JPH11163955A - デジタル送信信号の受信機のためのサンプリング制御ループ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、直交位相信号変調のデジタル信号
を受信する受信機で使用され、干渉に対して受信回路の
感度を低下することのできる制御ループを開発すること
を目的である。 【解決手段】 サンプリング制御ループ1 はそれぞれの
タイミングエラー値を決定するためのタイミングエラー
検出器3 を備え、現在のシンボルサンプリングの瞬間は
ナイキスト基準により与えられた最適のシンボルサンプ
リングの瞬間と異なっており、タイミングエラー検出器
3 に結合された評価装置11を備えており、この評価装置
11が受信回路の信号から信頼度値ｖを決定し、その信頼
度値ｖにしたがってタイミングエラー検出器3 はサンプ
リング制御ループ1 を制御することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直交位相信号変調によ
りシンボルとして送信されるデジタル送信信号の受信機
のためのサンプリング制御ループに関する。

【０００２】

【従来の技術】このような送信方法の例は次の略称、即
ちＦＳＫ（周波数シフトキーイング）、ＰＳＫ（位相シ
フトキーイング）、ＢＰＳＫ（２進位相シフトキーイン
グ）、ＱＰＳＫ（４位相シフトキーイング）、ＱＡＭ
（直交位相振幅変調）で知られている。これらの方法の
ための受信機回路は技術上知られており、通常構造上類
似している。重要な構成要素はアナログまたはデジタル
サンプリング制御ループであり、これはデジタル送信信
号の情報が正しい瞬間にサンプルされることを確実にす
る。これらの信号の最適なサンプリングは送信されたデ
ータ流のシンボルと時間的に密接に接続され、受信機端
での処理がアナログであるかデジタルであるかに依存し
ない。処理がデジタルであるならば、勿論、デジタル化
速度は少なくとも送信されたシンボルのデータ速度程の
速度でなければならない。通常、デジタル化速度はこの
値を少なくとも１桁（１０倍）大きく、デジタル化速度
は自由走行であるかシンボル速度に固定されている。

【０００３】文献（Floyd M. Gardnerの“A BPSK/QPSK
Timing Error Detector for Sampled Receivers ”、IE
EE Transactions on Communications 、Vol. COM-34 、
No.5、1986年５月、 423〜429 頁）では、タイミングエ
ラーがそれぞれのシンボルから決定されることができる
態様を詳細に説明している。これらのタイミングエラー
を無くすため、サンプリング制御ループが使用される
が、このことは詳細に説明されていない。この制御ルー
プはタイミングエラー検出器とタイミングエラー補正装
置とを含んでおり、その出力はサンプリング段へフィー
ドバックされる。

【０００４】WO 96/11526 号明細書はデジタル送信信号
を受信する回路のためのサンプリング制御ループを開示
しており、ここではデジタル化は２つのアナログデジタ
ル変換器により直交復調器の後で行われる。制御ループ
はデジタル化クロックの周波数と位相を変化させ、それ
によってシンボルのサンプリングの瞬間が最適に調節さ
れる。

【０００５】WO 96/17459 号明細書はデジタル送信信号
を受信する回路のサンプリング制御ループを開示してお
り、ここではデジタル化は直交復調の前に行われる。デ
ジタル化速度は受信されたシンボルの速度および位相に
影響されない。この実施形態では、それぞれのシンボル
の最適なサンプリングの瞬間はデジタル補間回路（“デ
ジタルリサンプラ”）により形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】シンボルによるデジタ
ルコード化および送信に関する既知の利点は、シンボル
が確実に受信機端で認識される限り、送信路および受信
機が信号内容に対して付加的な干渉または雑音を起こさ
ないことである。個々のシンボルの認識能力は重畳され
た干渉および雑音信号により悪化され、これはベクトル
図の本来の厳密なシンボル位置を区域的な位相および振
幅範囲へぼかす。さらに、個々のシンボルのサンプリン
グの瞬間が公称値と異なるならば、信頼性のあるシンボ
ル認識は好ましくない受信状況では確保されない。

【０００７】デジタル送信信号の受信または評価に関す
る前述の欠点は、従来の受信回路で受信する価値のない
動作状態に関係している。この従来技術の問題に基づい
て、本発明の目的は、干渉に対して受信回路の感度を低
下させることができる制御ループを開発することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的は、利用可能な
信号からタイミングエラー検出器で測定されたそれぞれ
のタイミングエラーの信頼度値を決定する評価装置へ受
信回路のサンプリング制御ループを結合し、決定された
信頼度値にしたがってサンプリング制御ループに作用す
ることによって達成される。

【０００９】本発明は、著しく妨害された信号が存在す
る場合に、サンプリング制御ループの追跡が時折不正確
に決定されたタイミングエラー値により既にかなり乱さ
れており、それによって最終的に不正確に認識されたシ
ンボル数を増加するという認識に基づいている。著しく
妨害された信号が存在する場合、サンプリング制御ルー
プは過度に敏感に応答し、誤った方向で応答することも
あり得る。信頼度値の導入により、サンプリング制御ル
ープはそれぞれの信号状態にしたがって適応して制御さ
れることができる。これを実現するため、小さい信頼度
値で、サンプリング制御ループは全体のまたは所定の周
波数成分に対する感度が少なくされ、またはその制御定
数が適切な方法で適合される。このようにして、不正確
に決定されたタイミングエラー値は抑圧されず、時間平
均で、その影響が減少される。

【００１０】特に減衰またはブランキングによる非線形
処理が効果的であり、ここでは恐らく不正確に決定され
たタイミングエラー値は非常に僅かにしかサンプリング
制御ループに影響しないか、全く影響しない。これは個
別ベースでタイミングエラー値を処理することを含んで
おり、その処理はそれぞれの信頼度値に基づいている。
この個々の減衰、加重またはブランキングは、単一また
はバースト状で生じる妨害が制御下の状況に干渉しない
という利点を有する。正常な受信状況下で、サンプリン
グ制御ループの制御勾配も制御速度もこれらの測定によ
り変更されない。

【００１１】信頼度値を決定するために、干渉により生
じる特性信号の変化が評価される。前述したように、ベ
クトル図でのシンボルの位置は位相方向と振幅方向との
両者で広がる。測定された位相および振幅エラー値はそ
れぞれの信頼度の尺度を表すことができる。エラー値が
小さい程、信頼度は大きくなり、タイミングエラー値が
不正確に決定される確率は小さくなる。同様に、信頼度
は直交信号成分と、公称値からの偏差値から決定される
ことができる。品質の低い信号が存在する受信状況を改
良するには、例えば測定されたエラー値のしきい値を予
め設定することによって、信頼度値を比較的大ざっぱに
決定することができる。

【００１２】勿論、非常に複雑な回路により、または例
えば復調された信号および復調されていない信号の干渉
依存変化を評価する等の別の方法で信頼度値を形成する
ことも可能である。フィルタ回路により、変調とはほぼ
無関係な周波数範囲に決定を限定することができる。信
頼度値は幾つかの形態または別の形態で変換または変形
された信号からも決定されることができる。これは例え
ば受信回路の直交変調信号を極座標の信号に変換するレ
ゾルバにより行われることができ、その後大きさおよび
位相にしたがって別々に評価される。それぞれのエラー
値により、信頼度値はまた加重係数として決定されるこ
ともできる。加重は関連するしきい値により個々のステ
ップに分割されてもよい。限定のあるケースでは、信頼
度範囲は１つのしきい値またはしきい値ウィンドウによ
って決定される。これはデジタルのイエス／ノー信頼度
値に対応する。

【００１３】個々のシンボルまたは、それらの関連する
同位相成分および直角位相成分（以後、“Ｉ”成分、
“Ｑ”成分と呼ぶ）の送信が通常のようにナイキスト基
準にしたがって行われるならば、信頼度値の決定は特に
簡単になる。送信される各シンボルまたはビットにはそ
れぞれのシンボルサンプリングの瞬間において正または
負の信号値を有する伝達関数が割当てられ、全ての他の
整数の倍数のシンボル期間では信号値“ゼロ”が割当て
られる。中間時間範囲の信号状態はゼロとは異なってい
るが、包絡線はいくつかのシンボル期間のインターバル
でできる限り急速にゼロに向かう。この状態により、目
的とするシンボルサンプリングの瞬間においてサンプリ
ングが正確に行われるならば、シンボル間の干渉は阻止
される。タイミングエラー検出器により、現在のシンボ
ルサンプリングの瞬間と最適なシンボルサンプリングの
瞬間との時間差が決定される。

【００１４】信頼度値を決定するためのナイキスト基準
の使用は伝達関数の時間的特性に基づいている。これら
のタイミングエラー値のみがそれぞれの直交信号成分Ｉ
またはＱの符号の変化に関連するサンプリング制御ルー
プで許容される。タイミングエラー値は符号の変化にお
けるサンプル値の時間依存信号変化からのみ慎重に決定
される。真の符号の変化ではなく妨害された信号によっ
てのみ生じる信号差に基づいた明白なタイミングエラー
値はしたがって抑制される。サンプルされた直交信号成
分ＩまたはＱの符号変化を決定するための簡単な回路は
排他的ＯＲゲートにより構成され、その第１、第２の入
力は符号ビットを直接与えられ、それぞれ１シンボル期
間の遅延を有する。

【００１５】信頼度値の形成におけるさらに別の改良
は、直交信号成分または認識されたシンボル成分または
受信回路のその他の信号を含んでいる信号シーケンスを
記憶装置に記憶することによって実現される。範囲が追
跡ウィンドウインターバルにより限定される記憶された
アナログまたはデジタル信号シーケンスが主要な信号範
囲をカバーしているので、信頼度値を決定するためによ
り入念な解析が実行されることができる。

【００１６】追跡ウィンドウインターバルが少なくとも
４つの連続的なシンボルまたは関連する実数のサンプル
値の時間範囲にわたるならば、非常に効果的な信頼度値
が簡単な論理動作により決定されることができる。論理
動作は、タイミングエラー値が記憶された信号シーケン
スの符号変化に一時的に関連されていさえすれば、信頼
度値が十分に考慮されることを示している。デジタル化
されたサンプルの場合、符号ビットだけを符号変化を検
出するためにチェックすればよい。符号変化の評価によ
り、サンプリング制御ループの動作においてある種の改
良が既に観察されている。

【００１７】信頼度値の付加的な基準は基準信号振幅の
決定に関する。基準信号振幅は符号変化範囲における信
号値の基準量として機能する。それぞれのタイミングエ
ラー値は基準信号振幅と比較した信号値の時間依存変化
から決定されることができ、最も簡単な場合には簡単な
線形関係を使用して近似的に決定される。しかしなが
ら、このようにして決定されたタイミングエラー値は、
記憶された信号シーケンスが基準信号振幅を決定するよ
うに作用する少なくとも２つのサンプリングの瞬間で論
理的に安定であるだけで、信頼性があると考えられる。
仮定された線形の近似値によれば、基準信号振幅のサン
プル値が符号変化の前であるか、後であるかは無関係で
ある。これはそれぞれのサンプル値の選択および数学的
組合わせに影響を与えるだけである。

【００１８】信頼度値が１ビットを有するデジタル信号
に対応するならば、タイミングエラー値のサンプリング
制御ループへの転送は信頼度値、例えばゲート回路によ
り制御される論理的遮断装置により阻止される。記憶さ
れた信号シーケンスからの信頼度値の構成はアナログサ
ンプリング制御ループと容易に結合されることができ
る。

【００１９】適切な手段を採用することにより、サンプ
リング補間装置のタイミングエラー補正値は正と負の方
向で、サンプリング期間の半分に限定される。タイミン
グエラー補正値がこの制限を越えたならば、タイミング
エラー補正は隣接するより近いサンプル値に関連され、
タイミングエラー補正値の符号は変化する。全てデジタ
ル構造では、サンプリングの周期はデジタル化により決
定された実数のサンプル値に関連する。２つの補間され
たサンプル値が実数のサンプリング期間で生じ計算され
たタイミングエラー補正値と実数のサンプル値との間の
特別な関連に衝突が生じないように、デジタル化により
決定された実数のサンプル値数は補間されたサンプル値
の数よりも大きいように便宜的に選択される。この場
合、実数のサンプル値はタイミング補正値がサンプル期
間の半分よりも大きくなるときにはいつでもスキップさ
れる。モジュロ関数のように、タイミングエラー補正値
は負の値に変化し、これはその後、再び正の限定値に連
続的に近付く。これは計算されたタイミングエラー補正
値と実数のサンプル値との間に特有の関係を設定する。
デジタル化速度と補間速度との差は送信機および受信機
端のシンボルおよびクロック周波数における全ての最悪
のケースの許容誤差よりも大きくなければならない。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明およびさらに別の有効な特
徴を添付図面を参照にしてさらに詳細に説明する。本発
明の１実施形態として、図１はデジタル送信信号ｓを受
信するため回路２中に含まれているサンプリング制御ル
ープ１を示している。タイミングエラー検出器３は受信
回路の信号、特に直交信号成分Ｉ、Ｑからタイミングエ
ラー値ｔｄを形成し、そこからフィルタによってタイミ
ングエラー補正値ｔｋを導出し、このタイミングエラー
補正値ｔｋは受信回路２の信号路に挿入されているサン
プリング補間装置４を制御する。サンプリング補間装置
は、直交変調入力信号ｓｒをベースバンドまたは低周波
数へ変換する直交復調器５から１対の直交信号成分ｓｉ
１、ｓｑ１を与えられる。図１の受信回路２の実施形態
では、直交復調器５へ与えられる信号ｓｒは、内部また
は外部システムクロック発生器７により与えられるシス
テムクロックｃｌにしたがって、先行する信号ソース６
でデジタル化されたデジタル信号である。ソース６はア
ンテナを経てデジタル変調信号ｓを受信するチューナで
あってもよいが、メモリ装置またはケーブルステーショ
ンまたは任意のその他の装置であってもよく、この場合
適切に適合される。図１の受信回路２のデジタル構造で
は、サンプリング補間装置４の直交混合および補間の両
者がシステムクロックｃｌにより制御される。デジタル
直交混合では、局部発振器８はデジタル値が余弦波信号
ｃｏｓと正弦波信号ｓｉｎに対応するデジタル信号を直
交復調器５に供給する。

【００２１】サンプリング補間装置４は直交信号成分ｓ
ｉ２、ｓｑ２の補間された対を提供し、直交信号成分ｓ
ｉ２、ｓｑ２はナイキスト受信機フィルタ９に供給され
る。このフィルタ９は送信機端（図示せず）にあるナイ
キストフィルタと共同して動作し、図４に示されるよう
な前述の伝達関数を決定する。ナイキスト受信機フィル
タ９には通常、デシメーション段9.1 が後続し、ここで
処理速度はできる限り減少され、理想的にはシンボル速
度まで減少される。ナイキスト受信機フィルタ９または
その後のデシメーション段9.1 の出力はしたがって１対
の直交信号成分Ｉ、Ｑであり、これはシンボル決定段10
と、タイミングエラー検出器３と、評価装置11へ供給さ
れ、評価装置11はこれらの直交信号成分および／または
さらに別の信号から信頼度値ｖを判断して決定する。

【００２２】図１の実施形態では、直交信号成分Ｉ、Ｑ
はレゾルバ12へも与えられ、レゾルバ12は極座標ｂによ
りこれらを１対の信号成分ｓｂ、ｓｐへ変換し、これら
の信号ｓｂとｓｐのうちの少なくとも一方を評価装置11
へ与える。信頼度値ｖを形成するためのこれらの信号
Ｉ、Ｑ、ｓｂ、ｓｐの評価中、それぞれの公称値からの
許容可能な偏差は単にスイッチングしきい値ｋ１乃至ｋ
７を予め設定することにより決定されることができるの
で、その正負の符号および大きさは重要である。

【００２３】シンボル決定段10からのシンボル成分、即
ち出力信号Ｑｓ、Ｉｓが評価装置11で使用されるなら
ば、信頼度値ｖの決定はさらに簡単である。これらの信
号はそれぞれの直交信号成分Ｉ、Ｑの符号のみを含んで
いる。ＱＰＳＫ変調の場合、各対のシンボル成分Ｉｓ、
Ｑｓは４つの異なったシンボルのうちの１つを限定す
る。個々のシンボルを出力データ流ｄａｔに分離し、そ
れによって出力段13で本来のデジタル信号ｓの再構成が
行われる。シンボル成分Ｉｓ、Ｑｓは実際に最適のシン
ボルサンプリングの瞬間ｔｓ０等へ割当てられる。

【００２４】シンボル成分Ｉｓ、Ｑｓは記憶された符号
のシーケンスだけによって評価装置11で評価される。大
きさによる評価はその他の信号の場合のように必要では
ない。勿論、信頼度値ｖはまたこれらの全ての方法の組
合わせにより形成されてもよく、各評価方法は少なくと
も１つの十分な信頼度値ｖを決定する。信頼度値のうち
の１つが十分でないならば、測定されたタイミングエラ
ー値ｔｄは疑わしく、サンプリング制御ループ１へ供給
されるべきではない。

【００２５】完全に説明すると、直交復調器５の正確な
搬送波周波数のためのフィードバック路も受信回路２に
おいて指示される。受信回路２は直交信号成分Ｉ、Ｑま
たはレゾルバ12からの出力信号ｓｂ、ｓｐのいずれかを
供給される搬送波制御段14を含んでいる。搬送波制御段
14からの発振器制御信号ｏｋは局部発振器８、この実施
形態ではデジタル発振器の周波数を制御し、この発振器
８の出力信号ｃｏｓ、ｓｉｎが記憶された表によって形
成される。

【００２６】図２は例示により、符号の変化の範囲内に
ある同位相信号成分Ｉまたは直角位相信号成分Ｑの波形
を示している。関連するデジタルサンプル値は破線と小
さい円により示されているが、これはまた受信回路２の
他のサンプル値ｓｒであってもよい。雑音および分布効
果により、直交信号成分Ｉ、Ｑは正または負の公称値か
ら偏位する。信頼度値を限定する信頼性のある信号範囲
はそれぞれしきい値ｋ１、ｋ２と、ｋ３、ｋ４により限
定される。小さい直交信号成分Ｉ、Ｑは特に臨界的であ
り、それによって内側のしきい値ｋ２、ｋ３は非常に重
要であり、外側のしきい値ｋ１、ｋ４は省略されること
さえもできる。直交信号成分Ｉ、Ｑがレゾルバ12により
極座標ｂに変換されるとき、それぞれの信号値は絶対値
ｓｂと位相値ｓｐとして表される。雑音および干渉成分
が大きい程、所望の絶対値ｂ_sollと所望の位相値_sollか
らの偏差は大きくなる。しきい値ｋ６、ｋ７、ｋ５を予
め設定することによって、簡単な方法によって信頼度範
囲を信頼性のない範囲から分離されることができ、信頼
度値ｖを決定することができる。

【００２７】イエス／ノーの決定を制御する図２、３の
しきい値は勿論、さらに別のしきい値で補充されてもよ
く、それによって異なった信頼度レベルが利用可能であ
り、それぞれの信頼度値ｖは加重を許容する。

【００２８】図４は３つの連続するシンボルＳ２、Ｓ
３、Ｓ４の直交信号成分Ｉ、Ｑのうちの１つに対する論
理伝達関数ｈ（ｔ）を示している。第１の伝達関数ｈ２
はシンボルＳ２に属し、これはシンボルサンプリングの
瞬間ｔｓ２における論理０状態を表している。シンボル
Ｓ３の伝達関数ｈ３はシンボルサンプリングの瞬間ｔｓ
３で論理１状態を示している。シンボルサンプリングの
瞬間ｔｓ４で、第４のシンボルＳ４の伝達関数ｈ４も論
理１状態を示している。個々の伝達関数ｈ２乃至ｈ４は
ナイキスト基準を満足し、これはそれぞれのシンボルサ
ンプリングの瞬間ｔｓ１乃至ｔｓ６において標準化され
た信号値＋１および−１を許容し、ただ１つの伝達関数
ｈ（ｔ）に対してそれぞれ論理１状態および０状態に割
当てられる。全ての他の伝達関数ｈ（ｔ）はシンボルサ
ンプリングの瞬間に信号値０を通過する。シンボルサン
プリングの瞬間ｔｓ１とｔｓ６の間で、全ての伝達関数
ｈ（ｔ）は信号に貢献するが、この貢献値は関連するシ
ンボルサンプリングの瞬間への距離が増加するにしたが
って減少する。

【００２９】図４から、それぞれのシンボル上の情報が
シンボルサンプリングの瞬間でのみ、近傍のシンボルか
らの干渉なく評価されることができる。現在のシンボル
サンプリングの瞬間が近傍の最適のサンプリングの瞬間
から離れる程、シンボル間干渉は大きくなる。“現在の
シンボルサンプリングの瞬間”により、実際のサンプリ
ングと補間されたサンプリングとの両者が理解されるこ
とに留意すべきである。補間されたサンプリングの場
合、サンプル値は隣接する実際のサンプル値ｓｉ１、ｓ
ｑ１から計算される量として存在するだけである。

【００３０】Ｉ成分および／またはＱ成分からタイミン
グエラー値ｔｄを決定するため、図４で示されている伝
達関数ｈ（ｔ）は計算が容易である近似関数に置換され
る。近似関数は伝達関数ｈ３に対応し、これは例えばシ
ンボルサンプリングの瞬間ｔｓ２とｔｓ４の間で値＋１
まで線形に上昇し、その後線形に下降する関数ｈ３'で
ある。この時間範囲外で、伝達関数ｈ３' はシンボルサ
ンプリングの瞬間間のあらゆるところで値０を有する。
論理０状態が送信される場合、負に向かう近似関数、即
ち伝達関数ｈ２と比較して伝達関数ｈ２' が使用され
る。シンボルサンプリング値ｔｓ１乃至ｔｓ３外では、
近似関数ｈ２' も値０を有する。シンボルサンプリング
点ｔｓ２で、標準化された信号レベル−１に到達する。

【００３１】個々の直交信号成分Ｉ、Ｑがこのような近
似関数からなるならば、タイミングエラー値ｔｄの計算
はより簡単になる。これは図５、６の例により示されて
いる。これらの図面は、負の信号レベル−ａｍから正の
信号レベル＋ａｍへの転移における直交信号成分Ｉ、Ｑ
のうちの一方の近似変化を示しており、−ａｍと＋ａｍ
は論理０状態と１状態にそれぞれ対応する。シンボルＳ
０〜Ｓ３の最適な信号状態はサンプリングの瞬間ｔｓ０
〜ｔｓ３においてサンプルされるべきである。現在のサ
ンプリングが最適のシンボルサンプリングの瞬間に一致
せず、現在のシンボルサンプリングの瞬間が状態の変化
範囲内に入るならば、測定された信号振幅ａ０〜ａ３は
最大値ａｍと異なっている。現在のシンボルサンプリン
グの瞬間は図５ではｔｒ０、ｔｒ１、ｔｒ２で示されて
いる。図５に類似の図６では、サンプリングの瞬間の指
標は図面を明白にするために省略されている。

【００３２】図５では、時間軸ｔは右を指している。現
在または実数のシンボルサンプリングの瞬間ｔｒ０〜ｔ
ｒ２は最適のシンボルサンプリングの瞬間ｔｓ０〜ｔｓ
３に関して右方向、即ちより大きい時間値の方向へシフ
トされている。それ故タイミングエラー値ｔｄは正であ
る。信号状態が２つのシンボルサンプリングの瞬間ｔｓ
２、ｔｓ３間で変化しないならば、瞬間ａ２間でサンプ
ルされた信号振幅も変化しない。このような信号振幅ａ
２はそれ故公称上の振幅＋ａｍまたは−ａｍの基準値の
役目を行う。伝達関数ｈ（ｔ）の区分された線形によ
り、タイミングエラー値ｔｄは基準信号振幅ａ２および
既知のシンボル期間Ｔｓと比較して、測定された信号振
幅ａ１から決定されることができる。以下の線形関係式
が成立つ。

【００３３】 ａ１＝ａ２−２×ａ２×ｔｄ／Ｔｓ＝ａｍ×（−１＋２×ｔｄ／Ｔｓ） （１） 両信号振幅が符号の１変化に割当てられるので、２つの
等しい信号振幅ａ０とａ１の比較はタイミングエラー値
ｔｄについての情報を与えない。したがって信号振幅ａ
２とａ１の比較からタイミングエラー値ｔｄを決定する
ことだけが信頼性を有する。しかしながら、これらはシ
ンボルＳ１、Ｓ２、Ｓ３の状態とリンクされており、シ
ンボルＳ０の状態は重要ではない。

【００３４】図６は比較可能な信号変化を示している
が、ここでは関連するタイミングエラー値ｔｄは負であ
る。現在のサンプリングの瞬間ｔｒ０からｔｒ３の負の
方向のシフトのために、最大の信号振幅＋ａｍについて
の説明は、信号振幅ａ１が最適のシンボルサンプリング
の瞬間ｔｓ０とｔｓ１との間、したがって実数のサンプ
リングの瞬間ｔｒ０とｔｒ１との間で論理的に安定であ
る場合のみ可能である。結果として、信号振幅が基準値
として使用するのに適切であるか否かをチェックすると
き、符号の変化は信号振幅ａ０とａ１の間で生じてはな
らず、大きさの差は無視される。タイミングエラー値ｔ
ｄはその後、次式により測定された信号振幅ａ１、ａ２
とシンボルサンプリング期間Ｔｓから計算されることが
できる。

【００３５】ａ２＝−ａ１＋２×ａ１×ｔｄ／Ｔｓ＝ａ
ｍ×（−１＋２×ｔｄ／Ｔｓ） （２）図６から、負の
タイミングエラー値ｔｄに対して、シンボルサンプリン
グの瞬間ｔｓ０、ｔｓ１、ｔｓ２における信号波形が記
憶され評価されなければならず、シンボルサンプリング
の瞬間ｔｓ３の状態は任意であることが明白である。そ
れ故、メモリ回路に４つの隣接するシンボル成分Ｉｓお
よび／またはＱｓを記憶し、タイミングエラー値の符号
に応じて、最初の３つの記憶された状態または最後の３
つの記憶された状態を評価に使用することが適切であ
る。記憶された信号シーケンスが決定されたタイミング
エラー値に一致したならば、測定は信頼性があり、全て
の他の場合では、信頼性がない。この場合の信頼度値ｖ
は簡単なイエス／ノー信号である。

【００３６】２つの式（１）、（２）は容易にｔｄを得
るために解くことができる。対応する計算はオンチップ
計算回路またはサブプログラムにより容易に行われるこ
とができる。２つの計算と、４つの記憶された状態によ
る論理チェックが平行して行われなければならないこと
が多少厄介である。しかしながら、測定された信号振幅
ａ２の符号関数の符号（ａ２）を使用して、２つの異な
った式が１つの式（３）へ変換されることができる。

【００３７】 ｆ（ｔｄ）＝符号（ａ２）×（ａ１＋ａ２） （３） ＝＋１×（−ａｍ＋ａｍ×（−１＋２×ｔｄ／Ｔｓ）） （４） ＝２×ａｍ×ｔｄ／Ｔｓ （５） ｔｄに関して式（５）を解くと、タイミングエラー値ｔ
ｄの正しい結果が得られる。

【００３８】式（１）、（２）の右側はそれぞれ係数
“ａｍ”を含んでおり、同一であることに留意すべきで
あり、係数“ａｍ”は基準信号振幅の符号のない値に対
応する。この符号のない値“ａｍ”が符号の変化前また
は変化後のいずれかでサンプルされたかは結果的なタイ
ミングエラー値ｔｄの計算には重要ではない。必要なら
ば、２つの測定された信号振幅ａ１、ａ２からタイミン
グエラー値ｔｄを決定する式が適合されなければならな
い。ともかく、関連するシンボル成分Ｉｓ、Ｑｓは図
７、８で示されているようにそれぞれの基準信号振幅ａ
０、ａ１、ａ２、ａ３の決定範囲で論理的に安定である
ことが確実にされなければならない。

【００３９】図７は有効な信頼度値ｖの４つの状態を概
略して示しており、これらは簡単な方法で式（３）で結
合可能である。シンボルサンプリングの瞬間ｔｓ０〜ｔ
ｓ３または関連するサンプリングの瞬間ｔｒ０〜ｔｒ３
において、それぞれのシンボル成分ＩｓまたはＱｓの論
理０および１状態が示されている。シンボル“Ｘ”は関
連する論理状態が重要ではなく、即ちこれは論理評価に
関与しないことを意味している。

【００４０】評価回路は最初に隣接する信号振幅ａ１と
ａ２が異なる符号であるように設定し、予備タイミング
エラー値を信号差から決定する。この値が信頼性がある
か否かは仮定された基準信号振幅、即ち２つの値の大き
い方が実際にこのような振幅であるか否かに依存する。
これは符号を隣接する現在のサンプル値ａ０またはａ３
と比較することによってのみ決定されることができる。
シンボル成分Ｉｓ、Ｑｓの論理状態がその後この範囲で
確実に安定ではないので符号の変化はこの決定期間中に
は生じてはならない。

【００４１】図７、８の概略図では、２つのサンプル値
ａ１、ａ２のうちどちらが時間依存型で、どちらが基準
信号振幅であるかを曲線の矢印により示している。矢印
の先端は基準信号振幅、即ちより大きな値を指してお
り、矢印の後部はタイミングエラー値ｔｄに依存する信
号振幅を指向している。

【００４２】図８の例では、符号の変化がサンプル値ａ
１とａ２の間で生じている。しかしながら、各２つのサ
ンプル値ａ１、ａ２はシンボル成分Ｉｓ、Ｑｓの状態の
変化に割当てられているので、これらの２つのサンプル
値は基準振幅として使用するのに適していない可能性が
ある。これは図８の例では信号波形（即ち鎖線）とシン
ボル成分（０）または（１）が括弧付きで示されてい
る。それにもかかわらず、有効なタイミングエラー値ｔ
ｄは近傍の論理的に安定なサンプル値が基準信号振幅と
して利用可能であるならば決定されることができる。こ
れは図８で示されている４つの異なったシンボルシーケ
ンスの場合である。基準信号振幅として、サンプル値ａ
０またはａ３が選択され、これは論理的に安定な状態間
に位置され、それによってこれはタイミングエラー値ｔ
ｄに依存しない。図８で与えられている４つの例では、
曲線の矢印の先端はそれぞれの基準信号振幅ａ０または
ａ３を示している。

【００４３】１６の可能な組合わせが４つの記憶可能な
シンボル状態Ｉｓ、Ｑｓに対応している。これらの４つ
は図７で示されているように信頼性があると考えられ
る。図８の組合わせに付加的なものを含めると、図７で
与えられている組合わせと重複しても、可能な組合わせ
の数を増加する。

【００４４】図９は、評価装置11と接続されたタイミン
グエラー検出器３の一部として式（３）にしたがった計
算回路20の１実施形態のブロック図を示している。評価
回路11は検出されたシンボル成分Ｉｓ、Ｑｓを受信す
る。計算回路20は信号振幅ａ０〜ａ３として対応する直
交信号成分Ｉ、Ｑを受信する。計算回路20の入力段はシ
ンボル遅延段21であり、これは最も新しい信号振幅ａ３
を受信する。その出力は信号振幅ａ２であり、これは第
２のシンボル遅延装置22と加算器23の第１の入力に与え
られる。遅延装置22の出力は信号振幅ａ１を与え、これ
は加算器23の第２の入力へ与えられる。符号信号の符号
（ａ２）はシンボル遅延段21の出力から結合され、乗算
器24の第１の入力に供給され、その第２の入力は加算器
23の出力が与えられる。乗算器24はスケール係数Ｔｓ／
（２×ａｍ）により式（５）にしたがってタイミングエ
ラー値ｔｄを出力する。計算回路20が２重化されている
ならば、タイミングエラー値は直交信号成分Ｉ、Ｑの両
者から計算されることができる。したがって、信頼度値
ｖはまた２つのシンボル成分Ｉｓ、Ｑｓから形成されな
ければならない。この方法により、有効なタイミングエ
ラー値ｔｄの数はほぼ二倍にされ、それによってサンプ
リング制御ループ１の制御はより円滑になる。

【００４５】最も簡単な場合には、評価装置11は、シン
ボルＳ０〜Ｓ３に対応する４つの連続的なシンボル成分
Ｉｓ、Ｑｓを同時に利用可能にする記憶装置30を具備し
ている。この記憶装置は３つの直列接続されたシンボル
遅延装置31、32、33により構成される。記憶装置30の４
つのタップは論理段34に接続され、この論理段34はタイ
ミングエラー値ｔｄの符号を使用して、図７にしたがっ
て論理チェックを行う。論理段34の出力は信頼度値ｖで
あり、これは遮断装置35、示されている例では、タイミ
ングエラー値ｔｄと信頼度値ｖのＡＮＤゲートを制御す
る。乗算器36は遮断装置35の出力を数値ｐで乗算し、こ
の数値ｐはループ利得係数として予め設定されている
か、または制御装置（図示せず）により調節されること
ができる。この乗算器36の出力は、タイミングエラー値
ｔｄに対する制御ループの積分装置として機能するアキ
ュムレータ37へ与えられる。アキュムレータ37の出力は
タイミングエラー補正値ｔｋを与え、これは制御値とし
てサンプリング補間装置４へ与えられる。アキュムレー
タ37のオーバーフロー信号ｏｖは、オーバーフローがア
キュムレータ37で生じたときサンプリング補間装置４に
実数のサンプル値ｓｉ１、ｓｑ１のうちの１つをスキッ
プさせる。このスキップは図１０に示されている。

【００４６】図１０は直交復調器５の後の実数のサンプ
ル値ｓｉ１、ｓｑ１を概略したタイミング図で示してい
る。サンプリング補間装置４の出力における対応する補
間されたサンプル値ｓｉ２、ｓｑ２は実数のサンプル値
の下に示されている。実数のサンプリングの瞬間と補間
の瞬間は相互にスライドする。それぞれのタイミングエ
ラー補正値ｔｋは、実際のサンプル値から補間されたサ
ンプル値までの時間差を示す矢印により示されている。
２つのタイミングエラー補正値ｔｋが実数のサンプリン
グ周期Ｔｒ中に得られるとき、補間に対する第１の衝突
が生じる。これはサンプリング補間装置４に与えられ通
常はデジタル化速度から生じるデータ速度が補間速度よ
りも大きいことを確実にすることによって阻止されるこ
とができる。補間されたサンプル値ｓｉ２、ｓｑ２が２
つの異なったタイミングエラー補正値ｔｋとｔｋ' に対
して割当てられるならば、第２の衝突が生じる。示され
ている例では、これは瞬間ｔａで生じ、このときタイミ
ングエラー補正値ｔｋはほぼサンプリング周期Ｔｒの値
の半分に等しい。最も遅くてもこのサンプリングの瞬間
ｔａから、タイミングエラー補正値ｔｋはさらに増加す
ることを可能にされるべきではなく、隣接する実数のサ
ンプル値に関連されるべきである。

【００４７】第２の衝突は２つのタイミングエラー補正
値ｔｋ、ｔｋ' と最小の決定を比較することにより阻止
されることができる。しかしながら、補間されたサンプ
ル値ｓｉ２、ｓｑ２の数が実数のサンプル値ｓｉ１、ｓ
ｑ１よりも大きいならば、スキップまたは無視する指令
がタイミングエラー検出器３のアキュムレータ37からの
オーバーフロー信号ｏｖにより実数のサンプル値ｓｉ
１、ｓｑ１で開始することができるので、両者の衝突は
それ自体で解決する。アキュムレータ37のオーバーフロ
ー信号ｏｖは図１０の最後のラインで示されている。各
アキュムレータ期間Ｔ_akku後、次の実数のサンプル値ｓ
ｃがスキップされる。この方法で、計算されたタイミン
グエラー補正値ｔｋと実数のサンプル値ｓｉ１、ｓｑ１
の間で特定の関係が実現される。

【００４８】本発明の前述の関数とさらにその発展がモ
ノリシック集積回路で実行できることに留意すべきであ
る。個々の関数装置が回路としてまたはオンチッププロ
セッサ中のプログラムにより構成されるかは無関係であ
る。説明した本発明で必要とされる計算量は非常に少な
く、それによって既存のプロセッサは容易に使用される
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にしたがったサンプリング制御ループの
概略ブロック図。

【図２】直交位相信号成分の波形図。

【図３】振幅−位相の概略図。

【図４】３つの伝達関数のグラフ。

【図５】直交位相信号成分の波形の概略図。

【図６】タイミングエラー値の線形計算図。

【図７】信頼度値の４つの有効な状態の概略図。

【図８】信頼度値の４つの他の有効な状態の概略図。

【図９】タイミングエラー補正信号を形成する回路のブ
ロック図。

【図１０】自由走行デジタル化クロック周波数における
タイミングエラー補正信号を示す図。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれのタイミングエラー値を決定す
   るためのタイミングエラー検出器を具備し、現在のシン
   ボルサンプリングの瞬間はナイキスト基準により与えら
   れた最適のシンボルサンプリングの瞬間と異なっている
   デジタル送信信号を受信する受信回路のためのサンプリ
   ング制御ループにおいて、 タイミングエラー検出器がそれに結合して受信回路の信
   号から信頼度値を決定し、その信頼度値にしたがってサ
   ンプリング制御ループを制御する評価装置を具備してい
   ることを特徴とするサンプリング制御ループ。
2. 【請求項２】 受信回路がレゾルバを具備し、このレゾ
   ルバは受信回路の直交変調信号を極座標の信号に変換
   し、これらの信号のうちの少なくとも１つを評価装置へ
   供給することを特徴とする請求項１記載のサンプリング
   制御ループ。
3. 【請求項３】 評価装置において、信頼度値は少なくと
   も１つのしきい値により決定され、それぞれの公称値周
   辺の基本的な信号範囲は信頼度値を決定するために使用
   されることを特徴とする請求項１または２記載のサンプ
   リング制御ループ。
4. 【請求項４】 評価装置は記憶装置に記憶された受信回
   路の信号シーケンスから信頼度値を決定することを特徴
   とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のサンプリン
   グ制御ループ。
5. 【請求項５】 記憶された信号シーケンスは追跡ウィン
   ドウインターバルにより限定されることを特徴とする請
   求項４記載のサンプリング制御ループ。
6. 【請求項６】 追跡ウィンドウインターバルは少なくと
   も４つのシンボルの時間範囲にわたることを特徴とする
   請求項５記載のサンプリング制御ループ。
7. 【請求項７】 タイミングエラー値が記憶された信号シ
   ーケンスの符号変化に一時的に割当てられた場合のみ、
   信頼度値はサンプリング制御ループのタイミングエラー
   値をリリースすることを特徴とする請求項４乃至６のい
   ずれか１項記載のサンプリング制御ループ。
8. 【請求項８】 記憶された信号シーケンスの信号状態が
   少なくとも２つのシンボルサンプリングの瞬間の間また
   は、基準信号振幅の選択を行う関連する現在のサンプリ
   ングの瞬間の間に符号の変化がないことを示した場合の
   み、信頼度値はサンプリング制御ループのタイミングエ
   ラー値をリリースすることを特徴とする請求項７記載の
   サンプリング制御ループ。
9. 【請求項９】 タイミングエラー値のサンプリング制御
   ループへの転送は、信頼度値に基づいて遮断装置により
   制御されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか
   １項記載のサンプリング制御ループ。
10. 【請求項１０】 タイミングエラー値に基づくタイミン
    グエラー補正値は、モジュロ関数に対応し、その範囲は
    実数のサンプリング期間の半分だけ正および負の方向で
    限定され、補間されたサンプル値の数と、予め定められ
    た時間間隔における計算されたタイミングエラー補正値
    の数は実数のサンプル値の数よりも小さく、少なくとも
    １つの実数のサンプル値はタイミングエラー補正期間の
    各インターバルにおいてスキップされることを特徴とす
    る請求項１乃至９のいずれか１項記載のサンプリング制
    御ループ。