JP4216812B2 - ギガビット・イーサネット送受信機 - Google Patents

Description

本発明は、通信システム中の装置によって受信及び処理される信号中に存在する雑音を低減するシステムと方法に関し、かつ、高スループットを有する通信システムにおけるこの種の雑音を低減するシステムと方法に関する。本発明はまた、通信システム中の装置の電力散逸を低減するシステムと方法に関し、かつ、高スループットを有する通信システムにおけるこの種の電力散逸を低減するシステムと方法に関する。本発明はさらに、高スループット通信システム中の送受信機間の正常な伝送を開始する起動プロトコルに関する。この開示の文脈で使用される場合、「高スループット」には１ギガビット（ＧＢ）／秒が含まれるが、それに制限されるものではない。

（関連出願の相互参照）
これは、以下の同時係属出願、第０９／０３７，３２８号（１９９８年３月９日出願、題名「通信システムにおける雑音を低減する装置と方法」、発明者Ｏｓｃａｒ Ｅ．Ａｇａｚｚｉ）、第０９／０７８，４６６号（１９９８年５月１４日出願、題名「高スループット通信システム用起動プロトコル」、発明者Ｏｓｃａｒ Ｅ．Ａｇａｚｚｉ及びＪｏｈｎ Ｌ．Ｃｒｅｉｇｈ、第０９／０７８，９３３号（１９９８年５月１４日出願、題名「高スループット通信システム用起動プロトコル」、発明者Ｏｓｃａｒ Ｅ．Ａｇａｚｚｉ）、及び第０９／１４３，４７６号（１９９８年８月２８日出願、題名「通信システムにおける電力散逸を低減する装置と方法」、発明者Ｏｓｃａｒ Ｅ．Ａｇａｚｚｉ、Ｊｏｈｎ Ｌ．Ｃｒｅｉｇｈ、及びＭｅｈｄｉ Ｈａｔａｍｉａｎ）の一部継続出願である。

基本通信システムが図１に例示される。このシステムにはハブと、ローカルエリア・ネットワーク（ＬＡＮ）内でハブによるサービスの対象となる複数のコンピュータが含まれる。例示として４つのコンピュータが示されるが、異なった数のコンピュータがシステム中に含まれることもある。各コンピュータは普通、約１００メートル（１００ｍ）程度の距離だけハブから離れている。コンピュータはまた、互いに離れている。ハブは通信線路によって各コンピュータに接続されている。各通信線路には、アンシールド・ツイストペア・ワイヤまたはケーブルが含まれる。一般に、ワイヤまたはケーブルは銅から形成される。４つのアンシールド・ツイストペア・ワイヤが各コンピュータとハブの間の各通信線路に提供される。図１に示されるシステムは、通信産業でカテゴリー３、４、６及び７として指定されるいくつかのカテゴリーのアンシールド・ツイストペア・ケーブルと共に動作する。カテゴリー３ケーブルは最低品質（かつ最低費用）であり、カテゴリー６及び７は最高品質（かつ最高費用）である。

各通信システムに関連するのは「スループット」である。システムのスループットは、システムがデータを処理する速度であり、普通ビット／秒で表される。大部分の通信システムは、１０メガビット（Ｍｂ）／秒または１００Ｍｂ／秒のスループットを有する。通信システム技術の急速に発展する領域では、既存のカテゴリー５アンシールド・ツイストペア・ケーブル上で１Ｇｂ／秒全二重通信が可能になっている。このシステムは一般に「ギガビット・イーサネット」と呼ばれている。

通常のギガビット・イーサネットの一部が図２に示される。ギガビット・イーサネットは、１つのコンピュータとハブの間のデジタル信号の送信と、もう一方のコンピュータとハブでのその信号の受信を提供する。同様のシステムが各コンピュータに提供される。このシステムにはギガビット媒体独立インタフェース（ｇｉｇａｂｉｔ ｍｅｄｉｕｍ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ、ＧＭＩＩ）が含まれるが、これは、バイトワイド形式のデータを指定されたレート、例えば１２５ＭＨｚで受信し、スクランブル、コーディング、及び多様な制御機能を行う物理コーディング副層（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｃｏｄｉｎｇ ｓｕｂｌａｙｅｒ、ＰＣＳ）にこのデータを伝える。ＰＣＳはＧＭＩＩからのビットを５段階のパルス振幅変調（ＰＡＭ）信号に符号化する。５つの記号レベルは−２、−１、０、＋１及び＋２である。コンピュータとハブの間の通信は、各々２５０Ｍｂ／秒で動作する４つのアンシールド・ツイストペア・ワイヤまたはケーブルと、アンシールド・ツイストペアの各終端に１つずつ配置された８つの送受信機を使用して達成される。全二重双方向動作は各アンシールド・ツイストペアの２つの終端でのハイブリッド回路の使用を規定する。このハイブリッドは通信線路へのアクセスを制御し、それによって通信線路各終端の送受信機間での全二重双方向動作を可能にする。

多数のアンシールド・ツイストペアと多数の送受信機を利用する通信システムに関連する共通の問題は、漏話及びエコー雑音または障害信号が伝送信号に導入されることである。雑音は、システム・スループットと無関係にこの種の全ての通信システムに固有である。しかし、こうした障害信号の影響はギガビット・イーサネットでは大きくなる。障害信号にはエコー、近端漏話（ＮＥＸＴ）、及び遠端漏話（ＦＥＸＴ）信号が含まれる。こうした障害信号の結果、送受信機、特に受信機部分の性能は劣化する。

ＮＥＸＴは、近端送信機から受信機の入力への信号の容量性及び誘導性結合から生じる障害信号である。送受信機Ａ中の受信機が遭遇するＮＥＸＴ障害信号が図３に示される。受信機Ａは送信機Ｅからの直接信号を検出しようとしているが、受信機Ａには送信機Ｂ、Ｃ及びＤからの漏話信号が雑音として現れる。システム中の各受信機は同じ影響に遭遇するので、受信機を通過する信号はＮＥＸＴ障害信号による劣化を経験する。図３ではわかりやすくするために、受信機Ａが経験するＮＥＸＴ障害信号だけが例示されている。

同様に、通信システムの双方向的性質のため、エコー障害信号は、送信機と同じ送受信機中に含まれる受信機でも、各送信機によって発生する。各送受信機中の受信機が遭遇するエコー障害信号が図４に示される。受信機は通信線路の反対側終端で送信機からの信号を検出しようとしているが、受信機には送信機からの漏話信号が雑音として現れる。システム中の各受信機は同じ影響に遭遇するので、受信機を通過する信号はエコー障害信号による信号歪みを経験する。

遠端漏話（ＦＥＸＴ）は、遠端送信機から受信機の入力への信号の容量性結合から生じる障害である。送受信機Ａ中の受信機が遭遇するＦＥＸＴ障害信号が図５に示される。受信機Ａは送信機Ｅからの直接信号を検出しようとしているが、受信機Ａには送信機Ｆ、Ｇ及びＨからの漏話信号が雑音として現れる。システム中の各受信機は同じ影響に遭遇するので、受信機を通過する信号はＦＥＸＴ障害信号による信号歪みを経験する。図５ではわかりやすくするために、受信機Ａが経験するＦＥＸＴ障害だけが例示されている。

こうした雑音障害信号の結果、通信システムの性能は劣化する。システムによって伝えられる信号は歪められ、システムは高い信号誤差率を経験する。従って、当業技術分野では、雑音障害信号によって発生する通信システム性能の劣化を補償する方法と装置を提供し、かつ、ギガビット・イーサネットのような高スループット・システムにおいてこの種の雑音を低減する方法と装置を提供する必要が存在する。本発明の態様はこうした必要を満たすものである。

通信線路の１つの終端の４つの送受信機が図６に例示されている。送受信機の構成要素は、各層が１つの送受信機に対応する、重なり合うブロックとして示されている。図６のＧＭＩＩ、ＰＣＳ及びハイブリッドは図２のＧＭＩＩ、ＰＣＳ及びハイブリッドに対応し、送受信機とは独立したものと考えられる。送受信機とハイブリッドの組合せは通信システムの１つの「チャネル」を形成する。従って、図６は、各々同様の方法で動作する４つのチャネルを例示している。各送受信機の送信機部分にはパルス整形フィルタとデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器が含まれる。各送受信機の受信機部分には、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器、先入れ先出し（ＦＩＦＯ）バッファ、フィードフォワード等化器（ＦＦＥ）を含むデジタル適応等化器システム及び検出器が含まれる。受信機部分にはまた、タイミング回復システムと、ＮＥＸＴキャンセル・システム及びエコー・キャンセラを含む近端雑音低減システムも含まれる。ＮＥＸＴキャンセル・システムとエコー・キャンセラには通常非常に多くの適応フィルタが含まれる。

通信線路の特性、例えば長さは、ＮＥＸＴとエコー雑音を有効に打ち消すＮＥＸＴキャンセル・システムとエコー・キャンセラの能力に影響することがある。通常のケーブル応答の測定とシミュレーションが示すところによれば、こうした干渉源の十分なキャンセル・レベルを提供するためには、「長い」エコー及びＮＥＸＴキャンセラが必要である。「長い」という術語はケーブルの特性によって必要になる多数のタップを有するキャンセラを説明するために使用されている。例えば、図７は、８５オーム及び１００オーム終端の特性インピーダンスを有する１００ｍケーブルのエコー・インパルス応答を示す。定格特性インピーダンスは１００オームであるが、製造規格は１５％の公差を許容している。このインピーダンス不整合の結果ケーブルの遠端で反射が発生し、約１マイクロ秒の遅延を伴う２次パルスが発生することがある。長い遅延のため、このパルスを打ち消すには約１４０タップ（１マイクロ秒の遅延を対象とする１２５タップ、プラス２次パルスを打ち消す約１５の追加タップ）が必要になる。

エコー・インパルス応答は遅延の中間値に付加的反射を有することが多い。さらに、ケーブルの不均等反射減衰量のためケーブルに沿って特性インピーダンスの連続的な変化が発生し、その結果中間点で多数の小さな反射が生じることがある。こうした中間反射が意味することは、エコー・キャンセラは初期インパルスと終端反射だけを打ち消すように構成すべきではなく、全範囲のインパルス応答を対象にするように構成すべきだということである。ケーブル特性が変化する結果、ケーブル・インパルス応答の変化も多様になる。さらに、個々のケーブルの応答はその動作環境の結果として変化することがある。例えば、動作温度の変化によってケーブルのインパルス応答が変化することがある。従って、タップが必要になる位置を事前計算し、この位置をエコー及びＮＥＸＴキャンセラの設計に組み込むことは困難である。図８は、１００ｍケーブルのＮＥＸＴインパルス応答を示す。示されるように、ＮＥＸＴ応答も長く、ＮＥＸＴキャンセル・システムを構成するＮＥＸＴキャンセラ中の多数のタップを必要とすることになる。ＮＥＸＴ及びエコー・キャンセラの組合せはギガビット・イーサネットにおけるＤＳＰ動作の大部分を消費する。

こうしたシステムで満足の行く性能を達成するために必要な多数のタップのため、高度の電力散逸が生じる。こうした高度の電力散逸は、高スループット通信システム、特にギガビット・イーサネットを動作不能で市場に向かないものにするという点で望ましくない。従って、当業技術分野では、多数のタップを利用する通信システムの電力散逸を低減する方法と装置を提供し、かつ、ギガビット・イーサネットのような高スループット・システムにおいてこの種の電力散逸を低減する方法と装置を提供する必要が存在する。本発明の態様はこうした必要を満たすものである。

ギガビット・イーサネット送受信機の動作の最も重要な段階の１つは起動である。この段階で、送受信機内に含まれる適応フィルタが収束し、タイミング回復サブシステムが周波数と位相の同期を獲得し、４つのワイヤ・ペアの間の遅延の差が補償され、ペアの一致と極性が獲得される。起動が成功裡に完了すると、送受信機の正常な動作を開始することが可能になる。

「ブラインド開始」として知られる１つの起動プロトコルでは、送受信機はその適応フィルタとタイミング回復システムを同時に収束する一方、タイミング同期をも獲得する。この起動の欠点は、送受信機中の様々な適応及び獲得アルゴリズムの間で高レベルの対話が必要なことである。この高レベルの対話は、起動中に発生する収束及び同期動作の信頼性を低下させる。

従って、当業技術分野では、最適な動作のシーケンスを使用し、様々な適応及び獲得アルゴリズム間の対話を最小化する、ギガビット・イーサネットのような高スループット通信システムで使用するための起動プロトコルを提供する必要が存在する。本発明の態様はこうした必要を満たすものである。

簡単に、かつ一般的に言うと、本発明は通信システム中の雑音と電力散逸を低減するシステムと方法に関する。本発明はまた、通信システムで使用するための起動プロトコルに関する。
第１の態様では、本発明は、所定のしきい値誤差を有する通信システムに関する。この通信システムには、複数のツイスト・ワイヤ・ペアを有する通信線路と、各ツイスト・ワイヤ・ペアの各終端に１つの送信機がある複数の送信機と、各ツイスト・ワイヤ・ペアの各終端に１つの受信機がある複数の受信機とが含まれ、各受信機は、受信機が関連するツイスト・ワイヤ・ペアの反対側終端の送信機からの直接信号と複数の雑音信号を含む組合せ信号を受信する。このシステムにはまた、組合せ信号に応答する複数の適応フィルタが含まれ、各適応フィルタは、各々係数を有する複数のタップを有し、各タップはアクティブ及びイナクティブ状態の間で切換可能である。このシステムにはさらに、通信システムの誤差がしきい値誤差を越えないことを保証しつつ、タップを選択的に非活動化することで、少なくとも１つの適応フィルタの伝達関数を周期的に調整する制御装置が含まれる。

少なくとも１つの適応フィルタのタップを選択的に非活動化することで、本発明はフィルタの電力消費と、ひいては通信システムの総合電力消費を低減する。
さらに詳細な態様では、この通信システムにはさらに、各々少なくとも１つの適応フィルタを備える複数の雑音低減システムが含まれる。１つの雑音低減システムは各受信機に関連し、少なくとも１つの複製雑音障害信号を提供する。このシステムにはまた、１つが各受信機に関連する複数の装置が含まれる。各装置はその受信機によって受信される組合せ信号と、その受信機に関連する雑音低減システムによって提供される複製雑音障害信号とに応答し、組合せ信号から少なくとも１つの雑音信号をほぼ除去する。別の面では、雑音信号には、受信機が関連するツイスト・ワイヤ・ペアの反対側終端の送信機以外の、通信線路の反対側終端の各送信機から１つの、複数の遠端漏話（ＦＥＸＴ）障害信号が含まれ、雑音低減システムには、複製雑音障害信号の１つとして複製ＦＥＸＴ障害信号を提供するＦＥＸＴキャンセル・システムが含まれる。また別の態様では、雑音信号には、受信機が関連するツイスト・ワイヤ・ペアの同じ終端の送信機以外の、通信線路の同じ終端の各送信機から１つの、複数の近端漏話（ＮＥＸＴ）障害信号が含まれ、雑音低減システムには、複製雑音障害信号の１つとして複製ＮＥＸＴ障害信号を提供するＮＥＸＴキャンセル・システムが含まれる。また別の態様では、雑音信号には、受信機が関連するツイスト・ワイヤ・ペアの同じ終端の送信機から受信されるエコー障害信号が含まれ、雑音低減システムには、複製雑音障害信号の１つとして、複製エコー障害信号を提供するエコー・キャンセラが含まれる。別の詳細な態様では、制御装置には、各タップの状態を設定する手段と、システムの現在の誤差を計算する手段と、現在の誤差をしきい値誤差と比較する手段とが含まれる。さらに別の面では、各タップの状態を設定する手段には、各タップについてタップしきい値を指定する手段と、各タップについてタップ係数の絶対値とタップしきい値を比較する手段と、絶対値がタップしきい値より小さい係数を有するタップを非活動化する手段とが含まれる。

第２の態様では、本発明は、複数のツイスト・ワイヤ・ペアを有する通信線路と、各ツイスト・ワイヤ・ペアの各終端に１つの複数の送受信機とを有する通信システムを動作させる方法である。各送受信機は受信機と送信機を有する。各受信機は、受信機が関連するツイスト・ワイヤ・ペアの反対側終端の送信機からの直接信号と、複数の雑音信号とを含む組合せ信号を受信する。各送受信機にはさらに、組合せ信号に応答する複数の適応フィルタが含まれる。各適応フィルタは、各々係数を有する複数のタップを有する。各タップはアクティブ及びイナクティブ状態の間で切換可能である。本方法には、システムのしきい値を指定するステップと、システムの誤差がしきい値誤差を越えないことを保証しつつタップを選択的に非活動化することで少なくとも１つの適応フィルタの伝達関数を周期的に調整するステップとが含まれる。

さらに詳細な面では、本方法にはさらに、各受信機について、少なくとも１つの複製雑音障害信号を生成するステップと、少なくとも１つの雑音信号がほとんどない出力信号を発生するために、少なくとも１つの複製雑音障害信号を組合せ信号と結合するステップとが含まれる。別の面では、伝達関数を調整するステップには、各タップの状態を設定するステップと、システムの現在の誤差を計算するステップと、現在の誤差をしきい値誤差と結合するステップとが含まれる。別の面では、通信システムの１つの送受信機はマスタの役目を果たし、もう１つの送受信機はスレーブの役目を果たす。各送受信機は雑音低減システム、タイミング回復システム及び少なくとも１つの等化器を有する。本方法にはさらに、スレーブのタイミング回復システムと等化器がトレーニングされマスタの雑音低減システムがトレーニングされる第１段階を実行するステップと、マスタのタイミング回復システムと等化器がトレーニングされスレーブの雑音低減システムがトレーニングされる第２段階を実行するステップと、マスタの雑音低減システムがトレーニングされる第３段階を実行するステップとが含まれる。また別の面では、通信システムの１つの送受信機はマスタの役目を果たし、もう１つの送受信機はスレーブの役目を果たす。各送受信機は雑音低減システム、タイミング回復システム及び少なくとも１つの等化器を有する。本方法にはさらに、スレーブのタイミング回復システムと等化器がトレーニングされマスタの雑音低減システムがトレーニングされる第１段階を実行するステップと、マスタのタイミング回復システムが周波数と位相の両方についてトレーニングされマスタの等化器がトレーニングされスレーブの雑音低減システムがトレーニングされる第２段階を実行するステップと、マスタの雑音低減システムが再トレーニングされマスタのタイミング回復システムが位相について再トレーニングされスレーブのタイミング回復システムが周波数と位相の両方について再トレーニングされる第３段階を実行するステップとが含まれる。

第３の面では、本発明は、複数のツイスト・ワイヤ・ペアを有する通信線路と、各ツイスト・ワイヤ・ペアの各終端に１つの送信機がある複数の送信機と、複数の受信機とを含む通信システムである。１つの受信機は各ツイスト・ワイヤ・ペアの各終端にある。各受信機は、受信機が関連するツイスト・ワイヤ・ペアの反対側終端の送信機からの直接信号と、通信線路の反対側終端の残りの各送信機から１つの複数の遠端漏話（ＦＥＸＴ）障害信号を含む組合せ信号を受信する。このシステムにはまた、１つが各受信機に関連する、複数のＦＥＸＴキャンセル・システムが含まれる。各ＦＥＸＴキャンセル・システムは複製ＦＥＸＴ障害信号を提供する。このシステムにはさらに、１つが各受信機に関連する、複数の遅延装置が含まれる。各遅延装置は、その受信機が受信した組合せ信号に応答し、組合せ信号を遅延する。また、１つが各受信機に関連する、複数の第１装置が含まれる。各第１装置は、その受信機に関連する遅延装置の出力と、その受信機に関連するＦＥＸＴキャンセル・システムによって提供される複製ＦＥＸＴ障害信号に応答し、組み合わせ信号からＦＥＸＴ障害信号をほぼ除去する。

複製ＦＥＸＴ障害信号を生成する複数のＦＥＸＴキャンセル・システムと、複製ＦＥＸＴ障害信号を組み合わせ信号と結合する複数の装置を提供することで、本発明は組み合わせ信号からＦＥＸＴ障害信号をほぼ打ち消す。従って、通信システム中の雑音による信号劣化は低減され、伝送された情報はさらに確実に回復される。

さらに詳細な面では、ＦＥＸＴキャンセル・システムには、ＦＥＸＴキャンセラが関連する受信機以外の通信システムの同じ終端の各受信機から信号を受信する手段が含まれる。ＦＥＸＴキャンセル・システムにはまた、各受信信号について個別複製ＦＥＸＴ障害信号を生成する手段と、複製ＦＥＸＴ障害信号を生成するために、個別複製ＦＥＸＴ障害信号を結合する手段とが含まれる。別の態様では、直接信号がＦＥＸＴ信号の後到達する時、遅延装置は、ＦＥＸＴ障害信号と直接信号が受信機に到達する間の時間遅延にほぼ等しい量だけ組み合わせ信号を遅延する。また別の面では、直接信号がＦＥＸＴ障害信号の後到達する時、遅延装置は、ＦＥＸＴ障害信号と直接信号が受信機に到達する間の時間遅延にほぼ等しい量と、
その組合せ信号が他の受信機からの組合せ信号と同期するような量との大きい方だけ組合せ信号を遅延する。

第４の態様では、本発明は通信システムにおいて雑音を低減する方法に関する。このシステムには、複数のツイスト・ワイヤ・ペアを有する通信線路が含まれる。このシステムにはまた、各ツイスト・ワイヤ・ペアの各終端に１つの送信機がある複数の送信機が含まれる。このシステムにはさらに、各ツイスト・ワイヤ・ペアの各終端に１つの受信機がある複数の受信機が含まれる。各受信機は、受信機が関連するツイスト・ワイヤ・ペアの反対側終端の送信機からの直接信号と、通信線路の反対側終端の残りの各送信機から１つの複数の遠端漏話（ＦＥＸＴ）障害信号を含む組合せ信号を受信する。本方法には、各受信機について、複製ＦＥＸＴ障害信号を生成するステップと、ＦＥＸＴ障害信号がほとんどない出力信号を生成するために複製ＦＥＸＴ障害信号を組合せ信号と結合するステップとが含まれる。

第５の態様では、本発明は、各タップがアクティブ及びイナクティブ状態の間で切換可能であり、各々係数を伴う複数のタップを伴う複数の適応フィルタを有する通信システム内の電力散逸を低減する方法を伴う。本方法には、ａ）システムの許容可能な誤差を指定するステップと、ｂ）各アクティブ・タップについてタップしきい値を設定するステップと、ｃ）各アクティブ・タップについて、絶対値がアクティブ・タップについて設定されたタップしきい値より小さい係数を有するタップを非活動化するステップと、ｄ）システム誤差を計算するステップと、ｅ）計算されたシステム誤差を許容可能なシステム誤差と比較するステップと、ｆ）計算されたシステム誤差が許容可能なシステム誤差より小さい場合、各アクティブ・タップについてタップしきい値を増大するステップと、ｇ）計算されたシステム誤差が許容可能なシステム誤差を越えることなく許容可能なシステム誤差に接近するまでステップｃ）〜ステップｆ）を繰り返すステップとが含まれる。

第６の面では、本発明は、各タップがアクティブ及びイナクティブ状態の間で切換可能であり、各タップが係数を有する複数のタップを伴う少なくとも１つの適応フィルタを有する通信システム内の電力散逸を低減する方法を伴う。本方法には、ａ）初期システム誤差を計算するステップと、ｂ）各アクティブ・タップについて、タップ誤差しきい値を設定するステップと、ｃ）各アクティブ・タップについて、絶対値がアクティブ・タップについて設定されたタップ誤差しきい値より小さい係数を有するタップを非活動化するステップと、ｄ）次のシステム誤差を計算するステップと、ｅ）次のシステム誤差と初期システム誤差の間の差が所定の値より小さい場合、各アクティブ・タップについてタップ誤差しきい値を増大するステップと、ｆ）次のシステム誤差と初期システム誤差の間の差が所定の値を越えるまでステップｃ）〜ステップｅ）を繰り返すステップが含まれる。

第７の態様では、本発明は、ツイスト・ワイヤ・ペアの１つの終端のマスタ送受信機と、ツイスト・ワイヤ・ペアの反対側終端のスレーブ送受信機を有する通信システムで使用するための起動プロトコルである。各送受信機は、近端雑音低減システム、遠端雑音低減システム、タイミング回復システム、及び少なくとも１つの等化器を有する。本プロトコルには、第１段階中に、信号を送信するが何ら信号を受信しない半二重モードにマスタを維持するステップと、マスタからの信号を受信するが何ら信号を送信しない半二重モードにスレーブを維持するステップと、マスタ近端雑音低減システムを収束するステップと、周波数と位相がマスタによって送信される信号の周波数と位相に同期するように、スレーブによって受信される信号の周波数と位相を調整するステップと、スレーブの等化器を収束するステップとが含まれる。また、第２段階中に、信号を送信するが何ら信号を受信しない半二重モードにスレーブを維持するステップと、スレーブからの信号を受信するが何ら信号を送信しない半二重モードにマスタを維持するステップと、スレーブの周波数と位相をフリーズするステップと、スレーブ近端雑音低減システムを収束するステップと、位相がスレーブによって送信される信号の位相に同期するように、マスタによって受信される信号の位相を調整するステップと、マスタの等化器を収束するステップとが含まれる。また、第３段階中に、スレーブが信号を送信及び受信するような全二重モードにスレーブを維持するステップと、マスタが信号を送信及び受信するような全二重モードにマスタを維持するステップと、マスタ近端雑音低減システムを再収束するステップとが含まれる。

第８の面では、本発明は、通信線路の１つの終端のマスタ送受信機と、通信線路の反対側終端のスレーブ送受信機を有し、各送受信機が近端雑音低減システム、遠端雑音低減システム、タイミング回復システム、及び少なくとも１つの等化器を有する通信システムで使用するための起動プロトコルである。本プロトコルには、第１段階中に、信号を送信するが何ら信号を受信しない半二重モードにマスタを維持するステップと、マスタからの信号を受信するが何ら信号を送信しない半二重モードにスレーブを維持するステップと、マスタ近端雑音低減システムを収束するステップと、周波数と位相がマスタによって送信される信号の周波数と位相に同期するように、スレーブによって受信される信号の周波数と位相を調整するステップと、スレーブの等化器を収束するステップとが含まれる。本プロトコルにはさらに、第２段階中に、自走クロックを使用して信号を送信するが何ら信号を受信しない半二重モードにスレーブを維持するステップと、スレーブからの信号は受信するが何ら信号を送信しない半二重モードにマスタを維持するステップと、スレーブ近端雑音低減システムを収束するステップと、周波数と位相がスレーブによって送信される信号の周波数と位相に同期するようにマスタによって受信される信号の周波数と位相を調整するステップと、マスタの等化器を収束するステップとが含まれる。本プロトコルにはまた、第３段階中に、スレーブが信号を送信及び受信するような全二重モードにスレーブを維持するステップと、マスタが信号を送信及び受信するような全二重モードにマスタを維持するステップと、マスタ近端雑音低減システムを再収束するステップと、位相がスレーブによって送信される信号の位相に同期するように、マスタによって受信される信号の位相を調整するステップと、周波数と位相がマスタによって送信される信号の周波数と位相に同期するように、スレーブによって受信される信号の周波数と位相を調整するステップとが含まれる。

起動プロトコルを３つの段階に分割することで、等化器とタイミング回復システムの収束は、雑音低減システムの収束と分離される。従って、送受信機中の様々な適応及び獲得アルゴリズム間の対話は減少し、収束及び同期動作の信頼性が向上する。
本発明のこれらと他の態様及び利点は、本発明の好適実施形態を例示として示す添付の図面と共に見る時、以下のさらに詳細な説明から明らかになるだろう。

本明細書中の議論は、本発明の説明と理解を目的とし、特にギガビット・イーサネットに関するものと考えられる。しかし、本発明の概念と請求項の範囲はギガビット・イーサネット以外の種類の通信システムにも適用されることが理解される。

通信システムの概観
本発明の特徴を組み込んだ通信システムは一般に図１に１０で示される。このシステム１０には、ハブ１２と、ローカルエリア・ネットワーク（ＬＡＮ）中のハブのサービスの対象となる複数のコンピュータが含まれる。４つのコンピュータ１４が例示として示されているが、異なった数のコンピュータが本発明の範囲から離れることなく使用されることがある。各コンピュータ１４は約１００メートル（１００ｍ）程度の距離だけハブ１２から離れている。コンピュータ１４はまた、互いにも離れている。

ハブ１２は通信線路１６によって各コンピュータ１４に接続されている。通信線路１６は複数のアンシールド・ツイストペア・ワイヤまたはケーブルを備えている。一般に、ワイヤまたはケーブルは銅から形成される。４つのアンシールド・ツイストペア・ワイヤがシステム１０中の各コンピュータとハブ１２の間に提供される。図１に示されるシステムは、通信産業でカテゴリー３、４、５、６及び７として指定されるいくつかのカテゴリーのツイストペア・ケーブルと共に動作する。カテゴリー３ケーブルは最低品質（かつ最低費用）であり、カテゴリー６及び７は最高品質（かつ最高費用）である。ギガビット・イーサネットはカテゴリー５ケーブルを使用する。

図２は、１つの通信線路１６と１つのコンピュータ１４及びハブ１２の一部を含む、図１の通信システムの一部を詳細に例示する。通信線路１６には、２５０Ｍｂ／秒／ペアで動作する４つのアンシールド・ツイストペア・ワイヤ１８が含まれる。送信機（ＴＸ）２２と受信機（ＲＸ）２４を含む送受信機２０が、各ツイストペア１８の各アンシールド終端に配置されている。各送受信機２０とその関連するアンシールド・ツイストペア１８の間にはハイブリッド２６がある。ハイブリッド２６は、通信線路の各終端の送受信機２０間で全二重双方向動作を可能にする通信線路１６へのインタフェースである。ハイブリッドはまた、送受信機に関連する送信機と受信機を互いに分離するよう機能する。

この通信システムには、ギガビット媒体独立インタフェース（ＧＭＩＩ）２８と呼ばれる標準コネクタが含まれる。ＧＭＩＩ２８は、送信及び受信両方向の８ビット幅データ経路である。１２５ＭＨｚといった適切な周波数でクロックされ、ＧＭＩＩは２５０Ｍｂ／秒／ペアといった適切な速度の両方向データのネット・スループットを生じる。ＧＭＩＩは送信及び受信両方向で対称インタフェースを提供する。物理コーディング副層（ＰＣＳ）３０はＧＭＩＩ２８と送受信機２０の間でデータを受信及び送信する。ＰＣＳ３０は、データを送受信機またはＧＭＩＩの何れかに転送する前のデータのスクランブル、符号化／復号化といった機能を果たす。ＰＣＳはＧＭＩＩからのビットを５レベルのパルス振幅変調（ＰＡＭ）信号に符号化する。５つの記号レベルとは−２、−１、０、＋１及び＋２である。ＰＣＳはまた、以下説明されるようにスキュー制御のような、送受信機のいくつかの機能を制御する。

送受信機回路
４つの送受信機２０が図９で詳細に例示される。送受信機２０の構成要素は、各層が１つの送受信機に対応する重なり合うブロックとして示される。図９のＧＭＩＩ２８、ＰＣＳ３０及びハイブリッド２６は、図２のＧＭＩＩ、ＰＣＳ及びハイブリッドに対応し、送受信機と分離したものとみなされる。送受信機２０とハイブリッド２６の組合せは通信システムの１つの「チャネル」を形成する。従って、図９は、各々同様の方法で動作する４つのチャネルを例示する。

各送受信機２０の送信機部分には、パルス整形フィルタ３２とデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器３４が含まれる。本発明の好適実施形態では、Ｄ／Ａ変換器３４は１２５ＭＨｚで動作する。パルス整形フィルタ３２はＰＣＳから１つの１次元（１−Ｄ）記号を受信する。この記号は、ｘが４つのチャネル各々に対応する１〜４である時ＴＸＤａｔａｘ記号３６と呼ばれる。ＴＸＤａｔａｘ記号３６は２ビットのデータを表す。ＰＣＳは各チャネルについて１つの１−Ｄ記号を生成する。各チャネルの記号は、パルス整形フィルタ３２でフォーム０．７５＋０．２５ｚ^-1のスペクトル整形フィルタを通過し、エミッションがＦＣＣ要求の範囲内に制限される。この簡単なフィルタは、送信機出力の電力スペクトル密度が２ペアのカテゴリー５ツイストペア・ワイヤ上で１００Ｍｂ／秒で動作する通信システムのものより低くなるようにスペクトルを整形する。次に記号は、低域通過フィルタの役目をも果たすＤ／Ａ変換器３４によってアナログ信号に変換される。アナログ信号はハイブリッド回路２６を通じてアンシールド・ツイストペア・ワイヤ１８へのアクセスを得る。

各送受信機の受信機部分には、信号検出器４１、Ａ／Ｄ変換器４２、ＦＩＦＯ４４、デジタル適応等化器システム、タイミング回復回路及び雑音低減回路が含まれる。デジタル適応等化器システムには、フィードフォワード等化器（ＦＦＥ）４６、２つの装置５０、５６、スキュー調整器５４及び２つの検出器５８、６０が含まれる。これらの構成要素の機能は、本発明に関連して以下説明される。雑音低減回路には、ＮＥＸＴキャンセル・システム３８、エコー・キャンセラ３８及びＦＥＸＴキャンセル・システム７０が含まれる。

Ａ／Ｄ変換器４２は、１２５ＭＨｚといった、信号のボー・レートに等しい適切な周波数で、ハイブリッド２６から受信された信号のデジタル変換を提供する。Ａ／Ｄ変換器４２は、決定志向タイミング回復回路６４によって提供されるアナログ・サンプル・クロック信号によりアナログ信号をサンプリングする。ＦＩＦＯ４４はＡ／Ｄ変換器４２からデジタル変換信号を受信し、それを先入れ先出しベースで保存する。ＦＩＦＯ４４は、タイミング回復回路６４によって提供されるデジタル・サンプル・クロック信号８０によって個々の信号をＦＦＥ４６に転送する。ＦＦＥ４６はＦＩＦＯ４４からデジタル信号を受信し、その信号をフィルタリングする。ＦＦＥ４６は最小二乗平均（ＬＭＳ）形適応フィルタであり、チャネル等化及び先行符号間干渉（ＩＳＩ）キャンセルを行い信号の歪みを訂正する。

注意されるように、Ａ／Ｄ変換器４２に導入されその後ＦＩＦＯ４４及びＦＦＥ４６に導入される信号はいくつかの構成要素を有する。こうした構成要素には、受信機２４が関連するアンシールド・ツイストペア・ワイヤ１８の反対側終端の送信機２２から直接受信された直接信号が含まれる。また、前に説明したように、他の送信機２２からの１つかそれ以上のＮＥＸＴ、エコー、及びＦＥＸＴ障害信号も含まれる。直接信号と１つかそれ以上の障害信号を含む信号は「組合せ信号」と呼ばれる。

ＦＦＥ４６は組合せ信号４８を、通常合計装置である第２装置５０に転送する。第２装置５０では、組合せ信号４８はＮＥＸＴキャンセル・システム３８とエコー・キャンセラ４０の出力と組み合わされ、ＮＥＸＴ及びエコー障害信号がほとんどない信号が生成される。この信号は「第１ソフト決定」５２と呼ばれる。信号検出器４１は第２装置５０からの信号を検出し、その信号をスキュー調整器５４に転送する。信号検出の際、信号検出器４１は様々なシステム動作を開始するが、その１つには、以下説明されるように、起動プロトコル各段階間の遷移が含まれる。スキュー調整器５４は第２装置５０から第１ソフト決定５２を受信し、「第２ソフト決定」６６と呼ばれる信号を出力する。スキュー調整器５４は２つの機能を行う。第１に、システム中の全ての受信機からの第２ソフト決定６６が同期するように第１ソフト決定５２を遅延することで、アンシールド・ツイストペア１８の長さの差を補償する。第２に、第２ソフト決定６６がＦＥＸＴキャンセル・システム７０の出力とほぼ同時に第１装置５６に到達するように、第１ソフト決定５２の遅延を調整する。スキュー調整器５４はＰＣＳ３０からスキュー制御信号８２を受信する。

スキュー調整器５４は、第２ソフト決定６６を、通常合計装置である第１装置５６に転送する。第１装置５６では、第２ソフト決定６６がＦＥＸＴキャンセル・システム７０の出力と結合され、ＦＥＸＴ障害信号がほとんどない信号が生成される。この信号は「第３ソフト決定」６８と呼ばれる。第１検出器５８は第１装置５６から第３ソフト決定６８を受信する。第１検出器５８は出力信号、すなわち「最終決定」７２を提供する。第１検出器５８は、第３ソフト決定６８のレベルに最も近い大きさのアナログ信号レベルに対応する最終決定７２を生成するスライサである。第１検出器５８はまた、記号毎の検出器、または、ヴィテルビ復号器のように、全ての４つのチャネルにわたって信号の順序に基づいて動作する順次検出器である。

送受信機の１つの構成では、第１検出器５８は記号毎の検出器である。各チャネルに１つの記号毎の検出器５８のグループが図１０に示される。各第１検出器５８にはスライサ９８、適応フィードバック・フィルタ１００及び加算器１０２が含まれる。加算器１０２は第３ソフト決定６８を適応フィードバック・フィルタ１００の出力と結合し、出力を提供するが、その出力はスライサ９８に導入される。スライサ９８の出力は適応フィードバック・フィルタ１００に導入される。第１検出器５８は、第３ソフト決定６８とフィードバック・フィルタ１００の出力の間の差に最も近い、集合［−２、−１、０、１、２］からの離散的レベルに対応する出力信号７２を提供する。適応フィードバック・フィルタ１００は第３ソフト決定６８の歪みを訂正する。このフィルタ１００は過去のスライサ９８の決定を使用して、チャネルによって発生する後続ＩＳＩを推定する。このＩＳＩは第３ソフト決定６８から打ち消され、最終決定信号７２が形成される。

送受信機の別の構成では、第１検出器５８は、普通多重ＤＦＥアーキテクチャ（ＭＤＦＥ）順次検出器として知られるアーキテクチャを使用する、順次復号器と決定フィードバック等化器（ＤＦＥ）の組合せである。順次復号器５８は、同時かつ、単位時間のいくつかの期間にわたって各チャネルからの連続サンプルで、４つのチャネル全てから全ての信号を見る。順次復号器は入力として、各第１装置５６から少なくとも１つの信号を受信する。順次復号器５８は、一般に、第１装置５６からの出力信号の順序に応答し、（１）その信号の許容可能な順序を通過させ、（２）システムに関連する符号標準によって確立される制約によって、その信号の許容できない順序を廃棄する。許容可能な順序とは符号制約に従うものであり、許容できない順序とは符号制約に違反するものである。

第２検出器６０（図９）は第２装置５０から第１ソフト決定５２を受信する。第２検出器６０は第１検出器５８（図１０）と同様の記号毎の検出器である。これは、第１ソフト決定５２とフィードバック・フィルタ１００の出力の間の差に最も近い、集合［−２、−１、０、１、２］からの離散的レベルに対応する出力信号７４を提供する。第２検出器６０はＦＥＸＴキャンセルを利用しない出力信号７４を生成するので、その結果、この決定は、ＦＥＸＴキャンセルを利用する第１検出器５８によるものより高い誤差率を有する。この事実のため、この決定は「暫定的決定」と呼ばれる。第２検出器６０への入力中に存在する後続ＩＳＩは、暫定的決定７４を入力とする第２検出器内に収容される適応フィードバック・フィルタ１００（図１０）を使用して打ち消されることに注意することは重要である。この適応フィードバック・フィルタ１００の係数は、第１検出器５８（図９）に関連する適応フィードバック・フィルタのものと同じである。

通常合計装置である第３装置６２は、第２装置５０からの第１ソフト決定信号５２と、第２検出器６０からの暫定的決定信号７４を受信する。第３装置６２では、第１ソフト決定５２は暫定的決定信号７４と結合されて誤り信号７６が生成され、それがタイミング回復回路６４に導入される。タイミング回復回路６４は、第２検出器６０からの暫定的決定７４と、第３装置６２からの誤差信号７６を受信する。これらの信号を入力として使用して、タイミング回復回路６４は、Ａ／Ｄ変換器４２に導入されるアナログ・クロック同期信号７８と、ＦＩＦＯ４４に導入されるデジタル・クロック同期信号８０を出力する。前に言及したように、これらの信号は、Ａ／Ｄ変換器４２がハイブリッド２６から受信するアナログ入力をサンプリングするレートと、ＦＩＦＯがデジタル信号をＦＦＥ４６に転送するレートを制御する。

前に言及したように、通信システム中の送信機２２（図２）によって送信された記号は各チャネルの受信信号中にＮＥＸＴ、エコー及びＦＥＸＴ障害を発生する。各受信機２４はこの干渉を発生する他の３つのチャネルのデータへのアクセスを有するので、こうした影響の各々をほぼ打ち消すことが可能である。ＮＥＸＴキャンセルは、図１１の構成図に示されるように３つの適応ＮＥＸＴキャンセル・フィルタ８４を使用して達成される。各ＮＥＸＴキャンセル・システム３８は、通信線路１８の、ＮＥＸＴキャンセル・システムが関連する受信機と同じ終端の各送信機から３つのＴＸＤａｔａｘ記号３６を受信する。各ＮＥＸＴキャンセル・システム３８には、各ＴＸＤａｔａｘ記号３６について１つの３つのフィルタ８４が含まれる。これらのフィルタ８４は送信機からのＮＥＸＴ雑音のインパルス応答をモデル化し、例えば、ＬＭＳアルゴリズムを利用する適応トランスバーサル・フィルタ（ＡＴＦ）として実現される。フィルタ８４は各ＴＸＤａｔａｘ記号３６についてＮＥＸＴ障害信号の複製を生成する。合計装置８６は３つの個別複製ＮＥＸＴ障害信号９２を結合し、ＮＥＸＴキャンセル・システム３８が関連する受信機によって受信される組合せ信号内に含まれるＮＥＸＴ障害信号の複製を生成する。複製ＮＥＸＴ障害信号８８は第２装置５０（図９）に導入され、そこで組合せ信号４８と結合されて、ＮＥＸＴ障害信号がほとんどない第１ソフト決定信号５２が生成される。

エコー・キャンセルは、図１２の構成図に示されるような適応エコー・キャンセル・フィルタ８５によって達成される。各エコー・キャンセラ４０は、ツイスト・ワイヤ・ペア１８のエコー・キャンセラが関連する受信機と同じ終端の送信機からＴＸＤａｔａｘ記号３６を受信する。図１２に示されるように、各エコー・キャンセラ４０には１つのフィルタ８５が含まれる。このフィルタ８５は送信機からのエコー雑音のインパルス応答をモデル化し、例えば、ＬＭＳアルゴリズムを利用するＡＴＦとして実現される。このフィルタは、エコー・キャンセラ４０が関連する受信機によって受信される組合せ信号中に含まれるエコー障害信号の複製を生成する。複製エコー障害信号９０は第２装置５０（図９）に導入され、組合せ信号４８と結合されて、エコー障害信号がほとんどない第１ソフト決定信号５２が生成される。

ＦＥＸＴキャンセルは、図１３の構成図で示されるように、３つの適応ＦＥＸＴキャンセル・フィルタ８７によって達成される。各ＦＥＸＴキャンセル・システム７０は、通信線路のＦＥＸＴキャンセル・システムが関連する受信機と同じ終端の各受信機から１つの、３つの暫定的決定記号７４を受信する。各ＦＥＸＴキャンセル・システム７０には、各暫定的決定記号７４について１つの、３つのフィルタ８７が含まれる。これらのフィルタ８７は送信機からのＦＥＸＴ雑音のインパルス応答をモデル化し、例えば、ＬＭＳアルゴリズムを利用するＡＴＦとして実現される。フィルタ８７は個別暫定的決定記号７４の各々についてＦＥＸＴ障害信号９６の複製を生成する。合計装置１０８は３つの個別複製ＦＥＸＴ障害信号９６を結合し、ＦＥＸＴキャンセル・システムが関連する受信機によって受信される組合せ信号４８中に含まれるＦＥＸＴ障害信号の複製を生成する。複製ＦＥＸＴ障害信号９４は第１装置５６（図９）に導入され、そこで第２組合せ信号６６と結合されて、ＦＥＸＴ障害信号がほとんどない第３ソフト決定信号６８が生成される。ＦＥＸＴを打ち消すために使用される決定は、ＦＥＸＴが打ち消される受信機によってなされる最終決定７２と統計的に無関係なので、暫定的決定７４の高い誤差率はＦＥＸＴキャンセル・システム７０の性能を劣化させないことに注意することは重要である。

第１検出器５８によって提供される記号は、ＧＭＩＩに導入される前にＰＣＳ３０の受信セクションによって復号化及びデスクランブルされる。ワイヤ・ペアの撚り合わされ方の変化によって５０ナノ秒までの４つのチャネルを通じた遅延が発生することがある。その結果、４つのチャネルにわたって記号が同期しないことがある。前に言及したように、第１検出器が順次検出器である場合、ＰＣＳは１−Ｄ記号の４つのストリームの相対的スキューをも判定し、第１検出器５８に到達する前にスキュー調整器５４によって記号遅延を調整するので、順次復号器は適切に構成された４次元（４−Ｄ）記号に対して動作することができる。さらに、ケーブル・プラントによって４つのアンシールド・ツイストペア間のペア内のワイヤの入れ替えやペアの入れ替えが導入されることがあるので、ＰＣＳ３０はこうした条件をも判定し訂正する。

雑音低減
前に言及したように、ＦＥＸＴは、図５に示されるように、遠端送信機から受信機の入力への信号の容量性結合の結果発生する障害である。送信機Ｆ、Ｇ及びＨからの漏話信号は、送信機Ｅからの信号を検出しようとしている受信機Ａに対して雑音として現れる。同様の状況は、線路の反対側終端に配置された適当な送信機からの信号に関して他の受信機全てに当てはまる。

受信機Ａが経験し送信機Ｆから発生するＦＥＸＴ雑音は、ケーブルの特性に依存し、送信機Ｆと受信機Ａが使用するアンシールド・ツイストペアの結合特性をモデル化するあるインパルス応答を伴い、Ｆによって送信されるデータ記号の収束としてモデル化することができる。通常測定されるＦＥＸＴインパルス応答１０４が図１４〜図１６に示される。同様の記述は他の全ての可能な受信機と送信機の組合せについて行うことができる。従って、送信機Ｅ、Ｆ、Ｇ及びＨから受信機Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤへのＦＥＸＴ雑音信号を記述する合計１２のＦＥＸＴインパルス応答が存在する。これらの１２のインパルス応答は同一ではないが、各々図１４〜図１６に示されるものと同様の一般形状を有する。

ＦＥＸＴはギガビット・イーサネット以外の多くの通信システムにとっても障害となるが、それらのシステムでは、受信機は物理的に同じ場所に配置されていないことがあり、かつ／またはＦＥＸＴを経験する受信機のデータ・レートと同期していないレートで他の受信機が動作するので、所与の受信機は普通他の受信機によって検出された記号へのアクセスを有しない。本発明の態様は、ギガビット・イーサネット送受信機では、４つのチャネル全てに対応する決定が４つの受信機に利用可能であり、決定が同期されるという事実を利用する。

動作の際、通信線路にわたって信号を送信することに関連する遅延が存在することがある。システム内の信号の同期は、雑音の有効な打ち消しにとって非常に重要である。複製雑音障害信号が組み合わせ信号及び／またはソフト決定信号とほぼ同時に合計装置に到達することが重要である。ＦＥＸＴ障害信号に関しては、障害が受信機の反対側終端の送信機で発生するため、第２ソフト決定信号６６が第１装置５６に到達する時間と複製ＦＥＸＴ障害信号９４が到達する時間との間で遅延が発生しやすい。チャネルの中には、図１４に例示されるように、ＦＥＸＴ信号１０４のグループ遅延が望ましい信号１０６のグループ遅延より小さいものがある。この場合、図５の受信機Ｂ、Ｃ及びＤによって提供される暫定的決定７４が受信機ＡのＦＥＸＴキャンセル・システム７０に到達するのは遅すぎるので、ＦＥＸＴ障害を打ち消す際有効でない。

この遅延を補償するため、本発明はスキュー調整器５４を利用するが、これは、前に言及したように、受信機に到達する直接信号とその受信機に関連するＦＥＸＴ障害信号の間の時間遅延とほぼ等しいかそれより大きい時間だけ第１ソフト決定信号５２を遅延する。出力が時間遅延より大きい量だけ遅延される場合、結果として図１６に例示される状況が生じるが、ＦＥＸＴキャンセル・システム７０中の適応フィードバック・フィルタ８７（図１３）は複製ＦＥＸＴ障害信号９４を遅延することによる過大遅延を補償するので、それは第２ソフト決定信号６６とほぼ同時に第１装置５６（図９）に到達するようになる。

ＦＥＸＴキャンセルの結果として生じる第３ソフト決定６８によって、第１検出器５８は、はるかに誤差率の低い、より信頼性の高い最終決定７２を行うことができる。コンピュータ・シミュレーションが示すところによれば、本出願で説明された本発明によって達成可能な通常の改善は、ＦＥＸＴキャンセル以前の第１検出器５８の入力の信号対雑音比が約２５ｄＢである場合約２〜３ｄＢである。これは１０００倍またはそれ以上の記号誤差率の低減に対応する。

通信線路にわたる信号の伝送に関連する遅延がない場合、ＦＥＸＴ障害信号１０４と直接信号１０６の両方は、図１５に示されるようにほぼ同時に受信機に到達する。この状況では、スキュー調整器５４はゼロに設定される。代替案では、図１７に示されるような、１つの検出器１１０と１つの合計装置１１２だけを有する本発明の実施形態が使用される。この構成では、合計装置１１２は複製ＮＥＸＴ、エコー及びＦＥＸＴ障害信号８８、９０、９４と組合せ信号４８を受信し、障害信号がほとんどない第１ソフト決定５２を生成する。この第１ソフト決定５２が検出器１１０と第３装置６２に導入される。検出器１１０には、単一の記号毎の検出器かまたは、記号毎の検出器と順次検出器の両方が含まれうる。記号毎の検出器の場合、最終決定７２と検出器１１０の第２出力１１４は同一である。記号毎の検出器と順次検出器の両方の場合、最終出力は順次検出器によって提供され、ＰＣＳ３０に導入される。第２出力１１４は記号毎の検出器によって提供されてタイミング回復回路６４と第３装置６２に導入され、誤差信号７６を決定する際に使用される。

電力散逸低減
前に言及したように、ＮＥＸＴキャンセル・システム、エコー・キャンセラ及びＦＥＸＴキャンセル・システムはＡＴＦを使用し、組合せ信号から雑音を有効に打ち消す。利用されるＡＴＦの例が図１８に示される。ＡＴＦ１２０には、各々多重装置１２４と加算器１２６を含む複数のタップ１２２が含まれる。各タップ１２２には係数Ｃ_nが関連するが、ここでｎは、ｘがＡＴＦ中のタップの数である時０〜ｘ−１である。各タップに関連する回路には、タップの活動化と非活動化を可能にする１−ビット記憶装置（図示せず）が含まれる。係数Ｃ_nの値は、前に言及されたように、ＬＭＳアルゴリズムによって調整される。タップ１２２の間にレジスタ１２８が挿入される。こうしたレジスタ１２８はクロック信号に合わせた時間間隔でタップ１２２にデータを提供する。

図７及び図８に示されるような、エコー及びＮＥＸＴのインパルス応答が示すところによれば、ＮＥＸＴ及びエコー・キャンセラ３８、４０中の全てのタップ１２２が通信システムの性能に大きく寄与するわけではない。本発明の態様は、システムの平均二乗誤差（ＭＳＥ）の低減にあまり寄与しないタップ１２２がどれかを判定してそうしたタップを非活動化し、それによってそれらをフィルタリング計算から除去し、システムの電力散逸を大きく低減する。さらに、図７及び図８のインパルス応答が示すように、スパンの長いＮＥＸＴ及びエコー・キャンセラ３８、４０を構成する必要を回避することは困難である。個々のケーブル応答は図７及び図８に示されたものと異なることがあるので、必要となるタップ１２２は図７及び図８のケーブルで必要となるものより多かったり少なかったりすることがある。前に言及したように、個々のケーブルでどのタップ１２２が必要かをアプリオリに決定することは困難である。

本発明の態様によれば、ＮＥＸＴ、エコー及びＦＥＸＴキャンセラ３８、４０、７０は十分な数のタップ１２２を利用するＡＴＦ１２０によって構成され、最悪の場合の予想インパルス応答に対しても十分な打ち消しを提供する。これは、図７の例のように１４０のタップ１２２を必要とすることがあり、さらに長いケーブルの場合もっと多くのタップを必要とすることがある。電力散逸を低減するために、タップ１２２は収束後検査され、システムの性能にあまり寄与していないことが判明したタップは非活動化される。タップ１２２は、非活動化されると、ＮＥＸＴ、エコー及びＦＥＸＴ複製計算と適応から除去され、システム全体の電力散逸への寄与はほぼ除去される。

システムが初期収束される時、全てのタップ１２２はアクティブとなり、ＮＥＸＴ、エコー及びＦＥＸＴキャンセラ３８、４０、７０はそれらの全長に沿って収束される。収束後、図１９に示されるタップ走査アルゴリズムを使用してタップ１２２が検査され、どのタップを非活動化できるかが判定される。ステップＳ１では、システムについて誤差の許容可能なレベルＳ_eaが指定される。ステップＳ２では、各アクティブ・タップについてタップ係数しきい値Ｔ_thが設定される。個々のタップは各々固有のタップしきい値Ｔ_thを有することがあるが、本発明の好適実施形態では、全てのタップのタップ係数はほぼ等しい。タップ係数しきい値Ｔ_thの初期値は十分に低いので、非活動化されるタップ１２２はごく少数であり、システムの性能はあまり影響されない。本発明の好適実施形態では、タップ係数しきい値Ｔ_thは当初、最小絶対値を有するタップ係数Ｃ_nと等しい値に設定される。また、シミュレーションによって妥当な値を決定することもできる。この初期値は、タップ走査手順が最初に応用される時システムの性能の大きな劣化を回避する十分な低さである限り重要ではない。

ステップＳ３では、各アクティブ・タップに関するタップ係数Ｃ_nの絶対値がタップ係数しきい値Ｔ_thと比較される。タップ係数Ｃ_nがタップ係数しきい値Ｔ_thより小さい場合、タップ１２２はステップＳ４で非活動化される。この処置は、フィルタ１２０中の各タップ１２２について繰り返される。好適には、タップ１２２を非活動化するかの決定は、フィルタ１２０の入力端から開始される順次的な方法でなされる。ステップＳ５では、システムの誤差Ｓ_ecが計算される。この誤差は、タップ係数Ｃ_nの絶対値に平均エネルギー信号を乗算することで、最初に各アクティブ・タップ１２２のＭＳＥを計算することで計算される。タップ１２２に関連するフィルタ１２０の誤差は、個々のタップ誤差を合計することで決定される。その後システムの誤差が、個々のフィルタの誤差を合計することで決定される。

ステップＳ６では、計算されたシステム誤差Ｓ_ecが指定された許容可能なシステム誤差Ｓ_eaと比較される。計算されたシステム誤差Ｓ_ecが許容可能なシステム誤差Ｓ_eaより小さい場合、各アクティブ・タップのタップしきい値Ｔ_thはステップＳ７で小さな量だけ増大され、ステップＳ３〜Ｓ６が繰り返される。その結果、いくつか追加してタップ１２２が非活動化されるが、タップしきい値Ｔ_thの増大は小さいので、非活動化されるタップの数は普通あまり多くない。計算されたシステム誤差Ｓ_ecが、許容可能なシステム誤差を越えることなく許容可能なシステム誤差Ｓ_eaに接近するまでステップＳ３〜Ｓ６が繰り返される。計算されたシステム誤差Ｓ_ecが許容可能なシステム誤差Ｓ_eaより大きい場合、タップ走査アルゴリズムは停止する。

通信システムのＭＳＥに基づいてタップを非活動化するかを決定することに対する代替案として、個々のフィルタのＭＳＥに基づいて決定がなされることがある。本発明のこの実施形態では、フィルタの誤差の許容レベルＦ_eaが指定される。前に説明されたように、個々のタップが非活動化され、計算フィルタ誤差Ｆ_ecが計算される。タップの非活動化によって計算フィルタ誤差Ｆ_ecが許容可能なフィルタ誤差Ｆ_eaを越えないならば、タップはイナクティブのままになる。

本発明のまた別の実施形態では、フィルタと、ひいてはシステムのＭＳＥへの非活動化された各タップの寄与が計算される。タップのＭＳＥへの寄与が許容された量であると判定されれば、タップは非活動化されたままとなる。この方法は、システム中のフィルタ係数が非収束状態にあるためシステム全体のＭＳＥが大きいシステムの初期起動中には一般に好適である。システムのフィルタ係数が初期収束すると、タップを非活動化するかの決定は一般に、図１９に関連して前に説明されたようにシステムのＭＳＥへのタップの寄与に基づいてなされる。

タップ走査アルゴリズムの最終結果は、通信システムの通常のチャネルでは、多数のタップ１２２が非活動化され、電力散逸が大きな割合で低減されるというものである。一例として、エコー応答が図７に示されるチャネルで動作するタップ走査アルゴリズムのコンピュータ・シミュレーションが図２０に提示される。この図は、システムの初期収束中の時間の関数として、マスタとスレーブ両方のＭＳＥ対信号比を示している。時間ｔ＝３６０，０００ボーでタップ走査アルゴリズムが開始され、その結果ＭＳＥ対信号比は２４ｄＢという所定の目標まで増大する。図２１はしきい値２４ｄＢで収束した後のエコー・キャンセラのタップを示し、図２２はしきい値２６ｄＢのタップを示す。非活動化されたタップは０として示される。図２１では、エコー・キャンセラのアクティブ・タップの合計数は２２である。同様に、ＮＥＸＴキャンセル・システムを形成する３つのＮＥＸＴキャンセラ（図示せず）のアクティブ・タップ１２２の数はそれぞれ６、２及び０である。図２２では、エコー・キャンセラのアクティブ・タップの合計数は４７である。同様に、３つのＮＥＸＴキャンセラ（図示せず）のアクティブ・タップ１２２の数はそれぞれ６、２及び０である。

２４ｄＢしきい値の場合、４４０の初期アクティブ・タップのうち、タップ走査アルゴリズムの適用後アクティブのままなのは３０だけであり、必要なビット誤差率に対して５ｄＢの余裕を維持している。図２１及び図２２から認められるように、アクティブのままとなるタップ１２２は疎な位置に発生しており、タップの位置は個々のケーブル応答に大きく依存するため、ＮＥＸＴ及びエコー・キャンセラの設計中にこうしたタップを統計的に割り当てることは困難であろう。

本発明の別の実施形態では、タップ走査アルゴリズムは、タップ走査アルゴリズムの進行中ＭＳＥの変化を監視する。アルゴリズムは、ＭＳＥ自体ではなく、ＭＳＥの変化が、例えば１ｄＢである所定の値を越えるまで適用される。走査が適用される前のＭＳＥ対信号比が２５ｄＢであれば、最終ＭＳＥ対信号比は２４ｄＢであり、多数のタップが非活動化される。タップ走査アルゴリズムのこの実施形態が図２３に示される。ステップＳ１０では、初期システム誤差Ｓ_eiが計算される。ステップＳ１１では、許容可能なシステム誤差の差Ｄ_eが指定される。ステップＳ１２では、各アクティブ・タップについてタップ係数しきい値Ｔ_thが設定される。他のタップ走査アルゴリズムと同様、タップしきい値Ｔ_thの値は十分に低いので、非活動化されるタップ１２２はごく少数であり、システムの性能はあまり影響されない。

ステップＳ１３では、各アクティブ・タップのタップ係数Ｃ_nの絶対値がタップ係数しきい値Ｔ_thと比較される。タップ係数Ｃ_nがタップ係数しきい値Ｔ_thより小さい場合、タップ１２２はステップＳ１４で非活動化される。この処理はフィルタ１２０中の各タップ１２２について繰り返される。好適には、タップ１２２を非活動化するかの決定は、フィルタ１２０の入力端から開始される順次的な方法でなされる。ステップＳ１５では、システムの次の誤差Ｓ_esが計算される。

ステップＳ１６では、システムの次の誤差Ｓ_esが初期システム誤差Ｓ_eiと比較される。もし次のシステム誤差Ｓ_esと初期システム誤差Ｓ_eiの差が所定の値より小さい場合、タップ係数しきい値Ｔ_thはステップ１７で小さな量だけ増大され、ステップＳ１３〜Ｓ１６が繰り返される。その結果、いくつか追加してタップ１２２が非活動化される。次のシステム誤差Ｓ_esと初期システム誤差Ｓ_eiの間の差が所定の値を越えるまで、ステップＳ１３〜Ｓ１６が繰り返される。

場合によっては、ＮＥＸＴ、エコー及びＦＥＸＴのインパルス応答が、例えば温度変化の結果正常な動作中に変化することがある。従って、好適には順次的な方法で、前に非活動化したタップ１２２を周期的に活動化し、タップ係数Ｃ_nの絶対値がタップしきい値Ｔ_th以下であるかを再検査することが望ましい。タップ係数Ｃ_nがタップしきい値Ｔ_thを越える値になっていれば、タップ１２２はアクティブのままとされ、そうでなければ非活動化される。同様に、アクティブであったタップ１２２がタップしきい値Ｔ_th以下になることもあるが、その場合タップは非活動化される。こうしたことは全て、正常動作中の順次タップ走査アルゴリズムの周期的再適用によって達成できる。

本発明の代替実施形態では、フィルタ１２０の入力端に位置する選択された数、例えば１０のタップ１２２は非活動化の対象にならない。普通これら最初のいくつかのタップ１２２には大きなスキュー・レートが存在するが、それは、サンプリング位相が変化する場合数値が大きく変化しうることを意味する。このサンプリング位相はジッタの結果動的に変化し、以前に非活動化されたタップ１２２の一部を有意にすることがある。フィルタの入力端のいくつかのタップをアクティブ状態に維持することで、ジッタが存在する際の劣化の可能性が回避される。

タップの合計数が非常に大きく、例えば４４０である時、タップ走査アルゴリズムがタップを非活動化する可能性を有する前の初期収束過渡事象中、電力散逸が大きくなることがある。システムの平均電力散逸が大きく低減されても、ピーク電力散逸は低減されない。本発明の好適実施形態は、ＮＥＸＴ、エコー及びＦＥＸＴキャンセラを段階的に収束することでこれを補償する。例えば、一度に２０タップのブロックが収束され、その後タップ走査アルゴリズムがそれらのタップにブロック毎に適用される。例えば、２０タップの最初のブロックが低いＭＳＥを提供する十分な大きさのものでないという事実の結果、初期収束中のＭＳＥが大きい場合、アルゴリズムを終了するかの尺度として非活動化されたタップ１２２の係数の平方値の合計を監視した方がよい。

起動プロトコル
通信システムの動作の最も重要な段階の１つは送受信機の起動である。この段階では、各送受信機の受信機部分のＦＦＥ４６（図９）、エコー・キャンセラ４０、ＮＥＸＴキャンセル・システム３８、ＦＥＸＴキャンセル・システム７０、タイミング回復システム６４及び検出器５８中に含まれる適応フィルタが収束する。収束中適応フィルタの実際の出力がフィルタの予想出力と比較され誤差が判定される。誤差は、フィルタの伝達関数を定義するアルゴリズムの係数を調整することでほぼ０まで低減される。同様に、タイミング回復システムは、チャネルの信号対雑音比が最適化されるように、タイミング回復システム中に含まれる位相同期ループとローカル発振器の周波数と位相を調整することで収束される。さらに、４つのワイヤ・ペア間の遅延の差が補償され、ペアの一致と極性が獲得される。起動が成功裡に完了することで、送受信機が正常な動作を開始できることが保証される。

本発明の態様によれば、各送受信機チャネルは、図２４に示されるように、ループ時間方式で動作する。各ツイスト・ワイヤ・ペア１８の２つの終端の送受信機２０は、同期に関する限り２つの異なった役割を負っている。マスタ１３０と呼ばれる送受信機の１つは、ＧＭＩＩインタフェース２８（図９）を通じて提供される独立クロックＧＴＸ＿ＣＬＫを使用してデータを送信する。このクロック信号は周波数と位相の両方が固定され、通信システムの４つの送受信機チャネル各々のマスタ送受信機１３０に提供される。実際には、マスタ１３０によって使用される送信クロックは、ジッタを低減するためにごく狭い帯域幅の位相同期ループを使用して得られたＧＴＸ＿ＣＬＫのフィルタリングされたバージョンのことがある。スレーブ１３２と呼ばれる、ツイスト・ワイヤ・ペア１８の他の終端の送受信機２０は、受信機２４に配置されたタイミング回復システム６４（図９）を使用して、その受信及び送信クロックの周波数と位相の両方をマスタ１３０から受信された信号に同期させる。スレーブ１３２送信クロックは、常にスレーブ受信クロックとの一定の位相関係を維持する。マスタ１３０の受信クロックは、スレーブ送信機２２から受信された信号と、周波数ではなく位相が同期する。すなわち、初期獲得期間の後、マスタ１３０受信クロックは、ループの往復遅延によって決定される位相差でマスタ送信クロックに追従する。この位相関係は、マスタ１３０受信クロックがスレーブ１３２から受信された信号中に存在するジッタを追跡する必要があるため動的に変化することがある。

固定スレーブ送信クロック
本発明の起動プロトコル中のイベントの順序が図２５に示される。プロトコルは３つの段階１３４、１３６、１３８からなり、その間に受信機がトレーニングされる、例えば、適応フィルタが収束される、タイミング同期が獲得される、等の後、第４段階１４０で正常な動作が開始される。第１段階１３４では、マスタは周波数と位相の両方が固定された送信クロック信号を使用してスレーブへの送信を開始する。マスタは、エコー・キャンセラとＮＥＸＴキャンセル・システム中に含まれる適応フィルタを収束することで、近端雑音低減システムをトレーニングする（Ｅ）。同時に、スレーブは、ＤＦＥ、ＦＦＥ及びＦＥＸＴキャンセル・システム中に含まれる適応フィルタを収束することで、等化器と遠端雑音低減システムをトレーニングする（Ｄ）。等化器と遠端雑音低減システムをトレーニングする間、スレーブは同時に周波数と位相両方のタイミング同期を獲得する（Ｔ）。スレーブはまたこの時、４つのツイスト・ワイヤ・ペア間の差動遅延を保証し、４つのペアを識別し、ペアの極性を訂正する。

プロトコルの１つの実施形態では、マスタとスレーブ両方での第１段階１３４から第２段階１３６への遷移が固定された所定の期間の後行われる。しかし、好適実施形態では、スレーブは、その受信機がＤＦＥ、ＦＦＥ及びＦＥＸＴキャンセル・システム中に含まれる適応フィルタを収束し（Ｄ）、タイミング同期を獲得した（Ｔ）ことを検出すると、第１段階１３４から第２段階１３６に遷移する。前に言及したように、マスタ受信機には、スレーブから来る線路中のエネルギーを検出する信号検出器４１（図９）が含まれる。マスタは、スレーブからのこのエネルギーを検出すると第１段階１３４から第２段階１３６に遷移する。従って、スレーブは第１段階１３４から第２段階１３６に遷移する際主導権を有し、マスタはスレーブからの信号を検出する時追従する。

マスタでの第１段階１３４中のエコー・キャンセラとＮＥＸＴキャンセル・システムの収束は、マスタの信号検出器がスレーブからの信号を検出できるようにするという目的を持って行われる。適切なエコー及びＮＥＸＴキャンセルがない場合、信号検出器は受信機中に存在するエコー及びＮＥＸＴ雑音によってトリガされることがある。遷移が行われた後、マスタは、第１段階１３４での収束の結果生じたエコー・キャンセラ及びＮＥＸＴキャンセル・システムの係数を廃棄する。これは、エコー・キャンセラとＮＥＸＴキャンセルシステム中の適応フィルタをリセットすることによってなされる。マスタの４つの受信機の正しいサンプリング位相は第３段階１３８で得られるので、第１段階１３４で得られるエコー・キャンセラとＮＥＸＴキャンセル・システムの係数は、第３段階１３８で再獲得される最終値とは異なりうることに注意することは重要である。

第２段階１３６では、スレーブは、エコー・キャンセラとＮＥＸＴキャンセル・システム中に含まれる適応フィルタを収束することで、近端雑音低減システムをトレーニングする（Ｅ）。同時に、マスタは、ＤＦＥ、ＦＦＥ及びＦＥＸＴキャンセル・システム中に含まれる適応フィルタを収束することで、等化器及び遠端雑音低減システムをトレーニングする（Ｄ）。等化器と遠端雑音低減システムをトレーニングしている間に、マスタは同時に位相のみのタイミング同期を獲得する（Ｐ）。マスタはまたこの時、４つのツイスト・ワイヤ・ペア間の差動遅延を補償し、４つのペアを識別し、ペアの極性を訂正する。第２段階では、スレーブは第１段階１３４で獲得されたタイミング回復状態変数をセーブし、周波数と位相をフリーズする。これを行うことで、第３段階１３８の開始時にマスタが送信を再開する時、スレーブはマスタからスレーブに来る信号を正しい位相でサンプリングすることが保証される。スレーブにはまた、第１段階１３４で獲得されたＤＦＥ、ＦＦＥ及びＦＥＸＴキャンセル・システムの係数をフリーズする。

第１段階１３４から第２段階１３６への遷移と同様、第２段階１３６から第３段階１３８への遷移は固定された所定の期間の後行われる。第１、第２及び第３段階１３４、１３６、１３８の持続期間は固定されているが、持続期間は全ての段階について必ずしも等しくない。しかし、好適実施形態では、マスタは、受信機がＤＦＥ、ＦＦＥ及びＦＥＸＴキャンセル・システム中に含まれる適応フィルタを収束し（Ｄ）、タイミング同期を獲得した（Ｐ）ことを検出すると、第２段階１３６から第３段階１３８に遷移する。マスタと同様、スレーブ受信機には、マスタから来る線路中のエネルギーを検出する信号検出器４１（図９）が含まれる。スレーブは、マスタからのこのエネルギーを検出すると、第２段階１３６から第３段階１３８に遷移する。従って、マスタは第２段階１３６から第３段階に遷移する際主導権を有し、スレーブはマスタからの信号を検出する時追従する。

第３段階１３８では、スレーブはエコー・キャンセラとＮＥＸＴキャンセル・システムの係数をフリーズし、定常状態条件を維持するが、その間はスレーブの動作特性は調整されない。同様に、マスタはＤＦＥ、ＦＦＥ及びＦＥＸＴキャンセル・システムの係数とそのクロック信号の位相をフリーズする。マスタはまた、第３段階１３８中エコー・キャンセラとＮＥＸＴキャンセル・システムを再収束することで、近端雑音低減システムを保持する（Ｅ）。第３段階１３８では、スレーブはマスタから送信された信号から回復されたクロックを使用して送信を再開するので、マスタはすでに受信機が動作する正しい周波数を知っているということに注意することは重要である。４つの受信機の「相対サンプリング位相」、すなわち、３つの受信機と、基準として任意に使用される１つの受信機のサンプリング位相の差も、第２段階１３６で獲得されているため知られている。しかし、受信機の「総合サンプリング位相」、すなわち、基準として任意に選択された受信機のサンプリング位相は知られておらず、第３段階１３８で獲得しなければならない。マスタとスレーブの両方がトレーニング動作を完了すると、両者は有効なデータを送信する用意があることを示すメッセージを交換する。第４段階１４０では、以前フリーズされた適応フィルタの全ての係数はフリーズを解かれデータの送信を行う用意ができる。

自走スレーブ送信クロック
本発明の起動プロトコル中のイベントの順序が図２６に示される。プロトコルは３つの段階１４４、１４６、１４８からなり、その間に受信機がトレーニングされる、例えば、適応フィルタが収束される、タイミング同期が獲得される、等の後、第４段階１５０で正常な動作が開始される。起動プロトコルは、周波数と位相の両方が固定された送信クロック信号を使用してマスタがスレーブへの信号の送信を開始する時マスタによって開始される。第１段階１４４では、マスタはエコー・キャンセラとＮＥＸＴキャンセル・システム中に含まれる適応フィルタを収束することで、近端雑音低減システムをトレーニングする（Ｅ）。前に言及したように、スレーブ受信機にはマスタから来る線路中のエネルギーを検出する信号検出器４１（図９）が含まれる。マスタからの信号を検出すると、スレーブは、ＤＦＥ、ＦＦＥ及びＦＥＸＴキャンセル・システム中に含まれる適応フィルタを収束することで等化器と遠端雑音低減システムをトレーニングする（Ｄ）。等化器と遠端雑音低減システムをトレーニングしている間、スレーブは同時に周波数と位相両方のタイミング同期を獲得する（Ｔ）。スレーブはまたこの時４つのツイスト・ワイヤ・ペア間の差動遅延を補償し、４つのペアを識別し、ペアの極性を訂正する。

プロトコルの１つの実施形態では、マスタとスレーブ両方での第１段階１４４から第２段階１４６への遷移が固定された所定の期間の後行われる。しかし、好適実施形態では、スレーブは、その受信機がＤＦＥ、ＦＦＥ及びＦＥＸＴキャンセル・システム中に含まれる適応フィルタを収束し（Ｄ）、タイミング同期を獲得した（Ｔ）ことを検出すると、第１段階１４４から第２段階１４６に遷移する。マスタ受信機にはまた、スレーブから来る線路中のエネルギーを検出する信号検出器４１（図９）が含まれる。マスタは、スレーブからのこのエネルギーを検出すると第１段階１４４から第２段階１４６に遷移する。従って、スレーブは第１段階１４４から第２段階１４６に遷移する際主導権を有し、マスタはスレーブからの信号を検出すると追従する。

マスタでの第１段階１４４中のエコー・キャンセラとＮＥＸＴキャンセル・システムの収束は、マスタの信号検出器がスレーブからの信号を検出できるようにするという目的を持って行われる。適切なエコー及びＮＥＸＴキャンセルがない場合、信号検出器は受信機中に存在するエコー及びＮＥＸＴ雑音によってトリガされることがある。遷移が行われた後、マスタは、第１段階１４４での収束の結果生じたエコー・キャンセラ及びＮＥＸＴキャンセル・システムの係数を廃棄する。これは、エコー・キャンセラ及びＮＥＸＴキャンセル・システム中の適応フィルタをリセットすることによってなされる。マスタの４つの受信機の正しいサンプリング位相は第３段階１４８で得られるので、第１段階１４４で得られるエコー・キャンセラ及びＮＥＸＴキャンセル・システム係数は、第３段階１４８で再獲得される最終値とは異なりうることに注意することは重要である。

第２段階１４６では、スレーブは、エコー・キャンセラ及びＮＥＸＴキャンセル・システム中に含まれる適応フィルタを収束することで、近端雑音低減システムをトレーニングする（Ｅ）。スレーブはまた、第１段階１４４で獲得されたＤＦＥ、ＦＦＥ及びＦＥＸＴキャンセル・システムの係数をフリーズする。同時に、マスタは、ＤＦＥ、ＦＦＥ及びＦＥＸＴキャンセル・システム中に含まれる適応フィルタを収束することで、等化器と遠端雑音低減システムをトレーニングする（Ｄ）。等化器と遠端雑音低減システムをトレーニングしている間に、マスタは同時に周波数と位相両方のタイミング同期を獲得する（Ｔ）。マスタはまたこの時、４つのツイスト・ワイヤ・ペア間の差動遅延を補償し、４つのペアを識別し、ペアの極性を訂正する。スレーブは、マスタ送信クロックと比較すると、例えば２００ｐｐｍといった所定の限度未満の周波数オフセットを有する何らかの安定なクロックから外れることがある。第２段階１４６では、スレーブ送受信機は自走クロックを使用して送信する。その結果、マスタは第２段階１４６で周波数と位相両方の同期を獲得する。位相同期は、マスタがどのような形態の起動プロトコルでも行う正常な機能であるが、周波数同期は普通のマスタの機能ではなく、第１段階１４４から第２段階１４６に遷移する際タイミング回復状態変数をセーブしないスレーブ送受信機と共に適切な動作を行うことを目的とする起動の第２段階１４６でだけ行われる。

第１段階１４４から第２段階１４６への遷移と同様、第２段階１４６から第３段階１４８への遷移は固定された所定の期間の後行われる。第１、第２及び第３段階１４４、１４６、１４８の持続期間は固定されているが、持続期間は全ての段階について必ずしも等しくない。しかし、好適実施形態では、マスタは、受信機がＤＦＥ、ＦＦＥ及びＦＥＸＴキャンセル・システム中に含まれる適応フィルタを収束し（Ｄ）、タイミング同期を獲得した（Ｔ）ことを検出すると、第２段階１４６から第３段階１４８に遷移する。マスタはスレーブへの信号の送信を開始する。スレーブは、マスタからのこの信号を検出すると、第２段階１４６から第３段階１４８に遷移する。従って、マスタは第２段階１４４から第３段階１４８に遷移する際主導権を有し、スレーブはマスタからの信号を検出する時追従する。

第３段階１４８では、スレーブはエコー・キャンセラとＮＥＸＴキャンセル・システムの係数をフリーズし、近端雑音低減システムを定常状態条件に維持する。タイミング回復状態変数は第２段階１４６への遷移の際にセーブされていないので、スレーブはまた、第３段階１４８で周波数と位相の両方のタイミング同期を再獲得する（Ｔ）。マスタは、第３段階１４８で、ＤＦＥ及びＦＥＸＴキャンセル・システムの係数とクロック信号の周波数をフリーズする。マスタはまた、エコー・キャンセラ及びＮＥＸＴキャンセル・システムを再収束することで、近端雑音低減システムを再トレーニングする（Ｅ）。マスタはまた、位相だけのタイミング同期を再獲得する（Ｐ）。第３段階１４８では、スレーブはマスタによって送信される信号から回復されるクロックを使用して送信を再開するので、マスタはすでに受信機が動作する正しい周波数を知っているということに注意することは重要である。４つの受信機の「相対サンプリング位相」、すなわち、３つの受信機と、基準として任意に使用される１つの受信機のサンプリング位相の差も、第２段階１４６で獲得されているため知られている。しかし、受信機の「総合サンプリング位相」、すなわち、基準として任意に選択された受信機のサンプリング位相は知られておらず、第３段階１４８で獲得しなければならない。マスタとスレーブの両方がトレーニング動作を完了すると、両者は有効なデータを送信する用意があることを示すメッセージを交換する。第４段階１５０では、以前フリーズされた適応フィルタの全ての係数はフリーズを解かれデータの送信を行う用意ができる。

本発明は特定の実施形態に関連して開示され例示されたが、そこに包含される原理は、当業技術分野に普通に熟練した者に明らかな非常に多くの他の実施形態で使用可能である。従って、本発明は添付の請求項の範囲によって示される限りにおいてのみ制限される。

ローカルエリア・ネットワーク（ＬＡＮ）を形成するため通信線路によってハブに接続された複数のコンピュータを提供する通信システムの概略構成図である。 ギガビット媒体独立インタフェース（ＧＭＩＩ）、物理コーディング副層（ＰＣＳ）、及び、各々が各終端に送受信機を有する複数のアンシールド・ツイスト・ペア・ワイヤを提供する通信システムの概略構成図である。 隣接送信機Ｂ、Ｃ及びＤから受信機Ａが受信するＮＥＸＴ障害信号を示す、図２の通信システムの一部の概略構成図である。 送信機Ａから受信機Ａが受信するエコー障害信号を示す、図２の通信システムの一部の概略構成図である。 反対側の送信機Ｆ、Ｇ及びＨから受信機Ａが受信したＦＥＸＴ障害信号を示す、図２の通信システムの一部の概略構成図である。 各々ＮＥＸＴキャンセル・システム、エコー・キャンセラ、フィードフォワード等化器、１つの検出器を含むデジタル適応フィルタ・システム及びタイミング回復回路を有する複数の送受信機を含む通信システムの概略構成図である。 １００ｍ通信線路を通過するエコー信号のインパルス応答を示す。 １００ｍ通信線路を通過するＮＥＸＴ信号のインパルス応答を示す。 各々ＮＥＸＴキャンセル・システム、エコー・キャンセラ及びＦＥＸＴキャンセル・システムと、複数の検出器及びスキュー調整器を含むデジタル適応フィルタ・システムと、タイミング回復回路とを有する複数の送受信機を含む通信システムの概略構成図である。 各々複数のスライサ、フィードバック・フィルタ及び加算器を含み、入力としてソフト決定を受信する、図９の記号毎の検出器の概略構成図である。 各々複数の適応トランスバーサル・フィルタ（ＡＴＦ）と加算器を含み、入力として隣接送信機からの送信信号を受信する、図９のＮＥＸＴキャンセル・システムの概略構成図である。 各々ＡＴＦを含み、入力として同じ送信機からの送信信号を受信する、図９のエコー・キャンセラの概略構成図である。 各々複数のＡＴＦと加算器を含む、入力として反対側の送信機からの送信信号を受信する、図９のＦＥＸＴキャンセル・システムの概略構成図である。 ＦＥＸＴインパルス応答の後受信機に到達する直接インパルス応答を示す。 ほぼ同時に受信機に到達する直接インパルス応答とＦＥＸＴインパルス応答を示す。 ＦＥＸＴインパルス応答の前に受信機に到達する直接インパルス応答を示す。 各々ＮＥＸＴキャンセル・システム、エコー・キャンセラ及びＦＥＸＴキャンセル・システムと、１つの検出器を含むデジタル適応フィルタ・システムと、タイミング回復回路とを有する複数の送受信機を含む通信システムの概略構成図である。 図１１のＮＥＸＴキャンセル・システム、図１２のエコー・キャンセラ、及び図１３のＦＥＸＴキャンセル・システム中に存在する、タップの縦続を含むＡＴＦの概略図である。 電力散逸低減方法の１つの実施形態を例示する流れ図である。 通信システムの初期収束中の時間の関数として平均二乗誤差（ＭＳＥ）対信号比を示す。 ２４ｄＢの誤差しきい値を有する通信システムの、収束後もアクティブであるエコー・キャンセラのタップを示す。 ２６ｄＢの誤差しきい値を有する通信システムの、収束後もアクティブであるエコー・キャンセラのタップを示す。 電力散逸低減方法の別の実施形態を例示する流れ図である。 図２の各送受信機チャネルの送受信機間のマスタ−スレーブ関係を示す概略構成図である。 起動プロトコルの１つの実施形態の段階を示すタイミング図である。 起動プロトコルの別の実施形態の段階を示すタイミング図である。

Claims (9)

1. 送信機と受信機とを含む送受信機を両終端部分のそれぞれに接続したツイスト・ワイヤ・ペアより成る通信線路を複数含む通信システムであって、
   前記各受信機のそれぞれは、
   前記ツイスト・ワイヤ・ペアを介して接続する前記送信機から受信した直接信号と、前記通信線路の反対側終端にあり、前記ツイスト・ワイヤ・ペアを介して当該受信機に接続していない送信機の各々から受信した複数の遠端漏話障害信号とを含むアナログ信号をデジタル信号化して出力するアナログ・デジタル変換器と、
   前記アナログ・デジタル変換器が出力する信号から近端漏話障害信号及びエコー障害信号を除去して近端漏話障害・エコー除去信号を生成する第２装置と、
   前記第２装置が生成する近端漏話障害・エコー除去信号を受信して、該受信した近端漏話障害・エコー除去信号の信号レベルに最も近い大きさのアナログ信号レベルに対応する暫定的決定信号を前記通信線路の同じ終端側にある受信機の各々に送信する第２検出器と、
   前記通信線路の同じ終端側にある受信機の各々から受信した前記暫定的決定信号のそれぞれから、遠端漏話雑音のインパルス応答のモデルに基づいて個別複製遠端漏話障害信号を生成し、該生成した個別複製遠端漏話障害信号を結合して複製遠端漏話障害信号を生成する遠端漏話キャンセル・システムと、
   前記第２装置が生成した近端漏話障害・エコー除去信号と前記遠端漏話キャンセル・システムが生成した複製遠端漏話障害信号とを結合することによって、前記近端漏話障害・エコー除去信号から前記遠端漏話障害信号を除去した遠端漏話障害除去信号を出力する第１装置とを備えている、通信システム。
2. 前記各受信機のそれぞれは、
   前記近端漏話障害・エコー除去信号を受信して、該近端漏話障害・エコー除去信号と前記複製遠端漏話障害信号とが同時に前記第１装置に到達するように、前記受信した近端漏話障害・エコー除去信号を遅延して第１装置に出力する遅延装置を備えている、請求項１に記載の通信システム。
3. 前記直接信号が前記遠端漏話障害信号よりも遅れて前記受信機に到達する場合に、
   前記遅延装置が、前記直接信号の前記遠端漏話障害信号に対する遅延量だけ前記近端漏話障害・エコー除去信号を遅延する、請求項２に記載の通信システム。
4. 前記遅延装置は、当該通信システム中の各受信機が出力する前記遠端漏話障害除去信号が同期するように前記近端漏話障害・エコー除去信号を遅延する、請求項２に記載の通信システム。
5. 前記各受信機はさらに、
   前記アナログ・デジタル変換器が出力する信号を受信して、該受信した信号を先入れ先出し方式で転送するＦＩＦＯ装置と、
   前記ＦＩＦＯ装置から転送される前記信号を適応等化して前記第２装置に出力する等化器とを備え、
   前記第２装置は、前記等化器が出力する信号から近端漏話障害信号及びエコー障害信号を除去して前記近端漏話障害・エコー除去信号を生成する、請求項１から４の何れか１項に記載の通信システム。
6. 前記各受信機はさらに、
   前記第２装置が出力する近端漏話障害・エコー除去信号と前記第２検出器が出力する前記暫定的決定信号とを結合して誤り信号を生成する第３装置と、
   前記第３装置が生成する前記誤り信号と、前記第２検出器が生成する前記暫定的決定信号とを受信し、該受信した誤り信号と暫定的決定信号とに基づいて、前記アナログ・デジタル変換器における前記直接信号及び前記遠端漏話障害信号のサンプリングレートと、前記ＦＩＦＯ装置が前記デジタル変換信号を転送するレートとを制御するタイミング回復回路とを備えている、請求項５に記載の通信システム。
7. 送信機と受信機とを含む送受信機を両終端部分のそれぞれに接続したツイスト・ワイヤ・ペアより成る通信線路を複数含む通信システムにおいて雑音を低減する方法であって、
   前記各受信機のそれぞれにおいて、
   前記ツイスト・ワイヤ・ペアを介して接続する前記送信機から受信した直接信号と、前記通信線路の反対側終端にあり、前記ツイスト・ワイヤ・ペアを介して当該受信機に接続していない送信機の各々から受信した複数の遠端漏話障害信号とを含むアナログ信号をデジタル信号化して出力するアナログ・デジタル変換ステップと、
   前記アナログ・デジタル変換ステップにて出力される信号から近端漏話障害信号及びエコー障害信号を除去して近端漏話障害・エコー除去信号を生成する近端漏話障害・エコー除去信号生成ステップと、
   前記近端漏話障害・エコー除去信号生成ステップにて生成される近端漏話障害・エコー除去信号の信号レベルに最も近い大きさのアナログ信号レベルに対応する暫定的決定信号を前記通信線路の同じ終端側にある受信機の各々に送信する暫定的決定信号送信ステップと、
   前記通信線路の同じ終端側にある受信機の各々から受信した前記暫定的決定信号のそれぞれから、遠端漏話雑音のインパルス応答のモデルに基づいて個別複製遠端漏話障害信号を生成する個別複製遠端漏話障害信号生成ステップと、
   前記個別複製遠端漏話障害信号生成ステップにて生成される個別複製遠端漏話障害信号を結合して複製遠端漏話障害信号を生成する複製遠端漏話障害信号生成ステップと、
   前記近端漏話障害・エコー除去信号生成ステップにて生成される近端漏話障害・エコー除去信号と前記複製遠端漏話障害信号生成ステップにて生成される複製遠端漏話障害信号とを結合することによって、前記近端漏話障害・エコー除去信号から前記遠端漏話障害信号を除去した遠端漏話障害除去信号を生成する遠端漏話障害除去信号生成ステップとを含む方法。
8. 前記遠端漏話障害除去信号生成ステップは、前記近端漏話障害・エコー除去信号から前記複製遠端漏話障害信号を減算する減算ステップを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記直接信号が前記複製遠端漏話障害信号よりも遅れて前記受信機に到達する場合に、前記近端漏話障害・エコー除去信号を、前記遠端漏話障害信号が前記受信機に到達する時間と、前記直接信号が前記受信機に到達する時間との間の遅延量より大きい量だけ遅延させる遅延ステップを含み、
   前記減算ステップでは、前記遅延ステップにて遅延された前記近端漏話障害・エコー除去信号から前記複製遠端漏話障害信号を減算する、請求項８に記載の方法。

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