JP2006050041A - 通信装置、マルチキャリア通信システム、およびマルチキャリア通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 通信品質の急激な劣化を短時間で回復させることができる通信装置、マルチキャリア通信システム、およびマルチキャリア通信方法を提供する。
【解決手段】 このマルチキャリア通信システムでは、トレーニング時（データ通信開始時）に１つの空きキャリア（たとえば、サブキャリア＃１）を生成し、トレーニング完了後にデータ通信を開始する。データ通信中に狭周波数帯域の強力な干渉信号が混入した場合、信号対雑音比ＳＮＲが急激に低下したサブキャリア（たとえば、サブキャリア＃８）に割当てられたすべてのビットを一度に空きキャリア（たとえば、サブキャリア＃１）に移動させるトーンスワッピングを行なう。したがって、１ビットずつ振分けていた従来のビットスワッピングに比べて、通信品質の急激な劣化を短時間で回復させることができる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、通信装置、マルチキャリア通信システム、およびマルチキャリア通信方法に関し、特に、周波数の異なる複数のサブキャリアを用いてデータ通信を行なう通信装置、マルチキャリア通信システム、およびマルチキャリア通信方法に関する。

既存の電話回線を利用して高速のデータ通信を行なうｘＤＳＬ（x Digital Subscriber Line：デジタル加入者線）方式には、たとえばＡＤＳＬ（Asymmetric DSL：非対称デジタル加入者線）やＶＤＳＬ（Very high-bit-rate DSL：超高速デジタル加入者線）などがある。

ｘＤＳＬの変調方式には、使用する伝送周波数帯域を複数の細かい帯域に分けて通信を行なうＤＭＴ（Discrete Multi-Tone：離散マルチトーン）変調方式がある。たとえば、フルレートＡＤＳＬ（８Ｍｂｐｓ／１２Ｍｂｐｓ）では、約1ＭＨｚの伝送周波数帯域を周波数の異なる２５６個のサブチャンネル（４ｋＨｚの帯域幅）に分割し、回線状態に応じて各サブチャンネルに割当てるサブキャリア（副搬送波）の信号強度を調節することによって、雑音や干渉に対する耐性を向上させている。

ＤＭＴ変調方式を用いたマリチキャリア通信システムでは、データ通信を開始する前に、互いに接続された通信装置間の回線状態をチェックするトレーニングを行なう。このトレーニングでは、分割されたサブチャンネルごとに信号対雑音比ＳＮＲを観測し、観測結果に応じて、各サブキャリアに割当てるビット数の配分を設定する。これにより、回線状態に応じた通信速度が自動的に設定される（ベストエフォート方式）。トレーニング完了後、通信装置間のリンク（接続）が確立されると、設定された通信速度でデータ通信が開始される。通常は、データ通信中において通信速度の動的な変更は行なわない。

しかし、データ通信を開始した後に、回線状態が悪化して雑音レベルが増加することがある。そこで、データ通信中に雑音レベルが増加した場合、雑音レベルが増加した周波数帯域のサブキャリアに割当てられたビットを他のサブキャリアに移動させるビットスワッピングという方法がある。これにより、通信品質の劣化が防止される。

図７（Ａ）（Ｂ）は、ビットスワッピングの動作を説明するための図である。図７（Ａ）は、ビットスワッピング実行前の状態を示し、図７（Ｂ）は、ビットスワッピング実行後の状態を示す。

図７（Ａ）を参照して、ＡＤＳＬやＶＤＳＬでは、各サブキャリア（サブキャリア＃１，サブキャリア＃２，…）に最大１５ビットまで伝送データを載せることができる。各サブキャリアのビット数の配分は、トレーニング時（データ通信開始時）にデータ受信側で観測された信号対雑音比ＳＮＲに基づいて、信号対雑音比ＳＮＲの高い周波数帯域により多くの伝送データのビットが割当てられるように設定される。

図７（Ｂ）を参照して、データ通信中に回線状態が悪化し、ある特定のサブキャリア（たとえば、サブキャリア＃８）の信号対雑音比ＳＮＲが低下した場合、サブキャリア＃８に割当てられたビットを他のサブキャリア（たとえば、サブキャリア＃２）に移動させるビットスワッピングを行なう。このビットスワッピングでは、あるサブキャリアに割当てられたビットを、１ビットずつ他のサブキャリアに移動させる。

しかし、データ通信中に狭周波数帯域の強力な干渉信号が混入した場合（たとえば、ＡＭラジオ電波の混信）、信号対雑音比ＳＮＲが急激に低下したサブキャリアの複数のビットを他のサブキャリアに振分ける必要が生じる。このとき、１ビットずつ振分けていくビットスワッピングを複数回繰返して行なうと、時間がかかってしまう。ＩＴＵ（International Telecommunication Union：国際電気通信連合）の電気通信標準化部門であるＩＴＵ−Ｔ（ITU-Telecommunication standardization sector）が勧告している手順では、１回のビットスワッピングに少なくとも約１秒かかる。したがって、たとえば１５ビット振分ける場合は少なくとも約１５秒かかってしまう。

下記の特許文献１には、マルチキャリア通信信号においてパラメータ（サブキャリアビットの割当ておよび／またはゲイン）を適応的に変更するための方法およびデバイスが開示されている。この場合、マルチキャリア通信システムでの高速ビットスワッピングが実現できる。

また、ＩＴＵ−Ｔは、「G.992.1」勧告において、フルレートＡＤＳＬ（８Ｍｂｐｓ／１２Ｍｂｐｓ）におけるビットスワッピングの仕様を示している（たとえば、非特許文献１参照）。さらに、「G.992.2」勧告において、簡易型ＡＤＳＬ（１．５Ｍｂｐｓ）におけるビットスワッピングの仕様を示している（たとえば、非特許文献２参照）。また、「G.993.1」勧告において、ＶＤＳＬにおけるビットスワッピングの仕様を示している（たとえば、非特許文献３参照）。

また、ＡＮＳＩ（American National Standards Institute：米国規格協会）は、「ANSI規格 T1.424」において、米国におけるＶＤＳＬにおけるビットスワッピングの仕様を発表している（たとえば、非特許文献４参照）。
特表２００２−５３８６７０号公報 「非対称デジタル加入者線（ＡＤＳＬ）送受信機」，ITU-T勧告 G.992.1 「スプリッタレス非対称デジタル加入者線（ＡＤＳＬ）送受信機」，ITU-T勧告 G.992.2 「超高速デジタル加入者線（ＶＤＳＬ）」，ITU-T勧告 G.993.1 「Interface Between Networks and Customer Installations - Very-high Speed Digital Subscriber Lines(VDSL) Metallic Interface(Trial-Use Standard)」，ANSI規格 T1.424 Trial Use

近年、リアルタイム伝送を利用したＩＰ電話、テレビ電話、対戦型ゲーム、ビデオ配信などの需要が増加している。リアルタイム伝送においては、通信速度よりも通信の安定性を重視する傾向がある。したがって、回線状態が悪化してもリンクが切断されない、安定した通信サービスが求められる。

従来のマルチキャリア通信システムでは、データ通信中に狭周波数帯域の強力な干渉信号が混入した場合、１ビットずつ振分けていくビットスワッピングを複数回繰返して行なうと、通信品質の回復に時間がかかってしまうという問題があった。また、ビットスワッピングでは通常特殊なチャンネルを使用するため、実行タイミングに待ち時間が必要となる場合があった。このため、回線状態の急激な悪化に対応できず、通信品質の劣化（ビットエラーの多発）や、フレームロス（正常にデータ転送が行なわれず、受信側で元のデータが復元できないこと）が発生し、リンクが切断されてしまうことがあった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、通信品質の急激な劣化を短時間で回復させることができる通信装置、マルチキャリア通信システム、およびマルチキャリア通信方法を提供することである。

この発明に係わる通信装置は、周波数の異なる複数のサブキャリアを用いてデータ通信を行なう通信装置であって、複数のサブキャリアのうちの第１のサブキャリアを、データを搬送しない空きキャリアとする空きキャリア生成手段と、複数のサブキャリアのうちの第２のサブキャリアの信号対雑音比が予め定められたレベルよりも低くなったことに応じて、第２のサブキャリアに代わって第１のサブキャリアがデータを搬送するようにキャリア交換を行なうキャリア交換手段とを備えたものである。

好ましくは、空きキャリア生成手段は、複数のサブキャリアのうちの信号対雑音比の最も大きなサブキャリアを第１のサブキャリアとする。

また、好ましくは、空きキャリア生成手段は、データ通信開始時において、複数のサブキャリアの各々の信号対雑音比に基づいて、複数のサブキャリアの伝送データのビット配分を設定するとともに、空きキャリアを生成する。

また、好ましくは、空きキャリア生成手段は、データ通信を行なっている間の任意のタイミングにおいて、複数のサブキャリアの各々の信号対雑音比に基づいて、第１のサブキャリアの伝送データを所定ビットずつ他のサブキャリアに振分けていくことによって、空きキャリアを生成する。

また、好ましくは、第１のサブキャリアの伝送データを所定ビットずつ他のサブキャリアに振分けていく際、複数のサブキャリアのうち信号対雑音比の余裕分の大きなサブキャリアへ順に所定ビットずつ振分けていく。

また、好ましくは、空きキャリア生成手段は、キャリア交換手段によってキャリア交換が行なわれた後、再度空きキャリアを生成する。

また、好ましくは、空きキャリア生成手段は、複数の空きキャリアを生成する。

この発明に係わるマルチキャリア通信システムは、上記通信装置を複数備えたものである。

好ましくは、複数の通信装置の各々のキャリア交換手段は、データ受信側になった場合に、キャリア交換の実行を要求する要求メッセージをデータ送信側へ発信する要求メッセージ発信手段と、データ送信側になった場合に、データ受信側からの要求メッセージを認証したことを示す認証メッセージをデータ受信側へ発信する認証メッセージ発信手段と、データ受信側およびデータ送信側になった場合に、認証メッセージに基づいて、データ送信側およびデータ受信側と同じタイミングでキャリア交換を実行するキャリア交換実行手段とを含む。

また、好ましくは、要求メッセージは、要求メッセージの識別番号を示すヘッダ部と、第１および第２のサブキャリアの番号を指定するメッセージデータ部とを含む。認証メッセージは、認証メッセージの識別番号を示すヘッダ部と、要求メッセージに対して応答可能か否かを示し、かつキャリア交換を開始するタイミングを指定するメッセージデータ部とを含む。

この発明に係わるマルチキャリア通信方法は、周波数の異なる複数のサブキャリアを用いてデータ通信を行なうマルチキャリア通信方法であって、複数のサブキャリアのうちの第１のサブキャリアを、データを搬送しない空きキャリアとする第１のステップと、複数のサブキャリアのうちの第２のサブキャリアの信号対雑音比が予め定められたレベルよりも低くなったことに応じて、第２のサブキャリアに代わって第１のサブキャリアがデータを搬送するようにキャリア交換を行なう第２のステップとを含む。

この発明に係わる通信装置では、複数のサブキャリアのうちの第１のサブキャリアを、データを搬送しない空きキャリアとする空きキャリア生成手段と、複数のサブキャリアのうちの第２のサブキャリアの信号対雑音比が予め定められたレベルよりも低くなったことに応じて、第２のサブキャリアに代わって第１のサブキャリアがデータを搬送するようにキャリア交換を行なうキャリア交換手段とが設けられる。したがって、データ通信中に狭周波数帯域の強力な干渉信号が混入した場合、信号対雑音比ＳＮＲが急激に低下したサブキャリアに割当てられたすべてのビットを一度に空きキャリアへ移動させるキャリア交換が行なわれる。これにより、１ビットずつ振分けていた従来のビットスワッピングに比べて、通信品質の急激な劣化を短時間で回復させることができる。

この発明に係わるマルチキャリア通信システムでは、上記通信装置が複数設けられる。したがって、データ通信中に狭周波数帯域の強力な干渉信号が混入した場合、信号対雑音比ＳＮＲが急激に低下したサブキャリアに割当てられたすべてのビットを一度に空きキャリアへ移動させるキャリア交換が行なわれる。これにより、１ビットずつ振分けていた従来のビットスワッピングに比べて、通信品質の急激な劣化を短時間で回復させることができる。

この発明に係わるマルチキャリア通信方法は、複数のサブキャリアのうちの第１のサブキャリアを、データを搬送しない空きキャリアとする第１のステップと、複数のサブキャリアのうちの第２のサブキャリアの信号対雑音比が予め定められたレベルよりも低くなったことに応じて、第２のサブキャリアに代わって第１のサブキャリアがデータを搬送するようにキャリア交換を行なう第２のステップとを含む。したがって、データ通信中に狭周波数帯域の強力な干渉信号が混入した場合、信号対雑音比ＳＮＲが急激に低下したサブキャリアに割当てられたすべてのビットを一度に空きキャリアへ移動させるキャリア交換が行なわれる。これにより、１ビットずつ振分けていた従来のビットスワッピングに比べて、通信品質の急激な劣化を短時間で回復させることができる。

図１は、この発明の実施の形態１によるマルチキャリア通信システムの概略構成を示すブロック図である。図１において、このマルチキャリア通信システムは、既存の電話回線（メタリック加入者線）を利用して、ＤＭＴ変調方式を用いてデータ通信を行なう局側装置１と、図示しない端末側装置とを備える。

局側装置１は、エンコーダ１１、変調器（ＩＦＦＴ）１２、Ｐ／Ｓ（パラレル／シリアル）変換器１３、ＤＡＣ（デジタル／アナログ変換器）１４、バッファ１５，２１、ハイブリッド回路１６、制御部１７、ビット／ゲインテーブル（下り）１８、ビット／ゲインテーブル（上り）１９、フレームカウンタ２０、ＡＤＣ（アナログ／デジタル変換器）２２、Ｓ／Ｐ（シリアル／パラレル）変換器２３、復調器（ＦＦＴ）２４およびデコーダ２５を含む。

エンコーダ１１は、外部から入力された送信データを符号化するとともに、複数（たとえば、フルレートＡＤＳＬの場合は２５６個）のサブチャンネルに分解する。変調器１２は、高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform）を行ない、エンコーダ１１からの各サブチャンネルの信号をデジタル変調する。

Ｐ／Ｓ変換器１３は、変調器１２からの並列信号を直列信号に変換する。ＤＡＣ１４は、Ｐ／Ｓ変換器１３からのデジタル信号をアナログ信号に変換する。バッファ１５は、ＤＡＣ１４の出力信号をバッファリングしてハイブリッド回路１６に与える。バッファ１５からハイブリッド回路１６に与えられた信号は、電話回線を介して端末側装置に伝達される。

また、ハイブリッド回路１６は、端末側装置から電話回線を介して伝達された受信データをバッファ２１に与える。バッファ２１は、ハイブリッド回路１６からの信号をバッファリングしてＡＤＣ２２に与える。ＡＤＣ２２は、バッファ２１からのアナログ信号をデジタル信号に変換する。Ｓ／Ｐ変換器２３は、ＡＤＣ２２からの直列信号を並列信号に変換する。

復調器２４は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を行ない、Ｓ／Ｐ変換器２３からの各サブチャンネルの信号をデジタル復調する。デコーダ２５は、復調器２４の出力信号から元のデータを復元して外部に出力する。

制御部１７は、局側装置１全体の動作を制御する。ビット／ゲインテーブル（下り）１８は、下り方向（局側→端末側）の伝送データのビット数および信号対雑音比ＳＮＲを示すビット／ゲインテーブルを格納する。ビット／ゲインテーブル（上り）１９は、上り方向（端末側→局側）の伝送データのビット数および信号対雑音比ＳＮＲを示すビット／ゲインテーブルを格納する。フレームカウンタ２０は、伝送データのフレーム（一定の長さに区切られたデータの単位）数をカウントする。

制御部１７は、ビット／ゲインテーブル（下り）１８およびビット／ゲインテーブル（上り）１９に格納されたビット／ゲインテーブルに基づいて、データ送信およびデータ受信の動作を制御する。また、制御部１７は、回線状態（信号対雑音比ＳＮＲなど）をモニタする機能を有し、回線状態の変化に応じてビット／ゲインテーブルの内容を変更する。さらに、制御部１７は、フレームカウンタ２０からのカウント値に基づいて、データ送信およびデータ受信の動作タイミング等を制御する。

ここで、データ通信中に狭周波数帯域の強力な干渉信号が混入した場合、通信品質が急激に劣化してしまうことがある。このとき、信号対雑音比ＳＮＲが急激に低下したサブキャリアに割当てられた複数のビットを１ビットずつ他のサブキャリア振分けていくビットスワップを行なうと、通信品質の回復に時間がかかってしまう。そこで、本発明では、信号対雑音比ＳＮＲが急激に低下したサブキャリア（トーン）に割当てられたすべてのビットを一度に他のサブキャリア（トーン）に移動させるキャリア交換（以下、これをトーンスワッピングと称する）を行なう。

図２（Ａ）〜（Ｃ）は、トーンスワッピングの動作を説明するための図である。図２（Ａ）を参照して、トレーニング時（データ通信開始時）において、データ受信側で観測された信号対雑音比ＳＮＲに基づいて、各サブキャリア（サブキャリア＃１，サブキャリア＃２，…）に割当てるビット数の配分が設定される。具体的には、信号対雑音比ＳＮＲの高い周波数帯域により多くのビット数が割当てられる。なお、回線に混入する雑音レベルは時間によって変動するため、信号対雑音比ＳＮＲには一定量の余裕（ＳＮＲマージン）が設けられる。

次いで、図２（Ｂ）を参照して、信号対雑音比ＳＮＲが最も高いサブキャリア（たとえば、サブキャリア＃１）に割当てられたすべてのビットを１ビットずつ他のサブキャリア（たとえば、サブキャリア＃２，＃４，…）へ振分ける。このとき、ビットの振分け先のサブキャリアは、信号対雑音比ＳＮＲに余裕のある（ＳＮＲマージンが大きい）サブキャリアであることが望ましい。このため、サブキャリアごとの信号対雑音比ＳＮＲを把握しておき、信号対雑音比ＳＮＲに余裕のあるサブキャリアへ順に１ビットずつ振分けていく。

これにより、トレーニング時に１つの空きキャリア（たとえば、サブキャリア＃１）が生成される。トレーニング完了後、局側装置１と端末側装置との間でリンクが確立されると、データ通信が開始される。

ただし、ここでは、サブキャリア＃１に割当てられたビットを１ビットずつ他のサブキャリアに振分ける場合について説明したが、サブキャリア＃１に割当てられたビットを任意の所定ビットずつ他のサブキャリアに振分けるようにしてもよい。

次に、図２（Ｃ）を参照して、データ通信中に狭周波数帯域の強力な干渉信号が混入した場合、信号対雑音比ＳＮＲが急激に低下したサブキャリアの（たとえば、サブキャリア＃８）に割当てられたすべてのビットを一度に空きキャリア（たとえば、サブキャリア＃１）に移動させるトーンスワッピングを行なう。これにより、信号対雑音比ＳＮＲが急激に低下した場合でも、短時間で通信品質を回復させることができる。

ここで、トーンスワッピング実行後に受入れ先のサブキャリア（たとえば、サブキャリア＃１）においてビットエラーが発生しないようにする必要がある。また、通信品質の劣化を防ぐためには、受入れ先のサブキャリアにおける信号対雑音比ＳＮＲが高い方が望ましい。したがって、信号対雑音比ＳＮＲが最も高いサブキャリア（たとえば、サブキャリア＃１）を空きキャリアとしている。

図３は、トーンスワッピングの手順を示す図である。図３を参照して、データ受信側が回線状態の急激な悪化を認知し、トーンスワッピングを行なう必要があると判断すると、データ受信側（局側装置または端末側装置）はデータ送信側（端末側装置または局側装置）へトーンスワッピング要求メッセージを発信する。データ送信側は、トーンスワッピング要求メッセージに応答して、トーンスワッピング認証メッセージをデータ受信側に発信する。トーンスワッピング要求メッセージおよびトーンスワッピング認証メッセージは、複数回（たとえば、３回）繰返して発信しても、１回だけ発信してもよい。

図４（Ａ）（Ｂ）は、それぞれトーンスワッピング要求メッセージおよびトーンスワッピング認証メッセージの構成を示す図である。図４（Ａ）を参照して、トーンスワッピング要求メッセージは、ヘッダ部およびメッセージデータ部で構成される。ヘッダ部には、要求メッセージの識別番号（たとえば、“１１１１１１１０ｂ”）が割当てられる。メッセージデータ部には、スワップ元のサブキャリア番号（たとえば、“０１１０１１０１１００１ｂ”）およびスワップ先のサブキャリア番号（たとえば、“００００００１００１０１ｂ”）が割当てられる。

ここで、スワップ元のサブキャリア番号およびスワップ先のサブキャリア番号のビット数は、サブキャリア番号が区別できるビット数にする必要がある。たとえば、サブキャリア数が４０９６個のＶＤＳＬの場合は１２ビット、サブキャリア数が２５６個のフルレートＡＤＳＬの場合は８ビット、サブキャリア数が１２８個の簡易型ＡＤＳＬの場合は７ビットである。

図４（Ｂ）を参照して、トーンスワッピング認証メッセージは、ヘッダ部およびメッセージデータ部で構成される。ヘッダ部には、認証メッセージの識別番号（たとえば、“１１１１１１１０ｂ”）が割当てられる。メッセージデータ部には、トーンスワッピング要求に対して応答可能か否かを示すメッセージ（たとえば、“１１１１１１１１（応答可能）”）およびトーンスワッピングを開始するフレーム番号（たとえば、“０１００１００１００１０”）が割当てられる。ただし、応答不可能である場合は、メッセージデータ部にトーンスワッピングを開始するフレーム番号は割当てられない。

なお、トーンスワッピング要求メッセージおよびトーンスワッピング認証メッセージのメッセージデータ部の後部には、誤り訂正符号や誤り識別符号を付加してもよい。

再び図３を参照して、データ受信側は、トーンスワッピング認証メッセージに応答して、トーンスワッピングを開始するフレーム番号が認証できたか否かを示すフレーム認証メッセージを発信する。データ受信側がトーンスワッピング認証メッセージで指定されたフレーム番号を認証できた場合、データ受信側およびデータ送信側は、指定されたフレーム＃５１２４（＝“０１００１００１００１０”）において同時にトーンスワッピングを実行する。

なお、データ受信側は、フレーム認証メッセージを発信せずに指定されたフレーム番号でトーンスワッピングを実行してもよい。しかし、データ受信側がフレーム認証メッセージを発信してからトーンスワッピングを実行することによって、トーンスワッピング実行時の誤動作が防止される。

図５は、データ受信側におけるトーンスワッピングの手順を示すフローチャートである。図５を参照して、ステップＳ１において、データ受信側は、回線状態の急激な悪化を認知すると、トーンスワッピング要求メッセージをデータ送信側へ発信する。

次いで、ステップＳ２において、データ送信側からのトーンスワッピング認証メッセージを受けると（ＹＥＳ）、ステップＳ３へ進む。一方、所定時間以内にデータ送信側からのトーンスワッピング認証メッセージを受けなかった場合（ＮＯ）は、ステップＳ１に戻り、再度トーンスワッピング要求メッセージを発信する。

ステップＳ３において、トーンスワッピング認証メッセージのメッセージデータ部に応答可能を示すメッセージ（たとえば、“１１１１１１１１”）があった場合（ＹＥＳ）、ステップＳ４に進む。一方、トーンスワッピング認証メッセージのメッセージデータ部に応答不可能を示すメッセージがあった場合（ＮＯ）は、ステップＳ１に戻り、再度トーンスワッピング要求メッセージを発信する。

ステップＳ４において、トーンスワッピング認証メッセージで指定されたトーンスワッピングを開始するフレーム番号（たとえば、“０１００１００１００１０”）が認証できた場合（ＹＥＳ）、ステップＳ５に進む。一方、トーンスワッピング認証メッセージで指定されたトーンスワッピングを開始するフレーム番号が認証できなかった場合（ＮＯ）は、ステップＳ１戻り、再度トーンスワッピング要求メッセージを発信する。

ステップＳ５において、データ受信側およびデータ送信側は、トーンスワッピング認証メッセージで指定されたトーンスワッピングを開始するフレーム番号（フレーム＃５１２４）において同時にトーンスワッピングを実行する。

なお、ここでは、トーンスワッピング認証メッセージでフレーム番号を指定する場合について説明したが、たとえば“何ミリ秒後”のようにトーンスワッピングを開始するタイミングを指定してもよい。

ここで、トーンスワッピング実行後において、空きキャリアがなくなったことに応じて再度空きキャリアを生成してもよい。この場合は、通常のビットスワッピング機能を用いて、空きキャリアを生成する。これにより、データ通信中に次のトーンスワッピングの準備ができ、何度でも繰返しトーンスワッピングを行なうことができる。

図６は、トーンスワッピング実行後に再度空きキャリアを生成する動作を説明するための図である。図６を参照して、信号対雑音比ＳＮＲが最も高いサブキャリア（たとえば、サブキャリア＃１）に割当てられたすべてのビットを１ビットずつ他のサブキャリア（たとえば、サブキャリア＃３，＃５，…）へ振分ける。このとき、信号対雑音比ＳＮＲに余裕のあるサブキャリアへ順に１ビットずつ振分けていく。これにより、データ通信中に１つの空きキャリア（たとえば、サブキャリア＃１）が再度生成される。

ただし、サブキャリア＃１に割当てられたすべてのビットを他のサブキャリアに振分ける際、任意の所定ビットずつ振分けるようにしてもよい。

なお、データ送信側とデータ受信側の間におけるトーンスワッピング動作の制御情報のやり取りは、オーバーヘッド制御チャンネル（ＡＯＣチャンネル）を用いて行われる。例えば、ＡＤＳＬの場合、２５６個のサブチャンネルのうちの所定数のサブチャンネルをオーバーヘッド制御チャンネルとし、残りのサブチャンネルを伝送データ用のチャンネルとする。

再び図１を参照して、点線矢印で示すように、局側装置１からのトーンスワッピング動作の制御情報は、制御部１７からエンコーダ１１、変調器１２、Ｐ／Ｓ変換器１３、ＤＡＣ１４、バッファ１５およびハイブリッド回路１６を介して端末側装置に伝達される。また、端末側装置からのトーンスワッピング動作の制御情報は、端末側装置からハイブリッド回路１６、バッファ２１、ＡＤＣ２２、Ｓ／Ｐ変換器２３、復調器２４およびデコーダ２５介して制御部１７に伝達される。

また、ビット／ゲインテーブル（下り）１８とビット／ゲインテーブル（上り）１９とが、それぞれ下り方向と上り方向のビット／ゲインテーブルを個別に格納することによって、下り方向のトーンスワッピング動作と上り方向のトーンスワッピング動作がそれぞれ個別に制御される。

また、図示しないが、端末側装置の構成は局側装置１の構成と同様であり、端末側装置は局側装置１と同様のトーンスワッピング動作を行なう。

以上のように、この実施の形態１では、データ通信中に狭周波数帯域の強力な干渉信号が混入した場合、信号対雑音比ＳＮＲが急激に低下したサブキャリアに割当てられたすべてのビットを一度に空きキャリアへ移動させるトーンスワッピングを行なう。したがって、１ビットずつ振分けていた従来のビットスワッピングに比べて、通信品質の急激な劣化を短時間で回復させることができる。

なお、ここでは、トレーニング時に空きキャリアを生成する場合について説明したが（図２（Ｂ）参照）、データ通信中の任意のタイミングに空きキャリアを生成してもよい。この場合は、通常のビットスワッピング機能を用いて、空きキャリアを生成する。

また、ここでは、空きキャリアを１つだけ生成する場合について説明したが、空きキャリアを複数生成してもよい。この場合は、複数のサブキャリア（トーン）に対して同時にトーンスワッピングを行なうことができるため、複数のサブキャリアの信号対雑音比ＳＮＲが急激に低下した場合でも、短時間で通信品質を回復させることができる。

また、このトーンスワッピングは、有線通信を行なうマルチキャリア通信システムに限らず、無線通信を行なうマルチキャリア通信システムにおいても適用可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１によるマルチキャリア通信システムの概略構成を示すブロック図である。 トーンスワッピングの動作を説明するための図である。 トーンスワッピングの手順を示す図である。 トーンスワッピング要求メッセージおよびトーンスワッピング認証メッセージの構成を示す図である。 データ受信側におけるトーンスワッピングの手順を示すフローチャートである。 トーンスワッピング実行後に再度空きキャリアを生成する動作を説明するための図である。 ビットスワッピングの動作を説明するための図である。

符号の説明

１ 局側装置、１１ エンコーダ、１２ 変調器、１３ Ｐ／Ｓ変換器、１４ ＤＡＣ、１５，２１ バッファ、１６ ハイブリッド回路、１７ 制御部、１８ ビット／ゲインテーブル（下り）、１９ ビット／ゲインテーブル（上り）、２０ フレームカウンタ、２２ ＡＤＣ、２３ Ｓ／Ｐ変換器、２４ 復調器、２５ デコーダ。

Claims (11)

1. 周波数の異なる複数のサブキャリアを用いてデータ通信を行なう通信装置であって、
   前記複数のサブキャリアのうちの第１のサブキャリアを、データを搬送しない空きキャリアとする空きキャリア生成手段、および
   前記複数のサブキャリアのうちの第２のサブキャリアの信号対雑音比が予め定められたレベルよりも低くなったことに応じて、前記第２のサブキャリアに代わって前記第１のサブキャリアがデータを搬送するようにキャリア交換を行なうキャリア交換手段を備える通信装置。
2. 前記空きキャリア生成手段は、前記複数のサブキャリアのうちの信号対雑音比の最も大きなサブキャリアを前記第１のサブキャリアとする、請求項１に記載の通信装置。
3. 前記空きキャリア生成手段は、データ通信開始時において、前記複数のサブキャリアの各々の信号対雑音比に基づいて、前記複数のサブキャリアの伝送データのビット配分を設定するとともに、前記空きキャリアを生成する、請求項１または請求項２に記載の通信装置。
4. 前記空きキャリア生成手段は、データ通信を行なっている間の任意のタイミングにおいて、前記複数のサブキャリアの各々の信号対雑音比に基づいて、前記第１のサブキャリアの伝送データを所定ビットずつ他のサブキャリアに振分けていくことによって、前記空きキャリアを生成する、請求項１または請求項２に記載の通信装置。
5. 前記空きキャリア生成手段は、前記第１のサブキャリアの伝送データを所定ビットずつ他のサブキャリアに振分けていく際、前記複数のサブキャリアのうち信号対雑音比の余裕分の大きなサブキャリアへ順に所定ビットずつ振分けていく、請求項４に記載の通信装置。
6. 前記空きキャリア生成手段は、前記キャリア交換手段によって前記キャリア交換が行なわれた後、再度空きキャリアを生成する、請求項１から請求項５までのいずれかに記載の通信装置。
7. 前記空きキャリア生成手段は、複数の空きキャリアを生成する、請求項１から請求項６までのいずれかに記載の通信装置。
8. 請求項１から請求項７までのいずれかに記載の通信装置を複数備えたマルチキャリア通信システム。
9. 複数の前記通信装置の各々の前記キャリア交換手段は、
   データ受信側になった場合に、前記キャリア交換の実行を要求する要求メッセージをデータ送信側へ発信する要求メッセージ発信手段、
   データ送信側になった場合に、データ受信側からの前記要求メッセージを認証したことを示す認証メッセージをデータ受信側へ発信する認証メッセージ発信手段、および
   データ受信側およびデータ送信側になった場合に、前記認証メッセージに基づいて、データ送信側およびデータ受信側と同じタイミングで前記キャリア交換を実行するキャリア交換実行手段を含む、請求項８に記載のマルチキャリア通信システム。
10. 前記要求メッセージは、
    前記要求メッセージの識別番号を示すヘッダ部、および
    前記第１および第２のサブキャリアの番号を指定するメッセージデータ部を含み、
    前記認証メッセージは、
    前記認証メッセージの識別番号を示すヘッダ部、および
    前記要求メッセージに対して応答可能か否かを示し、かつ前記キャリア交換を開始するタイミングを指定するメッセージデータ部を含む、請求項９に記載のマルチキャリア通信システム。
11. 周波数の異なる複数のサブキャリアを用いてデータ通信を行なうマルチキャリア通信方法であって、
    前記複数のサブキャリアのうちの第１のサブキャリアを、データを搬送しない空きキャリアとする第１のステップ、および
    前記複数のサブキャリアのうちの第２のサブキャリアの信号対雑音比が予め定められたレベルよりも低くなったことに応じて、前記第２のサブキャリアに代わって前記第１のサブキャリアがデータを搬送するようにキャリア交換を行なう第２のステップを含むマルチキャリア通信方法。

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