JP3634727B2 - 遠隔端末と、遠隔端末からデータを送信する方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、個別マルチ・トーン(個々ではDMTを称す)通信システムに関し、特に、個別マルチ・トーン通信システム上でのデータ送信を制御するための改良された装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
個別マルチ・トーン通信システムは多重トーンで符号化された情報を送信し、各トーンは異なった周波数を持つ変調搬送波信号に対応している。例えば、ITUG.922.1(G.dmtという名称でも知られている)標準に準拠したフル・レートDTMシステムは1.104MHzの帯域幅に対応する255種類の異なったトーンを用いている。ハーフ・レートDMTシステムと呼ばれる他のDMTシステムはITU G.922.2(G.Liteとも称す)標準に準拠しており、0.552MHzの帯域幅に対応する127種類の異なったトーンを使用している。DMTシステムはそれぞれの搬送波周波数が数KHzから1MHz程度までの範囲にわたっている複数の音声帯域モデム(フル・レートDMTの場合256モデム)のグループとして見ることができる。
【0003】
G.dmtあるいはG.lite標準のいずれかに準拠した典型的な分散DMTシステムにおいては、クライアント(例えば、一般の人のパーソナル機器)から中央局(ここではCOと称す)へのアップストリーム通信のためにトーン#1−31が用意されている。残りのトーン(つまり、#32−255までのG.dmt用のトーン)はCOからクライアントへのダウンストリーム送信のために確保されている。エコー・キャンセレーションが中央局とクライアントの両方でサポートされる場合、DMTシステムはトーン#1−31までがアップストリーム送信とダウンストリーム送信の両方に用いることができる重複スペクトル・モードで作動することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
各接続の開始時に、クライアントと中央局との間の各接続がデータモード送信(つまり、非初期化通信)中にどのトーンを用いることができるかを確認できるように一定の初期化操作(例えば、トランシーバ・トレーニング、チャンネル分析、メッセージ交換、及びビット・ローディング)が行われる。初期化の後、DMTシステムはデータの送信を開始できる。
【0005】
公知のDMTシステムは又そのDMTシステムの初期化段階中のタイミング・リカバリーに役立てるようにパイロット・トーンを含むようにすることができる。パイロット・トーンはタイミング・リカバリーだけに使用される準搬送波を用いてインプリメントされる。特に、DMTシステムはクロック・ソースと呼ばれる1つのDMTトランシーバでのパイロット・トーンの送信を行うことができ、そしてDMTシステムはクロック受け入れ側と呼ばれるDMTトランシーバの別の端末でそのパイロット・トーンを受信できるようにしている。そのパイロット・トーンをクロック受け入れ側でのクロックと比較することで、DMTシステムを同期化することができる。
【0006】
DMTシステムは、通常プレイン・オールド・テレフォン・システム(ここではPOTSと称す)を接続するために使用されるツイスト・ペア電話ループを通じてDMTトランシーバを中央局と接続することによりインプリメントすることができ、DMTシステムは同じツイスト・ペア・ケーブル上でPOTSサービスと共存するように設計することができる。デジタル加入者回線(以下DSLと称す)などにおけるように、PPOTSのための音声チャンネルをDMTシステムによって占有されているスペクトルから分離するために周波数分割多重方式が必要とされる。従って、POTSサービスを同じツイスト・ペア・ケーブル上でDMTシステムと接続するための通信システムはしられているが、2つのDMTトランシーバを同じツイスト・ペア・ケーブル上の中央局に接続させる方式は知られていない。
【0007】
同じツイスト・ペア・ケーブル上で中央局に2つ以上のDMTトランシーバを接続すると一般家庭など、POTSのための回線がすでに設置されている場所に対してはより有利になる可能性がある。現在の段階で、2つのDMTトランシーバが同じツイスト・ペア・ケーブル上で中央局に接続された場合は、2つのDMT信号間に干渉が起きて、中央局との通信ができなくなってしまう可能性がある。
【0008】
従って、同じケーブル上で2つのDMTトランシーバを中央局に接続できるようにするDMT通信システムが必要である。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、データ送信活性を感知し、又データ送信活性が感知されないばあいは上記選択された遠隔端末からのデータを送信することによって、DMTシステムにおける複数の遠隔端末から選ばれた1つの選択された遠隔端末を中央局に接続することができる。上記複数の遠隔端末は1つのノードで一緒に接続して、そのノードを電話線などのケーブルを通じてその中央局に接続することができる。選択された遠隔端末は上記中央局と上記複数の遠隔端末のうちの別のものとの間のデータ送信活性を感知する。そして選択された遠隔端末はその中央局と選択された遠隔端末のうちのべつのものとの間にデータ送信活性が感知されない場合にデータを送信する。
【0010】
本発明の別の側面で、DMTシステムは中央局に接続された選択された遠隔端末を含んでおり、この選択された遠隔端末は個別マルチ・トーン・トランシーバとその個別マルチ・トーン・トランシーバからのデータの送信を制御する制御装置を含んでいる。この個別マルチ・トーン・トランシーバは上記中央局からのデータを受信し、個別マルチ・トーン・トランシーバは電話線などのケーブルを通じて上記中央局にデータを送信する。制御装置は中央局と別の遠隔端末との間のデータ送信活性に応じて個別マルチ・トーン・トランシーバからのデータの送信を制御する。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1はノード20で一緒に接続された複数の遠隔端末14及び16を有するDMTシステムを示している。図1はさらに、中央局(CO)12がノード20を通じて遠隔端末14、16に接続できることを示している。CO12は通常ツイスト・ペア電話線などのようなケーブルを通じてノード20に接続されている。図2は上記選択された遠隔端末からデータを送信する方法を示すフロー・チャートである。特に、遠隔端末14はCO12とノード20に接続された別の遠隔端末(例えば、端間16)との間のデータ送信活性を感知する。CO12と遠隔端末16との間でデータ送信活性が感知されない場合は遠隔端末14はデータ送信も行う。
【0012】
さらに図1で、電話18がノード20に接続された状態で示されている。本発明によれば、遠隔端末14、16及び電話18を相互のデータ送信を干渉し合わないでノード20に同時に接続することができる。一般的に言えば、遠隔端末14及び16だけが、そのチャンネルが不活性な場合にデータを通信チャンネル上に送ることができる。DMTシステム内の各遠隔端末はそのチャンネルが別の遠隔端末によって利用されていないかどうかを感知することができる。チャンネルが利用されていれば、送信は延期される。下に図3を参照して述べるように、POTSはそれら遠隔端末14及び16が利用しているのとは別の周波数帯域を利用しているので、電話線が遠隔端末に干渉することはない。
【0013】
図2は図1のDMTシステム内の遠隔端末からデータを送信する場合のフロー・チャートである。このフロー・チャートは第二のグループのステップ33と入れ替えることができる。第一のグループのステップ31はステップ32、34、及び36を含んでいる。第二のグループのステップ33はステップ38、40、42及び44を含んでいる。第一のグループのステップ31はCO12と別の遠隔端末16との間に送信活性が起きているかどうかをビジー・トーン信号をモニタリングすることで判定する。第二のグループのステップ33はCO12と別の遠隔端末との間の送信活性が起きているかどうかをすでにその通信チャンネル上にある電力スペクトル密度をモニタリングすることで判定する。本発明によれば、選択された遠隔端末14はCOと別の遠隔端末との間のデータ送信活性を第一のグループのステップ31と同様にビジー・トーンをモニタリングするか、第二のグループのステップ33のように電力スペクトル密度をモニタリングするか、あるいはビジー・トーンと電力スペクトル密度の両方をモニタリングするかのいずれかの方法で感知することができる。
【0014】
ステップ32で、選択された遠隔端末14は現在ビジー・トーンがアップストリーム帯域幅にあるのか、あるいはビジー・トーンがダウンストリーム帯域幅に存在しているのかを識別することによって送信活性を感知する。選択された遠隔端末は1つのビジー・トーンを通常ビジー・トーンと呼ばれる予め選択されたトーンの信号をビジー・トーン閾値と比較することによってビジー・トーンが存在しているかどうかを識別することができる。ステップ34で、遠隔端末14はビジー・トーンが検出されたかどうかに基づいて判断を下す。ビジー・トーンが検出さえなければ、処理はステップ38に移る。ビジー・トーンが検出されれば、処理はステップ36に進む。
【0015】
ステップ36で、ビジー・トーンがそのチャンネルがすでに使用中であることを示したとする。従って、ステップ36で選択された遠隔端末14による送信は延期され、タイミングの再調整が行われる。選択された遠隔端末からのデータはランダムに決められる待機時間後に再送信することができる。ステップ36が終了すると、処理はステップ32に戻る。
【0016】
ステップ38で、遠隔端末14は先行技術でよく知られている技術を用いてアップ−ストリーム及びダウン−ストリーム両方の周波数帯域の電力スペクトル密度を判定する。ステップ40で、遠隔端末14は判定された電力スペクトル密度を送信閾値と比較する。送信閾値はCO12とノード20との間のチャンネルの活性を示す値を有している。判定された電力スペクトル密度がこの閾値より低い場合は、このチャンネルにはノイズしか存在していないこと、そして、その電力スペクトル密度が閾値より高い場合は、チャンネルが使用中であることを示す。
【0017】
ステップ42で、遠隔端末は判定された電力スペクトル密度が閾値を越えているかどうかに基づいて、処理の進め方を決める。電力スペクトル密度が閾値以下であれば、処理はステップ46に進む。電力スペクトル密度が閾値より大きければ、処理はステップ44に進む。
【0018】
ステップ44で、電力スペクトル密度のレベルがそのチャンネルは現在使用中であることを示したとしよう。従って、ステップ44で選択された遠隔端末14による送信が延期されて、タイミングが再調整される。データはランダムに決められる待機時間後に再送信することができる。
【0019】
ステップ46で、チャンネルが現在使われていないので選択された遠隔端末14は中央局12にデータを送信する。ステップ46が完了したら、処理はステップ48に進み、処理は終了する。
【0020】
図3は図10のDMTシステム10における周波数密度使用の例を示すグラフである。周波数は図3の縦軸に沿ってプロットしてある。図に示すように、POTS通信は4KHz以下の周波数帯域を利用し、DMTシステムのためのアップ−ストリーム・チャンネルは25−50KHzの周波数帯域を占有し、ダウン−ストリーム・チャンネルの方は50−1104KHzの周波数帯域を占有する。図示された周波数帯域は、無数にある周波数スペースの分割方式のうちの1つの可能な分割方法を示したものに過ぎない。
【0021】
アップ−ストリーム・ビジー・トーンはアップ−ストリームDMTチャンネルで識別され、ダウン−ストリーム・ビジー・トーンはダウン−ストリームDMTチャンネルで識別される。アップ−ストリーム及びダウン−ストリーム・ビジー・トーンのための周波数帯域を用いて、1つの遠隔端末とCO12間のチャンネル使用状態を調べることができる。例えば、1つの遠隔端末がそのチャンネルをうまく制御できれば、それはそのチャンネルを通じて送信を行う度にアップ−ストリーム・ビジー・トーン帯域でビジー・トーンを送信する。同様の方法で、COはそのチャンネルを通じて送信を行う度にダウン−ストリーム・ビジー・トーン周波数でビジー・トーンを送信することになる。このようにして、ビジー・トーン周波数帯域で送信された信号は他の端末に対してそのチャンネルが使用中であることを知らせるために用いることができる。
【0022】
図4は図1に示す遠隔端末14の詳細構成図である。遠隔端末14は個別マルチ・トーン・トランシーバ60、制御装置62、及びユーザー64を含んでいる。トランシーバ60はツイスト・ペア電話線などのケーブルを通じて、CO12との間でデータをやりとりする。制御装置62はCO12と別の遠隔端末16との間の送信活性に応じてトランシーバ60からのデータの送信を制御する。ユーザー64はそのトランシーバ及び制御装置に接続されたホスト装置を示しており、代表的なホスト装置はパーソナル・コンピュータである。
【0023】
トランシーバ60は選択された遠隔端末をCOに結合させるための複合回路88を含んでいる。この複合回路は遠隔装置とCOとの間の全二重送信を可能にする。全二重システムにおいては、1つ又は複数の端末が同時に送受信を行うことができる。この二重通信チャンネルは、通常は周波数分割を用いて両方向に信号を送受信する多重回線又はケーブル、あるいは単線又はケーブルであってもよい。
【0024】
複合回路は基本的には電気的ブリッジで、その電気的ブリッジが釣り合うと、送信パスからの小さな信号だけが受信パスに戻される。この複合回路88は通常アナログ回路で、従って、アナログ−デジタル・コンバータ80及びデジタル−アナログ・コンバータ72を通じてそのトランシーバの残りの部分に接続されている。この複合回路の具体例とさらなる詳細については、DSL Simulation techniques
and Standards Development for Digital Subscriber Line System, by Walter Y. Chen, Macmillan Technology Series, 1998に見出すことができ、その内容は参照することによって本明細書に組み込まれる。
【0025】
トランシーバ60は送信パスと受信パスを含んでいる。送信パスは、プレコーダ66、ビット・マッパー68、デジタル・フィルター70、デジタル−アナログ・コンバータ(ここではDACと称す)、及びアナログ・フィルター74を含んでいる。受信パスの方は、シンボル・リカバー・テーブル76、イコライザ78、アナログ−デジタル・コンバータ(ここではADCと称す)、オート・ゲイン、及びアナログ・フィルター84を含んでいる。この複合装置は作動可能に送信パスと受信パスの両方に結合されている。
【0026】
送信パスにおいては、上記プレコーダ66とビット・マッパー68がデータを送信のために適したフォーマットにする。例えば、プレコーダ66は定期的重複コーディング、データ・スクランブリング、前方エラー接続、あるいはコンステレーション・エンコーディングなどのための機能部を含むことができる。デジタル・フィルター70はユーザーからの時間に基づく信号を周波数に基づく信号に変換するための機能(例えば、逆個別フーリエ変換)を含むことができ、フィルター70の法は入力データのスムージングを行うために用いることができる。DAC72はデジタル信号をアナログ信号に変換し、アナログ・フィルター74は上記は複合装置88によって送信される前にそのアナログ信号のスムージングを行う。
【0027】
受信パスにおいて、アナログ・フィルター84は上記複合装置88からの受信信号をスムージングする。オート・ゲイン82は入力信号のゲインを調節し、ADCは入力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。イコライザ78はチャンネル歪みを最少化する。理論的には、イコライザ78は通信チャンネルの逆である周波数応答を有している。実際においては、イコライザ78は通常デジタル適合性フィルターでインプリメントされる。イコライザは通常、その後にシンボル・リカバリー・テーブル76が配置されている。シンボル・リカバリー・テーブルは送信されたデータを送信時のフォーマットから復元するために用いられる。
【0028】
トランシーバはエコー・キャンセラー86も含んでいる。このエコー・キャンセラーはプレコーダ68の出力端からの入力信号を受信し、そしてエコー・キャンセラーはイコライザ78によって受信される出力信号を発生させる。エコー・キャンセラーはトランシーバ60の受信信号パス内に見出される送信信号(つまりエコー)の強度を減少させる。
【0029】
DMTシステムのエコーは通常送信パスと受信パスが共に結合されている複合回路88で起きる。弱い受信信号と比較して低い残留ノイズを維持するためには、
エコー・キャンセレーション・レベルは60dB程度の高さにすることができる。
【0030】
エコー・キャンセラーはエコー・パス、つまり複合回路88と平行であることが必要である。エコー・キャンセラーはデジタル・フィルター、DAC、送信アナログ・フィルター、複合回路、受信アナログ・フィルター、オート・ゲイン、及びADCなどを含むエコー・パスを合成する。このエコー・キャンセラーは同じ送信データを有するエコー・レプリカをつくりだすことができるが、ただ実際のエコーを打ち消すために反対の符号を有している。このエコー・キャンセラーの具体例とさらなる詳細については、DSL Simulation techniquesand Standards Development for Digital Subscriber Line System, by Walter Y. Chen, Macmillan Technology Series, 1998に見出すことができ、その内容は参照することによって本明細書に組み込まれる。
【0031】
図4の制御装置62はユーザー64、イコライザ78、及びトランシーバ60の受信パスと作動可能に結合されている。制御装置62はその通信チャンネル上で感知されるデータ送信に応じて、トランシーバ60からのデータの送信を制御する。制御装置62がそのチャンネル上でデータ送信を感知すると、制御装置は選択された遠隔端末からのデータの送信を遅らせる。制御装置がチャンネルでデータ送信が行われていないことを感知すると、制御装置は選択された遠隔端末に送信を許可する。この制御装置は電子ハードウエア、ソフトウエア命令、あるいはハードウエアとソフトウエアの組み合わせによってインプリメントすることができる。
【0032】
トランシーバ60は受信パスを用いてそれが接続されている通信チャンネル上の活性をモニターする。その通信チャンネル上で送信されたデータはイコライザ78で受信、フィルタリングされ、デジタル信号に変換される。イコライザ78の入力端末上のデータ、又はイコライザ78の出力端のデータはその通信チャンネル上の活性を識別するために制御装置によって用いることができる。制御装置60はイコライザ78の入力端又は出力端に作動可能に結合されている。
【0033】
本発明の1つの側面で、制御装置62はイコライザ78の入力端又は出力端から受信されたデータを分析することでアップ−ストリーム又はダウン−ストリーム周波数帯域内にビジー・トーンが存在しているかどうかを識別する。この制御装置はビジー・トーンと呼ばれる予め選択された個別周波数トーン内に見出される信号を閾値レベルと比較することによってビジー・トーンを識別する。制御装置がビジー・トーンでの信号レベルが閾値を越えていると判定した場合は、制御装置はそのチャンネルが使用中であると判定する。
【0034】
本発明の別の側面で、制御装置62はアップ−ストリーム又はダウン−ストリーム周波数帯域内の電力スペクトル密度を分析することで、その通信チャンネルが別の遠隔端末によって使用中かどうかを識別する。この制御装置はイコライザ78の入力端末又は出力端末からのアップ−ストリーム及びダウン−ストリーム周波数帯域内の信号を入手する。そして制御装置62はアップ−ストリーム周波数帯域内の信号の電力スペクトル密度とダウン−ストリーム周波数帯域内の信号の電力スペクトル密度を先行技術でよく知られている技術を用いて判定する。その後、制御装置62はそれらの信号の電力スペクトル密度を予め選択された閾値と比較する。制御装置がアップ−ストリーム周波数帯域かダウン−ストリーム周波数帯域のいずれかの電力スペクトル密度が閾値レベルを超えていると判定した場合は、制御装置はそのチャンネルが使用中であると判断する。
【0035】
制御装置62は選択された遠隔端末14からのデータ送信を遅らせる機能を含んでいる。制御装置は一般的には、制御装置がCO12と別の遠隔端末16との間の通信チャンネルが使用中であると判定した場合に、選択された遠隔端末14からのデータ送信を延期する。本発明の他の特徴は遠隔端末14からのデータ送信のタイミングを再調整する機能を提供する。一般的に、遠隔端末14からの送信がランダムに決められる待機時間後に行われるようにタイミング調整が行われる。
【0036】
本発明を具体的な実施の形態を参照して上に図示、説明したが、当業者であれば本発明の精神と範囲から逸脱せずに、形状や詳細に変更を行うことができることは容易に理解できるであろう。従って、この開示の具体的な内容は、先行技術において必要とされているものを除いて、本発明の発明の範囲に対する限定を意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるDMTシステムを示す図。
【図2】図1のDMTシステム内の遠隔端末からデータを送信する際のフロー・チャート。
【図3】図1のDMTシステムにおける周波数スペクトル使用の例を示すグラフ。
【図4】図1に示す遠隔端末の詳細構成図。
Claims (20)
- 1つのノードで一緒に接続された複数の遠隔端末を有し、および電話線を通じて該ノードに接続された中央局を有する個別マルチ・トーン通信システムにおいて、選択された遠隔端末からデータを送信する方法であって、
該中央局と該ノードに接続された該複数の遠隔端末の別のものとの間でのデータ送信活性を感知するステップと、
データ送信活性が感知されない場合に、該選択された遠隔端末からデータを送信するステップとを含むことを特徴とする方法。 - 該感知するステップが、
該中央局からのデータ送信において下流ビジー・トーンが存在するかどうかを識別するステップと、
該中央局からのデータ送信において上流ビジー・トーンが存在するかどうか識別するステップとを含む請求項1記載の方法。 - 下流ビジー・トーンを識別するステップが特定の下流周波数帯域の特定の個別周波数帯のトーンを識別するステップを含む請求項2記載の方法。
- 該下流トーンを検出するステップがさらに検出されたトーンをビジー・トーン閾値と比較するステップを含む請求項3記載の方法。
- 該上流ビジー・トーンを識別するステップがさらに特定の上流周波数帯域の特定の個別周波数帯のトーンを識別するステップを含む請求項2記載の方法。
- 該上流トーンを検出するステップがさらに検出されたトーンをビジー・トーン閾値と比較するステップを含む請求項5記載の方法。
- 該感知ステップが、
選択された帯域内の電力スペクトル密度を判定するステップと、
該判定された電力スペクトル密度を送信閾値と比較するステップとを含む請求項1の方法。 - 該感知ステップがビジー・トーンが指定された個別周波数帯域内に存在するかどうかを確認することにより、該中央局と該複数の遠隔端末のうちの別のものとの間の接続開始段階での送信活性を感知するステップを含んでいる請求項1記載の方法。
- 該感知ステップがさらに、該中央局と該複数の遠隔端末のうちの別のものとの間の送信の選択された帯域における電力スペクトル密度を判定することによって、接続のデータ送信フェーズにおける送信活性を感知するステップを含んでいる請求項8の方法。
- さらに、データ送信活性が感知された場合は該選択された遠隔端末からのデータ送信を延期するステップを含む請求項1記載の方法。
- 選択された遠隔端末が中央局に接続されている個別マルチ・トーン通信システムにおいて、
電話線を通じて該中央局との間でデータを送受信するための個別のマルチ・トーン・トランシーバと、
該中央局と別の遠隔端末との間のデータ送信活性に応じて、該個別のマルチ・トーン・トランシーバからのデータの送信を制御するための制御装置
とを含むことを特徴とする選択された遠隔端末。 - 該個別のマルチ・トーン・トランシーバが該選択された遠隔端末を該中央局に結合させ、全二重データ送信を可能にする複合回路で構成されている請求項11記載の選択された遠隔端末。
- 該個別マルチ・トーン・トランシーバがさらに送信パスと該複合回路に結合されT受信パスを含んでいる請求項12記載の選択された遠隔端末。
- 該マルチ・トーン・トランシーバがさらに、該送信パスと該受信パスとの間の干渉を減少させるためのエコー・キャンセラーを含んでいる請求項13による選択された遠隔端末。
- 該受信パスが、さらに
該複合回路からの受信アナログ・データ・ストリームの形をシェーピングするためのアナログ・フィルターと、
該シェーピング・アナログ・データ・ストリームをデジタル・データ・ストリームにマッピングするためのアナログ・フィルターに結合されているアナログ−デジタル・コンバータと、
受信されたアナログ・データ・ストリーム上のチャンネル歪みの影響をできるだけ少なくするためのイコライザ
とを含む請求項13記載の選択された遠隔端末。 - 該制御装置が作動可能に該イコライザと結合されており、該制御装置が該中央局と別の遠隔端末との間のデータ送信活性を感知する請求項15記載の選択された遠隔端末。
- 該制御装置が、データ送信活性が感知された場合に、該選択された遠隔端末からのデータ送信を遅らせるための手段を含んでいる請求項11記載の選択された遠隔端末。
- 該マルチ・トーン・トランシーバが送信パスと受信パスを有しており、該制御装置が作動可能に該受信パスと結合されているので、該制御装置が該中央局と別の遠隔端末との間のデータ送信活性を感知することができる請求項11記載の選択された遠隔端末。
- 該制御装置が指定された周波数帯域内のビジー・トーンを識別するためのプロセッサを含んでいる請求項18記載の選択された遠隔端末。
- 該制御装置が、
選択された帯域名アイの該電力スペクトル密度を判定するための第一のプロセッサと、
該判定された電力スペクトル密度を送信閾値と比較する第二のプロセッサを含む請求項18記載の選択された遠隔端末。
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