JP3122104B2 - 可変レート方形整合フィルタ - Google Patents

可変レート方形整合フィルタ

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Description

【発明の詳細な説明】 背景 1.発明の分野 この発明は、可変レート(可変動作速度または周波
数)方形整合フィルタに関し、特に、サンプル間入力の
積分を正確に表わすサンプル出力を有しかつ完全整合フ
ィルタに代わる回路環境で動作可能なフィルタに関す
る。
2.技術の説明 従来、周期的にキー入力されたデータの信号対雑音比
を増大させるためにいくつか異なったタイプの回路が使
用されていた。このような回路は、完全方形整合フィル
タの代替品として一般に認識されている。このような回
路の典型的な例として、データストリームを示す連続出
力を供給するために、蓄積および消去を繰返すバッファ
を必要とする積分ダンプ回路が知られている。このよう
な積分ダンプ回路は基本的にアナログ装置と認識され、
固定データレートに適応するように設計される。
完全整合フィルタに代わるもう1つの例として、抵抗
器、キャパシタおよび誘導性リアクタンス素子を使用
し、かなり複雑なアナログ構成となる集中素子フィルタ
が知られている。このフィルタは積分ダンプ回路と同じ
欠点を有しているが、単一フィルタの形式で実施され
る。集中素子フィルタは積分ダンプ回路ほど正確ではな
いが、完全方形整合フィルタと認識され、基本的に周波
数がフィルタ設計により固定されるアナログ装置であ
る。
完全整合フィルタに代わるもう1つの例として、基本
的に固定レートアナログ装置であるタップ遅延線があ
る。この装置は、タップ遅延線からの複数の遅延出力を
累積するという基本原理で動作する。これら遅延出力の
合計は整合フィルタの出力に代わるものとなる。
広範な周波数帯域にわたって動作し、完全方形整合フ
ィルタの出力に近い可変レートでかつ簡単な回路構成が
必要とされている。
発明の概要 この発明の主な目的は、可変レート方形整合フィルタ
を提供することである。
この発明のもう1つの主な目的は、完全方形整合フィ
ルタに代わる回路環境で動作可能で、新規かつほぼ完全
な整合フィルタを提供することである。
この発明のもう1つの目的は、可変レートのほぼ完全
な方形整合フィルタを提供することである。
この発明の一般的な目的は、整合フィルタの従来の代
替品よりも複雑でなく、可変周波数レーロの範囲わたっ
て従来の装置よりも整合フィルタに近似したタイプのほ
ぼ完全な整合フィルタを提供することである。
図面の簡単な説明 第1図は、この発明の動作モードを説明しかつこの発
明の整合フィルタと比較するためのアナログの完全方形
整合フィルタを説明するのに使用される基本素子のブロ
ック図である。
第2図は、この発明の好ましい実施例のディジタルの
可変レート擬完全方形整合フィルタのブロック図であ
る。
第3図は、第2図および第3図の回路の入力および出
力を示す波形である。
第4図は、第2図に示される本発明の好ましい実施例
で生じる完全整合フィルタの性能からの低下または逸脱
を示す曲線である。
好ましい実施例の説明 完全整合フィルタのブロック図を示す第1図を参照し
て、完全な整合フィルタが存在しないことはフィルタを
設計する当業者に理解されているが、その代替品と比較
するために完全な整合フィルタの出力を数学的に決定す
ることは可能である。第1図は、完全積分器12に与えら
れるベースバンドNRZデータのようなアナログ波形入力
を受ける入力11を有する完全整合フィルタ10を示す。ラ
イン13上の完全積分器12の出力は、ライン11上の入力波
形の長い経過時間から現在までの積分である。ライン13
上の積分されたデータストリームは、加算回路14の正入
力に与えられる。ライン13上の積分されたデータストリ
ームはまた、データストリームを1シンボル時間Ts遅延
させるシンボル時間遅延回路15に与えられる。ライン16
上の遅延出力は、加算回路14の負入力に与えられ、ライ
ン17上に完全整合フィルタの出力を発生する。このライ
ン17上の出力は、シンボル間で発生するブロックパルス
tによって各シンボルまたはシンボル時間の終わりにサ
ンプリングされる。サンプリング回路18は、ライン11上
の整合フィルタ入力を示すライン19上の使用可能なサン
プルを発生する。ライン21上のクロックは、あるシンボ
ルの終わりとその次のシンボルの始まりとの間の時間ス
レッショルドを特定するようになっている。仮想線で示
される理想または完全方形整合フィルタ10が電子回路で
達成可能であれば、従来から用いられている積分ダンプ
回路、集中素子フィルタ、タップ遅延線のような代替回
路は全く必要ないことになる。
完全な方形整合フィルタの新規な代替品を示す第2図
を参照して、可変レート擬完全方形整合フィルタ20は、
第1図で使用されたものと同じライン11のアナログ波形
入力を有する。ライン11上の位相シフトキーデータは、
時定数τを有する単極ローパスフィルタ22に与えられ
る。このようなフィルタは周知であり、受動フィルタと
して単一の抵抗器とキャパシタで実現されてもよく、能
動フィルタとして増幅器を用いてもよい。ライン23上の
ローパスフィルタ22の出力は、シンボル時間Ts間の境界
にある時間tで入力信号のアナログサンプルをとるサン
プリング回路24に与えられる。ライン25上のサンプリン
グ回路24のアナログ出力は、アナログ−ディジタル変換
器26に与えられ、ライン27上にディジタル出力を供給す
る。このディジタル出力はディジタル加算器28の正入力
に与えられる。ライン27上のディジタル出力はまた、バ
ッファレジスタ31を有する乗算器29に与えられる。レジ
スタ31は、ディジタル加算器28の負入力に与えられるラ
イン32上に出力を生成する。ディジタル加算器28は、バ
イナリ判定ブロック34とされている実際の装置に与えら
れるライン33上の整合フィルタ20の出力サンプルを生成
する。バイナリ判定ブロック34は、シンボル間に生じる
時間tでそのサンプルが「1」か「0」かを判別する。
整合フィルタ20を同期化するために、入力データストリ
ーム11はシンボルトラッキングループ35に与えられ、ラ
イン36上にシンボル時間Ts間にクロック信号tを生成す
る。ライン36上のクロックまたはt時間表示はサンプリ
ング回路24および乗算器29に与えられ、波形の方向に関
係なくシンボルTs間の境界点で瞬間的なサンプルが得ら
れる。第2図は、パルス入力に対する応答が方形(矩
形)出力である方形整合フィルタを表わす。
次に、第1図および第2図の入力および出力の波形を
示す第3図を参照して、この発明の擬完全整合フィルタ
20の動作と完全整合フィルタ10の理論上の動作とを比較
して説明する。第3図(A)は、フィルタ10および20の
入力ライン11に与えられる典型的なNRZ(non return to
zero)波形を示す。第1図および第2図の回路動作を
説明するために、2進の値「0」および1」がシンボル
時間Tsの遷移点で与えられている。第3図(B)に示さ
れるライン13上の波形は、第3図(A)に示されるパル
ス波形がライン11上に与えられる前にライン11上の入力
データストリームは「0」が長く続いていると仮定した
ものである。このため、時間0つまり点37で始まり、波
形の最初のシンボルまたは遷移時間Tsの間に上昇し、そ
の後反転して直線的に下降し始め、反転を生じる反転ま
たは遷移点38に至る。波形は、データストリームが再び
点39で反転するまで上昇し、点41で停止する。第3図
(B)に示される波形は加算回路14の入力としてライン
13上に生じる。ライン17上の加算回路14の出力は第3図
(C)に示されている。サンプリング点は、2進データ
「0」または「1」を付けた時間t間隔でとられる。第
3図(C)に示されるアナログ波形42がシンボル間の境
界点でサンプリングされると、電圧サンプルが理想的に
中心または通常ライン43よりも上または下になり、図示
されたサンプリング点でデータの2進の大きさを特定す
る。入力データストリーム11はまた、白色ガウスノイズ
およびデータ信号とともに存在する干渉信号波形を含ん
でいる。このデータ信号は十分な電圧の大きさを有し、
対象となる点を中央のライン43を超えてシフトさせ、ビ
ットエラーを生じさせることになる。
第3図(A)に示されるライン11上の入力アナログ波
形の結果として単極ローパスフィルタ22からの出力波形
を示す第3図(D)を参照して、曲線上の対象となる点
間の過程はもはや直線ではなく、第3図(B)に示され
た完全な直線から僅かにずれている。点44におけるフィ
ルタ22からの出力は、長い「0」の列が先行するという
過程のために、その最も低い入力点に合わされた起点45
よりも僅かに上に示されている。もしこのような「0」
の列が先行しなければ、点44は点45よりも下になるはず
である。点46は点44とほとんど同じレベルになるが、こ
の相違がこの新規な擬完全方形整合フィルタ20の動作モ
ードにその出力において影響を及ぼすことはない。
第3図(C)に示されたライン17上の波形42と比較す
るためにライン33上の補正されたディジタル信号がアナ
ログ信号に変換された場合は、第3図(E)示されるよ
うに理論的な波形が出力ライン33上に生じることにな
る。ライン33上の実際の波形はディジタルであり、ブロ
ック34における判定のために変換を必要とせず、ライン
11上の入力に対するディジタルデータサンプル出力が得
られる。第3図(E)に示される加算器28からの出力ラ
イン33上の出力は第3図(C)に示される完全整合フィ
ルタの出力に非常に近似した値となり、シンボル時間Ts
の遷移点でサンプリングされる場合は、第1図に示され
る加算回路14の後にほとんど同じ波形をサンプリングす
る完全整合フィルタとほとんど同じ正確さまたはほぼ同
じ正確さでバイナリ判定を行なうことができる。このた
め、点47でとられた波形の2進値は、サンプリングされ
た点47に先行する時間Tsの間に2進の「1」を有する値
を示す。同様に、点48および49でのサンプリング時間に
先行する時間の2進値は、点48および49における波形の
ディジタル値が中央の基準値ライン51よりも下であると
みることにより、2進の「0」であると正確に判定され
る。
第3図(F)は、第3図(A)〜(E)に示される波
形上の境界点を分離するシンボル時間Tsの時分割を示
す。時分割Tsよりも下に示されるディジタル出力または
ディジタル値は、ブロック34によって判定される2進の
「1」または「0」であり、第2図の出力ライン19上に
使用可能なデータを供給する。
完全整合フィルタ10および擬完全方形整合フィルタ20
の入力および出力に生じる波形を説明したところから明
らかなように、第1図の理論上の実施例とほぼ同じ正確
さで第2図の実施例でもバイナリ判定が行なわれる。フ
ィルタ10の完全積分器12は理論的に無限大の時定数を有
しているので、実時定数τを有する単極ローパスフィル
タ22を用いると低下が生じる。この発明の好ましい実施
例では、単極ローパスフィルタ22の時定数τは好ましく
はシンボル期間Tsの2倍から10倍の時定数を有し、後述
する近似値を得るようにされる。
フィルタ22からの信号出力の低下を考慮するために乗
算器29で用いられるk値は、後述する波形から正確に決
定することができる。フィルタ22の時定数τをシンボル
時間Tsで割った比τ/Tsに対する低下をデシベルで示す
第4図を参照して、好ましくは、比τ/Tsは3よりも大
きく、しかも第4図に示される好ましい比の範囲に設定
される。曲線54はexp(−Ts/τ)に等しいkの最良の値
が乗算器29で用いられた場合を示し、ファクタkが曲線
55に示されるように0.75の固定値にされる場合よりも低
いτ/Tsの比のところでその低下はデシベルで急速に落
ちている。いずれの場合でもτ/Tsの設計比が3よりも
大きければ、低下波形54および55は0.2デシベルよりも
十分下になる。しかしながら、波形55のデシベルでの低
下は6〜7の比のあたりで0.2デシベルよりも上に上昇
し始める。したがって、理想整合フィルタに極めて近い
性能を得るためには3〜5の比を用いるのが最良であ
る。
この発明の好ましい実施例を説明したところから明か
らなように、ディジタルフィルタ20は理想または完全整
合フィルタと非常に近似して動作するだけでなく、入力
データの入力周波数の広い範囲にわたってこの性能の範
囲を維持することができる。このフィルタ20は、入力デ
ータレートが入力ライン11上で変化するときは必ずクロ
ックレートtを変化させるセルフクロッキングまたはシ
ンボルトラッキングループ35を有している。第4図に示
された擬完全性能および僅かな低下を維持するために必
要な他のファクタは、乗算器29におけるtファクタが本
発明による擬完全方形整合フィルタを最良の状態におく
ようにτ/Tsの比を好ましい範囲に維持することであ
る。
これと反対に、集中素子フィルタ、タップ遅延線のよ
うな整合フィルタに近似するように用いられた従来の装
置はすべて極めて狭い周波数領域に設計され、可変レー
トフィルタではないと考えられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キングストン,サミュエル・チャールズ アメリカ合衆国、84103 ユタ州、ソル ト・レイク・シティ ウェスト、87、ノ ース、300、アパートメント・306 (56)参考文献 米国特許4477914(US,A)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力シンボルデータストリームに結合さ
    れ、時定数τを有するローパスフィルタと、 前記ローパスフィルタの出力に結合され、各シンボル時
    間Tsの終わりに前記シンボルデータストリームのサンプ
    ルを供給するサンプリング手段と、 前記サンプリング手段の出力に結合され、ディジタルデ
    ータサンプル出力信号を供給するアナログ−ディジタル
    変換手段と、 前記アナログ−ディジタル変換手段の出力に結合され、
    前記アナログ−ディジタル変換手段の出力にファクタk
    =exp(−Ts/τ)を乗算するディジタル乗算手段と、 前記ディジタル乗算手段の出力を前記アナログ−ディジ
    タル変換手段の出力に同期させる手段と、 前記アナログ−ディジタル変換手段の出力に結合された
    正入力および前記ディジタル乗算手段の出力に結合され
    た負入力を有し、ディジタルサンプルを供給するディジ
    タル加算手段と、 前記入力シンボルデータストリームに結合され、前記サ
    ンプリング手段および前記ディジタル乗算手段に出力ク
    ロック信号を供給して擬完全方形整合フィルタを可変入
    力データレートに調整するクロック手段とを含む、可変
    レート擬完全整合フィルタ。
  2. 【請求項2】前記ローパスフィルタは単極ローパスフィ
    ルタを含む、請求項1に記載の可変レートフィルタ。
  3. 【請求項3】前記入力シンボルデータストリームはベー
    スバンドデータを含む、請求項1に記載の可変レートフ
    ィルタ。
  4. 【請求項4】前記クロック手段はシンボルトラッキング
    ループを含む、請求項1に記載の可変レートフィルタ。
  5. 【請求項5】前記ファクタkは固定されている、請求項
    1に記載の可変レートフィルタ。
  6. 【請求項6】前記ファクタkは0.75である、請求項5に
    記載の可変レートフィルタ。
  7. 【請求項7】τ/Tsは2より大きい、請求項1に記載の
    可変レートフィルタ。
  8. 【請求項8】τ/Tsは2と10との間である、請求項7に
    記載の可変レートフィルタ。
  9. 【請求項9】前記ディジタル加算手段の出力に結合さ
    れ、前記ディジタルサンプルを前記入力シンボルデータ
    ストリームを示すディジタルデータに変換するバイナリ
    判定手段をさらに含む、請求項2に記載の可変レートフ
    ィルタ。
JP01504985A 1988-04-04 1989-03-23 可変レート方形整合フィルタ Expired - Fee Related JP3122104B2 (ja)

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