JP6583163B2 - 送信回路 - Google Patents

Description

本発明は、送信回路がベースバンド信号により表されるシンボルの波形を成形する送信フィルタを備える送信回路に関する。

ベースバンド通信を行うシステムでは、ＥＭＩ（Electro-Magnetic Interference）を低減する目的で、送信回路において送信信号のシンボル波形をフィルタを介して成形する所謂パルスシェーピングを行った後、伝送路に送信する場合がある（例えば特許文献１参照）。

特開２０１５−９５７１８号公報

パルスシェーピングを行う際には、波形の高調波成分をフィルタでより多く除去すればその分だけＥＭＩの低減に寄与できる。しかしながら、受信回路側で、受信したシンボルの系列より抽出したクロック信号に基づいてシンボル波形の等化を行う構成では、シンボル波形の整形度合いが大きくなることでクロック信号の抽出が困難となり、信号を受信できなくなるおそれがある。そのため、従来、送信回路に設けるフィルタの係数は、受信側でクロック信号が抽出可能となるようにマージンを取って設定されており、ＥＭＩの低減効果が十分であるとは言えなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来よりもＥＭＩを低減しつつ、通信性能を維持できる送信回路を提供することにある。

請求項１記載の送信回路によれば、送信回路の係数調整部は、ベースバンド信号により表されるシンボルの波形を成形するＦＩＲ型の送信フィルタの係数を可変設定する。その際に、係数調整部は、送信フィルタの係数を、受信回路が備えるクロック抽出部におけるクロック信号の抽出が保証されていることが事前に確認されている初期値から、クロック信号の抽出が保証できなくなる方向へ、終了値まで段階的に変化させるように調整処理を行う。

一般に、受信回路側のイコライザで行われるシンボル波形の等化処理は、その処理に用いるフィルタの係数を、過去の情報も含めた学習により決定する「適応等化」を行っている。したがって、送信側で送信フィルタの係数を、上述のように初期値から終了値まで段階的に変化させることで、受信側のクロック抽出部でも段階的に学習が行われる。

その結果、上記終了値のフィルタ係数を当初から送信フィルタに設定してシンボル波形を整形し送信を開始すると、受信側でクロック信号の抽出が不能になる場合でも、受信回路における学習の効果によって抽出が可能になる。これにより、シンボルの受信を可能にしつつ、従来よりも送信フィルタによるシンボル波形の整形度合いを高めてＥＭＩの低減効果を向上させることができる。

第１実施形態であり、通信システムの構成を示すブロック図 フィルタ係数の調整処理を示す送信回路，受信回路間のシーケンス図 フィルタ係数を変化させる状態を示す図 フィルタ係数の変化に伴うシンボル波形の変化を示す図 フィルタ係数の変化に伴う周波数スペクトラムの変化を示す図 フィルタ係数の調整処理の原理を説明する図 第２実施形態であり、フィルタ係数の変化に伴うシンボル波形の変化を示す図 フィルタ係数の変化に伴う周波数スペクトラムの変化を示す図 第３実施形態であり、フィルタ係数の変化に伴うシンボル波形の変化を示す図 フィルタ係数の変化に伴う周波数スペクトラムの変化を示す図 第４実施形態であり、通信システムの構成を示すブロック図 フィルタ係数の変化に伴うシンボル波形の変化を示す図 フィルタ係数の変化に伴う周波数スペクトラムの変化を示す図 第５実施形態であり、通信システムの構成を示すブロック図 フィルタ係数の変化に伴うシンボル波形の変化を示す図 フィルタ係数の変化に伴う周波数スペクトラムの変化を示す図 第６実施形態であり、通信システムの構成を示すブロック図 フィルタ係数の変化に伴うシンボル波形の変化を示す図 フィルタ係数の変化に伴う周波数スペクトラムの変化を示す図 第７実施形態であり、通信システムの構成を示すブロック図 フィルタ係数の変化に伴うシンボル波形の変化を示す図 フィルタ係数の変化に伴う周波数スペクトラムの変化を示す図 第８実施形態であり、通信システムの構成を示すブロック図 フィルタ係数の変化に伴うシンボル波形の変化を示す図 フィルタ係数の変化に伴う周波数スペクトラムの変化を示す図

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の通信システム１は、送信回路２及び受信回路３と、これらの間を接続する伝送路４とで構成される。送信回路２は、２次のＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタである送信フィルタ５を備えている。フィルタ係数調整器６は、送信フィルタ５のフィルタ係数（ａ０，ａ１）を可変設定する。送信信号は、図示しない制御回路から出力され、送信フィルタ５を経由して伝送路４に創出される。

受信回路３は、ＣＤＲ（Clock Data Recovery）回路７及びＥＱ（EQualizer）回路８を備えている。ＣＤＲ回路７はクロック抽出部に相当するもので、伝送路４を介して受信した信号のシンボル系列よりクロック信号を抽出し、ＥＱ回路８に入力する。ＥＱ回路８は、入力されるクロック信号に基づいて受信信号のシンボル波形を適応等化，イコライズ処理する。ＣＤＲ回路７とＥＱ回路８とは相互作用的に動作する。尚、ＥＱ回路８において行われる一般的な適応等化の手法については、例えば下記の文献等に開示がある。
“A Blind Baud-Rate ADC-Based CDR”Clifford Ting,Joshua Liang,Ali Sheikholeslami,Senior Member,IEEE,Masaya Kibune,and Hirota Tamura ,Member,IEEE, IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS,VOL.48,NO.12 DECEMBER 2013

次に、本実施形態の作用について説明する。送信回路２のフィルタ係数調整器６は、例えば送信回路２に電源が投入されて起動した直後に設けられるトレーニング期間において、図２及び図３に示すように、送信フィルタ５のフィルタ係数（ａ０，ａ１）を段階的に変化させる。例えば初期値を（０．７５，０．２５）とし、終了値を（０．５，０．５）とする。尚、送信レートは例えば１２５Ｍｓ／ｓ（Mega symbol／second）であり、変調方式は例えばＰＡＭ５とする。また、トレーニング期間に送信するシンボル数は例えば６５５３６以上とする。

尚、フィルタ係数（ａ０，ａ１）については、当初から初期値（０．７５，０．２５）を設定した場合、（０．６６，０．３３）を設定した場合は何れも受信が可能であり、当初から（０．５，０．５）を設定した場合はクロック信号が抽出できないため同期が成立せず、受信が不能となることは、後述する第２実施形態におけるＰＡＭ３，６６．７Ｍｓ／ｓのケースについて事前に確認している。

トレーニング期間において、受信回路３ではＣＤＲ回路７が受信信号のシンボル系列よりクロック信号を抽出し、ＥＱ回路８は受信信号のシンボル波形を適応等化処理する。そして、フィルタ係数調整器６がフィルタ係数を終了値まで変化させると、トレーニング期間は終了となる。トレーニング期間が終了すると、引き続き通常の通信処理に移行する。

図４に示すように、送信レートが１２５Ｍｓ／ｓの場合に、送信フィルタ５のフィルタ係数を上記の終了値である（０．５，０．５）に設定すると、送信されるシンボル波形のエッジが無くなっている。したがって、送信フィルタ５のフィルタ係数を最初から（０．５，０．５）に設定すると、図６（ｃ）に示すように、受信回路３ではＣＤＲ回路７がクロック信号を抽出できなくなりＥＱ回路８が動作できず、結果として信号の受信が不能となる。

ここで、ＣＤＲ回路７とＥＱ回路８とは、以下のように動作する。
（１）ＣＤＲ回路７がクロック信号を抽出
（２）ＥＱ回路８がクロック信号に基づき、予め決まったトレーニングパターンに合わせて受信信号を学習により等化
（３）ＣＤＲ回路７が、等化された受信信号も含めてクロック信号を抽出
すなわち、（２），（３）における処理では、両者の作用が相互に影響を及ぼしている。

したがって、本実施形態のように、フィルタ係数調整器６がフィルタ係数を段階的に変化させると、図６（ａ），（ｂ）に示すように、シンボル波形のエッジは徐々に鈍くなって行く。すると、図６（ｃ）に示すように、当初から与えられた波形ではＣＤＲ回路７がクロック信号を抽出できないケースであっても、上述した（２），（３）におけるＣＤＲ回路７とＥＱ回路８との相互作用，学習の過程において、ＣＤＲ回路７でのクロック信号の抽出が可能になる。その結果、ＥＱ回路８における等化処理も可能となる。
これにより、従来は受信不能となることから送信フィルタ５に設定できなかったフィルタ係数（０．５，０．５）が設定できるようになり、図５に示すように、従来は得ることができなかった大きなＥＭＩ低減効果を得ることが可能となっている。

以上のように本実施形態によれば、送信回路２のフィルタ係数調整器６は、ベースバンド信号により表されるシンボルの波形を成形する送信フィルタ５の係数（ａ０，ａ１）を可変設定する。その際に、係数（ａ０，ａ１）を、受信回路２が備えるＣＤＲ回路７におけるクロック信号の抽出が保証されている初期値（０．７５，０．２５）から、クロック信号の抽出が保証できなくなる方向へ、終了値（０．５，０．５）まで段階的に変化させるように調整処理を行う。これにより、受信回路３によるシンボルの受信を可能にしつつ、従来よりも送信フィルタ５によるシンボル波形の整形度合いを高めてＥＭＩの低減効果を向上させることができる。

尚、初期値については（０．６６，０．３３）に設定しても良く、終了値を、ｔ＜０．６６として（ｔ，１−ｔ）に設定しても良い。このように設定すれば、調整処理をより短時間で行うことができる。

（第２実施形態）
図７に示すように、第２実施形態では、変調方式がＰＡＭ３で、送信レートが６６．７Ｍｓ／ｓの場合について、第１実施形態と同様の調整処理を行った。尚、フィルタ係数調整器の図示は省略している。図８は、フィルタ係数の変化に対応する周波数スペクトラムを示す。

尚、実際の実験では、トレーニング期間において、送信シンボル数が６５５３６に達する以前にＣＤＲ回路７が正常に動作して受信可能となっていることを確認した。これは、例えばGb Ethernetの規格で定められているトレーニングシンボル数が凡そ５９００００であることを考慮すると、十分実用的な範囲で同期が確立されていることが分かる。トレーニング期間に要する時間としては、１ｍｓ程度から１０数ｍｓ程度である。

ここで、送信フィルタ５の係数を時間変化させる場合の同期成立／不成立は、その変化速度に依存する。２５６００シンボルで係数を（０．７５,０．２５）から変化させた急速な変化では、終了値が（０．６２,０．３８）の場合は同期可能であったが、終了値が（０．６１，０．３９）の場合は同期不能であった。しかし、６５５３６シンボルまで係数を変化させた場合には、終了値が（０．５，０．５）の場合でも同期が成立したことを確認した。

（第３実施形態）
図９に示すように、第３実施形態では、ＮＲＺ（No Return to Zero）符号を使用した通信において、送信レートが６６．７Ｍｓ／ｓの場合について、第１実施形態と同様の調整処理を行った。この場合も、従来は設定不能であったフィルタ係数（０．５，０．５）を最終的に設定して受信が可能となることを確認した。

（第４実施形態）
図１１に示すように、第４実施形態の通信システム１１では、送信回路１２の送信フィルタ１３が３次のＦＩＲフィルタ，つまり３タップのフィルタである場合についてフィルタ係数（ａ０，ａ１，ａ２）の調整処理を行った。第３実施形態と同様にＮＲＺ符号を使用し、送信レートは１２５Ｍｓ／ｓである。この場合フィルタ係数（ａ０，ａ１，ａ２）の初期値は（０．７５,０．２５，０．０）とする。

３タップ以上のフィルタについて、調整処理の終了値をどのような値に設定するかは、個別のシステムに対応してＥＭＩ放射ノイズが最も低減される値を事前に検討する。例えば、フィルタ特性のディップが、ノイズのピークを示す周波数となるように終了値を選択する。第４実施形態では、一例として終了値を（０．３３３，０．３３３，０．３３３）としている。

図１２に示すように、終了値（０．３３３，０．３３３，０．３３３）に対応するパルスシェーピング適用後のシンボル波形は、パルスシェーピングを適用する前の波形に対して大きく変化しているが、受信が可能となることを確認した。また、図１３に示すように、パルスシェーピングの適用により大きなＥＭＩ低減効果が得られている。尚、比較のため、フィルタ係数（０．５，０．５）の２タップフィルタでパルスシェーピングを行った場合も併せて示している。
この第４実施形態のようにフィルタのタップ数を増やすことで、特定の周波数を狙って抑制するためのより急峻なフィルタ特性を得ることができる。

（第５実施形態）
図１４に示すように、第５実施形態の通信システム２１では、送信回路２２の送信フィルタ２３が５次のＦＩＲフィルタ，つまり５タップのフィルタである場合についてフィルタ係数（ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４）の調整処理を行った。第４実施形態と同様にＮＲＺ符号を使用し、送信レートは１２５Ｍｓ／ｓである。初期値は（０．７５,０．２５，０．０，０．０，０．０）とする。調整処理の終了値をどのような値に設定するかは、第４実施形態で説明した方針と同様である。第５実施形態では、一例として終了値を（０．２，０．２，０．２，０．２，０．２）としている。

図１５に示すように、終了値に対応するパルスシェーピング適用後のシンボル波形は、第４実施形態と同様にパルスシェーピングを適用する前の波形に対して大きく変化しているが、受信が可能となることを確認した。また、図１６に示すように、パルスシェーピングの適用により大きなＥＭＩ低減効果が得られている。

（第６実施形態）
図１７に示すように、第６実施形態の通信システム３１では、送信回路３２の送信フィルタ３３がｎ次のＦＩＲフィルタ，つまりｎタップのフィルタである場合についてフィルタ係数（ａ０，ａ１，…ａ（ｎ−１））の調整処理を行った。第４実施形態等と同様にＮＲＺ符号を使用し、送信レートは１２５Ｍｓ／ｓである。初期値は（０．７５,０．２５，０．０，…，０．０）とする。調整処理の終了値は例えば（１／ｎ，１／ｎ，…，０．１／ｎ）とする。尚、図１８及び図１９は、ｎ＝４の場合を示しており、終了値は（０．２５，０．２５，０．２５，０．２５）である。また、終了値はこの値に限らず、特定の周波数にディップを持つ特性となる値に設定すれば良い。

（第７実施形態）
図２０に示すように、第７実施形態の通信システム４１では、送信回路４２の送信フィルタ４３が２タップのノッチフィルタである場合についてフィルタ係数（ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ０）の調整処理を行った。ＮＲＺ符号を使用し、送信レートは６６．７Ｍｓ／ｓである。尚、各フィルタ係数は、以下の式で定まる。

この場合、初期値は（０,０，０，０，１）として、係数ｂ２を「０」から「１」まで変化させ、その他の係数は上式で求めて変化させる。第７実施形態のようにノッチフィルタを適用することで、ピーキーに現れるノイズを、他の帯域に影響を与えることなく除去して受信側の性能を維持できる。

（第８実施形態）
図２３に示すように、第８実施形態の通信システム５１では、送信回路５２の送信フィルタ５３が、第１実施形態の送信フィルタ５と、第７実施形態の送信フィルタ４３との組み合わせたものとなっている。この場合、送信フィルタ５のフィルタ係数は（０．７５，０．２５）で固定し、送信フィルタ４３については第７実施形態と同様に変化させる。

本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
フィルタ係数の調整は、必ずしもトレーニング期間に行う必要はない。
送信フィルタのタップ数は、「６」以上であっても良い。
初期値，終了値，トレーニングシンボル数等の具体数値については、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。

１ 通信システム、２ 送信回路、３ 受信回路、５ 送信フィルタ、６ フィルタ係数調整器、７ ＣＤＲ回路、８ ＥＱ回路。

Claims (14)

1. ベースバンド信号により表されるシンボルの波形を成形するＦＩＲ型の送信フィルタ（５，１３，２３，３３，４３，５３）と、この送信フィルタの係数を可変設定する係数調整部（６）とを備え、前記送信フィルタを介したシンボルを伝送路（４）に送信する送信回路（２，１２，２２，３２，４２，５２）であって、
   前記係数調整部は、前記送信フィルタの係数を、前記伝送路に接続されている受信回路（３）が有する受信したシンボル波形の適応等化処理を行うイコライザ（８）及びそのイコライザとの相互作用によりクロック抽出を行うクロック抽出部（７）において、受信系列からの前記クロック抽出部におけるクロック信号の抽出が保証されていることが事前に確認されている初期値から、クロック信号の抽出が保証できなくなる方向へ、終了値まで段階的に変化させる調整処理を行う送信回路。
2. 前記係数調整部は、前記調整処理を、起動後に設定されるトレーニング期間に行う請求項１記載の送信回路。
3. 前記送信フィルタ（５）のタップ数が「２」であり、前記初期値を（０．７５，０．２５）に設定する請求項１又は２記載の送信回路。
4. 前記送信フィルタのタップ数が「２」であり、前記初期値を（０．６６，０．３３）に設定する請求項１記又は２載の送信回路。
5. 前記終了値を、ｔ＜０．６６として、（ｔ，１−ｔ）に設定する請求項３又は４記載の送信回路。
6. 前記終了値を、（０．５，０．５）に設定する請求項３又は４記載の送信回路。
7. 前記送信フィルタのタップ数が「４」であり、前記終了値を、特定の周波数にディップを持つ特性となる値に設定する請求項１記載の送信回路。
8. 前記シンボルをＰＡＭ３方式で示すものに適用する請求項１から７の何れか一項に記載の送信回路。
9. 前記シンボルをＰＡＭ５方式で示すものに適用する請求項１から７の何れか一項に記載の送信回路。
10. 前記シンボルをＮＲＺ符号で示すものに適用する請求項１から７の何れか一項に記載の送信回路。
11. 前記調整処理を行う際に送信するシンボル数を２５６００以上とする請求項１から１０の何れか一項に記載の送信回路。
12. 前記送信するシンボル数を６５５００以上とする請求項１１記載の送信回路。
13. 送信レートが６６．７Ｍｓ／ｓ（Mega symbol／second）である請求項１１又は１２記載の送信回路。
14. 送信レートが１２５Ｍｓ／ｓ（Mega symbol／second）である請求項１１又は１２記載の送信回路。

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