説明

復調装置及び復調方法

【課題】 精度よくDCオフセットを補償し通信品質の劣化を防ぐことが可能な復調装置及び復調方法を提供する。
【解決手段】復調装置10は、入力信号からアナログ直交信号を生成する直交信号生成部と11、アナログ直交信号の低周波成分を遮断する低周波遮断部12と、低周波成分が遮断されたアナログ直交信号をディジタル直交信号に変換するA/D変換部13と、ディジタル直交信号に対し復調処理を行い直交復調信号を生成する復調部14と、生成された直交復調信号のコンスタレーションポイントに基づく誤差を検出する誤差検出部15と、検出された誤差に応じたオフセットによりディジタル直交信号を補正するオフセット補正部16とを備えている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は復調装置及び復調方法に関し、特に、DCオフセットを補償する復調装置及び復調方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ディジタル変調方式を用いた無線通信システムでは、受信信号の復調に際し、直流成分(DC成分)の混入により復調動作に大きな影響を与えることが知られている。この影響を抑えるため、特許文献1などの関連する技術では、DCオフセットの除去が行われている。
【0003】
直交変調信号を復調する特許文献1では、受信信号から直交信号を抽出し、DCオフセットをカットした後、AD変換し復調を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2007−88983号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1などの関連する復調装置では、AD変換の前にDC成分をカットしている。このため、DC成分のカットにより本来伝送データとして受信した信号のDC成分に近い周波数成分が遮断されてしまい、DCオフセットが発生してしまう。そうすると、受信信号の理想とする信号点からDCオフセット分信号点がずれてしまうため、通信品質が劣化するという問題があった。特に、ディジタル変調方式において、多値数が多くなるにつれ信号点間隔が短くなるため、DCオフセットによって信号点にずれが生じると、本来受信するべき信号点から隣接する信号点に移り誤った伝送データとして復調し、通信品質の劣化を招いていた。
【0006】
本発明の目的は、上述した課題を解決する復調装置及び復調方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の復調装置は、入力信号からアナログ直交信号を生成する直交信号生成部と、前記アナログ直交信号の低周波成分を遮断する低周波遮断部と、前記低周波成分が遮断されたアナログ直交信号をディジタル直交信号に変換するA/D変換部と、前記ディジタル直交信号に対し復調処理を行い直交復調信号を生成する復調部と、前記生成された直交復調信号のコンスタレーションポイントに基づく誤差を検出する誤差検出部と、前記検出された誤差に応じたオフセットにより前記ディジタル直交信号を補正するオフセット補正部と、を備えるものである。
【0008】
また、本発明の復調方法は、入力信号からアナログ直交信号を生成し、前記生成されたアナログ直交信号の低周波成分を遮断し、前記低周波成分が遮断されたアナログ直交信号をディジタル直交信号に変換し、前記変換されたディジタル直交信号に対し復調処理を行い直交復調信号を生成し、前記生成された直交復調信号のコンスタレーションポイントに基づく誤差を検出し、前記検出された誤差に応じたオフセットにより前記ディジタル直交信号を補正するものである。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、精度よくDCオフセットを補償し通信品質の劣化を防ぐことが可能な復調装置及び復調方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の復調装置の構成の一例を示す概略図である。
【図2】本発明の実施の形態1にかかる復調装置の構成を示すブロック図である。
【図3】本発明の実施の形態1にかかる復調装置の復調動作によるコンスタレーションポイントを示す図である。
【図4】本発明の実施の形態1にかかる復調装置の復調動作によるコンスタレーションポイントを示す図である。
【図5】本発明の実施の形態1にかかる復調装置の周波数特性を示す図である。
【図6】本発明の実施の形態1にかかる復調装置の復調動作によるコンスタレーションポイントを示す図である。
【図7】本発明の実施の形態1にかかる復調装置の復調動作によるコンスタレーションポイントを示す図である。
【図8】本発明の実施の形態1にかかる復調装置の復調動作によるコンスタレーションポイントを示す図である。
【図9】本発明の実施の形態1にかかる復調装置の復調動作によるコンスタレーションポイントを示す図である。
【図10】本発明の実施の形態2にかかる復調装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
(本発明の特徴)
本発明の実施の形態の説明に先立って、本発明の特徴についてその概要を図1を用いて説明する。
【0012】
図1に示されるように、本発明の復調装置10は、直交信号生成部11、低周波遮断部12、A/D変換部13、復調部14、誤差検出部15、オフセット補正部16を備えている。
【0013】
そして、直交信号生成部11は、入力信号からアナログ直交信号を生成し、低周波遮断部12は、アナログ直交信号の低周波成分を遮断し、A/D変換部13は、低周波成分が遮断されたアナログ直交信号をディジタル直交信号に変換し、復調部14は、ディジタル直交信号に対し復調処理を行い直交復調信号を生成し、誤差検出部15は、生成された直交復調信号のコンスタレーションポイント(信号点)に基づく誤差を検出し、オフセット補正部16は、検出された誤差に応じたオフセットによりディジタル直交信号を補正することを、本発明の主要な特徴としている。コンスタレーションポイントとは、信号のIch/Qch成分をI−Q座標平面上に表した信号点のことである。
【0014】
本発明の復調装置によれば、AD変換後の信号に対しオフセット補正を行うため、AD変換前に混入したDCオフセットを精度よく除去することができる。そして、直交復調信号のコンスタレーションポイントのずれに基づいてオフセットを除去するため、効率よく高速にオフセットを除去し通信品質の劣化を防ぐことができる。
【0015】
(本発明の実施の形態1)
次に、本発明の実施の形態1について図面を参照して詳細に説明する。図2は、本発明の実施の形態1の復調装置100の構成を示している。復調装置100は、IF(Intermediate Frequency : 中間周波数)信号を入力とし、直交復調を行い、直交するIch/Qch(同相・直交チャネル)信号を出力する。入力されるIF信号は、QPSK、QAM等の多値直交変調信号である。なお、復調装置100から出力されたIch/Qch信号は、逆インターリーブやQPSK,QAM復調などさらに必要な復調・復号処理が行われ、データ系列に復号される。
【0016】
図に示されるように、復調装置100は、直交復調器110、DCカット用コンデンサ121,122、ADコンバータ131,132、ADC制御部141,142、第1の複素乗算器151、第2の複素乗算器152、誤差検出部160、キャリア再生器170、NCO181から構成されている。例えば、図1の構成との対応関係を示すと、直交復調器110は直交信号生成部11、DCカット用コンデンサ121,122は低周波遮断部12、ADコンバータ131,132はA/D変換部13、第1の複素乗算器151は復調部14、誤差検出部160は誤差検出部15、ADC制御部141,142及び第2の複素乗算器152はオフセット補正部16に、それぞれ対応している。
【0017】
直交復調器110は、IF信号が入力され、IF信号から直交するIch/Qch成分を抽出しIch1,Qch1出力する。すなわち、受信アンテナで受信したRF(Radio Frequensy)信号を帯域制限・レベル調整等により周波数変換されたIF信号が直交復調器110に入力される。そして、直交復調器110は、IF信号に対し、発信器113の信号をシフタ回路114により90°シフトした信号を乗算器111により乗算して、Ich成分のIch1を生成し、また、IF信号に対し、発信器113の信号を乗算器112により乗算して、Qch成分のQch1を生成する。
【0018】
このIch1,Qch1は、DCカット用コンデンサ121,122、ADコンバータ131,132、ADC制御部141,142を介して、第1の複素乗算器151に入力される。すなわち、DCカット用コンデンサ121,122は、Ich1,Qch1からDC成分をカットしたIch2,Qch2を出力し、ADコンバータ131,132は、DC成分がカットされたIch2,Qch2を、ディジタルのIch3,Qch3に変換する。
【0019】
DCカット用コンデンサ121,122は、受信アンテナから直交復調器110及びADコンバータ131,132までの間に無線通信システムを構成するために設けられるミキサ,アンプ,フィルタ等のデバイス毎に異なる電気特性(DCセンター電圧)を調整するために使用される。そして、後述のようにDCカット用コンデンサによりDCオフセットが発生する。
【0020】
ADC(Automatic DC offset Canceller)制御部141,142は、ディジタルのIch3,Qch3に対し、第2の複素乗算器152からの誤差信号Ai2,Aq2に基づきDCオフセットを除去し、Ich4,Qch4を出力する。
【0021】
第1の複素乗算器151は、DCオフセットを除去したIch4,Qch4に対し、複素乗算を行い、位相回転制御されたIch5,Qch5を出力する。Ich5,Qch5は、コンスタレーションポイントを示すコンスタレーション・データである。なお、この複素乗算は復調演算の一例であり、他の演算によりコンスタレーション・データを生成してもよい。
【0022】
Ich5,Qch5に基づいて、フィードバック制御、すなわち、複素乗算器に与えられるキャリア位相等の制御、ADC制御部に与えられるオフセットの制御が行われる。
【0023】
誤差検出部160は、Ich5,Qch5のコンスタレーション・データについて、受信信号の理想とする信号点との誤差ベクトルにより誤差計算が行われ、Ich5,Qch5のコンスタレーション・データのDCオフセットによる信号点のずれを誤差信号Ai1,Aq1として出力する。また、誤差検出部160は、キャリア再生のための誤差信号C1も出力する。
【0024】
キャリア再生器170は、キャリア位相検出機能とループフィルタ機能を持ち、第1の複素乗算器151とNCO(Numerical Controlled Oscillator)181とでキャリア再生ループを構成する。また、NCO181は、キャリア再生器170からの入力データに応じて周波数の変更と位相の変更を行い、第1の複素乗算器151,第2の複素乗算器152のための数値制御型発振器である。すなわち、キャリア再生器170は、誤差信号C1に基づいて、キャリア再生制御信号C2を生成し、NCO181は、キャリア再生制御信号C2に基づいた周波数のキャリア信号C3を出力する。キャリア信号C3に基づいて、第1の複素乗算器151、第2の複素乗算器152は複素乗算を行う。
【0025】
第2の複素乗算器152は、入力された誤差信号Ai1,Aq1を第1の複素乗算器151で位相回転制御される前の位相に戻す。第1の複素乗算器151とは逆方向の位相回転制御が行われ、第1の複素乗算器151の位相回転制御前の角度に補正された誤差信号Ai2,Aq2をADC制御部141,142へ出力する。
【0026】
ADC制御部141,142では、第2の複素乗算器152から入力される位相回転制御前の角度に補正された誤差信号Ai2,Aq2からADC制御値を生成し、A/Dコンバータ131,132から入力されるIch3,Qch3に対してDCオフセット補償演算を実施する。
【0027】
次に、図3〜図9を用いて、復調装置100の復調動作について説明する。なお、ここでは、QPSK信号を復調する例について説明する。
【0028】
図に示されるように、復調装置100では、直交成分の抽出(ステップ1)、DCカット(ステップ2)、複素乗算処理(ステップ3)、誤差判定(ステップ4)、逆複素乗算処理(ステップ5)、オフセット補正(ステップ6)の順に処理が行われ、オフセット補正の後、さらに複素乗算が行われる。
【0029】
まず、図3に示されるように、直交復調器110は、受信信号であるIF信号を直交した2系統のI/Qch成分データに分離・抽出し、DCカット前のIch1,Qch1を出力する(ステップ1)。
【0030】
次いで、図4に示されるように、DCカット用コンデンサ121,122は、Ich1,Qch1からDC成分をカットし、Ich2,Qch2を出力する(ステップ2)。
【0031】
ここで、図5にDCカット用コンデンサが遮断する周波数特性を示す。DCカット用コンデンサ121,122を設けているため、本来伝送データとして受信した信号の直流成分(DC)に近い周波数成分(図5(a)の斜線部)が遮断される。この低周波成分の遮断によりDCオフセットが発生することになる。その結果、図4に示されるように、DCカットされたIch2,Qch2は、受信信号の理想とする信号点Ich1,Qch1からDCオフセット分信号点がずれることになる。したがって、ADコンバータ131,132により、Ich2,Qch2をディジタル変換したIch3,Qch3もDCオフセットが含まれた信号となる。
【0032】
次いで、図6に示されるように、第1の複素乗算器151は、ADコンバータ131,132とADC制御部141,142を介して入力されるIch4,Qch4に対し、複素乗算を行い、Ich5,Qch5を出力する(ステップ3)。このとき、第1の複素乗算器151は、ADC制御部141,142から入力されるIch4,Qch4に対し回転対称変換制御を行い、受信信号の位相回転方向とは逆方向の回転を与える位相回転制御により、受信信号点の位相回転を停止する。すなわち、第1の複素乗算器151は、ADC制御部141,142から入力されるIch4,Qch4と、Sin/Cos値入力との複素乗算を行い、複素乗算結果より、受信信号の位相回転方向に対して逆方向となる位相回転制御を行い、受信信号の位相回転を止め、Ich5,Qch5を出力する。
【0033】
次いで、図7に示されるように、誤差検出部160は、Ich5,Qch5に対し誤差判定を行う(ステップ4)。誤差検出部160は、第1の複素乗算器151から入力されるIch5,Qch5のコンスタレーション・データ毎に受信信号の推測値を求める。具体的には、AD変換前の信号として理想とする信号点(基準点)を、Ich5,Qch5を硬判定することで求める。そして、Ich5,Qch5と求められた硬判定結果の信号点との誤差検出を行い、検出された誤差の差分ベクトルを計算し、Ich5,Qch5のコンストレーション・データ(シンボルデータ)毎の誤差信号Ai1,Aq1を第2の複素乗算器152へ出力する。
【0034】
次いで、図8に示されるように、第2の複素乗算器152は、誤差信号Ai1,Aq1に対し、逆複素乗算を行い、Ai2,Aq2を出力する(ステップ5)。すなわち、第2の複素乗算器152は、第1の複素乗算器151とは逆方向の位相回転制御を行う。第2の複素乗算器152は、誤差検出部160から入力される誤差信号Ai1,Aq1と、Sin/Cos値入力との複素乗算を行う。この複素乗算結果より、誤差検出部160から入力されたIch/Qchそれぞれの誤差信号Ai1,Aq1を第1の複素乗算器151で位相制御される前の状態の位相に戻す回転制御が行われ、Ai2,Aq2を出力する。
【0035】
この回転制御により、ADC制御部141,142で行われるDCオフセット補償を制御するための信号の回転位相が、ADC制御部141,142にADコンバータ131,132から入力されるDCオフセットが含まれたIch3,Qch3の回転位相と同一の回転位相となり、正しくADC制御が行われる。
【0036】
次いで、図9に示されるように、ADC制御部141,142は、Ai2,Aq2に基づいて、Ich3,Qch3のDCオフセットを補正する(ステップ6)。すなわち、ADC制御部141,142は、DCカット用コンデンサ121,122を設けることで発生するDCオフセットの補償と、送信パターンに依存するDCオフセットを補償する。
【0037】
ADC制御部141,142は、第2の複素乗算器152から入力される第1の複素乗算器151の位相回転制御前の角度に補正された誤差信号Ai2,Aq2を積分器の積分制御に使用し、積分器の積分結果をADC制御値としてA/Dコンバータ131,132から入力されるIch3,Qch3に対してDCオフセット補正演算を実施し、信号点を理想とする点へ移動させる。
【0038】
これにより、図9に示されるように、DCオフセットによりずれた信号点が受信信号の理想とする信号点に戻され、受信信号の信号点のずれからキャリア同期前にADC制御が行われ、高速なDCオフセット補償制御を実現している。
【0039】
本実施の形態では、以上の動作により、受信信号の信号点のずれからキャリア同期前にADC制御を行い、受信シンボル単位の高速なDCオフセット補償を実現し、高速なDCオフセット補償制御が受信信号となるI/Qchデータに対して常に実施され、DCオフセットによる通信品質の劣化を防ぎ、特性(ビット誤り率)改善・性能向上が可能となる。
【0040】
すなわち、本発明では、DCカットにより低周波成分が遮断され発生するDCオフセットによる通信品質の劣化を防ぐことができる。特に、本発明では、受信信号の信号点のずれからキャリア同期前にADC制御を行い、高速なDCオフセット補償を実現している。
【0041】
関連する技術では、DCオフセット制御の制御情報を生成するために、ADコンバータからの信号を積分してDCオフセット成分を取り出していた。しかし、実際のDCオフセット量は、ADコンバータに入力される信号の振幅に比べて比較的小さいため、この方法でDCオフセット成分を取り出すためには十分時間をかけて積分する必要があった。本発明では、格子点からのずれ量を元にDCオフセットを求めるため、受信信号に雑音が含まれていないときには、確実にDCオフセットの情報を取り出すことができる。たとえ受信信号に雑音が含まれていた場合でも、関連する方法よりも短い時間で積分すればDCオフセットの情報を取り出すことができる。従って、DCオフセットの補償制御が高速で常に受信信号に対して行われ、DCオフセットによる通信品質の劣化を防ぎ、特性(ビット誤り率)改善・性能向上が可能となる。
【0042】
また、本発明により、DCオフセットによる通信品質の劣化を防ぐ事が可能なため、無線通信システムを構成するにあたり、DCカットを用いて電気的特性が異なる汎用ICを容易に接続することが可能となり、同一な電気特性を持つICをそろえる必要がなくなり安価な無線通信システムを構成できる。
【0043】
さらに、本発明では、ディジタル変調方式を用いた無線通信システム(装置)において、多値数が増え信号点間隔が短くなる場合でも、DCオフセットによる通信品質の劣化を防ぎ、特性(ビット誤り率)改善・性能向上が可能となる
【0044】
(本発明の実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2について説明する。図10は、本発明の実施の形態2の復調装置200の構成を示している。
【0045】
本発明の実施の形態2の復調装置200は、図2で示した本発明の実施の形態1の復調装置100と比べて、ADC制御部141,142と第1の複素乗算器151との間に、第1の複素乗算器153と波形整形フィルタ191,192を追加し、さらに第1の複素乗算器153の制御のためのNCO182と、キャリア再生器170からのキャリア再生信号をもとにNCO182を制御するAFC(Automatic Frequency Control)制御部190と、第1の複素乗算器153で制御される位相回転方向とは逆の位相回転制御を行う第2の複素乗算器154を追加した構成となる。
【0046】
本発明の実施の形態2の構成において、変調波の受信周波数が何らかの理由(経時変化や温度変化等によるローカル信号の周波数ずれなど)でずれて波形整形フィルタ191,192の通過帯域から外れることを防ぐため、周波数がずれたことを検知した時には、AFC制御部190からNCO182に対して発振周波数の調整を行い、第1の複素乗算器153によって入力信号が波形整形フィルタを通過するように調整を行う。
【0047】
受信信号の周波数がずれて、受信信号の波形整形を行うために用いる波形整形フィルタ191,192により受信信号の帯域が削られると、符号間干渉や、受信信号レベルの降下による特性(通信品質)劣化が発生するが、この実施の形態ではそれを防ぐ事が可能となる。
【0048】
このような構成の場合、本発明のDCオフセット補償を行うためには、第1の複素乗算器153の前に配置する必要があるため、制御信号は実施の形態1に対してさらに第2の複素乗算器154を用いてADC制御部141,142が配置されているところでの制御信号に変換する。
【0049】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【0050】
10 復調装置
11 直交信号生成部
12 低周波遮断部
13 A/D変換部
14 復調部
15 誤差検出部
16 オフセット補正部
100,200 復調装置
110 直交復調器
111,112 乗算器
113 発信器
114 シフタ回路
121,122 DCカット用コンデンサ
131,132 ADコンバータ
141,142 ADC制御部
151,153 第1の複素乗算器
152,154 第2の複素乗算器
160 誤差検出部
170 キャリア再生器
190 AFC制御部
191,192 波形整形フィルタ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
入力信号からアナログ直交信号を生成する直交信号生成部と、
前記アナログ直交信号の低周波成分を遮断する低周波遮断部と、
前記低周波成分が遮断されたアナログ直交信号をディジタル直交信号に変換するA/D変換部と、
前記ディジタル直交信号に対し復調処理を行い直交復調信号を生成する復調部と、
前記生成された直交復調信号のコンスタレーションポイントに基づく誤差を検出する誤差検出部と、
前記検出された誤差に応じたオフセットにより前記ディジタル直交信号を補正するオフセット補正部と、を備える復調装置。
【請求項2】
前記コンスタレーションポイントに基づく誤差は、前記低周波成分が遮断される前のアナログ直交信号のコンスタレーションポイントの推測値と、前記直交復調信号のコンスタレーションポイントとの差分である、請求項1に記載の復調装置。
【請求項3】
前記前記低周波成分が遮断される前のアナログ直交信号のコンスタレーションポイントの推測値は、前記直交復調信号に対する硬判定により求めたコンスタレーションポイントである、請求項2に記載の復調装置。
【請求項4】
前記コンスタレーションポイントの差分は、コンスタレーションポイント間の差分ベクトルである、請求項2または3に記載の復調装置。
【請求項5】
前記オフセット補正部は、前記検出された誤差を積分し、積分した結果に基づいて前記ディジタル直交信号を補正する、請求項1乃至4のいずれかに記載の復調装置。
【請求項6】
前記復調部は、前記ディジタル直交信号に対し位相回転制御を行う、請求項1乃至5のいずれかに記載の復調装置。
【請求項7】
前記オフセット補正部は、前記直交復調信号に対し前記位相回転制御と逆方向に位相を回転させる逆位相回転制御を行う、請求項6に記載の復調装置。
【請求項8】
前記復調部及び前記オフセット補正部は、前記ディジタル直交信号及び前記直交復調信号に対し複素乗算を行う、請求項1乃至7のいずれかに記載の復調装置。
【請求項9】
前記復調部は、複数の複素乗算器を有し、前記オフセット補正部は、前記復調部の複数の複素乗算器に対応して複数の複素乗算器を有する、請求項8に記載の復調装置。
【請求項10】
入力信号からアナログ直交信号を生成し、
前記生成されたアナログ直交信号の低周波成分を遮断し、
前記低周波成分が遮断されたアナログ直交信号をディジタル直交信号に変換し、
前記変換されたディジタル直交信号に対し復調処理を行い直交復調信号を生成し、
前記生成された直交復調信号のコンスタレーションポイントに基づく誤差を検出し、
前記検出された誤差に応じたオフセットにより前記ディジタル直交信号を補正する、復調方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2012−235371(P2012−235371A)
【公開日】平成24年11月29日(2012.11.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−103410(P2011−103410)
【出願日】平成23年5月6日(2011.5.6)
【出願人】(000004237)日本電気株式会社 (19,353)
【出願人】(303013763)NECエンジニアリング株式会社 (651)
【Fターム(参考)】