JPH098857A - ディジタルクロック再生回路及びそれを用いた通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】クロックを再生する機能を持つ回路において、
クロックの誤った位相への同期の防止と高速引込みを実
現し、安定した再生クロックを提供する。 【構成】入力された角度変調波を、位相量子化手段２で
量子化し、位相データ遅延手段３と演算手段４により１
シンボル時間における位相の変化量を示すアイパターン
を得る。このアイパターン値からタイミングを検出手段
５により検出する。検出されたタイミングと、ディジタ
ル位相同期ループ６から出力される再生クロックとは９
０度位相の遅延したクロックより、逆相への同期パルス
を検出し、逆相ロック判定手段７で逆相に同期している
と判断した場合には再生クロックの位相を１８０度シフ
トする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディジタル信号を角度変
調して伝送された角度変調波からディジタル信号を復調
するために必要なタイミングクロックを再生するディジ
タルクロック再生回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、クロックの再生回路は特開平５−
２７６２０６号公報や特開平５−３１６１５６号公報に
開示してあるようなものが知られている。図９で説明す
ると、１から入力された角度変調信号は、位相量子化手
段２によって角度変調信号１から位相情報をサンプリン
グして量子化し、ディジタル化した位相データに変換す
る。位相データは図３に示すように変調波の位相がどの
位相に存在するかに対応している。

【０００３】ここで、π／４シフトＱＰＳＫ変調方式
は、図４及び表１に示すように２ビットのディジタルデ
ータにより１シンボル期間に遷移させる位相を対応させ
ている。よって、復調する場合は変調波の１シンボル期
間における位相変化量を求める。

【０００４】位相データより復調する場合、１シンボル
期間前の時刻の位相との相対的な位相変化量を求める必
要があり、図９に示すように、位相データ遅延手段３と
演算手段４によってこれを実現している。演算手段４に
おいて、位相データ遅延手段３によって保持された１シ
ンボル期間前の位相データと現在の位相データとの減算
値、つまり位相変化量を得る。この演算出力をアイパタ
ーンデータと言い、模式的に表わすと図５のような時間
的な値の変化を示す。図５は復調アイパターンを２シン
ボル期間毎に重ねあわせたものであり、シンボルタイミ
ング●の点では、常に図４及び表１に示す位相変化量Δ
Φ（３π／４，π／４，−π／４，−３π／４）の値を
とる。

【０００５】

【表１】

【０００６】クロック再生は図５に示すアイパターンよ
り所定のシンボルタイミングを検出し、これに同期した
タイミングクロックを再生する。アイパターンの値が０
となるタイミングはシンボルタイミング間の中間点付近
に集中している。このアイパターンが０となるタイミン
グを検出（ゼロクロス検出）し、半シンボル時間ずらし
たタイミング（逆相）に図９に示す位相同期ループ８を
同期させクロックを再生する。このように再生されたク
ロックのタイミングによってアイパターンの値を判定す
れば表１に示す法則により復調が可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のクロック再生回
路では、アイパターンからタイミングを抽出してディジ
タル位相同期ループでクロックを再生する場合、信号の
パターンによっては再生クロックが逆相に同期してしま
う場合がある。図６で説明する。固定の信号パターンの
場合、例えば、０１１０の連続信号パターンのとき図の
ようにディジタル位相同期ループの位相調整の移動方向
が引き合う強い安定点と位相調整の移動方向が反発し合
う弱い安定点が存在する。再生クロックの位相の引込み
開始地点が逆相付近である場合、再生クロックは弱い安
定点である逆相に同期してしまうという問題がある。ま
た、固定パターンでない場合でも弱い安定点でしばらく
同期してしまい、再生クロックの正しい位置への位相引
込み時間が増大するという問題がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】図１はディジタルクロッ
ク再生回路の動作原理を示すブロック図である。

【０００９】本発明は、受信された角度変調信号１か
ら、位相情報をサンプリングして量子化した位相データ
に変換し、出力する位相量子化手段２と、位相量子化手
段２からの位相データの出力を所定の時間遅延し出力す
る位相データ遅延手段３と、位相量子化手段２の位相デ
ータ出力と、位相データ遅延手段３の位相データ出力と
の減算を行ない演算結果であるアイパターンデータを出
力する演算手段４と、演算手段４の演算結果出力である
アイパターンデータより、クロックの位相を同期させる
検出タイミングを抽出して出力する検出手段５と、検出
手段５からの検出タイミングに同期した再生クロック
と、これとπ／２位相が遅延した再生クロックを出力す
るディジタル位相同期ループ６と、検出手段からの検出
タイミングと、ディジタル位相同期ループからのπ／２
位相が遅延した再生クロックより再生クロックとは逆相
になる逆相検出タイミングを抽出する逆相パルス抽出手
段７と、逆相パルス抽出手段からの逆相検出タイミング
と、ディジタル位相同期ループからの再生クロックより
再生クロックが逆相に同期していると判定し、ディジタ
ル位相同期ループに逆相になるように信号を出力する逆
相同期判定手段８より構成される。

【００１０】

【作用】クロックを再生する回路において、復調アイパ
ターンからの検出タイミングと再生したクロックより逆
相同期の検出をし、逆相に同期している場合は再生クロ
ックの位相をπだけシフトして正しい位相の同期位置に
移動させることにより、誤った位相への同期を防止した
高速引込みの再生クロックを提供することができる。

【００１１】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例につい
て説明する。

【００１２】図１において、２は受信された角度変調信
号１をサンプリングして量子化した位相データに変換
し、出力する位相量子化手段、３は位相量子化手段２か
らの位相データの出力を所定の時間遅延し出力する位相
データ遅延手段、４は位相量子化手段２の位相データ出
力と、位相データ遅延手段３の位相データ出力との減算
を行ない演算結果であるアイパターンデータを出力する
演算手段、５は演算手段４の演算結果出力であるアイパ
ターンデータより、検出タイミングを出力する検出手
段、６は検出手段５からの検出タイミングに同期して再
生クロックとこれとπ／２位相が遅延した再生クロック
を出力するディジタル位相同期ループ、７は検出手段か
らの検出タイミングと、ディジタル位相同期ループから
のπ／２位相が遅延した再生クロックより再生クロック
とは逆相であることを示すパルスを抽出する逆相パルス
抽出手段、８は逆相パルス抽出手段からの逆相検出タイ
ミングと、ディジタル位相同期ループからの再生クロッ
クより再生クロックが逆相に同期していると判定し、デ
ィジタル位相同期ループからの再生クロックが逆相にな
るように信号を出力する逆相同期判定手段である。これ
より、位相同期ループ８より再生クロック９が出力され
る。

【００１３】次に実施例の動作について図１から図８を
用いて説明する。

【００１４】図１において、角度変調波１は位相量子化
手段２に入力される。図２において位相量子化手段２の
リミッタ２１に入力された角度変調信号は、図２に示す
ような方形波のリミッタ出力となり、位相比較回路２２
に入力される。位相比較回路２２は、発振器２３からの
角度変調波の搬送波周波数と同じ周波数である発振器出
力と、リミッタ出力を比較し、位相差γ_n（ｎ＝１，
２，…）に比例した電圧を出力する。この電圧信号をＡ
／Ｄ変換器２４で量子化し、量子化したデータに対応す
る位相データに変換する。このときの位相データの割当
ての模式的な説明図を図４に示す。位相比較回路２２か
ら得られる位相情報γ_nをこの場合は４ビットにディジ
タル変換し位相量子化データとする。図２で示すγ₁の
位相差は、図３のデータ割当てで、０００１のデータと
なる。この位相データをもとにアイパターンを得る方法
を以下に示す。

【００１５】図１において、位相量子化データをもとに
位相データ遅延手段３と演算手段４によりアイパターン
を得るため、遅延検波を行なう。ここでπ／４シフトＱ
ＰＳＫ信号よりアイパターンを得る方法は次の通りであ
る。図４はπ／４シフトＱＰＳＫ信号の信号空間ダイヤ
グラムで、二値ディジタルデータ２ビットの情報（それ
ぞれ記号Ｘ_k，Ｙ_kで示す。）を表１に示す差動符号化規
則に則り１シンボル期間の相対的な位相遷移（遷移パタ
ーンを記号ΔΦで示す。）に対応させたものである。

【００１６】例えば、図４に示すように時刻ｔ_k-1にΦ
_k-1の位相にあった場合、１シンボル期間経過後は２ビ
ットのディジタルデータに対応して、○で示したいずれ
かの点に遷移する。このπ／４シフトＱＰＳＫ信号の検
波はシンボルタイミング時刻毎の受信位相を検波して、
連続するシンボル時刻の相対的な位相遷移量を計算し、
求めた遷移に最も近い遷移パターンを判定することで行
なう。図５のアイパターンは、この位相遷移量の計算値
の時間的変化を表したものである。

【００１７】π／４シフトＱＰＳＫ信号のアナログ遅延
検波方式のアイパターンの説明図を図５に示す。本説明
では４ビットのデータでアイパターンを表しているが、
ビット数を多くすると図５に示すようななめらかなアナ
ログ方式のアイパターンに近づく。

【００１８】さて、この得られたアイパターンデータよ
り検出タイミングを抽出する。

【００１９】ゼロクロス検出では、図５のアイパターン
が０の値となったタイミングをタイミング抽出点として
検出する。つまり、アイパターンデータの演算出力の最
上位ビット（ＭＳＢ）の変化点を検出する。このタイミ
ングより半シンボル時間ずれた位相（逆相）に同期する
ようにクロックを再生すればシンボルタイミングに同期
した再生クロックを得られる。

【００２０】図６は一例としてアイパターンの１０（−
π／４）と０１（３π／４）の信号パターンの繰返しを
示したものである。ここで示す○が検出タイミングとな
るが、この検出タイミングでディジタル位相同期ループ
を動作させると、ディジタル位相同期ループの位相調整
の引込みの釣り合った図のＡで示した強い安定点に同期
するが、最初のクロックの位相が逆相付近であった場合
はディジタル位相同期ループの位相調整の反発して釣り
合った図のＢで示した弱い安定点に同期する場合があ
る。Ｂで示した弱い安定点で再生クロックが同期した場
合、逆相となり、正しい位相でクロックが再生されない
ため復調が不可能となる問題が生じる。そこで図１に示
すように逆相に同期したことを検出して、出力する再生
クロックの位相をπだけシフトすることにより誤った位
相への同期を修正する。では、逆相パルス抽出から逆相
同期判定して再生クロックをπだけシフトする動作につ
いて以下説明する。

【００２１】図６より再生クロックがシンボルタイミン
グで立ち下がる場合を正しい位相に同期しているとする
と、逆相に同期した場合はシンボルタイミングで立ち上
がるクロックとなる。

【００２２】図７はディジタル位相同期ループの回路構
成の例を示すブロック図である。出力する再生クロック
と検出手段５よりの検出タイミングとを位相比較回路６
１で比較し、位相の進み遅れを検出して進み遅れをそれ
ぞれカウンタ６２でカウントしする。カウント値がある
値に達したとき、カウント値をデコードしているデコー
ダ６３から分周器カウンタ６４へ分周数を設定する信号
を出力する。同時にカウンタ６２をリセットする。これ
により発振器６５の出力を分周する分周器カウンタ６４
を制御し、出力する再生クロックの位相検出タイミング
に同期した再生クロックとこれとπ／２位相が遅延した
再生クロックとを出力する動作となっている。ところが
前述したように逆相付近より最初の位相の引込みをした
場合、進み遅れのカウントが釣合い、逆相の弱い安定点
に同期してしまう場合がある。この逆相に同期した場
合、図６に示すように再生クロックとはπ／２位相が遅
延したクロックは、検出手段５よりの検出タイミング付
近では“Ｈ”となる。正しい位相に同期した場合は、逆
に“Ｌ”となる。よって、逆相に同期したかを判定する
には検出手段５よりの検出タイミングと再生クロックと
はπ／２位相が遅延したクロックとの論理和より判定す
れば良い。逆相に同期している場合は論理和出力は検出
タイミングのパルスとなる。正しい位相に同期している
場合は論理和出力は“Ｌ”となる。この回路構成と動作
について次に説明する。

【００２３】図８は逆相パルス抽出手段７と逆相同期判
定手段８との回路構成の例を示すブロック図である。図
８において検出手段５よりの検出タイミングと、ディジ
タル位相同期ループよりの再生クロックとはπ／２位相
が遅延したクロックとの論理和を逆相パルス抽出手段７
により出力する。逆相パルス抽出手段４の出力パルスを
パルスカウンタ８１でカウントする。パルスカウンタ８
１でカウントする期間は、ディジタル位相同期ループ６
からの再生クロックをカウントするＮシンボルカウンタ
８２によりＮシンボル期間と設定される。Ｎシンボル期
間を越えた場合はパルスカウンタ８１はリセットされ
る。設定された期間内にパルスカウンタ８１が設定値に
達した場合、パルスカウンタ８１のカウント値をデコー
ドしているデコーダ８３は逆相に同期していると判断
し、ディジタル位相同期ループ６に逆相になるように信
号を出力する。同時にパルスカウンタ８１とＮシンボル
カウンタ８２をリセットする。以上により逆相に同期し
ていると判断し、ディジタル位相同期ループ６に逆相に
なるように信号を出力できる。

【００２４】図７において、逆相同期判定手段８のデコ
ーダ８３からの信号は、分周器カウンタ６４の最上桁の
ラッチのクロックに入力され、分周器カウンタ６４の最
上桁のラッチ出力を反転させる。これにより、逆相に同
期していた再生クロックの位相をπだけシフトし、正し
い位相の再生クロックを出力することができる。

【００２５】以上により、誤った位相への同期を防止
し、引込みの高速化を図り、安定した再生クロックを提
供するクロック再生回路となる。

【００２６】図１０は本発明のクロック再生回路をディ
ジタルセルラ電話器に適用した場合の実施例を示したも
のである。図１０はディジタルセルラ電話器のブロック
図である。図１０において、１０１は音声を入力するマ
イク、１０２は音声をディジタル信号に符号化する音声
符号器、１０３は符号化された信号をフレーム構成して
ビット列に変換する送信信号処理回路、１０４は各部の
動作を制御する制御回路、１０５は送信信号処理回路か
らのビット列にしたがい変調信号を発生する変調器、１
０６は変調された信号を送信できる周波数に変換する送
信ミキサ、１０７は送信する周波数を割り当てる周波数
シンセサイザ、１０８は送信の出力を増幅する送信電力
増幅器、１０９は分波器、１１０はアンテナ、１１１は
受信信号を復調できる周波数に変換する受信ミキサ、１
１２は復調できる周波数に変換された信号を増幅するＩ
Ｆ増幅器、１１３は本発明であるＩＦ増幅器１１２から
の信号から検出タイミングを抽出し、このタイミングか
ら復調に必要なクロックを出力するクロック再生回路、
１１４は変調信号をディジタル信号に復調する復調器、
１１５は復調されたディジタル信号のなかからフレーム
構成を解いて音声のディジタル信号をとりだす受信信号
処理回路、１１６はディジタル信号を音声信号に変換す
る音声復号器、１１７はスピーカである。

【００２７】次に第２の実施例の動作について説明す
る。図１０において、マイク１０１に入力された音声は
音声符号器１０２によってディジタル信号に符号化さ
れ、送信信号処理回路１０３でディジタル信号のビット
列にフレーム構成され変調器１０５に出力される。変調
器１０５は入力されたディジタル信号に従い変調信号を
発生し、送信ミキサ１０６で送信できる周波数に変換し
て送信電力増幅器１０８で増幅した後、分波器１０９、
アンテナ１１０を通って電波として出力される。一方、
アンテナ１１０で受信された受信波は分波器１０９を通
り受信ミキサ１１１で復調できる周波数に変換されＩＦ
増幅器１１２で増幅される。ＩＦ増幅器１１２は、増幅
した変調信号をクロック再生回路１１３と復調器１１４
にそれぞれ出力する。

【００２８】ＩＦ増幅器１１２からの変調信号である角
度変調波からクロック再生回路１１３では検出タイミン
グを抽出し、このタイミングに同期させシンボルクロッ
クを出力する。シンボルクロックを復調器１１４に入力
し、これらのクロックタイミングで復調動作を行なう
が、このクロックが正しい位相に同期しなかったり、位
相の引込みが遅かったり安定しないとディジタルセルラ
の回線が切れる可能性がある。そのためクロックの高速
引込みと安定化を図る必要がある。そこで本発明のクロ
ック再生回路１１３で安定したクロックを出力する。こ
こで、クロック再生回路は第１の実施例の構成とする。

【００２９】復調器１１４はこれらのクロックでＩＦ増
幅器１１２からの変調信号を復調しディジタル信号とす
る。受信信号処理回路１１５で復調器からのディジタル
信号のなかから音声のディジタル信号をとりだし、音声
復号器で音声信号に変換してスピーカ１１７より音声が
出力される。

【００３０】以上により、ディジタルセルラ電話器にお
いて安定したクロック再生を実現できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、再生クロックの誤った
位相への同期を防止し、引込みの高速化を図り、安定し
た再生クロックを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のディジタルクロック再生回路の一実施
例のブロック図。

【図２】実施例の位相量子化手段の構成と動作を示す説
明図。

【図３】実施例の位相量子化回路の位相データ割当てを
模式的に示す説明図。

【図４】π／４シフトＱＰＳＫ変調方式の説明図。

【図５】π／４シフトＱＰＳＫ変調方式の復調アイパタ
ーンの説明図。

【図６】クロック再生回路の問題点を示す説明図。

【図７】実施例のディジタル位相同期ループの説明図。

【図８】実施例の逆相パルス抽出手段と逆相同期判定手
段のブロック図。

【図９】従来のクロック再生回路のブロック図。

【図１０】本発明のクロック再生回路を用いたディジタ
ルセルラの実施例のブロック図。

【符号の説明】

１…角度変調波、 ２…位相量子化手段、 ３…位相データ遅延手段、 ４…演算手段、 ５…検出手段、 ６…ディジタル位相同期ループ、 ７…逆相パルス抽出手段、 ８…逆相同期判定手段、 ９…再生クロック。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】受信された角度変調信号より位相情報をサ
   ンプリングして量子化した位相データに変換し、出力す
   る位相量子化手段と、前記位相量子化手段からの位相デ
   ータの出力を所定の時間遅延し出力する位相データ遅延
   手段と、前記位相量子化手段の位相データ出力と、前記
   位相データ遅延手段からの位相データ出力との減算を行
   ない演算結果であるアイパターンデータを出力する演算
   手段と、前記演算手段の演算結果出力である前記アイパ
   ターンデータより、シンボルタイミングを抽出し出力す
   る検出手段と、前記検出手段からの検出タイミングに同
   期した再生クロックと、これとπ／２位相が遅延した再
   生クロックとを出力するディジタル位相同期ループと、
   前記検出手段からの検出タイミングと、前記ディジタル
   位相同期ループからのπ／２位相が遅延した再生クロッ
   クより再生クロックとは逆相になる逆相検出タイミング
   を抽出する逆相パルス抽出手段と、前記逆相パルス抽出
   手段からの逆相検出タイミングと、前記ディジタル位相
   同期ループからの再生クロックより再生クロックが逆相
   に同期していると判定し、前記ディジタル位相同期ルー
   プに逆相になるように信号を出力する逆相同期判定手段
   とを備えたことを特徴とするディジタルクロック再生回
   路。
2. 【請求項２】アイパターンデータの値より抽出した検出
   タイミングと出力する再生クロックより、再生クロック
   の位相を反転させる回路を備え、再生クロックの誤った
   同期の防止を図ることを特徴とするディジタルクロック
   再生回路。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の前記ディジタル
   クロック再生回路を備えた通信装置。