JPH06508496A - クロック信号を同期させる装置および方法 - 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】 クロック信号を同期させる装置および方法発明の分野 本発明は、一般に無線電話通信システムに関し、さらに詳しくは、無線電話通信 システムで用いるために、サンプリング・クロック信号を被受信データ信号に同 期させるための装置および方法に関する。

背景技術 近年、無線周波数（ＲＦ）通信の分野では、デジタルに符号化された音声と高速 データ通信の需要が増大してきている。ＲＦスペクトルは元来限られたものなの で、増大する需要に対処するための新しいシステムの概念と体系的な機能とを考 案しなければならない。時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）システムは、このよう なシステムの１つで、より効率的なスペクトル利用と容量の増加とを提供するも のである。

その最も簡単な形態では、ＴＤＭＡシステムは、１つのＲＦチャンネル上で、少 なくとも２ケ所のユーヂからのメソセージを時間多重することのできる送信基地 局と、時間多重された信号のうち少なくとも１つを受信することのできる１つ以 上の遠隔の受信局とで構成される。通常、受信局は、第２ＲＦチヤンネル上で基 地局に対してＴＤＭＡメツセージを送信することのできる移動または携帯用無線 電話である。

ＴＤＭＡシステムでは、多くのデジタル通信システムと同様に、送信り［ロック と連続的に同期される基準クロックを受信局内に設定して、２ケ所の間で送信さ れるデジタル・データを正確に回復させることが必要である。ここで用いられる 連続ビット同期（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｉｔｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏ ｎ）とは、受信されたクロック信号の周波数と位相とが送信クロックの周波数と 位相を正確に追跡するものでなければならないことを意味する。

移動通信チャンネル上でビット同期を維持することは難しい。これは主に、多重 路フェーディング（ｍｕｌｔｉｐａｔｈｆａｄｉｎｇ）のためである。移動局ク ロックと基地局クロックとの間のドリフトを追跡するだけでなく、クロック回復 機構は、ノイズに対しても充分な許容値を持ち、フェーディングによって信号対 雑音比が低下したときも簡単に同期が失われないようにしなければならない。そ のために、理想的なＴＤＭＡ移動クロック回復回路は、はじめに符号の同期を高 速で確保し、信号フェーディングのひどい間にも基地局のクロックとの同期を連 続的に維持するものとなる。

すでに開発されているクロック回復方法の１つに、二重ループ帯域幅をもつ早期 ／遅延位相調整回路（ｅａｒｌｙ／１ａｓｅｐｈａｓｅ　ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ 　ｃｉｒｃｕｉｔ）がある。被受信データ信号からクロックを捕捉するために、 システムは所定の捕捉帯域幅のある制御ループを利用する。捕捉帯域幅は幅が広 いので、被受信データ信号から高速で符号タイミングを捕捉することが可能にな る。しかし、捕捉帯域幅の幅が広いために、定常状態のタイミング・ジッタが起 こる。それゆえ、定常状態の性能を改善するためにより狭い追跡帯域幅が用いら れる。この二重帯域幅法は、実行が比較的複雑で、捕捉状態インジケータと定常 状態インジケータ、さらに切り替え可能なループ帯域幅を必要とする。実現の複 雑さに加えて、二重帯域幅による従来の早期／遅延方法には、いくつかの性能上 の問題がある。第１に、初期捕捉は、ランダム・ノイズまたは干渉により起こる 虚偽のロック表示のためにかなり遅延することがある。第２に、フェードまたは 信号の落下により同期が失われると、回路がロックが失われたことを検出しない 場合は再捕捉がきわめて遅くなる。

最後に、他に問題がなくても、早期および遅延の位相調整だけを行うことは、生 来的に初期捕捉の速度を制限する。

それゆえに、簡単に実現することができ、符号タイミングを高速に捕捉すること ができるクロック回復装置が必要である。

発明の概要 本発明は、サンプリング・クロック信号を被受信信号に同期させる方法を含む。

このクロック回復方法により、いくつかのクロック信号が生成される。各クロッ ク信号は、独自の位相を有する。高速で初期捕捉を行うために、クロック信号の うち２つは、符号間隔の１／２だけ位相が異なっている。被受信信号の位相が生 成されたクロック信号のそれぞれの位相と比較される。次に、被受信データ信号 の位相と各クロック信号の位相との差を表す誤差信号が生成される。サンプリン グ・クロック信号は、この誤差信号により判定される最適な位相をもった状態で 生成される。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明による無線電話通信システムのブロック図である。

第２図は、差分検出器の出力におけるπ／４ＱＰＳＫデータの眼状図（ｅｙｅ　 ｄｉａｇｒａｍ）である。

第３図は、本発明によるクロック回復回路構成のブロック図である。

第４図は、本発明で用いられる多重位相オフセット・クロックを示す図である。

第５図は、本発明による第４図の個別のクロックを組み合わせる非均−サンプリ ング・クロックの例である。

第６図は、本発明による、初期の１／２符号オフセットのあるクロック回復法の 捕捉性能を表すグラフである。

第７図は、本発明による、均一に分布された初期オフセットを持つクロック回復 法の捕捉性能を表すグラフである。

好適な実施例の説明 好適な実施例は、無線電話のデジタル受信機を含む。このデジタル受信機には、 被受信信号の復調に用いられる、判断決定によるクロック回復回路構成（ｄｅｃ ｉｓｉｏｎ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ　ｃｌｏｃｋ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｃｉｒｃｕｉ ｔｒｙ）が含まれる。クロック回復回路構成は、サンプリング・クロックの位相 を、１／２符号調整を含む３つの異なる増分だけずらすことができる。この機能 は、正確なサンプリング位相の素速い捕捉と、従来の二重帯域幅法の複雑性を排 除した充分な定常状態性能を提供する。さらに、この技術はデジタル信号プロセ ッサ（ＤＳＰ））こも、デジタル論理回路構成にも容易に組み込まれる。

第１図は、本発明を採用する無線電話システムのブロック図である。この無線電 話システムにおいては、固定位置トランシーバ１０３が、一定の地域内にある移 動および携帯無線電話との間で無線周波数（ＲＦ）信号を送受信する。

無線電話１０１は、固定位置トランシーバ１０３によりサービスされるこのよう な無線電話の１つである。

固定位置トランシーバ１０３から信号を受信している間、無線電話１０１は、ア ンテナ１０５を用いてＲＦ傷信号結合し、このＲＦ傷信号電気無線周波数信号１ ３７に変換する。電気ＲＦ傷信号、無線受信機１１１により受信されて、無線電 話１０１内で用いられる。受信機１１１は、中間周波数（Ｉ　Ｆ）信号１１５を 生成する。この信号１１５は、位相復調器１１９に入力される。位相復調器１１ ９は、位相を復調した信号１３１を出力して、これがクロック回復回路構成１２ ７と符号スライサ（ｓｙｍｂｏｌ　５ｌｉｃｅｒ）　１２９とで用いられる。ク ロック回復回路構成１２７は、中心点クロック１３９を符号スライサ１２９に出 力する。クロック回復回路構成１２７は、位相が復調された信号１３１を用いて 、クロックを回復する。位相復調器信号１３１はまた、符号スライサ１２９のた めの被受信データ信号としても用いられる。次に符号スライサ１２９は、符号信 号１３３を出力して、これがプロセッサ１２１により用いられる。

プロセッサ１２１は、符号信号１３３をユーザ・インターフェース１２５のため の音声および／またはデータにフォーマットする。ユーザ・インターフェース１ ２５には、マイクロホン、スピーカおよびキーバッドが含まれる。

携帯無線電話１０１から固定位置トランシーバ１０３へのＲＦ傷信号送信の際に は、ユーザ・インターフェース１２５からの音声および／またはデータ信号がプ ロセッサ１２１により処理される。処理された信号は、送信機１０９に入力され る。送信機１０９は、処理された信号を電気ＲＦ傷信号変換する。電気ＲＦ傷信 号、ＲＦ傷信号変換されて、アンテナ】０５により出力される。ＲＦ傷信号、固 定位置トランシーバ１０３により受信されて、地上回線電話信号に接続される。

第２図は、差分検出器の出力におけるπ／４横軸位相偏移変調（Ｑ　Ｐ　Ｓ　Ｋ ）信号の眼状図である。この信号は、位相復調信号１３１上に出力されるデータ を表す。トランシーバ１０３と携帯無線電話１０１との間で送信される符号を正 確に回復するためには、サンプリング・クロック１３９は、第２図に示された最 適なサンプリング点またはその付近で被受信データ信号１３１をサンプリングし なければならない。最適位置以外の点でサンプリングすると、ビット誤り’Ｉ（ ＢＥＲ）性能が悪化することがある。

第３図は、好適な実施例で利用されるクロック回復回路構成〕２７の詳細なブロ ック図である。クロック回復回路構成は、位相復調器出力信号ｙ　（ｔ）１３１ を用いてクロック信号を回復する。好適な実施例においては、クロック生成回路 ３３１は、４個の個別のクロック信号３３９，３４１．３４３，３４５を生成す る。これらのクロックが、位相復調器出力信号ｙ　（ｔ）１３１をサンプリング および保持（サンプル−ホールド）するために用いられる。

本発明の他の同様に充分な実行例は、２個以上のクロック信号を生成して、本発 明による位相調整を行う。

好適な実施例においては、４個のクロック信号の相対位相が第４図に示される。

オンタイム信号４０５は、符号間隔毎に１個のクロック・パルスを有する。早期 クロック信号４０７は、オンタイム信号４０５の間隔と等しい間隔でクロック・ パルスを生成するが、符号時間の１／８だけオンタイム信号４０５よりも前にず れている。遅延クロック信号４０３は、オンタイム信号４０５と周波数は等しい が、符号間隔の１／８だけ、オンタイム信号４０５よりも後にずれている。１／ ２符号オフセット・クロック信号４０１は、周波数はオンタイム信号と等しいが 、１／２符号間隔だけずれている。位相オフセットを変化させることにより、そ の他の同様に適切な実現例を用いることができるが、それらはここに開示される 発明の本質に含まれると考えられる。

これらのクロック信号は、位相復調器出力信号１３１をサンプル−ホールド回路 ３０３，３０５，３０７，３０９でサンプリングするために用いられる。これら のサンプリングされた信号は、次にスライサと加算器の組み合せに入力されて、 誤差信号３４７，３４９，３５１，３５３を形成する。誤差信号は、サンプリン グされた検出器出力信号と、最寄りの対応決定点、すなわちスライサ出力との差 をとることによって形成される。

誤差信号３４７，３４９，３５１，３５３は、サンプリング位相調整回路構成３ ２７に入力される。サンプリング位相調整回路３２７は、４個の符号クロックを 進ませるが、あるいは遅らせて、オンタイム・サンプリング点の誤差を最小限に するために用いられる。誤差信号によって、サンプリング位相の変更が必要であ ることが示されると、サンプリング位相調整回路３２７は、３つの可能なりロッ ク調整コマンド、すなわち［進める（ｍｏｖｅ　ｅａｒｌｙ）　Ｊ　、ｒ遅らせ る（ｍｏｖｅ　１ａｔｅ）　Ｊまたは［ｌ／２符号だけ動かす（ｍｏｖｅ　ｈａ ｌｆ　ｓｙｍｂｏｌ）　Ｊのいずれか１つを出力する。進めるコマンドを用いる と、４個の符号クロック３３９，３４１．３４３，３４５のすべてが符号時間の １／８だけ進む。

遅らせるコマンドを用いると、４個の符号クロックのすべてが符号時間の１／８ だけ遅れる。同様に、１／２符号だけ動かすコマンドを用いると、４個の符号ク ロックのすべてが符号時間の１／２だけずれる。クロック生成回路３３１も、サ ンプリング・クロック信号１３９と呼ばれる別のオンタイム・クロックを出力し て、これが第１図の符号スライサ１２９により用いられる。

説明を分かりやすくするために、第３図には４個の個別のスライサが示される。

同様に適切な実施例では、符号スライサ１２９とオンタイム符号スライサ３１３ とを合成して、それによりクロック回復に必要な回路構成を削減している。

第５図の非均−なサンプリング・クロック５０１は、位相復調器１１９内で位相 をサンプリングするために用いられる。これは４個の個別のクロック４０１，４ ０３，４０５．４０７をＯＲ（論理和）処理することにより形成される。

従来の判断決定によるクロック回復法は、導き出された誤差情報に基づきクロッ ク調整を行う。たとえば、典型的な方法では、符号間隔の±１／８だけクロック を進めるか遅らせる（早期／遅延）調整を行うことができる。この方法は、±１ ／１６の符号時間解像度を提供し、これは多くのデジタル変調システムにおいて は充分である。しかし、初期の時間誤差が大きい場合は、この従来の方法では、 一般にきわめて捕捉が遅くなる。この捕捉性能が遅くなるのには、２つの基本的 要因がある：すなわち（１）早めたり遅らせるクロック調整しか許されないので 、初期の時間オフセットを修正するためには、最高４回の１／８符号調整が必要 になること；　（２）１／２符号オフセット点に準安定の虚偽のロック状態があ り、このために約１／２符号の初期タイミング誤差がある場合はいつでも捕捉時 間がかなり長くなること。

ここで開示された本発明は、早期／遅延調整に加えて、クロツク１／２符号のク ロック調整を行うことにより、従来の早期／遅延クロック回復法に伴うこれらの 問題点を両方とも解決する。これは、第３図に示されるクロック回復回路内に、 それぞれ信号４０５，４０７，４０３，４０１で示される、オンタイム・クロッ ク、早期クロック、遅延クロックおよび１／２符号オフセットクロックを用いる ことにより実現される。

ここに開示され、提案されるクロック回復方法の捕捉性能はシミュレーションさ れ、リミタ−弁別器を基にした検出機能を持つπ／４ＱＰＳＫシステムについて の、より従来的な早期／遅延方法と比較される。従来の方法は、導かれた誤差情 報に基づき１／８符号だけ早めたり遅らせてクロックを調整する。偏見のない比 較を行うために、２つの方法のループ帯域幅を選択して、同じ定常状態のタイミ ング・ジッタを作り出した。

捕捉性能は、１０−２と１０−６の定常状態ビット誤り率（Ｂ　Ｅ　Ｒ）を生み 出す信号対雑音比において、ある静止チャンネルに対する二乗平均（ＲＭＳ）ク ロック誤差と時間とを測定することにより数量化される。第６図は、この結果を 示す。グラフ６０１，６０３は、それぞれ１０−２と１Ｏ−６の定常状態ビット 誤り率における従来の早期／遅延方法を表す。グラフ６０５，６０７は、それぞ れ１０−２と１Ｏ−６の定常状態ＢＥＲにおける本発明を表す。第６図は、］／ ２符号の初期時間誤差（最悪の場合）を表す。この結果からはっきりとわかるよ うに、ここに提示された本発明は、早期／遅延方法に比べて、大きな性能上の改 善を提供する。第７図は、均一に配分された初期時間誤差に関して、第６図の結 果を繰り返すものである。グラフ７０１，７０３は、従来の早期／遅延方法に対 応し、グラフ７０５．７０７は本発明を表す。ここでも、この結果は大きな改善 を示している。

＃１１１１／符号吟閏 第３図 第６図 第７図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．サンプリング・クロック信号と受信されたデータ信号とがある位相を有する ときに、このサンプリング・クロック信号をこの被受信データ信号に同期させる 方法であって： 少なくとも第１および第２クロック信号は、符号間隔の１／２に実質的に等しい 量だけ位相が異なっている信号を生成する段階； 前記少なくとも第１および第２クロック信号の位相を、被受信データ信号の位相 と比較する段階；前記比較に応答して、前記被受信データ信号の位相と、前記少 なくとも第１および第２クロック信号の位相との差を表す少なくとも２つの誤差 信号を作成する段階；および前記少なくとも２つの誤差信号に応答してサンプリ ング・クロックを生成する段階； によって構成されることを特徴とする同期方法。
2. ２．サンプリング・クロックを生成する前記段階が、前記少なくとも２つの誤差 信号に応答して、サンプリング・クロックの位相をずらす段階をさらに含む、こ とを特徴とする請求項１記載の同期方法。
3. ３．前記生成する第１段階が、第１の所定の符号間隔の分数だけ前記第１クロッ ク信号と位相が異なる第３クロック信号を生成する段階によってさらに構成され 、前記の第１の所定の符号間隔の分数が１／２未満である請求項１記載の同期方 法。
4. ４．前記生成する第１段階が、第２の所定の符号間隔の分数だけ前記第１クロッ ク信号とは位相が異なる第４クロック信号を生成する段階によってさらに構成さ れる請求項１記載の同期方法。
5. ５．サンプリング・クロック信号と受信されたデータ信号とがある位相を有する ときに、このサンプリング・クロック信号をこの被受信データ信号に同期させる サンプリング・クロック同期装置であって： 少なくとも第１および第２クロック信号は、符号間隔の１／２に実質的に等しい 量だけ位相が異なっている信号を生成する手段； 前記少なくとも第１および第２クロック信号の位相を、前記被受信データ信号の 位相と比較する手段；前記比較手段に応答して、前記被受信データ信号の位相と 、前記少なくとも第１および第２クロック信号の位相との差を表す少なくとも２ つの誤差信号を作成する手段；および 前記少なくとも２つの誤差信号に応答してサンプリング・クロックを生成する手 段； によって構成されることを特徴とするサンプリング・クロック同期装置。
6. ６．サンプリング・クロックを生成する前記手段が、前記少なくとも２つの誤差 信号に応答して、サンプリング・クロックの位相をずらす、ことを特徴とする請 求項５記載のサンプリング・クロック同期装置。
7. ７．前記生成する第１手段が、第１の所定の符号間隔の分数だけ前記第１クロッ ク信号と位相が異なる第３クロック信号をさらに生成し、前記第１の所定の符号 間隔の分数が１／２未満である請求項５記載のサンプリング・クロック同期装置 。
8. ８．前記第３クロック信号が、前記第１の所定の符号間隔の分数だけ前記第１ク ロック信号から遅れている請求項７記載のサンプリング・クロック同期装置。
9. ９．前記生成の第１手段が、第２の所定の符号間隔の分数だけ前記第１クロック 信号とは位相が異なる第４クロック信号をさらに生成することを特徴とする請求 項８記載のサンプリング・クロック同期装置。
10. １０．少なくとも受信機と符号スライサとを含む無線電話であって、この受信機 が、ある位相を有する少なくとも第１の入力信号を受信することができる受信機 である無線電話であって： 少なくとも第１および第２クロック信号は、符号間隔の１／２に実質的に等しい 量だけ位相が異なっている信号を生成する手段； 前記少なくとも第１および第２クロック信号の位相を、前記第１入力信号の位相 と比較する手段；前記比較手段に応答して、前記第１入力信号の位相と、前記少 なくとも第１および第２クロック信号の位相との差を表す少なくとも２つの誤差 信号を作成する手段；前記少なくとも２つの誤差信号に応答してサンプリング・ クロックを生成する手段；および 符号スライサ内で前記サンプリング・クロックにより前記第１入力信号をサンプ リングする手段；によって構成されることを特徴とする無線電話。