JP2010141931A - 多重キャリア通信におけるキャリア間でのビット割当て - Google Patents

Abstract

【課題】マルチキャリア通信で用いられ得る技術を提供すること。
【解決手段】マルチキャリア通信で用いられ得る技術が提供され、信号チャネルエラーから生じるエラーで受信されるエラー訂正符号記号（１０２、１０４・・・）の数を減らすことによる記号配向エラー訂正方法を用いてエラー訂正の効率を向上させる。さらに詳細には、本技術では、記号からのビットは、各伝送期間の間に１つより多いそれぞれの各記号に属するビットを割り当てられるそれぞれの各チャネルの数を最小にするようにチャネル間に割り当てられる。
【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、「Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ａｌｌｏｃａｔｉｎｇ Ｂｉｔｓ Ａｍｏｎｇ Ｃａｒｒｉｅｒｓ Ｉｎ Ａ Ｍｕｌｔｉｃａｒｒｉｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ」と題された、１９９８年１１月２５日に出願された同時係属中の米国仮特許出願第６０／１０９，８７６号の優先権を主張する。前記仮出願の開示全体が本明細書中で参考として援用される。

（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は通信システムに関し、さらに詳細には、記号配向エラー訂正が用いられるマルチキャリア伝送技術を用いる情報の伝送に関する。

（関連する従来技術の簡単な説明）
公衆スイッチ電話ネットワーク（ＰＳＴＮ）は、多くの個人およびビジネスのための電子通信のもっとも広い利用可能なフォームを提供する。それが利用可能状態にあることおよび別の設備を提供する場合の相当なコストのため、相当な量のデータを高速で伝送するための要求の拡がりへの適応が大いに求められている。音声通信に結果として狭帯域幅条件を提供するように元来構築されているので、ＰＳＴＮはサービス要求を満たすようにデジタルシステムに依存することが多くなっている。

高速デジタル伝送をインプリメントする能力についての主な制限要因は、電話局（ＣＯ）と電話加入者（ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ）の敷地の間の電話加入者ループである。このループはよく低周波数音声通信の搬送に適する一対の撚線を含む。この音声通信には、０〜４ｋＨＺの帯域幅がよく適合してるが、通信の新技術を採用せずには広帯域通信（すなわち、数百キロヘルツ以上のオーダーの帯域幅）にすぐに適応しない。

この問題へのアプローチの１つは、離散マルチトーンデジタル電話加入者回線（ＤＭＴ ＤＳＬ）技術の開発である。電話局と電話加入者敷地との間のローカル電話加入者ループにわたる通信へのアプローチにおいて、伝送されるデータは多重離散周波数キャリアに変調される。その多重離散周波数キャリアは総計され、次いで加入者ループを介して伝送される。キャリアにより、周波数において比較的小さな差で互いに分離されるサブチャネルが効率的且つ、個別に形成される。しかし、それらの集合が集約され、効率的な広帯域通信チャネルが形成される。受信端で、キャリアは復調され、データが復元される。

そのような技術を用いる通信は、データおよび制御情報の「フレーム」を介している。現在、用いられる非対称デジタル電話加入者回線（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ ｌｉｎｅ）（ＡＤＳＬ）通信のフォームで、６８個のデータフォームフレームおよび１個の同期フレームが伝送を通じて繰り返される「スーパーフレーム」を形成する。データフレームは伝送されるべきデータを搬送する。すなわち、既知のビットシーケンスを提供する。既知のビットシーケンスは、同期化または「シンク（ｓｙｎｃ）」フレームが伝送および受信モデムを同期化するために使用され、とりわけ信号対雑音比（「ＳＮＲ」）のような伝送サブチャネル特性の決定もまた容易にする。

スーパーフレームの持続時間は、１７ミリ秒である。フレームの持続時間は、効率的に２５０マイクロ秒（または、逆数にして、フレームレートはほぼ４ｋＨｚである）であり、バイトの集合からなる。

各フレームおよびスーパーフレームに含まれるビットは、サブチャネルを介して伝送される。各データ記号またはデータブロック伝送期間に各サブチャネルに運ばれるビットの数（すなわち、「ビットローディング」）は、サブチャネルに基準信号を伝送し、これに基いてサブチャネルの特性（典型的には信号対雑音比）を測定することにより決められる。ビットローディングは特定のチャネルの信号対雑音比に依存して、あるサブチャネルから別のサブチャネルへ変動し得る。ローディング情報は、一般的に電話加入者回線の受信端で（例えば、電話局から電話加入者への伝送の場合、電話加入者敷地で）計算され、他の端に通信される。ローディング情報は、チャネルの通信を規定する少なくとも１つの「ビットローディング表」のフォームで、両端に格納される。

特定のサブキャリアに符号化され得る情報の最大量は、そのサブキャリアに関する通信チャネルの信号対雑音比の関数である。１つのキャリアに符号化され得る情報の最大量が別のキャリアに符号化され得る情報の最大量と異なり得るように、通信チャネルの信号対雑音比は周波数に応じて変わり得る。

ビットローディングアルゴリズムは、キャリアそれぞれに符号化されるべき情報量を（ビットで）示す少なくとも１つのビット割り当て表を提供する。すなわちＪキャリアのマルチキャリア通信システムで、ビット割り当て表Ｂ［ｊ］はｊ＝１〜Ｊのそれぞれに対して、Ｊキャリアそれぞれに符号化されるべき情報量を示す。

チャネル特性に一致させるために、伝送を決定（shaping）することが知られている。例えば、「ウォーターポーリング（ｗａｔｅｒ ｐｏｕｒｉｎｇ）」として公知である技術が、１９６８年、Ｇａｌｌａｇｅｒにより（「Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｒｅｌｉａｂｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ」，３８９頁）、および、１９６５年、Ｗｏｚｅｎｃｒａｆｔにより（「Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」ｐｐ．２８５〜３５７）で紹介された。ウォーターポーリングは、チャネル周波数レスポンス曲線（周波数の関数としての信号対雑音比のプロット）による伝送信号のエネルギー分布に関する。その周波数レスポンス曲線を反転し、利用可能な信号エネルギー（「水（ｗａｔｅｒ）」）を反転曲線に「注ぐ（ｐｏｕｒｉｎｇ）」と、より大きなエネルギーが信号対雑音比が最大値であるチャネルの部分に分配される。伝送帯域が多くのサブチャネルに分配されるマルチキャリアシステムにおいて、所与の「ウォーターポーリング」エネルギーおよび所望のエラーレートを保持が出来るように多くのビットを各サブチャネルに置くことによりスループットが最大化され得る。

マルチキャリア信号のキャリアの間でビットを割り当てする他の技術は、公知である。例えば、Ｈｕｇｈｅｓ−Ｈａｒｔｏｇｓに付与された米国特許第４，７３１，８１６号は、最大レートに達成するまで一度に１ビットが各サブキャリアに増加的に付加されるビットローディングスキームを開示する。付加されるビットを保持する付加パワーの最小値を要求するサブキャリアが始めに選択される。

別の例が、Ｃｈｏｗらに付与された米国特許第５，４７９，４７７号で開示される。さらに詳細には、Ｃｈｏｗらはスループットの最大化または特定のターゲットデータレートのマージンの最大化のどちらでも可能であるビットローディングスキームを開示する。Ｈｕｇｈｅｓ−Ｈａｒｔｏｇｓらと違って、Ｃｈｏｗらは（一度において１ビットよりむしろ）一度に１キャリアのビットローディング表を決定する。Ｃｈｏｗらによると、全てのキャリアは、測定される信号対雑音比に応じてオーダーを減少するように分類される。選択される最初のサブチャネルは、ほとんどのビットを伝送することが可能である。データレートを最大にするＣｈｏｗらのスキームを用いて、Ｈｕｇｈｅｓ−Ｈａｒｔｏｇｓアルゴリズムによって提供されるビットローディング表と同様のビットローディング表を提供する。

別の従来の技術が、Ｃｉｏｆｆｉらに付与された米国特許第５，５９６，６０４号で開示される。関連部分では、Ｃｉｏｆｆｉらは、通信システムで雑音関連エラーの問題に取り組むために、前方エラー訂正コーディング（ＦＥＣＣ）およびインターリービング技術がインプリメントされ得ることを開示する。これらの技術によって、伝送される入力データブロックがパリティデータで増加され、符号語を構成し、ブロック中のエラーが検出され、訂正されることを可能にする。それぞれの符号語でのエラーバーストの影響を減少するように、符号語は伝送でインターリーブされ得る。

Ｃｉｏｆｆｉらは、効率的なエラー訂正および雑音への免疫（ｉｍｍｕｎｉｔｙ）と短い伝送遅れを要求する高い信頼性との間にトレードオフがあり得ると教示する。すなわち、Ｃｉｏｆｆｉらは、インターリービングに影響を与える期間の増加により、インパルス雑音に対してのより大きな免疫を示されるようにシステムは作成され得るが、これにより大きな伝送遅延の代償が生じ得る。このトレードオフ状況を向上しようとするため、Ｃｉｏｆｆｉらは、ＦＥＣＣコーディングおよび符号語インターリービングを異なるチャネルからの入力信号に別々に適用し、異なる信頼性および異なるコーディング遅延を有する符号化データ信号を生成することを提案する。比較的遅延が少ない符号化データ信号のビットが、比較的大きな減衰および／またはチャネル雑音を受けやすいキャリアに割り当てられる。これは、高い信頼性と短い伝送遅延の間の個別に選択された妥協がそれぞれ選択されるのに応じて各信号が伝送され得ることを意味する。

マルチキャリア通信で、このように記号に基くＦＥＣＣコーディング技術（例えば、Ｒｅｅｄ Ｓｏｌｍｏｏｎ ｃｏｄｉｎｇ）を利用することは公知である。それにより、受信機が、受信したＦＥＣＣ記号でエラーを検出し、訂正できる。しかし、用いられるエラー訂正コーディング方法のタイプおよびビットローディングが実行される方法次第で、マルチキャリア通信で特定の問題が生じ得る。例えば、従来技術に応じて、ビットローディングが実行され、ビットがシリアル入力ビットストリームから、昇順またはチャネルの大きさ順（ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ ｓｉｚｅ）で、所与の伝送期間の所与のチャネルに割り当てられるビットが１つ以上のＦＥＣＣ記号に含まれるかどうかに関係なく、チャネルまたはサブチャネル（以後、まとめてまたは単一で「チャネル」ど呼ぶ）にロードされる。すぐに理解できるように、これらのタイプのビットローディングスキームが与えられると、通常、複数ＦＥＣＣ記号からのビットは、所与の伝送期間に単一のチャネルに割り当てられる。上記のように、ＦＥＣＣ符号はシリアル入力ビットストリームをＦＥＣＣ記号の集合である符号語にマッピングする。ＦＥＣＣ記号は有限数のビット（例えば、１ビット）からなる。符号語はまた、ＦＥＣＣパリティ記号を含む。ＦＥＣＣパリティ記号は、受信機にエラー訂正能力を提供するようにビットストリームに付加されるオーバーヘッド記号である。ＦＥＣＣ符号語は、受信機が誤って受信される所定数のＦＥＣＣ記号を訂正できるように構築される。所与のＦＥＣＣ符号により訂正され得る多くの記号の数は、符号の「訂正能力（ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）」として公知である。

記号配向コーディングおよびビットローディングが用いられる場合、単一チャネルのエラーによりエラーが複数のＦＥＣＣ記号に導入され得る。不幸なことに、これはＦＥＣＣ符号のパワーを弱める。というのも符号は誤って受信したＦＥＣＣ記号の固定した最大数を訂正し得るだけであり、無駄に複数の記号エラーを生成する単一チャネルエラーはＦＥＣＣ符号の訂正能力を使い切ってしまうのからである。単一チャネルエラーから生じるエラーで受信されるＦＥＣＣ記号の数を減らし、それによってマルチキャリア通信で記号配向エラー訂正方法を用いてエラー訂正の効率を高めることが望ましい。

（発明の要旨）
したがって、本発明は、各々のチャネルエラーから生じる記号エラー（例えば、ＦＥＣＣ記号エラー）の数を減らすことにより、記号配向エラー訂正方法を用いるエラー訂正効率を向上するためのマルチキャアリア通信で用いられ得る技術を提供する。さらに詳細には、本発明の技術において、記号からのビットは、各々の伝送期間の間に１つ以上の各記号に属するビットに割り当てられる各々のチャネルの数を最小にするようにチャネル間に割り当てられる。当業者が理解するように、通信で用いられるエラー訂正符号方法が記号配向である場合、単一チャネルエラーにより、エラーとして受信される記号が減る場合には訂正可能なエラーの可能性は増える。したがって、本発明では各伝送期間に１つ以上の各記号から各ビットに割り当てられるチャネルの数が最小になるので、従来技術と比較すると、その伝送期間に所与のチャネルのエラーにより１つ以上の記号にエラーが生じる可能性が減少する。このように、本発明によると、従来技術と比較してチャネルエラーが訂正可能である可能性がより大きくなる。利点として、これにより本発明によるマルチキャリア通信がエラー訂正およびデータ通信効率を従来技術と比較して向上させることを示すことができる。

マルチキャリアデータ変調方法で有利であるように用いらる本発明の１実施形態において、複数のキャリア信号が提供され、シリアル入力データストリームのデータビット信号を変調する際に用いられる。データビット信号は、ＦＥＣＣ記号にマッピングされる。各記号は有限数のビット信号を含む。各ＦＥＣＣ記号はそれぞれ１バイトのサイズであり得る。各キャリア信号は各伝送チャネルに関連する。ビット信号は、キャリア信号を用いる変調のためにキャリア信号間に割り当てられる。キャリア信号間へのビット信号割り当てが、各伝送期間（例えば、ビットローディング期間）に１つ以上の各記号に属するビット信号に割り当てられる各キャリア信号の数を最小にするように実行される。次いで、キャリア信号を用いてビット信号は変調される。

この実施形態において、各キャリア信号に割り当てられる各ビット信号は単一の各記号に含まれ得る。キャリア信号の間へのビット信号の割り当ては、ビット伝送エラーの所望の最大確率を超えずに各チャネルを介して伝送され得るビット信号の各最大値の決定および各最大値に基く各チャネルを介して伝送される各ビット信号の実際の数（ａｃｔｕａｌ ｎｕｍｂｅｒ）の決定の両方を含む。その結果は、１つ以上の各記号に属するビット信号に割り当てられる各チャネルの数を最小にするようにするか、またはそれぞれの各チャネルが各伝送期間に単一の各記号に属す各ビットを伝送するのみである。

あるいは、前述したことに関係して、キャリア信号間へのビット信号の割り当ては、ビット伝送エラーの所望の最大確率を超えずに各チャネルを介して伝送され得るビット信号の各最大数を決定することを含み得る。それぞれの最大数のビット信号は、キャリア信号割り当てシーケンスオーダーに応じてキャリア信号に割り当てられ得る。シーケンスオーダーは、１つ以上の各記号に属するビット信号に割り当てられ得る各キャリア信号の数が最小になるように、またはそれぞれの各チャネルが各伝送期間に単一の各記号に属する各ビットを伝送するのみであるように存在し得る。

さらにあるいは、前述したことに関係して、キャリア信号間へのビット信号の割り当ては少なくとも１つのチャネルの伝送利得を調整し、それによりビット伝送エラーの所望の最大可能性を超えずに少なくとも１つのチャネルを介して、伝送され得るビット信号の最大数をビット信号の異なる数に変えること、およびその異なる数に応じて少なくとも１つのチャネルに関連するキャリア信号にビット信号の実際の数を割り当てることを含む。

本発明の前記および他の特徴および利点は、以下の詳細な説明に進み、図面を参考にすれば明らかになる。

以下の詳細な説明は特定の実施形態および使用方法を参照にして進行するが、本発明がこれらの実施形態および使用方法に限定することを意図しないことを理解すべきである。むしろ、当業者に理解されるように、それらの多くの代替、改変、および変形が、本発明から逸脱することなく可能である。したがって、本発明は、添付された請求項の精神および広い範囲以内であるような全ての代替例、改変例、および変形を含んでいると広く見なされることが意図される。
（項目１） 多重キャリアデータを変調する方法であって、
シリアル入力データストリーム（１００）のデータビット信号を変調する際に使用するために複数のキャリア信号を提供する工程であって、該データビット信号が該キャリア信号上で変調される以前に該データビット信号の所定数は、複数のエラー訂正の記号（１０２、１０４．．．）各々１つにマッピングされ、少なくとも１つのキャリア信号上で変調され得るデータビット信号の数は、各々のエラー訂正記号にマッピングされた該所定数のデータビット信号よりも少なく、該キャリア信号の各々はそれぞれの送信チャネルと関連付けられる、工程と、
該データビット信号の該エラー訂正記号への該マッピングに基づき、該データビット信号を該キャリア信号間で割当て、該キャリア信号を用いて変調する工程であって、該ビット信号の該キャリア信号間での該割当ては、送信期間の間、異なるエラー訂正記号に属するデータビット信号を変調するキャリア信号の数を最小化するように行なわれる、工程と、
を包含する、方法。
（項目２） 各エラー訂正記号が、前方エラー訂正コーディング記号である、項目１に記載の方法。
（項目３） 各エラー訂正記号が１バイトのサイズを有する、項目１に記載の方法。
（項目４） 上記送信期間の間、各キャリア信号に対して、該キャリア信号に割り当てられた上記データビット信号の全てが、１つのエラー訂正記号にマッピングされる、項目１に記載の方法。
（項目５） 上記キャリア信号間でデータビット信号を割り当てる工程が、ビット送信エラーの所望の最大確率を超過せずに、上記チャネルを介して送信され得るデータビット信号の最大数を決定する工程と、該データビット信号を、キャリア信号の割当てシーケンスオーダに従って該キャリア信号に割り当てる工程であって、該オーダは、異なるエラー訂正に属するデータビット信号を変調するキャリア信号の数が、最小となるオーダである、工程と、を包含する、項目１に記載の方法。
（項目６） 上記キャリア信号間でデータビット信号を割り当てる工程が、ビット送信エラーの所望の最大確率を超過せずに、少なくとも１つのチャネルを介して送信され得るデータビット信号の最大数を異なるデータビット信号数に変えるように、該少なくとも１つのチャネルの送信の利得を調整する工程と、データビット信号の実際の数を、該異なるデータビット信号数に従って、該少なくとも１つのチャネルに関連付けられた該キャリア信号に割り当てる工程とを包含する、項目１に記載の方法。
（項目７） 上記キャリア信号間でデータビット信号を割り当てる工程がまた、ビット送信エラーの所望の上記最大確率を超過せずに、少なくとも１つのチャネルを介して送信され得るビット信号の最大数を異なるデータビット信号数に変えるように、該少なくとも１つのチャネルの送信利得を調整する工程と、ビット信号の実際の数を、該異なるデータビット信号数に従って、該少なくとも１つのチャネルに関連付けられた該キャリア信号に割り当てる工程とを包含する、項目５に記載の方法。
（項目８） コンピュータ実行可能プログラム命令を備えるコンピュータ読み出し可能メモリ（５２）であって、該命令が実行されると、
シリアル入力データストリーム（１００）のデータビット信号を変調する際に使用するために複数のキャリア信号を提供する工程であって、該データビット信号が該キャリア信号上で変調される以前に該データビット信号の所定数は、複数のエラー訂正の記号（１０２、１０４．．．）各々１つにマッピングされ、少なくとも１つのキャリア信号上で変調され得るデータビット信号の数は、各々のエラー訂正記号にマッピングされた該所定数のデータビット信号よりも少なく、該キャリア信号の各々はそれぞれの送信チャネルと関連付けられる、工程が行われ、
該データビット信号の該エラー訂正記号への該マッピングに基づき、該データビット信号を該キャリア信号間で割当て、該キャリア信号を用いて変調する工程であって、該ビット信号の該キャリア信号間での該割当ては、送信期間の間、異なるエラー訂正記号に属するデータビット信号を変調するキャリア信号の数を最小化するように行なわれる、工程が行われる、
メモリ。
（項目９） 各エラー訂正記号が、前方エラー訂正コーディング記号である、項目８に記載のメモリ。
（項目１０） 各エラー訂正記号が１バイトのサイズを有する、項目８に記載のメモリ。
（項目１１） 上記送信期間の間、各キャリア信号に対して、該キャリア信号に割り当てられた上記データビット信号の全てが、１つのエラー訂正記号にマッピングされる、項目８に記載のメモリ。
（項目１２） 上記キャリア信号間で上記データビット信号を割り当てる工程が、ビット送信エラーの所望の最大確率を超過せずにチャネルを介して送信され得るビット信号の最大数を決定する工程と、該データビット信号の最大数を、キャリア信号の割当てシーケンスオーダに従って該キャリア信号に割り当てる工程であって、該オーダは、上記送信期間の間、１より多いエラー訂正記号に属するデータビット信号を割り当てられたキャリア信号の数が、最小となるオーダである、工程と、を包含する、項目８に記載のメモリ。
（項目１３） 上記キャリア信号間で上記データビット信号を割り当てる工程が、ビット送信エラーの所望の最大確率を超過せずに、少なくとも１つのチャネルを介して送信され得るデータビット信号の最大数を異なるデータビット信号数に変えるように、該少なくとも１つのチャネルの送信の利得を調整する工程と、該データビット信号の実際の数を、上記異なるデータビット信号数に従って、該少なくとも１つのチャネルに関連付けられた該キャリア信号に割り当てる工程とを包含する、項目８または項目１２に記載のメモリ。
（項目１４） 多重キャリアデータを変調するシステム（１）であって、
シリアル入力データストリーム（１００）のデータビット信号を変調する際に使用するために複数のキャリア信号を発生させる信号発生器（３４）であって、該データビット信号が該キャリア信号上で変調される以前に該データビット信号の所定数は、複数のエラー訂正の記号（１０２、１０４．．．）各々１つにマッピングされ、少なくとも１つのキャリア信号上で変調され得る該データビット信号の数は、各々のエラー訂正記号にマッピングされた該所定数の該データビット信号よりも少なく、該キャリア信号の各々はそれぞれの送信チャネルと関連付けられる、信号発生器（３４）と、
該データビット信号の該エラー訂正記号への該マッピングに基づき、該データビット信号を該キャリア信号間で割当て、該キャリア信号を用いて変調する割り当て機構であって、該データビット信号の該キャリア信号間での該割当て機構は、送信期間の間、異なるエラー訂正記号に属するデータビット信号を変調する該キャリア信号の数を最小化するように行なわれる、機構と、
を備える、多重キャリアデータ変調システム（１）。
（項目１５） 各エラー訂正記号が、前方エラー訂正コーディング記号である、項目１４に記載のシステム。
（項目１６） 各エラー訂正記号が１バイトのサイズを有する、項目１５に記載のシステム。
（項目１７） 上記送信期間の間、各キャリア信号に対して、該キャリア信号に割り当てられた上記データビット信号の全てが、１つのエラー訂正記号にマッピングされる、項目１４に記載のシステム。
（項目１８） 上記機構が、ビット送信エラーの所望の最大確率を超過せずに、上記チャネルを介して送信され得るデータビット信号の最大数を決定し、該データビット信号の最大数を、キャリア信号の割当てシーケンスオーダに従って該キャリア信号に割り当て、該オーダは、上記送信期間の間、異なるエラー訂正記号に属するデータビット信号に割り当てられたキャリア信号の数が最小化されるオーダである、項目１４に記載のシステム。
（項目１９） 上記システムはまた、ビット送信エラーの所望の最大確率を超過せずに、少なくとも１つのチャネルを介して送信され得るデータビット信号の最大数を異なるデータビット信号数に変えるように、該少なくとも１つのチャネルの送信の利得を調整し、上記機構がデータビット信号の実際の数を、該異なるデータビット信号数に従って、該少なくとも１つのチャネルに関連付けられた該キャリア信号に割り当てる、項目１４または項目１８に記載のシステム。
（項目２０） 多重キャリアデータを変調する方法であって、
シリアル入力データストリーム（１００）のデータビット信号を変調する際に使用するために複数のキャリア信号を提供する工程であって、該データビット信号が該キャリア信号上で変調される以前に該データビット信号の所定数は、複数のエラー訂正の記号（１０２、１０４．．．）各々１つにマッピングされ、少なくとも１つのキャリア信号上で変調され得るデータビット信号の数は、各々のエラー訂正記号にマッピングされた該所定数のデータビット信号よりも少なく、該キャリア信号の各々はそれぞれの送信チャネルと関連付けられる、工程と、
該データビット信号を該キャリア信号間で割当て、該キャリア信号を用いて変調する工程であって、該データビット信号を該キャリア信号間での該割当てが、該データビット信号の該エラー訂正記号への該マッピングに基づき、送信期間の間、データビット信号を変調するキャリア信号の数が異なるエラー訂正記号に属する工程と、
を包含する、方法。
（項目２１） 上記データビット信号の割当て工程がまた、少なくとも１つのチャネルの信号対雑音マージンの調整に基づく、項目２０に記載の方法。
（項目２２） 上記送信期間の間、上記調整は、上記少なくとも１つのチャネルが、唯一の単一エラー訂正記号からデータビット信号を割当てられることを可能にするように実行される、項目２１に記載の方法。
（項目２３） 上記キャリア信号間で、キャリア信号の割当てシーケンスオーダに従って、上記データビット信号が割当てられ、該オーダは、異なるエラー訂正記号に属する該データビット信号を変調するキャリア信号の数が、最小となるオーダである、項目２１に記載の方法。
（項目２４） 上記キャリア信号間で、キャリア信号の割当てシーケンスオーダに従って、上記データビット信号が割当てられ、該オーダは、異なるエラー訂正記号に属する該データビット信号を変調するキャリア信号の数が、最小となるオーダである、項目８に記載のメモリ。
（項目２５） 上記機構は、上記データビット信号を、キャリア信号の割当てシーケンスオーダに従って上記キャリア信号に割当て、該オーダは、異なるエラー訂正記号に属する該データビット信号を変調するキャリア信号の数が、最小となるオーダである、項目１４に記載のシステム。
（項目２６） 上記少なくとも１つのチャネルの実際の信号対雑音比は、およそ上記少なくとも１つのチャネルについての上記マージンおよび最小限必要な信号対雑音比の合計であり、上記送信期間の間、該少なくとも１つのチャネルを介して送信される上記データビット信号は、１より多いエラー訂正記号に属し、上記調整は、該少なくとも１つのチャネルにより送信され得る該データビット信号の数を減少させるように該マージンを増加させ、一方該少なくとも１つのチャネルを介してビット信号の送信に関するエラーレート確率を減少させる工程を含む、項目２１に記載の方法。
（項目２７） 複数のサブチャネルを有する送信チャネル上で、データビット信号を変調する方法であって、
複数の各エラー訂正記号へ入力データストリームの所定数のデータビット信号をマッピングする工程と、
データビット信号を変調する際に使用するために複数のサブチャネルを提供する工程であって、該サブチャネルのうち少なくとも１つは、各々のエラー訂正記号にマッピングされた該所定数のデータビット信号より少ないデータビット信号を変調するために使用される、工程と、
該サブチャネルを、該サブチャネルが変調し得るデータビット信号の数に基づいて、１つ以上のサブチャネルからなる群に配置する工程であって、各群のサブチャネルは、各エラー訂正記号にマッピングされた該所定数のデータビット信号を変調することを可能にする、工程と、
該サブチャネル群間で、異なるエラー訂正記号にマッピングされたデータビット信号が、同じサブチャネル上で変調されないように、該データビット信号を割当てる工程であって、それにより、送信期間の間で、任意の所与のサブチャネル上で発生するエラーにより影響されるエラー訂正記号の数を最小化する、工程と、
を包含する、方法。
（項目２８） 上記エラー訂正記号の上記データビット信号を、サブチャネルに割当てるサブチャネルオーダを決定する工程をさらに包含する、項目２７に記載の方法。
（項目２９） 所与のサブチャネルにより実行され得るデータビット信号の数を調整する工程をさらに包含する、項目２８に記載の方法。
（項目３０） 上記データビット信号数を調整する工程が、上記所与のサブチャネルについて上記送信利得を調整する工程を包含する、項目２９に記載の方法。
（項目３１） 上記データビット信号数を調整する工程が、上記所与のサブチャネルについて、上記信号対雑音比を調整する工程を包含する、項目２９に記載の方法。
（項目３２） 上記オーダが、上記エラー訂正記号の上記ビットサイズおよび各サブチャネルが実行可能な上記データビット信号の数に基づく、項目２８に記載の方法。
（項目３３） 所与のサブチャネルにより実行され得るデータビット信号の数を調整する工程をさらに包含する、項目２７に記載の方法。
（項目３４） 上記データビット信号数を調整する工程が、上記所与のサブチャネルについての上記送信利得を調整する工程を包含する、項目３３に記載の方法。
（項目３５） 上記データビット信号数を調整する工程が、上記所与のサブチャネルについて、上記信号対雑音比を調整する工程を包含する、項目３３に記載の方法。
（項目３６） 上記割当て工程が多重キャリアトランシーバの初期化中に発生する、項目２７に記載の方法。

図１は、本発明が有利に用いられ得るＤＳＬシステムの模式図である。 図２は、図１のシステムのトランシーバのメモリに格納され得るビット割り当て表の一部である。 図３は、図１のシステムのトランシーバのメモリに格納され得る別のビット割り当て表の一部である。 図４は、シリアル入力データビットストリームの記号表現である。そのビット信号は複数のＦＥＣＣ記号にマッピングされ得、その記号表現は本発明の実施形態の特徴を説明するために用いられる。 図５は、別のシリアル入力データビットストリームの記号表現である。そのビット信号は複数のＦＥＣＣ記号にマッピングされ得、その記号表現は本発明の実施形態の特徴を説明するために用いられる。

（例示される実施形態の詳細な説明）
図１は本発明が有利に用いられ得るＤＳＬ通信システムを示す。図１に示されるように、電話局（「ＣＯ」）１０が、電話加入者回線またはループ１４によって遠隔電話加入者１２（「ＣＰ：顧客敷地（Ｃｕｓｔｏｍｅｒ Ｐｒｅｍｉｓｅｓ）」）に接続される。典型的には、電話加入者回線１４は、銅線対の撚りを含む；これは電話加入者または顧客と電話局との間の音声通信を行うための従来の媒体である。ほぼ４ｋＨｚ（キロヘルツ）の帯域幅で音声通信を行なうように設計されるので、その用途はＤＳＬ技術により大きく拡張される。

電話局は、デジタルデータを送信および受信するため、順にデジタルデータネットワーク（「ＤＤＮ」）１６に接続され、同様に、音声および他の低周波通信を送信および受信するため、公衆交換回路網（「ＰＳＴＮ」）１８に接続される。デジタルデータネットワークはデジタル電話加入者回線アクセスマルチプレクサ（「ＤＳＬＡＭ」）２０を通じて電話局に接続され、一方で公衆交換回路網がローカルスイッチバンク２２を通じて中央局に接続される。ＤＳＬＡＭ２０（または、スイッチ回線カード（ｓｗｉｔｃｈ ｌｉｎｅ ｃａｒｄ）をイネーブルにするデータのような等価なもの）がＡＤＳＬトランシーバユニット中央局（ｕｎｉｔ−ｃｅｎｔｒａｌ ｏｆｆｉｃｅ）（「ＡＴＵ−Ｃ」）２６を通じてＰＯＴＳ「スプリッタ」２４に接続される。ローカルスイッチ２０はまた、スプリッタに接続する。

スプリッタ２４は、回線１４から受信されたデータおよび音声（「ＰＯＴＳ」）信号を分離する。回線１４の電話加入者端で、スプリッタ３０は同じ機能を実行する。特に、スプリッタ３０は、回線１４から送受機３１、３２のような適切なデバイスにＰＯＴＳ信号を通過させ、デジタルデータ信号をＡＤＳＬトランシーバユニット電話加入者（ｕｎｉｔ−ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ）（「ＡＴＵ−Ｒ」）３４に通過させ、パーソナルコンピュータ（「ＰＣ」）３６等のようなデータ利用デバイスに適用する。トランシーバ３４は、ＰＣそれ自身でカードとして有利に組み込まれ得、同様にトランシーバ２６は、一般にマルチプレクサ２０でカード回線（ｃａｒｄ ｌｉｎｅ）として組み込まれる。

このアプローチでは、通信帯域幅全体が、帯域幅全体の各部分である多重チャネルに分けられる。各々のチャネルは各々のキャリア信号に関連する。あるトランシーバから各々チャネルを介して他のトランシーバに伝送されるデータは、各々のチャンネルに関連する各々のキャリアを用いて、各々のチャネルに変調される。チャネルの信号対雑音（「ＳＮＲ」）の特性は異なるので、効率的にローディングされ得るデータの最大量はチャネル間で異なる。したがって、各「ビット割り当て表」４０、４２が、各データ伝送期間（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｉｍｅ ｐｅｒｉｏｄ）で、各チャネル上で各チャネルが接続されるトランシーバに伝送し得る各ビット最大数を規定するように各トランシーバで保存される。

ビット割り当て表４０、４２が、初期プロセスの間に作製される。この初期プロセスは、各トランシーバによる各チャネルでの試験信号の他のトランシーバへの伝送および各チャネルの信号対雑音比（ＳＮＲ）の測定を含むが。各トランシーバで受信される信号は測定され、所定のビット伝送エラーレート確率（ｂｉｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ）（例えば、伝送される１０⁷ビット当たり１ビットエラー）を超えることなくチャネルの伝送の際の測定されたＳＮＲで、特定の回線を介して各チャネルにおけるトランシーバから他のトランシーバに伝送され得るビット最大数が決定される。特定のトランシーバ（例えば、２６）により決定されるビット割り当て表（例えば、４０）はデジタル電話加入者回線１４を介して伝送され、本発明のこの実施形態に応じて他のトランシーバ（例えば、３４）による使用のために他のトランシーバ（例えば、３４）に伝送される。

トランシーバまたはモデム２６、３４のそれぞれが、各プロセッサ（図示せず）、リードオンリーおよびランダムアクセスメモリ（まとめて、それぞれ５０、５２という参照符号で呼ばれる）、ならびに送信機および受信機回路ブロック（図示せず）を含み、従来のバス回路（図示せず）を介して相互接続され、トランシーバ２６、３４が、本明細書中で説明される本発明に従って、ＤＳＬ通信処理および様々な他の処理を実行できるように動作可能であると理解すべきである。これらのモデム２６、３４のリードオンリーおよびランダムアクセスメモリ５０、５２はモデムプロセッサで実行可能なプログラム符号命令を格納し、プロセッサにより実行される場合、モデムにこれらの処理を実行させる。メモリ５０、５２はまた、それぞれビット割り当て表４０、４２を格納する。

図２を参照すると、顧客敷地設備で用いられるビット割り当て表４２の構築の一例がさらに詳細に示されてる。電話局で用いられる表４０は、構築および動作において本質的に表４２と同じであり、さらに説明はされない。カラム５０で、表４２がシステム１で利用可能な通信チャネルをチャネル数別にリストに記載する。全比率（ｆｕｌｌ−ｒａｔｅ）ＡＤＳＬシステムは、それぞれ帯域幅４．１ｋＨｚのそのようなサブチャネルを２５６個まで有する。例えば、本発明の１実施形態で、アップストリーム通信（すなわち、顧客敷地から中央電話局へ）がチャネルの第１の組においてなされ、一方ダウンストリーム通信（中央電話局から顧客敷地へ）がチャネルの第２の、異なる組においてなされる。複数のチャネルは、モデム２６、３４の間の情報伝達に用いられ得るアップストリームとダウンストリーム通信の間に保護周波数帯を形成する。しかし、単純な説明図を目的とするので、１２個のチャネルのみを図２の表４２の一部に示す。

この構成の代替例として、両方のトランシーバによる送信および受信に同様のチャネルを使用してもよい。例えば、上流および下流の通信の両方ともが、チャネル１〜３２を利用しデータを送信することができる。この代替例では、各通信方向について表４２内に詳細な例がある。

行５０中の各チャネル（「Ｃ」）について、フィールド５２は通信機関またはモデム対の送信器によりチャネル上で送信され得、その対の受信器により受信され得るビット（「Ｂ」）の最大値を規定し、チャネル上で有効な状態に合致する（例えば、測定された信号対雑音比（ＳＮＲ）、所望されるエラーレート確率、チャネルに割当てられた列５４の対応する利得Ｇ１、Ｇ２等）。表４２は、トランシーバ３４がトランシーバ２６へ「上流」を送信する際に用いられ得る各チャネルについて送信利得を用いるそれぞれの最大ビット割当てを特定し、トランシーバ３４がトランシーバ２６から送信を受信する際に用いられ得る各チャネルについて送信利得を用いる最大ビット割当ても特定する。トランシーバ２６は対応表４０を有し、この対応表４０は表４２の鏡像である。すなわち、トランシーバ３４による送信について特定された最大ビット割当ておよび利得は、トランシーバ２６による受信について、およびトランシーバ２６による受信に相当してトランシーバ３４による受信およびトランシーバ２６による送信について特定された最大ビット割当ておよび利得と同様のものである。

本発明のこの実施形態において、実際のビットローディングは、列７０、７２、７４および７６を含む表６２を用いて行われる。列７０および７２に対応する行は、シーケンスオーダ（列７０に記載）を特定し、シーケンスオーダで、システム１の通信チャネル（列７２に記載）が、リンク１４を介して送信されるべきシリアル入力データビットストリーム１００、２００からのビットとしてロードされる。列７４および７６に対応する行は、各ビット数（列７４に記載）を特定し、列７２中に記載の各チャネルおよび各チャネルを介して各データビットを送信する際に用いられる各送信利得（列７６に記載）にロードされる。つまり、トランシーバ２６、３４間の通信中、各トランシーバ２６、３４はそれぞれ、各連続入力ストリーム１００、２００に含まれるビットを他の送受信に送信する。データストリーム１００は、ＤＳＬＡＭ２０を介してＤＤＮ１６によりモデム２６に提供される。つまりデータストリーム２００はコンピュータ３６からモデム３４に提供される。これらの各連続データストリーム１００、２００は、非常に多くの連続データビット信号を含み、例えば、ストリーム１００の場合、各ＦＥＣＣ記号１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２等にマッピングされた連続データビット信号であり、ストリーム２００の場合、各ＦＥＣＣ記号２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２等にマッピングされた連続データビット信号である。各ＦＥＣＣ記号は同一サイズである（例えば、１バイト）。各データ送信期間で、連続ビットストリーム１００、２００の各ビットは、シーケンスオーダ中に、表６２に特定された各ビット数を用いて、各チャネルに割当ておよびロードされる。

例えば、少なくともチャネル１〜１２が、トランシーバ２６からトランシーバ３４へのデータ通信に割当てられたと仮定した場合、第１のデータ送信期間で、表６２の第１行で特定されるように、チャネル２はストリーム１００の第１の８ビットを割当てられ、チャネル９はストリーム１００の次の８ビットを割当てられる。その後、チャネル３はストリーム１００の次の７ビットを割当てられる等である。ストリーム２００からのビット信号は、同様の方法でトランシーバ３４からトランシーバ２６へのデータ送信用の、各チャネル（図示せず）に割当てられる（すなわち、列７０中に特定されたシーケンスオーダに従って、列７４中で特定された各ビット数である）。各トランシーバは、各チャネルに関連した各キャリア信号を有する各データビット信号を変調することにより、表６０、６２に割当てられるような各データビット信号をデータ送信用に割当てられた各チャネルを介して、各チャネルについて列７６中で特定される各利得で送信する。

前記したように、トランシーバ２６は、表６２の鏡像である表６０を有する。つまり、実際のビット割当て、（すなわち、列７０および７２の行中で特定されるような）チャネルビットローディングシーケンスオーダ、およびトランシーバ３４により送信のために特定されたチャネル利得は、トランシーバ２６による受信、対応してトランシーバ３４による受信、ならびにトランシーバ２６による送信で特定されるものと同様である。

表６２において、各チャネルに割当てられた送信利得は、表４２中の各チャネルへ特定された送信利得と同一である。また表６２において、システム１中で通信利用可能なチャネルは、表４２中のチャネルと同様であり、表６２中で各チャネルに割当てられた各ビット数は、表４２中の各チャネルに割当てられた各最大ビット数と等しい。表６２と表４２との間の重要な差は、列７０および７２で、列７０および７２は共に、データビットがチャネルにマッピングするオーダを特定する。トランシーバが表６２を生成し、列７０ならびに７２を再オーダリングするのと同様のアルゴリズムを使用する場合、表６２および表６２の再オーダリングした列（すなわち、列７０および７２）は、初期化中にトランシーバ間で通信されるか、または各トランシーバにより表４２から生成され得るかのいずれかである。

本発明の実施形態によると、表６２の列７０、７２中で特定されるチャネルビットローディングシーケンスオーダは、データストリーム１００、２００の１より多くのの各記号に属するビット信号を割当てられる各チャネルの数（また、従ってチャネルに関したキャリア信号）が最小化される。より詳細には、表６２において各データ送信期間で、各チャネルに割当てられた各ビット信号は、各単一記号のみに含まれる。

例えば、図４に描かれたストリーム１００のデータビットが、第１の送信期間中に、表６２の初期化に続いて送信され、次いで、表６２の実際のビットローディングスキームによると、各記号が８ビットのサイズを有するという例示的目的を仮定した場合、チャネル２はストリーム１００の第１の記号１０２の全てのビットを割当てられる。チャネル９はストリーム１００の第２の記号１０４の全てのビットを割当てられる。チャネル３はストリーム１００の第３の記号１０６の７ビットを割当てられ、ストリーム１００の記号１０６の残りのビットはチャネル７に割当てられる。表６２に特定されるビットローディングによると、各チャネルは、各データ送信期間中に各単一記号のみからビットを割当てられることを保証するように、チャネル６はストリーム１００の第４の記号１０８の６ビットを割当てられ、第４の記号１０８の残りの２ビットはチャネル５に割当てられる等である。

当然ながら当業者が理解し得るように、記号のサイズ、および表４２の列５２、５４中で特定される各チャネル利得において各チャネルを介して送信され得る最大ビット数に依存して、ビットおよび利得のこのような最大数を用いたチャネルビットローディングシーケンスオーダは存在せず、各チャネルが各データ送信期間中に各単一記号のみからビットを割当てられる。従って、各キャリアまたはチャネル送信利得Ｇ１、Ｇ２等および／またはＳＮＲマージン（すなわち、所与のチャネルの実際のＳＮＲが、所望のビットエラーレート確率で、チャネルに割当てられた複数のビットの送信に必要とされる最小ＳＮＲを超過する所定量）のうち１つ以上を調整する必要があり、結局、各チャネルが各データ送信期間中に各単一記号のみからビットを割当てられ得る様態で、各チャネル、または利得および／またはＳＮＲマージン（チャネル上で有効な状態の前述のタイプ、所望のエラーレート確率等と一致する）に関するチャネルを介して送信可能なビットの最大数を変化させる。この結果を達成するために、チャネル送信利得および／またはＳＮＲマージンが調整される量は、通信の初期化における「訓練」期間の一部として、トランシーバのメモリに取り出しかつ格納される情報に基づき、経験的に決定され得る。

例としては、ビット割り当て表４２において、２、９と番号を付けられたキャリアが、それらに対しそれぞれ８ビットが割り当てられるのではなく、代わりに７および９ビットがそれぞれ割り当てられる場合を考える。この場合、各データ伝送期間の間に各チャネルが単一の各記号のみからビットを割り当てられるようにチャネルのローディングを順序付けるのは不可能である。異なるチャネル（例えば、Ｇ２とＧ９が異なる）伝送利得が、これらの利得に対応するこれらのチャネルに割り当てられるビット数を変えるように用いられる場合、この問題は解決され得る。例えば、たいていの場合、付加的な伝送利得３ｄＢにより同じ所望のビットエラー比確率を有するチャネル上で付加的な１ビットの伝送が可能となる。したがって、Ｇ２がＧ２＋３ｄＢに増える場合、およびＧ９がＧ９−３ｄＢと減る場合、これらのチャネルのビットエラー比確率を変えずにチャネル２および９がそれぞれ８ビット（元の表４２にあるように）を搬送し得、それゆえ各チャネルが各データ伝送期間にそれぞれ単一の記号のみからビットに割り当てられるチャネルビットローディングシーケンスオーダの使用が可能になる。

あるいは、一定の利得調整および／またはＳＮＲマージン調整（例えば、約３．４ｄＢ）がチャネルに適用され得、その調整がなければ各伝送期間に各々１つより多く記号からビットに割り当てられる。理想的には必ずしも必要でないが、システム１が適応可能な工業（ｉｎｄｕｓｔｒｙ）ＤＳＬチャネル伝送利得および当業者に周知であるパワーマージン（ｐｏｗｅｒ ｍａｒｇｉｎ）規格に応じて維持するのを保証するような方法でチャネル伝送利得および／またはＳＮＲマージンが調整されるべきである。例えば、そのような規格は、ＩＴＵ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｇ．９９２．２およびＡＮＳＩ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔ．４１３に開示されており、これらの全体を本明細書中で参考として援用する。

当然のことながら、実際のビットローディング表６０，６２を決定する役目を果たすトランシーバのプロセッサは、１つ以上の記号からビットに割り当てられるチャネル数の最小化を最良に達成する上記の技術を任意に組合せて使用し得ることを認識すべきである。すなわち、通信の初期化の「試験」期間の間に、プロセッサは、チャネルビットローディングシーケンスオーダ、および／またはチャネル伝送利得および／またはＳＮＲ調整という点から徹底的に様々な可能性を探求し得、所定の最適化判定基準（例えば、ＳＮＲマージン調整がほぼ全てのチャネルにわたって等しく、所与の伝送期間に多重記号からビットに割り当てられるチャネル数が最小になるような最適化判定基準）に基いて通信の「最適な」結果を達成する。

本発明が例示的な実施形態および使用方法に関連して開示される一方で、それらの多くの代替例、改変例、および変形例が本発明から逸脱することなく可能であると理解されるべきである。例えば、システム１がスプリッタ２４、３０を含むように示されてるが、本願の所有者、Ａｗａｒｅ、Ｉｎｃ．ｏｆ Ｂｅｄｆｏｒｄ、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ、Ｕ．Ｓ．Ａに共有に係る「Ｓｐｌｉｔｔｅｒｌｅｓｓ Ｍｕｌｔｉｃａｒｒｉｅｒ Ｍｏｄｅｍ」と題された、１９９８年１０月９日（ＷＯ９９／２００２７として公開された）に出願された同時係属中のＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ９８／２１４４２号の教示を適応および実行するように適切にシステム１が改変例される場合、スプリッタ２４、３０が代わりにシステム１から完全に取り除かれ得る。上記の同時係属中のＰＣＴ出願の開示全体が、本明細書で参考として援用される。

他の改変例もまた可能である。例えば、回線１４を介して表４２、６２の両方を伝達するよりむしろ、第２の表６２のみが伝達され得る。同様に、２つの表４２、６２の作成よりもむしろ、単一の表６２のみが試験中にモデム３４により作成される必要がある。したがって、本発明は、当業者に明らかであり、かつ上記の特許請求の範囲内に含まれるような代替例、改変例、および変形例全てを含むように意図される。

Claims (1)

1. 多重キャリアデータを変調する方法であって、本願明細書に記載の方法。

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