(57)【要約】【課題】クロック信号にデータ信号で変調を施して送信を行う場合に被変調クロック信号のＳＮＲの劣化を小さくする。【解決手段】受信機２０の被変調クロック信号が通過する帯域制限要素の通過帯域幅をＷとしたとき、送信機１０では変調器１３により１／Ｗ以上の間隔で原クロック信号をデータ信号により変化させるように変調を行って被変調クロック信号を生成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被変調クロック信号が通過する帯域制限要素の通過帯域幅をＷとしたとき、１／Ｗ以上の間隔で原クロック信号をデータ信号により変化させるように変調を行って前記被変調クロック信号を生成するステップと、
前記被変調クロック信号を送信するステップと、
を具備することを特徴とする送信方法。
【請求項２】
前記間隔は、２／Ｗ以下であることを特徴とする請求項１に記載の送信方法。
【請求項３】
前記間隔は、前記データ信号の一つの系列において全て同一であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の送信方法。
【請求項４】
前記間隔は、前記データ信号の一つの系列において全て異なることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の送信方法。
【請求項５】
前記間隔は、前記データ信号の一つの系列において時間的に後の間隔ほど大きく設定されることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の送信方法。
【請求項６】
前記原クロック信号の波形は、サイン波であることを特徴とする請求項１に記載の送信方法。
【請求項７】
前記原クロック信号の波形は、矩形波であることを特徴とする請求項１に記載の送信方法。
【請求項８】
前記変調は、オンオフキーイングであることを特徴とする請求項１に記載の送信方法。
【請求項９】
前記変調は、振幅変調であることを特徴とする請求項１に記載の送信方法。
【請求項１０】
前記帯域制限要素は、フィルタを含むことを特徴とする請求項１に記載の送信方法。
【請求項１１】
原クロック信号を生成するクロック信号生成部と、
データ信号を生成するデータ信号生成部と、
被変調クロック信号が通過する帯域制限要素の通過帯域幅をＷとしたとき、１／Ｗ以上の間隔で原クロック信号をデータ信号により変化させるように変調を行って前記被変調クロック信号を生成する変調器と、
前記被変調クロック信号を送信する送信部と、を具備することを特徴とする送信機。
【請求項１２】
前記間隔は、２／Ｗ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の送信機。
【請求項１３】
被変調クロック信号が通過する帯域制限要素の通過帯域幅をＷとしたとき、１／Ｗ以上の間隔で原クロック信号をデータ信号により変化させるように変調を行って生成される前記被変調クロック信号を受信して受信信号を得る受信部と、
前記受信信号から前記原クロック信号の成分を再生して再生クロック信号を得るクロック再生部と、
前記再生クロック信号を用いて前記受信信号をサンプリングして前記データ信号を抽出するサンプラと、を具備することを特徴とする受信機。
【請求項１４】
前記クロック再生部は、前記帯域制限要素を含むことを特徴とする請求項１３に記載の受信機。
【請求項１５】
前記クロック再生部は、フィルタを前記帯域制限要素として含むことを特徴とする請求項１３に記載の受信機。
【請求項１６】
前記クロック再生部は、前記通過帯域幅Ｗを持つフィルタを含むＰＬＬであることを特徴とする請求項１３に記載の受信機。
【請求項１７】
物理量信号を検出する検出装置に設けられた請求項１１に記載の送信機と、
検出された前記物理量信号を解析する解析装置に設けられた請求項１３に記載の受信機と、を具備することを特徴とする送受信システム。
【請求項１８】
前記検出装置は、前記物理量信号として磁気共鳴信号を検出するように構成されたプローブユニットを含み、前記解析装置は、前記磁気共鳴信号を解析して画像再構成処理を行い磁気共鳴映像信号を得る映像化ユニットを含むことを特徴とする請求項１７に記載の送受信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、クロック信号に対しデータ信号で変調を施して送信を行う送信方法と送信機、送信された信号を受信する受信機及び送受信システムに関し、特に被変調クロック信号の精度を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
クロック信号に対しデータ信号で変調を施すことにより、クロック信号にデータ信号を多重して送信する方法が知られている。ここで変調とは、データ信号により原クロック信号を変化させることによってデータ信号を多重することである。例えば、最も簡単な変調の一つであるオンオフシフトキーイング（On-Off-Keying（ＯＯＫ））では、クロック信号をそのままにした場合をオン、クロック信号の信号振幅をある一定以下もしくは０にした状態をオフと規定し、これにより１ビット分のデータ信号を送信する。特許文献１には、原クロック信号にデータ信号でＯＯＫ変調を施して送信信号を生成する方法と、これを精度よく受信する方法が示されている。
【０００３】
より複雑な変調では、クロック信号をいくつかのパターンで変化させ、それぞれの信号毎に情報を割り当てることによって、複数ビットのデータ信号を同時に送信することを可能とする。例えば、被変調クロック信号の振幅を原クロック信号の振幅の１倍、３／４倍、２／４倍、１／４倍にそれぞれ変化させることで４値の情報、すなわち２ビット分のデータ信号を送信することができる。
【特許文献１】特開２００６−２６１８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、原クロック信号をデータ信号で変調すると被変調クロック信号の精度が劣化するという問題がある。すなわち、被変調クロック信号は原クロック信号に対して変化する。この変化は、クロック信号に歪を生じさせたものと解釈することができる。信号を変化させる量が多いほど歪が多く、その結果として被変調クロック信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）が低下してしまう。このようにクロック信号に変調を施すことでデータ信号を多重して送信する方法においては、データ信号をクロック信号と同時に送信できる代わりに、被変調クロック信号のＳＮＲが劣化してしまうという問題があった。
【０００５】
この発明は、クロック信号にデータ信号で変調を施して送信を行う場合に被変調クロック信号のＳＮＲの劣化を小さくすることを可能とする送信方法、送信機、受信機及び送受信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一観点によると、被変調クロック信号が通過する帯域制限要素の通過帯域幅をＷとしたとき、１／Ｗ以上の間隔で原クロック信号をデータ信号により変化させるように変調を行って前記被変調クロック信号を生成するステップと、前記被変調クロック信号を送信するステップと、を具備することを特徴とする送信方法を提供する。
【０００７】
本発明の他の観点によると、原クロック信号を生成するクロック信号生成部と、データ信号を生成するデータ信号生成部と、被変調クロック信号が通過する帯域制限要素の通過帯域幅をＷとしたとき、１／Ｗ以上の間隔で原クロック信号をデータ信号により変化させるように変調を行って前記被変調クロック信号を生成する変調器と、前記被変調クロック信号を送信する送信部と、を具備することを特徴とする送信機を提供する。
【０００８】
本発明の別の観点によると、被変調クロック信号が通過する帯域制限要素の通過帯域幅をＷとしたとき、１／Ｗ以上の間隔で原クロック信号をデータ信号により変化させるように変調を行って生成される前記被変調クロック信号を受信して受信信号を得る受信部と、前記受信信号から前記原クロック信号の成分を再生して再生クロック信号を得るクロック再生部と、前記再生クロック信号を用いて前記受信信号をサンプリングして前記データ信号を抽出するサンプラと、を具備することを特徴とする受信機を提供する。
【０００９】
本発明の更に別の観点によると、物理量信号を検出する検出装置に設けられた前述の送信機と、検出された前記物理量信号を解析する解析装置に設けられた前述の受信機と、を具備することを特徴とする送受信システムを提供する。
【００１０】
ここで、前記検出装置は、例えば前記物理量信号として磁気共鳴信号を検出するように構成されたプローブユニットを含み、前記解析装置は、前記磁気共鳴信号を解析して画像再構成処理を行い磁気共鳴映像信号を得る映像化ユニットを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、被変調クロック信号が通過する帯域制限要素の通過帯域幅Ｗに対して１／Ｗ以上の間隔で原クロック信号をデータ信号により変化させるように変調を行うことによって、データ信号の多重による被変調クロック信号のＳＮＲの劣化を避けることができる。これにより受信側で精度の良い再生クロック信号を生成でき、あるいはまたマッチドタイミングによるタイミング検出を精度良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）  
＜送受信システムについて＞  
図１は、本発明の第１の実施形態に係る送受信システム、すなわち送信機１０と受信機２０を示している。送信機１０は、クロック信号生成部１１、データ信号生成部１２及び変調器１３を有する。
【００１４】
クロック信号生成部１１によって生成されるクロック信号（原クロック信号）と、データ信号生成部１２によって生成されるデータ信号は、変調器１３に入力される。データ信号は、一般には複数ビットの系列（データ信号系列という）である。変調器１３では、原クロック信号に対してデータ信号によって変調が施され、被変調クロック信号３１が生成される。すなわち、被変調クロック信号においてはデータ信号が多重される。ここで、被変調クロック信号３１が受信機２０において通過する帯域制限要素の通過帯域幅をＷとしたとき、変調器１３は１／Ｗ以上の間隔で原クロック信号をデータ信号により変化させるような変調を行って、被変調クロック信号３１を生成する。
【００１５】
こうして変調器１３から出力される被変調クロック信号３１は、送信機１０から有線伝送路または無線伝送路により送信され、受信機２０によって受信される。有線伝送路を用いる場合、送信機１０と受信機２０は同一のシステム（例えば、同一のコンピュータ装置）内に配置されていてもよい。すなわち、送信機１０に対して受信機２０は必ずしも遠隔地にある必要はない。
【００１６】
受信機２０は、サンプラ２１及びフェーズロックドループ（ＰＬＬ）２２を有する。送信機１０から送信されてきた被変調クロック信号３１は、サンプラ２１とＰＬＬ２２に入力される。ＰＬＬ２２では、クロック信号３２の再生が行われる。再生クロック信号３２は、サンプラ２１においてデータ信号を抽出するためにサンプラ２１に与えられる。ＰＬＬ２２は、原クロック信号の周波数を中心として通過帯域幅Ｗの周波数特性を持つものとする。より具体的には、ＰＬＬ２２は通過帯域幅Ｗのフィルタを有する。
【００１７】
無線伝送を用いる場合、送信機１０と受信機２０は上述したように同一のシステム（例えば、同一のコンピュータ装置）内に配置されていてもよいが、クロックの同期をとる必要がある２つの装置のそれぞれに設置されてもよい。
【００１８】
例えば、図２に示すように物理量信号を検出する検出装置４０と、検出装置４０によって検出された物理量信号を解析する解析装置５０との間でクロックの同期をとりたい場合に、どちらか一方に送信機１０を設置し、他方に受信機２０を設置してもよい。一般には、受信機２０と比較して送信機１０の方が装置規模が大きくなる傾向があるため、規模が小さいことが望ましい装置側に受信機２０を設置することが望ましい。例えば検出装置４０と解析装置５０を比較すると、一般に検出装置４０の方が装置規模が小さいことが望ましいため、図２に示すように検出装置４０側に受信機２０を設置することが望ましいといえる。
【００１９】
検出装置４０と解析装置５０の具体的な例としては、図２中に示されるように磁気共鳴映像装置（ＭＲＩ装置）における磁気共鳴信号（エコー信号）検出用コイル（プローブユニット）と、エコー信号を解析して画像再構成を含むデータ処理を行い、磁気共鳴映像を得る映像化ユニットが挙げられる。この際、例えば図１中のクロック信号生成部１１によって生成されるクロック信号は、解析装置５０において発生するクロック信号に置き換えられてもよい。また、図１中のデータ信号生成部１２は、解析装置４０において生成される情報をもとにデータ信号を生成してもよい。
【００２０】
一方、受信機２０は図１中のサンプラ２１から出力されるデータ信号３３とあわせて、ＰＬＬ２２から出力されるクロック信号３２を検出装置４０に供給してもよい。この場合、解析装置５０から検出装置４０へクロック信号３２に多重して送信されるデータ信号３３の例としては、信号検出を開始するタイミングを示す情報や、信号検出を行う際のゲイン調整や周波数調整といった検出パラメタを示す情報などが挙げられる。
【００２１】
＜ＰＬＬについて＞  
図３は、ＰＬＬ２２の典型的な例を示しており、位相比較器２２１、ループフィルタ２２２、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２２３及びＮ分周器２２４を有する。被変調クロック信号３１は、位相比較器２２１の第１入力端子に基準信号として入力される。位相比較器２２１の第２入力端子には、ＶＣＯ２２３により発生されたクロック信号（再生クロック信号）３２がＮ分周器２２４を介して入力されている。従って、位相比較器２２１からは第１入力端子に入力される基準信号と第２入力端子に入力されるクロック信号との位相差に対応した位相差検出信号が出力される。この位相差検出信号は、例えば低域通過フィルタを用いたループフィルタ２２２によりフィルタリングされる。これによりループフィルタ２２２においてＶＣＯ２２３の発振周波数を制御するための制御電圧が生成され、ＶＣＯ２２３の制御入力端子に与えられる。
【００２２】
この結果、ＶＣＯ２２３からは基準信号である被変調クロック信号３１に同期した再生クロック信号３２が出力される。ここで、再生クロック信号３２は、変調器１３での変調によって生じた歪が削減されてＳＮＲが向上している。すなわち、再生クロック信号３２は、精度のよいクロック信号となる。サンプラ２１では、このようにして得られる再生クロック信号３２を用いて被変調クロック信号３１をサンプリングすることにより、データ信号３３を確実に抽出することができる。
【００２３】
＜原クロック信号について＞  
次に、本実施形態で用いるクロック信号（原クロック信号）について説明する。クロック信号とは、例えば図４、図５に示されるように波形の立ち上りと立下りを周期的に繰り返す信号を表す。
【００２４】
図４に示すクロック信号は、基準レベル（例えばゼロレベル）と一方の極性の値、例えばプラスの値をとる、いわゆる不平衡信号である。この場合、例えば最小のレベル（基準レベル）から次に最小のレベルとなるまでの図４に示す区間１０１をクロック信号の１周期とする。図４のクロック信号のプラスの値から次にプラスの値をとるまでの区間を１周期としてもよい。
【００２５】
図５に示すクロック信号は、基準レベル（例えばゼロレベル）を中心にプラスの値とマイナスの値をとる、いわゆる平衡信号である。この場合は、例えば波形の立ち上がりから次の立ち上がりまでの図５に示す区間１０２をクロック信号の１周期とする。また、波形の立下りから次の立下りまでの区間をクロック信号の１周期としてもよい。いずれの場合も、１周期の時間長は同じでかつ一定である。
【００２６】
このようにして定義されるクロック信号の１周期の時間長の逆数を、クロック信号の周波数と呼ぶ。例えば、クロック信号の周期が１ｍsecの場合、周波数は１ｋＨｚとなる。
【００２７】
＜クロック信号に対する変調について＞  
次に、図６〜図９を用いてデータ信号による原クロック信号に対する変調の具体例について説明する。
【００２８】
データ信号による原クロック信号に対する変調は、一般に原クロック信号の１周期単位、あるいは１周期の整数倍単位で行われる。例えば、１周期のＮ倍単位で変調を行って生成される被変調クロック信号は、原クロック信号の１周期単位で送ることができるビット数単位でＮ回同じデータ信号が繰り返されているデータ信号系列によって原クロック信号に対して１周期単位で変調を施したに生成される被変調クロック信号と同じである。すなわち、原クロック信号に対し１周期単位で変調を行う方法によっても、１周期のＮ倍単位で変調を行うことと等価な処理が可能である。
【００２９】
以後の説明では、特に断りが無い限り原クロック信号の１周期単位での変調を例にあげて説明するが、１周期のＮ倍単位で変調を行う場合においても、等価的に本発明を適用可能であることは明らかである。
【００３０】
（ＯＯＫ変調の場合）  
図６及び図７を用いて、変調方法としてＯＯＫを用いて原クロック信号に変調を施してデータ信号を送信する方法について説明する。図６は、図４に示す不平衡信号である原クロック信号を用いた場合の例、図７は図５に示す平衡信号である原クロック信号を用いた場合の例である。
【００３１】
図６において、データ信号系列は区間２２０において送信されている。区間２２０のうち、区間２０１〜２０５では原クロック信号の信号振幅が減じられ、その他の区間では原クロック信号の元の信号振幅が維持されている。ＯＯＫのオンを１、オフを０とすると、区間２２０において送信されているデータ信号系列は、｛１，０，１，０，１，１，０，０，１，０，１｝であることが分かる。
【００３２】
同様に、図７においては、データ信号系列は区間３２０において送信されている。区間３２０のうち、区間３０１〜３０５では原クロック信号の信号振幅が減じられ、その他の区間では原クロック信号の元の信号振幅が維持されている。ＯＯＫのオンを１、オフを０とすると、区間３２０において送信されているデータ信号系列は、｛１，０，１，０，１，１，０，０，１，０，１｝であることが分かる。
【００３３】
図６の区間２０１〜２０５及び図７の区間３０１〜３０５では、変調によって原クロック信号が歪を受けているため、その結果として被変調クロック信号のＳＮＲは劣化してしまう。このように変調によってクロック信号に変化が生じた間隔は、変調を施した区間の開始点の間隔、すなわち、図６では間隔２１１〜２１４で表され、図７では間隔３１１〜３１４で表される。
【００３４】
（ＡＭ変調の場合）  
次に、図８及び図９を用いて変調方法として振幅変調（ＡＭ）を用いて原クロック信号に変調を施してデータ信号を送信する方法について説明する。図８は、図４に示す不平衡信号である原クロック信号を用いた場合の例、図９は図５に示す平衡信号である原クロック信号を用いた場合の例である。
【００３５】
図８において、データ信号系列は区間４２０で送信されている。区間４０１〜４０５では、原クロック信号の信号振幅が変化しており、その他の区間では原クロック信号の元の信号振幅が維持されている。図８の例では、元の信号振幅の１／４倍、２／４倍、３／４倍、４／４倍（すなわち元と同じ振幅）の計４通りの信号振幅がある。これら４つの信号振幅を用いることで、４段階の情報、すなわち２ビットの情報を送信することができる。例えば、原クロック信号の元の信号振幅の１／４倍、２／４倍、３／４倍、４／４倍がそれぞれ００，０１，１０，１１を表すこととすると、区間４２０で送信されているデータ信号系列は、｛１，１，０，０，１，１，１，０，１，１，１，１，０，１，０，０，１，１，０，１，１，１｝であることが分かる。
【００３６】
同様に、図９においては、データ信号系列は区間５２０で送信されている。区間５０１〜５０５では、原クロック信号の信号振幅が変化しており、その他の区間では原クロック信号の元の信号振幅が維持されている。図９の例では、元の信号振幅の１／４倍、２／４倍、３／４倍、４／４倍（すなわち元と同じ振幅）の計４通りの信号振幅がある。これら４つの信号振幅を用いることで、４段階の情報、すなわち２ビットの情報を送信することができる。図８と同様に、例えば原クロック信号の元の信号振幅の１／４倍、２／４倍、３／４倍、４／４倍がそれぞれ００，０１，１０，１１を表すこととすると、区間５２０で送信されているデータ信号系列は、｛１，１，０，０，１，１，１，０，１，１，１，１，０，１，０，０，１，１，０，１，１，１｝であることが分かる。
【００３７】
図８の区間４０１〜４０５及び図９の区間５０１〜５０５においても、変調によって原クロック信号が歪を受けているため、被変調クロック信号のＳＮＲは劣化してしまう。このように変調によってクロック信号に変化が生じた間隔は、図８では間隔４１１〜４１４で表され、図９では間隔５１１〜５１４で表される。
【００３８】
ＯＯＫやＡＭと同様に、位相シフトキーイング（ＰＳＫ）や、直交振幅変調（ＱＡＭ）を用いてデータ信号によりクロック信号に変調を施すことによっても、データ信号をクロック信号に多重して送信することが可能である。ＰＳＫの場合は、原クロック信号の位相を変化させることによって、データ信号を多重することを可能とする。ＱＡＭでは、原クロック信号の位相と振幅の両方を変化させることによって、データ信号を多重することを可能とする。いずれの場合も、データ信号によって原クロック信号を変化させた区間ではクロック信号に歪を生じさせ、被変調クロック信号のＳＮＲを劣化させる。また、変調によってクロック信号に変化が生じた間隔は、ＯＯＫやＡＭと同様に、変調を施した区間の開始点の間隔として表される。
【００３９】
＜データ信号系列について＞  
図６を使って、データ信号系列について説明する。図６においては、データ信号系列は区間２２０で送信されている。受信側においてタイミングの同期がとれており、データ信号系列が挿入されている区間が分かる場合には、区間２２０の全てのデータ信号を使って情報を送信しても良い。
【００４０】
一方、受信側においてタイミングの同期がとれておらず、データ信号の長さは既知である場合、例えば区間２２１を既知信号として、区間２２２で情報を送っても良い。このようにすると、区間２２１で送られるデータ信号によってデータ信号の先頭を検出することができるため、その後に続く区間２２２で送られている情報をとりだすことができる。また、例えば、イミングの同期を取ることを目的とする場合には、区間２２０全てを既知信号としても良い。これらの点は、図７、図８及び図９の例においても同様である。
【００４１】
＜変調によるクロック信号の変化間隔（下限）の設定方法について＞  
次に、図１０〜図１３を用いて変調による原クロック信号の変化間隔（特に下限）の設定方法について説明する。前述したように、原クロック信号に対する変調方法としては、例えばＯＯＫ，ＡＭ，ＰＳＫ，ＱＡＭなどが挙げられる。原クロック信号に変調を施すことによって、被変調クロック信号は歪を受けている。特にＰＳＫやＱＡＭといった変調は、振幅だけでなく位相までも変えてしまうため、より大きくクロック信号を歪ませる可能性がある。そのため、クロックのＳＮＲを高く保つことを考えた場合、振幅を変えることによって行う変調が望ましい。すなわち、クロック信号に対する変調方法としては、特にＯＯＫやＡＭが望ましい。
【００４２】
図１０及び図１１は、変調方法としてＯＯＫを用いた場合の送信信号（被変調クロック信号）の例を示している。図１０は、図４に示す不平衡信号である原クロック信号を用いた場合の例、図１１は図５に示す平衡信号である原クロック信号を用いた場合の例である。図１０において、データ信号系列は区間６２０で送信されている。クロック信号に歪を加えている部分、すなわちＯＯＫのオフに当たるのは、区間６０１〜６０４である。同様に、図１１において、データ信号系列は区間７２０で送信されており、クロック信号に歪を加えている部分、すなわちＯＯＫのオフに当たるのは、区間７０１〜７０４である。
【００４３】
ここで、本実施形態によれば、送信機１０からの送信信号すなわち被変調クロック信号に対して受信機２０に設けられるフィルタのような帯域制限要素の通過帯域幅がＷである場合に、図１０に示されるＯＯＫのオフが発生する区間６０１〜６０４の間隔６１１〜６１３、すなわち被変調クロック信号が変化する間隔を１／Ｗ以上に設定する。同様に、図１１に示されるＯＯＫのオフが発生する区間７０１〜７０４の間隔７１１〜７１３、すなわち被変調クロック信号が変化する間隔を１／Ｗ以上に設定する。
【００４４】
図１２及び図１３は、変調方法としてＡＭ変調を用いた場合の送信信号（被変調クロック信号）の例を示している。図１２は、図４に示す不平衡信号である原クロック信号を用いた場合の例、図１３は図５に示す平衡信号である原クロック信号を用いた場合の例である。図１２において、データ信号系列は区間６２０で送信されている。原クロック信号に歪を加えている部分、すなわちＡＭ変調によってクロック信号の信号振幅を変化させているのは、区間８０１〜８０４である。同様に、図１３において、データ信号系列は区間７２０で送信されており、クロック信号に歪を加えている部分、すなわちＡＭ変調によってクロック信号の信号振幅を変化させているのは、区間９０１〜９０４である。
【００４５】
ここで、本実施形態においては、送信機１０からの送信信号すなわち被変調クロック信号に対して受信機２０に設けられるフィルタのような帯域制限要素の通過帯域幅がＷである場合に、図１２に示されるＡＭ変調によってクロック信号の振幅が変化する区間８０１〜８０４の間隔８１１〜８１３、すなわち被変調クロック信号が変化する間隔を１／Ｗ以上に設定する。同様に、図１４に示されるＡＭ変調によってクロック信号の振幅が変化する区間９０１〜９０４の間隔９１１〜９１３、すなわち被変調クロック信号が変化する間隔を１／Ｗ以上に設定する。
【００４６】
次に、図１４を用いてデータ信号による原クロック信号に対する変調によって被変調クロック信号が変化する間隔を１／Ｗとすることによる効果を説明する。図１４は、原クロック信号の周波数を２ＭＨｚ、すなわち周期を０．５μsecとして、１周期の３回分だけオフが発生するデータ信号系列をＯＯＫによってクロック信号に多重した場合の被変調クロック信号のスペクトラムを示しており、横軸は周波数、縦軸は信号電力をそれぞれ表す。原クロック信号としては、２ＭＨｚのみに信号電力が集中するスペクトラムの信号を用いた。このような原クロック信号に対して、データ信号系列によって変調を施すと歪が生じ、２ＭＨｚ以外の信号が発生する。この歪は被変調クロック信号のＳＮＲを低下させてしまう。
【００４７】
図１４の例では、送信機１０から送信される被変調クロック信号が通過する受信機２０内のフィルタ（例えば、ループフィルタ２２２）のような帯域制限要素の通過帯域幅Ｗを０．２ＭＨｚとしている。本実施形態によれば、被変調クロック信号におけるオフの発生間隔は、帯域制限要素の通過帯域幅Ｗに対して１／Ｗ以上に設定される。この例ではＷ＝０．２ＭＨｚなので、１／Ｗ＝５μsecとなる。すなわち、本実施形態に従うと被変調クロック信号におけるオフの発生間隔を５μsec以上とする。図１４の例では、従来例として被変調クロック信号におけるオフの発生間隔を１μsecとした場合と、本実施形態に従う例としてオフの発生間隔を７μsecとした場合のスペクトラムを示している。
【００４８】
図１４の例から分かるように、被変調クロック信号におけるオフの発生間隔を１μsecとした場合には、２ＭＨｚを中心として歪が大きく広がっていることが分かる。一方、本実施形態に従って被変調クロック信号におけるオフの発生間隔を７μsecとした場合には、帯域幅Ｗの中で歪成分が一度減少していることが分かる。これは被変調クロック信号の周波数軸では、被変調クロック信号がオフの発生間隔７μsecの逆数、すなわち約１５０ｋＨｚの周期性を持つためである。その結果として、帯域幅Ｗの両端付近で歪の信号電力が大きく減少するスペクトラムとなり、帯域幅Ｗの中に生じる歪の信号電力を減少させることができる。言い換えると、帯域幅Ｗの中で比べた場合に、被変調クロック信号におけるオフの発生間隔を７μsecとすると、１μsecとした場合よりも、歪成分を小さくすることができる。
【００４９】
このように第１実施形態によって送信された被変調クロック信号は、通過帯域幅Ｗの帯域制限要素を通過した場合のＳＮＲを従来よりも高い値とすることができる。言い換えると、データ信号が変調によって多重されることにより被変調クロック信号に生じる歪成分のうち、帯域制限要素の通過帯域内に発生する信号電力を減少させることができ、その結果として従来よりも被変調クロック信号のＳＮＲの劣化を小さくすることが可能となる。
【００５０】
＜帯域制限要素の通過帯域幅Ｗについて＞  
ここで、帯域制限要素の通過帯域幅Ｗについて説明する。帯域制限要素の代表例であるフィルタは、ある周波数帯域外の信号電力を弱めるように作用するデバイスである。例えば図１２で、通過帯域が２ＭＨｚを中心として帯域幅が０．２ＭＨｚのフィルタとは、図１２中にＷで示された帯域以外の信号電力を弱めるように作用するデバイスである。
【００５１】
一般に知られているように、ほとんどの電子回路デバイスは、ある周波数帯域については信号を強めるが、別の周波数帯域では信号電力を弱めてしまうという周波数特性をもっている。具体的には、例えば増幅器は所望の周波数帯域内の信号電力を強めるように設計され、それ以外の周波数帯域については信号電力を十分に強められないか、もしくは逆に弱めてしまう特性がある。また、例えばＰＬＬは所望の周波数をもつクロックを生成するために、クロック周波数の中心付近以外の周波数にある信号電力を弱めるように設計される。本明細書では、これらのような周波数特性を持つ要素を帯域制限要素と称する。
【００５２】
通過帯域とは、それよりも外側の周波数の信号電力を十分に弱められる帯域のことをいう。信号電力を弱める程度は応用先によって異なるが、例えばある程度の精度しか求められていない応用では、通過帯域内でゲインが最も高いところと比べて、数〜数十ｄＢだけ信号電力を弱められるところとして通過帯域が規定される。また、例えば非常に高い精度を求められる応用では、８０ｄＢというような差が求められる場合もある。これら求められている精度に応じて、通過帯域幅Ｗを規定することになる。
【００５３】
本実施形態によって送信機１０から送信された被変調クロック信号が受信機２０において複数の帯域制限要素、例えば複数のフィルタや増幅器を通過した後に用いられる場合、これら複数の帯域制限要素の周波数特性を合わせた周波数特性に基づいて通過帯域幅Ｗを規定する。例えば、Ｎ個の帯域制限要素が被変調クロック信号の通過経路に存在し、それぞれの周波数特性、すなわち周波数毎の利得を表した関数がＧ１(f), Ｇ２(f), ..., ＧＮ(f)で表されるとき、これらを合わせた次式の周波数特性に基づいて通過帯域幅Ｗを規定する。
【数１】
2010118765.tif 000003
【００５４】
このように通過帯域幅Ｗを規定した上で、被変調クロック信号におけるオフの発生間隔を１／Ｗ以上に設定することにより、複数の帯域制限要素を通過してから用いられる場合の被変調クロック信号のＳＮＲを向上させることができる。
【００５５】
＜変調によるクロック信号の変化間隔（上限）の設定方法について＞  
次に、図１０〜図１３を用いて変調による原クロック信号の変化間隔の上限の設定方法について説明する。
【００５６】
本実施形態では前述したように、被変調クロック信号に対する帯域制限要素の通過帯域幅Ｗに対して、図１０〜図１３に示される被変調クロック信号におけるオフが発生する区間の間隔６１１〜６１３、７１１〜７１３、８１１〜８１３及び９１１〜９１３を１／Ｗ以上に設定するが、間隔６１１〜６１３、７１１〜７１３、８１１〜８１３及び９１１〜９１３の上限については、２／Ｗ以下とすることが望ましい。
【００５７】
次に、図１４及び図１５を用いてデータ信号による原クロック信号に対する変調によって被変調クロック信号が変化する間隔を２／Ｗ以下とすることによる効果を説明する。図１４を用いて説明したように、変調によって被変調クロック信号が変化する間隔を１／Ｗ以上とすることにより、変調によって生じる歪を帯域幅がＷである通過帯域内で減少させることができる。特に、スペクトラムにおいて信号電力が大きく落ち込む部分（ノッチという）は、一般に原クロック信号を変調によって変化させる間隔の逆数の周期で生じる。すなわち、変調によって被変調クロック信号が変化する間隔を１／Ｗとした場合、通過帯域の両端に１つずつノッチが生じる。
【００５８】
変調によって被変調クロック信号が変化する間隔を１／Ｗよりも大きくすると、ノッチは通過帯域の内側に移動する。そして間隔が２／Ｗになったとき、通過帯域の外側にあったノッチが通過帯域の両端に生じる状態になる。言い換えると、通過帯域内に２つのノッチ、通過帯域の両端にさらに２つのノッチがそれぞれ生じ、計４つのノッチが生じる状態になる。
【００５９】
図１４から明らかなように、ノッチの近傍は信号電力が落ち込んでいる。そのため、変調によって被変調クロック信号が変化する間隔を１／Ｗにすると、ノッチによって生じる信号電力の落ち込みのうち、半分しか帯域制限要素の通過帯域内に入らない。すなわち、ノッチによって生じる信号電力の落ち込みによるＳＮＲの改善を半分程度しか得られないことになる。従って、ノッチの位置をある程度内側にすることが望ましいといえる。一方で、変調によって被変調クロック信号が変化する間隔を２／Ｗまでに大きくすると、さらにその外側のノッチまでが帯域制限要素の通過帯域内に入ってきてしまう。
【００６０】
従って、帯域制限要素の通過帯域内の歪による信号電力を最も小さくする間隔は、１／Ｗから２／Ｗの間にあることが分かる。このことは、図１５の結果にも示されている。図１５は、図１４と同様の条件でオフがそれぞれ２、４、８周期分発生するデータ信号系列での通過帯域内のＳＮＲを比較している。図１５で横軸はオフの発生間隔であり、この評価条件では１／Ｗは５μsec、２／Ｗは１０μsecである。図１５に表れているように、最もＳＮＲがよくなる、変調によって被変調クロック信号が変化する間隔、すなわちオフの発生間隔は１／Ｗから２／Ｗの間に存在している。最適な間隔は変調方法や、クロック信号を変化させる周期数によって変わるため、クロック信号のＳＮＲを向上させるためには、選択したパラメタに応じて最適な間隔を用いることが望ましいといえる。
【００６１】
上述したように、被変調クロック信号のＳＮＲを向上させるためには、変調によって被変調クロック信号が変化する間隔を１／Ｗ以上にすることが望ましく、さらには当該間隔を１／Ｗ以上２／Ｗ以下にすることがより望ましい。図１４及び図１５では、変調によって被変調クロック信号が変化する間隔を全て同一とした場合の評価結果を示している。これに対し、変調によって被変調クロック信号が変化する間隔を全て異なる値にして評価した結果を図１６に示す。
【００６２】
図１６の例では、図１４及び図１５と同様の条件を用い、オフを３周期もつデータ信号系列を用いている。横軸は１つ目のオフと２つ目のオフとの間隔、縦軸は２つ目のオフと３つ目のオフとの間隔をそれぞれ表している。また、領域１００２はＳＮＲの高いところを示し、領域１００１はＳＮＲの低いところをそれぞれ示している。
【００６３】
図１６に表れているように、被変調クロック信号のＳＮＲが最も高くなるのは、変調方法や、変調によってクロック信号を変化させる周期数（データ信号系列の長さに依存する）といったパラメタに応じてきまる最適な間隔を全てのオフ間に適用した場合といえる。そのため、クロック信号のＳＮＲを向上させることを最優先する場合には、原クロック信号を変調によって変化させる間隔を全て同一とすることが望ましいといえる。従って、変調方法やクロック信号を変化させる周期数といったパラメタに応じてきまる、原クロック信号を変調によって変化させる最適な間隔の全てに適用することで、クロック信号のＳＮＲを最も向上させることが可能となる。
【００６４】
＜原クロック信号の波形について＞  
クロック信号とは、例えば図１に示されるように波形の立ち上りと立下りを周期的に繰り返す信号をいう。クロック信号の波形の立ち上がりや立下りをトリガとして、デジタル信号処理の動作を起動することができる。デジタル信号処理の動作を起動することを考えた場合、重要となるのはクロック信号の立ち上がりと立下りである。
【００６５】
立ち上がり及び立ち下がりが含まれる波形の形状は、様々にとることが可能である。例えば、最も典型的な２つの例は図１７と図１９に示される波形である。図１７は矩形波であり、立ち上がりと立下りが瞬間的に起こる。また、立ち上がり及び立ち下りの後は信号振幅が一定となる。図１７の矩形波のスペクトラムは、図１８に表されるようにクロック信号の周波数の整数倍のところに電力が分散するスペクトラムとなる。
【００６６】
図１９の波形はサイン波、コサイン波、または連続波（ＣＷ）などと呼ばれ、三角関数によって表される波形形状をもっている。スペクトラムで見ると、図１８と異なり図２０で表されるようにクロック信号の周波数のみに電力が集中する。
【００６７】
図１７及び図１８のクロック信号の典型的な波形であるが、これらの波形を完全に作り出すことは現実には難しい。例えば、図１７の波形の変化が緩やかになると、図１８のスペクトラムが図２２のように変化し、高い周波数での信号電力が減衰する。また、例えば図１８の波形が歪を受けて完全なサイン波を形成できなくなると、図２３のようにクロック信号の周波数の整数倍のところにも信号電力が分散してしまう。
【００６８】
このように原クロック信号の波形としては、図１７及び図１９のような典型的な波形に対して、図２１に示すような図１７と図１９の中間的な波形も存在する。以下の説明では、特に図１７に近い波形のクロック信号を矩形波のクロック信号と呼び、特に図１９に近い波形のクロック信号をサイン波のクロック信号と呼ぶこととする。
【００６９】
先に説明したように、本実施形態によれば被変調クロック信号の周波数を含む、帯域制限要素の通過帯域幅Ｗの中に発生する歪成分を減少させることができるため、この帯域制限要素を通過したときの被変調クロック信号のＳＮＲを従来よりも向上させることができる。一般に、帯域制限要素の通過帯域幅Ｗが小さいほど、歪の成分をより多く削減できることができるため、被変調クロック信号のＳＮＲを向上させ易いといえる。そのため、被変調クロック信号のＳＮＲを向上させることを優先させた場合には、原クロック信号の波形はサイン波が望ましいといえる。何故ならば、前述の通りサイン波のスペクトラムは図２０のようにある周波数に電力が集中しているためである。
【００７０】
一方で、クロック信号をデジタル信号処理の動作を起動するのに用いることを考えた場合、クロック信号の立ち上がりや立下りが急峻であることがのぞましい。何故ならば、信号の変化が急峻であるほど、１周期の開始点を正確に特定することができ、より正確な周期でクロックをきざむことができるからである。そのため、デジタル信号処理の動作を起動する場合の正確さを優先する場合には、原クロック信号は矩形波であることが望ましいといえる。ただし、この場合にはスペクトラムが図１８に示されるように周波数方向に広がる。このような場合にＳＮＲを改善させるためには、例えばクロック信号の周波数の各整数倍を中心として通過帯域幅Ｗをもつフィルタなどの帯域制限要素を用意して、その帯域制限要素の出力の和をクロック信号として用いても良い。図１８のような場合でも、変調によって生じる歪は、クロック信号の周波数の各整数倍を中心として帯域幅Ｗ内で小さくなるため、従来よりもＳＮＲを改善できる。
【００７１】
（第２の実施形態）  
図２４は、本発明の第２の実施形態に係る無線送受信システムを示している。送信機（無線送信機）１０においては、変調器１３から出力される被変調クロック信号３１はさらに振幅変調器１４に入力され、キャリア信号生成部１５から出力されるキャリア信号（ローカル信号）で振幅変調される。振幅変調後の被変調クロック信号、すなわちＲＦ信号３４は送信アンテナ１６から電波として放射される。
【００７２】
一方、送信機１０からアンテナ１６を介して送信されたＲＦ信号は、受信アンテナ２３によって受信され、受信機（無線受信機）２０に入力される。受信機２０において、受信アンテナ２３から出力される受信信号は、包絡線検波器２３により振幅変調に対応する復調がなされ、変調器１３から出力される被変調クロック信号３１と同等の信号が生成される。包絡線検波器２３からの出力信号は、クロック信号の周波数を含む通過帯域をもつフィルタ２４とＰＬＬ２２を通ることにより、精度のよいクロック信号３２が再生される。サンプラ２１では、このようにして得られる再生クロック信号３２を用いて、フィルタ３５から出力される被変調クロック信号３５をサンプリングすることにより、データ信号３６を確実に抽出することができる。
【００７３】
（第３の実施形態）  
図２５は、本発明の第３の実施形態に係る無線送受信システムを示し、受信機２０内にマッチドフィルタ２５が追加されている点が第２の実施形態と異なる。送信機１０から送信される被変調クロック信号３１は、受信機２０においてタイミング検出に使うことも可能である。
【００７４】
具体的には、マッチドフィルタ２５において、送信機１０で変調によって生成された被変調クロック信号３１と同じ参照信号を用意し、この参照信号と送信機１０からＲＦ信号３４として送信される被変調クロック信号との相関をとればよい。このような処理を一般にマッチドフィルタ（ＭＦ）処理と呼び、マッチドフィルタ２５から出力される相関値をＭＦ出力と呼ぶ。ＭＦ出力は、相関をとる２つの信号のタイミングが一致したときに最も高い値を持つ。この性質を使って、図２５ではＭＦ出力からタイミング検出信号３７を得ることができる。すなわち、ＭＦ出力のピークをタイミング検出信号３７として求めることができる。
【００７５】
ＭＦ出力を用いたタイミング検出の精度を高めるためには、ＭＦ出力のピークが複数に分散せず、あるタイミングだけで現れるようになっていることが望ましい。この要求を満たすためには、変調によって生成された被変調クロック信号が周期性を持っていないことが望ましい。そこで、ＭＦ出力を用いたタイミング検出の精度を高めることを優先する場合には、原クロック信号を変調によって変化させる間隔を全て異なる値にすればよい。このとき、最適な間隔にできるだけ近い値になるように設定することが望ましい。例えば、最適な間隔が周期１０個分である場合には、８、９、１１、１２といった間隔を使うことが望ましい。また明らかなように、間隔が３つある場合で最適な間隔が周期１０個分である場合には、各間隔を、１０、１１、１２とするよりも、９、１０、１１とする方が望ましい。図１６にも表れているように、最適な間隔に近い間隔を用いることで、最適な間隔を用いた場合と近いＳＮＲを達成することが可能である。
【００７６】
原クロック信号を変調によって変化させる間隔を全て異なる値にする場合に、時間的に後の間隔ほど大きくなるように設定しても良い。すなわち例えば、最適な間隔が１０周期で、オフが６つあった場合に、これらの５つの間隔をそれぞれ順に８周期、９周期、１０周期、１１周期、１２周期、というようにしてもよい。このようにすると、変調によって被変調クロック信号に生じる歪が時間的に前方に偏るため、被変調クロック信号のうちデータ信号系列が多重された区間よりも後の区間でクロック信号のＳＮＲを向上させ易くなる。このことは、データ信号系列をタイミング検出に用いて、その後にクロック信号を用いた処理を開始する場合に特に有効である。
【００７７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る送受信システムを示すブロック図
【図２】図１の送受信システムの応用例を示すブロック図
【図３】図１中のＰＬＬの詳細を示すブロック図
【図４】不平衡信号からなる原クロック信号を示す図
【図５】平衡信号からなる原クロック信号を示す図
【図６】図４の原クロック信号に対するＯＯＫ変調の例を示す図
【図７】図５の原クロック信号に対するＯＯＫ変調の例を示す図
【図８】図４の原クロック信号に対するＡＭ変調の例を示す図
【図９】図５の原クロック信号に対するＡＭ変調の例を示す図
【図１０】図４の原クロック信号の間隔をＯＯＫ変調によって変化させる例を示す図
【図１１】図５の原クロック信号の間隔をＯＯＫ変調によって変化させる例を示す図
【図１２】図４の原クロック信号の間隔をＡＭ変調によって変化させる例を示す図
【図１３】図５の原クロック信号の間隔をＡＭ変調によって変化させる例を示す図
【図１４】送信される被変調クロック信号のスペクトラムの例を示す図
【図１５】帯域制限要素の通過帯域幅内のＳＮＲの例を示す図
【図１６】帯域制限要素の通過帯域幅内のＳＮＲの例を示す図
【図１７】クロック信号の波形の例を示す図
【図１８】図１７のクロック信号のスペクトラムの例を示す図
【図１９】クロック信号の波形の他の例を示す図
【図２０】図１９のクロック信号のスペクトラムの例を示す図
【図２１】クロック信号の波形の更に別の例を示す図
【図２２】図２１のクロック信号のスペクトラムの例を示す図
【図２３】図２１のクロック信号のスペクトラムの他の例を示す図
【図２４】本発明の第２の実施形態に係る送受信システムを示すブロック図
【図２５】本発明の第３の実施形態に係る送受信システムを示すブロック図
【符号の説明】
【００７９】
１０・・・送信機
１１・・・クロック信号生成部
１２・・・データ信号生成部
１３・・・変調器
１４・・・振幅変調器
１５・・・キャリア信号発生器
１６・・・送信アンテナ
２０・・・受信機
２１・・・サンプラ
２２・・・ＰＬＬ
２３・・・包絡線検波器
２４・・・フィルタ
２５・・・マッチドフィルタ
４０・・・解析装置
５０・・・検出装置
【図１】
2010118765.tif 000004
【図２】
2010118765.tif 000005
【図３】
2010118765.tif 000006
【図４】
2010118765.tif 000007
【図５】
2010118765.tif 000008
【図６】
2010118765.tif 000009
【図７】
2010118765.tif 000010
【図８】
2010118765.tif 000011
【図９】
2010118765.tif 000012
【図１０】
2010118765.tif 000013
【図１１】
2010118765.tif 000014
【図１２】
2010118765.tif 000015
【図１３】
2010118765.tif 000016
【図１４】
2010118765.tif 000017
【図１５】
2010118765.tif 000018
【図１６】
2010118765.tif 000019
【図１７】
2010118765.tif 000020
【図１８】
2010118765.tif 000021
【図１９】
2010118765.tif 000022
【図２０】
2010118765.tif 000023
【図２１】
2010118765.tif 000024
【図２２】
2010118765.tif 000025
【図２３】
2010118765.tif 000026
【図２４】
2010118765.tif 000027
【図２５】
2010118765.tif 000028