JP3722840B2 - データ通信装置およびその方法 - Google Patents

Description

技術分野
この発明は、データ通信装置およびその方法に関し、限定されないが特に、複数の導線（例えば４つのツイストペア・ワイヤ）をもつケーブルのような複数のチャネル上でデータを通信し、例えばそのような通信に関連してデータを符号化するおよび／または復号化する装置および方法に関する。
背景技術
パソコンおよびワークステーションの普及によって、そのような設備とプリンタやデータ記憶装置のような共有資源とを相互に接続するためのネットワークが開発されている。より強力で洗練された計算設備およびプログラムが、次第に利用できるようになり、例えばデータベース情報およびグラフィック画像の形式でより大量のデータ処理を可能にする。これらの開発は、ネットワークの速度および容量に関する需要を増加させている。
多様な新しいネットワーク技術が、これらの需要を満たすために提案されている。最近の１つの提案は、IEEE Standard 802.12として確立されており、100VG-AnyLANとしても知られている。データを100メガビット/秒(Mb/s)で転送するこの技術は、伝送されるデータ・フレームをそれぞれ５ビットの連続するブロックに分割し、そのブロックを5B6Bコードを使用して符号化し、符号化されたブロックを周期に基づいて４ツイストペア導線の間に分配することを含む。
この技術に基づくネットワークは、展開されており、現在の要求に応じているが、将来の計算の開発は、最終的に一様により高速でより高容量のネットワークを必要とするものと考えられる。しかし必要な費用を最小限にするため、現在のネットワークについて使用されているものと同種のケーブル基盤構造(infrastructure)を使用し続けることが望ましい。しかし、そのような基盤構造の使用は、30NHz以上の周波数をもつ電磁放射のレベルに関する厳しい規制限度に準拠することを要求する。既存のネットワーク・システムのビット速度を単に増加させることは、例えばそのような容認できないレベルの放射を生じる。
この発明の目的は、現在使用中のものと同様の導線を使用し、規制要件に準拠しながら、100Mb/sを超えるデータ速度でデータを通信する装置および方法を提供することである。
発明の開示
この発明の１つの見地によると、チャネル上にチャネルへのアクセスを調整する制御信号と共にデータのブロックを伝送する装置であって、上記制御信号は、上記データ・ブロック入力信号のいずれとも異なるデリミタ信号間に伝送され、上記制御信号は、上記制御信号が上記可能な値の集団中に間隔を置いて配置されるように、また上記制御信号間に上記データ信号間より大きいハミング距離があるように上記データ・ブロックの可能な値から前もって選択される、上記装置が提供される。
この発明のもう一つの見地によると、チャネル上に上記チャネルへのアクセスを調整する制御信号と共にデータのブロックを伝送する装置であって、
データ・ブロック入力信号を受信し、元に戻せるようにスクランブルするスクランブラ手段と、
上記スクランブラ手段に結合され、コードに従って、それぞれ別々のスクランブルされたデータ・ブロックについてコード・ブロックを引き出す符号化手段と、
上記符号化手段に結合され、上記チャネル上にコード・ブロックを伝送する伝送手段と、
制御信号を生成し、上記スクランブラ手段に上記制御信号を供給する制御手段であって、上記制御信号は、上記データ・ブロックの可能な値のあらかじめ選択されたものである手段と、
上記伝送手段および上記符号化手段に結合され、スクランブルされ符号化された形式の上記データ・ブロック入力信号のいずれとも異なる上記デリミタ信号間に、符号化される制御信号を上記伝送手段に供給する制御手段と、
を備える装置が提供される。
この発明の更なる見地によると、チャネル上に、上記チャネルへのアクセスを調整する制御信号と共にデータのブロックを伝送する方法であって、上記制御信号は、上記データ・ブロック入力信号のいずれとも異なるデリミタ信号の間に伝送され、上記制御信号は、上記制御信号が上記可能な値の集団中で間隔を置いて配置されるように、また上記制御信号間に上記データ信号間より大きいハミング距離があるように、上記データ・ブロックの可能な値からあらかじめ選択される上記方法が提供される。
この発明の更なる見地によると、チャネル上に、上記チャネルへのアクセスを調整する制御信号と共にデータのブロックを伝送する方法であって、
データ・ブロック入力信号を受信し、元に戻せるようにスクランブルするステップと、
コードに従って、それぞれ別々のスクランブルされたデータ・ブロックについてコード・ブロックを引き出すステップと、
上記チャネル上にコード・ブロックを伝送するステップと、
制御信号を生成するステップであって、上記制御信号は上記データ・ブロックの可能な値のあらかじめ選択されたものであるステップと、
スクランブルされ符号化された形式の上記データブロック入力信号のいずれとも異なるデリミタ信号の間に、符号化される制御信号を上記伝送手段に供給するステップと、
を含む上記方法が提供される。
図面の簡単な記述
この発明に従う、シールドされていないツイストペア・ケーブルを使用してデータを通信するための装置および方法は、添付の図面を参照して例示によって記述される。
図１は、装置の形態のブロック概略図である。
図２は、図１の装置に含まれるサイドストリーム・スクランブラのブロック図である。
図３は、図１の装置の色々な点における波形を示す波形図である。
図４は、２つのブロック・コードの電力スペクトル密度を示すグラフである。
図５は、装置の修正された形態のブロック概略図である。
発明を実行するためのベスト・モード、および産業上の応用
図１は、ISO/IEC 11801：1995に規定されるようなCategory５のシールドされていないツイストペア(ＵＴＰ)ケーブル上に、100Mb/sを越える速度でデータを通信する装置を示す。この装置は、電磁放射のレベルに関する規制要件に準拠しながら、データ通信がこれらの速度で達成されることを可能にする。装置は特に、米国特許第5 438 571号の明細書に開示される種類の、通信媒体の共有使用のための需要優先プロトコルを実現するときに使用するのによく適している。そこに開示されるシステムは、４本導線のＵＴＰケーブル上を100Mb/sのデータ速度で動作する。本装置は、Category5のケーブル配線上で、より高い一様なデータ速度が達成されることを可能にする。これに関して、この装置は、データと、通信媒体へのアクセスならびに装置に含まれる回路の動作を調整するために需要優先プロトコルで使用される制御信号との両方の通信を提供する。
図１を参照して、装置は、単一のCategory５ＵＴＰ導線16を含む通信チャネルによって連結される送信器セクション12および受信器セクション14を含む。データは、８ビット語を含むように示され、分かりやすくするため各々のブロックは、複数のビットを並行に受信するように表されている。実際上、いくつかのファンクションは、(例えばデータ語のスクランブルに関連して以下で述べるように)ビットごとの連続する態様で実現されてもよい。さらに特定のデータ語の処理は、図に示されるブロックの順序に一致して、個々のステップの厳密な時系列の順序で生じる必要はない。こうして受信器セクション14の中のデリミタ検出、および結果として生じる誤り検出メカニズムの選択(以下で記述される)は、同時に受信されるブロックに影響を与えうる。このため、バッファ・メモリを必要に応じていくつかのブロックに供給することができる。
送信器セクション12は、８ビット・データ語および制御語をそれぞれ受信し、制御/データ選択信号に従ってこれら２つの入力の一方に関する信号を選択する、２つの入力をもつマルチプレクサ20を含む。制御語は、たった５つのアクティブなビットをもち、残りの３つの最上位ビットは、ゼロの値を強いられる。
マルチプレクサへの選択される入力語は、サイドストリーム(side-stream)・スクランブラ22に渡される。通信ネットワーク上の典型的なデータ・トラフィックは、単なる反復的な１またゼロであるパターンを含む。同様に制御後も、長い期間変わらないことがあり、同じ語の反復をもたらす。これらの反復が導線16上に伝送される場合、伝送されるエネルギーの大きい割合は、比較的少数の周波数に集まり、結果的に電磁放射に関する問題を生じる。スクランブラ22は、データおよび制御語ストリームを、疑似ランダム・ビット・シーケンスと結合することにより、伝送されるビット・パターンの元に戻せるランダム化を提供する。図２に示されるように、この疑似ランダム・ビット・シーケンスは、所定の開始パターンでロードされるシフトレジスタ24内で生成される。データおよび制御語ストリームの各々のビットが受信されると、シフトレジスタの内容は１位値ずつシフトされる。シフトレジスタの出力ステージにおける値は、選択される前のステージにフィードバックされ、それらの各々の中で、その値は、先行ステージからの値と排他的ORゲート(図示しない)で結合されて、所望の擬似ランダム・シーケンスを作り出す。また出力値は、データおよび制御語ストリームの現在のビットとの結合のために排他的ORゲート26に供給され、スクランブルされたビット・ストリームを作り出す。
再び図１を参照して、スクランブルされたビット・ストリームの最上位３ビットは、固定の０値を受信する第２の３ビット入力をもつ第２のマルチプレクサ28に供給される。制御/データ選択信号が、データが伝送されていることを示すとき、関連するビットが排他的ORゲート26によって与えられるところでスクランブラの出力が選択されるのに対して、制御語の場合、それらのビットについて固定の０値が使用される。
スクランブラ出力の最下位５ビットおよびマルチプレクサ28の出力は、８ビット/３九進法シンボル(8B3N)エンコーダ30に供給される。このエンコーダは、それぞれ８ビットのスクランブルされた語を8B3Nブロック・コードの中の対応する３シンボルの符号語に翻訳する。ここで各々のシンボルは、９つの可能な値のうちどの値をとってもよい。これら９つの可能なシンボル値は、(ツイストペア導線の２本のワイヤ間で測定される)９つの異なる電圧レベルによってツイストペア導線16上に表される。ここで１レベルは０であり、４レベルは正であり、４レベルは負である。便宜上、これらのシンボルおよび対応する電圧レベル、ここで任意の数値-4、-3、-2、-1、0、+1、+2、+3および+4によって表される。実際の電圧は、これらの値とは数値的に異なってもよく、例えば電力消費および雑音マージンを含む実際上の要件を満たすように選ぶことができる。
エンコーダ30の実際の出力は、４ビット語またはニブルのシーケンスであり、各々のニブルは、９つの可能な九進法シンボルを表す９つの可能な値(例えば0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、1111および1000)のうち１つを有し、ニブルの連続するトリプレットは、エンコーダ30に供給される対応する８ビット語のための符号語を含む３シンボルを定義する。
エンコーダ30によって作り出される４ビット・ニブルのシーケンスは、制御語シンボルのトリプレットの前後にデリミタを表す追加のニブル(すなわちシンボル)と、データ語シンボルのシーケンスに関連して誤り検出シンボルとを挿入する挿入モジュール32に供給される。このため挿入モジュール32は、マルチプレクサ20および28と同じように制御/データ入力信号を受信する。
8B3Nコード、およびエンコーダ30ならびに挿入モジュール32の動作は、より詳しく以下に記述される。
挿入モジュール32によって出力されるニブル・シーケンスは、デジタル-アナログ変換器(Ｄ/Ａコンバータ)34に供給され、そのＤ/Ａコンバータ34は、各々の異なるシンボル値について別々の電圧レベルを作り出し、この電圧レベルをツイストペア導線16に適用する。選択的に、例えばデジタル・フィルタリングのようなニブル・シーケンスの異なる処理は、それぞれＤ/Ａコンバータ34に供給される前に可能である。同様に、例えばアナログ・フィルタリングのようなＤ/Ａコンバータの出力の更なる処理は、それがツイストペア導線16に適用される前に可能である。
受信器14は、これらの電圧レベルを等化器40で受信し、この等化器40は、受信される信号に影響を与えるひずみに関する異なる導線長の影響を補償する。等化器40によって作り出される補償された信号は、アナログ-デジタル変換器(Ａ/Ｄコンバータ)42(または判断回路の代替の形式)に供給され、このＡ/Ｄコンバータ42は、各々の連続するシンボル期間について、等化器40の出力に存在するものに最も近い電圧レベルに対応する９つの可能なニブル値0000ないし1000のうちの１つを生成する。これに関して、受信器14は、受信された信号の中のシンボル期間が識別できるように、位相固定ループのようなクロック復旧回路(図示しない)を組み入れる。
Ａ/Ｄコンバーター42によって生成されるニブルのシーケンスは、誤り検出モジュール44に渡され、この誤り検出モジュール44は、以下に述べるように、データ語シンボルに関連して挿入モジュール32によって挿入された誤り検出シンボルを除去し検査し、デリミタおよび関連する制御語シンボルを検査する。このモジュールによって検出される誤りは、可能であれば誤りを訂正したり、影響を受けたデータおよび制御信号の再伝送を要求するために使用される。
残りのニブルは8B3Nデコーダ46に供給され、この8B3Nデコーダ46は、受信された符号化されたシンボルが有効であることを検査し、エンコーダ30によって実施された符号化を元に戻す。このデコーダは、デリミタ・ニブルも認識し、従って受信器14のための制御/データ選択信号を生成し、誤り検出モジュール44に供給される。
復号化された８ビット語は、スクランブラ22と同じように動作するデスクランブラ48に供給され、同一の疑似ランダム・ビット・シーケンスを作り出す。このシーケンスは、送信器12で行われたスクランブリングを元に戻し、元のデータおよび制御語を回復するために復号化された命令と結合される。回復された語は、デコーダ46からの制御/データ選択信号の制御の下、デマルチプレクサ50によって個々の制御およびデータ語ストリームに分割される。制御語の場合、デマルチプレクサ50からの出力のうち３つの最上位ビットは無視される。
エンコーダ30において実現される8B3Nコードの例は、以下の表１に示される。

表１の各々のエントリは、十進法の８ビット語の値と、その８ビット語について符号語を一緒に形成する３つの九進法シンボルの値と、その符号化された値の「重み」の３つの部分を含む。この重みは、各々の符号化された値について、その符号化された値を作り上げる個々の九進法シンボルを合計することによって得られる。このように、８ビット値の十進数201(二進数11001001)について九進数の符号語は、シンボル(4,-3,2)のトリプレットであり、関連する重みは4-3+2=3である。
重みは、導線上の電圧オフセットが継続して存在することを回避するため、ツイストペア導線16上のd.c.バランスを維持する望ましさと関連して重要である。そのようなオフセットが長い期間存在することは、(例えば電気の安全の理由で)変圧器カップリングを使用するシステムに困難を引き起こすので、回避しなければならない。それぞれの符号化された値について重みは、そのようなオフセットを所定の限度内に保つために使用される。エンコーダ30は、導線16上に伝送される全符号語の重みの累積合計(ランニング・デジタル合計またはr.d.s.として知られる)を維持するカウンタを含む。各々の連続する８ビット値が符号化されるとき、表１に示されるようなその関連する重み(またはその重みが０を超えるか否か)は、この累積合計と比較される。累積合計が正であって、符号語の重みがゼロでない場合、符号語(およびその重み)は反転される。例えば、８ビット値の十進数201について、この場合符号語はトリプレット(-4,3,-2)になり、-3の重みを有する。
表１に定義されるコードの有利な特性は、どの符号語の重みも８より小さいか、それに等しくなるように強制されることである。さらに符号語の重みに関するこの制約は、導線上の電圧オフセットを最小限にすることを支援する。8B3Nコードの任意の選択は、重み12をもつ符号語を生じさせることがある。
図１より、制御語として使用される８ビット値は、８ビット・データ語値のサブセットであり、特に３つの最上位ディジットがゼロ(すなわち０ないし31のバイト値をもつ)のものであることは明らかである。さらに表１より、このサブセット内の全ての制御語は、ゼロの重みをもつ九進法の符号語をもつことが理解できる。程度を問わず１つでも腐敗が生じる(すなわち１つの九進法シンボルに影響を及ぼす)と、重み０の別の符号化された値を作ることはできない、すなわち、これらの符号語はハミング距離２ずつ離れている。制御語を表すためのこのサブセットの使用は、有効な制御語が腐敗して有効であるが不正確な制御語を作り出すというリスクを低減させるために役立つ。さらに制御語は、有効であると認められる前に連続して２回(またはそれ以上)生じなければならないということを要求することで、このリスクを減少させることができる。
それぞれの連続する制御語についてエンコーダ30に適用される実際の８ビット値は、マルチプレクサ20への入力に見られるその制御語に関する特定の固定値ではないことに注意すべきである。この値はスクランブラ22によってスクランブルされるので、一般に、特定の制御語の各々の連続する出現について異なった値がエンコーダ30に適用される。それにもかかわらず、スクランブラへの入力における各ビットの変形が他の入力ビットには依存しない、スクランブラ22のビットごとのサイドストリーム動作ゆえに、スクランブラ出力の３つの最上位ビットに代えてゼロを用い、所望のサブセット内の符号化された値が使用されることを保証し、受信器14内のデスクランブラ48の出力において回復される元の制御語値をもつことが可能である。
表１に示される符号化の場合、デリミタは、例えばシンボル(4,4,4)および(-4,-4,-4)のトリプレットでありうる。これらトリプレット内のシンボルのいずれか１つの影響を与える、程度を問わない腐敗が１つでも生じると、トリプレットをデータ語または制御語を表す有効な符号語に変えることができない。
図３は、一連のデータおよび制御語について、エンコーダ30の入出力およびツイストペア導線16上に見られる波形を示す。最も上のラインは、制御/データ選択信号(値１は制御信号が伝送されることを示す)の状態を示す。次の８本のラインは、エンコーダ30への入力信号を示す、次の４本のラインは、その４つの出力信号を示し、最も下のラインは、導線16上に現れる９レベル信号を示す。九進数値-4ないし+4は、エンコーダ30の出力においてそれぞれニブル0000ないし1000によって表されると仮定する。こうして例えば九進法値０は、ニブル0100によって表される。九進法のシンボル値とニブル値の間の対応について他の選択がなされてもよく、使用されるニブル値は、連続するシーケンスを形成する必要がないことに注意すべきである。
図３を参照して、伝送される最初の３つの語はデータ語であり、それぞれ十進法で０、77および193の(スクランブルされた)値をもつ。表１より、値０について符号語は(2,-4,2)であり、従ってエンコーダ30の出力は、ニブル0110、0000、0110のシーケンスであり、導線16上に必要とされる電圧レベルを提供する。この符号語の重みは０であるので、ここまでr.d.s.が０であると仮定すれば、それは０のままである。値77について符号語は(2,1,-2)であり、適当なニブルが、エンコーダ30によって出力され、これらの電圧を作り出すようＤ/Ａコンバータ34を制御する。この符号語の重みは１であるので、r.d.s.は１になる。値193について符号語は(4,-3,0)であり、関連する重みは１である。従って符号語は反転され、(-4,3,0)を作り出し、r.d.sを(この場合)ゼロの方へ減少させる。
これら３つのデータ語の後に、反復される制御語が続き、従って制御/データ選択信号は状態を変える。これによって、マルチプレクサ20および28は、制御語入力を選択し、スクランブラ22およびエンコーダ30について３つの最上位入力ビットをゼロに設定する。さらに挿入モジュール32は、必要に応じてr.d.s.をゼロの方へ変更するよう選ばれるデリミタを、Ｄ/Ａコンバータ34に供給されるニブルのストリームに挿入する。この場合、選ばれるデリミタは、シンボル・トリプレット(4,4,4)であり、r.d.sを+12に変える。
そのデリミタの後に、この場合十進数16のスクランブルされた値をもつ制御語の第１の出現が続く。従って対応する符号語(0,-4,4)が導線16上に伝送され、r.d.s.に変化はない。この場合の制御語の第２の出現は、符号語(1,-3,2)を作り出すスクランブルされた値９をもち、この後に、制御語シーケンスの終わりおよびデータ語の再開を示すデリミタが続く。r.d.sをゼロに戻すため、デリミタは、その反転された形式(-4,-4,-4)で伝送される。
次の最初のデータ語は、３番目のデータ語の場合と同じように、十進数193のスクランブルされた値をもつ。この場合、r.d.sは正ではないので、関連する符号語(4,-3,0)は、変更されないまま伝送される。
受信器14によるこれら信号の受信の間、デコーダ46は、エンコーダ30と同様にr.d.s.の総数を維持する。こうしてデコーダ46は、符号化された値の各々が受信されるとき、必要に応じてr.d.s.を０の方へ変更することが適当かどうか確かめることができる。反転されるべきときに反転されていない符号語が受信される場合、または表１から導かれない符号語に出会う場合、デコーダ46は、導線16上の信号の腐敗が生じたと判断することができる。
同様に、誤り検出モジュール44は、受信される各々のデリミタが適当な値すなわち(4,4,4)または(-4,-4,-4)をもつこと、およびデリミタの対の間に受け取られる符号語(すなわち制御語)が、ゼロの重みをもち、０と31の間のバイト値について符号化することを確認することができる。どんな相違も、導線16を横切る信号の腐敗を示す。
送信器12内の制御/データ選択信号が、データ語が処理されていることを示すとき、挿入モジュール32は、8B3Nエンコーダ30によって作り出される符号化されたデータ語のシーケンスについて検査コードを生成する。これは、例えば既知の周期的な冗長検査(cyclic redundancy check; CRC)コード・アルゴリズムを、エンコーダの出力ビット・ストリームn0ないしn3の各々(図３)に個別に適用することによって実現することができる。こうして個々のCRC値は、これらのビットストリームの各々について作ることができ、各々のデータ・パケットの後、導線16上に伝送される信号に組み込まれる。
データ語の処理の間、誤り検出モジュール44は同様に、Ａ/Ｄコンバータ42によって供給される各々のビット・ストリームn0ないしn3についてCRC値を生成し、その計算されたCRC値を、導線16を介して受信しものと比較する。どんな相違も、伝送された信号の腐敗が起きたことを示す。典型的に、エンコーダ30からの出力ビット・ストリームに関するこれらのCRC検査は、マルチプレクサ20によって受信されるときデータに適用される任意のCRC検査に加えられる。
制御語は、CRCコードを適用できる特定の種類のグループ(データのフレームまたはパケットに類似)に集められないので、典型的に、CRC検査を制御語に適用することは実現できない。こうしてデータ語の選択されたサブセットの制御信号の使用は、一方で欠けている誤り検出を提供する。上述したデータ語と同じ一般的な方法で制御語を処理する(すなわちそれらをスクランブルし、符号化する)ことは、制御語が直接導線16に適用される場合に生じうるd.c.バランスおよびビットパターンの繰り返しに関連する問題(そのような過剰な放射)を回避する利点をもつ。これは、制御語の符号化を選択する時により大きい自由度を許し、それらに関する誤り検出を向上させる。
エンコーダ30、挿入モジュール32、誤り検出モジュール44およびデコーダ46は、例えば読込専用メモリに保有されるルックアップテーブルを使用して、またはデジタル論理回路を使用して実現することができる。代わりに、それらは、プロセッサの動作を制御するための格納されたプログラム命令を使用して実現することもでき、符号化および誤り検出技術の必要とされる特性を定義する論理的な公式から必要とされる値を引き出すように。
表１で定義されるコードは、いくつかの有利な特性をもつように設計されている。これらは、強力な「エスケープ・パターン」、すなわち任意の可能なデータ語を表すシンボルのシーケンス内には決して起こり得ないコード・シンボルのパターンの供給に関する。エスケープ・パターンは、データと同じチャネル上に、通信装置自体に関する情報およびコマンドを通信するのに役立つ。上述された制御語のデリミタ(4,4,4)および(-4,-4,-4)は、エスケープ・パターンの例である。
１つのブロック・コード(すなわちどの符号語も同じ長さをもつ１つのコード)内にエスケープ・パターンを実現する際、たとえ通信チャネルの２端の間のブロック同期が消失する場合でも(すなわちチャネルの少なくとも１端が、連続する符号語の間の境界を誤って識別する場合)、データ語のためのシンボル・シーケンスと区別可能なままであるエスケープ・パターンをもつことが望ましい。このように各々のエスケープ・パターンは、可能なデータ語に対応するどの符号語とも異ならなければならない。そのような符号語の連続の中に起きてはならない。
上述したように、信号の腐敗は、データ語についてエスケープ・パターンを有効な符号語に即座に変えないのが望ましく、逆の場合も同じである。そのような腐敗に対するコードの復元力の程度は、「ハミング距離」に関係して測定することができる。ハミング距離は、エスケープ・パターンのコンテクストの中で、エスケープ・パターンと一致するデータを表すシンボル・シーケンスについて、変えられなければならないシンボルの最小の数として定義され、逆の場合も同じである。
シールドされていないツイストペア(および他の媒体)上にデータを伝送するためのシステムの一部として使用されるブロック・コードの更なる望ましい特徴は、ブロック・コードの出力が、可能な最低のエネルギー含有量をもつことである。低いエネルギー含有量をもつブロック・コードは、放射規制の準拠をより容易に達成させることができる。
ブロック同期の損失の場合も、データについての任意の符号語からハミング距離Hをもつエスケープ・パターンを提供する、比較的低いエネルギー含有量をもつブロック・コードは、次の手続きによって定義される。
ブロック・コード設計の手続き
ブロック・コードは、それぞれがY文字を含む複数の符号語からなる出力をもち、それぞれの文字は、ｎ個の可能なシンボルS={S₁,S₂,・・・S_n}の組から得られる。これらシンボルの長さYの可能な全てのシーケンスの組Cは、n^Y要素をもつ。データを表す符号語は、この組CのサブセットDを構成する。表１のブロック・コードの場合、例えばY=3、n=9ならば、Sは九進法シンボル-4ないし4の組を含み、組Cは、シンボルの729の組合せを含み、そのうち表１に載せられた256は、サブセットDを形成する。
シンボルSの中の１つのシンボルすなわちSeが選択され、エスケープ・パターンは、そのシンボルSeのY出現として定義される(すなわち単にSeシンボルからなる符号語)。そしてデータ符号語の組Dは、Dの中のどの符号語もシンボルSeの(Y-H)出現より多くをもたないように組み立てられる。組D内の全ての符号語は、エスケープ・パターンから少なくともHのハミング距離をもつ。このように、表１の符号化の場合、どの符号語も九進法シンボル４および-4の１より多い出現を含まないことが理解できる。従って、(4,4,4)および(-4,-4,-4)のデリミタのエスケープ・パターンの場合、符号語とエスケープ・パターンの間のハミング距離は２である。
エスケープ・パターンは、ブロック同期が消失した場合でもデータのための符号語と異なったままであることを保証するため、YおよびHの値は、2H＞Yのように選ばれる。
１より多くのシンボルを使用してエスケープ・パターンを形成することが望まれる場合、そのように使用するためのシンボルのサブセットS_Eは、組Sの全体から選択される。組Dの中のデータのための全ての符号語は、組S_Eの中にあるシンボルのわずか(Y-H)出現しか含まないと仮定すると、長さYの、組S_Eの中の複数のシンボルだけから成るエスケープ・パターンは、組Dの中の符号語から少なくともHのハミング距離をもつ。
低エネルギー含有量を達成するために、任意のサブセットS_Eを形成するために選択される１つ(または複数)のシンボルは、大きいマグニチュードをもつものである。組S_E内のいずれのシンボルも(Y-H)以下の出現しか、どのデータまたは制御符号語に含まれていないので、コードの出力は、サブセットS_Eに含まれないシンボルより、平均して少ないこれらのシンボルを含む。従って、組S_Eについて大きいマグニチュードをもつシンボルを選択することは、任意に選ばれるコードより低く、コードのエネルギー含有量を減少させる。こうして、表１に示される符号化の場合、シンボル４の１より多くの出現またはシンボル-4の１より多くの出現をもつどんな符号語の欠如は、エスケープ・パターンを形成することに加えて、コードのエネルギー含有量を減少させるのに役立つ。ここで述べられる態様のコードの設計は比較的高いエネルギーをもつエスケープ・パターンをもたらすが、一般に、これらのエスケープ・パターンはまれにしか伝送されない。
この手続きによって定義されるコードの更なる例を以下の表２に示す。

表２の各々のエントリは、十進法で８ビット語の値と、その８ビット語について符号語を共に形成する３つの九進法シンボルの値と、その符号化された値の「重み」の３つの部分を含む。表２の最後の２行は、２つの符号語およびそれらのそれぞれの重みを含み、それらは、どの８ビット語にもマップされないが、以下に記述される特性をもつ。許容されるコードの修正は、十進数31より大きい値をもつ８ビット語にマップされる２つほかの符号語の代わってこれらの符号語を用いることである。
表２によって定義されるコードは以下の特性をもつ。どの符号語も、九進法シンボル{4,-4}のサブセットの要素である１シンボルより多くを含まない。どの符号語も、九進法シンボル３の１より多くの出現を含まない。どの符号語も、九進法シンボル-3の１より多くの出現を含まない。表２に定義される任意の符号語から２のハミング距離をもつエスケープ・パターンは、この場合、組{4,-4}から選ばれる３つの九進法シンボルのシーケンスか、組{3}から選ばれる３つの九進法シンボルのシーケンスか、組{-3}から選ばれる３つの九進法シンボルのシーケンスから構成される。また、そのようなシーケンスを連結することにより、符号語からの増加されたハミング距離をもつエスケープ・パターンを形成することもできる。
さらに表２に示される符号化は、サブセット{2,-2}の要素である２より多くの九進法シンボルを含む符号語と、サブセット{3,-3,4,-4}の要素である２より多くの九進法シンボルを含む符号語をもたない。さらにこれらの特性は、コードの出力のエネルギー含有量を減少させ、他のエスケープ・パターンが形成されることを許すのに役立つ。表２に定義される任意の符号語からの１のハミング距離をもつエスケープ・パターンは、この場合組{2,-2}から選ばれる３つの九進法シンボル、または組{-3,3,-4,4}から選ばれる３つの九進法シンボルのシーケンスから構成される。そのようなシーケンスを連結することにより、符号語からの増加されたハミング距離をもつエスケープ・パターンを形成することもできる。
表２に示されるコードの低いエネルギー含有量が図４に示さており、そこで表２に示されるコードの平均電力スペクトル密度は、上記手続きによって定義されない別の8B3Nコードのものと一緒にプロットされている。
表２によって定義されるコードは、表１によって定義されるコードと同じように使用される。表２に示される符号化の場合、デリミタは、例えばシンボル(4,4,-4)および(-4,-4,4)のトリプレットでありうる。これらトリプレットの中のシンボルのうちいずれか１つに影響を与える腐敗が程度を問わず１つでも生じると、トリプレットをデータ語または制御語を表す有効な符号語に変えることができない。表２より、全ての制御語(すなわち０ないし31の十進数値をもつそれらの入力)は、重みがゼロである九進法の符号語を有し、表１によって定義されるコードについて上述したのと同じ有利な特性を制御符号語について提供することが分かる。
上述した装置に対して多様な修正が可能であり、それらは同様の機能性を備えた装置を生む。１つのそのような修正は、コーダー30の出力およびＤ/Ａコンバーター34への入力において九進法シンボルを表す４ビット・ニブルの使用に関する。それらの信号と九進法シンボルの間に１対１マッピングが存在するならば、九進法シンボルを表す任意の他の信号の使用が許される。例えば、九進法シンボルは、許される４より多くのビットから構成される２進語によって、または変化する電圧をもつ信号によって表すこともできる。
同様に、さらに許される修正は、九進法シンボルを、受信器14の中のＡ/Ｄコンバータ42の出力およびデコーダ46への入力において４ビット・ニブル以外の信号で表すことである。
もう一つの修正は図５に示される。図５を参照して、示される装置は、同様の参照数字の使用によって示されるように、図１を参照して上述したものと事実上同一である。しかし、現在マルチプレクサ20は、４ビットの制御語のみ受け取り、０に強制される４つの関連する最上位ビットがある。相応じて、図１の３ビット・マルチプレクサ28は４ビット・マルチプレクサ128と置き換えられ、それは、スクランブラ22から、スクランブルされたビットストリームの４つの最上位ビットを受け取る。このマルチプレクサは、第２の入力において０に設定される３つの最上位ビットをもつ一方、その第２の入力の第４のビット位置は、ライン130上の制御サブセット・トグル信号を受け取る。
制御サブセット・トグル信号の値は、伝送される各々の連続する制御語についてゼロおよび１の間で交替される。この信号が、制御語の値を定義する際にアクティブである５ビットのうち最上位ビットの値を供給するとき、このトグリングの結果、32制御語の組全体の２つのサブセットの各々から交替に制御信号を発信する間、連続的な符号語の値を選択することである。一方のサブセットは、バイト値０ないし15をもつ16制御語を含み、他方のサブセットは、バイト値16ないし31をもつ16制御語を含む。
誤り検出および復号化回路44および46は、受信される制御語がこれら２つのサブセット間で同じ交替を示すか検査するよう配置される。同一サブセットからの２つの連続する制御語の受信は、伝送に誤りが生じたことを示す。デマルチプレクサ50は、その出力で４ビット制御語を供給し、その出力のうち４つの最上位ビットは無視される。
制御語値の組を、このように交替に使用される２つのサブセットに分割することは、様々な利益を供給しうる。それは、有効である不正確な別の制御語を作り出すようにして腐敗された有効な制御語のリスクを減少させるために使用することができる。通常、連続的な符号語の第１のシンボルは互いに相違するので、この技術は、そのような同期化損失に起因する符号語誤りによってブロック同期化損失を検出するのに使用することもできる。ある状況で、符号語の２つのサブセットの交互の使用は、周波数に対して一層均一に広がる伝送される信号のエネルギーを生む。
当業者であれば、表１および表２によって定義される符号化が与えられると、単純な正規変形によって、同じ特性をもつその追加の符号化を得ることができることは明らかであろう。そのような変形の一例として、８ビット２進語と８進法シンボルの符号語の間でマッピングを取り替えることにより、符号化を同等な形式に変形することができる。
先の記述は、分かりやすくするため一つのツイストペア導線上のデータの伝送に言及しているが、この発明は、例えばデータを複数のツイストペア導線上に同時に伝送したり、データを同軸ケーブルや光学ファイバ導波管のような他の任意の媒体上に伝送するのに使用することもできる。

Claims (16)

1. チャネル上に、上記チャネルへのアクセスを調整する制御信号と共にデータのブロックを伝送する装置であって、
   データ・ブロック入力信号を受信し、元に戻せるようにスクランブルするスクランブラ手段と、
   上記スクランブラ手段に結合され、コードに従って、それぞれ別々のスクランブルされたデータ・ブロックについてコード・ブロックを引き出す符号化手段と、
   上記符号化手段に結合され、上記チャネル上にコード・ブロックを伝送する伝送手段と、
   上記制御信号を生成し上記スクランブラ手段に供給する制御手段と、
   上記伝送手段および上記符号化手段に結合され、スクランブルされ符号化された形式の上記データ・ブロック入力信号のいずれとも異なるデリミタ信号間に、符号化された制御信号を伝送手段に供給する制御手段と、を含み、
   上記制御信号を、上記データ・ブロックの可能な値から生成し、上記可能な値の集団中に、上記データのブロックのデータ信号間よりも大きいハミング距離が上記制御信号間にあるように間隔をおいて配置するようにする、装置。
2. 上記制御信号を、上記制御信号の間に少なくとも２のハミング距離があるように上記可能な値の集団中で間隔をあけて配置する、請求項１の装置。
3. 誤り検出値を上記伝送手段に供給する手段をさらに含み、上記供給する手段の動作は、上記伝送手段が符号化されたデータ・ブロックを受信しているかまたは符号化された制御信号を受信しているかに応答する、上記請求項１または２の装置。
4. 上記制御信号を、１グループの制御符号語から選択される制御符号語として生成し、上記１グループの制御符号語は少なくとも２つのサブセットを含み、上記制御符号語は各々のサブセットから選択される、請求項１ないし請求項３のいずれかの装置。
5. 上記２つのサブセットは、各々のサブセットの中で制御符号語間のハミング距離が少なくとも２であるように選ばれる、請求項４の装置。
6. 上記データ・ブロックを、明細書で表１に定義されるコードを使用して符号化する手段をさらに含む、請求項１ないし請求項５のいずれかの装置。
7. 上記データ・ブロックを、明細書で表２に定義されるコードを使用して符号化する手段をさらに含む、請求項１ないし請求項５のいずれかの装置。
8. チャネル上に上記チャネルへのアクセスを調整する制御信号と共にデータ・ブロックを伝送する装置であって、
   データ・ブロック入力信号を受信し、元に戻せるようにスクランブルするスクランブラ手段と、
   上記スクランブラ手段に結合され、コードに従って各々の個々のスクランブルされたデータ・ブロックについてコード・ブロックを引き出す符号化手段と、
   上記符号化手段に結合され、上記チャネル上にコード・ブロックを伝送する伝送手段と、
   制御信号を生成し、上記スクランブラ手段に上記制御信号を供給する制御手段であって、上記制御信号は、上記データ・ブロックの可能な値のあらかじめ選択されたものである上記手段と、
   上記伝送手段および上記符号化手段に結合され、スクランブルされ符号化された形式の上記データ・ブロック入力信号のいずれとも異なるデリミタ信号間に、符号化された制御信号を伝送手段に供給する制御手段と、を備える上記装置。
9. 上記制御信号は、１グループの制御符号語から選択される制御符号語によって表され、上記１グループの制御符号語は少なくとも２つのサブセットを含み、上記制御符号語は各々のサブセットから選択される、請求項８の装置。
10. チャネル上に、上記チャネルへのアクセスを調整する制御信号と共に、データ・ブロックを伝送する方法であって、
    データ・ブロック入力を受信し、元に戻せるようにスクランブルするステップと、
    コードに従って、それぞれ別々のスクランブルされたデータ・ブロックについてコード・ブロックを引き出すステップと、
    上記チャネル上にコード・ブロックを伝送するステップと、
    上記制御信号を生成するステップと、
    スクランブルされ符号化された形式の上記データ・ブロック入力信号のいずれとも異なるデリミタ信号間に、上記伝送手段へ符号化された制御信号を供給するステップと、を含み、
    上記制御信号を、上記データ・ブロックの可能な値から生成し、上記可能な値の集団中に、上記データのブロックのデータ信号間よりも大きいハミング距離が上記制御信号間にあるように間隔をおいて配置するようにする、方法。
11. 上記制御信号は、制御符号語の１グループから選択される制御符号語によって表され、上記制御符号語の１グループは少なくとも２つのサブセットを含み、制御符号語は各々のサブセットから選択される、請求項１０の方法。
12. 上記２つのサブセットは、各々のサブセット内の制御符号語間のハミング距離が少なくとも２つであるように選ばれる、請求項１１の方法。
13. 上記データ・ブロックは、明細書で表１に定義されたコードを使用して符号化される、請求項１０ないし請求項１２のいずれかの方法。
14. 上記データ・ブロックは、明細書で表２に定義されたコードを使用して符号化される、請求項１０ないし請求項１２のいずれかの方法。
15. チャネル上に、上記チャネルへのアクセスを調整する制御信号と共に、データ・ブロックを伝送する方法であって、
    データ・ブロック入力信号を受信し、元に戻せるようにスクランブルするステップと、
    コードに従って、それぞれ別々のスクランブルされたデータ・ブロックについてコード・ブロックを引き出すステップと、
    上記チャネル上にコード・ブロックを伝送するステップと、
    制御信号を生成するステップであって、上記制御信号は、上記データ・ブロックの可能な値のあらかじめ選択されたものであるステップと、
    スクランブルされ符号化された形式の上記データ・ブロック入力信号のいずれとも異なるデリミタ信号の間に、符号化された制御信号を伝送手段に供給するステップと、を含む上記方法。
16. 上記制御信号は、制御符号語の１グループから選択される制御符号語によって表され、上記制御符号語の１グループは少なくとも２つのサブセットを含み、制御符号語は各々のサブセットから選択される、請求項１５の方法。

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