JP2002516039A - パルス振幅変調／直角位相振幅変調を用いる通信システムのクロック信号回復装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 データ通信受信器が同期パルス変調された信号を受信および復調してベースバンドＩ、Ｑ信号を供給するための従来の手段を含む。一対の絶対値発生器がベースバンドＩ、Ｑ信号を処理して絶対値Ｉ、Ｑ信号を供給する。それらの絶対値Ｉ、Ｑ信号は組合わされて組合わされたＩ、Ｑ信号を形成する。組合わされたＩ、Ｑ信号は第３の絶対値発生器に加えられる。その絶対値発生器の出力が低次フィルタによりボーレートまたはより高いレートによって濾波して回復されたクロック信号を生ずる。

Description

【発明の詳細な説明】 パルス振幅変調／直角位相振幅変調を用いる 通信システムのクロック信号回復装置関連出願 この出願は、１９９５年１０月２５日に出願された仮出願一連番号６０／００ ７，０５４号の利益を請求するものである。その写を付録Ａとしてここに添付し ている。発明の分野 本発明は全体として、同期パルス振幅変調を用いる通信装置に関するものであ り、とくにそれに使用するクロック信号回復装置に関するものである。発明の背景 セルラー電話システムなどのパーソナル通信の分野においては、技術の大きな 進歩によって比較的信頼できる、高品質の移動通信すなわちパーソナル通信が実 用化されている。典型的なセルラーシステムでは、多数の移動装置と、従来の地 上電話回線網に結び付ける「セル」としばしば呼ばれる、それより少数の施設と の間に無線通信が維持される。関連する通信技術では、衛星通信リンクが追加の 通信システムおよび選択肢を提供する。 全ての無線送信装置のように、セルラー電話システム等などのパーソナル通信 の運用は利用可能な周波数「スペース」に関して制限される。したがって、その ような限られた周波数スペースを効果的に使用するには、利用可能な通信チャネ ルの数を最大にするために通信チャネルの帯域幅を意図する用途のために実際に できるだけ狭くする必要がある。また、通信チャネルを効率的に使用するには、 送信される情報の量または各通信チャネルの帯域幅に適合させられる情報の量を 最大にすることを要する。所与のチャネル帯域幅内の情報すなわちデータの量を 増加するために、全体としてパルス振幅変調として知られている送信法をしばし ば使用する。名称が意味しているように、その変調形式は、システムが指定する 振幅の１つに対応するパルス振幅を持つパルスの形でデータを通信する。たとえ ば、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ｉ ｎｔｅｒｉｍ Ｓｔａｎｄａｒｄ ５４およびＩＳ１３８により採用されている 変調形式は、差動移相キーイング、またはＤＰＳＫとして一般に知られている直 線変調技術を使用する。採用されている規格の１つの変型が４分のパイ移相キー ド、またはII／４ ＱＰＳＫ、として一般に知られている。また、この規格はロ ールオフ付き余弦平方根フィルタまたは０．３５のII／４ ＤＱＰＳＫ（４分の パイ差動移相キーイング）を利用し、帯域幅効率におけるそれの主な利点を享受 している。 そのような変調形式で動作するシステムでは、Ｉ、Ｑ信号成分は送信のために 搬送波を直交変調する。Ｉ、Ｑ成分の直交変調が好ましい理由は、Ｉ、Ｑ成分の 間の漏話すなわち交叉結合が直交変調では非常に小さくされ、かつ後でＩ、Ｑ信 号成分を分離することが容易だからである。受信器内部では、受信した信号の周 波数を中間周波数信号に変換し、その後でその中間周波数信号を同期検波して、 回復したＩ、Ｑ成分を持つベースバンド信号を発生する。その後でデータ検出器 がＩ、Ｑベースバンド成分を処理してデータを回復する。受信機でのデータの正 確な検出には、送信器によるデータ符号化中に用いたクロック信号に、周波数お よび位相が一致するクロック信号すなわちタイミング信号を利用できることを要 する。利用できるチャネル帯域幅が限られているということを考えると、クロッ ク信号を別に送信することは実際的ではないから、受信器は送信器に同期された クロック信号を局部的に発生する。クロック信号回復と一般に呼ばれている処理 を用いて、受信信号からクロック信号情報を取出す。その情報をタイミング信号 として用いて、符号化されているデータを同期検出する。適正に同期されている クロック信号を用意することはデータ検出における重要な要因であるから、回復 したクロック情報に応答する極めて緊密なフェーズ・ロック・ループが受信器の クロックを用いて動作する。 予測されたであろうように、当業者によりかなりの種類のクロック信号回復装 置が提供されている。たとえば、クロック信号回復は中間周波数信号またはベー スバンド信号を用いて実行されている。そのうえ、クロック回復装置は、データ 検出装置により発生されたデータをクロック回復プロセスで利用する「データ支 援」、または検出されたデータとは独立にクロック回復を実行する「非データ支 援」、として一般に呼ばれる。 一般的な規則として、データ支援クロック回復装置は、十分に小さい信号ジッ タを示す回復された信号を得るのに、非データ支援装置よりも大きな利点を享受 する。しかし、データ支援クロック回復装置には誤差累積の問題があり、かつよ り多くの処理を要するためにクロック信号回復が比較的遅い。後者の問題は、ク ロック信号回復装置は機能するためにデータ検出装置からの出力データを必要と し、一方、データ検出装置はそれの検出を実行するために回復されたクロック信 号を必要とする、ことから起きるものである。実際には、この問題は、送信され る信号内の既知の初期データ列の使用を基にした遅い初期獲得サイクルを利用す ることにより対処される。 上記とは対照的に、非データ支援クロック信号回復装置は早いクロック回復を 達成し、かつデータ支援装置が示す誤差累積の問題は生じない。しかし、非デー タ支援装置には過大なクロック信号ジッタすなわち位相ノイズが生じる。チャネ ルを等化し、かつデータを検出するために回復されたクロック信号を用いるため に、回復されたクロック信号におけるジッタは受信器の誤差性能に直接影響する から、そのようなジッタは当然最小にしなければならない。したがって、現在の クロック信号回復装置は、それがデータ支援であれ、非データ支援であれ、クロ ック信号の回復の有効性と信頼性を大きく妥協する結果となる。したがって、速 いクロック信号回復と、ジッタが小さく、しかも誤差累積問題を生ずることのな いクロック信号回復装置の需要がこの技術に存在する。発明の背景 したがって、本発明の目的は改良したクロック信号回復装置を得ることである 。本発明の一層特定の目的は、同期パルス振幅変調を利用する通信システムに使 用するための、改良したクロック信号回復装置を得ることである。本発明の更に 一層特定の目的は、クロック回復が迅速で、ジッタが小さい性能を持ち、誤差累 積問題を避けた、改良したクロック信号回復装置を得ることである。 本発明に従って、送信される搬送波を変調する基準クロック信号を用いて、Ｉ 、Ｑベースバンド信号成分を形成する周期的振幅変調パルスの形でデータを符号 化し、かつ送信された搬送波を受信器が受信しでＩ、Ｑベースバンド信号を回復 する、デジタルデータ通信システムに使用するための、Ｉベースバンド信号成分 を受けるためのＩ信号成分入力端子、Ｉ信号成分を絶対値Ｉ信号に変換するため の手段、および絶対値Ｉ信号出力端子、を有する第１の絶対値発生器と、Ｑベー スバンド信号成分を受けるためのＱ信号成分入力端子、Ｑ信号成分を絶対値Ｑ信 号に変換するための手段、および絶対値Ｑ信号出力端子、を有する第２の絶対値 発生器と、絶対値Ｉ、Ｑ信号出力端子に結合され、絶対値Ｉ、Ｑ信号を組合わせ て、組合わされた絶対値信号ＩとＱを形成するための組合わせ手段と、 組合わせ手段に結合され、組合わされたＩ、Ｑ絶対値信号の絶対値を発生する ための第３の絶対値発生器と、 第３の絶対値発生器に結合され、基準クロック信号の周波数に対応する通過帯 域を有して、濾波されたクロック基準信号を発生するクロック信号フィルタとを 備えるクロック信号回復装置が得られる。図面の簡単な説明 本発明の、新規であると信ぜられる諸特徴を、添付した請求の範囲でとくに述 べてある。下記の説明を添付図面と一緒に参照することにより、本発明は、それ のその他の諸目的および諸利点とともに最も良く理解できる。添付図面のいくつ かの図では同じ参照番号は同じ要素を識別するものである。 第１図は本発明に従って構成したクロック信号回復装置を用いるデジタル通信 装置内の受信器の一部のブロック図を示す。 第２図は本発明のクロック信号回復装置のブロック図を示す。 第３図は本発明のクロック信号回復装置を用いる典型的な回復されたクロック 信号のグラフ表現を示す。好適な実施例の説明 第１図は、本発明のクロック信号回復装置を用いているデジタル通信装置の例 を示す。この通信装置を全体として番号１０で示す。受信器１０は、通常の周波 数変換器１２に結合されている受信アンテナ１１を含む。その周波数変換器の出 力端子が中間周波数増幅およびフィルタ回路１３に結合される。ベースバンド信 号検波器１４がＩ信号出力端子２０とＱ信号出力端子２１を含み、かつ中間周波 数回路１３に結合される。データ検出器１５がベースバンド入力端子２２、２３ と、検出されたデータの出力端子２４とを含む。ベースバンド入力端子２２、２ ３はベースバンド検出器１４の出力端子２０、２１にそれぞれ結合される。従来 の製造技術に従って製造できるプロセッサ１６が双方向結合２５によりデータ検 出器１５に作用的に結合される。 本発明に従って製作された、以下に詳しく説明するクロック信号回復装置３０ はＩ信号入力端子３１とＱ信号入力端子３２を含む。Ｉ信号入力端子３１はベー スバンド検出器１４の出力端子に結合され、Ｑ信号入力端子３２は回復されたク ロック信号の出力端子３３に結合される。従来の製造技術により製作された受信 器クロック３４は、クロック信号をデータ検出器１５のクロック入力端子に供給 する出力端子４０を含む。従来のフェーズ・ロック・ループ３５がクロック３４ に結合されているクロック信号入力端子３６と、クロック回復回路３０の出力端 子３３に結合されているクロック基準信号入力端子３７とを含む。フェーズ・ロ ック・ループ３５の出力端子３８がクロック３４に結合されて、クロック３４に 作用するフェーズ・ロック・ループ結合を完成する。 動作においては、アンテナ１１と、周波数変換器１２と、中間周波数フィルタ １３と、ベースバンド検波器１４とが従来の技術に従って動作し、アンテナ１１ により受信された送信されたデータ通信信号が周波数変換器１２により、中間周 波数増幅器１３の通過帯域に対応する中間周波数信号に変換される。中間周波数 フィルタ１３は望ましくない調波信号と妨害信号を除外し、濾波された中間周波 数信号をベースバンド検波器１４に供給する。ベースバンド検波器１４は、それ ぞれベースバンドＩ、Ｑ信号成分を中間周波数信号から回復するために、同期検 出などの従来の復調技術を利用し、ベースバンドＩ、Ｑ信号入力をデータ検出器 １５に供給する。 更に従来の製造技術に従って、アンテナ１１で受信された信号は同期パルス振 幅変調に従って変調された搬送波信号を含む。上記のように、そのような変調装 置は周知であって、それらは形式が多少は異なるが、より効率的なやり方でデー タを通信するために、所定の振幅レベル内で振幅変調された周期的データパルス の、それらの変調装置における使用は類似する。下記の本発明の装置では、使用 する同期パルス振幅変調の形式がII／４ ＱＰＳＫ変調またはII／４ ＤＱＰＳ Ｋ変調として知られているものであると仮定する。したがって、データ検出器１ ５はプロセッサ１６と、クロック３４により局部的に発生されたクロック信号と に応答して動作し、変調されたデータを検出し、かつ検出されたデータを出力端 子２４に供給する。 上記のように、II／４ ＱＰＳＫまたはII／４ ＤＱＰＳＫなどの同期パルス 振幅変調装置内のデータ検出器を適切に動作させるためには、送信器でデータを 符号化する際に用いられるクロック信号に位相と周波数とが同期している局部ク ロック信号をデータ検出器に供給することを要する。この位相同期と周波数同期 を行うために、フェーズ・ロック・ループ３５はクロック３４により発生された 局部クロック信号のサンプルと、クロック信号回復装置３０により回復された入 力端子３７における基準信号入力とに応答しで動作する。クロック３４を同期す るために種々のフェーズ・ロック・ループを使用できるが、受信器内の局部クロ ック回路を制御するために、送信器のクロック信号に確実に関連させられている 基準信号を、全てのフェーズ・ロック・ループは基本的に必要とする。 本発明に従って、クロック回復回路３０はこの重要な要求を新規かつ進歩的な やり方で満たす。以下にクロック信号回復装置３０の動作を非常に詳細に述べる 。しかし、ここでは、クロック信号回復装置３０はベースバンド検波器１４から ベースバンドＩ、Ｑ入力信号を受け、フェーズ・ロック・ループ３５に使用する 回復された基準クロック信号を含む出力信号を出力端子３３に生ずる、ことに注 目することで十分である。クロック信号回復装置３０はベースバンドＩ、Ｑ信号 を使用するベースバンド回復装置であることに注目すべきである。クロック信号 回復装置３０は、データ検出器１５により回復される検出されたデータを利用す ることなしに動作するから、非データ支援装置であることにも注目すべきである 。その結果、クロック信号回復装置３０は遅い初期獲得サイクルと、データ支援 装置を悩ました誤差累積傾向とを示さない。しかし、従来技術の非データ支援装 置とは対照的に、クロック信号回復装置３０は、非データ支援クロック信号回復 装置では従来達成できなかった、データ支援装置の非常に優れたクロック信号ジ ッタ性能特性を提供する。 第２図は、第１図に番号３０で全体として参照する本発明のクロック信号回復 装置のブロック図を示す。第１図を参照して上で述べたように、クロック信号回 復装置３０はＩ信号入力端子３１、Ｑ信号入力端子３２と、回復されたクロック 信号出力端子３３とを含む。絶対値発生器５０が、Ｉ信号入力端子３１に結合さ れた入力端子６１と、出力端子６２とを含む。加算ネットワーク５３が、Ｉ信号 出力端子５２に結合された加算入力端子５４と、Ｑ信号出力端子６２に結合され た減算入力端子５５とを含む。加算ネットワーク５３は発生器５０、６０の絶対 値出力を組合わせて、組合わされた出力５６を生ずる。その出力は第３の絶対値 発生器７０に加えられる。発生器７０はフィルタ７３の入力端子７４に結合され た出力端子７２を含む。フィルタ７３は濾波された信号出力端子５３を含む。そ の出力端子５３はフェーズ・ロック・ループ３４の入力端子３７に上記のように して結合される。また、フェーズ・ロック・ループ３４はクロック３４からサン プルクロック信号を入力端子３６に受け、クロック制御信号を出力端子３８に受 ける。その制御信号は第１図に示すようにしてクロック３４に加えられる。 動作では、入力端子３１、３２におけるベースバンドＩ、Ｑ信号が絶対値発生 器５０、６０により絶対値Ｉ、Ｑ信号に変換され、加算ネットワーク５３に加え られる。本発明の重要な面に従って、従来技術の装置で使用されている二乗回路 ではなくて絶対値発生器５０、６０を使用すると、信号の歪みが十分に低くなり 、装置のプロセッサにより求められる処理が大幅に節約される。加算ネットワー ク５３内で組合わされた絶対値Ｉ、Ｑ信号は絶対値発生器７０において更に絶対 値が求められる。本発明の重要な面に従って、組合わせたＩ、Ｑ絶対値信号を処 理する第３の絶対値発生器７０を使用すると信号の歪みが一層小さくなる。その 後で組合わせたＩ、Ｑ絶対値信号をフィルタ７３で濾波する。フィルタ７３はク ロック回復回路３０内のクロック濾波機能を実行して、望ましくない調波および 信号成分を十分に除去し、回復されたクロック信号を強める。フィルタ７３は、 それの好適な実施例では、ボーレートまたはより高いレートを含み、フェーズ・ ロ ック・ループ３４が使用する回復された基準クロック信号を構成する、発生器７ ０により発生された絶対値信号からクロック信号周波数成分を選択するために低 次フィルタが機能する。 第３図は、フィルタ７３の出力端子３３（第２図に見える）に現れる、本発明 のクロック信号回復装置を用いて回復された典型的なクロック信号のグラフ表現 を示す。第３図は垂直軸１０１に沿って相対的な振幅を示し、水平軸１００に沿 って時間を示す。比較および説明のために、適当なベースバンドＩ成分信号を点 線カーブ１０２として示す。対応する回復されて、上記本発明のクロック信号回 復装置により提供されたクロック基準信号を実線カーブ１０３として示す。図か ら分かるように、カーブ１０３の信号波形は複数の正へ向かうピーク１０４ない し１１１を構成する。それらのピークは全体として時間的に等間隔で隔てられ、 振幅が比較的一定である。更に、カーブ１０３の信号波形は複数の負へ向かうピ ーク１１２ないし１１８を構成する。それらのピークは正へ向かうピーク１０４ ないし１１１の間に挟まれる。負へ向かうピーク１１２ないし１１８も全体とし て時間的にほぼ等間隔で隔てられ、かつ比較的一定のピーク振幅も構成する。回 復されたクロック信号の間の時間間隔が比較的一様であるために、局部クロック 信号を制御するフェーズ・ロック・ループが使用する周期的で信頼できる基準情 報が得られる。信号ピークの安定で不変の振幅のために、フェーズ・ロック・ル ープの基準信号に望ましくない位相誤差が導入されることもなくされる。 したがって、本発明のクロック信号回復装置により、受信器のクロック・フェ ーズ・ロック・ループを同期させるために容易に使用できるピーク部分を構成す る回復された基準クロック信号が得られることが当業者には明らかであろう。本 発明のクロック信号回復装置によりデータ支援装置および非データ支援装置の両 方の諸利点が得られ、しかもそれらの装置の諸欠点が避けられることも当業者に は等しく明らかであろう。 本発明の特定の実施例を示し、説明したが、本発明の広い面において本発明か ら逸脱することなしに変更および修正を行うことができることが当業者には明ら かであろう。したがって、添付した請求の範囲の狙いは、そのような変更および 修正の全てが本発明の真の範囲内に含まれるものとして、そのような変更および 修正の全てをカバーすることである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 送信される搬送波を変調する基準クロック信号を用いて、Ｉ、Ｑベース バンド信号成分を形成する周期的振幅変調パルスの形でデータを符号化し、かつ 受信器が送信された搬送波を受信してベースバンド信号ＩとＱを回復する、デジ タルデータ通信システムにおいて、前記受信器は、 前記ベースバンドＩ信号成分を受けるためのＩ信号成分入力端子、前記Ｉ信号 成分を絶対値Ｉ信号に変換するための手段、および絶対値Ｉ信号出力端子、を有 する第１の絶対値発生器と、 前記ベースバンドＱ信号成分を受けるためのＱ信号成分入力端子、前記Ｑ信号 成分を絶対値Ｑ信号に変換するための手段、および絶対値Ｑ信号出力端子、を有 する第２の絶対値発生器と、 前記絶対値Ｉ信号出力端子および前記絶対値Ｑ信号出力端子に結合されて、前 記絶対値Ｉ信号および前記絶対値Ｑ信号を組合わせて、組合わされたＩおよびＱ 絶対値信号を形成するための組合わせ手段と、 この組合わせ手段に結合され、前記組合わされた絶対値信号ＩおよびＱの絶対 値を発生するための第３の絶対値発生器と、 この第３の絶対値発生器に結合され、基準クロック信号の周波数に対応する通 過帯域を有して、濾波されたクロック基準信号を発生するクロック信号フィルタ と、 を備えるクロック信号回復装置を備える、デジタルデータ通信システム。 ２． 前記クロック信号フィルタはボーレート・フィルタである請求の範囲１ 記載の通信システム。 ３． 前記データはII／４ ＱＰＳＫ変調された信号として前記送信される搬 送波を変調させられる請求の範囲２記載の通信システム。 ４． 前記クロック信号フィルタの前記濾波されたクロック基準信号は、前記 基準クロック信号に等しい周波数で複数のほぼ周期的な振幅ピークを定める請求 の範囲３記載の通信システム。 ５． 位相が分離されている一対のベースバンド信号成分を有するベースバン ド信号の形でデータを符号化するために、送信器基準クロックにより制御される 同期パルス振幅変調を用いる受信器であって、前記受信器内で動作するクロック 信号回復装置が、 前記一対の位相が分離されているベースバンド信号成分に応答して、第１の絶 対値ベースバンド信号および第２の絶対値ベースバンド信号を生ずる第１の絶対 値発生器および第２の絶対値発生器と、 前記第１の絶対値ベースバンド信号および前記第２の絶対値ベースバンド信号 を組合わせて、組合わされた信号を形成する手段と、 この組合わせ手段に結合され、組合わされた絶対値ベースバンド信号を生ずる 第３の絶対値発生器と、 この第３の絶対値発生器に結合され、濾波されたクロック基準信号を生ずるフ ィルタと、 を備える受信器。 ６． 前記同期パルス振幅変調はII／４ ＱＰＳＫ変調であり、前記一対の位 相が分離されているベースバンド信号成分は直角位相関係にあるＩ信号およびＱ 信号である請求の範囲５記載の受信器。 ７． 前記フィルタは、前記送信器基準クロックの周波数に全体として中心に 置かれる通過帯域周波数を有するボーレート・フィルタを含む請求の範囲６記載 の受信器。 ８． 前記組合わせ手段は前記第２の絶対値ベースバンド信号を減算的に組合 わせるための手段を含む請求の範囲７記載の受信器。 ９． II／４ ＱＰＳＫ変調されたＩベースバンド信号成分およびＱベースバ ンド信号成分を有する送信された信号を受けるデータ通信受信器内で動作するク ロック信号を回復する方法であって、 前記送信された信号に応答してＩベースバンド信号成分およびＱベースバンド 信号成分を供給する過程と、 前記Ｉベースバンド信号に応答して絶対値Ｉ信号を発生する過程と、 前記Ｑベースバンド信号に応答して絶対値Ｑ信号を発生する過程と、 前記絶対値ＩおよびＱ信号を組合わせて組合わされた信号を形成する過程と、 前記組合わされた信号の組合わされた絶対値を発生する過程と、 前記組合わされた絶対値信号を濾波して、周期的ピーク振幅を持つ信号を形成 する過程と、 前記ピーク振幅を用いて受信器クロック信号の発生を制御する過程と、 を備えるデータ通信受信器内で動作するクロック信号を回復する方法。 １０． II／４ ＱＰＳＫ変調されたＩベースバンド信号成分およびＱベース バンド信号成分を有する送信された信号を受けるデータ通信受信器内で動作する クロック信号を回復するクロック信号回復装置であって、 前記送信された信号に応答してＩベースバンド信号成分およびＱベースバンド 信号成分を供給する手段と、 前記Ｉベースバンド信号に応答して絶対値Ｉ信号を発生する手段と、 前記Ｑベースバンド信号に応答して絶対値Ｑ信号を発生する手段と、 前記絶対値ＩおよびＱ信号を組合わせて組合わされた信号を形成する手段と、 前記組合わされた信号の組合わされた絶対値を発生する手段と、 前記組合わされた絶対値信号を濾波して、周期的ピーク振幅を持つ信号を形成 する手段と、 前記ピーク振幅を用いて受信器クロック信号の発生を制御する手段と、 を備えるデータ通信受信器内で動作するクロック信号を回復するクロック信号回 復装置。