JP5108407B2 - シンボルタイミングリカバリ回路 - Google Patents
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Description
は存在しない側帯波が発生してしまう。この側帯波は、クロック間引きの頻度に対応する周波数成分およびその高調波を含む。そして、この側帯波は、シンボルタイミングの再生精度の低下を引き起こす。さらに、シンボルタイミングの再生精度が低下すると、それに応じてBER(Bit Error Rate)特性も劣化してしまう。
ミングリカバリ回路と同じであってもよい。ただし、NCO20は、特許文献1に記載のNCOとは異なり、後述する加算制御機能を備えている。
は、データ識別点k3に対してπだけ遅れている。この場合、FIRフィルタ2には、信号の位相をπだけ進めるためのタップ係数a0〜a4が与えられる。そうすると、FIRフィルタ2は、データ識別点k3における値を出力する。このように、FIRフィルタ2は、サンプリングデータを用いて補間処理を行うことにより、入力信号のデータ識別点およびゼロクロス点における値を出力する。
位相誤差={d(r)-d(r+1)}-{d(r-1)-d(r)}=2d(r)-{d(r+1)+d(r-1)}・・・(1)
図4(a)に示す例では、(1)式により「+10」が得られている。すなわち、位相が進んでいる場合は、位相誤差データとして正の値が得られる。一方、図4(c)に示す例では、(1)式により「−8」が得られている。すなわち、位相が遅れている場合は、位相誤差データとして負の値が得られる。
位相誤差={d(r+1)-d(r)}-{d(r)-d(r-1)}=-2d(r)+{d(r+1)+d(r-1)}・・・(2)
図4(b)に示す例では、(2)式により「+8」が得られている。すなわち、位相が進んでいる場合は、位相誤差データとして正の値が得られる。一方、図4(d)に示す例では、(2)式により「−10」が得られている。すなわち、位相が遅れている場合は、位相誤差データとして負の値が得られる。
このように、間引き回路3の出力信号の位相が理想状態に対して進んでいれば、位相比較器4は、位相誤差データとして正の値を出力する。一方、間引き回路3の出力信号の位相が理想状態に対して遅れていれば、位相誤差データとして負の値が出力される。
1/Tsaw =fsamp−2fs ・・・(3)
なお、上述のリセット処理は、加算制御回路23により実行される。加算制御回路23の動作については、後で詳しく説明する。
(1)入力信号は、サンプリングクロックCLK1を用いてサンプリングされる。
(2)各サンプリングデータは、FIRフィルタ2における補間処理によってデータ識別点データ/ゼロクロス点データに変換される。ただし、サンプリングクロックCLK1は、入力信号のシンボルレートfs の2倍よりも高速である。よって、補間処理によってデータ識別点データ/ゼロクロス点データの一部は、重複することになる。
(3)データ識別点データ/ゼロクロス点データは、間引きクロックCLK2によって間引かれる。ここで、間引きクロックCLK2の周波数の平均は、入力信号のシンボルレートfs の2倍である。すなわち、データ識別点データ/ゼロクロス点データが重複する場合にその一方が間引かれる。この結果、入力信号のシンボルレートfs の2倍の速度のクロックで入力信号のデータ識別点データ/ゼロクロス点データが再生される。すなわち、シンボルタイミングが再生される。
図5は、従来のシンボルタイミングリカバリ回路において使用されているNCO(例えば、図15に示すNCO6)の動作を説明する図である。図5において、横軸は時間を表し、縦軸はNCOの出力(位相信号θ)を表す。ここで、NCOは、24ビット構成であり、「0x800000 (−8388608)」〜「0x7fffff (8388608)」(2の補数)を出力するものとする。そして、「0x800000」及び「0x7fffff」は、それぞれ「−π」及び「+π」と定義されているものとする。
れる(遷移B)。以降、上記動作が繰り返される。なお、位相信号θから「2π」が減算されるタイミングにおいて、サンプリングクロックCLK1のパルスが間引かれて、間引きクロックCLK2が生成される。すなわち、遷移Bが発生するときに、間引き回路3においてデータ識別点データ/ゼロクロス点データの間引きが行われる。
T1=(1/CLK1) + (1/CLK1)×(Δθ/2π)=Ts ・・・(4)
ここで、「(1/CLK1)×(Δθ/2π)」は、「Δθ」である。すなわち、カウントアップ時は、サンプリングクロックCLK1の1周期に相当する時間に、位相誤差Δθに相当する時間が加算される。
T1=(1/CLK1) + (1/CLK1)×(Δθ/2π)−(1/CLK1)
= (1/CLK1)×(Δθ/2π)
= Δθ ・・・(5)
このように、2πシフト時には、「(1/CLK1)×(Δθ/2π)」(すなわち、Δθ)だけ位相が進むことになる。
図7は、実施形態のNCO20の構成を示す図である。なお、NCO20の入力は位相誤差データΔθであり、NCO20の出力は位相信号θである。また、NCO20は、この実施例では、25ビット構成であり、「0x1400000 (−12582912)」〜「0x7fffff (8388607)」(2の補数)の値を出力する。「0x7fffff」は「+π」に相当し、「0x1400000」は「−1.5π」に相当する。
if ( b > 0x7fffff ) {
c = −0x1000000 − a
}
else {
c = 0;
}
ここで、「a」は、ループフィルタ5からNCO20へ与えられる位相誤差データΔθを表す。「b」は、NCO20における累積加算値である位相信号θを表す。「c」は、加算制御回路23により生成される補正値である。そして、加算器24は、位相信号θに対して補正値cを加算する。
図9(b)は、実施形態のNCO20の位相が2πだけシフトするときの動作を説明する図である。2πシフト時には、図9(a)に示すカウントアップ処理に加えて、「2π+Δθ」を減算する処理が行われる。ここで、NCOの位相角「2π」は、時間間隔「1/
CLK1」に相当する。位相誤差Δθは、「(1/CLK1)×(Δθ/2π)」に相当する。よって、実施形態のNCO20においては、2πシフト時に発生する時間間隔T1は、下記(6)式で表される。
T1=(1/CLK1) + (1/CLK1)×(Δθ/2π)−(1/CLK1)−Δθ
= (1/CLK1)×(Δθ/2π)−Δθ
=0・・・(6)
このように、実施形態のNCO20においては、2πシフト時に位相(すなわち、位相信号θ)は変化しない。
収束値= (2^24−1)×(CLK1−(1/Ts)) / CLK1 ・・・(7)
一方、実施形態のNCO20を採用した場合には、ループフィルタの収束値5は、下記(8)式で表される。
収束値= (2^24−1)×(CLK1−(1/Ts)) /(CLK1−(1/Ts)) ・・・(8)
このように、実施形態のシンボルタイミングリカバリ回路100においては、ループフィルタ5の収束値(すなわち、位相誤差Δθ)は、図5に示すNCOを搭載するシンボルタイミングリカバリ回路と比較して大きくなる。この結果、位相信号θの周期(すなわち、ノコギリ波の周期)は、従来の構成および実施形態の構成において互いに同じである。
なく、「θ<−π」領域のタップ係数a0〜a4も求めることができる。
また、上述の実施例では、NCO20により生成されるノコギリ波信号が右肩上がりであるが、本発明はこのようなケースに限定されるものではない。なお、「右肩上がり」とは、位相信号θが時間経過に伴ってほぼリニアに増加し、その位相信号θが閾値を超えたときにリセットされる波形を意味する。
シンボルタイミングリカバリ回路は、A/D変換器1a、1b、FIRフィルタ2a、2b、間引き回路3a、3b、位相比較器4、ループフィルタ5、NCO20、タップ係数演算部7、クロック制御回路8を備える。なお、A/D変換器1a、FIRフィルタ2a、間引き回路3aは、I相信号を処理し、A/D変換器1b、FIRフィルタ2b、間引き回路3bは、Q相信号を処理する。
図14は、実施形態のシンボルタイミングリカバリ回路100が形成される半導体装置の一例を示している。この実施例では、QPSK復調回路、シンボルタイミングリカバリ回路、エラー訂正回路が1つの半導体チップ上に形成されている。
(付記1)
入力信号のシンボルタイミングを再生するシンボルタイミングリカバリ回路であって、
入力信号を第1のクロックでサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段により得られるサンプリングデータを用いて補間処理を行うことにより、入力信号についての補間データを生成する補間手段と、
前記補間手段により得られる補間データを第2のクロックを利用して間引く間引き手段と、
前記間引き手段の出力信号の位相誤差を検出する位相比較器と、
前記位相比較器の出力信号を平滑化するループフィルタと、
前記ループフィルタの出力に応じた周波数の発振信号を生成する数値制御発振器と、
前記発振信号に応じて前記補間手段の動作を制御する補間制御手段と、
前記発振信号に応じて前記第1のクロックから前記第2のクロックを生成するクロック制御手段と、を備え、
前記数値制御発振器は、前記ループフィルタの出力値を累積的に加算し、その加算値が閾値を超えたときにその加算値から所定値および前記ループフィルタの出力値を減算することにより、前記発振信号を生成する
ことを特徴とするシンボルタイミングリカバリ回路。
付記1に記載のシンボルタイミングリカバリ回路であって、
前記所定値は、前記第1のクロックの位相に換算すると2πに相当する
ことを特徴とするシンボルタイミングリカバリ回路。
付記1に記載のシンボルタイミングリカバリ回路であって、
前記数値制御発振器は、
前記ループフィルタの出力値を積分する積分回路と、
前記積分回路の出力値と前記閾値とを比較する比較器と、
前記比較器において前記積分回路の出力値が前記閾値を超えたときに、前記所定値および前記ループフィルタの出力値の和を出力するセレクタと、
前記積分器への入力値から前記セレクタの出力を減算する演算器、を備える
ことを特徴とするシンボルタイミングリカバリ回路。
付記3に記載のシンボルタイミングリカバリ回路であって、
前記セレクタは、前記比較器において前記積分回路の出力値が前記閾値を超えていないときは、ゼロを出力する
ことを特徴とするシンボルタイミングリカバリ回路。
付記1に記載のシンボルタイミングリカバリ回路であって、
サンプリング手段は、A/D変換器である
ことを特徴とするシンボルタイミングリカバリ回路。
付記1に記載のシンボルタイミングリカバリ回路であって、
前記補間手段は、FIRフィルタであり、
前記補間制御手段は、前記発振信号に応じてFIRフィルタのタップ係数を生成する
ことを特徴とするシンボルタイミングリカバリ回路。
付記1に記載のシンボルタイミングリカバリ回路であって、
前記間引き手段は、前記第2のクロックに従って前記補間手段により得られる補間データをラッチして出力するフリップフロップ回路である
ことを特徴とするシンボルタイミングリカバリ回路。
付記1に記載のシンボルタイミングリカバリ回路であって、
前記クロック制御手段は、前記数値制御発振器における加算値が前記閾値を超えたときに前記第1のクロックのパルスを間引くことによって前記第2のクロックを生成する
ことを特徴とするシンボルタイミングリカバリ回路。
通信システムにおいて使用される受信装置であって、
入力信号を第1のクロックでサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段により得られるサンプリングデータを用いて補間処理を行うことにより、入力信号についての補間データを生成する補間手段と、
前記補間手段により得られる補間データを第2のクロックを利用して間引く間引き手段と、
前記間引き手段の出力信号の位相誤差を検出する位相比較器と、
前記位相比較器の出力信号を平滑化するループフィルタと、
前記ループフィルタの出力に応じた周波数の発振信号を生成する数値制御発振器と、
前記発振信号に応じて前記補間手段の動作を制御する補間制御手段と、
前記発振信号に応じて前記第1のクロックから前記第2のクロックを生成するクロック制御手段と、を備え、
前記数値制御発振器は、前記ループフィルタの出力値を累積的に加算し、その加算値が閾値を超えたときにその加算値から所定値および前記ループフィルタの出力値を減算することにより、前記発振信号を生成するシンボルタイミングリカバリ回路と、
前記シンボルタイミングリカバリ回路により生成されるクロックを利用して受信動作を行う受信回路と、
を備えることを特徴とする受信装置。
入力信号を第1のクロックでサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段により得られるサンプリングデータを用いて補間処理を行うことにより、入力信号についての補間データを生成する補間手段と、
前記補間手段により得られる補間データを第2のクロックを利用して間引く間引き手段と、
前記間引き手段の出力信号の位相誤差を検出する位相比較器と、
前記位相比較器の出力信号を平滑化するループフィルタと、
前記ループフィルタの出力に応じた周波数の発振信号を生成する数値制御発振器と、
前記発振信号に応じて前記補間手段の動作を制御する補間制御手段と、
前記発振信号に応じて前記第1のクロックから前記第2のクロックを生成するクロック制御手段と、を備え、
前記数値制御発振器は、前記ループフィルタの出力値を累積的に加算し、その加算値が閾値を超えたときにその加算値から所定値および前記ループフィルタの出力値を減算することにより、前記発振信号を生成するシンボルタイミングリカバリ回路が形成された半導体装置。
入力信号のシンボルタイミングを再生するシンボルタイミングリカバリ回路であって、
入力信号を第1のクロックでサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段により得られるサンプリングデータを用いて補間処理を行うことにより、入力信号についての補間データを生成する補間手段と、
前記補間手段により得られる補間データを第2のクロックを利用して間引く間引き手段と、
前記間引き手段の出力信号の位相誤差を検出する位相誤差検出手段と、
前記位相誤差に応じた周波数の発振信号を生成する数値制御発振器と、
前記発振信号に応じて前記補間手段の動作を制御する補間制御手段と、
前記発振信号に応じて前記第1のクロックから前記第2のクロックを生成するクロック制御手段と、を備え、
前記数値制御発振器は、前記位相誤差を累積的に加算し、その加算値が閾値を超えたときにその加算値から所定値および前記位相誤差を減算することにより、前記発振信号を生成する
ことを特徴とするシンボルタイミングリカバリ回路。
入力信号のシンボルタイミングを再生するシンボルタイミングリカバリ回路であって、
入力信号を第1のクロックでサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段により得られるサンプリングデータを用いて補間処理を行うことにより、入力信号についての補間データを生成する補間手段と、
前記補間手段により得られる補間データを第2のクロックを利用して間引く間引き手段と、
前記間引き手段の出力信号の位相誤差を検出する位相比較器と、
前記位相比較器の出力信号を平滑化するループフィルタと、
前記ループフィルタの出力に応じた周波数の発振信号を生成する数値制御発振器と、
前記発振信号に応じて前記補間手段の動作を制御する補間制御手段と、
前記発振信号に応じて前記第1のクロックから前記第2のクロックを生成するクロック制御手段と、を備え、
前記数値制御発振器は、前記ループフィルタの出力値を累積的に加算して出力するとともに、その加算値が閾値を超えたときにはその直前の出力値と同じ位相を表す値を出力することにより、前記発振信号を生成する
ことを特徴とするシンボルタイミングリカバリ回路。
2 FIRフィルタ
3 間引き回路
4 位相比較器
5 ループフィルタ
7 タップ係数演算部
8 クロック制御回路
11 発振器
20 数値制御発振器(NCO)
21 遅延素子
22 加算器
23 加算制御回路
24 加算器
25 加算制御回路
31 比較器
32 乗算器
33 加算器
34 セレクタ
100 シンボルタイミングリカバリ回路
Claims (8)
- 入力信号のシンボルタイミングを再生するシンボルタイミングリカバリ回路であって、
入力信号を第1のクロックでサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段により得られるサンプリングデータを用いて補間処理を行うことにより、入力信号についての補間データを生成する補間手段と、
前記補間手段により得られる補間データを第2のクロックを利用して間引く間引き手段と、
前記間引き手段の出力信号と、前記補間データにおける入力信号のデータ識別点またはゼロクロス点との位相誤差を検出する位相比較器と、
前記位相比較器の出力信号を平滑化するループフィルタと、
前記ループフィルタの出力に応じた周波数の発振信号を生成する数値制御発振器と、
前記発振信号に応じて前記補間手段の動作を制御する補間制御手段と、
前記発振信号に応じて前記第1のクロックから前記第2のクロックを生成するクロック制御手段と、を備え、
前記数値制御発振器は、前記ループフィルタの出力値を累積的に加算し、その加算値が閾値を超えたときにその加算値から所定値および前記ループフィルタの出力値を減算することにより、前記発振信号を生成する
ことを特徴とするシンボルタイミングリカバリ回路。 - 請求項1に記載のシンボルタイミングリカバリ回路であって、
前記所定値は、前記第1のクロックの位相に換算すると2πに相当する
ことを特徴とするシンボルタイミングリカバリ回路。 - 請求項1に記載のシンボルタイミングリカバリ回路であって、
前記数値制御発振器は、
前記ループフィルタの出力値を積分する積分回路と、
前記積分回路の出力値と前記閾値とを比較する比較器と、
前記比較器において前記積分回路の出力値が前記閾値を超えたときに、前記所定値および前記ループフィルタの出力値の和を出力するセレクタと、
前記積分器への入力値から前記セレクタの出力を減算する演算器、を備える
ことを特徴とするシンボルタイミングリカバリ回路。 - 請求項3に記載のシンボルタイミングリカバリ回路であって、
前記セレクタは、前記比較器において前記積分回路の出力値が前記閾値を超えていないときは、ゼロを出力する
ことを特徴とするシンボルタイミングリカバリ回路。 - 通信システムにおいて使用される受信装置であって、
入力信号を第1のクロックでサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段により得られるサンプリングデータを用いて補間処理を行うことにより、入力信号についての補間データを生成する補間手段と、
前記補間手段により得られる補間データを第2のクロックを利用して間引く間引き手段と、
前記間引き手段の出力信号と、前記補間データにおける入力信号のデータ識別点またはゼロクロス点との位相誤差を検出する位相比較器と、
前記位相比較器の出力信号を平滑化するループフィルタと、
前記ループフィルタの出力に応じた周波数の発振信号を生成する数値制御発振器と、
前記発振信号に応じて前記補間手段の動作を制御する補間制御手段と、
前記発振信号に応じて前記第1のクロックから前記第2のクロックを生成するクロック制御手段と、を備え、
前記数値制御発振器は、前記ループフィルタの出力値を累積的に加算し、その加算値が閾値を超えたときにその加算値から所定値および前記ループフィルタの出力値を減算することにより、前記発振信号を生成するシンボルタイミングリカバリ回路と、
前記シンボルタイミングリカバリ回路により生成されるクロックを利用して受信動作を行う受信回路と、
を備えることを特徴とする受信装置。 - 入力信号を第1のクロックでサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段により得られるサンプリングデータを用いて補間処理を行うことにより、入力信号についての補間データを生成する補間手段と、
前記補間手段により得られる補間データを第2のクロックを利用して間引く間引き手段と、
前記間引き手段の出力信号と、前記補間データにおける入力信号のデータ識別点またはゼロクロス点との位相誤差を検出する位相比較器と、
前記位相比較器の出力信号を平滑化するループフィルタと、
前記ループフィルタの出力に応じた周波数の発振信号を生成する数値制御発振器と、
前記発振信号に応じて前記補間手段の動作を制御する補間制御手段と、
前記発振信号に応じて前記第1のクロックから前記第2のクロックを生成するクロック制御手段と、を備え、
前記数値制御発振器は、前記ループフィルタの出力値を累積的に加算し、その加算値が閾値を超えたときにその加算値から所定値および前記ループフィルタの出力値を減算することにより、前記発振信号を生成するシンボルタイミングリカバリ回路が形成された半導体装置。 - 入力信号のシンボルタイミングを再生するシンボルタイミングリカバリ回路であって、
入力信号を第1のクロックでサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段により得られるサンプリングデータを用いて補間処理を行うことにより、入力信号についての補間データを生成する補間手段と、
前記補間手段により得られる補間データを第2のクロックを利用して間引く間引き手段と、
前記間引き手段の出力信号と、前記補間データにおける入力信号のデータ識別点またはゼロクロス点との位相誤差を検出する位相誤差検出手段と、
前記位相誤差に応じた周波数の発振信号を生成する数値制御発振器と、
前記発振信号に応じて前記補間手段の動作を制御する補間制御手段と、
前記発振信号に応じて前記第1のクロックから前記第2のクロックを生成するクロック制御手段と、を備え、
前記数値制御発振器は、前記位相誤差を累積的に加算し、その加算値が閾値を超えたときにその加算値から所定値および前記位相誤差を減算することにより、前記発振信号を生成する
ことを特徴とするシンボルタイミングリカバリ回路。 - 入力信号のシンボルタイミングを再生するシンボルタイミングリカバリ回路であって、
入力信号を第1のクロックでサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段により得られるサンプリングデータを用いて補間処理を行うことにより、入力信号についての補間データを生成する補間手段と、
前記補間手段により得られる補間データを第2のクロックを利用して間引く間引き手段と、
前記間引き手段の出力信号と、前記補間データにおける入力信号のデータ識別点またはゼロクロス点との位相誤差を検出する位相比較器と、
前記位相比較器の出力信号を平滑化するループフィルタと、
前記ループフィルタの出力に応じた周波数の発振信号を生成する数値制御発振器と、
前記発振信号に応じて前記補間手段の動作を制御する補間制御手段と、
前記発振信号に応じて前記第1のクロックから前記第2のクロックを生成するクロック制御手段と、を備え、
前記数値制御発振器は、前記ループフィルタの出力値を累積的に加算して出力するとともに、その加算値が閾値を超えたときにはその直前の出力値と同じ位相を表す値を出力することにより、前記発振信号を生成する
ことを特徴とするシンボルタイミングリカバリ回路。
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