JPH0313763B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、トランスバーサル形フイルタを使用
した自動等化器において、タツプ係数列を自動的
に決定する自動等化回路に関するものである。

自動等化器は、公衆アナログ電話回線を用いた
同期式高速データ伝送回線に使用されるモデムに
不可欠のものであり、CCITTでもＶシリーズに
おいて、これに対する勧告案を示している。この
ような自動等化器は、本来のデータ伝送を始める
前にその特性を設定するためのトレーニングが必
要である。

自動等化器のトレーニングには、いくつかの方
法が既に提案されているが、大別すると擬似ラン
ダムパターン等の特殊な信号系列を使用して行な
う方法と、インパルスを使用して行なう方法とに
分けることができる。前者の方法の例として、例
えばCCITT勧告Ｖ２９等においては、２値の擬
似ランム信号を送出し、これによつて自動等化器
をトレーニングする方法が規定されている。

自動等化器は、波形伝送の立場から位相特性の
優れたトランスバーサル形フイルタを主体として
実現される。自動等化器の特性は回線の逆特性に
なることが必要であるが、このような特性を定め
るトランスバーサル形フイルタのタツプ係数列を
得る過程は、２値トレーニング信号に対して、例
えば最小２乗誤差を評価関数とした最大傾斜法
等、既存の統計的手法によつて説明することがで
きる。

このような従来の手法において、高速に最終タ
ツプ系数列を得るためには、着信トレーニング信
号間の相互相関行列の固有値のばらつきを最小に
する特殊なトレーニング信号列を発生させること
や、等化器のタツプ長とトレーニング信号周期と
を同じにして従来の統計的手法を用いて高速演算
によるサイクリツクな等化を行うことなどが考え
られている。しかしながら伝送信号の帯域に対し
て回線特性が極めて悪いような場合をも想定した
とき、特殊な信号列の性質やサイクリツク信号周
期のランダム度（周波数特性）の妥当性などは、
必ずしも十分に解明されているとは言えない。

またインパルスを使用する方法としては、イン
パルス列と誤差信号との相互相関によつてつくら
れる多元連立方程式を直接解く方法や、他の直接
解として、フーリエ変換方法による周波数領域へ
の変換操作によつて最適タツプ係数列を求める方
法がある。このインパルスは、本来のインパルス
を他の信号列で変調して送出して受信側で復調し
て得ることもできるし、また十分に長い周期の擬
似ランダム系列やこれと同等な特殊信号系列であ
れば、着信信号との相互相関を求めてンパルスを
再生することもできる。インパルスの周波数特性
は平坦であるから、トレーニング用信号としては
都合がよい。しかしながら従来の方法はいずれも
多量の演算を処理しなければならないため、処理
時間が長くなるだけでなく、そのハードウエアと
しても膨大なものが必要であつた。

本発明は自動等化器におけるインパルスを用い
た新規な自動等化回路を提案しようとするもので
あり、その目的は、インパルスを用いているが比
較的簡易な手段で自動等化を行なうことができ、
かつ通常のハードウエア規模で実現できる、高速
収束自動等化器の自動等化方式を提供することに
ある。この目的を達成するため、本発明の自動等
化回路においては、トランスバーサル形フイルタ
におけるタツプ係数値を自動的に設定して伝送路
歪を等化する自動等化回路において、トレーニン
グ信号から再生された複素インパルス系列を保持
する第１のレジスタ群と、該複素インパルス系列
の各共役複素数をタツプ係数の初期値として設定
された第２のレジスタ群と、該複素インパルス系
列と該タツプ係数の初期値とから該複素インパル
ス列の予め定められた次数までの自己相関値を求
める相関手段と、該相関手段にて求めた自己相関
値に基づいて高次の自己相関値が収束するように
該タツプ係数の初期値を補正して該第１のレジス
タ群の内容を更新する補正手段とを具え、該相関
手段と補正手段とによつて該第２のレジスタ群の
内容の更新を繰り返し実行して、最終的に得られ
た該レジスタ群の内容をトランスバーサル形フイ
ルタのタツプ係数として用いることを特徴とし、
またトランスバーサル形フイルタにおけるタツプ
係数値を自動的に設定して伝送路歪を等化する自
動等化回路において、トレーニング信号から再生
された複素インパルス系列を保持する第１のレジ
スタ群と、該複素インパルス系列の各共役複素数
をタツプ係数の初期値として設定された第２のレ
ジスタ群と、該複素インパルス系列と該タツプ係
数の初期値とから該複素インパルス列の予め定め
られた次数までの自己相関値を求める相関手段
と、該相関手段にて求めた自己相関値に基づいて
０次以外の自己相関値がゼロとなるように該タツ
プ係数の初期値を補正して該第１のレジスタ群の
内容を更新する補正手段とを具え、該相関手段と
補正手段とによつて該第２のレジスタ群の内容の
更新を繰り返し実行して、最終的に得られた該レ
ジスタ群の内容をトランスバーサル形フイルタの
タツプ係数として用いることを特徴としている。

以下、本発明の原理と実施例とについて説明す
る。

今、送信信号を｛a_K｝（弧立パルスなら０…010
…０）とし、伝送路のインパルス応答を｛h_k｝と
すると、等化器に着信する信号｛r_k｝は次式によ
つて表わすことができる。

r_o＝_N 〓^i=-N a_i・h_o-i 等化器のタツプ係数を｛C_k｝とすれば、等化
出力｛y_k｝は次式によつて示される。

y_o＝_N 〓^i=-N c_i・r_o-i＝ 〓ⁱ C_i・（ 〓^j a_j・h_o-i-j）＝ 〓^j a_j・（ 〓ⁱ C_i・h_o-j-i） 信号｛a_j｝が弧立パルスであれば（ｊ＝０のと
きa_j＝１，その他のときa_j＝０）であるから、出
力y_oは次のようになる。

y_o＝_N 〓^i=-N C_i・h_o-i ここでC₀＝１，C_i＝０（ｉ≠０）とすればy_o＝
h_oとなり、等化器出力には伝送路のインパルス応
答そのものがあらわれる。さらにｎ＝−Ｍ，…
…，−２，−１，０，１，２，……，Ｍ（Ｍは十分
大きな値）において、ｎ＝０のときパルスが送出
されたとすれば、ｎ≠０における出力y_o（＝h_o）
は伝送路の歪そのものである。従つて、このｎ≠
０のときの値を用いてタツプ係数列｛C_i｝を補正
することが可能である。すなわち、ナイキスト条
件から y₀＝ 〓ⁱ C_i・h_-i＝１ y_o＝ 〓ⁱ C_i・h_o-i＝０ を用いて、例えば最小２乗誤差を評価関数とし
て、最大傾斜法などでタツプ係数列｛C_i｝を補正
すればよい。

ところでインパルスを歪のある伝送路に伝送し
た場合、系が線形であれば、受信したインパルス
系列の自己相関値は第１図のようになる。同図に
おいてA₀，A₁，A_-1，A₂，A_-2はそれぞれ０次，
１次，−１次，２次，−２次の相関を示している。
なおここで符号は時間的前後の関係を示し、（−）
は過去の値を示している。

このことは、相関操作によつてある程度の等化
を行ない得ることを示している。本発明の自動等
化方式は、相関操作によつて波形の等化を行なお
うとするものであつて、具体的に言えば、入力信
号系列と作られた等化タツ系列とを相関という観
点から比較して、両者が完全に一致したとき相関
が最も強くなるようにし、それ以外の場合は相関
がないようにしようとするものである。

この方式の利点は、入力信号の中央値がどこに
あるかわからなくても、最適なタツプ係数列
｛C_i｝を求められる点にある（但し最後に同期を
とる必要がある）。すなわちこのようにすること
によつて、入力信号の有する位相歪成分が除去さ
れる。しかしながら、この操作によつて位相歪を
除去することはできても、振幅に対しては完全な
等化は行えないが、或る回数の操作を行つた後、
従来の最小２乗誤差を用いた最大傾斜法によつ
て、振幅に対する歪を補正することが可能であ
る。

着信信号の自己相関に着目し、最適な等化係数
列を得る手法は、次の各式によつて記述すること
ができる。

C_i△＝x^* _i (1) A_j＝ 〓ⁱ C_i・x_i+j (2) Cⁿ⁺¹ _i＝Cⁿ _i−Ｐ・A_j・x^* _i (3) ここで｛C_i｝は等化器のタツプ係数列ベクト
ル、｛x_i｝はインパルス系列、A_jはタツプ係数と
入力インパルスとの相関、Ｐは正の小さな数であ
る。(1)式はインパルスの初期設定を意味し、(2)式
によつて相関A_jを求め、この値を誤差とみなし
て(3)式でタツプ係数を補正するものである。この
一連の操作を適当な相関の次数について、繰り返
えし行なうことによつて、最終的な等化係数列
｛C_i｝をを求めることができる。

この方式は着信信号の自己相関を求めることか
ら補正を開始して、最終的に高次の相関をなくす
ように処理するものであり、従つてこれを直交相
関法と名づけるものとする。

第２図は本発明の自動等化回路の一実施例の構
成を示す機能ブロツク図である。同図において１
はインパルス再生回路、２は第１のタツプ遅延レ
ジスタ、３は相関器、４はレジスタ群、５はタツ
プ係数補正器、６は第２のタツプ遅延レジスタ、
７は乗算器群、８は累算器であり、また、９は本
方式で得られたタツプ係数列をストアし、以後の
等化動作に用いるためのタツプ係数レジスタであ
る。

また第３図は第２図のタツプ係数補正器５にお
ける１タツプ分の補正機能演算の一例を示す図で
ある。同図において１１，１２は乗算器、１３は
減算器を示している。

第２図において、インパルスは図示さない送信
側において、他の信号列で変調した形で送出され
る。着信したインパルスを含む信号はインパルス
再生路路１に加えられて、本来のインパルスの形
に再生さる。再生されたインパルスは第１のタツ
プ遅延レジスタ２に入力される。このインパルス
系列の複素共役ベクトルが(1)式に従つてタツプ係
数の初期値としてレジスタ群４に与えられ、タツ
プ遅延レジスタ２に既にラツチされていたインパ
ルス列とともに相関器３に入力されて、(2)式に従
つて相関A_jが求められる。タツプ係数補正器５
においては、相関A_jによつて各タツプごとに(3)
式に従つて補正演算を行なう。

第３図において、相関器から出力された相関
A_jは乗算器１１において一定値Ｐと乗算される。
乗算器１１の出力はさらに乗算器１２においてイ
ンパルス系数ベクトルx^* _iと乗算される。乗算器
１２の出力は減算器１３において、タツプ係数ベ
クトルCⁿ _iから減算されて、減算器１３の出力に
新たなタツプ係数ベクトルCⁿ⁺¹ _iを得る。

再び第２図において、タツプ係数補正器５にお
いて求められた新たなタツプ係数列はレジスタ群
４にラツチされ、次の演算に用いられる。このよ
うな操作をある適当な回数繰り返した後、最終的
にレジスタ群４にラツチされたタツプ係数列の値
を、第２のタツプ遅延レジスタ６のタツプ係数レ
ジスタ９にそれぞれ移す。

これによつてタツプ係数レジスタ９にタツプ係
数列が設定されたのち、伝送路の信号を第２のタ
ツプ遅延レジスタ６に導き、各タツプ出力とそれ
ぞれ対応するタツプ係数との累積乗算を行なう。
乗算器群７の出力は累算器８において累加され、
これによつて累算器８の出力に等化された信号を
得る。

以上説明したごとき演算処理を実行するために
は、乗算器，加減算器などの算術演算機能が必要
となるが、これらの機能を効率よく実現するため
には、算術演算機能（AU）の時分割利用が考え
られる。この場合、AUとのデータの転送は、読
出し専用メモリ（ROM）などに蓄積されたマイ
クロプログラムを用いて制御することが可能であ
る。

第４図は本発明の自動等化方式の一実施例の具
体的構成を示すブロツク図である。同図におい
て、２０はAUであつて、被乗数レジスタ２１，
乗数レジスタ２２，乗算器２３，加算器２４およ
びアキユムレータ２５から構成されている。２６
は読出書込メモリ（RAM）、２７は演算制御デ
コーダ、２８は読出し専用メモリ（ROM）、２
９はカウンタ（CTR）、３０はRAMアドレスラ
ツチ、３１はアドレスデコーダ、３２はカウンタ
（CTR）、３３は遅延回路、３４はライトバス、
３５はリードバスである。

第４図において、CTR２９は演算制御デコー
ダ２７から与えられるクリア信号によつて一連の
処理が済む毎にクリアされながら一定数のカウン
トを繰り返えす。CTR２９がカウントアツプす
るにつれて２進計数値が順次ROM２８にアドレ
スとして与えられ、これによつてROM２８から
アドレスに対応して格納されている内容が順次読
み出されて、演算制御デコーダ２７およびRAM
アドレスラツチ３０に与えられる。

演算制御デコーダ２７は、ROM２８から読み
出された内容に応じて、RAM２６に対する。読
み出し／書き込み（Ｒ／Ｗ）の制御と被乗数レジ
スタ２１および乗数レジスタ２２に対するラツチ
の制御、ならびにアキユムレータ２５に対するク
リア信号およびクロツク信号の供給等を行なう。

RAMアドレスラツチ３０はシフトレジスタ等
で構成されており、ROM２８から読み出された
内容に応じて、RAM２６に対するアドレス（旧
RAMアドレス）を発生し、アドレスデコーダ３
１に入力する。

CTR３２は一定桁数を有し、そのキヤリー信
号が遅延回路３３を経てロード入力として与えら
れることによつて、プリセツト情報によつて定ま
る数から最大数までのカウントを繰に返えす。ア
ドレスデコーダ３１はROM等で構成されてお
り、RAMアドレスラツチ３０の旧RAMアドレ
スに対し、CTR３２の計数値に応じて相関の演
算を行なうために必要なオフセツトを与えて、新
RAMアドレスを発生しRAM２６に入力する。

これによつてRAM２６から読み出されたデー
タがリードバス３５を経て被乗数レジスタ２１お
よび乗数アドレス２２に与えられ、所要の演算が
行なわれた結果がアキユムレータ２５からライト
バス３４を経てRAM２６に書き込まれる過程を
繰り返えして相関の演算が行なわれる。RAM２
６に対する外部データの書き込みもライトバス３
４を通じて行なわれる。

第４図の構成における自動等化器としての動作
は、第２図との対比において、次のようにして行
なわれる。この場合、タツプ遅延レジスタやタツ
プ係数レジスタに相当する記憶は、すべてRAM
２６が行なう。また各種の演算は、AU２０にお
いて集中処理される。

ライトバス３４から取り込まれたインパルスデ
ータは、RAM２６の所定のメモリ領域に格納さ
れる。このインパルスの複素共役値が初期タツプ
係数として、同じRAM２６の他のメモリ領域に
格納される。

続いて相関A_j（または後述のA′_j）を求めるため
に、インパルスデータとタツプ係数データとが
RAM２６から順次読み出され、リードバス３５
を通じて被乗数レジスタ２１および乗数レジスタ
２２にラツチされる。この２つのデータを使用し
て乗算と累積算が実行され、両者の相関値がアキ
ユムレータ２５に与えられ、ライトバス３４を経
てRAM２６に格納される。この演算において相
関の次数に応じた値を求めるとき、アドレスデコ
ーダ３１によつてRAM２６をアドレスを変換す
ることによつて、インパルスデータとタツプ係数
データとのアドレスに対して次数に応じたオフセ
ツトを与える。

このようにして求められたそれぞれの相関値に
対じて前述の記述式に従つてタツプ係数が補正さ
れる。この操作は、マイクロプログラムからのア
ドレス情報に応じてタツプ係数や相関値などを適
宜読み出して被乗数レジスタ２１および乗数レジ
スタ２２にラツチし、AU２０を用いて演算処理
を実行することによつて行なわれる。この補正を
一定回数実行した後、補正されたタツプ係数は、
等化器としてのタツプ係数を記憶するRAM２６
の領域に格納される。以後は同一回路を用い格納
されている補正されたタツプ係数を使用すること
によつて、等化器として動作させる。このときマ
イクロプログラムの処理内容が変化するが、これ
は予め定められた時間で変化する外部からの制御
信号EX−CONT1によつて行なわれる。またア
ドレスデコーダ３１においても、旧RAMアドレ
スから新RAMアドレスに変換するためのCTR３
２の出力データが、外部制御信号EX−CONT2
によつて無視されるため、各タツプ出力と対応す
るタツプ係数との演算処理がデータアドレスに対
し、何らオフセツトなしに行なわれるようにな
る。

第４図の構成において、RAM２６のそれぞれ
の領域に格納されたデータを用いて相関を求める
過程は、次のようにして行なわれる。まずインパ
ルス列は初期タツプ係数列｛C_i｝として特定アド
レス領域に格納され、次にインパルス系列｛x_i｝
として他の特定アドレス領域に格納される。

第５図はインパルス系列｛x_i｝とタツプ係数列
｛C_i｝のアドレス空間を示す図である。同図にお
いてインパルス系列x₁，x₂，…，x_i，…，x_Nがそ
れぞれアドレスAD₀，AD₁，…，AD_i，…，AD_N
に格納され、タツプ係数列C₁，C₂，…，C_i，…，
C_NがそれぞれアドレスBD₀，BD₁，…，BD_i，
…，BD_Nに格納されたことが示されている。

従つて相関の演算を行なう場合には、相関の次
数分だけインパルス系列x_iまたはタツプ係数列C_i
のアドレスをインクレメント（またはデクレメン
ト）し、乗算器に与えればよい。これは１回のタ
ツプ補正を行なうごとにアドレスデコーダ３１の
一方の入力であるCTR３２をカウントアツプし
て、ROMを用いたアドレスデコーダにおいて
RAMアドレスを修飾したりオフセツトを与える
ために加減算器を用意し、アドレスデータと論理
演算させることによつて実行できる。

アドレスデコーダ３１は、インパルス系列x_iま
たはタツプ係数列C_iのいずれかに対応するアドレ
スが入力した時だけ、CTR３２の出力によつて
アドレスオフセツトを与える機能を有し、それ以
外のアドレスに対してはそのままのアドレスデー
タを出力する。

アドレスデコーダ３１は、単純にはROMによ
る変換テーブルとして実現可能である。その他の
方法として呼び出したデータを異なつた次数の相
関値が得られるようにシフトしてもよいが、前者
の方法の方がデータメモリを節約できることと、
マイクロプログラムから出力するアドレス情報が
少なくて済むことなどの点で有利である。

以上の説明においては、タツプ係数と入力イン
パルスとの相関A_jを、前述の(2)式に示すように
タツプ係数と入力データの１つの相関として求
め、これによつて全タツプ係数を補正している
が、一般的には相関A_jは次のようにして求めら
れる。

A′_j＝_N 〓^j=-N （ 〓ⁱ C_i・x_i+j） (4) 上式においてΣ′はｊ≠０以外の和を示してい
る。

(4)式によつて相関を求めた場合の、タツプ係数
C_iの補正は次式で示される。

Cⁿ⁺¹ _i＝Cⁿ _i−Ｐ・_N 〓^j=-N A′_j・x^* _i+j (5) (4)，(5)式によつて等化係数列を求める場合の演
算処理も、マイクロプログラムを変えることによ
つて、第４図の実施例と同一回路を用いて実現す
ることが可能である。

また(3)，(5)式を次のように変更し、前述の補正
処理に加えれば、振幅の補正を行なうことが可能
である。

Cⁿ⁺¹ _i＝Cⁿ _i−Ｐ（A₀−E₀）x^* _i (6) またはCⁿ⁺¹ _i＝Cⁿ _i−Ｐ｛（_N 〓^j=-N A′₀・x_i）−E′₀｝x^* _i (7) ただしA₀＝A′₀＝ 〓ⁱ C_ix_i さらに以上に述べた操作を数回繰り返えした
後、従来行なわれているように最大２乗誤差等を
評価関数とした最大傾斜法を適用すれば、より確
実な収束が可能である。

以上説明したように、本発明の自動等化回路に
よればインパルスを用いて比較的簡易な手段で自
動等化を行なうことができ、かつ通常のハードウ
エア規模で高速収束自動等化器を実現することが
できるので、優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はインパルス系列の自己相関値を示す
図、第２図は本発明の自動等化回路の一実施例の
構成を示す機能ブロツク図、第３図は１タツプ分
の補正機能演算の例を示す図、第４図は本発明の
自動等化回路の一実施例の具体的構成を示すブロ
ツク図、第５図はインパルス系列｛x_i｝とタツプ
係数列｛C_i｝のアドレス空間を示す図である。 １…インパルス再生回路、２…タツプ遅延レジ
スタ、３…相関器、４…レジスタ群、５…タツプ
係数補正器、６…タツプ遅延レジスタ、７…乗算
器群、８…累算器、９…タツプ係数レジスタ、１
１，１２…乗算器、１３…減算器、２０…算術演
算機能（AU）、２１…被乗数レジスタ、２２…
乗数レジスタ、２３…乗算器、２４…加算器、２
５…アキユムレータ、２６…読出書込メモリ
（RAM）、２７…演算制御デコーダ、２８…読出
専用メモリ（ROM）、２９…カウンタ（CTR）、
３０…RAMアドレスラツチ、３１…アドレスデ
コーダ、３２…カウンタ（CTR）、３３…遅延回
路、３４…ライトバス、３５…リードバス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ トランスバーサル形フイルタにおけるタツプ
   係数値を自動的に設定して伝送路歪を等化する自
   動等化回路において、トレーニング信号から再生
   された複素インパルス系列を保持する第１のレジ
   スタ群２と、該複素インパルス系列の各共役複素
   数をタツプ係数の初期値として設定された第２の
   レジスタ群４と、該複素インパルス系列と該タツ
   プ係数の初期値とから該複素インパルス列の予め
   定められた次数までの自己相関値を求める相関手
   段３と、該相関手段にて求めた自己相関値に基づ
   いて高次の自己相関値が収束するように該タツプ
   係数の初期値を補正して該第２のレジスタ群の内
   容を更新する補正手段５とを具え、該相関手段と
   補正手段とによつて該第２のレジスタ群の内容の
   更新を複数回繰り返し実行して、最終的に得られ
   た該レジスタ群の内容をトランスバーサル形フイ
   ルタのタツプ係数として用いることを特徴とする
   自動等化回路。 ２ トランスバーサル形フイルタにおけるタツプ
   係数値を自動的に設定して伝送路歪を等化する自
   動等化回路において、トレーニング信号から再生
   された複素インパルス系列を保持する第１のレジ
   スタ群２と、該複素インパルス系列の各共役複素
   数をタツプ係数の初期値として設定された第２の
   レジスタ群４と、該複素インパルス系列と該タツ
   プ係数の初期値とから該複素インパルス列の予め
   定められた次数までの自己相関値を求める相関手
   段３と、該相関手段にて求めた自己相関値に基づ
   いて０次以外の自己相関値が０となるように該タ
   ツプ係数の初期値を補正して該第２のレジスタ群
   の内容を更新する補正手段５とを具え、該相関手
   段と補正手段とによつて該第２のレジスタ群の内
   容の更新を複数回繰り返し実行して、最終的に得
   られた該レジスタ群の内容をトランスバーサル形
   フイルタのタツプ係数として用いることを特徴と
   する自動等化回路。