JP4696202B2 - アダプティブスライサ閾値生成方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、アダプティブスライサ閾値を生成する方法及びシステムに関するものである。
もっと正確に言えば、本発明は、
少なくとも２つの周期について所定に期間に亘って信号の最大値を検出するステップと、
少なくとも２つの周期について所定の期間に亘って信号の最小値を検出するステップと、
を具えるアダプティブスライサ閾値生成方法に関するものである。

復調２進信号を用いるデータ通信は種々のアプリケーション、例えばＤＥＣＴ（Digital European Cordless Telecommunication）又はBluetoothにおいて高い割合で行われている。このような２進データ通信システムにおいては、送信機からの２進信号を受信するために受信機を用いている。多くの場合、受信される信号は低レベルであり、雑音やジッタを伴っている。通常２進数１を示す明確な矩形パルスの真の２進特性は時々雑音により部分的に不明確になり、データ誤りを生じ、受信機の出力が供給される信号処理装置に悪影響を与え得る。

受信機を通過する２進信号を他の装置に供給される前に正確に回復する能力を向上させるために、スライス技術が使われている。この技術は、受信２進信号をその振幅、即ちその最大値と最小値との間のほぼ中点のレベルでスライスするものである。スライスレベルより上に現れる受信２進信号の部分が、例えば２進数１に対応し、スライスレベルより下の部分が２進数０に対応する。このスライス技術はスライサ回路で実行される。スライサ回路で使用されるスライスレベルはスライサ閾値という。このスライサ閾値は受信２進信号から生成しなければならない。

一般に、スライサ閾値は２進信号の中点になるように変化し、この中点は受信信号の１つの最大値と１つの最小値の平均値になるように計算される。このような方法はＷＯ０３/０３９０６０に開示されている。

最大値と最小値は絶対値である。このため、スライサ閾値は雑音に敏感であり、特に雑音が受信２進信号に大きなピークを導入するとき、これらのピークがスライサ閾値を直接変化させる。
従って、雑音に敏感でないスライサ閾値を生成する方法が必要とされている。

従って、本発明の目的は、改善された雑音不感応性を有するアダプティブスライサ閾値生成方法を提供することにある。

本発明は、この目的及び後述の他の目的のために、頭書に記載のアダプティブスライサ閾値生成方法において、
検出した数個の最大値を平均化するとともに、検出した数個の最小値を平均化するステップと、
これらの平均最大値と平均最小値とからスライサ閾値を計算するステップと、
を具えることを特徴とする。

上述の方法では、スライサ閾値は数個の最大値と数個の最小値の平均値から計算される。従って、得られる閾値は雑音に不感応になる。

請求項２に特定した事項を特徴とする方法は複雑な漏れ関数を必要としない利点を有する。

請求項３及び４に特定した事項を特徴とする方法は、良好な雑音不感応性のみならず、スライスすべき２進信号のレベル変化に対して速い時間応答ももたらす利点を有する。

請求項５及び６に特定した事項を特徴とする方法は、論理値１又は論理値０が長く連続する場合に、スライサ閾値が影響されない利点を有する。

本発明方法の他の特徴は従属請求項に記載されている。
本発明は、上述の方法に従ってアダプティブスライサ閾値を生成するシステムも提供する。

図１はBluetooth無線通信システム用の無線受信機２を示す。受信機２は本発明の理解に必要な構成要素のみが示されている。

復調無線信号を受信するために、受信機２はアンテナ４と、受信無線信号を復調する復調器６と、アダプティブスライサ閾値生成回路１０と、回路１０で生成されたスライサ閾値に従って２進信号をスライスするスライサ回路１２とを具える。

復調器６は受信変調信号を復調受信信号に変換して回路１０の第１入力端子に供給するように設計されている。復調信号は、一方の状態から他方の状態へ遷移する遷移部で分離された２状態信号である２進信号である。

図３のグラフの曲線１６は、このような２進信号の一例の時間的展開を示す。ｘ軸はマイクロ秒単位の目盛りが付され、ｙ軸は２進信号の振幅を表し、−２０から３０の目盛りが付されている。

典型的なBluetooth無線通信システムでは、受信メッセージは例えば４ビットのプリアンブルから始まる。ここで、図示のプリアンブルは４−８マイクロ秒の間に生起し、２進数列“１０１０”からなる。Bluetooth無線システムでは、１ビットは１μｓに等しい。

プリアンブル後に、受信メッセージはアクセスコードを具え、次いで他の情報を具える。図３のグラフには、アクセスコードの最初の１４ビットのみが示されている。

メッセージがない場合、受信機２は雑音を受信する。受信機２が雑音のみを受信する際の２進信号の時間的展開の一例が図３の０−４マイクロ秒の間に示されている。

復調器６及びスライサ回路１２は従来のものであり、以下に詳細に説明しない。

回路１０はオーバサンプルクロック信号を受信する第２入力端子と、スライサ閾値の値を出力するためにスライサ回路１２に接続された出力端子を有する。

回路１０は最大ピーク検出器２０と最小ピーク検出器２２を有する。

検出器２０及び２２は１ビット期間に亘って最大ピークと最小ピークをそれぞれ検出するように設計されている。

最大ピークと最小ピークは一次導関数がゼロになる曲線１６上の点に対応する。最大値に対して二次導関数は負になるが、最小値に対して二次導関数は正になる。

図３のグラフにおいて、２進信号のピークは順に０から１７の番号が付されている。

１ビット期間に亘って最大ピークを検出するために、検出器２０は、２進信号の前後の値がピーク値より小さい場合にピークを検出し、この１ビット期間の間に検出した最高ピーク値を保持する。

同様に、検出器２２は、２進信号の前後の値がピーク値より高い場合にピークを検出し、この１ビット期間の間に検出した最小ピーク値を保持する。

検出器２０及び２２は検出した最大及び最小ピークの値を保持しそれぞれの出力端子に出力するように構成される。

４つの連続する最大ピーク値と４つの連続する最小ピーク値を記憶するために、回路１０はＦＩＦＯ（先入れ先出し）技術に従って構成された２つのメモリ２４及び２６を具える。例えば、各メモリは４セルシフトレジスタで実現する。従ってシフトレジスタ２４及び２６は、最新の記憶値を最も古い記憶値と入れ替えるように動作する。

検出器２０の出力はシフトレジスタ２４の入力に接続され、検出器２２の出力はシフトレジスタ２６の入力に接続される。

スライサ閾値の値を計算するために、回路１０はシフトレジスタ２４及び２６の出力に接続された平均装置２８を有する。平均装置２８はシフトレジスタ２４のそれぞれのセルに記憶された４つの値の平均値を計算するとともに、シフトレジスタ２６のそれぞれのセルに記憶された４つの値の平均値を計算することができる。計算された平均値は装置２８によりスライサ閾値としてスライサ回路１２へ出力される。

雑音を含む２進信号の場合でも、２進信号内の長い論理値“１”または“０”の連続に依存しないスライサ閾値を計算するために、回路１０はビットレベル検出器３０を有する。この検出器３０はビットレベル変化の発生時にのみシフトレジスタ２４及び２６への新しい値の記憶を活性化するように設計される。

このようにするために、検出器３０は２つのメモリバッファ３２，３４を具える。バッファ３２は前の検出最大ピーク値を記憶するよう設計され、検出器２０の出力に接続される。

バッファ３４は前の検出最小ピーク値を記憶するよう設計され、検出器２２の出力に接続される。

前ピーク値はシフトレジスタ２４または２６内の最新記憶ピーク値である。

２進信号の立上りスロープまたは立下がりスロープを検出するよう設計されたスロープ検出器３６がバッファ３２及び３４と関連し、検出器２０及び２２の出力に接続される。

立上りスロープを検出するために、スロープ検出器は現在の最大ピーク値（検出器２０の出力にあれば）をバッファ３４に記憶されたその前の最小ピーク値と比較する。現在の最大ピーク値がその前の最小ピーク値+所定の閾値より高い場合にのみ立上りスロープが検出される。

立下りスロープを検出するために、スロープ検出器は現在の最小ピーク値（検出器２２の出力にれば）をバッファ３２に記憶されたその前の最大ピーク値と比較する。その前の最大ピーク値が現在の最小ピーク値＋所定の閾値より高い場合にのみ立下りスロープが検出される。

立上りスロープ又は立下りスロープが検出されると、検出器３６は論理値１をそれぞれ第１出力又は第２出力に発生する。

検出器３６の第１出力はＡＮＤゲート４０の第１入力に接続される。検出器の第２出力はＡＮＤゲート４２の第１入力に接続される。

ゲート４０及び４２の第２入力は１ビット周期カウンタ４６に接続される。

ＡＮＤゲート４０の出力はシフトレジスタ２４のクロック入力端子に接続され、ＡＮＤゲート４２の出力はシフトレジスタ２６のクロック入力に接続される。従って、立上りスロープが１ビット周期の終了時に検出器３６により検出されると、シフトレジスタ２４が検出器２０により保持されている現在の最大ピーク値を記憶するために活性化される。

同様に、立下りスロープが１ビット周期の終了時に検出器３６により検出されると、シフトレジスタ２６が検出器２２により保持されている現在の最小ピーク値を記憶するために活性化される。

ゲート４０及び４２の出力はバッファ３２及び３４の活性化入力端子にもそれぞれ接続される。

カウンタ４６が検出器２０、２２及び３６を各１ビット周期の終了時にリセットするためにこれらの検出器のリセット入力端子にも接続される。

カウンタ４６は回路１０により受信されるオーバサンプルクロックを用いて１ビット周期をカウントする。

受信機２の動作を図２を参照して以下に説明する。

最初に、ステップ６０において、雑音又はメッセージがアンテナ４により受信され、フィルタ処理され、復調器６に送信される。

ステップ６２において、復調器６が受信信号を復調し、対応する２進信号を回路１０に送信する。

ステップ６４において、回路１０が受信２進信号からスライサ閾値を生成しスライサ回路１２へ供給する。

もっと正確に言えば、ステップ６４において、検出器２０がオペレーション７０にて現在の１ビット周期中に２進信号の最大ピーク値を検出する。現在の１ビット周期中に現在の最大ピークが検出される場合、その最大ピーク値がその出力に保持される。

これと平行して、検出器２２がオペレーション７２にて現在の１ビット周期中に２進信号の最小ピーク値を検出する。現在の１ビット周期中に現在の最小ピークが検出される場合、その最小ピーク値がその出力に保持される。

現在の１ビット周期中に最大又は最小ピーク値が検出されない場合、対応する検出器２０又は２２は何の値も出力しない。

オペレーション７４にて、検出器２０の出力に保持された現在の最大ピーク値（もしあれば）がバッファ３４に記憶されているその前の最小ピーク値とスロープ検出器３６で比較される。現在の最大ピーク値がその前の最小ピーク値より著しく高い場合、検出器３６は論理値１をゲート４０の第１入力に出力する。すると、現在の１ビット周期の終了時に、シフトレジスタ２４がオペレーション７６にて活性化され、現在の最大ピーク値を記憶し、最も古い記憶最大ピーク値を除去する。

現在の１ビット周期中に最大ピークが検出されない場合又は現在の最大ピーク値とその前の最小ピーク値との差値が所定の閾値以下である場合、検出器３６は論理値０をゲート４０に出力し、シフトレジスタ２４は活性化されない。従って、立上りスロープが検出されないときは、新しい最大ピーク値はシフトレジスタ２４に記憶されない。

検出器３６はまた、オペレーション８０にて、現在の最小ピーク値（もしあれば）をバッファ３２に記憶されているその前の最大ピーク値と比較する。

現在の１ビット周期中に現在の最小ピーク値が検出され、その値がその前の最大ピーク値より著しく低い場合、検出器３６は論理値１をゲート４２の第１入力に出力する。その結果、シフトレジスタ２６がオペレーション８２にて現在の１ビット周期の終了時に活性化される。すると、現在の最小ピーク値がシフトレジスタ２６に記憶され、最も古い記憶最小ピーク値が除去される。

立上りスロープの場合と同様に、立下りスロープが検出されないときは、新しい最小ピーク値はシフトレジスタ２６に記憶されない。

現在の1ビット周期の終了時に、検出器２０，２２及び３６はリセットされ、オペレーション７０〜８２が次の1ビット周期に対して再び繰り返される。

1ビット周期ごとに、1つの最大ピーク値と1つの最小ピーク値が計算され、平均装置２８がこれらの値を用いてオペレーション８６にてスライサ閾値の値を計算する。例えば、スライサ閾値は次式を用いて１つのオペレーションで計算される。

SS = (Max1 + Max2 + Max3 + Max4 + Min1 + Min2 + Min3 + Min4) / 8
ここに、
SSはスライサ閾値の値
Max1〜Max4はシフトレジスタ２４に記憶された4つの最大ピーク値
Min1〜Min4はシフトレジスタ２６に記憶された４つの最小ピーク値

計算されたスライサ閾値は次いでステップ９０においてスライサ回路１２にセットされる。

スライサ回路１２はステップ９２においてこのスライサ閾値を用いて２進信号の論理値“１”又は“０”を識別する。

上述したアダプティブスライサ閾値生成方法の利点の十分な理解のために、図３に示す２進信号の特定の場合について種々の数値例を以下に示す。

図３において、曲線１００及び曲線１０２は検出器３６により発生される立下りスロープ信号及び立上りスロープ信号の時間的展開をそれぞれ表す。

下記の表１は、図３のグラフに示す２２の１ビット周期における立下りスロープ又は立上りスロープの検出に使用される種々の要素の値を示している。

もっと正確に言えば、第１列は図３のグラフに示す２２の１ビット周期の番号を示す。
第２及び第３列は前及び現在の最大ピークの値をそれぞれ示す。
第４及び第５列は前及び現在の最小ピークの値をそれぞれ示す。
最後に第６及び第７列はスロープ検出器３６により発生される立下りスロープ信号及び立上りスロープ信号の値をそれぞれ示す。

この表において、現在の１ビット周期中に最大ピークが生じないとき、現在の最大ピークの値は「no max」で示され、同様に、現在の１ビット周期中に最小ピークが生じないとき、現在の最小ピークの値は「no min」で示されている。
また、「ピークX」は曲線１６上に示されているピーク番号Xを示す。

１ビット周期No.２の間、ピーク３の値はその前の最小ピーク（ピーク０）の値に等しいため、立上りスロープは検出されない。

１ビット周期No.９の間及び１ビット周期No.１１の間は長い論理値“１”の連続及び長い論理値“０”の連続に対応するため、シフトレジスタ２４もシフトレジスタ２６も活性化されない。このため、長い論理値“１”又は“０”の連続に対応する２進信号の振幅が例えば雑音のために変化しても、１つの最大又は最小ピーク値が記憶されるだけとなる。その結果、生成されるスライサ閾値は２進信号の長い論理値“１”又は“０”の連続に依存しない。

下記の表２は特定の曲線１６の場合におけるスライサ閾値の計算を示す。
第１列は１ビット周期の番号を示す。
第２列〜第５列はシフトレジスタ２４に記憶された４つの最新の最大ピーク値を示す。
第６列〜第９列はシフトレジスタ２６に記憶された４つの最新の最小ピーク値を示す。
最後の列は平均装置２８により計算されるスライサ閾値の値を示す。

以上から、第１に、雑音のために大きなピークが生起する場合、スライサ閾値へのその影響が移動平均の使用によって制限されることがわかる。

第２に、平均最大ピーク値及び平均最小ピーク値を計算するためにそれぞれ４つの値を使用するのみであるため、２進信号レベルが変化する場合にスライサ閾値の値は急速に上下動し得る。従って、少なくとも８つの１ビット周期の期間後に、プリアンブル前に存在する雑音の影響はほぼ除去される。

第３に、移動平均の使用によって、平均最大ピーク値及び平均最小ピーク値が規則的に更新されるため、ＷＯ03/039060に記載されている方法のように低速で複雑な漏れ関数を必要としない。漏れ関数は、経過時間の関数として最新の最大値を減少させるとともに最新の最小値を増大させる時間変化関数である。

ここでは、本発明の方法を、平均最大ピーク又は平均最小ピーク値を４つの値を用いて計算する特定の例について説明した。この４つ数の値は雑音不感応度と２進信号レベルの変化に対する回路１０の応答時間との間の最適解として決定される。この４つの数の値はBluetooth無線通信システムに特に好適である。しかし、２〜６の範囲の他の数も許容し得る。ＤＥＣＴやBluetoothのような無線通信システムに対しては、６より多い値に亘る移動平均は許容し得ないほど低い応答時間になる。この数は受信機が満足すべき通信システムの使用に依存する。

本発明の方法を、１つの最大ピーク値のみ及び／又は１つの最小ピーク値のみを１ビット周期中に検出する特定の例につき説明した。しかし、他の実施例では、１つの最大ピーク値のみ及び／又は１つの最小ピーク値のみを決定する所定に期間を異なり値に設定することができる。例えば、所定の期間を２ビット周期以上にすることができる。

本発明によるアダプティブスライサ閾値生成システムの構成図である。 本発明によるアダプティブスライサ閾値生成方法のフローチャートである。 スライスすべき２進信号の時間的展開を示すグラフである。

Claims (11)

1. 受信復調信号からアダプティブスライサ閾値を生成する方法であって、
   前記受信復調信号における少なくとも２つの所定の期間について、各々の期間内の前記受信復調信号の極大値を検出するステップと、
   前記受信復調信号における少なくとも２つの所定の期間について、各々の期間内の前記受信復調信号の極小値を検出するステップと、
   を具えるアダプティブスライサ閾値生成方法において、
   検出した数個の極大値を平均化するとともに、検出した数個の極小値を平均化するステップと、
   これらの平均極大値及び平均極小値からスライサ閾値を計算するステップと、
   を具えることを特徴とするアダプティブスライサ閾値生成方法。
2. 前記極大値の平均値及び前記極小値の平均値はｎ個（ｎは１より大きい所定の整数）の最新の連続する検出極大値または極小値に亘る移動平均を用いて計算することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. ｎは２〜６の範囲であることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. ｎは４であることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記極大値を検出するステップは、
   前記所定の期間中に前記信号の一次導関数がゼロになるとともに二次導関数が負値になる点に対応する最大ピークを検出するオペレーションと、
   検出した最大ピークの値を前記極大値として前記所定の期間に亘り保持するオペレーションと、
   を具えることを特徴とする請求項１−４の何れかに記載の方法。
6. 前記極小値を検出するステップは、
   前記所定の期間中に前記信号の一次導関数がゼロになるとともに二次導関数が正値になる点に対応する最小ピークを検出するオペレーションと、
   検出した最小ピークの値を前記極小値として前記所定の期間に亘り保持するオペレーションと、
   を具えることを特徴とする請求項１−５の何れかに記載の方法。
7. 前の所定の期間中に最小ピーク値が検出された場合にのみ、新たに検出される極大値を前記平均極大値の計算に使用し、前の所定の期間中に最大ピーク値が検出された場合にのみ、新たに検出される極小値を前記平均極小値の計算に使用することを特徴とする請求項５及び６記載の方法。
8. 受信復調信号からアダプティブスライサ閾値を生成するシステムであって、
   前記受信復調信号における少なくとも２つの所定の期間について、各々の期間内の前記受信復調信号の極大値を検出する第１検出器と、
   前記受信復調信号における少なくとも２つの所定の期間について、各々の期間内の前記受信復調信号の極小値を検出する第２検出器と、
   を具えるアダプティブスライサ閾値生成システムにおいて、該システムは、
   検出された数個の極大値を平均化するとともに、検出された数個の極小値を平均化し、これらの平均極大値及び平均極小値からスライサ閾値を計算する平均化装置を具えることを特徴とするアダプティブスライサ閾値生成システム。
9. 平均化すべき前記数個の極大値及び前記数個の極小値を記憶する少なくとも１つのＦＩＦＯメモリを具えることを特徴とする請求項８記載のシステム。
10. 前記第１検出器及び／又は前記第２検出器はそれぞれ最大ピーク検出器および最小ピーク検出器であることを特徴とする請求項８又は９記載のシステム。
11. ビットレベル変化が検出された場合にのみ新しい極大値または極小値の記憶活性化するために前記少なくとも１つのＦＩＦＯメモリに関連するビットレベル検出器を具えることを特徴とする請求項８-１０の何れかに記載のシステム。

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