JP2004282738A

JP2004282738A - 信号から干渉を適応的に除去するための方法および装置

Info

Publication number: JP2004282738A
Application number: JP2004064285A
Authority: JP
Inventors: Raymond Rizzo; レイモンド・リッツォ; Louis Regniere; ルイ・レニエ
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2004-10-07
Also published as: US20040179636A1; US7170958B2

Abstract

【課題】信号から干渉を適応的に除去するための方法および装置を説明する。
【解決手段】受信された信号は、第１の信号経路に沿って線形に増幅されて第１の信号を供給し、第２の信号経路に沿って非線形に増幅されて第２の信号を供給する。受信された信号は、第１および第２の信号経路を通って実質的に同時に伝播する。第１および第２の増幅された信号は、決定された第１および第２の重みに従った割合でそれぞれ混合されて、干渉が除去された出力信号を供給する。出力信号は、フィルタされて、出力信号のリップル包絡線に対応する第１のフィルタされた信号を生成し、そして、実質的に同時にフィルタされて、出力信号の平均ピーク検出値に対応する第２のフィルタされた信号を生成する。第１および第２のフィルタされた信号を比較してエラー信号を生成する。第１および第２の重みはエラー信号に従って決定される。
【選択図】図１

Description

背景
この発明はデータ通信に関する。より特定的には、この発明は、受信された高速データ信号から干渉を適応的に除去するための方法およびシステムに関する。

高速データ通信において、高速信号が送信媒体を介して送信機から受信機へ移動する距離を増すことが望ましい。残念ながら、損失の大きい媒体、たとえばより対銅線、またはさらには光ファイバケーブルによって搬送されるデータ信号は、周波数およびケーブル長に左右される振幅および位相歪みの影響を受ける。さらに、「表皮効果」によって、媒体損失がプリント配線板上で発生する可能性がある。補償されない場合、このような媒体損失により符号間干渉（ＩＳＩ）などの振幅およびタイミングのジッタがともにもたらされ、達成可能なビットエラーレート（ＢＥＲ）性能と、これによりリンク予算とが実質的に制限される。振幅および位相等化は、典型的には、受信機において歪みを修正するために用いられる。

適応受信機等化システムは、高速データ通信ネットワーク、たとえばＡＴＭ（１５５ＭＢｉｔｓ／ｓ）、１００ＢａｓｅＴＸＥｔｈｅｒｎｅｔ(R)（１００ＭＢｉｔｓ／ｓ）およびＦＤＤＩＴＰ−ＰＭＤ（Ｔｗｉｓｔｅｄ−ＰａｉｒＦＤＤＩ，１００Ｍｂｉｔｓ／ｓ）において歪みまたは干渉を修正するために用いられてきた。

先行技術のシステムは、典型的には、可変利得を有する増幅器および／もしくはフィルタ、または信号の経路に配置される可変減衰器による何らかの種類の可変減衰を含む。これらのシステムは電力の使用見込みから不利益を有する。と言うのも、受信された信号の或る部分が消失されるからである。さらに、先行技術のシステムは、しばしば、等化を制御するために一定の振幅基準を必要とする。

たとえば、米国特許第５，９８７，０６５号は、可変利得を有する２つの高域フィルタを用いる適応等化器を記載する。２つの高域フィルタの各々の出力は２つのそれぞれのピーク検出器のうち一方に接続される。２つのピーク検出器の出力は差動増幅器において比較され、その出力を用いて、フィルタのうち一方の可変利得を制御する。他方のフィルタの利得は、比較に対する固定基準として作動するよう一定に保たれる。

米国特許第５，９２０，５９４号に記載されるようなトランスバーサルフィルタがまた、波形等化に用いるために先行技術に記載されている。しかしながら、これらの設計は、タップ要素に必要とされる厳しい公差、Ｄ／Ａコンバータで必要とされる精度および他の要素のために、実際に実現するのは難しい。
米国特許第５，９８７，０６５号明細書米国特許第５，９２０，５９４号明細書

発明の概要
「含む」という用語は、この明細書ならびに添付の特許請求の範囲において用いられる場合、上述の特徴、ステップまたは構成要素の存在を特定するものと解釈されるが、これらの用語の使用により、１つ以上の他の特徴、ステップ、構成要素またはそのグループの存在または追加が除外されないことが強調されるべきである。

したがって、信号から干渉を適応的に除去するための方法および装置が記載される。具体的な実施例に従って、受信された信号は、第１の信号経路に沿って線形に増幅されて第１の信号を供給し、第２の信号経路に沿って非線形に増幅されて第２の信号を供給する。受信された信号は、第１および第２の信号経路を通って実質的に同時に伝播する。第１および第２の増幅された信号を、決定された第１および第２の重みに従った割合でそれぞれ混合して、干渉が除去された出力信号を供給する。出力信号をフィルタして、出力信号のリップル包絡線に対応する第１のフィルタされた信号を生成し、かつ、出力信号を実質的に同時にフィルタして、出力信号の平均ピーク検出値に対応する第２のフィルタされた信号を生成する。第１および第２のフィルタされた信号を比較してエラー信号を生成する。第１および第２の重みは、エラー信号の連続サンプルをサンプリングおよび保持し、連続サンプルを比較することにより、エラー信号に従って決定される。第１および第２の重みはこの比較の結果に従って決定される。

この発明の他の目的および利点は、添付の図面に関連して、好ましい実施例の以下の詳細な説明を読むことにより当業者に理解される。添付の図面では、同じ参照番号を用いて同様の要素を示す。

好ましい実施例の詳細な説明
ここで、この発明のさまざまな局面を具体的な実施例に関連して説明する。これらの実施例を理解しやすくするために、多くの局面は、コンピュータシステムの要素によって実行することのできる動作の順序で説明される。たとえば、実施例の各々においては、特化された回路（たとえば、特化された機能を実行するために相互接続された個別の論理ゲート）、１つ以上のプロセッサによって実行されているプログラム命令またはこれら両方の組合せによってさまざまな動作を実行できることが認められる。

受信された高速データ信号から干渉を適応的に除去するためのシステムが、第１の実施例に従って図１に示される。このシステムは、第１の増幅器または増幅器チェーン（ＡＭＰ１）１１０、第２の増幅器または増幅器チェーン（ＡＭＰ２）１２０、ミキサ１３０、ミキサコントローラ１４０および誤り検出器１５０を含む。ＡＭＰ１１１０は、直列に接続される１つ以上の実質的な線形増幅器を含み、所与の帯域幅にわたって単位利得で信号を増幅する。一方、ＡＭＰ２１２０は、直列に接続される１つ以上の実質的な非線形増幅器を含み、所与の帯域幅内のより低い周波数における単位利得で信号を増幅し、かつ所与の帯域幅内のより高い周波数におけるより高い利得を与える。受信された信号Ｓは、ＡＭＰ１１１０およびＡＭＰ２１２０の両方に同時に供給される。ＡＭＰ１１１０およびＡＭＰ２１２０は伝播遅延に対して整合され、このため、信号Ｓは増幅器または増幅器チェーンＡＭＰ１１１０およびＡＭＰ２１２０をそれぞれ通過し、実際的には実質的に同時に信号Ｓ₁およびＳ₂としてミキサ１３０に到達する。

ミキサ１３０は、信号Ｓ₁およびＳ₂を混合して出力信号Ｑを生成し、この出力信号Ｑは、特定の適用例に従ってさらに処理するために受信機（図示せず）に送られる。より特定的には、ミキサ１３０内では、信号Ｓ₁およびＳ₂は各々、制御信号Ｃ₁およびＣ₂に従ってそれぞれ個々に重み付けされ、そして混合されて出力信号Ｑを生成する。出願人は、Ｓ₁およびＳ₂の重みを然るべく調整することにより、受信された信号におけるＩＳＩなどの干渉をなくすように調整できることを認めた。制御信号Ｃ₁およびＣ₂は、ミキサコントローラ１４０によって生成され、このミキサコントローラ１４０は、誤り検出器１５０によって出力されたエラー信号Ｅに応答し、この誤り検出器１５０は、受信された信号における干渉に応答する。

図２には、この発明に従った誤り検出器１５０の一実施例が示され、第１のフィルタ２１０、第２のフィルタ２２０および比較器／増幅器２３０を含む。ミキサからの出力信号Ｑが、選択的にフィルタするための第１のフィルタ２１０および第２のフィルタ２２０に供給されて、２つのそれぞれのフィルタされた信号Ｆ₁およびＦ₂を生成する。フィルタ２１０および２２０の各々は、受信された信号におけるＩＳＩなどの干渉によって、しかし異なる方法で、生じるリップルに応答する。第１のフィルタ２１０は、干渉によって生じたリップルの包絡線に応答し、すなわち同調され、その結果、リップル包絡線に対応する信号Ｆ₁を生成する。第２のフィルタ２２０は、干渉リップルピークに応答し、干渉信号のピーク検出値の平均に対応する信号Ｆ₂を生成するよう動作する。２つの信号Ｆ₁およびＦ₂を比較し、これらの間の違いを比較器／増幅器２３０において増幅してエラー信号Ｅを生成する。このエラー信号は、干渉によって生じたリップルの包絡線における分散量に比例している。したがって、（以下に記載されるように）信号における干渉をなくすように調整すると、エラー信号Ｅが小さくなる。

比例したエラー信号Ｅが生成されると、ミキサ１３０は信号Ｓ₁およびＳ₂の重みを適切に調整して、干渉をなくすように調整することができる。図３には、この発明に従ったミキサコントローラ１４０の一実施例が示され、サンプルおよび保持回路３１０、比較器３４０、カウンタ３５０およびＤ／Ａ（デジタル・アナログ）コンバータ３６０を含む。サンプルおよび保持回路３１０は、各々が別の時点で取込まれたエラー信号Ｅの少なくとも２つのサンプルを定期的にサンプリングおよび記憶するよう動作する。より特定的には、Ｅのサンプルが取込まれるたびに、サンプルは「新しい」サンプルとして記憶され、先に記憶されたサンプルは「古い」サンプルになる。サンプルおよび保持回路３１０は、たとえば低周波数発振器からクロック信号によってトリガされると、サンプルを定期的に取込む。

各クロックサイクルに応じて、新しいサンプルが取込まれ、サンプルおよび保持回路３１０は、新しいサンプルのエラー値３３０および古いサンプルのエラー値３２０を比較のために比較器３４０に供給する。ここで、比較するのに用いられる典型的なエラー値は、エラー信号のエネルギにおける変化を示すいずれの値であってもよい。たとえば、エラー値は、電圧、電流または電力値であり得る。カウンタ３５０は、比較器３４０によってカウンタ３５０に供給された信号から決定される比較の結果に従って、増分または減分される。カウンタ３５０の新しい値が、各クロックサイクルでＤ／Ａコンバータ３６０に供給される。

Ｄ／Ａコンバータ３６０は、カウンタ３５０における値、たとえば２進値に増分的に比例する電流を有するアナログ制御信号Ｃ₁と、Ｃ₁が増えると、Ｃ₁＋Ｃ₂の電流が実質的に一定となるように増分的に減る電流を有するアナログ制御信号Ｃ₂とを生成する。たとえば、０〜１５の２進値を有する４ビットカウンタを用いる場合には、Ｄ／Ａコンバータ３６０によって出力されるべき電流の１６の増分単位値ｋがあり、これらはカウンタの１６の２進値に対応する。カウンタ値が増えると、Ｃ₁電流値Ｃ₁（ｋ）が増え、Ｃ₂電流値Ｃ₂（ｋ）が減り、この場合、Ｃ₁（ｋ）＋Ｃ₂（ｋ）＝１６ｋである。したがって、簡単に示すと、Ｃ₁およびＣ₂は、この明細書では、上述の関係を示す「コンプリメンタリ」信号と記載される。動作においては、制御信号Ｃ₁およびＣ₂は、エラー信号Ｅの変化に対応するフィードバックをミキサ１３０に与える。制御信号Ｃ₁およびＣ₂の値がそれぞれ信号Ｓ₁およびＳ₂の所望の重みに対応するので、ミキサ１３０は、エラー信号Ｅが最小限となるまでＳ₁およびＳ₂の相対的な重みを調整することができる。より特定的には、電流の増分単位値ｋの各々に対応する増分単位重み値がある。

この発明に従った適応等化のための方法の一実施例であり、Ｅを最小限にするためのプロセスが図４に関連してさらに記載される。増幅器およびカウンタは最初に初期設定され
、このため、ＡＭＰ１１１０からの信号Ｓ₁にはミキサ１３０によってシステムのパラメータの範囲内の最大限の許容可能な重みが与えられ、ＡＭＰ２１２０からの信号Ｓ₂にはミキサ１３０によってシステムのパラメータの範囲内の最小限の許容可能な重みが与えられ、かつ、カウンタ３５０は０にセットされる（ステップ４００）。エラー信号Ｅの最初のサンプルはサンプルおよび保持回路３１０によって取込まれ、カウンタは１に増分される（ステップ４１０）。

次のサイクル中に、たとえば低周波数クロック信号によって決定されると、エラー信号Ｅの新しいサンプルがサンプルおよび保持回路３１０によって取込まれ（ステップ４２０）、最初のサンプルは古いサンプルになる。古いサンプルのエラー値３２０および新しいサンプルのエラー値３３０が比較器３４０で比較される（ステップ４３０）。比較器３４０は、この比較の結果に基づいて、カウンタ３５０に増分信号または減分信号を供給する。新しいサンプルのエラー値３３０が古いサンプルのエラー値３２０以下である場合（ステップ４４０）、増分信号がカウンタ３５０に供給され、カウンタ３５０がこれに応じて増分される（ステップ４５０）。一方、新しいサンプルのエラー値３３０が古いサンプルのエラー値３２０より大きい場合（ステップ４４０）、減分信号がカウンタ３５０に供給され、カウンタ３５０がこれに応じて減分される（ステップ４７０）。

いずれの場合も、カウンタにおける新しい値がＤ／Ａコンバータ３６０に供給され、対応する制御信号Ｃ₁およびＣ₂が生成され、これらは、上述のように、カウンタの値に比例したコンプリメンタリ電流値を有する。制御信号Ｃ₁およびＣ₂は、信号Ｓ₁およびＳ₂の各々の重みを調整するようにミキサ１３０に指示を与える。より特定的には、信号Ｓ₁に与えられる重みは、Ｃ₁の値が増減するのに従って増減し、信号Ｓ₂に与えられる重みは、Ｃ₂の値が増減するのに従って増減する。Ｃ₁およびＣ₂の値はともにコンプリメンタリ値であるので、カウンタの値が変更されるたびに変わる。

再び図４を参照すると、新しいサンプルのエラー値３３０が古いサンプルのエラー値３２０以下である場合（ステップ４４０）に干渉が減ることがわかる。このような場合、カウンタが増分されると（ステップ４５０）、Ｓ₁の重みは１の増分単位重み値だけ減り、Ｓ₂の重みは１の増分単位重み値だけ増える（ステップ４６０）。逆に、新しいサンプルのエラー値３３０が古いサンプルのエラー値３２０より大きい場合（ステップ４４０）に干渉が増えることがわかる。このような場合、カウンタが減分されると（ステップ４５０）、Ｓ₁の重みは１の増分単位重み値だけ増え、Ｓ₂の重みは１の増分単位重み値だけ減る（ステップ４８０）。いずれの場合も、次のサイクルにおいてサンプルおよび保持回路３１０でエラー信号Ｅの新しいサンプルを得るために、この手順が繰返される（ステップ４２０に戻る）。

上述のように、受信された信号の線形および非線形構成要素の相対的な重みを適応的に調整することにより、受信された信号は、干渉が最小限である最適な信号が受信機に供給されるように再生成される。たとえば、カウンタ値の関数としてエラー電圧Ｅを示す図５のグラフに例示されるように、カウンタ３５０が６単位の最適なカウンタ値に達すると、エラー電圧Ｅは最低限にされて６００ｍＶとなる。したがって、この場合、Ｓ₁およびＳ₂の重みは、６のカウンタ値に対応するＣ₁およびＣ₂の値がその特定の時点でミキサ１３０に入力されると、適応的に最適化される。

この発明が、その精神または本質的な特徴から逸脱することなくさまざまな特定の形態で実現可能であることを当業者は理解するだろう。現在開示されている実施例は、すべての点において例示的なものであり、限定的なものではないと考えられる。この発明の範囲は、上述の記載ではなく添付の特許請求の範囲により示され、その同等物の意味および範囲内における変更はすべて包含されることを意図する。

この発明の第１の実施例に従った、受信された高速データ信号から干渉を適応的に除去するためのシステムを示すブロック図である。この発明に従った誤り検出器の実施例を示すブロック図である。この発明に従ったミキサコントローラの実施例を示すブロック図である。この発明の実施例に従った、適応等化のための方法を示すフローチャートである。この発明の実施例に従った、カウンタ値の関数としてのエラー電圧Ｅのグラフを示す図である。

符号の説明

１１０ＡＭＰ１、１２０ＡＭＰ２、１３０ミキサ、１４０ミキサコントローラ、１５０誤り検出器、２１０第１のフィルタ、２２０第２のフィルタ、２３０比較器／増幅器、３１０サンプルおよび保持回路、３４０比較器、３５０カウンタ、３６０Ｄ／Ａコンバータ。

Claims

信号から干渉を適応的に除去する方法であって、
（ａ）受信された信号を第１の信号経路に沿って線形に増幅して、第１の信号を供給するステップと、
（ｂ）受信された信号を第２の信号経路に沿って非線形に増幅して、第２の信号を供給するステップとを含み、受信された信号は、第１および第２の信号経路を通って実質的に同時に伝播し、前記方法はさらに、
（ｃ）決定された第１および第２の重みに従った割合でそれぞれ第１および第２の増幅された信号を混合して、干渉が除去された出力信号を供給し、前記第１および第２の重みは、それらの決定に先立って初期値に設定され、前記方法はさらに、
（ｄ）出力信号をフィルタして、出力信号のリップル包絡線に対応する第１のフィルタされた信号を生成するステップと、
（ｅ）出力信号をフィルタして、出力信号の平均ピーク検出値に対応する第２のフィルタされた信号を生成するステップと、
（ｆ）第１および第２のフィルタされた信号を比較してエラー信号を生成するステップと、
（ｇ）エラー信号に従って第１および第２の重みを決定するステップと、
（ｈ）ステップ（ａ）〜（ｇ）を繰返すステップとを含む、方法。
ステップ（ｂ）は、所与の周波数帯域内のより低い周波数における単位利得で、かつ所与の周波数帯域内のより高い周波数におけるより高い利得で、受信された信号を増幅するステップを含む、請求項１に記載の方法。
ステップ（ａ）は、所与の周波数帯域にわたる単位利得で、受信された信号を増幅するステップを含む、請求項２に記載の方法。
ステップ（ｇ）は、
エラー信号の第１および第２の連続サンプルをサンプリングおよび保持するステップと、
第１および第２の連続サンプルを比較するステップと、
比較に従って第１および第２の重みを決定するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
第１および第２の重みを決定するステップは、
比較の結果に従ってカウンタ値を増分または減分するステップと、
カウンタ値を、第１および第２の重みに対応する第１および第２の重み制御信号に変換するステップとを含み、前記第１および第２の重み信号はコンプリメンタリである、請求項４に記載の方法。
信号から干渉を適応的に除去するための装置であって、
受信された信号を増幅して第１の信号を供給する１つ以上の線形増幅器を含む第１の増幅器チェーンと、
受信された信号を増幅して第２の信号を供給する１つ以上の非線形増幅器を含む第２の増幅器チェーンとを含み、受信された信号は、第１および第２の増幅器チェーンを通って実質的に同時に伝播し、前記装置はさらに、
ミキサを含み、このミキサは、第１および第２の増幅された信号を受信し、これらを、決定された第１および第２の重みに従った割合でそれぞれ混合して、干渉が除去された出力信号を供給し、前記第１および第２の重みは、それらの決定に先立って初期値に設定され、前記装置はさらに、
第１のフィルタを含み、この第１のフィルタは、出力信号をフィルタして、出力信号のリップル包絡線に対応する第１のフィルタされた信号を生成し、前記装置はさらに、
第２のフィルタを含み、この第２のフィルタは、出力信号をフィルタして、出力信号の平均ピーク検出値に対応する第２のフィルタされた信号を生成し、前記装置はさらに、
比較器を含み、この比較器は、第１および第２のフィルタされた信号を比較してエラー信号を生成し、前記装置はさらに、
ミキサコントローラを含み、このミキサコントローラは、エラー信号に従って第１および第２の重みを決定し、第１および第２の制御信号をそれぞれミキサに供給する、装置。
第２の増幅器チェーンは、所与の周波数帯域内のより低い周波数における単位利得で、かつ所与の周波数帯域内のより高い周波数におけるより高い利得で、受信された信号を増幅する、請求項６に記載の装置。
第１の増幅器チェーンは、所与の周波数帯域にわたる単位利得で、受信された信号を増幅する、請求項７に記載の装置。
ミキサコントローラは、
エラー信号の第１および第２の連続サンプルをサンプリングおよび保持するサンプルおよび保持回路と、
第１および第２の連続サンプルを比較する比較器と、
比較の結果に従ってカウンタ値を増分または減分するカウンタと、
カウンタ値を、第１および第２の重みに対応する第１および第２の重み制御信号に変換するためのＤ／Ａコンバータとを含み、前記第１および第２の重み信号はコンプリメンタリである、請求項６に記載の装置。
信号から干渉を適応的に除去するための装置であって、
受信された信号を第１の信号経路に沿って線形に増幅して、第１の信号を供給するための手段と、
受信された信号を第２の信号経路に沿って非線形に増幅して、第２の信号を供給するための手段とを含み、受信された信号は、第１および第２の信号経路を通って実質的に同時に伝播し、前記装置はさらに、
決定された第１および第２の重みに従った割合でそれぞれ第１および第２の増幅された信号を混合して、干渉が除去された出力信号を供給するための手段を含み、前記第１および第２の重みは、それらの決定に先立って初期値に設定され、前記装置はさらに、
出力信号をフィルタして、出力信号のリップル包絡線に対応する第１のフィルタされた信号を生成するための手段と、
出力信号をフィルタして、出力信号の平均ピーク検出値に対応する第２のフィルタされた信号を生成するための手段と、
第１および第２のフィルタされた信号を比較してエラー信号を生成するための手段と、
エラー信号に従って第１および第２の重みを決定するための手段とを含む、装置。
受信された信号を非線形に増幅するための手段は、所与の周波数帯域内のより低い周波数における単位利得で、かつ所与の周波数帯域内のより高い周波数におけるより高い利得で、受信された信号を増幅する、請求項１０に記載の装置。
受信された信号を線形に増幅するための手段は、所与の周波数帯域にわたる単位利得で、受信された信号を増幅する、請求項１１に記載の装置。
第１および第２の重みを決定するための手段は、
エラー信号の第１および第２の連続サンプルをサンプリングおよび保持するための手段
と、
第１および第２の連続サンプルを比較するための手段と、
比較に従って第１および第２の重みを決定するための手段とを含む、請求項１に記載の装置。
比較に従って第１および第２の重みを決定するための手段は、
比較の結果に従って、カウンタ値を記憶し、定期的に増分または減分するための手段と、
カウンタ値を、第１および第２の重みに対応する第１および第２の重み制御信号に変換するための手段とを含み、前記第１および第２の重み信号はコンプリメンタリである、請求項１３に記載の装置。