JP4311902B2 - 伝送ラインのループ長・ブリッジタップ長を決定するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は、伝送ライン特性の決定に関する。詳細には、本発明は、伝送ラインのループ長およびブリッジタップ長を決定するのためのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
電気通信環境においてトランシーバ間の診断および試験情報の収集および交換は、ＡＤＳＬ等の電気通信の展開の重要な一部である。トランシーバ接続が予想どうりに行われない場合、例えば、データレートが低い場合、多くのビットエラーがある場合等、遠隔のトランシーバから診断および試験情報を収集する必要がある。これは、例えば、トラックロール等の遠隔サイトに技術者を派遣して行われているが、これには時間と費用がかかる。
【０００３】
ＤＳＬ技術において、電話局と加入者宅内との間のローカル加入者ループ上での通信は、送信されるデータを多数の離散周波数搬送波上へ変調し、それらを一緒に総合し、次に加入者ループ上を送信することによって完成する。個別的には、搬送波が、限定された帯域幅の離散した重なり合わない通信サブチャンネルを形成する。集合的には、搬送波が実効的にブロードバンド通信チャンネルであるものを形成する。受信機エンドで、搬送波は復調され、データは回復される。
【０００４】
ＤＳＬシステムは、例えば、ＡＤＳＬ、ＨＤＳＬ、ＩＳＤＮ、Ｔ1等の近接した電話線上の他のデータサービスから妨害を受ける。これらの妨害は、被害者のＡＤＳＬサービスが既に始動された後に始まることがあり、そして、インターネットアクセスのためのＤＳＬは常時接続サービスとして構想されるので、これら妨害の影響は、被害者のＡＤＳＬトランシーバによって緩和されなくてはならない。
【０００５】
【発明の概要】
伝送ラインの状態を識別し、測定し、特性化することは、ＡＤＳＬ展開の主要な要素である。トランシーバ接続が予想通りに行われない、例えば、データレートが低い、多くのビットエラーがある、データリンクが使用できない等の場合、技術者を遠隔モデムサイトへ診断試験を行うために送る必要がなく、ループ長、およびいずれかのブリッジタップの存在、位置、および長さを識別できることが重要である。
【０００６】
本発明は、伝送ライン上のループ長、ブリッジタップ数、およびブリッジタップ長を、容易に利用可能なモデムデータから推定するためのシステムおよび方法を説明する。ループ長、ブリッジタップ数、およびブリッジタップ長は、伝送ラインの測定周波数領域チャンネルインパルス応答を、マルチセクションとマルチブリッジタップで構成される伝送ラインのモデルと比較することによって推定できる。次いで、ライン状態を説明する診断および試験情報は、例えば、同封して出願され、その全体を引用して本明細書中に組込む同時係属中のAttorney Docket第081513.00004号で説明されるように、診断リンクモード中の２台のトランシーバによって交換できる。
本発明のいくつかの特徴を以下に示す。
(1)ループ長およびブリッジタップ長推定システムであって、以下を備えたもの：
伝送ラインに対するチャンネルインパルス応答を決定するチャンネルインパルス応答装置と；
理論的チャンネルインパルス応答を決定するモデル化装置と；
前記チャンネルインパルス応答と前記理論的チャンネルインパルス応答との比較に基づきループ長および少なくともひとつのブリッジタップ長を決定するループ長およびブリッジタップ決定装置。
(2)上記(1)のシステムであって、
前記比較は、エラー最小化関数に基づく。
(3)上記(2)のシステムであって、
前記エラー最小化関数は、最小二乗最小化である。
(4)上記(1)のシステムであって、
更に、ＣＰＥモデムの送信インピーダンスおよびＣＯモデムの受信インピーダンスの少なくとも一つを決定するインピーダンス決定装置を備える。
(5)上記(1)のシステムであって、
更に、ＣＰＥモデムの識別子およびＣＯモデムの識別子の少なくとも一つを決定するモデム識別子決定装置を備える。
(6)上記(1)のシステムであって、
前記理論的チャンネルインパルス応答は、負荷およびソースインピーダンスを表す変数を含む。
(7)上記(1)のシステムであって、
前記チャンネルインパルス応答は、測定された残響信号に基づき推定される。
(8)上記(1)のシステムであって、
前記伝送ラインは、少なくとも一つのワイヤ口径および少なくともひとつのブリッジタップを備える。
(9)上記(1)のシステムであって、
前記伝送ラインは、多数搬送波変調通信のために使用される。
(10)伝送ラインに対するループ長および少なくともひとつのブリッジタップを決定するための方法であって、以下を含む：
チャンネルインパルス応答を推定するステップと；
理論的チャンネルインパルス応答を決定するステップと；
前記理論的チャンネルインパルス応答と前記推定チャンネルインパルス応答との間の差を監視するステップと；
エラー最小化関数に基づき前記ループ長および少なくともひとつのブリッジタップを決定するステップ。
(11)上記(10)の方法であって、
更に、残響信号に基づき前記伝送ラインの伝達関数を決定するステップを含む。
(12)上記(11)の方法であって、
前記伝達関数は、前記残響信号の所定数の継続フレームを平均することに基づき決定される。
(13)上記(10)の方法であって、
更に、少なくとも一つのワイヤ口径に対して周波数領域伝搬関数を決定するステップを含む。
(14)上記(10)の方法であって、
更に、周波数領域における少なくとも一つの較正および補正された残響信号を決定するステップを含む。
(15)上記(10)の方法であって、
更に、少なくとも一つのワイヤ口径の周波数領域インピーダンスを決定するステップを含む。
(16)上記(10)の方法であって、
更に、ＣＰＥモデムの送信インピーダンスを決定するステップを含む。
(17)上記(10)の方法であって、
更に、ＣＯモデムの受信インピーダンスを決定するステップを含む。
(18)上記(10)の方法であって、
更に、前記伝送ラインの所定部分に対する周波数領域応答を表す行列を決定するステップを含む。
(19)上記(10)の方法であって、
更に、前記少なくともひとつのブリッジタップの応答を表す行列を決定するステップを含む。
(20)上記(10)の方法であって、
更に、ソースおよび負荷経路のためのアナログフロントエンド回路を表す行列を決定するステップを含む。
(21)上記(10)の方法であって、
更に、ＣＯモデムおよびＣＰＥモデムの少なくとも一つの識別子を決定するステップを含む。
(22)上記(10)の方法であって、
更に、前記伝送ラインの推定ループ長を出力するステップを含む。
(23)上記(10)の方法であって、
更に、前記伝送ラインに対する推定ブリッジタップ長を出力するステップを含む。
(24)伝送ラインに対するループ長および少なくともひとつのブリッジタップを決定する情報を備える情報記録媒体であって、以下を備える：
チャンネルインパルス応答を推定する情報と；
理論的チャンネルインパルス応答を決定する情報と；
前記理論的チャンネルインパルス応答と前記推定チャンネルインパルス応答との間の差を監視する情報と；
エラー最小化関数に基づき前記ループ長および少なくともひとつのブリッジタップを決定する情報。
(25)上記(24)の情報記憶媒体であって、
更に、残響信号に基づき前記伝送ラインの伝達関数を決定する情報を含む。
(26)上記(25)の情報記憶媒体であって、
前記伝達関数は、前記残響信号の所定数の継続フレームを平均することに基づき決定される。
(27)上記(24)の情報記憶媒体であって、
更に、少なくとも一つのワイヤ口径に対して周波数領域伝搬関数を決定する情報を含む。
(28)上記(24)の情報記憶媒体であって、
更に、周波数領域における少なくとも一つの較正および補正された残響信号を決定する情報を含む。
(29)上記(24)の情報記憶媒体であって、
更に、少なくとも一つのワイヤ口径の周波数領域インピーダンスを決定する情報を含む。
(30)上記(24)の情報記憶媒体であって、
更に、ＣＰＥモデムの送信インピーダンスを決定する情報を含む。
(31)上記(24)の情報記憶媒体であって、
更に、ＣＯモデムの受信インピーダンスを決定する情報を含む。
(32)状気宇(24)の情報記憶媒体であって、
更に、前記伝送ラインの所定部分に対する周波数領域応答を表す行列を決定する情報を含む。
(33)上記(24)の情報記憶媒体であって、
更に、前記少なくとも一個のブリッジタップの応答を表す行列を決定する情報を含む。
(34)上記(24)の情報記憶媒体であって、
更に、ソースおよび負荷経路のためのアナログフロントエンド回路を表す行列を決定する情報を含む。
(35)上記(24)の情報記憶媒体であって、
更に、ＣＯモデムおよびＣＰＥモデムの少なくとも一つの識別子を決定する情報を含む。
(36)上記(24)の情報記憶媒体であって、
更に、前記伝送ラインの推定ループ長を出力する情報を含む。
(37)上記(24)の情報記憶媒体であって、
更に、前記伝送ラインに対する推定ブリッジタップ長を出力する情報を含む。
【０００７】
本発明のこれらおよび他の特徴と利点は、以下の実施の形態の詳細な説明に記載され、または、それから明白である。
【０００８】
【詳細な説明】
本発明の実施の形態を、以下の図を参照して詳細に説明する。
【０００９】
本発明の例示的な実施の形態を、ＡＤＳＬトランシーバ環境への本発明の適用に関連して説明する。しかし、一般的には本発明のシステムおよび方法は、１個以上ブリッジタップのあるいずれかのマルチセクションループに対しても同等にうまく作用するであろうと理解されるべきである。
【００１０】
例えば、ＡＤＳＬモデムの初期化中に、加入者ループの周波数領域チャンネルインパルス応答は、離散周波数値のセットで測定される。測定される周波数値は、Ｈ_ｍ（ｆ_ｉ）およびｆ_ｉ＝ｉΔｆと指定され、ｉ＝０，１，．．．，ｋ−１とし、ここで、ΔＡｆは隣接サンプル間の周波数間隔である。
【００１１】
図１は、ＮセッションとＭブリッジタップのあるループの例示的なモデルを図解する。
【００１２】
図１のループに対するチャンネルインパルス応答のための周波数領域モデルは、Ｈ（ｘ，ｆ）と書くことができ、ここで、ｆは周波数であり、ベクトルｘはループのＮセクション長さ（ｄ_ｉ，）およびＭブリッジタップの長さ（ｂ_ｉ）を含有する：
【数１】

マルチセクション加入者ループのセクションの数Ｎ、およびブリッジタップの数Ｍが既知であると仮定すると、測定されたチャンネルインパルス応答Ｈ_ｍ（ｆ_ｉ）を最良に近似する最適パラメータベクトルｘの推定は、モデルＨ（ｘ，ｆ）を与えて決定できる。最適パラメータベクトルセットｘ^＊は、ｉ＝０，１，．．．，ｋ−１とする離散周波数値ｆ_ｉ＝ｉΔｆにおいて、測定およびモデル周波数応答間の差のノルムを最小化することによって推定できる。この最小化は次の式を使用して計算できる：
【数２】

ループ上のブリッジタップ数を知らない場合、モデル周波数応答に多数のブリッジタップを採用することによって、最小化がゼロではない長さを持つ、正しい数のブリッジタップである解答へ収束することを想定すると、残りのブリッジタップは長さゼロを有することになる。
【００１３】
周波数領域モデルＨ（ｘ，ｆ）は、負荷とソースインピーダンスの影響を含むことによる、例えば、不完全に整合した伝送ラインの影響を組込むこともできる。
【００１４】
より詳細には、ループ特性化アルゴリズムは、モデル準拠の手法を用いてループの長さおよび２個までのブリッジタップの長さを推定する。チャンネル特性化アルゴリズムは、測定されたチャンネルインパルス応答を単一口径ワイヤから成り、２個までのブリッジタップを含有するループモデルのチャンネルインパルス応答と比較する。しかし、基本モデルは多重口径ワイヤおよび多重ブリッジタップを含むよう拡張できると理解されたい。ループ長およびブリッジタップ長は、理論的チャンネルインパルス応答のパラメータである。システムは、理論的モデルのパラメータを変化させ、測定されたチャンネルインパルス応答と理論的チャンネルインパルス応答との間の差を評価する。誤差関数を最小化するループ長／ブリッジタップ長は次いで、推定値として断定される。ブリッジタップ長が１００フィート等の所定長より大きい場合、ブリッジタップの存在が断定される。ブリッジタップ検出のためのこの閾値は、実験において設定された。モデル化の不正確さおよび測定システムにおけるノイズのために、たいていのループに対して短い長さを持つ見せ掛けのブリッジタップが検出される可能性があることが判定された。これらの見せ掛けのブリッジタップの長さはほとんど常に１００ｆｔ未満であったため、例示的な閾値が１００ｆｔに設定された。しかし、一般的に、閾値は、特定の動作環境およびモデルの複雑さに依存して改変できる。
【００１５】
ダウンストリーム（ＤＳ）とアップストリーム（ＵＳ）データ用のループ特性化を計算する２つの別々のアルゴリズムがある。例えば、モデム初期化中に、データ収集ソフトウエアが、Ｋ≧６４であるＫ継続フレームを平均することにより残響信号を収集する。しかし、より多くの平均化が行われれば、それだけ測定のノイズが少なくなると理解されたい。しかし、残響信号が送信される場合の標準モデムトレーニングにおける規定のフレーム数があるため、例示的な平均数は６４に設定された。この様にして取得された受信残響信号は、送信および受信モデムのフロントエンド応答を含む全体チャンネルのインパルス応答の推定である。周波数領域受信残響信号は、次の式に従い取得される：
【数３】

ここで、ｆは周波数を表すダミー変数であり、ｎ＝１，．．．，Ｎに対するｒｘ（ｎ）はフレーム内の時間領域受信残響信号のサンプルであり、Ｎは単一フレームに含まれるサンプルの数である。式（１）は、実際には周波数変数ｆが連続的でなくむしろ離散的であるので、表記法の僅かな誤用を含有するかもしれず、このため、チャンネルインパルス応答は、Δｆ＝４３１２．５Ｈｚの倍数である、トーンと呼ばれる離散周波数のセットで利用可能である：
【数４】

残響信号は、ＡＤＳＬスペクトル全体の一部分上で送信される。例えば、残響信号は、ダウンストリームチャンネルにおいてｆ_３２＝３２Δｆからｆ_２５５＝２５５Δｆまでの２２４（Ｇ．Ｌｉｔｅで９６）トーンで利用可能であり、アップストリームチャンネルにおいてｆ_６＝６Δｆからｆ_３１＝３１Δｆまでの２６トーンで利用可能である。ダウンストリーム残響信号は、加入者宅内機器（ＣＰＥ）で収集され、アップストリーム残響信号は、電話局（ＣＯ）で収集される。アップストリームまたはダウンストリーム残響信号に対するデータ収集プロセスに差はないとはいえ、これらの２つのデータセットの特性は全く異なる。特に、ダウンストリーム残響データは、大幅に多い情報を含んでいる。その上、ダウンストリーム方向で利用可能な周波数領域残響信号のより多くのサンプルがあり、これらのサンプルは、インパルス応答上のブリッジタップの影響が容易に検出され得る。周波数領域において広がった範囲をカバーする。しかし、アップストリームとダウンストリームのデータセット間には一つの決定的な差があり、同じ解釈アルゴリズムを両方に対して使用することを困難にする。ダウンストリームチャンネルにおいて、フロントエンドインピーダンスのループインピーダンスへの整合は、アップストリームチャンネルにおけるよりも良い傾向にある。これは、ダウンストリームチャンネルに対して簡素化チャンネルモデルを使用することを可能にする。残念ながら、アップストリームチャンネルにおけるインピーダンスの整合は、一般にダウンストリームチャンネルにおけるほど良くはなく、より複雑なチャンネルインパルス応答が使用されるべきである。
【００１６】
チャンネルモデル化におけるこれらの複雑さ、および充分なデータサンプルの不足のために、基本アップストリームチャンネル特性化アルゴリズムは、推定正確度および検出され得るブリッジタップ数という点で限定される。しかし、チャンネルモデルを拡張して変化した口径のマルチセクションおよび／または３つ以上のブリッジタップを含むことによって、３つ以上のブリッジタップの存在が検出でき、ループに沿ってワイヤ口径の変化がある場合ループの個別セクションの長さに対するより正確な結果が決定できる。唯一の交換条件は、モデルパラメータの数が増大するのに従い、パラメータを推定することに必要な演算作業も同様に増大することである。
【００１７】
以下は、モデルの周波数領域チャンネルインパルス応答の導出へ導く理論的詳細を説明し、ダウンストリームおよびアップストリームデータ両方に対するチャンネル特性化を詳細に説明する。ダウンストリームおよびアップストリーム解釈アルゴリズムの両方は、実際と理論的なチャンネルインパルス応答間の誤差ノルムの２乗が最小化される同じ最小二乗最小化法概念を用いるが、しかし、使用される理論的チャンネルインパルス応答が異なる。
【００１８】
ダウンストリームデータに対するループ特性化のために、例示的な２ワイヤループが、その特性インピーダンスによって特性化される：
【数５】

そして、その伝搬定数は：
【数６】

ここで、ω＝２πｆは角周波数であり、Ｒ（抵抗）、Ｌ（インダクタンス）、Ｇ（アドミタンス）、およびＣ（静電容量）は、ループの周波数依存定数であり、ワイヤ口径で変化する。長さｄ、および長さｂ_１とｂ_２の２つのブリッジタップを持つ、完全に終端したループまたは非常に長いループに対して、ループの伝達関数Ｈ（ｄ，ｂ_１，ｂ_２，ｆ）は以下の式で与えられる：
【数７】

対数スケールでは：
【数８】

ケーブル長に対するループ損失の一次従属に注意されたい。ループの実際の伝達関数は、モデム初期化中に測定できる。次に、ループの測定された伝達関数は、式３で与えられるような２つのブリッジタップを持つ長さｄのループの伝達関数と適合される。換言すれば、ｄ、ｂ_１、およびｂ_２を決定することは、以下の最小二乗誤差条件を最小化する：
【数９】

ここで、Ｒｘ（ｆ_ｉ）はｆ_i＝ｉｆでサンプルされた受信残響信号であり、ｉ_ｉおよびｉ_ｓは最初および最後のトーンＲｘ（ｆ_ｉ）である。
【００１９】
例示的なループに対するアルゴリズムの操作の例は、図２に図示されている。示されているのは、測定された受信残響信号Ｒｘ（ｆ）と、データに最良に適合するモデルパラメータｄ、ｂ_１、ｂ_２を求めることによって得られた理論的モデルＨ（ｄ，ｂ_１，ｂ_２，ｆ）とである。具体的には、例示的な単一１３００ｆｔブリッジタップを持つ例示的な６０００ｆｔループに対して、観測された（破線）受信残響信号Ｒｘ（ｆ）が、理論的チャンネルモデル（実線）Ｈ（ｄ，ｂ_１，ｂ_２，ｆ）に対して、周波数の関数としてプロットされる。例示的なループは、ＣＰＥに近接した２６ａｗｇ．１３００ｆｔブリッジタップを持つ２６ａｗｇ．６０００ｆｔワイヤから構成される観測データに最良に適合するモデルパラメータは、ｄ＝６０００ｆｔ、ｂ₁＝１３００ｆｔ、およびｂ_２＝０ｆｔであることがわかった。
【００２０】
式５から続き、解釈アルゴリズムを基本的に変数ｄ、ｂ₁、およびｂ_２について調べ、下に与えるコスト関数を最小化する変数を求める：
【数１０】

コスト関数Ｅ（ｄ，ｂ₁，ｂ_２）はｄ、ｂ₁、およびｂ_２の非線形であるので、関数は、多くの極小を含んでいる。従って、ガウス−ニュートン法等の良く知られた多くの最適化アルゴリズムは、これらのアルゴリズムが多数の極小に対処できず、コスト関数の極小へ収束するので、使用されるべきでない。この例示的な実施の形態では、Ｅ（ｄ，ｂ_１，ｂ_２）の全体の最小が望まれる。この理由のため、力任せの全体最小化アルゴリズムが使用され、ここで、コスト関数は、ｐ＝１，．．．，Ｐ、ｑ＝１，．．．，Ｑ、およびｒ＝１，．．．，Ｒにおいて、点（ｄ^Ｐ，ｂ₁ ^ｑ，ｂ_２ ^ｒ）、ｄ^ｐ＝ｐΔＤ、ｂ_１ ^ｑ＝ｑΔｂ_１およびｂ_２ ^ｒ＝ｒΔｂ_２でサンプルされる。次に、サンプル値の間で最小コストを生じるパラメータ（ｄ^Ｐ，ｂ_１ ^ｑ，ｂ_２ ^ｒ）が選ばれる。これは、コスト関数をＰ×Ｑ×Ｒ個所で評価することを必要とする。
【００２１】
ループの理論的伝達関数をＨ（ｄ，ｂ_１，ｂ_２，ｆ）を決定できるようにするために、数多くのワイヤの異なる口径に対する周波数依存伝搬定数γ（ｆ）を、格納する必要がある。例示的な実施の形態では、２４ａｗｇ．と２６ａｗｇ．ワイヤが使用され、これは、ＮのＡＤＳＬトーンに対するγ（ｆ）の実数部と虚数部を格納するために４×Ｎ個所を必要とする。加えて、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）補正曲線が格納される必要があり、これはメモリでＮ個所を占有する。アルゴリズムが実装される場所によって、例えば、アルゴリズムがパーソナルコンピュータまたはワークステーションで実装される場合、ループ伝達関数も式４から直接に決定することができるか、または、（ｄ^Ｐ，ｂ₁ ^ｑ，ｂ_２ ^ｒ）に対するサンプル化手順によって必要とされるような規則的な間隔でｌｏｇ［２＋ｔａｎｈ（ｂ_１γ）］項を格納することが必要としてもよい。例えば、ｌｏｇ［２＋ｔａｎｈ（ｂ_１γ）］、ｉ＝１，２を、ｂ_１＝１００ｆｔからｂ_１＝２０００ｆｔまで１００ｆｔ間隔で予め演算し、格納することが可能である。低いプロセッサ能力を想定すると、ｌｏｇ［２＋ｔａｎｈ（ｂ₁γ）項は予め決定および格納でき、それは実数部だけのために約２０×Ｎ個所を取る。従って、この例示的な実施の形態では、メモリ合計は、約（２０＋４＋１＋３）×Ｎ＝２８×Ｎであり、ここでは２×２５６個所がアルゴリズムの実行中に決定される中間変数を格納することに必要である。
【００２２】
ここに示してはいないが、１２個の乗算と１５個の加算だけが必要であるようにコスト関数Ｅ（ｄ，ｂ_１，ｂ_２，）の演算を簡素化することは可能である。これは、アルゴリズムの合計の演算複雑性が約Ｐ×Ｑ×Ｒ×（１１の乗算＋１５の加算）に、上記数字と比較して無視できる幾つかの追加の起動時演算を加えたものであることを意味する。
【００２３】
ダウンストリーム解釈の場合と違って、アップストリーム解釈では、ラインが完全に終端されないと想定することがより的確である。特に、ＣＰＥモデムでの送信機−ライン接続でのインピーダンス不整合と、ＣＯモデムでの受信機−ライン接続でのインピーダンス不整合とが、考慮に入れるべき重要なファクターとなる。アップストリームデータに対するチャンネル特性化アルゴリズムの背後にある基本理念は、同じままであり、理論的チャンネル伝達関数を実際の測定伝達関数と適合させることを伴う一方で、理論的チャンネル伝達関数の演算は、より一層関係してくる。ダウンストリーム解釈の場合でのように、チャンネル伝達関数は、この場合も、式１で与えられたような受信残響信号のＫフレームを平均することによって測定される。
【００２４】
アップストリームの場合でのチャンネル伝達関数に対する理論的モデルは、２つのステップで説明できる。第１のステップは、ＡＢＣＤ行列の適用により、負荷（ＣＯ）での電流と電圧、Ｉ_Ｌ、Ｖ_Ｌ、という点から、ソース（ＣＰＥ）での電流と電圧、Ｉ_Ｓ、Ｖ_Ｓ、に対する式を書くことから構成される：
【数１１】

ここで、Ａ^ｉ、Ｂ、Ｆ^ＳおよびＦ^Ｌは２×２行列であり、その要素はＮ要素の配列である。ここで、Ａ^ｉはループのｉ番目セクションの周波数領域応答を表す行列であり、Ｂはブリッジタップの応答を表す行列であり、Ｆ^ＳとＦ^Ｌは、ＴＸ（ソース）とＲＸ（負荷）経路用モデム回路のアナログフロントエンド（ＡＦＥ）ハードウエアの周波数領域応答を表す行列である。式７からチャンネルの伝達関数を導出し、以下によって与えることができる：
【数１２】

ここで、ｄ_１はブリッジタップ前のセクションの長さであり、ｄ_２はブリッジタップ後のセクションの長さである。ＣＯ解釈アルゴリズムは２セクションの、単一ブリッジタップのモデルを使用することに注意されたい。これは、伝達関数が利用可能であるトーンｉ＝６からｉ＝３２への周波数ビン、ｆｉ＝ｉΔｆの限定された数のためである。
【００２５】
上記行列の成分は、下記のとおり与えられる：
【数１３】

行列Ｂの成分は：
【数１４】

ここで、Z_j ^-1 = tanh(bγ)／Ｚ₀であり、最終的には以下を取る：
【数１５】

推定アルゴリズムは、測定と実際の伝達関数間の差を最小化する：
【数１６】

アップストリームループ長およびブリッジタップ長の推定アルゴリズムの計算例を、図３に示す。ここで、測定された受信残響信号Ｒｘ（ｆ）と、データに最良に適合するモデルパラメータｄ、ｂ_１ｂ₂を求めることによって得られる理論的モデルＨ（ｄ，ｂ_１，ｂ_２，ｆ）とが表示される。例示的なループは、ＣＯから５９００ｆｔ離れて２６ａｗｇ．６００ｆｔのブリッジタップを持つ２６ａｗｇ．７７００ｆｔワイヤから構成されている。観測データに最良に適合するモデルパラメータは、ｄ_１＝７９００ｆｔ、ｄ_２＝０ｆｔ、およびｂ＝５００ｆｔと求められた。アルゴリズムによって求められたｄ₁およびｄ_２パラメータは、それらの実際値とは異なるが、実際値はｄ₁＝５９００ｆｔおよびｄ_２＝１８００ｆｔであり、ｄ_１＋ｄ_２の和は実ループ長の２００ｆｔ以内であることに注意されたい。この例は、ループ長がかなり正確であるとしても、ブリッジタップの位置は確実に推定することが困難であることを示している。
【００２６】
理論的チャンネル伝達関数Ｈ（ｄ₁，ｄ_２，ｂ，ｆ）をもたらす式から、理論的チャンネル応答の例示的な演算のために、２４ａｗｇ．と２６ａｗｇ．に対するＺ_Ｓ、Ｚ_Ｌ、Ｚ_０およびγが格納される必要があり、ブリッジタップを特性化するＺ_ｊ（ｂ_１）がブリッジタップ長に依存することは明瞭である。ブリッジタップ長での例示的な分解能の１００ｆｔと例示的な最大検出可能ブリッジタップ長の２０００ｆｔを仮定すると、２０の異なるＺ_ｊ（ｂ_１）配列がある。最終的に、行列Ａ_１とＡ_２のｓｉｎｈ（．）とｃｏｓｈ（．）要素が格納される。次に、ループ長での５００ｆｔ分解能および最大測定可能ループ長２０，０００ｆｔを仮定すると、Ａ_ｉの成分を格納するために８０×４６個所があるべきである。これらの変数を格納するための合計では、Ｒｘ（ｆ）とＨ（ｄ_１，ｄ_２，ｂ，ｆ）のための格納部を含む、１０８×４６のメモリ個所があるべきであり、別の１０×４６個所がアルゴリズムの実行中の中間変数を格納するために必要であり、この例示的な実施の形態のために合計約１１８×４６のメモリ個所を与える。
【００２７】
図３は、単一６００ｆｔブリッジタップを持つ例示的な７７００ｆｔループに対し、周波数の関数として理論的チャンネルモデル（実線）Ｈ（ｄ_１，ｄ_２，ｆ）に対してプロットされた観測済（破線）受信残響信号Ｒｘ（ｆ）を示す。
【００２８】
検索プロセス中に、ｄ_１に対するＰ値、ｂに対するＱ値、およびｄ_２に対するＲ値が選定され、ｄ_１、ｄ_２、ｂの各組合せに対するコスト関数が決定される。このように、チャンネルインパルス応答を決定するために、４×（８×２３の複素数乗算＋４×２６の複素数加算）がある。従って、この例示的な実施の形態では、演算コスト合計は、Ｐ×Ｑ×Ｒ×（３２×２６の複素数乗算＋４×２６の複素数加算）である。
【００２９】
図４は、ダウンストリームデータに対する、本発明の実施の形態による、例示的なループ長・ブリッジタップ長推定システムを示している。詳細には、ループ長およびブリッジタップ長推定システム１００は、ツイストペア等のリンク１０で接続される、ダウンストリームループ長・ブリッジタップ長決定装置２００と、アップストリームループ長・ブリッジタップ長決定装置３００と、電話局モデム２０と、加入者宅内モデム３０とを備える。ダウンストリームループ長・ブリッジタップ長決定装置２００は、リンク５で接続される、コントローラ２１０と、Ｉ／Ｏインタフェース２２０と、記憶装置２３０と、残響信号決定装置２４０と、ループ長出力装置２５０と、ブリッジタップ出力装置２６０とを備える。アップストリームループ長・ブリッジタップ長決定装置３００は、リンク５で接続される、コントローラ３１０と、Ｉ／Ｏインタフェース３２０と、記憶装置３３０と、残響信号決定装置３４０と、インピーダンス決定装置３５０と、モデム識別子装置３６０と、ループ長出力装置３７０と、ブリッジタップ出力装置３８０とを備える。
【００３０】
図４に示される例示的な実施の形態は、ループ長・ブリッジタップ長推定システムの構成要素と連係する構成要素とを一緒に置かれて示すとはいえ、ループ長・ブリッジタップ長推定システム１００の種々の構成要素は、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、イントラネットおよび／またはインターネット等の分散型ネットワークの遠隔部分、または専用のループ長・ブリッジタップ長推定システム内部に配置できると理解されたい。このように、ループ長・ブリッジタップ長推定システム１００の構成要素は、一つの装置に組合わせるか、または分散型ネットワークの特定ノード上に一緒に置くことができると理解されるべきである。以下の説明から理解されるように、また、演算効率の理由のため、ループ長・ブリッジタップ長推定システム１００の構成要素は、システムの操作に悪影響を及ぼすことなく、汎用コンピュータ内または分散型ネットワーク内部等のいずれの場所にも編成することができる。
【００３１】
更にリンク５は、有線または無線リンク、または、電子的データを接続された要素へおよびそれから供給できるいずれか他の既知の、またはその後に開発される要素であることができる。
【００３２】
操作では、ダウンストリーム方向におけるループ長・ブリッジタップ長の決定のために、コントローラ２１０は、Ｉ／Ｏインタフェース２２０と共同して、モデム２０の初期化を起動する。残響信号決定装置２４０は、モデム２０、コントローラ２１０、およびＩ／Ｏインタフェース２２０と共同して、残響信号のＫ継続的フレームを平均することによって伝達関数を決定する。ループ長、第１ブリッジタップ長、および第２ブリッジタップ長が、コンピュータ、ラップトップ、端末、伝送ライン試験装置等のような入力装置（不図示）から入力されるか、または記憶装置２３０から検出される。
【００３３】
コントローラ２１０は、記憶装置２３０と共同して、次いで、規定されたワイヤ口径に対する周波数領域伝搬関数、および周波数領域ループモデルを決定する。周波数領域における較正および補正された残響信号は、記憶装置２３０に格納され、基準ワイヤ口径が、入力されるか、または記憶装置２３０から検索される。
【００３４】
コントローラ２１０は、記憶装置２３０と共同して、Ｒｘ関数における要素の数と実際と測定の伝達関数間の差とを決定する。ループ長出力装置は、Ｉ／Ｏインタフェースと共同して、次いで、推定されたループ長を、例えば、コンピュータ、ラップトップ、端末、伝送ライン試験装置等へ出力する。加えて、ブリッジタップ出力装置は、推定されたブリッジタップ長を、例えば、コンピュータ、ラップトップ、端末、伝送ライン試験装置等へ出力する。
【００３５】
計算では、アップストリーム方向におけるループ長およびブリッジタップ長の決定のために、コントローラ３１０は、Ｉ／Ｏインタフェース３２０と共同して、モデム３０の初期化を起動する。残響信号決定装置３４０は、モデム３０、コントローラ３１０、およびＩ／Ｏインタフェース３２０と共同して、残響信号のＫ継続フレームを平均することによって伝達関数を決定する。
【００３６】
次に、コントローラ３１０は、記憶装置２３０と共同して、規定されたワイヤ口径に対する周波数領域伝搬関数を決定し、ここで、規定されたワイヤ口径が、入力されるか、または記憶装置３３０から検出される。
【００３７】
コントローラ３１０は、記憶装置３３０およびインピーダンス決定装置３５０と共同して、規定されたワイヤ口径の周波数領域インピーダンスを決定する。次いで、コントローラ３１０は、記憶装置３３０およびインピーダンス決定装置３５０と共同して、ＣＰＥモデムの送信インピーダンスとＣＯモデムの受信インピーダンスとを決定する。
【００３８】
コントローラ３１０は、記憶装置３３０と共同して、ループのｉ番目セクションの周波数領域応答を表す行列と、ブリッジタップの応答を表す行列と、ソース（ＴＸ）と負荷（ＲＸ）経路のためのＡＦＥ回路を表すＦｓ行列を決定し、それらを記憶装置３３０へ格納し、そして、伝達関数Ｈを推定する。周波数領域における較正および補正された残響信号、およびワイヤの基準口径が、入力されるか、または記憶装置３３０から検索される。
【００３９】
モデム識別子決定装置３６０は、次いで、アップストリーム残響信号を収集するＣＯモデムの識別子と、アップストリーム残響信号を送信するＣＰＥモデムの識別子とを決定する。Ｒｘ関数における要素の数を知ることで、コントローラ３１０は、実際と測定の伝達関数間の差を最小化し、ループ長出力装置３７０およびブリッジタップ出力装置３８０と共同して、推測されたループ長と推測されたブリッジタップ長をそれぞれ出力する。
【００４０】
図５は、ループ長およびブリッジタップ長を決定する例示的な方法を示している。詳細には、制御はステップＳ１００で開始し、ステップＳ１１０へと続く。ステップＳ１１０において、チャンネルインパルス応答は、測定された残響信号に基づき推定される。次に、ステップＳ１２０において、ループモデルの理論的チャンネルインパルス応答が、ループ長およびブリッジタップ長を使用して決定される。次いで、ステップＳ１３０において、モデルのループ長およびブリッジタップ長が変化される。制御は、次に、Ｓ１４０へと続く。
【００４１】
ステップＳ１４０において、測定されたチャンネルインパルス応答と理論的チャンネルインパルスとの間の差が監視される。次に、ステップＳ１５０において、ループ長およびブリッジタップ長の推定値が、測定されたチャンネルインパルス応答と理論的チャンネルインパルス応答との間の誤差関数を最小化するループ長およびブリッジタップ長に基づいて断定される。制御は、次いで、ここで制御シーケンスが終了するステップＳ１６０へと続く。
【００４２】
図６は、ダウンストリームデータに対して、ループ長およびブリッジタップ長を決定する例示的な方法を示す。詳細には、制御はステップＳ２００で開始し、ステップＳ２１０へと続く。ステップＳ２１０において、モデムは初期化される。次に、ステップＳ２２０において、伝達関数が、残響信号のＫ継続フレームを平均することによって決定される。次いで、ステップＳ２３０において、ループ長が入力される。制御は、次いで、ステップＳ２４０へと続く。
【００４３】
ステップＳ２４０において、第１のブリッジタップ長が入力される。次に、ステップＳ２５０において、第２のブリッジタップ長が入力される。次に、ステップＳ２６０において、周波数領域伝搬関数が、規定されたワイヤ口径に対して決定される。制御は、次いで、ステップＳ２７０へと続く。
【００４４】
ステップＳ２７０において、周波数領域ループモデルが決定される。次に、ステップＳ２８０において、周波数領域における較正および補正された残響信号が入力される。次いで、ステップＳ２９０において、基準ワイヤ口径が入力される。制御は、次いで、ステップＳ３００へと続く。
【００４５】
ステップＳ３００において、Ｒｘ関数における要素数が入力される。次に、ステップＳ３１０において、実際と測定の伝達関数間の差が決定される。次いで、ステップＳ３２０において、推定されたループ長が決定される。制御は、次いで、ステップＳ３３０へと続く。
【００４６】
ステップＳ３３０において、推定されたブリッジタップ長が決定される。制御は、次いで、制御シーケンスが終了するステップＳ３４０へと続く。
【００４７】
図７は、アップストリームデータに対して、ループ長およびブリッジタップ長とを決定する例示的な方法を示している。詳細には、制御はステップＳ５００で開始し、ステップＳ５１０へと続く。ステップＳ５１０において、モデムが初期化される。次に、Ｓ５２０において、伝達関数が、残響信号のＫ継続フレームを平均することによって決定される。次いで、ステップＳ５３０において、使用されるワイヤ口径に対する周波数領域伝搬関数が決定される。制御は、次いで、ステップＳ５４０へと続く。
【００４８】
ステップＳ５４０において、ワイヤ口径の周波数領域インピーダンスが決定される。次に、ステップＳ５５０において、ＣＰＥモデムの送信インピーダンスが決定される。次いで、ステップＳ５６０において、ＣＯモデムの受信インピーダンスが決定される。制御は、次いで、ステップＳ５７０へと続く。
【００４９】
ステップＳ５７０において、ループのｉ番目セクションの周波数領域応答を表す行列が決定される。次に、ステップＳ５８０において、ブリッジタップの応答を表す行列が決定される。次いで、ステップＳ５９０において、ソース（ＴＸ）と負荷（ＲＸ）経路のためのＡＦＥ回路を表すＦｓ行列が決定される。制御は、次いで、ステップＳ６００へと続く。
【００５０】
ステップＳ６００において、伝達関数Ｈが推定される。次に、ステップＳ６１０において、周波数領域における較正および補正された残響信号が入力される。次いで、ステップＳ６２０において、ワイヤの基準口径が入力される。制御は、次いで、ステップＳ６３０へと続く。
【００５１】
ステップＳ６３０において、アップストリーム残響信号を収集するＣＯモデムの識別子が入力される。次に、ステップＳ６４０において、アップストリーム残響を送信するＣＰＥモデムの識別子が入力される。次いで、ステップＳ６５０において、Ｒｘ関数における要素の数が入力される。制御は、次いで、ステップＳ６６０へと続く。
【００５２】
ステップＳ６６０において、実際と測定の伝達関数間の差が最小化される。次に、ステップＳ６７０において、推測されたループ長が決定される。次いで、ステップＳ６８０において、推測されたブリッジタップ長が決定される。制御は、次いで、制御シーケンスが終了するステップＳ６９０へと続く。
【００５３】
図４に示すように、ループ長・ブリッジタップ長推定システムは、単一プログラム汎用コンピュータ、または別個プログラム汎用コンピュータ上に実装できる。しかし、ループ長・ブリッジタップ長推定システムは、特別目的コンピュータ、プログラムされたマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラおよび周辺集積回路素子、ＡＳＩＣまたは他の集積回路、デジタル信号プロセッサ、独立素子回路等の配線電子回路またはロジック回路、ＰＬＤ、ＰＬＡ、ＦＰＧＡ、ＰＡＬ等のプログラム可能ロジックデバイス、モデム等にも実装できる。一般的に、図５〜図７に示すフローチャートを順に実装可能な有限状態機械を実装可能ないずれの装置も、本発明によるループ長・ブリッジタップ長推定システムを実装することに使用できる。
【００５４】
更に、開示された方法は、種々のコンピュータまたはワークステーションハードウエアプラットフォーム上で使用できる高移植性ソースコードを提供するオブジェクトまたはオブジェクト指向ソフトウエア開発環境を用いるソフトウエアにおいて容易に実装されるであろう。代替として、開示されたループ長・ブリッジタップ長推定システムは、標準のロジック回路またはＶＬＳＩ設計を使用するハードウエア内で部分的または全面的に実装されてもよい。本発明に従うシステムの実装に、ソフトウエアまたはハードウェアが使用されるのかは、利用されるシステム、特定の機能、および特定のソフトウエアまたはハードウエアのシステム、またはマイクロプロセッサまたはマイクロコンピュータシステムの速度および／または効率要件に依存する。しかし、本明細書中に示すループ長・ブリッジタップ長推定のシステムおよび方法は、本明細書中で提供された機能説明およびコンピュータ技術の一般的基本知識から、当該技術に精通する者によって、いずれか既知またはその後に開発されるシステムまたは構造、装置および／またはソフトウエアを使用して、ハードウエアおよび／またはソフトウエア内で容易に実装できる。
【００５５】
更に、開示された方法は、プログラムされた汎用コンピュータ、特別目的コンピュータ、マイクロプロセッサ等で実行されるソフトウエアとして容易に実装されるであろう。これらの場合において、本発明の方法およびシステムは、ＪａｖａR（商標）またはＣＧＩスクリプト等のパーソナルコンピュータ上に組込まれるプログラムとして、サーバーまたはグラフィックワークステーション上に常駐するリソースとして、専用のループ長・ブリッジタップ長推定システム、モデム、専用のループ長および／またはブリッジタップ長推定システム等に組込まれるルーチンとして実装できる。ループ長・ブリッジタップ長推定システムは、専用のループ長・ブリッジタップ長推定システムまたはモデムのハードウエアおよびソフトウエアシステム等の、ソフトウエアおよび／またはハードウエアシステム中へシステムおよび方法を物理的に組込むことによっても実装できる。
【００５６】
従って、本発明に従い、ループ長・ブリッジタップ長推定用のシステムおよび方法が提供されたことは明らかである。本発明をその多くの実施の形態に関連させて説明してきたが、多くの代替案、修正、および変更は、当該技術に精通する者にとって明白であるか、または明白であろうことは明らかである。従って、本発明の精神と適用範囲内である全てのそのような代替案、修正、相当物、および変更を包含することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、例示的なマルチブリッジタップのあるマルチセクションループを示し；
【図２】 図２は、ダウンストリームデータに対する測定された受信残響信号と理論的モデルのグラフを示し；
【図３】 図３は、アップストリームデータに対する測定された受信残響信号と理論的モデルのグラフを示し；
【図４】 図４は、本発明による、例示的なループ長・ブリッジタップ長推定システムを示す機能ブロック図であり；
【図５】 図５は、本発明による、ループ長・ブリッジタップ長とを決定するための例示的な一般的方法を概説するフローチャートであり；
【図６】 図６は、本発明による、アップストリーム方向でのループ長・ブリッジタップ長とを推定するための例示的な方法を概説するフローチャートであり；そして、
【図７】 図７は、本発明による、ダウンストリーム方向でのループ長・ブリッジタップ長とを推定するための例示的な方法を概説するフローチャートである。

Claims (23)

1. ループ長およびブリッジタップ長推定システムであって、
   電話局モデムと、
   加入者機器モデムと、
   電話局モデムおよび加入者機器モデムの初期化中に送信される信号に基づいて、伝送ラインに対するチャンネルインパルス応答を決定するチャンネルインパルス応答装置と、
   理論的チャンネルインパルス応答を決定するモデル化装置と、
   前記チャンネルインパルス応答と前記理論的チャンネルインパルス応答との比較に基づいて、ループ長および少なくとも一つのブリッジタップ長を決定するループ長およびブリッジタップ長決定装置と、
   を備えたシステム。
2. 請求項１のシステムであって、
   前記比較はエラー最小化関数に基づくシステム。
3. 請求項２のシステムであって、
   前記エラー最小化関数は最小二乗法を用いたものであるシステム。
4. 請求項１のシステムであって、
   加入者機器モデムの送信インピーダンスおよび電話局モデムの受信インピーダンスの少なくとも一つを決定するインピーダンス決定装置をさらに備えるシステム。
5. 請求項１のシステムであって、
   加入者機器モデムの識別子および電話局モデムの識別子の少なくとも一つを決定するモデム識別子決定装置をさらに備えるシステム。
6. 請求項１のシステムであって、
   前記理論的チャンネルインパルス応答は、負荷およびソースインピーダンスを表す変数を含むシステム。
7. 請求項１のシステムであって、
   前記チャンネルインパルス応答は、測定された残響信号に基づき推定されるシステム。
8. 請求項１のシステムであって、
   前記伝送ラインは、少なくとも一つのワイヤおよび少なくとも一つのブリッジタップを備えるシステム。
9. 請求項１のシステムであって、
   前記伝送ラインは、多数搬送波変調通信のために使用されるシステム。
10. 伝送ラインに対するループ長および少なくとも一つのブリッジタップ長を決定するための方法であって、
    電話局モデムおよび加入者機器モデムを初期化し、
    前記初期化中に送信される信号に基づいて、チャンネルインパルス応答を推定し、
    理論的チャンネルインパルス応答を決定し、
    前記理論的チャンネルインパルス応答と前記推定されたチャンネルインパルス応答とを比較し、
    ループ長および少なくとも一つのブリッジタップ長を決定することを備えた方法。
11. 請求項１０の方法であって、
    残響信号に基づき、前記伝送ラインの伝達関数を決定することをさらに備えた方法。
12. 請求項１１の方法であって、
    前記伝達関数は、前記残響信号の所定数の継続フレームを平均することに基づき決定される方法。
13. 請求項１０の方法であって、
    少なくとも一つのワイヤ口径に対して周波数領域伝搬関数を決定することをさらに備えた方法。
14. 請求項１０の方法であって、
    周波数領域における較正および補正された残響信号の少なくとも一つを決定することをさらに備えた方法。
15. 請求項１０の方法であって、
    少なくとも一つのワイヤ口径の周波数領域インピーダンスを決定することをさらに備えた方法。
16. 請求項１０の方法であって、
    加入者機器モデムの送信インピーダンスを決定することをさらに備えた方法。
17. 請求項１０の方法であって、
    電話局モデムの受信インピーダンスを決定することをさらに備えた方法。
18. 請求項１０の方法であって、
    前記伝送ラインの所定部分に対する周波数領域応答を表す行列を決定することをさらに備えた方法。
19. 請求項１０の方法であって、
    前記少なくともひとつのブリッジタップの応答を表す行列を決定することをさらに備えた方法。
20. 請求項１０の方法であって、
    ソースおよび負荷経路のためのアナログフロントエンド回路を表す行列を決定することをさらに備えた方法。
21. 請求項１０の方法であって、
    電話局モデムおよび加入者機器モデムの少なくとも一つの識別子を決定することをさらに備えた方法。
22. 請求項１０の方法であって、
    前記伝送ラインの推定ループ長を出力することをさらに備えた方法。
23. 請求項１０の方法であって、
    前記伝送ラインに対する推定ブリッジタップ長を出力することをさらに備えた方法。

Images