JPH04222135A - タイミング抽出回路、タイミング抽出方法およびそれを用いた通信システム - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はタイミング抽出回路、及
び、ディジタル通信システムに関し、特に電話線を伝送
媒体として、交換機と端末との間で数メガビット・パー
・セカンド以上の高速伝送を行うのに適したタイミング
抽出回路、及び、通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル通信システムでは、受信波形
をある基準クロックに同期して識別することにより受信
データを得ている。このためには、受信波形から基準ク
ロックを生成する技術、すなわちタイミング信号の抽出
方式が重要となる。電話線を用いた数メガビット・パー
・セカンド以上の高速ディジタル伝送システムにおいて
は、電話線での信号損失が増え、またクロストーク雑音
も増加するため、周波数帯域の狭い多値伝送符号を用い
ることが望ましい。この条件を満たす伝送符号として、
例えばパーシャルレスポンス・クラス４符号（以後、単
にＰＲ４符号と略す）がある。ＰＲ４符号に適したタイ
ミング抽出方式が特願平１−１４１０１６　号に示され
ている。 この方法は受信波形のゼロクロス検出によりボーレート
の２倍のクロックを抽出し、その後このクロックを分周
して２種類のボーレートクロックを生成し、受信波形の
識別点に一致したボーレートクロックを弁別するという
ものである。弁別の手段として、２種類のボーレートク
ロックでそれぞれ受信波形を識別しフレーム同期パター
ンが読める方を正しいクロックとみなす方法や、符号則
バイオレーションが検出されない方を正しいクロックと
みなす方法などが示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
、フレーム同期パターンを読む方法ではビット同期をと
るためにフレーム同期の結果を用いることになる。一般
にはビット同期処理が完了した後フレーム同期処理を行
い、２つの処理の独立性を高めて、別々のＬＳＩで処理
しやすいように設計するのが普通である。この点上記従
来技術は２つの処理が絡み合っており、あまり望ましく
ない。

【０００４】また、符号則バイオレーションを検出する
方法では、十分な安全度をとってバイオレーションを検
出するには時間がかかるという問題点がある。たとえば
、３タイムスロットのバイオレーションを検出する場合
、バイオレーションパターンは（１，１，１），（−１
，−１，−１），（１，−１，１），（−１，１，−１
），（１，０，１），（−１，０，−１）の６つである
。実験によると１つのバイオレーションを検出する平均
タイムスロット長は約２５である。ノイズによる誤動作
を防ぐため１００個のバイオレーションを検出するとす
ると、２５００タイムスロットの時間が最低必要となっ
てしまうわけである。

【０００５】本発明の目的はビット同期とフレーム同期
が完全に分離されたタイミング抽出方式を提供すること
である。本発明の他の目的は、識別点に一致したクロッ
クの弁別を短時間で明確に行うことができるタイミング
抽出方式を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、受信波形のゼロクロスの発生頻度に注目する。識
別点に一致するゼロクロスの発生頻度は識別点の中間に
位置するゼロクロスの発生頻度に比べて大きく、その比
はほぼ２対１となる。したがって、上記従来技術を用い
て抽出した２種類のクロックの各々を用いてゼロクロス
の数をカウントし、カウント数の大きい方を識別点に一
致したクロックとすれば良い。

【０００７】ただし、この方法ではオール１などの特定
パターンが連続する場合、識別点の中間に位置するゼロ
クロスしか発生しないという問題点が生じる。スクラン
ブラを用いることで特定パターンの連続は小さい確率に
抑えることができるが、高い安定性を見込むためにはや
や不十分である。

【０００８】この問題を解決する別の方法は、ゼロクロ
ス数ではなく、受信波形とデータ識別の閾値とのクロス
の数をカウントすることである。受信波形が正しく整形
されている限り、識別点で受信波形とデータ閾値がクロ
スすることは絶対にない。したがって、どの送信パター
ンに対しても、上記従来技術により抽出された２種類の
クロックのどちらが識別点に一致するかを短時間で判定
することができる。

【０００９】

【作用】受信波形のゼロクロスの発生頻度に注目する場
合、図３に示すように識別点に一致するゼロクロス１１
２の発生頻度は識別点の中間に位置するゼロクロスの発
生頻度１１１に比べて大きく、その比はほぼ２対１とな
る。その理由は識別点に一致するゼロクロスは（１，０
），（−１，０），（０，１），（０，−１）の遷移で
生じるのに対して、後者のゼロクロスは（１，−１），
（−１，１）の遷移でのみ生じるためである。したがっ
て、上記従来技術を用いて抽出した２種類のクロックの
各々を用いてゼロクロスの数をカウントし、カウント数
の大きい方を識別点に一致したクロックとすれば良い。 １００個のゼロクロスをカウントするのに要する平均タ
イムスロット数は２００程度であるので、従来法より短
時間で判定可能である。

【００１０】また、受信波形とデータ識別の閾値とのク
ロスの数をカウントする場合、図５に示すように、受信
波形が正しく整形されている限り、識別点で受信波形と
データ閾値がクロスすることは絶対にない。したがって
、どのような送信パターンに対しても、上記従来技術に
より抽出された２種類のクロックのどちらが識別点に一
致するかを短時間で判定することができる。

【００１１】

【実施例】図１に４ＭｂｐｓのＰＲ４伝送回路に適用さ
れた本発明の第１の実施例を示す。受信波形は等化器１
によって伝送歪を整形される。タイミング抽出回路２は
ゼロクロス検出器３，ＰＬＬ４，分周器６，セレクタ７
，クロック位相判定部８から構成される。ゼロクロス検
出器３により検出されたゼロクロスパルスはボーレート
の２倍すなわち８ＭＨｚにチューニングされたＰＬＬ４
に入力され８ＭＨｚのクロックを出力する。分周器６は
ＰＬＬ４から得られた８ＭＨｚクロックを分周して、互
いに位相の異なる２つの４ＭＨｚクロックを生成する。 ２つの４ＭＨｚクロックはゼロクロスパルスと共にクロ
ック位相判定部８に入力され、セレクト信号を出力する
。セレクト信号に従って、セレクタ７は識別点に一致し
たクロックを弁別する。出力された受信クロックに従っ
て、識別器９は等化器１の出力波形からデータを識別す
る。

【００１２】続いて、クロック位相判定部８の動作を図
２および図３を用いて説明する。図２はクロック位相判
定部８の構成例、図３は第１の実施例の動作を示すタイ
ムチャートである。ゼロクロスパルスはエッジ検出回路
１１により立上りタイミングを切り出される（図３信号
１０１）。フリップフロップ１２により２つの４ＭＨｚ
クロック（図３信号１０３，１０６）を８ＭＨｚクロッ
クの立ち下がりで打ち抜くことによりマスク信号（図３
信号１０４，１０７）を生成する。どちらのフリップフ
ロップ１２からどちらのマスク信号１０４，１０７が出
力されるかを前もって知ることはできないが、本明細書
においてはフリップフロップ１２ａからマスク信号１０
４が、フリップフロップ１２ｂからマスク信号１０７が
出力されたと仮定して説明する。ＡＮＤゲートを用いて
マスク信号（図３信号１０４，１０７）とゼロクロスパ
ルス（図３信号１０１）の論理積をとり、２種類のゼロ
クロスパルス（図３信号１０５，１０８）が生成される
。ゼロクロスパルス１０５と１０８はアップダウンカウ
ンタ１４で計数され、ゼロクロスパルス１０５の数が多
ければｃａｒｒｙ信号が、ゼロクロスパルス１０８の数
が多ければｂｏｒｒｏｗ信号が、アップダウンカウンタ
１４の段数に応じた時間後に出力される。上記仮定の下
ではゼロクロスパルス１０５と１０８の発生頻度はほぼ
２対１であり、数の多いゼロクロスパルス１０５が識別
点に一致するクロックに属することがわかる。この時確
かに４ＭＨｚクロック１０３の立ち下がりが等化波形１
００の識別点に一致している。セレクト信号生成回路１
５はセレクタ７がクロック１０３を選択するように制御
信号を発生させる。

【００１３】続いて、やはり４ＭｂｐｓのＰＲ４伝送回
路に適用された本発明の第２実施例を示す。図４はこの
ブロック図である。受信波形は等化器１によって伝送歪
を整形される。タイミング抽出回路２はゼロクロス検出
器３，ＰＬＬ４，分周器６，セレクタ７，クロック位相
判定部８から構成される。ゼロクロス検出器３により検
出されたゼロクロスパルスはボーレートの２倍すなわち
８ＭＨｚにチューニングされたＰＬＬ４に入力され８Ｍ
Ｈｚのクロックを出力する。分周器６はＰＬＬ４から得
られた８ＭＨｚクロックを分周して、互いに位相の異な
る２つの４ＭＨｚクロックを生成する。以上の動作は既
に説明した第１実施例と同じである。異なる点は、クロ
ック位相判定部８の入力は、２つの４ＭＨｚクロックお
よびコンパレータ１０の出力であるデータ閾値と受信波
形とのクロス点（以下データ変化点と呼ぶ）である点で
ある。クロック位相判定部８より出力されたセレクト信
号に従って、セレクタ７は識別点に一致したクロックを
弁別する。出力された受信クロックに従って、識別器９
はコンパレータ１０の出力波形からデータを識別する。 弁別回路５の他の構成として、分周器６とセレクタ７を
一体化してセレクト信号を分周器６のリセット端子に入
力し、セレクト信号の入力タイミングに分周器６の１つ
だけの出力が立ち上がるかまたは立ち下がるようにして
も良い。

【００１４】続いて、第２の実施例におけるクロック位
相判定部８の動作を図２および図５を用いて説明する。 図２はクロック位相判定部８の構成例、図５は第２の実
施例の動作を示すタイムチャートである。第１実施例と
異なり、ゼロクロス信号の代わりにデータ変化点信号が
入力され、エッジ検出回路１１により立上りタイミング
を切り出される（図５信号１１０）。フリップフロップ
１２により２つの４ＭＨｚクロック（図５信号１０３，
１０６）を８ＭＨｚクロックの立ち下がりで打ち抜くこ
とによりマスク信号（図５信号１０４，１０７）を生成
する。フリップフロップ１２ａからマスク信号１０４が
、フリップフロップ１２ｂからマスク信号１０７が出力
されたと仮定する。ＡＮＤゲートを用いてマスク信号（
図５信号１０４，１０７）とデータ変化点パルス（図３
信号１１０）の論理積をとると、４ＭＨｚクロック１０
３からつくられたデータ変化点パルス（図５信号１１１
）のみが検出される。したがって、一定時間後にｃａｒ
ｒｙ信号が必ず出力されることになる。この時確かに４
ＭＨｚクロック１０３の立ち下がりが等化波形１００の
識別点に一致している。セレクト信号生成回路１５はセ
レクタ７がクロック１０３を選択するように制御信号を
発生させる。

【００１５】上記第１，第２の実施例ではマスク信号の
パルスデューティーを５０％としているが、パルスデュ
ーティーをより狭めれば回路は若干複雑になるものの、
波形歪によりカウントパルスの位置がずれて誤ったタイ
ミングでカウントされる危険を減らすこともできる。

【００１６】図６は本発明が適用されるディジタル伝送
回路の１実施例である。既に説明したタイミング抽出回
路２，等化器１，識別器９に加え、復号器２１、デスク
ランブラ２２から受信回路２３が構成される。送信回路
２７は特定パターンの連続送信を防ぐスクランブラ２６
，ＰＲ４などの伝送符号化を行う符号化器２５および余
計な高周波成分の発生を防ぐ送信フィルタから構成され
る。送信回路２７と受信回路２８はトランス２９および
電話線３０を介して接続される。

【００１７】図７は上記伝送回路２８を適用した通信シ
ステムの１実施例である。交換機３６と音声，データ統
合端末３４が電話線３０を介して接続されている。交換
機３６は交換回路３５と、端末３４の数だけの伝送回路
から構成される。端末３４内の伝送回路２８は受信回路
が交換機３６内の伝送回路の送信回路に接続されるよう
にする。端末３４内の伝送回路２８およびプロトコル処
理部３１から通信インタフェース３２が構成され、さら
にデータ端末３３ａと電話器３３ｂが接続されて音声、
データ統合端末３４が構成される。

【００１８】図８は特願平１−１４１０１６　号に開示
された従来技術の概念図である。Ｎ値入力信号に対して
、タイミング抽出回路４１はゼロクロス検出器４２、ボ
ーレートのＮ−１倍にチューニングされたＰＬＬ４３を
用いてＮ−１倍クロックを抽出し、分周器４４でＮ−１
種類のボーレートクロックを得た後、弁別回路４５によ
り識別点に一致したボーレートクロックを弁別する。弁
別は識別器４６の出力を用いて行われるため、本発明の
ようなゼロクロスカウントはできなかった。本発明では
識別器４６の直前の信号やゼロクロス検出器４２の出力
を用いている。

【００１９】

【発明の効果】本発明ではビット同期とフレーム同期が
完全に分離されており、２つの処理を別のＬＳＩで行う
場合にも容易に対応できる。また、識別点に一致したク
ロックの弁別を短時間で明確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ゼロクロスパルスをカウントする本発明の第１
の実施例を示す図である。

【図２】クロック位相判定部の詳細実施例を示す図であ
る。

【図３】第１実施例の動作を示すタイムチャートを示す
図である。

【図４】データ変化点パルスをカウントする本発明の第
２の実施例を示す図である。

【図５】第２実施例の動作を示すタイムチャートを示す
図である。

【図６】本発明をディジタル伝送回路に適用した実施例
を示す図である。

【図７】本発明を通信システムに適用した実施例を示す
図である。

【図８】従来技術の概念図である。

【符号の説明】

１…等化器、２…タイミング抽出回路、３…ゼロクロス
検出器、４…ＰＬＬ、６…分周器、７…セレクタ、８…
クロック位相判定部、９…識別器、１０…コンパレータ
、１１…エッジ検出回路、１２…フリップフロップ、１
３…ＡＮＤゲート、１４…アップダウンカウンタ、１５
…セレクト信号生成回路、２１…復号器、２２…デスク
ランブラ、２３…受信回路、２４…送信フィルタ、２５
…符号化器、２６…スクランブラ、２７…送信回路、２
８…伝送回路、２９…トランス、３０…電話線、３１…
プロトコル処理回路、３２…端末インタフェース、３３
ａ…電話器、３３ｂ…データ端末、３４…音声、データ
統合端末、３５…交換回路、３６…交換機、４１…タイ
ミング抽出回路、４２…ゼロクロス検出器、４３…ＰＬ
Ｌ、４４…分周器、４５…弁別回路、４６…識別器。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定のボーレートで送出され、該ボーレー
   トの整数倍の周波数タイミングに基準レベルとのクロス
   タイミングが発生する多値信号から、上記ボーレートの
   クロックを抽出し該クロックに応じて上記多値信号から
   識別データを得るためのタイミング抽出回路において、
   上記多値信号と所定の閾値とのクロスタイミングを検出
   する検出器と、上記クロスタイミングに同期して上記ボ
   ーレートの整数倍のクロックを出力する同期制御回路と
   、上記整数倍のクロックを分周し互いに位相の異なる複
   数のボーレートクロックを生成するクロック生成器と、
   上記クロスタイミングおよび上記ボーレートの整数倍の
   クロックを用いて、上記複数のボーレートクロックから
   上記多値信号の識別点に同期したボーレートクロックを
   弁別する弁別回路とを備えたことを特徴とするタイミン
   グ抽出回路。
2. 【請求項２】上記タイミング抽出回路において、上記弁
   別回路は各ボーレートクロックを用いて上記クロスタイ
   ミングの数を計数、比較し、この比較結果に基づいて上
   記多値信号の識別点に同期したボーレートクロックを弁
   別することを特徴とする請求項１記載のタイミング抽出
   回路。
3. 【請求項３】所定のボーレートで送出され、該ボーレー
   トの整数倍の周波数タイミングに基準レベルとのクロス
   タイミングが発生する多値信号から、上記ボーレートの
   クロックを抽出し該クロックに応じて上記多値信号から
   識別データを得るためのタイミング抽出回路において、
   上記多値信号と所定の第１の閾値とのクロスタイミング
   を検出する検出器と、上記クロスタイミングに同期して
   上記ボーレートの整数倍のクロックを出力する同期制御
   回路と、上記整数倍のクロックを分周し互いに位相の異
   なる複数のボーレートクロックを生成するクロック生成
   器と、上記多値信号を第２の閾値と比較するコンパレー
   タと、上記コンパレータの出力信号および上記ボーレー
   トの整数倍のクロックを用いて、上記複数のボーレート
   クロックから上記多値信号の識別点に同期したボーレー
   トクロックを弁別する弁別回路とを備えたことを特徴と
   するタイミング抽出回路。
4. 【請求項４】上記タイミング抽出回路において、上記弁
   別回路は各ボーレートクロックを用いて上記コンパレー
   タの出力信号パルスの数を計数、比較し、この比較結果
   に基づいて上記多値信号の識別点に同期したボーレート
   クロックを弁別することを特徴とする請求項３記載のタ
   イミング抽出回路。
5. 【請求項５】送信装置と受信装置が通信回線を介して接
   続され、上記送信装置が、データを所定のボーレートで
   、かつ、該ボーレートの整数倍の周波数タイミングに基
   準レベルとのクロスタイミングが発生する多値信号とし
   て送信し、上記受信装置が上記多値信号から上記ボーレ
   ートのクロックを抽出し、該クロックに応じて上記多値
   信号から識別データを得るようにした通信システムにお
   いて、上記受信装置が上記多値信号と所定の閾値とのク
   ロスタイミングを検出する検出器と、上記クロスタイミ
   ングに同期して上記ボーレートの整数倍のクロックを出
   力する同期制御回路と、上記整数倍のクロックを分周し
   互いに位相の異なる複数のボーレートクロックを生成す
   るクロック生成器と、上記クロスタイミングおよび上記
   ボーレートの整数倍のクロックを用いて、上記複数のボ
   ーレートクロックから上記多値信号の識別点に同期した
   ボーレートクロックを弁別する弁別回路とを備えたこと
   を特徴とする通信システム。
6. 【請求項６】上記通信システムにおいて、上記弁別回路
   は各ボーレートクロックを用いて上記クロスタイミング
   の数を計数、比較し、この比較結果に基づいて上記多値
   信号の識別点に同期したボーレートクロックを弁別する
   ことを特徴とする請求項５記載の通信システム。
7. 【請求項７】送信装置と受信装置が通信回線を介して接
   続され、上記送信装置が、データを所定のボーレートで
   、かつ、該ボーレートの整数倍の周波数タイミングに基
   準レベルとのクロスタイミングが発生する多値信号とし
   て送信し、上記受信装置が上記多値信号から上記ボーレ
   ートのクロックを抽出し、該クロックに応じて上記多値
   信号から識別データを得るようにした通信システムにお
   いて、上記受信装置が上記多値信号と所定の第１の閾値
   とのクロスタイミングを検出する検出器と、上記クロス
   タイミングに同期して上記ボーレートの整数倍のクロッ
   クを出力する同期制御回路と、上記整数倍のクロックを
   分周し互いに位相の異なる複数のボーレートクロックを
   生成するクロック生成器と、上記多値信号を第２の閾値
   と比較するコンパレータと、上記コンパレータの出力信
   号および上記ボーレートの整数倍のクロックを用いて、
   上記複数のボーレートクロックから上記多値信号の識別
   点に同期したボーレートクロックを弁別する弁別回路と
   を備えたことを特徴とする通信システム。
8. 【請求項８】上記通信システムにおいて、上記弁別回路
   は各ボーレートクロックを用いて上記コンパレータの出
   力信号の数を計数、比較し、この比較結果に基づいて上
   記多値信号の識別点に同期したボーレートクロックを弁
   別することを特徴とする請求項７記載の通信システム。
9. 【請求項９】所定のボーレートを持ち、該ボーレートの
   整数倍の周波数タイミングに基準レベルとのクロスタイ
   ミングが発生する多値信号から、上記ボーレートのクロ
   ックを抽出し該クロックに応じて上記多値信号から識別
   データを得るためのタイミング抽出方法において、上記
   多値信号と所定の閾値とのクロスタイミングを検出し、
   上記クロスタイミングに同期して上記ボーレートの整数
   倍のクロックを生成し、上記整数倍のクロックを分周し
   て互いに位相の異なる複数のボーレートクロックを生成
   し、上記クロスタイミングおよび上記ボーレートの整数
   倍のクロックを用いて、上記複数のボーレートクロック
   から上記多値信号の識別点に同期したボーレートクロッ
   クを弁別するようにしたことを特徴とするタイミング抽
   出方法。
10. 【請求項１０】上記タイミング抽出方法において、上記
    弁別においては各ボーレートクロックを用いて上記クロ
    スタイミングの数を計数、比較し、この比較結果に基づ
    いて上記多値信号の識別点に同期したボーレートクロッ
    クを弁別するようにしたことを特徴とする請求項９記載
    のタイミング抽出方法。
11. 【請求項１１】所定のボーレートを持ち、該ボーレート
    の整数倍の周波数タイミングに基準レベルとのクロスタ
    イミングが発生する多値信号から、上記ボーレートのク
    ロックを抽出し該クロックに応じて上記多値信号から識
    別データを得るためのタイミング抽出方法において、上
    記多値信号と所定の第１の閾値とのクロスタイミングを
    検出し、上記クロスタイミングに同期して上記ボーレー
    トの整数倍のクロックを生成し、上記整数倍のクロック
    を分周して互いに位相の異なる複数のボーレートクロッ
    クを生成し、上記多値信号を第２の閾値と比較し、上記
    比較結果および上記ボーレートの整数倍のクロックを用
    いて、上記複数のボーレートクロックから上記多値信号
    の識別点に同期したボーレートクロックを弁別するよう
    にしたことを特徴とするタイミング抽出方法。
12. 【請求項１２】上記タイミング抽出方法において、上記
    弁別においては各ボーレートクロックを用いて上記多値
    信号を第２の閾値との比較結果から生じたパルスの数を
    計数、比較し、この比較結果に基づいて上記多値信号の
    識別点に同期したボーレートクロックを弁別するように
    したことを特徴とする請求項１１記載のタイミング抽出
    方法。