JP4578107B2 - データ信号を受信する装置および方法 - Google Patents

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Description

(関連出願のクロス・リファレンス)
米国仮特許出願第60,373,204号(発明の名称:「等化器モード・スイッチ(EQUALIZER MODE SWITCH)」、発明者名:マークマン(Markman)、パーク(Park)、ヒーオ(Heo)、および、ゲルファント(Gelfand)、出願日:2002年4月17日)の優先権をここに主張する。
米国仮特許出願第60/373,205号(発明の名称:「等化器/FECモード・スイッチ(EQUALIZER/FEC MODE SWITCH)」、発明者名:パーク(Park)、ヒーオ(Heo)、マークマン(Markman)、および、ゲルファント(Gelfand)、出願日:2002年4月17日)の優先権をここに主張する。
同時係属出願である米国仮特許出願第60/372,970号(発明の名称:「判定帰還型等化器の構造(ARCHITECTURE FOR A DECISION FEEDBACK EQUALIZER)」、発明者名:ヒーオ(Heo)、マークマン(Markman)、パーク(Park)、および、ゲルファント(Gelfand)、出願日:2002年4月16日)の優先権をここに主張する。
本発明は、一般に、高精細度テレビジョン(HDTV)受信に於けるような未知の特性および/または時間変化特性を有するチャンネルを介する信号送信の補償に使用される適応型等化器(adaptive equalizer)に関し、詳しくは、等化器/前方誤差訂正(FEC:Forward Error Correction)自動モード選択装置に関する。
米国に於ける高精細度テレビジョン(HDTV)用ATSC(Advanced Television Systems Committee)規格では、等化器は、約10.76MHzのシンボル・レートに等しい平均レートの残留側波帯(VSB)変調(HDTV用ATSC規格に応じた変調方式)により送信されるデータ・ストリームを受信する適応型フィルタである。等化器は、地上波放送チャンネルの一般的な特性であり、主にマルチパス伝送に起因する線形歪みを除去または低減しようとするものである(米国ATSCの1995年9月16日付け「ATSCディジタル・テレビジョン規格」を参照されたい)。
通信技術に使用される判定帰還型等化器(DFE:Decision Feedback Equalizer)には、一般的に、フィードフォワード型フィルタ(FFF)と帰還(フィードバック)型フィルタ(FBF)とが含まれており、一般的に、FBFが信号検出器の出力の判定により駆動され、各フィルタ係数が所望の特性に適応するように調節されて、好ましくない歪み効果を低減できる。この適応は、一般的に、信号の同期期間の間に「トレーニング・シーケンス(training sequence)」を送信することにより行われ、或いは、送信信号の特性修復技術(property restoral technique)を使用した「ブラインド・アルゴリズム(blind algorithm)」により行われる。一般的に、等化器には、等化すべきマルチパス遅延拡散(multipath delay spread)のような要因(factor)により、その各フィルタ毎に特定数のタップが設けられており、そのタップ間隔(tap spacing)Tは、一般的に(常時ではなく)、シンボル・レートに等しい。これらのフィルタの重要なパラメータの1つは、コンバージェンス(convergence:収束)レートである。このコンバージェンス・レートは、等化器の最適設定に至るコンバージェンスに必要な繰返し数(number of iterations)として定義できる。このような等化器、使用アルゴリズム、および、それらの通信技術への応用の更に詳しい分析と解説は、適切な技術文献または技術解説書、例えば、ジョン・ジー・プロアキス(John G.Proakis)氏著の「ディジタル通信(Digital Communications)」の第2版(McGraw−Hill、New York)(1989年)、セオドア・エス・ラッパポート(Theodore S. Rappaport)氏著の「ワイアレス通信(Wireless Communications)」(Prentice Hall PTR、 Saddle River、New Jersey)(1996年)、および、エイ・ピー・クラーク(A.P.Clark)氏著の「データ送信の原理(Principles of Data Transmission)」の第2版(John Wiley & Sons、New York)(1983年)を参照されたい。
(発明の概要)
本発明の1つの特徴は、判定帰還型等化器(DFE)に於いて、標準判定指示(dd:decision directed)モードとソフト判定指示(dd)モードの一方を自動的に選択してデータ信号を受信する装置が、標準判定指示モードを選択するための第1の値を呈し、或いは、ソフト判定指示モードを選択するための第2の値を呈する制御信号に応答する制御入力を有し、DFE出力信号を供給する等化器を含んでいる。この等化器は、等化器コンバージェンスを示すロック信号を供給する出力を有するロック検出器を含んでいる。上記装置は、更に、ロック検出器出力に結合されている入力と、上記制御入力に結合されており、ロック信号の特性に依存する第1と第2の値の一方を呈す出力信号を供給する出力とを有するモード・セレクタ(選択器)を含んでいる。
本発明の別の特徴は、判定帰還型等化器(DFE)に於いて、標準判定指示モードとソフト判定指示モードの一方を自動的に選択してデータ信号を受信する装置が、DFE出力信号を供給する出力と、(a)標準判定指示モードを選択するための第1の値を呈し、或いは、(b)ソフト判定指示モードを選択するための第2の値を呈する制御信号に応答する制御入力とを有する等化器を含んでいる。等化器は、等化器コンバージェンスを示すロック信号を供給する出力を有するロック検出器を含んでいる。上記等化器は、更に、ロック検出器出力に結合されている入力と、上記制御入力に結合されており、ロック信号の特性に依存する第1と第2の値の一方を呈する制御信号を供給する出力とを有するモード・セレクタを含んでいる。
本発明の更に別の特徴は、モード・セレクタにはプロセッサが含まれ、プロセッサは、モード・セレクタの入力に結合されており、所定の期間の間、第1と第2の値の間に於けるロック信号の遷移数を計数するための入力と、遷移数を所定の閾値計数値と比較する比較器と、モード・セレクタの出力に結合されており、遷移数が閾値計数値より小さいとき、第1の値を呈し、遷移数が閾値計数値より小さくないとき、第2の値を呈する第1の信号を供給する比較器出力と、を含んでいる。
本発明の更に別の特徴は、判定帰還型等化器(DFE)に於いて、標準自動切換えモードとソフト自動切換えモードの一方を自動的に選択してデータ信号を受信する装置は、標準自動切換えモードが、(a)ブラインド・モードと(b)標準判定指示モードとの一方から成り、ソフト自動切換えモードが(a)ブラインド・モードと(b)ソフト判定指示モードとの一方からなり、等化器には、第1と第2の制御値を呈する制御信号に応答するモード選択用の制御入力が含まれ、(a)第1の制御値は標準自動切換えモードを選択するためのものであり、(b)第2の制御値はソフト自動切換えモードを選択するためのものであり、更に、等化器には、それぞれ等化器コンバージェンスと等化器非コンバージェンスを示す第1と第2のロック信号値を有するロック信号を供給するロック検出器が含まれ、更に、等化器には、制御信号をモード選択用制御入力に供給する装置が含まれ、この制御信号供給装置が、第1と第2のロック信号値間に於けるロック信号の遷移のレートをモニタして制御信号を供給し、遷移のレートを遷移の閾値レートと比較して、遷移のレートが閾値レートより小さいとき、制御信号が第1の制御値を呈するようにし、遷移のレートが閾値レートより小さくないとき、制御信号が第2の制御値を呈するようにし、等化器が標準自動切換えモードに在るとき、第1の制御値を呈する制御信号の発生レートをモニタし、そのレートを発生の閾値レートと比較し、もし発生のレートが発生の閾値レートより小さい場合、制御信号が第2の制御値を呈するようにして、ソフト自動切換えモードを選択し、もし発生のレートが発生の閾値レートより小さくない場合、標準自動切換えモードが選択されたままにし、等化器がソフト自動切換えモードに在るとき、第1の制御値を呈する制御信号の発生のレートをモニタし、そのレートを発生の閾値レートと比較し、もし発生のレートが発生の閾値レートより小さくない場合、制御信号が第1の制御値を呈するようにして、標準自動切換えモードを選択し、もし発生のレートが発生の閾値レートより小さい場合、ソフト自動切換えモードが選択されたままにする。
以下、図を参照しながら、本発明を詳しく説明する。
本発明の等化器自動モード・スイッチには、3つの使用可能なモード、即ち、トレーニング・モード、ブラインド・モード、および、判定指示(dd:decision−directed)モードを有するT間隔(Tはシンボル周期)の判定帰還型等化器(DFE:Decision Feedback Equalizer)が含まれる。
本発明の原理をより良く理解し、且つ、幾つかの用語の定義を明確にするため、本発明の推奨実施例の詳細な説明に入る前に、先ず、図1の簡略化ブロック図の判定帰還型等化器(DFE)の構造を説明する。
判定帰還型等化器(DFE)への入力は、フィードフォワード型フィルタ(FFF)10に供給され、その出力は、加算ユニット12の一方の入力に供給される。加算ユニット12の他方の入力には、帰還型フィルタ(FBF)14の出力が結合されている。加算ユニット12の出力は、スライサ16、モード・スイッチ18の1つの入力、および、ロック検出器20に結合されている。ロック検出器20の出力は、モード・スイッチ18の制御入力に結合されている。スライサ16の出力は、モード・スイッチ18の別の入力に結合されており、モード・スイッチ18の1つの出力が、FBF14の1つの入力に結合されている。また、モード・スイッチ18の別の出力が、FFF10とFBF14のそれぞれの係数制御入力に結合されている。
フィードフォワード型フィルタ(FFF)10、帰還型フィルタ(FBF)14およびスライサ16の各機能は、周知であり、それぞれ、基本的なフィルタリング機能と量子化機能を備えている(例えば、前述のプロアキス氏著の技術解説書参照)。また、各フィルタとそれらの実施例の更なる情報については、種々の技術解説書、例えば、ジョン・ジー・プロアキス(John G.Proakis)氏とディミトリス・ジー・マノラキス(Dimitris G.Manolakis)氏との共著の「ディジタル信号処理(Digital Signal Processing)」(Prentice Hall、New Jersey)(1996年)、および、ローマン・クック(Roman Kuc)氏著の「ディジタル信号処理入門(Introduction to Digital Signal Processing)」(McGraw−Hill Book Company、New York)(1988年)を参照されたい。ロック検出器20は、等化器コンバージェンス検出機能を担っている。これは、等化器出力対各スライサ・レベルを閾値と比較することにより、ロック検出器出力を更新する。等化器出力と各スライサ・レベルが閾値範囲内に在る場合、ロック、即ち、コンバージェンス(収束)が検出される。モード・スイッチ18は、選択等化器モードに従って、等化器の適応に使用されるべき誤差信号および制御信号とFBFフィルタへの入力とを選択する。また、これは、ロック検出器出力をチェックする。通常動作では、モード・スイッチ18は、等化器ロック検出器20の出力に依存する自動切換え機能を有する。モード・スイッチ18は、トレーニング・モードとブラインド・モードとをコンバージェンスの目的のみに使用されていると解釈される。等化器ロック検出器20が、コンバージェンスを検出した後、等化器は判定指示モードに遷移する。コンバージェンスが失われると、等化器はトレーニング・モード或いはブラインド・モードに戻る。
ATSC規格では、初期の等化器コンバージェンスを見込んで、トレーニング・シーケンスをフィールド同期内に含ませている。トレーニング・モードでは、各等化器係数は、フィールド同期期間のみ更新される。しかし、その使用に伴い、2つの主な欠点がある。その1つは、フィールド同期を前もって正確に検出する必要があること、もう1つは、トレーニング・シーケンスが含まれるフィールド同期が、約25ミリ秒(ms)毎のみに生じるため、スロー・コンバージェンスになる(コンバージェンスが遅くなる)可能性があることである。
フィールド同期の検出を難しくするゴースト環境やダイナミック(動的)成分の場合、トレーニング・シーケンス、即ち、自己修復、或いは、ブラインドとは独立して、等化器タップ係数の初期調整を行うことが重要である。この点については、例えば、前述のプロアキス氏著の技術解説書、および、ディー・エヌ・ゴダード(D.N.Godard)氏著の「2次元データ通信システムに於ける自己修復等化および搬送波トラッキング(Self−Recovering Equalization and Carrier Tracking in Two Dimensional Data Communication Systems)」(IEEE Trans.on Commun.,Vol.COM−28,pp.1867−1875)(1980年11月)を参照されたい。
更に、ブラインド・アルゴリズムは、データ・シンボル毎に動作するため、より速いコンバージェンスが得られる。
従来の判定指示モードと同様に、帰還型フィルタ(FBF)14への入力は、スライサ(振幅ゲート)16の出力である。従って、判定指示モードでは、適応誤差と帰還型フィルタ(FBF)14への入力とは、スライサの存在により促進され、係数の適応は、データ・シーケンス全体に亘って行われる。このモードは、良好なコンバージェンス機能を持たないが、コンバージェンス後に、その他2つのモードより優れた利点がある。ブラインド・モードに対する判定指示モードの利点は、スライサの存在に帰すことができ、結果的に、等化器出力に於いて、より良好な平均平方誤差(MSE:Mean Squared Error)およびビット誤差レート(BER:Bit Error Rate)の性能が得られる。トレーニング・モードに対する判定指示モードの利点は、トレーニング・シンボルのみとは対照的に、判定指示モードが、そのタップをシンボル毎に更新することにより、より速い適応機能とトラッキング機能とを備えている点である。
ブラインド・モードと判定指示モードを補助として、或いは、トレーニング・モードに対する代替モードとして使用することが望ましい。その理由は、特に、HDTV用ATSC規格に於けるトレーニング・モードは、コンバージェンスが遅く、ダイナミック(動的)トラッキング機能が低い為である。
以下、高精細度テレビジョン(HDTV)受信機とその幾つかの構成部分について述べるが、それらの背景についても簡単に述べる。HDTV受信機では、一般的に、適応チャンネル等化器の後段に、位相および利得のノイズを取り除く位相トラッキング回路網が設けられている。この回路の出力信号は、トレリス(trellis)デコーダに供給される。このデコーダの後段には、データ・デインターリーバが設けられている。次に、信号は、リード・ソロモン誤差訂正処理が施されて、デスクランブルされ、その後、オーディオ処理、ビデオ処理、および、表示処理が施される。更に詳細な情報については、適当な技術文献、例えば、マイケル・ロビン(Michael Robin)氏とマイケル・ポーリン(Michel Poulin)氏との共著の「ディジタル・テレビジョン原理(Digital Television Fundamentals)」の第2版(McGraw−Hill、New York)(2000年)を参照されたい。
図2は、付加白色ガウス雑音(AWGN:Additive White Gaussian Noise)チャンネルに於ける高精細度テレビジョン(HDTV)受信機の等化器とビタビ・デコーダ(VD:Viterbi Decoder)とについての「ビット誤差レート」(BER)対「信号対雑音比」(SNR:Signal−to−Noise Ratio、S/N比)性能曲線の図を示している。この性能は、ビタビ・デコーダ(VD)の後のみならず等化器の後でも測定される。受信機の設計上、ビタビ・デコーダは、等化器の後段に設けられ、トレリス符号化変調(Trellis Coded Modulation)コードに従って、前方誤差訂正(FEC:Forward Error Correction)の第1のレベルを復号する。
図2に於いて、3種類の曲線が、ビタビ・デコーダ(VD)出力(下側の曲線の組)に加えて等化器(上側の曲線の組)についても、示されている。1つは、ブラインド・モードのみに於ける等化器の曲線、もう1つは、自動切換えモードに於ける等化器の曲線、更にもう1つは、ソフト(軟)自動切換えモードに於ける等化器の曲線である。自動切換えモードでは、等化器は、コンバージェンスの前にブラインド・モードに在り、コンバージェンスが検出された後、判定指示モードに切換わる。また、コンバージェンスが失われると、等化器はブラインド・モードに戻る。ソフト自動切換えモードは、判定指示モードがソフト(軟)判定指示モードであることを除けば、自動切換えモードと同様である。ソフト判定指示モードでは、帰還型フィルタへの入力は、スライサの出力の代わりに、等化器の出力が使用される。
図2に示される特性を検討すると、次のことが理解できる。
a)自動切換えモードに於ける等化器出力の性能は、ブラインド・モードに於けるそれと同等かそれより良い。信号対雑音比(SNR)が増大するにつれ、自動切換えモードの性能は益々良くなる。
b)ビタビ・デコーダ(VD)出力の性能は、等化器出力の性能を反映している。自動切換えモードでは、VD出力性能は、ブラインド・モードに於けるそれと同等かそれより良い。信号対雑音比(SNR)が増大するにつれ、自動切換えモードの性能は益々良くなる。
c)自動切換えモードとソフト自動切換えモードは、等化器出力とビタビ・デコーダ(VD)出力の両方について、同様の性能を呈する。
自動切換えモードに於けるブラインド・モードと判定指示モードとの関係をより良く理解するためには、図3を検討することが有効である。図3は、異なる信号対雑音比(SNR)の値に対する付加白色ガウス雑音(AWGN)チャンネルに於ける等化器ロック検出器の曲線を示している。信号対雑音比(SNR)は、図3の最上部の図では13dBであり、中央部の図では15dBであり、最下部の図では18dBである。図3では、縦座標スケール上の0レベルは、等化器がロック状態でないことを示し、即ち、等化器がブラインド・モードに在ることを示している。等化器がロックされると、ロック検出器出力が1の値を呈し、即ち、等化器は判定指示モードに在る。低いSNRに対しては、等化器は主にブラインド・モードに在り、即ち、コンバージェンスは、ノイズ(雑音)のレベルが高いため、決して検出されないことが判る。これは、現実的に解決できないロック検出器の難点である。他方、高いSNRに対しては、コンバージェンスが最終的に検出され、等化器が判定指示モードに遷移する。また、中程度のSNRに対しては、ロック検出器が絶えず切換わり、ノイズ(雑音)が、潜在的に等化器コンバージェンスに影響を及ぼすことに加え、等化器コンバージェンスを検出するロック検出器の機能に影響を及ぼす。同様の事象が、ソフト自動切換えモードに在る等化器についても、推測できる。
マルチパス信号がチャンネルに導入された場合、システム・シミュレーションに幾つかの違いが生じる。図4は、付加白色ガウス雑音(AWGN)とマルチパス・チャンネルとの組み合わせに於ける高精細度テレビジョン(HDTV)受信機についての「ビット誤差レート」(BER)対「信号対雑音比」(SNR)性能曲線を示している。マルチパス・チャンネルには1つの3dB・3マイクロ秒のゴーストが含まれており、これは比較的強いゴーストである。図2と同様に、この性能は、ビタビ・デコーダ(VD)の後のみならず等化器の後でも測定される。また、3種類の曲線が、VD出力に加えて等化器についても、示されている。1つは、ブラインド・モードのみに於ける等化器の曲線、もう1つは、自動切換えモードに於ける等化器の曲線、更にもう1つは、ソフト(軟)自動切換えモードに於ける等化器の曲線である。
ソフト自動切換えモードでは、等化器は、コンバージェンスの前にブラインド・モードに在り、コンバージェンスが検出された後にソフト判定指示モードに切換わる。また、コンバージェンスが失われると、等化器はブラインド・モードに戻る。ソフト判定指示モードでは、通常の判定指示モードとは対照的に、帰還型フィルタへの入力は、等化器の出力である。
図4に示される各特性を検討すると、以下のことが理解できる。
a)自動切換えモードでは、等化器出力の性能は、ブラインド・モードおよびソフト自動切換えモードに於けるそれと同等かそれより良い。信号対雑音比(SNR)が増大すると、自動切換えモードの性能が益々良くなる。
b)しかし、ビタビ・デコーダ(VD)出力の性能は、特に中程度の信号対雑音比(SNR)に対して、等化器出力の性能を反映していない。信号対雑音比(SNR)のそれらの値に対して、ビタビ・デコーダ(VD)出力の性能は、自動切換えモードでは、ブラインド・モードとソフト自動切換えモードとに於けるそれに比べて、約1.5dBも悪くなる。
c)図4では明らかでないが、更に行ったシミュレーションでは、信号対雑音比(SNR)値が高くなると、自動切換えモードでのビタビ・デコーダ(VD)出力の性能は、再び、ブラインド・モードとソフト自動切換えモードでのそれと同等かそれより良くなることが判っている。
d)また、更に行ったシミュレーションでは、上記b)の項目で述べた問題は、ゴーストが弱くなると、より小さいスケールで存在し、ゴーストが強くなると、より顕在化することが判っている。
等化器が、ブラインド・モード或いは自動切換えモードに在る場合の等化器とビタビ・デコーダ(VD)との性能事象の差を理解するには、これら2つのモードでの等化器出力に於ける誤差バーストの数を算出することが有効である。
図5は、異なる信号対雑音比(SNR)測定について、両等化器モードに於ける誤差バースト数対バースト長の図を示している。SNRは、図5の最上部の図に於いて18dBであり、中央部の図に於いて21dBであり、最下部の図に於いて25dBである。図5に示される特性を検討すると、次の以下のことが確認できる。
a)信号対雑音比(SNR)が低い状況の場合、誤差バースト数は、ブラインド・モードと自動切換えモードの両方モードについて、非常に類似している。長い誤差バーストが両方モードで存在し、ブラインド・モードについて、その数がやや多い。
b)信号対雑音比(SNR)が中程度の状況の場合、ブラインド・モードに於ける長い誤差バーストの数が減少するに従い、ブラインド・モードに比べて自動切換えモードの方が誤差バースト数が明らかに多くなり、且つ、誤差バースト長も明らかに長くなる。また、自動切換えモードは、信号対雑音比(SNR)が増えても、あまりその影響を受けない。
c)信号対雑音比(SNR)が高い状況の場合、自動切換えモードに於ける長い誤差バーストの数が、信号対雑音比(SNR)が増大すると、ブラインド・モードより速い割合で減少する。また、この減少に従って、ブラインド・モードの方が、自動切換えモードより、誤差バースト数が多くなり、且つ、誤差バースト長も長くなる。
図6は、等化器ロック検出器出力対繰返し数(×10)を示している。SNRは、図6の最上部図に於いて18dBであり、中央部図では21dBであり、最下部図では25dBである。SNRが、低い、中程度、或いは、高いという観念は、ゴーストが異なれば性能も異なるため、実際はゴーストのプロファイル(特性)と強さに依存している。しかし、図6に示されるように、SNRと等化器ロック検出器の性能との間には特定の関係が存在する。AWGNチャンネルに於けるのと同様に、低いSNRに対して、等化器は主にブラインド・モードに在り、即ち、コンバージェンスは、ノイズのレベルが高いため、決して検出されない。高いSNRに対して、コンバージェンスが最終的に検出され、等化器は判定指示モードに遷移し、このモードで安定する。中程度のSNRに対して、ロック検出器は、ノイズのレベルにより安定した判定指示モードが得られず、絶えず切換わる。同様な事象が、ソフト自動切換えモードに於ける等化器についても推測できる。
以上の検討と情報に基づいて、標準の判定指示モードの性能が、ソフト判定指示モードより悪い場合の誤差伝送の状況を検出してモードを切換えることが、本発明の1つの特徴である。
等化器ロック検出器は、信号対雑音比(SNR)に拘わらず、コンバージェンスを検出するのが理想である。しかし、低いSNRに十分に対応できるアルゴリズムを実施することは現実的に不可能である。更に、マルチパス環境に於いて、ノイズは、等化器のコンバージェンスとトラッキングの機能にも影響を及ぼす。従って、ゴーストのプロファイル(特性)、即ち、SNRに拘わらず、ロック検出器の不安定状態を検出することが望ましい。
図7および図8は、本発明に従う等化器モード・スイッチの実施形態の例を示している。本発明は、ロック検出器の不安定状態を識別して、この情報により適切な等化器モードを決定する。本発明に適用される原理は、閾値比較の原理である。適応のための帰還型フィルタ(FBF)への入力、誤差信号、および、制御信号の生成に関するモード・スイッチの残りの各動作については、既に説明した通りである。
図7に於いて、ロック検出器の遷移が、W個のシンボル周期分の特定ウィンドウ期間の間、計数され、その遷移数NTrが、閾値Thrと比較される。このシステムは、毎ウィンドウ期間W後に起動され、計数を再開する。ウィンドウ期間Wと閾値Thrは、プログラム可能な変数であり、それらの値は、適切なシステム検査を経て識別できる。2つのフリップフロップFF1およびFF2は、イネーブル付きD型フリップフロップである。等化器ロック検出器出力に対応する入力eql_lock_intが、パフォーマンス(FF1)により遅延され、その遅延信号と排他的論理和がとられる。この動作により、ロック検出器の遷移が識別される。
クロック・イネーブル入力を有する計数器1が、W計数値のウィンドウ内で計数された遷移数NTrを出力する。W計数値のウィンドウを有するラップ・アランウド・シンボル計数器である計数器2が、最大計数値インジケータmax_indを出力する。この信号max_indは、計数器2がその限度値であるWシンボル計数値に達したとき、「ハイ(high)」、即ち、「1」になり、そうでないとき、「ロー(low)」、即ち、「0」になる。max_ind=1のとき、フリップフロップ(FF2)は、値NTrを記憶する。次に、この値は、閾値計数値Thrと比較される。NTr≧Thrの場合、ロック検出器の遷移が多すぎ、信号selが「0」に設定される。NTr<Thrの場合、遷移数が妥当と見做され、信号selは「1」に設定される。
尚、図7に示す回路は、本発明の実施形態の一例であり、その他の類似した回路を用いて、同様にロック検出器の不安定状態を検出する機能が得られる。
図7に於いて、信号selは、システムがソフト自動切換えモードに設定されるべきか(sel=0)、或いは、自動切換えモードに維持されるべきか(sel=1)を示す。これは、標準等化器モード・スイッチである。自動切換えモードでは、等化器は、開始時点でブラインド・モードに設定され、等化器コンバージェンスが検出された後、判定指示モードに切換えられ、そのコンバージェンスが失われると、ブラインド・モードに戻る。等化器コンバージェンスのインジケータは、信号eql_lock_int、即ち、等化器ロック検出器出力である。ソフト自動切換えモードでは、判定指示モードの代わりにソフト判定指示モードが使用され、その他の点は、自動切換えモードと同様である。
図8は、信号selを入力として利用し、更なるレベルのヒステリシス(hysteresis)を導入する本発明の一実施形態についての状態機械(state machine:ステート・マシン)を表現している。この状態機械は、現在の状態が通常ロック状態であるか、または、変容ロック状態(altered lock state)であるかに依存して、それぞれ、selが0または1に維持された期間の個数を、W個のシンボルのサイズN個の期間のウィンドウ内で計数する。リセット時に、状態機械は、通常ロック状態に在り、等化器モード・スイッチは1、即ち、自動切換えモードが選択される。状態機械は、信号設定を継続的にチェックし、変数sel_countでsel=1の発生を計数する。sel_countが、設定された閾値sel_thrより小さい場合、状態機械は、変容ロック状態に遷移する。変容ロック状態になると、等化器モード・スイッチは、0に設定され、即ち、ソフト自動切換えモードになる。同様に、状態機械は、信号selを継続的にチェックし、変数sel_countでsel=1の発生を計数する。sel_countが、閾値sel_thrより大きいか、或いは、それに等しい場合、状態機械は、通常ロック状態に遷移する。
尚、図8は、本発明の実施形態の一例を示すものであり、その他の類似の状態機械を用いて、同様のヒステリシスの機能を信号selに加えることが出来る。
以上、本発明を、高精細度テレビジョン(HDTV)用ATSC規格の等化器用に設計された等化器モード・スイッチとして説明した。しかし、本発明の原理は、等化器の後段にトレリス・デコーダ或いは畳込みデコーダ(convolutional decoder)を設けたシステムに於いて判定帰還型等化器(DFE)構造を有する任意の汎用等化器にも応用できる。そのようなシステムでは、線形歪み、ノイズ、および、判定指示モードに於けるスライサの存在に起因する判定帰還型等化器(DFE)フィルタへの誤差伝送の結果、等化器出力に突発的なノイズが現れ、デコーダ性能を低下させがちになる。本発明の様々な機能は、プログラムされたコンピュータ・アプリケーションに於けるソフトウェアにより実行可能であり、或いは、ハード回路、集積回路またはその他の回路形態で実行可能であり、或いは、ソフトウェアとハードフェア両者の組み合わせにより実行可能である。更に、本発明は、シンボル間隔(T間隔、Tはシンボル周期)の等化器について説明したが、シンボル間隔の数分の1の等化器にも適用できる。このシンボル間隔の数分の1の等化器については、幾つかの技術解説書、例えば、前述のジョン・ジー・プロアキス(John G.Proakis)氏著の「ディジタル通信(Digital Communications)」の第2版(McGraw−Hill、New York)(1989年)に説明されている。また、帰還形フィルタ(FBF)へのソフト判定指示入力は、等化器出力として説明したが、等化器出力の更に複雑なソフト判定機能になり得る。尚、図1に示す等化器には、トレーニング・モードも含ませることも出来る。トレーニング動作モードは、通常の判定帰還型等化器(DFE)に於けるようなブラインド・モードについて排他的であるが、各判定指示モードに干渉することはない。
以上、本発明を実施形態例として説明したが、本発明が属する分野の技術者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明から逸脱することなく、様々な変更および変形を行え得ることが理解できるであろう。
判定帰還型等化器(DFE)構造の概略的ブロック図である。 付加白色ガウス雑音(AWGN)チャンネルに於ける等化器とビタビ・デコーダとについてのビット誤差レート(BER)対信号・雑音比(SNR)を示す図である。 異なるSNR値に対するAWGNチャンネルと自動切換えモードに於ける等化器ロック検出器出力を示す図である。 3dB・3マイクロ秒のゴースト信号と付加白色ガウス雑音(AWGN)との組み合わせに於ける等化器とビタビ・デコーダとについての「ビット誤差レート」(BER)対「信号対雑音比」(SNR)を示す図である。 異なるSNR測定に対するブラインド・モードと自動切換えモードについての等化器出力に於けるバースト誤差数対バースト・サイズを示す図である。 異なるSNR値に対する3dB・3マイクロ秒のゴースト信号プラスAWGNチャンネルに於ける等化器ロック検出器出力を示す図である。 本発明に従うブロック図形式の等化器モード・スイッチの一実施形態を示す図である。 本発明の1つの特徴に従う等化器モード・スイッチの状態機械のチャートを示す図である。

Claims (29)

  1. 判定帰還型の等化器(DFE)における標準判定指示モードとソフト判定指示モードの一方を自動的に選択してデータ信号を受信する装置であって、
    DFE出力信号を供給する出力と、前記標準判定指示モードを選択するための第1の制御値を呈し、或いは、前記ソフト判定指示モードを選択するための第2の制御値を呈する第1の制御信号に応答してデータを受信するための制御入力とを有する等化器を含み、
    前記等化器が、
    等化器コンバージェンスを示すロック信号を供給するための出力を有するロック検出器と、
    前記ロック検出器の前記出力に結合された入力と、前記ロック信号の特性に依存する前記第1および第2の制御値の一方を呈する前記第1の制御信号に応答して前記データを供給するための前記制御入力に結合された第1の出力とを有するモード・セレクタと
    を含むことを特徴とする装置。
  2. 前記モード・セレクタが、プロセッサを含み、
    前記プロセッサが、
    前記モード・セレクタの前記入力に結合されており、所定の期間中に、第1と第2のロック信号値の間に於ける前記ロック信号の遷移数を計数するための入力と、
    前記遷移数を所定の閾値計数値と比較する比較器と、
    前記モード・セレクタの出力に結合されており、前記遷移数が前記閾値計数値より小さいとき、前記第1の制御値を呈し、前記遷移数が前記閾値計数値より小さくないとき、前記第2の値を呈する前記第1の制御信号を供給する比較器出力と、
    を有することを特徴とする請求項1記載の装置。
  3. 前記モード・セレクタが、前記ロック信号の特性に応じて、前記DFE出力を選択的に、
    (a)前記標準判定指示モードまたは前記ソフト判定指示モードの一方と、
    (b)ブラインド・モードと、
    の一方にするための第2の出力を有する、請求項1記載の装置。
  4. 前記モード・セレクタの前記第2の出力が、前記ロック信号がコンバージェンスを示さないとき、前記DFE出力を選択的に前記ブラインド・モードにし、
    また、前記モード・セレクタの前記第2の出力は、前記ロック信号の出力がコンバージェンスと不安定なコンバージェンスの一方を検出するとき、前記DFE出力を選択的に前記標準判定指示モードと前記ソフト判定指示モードの一方にし、この際、何れかの判定指示モードを選択する決定が、前記モード・セレクタの前記第1の出力の前記第1の信号により制御される
    ことを特徴とする請求項3記載の装置。
  5. 前記モード・セレクタが、前記ロック信号の特性に応じて、前記DFE出力を選択的に、
    (a)前記標準判定指示モードまたは前記ソフト判定指示モードの一方と、
    (b)トレーニング・モードと、
    の一方にするための第2の出力を有する
    ことを特徴とする請求項1記載の装置。
  6. 前記モード・セレクタの前記第2の出力が、前記ロック信号の出力がコンバージェンスを示さないとき、前記DFE出力を選択的に前記トレーニング・モードにし、
    また、前記モード・セレクタの前記第2の出力は、前記ロック信号の出力がコンバージェンスと不安定なコンバージェンスの一方を検出するとき、前記DFE出力を選択的に前記標準判定指示モードと前記ソフト判定指示モードの一方にし、この際、何れかの判定指示モードを選択する決定が、前記モード・セレクタの前記第1の出力により制御される
    ことを特徴とする請求項5記載の装置。
  7. 前記所定の期間が、前記データ信号の所定数のシンボル周期分の期間に相当する
    ことを特徴とする請求項2記載の装置。
  8. 前記所定の期間と前記所定の閾値計数値が、プログラム可能な変数である
    ことを特徴とする請求項7記載の装置。
  9. 前記プロセッサが、
    前記ロック信号の遅延されたものを出力する第1のD型フリップフロップを含む遷移検出器と、
    前記ロック信号と前記遅延されたものとに結合され、前記所定の計数期間の間の前記遷移数の計数値を呈する遷移表示信号を供給する排他的論理和ゲートと、
    前記遷移数の計数値を前記閾値計数値と比較して、前記第1の制御信号を供給する前記比較器と、
    を含む
    ことを特徴とする請求項8記載の装置。
  10. 前記比較器出力が、状態機械を介して、前記モード・セレクタの出力に結合されており、
    前記データ信号の所定数のシンボル周期分の期間の間、前記第1の制御信号の前記第1の制御値の発生の回数を計数して、第2の制御信号を供給する装置を含み、
    (a)前記等化器が、標準判定指示モードに在り、且つ、前記第1の制御値の前記発生回数が、所定の閾値計数値より小さくない場合、前記第2の制御信号が前記第1の制御値を呈し、
    (b)前記等化器が、ソフト判定指示モードに在り、且つ、前記第1の制御値の前記発生回数が、前記所定の閾値計数値より小さい場合、前記第2の制御信号が前記第2の制御値を呈する
    ことを特徴とする請求項6記載の装置。
  11. 前記所定数のシンボル周期分と前記所定の閾値計数値が、プログラム可能な変数であることを特徴とする請求項10記載の装置。
  12. 判定帰還型の等化器に於いて、標準判定指示モードから、または、標準判定指示モードに自動で切り換える標準自動切換えモードと、ソフト判定指示モードから、または、ソフト判定指示モードに自動で切り換えるソフト自動切換えモードの一方を自動的に選択してデータ信号を受信する装置であって、
    前記等化器には、等化器コンバージェンスを示すロック信号を供給するロック検出器が含まれており、前記選択が前記ロック信号の遷移のレートのモニタリングに基づくことを特徴とする装置。
  13. 前記選択は、前記遷移の前記レートが既定のレートより小さいか、或いは、それより小さくないかに基づくことを特徴とする請求項12記載の装置。
  14. 前記遷移の前記レートが前記既定のレートより小さいとき、前記標準自動切換えモードが選択され、
    前記遷移の前記レートが前記既定のレートより小さくないとき、前記ソフト自動切換えモードが選択されることを特徴とする請求項13記載の装置。
  15. 前記既定のレートが、ウィンドウ期間内の前記遷移の閾値計数値として定義されることを特徴とする請求項13記載の装置。
  16. 前記ウィンドウ期間が、前記データ信号のシンボル計数値に換算して定義されることを特徴とする請求項15記載の装置。
  17. 前記ウィンドウ期間と前記閾値計数値が、プログラム可能な変数であることを特徴とする請求項16記載の装置。
  18. 前記選択が、現在どのモードが選択されているかについての判断と、所定の閾値発生レートと比較される、前記標準自動切換えモードの設定用のロック信号発生レートとに基づくことを特徴とする請求項12記載の装置。
  19. 前記標準判定指示モードが現在選択されており、且つ、前記標準自動切換えモード設定用の前記ロック信号発生レートが前記所定の閾値発生レートより小さいとき、前記ソフト判定指示モードが選択され、
    前記ロック信号発生レートが前記所定の閾値発生レートより小さくないとき、前記標準判定指示モードが選択されたままであり、
    前記ソフト判定指示モードが現在選択されており、且つ、前記標準判定指示モード設定用の前記ロック信号発生レートが前記所定の閾値発生レートより小さくないとき、前記標準判定指示モードが選択され、
    前記ロック信号発生レートが前記所定の閾値発生レートより小さいとき、前記ソフト判定指示モードが選択されたままであることを特徴とする請求項18記載の装置。
  20. 前記所定の閾値発生レートが、前記データ信号のシンボル計数値Wの所定数N個分の期間内に於ける前記ロック信号の発生の閾値数に換算して定義されることを特徴とする請求項18記載の装置。
  21. 判定帰還型の等化器における標準自動切換えモードとソフト自動切換えモードの一方を自動的に選択してデータ信号を受信する装置であって、
    前記標準自動切換えモードが、
    (a)ブラインド・モードと
    (b)標準判定指示モードと
    からなり、
    前記ソフト自動切換えモードが
    (a)ブラインド・モードと
    (b)ソフト判定指示モードと
    からなり、
    前記等化器は、
    (a)前記標準自動切換えモードを選択するための前記第1のモード選択値、および
    (b)前記ソフト自動切換えモードを選択するための前記第2のモード選択値
    を呈する選択信号に応答するモード選択に基づいてデータ受信するための制御入力を有し、
    前記等化器は、それぞれ等化器コンバージェンスと等化器非コンバージェンスを示す第1と第2のロック信号値を有するロック信号を供給するロック検出器を含み、
    前記等化器には、モード選択用の前記選択信号を前記制御入力に供給する装置を含み、
    当該装置は、
    前記第1と第2のロック信号値間に於ける前記ロック信号の遷移のレートをモニタし、制御信号を供給し、
    前記遷移の前記レートを前記遷移の閾値レートと比較して、
    前記遷移の前記レートが前記遷移の閾値レートより小さいとき、前記制御信号が前記第1の制御値を呈するようにし、
    前記等化器は、前記標準自動切換えモードに在るとき、前記第1の制御値を呈する前記制御信号の発生のレートをモニタし、前記制御信号の前記発生の前記レートを前記発生の閾値レートと比較し、もし前記制御信号の前記発生の前記レートが前記発生の前記閾値レートより小さい場合、前記選択信号が前記第2のモード選択値を呈するようにして、前記ソフト自動切換えモードを選択し、もし前記制御信号の前記発生の前記レートが前記発生の前記閾値レートより小さくない場合、前記標準自動切換えモードが選択されたままにし、
    前記等化器は、前記ソフト自動切換えモードに在るとき、前記第1の制御値を呈する前記制御信号の発生のレートをモニタし、前記制御信号の前記発生の前記レートを前記発生の前記閾値レートと比較し、もし前記制御信号の前記発生の前記レートが前記発生の前記閾値レートより小さくない場合、前記制御信号が前記第1のモード選択値を呈するようにして、前記標準自動切換えモードを選択し、もし前記制御信号の前記発生の前記レートが前記発生の前記閾値レートより小さい場合、前記ソフト自動切換えモードが選択されたままにする
    ことを特徴とする装置。
  22. 判定帰還型の等化器に於いて、標準自動切換えモードとソフト自動切換えモードの一方を自動的に選択してデータ信号を受信する装置であって、
    前記標準自動切換えモードは、ブラインド・モード及び標準判定指示モードから成り、
    前記ソフト自動切換えモードは、ブラインド・モード及びソフト判定指示モードから成り、
    前記装置が、
    等化器コンバージェンスを示すロック信号の遷移をモニタする手段と、
    前記遷移のレートを既定レートと比較する手段と、
    前記遷移の前記レートが前記既定レートより小さいとき、前記標準自動切換えモードに関連付けられた第1の制御値を呈し、前記遷移の前記レートが前記既定レートより小さくないとき、前記ソフト自動切換えモードに関連付けられた第2の制御値を呈する制御信号を供給する手段と、
    前記データ信号の所定数のシンボル周期分の期間の間、前記制御信号の前記第1の制御値の発生数を計数し、
    前記等化器が第1のモードに在るとき、もし前記第1の制御値の前記発生数が所定の閾値計数値より小さい場合、前記ソフト自動切換えモードを選択し、そうでない場合、前記標準自動切換えモードを選択し、
    前記等化器が第2のモードに在るとき、もし前記第1の制御値の前記発生数が前記所定の閾値計数値より小さくない場合、前記標準自動切換えモードを選択し、そうでない場合、前記ソフト自動切換えモードを選択する手段と、
    を含むことを特徴とする装置。
  23. 判定帰還型の等化器(DFE)に於いて、標準自動切換えモードとソフト自動切換えモードの一方を自動的に選択してデータ信号を受信する装置であって、
    前記標準自動切換えモードは、ブラインド・モード及び標準判定指示モードから成り、
    前記ソフト自動切換えモードは、ブラインド・モード及びソフト判定指示モードから成り、
    前記装置が、
    等化器コンバージェンスを示すロック信号の遷移をモニタする手段と、
    前記遷移のレートを既定レートと比較する手段と、
    前記遷移の前記レートが前記既定レートより小さいとき、前記標準自動切換えモードを選択するための第1の値を呈し、前記遷移の前記レートが前記既定レートより小さくないとき、前記ソフト自動切換えモードを選択するための第2の値を呈する選択信号を供給する手段と、
    を含むことを特徴とする装置。
  24. 判定帰還型の等化器(DFE)に於いて、標準判定指示モードとソフト判定指示モードの一方を自動的に選択して、データ信号を受信する装置であって、
    コンバージェンスを示すロック信号の第1と第2のロック信号値の間での遷移のレートを特定する手段と、
    前記遷移の前記レートを所定の閾値レートと比較する手段と、
    前記遷移の前記レートが前記所定の閾値レートより小さいとき、第1の制御値を呈し、前記遷移の前記レートが前記所定の閾値レートより小さくないとき、第2の制御値を呈する第1の制御信号を供給する手段と、
    前記第1の制御信号に基づいてモードを選択する手段と、
    を含み、
    前記第1の制御信号が前記第1の制御値を呈するとき、前記標準判定指示モードが選択され、また、前記第1の制御信号が前記第2の制御値を呈するとき、前記ソフト判定指示モードが選択されることを特徴とする装置。
  25. 前記第1の制御信号に基づいてモードを選択する前記手段は、
    前記第1の制御信号の前記第1の制御値の発生のレートを特定して、第2の制御信号を供給する手段と、
    前記第1の制御信号の前記第1の制御値の前記発生の前記レートを前記発生の所定のレートと比較する手段と、
    前記等化器が前記標準判定指示モードに在るとき、前記第1の制御信号の前記第1の制御値の前記発生の前記レートが前記発生の所定のレートより小さくない場合、前記第2の制御信号が第1の所定の値を呈するようにし、その他の場合、前記第2の制御信号が第2の所定の値を呈するようにする手段と、
    前記等化器が前記ソフト判定指示モードに在るとき、前記第1の制御値の前記発生の前記レートが前記発生の所定のレートより小さくない場合、前記第2の制御信号が前記第2の所定の値を呈するようにし、その他の場合、前記第2の制御信号が前記第1の所定の値を呈するようにする手段と、
    前記第2の制御信号に基づいて、前記標準判定指示モードと前記ソフト判定指示モードを選択する手段と、
    を含むことを特徴とする請求項24記載の装置。
  26. 判定帰還型の等化器に於いて、標準判定指示モードから、または、標準判定指示モードに自動で切り換える標準自動切換えモードと、ソフト判定指示モードから、または、ソフト判定指示モードに自動で切り換えるソフト自動切換えモードの一方を自動的に選択してデータ信号を受信する方法であって、
    等化器コンバージェンスを示すロック信号の遷移をモニタするステップと、
    前記遷移のレートを既定レートと比較するステップと、
    前記遷移の前記レートが前記既定レートより小さいとき、前記標準自動切換えモードを選択するための第1の値を呈し、前記遷移の前記レートが前記既定レートより小さくないとき、前記ソフト自動切換えモードを選択するための第2の値を呈する選択信号を供給するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
  27. 判定帰還型の等化器に於いて、標準判定指示モードから、または、標準判定指示モードに自動で切り換える標準自動切換えモードと、ソフト判定指示モードから、または、ソフト判定指示モードに自動で切り換えるソフト自動切換えモードの一方を自動的に選択してデータ信号を受信する方法であって、
    等化器コンバージェンスを示すロック信号の遷移をモニタするステップと、
    前記遷移のレートを既定レートと比較するステップと、
    前記遷移の前記レートが前記既定レートより小さい時に第1の値を呈し、前記遷移の前記レートが前記既定レートより小さくない時に第2の値を呈する選択信号を供給するステップと、
    前記データ信号の所定数のシンボル周期分の期間の間、前記選択信号の前記第1の値の発生数を計数するステップと、
    前記等化器が前記標準自動切換えモードに在るとき、前記第1の値の前記発生数が所定の閾値計数値より小さくない場合、前記標準自動切換えモードを選択し、その他の場合、前記ソフト自動切換えモードを選択するステップと、
    前記等化器が前記ソフト自動切換えモードに在るとき、前記第1の値の前記発生数が前記所定の閾値計数値より小さくない場合、前記標準自動切換えモードを選択し、その他の場合、前記ソフト自動切換えモードを選択するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
  28. 判定帰還型の等化器(DFE)における、標準判定指示モードから、または、標準判定指示モードに自動で切り換える標準自動切換えモードと、ソフト判定指示モードから、または、ソフト判定指示モードに自動で切り換えるソフト自動切換えモードの一方を自動的に選択してデータ信号を受信する方法であって、
    コンバージェンスを示すロック信号の第1と第2のロック信号値の間での遷移のレートを特定するステップと、
    前記遷移の前記レートを所定の閾値レートと比較するステップと、
    前記遷移の前記レートが前記所定の閾値レートより小さいとき、第1の所定の値を呈し、前記遷移の前記レートが前記所定の閾値レートより小さくないとき、第2の所定の値を呈する第1の信号を供給するステップと、
    前記第1の信号が前記第1の所定の値を呈するとき、前記標準自動切換えモードが選択されるようにし、前記第1の信号が前記第2の所定の値を呈するとき、前記ソフト自動切換えモードが選択されるように、前記第1の信号に基づいてモードを選択するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
  29. 前記第1の信号に基づいて前記モードを選択するステップは、
    前記第1の信号の前記第1の所定の値の発生レートを特定するステップと、
    前記第1の信号の前記第1の所定の値の前記発生レートを所定の閾値計測数と比較するステップと、
    前記等化器が前記標準自動切換えモードに在り、前記第1の所定の値の前記発生数が前記閾値計測数より小さくない場合、第2の信号が前記第1の所定の値を呈するようにし、その他の場合、前記第2の信号が前記第2の所定の値を呈するようにするステップと、
    前記等化器が前記ソフト自動切換えモードに在り、前記第1の所定の値の前記発生数が前記閾値計測数より小さくない場合、前記第2の信号が前記第1の所定の値を呈するようにし、その他の場合、前記第2の信号が前記第2の所定の値を呈するようにするステップと、
    前記第2の信号に基づいて前記標準自動切換えモードまたは前記ソフト自動切換えモードを選択するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項28記載の方法。
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