JP3452932B2 - 改良ａｄｓｌ互換離散多重音調装置 - Google Patents

改良ａｄｓｌ互換離散多重音調装置

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  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、一般的に多重キャリアの高速データ信号の
送信及び受信のためのシステムに関する。さらに詳細に
は、拡大された帯域幅を備える離散多重音調（DMT）シ
ステムが記述されている。
今現在、ANSI（米国規格協会 America National S
tandard Institute）スタンダードグループによって認
可されたグループである遠隔通信情報解決のための同盟
（the Alliance For Telecommunications Informat
ion Solutions）（ATIS）は、非対称ディジタル加入者
回線（ADSL）を通じたディジタルデータ伝送のための規
格を最終決定している。この規格は、当初、通常の電話
回線を通じた画像データの伝送に関して意図されたもの
であるが、他の種々の応用例に対しても同様にして用い
られ得る。この規格は、離散多重音調システムに基づい
ている。ペア（撚り線対）電話回線を含む、通常の電話
回線を通じた一秒当たり６ミリオンビット以上（すなわ
ち、６＋Mbps）の速度での情報伝送を容易にする伝送速
度が目的とされている。規格化された離散多重音調（DM
T）システムは、正方向（下流方向）に各々が4.3125kHz
幅の256の「音調（トーン）」を使用する。すなわち、
電話システムにおいては、一般的に下流方向とは、中央
オフィス（一般的には電話会社によって所有されてい
る）からエンドユーザ（すなわち、居住あるいは企業ユ
ーザ）である遠隔地への伝送であると考えられている。
非対称ディジタル加入者回線規格はまた、608Kbps以
上のデータ速度における２重逆信号の使用をも企図して
いる。すなわち、例として、上流方向へ向けての伝送
は、遠隔地から中央オフィスに向かう。このように、非
対称ディジタル加入者回線という用語は、逆方向より正
方向のデータ伝送速度が実質的に高いことに由来するも
のである。このことは、電話回線を通じた画像プログラ
ムや、テレビ会議情報の遠隔地への伝送を意図するシス
テムにおいて、特に有用である。例として、このシステ
ムの一つの使い道によれば、住居にいる顧客は、映画等
の画像情報をビデオカセットを借りる必要なくして電話
回線を通じて手に入れることができる。他の使い道は、
テレビ会議である。
一般的な電話システムと同様に、非対称ディジタル加
入者回線の規格化に詳しい当業者に知られている様に、
ほとんどの電話システムは、望ましい最大サービスエリ
ア（CSA）範囲を有する複数のキャリアサービスエリア
に分割されている。米国においては、24ゲージ撚り線対
配線が使用された場合、「中央オフィス」から２マイル
の最大キャリアサービスエリア範囲が一般的であり、26
ゲージ配線が使用された場合には、9000フィートが一般
的である。したがって、規格化過程における重要な特徴
の一つは、その選択されたシステムが、24ゲージ撚り線
対電話回線のような一般的な電話回線を通じて、中央オ
フィスからCSA範囲の全体にわたって伝送が可能である
こと、という点にあった。このことは、信号が角に多く
減衰しないこと、及び信号が相対的にクロストーク雑音
に対する許容範囲が大きいこと、の双方を要求する。
非対称ディジタル加入者回線規格のための離散多重音
調解法の一つの知られている障害は、T1クロストーク雑
音が同一バインダ、若しくは、近接バインダに現れる場
合、この伝送方式は、確実な信号を予め規定された範囲
の外周境界に到達させることに関して困難性を有するこ
とである。たとえば、一般的に、T1回路は、１秒当たり
約1.544ミリオンビットのデータ速度で24個のボイスチ
ャネルを搬送し、また、一般的に、多量のクロストーク
雑音を生成することが知られている。事実、T1ノイズの
存在は、一般的にディジタル多重音調信号の範囲を、要
求電力制限と許容ビット誤り率の下でCSA範囲よりも狭
い範囲に減少させる。したがって、全ての場合におい
て、完全なキャリアサービス適用領域を確実にするため
に特別な規定が要求されることになろう。T1雑音を有す
る電話システム型は、パーセンテージ基準でかなり低い
にもかかわらず、あらゆる標準化サービスにおいて100
パーセントの互換性を有することは重要であると広く認
識されている。当然、標準化された技術によって完全キ
ャリアサービス適用範囲を保証することが望ましいもの
であった。しかしながら、そのような範囲は、与えられ
た離散多重音調技術の性質から不可能であることが広く
知られていた。本発明は、このようなクロストーク雑音
問題の一つの解決手段である。この問題が、T1クロスト
ーク雑音を有する領域に関して多く言明されているとは
いえ、以下に記述された解決手段は、E1雑音（主として
北米外部に存在する）を有する電話システムにも同様に
適用することができる。
本発明は、また、クロストーク雑音問題の緩和のみな
らず他にも多くの利点を備えた解決手段を提供する。た
とえば、T1又はE1クロストーク雑音の影響を受けにくい
範囲（設置された電話システム基地の大部分）では、記
載された発明は、設置回線を通じた１秒当たり10〜50Mb
ps以上の速度での確実なディジタル情報の伝送を許容す
る。このシステムは、また、上流方向に向けた高速伝送
のための規定を許容する。これらの伝送速度が、現在入
手可能な伝送速度よりも実質的により高速であること
は、当業者によって認識されるであろう。
発明の概要 上記説明から、本発明の目的は、離散多重音調伝送方
式を使用して潜在的に雑音の多い加入者通信回線を通
じ、ソースからディジタル情報を伝送する方法を提供す
ることにある。本システムは、ディジタルデータをエン
コードし、エンコードされたデータを1.6MHz以上の全帯
域幅を有する離散多重音調信号上に変調することを目的
とする。幾つかの発明の実施の形態では、8MHzよりも広
い帯域幅が使用されている。通信回線は、それぞれが１
つの関連するサブキャリア音調に対応する複数のサブチ
ャネルにおける雑音レベルを含む、１以上の回線品質変
数を決定するために監視される。この変調方式は、検出
された回線品質変数、サブチャネル利得変数、及び許容
電力マスク変数を含む種々のファクタを、離散多重音調
信号の変調時に考慮するように定められている。この変
調システムはまた、特定のサブキャリアを通じた回線品
質の実時間変化に適合するように、データを伝送するた
めに使用されるサブチャネル、及び／又は、各サブチャ
ネルを通じて伝送される情報量を動的に変化させるため
に、伝送期間中に、使用されるサブチャネルと、各サブ
キャリアを通じて伝送されるデータ量とを動的に更新す
ることができる。伝送に関して遠隔地に設置された受信
装置は、離散多重音調信号を受信し、復調し、デコード
するように構成されている。
本発明に係る一発明の実施の形態では、多重音調のエ
ンコードは、実質的にATIS非対称ディジタル加入者回線
規格に従って実行されるが、ここでは、各々が約4.3125
kHzの帯域幅を有する全512のサブチャネルが使用され
る。この発明の実施の形態では、前述した規格より高い
周波数にて発生するサブチャネルは、サブキャリア選択
基準の点から見て規格範囲内にある場合と同様にして取
り扱われる。この発明の実施の形態は、利用可能な2.20
8MHzの帯域幅を有する離散多重音調信号の使用を企図し
ている。他の発明の実施の形態では、サブチャネル数
は、128個から2048個あるいはそれ以上の間にあっても
よい。
いくつかの発明の実施の形態では、各サブチャネルの
帯域幅は、4.3125kHz幅の複数のサブチャネルで与えら
れるものよりも大きい全帯域幅の実現を容易にするため
に増加させられる。例によれば、各サブチャネルの帯域
幅は、５〜40kHz幅、若しくはそれ以上の範囲にしても
よい。記載された一発明の実施の形態は、8.832MHzの全
利用可能帯域幅のために、各々が34.5MHzの帯域幅を有
する256個のサブチャネルの利用可能性を企図する。ア
マチュア無線信号のような既知の規制ソースからの干渉
（混信）を受けやすい応用例においては、その干渉に関
連する帯域は、各方向における干渉を避けるため単にマ
スクされて、沈黙させられるようにしてもよい。
本発明に係る他の応用例は、大きなクロストーク雑音
を有するシステムにおいて用いられ得る。その様なシス
テムにおいては、１秒当たり６ミリオンビット（6Mbp
s）以上のデータ伝送速度でキャリアサービスエリアに
わたってエンコードされたディジタルデータの伝送を容
易にするため、信号は最も大きなクロストーク雑音（た
とえば、T1クロストーク雑音）より高い周波数、及び低
い周波数を有するサブキャリアを通じて伝送される。
本発明に係る他の応用例は、送信装置から2000メート
ルまでの範囲に配置された遠隔受信装置へ、１秒当たり
10ミリオンビット（10Mbps）以上のディジタルデータ伝
送速度でデータを伝送するために、撚り線対回線のよう
な一般的な電話回線と共に使用され得る。事実、1000メ
ートルの撚り線対回線距離における25Mbpsを超えるデー
タ伝送速度、及び600メートルの撚り線対回線距離にお
ける50Mbpsを超えるデータ伝送速度は、容易に得ること
ができる。
本発明に係る他の応用例では、あらゆる要求速度にお
ける上流通信を許容するために、付加的帯域幅が、上流
通信に対して利用可能になされる。
図面の簡単な説明 本発明は、図面と共に以下の記載を参照することによ
り、本発明の更なる目的及び利点を共に最も良く理解さ
れ得るであろう。
図１は、ATIS北米規格に従う離散多重音調帯域を示す
グラフである。
図２は、最悪状態のクロストークを伴う１キロメータ
の26ゲージ電話回線に関して、各音調を通じて搬送され
るビットの数を示す代表ビット分布プロフィールを表す
グラフである。
図３は、一般的なT1雑音の周波数スペクトルを示すグ
ラフである。
図４は、記載された本発明によって達成可能なデータ
速度と、非対称ディジタル加入者回線のためのATIS北米
規格に従い機能する離散多重音調送信装置によって達成
可能なデータ速度とを、26及び24ゲージ撚り線対配線の
種々の距離に対して、近傍のバインダにT1クロストーク
が存在する状態で比較したグラフである。
図５は、本発明及びATIS非対称ディジタル加入者回線
規格を実行するために好適な離散多重音調伝送方式を利
用する画像配信システムのブロック図である。
図６は、多くの既設電話システムにおいて使用されて
いる分布領域アーキテクチャの概略図である。
図７は、図２の代表ビット分布プロフィールに対して
潜在アマチュア無線帯域をマスクするように修正された
グラフである。
図８は、本発明を実施するために好適なとトランシー
バの概略ブロック図である。
発明の詳細な説明 現在、提案されているATIS非対称ディジタル加入者回
線北米規格は、離散多重音調（DMT）データ伝送方式の
使用を企図している。離散多重音調伝送方式に対するプ
ロトコルの詳細な説明は、T1E1.4 ATIS規格（Standar
d）として参照される未決定の北米規格（North Americ
an Standard）に詳細に記載され、また、現在、Standa
rd Contribution No.94−007,rev.8,発行日1995年３
月、に記載されている。図１に示されているように、北
米における規格化された離散多重音調（DMT）システム
は、正方向（下流方向）に各々が4.3125kHz幅の256の音
調を使用する。音調の周波数範囲は、０〜1.104MHzであ
る。下位の32音調はまた、上流方向に向けた２重データ
伝送のために使用され得る。本出願の背景技術の欄で述
べたように、一般的に解決不可能であると考えられてき
た、離散多重音調伝送システムにおける一つの認識され
ている制限は、T1クロストークが出現した状態での確実
なキャリアサービスエリア信号の伝送である。
ここに提案されている解決手段は、飛躍的に伝送帯域
幅を増大させる。一つの例においては、これは、同じ幅
を有する各サブチャネルを用い、サブチャネルの数を増
加させることによりなされている。他の例においては、
これは、各サブチャネルの帯域幅を増大させることによ
りなされている。すなわち、提案されている規格（図１
に見られる）にて示されている1.104MHz帯域幅の256の
サブチャネルの代わりに、２〜10倍のオーダの帯域幅を
有するシステムが提案されている。例によれば、一つの
発明の実施の形態では、各々が4.3125kHz幅を有する512
のサブチャネルを備えることにより伝送帯域幅が２倍に
され、合計で2.208MHzの帯域幅になっている。他の発明
の実施の形態では、8.832MHz帯域幅を備えるために、4.
3125kHz幅の８倍の個数のサブチャネルが使用されてい
る。必要であれば、上流伝送のために利用可能なサブチ
ャネルの数も（従ってその帯域幅も）、増加され得る。
上流伝送のために割り当てられた帯域幅は、あらゆる特
定応用例の要求に合致するよう幅広く変更され得る。例
によれば、上流通信のために利用可能なサブチャネルの
数は、ATIS規格にて提案されている32音調帯域から64音
調へと２倍にしてもよい。
他の解決方法は、各サブチャネルにより多くの帯域幅
を割り当てることを企図する。例によれば、２〜10の範
囲の倍率で各サブチャネルの帯域幅を増加させると、適
切に機能することが知られている。例えば、「音調」当
たり34.5kHzの帯域幅を伴う256のサブチャネルシステム
においては、8.832MHzの総伝送帯域幅が得られる。当
然、サブチャネル数の増加、及び音調幅の増加という概
念は、あらゆる特別なシステムに要求される帯域幅を備
えるために別々、あるいは一緒に使用され得る。
当業者によって認識されるように、25.6Mbits/sec及
び／又は51.84MBits/secの標準化伝送速度のために設置
された多くの既設ATM基礎施設がある。このようなデー
タ速度は、8.832MHz伝送帯域幅を有する本発明に従う離
散多重音調システムを利用することにより、多くの既設
撚り線対電話回線を通じてエンドユーザに対して容易に
且つ直接、伝えられ得る。
実際には、特定の帯域幅の下では、より高速なデータ
伝送速度は、一般的により多くのサブチャネルが使用さ
れたときに得ることができる。しかしながら、より多く
のサブチャネルは、一般的により高いハードウェアコス
トを意味する。対照的に、サブチャネルの帯域幅の拡張
は、少しだけ低い最大データ伝送速度を有するコストの
より低い解決策となり得る。
当業者によって認識されるように、実質的に1.1MHz範
囲より高い周波数（たとえば1.3MHz以上）での伝送は、
撚り線対電話回線を通じた比較的長距離の伝送には不適
当であると広く信じられている。しかしながら、その範
囲における出願人の実験は、これが正しくないことを示
してきた。むしろ、離散多重音調プロトコル下での伝送
は、１〜10メガヘルツの範囲の周波数、及びそれ以上の
周波数において適切に機能することが見い出された。例
によれば、図２は、エコーキャンセルを有していない2
5.6Mbit/secの伝送システムに対する代表ビット分布プ
ロフィールを示すグラフである。図示されている具体例
は、最悪状態クロストークを伴う１キロメータの26ゲー
ジ電話回線に関して、各音調を通じて搬送されるビット
数を示している。この例におけるマージンは、一般的に
ディジタルデータ伝送に必要であると考えられているマ
ージン（約６デシベルの最小マージンが一般的である）
よりも十分に大きい約12.4デシベルである。グラフから
見て取れるように、1.1MHz以上の周波数に大きなデータ
伝送が存在する。
次に図３を参照して、T1雑音を有するキャリアサービ
スエリアにおける既述されたシステムの有用性を記述す
る。ここに見られるように、T1雑音は、比較的低い周波
数（たとえば、約600kHz以下の周波数）にあってはさほ
ど大きな要素ではない。しかしながら、干渉（クロスト
ーク）の大きさは、周波数の増大に伴い、中央オフィス
から１マイル以上離れた遠隔地への離散多重音調伝送が
受け入れられるレベルを超えるまで増大する。したがっ
て、離散多重音調伝送は、T1雑音を有するキャリアサー
ビスエリアにおいては、約600〜750kHzより高い周波数
を有するサブチャネルにおいて、信頼性を持って使用す
ることができないことが一般に同意されている。このこ
とは、遠隔地がソースから１マイル以上離れているとき
に特に正しい。したがって、T1雑音は、正方向のデータ
伝送に関して利用することのできるサブチャネルの数を
大きく制限し、図４に示されたグラフによって描かれる
ように伝送され得るディジタルデータの速度を厳しく制
限する。しかしながら、図３に見られるように、約1.3M
Hz以上の周波数では、T1雑音によって生成されたクロス
トークの量は、注目すべきことにかなり減少する。T1雑
音曲線の２つめの山は、約1.6MHzを超えたところから大
きくなり始める。したがって、約1.3〜1.6MHzの範囲に
おけるサブチャネルは、T1クロストーク雑音から相対的
に逃れる傾向にあるといえる。したがって、上述した拡
張512サブチャネル帯域幅が使用されると、6Mbpsデータ
伝送速度は、近接するバインダにおいて（あるいは同一
のバインダにおいてすら）T1クロストーク雑音が出現し
た状態でも容易に達成され得る。
当業者によって理解されるように、このことは、北米
における非対称ディジタル加入者回線サービスのための
離散多重音調伝送規格に関して、最も頻出する批評を克
服する。実際の伝送帯域幅は、あらゆる所定時間にて経
験された雑音、及びデータ伝送要求に依存して、伝送か
ら伝送へ相当量変化し得ることが理解されるべきであ
る。しかしながら、T1雑音が出現した状態では、データ
伝送のほとんどは、約50〜600kHzの間及び1.3〜1.6MHz
の間の帯域にて生じるように思われる。伝送は、主に、
T1伝送と抵触しない周波数で行われるので、このうちの
より高い周波数帯域の使用は、周囲の回線においてそれ
ほど多くの雑音を発生させないという副次的な利益を有
する。
既述のサブチャネル倍増の発明の実施形態に従って機
能する離散多重音調送信装置によって達成可能であるデ
ータ速度は、図４を参照して説明される。図４は、２倍
帯域幅の発明の実施の形態におけるデータ速度と、非対
称ディジタル加入者回線のためのATIS北米規格（North
American Standard）に従って機能する場合のデータ
速度とを、種々の距離に関して、26及び24ゲージ撚り線
対配線のバインダ近傍においてT1クロストークが出現す
る状態において比較するグラフである。ここに見られる
ように、既述の発明は、T1雑音が存在する状態におい
て、飛躍的に改善されたデータ伝送を有している。
上記説明には、大きなT1クロストーク雑音を有するシ
ステムにおける本発明の応用例が記載されている。しか
しながら、雑音が構造的（予測できるもの）であれ、局
所的（予測できないもの）であれ、既述のシステムは、
より高次のT1雑音、E1クロストーク雑音（ヨーロッパ諸
国においてより一般的であり、800〜1700MHzの範囲で最
も大きくなる傾向にある）、アマチュア無線の干渉（2M
Hz〜30MHzの間の幾つかの狭い帯域によって占められて
いる）、及び、その他の雑音を避けるためにも、同様に
うまく機能することは理解されるべきである。実際に
は、既述の離散多重音調システムは、単に雑音及び／又
は干渉（混信）が問題となる周波数帯域を避けるだけで
ある。このことは、雑音の多いサブチャネルを使用する
ことによってシステム自体の伝送が損なわれないこと、
及び伝送媒体で利用可能な広範な周波数範囲に含まれ得
るような他の認可周波数帯域と干渉しないこと、という
２つの利益を有する。
例によれば、アマチュア無線放送と共存するシステム
における本発明の応用例が説明される。図７は、図２を
参照して上述された離散多重音調システムに関する代表
ビット割合分布において、アマチュア無線伝送に相当す
る周波数帯域が単にマスクアウトされた場合を示してい
る。すなわち、図示されているように、３つの狭小帯域
215、217及び219が単にマスクされており、離散多重音
調システムは、マスクされた周波数範囲にて伝送を行わ
ないようになっている。マスクすることがシステムのデ
ータ伝送能力を大きく変えるものではない、ということ
は理解されるべきである。示された本発明の実施の形態
において、マスクされた帯域は、1.81〜2.0;3.5〜3.8及
び7.0〜7.1MHzの周波数帯域を含んでいる。図２を参照
して上述したシステムと比較した場合、同一の25.6Mbit
/secのデータ伝送速度は、マージンをわずか約１デシベ
ル失うだけで得ることができる。そのようなマージン
は、このようなデータ伝送システムに関して必要である
と一般的に考えられている６デシベルのマージンよりも
十分に大きい。
既述の応用例は、同様に幾つかの他の利点を有する。
特に、クロストーク雑音を有しないシステム（北米にお
ける既設電話基地のほとんど）においては、著しく高速
なデータ伝送速度が確実に達成され得る。例によれば、
上述した帯域幅倍増の例では、6000フィート以上の距離
の撚り線対電話回線において12Mbps以上のデータ速度を
確実に手に入れることができる。さらに。逆方向の伝送
に関して利用可能なサブチャネルの数も２倍にされてい
る場合には、逆方向における潜在的データ伝送速度をも
著しく向上させることができる。例によれば、1.544Mbp
s（すなわち、T1データ伝送速度）以上の伝送速度を容
易に得ることができる。
当業者によって理解されるように、あらゆる所定のシ
ステムによって得られるデータ伝送速度は、多変数から
なる関数である。いくつかの適切な変数は、信号が伝送
回線上を伝わらなければならない距離、伝送回線の特
性、要求されるマージン、送信装置の出力レベル、及
び、付随雑音を含む。したがって、一般的に、雑音が少
なく品質の高い配線上を短い距離だけ信号が伝わるよう
なシステムにおいては、一般的に、より高速のデータ伝
送速度を扱うことができる。その一方で、雑音が多く、
より高いゲージ撚り線対配線を通じたより長い距離の伝
送に対応しなければならないシステムは、一般に比較的
低いデータ伝送速度に制限される。
エコーキャンセルを採用せず、それ故、上流通信を容
易にするために低周波数を利用するシステムでは、ソー
スから1000メートルの距離において、撚り線対配線を通
じて25Mbps以上のデータ転送速度が容易に得られる。例
えば、24ゲージ撚り線対配線を通じて25.6Mbpsで送信
し、６デシベルのマージンを維持するシステムは、1000
メートルの範囲に到達するために約15dbmの送信出力を
必要とする。エコーがキャンセルされたシステムでは、
ソースから600メートルの距離において、撚り線対配線
を通じて50Mbps以上のデータ転送速度が容易に得られ
る。例によれば、24ゲージ撚り線対配線を通じて51.84M
bpsで送信し、６デシベルのマージンを維持するシステ
ムは、600メートルの範囲に到達するために約15dbmの送
信出力を必要とする。上述したように、実際の伝送速度
能力は、特定システムの特性によって非常に大きく変化
するであろう。しかしながら、既述のシステムは、既存
の技術を遥かに凌ぐ高い伝送速度にて、既存の電話基地
施設を通じたディジタルデータの配信を許容することが
当業者によって理解されるべきである。
既述の発明の能力をより良く説明するために、光ファ
イバ送信回線を利用する他の既存電話システムアーキテ
クチャ環境における応用例を説明する。このようなアー
キテクチャの一例が図６に図示されている。このアーキ
テクチャでは、光ファイバ送信線200は、多くの光ネッ
トワーク装置202にサービスするために配置されてい
る。各光ネットワーク装置は、約1500メートルまでの長
さの撚り線対配信回線206によって多くのペデスタル（p
edestals）204に結合されている。各ペデスタルは、住
居、会社等に設けられる多くのドロップ208にサービス
する潜在能力を有している。多くの場合、撚り線対配線
からなるドロップ208は、一般的に約50メートルよりも
長いことはない。したがって、本発明が既存施設を使用
して、飛躍的に改善された伝送速度を提供するために用
いられ得ることは理解されるべきである。
次に図５を参照し、本発明に従って動作する画像配信
システムについて説明する。画像サーバ21は、非同期伝
送モデムスイッチ22を介してディジタルデータを送信装
置20に供給する。画像サーバ21は、伝送距離、回線品
質、及び使用されている通信回線の種類を勘案して許さ
れる最大データ速度までのあらゆるデータ速度にてデー
タを供給することができる。送信装置20は、エンコーダ
23及び離散多重音調変調装置を含むいくつかの構成装置
を有する。エンコーダ23は、画像データを多重化し、同
期化し、エンコード（符号化）し、圧縮するために機能
し、また、１秒当たり15ミリオンビットまでのデータ速
度を扱うことができる。より詳しくは、エンコーダは、
多数のサブチャネルのそれぞれに対して、入力ビットス
トリームを同位相の複数の直交成分に変換する。エンコ
ードは、順方向誤り訂正方式、及び／又はトレリスコー
ディング方式を使用して実行され得る。本発明の実施の
形態においては、512のサブチャネルを利用することが
できる。したがって、エンコーダは、各々が4Kbpsを示
す512のサブ記号列を出力する。これらは、離散多重音
調変調装置25に与えられる複合入力である。例によれ
ば、策に参照されたATIS規格において好適なエンコーダ
が詳述されている。
変調装置25は、好適なアルゴリズムによって逆フーリ
エ変換を演算するIFFT変調装置である。エンコーダ出力
は複合数なので、IFFT変調装置は、1024の入力を受け取
る。ビット分布は、前述したATIS規格にて説明されてい
るように、離散多重音調システムにおいて、適応的に決
定される。このことを容易にするために、送信装置20も
また、各利用可能なサブチャネルの回線品質を決定する
ために通信回線を監視する回線監視装置64（図８参照）
を有している。発明の一つの実施の形態では、回線監視
装置は、各サブチャネルにおける雑音レベル、信号利得
及びフェーズシフトを決定する。その目的は、各サブチ
ャネルに関する信号対雑音比を評価することである。し
たがって、既述された変数と共に、あるいはそれらのか
わりに、他の変数を監視するようにすることもできる。
どのサブチャネルを通じてエンコードされたデータを伝
送するのか、および、どれだけのデータを各サブチャネ
ルを通じて伝送するのか、という決定は、幾つかの要素
に基づいて動的になされる。これらの要素としては、検
出された回線品質変数、サブチャネル利得変数、許容電
力マスク、及び要求最大サブキャリアビット誤り率を含
む。多くの要素は、サブチャネルの間で一定である必要
はなく、実際には使用中に変化し得ることに留意すべき
である。特に回線品質変数は、ひんぱんに検出され、ま
た、変調方式の調整は、使用中の多くのサブチャネルに
おける回線品質の変化に応じて動的に変調を調整するた
めにリアルタイムに行われる。例によれば、好適な離散
多重音調変調装置が同じくATIS規格中に記載されてい
る。
エンコード（符号化）された信号が離散多重音調信号
を形成するように変調された後、循環プレフィクスが離
散多重音調エンコード済信号（離散多重音調符号化信
号）に付加される。循環プレフィクスは、主に、離散多
重音調信号の復調を容易にするために用いられる。ATIS
規格では、32ビット循環プレフィクスが用いられてい
る。しかしながら、既述の広い帯域幅を使用する場合に
は、同様に循環プルフィクスの長さを２倍にすることが
好ましい。送信装置はまた、離散多重音調信号を通信回
線40に適用する回線ドライバ28を有しており、この通信
回線は、撚り線対電話回線の形を採ることができる。当
然、他の既存の通信回線も同様に使用され得る。撚り線
対回線は、既設通信システムにおいて広範に使用されて
いるので、特に重要なのである。
そして、循環プレフィクスを伴う離散多重音調エンコ
ード済信号は、通信回線29を通じて遠隔地へ伝送され
る。既述した512のサブチャネルの発明の実施の形態で
は、離散多重音調信号は、全部で約2.208MHzの利用可能
な帯域幅を有している。一発明の実施の形態において
は、送信装置は、電話キャリアサービス範囲の中央オフ
ィスに配置されており、通信回線は、撚り線対チャネル
である。他の発明の実施の形態では、異なる通信回線が
使用され得る。
この信号は遠隔地に配置されている受信装置30によっ
て受信される。受信装置は、アナログフィルタ32、時間
ドメイン等化装置38（TEQ）、等化された離散多重音調
信号を復調し循環プレフィクスを取り除く復調装置31、
及び、復調された信号をデコード（復号化）するデコー
ダ33を備えている。復調装置31及びデコーダ33は、それ
ぞれ変調装置25及びエンコーダ23の逆の動作を実行す
る。そして、デコードされた信号は、デコーダ33からテ
レビ、コンピュータ、あるいは他の好適な受信装置のよ
うな遠隔装置36に与えられる。時間ドメイン等化装置、
復調装置31及びデコーダ33の動作は、所望の動作を達成
するための好適なアルゴリズムと共に、全てChow等の米
国特許5,285,474中により詳細に記載されている。
上流エンコード及び変調は、既述の下流データ伝送の
場合と全く同一の方法で実行され得る。しかしながら、
既述の発明の実施の形態では、ちょうど64個のサブチャ
ネルが上流通信に利用可能とされている。しかしなが
ら、あらゆる数のサブチャネルが、上流通信に対して利
用可能とされ得ることは理解されるべきである。
既述した幾つかの発明の実施の形態においては、サブ
チャネル帯域幅は、固定されていると考えられてきてい
る。しかしながら、いくつかの応用例では、サブチャネ
ル帯域幅を一斉に動的に調整するための機構が備えられ
ていることが望まれる。そのようなシステムでは、決ま
った数のサブチャネルによって得ることのできるデータ
伝送速度は、単にサブチャネル帯域幅を拡張することに
よって増加され得るであろう。
例えば、一つの代表的なシステムは、各々が4.3125kH
z〜34.5kHzの範囲で変更され得る帯域幅を有する256の
サブチャネルを備えることができる。当然、実際の範囲
は、特定のシステムの要求に従って幅広く変更され得
る。そのような一応用例において、このシステムは、当
初、最小幅のサブチャネルで動作するように設定され得
る。そして、システムの負荷が増加するに従って、サブ
チャネル幅は、増加するデータ伝送要求を処理するため
に要求された通りに徐々に調整され得る。典型的な場合
には、帯域幅増加のステップは、まれに実行され、シス
テムのアップグレードとして取り扱われるであろう。他
の発明の実施の形態では、帯域幅は、現在のシステムの
データ伝送要求に合わせるために動的に増加、また減少
させられ得る。
以上、わずかな発明の実施の形態に基づき本発明を説
明したが、本発明が、本発明の趣旨、及び範囲を逸脱し
ない限り、他の特定の形で具現化され得ることは理解さ
れるべきである。特に、発明の実施の形態によって説明
されてきた本発明は、提案されているATIS北米非対称デ
ィジタル加入者回線規格と完全に互換性を有する。しか
しながら、本発明は、非対称の場合と同様に対称である
離散多重音調データ伝送方式にも等しく適用することが
できることが理解されるべきである。さらに、本発明
は、既述の発明の実施の形態において用いられた特定の
サブチャネル幅を有する伝送方式に決して限定されるこ
とはない。むしろ、本発明は、容易に幅広い範囲の伝送
方式に適用され得る。要点は、従来可能であると信じら
れていたよりも高い周波数のサブチャネルで、電話回線
を通じてデータを確実に伝送できることである。さら
に、現実に利用可能なサブチャネルの数は、特定システ
ムの要求に従って幅広く変化し得る。しばしば、効率の
観点から利用可能なサブチャネルの総数を２の整数乗の
数に規定することが望ましい。しかしながら、このこと
が常に要求されわけではない。前述した観点から、上記
例は、限定としてでなく実例として考慮されるべきであ
り、また、本発明は、ここに与えられた詳細に限定され
ることはなく、むしろ添付のクレームの範囲内において
改良され得るものである。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−259945（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−16038（ＪＰ，Ａ) 米国特許5596604（ＵＳ，Ａ) 米国特許5623513（ＵＳ，Ａ) 米国特許5519731（ＵＳ，Ａ) 米国特許5673290（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04L 27/00 H04B 15/00 H04M 11/00 302

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】撚り線対通信回線上を周波数の異なる多数
    のサブキャリアを通じてディジタルデータを伝送するた
    めに好適な離散多重音調送信装置において、前記送信装
    置は、 １秒当たり６メガビットを超える速度にてディジタル情
    報をエンコードすることができる、ディジタル情報をエ
    ンコードするためのエンコーダと、 前記エンコードされたディジタル情報を離散多重音調信
    号中の多数のサブキャリア上に変調するための変調装置
    であって、各サブキャリアは１つの関連する音調及び１
    つの関連するサブチャネルに対応し、前記離散多重音調
    エンコード済信号に関して利用可能な前記サブキャリア
    は1.6MHz以上の結合された帯域幅を有し、前記変調は、
    少なくとも検出された回線品質変数と許容電力マスク変
    数とを考慮して設定され、前記変調は、特定の変数の実
    時間変化に適応させるために、使用される前記サブチャ
    ネルの数と各サブチャンネルの帯域幅の少なくとも一方
    について伝送期間中に動的に更新が可能である変調装置
    と、 前記離散多重音調信号が前記伝送回線に適用される前に
    前記離散多重音調信号に循環プレフィクスを加えるため
    の付加装置と、を備える離散多重音調送信装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の送信装置において、前記
    変調装置は、前記エンコードされたディジタル情報を、
    各々が約4.3125kHz〜34.5kHz幅の範囲の帯域幅を有する
    複数のサブチャネルに対応する複数のサブキャリア上に
    変調する、送信装置。
  3. 【請求項３】請求項２に記載の送信装置において、前記
    変調装置は、前記エンコードされたディジタル情報を、
    可変幅を有する複数のサブチャネルに対応する複数のサ
    ブキャリア上に変調するように構成されている、送信装
    置。
  4. 【請求項４】請求項１に記載の送信装置において、前記
    変調装置は、情報を512個の別々のサブチャネル上に伝
    送することが可能な、送信装置。
  5. 【請求項５】請求項４に記載の送信装置において、前記
    送信装置は、最大で256個の下位サブチャネルを利用す
    る規格モードにおいても使用可能であり、ATIS北米非対
    称ディジタル加入者回線規格と互換性を有する、送信装
    置。
  6. 【請求項６】請求項１に記載の送信装置において、前記
    監視装置は、大きな回線雑音及び干渉を検出することが
    可能であり、雑音が検出された場合、前記変調装置は、
    一秒当たり６メガビット（6Mbps）以上のデータ速度で
    キャリアサービスエリアにわたって前記エンコードされ
    たディジタルデータの伝送を容易にするため、最も大き
    な雑音の上下の周波数において前記エンコードされたデ
    ィジタル情報を伝送するように構成されている、送信装
    置。
  7. 【請求項７】請求項１に記載の送信装置において、前記
    送信装置は、撚り線対電話回線の形を採る通信回線を通
    じて１秒当たり10ミリオンビット（10Mbps）以上の速度
    で、前記送信装置から2000メートルまでの遠隔地へ前記
    エンコードされたディジタル情報を伝送することが可能
    である、送信装置。
  8. 【請求項８】撚り線対通信回線の形を採り得る通信回線
    を通じて第１組のエンコードされた多重音調ディジタル
    情報を受信するための離散多重音調受信装置において、
    前記受信装置は、 前記エンコードされたディジタル情報を離散多重音調信
    号中の多数のサブキャリアから１秒当たり６メガビット
    を超えるデータ速度で復調するための復調装置であっ
    て、各サブキャリアは１つの関連する音調及び１つの関
    連するサブチャネルに対応しており、利用されるサブチ
    ャンネルの数と各サブチャンネルの帯域幅の少なくとも
    一方について伝送期間中に動的に更新が可能であり、前
    記エンコードされた離散多重音調信号に関して利用可能
    な前記サブキャリアは1.6MHz以上の結合帯域幅を有し、
    前記復調は、変調情報を前記離散多重音調信号の一部と
    して受信するように設定されており、前記復調装置は、
    前記変調方式における実時間変化に適応させるために、
    変更された変調情報に応じて受信中に動的に更新が可能
    であり、前記復調装置は、前記離散多重音調信号から前
    記循環プレフィクスを取り除くように構成されている、
    復調装置と、 前記復調されたディジタル情報を実時間でデコードする
    ためのデコーダと、 第２組のディジタル情報をエンコードするためのエンコ
    ーダと、 前記第２組のエンコードされたディジタル情報を第２離
    散多重音調信号中における多数のサブキャリア上に変調
    するための変調装置であって、前記第２離散多重音調信
    号中の各サブキャリアは、１つの関連する音調及び１つ
    の関連するサブチャネルに対応しており、前記エンコー
    ドされた第２離散多重音調信号に関して利用可能な前記
    サブキャリアは、前記エンコードされた第１離散多重音
    調信号に関して利用可能な前記サブキャリアの帯域幅よ
    りも著しく小さい結合帯域幅を有する変調装置と、を備
    える離散多重音調受信装置。
  9. 【請求項９】請求項８に記載された受信装置において、
    前記エンコードされた第２離散多重音調信号は、64個ま
    での別々のサブキャリアを有し、前記通信回線を通じて
    ソースへ伝送される、受信装置。
  10. 【請求項１０】請求項８に記載された受信装置におい
    て、前記復調装置は、さらに時間ドメイン等化装置を備
    える、受信装置。
  11. 【請求項１１】多くの音調を有する離散多重音調伝送方
    式を使用し、撚り線対通信回線の形を採り得る潜在的に
    雑音の多い通信回線を通じてソースからディジタル情報
    を伝送する方法であって、前記ディジタル情報は多数の
    サブキャリア上でエンコード及び変調され、各サブキャ
    リアは１つの関連する音調と対応し、前記方法は、 前記関連する音調の１つに対応する多数の各サブチャネ
    ルにおける雑音レベルを示す１以上の回線品質変数を決
    定するために前記通信回線を監視するステップと、 ディジタルデータストリームをエンコードするステップ
    と、 離散多重音調変調装置を使用して前記エンコードされた
    ディジタルデータストリームから多重音調エンコード済
    信号を形成するステップであって、前記離散多重音調エ
    ンコード信号に関して利用可能なサブキャリアは1.6MHz
    以上の結合帯域幅を有し、前記エンコード及び変調は、
    検出された前記回線品質変数及び許容電力マスク変数を
    考慮して設定され、前記変調システムは、特定の変数に
    関して実時間変化に適応させるために、使用されるサブ
    チャネルの数と各サブチャンネルの帯域幅の少なくとも
    一方について伝送期間中に動的に更新が可能であるステ
    ップと、 前記離散多重音調エンコード済信号に循環プレフィクス
    を加えるステップと、 前記離散多重音調エンコード済信号、及び前記循環プレ
    フィクスを前記通信回線を通じて遠隔地へ伝送するステ
    ップと、を備える方法。
  12. 【請求項１２】請求項11に記載された方法であって、さ
    らに、遠隔地にて前記信号を受信するステップと、その
    遠隔地にて受信されたその信号を復調し、デコードする
    ステップと、を備える方法。
  13. 【請求項１３】請求項１に記載された方法において、前
    記音調は、各々約4.3125kHz以上の帯域幅を有する、方
    法。
  14. 【請求項１４】請求項13に記載された方法において、約
    2.208MHz以上の帯域幅の使用を容易にするために512個
    までの音調を利用し得る、方法。
  15. 【請求項１５】請求項11または14に記載された方法にお
    いて、前記多重音調エンコードは、実質的にATIS非対称
    ディジタル加入者回線規格に従って実行され、その規格
    に記載されている周波数よりも高い周波数で発生する前
    記サブチャネルは、サブチャネル選定基準に関して、前
    記規格範囲内にあるサブチャネルと同様に取り扱われ
    る、方法。
  16. 【請求項１６】請求項11に記載された方法において、前
    記監視ステップ中に大きな雑音又は干渉が検出された場
    合に、前記変調装置は、キャリアサービスエリアにわた
    って前記エンコードされたディジタルデータの伝送を容
    易にするために、最も大きな雑音又は干渉の上下の周波
    数において前記データを伝送するように構成されてい
    る、方法。
  17. 【請求項１７】請求項16に記載された方法において、撚
    り線対通信回線を通じた前記データ伝送速度は、T1雑音
    が存在する場合であっても、2000メートルまでの距離に
    おいて１秒当たり10ミリオンビット（10Mbps）以上であ
    る、方法。
  18. 【請求項１８】請求項11に記載された方法において、前
    記通信回線は、撚り線対電話回線であり、前記遠隔地
    は、前記送信装置から1500メートルまでにあり、前記デ
    ィジタルデータは、１秒当たり25ミリオンビット（25Mb
    ps）以上の速度で伝送される、方法。
  19. 【請求項１９】請求項13に記載された方法であって、さ
    らに、第２組のデータを前記遠隔地にてエンコードし変
    調するステップと、前記第２組のデータを前記通信回線
    を通じて64個までの別々の音調を有する第２離散多重音
    調信号上で前記ソースに伝送するステップと、を備える
    方法。
  20. 【請求項２０】請求項18に記載された方法において、前
    記第２組データ中の前記ディジタルデータは、１秒当た
    り1.544ミリオンビット以上のデータ伝送速度で伝送さ
    れる、方法。
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