JP4476326B2 - データ受信装置 - Google Patents

Description

本発明はデータ受信装置に関し、特に２以上の値をとりうる受信信号を判定するデータ受信装置に関する。

データ通信において、ビットエラーレートは、通信の品質向上を図る上で重要なパラメータの１つである。このビットエラーレートは、通信装置や伝送路等におけるノイズの影響により、悪化する。

ノイズは、通信装置内のスイッチングノイズや電源系による歪み、あるいは、伝送路が受ける高周波など、要因は様々で、その大きさや変動の時間も多種多様である。通信装置には、このような様々なノイズに対する対策が施されているが、完全に解消されることはない。また、通信装置には、例えば、ＦＥＣ（Forward Error Correction）などの符号理論に基づいて、誤ったビットを訂正する処理などを行い、ビットエラーレートを改善しているものもある。

デジタルデータを扱う通信装置では、一般に受信した信号（受信データ）を閾値により１／０（１か０か）判定するデータ受信装置が搭載されている。データ受信装置は、受信データの振幅レベルが閾値以上であれば１、閾値より小さければ０として、受信データの１／０判定を行っている。

図１５は、閾値によって信号を１／０判定する従来のデータ受信装置の判定動作を説明する図である。図に示す信号波形Ｗ１０１は、データ受信装置に入力される受信データの波形を示している。データ受信装置は、図に示す矢印の判定タイミングにおいて、信号波形Ｗ１０１と閾値とを比較し、信号波形Ｗ１０１の電圧レベルが閾値以上であれば、１の状態と判定し、閾値より小さければ０の状態と判定する。閾値は、一般に入力される受信データの振幅の中心に設定され、ノイズが閾値を跨がない小さなレベルであれば、誤判定に耐えることができる。なお、図の信号判定は、データ受信装置が判定した信号波形Ｗ１０１の信号状態を示している。

図１６は、閾値に幅を持った従来のデータ受信装置の判定動作を説明する図である。図に示す信号波形Ｗ１０２は、データ受信装置に入力される受信データの波形を示し、ノイズＮ１０１，Ｎ１０２は、信号波形Ｗ１０２に乗ったノイズを示している。

データ受信装置は、図に示すように‘１’判定閾値と‘０’判定閾値と、２つの閾値を有している。データ受信装置は、０の状態を認識しているとき、信号波形Ｗ１０２が‘０’判定閾値を越えても‘１’判定閾値を越えない限り、信号波形Ｗ１０２を１と認識することはない。また、１の状態を認識しているとき、信号波形Ｗ１０２が‘１’判定閾値を下回っても‘０’判定閾値を下回らない限り、信号波形Ｗ１０２を０と認識することはない。これによって、例えば、図に示すようなノイズＮ１０１が、０の状態を示している信号波形Ｗ１０２に乗っても、データ受信装置は１と判定することはなく、また、図に示すようなノイズＮ１０２が、１の状態を示している信号波形Ｗ１０２に乗っても、データ受信装置は０と判定することはない。なお、図に示す閾値比較結果は、信号波形Ｗ１０２と‘１’判定閾値および‘０’判定閾値との比較によって、データ受信装置が認識している信号波形Ｗ１０２の信号状態を示す。データ受信装置は、図に示す矢印の判定タイミングにおいて、認識している信号状態を取得し、図の信号判定に示すように出力する。このように、閾値に幅を持たせて、１／０判定にヒステリシスを持たせることにより、図１５によるデータ受信装置よりノイズに対して強くすることができる。

なお、弁別信号を異なる複数の閾値に設けてそれぞれ独立に検出して判定することにより、各種の広い範囲の受信レベルに対抗して検出誤りのない識別情報の検出を可能にする放送確認信号検出方式がある（例えば、特許文献１参照）。また、デジタル無線通信における受信情報の品質確保のための多数決判定回路の構成を簡素化した多数決判定回路がある（例えば、特許文献２参照）。
特開昭５５−１６５０８１号公報 特開平６−６３２９号公報

しかし、図１６で示したように閾値に幅を持たせ、ノイズに対して誤判定をしないようにしても、ノイズレベルが閾値の幅を越えてしまうと誤判定をしてしまうという問題点があった。

図１７は、ノイズが閾値の幅を超えたことにより誤判定する例を説明する図である。図に示す信号波形Ｗ１０３は、データ受信装置に入力される受信データの波形を示し、ノイズＮ１０３，Ｎ１０４は、信号波形Ｗ１０３に乗ったノイズを示している。なお、図に示す‘１’判定閾値、‘０’判定閾値、閾値比較結果、判定タイミング、および信号判定は、図１６と同様であり、その説明を省略する。

図に示すように０の状態を示している信号波形Ｗ１０３に‘１’判定閾値を超えるノイズＮ１０３が乗ると、データ受信装置は、信号波形Ｗ１０３が本来０の状態を示しているにも関わらず１と誤判定してしまい、また、１の状態を示している信号波形Ｗ１０３に、‘０’判定閾値を下回るノイズＮ１０４が乗ると、信号波形Ｗ１０３が本来１の状態を示しているにも関わらず０と誤判定してしまう。

また、データ受信装置に入力される信号レベルが一定でない場合、信号レベルの大小によって、閾値と信号レベルの差が狭まり、ノイズによって誤判定する確率が高くなるという問題点があった。

図１８は、信号レベルの大小によって信号を誤判定する例を説明する図である。図には、データ受信装置に入力される受信データの信号波形Ｗ１０４と、信号波形Ｗ１０４より信号レベルの小さい信号波形Ｗ１０５とが示してある。このような信号レベルの違いは、例えば、信号を送信する通信装置との距離によって生じ、信号を送信する通信装置の距離が遠いほど、信号レベルは小さくなる。また、図には、信号波形Ｗ１０４，Ｗ１０５に乗った同じノイズレベルのノイズＮ１０５，Ｎ１０６を示している。このような同じノイズレベルのノイズＮ１０５，Ｎ１０６は、例えば、信号を受信する通信装置においてノイズが発生する場合に発生し得る。なお、図に示す閾値、判定タイミング、および信号判定は、図１５と同様であり、その説明を省略する。

図に示す信号波形Ｗ１０４に乗ったノイズＮ１０５は、閾値を跨がないので、１の状態にある信号波形Ｗ１０４を０の状態と誤判定することはない。一方、信号レベルの小さい信号波形Ｗ１０５に、ノイズＮ１０５と同じノイズレベルのノイズＮ１０６が乗ると、ノイズＮ１０６が閾値を跨ぎ、１の状態にある信号波形Ｗ１０６を０の状態と誤判定してしまう。このように信号レベルが小さくなると、信号に対して閾値が相対的に高くなってしまい、誤判定をする恐れが生じる。

さらに、判定タイミングが１点であると、例え極短時間のノイズであっても、ちょうど判定タイミングにそのノイズが乗った場合、誤判定をしてしまう恐れがあるという問題点があった。

図１９は、判定タイミングにおいてノイズが乗った場合の例を説明する図である。図に示す信号波形Ｗ１０６は、データ受信装置に入力される受信データの波形を示し、ノイズＮ１０７は、信号波形Ｗ１０６に乗ったノイズを示している。なお、図に示す閾値、判定タイミング、および信号判定は、図１５と同様であり、その説明を省略する。

図に示すように判定タイミングにおいてノイズＮ１０７が信号波形Ｗ１０６に乗ってしまうと、信号波形Ｗ１０６が本来０の状態を示しているにも関わらず、１の状態であると誤判定してしまう恐れがある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、複数の閾値と複数の判定タイミングとによって受信信号の受信データ値を判定し、判定結果を多数決することにより最終判定を行って、ノイズによるビットエラーを低減するデータ受信装置を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、図１に示すような受信信号Ｓの振幅から受信データ値としてｋ（ｋは２以上の自然数）個の値のいずれであるかを判断するためのｎ個（ｎはｋ以上の自然数）の異なる閾値Ａ，Ｂ，Ｃを算出する閾値算出手段と、受信信号Ｓの１ビット区間ＢＴの間にｍ個（ｍは自然数）の判定タイミングＴを出力する判定タイミング出力手段と、判定タイミングＴにおいて、受信信号Ｓとｎ個の閾値Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれとを比較し、閾値Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれにおける受信信号Ｓが、ｋ個の値のいずれであるかを判断し、判定タイミングＴにおける閾値Ａ，Ｂ，Ｃに対応する受信データ値とするデータ判定手段と、１ビット区間ＢＴにおけるデータ判定手段の判断結果である受信データ値を多数決し、最多である受信データ値を１ビット区間ＢＴにおけるデータとして出力する多数決判定手段と、を有し、判定タイミング出力手段は、受信信号Ｓの振幅が所定値を所定時間続けて越えたとき、判定タイミングＴを出力することを特徴とするデータ受信装置が提供される。

このようなデータ受信装置によれば、複数の閾値Ａ，Ｂ，Ｃと複数の判定タイミングＴとによって、受信信号Ｓの１ビット区間ＢＴの受信データ値を判定し、この判定結果を多数決する。また、受信信号Ｓの振幅が所定値を所定時間続けて越えたとき、判定タイミングＴを出力する。これにより、受信信号Ｓにノイズが乗っても、適正なデータの判定が可能となる。また、突発的なノイズによる受信データの判定の影響を回避する。

本発明のデータ受信装置では、複数の閾値と複数の判定タイミングとによって、受信信号の１ビット区間の受信データ値を判定し、この判定結果を多数決するようにした。また、受信信号の振幅が所定値を所定時間続けて越えたとき、判定タイミングを出力するようにした。これによって、受信信号にノイズが乗っても、適正なデータの判定が可能となり、ノイズによるビットエラーを低減することができる。また、突発的なノイズによる受信データの判定の影響を回避することができる。

本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。

データ受信装置の概要を説明する図である。 データ受信装置の機能ブロック図である。 レベル判定部の機能ブロック図である。 図３のレベル判定部の動作を説明する図である。 時間ｔａより短いノイズが発生した場合の図３のレベル判定部の動作を説明する図である。 ピークレベル検出中にノイズが発生した場合の図３のレベル判定部の動作を説明する図である。 閾値制御部の閾値について説明する図である。 タイミング制御部の機能ブロック図である。 図８のタイミング制御部の動作を説明する図である。 受信データのレベルと判定タイミングの関係を示した図である。 タイミング調整閾値が固定値の場合の受信データのレベルと判定タイミングの関係を示した図である。 データ判定部の動作を説明する図である。 データ受信装置の動作を説明する図である。 各信号等の具体値について説明する図である。 閾値によって信号を１／０判定する従来のデータ受信装置の判定動作を説明する図である。 閾値に幅を持った従来のデータ受信装置の判定動作を説明する図である。 ノイズが閾値の幅を超えたことにより誤判定する例を説明する図である。 信号レベルの大小によって信号を誤判定する例を説明する図である。 判定タイミングにおいてノイズが乗った場合の例を説明する図である。

以下、本発明の原理を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、データ受信装置の概要を説明する図である。データ受信装置は、図示していないが、閾値算出手段、判定タイミング出力手段、データ判定手段、および多数決判定手段を有している。図には、データ受信装置に入力される受信信号Ｓが示してある。また、受信信号Ｓのデータの状態を示す１ビット区間ＢＴが示してある。

データ受信装置の閾値算出手段は、受信信号Ｓの振幅から、受信データ値としてｋ（ｋは２以上の自然数）個の値のいずれであるかを判断するための、ｎ個（ｎはｋ以上の自然数）の異なる閾値を算出する。例えば、閾値算出手段は、図示するように受信信号Ｓの振幅から、受信データ値として２個（ｋ＝２）の値１／０を判断するための閾値Ａ，Ｂ，Ｃ（ｎ＝３）を算出する。

判定タイミング出力手段は、受信信号Ｓの１ビット区間ＢＴの間にｍ個（ｍは自然数）の判定タイミングを出力する。例えば、判定タイミング出力手段は、図示するように受信信号Ｓの１ビット区間ＢＴの間に３個（ｍ＝３）の判定タイミングＴを出力する。

データ判定手段は、判定タイミングにおいて、受信信号Ｓとｎ個の閾値のそれぞれとを比較し、閾値のそれぞれにおける受信信号Ｓが、ｋ個の値のいずれであるかを判断する。そして、判定タイミングにおける閾値に対応する受信データ値を出力する。例えば、データ判定手段は、図示するように判定タイミングＴにおいて、受信信号Ｓと閾値Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれとを比較する。そして、閾値Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれにおける受信信号Ｓが、２個の値の１／０状態のいずれかにあるかを判断する。データ判定手段は、判定タイミングＴにおける閾値Ａ，Ｂ，Ｃに対応する受信データ値１／０を出力する。なお、図の領域Ａ２は、領域Ａ１に示す受信信号Ｓの１／０状態の判定結果を示している。領域Ａ４は、領域Ａ３に示す受信信号Ｓの１／０状態の判定結果を示している。

多数決判定手段は、１ビット区間ＢＴにおけるデータ判定手段の判断結果である受信データ値を多数決し、最多である受信データ値を１ビット区間ＢＴにおけるデータとして出力する。例えば、多数決判定手段は、図示するようにデータ判定手段によって判定された受信データ値の１／０状態を多数決し、最多の１／０状態を、受信信号Ｓの１ビット区間ＢＴにおける信号状態として出力する。

ここで、領域Ａ１における受信信号Ｓは、本来０状態を示す信号であるとし、１状態を示すようなノイズが乗ったとする。このような場合であっても、領域Ａ２に示す１／０状態は、１が４個、０が５個と０の方が多い。従って、多数決判定手段は、受信信号Ｓの領域Ａ１における状態を、本来の０状態と正しく判定することができる。また、領域Ａ３における受信信号Ｓは、本来１状態を示す信号であるとし、０状態を示すようなノイズが乗ったとする。このような場合であっても、領域Ａ４に示す１／０状態は、１が７個、０が２個と１の方が多い。従って、多数決判定手段は、受信信号Ｓの領域Ａ１における状態を、本来の１状態と正しく判定することができる。

このように、複数の閾値と複数の判定タイミングとによって、受信信号の１ビット区間の受信データ値を判定し、この判定結果を多数決するようにした。これによって、受信信号にノイズが乗っても、適正なデータの判定が可能となり、ノイズによるビットエラーを低減することができる。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図２は、データ受信装置の機能ブロック図である。図に示すようにデータ受信装置１０は、データサンプリング部１１、レベル判定部１２、閾値制御部１３、データ遅延部１４，１６、タイミング制御部１５、データ判定部１７、および多数決判定部１８を有している。

図に示すデータ受信装置１０は、例えば、中継機などの通信装置に搭載される。データ受信装置１０は、他の通信装置から送られてくるデータ（信号）を受信データＤとして入力し、１／０判定を行って、通信装置内部の他の回路ブロック等へ出力する。データ受信装置１０には、入力される受信データＤのビットレートより速い周波数のサンプリングクロックＣＬＫが入力される。図に示す各機能は、このサンプリングクロックＣＬＫに同期して動作する。

データサンプリング部１１は、サンプリングクロックＣＬＫによって、受信データＤをオーバーサンプリングする。データサンプリング部１１は、オーバーサンプリングした受信データＤをレベル判定部１２およびデータ遅延部１４に出力する。

レベル判定部１２は、受信データＤの振幅幅を取得し、閾値制御部１３に出力する。なお、受信データＤの０状態がグランドレベルであるときは、レベル判定部１２は、受信データＤの最大電圧を閾値制御部１３に出力する。受信データＤの０状態がグランドレベルである場合、受信データＤの最大値を出力すれば、受信データＤの振幅幅がわかるからである。

閾値制御部１３は、レベル判定部１２から出力される受信データＤの振幅幅から、受信データＤの１／０を判定するための複数（ｍ個）の閾値を算出する。閾値は、例えば、レベル判定部１２から出力される振幅幅を、ｍ＋１個に均等に分割する値である。閾値制御部１３は、算出したｍ個の閾値をデータ判定部１７に出力する。また、閾値制御部１３は、算出した複数の閾値のうちの１つを（以下、これをタイミング調整閾値と呼ぶ）タイミング制御部１５に出力する。なお、後述詳細するが、タイミング制御部１５に出力するタイミング調整閾値は、算出された複数の閾値のうちの中央の値であることが好ましい。

データ遅延部１４は、データサンプリング部１１から出力される受信データＤを、レベル判定部１２と閾値制御部１３の処理にかかる時間遅延し、タイミング制御部１５およびデータ遅延部１６に出力する。これによって、タイミング制御部１５に入力される受信データＤは、閾値制御部１３から出力されるタイミング調整閾値の算出基となった受信データＤと一致する。

タイミング制御部１５は、データ遅延部１４から出力される受信データＤと、閾値制御部１３から出力されるタイミング調整閾値とから、受信データＤの１／０判定を行うための判定タイミングを生成する。タイミング制御部１５は、受信データＤの１ビット区間において複数回の判定を行えるように、受信データＤの１ビット区間に複数（ｎ個）の判定タイミングを生成する。タイミング制御部１５は、生成した判定タイミングをデータ判定部１７に出力する。

データ遅延部１６は、データ遅延部１４から出力される受信データＤを、タイミング制御部１５の処理にかかる時間遅延し、データ判定部１７に出力する。これによって、データ判定部１７に入力される受信データＤは、タイミング制御部１５から出力される判定タイミングによって判定されるべき受信データＤとなる。

データ判定部１７は、タイミング制御部１５から出力される判定タイミングにおいて、データ遅延部１６から出力される受信データＤと、閾値制御部１３から出力される複数の閾値とを比較し、１／０判定を行う。例えば、閾値制御部１３から３つの閾値Ａ，Ｂ，Ｃが出力されているとする。閾値Ａ，Ｂ，Ｃには、Ａ＜Ｂ＜Ｃの関係があるとする。ある判定タイミングにおいて、受信データＤが、閾値Ａ，Ｂを超え、閾値Ｃを越えていないとすると、データ判定部１７は、その判定タイミングにおける受信データＤの信号状態を１，１，０と判定する。なお、受信データＤの１ビット区間に出力される判定タイミングの個数をｎ個、閾値の個数をｍ個とすると、データ判定部１７は、受信データＤの１ビット区間においてｎ×ｍ個の信号状態を出力する。

多数決判定部１８は、受信データＤの１ビット区間において、データ判定部１７から出力される複数の信号状態の多数決を行う。受信データＤの１ビット区間における１の状態が０の状態より多ければ、その１ビット区間の信号状態は１であると判定し、その旨を示す判定結果ＯＵＴを出力する。０の状態が１の状態より多ければ、その１ビット区間の信号状態は０であると判定し、その旨を示す判定結果ＯＵＴを出力する。

次に、図２のレベル判定部１２、閾値制御部１３、タイミング制御部１５、データ判定部１７、および多数決判定部１８について詳細に説明していく。まず、レベル判定部１２について説明する。

図３は、レベル判定部の機能ブロック図である。図に示すようにレベル判定部１２は、閾値比較部２１、タイマ２２，２５、ピーク保持部２３、ピーク比較部２４、ピークレベルラッチ部２６を有している。

閾値比較部２１には、データサンプリング部１１から出力される受信データＤと、最低レベル閾値ＴＨとが入力される。閾値比較部２１は、受信データＤが最低レベル閾値ＴＨを超えているか比較し、比較結果をタイマ２２に出力する。最低レベル閾値ＴＨは、データ受信装置１０が入力できる受信データＤの最低レベルを示している。つまり、閾値比較部２１は、最低レベル閾値を超える受信データＤのみを入力するようにしている（後述詳細）。

タイマ２２は、閾値比較部２１から受信データＤが最低レベル閾値ＴＨを超えた旨の信号を受信している間、タイマ動作を行う。タイマ２２は、時間ｔａを経過すると、その旨を示す信号をピーク保持部２３とタイマ２５に出力する。

ピーク保持部２３は、タイマ２２から時間ｔａを経過した旨の信号を受信すると、ピーク比較部２４からの更新信号を受けて、受信データＤを保持する。ピーク保持部２３は、保持した受信データＤをピーク比較部２４とピークレベルラッチ部２６に出力する。

ピーク比較部２４は、ピーク保持部２３によって保持されている受信データＤと、データサンプリング部１１から出力される受信データＤとを比較する。ピーク比較部２４は、データサンプリング部１１から出力される受信データＤが、ピーク保持部２３によって保持されている受信データＤより大きい場合、更新信号をピーク保持部２３に出力する。

タイマ２５は、タイマ２２から時間ｔａを経過した旨の信号を受信すると、タイマ動作を開始する。タイマ２５は、時間ｔｂ経過すると、その旨を示す信号をピークレベルラッチ部２６に出力する。

ピークレベルラッチ部２６は、タイマ２５から時間ｔｂが経過した旨の信号を受信すると、ピーク保持部２３から出力されているピーク値を確定し、受信データＤの最大値の信号レベルＬＥＶとして閾値制御部１３に出力する。

レベル判定部１２の動作について説明する。
図４は、図３のレベル判定部の動作を説明する図である。電子機器等は、一般に入力できる信号のスペックが設計時に予め決められる。図に示す信号波形Ｗ１１は、設計時に決められたデータ受信装置１０が入力できる受信データＤの最小レベルの波形を示している。よって、最低レベル閾値ＴＨは、図に示す信号波形Ｗ１１を受け付けられるよう、信号波形Ｗ１１のレベルよりも小さい値となるように決める。なお、受信データＤの最小レベルは、例えば、受信データＤの入力レベル変動幅や装置内の信号損失量などから決めることができる。信号波形Ｗ１２は、レベル判定部１２に実際に入力される受信データＤの波形を示している。

図３で説明したように閾値比較部２１は、受信データＤが最低レベル閾値ＴＨを超えると、その旨の信号をタイマ２２に出力する。よって、受信データＤの信号レベルが最低レベル閾値ＴＨより小さい場合は、ノイズとみなされ、タイマ２２は起動されない。一方、受信データＤの信号レベルが最低レベル閾値ＴＨを超えると、タイマ２２が起動される。そして、タイマ２２によって時間ｔａが経過すると、ピーク保持部２３が起動されて信号波形Ｗ１２のピークレベルの保持が開始され、同時にタイマ２５が起動される。タイマ２５によって時間ｔｂが経過すると、ピークレベルラッチ部２６は、ピーク保持部２３によって保持されているピーク値を確定し、閾値制御部１３に信号レベルＬＥＶを出力する。

図５は、時間ｔａより短いノイズが発生した場合の図３のレベル判定部の動作を説明する図である。信号波形Ｗ１３は、レベル判定部１２に入力される受信データＤの波形を示している。ノイズＮ１１は、信号波形Ｗ１３に乗ったノイズを示している。

図に示すようにノイズＮ１１のノイズレベルが最低レベル閾値ＴＨを超えると、タイマ２２が起動される。しかし、ノイズＮ１１がタイマ２２の時間ｔａ連続しない場合、ピーク保持部２３とタイマ２５は、タイマ２２によって起動されず、ピーク保持の処理が行われない。すなわち、信号波形Ｗ１３が最低レベル閾値ＴＨを時間ｔａ越えた場合に、信号波形Ｗ１３は信号であると判断するようにする。このように、タイマ２２による時間ｔａ経過によって、ピーク保持部２３とタイマ２５とを駆動するようにすることによって、ノイズＮ１１のような突発的なノイズを除去することができる。

図６は、ピークレベル検出中にノイズが発生した場合の図３のレベル判定部の動作を説明する図である。信号波形Ｗ１４は、レベル判定部１２に入力される受信データＤの波形を示している。ノイズＮ１２は、信号波形Ｗ１４に乗ったノイズを示している。

図に示すように信号波形Ｗ１４が最低レベル閾値ＴＨを超え、時間ｔａが経過すると、タイマ２５が起動され、時間ｔｂがカウントされる。また、ピーク保持部２３が起動される。信号波形Ｗ１４にノイズＮ１２が乗っても、時間ｔｂの間はピーク保持部２３によって信号波形Ｗ１４のピークレベルが保持されるので、時間ｔｂ以下の短時間のノイズに影響を受けることなく、ピークレベルの検出をすることができる。

ところで、タイマ２２の時間ｔａとタイマ２５の時間ｔｂは、長ければ長いほどノイズの影響を小さくすることができる。しかし、ｔａ＋ｔｂの時間が、受信データＤの１ビット区間の時間（ビットサイクル）内でなければならない。受信データＤのビットレートは、予めわかっているため、ビットサイクル以内の時間で、どの程度までのノイズをふるい落とすかを考慮して、時間ｔａ，ｔｂを決定する必要がある。また、時間ｔｂにおいては、受信データＤのピークレベルに達する時間を考慮して決定する必要がある。時間ｔｂが受信データＤのピークレベルに達する時間より短いと、受信データＤのピークレベルを検出することができないからである。

このように、最低レベル閾値ＴＨ以下のレベルの受信データＤをノイズとみなし、また、受信データＤのレベルが最低レベル閾値ＴＨを超えても時間ｔａ継続しなければノイズとみなすようにした。また、時間ｔｂ経過するまでピークレベルを保持するようにした。これによって、レベル判定部１２はノイズの影響を回避した受信データＤのピークレベルを検出することができる。

なお、図３で示したピーク保持部２３は、初期値として、設計時に決められた受信データＤの最低入力レベルを出力するようにしておく。
次に、閾値制御部１３について説明する。

閾値制御部１３は、レベル判定部１２から出力される受信データＤのピークレーベル（振幅幅）から、受信データＤの１／０を判定するための閾値を算出する。具体的には、ピークレベル×｛ｎ／（ｍ＋１）｝で閾値を算出することができる。ただし、ｍは閾値の個数、ｎは、１，２，…，ｍの値をとる。

図７は、閾値制御部の閾値について説明する図である。図に示すように、受信データＤの１／０判定をするための閾値を３個（閾値Ａ，Ｂ，Ｃ）とする。また、受信データＤのピークレベルをＨとする。この場合、前述したｍの値は３、ｎの値は、１，２，３となり、閾値Ａ，Ｂ，Ｃは、図に示すように（１／４）Ｈ，（１／２）Ｈ，（３／４）Ｈとなる。

図７の例では、受信データＤのピークレベルが均等に分割されるように閾値Ａ，Ｂ，Ｃを算出しているが、これに限定されることはない。つまり、受信データＤのピークレベルが均等に分割されるように閾値Ａ，Ｂ，Ｃを決める必要はない。しかし、受信データＤの１／０判定に偏りがないように、閾値は、ピークレベルを均等に分割するように決定することが望ましい。なお、前述したように、多数決判定部１８は、受信データＤの１ビット区間において、データ判定部１７から出力される信号状態の多数決を行う。そのため、閾値の個数は、奇数個となるように決める必要がある。

次に、タイミング制御部１５について説明する。
図８は、タイミング制御部の機能ブロック図である。なお、図には、図２で示した閾値制御部１３、データ遅延部１４，１６、およびデータ判定部１７も示してある。図に示すようにタイミング制御部１５は、比較部３１、タイマ３２、およびデータ判定タイミング生成部３３を有している。

比較部３１には、データ遅延部１４から出力される受信データＤと、閾値制御部１３から出力されるタイミング調整閾値とが入力される。比較部３１は、受信データＤとタイミング調整閾値とを比較し、受信データＤがタイミング調整閾値を超えると、その旨の信号をタイマ３２に出力する。

タイマ３２は、比較部３１から受信データＤがタイミング調整閾値を超えた旨の信号を受信している間、タイマ動作を行う。タイマ３２は、時間ｔ０を経過すると、その旨を示す信号をデータ判定タイミング生成部３３に出力する。なお、データ遅延部１６の遅延時間は、時間ｔ０と同じ時間となるようにする。

データ判定タイミング生成部３３は、タイマ３２から時間ｔ０を経過した旨の信号を受信すると、１ビット区間における受信データＤの１／０判定を行う判定タイミングを複数生成する。データ判定タイミング生成部３３は、生成した判定タイミングをデータ判定部１７に出力する。

図９は、図８のタイミング制御部の動作を説明する図である。信号波形Ｗ１５は、比較部３１に入力される受信データＤの波形を示している。ノイズＮ１３〜Ｎ１５は、信号波形Ｗ１５に乗ったノイズを示している。

図に示すように信号波形Ｗ１５に乗ったノイズＮ１３のノイズレベルがタイミング調整閾値ＴＴＨを超えると、タイマ３２が起動される。しかし、ノイズＮ１３がタイマ３２の時間ｔ０連続しないので、データ判定タイミング生成部３３は、タイマ３２によって起動されず、判定タイミングの生成が行われない。すなわち、信号波形Ｗ１５がタイミング調整閾値ＴＴＨを時間ｔ０越えた場合に、その信号波形Ｗ１５は信号であると判断するようにしている。このように、タイマ３２による時間ｔ０の経過により、データ判定タイミング生成部３３を駆動するようにすることによって、ノイズＮ１３のような突発的なノイズによる影響を回避することができる。なお、タイミング調整閾値ＴＴＨは、前述したように、例えば、閾値制御部１３により算出された閾値の中央の値である。閾値は、前述したように奇数個算出される。従って、タイミング調整閾値ＴＴＨは、信号波形Ｗ１５のピークレベルの１／２となる。

信号波形Ｗ１５のタイミング調整閾値ＴＴＨを超える時間が時間ｔ０を越えると、データ判定タイミング生成部３３は、時間ｔ０を基点に、判定タイミングＴ１〜Ｔ３を生成する。判定タイミングＴ１は、図に示すように時間ｔ０後から時間ｔ１経過後に生成され、以後、受信データＤのビットサイクルｔｃｙｃごとに自走して生成される。判定タイミングＴ２は、図に示すように時間ｔ０後から時間ｔ２経過後に生成され、以後、受信データＤのビットサイクルｔｃｙｃごとに自走して生成される。判定タイミングＴ３は、図に示すように時間ｔ０後から時間ｔ３経過後に生成され、以後、受信データＤのビットサイクルｔｃｙｃごとに自走して生成される。なお、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３の関係がある。また、判定タイミングＴ１〜Ｔ３は、１／０判定に偏りが生じないように、受信データＤのビットサイクルを均等に分割するように出力されるのが好ましい。また、判定タイミングＴ１〜Ｔ３は、多数決判定部１８の多数決処理のためにビットサイクル中に奇数個出力するようにする必要がある。また、時間ｔ０経過後に判定タイミングＴ１〜Ｔ３が生成、出力されるので、信号波形Ｗ１６に示すように受信データＤは、データ遅延部１６によって時間ｔ０遅延される。

図１０は、受信データのレベルと判定タイミングの関係を示した図である。図には、ピークレベルの異なった受信データＤの信号波形Ｗ１７〜Ｗ１９が示してある。また、信号波形Ｗ１７〜Ｗ１９のそれぞれに対応するタイミング調整閾値ＴＴＨ１〜ＴＴＨ３が示してある。また、判定タイミングの出力されるタイミングｔ１１〜ｔ１３が示してある。

タイミング調整閾値ＴＴＨ１〜ＴＴＨ３は、前述したように受信データＤのピークレベルから算出されるものである。従って、信号波形Ｗ１７に示すようにピークレベルが大きければタイミング調整閾値ＴＴＨ１も大きく、信号波形Ｗ１９に示すようにピークレベルが小さければタイミング調整閾値ＴＴＨ３も小さい。そのため、信号波形Ｗ１７〜Ｗ１９のピークレベルによらず、判定タイミングのタイミングｔ１１〜ｔ１３は、図に示すように常に一定の間隔で出力される。

図１１は、タイミング調整閾値が固定値の場合の受信データのレベルと判定タイミングの関係を示した図である。図には、ピークレベルの異なった受信データＤの信号波形Ｗ２０〜Ｗ２２が示してある。また、固定のタイミング調整閾値ＦＴＨが示してある。また、判定タイミングの出力されるタイミングｔ２１〜ｔ２３，ｔ３１〜ｔ３３，ｔ４１〜ｔ４３が示してある。

タイミング調整閾値ＦＴＨが固定値であると、ピークレベルの大きい信号波形Ｗ２０に対し、ピークレベルの小さい信号波形Ｗ２１，Ｗ２２における判定タイミングの出力が遅れる。これは、ピークレベルが小さい場合、信号波形がタイミング調整閾値ＦＴＨを越えるのに時間を要してしまうからである。このように、タイミング調整閾値が固定値の場合は、受信データＤのピークレベルによって、判定タイミングにばらつきが発生し、後述する多数決の判定に偏りが生じる恐れがある。

次に、データ判定部１７について説明する。
図１２は、データ判定部の動作を説明する図である。図に示す信号波形Ｗ２３は、データ遅延部１６からデータ判定部１７に入力される受信データＤの信号波形を示す。ノイズＮ１６，Ｎ１７は、信号波形Ｗ２３に乗ったノイズを示す。閾値Ａ，Ｂ，Ｃは、閾値制御部１３からデータ判定部１７に入力される閾値を示す。判定タイミングＴ１〜Ｔ３は、タイミング制御部１５からデータ判定部に入力される判定タイミングを示す。

データ判定部１７は、タイミング制御部１５から出力される判定タイミングＴ１〜Ｔ３において、データ遅延部１６から出力される受信データＤの信号波形Ｗ２３と、閾値Ａ，Ｂ，Ｃを比較する。つまり、図中の閾値Ａ，Ｂ，Ｃと、判定タイミングＴ１〜Ｔ３に示す矢印の交差するポイントで、信号波形Ｗ２３の１／０判定を行う。例えば、図のビットサイクルｔｃｙｃ１の判定タイミングＴ１では、信号波形Ｗ２３は、閾値Ａ，Ｂ，Ｃより大きい。このため、ビットサイクルｔｃｙｃ１の判定タイミングＴ１における信号波形Ｗ２３の信号状態は１，１，１となる。また、ビットサイクルｔｃｙｃ１の判定タイミングＴ２における信号波形Ｗ２３の信号状態は１，１，１、ビットサイクルｔｃｙｃ１の判定タイミングＴ３における信号波形Ｗ２３の信号状態は１，１，１となる。

一方、信号波形Ｗ２３にノイズＮ１６が乗ったビットサイクルｔｃｙｃ２の判定タイミングＴ１における信号波形Ｗ２３の信号状態は０，０，０、ビットサイクルｔｃｙｃ２の判定タイミングＴ２における信号波形Ｗ２３の信号状態は１，１，１、ビットサイクルｔｃｙｃ２の判定タイミングＴ３における信号波形Ｗ２３の信号状態は０，０，０となる。また、信号波形Ｗ２３にノイズＮ１７が乗ったビットサイクルｔｃｙｃ３の判定タイミングＴ１における信号波形Ｗ２３の信号状態は１，１，１、ビットサイクルｔｃｙｃ３の判定タイミングＴ２における信号波形Ｗ２３の信号状態は０，０，０、ビットサイクルｔｃｙｃ３の判定タイミングＴ３における信号波形Ｗ２３の信号状態は１，１，１となる。

次に、多数決判定部１８について説明する。
多数決判定部１８は、受信データＤの１ビット区間において、データ判定部１７から出力される複数の信号状態の多数決を行う。例えば、図１２の例では、ビットサイクルｔｃｙｃ１の信号状態は、１が９個なので、１と判定する。また、ビットサイクルｔｃｙｃ２の信号状態は、１が３個、０が６個なので、０と判定する。ビットサイクルｔｃｙｃ３の信号状態は、１が６個、０が３個なので、１と判定する。これによって、ビットサイクルｔｃｙｃ２の信号波形Ｗ２３が本来０を示す場合に、図に示すようなノイズＮ１６が乗っても、正しくビットサイクルｔｃｙｃの信号状態を０と判定することができる。また、ビットサイクルｔｃｙｃ３の信号波形Ｗ２３が本来１を示す場合に、図に示すようなノイズＮ１７が乗っても、正しくビットサイクルｔｃｙｃの信号状態を１と判定することができる。このように、複数ポイントで受信データＤの信号状態を取得し、多数決で判定することにより、ノイズによるビットエラーを低減することができる。

以下、図２のデータ受信装置１０の動作について説明する。
図１３は、データ受信装置の動作を説明する図である。図に示す信号波形Ｗ２４は、レベル判定部１２とデータ遅延部１４に入力される受信データＤの波形を示す。レベル判定部１２は、信号波形Ｗ２４の最低レベル閾値ＴＨを超えている時間がｔａ経過すると、信号波形Ｗ２４がノイズではなく信号であると判断し、ピークレベルの保持を開始する。レベル判定部１２は、ピークレベルの保持を時間ｔｂ行い、保持したピークレベルを閾値制御部１３に出力する。

閾値制御部１３は、レベル判定部１２から出力される信号波形Ｗ２４のピークレベルから閾値Ａ，Ｂ，Ｃとタイミング調整閾値ＴＴＨとを算出する。閾値Ａ，Ｂ，Ｃとタイミング調整閾値ＴＴＨの大きさは、例えば、ピークレベルの値をＨとすると、それぞれ、（１／４）Ｈ，（１／２）Ｈ，（３／４）Ｈ，（１／２）Ｈとなる。閾値制御部１３は、閾値Ａ，Ｂ，Ｃをデータ判定部１７へ出力し、タイミング調整閾値ＴＴＨをタイミング制御部１５に出力する
データ遅延部１４に入力される信号波形Ｗ２４は、図の矢印Ｐ１に示すようにレベル判定部１２と閾値制御部１３の処理にかかる時間分、遅延される。信号波形Ｗ２５は、データ遅延部１４によって遅延された受信データＤの波形を示している。データ遅延部１４によって遅延された信号波形Ｗ２５は、タイミング制御部１５とデータ遅延部１６に出力される。

タイミング制御部１５は、図に示すように閾値制御部１３から出力されたタイミング調整閾値ＴＴＨと信号波形Ｗ２５とを比較し、信号波形Ｗ２５が時間ｔ０を越えてタイミング調整閾値ＴＴＨより大きいと、判定タイミングＴ１〜Ｔ３を生成する。判定タイミングＴ１は、図に示すように時間ｔ０後から時間ｔ１経過後に生成され、以後、受信データＤのビットサイクルｔｃｙｃごとに生成される。判定タイミングＴ２は、時間ｔ０後から時間ｔ２経過後に生成され、以後、受信データＤのビットサイクルｔｃｙｃごとに生成される。判定タイミングＴ３は、時間ｔ０後から時間ｔ３経過後に生成され、以後、受信データＤのビットサイクルｔｃｙｃごとに生成される。判定タイミングＴ１〜Ｔ３は、データ判定部１７に出力される。

データ遅延部１６に入力される信号波形Ｗ２５は、図の矢印Ｐ２に示すようにタイミング制御部１５の処理にかかる時間分、遅延される。信号波形Ｗ２６は、データ遅延部１６によって遅延された受信データＤの波形を示している。データ遅延部１６によって遅延された信号波形Ｗ２６は、データ判定部１７に出力される。

データ判定部１７は、タイミング制御部１５から出力される判定タイミングＴ１〜Ｔ３において、データ遅延部１６から出力される受信データＤと、閾値制御部１３から出力される閾値Ａ，Ｂ，Ｃとを比較し、１／０判定を行う。これによって、信号波形Ｗ２６は、図の領域Ａ１１に示すように、１／０判定がされる。多数決判定部１８は、データ判定部１７の判定結果を多数決し、図の領域Ａ１２に示すように、信号波形Ｗ２６の１ビット区間の１／０判定を行う。このようにして、受信データＤの１／０判定が行われる。

次に、各信号等の具体値について説明する。
図１４は、各信号等の具体値について説明する図である。図に示す信号波形Ｗ２７は、データサンプリング部１１から出力される受信データＤの波形を示す。信号波形Ｗ２８は、データ遅延部１４によって遅延された受信データの波形を示す。信号波形Ｗ２９は、データ遅延部１６によって遅延された受信データの波形を示す。

図に示すように信号波形Ｗ２７のピークレベルを、例えば、４．０Ｖとし、また、最低レベル閾値ＴＨを、例えば、１．５Ｖとする。受信データＤのビットレートを２Ｍｂｐｓとし、データ受信装置１０に入力されるサンプリングクロックを、例えば、受信データＤのビットレートを１６倍した３２ＭＨｚとする。レベル判定部１２が信号波形Ｗ２７のノイズ判断をするための時間ｔａは、サンプリングクロックＣＬＫの４クロック分、ピークレベルの検出監視する時間ｔｂは、サンプリングクロックＣＬＫの８クロックとする。

信号波形Ｗ２７のピークレベルは４．０Ｖなので、レベル判定部１２は４．０Ｖのピークレベルを検出する。閾値制御部１３は、４．０Ｖのピークレベルを均等に分割する１．０Ｖの閾値Ａ、２．０Ｖの閾値Ｂ、３．０Ｖの閾値Ｃを算出し、データ判定部１７に出力する。また、閾値制御部１３は、４．０Ｖピークレベルの中央の値である２．０Ｖの閾値Ｂを、タイミング調整閾値ＴＴＨとしてタイミング制御部１５に出力する。

タイミング制御部１５は、信号波形Ｗ２８のタイミング調整閾値ＴＴＨを超えるが時間ｔ０を経過すると、判定タイミングＴ１〜Ｔ３を生成する。タイミング制御部１５は、時間ｔ１〜ｔ３後に判定タイミングＴ１〜Ｔ３の信号を出力し、その後、受信データＤのビットサイクルｔｃｙｃごとに判定タイミングＴ１〜Ｔ３を出力するように自走する。なお、図の例では、時間ｔ１〜ｔ３は、サンプリングクロックＣＬＫの４クロック分、８クロック分、１２クロック分となっており、受信データＤのビットサイクルを４クロック間隔で均等な判定タイミングＴ１〜Ｔ３となるようになっている。

このように、データ受信装置１０では、複数の閾値と複数の判定タイミングとによって、受信データの１ビット区間の１／０状態を判定し、この判定結果を多数決するようにした。これによって、受信データにノイズが乗っても、より適正な１／０状態の判定が可能となり、ノイズによるビットエラーを低減することができる。

また、伝送損失などによる受信データの信号レベルの低下に対してもビットエラーを低減することができ、受信データのレベル変動に対して安定した受信を行うことができる。
また、受信データの取り込みにおいて、位相を調整するため、ジッタによる伝送エラーを改善することができる。

また、データ受信装置１０は、前述したように、中継機のデータ受信部に適用される。中継機の設置によっては、中継機間の距離が異なる場合がある。例えば、ある設置では、３００ｋｍごとに設置し、他の設置では、１００ｋｍごとに設置する場合がある。そのため、中継機の設置ごとにおいては、受信データＤの振幅が異なる場合がある。しかし、データ受信装置１０は、受信データＤの振幅から閾値等を算出し、１／０状態を判定するので、中継機の設置ごとに、中継機のデータ受信部を受信データＤの振幅に合うように改造する必要がない。また、中継機がバス接続され、それぞれの中継機間の距離が異なる場合でも、それぞれの距離に合うように中継機のデータ受信部を改造する必要がない。

なお、レベル判定部１２、閾値制御部１３、およびタイミング制御部１５は、受信データＤのレベルに基づいた処理を行っているが、受信データＤのどのビットで行うか、または、どのような周期で行うかは、特に限定しない。例えば、１度閾値、判定タイミングを算出すれば、受信データＤのビットエラーがある程度悪化するまで、その閾値、判定タイミングを用いて、信号状態を判断するようにする。具体的には、受信エラーレートを監視して、ある程度エラーレートが悪化すると、閾値および判定タイミングを調整しなおすようにすればよい。また、調歩同期伝送などでは、先頭ビットごとに閾値調整やタイミング調整することにより、パケット単位でエラー低減をすることができる。フレーム同期伝送などでは、フレーム同期が外れるたびに調整をしなおすようにしてもよい。冗長構成を持った装置では、回線を切替えるたびに調整しなおすようにしてもよい。また、電源投入時ごとに調整をしなおすようにしてもよい。

さらに、上記した実施の形態においては、受信信号レベルに応じて、受信データが１と０の２値をとる場合について記述したが、本発明は受信信号レベルに応じて、受信データが任意のｋ個（ｋは２以上の自然数）の値をとる場合にも適用できる。すなわち、ｋ個以上の閾値を用いることにより、同様の効果が得られることは明らかある。例えば、受信データが３個の値０、１、２をとる場合には、受信信号レベルの０と１とを判定するために複数（例えば２）の閾値を設け、受信信号レベルの１と２とを判定するために複数（例えば２）の閾値を設けて多数決とすることにより、それぞれ１個の閾値を設けた場合に比べてデータの値としての確度が増す、すなわち、受信エラーレートが向上するという効果を奏することは明らかである。

上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。

符号の説明

Ｓ 受信信号
Ａ，Ｂ，Ｃ 閾値
Ｔ 判定タイミング
ＢＴ １ビット区間
Ａ１〜Ａ４ 領域

Claims (8)

1. 受信信号の振幅から受信データ値としてｋ（ｋは２以上の自然数）個の値のいずれであるかを判断するためのｎ個（ｎはｋ以上の自然数）の異なる閾値を算出する閾値算出手段と、
   前記受信信号の１ビット区間の間にｍ個（ｍは自然数）の判定タイミングを出力する判定タイミング出力手段と、
   前記判定タイミングにおいて、前記受信信号と前記ｎ個の閾値のそれぞれとを比較し、前記閾値のそれぞれにおける前記受信信号が、前記ｋ個の値のいずれであるかを判断し、該判定タイミングにおける該閾値に対応する受信データ値とするデータ判定手段と、
   前記１ビット区間における前記データ判定手段の判断結果である受信データ値を多数決し、最多である受信データ値を前記１ビット区間におけるデータとして出力する多数決判定手段と、を有し、
   前記判定タイミング出力手段は、前記受信信号の振幅が所定値を所定時間続けて越えたとき、前記判定タイミングを出力することを特徴とするデータ受信装置。
2. 前記閾値算出手段は、前記受信信号の振幅が均等に分割されるように前記閾値を算出することを特徴とする請求項１記載のデータ受信装置。
3. 前記閾値算出手段は、前記受信信号の振幅が所定値を所定時間続けて超えたとき、前記閾値を算出することを特徴とする請求項１記載のデータ受信装置。
4. 前記所定値は、前記閾値の中央の値であることを特徴とする請求項１記載のデータ受信装置。
5. 前記閾値算出手段と前記判定タイミング出力手段は、所定の条件において前記閾値と前記判定タイミングとを出力しなおすことを特徴とする請求項１記載のデータ受信装置。
6. 前記判定タイミング出力手段は、前記閾値算出手段の前記閾値の算出に要する時間分、遅延された前記受信データを基に、前記判定タイミングを出力することを特徴とする請求項１記載のデータ受信装置。
7. 前記データ判定手段は、前記閾値算出手段の前記閾値の算出と前記判定タイミング出力手段の前記判定タイミングの出力とに要する時間分、遅延された前記受信信号に対して前記判断を行うことを特徴とする請求項１記載のデータ受信装置。
8. 受信信号が受信データ値としてｋ（ｋは２以上の自然数）個の値のいずれであるかを判定するデータ受信装置の受信データ判定方法において、
   閾値算出手段によって、前記受信信号の振幅から前記判定を行うためのｎ個（ｎはｋ以上の自然数）の異なる閾値を算出し、
   判定タイミング出力手段によって、前記受信信号の１ビット区間の間にｍ個（ｍは自然数）の判定タイミングを出力し、
   データ判定手段によって、前記判定タイミングにおいて、前記受信信号と前記閾値のそれぞれとを比較し、前記閾値のそれぞれにおける前記受信信号が、前記ｋ個の値のいずれであるかを判断し、
   多数決判定手段によって、前記１ビット区間における前記データ判定手段の判断結果である受信データ値を多数決し、最多である受信データ値を前記１ビット区間におけるデータとして出力し、
   前記判定タイミング出力手段は、前記受信信号の振幅が所定値を所定時間続けて越えたとき、前記判定タイミングを出力する、
   ことを特徴とする受信データ判定方法。

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