JP4199807B2

JP4199807B2 - 上りｖ．９２エンコード信号のデコード

Info

Publication number: JP4199807B2
Application number: JP2006527029A
Authority: JP
Inventors: ビスワズ，アシム; ゴダヴァルティ，ウマ，キショーレ，エス，ヴィ
Original assignee: インテルコーポレイション
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2024-09-15
Also published as: US20050058215A1; CN1853390B; ATE421215T1; TW200518511A; KR100821403B1; DE602004019116D1; TWI249917B; WO2005029799A1; JP2007506372A; EP1665696A1; US7391816B2; CN1853390A; TWI287918B; EP1665696B1; TW200520441A; KR20060063970A

Description

請求される発明はデータ通信に、またより詳細にはデータ通信方式における受信信号のデコードに関する。

デバイス間でデータを通信するためにはさまざまな方式が提案されている。これらの方式を用いるデバイスは、そうした方式によって追加的な構成設定の余地がほとんどあるいは全くなしに指定されるあるレートでデータを通信しうる。そのような通信方式は、ノイズおよび／またはその他の送信中の誤りに対して送信データを保護するため、送信前にデータをエンコードすることもある。

エンコードされたデータを送信する一つの方式は、ITU-T V.92（2000年11月）勧告に見出されうる。このV.92勧告に基づいて通信するデバイスはたとえば、公衆電話交換網（PSTN: public switched telephone network）を通じた上り通信のためにパルスコード変調（PCM: pulse code modulation）方式を用いうる。しかし、さまざまなノイズ源が送信されたデータを破損しがちであり、送信誤差および結果的なデータレートの低下を生じうる原因となっている。さらに、データ破損を減らすデコード方式を実装するのは計算量的に高価なものである。

付属の図面はこの明細書に組み込まれ、その一部をなすものであるが、本発明の原理に沿った一つまたは複数の実装を例示し、記載文と相俟ってそれらの実装を説明するものである。

以下の詳細な記述は付属の図面を参照する。同じ参照符号が異なる図面において同じまたは同様の要素を特定するのに使われることがある。また、以下の詳細な記述はある実装および原理を説明するが、本発明の特許請求の範囲は付属の請求項およびその等価物によって定義されるものである。

図１は本発明の原理に沿ったある実装における通信システム１００を示している。通信システム１００はアナログモデム１１０、アナログチャネル１２０、アナログ‐デジタルコンバータ（ADC）１３０、デジタルネットワーク１４０、デジタルモデム１５０を含みうる。システム１００は、アナログモデム１１０からデジタルモデム１５０へのたとえばPSTNを通じた上りデータ送信を容易にしうる。システム１００ではたとえばPSTNはアナログチャネル１２０およびデジタルネットワーク１４０を一つまたは複数含んでいてもよい。

アナログモデム１１０はユーザーのユーザー所在地に位置していてよく、データビットを線形標本値にエンコードするよう構成されていてもよい。アナログモデム１１０はまた前記線形標本値をアナログチャネル１２０を通じて送信するよう構成されていてもよい。アナログモデム１１０は、たとえばITU-T V.92（2000年11月）勧告において指定されているように実装してもよく、またプレコーダおよびプレフィルタ（図示せず）を含んでいてもよい。

アナログモデム１１０におけるプレコーダおよびプレフィルタは、アナログチャネル１２０および／またはデジタルネットワーク１４０の破壊的な効果を緩和するよう適応されていることができる。アナログモデム１１０は４次元（4D）シンボルのトレリス符号化を実施することができ、ITU-T V.34（1998年2月）勧告に沿ったものと同様の配位（constellation）およびトレリスエンコーダを使うことができる。アナログモデム１１０はトレリスエンコードされたある配位からの点を出力することができる。

図２はアナログモデム１１０によって達成されうるデータフレーム構成を示している。アナログモデム１１０はデータフレーム２１０の形で送信されるようデータをエンコードできる。V.92勧告に基づいて、データフレーム２１０は論理的に、それぞれ６つのシンボルからなる二つの配位のフレーム（図示せず）またはそれぞれ４つのシンボルからなる３つのトレリスフレーム２２０に分割されうる。一つの4Dトレリスフレーム２２０は、図２に示したように４つの一次元（1D）シンボル２３０を含みうる。データをエンコードしたのち、アナログモデムは一つまたは複数のデータフレーム２１０をアナログチャネル１２０に出力しうる。

図１に戻ると、アナログチャネル１２０（たとえば電話線または加入者線）はアナログモデム１１０を、中央局（CO: central office）のようなシステム１００内の別のネットワーク通信位置と接続する。アナログモデム１１０からの上りデータ信号を伝えることに加えて、アナログチャネル１２０はまた、前記信号へのノイズおよび／またはその他の損傷を導入しうる。加えられる損傷の一つの種類は、アナログモデム１１０への下り信号のエコーでありうる。そのようなエコー追加は図１では組み合わせ器１２５として図式的に示されうるが、そのような追加はアナログチャネル１２０および／またはCOの典型的な副産物であり、特別な組み合わせ器という装置によるものではないことを理解しておくべきである。

ADC１３０は、チャネル１２０からのアナログ信号をPCMによってデジタルネットワーク１４０を通じて送信するために対応するデジタル信号に変換するよう構成されうる。ある種の実施例では、ADC１３０はCO内に位置していることもある。ADC１３０はアナログチャネル１２０から線形データ標本値を受信し、それをμ則（u-Law）方式またはA則（A-Law）方式によって量子化しうる。該量子化されたデータは他のデバイス（図示せず）によってデジタルネットワーク１４０を通じてデジタルモデム１５０に送信されうる。

デジタルネットワーク１４０はデジタル信号の送信に加えて、犠牲ビット信号伝送（RBS: robbed bit signaling）およびデジタルパディングによって導入されるようなデジタル損傷によってさらに信号を破損しうる。

デジタルモデム１５０はデジタルネットワーク１４０から上りデジタル信号を受信しうる。デジタルモデム１５０は、エコーキャンセラー１６０、上りデコーダ１７０、下りエンコーダ１８０を含みうる。

エコーキャンセラー１６０がデジタルネットワーク１４０から受信する標本値は破損していることがある。エコーキャンセラー１６０はこれらの破損した標本値を線形標本値に変換してアナログチャネル１２０によって導入されたエコーを除去しうる。エコーキャンセラー１６０はまた、デジタルネットワーク１４０によって導入されたデジタル損傷をも除去しうる。エコーキャンセラー１６０の出力となる一連のシンボルr(n)は、デジタルネットワーク１４０に起因するいかなる損傷もないものと想定してよい。さらに、エコーキャンセラー１６０の出力r(n)は理想的にはアナログモデム１１０によって送信に使われた配位からの点の一つでありうる。しかし、アナログチャネル１２０および／またはデジタルネットワーク１４０におけるノイズのため、r(n)の形でエンコードされたシンボルは、アナログモデム１１０によって使われる配位点と厳密には一致しないこともある。

図３は、本発明の原理に沿った実装における上りデコーダ１７０を図示している。デコーダ１７０は配位マッピング器３１０、組み合わせ器３２０〜３４０、インデックスマッピング器３５０、余集合（coset）選択器３６０、シーケンス推定器３７０、同値類インデックスマッピング器３８０および逆モジュラスエンコーダ３９０を含みうる。デコーダ１７０はハードウェア（たとえば、現場プログラム可能なゲートアレイ（FPGA: field programmable gate array）、特定用途向け集積回路（ASIC: application specific integrated circuit）など）、ソフトウェア／ファームウェアならびに／またはハードウェアおよびソフトウェアの何らかの組み合わせによって実装されうる。ソフトウェアで実装されるデコーダ部分は、たとえばデジタルモデム１５０内のメモリ（図示せず）の中にコンピュータ可読な形で保存されることができる。しかし、説明を簡単にするため、機能要素３１０〜３９０はばらばらな要素であるかのように記載する。ただし、要素３１０〜３９０は実際にそのように実装されなくてもよい。

配位マッピング器３１０は、r(n)で表される一連の1D信号をエコーキャンセラー１６０から受信するよう構成されていることができる。配位マッピング器３１０は受信した1Dシンボルを、アナログモデム１１０によって使われた配位の中で最も近い２つの配位点r₁(n)およびr₂(n)にマッピングする。そのような最近接点マッピングにおける助けとするために、配位マッピング器３１０は、図３で配位(n)と記されている保存されている配位（またはその一部）を参照しうる。

組み合わせ器３２０〜３４０は、最近接の２つの配位点r₁(n)およびr₂(n)から別の値を計算するよう構成されうる。組み合わせ器３２０〜３４０は、演算的にその入力を組み合わせて組み合わされた出力を生成する。説明のため、受信された1Dシンボルr(n)はこれらの最近接点とr₁(n)≦r(n)≦r₂(n)の関係にあると想定してよい。ただし、r(n)はべつにそのような関係に従う必要はない（たとえば境界の場合）。組み合わせ器３２０は第一の誤差（error）の大きさe₁(n)をr(n)からr₁(n)を引くことによって計算しうる。組み合わせ器３３０は第二の誤差の大きさe₂(n)をr(n)からr₂(n)を引くことによって計算しうる。組み合わせ器３４０はr₁(n)からr₂(n)を引くことによってスケール因子s(n)を計算しうる。

インデックスマッピング器３５０は最近接配位点r₁(n)およびr₂(n)ならびにその対応する誤差e₁(n)およびe₂(n)を受信しうる。そして受信された配位点r(n)のインデックスy′(n)を見出しうる。インデックスマッピング器３５０はy′(n)を見出すのを、最近接配位点r₁(n)およびr₂(n)に基づいてインデックスy₁(n)およびy₂(n)に基づいて行うよう構成されていてもよい。インデックスマッピング器３５０がy′(n)を見出すのに用いることのできる方式はいろいろある。可能性としては誤差e₁(n)およびe₂(n)による重み付けに関わるものである。方式によっては（たとえば線形補間）必ずしも誤差e₁(n) およびe₂(n)を必要としないこともあるが、他の方式では（たとえば高次補間）これらの誤差を必要とすることもあるので、図３では誤差e₁(n)およびe₂(n)をインデックスマッピング器３５０への入力として示している。

図４は本発明の原理に沿う例示的な補間方式４００を示している。方式４００では、y軸は最近接配位点r₁(n)およびr₂(n)の大きさ（magnitude）を表し、x軸は対応するインデックスy₁(n)およびy₂(n)を表している。点(r₁(n),y₁(n))と(r₂(n),y₂(n))の間の線形補間を使い、可能性としては一つまたは複数の誤差e₁(n) およびe₂(n)を使って補間線に沿って点を決定することでy′(n)が決定できる。図４では線形補間方式が示されているが、受信した配位点r(n)のインデックスy′(n)を決定するためには、その他の補間および／またはスプライン技法を使うこともでき、一つまたは複数の誤差e₁(n) およびe₂(n)を用いても用いなくてもよい。

図３に戻ると、余集合選択器３６０は、２つの相続く計算されたインデックスy′(n)およびy′(n＋1)を受け取り、2D点を形成し、最近接のある数の余集合c(n)を決定するよう構成されていることができる。そのような余集合決定とともに、二つの相続く計算されたインデックスy′(n)およびy′(n＋1)を奇数インデックスにしてもよい（たとえば2y′(n)＋1および2y′(n＋1)＋1）。余集合選択器３６０は、数にして４程度から１６程度の範囲の最近接の余集合c(n)を決定しうる。本発明の原理に沿う一つの実施例では、余集合選択器３６０は計算されたインデックスy′(n)およびy′(n＋1)に対して最近接の８つの余集合を決定しうる。余集合選択器３６０はたとえばITU-T V.34（1998年2月）勧告において述べられている余集合ラベル法に基づいて余集合c(n)にラベルを割り当てることができる。

シーケンス推定器３７０はいくつかの計算されたインデックスy′(n)、対応する最近接余集合c(n)および対応するスケール因子s(n)を受け取ることができる。そしてこれらの入力からこの上なく確からしいトレリス系列＾y(n)を推定するよう構成されていることができる。シーケンス推定器３７０はいろいろある最尤シーケンス推定（MLSE: maximum likelihood sequence estimation）デコーダのいずれであってもよく、本発明の原理に沿う一つの実施形態では、シーケンス推定器３７０はビタビデコーダを含みうる。シーケンス推定器３７０は奇数インデックス指数2y′(n)＋1および2y′(n＋1)＋1および最近接余集合c(n)を用いて、投影された受信点r(n)から奇数インデックスの配位点のユークリッド距離を計算しうる。これらのユークリッド距離は、誤差計量を規格化し、4Dトレリス点（たとえば４つの1D点のシーケンス）＾y(n)を生成するためにスケール因子s(n)によってスケールされうる。

同値類インデックスマッピング器３８０はこれらの1D点＾y(n)を、アナログモデム１１０においてそれらの点が生成されるもとになった同値類E(K_i)のインデックスK_iにマッピングしうる。同値類インデックスマッピング器３８０は、インデックスK_iを得る助けのためにパラメータM_i（たとえば、アナログモデム１１０から立ち上げの間に伝達されるM₀からM₁₁）を用いてもよい。これらのインデックスK_iの１２個がデータフレームを定義する。

逆モジュラスエンコーダ３９０は、インデックスK_iを典型的な仕方でデータビットにマッピングしうる。たとえば、V.92勧告で規定されているモジュラスエンコードの逆を実行しうる。

図１に戻ると、下りエンコーダ１８０はアナログモデム１１０への送信のためのITU-T V.92勧告に基づく下りデータをエンコードするよう構成されていることができる。

デジタルモデム１５０はスタンドアローンデバイスとして用いられてもよい。他の実施例では、デジタルモデム１５０は、たとえば他の通信インターフェース（たとえばイーサネット（登録商標））、記憶装置（たとえばハードディスク）、入出力（I/O）コントローラなどを含むサーバーコンピュータに含まれていてもよい。

図５は、本発明の原理に沿うある実施形態に基づく、受信したデータr(n)をデコードするプロセスを示すフローチャートである。プロセスは、受信された各シンボルr(n)に最近接の２つの1D配位点r₁(n)およびr₂(n)を見出すことによって開始されうる［動作５１０］。これらの最近接の２つの配位点は、配位マッピング器３１０によって、現在のデータ区間に対応する配位から選ばれることができ、関係式r₁(n)≦r(n)≦r₂(n)を満たしていてもよい。

プロセスは、r₁(n)およびr₂(n)にそれぞれ対応する配位インデックスy₁(n)およびy₂(n)を得ることによって続きうる［動作５２０］。インデックスマッピング器３５０は最近接の２つの配位点r₁(n)およびr₂(n)をそれぞれのインデックスy₁(n)およびy₂(n)にマッピングしうる。受信された配位点r(n)に対応する配位インデックスy′(n)がr₁(n)、r₂(n)、 y₁(n)、y₂(n)を使って補間されうる［動作５３０］。インデックスマッピング器３５０はまた、y′(n)を決定する過程で、受信されたシンボルr(n)から最近接の配位点r₁(n)およびr₂(n)への誤差の大きさe₁(n)および e₂(n)を得ることもできうる。誤差の大きさe₁(n)および e₂(n)は組み合わせ器３２０および３３から得ることができる。

プロセスは、最近接の２つの配位点r₁(n)およびr₂(n)からスケール因子を得ることによって続きうる［動作５４０］。ある実施形態では、組み合わせ器３４０がr₁(n)からr₂(n)を引き算することによってs(n)を得ることができる。

２つの相続くy′(n)を用いて、余集合選択器３６０は2D点を形成し、その2D点に最近接の８つの余集合を決定することができる［動作５５０］。これらの選択された余集合のラベル付けは、上述のV.34勧告において述べられている余集合ラベル付け方式に従う。選択される余集合の数が８より少なかったり（たとえば４つ）多かったり（たとえば１２）してもよく、複雑さに対するデコーダの所望のパフォーマンスに依存しうるものであることを注意しておく。

これらの余集合および奇数インデックス（2y′(n)＋1,2y′(n＋1)＋1）から、シーケンス推定器３７０は、動作５５０で見出された余集合内のあらゆる点への距離計量を得ることができ、それらをs(n)によってスケールすることができる。ビタビアルゴリズムまたはその他任意の最尤シーケンス推定（MLSE）法を使って、シーケンス推定器３７０は有効なトレリスシーケンスを決定しうる［動作５６０］。このトレリスシーケンスから、シーケンス推定器３７０は前記トレリスシーケンスに関連したトレリスフレームに対応する4D点すなわち４つの1D点＾y(n)を得ることができる。

同値類インデックスマッピング器３８０はこれらの1D点＾y(n)をその対応する同値類K_iにマッピングしうる［動作５７０］。これらのK_iの１２個（たとえば３つの連続するトレリスフレームに対応する）がデータフレームを形成しうる。逆モジュラスエンコーダ３９０はこれらのK_iを、逆モジュラスエンコード演算を使ってデータビットに復号しうる。

本発明の原理に沿う一つまたは複数の実施形態の以上の記述は例と説明を与えるものであって、網羅的であることを意図してはおらず、開示された精確な形に特許請求される本発明を限定することを意図したものでもない。修正や変更が上記の思想に照らして可能であり、また本発明の実施から得られることもありうる。

たとえば、いくつかの要素は奇数インデックス（2y′(n)＋1,2y′(n＋1)＋1）を使うものとして説明されてきたが、必ずしもそうならなくてもよい。通常のインデックスy′(n)、 y′(n＋1) なども追加的に、あるいは代替的に使用することができる。

さらに、図５の諸動作は示された順序で実装する必要はなく、必ずしも前記動作のすべてが実行される必要もない。また、他の動作に依存しないような動作は他の動作と並列に実行されてもよい。さらに、前記図５における諸動作は、コンピュータ可読媒体中に実現される命令または命令群として実装されてもよい。

本出願の記載におけるいかなる要素、動作または命令も、明示的に述べられていない限り、本発明にとって決定的または本質的であると解釈されるべきではない。また、ここでは単数形の表現も一つまたは複数の要素を含むことが意図されている。一つの要素のみであることが意図されている場合には、「一つの」または同様の言辞が使われている。本発明の特許請求の範囲は請求項およびその等価物によって定義される。

本発明の原理に沿った実装における例示的な通信システムを表す図である。本発明の原理に沿った実装に基づく例示的なデータフレーム構成を表す図である。本発明の原理に沿った実装における例示的なデコーダを表す図である。本発明の原理に沿った例示的な補間方式を表す図である。本発明の原理に沿った実装に基づく、受信データのデコードのプロセスを示すフローチャートである。

Claims

受信されたシンボルに直近の二つの配位点を決定する配位マッピング回路と、
前記受信シンボルおよび該受信シンボルに直近の前記二つの配位点に基づいて、前記受信シンボルに対応する配位インデックスを決定するインデックスマッピング回路と、
相続く配位インデックスを前記インデックスマッピング器から受け取り、前記相続く配位インデックスに最近接のいくつかの余集合を決定する余集合選択回路、
とを有することを特徴とするデコーダ。
前記二つの配位点が、所定の点配位において前記受信シンボルに最近接の二つの点であることを特徴とする、請求項１記載のデコーダ。
前記二つの配位点の一つが前記受信シンボルに等しいかそれよりも小さく、前記二つの配位点のもう一つが前記受信シンボルに等しいかそれよりも大きいことを特徴とする、請求項２記載のデコーダ。
前記インデックスマッピング回路が、前記二つの配位点に対応する二つの配位インデックスを決定し、前記受信シンボルに対応する前記配位インデックスを前記二つの配位点に対応する前記二つの配位インデックスに基づいて決定するよう構成されていることを特徴とする、請求項１記載のデコーダ。
前記インデックスマッピング回路が、前記受信シンボルに基づいた前記二つの配位点に対応する前記二つの配位インデックスの間を補完するよう構成されていることを特徴とする、請求項４記載のデコーダ。
前記受信シンボルと該受信シンボルに直近の前記二つの配位点の少なくとも一つとの間の少なくとも一つの差を生成する組み合わせ器をさらに有し、
前記インデックスマッピング回路がさらに、前記少なくとも一つの差に基づいて前記受信シンボルに対応する前記配位インデックスを決定することを特徴とする、請求項１記載のデコーダ。
前記余集合選択回路が、前記相続く配位インデックスに最近接の４つ以上の余集合について決定するよう構成されていることを特徴とする、請求項１記載のデコーダ。
前記インデックスマッピング回路および前記余集合選択回路に接続されており、前記最近接余集合と受信シンボルに対応する一つまたは複数の配位インデックスとに基づいてトレリス点のシーケンスを生成するよう構成されたシーケンス推定回路をさらに有することを特徴とする、請求項１記載のデコーダ。
前記トレリス点のシーケンスから同値類インデックスを生成する同値類インデックスマッピング回路と、
前記同値類インデックスマッピング回路に接続され、前記同値類インデックスからデータビットを生成するよう構成された逆モジュラスエンコーダ回路、
とをさらに有することを特徴とする、請求項８記載のデコーダ。
受信されたシンボルに最近接の二つの配位点を決定し、
前記受信シンボルと前記二つの配位点の少なくとも一つとを組み合わせて少なくとも一つの差の値を生成し、
前記二つの配位点および前記少なくとも一つの差の値に基づいて前記受信シンボルに対応する配位インデックスを同定する、
ことを含むことを特徴とする、データをデコードする方法。
請求項１０記載の方法であって、前記同定が：
前記二つの配位点に対応する二つの配位インデックスを決定し、
前記受信シンボルに対応する前記配位インデックスを同定するために、前記少なくとも一つの差の値に基づいて前記二つの配位インデックスの間の補間をする、
ことを含むことを特徴とする、請求項１０記載の方法。
相続く配位インデックスに最近接の余集合を少なくとも４つ決定する、
ことをさらに含むことを特徴とする、請求項１０記載の方法。
前記二つの配位点に基づいてスケール値を計算し、
前記少なくとも４つの最近接余集合、前記スケール値および受信シンボルに対応する配位インデックスに基づいて点のシーケンスを生成する、
ことをさらに含むことを特徴とする、請求項１２記載の方法。
前記点のシーケンスから同値類インデックスを生成し、
前記同値類インデックスからデータビットを作成する、
ことをさらに含むことを特徴とする、請求項１３記載の方法。
受信シンボルに最近接の二つの配位点であって、該二つのうち一つの配位点は前記受信シンボルより大きいかまたはそれに等しく、該二つのうちのもう一つの配位点は前記受信シンボルより小さいかまたはそれに等しいようなものを決定するための命令と、
前記二つの配位点に対応する二つの配位インデックスを同定するための命令と。
前記二つの配位インデックスの間の補間をして前記受信シンボルに対応する配位インデックスを生成するための命令、
とを有することを特徴とする、機械による実行のための命令を含む機械アクセス可能媒体。
前記受信シンボルと前記二つの配位点とを組み合わせて差の値を生成するための命令をさらに有し、
補間をするための前記命令が前記配位インデックスを生成するのに前記差の値を使う、
ことを特徴とする、請求項１５記載の媒体。
受信シンボルに対応する相続く配位インデックスの一対に対していくつかの最近接余集合を決定するための命令、
をさらに有することを特徴とする、請求項１５記載の媒体。
受信シンボルに対応する前記いくつかの最近接余集合および配位インデックスに基づいて点のシーケンスを生成するための命令、
をさらに有することを特徴とする、請求項１７記載の媒体。
前記点のシーケンスを同値類インデックスに変換するための命令と、
前記同値類インデックスをデコードしてデータビットを生成するための命令、
とをさらに有することを特徴とする、請求項１８記載の媒体。
シンボルを受信し、該受信されたシンボルに直近の二つの配位点を決定するよう構成された配位マッピング器と、
前記受信シンボルと前記二つの配位点とに基づいて前記受信シンボルに対応する配位インデックスを決定するよう構成されたインデックスマッピング器と、
前記配位マッピング器に直近のハードディスク、
とを有することを特徴とするシステム。
前記配位マッピング器から相続く配位インデックスを受信し、前記相続く配位インデックスに対して最近接の余集合をいくつか決定する余集合選択器、
とをさらに含むことを特徴とする、請求項２０記載のシステム。