WO1993010612A1

WO1993010612A1 - Emetteur et recepteur a modulation de phase

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Publication number: WO1993010612A1
Application number: PCT/JP1992/001445
Authority: WO
Inventors: Masatoshi Hamada; Nobuhiko Kawai; Makoto Ishii; Hirokazu Toyota
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1991-11-18
Filing date: 1992-11-06
Publication date: 1993-05-27
Anticipated expiration: 1994-05-18
Also published as: US5418819A; EP0567650A4; EP0567650A1; DE69211535T2; EP0567650B1; DE69211535D1

Description

明細書位相変調方式による送信装置および受信装置技術分野本発明は、 PSK (Phase Shift Keying) 方式、または MSK (Minimum Shift Keying) 方式を改良した新規な位相変調方式による送信装置および受信装置に関するものである。背景技術第 1 図は、従来から知られている 4 相 PSK (QPSK) 方式の変調器の構成を示す。ベースバンドデータとして入力された送信符号は、分配器 2 によって、 1 ビットずつ交互に ikと q«に分けられ、ロールオフ · フィルタ 4, 6 を介して、. 平衡変調器 8， 10にそれぞれ入力される。各平衡変調器 8, 10の出力では、 2 相 PSK (BPSK) 信号が得られるが、搬送波発生器 12から出力された搬送波と、これを移相器 14で 90度移相した搬送波とは、位相が 90度ずれている。したがって、 2 つの BPSK信号を合成器（加算器） 16でベクトル合成し、バンドパスフィルタ 18で不要な周波数成分を除去することによつて、 4 相 PSK 信号が得られる。なお、 QPSKの変調信号は、次の式で表される

S (t) = 1/-Γ 2 ( iitcosco _ct+ q_ksin ω _c t) (1) また、 BPSKの変調信号は、第 1 図の一方の平衡変調器 8 または 10の出力として得られ、次の式で表される。

S (t ) = i_Kcos ω _ct ( 1 A) 第 2 図は、 QPSKの位相変化を示す図である。信号点から P₂ (位相回転量 180 度）、あるいはから P₄ (回転量 90度）に変化する場合を考える。これらの位相変化が所要時間ゼロで行われる理想的な場合、位相軌跡は、 I軸， Q軸を通り、 QPSKのエンベロープは一定に保たれる。しかしながら、実際の位相変化は所定の時間を要し、位相軌跡は、 I軸， Q軸から離れるため、第 3 図に示すようなディップが発生する。たとえば、位相回転量が 180 度の場合、位相変化は、 0点付近を通過するので、ほぼゼロまでのディッブが発生し、 90度の場合は約 3dB のディップが生じる。

このように、位相軌跡が I 軸， CI軸から離れてカーブを描くため、位相変化には所定の時間が必要であつた。そして、位相変化点では、エンベロープのレベル変化が生じていた。

このような位相変化点でのレベル変化は、（1) 何ら情報伝送に関与するものでなく、かつ、（2) かかるレベル変化に起因して伝送帯域が広が.つてしまう、という欠点があった。一方、 PSK に類似した技術として、第 4 図に示すような MSK がある。 MSK の変調信号は、次式のように表現される。

S ( t ) = [ i k co s ω r t] cos ω c t

+ [ q _k s i n ω _r t ] s i n ω _c t ( 2 ) すなわち、第 1 図に示す QPSKの変調回路で、入力信号の矩形パルスの代わりに、位相が 90度ずれた半周期の正弦波を用いたことに等しい。 MSK は、搬送波の位相のとびがなく、エンベロープが一定であるため、飽和特性のある非線形伝送路でも、位相歪などの特性劣化が少ないことを特徴とする。

この MSK の位相の空間軌跡は、データの 0 、 1 に応じて、円周上を時計回り、あるいは反時計回りに回転する軌跡を描く。すなわち、正負の回転方向によつて、情報伝送を行っているということができる。しかしながら、回転しない状態を情報として用いることはしてレ、なかった。発明の開示本発明の目的は、位相変調を行う際の位相変化点のレベル変化を、積極的に利用することによって、効率良いデータ伝送を可能とした、新規な位相変調方式による送信装置および受信装置を提供することにある。本発明の他の目的は、位相の空間軌跡が描く正負の回転方向に加えて、回転しない状態を情報として積極的に利用することによって、データ伝送の効率を向上させることにある。

これらの目的を達成するために本発明による送信装置は、伝送すべき入力データを所定ビッ卜数毎に区切り、分割データとして順次出力するデータ変換手段と、前記分割データの各々を位相回転方向の正、負および回転しないという 3値の位相回転情報で表現した位相軌跡制御信号を出力する位相軌跡制御手段と、該位相軌跡制御信号に応じて伝送信号の位相を変化させる変調手段とを具備することを特徴とする。

ここで、前記位相軌跡制御手段は、位相回転の方向に関わる前記 3値の位相回転情報と、該位相.回転を開始する位相とによって、前記分割データを表現した位相軌跡制御信号を出力することを特徴とする。

また、本発明による受信装置は、伝送すべき入力データを所定ビヅト数毎に区切り、順次出力された分割データの各々を、位相回転方向の正、負および回転しないという 3値の位相回転情報で表現した位相軌跡制御信号に応じて、信号の位相を変化させて形成した位相変調信号を受信する位相変調方式による受信装置であって、前記位相変調信号を検波する位相検波器と、該位相検波器の出力から前記位.相軌跡制御信号を復調する位相軌跡復調手段と、前記位相回転情報を前記分割データに変換する変換手段とを具備することを特徴とする。

さらに、本発明による送受信装置は、伝送すべき入力データを所定ビット数毎に区切り、分割データとして順次出力するデータ変換手段と、前記分割データの各々を位相回転方向の正、負および回転しないという

3 値の位相回転情報で表現した位相軌跡制御信号を出力する位相軌跡制御手段と、該位相軌跡制御信号に応じて伝送信号の位相を変化させる変調手段と前記伝送信号を検波する位相検波器と、該位相検波器の出力から前記位相軌跡制御信号を復調する位相軌跡復調手段と、前記位相回転情報を前記分割データに変換する変換手段とを具備することを特徴とする。

本発明は、位相の空間軌跡が描く正負の回転方向にカロえ、回転しないとレヽぅ状態も利用し、これらを 3 値の回転方向情報と規定する。そして、この 3 値の回転方向情報を n 回送れば、 3 ^Πビッ卜の信号が送信できることを利用している。また、この回転方向情報を回転開始位相と組み合わせることによって、さらに伝送速度を向上させることができる。また、位相の空間軌跡を変化させることにより、伝送速度の向上を図るものである。図面の簡単な説明第 1 図は、従来の 4相 PSK(QPSK) の変調器の構成を示すブロック図である。

第 2 図は、第 1 図の変調器における位相変化の状態を示す概念線図である。

第 3 図は、第 2 図の位相変化時に発生するェンべロープの変化を示す線図である。

第 4図は、従来の MSK の変調器の構成を示すブロック図である。

第 5図は、本発明による位相変調方式による送信装置および受信装置の第 1 実施例の全体構成を示すブロック図である。

第 6図は、第 5図の送信装置の構成を示すブロック図である。

第 7図は、第 6 図のデータ変換部の構成を示すブ口 V ク図である。

第 8図は、第 5図の受信装置の構成を示すブロック図である。

第 9A図は、従来の BPSKを説明するための線図である。

第 9B図は、本発明による BPSK (変形 BPSK) の基本原理を説明するための線図である。

第 1 OA 図および第 1 OB 図は、第 1 実施例における位 · 相回転の状態と分割データとの関係を示すテーブルである。

第 1 1図は、第 1 0 A 図および第 1 0 B 図において、位相回転方向と位相回転開始位置とが何等の物理的な制約なしに独立に定まると仮定した場合の位相回転の状態と分割データとの関係を示すテーブルである。

第 1 2図は、本発明による位相変調方式による送信装置の第 2 実施例の要部の構成を示すプロック図である。

第 1 3図は、第 2 実施例における位相回転方向と分割データとの関係を示すテーブルである。

第 1 4図は、本発明による位相変調方式による送信装置および受信装置の第 3 実施例において、位相回転方向が正または負のときの、位相回転量と分割データとの関係を示すテーブルである。

第 1 5図は、本発明による位相変調方式による送信装置および受信装置の第 4 実施例において、位相回転方向が正または負のときの、位相回転量および位相回転開始の絶対値と分割データとの関係を示すテーブルであり、位相回転方向と位相回転開始位置とが何等の物理的な制約なしに独立に定まるものと仮定したときのテーブルである。

第 1 6図は、円または楕円もしくは多角形の位相軌跡を発生するための関数発生器の構成を示すプロック図である。発明を実施するための最良の形態以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例 1

本実施例においては、伝送すべき入力データとしてシリアルデータを用い、位相変調器に BPSKを用いている。第 9A図および第 9B図は、従来の BPSKと本実施例による BPSK (以後、変形 BPSKと呼ぶ）との違いを示す概念図である。従来は、 0 と 7C との間で位相切り替えを行っていたが、本発明では、位相の回転方向十， - に、回転しないという情報を加えて 3値としている。すなわち、位相変化に所定の時間が必要なことに着目し、この時間を意図的に利用して位相変化の軌跡を制御し、これによつて上記 3 値を作りだし、情報伝送速度を向上させている。

第 5 図は、本発明による位相変調方式による送信装置および受信装置の第 1 実施例の全体構成を示すブロック図である。

図において、参照符号 100 はデータ変換部である。データ変換部 100 は、まず、シリアル入力データを 4 ビット毎に区切って、第 10A 図および第 10B 図に示すような分割データ ^〜(1₁₆ を作成する。たとえば、 d, は 0000、 d₂は 0001、 die は 1111という具合いである。次いで、これらの分割データ（^〜(1₁₆ のそれぞれを、 2 値データ _{0 k} と 3 値データ g» との組合せ（ φ _¾ ，）で表現する。ここで、 2 値デ一夕 0 = 0 ， π ) は、第 10A 図および第 10B 図のテーブルに示す位相回転の開始点を指示するもので、開始点 0 のときはゆ _k = 0 であり、開始点 π のときは Φ x = π である。一方、 3 値データ ( = + , 0 , — ）は、たとえば位相回転方向が正（反時計方向）のときに十、位相が回転しないときに 0 、位相の回転方向が負のときに一をとる。そして、各分割データは、 2 組のデータ（位相データ） D_A ( = 0 _k， q_k)および D_B ( 0 »< _{+ 1}， q_{k + 1})によって表現される。たとえば、分割データ d ,は、 0 から正方向に回転し、さらに、 π の位置から正方向に回転する位相回転によって表現されるから、（ 0 ， + ) ， ( π , + ) と表現される。また、分割データ d₇は、 ( π ， 0 ) ， ( π , 一）と表現される。なお、データ d_x！ , d_{X 2} については後述する。

データ変換部 100 から出力された位相データ ( Φ _k， q_k) は、位相軌跡制御部 200 に供給され、回転方向と回転開始位置を情報として含む正弦波に変換される。すなわち、位相軌跡制御部 200 は、位相データ ( Φ _k， q_k) を変換して、次式で与えられる位相軌跡制御信号を出力する。

sin (qusinw _r t + φ _k ) (3) ここで、 ω _r は位相の回転角速度である。ここで、回転方向情報が（ + , 0 ， ― ）の 3 値をとることが本発明の特徴である。位相軌跡制御部 200 から出力された位相軌跡制御信号は、変調器 300 で位相変調され、変形 BPSK信号となる。変調器 300 は、第 1 図に示す従来の平衡変調器と同様のものである。以上が送信装置の構成である。送信装置で発生された変形 BPSK信号は、有線あるいは無線の伝送路 400 を介して受信側に送られる。

—方、受信装置の構成は、次の通りである。

伝送路 400 を通して伝送された信号は、位相検波器 500 で位相検波される。位相検波器 500 は、従来の位相検波器と同様のものである。この位相検波によつて、（3) 式で与えられる位相軌跡制御信号が出力され、位相軌跡復調部 600 に供給される。

位相軌跡復調部 600 は、入力された位相軌跡制御信号から q_Kw _r と φ _κ とを復調し、これらをデータ逆変換部 700 に供給する。データ変換部 700 は、 q_Kc _r と φ κ とから位相データ（ 0 k ， q_k) を求め、これをさらに分割データ（^〜ά₁₆ に逆変換して出力する。

第 6 図は、第 5 図に示した送信装置のさらに詳しい構成を示すブロック図である。データ変換部 100 は、入力データを 4 ビヅト毎に分割して、第 10A 図および第 10B 図に示す分割データ（^〜(！を発生するための 4 ビットシフトレジス夕 102 と、分割データ ^〜を連続する 2 つの位相データ D_A， D_B に変換するためのマトリックス回路 104 と、 16個（ 4 ビヅト）の基準値を出力するための 16進スィッチ群 106 と、後述するテーブル切替制御部 150 とから構成されている。

第 7 図は、データ変換部 100 のさらに詳細な構成を示すブロック図である。 4 ビッ卜シフトレジスタ 102 から出力された並列 4 ビットは、 16個のデータ比較部 111 〜 126 に供給される。各データ比較部は、対応する分割データが入力されたときに信号（ 1111 )を出力する。たとえば、データ比較部 111 は、分割データ d , ( 0000 )が入力されたときに 4 ビットの信号（ 1111 )を出力し、データ比較部 112 は、分割データ d ₂ ( 0001 )が入力されたときに 4 ビッ卜の信号（1111)を出力するという具合いに構成されている。このために、各データ比較部は、一つの 16進スィツチ 106m (m = 1-16のひとつ）と、 4 つの比較器 CMP とを備えている。 16進スィッチは、分割データ d ,〜 d , ₆ を判定するための基準値を出力するもので、たとえば、データ比較部 111 の 16進スイッチ 1061は、 d,の値（ 0000 )を出力し、データ比較部 112 の 16進スィツチは、 d₂の値（0001)を出力する。各比較器 CMP は、 16進スィッチからのビットと、シフトレジスタ 102 からの対応ビットとを比較し、一致したときに 1 、一致しないときに 0 を出力する。各データ比較部 111 〜： 126 の 4 ビット出力は、 4 入力の AND ゲート 131 〜 146 に供給される。こうして、 AND ゲート 131 は、入力データが d!のときに 1 を出力し、 AND ゲート 132 は、入力データが d₂のときに 1 を出力する。以下の AND ゲートも同様であり、たとえば、 AND ゲート 146 は、入力データが d₁₆ のときに 1 を出力する。

これらの分割データ（^〜(！^ は、マトリックス回路 10 に供給される。マトリックス回路 104 は、第 10A 図および第 10B 図に示す分割データ d ,〜 d i ₆ およびテーブル切り替えデータ d_{x l},d_X2 を位相データ D_A, D_B に変換する回路であり、これらのデータ変換を行うための通常のマトリックスを有している。マトリックス回路 104 は、さらに、 AND ゲート 131 〜 146 からの入力を記憶する入力バッファと、 2 クロック分の遅延素子と、位相データ D_A，D_B を記憶する出力バッファと、テーブル切り替えを検出するためのテーブル切り替え検出回路とを備えている。

ここで、第 10A 図，第 10B 図を参照して、テーブルの切り替えについて説明する。上述したように、分割データ _dl〜_{dl s} は、 2 つの位相データ D_A ( = Ø , q_k) , D_B ( = Φ K ÷ I ， q κ₊ 1 ) によって表現される。この場合、 κ と q_kとが完全に独立ならば、第 11図に示すように、各 2 値 φ κ に対して 3 値 q_Kが定まるから、 6 個の値を取り得る。よって、 2 組の ( Φ _k , q_R) によって、 6 X 6 = 36個の分割データを指定できることになる。しかしながら、 φ κ と q_Kとは、一般に、完全には独立ではない。たとえば、分割データ d i の場合を考えると、回転開始位置が 0 で、 +方向に回転すると、次の開始位置は π に決まってしまう。つまり、 2 つ目のデータ（ Φ κ_{+ 1} ， qk ₊ 1 ) の Φ … は 0 をとることはできない。このような物理的制約を考慮すると、第 10A 図および第 10B 図に示すように、 2 つの位相データ D_A, D_B では、 18個の分割データを指定できるのみである。しかも、これら 2 つのテーブルを切り替えなければならない。たとえば、データ d ,， d , ₆が連続して送信される場合を考えると、これらの中間に、テーブル切り替えデータ d_x , を挿入しなければならない o

このため、マトリックス回路 104 には、テーブル切り替え制御部 150 が接続され、テーブル切り替えデー夕 d_{x l} , d_{X 2} の送信を制御する。たとえば、分割データ (! ,，（^ 6を連続して送信する場合、これらのデータの間にテーブル切り替えデータ d_x , を挿入しなければならないから、マトリックス回路 104 は、 2 つの分割デ一タ d d_{1 6}に対して、 3 つのデータ d dx^ d に対応する位相データを出力しなければならない。このため、マ卜リックス回路 104 は、データ d d! eが連続して入力され、テーブル切り替えが発生したことを検出すると、データ d！ _e を入力バッファに留めた状態で、テ一ブル切り替え制御部 150 に切り替え指令 TRを送る。これによって、テーブル切り替え制御部 150 は、マトリックス回路 104 に切り替えデータ d_{x l} を出力するための指令を与える。マトリックス回路 104 は、切り替えデータ d_{x l} に対応する位相データを出力後、データ d_{1 6} に対応する位相データを出力する。上述した 2 クロックの遅延素子は、この場合に、データ d_{1 6} に与えるべき遅れをつくるために使用される。マトリックス回路 104 は、このとき、第 6図に示すスィッチ 54をクロック CLK に直結して、マトリックス回路 104 と平均処理回路 56へ供給されるクロックの周期を 2倍に引き延ばす。なお、平均処理回路 56については後述する。

次に、位相軌跡制御部 200 は、以下のように構成されている。まず、第 10A 図および第 10B 図に示すように回転開始位相が 0 なのか、あるいは πなのかを示す 2値の φ _k (回転開始位相）は、加算器 208 に入力される。一方、回転方向（回転しないという状態を含む）を示す 3値の q!c ( +， 0 ，一）は、正弦波発生器 204 から供給された正弦波 sin w _rtと、乗算器 206 によつて乗算される。すなわち、

qksin ω _rt [ ) ここで、 ω _r は、位相回転の角速度である。

乗算器 206 の出力は、加算器 208 に供給され、次式の加算が行われる。

qicsin ω _r t + φ _k (5) 加算器 208 の出力は、 sin 変換器 210 に供給され、上記（3) 式で与えられる位相軌跡制御信号が出力される。すなわち、位相軌跡制御部 200 は、位相回転方向 'を示す 3 値のと、位相回転開始位置を示す 2 値の φ κ を情報として含む正弦波状の位相軌跡制御信号を出力する。この位相軌跡制御信号は、平衡変調器 302 と搬送波発生器 304 とを備えた 2 相位相変調器 300 によって位相変調され、次式の変形 BPSK信号が出力される。

s i η ( ω c t + q_ksinw _rt + φ _k) (6) 一つの分割データ（ 4 ビット）を伝送するためには、位相回転を 2 回行って、 2 つの位相データ D_A , D_B を伝送しなければならない。このように位相回転を 2 度続けて行うことは、 BPSK変調器 300 から 2 ビットのデータを送出したことに相当する。した力 ^s つて、 4 ビヅ '卜のシリアル入力データ d ,〜 d , ₆ (本実施例では、 d_{x l} , d_{X 2} はテーブル切り替えデータとして使用している）が伝送路 400 上では 2 ビッ卜に変換されたことになる。すなわち、回転方向の正負に、回転無しという状態を加えて 3 値 q_kで回転方向情報を表現し、かつ、これに回転開始位置情報 Φ k を加えることによつて、 4 ビットのデータを 2 ビットで伝送することが可能になった。ただし、伝送速度は、必ずしも 2 倍にはならない。これについては後述する。

第 6 図において、クロック CLK の周波数 f を分周器 52によって 1/2 に分周し、 f/2 としているのは、このことに対応している。すなわち、一つの分割データ ( 4 ビット）をシフトレジスタに取り込むためには、 4 クロック必要であるが、マトリックス回路 104 は、この間に 2 つの位相データ D_A， D_B を出力すればよい。すなわち、 2 クロック毎に、 1 つのデータを出力するように、クロックの周波数を 1/2 に分周している。この周波数 f /2 のクロックがスイッチ 54を介して、マトリックス回路 104 と平均処理回路 56とに供給される。

ただし、上述したように、テーブル切り替えデータ d_Xr または d_X2 を送信するときには、これと分割データのうちの一つを 4 クロックで送信することになるので、 4 クロックで一つの有効データを送る形となる。よって、この場合は、スィッチ 54をクロック側に直結し、周波数 f のクロック CLK をマトリックス回路 104 と平均化処理回路 56に供給するようにしている。このスィッチの切り替え制御を行うのが、マトリックス回路 104 からスィッチ 54に送られる信号であることは既に述べた。

平均処理回路 56は、一定個数のデータ（たとえば 10 個）から、 1 データに要する平均時間を計算する回路である。たとえば、 10このデータのうちに、有効な分割データ（^〜（！^ が 9 つ、テーブル切り替えデータ dxi が 1 つ含まれていたとすると、 11X 2 クロック分の時間を要する。すなわち、平均時間は、 2.2 クロックである。したがって、マトリックス回路 104 力ゝらの位相データ Φ k ， q_kの,読み出しは、 2.2 クロック間隔行えばよい。平均処理回路 56からマトリックス回路 104 に供給されている信号 CKA は、このように平均化されたクロック信号である。このような平均化を行うことによって、送信速度が平均化される利点がある。

次に、第 8 図を参照して、受信装置の詳細な構成を説明する。受信装置は、基本的に、送信装置と逆の動作によって、受信信号からデータを復調する。

伝送路 400 を介して受信された信号は、（6) 式で表現される変形 BPSK信号であるが、これが位相検波器 500 の同期検波器 502 に入力される。同期検波器 502 は、搬送波再生部 504 で再生された搬送波と受信信号とを乗算し、その結果をバンドパスフィルタ 506 に供給する。この結果、ノンドパスフィルタ 506 力らは、 (3) 式で表される位相軌跡制御信号が出力される

この位相軌跡制御信号は、位相軌跡復調部 600 の逆正接回路 602 と、移相器 604 とに供給される。移相器 604 は、位相軌跡制御信号の位相を 90度回転して、余弦波として逆正接回路 602 に供給する。すなわち、逆正接回路 602 には、（3) 式で表現される位相軌跡制御信号と、それに対応する余弦波とが供給され、その比 (正接）の逆正接がとられる。この結果、逆正接回路 602 からは、（5) 式で表現される出力が得られる。この出力から、回転開始位相 Φ k と、回転方向情報 q _kとが復調される。

' まず、（ 5 ) 式で表現される和は、低周波フィルタ 606 を通され、回転開始位相が取り出される。

(5) 式で表現される和は、また、微分器 608 に供給される。微分器 608 は、この和を微分して、振幅が ω _rQk の余弦波を出力する。すなわち、

ω _rqkCOS W _rt (7) を出力する。

この余弦波は、さらに、乗算器 610 に供給される。乗算器 610 は、この余弦波に、発振器 612 から供給される余弦波 cosw _rtを乗算して、乗算結果をバンドパスフィルタ 614 に供給する。こうして、ノヽ * ンドパスフィル-タ 614 は、振幅 ω _rq_K を出力する。ノンドパスフィルタ 614 の出力は、微分器 616 に入力される。微分器 616 は、この入力を w _r で微分して回転方向情報 q_Kを出力する。

このように、位相軌跡復調部 600 は、回転開始位相 Φ k と回転方向情報とを出力し、これらをデータ逆変換部 700 に供給する。

データ逆変換部 700 は、 2 つの位相データ D_A = ( Φ _k, q_K) および D_B = ( φ k ₊ i , qK_{+ 1} ) から分割データΚ〜(1_{1 6} を復元する。まず、 2値の φ _κ は、 2つの比較器 701 と 702 に供給され、 0 , π とそれぞれ比較される。そして、 0のときには比較器 701 から 1 が、 π のときには比較器 702 から 1 が、それぞれ出力される。一方、 3値のは、 3つの比較器 711， 712 および 713 に供給され、 + , 0 , — とそれぞれ比較される。そして、 + のときには比較器 711 力ら 1 が、 0 のときには比較器 712 から 1 が、 — のときには比較器 713 から 1 がそれぞれ出力される。これら 5 つの比較器の出力は、マトリックス回路 720 に供給される。

マトリックス回路 720 は、 2 つの位相データ D_A，D_B から、分割データ d！ ~ d , ₆ を復元する。たとえば、 ( 0 ， + ) ，（ π , + ) という位相データが入力された場合には、第 1 OA 図に示すように、分割データ d！を出力し、（ 0 ，一），（ π , — ）とレヽぅデータが入力された場合には分割データ d₈を出力する。このために、マトリックス回路 720 は、 2 つの位相データ

D A， D_B を記憶する入力バッファと、この入力バッファから出力された位相データ D_A， D_B を分割データ〜 d, 6 に変換するためのマトリックスとを備えている。さらに、マトリックス回路 720 の出力側には、出力ノ ' ッファ 730 と判定回路 740 とが接続されている。判定回路 740 は、マトリックス回路 720 の出力から、テーブル切り替えデータ d_x ,， d_{X 2} を検出する。そして、これらのデータ d_{x l} または d_X2 が検出されたときには、出カノッファ 730 に格納されている d_x , または d_{X 2} の出力を禁止する。一方、他のデータ ^〜（1_{1 6} の場合には、出カノッファ 730 内のデ一夕を出力させる。こうして、 2 つの位相データ D_A, D_B から 4 ビットの分割データを出力す.る。

' 以上が復調回路の主要部の説明であるが、この復調に使用されるクロックは、以下のようにして取り出される。まず、ローパスフィルタ 606 から出力された位相 ø k がクロック抽出回路 70に入力される。クロック抽出回路 70は、 PLL 回路によって、この入力 Φ からクロックを抽出する。このクロックは、交番信号 noioioioij が送られてきたときの Φ _k に等しい。クロック抽出回路 70から出力された周波数 f のクロックは、 2 通倍回路 72で 2倍の周波数 2fとされ、平均処理回路 74に送られるとともに、微分回路 608 に供給され、微分動作を起動する。

平均処理回路 74は、 2fの平均値を出力するもので、その出力はマトリックス回路 720 に供給され、その変換速度を規定する。これは、送信側での平均処理に対応するものである。

次に、本実施例 1 による伝送速度を、従来の BPSKの伝送速度と比較して検討する。ここで、送信データとしては、 riOlOlOlOjを仮定する。 BPSKでは、第 2 図の位相空間における点 P , P₂の間で位相切り替えが行われる。したがって、原点 0 と点 P iとの距離を r とすると、位相切り替え時の移動距離は 2rとなる。従来の BPSKでは、 1 動作で 1 ビットのデータが送信されるから、位相空間における 1 ビット当りの移動距離はて I ビットとなる。

—方、本実施例では、第 10A 図および第 10B 図に示すように、半円状の円弧を描きながら位相切り替えが行われるから、 1 動作に要する移動距離は、 π r である。また、 2 動作で 4 ビットのデータが送信される。よって、 1 ビット当りの移動距離は、 2 π r/4 = π r/2 となる。伝送速度の比は、位相空間における 1 ビット当りの位相空間距離の比の逆数で表せる。したがつて、位相空間における移動速度が等しいとすると、従来の BPSKと本実施例による変形 BPSKの伝送速度の比は、 4/π = 1.273 となる。すなわち、本実施例の変形 BPSKによれば、従来の BPSKより約 27%の伝送速度の向上が図れる。

同じように考えると、位相軌跡を底辺が 2r、高さが r の二等辺三角形状にした場合の伝送速度比は、約 1.4 倍となる。また、底辺が 2r、高さが r/2 の二等辺三角形状にした場合の伝送速度比は、約 1.8 倍となる。

さらに、楕円の位相軌跡を描かせた場合には、次のようになる。

まず、座標（ r ， 0 ) ，（一 r , 0 ) の 2 点を通る楕円軌跡を、半径が R で中心角が 2 0 の円弧で近似する。この円弧の長さは 2R Θ で、かつ、 S sin— r/R) となるから、円弧の長さは 2R sin" ¹ (r/R) と表わされる。たとえば、 R = r 、すなわち円弧が半円の場合、円弧の長さは、 Zr sin' ¹ 1= 2Γ· π /2= π r となり、この場合は、上述した結果を得る。一方、 R = 2rの場合、円弧の長さは、 4r sin" ¹ (1/2) = 4r · (π /6) = (2/3) π r となる。よって、上と同様の計算によつて、従送速度の比は、 2r/(l/3) 7r r = 6/π = 1.91倍となる。実施例 2

実施例 1 では、入力データを 4 ビヅ卜毎に分割して、これを 2 ビットで送るようにした。そのため、テーブルの切り替えが必要であった。この実施例 2 では、テーブルの切り替えなしでデータ伝送を実行するために、入力データの分割を 3 ビット単位で行っているため、 8種類の分割データが生じる。これらの分割データを伝送するためには、 3 値の回転方向情報 q»を 2 回送ればよい。本実施例は、この原理を用いたものである。

第 12図は、本発明による送信装置の実施例 2 の要部の構成を示すブロック図である。入力データは、 3 ビットのシフトレジスタ 821 に取り込まれ、 3 ビヅトの分割データ ^〜に変換される。たとえば、 ^ = 000 ， d₂= 001 ， d₃ = 010 ， d₄ = 011 ， d₅ = 該当無し、 d₆ = 100 ， d₇= 101 ， d₈ = 110 ， d₉ = 111 とする。

これらの分割データは、マトリックス回路 822 に供給される。マトリックス回路 822 は、第 13図に示すテーブルによって、分割データ ^〜（^を 2 つの位相データ D_A，D_B に変換する。これを実施例 1 の場合と比較すると、位相データ D_Aあるいは D_Bは、 ( φ _k ， q_k) = ( don ' t care , q κ ) の形をとつてレ、ることが分力る。すなわち、本実施例では、位相回転方向にのみ着目しているため、位相回転開始位置は問題とされず、回転方向情報 q kのみが + , 0 ，一の 3 値をとる。ぃレ、かえると、位相回転完了後における位相位置は問題とされない。例えば、第 9B図に示すように、位相回転方向が " + " であったとしても、位相回転開始位置は、 0 — π に変化する場合のみならず、 π → 0 に変化する場合もある。この変換によって、分割データ d ,は ( 十， + ) , d₂は（ 0 , + ) とレ、う具合いに変換される。

これらの位相データ D_A， D_B は、第 6 図の位相軌跡制御部 200 と同様の構成をもつ位相軌跡制御部 823 に送られ、前述の（ 3 ) 式の位相軌跡制御信号が出力される。

以後の処理は、位相回転開始位相 Φ « が問題にされない点を除いて、実施例 1 と同様であるので、説明を省略する。

本実施例によれば、 3 ビットのシリアル入力データ

(^〜 dgが、伝送路上では 2 ビットに変換されたことになる。本実施例では、位相軌跡が半円状の円弧となるので、伝送速度の比は、従来の 0.96倍（3/π ) に低下する。し力しな力 5ら、たとえば底辺が 2r、高さが Γ/2 の二等辺三角形状の位相軌跡を用いれば、伝送速度は従来の 1.34倍になる。また、前述した楕円では、し ⁴³ 倍となる。

なお、上記の位相データ D_Aおよび D_Bについては、デジタル信号化するために 3 値信号 2 組を用いたが、ァナログ 3 値レベル信号を用いて ⁺ ， 0 , 一を表すことも可能である。いずれにしても、後段の BPSK用位相変調回路に対して位相回転方向を制御できればよいのであって、その信号形態がデジタルであるかアナログであるかは、本実施例の本質とは無関係である。

(以下余白）

実施例 3

実施例 1 では、位相回転方向情報 q Xとして、 3 値 ( 十， 0 , — ）を用いたが、この回転方向情報 q xに回転量を含ませることができる。すなわち、第 14図に示すように、正負の回転方向に位相回転量 θ _κ = _κ ω _r を含ませることができる。本実施例の基本的動作は、 q の代わりに q k p k ω _r ( = q _k θ _k )を使用した点以外は、図 5 に示した第 1 の実施例と基本的には同じである。そこで、本実施例特有の動作についてのみ、以下に説明する。

まず、シリアル入力データをデータ変換部 100 に入力し、 m ビット（ m は 2 以上の整数）毎にラッチする。この m ビットのデータにより 2 ^m個のデータが形成される。そこで、

2^m ≤ n²

となる正の整数 n を求め、第 14図に示すような位相回転量， Θ ₂ - Θ _n を予め設定しておく。ここで、第 14図に示す位相回転量 Θ ！， Θ 2 - Θ „ は、正負の位相回転の一方についてのみ示したものである。これらの位相回転量は、必ずしも（ 360° /n) X I , ( 360° /n) X 2 … （360° /n) x n とする必要はなく、任意の値に設定することができる。

データ変換回路 100 (第 5 図）では、 n²個のデータ d,！〜d_{n n} を特定するために、第 1 の位相データ D_Aと第 2 の位相データ D_Bを位相軌跡制御部 200 に供給する。ただし、第 1 の実施例で位相デ一夕 D_A, D_B によつて位相の回転方向のみを特定していたのとは異なり、本実施例では位相データ DA, D_B によって、位相の回転方向と位相の回転量 0 : 〜 0 _Π とを特定している。

かくして、 m ビヅ卜のシリアルデータが 2 回の変調器出力として送出されることになる。したがって、たとえば、上述した楕円を位相軌跡として用いれば、伝送速度は従来の BPSKの（S/ C "¹- ¹ ^ Z"¹— ¹倍となり、半円状の位相軌跡を用いれば 2^m/7z;倍に向上する。

受信側では、伝送路 400 を介して得られた信号を位相検波器 500 および位相軌跡復調部 600 で復調し、位相データ _Daに起因した位相回転量 ø ₁ 〜 θ _n と、位相データ D_Bに起因した位相回転量 0 , 〜 0 _n とを得る。これらに基づいて、データ逆変換部 700 は、分割データ d i t 〜 d_{n n} の'いずれであるかを判別し、 m ビッ卜のシリアルデータを復調する。実施例 4

第 15図は、実施例 4 で用いるデータ構成を示した図である。本実施例においても、ハードウェア構成は実施例 1 とほぼ同様であるので、説明は省略する。

本実施例と第 1 の実施例との相違は、第 1 および第 2 の位相データ D_A， DB が、

(1) n個の位相回転量 0 , 〜 0 _n と、

(2) n個の回転開始位相 Φ , 〜 φ _n の組合わせによって規定されている点にある。その他の点については、第 1 の実施例と同様である。実施例 5

第 16図は、実施例 5 の要部の構成を示すブロック図である。本実施例は、第 6 図の乗算器 206 に供給する正弦波 sinc _rtを一般化して、関数 f (t) としたものである。これによつて、位相回転軌跡を円だけでなく、楕円や三角形にすることが可能である。

第 16図において、関数発生器 900 は、関数 f (t)を発生し、乗算器 206 に供給するものである。関数発生器 900 は、 I 軸信号を発生するための I 軸用 ROM902と、 Q軸信号を発生するための Q軸用 R0M904と、 I 軸信号に係数 a をかける乗算器 906 と、 Q軸信号に係数 b をかける乗算器 908 と、乗算器 908 の出力を 90度位相回転する移相器 910 と、乗算器 906 の出力に移相器 910 の出力を加算する加算器 912 とから構成されている。

ここで、係数 a,b を適宜設定することによって、各種の関数 f (t)を発生することができる。とくに、 a = b = l とし、 I 軸信号を cosw _rt， Q 軸信号を sinw _rtとすれば、

cos ω r t + j s l n ω r t ( a = b = 1 ) (8) となり、位相回転軌跡は円となる。また、 a = 1 ， b < a とすれば、 cos ω r t + j b sin ω _r t (a=l，bく a) (9) となり、位相回転軌跡は楕円となる。

本実施例によれば、円、楕円、三角形、直線など、複数の位相軌跡を発生することができる。これらの複数の位相軌跡を各分割データに割り当てて信号伝送を行うことも可能である。産業上の利用可能性本発明による位相変調方式による送信装置および受信装置は、テレビ、電話、パソコン通信等の通信分野全体にわたって、広く利用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 伝送すべき入力データを所定ビット数毎に区切り、分割データとして順次出力するデータ変換手段と、

前記分割データの各々を位相回転方向の正、負および回転しないという 3 値の位相回転情報で表現した位相軌跡制御信号を出力する位相軌跡制御手段と、

該位相軌跡制御信号に応じて伝送信号の位相を変化させる変調手段と

を具備することを特徴とする位相変調方式による送信

2 . 前記位相軌跡制御手段は、位相回転の方向に関わる前記 3 値の位相回転情報と、該位相回転を開始する位相とによって、前記分割データを表現した位相軌跡制御信号を出力することを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載の位相変調方式による送信装置。

3 . 前記位相軌跡制御手段は、位相回転の方向に関わる前記 3 値の位相回転情報と、該位相回転の位相回転量とによって、前記分割データを表現した位相軌跡制御信号を出力することを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載の位相変調方式による送信装置。

4. 前記位相回転量は、多値をとることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の位相変調方式による送信装

5 . 前記位相軌跡制御手段は、位相回転の方向に関わる前記 3値の位相回転情報と、該位相回転を開始する位相と、該位相回転の位相回転量とによって、前記分割データを表現した位相軌跡制御信号を出力することを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載の位相変調方式による送信装置。

6 . 前記位相軌跡制御手段は、前記位相回転の軌跡が、円、楕円、多角形、および直線状のうちの、少なくとも一つの軌跡を描くように、前記位相回転を制御することを特徴とする請求の範囲第 1 項に記載の位相変調方式による送信装置。

7 . 前記位相軌跡制御手段は、前記位相回転の軌跡の違いによって位相軌跡制御信号を表現することを特徴とする請求の範囲第 6項に記載の位相変調方式による

8 . 前記分割データを、前記位相回転情報および位相回転量によって表現する場合に、位相回転の開始位置が飛び飛びになって連続的な位相制御が不可能なときには、前記分割データを連続的な位相制御が可能なデータ群に分割し、各データ群毎に作成された分割データと位相軌跡制御信号との対照テーブルを記憶する手段と、異なるデータ群のデータを送信するときには、該テーブルの切り替えを指示するテーブル切り替えデータの送信を行う手段とを具備することを特徴とする請求の範囲第 2 項に記載の位相変調方式による送

9 . 前記分割データと前記テーブル切り替えデータとを制御するクロックの平均を計算する平均処理手段を具備し、該平均処理手段から出力された平均クロックによって前記分割データから位相軌跡制御信号への変換を制御することを特徴とする請求の範囲第 8 項に記載の位相変調方式による送信装置。

1 0 . 伝送すべき入力データを所定ビット数毎に区切り、順次出力された分割データの各々を、位相回転方向の正、負および回転しないとレ、う 3 値の位相回転情報で表現した位相軌跡制御信号に応じて、信号の位相を変化させて形成した位相変調信号を受信する位相変調方式による受信装置であって、

前記位相変調信号を検波する位相検波器と、該位相検波器の出力から前記位相軌跡制御信号を復調する位相軌跡復調手段と、前記位相回転情報を前記分割データに変換する変換手段と

を具備することを特徴とする位相変調方式による受信

11 . 前記位相軌跡制御信号は、位相回転の方向に関わる前記 3値の位相回転情報と、該位相回転を開始する位相とによって、前記分割データを表現し、前記位相軌跡復調手段は、該位相軌跡制御信号を復調することを特徴とする請求の範囲第 10項に記載の位相変調方式による受信装置。

12 . 前記位相軌跡制御信号は、位相回転の方向に関わる前記 3値の位相回転情報と、該位相回転の位相回転量とによって、前記分割データを表現し、前記位相軌跡復調手段は、該位相軌跡制御信号を復調することを特徴とする請求の範囲第 10項に記載の位相変調方式による受信装置。

13. 前記位相回転量は、多値をとることを特徴とする請求の範囲第 12項に記載の位相変調方式による受信装

14. 前記位相軌跡制御信号は、位相.回転の方向に関わる前記 3値の位相回転情報と、該位相回転を開始する位相と、該位相回転の位相回転量とによって、前記分割データを表現し、前記位相軌跡復調手段は、該位相軌跡制御信号を復調することを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の位相変調方式による受信装置。

1 5 . 前記位相軌跡制御信号は、前記位相回転の軌跡が、円、楕円、多角形、および直線状のうちの、少なくとも一つの軌跡を描くように、前記位相回転を制御され、前記位相軌跡復調手段は、該位相軌跡制御信号を復調することを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の位相変調方式による受信装置。

1 6 . 前記位相軌跡復調手段は、前記位相回転の軌跡の違いによって前記位相軌跡制御信号を復調することを特徴とする請求の範囲第 1 5項に記載の位相変調方式による受信装置。

1 7 . 前記位相軌跡復調手段は、連続的な位相制御が可能なデータ群に分割された分割データと位相軌跡制御信号との対照テーブルの切り替えを指示するテーブル切り替えデータが送信されてきたときには、該テ一ブル切 'り替えデータを復調することを特徴とする請求の範囲第 1 1項に記載の位相変調方式による受信装置。

1 8 . 前記分割データと前記テーブル切り替えデータとを制御するク口ックの平均を計算する平均処理手段を具備し、該平均処理手段から出力された平均クロックによって前記位相軌跡制御信号から前記分割データへの変換を制御することを特徴とする請求の範囲第 1 7項に記載の位相変調方式による受信装置。

1 9 . 伝送すべき入力データを所定ビヅト数毎に区切り、分割データとして順次出力するデータ変換手段と、

前記分割データの各々を位相回転方向の正、負および回転しないという 3値の位相回転情報で表現した位相軌跡制御信号を出力する位相軌跡制御手段と、

前記伝送信号を検波する位相検波器と、

該位相検波器の出力から前記位相軌跡制御信号を復調する位相軌跡復調手段と、

前記位相回転情報を前記分割データに変換する変換手段と

を具備することを特徴とする位相変調方式による送受

20 . 前記位相軌跡制御手段は、位相回転の方向に関わる前記 3値の位相回転情報と、該位相回転を開始する位相とによって、前記分割データを表現した位相軌跡制御信号を形成し、前記位相軌跡復調手段は、該位相軌跡制御信号を復調することを特徴とする請求の範囲第 1 9項に記載の位相変調方式による送受信装置。