JP4796051B2 - サブブロック領域変換多重信号処理 - Google Patents

Description

本発明はネットワーク通信に関する。より詳細には、本発明はサブブロック領域変換多重信号処理のための方法及び装置に関する。

高速ネットワークは、絶えず進化している。この進化には、ネットワークの動作速度の継続的な進展が含まれる。これまでに出現した一般に好まれるネットワークの実装例は、非シールド撚線対配線を介して物理的に接続されるイーサネット（登録商標）・ネットワークである。１０ＢＡＳＥ−Ｔ形態でのイーサネットは、パソコン、ワークステーション、及びサーバ間を接続するための最も普及している高速ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）のうちの１つである。

高速ＬＡＮ技術には、１００ＢＡＳＥ−Ｔ（高速イーサネット）及び１０００ＢＡＳＥ−Ｔ（ギガビットイーサネット）が含まれる。高速イーサネット技術によって、１０ＢＡＳＥ−Ｔの１０メガビット毎秒（Ｍｂｐｓ）の性能から１００ＢＡＳＥ−Ｔの１００Ｍｂｐｓの性能まで円滑に進化してきた。ギガビットイーサネットは、イーサネットの本質的な容易さで１ギガビット毎秒（Ｇｂｐｓ）の帯域幅を提供する。イーサネットの動作性能をもっと大きいデータ速度に合わせて高めることが望まれている。

図１には、双方向の伝送チャネルを介して通信を行う従来技術によるイーサネット送受信機対のブロック図を示す。この送受信機対には、第１送受信機１００及び第２送受信機１０５が含まれる。第１送受信機１００には、デジタルデータを受信して伝送チャネル１３５を介して送信を行う送信機部１１０が含まれる。第１送受信機１００には、データを受信する受信機部１２０も含まれる。

この送受信機には、送信用のデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）及び受信用のアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）が含まれる。混成回路１３０は、受信信号経路に存在する送信信号のレベルを低減するように構成される。送信機部１１０及び受信機部１２０は、共通の撚線対に接続され、送信機部１１０の幾つかの送信信号を受信機部１２０の受信信号にカップリングさせる。カップリングされた信号は、「エコー」信号と称し得る。

第２送受信機１０５の混成回路１４０は、第１送受信機１００の混成回路１３０と同じように動作する。第２送受信機１０５の送信機部１５０及び受信機部１６０は、第１送受信機１００の送信機部１１０及び受信機部１２０と同じように動作する。

高速イーサネット・ネットワークの実装例には、選択された周波数帯内における（全二重と呼ばれる）双方向への同時全帯域幅送信が含まれる。全二重モードで送信するように構成された場合、イーサネット送受信機の送信機部及び受信機部を互いに並列に接続して、送信機部及び受信機部双方を４つの各対用の同じ撚線対に接続させるためにイーサネット回線カードが一般的に必要である。

図２には、幾つかの並列のイーサネット撚線対ＬＡＮ接続２１２，２１４，２１６，２１８を示す。第１接続２１２は、第１送信機１１５ａ（Ｓ１Ａ）と第１受信機１２５ａ（Ｒ１Ａ）との間にあり、また、第２送信機１１５ｂ（Ｓ１Ｂ）と第２受信機１２５ｂ（Ｒ１Ｂ）との間にある。第２接続２１４は、第３送信機１３５ａ（Ｓ２Ａ）と第３受信機１４５ａ（Ｒ２Ａ）との間にあり、また、第４送信機１３５ｂ（Ｓ２Ｂ）と第４受信機１４５ｂ（Ｒ２Ｂ）との間にある。第３接続２１６は、第５送信機１５５ａ（Ｓ３Ａ）と第５
受信機１６５ａ（Ｒ３Ａ）との間にあり、また、第６送信機１５５ｂ（Ｓ３Ｂ）と第６受信機１６５ｂ（Ｒ３Ｂ）との間にある。第４接続２１８は、第７送信機１７５ａ（Ｓ４Ａ）と第７受信機１８５ａ（Ｒ４Ａ）との間にあり、また、第８送信機１７５ｂ（Ｓ４Ｂ）と第８受信機１８５ｂ（Ｒ４Ｂ）との間にある。

撚線対ＬＡＮ接続２１２，２１４，２１６，２１８は、物理的に隣接して配置され、撚線対２１２，２１４，２１６，２１８間の干渉が、撚線対ＬＡＮ接続２１２，２１４，２１６，２１８の信号間の相互作用によって生じる。干渉は、また、撚線対ＬＡＮ接続のコネクタによって生じ得る。干渉は、遠端クロストーク（ＦＥＸＴ）及び近端クロストーク（ＮＥＸＴ）の形態である。ＮＥＸＴは、隣接する撚線対接続の近端で生成される信号による干渉に起因する。例えば、ＮＥＸＴ干渉には、受信機１４５ａの受信機信号Ｒ２Ａと、送信機１１５ａ，１５５ａ，１７５ａの送信機信号Ｓ１Ａ，Ｓ３Ａ，Ｓ４Ａとの干渉が含まれる。ＦＥＸＴは、隣接する撚線対接続の遠端で生成される信号による干渉に起因する。例えば、ＦＥＸＴ干渉には、受信機１４５ａの受信機信号Ｒ２Ａと、送信機１１５ｂ，１５５ｂ，１７５ｂの送信機信号Ｓ１Ｂ，Ｓ３Ｂ，Ｓ４Ｂとの干渉が含まれる。他の干渉には、エコー信号が含まれる。例えば、エコー信号には、受信機１４５ａの受信機信号Ｒ２Ａと干渉する送信機１３５ａの信号Ｓ２Ａの干渉が含まれる。他の干渉には、符号間干渉（ＩＳＩ）が含まれる。ＩＳＩは、受信機１４５ａの入力Ｒ２Ａにおける送信信号Ｓ２Ｂの自己干渉である。他の干渉には、外来信号干渉を含み得る。外来信号干渉には、一般的に、対象信号の撚線対ケーブルに隣接し得るケーブルの他のイーサネット撚線対ＬＡＮ接続による干渉が含まれる。

現在のイーサネット技術には、信号干渉を最小化するためのデジタル信号ストリームの時間領域処理を含み得る。デジタル信号ストリームのデータ周波数が増加するにつれて、時間領域処理を実現するのに必要な電子回路のハードウェアは、劇的に大きくなる。

デジタルフィルタ処理は、一般的に、イーサネット信号の信号干渉を低減するために用いられる。デジタル通信システムは、多くの機能のためにフィルタ処理を用いる。これらの機能には、隣接チャンネル及び同一チャンネルの干渉阻止、等化、エコー消去、及びクロストーク消去が含まれる。有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ処理は、信号干渉を低減するために用いられ得る。

ＦＩＲフィルタ処理には、複雑な回路実装が必要なことがある。例えば、ＦＩＲフィルタが、長さＰ（サンプル）を有する場合、Ｐ回の積和（ＭＡＣ）演算が、フィルタ処理された出力信号当り必要である。高性能通信システム（これは、一般的に、高処理能力システムを意味する）の場合、ＦＩＲフィルタの長さは、更に大きいことがある。高性能ＦＩＲフィルタを実装するのに必要な電子回路は、極めて大きくなり、コストや消費電力が大きくなることがある。高性能フィルタは、５０乃至１０００タップの長さ（Ｐ）が必要なことがあり、この場合、各タップは、前のタップから１（又は数分の１の）符号周期だけ遅延されたサンプリング信号で動作する。更に、高性能システムには、幾つかのフィルタが必要なことがある。

ギガビットイーサネットシステムには、エコー、ＮＥＸＴ及びＦＥＸＴの消去及び等化が必要なことがある。更に、イーサネットシステムには、一般的に、通信リンク当り４つの隣接する撚線対接続が含まれ、各対に対してＮＥＸＴ及びＦＥＸＴ消去が必要である。通信リンクの撚線対には、他の撚線対通信リンクから受信された干渉のために、外来ＮＥＸＴの消去が更に必要なことがある。

デジタル信号ストリームの前処理及び後処理を行いイーサネットＬＡＮ信号の干渉を最小化する高処理能力送受信機のための装置及び方法を有することが望ましい。前処理及び後処理の待ち時間を最小化することが望ましい。この処理には、最小量の電子回路ハードウェアを要すべきであり、また、電力損失を最小量にすべきである。他の選択肢として、処理は、より大きいデータ伝送速度を可能にすべきであり、互角のハードウェア及び消費電力を用いて、より長い伝送チャネルを可能にすべきである。

本発明には、デジタル信号ストリームの前処理及び後処理を行いイーサネットＬＡＮ信号の（自己干渉、ＩＳＩ及びクロストーク干渉を含む）干渉の最小化を行うための装置及び方法が含まれる。この処理装置及び方法は、前処理及び後処理の待ち時間に対する制御を行う。この処理は、最小量の電子回路のハードウェアで実現でき、電力損失量を最小にし、また、より良い性能を提供し得る。

本発明の実施形態には、イーサネット送受信機が含まれる。このイーサネット送受信機は、１つ以上のデジタル信号ストリームが別のデジタル信号ストリームにカップリングされている、複数のデジタル信号ストリームが含まれる。領域変換器は、この複数のデジタル信号ストリームの各々のサブブロックを元の領域からより複雑性の低い領域に変換する。プロセッサは、デジタル信号ストリームの変換されたサブブロックを結合処理する。各結合処理されたデジタル信号ストリームサブブロックは、他のデジタル信号ストリームサブブロックの影響を受ける。逆変換器は、結合処理された信号ストリームサブブロックを逆変換して元の領域に戻す。

本発明の他の実施形態には、複数のデジタル信号ストリームを結合処理するための方法が含まれる。この方法は、複数のデジタル信号ストリームを元の領域からより複雑性の低い処理領域に変換する段階と、デジタル信号ストリームの変換されたサブブロックを結合処理する段階と、各結合処理されたデジタル信号ストリームサブブロックは他のデジタル信号ストリームサブブロックの特性の影響を受けることと、結合処理された信号ストリームサブブロックを逆変換して元の領域に戻す段階と、からなる。

例示の目的のために図面に示すように、本発明は、並列信号間における干渉（自己干渉、ＩＳＩ及びクロストーク干渉）を最小化するための信号処理を含み、エコー信号の影響を最小化する高処理能力送受信機のための装置及び方法において具現化される。この送受信機は、信号処理の待ち時間に何らかの制御を行い得る。

図３には、幾つかの並列のイーサネット撚線対ＬＡＮ接続３１２，３１４，３１６，３１８を示す。この実施形態には、撚線対ＬＡＮ接続３１２，３１４，３１６，３１８を介して送信及び受信された信号のサブブロック結合処理を含むサブブロック結合プロセッサ３０１，３９１が含まれる。サブブロック結合処理は、撚線対ＬＡＮ接続３１２，３１４，３１６，３１８を介して送信及び受信された信号に対する干渉及びエコー信号の影響を低減する。

第１接続３１２は、第１送信機３１５ａ（Ｓ１Ａ）と第１受信機３２５ａ（Ｒ１Ａ）との間にあり、また、第２送信機３１５ｂ（Ｓ１Ｂ）と第２受信機３２５ｂ（Ｒ１Ｂ）との間にある。第２接続３１４は、第３送信機３３５ａ（Ｓ２Ａ）と第３受信機３４５ａ（Ｒ２Ａ）との間にあり、また、第４送信機３３５ｂ（Ｓ２Ｂ）と第４受信機３４５ｂ（Ｒ２Ｂ）との間にある。第３接続３１６は、第５送信機３５５ａ（Ｓ３Ａ）と第５受信機３６５ａ（Ｒ３Ａ）との間にあり、また、第６送信機３５５ｂ（Ｓ３Ｂ）と第６受信機３６５ｂ（Ｒ３Ｂ）との間にある。第４接続３１８は、第７送信機３７５ａ（Ｓ４Ａ）と第７受
信機３８５ａ（Ｒ４Ａ）との間にあり、また、第８送信機３７５ｂ（Ｓ４Ｂ）と第８受信機３８５ｂ（Ｒ４Ｂ）との間にある。

送信信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ，Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂ，Ｓ３Ａ，Ｓ３Ｂ，Ｓ４Ａ，Ｓ４Ｂには、デジタル信号ストリームが含まれる。送信信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ，Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂ，Ｓ３Ａ，Ｓ３Ｂ，Ｓ４Ａ，Ｓ４Ｂ、及びＲ１Ａ，Ｒ１Ｂ，Ｒ２Ａ，Ｒ２Ｂ，Ｒ３Ａ，Ｒ３Ｂ，Ｒ４Ａ，Ｒ４Ｂが非常に近接しているため、デジタル信号ストリームがカップリングされ、デジタル信号ストリーム内における遠端クロストーク（ＦＥＸＴ）及び近端クロストーク（ＮＥＸＴ）干渉双方の原因になる。更に、エコー信号は、各デジタル信号ストリームと干渉する。

ＮＥＸＴは、隣接する撚線対接続の近端で生成される信号による干渉に起因する。例えば、ＮＥＸＴ干渉には、送信機３１５ａ，３５５ａ，３７５ａの送信機信号Ｓ１Ａ，Ｓ３Ａ，Ｓ４Ａと、受信機３４５ａの受信機信号Ｒ２Ａとの干渉が含まれる。ＦＥＸＴは、隣接する撚線対接続の遠端で生成される信号による干渉に起因する。例えば、ＦＥＸＴ干渉には、送信機３１５ｂ，３５５ｂ，３７５ｂの送信機信号Ｓ１Ｂ，Ｓ３Ｂ，Ｓ４Ｂと、受信機３４５ａの受信機信号Ｒ２Ａとの干渉が含まれる。他の干渉には、エコー信号が含まれる。例えば、エコー信号には、受信機３４５ａの受信機信号Ｒ２Ａと干渉する送信機３３５ａの信号Ｓ２Ａの干渉が含まれる。他の干渉には、符号間干渉（ＩＳＩ）が含まれる。ＩＳＩは、受信機３４５ａの入力Ｒ２Ａにおける送信信号Ｓ２Ｂの自己干渉である。他の干渉には、外来信号干渉を含み得る。外来信号干渉には、一般的に、他のイーサネット撚線対ＬＡＮ接続による干渉が含まれる。

図４には、イーサネット受信機を示す。図４の実施形態は、アナログフロントエンド４１０、変換部４２０、サブブロック結合処理部４３０、及び逆変換部４４０を含む受信機である。アナログフロントエンド４１０は、複数の（ここでは、４つの）送信信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を受信する。受信された送信信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、前述した受信信号Ｒ１Ａ，Ｒ２Ａ，Ｒ３Ａ，Ｒ４Ａ又はＲ１Ｂ，Ｒ２Ｂ，Ｒ３Ｂ，Ｒ４Ｂのいずれかを表し得る。

変換部４２０は、各デジタル信号ストリームを元の領域からより複雑性の低い領域に変換する。変換の実施例には、デジタル信号ストリームを時間領域から新しい領域に変換する離散フーリエ変換（ＤＦＴ）が含まれる。効率的な離散フーリエ変換は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）である。しかしながら、他の可能な変換の例には、離散コサイン変換、離散波長変換、離散ハートリ変換及びマルチレートフィルタ変換が含まれる。一般前提は、変換によって、デジタル信号ストリームの処理がより複雑性の低い電子回路（例えば、より少ない積和、より遅いクロック等）で実現し得る異なる領域が提供されることである。

変換部４２０は、デジタル信号ストリームからサンプルのブロックを選択して変換する。一実施形態には、７６８サンプル等のサンプルのブロックを連続的に選択する段階と、デジタル信号ストリームの各ブロックを変換する段階と、が含まれる。ブロックの大きさには、当然、限界が存在する。ブロックが小さ過ぎる場合、ブロックに基づく処理は、歪みを生じ得る。従って、一般的に、ブロックには、歪みを発生させないほどの充分なデジタル信号ストリームのサンプルが含まれる。ブロック内になければならないサンプルの最小数は、一般的に、「フィルタ時間サンプルスパン」と呼ばれるものによって制限される。ブロック内に含まれるサンプルの持続時間は、フィルタ時間サンプルスパンより大きいほうがよい。要求されるブロックサイズは、エコー信号処理とＮＥＸＴ信号処理との間において、また、ＦＥＸＴ信号処理とＩＳＩ信号処理との間において、変動し得ることに留意すべきである。

エコー干渉は、本来、混成回路、コネクタ又は撚線対における反射又は不整合によって生じる。ほとんどのエコー信号エネルギは、第１反射を含む信号の第１ラウンドトリップに含まれる。１００メートルの撚線対長の場合、ラウンドトリップは、約２００メートルであり、約１ｕｓかかる。ほとんどの１０ギガビット用途の場合、通常のエコースパン時間は、１００〜１０００ｎｓである。通常のＦＥＸＴ時間スパンは、５０乃至５００ｎｓである。通常のＮＥＸＴ時間スパンは、５０乃至１００ｎｓである。１０ギガビットＤＡＣ／ＡＤＣは約１ＧＨｚでサンプリングを行い、カップリングＦＩＲ応答が、エコー干渉の場合、１００乃至１０００サンプルのブロックを有し、ＮＥＸＴ干渉の場合、１００乃至１０００サンプルのブロックを有し、ＦＥＸＴ干渉の場合、１０乃至１００サンプルのブロックを有する。例えば、エコーブロックサイズが１０００サンプルであり、また、エコーブロックサイズが３００サンプルである場合、エコー及びＮＥＸＴの結合変換処理には、１０００サンプルより大きいブロックサイズが必要である。

他の実施形態には、デジタル信号ストリームのブロックを１２８サンプル等のより小さいサブブロックに分割する段階と、各サブブロックを個別に変換する段階と、が含まれる。後述するように、サブブロックを分割する段階によって、各サブブロックは、個別に結合して処理し得る。サブブロックの逆変換前に結合サブブロック処理を行うと、全結合処理の複雑性が大幅に低減される。これによって、結合処理の待ち時間を大きく低減し得る。サブブロックの処理は、サンプルの全ブロックが受信される前に始まるが、ブロック処理では、一般的に、デジタルサンプルの全ブロックが、ブロックの処理が始まる前に受信されることが必要である。従って、サブブロック処理は、処理の待ち時間を低減する。更に、サブブロック処理は、多数のデジタル信号ストリームの更に効率的な処理を提供し得る。異なる種類の干渉のフィルタ時間サンプルスパンは、通常、異なる。サブブロックの大きさを適切に選択すると、異なる種類の歪みの有効なブロックサイズは、通常、サブブロックサイズの倍数で変化し、これによって、必要な結合処理の最小化が可能になる。

結合処理部４３０は、変換されたデジタル信号ストリームサブブロックを結合処理する。各結合処理されたデジタル信号ストリームサブブロックは、他の各デジタル信号ストリームの影響を受ける。結合処理部４３０の様々な実施形態には、ＮＥＸＴ及びＦＥＸＴ干渉の影響を低減し、また、エコー信号の影響を低減する処理が含まれる。変換されたデジタル信号ストリームサブブロックは、結合して処理される。即ち、各デジタル信号ストリームのサブブロック処理は、処理される他のデジタル信号ストリームの特性（干渉及びエコー）に依存する。より詳細には、通信リンクの４つの隣接する撚線対に電気的にカップリングされた４つのデジタル信号ストリーム（４つの送信ストリーム及び４つの受信ストリーム）が含まれるイーサネットシステムの場合、各サブブロックの変換済みデジタル信号ストリームの結合処理は、他のデジタル信号ストリームに起因する干渉に依存する。

サブブロック結合処理には、各変換されたサブブロックデジタル信号ストリームと、適切なデカップリング行列とのサブブロック行列乗算を含み得る。４つの変換されたデジタル信号ストリームの行列乗算は、４つの結合してサブブロック化され処理された出力を生成する。サブブロック行列の要素は、通信リンクを介した送信中のデジタル信号ストリームのカップリングによる干渉、及びＩＳＩ等の自己干渉に起因する影響を低減するように選択される。要素は、エコー信号の影響を更に受け得る。

逆変換部４４０は、結合処理された信号ストリームサブブロックを逆変換して元の領域に戻す。一般的に、元の領域は、時間領域である。
図５には、イーサネット送受信機の更なる詳細を示す。この実施形態には、イーサネット送受信機の２つのデジタル信号ストリーム（Ｓ１，Ｓ２）だけが含まれることから、この実施形態は、図３の実施形態より単純である。信号ストリーム（Ｓ１，Ｓ２）は、サブブロック結合処理され、デジタル信号ストリーム（Ｓ１’，Ｓ２’）を生成する。全信号
ストリーム（Ｓ１，Ｓ２）は、個々の単一の各信号ストリームを推定するために用いられる。受信信号ストリームの数は、簡単に増やせる。処理されたデジタル信号ストリーム（Ｓ１’，Ｓ２’）は、受信機又は送信機のいずれかの信号ストリームと加算され、信号干渉の影響が最小化される。図５に示すように、処理されたデジタル信号ストリームＳ１’は、エコー１１及びＮＥＸＴ１２干渉補正信号を生成し、また、処理されたデジタル信号ストリームＳ２’は、エコー２２及びＮＥＸＴ２１干渉補正信号を生成する。

デジタル信号ストリーム（Ｓ１，Ｓ２）は、サブブロック化され、変換ブロック５２２，５２４によって、（より複雑性の低い電子回路が必要な）より単純な領域に変換される。

送受信機の結合処理の実施形態には、エコー処理が含まれる。図５のエコー処理には、４つの１２８サンプルサブブロック行列乗算が含まれる。図５のブロックには、４つのサブブロックが含まれ、従って、ブロックには、５１２サンプルが含まれる。５１２サンプルのサンプル時間は、前述したフィルタ時間サンプルスパンより長くなければならない。通常、ブロックサイズは、フィルタ時間サンプルスパンの２倍以上である。

サブブロック結合信号処理（エコー（ＥＣＨＯ）１１、ＮＥＸＴ１２）部には、（ＦＩＦＯとして示した）４つのメモリ要素５４２，５４４，５４６，５４８が含まれる。各メモリ要素５４２，５４４，５４６，５４８は、サブブロック分のデジタル信号ストリームサンプルを記憶する。ブロックを等価に広げるように、４つのサブブロックが組み合わせられる。新しいサブブロック分のサンプルが受信されると、メモリ要素５４２，５４４，５４６，５４８は、記憶されたサブブロックを１つのメモリ要素分シフトする。従って、結合サブブロック処理は、常に、受信デジタル信号ストリームの内、最新の受信された４つのサブブロックに対して行われる。メモリ要素の数は、選択可能であり、また、所望のブロック及びサブブロックサイズに依存する。

エコー処理の場合、メモリ要素５４２，５４４，５４６，５４８の各サブブロックには、対応するエコーサブブロック結合処理フィルタが掛けられる。第１メモリ要素５４２の第１サブブロックにはサブブロック結合処理フィルタＨ_１１Ｉ（ｋ）が掛けられ、第２メモリ要素５４４の第２サブブロックにはサブブロック結合処理フィルタＨ_１１Ｊ（ｋ）が掛けられ、第３メモリ要素５４６の第３サブブロックにはサブブロック結合処理フィルタＨ_１１Ｋ（ｋ）が掛けられ、第４メモリ要素５４８の第４サブブロックにはサブブロック結合処理フィルタＨ_１１Ｌ（ｋ）が掛けられる。サブブロックエコー処理される出力は、加算器５４１，５４３，５４５，５４７によって加算される。

ＮＥＸＴ（ＮＥＸＴ（１２））処理の場合、メモリ要素５４２，５４４の各サブブロックには、対応するＮＥＸＴサブブロック結合処理フィルタが掛けられる。第１メモリ要素５４２の第１サブブロックにはサブブロック結合処理フィルタＨ_１２Ｉ（ｋ）が掛けられ、第２メモリ要素５４４の第２サブブロックにはサブブロック結合処理フィルタＨ_１２Ｊ（ｋ）が掛けられる。ＮＥＸＴ処理の場合、ブロックを等価に広げるように、２つのサブブロックが組み合わせられる。前述したフィルタ時間サンプルスパンは、エコー処理の場合より、ＮＥＸＴ処理の場合の方が小さい。従って、ＮＥＸＴ処理に必要なブロックサイズは、エコー処理の場合より小さい。

サブブロック結合信号処理（ＥＣＨＯ２２、ＮＥＸＴ２１）部には、（ＦＩＦＯとして示す）４つのメモリ要素５６２，５６４，５６６，５６８が含まれる。各メモリ要素５６２，５６４，５６６，５６８は、サブブロック分の変換されたデジタル信号ストリームサンプルを記憶する。４つのサブブロックは、組み合わせられてブロックを形成する。

エコー処理の場合、メモリ要素５６２，５６４，５６６，５６８の各サブブロックには、対応するエコーサブブロック結合処理フィルタが掛けられる。第１メモリ要素５６２の第１サブブロックにはサブブロック結合処理フィルタＨ_２２Ｉ（ｋ）が掛けられ、第２メモリ要素５６４の第２サブブロックにはサブブロック結合処理フィルタＨ_２２Ｊ（ｋ）が掛けられ、第３メモリ要素５６６の第３サブブロックにはサブブロック結合処理フィルタＨ_２２Ｋ（ｋ）が掛けられ、第４メモリ要素５６８の第４サブブロックにはサブブロック結合処理フィルタＨ_２２Ｌ（ｋ）が掛けられる。サブブロックエコー処理された出力は、加算器５６１，５６３，５６５，５６７によって加算される。

ＮＥＸＴ処理の場合、メモリ要素５６２，５６４の各サブブロックには、対応するＮＥＸＴサブブロック結合処理フィルタが掛けられる。第１メモリ要素５７２の第１サブブロックにはサブブロック結合処理フィルタＨ_２１Ｉ（ｋ）が掛けられ、第２メモリ要素５７４の第２サブブロックにはサブブロック結合処理フィルタＨ_２１Ｊ（ｋ）が掛けられる。前述したフィルタ時間サンプルスパンは、エコー処理の場合より、ＮＥＸＴ処理の場合の方が小さい。従って、ＮＥＸＴ処理に必要なブロックサイズは、エコー処理の場合より小さい。

逆変換ブロック５８０，５８２は、加算器５４７，５６７の出力を逆変換する。逆変換ブロック５８０の出力は、第１デジタル信号ストリームＳ１の第１推定値である。追加の時間処理は、第１推定値を洗練するために、又は、Ｈ_ｉｊＬ行列項の数を低減するために含み得る。逆変換ブロック５８２の出力は、第２デジタル信号ストリームＳ２の第１推定値である。追加の時間処理は、第１推定値を洗練するために含み得る。

図５に示す結合処理は、受信処理及び送信処理の双方に用いられ得る。一実施形態には、送信結合処理及び受信結合処理双方に用いられる同じ大きさのサブブロックが含まれる。他の実施形態には、送信結合処理及び受信結合処理双方のための共通のサブブロック変換器が含まれる。明らかに、これによって、組み合わせられた送信及び受信結合処理に必要な電子回路ハードウェアの量を低減し得る。

各結合サブブロックの精度は、カップリングの大きさに依存し得る。より詳細には、サブブロック結合処理のビット幅は、時間スパンが大きくなると干渉カップリングのエネルギが減少するため、サブブロックの結合処理チェーン内における後続のサブブロックに対して低減し得る。例えば、図５のエコー干渉サブブロックチェーンには、減少する信号エネルギに対応してビット幅が減少するメモリ要素５４２，５４４，５４６，５４８を含み得る。

結合処理他の実施形態には、カップリングがしきい値未満である場合ディスエーブル状態にされるサブブロックフィルタのサブセットが含まれる。例えば、エコー信号には、より低いエネルギ信号成分より大きいより高いエネルギ信号成分をある時間スパンにおいて含み得る。より短い時間スパンの場合、より低いエネルギ信号成分は、所定のしきい値未満になり、対応する結合サブブロックフィルタは省略し得る。ケーブル長及びコネクタタイプによって、エコー信号干渉は、大きく変動し得る。短いケーブルには、通常、より短い時間スパンに渡って、より高いエネルギ干渉が含まれ、これに対して、長いケーブルには、通常、より大きな時間スパンに渡って、より高いエネルギ干渉が含まれる。

図６には、本発明の一実施形態によるイーサネット送信機を示す。この送信機は、デジタル信号ストリームＳ１’，Ｓ２’，Ｓ３’，Ｓ４’を受信して、イーサネットチャネルを介して送信を行う。この実施形態では、サブブロック結合処理を用いて、デジタル信号ストリームが送信される前に、デジタル信号ストリームを前処理する。前処理は、イーサネットチャネルを介した送信の後、デジタル信号ストリーム間の干渉を低減する。

変換ブロック６２０は、各デジタル信号ストリームを元の領域からより複雑性の低い処理領域に変換し、サブブロックを形成する。より複雑性の低い領域によって、デジタル信号ストリームサブブロックの結合処理を更に簡単に実現し得る。

イーサネットサブブロック結合信号プロセッサ６３０は、変換されたデジタル信号ストリームサブブロックのサブブロック結合処理を行い、各結合処理されたデジタル信号ストリームサブブロックは、他のデジタル信号ストリームサブブロックの影響を受ける。サブブロック結合処理行列の要素を動的に決定し、送信干渉を継続的に低減し得る。

結合処理には、ＦＥＸＴ及びＩＳＩサブブロック結合処理が含まれる。ＦＥＸＴ及びＩＳＩ処理の一実施例は、図５に示し説明したＮＥＸＴ及びエコーサブブロック結合処理と極めて類似している。

逆変換ブロック６４０は、結合処理された信号ストリームサブブロックを逆変換して元の領域に戻す。
フロントエンド送受信機６１０は、処理されたデジタル信号ストリームからアナログ信号を生成して、イーサネットチャネルを介して送信を行う。

図７には、近接チャネルサブブロック処理が含まれるイーサネット送信機の更なる詳細を示す。近接チャネル処理には、ＮＥＸＴサブブロック処理及びエコーサブブロック処理が含まれる。サブブロック処理には、一般的に、送信信号Ｓ１’，Ｓ２’，Ｓ３’，Ｓ４’のフィルタ処理が含まれる。フィルタ処理された（結合処理された）出力は、受信信号と加算して、ＮＥＸＴ及びエコー干渉の影響を低減得る。

送信信号Ｓ１’，Ｓ２’，Ｓ３’，Ｓ４’は、ＦＥＣ（フォワードエラー補正器）７１０を通過する。
ＤＦＴブロック７２０は、送信信号に対して離散フーリエ変換を行う。

ＮＥＸＴブロック７３０は、送信信号の近接チャネルサブブロック信号処理を行う。近接チャネル信号サブブロック処理は、送信信号のＮＥＸＴ干渉の推定値を提供する。
エコーブロック７４０は、送信信号のエコーサブブロック処理を行う。近接チャネル信号サブブロック処理は、送信信号のエコー信号干渉の推定値も提供する。

処理されたサブブロック信号ストリームは、受信信号ストリームＲ１Ａと加算され、近接チャネル干渉の受信信号ストリームＲ１Ａへの影響を低減する。具体的には、ＮＥＸＴ干渉及びエコー干渉の推定値は、実際のＮＥＸＴ及びエコー干渉を最小化するために受信信号ストリームＲ１Ａと加算される。

逆離散変換（ＩＤＦＴ）７２５は、補正信号（ＮＥＸＴ及びエコー）を変換して元の（一般的に、時間）領域に戻す。
ＤＡＣ７３５は、補正信号をデジタル信号からアナログ信号に変換して、補正信号とアナログ受信信号ストリームＲ１Ａとを加算させる。他の実施形態には、アナログ信号としてよりもむしろデジタル信号として受信信号ストリームと加算される補正信号が含まれる。他の実施形態には、変換されて元の領域に戻る前に、即ち、ＩＤＦＴ７２５によって変換されて元の領域に戻る前に、受信信号ストリームと加算される補正信号が含まれる。

ＡＤＣ７９０は、補正済み受信信号をデジタル信号ストリームに変換して、更に受信機処理を行う。ＡＤＣ７９０は、ＡＤＣ７９０に先立つアナログ領域において、補正信号を加算することによって簡略化し得る。

図８には、遠接チャネルサブブロック処理を含む他のイーサネット送信機の更なる詳細を示す。この実施形態には、送信される前に送信信号Ｓ１Ａと加算される遠接チャネル補正信号を生成するＦＥＸＴサブブロックプロセッサ８３０が含まれる。補正信号は、補正信号を送信信号Ｓ１Ａと加算することによって、ＦＥＸＴ干渉の影響を低減する。

ＦＥＣ７１０及びＤＦＴ７２０には、それらをＦＥＸＴ及びＮＥＸＴ処理双方に用い得ることを示すための図７のものと同じ識別子が含まれる。
送信信号Ｓ１Ａは、ＦＩＦＯ８５０及びフィルタ８６０を通過する。

ＦＥＸＴプロセッサ８３０の補正信号は、ＩＤＦＴ７７０によって元の領域に変換され、そして、送信信号Ｓ１Ａと加算され、送信信号Ｓ１Ａを前処理して、イーサネットチャネルを介した送信時、送信信号Ｓ１Ａが被ったＦＥＸＴ及びＩＳＩ干渉の影響を低減する。

図８には、前処理された送信信号をアナログ信号に変換して、イーサネットチャネルを介して送信するＤＡＣ７１５が含まれる。
図９には、本発明の一実施形態による複数のデジタル信号ストリームを結合処理する方法の作用を示す。

第１の作用９１０には、各デジタル信号ストリームサブブロックを元の領域からより複雑性の低い領域に変換する段階が含まれる。
第２作用９２０には、デジタル信号ストリームの変換されたサブブロックの結合処理が含まれ、各結合処理されたデジタル信号ストリームサブブロックが、他のデジタル信号ストリームサブブロックの特性の影響を受ける。

第３作用９３０には、結合処理された信号ストリームサブブロックを逆変換して元の領域に戻す段階が含まれる。
［行列結合信号処理］
本発明の結合行列信号処理には、イーサネット接続のイーサネット信号の伝送特性を推定する段階が含まれる。この特性には、干渉（ＮＥＸＴ、ＦＥＸＴ、ＩＳＩ、ＡＮＥＸＴ）及びエコー信号が含まれる。

この伝送特性は、一般的に、２つの組の行列、即ち、一組の近接チャネル行列及び一組の遠接チャネル行列に分けることができる。近接チャネル行列及び遠接チャネル行列の推定値は、イーサネット信号の結合処理に用いられる。近接チャネル行列及び遠接チャネル行列は、既知のデジタル信号ストリームを送信し、また、所望の受信機において結果的に生じる応答を解析することによって推定し得る。

［近接チャネル行列］
図３及び５において、送受信機Ａ及び結合プロセッサ３０１に関連した受信機は、送信機３１５ａ，３３５ａ，３５５ａ，３７５ａが送信を行っており、また、送信機３１５ｂ，３３５ｂ，３５５ｂ，３７５ｂが送信を行っていない場合、イーサネットデジタル信号ストリームＲ１Ａ，Ｒ２Ａ，Ｒ３Ａ，Ｒ４Ａを受信する。図５に示すような２ストリーム受信機の場合、チャネル行列ｈａは、デジタル信号ストリームＳ１Ａ，Ｓ２Ａとして送信された信号ストリームＲ１Ａ，Ｒ２Ａを近似するのに用いられ得る。即ち、送受信機Ａは、デジタル信号ストリームが近端イーサネット伝送チャネルｈａを通過した後、デジタル信号ストリームＳ１Ａ，Ｓ２Ａを受信する。受信されたデジタル信号ストリームＲ１Ａ，Ｒ２Ａは、（ノイズ及び外来クロストークを無視して）、次のように近似し得る。即ち、

上式において、ｈａ行列のｈ_ｉｊ要素は、受信されたデジタル信号ストリームＲ１Ａ，Ｒ２Ａの干渉を生成するカップリングのインパルス応答であり、また、次の符号は、たたみこみを示す。

図５の２信号ストリーム受信機の場合、伝送チャネルの各要素は、エコー項に対しては、４つのサブブロックチャネル行列に、また、ＮＥＸＴ項に対しては、２つのサブブロックチャネル行列に拡張し得る。即ち、

上式において、Ｄは、遅延を示し、Ｍは、サブブロックサイズである。
ベクトルｒａは、受信されたデジタル信号ストリームが含まれるベクトルを表すのに用いられ得る。より詳細には、ｒａ＝［Ｒ１Ａ，Ｒ２Ａ］である。ベクトルｓａは、送信されたデジタル信号ストリームを表すのに用いられ得る。より詳細には、ｓａ＝［Ｓ１Ａ，Ｓ２Ａ］である。この式の場合、

図５の受信機の場合、ｈａは、サブブロック行列で次のように表し得る。即ち、

このｈａの行列式は、エコー及びＮＥＸＴ干渉信号のモデルを提供する。この行列は、既知の信号を送信して、結果的に生じる受信信号を観察することによって生成し得る。ｈ
ａ推定は、例えば、イーサネット送受信機の電源投入時、行ない得る。ｈａ行列の推定によって、エコー及びＮＥＸＴクロストークの影響を低減するためのサブブロック結合処理（フィルタ）の決定を行い得る。

ｈａ行列の対角項ｈｊｊは、エコー信号カップリングのインパルス応答を表す。ｈａ行列の非対角項ｈｉｊ（ｉ≠ｊ）は、ＮＥＸＴカップリングのインパルス応答を表す。送受信機（送受信機Ａ）は、ｒａ及びｓａベクトルに関する情報を有し、この情報をｈａの近似に用い得る。送受信機は、ｒａ及びｓａの既知の情報を用いて、処理（フィルタ処理）を生成し、ｈａを近似し得る。ｅｓｔ＿ｈａの推定値は、下式の誤差（ｅｒｒｏｒ）を最小化することによって適応可能に決定される。即ち、

誤差最小化は、変換された領域においても決定し得る。即ち、上式は、全成分を逆変換して元の領域に戻す前に、最小化できたはずである。
この推定は、最小平均二乗（ＬＭＳ）又は逐次最小二乗（ＲＬＳ）アルゴリズムを用いて適応可能に行ない得る。これらアルゴリズムの収束時及び収束後の双方において、送受信機は、ｅｓｔ＿ｈａを演算し、そして、ｅｓｔ＿ｈａに基づき、ベクトル信号ｓａをフィルタ処理する。送受信機の受信機部は、受信信号ｒａから結合集合信号

を減算する。より詳細には、受信機は、以下の最小値を演算する。即ち、

前述したように、較正時、ｒａ及びｓａは、既知の量である。近端チャネルの推定値（ｅｓｔ＿ｈａ）を決定することによって、結合処理を受信及び送信信号ストリームに対して行ない信号干渉を最小化し得る。結合処理は、高処理能力イーサネット伝送チャネルの場合、より複雑性の低い領域において結合処理を行うことによって、簡略化し得る。

送信されたデジタル信号ストリームｓａは、より処理の複雑性の低い領域に変換される（Ｓａによって表す）。近端チャネル行列ｅｓｔ＿ｈａの推定値は、より複雑性の低い領域に変換される（ｅｓｔ＿Ｈａによって表す）。近端補正信号（Ｅｎａ）は、変換された信号ストリームＳａに、変換された近端チャネル行列（ｅｓｔ＿Ｈａ）を乗ずることによって決定し得る。そして、近端補正信号（Ｅｎａ）は、変換され（ｅｎａ）元の領域に戻される。逆変換された信号ｅｎａは、受信信号から減算して、近接チャネル干渉の影響を低減し得る。

通常のイーサネットの値Ｐ及びＮの場合、高エコー及びＮＥＸＴ干渉消去は、より複雑性の低い処理で達成し得る。更に、受信機が、ＩＳＩ、ＦＥＸＴ及びＡＮＥＸＴのうちの
１つ以上を低減するために受信信号ｒａの周波数領域処理も行っていて、また、信号及び変換が、関連するサブブロックサイズ及び遅延を有する場合、送信機の逆変換は、受信機の逆変換と組み合わせて、処理の複雑性を更に低減し得る。

［遠接チャネル行列］
図３において、送受信機Ａ及び結合プロセッサ３０１に関連した受信機は、送信機３１５ｂ，３３５ｂが送信しており、また、送信機３１５ａ，３３５ａが送信していない場合、イーサネットデジタル信号ストリームＲ１Ａ，Ｒ２Ａを受信する。チャネル行列ｈｂは、デジタル信号ストリームＳ１Ｂ，Ｓ２Ｂとして送信された信号ストリームＲ１Ａ，Ｒ２Ａを近似するために用いられ得る。即ち、送受信機Ａは、デジタル信号ストリームが遠端イーサネット伝送チャネルｈｂを通過した後、デジタル信号ストリームＳ１Ｂ，Ｓ２Ｂを受信する。受信されたデジタル信号ストリームＲ１Ａ，Ｒ２Ａは、以下のように、（ノイズ及び外来クロストークを無視して）、近似し得る。即ち、

上式において、ｈｂ行列のｈ_ｉｊ要素は、受信されたデジタル信号ストリームＲ１Ａ，Ｒ２Ａの干渉を生成するカップリングのインパルス応答である。
２信号ストリーム送受信機の場合、伝送チャネルの各要素は、ＩＳＩ項の場合、４つのサブブロックチャネル行列に、また、ＦＥＸＴ項の場合、２つのサブブロックチャネル行列に拡張し得る。即ち、

上式において、Ｄは、遅延を示し、Ｍは、サブブロックサイズである。
ベクトルｒａは、受信されたデジタル信号ストリームが含まれるベクトルを表すのに用いられ得る。より詳細には、ｒａ＝［Ｒ１Ａ，Ｒ２Ａ］である。ベクトルｓｂは、送信されたデジタル信号ストリームを表すのに用いられ得る。より詳細には、ｓｂ＝［Ｓ１Ｂ，Ｓ２Ｂ］である。この式の場合、

４つの連続した結合して処理されるサブブロックを有する２入力送受信機の場合、ｈｂ
は、サブブロック行列で次のように表し得る。即ち、

このｈｂの行列式は、ＩＳＩ及びＦＥＸＴ干渉信号の表現を提供する。例えば、この行列は、既知の信号を送信し、結果的に生じる受信信号を観察することによって生成し得る。ｈｂ推定は、例えば、イーサネット送受信機の電源投入時、行ない得る。ｈｂ行列の推定によって、ＩＳＩ及びＦＥＸＴクロストークの影響を低減するためのサブブロック結合処理（フィルタ）の決定を行い得る。

ｈｂ行列の対角項ｈｊｊは、ＩＳＩ信号カップリングのインパルス応答を表す。ｈｂ行列の非対角項ｈｉｊ（ｉ≠ｊ）は、ＦＥＸＴカップリングのインパルス応答を表す。送受信機（送受信機Ａ）は、ベクトルｒａ及びベクトルｓｂに関する情報を有し、この情報をｈｂの近似に用い得る。通常、送信信号ｓｂは、既知（例えば、トレーニング信号）であるか、又は、ｒａの復調から推定し得る。送受信機は、ｒａ及びｓｂの既知の情報を用いて、処理（フィルタ処理）を生成し、ｈｂを近似し得る。ｈｂの推定値は、ｅｓｔ＿ｈｂとして示すが、下式の誤差を最小化することによって適応可能に決定される。即ち、

この推定は、最小平均二乗（ＬＭＳ）又は逐次最小二乗（ＲＬＳ）アルゴリズムを用いて適応可能に行ない得る。これらアルゴリズムの収束時及び収束後の双方において、送受信機は、ｅｓｔ＿ｈｂを演算する。受信機は、ｅｓｔ＿ｈｂを後処理し、結合行列等化子を演算する。ｅｓｔ＿ｈｂの擬似逆行列演算（Ｉｎｖ＿ｅｓｔ＿ｈｂとして示す）を行い、ｅｓｔ＿ｈｂに結合行列等化子の解を提供し得る。結合行列等化子Ｉｎｖ＿ｅｓｔ＿ｈｂの受信ベクトル信号ｒａへの適用によって、送受信機Ｂから送信される信号ｓｂの推定値（ｅｓｔ＿ｓｂで示す）が生成される。この結合行列演算は、結合して受信されたベクトルを等化し、信号ストリーム全体のＦＥＸＴカップリングの影響を低減する。より詳細には、受信機は、以下の最小値を演算する。即ち、

前述したように、較正時、ｒａ及びｓｂは、既知の量である。遠端チャネルの推定値（ｅｓｔ＿ｈｂ）及び結合等化子の推定値（Ｉｎｖ＿ｅｓｔ＿ｈｂ）を決定することによって、結合処理を受信及び送信信号ストリームに対して行ない信号干渉を低減し得る。結合処理は、高処理能力イーサネット伝送チャネルの場合、より複雑性の低い領域において結合処理を行うことによって、簡略化し得る。

受信されたデジタル信号ストリームｒａは、より複雑性の低い領域に変換される（Ｒａによって表す）。遠端チャネル行列等化子の推定値Ｉｎｖ＿ｅｓｔ＿ｈｂは、より複雑性の低い領域に変換される（Ｉｎｖ＿ｅｓｔ＿Ｈｂによって表す）。送信されたデジタルストリームの推定値（ｅｓｔ＿Ｓｂ）は、変換された信号ストリームＲａに変換された近端チャネル行列（Ｉｎｖ＿ｅｓｔ＿Ｈｂ）を乗ずることによって決定される。そして、送信されたデジタルストリームの推定値（ｅｓｔ＿Ｓｂ）は、変換されて（ｅｓｔ＿ｓｂ）、元の領域に戻される。この推定値は、受信機の後続の機能（スライシング、誤差補正、スクランブル処理等）で後処理し得る。

他の結合処理受信機も可能である。例えば、結合行列等化子Ｉｎｖ＿ｅｓｔ＿ｈｂは、ｅｓｔ＿ｈｂを推定する中間のステップを必要とせずに、既知の信号ｒａ及びｓｂから直接演算し得る。

更に、ＤＦＥ（判定フィードバック等化子）その他、ｅｓｔ＿ｓｂの部分的推定値が繰り返し用いられるマルチユーザ検出の変形等の非線形行列等化子が可能である。
［部分的時間領域処理］
幾つかの用途では、変換領域処理は、もっと効率的な全体的処理のために、部分的時間領域処理と共有し得る。例えば、ｈａの対角要素ｈａｊｊが、ｈａの非対角要素ｈａｉｊ（ｉ≠ｊ）より長いカップリングインパルス応答を有する近接チャネル行列ｈａの場合を考えてみる。この状況は、イーサネット送受信機の場合、エコー（対角）がＮＥＸＴ（非対角）より長いことが多いため、よくあることである。処理すべきデータの大きさが、最も長いカップリングインパルス応答より大きくなければならない場合、変換領域処理に変換ブロックプロセッサが必要ならば、全ての結合領域変換は、ｈａの対角要素より大きい長さのブロックサイズを用いて行い得る。対角インパルス応答は、２つの構成要素ｈａｊｊ＝ｈａｊｊＤ＋ｈａｊｊＴに分解し得るが、この場合、ｈａｊｊＤは、ｈａｊｊより短く、ｈａｉｊ（ｉ≠ｊ）と同様な長さを有する。新しいインパルス応答ｈａｊｊＤは、結合変換領域プロセッサに用いることができ、また、ｈａｊｊＴは、時間領域処理に用いられ得る。即ち、結合領域変換は、新しい近接チャネルに対して行われる。即ち、

また、ｈａｊｊＴの残りの処理は、時間（又は他の）領域において行われる。他の選択肢には、残りのｈａｊｊＴに対して第２の結合領域変換処理を行う段階が含まれる。
第３行列ｈｃは、外来信号に対して推定し得る。しかしながら、既知の信号は、一般的に、外来信号の影響を推定するために送信できない。従って、通常、幾つかの種類の盲推定手法が用いられる。

［領域変換処理によって提供される性能上の優位点］
伝送干渉の影響を低減するためのイーサネット伝送信号の時間領域結合処理に対するイーサネット伝送信号の領域変換結合処理の優位点について、複数の例を提供して実証し得る。提供した例には、ＤＦＴ変換が含まれるが、他の領域変換も用いることができる。

通常のイーサネットＬＡＮ接続は、干渉の種類に依存して、１０サンプルから１０００
サンプルに渡る自己干渉（ＩＳＩ、エコー干渉）及びクロストーク干渉（ＮＥＸＴ、ＦＥＸＴ）のうちの一方又は両方をこうむる。エコー干渉及びＮＥＸＴ干渉には、通常、１００乃至１０００サンプルのより長いスパンが必要であり、ＦＥＸＴ及びＩＳＩには、１０乃至１００サンプルのより短いスパンが必要である。要求されるサンプルの数に影響を及ぼす他の因子には、イーサネットケーブル長及びケーブルタイプ（ｃａｔ５，５ｅ，６，６ｅ，７等）が含まれる。簡単にするために、以下の例には、１００サンプルを用いる。

［時間領域処理］
実数値係数Ｐを用いて単一のＦＩＲを実現するために、標準プロセッサは、各所望のフィルタ処理された出力サンプルに対して、実数値Ｐの乗算及び加算を実行しなければならない。この数は、イーサネットフィルタ処理の場合、イーサネット送受信機が多数の送信信号及び多数の受信信号を処理しなければならないため大幅に増加する。更に、イーサネット送受信機は、その多数の信号のカップリングを緩和する。

［より簡単な領域処理］
他の選択肢として、信号は、フィルタ処理がより簡単なＤＦＴ領域等の領域に変換し得る。フィルタ処理された結果は、逆変換して元の領域に戻し得る。実数値ＤＦＴの公称の複雑性は、ＮをＤＦＴのブロックサイズとすると、Ｎ＊ｌｏｇ２（Ｎ）のオーダである。厳密な複雑性は、入力が実数であるか又は複素数であるか、及びＦＦＴサイズ、基数サイズ、メモリ対面積／速度／待ち時間のトレードオフ等のＤＦＴの実施例の詳細に依存する。ＤＦＴ変換領域におけるフィルタ処理には、フィルタのＮ個のＤＦＴサンプルと、ＮサンプルのＤＦＴ処理されるデータとの逐点乗算が必要である。この例でＮ個のサンプルを１次のオーダまで一度に処理できる場合、Ｎ個の実数サンプルのフィルタ処理には、Ｎ＊ｌｏｇ２（Ｎ）＋２Ｎ＋Ｎ＊ｌｏｇ２（Ｎ）の演算が必要である。大きさＮのＤＦＴを用いて長さＰのフィルタを演算処理すると、変換当りＮ−Ｐ個のフィルタ処理されたサンプルが生成される。サンプル当りの複雑性は、（２＊ｌｏｇ２（Ｎ）＋２）／（１−Ｎ／Ｐ）のオーダである。ＦＩＲの長さＰが、２＊ｌｏｇ２（Ｎ）より大幅に大きい時はいつでも、複雑性を大幅に簡素化でき、従って、ハードウェアコスト及び消費電力を低減し得る。例えば、Ｐ＝１００の場合、Ｎ＝２５６＞２＊Ｐであれば、変換された領域には、約（２＊ｌｏｇ２（２５６）＋２）／（１−１００／２５６）＝３０の乗算／加算が必要であり、また、標準実施例には、出力サンプル当り１００の乗算及び加算が必要である。メモリ、精度、クロックレート等の他のＨＷ実装例の詳細を無視すると、これによって、約３倍の正味利得になる。

［行列結合信号処理］
ハードウェア節約がかなり大きいのは、多数のカップリングされた所望の信号又は非所望の信号が、共通の通信チャネル、例えば、ケーブル当り４撚線対を有するＣＡＴ−５／５ｅ／６を介したギガビットイーサネットを共有する状況の場合である。この場合、４対の各々を介して送信される４つの各情報搬送信号は、隣接の３対（ＦＥＸＴ）と干渉し（クロストークが生じ）、４つの送信信号は、４つの受信信号と干渉する（エコー／ＮＥＸＴ）。この状況において、多数のフィルタ処理動作が、１６の２対組合せの各々に対して行われなければならない。例えば、第１撚線対は、第１撚線対と干渉し（エコー）、第１撚線対は、第２撚線対と干渉し（ＮＥＸＴ及びＦＥＸＴ）、また、全ての撚線対の場合も同様である。従って、システムには、多くの長いＦＩＲ実装が同時に必要なことがある。領域変換及び行列フィルタを用いたこれら全ての信号の結合処理（例えば、行列フィルタ実装例）は、結合処理を実現するのに必要なハードウェアの極めて大きな低減になる。

２つの信号源（ｘ１，ｘ２）及びこの２つの信号源の関数である２つの行列信号出力（ｙ１，ｙ２）について考えてみる。この場合、入力−出力の関係は、次の通りである。即ち、

上式において、

は、たたみこみを示し、ｈｉｊは、入力‘ｉ’と出力‘ｊ’との間のフィルタである。ｈｉｉ即ち対角項は、自己干渉（通常、ＩＳＩ又はエコー）をモデル化し、また、非対角項（ｈ１２及びｈ２１）は、カップリング又はクロストーク干渉（通常、ＦＥＸＴ及びＮＥＸＴ並びに外来ＮＥＸＴ）をモデル化する。４つのＦＩＲ ｈｉｊの長さＰを指定すると、この行列フィルタの直接的な実装には、出力サンプルベクトル（ｙ１，ｙ２）当り４＊Ｐ ＭＡＣ（積和）が必要である。このフィルタ実装は、ＤＦＴによる領域変換を用いることによって大きく低減し得る。ＤＦＴ領域におけるＦＩＲフィルタ処理は、点別積で実現し得る。システムは、まず、各ＦＩＲ応答Ｈｉｊ＝ＤＦＴ（ｈｉｊ）のＤＦＴを演算し、これらの値を記憶する。定常状態において、要求される演算は、
１．大きさＮの２つのＤＦＴを行う。より正確には、

２．逐点乗算によって行われるＤＦＴ領域フィルタ処理。例えば、

３．最後に、所望の出力は、

幾つかの軽い前／後処理が、「重なり合い及び加算（ｏｖｅｒｌａｐ ａｎｄ ａｄｄ）」又は「重なり合い及び退避（ｏｖｅｒｌａｐ ａｎｄ ｓａｖｅ）」等の端縁効果を明らかにするために必要なことがある。ＤＦＴ領域変換のこの実施例に対する定常状態の全ての複雑性は、大きさＮの２つのＤＦＴ、変換領域におけるサンプル当り４Ｎ点別ＭＡ
Ｃ、及び２つのＩＤＦＴである。ＤＦＴの場合、直接及び逆変換の複雑性は、同じである。Ｍ個の入力及びＬ個の出力の更に一般的な場合、複雑性は、ＤＦＴ領域フィルタ処理に対して、大きさＮ及び２＊Ｍ＊Ｌ＊Ｎ点別ＭＡＣのＭ＋ＬＤＦＴ／ＩＤＦＴである（ここで、２は、実数信号に対する複素演算の場合である）。重なり合いを含むと、行列ブロック変換当りの結合フィルタ処理されたベクトル出力サンプルの数は、（Ｎ−Ｐ）である。従って、出力サンプル当りの演算の複雑性は、以下のオーダである。即ち、

即ち、

直接ＦＩＲ行列実装例の場合、演算の総複雑性は、大きさＬのフィルタ処理されたベクトル出力サンプル当りＭ＊Ｌ＊Ｐである。Ｍ＝Ｌ＝４であり、また、重なり合いと待ち時間との間の良好な平衡のために、Ｐ＝１００、Ｎ＝２５６を選択する高データ速度イーサネットシステムについて再度考える。結合領域変換の演算の複雑性は、以下の通りである。

また、標準実装例は、以下の通りである。

この構造のＨＷの複雑性、コスト、及び電力の節約は、１０倍のオーダである。この節約は、Ｐが５００係数を超え得るエコー／ＮＥＸＴ消去器の場合、更に大きいことがある。
この構造の大きな節約は、送受信機の性能（処理能力、到達範囲）を増加させるために用いられ得る。Ｐ＝１００の場合、エコー及びＮＥＸＴ消去の性能は、悪い。提案された構造の複雑性が低いことによって、より良いクロストーク消去のためにＰを大幅に大きくしたり、また、より良い外来クロストーク消去のためにＭ又はＬを大きくしたりできる。

［改善された外来クロストーク消去］
同様に、結合変換処理は、外来クロストーク緩和に用いられ得る。追加のＡＤＣを含んで、追加の信号ストリームにより、性能を改善又は消去能力を改善し得る。この場合、変
換プロセッサへの入力の数は、大きい（Ｍ＞４）が、出力の数は、同じ（Ｌ＝４）なままであってよい。３つの追加のＡＤＣは、合計Ｍ＝７の入力ストリームを提供する。この結合変換プロセッサの演算の総複雑性は、

結合変換処理による追加の入力ストリームを備えた送受信機は、外来クロストーク処理消去が、Ｍ＝４の標準消去器より格段に優れており、演算の複雑性は８倍小さい。
本発明の特定の実施形態について説明し例示したが、本発明は、そのように説明し例示した部分の特定の形態又は構成に限定されるものではない。本発明は、添付された請求項によってのみ制限される。

双方向の伝送チャネルを介して通信を行う従来技術による送受信機対を示すブロック図。 隣接して配置され、送受信機対の信号ストリーム間でクロストークカップリングを生じる従来技術による複数の送受信機対を示す図。 本発明の一実施形態によるイーサネット送受信機を示す図。 本発明の一実施形態によるイーサネット受信機を示す図。 本発明の一実施形態によるサブブロック処理を含むイーサネット送受信機の一部を更に詳細に示す図。 本発明の一実施形態によるイーサネット送信機を示す図。 近接チャネルサブブロック処理が含まれるイーサネット送信機を更に詳細に示す図。 遠接チャネルサブブロック処理が含まれる他のイーサネット送信機を更に詳細に示す図。 本発明の一実施形態による、複数のデジタル信号ストリームサブブロックを結合処理する方法の作用を示す図。

Claims (48)

1. １つ以上のデジタル信号ストリームが別のデジタル信号ストリームにカップリングされている複数のデジタル信号ストリームと、
   該複数のデジタル信号ストリームの各々のサブブロックを元の領域からより複雑性の低い領域に変換するための領域変換器と、
   デジタル信号ストリームの変換されたサブブロックを結合処理するためのプロセッサと、各結合処理されたデジタル信号ストリームサブブロックは他のデジタル信号ストリームサブブロックの影響を受けることと、
   結合処理された信号ストリームサブブロックを逆変換して元の領域に戻すための逆変換器と、を含み、
   １つのサブブロックは１つのブロックが含むより少ないデジタル信号ストリームサンプルを含み、１つのブロックはデジタル信号ストリームの結合フィルタ時間サンプルスパンを超過するのに充分なサンプルを含む、イーサネット送受信機。
2. １つのブロックはデジタル信号ストリームのブロックを変換し処理しても歪みが生じないほど充分なデジタル信号ストリームサンプルを含む請求項１に記載の送受信機。
3. 送信結合処理及び受信結合処理において同じ大きさのサブブロックが用いられる請求項１に記載の送受信機。
4. 領域変換器は送信結合処理及び受信結合処理において共通のサブブロック変換器を用いる請求項１に記載の送受信機。
5. 各結合サブブロックの精度はカップリングの大きさに依存する請求項１に記載の送受信機。
6. 結合処理はサブブロックフィルタを含むことと、カップリングがしきい値未満である場合、サブブロックフィルタのサブセットはディスエーブル状態になることと、を含む請求項１に記載の送受信機。
7. 結合処理には各デジタル信号ストリームサブブロックにサブブロック処理行列を乗ずる段階が含まれる請求項１に記載の送受信機。
8. サブブロック処理行列の対角要素はデジタル信号ストリームの符号間干渉を低減するように選択される請求項７に記載の送受信機。
9. サブブロック処理行列の対角要素は適応可能に選択される請求項８に記載の送受信機。
10. サブブロック処理行列の対角要素は信号カップリング及び符号間干渉測定値に依存して適応可能に選択される請求項９に記載の送受信機。
11. サブブロック処理行列の非対角要素はデジタル信号ストリーム間のクロストークを低減するように選択される請求項７に記載の送受信機。
12. サブブロック処理行列の非対角要素は適応可能に選択される請求項１１に記載の送受信機。
13. イーサネット送受信機はデジタル信号ストリームを送信していることと、サブブロック処理行列の非対角要素はデジタル信号ストリーム間の処理クロストークを提供するように選択されることによって、デジタル信号ストリームの送信時に生じたデジタル信号ストリームの伝送クロストークが消去されることと、を含む請求項７に記載の送受信機。
14. イーサネット送受信機はデジタル信号ストリームを送信していることと、サブブロック処理行列の非対角要素はデジタル信号ストリームの送信時に生じたデジタル信号ストリームの伝送クロストークを消去するように選択されることと、を含む請求項７に記載の送受信機。
15. １つ以上のデジタル信号ストリームは時間領域処理を含む請求項４に記載の送受信機。
16. 変換された信号ストリームの結合処理は送信される信号ストリームに対して行われる請求項４に記載の送受信機。
17. 変換された信号ストリームの結合処理は受信信号ストリームに対して行われる請求項４に記載の送受信機。
18. Ｎ個のデジタル信号ストリーム及びＭ個の結合処理された信号ストリームを含む請求項４に記載の送受信機。
19. Ｎ個のデジタル信号ストリーム及び１個の結合処理された信号ストリームを含む請求項４に記載の送受信機。
20. 変換ブロックはフィルタ処理係数を変換することを含む請求項４に記載の送受信機。
21. 結合処理のフィルタ処理係数はイーサネットデジタル信号ストリーム間の干渉を低減するように決定される請求項４に記載の送受信機。
22. フィルタ処理係数は時間領域フィルタの転送領域表現を含む請求項２１に記載の送受信機。
23. デジタル信号ストリームはイーサネット・ネットワーク上で送信される請求項４に記載
    の送受信機。
24. 結合処理は近端クロストークを低減する請求項４に記載の送受信機。
25. 結合処理は外来近端クロストークを低減する請求項４に記載の送受信機。
26. 結合処理は遠端クロストークを低減する請求項４に記載の送受信機。
27. 結合処理はエコー信号干渉を低減する請求項４に記載の送受信機。
28. 結合処理は符号間干渉を低減する請求項４に記載の送受信機。
29. １つ以上のデジタル信号ストリームが別のデジタル信号ストリームにカップリングされている複数のデジタル信号ストリームと、
    該複数のデジタル信号ストリームの各々のサブブロックを元の領域からより複雑性の低い処理を可能とする新しい領域に変換するための変換器と、
    新しい領域においてデジタル信号ストリームの変換されたサブブロックを結合処理するためのプロセッサと、各結合処理されたデジタル信号ストリームサブブロックは他のデジタル信号ストリームサブブロックの影響を受けることと、
    結合処理された信号ストリームサブブロックを逆変換して元の領域に戻すための逆変換ブロックと、を含み、
    １つのサブブロックは１つのブロックが含むより少ないデジタル信号ストリームサンプルを含み、１つのブロックはデジタル信号ストリームの結合フィルタ時間サンプルスパンを超過するのに充分なサンプルを含む、送受信機。
30. １つ以上のデジタル信号ストリームが別のデジタル信号ストリームにカップリングされている複数のデジタル信号ストリームと、
    該複数のデジタル信号ストリームの各々のサブブロックを元の領域からより複雑性の低い処理を可能とする新しい領域に変換するための変換器と、
    新しい領域においてデジタル信号ストリームの変換されたサブブロックを結合処理するためのプロセッサと、各結合処理されたデジタル信号ストリームサブブロックは他のデジタル信号ストリームサブブロックの影響を受けることと、
    結合処理された信号ストリームサブブロックを逆変換して元の領域に戻すための逆変換ブロックと、
    結合処理された信号ストリームを送信するためのアナログフロントエンドと、を含み、
    １つのサブブロックは１つのブロックが含むより少ないデジタル信号ストリームサンプルを含み、１つのブロックはデジタル信号ストリームの結合フィルタ時間サンプルスパンを超過するのに充分なサンプルを含む、送信機。
31. アナログ信号ストリームを受信し、１つ以上のデジタル信号ストリームが別のデジタル信号ストリームにカップリングされている複数のデジタル信号ストリームを生成するためのアナログフロントエンドと、
    該複数のデジタル信号ストリームの各々のサブブロックを元の領域からより複雑性の低い処理を可能とする新しい領域に変換するための変換器と、
    新しい領域においてデジタル信号ストリームの変換されたサブブロックを結合処理するためのプロセッサと、各結合処理されたデジタル信号ストリームサブブロックは他のデジタル信号ストリームサブブロックの影響を受けることと、
    結合処理された信号ストリームサブブロックを逆変換して元の領域に戻すための逆変換ブロックと、を含み、
    １つのサブブロックは１つのブロックが含むより少ないデジタル信号ストリームサンプルを含み、１つのブロックはデジタル信号ストリームの結合フィルタ時間サンプルスパンを超過するのに充分なサンプルを含む、受信機。
32. 複数のデジタル信号ストリームを結合処理するための方法であって、
    複数のデジタル信号ストリームを元の領域からより複雑性の低い処理領域に変換する変換段階と、
    デジタル信号ストリームの変換されたサブブロックを結合処理する結合処理段階と、各結合処理されたデジタル信号ストリームサブブロックは他のデジタル信号ストリームサブブロックの特性の影響を受けることと、
    結合処理された信号ストリームサブブロックを逆変換して元の領域に戻す逆変換段階と、を含み、
    １つのサブブロックは１つのブロックが含むより少ないデジタル信号ストリームサンプルを含み、１つのブロックはデジタル信号ストリームの結合フィルタ時間サンプルスパンを超過するのに充分なサンプルを含む、方法。
33. 送信結合処理及び受信結合処理において同じ大きさのサブブロックが用いられる請求項３２に記載の方法。
34. 変換段階は送信結合処理及び受信結合処理において共通のサブブロック変換器を用いる請求項３２に記載の方法。
35. 各結合サブブロックの精度はカップリングの大きさに依存する請求項３２に記載の方法。
36. 結合処理段階はサブブロックフィルタを含むことと、カップリングがしきい値未満である場合、サブブロックフィルタのサブセットはディスエーブル状態になることと、を含む請求項３２に記載の方法。
37. 変換段階はフィルタ処理係数を変換する段階を含む請求項３２に記載の方法。
38. 最大量のイーサネット信号干渉最小化処理は、より複雑性の低い領域において行われる請求項３２に記載の方法。
39. 結合処理段階のフィルタ処理係数はイーサネットデジタル信号ストリーム間の干渉を最小化するように決定される請求項３２に記載の方法。
40. デジタル信号ストリームはイーサネット・ネットワーク上で送信される請求項３２に記載の方法。
41. 結合処理段階により近端クロストークが低減される請求項３２に記載の方法。
42. 結合処理段階により外来近端クロストークが低減される請求項３２に記載の方法。
43. 結合処理段階により遠端クロストークが低減される請求項３２に記載の方法。
44. 結合処理段階により符号間干渉が低減される請求項３２に記載の方法。
45. 結合処理段階によりエコー信号干渉が低減される請求項３２に記載の方法。
46. 双方向送受信機を含むネットワーク回線カードであって、双方向送受信機には、
    １つ以上のデジタル信号ストリームが別のデジタル信号ストリームにカップリングされている複数のデジタル信号ストリームと、
    該複数のデジタル信号ストリームの各々のサブブロックを元の領域からより複雑性の低い領域に変換するための領域変換器と、
    デジタル信号ストリームの変換されたサブブロックを結合処理するためのプロセッサと、各結合処理されたデジタル信号ストリームサブブロックは他のデジタル信号ストリームサブブロックの影響を受けることと、
    結合処理された信号ストリームサブブロックを逆変換して元の領域に戻すための逆変換器と、が含まれ、
    １つのサブブロックは１つのブロックが含むより少ないデジタル信号ストリームサンプルを含み、１つのブロックはデジタル信号ストリームの結合フィルタ時間サンプルスパンを超過するのに充分なサンプルを含む、ネットワーク回線カード。
47. 双方向送受信機を含むサーバであって、双方向送受信機には、
    １つ以上のデジタル信号ストリームが別のデジタル信号ストリームにカップリングされている複数のデジタル信号ストリームと、
    該複数のデジタル信号ストリームの各々のサブブロックを元の領域からより複雑性の低い領域に変換するための領域変換器と、
    デジタル信号ストリームの変換されたサブブロックを結合処理するためのプロセッサと、各結合処理されたデジタル信号ストリームサブブロックは他のデジタル信号ストリームサブブロックの影響を受けることと、
    結合処理された信号ストリームサブブロックを逆変換して元の領域に戻すための逆変換器と、が含まれ、
    １つのサブブロックは１つのブロックが含むより少ないデジタル信号ストリームサンプルを含み、１つのブロックはデジタル信号ストリームの結合フィルタ時間サンプルスパンを超過するのに充分なサンプルを含む、サーバ。
48. 双方向送受信機を含むＬＡＮシステムであって、双方向送受信機には、
    １つ以上のデジタル信号ストリームが別のデジタル信号ストリームにカップリングされている複数のデジタル信号ストリームと、
    該複数のデジタル信号ストリームの各々のサブブロックを元の領域からより複雑性の低い領域に変換するための領域変換器と、
    デジタル信号ストリームの変換されたサブブロックを結合処理するためのプロセッサと、各結合処理されたデジタル信号ストリームサブブロックは他のデジタル信号ストリームサブブロックの影響を受けることと、
    結合処理された信号ストリームサブブロックを逆変換して元の領域に戻すための逆変換器と、が含まれ、
    １つのサブブロックは１つのブロックが含むより少ないデジタル信号ストリームサンプルを含み、１つのブロックはデジタル信号ストリームの結合フィルタ時間サンプルスパンを超過するのに充分なサンプルを含む、ＬＡＮシステム。

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