JPH11514169A - 適応型利得制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、高速デジタル通信システムにおける、高精度で偏りのない適応型利得制御を提供する。データ通信チャネルを通じて送信される複数のシンボルの各各を受信する確率を、当該データ通信チャネル上で用いられる所定の通信プロトコルに対して判定する。各シンボルに判定した確率に基づいて、適応利得制御調節係数を、各シンボルに確定する。実際の通信の間、データ通信チャネルを通じて送信されるシンボルを検出し、この検出されたシンボルに対して確定した調節係数を用いて、適応利得制御値を選択的に調節する。これに応じて、本発明の一実施例による適応利得制御の更新は、受信シンボルの大きさにしたがって、適応利得制御値の増分および減分を行うために異なるステップ・サイズを用いる

Description

【発明の詳細な説明】 適応型利得制御装置 発明の分野 本発明は、通信チャネルを通じてデータ・シンボルを送信するデータ通信に関 し、更に特定すれば、受信シンボルの振幅を適応的に調節する適応型利得制御方 法および装置に関するものである。 発明の背景 統合サービス・デジタル・ネットワーク（ＩＳＤＮ）のような遠隔通信システ ムは、既存の電話線を通じて、符号化されたフォーマットで情報を送信する。二 進情報を符号化するためには、各々特定のシンボル分布を有する数種類の異なる デジタル回線符号の１つを用いればよい。その最も単純な形態では、回線符号化 は、異なる信号レベルを用いて、送信される各個別信号を符号化する。コンピュ ータ・システムにおける符号化に共通の形態は、通信リンクを通じ、二進数の１ には３ボルトのような正電圧レベル、二進数の０にはほぼ０ボルト・レベルを用 いた、オン／オフ符号であるが、電力に関しては、電圧レベルは等しいが０ボル トに対して対称的に均衡化した差を用いて二進データを符号化する方が効率的で ある。例えば、ＩＳＤＮでは、２−二進１−四元（２Ｂ１Ｑ：2-binary，1-quat ernary）回線符号を用いている。これは、４レベルのパルス幅変調（ＰＡＭ）の 非冗長符号を採用している。送信すべき情報の二進ビットの各対は、四元シンボ ル（−３，−１，＋１，および＋３）に変換される。例えば、「００」は−３に 符号化され、「０１」は−１に符号化され、「１０」は＋３に符号化され、「１ １」は＋１に符号化される。 ＩＳＤＮのようなデジタル通信環境においては、デジタル情報は、所定のプロ トコルまたはフォーマットにしたがって送信される。一例としてＩＳＤＮを用い ると、四元２Ｂ１Ｑ回線符号シンボルはフレームに区分され、各フレームは、典 型的に、少なくとも同期フィールドとデータ・フィールドとを含む、所定のビッ ト・フィールドを収容する。データ・フィールド内の情報はフレーム毎に変化す るが、同期フィールド内の情報は、特定的な所定のシンボル・パターンを含み、 受信機がこれを用いて、メッセージを送る送信機との同期を取る。例えば、ＩＳ ＤＮに用いるために指定されているＵ−トランシーバでは、各Ｕ−フレームは、 同期のための９個の四元シンボル・パターンのフィールドと、データのための１ １１個の四元シンボルのフィールドとから成り、フレーム当たり合計１２０シン ボルとなっている。同期フィールド内の９個の四元シンボルは、（＋３，＋３， −３，−３，−３，＋３，−３，＋３，＋３）というパターンで送信される。 同期フィールドには「１」という大きさを有する四元シンボルがないことに気 が付くであろう。したがって、シンボル−３，−１，＋１，および＋３が等しい 確率で分散されるデータ・フィールドにおけるシンボル分散とは異なり、同期フ ィールドは、「３」という大きさのシンボルのみを含む。したがって、各フレー ムにおいて「３」の大きさを有するシンボルを受信する確率（ｐ₃）は、 ｐ₃＝［（１２０−９）／２＋９］／１２０＝１２９／２４０＝０．５３７５ （１） となる。 受信したシンボルが１の大きさを有する確率Ｐ₁は、 Ｐ₁＝［（１２０−９）／２］／１２０＝１１１／２４０＝０．４６２５ （２） と定義される。 したがって、各フレームごとに、「３」の大きさを有するシンボルを受信する 確率の方が高くなる。 理論上、Ｕ−トランシーバの受信機部分は、１および３の大きさに対応する振 幅値を有するシンボルを探しているが、実際には、送信経路上のひずみ、ノイズ 、およびその他の要因のために、受信シンボルの中には「１」とは異なる大きさ を有するものや、「３」とは異なる大きさを有するものがある。更に、受信信号 が「１」より小さい確率（Ｐ１／２）は、受信信号が「１」より大きい確率と同 じである。例えば、０．９および１．１は確率が等しい。同様に、受信信号の大 きさが「３」より小さい確率（Ｐ３／２）または「３」より大きい確率、例えば 、３．１および２．９も同一である。 適応型利得制御（ＡＧＣ）は、受信シンボルの振幅レベルを適応的に調節し、 そのピーク・サンプル振幅および対応するシンボル基準振幅スレシホルドを等し くするために用いられている。この調節は、受信経路における利得の適合化、ま たはシンボル基準スレシホルドの適合化のいずれかによって行うことができる。 ＩＳＤＮのような高速データ通信システムでは、ＡＧＣ処理を精度高く行い、シ ンボルを適正に検出／識別することは非常に重要である。典型的に、受信シンボ ルに適用される適応型利得制御（ＡＧＣ）値は、検出されたシンボルの大きさレ ベルに応じて、あるステップ量／増分量「μ」だけ増分または減分される。 ＡＧＣ_gain（ｔ）＝ＡＧＣ_gain（ｔ−１）±μ （３） 利得値の同等な増分変化も、 ＡＧＣ（ｔ）_gain＝ＡＧＣ_gain（ｔ−１）＊（１±μ ） （４） を用いて表すことができる。 標準的なステップ・サイズを用い、受信シンボルが所定のシンボルの大きさ範 囲、即ち、２Ｂ１Ｑ回線符号の例では１ないし３の間よりも小さい場合利得を多 少大きくするように調節し、受信信号の大きさがこの所定のシンボルの振幅範囲 よりも大きい場合、利得を多少小さくする。この範囲以内の大きさを有する受信 シンボルについては、その利得値には増加も減少も行わない。 定常状態のシステムでは、時間が進むに連れて、大きさ「１」を有するシンボ ルは、大きさ「３」を有するシンボルと同じ数だけ受信し、利得調節のステップ ・サイズ「μ」を固定値として利得値の増加または減少が可能であると想定する ことができる。しかしながら、通信プロトコル内の所定のシンボル・パターン、 即ち、このＩＳＤＮの例では同期フィールドでは、「３」の大きさを有するシン ボルが「１」の大きさを有するシンボルよりも多い(outweigh)ので、この想定は 正しくない。このように大きさ「３」を有するシンボルが統計的にアンバランス に受信されることの結果として、適応利得値は、増分されるよりも減分される可 能性の方が高くなる。言い換えると、受信シンボルの大きさが「３」より大きい 回数（利得の減分または減少を必要とする）は、受信シンボルの大きさが「１」 より小さい回数（利得の増分または増加を必要とする）よりも多くなり、利得推 定値に偏りが生じる。このようなアンバランスは、受信シンボルの信号対ノイズ 比やトランシーバの同期処理ばかりでなく、シンボルの検出／識別にも悪影響を 及ぼす。 ＡＧＣ値を更新するための従来の手法は、例えば式（３）および（４）からわ かるように、適用した回線符号の統計を考慮に入れている。これは、多くの場合 、ＡＧＣ値の偏りを招く。したがって、シンボルの非対称的で確率的な分布を補 償する改良されたＡＧＣ手法が必要とされている。 発明の概要 本発明の目的は、受信シンボルに適用される適応利得制御値を精度高く調節す る、適応型利得制御方法および装置を提供することである。本発明の別の目的は 、利得を調整する際、受信シンボルのアンバランスを補償し、バイアスされない 適応利得制御値が得られる、適応型利得制御方法および装置を提供することであ る。本発明の更に別の目的は、シンボルの非対称的で確率的な分布を補償する、 改良されたＡＧＣを提供することである。 本発明は、デジタル通信プロトコル、フレーム・フォーマット等のような既知 のシンボル分布を利用し、受信シンボルに適用する適応利得に高精度で偏りのな い調節を行うことによって、これらおよびその他の目的を満たすと共に、他の適 応型利得制御技法の欠点を克服するものである。したがって、本発明による適応 型利得制御更新は、受信シンボルの大きさに応じて適応利得制御値の値を増分お よび減分するために、１つ以上の異なるステップ・サイズを用いる。 最初に、データ通信チャネル上を送信される複数のシンボルの各々を受信する 確率を、当該データ通信チャネル上で用いられる所定の通信プロトコルに対して 判定する。各シンボルに対して判定された確率に基づいて、これらシンボルの１ つ以上について、利得調節係数を確定する。通信が開始したときに、データ通信 チャネルを通じて送信されるシンボルを検出し、現在検出されたシンボルに対し て確定した調節係数を用いて、利得値を選択的に調節する。 通信システムが２つの異なる大きさを有する１組のシンボルを含み、（通信プ ロトコルに基づいて）第１のシンボルの大きさが第２のシンボルの大きさに関連 する発生確率よりも大きな関連する確率を有すると仮定すると、第１のシンボル に対して確定した調節係数は、第２のシンボルに対して確定した調節係数よりも 小さくなる。その後、シンボルを検出した場合、その大きさを判定し、この大き さを種々のシンボルの大きさのスレシホルド・レベルと比較する。受信シンボル の大きさが所定のスレシホルド範囲内にある場合、現適応利得値の調節は行わな い。一方、受信シンボルの大きさがこの所定範囲の外側にある場合、当該シンボ ルの大きさに対して特定的に決定した調節係数に基づいて、利得値を変化させる 。 本発明によれば、通信経路上を送信される複数のシンボルの既知の分布から判 定されるシンボルの大きさの受信確率に基づき、調節係数を用いてＡＧＣ利得値 を変化させる。このようにして、本発明は、１つ以上のシンボルに対する偏りを 補償することにより、一層精度および信頼性が高いシンボルの検出を達成する。 本発明の特徴および利点のよりよい理解は、本発明の原理を利用した例示の実 施例を示す、以下の本発明の詳細な説明および添付図面を参照することにより得 ることができよう。 図面の簡単な説明 図１は、本発明を適用可能な環境の一例である、統合サービス・デジタル・ネ ットワーク（ＩＳＤＮ）を示す、システム・レベルの図である。 図２は、本発明の例示実施例による適応型利得制御装置を採用した、トランシ ーバの一例の機能ブロック図である。 図３は、本発明の例示実施例による適応型利得制御装置の機能ブロック図であ る。 図４は、図３に示した適応型利得制御装置のステップ制御および利得更新要素 に特に関係する機能ブロック図である。 図面の詳細な説明 以下の説明では、限定ではなく説明の目的のために、本発明の完全な理解が得 られるように、特定の回路、インターフェース、技法等のような、具体的な詳細 について説明する。しかしながら、本発明は、これらの具体的な詳細から逸脱し た他の実施例でも実施可能であることは、当業者には認められよう。その他の場 合には、不必要な詳細によって本発明の説明が曖昧にならないように、公知の方 法、装置、および回路に関する詳細な説明は省略する。 図１は、本発明を適用可能な、データ通信環境、即ち、統合デジタル・サービ ス・ネットワーク（ＩＳＤＮ）１０の全体的なブロック図を示す。建物１２は、 例えば、Ｓ−トランシーバ（図示せず）を介して、Ｕ−トランシーバ２０にロー カル・エリア・ネットワークを通じてリンクされている、電話加入者（１６およ び１８）ならびにデータ加入者（パーソナル・コンピュータ１４）を含むものと することができる。Ｕ−トランシーバ２０は、二線「ループ」送信線２２によっ て、電話交換およびサービス・ネットワーク２４における他のＵ−トランシーバ ２６に接続されている。電話交換およびサービス・ネットワーク２４は、デジタ ル交換およびその他のメッセージ送信／呼処理サービスを提供する。Ｕ−トラン シーバ２０および２６によって実行されなければならない重要な機能の１つは、 送信線２２上を送信されるシンボルの正確な検出である。これは、受信シンボル に適用される適応利得値に対する高精度で偏りのない調節に部分的に左右される 。 例示および説明の目的のためのみに、本発明は、以下、Ｕ−トランシーバ、２ Ｂ１Ｑ回線符号、および背景の章で既に説明した１２０シンボル・フレーム・フ ォーマット（同期フィールドに９シンボル、データ・フィールドに１１１シンボ ル）を用いる、ＩＳＤＮネットワークに関連付けて説明することにする。しかし ながら、当業者には認められるように、本発明は、他のタイプの通信ネットワー ク、他のタイプの回線符号／シンボル、および他のデジタル通信プロトコルにも 適用可能である。 図２に、Ｕ−トランシーバ４０を機能ブロック図形態で示す。Ｕ−トランシー バ４０は、二進データ対を対応する四元シンボルに符号化するための、２Ｂ１Ｑ 符号化器のような、符号化器４４に接続されている、送信データ入力ポート４２ を含む。符号化器４４の出力は、エコー・キャンセラ５２、および送信データ出 力ポート４６に接続されている。送信シンボルは、従来のハイブリッドおよび変 圧器(transformer)４７を介して、送信ループに接続される。受信データ入力ポ ート４８は、送信ループ上を送信されてきたシンボル、およびハイブリッド４７ を通じて送信データ出力ポート４６から送信されるシンボルのエコーを受信する 。受信データ入力ポート４８からの出力は、受信フィルタ５０によって濾波され 、濾波された信号はエコー・キャンセラ５２に入力される。受信フィルタ５０は 、受信パルス波形の「テールの短縮」(“shortening the tail”)を含む、受信 状態 を改善するように設計されている。 送信され符号化器４４から出力されたばかりのシンボル・シーケンスは、従来 からのエコー・キャンセラ５２において、受信シンボル・シーケンスに混入して いる、送信されてきたばかりのシンボル・シーケンスのエコーを打ち消すために 用いられる。エコー・キャンセラ５２の出力（ＡＧＣ_in）は、適応型利得制御装 置５４によって処理される。適応型利得制御装置５４は、ＡＧＣ出力信号ＡＧＣ_out をフィルタ５６に供給する。利得を適切に調節した後、ＡＧＣ出力信号は（ 少なくとも理論的には）続いて受信されるシンボルに対して適切な所望の振幅値 に調節されたシンボル振幅を表す。フィルタ５６は、当業者には認められるよう に、本質的に、受信し利得を調整したパルスの「先駆」部分(precursor portion )を抑制するものである。フィルタ５６の出力は、減算器５８において、等化器 ６６の出力と組み合わせる。等化器６６は、本質的に、受信シンボルの「後駆テ ール」(post cursor tail)をモデル化する。その結果、減算器の出力は、本質的 に、検出器６０によって（＋１，−１，＋３，または−３として）識別されると 共に、適応型利得制御装置５４にフィードバックされた受信シンボルとなる。検 出シンボルは、復号器６２において二進ビットに復号され、受信データ出力ポー ト６４に転送される。 Ｕ−型（およびその他の）トランシーバのタイミングおよび動作の詳細は一般 的に既知であり、精度の高い適応型利得制御（ＡＧＣ）およびＡＧＣを用いる用 途に関連する本発明の理解には必要ではない。したがって、以下の説明は、適応 型利得制御装置５４の動作に照準を当てることにする。しかしながら、先に与え たトランシーバ４０の概略説明から、当業者は、適応型利得制御装置５４の出力 ＡＧＣ_gainがシンボルの検出およびトランシーバの同期動作に大きな影響を与え ることを容易に認めることができよう。精度が高く偏りのないＡＧＣの調節は、 高速データ通信における成功のための重要な部分であることは明らかである。ま た、当業者は、アナログ／デジタル変換器のダイナミック・レンジを改善するた めには、ＡＧＣ５４を配置するのは、例えば、アナログ・フロント・エンドを含 む、トランシーバの他の部分でもよいことも認めよう。ＡＧＣ５４は、デジタル 信号プロセッサにも実施可能である。 図３は、本発明を実施する際に使用可能なトランシーバ４０の適応型利得制御 装置５４の機能ブロック図である。受信シンボルは、（先駆フィルタ５６におい て）濾波され、（等化器６６において）等化されて、検出器６０による識別／検 出の準備が整っており、適応型利得制御装置５４内の絶対値検出素子７０にもフ ィードバックされ、シンボルの大きさを判定する。ここでも、＋１，−１，＋３ ，−３に対応するシンボルを含む２Ｂ１Ｑ回線符号を想定する。検出されたシン ボルの大きさは、スレシホルド比較部７２において、「１」および「３」のスレ シホルドと比較される。シンボルの大きさを比較して、それが（１）１より小さ いか、（２）３より大きいか、または（３）１以上であり３未満であるかを判定 する。シンボルの大きさが１以上で３未満である場合、スレシホルド比較部７２ は、ホールド信号（Ｈ）を出力する。これは、適応利得制御値は増加も減少もさ れなかったことを意味する。シンボルの大きさが１より小さい場合（利得を増加 させ、シンボル検出器が認識する所望のシンボル１の大きさまで、シンボルの大 きさを引き上げる必要がある）、スレシホルド比較部７２は、増加信号（Ｉ）を 出力する。最後に、シンボルの大きさが３より大きい場合（利得を、シンボル検 出器が認識する所望のシンボル３の大きさに引き下げる必要がある）、スレシホ ルド比較素子７２は減少信号（Ｄ）を出力する。 受信したスレシホルド比較信号がＨ，Ｉ，またはＤのどれであるかにしたがっ て、ステップ制御部７４は、適切な利得調節値を利得更新部７６に発生し、ＡＧ Ｃ_gain信号を乗算器７８に出力する。ＡＧＣ調節係数を用いて、必要であれば、 受信シンボルに適用される現利得値ＡＧＣ_gainを調節する。出力ＡＧＣ_out信号 は、その振幅／大きさが標準的なシンボルの大きさに調節された受信シンボルで ある。 図３に示す例示実施例では、利得調節信号（即ち、ＡＧＣｇａｉｎ信号）は、 上述のＡＧＣ利得調節式（４）による±μ＊ＡＧＣ_gainという形状を取る。勿論 、調節係数が式（３）にしたがって現ＡＧＣ値に加算されるのであれば、この係 数も単に±μとすることができる。ＡＧＣ_gain信号は、利得更新部７６およびス テップ制御部７４にもフィードバックされる。ＡＧＣ_gain値は、乗算器７８にお いて、入力信号ＡＧＣ_inと乗算され、ＡＧＣ_out信号を発生する。 ステップ制御回路７４は、シンボルの大きさ各々に対して、異なるステップ・ サイズ値、例えば、μ値を保持する。２Ｂ１Ｑ回線符号および標準的なＩＳＤＮ データ通信プロトコルを採用した我々の例の場合、各Ｕ−フレームは、同期に用 いられる９シンボルのパターンを含み、これらのシンボルの全てが３の大きさを 有する。したがって、同期フレームは、３の大きさを有するシンボルに偏ってい る。１２０シンボルのＵ−フレームの残りを形成する１１１個のデータ・シンボ ルは、対称的な確率分布を有する。即ち、このフレーム内のこれら残りの１１１ シンボルのシンボル分布は、等しい確率で、−３，−１，＋１，および＋３とな る。全体として、そして背景の章で詳細に述べたように、大きさ３を有するシン ボルを受信する確率は、Ｐ₃＝０．５３７５に等しく、大きさ１を有するシンボ ルを受信する確率は、Ｐ₁＝０．４６２５に等しい。 この非対称的確率分布にも拘わらず、ＡＧＣ_gain値の調節が各大きさのシンボ ルを受信する確率を反映するのであれば、シンボル・レベルは適正に調節するこ とができる。殆どのＡＧＣシステムは、固定の増分ステップ値即ちサイズμを用 いてＡＧＣ_gain値を調節するので、以後本発明はステップ・サイズの調節に関し て説明する。利得を減少させるため、即ち、３より大きいシンボルの大きさに対 して利得を調節する場合のステップ・サイズは、利得を増加させるため、即ち１ より小さいシンボルの大きさに対して利得を調節する場合のステップ・サイズよ りも小さい。シンボルの大きさが３未満で１以上の場合は、利得の調節を行わな いことを思い出されたい。異なるステップ・サイズによって、大きさ３を有する シンボルの方が、大きさ１を有するシンボルよりもを受信する確率が大きいため にＡＧＣ値を減少させる傾向のある統計の補償を行う。 これら２つの異なるステップ・サイズ（利得調節係数）を実施し、偏りなくＡ ＧＣ_gain値を調節するための技法には、多数の異なるものがある。例えば、スレ シホルド比較部７２の出力信号（Ｄ，Ｉ，Ｈ）をステップ制御部７４が用いて、 データ送信システムにおいて用いられている既知の信号分散／プロトコルに基づ いて、各シンボルの大きさに対して以前に決定された適切な利得ステップ・サイ ズμ、即ち、現利得値を減少させるためのステップ・サイズ（μ_decrease）およ び利得値を増加させるためのステップ・サイズ（μ_increase）を選択することが できる。次に、スレシホルド出力の比較に基づいて、ステップ制御部７４は、以 下にしたがって、適切な「利得調節」信号を発生する。 利得調節＝ＡＧＣ_gain＊μ_s （５） ここで、μ_sは、検出されたシンボルに対応する調節係数であり、検出されたシ ンボルに応じて変化する。 したがって、加算器８０の出力における利得値ＡＧＣ_gainは、以下の式（上述 の式（４）と同様）にしたがって調節される。 ＡＧＣ_gain＝利得調節＋ＡＧＣ_gain （６） 式（６）において、標準的な式（４）とは逆に、ステップ・サイズは固定されて おらず、代わりに可変となっており、既に上述したような通信プロトコルの既知 の信号分布にしたがって、予め決定しておく。例えば、ＡＧＣ_gainを減少させる 場合、１ステップ・サイズを用い、ＡＧＣ_gainを増加させる場合、他のステップ ・サイズを用いる。 好ましくは、本発明は、デジタル信号処理技法を用いて実施する（が、必須と いう訳ではない）。デジタル信号処理の場合、オーバーヘッドの高い乗算処理を 避け、代わりに、可能であれば、加算／減算／シフト処理を用いることによって 、データ処理資源を最少に抑えることが望ましい。式（５）の計算は、利得を更 新／調節する毎に、乗算処理を必要とする。したがって、他の好適な例示実施例 では、本発明は、乗算処理を必要とせずに、各大きさを有するシンボルを受信す る確率を反映した、ＡＧＣ値を調節する適切なステップ・サイズ調節係数を発生 するための有利な技法を用いる（が、必須ではない）。 １より小さい受信シンボルの大きさに対応するステップ・サイズμ_increaseと 、３より大きい受信シンボルの大きさに対応するステップ・サイズμ_decreaseと の間の比は、以下のように、各大きさを有するシンボルを受信する確率を反映し なければならない。 μ_increase／μ_decrease＝（Ｐ₃／２）／（Ｐ₁／２）＝１．１６２ （７） 勿論、このような確率比は、他のタイプの符号およびプロトコルに対しても同様 に、容易に定義することができる。 数学的に、μ_increaseは、以下のように、２の指数係数によって変形した増分 ステップ・サイズμとして表すことができる。 μ_increase＝（μ＋μ２^-i）＝μ（１＋２^-i） （８） ここで、μは（従来のＡＧＣにおいて用いられているような）固定利得調節ステ ップ・サイズである。同様に、μ_decreaseは、２の指数係数によって減分された 標準的なステップ・サイズとして表すことができる。 μ_decrease＝（μ−μ２^-j）＝μ（１−２^-j） （９） 以下の表１は、指数ｉおよびｊの適切な値を選択することによって、どのよう に２Ｂ１Ｑ回線符号に対する比 μ_increase／μ_decrease＝（１＋２^-i）／（１−２^-j）＝１．１６２ （１０） を近似可能であるかを示す。 μ_increaseおよびμ_decreaseの比を二進表現で（１＋２^-i）／（１−２^-j）と して表すことにより、式（５）における乗算を、１回のシフトおよび１回の加算 と交換することができ、これによってデータ処理資源の保存を図る。一例として 、ＡＧＣ利得をμ＝２^-14の調節値と乗算すると仮定する。この乗算処理は、二 進デジタル処理環境では、現利得を、１４の二進ビット位置だけシフトすること に対応する。同様に、μ_increaseｅａｓｅ＝２^-14＋２^-17（ここで、２^-17はス テップ・サイズ調節係数である）は、２回のシフトおよび１回の加算に対応する 。まず、利得（または、その他の場合に増分量μと乗算したであろう他の数）を 、 １４二進ビット位置だけシフトし、次いで、更に３ビット位置シフトした利得に 加算する。 μ_increase＝２^-14 ＋２^-17 ＝２^-14（１＋２^-3） （１１） これは、利得（またはその他の被乗数）を二進位置３つだけシフトすることに対 応する。例えば、図４におけるステップ制御７４のμ_dを見ると、それをそれ自 体に加算し、その結果を１４二進ビット位置だけシフトする。この後者の処理は 、μ_increaseおよびμ_decreaseの値を決定する際に有用である。即ち、 μ_increase＝２^-14 ＋２^-17 ＝２^-14（１＋２^-3） （１２） μ_decrease＝２^-14 −２^-17 ＝２^-14（１−２^-3） （１３） であれば、ＡＧＣ値の調節には、シフトおよび加算処理のみがあればよい。 ステップ・サイズの比を計算することにより、指数ｉおよびｊの最良の選択を 行うことができる。以下に式（１２）に示すように、ｉおよびｊ双方を３として 選択した場合、１．１６２には十分に近づかない。 ｉおよびｊ双方を４に選択した場合、 ＡＧＣ値を増分および減分するためのステップ・サイズの比は、 に等しくなる。 １．１３３３３は要求値である１．１６２とは多少異なるが、実際の用途の中に は、この値でも十分に近く、利得調節におけるバイアスを防止し、しかも乗算処 理をなくすことができるものもある。利得補正項は、ＡＧＣ値が増分されるかあ るいは減分されるかには依存せず、双方の場合の補正項は、μ＊ＡＧＣ＊２^-4に 等しいので、このｉおよびｊの選択は特に興味深い。しかしながら、先の表１か ら、１．１６３の比率（１＋２^-3）／（１−２^-5）は、２Ｂ２Ｑ回線符号の確率 比に最も近く近似することがわかる。ＡＧＣの調節が増分に対する補正のための みに行われる、即ち、減分は標準的なステップ・サイズμを用いて行われるＡＧ Ｃの実施態様では、確率比Ｐ₃／Ｐ₁は（１＋２^-3）によって、最も近く近似され る。同様に、ＡＧＣの調節が減分に対する補正のためのみに行われ、増分には標 準的なステップ・サイズμを用いる場合、確率比Ｐ₃／Ｐ₁は（１−２^-3）によっ て、最も近く近似される。 背景において論じたように、デジタル通信システムの受信経路において信号レ ベルを適正に調節する問題は非常に重要である。何故なら、シンボル値を判断す るために必要なスレシホルドが永続的に設定されるからである。本発明は、デジ タル通信プロトコルの既知のシンボル分布を利用し、偏りのないＡＧＣ_gainを達 成する、新規なＡＧＣ更新技法を提供する。通常、ＡＧＣ値の増加および減少を 行うためには、異なるステップ・サイズ／調節係数を決定する。２Ｂ１Ｑ回線符 号のように、２つのシンボルの大きさを用いるシンボル集合では、ステップ・サ イズの比は、受信シンボルの大きさが特定の大きさ、例えば、１または３である 確率の比に近似する。表１との関連において先に詳細に説明した例示の実施態様 は、少数の低電力デジタル処理計算のみで済む確率比の二進近似を用いる、実用 的な実施態様を提供する。この後者の特徴は、低コスト、低電力のＶＬＳＩ回路 を用いて製造される高速データ通信システムにおけるトランシーバに用いること ができ、この場合、コストおよび電力が部分的にＡＧＣ値を更新する数値計算の 関数であるので、特に有利である。 以上、現在最も実用的かつ好適な実施例と考えられるものとの関連において本 発明を説明したが、本発明は、開示された実施例に限定されるものとして理解す べきでなく、逆に、添付の請求の範囲の精神および範囲に含まれる種々の変更や 等価な構成を包含することを意図するものである。例えば、本発明は、Ｕ−トラ ンシーバ、２Ｂ１Ｑ回線符号、およびＩＳＤＮプロトコル・フォーマットを用い て上述した例に限定される訳ではない。むしろ、本発明は、あらゆる既知の通信 プロトコルに適用可能であり、あらゆるデジタル通信環境において、ＡＧＣ調節 のあらゆるタイプのシンボルの偏りを判定し補償することができる。以上、適応 利得制御に関連して本発明を説明したが、これは、利得を適合させる代わりに、 判断スレシホルドを適合させる適応型基準制御（ＡＲＣ）技法にも等しく適用可 能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ 【要約の続き】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．デジタル通信システムにおいて、検出されたシンボルに適用される利得を 自動的に制御する方法であって、 （ａ）受信シンボルの大きさをスレシホルドと比較するステップと、 （ｂ）前記比較ステップ（ａ）に基づいて、前記複数のシンボルの既知の分布 に基づいて、利得を自動的に変化させるステップと、 を有する方法。 ２．前記既知の分布は、受信される各シンボルの確率を基準とする請求項１記 載の方法。 ３．前記既知の分布は、所与の通信プロトコルに対して、受信される各シンボ ルの確率を基準とする請求項１記載の方法。 ４．ステップ（ｂ）は、更に、利得増加または利得減少の第１の確率に関連す る第１のステップ・サイズを用いて前記利得を増分し、利得増加または利得減少 の第２の確率に関連する第２の異なるステップ・サイズを用いて前記利得を減分 することを含む請求項１記載の方法。 ５．前記第１および第２ステップ・サイズの差が、前記複数のシンボルの既知 の分布による前記第１および第２シンボルの一方に偏った前記利得の変動を補償 する請求項４記載の方法。 ６．第１の大きさを有する第１シンボルは、統計的に、第２の大きさを有する 第２シンボルよりも検出される可能性が低いと判定され、前記統計的判定の結果 として、前記第１ステップ・サイズは前記第２ステップ・サイズよりも大きい請 求項４記載の方法。 ７．ステップ（ｂ）は、更に、前記利得を増加または減少させる第１の確率に 関連する第１調節値を用いて前記利得を増加させ、前記利得を増加または減少さ せる第２の確率に関連する第２の異なる調節値を用いて前記利得を減少させるこ とを含む請求項１記載の方法。 ８．前記第１および第２調節値の選択的適用により、前記複数のシンボルの既 知の分布による前記第１および第２シンボルの一方に偏った前記利得の変動を補 償する請求項７記載の方法。 ９．第１の大きさを有する第１シンボルは、統計的に、第２の大きさを有する 第２シンボルよりも検出される可能性が低いと判定され、前記統計的判定の結果 として、前記第１調節値は前記第２調節値よりも大きい請求項７記載の方法。 １０．ステップ（ａ）は、 受信シンボルの大きさが所定範囲内にあるか否かについて判定を行うステップ と、 前記受信シンボルの大きさが前記所定範囲内にある場合、前記利得を現利得値 に維持するステップと、 前記受信シンボルの大きさが前記所定範囲外にある場合、ステップ（ｂ）を実 行するステップと、 を有する請求項１記載の方法。 １１．データ通信チャネルを通じて送信される複数のシンボルを受信する受信 機を含むデータ通信システムにおいて、前記受信機を動作させる方法であって、 所定の通信プロトコルに対して、各シンボルを受信する確率を判定するステッ プと、 各シンボルに関連する前記確率に基づいて、前記シンボルの各々に対応する調 節係数を確定するステップと、 前記データ通信チャネル上を送信されるシンボルを検出するステップと、 受信シンボルに適用される利得値を選択的に調節し、前記検出シンボルに対し て確定した調節係数を用いて、シンボル値を調節するステップと、 を有する方法。 １２．第１シンボルが、第２シンボルに対する関連する確率よりも大きな関連 する確率を有し、前記第１シンボルに対して確定した前記調節係数は、前記第２ シンボルに対して確定した前記調節係数よりも小さい請求項１１記載の方法。 １３．前記検出ステップは、更に、 前記検出シンボルの大きさを判定するステップと、 前記判定したシンボルの大きさを、１つ以上のスレシホルドと比較し、前記利 得値を調節すべきか否かについて判定を行い、調節すべき場合、前記利得値を増 加させるのかあるいは減少させるのかについて判定を行うステップと、 を含む請求項１１記載の方法。 １４．前記利得値は、以下の、 ＡＧＣ_gain（ｔ）＝ＡＧＣ_gain（ｔ−１）（１＋μ_s ） にしたがって調節され、 ここで、ＡＧＣ_gain（ｔ）は、検出されたシンボルに適用される利得値であり、 ＡＧＣ_gain（ｔ−１）は以前に適用された利得値であり、μ_sは検出されたシン ボルに対応する調節係数であり、前記検出されたシンボルに応じて変化する請求 項１１記載の方法。 １５．前記利得値を二進数として表すことを更に有し、 前記利得値は、少なくとも１つの調節係数に対応するビット・シフト数だけ、 前記二進数の利得値をシフトすることによって調節する請求項１１記載の方法。 １６．シンボル確率の所定の関係を用いて、各シンボルについてビット・シフ ト数を近似することを更に有する請求項１５記載の方法。 １７．前記関係は、前記利得値を増加させる前記第１シンボルを受信する確率 μ１の、前記利得値を減少させる前記第２シンボルを受信する確率μ２に対する 比であり、前記μ１／μ２の比は、（１＋２^-i）／（１−２^-j）によって近似さ れ、ｉおよびｊは整数である請求項１６記載の方法。 １８．通信チャネルを通じて送信されるシンボルの送受信を行うトランシーバ を含むデジタル・データ通信システムにおいて、 第１シンボルまたはシンボル列が、第２シンボルまたはシンボル列よりも頻繁 に受信することが予測可能な受信シンボルに適用される利得値を調節する際、所 定のデジタル通信プロトコルに対して、エラーを判定するステップと、 前記エラーを補償する可変調節係数を判定するステップと、 前記可変調節係数を用いて、受信シンボルに適用される利得を調節するステッ プと、 を有する方法。 １９．前記デジタル通信プロトコルはフレーム型プロトコルであり、少なくと もいくつかのフレームが、第２シンボルまたはシンボル列よりも多い数の第１シ ンボルまたはシンボル列を含む、少なくとも１つのフィールドを有し、前記第１ シンボルまたはシンボル列を受信する確率の方が大きい請求項１８記載の方法。 ２０．前記第１シンボルまたはシンボル列に対応する第１調節係数は、前記第 ２シンボルまたはシンボル列に対応する第２調節係数よりも小さい請求項１８記 載の方法。 ２１．通信経路を通じて、第１および第２の振幅を有するデジタル信号を送受 信する複数のトランシーバを含むデジタル通信システムであって、各トランシー バは、適応利得制御係数を複数の受信信号に適用する適応型利得制御装置を含み 、該適応型利得制御装置は、前記適応利得制御係数を増加または減少させる所定 の第１の確率、および前記適応利得制御係数を増加または減少させる所定の第２ の確率に基づいて、前記適応利得制御係数を自動的に変化させるデジタル通信シ ステム。 ２２．前記適応利得制御係数は、前記第１および第２の所定の確率の比にした がって決定される請求項２１記載の適応型利得制御装置。 ２３．前記第１の確率は第２の確率よりも高く、対応する第１の適応利得制御 係数は、対応する第２係数よりも小さい請求項２１記載の適応型利得制御装置。 ２４．適応型利得制御装置であって、該適応型利得制御装置によって受信され るシンボルが、第１の大きさを有するかあるいは第２の大きさを有するかにした がって、前記シンボルに適用する利得を選択的に調節する前記適応型利得制御装 置。 ２５．前記第１の大きさを有するシンボルが受信された場合第１係数、前記第 ２の大きさを有するシンボルが受信された場合第２係数を用いて前記利得を調節 する請求項２４記載の適応型利得制御装置。 ２６．適応型利得制御装置であって、該適応型利得制御装置によって受信され るシンボルに適用される利得を選択的に調節し、前記選択的な利得調節によって 、一方のシンボルよりも他方のシンボルを受信する確率が高い場合に発生する、 前記利得調節の際のエラーを補償する、前記適応型利得制御装置。 ２７．適応利得制御装置であって、該適応型利得制御装置によって受信される 、異なる大きさを有するシンボルに適用される利得を選択的に調節し、 受信シンボルの大きさを判定する絶対値検出器と、 前記シンボルの大きさに対してスレシホルド比較を実行し、前記利得を現在値 に維持するか、前記利得を第１の量だけ増加させるか、あるいは前記利得を第２ の異なる量だけ減少させるかを判定する比較器と、 前記比較器から出力を受信し、それに応答して、選択的に前記利得を前記現在 値に保持するか、前記利得を前記第１の量だけ増加させるか、あるいは前記利得 を前記第２の異なる量だけ減少させる制御部と、 を有する適応型利得制御装置。 ２８．前記利得は二進フォーマットで表され、前記制御部は、 前記第２の量に対応する所定数のシフト位置だけ前記二進利得値をシフトし、 第１シフト信号を生成する第１シフト・レジスタと、 前記第１の量に対応する他の所定数のシフト位置だけ前記第１シフト信号をシ フトし、第２シフト信号を生成する第２シフト・レジスタと、 前記第１シフト信号、前記第２シフト信号、およびヌル入力を受ける３つの入 力を有し、前記比較器からの出力にしたがって前記３入力の１つを選択するマル チプレクサと、 を含む請求項２７記載の適応型利得制御装置。 ２９．前記第１および第２の量は、前記複数のシンボルの既知の分布に基づい て決定される請求項２７記載の適応型利得制御装置。 ３０．前記第１および第２の量は、所定時間期間中に受信される各シンボルの 確率に基づいて決定される請求項２７記載の適応型利得制御装置。 ３１．前記第１および第２の量は、所与の通信プロトコルに対して受信される 各シンボルの確率に基づいて決定される請求項２７記載の適応型利得制御装置。 ３２．前記第１および第２の量の値は、前記利得を変化させる際に、前記複数 のシンボルの既知の分布による、前記第１および第２シンボルの一方に対する偏 りを補償する請求項２７記載の適応型利得制御装置。 ３３．デジタル通信システムにおいて、検出されたシンボルに適用される利得 を自動的に制御する適応型利得制御であって、 受信シンボルの大きさが所定範囲内にあるか否かについて判定を行う手段と、 前記受信シンボルの大きさが前記所定範囲内にある場合、前記利得を現利得値 に維持する手段と、 前記受信シンボルの大きさが前記所定範囲の外側にある場合、前記複数のシン ボルの既知の分布に基づいて、前記利得を自動的に変化させる手段と、 を有する適応型利得制御。 ３４．適応型利得制御装置であって、該適応型利得制御装置によって受信され るシンボルに適用される利得を選択的に調節し、前記選択的利得調節が、前記利 得を増加させる確率または減少させる確率のいずれかの方が高い場合に発生する 、前記利得を調節する際のエラーを補償する前記適応型利得制御装置。