JP4199191B2 - バイナリ信号におけるスライスレベルを設定するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、バイナリ信号におけるスライスレベルを設定するための方法及び装置に関する。

バイナリ信号の２つの信号レベルは、通常、「ハイ（high）」及び「ロー(low)」と称され、論理「１」及び論理「０」をそれぞれ表し得る。「ハイ」レベルは、例えば、＋５Ｖの信号レベルに対応し、「ロー」レベルは、例えば、グラウンド又は−５Ｖの信号レベルに対応し得る。送信されたバイナリ信号を回復する場合、どの信号部がハイであり、どの信号部がローであるのかが決定されなければならない。この目的のために、しきい値（threshold，スレッショルド）が、通常、ハイ信号レベルとロー信号レベルとの間のほぼ中間に設定される。このしきい値又は「スライスレベル」を上回るいかなる信号レベルもハイレベルを表すものと考えられ、その他の信号レベルはローとして分類される。

ノイズがある状態では、エラーがもたらされる可能性がある。ローレベル信号部にあるノイズピークは、スライスレベルを上回る可能性があり、そのため、間違ってハイレベルが検出される原因になる。従来技術は、この問題に対して単に部分的な解決策を提供するだけである。

米国特許第４，７０７，７４０号明細書は、ビデオ信号から同期信号を回復するための同期検出器を開示する。スライスレベル信号は、ビデオ信号のローレベル（「同期チップ」）部の間に調整される。この目的のために、ノイズ検出器は、このローレベル信号部の間の平均ノイズを表す出力を供給する。このノイズ検出器の出力は、ローレベル信号部の間に正のスライスレベルオフセットを生成し、ハイレベル信号部の間に同じ大きさ（magnitude）の負のオフセットを生成するように用いられる。

この従来技術の解決策は、幾つかの欠点をもつ。スライスレベル調整は断続的であり、それゆえ、何らかの検出エラーを悪化させる。更に、この調整は、ローレベル信号部のみにおけるノイズレベルに基づく。ノイズレベルが上昇するのにつれて、スライスレベルは、ハイ信号レベルに向かって無差別に押し上げられ、明らかに望ましくないハイ信号レベルに達する可能性さえある。更に、等しい大きさの正のオフセット及び負のオフセットは、対称ノイズ分布である、すなわち、ハイレベル信号のノイズピーク及びローレベル信号のノイズピークが、同じ大きさを（平均して）もつ、と仮定する。しかし、ノイズが非対称分布をもつ、すなわち、ある信号レベルのノイズピークが、他の信号レベルのノイズピークに対して異なる大きさを（平均して）もつ、多くのアプリケーションがある。このようなアプリケーションの実施例は、光学通信リンクである。

従って、本発明の目的は、従来技術の問題を解決し、ローレベル信号部及びハイレベル信号部の双方におけるノイズレベルを考慮に入れた、バイナリ信号におけるスライスレベルを設定するための方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、非対称ノイズ分布を適切に扱う、バイナリ信号におけるスライスレベルを設定するための方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、 本発明による方法を実施するための装置と、このような装置を備えるレシーバとを供給することにある。

本発明は、独立請求項によって規定される。従属請求項は、有利な実施形態を規定する。

第１の信号部の間のノイズレベルを測定すると共に、第２の信号部の間のノイズレベルを測定することによって、スライスレベルを調整する場合、双方のノイズレベルを考慮に入れることが可能になり、それゆえ、より安定した調整を達成する。連続的なスライスレベル調整を、第１の信号部及び第２の信号部の双方に適用することによって、何らかの誤った断続的な調整の悪い影響が避けられる。

好ましい実施形態では、スライスレベルが、第１の信号レベルの大きさと第２の信号レベルの大きさとの間の差の半分から、第１のノイズレベルの大きさと第２のノイズレベルの大きさとの間の差の半分を引いたものに実質的に等しい値に設定される。すなわち、スライスレベルは、好ましくは、最初は、信号レベルの間の中間に設定され、調整は上記ノイズレベル間の差の半分に等しい。信号レベルが、大きさにおいて等しいが異符号からなる場合、これらの信号レベルの差はゼロに等しいことは明らかであろう。同様に、ノイズレベルが大きさにおいて等しい場合、調整は行われないであろう。しかし、ノイズレベルが大きさにおいて等しくない場合（非対称ノイズ）、スライスレベルは、それに応じて調整され、より少ない検出エラーをもたらす。

それぞれのノイズレベルの測定は、バイナリ信号におけるピークの検出を伴うことが好ましい。ピーク検出を用いることによって、ノイズレベルの良好な標示（indication）が、容易に達成され得る。

本発明は、更に、入力信号を受け取り、ノイズ標示信号を生成するためのノイズピークレベル検出手段を有する、バイナリ信号におけるノイズレベルを検出するための装置であって、
上記ノイズピークレベル検出手段が、
バイナリ信号のＲＭＳレベルを検出するためのＲＭＳレベル検出器と、
第１のレベルの補償されたノイズ信号を第１のピーク検出器に供給するために、バイナリ信号の第１のレベルと、ＲＭＳレベルとの差を増幅するための第１の差動増幅器と、
第２のレベルの補償されたノイズ信号を第２のピーク検出器に対して生成するために、バイナリ信号の第２のレベルと、ＲＭＳレベルとの差を増幅するための第２の差動増幅器と、
を有することを特徴とする装置を提供する。この種類のノイズレベル検出器は、従来技術のノイズ検出器が検出するのに失敗することが多い、非常に小さい（５０ｍＶを下回る）ノイズピークを検出することができるという利点を有する。

本発明は、添付の図面に示される例示的な実施形態を参照して以下に詳細に説明されるであろう。

図１に示されるバイナリ信号Ｔは、２つの信号レベルをもち、一方は論理「１」を表し、他方は論理「０」を表す。双方の信号レベルは、ノイズによって同程度に損なわれる（corrupt）。この信号を受け取る際、どの信号レベルが送信されたかが決定されなければならない。この目的のために、図１に示されるように、しきい値又はスライスレベルＳＬが、平均の正の信号レベルと平均の負の信号レベルとの間のほぼ中間に設定される。論理値“１”（又は信号レベル「ハイ」）は、スライスレベルＳＬを上回る信号部に割り当てられ、論理値“０”（又は信号レベル「ロー」）は、残りの信号部に割り当てられる。得られる波形は、点線で示され、検出信号と呼ばれる。

スライスレベルを、図１の信号レベル「グラウンド」に対応する、平均の負の信号レベルと平均の正の信号レベルとの間の中間に設定することは、スライスレベルと交わるノイズピークによって生じる（検出）エラーの回数を最小にする。このように、スライスレベルとノイズピークとの間の最大距離が達成され、 両方の信号レベルのノイズピークは、ほぼ同じ大きさをもつものと仮定する。但し、図２の信号Ｔにおいては、ハイ信号期間中のノイズピークが、ロー信号期間中のノイズピークより、はるかに大きな大きさをもつ。本発明によれば、スライスレベルＳＬは、この場合、スライスレベルとノイズピークとの間の最大距離を維持するように調整され、より少ない検出エラーをもたらす。図２に示されるように、スライスレベルＳＬは、この特定の場合には、グラウンドレベルＧよりも低いレベルに設定され、それゆえ、ハイ信号部におけるノイズピークによる検出エラーの確率を低減させ、ロー信号部の間の検出エラーの十分に低い確率を維持する。

図３に示される信号Ｔは、図２の信号の様式化されたバージョンである。この信号Ｔは、振幅Ａをもつハイ（「１」）信号レベルと、振幅Ｂをもつロー（「０」）信号レベルとを有する。一般に、振幅Ａ及び振幅Ｂは、等しいけれども、共通の信号レベルＧ（例えば、グラウンド）に対して異符号をもつであろう。ハイ信号部は、振幅Ｘをもつノイズピークを有し、ロー信号部の間のノイズピークは、より小さい振幅Ｙをもつことが示されている（ロー信号レベルが、最大のノイズピークを有することも可能であることは理解されるであろう）。

本発明によれば、スライスレベルＳＬは、スライスレベルとノイズピークとの間の距離を最大にするように設定される。スライスレベルＳＬが、共通の信号レベルＧに設定される場合、ノイズピークＸとスライスレベルＳＬとの間の距離は、ノイズピーピークＹとスライスレベルとの間の距離より小さい。その結果、ノイズピークＸがスライスレベルと交わる不必要なことが起こりそうな確率が大きく、検出エラーをもたらす。しかしながら、スライスレベルＳＬが、図３に示されるように、オフセットＺの分だけ共通の信号レベルＧを下回るように設定される場合、ノイズピークＸ及びＹは等しい距離にある。このことは、数学的に説明すると、以下の式を意味する：
Ｄ＝Ａ−Ｘ＋Ｚ＝Ｂ−Ｙ−Ｚ
上記式からの結果として得られる式は：
Ｚ＝１／２（Ｂ−Ａ）＋１／２（Ｘ−Ｙ）である。
上記信号の大きさが等しい場合（Ａ＝Ｂ）、その結果として得られる式は：
Ｚ＝１／２（Ｘ−Ｙ）である。

言い換えると、上記信号の大きさが等しい場合、オフセットＺは、ノイズ（ピーク）大きさの差の半分に等しい。対称ノイズ（Ｘ＝Ｙ）の場合、この場合は、前述されたように、オフセットがゼロに等しいことを意味する。

本発明によりスライスレベルを設定するための装置は、図４にブロック図の形態で示されている。この装置１０は、第１のレベルシフタ１１及び第２のレベルシフタ１２を有し、これらのレベルシフタが、任意のデカップリングキャパシタ２１を介して入力端子１５と並列に接続されている。各入力端子１５は、グラウンドに対して信号成分ＩＮ及びＩＮＱを有する図３の信号Ｔを受け取る。第２のレベルシフタ１２において、ＤＣレベルは、ピーク検出が実施される前にノイズレベルの差を補償するように、信号成分ＩＮ及びＩＮＱから減算される。このレベルシフト後のこれらの信号成分の大きさは、それぞれ、ＩＮ’’＝ＩＮ−Ｖｃｏｎ及びＩＮＱ’’＝ＩＮＱ＋Ｖｃｏｎである。このレベルシフトされた信号成分は、その後、ピーク検出ユニット１３に渡され、該ピーク検出ユニット１３は、第１のピーク検出器１７、第２のピーク検出器１８及び差動増幅器１９を有している。第１のピーク検出器１７は、補償された（ハイレベル）信号ＩＮ’’のピークを検出し、第２のピーク検出器１８は、対応する信号ＩＮＱ’’のピークを検出する。ピーク検出器１７及び１８の出力信号は、ノイズピークレベルの差を表すノイズ標示信号Ｖｃｏｎを生成するように、差動増幅器１９によって受け取られる。好ましい実施形態では、この信号Ｖｃｏｎが、いかなる高周波ノイズをも取り除くようにローパスフィルタ１４を使用してフィルタリングされる。対称ノイズの場合、信号Ｖｃｏｎが実質的にゼロに等しいことは、上記の説明から明らかであろう。

ノイズ標示信号Ｖｃｏｎは、第１のレベルシフタ１１及び第２のレベルシフタ１２の双方に渡される。後者のレベルシフタ１２において、この信号は、上記に説明された入力信号成分ＩＮ及びＩＮＱから、Ｖｃｏｎに等しいＤＣレベルを減算するために用いられる。第１のレベルシフタ１１において、信号Ｖｃｏｎは、 Ｖｃｏｎに等しいＤＣレベルを入力信号成分ＩＮ及びＩＮＱに加算するために用いられ、ＩＮ’＝ＩＮ＋Ｖｃｏｎ及びＩＮＱ’＝ＩＮＱ−Ｖｃｏｎの大きさをそれぞれもつ出力信号成分ＩＮ’ 及びＩＮＱ’を出力端子１６にもたらす。これは、図３に示されるオフセットスライスレベルを有する信号Ｔである。

図に示すように、ノイズ標示信号Ｖｃｏｎを用いるスライスレベルの調整は連続的である。ノイズ特性が変化する場合、スライスレベルはそれに応じて調整される。例えば、非対称ノイズから対称ノイズへのノイズのタイプにおける変更さえもが考慮に入れられる。検出信号がスライスレベルを設定するためには使われないので、検出エラーを悪化させる可能性を避ける。

図４の装置の有利な実施形態が、図５に示される。ピーク検出ユニット１３及びローパスフィルタ１４は、容易に識別されることができる。図４とは対照的に、図５の差動増幅器１９は、信号Ｖｃｏｎ及び反転信号−Ｖｃｏｎの双方を生成することが示され、これらの信号の双方が、フィルタ１４によってフィルタリングされる。第１のレベルシフタ１１と、第２のレベルシフタ１２とは、トランジスタの対Ｔ１及びＴ２と、Ｔ３及びＴ４とのそれぞれによって構成され、これらのトランジスタが全て電流源Ｓ１に接続されている。各々のトランジスタの対は、差動増幅器を構成している。信号Ｖｃｏｎ及び−Ｖｃｏｎは、電流がそれぞれのトランジスタを通って流れるようにさせるので、対応するレジスタＲ１，Ｒ２，Ｒ３及びＲ４のそれぞれにおける電圧降下（すなわち、レベルシフト）をもたらす。

図６には、特に、有利なピーク検出ユニット１３が示される。ほとんどのピーク検出器は、該検出器が約５０ｍＶを上回る信号のみを検出し、そのため、明らかに、小さいノイズピークを検出されないままにするという欠点をもつ。図６のピーク検出ユニットは、ノイズがある信号のＲＭＳ（root mean square，実効）値と相対的なノイズの値を検出することによって、この問題を解決する。すなわち、絶対的ではなく、相対的なノイズ値が検出される。この目的のために、２５において上記ＲＭＳを出力するＲＭＳレベル検出器２２が設けられている。第１の差動増幅器２３は、入力信号ＴのＲＭＳと信号成分ＩＮとの差を増幅し、第２の差動増幅器２４は、該ＲＭＳと信号成分ＩＮＱとの差を増幅する。その後、これらの増幅された差は、ピーク検出器１７及び１８に供給される。このように、小さいノイズピークでさえも検出されることができる。図６のピーク検出ユニット１３は、上記に説明されたスライスレベル検出とは無関係に使用されることもできる。

ピーク検出ユニット１３の特に有利な実施形態が、図７に示される。トランジスタＴ５，Ｔ６は、レジスタＲ５及びキャパシタＣ５，Ｃ６とともに、図６のＲＭＳレベル検出器２２を構成し、これは、２５においてＲＭＳレベル値を生成する。差動増幅器Ｋ１及びトランジスタＴ７は、図６の増幅器２３を形成し、これらの対応部であるＫ２及びＴ８は、増幅器２４に対応する。キャパシタＣ７とともにトランジスタＴ９がピーク検出器１７を構成する一方で、キャパシタＣ８及びトランジスタＴ１０がピーク検出器１８を構成する。トランジスタの対Ｔ１１及びＴ１２は、差動増幅器１９を形成する。ノイズ標示信号Ｖｃｏｎ及び−Ｖｃｏｎ（図５参照）は、端子２７及び端子２８に現れる。

当業者であれば、添付される特許請求の範囲に規定される本発明の範囲から逸脱しない限りにおいて、さまざまな改良例及び変形例が実施され得ることを理解するであろう。本発明の保護の範囲が、本願明細書に説明された実施形態に限定されるものではないことに留意されたい。本発明の保護の範囲は、特許請求の範囲の参照符号によって限定されるものでもない。動詞「有する（comprising）」は、特許請求の範囲に記載されたもの以外の構成部を除外するものではない。構成要素に先行する冠詞「a(n)」は、これらの構成要素が複数存在することを除外するものではない。本発明の手段を形成する部分は両方とも、専用のハードウェアの形で又はプログラムされた目的プロセッサの形で実施され得る。本発明は、各々の新たな特徴又はこれらの特徴の組み合わせに帰するものである。

対称ノイズを含むバイナリ信号を概略的に示す図である。 対称ノイズを含むバイナリ信号を概略的に示す図である。 より詳細に図２の信号を示す概略図である。 本発明によるスライスレベルを設定するための装置を概略的に示す図である。 図４の装置の一実施形態を概略的に示す図である。 本発明によるピーク検出装置を概略的に示す図である。 図６の装置の一実施形態を概略的に示す図である。

Claims (8)

1. ノイズのあるバイナリ信号においてスライスレベルを設定する方法であって、
   前記バイナリ信号が、第１の信号部の間の第１の信号レベル及び第２の信号部の間の第２の信号レベルをもち、前記方法が、
   最初に、前記第１の信号レベルと前記第２の信号レベルとの中間のレベルに前記スライスレベルを設定するステップと、
   前記第１の信号部の間の第１のノイズレベルを測定することによって、ノイズ標示を提供するステップと、
   前記ノイズ標示を用いて前記スライスレベルを調整するステップと、を含む方法であって、
   前記ノイズ標示を提供する前記ステップが、前記第２の信号部の間の第２のノイズレベルを測定することを含み、
   前記スライスレベルを調整する前記ステップが、前記第１の信号部及び前記第２の信号部の双方の間において、同様に前記スライスレベルを調整することを含み、
   前記スライスレベルが、前記第１の信号レベルの大きさと前記第２の信号レベルの大きさとの間の差の半分から、前記第１のノイズレベルの大きさと前記第２のノイズレベルの大きさとの間の差の半分を引いたものに実質的に等しい値に設定される
   ことを特徴とする方法。
2. 各ノイズレベルの測定が、前記バイナリ信号におけるピークの検出を伴う、請求項１に記載の方法。
3. ノイズのあるバイナリ信号においてスライスレベルを設定するための装置であって、
   前記バイナリ信号を受け取るための入力端子の対と、調整されたバイナリ信号を供給するための出力端子の対との間に結合された第１のレベルシフト手段と、
   前記入力端子の対に結合された第２のレベルシフト手段と、
   前記第２のレベルシフト手段に結合され、シフトされた入力信号を受け取り、異なる信号レベルをもつ信号部の間のノイズレベルの差を示すノイズ標示信号を生成するためのピーク検出ユニットと、
   ノイズレベルの差を補償するように、前記ノイズ標示信号を、前記第１のレベルシフト手段及び前記第２のレベルシフト手段の双方に供給するローパスフィルタを含む手段であって、
   前記ローパスフィルタを含む手段が、前記ノイズ標示信号をフィルタリングするためのローパスフィルタを有する
   ことを特徴とする装置。
4. 前記ノイズピークレベル検出手段が、
   前記バイナリ信号の第１の信号レベルにおけるピークを検出し、第１のピーク検出信号を供給するための第１のピーク検出器と、
   前記バイナリ信号の第２の信号レベルにおけるピークを検出し、第２のピーク検出信号を供給するための第２のピークレベル検出器と、
   前記ノイズ標示信号を生成するように、前記第１のピーク検出信号と前記第２のピーク検出信号との差信号を増幅するための差動増幅器と、
   を有する、請求項３に記載の装置。
5. 前記第１の信号シフト手段及び前記第２の信号シフト手段が、抵抗素子と、トランジスタと、電流源との直列接続を有し、前記トランジスタのベースが、前記ノイズ標示信号を受け取るために結合される、請求３に記載の装置。
6. 前記ノイズピークレベル検出手段が、更に、
   前記バイナリ信号のＲＭＳレベルを検出するためのＲＭＳレベル検出器と、
   第１のレベルの補償されたノイズ信号を前記第１のピーク検出器に供給するために、前記バイナリ信号の前記第１のレベルと、前記ＲＭＳレベルとの差を増幅するための第１の差動増幅器と、
   第２のレベルの補償されたノイズ信号を前記第２のピーク検出器に対して生成するために、前記バイナリ信号の前記第２のレベルと、前記ＲＭＳレベルとの差を増幅するための第２の差動増幅器と、
   を有する、請求項３に記載の装置。
7. 前記ＲＭＳレベル検出器が、トランジスタと、レジスタと、キャパシタとの直列接続を有する、請求項３に記載の装置。
8. 入力信号を受け取り、ノイズ標示信号を生成するためのノイズピークレベル検出手段を有する、バイナリ信号におけるノイズレベルを検出するための装置であって、
   前記ノイズピークレベル検出手段が、
   前記バイナリ信号のＲＭＳレベルを検出するためのＲＭＳレベル検出器と、
   第１のレベルの補償されたノイズ信号を前記第１のピーク検出器に供給するために、前記バイナリ信号の前記第１のレベルと、前記ＲＭＳレベルとの差を増幅するための第１の差動増幅器と、
   第２のレベルの補償されたノイズ信号を前記第２のピーク検出器に対して生成するために、前記バイナリ信号の前記第２のレベルと、前記ＲＭＳレベルとの差を増幅するための第２の差動増幅器と、を有することを特徴とする装置。

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