JP2013500662A - 特にマルチスタンダードなソフトウェア無線、および/またはコグニティブ無線の使用のための並列アナログ−デジタル変換器中のアナログ欠陥の訂正方法 - Google Patents
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Abstract
Description
規格の増加に加えて、伝送帯域幅の拡張は、広い帯域にわたって動作する一方で、異なる規格に適合する受信機を設計する必要性につながっている。マルチスタンダード(multi-standard)な機能性について、ソフトウェアを使用してオンラインに受信機を再構成することの可能性は、特に有益で、そのような装置のために「ソフトウェア無線」という用語を生じさせている。さらに、そのような受信機は、インテリジェントなスペクトル管理のために、周波数帯の状態のリアルタイム解析を可能にする。これは「コグニティブ無線」と呼ばれる。
-変調器への入力において信号を白くすることは、より低いオーダのものであるとき、ノイズのレベルを上げるとともに、変調器によって量子化ノイズの形を複雑にし、かつループ中のアナログ-デジタル変換器(又はADC)は、ビット数が少ない。
-変調器の信号伝達関数(STF)のゲインが1と等しくない場合、出力での同一シーケンスの乗算は、有用な信号を回復することができない。
-変調器への入力における疑似ランダムシーケンスの乗算の前に、導入された受信チェーン中で誤差を訂正できない。
マルチチャネル時間インタリーブ・アーキテクチャを備えたアナログ-デジタル変換器中で信号を処理するための方法を提案する。
-変換器のオフセット誤差を少なくとも推定するために各チャネル中のデジタル・フィルタリング
-推定されたオフセット誤差の関数として、オフセットに対する補償
が適用される。
-アナログ-デジタル変換器から発生する有用な信号を復元(reconstruct)する
-オフセット誤差を推定する
-出力として単独でオフセットを取得するために、変換器への入力としてNULL信号を印加するステップ、
-各チャネルに対するオフセット値を推定するためにデジタル・フィルタリングを使用するステップ、
-各チャネル上のオフセットの推定値を補償するステップ
を有する。
-同一の一定信号が、各チャネルに印加され、
-出力信号は、この同じ信号と、各チャネルに固有のゲインとの積に対応して、収集される、
-各チャネルからの積は、基準チャネルに関するゲイン等化の重みを各チャネルについて推定するために、基準チャネルからの積と比較される
-ここで、
-μは、定数である
-fi[n]は、
・基準チャネルおよびチャネルiからの出力信号の間の差分と、チャネルiからの出力信号の符号(sign)との積、
・または、チャネルiからの出力信号と、基準チャネルおよびチャネルiからの出力信号の間の差分の符号との積、
・チャネルiからの出力信号と、基準チャネルおよびチャネルiからの出力信号の間の差分との積、
・または、チャネルiからの出力信号の符号と、基準チャネルおよびチャネルiからの出力信号の間の差分の符号との積
である。
-yref[n]およびyi[n]は、基準チャネルおよびチャネルiからのそれぞれの出力信号であり、
-表記sgn(x)は、実数xの符号を示す。
-異なる変調器中でオフセットのミスマッチの効果を訂正する狙いだけの他の解決策とは違い、デジタル領域内の各変調器に対するオフセット値を補償し、
-追加の変調器を必要とせず、アーキテクチャ内で変調器に関連するシグマ-デルタ変換器のゲイン誤差を等化し、
-基準信号が不要であり、
-欠陥の推定および訂正に非常に短い収束時間で良好な精度を得る。
-少なくとも変換器のオフセット誤差を推定するための各チャネル中のデジタル・フィルタ、および
-推定されたオフセット誤差の関数としてオフセットを補償するための手段
を有する。
-オーダNの補間器INTは、前記信号の2つの連続するサンプル間にN-1個の0を挿入し、
-各チャネルi中のシグマ-デルタ変調器ΣΔiは、量子化ノイズを形成し、
-デジタル・フィルタH(z)は、有効な帯域の外で量子化ノイズを推定し、
-デジタル・マルチプレクサMUXは、デジタル化した出力信号を復元する。
-使用されるシグマ-デルタ変調器のアーキテクチャおよびそのオーダ(P)
-並列チャネルの数(M)
-補間率(N)
-変調器の動作周波数((N/M).feに等しいと定義されるfop、ここでfeは、変換器のサンプリング周波数である)
-各変調器からの出力におけるオフセット値に対して補償する、および
-異なるチャネルのゲインを等化する
ために処理される。
シグマ-デルタ変調器が、各チャネル中で誘発するオフセットは、SNR比中の強力な降下を引き起こすとともに、時間インタリーブ・アナログ-デジタル変換器の性能を制限する。この効果を説明するために、以下の2つのケースに分けられる。
-全ての変調器に対して同一のオフセットの場合
-様々な変調器に対して異なるオフセットの場合
ゲイン誤差とオフセット誤差とを考慮して、シグマ-デルタ変調器から出力される信号は、
-e[n]は、アナログ-デジタル変換器によって必然的に生成される量子化ノイズであり、
-NTF(z)は、ノイズ伝達関数であり、
-Oは、オフセットを示し、
-gは、ゲインを示す。
-理論オフセットと、時間インタリーブ・アーキテクチャの全てのチャネル上のくし形フィルタからの出力との間の最大誤差Er、つまり、
-最小二乗推定は、わずかに精度を改善する。Nech=100で、以前はオーダ10-7の精度が、オーダ10-8の精度になる。精度の改善は、最終的にわずかに寄生スペクトル線の振幅を減少させるだけであり、特に、10-8の精度を超えて、SNR比の大幅な改善は、現実には期待できない(図8を参照して上記に示すように)。
-推定誤差は、実際にはオフセットの値に依存しないが、くし形フィルタの周波数応答RFには依存する。
-シグマ-デルタ変調器では避けられないゲイン誤差の存在にもかかわらず、良好な精度を確保し、
-すでにデジタル復元に専用化されたリソース(特に、くし形フィルタ)とは別に、どんな追加の物理的なリソースも必要とせず、
-高速であり、プロセッサのクロックの10サイクル未満で良好な推定値への収束を提供する。
図19では、約10-6の精度が、ゲイン誤差の良好な訂正を確保し、時間インタリーブ・アーキテクチャで予想されるほぼ理想的なSNR比を維持できるようにすることが望ましいことを示している。ここで再び、重みの値の精度は、変換器の一般的な分解能nの関数として、次のように得られる。
-どんな基準信号も必要とせず、
-どんな補足的な変調器も必要とせず、
-有用な信号を復元するために既に存在しているデジタル処理に加えて、加算器と乗算器のみを使用する。
-連続的な入力信号Vinが同時に全ての変調器に印加される:この一定信号の振幅は、Vref/2の値で説明した例では固定されている、ここで、Vrefは、回路の基準電圧(他の値は、選択された振幅が変調器を不安定にしないことを条件に、選ばれうる)を示し、
-変調器からの出力信号は、変調器のゲインgi+形としてあらわれた量子化ノイズ(既に訂正されていることを前提としているため、変調器のオフセットがそれに入ることはない)乗算された入力である一定信号から形成されており、
-くし形フィルタH(z)は、各チャネルからの出力時に、信号Vin×giを回復でき、
-最小平均二乗アルゴリズム(又は確率勾配)を使用する処理、LMSと記載する、は、基準チャネルに関連する全てのチャネルに対して、ゲインを等化するように使用されるために重みwiの異なる値を計算するように適合される。
-符号データLMSを表すSD-LMS
-符号誤差LMSを表すSE-LMS
-符号データ符号誤差LMSを表すSS-LMS
などそれらの省略形のような変化形とは、推定アルゴリズムの他の種類に比べて、実装時に多大な簡潔性を提供する。
-ステップS1では、出力としてオフセットのみを取得するために、変換器への入力としてヌル信号を印加し、
-S2のステップで、各チャンネルに対するオフセット値を推定するために、デジタル・フィルタリングH(z)を使用し、かつ
-ステップS3では、補償手段MCを利用することによって、各チャネルのオフセットの推定値を補償する。
-同一の一定信号Vinが、各チャネルに印加され(ステップS4)、
-ステップS5で、この同じ信号と、各チャンネルに固有のゲインgiとの積に対応する出力信号が得られ、かつ
-各チャンネルからの積は、基準チャネルからの積と比較され(ステップS6)、各チャネルに対して、基準チャネルからの相対ゲイン等化重みwiの推定を決定する(ステップS7)。
MUX デジタル・マルチプレクサ
Claims (20)
- マルチチャネル時間インタリーブ・アーキテクチャを有するアナログ・デジタル変換器中で、信号を処理するための方法であって、
-少なくとも前記変換器のオフセット誤差を推定するために、各チャネル中でデジタル・フィルタリング(H(z))するステップと、
-推定オフセット誤差の関数として、前記オフセットに対して補償するステップと
を有することを特徴とする方法。 - 前記変換器は、各チャネル中に少なくとも1のシグマ-デルタ変調器を有し、前記デジタル・フィルタリング(H(z))は、
-アナログ・デジタル変換から発生する有用な信号を復元すること、および
-前記オフセット誤差を推定すること
の両方のために、各チャネルに適用されることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - オフセットの補償ステップは、
-出力として、単独で前記オフセットを取得するために、前記変換器への入力としてヌル信号を印加するステップ(S1)と、
-各チャネルに対するオフセット値を推定するために、前記デジタル・フィルタリングを使用するステップ(S2)と、
-各チャネル上の前記オフセットの推定値に対して補償するステップ(S3)と、
を有することを特徴とする請求項1または2のいずれか1項に記載の方法。 - 前記オフセット誤差の推定は、選択的なデジタル・ローパス・フィルタリングによって実行されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記フィルタリングは、各チャネル中のくし形フィルタ(H(z))によって適用されることを特徴とする請求項4に記載の方法。
- 前記オフセット誤差は、10-(0.3n+1.9)未満の精度で推定され、ここで、nは前記変換器の分解能(ビット数)である、ことを特徴とする請求項4または5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記精度で推定されたオフセット誤差の補償は、信号対ノイズ比の損失を3dB未満に制限することを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記デジタル・フィルタリングは、オフセットに対する補償(COF)の後、マルチチャネル・アーキテクチャの異なるチャネルにわたってゲインを等化する(EG)するために、追加的に適用されることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。
- -同一の一定信号が、各チャネルに印加され(S4)、
-前記同一の信号と各チャネルに固有のゲインとの積に対応する出力信号が収集され(S5)、
-各チャネルからの積は、基準チャネルからの積と比較され(S6)、各チャネルに対して、前記基準チャネルに関連するゲイン等化重みを推定する(S7)
ことを特徴とする請求項8に記載の方法。 - チャネルに対する重み推定は、最小平均二乗法を使用する反復処理を適用することによって実行される(S8)、ことを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記処理は、
-μは、定数であり、
-fi[n]は、
・基準チャネルおよびチャネルiからの出力信号間の差と、前記チャネルiからの出力信号の符号との積か、
・または、チャネルiからの出力信号と、基準チャネルおよびチャネルiからの出力信号間の差の符号との積か、
・または、チャネルiからの出力信号と、基準チャネルおよびチャネルiからの出力信号間の差との積か、
・または、チャネルiからの出力信号の符号と、基準チャネルおよびチャネルiからの出力信号間の差の符号との積
であることを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記処理は、
-yref[n]およびyi[n]は、基準チャネルおよびチャネルiからのそれぞれの出力信号であり、
-表記sgn(x)は、実数xの符号を表す、
ことを特徴とする請求項11に記載の方法。 - 前記等化重みは、10-(0.34n-0.65)未満の精度で推定され、ここで、nは前記変換器の分解能(ビット数)である、ことを特徴とする請求項8から12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記定数μは、反復処理の収束速度を最適化するとともに、前記精度を達成するために選択される、ことを特徴とする請求項13と組み合わせで取られる、請求項11または12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記処理中の反復回数の合計は、前記定数μの関数として選択されることを特徴とする請求項11から14のいずれか1項に記載の方法。
- 前記精度への重みの推定に基づくゲイン等化は、3dB未満まで信号対ノイズ比の損失を制限することを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 推定されるための前記重み値は、n+1とn+4との間のビット数で符号化され、ここで、nは前記変換器の分解能(ビット数)である、ことを特徴とする請求項9から15のいずれか1項に記載の方法。
- マルチチャネル時間インタリーブ・アーキテクチャを有するアナログ-デジタル変換器であって、
-少なくとも前記変換器のオフセット誤差に対する各チャネル(H(z))中のデジタル・フィルタと、
-前記推定オフセット誤差の関数として、前記オフセットに対する補償手段(MC)と、
を有することを特徴とする変換器。 - 前記変換器は、異なるチャネルのゲインを等化する(EG)手段を追加的に有するとともに、前記デジタル・フィルタはまた、前記オフセットに対する補償の後に、前記マルチチャネル・アーキテクチャの異なるチャネルにわたってゲイン等化を推定するために利用されることを特徴とする請求項18に記載の変換器。
- このプログラムがプロセッサによって実行されるとき、請求項1から17のいずれか1項に記載の方法を実行するための命令を有するコンピュータプログラム。
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