本发明涉及数据相位追随装置、数据相位追随方法和通信装置。
背景技术：
近年来，伴随多媒体服务的普及和ict(informationandcommunicationtechnology：信息和通信技术)服务的利用扩大，流过基干网络的互联网吞吐量逐年不断地增加。作为驱动持续增加的吞吐量的下一代光通信技术，数字相干技术近年来受到关注(例如参照非专利文献1)。通过导入数字相干技术，能够利用数字信号处理对传输路径中的失真进行校正，能够进行高精度且宽范围的分散补偿。并且，通过使用数字相干技术，能够利用数字信号处理实现相位估计、偏振分离这样的处理，广泛使用很难实现的多值调制或偏振复用等这样的技术。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：総合報告「光通信ネットワークの大容量化に向けたディジタルコヒーレント信号処理技術の研究開発」鈴木扇太他、電子情報通信学会誌vol.95,no.12,2012,pp1100-1116
技术实现要素：
发明要解决的课题
在现有的通信装置中，根据接收信号推测接收信号的时钟，通过pll(phaselockedloop：锁相环)等再现与接收信号同步的时钟。使用该时钟进行接收信号的采样。因此，在现有的通信装置中，除了数字处理电路以外，还需要模拟vco(voltage-controlledoscillator：压控振荡器)、滤波器、da转换器等外部电路。因此，构造复杂，部件数量增加。特别是与固定振荡器相比，模拟vco价格高，噪声特性较差。
本发明正是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，得到能够简化装置结构的数据相位追随装置、数据相位追随方法和通信装置。
用于解决课题的手段
本发明的数据相位追随装置的特征在于，所述数据相位追随装置具有：fir滤波器，其利用抽头系数对采样数据进行卷积，该采样数据是对接收信号进行采样而得到的；相位差检测部，其检测根据所述fir滤波器的输出信号估计出的信号波形的同步定时与所述输出信号的采样定时之间的相位差；以及抽头系数调整部，其对所述抽头系数进行调整以减小所述相位差检测部检测到的所述相位差，由此，使所述fir滤波器的所述输出信号的所述采样定时追随所述同步定时。
发明效果
根据本发明，能够简化装置结构。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的数据相位追随装置的图。
图2是示出本发明的实施方式1的fir滤波器的图。
图3是用于说明本发明的实施方式1的fir滤波器和抽头系数调整部的动作的图。
图4是用于说明本发明的实施方式1的fir滤波器和抽头系数调整部的动作的图。
图5是示出本发明的实施方式1的fir滤波器的抽头系数的一例的图。
图6是用于说明本发明的实施方式1的数据移位部的动作的图。
图7是示出本发明的实施方式1的fifo的内部结构的图。
图8是示出本发明的实施方式1的时钟调整部的图。
图9是用于说明本发明的实施方式1的时钟调整部的动作的图。
图10是示出本发明的实施方式1的高时钟产生器的图。
图11是用于说明本发明的实施方式1的高时钟产生器的动作的图。
图12是用于说明本发明的实施方式1的时钟波形整形部的动作的图。
图13是示出本发明的实施方式2的时钟调整部的图。
图14是示出本发明的实施方式2的脉冲屏蔽器的图。
图15是示出本发明的实施方式3的时钟调整部的图。
图16是示出本发明的实施方式3的数值控制型振荡器的图。
图17是示出本发明的实施方式4的通信装置的图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式的数据相位追随装置、数据相位追随方法和通信装置进行说明。有时对相同或对应的结构要素标注相同标号并省略重复说明。
实施方式1
图1是示出本发明的实施方式1的数据相位追随装置的图。采样电路1与来自固定振荡器2的源振同步地，对作为高频模拟电信号的接收信号进行采样。串行/并行转换电路4将其采样数据转换成并行数据，与第1时钟c1同步地进行输出。fifo(firstin,firstout：先进先出)5与第1时钟c1同步地输入被转换成并行数据的采样数据进行保持后，与第2时钟c2同步地读出并供给到数据移位部6。通过数据移位部6后的采样数据被供给到fir滤波器7。
图2是示出本发明的实施方式1的fir滤波器的图。图3和图4是用于说明本发明的实施方式1的fir滤波器和抽头系数调整部的动作的图。fir滤波器7与第2时钟c2同步地，利用抽头系数hi(1)～hi(n)对采样数据x(n)进行卷积而生成输出信号y(n)，该采样数据x(n)是对接收信号进行采样而得到的。但是，如图3所示，在根据fir滤波器7的输出信号估计出的信号波形(发送信号的整体波形)的同步定时(发送侧采样)和输出信号的采样定时存在相位差。相位差检测部8检测该相位差。抽头系数调整部9对抽头系数进行调整以减小该相位差，由此，如图4所示，使fir滤波器7的输出信号的采样定时追随同步定时。另外，采样数据作为并行数据进行供给，但是，直接对并行数据与抽头系数的卷积进行处理，也能够同样进行相位追随。
一般而言，当按照每个样本对fir滤波器7的抽头系数进行偏移时，能够使输入信号按照每个样本提前或滞后。这里，通过设定使1个样本区间(相邻样本的间隔)各偏移1/m的抽头系数，能够使输入信号每次提前或滞后1/m样本。即，抽头系数调整部9通过对抽头系数进行控制，以比1个样本区间小的精度使fir滤波器7的输出信号的相位移位。此时，绝对的发送侧采样不变，因此，能够使fir滤波器7的输出信号的采样定时追随理想的解码的同步定时(发送侧采样)。另外，估计出的信号波形的频率对应于发送侧数据时钟频率，但是，即使第2时钟c2与发送侧数据时钟频率不同，也能够进行相位追随。
图5是示出本发明的实施方式1的fir滤波器的抽头系数的一例的图。上侧的图是一个抽头系数组的情况。也可以如下侧的图那样，在抽头系数调整部9中预先准备多个抽头系数组，并对它们进行选择。这里，示出准备对1个样本区间进行5分割而得到的5种抽头系数组的情况。但是，如果进行16、64、128分割等，则能够进行更加细微的移位调整。进而，在处理的初始取较大的移位量，在收敛后减小移位量，由此，能够高速地进行相位追随，并且降低追随后的抖动幅度。
图6是用于说明本发明的实施方式1的数据移位部的动作的图。数据移位部6使输入到fir滤波器7的采样数据以样本为单位移位。数据移位控制部10在fir滤波器7中的相位追随量超过1个样本的情况下，使数据移位部6将采样数据移位1个样本量(提前1个样本或滞后1个样本)。与此相伴，抽头系数调整部9使抽头系数返回至中心值。由此，能够连续地进行相位追随。
图7是示出本发明的实施方式1的fifo的内部结构的图。fifo5与第1时钟c1同步地输入被转换成并行数据的采样数据，并写入到内部的存储器中。该写入场所表示成写指针wp。并且，在写入采样数据进行保持后，与第2时钟c2同步地读出并供给到数据移位部6。该读出场所表示成读指针rp。写指针wp与读指针rp的差分成为fifo5中保持的数据量。
fifo控制部11在数据移位部6的移位量达到1个并行数据数(1个并行数据中包含的样本数)的情况下，对读指针rp进行更新。此时，数据移位控制部10使数据移位部6的移位量返回至初始值。由此，能够遍及多个并行数据进行相位追随。
这里，与第1时钟c1同步地进行fifo5之前的处理，与第2时钟c2同步地进行fifo5之后的fir滤波器7等的处理。第1时钟c1的频率与第2时钟c2的频率可以相同，也可以不同。在本实施方式中，第1时钟c1的频率为300mhz，第2时钟c2的频率为400mhz。该情况下，第2时钟c2的频率为第1时钟c1的频率的4/3倍。这样，如果第1时钟c1的频率小于第2时钟c2的频率，则能够减少fifo5之前的处理的耗电。这种时钟频率的转换与采样率的转换相伴，数据移位部6和fifo5具有对采样率进行转换的重采样功能。
fifo监视器12对fifo5的数据保持信息进行监视。时钟调整部13根据数据保持信息对第2时钟c2的频率进行调整，写指针wp与读指针rp的差分或各自的值收敛于规定值。
例如，fifo监视器12监视指针的差分作为数据保持信息。如果写入到fifo5中的并行数据的量与从fifo5中读出的并行数据的量相同，则指针的差分保持恒定。
但是，在后级的数据移位部6中在相位提前的方向产生了移位的情况下，从fifo5进行读出的速度高于进行写入的速度，因此，指针的差分减小。当指针的差分低于下限值时，fifo5对fifo监视器12输出下溢信号。然后，时钟调整部13降低第2时钟c2的频率，降低从fifo5进行读出的速度，fifo5之后的电路的处理速度变慢。
另一方面，在后级的数据移位部6中在相位滞后的方向产生了移位的情况下(即，未输出数据的情况下)，从fifo5进行读出的速度低于进行写入的速度，因此，指针的差分增加。当指针的差分高于上限值时，fifo5对fifo监视器12输出上溢信号。然后，时钟调整部13提高第2时钟c2的频率，提高从fifo5进行读出的速度，fifo5之后的电路的处理速度变快。
由此，能够维持fifo5中保持的数据不会枯竭或溢出的稳定状态而持续地进行相位追随。另外，fifo监视器12也可以监视写指针wp与读指针rp的中心的偏移或偏移的速度作为数据保持信息。该情况下，根据写指针wp与读指针rp的中心的偏移或偏移的速度输出下溢信号和上溢信号。
图8是示出本发明的实施方式1的时钟调整部的图。图9是用于说明本发明的实施方式1的时钟调整部的动作的图。分频器14对来自固定振荡器2的源振进行n1分频而生成第1时钟c1。在源振的频率为30ghz、n1＝100的情况下，第1时钟c1的频率为300mhz。
固定振荡器2是接收侧的振荡器，生成具有恒定频率的源振。但是，在与发送侧的振荡器之间存在收发的频率误差。当设该收发的频率误差为100ppm时，采样定时也产生100ppm的误差。相位追随中的数据移位的速度对应于该100ppm。
当设第1时钟c1的频率的4/3倍的频率为频率a时，频率a为400mhz。如上所述存在收发的频率误差，因此，很难使频率a与发送侧数据时钟频率一致。因此，时钟调整部13如下所述对第2时钟c2的频率进行调整。
分频器15对来自固定振荡器2的源振进行n2分频。在n2＝72的情况下，分频器15的输出信号的频率b为416.66…mhz。频率b被设定得比频率a高δ＝4％。高时钟产生器16产生具有相对于频率b为-δ+δ的频率c的高时钟up。低时钟产生器17产生具有相对于频率b为-δ-δ的频率d的低时钟ud。
高时钟产生器16和低时钟产生器17具有对分频器15的输出信号的脉冲的一部分进行屏蔽的脉冲屏蔽器。脉冲的追加困难，因此，如频率b那样一次生成较高的频率，然后，通过屏蔽的手法生成2个较低的频率c和频率d。
例如，针对分频器15的输出信号，当在10000脉冲之间对417脉冲进行屏蔽时，成为399.29mhz，大致成为频率a。假设δ＝500ppm，当在10000脉冲之间对(417-5)脉冲进行屏蔽时，成为399.50mhz，能够生成相对于频率a高大约526ppm的频率c。另一方面，当在10000脉冲之间对(417+5)脉冲进行屏蔽时，成为399.08mhz，能够生成相对于频率a低大约525ppm的频率d。这样，通过针对频率b的信号适当对脉冲进行屏蔽，能够生成相对于频率a为±δ的频率c和频率d。但是，频率a相对于发送侧数据时钟频率具有误差，但是，需要设定成频率c高于发送侧数据时钟频率，频率d低于发送侧数据时钟频率。
选择部18根据fifo监视器12监视的数据保持信息选择高时钟up和低时钟ud中的任意时钟并作为第2时钟c2进行输出。具体而言，在fifo5为下溢状态的情况下选择高时钟up，在上溢状态的情况下选择低时钟ud。由此，对收发的频率误差进行补偿，fifo5的数据保持状态保持稳定，因此，能够连续地进行相位追随。
如下所述，能够利用数值控制型振荡器(nco：numericalcontrolledoscillator)的动作原理简单地构成针对10000脉冲对417±5脉冲进行屏蔽的高时钟产生器16和低时钟产生器17。图10是示出本发明的实施方式1的高时钟产生器的图。图11是用于说明本发明的实施方式1的高时钟产生器的动作的图。每当分频器20针对输入信号的时钟计数规定的脉冲时，屏蔽电路19对1脉冲进行屏蔽。这里，在针对10000脉冲对422脉冲进行屏蔽的情况下，每隔10000/422＝23.69668246对1脉冲进行屏蔽。但是，脉冲以整数进行计数，因此，每当计数23脉冲时，由锁存器21和加法器22对小数点以下进行累积，在成为整数时，以24脉冲计数对1脉冲进行屏蔽。由此，能够执行每个上述有理数的脉冲屏蔽。另外，当对时钟的脉冲进行屏蔽时，该时钟的相位大幅紊乱。但是，第2时钟c2不是对采样定时本身进行调整，而是对来自fifo5的读出速度进行控制，因此，能够通过对脉冲进行屏蔽这样的简易手法进行频率调整。另外，低时钟产生器17的结构和动作也是同样的。
从时钟调整部13输出的第2时钟c2的一部分脉冲被屏蔽，存在较大的抖动。因此，由时钟波形整形部23对从时钟调整部13输出的第2时钟c2进行波形整形以减少抖动。
图12是用于说明本发明的实施方式1的时钟波形整形部的动作的图。时钟波形整形部23具有使周期大致均等的抖动清除的功能。能够通过利用滤波器或其他时钟的数字处理容易地构成抖动清除。将由该时钟波形整形部23减少抖动后的时钟和追随同步定时的fir滤波器7的输出信号输出到解码部，进行解码处理。
如以上说明的那样，在本实施方式中，检测根据fir滤波器7的输出信号估计出的信号波形的同步定时与输出信号的采样定时之间的相位差。对抽头系数进行调整以减小该相位差，由此，使fir滤波器7的输出信号的采样定时追随同步定时。
一般的时钟再现电路实时地对收发间的时钟的相位的滞后和提前进行交替调整，对采样时钟本身的频率和相位进行调整，从而进行同步处理。与此相对，在本实施方式中，不对交替的相位的滞后和提前进行调整，而是持续地进行一个方向的追随。这能够通过数字处理实现，因此，不需要模拟vco、滤波器、da转换器等外部电路。因此，能够简化装置结构。
并且，在对比较低频的低频信号进行通信的无线通信中，能够根据较高频率生成采样时钟并对其频率和相位进行微调整，但是，在对高频信号进行通信的光通信等中，无法应用该方法。由此，在本实施方式中，在作为采样时钟的第2时钟c2和发送侧数据时钟频率偏移的状态下持续追随相位，以对数据进行送出处理的速度对频率误差量进行调整。因此，不需要对采样时钟进行频率同步。因此，本实施方式的数据相位追随装置能够应用于对高频信号进行通信的光通信装置或无线通信装置。
实施方式2
图13是示出本发明的实施方式2的时钟调整部的图。脉冲屏蔽器24对分频器15的输出信号的脉冲的一部分进行屏蔽而生成第2时钟c2。脉冲屏蔽器24根据fifo监视器12监视的数据保持信息，调整对脉冲进行屏蔽的量。
图14是示出本发明的实施方式2的脉冲屏蔽器的图。基本结构与实施方式1的高时钟产生器16相同，但是，输入频率调整电路25的输出信号作为加法器22的输入数据。频率调整电路25的输出的初始值例如设定与频率a相当的10000/417＝23.98081535的小数点部分。因此，在已设定的小数点的值始终恒定的情况下，第2时钟c2的频率大致与频率a相同。此时，例如在降低10ppm频率的情况下，对417+0.1脉冲进行屏蔽即可，因此，成为10000/471.1＝23.97506593，针对与频率a对应的小数点的值减去0.005749。即，通过对该值进行加减运算，能够每次10ppm地对频率进行调整。
根据来自fifo监视器12的信息生成频率调整电路25的输出信号。例如，在fifo5为下溢状态的情况下，判断为第2时钟c2的频率大于发送侧数据时钟频率，降低第2时钟c2的频率，因此，从与频率a对应的小数点的值中减去上述与10ppm相当的值。通过反复进行该处理，能够使第2时钟c2收敛于比频率a低收发的频率误差量的频率。
另外，也可以根据来自相位差检测部8、抽头系数调整部9、数据移位控制部10或fifo控制部11的信息生成频率调整电路25的输出信号。如果能够在相位差检测部8中通过fft解析直接检测收发的频率误差，则容易根据该值计算频率调整电路25的输出信号。
并且，在本实施方式中，从时钟调整部13输出的第2时钟c2的一部分脉冲也被屏蔽，存在较大的抖动。因此，与实施方式1同样，由时钟波形整形部23对从时钟调整部13输出的第2时钟c2进行波形整形而减少抖动。
实施方式3
图15是示出本发明的实施方式3的时钟调整部的图。时钟调整部13具有从固定振荡器2的源振直接收敛于发送侧数据时钟频率而生成第2时钟c2的数值控制型振荡器26(nco：numericalcontrolledoscillator)。
图16是示出本发明的实施方式3的数值控制型振荡器的图。带相移的可编程分频器27以加减法器28设定的分频数对源振进行分频，生成第2时钟c2。在根据30ghz的源振生成400mhz的第2时钟c2的情况下，进行75分频。但是，与发送侧数据时钟频率之间存在例如最大±100ppm的误差。
在频率调整电路25的输出为零的情况下，其累积也成为零，加减法器28的输出成为75，因此，带相移的可编程分频器27对源振进行75分频。在设定-0.1作为频率调整电路25的输出时，以74.9进行分频，第2时钟c2成为400.534045mhz。这相对于400mhz成为+1335ppm。在-0.001的设定中，为+13.3ppm。这样，根据频率调整数据的值，能够以例如10ppm左右的单位(可以更低或更高)对第2时钟c2的频率进行调整。
例如，在fifo5为下溢状态的情况下，判断为第2时钟c2的频率大于发送侧数据时钟频率，降低第2时钟c2的频率，因此，在频率调整电路25的输出中加上规定值。作为规定值，初始从数百ppm进行设定，收敛时能够设定成数十ppm。由此，能够使第2时钟c2收敛于比频率a低收发的频率误差量的频率。
另外，作为fifo监视器12监视的信息，除了上溢和下溢以外，作为其中庸状态，如果在处于规定的保持幅度的情况下也进行输出，则能够在频率的收敛时降低控制频度而稳定化。并且，与实施方式2同样，也可以根据来自相位差检测部8、抽头系数调整部9、数据移位控制部10或fifo控制部11的信息生成频率调整电路25的输出信号。如果能够在相位差检测部8中通过fft解析直接检测收发的频率误差，则容易根据该值计算频率调整电路25的输出信号。
并且，带相移的可编程分频器27能够根据相位差检测部8提取出的相位差，使第2时钟c2的相位直接移位到发送侧数据时钟的相位。因此，能够实现同步速度的高速化以及针对突发信号的对应。
实施方式4
图17是示出本发明的实施方式4的通信装置的图。该通信装置是接收光或无线传输信号进行解调的光通信装置或无线通信装置。接收电路29接收传输信号，将其转换成模拟电信号而作为接收信号进行输出。包含采样电路1～时钟波形整形部23的数据相位追随装置的结构和处理方法与实施方式1～3相同。
在串行/并行转换电路4与fifo5之间设置有补偿电路30。补偿电路30对1.5样本/符号的并行数据进行传播特性的补偿。然后，fifo5上采样(重采样)成2样本/符号。由此，与补偿电路30对2样本/符号的并行数据进行处理相比，能够减少补偿电路30的处理所需要的耗电。特别地，补偿电路30的处理不是fir滤波器结构，而是暂时通过fft(fastfouriertransform：快速傅里叶变换)处理转换成频域，进行对其乘以传递函数等补偿处理，再次通过ifft(inversefastfouriertransform：快速傅里叶逆变换)返回至时域，在这样进行多个处理的情况下，效果较大。
解调电路31对相位差检测部8的输出信号进行解调，输出解调数据。这样，本发明能够应用于光通信装置或无线通信装置。特别是在以非同步的方式进行采样的通信装置的数据处理电路中是有用的。
另外，也可以将用于实现实施方式1～3的数据相位追随装置的功能的程序记录在计算机可读取的记录介质中，使计算机系统或可编程逻辑器件读入并执行该记录介质中记录的程序，由此进行数据相位追随装置的处理。另外，这里所说的“计算机系统”包含os和外围设备等硬件。并且，“计算机系统”还包含具有主页提供环境(或显示环境)的www系统。并且，“计算机可读取的记录介质”是指软盘、光磁盘、rom、cd-rom等移动介质以及内置于计算机系统中的硬盘等存储装置。进而，“计算机可读取的记录介质”包含如经由互联网等网络或电话线路等通信线路发送程序时作为服务器或客户端的计算机系统内部的易失性存储器(ram)那样，在一定时间内保持程序的介质。并且，上述程序也可以从在存储装置等中存储有该程序的计算机系统经由传输介质或通过传输介质中的传输波传输到其他计算机系统。这里，传输程序的“传输介质”是指，如互联网等网络(通信网)或电话线路等通信线路(通信线)那样具有传输信息的功能的介质。并且，上述程序可以用于实现所述功能的一部分。进而，也可以是能够通过与计算机系统中已经记录的程序进行组合来实现所述功能的所谓的差分文件(差分程序)。
标号说明
1：采样电路；4：串行/并行转换电路；5：fifo；6：数据移位部；7：fir滤波器；8：相位差检测部；9：抽头系数调整部；10：数据移位控制部；11：fifo控制部；12：fifo监视器；13：时钟调整部；16：高时钟产生器；17：低时钟产生器；18：选择部；23：时钟波形整形部；24：脉冲屏蔽器；26：数值控制型振荡器；29：接收电路；31：解调电路。