JPH01265615A - 位相制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は位相制御装置に関し、例えばデータ通信に用い
るモデム装置等で使われる位相制御装置に関するもので
ある。

［従来の技術］ 例えばデータ通信に用いられるモデム装置等では、送信
側より受信側に送られる間に回線上で付加される位相ジ
ッタ、位相回転として現われる送受信側で各々別々に発
生させる各々の搬送波の周波数誤差等による影響を補正
する為に位相制御が用いられ、そのための位相制御装置
が組み込まれている。

第３図に従来の位相制御装置を含むモデム装置の受信側
の各構成を示す。

第３図において、１１０は回線（伝送路）上を伝送され
てくる間に重畳した余分な周波数成分等を取り除く為の
バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、１１１は受信信号を一
定レベルに保つ為の自動利得制御回路（ＡＧＣ）　、１
１．２はＡＧＣｌｌｌよりのアナログ受信信号をディジ
タル信号へ変換するためのアナログ−ディジタル変換器
（Ａ／Ｄ）であり、以下、Ａ／Ｄ　１１２でディジタル
信号化された受信データに対する処理を行なう、１１３
は送信側で変調（位相変調、振幅変調等）された受信デ
ータを復調するための復調器であり、変調（位相変調、
振幅変調等）された信号を復調する。１１４は受信信号
から伝送路の余分を除去する等化器であり、一般に伝送
路の特性に従って適応的に特性を変化させる適応型等化
器が用いられる。この等化器１１４の働きにより送信側
本来の伝送信号が抽出出来る。

１１５は判定器であり、等化器１１４よりの等化出力信
号を受けて本来の信号ポイントへの判定を行なうと共に
、誤差信号が算出される。この誤差信号は位相制御部１
２０を介して等化器１１４ヘフィードバックされる。１
１６は判定器１１５よりの信号な複号する復号器、１１
７は送信側のスクランブラで白色化された信号を元へ戻
す為のデイスクランブラであり、このデイスクランブラ
１１７で元来の送信信号へ戻された回線よりの、受信信
号は、図示しない受信端末へ送られ一連の処理が終了す
る。　位相制御部１２０は、等化器１１４で除去出来な
いデータの変動要素（例えば、ジッタや送・受信間の搬
送波周波数誤差等の速い時間変動）によるデータ変動分
を除去する為のものである。

通常、上述の変動要素はデータの位相回転として現われ
る。従ってこの位相変動分（回転分）だけ、逆方向へ位
相回転することで変動要素が補正されることになる。

この位相抽出は、位相変動が抽出し易い回線歪を除去し
た等化器１１４の出力に対して行なわれ、かつ、フィー
ドバックに大きな遅延を含まない様にするため、補正も
等化器１１４の出力に対して行うことが多い。

上述の従来の位相制御部１２０の詳細構成図を第４図に
示す。

このような位相制御部１２０は、一般に位相同期ループ
、Ｐ　Ｌ　Ｌ　（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ
　）と呼ば−れるもので、入・出力信号の位相を比較す
る位相比較器１２１（図中破線内で示した部分）、高調
波成分を除去するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２２、
及ヒ電圧制御発振器（ＶＣＯ）１２３から成る。

以上の構成より成る従来の位相制御部１２０の動作を以
下に説明する。

位相比較器１２１で判定器１１５の出力データ位相と等
化出力データの位相（観測データ位相）とを比較し、位
相誤差に相当する変動要素による位相変動分を検出し、
同誤差と逆方向へデータ位相を回転するフィードバック
制御となっている。

実際には、本制御系は、搬送波周波数誤差による□時間
的に１次関数で変動する成分をも制御する為、１次のＬ
ＰＦ及び１次のｖＣＯで形成される２次の制御系となっ
ている。

第５図に一般的な位相制御量Ｗｉと時間との関係を示す
。

第５図の如く位相制御量ψｉには、ある位相ジッタの大
きさ（ａ）を持った位相ジッタ周波数（ｂ）、搬送波周
波数誤差である傾きＣを持つ。

尚、これらのパラメータを以下に参考として示す。

ジッタ角度Ｃ：５°ｐ−ｐ ジッタ周波数ｂ　：　５０Ｈｚ 搬送波周波数誤差二〇、ｙ％ ＰＬＬ　ＬＰＦ伝達関数（ラプラス領域）　：Ｓ＋ｂ／
５ＰＬＬ　ＶＣＯ伝達関数（ラプラス領域）　：ａ／Ｓ
［発明が解決しようとする課題］ 第５図から分かる様に制御位相量甲ｉは、１次的な時間
変動である搬送波周波数誤差を含む為、当然１次の傾き
Ｃをもつ、ここで、実際に設計した場合を考えてみると
、位相制御系からの位相制御量ψｉに対して、 −ｊψ１＝ｃｏｓ　（ψ１）−ｊ−６ｉｎ（甲ｉ）を計
算し、等化出力データとの積をとることで、制御する。

例えば、プロセッサを用いてこの制御をする場−ｊψｉ 合、甲ｉの値をレジスタに格納し、ｅ　　　　を計算す
ることになるが、ψｉは上述の如く１次的な変化をもつ
為、長時間のデータ伝送を行う場合には、甲ｉ値がオー
バフロー又はアンダーフローしてしまう、このため、制
御系が乱れてしまっていた。

又、Ｗｉが大きくなると、三角関数の計算時間も必然的
に増えてしまい、処理に多大な時間がかかつてしまうこ
とにもなっていた。

［課題を解決するたメの手詰 本発明は上述の課題を解決することを目的として成され
たもので、上述の課題を解決する一手段として以下の構
成を備える。

即ち、時刻ｔｏにおける入力信号位相と出力信号位相と
を比較して両信号の位相差を検出する検出手段と、該検
出手段の検出位相差に基いて該時刻ｔｏより所定時間経
過した時刻ｔ、の位相を制御する位相制御手段と、該時
刻ｔｌにおける制御位相量を検知する検知手段と、該検
知手段からの検知量を元に前記位相制御手段の制御位相
量を予め定められた範囲内へ限定する位相変換手段とを
備える。

［作用］ 以上の構成において、位相制御系による位相制御量を検
出し、さらに制御量を一定の範囲に納める手段を設ける
ことにより、制御量のオーツ又フロー及びアンダーフロ
ーの発生を防止した、信頼性の高い位相制御装置が提供
できる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明に係る一実施例を詳細に説
明する。

［第１実施例］ 第１図は本発明に係る一実施例の位相制御装置のブロッ
ク図であり、本実施例は、第３図に示す従来のモデム装
置の位相制御部１２０に替わるものであり、第３図の位
相制御部１２０に替えて本実施例の位相制御装置を組み
込んだモデムが回線と端末装置間に接続されることにな
る。

第１図において、第４図に示す従来の位相制御部等と同
様の構成には同一番号を付し、詳細説明は省略する。

本実施例においては、位相比較器１２１、ローパスフィ
ルタ１２２及びＶＣＯ１２３は、第４図の構成と同様で
あり、同様の動作を行うものである。また、位相誤差の
検出も上述と同様にして行なわれる。この位相誤差の検
出は、判定器１１５への入力信号と判定器１１５の出力
信号との位相誤差を検出するもので、一般的な位相変調
や直交振巾変調のモデムと同様に判定入力と出力との除
算を行い、その虚部（データ信号は一般に複素数で表わ
される）を虚部抽出回路１３３で抽出することにより行
なう。

本実施例では、ＶＣＯ１２３からの出力である位相制御
量ψｉは位相制御量検出器１３０に送られ、ここで、位
相制御量ψｉが予め定められた範囲である（−π）　ｒ
ａｄ≦ψｉ≦πｒａｄ内にあるか否かが検出される。即
ち、ψｉ≧πｒａｄで位相制御量ψｉのオーバフローが
発生しているか、ψｉ≦−πｒａｄで位相制御量ψｉの
アンダーフローが発生しているか否かが調べられる。こ
の検出結果は位相量変換器１３１に送られ、位相制御装
置ｉのオーバフロー（甲ｉ≧πｒａｄ　）が検知された
時には甲ｉａ＝甲１−（２πｒａｄ　）の変換が行なわ
れ、アンダーフロー（ψｉ≦−πｒａｄ　）が検出され
た時にはψｆａ＝ｔＰｉ＋２πｒａｄの変換が行なわれ
、変換結果が出力される。一方、位相制御量ψｉが−π
ｒａｄ≦ψｉ≦πｒａｄの範囲内である時には、ψｉａ
＝ψｉとしてψｉをそのまま出力する。本実施例では、
このようにして実際の位相回転分であるψｉを−πｒａ
ｄ〜πｒａｄ内に限定することができる。

ψｉａは回転量計算部１３２に送られ、ここで、ψｉａ
−＞ｅ　　’甲ｉの計算、即ち、ｃｏｓ（甲ｉ）及び５
ｉｎ（ψｉ）の計算が行なわれ、位相補正制−御量が求
められ、この量に従って判定器１１５への入力信号が補
正される。

［第２実施例］ なお、以上の構成はディジタル信号処理可能な部分であ
るため、これらを他のモデム装置のディジタル信号処理
可能な部分と共にディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
で構成し、ソフトウェアで高速処理してもよい、この様
にすることにより、構成も簡単になり、かつ汎用性、信
頼性も高まる。

ＤＳＰで位相制御を行う場合、ＬＰＦ１２２、ＶＣＯ１
２３をＤＳＰで扱うレベルへ変更するため、以下の変換
が必要となる。

例えば、まずＬＰＦ伝達関数：（Ｓ◆ｂ）／Ｓ、ＶＣＯ
伝達関数：　ｂ／Ｓ の時（７）ＬＰＦ１２２、ＶＣＯｌ　２３（７）合成伝
達関数を求める０次に、離散系へ変換するために、（ラ
プラス域）より（２域）への変換、即ち、（Ｓ−Ｚ）変
換を行なう。さらに時間域へ変換する逆Ｚ変換を行なう
、この逆２変換は以下の式となる。

ψｉ　［ｎｌ・２ψｉ　［ｎ−１］−ψｉ　［ｎ−２３
＋β（１−ｙ）　ｅｅ［ｎｌ−ｅｅ　ｅ［ｎ−１］・・
・（１）式但し、β＝ａＴ、ｙ＝ｂＴ、Ｔ：データ間隔
、ψｉ［ｎｌ：時刻［ｎｌに置けるψｉ値である。

また、（Ｓ−Ｚ）変換としては、以下の差分近似を使用
する。即ち、（Ｓ＝１−Ｚ−’／Ｔ）の変換を行なう。

以上の各式を用いて制御系を成し、本実施例の構成部分
を組み込んだ場合のＤＳＰの動作を第２図のフローチャ
ートを参照して以下に説明する。

ステップＳ１で判定器１１５人力（ｚ　ｋ）と、判定器
１１５出力（ａｋ）との除算を行い、その虚数部を抽出
し、続くステップＳ２でジッタや、搬送周波数誤差によ
る位相変動分である位相誤差θｅ　［ｎｌを求める。次
にステップＳ３で（１）式を用いて位相制御量ψｉ　　
［ｎｌを求め、ステップＳ４、ステップＳ５の位相制御
量検出器１３０相当部で、−πｒａｄ≦ψｉ　　［ｎ］
≦πｒａｄであるかを検出する。

ψｉ　　［ｎｌ≧πｒａｄの時にはステップＳ４よりス
テップＳ６に進み、 ψｉ　　［ｎ　］　＝　Ｗ　ｉ　　［ｎ　］　−２？Ｃ
ｒａｄの演算を行ないステップＳ１０に進む。

一方、Ｗｉ　　［ｎｌ≦−πｒａｄの時にはステップＳ
５よりステップＳ７に進み、 甲ｉ　　［ｎ　］　＝　Ｗ　ｉ　　［ｎ　］　＋　２　
ｖｃ　ｒａｄの演算を行ないステップＳＩＯに進む。

−πｒａｄ≦ψｉ　　［ｎ］≦πｒａｄであればステッ
プＳ５よりステップＳ８に進み、 ｔＰｉ［ｎ］＝ψｉ　　［ｎｌとしてステップＳ１０に
進む。

ステップＳＩＯでは、次の時刻（ｎ＋１）の為に各々３
段く００段のレジスタであるψｉ、θｅを各々１段ずつ
シフトしく遅延データを格納する。次にステップＳｌｌ
°で、求めた甲ｉ　　［ｎｌを基に、ｃｏｓψｉ　［ｎ
ｌ及びｓ　ｉ　ｎ　１ｔＪｉ［ｎｌを計算し、さらに・
−ｊ′＃ｉ［ｎｌを計算する。最後にステップＳ１２で
ｙｋ＊　ｅ　−ｊψｉ　［ｎｌを求め、ｚｋ＝ｙｋ＊・
−ｊψｉ［０］の計算を行ない、この計算結果に従って
等化出力（ｙｋ）を回転させる。

（１）式は、線型１送結合式であり、最終的な結果ψｉ
　　［ｎｌを士方向、一方向へ１回転するだけで正確な
位相制御が実現できる。

以上説明した様に本実施例によれば、位相制御量Ｗｉを
、−πｒａｄから＋πｒａｄ内に納める手段を設けたこ
とにより、Ｗｉのオーバフロー又は、アンダーフローな
未然に防ぐことができ、長時間に及ぶ大量データの通信
においても常に安定した制御を行うことが可能となる。

以上の説明においては、本実施例の位相制御装置をモデ
ムに応用した例について説明したが、本発明はこれに限
るものではなく、あらゆる位相誤差を補正する必要のあ
る装置に応用できることは勿論である。

以上説明した様に、本実施例では位相制御系の制御位相
量を−πｒａｄ〜πｒａｄ内に限定する手段を用いた為
、例えば、時間的に大きく増／滅する位相を制御する場
合等においても、制御位相量のオーバフロー、アンダー
フローを防止でき、長時問にわたる位相制御を常に安定
した状態で行える効果がある。

又、本実施例で説明したモデムの様に、位相制御量の三
角関数（ｃｏｓ、ｓｉｎ　）の計算を必要とする場合、
甲ｉが限定される為、ＤＳＰ等を用いて構成した場合に
も、計算時間と短縮でき、安定した制御を短い演算時間
で長時間に渡り行うことが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明した様に本発明によれば、位相制御系による位
相制御量を検出し、さらに制御量を一定の範囲に納める
手段を設けることにより、制御量のオーバフロー及びア
ンダーフローの発生を防止した、信頼性の高い位相制御
装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例のブロック構成図、 第２図は本発明に係る位相制御装置をディジタル信号プ
ロセッサで構成した場合の動作を示すフローチャート、 第３図は従来の位相制御部を含むモデム装置の一部構成
図、 第４図は従来の位相制御部のブロック構成図、第５図は
モデム装置の制御位相量の時間変動を示す図である。 図中、１１０・・・バンドパスフィルタ、１１１・・・
自動利得制御回路、１１２・・・アナログ−ディジタル
変換“器、１１３・・・復調器、１１４・・・等化器、
１１５・・・判定器、１１６・・・復号器、１１７・・
・デイスクランブラ、１２０・・・位相制御部、１２１
・・・位相比較器、１２２・・・ローパスフィルタ、１
２３・・・電圧制御発振器、１３０・・・位相制御量検
出器、１３１・・・位相量変換器、１３２・・・回転量
計算部、１３３・・・虚部抽出回路である。 特許出願人　　キャノン株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）時刻ｔｏにおける入力信号位相と出力信号位相と
   を比較して両信号の位相差を検出する検出手段と、該検
   出手段の検出位相差に基いて該時刻ｔｏより所定時間経
   過した時刻ｔ＿１の位相を制御する位相制御手段と、該
   時刻ｔ＿１における制御位相量を検知する検知手段と、
   該検知手段からの検知量を元に前記位相制御手段の制御
   位相量を予め定められた範囲内へ限定する位相変換手段
   とを備え、入力信号位相を制御する位相制御装置。
2. （２）位相制御手段は位相比較器とループフィルタ及び
   電圧制御発振器とから成位相同期ループ構成を含むこと
   を特徴とする請求項第１項記載の位相制御装置。
3. （３）位相変換手段が予め定める位相制御範囲は（−π
   ）ｒａｄ〜（＋π）ｒａｄであることを特徴とする請求
   項第１項又は第２項記載の位相制御装置。