相位推定电路和解调电路

摘要

本发明通过检测输入信号的时钟信号成分的有无,并在没有时钟信号成分的情况下,停止运算电路的动作的方式,进一步提高相位推定的精度。首先,信号发生电路产生DFT用的旋转因子,DFT电路用DFT旋转因子对输入信号按规定的符号数目进行离散傅立叶变换,图形检测电路用DFT电路的输出检测输入信号图形,平均滤波器根据这一图形进行后级的平均滤波器动作的ON/OFF。而且,平均滤波器将DFT电路输出平均化,以除去噪音成分。

说明书

本发明涉及数据通信系统中用的解调装置的时钟信号再生技术。

原有的一种时钟信号再生电路是利用傅立叶变换求解输入信号中的时钟相位成分，并对这一相位成分实施逆调制而再生出时钟信号。图12示出了原有的时钟信号再生电路的一个构成实例，比如说日本公开专利平6-232933号、题目为“时钟信号再生电路”的公报中记载有这种电路构成。在图12中，101是输入端子，103、104是将输入信号乘以傅立叶变换中的旋转因子(cos或-sin成分)的乘法器，105、106是对乘法器103或乘法器104的输出实施平均化处理用的低通滤波器，107是将低通滤波器105的输出乘以旋转因子用的乘法器，108是将低通滤波器106的输出乘以旋转因子用的乘法器，109是对乘法器107和乘法器108的输出进行加法运算的加法器，110是生成旋转因子用的信号产生电路，111是加法器109输出的再生时钟信号的输出端子。

下面利用图12对原有方式的动作进行说明。为使说明简单，下面按每一符号的取样数N=4进行说明。而且傅立叶变换进行的是离散型傅立叶变换(以下称为DFT，其中包含着FFT)。时钟信号再生电路的输入信号为对接收信号进行非线性处理的信号以便容易抽取出时钟信号成分的。

用乘法器103、乘法器104将输入信号乘以旋转因子，乘法器103中使用为cos成分作为旋转因子，乘法器104中使用-sin成分作为旋转因子。当对输入信号的每一符号的取样数设为N时，由信号产生电路110输出的cos成分、-sin成分可分别如下述的公式(1)、(2)表示。

cos(2πn/N)    n=0,1,2,…    (1)

-sin(2πn/N)    n=0,1,2,…    (2)

因此，当输入信号设为

X(n)    (3)时，乘法器103的输出X₁(n)和乘法器104的输出X₂(n)分别为

X₁(n)=X(n)·cos(2πn/N)    (4)

X₂(n)=X(n)·(-sin(2πn/N))    (5)这里，将N=4代入至公式(4)、公式(5)，则可以获得下述的公式(7)、公式(8)。

X₁(n)=(-1)^n/2·X(n)  :n为偶数(7)

     =0                :n为奇数

X₂(n)=0               :n为偶数(8)

     =(-1)^(n-1)/2+1·X(n):n为奇数

用低通滤波器105、低通滤波器106分别对乘法器103的输出和乘法器104的输出实施平均化处理，以除去噪音成分。

为使处理用的结构构成简单，即为了使利用硬件结构简单，原有的DFT对每一个取样进行处理，而不按符号单位进行处理。

乘法器107把低通滤波器105的输出乘以cos成分，乘法器108把低通滤波器106的输出乘以-sin成分。用加法器109对乘法器107和乘法器108的输出进行加法运算，以制成再生时钟信号。这里，在N=4的情况下，相对于每一符号的cos成分、-sin成分分别为

{1、0、-1、0}    (9)

{0、-1、0、1}    (10)所以加法器的输出为交替地选择乘法器107的输出和乘法器108的输出，并附加上与旋转因子的符号相一致的输入信号符号的信号。

因此，如果取低通滤波器105的输出为Y₁(n)，取低通滤波器106的输出为Y₂(n)，则再生时钟信号的顺序可以用下述公式表示。

{Y₁(n)、-Y₂(n+1)、-Y₁(n+2)、Y₂(n+3)、Y₁(n+4)、-Y₂(n+5)、…}

这里，由于低通滤波器是平均滤波器，所以为了获得良好的再生时钟信号精度，就必需要增大平均化用的符号数目。然而，当需平均化的符号数目增大时，会使位数增多，从而使电路规模增大。因此，在一般的平均化过程中，进行的是如图13所示的移动平均，或如图14所示，在进行叠加计算时乘以忘却系数，以抑制电路规模的增大。这里，由于在输入信号中没有时钟信号成分的情况下低通滤波器的输入值为{0、0}，所以低通滤波器的输出值也比较小，所推定出的时钟信号的相位容易受到噪音的影响。

本发明就是要解决上述问题，其目的是要通过按所需要的符号数目为单位进行DFT，并使其结果通过噪音除去滤波器的方式，提高其相位推定精度。本发明的另一目的是通过用图形检测电路检测输入信号有无时钟信号成分，在没有时钟信号成分的情况下停止滤波器动作，由此来提高其相位推定精度。本发明的再一目的是进行时钟信号成分的能量的实施监测来进一步提高其时钟信号的推定相位精度。本发明的又一目的是以更高的精度制作出对于输入信号的再生时钟信号。

根据本发明第一方案的相位推定电路，具有：

产生cos成分和-sin成分的离散傅立叶旋转因子信号的信号发生电路；

用离散傅立叶变换的旋转因子信号，按规定的符号数目进行离散傅立叶变换，并输出变换结果的DFT电路；以及

输出对DFT电路输出的离散傅立叶变换结果实施平均化处理的相位信息的平均滤波器。

根据本发明的第二方案的相位推定电路，具有当DFT电路的离散傅立叶变换结果的输出为规定图形时停止平均滤波器的动作的图形检测电路。

根据本发明的第三方案的相位推定电路，具有用平均滤波器输出求出直至前一符号的输入信号的时钟信号成分的相位，并作为相位信息输出至图形检测电路的相位检测电路；

图形检测电路根据DFT电路输出的离散傅立叶变换结果和来自相位检测电路的相位信息，停止平均滤波器的动作。

根据本发明的第四方案的相位推定电路，具有用平均滤波器输出求出时钟信号成分的能量，并且将所求出的能量与规定的阈值进行比较并输出比较结果的能量监测器；

图形检测电路根据DFT电路输出的离散傅立叶变换结果和能量监测器的输出，停止平均滤波器的动作。

根据本发明的第五方案的解调电路，具有相位推定电路、根据由相位推定电路输出的相位信息和由信号发生电路输出的离散傅立叶变换用的旋转因子生成再生时钟信号的逆调制电路以及用再生时钟信号对输入信号进行数据判定用的判定电路。

根据本发明的第六方案的解调电路，具有对由相位推定电路输出的相位信息和输入信号的数据进行间选并输出解调数据的间选电路。

图1是按照本发明第一实施例的相位推定电路方框图。

图2是按照本发明第一实施例的相位推定电路的动作流程图。

图3是按照本发明第二实施例的相位推定电路方框图。

图4是按照本发明第二实施例的相位推定电路的动作流程图。

图5是按照本发明第三实施例的相位推定电路方框图。

图6是按照本发明第三实施例的相位推定电路的动作流程图。

图7是按照本发明第四实施例的相位推定电路方框图。

图8是按照本发明第四实施例的相位推定电路的动作流程图。

图9是按照本发明第五实施例的解调电路方框图。

图10是按照本发明第五实施例的解调电路的动作流程图。

图11是第六实施例的由S/W构成解调电路的情况下的解调电路方框图。

图12是原有的解调电路方框图。

图13是低通滤波器的第一例的示例图。

图14是低通滤波器的第二例的示例图。

下面参考附图说明本发明的最佳实施例。第一实施例

下面，实施例与原有的示例相同，傅立叶变换采用DFT，并对每一符号的取样数N=4的情况进行说明。虽然通常为使时钟再生电路的输入信号容易提取出时钟成分而对接收信号进行非线性处理，但是非线性处理电路的有无对以下说明的发明并没有影响。因此在下面省略了对非线性处理电路的说明，而简单的将其称为输入信号。由于噪音除去滤波器通常均采用平均滤波器，所以在下面的实施例中，它们均以平均滤波器的形式出现。

图1是按照本发明的实施例的相位推定电路方框图。图2是按照本发明第一实施例的相位推定电路的动作流程图。在图1中，1是输入端子，3、4是对输入信号乘以DFT旋转因子的乘法器，5、6是按规定的取样数对乘法器3和乘法器4的输出进行加法运算的加法器，7、8是对加法器的输出进行平均处理的平均滤波器，9是制作旋转因子的信号发生电路，51、52分别是平均滤波器7、平均滤波器8的输出端子。31是DFT电路，由乘法器3、乘法器4、加法器5和加法器6构成。32是平均滤波器，由平均滤波器7和平均滤波器8构成。

下面用图1和图2对其动作进行说明。图1中，乘法器3和乘法器4对输入信号和由信号发生电路9输出的旋转因子相乘(参见图的步骤101)。和原有的实例一样，设输入信号中的每一符号的取样数为4，输入信号为X(n)，乘法器3和乘法器4的输出分别为X₁(n)、X₂(n)时，与公式(7)、(8)一样，可以得到下述公式(11)、(12)。

X₁(n)=(-1)^n/2·X(n)   :n为偶数(11)

     =0                 :n为奇数

X₂(n)=0                :n为偶数(12)

     =(-1)^(n-1)/2+1·X(n):n为奇数

加法器5、6按规定的取样数对乘法器3和乘法器4的输出进行加法运算(图2的步骤102)。这里，为了说明简单，加法器5、6把一个符号(取样数为4)量的相乘结果加起来，并按符号周期输出相加结果。在下面，把输入信号乘以旋转因子，再对乘法结果进行相加的处理称为DFT处理，这里，如示例那样，对一个符号进行DFT处理称为1符号DFT。

作为输入信号，可以认为是具有时钟信号成分的信号。由于N=4，所以输入信号为例如{1、1、-1、-1}的重复信号。当对这一输入信号实施对1符号DFT时，cos成分、-sin成分可分别利用公式(9)、(10)得到：

{1、0、-1、0}    (13)

{0、-1、0、1}    (14)所以对1符号DFT的结果(加法器5、加法器6的输出)可由下述的公式(15)表示：

{2、-2}    (15)平均滤波器7和平均滤波器8对1符号DFT结果进行平均，以除去噪音成分。由于按每一符号输出1符号DFT结果，所以平均滤波器7、8按符号比率动作。在由具有S个符号量的移动平均滤波器构成平均滤波器7、8的情况下，平均滤波器的输出由下述的公式(16)表示：

{2S、-2S}    (16)

由输出端子51、输出端子52把由公式(16)表示的平均滤波后的输出作为相位信息输出(图2的步骤103)。

如上所述，由于相位推定电路按规定的符号单位进行DFT，并把其结构送到平均滤波器，所以能提高相位的推定精度。

在上述的实例中，DFT按一个符号单位进行，但也可以按若干个符号为单位进行。

输入信号的幅度作成-1、0、1三种，但也可以增大幅度的量化位数。第二实施例

图3是按照本发明第二实施例的相位推定电路方框图。图4是按照本发明第二实施例的相位推定电路的动作流程图。在图3中，10为图形检测电路，DFT电路31的输出中检测到所需图形时，停止平均滤波器32的动作。输入端子1、信号发生电路9、DFT电路31、平均滤波器32、输出端子51、输出端子52均与第一实施例中记载的相同，故省略了对它们的说明。

下面参考图3和图4对其动作进行说明。

DFT电路31由输入信号和来自信号发生电路9的旋转因子求出DFT(图4的步骤201)。图形检测电路10根据DFT结果检测出时钟信号成分(图4的步骤105)。平均滤波器32输出相位信息。这里正如第一实施例中所说明的那样，输入信号是具有时钟信号成分的信号。然而从实际动作考虑，并不仅限于输入具有时钟信号成分的信号。例如，由于噪音的作用，输入信号可能成为{1、1、1、1}。当对于这种输入信号进行DFT时，对1符号DFT结果可用下述公式(17)表示。

{0、0}    (17)在这种情况下，平均滤波器7、8的输出为

{2(S-1)、-2(S-1)}    (18)这和具有时钟成分的信号相比，其幅度比较小。

而且当输入信号为{1、1、1、1}的频度增大时，平均滤波器输出的幅值将更小。这将使平均滤波器的输出容易受到噪音的影响，从而使推定相位的精度下降。

而且在输入{1、1、1、1}作为输入信号的情况下，1符号DFT结果成为{0、0}，而在输入信号为{0、0、0、0}、{-1、-1、-1、-1}的情况下，也不具有时钟信号成分，所以1符号DFT结果亦为{0、0}。

把DFT电路31的输出输入至图形检测电路10。在1符号DFT结果为{0、0}的情况下(图4的步骤106)，图形检测电路10判断输入信号中并没有时钟信号成分，故停止后级的平均滤波器32的动作，不进行平均化处理，而输出对前一符号的平均化处理结果(图4的步骤107)。如果1符号DFT结果不是{0、0}，即如果有时钟信号成分，就再次使平均滤波器32动作(图4的步骤103)。

如上所述，如果图形检测电路10检测到在DFT结果中未包含时钟信号成分的图形，就停止平均滤波器32的动作，不进行平均化处理，所以可以抑制平均滤波器32能量的降低，进而可以抑制推定相位的精度下降。

在上述的实例中，DFT按一个符号为单位进行，但也可以按多个符号为单位进行。而且还可以在图形检测电路10中按同一多符号单位进行处理。

输入信号的幅度为-1、0、1三种，但是也可以增大幅度的量化位数。在这种情况下，如果DFT结果小于规定值，图形检测电路10就停止平均滤波器32的运行。第三实施例

图5是按照本发明第三实施例的相位推定电路方框图。图6是按照本发明第三实施例的相位推定电路的动作流程图。

在图5中，12是相位检测电路，用平均滤波器32的输出求出时钟信号相位。

11是图形检测电路，它使用DFT电路31输出的DFT结果和由相位检测电路12输出的相位信息，在有能减少时钟信号成分的图形的情况下，停止平均滤波器32的动作。

输入端子1、信号发生电路9、输出端子51、输出端子52、DFT电路31、平均滤波器32均与第一实施例中记载的相同。

下面用图5和图6对其动作进行说明。

与第二实施例中的情况下一样，DFT电路31由输入信号和来自信号发生电路9的旋转因子求出DFT(图6的步骤201)。图形检测电路10根据DFT结果检测时钟信号成分(图6的步骤105)。平均滤波器32输出相位信息。

图形检测电路11也与第二实施例中的情况一样，一旦检测到1符号DFT结果是{0、0}，就停止平均滤波器32的动作。除此之外，它输入与反转时钟信号相当的信号作为输入信号。在第一实施例中，是将{1、1、-1、-1}的重复信号作为具有时钟信号成分的输入信号，所以，这里，在某时刻输入反转信号{-1、-1、1、1}。在这种情况下，1符号DFT结果为

{-2、2}    (19)所以平均滤波器32的输出为

{2(S-2)、-2(S-2)}    (20)而平均滤波器32的能量可用下述的公式(21)表示。

4(S-2)²    (21)因此，和输入无时钟信号成分的信号的情况相比，能量就减少了。

图形检测电路11对1符号DFT结果和平均滤波器32的输出、即相位信息进行比较(图6的步骤110)，在两者相位关系反转的情况下，也停止平均滤波器32的动作，并输出前一运算结果(图6的步骤103)。

在两者间的相位关系不反转的情况下，使平均滤波器32动作，并输出运算结果(图6的步骤107)。

例如，在上述实例中平均滤波器的输出是{2S、-2S}、1符号DFT结果是{-2、2}时，判断为时钟信号成分的相位反转。因此，在输入信号的时钟信号成分的相位与直至一个符号之前所求出的时钟信号的相位反转的情况下，停止平均滤波器32的动作，并输出前一运算结果。

如上所述，比较1符号DFT结果和相位信息，在两者的相位关系反转时停止平均滤波器32的动作，并输出前一运算结果，所以可以抑制推定相位的精度下降。

在上述的实例中，对1符号DFT结果与相位信息之间的相位关系反转的情况进行了说明，但是也可以是规定的相位差。

在上述的实例中，DFT是按一符号为单位进行，也可以按多个符号为单位进行。而且还可以在图形检测电路10中按同一多符号为单位进行处理。

而且输入信号的幅度为-1、0、1三种，但也可以增大幅度的量化位数。在这种情况下，如果DFT结果为对应于小于规定的时钟成分的值的图形，图形检测电路10就停止平均滤波器32的动作。第四实施例

图7是按照本发明第四实施例的相位推定电路方框图。图8是按照本发明第四实施例相位推定电路的动作流程图。在图7中，14是能量监测器，它用平均滤波器32的输出求出平均化后的时钟信号成分的能量，对所求得的能量和阈值进行比较，并根据比较结果输出平均滤波器32动作的ON/OFF信号。

13是图形检测电路，它通过将来自前述能量监测器的ON/OFF信号与在第二实施例中记载的方法获得的图形检测结果相结合的方式，进行平均滤波器32的ON/OFF控制。

输入端子1、信号发生电路9、输出端子51、输出端子52、DFT电路31、平均滤波器32均与第一实施例中记载的相同。

下面参考图7和图8对其动作进行说明。

与第二实施例中的情况一样，DFT电路31由输入信号和来自信号发生电路9的旋转因子求出DFT(图8的步骤201)。图形检测电路13根据DFT结果检测时钟信号成分(图8的步骤105)。平均滤波器32输出相位信息。

在1符号DFT结果为{0、0}的情况下，判断输入了未含有时钟信号成分的输入信号，并停止平均滤波器32的动作。这里，在加法器5和加法器6的输出在一符号期间为0的情况下，平均滤波器32的输出为

{2(S-1)、-2(S-1)}    (22)所以平均滤波器32的能量(电功率)可用下述的公式(23)表示。

4(S-1)²    (23)与全部具有时钟信号成分的输入信号的情况相比，其能量减少

(S-1)²/S²=(1-1/S)²    (24)倍。但是在平均化符号数目S比较大的情况下，

(1-1/S)²≌1    (25)所以和全部具有时钟信号成分的输入信号的情况相比，不会产生有任何不良的影响。

因此，由能量监测器14对平均滤波器32的输出电功率实施监测(图8的步骤111)，并且在能量低于规定值的情况下，向图形检测电路13输出平均滤波器32用的动作OFF信号(图8的步骤107)。在由能量监测器输出的信号为OFF的情况下，且在将未含有时钟信号成分的信号作为输入信号输入至图形检测电路的情况下，图形检测电路13停止平均滤波器32的动作。

而且如果图形检测电路13检测到时钟信号成分(图8的步骤104)，使平均滤波器32动作并输出运算结果(图8的步骤103)。

因此可以抑制推定相位精度的下降。

在上述的实例中，按一个符号为单位进行DFT，但也可以按多个符号为单位进行。而且在图形检测电路13中也可以按相同的多个符号为单位进行处理。

而且输入信号的幅度为-1、0、1三种，但是也可以增大幅度的量化位数。在这种情况下，如果DFT结果是比规定的时钟成分小的值，图形检测电路13就停止平均滤波器32的运行。第五实施例

图9是按照本发明第五实施例的解调电路方框图。图10是按照本发明第五实施例的解调电路的动作流程图。

采用第一实施例中的相位推定电路，并由H/W构成解调电路的一例示于图9。

在图9中，33是逆调制电路，它由乘法器15、乘法器16和加法器17构成。15、16是将平均滤波器32的输出乘以旋转因子的乘法器，17是对乘法器15和乘法器16的输出进行相加运算的加法器，53是加法器17的输出端子。

40是触发电路，它用再生时钟信号由输入信号求出解调数据。

其它均与如图1所示的第一实施例相同，即由输入端子1、信号发生电路9、DFT电路31、平均滤波器32构成相位推定电路。

下面对其动作进行说明。

DFT电路31由输入信号和来自信号发生电路9的旋转因子求出DFT(图10的步骤201)，平均滤波器32输出相位信息(图10的步骤102)。逆调制电路33从相位信息生成再生时钟信号(图10的步骤107、108)。

通过逆调制(将所求得的相位信息乘以旋转因子)进行再生时钟信号的制作。

即：如图9所示，逆调制用乘法器15、乘法器16将平均滤波器32输出的相位信息乘以旋转因子(图10的步骤107)，再用加法器17把相乘后的结果相加(图10的步骤108)。这里，加法器的输出交替地选择乘法器15的输出和乘法器16的输出，并附加上输入信号的符号，使之与旋转因子符号一致，所以在平均滤波器32的输出由公式(16)表示情况下，滤波器再生时钟信号可以用下述的公式(26)表示。

{2S、2S、-2S、-2S}    (26)

触发电路40从所生成的时钟信号和输入信号1再生输出解调数据。

在上述的实施例中说明了第一实施例的相位推定电路，在按照第二～第四实施例的相位推定电路中，同样也可以根据相位信息输出构成解调电路。第六实施例

图11表示用第一～第四实施例的相位推定电路，利用软件对这些推定电进行控制而构成解调电路的实例。

在图11中，41为间选电路，其它均与第一实施例相同，即由信号发生电路9、DFT电路31、平均滤波器32构成相位推定电路。

下面对其动作进行说明。

相位推定电路求出来自输入端子1的输入信号的相位信息，并根据这一相位信息对输入信号的数据进行间选，再生输出解调数据。

在上述的实施例中说明了按照第一实施例的相位推定电路，在按照第二～第四实施例的相位推定电路中，同样也可以根据相位信息输出构成解调电路。

因此，在由S/W构成解调电路的情况下，可以只判明对应于解调数据的相位信息，而不需要再生时钟信号，所以解调电路的方框图就如图11所示那样简单。

如上所述，按照本发明第一方案，由于是对以符号为单位进行离散傅立叶变换的结果进行滤波，所以和原有的方式相比可以提高相位推定精度。

按照本发明第二方案，如果在输入信号中以符号为单位进行离散傅立叶变换的结果的时钟信号成分少，就停止平均滤波器的动作，所以可以防止平均滤波器的能量下降，并可以抑制噪音的影响。因此可以提高相位推定精度。

按照本发明第三方案，将输入信号中以符号为单位进行离散傅立叶变换的结果与平均滤波器输出的相位信息进行比较，并根据这一比较结果停止平均滤波器的动作，所以可以提高其相位推定精度。

按照本发明第四方案，监测平均滤波器的能量，并根据图形检测结果和能量监测结果停止平均滤波器的动作，所以可以提高其相位推定精度。

按照本发明第五方案，对来自相位推定电路的相位信息进行逆调制，并再生出时钟信号，所以可以获得输入信号的解调数据。

按照本发明第六方案，根据来自相位推定电路的相位信息对输入信号实施间选，所以可以获得输入信号的解调数据。