JP2007129755A

JP2007129755A - マルチキャリア通信におけるキャリア位相のランダム化によるｐａｒ（ピーク対平均値パワー比）の低減

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Publication number: JP2007129755A
Application number: JP2006345675A
Authority: JP
Inventors: Marcos C Tzannes; マルコス・シー．・ザーネス
Original assignee: Aware Inc
Current assignee: Aware Inc
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2007-05-24
Also published as: WO2001035591A3; CA2387812A1; KR20020049025A; EP1228615A2; WO2001035591A2; AU1596401A; JP2003514444A

Abstract

【課題】送信信号のピーク対平均値パワー比を低減させるマルチキャリア通信システムに関する。
【解決手段】各キャリア信号の位相特性をスクランブルすることには、値を各キャリア信号に関連づけるとともに、当該キャリア信号に関連づけられた前記値に基づいて各キャリア信号の位相変位を算出することも含まれる。かかる値は、当該キャリア信号によって搬送されたいずれの入力ビット値からも独立して決定される。各キャリア信号のために算出された位相変位は、前記複数のキャリア信号の前記位相特性を実質的にスクランブルするよう、当該キャリア信号の位相特性と結合される。入力信号のビットは、低減されたピーク対平均値パワー比（ＰＡＲ）を有する送信信号を生成するため、前記実質的にスクランブルされた位相特性を有する前記キャリア信号上に変調される。
【選択図】図１

Description

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本明細書は、同時係属中であってその全体が参照のために取り込まれる１９９９年１１月１０日出願の米国仮特許出願番号６０／１６４、５４３、発明の名称”マルチキャリアシステムにおけるデータレートを向上させるタイムダイバーシテイ方法”の出願日の利益を主張する。

発明の分野

本発明は、マルチキャリア変調を用いた通信システムに関する。特に、本発明は、送信信号のピーク対平均値パワー比を低減させるマルチキャリア通信システムに関する。

発明の背景

従来のマルチキャリア通信において、送信機は、通信チャネルを介し、マルチチャネル変調又は分離マルチトーン変換（ＤＭＴ）を用いることにより通信を行っている。通信チャネルの使用可能な周波数帯域内に配されたキャリア信号（キャリア）又はサブチャネルは、システムのシンボル（すなわち、ブロック）送信(symbol transmission)レートで変調される。入力データビットを含む入力信号は、ＤＭＴモデム等のＤＭＴ送信機に送信される。かかるＤＭＴ送信機は、通常、タイムドメイン信号、すなわち、入力信号を表わす送信信号を生成するために、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いて、位相特性、すなわち、位相およびキャリア信号の振幅を変調する。ＤＭＴ送信機は、通信チャネルを介し、複数のキャリアを直線状に組み合わせた前記送信信号を、ＤＭＴ受信機に対して送信する。

入力データビットの任意順の変換結果として得られる位相および振幅は、送信情報を含むので、ＤＭＴ送信信号のキャリア信号の位相および振幅はランダムであると考えられる。したがって、変調済みデータビットがランダムである場合、かかるＤＭＴ送信信号を、ガウス確率分布を有するものとみなすことができる。送信データビットがランダムであること、ならびに、かかるビットを変調することによりガウス確率分布が生成されることを確認するため、当該ビットが変調される前に入力データビットをスクランブルするため、ＤＭＴ送信機においてビットスクランブラーが多用される。

キャリア又はサブチャネルに対して適切な送信パワーを割り当てることにより、当該システムは、所望の性能を発揮することが可能となる。また、ピーク対平均値比（ＰＡＲ）すなわち、ピーク対平均値パワー比の低い送信信号を送信するためには、ガウス確率分布を有する送信信号を生成する必要がある。送信信号のＰＡＲは、信号諸元（例えば、電圧、電流、位相、周波数、電力）の時間平均値に対する前記信号諸元の瞬間的なピーク値（すなわち、最大振幅）である。ＤＭＴシステムにおいて、送信信号のＰＡＲは、一定数のシンボルが要求される時間間隔中に、前記ランダムな送信信号が一定のピーク電圧に達する確率によって決定される。ＤＭＴ送信機から送信される送信信号のＰＡＲが、例えば、1E-７のクリッピング(clipping)の可能性を有するのと等しい１４．５ｄＢであるとする。信号のＰＡＲは、通信システムの総消費電力およびシステムのコンポーネント・リニアリテイー(componnet liearity)条件に影響を及ぼすので、ＤＭＴ通信システムにおいて送受信された送信信号のＰＡＲは、ＤＭＴ通信システムの設計に関して重視すべき事項である。

変調されたキャリアの位相がランダムでない場合には、ＰＡＲを大幅に上昇させるようにしてもよい。変調されたキャリアの位相がランダムでない場合の例としては、以下のものがある。かかる場合としては、ビットスクバンブラーが用いられない場合、同じ入力データビットを変調するためにマルチキャリア信号が用いられる場合、および、変調用に用いられるキャリア信号の位相に対する入力データビットの写像（マッピング）であるコンステレーションマップが十分にランダムでない（すなわち、データビットの値０が、ＤＭＴキャリア信号の９０度の位相特性に相当するとともに、データビットの値０がＤＭＴキャリア信号の−９０度の位相特性に相当する）場合がある。しかし、ＰＡＲが上昇することにより、システムの電力消費が上昇し、及び／又は送信信号が欠落（clipping)する可能性が高くなってしまう。したがって、送信信号に低ＰＡＲを提供するため、変調されたキャリア信号を効率的に変換することのできるシステムおよび方法が要望される。

発明の概要

本発明は、送信信号中の変調済キャリア信号の位相特性をスクランブルするシステムおよび方法に関する。ある側面において、ある値は、各キャリア信号に関連づけられている。位相変位は、各キャリア信号に関連付けられた当該値に基づいて各キャリア信号ごとに算出される。かかる値は、当該キャリア信号によって搬送されたいずれの入力ビット値からも独立して決定される。各キャリア信号用に算出された位相変位は、前記複数のキャリア信号の前記位相特性を実質的にスクランブルするため、当該キャリア信号の位相特性と結合される。

ある実施形態において、入力ビットストリームは、低減されたピーク対平均値パワー比（ＰＡＲ）を有する送信信号を生成するため、前記実質的にスクランブルされた位相特性を有する前記キャリア信号上に変調される。前記値は、乱数発生器、キャリア数、ＤＭＴシンボルのカウント数、スーパーフレームのカウント数、およびハイパーフレームのカウント数等の所定のパラメーターから得られる。また、他の実施形態においては、前記送信信号の振幅が一定のレベルを超えた場合に、所定の送信信号が送信される。

他の側面において、本発明は、各キャリア信号に、ある値を関連づける方法に関する。当該値は、当該キャリア信号によって搬送されたいずれの入力ビット値からも独立して決定される。各キャリア信号の位相変位は、当該キャリア信号と関連づけられた前記値に基づいて算出される。送信信号は、各キャリア信号用に算出された位相変位を用いて復調される。

他の側面において、本発明は、関連づけられた値に基づいて各キャリア信号の位相変位を算出する位相スクランブラーを備えたシステムに関する。また、当該位相スクランブラーは、前記複数のキャリア信号の前記位相特性を実質的にスクランブルするため、各キャリア信号用に算出された前記位相変位と当該キャリア信号の位相特性を結合する。ある実施形態において、変調器は、前記位相位相スクランブラーと通信し、低減されたピーク対平均値パワー比（ＰＡＲ）を有する送信信号を生成するため、前記実質的にスクランブルされた位相特性を有するキャリア信号上に入力信号のビットを変調する。

発明の説明

図１は、複数のキャリア信号を有する通信信号３８を用いることにより、通信チャネル１８を介して遠隔トランシーバー１４と通信を行う分離マルチトーン（ＤＭＴ）トランシーバー１０を含むデジタル加入者線（ＤＳＬ）通信システム２を示している。かかるＤＭＴトランシーバー１０は、ＤＭＴ送信機２２およびＤＭＴ受信機２６を備えている。遠隔トランシーバー１４は、送信機３０および受信機３４を備えている。ここでは分離マルチトーン変調について説明しているが、本発明の原理は、これらに限定されることはなく、直交多重振幅変調（ＯＱＡＭ）、ＤＷＭＴ（ディスクリート・ウェーブレット・マルチトーン）変調および、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）等にも適用可能である。

通信チャネル１８は、ＤＭＴ送信機２２から遠隔受信機３４への下流方向への通信経路、および、遠隔送信機３０からＤＭＴ受信機２６への上流方向への通信経路を提供する。ある実施形態において、通信チャネル１８は、電話加入者線のツイストペアである。他の実施形態において、通信チャネル１８は、光ファイバー線、ツイスト線の二つのペアから構成されるクワッドケーブル、又は星形クワッドケーブルの一つであるクワッドケーブル、デイーゼルホーストーマーチンクワッド(Dieselhorst-Martin quad)ケーブル等であってもよい。無線通信システムの場合、トランシーバー１０、１４は、無線モデムであり、通信チャネル１８は、それを介して送信信号３８がトランシーバー１０、１４間で伝達される空気である。

ほんの一例として図１に示すＤＭＴ送信機２２は、直交振幅変調（ＱＡＭ）エンコーダー４２、変調器４６、ビット割り当てテーブル（ＢＡＴ）４４，位相スクランブラー６６を含んでいる。ＤＭＴ送信機２２は、以下で説明するようにビットスクランブラー７４を含んでいても良い。遠隔トランシーバー１４の遠隔送信機３０は、ＤＭＴ送信機２２と同じ部品を備えている。本実施形態は、ＤＭＴ送信機２２の詳細について述べているが、本発明のコンセプトは、ＤＭＴ送信機２２と同様の部品を備える受信機３４、２６にも適用することができるが、その場合、逆の機能を逆の順序で実行する。

ＱＡＭエンコーダー４２は、入力シリアルデータビットストリーム５４を受信するための一の入力端と、ＱＡＭエンコーダー４２によってビットストリーム５４によって生成されたQAMシンボル５８を送信するための複数のパラレル出力端を有している。通常、ＱＡＭエンコーダー４２は、タイムドメイン中の入力シリアビットストリ−ム５４を周波数ドメイン中のパラレルＱＡＭシンボル５８中にマップする。特に、ＱＡＭエンコーダー４２は、入力シリアビットストリ−ム５４をＮ個の直交振幅変調（ＱＡＭ）コンステレーションポイント５８、すなわち、ＱＡＭシンボル５８にマップする。ここで、Ｎは、変調器４６によって生成されたキャリア信号の数を表している。ＢＡＴ４４は、各キャリア信号によって搬送されるビット数を特定するためＱＡＭエンコーダー４２と交信している。ＱＡＭシンボル５８は、各キャリア信号の振幅および位相特性を表している。

変調器４６は、ＤＭＴ変調に関する機能を提供するとともに、ＱＡＭシンボル５８を、それぞれが複数のタイムドメインサンプルから構成されるＤＭＴシンボル７０に変換する。この変調器４６は、各キャリア信号を異なるＱＡＭシンボル５８を用いて変調する。かかる変調の結果、キャリア信号は、ＱＡＭシンボル５８に基づく、つまり、入力ビットストリーム５４に基づく位相および振幅特性を有することになる。特に、変調器４６は、ＱＡＭシンボル５８を一連のＤＭＴシンボル７０から構成される送信信号３８に変換するため、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いる。当該変調器４６は、キャリア信号の変調を通じてＱＡＭシンボル５８をＤＭＴシンボル７０に変換する。他の実施形態において、変調器４６は、逆分離フーリエ変換（ＩＤＦＴ）を用いてＱＡＭシンボル５８をＤＭＴシンボル７０に変換する。ある実施形態において、遠隔受信機３４におけるキャリア信号のコーヒーレント復調用の参照信号を提供するため、送信信号３８の受信中、送信信号３８にパイロットトーンが含まれる。

変調器４６は、また、各ＱＡＭ変調キャリア信号のために算出された位相変位とそのキャリア信号の位相特性とを結合する位相スクランブラ６６を備えている。本発明の原理に基づいて位相変位と位相特性を結合することにより、送信信号３８中のキャリア信号の位相特性を実質的にスクランブルすることになる。キャリア信号の位相特性をスクランブルすることによって、その結果生じた送信信号３８は、ほぼ最小化されたピーク対平均値比（ＰＡＲ）を有することになる。位相スクランブラ６６は、変調器４６の一部であっても、その外部に設けてもよい。位相スクランブラ６６の他の実施形態としては、これらに限定されることはないが、ローカルメモリ中に記憶されたソフトウエアプログラムであって、変調器４６上で実行されるもの、数学的機能およびアルゴリズムが実行可能なデジタル信号処理器（ＤＳＰ）等が含まれる。遠隔受信機３４も同様に、ＤＭＴ送信機２２トランシーバー１０の位相スクランブラー６６によって既にその位相特性を調整されたキャリア信号の復調用に用いる位相スクランブラー６６’を備えている。

各キャリア信号の位相変位を算出するため、位相スクランブラー６６は、一以上の値をそのキャリア信号と関連づける。位相スクランブラー６６は、ＱＡＭシンボル５８とは別に、すなわち、キャリア信号上に変調されたビット値とは独立して、キャリア信号の各値を決定する。位相スクランブラー６６が各キャリア信号に関連づける実際の値は、疑似−乱数発生器(pseudo-random number generator, pseudo-RNG)、ＤＭＴキャリアの数、ＤＭＴシンボルのカウント数、ＤＭＴスーパーフレームのカウント数、ＤＭＴハイパーフレームのカウント数、等の一以上の所定のパラメーターから得ることができる。ＤＭＴ送信機２２および遠隔受信機３４では、各値を作り出すために用いられる技術に拘わらず与えられたキャリア信号に関連づけられた値が通信チャネル１８の両側で検出することができるよう、同じ技術が用いられる。

次に、位相スクランブラー６６は、キャリア信号の位相変位を算出するため、当該キャリア信号に関連づけられた値を式の結果に影響を及ぼす入力として用いることにより、所定の式を解く。位相変位の算出に適した式であればどのような式でも相変位の算出に用いることができる。当該式が、入力シリアルビットストリーム５４のビット値に影響されない場合、算出された位相変位もかかるビット値とは独立している。

ある実施形態において（破線で示している）、ＤＭＴ送信機２２は、入力シリアルビットストリーム５４を受信するとともに、実質的に変調されたデータビット７６を出力するビットスクランブラー７４を備えている。実質的に変調されたビット７６は、次に、ＱＡＭエンコーダー４２に引き渡される。ビットスクランブラー７４がＤＭＴ送信機２２に含まれている場合、位相スクランブラー６６の動作により、送信信号３８がガウス確率分布を有することをより確実にし、これにより、ＰＡＲをほぼ最小化する。

図２は、送信信号３８を生成するため、各キャリア信号の位相特性を調整するとともに、かかるキャリア信号を結合させるＤＭＴ送信機２２において用いられるプロセスの実施形態を示している。このＤＭＴ送信機２２は、キャリア信号に関連づけられた値を生成する（ステップ１００）。当該値は、キャリア信号の位相特性を変更するのに用いられているので、ＤＭＴ送信機２２および遠隔受信機３４の双方は、キャリア信号に関連づけられている値を認識しなければならない。ＤＭＴ送信機２２および遠隔受信機３４のいずれかが、関連づけられた値を独立して得るか、又は、片方が他方に対して関連づけられた値を知らせる。例えば、ある実施形態において、ＤＭＴ送信機２２は、疑似−乱数発生器(pseudo-RNG)から値を得、次に、生成された値を遠隔受信機３４に送信する。他の実施形態において、遠隔受信機３は、同じ疑似−乱数発生器(pseudo-RNG)および送信機が使用したのと同じシード(same seed)から（すなわち、送信機の疑似−乱数発生器は、受信機の疑似−乱数発生器と同じ一連の乱数を発生させる）前記値を得る。

他の実施形態として、ＤＭＴ送信機２２および遠隔受信機３４は、それぞれ、ＤＭＴシンボルを数えるためのシンボルカウンタを維持することができる。ＤＭＴ送信機２２は、ＤＭＴシンボルを送信し、遠隔受信機３４がそれを受信すると、自身のシンボルカウント数を増加させる。これにより、ＤＭＴ送信機２２および遠隔受信機３４の両方がシンボルカウントを位相変位算出用の値として用いる場合、ＤＭＴ送信機２２および遠隔受信機３４の双方は、かかる値が特定のＤＭＴシンボルに関連づけられているとともに、当該ＤＭＴシンボルの各キャリア信号を伴うことを”知って”いる。

他の種類の所定パラメーターからも値を得ることができる。例えば、所定パラメーターが、ＤＭＴキャリア数であった場合には、特定のキャリア信号に関連づけられた値は、ＤＭＴ信号中の当該信号のキャリア数である。キャリア信号の数は、ＤＭＴシンボル中の他のキャリア信号の周波数に対する当該キャリア信号の周波数の位置を表している。例えば、ある実施形態において、ＤＳＬ通信システム２は、おのおのが４．３１２５ＫＨｚの周波数で分割された２５６個のキャリア信号であって、０ｋＨｚから１１０４ｋＨｚまで広がる周波数帯域を有するものを準備する。ここで、ＤＭＴ送信機２２は、０から２５５まで番号をつける。したがって、”ＤＭＴキャリア数５０”は、２１５．６２５ｋＨｚ（すなわち、５１Ｘ４．３１２５ｋＨｚ）の周波数に位置する５１番目のＤＭＴキャリア信号であることを表す。

再度述べるが、ＤＭＴ送信機２２および遠隔受信機３４の両方が、値とキャリア信号との関連性(value--carrier signal association)を作るために同じ所定パラメーター（ここでは、ＤＭＴキャリア数）を用いているので、ＤＭＴ送信機２２および遠隔受信機３４は、キャリア信号に関連づけられた値を知ることができる。他の実施形態において（送信機の疑似−乱数発生器とともに上記に例示されたように）、ＤＭＴ送信機２２は、通信チャネル１８を介して当該値を遠隔受信機３４に（又はその逆に）送信することができる。

他の実施形態において、シンボルのカウントと関連する他の所定パラメーターを用いることができる。かかる所定パラメーターの一例としては、６９個のＤＭＴシンボル毎に増加するスーパーフレームカウンタがある。スーパーフレームカウンタを実現する代表的な例としては、シンボルカウントに対してモジュロ６８演算（modulo 68 operation on the symbol count)を実行することである。他の例として、ＤＭＴ送信機２２は、ハイパーフレームを数えるためにハイパーフレームカウンタを維持してもよい。ハイパーフレームカウントを実現する代表的な例としては、スーパーフレームカウントに対してモジュロ２５５演算を実行することである。このように、ハイパーフレームカウントは、スーパフレームカウントが２５５に達するたびに１だけ増加する。

その結果、いくつかの所定パラメーターは、キャリア信号ごとに変化する値を生成するように思われる。例えば、前記所定パラメーターがＤＭＴキャリア数である場合、キャリア信号の周波数に基づいて値が変化する。他の例としては、各キャリア信号用に疑似−乱数発生器が新たな乱数を発生させる。

他の所定パラメーターは、ＤＭＴシンボル７０毎に変化する値を生成する。例えば、所定パラメーターがシンボルカウント、スーパーフレームカウント、あるいはハイパーフレームカウントである場合、関連するシンボル、スーパーフレーム又はハイパーフレーム中のＤＭＴシンボル７０の数値上の位置(numerical position)によって値が変化する。疑似−乱数発生器、シンボルカウント、スーパーフレームカウント、およびスーパーフレーム等の所定パラメーターも、時間によって値が変化するパラメーターとして知られている。与えられたキャリア信号の位相変位を算出する式に代入する値は、所定パラメーターの一又はその組み合わせにより与えられる。

ある実施形態において、ＤＭＴシンボル７０上の送信信号３８のクリッピングを回避するため、１つのＤＭＴシンボル７０づつ(on a ＤＭT symbol 70 by DMT symbol 70 basis)位相スクランブルが用いられる。本実施形態において、ＤＭＴ送信機２２は、位相変位を算出するために、シンボルカウント等の時間によって変化する所定パラメーターに基づいた値を使用している。キャリア信号に関連して変化する他の種類の所定パラメーターを用いることによっても本発明の原理を実施することが可能であることが理解されよう。上述のように、トランシーバー１０、１４は、キャリア信号の変調および復調の同期をとるため、その値をお互いにやりとりするようにしてもよい（ステップ１１０）。

次に、ＤＭＴ送信機２２は、各キャリア信号の位相特性を調整するのに用いられる位相変位を算出する（ステップ１１５）。各ＱＡＭー変調済キャリア信号の位相特性と結合される位相変位の量は、用いられる式および当該キャリア信号に関連づけられた一以上の値によって変化する。

次に、ＤＭＴ送信機２２は、各キャリア信号用に算出された位相変位を当該キャリア信号の位相特性と結合する（ステップ１２０）。キャリア信号の位相特性をスクランブルすることにより、位相スクランブラー６６は、複数のキャリア信号の結合ＰＡＲ（未スクランブルの位相特性に関する）、すなわち、送信信号３８のＰＡＲを低減させる。以下の三つの位相変化の例、ＰＳ＃１からＰＳ＃３は、算出された位相変位を各キャリア信号の位相特性に結合させるため、位相スクランブラー６６によって用いられた方法を示している。

位相変位の例＃１
位相変位例＃１は、Ｎｘπ／３、モジュロ（mod)２πによってキャリア番号Ｎに関連づけられているＱＡＭー変調信号の位相特性を調整するのと同じことである。この例では、キャリア番号Ｎが５０とすると、そのキャリア信号は、その位相特性に、５０ｘπ／３（mod２π）＝２／３πを加えた位相変位を有することになる。キャリア番号Ｎが５１とすると、そのキャリア信号は、その位相特性に、５１ｘπ／３（mod２π）＝πを加えた位相変位を有することになる。キャリア番号Ｎが０である場合、そのキャリア信号の位相特性に位相変位が加えられることはない。

位相変位の例＃２
位相変位例＃２は、（Ｎ＋Ｍ）ｘπ／４、モジュロ（mod)２πによってキャリア番号Ｎに関連づけられているＱＡＭー変調信号の位相特性を調整するのと同じことであり、Ｍは、シンボルカウント数である。この例では、キャリア番号Ｎが５０であって、ＤＭＴシンボルカウントＭが８であるとすると、そのキャリア信号は、その位相特性に、（５０＋８）ｘπ／４（mod２π）＝π／２を加えた位相変位を有することになる。また、キャリア番号Ｎが５０であって、ＤＭＴシンボルカウントＭが９であるとすると、そのキャリア信号は、その位相特性に、（５０＋９）ｘπ／４（mod２π）＝３π／４を加えた位相変位を有することになる。

位相変位の例＃３
位相変位例＃３は、（X_N）ｘπ／６、モジュロ（mod)２πによってキャリア番号Ｎに関連づけられているＱＡＭー変調信号の位相特性を調整するのと同じことである。ここで、X_N は、Ｎ個の疑似乱数集まりである。この例では、キャリア番号Ｎが５であって、X_Nが[３、８、１、４、９、５、・・・」であるとすると、そのキャリア信号は、その位相特性に、（９）ｘπ／６（mod２π）＝π／３を加えた位相特性を有することになる。（ここで、９は、X_N の第５番目の値であることに注意すること）。キャリア番号Ｎが６であるとすると、そのキャリア信号は、その位相特性に、（５）ｘπ／６（mod２π）＝５π／３を加えた位相変位有することになる。

位相変位例＃３は、位相スクランブラー６６によって付加的および／または別の位相変化技術を用いてもよく、また、ＰＳ＃１、ＰＳ＃２およびＰＳ＃３は、本発明の原理を示した単なる例示にすぎない、ということが理解される。次に、ＤＭＴ送信機２２は、送信信号３８を形成するために、キャリア信号同士を結合させる（ステップ１３０）。かかる送信信号が以下に述べるようにクリッピングされていなければ、ＤＭＴ送信機２２は、続いて、当該送信信号３８を遠隔受信機３４に送信する（ステップ１６０）。

送信信号のクリッピング
高い電圧ピーク値（すなわち、高ＰＡＲ）を有する送信信号３８によって、ＤＭＴ送信機２２および通信チャネル１８中に非線形歪みを誘起させることが可能となる。こうして生じ得る送信信号３８の非線形歪みの一例としては、送信信号３８の振幅制限（つまり、クリッピング）がある。例えば、ＤＭＴシンボル７０中の一以上のタイムドメインサンプルが、ＤＭＴ７０用に許容される最大デジタル値よりも大きい場合、特定のＤＭＴシンボル７０は、タイムドメイン内になるよう上限がかけられる。マルチキャリア通信システムにおいて、クリッピングがなされると、送信信号３８は、入力シリアルデータビット信号５４を正確に表さなくなってしまう。

ある実施形態において、ＤＳＬ通信システム２は、送信信号３８のクリッピングを１つのＤＭＴシンボル７０づつ(on a ＤＭT symbol 70 by DMT symbol 70 basis)回避する。ＤＭＴ送信機２２は、送信信号３８のクリッピングを検出する（ステップ１４０）。クリッピングされた送信信号３８を生成するため、タイムドメイン内になるよう特定のＤＭＴシンボル７０に上限がかけられた場合、ＤＭＴ送信機２２は、所定の送信信号７８をクリッピングされた送信信号３８の代わりに置き換える（ステップ１５０）。

所定の送信信号７８は、ＤＭＴ送信機２２と遠隔受信機３４間のシンボルのタイミングを維持するため、ＤＭＴ７０と同じ時間間隔（例えば、２５０ミリセカンド）を有している。所定の送信信号７８は、入力シリアルデータビット信号５４に基づいて（別個に）生成されたものではなく、遠隔受信機３４によって代替信号であると識別されるビット値のパターンである。ある実施形態において、所定の送信信号７８は、遠隔受信機３４によって容易に検出される既知の擬似ランダム列パターン(pseudo-random sequence pattern)である。他の実施形態において、所定の送信信号７８は、ＤＭＴ送信機２２の出力において作られたゼロ電圧信号（すなわち、全てのキャリア信号上に変調されたゼロボルト）である”全てがゼロ”の信号である。遠隔受信機３４による簡単な検出に加え、電圧がゼロボルトの信号を使用することで、ＤＭＴ送信機２２の電力消費が低減される。また、所定の送信信号７８の受信中、遠隔受信機３４におけるキャリア信号の干渉復調(coherent demodulation)用の参照信号を提供するため、当該所定送信信号７８にパイロットトーンが含まれている。

遠隔受信機３４が送信信号３８を受信した後、遠隔受信機３４は、送信信号３８が所定の送信信号７８と同じであるか否かを判断する。ある実施形態において、遠隔受信機３４が送信信号７８と同じであると認識した場合、遠隔受信機３４は送信信号７８を無視（すなわち、廃棄）する。

所定送信信号７８の送信に続き、位相スクランブラー６６は、ＱＡＭー変調キャリア信号の位相特性を（時間経過によって変化する所定のパラメーターの一つに基づいて）変更する（ステップ１２０）。例えば、ＱＡＭシンボル５８のセットが、複数のタイムドメインサンプルを備えたＤＭＴシンボル７０を作り出しており、そのタイムドメインの一つが、ＤＭＴシンボル７０に許容される最大のデジタル値よりも大きいと仮定する。したがって、遠隔受信機３４に対して送信がなされる場合、送信信号３８がクリッピングされるので、ＤＭＴ送信機２２は、代わりに所定の送信信号７８を送信する。

所定送信信号７８の送信を行った後、ＤＭＴ送信機２２は、次のＤＭＴシンボル７０’中でクリッピングされた送信信号３８を生成させる原因となったビット値をもう一度送信しようと試みる。本実施形態において、位相変位は、時間経過とともに変化する値に基づいて行われるので、次のＤＭＴシンボル７０’用に算出された位相変位は、以前にＤＭＴシンボル７０用に算出されたクリッピング済みのタイムドメインを伴うものとは異なる。かかる異なった位相変位は、クリッピング済みのタイムドメインを伴うＤＭＴシンボル７０のキャリア信号とは異なる位相特性を有する次のＤＭＴシンボル７０’のキャリア信号を作り出するため、変調済みキャリア信号の位相特性と結合される。

ＤＭＴ通信システム２は、クリッピング（例えば、１０^７個のタイムドメインサンプル７０毎に約１回のクリッピング）を実行する通信信号３８を、時々生成する。しかし、次のＤＭＴシンボル７０’が、クリッピングを実行するタイムドメインサンプルを一つでも含んでいた場合には、クリッピングされた送信信号３８の代わりに所定送信信号７８が遠隔受信機３４に再び送信される（ステップ１５０）。クリッピングされたタイムドメインサンプルは、以前にクリッピングされたＤＭＴシンボル７０と同じ又は異なるキャリア信号上に存在してもよい。ＤＭＴ送信機２２は、自身がクリッピングされていない次のＤＭＴシンボル７０’を生成するまで、所定送信信号７８を送信し続ける。ＤＭＴ送信機２２がクリッピングされていないＤＭＴシンボル７０’を生成すると、ＤＭＴ送信機２２は、送信信号３８を遠隔受信機３４に送信する（ステップ１６０）。ＤＭＴシンボル７０に対応する送信信号３８がタイムドメイン中にクリッピングされる送確率は、送信信号３８のＰＡＲに基づいて決定される。

例えば、以下の位相変位例、ＰＳＴ＃４は、送信信号３８のクリッピングを回避する目的で異なる移動変位を各キャリア信号の位相特性に結合するため、位相スクランブラー６６によって用いられた方法を示している。

位相変位の例＃４
位相変位例＃４（ＰＳ＃４）は、π／３ｘ、mod２πによってキャリア番号Ｎに関連づけられているＱＡＭー変調信号の位相特性を調整するのと同じことである。ここで、Ｍは、ＤＭＴシンボルにカウント数である。この例では、ＤＭＴシンボルのカウント数が５の際に、ＤＭＴシンボル７０がクリッピングされると、現在クリッピングされている送信信号３８の代わりに、所定送信信号７８が送信される。ＤＭＴシンボル７０および７０’のいずれをも生成するために用いられたＱＡＭシンボル５８は同じであるが、ＤＭＴシンボルの期間の後、ＤＭＴカウントＭは６となり、これにより、次のＤＭＴシンボル７０’用に異なるタイムドメインサンプルのセットが生成される。

この異なるセットのタイムドメインサンプル（したがって、送信信号３８）がクリッピングされていない場合、ＤＭＴ送信機２２は、送信信号３８を送信する。タイムドメインサンプル７０の異なるセット中のタイムドメインサンプルの一つ（したがって、送信信号３８）がクリッピングされている場合、ＤＭＴ送信機２２は、所定送信信号７８を再度送信する。クリッピングされたタイムドメインサンプルなしでＤＭＴシンボル７０が生成されるまで、処理が続けられる。ある実施形態において、所定数のクリッピング済みＤＭＴシンボル７０’を生成した後、送信機２２は、ＱＡＭシンボル５８の特性セット用に非クリッピングＤＭＴシンボル７０’を生成しようとするのを中止する。この時、送信機２２は、もっとも新しく生成されたクリッピング済みＤＭＴシンボル７０’または所定送信信号７８のいずれかを送信することができる。

ＤＭＴシンボル７０がクリッピングされた場合、送信信号３８の代わりに所定送信信号７８が送信されるので、ＤＳＬ通信システム２のＰＡＲは低減される。例えば、タイムドメイン送信信号３８のクリッピング確率が通常は１０^−７であるＤＭＴ通信システム２は、そのクリッッピング確率が１０^−５、下限が１２．８ｄＢという低いＰＡＲ（１４．５ｄＢと比較すると）で動作する。１０^−５のクリッッピング確率で操作すると、ＤＭＴシンボル７０は、５１２個のタイムドメインサンプル７０を有すると推測され、ＤＭＴ送信機２２は、１０^５／５１２個、すなわち１９５個のＤＭＴシンボル７０毎に、１のクリッピング済みＤＭＴシンボルを経験する。これにより、所定の（データを搬送しない）送信信号７８が、１９５個のＤＭＴシンボル毎に、平均して１回送信される。クリッッピング確率を１０^−５まで増加させることにより、スループプットが約０．５％（１／１９５）低下するが、送信信号３８のＰＡＲは、電力消費およびコンポーネント・リニアリテイーという形で送信機の複雑さを低減させる１．７ｄＢだけ低減される。

本発明を、特定の好ましい実施の形態を参照して示し、かつ説明したが、形態および詳細における種々の変更が、以下の特許請求の範囲によって明確にされた本発明の精神と範囲から逸脱することなく、なされ得ることは、当業者であれば理解するであろう。例えば、本明細書においては、ＤＳＬを用いて発明を説明したが、さまざまな方式のＤＳＬ、例えば、ＡＤＳＬ、ＶＤＳＬ，ＳＤＳＬ、ＨＤＳＬ、ＨＤＳＬ２またはＳＨＤＳＬも使用できることが理解されよう。本発明の原理は、ＤＳＬシステムを介して運ばれるアプリケーションのいかなる組合せ（例えば、在宅勤務、ビデオ会議、高速インターネットアクセス、ビデオオンデマンド）にも適用されることは言うまでもない。

本発明は、添付した特許請求の範囲によって詳細に特定される。上記で説明した本発明の効果だけでなく、本発明の更なる効果も、添付図面に関連する以下の説明を参照することによって、より深く理解することができる。
図１は、遠隔トランシーバーと交信するＤＭＴ(deiscrete multitone modulation)トランシーバーを含み、キャリア信号の位相特性を実質的にスクランブルする位相スクランブラーを有するデジタル加入者線通信システムの一実施形態のブロック図である。図２は、送信信号中のキャリア信号の位相特性をスクランブルするプロセスの一実施形態のフロー図である。

Claims

入力ビットストリームを変調するための複数のキャリア信号であって、各キャリア信号が入力ビットストリームと関連づけられた位相特性を有するものを備えた送信信号を用いて第２トランシーバーと通信を行う第１トランシーバー、を備えたマルチキャリア変調システムにおいて前記キャリア信号の前記位相特性をスクランブルする方法であって、
各キャリア信号と、当該キャリア信号によって搬送されたいずれかの入力ビット値から独立して決定された値と、を関連づけるステップ、
当該キャリア信号に関連づけられた前記値に基づいて、各キャリア信号の位相変位を算出するステップ、および、
前記複数のキャリア信号の前記位相特性を実質的にスクランブルするよう、各キャリア信号のために算出された前記位相変位と当該キャリア信号の位相特性を結合するステップ、を備えたこと、
を特徴とするもの。
請求項１の方法において、さらに、低減されたピーク対平均値パワー比（ＰＡＲ）を有する送信信号を生成するため、前記実質的にスクランブルされた位相特性を有する前記キャリア信号上に、前記入力ビットストリームのビットを変調するステップ、を備えたこと、
を特徴とするもの。
請求項１の方法において、さらに、各トランシーバーにおいて、各キャリア信号と関連づけられた前記値を独立して得るステップを備えたこと、
を特徴とするもの。
請求項１の方法において、さらに、各キャリア信号と関連づけられた前記値を、一のトランシーバーから他のトランシーバーに送信するステップを備えたこと、
を特徴とするもの。
請求項１の方法において、さらに、各キャリア信号と関連づけられた前記値を用いるトランシーバー間の同期を維持するステップを備えたこと、
を特徴とするもの。
請求項１の方法において、前記値は、各キャリア信号とともに変化すること、
を特徴とするもの。
請求項１の方法において、前記値は、各ＤＭＴシンボルとともに変化すること、
を特徴とするもの。
請求項１の方法において、前記値は、所定のパラメーターから得られること、
を特徴とするもの。
請求項８の方法において、前記所定パラメーターは、キャリア数であること、
を特徴とするもの。
請求項８の方法において、前記所定パラメーターは、シンボルのカウント数(symbol count)であること、
を特徴とするもの。
請求項８の方法において、前記所定パラメーターは、ハイパーフレームのカウント数(hyperframe count)であること、
を特徴とするもの。
請求項８の方法において、前記所定パラメーターは、スーパーフレームのカウント数(superframe count)であること、
を特徴とするもの。
請求項１の方法において、さらに、前記入力ビットストリームの前記ビットをスクランブルするステップ、を備えたこと、
を特徴とするもの。
請求項１の方法において、さらに、前記送信信号の振幅が、一定のレベルを超えた場合に、所定の送信信号を送信するステップ、を備えたこと、
を特徴とするもの。
請求項１４の方法において、前記所定の送信信号は、所定パターンのビットを備えていること、
を特徴とするもの。
請求項１４の方法において、前記所定の送信信号は、パイロットトーンを備えていること、
を特徴とするもの。
請求項１６の方法において、前記パイロットトーンは、前記第１トランシーバーと前記第２トランシーバー間の同期タイミングを維持するために用いられること、
を特徴とするもの。
請求項１５の方法において、前記所定パターンのビット中の各ビット値は、ゼロであること、
を特徴とするもの。
請求項１５の方法において、前記所定パターンのビットは、擬似ランダム列パターン(pseudo-random sequence pattern)であること、
を特徴とするもの。
入力ビットストリームを変調するための複数のキャリア信号であって、各キャリア信号が入力ビットストリームを伴う位相特性を有するものを備えた送信信号を用いて第２トランシーバーと通信を行う第１トランシーバー、を備えたマルチキャリア変調システムにおいて前記キャリア信号の前記位相特性をスクランブルする方法であって、
各キャリア信号と、当該キャリア信号によって搬送されたいずれかの入力ビット値から独立して決定された値と、を関連づけるステップ、
当該キャリア信号に関連づけられた前記値に基づいて各キャリア信号の位相変位を算出するステップ、および、
各キャリア信号のために算出された前記位相変位を用いて前記送信信号を復調するステップ、を備えたこと、
を特徴とするもの。
請求項２０の方法において、さらに、各トランシーバーにおいて、各キャリア信号と関連づけられた前記値を独立して得るステップを備えたこと、
を特徴とするもの。
請求項２０の方法において、さらに、各キャリア信号と関連づけられた前記値を、一のトランシーバーから他のトランシーバーに送信するステップを備えたこと、
を特徴とするもの。
請求項２０の方法において、さらに、各キャリア信号と関連づけられた前記値を用いるトランシーバー間の同期を維持するステップを備えたこと、
を特徴とするもの。
請求項２０の方法において、前記値は、各キャリア信号とともに変化すること、
を特徴とするもの。
請求項２０の方法において、前記値は、各ＤＭＴシンボルとともに変化すること、
を特徴とするもの。
請求項２０の方法において、前記値は、所定のパラメーターから得られること、
を特徴とするもの。
請求項２６の方法において、前記所定パラメーターは、キャリア数であること、
を特徴とするもの。
請求項２６の方法において、前記所定パラメーターは、シンボルのカウント数(symbol count)であること、
を特徴とするもの。
請求項２６の方法において、前記所定パラメーターは、ハイパーフレームのカウント数(hyperframe count)であること、
を特徴とするもの。
請求項２６の方法において、前記所定パラメーターは、スーパーフレームのカウント数(superframe count)であること、
を特徴とするもの。
請求項２０の方法において、さらに、前記送信信号の振幅が、一定のレベルを超えた場合に、所定の送信を受信するステップを備えたこと、
請求項３１の方法において、前記所定の送信信号は、所定パターンのビットを備えていること、
を特徴とするもの。
請求項３１の方法において、前記所定の送信信号は、パイロットトーンを備えていること、
を特徴とするもの。
請求項３３の方法において、前記パイロットトーンは、前記第１トランシーバーと前記第２トランシーバー間の同期タイミングを維持するために用いられること、
を特徴とするもの。
請求項３２の方法において、前記所定パターンのビット中の各ビット値は、ゼロであること、
を特徴とするもの。
請求項３２の方法において、前記所定パターンのビットは、擬似ランダム列パターン(pseudo-random sequence pattern)であること、
を特徴とするもの。
各キャリア信号が位相特性を有する複数のキャリア信号を備えた送信信号を用いて通信チャネルを介して通信を行うトランシーバーであって、
前記キャリア信号に関連づけられた値に基づいて各キャリア信号の位相変位を算出するとともに、前記複数のキャリア信号の前記位相特性を実質的にスクランブルするよう各キャリア信号のために算出された前記位相変位と当該キャリア信号の位相特性を結合する位相スクランブラー、を備えたこと、
を特徴とするもの。
請求項３７のトランシーバーにおいて、さらに、前記位相位相スクランブラーと通信する変調器であって、低減されたピーク対平均値パワー比（ＰＡＲ）を伴う送信信号を生成するため、前記実質的にスクランブルされた位相特性を有するキャリア信号上に入力信号のビットを変調するもの、を備えたこと、
を特徴とするもの。
マルチキャリア変調システムにおいて通信チャネルを介して通信を行う方法であって、
前記通信チャネルを介してそれぞれがビット値パターンを有する一連のＤＭＴシンボルからなる送信信号を受信するステップ、
受信された各ＤＭＴシンボルのビット値パターンを、所定のビット値パターンと比較するステップ、
当該ＤＭＴシンボルの前記ビット値パターンが、前記所定ビット値パターンと合致する場合、前記一連のＤＭＴシンボル中の前記受信ＤＭＴシンボルのひとつを廃棄し、合致しない場合には、当該ＤＭＴシンボルを復調するステップ、を備えたこと、
を特徴とするもの。