the analog receiving unit 2S. The analog receiving unit 2S includes a band-pass filter (BPF) 21S, an amplifier (AMP) 22S, and a low-pass filter (LPF) 23S.
BPF21Sは、アンテナで生成された中間周波数帯の和信号SUM−IFからノイズおよびスプリアスを除去する。AMP22Sは、BPF21Sから出力される信号のレベルを適切なレベルに増幅する。LPF23Sは、AMP22Sから出力される信号から後段のADC3Sで折返し雑音が生じないように高周波成分を除去する。受信処理された中間周波数帯の和信号SUM1がLPF23Sから出力される。 The BPF 21S removes noise and spurious from the sum signal SUM-IF in the intermediate frequency band generated by the antenna. The AMP 22S amplifies the level of the signal output from the BPF 21S to an appropriate level. The LPF 23S removes high-frequency components from the signal output from the AMP 22S so that aliasing noise does not occur in the ADC 3S at the subsequent stage. The received sum signal SUM1 of the intermediate frequency band is output from LPF 23S.
アナログ受信部2Eは、アンテナで生成された中間周波数帯の差信号ERR−IFの受信処理を実行する。図2(b)は、アナログ受信部2Eの構成を表わす図である。アナログ受信部2Eは、帯域通過フィルタ(BPF)21Eと、増幅部(AMP)22Eと、低域通過フィルタ(LPF)23Eとを有する。 The analog receiving unit 2E executes a receiving process of the difference signal ERR-IF of the intermediate frequency band generated by the antenna. FIG. 2B is a diagram illustrating a configuration of the analog receiving unit 2E. The analog receiving unit 2E includes a band-pass filter (BPF) 21E, an amplifier (AMP) 22E, and a low-pass filter (LPF) 23E.
BPF21Eは、アンテナで生成された中間周波数帯の差信号ERR−IFからノイズおよびスプリアスを除去する。AMP22Eは、BPF21Eから出力される信号のレベルを適切なレベルに増幅する。LPF23Eは、AMP22Eから出力される信号から後段のADC3Eで折返し雑音が生じないように高周波成分を除去する。受信処理された中間周波数帯の差信号ERR1がLPF23Eから出力される。 The BPF 21E removes noise and spurious from the difference signal ERR-IF in the intermediate frequency band generated by the antenna. The AMP 22E amplifies the level of the signal output from the BPF 21E to an appropriate level. The LPF 23E removes a high-frequency component from a signal output from the AMP 22E so that aliasing noise does not occur in the ADC 3E at the subsequent stage. The received intermediate frequency band difference signal ERR1 is output from the LPF 23E.
ADC3Sは、アナログ受信部2Sから出力されるアナログの中間周波数帯の和信号SUM1をデジタルの中間周波数帯の和信号SUM2に変換する。ADC3Eは、アナログ受信部2Eから出力されるアナログの中間周波数帯の差信号ERR1をデジタルの中間周波数帯の差信号ERR2へ変換する。 The ADC 3S converts the analog intermediate frequency band sum signal SUM1 output from the analog receiving unit 2S into a digital intermediate frequency band sum signal SUM2. The ADC 3E converts the analog intermediate frequency band difference signal ERR1 output from the analog receiving unit 2E into a digital intermediate frequency band difference signal ERR2.
直交検波部4Sは、ADC3Sから出力されるデジタルの中間周波数帯の和信号SUM2を直交検波して、ベースバンドの複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)へ変換する。図3(a)は、直交検波部4Sの構成を表わす図である。直交検波部4Sは、数値制御発振器(NCO)41Sと、cos/sin発生部42Sと、乗算器43S,44Sと、LPF45S,46Sとを有する。 The quadrature detector 4S performs quadrature detection on the digital intermediate frequency band sum signal SUM2 output from the ADC 3S and converts it into a baseband complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q). FIG. 3A is a diagram illustrating a configuration of the quadrature detection unit 4S. The quadrature detector 4S has a numerically controlled oscillator (NCO) 41S, a cos / sin generator 42S, multipliers 43S and 44S, and LPFs 45S and 46S.
NCO41Sは、サンプリング周期ごとに指定された値を積算した値を出力する。cos/sin発生部42Sは、数値制御発振器41Sが出力する値の位相(ξ)を有する複素ローカル信号(cosξ+jsinξ)を発生する。乗算器43Sは、デジタルの中間周波数帯の和信号SUM2と、cosξとを乗算する。乗算器44Sは、デジタルの中間周波数帯の和信号SUM2と、sinξとを乗算する。LPF45S,46Sは、それぞれ、乗算器43S,44Sの乗算結果に対して高調波を除去する。LPF45S,46Sからベースバンドの複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)が出力される。 The NCO 41S outputs a value obtained by integrating values specified for each sampling cycle. The cos / sin generator 42S generates a complex local signal (cosξ + jsinξ) having the phase (ξ) of the value output from the numerically controlled oscillator 41S. Multiplier 43S multiplies digital sum signal SUM2 of the intermediate frequency band by cosξ. Multiplier 44S multiplies sum signal SUM2 of the digital intermediate frequency band by sinξ. The LPFs 45S and 46S remove harmonics from the multiplication results of the multipliers 43S and 44S, respectively. LPFs 45S and 46S output baseband complex sum signals (SUM3I + jSUM3Q).
直交検波部4Eは、ADC3Eから出力されるデジタルの中間周波数帯の差信号ERR2を直交検波して、ベースバンドの複素差信号(ERR3I+jERR3Q)へ変換する。図3(b)は、直交検波部4Eの構成を表わす図である。直交検波部4Eは、数値制御発振器(NCO)41Eと、cos/sin発生部42Eと、乗算器43E,44Eと、LPF45E,46Eとを有する。 The quadrature detection unit 4E performs quadrature detection on the digital intermediate frequency band difference signal ERR2 output from the ADC 3E, and converts it into a baseband complex difference signal (ERR3I + jERR3Q). FIG. 3B is a diagram illustrating a configuration of the quadrature detection unit 4E. The quadrature detector 4E has a numerically controlled oscillator (NCO) 41E, a cos / sin generator 42E, multipliers 43E and 44E, and LPFs 45E and 46E.
NCO41Eは、サンプリング周期ごとに指定された値を積算した値を出力する。cos/sin発生部42Eは、数値制御発振器41Eが出力する値の位相(ξ)を有する複素ローカル信号(cosξ+jsinξ)を発生する。乗算器43Eは、デジタルの中間周波数帯の差信号ERR2と、cosξとを乗算する。乗算器44Eは、デジタルの中間周波数帯の差信号ERR2と、sinξとを乗算する。LPF45E,46Eは、それぞれ、乗算器43E,44Eの乗算結果に対して高調波を除去する。LPF45E,46Eからベースンバンドの複素差信号(ERR3I+jERR3Q)が出力される。 The NCO 41E outputs a value obtained by integrating values specified for each sampling cycle. The cos / sin generator 42E generates a complex local signal (cosξ + jsinξ) having the phase (ξ) of the value output from the numerically controlled oscillator 41E. The multiplier 43E multiplies the digital intermediate frequency band difference signal ERR2 by cosco. The multiplier 44E multiplies the digital intermediate frequency band difference signal ERR2 by sin と. The LPFs 45E and 46E remove harmonics from the multiplication results of the multipliers 43E and 44E, respectively. The LPFs 45E and 46E output a complex difference signal (ERR3I + jERR3Q) in the bass band.
直交検波部4S内のcos/sin発生部42Sから出力される複素ローカル信号の周波数と、入力されるデジタルの中間周波数帯の和信号SUM2の搬送波の周波数との差をΔF0とする。直交検波部4Sによる直交検波によって得られる複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)は、{I(t)+jQ(t)}×exp(j2π×ΔF0×t)のように表される。I(t)+jQ(t)は復調されるべきベースバンド信号である。ΔF0は、周波数偏差である。このΔF0は、受信信号である複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)に残留する搬送波の周波数に相当する。 The difference between the frequency of the complex local signal output from the cos / sin generator 42S in the quadrature detector 4S and the frequency of the carrier of the input digital intermediate frequency band sum signal SUM2 is defined as ΔF 0 . Complex sum signal obtained by the quadrature detection by the quadrature detector 4S (SUM3I + jSUM3Q) is expressed as {I (t) + jQ ( t)} × exp (j2π × ΔF 0 × t). I (t) + jQ (t) is a baseband signal to be demodulated. ΔF 0 is the frequency deviation. This ΔF 0 corresponds to the frequency of the carrier remaining in the complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q) that is the received signal.
周波数推定装置10は、周波数偏差、すなわちデジタル化および直交検波された受信信号である複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)に残留する搬送波の周波数である残留搬送波周波数を推定する。推定した周波数をΔFとする。 The frequency estimating apparatus 10 estimates a frequency deviation, that is, a residual carrier frequency which is a frequency of a carrier remaining in a complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q) which is a digitized and orthogonally detected reception signal. Let the estimated frequency be ΔF.
複素位相回転部11Sは、直交検波部4Sから出力されるベースバンドの複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)と周波数推定装置10から出力される残留搬送波の周波数推定値ΔFの符号を反転した周波数補正値(−ΔF)から得られる位相補正値(−Δθ)に基づいて、複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)から残留搬送波を除去した複素和信号(SUM6I+jSUM6Q)を出力する。残留搬送波を除去することによって、複素和信号(SUM6I+jSUM6Q)の周波数スペクトルの中心が「0」となる。 The complex phase rotator 11S converts the sign of the baseband complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q) output from the quadrature detector 4S and the frequency estimation value ΔF of the residual carrier output from the frequency estimation device 10 by inverting the sign of the frequency correction value (− Based on the phase correction value (−Δθ) obtained from ΔF), a complex sum signal (SUM6I + jSUM6Q) obtained by removing the residual carrier from the complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q) is output. By removing the residual carrier, the center of the frequency spectrum of the complex sum signal (SUM6I + jSUM6Q) becomes “0”.
図4(a)は、複素位相回転部11Sの構成を表わす図である。複素位相回転部11Sは、位相補正値算出部231Sと、位相回転部232Sとを有する。
位相補正値算出部231Sは、数値制御発振器(NCO)111Sを備える。位相回転部232Sは、cos/sin発生部112Sと、複素乗算器350Sと、低域通過フィルタ(LPF)115AS,115BSとを有する。複素乗算器350Sは、乗算器113AS,113BS,113CS,113DSと、加算器114AS,114BSとを含む。
FIG. 4A is a diagram illustrating a configuration of the complex phase rotation unit 11S. The complex phase rotation unit 11S includes a phase correction value calculation unit 231S and a phase rotation unit 232S.
The phase correction value calculator 231S includes a numerically controlled oscillator (NCO) 111S. The phase rotation unit 232S includes a cos / sin generation unit 112S, a complex multiplier 350S, and low-pass filters (LPFs) 115AS and 115BS. Complex multiplier 350S includes multipliers 113AS, 113BS, 113CS, and 113DS, and adders 114AS and 114BS.
NCO111Sは、周波数推定装置10から残留搬送波の周波数推定値ΔFの符号を反転した(−ΔF)を周波数補正値として受け、周波数補正値(−ΔF)を積分することによって、位相補正値(−Δθ)を出力する。cos/sin発生部112Sは、NCO111Sが出力する位相補正値(−Δθ)の複素ローカル信号exp(−jΔθ)を発生する。乗算器113AS,113BS,113CS,113DSは、直交検波部4Sから出力されるベースバンドの複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)と複素ローカル信号exp(−jΔθ)とを乗算する。加算器114ASは、乗算器113ASの乗算結果と、乗算器113BSの乗算結果の符号を反転した値とを加算する。加算器114BSは、乗算器113CSの乗算結果と乗算器113DSの乗算結果とを加算する。LPF115AS,115BSは、加算器114AS,114BSの出力から余分な高調波およびノイズを除去する。LPF115AS,115BSからベースバンドの複素和信号(SUM6I+jSUM6Q)が出力される。 The NCO 111S receives from the frequency estimating apparatus 10 a frequency correction value obtained by inverting the sign of the frequency estimation value ΔF of the residual carrier (−ΔF) as a frequency correction value, and integrates the frequency correction value (−ΔF) to obtain a phase correction value (−Δθ). ) Is output. The cos / sin generator 112S generates a complex local signal exp (-jΔθ) of the phase correction value (-Δθ) output from the NCO 111S. The multipliers 113AS, 113BS, 113CS, 113DS multiply the baseband complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q) output from the quadrature detector 4S by the complex local signal exp (-jΔθ). The adder 114AS adds the multiplication result of the multiplier 113AS and a value obtained by inverting the sign of the multiplication result of the multiplier 113BS. Adder 114BS adds the multiplication result of multiplier 113CS and the multiplication result of multiplier 113DS. The LPFs 115AS and 115BS remove extra harmonics and noise from the outputs of the adders 114AS and 114BS. LPFs 115AS and 115BS output baseband complex sum signals (SUM6I + jSUM6Q).
NCO111Sが、周波数補正値(−ΔF)を積分して位相補正値(−Δθ)を得る方法を説明する。NCO111Sの入力は、サンプリング周波数Fsに対する周波数Fの比率F/Fsである。ここで、−0.5≦F/Fs<0.5である。サンプリング定理より、サンプリング周波数Fsの1/2以下の周波数Fまでの周波数成分だけを有する信号は、サンプリングしても原信号を復元できる。NCO111Sは、サンプリング周期(1/Fs)ごとに、φ=(2π)×(F/Fs)だけ進んだ位相を出力することができる。−0.5≦F/Fs<0.5なので、φは、−0.5≦φ/(2π)<0.5である。したがって、NCO111Sに周波数補正値(−ΔF)を入力すれば、NCO111Sから周波数補正値(−ΔF)を積分した位相補正値(−Δθ)が出力される。 A method in which the NCO 111S integrates the frequency correction value (-ΔF) to obtain the phase correction value (-Δθ) will be described. The input of the NCO 111S is the ratio F / Fs of the frequency F to the sampling frequency Fs. Here, -0.5 ≦ F / Fs <0.5. According to the sampling theorem, a signal having only a frequency component up to a frequency F equal to or less than の of the sampling frequency Fs can restore the original signal even if it is sampled. The NCO 111S can output a phase advanced by φ = (2π) × (F / Fs) for each sampling cycle (1 / Fs). Since −0.5 ≦ F / Fs <0.5, φ is −0.5 ≦ φ / (2π) <0.5. Therefore, when the frequency correction value (−ΔF) is input to the NCO 111S, the NCO 111S outputs a phase correction value (−Δθ) obtained by integrating the frequency correction value (−ΔF).
複素位相回転部11Eは、直交検波部4Eから出力されるベースバンドの複素差信号(ERR3I+jERR3Q)と周波数推定装置10から出力される残留搬送波の周波数推定値ΔFの符号を反転した(−ΔF)から得られる位相補正値(−Δθ)に基づいて、複素差信号(ERR3I+jERR3Q)から残留搬送波を除去した複素差信号(ERR6I+jERR6Q)を出力する。残留搬送波を除去することによって、複素差信号(ERR6I+jERR6Q)の周波数スペクトルの中心が「0」となる。 The complex phase rotation unit 11E inverts the sign of the baseband complex difference signal (ERR3I + jERR3Q) output from the quadrature detection unit 4E and the sign of the frequency estimation value ΔF of the residual carrier output from the frequency estimation device 10 (−ΔF). Based on the obtained phase correction value (−Δθ), a complex difference signal (ERR6I + jERR6Q) obtained by removing the residual carrier from the complex difference signal (ERR3I + jERR3Q) is output. By removing the residual carrier, the center of the frequency spectrum of the complex difference signal (ERR6I + jERR6Q) becomes “0”.
図4(b)は、複素位相回転部11Eの構成を表わす図である。複素位相回転部11Eは、位相補正値算出部231Eと、位相回転部232Eとを有する。
位相補正値算出部231Eは、数値制御発振器(NCO)111Eを備える。位相回転部232Eは、cos/sin発生部112Eと、複素乗算器350Eと、低域通過フィルタ(LPF)115AE,115BEとを有する。複素乗算器350Eは、乗算器113AE,113BE,113CE,113DEと、加算器114AE,114BEとを含む。
FIG. 4B is a diagram illustrating a configuration of the complex phase rotation unit 11E. The complex phase rotator 11E includes a phase correction value calculator 231E and a phase rotator 232E.
The phase correction value calculator 231E includes a numerically controlled oscillator (NCO) 111E. The phase rotation unit 232E includes a cos / sin generation unit 112E, a complex multiplier 350E, and low-pass filters (LPFs) 115AE and 115BE. Complex multiplier 350E includes multipliers 113AE, 113BE, 113CE, and 113DE, and adders 114AE and 114BE.
NCO111Eは、周波数推定装置10から残留搬送波の周波数推定値ΔFの符号を反転した(−ΔF)を周波数補正値として受け、周波数補正値(−ΔF)を積分することによって、位相補正値(−Δθ)を出力する。cos/sin発生部112Eは、NCO111Eが出力する位相補正値(−Δθ)の複素ローカル信号exp(−jΔθ)を発生する。乗算器113AE,113BE,113CE,113DEは、直交検波部4Eから出力されるベースバンドの複素差信号(ERR3I+jERR3Q)と複素ローカル信号exp(−jΔθ)とを乗算する。加算器114AEは、乗算器113AEの乗算結果と、乗算器113BEの乗算結果の符号を反転した値とを加算する。加算器114BEは、乗算器113CEの乗算結果と乗算器113DEの乗算結果とを加算する。LPF115AE,115BEは、加算器114AE,114BEの出力から余分な高調波およびノイズを除去する。LPF115AE,115BEからベースバンドの複素差信号(ERR6I+jERR6Q)が出力される。 The NCO 111E receives from the frequency estimating apparatus 10 the frequency correction value (−ΔF) obtained by inverting the sign of the frequency estimation value ΔF of the residual carrier as a frequency correction value, and integrates the frequency correction value (−ΔF) to obtain the phase correction value (−Δθ). ) Is output. The cos / sin generator 112E generates a complex local signal exp (-jΔθ) of the phase correction value (-Δθ) output from the NCO 111E. The multipliers 113AE, 113BE, 113CE, and 113DE multiply the complex difference signal (ERR3I + jERR3Q) of the baseband output from the quadrature detector 4E by the complex local signal exp (-jΔθ). The adder 114AE adds the multiplication result of the multiplier 113AE and a value obtained by inverting the sign of the multiplication result of the multiplier 113BE. Adder 114BE adds the multiplication result of multiplier 113CE and the multiplication result of multiplier 113DE. The LPFs 115AE and 115BE remove extra harmonics and noise from the outputs of the adders 114AE and 114BE. LPFs 115AE and 115BE output baseband complex difference signals (ERR6I + jERR6Q).
方位演算部12は、複素位相回転部11Sから出力される複素和信号(SUM6I+jSUM6Q)と、複素位相回転部11Eから出力される複素差信号(ERR6I+jERR6Q)とに基づいて、指向方向誤差(X+jY)の方位演算を行う。指向方向誤差(X+jY)は、電波が到来する方向である到来方向とアンテナが向く方向である指向方向との差である。図5は、方位演算部12の構成を表わす図である。方位演算部12は、複素除算回路121と、低域通過フィルタ(LPF)122,123と、乗算器124,125とを有する。 The azimuth calculating unit 12 calculates the directional error (X + jY) based on the complex sum signal (SUM6I + jSUM6Q) output from the complex phase rotation unit 11S and the complex difference signal (ERR6I + jERR6Q) output from the complex phase rotation unit 11E. Perform azimuth calculation. The directional error (X + jY) is the difference between the arriving direction, which is the direction in which the radio wave arrives, and the directional direction, which is the direction in which the antenna is pointing. FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of the azimuth calculation unit 12. The azimuth calculation unit 12 includes a complex division circuit 121, low-pass filters (LPFs) 122 and 123, and multipliers 124 and 125.
複素除算回路121は、複素位相回転部11Sから出力される複素和信号(SUM6I+jSUM6Q)によって、複素位相回転部11Eから出力される複素差信号(ERR6I+jERR6Q)を除算して、除算結果(PX+jPY)を出力する。LPF122は、除算結果(PX+jPY)の実部PXに対して平滑化処理を行う。乗算器124は、LPF122から出力される信号に正規化誤差感度γθ[V/V/deg]の逆数(=1/γθ)を乗算して、指向方向誤差の実部Xを出力する。LPF123は、除算結果(PX+jPY)の虚部PYに対して平滑化処理を行う。乗算器125は、LPF123から出力される信号に正規化誤差感度γθ[V/V/deg]の逆数(=1/γθ)を乗算して、指向方向誤差の虚部Yを出力する。 The complex divider 121 divides the complex difference signal (ERR6I + jERR6Q) output from the complex phase rotator 11E by the complex sum signal (SUM6I + jSUM6Q) output from the complex phase rotator 11S, and divides the result (PX + jPY). Is output. The LPF 122 performs a smoothing process on the real part PX of the division result (PX + jPY). The multiplier 124 multiplies the signal output from the LPF 122 by the reciprocal (= 1 / γθ) of the normalized error sensitivity γθ [V / V / deg], and outputs the real part X of the directivity error. The LPF 123 performs a smoothing process on the imaginary part PY of the division result (PX + jPY). The multiplier 125 multiplies the signal output from the LPF 123 by the reciprocal (= 1 / γθ) of the normalized error sensitivity γθ [V / V / deg], and outputs the imaginary part Y of the pointing direction error.
複素位相回転部11S,11Eによって、複素和信号(SUM6I+jSUM6Q)および複素差信号(ERR6I+jERR6Q)の周波数スペクトルが「0」を中心としたものとされているので、LPF122,123を狭帯域の低域通過フィルタとすることができる。LPF122,123によってノイズを除去することができるため、指向方向誤差を精度よく求めることができる。 The complex phase rotators 11S and 11E determine that the frequency spectra of the complex sum signal (SUM6I + jSUM6Q) and the complex difference signal (ERR6I + jERR6Q) are centered on "0", so that the LPFs 122 and 123 pass through a narrow band low-pass band. It can be a filter. Since noise can be removed by the LPFs 122 and 123, the directional error can be accurately obtained.
再び、図1を参照して、周波数推定装置10の構成を説明する。周波数推定装置10は、窓関数乗算器5、離散フーリエ変換部6、パワー演算部71、LPF72、信号レベル算出部73、周辺信号レベル算出部74、突出度算出部75、および残留搬送波周波数推定部8を有する。 Referring again to FIG. 1, the configuration of the frequency estimation device 10 will be described. The frequency estimating apparatus 10 includes a window function multiplier 5, a discrete Fourier transform unit 6, a power calculating unit 71, an LPF 72, a signal level calculating unit 73, a peripheral signal level calculating unit 74, a protrusion degree calculating unit 75, and a residual carrier frequency estimating unit. 8
窓関数乗算器5は、直交検波部4Sの後段に接続されて、ハニング窓等の窓関数を乗算する。図6は、窓関数乗算器5の構成を表わす図である。窓関数乗算器5は、窓関数信号発生部51と、乗算器52、53とを有する。窓関数信号発生部51は、ハニング窓またはブラックマン窓等の窓関数用信号を発生させる。乗算器52,53は、直交検波部4Sから出力される複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)と、窓関数信号発生部51から出力される窓関数信号とを乗算して、複素和信号(SUM4I+jSUM4Q)を出力する。 The window function multiplier 5 is connected to the subsequent stage of the quadrature detection unit 4S, and multiplies a window function such as a Hanning window. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the window function multiplier 5. The window function multiplier 5 has a window function signal generator 51 and multipliers 52 and 53. The window function signal generator 51 generates a signal for a window function such as a Hanning window or a Blackman window. The multipliers 52 and 53 multiply the complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q) output from the quadrature detection unit 4S and the window function signal output from the window function signal generation unit 51 to output a complex sum signal (SUM4I + jSUM4Q). I do.
窓関数を使用する理由を説明する。離散フーリエ変換は、観測時間内の波形が繰り返されるという前提で、時間領域から周波数領域へ変換する。残留搬送波成分の周波数は未知であり、離散フーリエ変換で使用する観測時間T0を1周期とした場合に対して、残留搬送波の周波数が1/T0(Hz)の整数倍になるとは限らない。残留搬送波の周波数が1/T0(Hz)の整数倍でない場合は、離散フーリエ変換で得られる周波数スペクトルは、残留搬送波の周波数以外の成分が多くなり、残留搬送波の周波数が検出しにくくなる。窓関数は、離散フーリエ変換の観測時間の境界に近い部分での値が小さくなるように決められた関数である。入力信号に窓関数を乗算することで、離散フーリエ変換で得られる周波数スペクトルは、周波数成分の広がりを小さくすることができる。 The reason for using the window function will be described. The discrete Fourier transform converts from the time domain to the frequency domain on the assumption that the waveform within the observation time is repeated. The frequency of the residual carrier component is unknown, and the frequency of the residual carrier is not always an integral multiple of 1 / T0 (Hz) when the observation time T0 used in the discrete Fourier transform is one cycle. If the frequency of the residual carrier is not an integral multiple of 1 / T0 (Hz), the frequency spectrum obtained by the discrete Fourier transform has many components other than the frequency of the residual carrier, and it becomes difficult to detect the frequency of the residual carrier. The window function is a function determined so that the value near the boundary of the observation time of the discrete Fourier transform becomes small. By multiplying the input signal by the window function, the spread of the frequency component of the frequency spectrum obtained by the discrete Fourier transform can be reduced.
離散フーリエ変換部6は、デジタル化された受信信号である複素和信号(SUM4I+jSUM4Q)を離散フーリエ変換して、周波数ポイントごとの複素和信号(SUM5I+jSUM5Q)からなる周波数スペクトルを生成する。 The discrete Fourier transform unit 6 subjects the complex sum signal (SUM4I + jSUM4Q), which is a digitized received signal, to discrete Fourier transform to generate a frequency spectrum composed of the complex sum signal (SUM5I + jSUM5Q) for each frequency point.
より具体的には、離散フーリエ変換部6は、離散フーリエ変換処理により時間軸上の複素和信号(SUM4I+jSUM4Q)を周波数軸上の複素和信号(SUM5I+jSUM5Q)に変換する。FFT(Fast Fourier Transform)と呼ばれる高速フーリエ変換処理のアルゴリズムを用いて離散フーリエ変換部6を実現してもよい。 More specifically, the discrete Fourier transform unit 6 converts the complex sum signal (SUM4I + jSUM4Q) on the time axis into a complex sum signal (SUM5I + jSUM5Q) on the frequency axis by a discrete Fourier transform process. The discrete Fourier transform unit 6 may be realized by using a fast Fourier transform processing algorithm called FFT (Fast Fourier Transform).
パワー演算部71は、各周波数ポイントの離散フーリエ変換結果(SUM5I+jSUM5Q)をI成分とQ成分の二乗和により各周波数ポイントのパワー値を求める。さらに、パワー演算部71は、各周波数ポイントのパワー値のルート演算することによって、各周波数ポイントの振幅値を求めてもよい。 The power calculation unit 71 obtains the power value of each frequency point from the discrete Fourier transform result (SUM5I + jSUM5Q) of each frequency point by the square sum of the I component and the Q component. Further, the power calculator 71 may calculate the amplitude value of each frequency point by performing a route calculation of the power value of each frequency point.
LPF部72は、各周波数ポイントのパワー値または振幅値を時系列的に平滑化処理する。LPF部72は、各周波数ポイントのパワー値または振幅値に対して時系列的にIIR(Infinite Impulse Response)フィルタ等を用いて平滑化処理を行う。これによって、ノイズも含めたランダム信号成分の分散を小さくするこができる。 The LPF unit 72 performs a time-series smoothing process on the power value or the amplitude value of each frequency point. The LPF unit 72 performs a smoothing process on the power value or the amplitude value of each frequency point in time series using an IIR (Infinite Impulse Response) filter or the like. This makes it possible to reduce the variance of random signal components including noise.
信号レベル算出部73は、周波数スペクトルの振幅値、または振幅値を二乗したパワー値に基づく周波数ポイントごとの信号レベルPSを算出する。たとえば、信号レベル算出部73は、LPF部72を通過した周波数スペクトルのパワー値または振幅値を信号レベルPSとすることができる。図7(a)は、周波数ポイントごとの信号レベルPSを表すパワースペクトルの例を表わす図である。図7(a)の例では、パワースペクトルのパワー値を信号レベルPSとしている。 The signal level calculating unit 73 calculates the signal level P S of each frequency point based on the power value obtained by squaring the amplitude value of the frequency spectrum, or the amplitude value. For example, the signal level calculating unit 73 may be a power or amplitude values of the frequency spectrum which has passed through the LPF 72 and the signal level P S. 7 (a) is a diagram illustrating an example of a power spectrum representing the signal level P S of each frequency point. In the example of FIG. 7 (a), and the power value of the power spectrum and the signal level P S.
周辺信号レベル算出部74は、各々の周波数ポイントについて、その周波数ポイントの近傍の決められた範囲にある複数の周波数ポイントである周辺周波数ポイント集合の信号レベルPSから、その周波数ポイントの周辺信号レベルPNを算出する。図7(b)は、周波数ポイントごとの周辺信号レベルPNを表わす図である。 Near the signal level calculating unit 74, each of the frequency points, from the signal level P S near frequency point set is a plurality of frequency points in the range with a predetermined vicinity of the frequency points, near the signal level of the frequency point Calculate PN . 7 (b) is a diagram showing a peripheral signal level P N for each frequency point.
ここで、周辺周波数ポイント集合は、周辺信号レベルを算出する対象の周波数ポイントを少なくとも含む周波数軸上に連続して並ぶ決められた個数の周波数ポイントを含まないように決められている。 Here, the peripheral frequency point set is determined so as not to include a predetermined number of frequency points that are continuously arranged on a frequency axis including at least the frequency point for which the peripheral signal level is to be calculated.
図7(c)は、周波数ポイントAにおける周辺信号レベルPNを算出するために用いる複数の周波数ポイントを表わす図である。なお、図7(c)は、図7(a)の周波数ポイントAの近傍を拡大している。周辺信号レベル算出部74は、周波数ポイントAのすぐ隣の1ポイントを含まない2ポイント目から片側8ポイントずつの周波数ポイントL1〜L8と、R1〜R8の信号レベルPSの平均値を、周波数ポイントAの周辺信号レベルPNとすることができる。平均値を算出する周波数ポイントL1〜L8と、R1〜R8を、図7(c)では破線で囲んでいる。 FIG. 7C is a diagram illustrating a plurality of frequency points used for calculating the peripheral signal level PN at the frequency point A. FIG. 7C is an enlarged view of the vicinity of the frequency point A in FIG. Near the signal level calculating unit 74, a frequency point L1~L8 from the second point without the immediate one point adjacent to the frequency point A on each side 8 points, the average value of the signal level P S of the R1 to R8, frequency it can be a peripheral signal level P N point a. The frequency points L1 to L8 for calculating the average value and R1 to R8 are surrounded by broken lines in FIG.
突出度算出部75は、各々の周波数ポイントにおいて、信号レベルPSを周辺信号レベルPNで除算した突出度PR(=PS/PN)を算出する。 Protruding degree calculation unit 75, at each frequency point, it calculates the signal level P S of the peripheral signal level P N in dividing the degree of protrusion PR (= P S / P N ).
受信信号に残留搬送波が含まれているときに、残留搬送波の周波数において信号レベルPSが高く、かつ残留搬送波の周波数の周辺の周波数の信号レベルPNが低いという特徴がある。この特徴を利用するため、信号レベルPSを周辺信号レベルPNで除算した突出度PRを用いる。周辺信号レベルPNを求めるときに、周波数ポイントおよびすぐ隣の合計3ポイントを除くのは、以下の理由による。残留搬送波の周波数の幅は、理想的には、0Hzである。しかし、上述したように、離散フーリエ変換で使用する観測時間T0を1周期とした場合に対して、残留搬送波の周波数が1/T0(Hz)の整数倍になるとは限らないこと、および窓関数を乗算することによって、周波数スペクトルにおいて、残留搬送波の周波数は、多少の幅を有する。そのために、各周波数ポイントの周辺信号レベルを算出する際に、その周波数ポイントを少なくとも含む周波数軸上で連続して並ぶ3ポイントの幅を除外する。除外する周波数ポイントは5ポイント以上の決められた個数でもよい。周辺信号レベルを算出する際に使用する周波数ポイントの集合を周波数周辺ポイント集合と呼ぶ。 When it contains residual carrier in the received signal, higher signal level P S at the frequency of the residual carrier, and the signal level P N of the frequency around the frequency of the residual carrier is characterized in that low. To use this feature, it uses protruding degree PR obtained by dividing the signal level P S around the signal level P N. When determining the ambient signal level P N, the exclusion of any frequency point and immediately Sum 3 points adjacent for the following reason. The frequency width of the residual carrier is ideally 0 Hz. However, as described above, the frequency of the residual carrier is not always an integral multiple of 1 / T0 (Hz) when the observation time T0 used in the discrete Fourier transform is set to one cycle, and the window function , The frequency of the residual carrier has some width in the frequency spectrum. For this purpose, when calculating the peripheral signal level of each frequency point, the width of three consecutive points on the frequency axis including at least the frequency point is excluded. The number of frequency points to be excluded may be a predetermined number of five or more. A set of frequency points used when calculating the peripheral signal level is called a frequency peripheral point set.
突出度PRは、信号レベルPSの周辺信号レベルPNに対する大きさの程度を表す指標である。信号レベルPSを周辺信号レベルPNで除算する以外の方法で、突出度PRを算出してもよい。 Protruding degree PR is an index indicating the order of magnitude to the peripheral signal level P N of the signal level P S. The protrusion degree PR may be calculated by a method other than dividing the signal level P S by the peripheral signal level P N.
残留搬送波周波数推定部8は、突出度PRに基づいて、受信信号に残留する搬送波の周波数を推定する。残留搬送波周波数推定部8は、周波数ポイント判定部181と、周波数算出部182とを備える。周波数ポイント判定部181は、突出度算出部75で算出された突出度PRが最大となる周波数ポイントPOを検出する。周波数算出部182は、突出度PRが最大となる周波数ポイントPOの値に離散フーリエ変換の隣接する2つの周波数ポイント間の周波数間隔とを乗算することによって、残留搬送波の周波数推定値ΔFを算出する。離散フーリエ変換部6へ入力される複素和信号(SUM4I+jSUM4Q)のサンプル周波数が2.19MHz、離散フーリエ変換のサンプル数が4096サンプルの場合、周波数ポイントPOがX(0≦X≦4095)に対する残留搬送波の周波数推定値ΔFは、以下の式で表される。
ΔF=X*(2.19/4096) (0≦X≦2047)…(1)
ΔF=(X-4096)*{2.19/4096} (2048≦X≦4096) …(2)
ここで、Xと周波数の関係は、以下となる。
X=0は、周波数軸上の真ん中にある周波数ポイント
X=2047は周波数軸上の最も右にある周波数ポイント
X=2048は周波数軸上の最も左にある周波数ポイント、
X=4095は、周波数軸上の真ん中より1ポイント左にある周波数ポイント
以上のようにして、残留搬送波の周波数推定値ΔFは、離散フーリエ変換で算出する周波数スペクトルの周波数ポイントごと、すなわち、複素和信号(SUM4I+jSUM4Q)の4096サンプルごとに求めることができる。
The residual carrier frequency estimating unit 8 estimates the frequency of the carrier remaining in the received signal based on the degree of protrusion PR. The residual carrier frequency estimating unit 8 includes a frequency point determining unit 181 and a frequency calculating unit 182. The frequency point determination unit 181 detects a frequency point PO at which the degree of protrusion PR calculated by the degree of protrusion calculation unit 75 is maximum. The frequency calculation unit 182 calculates the frequency estimation value ΔF of the residual carrier by multiplying the value of the frequency point PO at which the degree of protrusion PR is the maximum by the frequency interval between two adjacent frequency points of the discrete Fourier transform. . When the sample frequency of the complex sum signal (SUM4I + jSUM4Q) input to the discrete Fourier transform unit 6 is 2.19 MHz and the number of samples of the discrete Fourier transform is 4096, the residual carrier for the frequency point PO of X (0 ≦ X ≦ 4095) Is represented by the following equation.
ΔF = X * (2.19 / 4096) (0 ≦ X ≦ 2047)… (1)
ΔF = (X-4096) * {2.19 / 4096} (2048 ≦ X ≦ 4096)… (2)
Here, the relationship between X and frequency is as follows.
X = 0 is the middle frequency point on the frequency axis. X = 2047 is the rightmost frequency point on the frequency axis. X = 2048 is the leftmost frequency point on the frequency axis.
X = 4095 is the frequency point one point to the left of the center on the frequency axis. As described above, the frequency estimate ΔF of the residual carrier is calculated for each frequency point of the frequency spectrum calculated by the discrete Fourier transform, that is, the complex sum It can be obtained every 4096 samples of the signal (SUM4I + jSUM4Q).
図1において、周波数算出部182が周波数推定値ΔFを出力する図としている。図1では、周波数推定値ΔFは何にも入力されない。追尾受信機1の調整中などは、調整用の装置にΔFの周波数偏差を持つ信号を入力して、画面などで周波数推定値ΔFを確認することができる。 FIG. 1 is a diagram in which the frequency calculation unit 182 outputs the frequency estimation value ΔF. In FIG. 1, the frequency estimation value ΔF is not input. During adjustment of the tracking receiver 1 or the like, a signal having a frequency deviation of ΔF is input to the adjustment device, and the estimated frequency value ΔF can be confirmed on a screen or the like.
次に、変調度の大きいPCM/PM方式で変調された信号(以下、PCM/PM信号)を受信したときの実施の形態1の効果について説明する。
図8は、PCM/PM信号のパワースペクトルの模式図である。図8には、バイフェーズのPCMコードを用いたPCM信号のパワースペクトルが示されている。PCM/PM信号のパワースペクトルは、中心部にある残留搬送波成分とそれ以外のデータ信号成分を含む。実際の運用で受信される受信信号には、ノイズ成分として示す白色ガウスノイズ成分などのノイズ成分も含まれる。
Next, the effect of the first embodiment when a signal modulated by the PCM / PM method having a large modulation factor (hereinafter, PCM / PM signal) is received will be described.
FIG. 8 is a schematic diagram of a power spectrum of a PCM / PM signal. FIG. 8 shows a power spectrum of a PCM signal using a bi-phase PCM code. The power spectrum of the PCM / PM signal includes a residual carrier component at the center and other data signal components. A received signal received in actual operation includes a noise component such as a white Gaussian noise component shown as a noise component.
図9は、PCM/PM信号を離散フーリエ変換して得られるパワースペクトルの模式図である。図10は、PCM/PM信号のパワースペクトルのシミュレーション結果を表わす図である。図10には、1.5radという大きい変調度を適用したPCM/PM信号に、ノイズを付加したシミュレーション上の信号波形に対して4096ポイントのFFTを施した結果が示されている。一般に、PCM/PM変調では変調度m(rad)を用いてキャリアレベルに対して残留搬送波の成分とデータ信号成分のパワーが一意に決定される。全キャリアのパワーをPc(dB)、残留搬送波の成分のパワーをPr(dB)、データ信号成分のパワーをPs(dB)とすると、以下の式が成り立つ。
Pr=Pc+10*log10(cos2(m)) …(3)
Ps=Pc+10*log10(sin2(m)) …(4)
例えばm=1.5radなら、Pr=Pc−23dB、Ps=Pc−0.02dBとなり、残留搬送波の成分がデータ成分と比較して大幅に小さくなることが分かる。
FIG. 9 is a schematic diagram of a power spectrum obtained by performing a discrete Fourier transform on a PCM / PM signal. FIG. 10 is a diagram illustrating a simulation result of a power spectrum of a PCM / PM signal. FIG. 10 shows the result of applying a FFT of 4096 points to a PCM / PM signal to which a large modulation factor of 1.5 rad is applied to a signal waveform in a simulation in which noise is added. In general, in PCM / PM modulation, the power of a residual carrier component and the power of a data signal component are uniquely determined with respect to a carrier level using a modulation degree m (rad). Assuming that the power of all the carriers is Pc (dB), the power of the residual carrier component is Pr (dB), and the power of the data signal component is Ps (dB), the following equation holds.
Pr = Pc + 10 * log 10 (cos 2 (m))… (3)
Ps = Pc + 10 * log 10 (sin 2 (m))… (4)
For example, if m = 1.5 rad, Pr = Pc−23 dB and Ps = Pc−0.02 dB, which indicates that the residual carrier component is significantly smaller than the data component.
図10では、残留搬送波成分81のパワースペクトルのパワー値は「−25」dB程度の値であるが、データ信号成分82のパワースペクトルのパワー値は、「−23」dB程度の値である。データ信号成分82のパワースペクトルのパワー値の方が、残留搬送波成分81のパワースペクトルのパワー値よりも大きい。したがって、パワースペクトルのパワー値の大きさに基づいて。残留搬送波成分81の周波数を検出することができない。 In FIG. 10, the power value of the power spectrum of the residual carrier component 81 is a value of about “−25” dB, while the power value of the power spectrum of the data signal component 82 is a value of about “−23” dB. The power value of the power spectrum of the data signal component 82 is larger than the power value of the power spectrum of the residual carrier component 81. Therefore, based on the magnitude of the power value in the power spectrum. The frequency of the residual carrier component 81 cannot be detected.
図11は、実施の形態1によって算出した周波数ポイントごとの突出度PRの模式図である。図11に示すように、残留搬送波成分が含まれる周波数ポイントにおいて突出度PRが最大となる。図12は、図10のシミュレーション結果から突出度PRを算出した結果を表わす図である。図13は、図12の一部を周波数fの方向に拡大した図である。図12および図13に示すように、残留搬送波成分101の突出度PRは、20dB強の値であるが、データ信号成分102の突出度PRは10dB未満である。パワー値の最大値ではなく、突出度PRの最大値を用いることによって、残留搬送波成分を正確に検出することができる。 FIG. 11 is a schematic diagram of the protrusion degree PR for each frequency point calculated according to the first embodiment. As shown in FIG. 11, the degree of protrusion PR becomes maximum at a frequency point including the residual carrier component. FIG. 12 is a diagram illustrating a result of calculating the protrusion degree PR from the simulation result of FIG. FIG. 13 is a diagram in which a part of FIG. 12 is enlarged in the direction of the frequency f. As shown in FIGS. 12 and 13, the protrusion PR of the residual carrier component 101 is a little over 20 dB, but the protrusion PR of the data signal component 102 is less than 10 dB. By using the maximum value of the degree of protrusion PR instead of the maximum value of the power value, the residual carrier component can be accurately detected.
実施の形態1の変形例1.
信号レベル算出部73は、LPF部72を通過した周波数スペクトルのパワー値または振幅値を信号レベルPSとし、周辺信号レベル算出部74は、各々の周波数ポイントについて、その周波数ポイントの近傍の決められた範囲の複数の周波数ポイントの信号レベルから、その周波数ポイントの周辺信号レベルPNを算出したが、これに限定するものではない。
Modification 1 of Embodiment 1
The signal level calculating unit 73, the power or amplitude values of the frequency spectrum which has passed through the LPF 72 and the signal level P S, near the signal level calculating unit 74 for each frequency point, determined with the vicinity of the frequency point a plurality of frequency points the signal level of the ranges have been calculated peripheral signal level P N of the frequency points, not limited thereto.
周辺信号レベル算出部74は、各々の周波数ポイントについて、その周波数ポイントの近傍の決められた範囲の複数の周波数ポイントの周波数スペクトルのパワー値または振幅値から、その周波数ポイントの周辺信号レベルPNを算出するものとしてもよい。信号レベル算出部73は、各周波数ポイントについて、周波数スペクトルのパワー値または振幅値から周辺信号レベルPNを減算した値をその周波数ポイントの信号レベルPSとしてもよい。 Near the signal level calculating unit 74 for each frequency point, from the power or amplitude values of the frequency spectrum of a plurality of frequency points in a range with a predetermined vicinity of the frequency point, a peripheral signal level P N of the frequency points It may be calculated. The signal level calculating unit 73, for each frequency point, a value obtained by subtracting the ambient signal level P N from the power or amplitude values of the frequency spectrum may be a signal level P S of the frequency points.
実施の形態1の変形例2.
上記の実施形態では、周辺信号レベル算出部74は、周波数ポイントから2ポイント離れた片側8ポイントずつの点の信号レベルPSの平均値を、その周波数ポイントの周辺信号レベルPNとしたが、これに限定されるものではない。周辺信号レベル算出部74は、上記平均値をさらに離散フーリエ変換の隣接する2つの周波数ポイント間の周波数間隔で除算することによって得られる値を、周辺信号レベルPNとしてもよい。残留搬送波成分は、CW(Continuous Wave)に相当し、レベルは帯域幅に無関係であるため、PS/PN0で考えた方が受信状況を把握しやすいためである。
Modification 2 of Embodiment 1
In the above embodiments, the peripheral signal level calculator 74, the average value of the signal level P S of a point on each side 8 points away two points from the frequency point, although the peripheral signal level P N of the frequency points, It is not limited to this. Near the signal level calculating unit 74, a value obtained by dividing the frequency spacing between two adjacent frequency points of further discrete Fourier transform of the above average value, may be a peripheral signal level P N. The residual carrier component is equivalent to CW (Continuous Wave), and the level is irrelevant to the bandwidth. Therefore , it is easier to grasp the reception state by considering P S / P N0 .
実施の形態1の変形例3.
上記の実施形態では、周波数算出部182は、突出度PRが最大となる周波数ポイントの値に対応する周波数を残留搬送波の周波数推定値ΔFとしたが、これに限定されるものではない。周波数算出部182は、突出度PRが最大となる周波数ポイントに対応する周波数と、突出度が最大となる周波数ポイントの前後の周波数ポイントに対応する周波数とを用いて、例えば1次または2次の補間処理により、離散フーリエ変換の隣接する2つの周波数ポイント間の周波数間隔よりも高い解像度で残留搬送波の周波数推定値ΔFを算出することとしてもよい。
Modification 3 of Embodiment 1
In the above embodiment, the frequency calculation unit 182 sets the frequency corresponding to the value of the frequency point at which the degree of protrusion PR is the maximum as the frequency estimation value ΔF of the residual carrier, but is not limited thereto. The frequency calculation unit 182 uses the frequency corresponding to the frequency point at which the protrusion degree PR is the maximum and the frequency corresponding to the frequency points before and after the frequency point at which the protrusion degree is the maximum, for example, to obtain a primary or secondary frequency. By the interpolation processing, the frequency estimation value ΔF of the residual carrier may be calculated with a resolution higher than the frequency interval between two adjacent frequency points of the discrete Fourier transform.
実施の形態1の変形例4.
上記実施形態では、複素和信号生成部25Sは、アンテナで生成された中間周波数帯の和信号SUM−IFをデジタル信号に変換してから直交検波したが、これに限定されるものではない。すなわち、複素和信号生成部25Sは、アンテナで生成された中間周波数帯の和信号SUM−IFを直交検波してからをデジタル信号に変換してもよい。複素差信号生成部25Eも同様である。つまり、複素和信号生成部25Sは、アンテナで生成された中間周波数帯の和信号SUM−IFを直交検波した後にデジタル信号に変換して、または、デジタル信号に変換した後に直交検波して、複素和信号を生成する。複素差信号生成部25Eは、アンテナで生成された中間周波数帯の差信号ERR−IFを、直交検波した後にデジタル信号に変換して、または、デジタル信号に変換した後に直交検波して、複素差信号を生成する。
Modification 4 of Embodiment 1
In the above embodiment, the complex sum signal generation unit 25S converts the sum signal SUM-IF in the intermediate frequency band generated by the antenna into a digital signal and then performs quadrature detection, but the present invention is not limited to this. That is, the complex sum signal generation unit 25S may convert the sum signal SUM-IF of the intermediate frequency band generated by the antenna into a digital signal after performing quadrature detection. The same applies to the complex difference signal generator 25E. In other words, the complex sum signal generation unit 25S converts the sum signal SUM-IF of the intermediate frequency band generated by the antenna into a digital signal after quadrature detection, or performs quadrature detection after converting the sum signal SUM-IF into a digital signal. Generate a sum signal. The complex difference signal generation unit 25E converts the difference signal ERR-IF of the intermediate frequency band generated by the antenna into a digital signal after quadrature detection, or performs quadrature detection after converting it into a digital signal, and performs complex detection. Generate a signal.
実施の形態2.
図14は、実施の形態2による追尾受信機101の構成を示すブロック図である。実施の形態2の追尾受信機101は、実施の形態1の追尾受信機1の構成要素に加えて、周波数追従部9を備える。
Embodiment 2 FIG.
FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a tracking receiver 101 according to Embodiment 2. The tracking receiver 101 according to the second embodiment includes a frequency tracking unit 9 in addition to the components of the tracking receiver 1 according to the first embodiment.
周波数追従部9は、位相同期回路(PLL)を用いてフィードバック制御を行い、入力される信号の位相と位相基準値との位相差を0にするように制御する回路である。図15は、周波数追従部9の構成を表わす図である。周波数追従部9は、間引き処理部91と、位相比較器92と、ループフィルタ93とを有する。図15は、受信信号がQPSK変調方式で変調された場合の図である。QPSK以外にも、複素平面上に配置されたシンボル点がN回(Nは2以上の自然数)の回転対称を有するデジタル変調方式に対して同様に適用できる。
周波数追従部9は、周波数推定装置10によって推定された残留搬送波周波数(ΔFinit)と、複素位相回転部11Sが出力する複素和信号(SUM6I+jSUM6Q)の位相とに基づいて、残留搬送波周波数をゼロに近づけるように積分することによって、周波数補正値(−ΔFadj)を出力する。これによって、複素位相回転部11Sおよび11Sにおいて位相補正値(-Δθ)が生成される。
The frequency tracking section 9 is a circuit that performs feedback control using a phase locked loop (PLL) and controls the phase difference between the phase of an input signal and a phase reference value to be zero. FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of the frequency tracking unit 9. The frequency tracking unit 9 includes a thinning processing unit 91, a phase comparator 92, and a loop filter 93. FIG. 15 is a diagram when a received signal is modulated by the QPSK modulation method. In addition to QPSK, the present invention can be similarly applied to a digital modulation method in which symbol points arranged on a complex plane have rotational symmetry N times (N is a natural number of 2 or more).
The frequency tracking unit 9 brings the residual carrier frequency closer to zero based on the residual carrier frequency (ΔFinit) estimated by the frequency estimation device 10 and the phase of the complex sum signal (SUM6I + jSUM6Q) output from the complex phase rotation unit 11S. Thus, the frequency correction value (−ΔFadj) is output. As a result, a phase correction value (-Δθ) is generated in the complex phase rotation units 11S and 11S.
間引き処理部91は、複素位相回転部11Sから出力されるベースバンドの複素和信号(SUM6I+jSUM6Q)のサンプリング周波数を小さくする。間引き処理部91は、主にCIC(Cascaded Integrator Comb)フィルタ等を用いて、折返し雑音を発生させないように高周波成分を除去しつつ、間引き率をKとすると、サンプリング周波数を(1/K)に変換する。入力される複素和信号(SUM6I+jSUM6Q)のノイズ量が小さく、PLLの片側等価雑音帯域幅BLを広くとることができる場合には間引き処理はしなくても良い。 The thinning processing unit 91 reduces the sampling frequency of the baseband complex sum signal (SUM6I + jSUM6Q) output from the complex phase rotation unit 11S. The thinning-out processing unit 91 mainly uses a CIC (Cascaded Integrator Comb) filter or the like to remove high-frequency components so as not to generate aliasing noise, and when the thinning rate is K, the sampling frequency is set to (1 / K). Convert. If the noise amount of the input complex sum signal (SUM6I + jSUM6Q) is small and the one-sided equivalent noise bandwidth BL of the PLL can be widened, the thinning-out processing need not be performed.
位相比較器92は、演算部381と、余り算出器382、加算器383とを備える。演算部381は、複素和信号(SUM6I+jSUM6Q)の偏角(複素数が実軸となす角度)である位相θaを算出する。具体的には、演算部381は、複素和信号(SUM6I+jSUM6Q)の実部と虚部とを用いて、以下の式に従って、位相θaを算出する。
θa=arctan(SUM6Q/SUM6I)…(4)
The phase comparator 92 includes a calculation unit 381, a remainder calculator 382, and an adder 383. The operation unit 381 calculates a phase θa which is a declination (an angle between a complex number and a real axis) of the complex sum signal (SUM6I + jSUM6Q). Specifically, the calculation unit 381 calculates the phase θa using the real part and the imaginary part of the complex sum signal (SUM6I + jSUM6Q) according to the following equation.
θa = arctan (SUM6Q / SUM6I) (4)
余り算出器382は、演算部381が算出する位相θaと位相補正値(-θadj)の加算結果に対して2π/Nで除算して余りを求める演算(2π/Nでのmod演算)を実施する。例えば、受信信号がQPSK変調方式で変調された信号(以下、QPSK信号)の場合には、N=4であるため、π/2[rad]でmod演算を実施する。加算器383により、さらにマッピングの基準値を減算する。マッピングの基準値は、変調方式に応じて決まる基準マッピング点に対する複素和信号の位相誤差をゼロを中心とする範囲にするため角度値である。QPSKの場合には、マッピングの基準値はπ/4[rad]なので、π/4[rad]を減算する。図15において、入力される信号に対するπ/2[rad]のmod演算は、mod(π/2)と表記する。 The remainder calculator 382 performs an operation of modulating the addition result of the phase θa and the phase correction value (−θadj) calculated by the operation unit 381 by 2π / N to obtain a remainder (mod operation at 2π / N). I do. For example, if the received signal is a signal modulated by the QPSK modulation method (hereinafter, QPSK signal), since N = 4, the mod operation is performed at π / 2 [rad]. An adder 383 further subtracts a reference value for mapping. The reference value of the mapping is an angle value so that the phase error of the complex sum signal with respect to the reference mapping point determined according to the modulation scheme is in a range centered on zero. In the case of QPSK, the reference value for mapping is π / 4 [rad], so π / 4 [rad] is subtracted. In FIG. 15, the mod operation of π / 2 [rad] with respect to the input signal is expressed as mod (π / 2).
一般にN回の回転対称を有するデジタル変調方式では、余り算出器382ではmod(2π/N)の演算を実施し、加算器383では(−π/N)を減算すればよい。例えば、BPSKの場合には、mod(π)となり、加算器383では(−π/2)を減算する。 In general, in a digital modulation method having N rotational symmetries, the remainder calculator 382 may perform the operation of mod (2π / N), and the adder 383 may subtract (−π / N). For example, in the case of BPSK, the result is mod (π), and the adder 383 subtracts (−π / 2).
上記マッピングの基準値を減算した結果を、位相差Δθdiffとして出力する。位相差Δθdiffは、複素和信号(SUM6I+jSUM6Q)が有する位相誤差である。位相比較器92は、複素和信号(SUM6I+jSUM6Q)の位相誤差を検出する位相誤差検出器である。 The result obtained by subtracting the reference value of the mapping is output as a phase difference Δθdiff. The phase difference Δθdiff is a phase error of the complex sum signal (SUM6I + jSUM6Q). The phase comparator 92 is a phase error detector that detects a phase error of the complex sum signal (SUM6I + jSUM6Q).
ループフィルタ93は、位相差Δθdiffに基づいて、出力される信号の周波数に周波数偏差ΔFが存在することを検出し、位相差Δθdiffにループゲインを乗算した結果を積分することによって、周波数偏差ΔFを求める。ループフィルタ93は、乗算器83と、乗算器84と、積分器95と、加算器85と、乗算器94と、選択取込部96とを備える。積分器95は、加算器97と、遅延回路86とを備える。 Based on the phase difference Δθdiff, the loop filter 93 detects that the frequency of the output signal has a frequency deviation ΔF, and integrates the result obtained by multiplying the phase difference Δθdiff by the loop gain to obtain the frequency deviation ΔF. Ask. The loop filter 93 includes a multiplier 83, a multiplier 84, an integrator 95, an adder 85, a multiplier 94, and a selection capturing unit 96. The integrator 95 includes an adder 97 and a delay circuit 86.
乗算器83は、位相比較器92から出力される位相差Δθdiffに、ループゲインG1を乗算して、加算器85へ出力する。乗算器84は、位相比較器92から出力される位相差Δθdiffに、ループゲインG2を乗算して、積分器95へ出力する。積分器95内の加算器97および遅延回路86によって、乗算器84の出力が累積加算される。積分器95によって、周波数偏差ΔFについての情報を逐次蓄積することができる。加算器85は、積分器95の出力と、乗算器83の出力とを加算することによって、周波数偏差ΔFを求める。乗算器94は、加算器85から出力される周波数偏差ΔFの符号を反転させるために(-1)を乗算することによって(-ΔF)を生成する。乗算器94は、さらに、複素位相回転部11Sのサンプリング周波数に適合させるために(-ΔF)にKを乗算して周波数補正値(−ΔFadj)を出力する。 The multiplier 83 multiplies the phase difference Δθdiff output from the phase comparator 92 by the loop gain G1 and outputs the result to the adder 85. The multiplier 84 multiplies the phase difference Δθdiff output from the phase comparator 92 by the loop gain G2 and outputs the result to the integrator 95. The output of the multiplier 84 is cumulatively added by the adder 97 and the delay circuit 86 in the integrator 95. The integrator 95 can sequentially accumulate information about the frequency deviation ΔF. The adder 85 obtains the frequency deviation ΔF by adding the output of the integrator 95 and the output of the multiplier 83. The multiplier 94 generates (−ΔF) by multiplying (−1) to invert the sign of the frequency deviation ΔF output from the adder 85. The multiplier 94 further multiplies (−ΔF) by K to output a frequency correction value (−ΔFadj) in order to match the sampling frequency of the complex phase rotation unit 11S.
複素位相回転部11Sの位相補正値算出部231Sは、残留搬送波周波数の符号を反転させて係数を乗算して求められた周波数補正値(−ΔFadj)が入力される。実施の形態1で説明したように、位相補正値算出部231Sは、周波数補正値(−ΔFadj)を積分することによって、位相補正値(−Δθadj)を出力する。位相回転部232Sは、位相補正値(−Δθadj)だけ複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)の位相を回転させる。すなわち、位相回転部232Sは、複素ローカル信号exp(−jθadj)と複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)とを乗算する。これによって、直交検波部4Sから出力される複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)の位相が位相補正値(-Δθadj)だけ逐次回転する。実施の形態1では、位相補正値を(−Δθ)と表していたが、実施の形態2では、位相補正値を(−Δθadj)と表わす。これにより、直交検波部4Sで生じる周波数偏差ΔFによる位相差が除去された複素和信号(SUM6I+jSUM6Q)を出力することができる。また、位相差Δθdiffが0に近づくようにフィードバック処理が実現される。 The frequency correction value (−ΔFadj) obtained by inverting the sign of the residual carrier frequency and multiplying by a coefficient is input to the phase correction value calculation unit 231S of the complex phase rotation unit 11S. As described in the first embodiment, the phase correction value calculation unit 231S outputs a phase correction value (-Δθadj) by integrating the frequency correction value (-ΔFadj). The phase rotation unit 232S rotates the phase of the complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q) by the phase correction value (−Δθadj). That is, the phase rotation unit 232S multiplies the complex local signal exp (-jθadj) by the complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q). As a result, the phase of the complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q) output from the quadrature detector 4S is sequentially rotated by the phase correction value (-Δθadj). In the first embodiment, the phase correction value is expressed as (−Δθ), but in the second embodiment, the phase correction value is expressed as (−Δθadj). As a result, a complex sum signal (SUM6I + jSUM6Q) from which the phase difference due to the frequency deviation ΔF generated in the quadrature detection unit 4S has been removed can be output. Further, the feedback processing is implemented such that the phase difference Δθdiff approaches 0.
複素位相回転部11Eの位相補正値算出部231Eは、残留搬送波周波数の符号を反転させて係数を乗算して求められた周波数補正値(−ΔFadj)が入力される。実施の形態1で説明したように、位相補正値算出部231Eは、周波数補正値(−ΔFadj)を積分することによって、位相補正値(−Δθadj)を出力する。位相回転部232Eは、位相補正値(−Δθadj)だけ複素差信号(ERR3I+jERR3Q)の位相を回転させる。すなわち、位相回転部232Eは、複素ローカル信号exp(−jθadj)と複素差信号(ERR3I+jERR3Q)とを乗算する。これによって、直交検波部4Eから出力される複素差信号(ERR3I+jERR3Q)の位相が位相補正値(-Δθadj)だけ逐次回転する。これにより、直交検波部4Sで生じる周波数偏差ΔFによる位相差が除去された複素差信号(ERR6I+jERR6Q)を出力することができる。 The phase correction value calculation unit 231E of the complex phase rotation unit 11E receives the frequency correction value (−ΔFadj) obtained by inverting the sign of the residual carrier frequency and multiplying by a coefficient. As described in the first embodiment, the phase correction value calculation unit 231E outputs a phase correction value (-Δθadj) by integrating the frequency correction value (-ΔFadj). The phase rotation unit 232E rotates the phase of the complex difference signal (ERR3I + jERR3Q) by the phase correction value (−Δθadj). That is, the phase rotation unit 232E multiplies the complex local signal exp (−jθadj) by the complex difference signal (ERR3I + jERR3Q). As a result, the phase of the complex difference signal (ERR3I + jERR3Q) output from the quadrature detector 4E is sequentially rotated by the phase correction value (-Δθadj). Thereby, it is possible to output a complex difference signal (ERR6I + jERR6Q) from which the phase difference due to the frequency deviation ΔF generated in the quadrature detection unit 4S has been removed.
周波数追従部9内の位相比較器92と、周波数追従部9内の積分器95を含むループフィルタ93と、複素位相回転部11S内の積分器であるNCO111Sと、複素位相回転部11S内の複素乗算器350Sとによって、伝達関数が2次となるPLLが構成される。2次のPLLによって、ループフィルタ93から出力される周波数補正値(−ΔFadj)を積分した位相補正値(−Δθadj)によって、直交検波部4Sから出力される複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)の位相が補正されて、位相比較器92における位相差Δθdiffを0に近づけることができる。さらに、2次のPLLによって、直交検波部4Sから出力される複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)の周波数偏差ΔFに、ループフィルタ93から出力される周波数補正値(−ΔFadj)を近づけるように、周波数補正値(−ΔFadj)を調整することができる。 A phase comparator 92 in the frequency tracking unit 9, a loop filter 93 including an integrator 95 in the frequency tracking unit 9, an NCO 111S as an integrator in the complex phase rotation unit 11S, and a complex filter in the complex phase rotation unit 11S. The multiplier 350S forms a PLL whose transfer function is quadratic. The phase of the complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q) output from the quadrature detector 4S is corrected by the second-order PLL by the phase correction value (-Δθadj) obtained by integrating the frequency correction value (-ΔFadj) output from the loop filter 93. Thus, the phase difference Δθdiff in the phase comparator 92 can be made close to zero. Further, the frequency correction value (−ΔFadj) output from the loop filter 93 is made closer to the frequency deviation ΔF of the complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q) output from the quadrature detection unit 4S by the secondary PLL. (−ΔFadj) can be adjusted.
積分器95に蓄積された周波数偏差ΔFに対して、ループフィルタ93内のループゲインG1,G2で決められる片側等価雑音帯域幅BL程度の更なる周波数偏差に対して追従することが可能である。 It is possible to follow the frequency deviation ΔF accumulated in the integrator 95 with a further frequency deviation of about one-side equivalent noise bandwidth BL determined by the loop gains G1 and G2 in the loop filter 93.
複素位相回転部11Sと周波数追従部9とによって、フィードバックループが形成される。フィードバックループが不安定にならないように、ループゲインG1,G2は小さく設定される。周波数偏差を迅速にゼロに近づけるために、選択取込部96は、積分器95の入力として、残留搬送波周波数推定部8から出力される指示された時点の残留搬送波の周波数(周波数偏差)推定値ΔFを初期周波数推定値ΔFinitとして取りこんで、遅延回路86へ出力する。 A feedback loop is formed by the complex phase rotation unit 11S and the frequency tracking unit 9. The loop gains G1 and G2 are set small so that the feedback loop does not become unstable. In order to quickly bring the frequency deviation closer to zero, the selection acquisition unit 96 receives, as an input to the integrator 95, an estimated value of the frequency (frequency deviation) of the residual carrier at the indicated time, which is output from the residual carrier frequency estimating unit 8. ΔF is taken as the initial frequency estimated value ΔFinit and output to the delay circuit 86.
具体的には、残留搬送波周波数推定部8から出力される周波数偏差ΔFinitが安定するまでは、ループフィルタ93の出力を「0」とすることによって、複素位相回転部11S内のNCO1111Sの入力は、「0」に固定される。残留搬送波周波数推定部8から出力される周波数偏差ΔFinitが安定したと判断した時点で、周波数偏差ΔFinitを取り込むことが指示されて、選択取込部96は、残留搬送波周波数推定部8から最新の周波数偏差ΔFinitを取得して遅延回路86へ出力する。選択取込部96は、周波数偏差ΔFinitを取り込むことが指示されない時には、加算器97の出力を取り込んで、遅延回路86へ出力する。これによって、ΔFinitが周波数補正値(−ΔFadj)の初期値として設定されるとともに、複素位相回転部11Sによって位相が回転した後の複素和信号(SUM6I+jSUM6Q)の位相に基づいて、周波数補正値(−ΔFadj)が調整される。 Specifically, by setting the output of the loop filter 93 to “0” until the frequency deviation ΔFinit output from the residual carrier frequency estimating unit 8 becomes stable, the input of the NCO 1111S in the complex phase rotation unit 11S becomes Fixed to "0". When it is determined that the frequency deviation ΔFinit output from the residual carrier frequency estimating section 8 is stable, it is instructed to capture the frequency deviation ΔFinit, and the selective capturing section 96 outputs the latest frequency from the residual carrier frequency estimating section 8 to the latest frequency. The deviation ΔFinit is obtained and output to the delay circuit 86. When it is not instructed to capture the frequency deviation ΔFinit, the selective capturing unit 96 captures the output of the adder 97 and outputs it to the delay circuit 86. Thereby, ΔFinit is set as an initial value of the frequency correction value (−ΔFadj), and based on the phase of the complex sum signal (SUM6I + jSUM6Q) after the phase is rotated by the complex phase rotation unit 11S, the frequency correction value (−Fadj) is set. ΔFadj) is adjusted.
このようにすることで、周波数追従部9は、ΔFinitを初期値として、周波数偏差ΔFの変動に対して追従できる。つまり、離散フーリエ変換によって周波数軸上で推定したΔFinitよりも、より精密かつサンプル処理単位で周波数偏差ΔFを算出することが可能になる。ただし、PLLがロック外れを起こした場合には、再び、ΔFinitを取り込むまで、ループフィルタ93の出力が「0」に設定される。ロック外れ前の状態を維持しておきたい場合は、「0」ではなく、ロック外れを起こす直前の積分器95の値を保持し続けてもよい。 In this way, the frequency tracking unit 9 can track the fluctuation of the frequency deviation ΔF with ΔFinit as the initial value. That is, it becomes possible to calculate the frequency deviation ΔF more precisely and in sample processing units than ΔFinit estimated on the frequency axis by the discrete Fourier transform. However, when the PLL loses lock, the output of the loop filter 93 is set to “0” until ΔFinit is fetched again. When it is desired to maintain the state before the lock is released, the value of the integrator 95 immediately before the lock is released may be maintained instead of “0”.
例えば、離散フーリエ変換部6へ入力されるデータのサンプリング周波数を2.19MHz、間引き率Kを256、離散フーリエ変換部6へ入力されるデータ長(サンプル数)を4096ポイントとした場合、離散フーリエ変換部6から出力される周波数スペクトルの隣接する周波数ポイントの間の周波数間隔は、534Hzの分解能になる。補間処理を行って、1/10の精度が求まるとしても53Hzである。周波数追従部9内の間引き処理部91は、2.19MHzのサンプリング周波数で、CICフィルタ等の通過後のデータに対して、間引き率K毎にデータをサンプルし直すことによって、サンプリング周波数を8.545kHzまで低下させる。複素位相回転部11Sの入力を32ビットとし、かつ小数点位置を23bit目(Q23 format)とした場合、小数点位置が8.545kHz相当になるため、0.001Hz(=8.545kHz/223)の精度の周波数分解能で周波数偏差ΔFを算出することが可能である。 For example, when the sampling frequency of the data input to the discrete Fourier transform unit 6 is 2.19 MHz, the thinning rate K is 256, and the data length (the number of samples) input to the discrete Fourier transform unit 6 is 4096 points, the discrete Fourier transform The frequency interval between adjacent frequency points of the frequency spectrum output from the converter 6 has a resolution of 534 Hz. Even if an interpolation process is performed to obtain an accuracy of 1/10, it is 53 Hz. The decimation processing section 91 in the frequency tracking section 9 resamples the data after passing through the CIC filter or the like at a decimation rate K at a sampling frequency of 2.19 MHz, thereby setting the sampling frequency to 8. Reduce to 545 kHz. When the input of the complex phase rotation unit 11S is 32 bits and the decimal point position is the 23rd bit (Q23 format), the decimal point position is equivalent to 8.545 kHz, so that 0.001 Hz (= 8.545 kHz / 2 23 ) It is possible to calculate the frequency deviation ΔF with an accurate frequency resolution.
実施の形態1および実施の形態2では、残留搬送波の周波数を推定し除去する追尾受信機を説明した。通常の通信機においても、送受信機間に周波数オフセットまたは周波数不整合が存在すると、受信信号を復調する際の復調誤りの増加などの通信品質が悪化する。実施の形態1および実施の形態2の残留搬送波の周波数を正確に推定して除去する技術は、通常の通信機にも適用できる。 In Embodiments 1 and 2, the tracking receiver that estimates and removes the frequency of the residual carrier has been described. Even in a normal communication device, if a frequency offset or a frequency mismatch exists between a transmitter and a receiver, communication quality such as an increase in demodulation errors when demodulating a received signal deteriorates. The techniques of Embodiment 1 and Embodiment 2 for accurately estimating and removing the frequency of the residual carrier can also be applied to ordinary communication devices.
実施の形態2の変形例1.
図16は、実施の形態2の変形例1による追尾受信機201の構成を示すブロック図である。実施の形態2の追尾受信機201は、実施の形態1の追尾受信機1の構成要素に加えて、位相追従部209を備える。実施の形態2の追尾受信機201は、実施の形態1の複素位相回転部11S,11Eと異なる複素位相回転部211S,211Eを備える。
Modification 1 of Embodiment 2
FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration of a tracking receiver 201 according to the first modification of the second embodiment. The tracking receiver 201 according to the second embodiment includes a phase tracking unit 209 in addition to the components of the tracking receiver 1 according to the first embodiment. The tracking receiver 201 according to the second embodiment includes complex phase rotators 211S and 211E different from the complex phase rotators 11S and 11E according to the first embodiment.
図17は、位相追従部209の構成を表わす図である。位相追従部209が、実施の形態2の周波数追従部9と相違する点は、積分器99を備える点と、間引き処理部91への入力、位相比較器292の構成、位相追従部209の出力が相違する点である。
位相追従部209は、周波数推定装置10によって推定された残留搬送波周波数(ΔFinit)と、複素位相回転部11Sが出力する複素和信号(SUM6I+jSUM6Q)の位相とに基づいて、残留搬送波周波数をゼロに近づけるように位相補正値(−Δθadj)を出力する。
FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of the phase tracking unit 209. The phase tracking unit 209 differs from the frequency tracking unit 9 of the second embodiment in that the phase tracking unit 209 includes an integrator 99, the input to the thinning processing unit 91, the configuration of the phase comparator 292, and the output of the phase tracking unit 209. Is a different point.
The phase tracking unit 209 brings the residual carrier frequency closer to zero based on the residual carrier frequency (ΔFinit) estimated by the frequency estimation device 10 and the phase of the complex sum signal (SUM6I + jSUM6Q) output from the complex phase rotation unit 11S. Thus, the phase correction value (−Δθadj) is output.
間引き処理部91は、直交検波部4Sから出力されるベースバンドの複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)のサンプリング周波数を小さくする。間引き処理部91は、主にCIC(Cascaded Integrator Comb)フィルタ等を用いて、折返し雑音を発生させないように高周波成分を除去しつつ、サンプリング周波数を(1/K)倍に変換する。 The thinning processing unit 91 reduces the sampling frequency of the baseband complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q) output from the quadrature detection unit 4S. The thinning-out processing section 91 mainly converts the sampling frequency to (1 / K) times using a CIC (Cascaded Integrator Comb) filter or the like while removing high-frequency components so as not to generate aliasing noise.
積分器99は、積分器95の出力に基づく値を積分する第2積分器である。積分器99は、加算器87と、遅延回路88と、遅延回路89とを備える。加算器87と遅延回路88とによって、乗算器94の出力である周波数補正値(−ΔFadj)を累積加算させる。遅延回路89の出力は、位相補正値(-Δθadj)として、複素位相回転部211S,211Eへ送られる。 The integrator 99 is a second integrator that integrates a value based on the output of the integrator 95. The integrator 99 includes an adder 87, a delay circuit 88, and a delay circuit 89. The adder 87 and the delay circuit 88 accumulatively add the frequency correction value (−ΔFadj) output from the multiplier 94. The output of the delay circuit 89 is sent to the complex phase rotation units 211S and 211E as a phase correction value (-Δθadj).
位相比較器292は、演算部381が出力する位相θaに位相補正値(-Δθadj)を加算する加算器384を有する。加算器384の出力は、余り算出器382に入力される。位相比較器292は、位相補正値(-Δθadj)による補正後の複素和信号(SUM6I+jSUM6Q)の位相誤差を検出する位相誤差検出器である。 The phase comparator 292 includes an adder 384 that adds a phase correction value (−Δθadj) to the phase θa output from the calculation unit 381. The output of the adder 384 is input to the remainder calculator 382. The phase comparator 292 is a phase error detector that detects a phase error of the complex sum signal (SUM6I + jSUM6Q) corrected by the phase correction value (-Δθadj).
選択取込部96は、周波数偏差ΔFinitを取り込むことが指示されたときに、残留搬送波周波数推定部8から最新の周波数偏差ΔFinitを取得して遅延回路86へ出力する。選択取込部96は、周波数偏差ΔFinitを取り込むことが指示されない時には、加算器97の出力を取り込んで、遅延回路86へ出力する。これによって、ΔFinitが周波数補正値(−ΔFadj)の初期値として設定されるとともに、複素位相回転部211Sによって位相が回転する前の複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)の位相に基づいて、周波数補正値(−ΔFadj)が調整される。 The selection acquisition unit 96 acquires the latest frequency deviation ΔFinit from the residual carrier frequency estimating unit 8 and outputs it to the delay circuit 86 when instructed to acquire the frequency deviation ΔFinit. When it is not instructed to capture the frequency deviation ΔFinit, the selective capturing unit 96 captures the output of the adder 97 and outputs it to the delay circuit 86. Thereby, ΔFinit is set as an initial value of the frequency correction value (−ΔFadj), and based on the phase of the complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q) before the phase is rotated by the complex phase rotation unit 211S, the frequency correction value (−Fadj) is set. ΔFadj) is adjusted.
図18(a)は、複素位相回転部211Sの構成を表わす図である。複素位相回転部211Sが、図4(a)の複素位相回転部11Sと相違する点は、以下である。複素位相回転部211Sは、NCO111Sで構成される位相補正値算出部231Sを備えず、遅延回路116AS,116BSを備える。 FIG. 18A is a diagram illustrating a configuration of the complex phase rotation unit 211S. The difference between the complex phase rotation unit 211S and the complex phase rotation unit 11S of FIG. 4A is as follows. The complex phase rotation unit 211S does not include the phase correction value calculation unit 231S including the NCO 111S, but includes delay circuits 116AS and 116BS.
con/sin発生部112Sは、NCO111Sからではなく、位相追従部209から送られる位相補正値(−Δθadj)の複素ローカル信号exp(−jΔθadj)を発生する。遅延回路116AS,116BSは、直交検波部4Sから出力される複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)を遅延させて、加算器113AS,113BS,113CS,113DSへ出力する。遅延させる理由は、複素位相回転部211S内での複素乗算のタイミングと、位相追従部209の位相比較器292の位相比較のタイミングとを同じにするためである。タイミング合わせをしない場合には、位相追従部209内の2次のPLL内部で位相差Δθdiffおよび周波数の差(ΔFとΔFadjの差)が除去できても、複素位相回転部211Sで位相差が発生し、コンスタレーションの位相がずれるという問題が発生する。 The con / sin generator 112S generates a complex local signal exp (-jΔθadj) of the phase correction value (-Δadj) sent from the phase follower 209, not from the NCO 111S. The delay circuits 116AS and 116BS delay the complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q) output from the quadrature detector 4S, and output the delayed sum signal to the adders 113AS, 113BS, 113CS, and 113DS. The reason for the delay is to make the timing of the complex multiplication in the complex phase rotator 211S and the timing of the phase comparison of the phase comparator 292 of the phase follower 209 the same. When the timing is not adjusted, even if the phase difference Δθdiff and the frequency difference (the difference between ΔF and ΔFadj) can be removed inside the secondary PLL in the phase tracking unit 209, a phase difference occurs in the complex phase rotation unit 211S. However, there arises a problem that the phase of the constellation is shifted.
図18(b)は、複素位相回転部211Eの構成を表わす図である。複素位相回転部211Eが、図4(b)の複素位相回転部11Eと相違する点は、以下である。複素位相回転部211Eは、NCO111Eで構成される位相補正値算出部231Eを備えず、遅延回路116AE,116BEを備える。con/sin発生部112Eは、NCO111Eからではなく、位相追従部209から送られる位相補正値(−Δθadj)の複素ローカル信号exp(−jΔθadj)を発生する。遅延回路116AE,116BEは、直交検波部4Eから出力される複素差信号(ERR3I+jERR3Q)を遅延させて、加算器113AE,113BE,113CE,113DEへ出力する。 FIG. 18B is a diagram illustrating a configuration of the complex phase rotation unit 211E. The difference of the complex phase rotation unit 211E from the complex phase rotation unit 11E of FIG. 4B is as follows. The complex phase rotation unit 211E does not include the phase correction value calculation unit 231E including the NCO 111E, but includes delay circuits 116AE and 116BE. The con / sin generation unit 112E generates a complex local signal exp (-jΔθadj) of the phase correction value (-Δθadj) sent from the phase tracking unit 209, not from the NCO 111E. The delay circuits 116AE and 116BE delay the complex difference signal (ERR3I + jERR3Q) output from the quadrature detector 4E and output the delayed signals to the adders 113AE, 113BE, 113CE, and 113DE.
位相追従部209内の位相比較器292、位相追従部209内の積分器95を含むループフィルタ93、および位相追従部209内の積分器99によって、2次のPLLが構成される。伝達関数が2次となるPLLによって、ループフィルタ93から出力される周波数補正値(−ΔFadj)を積分した位相補正値(−Δθadj)によって、直交検波部4Sから出力される複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)の位相が補正されて、位相比較器292における位相差Δθdiffを0に近づけることができる。さらに、2次のPLLによって、直交検波部4Sから出力される複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)の周波数偏差ΔFと、ループフィルタ93から出力される周波数補正値(−ΔFadj)との和をゼロに近づけるように、周波数補正値(-ΔFadj)を調整することができる。 A second-order PLL is configured by the phase comparator 292 in the phase tracking unit 209, the loop filter 93 including the integrator 95 in the phase tracking unit 209, and the integrator 99 in the phase tracking unit 209. A complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q) output from the quadrature detector 4S based on a phase correction value (-Δθadj) obtained by integrating a frequency correction value (-ΔFadj) output from the loop filter 93 by a PLL whose transfer function is quadratic. Is corrected, and the phase difference Δθdiff in the phase comparator 292 can be approximated to zero. Furthermore, the sum of the frequency deviation ΔF of the complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q) output from the quadrature detection unit 4S and the frequency correction value (−ΔFadj) output from the loop filter 93 is made closer to zero by the secondary PLL. In addition, the frequency correction value (-ΔFadj) can be adjusted.
実施の形態2の変形例2.
上記の実施形態では、加算器85の出力を受ける乗算器94の出力が複素位相回転部11S,11Eに周波数補正値(−ΔFadj)として送られるものとしたが、これに限定されるものではない。ループフィルタ93を乗算器83および加算器85を有しない構成として、積分器95の出力が乗算器94で符号を反転されて、複素位相回転部11S,11Eに周波数補正値(−ΔFadj)として送られるものとしてもよい。
Modification 2 of Embodiment 2
In the above embodiment, the output of the multiplier 94 receiving the output of the adder 85 is sent to the complex phase rotators 11S and 11E as the frequency correction value (−ΔFadj). However, the present invention is not limited to this. . The loop filter 93 does not include the multiplier 83 and the adder 85, and the output of the integrator 95 is inverted in sign by the multiplier 94 and sent to the complex phase rotators 11S and 11E as a frequency correction value (−ΔFadj). May be used.
実施の形態3.
図19は、実施の形態3による追尾受信機301の構成を示すブロック図である。実施の形態3の追尾受信機301の周波数推定装置310は、実施の形態1の追尾受信機1の周波数推定装置10の構成要素に加えて、N乗検波部13および周波数1/N倍部14を備える。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 19 is a block diagram illustrating a configuration of a tracking receiver 301 according to the third embodiment. The frequency estimating device 310 of the tracking receiver 301 according to the third embodiment includes an N-th power detector 13 and a frequency 1 / N multiplying unit 14 in addition to the components of the frequency estimating device 10 of the tracking receiver 1 according to the first embodiment. Is provided.
N乗検波部13は、直交検波部4Sから出力される複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)をN乗する。ただしNは正の整数である。N乗検波の目的は、入力信号の位相をN逓倍することである。N乗検波部13は、N乗演算ではなく、複素和信号(SIM3I+jSUMQ)の位相値θを算出して、その位相値θを4逓倍してもよい。これは、N乗演算で位相はN倍になるからである。
複素信号(I+jQ)をN乗した信号(I+jQ)Nは以下のように変形できる。ここで、複素信号(I+jQ)が極座標表示でR×exp(jθ)と表されるとする。
(I+jQ)N=(R×exp(jθ))N=(RN×exp(jN×θ))
NPSK信号のマッピング点は2π/N(rad)間隔で配置される。たとえば、QPSK信号の場合には、N=4となる。BPSK信号の場合には、N=2となる。
The N-th power detector 13 raises the complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q) output from the quadrature detector 4S to the Nth power. Here, N is a positive integer. The purpose of N-th power detection is to multiply the phase of the input signal by N. The N-th power detector 13 may calculate the phase value θ of the complex sum signal (SIM3I + jSUMQ) instead of the N-th power operation, and multiply the phase value θ by four. This is because the phase becomes N times in the Nth power operation.
Complex signal (I + jQ) the N-th power signal (I + jQ) N can be modified as follows. Here, it is assumed that the complex signal (I + jQ) is represented by R × exp (jθ) in polar coordinates.
(I + jQ) N = (R × exp (jθ)) N = (R N × exp (jN × θ))
The mapping points of the NPSK signal are arranged at intervals of 2π / N (rad). For example, in the case of a QPSK signal, N = 4. In the case of a BPSK signal, N = 2.
図20(a)は、QPSK信号のマッピング点を表わす図である。たとえば、QPSK信号のマッピング点は、θ1、θ2、θ3、θ4に配置される。ここで、θ1=π/4、θ2=3π/4、θ3=−3π/4、θ4=−π/4である。残留搬送波による位相差Δθがあるときには、各マッピング点は、Δθだけずれる。 FIG. 20A is a diagram illustrating a mapping point of a QPSK signal. For example, the mapping points of the QPSK signal are located at θ1, θ2, θ3, and θ4. Here, θ1 = π / 4, θ2 = 3π / 4, θ3 = -3π / 4, and θ4 = -π / 4. When there is a phase difference Δθ due to the residual carrier, each mapping point is shifted by Δθ.
図20(b)は、4乗したQPSK信号のマッピング点を表わす図である。4乗されたQPSK信号の位相は4×θ1、4×θ2、4×θ3、4×θ4となる。ここで、XをYで除算した余りを求める関数をmod(X, Y)とする。以下のようになる。
mod(4×θ1, 2π)=π、
mod(4×θ2, 2π)=mod(3π, 2π)=π、
mod(4×θ3, 2π)=mod(−3π, 2π)=π、
mod(4×θ4, 2π)=mod(−π, 2π)=π
残留搬送波による位相差Δθが存在する場合ときには、各マッピング点は、4×Δθだけずれる。上に示したように、QPSK信号を4乗すると、マッピング点は、πの1点に集まることが分かる。つまり、ナイキスト点付近のデータは1点で示すことができる。その成分が周波数軸上では、線スペクトル成分として表れる。残留搬送波の周波数がΔFのときには、この1箇所に集まった点が、1サンプル当りについて、4×ΔF/Fsの速度で回転することになる。Fsは、N乗検波部13に入力される複素和信号(SUM3I+jSUM3Q)のサンプリング周波数である。
FIG. 20B is a diagram illustrating mapping points of the QPSK signal raised to the fourth power. The phases of the QPSK signal raised to the fourth power are 4 × θ1, 4 × θ2, 4 × θ3, and 4 × θ4. Here, a function for obtaining a remainder obtained by dividing X by Y is mod (X, Y). It looks like this:
mod (4 × θ1, 2π) = π,
mod (4 × θ2, 2π) = mod (3π, 2π) = π,
mod (4 × θ3, 2π) = mod (−3π, 2π) = π,
mod (4 × θ4, 2π) = mod (−π, 2π) = π
When there is a phase difference Δθ due to the residual carrier, each mapping point is shifted by 4 × Δθ. As shown above, when the QPSK signal is raised to the fourth power, the mapping points are gathered at one point of π. That is, data near the Nyquist point can be indicated by one point. The component appears as a line spectrum component on the frequency axis. When the frequency of the residual carrier is ΔF, the points gathered at this one location rotate at a speed of 4 × ΔF / Fs per sample. Fs is the sampling frequency of the complex sum signal (SUM3I + jSUM3Q) input to the N-th power detector 13.
図21は、QPSK信号を4乗したシミュレーション結果を表わす図である。図21には、ΔF/Rs=2/4096の条件でQPSK信号を4乗したときのコンスタレーションが示されている。 FIG. 21 is a diagram illustrating a simulation result obtained by raising the QPSK signal to the fourth power. FIG. 21 shows a constellation when the QPSK signal is raised to the fourth power under the condition of ΔF / Rs = 2/4096.
線スペクトル成分の周波数は、本来の残留搬送波の周波数ΔF0をN逓倍した値となる。本来の残留搬送波の周波数ΔF0を求めるために、残留搬送は周波数推定装置8内に周波数1/N倍部14が設けられている。周波数1/N倍部14は、周波数ポイント判定部181で判定された突出度PRが最大となる周波数ポイントを1/N倍して、その結果を周波数算出部182へ送る。 The frequency of the line spectrum component is a value obtained by multiplying the original residual carrier frequency ΔF 0 by N. In order to obtain the original frequency ΔF 0 of the residual carrier, a frequency 1 / N multiplying unit 14 is provided in the frequency estimating device 8 for the residual carrier. The frequency 1 / N multiplying unit 14 multiplies the frequency point at which the degree of protrusion PR determined by the frequency point determining unit 181 is maximum by 1 / N, and sends the result to the frequency calculating unit 182.
図22は、QPSK信号のパワースペクトルを表わす図である。図22において、横軸は、周波数をシンボルレートRsで除算した正規化周波数である。図22において、残留搬送波の周波数推定値ΔFは、0.25×Rsである。図23は、4乗したQPSK信号のパワースペクトルを表わす図である。図23において、横軸は、正規化周波数である。正規化周波数が「1」の箇所に線スペクトル2001が発生している。つまり、周波数が1×Rsにおいて線スペクトル2001が発生している。図23から、パワーが最大となる周波数が1×Rsであることが検出できる。パワーが最大となる周波数(=1×Rs)は、残留搬送波の周波数推定値ΔF(=0.25×Rs)の4倍である。4倍となるのは、QPSK信号を4乗したからである。パワーが最大となる周波数を1/4倍することによって、残留搬送波の周波数を特定することができる。 FIG. 22 is a diagram illustrating a power spectrum of a QPSK signal. In FIG. 22, the horizontal axis is the normalized frequency obtained by dividing the frequency by the symbol rate Rs. In FIG. 22, the estimated frequency ΔF of the residual carrier is 0.25 × Rs. FIG. 23 is a diagram illustrating a power spectrum of a QPSK signal raised to the fourth power. In FIG. 23, the horizontal axis is the normalized frequency. A line spectrum 2001 is generated at a position where the normalized frequency is “1”. That is, the line spectrum 2001 occurs at a frequency of 1 × Rs. From FIG. 23, it can be detected that the frequency at which the power becomes maximum is 1 × Rs. The frequency at which the power becomes maximum (= 1 × Rs) is four times the frequency estimate ΔF (= 0.25 × Rs) of the residual carrier. The reason for quadrupling is that the QPSK signal is raised to the fourth power. The frequency of the residual carrier can be specified by multiplying the frequency at which the power becomes maximum by 1/4.
図24は、4乗したQPSK信号の突出度PRを表わす図である。突出度PRを算出するために、周辺信号レベルPNは、各周波数ポイントから3ポイント離れた位置を基点として8ポイント(両側で16ポイント)分の電力平均値とした。図24に示すように、図23と同様に、正規化周波数が「1」の箇所に線スペクトル2101が発生している。つまり、周波数が1×Rsにおいて、線スペクトル2101が発生している。図24から、突出度PRが最大となる周波数が1×Rsであることが検出できる。突出度PRが最大となる周波数(=1×Rs)は、残留搬送波の周波数推定値ΔF(=0.25×Rs)の4倍である。4倍となるのは、QPSK信号を4乗したからである。図23のパワーの例と同様に、突出度PRが最大となる周波数を1/4倍することによって、残留搬送波の周波数を特定することができる。よって、QPSK信号をN乗したときには、パワー値によって、残留搬送波の周波数が検出できるのと同様に、突出度PRによっても、残留搬送波の周波数を検出できる。 FIG. 24 is a diagram showing the degree of protrusion PR of the QPSK signal raised to the fourth power. In order to calculate the degree of protrusion PR, the peripheral signal level PN was a power average value of 8 points (16 points on both sides) starting from a position 3 points away from each frequency point. As shown in FIG. 24, as in FIG. 23, a line spectrum 2101 is generated at a position where the normalized frequency is “1”. That is, at a frequency of 1 × Rs, a line spectrum 2101 is generated. From FIG. 24, it can be detected that the frequency at which the degree of protrusion PR is maximum is 1 × Rs. The frequency at which the degree of protrusion PR becomes maximum (= 1 × Rs) is four times the frequency estimate ΔF (= 0.25 × Rs) of the residual carrier. The reason for quadrupling is that the QPSK signal is raised to the fourth power. As in the case of the power example in FIG. 23, the frequency of the residual carrier can be specified by multiplying the frequency at which the degree of protrusion PR is maximum by 1/4. Therefore, when the QPSK signal is raised to the Nth power, the frequency of the residual carrier can be detected by the degree of protrusion PR in the same manner as the frequency of the residual carrier can be detected by the power value.
実施の形態3の変形例1.
複素平面上に配置されたシンボル点が2以上の自然数NについてN回の回転対称を有するデジタル変調方式であれば、N乗検波部13および周波数1/N倍部14を適用することができる。よって、N−PSK(N-Phase Shift Keying)信号だけでなく、QAM(Quadrature Amplitude Modulation)信号またはN-APSK(N-Amplitude Phase Shift Keying)信号などにも、N乗検波部13および周波数1/N倍部14を適用することができる。
Modification 1 of Embodiment 3
If the symbol points arranged on the complex plane are digital modulation methods having N times rotational symmetry for natural numbers N of 2 or more, the N-th power detector 13 and the frequency 1 / N multiplier 14 can be applied. Therefore, in addition to the N-PSK (N-Phase Shift Keying) signal as well as the QAM (Quadrature Amplitude Modulation) signal or the N-APSK (N-Amplitude Phase Shift Keying) signal, the N-th power detector 13 and the frequency 1 / An N-fold unit 14 can be applied.
実施の形態3の変形例2.
上記の実施形態では、周波数1/N倍部14は、周波数ポイント判定部181で判定された突出度PRが最大となる周波数ポイントを1/N倍して、その結果を周波数算出部182へ送るものとしたが、これに限定されるものではない。周波数1/N倍部14は、周波数算出部182で算出された残留搬送波の周波数推定値ΔFを受けて、その周波数推定値ΔFを1/N倍するものとしてもよい。
Modification 2 of Embodiment 3
In the above embodiment, the frequency 1 / N multiplying unit 14 multiplies the frequency point at which the degree of protrusion PR determined by the frequency point determining unit 181 is maximum by 1 / N, and sends the result to the frequency calculating unit 182. However, the present invention is not limited to this. The frequency 1 / N multiplying unit 14 may receive the frequency estimation value ΔF of the residual carrier calculated by the frequency calculating unit 182 and multiply the frequency estimation value ΔF by 1 / N.
ハードウエア構成.
図25は、実施の形態1〜3に係る周波数推定装置10,310のハードウエア構成の例を表わす図である。図25に示すように、周波数推定装置10,310のハードウエアは、プロセッサ1100と、プロセッサ1100とバス1300で接続されたメモリ1200とを備える。
Hardware configuration.
FIG. 25 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of frequency estimating apparatuses 10 and 310 according to the first to third embodiments. As shown in FIG. 25, the hardware of the frequency estimating apparatuses 10 and 310 includes a processor 1100 and a memory 1200 connected to the processor 1100 and a bus 1300.
周波数推定装置10,310の構成要素のうちの少なくとも一部の構成要素の機能が、CPUなどのプロセッサ1110がメモリ1200に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサおよび複数のメモリが連携して上記構成要素の機能を実行するものとしてもよい。また、システムLSI等の処理回路により、上記構成要素の機能が実現されるものとしてもよい。また、複数の処理回路が連携して上記構成要素の機能を実行するものとしてもよい。 The functions of at least some of the components of the frequency estimating apparatuses 10 and 310 are realized by the processor 1110 such as a CPU executing a program stored in the memory 1200. Further, a plurality of processors and a plurality of memories may cooperate to execute the functions of the above-described components. Further, the functions of the above components may be realized by a processing circuit such as a system LSI. Further, a plurality of processing circuits may cooperate to execute the functions of the above components.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present disclosure is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1,101,201,301 追尾受信機、2S,2E アナログ受信部、3S,3E ADC、4S,4E 直交検波部、5 窓関数乗算器、6 離散フーリエ変換部、8 残留周波数推定部、9 周波数追従部、10,310 周波数推定装置、11S,11E,211S,211E 複素位相回転部、12 方位演算部、13 N乗検波部、14 周波数1/N倍部、21S,21E 帯域通過フィルタ、22S,22E AMP、23S,23E,45S,45E,46S,46E,72,115AS,115AE,115BS,115BE,122,123 低域通過フィルタ、25S 複素和信号生成部、25E 複素差信号生成部、41S,41E,111S,111E 数値制御発振器、42S,42E,112S,112E cos/sin発生部、43S,43E,44S,44E,52,53,83,84,94,113AS,113AE,113BS,113BE,113CS,113CE,113DS,113DE,124,125 乗算器、51 窓関数信号発生部、71 パワー演算部、73 信号レベル算出部、74 周辺信号レベル算出部、75 突出度算出部、85,87,97,114AS,114AE,114BS,114BE,383,384 加算器、88,89,116AS,116AE,116BS,116BE 遅延回路、91 間引き処理部、92,292 位相比較器(位相誤差検出器)、93 ループフィルタ、95,99 積分器、96 選択取込部、121 複素除算回路、181 周波数ポイント判定部、182 周波数算出部、209 位相追従部、231S,231E 位相補正値算出部、232S,232E 位相回転部、350S,350E 複素乗算器、381 演算部、382 余り算出器、1100 プロセッサ、1200 メモリ、1300 バス。 1, 101, 201, 301 tracking receiver, 2S, 2E analog receiving section, 3S, 3E ADC, 4S, 4E quadrature detecting section, 5 window function multiplier, 6 discrete Fourier transform section, 8 residual frequency estimating section, 9 frequency Tracking unit, 10,310 frequency estimation device, 11S, 11E, 211S, 211E complex phase rotation unit, 12 azimuth calculation unit, 13Nth power detection unit, 14 frequency 1 / N times unit, 21S, 21E bandpass filter, 22S 22E AMP, 23S, 23E, 45S, 45E, 46S, 46E, 72, 115AS, 115AE, 115BS, 115BE, 122, 123 Low-pass filter, 25S complex sum signal generator, 25E complex difference signal generator, 41S, 41E , 111S, 111E Numerically controlled oscillator, 42S, 42E, 112S, 112E cos / s in generator, 43S, 43E, 44S, 44E, 52, 53, 83, 84, 94, 113AS, 113AE, 113BS, 113BE, 113CS, 113CE, 113DS, 113DE, 124, 125 multiplier, 51 window function signal generator , 71 power calculation unit, 73 signal level calculation unit, 74 peripheral signal level calculation unit, 75 protrusion degree calculation unit, 85, 87, 97, 114AS, 114AE, 114BS, 114BE, 383, 384 adder, 88, 89, 116AS , 116AE, 116BS, 116BE delay circuit, 91 decimation processing section, 92,292 phase comparator (phase error detector), 93 loop filter, 95,99 integrator, 96 selection acquisition section, 121 complex division circuit, 181 frequency Point judgment unit, 182 Frequency calculation unit, 209th place Phase follower, 231S, 231E phase correction value calculator, 232S, 232E phase rotator, 350S, 350E complex multiplier, 381 arithmetic unit, 382 remainder calculator, 1100 processor, 1200 memory, 1300 bus.
Claims (13)
前記周波数スペクトルの振幅値に基づく周波数ポイントごとの信号レベルを算出する信号レベル算出部と、
各々の前記周波数ポイントについて、その前記周波数ポイントの近傍の決められた範囲にある複数個の周波数ポイントである周辺周波数ポイント集合の前記信号レベルから、その前記周波数ポイントの周辺信号レベルを算出する周辺信号レベル算出部と、
各々の前記周波数ポイントにおいて、前記信号レベルの前記周辺信号レベルに対する大きさの程度を表す突出度を算出する突出度算出部と、
前記突出度に基づき前記受信信号に残留する搬送波の周波数を推定する残留搬送波周波数推定部とを備えた、周波数推定装置。 A discrete Fourier transform unit that performs a discrete Fourier transform on the quadrature detection and the digitized received signal to generate a frequency spectrum that is a complex number for each frequency point,
A signal level calculation unit that calculates a signal level for each frequency point based on the amplitude value of the frequency spectrum,
For each of the frequency points, a peripheral signal for calculating a peripheral signal level of the frequency point from the signal levels of a set of peripheral frequency points, which are a plurality of frequency points in a predetermined range near the frequency point. A level calculator,
At each of the frequency points, a saliency calculating unit that calculates a saliency indicating a degree of magnitude of the signal level with respect to the peripheral signal level,
A frequency estimating unit for estimating a frequency of a carrier remaining in the received signal based on the degree of protrusion.
前記離散フーリエ変換部は、前記受信信号をデジタル化および直交検波して得られる複素デジタル信号の位相をN倍した信号を離散フーリエ変換し、
前記残留搬送波周波数推定部は、前記突出度に基づき推定する周波数の1/N倍の周波数を、前記受信信号に残留する搬送波の周波数として推定する、請求項5記載の周波数推定装置。 The received signal is modulated by a digital modulation method in which symbol points arranged on a complex plane have N times (N is a natural number of 2 or more) rotational symmetry,
The discrete Fourier transform unit performs a discrete Fourier transform on a signal obtained by digitizing the received signal and multiplying the phase of a complex digital signal obtained by quadrature detection by N times,
The frequency estimating apparatus according to claim 5, wherein the residual carrier frequency estimating unit estimates a frequency 1 / N times a frequency estimated based on the degree of protrusion as a frequency of a carrier remaining in the received signal.
前記アンテナが出力するアナログ差信号を直交検波およびデジタル化することによって、複素差信号を生成する複素差信号生成部と、
前記複素和信号に残留する搬送波の周波数である残留搬送波周波数を推定する請求項1〜6のいずれか1項に記載の周波数推定装置と、
前記残留搬送波周波数に基づく位相補正値に従って、前記複素和信号の位相を回転させる第1の複素位相回転部と、
前記位相補正値に従って、前記複素差信号の位相を回転させる第2の複素位相回転部と、
前記第2の複素位相回転部が出力する前記複素差信号および前記第1の複素位相回転部が出力する前記複素和信号に基づき、前記電波が到来する方向である到来方向と前記アンテナが向く方向である指向方向との差である指向方向誤差を算出する指向方向誤差算出部とを備えた、追尾受信機。 A complex sum signal generation unit that generates a complex sum signal by orthogonally detecting and digitizing an analog sum signal output by an antenna that receives a radio wave from a radio source,
By performing quadrature detection and digitization of the analog difference signal output by the antenna, a complex difference signal generation unit that generates a complex difference signal,
The frequency estimating device according to any one of claims 1 to 6, wherein the frequency estimating device estimates a residual carrier frequency that is a frequency of a carrier remaining in the complex sum signal.
A first complex phase rotation unit that rotates the phase of the complex sum signal according to a phase correction value based on the residual carrier frequency;
A second complex phase rotation unit that rotates the phase of the complex difference signal according to the phase correction value;
Based on the complex difference signal output by the second complex phase rotator and the complex sum signal output by the first complex phase rotator, the direction of arrival of the radio wave and the direction of the antenna A tracking direction error calculating unit that calculates a pointing direction error that is a difference from the pointing direction.
前記周波数追従部は、前記積分器の出力に基づき前記周波数補正値を算出する、請求項8または請求項9記載の追尾受信機。 The frequency tracking unit is instructed as a phase error detector that detects a phase error of the complex sum signal, an integrator that integrates a value obtained by multiplying an output of the phase error detector by a coefficient, and an input of the integrator. Having a selection capturing unit that selects and captures the residual carrier frequency at the time of
The tracking receiver according to claim 8, wherein the frequency tracking unit calculates the frequency correction value based on an output of the integrator.
A phase error detector that detects a phase error of the complex sum signal corrected by the phase correction value; an integrator that integrates a value obtained by multiplying the phase error by a coefficient; and And a second integrator that integrates a value based on an output of the integrator, the second integrator integrating a value based on an output of the integrator. The tracking receiver according to claim 11, wherein the tracking receiver is calculated based on an output of the integrator.
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