JPH08256190A - クロック再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】コアリング手法を採用してもクロック再生のた
めの位相誤差取得の情報量が低減しないようし、クロッ
ク再生のための誤差情報を十分に得る。 【構成】直交変調波は、乗算器４０６、４０７で直交検
波され、フィルタ４１１、４１２でフィルタリング処理
される。フィルタ出力は、クロック再生部の遅延器で２
クロック遅延され、レベル判定器２０３で遅延前と後の
信号が基準値と比較されアイパターンがゼロクロスして
いるか判定され、ゼロクロスしているときは、その比較
されデータの中間位置のデータが符号反転器２０４で符
号を整えられて発振器２０７の制御情報として用いられ
る。この場合コア判定器４０１と乗算器４０３は、アイ
パターンがコア範囲に対してコア範囲の外に位置するか
内に位置するかで制御情報に重み付けを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、多値ＱＡＭを含むＱ
ＡＭ変調やＶＳＢ−ＡＭ変調等によって変調されたデジ
タル変調信号を受信し復調するときに、受信信号のシン
ボルタイミングに同期してデータをサンプリングするた
めのサンプリングクロックを再生するクロック再生装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタルデータ送受信システムにおい
て、クロック再生は、復調器のクロック周波数及び位相
を、シンボルタイミングに同期させる技術である。デジ
タル変調信号のクロック再生方法の１つとして、図６に
示す方法がある。図６は、デジタル変調波のアイパター
ンの一部を示しており、曲線１０３は基準値１０２を横
切るようなアイパターンの軌跡、１０１はシンボルタイ
ミング、１０４は再生クロックタイミングで２倍のオー
バーサンプリングを行ったときのタイミングである。こ
こでいう２倍のオーバーサンプリングとは受信信号のシ
ンボルタイミングに対してほぼ２倍の周波数でサンプリ
ングを行うことであり、シンボルタイミングに同期して
いることは必ずしも意味しない。

【０００３】サンプリングについては以下も同様であ
る。サンプリングタイミングがシンボルタイミングに同
期していないとき、例えばサンプリングタイミング１０
１と再生クロックタイミング１０４は、期間１０６で示
すようなクロックの位相ずれを持つ。この場合、シンボ
ルタイミングの真ん中でサンプリングした値は、基準値
からサンプリング値１０５で示しただけ離れた値とな
る。

【０００４】図６から明らかなように、サンプリング値
１０５の値を例えば図７に示したクロック再生回路のよ
うにフィードバックして発振器２０７を駆動することで
アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器２０１のサンプリン
グタイミングを制御できる。

【０００５】このように基準値とサンプリング値とを比
較してクロック位相を検出する方法はゼロクロス法と呼
ばれる。このゼロクロス法を実現している回路の例を図
７に示す。

【０００６】図７の回路では、入力ＩＦ信号は、Ａ／Ｄ
変換器２０１でサンプリングされ、その出力は、乗算器
２０８で発振器２０９が出力する周波数で検波され、ベ
ースバンド信号に変換される。この回路では、１次元の
検波を行っているが復調する変調波によって直交検波の
場合もある。乗算器２０８の出力は、低域通過フィルタ
であるロールオフフィルタ２１０によってフィルタリン
グされて、信号内の雑音成分を取り除かれる。この信号
は、遅延器２０２、２０２で１タイミングずつ遅らされ
る。２タイミング遅れた信号と、遅延しない信号とは、
レベル判定器２０３に入力され比較される。

【０００７】この比較では、片側が基準値よりも大き
く、片側が基準値よりも小さいときには、遅延器２０２
で１シンボルタイミング遅らせた信号を、符号反転器２
０４を通して出力させる。この場合、制御信号Ｘにより
そのまま出力するか符号を反転させて出力するかを切り
換える。つまり２タイミング遅らされた信号が基準値よ
り大きく、遅延しない信号が基準値より小さいときと、
２タイミング遅らされた信号が基準値より小さく、遅延
しない信号が基準値より大きいときとで、符号を反転す
るか非反転するかを決める。

【０００８】スイッチ２０８は、１サンプルタイミング
毎に遅延器２０２で１サンプルタイミング遅らされたサ
ンプル値と、ゼロ入力とを切り換えて符号反転器２０４
に与えている。符号反転器２０４の出力は、積算器２０
５で積算され、Ｄ／Ａ変換器２０６でアナログ信号に変
換されて発振器２０７の発振周波数を制御している。こ
れにより、上記したサンプリング値１０５のようなずれ
があると、その値が発振器２０７にフィードバックさ
れ、ずれ１０６が小さくなるように、サンプリングクロ
ックタイミング１０４が修正される。

【０００９】上記した例のように、アイパターンのサン
プリング値を用いる方法によって、クロック再生及びそ
の制御を行うことが可能である。しかしこのアイパター
ンを用いたクロック再生には、パターンジッタと呼ばれ
る妨害を発生させやすいという欠点がある。

【００１０】図８は、パターンジッタによるクロック再
生への妨害の例を説明するために示している。例えば伝
送されるデジタル変調信号が、図８（ａ）のように１６
ＱＡＭのとき、この信号のアイパターンとしては図８
（ｂ）のような軌跡３０４や３０６のようなアイパター
ンが有り得る。このアイパターン３０４、３０６はいず
れも同じシンボルタイミングの値３０５を通過する。し
かし、値３０５を通過した後、異なったシンボル３１
２、３１３を各々通過する。１０２はゼロクロス法の基
準値である。この場合の軌跡３０４、３０６は、ともに
ゼロクロスの基準値１０２を横切るので上記ゼロクロス
法によればクロックタイミングの間でのサンプリング値
と、基準値との差は、クロック制御に用いられる。

【００１１】しかし図８（ｂ）を見ればわかるようにク
ロックタイミングが全く正しい場合に軌跡３０４ではほ
とんど誤差が生じないのに対して、軌跡３０６からは３
０７に示すような誤差を検出することになり、クロック
制御への雑音となる。このように通過するシンボルのパ
ターンによってアイパターンの軌跡が違うことにより発
生する雑音をパターンジッタと呼ぶ。

【００１２】このパターンジッタを軽減する方法とし
て、従来はコアリングと呼ばれる方法が用いられてき
た。これは図８（ｃ）に示すように、予め設定したシン
ボルの範囲（以下コア範囲と呼ぶ）３０８の中にあるシ
ンボルから、またコア範囲３０８の中にあるシンボルへ
のアイパターンである３１１や３１０などからのサンプ
ル値は、クロック制御に使用しないものである。軌跡３
０９のようにコア範囲３０８以外のシンボル間の推移は
クロック再生に用いる。このようにシンボルの位置によ
って発生する誤差を、クロック再生に用いるか、または
用いないかを選択することでパターンジッタを軽減でき
る。

【００１３】しかしながらコアリングには、パターンジ
ッタをより効果的に除去するためにコアリングの範囲を
広げるとクロック再生制御に用いるサンプル数が減るの
で、かえってクロック再生制御が不安定になりやすいと
いう欠点があった。この不安定さをなくすためにサンプ
ル数を増やそうとするするとコアリングの範囲を狭くせ
ざるをえず、このためパターンジッタが増大してしま
う。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記したように基準値
とサンプル値との比較によって、クロック位相ずれを検
出するゼロクロス法によるクロックの再生の方法では、
アイパターンが経由するシンボルの配置によって発生す
るクロックジッタを軽減するのにコアリングを使用する
ことがある。しかしコアリングには、パターンジッタを
強力に取り除くためにコアリングの範囲を広くすると再
生クロックの精度がかえって悪くなるという欠点があっ
た。

【００１５】そこでこの発明では、コア範囲内にアイパ
ターンが経由するのシンボルの配置があっても、その位
相誤差の重み付けを軽くして扱うようにして、コアリン
グ手法を採用してもクロック再生のための位相誤差取得
の情報量が低減しないようし、クロック再生のための誤
差情報を十分に得るクロック再生装置を提供することを
目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明では、コアリン
グの範囲を設定したときに、その範囲内のシンボルを通
過するアイパターンのサンプル値は、範囲外のシンボル
のみを通過するシンボル推移のサンプル値に対して重み
付けを軽くしてクロック再生制御に用いるようにしたも
のである。

【００１７】即ち具体的には、サンプリングされた入力
信号の第１のサンプリング信号を予め与えた基準値と比
較する第１の比較手段と、前記第１のサンプリング信号
を予め与えた時間だけ遅延させた第２のサンプリング信
号を得る遅延手段と、前記遅延手段の出力である前記第
２のサンプリング信号を予め与えた基準値と比較する第
２の比較手段と、前記第１と第２の比較手段の出力によ
って、再生クロックと前記入力信号のサンプリング位相
との位相誤差を検出する位相誤差検出手段と、前記第１
と第２のサンプリング信号を予め与えたしきい値と比較
することによってアイパターンの分類を行う分離手段
と、前記分離手段の結果に応じて前記位相誤差検出手段
の出力に重み付けを行う重み付け手段とを備える。

【００１８】更にまたこの発明は、サンプリングされた
入力信号の第１のサンプリング信号を予め与えた基準値
と比較する比較手段と、前記第１のサンプリング信号を
予め与えた時間だけ遅延させた第２のサンプリング信号
を得る遅延手段と、前記比較手段の出力信号と前記遅延
手段からの前記第２のサンプリング信号とを用いて、再
生クロックと前記入力信号のサンプリング位相との位相
誤差を検出する位相誤差検出手段と、前記第１と第２の
サンプリング信号を予め与えたしきい値と比較すること
によって、アイパターンの分類を行う分離手段と、前記
分離手段の結果に応じて前記位相誤差検出手段の出力に
重み付けを行う重み付け手段とを備えるものである。

【００１９】

【作用】上記の手段によると、コアリング範囲内のシン
ボルを通過するアイパターンも軽い重み付けで使用する
ことで、コアリング範囲を拡大してもクロック再生制御
に用いるサンプル数を極力減らさないようにすることが
できる。このためコアリング範囲の拡大によるパターン
ジッタの減少と制御に利用できるサンプル値の数の確保
を両立させることができ、クロック再生回路の性能向上
に役立つものである。

【００２０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１はこの発明の一実施例である。図７に示し
た従来の回路と同一部分には同一符号を付して説明する
ことにする。点線で囲んだ部分がこの発明の特徴部であ
る。以下、入力信号としては、図８で説明したような１
６ＱＡＭ信号を仮定して説明することにする。

【００２１】入力端子２００から入力されたＩＦ信号
は、Ａ／Ｄ変換器２０１でデジタル化され、乗算器４０
６、４０７に供給される。乗算器４０６、４０７では、
コサイン変換器（ｃｏｓ）４０８、サイン変換器（ｓｉ
ｎ）４０９から得られるキャリアと各入力を乗算し直交
検波出力を得る。各コサイン、サイン変換器４０８、４
０９は、発振器４１０からの発振出力をコサイン信号と
サイン信号に変換している。乗算器４０６、４０７の出
力はそれぞれロールオフフィルタ４１１、４１２に供給
され不要な雑音が除去される。フィルタ４１１、４１２
の出力はどちらも破線で囲むクロック再生部４１３で用
いることができるが、この例ではロールオフフィルタ４
１１の出力を用いている。またどちらか、一方のフィル
タの出力を用いるのではなく両方のフィルタ出力を用
い、位相誤差をそれぞれ求め、合成するようにしてもよ
い。ここで言う合成は加算であり、例えば２つのロール
オフフィルタ出力をそれぞれクロック再生部４１３に入
力し、得られた２つの位相誤差を加算して後で述べる積
算器２０５へ入力するものである。

【００２２】ロールオフフィルタ４１１の出力信号４０
４は、クロック再生部４１３の直列接続された遅延器２
０２、２０２に入力される。また、ロールオフフィルタ
４１１の出力信号４０４は、レベル判定器２０３とコア
判定器４０１に入力される。レベル判定器２０３とコア
判定器４０１には、また、信号４０４を２クロック（２
サンプル）分遅延した信号４０５も入力されている。信
号４０４を１クロック分遅延した信号は、スイッチ２０
８の一方の入力端に供給されている。このスイッチ２０
８の他方端にはゼロ入力が与えられている。スイッチ２
０８の出力は、符号反転器２０４に供給される。

【００２３】レベル判定器２０３の動作について、図２
を参照して説明する。図２（ａ）に示すように、レベル
判定器２０３は、信号４０４の値がプロット５０１のよ
うに基準値１０２よりも小さく、かつ信号４０５の値が
プロット５０２のように基準値１０２よりも大きいと
き、制御信号Ｘとして＋１を出力する。また、図２
（ｂ）のように、信号４０４の値がプロット５０１のよ
うに基準値１０２よりも大きく、かつ信号４０５の値が
プロット５０２のように基準値１０２よりも小さいと
き、制御信号Ｘとして−１を出力する。

【００２４】また図２（ｃ）に示すように、信号４０４
の値がプロット５０５、信号４０５の値がプロット５０
６というふうに、基準値１０２に対して大小が同じ側と
なる場合には、ゼロを出力する。

【００２５】符号反転器２０４は、制御信号Ｘの値によ
り、スイッチ２０８からの信号を変換して出力する。例
えば制御信号Ｘが＋１のときには、スイッチ２０８から
の入力をそのまま出力し、制御信号Ｘが−１のときはス
イッチ２０８からの入力を符号反転させて（つまり、正
の値なら負の値に、負の値なら正の値にして）、さらに
制御信号Ｘがゼロのときにはスイッチ２０８からの入力
にかかわらずゼロを出力するようにしている。

【００２６】この符号反転器２０４によって、同じクロ
ック位相でありながらアイパターンの軌跡によって正負
が逆転したクロック位相が出力されることを防ぐ。スイ
ッチ２０８は、１サンプル毎に遅延器２０２によって１
サンプルタイミング遅延されたサンプル信号とゼロ入力
とを切り換えて符号反転器２０４に入力する。

【００２７】サンプリング信号４０４と遅延させられた
サンプリング信号４０５はコア判定回路４０１に入力す
る。コア判定回路４０１の動作について図２（ｄ）を参
照して説明する。

【００２８】図２（ｄ）はアイパターンの一部であり、
ゼロクロス法の基準値１０２を設定したものである。こ
の基準値１０２に対してコアリングのコア範囲をコア範
囲６０１のように定める。コア範囲６０１は、アイパタ
ーンが基準値１０２の両側に対象に分布しているときに
は、やはり基準値１０２を中心として対象になるように
定めるのがよい。図２（ｄ）では、受信信号が１６ＱＡ
Ｍであってシンボルの値はシンボルタイミング１０１に
おいてプロット６０６で示す４レベルをとるものとし、
これらの４レベルのうちコア範囲の堺を基準値１０２に
おいて近いレベルと遠いレベルの中間に設定している
が、これは場合によって適宜定める。コア判定器４０１
は、サンプリング点１０４で得られたサンプル値がコア
範囲６０１の領域にあるかどうかで出力の大きさを決め
る。

【００２９】例えば、以下のようにコア判定器４０１は
出力の大きさを決めている。信号４０４のサンプル値と
信号４０５のサンプル値がアイパターン軌跡６０２の上
にあるときには、どちらのサンプル値もコア範囲６０１
の中にない。このように２つのサンプル値のどちらもコ
ア範囲６０１の外にあるとき、コア判定器４０１は１を
出力する。これに対して信号４０４と４０５のサンプル
値がアイパターン軌跡６０３や６０４の上にあるときの
ように、信号４０４と４０５のどちらかのサンプル値が
コア範囲６０１にあり、もう片方の範囲が外にあるとき
にはコア判定器４０１の出力は０．１である。これらの
設定は一例であり数値の指定を拘束するものではない。

【００３０】コア判定器４０１の出力は乗算器４０３に
与えられる。乗算器４０３は符号反転器２０４の出力と
コア判定器４０１の出力信号４０２を乗算して出力す
る。コア判定器４０１の出力は上記のように入力サンプ
ル値のパターンによって変化しているので、乗算器４０
３は符号反転器２０４からの出力をさらにサンプル値パ
ターンによって重み付けを変更して出力することを意味
する。乗算器４０３の出力は、乗算器２０５の出力によ
って累積され、その結果はＤ／Ａ変換器２０６でアナロ
グ信号に変換されて発振器２０７の発振周波数を制御す
るために用いられる。

【００３１】上記した実施例は、クロック再生アルゴリ
ズムが２倍のオーバーサンプリングによるサンプリング
データを利用してアナログデジタル変換直後のデータを
利用する構成をとっているが、この発明はシンボルのア
イパターンによって発生する再生クロックジッタを削減
するためのものであるから、１倍オーバーサンプリング
のデータを用いたクロック再生アルゴリズム等でも、ア
ルゴリズムがシンボルのアイパターンを利用する再生ア
ルゴリズムであれば適用できることは明らかである。

【００３２】図７は１倍オーバーサンプリングによるク
ロック再生アルゴリズムの例を示している。図７のサン
プリングタイミング７０３が１倍のオーバーサンプリン
グでサンプリングするときのサンプリングタイミングが
ちょうどシンボルタイミングに同期しているときのサン
プリング値７０４と７０５の和がちょうど基準値となる
ような軌跡７０６が有り得る。しかし同じ軌跡７０６に
おいて、サンプリングタイミングが７０３のようにずれ
るとそのときのサンプリング値７０１と７０２の和は基
準値１０２に対して大きくなる。この基準値１０２に対
するずれは図より明らかなようにサンプリングタイミン
グが図７の右側にずれているときにはサンプリング値７
０１と７０２の和は基準値より大きく、左側にずれてい
るときには７０１と７０２の和は小さくなる。よってこ
のように連続した２つのサンプリング値の和と基準値と
の差は再生クロックずれを表現していることになる。

【００３３】これを利用して再生クロックの位相制御を
行うことができる。図８は、上記のような原理を利用し
たクロック再生装置に実施例である。ＩＦ信号を入力と
してサンプリングし、乗算器４０６、４０７によって直
交検波した後にロールオフフィルタによって低域フィル
タリングするのは、先の実施例と同じである。ロールオ
フフィルタ４１１の出力がクロック再生部８０１に入力
されているが、これの先の実施例と同様にフィルタ４１
２の出力も同様なクロック再生部に入力してもよい。ク
ロック再生部８０１に入力した信号は、遅延器８０２に
よって１クロック遅延させられ、遅延した信号と遅延し
ない信号は、加算器８０３で加算される。加算された信
号は、基準比較器８０４で基準値との差分をとられ再生
クロックずれに相当する誤差量に変換される。レベル判
定器２０３とコア判定器４０２は、それぞれ図２で先に
説明したように入力信号と基準レベルまたはしきい値と
比較を行い、基準比較器８０４の出力に対して符号反転
器２０４の出力に対して符号反転器２０４で符号の制御
を行い、また乗算器４０３でクロック再生部８０１への
入力パターンによる重み付けを行う。クロック再生部８
０１の出力は積算器２０５に与えられ、その積算出力が
デジタルアナログ変換され、この変換出力が発振器２０
７の発振周波数を制御することになる。

【００３４】上記したクロック再生装置は、シンボルタ
イミングでのサンプリング値によってアイパターン軌跡
がコア範囲をどのように通過するかを判定し、その結果
によって変化する係数をサンプリング値から導いた位相
誤差値に乗算して発生する位相誤差量に重み付けを与え
ることによって達成される。よって以上述べたような実
施例以外にもこの発明の趣旨を実現することは可能であ
る。

【００３５】例えば、乗算器４０３はコア判定器４０１
の出力によってシフト量が制御されるシフタでもよく、
符号反転器２０４の出力は、図１または図４で説明した
した出力である位相誤差出力のさらに符号部分だけを取
り出したものでもよい。その他に乗算器４０３と符号反
転器２０４の処理順序を入れ替えた構成も可能である。

【００３６】さらにまた図１、図４で示したクロック再
生部４１３、８０１の構成要素は図示したようにそれぞ
れを互いに独立させずに、全体を遅延器と、一つまたは
幾つかのＲＯＭで置き換えることも容易に実現可能であ
る。このようにＲＯＭを使うことを考えた場合、コア判
定器４０１への入力値によるパターンに対して重み付け
を細かく指定することも可能である。例えば、図５に示
すように、コア範囲６０１が存在するときに、異なるア
イパターン軌跡９０１、９０２に対して違う重み付を与
えるのみならず、軌跡９０２と基準値１０２に対して対
称な関係にある軌跡９０３に対しても軌跡９０２とは異
なる重み付けを行うことができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
アイパターンがコアリング範囲を通過するパターンに応
じて、生成する位相誤差に重み付けを行うことにより、
位相誤差検出に利用するサンプル数を極力減らさずにパ
ターンジッタを減らすことができる。このため、クロッ
ク再生回路において問題となる再生クロックのジッタを
減少することができ、クロック再生回路の性能向上に有
用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す回路図。

【図２】図１の回路の動作を説明するために示したアイ
パターン図。

【図３】この発明の他の実施例を説明するために示した
アイパターン図。

【図４】この発明の他の実施例を示す回路図。

【図５】この発明のさらにまた他の実施例を説明するた
めに示したアイパターン図。

【図６】アイパターンを利用したシンボルの位相誤差検
出原理を説明するために示した図。

【図７】従来のクロック再生装置を示す図。

【図８】従来のクロック再生装置の問題点を説明するた
めに示した図。

【符号の説明】

２０１…Ａ／Ｄ変換器、２０２、２０３、８０２…遅延
器、２０３…レベル判定器、２０４…符号反転器、２０
５…積算器、２０６…Ｄ／Ａ変換器、２０７…発振器、
４０１…コア判定器、４０３、４０６、４０７…乗算
器、４０８…コサイン変換器、４０９…サイン変換器、
４１０…発振器、８０３…加算器、８０４…基準比較
器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サンプリングされた入力信号の第１のサン
   プリング信号を予め与えた基準値と比較する第１の比較
   手段と、 前記第１のサンプリング信号を予め与えた時間だけ遅延
   させた第２のサンプリング信号を得る遅延手段と、 前記遅延手段の出力である前記第２のサンプリング信号
   を予め与えた基準値と比較する第２の比較手段と、 前記第１と第２の比較手段の出力によって、再生クロッ
   クと前記入力信号のサンプリング位相との位相誤差を検
   出する位相誤差検出手段と、 前記第１と第２のサンプリング信号を予め与えたしきい
   値と比較することによってアイパターンの分類を行う分
   離手段と、 前記分離手段の結果に応じて前記位相誤差検出手段の出
   力に重み付けを行う重み付け手段と、 を備えることを特徴とするクロック再生装置。
2. 【請求項２】サンプリングされた入力信号の第１のサン
   プリング信号を予め与えた基準値と比較する比較手段
   と、 前記第１のサンプリング信号を予め与えた時間だけ遅延
   させた第２のサンプリング信号を得る遅延手段と、 前記比較手段の出力信号と前記遅延手段からの前記第２
   のサンプリング信号とを用いて、再生クロックと前記入
   力信号のサンプリング位相との位相誤差を検出する位相
   誤差検出手段と、 前記第１と第２のサンプリング信号を予め与えたしきい
   値と比較することによって、アイパターンの分類を行う
   分離手段と、 前記分離手段の結果に応じて前記位相誤差検出手段の出
   力に重み付けを行う重み付け手段と、 を備えることを特徴とするクロック再生装置。
3. 【請求項３】前記遅延手段は、１シンボルタイミングに
   相当する時間差の遅延量を持つことを特徴とする請求項
   １又は２記載のクロック再生装置。
4. 【請求項４】前記重み付け手段によって行われる重み付
   けは、前記分離手段で分類されるパターンがクロック再
   生に対して大きな妨害を与えると予測される範囲では軽
   く、パターがクロック再生に対して大きな妨害を与えな
   いと予測される範囲では重みを重く制御することを特徴
   とするする請求項１又は２記載のクロック再生装置。