JPH025664A - 復調器の校正方法 - Google Patents

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】 （発明の技術分野） 本発明は、データ受信器の校正を目的としたものであり
、とりわけ、直交変調フォーマットによって送られてく
るデータを受信するためのベクトル復調器に関するもの
である。

（従来技術とその問題点） 位相シフトキード（ＰＳＫ）データのような直交変調を
施して送られてくるデータに対する復調器は、復調器に
固有の各種条件の結果として受信データに損失を生じる
可能性がある。こうしｒ条件の例としては、同相信号が
直角位相信号とは異なるｌの増幅を受ける利得の不平衡
、２つの信号の位相差が正確に９０°にならない直角位
相不平衡、同相チャネルを直角位相チャネルのどちらか
、または、両方における直流オフセット、及び該システ
ムにおける利得と損失の正味効果によって生じるスケー
ルエラーがある。これら信号損失の潜在的要因のそれぞ
れについて測定し、校正係数を求めなければならない。

いったん求められると、これらの係数は、システムを調
整し、受信データを実際のデータに変換するのに利用さ
れる。

従来、校正係数は、受信信号を周波数領域に変換し、受
信信号のパワースペクトルを解析することによって求め
られる。この手法の場合、校正係数は、それぞれ、別個
に求められることになる。

一般に、まず、該システムの直流オフセットが計測され
る。受信信号をこうしたオフセットに合わせて調整する
と、利得の不平衡が求められる。利得の不平衡について
調整がすむと、直角位相の不平衡が求められる。あいに
く、これら各種係数は、互いに独立しているわけではな
い。一方が変化すれば、他方も変わる可能性がある。結
果として、これら係数のそれぞれについて最初に求めて
から、順次、再評価し、再調整しなければならない。従
って、それぞれの誤差を零に収束させることは、必ずし
も可能ではない。一般に、こうした場合、たとえ他の誤
差を完全に補正できなくても、直角位相誤差が零になれ
ば、校正処理が終了する。

測定結果を周波数領域に変換し、パワースペクトルから
校正係数を求めるという従来のアプローチに関連したも
う１つの欠点は、このアプローチでは、連続可変位相で
既知周波数の２つの信号が必要になるという事実に関連
したものである。８ＰＳＫのような一般的な信号フォー
マットだけでは、校正を実施するのに十分な情報は得ら
れない。

しかし、８ＰＳＫの動作モードは、ベクトル測定の生成
がより容易で、より迅速であるため、望ましい。

さらに校正測定を行なうため伝統的に用いられてきたタ
イプのスペクトル法は、例えば、装置の事故による衝突
や、温度変動といった偶発的な外乱によって生じる可能
性のあるシステムの性能異常に、極めて敏感である。結
果として、求められる校正係数には、かなりの偏りを生
じる可能性がある。

従って、こうした欠点のない、ベクトル復調器などのデ
ータ受信器の校正法を提供することが望ましい。とりわ
け、全ての校正係数を同時に求めることができるように
して、こうした係数の相互依存性を見積れる校正法を提
供することが望ましい。こうした方針に沿って、連続可
変位相だけでなく、８ＰＳＫモードの利用も可能にし、
システム内において偶発的な外乱によって生じる可能性
のある乱れを明らかにすることができる校正技術を提供
することが望ましい。

（発明の目的） 本発明の目的は、統計手法により上記の欠点を解消し、
高精度で高速な校正方法を提供することである。

（発明の概要） 本発明によれば、先行技術による校正技法に関連した欠
点は、受信データの解析及び補正に統計的手法を利用す
ることによって克服される。要するに、本発明の技法に
よれば、８ＰＳＫ信号のような受信データ信号における
対（ＩＳＱ）によって決まる各ベクトルの大きさが、調
べられる。測定した各大きさが、例えば、１といった所
定の値である場合、校正は不要である。しかし、ベクト
ルの大きさが、この値と異なる場合、データ信号のサン
プルを多数用いて、モデルを、とりわけ、線形変換され
た円を決定する。このモデルの変換パラメータが、さら
に、例えば、最小自乗解析、もっと望ましいのは、ロー
バスト　（ｒｏｂｕｓｔ）　ｒよ回帰を利用して計算さ
れる。これらパラメータは、補正すべきシステムエラー
に関連しており、従って、受信情報を調整し、実際のデ
ータ値を発生するのに用いる。校正係数を求めるのに利
用することができる。

該モデルのパラメータは、最小自乗解析から同時に導き
出されるので、校正係数の相互依存性は、本質的に考慮
に入れられている。ローバストな回帰を用いる場合、異
常測定値の重みが減って、校正係数の決定における望ま
しくない影響がすくなくなり、より適切な値が得られる
ことになる。

本発明のもう１つの特徴、及び、それによって得られる
長所については、添付図面に示す特定の実施例に関連し
、さらに詳細に後述することにする。

（発明の実施例） 本発明の特徴及び長所の理解を容易にするため、ベクト
ル復調器における実施の説明を行なう。さらに、これに
関して、８状態位相シフトキード（８ＰＳＫ）信号の利
用に関連した、本発明の特定の例を示すことにする。し
かし、本発明の実際の用途は、この特定の実施例に制限
されるものではない。例えば、それは、連続可変位相信
号の受信に関連して用いても、同じようにうまくいく。

さらに、本発明の根底にある一般概念は、ここに記載の
特定のタイプの復調器に対する適用可能性に限定される
ものではない。

本発明の理解をさらに容易にするため、ベクトル復調器
の一般構成について説明する。第１図を参照すると、パ
ワーデバイダ゛１０に対して、中間周波数Ｗ。十Ｗ１の
被変調ＲＦ倍信号加えられている。このパワーデバイダ
１０が、人力信号を２つの等しい成分に分割し、これら
は、それぞれ、一対のミクサー１２．１４の入力端子に
加えられる。周波数Ｗ、の基準信号が、もう１つのパワ
ーデバイｔｙ′″１６に加えられる。このパワーデバイ
ダ１６は、基準信号を２つのコヒーレントな同相基準信
号と直角位相基準信号に分割する。同相基準信号は、ミ
クサー１２のもう１つの入力端子に加えられ、直角位相
基準信号は、ミクサー１４のもう１つの入力端子に加え
られる。ミクサー１２からの出力信号は、周波数Ｗｌを
備えた砿妻言舘信号の同相成分である。

ミクサー１４からの出力信号は、やはり、周波数Ｗの被
変調信号の直角位相成分である。これらの成分信号のそ
れぞれが、低域フィルター１８．２０にそれぞれ通され
て、差周波数の項が得られ、これが、さらに、それぞれ
の■チャネルとＱチャネルの出力端子に加えられる。

ベクトル復調器の各種成分に関する動作パラメータによ
って、被復調信号にエラーが生じる可能性がある。例え
ば、ミクサー１２と１４の利得の差は、■チャネルとＱ
チャネルとの利得の不平衡を生じｙ″ る可能性がある。同様に、パワーデバイ＄ｌＯからの２
つの出力信号間における位相差、または、バク。

ワープバイｔ１６からの出力信号における９０°以外の
位相差によって、チャネル間における直角位相エラーが
生じる可能性がある。エラーの他の要因としては、ミク
サー１２．１４、及び低域フィルター１８．２０によっ
て、それぞれの■チャネルとＱチャネルに生じる直流オ
フセットや、増幅器の圧縮、及び、システム内における
他の総合利得及び損失によって生じる可能性のあるスケ
ーリングエラー等がある。

可能性のあるこうしたエラー要因のそれぞれにつ′いて
測定し、こうした測定結果を用いて、受信したＩ値及び
Ｑ値を実際のデータに変換する。とりわけ、対（■、Ｑ
）によって決まる各受信座標値は、一連のステップによ
って、測定座標（Ｘ、ｙ）に変換される。第１のステッ
プにおいて、対（１，Ｑ）に調整が加えられ、直角位相
の不平衡と利得の不平衡が補償される。こうした調整結
果は、次にスケール係数と掛けられて、さらに固定量オ
フセットされる。結果得られるポイント　（Ｘ。

ｙ）は、受信対（■、Ｑ）の関数として、次のように表
わすことができる： ここで、Ｔは、■チャネルと０チヤネルの間の利得比に
等しい； φは、理想の直角位相（９０°）と実際の直角位相の角
度差に等しい； ρは、スケール係数に等しい； ＩＯは、■チャネルにおけるＤＣオフセットに等しい； Ｑ、は、０チヤネルにおけるＤＣオフセットに等しい； εイ、εアは、Ｘ座標とｙ座標の測定における相関のな
いランダム誤差である。

本発明によれば、利得比、直角位相の不平衡、スケーリ
ング、及び、ＤＣオフセットを確定する各係数の数量化
は、受信情報の統計的解析によって得られる。解析に関
するデータを得るため、均等に分布した８つの位相状壱
を備えた８ＰＳＫ信号が、発生され、復調器に受信され
る。各状態によって、大きさ１を有するベクトルが決ま
ると、Ｋ＝Ｏ１１、・・・・、７とした場合の、位相Ｋ
（４５°）を備えたポイントに、順次位置決めされる。

これらの８つの状態のグラフが第２図に示されているが
、該状態は、それぞれ、０〜７で表される。８つの状態
のそれぞれが、円上に位置することが分る。

理想の条件下では、すなわち、復調器または伝送システ
ムにエラーがなければ、受信対（■、Ｑ）は、やはり、
第２図に示す形をとることになる。

ただし、利得の不平衡、直角位相の不平衡等が、存在す
れば、受信データの全てが、円上に位置するとは限らな
くなる。それどころか、受信対（１゜Ｑ）のプロットが
第３図に示すような形をとる。

見ての通り、受信データのプロットは、楕円形になる。

この楕円は、−組のパラメータによって特徴づけられる
。本発明によれば、これらのパラメータは、そのパラメ
ータに含まれているＸ可能性のあるエラー条件に関連づ
けることができ、従って、校正係数の確定に用いること
が可能になる。

動作時、ベクトル復調器の校正を行なう場合には、第２
図に示す一組の状態を理想的な形でつくり出す８ＰＳＫ
信号が、絶えず復調器によって送受信されることになる
。対（Ｉ、Ｑ）によって決まる各ベクトルの大きさが計
測される。各ベクトルの値が１に等しければ、復調器は
、適正に機能し、校正調整は、不要になる。その大きさ
が１に等しくなければ、適当な数ｎだけ信号を測定する
。

できれば、各状態において、ｎ　／　８のポイントづつ
測定されるようにする。次に測定ポイントによって形成
される幾何学的モデルのパラメータが、■参中オキ哨回
帰分析を利用して求められる。

第３図を参照すると、測定ポイントにより形成される楕
円は、５つのパラメータで特徴づけることができる。こ
れらのパラメータは、楕円の中心ＥのＸ座標及びｙ座標
、楕円に関する主軸２２．２４の長さの比率、２つの主
軸のなす角度θ、及び、測定ポイントによってきまるベ
クトルの大きさに関連した主軸２２の長さから積載゛さ
れる。これらパラメータのそれぞれは、従来の回帰分析
技術で求めることができる。本発明の望ましい実施例の
場合、楕円のパラメータを求めるのに、非線形最小自乗
アプローチが利用される。このアプローチの説明につい
ては、米国Ｎｅｗ　ＹｏｒｋのＷｉｌｅｙ社刊のＤｒａ
ｐｅｒ他によるＡｐｐｌｉｅｄ　Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ
　Ａｎａｌｙｓｉｓ第２版、とりわけ、その４５８〜４
６９頁を参照のこと。

幾何学的モデルに関し求められたパラメータのそれぞれ
は、復調器におけるエラー条件に関連づけることが可能
である。とりわけ、理想的モデルの原点０に対し、楕円
の中心已に関するＸ座標及びｙ座標は、それぞれ、■チ
ャネルとＱチャネルにおけるＤＣＣオフセラＩ。及びＱ
、に関連している。主軸２２及び２４の長さの比は、シ
ステムにおける利得の不平衡を反映している。主軸のス
キュ、すなわちθと９０°の差は、システムの直角位相
エラーを表わしている。最後に、測定ポイントによって
決まる各ベクトルの大きさを１にするのに必要な増倍率
は、スケーリング係数に関連している。こうして、楕円
の標準パラメータを求めることによって、受信情報を実
際のデータに変換するのに必要な校正係数を得ることが
、可能になる。

とりわけ、楕円の中心Ｅの位置から求められるＤＣオフ
セットＩ。及びＱ。は、■チャネルミクサー１２とＱチ
ャネルミクサー１４のゼロポイント調整に利用される。

主軸の比によって示される利得の不平衡Ｔは、これら２
つのミクサーの相対利得の調整に用いられる。軸のスキ
ューを反映する直角位相エラーφがパワーデバイダ１６
による直角位相分割の調整に制御を加える。最後に、シ
ステムの総合利得の調整にスケーリング係数ρが用いら
れる。

付加的特徴として、校正係数の決定に対するこの統計学
的アプローチによって、求めた係数の確度及び精度に対
する尺度が得られる。これに関連し、決定した各係数に
対する標準エラー（ＳＥ）によって、校正の確からしさ
を求めることができる。例えば、求めた値に関する信頼
区間の約９５％が、±２　　（ＳＥ）で得られる。すな
わち、正確な校正係数が、求められた係数の±２　（Ｓ
Ｅ）で決まる範囲内にあるｍ率は、９５％ということに
なる。

８！準エラー（ＳＥ）は、測定値と、計算したパラメー
タによる適合値の差の二乗平均平方根を基準にして計算
される。

測定データを一般的なパラメータによって形成すること
ができる幾何学的モデルにあてはめる。

本発明の校正技法の場合、データポイントの中には、そ
のモデルにあまりうまく適合しないものもある。こうし
た状況の例が、第４図に示されている。この例の場合、
各状態の多数のサンプルによって、８つの明確な座標が
得られる。しかし、１つのデータポイント２６は、おそ
らく、識別誤り状態のために、これら明確なポイントか
ら大幅にずれている。状況によっては、こうした異常の
存在は、求めるパラメータにかなりのバイアスを加える
可能性がある。例えば、全てのデータポイントについて
均等な重みで処理を施す最小自乗法による適合手順は、
こうした異常によって悪影響を受ける可能性がある。

従って、校正技法に対する異常な測定値の影響を減少さ
せる重みづけ案を利用することが、望ましい。本発明に
関して特に有効であることが分ったこうした案の１つが
、“ローバストな回帰”として知られる反復手順である
。この技法においては、測定値と適合値の差が求められ
る。この差が大きくなると、その測定ポイントが受ける
重みは、モデルパラメータの計算の順次反復時に、減少
することになる。このアプローチに関する詳細な情報に
ついては、前述Ｄｒａｐｅｒ他による論文の、とりわけ
、３４２〜３４３頁で知ることができる。さらに、米国
Ｎｅｗ　ＹｏｒｋのＷｉｌｅｙ社刊のＨａｍｐｅｌ他に
よるＲｏｂ−ｕｓｔ　　５ｔａｔｉｓｔｉｃｓ：　　Ｔ
ｈｅ　　Ａｐｐｒｏａｃｈ　　Ｂａ５ｅｄ　　ｏｎ　　
Ｉｎｆｌｕ−ｅｎｃｅ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　（１９８
６）年を参照のこと。

以上から分るように、本発明は、復調器の校正係数の決
定に統計学的アプローチを用いるものである。このアプ
ローチの実施時には、全ての係数が同時に求められるた
め、お互いの影響は、本質的に考慮されていることにな
る。連続可変位相信号と用いるのに適しているが、本発
明の校正技法は、こうした信号の必要なしでも、うま〈
実施することができる。それどころか、例えば、８ＰＳ
Ｋ信号によって決まる８つのデータポイントによって、
楕円を形成する５つのパラメータが求められるようにす
るのに十分な情報が得られることになる。さらに、ロー
バストな分析技法による各測定値の重みづけによって、
常軌を逸した測定値を生じる異常及びシステム性能の影
響が軽減する。

標準エラーを計算し、これにより、所定のレベル内にお
ける不確かさの範囲を求める能力によって、各校正係数
の確度に対する尺度が得られ、その結果、この技法の結
果にある程度の信頼度が付与されることになる。

当該技術の通常の技能を有する者なら分るように、本発
明は、その精神または本質的な特性から逸脱することな
く、他の特定の形態で実施することが可能である。例え
ば、幾何学的モデルを特徴づける５つの特定のパラメー
タの生成に関連して説明してきたが、それ以外のパラメ
ータについても計算し、さらに校正係数が得られるよう
にすることも可能である。こうしたパラメータの１つが
、Ｉ軸及びＱ軸（またはＸ軸及びｙ軸）に対する楕円の
主軸の回転量である。この回転は、受信信号とコヒーレ
ント源からの基準信号との間の位相差を反映したもので
ある。この測定値に関連した校正係数を用いることによ
って、基準信号源の位相に調整を加えることが可能にな
る。

従って、ここに開示の実施例は、あらゆる点から考えて
、本発明を説明するものであって、それに制限を加える
ものではない。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明の実施により、復調器の誤
差要因が、理想モデルと実際の測定値の差から定量的に
求められる。誤差要因の値の決定において、それらの相
互干渉がなく、迅速である。

また、実際の測定値の理想モデルへの当てはめには、ロ
ーバストな統計手法を用いるため、偶発異常値の影響を
除くことができる。

また、誤差の定量的見積りがなされるから信頼度も与え
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するベクトル復調器の主要構成を
示すブロック図、第２図は８ＰＳＫ信号の理想的８状態
を示すグラフ、第３図は受信８ＰＳＫ信号の１例を示す
グラフ、第４図は乱れを有する８ＰＳＫ信号の他の例を
示すグラフである。 １Ｏ１１６：パワーデバイダ １２．１４：ミクサー １８．２０：低域フィルター ２２．２４：楕円の主軸 ２６：１つのデータポイント ／ す

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、次の（イ）〜（ニ）のステップを含む復調器の固有
   誤差を補正するための復調器の校正方法。 （イ）受信データの少なくとも１つの特性値を測定し、
   該測定された特性値を線型変換モデルに当てはめるステ
   ップ。 （ロ）前記モデルを記述する変換パラメータを決定する
   ステップ。 （ハ）前記決定されたパラメータを校正係数と関係づけ
   るステップ。 （ニ）前記校正係数を補正されたデータの生成のため、
   前記受信データに適用するステップ。 ２、次の（イ）〜（ニ）のステップを含むベクトル復調
   器の固有でありうる誤差の補正をするための復調器の校
   正方法。 （イ）座標対の値を決定するための時点において、受信
   データ信号の同相及び直角位相成分の大きさを測定する
   ステップ。 （ロ）前記座標対で定められている線型変換モデルのパ
   ラメータを決定するステップ。 （ハ）前記ベクトル復調器に起こりうる誤差と前記各パ
   ラメータを関連させるステップ。（ニ）補正された前記
   値を生成するため、前記パラメータに基いて前記座標対
   を調整するステップ。