JP4643151B2 - 同相モード成分を用いて不平衡チャネルにおけるノイズを低減する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般的にノイズ除去技術に関し、より詳細には、不平衡チャネル上におけるクロストークなどのノイズを低減する方法および装置に関する。

本出願は、２００３年１月２８日出願の米国仮出願第６／４４３，２６１号の優先権を主張するものであり、参照によりそれぞれ本明細書に組み込まれている、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ Ｃｒｏｓｓ−Ｔａｌｋ ｗｉｔｈ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｉｅｓ」という名称の米国特許出願（Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｕｍｂｅｒ Ａｚａｄｅｔ ２５）および「Ｍｕｌｔｉ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｈｙｂｒｉｄ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｓｅ Ｆｏｒｍ Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｉｌｔｅｒｓ」という名称の米国特許出願（Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｕｍｂｅｒ Ａｚａｄｅｔ ２６）に関連している。

図１は、撚線対（ＴＰ）１１０上で信号を送受信するトランシーバ１００を示している。トランシーバ１００は、たとえば、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）やデジタル・サブスクライバ・ループ（ｘＤＳＬ）と関連づけることができる。かかるトランシーバ１００におけるクロストークの主たる原因は、通常、ニアエンド・クロストーク（ＮＥＸＴ）、およびエコー・クロストークである。トランシーバ１００などの各トランシーバは、同じ撚線対１１０上で第１の信号Ｖ_１を送信し、異なった信号Ｖ_２を受信する。Ｖ_１はトランシーバ１００によって生成された送信信号に対応する。Ｖ_２は第２のトランシーバ１２０によって生成された受信信号に対応する。トランシーバ１００には自らが生成した送信信号Ｖ_１が分かっているので、トランシーバ１００は「ハイブリッド成分」を用いて、撚線対（ＴＰ）１１０上の電圧（Ｖ_１＋Ｖ_２）から送信信号Ｖ_１を減算し、受信信号Ｖ_２に対応する電圧を得る。

ニアエンド・クロストークは、異なった撚線対１１０上で異なった信号を送受信し、１つの撚線対上の信号が別の撚線対上のその信号と干渉している結果生ずる。一方、エコー・クロストークは、同じ撚線対１１０上のクロストークおよび、たとえば、各コネクタなどの所与のパスに沿った不連続なインピーダンスの結果である。トランシーバ１００が信号Ｖ_１を送信すると、そのパスに沿った各インピーダンス不連続性によって、トランシーバ１００はウェーブまたはエコー・バックを受信させられる。そのため、通常、トランシーバは、図２に関連して以下でさらに説明するニアエンド・クロストーク／エコー消去装置２００を備えており、ニアエンド・クロストークおよびエコー・クロストークを解消して、送信信号の回復を改善する。
米国仮出願第６／４４３，２６１号 米国特許出願（Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｕｍｂｅｒ Ａｚａｄｅｔ ２５）、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ Ｃｒｏｓｓ−Ｔａｌｋ ｗｉｔｈ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｉｅｓ」 米国特許出願（Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｕｍｂｅｒ Ａｚａｄｅｔ ２６）、「Ｍｕｌｔｉ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｈｙｂｒｉｄ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｓｅ Ｆｏｒｍ Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｉｌｔｅｒｓ」 米国特許第５，９８３，２５４号

従来のニアエンド・クロストーク／エコー消去装置は、一般的にクロストーク消去装置と呼ばれており、チャネルが平衡しているものと仮定していた（すなわち、各撚線対は完全に差動である）。しかし、同相モードのノイズが差動信号の平衡に影響すること、および「平衡した」信号の仮定は、特に高い周波数ではそれほど有効ではないことが分かった。しかし、従来のニアエンド・クロストーク／エコー消去装置は同相モードのノイズを補償しておらず、受信信号の同相モード成分に含まれる情報を利用していない。特に、従来のクロストーク消去装置は、撚線対の差動−同相モードと同相モード−差動の変換の伝達関数を補償していない。同相モードのノイズを補償することの主たる利点の一つは、異質なクロストークおよびＲＦ干渉などのノイズの緩和である。かかるノイズ源は演繹的には分からず、したがって、従来のクロストーク消去技術を用いて消去することはできない。したがって、同相モードのノイズを補償するクロストーク消去装置が必要とされている。

一般的に、不平衡チャネルにおけるクロストークを低減する方法および装置を開示する。本発明は、同相モードの信号が、ノイズまたはクロストークの外部源の影響を低減するために利用できる重要な情報を含んでいることを理解している。多次元有限時間インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタなどの多次元フィルタを用いて、各撚線対上の差動ｄおよび同相モードｃの成分に基づくノイズおよびクロストークを低減する、クロストーク消去装置を開示する。同相モードのノイズは撚線対における差動信号の平衡に影響する。本発明は、受信信号の同相モード成分は、外部ノイズの存在に関する情報を含む、利用される付加的情報を提供できることを理解している。チャネルが平衡しているときには、受信信号の同相モード成分はゼロになる。本発明は、同相モード成分の寄与を低減することにより、受信信号の差動モード成分の回復を改善する。受信信号の同相モード成分は、たとえば、２つの電圧または２つの電流信号の平均として得ることができる。

一般的に、クロストーク消去技術は、同じおよび他の撚線対上で同じトランシーバにより送信された信号によって、所与の撚線対上でトランシーバにより受信された信号に影響するクロストークを除去する。前述のように、従来の技術は差動モードの成分の寄与のみを解消している。本発明は最初に、各撚線対上でトランシーバによって受信された信号の差動ｄおよび同相モードｃの成分を生成して、それらのベクトル表示を生成する。したがって、受信信号のベクトル表示は等化される。同相モードの成分を含むベクトル表示を等化することは、受信信号における外部ノイズを低減するのにも役立つ。多次元クロストーク消去装置は、各撚線対上でトランシーバによって送信された対応信号の差動ｄおよび同相モードｃの成分のベクトル表示を処理する。加算器は、トランシーバによって受信された信号の等化済みベクトル表示と、トランシーバによって送信された信号の処理済みベクトル表示を合計して、各撚線対上の受信信号の推定値を算出する。このようにして、本発明は、（ｉ）異質なクロストークまたはＲＦ干渉などの外部ノイズ源からのクロストーク、（ｉｉ）別の撚線対と干渉する１つの撚線対上の差動および同相モードの成分から生ずるニアエンド・クロストーク、および（ｉｉｉ）同じ撚線対上で差動および同相モードのクロストーク成分から生ずるエコー・クロストークを低減する。多次元有限時間インパルス応答フィルタは、たとえば、直接型、ハイブリッド型、または転置型で、あるいは有限時間インパルス応答フィルタの別の形態で実施することもできる。
本発明のさらに完全な理解、ならびに本発明のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面を参照することにより得られるであろう。

図２は、図１のトランシーバ１００、１２０において用いることができる従来のニアエンド・クロストーク／エコー消去装置２００を示している。例示的なニアエンド・クロストーク／エコー消去装置２００は、それぞれ独自の撚線対上で受信される４つの受信差動信号Ｒｘ１乃至Ｒｘ４を処理する。図２に示したように、４つの受信差動信号Ｒｘ１乃至Ｒｘ４のそれぞれは、それぞれ段２０５−１乃至２０５−４で個別に処理される。各クロストーク／エコー消去段２０５は、既知の方法で、たとえばフィードフォワード等化器２１０を用いて受信信号を等化する。

また、各クロストーク／エコー消去段２０５は、エコー消去装置２１５を備えており、主として、受信信号Ｒｘ１および送信信号Ｔｘ１を伝える撚線対などの、同じ撚線対上のクロストークの結果である、エコー・クロストークを解消する。図２に示したように、各クロストーク／エコー消去段２０５は、ニアエンド・クロストーク／エコー消去装置２２０−１乃至２２０−３も備えており、異なった撚線対上で異なった信号を送受信すること、および１つの撚線対上の信号が別の撚線対上のその信号と干渉している結果生ずる、ニアエンド・クロストークを解消する。たとえば、ニアエンド・クロストーク／エコー消去装置２２０−１は、第２の送信信号Ｔｘ２によって生ずる、第１の受信信号Ｒｘ１におけるクロストークを解消する。同様に、ニアエンド・クロストーク／エコー消去装置２２０−２は、第３の送信信号Ｔｘ３によって生ずる、第１の受信信号Ｒｘ１におけるクロストークを解消する。フィードフォワード等化器２１０、エコー消去装置２１５、およびニアエンド・クロストーク／エコー消去装置２２０−１乃至２２０−３の出力は、加算器２４０によって合計され、第１の受信信号Ｒｘ１ｏｕｔの推定値を算出する。

前述のように、図２に示したＮＥＸＴ／エコー消去装置２００などの、従来のニアエンド・クロストーク／エコー消去装置は、撚線対における差動信号の平衡に影響する同相モードのノイズを補償していないことが分かった。また、かかる従来のＮＥＸＴ／エコー消去装置２００は、外部ノイズが存在する場合に効果的ではない。本発明は、受信信号の同相モード成分が、外部ノイズの存在に関する情報を含む、利用される付加的情報を提供できることを理解している。

図３は、本発明の特徴を包含したクロストーク／エコー消去装置３００を示している。一般的に、以下で述べるように、本発明は多次元有限時間インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタを用いて、差動ｄおよび同相モードｃの信号の両方を処理する。所与の撚線対用の各クロストーク／エコー消去段２０５は、クロストーク／エコー消去装置３００を用いて実施することができる。図３に示したように、受信信号は最初に、各撚線対について差動ｄおよび同相モードｃの信号を生成する、図４に関連して以下で説明する受信機フロントエンド４００によって処理される。

本発明は、各撚線対に関する差動ｄおよび同相モードｃの信号を、図３に示したように、ベクトル形式（８個の要素からなる）で表現できることを理解している。受信信号の差動および同相モードの成分のベクトル表示は、たとえば、４撚線対の場合における８個の要素を含む。受信信号の差動および同相モードの成分のベクトル表示の処理は、それぞれ参照により本明細書に組み込まれている、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ Ｃｒｏｓｓ−Ｔａｌｋ Ｗｉｔｈ Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｉｅｓ」という名称の米国特許出願（Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｕｍｂｅｒ Ａｚａｄｅｔ ２５）および「Ｍｕｌｔｉ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｈｙｂｒｉｄ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｓｅ Ｆｏｒｍ Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｉｌｔｅｒｓ」という名称の米国特許出願（Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｕｍｂｅｒ Ａｚａｄｅｔ ２６）により詳細に説明されている。その後、クロストーク／エコー消去装置３００は既知の方法で、たとえば、フィードフォワード等化器３１０を用いて、受信信号のベクトル表示を等化する。フィードフォワード等化器３１０は、たとえば、クロストーク消去装置３３０と同じ方法で、以下で説明する多次元有限時間インパルス応答フィルタとして実施することができる。ノイズは一般的に各撚線対の各線上で同じになるので、等化器３１０による同相モード成分の等化は、受信信号から外部ノイズを除去するのに役立つことに留意されたい。外部ノイズは、たとえば、別の撚線対からの異質なクロストークの場合もある。

図３に示したように、クロストーク／エコー消去装置３００は、たとえば、別のＦＩＲフィルタの有限時間インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ（入力パスにおける遅延あり）の直接型として実施できるクロストーク消去装置３３０を含む。図３に示したように、クロストーク消去装置３３０は、フィルタ重みまたはタップ係数を備えた４つのタップＷ_０乃至Ｗ_３を有する乗算器３１１乃至３１４をそれぞれ含む。これらのフィルタ重みは、入力パス３４０を横断する入力データによって乗算されるマトリックス被乗数を表す。既知の直接型に従い、シフト・レジスタとすることができる遅延素子３５１乃至３５３を、入力パス３４０に挿入し、それぞれ２つの乗算器の間に配置する。また、加算器３６１乃至３６４は、出力パス３７０上に配置し、それぞれ乗算器の出力で接続する。かかる配置では、クロストーク消去装置３３０の伝達関数のｚ変換Ｈ（ｚ）は次のようになる。
Ｈ（ｚ）＝Ｗ_０＋Ｗ_１ｚ^−１＋Ｗ_２ｚ^−２＋Ｗ_３ｚ^−３＋．．． 式（１）
たとえば、上記の式における第１の重み項Ｗ_０はどの遅延にも対応しておらず、第２項Ｗ_１ｚ^−１は１段の遅延に対応している。従来の形態については、各フィルタ・タップに適用される重みｗ_ｎはスカラー値であり、一方、本発明において各フィルタ・タップに適用される重みＷ_ｎはマトリックス値（この例においては８×８マトリックス）である点に留意されたい。適切な有限時間インパルス応答フィルタに関するより詳細な説明は、たとえば、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第５，９８３，２５４号を参照されたい。米国特許第５，９８３，２５４号に記載された有限時間インパルス応答フィルタを本発明の多次元の場合に拡張することは、「Ｍｕｌｔｉ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｈｙｂｒｉｄ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｓｅ Ｆｏｒｍ Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｉｌｔｅｒｓ」という名称の米国特許出願（Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｕｍｂｅｒ Ａｚａｄｅｔ ２６）に記載されている。

乗算器３１１乃至３１４はそれぞれマトリックス乗算を行う。たとえば、４つの撚線対について、各乗算は８×８マトリックスに８成分ベクトルを掛ける乗算である。図３に示したように、クロストーク消去装置３３０の出力は次のように表すことができる。
Ｙ（ｚ）＝Ｈ（ｚ）Ｔｘ（ｚ）
ここで、Ｈ（ｚ）は上記で定義したマトリックスであり、Ｔｘ（ｚ）は送信信号のベクトル表示である。時間領域において、クロストーク消去装置３３０の出力の出力Ｙｎは次のように表すことができる。
Ｙ_ｎ＝Ｗ_０Ｔｘ_ｎ＋Ｗ_１Ｔｘ_ｎ−１＋Ｗ_２Ｔｘ_ｎ−２＋．．．
ここで、ｎはこの例においては１から８の間の値である。

また、加算器３６１乃至３６４はそれぞれ８つの成分のベクトル加算を行う。よって、出力Ｒｘ＿ｏｕｔ１は８つの成分（各撚線対に対する差および共通モード成分）からなる列マトリックスである。クロストーク消去装置３３０の出力は加算器３２０によって等化器３１０の出力に加算され、第１の受信信号Ｒｘ１ｏｕｔ（第１の撚線対に対する）の推定値を算出する。よって、加算器３２０は、等化された信号Ｅｎおよびクロストークを消去された信号Ｙｎの対応成分を加算する。受信信号Ｒｘ１ｏｕｔの同相モード成分の１つまたは複数は重要ではなく、複雑さを低減するために無視するか計算しないでおくことができる。

図４は、本発明の特徴を包含した受信機フロントエンド４００の概略ブロック図である。前述のように、受信機フロントエンド４００は、各撚線対について受信差動Ｒｘｄおよび同相モードＲｘｃ信号を生成する。図４に示したように、４つの受信差動信号Ｒｘ１乃至Ｒｘ４はそれぞれ、段４０５−１乃至４０５−４で個別に処理される。第１の撚線対に関するＲｘ＿ｄ１などの差動信号は、２つの抵抗器４２０−１および４２０−２で平均されて、アナログ・デジタル・コンバータ４３０−１によってデジタル信号に変換される。同様に、第１の撚線対に関するＲｘ＿ｃ１などの同相モード信号は、２つの抵抗器４２０−１および４２０−２の間のセンター・タップ４１０（２つの抵抗器４２０の平均電圧を提供する）で得られ、アナログ・デジタル・コンバータ４３０−２によってデジタル信号に変換される。

同様に、各撚線対に関する送信差動Ｔｘｄおよび同相モードＴｘｃ信号を生成するために、類似の回路を設けることができる。送信信号は、同相モードがゼロに設定されていて、完全に差動であることが多い点に留意されたい。場合によっては、設計者は意図的に不平衡信号を用いてより低い電力を達成できる。たとえば、非平衡終端された信号は、撚線対の１本の線における信号をゼロに設定し、他方の線は実際の信号を伝える。したがって、非ゼロの同相モード信号が容易に得られる（この場合に、設計によって演繹的に分かる）。

本明細書中で示し説明した実施形態および変形は、本発明の原理を例示しているに過ぎず、本発明の範囲および趣旨から逸脱せずに、当業者によって様々な変更が実施可能であることを理解されたい。

同じ撚線対（ＴＰ）上で信号を送受信する従来のトランシーバの図である。 図１のトランシーバにおいて用いることができる、従来のニアエンド・クロストーク／エコー消去装置の図である。 本発明の特徴を包含したクロストーク消去装置の図である。 本発明の特徴を包含した受信機フロントエンドの概略ブロック図である。

Claims (8)

1. １または複数の撚線対上の受信信号を処理する方法であって、
   前記受信信号の差動成分を生成するステップと、
   前記受信信号の同相モード成分を生成するステップと、
   前記差動および同相モード成分から成るベクトルを、多次元フィルタに加えるステップと、
   送信信号の差動成分を生成するステップと、
   前記送信信号の同相モード成分を生成するステップと、
   前記送信信号の前記差動成分および同相モード成分から成るベクトルを、クロストーク消去装置を用いることにより、フィルタリングするステップと、
   前記多次元フィルタの出力と、前記クロストーク消去装置の出力とを結合することにより、前記受信信号から異質なクロストークを低減するステップと、を含む方法。
2. 前記受信信号を等化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記低減するステップは、別の撚線対上の信号と干渉する１つの撚線対上の信号から生ずるニアエンド・クロストークを低減するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記低減するステップは、同じ撚線対上のクロストークから生ずるエコー・クロストークを低減するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記差動および同相モード成分のベクトル表示を生成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記ベクトル表示は各撚線対に関する差動および同相モード成分を含む、請求項５に記載の方法。
7. 受信信号の差動成分および同相モード成分を生成するフロントエンド・プロセッサと、
   送信信号の差動成分および同相モード成分を生成するためのプロセッサと、
   前記受信信号の前記差動成分および同相モード成分から成るベクトルをフィルタリングするための多次元フィルタと、
   前記送信信号の前記差動成分および同相モード成分から成るベクトルをフィルタリングするためのクロストーク消去装置と、
   前記多次元フィルタの出力と前記クロストーク消去装置の出力とを結合する結合器と、を含む受信機。
8. 前記受信信号を等化する等化器をさらに含む、請求項７に記載の受信機。

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