JPH06232930A - クロック再生回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】短時間に復調のタイミングポイントを検出し、
良好な復調信号を得ることが可能なディジタル復調装置
のクロック再生装置を提供することを目的とする。 【構成】変調波を所定の検波手段により検波するディジ
タル復調装置のクロック再生装置に於いて、復調過程の
信号を単位データ周期（シンボル周期）毎に予め設定し
た複数個の抽出ポイントにてサンプリングし、相隣接す
る２つの抽出ポイント毎の相関を検出する相関検出手段
と、該相関検出手段により検出された相関の大小を比較
して最大となる抽出ポイント対を判定する相関判定手段
とを具備し、該相関判定手段の判定に基づいて最大の相
関を呈する抽出ポイントに於いてタイミングクロック信
号を生成するよう構成したものである。

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により変
調した変調波を復調する回路、殊に差動符号化による変
調を施した角度変調波を非同期に復調するディジタル復
調装置等に於けるクロック再生回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル信号の変復調方式としては、
ディジタル信号の状態値に応じて搬送波の振幅を変化せ
しめる振幅変調方式、位相あるいは周波数を変化せしめ
る所謂角度変調方式がよく知られており、ディジタル移
動通信の分野では伝送路に於ける振幅歪みの影響を受け
にくい角度変調方式を用いるのが一般的である。

【０００３】まず角度変調について耐歪特性が優れ移動
通信に適したπ／４シフト４相位相変調（π／４シフト
ＱＰＳＫ）方式を例に簡単に説明する。図６はπ／４シ
フトＱＰＳＫ変調装置の基本構成を示すブロック図であ
る。シリアル／パラレル変換器１は入力したディジタル
の２値データ列を２ビットを一組とする単位データ
（Ｘ、Ｙ）に変換する。この単位データを一般に１シン
ボルと称し、これを一周期として処理が進められる。差
動符号化回路２は信号の変化分（差分）に対して（Ｘ、
Ｙ）の情報を担わせたＩチャネルとＱチャネルとから成
るベースバンド信号を生成し、該ベースバンド信号はロ
ーパスフィルタ（ＬＰＦ）３、４により帯域制限され
る。而して、搬送波ω_C の同相、直交成分を夫々この帯
域制限されたベースバンド信号に乗算することより振幅
変調した後、双方を合成して変調波を得るものである。

【０００４】尚、π／４シフトＱＰＳＫ方式は、２値信
号”１”、”０”に応じて振幅”Ａ”、”−Ａ”を割り
当てると共に、１シンボルについて４つの信号点データ
（Ｉ、Ｑ）を与え、これを基に位相変調を行なう４相位
相変調（ＱＰＳＫ）方式を基本としたものである。即ち
Ｉ、Ｑの信号点配置を示す図７（ａ）の如く、１シンボ
ル毎に図中黒点で示すＱＰＳＫの信号点配置と、これを
π／４シフトした図中白ヌキ点で示す信号点配置とを交
互に用いて位相変調を行なう方式である。従って、先行
するシンボルとの位相差ΔΦは必ずπ／４の奇数倍とな
り、入力された単位データ（Ｘ、Ｙ）との関係は図７
（ｂ）で表現できる。

【０００５】以上、角度変調について簡単に述べたが、
変調波を復調する方式としては同期検波方式と遅延検波
方式がよく知られている。理論的には同期検波方式の方
が優れた特性を有するが、高速なフェージングが発生し
易い条件下では却って不利であり、特に急激な位相変動
が発生し易いディジタル移動通信に於いては同期検波方
式より良好な特性を示す遅延検波方式が適している。遅
延検波は、所定の遅延時間を有する遅延回路で遅延され
た変調波を基準として、次の変調波を検波するものであ
るから、上述の如く差動符号化された信号で変調された
変調波であることが必要である。また、搬送波再生が不
要となり同期検波に比して構成が簡単であるため移動通
信に適している。

【０００６】例えば、前述のπ／４シフトＱＰＳＫの場
合、１シンボル先行した変調波の位相を基準として、次
の変調波を検波することにより両者の位相差ΔΦを求
め、これを図７（ｂ）に従って復号すればよい。図８は
π／４シフトＱＰＳＫ変調波を、遅延検波を利用して復
調する従来のディジタル復調装置の一例を示すブロック
図である。位相変調波は搬送波ω_Cと等しい周波数の信
号およびこれをπ／２シフトした信号により、夫々Ｉチ
ャネルとＱチャネルのベースバンド信号となる。このＩ
信号とＱ信号は夫々ローパスフィルタ５、６を介してア
ナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）７、８にてディジ
タル化される。ディジタル化された信号Ｉ、Ｑを、遅延
検波回路９にて１シンボル先行する信号との信号点配置
の違い、即ち位相差ΔΦを検出すると共に図７（ｂ）に
示した関係に基づきＸ、Ｙに復号する。遅延検波回路９
からの検波信号は、データ識別部１１、１２およびクロ
ック再生回路１３に出力される。クロック再生回路１３
は後述するタイミングポイントを決定し、これに基づい
て１シンボル周期毎にタイミングクロック信号をデータ
識別部１１、１２に供給する。データ識別部１１、１２
は前記タイミングクロック信号に基づき検波信号より基
本データ（Ｘ、Ｙ）を確定し、該基本データ（Ｘ、Ｙ）
はパラレル／シリアル変換器１４にて変調前の２値デー
タ列の信号に復調される。図９は遅延検波回路９のＸ側
出力端からの検波信号を複数回重ね書きしたことにより
得られたアイパターンであって、２値信号（Ｘ＝）１ま
たは０が確定するアイの最も開いたポイント（タイミン
グポイント）１０に於ける信号レベルを各シンボルの復
調データとして識別するのが一般的である。

【０００７】以上の復調処理に於いて極めて重要な点は
前記タイミングポイントを如何に決定するかであって、
従来クロック再生回路は前記タイミングポイントを決定
しタイミングクロック信号を生成するものであるが、タ
イミングポイントを得る手法としてはゼロクロス検出法
が一般的であり、遅延検波回路９の一の出力端より検波
信号を取り出し、ゼロ（２値のレベルのほぼ中間に位置
する所定のレベル）とクロスするポイント即ち図９中１
５で示したゼロクロスポイントを検出し、該ゼロクロス
ポイント１５から１／２シンボル周期ずれた位置１０を
求め、これをタイミングポイント信号としてデータ識別
部１１、１２に出力する。

【０００８】しかしながら、上述の如きゼロクロスポイ
ントを利用したタイミングポイントを検出するクロック
再生回路は、図９のアイパターンの形状からも明らかな
ように、実際にはデータがゼロをクロスするポイントが
図中矢印Δｔで示すように広い範囲に亘って分布するた
め、正確なゼロクロスポイントを見つけることが困難で
あった。即ち、単純にゼロクロスポイントから１／２シ
ンボル周期ずらした位置をタイミングポイントとすれ
ば、アイの最も開いたポイントが所望の位置からずれビ
ットエラー発生の割合が大きくなるため、一般的には比
較的多数のゼロクロスポイントを読み取ると共にその中
央値を求め、これを真のゼロクロスポイントとしていた
が、これが確定するまでに時間がかかると云う欠陥があ
った。特に近年実施されることになっている無線通信の
ディジタル化システムの如く、頻繁に通信チャネルを切
り替え、その都度前記タイミングポイントを設定する必
要のあるシステムに於いては極めて大きな欠点となって
いた。

【０００９】一方、ディジタル無線を念頭において提案
された特開平３−２０５９４０に於いては、先行する変
調波を準同期検波して得られるベースバンド信号のＩ、
Ｑ夫々の信号点が、Ｉ、Ｑ座標軸上のどこに位置するの
かを検出し、前記信号点が所定の信号点配置からずれて
いた場合、本来の位置を予測してこれを補正するよう、
検波回路の遅延時間を変化させ位相をシフトることによ
り同期補正を行なう手法が提案されている。例えば、検
出された信号点が図１０の×点で示す位置にあったとす
ると、前記×点は図中黒点で示す所定の信号点配置のう
ち、前記×点と最も近接したＰ点にあるものと予測して
位相のシフト量を決定する。しかしながら、この手法に
於いて当初のタイミングポイントのずれが著しい場合、
１シンボル検波する度に誤った補正を繰り返す可能性が
大きく、同期引込が完了するまでに時間がかかると云う
欠陥があった。

【００１０】

【発明の目的】本発明は上述した如き従来のディジタル
復調装置のクロック再生回路の欠陥を除去するためにな
されたものであって、極めて短時間に復調のタイミング
ポイントを検出し、良好な復調信号を得ることが可能な
ディジタル復調装置のクロック再生装置を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【発明の概要】上述の目的を達成するため本発明は、変
調波を所定の検波手段により検波するディジタル復調装
置のクロック再生装置に於いて、復調過程の信号を単位
データ周期（シンボル周期）毎に予め設定した複数個の
抽出ポイントにてサンプリングし、相隣接する２つの抽
出ポイント毎の相関を検出する相関検出手段と、該相関
検出手段により検出された相関の大小を比較して最大と
なる抽出ポイント対を判定する相関判定手段とを具備
し、該相関判定手段が前記判定に基づいて最大の相関を
呈する抽出ポイントに於いてタイミングクロック信号を
生成するものである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を実施例を示す図面に基づいて
詳細に説明する。図９に示したアイパターンから明らか
なようにアイが最も開いたタイミングポイント１０に於
いては検波信号のレベルが比較的高密度に集中するａま
たは−ａ（Ｘ＝１または０）となり、その近傍に於いて
はほとんどの場合タイミングポイント１０と同じレベル
となる。逆にタイミングポイント１０から離れゼロクロ
スポイント１５に近づくに従ってレベルが一致しない確
率は高くなる。即ち、１シンボル周期分の検波信号につ
いて複数個の抽出ポイントを設定し、該抽出ポイントに
於ける信号レベルをサンプリングし、隣り合う２つの抽
出ポイントの信号レベル同志について相関をとると、信
号レベルの一致したタイミングポイントの近傍では相関
が大きくなり、２つの抽出ポイントの信号レベルが異な
る場合相関が小さくなる。換言すれば、図９の１０の点
に於けるサンプリング値の相関は大きくなるが、１５の
点に於けるそれは小さくなる。

【００１３】本発明はこの点に着目し相関を検出し、こ
れらの大小を比較することによりタイミングポイントを
検知せんとするものである。具体的には、図１１に示す
ように１シンボル周期毎に所定の抽出ポイント（同図に
於いては１シンボル当たり８ポイント）にて信号のレベ
ルをサンプリングし、隣り合った抽出ポイントのサンプ
リングデータ同志、Ｐ₁とＰ₂、Ｐ₂とＰ₃・・・と順次相
互の相関を検出した後、この相関データの大小を比較し
て相関が最大となる抽出ポイント対（同図に於いてはＰ
₄とＰ₅の対あるいはＰ₅とＰ₆の対と予測される）を求
め、該抽出ポイント対の一方をタイミングポイントと設
定するものである。

【００１４】図１は本発明に係るクロック再生回路の一
実施例をディジタル復調装置に適用したときの構成を示
すブロック図であって、クロック再生回路１６は相関検
出回路１７および相関判定回路１８とから成る。相関検
出回路１７は、遅延検波回路９より出力された検波信号
Ｘ、Ｙのレベルを、１シンボル周期毎に予め設定された
複数個の抽出ポイントに於いて夫々サンプリングすると
共に、相隣接する２つの抽出ポイントを一組としてサン
プリングした信号同志の相関を検出し、検出した相関を
Ｘ、Ｙ夫々について対応する抽出ポイントの組毎に加算
し、夫々を復数シンボル分累積した上で相関判定回路１
８に出力するものである。図２は相関検出回路１７の具
体的な構成例を示すブロック図である。同図に於いて、
遅延回路１９、２０は共に抽出ポイントの間隔に相当す
る遅延時間τを有するものであり、ＸＯＲ（排他的論理
和）ゲート２１、２２の一の入力端には直接、他の入力
端には前記遅延回路１９、２０を介して検波信号Ｘ、Ｙ
を入力せしめることにより直前の抽出ポイントとの相関
を検出するものである。而して、双方の相関データを加
算し、これを周期τでデータを振り分けるマルチプレク
サ２３を介して複数個のカウンタ２４に出力し、カウン
タ２４は所定の複数シンボル分の相関データを蓄積す
る。

【００１５】相関判定回路１８は、カウンタ２４に蓄積
された相関データの大小を比較して最も相関の大きくな
る抽出ポイントの組を検出し、その一方の抽出ポイント
をタイミングポイントと判定すると共に該タイミングポ
イントに基づきタイミングクロック信号を生成する。
尚、周知の通りＸＯＲゲートは図３に示す如き入出力特
性を有するから、相関が大きい場合（入力レベルが一致
したとき）には”０”を小さい場合（入力レベルが不一
致のとき）には”１”を出力する。従って、カウンタに
蓄積される数値が０に近いほど相関の大きいポイントと
云うことになるから、次段の相関判定回路１８は複数の
入力から最小値を求めるよう構成すればよい。一方、遅
延検波回路９より出力された検波信号Ｘ、Ｙはデータ識
別部１１、１２に入力され、該データ識別部１１、１２
は相関判定回路１８で生成されたタイミングクロック信
号に基づいて検波信号Ｘ、Ｙを復号する。復号された信
号はパラレル／シリアル変換器１４にてデータ列に復調
される。

【００１６】上述の如く、クロック再生回路１６を構成
することによって１シンボル毎に相関の分布を検出し、
これに基づきタイミングポイントを確定することができ
る。即ち、従来はゼロクロスポイントの如き不安定なポ
イントを基準としてタイミングポイントを予測していた
のに対し、本発明は比較的安定したポイントであるアイ
パターンのアイが最も開いたタイミングポイントを直接
的に求めるものであって、フェージング等による急速な
位相ずれに対しても強く、大きな位相ずれに対して短時
間にタイミングポイントを確定することも可能である。

【００１７】図４は本発明に係るクロック再生回路にデ
ータ識別部の機能を包含させた第２の実施例の構成を示
すブロック図であって、中間周波（ＩＦ）に変換された
位相変調波を復調するディジタル復調装置に適用したも
のである。位相変調波はリミッタ回路２５を通過するこ
とにより振幅値が整えられ、位相量子化回路２６にて位
相量子化される。位相量子化された信号を１シンボル周
期の遅延時間を有する遅延回路２７を用いて、１シンボ
ル先行する信号との差をとることによって、位相差ΔΦ
が量子化信号として得られる。

【００１８】例えば、ＩＦ周波数が４５０ｋＨｚ、１シ
ンボル周期（周波数）が２１ｋＨｚであって、位相量子
化回路２６にクロック２８より１２．６ＭＨｚのパルス
信号を、これを分周器２９で１／７５分周した１６８ｋ
Ｈｚのパルス信号を入力せしめた場合、位相変調波は分
周器２９からのパルス信号により１シンボル当たり８つ
の要素に分割され、各要素は位相に応じてクロック２８
からのパルス信号により量子化を施される。ＩＦとクロ
ック２８のパルス信号との周波数比から各要素は０乃至
２７個のパルス信号で位相が表現され位相差ΔΦも０乃
至２７個のパルス信号で量子化された形態で出力され、
位相差ΔΦとパルス数との関係は図５（ａ）のように座
標を２８分割したものとして表すことができる。復号回
路３０は入力される各要素のパルス数から図５（ａ）の
座標上どの象限にあるかによって位相差ΔΦを図５
（ｂ）に基づき決定し、図７（ｂ）に従ってディジタル
信号Ｘ、Ｙに復号される。このディジタル信号Ｘ、Ｙは
いずれも１シンボル周期当たり８個のデータ列をなして
いるから、夫々シリアル／パラレル変換器３１、３２に
て並列化され、ラッチ回路３３、３４にて１シンボル周
期毎にラッチされる。ラッチ回路３３、３４の出力につ
いて相隣接したビット同志を一組としてＸＯＲゲートに
入力せしめ相関を検出し、その出力はＸ、Ｙ夫々につい
て対応する組毎に加算されカウンタに所定シンボル数分
だけ蓄積する。カウンタのデータを取り込んだ相関判定
回路３５は、その最小となる組、即ち相関が最大となる
ポイントを判定すると共にタイミングクロック信号を生
成する。相関判定回路３５が判定したポイントがラッチ
回路３３、３４の出力端の４ビット目から出力されるよ
う位相シフタ３６はタイミングクロック信号に基づきラ
ッチ回路３３、３４がデータをラッチするタイミングを
ずらす。これによりラッチ回路３３、３４の出力端の４
ビット目から引き出される信号は、夫々タイミングポイ
ントに於ける信号Ｘ、Ｙであり、これをパラレル／シリ
アル変換器１４にてデータ列に復調すればよい。ここで
図４中３７はラッチのタイミングである１シンボル周期
を供給するための分周器であり、分周器３８はこれをさ
らに分周してカウンタのカウントシンボル数を供給する
ものである。

【００１９】以上説明した如く、本発明のクロック再生
回路は復号化されたディジタル信号について所定のサン
プリングを行ない、隣り合ったデータ同志の相関をとる
ものであるから、タイミングポイントを短時間に得よう
とする場合等に極めて有効である。また、本発明のクロ
ック再生回路はアイパターンのアイが最も開いたポイン
トを直接捕える方式であるからゼロクロス近傍の雑音に
よる影響を受けにくく、変調波を１シンボル復調する度
にタイミングポイントを更新するからフェージングによ
る位相ずれに高速に追従する。

【００２０】尚、以上本発明をディジタル信号を位相変
調した変調波を遅延検波を用いて復調する装置を例とし
て説明したが、本発明はこれのみに限定されるものでは
なく、ディジタル信号を変復調する系に用いる復調装置
であればどのような方式であってもよく、例えば周波数
変調方式あるいは振幅変調方式の復調装置にも適用可能
となること明白であろう。また、復調装置に於いて、変
調波から復号までの課程はどのような手法を用いたもの
であっても適用可能である。例えば、同期検波方式の復
調装置に於いて、先行するプリアンブル信号と次に到達
するプリアンプル信号との間の位相ずれを補完するため
に本発明を適用してもよい。さらに、実施例に於いては
相関を検出する手段としてＸＯＲゲートを用いたが、入
力する２値が一致した場合と一致しなかった場合とを区
別するものであれば、ＮＸＯＲゲート等の他の回路で構
成したものであってもよい。さらにまた、実施例に於い
ては検波され復号されたディジタル信号（Ｘ、Ｙ）につ
いて相関を検出しタイミングポイントを決定していた
が、例えば図１に於いてＬＰＦ５、６を通過した信号を
遅延検波した後にＡ／Ｄ変換するような構成に変更した
場合、ディジタル化していない遅延検波後の信号につい
て相関を検出してもよく、この場合抽出ポイント毎のサ
ンプリングデータ同志を掛け算した結果の大小が相関の
それに対応するから、相関検出手段としては掛け算器を
用いればよい。よって、同期検波方式に於いてはベース
バンド信号（Ｉ、Ｑ、ΔΦ）、あるいはこれをディジタ
ル化した信号（多値ディジタル信号）について相関を検
出するよう構成してもよいこと自明であろう。

【００２１】

【発明の効果】本発明は、以上説明した如く構成するも
のであるから、復調のタイミングポイントを短時間に検
出することが可能となると共に、該タイミングポイント
がアイパターンのアイが最も開いた点に追従するから、
ゼロクロス近傍での雑音或はフェージングによる位相ず
れに対してもビットエラーの発生を極限する上で著しい
効果を奏する。

【００２２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るクロック再生回路の一実施例をデ
ィジタル復調装置に適用したときの構成を示すブロック
図。

【図２】相関検出回路の構成を示す図。

【図３】ＸＯＲゲートの入出力特性を示す図。

【図４】本発明に係るクロック再生回路の第２の実施例
をディジタル復調装置に適用したときの構成を示すブロ
ック図。

【図５】（ａ）、（ｂ）は位相量子化回路の動作を説明
する図。

【図６】π／４シフトＱＰＳＫ変調装置の基本構成を示
すブロック図。

【図７】（ａ）、（ｂ）はπ／４シフトＱＰＳＫ変調方
式を説明する図。

【図８】従来の復調装置の基本構成を示すブロック図。

【図９】検波信号のアイパターン図。

【図１０】従来の位相ずれ予測手段を説明する図。

【図１１】検波信号のアイパターンと抽出ポイントとの
関係を説明する図。

【符号の説明】

９・・・遅延検波回路 １０・・・タイミングポイント １１、１２・・・データ識別部 １３・・・クロック再生回路（従来） １５・・・ゼロクロスポイント １６・・・クロック再生回路（本発明） １７・・・相関検出回路 １８、３５・・・相関判定回路 ２１・・・ＸＯＲゲート ２４・・・カウンタ ３６・・・位相シフタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】変調波を所定の検波手段により検波するデ
   ィジタル復調装置のクロック再生回路に於いて、 復調過程の信号を単位データ周期（シンボル周期）毎に
   予め設定した複数個の抽出ポイントにてサンプリング
   し、相隣接する２つの抽出ポイント毎の相関を検出する
   相関検出手段と、 該相関検出手段により検出された相関の大小を比較し最
   大となる抽出ポイント対を判定する相関判定手段とを具
   備し、 該相関判定手段が前記判定に基づいてタイミングクロッ
   ク信号を生成することを特徴とするクロック再生回路。
2. 【請求項２】変調波を所定の検波手段により検波した検
   波信号を、単位データ周期（シンボル周期）毎に予め設
   定した複数個の抽出ポイントにてサンプリングし、タイ
   ミングクロック信号と所定の一の抽出ポイントが一致す
   るようサンプリング周期をシフトし、前記一の抽出ポイ
   ントでサンプリングされたデータを復調信号とするディ
   ジタル復調装置のクロック再生回路に於いて、 相隣接する２つの抽出ポイント毎のサンプリングデータ
   の相関を検出する相関検出手段と、 該相関検出手段により検出された相関の大小を比較し最
   大となる抽出ポイント対を判定する相関判定手段とを具
   備し、 該相関判定手段の判定に基づいて最大の相関を呈する抽
   出ポイントに於いてタイミングクロック信号を生成する
   ことを特徴とするクロック再生回路。
3. 【請求項３】ベースバンド信号を、単位データ周期（シ
   ンボル周期）毎に予め設定した複数個の抽出ポイントに
   てサンプリングし、タイミングクロック信号と所定の一
   の抽出ポイントが一致するようサンプリング周期をシフ
   トし、前記一の抽出ポイントでサンプリングされたデー
   タを検波し復調信号とするディジタル復調装置のクロッ
   ク再生回路に於いて、 相隣接する２つの抽出ポイント毎のサンプリングデータ
   の相関を検出する相関検出手段と、 該相関検出手段により検出された相関の大小を比較し最
   大となる抽出ポイント対を判定する相関判定手段とを具
   備し、 該相関判定手段の判定に基づいて最大の相関を呈する抽
   出ポイントに於いてタイミングクロック信号を生成する
   ことを特徴とするクロック再生回路。
4. 【請求項４】前記相関検出手段の夫々の出力に対して複
   数シンボル周期分の相関データを蓄積するための相関蓄
   積手段を具備せしめ、該相関蓄積手段が蓄積した相関デ
   ータについて大小を比較し最大となる抽出ポイント対を
   検出するよう前記相関判定手段を構成したことを特徴と
   する請求項１乃至３記載のクロック再生回路。