JPS6035859B2 - クロツク信号再生回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はビット周波数に等しい搬送周波数の各々の側に
位置する２個のサイドバンドを持つスペクトルを有する
クラスの符号化２進ベースバンドデータ信号として伝送
され、受信されたデータ信号からビット周波数を有する
クロツク信号を再生するために、受信したデータ信号を
受ける入力フィルタ手段と、その後段に接続した蓑交差
検出器と、その後段に接続した周波数選択性を有する手
段とを具えるクロック信号再生回路に関するものである
。

上述したクラスの２進符号としては後述するように「ク
ランクシャフト」符号、「トップハット」符号、「バィ
フェーズ」符号などがある。

このようなクラスの２進符号で符号化されたデータ信号
はビット周波数を有する搬送波上で変調されたものと看
微すことができ、２進符号ベースバンドデータ信号のス
ペクトルはダブルサイドバンド抑圧搬送波信号の、ＯＨ
ｚからビット周波数の２倍の周波数までの周波数範囲内
のスペクトルに対応したものとなる。直流を用いずに２
値のデータ信号を伝送でき且つクロック情報も十分有し
ている一般に知られている方法はビット周波数を搬送周
波数とする２相位相変調である。

この２相位相変調では各記号区間の中心にクロック情報
を担う信号の変り目がある（第２図）。データにより生
じるその他の信号の変り目は記号区間と記号区間の間に
ある。これらの信号の変り目を零交差検出器で検出し、
ビット周波数の２倍で同期がとれているフェーズロック
ループに印加する。それから１／２分周器でビット周波
数を有する信号を取り出す。クロック信号を作る他の既
知の方法はデータ信号を非線形的に予じめ処理し、次に
予じめ処理された信号から炉波によりビット周波数を有
する信号を取り出すことである。

この方法は受信データ信号自体にビット周波数と関係が
ある周波数成分が含まれていない場合によく利用される
がその場合長時間に亘って位相の変動を平均化する必要
がある。データ信号を符号化する幾つかの方法では特別
な形をした振幅スペクトルが得られるが、混乱の原因と
なる信号の変り目が発生し、信頼度の高いクロック情報
が得られない。

これらの不所望な信号の変り目はそれらが所望通りの信
号の変り目とはっきり区別できる瞬時に生起するのであ
ればキーィングパルスによりマスクできるが、実際の場
では何時も区別できるとは限らず、殊にケーブルを伝っ
て信号伝送をする場合はそうである。また、上述したク
ラスの２進符号ベースバンドデータ信号の伝送は、情報
伝送の観点からすると、伝送ラインによる歪みが著しく
なる低周波数において信号レベルが低減し、伝送ライン
による減哀が甚だしい高周波数において信号レベルが増
大するという優れた特長を有しており、したがって等価
器などによる波形補償なしに一層長い伝送ラインを利用
することができる。一方、クロック信号の再生という観
点からすると、信号の移り目が伝送ラインの長さに応じ
て変化するため妨害を受け、クロック信号の再生が困難
となる欠点がある。したがって、信号の正しい移り目だ
けを抽出し、妨害された可能性のある移り目は破棄する
ような複雑で高価なタイムーウィンドゥ回路を必要とす
る欠点がある。本発明の目的は混乱の原因となる信号の
変り目を抑圧し、これにより所望の信号の変り目をきわ
めて簡単な構成によって目立たせることにある。

こうすれば所望の信頼できるクロック情報と上記の混乱
の原因となる信号の変り則こより作られる信頼できない
クロック情報との間の比が高くなる。この比は一種のク
ロック信号生成のＳ／Ｎ比と看倣することができる。ク
ロック信号生成チャンネルの周波数帯城幅が狭いため伝
送途中で混入する普通の雑音はあまり重要ではない。こ
うしてクロツク信号のＳ／Ｎ比が高くなれば同期引込時
間も短か〈なる。本発明クロック信号再生回路は、前記
入力フィルタ手段を、ＯＨｚからビット周波数の２倍の
周波数に亘る周波数範囲において、前記クラスの２相位
相符号以外の他の符号で符号化された受信データ信号の
スペクトルを、搬送周波数がビット周波数に等しく、位
相がベースバンドデータ信号と合っている２相位相変調
信号のスペクトルに変換するように構成したことを特徴
とするものである。

本発明は以下のような認識に基いて為したものである。

すなわち、データ情報伝送の観点から好適な符号化方式
を採用して伝送し、受信側ではこの符号のスペクトルを
、簡単なフィルタ手段によって同じクラスの他の符号の
スペクトルに変換することができ、そしてこの他の符号
としてクロツク信号の再生に通したものを選択すること
ができることを見出した。特に、この他の符号としては
２相位相変調符号がクロツク信号の再生には優れている
ことを確めた。その理由は信号の移り目が各記号期間の
常に中心において生ずるとともに妨害的な信号の移り目
が殆んど存在していないからである。図面につき本発明
を詳細に説明する。

第１図は或る符号化方法に従って作られた夫々データ信
号「１」及び「０」を表わす２個の波形を示したもので
あり、１つのデータ信号のとる時間間隔はＴ秒である。

この符号化方法はその波形から「クランクシャフト」符
号（ｃｒａｎｋｓｈａｆｔｃｏｄｅ）と呼ばれる。すな
わち、この２進符号は、互いに反対極性の２個の矩形パ
ルスを有し、これら矩形パルスの対応する点が互いにＴ
／２だけ離れていると共に持続時間がＴ／４に等しく、
各矩形パルスは記号周期の開始点から或る時間経過して
から生ずるものである。第１図の波形のようなィンパル
ス応答を有する回路網の伝達関数は実数の定数を無視す
れば次式で表わされる。

第３図は上記「クランクシャフト」符号で符号化したデ
ータ信号を受信するのに適した受信機を示す。この受信
機は低域通過受信フィルターと、サンプリングスイッチ
２と極性検出器３とを縦続接続したものを具える。低域
フィル夕１の遮断周波数ビット織物２倍で羊日２であり
、そのフィルタ特性曲線は正弦波状でる、最適フィル夕
の伝達関係は次式で表わされる。

，Ｓｉｎ（羊） ■ 従って「クランクシャフト」符号により符号化されてい
る信号を受信した時受信フィル夕１の出力側での信号ス
ペクトルは次式で表わされる。

伝送に利用されるパルスが幅を有することに起因する第
２項は。ＨＺ〜峯日２の範囲では殆んど影響が出ず、こ
の範囲ではほぼ１に等しいと看駁し得る。従って受信フ
ィル夕１の出力側での信号スペクトルは次式で近似し得
る。

Ｓｉ＃（羊） ‘４） ここで注意すべきことは以上の説明及び以後の式で簡単
のため実数の定数を省略することである。

蓋し、これは全ての周波数に一様な減衰（又は利得）を
表わすものでここでは重要性がないからである。。

日２〜峯日２の式【４｝を満掛るスペクトルを有する信
号のアィパターンを第４ａ図に示す。サンプリングスイ
ッチ２はサンプリング瞬時ｔ。±ｎＴにおいて受信する
フィル夕の出力信号をサンプリングする。第４ｂ図と第
４ｃ図図は送信機と受信機の間に接続されるケーブルの
長さを増す時アィパターンがどうなるかを示すものであ
る。符号ａ，ｂ，ｃ及びｄで示す信号の変り目（蓑交差
点）は信頼度の高いものであるが、符号ｅ及びｆで示す
信号の変り目（零交差点）は混乱をもたらすものである
。第３図に示す受信機のクロック信号発生チャンネルは
零交差検出器４とフェーズロックループ（ＰＬＬ）５と
１′２分周器６とを縦続接続したものを具える。

受信フィルターの出力端子と秦交差検出器４との間にフ
ィルタ装置７を置く。

このフィルタ装置７は混乱の原因となる零交差点ｅ及び
ｆを除去するようなフィルタ特性を有する。

「クランクシャフト」符号化を適用する場合はこのフィ
ルタ装置７は積分器として構成される。フィルタ装置７
の出力側のアィパターンを第４ｄ図に示すが、これから
明らかな通り所望の信号の変り目ａ，ｂ，ｃ及びｄは保
存されている。他方混乱の原因となる信号の変り目ｅ及
びｆの方は抑圧されている。上記信号の変り目ａ，ｂ，
ｃ及びｄから装置４，５及び６を使って既知の方法で記
号周波数；日２に等しいクロック周波数を有するクロッ
ク信号を取り出す。分閥器６は制御入力端子６一１を具
えており、これを使ってこの分周器６の位相を正しく調
整することができる。原理的にはこの制御入力端子６−
１に加える制御信号は手動操作で入力することができる
。受信したデータ信号から制御信号を取り出す方法は本
発明の主題ではない。第４ｄ図に示すアィパターンは搬
送周波数がビット周波数に等しく、搬送波がデータ信号
と位相が合っている２相位相変調信号のアイパターンで
ある。

この２相位相変調でできる値「１」及び「０」の記号の
波形を第２図に示す。２相位相変調信号のスペクトル関
数 （ｓｐｅｃｔｒ山ｍｆ皿ｃｔｊｏｎ）は次式で表わされ
る。

符号を無視す他この（５）式‘姻を微かてし、る′点脚
４雌ぅ。

ところでこの因子でま積分器の伝達関数である。従って
積分器７は式‘４｝で表わされるフィル夕１の出力側の
スペクトルを２相位相変調信号のスペクトルに変換する
ものである。そしてこのスペクトル変換により混乱の原
因となる奪交差点ｅ及びｆが除去されるのである。注意
すべきことは第４ｂ図の信号の変り目ａ及びｃはデータ
内容と無関係なことである。これらの信号の変り目ａ及
びｃは記号区間の中心にあるレベルの変り目であり、２
相位相変調の場合には第２図に示すように典型的なもの
である。第３図のフィル夕１は第６図に示すように２個
のフィル夕８と９を、縦続接続したもので置き換えるこ
とができる。低域フィル夕８はＯＨｚとビット周波数の
２倍の周波数半日Ｚの遮断周波数と例でＣＯＳ（羊）と
いう伝達関数を有する。

フィル夕９は伝達関数ｉのを有する微分器である。これ
らの２個のフィル夕８と９を縦続接続したものの伝達関
数は次式で表わされる。ＭＣＯＳ（学） 【６） 「クランクシャフト」符号により符号化した信号を受信
機の入力端子に印加すると微分器９の出力端子に現われ
る信号は式（４１で表わされるスペクトルを有する。

これは式【１｝に式■を累算してみれば明らかである。
第５図にフィル夕１の特性曲線Ｆ（１）フィル夕８と９
を縦続接続したものの特性曲線Ｆ（８一９）を示した。
この２個のフィル夕８と９を具える場合端子１０から第
３図のフィル夕７に導線を設けてクロツク信号チャンネ
ルを構成してもよいが、フィル夕７と９は一方は積分器
、他方は微分器であるから互に相殺することができる。

この場合クロツク信号を作るための信号は第６図に示す
ようにフィル夕８から直接零交差検出器４に入力するこ
とができる。こうしても雫交差検出器４の入力端子に加
わる信号のスペクトルは２相位相変調信号のスペクトル
に等しい。これは式｛川こフィル夕８の伝達轍瓜（芋）
を乗算すれ‘ま重要でなし轍の定数を無視すると式｛５
ーが得られることから判かる。

第７図は記号区間内で行なう信号符号化のもう一つの方
法を示す。この符号はこの波形の点から「トップハット
」（■ｐｈａｔ）符号と呼ばれている。このトップハッ
ト符号は搬送波の位相が記号区間に対して９０ｏずれて
いる２相位相変調に対応する。この符号は米国特許第３
８４６５８３号明細書に記載されている。「トップハッ
ト」符号のスペクトルは次式で表わされる。

ＯＨｚからビット周波数の２倍の周波数の範囲では最後
の項はほぼ一定であると看倣せるから式｛小ま次式にな
る。

但し重要でない実数の定数は無視した。

このトップハット符号用の受信機を第８図に示すが、こ
れはビット周波数の２倍の周波数迄平らなフィル夕特性
を有する低域フィル夕１０を具える。

クロック信号チャンネルは伝達関数ｃｏｓ（羊）を有す
るフル外１と積機７とを縦続接続したものを具える。

これらの縦続接続したフィル夕１１と７はトップハット
符号のスペクトルを搬送波の位相が合っている２相位相
変調のスペクトルに変換する。注意すべきこととは送信
機と受信機との間に長いケーブルを接続するとこのケー
ブルがフィルター１の機能を近似的に代行することであ
る。

従ってこのフィル夕１１は受信機のクロック信号チャン
ネルから省略できる。そうすれば簡単な積分器７を１個
用いるだけで足りる。Ｓ／Ｎ比が厳しい条件を満足する
必要がない場合は遮断周波数を越えたところでフィルタ
特性曲線がそう急峻に下降する必要はない。これは第３
図及び第６図のフィルター及び８にもあてはまる。上述
したように、本発明によれば、受信データ信号のスペク
トルを零交差が常に記号周期の中心で生ずる２相位相変
調のスペクトルに変換し、これからクロック信号を再生
するようにしたため、クロック信号を高い信頼度で再生
することができ、例えば同期引込みを高速で行なうこと
ができる。

また２相位相変調信号のスペクトルへの変換はきわめて
簡単なフィルタ手段で行なうことができ、複雑で高価な
タイムーウィンド回路を設ける必要はなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は所謂クランクシャフト符号によるデータ信号の
符号化を示す説明図、第２図は２相位相変調の波形を示
す説明図、第３図は本発明クロック信号再生回路を具え
る受信機の第１の実施例のフロック図、第４ａ乃至４ｄ
図はアィパターンの図、第５図は第３図の受信機の受信
フィル夕のフィルタ特性曲線を２本示す説明図、第６図
は本発明クロック信号再生回路を具える受信機の第２実
施例のブロック図、第７図は所謂トップハット符号によ
るデータ信号の符号化を示す説明図、第８図は本発明ク
ロック信号再生回路を具える受信機の第３の実施例のブ
ロック図である。 １・・・・・・受信フィル夕（低域フィル夕）、２・・
・・・・サンプリングスイッチ、３・・・・・・極性検
出器、４・・・・・・零交差検出器、５・・・・・・Ｐ
ＬＬ、、６・・・・・・１／２分周器、７・・・・・・
フィルタ装置（積分器）、８，１０，１１・・…・低域
フィル夕、９・・・・・・フィル夕（微分器）。 ＦＩＧ．ｌ ＦＩＧ．２ ＦＩＧ．３ ＦＩＧ．４ ＦＩＧ５ ＦＩＧ．６ ＦＩＧ・フ ＦＩＧ．８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ビツト周波数に等しい搬送周波数の各々の側に位置
   する２個のサイドバンドを持つスペクトルを有するクラ
   スの符号化２進ベースバンドデータ信号として伝送され
   、受信されたデータ信号からビツト周波数を有するクロ
   ツク信号を再生するために、受信したデータ信号を受け
   る入力フイルタ手段と、その後段に接続した零交差検出
   器と、その後段に接続した周波数選択性を有する手段と
   を具えるクロツク信号再生回路において、前記入力フイ
   ルタ手段を、ＯＨ＿ｚからビツト周波数の２倍の周波数
   に亘る周波数範囲において、前記クラスの２相位相符号
   以外の他の符号で符号化された受信データ信号のスペク
   トルを、搬送周波数がビツト周波数に等しく、位相がベ
   ースバンドデータ信号と合つている２相位相変調信号の
   スペクトラムに変換するように構成したことを特徴とす
   るクロツク信号再生回路。 ２ 各２進データ記号が、互いに反対極性の２個の矩形
   パルスに符号化され、これら２個の矩形パルスの対応す
   る点が記号周期の半分の時間だけずれており、各矩形パ
   ルスは記号周期の４分の１の持続時間を有するとともに
   記号周期の開始点から或る時間経過してから生ずるよう
   に符号化されて伝送されたデータ信号からクロツク信号
   を再生するために、前記入力フイルタ手段を、遮断周波
   数がビツト周波数の２倍であり、ＯＨ＿ｚとこの遮断周
   波数で零となり且つこれらの零点間で正弦波状に変化す
   るフイルタ特性を有する低域フイルタと、この低域フイ
   ルタに縦続接続した積分器とで構成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のクロツク信号再生回路。 ３ 各２進データ信号を、ビツト周波数に等しい搬送波
   上で２相位相変調され、ベースバンド信号に対して９０
   °位相がずれたものに対応するトツプハツト符号で符号
   化して伝送されたデータ信号からクロツク信号を再生す
   るために、前記入力フイルタ手段を、遮断周波数がビツ
   ト周波数の２倍であり、ＯＨ＿ｚで最大で遮断周波数で
   零となり、ＯＨ＿ｚと遮断周波数の間で余弦波状に変化
   するフイルタ特性を有する低域フイルタと、この低域フ
   イルタに縦続接続した積分器とで構成したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のクロツク信号再生回路
   。