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JPH03188738A - Psk信号復調方式及び装置 - Google Patents

Psk信号復調方式及び装置

Info

Publication number
JPH03188738A
JPH03188738A JP1327375A JP32737589A JPH03188738A JP H03188738 A JPH03188738 A JP H03188738A JP 1327375 A JP1327375 A JP 1327375A JP 32737589 A JP32737589 A JP 32737589A JP H03188738 A JPH03188738 A JP H03188738A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
frequency
signal
psk
output
fft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP1327375A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshio Takeuchi
良男 武内
Teruhiko Honda
本多 輝彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KDDI Corp
Original Assignee
Kokusai Denshin Denwa KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kokusai Denshin Denwa KK filed Critical Kokusai Denshin Denwa KK
Priority to JP1327375A priority Critical patent/JPH03188738A/ja
Priority to US07/629,749 priority patent/US5077531A/en
Publication of JPH03188738A publication Critical patent/JPH03188738A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/18Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying
    • H04L27/22Demodulator circuits; Receiver circuits
    • H04L27/233Demodulator circuits; Receiver circuits using non-coherent demodulation
    • H04L27/2332Demodulator circuits; Receiver circuits using non-coherent demodulation using a non-coherent carrier
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/0014Carrier regulation
    • H04L2027/0024Carrier regulation at the receiver end
    • H04L2027/0026Correction of carrier offset
    • H04L2027/003Correction of carrier offset at baseband only
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/0014Carrier regulation
    • H04L2027/0044Control loops for carrier regulation
    • H04L2027/0046Open loops
    • H04L2027/0048Frequency multiplication

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、PSK信号を同期検波により復調するPSK
復調方式及び装置に関するものである。
(従来の技術) 従来の同期検波を用いるPSK復調方式では、同期検波
を行うために参照搬送波の再生を行う。
搬送波再生の方法としては、変調信号な逓倍後挟帯域の
フィルタあるいはP L L (Phase Lock
edLoop)を用いる方式およびコスタスPLLを用
いる方式等がある。PLLあるいはコスタスPLLを用
いる方式では、ループ内にフィルタを備え、雑音による
位相変動の影響を除去しているのが普通である。
第10図は、逓倍器および狭帯域フィルタを使用する従
来方式の例である。第10図においてM相PSK変調波
の受信信号は帯域通過フィルタ1を通った後、分岐され
、一方は逓倍器50に入力される。逓倍器50は入力信
号をM逓倍することにより、入力信号のM倍の中心周波
数を持つ無変調信号を出力する。この信号に対し、狭帯
域フィルタ51によって雑音を大幅に軽減した後、分周
器52によってM分周され参照搬送波となる。π/2移
相器60、乗算器61.62及び低域通過フィルタ63
.64により、帯域通過フィルタ1を通過後分岐された
入力信号が該参照搬送波により同期検波された後、デー
タ判定回路2Iによりデータ判定を受は復調データとな
る。
第11図は逓倍器とPLLを用いる従来方式の一例であ
り、第10図における狭帯域フィルタ51および分周器
52の代わりに、乗算器53、ループフィルタ54、お
よびV CO(Voltage Controlled
Oscillator) 55からなるPLLを用いる
。本方式において、逓倍後の無変調信号に対し、PLL
によって位相同期した信号を生成すると共にそれを分周
器52でM分周した信号を生成して参照搬送波とする。
第12図も逓倍器とPLLを用いる従来方式の例であり
、帯域通過フィルタ1と逓倍器50をPLLの内部に含
める点が第11図の方式と異なっている。
第13図はコスタスPLLによる従来方式の例である。
また、搬送波再生の方法として、準同期検波信号なFF
Tにより、−括して、時間領域から周波数領域の信号に
変換して行う方式もある(特願昭62−265374 
)。この方式では逓倍後の無変調信号の周波数と位相を
周波数領域上で推定し、PLL等の方法に代えて、推定
した周波数・位相をもって受信信号を補正することによ
って同期検波を行う。
(発明が解決しようとする課題) 衛星回線および地上マイクロ波回線等においては、送受
信局のローカル周波数の安定度、あるいは衛星、中継局
等における周波数変換の安定度等の不十分さにより、受
信信号の搬送波周波数には周波数偏差が存在するのが普
通である。特に低速度の通信では、上記原因による周波
数偏差は変調信号帯域の4〜5倍になることもある。こ
のように大きな周波数偏差が存在する場合、第10図お
よび第11図に示されるような従来方式を用いると、帯
域通過フィルタ1の帯域を許容最大周波数偏差゛に応じ
て広げなければならないため、逓倍信号のC/Nが低い
ときに搬送波を再生できない。また、第12図、第13
図に示す従来方式では、大きな周波数偏差に追従するこ
とは可能であるが、周波数引込範囲は高々ループフィル
タの帯域幅程度であるので、そのままで周波数引込みを
行なうことはループ帯域幅の拡大となり再生搬送波のC
/N劣化となる。これに対処するため、Vc○の発振周
波数を掃引することにより周波数を引き込むことも考案
されているが、この場合、引き込み速度は掃引速度に依
存し、掃引速度はループフィルタの帯域幅によって制限
されるため、特に、低C/Nにおいて高速引き込みを行
なうことは不可能である。
特願昭62−265374の方式は、TDMAバースト
PSK信号を対象としており、連続PSK信号において
搬送波の周波数、位相の変動についての追随性が不十分
であった。また、この方式では、搬送波の周波数、位相
の推定を、離散的な値に対する補間により求めるので、
精度の点て問題がある。
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するために
なされたもので、低C/Hにおいて受信信号に大きな周
波数偏差が存在する場合にも高速に周波数引き込みを行
ない、かつ短期的な周波数変動に追随して精度良く復調
することができ、さらに長時間にわたって連続的に変動
した搬送波の周波数変動に効率的に追随することができ
るPSK復調方式を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 上記の目的を達する為に、本発明は、位相変調されてい
る受信PSK信号を準同期検波し、FFTを用いてPS
K信号の搬送波周波数を推定し、その推定値を用いて準
同期検波されたPSK信号を補正し、その補正されたP
SK信号をPLLによって周波数と位相の補正をするこ
とによりPSK信号の復調を行う。
またさらにより速く周波数引き込みを行う為に、上述の
方式にFFTを用いて残留周波数偏差を求めて利用する
処理を追加してPSK信号の復調を行ってもよい。
PLLにより周波数と位相の補正を行うことは本発明の
特徴のひとつで、特願昭62−265374では、補間
により周波数と位相の補正が行われていた。
(作用) 本発明はこのように受信PSK信号に対し、FFTおよ
びPLLを用いて復調操作を行なうことから、回線状態
の悪い、すなわち低C/Nでしかも周波数偏差が非常に
大きい場合の受信PSKに対しても周波数変動に追随し
た復調が可能である。
(実施例1) 第1図は本発明によるPSK復調方式の第1の実施例の
構成を示す。lは帯域通過フィルタ(BPF)、2.3
は乗算器、4はπ/2移相器、5は局部周波数発振器、
6,7は低域通過フィルタ(LPF) 、8.9はアナ
ログ/ディジタル変換器(A/D) 、10はバッファ
、11はFFT回路(高速フーリエ変換回路) 、12
.13は2乗器、14はたし算器、15は周波数推定器
、16は周波数補正器、17.18は低域通過フィルタ
、19はクロック再生回路、20はP L L (Ph
ase Locked Loop)回路、21、22は
低域通過フィルタ、23はデータ判定回路である。
帯域通過フィルタ1に入力される信号100は、次式で
表されるM相PSK信号である。
S、(tJ=4′−2−・A   cos    (ω
 、’t   十  θk  十  θo)+n(t)
      (1)(k−1)T≦t≦kT 式(1)でAは受信信号の振幅レベル、ω。は搬送波角
周波数、θ0は初期位相を示し、θにはに番目の情報ビ
ットに応じた位相情報であり、2π1/M(1は整数、
0≦1≦M−1)という値をとる。また、Tは1シンボ
ル当りの時間を示し、n (t)は伝送路上で相加され
た雑音を表す。
式(1)で示される受信信号の搬送波角周波数ω。′は
送信搬送波周波数の安定度及び使用回線内に含まれる周
波数変換器の固定発振器の周波数安定度等により、送信
側で送信した搬送波角周波数ω。とは異なった値となっ
ている。すなわち回線内には(ω。′−ωe)の周波数
偏差を持つことになる。したがって、帯域通過フィルタ
1の帯域幅は、通常通信回線全体で発生しつる周波数偏
差の最大値を考慮して決定しなければならない。
例えば、周波数偏差が、信号帯域と同程度の場合には、
帯域通過フィルタ1の帯域幅は信号帯域幅の3倍程度必
要となる。このように受信信号の周波数偏差が大きい場
合には、帯域通過フィルタ1の帯域を広く取る必要があ
り、このため雑音もこの広い帯域を通過した分だけ復調
器に入力されることになる。帯域通過フィルタ1を通過
した信号と雑音は、固定発振器5から得られる参照搬送
波により準同期検波される。固定発振器5で発生される
参照搬送波は次式で表される。
R,(t) =、/”’丁cos(ω:t + L) 
      (2)式(2)でω;は、固定発振器5の
持つ角周波数であり送信側で送信された角周波数ω。に
近い値を持ち、以下の説明ではωニ=ω。と仮定する。
01は固定発振器の初期位相を示す。式(2)の参照搬
送波は、π/2位相器4を通ることにより次式のように
なる。
R,(t)= r丁5in(ωct+θt)     
 (3)結局、式(1)の受信信号と式(2)、(3)
で示す参照搬送波とが乗算器2,3によって乗積され、
それぞれ次式に示される信号が出力される。
ex(t)=s(t)−Rc(t) = A cos((ω。−ωc)t+θに十〇。−01
)+ A Co5(((IJ 、+ωc)を十〇、+θ
O−at)+1(し)・n、(t)         
            (4)et (t) ” S
 (t) ・R,(t)= −A 5in((ω。−ω
jt十〇、十〇。−〇、)+ A 5in((ω。+ω
c)tt ek十〇。−θ1)+n(t)・R,(t)
          (5)式(4)、(5)で示され
る信号は、それぞれ低域通過フィルタ6.7を通ること
により高調波成分が除去され、それぞれ次式に示す信号
が表れる。
es’ (t)−A cos((ω、−ωc)t+03
十〇。−01)+na’(t)           
(6)e2+ (t)= −A 5xn((ω、’−ω
。)t+θに+00−〇□)+n*’(t)     
           (7)ただし、式(6)、(7
)でn0°(t)、n*’(t)は、それぞれ直交関係
にある、低域通過フィルタ通過後の雑音を示す。ここで
、(ω。−ωC)は、受信信号と参照搬送波との間の周
波数偏差量を示し、以後Δωとする。
式(6)、(7)で示される信号は、ディジタル/アナ
ログ変換器8,9により次式に示されるようなディジタ
ル値に変換される。
L=e1’ (tt)= A cos (Δ(iJtl
十〇、+θo−et)+na’(ti)       
 (8)Y、=  et’  (tt)= −A  s
in  (Δ ω t4+ θ、十 〇。−01)+ 
n−’(ti)        (9)たたし、1iは
工番目のサンプル時間を示す。また、サンプリングの間
隔は、帯域通過フィルタ1の帯域幅に応じて決定される
X、、 Yiは分岐され、一方はバッファ10に蓄積さ
れる。バッファ10にX+、 YtそれぞれN1個のデ
ータがN積されると、N1組のデータはFFT回路11
に転送され、複素FFTにより時間軸上の信号から周波
数軸上の信号に変換される。FFT回路11からは周波
数軸上の実数及び虚数の振幅スペクトラム1101及び
1102が2乗器12.13へ出力される。これらの値
は2乗器12.13及びたし算器14により処理され、
N□点の電力スペクトラム1401が周波数推定器15
へ出力される。雑音成分を含む変調信号の電力スペクト
ラム1401は、変調信号が存在する帯域内だけに大き
な電力レベルを持ち、雑音は、白色雑音を想定した場合
、帯域通過フィルタ1の帯域内で一定の電力レベルを持
つ。したがって、周波数軸上で、周波数に相関を持つ信
号と周波数に無相関の雑音とは、電力レベルをみること
により、低C/Nにおいても比較的容易に識別すること
が可能である。この特徴を利用し、周波数推定器15に
おいては、電力スペクトラム1401をたし算器14か
ら入力し、変調信号の大体の中心周波数を推定している
。方法としては、まず、ある一定の帯域幅B。内の電力
相Di、(1≦に≦N、−m+1)を次式によって求め
る。
D、: Σ P                  
  (10)111に 式(10)でP、(1≦1≦Nl)は、たし算器14に
より出力された電力スペクトラムの各周波数における値
である。mは帯域幅B。に含まれるサンプル数であり、
スペクトラムの離散的な周波数の間隔なΔεとすると Bo=m@Δε           (11)という
関係が成立する。
ここで、スペクトラムの1番目の離散周波数値をWlと
し、W、からWNI までの間で、D、(1≦に≦N、
−m+1)の持つ電力が最大の場所に、変調信号が存在
している可能性が最も高いと考えると、変調信号の中心
周波数は次のように求めることができる。すなわち、D
kが最大となるkを求めに□8とすると、変調信号の中
心周波数Wrは次式で表される。
Wr=Wkmax  +  m・Δε/ 2     
    (12)以上述べたように、FF7手法を用い
ることにより、変調信号の中心周波数Wrは、回線状態
が非常に悪い状態でも比較的正確に推定することができ
る。
なお、このFFT回路の代わりに、時間の経過とともに
変化する周波数成分を各時点毎に求めることができるス
ライディングDFT回路を用いることにより、時間によ
って変化する周波数の推定が可能となる。
次に、推定された周波数値をもとに、周波数補正器16
において、アナログ/ディジタル変換器8.9から出力
され分岐されたもう一方のXt、 Yrに対し、次式に
より周波数補正を行う。
×1’=  Xt  cos  (2πW rtt) 
 +  YH5in(2πW rt、)(13) Yt’=  −Xt  sin   (2π Wrti
)   +  Yl  cos(2πWrtL)(14
) この操作により、Xl′、Yloは(Δω−2iWr)
を中心周波数とする信号となる。Wrがほぼ正しく推定
されていれば、(Δω−2πWr)は信号帯域幅に比べ
て小さい値となる。なお、該推定された周波数は同時に
PLL回路20にも渡され、後述する操作によりPLL
回路20の内部状態の更新に用いられる。低域通過フィ
ルタ17.18から出力された信号はクロック再生回路
19に入力される。クロック再生回路19では、最適な
クロック点を抽出し、該最適クロック点におけるデータ
のみを出力する。
クロック再生の方式としては、従来考案されている各種
のクロック再生方式を用いることができる。クロック再
生回路19より出力される信号に対しPLL回路20に
より周波数および位相の追随を行い、周波数および位相
を補正した信号を出力する。
ここで用いるPLL回路としては例えば第2図に示す形
のコスタスPLL回路がある。このコスタスPLL回路
は一般によく用いられる方式のもので、位相比較器20
1、ループフィルタ202および位相積分器203より
構成される。位相比較器201は入力される直交信号1
901.1902と位相積分器の出力2031より例え
ば次式により位相を比較し、位相差に対応した信号を出
力する。
Cm” Cin+m CO3θ、 4 Sin+lll
 sinθm    (15)Sm:Sin+m CO
3L −Cin、m Sin [1m    (16)
Vout=  sign(C−・ S、       
                   (17)ここ
で、C1n+m l Sln+mは入力1901.19
02に表れる信号、θ、は位相比較器201の出力20
31の信号、Voutは位相差に対応して出力2011
に表れる信号である。また、C,、S、は入力信号を同
期検波した信号となっており、位相比較器201よりデ
ータ判定用信号2001.2002として出力される。
なお、位相比較器201としては、−mに用いられてい
る各種位相比較特性を持つ方式を利用できる。
位相比較器201の出力はループフィルタ202に入力
される。入力信号の周波数偏差に起因するPLL回路の
平均位相誤差な0とするためには、ループフィルタとし
て完全積分型のフィルタを用いる必要があり、例えば第
3図に示す形のフィルタを利用できる。本ループフィル
タにおいて、入力位相差信号2011は分岐され、一方
は定数に1を掛けられた後たし算器212に入力される
。分岐された入力位相差信号2011のもう一方は定数
に2を掛けられた後たし算器214に入力される。たし
算器214の出力は分岐され、一方はたし算器212に
入力されると共に他方は遅延器215によって1サンプ
ル遅延されてたし算器214に入力される。遅延器21
5とたし算器214は完全積分器を構成している。
ループフィルタ202の出力は位相積分器203に入力
される。位相積分器203は次式により、入力される位
相差信号を積分し、位相信号を出力する。
0lll=θm−t+Δθ1ll(18)ここで、θ1
.Δθ1はそれぞれmサンプル力に対応する出力位相お
よび入力位相差信号である。
このPLL回路20は最適なクロックでサンプルされた
信号に対してのみ動作させることにより処理量を軽減す
ることができる。
PLL回路20から出力される信号2001. 200
2は、波形整形フィルタ21. 22において雑音を軽
減された後、データ判定器23において2レベルの硬判
定あるいは多値レベルの軟判定を受け、復調データとし
て出力される。
第4図は本方式に基づく復調処理のタイムスケジュール
の一例を示したものである。なお、アナログ/ディジタ
ル変換器8,9までの部分は処理開始時から常時動作し
ているものとする。時刻上〇において処理を開始し、時
刻t0までの間、バッファ10にディジタル信号を蓄積
する。蓄積された信号に対して時刻F.1から時刻t3
までの間、FFT回路11、2乗器12, 13、たし
算器14、周波数推定器15によって一連の搬送波周波
数推定のための処理か行われる。得られた周波数推定値
をもとに、時刻t3より周波数補正の処理が開始され、
併せて低域通過フィルタ17. 18、クロック再生回
路19、PLL回路20、波形整形フィルタ21, 2
2、データ判定23の処理も開始され、以降連続的に処
理される。時刻t3において、時刻t2から時刻t3ま
での間にバッファ10に蓄積されたディジタル信号に対
し、再び搬送波周波数推定の一連の処理が開始される。
時刻t8において周波数推定値が得られると、得られた
推定値はその時点から周波数補正の処理に用いられる。
推定値変更の前後で、周波数補正器16の出力信号すな
わちPLL回路20の入力信号の周波数が不連続となる
ので、これに対処するために、推定値は同時にPLL回
路20の処理にも渡され、PLL回路20の内部状態の
更新に用いられる。すなわち、遅延器215の入力値V
を次式に基づき更新することにより不連続な周波数に追
随する。
v  = Vo + 27.  (fe−feo)/ 
B                (19)ただし、
Voは遅延器215の入力に既に設定されていた値、f
eは新たに推定された搬送波周波数推定値、feoは直
前の搬送波周波数推定値、Bは変調帯域幅である。
以上のような手順を繰り返すことにより、第4図に示す
ように各処理が周期的あるいは連続的に実行され、FF
T回路11により間欠的に得られる搬送波周波数推定値
をもとにPLL回路20によって連続的に搬送波の周波
数、位相に追随する。
上述のように、本発明は、FFT回路11を利用した搬
送波周波数推定に基づき受信PSK信号の周波数偏差を
推定した後、PLL回路20によって残留する周波数偏
差および位相差を引き込むことにより、低C/Nにおい
て大きな周波数偏差が存在しかつ短期的な周波数変動が
生じても良好に復調を行うことができる。また、いった
んPLL回路20によって周波数および位相を引き込ん
でしまえば、周波数の変動により生ずる新たな周波数偏
差がある程度大きくなるまでは、新たに搬送波周波数を
推定しなくともよいので、搬送波周波数を推定する頻度
を減らすことができる。
なお、上述の実施例において、アナログ/ディジタル変
換を準同期検波直後に行わず、周波数補正をアナログの
まま行ってもよい。
あるいは、帯域フィルタ1を通過後の信号101を高速
アナログ/ディジタル変換器によりディジタル信号とし
、準同期検波の部分をディジタル処理により行ってもよ
い。
本構成では周波数補正器16により、ある時点て周波数
補正をされる信号は、その時点より過去の信号をもとに
推定された搬送波周波数により補正を受けているが、ア
ナログ/ディジタル変換器8、9の出力801, 90
1を分岐後、周波数補正器16に入力する前に遅延を入
れることにより、周波数推定に用いた信号自身を該推定
周波数により補正することも可能である。
PLL回路20は、最適クロック点たけでなくそれ以外
のサンプル点における信号を用いて動作させてもよい。
この場合もデータ判定は最適クロック点における信号に
対してのみ行う。なお、クロック再生回路19とPLL
回路20の順序を交換してもよい。
推定周波数の統計をとる等の方法により、新たに推定さ
れた搬送波周波数推定値の確からしさを検定し、確から
しくないと認められたときはその推定値を用いず、以前
に推定された推定値を引続き用いることも可能である。
またバッファ10におけるディジタルデータの蓄積およ
びFFT  回路11.2乗器12.13、たし算器1
4、周波数推定器15による一連の搬送波周波数推定の
処理を、処理開始直後のみあるいは処理開始直後と搬送
波同期あるいはクロック同期が外れたときのみ行っても
よい。
この場合の各処理のタイムスケジュールの一例を第5図
に示す。時刻t。において処理が開始され、時刻t1ま
での間ディジタル信号がバッファ10に蓄積される。時
刻t1から時刻t、までの間一連の搬送波周波数推定の
処理が行われ、時刻t3において得られた周波数推定値
をもとに、周波数補正の処理が開始され、併せて低域通
過フィルタ17゜18、クロック再生回路19、PLL
回路20、波形整形フィルタ21.22、データ判定回
路23の処理が開始され、以降連続的に処理される。
時刻tloにおいて搬送波あるいはクロックの同期外れ
が検知されると、時刻ttoから処理開始時と同様の処
理を行う。
以上のように搬送波周波数推定の処理の実行を処理開始
時および搬送波あるいはクロックの同期外れ時に限定す
ることにより、処理量を削減することができる。
なお、同期外れ時は新たに搬送波周波数を推定するまで
、周波数補正器16、低域通過フィルタ17、18、ク
ロック再生回路19、PLL回路20、波形整形フィル
タ21.22、データ判定回路23の各処理を中断して
もよい。
また、搬送波周波数推定の確からしさを増すために、搬
送波周波数推定の処理を複数回繰り返してそれをもとに
確からしい推定値を決定して周波数補正の処理に用いる
ことも可能である。
(以下余白) (実施例2) 第6図は、本発明の発明によるPSK復調方式の第2の
実施例を示す。第6図において1〜23は第1図に示し
たものと同等であり、第2図、第3図のPLL回路の構
成例も第2の実施例に適用可能である。第6図において
、24は逓倍器、25はバッファ、26はFFT回路、
27.28は2乗器、29はたし算器、30は周波数推
定器である。なお、第1の実施例と同様に、これらのF
FT回路11.26の代わりに、スライディングDFT
回路を用いることもできる。
低域通過フィルタ17.18の出力を次式で表す。
X1°’ =#/T−A cos(Δω“t1+θh+
82)+ fi、°’(t)            
(20)y、” =f丁*A 5in(Δω’tt十θ
に+02)+n、°“(t)            
(21)式(20) 、  (21)において Δω゛ミ Δω−2πWr(22) であり、02はxi、 yiの初期位相θ1び低域通x
L”、Y工°゛は分岐され、一方は逓倍器24に入力さ
れる。逓倍器24において、X t ” 、 Y i”
の周波数がM逓倍され、次式で表される信号が出力され
る。
Xs”’= A’ cos(MΔω’t、+Mll、)
+ n、°” (t)          (23)Y
+”’= A’ sin(MΔω’t、+Mθ2)+ 
n、°”(t)           (24)式(2
0)、 (21)に含まれていた変調位相成分θにはM
逓倍により除去される。また、n、’ (t) 。
n0°”(t)は逓倍操作によって雑音成分同士あるい
は雑音成分と信号成分とが掛は合わされた結果生ずる雑
音成分を示している。x、+++、 y、+++はバッ
ファ25に蓄積される。バッファ25にX 、 I l
 l 、 Y、°°゛それぞれN2個のデータが蓄積さ
れると、N2組のデータX 、+++、 y、+++は
FFT回路26ニ送ラレ、複素FFTにより時間軸上の
信号から周波数軸上の信号に変換される。FFT回路2
6からは、実数及び虚数の振幅スペクトラム2601及
び2602が2乗器27、28に出力される。これらの
値は、2乗器27゜28及びたし算器29により処理さ
れ、N2点の電力スペクトラム2701として周波数推
定器30に出力される。ここで、式(23)、 (24
)で表される無変調波の信号電力は、周波数Mω゛だけ
に存在することから、得られた電力スペクトラムをみれ
ば、低受信C/Nにおいても信号成分と雑音成分を識別
することが可能となる。したがって、周波数推定器30
は、電力スペクトラム中の電力が最大となる周波数W、
を求め、W、/ Mを残留周波数偏差推定値3001と
してPLL回路20に出力する。
PLL回路20に入力される信号が周波数偏差を持つ場
合、PLL回路20が周波数および位相を引き込んだ後
、定常状態において、ループフィルタ内の内部状態すな
わち遅延器215の入力Vは周波数偏差fに対し、 v= 2πΔf / B          (25)
という値に近い値をとる。■が上記定常時の値に近くな
ることにより周波数引き込みが達成されるため、fが大
きいと周波数引き込みに時間がかかる。そこで、残留周
波数偏差推定値を用いてVの定常時の値を算出し、遅延
器215の入力値をその値に近くなるように設定するこ
とにより、周波数引き込みが高速に達成される。
第7図は第2の実施例に基づく復調処理のタイムスケジ
ュールの一例を示′したものである。時刻toにおいて
処理を開始し、時刻t1までの間バッファ10にディジ
タル信号を蓄積する。蓄積された信号に対して時刻t1
から時刻t3までの間に、FFT回路11.2乗器12
.13、たし算器14、周波数推定器15によって一連
の搬送波周波数推定のための処理が行われる。得られた
周波数推定値をもとに、時刻t、より周波数補正器16
の処理が開始され、併せて低域通過フィルタ17.18
、クロック再生回路19の処理も開始され、以降連続的
に処理される。
時刻t、において、時刻t2から時刻t3までの間にバ
ッファ10に蓄積されたディジタル信号に対し、再び搬
送波周波数推定の一連の処理が開始される。
時刻t6において周波数推定値が得られると、得られた
推定値はその時点から周波数補正の処理に用いられる。
また時刻t3から時刻t4までの間、周波数補正された
ディジタル信号な逓倍しバッファ25に蓄積する。蓄積
された信号に対して時刻t4から時刻t、までの間FF
7回路26.2乗器27.28、たし算器29、周波数
推定器30によって一連の残留周波数偏差推定のための
処理が行われる。得られた推定値をもとに時刻t7より
PLL回路20の処理が開始され、併せてデータ判定の
処理も開始され以降連続的に処理される。このとき、残
留周波数偏差推定の開始時と終了時で、周波数補正に用
いられている搬送波周波数推定値が異なっているため、
残留周波数偏差推定に用いた信号の周波数補正に用いた
周波数推定値f8゜および時刻t、においてPLL回路
20に入力される信号の周波数補正に用いた周波数推定
値fatを用いて残留周波数推定値df、を次式により
修正する。
df、°=dfe+fao−fat         
 (26)PLL回路20の内部状態すなわち遅延器2
15の入力値Vは、修正後の残留周波数偏差推定値df
、。
を用いて次式により設定される。
v = 2π・df、’/ B         (2
7)以降、搬送波周波数あるいは残留周波数偏差が推定
される毎にPLL回路20の内部状態を更新する。例え
ば、時刻t9において搬送波周波数推定値が得られると
、周波数補正の不連続性を補償するために式(19)に
よりPLL回路20の内部状態を更新する。また、時刻
ttoにおいて残留周波数偏差の推定値が得られると、
次式によりPLL回路20の内部状態を更新する。
v= Vo + 2 πcdfe°−df、o’)/ 
B   (28)以上のような手順を繰り返すことによ
り、第7図に示すように各処理が周期的あるいは連続的
に実行される。
上述のように、第2の実施例では、推定された搬送波周
波数を用いて周波数を補正した後、更に逓倍およびFF
Tを行って残留周波数偏差を高精度に推定し、それをも
とにPLL回路20の内部状態を設定することにより、
PLL回路20による周波数および位相の引き込みを高
速に達成することができる。
なお、推定周波数の統計をとる等の方法により、新たに
推定された搬送波周波数推定値の確からしさを検定し、
確からしくないと認められたときはその推定値を用いず
、以前に推定された推定値を引続き用いることも可能で
ある。
また、PLL回路20の内部状態を推定された残留周波
数偏差に応じて設定することは、PLL回路20の前に
周波数補正器を設けて残留周波数偏差を補正するのと同
等である。
またバッファ10におけるディジタル信号の蓄積および
FFT  回路11.2乗器12.13、たし算器14
、周波数推定器15による一連の搬送波周波数推定の処
理を、処理開始直後のみあるいは処理開始直後と搬送波
同期あるいはクロック同期が外れたときのみ行ってもよ
い。
この場合の各処理のタイムスケジュールの一例を第8図
に示す0時刻t。において処理が開始され、時刻t1ま
での間ディジタル信号がバッファ10に蓄積される。時
刻t1から時刻t2までの間一連の搬送波周波数推定の
処理が行われ、時刻t2において得られた周波数推定値
をもとに、周波数補正の処理が開始され、併せて低域通
過フィルタ17゜18、クロック再生回路19の処理が
開始され、以降連続的に処理される0時刻taから時刻
t、までの間、周波数補正されたディジタル信号を逓倍
しバッファ25に蓄積する。蓄積された信号に対して時
刻t3から時刻t5までの間FF7回路26.2乗器2
7、28、たし算器29、周波数補正器30によって一
連の残留周波数偏差推定の処理が行われる。得られた推
定値をもとに時刻tsよりPLL回路20の処理が開始
され、併せてデータ判定の処理も開始され以降連続的に
処理される。このとき、PLL回路20の内部状態すな
わち遅延器215の入力値は、残留周波数偏差推定値d
f、を用いて次式により設定される。
v =  2π・df、 /B          (
29)以降は、0周波数補正器16、■低域通過フィル
タ17.18及びクロック再生回路19、■バッファ2
5によるデジタル信号の蓄積及び残留周波数偏差推定、
■PLL回路20、■波形整形フィルタ21.22及び
データ判定回路23の各処理が、第8図に示すように周
期的あるいは連続的に実行される。
時刻tlOにおいて搬送波あるいはクロックの同期外れ
が検知されると、時刻tloから処理開始時と同様の処
理を行う。
以上のように搬送波周波数推定の処理の実行を処理開始
時および搬送波あるいはクロックの同期外れ時に限定す
ることにより、処理量を削減することができる。
なお、同期外れ時は新たに搬送波周波数を推定するまで
、周波数補正器16、低域通過フィルタ17、18、ク
ロック再生回路19、残留周波数偏差推定、PLL回路
20、波形整形フィルタ21.22、データ判定回路2
3の各処理を中断してもよい。
また、搬送波周波数推定の確からしさを増すために、搬
送波周波数推定の処理を複数回繰り返してそれをもとに
確からしい推定値を決定して周波数補正の処理に用いる
ことも可能である。
また、搬送波周波数推定の処理と残留周波数偏差推定の
処理を非同期に行ってもよい。
この場合の各処理のタイムスケジュールの一例を第9図
に示す。時刻t。において処理を開始し、時刻t8まで
の間バッファ10にディジタル信号を蓄積する。蓄積さ
れた信号に対して時刻t、から時刻t、までの間FF7
回路11.2乗器12.1’3、たし算器14、周波数
推定器15によって一連の搬送波周波数推定のための処
理が行われる。得られた周波数推定値をもとに、時刻t
3より周波数補正の処理が開始され、併せて低域通過フ
ィルタ17.18、クロック再生回路19の処理も開始
され、以降連続的に処理される。時刻t、において、時
刻t2から時刻t。
までの間にバッファ1oに蓄積されたディジタル信号に
対し、再び搬送波周波数推定の一連の処理が開始される
。時刻t6において周波数推定値が得られると、得られ
た推定値はその時点から周波数補正の処理に用いられる
。また時刻t、から時刻t4までの間、周波数補正され
たディジタル信号な逓倍しバッファ25に蓄積する。蓄
積された信号に対して時刻t4から時刻t6までの間F
F7回路26.2乗器27.28、たし算器29、周波
数推定器3oによって一連の残留周波数偏差推定の処理
が行われる。得られた推定値をもとに時刻t6よりPL
L回路2oの処理が開始され、併せて波形整形フィルタ
21゜22、データ判定回路23の処理も開始され以降
連続的に処理される。このとき、残留周波数偏差推定の
開始時と終了時で、周波数補正に用いられている搬送波
周波数推定値が異なっているため、残留周波数偏差推定
に用いた信号の周波数補正に用いた周波□数推定値f、
。および時刻t8においてPLL回路20に入力される
信号の周波数補正に用いた周波数推定値Llを用いて残
留周波数推定値df、を式(26)により修正する。P
LL回路20の内部状態すなわち遅延器215の入力値
Vは、修正後の残留周波数偏差推定値df、°を用いて
式(27)により設定される。以降、搬送波周波数ある
いは残留周波数偏差が推定される毎にPLL回路20の
内部状態を更新する。
以上のような手順を繰り返すことにより、第9図に示す
ように各処理が周期的あるいは連続的に実行される。
このように、搬送波周波数推定の処理と残留周波数偏差
推定の処理を非同期に行うことにより、搬送波周波数推
定の間隔、残留周波数偏差推定の間隔を自由に設定でき
、要求される特性に対する処理の最適化を柔軟に行うこ
とが可能となる。
(発明の効果) 以上のように本発明は、FFTを利用した搬送波周波数
推定に基づき受信PSK信号の周波数偏差を推定した後
、PLLによって残留する周波数偏差および位相差に追
随することにより、低C/Nにおいて受信搬送波周波数
の偏差量が大きくかつ短期的な周波数変動が生じても良
好に連続的に復調を行うことができる。
さらに、搬送波周波数推定処理の実行を処理開始時およ
び搬送波あるいはクロックの同期はずれ時に限定するこ
とにより、全体の処理量を削減できる。
また、推定された搬送波周波数を用いて周波数を補正し
た後、更に逓倍およびFFTを行って残留周波数偏差を
高精度に推定し、それをもとにPLLの内部状態を設定
することにより、PLLによる周波数および位相の引き
込みを高速に達成することができる。
この場合も搬送波周波数推定の処理の実行を処理開始時
および搬送波あるいはクロックの同期はずれ時に限定す
ることにより、全体の処理量を削減できる。
また、搬送波周波数推定の処理と残留周波数偏差推定の
処理を非同期に行うことにより、搬送波周波数推定の間
隔、残留周波数偏差推定の間隔を自由に設定でき、要求
される特性に対する処理の最適化を柔軟に行うことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例の構成図、第2図は本発
明の第1の実施例におけるPLL回路の構成例を示す図
、 第3図はPLL回路におけるループフィルタの構成例を
示す図、 第4図は第1の実施例における復調処理のタイムスケジ
ュール例を示す図、 第5図は限定した復調処理のタイムスケジュール例を示
す図、 第6図は第2の実施例の構成図、 第7図は第2の実施例における復調処理のタイムスケジ
ュール例を示す図、 第8図は限定した復調処理のタイムスケジュール例を示
す図、 第9図は搬送周波数推定の処理と残留周波数偏差推定の
処理を非同期で行う場合の復調処理のタイムスケジュー
ル例を示す図、 第10図は逓倍器と狭帯域フィルタによる従来のPSK
信号復調方式の構成図、 第11図は逓倍器とPLLによる従来のPSK信号復調
方式の構成図、 第12図は逓倍器とPLLによる従来のPSK信号復調
方式の第2の構成図、 第13図はコスタスPLLによる従来のPSK信号復調
方式の構成図である。 1・・・帯域通過フィルタ、2.3・・・乗算器、4・
・・移相器、      5・・・局部周波数発振器、
6.7・・・低域通過フィルタ、 8.9・・・アナログ/ディジタル変換器10・・・バ
ッファ、     11・・・FF7回路、12、13
・・・2乗器、   14・・・たし算器、15・・・
周波数推定器、  16・・・周波数補正器、17、1
8・・・低域通過フィルタ、 19・・・クロック再生回路、20・・・PLL回路、
21、22・・・波形整形フィルタ、 23・・・データ判定回路、 201・・・位相比較器
、202・・・ループフィルタ、203・・・位相積分
器、211、213・・・乗算器、  212.214
・・・たし算器、215・・・遅延器、    24・
・・逓倍器、25・・・バッファ、     26・・
・FF7回路、27、28・・・2乗器、   29・
・・たし算器、30・・・周波数推定器、  50・・
・逓倍器、51・・・狭帯域フィルタ、 52・・・分
周器、53・・・乗算器、     54・・・ループ
フィルタ、55・・・V C0、56・・・乗算器、5
7・・・乗算器、     60・・・π/2移相器、
61、62・・・乗算器、 63、64・・・低域通過フィルタ、 つ又タスPLL@’i& 第2図 に。 L−18741シタ 第3図 効−m− 荀41+117Aルタクo−,り珂陳幣愕1M)ifし
9巧−夕串FL第 図

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)受信された位相変調されているPSK信号を該P
    SK信号の持つ搬送波周波数に近い周波数を持つ正弦波
    により準同期検波し、 その出力を分岐した一方のPSK信号をFFTにより時
    間領域の信号から周波数領域の信号に変換してその電力
    スペクトルを求め、得られた電力スペクトルより該PS
    K信号の搬送波周波数を推定し、 推定された搬送波周波数を用いて前記分岐された他方の
    PSK信号の周波数を補正し、 同時に推定された搬送波周波数によりPLLの内部状態
    を更新し、 前記推定に基づき予測される補正後の中心周波数を中心
    に持つ低域通過フィルタにより雑音成分を軽減し、クロ
    ック再生を行って最適なクロック毎の信号を出力し、 該出力された信号に対し前記PLLによって周波数及び
    位相の補正を行うことによりPSK信号の復調を行うこ
    とを特徴とするPSK信号復調方式。
  2. (2)請求項1記載のPSK信号復調方式において、前
    記分岐された一方のPSK信号をFFTにより時間領域
    の信号から周波数領域の信号に変換してその電力スペク
    トルを求める処理と、前記得られた電力スペクトルより
    該PSK信号の搬送波周波数を推定する処理を、復調処
    理の初期、搬送波同期はずれ時、またはクロック同期は
    ずれ時のみに限って行うことを特徴とするPSK信号復
    調方式。
  3. (3)受信された位相変調されているPSK信号を該P
    SK信号の持つ搬送波周波数に近い周波数を持つ正弦波
    により準同期検波し、 その出力を分岐した一方のPSK信号を第一のFFTに
    より時間領域の信号から周波数領域の信号に変換してそ
    の電力スペクトルを求め、得られた電力スペクトルより
    PSK信号の搬送波周波数を推定し、 推定された搬送波周波数を用いて前記分岐された他方の
    PSK信号の周波数を補正し、 同時に推定された搬送波周波数によりPLLの内部状態
    を更新し、 前記推定に基づき予測される補正後の中心周波数を中心
    に持つ低域通過フィルタにより雑音成分を軽減し、 その出力を分岐した一方の信号の変調成分を除去して無
    変調信号とし、第2のFFTにより周波数領域の信号に
    変換してその電力スペクトルを求め、得られた電力スペ
    クトルより該無変調信号の残留周波数偏差を推定し、推
    定された残留周波数偏差を用いて前記PLLの内部状態
    を設定し、前記雑音成分を軽減した後分岐された他の一
    方の信号に対してクロック再生を行い最適なクロック毎
    の信号を出力し、 該出力された信号に対し前記PLLによって周波数及び
    位相の補正を行うことによりPSK信号の復調を行うこ
    とを特徴とするPSK信号復調方式。
  4. (4)請求項3記載のPSK信号復調方式において、前
    記分岐された一方のPSK信号を第1のFFTにより時
    間領域の信号から周波数領域の信号に変換してその電力
    スペクトルを求める処理と、前記得られた電力スペクト
    ルより該PSK信号の搬送波周波数を推定する処理を、
    復調処理の初期、搬送波同期はずれ時、またはクロック
    同期はずれ時のみに限って行うことを特徴とするPSK
    信号復調方式。
  5. (5)請求項3記載のPSK信号復調方式において、前
    記第1のFFTを用いた搬送波周波数推定の処理と前記
    第2のFFTを用いた残留周波数偏差推定の処理を非同
    期に行うことを特徴とするPSK信号復調方式。
  6. (6)受信された位相変調されているPSK信号を、該
    PSK信号の持つ搬送波周波数に近い周波数(5、4)
    を用いて準同期検波する手段(2、3)と、 その出力に接続されるアナログ/ディジタル変換器(8
    、9)と、 該変換器の出力に接続され、PSK信号をFFTにより
    時間領域の信号から周波数領域の信号に変換してその電
    力スペクトルからPSK信号の搬送波周波数を推定する
    周波数推定手段(11、12、13、14、15)と、 前記アナログ/ディジタル変換器(8、9)の出力に接
    続され、前記推定手段(15)の推定周波数に従ってP
    SK信号の搬送波周波数を補正する周波数補正器(16
    )と、 その出力に接続される低域通過フィルタ(17、18)
    及びクロック再生回路(19)と、 その出力に接続され、前記周波数推定手段によって内部
    状態を更新されて、前記クロック再生回路の出力の周波
    数及び位相に追随するPLL回路(20)と、 該PLL回路の出力に接続されて2レベルあるいは多値
    レベルの復調出力を与えるデータ判定回路(23)とを
    有することを特徴とするPSK信号復調装置。
  7. (7)受信された位相変調されているPSK信号を、該
    PSK信号の持つ搬送波周波数に近い周波数(5、4)
    を用いて準同期検波する手段(2、3)と、 その出力に接続されるアナログ/ディジタル変換器(8
    、9)と、 該変換器の出力に接続され、PSK信号を第1のFFT
    (11)により時間領域の信号から周波数領域の信号に
    変換してその電力スペクトルからPSK信号の搬送波周
    波数を推定する第1の周波数推定手段(11、12、1
    3、14、15)と、前記アナログ/ディジタル変換器
    (8、9)の出力に接続され、前記推定手段(15)の
    推定周波数に従ってPSK信号の搬送波周波数を補正す
    る周波数補正器(16)と、 その出力に接続される低域通過フィルタ(17、18)
    と、 該フィルタの出力に接続され、変調成分を除去して無変
    調信号を提供する逓倍器(24)と、その出力の時間領
    域の信号を第2のFFT(26)により周波数領域の信
    号に変換し、その電力スペクトルから該無変調信号の残
    留周波数偏差を推定する第2の周波数推定手段(26、
    27、28、29、30)と、 その出力に接続され、第2の周波数推定手段により内部
    状態を設定され、前記第1の周波数推定手段によって内
    部状態を更新されて、前記クロック再生回路の出力の周
    波数及び位相に追随するPLL回路(20)と、 該PLL回路の出力に接続されて2レベルあるいは多値
    レベルの復調出力を与えるデータ判定回路(23)とを
    有することを特徴とするPSK信号復調装置。
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