JPH0758794A - 位相比較回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】位相比較器に近似式を用いても近似による誤差
を補正し、位相誤差信号を±π／２の範囲で連続とし、
ＰＬＬ及びＡＦＣの周波数引き込み特性の劣化を防止す
る。 【構成】領域変換器８３では、入力信号が複素数で表現
される実数部Ｉと虚数部Ｑが入力され、このＩ、Ｑから
０≦ｘ（＝Ｑ／ＩあるいはＩ／Ｑ）≦１なる変数ｘ、領
域判定信号、位相拡張信号を求める。近似回路８４は関
数θ＝Arctan（ｘ）を級数展開して得た近似式を計算し
て変数ｘから位相信号θを求め、補正回路８５は、位相
信号θの近似による誤差を補正した位相信号θ´を得
て、位相誤差信号検出回路８６は領域判定信号を参照し
て位相信号θ´と所定の位相信号との位相差を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＱＰＳＫ（４相位相
シフトキ−イング）等の搬送波再生回路に用いられる位
相比較回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像情報などの大容量のデジタル
デ−タ伝送に関する実用化研究が盛んに行われており、
これらのデジタルデ−タ伝送方式には、多位相変調方式
や直交振幅変調方式が用いられる。これらの変調方式に
おいて、変調波から搬送波を再生する際に、デジタル位
相同期ル−プ（ＰＬＬ）の搬送波再生回路を用いて安定
した搬送波を再生することが考えられる。

【０００３】図６は、従来のＱＰＳＫ変調波及びＢＰＳ
Ｋ変調波共用の搬送波再生回路一例を示すブロック図で
ある。入力端子１、２には、０度と９０度の直交した固
定周波数の局部発振信号により準同期検波され、デジタ
ル信号に変換された受信信号がそれぞれ入力される。こ
れらの信号は、複素表現の信号であり入力端子１には実
数部（Ｉ信号）、入力端子２には虚数部（Ｑ信号）が入
力される。これらの信号は複素乗算器３に入力される。
複素乗算器３は中間周波帯における周波数変換器即ちミ
キサと全く同じ動作をベ−スバンド帯で実現できる（複
素数を用いない実数形式の乗算器は検波動作を行うこと
はできても、負の周波数成分を表現できないので一般的
周波数変換器とはならない）。また、複素乗算器３には
後述するデ−タ変換回路１８からのｓｉｎ及びｃｏｓ特
性の信号も入力され、乗算結果はスペクトル整形用のデ
ジタル低域通過フィルタ４、５にそれぞれ入力される。
これらのデジタル低域通過フィルタ（ＦＩＲフィルタ）
４、５はデジタルデ−タ伝送における符号間干渉防止に
要求される伝達特性を形成するフィルタであり、一般に
送信側のフィルタ特性と組み合わされたとき、いわゆる
ロ−ルオフ特性が得られるように設計されている。故
に、デジタル低域通過フィルタ４、５の出力において、
各検波出力はアイ開口率が十分に大きくなるようにスペ
クトル整形される。デジタル低域通過フィルタ４、５の
出力は複素乗算器６に入力され、デ−タ変換回路１５か
らのｓｉｎ及びｃｏｓ特性の信号と複素乗算される。複
素乗算器６の出力は２つに分配され、デ−タ再生回路８
と位相比較器７に入力される。デ−タ再生回路８では、
入力信号を２値化しＩ、Ｑそれぞれのデジタルデ−タを
再生する。一方、位相比較器７には入力信号と所定のシ
ンボル位相との位相差が検出させる。また、位相比較器
７にはＱＰＳＫ／ＢＰＳＫ切り換え信号が入力され、そ
れぞれの変調波に応じた位相誤差信号を出力する。位相
比較器７からのこの位相差情報は、キャリア再生のため
にル−プフィルタ１３を介して数値制御発振器（ＮＣ
Ｏ）１４の周波数制御端子に入力される。数値制御発振
器１４はオ−バ−フロ−を禁止しない累積加算回路であ
り、周波数制御端子に入力される信号の値に応じてその
ダイナミックレンジまでの加算動作を行うため、発振状
態となりその周波数は、制御信号の値で変化する。即
ち、アナログ回路における電圧制御発振回路（ＶＣＯ）
と全く同じように動作する。一般のＶＣＯと異なる点
は、その発振周波数が非常に安定していることであり、
いわゆる水晶を用いたＶＣＯ（ＶＣＸＯ）以上の安定性
とＶＣＸＯでは実現できない広い周波数可変範囲を有す
る特徴がある。この数値制御発振器１４の出力はデ−タ
変換回路１５に入力されてサイン及びコサイン特性の信
号に変換されて複素乗算器６に戻る。この一巡のル−プ
は完全デジタル構成のＰＬＬであり、安定した動作が期
待できる。

【０００４】また、このシステムにはＡＦＣル−プが形
成されている。即ち、位相比較器７から出力された位相
誤差信号は、同波数誤差検出回路１１に供給される。周
波数誤差検出回路１１は、入力信号と局部発振信号との
周波数誤差を検出することになる。この周波数成分は、
ＡＦＣル−プフィルタ１６で平滑化されて数値制御発振
器（ＮＣＯ）１７の周波数制御端子に供給される。数値
制御発振器１７の出力は鋸状歯の信号であるために、デ
−タ変換回路１８でサイン及びコサイン特性の信号に変
換されて複素乗算器３に供給される。以上のル−プによ
りＡＦＣル−プが形成されている。

【０００５】また、周波数誤差検出回路１１の出力はル
−プ切り換え判定回路１２に入力されて周波数誤差信号
に応じてル−プ切り替え信号を出力する。このル−プ切
り換え信号により、まず、初期の周波数引き込み時には
ＡＦＣル−プが動作するようにＡＦＣル−プフィルタ１
６がオンになり、ＰＬＬル−プフィルタ１３がリセット
されるようなル−プ切り替え信号が出力される。そし
て、周波数誤差信号が十分小さくなるとル−プ切り替え
信号はＡＦＣル−プフィルタ１６の出力をホ−ルドし、
ＰＬＬル−プフィルタ１３が動作するように切り替えら
れＰＬＬが動作し、キャリア同期となるように引き込み
動作を開始する。

【０００６】図７は、位相比較器７を示す図である。こ
の位相比較器７はハ−ドウェア規模を小さくするため、
入力信号Ｉ，Ｑより０≦Ｘ（＝Ｑ／ＩあるいはＩ／Ｑ）
≦１なる変数ｘを求めた後に、このｘを用いて関数θ＝
Ａｒｃｔａｎ（ｘ）をｘ＝１を中心としてテ−ラ−展開
して得た近似式θ＝π／４＋（ｘ−１）／２−（ｘ−
１）² ／４＋（ｘ−）³ ／１２…を計算することにより
位相θを求め、位相θと所定の位相との位相差Δθを求
める。

【０００７】複素乗算器６からの入力信号Ｉ、Ｑは領域
変換器３３に入力され、Ｉ、Ｑそれぞれの絶対値を比較
し、０≦ｘ≦１となるような変数ｘ（＝Ｉ／Ｑあるいは
Ｑ／Ｉ）に変換し、近似回路３４に入力する。また、領
域変換器３３は、入力信号Ｉ、Ｑから、その入力変調信
号が図８（Ａ）に示すベクトル図のどの領域にあるかを
判定して、図８（Ｂ）に示すような領域判定信号を位相
差検出回路３５に与える。この場合、領域変換器３３
は、入力変調信号がＢＰＳＫ変調波の場合、位相誤差を
±π／２の範囲に拡大するための位相拡張信号（ＱＰＳ
Ｋ変調波の場合には±π／４なので拡張する必要はな
い）をスイッチ３６を経て加算器３７に供給する。近似
回路３４は、変数ｘをθ＝Ａｒｃｔａｎ（ｘ）をｘ＝１
を中心にしたテ−ラ−展開して求めた近似式によって位
相θに変換し、近似計算された位相θを位相差検出回路
３５に供給する。位相差検出回路３５は、領域変換器３
３での領域判定結果にしたがって位相θをＱＰＳＫシン
ボルの所定の位相と比較し、その差分Δθを加算器３７
に出力する。スイッチ３６の制御端子にはＱＰＳＫ／Ｂ
ＰＳＫ切り換え信号が端子３８から入力されており、Ｂ
ＰＳＫ変調波が入力しているときはスイッチ３６がオン
になり、ＱＰＳＫのときはオフになるように制御され
る。加算器３７の出力は位相誤差信号として位相比較器
７の出力端子３９から出力される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の搬送波再生
回路の位相比較器７においても、位相検出における近似
による誤差の問題がある。これは図９（Ａ）に示すよう
に入力信号の位相をＡｒｃｔａｎの近似式で求めた場合
ｘ＝０付近、即ち位相差が±π／４付近で誤差が大きく
なってしまうということである。このために特にＢＰＳ
Ｋ変調波の復調において、図９（Ｂ）に示すように位相
誤差信号がπ／４のところで不連続となり、ＰＬＬ及び
位相誤差信号の時間変化で周波数誤差を検出し動作する
ＡＦＣの周波数引き込み特性を劣化させる原因となる。

【０００９】そこでこの発明は、近似式で求めた位相を
補正する手段により近似による誤差を補正することで、
上記のようなＰＬＬ及びＡＦＣの周波数引き込み特性の
劣化を生じることのない位相比較回路を提供することを
目的とする。

【００１０】

【発明の構成】この発明は、入力信号が実数部Ｉと虚数
部Ｑからなる複素数で表現されて入力される位相比較回
路において、前記実数部Ｉと虚数部Ｑから０≦ｘ（＝Ｑ
／ＩあるいはＩ／Ｑ）≦１なる変数を求める手段と、関
数θ＝Arctan（ｘ）を級数展開して得た近似式を計算し
て前記変数ｘから位相信号θを求める近似手段と、この
位相信号θが供給され、位相信号θの前記近似による誤
差を補正した位相信号θ´を出力する位相補正手段と、
前記位相信号θ´と所定の位相信号との位相差を求める
手段とを備えるものである。

【００１１】

【作用】上記手段により、入力信号の位相を近似式を用
いて求めた後に、近似による誤差を補正することによ
り、ＰＬＬ及び位相誤差の時間変化で周波数誤差を検出
し動作するＡＦＣの周波数引き込み特性を劣化させるこ
とはない。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１はこの発明の位相比較回路の第１の実施例
である。複素数表現の入力信号Ｉ、Ｑが入力端子８１、
８２よりそれぞれ供給され、領域変換器８３に入力され
る。領域変換器８３ではＩ、Ｑそれぞれの絶対値を比較
し、０≦ｘ≦１となるような変数ｘ（＝Ｉ／Ｑあるいは
Ｑ／Ｉ）に変換し、近似回路８４に入力する。また、領
域変換器８３からは入力信号が図２（Ａ）に示すベクト
ル図のどの領域にあるかを判定して、図２（Ｂ）に示す
ような領域判定信号を位相差検出回路８６に供給し、Ｂ
ＰＳＫ変調波の場合、位相誤差を±π／２の範囲に拡大
するための位相拡張信号（ＱＰＳＫ変調波の場合には±
π／４なので拡張する必要はない）をスイッチ８７を介
して加算器８８に供給する。近似回路８４は、変数ｘを
θ＝Ａｒｃｔａｎ（ｘ）をｘ＝１を中心にしたテ−ラ−
展開をして求めた近似式によって位相θに変換し、近似
計算された位相θを位相補正回路８５に入力する。

【００１３】位相補正回路８５では、入力位相信号に対
して、図３（Ａ）に示すような特性の出力信号θ´を位
相差検出回路８６に供給する。このような位相補正回路
８５はＲＯＭを用いることで容易に構成することができ
る。位相差検出回路８６は、領域変換器８３での領域判
定結果にしたがって位相θ´をＱＰＳＫのシンボルの所
定の位相と比較し、その差分Δθを加算器８８に出力す
る。

【００１４】スイッチ８７の制御端子にはＱＰＳＫ／Ｂ
ＰＳＫ切り換え信号が入力されており、ＢＰＳＫのとき
スイッチ８７がオンになり、ＱＰＳＫのときオフになる
ように制御される。加算器８８の出力は位相誤差信号と
して位相比較器の出力端子９０から出力される。

【００１５】この位相比較回路からの位相誤差信号は、
図３（Ｂ）に示すようにＢＰＳＫ変調波の復調において
も位相差に対して連続となるのでＰＬＬ及び位相誤差信
号の時間変化で周波数ズレを検出し動作するＡＦＣの周
波数引き込み特性の劣化は生じない。

【００１６】図４は、領域変換器８３の具体例を示して
いる。複素乗算結果の実数部デ−タＩと虚数部デ−タＱ
はそれぞれ絶対値回路４３、４４と領域判定回路５０に
入力される。尚、領域判定回路５０には符号のみが供給
される。実数部と虚数部の絶対値は比較回路４５で比較
され、比較結果は選択回路４６、４７及び領域判定回路
５０に供給される。また、実数部デ−タと虚数部デ−タ
の絶対値で、実数部デ−タが大きい場合は選択回路４６
から虚数部デ−タの絶対値が選択され、選択回路４７で
は実数部デ−タの絶対値が選択される。また、虚数部デ
−タの方が大きい場合には、選択回路４６では実数部デ
−タの絶対値が選択され、選択回路４７では虚数部デ−
タの絶対値が選択される。割算器４８は選択回路４６か
らの入力を分子、選択回路４７からの入力信号を分母と
して割算を行い変数ｘとして出力する。領域判定回路５
０は、図２（Ｂ）に示す表に従って入力信号の領域を判
定し、領域判定信号と位相拡張信号を出力する。

【００１７】図５は、この発明の第２の実施例を示して
いる。複素数表現の入力信号Ｉ，Ｑが位相比較器の入力
端子２０１、２０２よりそれぞれ供給され、領域変換器
２０３に入力される。領域変換器２０３ではＩ，Ｑそれ
ぞれの絶対値を比較し、０≦ｘ≦１となるような変数ｘ
（＝Ｉ／ＱあるいはＱ／Ｉ）に変換し位相検出回路２０
４に入力する。また、領域変換器２０３からは入力信号
が図２（Ａ）に示すベクトル図のどの領域にあるかを判
定して、図２（Ｂ）に示すような領域判定信号を位相誤
差検出回路２０５に供給し、ＢＰＳＫ変調波の場合、位
相誤差を±π／２の範囲に拡大するための位相拡張信号
（ＱＰＳＫ変調波の場合には位相誤差は±π／４なので
拡張する必要はない）をスイッチ２０６を介して加算器
２０７に供給する。位相検出回路２０４は、第１の実施
例における近似回路と位相補正回路を１つにまとめた構
成となっており、変数ｘをθ＝Ａｒｃｔａｎ（ｘ）をｘ
＝１を中心にしたテ−ラ−展開をして求めた近似式によ
って位相θに変換し、近似計算された位相θを図３
（Ａ）に示すような特性に変換して位相θ´として出力
する。位相検出回路２０４はＲＯＭを用いることで容易
に構成できる。位相誤差検出回路２０５は、領域変換器
２０３での領域判定結果にしたがって位相θ´をＱＰＳ
Ｋシンボルの所定の位相と比較し、その差分であるΔθ
を加算器２０７に出力する。

【００１８】スイッチ２０６の制御端子にはＱＰＳＫ／
ＢＰＳＫ切り換え信号が入力されて、ＢＰＳＫ変調波が
入力のときはスイッチ２０６がオンになり、ＱＰＳＫ変
調波が入力のときオフになるように制御される。加算器
２０７の出力は位相誤差信号として位相比較器の出力端
子２０９から出力される。

【００１９】この位相比較器からの位相誤差信号は、図
３（Ｂ）に示すようにＢＰＳＫ変調波の復調においても
位相差に対して連続となるのでＰＬＬ及び位相誤差信号
の時間変化で周波数ズレを検出し動作するＡＦＣの周波
数引き込み特性の劣化は生じない。この他にもこの発明
はその要旨を逸脱しない範囲で種々様々変形実施可能な
ことは勿論である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
位相比較器に近似式を用いる場合でも、位相補正回路で
近似による誤差を補正することで、位相誤差信号が±π
／２の範囲で連続となり、ＰＬＬ及び位相誤差信号の時
間変化で周波数検出を行うＡＦＣの周波数引き込み特性
の劣化を生じることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示す構成説明図。

【図２】図１の位相比較器の出力信号の説明図。

【図３】図１の近似回路及び補正回路の特性説明図。

【図４】図１の領域変換器の構成例を示す図。

【図５】この発明の第２の実施例を示す図。

【図６】デジタル変調波の復調器を示す図。

【図７】図６の位相比較器を示す図。

【図８】図７の領域変換器の動作を説明するために示し
た説明図。

【図９】図７の近似回路及び位相誤差検出器の特性説明
図。

【符号の説明】

８３…領域変換器、８４…近似回路、８５…位相補正回
路、８６…位相差検出回路、８７…スイッチ、８８…加
算器。

フロントページの続き (72)発明者 杉田 康 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝映像メディア技術研究所内 (72)発明者 小松 進 東京都港区新橋３丁目３番９号 東芝エ ー・ブイ・イー株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号が実数部Ｉと虚数部Ｑからなる
   複素数で表現されて供給される位相比較器回路おいて、 前記実数部Ｉと虚数部Ｑから０≦ｘ（＝Ｑ／Ｉあるいは
   Ｉ／Ｑ）≦１なる変数を求める手段と、 関数θ＝Arctan（ｘ）を級数展開して得た近似式を計算
   して前記変数ｘから位相信号θを求める近似手段と、 この位相信号θが供給され、位相信号θの前記近似によ
   る誤差を補正した位相信号θ´を出力する位相補正手段
   と、 前記位相信号θ´と所定の位相信号との位相差を求める
   手段とを備えたことを特徴とする位相比較回路。
2. 【請求項２】 前記近似手段は、関数θ＝Arctan（ｘ）
   をｘ＝１を中心としてテ−ラ−展開して得た近似式 θ＝π／４＋（ｘ−１）／２−（ｘ−１）² ／４＋（ｘ
   −１）³ ／１２… を計算して前記変数ｘから前記位相信号θを求める手段
   であることを特徴とする請求項１記載の位相比較回路。
3. 【請求項３】前記近似手段及び位相補正手段は、リード
   オンリーメモリ（ＲＯＭ）で構成されていることを特徴
   とする請求項１記載の位相比較回路。