JP2545614B2

JP2545614B2 - 自動等化器のタップ係数保護方式

Info

Publication number: JP2545614B2
Application number: JP1244852A
Authority: JP
Inventors: 尚加來; 裕樹岸本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-09-20
Filing date: 1989-09-20
Publication date: 1996-10-23
Anticipated expiration: 2011-10-23
Also published as: EP0419225A3; JPH03107208A; US5175745A; EP0419225A2; DE69024296D1; EP0419225B1; CA2025370A1; DE69024296T2; CA2025370C

Description

【発明の詳細な説明】［概要］ FSEのタップ係数の異常成長を防ぐ自動等化器のタッ
プ係数保護方式に関し、タップ係数の異常成長による自動等化器のオーバーフ
ローを防止しすることを目的とし、タップ係数の各パワーの総和を算出して通常ゲインを
越えるか否か判定し、通常ゲインを越えた場合にはタッ
プ係数の異常成長と判定して各タップ係数に１より僅か
に小さい係数を乗じてゲインを下げるように構成する。

［産業上の利用分野］本発明は、トランスバーサル型自動等化器のタップ係
数の異常成長を防ぐ自動等化器のタップ係数保護方式に
関し、特にシンボルレイトを分割したサンプルレイトを
もつFSE（Fractionally Tap-spaced Equalizer）のタッ
プ係数保護方式に関する。

適応型自動等化器であるトランスバーサル型自動等化
器において、タップ間隔を与えるサンプリングレイト
Ｔ′を最高信号周波数の２倍の逆数で与えられるシンボ
ルレイトＴ以下に設定した自動等化器としてFSE（Fract
ionally Tap-spaced Equalizer）が知られており、この
FSEうちタップ間隔をＴ′＝T/2としたものはダブルサン
プリング等化器として知られている。

このFSEはタップ間隔Ｔのトランスバーサル型自動等
化器においてタイミング位相に依存せず等化器のセット
アップ（引込み）が速いという特徴をもつ。

しかし、FSEはサンプリングレイトによる帯域がシン
ボルレイトの帯域より広くタップ係数が異常成長して等
化出力がオーバフローすることから、このタップ係数の
異常成長を監視し、且つ異常発生時にはタップ係数の成
長を抑える制御が望まれる。

［従来の技術］第５図は従来のFSEの構成図であり、FSEは図示のよう
に、シンボルレイトＴをそれ以下の値に分割したサンプ
ルレイトＴ′をもつ適応型自動等化器である。尚、サン
プリングレイトＴは最高信号周波数の２倍の逆数として
与えられる。

このFSEを音声帯域モデム（0.3〜3.4KHz）の受信部に
使用した場合、受信部処理におけるサンプリング位相に
依存しないため受信部の自動等化器の引き込みが早い。

しかしFSEはその反面、FSEのもつ不定帯域によりタッ
プ係数Ｃ_-N〜Ｃ_Nが異常成長し、等化器ゲインが上限に
達してオーバーフローに至ることが報告されている（例
えばCH2114-7/85/0000-1667＄1.001985 IEEE等）。

第６図はFSEの理想伝送パルスに対するスペクトラム
分布を示したもので、実線で示すシンボル帯域のスペク
トラム特性に対しFSEは破線で示すπ/T′まで伸びた帯
域をもっており、シンボル帯域との間にシンポルパワー
が零となる不定帯域をもつようになる。

このようなFSEのシンボルパワーが零となる不定帯域
の存在に起因したタップ係数の異常成長を防止するた
め、従来方式にあっては、不定帯域にS/Nレートに影響
を与えないような微弱なノイズ成分を強制的に加え、不
定帯域のパワーレベルが零とならないようにしている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、不定帯域にノイズを混入させる従来方
式にあっては、ノイズレベルが低く過ぎるとタップ係数
の異常成長を防止できず、タップ係数の異常成長を効果
的に防ぐためにノイズレベルを上げると、本来のシンボ
ル帯域のS/Nレートを悪化させるという相反する問題が
あり、しかもタップ係数の異常成長をモニタする手段が
ないために、タップ係数の異常成長を始まりを検知して
対応することもできない問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
もので、自動等化器のタップ係数の異常成長を迅速に検
知できる自動等化器のタップ係数保護方式を提供するこ
とを目的とする。

本発明の他の目的は、タップ係数の異常成長を検知し
た際には成長を抑えるようにタップ係数を制御する自動
等化器のタップ係数保護方式を提供する。

［課題を解決するための手段］第１図は本発明の原理説明図である。

第１図において、まず本発明は、回線で受けた符号間
干渉を除去するトランスバーサル型の自動等化器を対象
とする。

このような自動等化器につき本発明のタップ係数保護
方式にあっては、タップ係数CX1〜CXnの各パワーP1〜Pn
を検出するタップパワー検出部10-1〜10-nと；タップパ
ワー検出部10-1〜10-nにより検出されたタップパワーの
総和を算出する加算部12と；加算部12の算出パワーを所
定の閾値と比較し、該閾値以下の時はタップ異常成長は
ないものとしての正常判定出力を生じ、閾値を越えた時
にはタップ係数異常成長の判定出力を生ずる判定部14
と；を設ける。

ここでトランスバーサル型の自動等化器は、シンボル
レイトＴを分割した小さいサンプリングレイトＴ′を有
するFSEである。

また判定部16の閾値としは、自動等化器の通常ゲイン
を設定し、具体的には3dBの通常ゲインをタップ係数異
常成長を判定する閾値として設定する。

更に、判定部14から正常判定出力が得られた時にはタ
ップ係数CX1〜CXnをそのまま維持し、タップ係数の異常
判定出力が得られた時にはタップ係数CX1〜CXnの各々に
１より僅かに小さい所定の係数βを乗じて自動等化器の
ゲインを抑えるタップ制御部16を設ける。

このタップ制御部16によりタップ係数CX1〜CXnの各々
に乗じて成長を抑える係数βとしては、S/Nエラーレー
トの劣化量を少なくとも0.1dB以下に抑えることのでき
る１より僅かに小さい値を使用する。

［作用］このような構成を備えた本発明による自動等化器のタ
ップ係数保護方式によれば、受信処理中に常時、受信処
理部に設けたFSEにおけるタップ係数の異常成長の有無
が監視されており、更にタツプ係数の異常成長を判定す
ると成長を抑え込むようにタップ係数の値が係数の乗算
により減少するように制御され、その結果、FSEのゲイ
ンを所定の通常ゲインを越えない範囲に抑えることがで
きる。

この結果、不定帯域に起因したFSEのタップ異常成長
の問題が解消されることで、FSEの適用範囲が拡大で
き、また音声帯域モデムであっては受信部の自動等化能
力を向上できる。

［実施例］第２図は本発明の実施例構成図であり、本発明による
タップ係数保護方式が適用される音声帯域モデムの受信
部を示している。

第２図において、20は伝送帯域0.3〜3.4KHzのアナロ
グ電話回線を用いた伝送回線であり、伝送回線20に対し
ハブリッド回路22を介して音声帯域モデム200が接続さ
れる。

即ち、音声帯域モデム200の入力段にはフィルタ24が
設けられ、フィルタ24から得られた受信信号をA/D変換
器26によりサンプリングしてデジタルデータに変換し、
デジタル・シグナル・プロセッサ（以下「DSP」とい
う）100に入力する。

DSP100には、そのプログラム制御により復調器（DE
M）28、ロールオフフィルタ（ROF）30、自動等化器（AE
Q）32、キャリア自動位相制御回路（CAPC）34、判定部3
6の各機能が実現される。

即ち、復調器28は直交振幅変調（QAM）された受信信
号の同期検波により送信側で変調された複素平面上にお
ける信号点座標を示す実数データReと虚数データImを復
調する。ロールオフフィルタ30は受信シンボル帯域の広
域カット特性を与えるもので、ω＝π/Tを中心にコサイ
ン波状に減衰するフィルタ特性を与える。

自動等化器32としては本発明のタップ係数保護方式の
対象となるFSEが使用され、FSEは通常のトランスバーサ
ル型自動等化器（シンボルレイトとサンプリングレイト
が同一）に対し、第５図に示したようにシンボルレイト
Ｔを分割したサンプリングレイトＴ′をもつ適応型の自
動等化器である。

このFSEを使用した自動等化器32は伝送回線20の伝送
で生じた符号間干渉を除去する。

キャリア自動位相制御回路34は自動等化器32の出力に
含まれる周波数オフセット及び位相エラーを除去する。

このようなキャリア自動位相制御回路34としては、例
えば特公昭55-33203号のものが使用できる。

キャリア自動位相制御回路34に続いては判定部36が設
けられ、判定部36はCAPC34から得られた信号点の誤りを
訂正して正しい信号点を判定する。この判定部36による
判定としては、ハードウェア的なデータテーブルを使用
した硬判定、及びまたは送信側の誤り制御のために冗長
１ビットを付加したトレリス符号化に基づく遷移規則に
従って正しい信号点を復調するビタビ復号による軟判定
が行なわれる。

DSP100に続いてはメインプロセッサ（MPU）38が設け
られ、メインプロセッサ38はDSP100の最終段に設けられ
た判定部36から得られた信号点座標を予め定めたマッピ
ングパターンと照合し、信号点に対応するビットデータ
を復調する。マッピングパターンに基づいて復調された
１変調毎のビットデータは順次直列データに繋げられ、
DTE回路40を介して端末に出力される。

以上の構成は通常の音声帯域モデムの復調部と同じで
あるが、これに加えて本発明にあっては、DSP100内に実
現されたFSEとしての自動等化器32に対し、新たにタッ
プ係数監視制御部50を設けている。

タップ係数監視制御部50は自動等化器32としてのFSE
におけるタップ係数の異常成長の有無を常時監視し、異
常成長を判定した場合にはタップ係数を減少させるよう
に制御する機能を有する。

第３図は第２図に示したタップ係数監視制御部50の一
実施例を示した実施例構成図であり、後の説明で明らか
にするように、第４図に示すタップ数31のFSEを対象と
している。

第３図において10はタップパワー検出部であり、実数
データReを入力してその２乗値Re²を算出する乗算器42
と、虚数データImを入力してその２乗値Im²を算出する
乗算器44と、乗算器42と44の出力を入力して任意のタッ
プｉにおけるタップパワーPiを Pi＝Re²＋Im² ……（１）として算出する加算器46が設けられる。

ここで、タップパワー検出器10によるタップパワーPi
の検出は、受信１シンボル毎にタップ１つのパワーを計
算しており、従って、タップ数31のFSEを対象とした場
合、ｉ＝１〜31となる31シンボル分の受信期間で全タッ
プ数31分の各タップパワーＰ₁〜Ｐ₃₁を検出することが
できる。

48はシンボルカウンタであり、１シンボルを受信する
毎にシンボルクロックを入力して計数し、31シンボル分
のクロックを計数するとカウンタ出力を生じ、その後に
クリアされて初期状態からのカウンタ動作を繰り返す。

タップパワー検出部10の出力は加算メモリ12に与えら
れる。加算メモリ12はタップパワー検出部10で前記第
（１）式により算出されたタップ毎のパワーＰ₁〜Ｐ₃₁
を順次加算し、31シンボル分加算したときのシンボルカ
ウンタ48の出力を受けて、そのときのメモリ加算値を次
段の判定部14に出力する。

即ち、加算メモリ12は、の演算を行なうこととなる。

判定部14は加算メモリ12より出力された全タップ数の
パワー総和Ptを予め閾値として定められたFSEの通常ゲ
イン、例えば通常ゲイン＋3dBと比較し、閾値としての
通常ゲイン＋3dB以下のときはタップ係数の異常成長は
ないものとして正常判定出力D1を出力する。一方、全タ
ップ数のパワー総和Ptが閾値としての通常ゲイン＋3dB
を越えたときにはタップ係数の異常成長と判定して異常
判定出力D2を生ずる。

判定部14の判定出力はタップ制御部16に与えられる。
タップ制御部16は正常判定出力D1が得られているときに
は係数β＝１を出力し、係数βをFSEのタップ係数CX₁〜
CX₃₁の各々に乗じ、このときのタップ係数をそのまま維
持させる。一方、異常判定出力D2を受けたときには係数
βとして１より僅かに小さい値、例えばβ＝0.9880157
を出力してFSEのタップ係数CX₁〜CX₃₁の各々に掛け合
せ、この１より僅かに小さい係数βの掛合せによりタッ
プ係数CX₁〜CX₃₁を減少させる。

このような第３図に示すタップ係数制御部16の処理動
作を整理すると、次のようになる。

シンボルカウンタ48を１シンボル毎にインクリメント
する。

各シンボル毎にタップパワー検出部10で各タップのパ
ワーＰ₁〜Ｐ₃₁を計算し、加算メモリ12に順次加算して
いく。

前記、の処理をFSEのタップ数ｉ＝31だけ繰り返
し、全タップ数のパワーを算出した時点、即ちシンボル
カウンタ48の出力が得られた時点で判定部14により閾値
としての通常ゲイン＋3dBと比較し、通常ゲインを越え
た場合に各タップCX₁〜CX₃₁に１より僅かに小さい係数
βを掛け合せ、一方、閾値としての通常ゲイン＋3dBを
越えない場合は係数β＝１としてタップ係数CX₁〜CX₃₁
の値をそのまま更新する。

シンボルカウンタ48及び加算メモリ12の各々をクリア
する。

第４図は第３図に示したタップ係数監視制御部の対象
となるFSEの一実施例を示した構成図であり、タップ間
隔をＴ′＝T/2としたダブルサンプリング等化器を例に
とって示している。

第４図にあっては、同一構成を備えた第１の等化部32
-1と第２の等化部32-2を有し、第１の等化器32-1に対し
てはAGC出力をそのまま入力することでシンボルレイト
Ｔに対しタップ間隔を与えるサンプリングレイトを同じ
Ｔとしており、この点は通常のトランスバーサル型等化
器と同じである。一方、第２等化部32-2に対してはAGC
出力をT/2と半分に分割して入力しており、従って、第
２の等化部32-2はFSEとして機能する。

第３図に示したタップ係数監視制御部50はFSEとして
機能する第２等化部32-2のタップ係数CX₁〜CX₃₁に基づ
いて前記第（１）式及び第（２）式に従って全タップの
パワー総和を検出し、通常ゲインとの比較により正常で
あれば係数β＝１を第１及び第２の等化部32-1,32-2の
タップ係数CX₁〜CX₃₁の各々に掛け合せ、一方、通常ゲ
インを越えていれば１より僅かに小さい係数βを同様に
タップ係数CX₁〜CX₃₁に掛け合せる。

具体的には、第１等化部32-1の乗算器52の各々により
タップ係数CX₁〜CX₃₁に第３図のタップ制御部16より出
力された係数βを掛け合せるようになる。この点は第２
等化部32-2も同じである。

以上が本発明のタップ係数保護方式によるタップ係数
の異常監視とタップ係数の制御処理であり、DSP100の処
理能力を考慮し１シンボルの受信処理中に１つのタップ
分のパワーを計算し、31シンボルの受信で全タップパワ
ーを求め、更にタップ係数自体の修正も次のシンボル１
〜31の受信毎に各シンボル毎のパワー検出と並行してタ
ップ係数の修正を行なう。従って、タップパワーの検出
に基づくタップ係数異常成長の判定に31シンボル分の受
信処理時間を必要とし、その後のタップ係数の修正に同
じく31シンボル分の受信処理時間を必要とする。

このように１シンボル単位で各タップパワーを計算し
たりタップ係数を修正しても良いが、１シンボル受信中
のDSP100の処理サイクル及びROM容量に余裕がある場合
は、１シンボル受信中に生じた空き時間を使用して全タ
ップのパワーを計算し、且つタップ係数を修正するよう
にしても良い。勿論、１シンボルの受信で全タップパワ
ーを計算して係数βを求め、次の１シンボルの受信で係
数βに基づくタップ係数の修正を行なうようにしても良
い。

次に、本発明のタップ係数保護方式を採用する場合の
DSP100の処理能力による制限を説明する。

本発明のタップ係数保護方式においてタップ係数の異
常成長を判定した場合には、係数βを乗ずることにより
タップ係数が必ず小さくなる必要がらるが、係数βの値
が小さすぎるとS/Nエラーレートに悪影響を及ぼす。

この点を9.6Kbpsのモデムを例にとって説明すると次
のようになる。

まず、タップ係数を小さくするために使用する異常判
定時の係数βについては、次の３つの条件を考慮する必
要がある。

タップ係数はタイミング位相、キャリア位相、回線の
影響を受ける。それぞれの影響を 1/2とすると、合せてB-B（バックツーバック、即ちモデ
ム折り返しで特性がフラットであること）のピーク時の
1/4を考慮する必要がある。

係数βを乗ずることによりタップ係数が必ず小さくな
らなければならない。

係数βの値を小さくしすぎるとS/Nエラーレートに影
響し、S/Nエラーレートの劣化量は少なくとも0.1dB以下
としたい。

S/Nエラーレートに対する影響を具体的に検討する
と、次のようになる。

9.6KbpsのS/Nエラーレートを約22dBとし、0.1dB劣化
のS/Nをγとすると、 10^-22/10＝10^-22.1/10＋10^B/10 ∴γ＝38.43 となる。このとき係数βは −38.43＝20log（１−β） ∴β＝0.9889157＝［＄3F3B］となる。但し、βはHex表示で１＝＄4000とした場合で
ある。従って、係数βは0.9880157より大きくする必要
がある。

今、係数βを２のべき乗で小さくしたとすると、次表
−１のようになる。

尚、前記表−は16進表示で示している。

この表−１において、前述した条件を考慮すると、結
論として係数β＝＄3FF0とすることが望ましい。

このとき、S/Nの劣化量は60.2dBであることから、S/N
エラーレートｘは 10^-x/10＝10^-22/10−10^-60.2/10 ｘ＝22.00131486dB となる。従って、S/Nエラーレートの劣化量は0.0013dB
となり、実用上問題ないことが確認できる。尚、上記の
具体例は16ビットの２の補数表現であり、DSPの処理能
力としては−２から＋２までの場合を例にとっている。

また、上記の実施例はFSEのタップ係数異常成長の監
視と制御を例にとるものであったが、本発明のタップ係
数保護方式はFSEに限定されず、通常のトランスバーサ
ル型自動等化器にそのまま適用でき、何らかの原因によ
るタップ係数の異常成長を防止して安定した受信等化処
理を保証させることができる。

［発明の効果］以上説明してきたように請求項１は加算部の算出パワ
ーが閾値以下の時に正常判定出力を生じ、閾値を越えた
ときにタップ係数異常成長の判定出力を生ずるようにし
たので、タップ係数の異常成長を迅速に検出することが
できるという効果を有する。

請求項２は請求項１の等化器に於いて、シンボルレー
トより小さいサンプリングレートを用いたので、自動等
化器の引き込みが速いという効果を有する。

請求項３は請求項１の等化器に於いて、判定部の閾値
として自動等化器の通常ゲインを設定したので、通常の
使用状態では異常出力が生じないという効果を有する。

請求項４は請求項１の等化器に於いて、判定部の閾値
として設定する自動等化器のゲインを通常ゲインよりも
プラスの値を判定したので、通常の使用状態では異常出
力を生じないという効果を有する。

請求項５は請求項１の等化器に於いて、判定部からタ
ップ異常の出力が得られたときはタップ係数に１よりわ
ずかに小さい係数を乗じるようにしたので、タップ係数
の異常成長を止めることができるという効果を有する。

請求項６は請求項５の等化器に於いて、S/Nのエラー
レイト劣化量を0.1dB以下に抑えることのできる１より
わずかに小さい値を使用するようにしたので、タップ係
数の異常成長を止めることができ、かつS/Nのエラーレ
イト劣化を実用上支障ない値に保つことができるという
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図；第２図は本発明の実施例構成図；第３図は本発明のタップ係数監視制御部の実施例構成
図；第４図は本発明の対象となるFSE実施例構成図；第５図は従来のFSE構成図；第６図はFSEのスペクトラム分布図である。図中、 10,10-1〜10-n:タップパワー検出部 12:加算部（加算メモリ） 14:判定部 16:タップ制御部 20:伝送回線 22:ハイブリッド回路 24:フィルタ 26:A/D変換器 28:復調器（DEM） 30:ロールオフフィルタ（ROF） 32:自動等化器（AEQ） 34:キャリア自動位相制御回路（CAPC） 36:判定部 38:メインプロセッサ（MPU） 40:DTE部 42,44,52:乗算器 46:加算器 48:シンボルカウンタ 50:タップ係数監視制御部 100:デジタルシグナルプロセッサ（DSP） 200:音声帯域モデム

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】符号間干渉を除去するトランスバーサル型
の自動等化器において、タップ係数（CX1〜CXn）の各パワー（P1〜Pn）を検出す
るタップパワー検出手段（10-1〜10-n）と；該タップパワー検出手段（10-1〜10-n）により検出され
たタップパワーの総和を算出する加算部（12）と、該加算部（12）の算出パワーを所定の閾値と比較し、該
閾値以下の時に正常判定出力を生じ、該閾値を越えた時
にタップ係数異常成長の判定出力を生ずる判定部（14）
と；を設けたことを特徴とする自動等化器のタップ係数保護
方式。
【請求項２】前記トランスバーサル型等化器は、シンボ
ルレイト（Ｔ）より小さいサンプリングレイト（Ｔ′）
であることを特徴とする請求項１記載の自動等化器のタ
ップ係数保護方式。
【請求項３】前記判定部（14）の閾値として前記自動等
化器の通常ゲインを設定したことを特徴とする請求項１
記載の自動等化器のタップ係数保護方式。
【請求項４】前記判定部（14）の閾値として設定する前
記自動等化器の通常ゲインとして通常ゲインよりもプラ
スの値を設定したことを特徴とする請求項１記載の自動
等化器のタップ係数保護方式。
【請求項５】請求項１記載の自動等化器のタップ係数保
護方式に於いて、更に、前記判定部（14）から正常判定出力が得られた時には前
記タップ係数（CX1〜CXn）をそのまま維持し、タップ異
常の判定出力が得られた時には前記タップ係数（CX1〜C
Xn）の各々に１よりわずかに小さい所定係数（β）を乗
じて制御する自動等化器のゲインを抑えるタップ制御部
（16）を設けたことを特徴とする自動等化器のタップ係
数保護方式。
【請求項６】前記所定係数（β）として、S/Nエラーレ
ートの劣化量を少なくとも0.1dBに抑えることのできる
１よりわずかに小さい値を使用することを特徴とする請
求項５記載の自動等化器のタップ係数保護方式。