JP4585438B2 - タイミング再生回路 - Google Patents

Description

本発明は、搬送波としての正弦波又はパルス列の振幅を変調する方式の通信システムにおける受信側タイミング再生回路に関する。

搬送波としての正弦波又はパルス列の振幅を変調することにより作成された伝送信号を送信側から受信側に伝送する通信システムにおいて、受信側が行うべきことは元々の信号情報を再現することである。従来、アナログ／ディジタル変換器（以下、ＡＤＣともいう。）では、高周波数の伝送信号をサンプリング方式で取り込むとき、ナイキスト周波数よりも数倍高い周波数でサンプリングする。これをオーバーサンプリングという。このサンプリング周波数が高ければ高いほど、信号対雑音比（ＳＮ比）が抑えられるが、演算量も増大する。

このオーバーサンプリングによって余分に取り込まれた、信号帯域より高い周波数成分の雑音は、ＡＤＣの出力信号をローパスフィルタ（ＬＰＦ）に通すことにより除去される。そして、オーバーサンプリングされたデータを元のサンプリングレートに戻す操作をデシメーション（間引き）という。デシメーションは、図１に示される構成を有するデシメータによって行われる。同図に示されるように、デシメータは、ローパスフィルタ（デシメーションフィルタという。）とダウンサンプラとを備える。なお、Ｆｓはサンプリング周波数、Ｄは正の整数である。

ここで、上述の通信システムにおいて、データ復元処理とともに、タイミング再生処理が備えられる場合を考える。受信信号にはタイミング情報が含まれているため、従来ではオーバーサンプリングされた後、元のサンプリングレートに戻された受信信号の一部を用いて、タイミング情報が取り出される。具体的には、信号の判定に利用されたサンプルの両隣のサンプルの振幅値を求め、その差からタイミング情報が求められる。しかし、受信信号にはノイズが重畳していることがほとんどであるため、一つの信号から正確なタイミング情報を抽出するのは困難である。

なお、本発明に関連する先行技術文献として、下記特許文献１は、オーバーサンプリング方式のＡ／Ｄ変調器によって伝送路からの受信信号を高速なディジタルデータに変換し、そのディジタルデータ系列をデシメーションフィルタにおいて複数段のくし形の低域通過フィルタに通して、基本サンプリング周波数よりも高い周波数成分を遮断した後、間引き処理により基本サンプリングレートのデータ系列に変換し、次に、エコーキャンセル処理を行った後、上記くし形低域通過フィルタにより生じた伝送歪と上記伝送路による損失歪とを基本サンプリングレートで動作するディジタル等化器によって同時に補正するように構成する、ディジタル加入者伝送インタフェースにおける信号歪補正方法について開示している。

特開平３−０９８３０９号公報

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、搬送波の振幅を変調する方式の通信システムにおける受信装置において、タイミング再生の信頼性を向上させることができるタイミング再生回路を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、送信装置で振幅変調された搬送波を受信信号とし、該受信信号を搬送波の周波数のｎ倍（ｎは正の整数）でサンプリングしてディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器を備える受信装置において、送信タイミングと受信タイミングとの位相差情報を抽出して前記送信装置のクロック信号を再生するタイミング再生回路であって、前記アナログ／ディジタル変換器の出力のサンプリングの周波数を、搬送波の周波数のｍ倍（ｍは１＜ｍ＜ｎを満たす整数）の周波数にまで間引くデシメーションフィルタと、前記デシメーションフィルタの出力から前記位相差についての情報を計算する位相差情報計算部と、前記位相情報計算部の出力を平均化するループフィルタと、前記ループフィルタの出力に基づいて前記アナログ／ディジタル変換器のサンプリングを行うクロック信号を生成する発振器と、を具備することを特徴とするタイミング再生回路が提供される。

一つの好適な態様では、前記搬送波は正弦波である。

また、一つの好適な態様では、前記搬送波はパルス列である。

また、本発明によれば、送信装置で振幅変調された搬送波を受信信号とし、該受信信号を搬送波の周波数のｎ倍（ｎは正の整数）でサンプリングしてディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器と、送信タイミングと受信タイミングとの位相差情報を抽出して前記送信装置のクロック信号を再生するタイミング再生回路と、を備える受信装置であって、該タイミング再生回路が、前記アナログ／ディジタル変換器の出力のサンプリングの周波数を、搬送波の周波数のｍ倍（ｍは１＜ｍ＜ｎを満たす整数）の周波数にまで間引くデシメーションフィルタと、前記デシメーションフィルタの出力から前記位相差についての情報を計算する位相差情報計算部と、前記位相情報計算部の出力を平均化するループフィルタと、前記ループフィルタの出力に基づいて前記アナログ／ディジタル変換器のサンプリングを行うクロック信号を生成する発振器と、を具備することを特徴とする受信装置が提供される。

また、本発明によれば、送信装置で振幅変調された搬送波を受信信号とし、該受信信号を搬送波の周波数のｎ倍（ｎは正の整数）でサンプリングしてディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器を備える受信装置において、送信タイミングと受信タイミングとの位相差情報を抽出して前記送信装置のクロック信号を再生するタイミング再生方法であって、前記アナログ／ディジタル変換器の出力のサンプリングの周波数を、搬送波の周波数のｍ倍（ｍは１＜ｍ＜ｎを満たす整数）の周波数にまで間引くデシメーションフィルタに通すステップと、前記デシメーションフィルタの出力から位相差についての情報を計算するステップと、前記計算の結果を示す出力をループフィルタに通すステップと、
前記ループフィルタの出力に基づいて前記アナログ／ディジタル変換器のサンプリングを行うクロック信号を生成する発振器を動作させるステップと、を具備することを特徴とするタイミング再生方法が提供される。

本発明によるタイミング再生回路においては、搬送波の振幅を変調する方式の通信システムにおける受信装置においてタイミング再生の信頼性が向上する。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図２は、搬送波の振幅を変調する方式の通信システムにおける受信装置の一般的な構成を示すブロック図である。同図に示されるように、かかる受信装置は、一般に、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）１０、等化器１２、判定器１４及びタイミング再生回路１６で構成される。ここで、タイミング再生回路１６は、受信信号からタイミング情報を検出して受信側のクロックの周波数及び位相を調整する。

図３は、本発明に係るタイミング再生回路の構成を周辺回路とともに示すブロック図であって、デシメータ５０、位相差情報計算部６４、ループフィルタ７０及び発振器８０が、タイミング再生回路を構成する。送信側の振幅変調部（ＡＭ）２０は、搬送波としての正弦波又はパルス列の振幅を原信号（変調信号）で変調することにより伝送信号を生成し、その伝送信号は、線路３０を介して受信側へと伝送される。

受信側におけるアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）４０は、線路３０からの受信信号をサンプリングしてディジタル信号に変換する。このときのサンプリングレートは、例えば、ナイキスト周波数（基本サンプリング周波数）の８倍のオーバーサンプリングレートである。このオーバーサンプリングにより得られたデータは、デシメータ（間引き器）（ＤＣＭ）５０に取り込まれる。

ここで、本発明では、タイミング再生処理に用いるデシメーション率を緩くする。通常、ｎ倍（ｎは正の整数、例えば８）のオーバーサンプリングで取り込まれた受信信号は、１倍のサンプリングレートまでデシメーションされるが、本発明においては、ｍ倍（ｍは１＜ｍ＜ｎを満たす整数、例えば４）のオーバーサンプリング状態にするデシメーション（間引き）に留め、このデシメーションされた信号がタイミング再生処理に使用される。なお、信号は、デシメーションされる前に、雑音除去のためにＬＰＦに通されて平均化される。これにより、ノイズの影響を低減することができる。

具体的には、デシメータ（ＤＣＭ）５０が図４のブロック図に示されるように構成される。同図に示されるように、デシメータ５０は、入力を平均化して雑音を除去するＬＰＦ５２と、周波数を１／２倍に低減するダウンサンプラ５４とを含む。かくして、例えば８倍のオーバーサンプリング状態が４倍のオーバーサンプリング状態にまで間引かれる。ここで１倍のサンプリングレートまで間引かないことの利点は後述される。

図３に戻り、デシメータ５０の出力は、判定器（ＤＳＣ）６０に取り込まれる。判定器６０は、受信データを判定するデータ判定部６２と、送受信の位相のずれを示す位相差情報を求める位相差情報計算部６４とからなる。オーバーサンプリングされたデータには、どこが判定位置か、というタイミング情報が含まれているため、位相差情報計算部６４は、それを利用して位相差情報を計算する。その詳細については、後述する。

位相差情報計算部６４からの位相差情報は、ループフィルタ（ＬＦ）７０に取り込まれる。このループフィルタ７０は、ローパスフィルタからなり、位相差情報を平均化する。平均化された位相差情報は、発振器（ＯＳＣ）８０に入力される。発振器８０は、その入力に応じて発振周波数が変化する発振器であり、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）４０及びその他の各ブロックにクロック信号を供給する。かくして、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）４０、デシメータ５０、判定器６０、ループフィルタ７０及び発振器８０は、ＰＬＬ（位相同期ループ）回路を構成する。

図５は、位相差情報計算部６４における位相差情報の計算の概略を示す図であって、搬送波が正弦波の場合を示すものである。同図では、送受信における位相差に関し、（Ａ）は受信の方の位相が早い場合、（Ｂ）は同期している場合、（Ｃ）は受信の方の位相が遅い場合、をそれぞれ示し、また、横軸は時間、縦軸は信号レベル（振幅値）をそれぞれ示す。また、ｓ１、ｓ２及びｓ３はサンプリングポイントを示し、これらのサンプリングポイント中のｓ２におけるサンプル値が信号判定に利用される。そして、そのサンプルの両隣に位置するｓ１及びｓ３におけるサンプル値の差から位相差情報が求められる。

具体的には、同図（Ａ）の場合には、ｓ１及びｓ３間で信号レベルが正から負へと変化し、その差が、位相差情報として、周波数設定を低くしてサンプリングポイントを後ろへと調整する必要があることを示す。また、同図（Ｂ）の場合には、ｓ１及びｓ３間で信号レベルが０のままであり、その差すなわち０が、位相差情報として、周波数設定をそのまま維持すればよくサンプリングポイントを調整する必要がないことを示す。同図（Ｃ）の場合には、ｓ１及びｓ３間で信号レベルが負から正へと変化し、その差が、位相差情報として、周波数設定を高くしてサンプリングポイントを前へと調整する必要があることを示す。

図６は、搬送波がパルス列の場合における位相差情報の計算の概略を示す図である。この図は、搬送波がパルス列の場合にも、搬送波が正弦波の場合（図５）と同様に、位相差情報を計算することができることを示している。

図７は、本発明に係る位相差情報計算における精度の向上について説明するための図である。前述のように、デシメータ５０内のダウンサンプラ５４は、８倍のオーバーサンプリング状態を４倍のオーバーサンプリング状態にまで間引く。このように４倍の状態にまでしか間引かないことの利点は、受信パルスにノイズが重畳したときに、１個のパルスに対して複数のデータが用意されているため、平均化によりノイズの影響を減らすことができることにある。

例えば、１パルス（１シンボル）につき１サンプルの場合について考える。図７（Ａ）に示されるように、あるサンプル位置ｓ２についての両隣のサンプル位置ｓ１及びｓ３においては、同一の信号レベルとなっており、位相差情報としての信号レベル差が０である。そのため、図７（Ａ）の場合のように、送受信に位相差があっても、周波数が正しく設定されているときには、その位相差が検出されない場合がある。

一方、１パルス（１シンボル）につき４サンプルの場合について考える。図７（Ｂ）に示されるように、ある１パルス（１シンボル）に対して４個のサンプル位置ｓ１、ｓ２、ｓ３及びｓ４があり、そのうち信号レベルの絶対値が最大のｓ２が信号判定用に使用されるとすると、その両隣のｓ１及びｓ３における信号レベルの差が位相差情報して得られる。そのため、たとえ周波数が正しく設定されていても、位相がずれていれば、それを検出することができ、位相同期を行うことができる。

一般に、タイミング再生処理以外のブロックで用いられる受信信号についてはサンプリングレートを１倍に戻すデシメーション処理が必要であるが、タイミング再生処理に用いる受信信号についてのみ８倍→４倍などの緩いデシメーション処理をすることにより、タイミング再生処理の精度を向上させることができる。

以上、本発明を特にその好ましい実施の形態を参照して詳細に説明した。本発明の容易な理解のため、本発明の具体的な形態を以下に付記する。

（付記１） 送信装置で振幅変調された搬送波を受信信号とし、該受信信号を搬送波の周波数のｎ倍（ｎは正の整数）でサンプリングしてディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器を備える受信装置において、送信タイミングと受信タイミングとの位相差情報を抽出して前記送信装置のクロック信号を再生するタイミング再生回路であって、
前記アナログ／ディジタル変換器の出力のサンプリングの周波数を、搬送波の周波数のｍ倍（ｍは１＜ｍ＜ｎを満たす整数）の周波数にまで間引くデシメーションフィルタと、
前記デシメーションフィルタの出力から前記位相差についての情報を計算する位相差情報計算部と、
前記位相情報計算部の出力を平均化するループフィルタと、
前記ループフィルタの出力に基づいて前記アナログ／ディジタル変換器のサンプリングを行うクロック信号を生成する発振器と、
を具備することを特徴とするタイミング再生回路。

（付記２） 前記搬送波が正弦波である、付記１に記載のタイミング再生回路。

（付記３） 前記搬送波がパルス列である、付記１に記載のタイミング再生回路。

（付記４） 送信装置で振幅変調された搬送波を受信信号とし、該受信信号を搬送波の周波数のｎ倍（ｎは正の整数）でサンプリングしてディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器と、送信タイミングと受信タイミングとの位相差情報を抽出して前記送信装置のクロック信号を再生するタイミング再生回路と、を備える受信装置であって、該タイミング再生回路が、
前記アナログ／ディジタル変換器の出力のサンプリングの周波数を、搬送波の周波数のｍ倍（ｍは１＜ｍ＜ｎを満たす整数）の周波数にまで間引くデシメーションフィルタと、
前記デシメーションフィルタの出力から前記位相差についての情報を計算する位相差情報計算部と、
前記位相情報計算部の出力を平均化するループフィルタと、
前記ループフィルタの出力に基づいて前記アナログ／ディジタル変換器のサンプリングを行うクロック信号を生成する発振器と、
を具備することを特徴とする受信装置。

（付記５） 前記搬送波が正弦波である、付記４に記載の受信装置。

（付記６） 前記搬送波がパルス列である、付記４に記載の受信装置。

（付記７） 送信装置で振幅変調された搬送波を受信信号とし、該受信信号を搬送波の周波数のｎ倍（ｎは正の整数）でサンプリングしてディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器を備える受信装置において、送信タイミングと受信タイミングとの位相差情報を抽出して前記送信装置のクロック信号を再生するタイミング再生方法であって、
前記アナログ／ディジタル変換器の出力のサンプリングの周波数を、搬送波の周波数のｍ倍（ｍは１＜ｍ＜ｎを満たす整数）の周波数にまで間引くデシメーションフィルタに通すステップと、
前記デシメーションフィルタの出力から位相差についての情報を計算するステップと、
前記計算の結果を示す出力をループフィルタに通すステップと、
前記ループフィルタの出力に基づいて前記アナログ／ディジタル変換器のサンプリングを行うクロック信号を生成する発振器を動作させるステップと、
を具備することを特徴とするタイミング再生方法。

（付記８） 前記搬送波が正弦波である、付記７に記載のタイミング再生方法。

（付記９） 前記搬送波がパルス列である、付記７に記載のタイミング再生方法。

一般的なデシメータの構成を示すブロック図である。 搬送波の振幅を変調する方式の通信システムにおける受信装置の一般的な構成を示すブロック図である。 本発明に係るタイミング再生回路の構成を周辺回路とともに示すブロック図である。 タイミング再生回路におけるデシメータの構成を示すブロック図である。 搬送波が正弦波の場合における位相差情報の計算の概略を示す図である。 搬送波がパルス列の場合における位相差情報の計算の概略を示す図である。 本発明に係る位相差情報計算における精度の向上について説明するための図である。

符号の説明

１０ アナログ／ディジタル変換器
１２ 等化器
１４ 判定器
１６ タイミング再生回路
２０ 振幅変調部
３０ 線路
４０ アナログ／ディジタル変換器
５０ デシメータ（間引き器）
５２ ローパスフィルタ
５４ ダウンサンプラ
６０ 判定器
６２ データ判定部
６４ 位相差情報計算部
７０ ループフィルタ
８０ 発振器

Claims (5)

1. 送信装置で振幅変調された搬送波を受信信号とし、該受信信号を搬送波の周波数のｎ倍（ｎは正の整数）でサンプリングしてディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器を備える受信装置において、送信タイミングと受信タイミングとの位相差情報を抽出して前記送信装置のクロック信号を再生するタイミング再生回路であって、
   前記アナログ／ディジタル変換器の出力のサンプリングの周波数を、搬送波の周波数のｍ倍（ｍは１＜ｍ＜ｎを満たす整数）の周波数にまで間引くデシメーションフィルタと、
   前記デシメーションフィルタの出力から前記位相差についての情報を計算する位相差情報計算部と、
   前記位相情報計算部の出力を平均化するループフィルタと、
   前記ループフィルタの出力に基づいて前記アナログ／ディジタル変換器のサンプリングを行うクロック信号を生成する発振器と、
   を具備することを特徴とするタイミング再生回路。
2. 前記搬送波が正弦波である、請求項１に記載のタイミング再生回路。
3. 前記搬送波がパルス列である、請求項１に記載のタイミング再生回路。
4. 送信装置で振幅変調された搬送波を受信信号とし、該受信信号を搬送波の周波数のｎ倍（ｎは正の整数）でサンプリングしてディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器と、送信タイミングと受信タイミングとの位相差情報を抽出して前記送信装置のクロック信号を再生するタイミング再生回路と、を備える受信装置であって、該タイミング再生回路が、
   前記アナログ／ディジタル変換器の出力のサンプリングの周波数を、搬送波の周波数のｍ倍（ｍは１＜ｍ＜ｎを満たす整数）の周波数にまで間引くデシメーションフィルタと、
   前記デシメーションフィルタの出力から前記位相差についての情報を計算する位相差情報計算部と、
   前記位相情報計算部の出力を平均化するループフィルタと、
   前記ループフィルタの出力に基づいて前記アナログ／ディジタル変換器のサンプリングを行うクロック信号を生成する発振器と、
   を具備することを特徴とする受信装置。
5. 送信装置で振幅変調された搬送波を受信信号とし、該受信信号を搬送波の周波数のｎ倍（ｎは正の整数）でサンプリングしてディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器を備える受信装置において、送信タイミングと受信タイミングとの位相差情報を抽出して前記送信装置のクロック信号を再生するタイミング再生方法であって、
   前記アナログ／ディジタル変換器の出力のサンプリングの周波数を、搬送波の周波数のｍ倍（ｍは１＜ｍ＜ｎを満たす整数）の周波数にまで間引くデシメーションフィルタに通すステップと、
   前記デシメーションフィルタの出力から位相差についての情報を計算するステップと、
   前記計算の結果を示す出力をループフィルタに通すステップと、
   前記ループフィルタの出力に基づいて前記アナログ／ディジタル変換器のサンプリングを行うクロック信号を生成する発振器を動作させるステップと、
   を具備することを特徴とするタイミング再生方法。

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