JP2003522470A - Ｐｃｍモデムシステムにおける１８０°位相不変送信を達成するためのための方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 等価クラスを用いて送信機から受信機へ情報を通信するＰＣＭモデムシステムにおいて、文字化けの送信を招く通信チャネルでの１８０°位相反転の問題を解決するための方法を提供する。このことは、等価クラスの識別がチャネルの位相反転中欠落しないように、微分符号化及び復号化が可能な形式に等価クラスを再マッピングすることによって実現される。図２において、入力ビットストリーム（１０）がモジュラスコンバータ（１２）に印加され、モジュラスコンバータ（１２）は、マッピングブロック（１４）に接続され、マッピングブロック（１４）は、モジュラスコンバータの出力を、図１に示すタイプの構造にマッピングするが、ここで、各等価クラスには、符号ビット及び絶対値ビットを含むラベルが備えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 発明の分野 本発明は、電気通信システムに関し、特に、ＰＣＭ変調システムを利用したデ
ータ送信時、通信チャネルにおける１８０°位相反転問題を解決するための方法
と装置に関する。

【０００２】 発明の背景 ＰＣＭモデムシステムは、データがアナログモデムからアナログループ及び中
央局を介してデジタルモデムに送信されるシステムである。このようなシステム
において利用される変調方式には、所謂、等価クラスへの入力データのマッピン
グが含まれる。これらの等価クラスは、入力データストリームの符号化に利用さ
れる群点間の最小距離をより大きくできるように利用される。等価クラスは、先
行符号化に用いられることが多く、このことは、本出願の譲渡人に譲渡され又本
明細書中に引用参照される米国特許出願第０８／９９９、２４９号、表題「ＰＣ
Ｍ伝送用データ信号を先行符号化するための装置と方法」に記載されている。「
群点」は、最終的に電圧レベルになる数字を意味するが、これらの電圧レベルに
より、個々の入力記号が、データ送信方式におけるＰＣＭチャネルのアナログル
ープにおいて表現される。群レベル間の距離を大きくできることによって、最小
の誤りでの通信、あるいは別の言い方をすれば、よりローバストな通信を行うこ
とができる。群に関連付けられたレベルが互いに接近している場合、これらのレ
ベルは、互いに区別することが困難になり、検出誤りを招くことに留意されたい
。

【０００３】 等価クラスの使用方法は既知であるが、このような等価クラスを利用して、情
報を送信する時、１８０°位相反転がチャネルに存在する（すなわち、チャネル
が「反転」又は打ち消されている）場合、送信されたデータは破壊され、有用な
情報が得られない。

【０００４】 位相反転は、米国では稀であるが、ヨーロッパや他の地域では、課金の目的で
故意に通信チャネルに挿入される。実際には、伝送回線対が周期的に切り換えら
れ、例えば、１秒間に１回、チャネルが位相反転される。そして、位相反転は、
中央局又はエンドユーザの位置で各々カウントされる。次に、カウントされた位
相反転は、課金のための「メータ」として用いられる。

【０００５】 ＰＣＭモデムシステムにおいて、毎秒１回チャネルが位相反転される場合、デ
ータの損失は、悲劇的であることが理解されるであろう。これは、等価クラスの
識別に関する情報が失われるためである。チャネルにおける１８０°位相反転問
題解決への取組み方法は、極めて規模の大きい等価クラスを利用して、位相反転
がこれらの等価クラスの送信中に発生した場合、曖昧さが無いクラスと同じクラ
スにデータをマッピングすることである。

【０００６】 このような方法における問題は、この方式が、チャネル反転を防ぐために２倍
もの点を用いることである。また、この種類の解決方法では、送信速度が大幅に
低下する。１つの実施形態において、この手法では、送信速度が、５６キロビッ
ト／秒モデムの場合、記号当り１ビット、すなわち、８０００ビット／秒だけ低
下する。

【０００７】 発明の概要 ＰＣＭモデムシステムに位相反転に対する免疫性を与えるために、本発明によ
るシステムにおいて、等価クラスに対して符号化方式が提供され、等価クラス対
には、値が反対の「符号ビット」が与えられる。こうして、各等価クラスに対し
て、符号ビット及び絶対値ビットすなわちビット集合が存在する。

【０００８】 本発明で分かったことは、通信チャネルの位相反転によるデータ破壊は、等価
クラスラベルが破壊されたため、受信機側で等価クラスが誤識別されたことによ
るということである。本明細書中に述べた方法で等価クラスを再度ラベル付けし
て、また、送信機で微分エンコーダを用いて、更に受信機で微分デコーダを用い
て、チャネル反転による等価クラスラベルの如何なる誤りにも拘わらず、受信機
側で等価クラスを正確に識別し得る。

【０００９】 等価クラス対の場合、一方の対０及び他方の対１から符号ビットを生成して、
また、微分符号化及び復号化を利用して、チャネルに位相反転が存在する場合、
微分復号化の後、復号化された符号化の符号ビットは、元の意図された又符号化
された等価クラスの符号ビットに一致する。更に、位相反転では絶対値が変化し
ないため、絶対値ビットは、位相反転による影響を受けない。こうして、符号化
の識別は欠落しない。

【００１０】 更に具体的には、等価クラスを用いて、送信機から受信機へ情報を送信するＰ
ＣＭモデムシステムにおいて、通信チャネルでの１８０°位相反転による文字化
けデータの送信における問題を解決するための方法を提供する。このことは、等
価クラスの識別がチャネルの１８０°位相反転により影響されないように、微分
符号化及び復号化が可能な形式に等価クラスを再マッピングすることによって実
現される。送信を損なうのは、等価クラスの識別の欠落である。１つの実施形態
において、再ラベル付けした等価クラスと共に微分エンコーダ／デコーダ対を利
用して、チャネルの１８０°位相反転の影響を受けなかった等価クラスの識別が
できる。このことは、チャネルの位相反転の影響を受けた可能性がある等価クラ
スに割当てられた符号ビットが、受信時、微分復号化により、元の符号ビットに
合致するためである。こうして、送信情報は、位相反転の有無に拘わらず、正確
に受信される。

【００１１】 ２つの集合の点において、等価クラスは対を成し、ここで、一方の集合の要素
を打ち消すによって、他方の集合の要素を取得することに留意されたい。本発明
による等価クラスラベル付けシステム及びこれらの対の存在により、チャネルに
位相反転が生じる場合、クラスへの影響は無い。位相反転が存在する場合、クラ
スは、その対の相方にマッピングされる。微分マッピングによって、群点が同じ
データを表わすために、このことは悪影響を及ぼさない。

【００１２】 例示の実施形態において、用いられるマッピングフォーマットは、符号ビット
と絶対値ビットを含む二進数符号化形式で等価クラスラベルを提供する。元の送
信された等価クラス対は、互いに反対であるが、１つの位置つまり符号ビットを
除いて、全てのビット位置が等しい。

【００１３】 言い換えると、元の等価クラスは、符号ビットと絶対値ビットとを有する二進
数表記された数字にマッピングされる。マッピングの後、各等価クラスの符号ビ
ットを微分符号化することによって、受信された等価クラスは、チャネルの位相
が正又は負に拘わらず、正確に復号化し得る。本発明による方法が成功した理由
は、微分して構成した等価クラスの符号が全て「反転」すなわち符号反転される
場合、受信等価クラスは、それにも拘わらず、元の送信等価クラスに識別が合致
し、データが損なわれたり又は判読不能になったりしないためである。

【００１４】 絶対値ビットは、チャネルの位相反転による影響を受けないことが理解される
であろう。絶対値ビットは、実際、電圧振幅であり、その大きさは符号に対して
独立である。従って、受信側では、振幅、例えば、絶対値を検出すると、反転さ
れたかどうかに拘わらず、同じ値が生じる。例えば、大きさ＋１０と大きさー１
０は同じである。

【００１５】 一方、＋１０の値が等価クラスＡにあり、また、値−１０が等価クラスＢにあ
る場合、振幅を変えずに、位相反転により一方の等価クラスの要素を他のもの、
すなわち、「位相対の相方」に置き換える。この場合、等価クラスには、等価ク
ラスの識別に関して混乱が生じる。その結果、受信データは、異なる意図しない
データパターンとして検出される。 本発明の以上の及び他の特徴は、図面と共に行う詳細な説明と関連付けると理
解が容易である。

【００１６】 詳細な説明 Ｖ．９２に対する１８０°不変群を設計するためには、チャネルの極性が反転
する場合、情報ビットのシーケンスが変わらないように等価クラスラベルをマッ
ピングする必要がある。

【００１７】 図１に示すように、群中の点に割当てられるＭ個の等価クラスがあると仮定す
る。等価クラスラベルを割当てる１つの方法は、正の最小点にラベル“０”を割
当て、次に大きい点にラベル“１”を割当て、正の最大点に達するか又は最大等
価クラスラベル“Ｍ−１”が割当てられるまで以下同様に割当てることによって
定義される。最大点より先に、最大等価クラスラベルに達した場合、次に大きい
点はクラス“０”に割当てられ、その処理が継続する。負の数には、同じように
等価クラスラベルが割当てられるが、０に最も近い負の点には、クラスラベル“
Ｍ−１”が割当てられ、次に負の程度が大きい点には、“Ｍ−２”のラベルが付
けられ、以下同様である。このラベル付けを用いて、等価クラスの要素間に広い
間隔を確保する。

【００１８】 この方式を用いて１８０°不変群を実現する難しさは、チャネルの極性が変わ
ると、例えば、０（原点）のすぐ上と下にある点であって、絶対値が等しく正負
の符号が反対である点が入れ替わることである。このことにより、等価クラス“
０”と“Ｍ−１”は入れ替わるが、これら２つのクラスは、一括して“位相対”
と呼ぶことがある。また、次の外側の点であって、“１”と“Ｍ−２”（この例
では、Ｍ≧２と仮定する）にマッピングされる点も“位相対”である。従って、
各等価クラス“ｍ”は、等価クラス“Ｍ−１−ｍ”と入れ替わる。Ｍが奇数の場
合、クラス（Ｍ−１）／２は、それ自体にマッピングされる。議論を進める目的
で、このクラス自体が、“位相自己対（ｐｈａｓｅ―ｓｅｌｆ―ｐａｉｒ）”と
呼ばれる位相対であると仮定する。図１において、（０，４）、（１，３）及び
２（自己対）の位相対に留意されたい。

【００１９】 この問題を緩和するために、等価クラスを微分して符号化できる方法が必要で
ある。実施形態として次の一例がある。各位相対に別個のビットパターンを割当
てる。これらのパターンは、図１の各点について、コンマの後のパターンとして
示す。更に、各等価クラスは、それに対応するビットパターンであって、その位
相対から引き継がれ又他の如何なる位相対のものとも異なるピットパターンを有
する。各位相対内における一方の等価クラスに対して、そのパターンに０を追加
する。その対における他方の要素のパターンに１を追加する。自己対の場合、そ
のクラスに０又は１のいずれかを追加する。この追加ビットは、“クラスビット
”と呼ぶことがある。クラスビットは、図１において、コンマの前のビットとし
て示す。

【００２０】 これらのビットを上述のように割当てると、各位相対は、１つの位置のみ異な
るビットパターンを有する２つの等価クラスからなり、また、この位置は、全等
価クラス中の各パターン（例えば、左端のビット）に対して同じである（又は既
知である）。上記マッピングは、図２のビットマッピングブロック１４の動作を
規定し、モジュラスコンバータ出力等価クラスを入力として取り込み、また、こ
れらの等価クラスをクラス（又は符号）ビットや位相対（又は絶対値）ビット形
式に変換する。一連の等価クラスがモジュラスコンバータから出力されると、こ
れらのクラスは上述した形式に変換され、また、そのクラスビットストリームは
、図２のＤＥブロック１６で示すように微分符号化される。２進数データストリ
ームの微分符号化及び復号化は、この技術分野では良く知られている。微分符号
化されたクラスビットは、規定された位相対ビットと組み合わせられ、図２の記
号マッピングブロック１８に示すように、等価クラスラベルに反転マッピングさ
れる。このことにより、例示の実施形態は、送信機に追加の変更をせず実行でき
る。

【００２１】 受信機では、図３に示すように、等価クラスデコーダ３２が等価クラスを出力
する。これらの等価クラスは、位相反転の影響を受けている場合やそうでない場
合もある。これらの等価クラスは、送信機によって、上述したものと同じ（又は
等価な）形式にマッピングされる。すなわち、図３のビットマッピングブロック
３４は、図２のビットマッピングブロックと同じ又は等価である。ビットマッピ
ングブロック３４からのクラスビットストリーム出力は、微分復号化され、意図
するクラスビットストリームになる。位相自己対の場合、この特定の等価クラス
はすでに位相が不変であるため、このクラスビットは無視される。これらの修復
されたクラスビットは、ちょうど送信機でのように、再度組み合わせられて、受
信機の他の部分で認識可能な等価クラスになる。このように、図３の記号マッピ
ングブロック３６は、図２のブロック１８と同じ又は等価である。

【００２２】 上述した内容は、用いられる規則の単なる１つの実施例に過ぎないということ
を留意されたい。一般的に、“０の集合”と“１の集合”を定義することだけが
必要であり、こうして、等価クラスが一方の集合にある場合、その位相対の相手
は他方の集合に存在する。位相自己対は、いずれか一方（又は両方）に存在し得
るが、各々発生した場合、それに割当てる値を決定するために規則を定めなけれ
ばならない。このような規則の１つは、微分エンコーダ出力がゼロであるように
、位相自己対から発生する各記号に対して値（０又は１）を指定することである
。これには、エンコーダでの判断が必要であるが、受信機は、微分デコーダへの
入力として、位相自己対にラベル“０”を単に割当てることができる。

【００２３】 従って、一般的なＴｏｍｌｉｎｓｏｎ−Ｈａｒａｓｈｉｍａ（ＴＨ）先行符号
化法と、ＰＣＭ上流（アナログモデムからデジタルモデム方向）チャネルに対し
て１８０°位相不変性を提供する４Ｄトレリス符号とを組み合わせるための方法
について述べる。

【００２４】 再度図２において、送信側に関して詳細に述べると、入力ビットストリーム１
０がモジュラスコンバータ１２に印加され、モジュラスコンバータ１２は、マッ
ピングブロック１４に接続される。このマッピングブロック１４は、モジュラス
コンバータの出力を、図１に示すタイプの構造にマッピングするが、ここで、各
等価クラスには、符号ビット及び絶対値ビットを含むラベルが備えられる。ブロ
ック１４の出力には、微分エンコーダ１６に接続される符号ビットが含まれ、符
号ビットのみが微分符号化されるということが理解されるであろう。その後、ユ
ニット１４の出力と同様に微分エンコーダの出力も、反転マッピングユニット１
８に接続され、反転マッピングユニット１８は、図１に示す構造を取り入れ、ま
た、それを元の等価クラスラベルに戻し、次に、それらのラベルは、前置符号化
器２０に接続され、そこから前置フィルター２２に接続される。前置フィルター
２２の出力は、受信機に送信される出力であることに留意されたい。

【００２５】 ユニット１４，１６及び１８への入力としてパラメータＭがあり、パラメータ
Ｍは、タイムインデックスｉにおいて等価クラスの数を基準とすることに留意さ
れたい。出力冗長符号化は、畳み込みエンコーダ２６に接続された反転マップ２
４の後に提供されるが、その効果によって、前置符号化器２０に再度接続された
時、誤り防止及び他の送信機の要求事項が提供される。

【００２６】 微分エンコーダは、従来型であるが、１つの例外として、位相自己対のクラス
ビットの処理方法がある。位相自己対は、他の等価クラスよりはむしろ位相反転
時それ自体にマッピングを行う等価クラスである。それは、等価クラスＭの数が
奇数である場合にのみ生じる。ｉをタイムインデックスとすると、微分エンコー
ダは、入力ビットストリームｘ（ｉ）を取り込み、方程式ｄ（ｉ）＝ｄ（ｉ−１
）＋ｘ（ｉ）に基づき微分形式にそれを変換するが、ここで、初期状態ｄ（０）
は既知（例えば、０）であると仮定し、また、“＋”は、加算モジュロ２を示す
。ｘ（ｉ）が、ビットマッピングブロック１４からのクラスビットストリームで
ある場合、位相対ビットと再結合して１８０°位相反転等価クラスを形成するの
は、このシーケンスｄ（ｉ）である。

【００２７】 位相自己対の例外は、次のように処理される。位相自己対は、値Ｍ_ｉを用いて
、前述したように識別される。クラスビットが位相自己対から生じる場合、１つ
の実施形態では、ｘ（ｉ）に関わらず、単に微分ビット値ｄ（ｉ）を強制的に０
にする。これによって、受信機での微分デコーダは、それが位相自己対に遭遇す
る場合、そのクラスビットに対する既知の値を自動的に仮定し得る。

【００２８】 次に、図３に戻ると、受信された信号は、等価クラスデコーダ３２に接続され
たトレリスデコーダ３０で復号化され、等価クラスデコーダ３２は、送信機のブ
ロック１４と同一タイプのマッピングブロック３４に接続される。ブロック３４
の出力は、反転マップ３６への接続の他に、等価クラスに対する符号ビットを微
分して復号化する微分デコーダ３８にも接続される。その後、ブロック３６の出
力は、モジュラス変換デコーダ４０に接続され、元のデータを再生する。

【００２９】 この微分エンコーダは従来型であるが、１つの例外として、位相自己対のクラ
スビットの処理方法がある。ｉをタイムインデックスとすると、微分デコーダは
、入力微分ビットストリームｄ’（ｉ）を取り込み、また、方程式ｘ（ｉ）＝ｄ
’（ｉ−１）＋ｄ’（ｉ）に基づき、それを非微分形式ｘ（ｉ）（送信機のｘ（
ｉ）に等しい）に変換する。ｄ’（ｉ）が、図３のビットマッピングブロック３
４からの微分クラスビットストリームである場合、位相反転に関わり無く再生さ
れ、また位相対ビットと再結合して元の等価クラスを再生するのは、このシーケ
ンスｘ（ｉ）である。

【００３０】 位相自己対の例外は、次のように処理される。位相自己対は、値Ｍ_ｉを用いて
、前述したように識別される。微分クラスビットが位相自己対から生じる場合、
１つの実施形態では、如何なる位相反転にも関わらず、微分ビット値ｄ（ｉ）は
、既知（例えば、０）であると仮定する。実際、送信機では、微分クラスビット
が強制的にこの既知の値にされたことで、この仮定が可能である。

【００３１】 図１の説明から分かるように、元の等価クラスを２進数符号化表示又はラベル
に再マッピングすることによって、また、微分符号化及び復号化の観点で符号ビ
ットのみを処理することによって、送信機と受信機との間の通信において遭遇す
る如何なる位相反転も無視されるということを理解されたい。本明細書中で前述
したように、位相反転を無視し得る理由は、少なくとも符号ビットに関しては、
通信チャネルに位相反転がある場合でさえ、それ自体にマッピングするためであ
る。

【００３２】 従って、達成したことは、通信チャネルにおける１８０°位相反転問題がどの
ように起こってもそれが解消されるということである。１８０°位相反転が課金
ために意図的に生じようが又は不注意により生じようが、本発明によるシステム
は、位相反転の影響を無視できるようにすることによって、位相反転を補正する
。

【００３３】 本発明の幾つかの実施形態及びそれに対する修正及び変形例について述べたが
、上述した内容は、単に説明のためであって限定するものではなく、単に一例と
して提示したことは、当業者には明白であろう。数多くの修正及び他の実施形態
は、当分野における通常の一技術の範囲内にあり、添付の請求項及びそれに対応
するものによってのみ限定されるのと同様に本発明の範囲内に入ると見なす。

【図面の簡単な説明】

【図１】 Ｍ＝５に対する等価クラスラベル表示を有する群の一例と、各等
価クラスに対する等価クラス対、符号ビット、絶対値ビットとを示す概略図。

【図２】 通信チャネルの１８０°位相反転防止を可能にする送信機構造と
等価クラス微分マッパの利用方法とを示すブロック図。

【図３】 等価クラス微分デマッパを利用する受信機構造を示すブロック図
。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 キム、デ−ヨン アメリカ合衆国 02173 マサチューセッ ツ州 レキシントン レキシントン リッ ジ ドライブ 6231 (72)発明者 メウラバンザッド、セプール アメリカ合衆国 01772 マサチューセッ ツ州 サウスボロー オーバールック ド ライブ 25 Ｆターム(参考） 5K004 AA05 FD05 FG00 5K046 AA01 BB05 EE32 5K101 KK20 LL01 MM05 NN14 SS06 UU01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 群レベルでのデータ点が常駐する等価クラスを利用して、情
   報が送信機から受信機に送信されるＰＣＭモデムシステムにおいて、前記送信機
   と前記受信機との間の通信チャネルにおける位相反転の影響を防ぐための方法で
   あって、 符号ビットで等価クラス対のラベルを付ける段階であって、１つは正の値を有
   し、１つは負の値を有する前記段階と、 前記送信機において、前記符号ビットを微分して符号化する段階と、 受信機において、前記符号ビットを微分して復号化する段階と、が含まれ、こ
   れによって、ラベル付けと、微分エンコーダ及びデコーダとを用いて、チャネル
   位相反転に拘わらず、前記等価クラスを明確に識別して、データ破壊を回避する
   ことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 等価クラスを用いて送信機から受信機へ情報を通信するＰＣ
   Ｍモデムシステムにおいて、混線通信を招く通信チャネルの位相反転の影響を克
   服するための方法であって、 前記等価クラスの識別が前記チャネルの位相反転中失われないように微分して
   符号化及び復号化し得る形式に前記等価クラスを再マッピングする段階が含まれ
   ることを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 送信機と受信機とを有するＰＣＭモデムシステムにおいて、
   通信チャネルの位相反転に対して前記システムに免疫性を与えるための方法であ
   って、 等価クラスに対して符号化方式を提供する段階であって、等価クラス対に符号
   が反対の符号ビットを提供する前記段階が含まれることを特徴とする方法。