JP4969746B2 - 可変サンプリング・データ出力回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は一般にデータ通信の技術分野で使用されるデータ・サンプリング回路に関し、特に、周波数変動に柔軟に対処することが可能なサンプリング・データ出力回路に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
無線データ通信システムでは、無線周波数で伝送されてきた信号をベース・バンド周波数にダウンコンバートし、サンプリング等の信号処理を経て所望の信号を得ている。この種の無線システムには、一般に同期システムと非同期システムとがある。プリアンブル同期信号を利用して、送信側および受信側の同期を確保して位相を合わせる同期システムでは、同期を確保するまでの期間(トレーニング期間)が用途によっては非常に長くなってしまい、コスト的にも不利であるという問題点が生じ得る。これに対して、非同期システムではプリアンブル同期信号を利用することなく、位相調整を行うことが可能である。
【0003】
図1はそのような非同期システムで使用されるサンプリング・データ出力回路(100)の概略ブロック図を示す。この回路(100)は、入力信号(102)を受信し、サンプリング周波数の4倍であるオーバー・サンプリング周波数(CLK4X)でサンプリングを行うオーバー・サンプリング部(104)より成り、このオーバー・サンプリング部(104)は4つの遅延素子(106)より成る。各遅延素子(106)の出力は、それぞれ第1ないし第4位相出力部(112ないし118)に接続され、さらにエラー検出部(図示せず)に接続される。
【0004】
図2は、図1のシステム(100)の動作を説明するためのタイミング・チャートを示す。入力信号(102)は、まずオーバー・サンプリング部(104)でサンプリングされ、オーバー・サンプリング・クロック(CLK4X)にあわせて遅延素子(106)に順に格納される。これら遅延素子(106)からの出力は第1ないし第4位相出力部(112ないし118)の入力部(110)に供給され、サンプリング・クロック(CLK)にあわせて各位相出力部から出力される。これらの出力信号は互いに位相のずれた信号系列であり、第2図中のp1,p2,p3,p4で示されるような位相のタイミングで入力信号(102)をサンプリングしたものに相当する。そして、エラー検出部(図示せず)によるエラーチェックを経て所望の信号系列が選択される。このようなシステムは、サンプリング・クロック(CLK)およびこれを逓倍して得られるオーバー・サンプリング・クロック(CLK4X)が、送信側および受信側で同一であることを前提としている。
【0005】
しかしながら、通信装置(特にクロック周波数に関する部分)の製造上のばらつき、経年変化、温度変化その他の使用環境等の影響により、送信および受信側の周波数は必ずしも同一ではない。クロックまたは周波数がずれていると次に述べるような問題が生じる。例えば、受信側の周波数が送信側の周波数よりも0.5%高いとすると、データのサンプリング点が、100サンプルごとに0.5サンプル(100*0.005=0.5サンプル)、200サンプルで完全に1サンプルずれてしまう(図2)。したがって、伝送されるパケットのデータ長が100サンプル程度であれば、サンプリング点のズレは高々0.5サンプルなので、4種類の位相候補のうちいずれかを選択することによってエラーのないデータを求めることが可能である。しかし、パケット長が200サンプル以上になると、サンプリング点が完全に1サンプル以上ずれてしまうので、いずれの位相候補を採用してもエラーになってしまう。パケット長を短くすれば、この例では100サンプル長程度に制限すれば、周波数ズレに関する問題に対処することは理論上可能である。しかし、伝送すべきデータ長は非常に長いのが一般的であり、パケット長が短いと元の長いデータを再構成するための処理が煩雑になってしまうという問題点もある。
【0006】
本発明は、上記のような問題点の少なくとも1つを解決するためになされたものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
図3は、互いに周波数の異なる3つのサンプリング・タイミングを表すタイミング図を示す。図中、最上部のデータ系列は、サンプリング周波数(fs)の4逓倍周波数であるオーバー・サンプリング周波数を利用して、入力信号をサンプリングした場合に得られるデータ系列(Sn)を示す。このデータ系列(Sn)の内容は、図1の一連の遅延素子群(106)に格納されているものに相当する。データ系列(Sn)の次に示されているものは、サンプリング周波数(fs)よりも高い周波数(fH)、サンプリング周波数(fs)およびサンプリング周波数より低い周波数(fL)における各サンプリング点を表す。この例では、基本周波数(fs)のサンプリングのタイミングの間隔は4オーバー・サンプル期間であり、高い周波数(fH)では3オーバー・サンプル期間、低い周波数(fL)では5オーバー・サンプル期間となっている。すなわち、高い周波数(fH)を利用してサンプリングを行うと、{S1,S4,S7,S10,...}という信号系列が得られ、基本周波数(fs)を利用してサンプリングを行うと、{S1,S5,S9,S13,...}という信号系列が得られ、低い周波数(fL)を利用してサンプリングを行うと、{S1,S6,S11,...}という信号系列が得られる。言い換えれば、オーバー・サンプリングされたデータ系列{Sn}に対して、{S1,S4,S7,S10,...}という信号系列を求めることができれば、基本周波数(fs)よりも高い周波数(fH)でサンプリングしたことと等価である。同様に、{S1,S5,S9,S13,...}という信号系列を求めることができれば、基本周波数(fs)よりも低い周波数(fL)でサンプリングしたことと等価である。
【0008】
図4は、本願実施例によるサンプリング・データ出力回路(400)の概略ブロック図を示す。図1と同様の要素には3桁目が4であることを除いて同様の参照番号が付されている。更に、この回路(400)は、第1ないし第4位相出力部(412ないし418)に結合された高周波調整用の循環シフタ(420)と低周波数調整用の循環シフタ(422)とを備える。
【0009】
入力信号(402)は、オーバー・サンプリング・クロック(CLK4X)にあわせてサンプリングされて遅延素子(406)に順に格納される。これら遅延素子(406)からの出力は第1ないし第4位相出力部(412ないし418)の入力部(410)に供給され、サンプリング・クロック(CLK)にあわせて各々の位相出力部から出力される。これらの出力信号は互いに位相のずれた信号系列{p1},{p2},{p3},{p4}であり、エラー検出部(図示せず)に供給される。ここまでは従来と同様である。
【0010】
第1ないし第4位相出力部(412ないし418)からの出力信号は、高周波調整用の循環シフタ(420)にも与えられる。この循環シフタ(420)は、信号系列{p1},{p2},{p3},{p4}に基づいて、基本周波数(fs)よりも高い周波数(fH)でサンプリングを行った場合に得られる信号系列{pH1},{pH2},{pH3},{pH4}を出力する。図3の説明で使用した数値例を使用すると、{p1}が{S1,S5,S9,S13,...}のような信号系列を与え、{pH1}が{S1,S4,S7,S10,...}のような信号系列を与える。他の信号系列{pH2}等についても同様である。さらに、第1ないし第4位相出力部(412ないし418)からの出力信号は、低周波調整用の循環シフタ(422)にも与えられる。この循環シフタ(422)は、信号系列{p1},{p2},{p3},{p4}に基づいて、基本周波数(fs)よりも低い周波数(fL)でサンプリングを行った場合に得られる信号系列{pL1},{pL2},{pL3},{pL4}を出力する。図3の説明で使用した数値例を使用すると、{pL1}は{S1,S6,S11,S16,...}のような信号系列を与える。他の信号系列{pL2}等についても同様である。3つの周波数(fs,fH,fL)の各々について4つの位相シフトを考慮することにより、合計12通りの信号系列が得られる。そして、エラー検出部(図示せず)によるエラーチェックを経て所望の信号系列が選択される。
【0011】
図5は、図4に示すサンプリング・データ出力回路(400)のうち、主に、第1ないし第4位相出力部(412ないし418)と、高周波調整用の循環シフタ(420)に関係する部分のブロック図である。循環シフタは、各信号系列どうしの相対的な遅延量を調整する部分と、必要とするデータを選択するセレクタの部分に分けられる。低周波調整用の循環シフタ(422)も同様にして構成することが可能であるので、その説明を省略する。
【0012】
図中、左下部分に示されている第1位相出力部(412)は一連の遅延素子(502)より成り、最右端の遅延素子(502)の出力が出力ノード(A)を介して第1セレクタ(512)の第1入力に結合される。他の遅延素子(502)の出力も第1セレクタ(512)の第2,第3および第4入力にそれぞれ結合される。第1セレクタ(512)の出力は、第1遅延素子(522)および第2遅延素子(532)を介して第2セレクタ(542)の一方の入力(a)に結合される。第1遅延素子(522)の出力は第2セレクタ(542)の他方の入力(b)に結合される。第2セレクタ(542)の出力は第3セレクタ(552)の一方の入力(a)に結合される。さらに、第3セレクタ(552)の出力は第4セレクタ(562)の一方の入力(a)に結合される。第4セレクタ(562)の出力は、基本周波数(fs)よりも高い周波数(fH)でサンプリングを行った場合に得られる信号系列{pH1}を出力する。
【0013】
同様に、第2位相出力部(414)内の最右端の遅延素子(504)の出力が出力ノード(B)を介して第1セレクタ(514)の第1入力に結合される。他の遅延素子(504)の出力も第1セレクタ(514)の第2,第3および第4入力にそれぞれ結合される。第1セレクタ(514)の出力は、第1遅延素子(524)および第2遅延素子(534)を介して第2セレクタ(544)の一方の入力(a)に結合される。第1遅延素子(524)の出力は第2セレクタ(544)の他方の入力(b)に結合される。第3セレクタ(554)の一方の入力(a)は第2セレクタ(544)からの出力に、他方の入力(b)は第1位相に関する第2セレクタ(542)の出力に結合される。第3セレクタ(554)の出力は第4セレクタ(564)の一方の入力(a)に結合される。第4セレクタ(564)の出力は、基本周波数(fs)よりも高い周波数(fH)でサンプリングを行った場合に得られる信号系列であって、信号系列{pH1}とは位相のずれた関係にある信号系列{pH2}を出力する。
【0014】
同様に、第3位相出力部(416)内の最右端の遅延素子(506)の出力が出力ノード(C)を介して第1セレクタ(516)の第1入力に結合される。他の遅延素子(506)の出力も第1セレクタ(516)の第2,第3および第4入力にそれぞれ結合される。第1セレクタ(516)の出力は、第1遅延素子(526)および第2遅延素子(536)を介して第2セレクタ(546)の一方の入力(a)に結合される。第1遅延素子(526)の出力は第2セレクタ(546)の他方の入力(b)に結合される。第3セレクタ(556)の一方の入力(a)は第2セレクタ(546)からの出力に、他方の入力(b)は第2位相に関する第2セレクタ(544)の出力に結合される。第4セレクタ(566)の一方の入力(a)は第3セレクタ(556)からの出力に結合され、他方の入力(b)は第1位相に関する第3セレクタ(552)からの出力に結合される。第4セレクタ(566)の出力は、基本周波数(fs)よりも高い周波数(fH)でサンプリングを行った場合に得られる信号系列であって、信号系列{pH1}および{pH2}とは位相のずれた関係にある信号系列{pH3}を出力する。
【0015】
さらに、第4位相出力部(418)内の最右端の遅延素子(508)の出力が出力ノード(D)を介して第1セレクタ(518)の第1入力に結合される。他の遅延素子(508)の出力も第1セレクタ(518)の第2,第3および第4入力に結合される。第1セレクタ(518)の出力は、第1遅延素子(528)および第2遅延素子(538)を介して第2セレクタ(548)の一方の入力(a)に結合される。第1遅延素子(528)の出力は第2セレクタ(548)の他方の入力(b)に結合される。第3セレクタ(558)の一方の入力(a)は第2セレクタ(548)からの出力に結合され、他方の入力(b)は第3位相に関する第2セレクタ(546)からの出力に結合される。第2セレクタ(548)の出力は、第1位相の第3セレクタ(552)の他方の入力(b)にも結合される。第4セレクタ(568)の一方の入力(a)は第3セレクタ(558)からの出力に結合され、他方の入力(b)は第2位相に関する第3セレクタ(554)からの出力に結合される。第4セレクタ(568)の出力は、基本周波数(fs)よりも高い周波数(fH)でサンプリングを行った場合に得られる信号系列であって、信号系列{pH1},{pH2}および{pH3}とは位相のずれた関係にある信号系列{pH4}を出力する。
【0016】
位相ズレ積算カウンタ(520)は、各位相に関する第1セレクタ(512,514,516,518),第2セレクタ(542,544,546,548),第3セレクタ(552,554,556,558)および第4セレクタ(562,564,566,568)に結合されている。
【0017】
動作を次に説明する。各遅延素子にはクロックに応じてオーバー・サンプリングされたデータ(Sn)が順次格納されて行く。例えば、出力ノード(A)からは第1位相の信号系列{p1}が得られ、これは具体的には古い順に、S1,S5,S9,S13である。このようにして入力されてくるサンプル・データに対して、積算カウンタ(520)のカウント値および周波数偏移に関する一定の規則に従って各セレクタを適切に切り替えて所望の信号系列{pH1},...,{pH4}を求める。例えば、出力信号系列{pH1}は、S1,S4,S7,S10,...であるが、基本周波数の信号系列{p1}=S1,S5,S9,S13,...と比べると、4オーバー・サンプル毎に1サンプルの割合で偏移している。しかも、S4,S7,S10のようなデータは、信号系列{p1}内には含まれていないが、他の信号系列{p2},{p3}または{p4}には含まれている。このような関係を利用することによって、周波数の異なる所望の信号系列を既存の信号系列{p1}ないし{p4}に基づいて構築することが可能である。4つの位相のうち、どの位相のデータを選択すべきかについては、周波数偏移に関する規則性に従って第3(552,554,556,558)および第4セレクタ(562,564,566,568)を適宜選択することによって決定される。さらに、各位相に関する信号系列どうしの相対的な遅延量を調整するのは、第1セレクタ(512,514,516,518)、第1遅延素子(522,524,526,528)、第2遅延素子(532,534,536,538)および第2セレクタ(542,544,546,548)の部分である。
【0018】
例えば、図示している例において、第1クロックにおいて、第1セレクタ(512,514,516,518)が総て第1入力を選択し、他の2入力セレクタの総てが一方の入力(a)を選択しているとすると、この期間に{pH1}のデータとして出力されるのはS1である。同様に、{pH2}にはS2が、{pH3}にはS3が、{pH4}にはS4が出力される。第2クロックにおいて、第2セレクタ(542,544,546,548)が他方の入力(b)を選択し、第3セレクタ(552,554,556,558)も他方の入力(b)を選択し、第4セレクタ(562,564,566,568)が一方の入力(a)を選択すると、{pH1}にはS4が、{pH2}にはS5が、{pH3}にはS6が、{pH4}にはS7が出力される。第3クロックにおいて、第1セレクタ(512,514)が第2入力を選択すると、第1位相の第2遅延素子(532)にS5が、第1遅延素子にS9が、第2位相の第2遅延素子(534)にS6が、第1遅延素子(524)にS10がそれぞれ格納される。こうして、第1および第2位相の信号系列をシフトさせることによって、各信号系列どうしの遅延量を調整する。さらに、第2セレクタ(542,544,546,548)が他方の入力(b)を選択し、第3セレクタ(552,554,556,558)が一方の入力(a)を選択し、第4セレクタ(562,564,566,568)が他方の入力(b)を選択すると、{pH1}にはS7が、{pH2}にはS8が、{pH3}にはS9が、{pH4}にはS10が出力される。第4クロックにおいて、第1位相の第1セレクタ(512)が第3入力を選択し、第3および第4位相の第1セレクタ(516,518)が第2入力を選択すると、第2遅延素子(532)にはS9が、第1遅延素子(522)にはS13が、第2遅延素子(536)にはS7が、第1遅延素子(526)にはS11が、第2遅延素子(538)にはS8が、第1遅延素子(528)にはS12が、それぞれ格納される。こうして、各信号系列どうしの遅延量がさらに調整される。さらに、他の2入力セレクタの総てが他方の入力(b)を選択すると、{pH1}にはS10が、{pH2}にはS11が、{pH3}にはS12が、{pH4}にはS13が出力される。このようにして、クロックにあわせてデータ・サンプルを適宜シフトさせながら、各セレクタを適宜選択すると、所望の信号系列が得られる。
【0019】
本実施例によれば、サンプリング・データ信号に関する位相のズレだけでなく、送信側および受信側の周波数偏移にも対応することが可能である。このため、適切に伝送することの可能なパケット長は従来よりも長くすることができる。基本周波数(fs)に関する信号系列{p1}等とは異なる信号系列を得る観点からは、循環シフタ(420)または(422)の一方のみを設けることで足りる。ただし、双方向の通信を良好に行えるようにするには、双方の無線端末が高周波用と低周波用の周波数ズレに対処できなければならない。この点、本願実施例の装置は極めて有利である。
【0020】
説明の便宜上、上記の例では4サンプル毎に1サンプルずれるような極端な状況を想定したが、このことは本願の動作原理を制限するものではない。使用する通信環境に応じて具体的な数値その他のパラメータを適宜選択することが可能である。また、設定する周波数ズレは固定値でも可変値(プログラマブル)でもよい。採用する周波数の種類および位相の種類の数も使用環境に応じて適宜選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 通信システムで使用されるサンプリング・データ出力回路(100)の概略ブロック図を示す。
【図2】 図1のシステム(100)の動作を説明するためのタイミング・チャートを示す。
【図3】 互いに周波数の異なる3つのサンプリング・タイミングを表すタイミング図を示す。
【図4】 本願実施例によるサンプリング・データ出力回路(400)の概略ブロック図を示す。
【図5】 図4に示すサンプリング・データ出力回路(400)の主要部分に関する部分ブロック図である。
Claims (3)
- 可変サンプリング・データ出力回路であって、
入力されるデータ信号(402)を、オーバー・サンプリング周波数を利用してサンプリングし、複数の基本信号系列(p1,p2,p3,p4)を並列に出力する変換部であって、前記複数の基本信号系列の各々は同一の基本サンプリング周波数(fs)を有するが互いの位相は異なる、前記変換部と、
前記複数の基本信号系列を入力し、複数の周波数偏移信号系列(pH1,pH2,pH3,pH4)を出力する循環シフタであって、前記複数の周波数偏移信号系列の各々に共通する周波数は基本サンプリング周波数とは異なり、前記複数の周波数偏移信号系列の各々は互いに位相が異なる、前記循環シフタとを備え、
前記循環シフタは、入力された複数の基本信号系列の中から所望の信号サンプルを選択することによって前記複数の周波数偏移信号系列を作成するための複数のセレクタを含み、
少なくとも1つの基本信号系列および少なくとも1つの周波数偏移信号系列に関し、誤り検出器において誤りの有無を調べることによって所望の信号系列が得られることを特徴とする可変サンプリング・データ出力回路。 - 可変サンプリング・データ出力回路であって、
入力されるデータ信号(402)を、オーバー・サンプリング周波数を利用してサンプリングし、複数の基本信号系列(p1,p2,p3,p4)を並列に出力する変換部であって、前記複数の基本信号系列の各々は同一の基本サンプリング周波数(fs)を有するが互いの位相は異なる、前記変換部と、
前記複数の基本信号系列を入力し、複数の第1周波数偏移信号系列(pH1,pH2,pH3,pH4)を出力する第1循環シフタであって、前記複数の周波数偏移信号系列の各々に共通する周波数は基本サンプリング周波数よりも高く、前記複数の第1周波数偏移信号系列の各々は互いに位相の異なる、前記第1循環シフタと、
前記複数の基本信号系列を入力し、複数の第2周波数偏移信号系列(pL1,pL2,pL3,pL4)を出力する第2循環シフタであって、前記複数の周波数偏移信号系列の各々に共通する周波数は基本サンプリング周波数よりも低く、前記複数の第2周波数偏移信号系列の各々は互いに位相の異なる、前記第2循環シフタとを備え、
前記第1および第2循環シフタは、入力された複数の基本信号系列の中から所望の信号サンプルを選択することによって前記複数の第1及び第2周波数偏移信号系列を作成するための複数のセレクタを含み、
少なくとも1つの基本信号系列、少なくとも1つの第1周波数偏移信号系列および少なくとも1つの第2周波数偏移信号系列に関し、誤り検出器において誤りの有無を調べることによって所望の信号系列が得られることを特徴とする可変サンプリング・データ出力回路。 - 可変サンプリング・データ出力回路であって、
入力されるデータ信号(402)を、オーバー・サンプリング周波数を利用してサンプリングし、複数の基本信号系列(p1,p2,p3,p4)を並列に出力する変換部であって、前記複数の基本信号系列の各々は同一の基本サンプリング周波数(fs)を有するが互いの位相は異なる、前記変換部と、
出力された複数の基本信号系列(p1,p2,p3,p4)どうしの相対的な遅延量を調整した複数の調整信号系列を出力する遅延調整部と、
複数の調整信号系列を入力し、複数の周波数偏移信号系列(pH1,pH2,pH3,pH4)を出力する循環シフタであって、前記複数の周波数偏移信号系列のおのおのに共通する周波数は基本サンプリング周波数と異なり、互いの位相も異なる、前記循環シフタを備え、
前記循環シフタは、入力された複数の調整信号系列の中から所望の信号サンプルを選択することによって前記複数の周波数偏移信号系列を作成するための複数のセレクタを含み、
少なくとも1つの基本信号系列および少なくとも1つの周波数偏移信号系列に関し、誤り検出器において誤りの有無を調べることによって所望の信号系列が得られることを特徴とする可変サンプリング・データ出力回路。
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