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JP4967977B2 - 受信装置及び受信方法 - Google Patents

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Description

本発明は、変調信号を受信する受信装置に係わり、特に、信号の歪を補正するためのイコライザを備えるPSK復調装置に係わる。
デジタル変調方式の1つとして、PSK(Phase Shift Keying)が広く実用化されている。PSKは、送信データに応じて搬送波の位相を変化させる変調方式であり、例えば、衛星通信等の分野で広く使用されている。
図22は、一般的なPSK復調装置の構成を示す図である。このPSK復調装置は、PSK(BPSK、QPSK、8PSKなど)変調信号を受信して復調する。
直交検波回路1は、RF帯の入力信号からPSK変調信号のIチャネル信号およびQチャネル信号を得る。Iチャネル信号およびQチャネル信号は、それぞれデジタル化されて出力される。タイミング再生回路2は、Iチャネル信号およびQチャネル信号のシンボルタイミングを再生する。キャリア再生回路3は、受信信号の周波数ずれを補正することにより、キャリアを再生する。FIRイコライザ4は、Iチャネル信号およびQチャネル信号の歪を補正する。ここで、タイミング再生回路2およびキャリア再生回路3は、それぞれ、FIRイコライザ4により歪が補正された信号を利用してタイミング再生およびキャリア再生を行うことができる。
特許文献1には、下記の回路を備えるPSK復調装置が記載されている。デジタル信号生成回路は、変調された入力信号の同期検波を行った後に、A/D変換をして、位相軸に対応したデジタル信号を生成する。周波数補正値出力回路は、シンボルレートにもとづいて設定された周波数補正値を出力する。周波数補正回路は、周波数補正値にもとづいて、上記デジタル信号に周波数オフセットを与えて周波数補正信号を生成する。タイミング再生回路は、周波数補正信号のシンボルタイミングを抽出して、タイミング再生を行う。C/N検出回路は、タイミング再生回路によって得られたシンボルからC/Nを検出する。最適周波数補正値決定回路は、C/Nが最も高いときの周波数補正値を最適周波数補正値として出力する。キャリア再生回路は、最適周波数補正値により周波数補正およびタイミング再生された信号の周波数ずれを補正してキャリア再生を行う。同期検出回路は、キャリア再生後のシンボルのエラー訂正を行い、ユニークワードを検出する。
特開2002−158724号公報
図22に示すPSK復調装置においては、周波数ずれ(ここでは、搬送波の周波数と復調装置において直交検波のために使用する正弦波の周波数との差)が大きい場合には、FIRイコライザ4が発散してしまうことがある。この問題を解決する方法としては、例えば、図23のフローチャートに示すように、受信開始時にFIRイコライザ4を停止する手順が考えられる。すなわち、ステップS101において、タイミング再生回路2およびキャリア再生回路3を動作させると共に、FIRイコライザ4を停止する。この状態において、キャリア再生回路3が周波数ずれを補正する。そして、キャリア再生回路3により周波数ずれが補正された後、ステップS102において、FIRイコライザ4を動作させる。
しかし、この手順においては、FIRイコライザ4が停止している状態でキャリア再生回路3が動作するので、入力信号の歪が大きい場合には、タイミング再生回路2および/
またはキャリア再生回路3の収束時間が長くなることがある。
このように、従来技術においては、歪のある入力信号を安定して復調することと、初期動作の収束時間を短くすることの両立が難しかった。
本発明の目的は、初期動作の収束時間を抑えながら変調信号を安定して受信できる受信装置を提供することである。
本発明に係る受信装置は、変調信号のシンボルタイミングを再生するタイミング再生回路と、前記タイミング再生回路の出力信号の周波数ずれを補正するキャリア再生回路と、複数のタップを備え、前記キャリア再生回路の出力信号の歪を補正するデジタルイコライザと、前記デジタルイコライザにおいて使用するタップ数を動的に制御する制御回路と、を備える。
上記構成の受信装置において、デジタルイコライザのタップ数が少ないと、信号の歪を十分に補正できないので、系の収束時間が長くなる。一方、デジタルイコライザのタップ数が多すぎると、系が発散するおそれがある。本発明によれば、デジタルイコライザにおいて使用するタップ数が動的に制御されるので、安定した受信動作および短い収束時間が実現される。
本発明の受信装置は、デジタルイコライザの出力信号のC/Nを検出するC/N検出回路をさらに備えるようにしてもよい。この場合、制御回路は、前記C/N検出回路により検出されるC/Nに応じて、前記デジタルイコライザにおいて使用するタップ数を増加させる。C/Nが良好なときは、タップ数を増加させる速度を高くすることにより、系の収束時間をさらに短縮できる。
本発明によれば、変調信号を受信する受信装置において、初期動作の収束時間を抑えながら変調信号を安定して受信できる。
図1は、本発明の実施形態の受信装置の構成を示す図である。この受信装置10は、変調信号を受信する。変調信号は、特に限定されるものではないが、この実施例ではPSK変調信号である。PSK変調信号は、例えば、BPSK、QPSK、8PSK等である。そして、受信装置10は、受信した変調信号を復調する。すなわち、受信装置10は、変調器(この実施例では、PSK変調器)として動作する。
直交検波回路1は、RF帯の入力信号から、PSK変調信号のIチャネル信号およびQチャネル信号を得る。入力信号は、特に限定されるものではないが、例えば、衛星通信の無線信号であり、アンテナを介して受信される。また、直交検波回路1は、搬送波とほぼ同じ周波数の正弦波を利用して検波を行う。すなわち、準同期直交検波が行われる。Iチャネル信号およびQチャネル信号は、それぞれデジタル化されて出力される。タイミング再生回路2は、Iチャネル信号およびQチャネル信号のシンボルタイミングを再生する。キャリア再生回路3は、タイミングが再生されたIチャネル信号およびQチャネル信号の周波数ずれを補正する。
FIRイコライザ11は、複素FIRフィルタを備え、周波数ずれが補正されたIチャネル信号およびQチャネル信号の歪を補正する。なお、タイミング再生回路2およびキャリア再生回路3は、それぞれFIRイコライザ11の出力信号を利用して、タイミング再生および周波数補正を行うことができる。
制御回路12は、直交検波回路1、タイミング再生回路2、キャリア再生回路3、FIRイコライザ11の動作状態(ON/OFF)を制御する。また、制御回路12は、FIRイコライザ11が使用するタップ数を動的に制御することができる。ここで、「タップ数」とは、FIRイコライザ11が備える複素FIRフィルタが使用するタップの数を意味する。なお、受信信号の歪が大きいときは(すなわち、信号が劣化しているときは)、一般に、FIRイコライザ11が使用するタップ数を大きくする必要がある。また、受信信号の歪を精度よく補正する場合も、一般に、FIRイコライザ11が使用するタップ数を大きくする必要がある。ただし、FIRイコライザ11が使用するタップ数を大きくすると、FIRイコライザ11の演算結果が発散しやすくなる。よって、制御回路12は、FIRイコライザ11が使用するタップ数を適切に決定する。
図2は、実施形態の受信装置10の基本動作を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、この実施例では、変調信号の受信開始時(あるいは、受信装置の電源投入時)に制御回路12により実行される。
ステップS1では、タイミング再生回路2、キャリア再生回路3、FIRイコライザ11をON状態に設定する。また、FIRイコライザ11が使用するタップ数として「A」を設定する。これにより、FIRイコライザ11は「タップ数=A」で動作する。「A」は予め決められた整数である。さらに、タイマを起動して「時間T1」を計時する。ステップS1により、タイミング再生回路2はタイミング再生動作を開始し、キャリア再生回路3は周波数補正動作を開始する。また、FIRイコライザ11は、「タップ数=A」で歪補正動作を開始する。
時間T1が経過してタイマが満了すると、ステップS2において、FIRイコライザ11が使用するタップ数として「B」を設定する。これにより、FIRイコライザ11は、「タップ数=B」で動作するようになる。なお、「B」は「A」よりも大きな整数である。そして、タイマを起動して「時間T2」を計時する。
同様に、時間T2が経過してタイマが満了すると、ステップS3において、FIRイコライザ11が使用するタップ数として「C」を設定する。これにより、FIRイコライザ11は、「タップ数=C」で動作するようになる。なお、「C」は「B」よりも大きな整数である。以降、FIRイコライザ11が使用するタップ数は、その最大数まで段階的に増加される。そして、FIRイコライザ11が使用するタップ数がその最大数に達した後は、受信装置10は通常の動作モードで変調信号を受信する。
このように、実施形態の受信装置10においては、変調信号の受信開始時に、FIRイコライザ11が使用するタップ数は、時間経過に従って段階的に増加する。すなわち、受信開始時には、FIRイコライザ11が使用するタップ数が少ない。このため、FIRイコライザ11の演算結果は収束しやすく、安定した受信動作が得られる。また、受信開始直後からFIRイコライザ11により信号の歪がある程度補正されるので、FIRイコライザ11の出力信号がフィードバックされるタイミング再生回路2および/またはキャリア再生回路3のロック時間は短くなる。
なお、タップ数「A」「B」「C」...および時間「T1」「T2」...は、それぞれ、例えば、シミュレーション等により予め適正な値が決められるものとする。また、時間「T1」「T2」...は、シンボル数を用いて定義するようしてもよい。
図3は、直交検波回路1の構成を示す図である。直交検波回路1は、この実施例では、ローカル発振器21、π/2移相器22、乗算器23a、23b、ローパスフィルタ(L
PF)24a、24b、A/D変換器25a、25bを備える。
ローカル発振器21は、変調信号の搬送波とほぼ同じ周波数の発振信号を生成する。この発振信号は、例えば、正弦波である。ただし、ローカル発振器21は、送信装置の発振器とは独立して発振するので、搬送波とこの発振信号との間には周波数ずれが存在する。π/2移相器22は、発振信号の位相をπ/2だけシフトさせる。乗算器23a、23bは、それぞれ、入力信号に対して発振信号を乗算する。ここで、乗算器23a、23bに供給される発振信号の位相は、互いにπ/2だけシフトしている。よって、変調信号のI軸成分およびQ軸成分(以下、Iチャネル信号およびQチャネル信号)が検出される。ローパスフィルタ24a、24bは、それぞれ、乗算器23a、23bの出力信号の低周波成分を通過させる。A/D変換器25a、25bは、それぞれローパスフィルタ24a、24bの出力信号をデジタルデータに変換する。
このように、直交検波回路1は、Iチャネル信号およびQチャネル信号のデジタルデータを出力する。すなわち、PSK変調信号の準同期直交検波が行われる。
図4は、タイミング再生回路2の構成を示す図である。タイミング再生回路2は、補間部31、位相比較器32、ループフィルタ33、数値制御発振器34、タップ係数演算部35を備える。そして、タイミング再生回路2は、シンボルタイミングを再生することによりシンボルデータを再生する。
補間器31には、直交検波回路1からIチャネル信号およびQチャネル信号が入力される。補間器31は、FIRフィルタを備え、Iチャネル信号およびQチャネル信号のシンボルタイミングを再生する。これにより、適切なタイミングにおけるIチャネルデータおよびQチャネルデータが再生される。なお、このFIRフィルタのタップ係数は、タップ係数演算部35から与えられる。位相比較器32は、理想的な位相に対する入力信号の位相誤差を検出する。ループフィルタ33は、位相比較器32の出力信号を平滑化する。数値制御発振器(NCO:Numerical Controlled Oscillator)34は、ループフィルタ33の出力信号に対応する周波数で発振する。この発振周波数は、入力信号のシンボルレートとA/Dのサンプリング周波数との周波数差に相当する。
また、数値制御発振器34の出力は、時間経過に伴ってほぼリニアに増加または減少し、上記発振周波数に対応する周期でリセットされる。タップ係数演算部35は、数値制御発振器34の出力値に応じてタップ係数を生成して補間器31に与える。
なお、変調信号を受信する受信装置が備えるタイミング再生回路の構成および動作は、例えば、特許第3573627号に記載されている。そして、実施形態の受信装置10が備えるタイミング再生回路2は、特に限定されるものではないが、例えば、特許第3573627号に記載の構成を採用することができる。
ただし、タイミング再生回路2は、FIRイコライザ11の出力信号(すなわち、歪が補正されたIチャネル信号およびQチャネル信号)をフィードバック制御信号として利用することができる。この場合、例えば、補間器31への入力信号がフィードバック制御信号により補正されるようにしてもよい。あるいは、タップ係数演算部35により得られるタップ係数がフィードバック制御信号により補正されるようにしてもよい。いずれにしても、タイミング再生回路2によるタイミング再生精度(あるいは、シンボルデータ再生精度)は、このフィードバック制御により向上する。また、入力信号が歪んでいる場合であっても、タイミング制御回路2の初期動作時のロック時間は短縮される。
図5は、キャリア再生回路3の構成を示す図である。キャリア再生回路3は、複素乗算器41、位相比較器42、ループフィルタ43、数値制御発振器44、位相調整部45を備える。そして、キャリア再生回路3は、Iチャネル信号およびQチャネル信号の周波数
ずれを補正する。
複素乗算器41には、タイミング再生回路2においてタイミング再生されたIチャネル信号およびQチャネル信号が入力される。複素乗算器41は、Iチャネル信号およびQチャネル信号に対してcosθ信号およびsinθ信号を乗算することにより、変調信号の位相を「θ」だけシフトさせる。これにより、入力信号の周波数が調整される。なお、cosθ信号およびsinθ信号は、位相調整部45から与えられる。位相比較器42、ループフィルタ43、数値制御発振器44の動作は、それぞれ、タイミング再生回路2の位相比較器32、ループフィルタ33、数値制御発振器34と類似している。すなわち、位相比較器42は、理想的な位相に対する入力信号の位相誤差を検出する。ループフィルタ43は、位相比較器42の出力信号を平滑化する。数値制御発振器44は、ループフィルタ43の出力信号に対応する周波数で発振する。この発振周波数は、周波数ずれ(すなわち、搬送波の周波数とローカル発振器の発振周波数との差)に相当する。そして、位相調整部45は、数値制御発振器44の出力値に応じてcosθ信号およびsinθ信号を生成する。
キャリア再生回路3は、FIRイコライザ11の出力信号(すなわち、歪が補正されたIチャネル信号およびQチャネル信号)をフィードバック制御信号として利用することができる。この場合、例えば、複素乗算器41への入力信号がフィードバック制御信号により補正されるようにしてもよい。あるいは、位相調整部45により得られるcosθ信号およびsinθ信号がフィードバック制御信号により補正されるようにしてもよい。いずれにしても、キャリア再生回路3による周波数調整精度は、このフィードバック制御により向上する。また、入力信号が歪んでいる場合であっても、キャリア再生回路3の初期動作時のロック時間は短縮される。
図6は、FIRイコライザ11の構成を示す図である。FIRイコライザ11は、複素FIRフィルタ51、識別器52、タップ係数演算部53を備える。そして、FIRイコライザ11は、Iチャネル信号およびQチャネル信号の歪を補正する。
複素FIRフィルタ51には、キャリア再生回路3において周波数ずれが補正されたIチャネル信号およびQチャネル信号が入力される。また、複素FIRフィルタ51のタップ数は「n+1」である。そして、複素FIRフィルタ51は、タップ係数演算部53から与えられるタップ係数A(0)〜A(n)、B(0)〜B(n)に従って、Iチャネル信号およびQチャネル信号の歪みを補正する。ただし、複素FIRフィルタ51が実際に使用するタップの数は、タップ数指示に従う。タップ数指示は、制御回路12により生成される。
識別器52は、複素FIRフィルタ51への入力信号の歪み量を検出する。識別器52による検出結果は、Iチャネル識別信号(Di)、Qチャネル識別信号(Dq)、Iチャネル誤差信号(Ei)、Qチャネル誤差信号(Eq)として出力される。タップ係数演算部52は、識別器52による検出結果に基づいて、タップ係数A(0)〜A(n)、B(0)〜B(n)を生成する。このタップ係数は、識別器52により検出される誤差を最小化するように決定される。
図7は、伝送信号の歪について説明する図である。以下の説明では、図7(a)に示すように、送信器から受信器へ経路1を介して信号が伝送されるものとする。ここで、経路1が有線通信であり、分岐ケーブルが設けられているものとする。また、分岐ケーブルの終端のインピーダンスが整合していないものとする。そうすると、分岐ケーブルにおいて反射波が発生する。この場合、受信器は、経路1および経路2の双方から信号を受信することとなる。なお、無線通信においては、マルチパス環境下で同様の状態が起こる。
受信信号の品質は、経路1の伝送遅延と経路2の伝送遅延との差(Δt)、および経路
1を介して受信した信号と経路2を介して受信した信号の電力比(Δp)に依存する。例えば、図7(b)は、遅延差が小さく、かつ、主波信号に対して反射波信号の電力が十分に小さいときのスペクトラムを示している。図7(c)は、遅延差が小さく、かつ、反射波信号の電力がある程度大きいときのスペクトラムを示している。図7(d)は、遅延差が大きく、かつ、主波信号に対して反射波信号の電力が十分に小さいときのスペクトラムを示している。図7(e)は、遅延差が大きく、かつ、反射波信号の電力がある程度大きいときのスペクトラムを示している。
実施形態のFIRイコライザ11は、上述したように、信号の歪を補正するために設けられている。遅延差が小さいときの歪は、タップ数が少なくても補正可能である。一方、遅延差が大きいときの歪は、タップ数が多くする必要がある。
図8は、複素FIRフィルタ51の基本構成を示す図である。複素FIRフィルタ51には、上述したように、Iチャネル信号およびQチャネル信号が入力されると共に、タップ係数A(0)〜A(n)、B(0)〜B(n)が与えられる。なお、図8においては、タップ数を切り替える機能は省略されている。タップ数を切り替える機能を備えた複素FIRフィルタについては後で示す。
複素FIRフィルタ51は、Iチャネル回路およびQチャネル回路を備える。Iチャネル回路は、乗算器(a0/b0、a1/b1、a2/b2、...、an/bn)、遅延素子T、加算回路61a、61bを備える。1組の乗算器a0/b0には、Iチャネル信号が入力される。1組の乗算器a1/b1には、1シンボル時間だけ遅延したIチャネル信号が入力される。1組の乗算器a2/b2には、さらに1シンボル時間だけ遅延したIチャネル信号が入力される。同様に、乗算器a3/b3〜an/bnには、それぞれ1シンボル時間ずつ遅延したIチャネル信号が入力される。なお、図8に示す「T」は、1シンボル遅延素子である。
乗算器a0は、Iチャネル信号にタップ係数A(0)を乗算し、乗算器b0は、Iチャネル信号にタップ係数B(0)を乗算する。また、乗算器a1は、遅延したIチャネル信号にタップ係数A(1)を乗算し、乗算器b1は、遅延したIチャネル信号にタップ係数B(1)を乗算する。同様に、各乗算器は、Iチャネル信号に対応するタップ係数を乗算する。そして、加算回路61aは、乗算器a0〜anの各乗算結果を足し合わせる。同様に、加算回路61bは、乗算器b0〜bnの各乗算結果を足し合わせる。
Qチャネル回路の構成は、上述のIチャネル回路と同じである。ただし、Qチャネル回路においては、Qチャネル信号に対してタップ係数A(0)〜A(n)、B(0)〜B(n)が乗算される。そして、加算回路61c、61dは、それぞれ、加算回路61a、61bと同等の加算結果を出力する。
加算器62aは、加算回路61aの演算結果および加算回路61cの演算結果を加算して出力する。加算器62aの出力信号は、歪が補正されたIチャネル信号である。加算器62bは、加算回路61bの演算結果および加算回路61dの演算結果を加算して出力する。加算器62bの出力信号は、歪が補正されたQチャネル信号である。
なお、上記構成の複素FIRフィルタにおいて、例えば、タップ係数A(0)〜A(n)の中のいずれか1つのみを「1」とし、他のすべてのタップ係数を「ゼロ」とすると、入力信号はそのまま出力されることとなる。すなわち「Iin=Iout」および「Qin=Qout」が得られる。そして、この状態は、FIRイコライザ11をOFF状態にすることと同じである。
また、タップ係数として強制的に「ゼロ」を与えることにより、歪補正のために実際に
使用されるタップ数を変えることができる。例えば、係数A(0)〜A(n)の中のA(n/2−1)、A(n/2)、A(n/2+1)以外の係数を「ゼロ」とし、かつ、係数B(0)〜B(n)の中のB(n/2−1)、B(n/2)、B(n/2+1)以外の係数を「ゼロ」とするものとする。この場合、歪補正のために実際に使用されるタップ数は「3」となる。なお、「n」は偶数であるものとしている。
図9は、識別器52の動作を説明する図である。ここでは、変調方式はQPSKであるものとする。また、QPSKにおいて得られる信号は、理想的には、図9(a)に示す位相平面において、信号点A(+16,+16)、信号点B(−16,+16)、信号点C(−16,−16)、信号点D(+16,−16)のいずれか1つとして表されるものとする。
変調信号は、一般に、伝送路上で歪む。歪は、位相の変化および振幅の変化として表れる。図9(a)では、信号点Aとして検出されるべき信号が、信号点X(Ix,Qx)として検出されている。すなわち、信号点Xとして検出されたシンボルは、I軸方向の誤差として「Ei」を有し、Q軸方向の誤差として「Eq」を有している。
図9(b)は、識別器52の出力信号(Iチャネル識別信号Di、Qチャネル識別信号Dq、Iチャネル誤差信号Ei、Qチャネル誤差信号Eq)を表す。識別信号Di、Dqは、検出された信号点の符号(正/負)を表す。この実施例では、検出された信号点に最も近い理想信号点の座標が出力される。たとえば、図9(a)に示す信号点Xが検出された場合は、識別信号Di、Dqとしてそれぞれ「+16」「+16」が得られる。また、誤差信号Ei、Eqは、それぞれ「Ei=Di−Ix」「Eq=Dq−Qx」により算出される。
図10は、タップ係数演算部53の構成を示す図である。タップ係数演算部53は、タップ係数A(0)〜A(n)、B(0)〜B(n)を生成するために、各係数に対応する係数計算部70を備えている。各係数計算部70は、互いに同じ構成であり、それぞれ演算部71、セレクタ72、ループフィルタ73を備えている。各係数計算部70には、それぞれ識別信号Di、Dqおよび誤差信号Ei、Eqが与えられる。さらに、各係数計算部70には、それぞれ対応するイネーブル信号En_A(0)〜En_A(n)、En_B(0)〜En_B(n)が与えられる。イネーブル信号は、上述したタップ数指示に相当し、制御回路12により生成される。
タップ係数A(0)を生成するための係数計算部70の動作は下記の通りである。演算部71は、識別信号Di、Dqおよび誤差信号Ei、Eqに基づいて、仮タップ係数a(0)を生成する。なお、演算部71の構成および動作については、後で詳しく説明する。仮タップ係数a(0)は、セレクタ72の第1入力端子に与えられる。セレクタ72の第2入力端子には、「ゼロ」が与えられる。セレクタ72の選択端子にはイネーブル信号En_A(0)が与えられる。そして、セレクタ72は、イネーブル信号En_A(0)が「1」であれば第1入力端子(仮タップ係数a(0))を選択し、イネーブル信号En_A(0)が「ゼロ」であれば第2入力端子(「ゼロ」)を選択する。ループフィルタ73は、セレクタ72の出力を平滑化する。そして、ループフィルタ73の出力信号が、タップ係数A(0)である。
他の各係数計算部の動作は、基本的に、タップ係数A(0)を生成するための係数計算部70の動作と同じである。ただし、各係数計算部のセレクタ72は、それぞれ、対応するイネーブル信号En_A(0)〜En_A(n)、En_B(0)〜En_B(n)により指示された入力信号を選択する。
上記構成のタップ係数演算部53において、例えば、イネーブル信号En_A(0)、En_B(0)のみが「1」であり、他のイネーブル信号がすべて「ゼロ」であるものとする。この場合、1組のタップ係数A(0)/B(0)は演算部71により計算された値であるが、他のタ
ップ係数はすべて「ゼロ」となる。そうすると、FIRイコライザ11が歪補正のために使用するタップ数は「1」になる。また、イネーブル信号En_A(0)、En_B(0)、En_A(1)、En_B(1)のみが「1」であり、他のイネーブル信号がすべて「ゼロ」であるものとする。この場合、2組のタップ係数A(0)/B(0)、A(1)/B(1)は演算部71により計算された値であるが、他のタップ係数はすべて「ゼロ」となる。そうすると、FIRイコライザ11が歪補正のために使用するタップ数は「2」になる。
図11は、タップ係数演算部53が備える演算部の構成を示す図である。ここでは、仮タップ係数a(0)〜a(n)、b(0)〜b(n)を生成する演算部を1つの回路として記載している。なお、「T」は遅延素子である。
演算部には、シンボル毎に識別信号Di、Dqおよび誤差信号Ei、Eqが与えられる。そして、仮タップ係数a(0)〜a(n)は、以下のようにして生成される。なお、「n」は偶数であるものとする。
仮タップ係数a(n/2)は、「Di(0)×Ei(0)+Dq(0)×Eq(0)」により得られる。ここで、「Di(0)」「Ei(0)」「Dq(0)」「Eq(0)」は、それぞれ新たに与えられた識別信号Di、Dq、誤差信号Ei、Eqである。
仮タップ係数a(n/2-1)は、「Di(0)×Ei(1)+Dq(0)×Eq(1)」により得られる。ここで、「Ei(1)」「Eq(1)」は、それぞれ1つ前のシンボルに対して与えられた誤差信号Ei、Eqである。また、仮タップ係数a(n/2-2)は、「Di(0)×Ei(2)+Dq(0)×Eq(2)」により得られる。ここで、「Ei(2)」「Eq(2)」は、それぞれ2つ前のシンボルに対して与えられた誤差信号Ei、Eqである。仮タップ係数a(n/2−3)〜a(0)も同様にして計算される。
仮タップ係数a(n/2+1)は、「Di(1)×Ei(0)+Dq(1)×Eq(0)」により得られる。ここで、「Di(1)」「Dq(1)」は、それぞれ1つ前のシンボルに対して与えられた識別信号Di、Dqである。また、仮タップ係数a(n/2+2)は、「Di(2)×Ei(0)+Dq(2)×Eq(0)」により得られる。ここで、「Di(2)」「Dq(2)」は、それぞれ2つ前のシンボルに対して与えられた識別信号Di、Dqである。仮タップ係数a(n/2+3)〜a(n)も同様にして計算される。
仮タップ係数b(0)〜b(n)は、基本的に、仮タップ係数a(0)〜a(n)と同様の演算により算出される。ただし、仮タップ係数b(0)〜b(n)を算出する際には、「Di」の代わりに「−Di」が使用される。
FIRイコライザ11が使用するタップ数を動的に変更する機能は、図10に示す実施例では、タップ係数演算部により実現されている。しかし、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、タップ数を変更する機能は、他の構成により実現するようにしてもよい。
図12は、タップ数を変更する機能を備えた複素FIRフィルタ51の構成を示す図である。この複素FIRフィルタの基本構成は、図8を参照しながら説明した通りである。ただし、この複素FIRフィルタには、制御回路12により生成されるイネーブル信号En_A(0)〜En_A(n)、En_B(0)〜En_B(n)が与えられる。
Iチャネル回路において、乗算器a0〜anの出力信号は、それぞれ対応するセレクタ81の第1入力端子に与えられる。各セレクタ81の第2入力端子には、それぞれ「ゼロ」が与えられる。各セレクタ81の選択端子には、それぞれイネーブル信号En_A(0)〜En_
A(n)が与えられる。各セレクタ81は、イネーブル信号Enが「1」であれば第1入力端子(与えられたタップ係数)を選択し、イネーブル信号Enが「ゼロ」であれば第2入力端子(「ゼロ」)を選択する。
図面を見やすくするために省略しているが、乗算器b0〜bnの出力信号も同様にセレクタに与えられる。ただし、これらのセレクタは、イネーブル信号En_B(0)〜En_B(n)により制御される。また、Qチャネル回路の構成および動作も、基本的に、Iチャネル回路と同じである。
上記構成の複素FIRフィルタにおいて、例えば、イネーブル信号En_A(n/2-1)〜En_A(n/2+1)、En_B(n/2-1)〜En_B(n/2+1)のみを「1」にすれば、タップ係数A(n/2-1)〜A(n/2+1)、B(n/2-1)〜B(n/2+1)のみが有効になる。すなわち、FIRイコライザ11において歪補償のために使用されるタップ数は「3」になる。同様に、たとえば、イネーブル信号En_A(n/2-2)〜En_A(n/2+2)、En_B(n/2-2)〜En_B(n/2+2)のみを「1」にすれば、FIRイコライザ11において使用されるタップ数は「5」になる。
このように、実施形態の受信装置10においては、イネーブル信号Enを利用して使用すべきタップ数を変更することができる。例えば、図2に示すシーケンスは、タイマを用いて時間T1、T2、...を計時し、そのタイマが満了するタイミングでイネーブル信号を切替えることにより、タップ数の変更が実現される。
図13は、本発明の第2の実施形態の受信装置の構成を示す図である。第2の実施形態の受信装置の基本構成は、図1に示した受信装置10と同じである。ただし、第2の実施形態の受信装置においては、タイミング再生回路2の前段にAFC(Automatic Frequency Control)回路13が設けられている。AFC回路13は、入力信号の周波数を粗く調整する。すなわち、AFC回路13により、周波数ずれが低い精度で補正される。なお、この周波数ずれは、キャリア再生回路3により高い精度で補正される。
制御回路14は、タイミング再生回路2、キャリア再生回路3、FIRイコライザ11に加えて、AFC回路13も制御する。
図14は、AFC回路13の構成を示す図である。AFC回路13の構成は、図5に示すキャリア再生回路3と類似している。すなわち、AFC回路13は、回転器91、周波数比較器92、ループフィルタ93、数値制御発振器94、回転角調整部95を備える。そして、AFC回路13は、キャリア再生回路3よりも低い精度で、Iチャネル信号およびQチャネル信号の周波数ずれを補正する。
回転器91には、タイミング再生回路2においてタイミング再生されたIチャネル信号およびQチャネル信号が入力される。回転器91は、回転角調整部95により生成される回転角指示信号に応じて、入力信号の位相を「θ」だけシフトさせる。これにより、入力信号の周波数が調整される。周波数比較器92、ループフィルタ93、数値制御発振器94の動作は、それぞれ、キャリア再生回路3の位相比較器42、ループフィルタ43、数値制御発振器44と類似している。すなわち、周波数比較器92は、理想的な周波数に対する入力信号の周波数誤差を検出する。ループフィルタ93は、周波数比較器92の出力信号を平滑化する。数値制御発振器94は、ループフィルタ93の出力信号に対応する周波数で発振する。この発振周波数は、概ね、周波数ずれ(すなわち、搬送波の周波数とローカル発振器の発振周波数との差)に相当する。そして、回転角調整部95は、数値制御発振器94の出力値に応じて回転角指示信号を生成する。
AFC回路13は、FIRイコライザ11の出力信号(すなわち、歪が補正されたIチャネル信号およびQチャネル信号)をフィードバック制御信号として利用することができ
る。この場合、例えば、回転器91への入力信号がフィードバック制御信号により補正されるようにしてもよい。あるいは、回転角調整部95により得られる回転角指示信号がフィードバック制御信号により補正されるようにしてもよい。いずれにしても、フィードバック制御によりAFC回路13の初期動作時のロック時間は短縮される。
図15は、第2の実施形態の受信装置の動作を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、この実施例では、変調信号の受信開始時(あるいは、受信装置の電源投入時)に制御回路14により実行される。
ステップS11では、AFC回路13、タイミング再生回路2、FIRイコライザ11をON状態に設定する。一方、キャリア再生回路3はOFF状態とする。また、FIRイコライザ11が使用するタップ数として「A」を設定する。これにより、FIRイコライザ11は「タップ数=A」で動作する。「A」は予め決められた整数である。さらに、タイマを起動して「時間T1」を計時する。ステップS11により、AFC回路13は周波数の粗調整を開始し、タイミング再生回路2はタイミング再生動作を開始する。また、FIRイコライザ11は、「タップ数=A」で歪補正動作を開始する。
時間T1が経過してタイマが満了すると、ステップS12において、FIRイコライザ11が使用するタップ数として「B」を設定する。これにより、FIRイコライザ11は「タップ数=B」で動作するようになる。なお、「B」は「A」よりも大きな整数である。そして、タイマを起動して「時間T2」を計時する。
時間T2が経過してタイマが満了すると、ステップS13において、AFC回路13を停止すると共に、キャリア再生回路3を起動する。また、FIRイコライザ11が使用するタップ数として「C」を設定する。これにより、FIRイコライザ11は、「タップ数=C」で動作するようになる。なお、「C」は「B」よりも大きな整数である。そして、タイマを起動して「時間T3」を計時する。
時間T3が経過してタイマが満了すると、ステップS14において、FIRイコライザ11が使用するタップ数として「D」を設定する。これにより、FIRイコライザ11は「タップ数=D」で動作するようになる。なお、「D」は「C」よりも大きな整数である。以降、この状態で通常の受信動作を継続する。
このように、第2の実施形態の受信装置においては、変調信号の受信開始時にはAFC回路13を利用して低い精度で周波数ずれが補正され、その後、キャリア再生回路3を利用して高い精度で周波数ずれが補正される。なお、FIRイコライザ11が使用するタップ数は、図1に示す受信装置10と同様に、時間経過に従って段階的に増加する。したがって、第2の実施形態の構成によれば、AFC動作と並列に歪補正動作が行われるので、入力信号の歪が小さな遅延差に起因するものである場合(図7(b)、図7(c)参照)、より高速かつ正確に周波数の粗調整を行うことができる。
タップ数「A」〜「C」...および時間「T1」〜「T3」...は、それぞれ、例えば、シミュレーション等により予め適正な値が決められるものとする。なお、タップ数「D」は、FIRイコライザ11が備えるタップの総数である。
図16は、本発明の第3の実施形態の受信装置の構成を示す図である。第3の実施形態の受信装置の基本構成は、図13に示した第2の実施形態と同じである。ただし、第3の実施形態の受信装置は、FIRイコライザ11の出力信号のキャリア/ノイズ比(C/N:Carrier/Noise)を検出するC/N検出回路15を備える。また、制御回路16は、C/N検出回路15により検出されるC/Nに基づいて、AFC回路13、タイミング再生
回路2、キャリア再生回路3、FIRイコライザ11を制御する。
図17は、C/N検出回路15の構成および動作を説明する図である。C/N検出回路15は、図17(a)に示すように、振幅誤差検出部101および振幅誤差積分部102を備える。振幅誤差検出部101は、例えばシンボル毎に、IチャネルデータおよびQチャネルデータを取得し、変調信号の振幅を検出する。IチャネルデータおよびQチャネルデータを、図17(b)に示すように、それぞれ「I」「Q」と表すものとすると、信号の振幅は下式により表される。
振幅=(I2+Q21/2
振幅誤差検出部101は、算出した振幅値と基準振幅値との差分(すなわち、誤差)を計算する。なお、基準振幅値は、システムの設計段階に予め決められているものとする。振幅誤差積分部102は、所定期間、振幅誤差検出部101により得られる振幅誤差データを累積的に加算する。すなわち、振幅誤差データが積分される。そして、C/N検出回路15は、この積分結果をC/N標示データとして出力する。なお、C/N検出回路15は、例えば、上述した特許文献1に記載の構成であってもよい。
C/Nが低いとき(すなわち、ノイズにより変調信号の振幅のばらつきが大きいとき)は、図17(c)に示すように、C/N検出回路15から出力されるC/N標示データは大きい。反対に、C/Nが高いとき(すなわち、ノイズが小さく変調信号の振幅がほぼ基準振幅であるとき)は、C/N標示データは小さい。
図18は、PSK変調信号のI−Qコンスタレーションを示す図である。図18(a)は、C/Nが低い状態を示している。一方、図18(b)は、C/Nが高い状態を示している。なお、図18(a)および図18(b)は、いずれもキャリア再生が行われていない状態を示している。
ここで、AFC回路13、タイミング再生回路2、およびFIRイコライザ11の収束時間は、C/N検出回路15により検出されるC/N値に依存する。すなわち、C/Nが低ければ収束時間は長くなり、C/Nが高ければ収束時間は短くなる。そこで、第3の実施形態の受信装置においては、C/N値に基づいて収束時間を推定し、その推定時間に従ってタップ数を増加させる速度(すなわち、受信開始時から通常受信モードに移行するまでの時間)を調整する。
図19は、第3の実施形態の受信装置の動作を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、この実施例では、変調信号の受信開始時(あるいは、受信装置の電源投入時)に制御回路16により実行される。
ステップS21では、タイミング再生回路2をON状態に設定する。一方、AFC回路13、キャリア再生回路3、FIRイコライザ11はOFF状態とする。そして、タイマを起動して「時間T1」を計時する。すなわち、受信開始時には、時間T1が経過するまでの期間、タイミング再生動作のみを行う。
時間T1が経過してタイマが満了すると、ステップS22において、C/N検出回路15にC/Nを検出させる。そして、C/N検出回路15により検出されたC/Nに応じてステップS23で使用すべき「時間T2」を決定する。
ステップS23では、AFC回路13及びFIRイコライザ11の動作を開始させる。また、FIRイコライザ11が使用するタップ数として「A」を設定する。これにより、FIRイコライザ11は「タップ数=A」で動作する。「A」は予め決められた整数である。さらに、タイマを起動して「時間T2」を計時する。
時間T2が経過してタイマが満了すると、ステップS24において、C/N検出回路15にC/Nを検出させる。そして、C/N検出回路15により検出されたC/Nに応じてステップS25で使用すべき「時間T3」を決定する。
ステップS25では、FIRイコライザ11が使用するタップ数として「B」を設定する。これにより、FIRイコライザ11は「タップ数=B」で動作する。「B」は「A」よりも大きな予め決められた整数である。さらに、タイマを起動して「時間T3」を計時する。
時間T3が経過してタイマが満了すると、ステップS26において、C/N検出回路15にC/Nを検出させる。そして、C/N検出回路15により検出されたC/Nに応じてステップS27で使用すべき「時間T4」を決定する。
ステップS27では、AFC回路13を停止すると共に、キャリア再生回路3を起動する。また、FIRイコライザ11が使用するタップ数として「C」を設定する。これにより、FIRイコライザ11は「タップ数=C」で動作する。「C」は「B」よりも大きな予め決められた整数である。さらに、タイマを起動して「時間T4」を計時する。以降、FIRイコライザ11が使用するタップ数は、その最大数まで段階的に増加される。そして、FIRイコライザ11が使用するタップ数がその最大数に達した後は、受信装置10は通常の動作モードで変調信号を受信する。
このように、第3の実施形態の受信装置においては、C/Nに応じて時間T1、T2、T3、...が決定される。すなわち、例えば、C/Nが高いとき(すなわち、ノイズが小さいとき)は、C/Nが低いときと比較して、時間T1、T2、T3、...は短く設定される。したがって、受信開始時から通常動作モードに移行するまでの時間を短くすることができる。ユーザにとっては、受信開始時の待ち時間が短くなる。
なお、タップ数「A」〜「C」...は、シミュレーション等により予め適正な値が決められるものとする。また、C/N値と「T2」〜「T4」...との対応関係は、シミュレーション等により予め求められているものとする。
図20は、本発明に係わる復調回路の構成を示す図である。図20において、AFC回路13、タイミング再生回路2、キャリア再生回路3、FIRイコライザ11、C/N検出回路15、制御回路16は、上述した通りである。A/Dコンバータ111は、Iチャネル信号およびQチャネル信号をデジタルデータに変換する。エラー訂正回路112は、FIRイコライザ11から出力されるIチャネル信号およびQチャネル信号から送信データを再生し、さらにエラー訂正処理を実行してTS形式のデータ列を出力する。
なお、この復調回路は、例えば、1つの半導体チップ上に形成される。また、図20に示す例では、第3の実施形態の受信装置を想定しているが、第1の実施形態または第2の実施形態の受信装置を対応する復調回路を構成するようにしてもよい。
図21は、本発明に係わる衛星放送受信システムの構成を示す図である。図21において、衛星放送信号は、n相PSK変調信号であり、アンテナを介してセットトップボックス120に入力される。セットトップボックス120は、RF部121、復調LSI122、MPEGデコーダ123、フロントパネルコントローラ124、メモリ125、A/Vアンプ126を備える。
RF部121は、図1に示す直交検波回路1に相当し、Iチャネル信号およびQチャネ
ル信号を生成する。復調LSI122は、図20に示す構成であり、受信変調信号を復調してTS形式のデータ列を再生する。MPEGデコーダ123は、フロントパネルコントローラ124からに指示に従い、メモリ125を利用して画像データおよび音声データを再生する。A/Vアンプ126は、再生された画像データおよび音声データを増幅する。そして、表示装置130は、再生された画像を表示し、再生された音声を出力する。
なお、上述の実施例に記載の受信装置は、FIRフィルタを備えるFIRイコライザを用いて信号の歪を補正しているが、本発明はこの構成に限定されるものではない。FIRイコライザの代わりに他のデジタルフィルタを利用することも可能である。
(付記1)
変調信号のシンボルタイミングを再生するタイミング再生回路と、
前記タイミング再生回路の出力信号の周波数ずれを補正するキャリア再生回路と、
複数のタップを備え、前記キャリア再生回路の出力信号の歪を補正するデジタルイコライザと、
前記デジタルイコライザにおいて使用するタップ数を動的に制御する制御回路と、
を備える受信装置。
(付記2)
付記1に記載の受信装置であって、
前記デジタルイコライザは、FIRフィルタを含むFIRイコライザである
ことを特徴とする受信装置。
(付記3)
付記1に記載の受信装置であって、
前記デジタルイコライザは、
FIRフィルタと、
前記FIRフィルタの出力信号に基づいてそのFIRフィルタ各タップに与えるべきタップ係数を生成するタップ係数演算手段を備え、
前記制御回路は、使用しないタップに与えるべきタップ係数をゼロに補正するための制御信号を生成する
ことを特徴とする受信装置。
(付記4)
付記1に記載の受信装置であって、
前記変調信号はPSK変調信号である
ことを特徴とする受信装置。
(付記5)
付記1に記載の受信装置であって、
前記制御回路は、前記変調信号の受信開始時からの時間経過に伴って、前記デジタルイコライザにおいて使用するタップ数を増加させる
ことを特徴とする受信装置。
(付記6)
付記1に記載の受信装置であって、
前記タイミング再生回路の前段に設けられ、前記変調信号の周波数を粗く調整するAFC回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記変調信号の受信開始時に、前記AFC回路が動作すると共に前記キャリア再生回路が停止する第1の動作モードを提供し、前記第1の動作モードに続いて前記AFC回路が停止すると共に前記キャリア再生回路が動作する第2の動作モードを提供する
ことを特徴とする受信装置。
(付記7)
付記6に記載の受信装置であって、
前記制御回路は、前記第1の動作モード中に前記デジタルイコライザにおいて使用するタップ数を増加させる
ことを特徴とする受信装置。
(付記8)
付記6に記載の受信装置であって、
前記制御回路は、前記第2の動作モード中に前記デジタルイコライザにおいて使用するタップ数を増加させる
ことを特徴とする受信装置。
(付記9)
付記1に記載の受信装置であって、
前記デジタルイコライザの出力信号のC/Nを検出するC/N検出回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記C/N検出回路により検出されるC/Nに応じて、前記デジタルイコライザにおいて使用するタップ数を増加させる
ことを特徴とする受信装置。
(付記10)
付記9に記載の受信装置であって、
前記C/N検出回路は、前記デジタルイコライザがN個のタップを使用して動作したときのC/Nを検出し、
前記制御回路は、検出されたC/Nに応じて、前記デジタルイコライザがM個のタップを使用して動作すべき時間を決定する
ことを特徴とする受信装置(N、Mは共に整数であり、MはNよりも大きい)。
(付記11)
変調信号のシンボルタイミングを再生し、
シンボルタイミングが再生された信号の周波数ずれを補正し、
複数のタップを備えるデジタルイコライザを用いて、周波数ずれが補正された信号の歪を補正し、
前記デジタルイコライザにおいて使用するタップ数を動的に制御する、
ことを特徴とする受信方法。
本発明の実施形態の受信装置の構成を示す図である。 実施形態の受信装置の基本動作を示すフローチャートである。 直交検波回路の構成を示す図である。 タイミング再生回路の構成を示す図である。 キャリア再生回路の構成を示す図である。 FIRイコライザの構成を示す図である。 伝送信号の歪について説明する図である。 複素FIRフィルタの基本構成を示す図である。 識別器の動作を説明する図である。 タップ係数演算部の構成を示す図である。 タップ係数演算部が備える演算部の構成を示す図である。 タップ数を切り替える機能を備えた複素FIRフィルタの構成を示す図である。 第2の実施形態の受信装置の構成を示す図である。 AFC回路の構成を示す図である。 第2の実施形態の受信装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第3の実施形態の受信装置の構成を示す図である。 C/N検出回路の構成および動作を説明する図である。 PSK変調信号のI−Qコンスタレーションを示す図である。 第3の実施形態の受信装置の動作を示すフローチャートである。 本発明に係わる復調回路の構成を示す図である。 本発明に係わる衛星放送受信システムの構成を示す図である。 一般的なPSK復調装置の構成を示す図である。 従来技術における受信開始時の動作手順を示すフローチャートである。
符号の説明
1 直交検波回路
2 タイミング再生回路
3 キャリア再生回路
10 受信装置
11 FIRイコライザ
12 制御回路
13 AFC回路
14 制御回路
15 C/N検出回路
16 制御回路

Claims (7)

  1. 変調信号のシンボルタイミングを再生するタイミング再生回路と、
    前記タイミング再生回路の出力信号の周波数ずれを補正するキャリア再生回路と、
    複数のタップを備え、前記キャリア再生回路の出力信号の歪を補正するデジタルイコライザと、
    前記デジタルイコライザの出力信号のC/N(キャリア/ノイズ)を検出するC/N検出回路と、
    前記デジタルイコライザにおいて使用するタップ数を動的に制御し、前記C/N検出回路により検出されるC/Nに応じて、前記デジタルイコライザにおいて使用するタップ数を増加させる制御回路と、
    を備え
    前記C/N検出回路は、前記デジタルイコライザがN個のタップを使用して動作したときのC/Nを検出し、
    前記制御回路は、検出されたC/Nに応じて、前記デジタルイコライザがM個のタップを使用して動作すべき時間を決定する、
    ことを特徴とする受信装置(N、Mは共に整数であり、MはNよりも大きい)
  2. 請求項1に記載の受信装置であって、
    前記デジタルイコライザは、
    FIRフィルタと、
    前記FIRフィルタの出力信号に基づいてそのFIRフィルタ各タップに与えるべきタップ係数を生成するタップ係数演算手段を備え、
    前記制御回路は、使用しないタップに与えるべきタップ係数をゼロに補正するための制御信号を生成する
    ことを特徴とする受信装置。
  3. 請求項1に記載の受信装置であって、
    前記制御回路は、前記変調信号の受信開始時からの時間経過に伴って、前記デジタルイコライザにおいて使用するタップ数を増加させる
    ことを特徴とする受信装置。
  4. 請求項1に記載の受信装置であって、
    前記タイミング再生回路の前段に設けられ、前記変調信号の周波数を粗く調整するAFC回路をさらに備え、
    前記制御回路は、前記変調信号の受信開始時に、前記AFC回路が動作すると共に前記キャリア再生回路が停止する第1の動作モードを提供し、前記第1の動作モードに続いて前記AFC回路が停止すると共に前記キャリア再生回路が動作する第2の動作モードを提供する
    ことを特徴とする受信装置。
  5. 請求項4に記載の受信装置であって、
    前記制御回路は、前記第1の動作モード中に前記デジタルイコライザにおいて使用するタップ数を増加させる
    ことを特徴とする受信装置。
  6. 請求項4に記載の受信装置であって、
    前記制御回路は、前記第2の動作モード中に前記デジタルイコライザにおいて使用するタップ数を増加させる
    ことを特徴とする受信装置。
  7. 変調信号のシンボルタイミングを再生し、
    シンボルタイミングが再生された信号の周波数ずれを補正し、
    複数のタップを備えるデジタルイコライザを用いて、周波数ずれが補正された信号の歪を補正し、
    前記デジタルイコライザの出力信号のC/N(キャリア/ノイズ)を検出し、
    前記デジタルイコライザにおいて使用するタップ数を動的に制御し、前記C/N検出回路により検出されるC/Nに応じて、前記デジタルイコライザにおいて使用するタップ数を増加させる
    処理を行なう方法において、
    前記デジタルイコライザがN個のタップを使用して動作したときのC/Nを検出し、検出したC/Nに応じて、前記デジタルイコライザがM個のタップを使用して動作すべき時間を決定する、
    ことを特徴とする受信方法(N、Mは共に整数であり、MはNよりも大きい)
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