10) 信号の復調

D-STARには、当面GMSKとQPSKの変調方式が使われることになっているのは既に述べた通りです。変調と同様にこの二つの変調方式の復調について説明します。

GMSK

GMSKの復調は図1のような一番簡単ないわゆるFM検波器でも復調できます。周波数が高くなればプラスの出力、低くなればマイナスの出力特性を持つディスクリミネータでGMSK変調のデジタル信号を復調します。変調側でガウシャンフィルタを通しているので復調された信号も角の取れた波形になっているため元のデジタル信号に波形整形します。

図1 ディスクリミネーターの特性

このような従来のFM検波器より効率が良くビットエラーレートも良好で、またデジタル通信によく使われているものに同期検波方式があります。これは図2のような構成になっていて、入力信号から同期信号を再生してその同期信号と90゜位相をずらせた二つの信号を別々のミキサで乗算し、その二つの出力を使って符号判定をして復調出力を取り出します。二つのミキサを使うのは受信信号の位相が変調によって90°変位するとプラス側でもマイナス側でも出力が0となって判定がつかないからです。同期信号の位相を90°シフトして受信信号とミキサするとこの判定がハッキリします。

図2 同期検波の構成

GMSKの復調にはこの他遅延検波も使われますが、QPSKの復調でこの遅延検波の説明をします。波形など少し異なりますが基本的な動作はほぼ同様になります。

QPSK

QPSK変調はπ/4シフトQPSKがよく使われることは変調の項で述べた通りです。π/4シフトQPSKは同じ符号を送り続けても各符号毎に位相が回転するようになっています。π/4シフトQPSKを普通のFM検波器で復調すると符号間のスレッショルドが明確にでにくいため、エラーが出やすく、このままではあまり実用化されていません。

π/4シフトQPSKの信号は二つに分けて片方をその符号の時間遅延させてもう一方の信号と乗算して復調する遅延検波器がよく使われます。その構成を図3に示します。

図3 遅延検波の構成

この構成をみると図2の同期検波とよく似ているのが分かります。一番大きく違う点は、同期検波では入力信号から変調をかける前のキャリヤである同期信号を再生して、その同期信号と入力信号を乗算して復調しますが、遅延検波では、入力信号を1符号分遅延させて入力信号と乗算して復調することです。

図4に示すように、上部の「データX」と「Y」は変調前の2値の信号で、QPSKでは一度に2ビット送れるため、左から11,10,00、01のように変調します。中程のサイン波形は少し見難いのですが、変調されている「入力信号」、「遅延信号」および90°位相をシフトした遅延信号「遅延90°」を表しています。入力信号と遅延信号を乗算して波形整形を通したものが出力I、また入力信号と遅延後90°位相シフトした「遅延90°」の信号を乗算して波形整形を通したものを出力Qで表しています。

図4 遅延検波の動作

これらの2つの出力は4つの状態を表しているのが図4の下側の出力IおよびQから読み取れます。符号判定の回路はこれらの信号を読み取り2ビットのデジタル信号として出力します。元々の「データX」「データY」と比べると元の信号に戻っているのが分かります。

同期検波回路と比べると、同期検波方式では同期信号を再生しなければならないのですが、そのための色々な方式があり、これが結構大変です。それに比べて、遅延検波方式では信号を1符号分遅延させるだけで済みますので、比較的簡単に構成できます。

デジタル通信の送信から受信まで、ハード的な回路および構成の説明は一巡したため今回で一応おわり、次回からは通信の手順などプロトコル関係を中心に説明します。