JPS5939937B2 - クロツク周波数制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はデータ信送に用いる復調器においてデータの
クロック周波数および位相を再生する装置に係る。

データ伝送におけるクロック周波数を受信側で再生する
方法としてパイロットトーンを信号に重畳する方法が用
いられている。

この方法はクロック周波数抽出が容易である利点がある
が一方、パイロット挿入のためのデータ信号スペクトラ
ムの制御受信側での抽出フィルター、周波数演算回路、
データ判定前のパイロット成分除去等複雑な信号処理が
必要となる。さらにク頭ノク周波数は抽出されるがその
位相を適切な値に設定する手段が必要である。従来、自
動等化器の内部状態を判定してクロック信号位相を制御
する方式がＰＣＭ−ＦＤＭ伝送において用いられている
（文献：渡辺−失地「搬送波およびタイミング泪動位相
追尾方式の実験的検討」電子通信学会通信方式研究会資
料０５７２−２１）。

しかし、このような方法においては、自動等化器が残留
歪が十分小さい状態へ収束し得る位相範囲においてのみ
有効に動作する。

また、要請する最適なりロック信号の位相が回線の波形
歪に強く依存し、自動等化器の内部状態も、また回線の
波形歪に依存しているので、自動等化器内部の制御回路
とク頭ノク信号の位相制御回路とが強い相互関係を持つ
て動作する。一般にこのような共通制御系に関しては、
定常的な性能を確実に保証することは難かしい。本発明
の目的は、伝送路の波形歪を修正するための適応型自動
等化器によつて、パイロットトーンを用いることなくク
ロック周波数並びに位相制御を行えるようにした構成が
単純で、かつ、良好な勘定状態への引込みが確実に保証
されるクロック再生装置を提供することにある。

本発明によれば、データクロックの位相ずれを十分吸収
し得る自動等化器を用い、自動等化器のタップゲインの
状態からクロック周波数発振器の周波数を制御すること
ができる。

以下この発明の原理の説明を行う。

まずこの発明の装置の一部を構成するクロック信号の位
相ずれを吸収する自動等化器の原理を説明する。

従来広く用いられている自動等化器においては、ク頭ノ
クの位相づれにともない等化能力が低下する。

この等化能力の低下がどのようにして起るかをまず説明
する。

第１図は自動等化器を含む伝送系のプロツク図である。

第１図において従来の自動等化器はデ一→夕の繰り返し
周期（Ｔ秒）を単位遅延とする第２図に示すようなトラ
ンスパーサルフイルタで構成されており、この周波数特
性は次式で表わされる。このとき第１図においてサンプ
ラ一の周期もＴ秒だから、これを等化器の前に置き換え
ても第１図の系は等価である。したがつて自動等化器に
入力される歪んだパルスの標本値列の周波数特性はと表
わされる。ただしＸ（ＦＸよ回線の出力端における歪ん
だパルスの周波数特性である。以上から従来の自動等化
器による等化の目標は、周波数領域で言えば、周期関数
〔Ｘ（ｆ）〕Ｔｒと周期関数Ｃ（ｆ）の積が１になるべ
く近くなるようにトランスバーサルフイルタの各タツプ
ゲインＣｉを調整することであると言える。

さてこの場合にクロツク信号の位相づれτの値によつて
は上述の噂・近似、すなわちが十分に遂行されないこと
がある。

このことは〔Ｘ（ｆ）〕Ｔｒがτの値によつて上記の近
似に不都合な関数になることに起因するが、これを概念
的に説明すると以下のようである。〔Ｘ（ｆ）〕Ｔｒの
周波数が１／２ＴＨｚのときの値をみると、ロールオフ
が１００％未満のときとなる。

ここで通常のパルス振幅変調の例ではＸ（ｆ）は実信号
のフーリエ変換であるからＸ（研）＝ ＸＴ（ −[メ
j（来は複素共役を表わす）が成りク〒立ち、したがつ
て式（４）は となる。

この形かられかるようにτが一≦τ≦一を満たす範囲で
必ず２個所で式（５）を零にする。このときの〔Ｘ（ｆ
）〕Ｔｒは例えば第３図に示すよ，うになつている。

したがつて自動等化器が負うべき特性は第４図のように
ｆ＝±１／２Ｔの点で振幅特性が無限大に発散する。こ
のように発散する関数をトランスバーサルフイルタ Σ
ＣｉｅＪ”″゜Ｊ””で近似することは：＝ハー般に
極めて能率の悪いことであり、このことが従来の自動等
化器にとつて重大な欠点であつた。

この欠点を避ける一つの方法はトランスバーサルフイル
タの単位遅延を例えばＴ／２秒にすることである。この
ときＴ／２秒周期のサンプラ一を自動等化器の前に置い
ても等価であるから、自動等化による信号変換の過程は
、−Ｈｚの周期関数Ｔ〔Ｘ（ｆ）〕署，τと晶Ｈｚの周
期関数Ｃ（ｆ）＝一Σ Ｃｉｃ−Ｊ ′り”Ｉの積から
周期上Ｈｚの周ｉ＝ＮＴ期関数 を作り、これを１に近似することである。

この過程を周波数領域で表わすと第５図のようになるが
、この過程かられかるように、前述のような無限大に発
散する特性を自動等化器が実現しなければならないとい
う状況は避けることができる。このような構造による適
応型自動等化の方法は従来の自乗平均アルゴリズムを応
用して次のような遂次修正を行なえばよい。ただしｙ（
ｔ）＝ Σ Ｘ（ｔ−ＫＴ）Ａｋであり、ｋ＝−ω公ｋ
は送信データ、Ａｋは送信データの判定結果である。

第６図はＴ秒を単位遅延とした自動等化器とＴ／２秒を
単位遅延とした自動等化器の性能を示す。

ただし従来の自動等化器のタツプ数を１３、この発明の
自動等化器のタツプ数を２５とした。この場合両者のタ
ツプ付遅延線の総長は共に１２Ｔ秒である。第６図から
明らかにこの発明の自動等化器によれぱ、タツプ数を倍
増するだけでクロツク信号の位相づれを十分に補償する
ことが言える。以上の説明において、タツプ付遅延線の
遅延単位をＴ／２秒としたが、一般にロールオフのスペ
クトラムの重なりを避けるならばＴ秒以下の任意の遅延
単位を用いても位相ずれの補償を行うことができる。

さて上記の説明においては自動等化器に供給されるク頭
ノク信号の周波数が送信データの繰り返し周波数に等し
いことを前提としたが、実際には両者の周波数の間には
わずかの差異が生ずる。

この周波数偏差を許したまま上記の自動等化器を長時間
働かせた場合以下に説明するような不都合が生ずる。自
動等化の動作開始後短時間の間は各夕・ツプゲインＣｉ
（ｉ＝ ０，・・・，ｕ −１）はその中央のタツプ番
号ｉ＝−（ただしＮを奇数として考える）を中心に比較
的大きな値が集中しており、中心から離れたタツプゲイ
ンは一般に小さな値に設定されている。この場合は上記
の自動等化器は所望の等化能力を発揮している。しかし
時間の経過にともないクロツク信号の周波数偏差に起因
して大きな値をもつタツプゲインが集中する位置が中央
のタツプから左または右に一定速度で移動する。この移
動の速さはク頭ノク信号の周波数偏差に比例するが実際
の応用においては極めてゆつくりである。しかし、この
移動を放置するとやがて大きな値のタツプゲインが集中
する位置が左又は右の端に到達しこの時刻以降において
は自動等化の能力が極端に低下する。以上の現象を避け
るためには各タツプゲインＣｉの分布状態を常に監視し
、大きな値のタツプゲインが集中する位置がなるべく中
央から離れないようにクロツク信号の周波数を匍脚すれ
ばよいことがわかる。

以下にこの制御を行う一つの方法を示す。

中央のタツプゲインＣＮ−１を中心に左又は右への利得
の分布のかたよりを次の量で評価する。

この値が正のときは大きな値をもつタツプゲインが右に
、負のときは左にかたよつていることを示し、この絶対
値の大きさはかたよりの大きさを表わしている。したが
つて式（７）の値に比例した量だけクロツク信号の周波
数を修正することによつて自動等化の等化能力を永久に
保証することができる。なお、制御信号の計算は必ずし
も（７成に限定されず、例えば（７）式に含まれる各Ｃ
ｉ２をＣｉの絶対値で置き換えてもよい。

以下に第７図にしたがつてこの発明の実施例を示す。

線路１から送信データによつて振幅変調された受信信号
が入来する。

この受信信号はデータの繰り返し周期の半分に等しい時
間だけ信号を遅延する遅延回路２−１，２−２，・・・
・・・，２−Ｎに順次伝播される。装置３−１，３−２
，・・・・・・，３−Ｎ＋１は可変減衰器であり、各遅
延回路の入力または出力からとり出された信号の振幅の
大きさを自由に変えることができる。各可変減衰器の出
力信号は加算器４でたし合されサンプラ−５でサンプル
される。このサンプラーへはサンプルする時刻を指定す
るためのクロツクパルスがクロツク信号発生器６から供
給される。装置７は送信データを推定するための判定回
路であり、装置８はサンプラーの出力から判定結果を差
し引くための引算器である。この引算器の出力は符号間
干渉の大きさを表わしている。装置９−１，９−２，・
・・・・・，９−Ｎ＋１は掛算器であり、各掛算器の出
力は減衰器１０−１，１０−２，・・・・・・，１０−
Ｎ＋１によつて一定の減衰を受け、これらの値に応じて
対応する可変減衰器３−１，３−２，・・・・・・，３
−Ｎ＋１の減衰量を増減する。装置１１は各可変減衰器
の減衰量を集め式（７）で示した計算を行う装置であり
、電圧制御型発振器（■ＣＯ）１２の周波数を匍商する
ための制御信号を出力する。■ＣＯ１２の出力はクロツ
ク信号発生器６において返分されパルス列に変換される
。なお上記実施例ではベースバンド振幅変調を対象とし
たが、これを２次元自動等化器（文献：佐藤他「直交振
幅変調データ伝送における自動等化］電子通信学会、通
信方式研究会資料ＣＳ７１−４２、７月１９７１年）を
用いて直交振幅変調を用いたデータ云送に応用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第６図まではこの発明の装置が含む自動等化
器の原理を説明するための図であり、第１図はデータ伝
送系を示すブロツク図であり、第２図は従来自動等化器
に広く用いられているトランスパーサルフイルタを示す
ブロツク図であり、第３図と第４図と第５図はこの発明
が含む自動等化器の原理を説明するための図であり、第
６図はこの発明が含む自動等化器の性能を示すグラフで
あり、第７図はこの発明の実施例を示すブロツク図であ
る。 第７図において２−１，２−２，・・・・・・，２−Ｎ
はデータ繰り返し周期の半分の時間だけ信号を遅延させ
る遅延回路であり、３−１，３−２，，・・・・・・，
３−Ｎ＋１は可変減衰器、４は加算器、５はサンプラー
、６はクロツク信号発生器、７は判定器、８は引算器で
ある。９−１と１０−１，９ー２と１０−２，・・・・
・・，９−Ｎ＋１と１０−Ｎ＋１は引算器から出力され
る誤差信号と受信信号との相関をとり、可変減衰器の調
整値を求めるための回路である。 １１は、装置１２および装置６を通して自動等化器に供
給されるクロツク信号の周波数偏差を推定する装置、１
２は電圧制御型発振器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一定周期Ｔ秒間隔で伝送されたデータ信号を受信す
   る装置において、遅延線に取り付けられたタップの間隔
   がＴ秒より短いトランスバーサルフィルタで構成される
   適応型自動等化器と、前記、適応型自動等化器の中央タ
   ップの前に位置するタップのタップゲインの分布状態と
   中央タップの後に位置する各タップのタップゲインの分
   布状態を比較することにより、クロック信号の周波数偏
   差を表わす制御信号を検出する手段と、前記制御信号に
   応じて周波数が制御されるクロック信号器とから構成さ
   れ、クロック信号の周波数の制御および位相ずれの補償
   を行うようにしたことを特徴とするクロック周波数制御
   装置。