JPH04506734A - 多重レベル・データをセンタリングする方法 - 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】 多重レベル・データをセンタリングする方法発明の分野 本発明は、検出する前にデータをセンタリングする方法に関する。さらに詳しく は、本発明は、（周波数変調（ＦＭ）を用いる無線送信システムにおいてみられ るような）周波数オフセット・エラーを有する狭帯域データ検出器において、パ ケット交換多重レベル・データをセンタリングする方法に関する。

発明の背景 パケット交換システムにおいて多重レベル・データを確実に検出することは、搬 送波周波数のオフセット・エラーの問題が無くても十分困難である。本発明は、 データ検出処理から周波数オフセットの問題を取り除く。

ＦＭレシーバは、自動周波数制御（ＡＦＣ）を用いてその中心層波数を調整して 、搬送波周波数を追尾する場合が多い。標準的なＡＦＣ方法は、多数のトランス ミッタ間の高速パケット交換の高速に絶えず変化する環境に対応するには余りに も遅すぎ、たとえ高速化したとしても、重要なデータを、とくに連続する同一ン ンボルを受け取る場合に、失うことがある。デュアル・タイムＡＦＣ方法（高速 アタックおよび通常の減衰（ｄｅｃａｙ）時係数を用いる）を利用できるが、コ ストと複雑さが大幅に増加する。

テレビジョン・レシーバは、最大黒レベルの黒（ｂｌａｃｋｅｓｔ　ｂｌａｃｋ ）を表す受信された最大振幅同期パルスに対して明／暗比率を「センタリング」 する直流分再生（ＤＣｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ）方法を用いていると考えられる 。しかし、本発明はこのようなパルスや基準データを必要とせずにデータ検出器 の「センタリング」を行なう。

従って、本発明の目的はこれらの短所を克服し、以下に挙げる利点を実現するこ とである。

発明の概要 検出の前にデータをセンタリングする方式が提供される。

本方式は、搬送波周波数エラーを判定する段階およびデータ検出処理を前もって 調整して、その後のデータ検出全体においてそのエラーを補正する段階によって 構成される。

この確実な多重レベル・データ検出方式はさらに、搬送波の存在を検出した場合 に、搬送波周波数エラーを判定する段階と、その周波数エラーに関連する電圧を 差動増幅処理にゲートして、同相抑圧（ｃｏｍｍｏｎ　ｍｏｄｅ　ｒｅｊｅｃｔ ｉｏｎ）を設定する段階と、その後の多重レベル・データ検出全体においてその エラーを補正する段階と、その後差動増幅された多重レベル・データをアナログ ／デジタル変換する段階とによって構成される。また、検出されたその後のデー タを演算的にセンタリングして、エラーを補正する方式も提供本発明の他の目的 、特長、および利点は、添付の図面と共に以下の詳細な説明から明らかになり、 好適な実施例を実施する最良な形態が（限定されない例によって）理解か第１図 は、多重レベル・データ・シンボル信号のビット値と電圧レベルの波形図である 。

第２図は、本発明による確実な多重レベル・データ・シンボル検出器の好適な実 施例の機能ブロック図である。

第３図は、本発明の動作に基づくタイミング図である。

詳細な説明 超高速データ・レートを用いるシステムでは、任意のシンボルは伝送するため一 般に２つ以上のバイナリ・ビットを必要とする値をとるので、多重レベル・デー タ・シンボルが一般的である。しかし、搬送波周波数オフセット・エラーがなく ても、多重レベル・データ・シンボルは、正しく再生し、検出するのが困難であ る。これは、（バイナリ・シンボルの場合と同様に、バイポーラ・パルス・シス テムにおいて）検出器がシンボルの極性のみならず、そのレベルも検出しなけれ ばならないためである。

第１１１ｆｆｉは、多重レベル・データ・シンボル信号のビ・ノド値と電圧レベ ルの波形図である。第１図の多重レベル信号は、（任意に）Ｏボルトのアイドル （またはノイズの多い）状態と、４つの可能な（デュアル・バイナリ数値の）シ ンボル値、すなわち： 最大負レベル（公称−２ボルト）である「００」小負レベル（公称−１ボルト） である「０１」最小正レベル（公称＋１ボルト）である「１０」最大正レベル（ 公称＋２ボルト）であるｒｌ　ＩＪの１つを表す５つのレベルを示す。これらの 特定の電圧レベルは説明のためにのみとどめるものとする。

通常、この受信信号、すなわち多重レベル・シンボルは、公称レベルを中心にほ ぼセンタリングされた電圧検出範囲を有するアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ ）によって検出され、複数のＡ／Ｄを用いて多くの検出帯域を得ることができ、 各検出帯域は必要に応じて狭帯域化することができる。

適正検出を行なうためには、電圧レベルは各公称レベルを中心にした検出帯域内 に維持されなければならなし）。従来のＡ／Ｄでは、その検出範囲内にセンタリ ングされたＡ／Ｄにアナログ情報を与える必要があり、ＡＣ結合（第２図のＣ３ ）は漸次的な長期ドリフトを除去する（Ｒ４は接地電圧の中心基準を設定してい る）。しかし、多重レベル信号全体は、搬送波の周波数が厳密にあっているとき のみ、ゼロを中心としてセンタリングされる（第１図）。搬送波の周波数が少し でもずれていると、シンボル・レベルは、第３Ａ図に示されるように、この周波 数オフセットに比例してほとんどのＦＭデータ復調器によって発生する直流（Ｄ Ｃ）成分にＵライド・アラウンド（ｒｉｄｅ　ａｒｏｕｎｄ）Ｊする。この直流 成分の極性は、搬送波が予定の搬送周波数よりも高いか低いかによって決まる。

従って、この信号成分は、大きさおよび極性の両方が変化しうる。この可変性が 、データ検出を困難にしている。また、何らかの理由により、データ検出帯域が 狭くなると、検出はさらに困難となる。

第２図は、本発明による確実な多重レベル・データ検出器の好適な実施例の機能 ブロック図である。この図は、直列に結合されたＦＭ検出器、差動増幅器および アナログ／デジタル変換器を示し、これらはすべて当業者には周知のものである 。

第１のパケット交換システムでは、１００μ秒未満の連続するデータ・パケット は、周波数ネツテイング（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｎｅｔ）されていない全く異な るトランスミッタから連続して高速で受信される。従って、周波数オフセットの 極性および大きさは、パケットごとに大きく異なる。

システム・タイミングは、パケットとパケットとの間に２μ秒のデッド°タイム （ｄｅａｄ　＋ｉｍｅ）が存在し、かつ、各パケットの最初の数μ秒の前に変調 されていない搬送波信号のみがあるように設定される。

伝送ゲートＧ１は、高速（＜１μ秒）搬送波検出回路がらの信号をオフセット補 正コンデンサＣ１を介して差動増幅器にゲートする。高速（く１μ秒）搬送波検 出回路は図示されていないが、当業者には周知である。

第３Ｄ図かられかるように、オフセット補正処理が開始されて完了するまでに、 所望のデータがそうであるようにオフセット電圧は増幅され、データ検出器に送 られる。オフセット電圧の大きさに応じて、その値はデータ検出器の許容範囲の １つに収まる大きさを有することがある。その場合、この信号を無視する手段が 設けられていない限り、そのデータは誤データを表す。実用的には、データ検出 処理を「初期化」して正しく検出するように、実際のデータ情報の前に送られる ある種の一貫したプリアンプル（ｐｒｅａｍｂｌｅ）またはヘッダ情報をほとん どのデータ・システムは含んでいる。実際、データの前にこのプリアンプルまた はヘッダがないと、Ａ／Ｄによって検出された後もデータは正しく「解読」され ない。バケット交換システムにおいて、例えば、各データ・パケットの開始にこ のような信号を用いることは、第３Ｄ図に示すオフセット補正処理によって生じ る初期遷移をデータ検出器が「カウント」することを禁止する。なぜなれば、こ の初期遷移はプリアンプルまたはヘッダの後ではなく、その前に発生するためで ある。特定のシステムのプロトコルにこのような信号がない場合、あるいはその ような信号が存在し、利用されている場合でも、第３Ｃ図に示されるＧ１駆動信 号を用いて、データ検出器自体を瞬間的に不能にし、しかも同時に上記のオフセ ット検出方法を可能にすることができる。このようにして、オフセント補正が完 了した後に、データ検出器は初期遷移を「カウント」することが許される。この 方法を実現するためには、第３Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ図に示されるように、短期間の非 変調搬送波を各パケットの開始で送出するだけでよい。

動作中、（各パケットに先行する）搬送波のみからの周波数オフセント・エラー は、ＦＭ検出器ＦＭＤＥＴの出力に現われる。搬送波の検出により、伝送ゲート Ｇ１は一時的に導通状態になる。周波数オフセット電圧は、伝送ゲートＧ１を介 して差動増幅器にゲートされ、オフセクト補正コンデンサＣＩを充電する。その 後、伝送ゲートＧｌは、第３Ｂ図および第３Ｃ図のタイミング図に示されるよう に、非導通状態に戻る。Ｒ３と０１との積によって得られる時定数は、パケット の全長および任意のシンボルの時間長に比べて極めて長くなるように選ばれる。

そのため、データ検出処理全体を通して、（データが重畳されている）周波数オ フセット電圧と、（搬送波中のおいてのみであって、Ｃ１に蓄積された）周波数 オフセット電圧とは、差動増幅器ＤＩＦＦＡＭＰの負端子および正端子にそれぞ れ印加され、周波数オフセット・エラーの［同相抑圧（ｃｏｍｍｏｎｍｏｄｅ　 ｒｅｊｅｃ＋１ｏｎ）Ｊが行なわれる（ただし、この周波数オフセット・エラー はパケット全体を通して実質的に一定であると仮定する）。従って、差動増幅器 ＤＩＦＦＡＭＰの差動モードから再生されるデータは、（第３Ｄ図に示されるよ うに）ゼロを中心にして実質的にセンタリングされ、ドリフト補正素子Ｃ３，Ｒ ４を介して送られて、アナログ／デジタル変換器Ａ／Ｄ内でデジタル化される。

情報のパケットから成るデータ信号は、ＤＩＦＦＡＭＰによって増幅でき、一般 にＤＩＦＦＡＭＰによって増幅されることに注意されたい。利得量は、Ｒ２／Ｒ １の比率によって決まる。この比率は、この場合の目的のデータ・レートにおい て、使用ＤＩＦＦＡＭＰの「生」利得機能内の任意の値でもよい。逆に、Ｄ　Ｉ 　ＦＦＡＭＰの両方の入力において同一である、搬送波の周波数オフセットによ って生じる電圧成分は、［同相（ｃｏｍｍｏｎ　ｍｏｄｅ）Ｊ成分になり、この 成分は同じ利得の条件を受けるが、両方の入力において同一であるので、増幅す べき「差」は生じない。この処理全体は、搬送波が損失したり、別のパケットが 着信すると、反復される。

また、搬送波の存在が検出されると、搬送波のみがアナログ／デジタル変換器Ａ ／Ｄ内でデジタル化され、その後デジタル化されるデータからの演算ネノティン グ（除算）について指示される。搬送波の存在は、高速搬送波検出器（図示せず ）から検出でき、あるいは既知の期間（数μ秒〉の実質的に静止データの存在か ら演算的に検出できる。ついで、それ以降のデータはＡ／Ｄにおいてデジタル化 され、メモリに保存される。搬送波オフセット周波数に関連する指示されたされ たレベルは、検出されたデータのレベルからネッティングでき、データを演算的 に「センタリング」することができる。このネソティングは、十分な処理機能で リアルタイムに実行できる。その後、搬送波オフセット周波数に関連するレベル が、Ａ／Ｄにおいて検出されたデータ・シンボル・レベルから、サンプル単位で ネッティングすることができる。

要するに、検出の前にデータをセンタリングする方式が提供された。この方式は 、搬送波周波数エラーを判定する段階およびデータ検出処理を前もって調整し、 それ以降のデータ検出全体においてそのエラーを補正する段階によって構成され る。この確実な多重レベル・データ検出の方法はさらに、搬送波の存在を検出し た場合に、搬送波周波数エラーを判定する段階と、その周波数エラーに関連する 電圧を差動増幅段にゲートして、同相抑圧を設定する段階と、その後の多重レベ ル・データ検出全体においてそのエラーを補正する段階と、差動増幅された多重 レベル・データをアナログ／デジタル変換する段階とによって構成される。

また、検出されたその後のデータを演算的にセンタリングして、エラーを補正す る方式も提供された。

本発明の好適な実施例を説明してきたが、本発明の他の変形や修正も可能である ことは当業者に明らかである。例えば、第３Ｃ図に示されるように、Ｇ１駆動信 号は、第３Ｂ図に示される搬送波検出信号の微分から得られる。この信号応用す るためには、すなわち、Ｇ１を短くて、比較的固定された期間において導通させ るためには、搬送波検出信号の立ち上がりは、予測可能な立ち上がり時間を有し ていなければならない。このことは、着信搬送波が搬送波検出器をアクティブに するなめにかろうじて十分であるか、あるいは数桁大きい場合であっても同じで ある。上記の好適な実施例では、この要件を満たす搬送波検出器は存在し、その ような性能を想定している。しかし、搬送波検出器がこの要件を満たさないよう な、本発明の用途も考えられる。

本発明をそのような用途で用いる場合、Ｇ１に対してそのような予測可能な波形 を与える手段が必要である。このことは、十分確立された技術を用いて容易に行 なうことができる。例えば、当技術で周知の単安定マルチバイブレータを、第２ 図の０２とＲ５との接合部に現われるＧ１駆動信号と、ゲートＧｌの入力との間 に用いることができる。このようにして、搬送波検出信号を用いるだけで、単安 定マルチバイブレータを不安定状態に「トリガ」する。ついで、この単安定マル チバイブレータはＧ１に駆動信号を供給し、その信号の期間は上記のようあらゆ る条件のもとでも予測可能であり、設計者により特定の用途に適するように決め ることができる。このような確立された手段は、例えば、データ・パケットが非 常に長い場合、すなわち数秒以上の場合にも、用いることができる。このような 場合、上記のようにオフセット電圧レベルを蓄積するＣ１の値は、データ・パケ ットの全期間においてこの充電を維持するため、極めて大きくなければならず、 また、同一データ・レベルの長いデータ列を含むこともあるデータ信号自体によ って変化してはならない。このような状態では、Ｒ３とＣ１との時定数の積は極 めて長くなければならない。Ｄ　Ｉ　ＦＦＡＭＰの最大限の安定性を得るために は、Ｒ３とＲ１の値は同一であり、かつ、上述のようにＲ１はＤＩＦＦＡＭＰ利 得方程式の係数であるので、設計者には長い時定数を得るために調整するできる 値はＣＩＬか残されていない。Ｃ１を大きくすると、Ｇ１の低いが有限の「オン 」抵抗、およびＦＭ検出器のソース抵抗は、ＣＩを充電する際の係数となりうる 。そのような場合においても、Ｃ２と０５との接合部と、ゲートＧ１との間に単 安定マルチバイブレータを用いることにより、適切な解が得られる。Ｇ１は、こ のようにして長期間の間アクティブ状態に維持することができ、Ｃ１が充電する 時間を長くすることができる。また、システム設計者はデータ自体の搬送波のみ （Ｃａｒｒｉｅｒ　０ｎｌｙ）の部分を延長して、Ｃ１のすでに大きな値を充電 する追加時間を与えることができる。これによりシステム内のデータ・スループ ットは遅くなると思われるかもしれないが、この例においてデータ・パケットは はるかに長いので、データ時間に対する搬送波のみの部分の比率は変える必要が ない。

これらおよびその他すべての変形例および適応例は、添付の請求の範囲内に入る ものとみなされる。

国際調査報告

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．データ検出のため、データをセンタリングする方法であって： 搬送波周波数エラーを判定する段階；およびデータ検出処理を前もって調整し、 その後のデータ検出全体においてそのエラーを補正する段階；によって構成され ることを特徴とする方法。
2. ２．データ検出が、差動増幅段から成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ３．エラー判定段階と前もって調整する段階とが、その後の差動増幅において、 周波数エラーに関連する電圧オフセットの同相抑圧を設定する段階から成ること を特徴とする請求項２記載の方法。
4. ４．同相抑圧を前もって調整する段階が、搬送波の存在を検出した場合に、周波 数エラーに関連する電圧を差動増幅段にゲートする段階から成ることを特徴とす る請求項３記載の方法。
5. ５．データ検出が、アナログ／デジタル変換をさらに含んで成ることを特徴とす る請求項１記載の方法。
6. ６．データが多重レベル・データであることを特徴とする請求項１記載の方法。
7. ７．データ検出のため、データをセンタリングする方法であって： 搬送波周波数エラーを判定する段階；および次段の差動増幅段において、周波数 エラーに関連する電圧オフセットの同相抑圧を設定し、その後のデータ検出全体 においてそのエラーを補正する段階；によって構成されることを特徴とする方法 。
8. ８．データ検出のため、多重レベル・データをセンタリングする方法であって： 搬送波周波数エラーを判定する段階； 搬送波の存在を検出した場合に、周波数エラーに関連する電圧を差動増幅段にゲ ートして、次段の差動増幅段において周波数エラーに関連する電圧オフセットの 同相抑圧を設定し、その後の多重レベル・データ検出全体においてそのエラーを 補正する段階；および 差動増幅された多重レベル・データをアナログ／デジタル変換する段階； によって構成されることを特徴とする方法。
9. ９．データ検出においてデータをセンタリングする方法であって： 搬送波周波数エラーを判定する段階；および検出されたその後のデータを演算的 にセンタリングして、エラーを補正する段階： によって構成されることを特徴とする方法。
10. １０．搬送波のみのレベルが、その後に検出されたデータからネッティングされ ることを特徴とする請求項９記載の方法。
11. １１．搬送波のみのレベルが、搬送波の存在を検出した場合に指示されることを 特徴とする請求項９記載の方法。
12. １２．搬送波の存在が、実質的に静止データに対して検出されることを特徴とす る請求項９記載の方法。
13. １３．搬送波の存在が、既知の期間の実質的に静止データに対して検出されるこ とを特徴とする請求項９記載の方法。
14. １４．データ検出においてデータをセンタリングする方法であって： 搬送波周波数エラーを判定する段階；およびその後検出されデータから、検出さ れた搬送波のレベルをネッティングして、エラーを補正する段階；によって構成 されることを特徴とする方法。
15. １５．データ検出においてデータをセンタリングする方法であって： 搬送波周波数エラーを判定する段階；お上び搬送波の存在を検出した場合に指示 された搬送波のレベルをその後検出されたデータからネッティングして、エラー を補正する段階； によって構成されることを特徴とする方法。
16. １６．データ検出においてデータをセンタリングする方法であって： 搬送波周波数エラーを判定する段階；および既知の期間の実質的に静止データに 対して指示された搬送波のみの周波数エラーをその後検出されたデータからネッ テイングして、エラーを補正する段階；によって構成されることを特徴とする方 法。
17. １７．データ検出器用のデータ・センタリング装置（ｄａｔａｃｅｎｔｅｒｅｒ ）であって： 搬送波周波数エラーを判定する手段：およびデータ検出処理を前もって調整し、 その後のデータ検出全体においてそのエラーを補正する手段；によって構成され ることを特徴とするデータ・センタリング装置。
18. １８．データ検出器用のデータ・センタリング装置であって： 搬送波周波数エラーを判定する手段；および次段の差動増幅段において、周波数 エラーに関連する電圧オフセットの同相抑圧を設定して、その後のデータ検出全 体においてそのエラーを補正する手段；によって構成されることを特徴とするデ ータ・センタリング装置。
19. １９．データ検出器用の多重レベル・データ・センタリング装置であって： 搬送波周波数エラーを判定する手段； 搬送波の存在を検出した場合に、周波数エラーに関連する電圧を差動増幅段にゲ ートして、次段の差動増幅段において周波数エラーの同相抑圧を設定し、その後 の多重レベル・データ検出全体においてそのエラーを補正する手段；および 差動増幅された多重レベル・データをアナログ／デジタル変換する手段； を直列に結合して成ることを特徴とする多重レベル・データ・センタリング装置 。
20. ２０．データ・センタリング装置であって：搬送波周波数エラーを判定する手段 ；および検出されたその後のデータを演算的にセンタリングして、エラーを補正 する手段； によって構成されることを特徴とするデータ・センタリング装置。