JPH0666615B2 - 自動利得制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は一般的には自動利得制御に関し、さらに詳しく
いえば、デジタル信号プロセッサにおける自動利得制御
に関する。

B.従来技術 入力される電気的又は音響的な信号の利得を次の信号処
理の前に自動的に調整する技術が知られている。典型的
には、自動利得制御（AGC）機構は、非線形デバイス、
たとえば入力信号を圧縮するダイオードを使ってハード
ウェアで実現される。デジタル信号処理では、このよう
な非線形デバイスは利用できない。デジタル信号プロセ
ッサは、通常、算術的な除算を遂行することによってAG
Cを行う。算術的な除算を用いることの欠点は、それが
デジタル信号プロセッサにおいて大量の処理を必要とす
ることである。

AGC機構は、通常、振幅の変化する信号を受け取る装置
において使用される。振幅の変化する信号とは、たとえ
ば、マイクロホンと話者との距離が変わるような場合や
個々の話者が変化する振幅でしゃべるような場合におけ
るマイクロホンからの音声、変動源が話者及び電話回線
の両方に起因するような場合における電話回線を介する
音声、電話回線を介するモデム信号（１つの電話線によ
る振幅の減衰は他の電話回線によるものと取なる場合が
あるからである）などをいう。AGC機構はダイナミック
レンジを制限するのに有用である。すなわち、増幅器が
高レベルの信号で飽和することはなく、しかも、回路網
又は量子化ノイズに起因する熱的なノイズの影響を最小
にすることに有用なものである。

前述の如く、ハードウェアで実現される場合に普通に用
いられている非線形の効果はデジタル信号プロセッサは
利用されていない。そのようなプロセッサにおけるAGC
のプロセスは除算を使う。典型的には、入力信号レベル
（通常は一定期間中における最大のサンプルである）が
決定され、次に算術的な変換が行われる。一定期間中の
全ての入力サンプルはこの変換値で乗算される。かくし
て、大きな入力信号は小さなAGC値で乗算され、小さな
入力信号は大きなAGC値で乗算される。現在の信号プロ
セッサの有する問題は、除算の効率が悪いことである。
その結果、デジタル信号プロセッサの相当の処理量が自
動利得制御のためのみに費やされてしまう。電話を例に
とると、このために、DTMF検出、復調、電話回線のモニ
タ等の重要な機能についての処理能力が減ることとな
る。

米国特許第4191995号はハードウェアで実現された典型
的なデジタルAGC回路を開示する。この回路は、入力ア
ナログ信号及びこれをデジタル化したものにそれぞれ制
御された減衰を与えるためのアナログ減衰器及びデジタ
ル減衰器の両方を含む。これらの及アナログ減衰器及び
デジタル減衰器はデジタル制御回路で制御される。

米国特許第4996519号もハードウェアで実現されたAGCを
有するデジタル信号プロセッサを開示する。このプロセ
ッサは２つのパリティ発生器、RSフリップフロップ式シ
フトレジスタ、及び直列的に接続されたシフトレジスタ
の出力を制御するための論理回路を利用する。

米国特許第4499586は、再帰的な第１及び第２の走査信
号を受け取る受信部において使用されるマイクロプロセ
ッサ式のAGCを開示する。この装置は線形及び対数増幅
器を含む。デジタル利得制御信号をアナログ利得制御信
号に変換するためのＤ／Ａコンバータに、ピークの大き
さの信号に応答してデジタル利得制御信号を生成するた
めの手段が設けられている。変換されたアナログ利得制
御信号は線形増幅器の利得制御入力に印加されるもので
ある。

米国特許第4477698号には遠隔の電話器におけるピック
アップを検出するための装置を開示する。この装置は、
高利得のバンドパスフィルタを用いるもので、AGCは使
用しない。この装置は電話の呼出しのピックアップを検
出することができるけれども、自動利得制御に必要とさ
れるであろう異なる音声レベル又はモデル信号レベルの
補償を行うことはできない。

よく知られているように、ある種の電気的な信号は振幅
の制約がある。そのような信号の場合、ウィンドウ内の
ピーク信号が第１のしきい値レベルを越えず、かつ第２
のしきい値レベルより小さくならないようにウィンドウ
サイズを決めることができる。そのような振幅の制約の
ある信号は、たとえば、ダイヤルトーン信号、FSKモデ
ム信号、PSKモデル信号、QAMモデル信号などである。制
約のない信号は、たとえば、音声、電話回線のビジー信
号である。制御のない信号の例としてのこれらの信号
は、長期間の無音、すなわち信号のない状態となりう
る。

制約のない信号を処理するために使用されるAGC機構の
例は、1985年10月１日付の米国特許出願第786911号にみ
られる。ここでは、AGCは１以上のしきい値に対して入
力信号を測定し、しきい値との交差に応じて利得を調整
することによって行われる。制約のない信号の場合、こ
れは非常にうまく働く。しかしながら、高速のモデム信
号の場合、この技術は欠点を有する。高速モデム信号に
みられるような振幅の制約された信号の場合、利得の調
整できるウィンドウの幅は狭くなる。というのは、入力
信号の変化が非常に速いからである。したがって、非常
に速く、しかも適応型で利得を調整しなければならな
い。そうなると、上記の技術では、高速モデム信号の処
理には十分ではない。高速モデム信号を処理する場合に
生ずるもう１つの問題は、入力される電気的な信号から
受信されるデータ中に振幅のジッタによってエラーが発
生することが多くなることである。したがって、高速の
信号を処理するためのAGC機構は利得のレベルに非常に
速く適応しなければならず、また、受信信号中にジッタ
を生じさせてはならない。

C.問題点を解決するための手段 そこで本発明は上記のような問題を解決する改善された
自動利得制御方法を提供することを目的としている。

この目的を達成するため、信号プロセッサにおける本発
明の自動利得制御方法は、利得係数を設定するステップ
と、入力信号に相当する複数のサンプルを受け取るステ
ップと、上記複数のサンプルの各々に上記利得係数を乗
算して複数のサンプル積を作るステップと、上記サンプ
ル積の最大値と現行の最大値を比較するステップと、上
記現行の最大値よりも上記サンプル積の最大値の方が大
きい場合上記サンプル積の最大値を上記現行の最大値と
してセットするステップと、上記現行の最大値が所定の
下方しきい値よりも小さい場合上記利得係数を増加させ
るステップと、上記記現行の最大値が所定の上方しきい
値よりも大きい場合上記利得係数を減少させるステップ
と、を具備することを特徴とする。

以下、本発明の作用を実施例と共に説明する。

D.実施例 はじめに本実施例を概説する。

本発明に基づき、たとえば高速モデムにみられるような
振幅の制限された信号にAGCを与えるために、比例的なA
GCをデジタル信号処理環境に提供する。本実施例のAGC
は２つの異なるモード、すなわち、ロックインモードと
追跡モードに分けられる。入力信号の受信後最初の数秒
に生ずるロックインモードは、入力信号の強さを判断し
てこれを補償する。ロックインタイムウィンドウの終わ
りで、AGCの出力はほぼ安定になる。追跡モードの目的
は比較的長期間にわたって入力信号の強さを判断して、
そのような信号の強さの変化を補償することである。ロ
ックインモードの間、利得制御部は、非常に短時間で大
きく変化する信号強度を補償する。好適な実施例では、
ロックインモードにあるそのような利得制御部は、40ミ
リ秒内に−10dBから−40dBまでの信号強度を補償する。
追跡モードの間、利得制御部は、振幅変調に起因する信
号強度の変化と、交換網の動的な特性に起因する信号強
度とを区別する。この追跡モード期間中、利得制御部は
入力信号について発生するノイズに対して不感である。

入力される電気的な信号はフロントエンドフィルタによ
ってサンプルされ、各サンプルが現行の利得係数で乗算
される。その結果得られる積の大きさが、絶えず変化す
る最大値と比較される。得られる積のうち１つでも現行
の最大値より大きいときは、新しい最大値が設定され
る。この最大値は次に上方しきい値及び下方しきい値と
比較される。この最大値がこれらのしきい値の範囲内に
ないときは、利得係数は、その範囲からの信号のずれに
基づいて計算された誤差に比例して調整される。利得
は、ロックインを容易化する目的で、入力信号の受け取
りのはじめより急速かつ急激に更新される。AGCが強さ
の徐々に弱まる信号を追跡することができるよう、変化
する最大値は時間と共に減少する。

以下、図面を参照して本実施例を説明する。

第１図において、信号プロセッサ11は商用のものでよ
い。たとえばテキサスインストルメンツ社のTMS32010で
ある。信号プロセッサ11はホストプロセッサ19によって
全体的に管理されるものであり、その作動の前に命令を
ロードされるCPUを有していなければならない。信号プ
ロセッサ11は命令メモリ12及びデータメモリ13を使用す
る。これらのメモリはホストプロセッサ19によってもア
クセスできる。命令メモリ12は、信号プロセッサ11がタ
ーンオフ、すなわち、リセットされているときにのみ、
ホストプロセッサ19によってアクセスできる。そのと
き、ホストプロセッサ19は命令メモリ12からロードし、
データメモリ13に切り換えることができる。データメモ
リ13は全ての時間で信号プロセッサ11と動的に共有され
る。信号プロセッサ11及びホストプロセッサ19は、ホス
トプロセッサ19の制御の下、割込みマスキングにより互
いに割り込むことができる。高速モデム信号はライン21
ないし23を介する受信部17への入力である。振幅の変化
するこれらの信号は振幅の制約を受ける信号である。た
とえば、FSKモデム、PSKモデム及びQAMモデムからのも
のである。アナログ形式であるこれらの入力高速モデム
信号はＡ／Ｄコンバータ16によってデジタル変換されデ
ータレジスタ15へ一時的に記憶される。デジタル化され
たこれらの信号は次にデータメモリ13へ入力される。Ａ
／Ｄコンバータ16はライン21ないし23を介してアナログ
信号のデジタル化されたサンプルを供給する。これが、
データメモリ13に記憶され、信号プロセッサ11を使って
比例的なAGCを行うことによって振幅の調整されるデジ
タルサンプルである。好適な実施例では、入力高速モデ
ム信号は9600ヘルツでサンプルされる。入力変調信号の
シンボル時間は1.6ミリ秒で、16サンプルごとに１つの
シンボルである。

第２図において標準的なフィードバックループを示し
た。このフィードバックループは、入力信号の受信に応
じて時間と共に利得を調整するのに用いる。フィードバ
ックループ中のブロック34に示すように、利得Ｋ（ｔ）
は時間の関数である。フィードバックループへの入力31
は所与の瞬間における利得である。ライン31を介する利
得入力のこの特定の値はブロック34の出力と乗算されて
ライン33に誤差信号を供給する。ライン32の出力は、フ
ィードバックループで生成された誤差信号の結果として
変化された利得の値である。乗算器35へ入力されるブロ
ック34の値は時間と共に動的に変化する。この動的な利
得の変化及び調整は第３図の流れ図を使ってさらに詳し
く説明する。

ステップ41に示すように、Ａ／Ｄコンバータ16から受信
されたデジタル化されたサンプルは現在の利得の値で信
号プロセッサ11内において乗算される。ステップ42にお
いて、乗算されたばかりの最大スケールのサンプルの積
が決定される。前述の如く、一時に16個のサンプルが信
号プロセッサ11へ入力される。次に判断ステップ43で、
ステップ42における最大スケールサンプル積の値が、時
間と共に変化する所定の最大値より大きいかどうか判断
される。上記最大サンプル積がこの現行の最大値より大
きいときは、ステップ44に示すように、新しい現行最大
値がセットされる。

現行最大値が最大サンプル値より大きいとき、又は新し
い現行最大値がセットされたときは、ステップ45で、現
行最大値が所定の下方しきい値より小さいかどうか判断
される。もし現行最大値が上記下方しきい値より小さい
ときは、その差分に比例して利得が調整される。ステッ
プ46に示すように、その利得は上方に調整される。現行
最大値が下方しきい値より小さくないときは、ステップ
47で、それが上方しきい値より大きいかどうか判断され
る。もしそうなら、ステップ48に示すように、利得は下
方に調整される。現行最大値が上方しきい値より大きく
ないときは、利得の調整は行わない。最終的にステップ
49に示すように現行最大値は時間と共に減少する。現行
最大値が時間と共に調整されることで、比例的AGC機構
は、時間の増加に伴い除々に弱くなる入力信号を追跡す
ることができる。したがって、ステップ46及び48におい
て遂行されるその利得への調整は信号プロセッサ11によ
って入力サンプルが受け取られた時間に依存する。

時間と共に変化する信頼係数を使って、入力信号を固定
する目的で、デジタル化された入力サンプルが最初に受
け取られたときにより積極的な利得の調整を保証する。
信頼係数したがってその利得は次式に基づいて時間と共
に調整される。

CONF＝〔（CONFINIT） ×（0.996）^Ｔ〕＋CONFFIN MAX＞UTのとき、 GAIN＝GAIN−（MAX−UT）×CONF MAX＜LTのとき、 GAIN＝GAIN＋（LT−MAX）×CONF ただし、CONFは時間と共に変化する信頼係数（ステップ
46及び48参照）、Ｔは時間、MAXは現行最大値、GAINは
利得係数、CONFINITは信頼係数の初期値、CONFFINは信
頼係数の最終値、LT及びUTは下方しきい値及び上方しき
い値である。

信頼係数の初期値は予め定められ、最終値に比して幾分
高く選択される。ただし、これらの初期値及び最終値は
いずれも１より小さい。したがって、CONFが相当大きい
場合においては、初めは利得の調整はかなり大きくなり
得る。時間が増加するにつれて、CONFは減少し、したが
って利得の変化はそれ程急激でなくなる。

第４図に他の実施例を示す。ステップ51における利得で
全ての入力サンプルを乗じた後にステップ52で決定され
る最大サンプルは上方しきい値及び下方しきい値と比較
される。これは、最大サンプル積が現行最大値と比較さ
れ前者の方が大きい場合に現行最大値が調整されるよう
な先の実施例と対比されるものである。現行最大値を上
方しきい値及び下方しきい値と比較する代わりに第４図
の実施例では、最大サンプル積がこれらのしきい値と比
較される。したがって、ステップ53で、最大サンプル積
が下方しきい値より小さいか否か判断される。もしそう
なら、ステップ54に示す如く、利得が前述のように下方
に調整される。しかしながら、サンプルが下方しきい値
よりも大きい場合は、ステップ55に示す如く、最大サン
プルが上方しきい値より大きいか否か判断される。もし
そうなら、ステップ56に示す如く、利得が上方に調整さ
れる。最終的にステップ57で、次のサンプルを待つ。先
に示した実施例について利得及び信頼係数の変化を表わ
すのに用いた式は、第４図の実施例では少し変更され
る。すなわち、２つの利得の式における現行最大値が最
大サンプル値と入れ変わる。残りの変数はそのままであ
る。

E.発明の効果 以上説明したように本発明により、特に高速かつ振幅の
制御された信号についてのデジタル処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は利
得調整機構のブロック図、第３図は本発明の実施例の動
作を説明する流れ図、第４図は本発明の他の実施例の動
作を説明する流れ図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】利得係数を設定するステップと、 入力信号に相当する複数のサンプルを受け取るステップ
   と、 上記複数のサンプルの各々に上記利得係数を乗算して複
   数のサンプル積を作るステップと、 上記サンプル積の最大値と現行の最大値を比較するステ
   ップと、 上記現行の最大値よりも上記サンプル積の最大値の方が
   大きい場合、上記サンプル積の最大値を上記現行の最大
   値としてセットするステップと、 上記現行の最大値が所定の下方しきい値よりも小さい場
   合、上記利得係数を増加させるステップと、 上記現行の最大値が所定の上方しきい値よりも大きい場
   合、上記利得係数を減少させるステップと、を含むプロ
   セッサの入力信号を自動利得制御する方法。