JPH02230845A - Psk signal demodulation system - Google Patents
Psk signal demodulation systemInfo
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- JPH02230845A JPH02230845A JP4994589A JP4994589A JPH02230845A JP H02230845 A JPH02230845 A JP H02230845A JP 4994589 A JP4994589 A JP 4994589A JP 4994589 A JP4994589 A JP 4994589A JP H02230845 A JPH02230845 A JP H02230845A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、PSK変調信号の同期検波復調方式に関する
。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a coherent detection demodulation method for PSK modulated signals.
(従来の技術)
PSK変調信号の復調方式としては、同期検波方式と遅
延検波方式とに大別される.このうち、同期検波方式は
遅延検波方式に比べ、多少復調器の構成が複雑になるが
、優れた復調ビット誤り率特性を持つ。従って、PSK
変調信号の復調方式としては同期検波方式が近年、広く
用いられている。(Prior Art) Demodulation methods for PSK modulated signals are broadly classified into synchronous detection methods and delayed detection methods. Among these, the synchronous detection method has a slightly more complex demodulator configuration than the differential detection method, but has excellent demodulation bit error rate characteristics. Therefore, P.S.K.
In recent years, a synchronous detection method has been widely used as a demodulation method for modulated signals.
同期検波方式は、受信側において受信信号搬送波に位相
同期した参照搬送波を再生する必要かあ、るが、搬送波
再生の方式としてはこれまでに逓倍・分周方式、P L
L (Phase Locked Loop)方式な
どが提案されている。In the synchronous detection method, it is necessary to recover a reference carrier wave that is phase-synchronized with the received signal carrier wave on the receiving side.
The L (Phase Locked Loop) method and the like have been proposed.
(発明が解決しようとする課題)
従来のこれら方式では、回線の状態が悪い場合、例えば
受信信号が弱い場合、すなわち受信信号の搬送波電力対
雑音電力比(C/N)が低い場合は受信信号の搬送波と
再生搬送波との位相同期確立までに長い時間がかかり、
また、受信周波数やC/Nの変動などによって同期が外
れ易く、一度同期が外れた場合、再び同期を確立するま
でに長い時間を要するという問題があった。(Problems to be Solved by the Invention) In these conventional systems, when the line condition is poor, for example, when the received signal is weak, that is, when the carrier wave power to noise power ratio (C/N) of the received signal is low, the received signal It takes a long time to establish phase synchronization between the carrier wave and the regenerated carrier wave.
Furthermore, there is a problem in that synchronization is likely to be lost due to variations in reception frequency or C/N, and once synchronization is lost, it takes a long time to establish synchronization again.
以上述べたように、これまでのPSK信号の同期検波方
式では搬送波再生が可能である受信信号のC/Nや、定
常的な受信信号の周波数偏差の大きさ、あるいは周波数
変動の大きさに限界があり、回線状態の悪い場合には搬
送波再生を精度よく行うことができず、PSK信号を用
いた通信方式の適用も限られるという問題があった。As mentioned above, in the conventional PSK signal synchronous detection method, there are limits to the C/N of the received signal that allows carrier wave recovery, the size of the steady frequency deviation of the received signal, or the size of the frequency fluctuation. Therefore, if the line condition is poor, carrier wave regeneration cannot be performed with high precision, and the application of communication systems using PSK signals is also limited.
本発明は、上述した従来技術の欠点を解決するためにな
されたもので、受信信号のC/Nが非常に低く、受信信
号に大きな周波数偏差が存在する場合にも精度よく復調
することが出来るPSK信号復調方式を提供することを
目的とする。The present invention was made to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and it is possible to demodulate with high precision even when the C/N of the received signal is very low and there is a large frequency deviation in the received signal. The purpose is to provide a PSK signal demodulation method.
(課題を解決するための手段)
本発明の特徴は、位相変調されているPSK受信信号を
準同期検波した後、所定の周期でサンプリングしてディ
ジタル値に変換されたPSK信号をディジタル信号処理
により復調するPSK信号復調方式において、前記ディ
ジタル化されているPSK信号を分岐して分岐されたP
SK信号の一方をFFTにより時間領域の受信信号から
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
、該得られた電カスベクトルより受信信号の搬送波周波
数を推定し、該推定された搬送波周波数を用いて前記分
岐された他方の時間領域のPSK信号の周波数を補正し
た後、前記推定された搬送波周波数を中心に持つ帯域通
過フィルタにより伝送路上で相加された雑音成分を軽減
した後分岐した一方をクロック再生を行うと共に、該分
岐された他方の信号変調成分を除去して無変調信号とし
た後、入力信号の周波数変動に対してアダプティブな処
理を行うスライディングDFT手法により周波数領域に
変換し、該周波数領域に変換された無変調信号を用いて
前記雑音成分を軽減されてクロック再生された受信信号
の周波数偏差偏差及び位相を補正した後、PSK信号の
復調を行うことにある.
(発明の原理)
本発明は、PSK信号を受信側で一度、受信信号の持つ
搬送波周波数に近い周波数を持つ参照搬送波で準同期検
波を行い、準同期検波によって得られた、受信信号と参
照信号の搬送波周波数の差を持ったPSK変調信号を、
A/D変換によってディジタルデータとする。ディジタ
ル値とされた時間領域の受信信号は、FFT手法により
その電力スベクトルが求められ、受信PSK信号の搬送
波周波数が周波数領域で推定される。時間領域の受信信
号は、推定された周波数を中心周波数に持つ帯域通過フ
ィルタによって、あるいは推定した周波数にて補正し、
低域通過フィルタによって雑音を低減される.雑音を低
減された時間領域の受信信号は変調成分を除去するため
に、例えばM逓倍されて無変調信号にされる。ここで、
MとはPSK信号の相数を表し、例えば、2相PSK(
BPSK)信号の場合はM=2となる。時間領域の無変
調信号は次にスライディングDFT手法(以下、rS−
DFTJと称す)によって電力スペクトルが求められ、
搬送波周波数及び位相が推定される。そして、これら推
定された周波数と位相値を用いて、時間領域の準同期検
波信号を補正すればPSK信号の同期検波がされたこと
になる。(Means for Solving the Problems) The feature of the present invention is to perform quasi-synchronous detection on a phase-modulated PSK received signal, and then perform digital signal processing on the PSK signal, which is sampled at a predetermined period and converted into a digital value. In the PSK signal demodulation method, the digitized PSK signal is branched and the branched P
One of the SK signals is converted from a received signal in the time domain to a signal in the frequency domain by FFT to obtain its power spectrum, and the carrier frequency of the received signal is estimated from the obtained electric scum vector, and the estimated carrier frequency is After correcting the frequency of the other branched PSK signal in the time domain using After performing clock regeneration on one side and removing the signal modulation component of the other branched signal to obtain an unmodulated signal, the signal is converted into the frequency domain using a sliding DFT method that performs adaptive processing to frequency fluctuations of the input signal. The purpose of this method is to demodulate the PSK signal after correcting the frequency deviation and phase of the clock-regenerated received signal with the noise component reduced using the unmodulated signal converted to the frequency domain. (Principle of the Invention) The present invention performs quasi-coherent detection of a PSK signal once on the receiving side using a reference carrier wave having a frequency close to the carrier frequency of the received signal, and the received signal and the reference signal obtained by the quasi-coherent detection. A PSK modulated signal with a carrier frequency difference of
It is converted into digital data by A/D conversion. The power vector of the time-domain received signal converted into a digital value is determined by the FFT method, and the carrier frequency of the received PSK signal is estimated in the frequency domain. The received signal in the time domain is corrected by a bandpass filter having the estimated frequency as the center frequency or by using the estimated frequency.
Noise is reduced by a low-pass filter. The received signal in the time domain with reduced noise is multiplied by, for example, M to become an unmodulated signal in order to remove modulation components. here,
M represents the number of phases of the PSK signal, for example, 2-phase PSK (
BPSK) signal, M=2. The unmodulated signal in the time domain is then processed using the sliding DFT method (rS-
(referred to as DFTJ), the power spectrum is determined by
Carrier frequency and phase are estimated. Then, if the quasi-synchronous detection signal in the time domain is corrected using these estimated frequencies and phase values, the PSK signal will be synchronously detected.
ここで、S−DFT手法とは、通常のDFT、あるいは
FFT手法のようにあるNポイントからなる入力からブ
ロック毎に一括して周波数領域の信号に変換するもので
はな《、例えば文献(L.R.Rabiner他”Th
eory and Application of D
igitalSignal Processing ,
Prentice−Hall 1975)に記載され
ているように、入力の各時間領域のサンプル値に対して
DFT操作を逐次行うものである。Here, the S-DFT method does not convert an input consisting of a certain N points into a frequency domain signal block by block, unlike the normal DFT or FFT method. R. Rabiner et al.”Th
theory and application of D
digitalSignal Processing,
As described in Prentice-Hall 1975), DFT operations are performed sequentially on sample values in each input time domain.
一般に、DFTあるいはFFT手法においては、入力の
観測時間を長《とればとるほど、精度の高い周波数スペ
クトルが得られるが、ポイント数が増えるので演算時間
も長《なってしまう。In general, in the DFT or FFT method, the longer the input observation time, the more accurate the frequency spectrum can be obtained, but since the number of points increases, the calculation time also becomes longer.
それに対し、S−DFT手法を用いれば、遅延無しに周
波数領域への変換が高精度で可能である。On the other hand, if the S-DFT method is used, conversion to the frequency domain can be performed with high accuracy without delay.
従って、本発明では、時間領域の無変調信号を用いてS
−DFT手法により周波数領域で搬送波再生を行うこと
によって、低い受信C/Nでしかも、周波数偏差の大き
い場合でも精度のよいPSK信号の復調を可能としたも
のである。Therefore, in the present invention, S
- By performing carrier wave recovery in the frequency domain using the DFT method, it is possible to demodulate a PSK signal with high precision even when the reception C/N is low and the frequency deviation is large.
(実施例) 以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。(Example) The present invention will be explained in detail below using the drawings.
第1図は、本発明によるPSK信号復調方式のブロック
図である。なお、以下では、入力PSK変調信号として
はM相PSK信号とする。FIG. 1 is a block diagram of a PSK signal demodulation method according to the present invention. Note that in the following, the input PSK modulation signal is an M-phase PSK signal.
図において、100は受信PSK信号の人力端子、1は
帯域通過フィルタ(以下、rBPFJと称す)、2.2
’は乗算器、3はπ/2移相器、4は固定周波数発振器
、5.5′は低域通過フィルタ(以下、rLPFJと称
す)、6はA/D(アナログ/ディジタル)変換器、7
は本発明の特徴であるディジタル信号処理型復調器、1
11は復調データ出力端子、101〜110はそれぞれ
の信号を示す。In the figure, 100 is a manual terminal for the received PSK signal, 1 is a band pass filter (hereinafter referred to as rBPFJ), 2.2
' is a multiplier, 3 is a π/2 phase shifter, 4 is a fixed frequency oscillator, 5.5' is a low pass filter (hereinafter referred to as rLPFJ), 6 is an A/D (analog/digital) converter, 7
is a digital signal processing type demodulator which is a feature of the present invention, 1
11 is a demodulated data output terminal, and 101 to 110 indicate respective signals.
ここで、入力端子100には次式で表されるM相PSK
信号が入力される。Here, the input terminal 100 has an M-phase PSK signal expressed by the following equation.
A signal is input.
Sk(t) =JAcos ((IJ c’t+θエ+
θo)−−(t)式(1)は、伝送路上で相加されてい
る雑音は考慮されていない。Aは振幅レベルを示し、ω
。゛は搬送波角周波数、θ。は初期位相を示し、θうは
k番目の情報ビットに応じた情報位相であり、例えば、
2相PSK (M=2)ではOまたはπ、4相PSK
(M=4)ではO,π/2,π,3π/2をとる。ここ
で式(1)で表される受信信号の搬送波の角周波数ω。Sk(t) = JAcos ((IJ c't+θe+
θo)--(t) Equation (1) does not take into account noise added on the transmission path. A indicates the amplitude level, ω
.゛ is the carrier angular frequency, θ. indicates the initial phase, and θ is the information phase according to the k-th information bit, for example,
O or π for 2-phase PSK (M=2), 4-phase PSK
(M=4), take O, π/2, π, 3π/2. Here, the angular frequency ω of the carrier wave of the received signal is expressed by equation (1).
゛は,送信搬送波の安定度、及び回線中で使用される周
波数変換器、固定発振器などの安定度により送信側にお
ける搬送波周波数ω。とは異なった値を持つ。すなわち
、受信側では(ω。′一ωC)の周波数偏差を持つこと
になる。従って、帯域通過フィルタ1は、伝送路で発生
しつる周波数偏差の最大値を考慮してその帯域幅を決定
されなければならない。帯域通過フィルタ1で帯域外の
信号と雑音が除去された信号は、固定発振器4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4
で発生される参照搬送波104(R.) 、及びπ/2
移相器3から出力される参照搬送波103(R.)は次
のように表される。゛ is the carrier wave frequency ω on the transmitting side depending on the stability of the transmitting carrier wave and the stability of the frequency converter, fixed oscillator, etc. used in the line. has a different value. That is, the receiving side will have a frequency deviation of (ω.' - ωC). Therefore, the bandwidth of the bandpass filter 1 must be determined in consideration of the maximum frequency deviation occurring in the transmission path. The signal from which out-of-band signals and noise have been removed by the bandpass filter 1 is subjected to quasi-synchronous detection using a reference carrier obtained from a fixed oscillator 4. Fixed oscillator 4
Reference carrier 104 (R.) generated at , and π/2
The reference carrier wave 103 (R.) output from the phase shifter 3 is expressed as follows.
Re(t) :17TcOs ( (xJ c ” t
十〇I)−−−(2)R*(t) =Jsin( ωe
”t+θ,)・ ・・(3)式(2), (3)でω。Re(t) :17TcOs ((xJ c ”t
10I)---(2)R*(t) =Jsin(ωe
"t+θ,)...(3) ω in equations (2) and (3).
′゛,θ1は固定発振器の持つ角周波数及び初期位相値
を示す。ここで、ω。゛′は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。=ω。″と仮定する
。′゛, θ1 indicate the angular frequency and initial phase value of the fixed oscillator. Here, ω.゛′ is the transmitted angular frequency ω. It has a value close to ω in the following explanation. =ω. ″.
式(1)の受信信号101は、式(2). (3)で示
される参照搬送波103, 104で乗積されて、次式
のよう゜な信号105, 106を得る。The received signal 101 of equation (1) is expressed by equation (2). By multiplying by the reference carrier waves 103 and 104 shown in (3), signals 105 and 106 as shown in the following equation are obtained.
el(t)一=S,l(t)・Rc(t)= Acos
{(ωc’− ωe)t+θ5+(θ。−θ1)}+
Acos{(ω。′+ω。)t÷θ5+θ。+θ1}θ
5+θ。+θ1}・・(4)
ex(t) =Sv(t’) ・R−(t):−As
tn{( (aJc’− Cdc)j十〇よ+(θ。一
〇+)) + Asin{(ωe” ωc)t+θ5+
θ。+01}・・・(5)
式(4), (5)で示される信号は低域フィルタ(
LPF)5.5’によって高調波成分が除去されて、次
式のような信号107, 108を得る。el(t)=S, l(t)・Rc(t)= Acos
{(ωc'- ωe)t+θ5+(θ.-θ1)}+
Acos {(ω.′+ω.)t÷θ5+θ. +θ1}θ
5+θ. +θ1}...(4) ex(t) =Sv(t') ・R-(t):-As
tn{((aJc'- Cdc)j10+(θ.10+)) + Asin{(ωe” ωc)t+θ5+
θ. +01}...(5) The signals shown by equations (4) and (5) are passed through a low-pass filter (
The harmonic components are removed by LPF) 5.5' to obtain signals 107 and 108 as shown in the following equations.
e+’(t) = Acos(Δωt十05÷Δθ)
−−−(6)ex’(t) =−Asin(Δωt+
θ8÷Δθ) − − (7)ここで、Δω、Δθ
はそれぞれ、受信信号と参照搬送波の周波数偏差量、位
相差の(ω。゛−ω。),(θ。一01)を示す。e+'(t) = Acos (Δωt 105 ÷ Δθ)
−−−(6) ex'(t) = −Asin(Δωt+
θ8÷Δθ) − − (7) Here, Δω, Δθ
respectively indicate the frequency deviation amount and phase difference (ω.゛−ω.) and (θ.−ω.) between the received signal and the reference carrier wave.
式(6), (7)で示される信号はA/D変換器6に
より次式のようなディジタル信号109. 110とな
る。The signals represented by equations (6) and (7) are converted into digital signals 109 by the A/D converter 6 as shown in the following equation. It becomes 110.
X1 ” e+’(t.)
= Acos(ΔωtI+θエ÷Δθ)−−−(8)y
I= e2’(tt)
=−Asin(Δωtl÷θk÷Δθ) − − (
9)但し、1+はi番目のサンプル時刻を表す。X1 ” e+'(t.) = Acos (ΔωtI+θ ÷ Δθ) --- (8) y
I= e2'(tt) =-A sin(Δωtl÷θk÷Δθ) − − (
9) However, 1+ represents the i-th sample time.
これらディジタルデータとされた信号は逐次、本発明の
特徴であるディジタル信号処理型復調回路7に入力され
る。These digital data signals are sequentially input to a digital signal processing type demodulation circuit 7, which is a feature of the present invention.
ここで、これら信号は帯域通過フィルタ(BPF)lを
通過した信号で、受信信号の周波数偏差が大きいことを
想定した場合には、・上記のようにBPFIの帯域幅を
広く取らねばならない。この場合、これら信号x.,y
.にはBPFIの帯域幅に相当する雑音を含むことにな
り、受信周波数偏差が大きければ大きいほどBPFI出
力信号のC/Nは悪くなってしまい搬送波再生が困難に
なってしまう。従って、本発明ではこのような回線状態
の悪い場合の受信信号を復調するため、ディジタル信号
処理を用いて周波数領域に変換された信号についての処
理を行い、雑音レベルの軽減を図る手法を用いている。Here, these signals are signals that have passed through a band pass filter (BPF) l, and if it is assumed that the frequency deviation of the received signal is large, the bandwidth of the BPFI must be widened as described above. In this case, these signals x. ,y
.. contains noise corresponding to the bandwidth of the BPFI, and the larger the received frequency deviation, the worse the C/N of the BPFI output signal becomes, making it difficult to recover the carrier wave. Therefore, in the present invention, in order to demodulate the received signal when the line condition is poor, a method is used to reduce the noise level by processing the signal converted into the frequency domain using digital signal processing. There is.
第2図は、本発明によるディジタル信号処理型復調回路
7の具体的なブロック2図である。第2図の入力端子1
09, 110には式(8). (9)で表される信号
X * * V tが入力される。これらの信号はFF
T回路、8によって周波数領域の信号に変換される。F
FT回路8の出力としては、周波数領域の実数値、虚数
値振幅スペクトルが得られる。周波数推定器9では、こ
れら振幅スペクトルより入力信号の電力スペクトルを求
める。周波数領域では、白色雑音成分は一定の電力レベ
ルを持つのに対し、変調信号成分はその信号が存在する
帯域内においてのみ大きな電力レベルを持つ。従って、
周波数に相関を持つ変調信号と無相関な雑音成分とは、
周波数領域では低い受信C/Nにも関わらず容易に識別
することができる。このようにして、FFT手法を用い
て回線状態の悪い場合でも受信信号の中心周波数を比較
的正確に推定することができる。周波数推定器9で推定
された周波数によって、信号Xi ,y.は時間領域で
10. 10’において周波数補正されて中心周波数が
Oの信号とされる。このようにほぼベースバンドとされ
た信号は、変調帯域幅と同程度の通過帯域幅を持ったL
PFIIによって雑音成分を除去される。以上の操作に
よって受信信号のC/Nは(LPFIIの帯域幅/BP
FIの帯域幅)だけ改善され、後述の搬送波再生が容易
になる。ここで行うFFT手法を用いた周波数推定は、
連続モード信号の初期同期の時、あるいはいウたん同期
が確立された後、同期はずれが起きた場合などに限り行
うこととする。FIG. 2 is a concrete block diagram of the digital signal processing type demodulation circuit 7 according to the present invention. Input terminal 1 in Figure 2
09, 110 is the formula (8). A signal X**Vt expressed by (9) is input. These signals are FF
The signal is converted into a frequency domain signal by a T circuit 8. F
As the output of the FT circuit 8, real value and imaginary value amplitude spectra in the frequency domain are obtained. The frequency estimator 9 calculates the power spectrum of the input signal from these amplitude spectra. In the frequency domain, the white noise component has a constant power level, whereas the modulated signal component has a large power level only within the band in which the signal exists. Therefore,
A modulated signal that has a correlation in frequency and a noise component that is uncorrelated are:
In the frequency domain, it can be easily identified despite the low received C/N. In this way, the center frequency of the received signal can be estimated relatively accurately using the FFT technique even when the line condition is poor. Depending on the frequency estimated by the frequency estimator 9, the signals Xi, y. is 10. in the time domain. At step 10', the frequency is corrected to produce a signal with a center frequency of O. In this way, the almost baseband signal has a passband width comparable to the modulation bandwidth.
Noise components are removed by PFII. By the above operations, the C/N of the received signal is (LPFII bandwidth/BP
FI bandwidth), and carrier wave regeneration, which will be described later, becomes easier. The frequency estimation using the FFT method performed here is as follows:
This is performed only at the time of initial synchronization of continuous mode signals, or when out-of-synchronization occurs after synchronization has been established.
LPFII出力信号は、逓倍器12でM逓倍されて式(
10)のような無変調信号S2とされる。The LPFII output signal is multiplied by M in the multiplier 12 and is expressed by the formula (
10) as an unmodulated signal S2.
s*(t+) ”A” 6−j(’Δωtt+MΔθ’
−−−(10)この無変調信号が、受信搬送波成分その
ものを表している。逓倍器12の出力としては、実際に
は式(lO)の信号に雑音成分も含まれている.無変調
信号とされた信号は、次にスライディングDFT回路(
以下、rS−DFTJと称す) 13に入力される.S
−DFT13とは、時間サンプル毎に逐次入力される信
号に対する周波数領域への変換を行うものである.すな
わち、時間の経過と共に変化する周波数成分を各時間サ
ンプル毎に求めることができるものである。S−DFT
13の出力としては通常のDFTと同様、lサンプル目
からNサンプル目までのN個の時間領域の信号に対する
、最大N個までの周波数成分が得られる。以降入力され
る1サンプル毎にその時点までに入力されたN個の時間
信号に対応した周波数成分が出力される。s*(t+) "A"6-j('Δωtt+MΔθ'
---(10) This unmodulated signal represents the received carrier wave component itself. The output of the multiplier 12 actually includes a noise component in the signal expressed by equation (lO). The unmodulated signal is then passed through a sliding DFT circuit (
(hereinafter referred to as rS-DFTJ). S
-DFT 13 is for converting a signal inputted sequentially for each time sample into the frequency domain. In other words, frequency components that change over time can be determined for each time sample. S-DFT
As the output of 13, up to N frequency components are obtained for N time domain signals from the lth sample to the Nth sample, as in the normal DFT. Thereafter, for each input sample, frequency components corresponding to the N time signals input up to that point are output.
第3図は本発明で用いるS−DFT13回路の具体的な
ブロック図である。ここでは、.信号は複素信号とする
。第3図において、30,〜30,は遅延回路(Z−N
)で、Nは遅延時間サンプル数を、31.〜31nは加
算器を、32.〜32.は乗算器をそれぞれ表す。また
、入力端子120.〜120,,1には,第2図の周波
数・位相推定器14より求まる重み係数が与えられる。FIG. 3 is a concrete block diagram of the S-DFT13 circuit used in the present invention. here,. The signal is a complex signal. In FIG. 3, 30, to 30, are delay circuits (Z-N
), N is the number of delay time samples, 31. ~31n is an adder, 32. ~32. represent multipliers, respectively. In addition, input terminal 120. ~120,,1 are given weighting coefficients determined by the frequency/phase estimator 14 in FIG.
このように、ある時間サンプルi番目の入力に対し、N
個までの周波数値を逐次、求めることができる。In this way, for the i-th input at a certain time sample, N
It is possible to sequentially obtain up to 3 frequency values.
第5図は周波数・位相推定器l4の入力信号(S一DF
Tl3の出力)の周波数成分図である。Yo,YI,・
・・・ y..,はS−DFTl3の出力信号であり、
無変調信号は第5図に示すように周波数領域で大きなレ
ベルの周波数成分を有している。従って、第4図の最大
値レベル判定部41では、入力信号Yo,Y.,・・・
,Y1のうち最も大きいレベルの周波数成分を判定し、
周波数・位相計算部42は最大値レベル判定部41で判
定された最大レベルの周波数成分、あるいはその隣接し
た周波数成分により搬送波周波数及び位相を補間計算(
推定)し出力する。次に、補正信号発生部43は得られ
た搬送波周波数及び位相により受信信号を補正するため
の補正信号を発生する。一方、周波数・位相計算部42
で推定された搬送波周波数からその周波数f.を中心に
m個の周波数成分を計算すべ《、重み係数決定部44で
は重み係数W(0)〜W(m)が決定され出力される。Figure 5 shows the input signal (S-DF) of the frequency/phase estimator l4.
FIG. 4 is a frequency component diagram of the output of Tl3. Yo, YI,・
...y. .. , is the output signal of S-DFTl3,
As shown in FIG. 5, the unmodulated signal has high-level frequency components in the frequency domain. Therefore, in the maximum value level determining section 41 of FIG. 4, the input signals Yo, Y. ,...
, Y1, determine the frequency component of the highest level,
The frequency/phase calculation unit 42 performs interpolation calculation (
estimate) and output. Next, the correction signal generating section 43 generates a correction signal for correcting the received signal using the obtained carrier wave frequency and phase. On the other hand, the frequency/phase calculation section 42
From the carrier frequency estimated at f. After calculating m frequency components around , the weighting coefficient determination unit 44 determines and outputs weighting coefficients W(0) to W(m).
もし、受信搬送波周波数がf 1+1にずれた場合には
、今度は周波数f lli+を中心にm個の周波数成分
を計算するような新たな重み係数W(0)〜W(m)を
与えれば良いことになる。すなわち、第4図に示すよう
に、周波数・位相推定器14の周波数推定結果から、受
信搬送波周波数を中心にm個の周波数成分だけを計算す
るように重み係数W(0)〜W(m)を与えて、たとえ
無変調信号の周波数がずれても、常にその周波数を中心
としたNより少ない周波数成分を求めるようにすればよ
い。If the received carrier frequency shifts to f 1+1, it is sufficient to give new weighting coefficients W(0) to W(m) to calculate m frequency components centered around the frequency f lli+. It turns out. That is, as shown in FIG. 4, from the frequency estimation results of the frequency/phase estimator 14, the weighting coefficients W(0) to W(m) are set so that only m frequency components are calculated around the received carrier frequency. Even if the frequency of the unmodulated signal deviates, frequency components less than N centered around that frequency can always be found.
このようにして本発明では、注目している周波数近辺の
みの周波数成分に対して演算することによって回路規模
を抑えた構成とすることができる。また、搬送波周波数
の急激な変動に対しても、m△fの変動までは常に、追
随することが可能である。さらに、周波数推定における
S一DFT手法において、入力信号の観測時間を充分長
《とることによって、周波数領域における搬送波電力対
雑音電力比の改善を図るととも:乙少ない数の周波数成
分の推定結果を用いてS−DFTl3の回路規模の軽減
を図ることも可能である。このように、従来のPLL搬
送波再生方式のように周波数引き込み範囲が制限される
ことな《、ゆっくりとした周波数変動に対しては引き込
み範囲を非常に広《とることが可能となる。In this way, in the present invention, by performing calculations only on frequency components near the frequency of interest, it is possible to achieve a configuration with a reduced circuit scale. Further, even if there is a sudden change in the carrier frequency, it is possible to always follow the change in mΔf. Furthermore, in the S-DFT method for frequency estimation, by taking a sufficiently long observation time of the input signal, we aim to improve the carrier power to noise power ratio in the frequency domain. It is also possible to reduce the circuit scale of the S-DFTl3 by using this. In this way, unlike the conventional PLL carrier wave regeneration system, the frequency pull-in range is not limited, and the pull-in range can be made very wide for slow frequency fluctuations.
周波数成分を求めるに際し、ここで得られた無変調信号
の周波数スペクトルは周波数M△ωに線スペクトルとし
て大きな電力を持っている。これに対し、雑音成分は帯
域内全ての周波数に平均して存在するため、無変調信号
の持つ周波数、位相を推定するためには周波数領域で行
う手法が優れていると言える。S−DFT13において
は通常のDFTやFFT手法と同様、入力の時間信号の
観測時間が長ければ長いほど、すなわち、ポイント数が
多ければ多いほど、得られる周波数スペクトルの解像度
が上がるので、精度のよい周波数推定が可能となる。入
力の無変調信号は線スペクトルなので、周波数の解像度
が高いということは周波数の刻み幅が小さいので雑音成
分の電力が少なくなり、相対的に高いレベルの線スペク
トルが得られることになる。従って、回線状態が悪く、
受信C/Nが低い場合でも、受信搬送波成分である無変
調信号を周波数領域上で容易に識別することができる。When determining the frequency components, the frequency spectrum of the unmodulated signal obtained here has a large power as a line spectrum at the frequency MΔω. On the other hand, since the noise component exists on average at all frequencies within the band, it can be said that a method performed in the frequency domain is superior in estimating the frequency and phase of an unmodulated signal. In S-DFT13, as with normal DFT and FFT methods, the longer the observation time of the input time signal, that is, the greater the number of points, the higher the resolution of the frequency spectrum obtained, so the accuracy is higher. Frequency estimation becomes possible. Since the input unmodulated signal is a line spectrum, high frequency resolution means that the frequency step size is small, so the power of the noise component is reduced, and a relatively high level line spectrum can be obtained. Therefore, the line condition is poor,
Even when the received C/N is low, the unmodulated signal that is the received carrier wave component can be easily identified in the frequency domain.
ただし、回路の規模はポイント数Nに比例して増大し、
通常のDFTやFFT手法ではその演算時間も大きくな
ってしまう。しかしながら、ここでは帯域内で最大の線
スペクトルを持つ周波数だけが分かればよく、S−DF
T13は通常のDFTやFFT手法と異なり、上述の通
りN個の成分全てについて演算を行う必要が無いので、
周波数変動が時間連続であれば、周波数・位相推定器l
4による周波数推定の結果を用いて、搬送波周波数近辺
の周波数成分のみを求める演算をすればよく、回路規模
の削減が図れる。However, the scale of the circuit increases in proportion to the number of points N,
The normal DFT and FFT methods also take a long time to calculate. However, here we only need to know the frequency with the largest line spectrum within the band, and the S-DF
Unlike normal DFT and FFT methods, T13 does not need to perform calculations on all N components as described above.
If the frequency fluctuation is continuous over time, the frequency/phase estimator l
Using the results of frequency estimation according to 4.4, it is sufficient to perform calculations to obtain only frequency components near the carrier frequency, thereby reducing the circuit scale.
周波数領域で行う搬送波周波数の推定は、低受信C/N
においても精度よく行うことができる他に、搬送波周波
数に大きな周波数偏差が存在しても推定が容易であると
いう利点がある.これは、従来の逓倍・分局方式やPL
L方式による搬送波再生方式では得ることができない特
徴である。しかし、周波数領域で得られた推定値はなお
も、S−DFT13の解像度Δfの精度しか持たず、S
−DFT13による誤差も存在する。従って、推定結果
を用いて周波数と位相の補正を行っても、ごくわずかな
周波数誤差が残ってしまう。そこで、本発明では少ない
サンプル数で得られた周波数領域のデータを補間式を用
いてより精度の高い周波数、位相を求めたり、引き込み
周波数範囲が狭い代わりに追従性のよい、簡単な構成の
PLLによって、高精度な補正を実現する。Estimating the carrier frequency in the frequency domain requires low received C/N.
In addition to being able to perform the estimation with high accuracy, it also has the advantage of being easy to estimate even if there is a large frequency deviation in the carrier frequency. This is different from the conventional multiplication/branching method and PL
This is a feature that cannot be obtained with the carrier wave regeneration method using the L method. However, the estimated value obtained in the frequency domain still only has an accuracy of the resolution Δf of the S-DFT13, and the S
-Errors due to DFT13 also exist. Therefore, even if the frequency and phase are corrected using the estimation results, a very small frequency error remains. Therefore, in the present invention, a more accurate frequency and phase can be obtained by using an interpolation formula for frequency domain data obtained with a small number of samples, and a PLL with a simple configuration that has good followability in spite of a narrow frequency range. This enables highly accurate correction.
周波数・位相推定器14で推定された周波数偏差と位相
値は周波数、位相補正器16に入力される。The frequency deviation and phase value estimated by the frequency/phase estimator 14 are input to the frequency/phase corrector 16.
ここでは、クロック再生回路l5でクロック成分が再生
された信号に対して周波数、位相補正器l6で周波数偏
差、位相が補正され、ここに搬送波再生がなされたこと
になる。Here, the frequency and phase corrector 16 corrects the frequency deviation and phase of the signal whose clock component has been recovered by the clock recovery circuit 15, and carrier wave recovery has been performed here.
搬送波再生された信号は、判定器l7で情報ビットデー
タの判定がされて出力端子111に復調データが出力さ
れる。The carrier-regenerated signal is determined as information bit data by a determiner 17, and demodulated data is outputted to an output terminal 111.
(発明の効果)
以上詳細に述べたように、本発明は時間領域のPSK信
号をS−DFT13及び周波数・位相推定器l4により
重み係数をアダブティブに求めて周波数領域の一信号に
変換してPSK復調するため、受信搬送波周波数の偏差
量が大きく、低C/N状態においても短時間で精度よ《
復調することができる。(Effects of the Invention) As described in detail above, the present invention adaptively obtains weighting coefficients for a time domain PSK signal using the S-DFT 13 and the frequency/phase estimator 14, converts it into a frequency domain signal, and converts the PSK signal into a frequency domain signal. Because of demodulation, the amount of deviation of the received carrier frequency is large, and even in low C/N conditions, accuracy can be improved in a short time.
Can be demodulated.
さらに、本発明ではS−DFT手法を用いることにより
、逐次入力される時間連続な信号に対して遅延時間なく
復調することが可能である。Further, in the present invention, by using the S-DFT technique, it is possible to demodulate sequentially inputted time-continuous signals without delay time.
第1図は本発明によるPSK信号復調方式のブロック図
、
第2図は本発明によるディジタル信号処理型復調回路の
構成図、
第3図は本発明に用いるS−DFTの概略図、第4図は
本発明による周波数・位相推定器の具体的なブロック図
、
第5図は周波数・位相推定器l4の入力信号(S−DF
Tl3の出力)の周波数成分図である。
1 ●
2,
4 ・
5,
6 ●
7 ・
8 ・
lO・
12・
l4●
15・
16・
30.
・・帯域通過フィルタ(BPF)、
2′ ・・・乗算器、3・・・π/2移相器、・・固定
周波数発振器、
5′ ・・・低域通過フィルタ(LPF)、・・A/D
(アナログ/ディジタル)変換器、・・ディジタル信
号処理型復調器、
・・FFT回路、 9・・・周波数推定器、・・乗算器
、 1l・・・LPF.・・逓倍器、 l3・
・・S−DFT、・・周波数・位相推定器、
・・クロシク再生器、
・・周波数、位相補正器、l7・・・判定器、〜30n
・・・遅延回路(Z一”》、31.〜31.・・・加
算器、
32.〜32,・・・乗算器、
4l・・・最大値レベル判定部、
42・・・周波数・位相計算部,
43・・・補正信号発生部、
44・・・重み係数発生部、
100 ・・・受信PSK信号の入力端子、101〜1
10・・・信号、
I’ll ・・・復調データ出力端子、l20.〜}2
0.・・・入力端子FIG. 1 is a block diagram of a PSK signal demodulation system according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a digital signal processing type demodulation circuit according to the present invention, FIG. 3 is a schematic diagram of an S-DFT used in the present invention, and FIG. 4 is a specific block diagram of the frequency/phase estimator according to the present invention, and FIG. 5 shows the input signal (S-DF
FIG. 4 is a frequency component diagram of the output of Tl3. 1 ● 2, 4 ・ 5, 6 ● 7 ・ 8 ・ lO・ 12・ l4● 15・ 16・ 30. ... Band pass filter (BPF), 2' ... Multiplier, 3 ... π/2 phase shifter, ... Fixed frequency oscillator, 5' ... Low pass filter (LPF), ... A /D
(analog/digital) converter,...digital signal processing type demodulator,...FFT circuit, 9...frequency estimator,...multiplier, 1l...LPF.・Multiplier, l3・
...S-DFT, ...Frequency/phase estimator, ...Crossic regenerator, ...Frequency, phase corrector, l7...Judgment device, ~30n
...Delay circuit (Z1''), 31.-31.... Adder, 32.-32,... Multiplier, 4l... Maximum level determination unit, 42... Frequency/phase Calculation unit, 43... Correction signal generation unit, 44... Weighting coefficient generation unit, 100... Input terminal for received PSK signal, 101-1
10...Signal, I'll...Demodulated data output terminal, l20. ~}2
0. ...input terminal
Claims (2)
した後、所定の周期でサンプリングしてディジタル値に
変換されたPSK信号をディジタル信号処理により復調
するPSK信号復調方式において、 前記ディジタル化されているPSK信号を分岐して分岐
されたPSK信号の一方をFFTにより時間領域の信号
を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受信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
時間領域のPSK信号の周波数を補正した後、 前記推定された搬送波周波数を中心に持つ帯域通過フィ
ルタにより伝送路上で相加された雑音成分を軽減した後
分岐した一方をクロック再生を行うと共に、 分岐された他方の時間領域の信号の変調成分を除去して
無変調信号とした後、周波数領域の信号に変換し、 周波数領域に変換された無変調信号を用いて前記雑音成
分を軽減されてクロック再生された受信信号の周波数偏
差及び位相を補正した後、 PSK信号の復調を行うことを特徴とする PSK信号復調方式。(1) In a PSK signal demodulation method that performs quasi-synchronous detection on a phase-modulated PSK received signal, samples it at a predetermined period, and demodulates the PSK signal converted into a digital value by digital signal processing. One of the branched PSK signals is converted from a time domain signal to a frequency domain signal using FFT to obtain its power spectrum, and the carrier frequency of the received signal is estimated from the obtained power spectrum. After correcting the frequency of the other branched PSK signal in the time domain using the estimated carrier frequency, noise added on the transmission path by a bandpass filter having the estimated carrier frequency as the center is corrected. After reducing the components, perform clock recovery on one of the branched signals, remove the modulation component of the other branched signal in the time domain to make it an unmodulated signal, and then convert it to a frequency domain signal. A PSK signal demodulation method, characterized in that the PSK signal is demodulated after correcting the frequency deviation and phase of the clock-regenerated received signal with the noise component reduced using the unmodulated signal.
るに際して、入力の周波数変動又は偏差に対してアダプ
ティックな処理を行うことにより高精度な領域変換を行
うスライディングDFT手法を用いることを特徴とする
請求項1に記載のPSK信号復調方式。(2) When converting the unmodulated signal in the time domain to the frequency domain, a sliding DFT method is used that performs highly accurate domain conversion by performing adaptive processing on input frequency fluctuations or deviations. The PSK signal demodulation method according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1049945A JP2540931B2 (en) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | PSK signal demodulation method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02230845A true JPH02230845A (en) | 1990-09-13 |
| JP2540931B2 JP2540931B2 (en) | 1996-10-09 |
Family
ID=12845163
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP1049945A Expired - Lifetime JP2540931B2 (en) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | PSK signal demodulation method |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2540931B2 (en) |
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