JP5631220B2 - Symbol estimation circuit and demodulation circuit - Google Patents
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Description
この発明は、未知のシンボル速度で変調された受信信号を復調するに際して、そのシンボル速度を推定することが可能なシンボル推定回路と、そのシンボル推定回路を実装している復調回路とに関するものである。 The present invention relates to a symbol estimation circuit capable of estimating a symbol rate when demodulating a reception signal modulated at an unknown symbol rate, and a demodulation circuit mounted with the symbol estimation circuit. .
近年のDSP(Digital Signal Processor)やFPGA(Field−Programmable Gate Array)などのプログラマブルな信号処理デバイスを用いるソフトウエア無線(SDR:Software Defined Radio)の急速な発展によって、同一のH/Wプラットフォーム上で、複数の通信システムに対応することが可能なマルチモード通信機が開発されている。
また、通信環境の変化に応じて最適な通信システムの自動選択や、変調型式を動的に最適化する環境適応通信や、伝送路状況に応じてより高い伝送品質やスループットを実現する適応変復調機などのシステム、あるいは、到来する電波を監視するシステムなどが開発されている。
With the rapid development of software defined radio (SDR) using programmable signal processing devices such as DSP (Digital Signal Processor) and FPGA (Field-Programmable Gate Array) in recent years, the same H / W platform has been developed. Multi-mode communication devices capable of supporting a plurality of communication systems have been developed.
In addition, automatic selection of the optimal communication system according to changes in the communication environment, environment-adaptive communication that dynamically optimizes the modulation type, and adaptive modems that realize higher transmission quality and throughput according to the transmission path conditions Or a system for monitoring incoming radio waves has been developed.
上記のマルチモード通信機やシステムにおいて、到来波である受信信号の変調型式を推定する変調型式識別回路が着目されている。
ただし、変調型式識別回路が受信信号の変調型式を推定するに際して、受信信号の中心周波数や、シンボル速度などの諸元は事前に知っておく必要があり、中心周波数やシンボル速度などの諸元が分からなければ、受信信号の変調型式を推定することができず、受信信号を復調することができない。
以下の特許文献1,2にも、受信信号の変調型式を推定する技術が開示されているが、中心周波数などの諸元が既知であることを前提するものである。
In the above-described multimode communication device and system, attention is focused on a modulation type identification circuit that estimates a modulation type of a received signal that is an incoming wave.
However, when the modulation type identification circuit estimates the modulation type of the received signal, it is necessary to know the specifications such as the center frequency and symbol rate of the received signal in advance. If not known, the modulation type of the received signal cannot be estimated and the received signal cannot be demodulated.
The following
従来の変調型式識別回路は以上のように構成されているので、受信信号の中心周波数や、シンボル速度などの諸元が事前に分からなければ、受信信号の変調型式を推定することができず、受信信号を復調することができないなどの課題があった。 Since the conventional modulation type identification circuit is configured as described above, if the specifications such as the center frequency of the received signal and the symbol rate are not known in advance, the modulation type of the received signal cannot be estimated. There was a problem that the received signal could not be demodulated.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、未知のシンボル速度で変調された受信信号を復調するに際して、そのシンボル速度を推定することができるシンボル推定回路を得ることを目的とする。
また、この発明は、シンボル推定回路により推定されたシンボル速度を用いて、変調型式が未知の受信信号を復調することができる復調回路を得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a symbol estimation circuit capable of estimating a symbol rate when demodulating a received signal modulated at an unknown symbol rate. And
Another object of the present invention is to obtain a demodulation circuit capable of demodulating a received signal whose modulation type is unknown using the symbol rate estimated by the symbol estimation circuit.
この発明に係るシンボル推定回路は、未知のシンボル速度で変調された受信信号から直交検波されたIQ信号を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号の中でピーク電力が得られる周波数値を特定するとともに、その周波数値からシンボル速度を粗推定するシンボル粗推定器と、そのIQ信号から各シンボル内のナイキスト位相を検出して、各シンボル内のナイキスト位相から周波数偏差を算出し、その周波数偏差をシンボル粗推定器により粗推定されたシンボル速度に加算するシンボル精推定器とを設けるようにしたものである。 The symbol estimation circuit according to the present invention converts an IQ signal orthogonally detected from a received signal modulated at an unknown symbol rate into a frequency domain signal, and obtains a frequency value at which peak power is obtained in the frequency domain signal. A symbol coarse estimator for coarsely estimating the symbol rate from the frequency value, and detecting a Nyquist phase in each symbol from the IQ signal, calculating a frequency deviation from the Nyquist phase in each symbol, A symbol precision estimator for adding the deviation to the symbol speed roughly estimated by the symbol coarse estimator is provided.
この発明によれば、未知のシンボル速度で変調された受信信号から直交検波されたIQ信号を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号の中でピーク電力が得られる周波数値を特定するとともに、その周波数値からシンボル速度を粗推定するシンボル粗推定器と、そのIQ信号から各シンボル内のナイキスト位相を検出して、各シンボル内のナイキスト位相から周波数偏差を算出し、その周波数偏差をシンボル粗推定器により粗推定されたシンボル速度に加算するシンボル精推定器とを設けるように構成したので、未知のシンボル速度で変調された受信信号を復調するに際して、そのシンボル速度を推定することができる効果がある。 According to the present invention, an IQ signal orthogonally detected from a reception signal modulated at an unknown symbol rate is converted into a frequency domain signal, and a frequency value at which peak power is obtained in the frequency domain signal is specified. A symbol coarse estimator that roughly estimates a symbol rate from the frequency value, a Nyquist phase in each symbol detected from the IQ signal, a frequency deviation is calculated from the Nyquist phase in each symbol, and the frequency deviation is symbolized Since a symbol precision estimator for adding to the symbol rate roughly estimated by the coarse estimator is provided, the symbol rate can be estimated when demodulating a received signal modulated at an unknown symbol rate. effective.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1によるシンボル推定回路を実装している復調回路を示す構成図である。
図1において、シンボル推定回路1は未知のシンボル速度で変調された受信信号を復調するに際して、そのシンボル速度を推定する装置である。
シンボル粗推定器2は未知のシンボル速度で変調された受信信号から直交検波されたIQ信号を入力し、そのIQ信号に重畳されているノイズ(ガウス雑音)を除去する帯域制限フィルタ2aを実装している。
シンボル粗推定器2は帯域制限フィルタ2aによるノイズ除去後のIQ信号を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号の中でピーク電力が得られる周波数値を特定するとともに、その周波数値からシンボル速度を粗推定する処理を実施する。
FIG. 1 is a block diagram showing a demodulating circuit equipped with a symbol estimating circuit according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a
The symbol
The
帯域制限フィルタ2aは例えば99%法や3dB法を実施することで占有帯域幅を推定する図示せぬ推定回路等から出力された占有帯域幅推定値Fw(または、既知の情報として、スペアナ等で測定された占有帯域幅値)を入力し、その占有帯域幅推定値Fwのα倍(例えば、約1.3倍=1.3×Fw)のカットオフ周波数でIQ信号を通過させるものである。これにより、シンボル帯域の推定に必要なIQ信号がフィルタリングで肩落ちしない程度にガウス雑音の除去が行われる。
The
シンボル精推定器3は帯域制限フィルタ2aによるノイズ除去後のIQ信号から各シンボル内のナイキスト位相を検出して、各シンボル内のナイキスト位相から周波数偏差を算出し、その周波数偏差をシンボル粗推定器2により粗推定されたシンボル速度に加算する処理を実施する。
復調器4はシンボル推定回路1のシンボル精推定器3により周波数偏差が加算されたシンボル速度を用いて、上記受信信号の復調処理を行う。
The
The
図2はこの発明の実施の形態1によるシンボル推定回路1のシンボル粗推定器2を示す構成図である。
図2において、シンボル情報検出器10はIQ信号の非線形処理とFFT(高速フーリエ変換)処理を実施することで、周波数領域の信号の中でピーク電力MAX(PAVE1(ω))が得られる周波数値ωPT1を特定する処理を実施する。なお、シンボル情報検出器10は第1のシンボル情報検出器を構成している。
FIG. 2 is a block diagram showing a
In FIG. 2, the
シンボル情報検出器20はIQ信号のゼロクロス点の検出処理とFFT処理を実施することで、周波数領域の信号の中でピーク電力MAX(PAVE2(ω))が得られる周波数値ωPT2を特定する処理を実施する。なお、シンボル情報検出器20は第2のシンボル情報検出器を構成している。
シンボル情報検出器30はIQ信号の周波数変動の検出処理、非線形処理及びFFT処理を実施することで、周波数領域の信号の中でピーク電力MAX(PAVE3(ω))が得られる周波数値ωPT3を特定する処理を実施する。なお、シンボル情報検出器30は第3のシンボル情報検出器を構成している。
The
The
シンボル情報検出器10のLPF部11は直交検波されたIQ信号SR(n)に対してフィルタリング処理を実施する。このフィルタリング処理は、例えば、ルートナイキストフィルタ(例えば、カットオフ周波数fc=3dB:占有帯域幅推定値Fw×1.3)を用いるものであり、帯域制限フィルタ2aのフィルタリング処理に相当する。
非線形部12はLPF部11によるフィルタリング処理後のIQ信号S’R(n)に対する非線形処理(2乗処理)を実施し、非線形処理後のIQ信号f(n)を出力する。
The
The
FFT部13は非線形部12による非線形処理後のIQ信号f(n)に対してハニング窓関数係数W(n)を乗算したのち、Nポイント(例えば、1024ポイント)の複素FFT処理を実施する。
FFT時間領域平均部14はFFT部13による複数個のFFT結果F(ω)に対して、複数回の時間加算処理を行うことで、0〜1023の周波数値ωの範囲で、周波数領域信号の電力PAVE1(ω)を算出する。
The
The FFT time
ピーク電力検出部15はFFT時間領域平均部14により算出された周波数領域信号の電力PAVE1(ω)の中で、最も高いピーク電力MAX(PAVE1(ω))を検出して、そのピーク電力MAX(PAVE1(ω))が得られる周波数値ωPAVE1をシンボル周波数として出力する処理を実施する。
ラグランジェ補間部16はピーク電力検出部15から出力されたシンボル周波数ωPAVE1に対する補間処理(例えば、ラグランジェ2次補間処理)を実施し、補間処理後のシンボル周波数ωPT1及びピーク電力MAX(PAVE1(ω))を周波数値選択部40に出力する。
The peak
The Lagrangian interpolation unit 16 performs an interpolation process (for example, a Lagrange secondary interpolation process) on the symbol frequency ω PAVE1 output from the peak
シンボル情報検出器20の周波数偏差検出部21は直交検波されたIQ信号SR(n)から、例えば逓倍法などを実施することで、IQ信号SR(n)の中心周波数Δfcの推定を行う。ここでは、周波数偏差検出部21が中心周波数Δfcを推定しているが、既知情報として中心周波数Δfcが事前に与えられるようにしてもよい。
周波数回転部22は周波数偏差検出部21により推定された中心周波数Δfc分だけ、IQ信号SR(n)の周波数を回転させる処理を実施する。
Frequency
The
LPF部23は周波数回転部22による周波数回転処理後のIQ信号SROT(n)に対してフィルタリング処理を実施する。このフィルタリング処理は、例えば、ルートナイキストフィルタ(例えば、カットオフ周波数fc=3dB:占有帯域幅推定値Fw×1.3)を用いるものであり、帯域制限フィルタ2aのフィルタリング処理に相当する。
ゼロクロス検出部24はLPF部23によるフィルタリング処理後のIQ信号S’ROT(n)と1シンボル前のIQ信号S’ROT(n−1)との間のゼロクロス点の検出処理を実施して、パルス波のIQ信号f(n)を生成する。
The
The zero
FFT部25はゼロクロス検出部24により生成されたパルス波のIQ信号f(n)に対してハニング窓関数係数W(n)を乗算したのち、Nポイント(例えば、1024ポイント)の複素FFT処理を実施する。
FFT時間領域平均部26はFFT部25による複数個のFFT結果F(ω)に対して、複数回の時間加算処理を行うことで、0〜1023の周波数値ωの範囲で、周波数領域信号の電力PAVE2(ω)を算出する。
The
The FFT time
ピーク電力検出部27はFFT時間領域平均部26により算出された周波数領域信号の電力PAVE2(ω)の中で、最も高いピーク電力MAX(PAVE2(ω))を検出して、そのピーク電力MAX(PAVE2(ω))が得られる周波数値ωPAVE2をシンボル周波数として出力する処理を実施する。
ラグランジェ補間部28はピーク電力検出部27から出力されたシンボル周波数ωPAVE2に対する補間処理(例えば、ラグランジェ2次補間処理)を実施し、補間処理後のシンボル周波数ωPT2及びピーク電力MAX(PAVE2(ω))を周波数値選択部40に出力する。
The
The
シンボル情報検出器30のLPF部31は直交検波されたIQ信号SR(n)に対してフィルタリング処理を実施する。このフィルタリング処理は、例えば、ルートナイキストフィルタ(例えば、カットオフ周波数fc=3dB:占有帯域幅推定値Fw×1.3)を用いるものであり、帯域制限フィルタ2aのフィルタリング処理に相当する。
周波数ディスクリミネータ部32はLPF部31によるフィルタリング処理後のIQ信号S’R(n)の位相情報θ(n)を微分演算することで、IQ信号S’R(n)の瞬時周波数変動を検出する。
非線形部33は周波数ディスクリミネータ部32の検出結果に対する非線形処理(2乗処理)を実施し、非線形処理後の信号f(n)を出力する。
The
The
The
FFT部34は非線形部33による非線形処理後の信号f(n)に対してハニング窓関数係数W(n)を乗算したのち、Nポイント(例えば、1024ポイント)の複素FFT処理を実施する。
FFT時間領域平均部35はFFT部34による複数個のFFT結果F(ω)に対して、複数回の時間加算処理を行うことで、0〜1023の周波数値ωの範囲で、周波数領域信号の電力PAVE3(ω)を算出する。
The
The FFT time
ピーク電力検出部36はFFT時間領域平均部35により算出された周波数領域信号の電力PAVE3(ω)の中で、最も高いピーク電力MAX(PAVE3(ω))を検出して、そのピーク電力MAX(PAVE3(ω))が得られる周波数値ωPAVE3をシンボル周波数として出力する処理を実施する。
ラグランジェ補間部37はピーク電力検出部36から出力されたシンボル周波数ωPAVE3に対する補間処理(例えば、ラグランジェ2次補間処理)を実施し、補間処理後のシンボル周波数ωPT3及びピーク電力MAX(PAVE3(ω))を周波数値選択部40に出力する。
The peak
The
周波数値選択部40はシンボル情報検出器10,20,30から出力された補間処理後のシンボル周波数ωPT1,ωPT2,ωPT3の中から、最も高いピーク電力が得られるシンボル周波数(周波数値)ωPTを選択する処理を実施する。
シンボル速度算出部50は周波数値選択部40により選択されたシンボル周波数ωPTからシンボル速度fRを算出する処理を実施する。
The frequency
The symbol
図3はこの発明の実施の形態1によるシンボル推定回路1のシンボル精推定器3を示す構成図である。
図3において、非線形処理によるBTR(Bit Timing Recovery)検出回路61は周波数値選択部40により選択されたシンボル周波数ωPTが、シンボル情報検出器10から出力された補間処理後のシンボル周波数ωPT1又はシンボル情報検出器30から出力された補間処理後のシンボル周波数ωPT3である場合、帯域制限フィルタ2aによるノイズ除去後のIQ信号S’R(n)に対して非線形処理を実施することで、各シンボル内のナイキスト位相θN(n)を検出する処理を実施する。
FIG. 3 is a block diagram showing the
In FIG. 3, BTR by non-linear processing (Bit Timing Recovery)
ゼロクロスによるBTR検出回路62は周波数値選択部40により選択されたシンボル周波数ωPTが、シンボル情報検出器20から出力された補間処理後のシンボル周波数ωPT2である場合、帯域制限フィルタ2aによるノイズ除去後のIQ信号S’R(n)のゼロクロス点の検出処理を実施することで、各シンボル内のナイキスト位相θN(n)を検出する処理を実施する。
シンボル偏差検出回路63はBTR検出回路61又はBTR検出回路62により検出された各シンボル内のナイキスト位相θN(n)から周波数偏差ΔfRを算出して、その周波数偏差ΔfRをシンボル粗推定器2のシンボル速度算出部50により算出されたシンボル速度fRに加算し、その加算結果fR+ΔfRをシンボル速度の精推定結果として復調器4に出力する処理を実施する。
When the symbol frequency ω PT selected by the frequency
The symbol
次に動作について説明する。
シンボル粗推定器2は、未知のシンボル速度で変調された受信信号から直交検波されたIQ信号SR(n)を入力すると、帯域制限フィルタ2aを用いて、そのIQ信号SR(n)に重畳されているノイズ(ガウス雑音)を除去する。
シンボル粗推定器2は、帯域制限フィルタ2aによるノイズ除去後のIQ信号を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号の中でピーク電力が得られるシンボル周波数ωPT(周波数値)を特定するとともに、そのシンボル周波数ωPTからシンボル速度fRを粗推定する。
シンボル粗推定器2では、FFTポイント精度(例えば、1024ポイントのFFT処理を実施する場合、1000ppm程度の偏差精度)による粗いシンボル精度の推定処理を行う。
以下、シンボル粗推定器2の処理内容を具体的に説明する。
Next, the operation will be described.
The
The symbol
The
The processing contents of the symbol
シンボル情報検出器10は、未知のシンボル速度で変調された受信信号から直交検波されたIQ信号SR(n)を入力すると、そのIQ信号SR(n)の非線形処理とFFT処理を実施することで、周波数領域の信号の中でピーク電力MAX(PAVE1(ω))が得られる周波数値ωPT1を特定する。
即ち、シンボル情報検出器10のLPF部11は、例えば、ルートナイキストフィルタ(例えば、カットオフ周波数fc=3dB:占有帯域幅推定値Fw×1.3)を用いて、直交検波されたIQ信号SR(n)に対するフィルタリング処理を実施し、フィルタリング処理後のIQ信号S’R(n)を非線形部12に出力する。
S’R(n)=S’RI(n)+jS’RQ(n) (1)
ただし、jは複素数である。
When the IQ signal S R (n) orthogonally detected from the received signal modulated at an unknown symbol rate is input, the
In other words, the
S ′ R (n) = S ′ RI (n) + jS ′ RQ (n) (1)
However, j is a complex number.
非線形部12は、LPF部11がIQ信号SR(n)に対するフィルタリング処理を実施すると、下記の式(2)に示すように、フィルタリング処理後のIQ信号S’R(n)に対する非線形処理(2乗処理)を実施して、非線形処理後のIQ信号f(n)をFFT部13に出力する。
f(n)=S’R(n)×S’R(n)*
=S’RI(n)×S’RI(n)+S’RQ(n)×S’RQ(n)
(2)
ただし、*は共役を示す記号である。
When the
f (n) = S ′ R (n) × S ′ R (n) *
= S'RI (n) * S'RI (n) + S'RQ (n) * S'RQ (n)
(2)
However, * is a symbol indicating conjugation.
FFT部13は、非線形部12から非線形処理後のIQ信号f(n)を受けると、下記の式(3)に示すように、その非線形処理後のIQ信号f(n)に対してハニング窓関数係数W(n)を乗算したのち、Nポイント(例えば、1024ポイント)の複素FFT処理を実施することで、複数個のFFT結果F(ω)をFFT時間領域平均部14に出力する。
When receiving the IQ signal f (n) after nonlinear processing from the
FFT時間領域平均部14は、FFT部13による複数個(=m個)のFFT結果F(ω)に対して、複数回の時間加算処理を行うことで、0〜1023の周波数値ωの範囲で、周波数領域信号の電力PAVE1(ω)を算出する。
即ち、FFT時間領域平均部14は、F(ω)導出時のIQ信号f(n)のn値を、例えば256ずつスライドさせながら、下記の式(4)に示すように、(4m−1)回の加算処理を行う。
The FFT time
That is, the FFT time
ピーク電力検出部15は、FFT時間領域平均部14により算出された周波数領域信号の電力PAVE1(ω)の中で、最も高いピーク電力MAX(PAVE1(ω))を検出する。
ピーク電力検出部15は、ピーク電力MAX(PAVE1(ω))を検出すると、そのピーク電力MAX(PAVE1(ω))が得られる周波数値ωPAVE1をシンボル周波数としてラグランジェ補間部16に出力する。
ただし、ピーク電力を検出する際、周波数値の範囲ωは、実際にピーク電力が検出されることが期待される範囲に限定して探索するようにしてもよい。
The peak
When the peak power MAX (PAVE1 (ω)) is detected, the peak
However, when detecting the peak power, the frequency value range ω may be limited to a range where the peak power is expected to be actually detected.
ラグランジェ補間部16は、ピーク電力検出部15からシンボル周波数ωPAVE1を受けると、そのシンボル周波数ωPAVE1に対する補間処理を実施して、補間処理後のシンボル周波数ωPT1及びピーク電力MAX(PAVE1(ω))を周波数値選択部40に出力する。
例えば、下記の式(5)に示すようなラグランジェ2次補間処理を実施する。
When the Lagrangian interpolation unit 16 receives the symbol frequency ω PAVE1 from the peak
For example, a Lagrangian secondary interpolation process as shown in the following equation (5) is performed.
図4はシンボル情報検出器10の検出結果である補間処理後のシンボル周波数ωPT1と、ピーク電力MAX(PAVE1(ω))とを示す説明図である。
図4の例では、FFTポイント番号が“256”の周波数がシンボル周波数ωPT1であり、約−12dBの電力が得られている。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the symbol frequency ω PT1 after interpolation processing and the peak power MAX (PAVE1 (ω)), which are detection results of the
In the example of FIG. 4, the frequency with the FFT point number “256” is the symbol frequency ω PT1 , and power of about −12 dB is obtained.
シンボル情報検出器20は、未知のシンボル速度で変調された受信信号から直交検波されたIQ信号SR(n)を入力すると、そのIQ信号SR(n)のゼロクロス点の検出処理とFFT処理を実施することで、周波数領域の信号の中でピーク電力MAX(PAVE2(ω))が得られる周波数値ωPT2を特定する。
即ち、シンボル情報検出器20の周波数偏差検出部21は、直交検波されたIQ信号SR(n)から、例えば逓倍法などを実施することで、そのIQ信号SR(n)の中心周波数Δfcの推定を行う。
ここでは、周波数偏差検出部21が中心周波数Δfcを推定しているが、既知情報として中心周波数Δfcが事前に与えられるようにしてもよい。
That is, the frequency
Here, the
周波数回転部22は、周波数偏差検出部21が中心周波数Δfcを推定すると、下記の式(6)に示すように、その中心周波数Δfc分だけ、IQ信号SR(n)の周波数を回転させる。
SROT(n)=SR(n)×exp(−2π(Δfc/Fs)×n)
(6)
ただし、FsはデジタルIQ信号をサンプリングしたA/D(Analog to Digital Convertor)サンプリング周波数、nは時間サンプル番号(n=0,・・・,1023)である。
When the
S ROT (n) = S R (n) × exp (−2π (Δfc / Fs) × n)
(6)
Here, Fs is an A / D (Analog to Digital Converter) sampling frequency obtained by sampling a digital IQ signal, and n is a time sample number (n = 0,..., 1023).
LPF部23は、例えば、ルートナイキストフィルタ(例えば、カットオフ周波数fc=3dB:占有帯域幅推定値Fw×1.3)を用いて、周波数回転部22による周波数回転処理後のIQ信号SROT(n)に対するフィルタリング処理を実施し、フィルタリング処理後のIQ信号S’ROT(n)をゼロクロス検出部24に出力する。
S’ROT(n)=S’ROTI(n)+jS’ROTQ(n) (7)
ただし、jは複素数である。
The
S ′ ROT (n) = S ′ ROTI (n) + jS ′ ROTQ (n) (7)
However, j is a complex number.
ゼロクロス検出部24は、LPF部23からフィルタリング処理後のIQ信号S’ROT(n)を受けると、そのIQ信号S’ROT(n)と1シンボル前のIQ信号S’ROT(n−1)との間のゼロクロス点の検出処理を実施して、パルス波のIQ信号f(n)を生成する。
f(n)=doutI(n)+j×doutQ(n) (8)
ただし、jは複素数である。
Zero-
f (n) = doutI (n) + j × doutQ (n) (8)
However, j is a complex number.
即ち、ゼロクロス検出部24は、Ich信号及びQch信号について下記の計算を行うことにより、パルス波のIQ信号f(n)を生成する。
ただし、下記の計算において、
InZeroDet=1はゼロクロス有、InZeroDet=0はゼロクロス無を示している。
That is, the zero
However, in the following calculation:
InZeroDet = 1 indicates that there is a zero cross, and InZeroDet = 0 indicates that there is no zero cross.
FFT部25は、ゼロクロス検出部24がパルス波のIQ信号f(n)を生成すると、下記の式(9)に示すように、そのパルス波のIQ信号f(n)に対してハニング窓関数係数W(n)を乗算したのち、Nポイント(例えば、1024ポイント)の複素FFT処理を実施することで、複数個のFFT結果F(ω)をFFT時間領域平均部26に出力する。
When the zero
FFT時間領域平均部26は、FFT部25による複数個(=m個)のFFT結果F(ω)に対して、複数回の時間加算処理を行うことで、0〜1023の周波数値ωの範囲で、周波数領域信号の電力PAVE2(ω)を算出する。
即ち、FFT時間領域平均部26は、F(ω)導出時のIQ信号f(n)のn値を、例えば256ずつスライドさせながら、下記の式(10)に示すように、(4m−1)回の加算処理を行う。
The FFT time
That is, the FFT time
ピーク電力検出部27は、FFT時間領域平均部26により算出された周波数領域信号の電力PAVE2(ω)の中で、最も高いピーク電力MAX(PAVE2(ω))を検出する。
ピーク電力検出部27は、ピーク電力MAX(PAVE2(ω))を検出すると、そのピーク電力MAX(PAVE2(ω))が得られる周波数値ωPAVE2をシンボル周波数としてラグランジェ補間部28に出力する。
ただし、ピーク電力を検出する際、周波数値の範囲ωは、実際にピーク電力が検出されることが期待される範囲に限定して探索するようにしてもよい。
The peak
When the peak power MAX (PAVE2 (ω)) is detected, the peak
However, when detecting the peak power, the frequency value range ω may be limited to a range where the peak power is expected to be actually detected.
ラグランジェ補間部28は、ピーク電力検出部27からシンボル周波数ωPAVE2を受けると、そのシンボル周波数ωPAVE2に対する補間処理を実施して、補間処理後のシンボル周波数ωPT2及びピーク電力MAX(PAVE2(ω))を周波数値選択部40に出力する。
例えば、下記の式(11)に示すようなラグランジェ2次補間処理を実施する。
When the
For example, a Lagrangian secondary interpolation process as shown in the following equation (11) is performed.
シンボル情報検出器30は、未知のシンボル速度で変調された受信信号から直交検波されたIQ信号SR(n)を入力すると、そのIQ信号SR(n)の周波数変動の検出処理、非線形処理及びFFT処理を実施することで、周波数領域の信号の中でピーク電力MAX(PAVE3(ω))が得られる周波数値ωPT3を特定する。
即ち、シンボル情報検出器30のLPF部31は、例えば、ルートナイキストフィルタ(例えば、カットオフ周波数fc=3dB:占有帯域幅推定値Fw×1.3)を用いて、直交検波されたIQ信号SR(n)に対するフィルタリング処理を実施し、フィルタリング処理後のIQ信号S’R(n)を周波数ディスクリミネータ部32に出力する。
S’R(n)=S’RI(n)+jS’RQ(n) (12)
ただし、jは複素数である。
In other words, the
S ′ R (n) = S ′ RI (n) + jS ′ RQ (n) (12)
However, j is a complex number.
周波数ディスクリミネータ部32は、LPF部31からフィルタリング処理後のIQ信号S’R(n)を受けると、下記の式(13)に示すように、そのIQ信号S’R(n)の位相情報θ(n)を微分演算することで、IQ信号S’R(n)の瞬時周波数変動を検出する。
Frequency discriminator 32 'receives the R (n), as shown in the following equation (13), the IQ signal S' IQ signal after the filtering processing from the LPF unit 31 S phase of R (n) By differentiating the information θ (n), the instantaneous frequency fluctuation of the IQ signal S ′ R (n) is detected.
非線形部33は、周波数ディスクリミネータ部32の検出結果f(n)に対する非線形処理(2乗処理)を実施して、非線形処理後の信号f(n)をFFT部34に出力する。
FFT部34は、非線形部33から非線形処理後の信号f(n)を受けると、下記の式(14)に示すように、その非線形処理後の信号f(n)に対してハニング窓関数係数W(n)を乗算したのち、Nポイント(例えば、1024ポイント)の複素FFT処理を実施することで、複数個のFFT結果F(ω)をFFT時間領域平均部35に出力する。
The
When receiving the signal f (n) after nonlinear processing from the
FFT時間領域平均部35は、FFT部34による複数個(=m個)のFFT結果F(ω)に対して、複数回の時間加算処理を行うことで、0〜1023の周波数値ωの範囲で、周波数領域信号の電力PAVE3(ω)を算出する。
即ち、FFT時間領域平均部35は、F(ω)導出時の信号f(n)のn値を、例えば256ずつスライドさせながら、下記の式(15)に示すように、(4m−1)回の加算処理を行う。
The FFT time
That is, the FFT time
ピーク電力検出部36は、FFT時間領域平均部35により算出された周波数領域信号の電力PAVE3(ω)の中で、最も高いピーク電力MAX(PAVE3(ω))を検出する。
ピーク電力検出部36は、ピーク電力MAX(PAVE3(ω))を検出すると、そのピーク電力MAX(PAVE3(ω))が得られる周波数値ωPAVE3をシンボル周波数としてラグランジェ補間部37に出力する。
ただし、ピーク電力を検出する際、周波数値の範囲ωは、実際にピーク電力が検出されることが期待される範囲に限定して探索するようにしてもよい。
The peak
When the peak power MAX (PAVE3 (ω)) is detected, the
However, when detecting the peak power, the frequency value range ω may be limited to a range where the peak power is expected to be actually detected.
ラグランジェ補間部37は、ピーク電力検出部36からシンボル周波数ωPAVE3を受けると、そのシンボル周波数ωPAVE3に対する補間処理を実施して、補間処理後のシンボル周波数ωPT3及びピーク電力MAX(PAVE3(ω))を周波数値選択部40に出力する。
例えば、下記の式(16)に示すようなラグランジェ2次補間処理を実施する。
When the
For example, a Lagrange secondary interpolation process as shown in the following equation (16) is performed.
周波数値選択部40は、シンボル情報検出器10,20,30から補間処理後のシンボル周波数ωPT1,ωPT2,ωPT3と、ピーク電力MAX(PAVE1(ω)),MAX(PAVE2(ω)),MAX(PAVE3(ω))を受けると、ピーク電力MAX(PAVE1(ω)),MAX(PAVE2(ω)),MAX(PAVE3(ω))を比較して、補間処理後のシンボル周波数ωPT1,ωPT2,ωPT3の中から、最も高いピーク電力が得られるシンボル周波数ωPTを選択する。
例えば、MAX(PAVE2(ω))>MAX(PAVE3(ω))>MAX(PAVE1(ω))であれば、補間処理後のシンボル周波数ωPT2を選択し、MAX(PAVE3(ω))>MAX(PAVE1(ω))>MAX(PAVE2(ω))であれば、補間処理後のシンボル周波数ωPT3を選択する。
The frequency
For example, if the MAX (PAVE2 (ω))> MAX (PAVE3 (ω))> MAX (PAVE1 (ω)), and select the symbol frequency omega PT2 after interpolation processing, MAX (PAVE3 (ω)) > MAX (PAVE1 (ω))> if the MAX (PAVE2 (ω)), to select the symbol frequency ω PT3 after the interpolation processing.
シンボル速度算出部50は、周波数値選択部40がシンボル周波数ωPTを選択すると、下記の式(17)に示すように、そのシンボル周波数ωPTからシンボル速度fRを算出し、そのシンボル速度fRを粗推定結果としてシンボル精推定器3に出力する。また、周波数値選択部40により選択されたシンボル周波数ωPTをシンボル精推定器3に出力する。
fR =ωPT/N×Fs (17)
ただし、NはFFTのポイント数、FsはA/Dのサンプリング周波数である。
When the frequency
f R = ω PT / N × Fs (17)
Here, N is the number of FFT points, and Fs is the A / D sampling frequency.
シンボル精推定器3は、シンボル粗推定器2からシンボル速度fR及びシンボル周波数ωPTを受けると、帯域制限フィルタ2aによるノイズ除去後のIQ信号S’R(n)から各シンボル内のナイキスト位相θN(n)を検出して、各シンボル内のナイキスト位相θN(n)から周波数偏差ΔfRを算出し、その周波数偏差ΔfRをシンボル粗推定器2により粗推定されたシンボル速度fRに加算する。
When the
即ち、シンボル精推定器3の非線形処理によるBTR検出回路61は、シンボル粗推定器2から出力されたシンボル周波数ωPTが、シンボル情報検出器10から出力された補間処理後のシンボル周波数ωPT1である場合、あるいは、シンボル情報検出器30から出力された補間処理後のシンボル周波数ωPT3である場合、帯域制限フィルタ2aによるノイズ除去後のIQ信号S’R(n)に対して非線形処理を実施することで、各シンボル内のナイキスト位相θN(n)を検出する。
非線形処理によるBTR検出回路61がナイキスト位相θN(n)を検出する処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
That is, the
Since the
ゼロクロスによるBTR検出回路62は、シンボル粗推定器2から出力されたシンボル周波数ωPTが、シンボル情報検出器20から出力された補間処理後のシンボル周波数ωPT2である場合、帯域制限フィルタ2aによるノイズ除去後のIQ信号S’R(n)のゼロクロス点の検出処理を実施することで、各シンボル内のナイキスト位相θN(n)を検出する。
ゼロクロスによるBTR検出回路62がナイキスト位相θN(n)を検出する処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
ここで、図5はBTR検出回路61,62により検出される各シンボル内のナイキスト位相θN(n)及び周波数偏差ΔfRであるシンボル速度偏差の一例を示す説明図である。
When the symbol frequency ω PT output from the symbol
Since the process of detecting the Nyquist phase θ N (n) by the zero cross
Here, FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the symbol speed deviation which is the Nyquist phase θ N (n) and the frequency deviation Δf R in each symbol detected by the
シンボル偏差検出回路63は、BTR検出回路61又はBTR検出回路62が各シンボル内のナイキスト位相θN(n)を検出すると、下記の式(18)に示すように、そのナイキスト位相θN(n)から周波数偏差ΔfRを算出する。
ΔfR=((θN(nB)−θN(nA))/360)×(f R /(n B −n A ))
(18)
図5の例では、nAシンボル目のナイキスト位相θN(nA)が140、nBシンボル目のナイキスト位相θN(nB)が230であるため、周波数偏差ΔfRは、下記のようになる。
ΔfR=((θN(nB)−θN(nA))/360)×(f R /(n B −n A ))
=((230−140)/360)×(f R /(n B −n A ))(Hz)
When the
Δf R = ( (θ N (n B ) −θ N (n A )) / 360 ) × (f R / (n B −n A ))
(18)
In the example of FIG. 5, since n A-th symbol of the Nyquist phase theta N (n A) is 140, n B th symbol of the Nyquist phase θ N (n B) is 230, the frequency deviation Delta] f R is as follows become.
Δf R = ( (θ N (n B ) −θ N (n A )) / 360 ) × (f R / (n B −n A ))
= ((230-140) / 360) × (f R / (n B -n A)) (Hz)
シンボル偏差検出回路63は、ナイキスト位相θN(n)から周波数偏差ΔfRを算出すると、その周波数偏差ΔfRをシンボル粗推定器2のシンボル速度算出部50により算出されたシンボル速度fRに加算し、その加算結果fR+ΔfRをシンボル速度の精推定結果として復調器4に出力する。
これにより、シンボル粗推定器2の粗推定結果では、FFT1024ptの精度(約1000ppm)であるが、シンボル精推定器3の精推定結果では、約50ppm以下の偏差に改善される。
After calculating the frequency deviation Δf R from the Nyquist phase θ N (n), the symbol
Thereby, the coarse estimation result of the symbol
復調器4は、シンボル推定回路1のシンボル精推定器3の精推定結果であるシンボル速度fR+ΔfRを用いて、上記受信信号の復調処理を行う。
復調器4の復調処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
The
Since the demodulation process itself of the
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、未知のシンボル速度で変調された受信信号から直交検波されたIQ信号SR(n)に重畳されているノイズを除去する帯域制限フィルタ2aを実装し、帯域制限フィルタ2aによるノイズ除去後のIQ信号S’R(n)を周波数領域の信号に変換し、周波数領域の信号の中でピーク電力が得られるシンボル周波数ωPTを特定するとともに、そのシンボル周波数ωPTからシンボル速度fRを粗推定するシンボル粗推定器2と、帯域制限フィルタ2aによるノイズ除去後のIQ信号S’R(n)から各シンボル内のナイキスト位相θN(n)を検出して、各シンボル内のナイキスト位相θN(n)から周波数偏差ΔfRを算出し、その周波数偏差ΔfRをシンボル粗推定器2により粗推定されたシンボル速度fRに加算するシンボル精推定器3とを設けるように構成したので、未知のシンボル速度で変調された受信信号を復調するに際して、高精度にシンボル速度を推定することができる効果を奏する。
As apparent from the above, according to the first embodiment, a band limiting filter that removes noise superimposed on the IQ signal S R (n) orthogonally detected from the received signal modulated at an unknown symbol rate. 2a is implemented, the IQ signal S ′ R (n) after noise removal by the
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, any constituent element of the embodiment can be modified or any constituent element of the embodiment can be omitted within the scope of the invention.
1 シンボル推定回路、2 シンボル粗推定器、2a 帯域制限フィルタ、3 シンボル精推定器、4 復調器、10 シンボル情報検出器(第1のシンボル情報検出器)、11 LPF部、12 非線形部、13 FFT部、14 FFT時間領域平均部、15 ピーク電力検出部、16 ラグランジェ補間部、20 シンボル情報検出器(第2のシンボル情報検出器)、21 周波数偏差検出部、22 周波数回転部、23 LPF部、24 ゼロクロス検出部、25 FFT部、26 FFT時間領域平均部、27 ピーク電力検出部、28 ラグランジェ補間部、30 シンボル情報検出器(第3のシンボル情報検出器)、31 LPF部、32 周波数ディスクリミネータ部、33 非線形部、34 FFT部、35 FFT時間領域平均部、36 ピーク電力検出部、37 ラグランジェ補間部、40 周波数値選択部、50 シンボル速度算出部、61 非線形処理によるBTR検出回路、62 ゼロクロスによるBTR検出回路、63 シンボル偏差検出回路。 1 symbol estimation circuit, 2 symbol coarse estimator, 2a band limiting filter, 3 symbol fine estimator, 4 demodulator, 10 symbol information detector (first symbol information detector), 11 LPF unit, 12 nonlinear unit, 13 FFT unit, 14 FFT time domain averaging unit, 15 peak power detection unit, 16 Lagrange interpolation unit, 20 symbol information detector (second symbol information detector), 21 frequency deviation detection unit, 22 frequency rotation unit, 23 LPF Unit, 24 zero cross detection unit, 25 FFT unit, 26 FFT time domain averaging unit, 27 peak power detection unit, 28 Lagrange interpolation unit, 30 symbol information detector (third symbol information detector), 31 LPF unit, 32 Frequency discriminator section, 33 nonlinear section, 34 FFT section, 35 FFT time domain averaging section, 36 Over click power detection unit, 37 Lagrange interpolation unit, 40 a frequency value selection unit, 50 symbol rate calculator, BTR detector circuit according to 61 non-linear processing, BTR detector by 62 zero cross, 63 symbols deviation detecting circuit.
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