周波数領域サンプルを用いたDSPによるPSK復調の研 究
著者 杉山 克己
雑誌名 静岡大学大学院電子科学研究科研究報告
巻 26
ページ 100‑102
発行年 2005‑03‑11
出版者 静岡大学大学院電子科学研究科
URL http://hdl.handle.net/10297/1327
氏名 。
(本籍
)杉
山
克
己
(静岡県
)学位 の種類
博
士 (工 学
)学位 記番 号
工博 甲第
250号 学位授与の日付
平成 15年 9月 29日 学位授与の要件
学位規程第 5条 第 1項 該当 研究科 ・ 専攻の名称
電子科学研究科
電子応用工学
学位論文題目
周波数領域サンプルを用いた DSPに よる PSK復 調の研究
論 文 審 査 委 員
(委
員長)教 授 相 田 一 夫
助教授 桑 原 義 彦 教 授
福
田
明
教 授
江
上
俊一郎
論 文 内 容 の 要 旨
近年、衛星通信 においては
Anバ
Asynchronous Transfer Mode)や IP(htemёt Protocol)に よるビーム 間のオンボー ドルーティングを行 う多 ビーム大容量のマルチメデイア衛星が実現 され ようとしてい る。 このような衛星では多数かつ多種類のアップリンク信号のオンボー ド復調が必須であ り、 この 実現のためにはソフ トウェアによって復調処理 をフレキシブルに行 うことがで きるシステムが要求される。
一方、プログラミングによって、その機能 を自由に変更することがで きるソフ トウェア無線が注 目されている。 また、そのキーデバイスであるDSP(Digital Signal Processor)に ついては高速化が進 んでお り、広帯域の高速 フーリエ変換(「Fl':First Fourier Transfom)処 理が可能にな りつつある。更 に
DSPの
プログラミング環境 も従来のようにデバイス固有のアセンブラ言語主体か ら、c言
語に代 表 される移植性 に優れた高級言語主体 とな り、アルゴリズムさえ確立 していれば、将来、 より高速 な信号処理能力 を持つDSPが
開発 された際には、パ ラメータ変更程度のプログラム改修 によって高 周波帯域への速やかな機能拡張が期待で きる。本論文では、多 ビーム衛星オンボー ド処理やソフ トウェア無線通信 システムヘの
DSP応
用 を目的 として、「 Fl川ギ1'(1ザユlДttverse Wl')を用いた周波数領域での搬送波再生 とPsK(Phase Shi■ Keying) 受信波の復調方式 を提案 している。本論文ではBPSK(Binary PSK)波 の搬送波 を再生するために、
BPSK波
をそれ自身のサ ンプリング に用いる周波数ル の2倍
に相当する周波数2/sでサ ンプリングする。通常、BPSK波
の搬送波周波 数は「 Fl'の離散周波数に一致 しないため、周波数2/sによるサ ンプルの2乗値 をFFl'変 換すると、搬送波周波数チの2倍に相当する離散周波数2/c付近にピークを持つ周波数成分が分散 して現れる。
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この周波数2/sに よるサ ンプルの2乗値 を
「 Fl｀ した結果か ら、 ピークを含む2周波数成分 を抽出 し た後、初期位相の補正を行 って搬送波を周波数領域で直接再生する。一方、上記周波数2/sに よるサ ンプルを1/2デシメー トすることにより、周波数メによる
BPSK波
自身のサ ンプルを得 る。これを周 波数2亀 によるサ ンプルの2乗値の「 Fl｀ と同一点数でFFl｀ して、周波数領域サ ンプル化する。再生 した搬送波の負の周波数領域サ ンプル と
BPsK波
の正の周波数領域サ ンプルを周波数領域でコンボ リューシ ョンすると、イメージ成分 を発生 させることな くBPSK波
を周波数領域で復調することが で きる。この結果 をⅢH'す
れば、時間領域信号 としての復調出力が得 られる。本復調方式は受信波から直接再生 した搬送波を用いて、到来する連続信号の復調処理をリアルタイ ムで実現 している。また、搬送波捕捉範囲はサ ンプリング周波数メにおいて、原理的にナイキス ト 周波数以下の周波数、すなわちo―/s/2であることか ら、本復調方式は同調回路 を用いた従来の復調 システムに比べ、広い周波数範囲に存在する
BPSK変
調波の復調が可能である。現在、実現 されている
「 Fl'処理 として米国では、125M陀帯域の一括 Ⅲl'処理が報告 されている。
また、欧州においては500M Sample/secで
250MHz帯
域 を一括 して「 Fl'処 理する試作装置 も報告 さ れている。本論文では数100Kbps〜 数
Mbpsの
信号の復調 を想定する。現状のDSPの
処理能力 を考慮した上で本復調方式 を行 うためには、復調に先立って受信信号 をLow¨IF(Low―htemediate Frequency) 方式等による周波数ダウンコンバージョンが必要である。ただ し、本復調方式の場合、従来のように
ダウンコンバージ ョン後の IF周 波数を固定する必要はなく、受信波のサンプリング周波数によって 決 まるナイキス ト周波数以下であればよい。また、特定の搬送波周波数に同調する処理 を行っておら ず、受信 した
BPSK波
か ら直接計算 により搬送波周波数や初期位相 を求めて搬送波を再生 している ため、伝送路や周波数変換器で発生する搬送波周波数変動や位相変動の影響 を受けない。シミュレーシ ョンによって求めた
BPsK受
信のBER(Bit Error Rtte)特性の劣化 は、搬送波周波数 が‖「1｀の離散周波数から最 もずれた場合においても、理論値に対 してldB未満に収まった。さらに、C言
語で作成 したソースコー ドによりDSPボ
ー ドを動作 させ、本復調方式のリアルタイムでの実現 性 を実験 によって確認 している。本復調方式は
DSPの
高速化 に伴い、受信周波数、帯域、ビットレー ト等への柔軟な対応が可能で あ り、多 ビームインターネット衛星でビーム間接続 を行 うためのオンボー ド処理などに適 している。‑101‑
論 文 審 査 結 果 の 要 旨
ソフ トウエアによって機能を実現するデイジタル信号処理 (DSP)技 術の実利用が進んでいる。キー デバイスである
DSP素
子の高速化 により、広い周波数帯域の高速フーリエ変換(「Fl')が可能にな り、無線通信分野での
「 Fl'応 用 も進んでいる。更 に
DSPの
プログラミング環境 も従来のようにデバイ ス固有のアセンブラ言語主体か ら、C言
語 に代表 される移植性 に優れた高級言語主体 とな り、広範 な分野への応用が容易 にな りつつある。本論文では、多 ビーム衛星オンボー ド処理やソフ トウェア無線通信 システムでの利用 を目的 とし て、周波数領域での搬送波再生 とPsK(Phase Shi■ Keying)復 調方式 を提案 している。第1章は序論 であ り、本研究の背景 と目的を述べている。第2章は連続 した受信信号 を周波数領域サ ンプルによっ て処理する方法 を述べている。第
3章
では周波数領域サ ンプルを用いた BPSK(Binary PSK)変 調の 方法、特 にロールオフフイルタによる帯域制限の概念 を述べている。第4章では本論文で提案する 周波数領域サ ンプルを用いたBPSK復
調について述べている。BPSK波
の搬送波 を再生するために、BPSK波
に必要なサ ンプリング周波数メの2倍の2/sでサ ンプリングする。2/sによるサ ンプル値の2 乗値 をⅢl・すると、搬送波周波数チ の2倍の2/c付近 にピークを持つ離散周波数成分が分散 して現 れる。 この離散周波数成分のうちピークを含む2周波数成分 を抽出 した後、初期位相の補正 を行 っ て搬送波 を周波数領域で直接再生する。一方、メ にダウンサ ンプリングしたBPSK波
を同一点数で「 Fl'し、再生搬送波 と周波数領域でコンボリユーシヨンすると、
BPSK波
を周波数領域で復調するこ とができる。本方式は同調回路を用いた従来の復調方式に比べ、広い周波数範囲に存在するBPSK波
の復調が可能である。第5章では提案 した復調方式のシミュレーション結果 を述べている。シミュ レーシ ョンによって求めた
BPSK復
調のBER(Bit Error Rate)特性の劣化は、理論値 に対 してldB未 満 に収 まった。tt 6章 ではTI社のDSP評
価ボー ドを用いた実験結果 を述べている。C言
語で作成 したソースコー ドによりC67DSP評
価ボー ドを動作 させ、本復調方式の リアルタイムでの実現性 を 確認 している。第7章では全体の結果 をまとめている。以上の結果は
DSP技
術を用いた新 しい衛星通信方式や無線通信方式の実現に寄与するものであ り、本論文は博士(工学)の学位 を授与するに十分な内容 を有するもの と認める。
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