Decision Feedback Equalization(デシジョン・フィードバック・イコライゼーション)

高速デジタル伝送に関する測定の翻訳で、Decision Feedback Equalization(デシジョン・フィードバック・イコライゼーション)という言葉がよく出てくる(例えば、PCI Express 3.0® 校正チャネル)。Decision Feedback Equalizationは、「判定帰還型等化」と訳されることもある。

数十Gbpsのデータレートでの高速デジタル伝送では、高周波成分の損失が大きくなり、伝送線路がローパス・フィルタとして働き、その結果、符号間干渉(ISI)が生じ、アイ・パターンがつぶれて、受信側でロジック値(0、1)の判定ができなくなる。このようなISIを除去してアイを開くために、送信側での対処としてプリエンファシスやディエンファシス、受信側での対処としてイコライズなどの手法が用いられる。

受信側でのイコライズ手法として、リニア・イコライゼーションとデシジョン・フィードバック・イコライゼーションがある。

リニア・イコライザーションは、伝送線路の周波数特性を補償するように、損失の大きい高周波成分を増幅し、低周波成分を減衰することにより、ISIを除去する手法である。これは、利得調整が周波数軸上で行われるため時間軸上のISIを正確に除去できないという問題や、ノイズも一緒に増幅するという問題がある。

デシジョン・フィードバック・イコライゼーションは、先行するロジック値(ロジック波形)の0、1を判定(デシジョン)した後、その波形を遅延回路に通し、(イコライズ後の波形と理想波形との誤差が最小になるように最小2乗法などで最適化した)イコライズ係数を乗算して、0、1を判定(デシジョン)した波形の直前の波形と加算する(フィードバックする)ことにより、ISIの影響を除去する手法である。これは、先行する波形に基づいた補正なので、ノイズを増幅することはない。

デシジョン・フィードバック・イコライゼーションについては、以下を参照。

Infiniium 90000A シリーズ・オシロスコープでのイコライゼーション手法の使用

10Gbit/sクラスの高速電気伝送を実現する波形整形回路の動作原理と最新動向

幸せの黄色いハンカチ

高倉健が逝った。彼が主演した「幸せの黄色いハンカチ」を何度観ただろうか。その回数は、映画館の映写技師にも負けないだろう。

アフリカの大使館に在勤していたころ、広報活動の一環で地方の村々によく出かけた。日本文化の紹介の1つとして日本映画を上映するのだが、車に映写機やガソリン発電機などの必要な機材を積み込んで、ドライバーと2人で村々をまわるのである。地方をやみくもに巡回するわけではない。青年海外協力隊員を介したり、村の村長(酋長)や向学心の強い若者たちが大使館にやってきて上映を依頼してくることも多々あった。

地方に出かけるといっても、だとり着くまでが一苦労であった。地図などもなく道なき道を車で向かうのだが、数センチでも車幅を見誤れば崖下へまっしぐらとなる山道。タイヤがすぐに埋まってしまう泥道。明るいうちにたどり着ければラッキーだが、陽が沈むと車のライトだけが頼りとなる。車幅や前方を確かめながら、タイヤを慎重に1回転ずつさせながら進むのである。わたしは、ドライバーに命を預けるのだが、ドライバーは天に命を預けているかのように、亡き母親が子どもの頃に彼に歌ってくれたという子守唄をいつも口ずさんでいた。その子守唄のおかげで、二人っきりの真っ暗闇の車内はいつも穏やかだった。

ある村にいつものように2人で出かけたときだった。何とか日暮れ前に到着し、村人総出の歌や踊りで出迎えを受け、村に伝わる発酵酒を村長と飲み交わした後、広場を利用した天然の上映場でいよいよショータイムとなった。電気が灯ることもなく、村全体が真っ暗闇である。車に積んできた発電機に16ミリフィルムプロジェクターをつなぎ、上映会の始まり始まり~となった。

広場には赤ちゃんを抱っこした母親からお年寄りまで、村人全員が集まった。親近感を感じてくれそうな話題を交えながら日本の農業や日常生活を撮影した広報フィルムを上映して後、日本映画を上映する運びとなった。村人たちの好奇心溢れる目線を感じながら、フィルム走行のスイッチをひねった。車に積んできたスクリーンに「幸せの黄色いハンカチ(Yellow Handkerchief)」と映し出された。

「イエローハンカチーフ」と誰とはなしに、英語を解する数人が大声で字幕を読み上げた。英語をさらに現地語にして、語り始める村人もいた。識字率の低い村落ならではの自然な光景だ。穏やかな時の流れとともに映画が始まった。上映開始後まもなく、字幕を読み上げる声も聞こえなくなった。村人は、映像だけでストーリー展開を理解し始めていたからに違いなかった。派手なアクション映画ではない、淡々と流れる物語。説明を加えずに理解してもらえるのか、心配していた自分が自分で恥ずかしくなった。こっけいな仕草では皆が笑い、悲しい場面では広場の闇が怖くなるほどに静まり返った。

いよいよクライマックスが近づき、どうなることかと誰もが緊張し始めた。殺人を犯した夫が刑期を終え出所してくるのを、はたして妻は待っているのだろうか。待っていれば、黄色いハンカチが玄関か軒下にでも吊り下げられているはずであった。誰もが、息を止めて、その運命の瞬間を待った。

出所した夫は家路の途中で出会った2人の若者に励まされ、家が見える場所までやってきた。はたして、黄色いハンカチは?

2人の若者に促されて見上げた目線の先には?運動会の青空に広がる万国旗のように、これでもかと言わんばかりの数の黄色いハンカチが鯉のぼりの旗竿から延びるロープにくくりつけられ、風にはためいていた。

その瞬間、大歓声がわき上がった。「ウォ~!」。暗闇が一瞬にして、花火でも打ち上がったかのような歓喜の声に包まれた。拍手はいつしか踊りを誘う激しくも軽快なリズムの手拍子へと変わり、若い村人たちは大地を跳ねて踊りだした。1枚ではない無数のハンカチ。説明や終演の言葉など無用であった。

上映を終え機材を片づけ始めると「ありがとう、日本の友よ…日本人もアフリカ人も皆同じ…」と、村長が満面の笑みで語りかけてきた。そのそばから、「イエローハンカチーフは、この村にも皆の心にも幸せを運んできてくれました。本当にありがとう」と子供を連れた母親が目に涙をいっぱいためながら声をかけてきた。

「黄色いハンカチはきっと誰もが持っていると…持っていると誰もが願っていると…」
わたしも、そう答えるのがやっとだった。

翌日、帰路の車内でドライバーがポツリと口にした。「自分の母さんも、きっと喜んでいるよ。自分もこの仕事が一番好きさ」

日本映画をアフリカの奥地で上映しているなんて、日本人は誰も知らないに違いない。かつて、ある新聞記者に、この経験を話したことがあった。「作り話ですよね」と一笑された。黄色いハンカチは、今の日本人にこそ必要なのかもと思った。

UART

シリアル・バス測定に関する翻訳に、UARTという言葉がよく出てくる(例えば、InfiniiVision 3000 X シリーズ新・定番オシロスコープ用シリアル・バス・アプリケーション)。

UARTは、Universal Asynchronous Receiver Transmitter(汎用非同期送受信回路)の略で、パラレル信号をシリアル信号に変換したり、その逆に変換することにより、非同期(調歩同期)式のシリアル通信を行うためのデバイス(集積回路)ある。電子レンジや炊飯器などの家電製品や産業用機器などのマイクロコントローラ(マイコン)のほとんどに、UARTまたはUSART(Universal Synchronous and Asynchronous Receiver and Transmitter)が搭載されていて、小規模システム内通信に使用されている。RS-232C規格に準拠する信号レベルに変換するICと組み合わせて、システム外の機器との通信に利用されることも多い。

非同期(調歩同期)式とは、クロック線を用いずに信号線のみで通信する方式で、1文字(キャラクタ)のデータ(7ビットまたは8ビット)の前後にスタートビットとストップビットを置いて、データの始まりと終わりを知らせる(1文字分のデータごとに同期をとる)ことにより、通信する方式である。各文字を送信するタイミングは任意なので非同期式と呼ばれる。

同期式は、信号線とクロック線を用いて通信する方式で、受信側はクロック信号のタイミングに合わせてデータを読み取る。

UARTについては、以下を参照。

古典回路屋 > dsPIC入門 > シリアル通信 > PCとつなぐ1~シリアル通信について~

reflection tracking(反射トラッキング)、transmission tracking(伝送トラッキング)

ネットワーク・アナライザ測定に関する翻訳で、reflection tracking(反射トラッキング)、transmission tracking(伝送トラッキング)という言葉が出てくる(例えば、ベクトル・ネットワーク・アナライザ用電子校正(ECal)モジュールのp6)。

測定システムの誤差は、

系統(システマティック)誤差:測定器やセットアップの不完全性に起因したもので、時間経過に対して一定で予測可能な誤差であり、校正により定量化して測定値から除去可能な誤差

偶然(ランダム)誤差:時間経過に対してランダムに変動する予測不可能な誤差であり、校正により除去できない

ドリフト誤差:校正後に、温度などにより測定システムの動作が変化して生じる誤差で、再校正を行うことにより除去できる

に分類できる。

ネットワーク・アナライザ測定の系統誤差には、

信号の漏れに関連した、方向性とクロストーク

信号の反射に関連した、信号源インピーダンス不整合と負荷インピーダンス不整合

基準経路と測定経路の周波数応答の違いである、反射トラッキングと伝送トラッキング

がある。

ネットワーク・アナライザ測定では、被測定デバイス(DUT)に信号(入射信号)を入力して、DUTにより反射された信号(反射信号)とDUTから出力された信号(伝送信号)を測定する。入射信号は、パワー・スプリッタで2つに分割されて、一方はレシーバのR(基準)入力端子に入力され、他方はDUTに入力される。DUTからの反射信号は、DUTの直前のカプラなどで分離されてレシーバのA入力端子に入力される。DUTを通過した伝送信号は、DUTの直後のカプラなどで分離されてレシーバのB入力端子に入力される。レシーバのR(基準)入力端子に入力された信号の振幅(位相)とレシーバのA入力端子に入力された信号の振幅(位相)を比較する(比をとる)ことにより、反射係数(SパラメータのS11)が求められる。同様に、レシーバのR(基準)入力端子に入力された信号の振幅(位相)とレシーバのB入力端子に入力された信号の振幅(位相)を比較する(比をとる)ことにより、伝送係数(SパラメータのS21)が求められる。このときの、基準信号(入射信号)がレシーバに入力されるまでの経路と、反射信号や伝送信号がレシーバに入力されるまでの経路は同一ではない(トラッキングしない)ので、それぞれの経路の周波数応答特性に差が生じ、測定誤差の要因になる。この基準信号経路と反射、伝送信号経路との周波数応答の差が、反射トラッキング、伝送トラッキングである。

反射トラッキング、伝送トラッキングについては、以下を参照

計測の基礎セミナ RF/マイクロ波コース ネットワーク・アナライザの基礎のp69

PAM4

100Gイーサネットなどの広帯域通信測定に関する翻訳で、PAM4という言葉が出てくる(例えば、広帯域AWGのマルチレベル・シグナリング手法によるデータ・スループットの最適化)。

PAMは、Pulse Amplitude Modulation(パルス振幅変調)の略である。「0」と「1」から成るビット列を、そのまま2つの電圧レベル(「0」は「ロー電圧」、「1」は「ハイ電圧」に対応させる)のパルス信号として変調して伝送するNRZ信号は、2値パルス振幅変調(PAM2)である。「0」と「1」から成るビット列を、4つの電圧レベル(「00」を「L1電圧」、「01」を「L2電圧」、「10」を[L3電圧」、「11]を「L4電圧」に対応させる)のパルス信号として変調して伝送する方式が、4値パルス振幅変調(PAM4)である。「PAM-4」と略記されることもある。

最近の動画配信やクラウドストレージなどの普及により、データセンターのIPトラフィック量が増大し続け、それを処理するために、スイッチ・ファブリックのバックプレーン通信速度の増大も余儀なくされている。このような高速バックプレーン通信のための規格は、IEEE P802.3bjの100 Gbps Backplane and Copper Cableというタスクフォースで議論されていて、従来のNRZ(PAM2)を用いる方式とPAM4を用いる方式の両方が検討されている。NRZを用いる方式では、伝送速度が速くなると伝送帯域幅が広くなり、伝送損失が大きくなるので、高品質の伝送媒体(物理層)を使用する必要があるという欠点があるが、送受信機器に既存のアーキテクチャを使用できるという利点がある。その反対に、PAM4を用いる方式では、多値変調により伝送速度が速くなってもそれほど伝送帯域幅が広くならないので、既存の伝送媒体(物理層)を使用できるという利点があるが、新しいアーキテクチャの送受信機器が必要になるという欠点がある。

100 Gbps Backplane and Copper Cableについては、以下を参照

IEEE P802.3bj 100 Gb/s Backplane and Copper Cable Task Forceのホームページ > Public AreaのTask Force Meeting Materials(英語ページ)