JP3399400B2 - 周波数偏移復調回路 - Google Patents
周波数偏移復調回路Info
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Description
路に関し、特に、2以上の周波数帯域を持つ搬送波の同
相(I)成分と直交(Q)成分とを入力して、前記I成
分及びQ成分で定まるIQ平面上の信号点を前記IQ平
面の原点を中心に回転させ、各周波数帯域中の各々の信
号ベクトルを中心帯域に復調する周波数偏移復調回路に
関する。
重)、QPSK(4相位相偏移変調)等のQAM(直交
振幅変調)等のマルチキャリア方式の通信システムの受
信機においては、変調されたキャリアは受信機で分離さ
れ、原信号が復調される。例えば、特開平10−079
718号公報(「多重搬送波信号の周波数補正の方法及
び装置」)にはOFDM受信機が開示されている。
たOFDM受信機においては、ベースバンド信号は、A
D変換機を介して複素乗算器により変調された後、FF
Tに供給される。搬送波干渉を防止するため、自動周波
数制御ユニットと同窓誤差評価ユニットとディジタル制
御発振器とで構成されたフィードバックループは、ベー
スバンド信号の周波数位置を標本化レートと対応する値
に補正する。FFT処理自体は、OFDM伝送フレーム
のヌルシンボルからヌルシンボル取得器によって得られ
た特別のインパルスにより起動される。チャンネル評価
ユニットにおいては、既知の基準シンボルの組が、受信
された基準シンボルと比較される。そして、評価された
組は、チャンネル補正ユニットに供給される。チャンネ
ル補正ユニットは、各搬送波の振幅及び位相を補正する
信号路内の4台の乗算器により構成される。そして、補
正結果は、最終的にデインターリーブユニット、ソフト
シンボルデマッパー、及びビタビ復号化器に連続的に供
給される。
は、上述の回路の複雑化や回路規模の増大化、消費電力
の増大化、等を回避する有効な手段がなく、小回路規模
で省電力のマルチキャリア方式の受信機は実現していな
い。
の上位互換性を実現するためのIMT2000規格(I
TU−R TG8/1によるInternationa
lMobile Telecommunication
s2000)では、W(Wideband)−CDMA
等も検討されており、高周波帯域でのマルチキャリア受
信機が必要となっている。ここに、キャリア毎に専門の
受信機を設けて個別に受信を行うものとすると、回路規
模や消費電力が増大する。一方、マルチキャリアをまと
めて単一の受信機で受信し、ディジタルベースバンド処
理部で分離する方式は、明らかに小型で高性能の携帯電
話機に適しているが、如何にしてマルチキャリア同士の
周波数偏移(シフト)を打ち消し、ベースバンドに復調
させるかが問題である。
MA通信において、小型の携帯端末に適した周波数偏移
復調回路を提供することを課題としている。
めの本発明は、搬送波の同相(I)成分と直交(Q)成
分とを入力するアナログ/ディジタル(A/D)変換器
と、前記I成分及びQ成分で定まるIQ平面上の信号ベ
クトルを前記IQ平面の原点を中心に回転させる回転回
路と、1サンプル当たりの周波数偏移に360度を乗じ
た値を単位角度として前記単位角度の整数倍の角度を位
相として生成する位相生成回路と、前記位相生成回路の
出力を制御信号に変換する変換回路とを有する周波数偏
移復調回路であって、前記回転回路は、m個の部分回転
回路を縦列接続した回路であって、前記部分回転回路の
各々に前記制御信号を入力し、前記部分回転回路の各々
は、前記IQ平面上の信号ベクトル(I,Q)を所定角
度ずつ回転させる。前記単位角度Δは、2 m の十進数表
示(DEC)と、十進数表示の有理数RNとを用いて、
Δ=360×RN/DECとする。前記位相生成回路
は、クロック回路と、前記クロック回路のクロック信号
を入力するカウンタ回路と、前記カウンタ回路の出力を
自らのキャリー端子に入力する加算回路と、前記加算器
の加算出力を入力するレジスタを備える。前記加算回路
は、前記レジスタの出力と、前記有理数の整数部とを加
算し、前記カウンタ回路は、前記有理数の小数部をp/
qとして、前記q個の前記クロック信号毎に前記p個の
パルスを出力し、前記単位角度Δの自然数倍の位相Φを
前記レジスタから出力する。
実施の形態について説明する。
ロック図である。本発明の周波数偏移復調回路の入力
は、直交変調された同相(I)成分と直交(Q)成分で
あり、各成分は中心キャリア、と2つのサブキャリアI
で搬送されてくる。ここに、サブキャリアの周波数は、
中心キャリアに対して定周波数側及び低周波数側に同じ
量だけシフトしているものとする。図1に示すように、
本発明の周波数偏移復調回路は、搬送波の周波数を低い
方にシフトさせる負シフト回路102と、搬送波の周波
数をシフトさせない非シフト回路103と、搬送波の周
波数を高い方にシフトさせる正シフト回路104とを含
んでいる。
においては、受信した搬送波のI成分及びQ成分をアナ
ログディジタル変換器(A/D)101でディジタル量
に変換し、A/D101の出力を、負シフト回路10
2、非シフト回路103、及び正シフト回路104に入
力する。変換回路109の出力Dは、負シフト回路10
2、及び正シフト回路104に入力する。負シフト回路
102、非シフト回路103、及び正シフト回路104
のそれぞれの出力を有限インパルス応答(FIR)フィ
ルタ105,106,107を介して出力する。
で使用することができるマルチキャリアの一例を示して
いる。この例では、サブキャリアの周波数オフセット
は、たとえば1.25MHzであり、チップレートは、
たとえば1.2288Mcpsである。又、このような
CDMA通信では、データレートは、たとえば14.4
Kbpsとすることができる。この例では、キャリア数
は3であるので、データレートは最大で43.2Kbp
sとなる。
マルチキャリア信号を受信すると、それをAD変換器1
01でディジタル量に変換し、下側帯域であるチャンネ
ル−1の信号I-1及びQ-1をFIRフィルタ107から
出力し、中心帯域であるチャンネル0の信号I0及びQ
0をFIRフィルタ106から出力し、上側帯域である
チャンネル+1の信号I+1及びQ+1をFIRフィルタ1
05から出力する。
である。この位相生成回路について、上述した具体例に
即して説明する。この位相生成回路108は、たとえ
ば、CDMA方式のマルチキャリアの高周波信号を復調
する復調回路の周波数シフト回路に使用することもでき
るが、これに限定されるものではない。
は、1.2288Mcpsとする。また、サンプルレー
ト(sample rate)は、1チップを8倍のオ
ーバーサンプルでサンプリングしているものとする。
又、キャリア同士の周波数シフト量は、1.25MHz
とする。すると、1サンプル当たりの周波数シフトδ
は、1.25MHz/(1.2288Mchips/s
ec×8samples/chip)であり、約0.1
27/sampleである。このδに360度をかけた
値Δは約45.7度である。更に、このΔを単位角度と
して、−180度から+180度の360度に亘る位相
を、たとえば、13ビットの2進数で表すこととする。
すなわち、360度を213(=8192)等分し、−1
80度から0度の間に212(=4096)個、0度から
+180度の間に212(=4096)個の角度表示点を
等間隔に設ける。「213」を用いて、(Δ/360)を
近似的に表現すると、(1041+2/3)/213)と
なる。ここに、(十進数「1041」)を13ビットの
2進数Zに変換すると、「 0 0100 0001
0001」である。
は、位相生成回路108は、カウンタ回路202と、1
3ビットの加算回路203と、13ビットレジスタ20
4を有している。
ジスタ204の出力をA入力とし、上述した2進数Zす
なわち十進数「1041」をB入力として、A入力とB
入力とを加算する。これで、「A+1041」が計算さ
れる。そして、更に、分数2/3を加算して、「A+
(1041+2/3)」を計算するために、カウンタ2
02の出力のキャリー信号Wを加算回路203のキャリ
ー端子Cに入力している。
3)」は、13ビットレジスタ204から位相Φとして
出力される。13ビットレジスタ204は、クロック回
路201のタイミング、例えば立ち上がりエッジで、加
算回路203の出力を保持する。このように、位相生成
回路108は、クロックに同期して、単位角Δの自然数
倍の位相Φを2進数で出力する回路である。
る。図4に示すように、カウンタ回路202は位相生成
のタイミングを示すタイミング信号のクロックをクロッ
ク回路201から入力し、このクロックを3分周する。
ここで、このクロックは、サンプルレートに一致させ
る。
ク期間の内、2クロック期間で“1”となり、1クロッ
ク期間で“0”となる。カウンタ回路202は、2個の
D−フリップフロップ301、302とNORゲート3
03を有している。このカウンタ回路202の出力のキ
ャリー信号Wを加算回路203のキャリー入力端子Cに
入力すると、3クロック毎に2が加算されることにな
る。これによって、加算回路203の出力には1クロッ
ク当たり2/3が加算される。
る。この変換回路109は、位相Φを入力して13個の
部分位相(Φ-1、Φ0、Φ1、・・・、Φ10、Φ11)を生
成し、これらの部分位相に基づいて、13個の制御信号
D(D-1、D0、D1、・・・、D10、D11)を生成す
る。
ルゴリズムについて説明する。但し、このアルゴリズム
を実行する演算手段は公知のものを用いることができる
ので、図示しない。
Φ-1の値が正である場合は、制御信号Dの最上位ビット
であるD-1を論理値「0」とするとともに、Φ0 =Φ-1
−90とする。一方、Φ-1の値が負である場合は、D-1
を論理値「1」とするとともに、Φ0 =Φ-1+90とす
る。
みる。正であればD0の論理値を「0」にするととも
に、Φ1 =Φ0 −θ0 とする。負であればD0の論理
値を「1」にするとともに、Φ1 =Φ0 +θ0とする。
ここで、θ0 =arctan(20 )とする。
である。
であればD1の論理値を「0」にするとともに、Φ2 =
Φ1 −θ1とする。負であればD1の論理値を「1」にす
るとともに、Φ2 =Φ1 +θ1 とする。
に従い、データセレクタ401〜404が供給する。Φ
kが正であれば−θkを、Φkが負であれば+θkを供給す
る。
場合には、Φk+1 =Φk +θkである。又、Dkの論理値
が「0」である場合には、Φk+1 =Φk −θkである。
数値を順次にできる限り0に近付けることができて、I
Q平面での信号ベクトルを回転させる回転角度Θの近似
の精度が向上するからである。
rctan(2-k)は近似的に2arctan
(2-k-1)であるから、この方法は一層効果的である。
である。この正シフト回路は、13個の制御信号D(D
-1、D0、D1、・・・、D10、D11)に基づいて、IQ
平面上の信号ベクトルを角度Θだけ回転させる回路であ
り、13個の部分回転回路(R-1、R0、R1、R10、R
11)を縦続接続した回路である。制御信号D-1、D0、
D1、・・・、D10、D11は、それぞれ、部分回転回路
R-1、R0、R1、R10、R11に入力される。
ク図である。この部分回転回路R-1は、A/D101の
出力I,Q、すなわち図6におけるI in 、Q in をそれぞ
れ入力して、Q out,-1 とIout,-1とを出力する回路であ
り、2つの乗算器801,802と、符号反転器803
とからなる。信号Qは、乗算器801に入力される。
又、信号Iは、乗算器80802に入力される。又、制
御信号D-1は符号反転器803及び乗算器801とに入
力される。又、符号反転器803の出力は乗算器802
に入力される。
の関係は数式(1)で表わされる。
いる。すなわち、論理値「1」を数値「1」とし、論理
値「0」を数値「−1」とする。
Q)を角度θ-1だけ回転させる回路であり、数式(1)
によれば、制御信号D-1の数値が「−1」の場合には、
θ-1はプラス90度であり、制御信号D-1の数値が
「1」の場合には、θ-1はマイナス90度である。この
ように、部分回転回路R-1は、信号ベクトルの絶対値を
そのままにして、回転を施す回路である。
ク図である。これらの部分回転回路は、Qin,kとIin,k
とを入力して、Qout,kとIout,kとを出力する回路であ
り、2つの定数乗算器701,704と、2つの乗算器
702,705と、2つの加算器703,706とから
なる。信号Iin,kは、乗算器703に入力されるととも
に、定数乗算器701と乗算器702を経た後、乗算器
702の出力の符号が反転されて、加算器706に入力
される。又、信号Qin,kは、乗算器706に入力される
とともに、定数乗算器704と乗算器705を経た後、
加算器703に入力される。又、制御信号Dkは乗算器
702及び705に入力される。
11の入出力の関係は数式(2)であらわされる。
値表現を用いる。すなわち、論理値「1」を数値「1」
とし、論理値「0」を数値「−1」とする。
ベクトル(Qin,k、Iin,k)を角度θkだけ回転させる
回路であり、数式(2)によれば、制御信号Dkの数値
が「−1」の場合には、θkはプラスarctan(2
-k)度であり、制御信号Dkの数値が「1」の場合に
は、θkはマイナスarctan(2-k)度である。こ
のように、部分回転回路R0 〜R11は、入力信号ベクト
ル(Qin,k、Iin,k)を角度θkだけ回転させるが、そ
の回転に伴って、入力信号ベクトルの絶対値Zkin
は、cosθkの逆数倍となる。すなわち、出力信号ベ
クトルの絶対値Zkoutは(Zin/cosθk)と
なる。
たが、正シフト回路104は、13個の部分回転回路
(R-1、R0、R1、・・・、R10、R11)を縦続接続し
た回路であるから、絶対値Zinの信号ベクトル(I,
Q)が正シフト回路104に入力されれば、角度Θだけ
回転され、その絶対値がZoutとなって、正シフト回
路104から出力される。ここに、角度Θは数式(3)
で表わされ、Zoutは数式(4)で表わされる。
間の対応表である。この対応表によれば、数式(4)の
右辺の分母に現れる定数は、0.6072529591
である。
た。次に、負シフト回路102について説明する。
図である。この負シフト回路は、13個の制御信号D
(D-1、D0、D1、・・・、D10、D11)に基づいて、
IQ平面上の信号ベクトルを角度マイナスΘだけ回転さ
せる回路であり、正シフト回路に用いるのと同じ部分回
転回路R-1、R0、R1、・・・、R10、R11を縦続接続
している。そして、更に、制御信号D-1、D0、D1、・
・・、D10、D11の数値の正負の符号をそれぞれ反転さ
せるための符号反転器INV-1、INV0、INV1、・
・・、INV10、INV11をそれぞれ部分回転回路
R-1、R0、R1、・・・、R10、R11に接続している。
フト回路104は、信号ベクトル(I,Q)をプラスΘ
だけ回転させるのに対して、負シフト回路102は、信
号ベクトル(I,Q)をマイナスΘだけ回転させるので
ある。
ャリア通信、特に、マルチキャリアのCDMA通信にお
いて、小型の携帯端末に適した簡単で低消費電力の周波
数偏移復調回路が得られる。本発明の周波数偏移復調回
路は、IQ平面状の信号ベクトルをディジタル演算で回
転させるので、上側及び下側帯域の周波数を極めて高精
度に中心帯域に復調することができる。
例の模式図
ック図
図
回転回路のブロック図
余弦(cosine)との対応表
び装置
Claims (8)
- 【請求項1】 搬送波の同相(I)成分と直交(Q)成
分とを入力するアナログ/ディジタル(A/D)変換器
と、前記I成分及びQ成分で定まるIQ平面上の信号ベ
クトルを前記IQ平面の原点を中心に回転させる回転回
路と、1サンプル当たりの周波数偏移に360度を乗じ
た値を単位角度として前記単位角度の整数倍の角度を位
相として生成する位相生成回路と、前記位相生成回路の
出力を制御信号に変換する変換回路とを有する周波数偏
移復調回路であって、 前記回転回路は、m個の部分回転回路を縦列接続した回
路であって、 前記部分回転回路の各々に前記制御信号を入力し、 前記部分回転回路の各々は、前記IQ平面上の信号ベク
トル(I,Q)を所定角度ずつ回転させ、 前記単位角度Δは、2 m の十進数表示(DEC)と、十
進数表示の有理数RNとを用いて、Δ=360×RN/
DECとし、 前記位相生成回路は、クロック回路と、前記クロック回
路のクロック信号を入力するカウンタ回路と、前記カウ
ンタ回路の出力を自らのキャリー端子に入力する加算回
路と、前記加算器の加算出力を入力するレジスタを備
え、 前記加算回路は、前記レジスタの出力と、前記有理数の
整数部とを加算し、 前記カウンタ回路は、前記有理数の小数部をp/qとし
て、前記q個の前記クロック信号毎に前記p個のパルス
を出力し、 前記単位角度Δの自然数倍の位相Φを前記レジスタから
出力する ことを特徴とする周波数偏移復調回路。 - 【請求項2】 前記クロック信号の周波数を、前記搬送
波の情報信号のサンプルレートに等しくすることを特徴
とする請求項1記載の周波数偏移復調回路。 - 【請求項3】 前記カウンタ回路は、前記クロック信号
を自らのクロック(CKCLK)端子に入力する第1遅
延フリップフロップ(D−FF)と、前記第1D−FF
のQ端子出力を自らのD端子に入力する第2D−FF
と、前記第1D−FFのQ端子出力と前記第2D−FF
のQ端子出力とを入力する排他的論理和(XOR)とを
備え、 前記XOR回路の出力を前記第1D−FFのD端子に入
力し、 前記第2D−FFのQB出力を前記キャリー端子に入力
することを特徴とする請求項1記載の周波数偏移復調回
路。 - 【請求項4】 前記変換回路は、(前記m−2)個のデ
ータセレクタと、(前記m−2)個の加算器とを備え、 前記位相を第1データセレクタ及び第1加算器に入力
し、 前記第1加算器の出力を前記第2セレクタ及び第2加算
器に入力し、 jを2以上で(前記m−2)以下の自然数として、時前
記第j加算器の出力を前記第(j+1)セレクタ及び第
(j+1)加算器に入力し、 前記加算器の各々の入力に基づいて、前記m個の所定の
制御信号を生成することを特徴とする請求項1記載の周
波数偏移復調回路。 - 【請求項5】 前記m個の所定の制御信号に従って、前
記IQ平面上の信号ベクトル(I,Q)を所定角度づつ
回転させることを特徴とする請求項4記載の周波数偏移
復調回路。 - 【請求項6】 前記A/D変換器の出力である前記信号
ベクトル(I,Q)を入力する第1の前記部分回転回路
は、前記Qを入力する第1乗算器と、前記Iを入力する
第2乗算器と、第1の前記制御信号D1を入力する符号
反転器とを備え、 前記信号ベクトル(I,Q)を、I1をD1×Q、Q1を
マイナスD1×Iとして信号ベクトル(I1、Q1)に変
換して出力することを特徴とする請求項5記載の周波数
偏移復調回路。 - 【請求項7】 sを2以上で前記m以下の自然数とし
て、信号ベクトル(I(s-1),Q(s-1))を入力する第s
の前記部分回転回路は、前記I(s-1)を入力する第1加
算器及び第1定数乗算器と、前記Q(s-1)を入力する第
2加算器及び第2定数乗算器と、第sの前記制御信号D
sを入力する第3及び第4乗算器とを備え、 前記第1定数乗算器の出力を前記第3乗算器に入力し、
前記第3乗算器の出力を反転して前記第2加算器に入力
し、 前記第2定数乗算器の出力を前記第4乗算器に入力し、
前記第4乗算器の出力を前記第1加算器に入力し、 前記信号ベクトル(I(s-1),Q(s-1))を、Isを(I
(s-1)+2-s×Ds×Q(s-1))とするとともにQsを
(−2-s×Ds×I(s-1)+Q(s-1))(マイナスD1×
I)として、信号ベクトル(Is、Qs)に変換して出
力することを特徴とする請求項6記載の周波数偏移復調
回路。 - 【請求項8】 前記回転回路は、前記m個の部分回転回
路を縦列接続し、前記部分回転回路の各々に符号反転回
路をそれぞれ接続した回路であって、 前記符号反転回路の各々に前記制御信号を入力し、 前記部分回転回路の各々は、前記IQ平面上の信号ベク
トル(I,Q)を所定角度づつ回転させることを特徴と
する請求項4記載の周波数偏移復調回路。
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