JP2017092629A - デジタル情報伝送システムおよびデジタル情報伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】送受信機間で通信伝送路を介してデジタル情報をデジタル変調して伝送するシステムで、周期性電磁妨害波の影響を極力回避し、スループットをより向上させること。【解決手段】通信伝送路に発生する妨害波の周波数、継続時間、発生周期を推測する妨害波パラメータを、その妨害波が存在するときの複数の伝送方式毎のスループット情報と関連付けて予めデータベース化して記憶しておくメモリ15と、通信伝送路に発生する妨害波の周波数、継続時間、発生周期を推測する妨害波パラメータを抽出する妨害波パラメータ抽出部13Ａと、抽出した妨害波パラメータに基づいてメモリ15を参照し、最大のスループットが得られる伝送方式を判定する伝送方式判定部13Ｂとを備える。【選択図】図５

Description

本発明は、電気信号によってデジタル情報を伝送するデジタル情報伝送システムおよびデジタル情報伝送方法に関する。

金属線を通信伝送路として使用するＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）などのデジタル情報の伝送システムでは、当該システム以外の媒体が発する電磁波、すなわち他の通信や放送に使用される電磁波や、周囲の電気・電子機器が発する電磁波などが通信伝送路上に結合し、伝導性の電磁妨害波として、通信伝送路で伝達される電気信号に影響を与える（電磁妨害する）ことにより、伝送情報の過誤、欠落などの通信品質の劣化を生じさせる場合がある。これを回避するため、一般的なデジタル情報伝送システムは、伝送する情報に生じる誤りを訂正できる誤り検出訂正機能を備えている。

図１５は、例として、誤り検出訂正機能を備えた従来のＡＤＳＬにおけるデジタル情報の伝送処理の流れを示す図である。

サーバなどからの情報送信装置から送信されるデジタル情報は、ＡＤＳＬ送信機１０において、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｏｄｅ）符号化１０ａ、リード・ソロモン（Ｒｅｅｄ−Ｓｏｌｏｍｏｎ Ｃｏｄｅ ：ＲＳ）符号化１０ｂ、スクランブル処理１０ｃ、トレリス符号化１０ｄ、ＱＡＭ１０ｅ１とＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）１０ｅ２を含むＤＭＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｍｕｌｔｉ−Ｔｏｎｅ）１０ｅ、ＣＰ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｐｒｅｆｉｘ）追加処理１０ｆが順次行なわれた後、ＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ）処理１０ｇによってアナログ信号に変換され、電話回線に電気信号として出力される。

一方、ＡＤＳＬ受信機２０では、電話回線から伝送された電気信号からＡＦＥ処理２０ａによってデジタル信号に変換され、ＴＥＱ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＥＱｕａｌｉｚｅｒ：時間軸波形等価）２０ｂ、ＣＰ削除、ＦＦＴ２０ｄ、ＦＥＱ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ＥＱｕａｌｉｚｅｒ：周波数軸波形等価）２０ｅ、ＱＡＭの復調過程２０ｆ、ビタビ復号２０ｇ、デスクランブル処理２０ｈ、ＲＳ復号２０ｉ、ＣＲＣ検査２０ｊが順次行なわれ、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの受信端末に送信される。

上記ＡＤＳＬ送信機１０において、ＡＦＥ処理１０ｇ以外の処理、すなわちＣＲＣ符号化１０ａ、リード・ソロモン符号化１０ｂ、スクランブル処理１０ｃ、トレリス符号化１０ｄ、ＤＭＴ１０ｅ、およびＣＰ追加処理１０ｆは、実際にはＡＤＳＬ送信機１０に備えられるＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によるソフトウェア上の処理により実行される。

同様に、上記ＡＤＳＬ受信機２０において、ＡＦＥ処理２０ａ以外の処理、すなわちＴＥＱ２０ｂ、ＣＰ削除２０ｃ、ＦＦＴ２０ｄ、ＦＥＱ２０ｅ、ＱＡＭ復調過程２０ｆ、ビタビ復号２０ｇ、デスクランブル処理２０ｈ、ＲＳ復号２０ｉ、およびＣＲＣ検査２０ｊは、実際にはＡＤＳＬ受信機２０に備えられるＤＳＰによるソフトウェア上の処理により実行される。

ＡＤＳＬにおける情報の送受信過程では、上記したようにＣＲＣ符号化／検査、ＲＳ符号化／復号、スクランブル／デスクランブル、トレリス符号化／ビタビ復号の４種類の誤り検出訂正機能が含まれている。

それぞれの誤り検出訂正機能には得手不得手があり、それぞれの特長を組み合わせることで、電磁妨害波の耐性が高い、つまり誤りにくい通信を成立させている。さらにＤＭＴを用いたマルチキャリア伝送方式であるＡＤＳＬでは、ＡＤＳＬモデムとＤＳＬＡＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）間でＤＭＴ方式における複数のキャリア信号（ビン）に対して、妨害波の影響が大きいビンには相対的に少ない情報を割り当て、妨害波の影響が少ないビンには相対的に多くの情報を割り当てるように制御することが開示されている。（例えば非特許文献１，２）

久保田 周治、誤り訂正技術の応用、電子情報通信学会「知識ベース」、４群−１編−５章、Ｖｅｒ．１、ｐｐ．１−９、２０１０．１１．９． 川村 啓史、２０メガ超ＡＤＳＬの実現技術、日経コミュニケーションズ、ｐｐ．１２８−１３５、２００３．９．８．

しかしながら、ＡＤＳＬのような従来のデジタル情報伝送システムでは、通信伝送路上で妨害を受けたデジタル情報を誤り検出訂正機能により訂正しようとするため、この処理に伴って情報伝送のスループットが低下するという課題がある。特に、上記のＡＤＳＬにおけるトレリス符号化処理では、拘束長と呼ばれるビタビ復号に用いるデータ長が長いほど、誤り訂正の精度が向上する一方で、トレードオフとしてデータの処理時間が長くなる。

このように、デジタル情報伝送時の情報伝送品質を向上させるための誤り訂正能力の向上は、その処理に要する時間が長くなることでスループットの低下をもたらすという課題がある。特に、誤り率が高くなると誤り訂正の復号効率はその分だけ低下する。

また、ＡＤＳＬは送信機と受信機との間でリンクを確立する際に、デジタル情報が電磁環境から受ける影響を考慮するために通信伝送路をモニタリングするトレーニング機能によって、各ビンへの割り当て可能な情報量を決定し、最大限のスループットを確保できるようにする。各ビンへ割り当てる情報量を決定するのは、リンク確立時のみであり、時々刻々と変化する妨害波に対して、必ずしも最適化された状態で通信しているとは限らない。

つまり、トレーニング実施後に発生した電磁妨害波によるスループットの低下は補償できない。換言すれば、リンク確立後に新たに伝送路に妨害波が混入すると、受信機で復調するときにシンボルエラーが発生し易くなり、結果的にスループット低下あるいは通信断を引き起こす。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、周期性の電磁妨害波の影響を極力回避し、デジタル情報の伝送を行なう電磁環境下でのスループットをより向上させることが可能なデジタル情報伝送システムおよびデジタル情報伝送方法を提供することにある。

本発明の第１の態様は、送信機と受信機の間で通信伝送路を介してデジタル情報をデジタル変調して伝送するデジタル情報伝送システムであって、上記通信伝送路に発生する妨害波の周波数、継続時間、発生周期を推測する妨害波パラメータを、その妨害波が存在するときの複数の伝送方式ごとのスループット情報と関連付けて予めデータベース化して記憶しておく記憶手段と、上記通信伝送路に発生する妨害波の周波数、継続時間、発生周期を推測する妨害波パラメータを抽出する抽出手段と、上記抽出手段で抽出した妨害波パラメータに基づいて上記記憶手段での記憶内容を参照し、最大のスループットが得られる伝送方式を選択する選択手段とを備えるようにしたものである。

本発明によれば、周期性の電磁妨害波の影響を極力回避し、デジタル情報の伝送を行なう電磁環境下でのスループットをより向上させることが可能となる。

本発明の実施形態に係るＡＤＳＬフレームの変調間隔と妨害波の印加タイミングとを示す第１のタイムチャート。 同実施形態に係るＡＤＳＬフレームの変調間隔と妨害波の印加タイミングとを示す第２のタイムチャート。 同実施形態に係る妨害波の印加条件とスループットの関係の実験結果例を示す図。 同実施形態に係る妨害波の継続時間および発生周期とＦＦＴスペクトルの関係を示す図。 本発明の第１以下の実施形態に係る主として送信機のハードウェア構成例を示すブロック図。 同実施形態に係る図５のＤＳＰ内で実行する、デジタル情報の伝送処理の機能構成を示すブロック図。 同実施形態に係る第１の妨害波パラメータ抽出部で行なう処理内容を示すフローチャート。 同実施形態に係る妨害波信号の時系列データの強度レベルのイメージを示す図。 同実施形態に係る第２の妨害波パラメータ抽出部で行なう処理内容を示すフローチャート。 同実施形態に係る伝送方式判定部による伝送方式選択時の判定処理を行なう機能ブロック図。 同実施形態に係る伝送方式判定部で行なう処理内容を示すフローチャート。 同実施形態に係る新伝送方式１での詳細な処理内容を示すサブルーチンのフローチャート。 同実施形態に係る新伝送方式２での詳細な処理内容を示すサブルーチンのフローチャート 。 同実施形態に係る妨害波パラメータ抽出時の統計処理の例を示す図。 ＡＤＳＬにおけるデジタル情報の伝送処理の流れを示す図。

以下に、本願に係るデジタル情報伝送システムの実施形態を図面に基づいて詳細に説明するが、まずは本発明の契機として発明者らが実施した実験とそこから得られた知見について説明する。なお、この実施形態により本願に係るデジタル情報伝送システムが限定されるものではない。

[実施形態に関わる実験結果]
一般に、バースト性妨害波は、周波数帯域にある程度の幅を持ち、時間軸上で見たとき、その継続時間にも幅があり、発生タイミングもばらつくが、発明者らは、バースト性妨害波の強度が時間的に周期性を持つ場合に着目した。

すなわち、バースト性妨害波の継続時間とその発生周期のスループットとの関係性を明らかにするため、バースト性妨害波を模擬したＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）のパルス変調波を、デューティ比が一定（０．１２５）となる条件下で継続時間と繰り返し周期を変化させて、ＡＤＳＬ下り信号に印加する実験を行なった。印加するＣＷのパルス変調波の中心周波数は、１１７３［ｋＨｚ］とした。

実験におけるＡＤＳＬフレームの変調間隔と妨害波印加タイミングのタイムチャートを図１と図２に示す。図１（Ａ）及び図２（Ａ）に示すＡＤＳＬの変調間隔２５０［μ秒］に対して、図１（Ｂ）に示す条件Ａでは妨害波の継続時間２．５［μ秒］で繰り返し周期２０［μ秒］、図１（Ｃ）に示す条件Ｂでは継続時間２５［μ秒］で繰り返し周期が２００［μ秒］、図１（Ｄ）に示す条件Ｃでは継続時間３１．２５［μ秒］で繰り返し周期２５０［μ秒］、図２（Ｂ）に示す条件Ｄでは継続時間３７．５［μ秒］で繰り返し周期３００［μ秒］、図２（Ｃ）に示す条件Ｅでは継続時間５０［μ秒］で繰り返し周期４００［μ秒］、図２（Ｄ）に示す条件Ｆでは継続時間６２．５［μ秒］で繰り返し周期が５００［μ秒］、図２（Ｅ）に示す条件Ｇでは継続時間１２５［μ秒］で繰り返し周期１［ｍ秒］とした。

ＡＤＳＬフレームの変調間隔で区切られる時間をタイムスロットとし、タイムスロット内に妨害波が印加される確率を。ｎ（妨害されるタイムスロット）／Ｎ（全タイムスロット）で表す。図１に示す条件Ａ，Ｂ，Ｃでは全てｎ／Ｎ＝１なので、図１中での表示は割愛している。

図２を参照すると、ｎ／Ｎについて、条件Ｄ：５／６、条件Ｅ：５／８、条件Ｆ：１／２、条件Ｇ：１／４となり、バースト性妨害波（ＣＷのパルス変調波、デューティ比０．１２５）の繰り返し周期がＡＤＳＬのタイムスロット（２５０［μ秒］）よりも長い領域においては、継続時間（繰り返し周期でも同義）が長くなる程、タイムスロットの妨害確率は低下する。

次に、図３に各妨害波印加条件とスループットの関係を示す実験結果を示す。図３の縦軸は、ＣＷのパルス変調波を印加しない場合のスループットを「１」として正規化したスループットである。横軸は妨害波の継続時間を示しており、上記図１と図２に示した条件Ａ〜条件Ｇと図３のプロットに記した条件（Ａ）−（Ｇ）がそれぞれ対応している。

図３の（Ａ）−（Ｄ）が包含される領域での実験結果、すなわち継続時間が長くなる程にスループットが低下する実験結果は、妨害波の周波数スペクトルと相関性があると考えられる。この理由を以下で説明する。

図４は、上記条件（Ａ）−（Ｄ）の妨害波印加条件に対応する各妨害波のＦＦＴスペクトルを、中心周波数で正規化したパワースペクトル図である。実際の妨害波スペクトル「（Ａ）−（Ｄ）」では、妨害波の継続時間が長くなる程、中心周波数の妨害波強度が高くなる。図４から、妨害波の継続時間が長くなる程、妨害波強度が高くなっている周波数が妨害波の中心周波数（本実験では１１７３［ｋＨｚ］）近傍に多数出現することがわかる。

継続時間が短かい妨害波では、その強度が周波数領域の広範囲に分散するため、ＡＤＳＬのビンを妨害するのに十分な強さを持つ周波数が少なくなる。このことから、妨害波の継続時間が長くなる程、妨害されるＡＤＳＬのビンの数が増加するため、スループットがより大きく低下すると考えられる。

上記図３の条件（Ｄ）−（Ｇ）が包含される領域での実験結果、すなわち継続時間が長くなる程スループットが低下しなくなる実験結果は、先述したタイムスロットの妨害確率の低下に従って、ＡＤＳＬ下り通信のスループットが低下しにくくなることに対応している。この実験結果は、ＡＤＳＬの誤り検出訂正機能として採用されているトレリス符号化／ビタビ復号処理における処理負荷量、処理時間と相関性があると考えられる。この理由を以下で説明する。

ビタビ復号では、隣接フレームの誤り訂正用符号を参考にして誤り訂正を行なう。そのため、隣接フレームが妨害されていない場合では、そこに積載される正確な誤り訂正用符号を基に誤り訂正を行なうことができる。本実験では、妨害波が存在しないＱＡＭタイムスロットが計測時間全体にわたって間欠的に存在するため、シンボルエラーが発生するＱＡＭタイムスロットにおいては、ビタビ復号処理のために発生する遅延は小さいと考えられる。
一方、誤り訂正しきれずに誤りが残ってしまうフレームに関しては、受信側が送信側に再送の命令を通知し、その後に再送が行なわれる。誤りを含まないフレーム数の減少により、ビタビ復号による誤り訂正が完全には行なわれない場合、再送しなければならないフレーム数が増加することになるので、再送処理のために発生する遅延が大きくなると考えられる。

その結果、計測されるスループットは計測時間（１回／秒）に渡っての平均値であるため、シンボルエラーが発生するＱＡＭタイムスロットの復号および再送処理にかかる遅延が全体のスループットに与える影響は、上記図２に示した計測時間内の全タイムスロット数に対する妨害波が存在するタイムスロット数に比例することとなる。

そこで本発明では、デジタル情報伝送に先立ち、送信装置と受信装置を結ぶ通信伝送路上に存在するバースト性妨害波に関して、妨害波の周波数成分情報と妨害波の周期性を特徴付ける妨害波の継続時間情報とその発生周期情報を抽出し、妨害波パラメータとしてデジタル情報伝送システムが参照するデータベースに予め記憶させておく。

さらに抽出した妨害波パラメータと、その妨害波存在下においてデジタル情報伝送システムに搭載される各伝送方式を採用した際のスループットをあらかじめ関連付けておき、データベースとして保有させておく。これらデータベースの内容に基づき、情報伝送を行なう際の通信伝送路の状態に応じて、最大のスループットを確保できる伝送方式を選択し、情報伝送することを特徴とする。

以下、図５乃至図１４を用いて、本発明の具体的に実施形態を詳細に説明する。
[第１の実施形態]
図５は、本発明の第１以下の実施形態に共通する、主として送信機１０のハードウェア構成例を示す図である。受信機２０側も送信機１０と同様のハードウェア構成を有する。図６は、図５のＤＳＰ１３内で実行する、デジタル情報の伝送処理の機能構成を示すブロック図である。

基本的には送受信機１０，２０間でデジタル情報を双方向に伝送するものであり、ここでは送受信機１０，２０がデジタル情報の送信の役割を果たすときを送信機１０と呼び、送受信機１０，２０がデジタル情報の受信の役割を果たすときを受信機２０と呼ぶものとする。

まずは、通常のデジタル情報伝送における処理を説明する。図５において、通信伝送路が入出力インタフェイス（Ｉ／Ｏ−ＩＦ）１６と接続される。

この入出力インタフェイス１６が、受信機２０の場合では通信伝送路からの信号を受けてＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ）１０ｇへ転送し、送信機１０の場合はＡＦＥ１０ｇからの信号を通信伝送路に送出する。

受信機２０の場合、ＡＦＥ１０ｇでは、Ａ／Ｄコンバータでアナログ信号をデジタル信号に変換してＤＳＰ１３へ送出する。これを受けたＤＳＰ１３は、マルチキャリア通信方式の場合はＦＦＴ処理を実行し、サブキャリア毎に復調してベースバンド信号に復元し、ＣＰＵ１２に転送する。

一方で送信機１０の場合、ＤＳＰ１３はＣＰＵ１２からのベースバンド信号をデジタル変調し、サブキャリア毎にデータを割り当ててＡＦＥ１０ｇに転送する。ＡＦＥ１０ｇはＤＳＰ１３からのデジタル信号をＤ／Ａコンバータによって伝送路へ送出するためのアナログ信号へ変換して上記入出力インタフェイス１６へ送出する。

ＤＳＰ１３は、図示するように妨害波パラメータ抽出部１３Ａと伝送方式判定部１３Ｂとを有する。

ＣＰＵ１２は、送受信機１０，２０に接続されるＰＣやサーバなどの電子機器とＬＡＮインタフェイス（ＬＡＮ−ＩＦ）１１を介して通信するために必要な処理を、メモリ１４に記憶されたプログラムに基づいたソフトウェア処理により実行する。ここではマルチキャリア伝送の通信方式を例に採って説明するが、本発明はマルチキャリア通信に限定されるものではない。

本実施形態の１つ目の特徴として、通信伝送路に混入する妨害波の周波数成分、継続時間、発生周期を計測するが、これを上記図５におけるＤＳＰ１３でハードウェア的に処理するか、もしくはＣＰＵ１２でソフトウェア的に処理することによって実現する。

２つの送受信機１０，２０の各入出力インタフェイス１６が有線または無線接続されると、その区間が通信伝送路となる。送受信機１０，２０間で通信していない状態において、送受信機１０，２０で受信される信号は、すなわち電磁妨害波である。そのため、まず通信伝送路に混入する妨害波の特性を把握するための方法例として、以下で２種類の具体的な方法を説明する。

第１の方法として、図５に示すＤＳＰ１３内の妨害波パラメータ抽出部１３Ａにおいて、送受信機間で通信していない状態の信号、すなわち妨害波信号を抽出する方法を示す。
図６は、本発明におけるデジタル情報の伝送処理を行なう主としてスループット制御部３１の機能ブロック図であり、以下に第１の妨害波パラメータ抽出部１３Ａ１で行なう処理を説明する。またその処理内容を示すフローチャートを図７に示す。

この第１の妨害波パラメータ抽出部１３Ａ１による処理は、ＡＤＳＬの処理におけるＦＦＴを介して通信の有無に拘わらず通信伝送路の状況を随時把握することができる。

非通信時に通信伝送路から入出力インタフェイス１６への電気信号を入力し（ステップＳ１１１）、ＦＦＴ３２にて処理する（ステップＳ１２）。このＦＦＴ３２で処理した信号がすなわち妨害波信号であり、第１の妨害波パラメータ抽出部１３Ａ１に渡されて、サブキャリア毎に時系列データが蓄積されることになる。図８に妨害波信号の時系列データの強度レベルのイメージを示す。

第１の妨害波パラメータ抽出部１３Ａ１では、あるサブキャリアにおいて、エッジトリガ部３４で、妨害波信号の強度レベルが閾値を超えたとき、および同閾値を下回るときを抽出する（ステップＳ１３）。

図６に示す計測部３５で、閾値を超えたときから閾値を下回るまでの時間を妨害波の継続時間として計測する（ステップＳ１４）。続く統計処理部３６で、継続時間のヒストグラムを作ることで、ヒストグラムの極大値となる継続時間を、今後も伝送路に混入する妨害波の継続時間として算出する（ステップＳ１５）。

また計測部３５は、妨害波信号の強度レベルが閾値を超えたときから、一度閾値を下回り、再び閾値を超えるときまでの時間を妨害波の発生周期として計測する。この継続時間に対する処理と同様に、統計処理部３６で妨害波の発生周期のヒストグラムを作ることで、ヒストグラムの極大値となる発生周期を、今後も伝送路に混入する妨害波の発生周期として算出することができる（ステップＳ１６）。

これらの妨害波の継続時間および発生周期に関する処理をＦＦＴ３２での処理後の各サブキャリアで行なう。各サブキャリアに対して算出された妨害波パラメータ（継続時間、発生周期）の値をＤＳＰ１３に付設されたメモリ１５で構成する記憶部に保持、更新する（ステップＳ１７）。

サブキャリア毎に上記第１の妨害波パラメータ抽出部１３Ａ１による処理を行なうことで、妨害波が存在しない周波数成分のサブキャリアでは、妨害波信号の強度レベルが小さく、閾値を超えるときがないため、妨害波の継続時間と発生周期は、０秒として算出することができ、そのサブキャリアに多くのデジタル情報を割り当てることができる。

第２の方法として、図６に示す第２の妨害波パラメータ抽出部１３Ａ２のブロックにおいて、送受信機１０，２０間で送受信テストフレーム照合部３９が所定のテストフレームを送受信することで、妨害波信号を抽出する方法を示す。以下ではスループット制御部３１内の第２の妨害波パラメータ抽出部１３Ａ２で行なう処理について、図９に示すフローチャートを参照して説明する。

この第２の妨害波パラメータ抽出部１３Ａ２による処理は、実際にデータの送受を行なう直前の、テストフレームの送受により通信伝送路の妨害波の状況を把握する。

ＰＣやサーバなどの情報送信装置からＬＡＮインタフェイス１１を介して送信機１０に通信要求が入力されると、送信機１０のテストフレーム送受信処理部３３が、受信機２０側の同テストフレーム送受信処理部３３に対して、所定の同一フレーム構造を持ったｎ個のテストフレームを、所定の送信タイミングで連続して送信機１０へ送信するように要求する（ステップＳ２１）。

この送信要求に応答して、受信機２０側のテストフレーム送受信処理部３３から送信機１０側のテストフレーム送受信処理部３３に対してｎ個のテストフレームが所定の送信タイミングで連続して送信される（ステップＳ２２）。

ＡＤＳＬの場合は、上記図２、図３で示したＡＤＳＬフレームの変調間隔に則ってテストフレームが送られる。したがって、送信機１０が受信機２０側から受信するｎ個のテストフレームは、フレーム変調間隔で一区切りとしたデータフレームとして連続で受信される。

この受信機１０から送信機２０へテストフレームが伝送される間、通信伝送路を伝搬中に妨害波による信号劣化を受けるものとする。

受信機２０から送信機１０へ送られたｎ個のテストフレームは、送信機２０のテストフレーム送受信処理部３３に直接送られるが、これを受けたテストフレーム送受信処理部３３では、受信機２０でテストフレームを生成する際に行なった誤り訂正のための符号化に対応する復号処理を意図的に行なわず、受信したテストフレームの情報を記憶部１５に収納する（ステップＳ２３）。この記憶部１５には、テストフレームの所定のフレーム構造のデータを参照データとして予め収納してあるものとする。

次に、第２の妨害波パラメータ抽出部１３Ａ２の送受信テストフレーム照合部３９が、記憶部１５に収納されたテストフレームの参照データと受信機２０から送られてきたｎ個のテストフレームとを読み出し（ステップＳ２４）、参照データとｎ個の時系列テストフレームとを照合して、通信伝送路上に存在する妨害波の周波数分布、継続時間情報と発生周期情報を抽出する（ステップＳ２５）。

具体的には、所定の等時間間隔で変調されたｎ個のテストフレームについて、ビット誤りが生じているテストフレーム内のビット位置と、同じビット誤りが何番目のテストフレームから何番目までのテストフレームまで生じているかを検出することで、周期性妨害波の発生周期を抽出し、同じビット誤りが何個のテストフレームに連続して生じているかを検出することで、妨害波の継続時間を抽出する。

こうして得られた周期性妨害波の継続時間情報、発生周期情報を、記憶部１５に収納する（ステップＳ２６）。ここで、隣り合うテストフレーム間でガードインターバル時間を設定する場合には、周期性妨害波の継続時間および発生周期情報にガードインターバル時間を加味して抽出する。

記憶部１５には上記のような方法で抽出された妨害波パラメータの他に、デジタル情報の伝送システムに搭載される各伝送方式を採用した際のスループットをデータベース化しておく。つまり妨害波パラメータと、その妨害波存在下においてデジタル情報の伝送システムに搭載される各伝送方式を採用した際のスループットをあらかじめ関連付けておき、データベースとして保有させておく。

本実施形態の２つ目の特徴として、上記第２の妨害波パラメータ抽出部１３Ａ２と併設した伝送方式判定部１３Ｂにより、通信伝送路に混入する妨害波の周波数成分、継続時間、発生周期といった妨害波パラメータと、その妨害波存在下における各伝送方式採用時のスループットを参照し、情報伝送を行なう際の通信伝送路の状態で最大のスループットを確保できる伝送方式を選択できる。

図１０は、この伝送方式判定部１３Ｂによる伝送方式選択時の判定処理を行なう機能ブロック図である。同図において、伝送方式判定部１３Ｂは記憶部１５のデータベースを参照し、伝送方式選択部４１において、採用する伝送方式を選択する。ここではデジタル情報伝送システムに搭載される伝送方式の例として、３つの伝送方式を示している。

１つ目の伝送方式としては、通常のＡＤＳＬにおける伝送方式である。本伝送方式が全伝送方式の中でスループットを最大化できる伝送方式である場合に、伝送方式選択部４１により本伝送方式が実施される。

２つ目の伝送方式としては、通常のＡＤＳＬ伝送方式で行われる誤り訂正を行なわず、ＡＤＳＬにおいて２５０［μ秒］ごとに変調して送出される送信フレームを、あるフレームのみ連続伝送する方式である。

図１０の同一フレーム再送回数判定部４２は、記憶部１５に格納された妨害波パラメータから、一連の送信フレームの中で妨害されるフレーム位置を計算し、同一フレームの連続送信、すなわち再送を行わなければならない変調フレームおよびその変調タイミングと連続送信、すなわち再送回数を算出する。

たとえば、ＡＤＳＬの場合、図１に示したように２５０［μ秒］間隔で情報信号をデジタル変調して送出しているので、あるフレーム内に妨害波が存在する場合には、そのフレームを再送、つまり連続して送信する。

それぞれの再送回数におけるスループットは記憶部１５にデータベース化されており、スループットを最大化できる再送回数にて、本伝送方式が全伝送方式の中でスループットを最大化できる伝送方式である場合に、伝送方式選択部４１により本伝送方式が実施される。

３つ目の伝送方式としては、通常のＡＤＳＬ伝送方式で行なわれる誤り訂正と、フレームの再送を組み合わせる方式である。ＡＤＳＬで採用されているビタビ復号は、隣接フレームを参照した誤り訂正であるため、同一フレームが連続すると双方を参照して復号処理が可能となる。したがって再送回数は妨害波パラメータに依存するものの、度重なる連続送信を行なわずともよく、フレームの妨害されていない部分を参照して復号処理を行なうことで、処理負担量の軽減、すなわち復号処理にかかる時間を短縮できる。

再送回数と誤り訂正の組み合わせをどのように行なうか、すなわち誤り訂正処理方法とその際のスループットについては記憶部１５にデータベース化されており、スループットを最大化できる誤り訂正処理方法が誤り訂正処理方法判定部４３によって判定され、これが全伝送方式の中でスループットを最大化できる伝送方式である場合に、伝送方式選択部４１により本伝送方式が実施されるものとする。

なお上記図２で説明した妨害波の特徴から、条件Ｇのように妨害波が印加される確率ｎ／Ｎが小さい場合は同一フレームの再送のみを行なう新伝送方式１を選択し、条件Ｄのように妨害波が印加される確率ｎ／Ｎが大きい場合は同一フレームの再送と誤り訂正を併用する新伝送方式２を選択するというように、伝送方式選択部４１は妨害波が印加される確率ｎ／Ｎを考慮した選択処理を行なうことが望ましい。

図１１は、以上の図１０の機能を組み込んだ、伝送方式判定部１３Ｂが実行する処理内容のフローチャートである。
送信機１０上部の情報送信装置からＬＡＮインタフェイス１１を介して送信機１０に通信要求が入力されると、送信機１０側の伝送方式判定部１３Ｂが、記憶部１５に収納されている妨害波パラメータおよび当該妨害波存在下での各伝送方式採用時のスループットを参照し、最適な伝送方式を判定する（ステップＳ３１）。

ここで選択された伝送方式に則って、送信機１０側のフレーム伝送処理部３７が、伝送方式情報を付加したデータフレームを受信機２０へ送信する（ステップＳ３２）。

これを受ける受信機２０側の伝送方式判定部１３Ｂでは、送信されてきたフレームの伝送方式を判定し、伝送方式ごとに送受信フレーム格納部３８に受信フレームを格納する（ステップＳ３３）。受信機２０側のフレーム伝送処理部３７が、送受信フレーム格納部３８から送信フレームの情報を読み出し、入出力インタフェイス１６を介して各伝送処理へ譲渡する（ステップＳ３４）。

通常の伝送方式での処理（ステップＳ３５）に関しては、上記図１５に示したＡＤＳＬにおけるデジタル情報の伝送処理フローに則った処理であるため、ここではその説明を割愛し、以下では新伝送方式１（ステップＳ３６）と新伝送方式２（ステップ３７）での処理内容のフローチャートを図１２と図１３に示す。

図１２は、上記ステップＳ３６でＤＳＰ１３が実行する、新伝送方式１での詳細な処理内容を示すサブルーチンのフローチャートである。
その処理当初に送信機１０側の同一フレーム再送回数判定部４２が、記憶部１５のデータベースを参照し、スループットが最も高くなるように再送回数を決定する（ステップＳ４１）。全伝送方式の中で、本方式がスループットを最大化できると判定された場合、送信機１０側の伝送方式選択部４１が新伝送方式１を選択する（ステップＳ４２）。

送信機１０側の伝送方式判定部１３Ｂが、送信機１０側のフレーム伝送処理部３７へ伝送方法を通達し、受信機２０に対してフレームが送信される（ステップＳ４３）。

これを受けた受信機２０側の伝送方式判定部１３Ｂが伝送方式を判定し、新伝送方式１に対応する送受信フレーム格納部３８に受信フレームを格納する（ステップＳ４４）。受信機２０側のフレーム伝送処理部３７が、新伝送方式１に対応する送受信フレーム格納部３８から送信フレームの情報を読み出し、新伝送方式１での伝送情報として入出力インタフェイス１６を介し、通常の復調処理へ譲渡する（ステップＳ４５）。

受信機２０側でＱＡＭ復調過程２０ｆまでの復調処理を通常過程に則って行なった後に、受信機２０側での復号過程、すなわちビタビ復号２０ｇ以下、デスクランブル処理２０ｈ、ＲＳ復号２０ｉ、およびＣＲＣ検査２０ｊにおいて、新伝送方式１での伝送情報だと判別された場合、誤り訂正処理を行なわずに次のステップへ伝送情報を譲渡する（ステップＳ４６）。最後に受信機２０下部の情報受信装置に受信データが送出され（ステップＳ４７）、以上でデジタル情報の伝送が完了する。

図１３は、上記ステップＳ３７でＤＳＰ１３が実行する、新伝送方式２での詳細な処理内容を示すサブルーチンのフローチャートである。
その処理当初に送信機１０側の誤り訂正処理方法判定部４３が、記憶部１５のデータベースを参照し、スループットが最も高くなるように同一フレーム再送回数および誤り訂正方法を決定する（ステップＳ５１）。

全伝送方式の中で、本方式がスループットを最大化できると判定された場合、送信機１０側の伝送方式選択部４１が新伝送方式２を選択する（ステップＳ５２）。

送信機１０側の伝送方式判定部１３Ｂが、送信機１０側のフレーム伝送処理部３７へ伝送方法を通達して、受信機２０に対してフレームが送信される（ステップＳ５３）。

これを受けた受信機２０側の伝送方式判定部１３Ｂが伝送方式を判定し、新伝送方式２に対応する送受信フレーム格納部３８に受信フレームを格納する（ステップＳ５４）。

受信機２０側のフレーム伝送処理部３７が、新伝送方式２に対応する送受信フレーム格納部３８から送信フレームの情報を読み出し、新伝送方式２での伝送情報として入出力インタフェイス１６を介し、通常の復調処理へ譲渡する（ステップＳ５５）。

受信機側でＱＡＭ復調過程２０ｆまでの復調処理を通常過程に則って行なった後に、受信機２０側での復号過程、すなわちビタビ復号２０ｇ、デスクランブル処理２０ｈ、受信機２０に、およびＣＲＣ検査２０ｊにおいて、新伝送方式２での伝送情報だと判別された場合、誤り訂正処理を行なわずに次のステップへ伝送情報を譲渡する（ステップＳ５６）。最後に受信機２０下部の情報受信装置に受信データが送出され（ステップＳ５７）、以上でデジタル情報の伝送が完了する。

上記実施形態に示す一連の処理により、妨害波の周期性成分による情報の劣化を極力回避することで、妨害波の存在下におけるスループットを最大化することができる。なお、本技術により同一フレームを連続して送信させる場合、伝送時間内でのスループットは妨害波がない場合よりも低下するが、送受信フレーム格納部３８から読み出される情報は原理的に妨害波による劣化を受けていないか、または復号処理や再送処理にかかる時間が最小化されている。そのため、送受信フレーム格納部３８からの読み出し速度は相対的に向上し、結果として送信機１０に接続された送信側の情報端末から受信機２０に接続された受信側の情報端末までの全体的な情報伝送のスループットを向上させることができる。

［第２の実施形態］
上記第１の実施形態における第１の妨害波パラメータ抽出部１３Ａ１の処理においては、妨害波の発生周期と継続時間のヒストグラムを作成し、極大値をパラメータとして抽出するため、妨害波が周期性を有している場合には、極大値が一つであり容易にパラメータの値が決定している。

一方、妨害波の周期性がある幅を持って変動し、あるいは異なる複数の周期の妨害波が混在しているような場合には、妨害波のパラメータを抽出する処理において、ヒストグラムを作成しても極大値が一つではない可能性が高い。そのような場合を本発明の第２の実施形態として説明する。

上記図６に示した第１の妨害波パラメータ抽出部１３Ａ１の統計処理部３６において、妨害波の発生周期と継続時間のヒストグラムを作成する。

図１４は、統計処理部３６が作成するヒストグラムの例を示す。図１４（Ａ−１）は妨害波の発生周期のヒストグラム、図１４（Ａ−２）は同ヒストグラムから包絡線を抽出して得た発生周期の頻度特性、図１４（Ｂ−１）は妨害波の継続時間のヒストグラム、図１４（Ｂ−２）は同ヒストグラムから包絡線を抽出して得た継続時間の頻度特性である。

図１４（Ａ−２）に示す発生周期の頻度特性において極大値がｎ個あった場合、それぞれの極大値を形成する発生周期をＴ1，Ｔ2，…，Ｔnとする。

同様に、図１４（Ｂ−２）に示す継続時間の頻度特性において極大値がｍ個あった場合、それぞれの極大値を形成する継続時間をτ1，τ2，…，τmとする。

発生周期と継続時間とが複数算出されると、それぞれの発生周期に対して、それぞれの継続時間が発生する可能性があるため、発生周期と継続時間の組み合わせはｎ×ｍ通り存在する。それぞれの組み合わせを妨害波のパラメータとして記憶部１５に収納し、その妨害波が存在する環境下での各伝送方式におけるスループットと関連付けてデータベース化しておくことで、スループットを最大化することが可能な伝送方式の選択に寄与できる。

［第３の実施形態］
上記第１の実施形態における第２の妨害波パラメータ抽出部１３Ａ２の処理においては、テストフレームの送信タイミングを、ＰＣやサーバなどの情報送信端末から、送信機２０に通信要求が入力された直後であるものとした。

そして、テストフレームから周期性の妨害波の発生周期と継続時間を算出した後に、あらためて情報送信端末からの情報の送信を開始することで、周期性の妨害波によるデジタル伝送信号への干渉を極力回避し、デジタル情報の伝送時間内におけるスループットの低下を抑止して、スループットを最大化するものとして説明した。

しかしながら、通信伝送路に与えられる妨害波のランダム性が高くなると、周期性の妨害波の発生周期情報および継続時間情報を算出するために時間を要することとなる。

また、発生周期が長い場合や連続的な妨害波のように継続時間が長い場合には、これらの影響を回避するために上記した新伝送方式１または新伝送方式２の方法で伝送を行なうと、同一フレームの送信回数が多くなり、結果として伝送時間におけるスループットの低下をもたらすことになる。

そこで、第３の実施形態では、上記図６の第２の妨害波パラメータ抽出部１３Ａ２が、ｎ個の連続するテストフレームから周期性の妨害波の周期情報を算出する処理、または継続時間を算出する処理を実行するのに際して、ｋ番目のテストフレームと続く（ｋ＋１）番目のテストフレームとから抽出される妨害波周期（Ｐk）または継続時間（Ｔk）よりも、（ｋ＋１）番目のテストフレームと続く（ｋ＋２）番目のテストフレームとから抽出される妨害波周期（Ｐk+1）または継続時間（Ｔk+1）が小さくなった場合に、最大発生周期：ＰmaxをＰk、最大継続時間：ＴmaxをＴkと決定して、周期情報の算出処理、継続時間の算出処理を終了する。

ＰmaxとＴmaxの決定は、一方が他方より先行して行なわれる場合、例えばＰmax＝Ｐkと決定し、Ｔmaxが未決定の場合は、Ｔmax＝Ｔkと決定する。

一方、ＰmaxまたはＴmaxの決定が所定の時間を経過しても完了しない場合は、この伝送システムの置かれた電磁環境には周期性の妨害波が存在しないものとして、通常の伝送方法により伝送するものとする。

この第３の実施形態によれば、妨害波の発生周期が長い場合や連続している場合のように継続時間が長い場合であっても、より最短時間で本発明の機能の実行、すなわちスループットを最大化する伝送方式を決定できる。

［第４の実施形態］
上記第３の実施形態では、周期性の妨害波の発生周期と継続時間の算出処理を短縮する方法を提示したが、第４の実施形態では、ＡＤＳＬ側で補償すべきスループットの低下をあらかじめ規定することで、さらに上記算出処理の短縮および伝送方式選択処理の簡略化を図る。

上記図３によれば、ＣＷのパルス変調波の繰り返し周期がＡＤＳＬのフレーム変調間隔に近い程、スループットが低下している。したがって、例えば補償すべき正規化スループットを０．６とした場合、妨害波の印加条件（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）では本発明の機能を実行し、正規化スループットが「０．６」以上となる繰り返し周期、例えば妨害波の印加条件（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）では通常の伝送方法を選択するといったように、伝送方式を決定する。

図６の記憶部１５に、補償すべきスループット、ある条件下における本発明の伝送方式を用いた場合に予想されるスループット、および通常の伝送方式を用いた場合に予想されるスループットをデータベース化して記憶させておく。

伝送方式判定部１３Ｂが上記記憶部１５のデータを参照し、その時点での条件下でどの伝送方式を利用した場合に補償すべきスループットを達成できるかを判断することで、伝送方法を短時間で選択することが可能となる。

［その他の実施形態］
上記各実施形態は、ＡＤＳＬ送受信システムに適用した場合を説明したが、本発明の構成は、デジタル情報を時系列な電気信号で伝送するＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）伝送システムや、マルチキャリア伝送方式であるＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）変調方式を採用した無線デジタル伝送システムを含め、各種のデジタル情報伝送システムにも同様に適用することが可能である。

さらにフレームの再送を利用する通信方式を利用すれば、広帯域に渡るインパルスノイズによって瞬間的に複数のキャリアが同時に妨害された場合であっても、信号の劣化を補償することが可能となる。

テストフレームによる妨害波のパラメータを抽出する過程においても、使用するデジタル情報の伝送システムで採用しているフレームに合わせて参照フレームを予め準備しておけば良い。

要するにこの発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１０…ＡＤＳＬ送信機、１０ａ…ＣＲＣ符号化、１０ｂ…リード・ソロモン符号化、１０ｃ…スクランブル処理、１０ｄ…トレリス符号化、１０ｅ…ＤＭＴ、１０ｆ…ＣＰ追加処理、１０ｇ…ＡＦＥ処理、１１…ＬＡＮインタフェイス（−ＩＦ）、１２…ＣＰＵ、１３…ＤＳＰ、１３Ａ…妨害波パラメータ抽出部、１３Ａ１…第１の妨害波パラメータ抽出部、１３Ｂ…第２の妨害波パラメータ抽出部、１３Ｂ…伝送方式判定部、１４…メモリ、１５…メモリ（記憶部）、１６…入出力インタフェイス（Ｉ／Ｏ−ＩＦ）、２０…ＡＤＳＬ受信機、２０ａ…ＡＦＥ処理、２０ｂ…ＴＥＱ、２０ｃ…ＣＰ削除、２０ｄ…ＦＦＴ、２０ｅ…ＦＥＱ、２０ｆ…ＱＡＭ復調過程、２０ｇ…ビタビ復号、２０ｈ…デスクランブル処理、２０ｉ…ＲＳ復号、２０ｊ…ＣＲＣ検査、３１…スループット制御部、３２…ＦＦＴ、３３…テストフレーム送受信処理部、３４…エッジトリガ部、３５…計測部、３６…統計処理部、３７…フレーム伝送処理部、３８…送受信フレーム格納部、３９…送受信テストフレーム照合部、４１…伝送方式選択部、４２…同一フレーム再送回数判定部、４３…誤り訂正処理方法判定部。

Claims (7)

1. 送信機と受信機の間で通信伝送路を介してデジタル情報をデジタル変調して伝送するデジタル情報伝送システムであって、
   上記通信伝送路に発生する妨害波の周波数、継続時間、発生周期を推測する妨害波パラメータを、その妨害波が存在するときの複数の伝送方式ごとのスループット情報と関連付けてデータベース化して記憶する記憶手段と、
   上記通信伝送路に発生する妨害波の周波数、継続時間、発生周期を推測する妨害波パラメータを抽出する抽出手段と、
   上記抽出手段で抽出した妨害波パラメータに基づいて上記記憶手段での記憶内容を参照し、最大のスループットが得られる伝送方式を選択する選択手段と
   を備えることを特徴とするデジタル情報伝送システム。
2. 上記抽出手段は、非通信時に上記通信伝送路に発生する妨害波の強度レベルが予め設定した閾値を超える頻度をヒストグラム化して妨害波の継続時間と発生周期を推測する妨害波パラメータを抽出することを特徴とする請求項１記載のデジタル情報伝送システム。
3. 上記抽出手段は、実際のデジタル情報伝送前にテスト用デジタル情報を送受信して妨害波の妨害波の周波数、継続時間、発生周期を推測する妨害波パラメータを抽出することを特徴とする請求項１記載のデジタル情報伝送システム。
4. 上記記憶手段は、妨害波パラメータを、複数の伝送方式ごとのスループット情報および妨害波が印加される確率と関連付けてデータベース化して記憶し、
   上記選択手段は、上記抽出手段で抽出した妨害波パラメータに基づいて上記記憶手段での記憶内容を参照し、妨害波が印加される確率を勘案して、より大きなスループットが得られる伝送方式を選択する
   ことを特徴とする請求項１記載のデジタル情報伝送システム。
5. 上記抽出手段は、一定時間中に抽出される妨害波の継続時間と発生周期の増減傾向から妨害波パラメータを抽出することを特徴とする請求項１記載のデジタル情報伝送システム。
6. 上記選択手段は、予めスループットの下限を規定した上で上記記憶手段での記憶内容を参照し、最大のスループットが得られる伝送方式を選択することを特徴とする請求項１記載のデジタル情報伝送システム。
7. 送信機と受信機の間で通信伝送路を介してデジタル情報をデジタル変調して伝送するシステムでのデジタル情報伝送方法であって、
   上記通信伝送路に発生する妨害波の周波数、継続時間、発生周期を推測する妨害波パラメータを、その妨害波が存在するときの複数の伝送方式ごとのスループット情報と関連付けてデータベース化して記憶する記憶過程と、
   上記通信伝送路に発生する妨害波の周波数、継続時間、発生周期を推測する妨害波パラメータを抽出する抽出過程と、
   上記抽出過程で抽出した妨害波パラメータに基づいて上記記憶過程で記憶した内容を参照し、最大のスループットが得られる伝送方式を選択する選択過程と
   を有することを特徴とするデジタル情報伝送方法。