JPS6359109A - 自動利得制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
ＡＧＣ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機枯は１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異なる場合があるか
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。

すなおち、増幅器が高レベルの信号で飽和することはな
く、シかも、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で
は利用されていない。そのようなプロセッサにおけるＡ
ＧＣのプロセスは除算を吏う。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Ｊする。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ータル化したものに
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、ＡＧ
Ｃ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ム信号レ
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モデム信号、ＱＡＭモデム信号などで
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日１１日付の米国特許出願筒
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、シかしな
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へ〇Ｃ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。

Ｃ０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
明の自動利得制御装置は、（ａ）自動利得制御値を設定
する手段と、（ｂ）入力信号のサンプルを受け取ってこ
れに上記自動利得制御値を生じてこれらの積を生成する
手段と、（ｃ）上記手段（ｂ）によって生成された積が
所定の範囲外にある場合に上記自動利得制御値を調整す
る手段と、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ＡＧＣをデジタル信号処理Ｑ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ミリ秒内に一１０ｄＢから一４０ｄＢ
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
に対しては不感である。

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
除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。たとえばテキストインストルメンツ社のＴＭＳ３２
０１０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１へプロセッサ１９に
よってアクセスできる。そのとき、ホストプロセッサ１
９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１−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１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、−時に１６個のサ
ンプルが信号プロセッサ１１へ入力される６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１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ｆ１）の調１１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。

Ｃ０ＮＦ＝（（ｃＯＮＦＩＮＩＴ） Ｘ（０，９９６）Ｔ）＋ＣＯＮ　Ｆ　Ｆ　Ｉ　ＮＭＡＸ
＞ＵＴのとき。

ＧＡＩＮ＝ＧＡＩＮ−（ＭＡＸ−ＵＴ）ＸＣＯＮＦＭ　
Ａ　Ｘ　＜　Ｌ　Ｔのとき、 Ｇ　Ａ　Ｉ　−Ｎ　＝　Ｇ　Ａ　Ｉ　Ｎ　＋　（Ｌ　Ｔ
　　Ｍ　Ａ　Ｘ　）　Ｘ　ＣＯＮ　Ｆただし、Ｃ０ＮＦ
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、Ｃ０Ｎ
ＦＦＩＮは信頼係数の最終値、Ｌ　Ｔ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、Ｃ０ＮＦ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、Ｃ０ＮＦ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。

Ｅ０発明の詳細 な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。 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人　　弁理士　　頓　　宮　　孝　　−（外１名） 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 信号プロセッサにおける自動利得制御装置であって、 （ａ）自動利得制御値を設定する手段と、 （ｂ）入力信号のサンプルを受け取って該サンプルに上
   記自動利得制御値を乗じてこれらの積を生成する手段と
   、 （ｃ）上記手段（ｂ）によって生成された積が所定の範
   囲外にある場合に上記自動利得制御値を調整する手段と
   、 を具備することを特徴とする自動利得制御装置。