JP4020118B2 - マルチキャリア伝送システム及び伝送方法 - Google Patents

Description

本発明はマルチキャリア伝送システム及び伝送装置並びに伝送方法に関し、特にＤＭＴ（Discrete Multi-Tone ）変調方式として知られているマルチキャリア伝送システム及び伝送装置並びに伝送方法に関するものである。

従来のこの種のＤＭＴ方式のマルチキャリア伝送システムの例としては、米国特許公報（ＵＳＰ）第５，４７９，４４７号に開示の技術がある。かかるマルチキャリア伝送方式は、複数のキャリアの各々へのビット配分のために各キャリアのＳＮＲ（Signal to Noise Ratio ：信号対雑音比）を測定し、この測定されたＳＮＲに従ってビット配分を求める様になっている。

かかる従来技術の問題点は、伝送量が少なくなるということである。その理由は、周期的に変化する雑音が発生している場合に、あるエラーレートでの通信を行おうとすると、各キャリアのＳＮＲの平均値を基準にしてビット配分及びパワー配分が行われることになり、よってこのビット配分及びパワー配分が、ＳＮＲの平均値一種類のみに限定されることから、データ伝送量が少なくなるからであ
る。

そこで、本発明はかかる従来技術の欠点を解消すべくなされたものであって、その目的とするところは、周期的に雑音が発生している状態において効率良くデータ伝送を行うことが可能なマルチキャリア伝送システム及び伝送装置並びに伝送方法を提供することにある。

本発明によるマルチキャリア伝送システムは、周期的に変化する雑音の周期に応じてマルチキャリアの各キャリアのビット配分及び送信パワー配分のうち少なくとも一方を算出し、算出された配分に基づいて第１及び第２の装置間でデータ伝送をなすマルチキャリア伝送システムであって、前記第２の装置を伝送路に接続して立上げる初期動作時において、前記第１の装置が、前記雑音の周期に同期するクロックを前記第２の装置とは異なる外部から受信することを特徴とする。

本発明による他のマルチキャリア伝送システムは、周期的に変化する雑音の周期に応じてマルチキャリアの各キャリアのビット配分及び送信パワー配分のうち少なくとも一方を算出し、算出された配分に基づいて第１及び第２の装置間でデータ伝送をなすマルチキャリア伝送システムであって、前記第２の装置を伝送路に接続して立上げる初期動作時において、前記第１の装置が、前記雑音の周期に同期するクロックを前記第２の装置とは異なる外部から受信し、前記クロックの周期に同期して状態が変化するトーンを前記第２の装置に送信することを特徴とする。当該状態はレベルであることが望ましい。

本発明によるマルチキャリア伝送方法は、周期的に変化する雑音の周期に応じてマルチキャリアの各キャリアのビット配分及び送信パワー配分のうち少なくとも一方を算出し、算出された配分に基づいて第１及び第２の装置間でデータ伝送をなすマルチキャリア伝送方法であって、前記第２の装置を伝送路に接続して立上げる初期動作時において、前記第１の装置が前記雑音の周期に同期するクロックを前記第２の装置とは異なる外部から受信することを特徴とする。

本発明による他のマルチキャリア伝送方法は、周期的に変化する雑音の周期に応じてマルチキャリアの各キャリアのビット配分及び送信パワー配分のうち少なくとも一方を算出し、算出された配分に基づいて第１及び第２の装置間でデータ伝送をなすマルチキャリア伝送方法であって、前記第２の装置を伝送路に接続して立上げる初期動作時において、前記第１の装置が前記雑音の周期に同期するクロックを前記第２の装置とは異なる外部から受信し、前記クロックの周期に同期して状態が変化するトーンを前記第２の装置に送信することを特徴とする。当該状態はレベルであることが望ましい。

本発明の作用を述べる。本伝送システムを構成する中央局及び端末は、共に、相互に伝送を行うトランシーバの機能を有している。端末を伝送路に接続して立上げる初期動作時においては、一定周期（既知とする）で変化する雑音に応じて各キャリアのパワー配分及びビット配分を算出する。そのために、当該雑音の周期を、上位局である中央局側から下位局である端末側へ知らせることが必要であり、よってトーンのレベルを当該雑音周期に同期したクロックにより変化制御せしめて中央局側から端末側へ送出する。

端末側では、このトーンのレベルにより雑音と同期したクロックを生成して、この雑音周期毎に、中央局側から送信された全キャリアを含む疑似ランダム信号のＳＮＲを測定し、このＳＮＲに応じて雑音周期毎の各キャリアのパワー配分及びビット配分を算出して、これを中央局へ側送出する。

中央局側では、この雑音周期毎の各キャリアのパワー配分及びビット配分算出に従って、端末への送信（下り）を行う。上りに関しては、中央局側と端末側とが逆の機能を行う様にして、同様な手順で実行することになる。

この様に、雑音の周期に従って各キャリアのパワー配分及びビット配分を行うことにより、雑音に適したビット配分が可能になり、効率良い伝送が実現できるのである。

ところで、ＳＮＲを測定して各キャリアのパワー配分及びビット配分を求める場合には、漏話雑音を考慮する必要がある。一般に、漏話には遠端漏話と近端漏話とがある。これらについて、図６を参照して説明する。同図において、測定対象として着目している信号線路６０と同一方向に信号が流れる信号線路６１を漏話源とするものが遠端漏話ＦＥＸＴである。本来伝送すべき信号も伝送距離と共に減衰するので、伝送距離に応じてこの遠端漏話ＦＥＸＴの量も相対的に減衰する。したがって、この遠端漏話ＦＥＸＴが発生している時には伝送距離に関わらずＳＮＲは高い値を示すことになる。

一方、測定対象として着目している信号線路６０と逆方向に信号が流れる信号線路６２を漏話源とするものが近端漏話ＮＥＸＴである。本来伝送すべき信号が伝送距離と共に減衰するのに対して、近端漏話ＮＥＸＴは本来伝送すべき信号の伝送先において漏話量が多いのでＳＮＲは低い値を示すことになる。

したがって、ＳＮＲの高い遠端漏話が生じている時には各キャリアのパワー配分及びビット配分を多くし、ＳＮＲの低い近端漏話が生じている時には各キャリアのパワー配分及びビット配分を少なくするのが適切である。

以上述べたように、本発明によれば、ビット配分及びパワー配分を雑音周期に応じて変化制御せしめることにより、雑音が比較的少ない場合において伝送量の増大を図ることができ、よって伝送効率の向上が可能となるという効果がある。

以下に本発明の実施の形態につき図面を参照して説明する。
図１は本発明の概略システム構成を示す図であり、中央局としてＸＴＵ−Ｃ１、端末としてＸＴＵ−Ｒ２が、夫々設けられており、これ等両者間の伝送はディジタル加入者線により行われる。尚、ＸＴＵ−ＣはXDSL Termination Unit-Center side であり、ＸＴＵ−ＲはXDSL Termination Unit-Remote side である。ここに、XDSLはX Digital Subscriber Line を意味し、ＸはＡ，Ｖ，Ｈ等の総称である。

ＸＴＵ−Ｃ１及びＸＴＵ−Ｒ２共に、図示する様に、送信部３，６と受信部５，４とを夫々大きな機能として有している。これ等送受信機能の詳細が図２のブロック図に示されている。

図２を参照すると、ＸＴＵ−Ｃ１の下り方向の機能（送信部３）は、入力データを一時蓄積するバッファ１１と、雑音の周期に応じた各キャリアのパワー配分及びビット配分を行う（詳細は後述）マッピング部１２と、このマッピング出力である多値ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）信号を各キャリアで変調多重化するＩＦＦＴ（Inverse First Fourier Transform）部１３と、この多重化出力をアナログ化して下り信号として送出するＤＡＣ（Digital to Analog Converter）部１４とを有する。

また、ＸＴＵ−Ｃ１の上り方向の機能（受信部５）は、伝送されてきた信号をディジタル信号に変換するＡＤＣ（Analog to Digital Converter）部１５と、このディジタル信号を復調するＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部１６と，音の周期に応じて伝送されてきた信号のビット配分を切換えて受信するデマッピング部１７と、ビット配分によるデータ伝送量の変化を調整するためのバッファ１８とを有している。尚、ＥＣ部１９はエコーキャンセラ機能を有するブロックである。

更に、本発明を実現すべく、ＸＴＵ−Ｃ１は疑似ランダム信号発生部２０と、トーン発生部２１と、ＳＮＲ測定部２２と、パワー／ビット配分計算部２３とを有している。疑似ランダム信号発生部２０は全てのキャリアを含む疑似ランダム信号を生成してＩＦＦＴ部１３へ出力し、トーン発生部２１はトーンを生成してＩＦＦＴ部１３へ出力する。ＳＮＲ測定部２２はＸＴＵ−Ｒ２より送信された疑似ランダム信号のＳＮＲを雑音周期毎に算出する機能を有しており、パワー／ビット配分計算部２３はこの測定されたＳＮＲに従って雑音周期毎に各キャリアのパワー配分及びビット配分を算出し、ＩＦＦＴ部１３及びデマッピング部１７へ出力する。

また、ＸＴＵ−Ｒ２の下り方向の機能（受信部４）は、伝送されてきた信号をディジタル信号に変換するＡＤＣ部２４と、このディジタル信号を復調するＦＦＴ部２５と、雑音の周期に応じて伝送されてきた信号のビット配分を切換えて受信するデマッピング部２６と、ビット配分によるデータ伝送量の変化を調整するためのバッファ２７とを有している。

ＸＴＵ−Ｒ２の上り方向の機能（送信部６）は、入力データを一時蓄積するバッファ２８と、雑音の周期に応じた各キャリアのパワー配分及びビット配分を行う（詳細は後述）マッピング部２９と、このマッピング出力である多値ＱＡＭ信号を各キャリアで変調多重化するＩＦＦＴ部３０と、この多重化出力をアナログ化して上り信号として送出するＤＡＣ部３１とを有する。

更に、本発明を実現すべく、ＸＴＵ−Ｒ２は疑似ランダム信号発生部３６と、ＳＮＲ測定部３４と、パワー／ビット配分計算部３５とを有している。疑似ランダム信号発生部３６は全てのキャリアを含む疑似ランダム信号を生成してＦＦＴ部３０へ出力し、ＳＮＲ測定部３４はＸＴＵ−Ｃ１より送信された疑似ランダム信号のＳＮＲを雑音周期毎に算出する機能を有しており、パワー／ビット配分計算部３５はこの測定されたＳＮＲに従って雑音周期毎に各キャリアのパワー配分及びビット配分を算出し、ＩＦＦＴ部３０及びデマッピング部２６へ出力する。

尚、ＸＴＵ−Ｃ１側のクロックは、雑音周期に同期したクロックであり、この場合、当該雑音周期は既知であるものとする。例えば、雑音がＴＣＭ（Time Compression Multiplexing ）方式のＩＳＤＮからの漏話の場合には、図３に示す様に、近端漏話と遠端漏話とが８００Ｈｚ毎に発生するために、各キャリアのＳＮＲも８００Ｈｚ毎に変化することになる。そのために、ＸＴＵ−Ｃ１の送信部３では、８００Ｈｚのクロックを受けて、ＸＴＵ−Ｒ２の受信部４へ当該クロックを送出することが必要になる。

すなわち、当該受信部４でその周期毎に各キャリアの受信ＳＮＲを計算することが必要であり、よって、その周期を知る手段として、ＸＴＵ−Ｃ１の送信部において、トーン発生部２１からのトーンを当該クロックに同期してレベルを制御せしめてＸＴＵ−Ｒ２へ送出している。このクロック周期すなわち雑音周期がクロック検出部３３で検出可能となっており、この検出周期がマッピング部２９及びデマッピング部２６へ出力されている。

そして、ＸＴＵ−Ｒ２の送信部にもトーン発生部３７が設けられており、このトーン発生部３７からのトーンを当該クロックに同期してレベルを制御せしめてＸＴＵ−Ｃ１へ送出する。ＸＴＵ−Ｃ１にもクロック検出部３８が設けられており、クロック周期が検出可能になっている。

なお、これらのクロックは、装置外部から入力しても良いし、クロックに同期したものを装置内部で生成しても良い。送信を開始するためのトリガとなる指令は中央局自身で生成しても良いし、他の装置である端局で生成しても良い。

ところで、図１の構成においては、専用のトーン発生部２１，３７がＸＴＵ−Ｃ１，ＸＴＵ−Ｒ２に設けられている。この専用のトーン発生部を設けずに、代わりにＩＳＤＮにおいて用いられている周知のパイロットトーンを用いることもできる。こうすることにより、専用のトーン発生部を設ける必要がなくなり、ハードウェア量を低減できる。

図４は本発明の実施例の動作を示すフローチャートである。同図において、上から下に向う矢印は同一装置内における動作の流れを示し、左又は右方向の矢印は装置間の通信の流れを示す。

同図を参照すると、図１におけるＸＴＵ−Ｒ２の受信部４において変化する雑音の周期（図３参照）を検知するために、ＸＴＵ−Ｃ１の送信部３では、周期的に変化する雑音と同期したクロックに応じて（同期して）トーン発生部２１からのトーンのレベルを変化させて送信する（ステップＡ１）。ＸＴＵ−Ｒ２の受信部４においては、クロック検出部３３にてこのトーンのレベル変化により雑音の周期を検出する（ステップＢ１）。

下り方向のＤＭＴ各キャリアのパワー配分とビット配分とを求めるために、ＸＴＵ−Ｃ１の送信部３における疑似ランダム信号発生部２０からの疑似ランダム信号を送出する（ステップＡ２）。この疑似ランダム信号はＤＭＴ全キャリアの成分を有するものとし、ＡＮＳＩ（American National Standards Institute ）標準では２５６キャリアである。

この疑似ランダム信号はＸＴＵ−Ｒ２の受信部４で受信され、ステップＢ１にて検出されている周期毎に、ＳＮＲ測定部３４でＳＮＲが測定される（ステップＢ２）。この測定ＳＮＲより各キャリアのビット数と送信パワーとが、パワー／ビット数配分計算部３５にて算出され、その算出情報はデマッピング部２６に記憶されると共に、ＩＦＦＴ部３０を介してＸＴＵ−Ｃ１へ送信される（ステップＢ３）。ＸＴＵ−Ｃ１では、この送信されてきたビット配分及び送信パワー配分とを、下りキャリア用情報としてマッピング部１２にて記憶しておく（ステップＡ３）。

以上は下りキャリア用ビット配分及び送信パワー配分を算出するための処理フローであるが、次に上りキャリア用配分及び送信パワー配分を算出するための処理につき説明する。ＸＴＵ−Ｒ２の送信部６における疑似ランダム信号発生部３６からの疑似ランダム信号（ＡＮＳＩ標準では、３２キャリア）を、ＸＴＵ−Ｃ１へ送信する（ステップＢ４）。ＸＴＵ−Ｃ１の受信部５では、ＳＮＲ測定部２２にて送信されてきた疑似ランダム信号より、雑音に同期したクロックの周期毎にＳＮＲを測定する（ステップＡ４）。

この測定されたＳＮＲにより、各キャリアのビット数と送信パワーとが、パワー／ビット数配分計算部２３て算出され、その情報はデマッピング部１７に記憶されると共に、ＩＦＦＴ部１３を介してＸＴＵ−Ｒ２へ送信される（ステップＡ５）。ＸＴＵ−Ｒ２では、この送信されてきたビット配分及び送信パワー配分とを、上りキャリア用情報としてマッピング部２９にて記憶しておく（ステップＢ５）。

通信開始と同時に、下り方向の伝送では、ＸＴＵ−Ｃ１の送信部３では、マッピング部１２において、変化する雑音の周期毎に記憶してある２種類（図３の例においては）のビット配分及び送信パワー配分を切換えてデータ送信を行う（ステップＡ６）。そして、ＸＴＵ−Ｒ２の受信部４では、送信されてきたＤＭＴデータをデマッピング部２６にて記憶してあるビット数を基に抽出する。尚、ビット配分が周期的に変化するので、伝送量も変化することになり、バッファ２７にてこれを調節している。

また、上り方向の伝送では、ＸＴＵ−Ｒ２の送信部６では、マッピング部２９において、変化する雑音の周期に応じて記憶してある２種類（図３の例では）のビット配分及び送信パワー配分を切換えてデータ送信を行う（ステップＢ６）。そして、ＸＴＵ−Ｃ１の受信部５では、送信されてきたＤＭＴデータをデマッピング部１７に記憶されているビット数を基に抽出する。バッファ１８により、ビット配分が周期的に変化することによる伝送量の調節を図っている。

次に、図５を参照しつつ図４のステップＡ５，Ｂ３における各キャリアの送信パワー及びビット数の計算方法について、その一例を簡単に説明する。各キャリアｉの送信電力をＥ（ｉ）として正規化したＳＮＲ（ｉ）を求める（ステップＳ１）。そして、ＳＮＲ（ｉ）／Γ（ｉ）を算出する（ステップＳ２）。ここで、Γ（ｉ）は「ＳＮＲgap 」と呼ばれるもので、以下の様になる。

Γ（ｉ）＝［Ｑ-1（Ｐe ／ｎe ）］2 ＋γmargin−γeff −4.77（ｄＢ）
ここで、γmarginは装置のパフォーマンスマージン、γeff は誤り訂正における符号化利得である。

次に、ＳＮＲ（ｉ）／Γ（ｉ）の値を降順にソートする（ステップＳ３）。ここで、オリジナルのキャリア番号（ｉ）とソートされたキャリア番号（ｉ）との対応を記録しておく。そして、ｋ＝１，ｂmax ＝０，｛ｂ∧ｊ｝＝０とする（ステップＳ４）。ここで、ｋはカウント値、｛ｂ∧ｊ｝は各キャリア毎のビット数、ｂmax は伝送量の合計値を示す。

そして、ｂtarget（ｋ）を、
ｂtarget（ｋ）＝Σｂj
なる式にて算出する（ステップＳ５）。ここに、Σはｊ＝１〜ｋの総和を示す。ここで、ｂtarget（ｋ）はｋ個のキャリアを使用した場合の伝送量の合計値であり、ｂj は、
round［log 2 ｛１＋（ＥtargetＳＮＲ（ｊ）／ｋ）／Γ（ｉ）｝］
または、floor［log 2 ｛１＋（Ｅmax ＳＮＲ（ｊ））／Γ（ｉ）｝］
の値のうち小なる値を取る。尚、roundは四捨五入を示し、floorは切捨てを示す。

もし、ｂtarget（ｋ）＞ｂmax の場合、ｂmax ＝ｂtarget（ｋ）とする（ステップＳ６，Ｓ７）。そして、このときの各キャリアのビット配分ｂj をｂ∧j として記憶しておく。ｋがＮに等しくなければ、ｋ＝ｋ＋１とおき（ステップＳ９）、ステップＳ５へ戻る。ｋ＝Ｎならば（ステップＳ８）、ステップＳ１０へ進む。このときのｂmax が最大伝送量となり、Ｂ∧ｊがそのときの各キャリアのビット配分となる。ｂ∧ｊを並べ直したｂ∧ｉより、各キャリアの送信パワーＥ∧ｉを求める（ステップＳ１０）。

そして、トータル電力Ｅtotal として、
Ｅtotal ＝ΣＥ∧ｉ
を算出する（ステップＳ１１）。尚、この場合のΣはｉ＝０〜Ｎ−１の総和を示す。そして最終的なＥi を、
ＥtargetＥ∧ｉ／Ｅtotal 又はＥmax,i
のうち小なる値として求める（ステップＳ１２）。ここでは、Ｅtargetはトータル電力の最大値で予め与えられる。Ｅmax は各キャリア毎の許容限界値である。

上記実施例では、図３に示す様に雑音の周期が２００Ｈｚであり、雑音が２種の場合としているが、これは単に一例を示すものであり、３種以上の雑音や、またその周期も種々の値を取り得るものであるが、これ等は既知であるものとする。また、図５に示した計算方法の詳細については、上記ＵＳＰ５，４７９，４４７号公報に開示されているが、この方法に限定されるものでもない。

本発明が適用される概略システム構成図である。 本発明の実施例のブロック図である。 雑音の種類と周期の例を示す図である。 本発明の実施例の動作を示すフロートャートである。 本発明の実施例におけるパワー配分とビット配分との計算例の概略を示すフローチャートである。 遠端漏話及び近端漏話を示す図である。

符号の説明

１ ＸＴＵ−Ｃ
２ ＸＴＵ−Ｒ
３，６ 送信部
４，５ 受信部
１１，１８，２８，２７ バッファ
１２，２９ マッピング部
１３，３０ ＩＦＦＴ部
１４，３１ ＤＡＣ部
１５，２４ ＡＤＣ部
１６，２５ ＦＦＴ部
１７，２６ デマッピング部
１９ ＥＣ部
２０，３６ 疑似ランダム信号発生部
２１ トーン発生部
２２，３４ ＳＮＲ測定部
２３，３５ パワー／ビット計算部

Claims (6)

1. 周期的に変化する雑音の周期に応じてマルチキャリアの各キャリアのビット配分及び送信パワー配分のうち少なくとも一方を算出し、算出された配分に基づいて第１及び第２の装置間でデータ伝送をなすマルチキャリア伝送システムであって、
   前記第２の装置を伝送路に接続して立上げる初期動作時において、前記第１の装置が、前記雑音の周期に同期するクロックを前記第２の装置とは異なる外部から受信することを特徴とするマルチキャリア伝送システム。
2. 周期的に変化する雑音の周期に応じてマルチキャリアの各キャリアのビット配分及び送信パワー配分のうち少なくとも一方を算出し、算出された配分に基づいて第１及び第２の装置間でデータ伝送をなすマルチキャリア伝送システムであって、
   前記第２の装置を伝送路に接続して立上げる初期動作時において、前記第１の装置が、前記雑音の周期に同期するクロックを前記第２の装置とは異なる外部から受信し、前記クロックの周期に同期して状態が変化するトーンを前記第２の装置に送信することを特徴とするマルチキャリア伝送システム。
3. 前記状態はレベルであることを特徴とする請求項２記載のマルチキャリア伝送システム。
4. 周期的に変化する雑音の周期に応じてマルチキャリアの各キャリアのビット配分及び送信パワー配分のうち少なくとも一方を算出し、算出された配分に基づいて第１及び第２の装置間でデータ伝送をなすマルチキャリア伝送方法であって、
   前記第２の装置を伝送路に接続して立上げる初期動作時において、前記第１の装置が前記雑音の周期に同期するクロックを前記第２の装置とは異なる外部から受信することを特徴とするマルチキャリア伝送方法。
5. 周期的に変化する雑音の周期に応じてマルチキャリアの各キャリアのビット配分及び送信パワー配分のうち少なくとも一方を算出し、算出された配分に基づいて第１及び第２の装置間でデータ伝送をなすマルチキャリア伝送方法であって、
   前記第２の装置を伝送路に接続して立上げる初期動作時において、前記第１の装置が前記雑音の周期に同期するクロックを前記第２の装置とは異なる外部から受信し、前記クロックの周期に同期して状態が変化するトーンを前記第２の装置に送信することを特徴とするマルチキャリア伝送方法。
6. 前記状態はレベルであることを特徴とする請求項５記載のマルチキャリア伝送方法。
   

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