JP5438821B2

JP5438821B2 - Ｄｍｔモデムにおいてダイナミックレンジを最適化するための方法および装置

Info

Publication number: JP5438821B2
Application number: JP2012507225A
Authority: JP
Inventors: スヘルストラーテ，ズィーグルト; アルドルビ，カーセム; デーガンファード，ホセイン
Original assignee: Ikanos Technology Ltd
Current assignee: Ikanos Technology Ltd
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: BRPI1016168A2; US8654866B2; JP2012525725A; EP2425538A4; WO2010129022A2; KR101685996B1; KR20120012460A; US8325825B2; US20100272164A1; EP2425538B1; WO2010129022A3; AU2010245307B2; US20130094555A1; CN103039008B; AU2010245307A1; CN103039008A; EP2425538A2

Description

関連出願の相互参照
本出願は、本明細書に完全に記載されるかのように参照によりその全体が本明細書に組み込まれている「ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＤｙｎａｍｉｃＲａｎｇｅｆｏｒＳＯＳａｎｄＶｉｒｔｕａｌＮｏｉｓｅ（ＳＯＳおよび仮想雑音のためのダイナミックレンジの最適化）」という名称の２００９年４月２７日出願の先に出願された同時係属仮出願第６１／１７３，１９５号の利益を主張するものである。

本発明は、一般に通信に関し、より具体的には、マルチラインデジタル加入者回線通信のための方法および装置に関する。本発明は、モデムが、たとえ時変雑音環境においてでも、アナログフロントエンドの最適なダイナミックレンジ設定を判定することができるようにする。

デジタル加入者回線（ＤＳＬ）技術およびその改良されたものは、Ｇ．Ｌｉｔｅ、ＡＤＳＬ、ＶＤＳＬ、ＨＤＳＬを含み、それらはすべてＸ−ＤＳＬとして広く識別され、新しい光ファイバケーブルの設置を必要とすることなく、既存の加入者回線接続の有効帯域幅を増大するために開発されてきた。Ｘ−ＤＳＬモデムは、音声帯域周波数より高い周波数において動作し、したがって、Ｘ−ＤＳＬモデムは、音声帯域モデムまたは電話会話と同時に動作することができる。現在、Ｇ．Ｌｉｔｅ、ＡＤＳＬ、ＶＤＳＬ、ＳＤＳＬ、ＭＤＳＬ、ＲＡＤＳＬ、ＨＤＳＬなどを含めて、１０を超える個別Ｘ−ＤＳＬ規格がある。これらの間で、ＡＤＳＬバリアントおよびＶＤＳＬバリアントが最も広くデプロイされてきた。これらの特定のＸ−ＤＳＬ技術はすべて、マルチトーン（ＤＭＴ）ラインコード、または変調プロトコルを用いて実施されてきた。

前述のＸ−ＤＳＬプロトコルのいずれかの帯域幅またはチャネル容量を制限する主な要因は、エコー、チャネルクロストーク、インパルス、またはバックグラウンドソースのいずれからの雑音であろうと、雑音である。雑音を最小化するための努力は、ＤＳＬアーキテクチャ全体にわたって行われる。

音声アプリケーションでは、ある一定の量のエコーは、衛星リンクによって導入されたより長い遅延がシステムに広がるまでは、電話会話にとってはポジティブなフィードバックと考えられていた。ＤＳＬシステムでは、エコーは信号の保全性に影響を及ぼし、許容できないエラーをデータ伝送に導入する。エコーキャンセラは、アナログ−デジタルコンバータにおいて、デジタルアナログコンバータ、送信フィルタ、ハイブリッド回路、受信フィルタを含むエコー経路を統合する。エコーキャンセラは、受信経路上の実際のエコーをキャンセルするために、同じ伝送データを有するが逆の符号のエコーレプリカを生成することができる。

加入者回線自体のトポロジは、加入者回線間のクロストークを最小化するために使用されることが可能である。通常、電話加入者ループは、１０、２５、または５０対を有するバインダに編成され、それぞれの対はケーブルにおいて共通の物理的または電気的シールドを共用する。キャパシタンス結合および誘導結合のため、たとえ対がＤＣに対してよく絶縁されていても、各撚り対線間にクロストークが存在する。有効クロストークは、バインダグループ内の異なる対間の異なる撚り間隔を適応させることによって低減される。バインダグループはまた、どの２つのグループも長い間隣接しないように撚られる。

モデムを加入者回線に結合するハイブリッド回路も、雑音低減を考慮して設計される。ハイブリッドは、基本的に、加入者回線上の双方向通信を可能にするブリッジ回路である。ブリッジがバランスしたとき、モデムの送信された信号から受信された信号への雑音のスピルオーバは低減される。しかし、バランシングは電話加入者ループとのインピーダンスの一致を必要とするが、これは、個々の加入者回線におけるタップの変化および温度変化のために電話ループの入力インピーダンスがループごとに変わるので、決して十分に満たされることはない。

クロストーク雑音は、同じまたは異なるタイプの伝送システムの隣接する電話加入者ループから生じる。クロストークは、クロストークがどこで発生するかによって近端クロストーク（ＮＥＸＴ）および遠端クロストーク（ＦＥＸＴ）として知られているものに分類される。ＮＥＸＴは、共通のトランシーバと一方の端で結合されたバインダ内の加入者回線間のクロストークと定義される。ＦＥＸＴは、同じ撚り対線ケーブルまたはバインダの中の２つの異なる加入者ループの反対側の端のＤＳＬトランシーバの受信経路と送信経路との間のクロストークの影響と定義される。特定のＤＳＬトランシーバの受信機フロントエンドにおけるＦＥＸＴ雑音は、撚り対線ケーブルの反対側の端において他のトランシーバによって送信された信号によって生じる。

必要とされるものは、クロストークが存在する場合における通信のための改善された能力を有するモデムである。

本発明は、有利には、デジタルマルチトーン変調（ＤＭＴ）モデムにおいてダイナミックレンジを最適化するための方法および装置を提供する。

本発明の一実施形態では、加入者回線を介してマルチトーン変調通信を提供するためのデジタル加入者回線「ＸＤＳＬ」通信システムが開示される。このシステムは、デジタル加入者回線アクセスマルチプレクサ（ＤＳＬＡＭ）および少なくとも１つのモデムを備える。ＤＳＬＡＭは、近隣の妨害加入者回線からの予想される妨害の近端クロストーク（ＮＥＸＴ）モデルを配信する。少なくとも１つのモデムは、送信経路および受信経路を形成する共用部品および個別部品を有する。少なくとも１つのモデムは、ＤＳＬＡＭに結合され、そこからの配信されたＮＥＸＴモデルに応答して、配信されたＮＥＸＴモデルでモデル化された予想される妨害に対応するように受信経路のアナログ部分のダイナミックレンジを調整し、それによって、調整されたレンジは、受信された信号のクリッピングを事実上回避するのに十分大きく、同時に結果としてかなりの過剰なダイナミックレンジを生じさせるほどには大きくない。

本発明の他の実施形態では、加入者回線を介してＸＤＳＬマルチトーン変調通信を提供するためのＸＤＳＬモデムが開示される。このモデムは、ＸＤＳＬ通信チャネルを変調および復調するための送信経路および受信経路を形成する複数の共用部品および個別部品を備える。このモデムは、近隣の妨害加入者回線からの予想される妨害の近端クロストーク（ＮＥＸＴ）モデル、および、受信経路に結合され、ＮＥＸＴモデルに応答して受信経路のアナログ部分のダイナミックレンジを調整し、配信されたＮＥＸＴモデルでモデル化された予想される妨害に対応するレンジ最適化部品をさらに備え、それによって、調整されたレンジは、受信された信号のクリッピングを事実上回避するのに十分大きく、同時に結果としてかなりの過剰なダイナミックレンジを生じさせるほどには大きくない。関連する方法および手段も開示される。

本発明のこれらおよび他の特徴および利点は、添付の図面に関連しての以下の詳細な説明から、当業者にはより明らかになるであろう。

公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）中央局（ＣＯ）とリモートサイトとの間の加入者回線のバインダによって相互に結合されたマルチモード・マルチチャネル・モデム回線カードの対を有する通信システムの図である。図２Ａは束の中の対応する加入者回線によって相互に結合されたトランシーバの向かい合ったセットのハードウェアブロック図である。図２Ｂは図２Ａに示されている束の中の加入者回線の横断面図である。中央局（ＣＯ）および顧客構内機器（ＣＰＥ）における送信信号および受信信号の相対電力、ならびにクロストークを介しての加入者回線間の結合の信号図である。図１に示されている中央局において回線カード上に取り付けられた本発明のトランシーバの一実施形態を示すハードウェアブロック図である。図５Ａは、近隣ＮＥＸＴがモデムの受信経路に影響を及ぼす場合の近隣ＮＥＸＴの周波数領域信号図である。図５Ｂは、近隣ＮＥＸＴがモデムの受信経路に影響を及ぼす場合の近隣ＮＥＸＴの周波数領域信号図である。図５Ｃは、近隣ＮＥＸＴがモデムの受信経路に影響を及ぼす場合の近隣ＮＥＸＴの周波数領域信号図である。図５Ｄは、近隣ＮＥＸＴがモデムの受信経路に影響を及ぼす場合の近隣ＮＥＸＴの時間領域信号図である。図５Ｅは、近隣ＮＥＸＴがモデムの受信経路に影響を及ぼす場合の近隣ＮＥＸＴの時間領域信号図である。図５Ｆは、近隣ＮＥＸＴがモデムの受信経路に影響を及ぼす場合の近隣ＮＥＸＴの時間領域信号図である。本発明によるダイナミックレンジ最適化に関連するプロセスのプロセス流れ図である。

モデムのダイナミックレンジを最適化するための方法および装置が開示される。モデム、別名回線カードは、中央局、リモートアクセ端末、企業または家庭において見ることができる。回線カードは、非対称デジタル加入者回線（ＡＤＳＬ）、超高速デジタル加入者回線（ＶＤＳＬ）、および下記を含むがそれらに限定されない他の直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）帯域プランを含むマルチトーンプロトコルに対する様々な程度のロバスト性を有する通信チャネルをサポートする。

図１は、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）中央局（ＣＯ）とリモートサイトとの間の加入者回線のバインダによって相互に結合されたマルチモード・マルチチャネル・モデム回線カードの対を有する通信システムを示す。このシステムは、ＣＯ１００およびリモートトランシーバ１５６、１５８、１６０を含む。ＣＯおよびリモート回線カードは、個々の加入者回線１７２、１７４、１７６を含む加入者回線バインダ１７０を介して相互に結合される。

加入者回線接続のそれぞれは、ＣＯのフレームルーム１０２において、ＣＯ終端上で終わる。このルームから、接続は、ＤＳＬＡＭ１０４および音声帯域ラック１０６の両方に、スプリッタおよびハイブリッドを介して、加入者回線ごとに行われる。スプリッタは、音声帯域通信を、専用回線カード、例えば回線カード１１２に、または音声帯域モデムプール（図示せず）に分流する。スプリッタは、より高い周波数Ｘ−ＤＳＬ通信を、加入者回線上で、ＤＳＬＡＭ１０４の中の選択された回線カード、例えば回線カード１２０に分流する。本発明の回線カードは汎用であり、このことは、それらがＸ−ＤＳＬのいかなる現行のまたは進化している規格をも扱うことができ、新しい規格を扱うためにオンザフライでアップグレードされることが可能であることを意味する。

音声帯域コールのセットアップは、ＳＳ７などのＴｅｌｃｏスイッチマトリクス１１４によって制御される。これは、公衆交換電話網１３２を介しての音声帯域通信のために他の加入者へのポイントツーポイント接続を行う。Ｘ−ＤＳＬ通信は、回線カード１２０などの汎用回線カードによって処理されることが可能である。その回線カードは、それぞれが複数の加入者回線をサポートすることができる複数のＡＦＥ１３４を含む。ＡＦＥは、パケットベースのバス１３２を介してＤＳＰ１２２に結合される。ＣＯからリモートサイトへのダウンストリーム通信では、ＤＳＰは、通信チャネルごとにデータを変調し、ＡＦＥは、ＤＳＰによってアセンブルされたデジタルシンボルパケットを変換し、それらをそれぞれのチャネルに関連する加入者回線上に出力されるアナログ信号に変換する。リモートサイトからＣＯへのアップストリーム通信では、ＡＦＥ各受信チャネルは、ＤＳＰに送信されるデジタル化されたデータサンプルに変換される。ＤＳＰは、ＡＦＥが結合されているすべての加入者回線に対してマルチプロトコルサポートをすることができる。ＡＦＥとＤＳＰとの間の通信は、パケットベースでよい。ＤＳＰ１２２は、送信経路部品１２４および受信経路部品１３０を有して示されている。回線カード１２０は、ロードバランシングのために他のＤＳＰ間の低待ち時間Ｘ−ＤＳＬトラフィックをオフロードしトランスポートすることができるバックプレーンバス１１６に結合される。ＤＳＬＡＭのバックプレーンバスはまた、各回線カードを、サーバ１０８を介してインターネット１３０に結合する。ＤＳＬＡＭ回線カードのそれぞれは、グローバルプロビジョニング、例えばＡＦＥおよびＤＳＰリソースへの加入者回線の割当てを扱うＤＳＬＡＭコントローラ１１０の制御下で動作する。回線カード上の様々な部品は、複数の論理モデム、別名トランシーバを形成し、それぞれは対応する加入者回線を介してアップストリーム通信およびダウンストリーム通信を扱う。Ｘ−ＤＳＬ通信が加入者回線上で確立されたとき、特定のチャネル識別子がその通信に割り当てられる。前述のパケットベースの実施形態では、その識別子は、各パケットがＡＦＥとＤＳＰとの間でアップストリーム方向またはダウンストリーム方向に移動するのを追跡するために使用される。

リモートサイトにおける終端は、物理モデムかそれとも論理モデム、別名トランシーバでよい。
クロストークの２つの形態が示されている。ＦＥＸＴは、加入者回線１７２および１７６上のリモートへの伝送の結果として生じ、加入者回線１７４上のＣＯからの伝送１９４の中にリークする。このリークは、加入者回線１７２、１７６から、それぞれモデム１５８において受信されるチャネル１９４への矢印１８２、１８６によって表される。近端クロストーク（ＮＥＸＴ）は、その同じ場所において受信の中にリークするＣＯからの伝送の結果として生じる。このリークは、妨害加入者回線１７２、１７６から、それぞれ被害加入者回線１７４上のＣＯにおいて受信されるチャネル１９４への矢印１９２、１９６によって表される。Ｓｅｌｆ−ＮＥＸＴ、別名エコーは、回線１７４を含むどの加入者回線上ででも生じる。

図２Ａは、束２００の中の対応する加入者回線によって相互に結合されたトランシーバの向かい合ったセットのハードウェアブロック図である。向かい合ったセットの１つの中で、トランシーバ２２０〜２２２が参照される。向かい合ったセットの別の１つの中で、トランシーバ２２６、２２８が参照される。６０以上の加入者回線を含むことができる束の中で、回線２０２〜２１２が参照される。

図２Ｂは、図２Ａに示されている束の中の加入者回線の横断面図である。加入者回線２０２〜２１２が参照される。いかなるデジタル通信も信号干渉を受け、ＤＭＴなど複数のサブチャネルをサポートする通信プロトコルも例外ではない。干渉は、サブチャネルの振幅および位相の両方に影響する可能性がある。そのような雑音は、時間領域および／または周波数領域全体にわたって生じる可能性がある。束の中の加入者回線のそれぞれはシールドされ、さもないと、時間領域および／または周波数領域全体にわたって様々な量で束の中の他の回線に干渉する。従来技術のシステムでは、この集合振舞いは、マルチトーン変調を実行する加入者回線のいずれかの上の対応する固定ＰＳＤマスクの要件によって粗雑に対処される。すべての加入者回線は、いかなる特定の搬送波上で変調されたいかなる実際のデータが存在してもビットローディングに関係なく対応するＰＳＤマスクまでの、しかしそれを超えないレベルでサブキャリア信号をブラストアウトする。

ハイブリッドフロントエンドは、送信経路および受信経路の両方が同じ加入者回線に結合され、その上で二重または双方向通信を提供することができるようにする。この能力は、具体的には信号損失という大きな代償を払うことになる。従来技術のモデムの設計のハイブリッド回路は、インピーダンスバランスによって、結果として送信経路から受信経路へのかなりのリークを生じさせ、システムのデータレートを制限する可能性がある。

図３は、中央局（ＣＯ）および顧客構内機器（ＣＰＥ）における送信信号および受信信号の相対電力、ならびにクロストークを介しての加入者回線間の結合の信号図である。ＣＯおよびＣＰＥ上の向かい合ったモデムにおける相対電力が２つの加入者回線のために示されている。アップストリームチャネルおよびダウンストリームチャネルのための周波数分割多重（ＦＤＭＡ）帯域プランは、ＶＤＳＬ帯域プランに対応する。Ｓｅｌｆ−ＮＥＸＴ、別名エコー、および近隣ＮＥＸＴが示されている。近隣ＮＥＸＴは、かなりの量の電力を回線１上の被害モデムの受信経路に与える。

図４は、受信経路のダイナミックレンジ最適化のための部品を組み込んだＸＤＳＬトランシーバ４００を示すハードウェアブロック図である。このトランシーバは、送信経路４１０、受信経路４６０、ローカルレンジ最適化モジュール４４０、ならびにトランシーバの送信経路および受信経路を加入者回線４５６に結合するハイブリッドフロントエンド（ＨＦＥ）４５４を形成するために、相互に結合された複数の共用部品および／または個別部品を含む。

本発明のこの実施形態では、受信経路４６０は、アナログフィルタ４６２、アナログ利得制御（ＡＧＣ）４６４、アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）４６６、デジタルフィルタ４６８、デシメータ４７０、サイクリックプレフィックスリムーバ４７２、個別フーリエ変換エンジン（ＤＦＴ）４７４、周波数領域イコライザ４７６、デコーダ４７８、トーンリオーダラ４８０、およびデフレーマ４８２を含む。動作中、各通信チャネルの受信されたデータは、アナログフィルタリングおよびアナログ増幅を受ける。次いで、受信されたデータはＡＤＣにおいてデジタル化され、その後、デジタルフィルタリングが、もしあれば、行われる。次に、受信されたデータは、デシメータにおいてなんらかの必要とされるデシメーションを受ける。次に、各データシンボルのサイクリックプレフィックスまたはサフィックスが除去される。次いで、データの各シンボルがＤＦＴにおいて時間領域から周波数領域に変換され、周波数領域においてイコライゼーションを受ける。次いで、データの各シンボルは、デコーダにおいてデコードされ、トーンリオーダラにおいてシリアル化される。次いで、復調されたデータがデフレーマにおいてデフレームされ、トランシーバが結合されているＡＴＭ、イーサネット（登録商標）、または他のネットワークに伝送される。

送信経路４１０は、フレーマ４１２、トーンオーダラ４１４、エンコーダ４１６、周波数領域イコライザ４１８、逆個別フーリエ変換エンジン（ＩＤＦＴ）４２０、サイクリックプレフィックスラッパ４２２、インタポレータ４２４、デジタルフィルタ４２６、デジタルトゥアナログコンバータ（ＤＡＣ）４２８、回線ドライバ４３０、およびフィルタ４３２を含む。動作中、各通信チャネルの送信されたデータは、フレーマにおいてフレーム化され、トーンオーダラによって対応するトーンビンにビットごとにロードされ、シンボルコンステレーション内の対応する点の複素数表示に変換され、周波数領域イコライゼーションを受ける。次いで、結果として生じるトーンの各セット、別名シンボルは、ＩＤＦＴにおいて周波数領域から時間領域に変換される。続いて、なんらかの必要とされるサイクリックサフィックスまたはサイクリックプレフィックスが付加され、時間領域における結果として生じるデータがインタポレータにおいてインタポレーションを受ける。デジタルフィルタにおけるフィルタリングの後に、補間されたデータがＤＡＣに渡される。ＤＡＣは、各通信チャネルのデジタル化されたデータを対応するアナログ信号に変換する。これらのアナログ信号は、回線ドライバによって増幅される。回線ドライバの増幅された出力は、アナログフィルタに、次いでＨＦＥ４５４を介して加入者回線４５６に渡される。

本発明の一実施形態では、トランシーバはまた、レンジ最適化器４４０を含む。このモジュールは、ＮＥＸＴ妨害の結果として生じる受信された信号レベルの予想される増加に対応するために受信経路のダイナミックレンジの調整を扱う。

本発明の一実施形態では、レンジ最適化器は、コントローラおよび計算器４４４、ストレージ４４６、近隣ＮＥＸＴインジェクタ４５０、ならびにサマー４５２を含む。本発明の一実施形態では、ストレージ４４８は、モデムの送信経路部品および受信経路部品のモデルを含む。レンジ最適化器は、ＡＧＣ４６４を含む受信経路上の１つまたは複数の部品に結合される。

レンジ最適化器は、ＤＳＬＡＭまたは他の制御エンティティからＮＥＸＴ_{ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ}を受信する。本発明の一実施形態では、レンジ最適化器は、受信経路のための最適ダイナミックレンジの判定を開始するために受信経路へのＮＥＸＴ_{ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ}の直接インジェクションを利用する。レンジ最適化器のコントローラおよび計算器４４４は、図５Ｂに示されているＮＥＸＴ_{ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ}妨害プロファイルに対応する信号を、サマー４５２を介してモデムの受信経路にインジェクトするように近隣ＮＥＸＴインジェクタ４５０を構成する。

本発明の他の実施形態では、ダイナミックレンジ最適化は、伝送されたＮＥＸＴの結果として生じる受信信号の予想される電力増加に対する受信経路応答の計算によって達成される。レンジ最適化器のコントローラおよび計算器は、対象モデム自体の受信経路部品によってもたらされた予想されるスペクトル整形を反映するためにＤＳＬＡＭからの配信されたＮＥＸＴ_{ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ}妨害プロファイルをスケーリングする。これらの計算は、レンジ最適化器が結合されているストレージ４４６内の受信経路ハードウェアモデル４４８を利用する。モデムは、整形されたＮＥＸＴの結果として生じる時間領域における受信されたアナログ信号における電力の増加を判定する。次に、対象モデムが、予想されるＮＥＸＴ妨害の結果として生じる追加された電力と混合された受信された信号のクリッピングを回避するためにアナログ利得制御（ＡＧＣ）のための必要とされる利得レベルを計算する。この計算は、モデム自体の受信経路ハードウェアモデル４４８、およびＤＳＬＡＭから受信されたＮＥＸＴ_{ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ}妨害モデルを使用して行われる。

次に、レンジ最適化器は、クリッピングをかろうじて回避するようにＡＧＣの利得レベルを設定する。受信された信号のクリッピングがまだ生じているかどうかを判定するためにトレーニング信号の分析が連続して行われる。まだ生じている場合は、プロセスは新しいＡＧＣレベル設定によって繰り返されてよい。最適なＡＧＣレベルが設定された後に、ＤＭＴトーンのそれぞれの上での最適なビットローディングレベルの判定を含むトレーニングフェーズのプロセスが完了する。トレーニングが完了した後に、モデムは、確立された通信チャネルがユーザデータをトランスポートするために使用される動作のショータイムフェーズに入る。

この図および以下の図におけるハードウェアブロックは、代替としてソフトウェアまたはファームウェアで実施されてもよい。前述の送信経路および受信経路ならびにそれらのスケーラブルな部品は、複数のＸＤＳＬチャネルがトランシーバの送信経路および受信経路上で多重化される本発明の諸実施形態において同様に有利に適用されることが可能である。送信経路部品および受信経路部品は、通信チャネルの連続するパケット化された部分のパケットベースの伝送によってか、それとも部品間の専用のポイントツーポイント結合によって、相互に結合されてよい。本発明の他の実施形態では、擬似リンク管理プロセスが擬似リンク管理ユニット１３８（図１参照）においてカード上で実行されてよい。

図４に示されている部品は、物理トランシーバをまとめて備える。本発明の代替実施形態では、部品によって実行される機能は、図１の回線カード１３４上に示されているような結合されたデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）およびアナログフロントエンド（ＡＦＥ）上に実装された論理トランシーバ上に実装されてよい。

図５Ａ〜５Ｃおよび５Ｄ〜５Ｆは、それぞれモデムの受信経路に影響を及ぼす場合の近隣ＮＥＸＴの周波数領域信号図および時間領域信号図である。
図５Ａは、束ねられた回線におけるすべての妨害の生の集合電力スペクトル密度（ＰＳＤ）の結果として生じる電力レベル対周波数の信号図である。ＰＳＤプロファイルは、２つのタイプのものである。最初のタイプのＰＳＤプロファイル、ＮＥＸＴ_ｒａｗは、５２０、５２２と表示され、妨害周波数分割多重帯域プランの送信部分に関連するＰＳＤプロファイルに対応する。これらの集合ＰＳＤプロファイルは、所与の被害回線の受信経路上に近隣近端クロストーク（ＮＥＸＴ）であると識別されるものになる。第２のタイプのＰＳＤプロファイルは、５００、５０２と表示され、妨害周波数分割多重帯域プランの受信部分に関連するＰＳＤプロファイルに対応する。これらの集合ＰＳＤプロファイルは、所与の被害回線の受信経路上で近隣遠端クロストーク（ＦＥＸＴ）であると識別されるものになる。本発明の一実施形態では、生の集合ＰＳＤプロファイルは、デジタル加入者回線アクセスマルチプレクサ（ＤＳＬＡＭ）によって判定される。

図５Ｂは、ＮＥＸＴ伝達関数によるＮＥＸＴ_ｒａｗＰＳＤプロファイルのスケーリングの結果として生じる雑音レベル対周波数の信号図である。ＮＥＸＴ_{ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ}妨害ＰＳＤプロファイル５２４および５２６が示されている。以下の等式１は、そのようなＮＥＸＴ伝達関数を示す。
等式１
｜Ｈ_ＮＥＸＴ（ｆ）｜^２＝Ｋ_ＮＥＸＴｘｆ^３／２
式中、「ｆ」は周波数であり、「Ｋ」は定数である。ＮＥＸＴ伝達関数は、被害モデムの送信経路上へのＮＥＸＴ_ｒａｗ集合妨害ＰＳＤの結合の量をモデル化する。ＮＥＸＴ_ｒａｗ集合妨害送信ＰＳＤの結果として生じる被害モデムの受信経路上の予想されるＮＥＸＴ雑音が図５Ｂに示されており、以下の等式２で示されているように計算される。
等式２
ＮＥＸＴ_{ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄＮｏｉｓｅ}＝｜Ｈ_ＮＥＸＴ（ｆ）｜^２ｘＮＥＸＴ_ｒａｗ
式中、生の集合ＮＥＸＴ妨害プロファイルは、ＮＥＸＴ伝達関数の二乗の絶対値を掛けられる。

図５Ｃは、そのモデムの受信経路部品の特定のスペクトル応答性を反映するために被害モデムによって整形した後の図５ＢのＮＥＸＴ_transferredを示す。受信経路特性を反映するためのそのような整形の後のＮＥＸＴ妨害ＰＳＤプロファイル５３４および５３６が示されている。

図５Ｄ〜５Ｆは、被害モデムの受信経路上の集合ＮＥＸＴ妨害の予想される影響を示す時間領域信号図である。
図５Ｄは、時間領域における、近隣のＮＥＸＴのない、受信されたマルチトーン変調信号５５０を示す。その信号のレンジ５５６は、クリッピングを回避するように設定されている上限５５４と下限５５２との間に広がる。

図５Ｅは、集合ＮＥＸＴ妨害からの追加された電力の結果として生じる受信された信号５６０の振幅の予想される増加を示す。レンジ５６６ならびに上限５６４および下限５６２は、１つの重要な違いを有する図５Ｄにおいて設定されたレンジに対応する。受信経路信号処理のレンジに対するいかなる調整もない場合は、受信された信号のかなりの部分が、予想される集合ＮＥＸＴ妨害の結果として生じる受信された信号の増加した振幅の結果として生じるクリッピングのために損なわれる。以下の等式３は、そのような予想される電力増加デルタが、ＤＳＬＡＭによって提供される妨害モデルから、どのように計算されるかを示す。
等式３
Δ＝Σ_ΩＮＥＸＴ_{Ｓｈａｐｅｄ}（ｆ）ｄｆ
Δは、時間領域信号に加えられる電力であり、結果として振幅の増加を生じさせる。Ωは、アウトオブバンド、すなわち集合ＮＥＸＴ妨害を備える送信周波数である。

図５Ｆは、本発明による被害モデムの受信経路のダイナミックレンジを示す。具体的には、レンジは、予想されるＮＥＸＴ妨害の結果として生じる追加の電力を有する受信された信号５７０の処理を可能にするために拡大される。信号処理上限５７４および信号処理下限５７２は、クリッピングなしに処理されるべき信号のより広いレンジ５７６を可能にするために拡大される。拡大されたレンジは、予想されるＮＥＸＴに対応するのにちょうど十分な大きさであり、それよりは大きくないので、「最適化されている」と言われる。より大きい場合は、受信経路処理は、ＡＤＣにおける量子化雑音の増加のために、品質が落ちることになる。

図６は、本発明によるダイナミックレンジ最適化に関連するプロセスのプロセス流れ図である。モデムが初期化される開始６００の後に、制御はプロセス６０２に進む。プロセス６０２において、ＤＳＬＡＭは、図５Ａに示されている生のＮＥＸＴ妨害プロファイルを計算する、または取得する。本発明の一実施形態では、ＤＳＬＡＭは、生のＮＥＸＴ妨害プロファイルを図５Ｂに示されている伝送ＮＥＸＴ妨害プロファイルに変換するために伝達関数を使用する。この伝送プロファイルは、被害回線と妨害回線との間の結合の程度を反映する。本発明の代替実施形態では、この変換は、図４、参照４４０に関連して上記で論じられたように、モデムのレンジ最適化器によって計算されることが可能である。

次いで、制御は、プロセス６０４に渡され、そこで生のまたは変換されたＮＥＸＴ妨害プロファイルがＤＳＬＡＭによって１つまたは複数のモデムに渡される。次に、プロセス６１０において、対象モデムは、その動作のトレーニングフェーズを開始し、そこでリモートモデムとのチャネルパラメータが確立され、その終わりに実際の通信チャネルが確立される。トレーニング中、判断プロセス６２０において、どちらのダイナミックレンジ最適化方法が実行されるかに関しての判定が行われる。

直接インジェクションよる最適化がイネーブルにされた場合は、制御はプロセス６３０に渡される。プロセス６３０において、レンジ最適化器４４０は、図４に関連して上記で論じられたように、図５Ｂに示されているＮＥＸＴ妨害プロファイルに対応する信号をモデムの受信経路にインジェクトするように近隣ＮＥＸＴインジェクタ４５０を構成する。次いで、制御はプロセス６４０に進む。

代替として、判断プロセス６２０において、計算によるダイナミックレンジ調整がイネーブルにされたという判定が行われた場合は、制御はプロセス６２２に進む。プロセス６２２において、モデムのダイナミックレンジ最適化器が、対象モデム自体の受信経路部品によってもたらされる予想されるスペクトル整形を反映するようにＤＳＬＡＭからの配信されたＮＥＸＴ妨害プロファイルをスケーリングする。次いで、プロセス６２４において、モデムは、前のステップにおいて計算された整形されたＮＥＸＴの結果として生じる時間領域内の受信されたアナログ信号における電力の増加を判定する。次のステップ６２６において、対象モデムは、アナログ利得制御（ＡＧＣ）が、予想されるＮＥＸＴ妨害の結果として生じる追加された電力と混合された受信された信号のクリッピングを回避するための、必要とされる利得レベルを計算する。この計算は、モデム自体の受信経路ハードウェアモデル、およびＤＳＬＡＭから受信されたＮＥＸＴ妨害モデルを使用して行われる。

次に、制御はプロセス６４０に渡され、そこでＡＧＣの利得レベルがクリッピングを回避するように設定される。次いで、判断プロセス６４２において、受信された信号のクリッピングがまだ生じているかどうかに関して判定が行われる。まだ生じている場合は、制御は判断プロセス６２０に戻る。クリッピングが生じていない場合は、制御はプロセス６４４に進み、そこで各トーンのビットローディングが設定される。次いで、プロセス６４６において、モデムは動作のショータイムフェーズに入り、そこでは、加入者回線上で確立された通信チャネルが、ユーザデータ、例えばビデオ、オーディオ、またはファイルのトランスポートのために使用される。

本発明の好ましい実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的のために提示されてきた。網羅的であること、または本発明を開示された正確な形態に限定することを意図するものではない。明らかに、多くの変更形態および変形形態が当業者には明らかであろう。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の請求項およびそれらの同等物によって定義されるものとする。

Claims

加入者回線を介してマルチトーン変調通信を提供するためのデジタル加入者回線「ＸＤＳＬ」通信システムであって、
近隣の妨害加入者回線からの予想される妨害の近端クロストーク（ＮＥＸＴ）モデルを配信するためのデジタル加入者回線アクセスマルチプレクサ（ＤＳＬＡＭ）と、
送信経路および受信経路を形成する共用部品および個別部品を有する少なくとも１つのモデムとを備え、前記少なくとも１つのモデムが、前記ＤＳＬＡＭに結合され、そこからの前記配信されたＮＥＸＴモデルに応答して、前記配信されたＮＥＸＴモデルでモデル化された前記予想される妨害に対応するように前記受信経路のアナログ部分のダイナミックレンジを調整し、それによって、前記調整されたレンジが、受信された信号のクリッピングを事実上回避するのに十分に大きく、同時に結果としてかなりの過剰なダイナミックレンジを生じさせるほどには大きくない、
ＸＤＳＬ通信システム。
前記少なくとも１つのモデムの前記受信経路部品は、
前記受信経路の残りの部品に結合された出力、および入力を有するアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）であって、前記ＡＤＣが、受信されたアナログ信号をデジタル化するＡＤＣと、
前記受信された信号に結合された入力および前記ＡＤＣの前記入力に結合された出力を有するアナログ利得制御（ＡＧＣ）であって、前記ＡＧＣのレベルが、前記受信経路の前記アナログ部分の前記ダイナミックレンジを調整するために利用されるＡＧＣと、
をさらに備える、請求項１に記載のＸＤＳＬ通信システム。
前記少なくとも１つのモデムは、
前記受信経路の残りの部品に結合された出力、および入力を有するアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）受信経路部品をさらに備え、前記ＡＤＣが受信されたアナログ信号をデジタル化し、
前記受信された信号に結合された入力および前記ＡＤＣの前記入力に結合された出力を有するアナログ利得制御（ＡＧＣ）受信経路部品をさらに備え、前記ＡＧＣのレベルが前記受信経路の前記アナログ部分の前記ダイナミックレンジを調整するために利用され、
前記受信経路に結合され、動作のトレーニングフェーズ中に妨害信号を前記受信経路にインジェクトすることにより、および前記ＡＧＣをそのクリッピングを事実上回避するように調整することにより前記受信経路のアナログ部分のダイナミックレンジを調整するために前記ＮＥＸＴモデルに応答するレンジ最適化部品をさらに備える、
請求項１に記載のＸＤＳＬ通信システム。
前記少なくとも１つのモデムは、
前記受信経路の残りの部品に結合された出力、および入力を有するアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）受信経路部品をさらに備え、前記ＡＤＣが受信されたアナログ信号をデジタル化し、
前記受信信号に結合された入力、および前記ＡＤＣの前記入力に結合された出力を有するアナログ利得制御（ＡＧＣ）受信経路部品をさらに備え、前記ＡＧＣのレベルが、前記受信経路の前記アナログ部分の前記ダイナミックレンジを調整するために利用され、
前記受信経路に結合され、動作のトレーニングフェーズ中に前記配信されたＮＥＸＴモデルでモデル化された前記予想される妨害を計算することにより、および前記ＡＧＣをそのクリッピングを事実上回避するように調整することにより前記受信経路のアナログ部分のダイナミックレンジを調整するために前記ＮＥＸＴモデルに応答するレンジ最適化部品をさらに備える、
請求項１に記載のＸＤＳＬ通信システム。
加入者回線を介してＸＤＳＬマルチトーン変調通信を提供するためのＸＤＳＬモデムであって、
ＸＤＳＬ通信チャネルを変調および復調するための送信経路および受信経路を形成する複数の共用部品および個別部品と、
近隣の妨害加入者回線からの予想される妨害の近端クロストーク（ＮＥＸＴ）モデルと、
前記受信経路に結合され、前記ＮＥＸＴモデルに応答して、前記ＮＥＸＴモデルでモデル化された前記予想される妨害に対応するように前記受信経路のアナログ部分のダイナミックレンジを調整し、それによって、前記調整されたレンジが、受信された信号のクリッピングを事実上回避するのに十分に大きく、同時に結果としてかなりの過剰なダイナミックレンジを生じさせるほどには大きくないレンジ最適化部品とを備える、
ＸＤＳＬモデム。
前記少なくとも１つのモデムの前記受信経路部品は、
前記受信経路の残りの部品に結合された出力、および入力を有するアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）をさらに備え、前記ＡＤＣが受信されたアナログ信号をデジタル化し、
前記受信信号に結合された入力および前記ＡＤＣの前記入力に結合された出力を有するアナログ利得制御（ＡＧＣ）をさらに備え、前記ＡＧＣのレベルが前記受信経路の前記アナログ部分の前記ダイナミックレンジを調整するために利用される、
請求項５に記載のＸＤＳＬモデム。
前記モデムは、
前記受信経路の残りの部品に結合された出力、および入力を有するアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）受信経路部品をさらに備え、前記ＡＤＣが受信されたアナログ信号をデジタル化し、
前記受信された信号に結合された入力および前記ＡＤＣの前記入力に結合された出力を有するアナログ利得制御（ＡＧＣ）受信経路部品をさらに備え、前記ＡＧＣのレベルが前記受信経路の前記アナログ部分の前記ダイナミックレンジを調整するために利用され、
前記受信経路に結合され、動作のトレーニングフェーズ中に妨害信号を前記受信経路にインジェクトすることにより、およびそのクリッピングを事実上回避するように前記ＡＧＣを調整することにより前記受信経路のアナログ部分のダイナミックレンジを調整するために前記ＮＥＸＴモデルに応答するレンジ最適化部品をさらに備える、
請求項５に記載のＸＤＳＬモデム。
前記モデムは、
前記受信経路の残りの部品に結合された出力、および入力を有するアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）受信経路部品をさらに備え、前記ＡＤＣが受信されたアナログ信号をデジタル化し、
前記受信された信号に結合された入力、および前記ＡＤＣの前記入力に結合された出力を有するアナログ利得制御（ＡＧＣ）受信経路部品をさらに備え、前記ＡＧＣのレベルが前記受信経路の前記アナログ部分の前記ダイナミックレンジを調整するために利用され、
前記受信経路に結合され、動作のトレーニングフェーズ中に前記ＮＥＸＴモデルでモデル化された前記予想される妨害を計算することにより、およびそのクリッピングを事実上回避するように前記ＡＧＣを調整することにより前記受信経路のアナログ部分のダイナミックレンジを調整するために前記ＮＥＸＴモデルに応答するレンジ最適化部品をさらに備える、
請求項５に記載のＸＤＳＬモデム。
マルチトーン変調ＸＤＳＬ通信のための送信経路および受信経路を形成する共用部品および個別部品を有するＸＤＳＬモデムを動作させるための方法であって、
近隣の妨害加入者回線からの予想される妨害の近端クロストーク（ＮＥＸＴ）モデルを取得するステップと、
前記ＮＥＸＴモデルでモデル化された前記予想される妨害に対応するように前記受信経路のアナログ部分のダイナミックレンジを調整し、それによって、前記調整されたレンジが、受信された信号のクリッピングを事実上回避するのに十分に大きく、同時に結果としてかなりの過剰なダイナミックレンジを生じさせるほどには大きくないステップとを備える、
方法。
近隣の妨害加入者回線の結果として生じるそれに対する前記予想される妨害を含む前記受信された信号のクリッピングを事実上回避するように前記受信された信号の利得を調整するステップ
をさらに備える、請求項９に記載のＸＤＳＬ通信のための方法。
動作のトレーニングフェーズ中に妨害信号を前記受信経路にインジェクトするステップと、
そのクリッピングを事実上回避するように前記受信された信号の利得を調整するステップと
をさらに備える、請求項９に記載のＸＤＳＬ通信のための方法。
動作のトレーニングフェーズ中に前記配信されたＮＥＸＴモデルでモデル化された前記予想される妨害を計算するステップと、
そのクリッピングを事実上回避するように前記受信された信号の利得を調整するステップと
をさらに備える、請求項９に記載のＸＤＳＬ通信のための方法。
マルチトーン変調されたＸＤＳＬ通信のための送信経路および受信経路を形成する共用部品および個別部品を有するＸＤＳＬモデムを動作させるための装置であって、前記装置は、
近隣の妨害加入者回線からの予想される妨害の近端クロストーク（ＮＥＸＴ）モデルを取得するための手段と、
前記ＮＥＸＴモデルでモデル化された前記予想される妨害に対応するように前記受信経路のアナログ部分のダイナミックレンジを調整し、それによって、前記調整されたレンジが、受信された信号のクリッピングを事実上回避するのに十分に大きく、同時に結果としてかなりの過剰なダイナミックレンジを生じさせるほどには大きくないようにするための手段と、
を備える装置。
近隣の妨害加入者回線の結果として生じるそれに対する前記予想される妨害を含む前記受信された信号のクリッピングを事実上回避するように前記受信された信号の利得を調整するための手段をさらに備える、請求項１３に記載のＸＤＳＬ通信のための装置。
動作のトレーニングフェーズ中に前記受信経路に妨害信号をインジェクトするための手段と、
そのクリッピングを事実上回避するように前記受信された信号の利得を調整するための手段とをさらに備える、請求項１３に記載のＸＤＳＬ通信のための装置。
動作のトレーニングフェーズ中に、前記ＮＥＸＴモデルでモデル化された前記予想される妨害を計算するための装置と、
そのクリッピングを事実上回避するように前記受信された信号の利得を調整するための手段とをさらに備える、請求項１３に記載のＸＤＳＬ通信のための装置。