JP2009118499A - 停電力休眠モードと急速作動機能を有するマルチキャリア伝送方式 - Google Patents

Abstract

【課題】低電力の休眠モードと急速作動機能を有するマルチキャリア伝送方式を提供する。
【解決手段】マルチキャリアトランシーバは、データを送受信する必要がない時に電力消費を低減させた状態で働かずにいる休眠モードを備えている。必要な場合は、不活動後の動作に対してそのようなトランシーバを回復するために通常必要な完全な（そして時間のかかる）初期化を要求することなく、トランシーバの完全な送受信機能を素早く回復する。
【選択図】図２

Description

発明の背景

本発明は、マルチキャリア伝送方式に関し、マルチキャリア方式において電力管理休眠状態を成立させる方法と装置からなる。

発明の概要

マルチキャリア伝送方式は、通信点間に高速のデータリンクを実現する。このような方式は、近年、電話サービス加入者を電話交換局に接続する加入者回線を通した通信に導入されてきており、この重要な用途においては、“ｘＤＳＬ”方式と通称されている。ここで、“ｘ”はＤＳＬ（ディジタル加入者回線）通信の特定の変種、例えば、ＡＤＳＬ（非対称型ディジタル加入者回線）、ＨＤＳＬ（高速ディジタル加入者回線）等を指す。本明細書では、これらを総称して単に“ＤＳＬ”方式と呼ぶことにする。このような方式では、加入者と電話交換局を相互に接続する伝送路の全帯域幅をそれぞれ限定された帯域幅を有し互いに並列に働く多数の個別のサブチャネルに分割することによって、一対のトランシーバが他と通信する。例えば、１つの共通のシステムは、加入者回線伝送路をそれぞれ４キロヘルツの帯域幅を有する２５６個のサブチャネルに分割する。それらの第１の群（例えば、１９６個）は電話交換局から加入者への通信に割り当てられ（これは、“下り”方向として知られている）、第２の群（例えば、５５個）は加入者から電話交換局への通信に割り当てられる（これは、“上り”方向として知られている）。残りのサブチャネルは管理、制御およびオーバーヘッド機能に割り当てられる。

リンクを通して通信されるデータは、各サブチャネル毎に１つの群となる複数のビット群に分割される。ある特定のサブチャネルに割り当てられるビット群は、そのチャネルに特有の周波数を有する１つの搬送波で変調される。一般に、この目的のために直交振幅変調（ＱＡＭ）が使用され、ビット群は、特定の時点でそのサブチャネルを通した伝送を可能にするデータ点を指定する“空間配置”の点の１つにより規定されたベクトルに対応付けされる。それにより、各ベクトルすなわちデータ点は、その対応するサブチャネルを通して１つの群として伝送されるための特有のビット構成を表現する一意の符号から構成される。１つの符号を伝送するために割り当てられた期間（通常、“符号周期”あるいは“フレーム”と呼ばれる）中に、各サブチャネルは、大量のデータを各フレーム時に伝送できるように符号を他の全てのサブチャネルと並列に伝送する。

１つの符号によって搬送されるビット数は、それが伝送されるサブチャネルの特性に左右される。それはサブチャネル毎に異なるかもしれない。第１の決定因子はサブチャネルの信号対雑音比である。したがって、このパラメータを定期的に測定して各サブチャネル毎にその値を確認することにより、ある特定の時点にそのサブチャネルで伝送され得るビット数を求める。

電話伝送路は、信頼性のある伝送を確保するためには補償されなければならない多くの欠陥を蒙っている。通常、これらの欠陥のうちで最も制限になっているのは、伝送信号の位相（遅延）歪である。この歪は周波数に依存し、それ故、１つの信号の様々な周波数成分が様々な量で変位することによって、対策を講じない限り信号を歪ませて誤りの検出の可能性を増大させることになる。この目的のため、一般には、周波数遅延等化器（ＦＤＱ）と時間遅延等化器（ＴＤＱ）を伝送路内に組み込んでその伝送路周波数帯域にわたって位相（時間）遅延を等化する。

他の欠陥も存在する。例えば、周波数に依存する信号減衰が電話回線での信号伝送に悪影響を及ぼす。このことは、回線上で利得等化器を使用することによって補償される。回線上の反響は、エコーキャンセラを使用することで対処され、例えば電話システムに周波数分割多重を利用することで起こり得る位相および周波数のずれも補正する必要がある。

信号欠陥の問題は、通常の音声通信では共通の回線にＤＳＬ通信を載せるが加入者宅内、電話交換局あるいはその両方では“分波器”の使用を省く上述のｘＤＳＬ構成においてとりわけ深刻になる。“分波器”は、基本的に、低周波音声通信（例えば、０ないし４キロヘルツ）を高周波データ通信（メガヘルツ帯域内まで達する場合もある）と分離するとともに両者間の絶縁度を強くするフィルタである。分波器がない場合、同じ回線で音声通信とデータ通信を賄う特別な対策を講じる必要がある。この問題とその解決策のさらに詳しい説明は、本発明の譲受け人に譲渡されたリチャード・グロス(Richard Gross)他による出願番号＊＊＊、出願日＊＊＊の“分波器なしマルチキャリアモデム(Splitterless Multicarrier Modem)”という名称の同時係属出願を参照されたい。

インタネット通信は勿論その他の用途においても幅広く使用されるので、ＤＳＬトランシーバは、通常、一旦導入され初期設定されると、送受信に備えて“オン”状態のままになっている。したがって、そのようなモデムは、活発にデータのやり取りをしていない時でさえ大量の電力を消費している。環境面の理由からも機器の寿命を延ばすためにも、このような電力消費を制限することが一般的には望ましい。さらに、そのようなモデムは、家庭用や業務用のパーソナルコンピュータ等のコンピュータ機器内に一部あるいは全体が実装されたり組み込まれたりすることもあり、そのようなコンピュータは節電機能手段をますます具備してきている。例えば、エル．ディー．ハーパー(L. D. Harper)が出願し、１９９５年６月２７日に特許付与された米国特許５，４２８，７９０号“コンピュータ電力管理システム(Computer Power Management System)”を参照されたい。したがって、節電機能手段を受入れ可能なＡＤＳＬモデムを提供することが望ましい。

ＤＳＬトランシーバの構造が複雑であることおよびそれを動作させるのに必要な条件のために、それをデータ送受信の前に初期設定することが必要である。この初期設定には、とりわけ、周波数領域等化器、時間領域等化器およびエコーキャンセラに“学習させること”、伝送路利得を設定すること、位相および周波数のずれを調整すること等の伝送路補正が含まれる。さらに、各サブチャネルの信号対雑音比を測定すること、特定の伝送条件下で各サブチャネルに特有のビット割当表を算出すること、それらの表をある特定のモデム通信を使って他のモデムとやり取りすることも含まれる。これらの手順のさらに詳しい説明は、本明細書に引用の形で盛り込んだ上述のリチャード・グロス他の出願を参照されたい。これらの手順には、数１０秒ないし数１００秒を要する。新しく導入する場合には、要する時間は重要ではない。しかしながら、既に動作中での導入においては、通常、殆ど即座に使用を要求するようモデムに応答させることが期待されているので、節電機能に関連して動作を一時中断させた後にシステムを初期設定あるいは再初期化するのに要する時間は受け入れられない。

したがって、本発明の目的は、低電力の休眠モードと急速作動機能を有するマルチキャリア伝送方式を提供することである。

さらに、本発明の目的は、休眠モードから完全稼動状態へ急速に切換え可能なディジタル加入者回線通信用マルチキャリア伝送方式を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、低電力の休眠モードを有するコンピュータに容易に組込み可能で、完全稼動への急速復帰が可能なＤＳＬ方式を提供することである。

実施形態の詳細な説明

以下、本発明の説明を添付の図面に基づいて行う。

図１において、本発明にかかるＤＳＬトランシーバ１０は、ディジタル加入者回線１４を通してデータを送信する送信部１２と、その回線からデータを受信する受信部１６を有している。送信部１２は、送信用の直列のデータ列（例えば、２進数字列）を受信してそのデータを複数対の複素数値符号Xiとその共役XN-i = X*i，i = 0,1,...Nに変換する入力バッファ・コンバータ１８から構成されている。これらの符号対は、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）２０に適用されて実時間出力信号Xj, j = 0,1,...N/2-1となる。後者は、次に、並直列変換器２２で直列形式に変換された後、ディジタル−アナログ変換器２４に適用され、回線ドライバ２６に適用される。変換器は、巡回接頭語を信号Xjに付与して、伝送媒体が引き起こす符号間干渉に対処する。ドライバ２６は、ディジタル加入者回線２４等の通信チャネルに適用される際に信号振幅（したがって、出力）を制御する利得制御部２６ａを組み込んでもよい。

ＩＦＦＴ２０はデータ変調器とみなすこともできる。符号Xiおよびその共役XN-iは、直交振幅変調（ＱＡＭ）の空間配置集合内の信号ベクトルを規定するデータ点に対応する。コンバータ１８は、各サブチャネルを通して伝送される符号が運ぶビット数を各サブチャネル毎に指定するとともにそれによってその符号に関連するデータ点を規定するビット割当表（ＢＡＴ）２８の支援を受けて、入力データから各符号を形成する。この表は、通常、トランシーバで算出され、そのトランシーバが通信する他のトランシーバに伝送されることにより、他のトランシーバがそのトランシーバから受け取った符号を復号できるようにする。

各符号が運ぶビット数は、その符号が伝送されるサブチャネルの特性、特に、そのサブチャネルの信号対雑音比によって決まる。この計算手順は公知である。図１Ａは、トランシーバ１０で形成かつ記憶されるような表の一例を示す。このように、サブチャネル５０を通して伝送される符号は６ビットの割当てを有し、サブチャネル５１の符号の場合は６ビット、サブチャネル５２の符号の場合は７ビット等のように決められてもよい。

クロック３０は、送信機１２の動作タイミングを制御する。クロックは、送信機の個々の装置を制御するコントローラ３２に対して入力を行う。トランシーバが電話交換局に位置する場合は、クロック３０は、通常、加入者宅内等の遠隔トランシーバが同期できるようなマスタクロックである。トランシーバが例示目的で示すように加入者宅内に位置する場合は、クロックは、トランシーバの受信部に関連して以下にさらに詳しく説明するように、電話交換局のマスタクロックから取り出される。コントローラ３２に接続されたフレームカウンタ（ＦＣ）３６は、トランシーバが送信または受信したデータのフレーム数を計数し記憶する。最後に、コントローラ３４に接続された状態メモリ（ＳＭ）は、以下にさらに詳細に説明する理由のために、トランシーバの状態を記録する。

ここで受信部１６に目を転ずると、回線調節器５０、アナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）５２、直並列変換器５４、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部５６、検出器５８および並直列変換器６０から構成される。調節器５０は、回線１４が誘発した伝送歪を補償し、中でも周波数領域等化器（ＦＤＱ）５０ａ、時間領域等化器（ＴＤＱ）５０ｂおよびエコーキャンセラ（ＥＣ）５０ｃを一般的に備えている。ＡＤＣ５２は、受信信号をデジタル形式に変換し、それを直並列変換器５４に適用する。変換器５４は、送信前は信号に付加されていた巡回接頭語を除去し、その結果得られた信号をＦＦＴ５６に対して適用し、ＦＦＴは受信信号を有効に“復調させる”。ＦＦＴの出力は復号器５８に適用され、復号器はビット割当表６２と協力して符号Xiとその対応するビットを復元する。検出器５８の出力は並直列変換器６０に適用され、この変換器は、元は送信機に適用されていたデータストリームを復元する。

フェーズロックループ（ＰＬＬ）６２は、回線調節器５０から、通信を行う送信機（例えば、ＣＯトランシーバ）から送信されたタイミング基準信号を受け取る。ＰＬＬ６２は、この信号にロックし、駆動送信機内のマスタクロックに同期してクロック６４を作動させる。受信部の制御はコントローラ３２が行う。

先に述べたように、本発明のトランシーバは、通常、パーソナルコンピュータ等のコンピュータに組み込まれることになる。実際には、活動中でない場合に起動可能に節電機能を有するそのようなコンピュータの不可分の一部として実装されることがある。したがって、トランシーバは、データ送信または受信の必要がない場合に動作を一時停止して少ない電力を消費する“休眠”モードを開始することができ、それにもかかわらず、殆ど瞬時に、例えば、１秒以下遅れで送信または受信を再開できることが望ましい。このことは、本発明において次のようにして実現される。

例示のため、顧客のデータ加入者回線を通して電話交換局のトランシーバ（本文では、“ＣＯトランシーバ”と称する）とデータを通信する顧客宅内のトランシーバ（本文では、“ＣＰＥトランシーバ”と称する）について本発明の作用を説明する。特に、この説明に関連して図２および図３を参照することとする。ＣＰＥトランシーバのコントローラ３２が電源切断命令を受け取る（ステップ８０）と、ＣＰＥトランシーバの電源切断動作が開始する。電源切断命令は、トランシーバを内蔵したパーソナルコンピュータ等の外部源からコントローラ３２に付与されてもよいし、入力バッファ１８を監視して所定の時間データが付与されていないと判断した結果として、そのトランシーバ自体の内部で発生してもよいし、ＣＯトランシーバからの電源切断命令に応答するものであってもよい。

さしあたって最初の２つの場合について考えると、ＣＰＥトランシーバは、ＣＯトランシーバに“休眠モード開始”信号を送信する（ステップ８２）ことによって上記命令に応答する。ＣＯトランシーバは、ＣＰＥトランシーバに“休眠モード確認”信号を送信する（ステップ８４）ことによって応答する。さらに、ＣＯトランシーバは、休眠モード中にＣＰＥトランシーバに対してＣＯトランシーバとの同期を維持可能にするパイロットトーンを送信する（ステップ８６）。具体的には、図１に示すように、パイロットトーンは、回線調節器５０から、ＣＯトランシーバのマスタクロック３０と同期してローカルクロック６４を作動させるＰＬＬ６２に対して付与される。クロック６４は、ＣＯトランシーバのフレームカウンタ３６と同期してフレームカウンタ６６も作動させる。

さらに、ＣＯトランシーバは、受信部の状態メモリ３８にその状態を記憶させる（ステップ８８）。その状態は、少なくとも周波数領域等化器係数および時間領域等化器係数（ＦＤＱ；ＴＤＱ）と、受信部のエコーキャンセラ係数（ＥＣＣ）と、送信部の利得を含んでいることが好ましい。また、ＣＯトランシーバは、フレーム数とスーパーフレーム数を記憶しておいて（ステップ９０）遠隔のＣＰＥトランシーバとの同期を確保する。この際、ＣＯトランシーバはそれ自体の電力を低減させてもよい（ステップ９２）。特に、送信部および受信部のディジタル変調／復調部への電力を低減もしくは遮断してもよい。これにより、大幅な電力削減が可能になる。勿論、少なくともＣＰＥトランシーバに対してパイロットトーンやその他の制御信号を送信するアナログドライバ回路の部分に対する電力は維持されることになる。

ＣＯトランシーバからの確認応答に応え、ＣＰＥトランシーバは、トランシーバの様々な部品に対して小電力が印加されるか電力が全く印加されない休眠モードを開始する（ステップ９４）。特に、ＣＰＥトランシーバは、状態メモリ３８内に、好ましくは少なくとも周波数領域等化器係数および時間領域等化器係数（ＦＤＱ；ＴＤＱ）と、受信部のエコーキャンセラ係数（ＥＣＣ）と、送信部の利得と、フェーズロックループ６２の位相ずれおよび周波数ずれを含むそれ自身の状態を記憶させる（ステップ９６）。その後、ＣＰＥトランシーバは、ディジタル変調／復調回路とアナログ回線ドライバを含む送信部の電源を落とす（ステップ９８）。

休眠モード状態の間、ＣＯトランシーバは、データ加入者回線を監視し続けて（ステップ１００）、ＣＰＥトランシーバからの“覚醒”信号を待つ（ステップ１０４）。ＣＰＥトランシーバは、この信号を、そのコントローラがそれ自身が導入されているコンピュータ等の外部ソースあるいは他のソースから“覚醒”命令を受け取ったとき、あるいはそのコントローラが入力バッファ１８内にデータが存在することを検出したときに送信する（ステップ１０２）。ＣＰＥトランシーバは、そこですぐに、その回路に対する全電力を回復する（ステップ１０６）。また、ＣＰＥトランシーバは、状態メモリ３８から記憶されていた状態を取り出す（ステップ１０８）。その後、ＣＰＥトランシーバは、必須のパラメータ（等化器係数、エコーキャンセラ係数、利得、フェーズロックループの位相ずれと周波数ずれ等）を設定するのに以前は必要であった初期設定を繰り返す必要がないので、直ちに送信を開始することができる。勿論、この時点より前に、ＣＰＥトランシーバからの“覚醒”信号に応答して、ＣＯトランシーバがその電力を回復し（ステップ１１０）、その状態を回復する（ステップ１１２）とともに、受信可能な状態になる（ステップ１１４）。

通信を再開すると、ユーザデータの送信を開始する前に数フレームのテスト（公知）データを送信する（ステップ１１６）ことが望ましい場合がある。これにより、システムは、システムの状態が初期設定の更新を必要とするほど大きくは変化していないかどうかを検査することができる。テストが満足の行くものであれば（ステップ１１８）、ユーザデータの送信が発生する（ステップ１２０）。そうでなければ、ユーザデータの送信を行う前に、再初期化を行う必要がある（ステップ１２２）。

先に述べたように、あるいは、トランシーバ１０は、ＣＯトランシーバにより覚醒されてもよい。このことは、後者からＣＰＥ受信機に送信されたトーン１２０（図３）により実現されることが好ましい。そのトーンに応答して、ＣＰＥ受信機が図２の１００〜１１０に示す一連のステップを実行する。

図１は本発明にかかるマルチキャリア伝送方式のブロック線図である。 図２は本発明の動作のフロー図である。

Claims (4)

1. 休眠モード機能を有するマルチキャリアトランシーバであって、
   休眠モード命令に応答して、上記トランシーバが動作中である通信路に特有の選ばれた状態パラメータを記憶するとともにトランシーバ回路の選ばれた部分に対する電力を低減する手段と、
   覚醒命令に応答して、上記トランシーバの状態を上記休眠モードから回復するとともに上記トランシーバに対する電力を回復する手段を備え、
   上記トランシーバを再初期化することなく通信の回復を容易にするマルチキャリアトランシーバ。
2. 上記状態パラメータは周波数領域等化器係数、時間領域等化器係数、エコーキャンセラ係数、フェーズロックループの周波数ずれ、フェーズロックループの位相ずれおよび伝送路利得からなる群から選ばれた１つ以上のパラメータである請求項１記載のマルチキャリアトランシーバ。
3. 少なくとも上記トランシーバの休眠モード期間中にタイミング基準を決める信号を別のトランシーバから受信する手段を備えている請求項１記載のマルチキャリアトランシーバ。
4. 上記信号はパイロットトーンから構成されている請求項１記載のマルチキャリアトランシーバ。

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