JP2510827B2 - 適応スレショルド装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は適応スレショルド装置、特にデイ
ジタル伝送方式で用いられるそのような装置に関する。

【０００２】デイジタル伝送方式においては、その大き
さと位置が常に変化するいわゆる信号アイを発生し、こ
れはシンボル間干渉が生ずる領域によって分離されてい
る。このような信号アイはボー時間におけるすべての信
号波形の集まりとして定義される。ｎ個の信号レベルが
存在するときには、ｎを整数として、電圧時間領域でｎ
−１個の垂直に積み上げられた信号アイが形成される。
理想化されたデイジタル伝送方式においては、すべての
信号の変化は、信号アイの間に存在する最適のサンプリ
ング時点に収束する。これらの点は以後収束点と呼ばれ
る。実際のデイジタル転送方式においては、信号の歪み
は変化し、また予測できないものである。この結果とし
て、信号の変化は信号アイの間の点には収束しない。

【０００３】デイジタル伝送方式を使用するためには、
伝送されて来た信号が雑音のある拡散的な媒体を通って
来た後で、これを再生する必要がある。デイジタル信号
の振幅をスレショルドに関して検出するスレショルド回
路は再生プロセスで使用される。望ましくは、スレショ
ルド回路は適応的である。すなわち、これはスレショル
ドを信号アイに対して一定の位置に自動的に保つように
なっていることが望ましい。

【０００４】ある適応スレショルド回路の応用において
は、スレショルド回路の中の比較器が信号アイを通るス
レショルドに関してデイジタル信号を検出する。比較器
の出力はまた、スレショルドを最少の再生誤りで信号ア
イの中の所定の位置に自動的に保つフィードバック回路
に結合される。この所定の位置は典型的には信号アイの
中心である。ここに述べたような型の既存のスレショル
ド回路にはいくつかの制約がある。第１に利用されるフ
ィードバック回路には正確なアナログ基準信号が必要で
ある。第２に、アナログ基準信号の選択はデイジタル信
号のパルス波形を制御するのに使用されるナイキストフ
ィルタの次数によって影響を受ける。

【０００５】他の信号再生の応用では、適応トランスバ
ーサルフィルタを駆動する誤差信号を生ずるためにスレ
ショルド回路が使用される。この誤差信号はサンプリン
グ点における実際のデイジタル信号と理想化されたデイ
ジタル信号の差の極性として定義される。この第２の応
用で使用される回路は先に述べた制約を受けるし、さら
に適応的ではない。

【０００６】本発明に従えば、印加デイジタル信号が電
圧−時間領域でシンボル間干渉領域にとり囲まれた少な
くともひつの繰り返し生ずる信号アイを形成するデイジ
タル伝送方式で使用される装置が提供される。該装置は
信号アイに一致する離散的な時点でのスレショルドに対
するデイジタル信号の振幅を検出する手段と、検出され
た振幅に応動して、該スレショルドを該シンボル間干渉
領域だけを通る所定のレベルの方で駆動する修正信号を
発生する手段とを含んでいる。

【０００７】本発明の一実施例において、適応スレショ
ルド装置はデイジタル信号の振幅を信号アイと一致する
サンプリング時点でスレショルドと比較する。望ましく
は、これらのサンプリング時点はアイの開きが最大であ
る時点と一致していることが望ましい。この比較によっ
て２レベルの出力信号が与えられる。この出力信号は又
該信号−アイと相対的な所定のレベルであって信号−ア
イを囲むシンボル間干渉領域のみを通るレベルの方向に
スレショルドを単独に駆動する修正信号を発生するのに
使用される。典型的には、この所定のレベルは理想化さ
れた信号アイのパターンにおける収束点に対応する点を
通過する。従って、本発明は所定のサンプリング時点に
おいてデイジタル信号のレベルの間を区別するためだけ
でなく、適応トランスバーサルフィルタを駆動するため
の理想的な信号を与えるために利用することができる。

【０００８】本発明の特徴に従えば、修正信号の発生の
ためには正確なアナログ基準信号は必要でない。本発明
の一実施例について、以下図面を参照して説明するもの
とする。

【０００９】本発明に従う適応スレショルド回路の一例
を図１に示す。比較器１０２の入力リード１０１は４値
信号のようなデイジタル信号を受信する。比較器１０２
はリード１０３上のスレショルド振幅との関連でデイジ
タル信号の振幅を検出してリード１０４上に出力信号を
発生する。もしデイジタル信号の振幅がスレショルドよ
り高ければ、リード１０４上の出力信号の振幅は第１の
状態、例えば高レベルすなわち論理”１”となり、もし
デイジタル信号の振幅がスレショルド振幅より低けれ
ば、第２の状態、例えば低レベルすなわち論理“０”と
なる。出力リード１０４はフリップフロップ１０５のＤ
入力に接続される。フリップフロップ１０５のＣすなわ
ちクロック入力にはリード１０６上のクロック信号が与
えられる。このクロック信号は４値信号の送信シンボル
周波数（符号速度）に等しい周波数を持っており、典型
的にはリード１０１上の信号からラインクロックを回復
することによって発生される。従って、出力信号はフリ
ップフロップ１０５のリード１０７に発生され、これは
クロックパルスの変化時点における比較器の出力信号の
写しとなっている。このような変化は信号アイと一致
し、望ましくは最大のアイの開きの時点と一致してい
る。ラインクロックパルスの変化を最大の信号アイの開
きと一致させる操作は、例えば、周知のタイミング回復
回路を使用することによって容易に実現できる。

【００１０】後述するように、図１の残りの回路はスレ
ショルドの振幅を受信デイジタル信号によって発生され
た信号アイパターンのシンボル間干渉領域だけを通る予
め定められたレベルに向けて駆動する修正信号を与え
る。もちろん、本発明は４値信号に限定されるものでは
なく、２値あるいはそれ以上の信号レベルを持つデイジ
タルシステムで使用できるものである。

【００１１】ここで図２、図３および図４を参照された
い。例として示した４値信号は、図２で示すように、最
適サンプリング時点で±１ボルトおよび±３ボルトで表
される４レベルの信号である。

【００１２】現在の伝送システムでは、これらの信号レ
ベルは一定ではなく伝送路の損失の変動、信号路上の要
素の利得の制御できない変化のような種々の要因によっ
て公称の電圧値のまわりで変動する。

【００１３】信号の変動が存在しなければ、４値信号に
よって、電圧−時間領域で図３の理想的な信号アイパタ
ーンが形成される。信号アイはボー時間におけるすべて
の可能な信号変化の集合として定義される。信号アイパ
ターンは残光時間が長い陰極線管オツシロスコープの画
面に４値信号の部分を表示し、その上に連続した４値信
号を重ねて示すことによって観測することができる。従
って、信号アイはどのような瞬間にも存在するものでは
なく、発生するすべての可能なデイジタル符号の組合せ
について、充分長い時間をかけて生ずるものである。

【００１４】図３を参照すれば、図２の４値信号から三
つの垂直に積み上げられた信号アイ３０１、３０２、３
０３の連続が発生されている。３０８の印は最大のアイ
の開きの時点である最適サンプリング時点を示してい
る。一般にｎを整数としてｎ個の信号レベルを持ったデ
イジタル信号については、ｎ−１個の垂直に積み重なっ
た信号アイが形成される。寄生的な信号の変動は存在し
ないものとしているから、すべての信号の遷移点は各信
号アイの上と下に集中している。これらの点は収束点と
呼ばれ、図示した４値信号の場合は３０４、３０５、３
０６および３０７と名付けられ、＋３、−１、−１およ
び−３ボルトのそれぞれの電圧振幅を有している。これ
らの収束点は望ましいスレショルドである。例えば、遠
隔通信システムの受信機で到来デイジタル信号の振幅を
収束点に同期したスレショルド振幅と比較すれば、適応
デイジタルフィルタを駆動する理想的信号が与えられ
る。しかし、問題はシンボル間干渉やその他の要因によ
って、図３のような信号アイパターンは実際のデイジタ
ル伝送方式では存在しないということである。

【００１５】各々が±ｄまでの雑音で劣化している±３
および±１ボルトの信号レベルを持つ４値信号によって
形成される典型的な信号アイパターンを示している。３
個の垂直に重ねられた信号アイ４０１、４０２および４
０３は形成されるが、すべての信号の遷移は予め選択さ
れた点に収束することはない。実際に、形成される信号
アイは静止しておらず、位置も大きさも変化している。
このような変化は時間的にゆっくりと生ずる。従って、
垂直の信号アイのスタック４２０は次のスタック４２１
と同期せず、これはまた次のスタック４２２と同期して
いない。シンボル間干渉の領域はまた各々の信号アイを
完全にとりかこんでいる。一方図４では収束点３０４、
３０５、３０６および３０７は存在せず、図４のそれに
対応する点はシンボル間干渉の領域に入っている。基準
点４０４、４０５、４０６および４０７と名付けられた
対応する位置は信号アイ４０１と４０２あるいは４０２
と４０３の間の距離４０９の半分に等い量４０８だけ各
々の信号アイの境界からずれている。基準点４０４、４
０５、４０６および４０７はまた最大の信号アイの開き
４２０の時点に同期している。信号アイ４０１、４０２
および４０３の大きさと位置は時間の関数として変化す
るから、距離４０９従って基準点４０４、４０５、４０
６および４０７の位置もまた時間の関数として変化する
ことを理解されたい。

【００１６】図１を再び参照すれば、フィードバック回
路１２０は、比較器１０２の入力リード上のスレショル
ド振幅が基準点４０４、４０５、４０６あるいは４０７
と合ったときに、リード１０７上の論理”１”の統計的
に期待される頻度に依存する頻度を有する基準信号をリ
ード１０９上に発生する。

【００１７】スレショルド振幅が点４０４と合っている
場合を考えてみよう。リード１０７上の論理”１”の統
計的に期待される頻度Ｅ（ｆ）は実際のデイジタル信号
の統計に周知の統計的手法を適用することによって決定
できる。これに示す実施例においてはＥ（ｆ）は信号レ
ベルの確率が均等であることを仮定して決定される。従
って、サンプリング時点においては、すなわちリード１
０６上のクロックパルスの前縁あるいは後縁について
は、４値信号が＋３ボルトの最高の信号レベルにある確
率は１／４である。デイジタル信号がこのレベルにある
ときはいつでも、有限の大きさのシンボル間干渉が生ず
ると、４値信号を半分の時間の間基準点４０４の上に
し、半分の時間の間基準点４０４の下にする。この正味
の結果として、１／２の１／４すなわち時間の１／８の
間、平均としてリード１０７上に論理”１”が現れるこ
とになる。スレショルドが低すぎれば、リード１０７上
に論理”１”が生ずる確率は高くなり、スレショルドが
高すぎれば、論理”１”が生ずる確率は低くなる。

【００１８】この方法を用いれば、信号アイに一致する
時点でのシンボル間干渉の領域のみを通るスレショルド
より大きいデイジタル信号振幅の期待される頻度は、

【数１】 よって左右され、ここでｘはシンボル間干渉の特定の基
準点以上の信号レベル数 ｎは総信号レベル数 ｐ／ｑは０＜ｐ／ｑ＜１である有理数の比例定数であ
り、基準点４０４、４０５、４０６および４０７と同期
したスレショルドでは、ｐ／ｑは１／２に等しい。

【００１９】式（１）はリード１０７上の論理”１”の
統計的に期待される頻度である。一般に、式（１）で決
定されたＥ（ｆ）の値は、クロックをｑｎで分割するこ
とによって基準信号を発生するのに使用される。この基
準信号はｑｘ＋ｐで分周されたフリップフロップ１０５
のＱ出力における信号と比較される。

【００２０】Ｑ出力信号をｑｘ＋ｐで分周するプロセス
は、フリップフロップ１０５の出力における論理”１”
と一致するｑｘ＋ｐクロックサイクルごとにｑｘ＋ｐ分
周器の出力に完全なサイクルを有する信号を発生するも
のと定義される。比較器のスレショルドを所望の位置に
保つために、この比較によって修正信号が発生される。

【００２１】この手法によって、正確なアナログ基準電
圧を必要とする従来技術の欠点を除くことができる。Ｅ
（ｆ）＝１／８の場合には、論理”０”と論理”１”の
間の差の１／８にセットされ、論理”１”を下まわる平
均電圧を持つ基準信号が発生される。この方法は有効で
あり、論理”０”と論理”１”の間の１／８の基準電圧
を発生できるが、いくつかの問題が残る。第１に論理”
０”のレベルと論理”１”のレベルは典型的な場合に
は、あまり正確に制御できない。第２に、アナログ電圧
の分割は不正確である。最後に、フィードバックループ
のオフセットは結果として得られる修正信号のオフセッ
トとして現われる。

【００２２】再び図１を参照しよう。点４０４を通るス
レショルドについては、ｐ／ｑ＝１／２，ｑｎ＝８，ｑ
ｘ＋ｐ＝１である。８分周回路１０８の出力のリード１
０９には基準信号が現われる。８分周回路１０８への入
力はリード１０６上のクロック信号である。ｑｘ＋ｐ＝
１であるから、ｑｘ＋ｐ分周回路をフリップフロップ１
０５の出力に接続する必要はなく、図１には図示してい
ない。望ましくはＮ分周回路（Ｎは例えば１６程度の大
きい値）が検出器１１０の入力路に挿入される。Ｎ分周
回路を使用することによって比較される周波数あるいは
位相差が検出器１１０の動作範囲を越える可能性を減少
する。フリップフロップ１０５のＱ出力信号をＮで分周
するプロセスはフリップフロップ１０５の出力の論理”
１”と一致したＮクロックサイクルごとにＮ分周回路１
１２の出力に完全なサイクルを持つ信号を発生させるプ
ロセスである。

【００２３】検出器１１０は周波数差を検出し、リード
１１５と１１６の信号の間の周波数差と共に変化する直
流成分を持つ信号をリード１１３上に生ずる。スレショ
ルドをシンボル間干渉の領域に移動するためには、周波
数差の検出機能が必要である。これは位相制御ループの
引き込み過程と似ている。位相検出プロセスによってま
たリード１１３上にはリード１１５と１１６の信号の間
の位相差に従って変化する直流成分を有する信号が発生
する。位相差によって発生される直流成分によって、引
き込み過程が一度完成したあと、すなわちロックが完成
したあとでは、スレショルド位置が保たれることにな
る。これは位相制御ループの追尾に似ている。検出器１
１０の上述した機能はモトローラセミコンダクター社の
位相−周波数検出器ＭＣ１２０４０のような市販の回路
を用いて実現することができる。

【００２４】リード１１３上の直流信号成分はループフ
ィルタ１１４を通った後リード１０３の供給される。ル
ープフィルタ１１４は図１の回路に２次のループ構成を
与える高利得アクティブフィルタであることが望まし
い。フィルタ１１３はアクティブでもパッシブでもよ
く、もし必要であれば積分器を含んでいても良い。全体
の回路の性能は位相制御ループと同一の周知の式によっ
て支配される。

【００２５】上述した説明は基準点４０４に関する適応
スレショルド回路の動作に関連している。図１の説明図
は基準点４０５、４０６および４０７に関する動作に容
易に変形することができる。式（１）を適用すれば、リ
ード１０７上の値Ｅ（ｆ）はそれぞれ３／８，５／８，
７／８となる。従って、基準点４０５、４０６および４
０７に関する動作に対してはフリップフロップ１０５の
Ｑ出力とリード１１６の間に３分周、５分周あるいは７
分周の回路を追加する必要がある。もちろん、任意の数
のレベルを持つデイジタル信号によって形成されるスタ
ックされた信号アイの間のシンボル間干渉領域中の任意
の点のまわりの回路動作のためには８分周回路１０８も
また変更しなければならないことが理解されるであろ
う。最も一般的な場合には、フリップフロップ１０５の
Ｑ出力とリード１１６の間にはｑｘ＋ｐ分周回路が用い
られ、８分周回路１０８の代わりにはｑｎ分周回路が使
用される。これらの一般的に定義される分周回路を使用
することによって、検出器１１０に与えられる信号は、
スレショルドが所望のレベルにあるとき同一の周波数を
持つことが保証されることになる。

【００２６】さらに、もしフリップフロップ１０５のＱ
出力における論理”１”の期待される発生頻度の代り
に、フリップフロップ１０５のバーＱ出力における論
理”０”の期待される発生頻度に動作がもとずいていた
としても、本発明の動作原理は不変である。この場合に
は、論理”１”の期待される発生頻度をすべて論理”
０”の期待される発生頻度に置換し、値ｘを所望の基準
レベル以下のレベルの数と定義し直せば、上述の説明は
すべて成立する。

【００２７】また本発明は信号アイを通るスレショルド
を与えるためにも利用できることに注意されたい。この
ような応用においては、スレショルドが通ることが望ま
しい信号アイの上および下のシンボル間干渉領域で動作
するスレショルド回路のリード１０３に電圧分割器を接
続するだけで良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に従う適応スレショルド回路の説
明的ブロック図である。

【図２】図２は典型的な４値デイジタル波形の図であ
る。

【図３】図３は図２の４値信号によって形成される理想
的な信号アイパターンの図である。

【図４】図４は図２の４値信号によって形成される実際
の信号アイパターンの図である。

【符号の説明】

１０２ 比較器 １１０ 周波数、位相検出器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 印加デイジタル信号が電圧−時間領域に
   おけるシンボル間干渉の領域によって囲まれた少なくと
   も１つのくり返し生ずる信号アイを形成するデイジタル
   伝送方式で使用する装置において、該装置は該信号アイ
   と一致する離散的時点でのスレショルドに対するデイジ
   タル信号の振幅を検出する手段と、 該デイジタル信号が該スレショルドを越える実際の割合
   を決定し、決定された割合と統計的に期待される割合と
   を比較し、かつ 該実際の割合が該統計的に期待される割合に実質的に等
   しくなるように該信号アイに対して所定のレベルの方で
   のみ該スレショルドを駆動する修正信号を発生するため
   の、検出された振幅に応動する手段とを含み、該レベル
   は該シンボル間干渉の領域のみを通ることを特徴とする
   適応スレショルド装置。