JP6431858B2 - デジタル情報伝送システムとこのシステムで使用される受信機および方法 - Google Patents

Description

この発明は、外部から通信線路に混入する周期的な妨害波の影響を回避する機能を備えたデジタル情報伝送システムと、このシステムで使用される受信機および方法に関する。

金属線を通信伝送路として使用するADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line）などのデジタル情報伝送システムでは、他の通信や放送に使用される電磁波や、周囲の電気・電子機器から発せられる電磁波が通信伝送路上に混入し、伝導性の電磁妨害波として、通信伝送路で伝達される電気信号に影響を与えることにより、伝送情報の誤りや欠落等の通信品質の劣化が生じる場合がある。これを回避するため、一般的なデジタル情報伝送システムは、伝送する情報に生じた誤りを訂正する誤り検出訂正機能を備えている。

例えば、ADSLにおけるデジタル情報伝送システムでは、送信機において、伝送情報に対しCRC（Cyclic Redundancy Check）符号化、リード・ソロモン（Reed-Solomon Code: RS）符号化、スクランブル処理、トレリス符号化、QAM（Quadrature Amplitude Modulation）とIFFT（Inverse Fast Fourier Transform）を含むDMT（Discrete Multi-tone）変調、CP（Cyclic Prefix）付加処理が順次行われた後、AFE（Analog Front End）処理によってアナログ信号に変換され、電気信号として伝送路へ送信される。

一方、受信機では、伝送路を介して伝送された電気信号（アナログ多重波）に対し、先ずAFE処理によりデジタル信号に変換され、TEQ（Time domain Equalizer）により時間軸上の波形等化が行われる。続いて、CP削除、FFTによるDMTの復調処理が行われた後、周波数軸上の波形等化処理FEQ（Frequency domain Equalizer）が施される。上記DMTの復調処理に含まれるQAM復調過程では、アナログ多重波の各周波数成分から検出された受信信号の各QAM星座点からのユークリッド距離情報が算出され、これがビタビ復号器へ渡される。ビタビ復号器では、上記ユークリッド距離情報に基づいて受信信号のシンボル判定が行われる。以後、デスクランブル処理およびRS復号処理が行われた後、CRCによりシンボル判定後の情報に誤りがないかどうかが検査され、誤りがなければ受信端末に送られる。これに対し、上記誤り訂正処理により訂正しきれなかった情報が所定の割合で残存している場合は、一般にその情報は破棄される。

すなわち、ADSLにおける情報の送受信過程では、上記のようにCRC符号化／検査、RS符号化／復号、スクランブル／デスクランブル、トレリス符号化／ビタビ復号によって誤り検出および誤り訂正処理が行われる。そして、それぞれの特長を組み合わせることで、伝送システムの電磁妨害波に対する耐性が高い、つまり伝送誤りを生じにくい通信を成立させている。

また、DMT（マルチキャリア伝送方式）では、ADSLモデムとDSLAM（Digital Subscriber Line Access Multiplexer）間で複数のサブキャリア（ビン）の各々に対して最大１５ビットを割り当てる。その際、電磁妨害波の影響が大きいビンには相対的に少ないビットを割り当て、電磁妨害波の影響が少ないビンには相対的に多くのビットを割り当てる。具体的には、ADSLモデムとDSLAM間のリンク確立時に通信伝送路をモニタリングし（トレーニング）、ビン１個ずつについて信号と電磁妨害波の強度を確認して各ビンに割り当てるビット数を決定するようにしている（例えば、非特許文献１を参照）。

湯浅 重数、浅貝 修一朗、「小さな箱の中に先端技術がいっぱい ADSLモデムの内部を解き明かす」、日経NETWORK、pp. 194-199、2002. 08。

しかしながら、電磁妨害波の影響が大きいビンには少数のビットしか割り当てることができないので、その分伝送するビット量が減少する。言い換えれば、電磁妨害波が存在する伝送環境下では、伝送する情報量を少なくすることでシンボル判定誤りを少なくする方式が採用されている。このため、スループットの低下は避けられない。

また、誤り検出訂正機能を備えていても、電磁妨害波の強度が大きく、十分な信号対雑音比（SN比）が得られない場合には、必ずしも完全に誤りを訂正できるわけではない。その結果、ADSL受信機におけるCRC検査で廃棄されるフレームが増加するので、この場合もスループットが低下してしまう。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、妨害波が存在する環境下においてもスループットの高い情報伝送を行えるようにした、デジタル情報伝送システムとこのシステムで使用される受信機および方法を提供することにある。

上記課題を解決するためにこの発明の第１の態様は、第１の通信装置から第２の通信装置へ、妨害波の影響を受ける通信伝送路を介して、デジタル情報を少なくとも１つの搬送波周波数を使用して伝送するデジタル情報伝送システムにあって、前記第１の通信装置に、トレーニング期間において予め定められた既知の情報により変調されたトレーニング信号を、前記第２の通信装置へ向けて前記通信伝送路へ送信する手段を備える。一方前記第２の通信装置には、前記トレーニング期間において前記トレーニング信号を前記通信伝送路を介して受信し、当該受信されたトレーニング信号から前記妨害波の周波数ごとの振幅および位相を表すパラメータ情報を検出してメモリに記憶する第１の手段と、前記デジタル情報の伝送期間において前記通信伝送路を介して伝送された情報伝送信号を受信し、当該受信された情報伝送信号から前記デジタル情報を表す前記搬送波周波数ごとの振幅および位相を表す情報を復調し、当該復調された振幅および位相を表す情報を、前記メモリに記憶されたパラメータ情報をもとに補正する第２の手段とを備えるようにしたものである。

この発明の第２の態様は、前記第１の手段において、前記妨害波の周波数ごとの振幅および位相を表すパラメータ情報と、前記既知の情報を表す前記搬送波周波数ごとの振幅および位相を表す情報とをもとに、振幅および位相のずれ量を算出し、当該ずれ量を補正するための補正情報を生成して前記メモリに記憶しておく。そして、前記第２の手段において、前記復調されたデジタル情報を表す前記搬送波周波数ごとの振幅および位相を表す情報を、前記メモリに記憶された前記補正情報をもとに補正するようにしたものである。

この発明の第３の態様は、前記第１の通信装置に、前記デジタル情報の伝送期間において予め定められた既知の情報により変調された擬似的なテスト信号を、前記第２の通信装置へ向けて前記通信伝送路へ定期的に送信する手段をさらに備える。一方前記第２の通信装置には、前記デジタル情報の伝送期間において前記テスト信号を前記通信伝送路を介して受信するごとに、当該受信されたテスト信号から前記妨害波の周波数ごとの振幅および位相を表すパラメータ情報を検出する第３の手段と、前記通信伝送路を介して伝送された情報伝送信号を受信し、当該受信された情報伝送信号から前記デジタル情報を表す前記搬送波周波数ごとの振幅および位相を表す情報を復調し、当該復調された振幅および位相を表す情報を、前記第３の手段により先行して受信されたテスト信号から検出されたパラメータ情報をもとに補正する第４の手段とをさらに備えるようにしたものである。

この発明の第１の態様によれば、情報伝送信号に含まれる妨害波の影響による符号誤りを、事前に検出してメモリに記憶しておいた妨害波の振幅と位相を表すパラメータ情報をもとに、誤り訂正処理前に補正することが可能となる。このため、妨害波の強度が大きく十分な信号対雑音比（SN比）が得られないような場合でも、誤り訂正処理により符号誤りを訂正できる確率が高くなり、これにより廃棄される伝送情報を減らしてスループットを高めることが可能となる。また、妨害波の影響を排除できることで、複数の搬送波周波数を用いて情報を伝送する場合に、妨害波の影響が大きい搬送波にも多くのビットを割り当てることが可能となり、これによってもスループットを高めることが可能となる。

この発明の第２の態様によれば、トレーニング期間において予め補正情報を生成してメモリに記憶しておくことで、デジタル情報の伝送期間において、補正情報をメモリから読み出すだけで補正処理を行うことができ、これによりその都度補正のための演算処理を行う場合に比べ補正処理に要する時間と負荷を短縮することができる。

この発明の第３の態様によれば、デジタル情報の伝送期間中に、通信伝送路に印加される妨害波が変化したとしても、情報伝送信号の復号時には、先行して受信されたテスト信号において検出された妨害波パラメータをもとに、妨害波の変化を反映した補正が行われることになり、これによりスループットをさらに高めることが可能となる。すなわち、デジタル情報の伝送期間に通信伝送路の状態が通信リンクの確立時から変化した場合でも、スループットを最大化したデジタル情報伝送が可能になる。

すなわちこの発明によれば、妨害波が存在する環境下においてもスループットの高い情報伝送を行えるようにしたデジタル情報伝送システムとこのシステムで使用される受信機および方法を提供することができる。

この発明の第１の実施形態に係るデジタル情報伝送システムの構成を示すブロック図。 図１に示したデジタル情報伝送システムで使用される受信機の要部構成を示すブロック図。 図２に示した受信機による電磁妨害波回避処理の手順と処理内容を示すフローチャート。 図３に示した電磁妨害波回避処理のうち電磁妨害波パラメータの抽出処理を説明するための図。 図１に示したシステムにおいて変調方式として使用される１６QAMの星座図。 図２に示した受信機において行われる全体の受信処理手順と、そのうちのシンボル判定補正処理の内容を説明するための図。 この発明の第２の実施形態に係るデジタル情報伝送システムで使用される受信機の要部構成を示すブロック図。 図２に示した受信機による電磁妨害波回避処理の手順と処理内容を示すフローチャート。 この発明の原理説明に使用する、バースト性妨害波の継続時間とスループットとの関係を示す実験結果の一例を示す図。 この発明の原理説明に使用する、ADSLフレームの変調間隔とバースト性妨害波の印加タイミングの一例を示す図。

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
［原理］
一般に、電磁妨害波は周波数帯域にある程度の幅を持ち、時間軸上で見たとき、その継続時間にも幅があり、発生タイミングもばらつきがある。本発明者等は、電磁妨害波の強度が時間的に周期性を持つ場合に着目し、バースト的に発生する電磁妨害波、すなわちバースト性妨害波の継続時間およびその発生周期とスループットとの間にある関係性を明らかにするために、バースト性妨害波を模擬したSW（Sinusoidal Wave）のパルス変調波を、duty比一定（0.125）の条件下で、継続時間と繰り返し周期を変化させながらADSL下り通信信号に印加する実験を行った。

図９にその実験結果を示す。同図から明らかなように、バースト性妨害波の継続時間が長くなるほど、スループットの低下が抑制されることが確認された。この点を図１０に示す、ADSLフレームの変調間隔とバースト性妨害波の印加タイミングを表す図を用いて説明する。ADSLは250μsに１回の割合でQAMにより送信フレームを生成している。この送信フレームの変調間隔で区切られる時間をタイムスロットとし、タイムスロット内に電磁妨害波が印加される確率をｎ（妨害されるタイムスロット）／Ｎ（全タイムスロット）で表す。図１０を参照すると、妨害確率ｎ／Ｎについて、条件Ａ：５／６、条件Ｂ：５／８、条件Ｃ：１／２、条件Ｄ：１／４とした場合、バースト性妨害波（SWのパルス変調波、duty比0.125）の繰り返し周期がADSLのタイムスロット（250μs）よりも長い領域においては、継続時間（繰り返し周期でも同義）が長くなるほど、タイムスロットの妨害確率は低下する。すなわち、継続時間が長くなるほどスループットが低下し難くなる傾向を示す実験結果は、タイムスロットの妨害確率の低下に従って、スループットが低下し難くなることに対応している。

そこで、この発明の実施形態では、ADSLの送信フレームが電磁妨害波により妨害されることにより生じるスループットの低下を防ぐために、送信フレームを構成するシンボルが電磁妨害波によってどのような影響を受けるかをあらかじめ検知する。そして、シンボルを読み出す際にその影響を考慮した上で復号する。このようにすることで、電磁妨害波による影響を受けずに情報伝送を行うことが可能となる。

具体的には、デジタル情報の伝送に先立ち、送信機と受信機とを接続する通信伝送路上で混入するバースト性妨害波に関して、バースト性妨害波の周波数成分情報および周期性を特徴付けるバースト性妨害波の継続時間情報とその発生周期情報を表す、振幅情報と位相情報をそれぞれ検出する。そして、この検出した電磁妨害波の周波数成分ごとの振幅情報および位相情報を、電磁妨害波パラメータとしてメモリに記憶させる。

さらに、上記検出された電磁妨害波パラメータと、その電磁妨害波存在下においてシンボルがどのような影響を受けるかを表す情報とをあらかじめ関連付け、これを補正情報としてメモリに記憶させる。

そして、デジタル情報の伝送中に、伝送信号波形に電磁妨害波が重畳された合成受信波形から、当該合成波形の周波数成分ごとに電磁妨害波の振幅と位相を検出し、これらを、上記メモリに記憶しておいた補正情報に基づいて補正する。

［第１の実施形態］
（構成）
図１は、この発明の第１の実施形態に係るデジタル情報伝送システムの構成を示すブロック図である。
第１の実施形態に係るデジタル情報伝送システムは、ADSLデジタル情報伝送システムからなり、送信機ＴＸと受信機ＲＸとの間をメタリック信号ケーブルからなる信号伝送路Ｌ１を介して接続する。そして、送信機ＴＸから受信機ＲＸに向けて、デジタル情報を信号伝送路Ｌ１を介してマルチキャリア通信方式により伝送する。受信機ＲＸには、LAN（Local Area Network）ケーブルＬ２を介して図示しないパーソナルコンピュータやサーバ等の電子機器が接続され、上記受信機ＲＸにより受信されたデジタル情報がLANケーブルＬ２を介して上記電子機器へ転送される。

なお、図１では簡単のため送信機ＴＸから受信機ＲＸに向けてデジタル情報を一方向に伝送する場合を例にとって説明するが、送信機能と受信機能を備えた送受信機間でデジタル情報を双方向に伝送する場合も、この発明に含まれる。

送信機ＴＸは、デジタル情報の伝送に先立ち、受信機ＲＸとの間で通信リンクを確立するためにトレーニングを行う機能と、トレーニング終了後にデジタル情報を送信する機能とを備えている。このうちデジタル情報を送信する機能は、伝送対象の送信データに対し、先ずCRC符号化、RS符号化、スクランブル処理およびトレリス符号化を含む誤り検出および誤り訂正のための符号化処理を行う。次に、この誤り検出および誤り訂正符号化後の送信データに対し、QAMおよびIFFTを含むDMT変調処理と、CPの付加処理を行い、これにより生成された送信用の伝送データを、AFE処理によりアナログ伝送信号に変換して信号伝送路Ｌ１へ送信する。

一方受信機ＲＸは、入出力インタフェース（I/O-IF）１と、AFE２と、DSP（Digital Signal Processor）３と、CPU（Central Processing Unit）４と、メモリ５，６と、LANインタフェース（LAN-IF）７とを備えている。I/O-IF１は、通信伝送路Ｌ１を介して伝送されたアナログ伝送信号を受信する。AFE２は、上記受信されたアナログ伝送信号をA/D コンバータによりデジタル伝送信号に変換した後、時間軸上の波形等化処理（TEQ）を行う。

DSP３は、先ず基本的な処理機能として、復調部（図示省略）と、誤り訂正部３２とを備えている。復調部は、上記AFE２から出力されたデジタル伝送信号からCPを削除した後、先ずFFTによりサブキャリアごとにDMT復調処理を行う。そして、この復調後の受信信号に対し周波数軸上の波形等化処理（FEQ）を行った後、QAM復調して受信ベースバンド信号を復元する処理を行う。誤り訂正部３２は、上記復調処理により得られた受信ベースバンド信号に対し、先ずビタビ復号器により受信信号のシンボル判定を行った後、デスクランブル処理およびRS復号処理を行う。そして、この誤り訂正処理後の受信データについてCRC検査により情報の誤りがないかどうかを検査し、この検査後の受信データをCPU４へ出力する。

CPU４は、上記DSP３から出力された受信データをメモリ６に一旦保存した後、LAN-IF７からLANケーブルＬ２を介して図示しないパソコンやサーバ等の電子機器へ送信するための処理を行う。LANインタフェースとしては、例えばEthernet（登録商標）が用いられる。

ところで、DSP３は上記基本機能に加え、この実施形態を実現するために必要な新たな機能として、デジタル情報読み出し処理部３１を備えている。デジタル情報読み出し処理部３１は、電磁妨害波検出部３１１と、電磁妨害波パラメータ抽出部３１２と、シンボル読み出し判定補正部３１３とを有している。

図２は、上記デジタル情報読み出し処理部３１のより詳しい機能構成を示すブロック図である。同図において、電磁妨害波検出部３１１は通信伝送路モニタリング部３１１１を有し、電磁妨害波パラメータ抽出部３１２はサブキャリア影響算出部３１２１およびユークリッド距離変化算出部３１２２を有している。

通信伝送路モニタリング部３１１１は、送信機ＴＸとの間で通信リンクを確立するためのトレーニングを行う際に、通信伝送路Ｌ１の状態をモニタリングする。そして、サブキャリア（ビン）１個ずつについて信号と電磁妨害波の強度を確認してビンに割り当てるデータ量を決定するビットマップ処理を行う。

サブキャリア影響算出部３１２１は、FFTを用いてサブキャリアごとに電磁妨害波の継続時間と発生周期を表す振幅情報と位相情報を算出し、その算出結果を電磁妨害波パラメータとしてメモリ５に記憶させる。

ユークリッド距離変化算出部３１２２は、メモリ５に記憶された電磁妨害波パラメータを参照し、通常の伝送方式に則って情報を伝送した場合に、上記参照した電磁妨害波が存在する伝送条件下において、シンボル読み出しを行う星座図上で信号のユークリッド距離がどのように変化するかをサブキャリアごとに判定する。そして、その判定結果を上記電磁妨害波パラメータと関連付け、これを補正情報としてメモリ５内のデータベースに記憶させる。

シンボル読み出し判定補正部３１３は、デジタル情報の伝送期間において、上記メモリ５に記憶された電磁妨害波パラメータおよび補正情報を参照し、上記QAM復調された受信データに対し必要な補正情報を付加する。そして、この補正情報が付加された受信データを、受信フレーム格納部３４に一旦保存した後、誤り訂正部３２による誤り訂正処理に供する。

（動作）
次に、以上のように構成されたデジタル情報伝送システムの動作を説明する。
（１）トレーニング期間における補正情報の設定
ADSLデジタル情報伝送システムでは、デジタル情報の伝送に先立ち、送信機ＴＸと受信機ＲＸとの間で通信リンクを確立するためのトレーニングが行われる。受信機ＲＸは、このトレーニング期間において、通信伝送路をモニタリングし、ビン１個ずつについて信号と電磁妨害波の強度を確認してビンに割り当てるデータ量を決定するビットマップ処理を行うが、それに加え本発明が特徴とする以下の処理を実行する。図３は受信機ＲＸの処理手順と処理内容を示すフローチャートである。

すなわち、受信機ＲＸは例えばCPU４の制御の下、ステップＳ１０およびステップＳ２０においてそれぞれトレーニング期間であるか情報伝送期間であるかを判定する。この判定の結果、トレーニング期間であれば、ステップＳ１１においてDSP３の通信伝送路モニタリング部３１１１が、送信機ＴＸから通信伝送路Ｌ１へ送信された伝送情報をもとに通信伝送路Ｌ１の状態をモニタリングする。このとき送信機ＴＸは、既知の情報を送信する。そして、上記モニタリングの結果をもとに、ステップＳ１２においてサブキャリア影響算出部３１２１がサブキャリアごとに電磁妨害波の継続時間と発生周期を表す振幅情報と位相情報を抽出し、その結果をステップＳ１３により電磁妨害波パラメータとしてメモリ５に格納する。

例えば、図４に示すように、N_Nsin2πft + N_Ncos2πftという式で表されるような通信伝送路Ｌ１上に存在する電磁妨害波が、図５に示す16QAM星座図上でどのように信号のユークリッド距離のずれを引き起こすかについてサブキャリアごとに算出する。そして、この算出されたパラメータをメモリ５に格納する。このとき、図４の「黒星」で示すシンボルも、図４の「黒丸」としてシンボル判定されるが、図４の「黒丸」に関するユークリッド距離のずれに関する情報だけでなく、図４の「黒星」に関するユークリッド距離のずれに関する情報もメモリ５に格納する。

次に、ステップＳ１４においてユークリッド距離変化算出部３１２２が、メモリ５に格納されている電磁妨害波パラメータを参照し、通常の伝送方式に則ってデジタル情報を伝送した場合に、参照した電磁妨害波存在下では、シンボル読み出しを行う16QAM星座図上で、信号のユークリッド距離がどのように変化するかをサブキャリアごとに判定する。そして、その判定結果を、ステップＳ１５により補正情報としてメモリ５のテーブルに格納する。

例えば、サブキャリアの周波数f0，f1，f2，…，fkについて、16QAMのデジタル変調を用いて情報の送受信を行うシステムにおいて、全ての周波数で図５における（0000）を示す情報を送信機ＴＸから受信機ＲＸへ伝送した場合に、受信機ＲＸにおいて、f0では（0000）、f1では（0100）、f2では（0001）というようにシンボルが読み出されるという情報を算出する。ここで、シンボル誤りの原因である、16QAM星座図における信号のずれを補正するために必要な情報、上記の例では、例えば周波数f1の場合は（0100）と読み出されるシンボルの真の情報は（0000）であり、周波数f2の場合の（0100）と読み出されるシンボルの真の情報は（0000）である、というような補正情報を算出する。そして、この補正情報をメモリ５のテーブルに格納し、デジタル情報の伝送時にシンボル読み出し判定補正部３１３が必要に応じて参照できるようにする。

DSP３は、ステップＳ１６において補正情報の設定が終了したか否かを判定する。この判定の結果、まだトレーニング中であればステップＳ１１に戻って、先に述べたステップＳ１１〜Ｓ１６による処理を繰り返す。これに対しトレーニングが終了したと判定された場合には、その時点で補正情報の設定処理を終了する。

（２）デジタル情報伝送中におけるシンボル補正
受信機ＲＸは、デジタル伝送の伝送が開始されたことをCPU４がステップＳ２０により判定すると、以降DSP３のシンボル読み出し判定補正部３１３が以下のようにシンボル補正処理を実行する。図６はその処理内容を説明するための図であり、シンボル判定補正処理はＲ７において行われる。

すなわち、シンボル読み出し判定補正部３１３は、先ずステップＳ２１において受信データを取り込む。このとき、取り込む受信データは、図６のＲ１〜Ｒ６に示すように、AFE２によりデジタル伝送信号に変換された後時間軸上の波形等化処理（TEQ）が施され、続いてDSP３の復調部により、CPが削除された後、FFTによりサブキャリアごとにDMT復調処理が行われ、さらに周波数軸上の波形等化処理（FEQ）が行われた後に、QAM復調された受信ベースバンド信号である。

シンボル読み出し判定補正部３１３は、次にステップＳ２２において、上記受信データに含まれる電磁妨害波の振幅および位相成分をキャンセルするための補正情報をメモリ５のテーブルから読み出し、この補正情報を上記受信データに付加する。例えば、図６に示すように、（S_Nsin2πft + S_Ncos2πft）+（N_Nsin2πft + N_Ncos2πft）で表されるような電磁妨害波が重畳した信号波形から、電磁妨害波に起因する（N_Nsin2πft + N_Ncos2πft）の部分をキャンセルするための補正情報を、メモリ５のテーブルから読み出して上記受信データに付加する。この補正情報が付加された受信データは、ステップＳ２３により誤り訂正部３２へ出力される。

誤り訂正部３２では、上記補正情報が付加された受信データに対し、図６のＲ８に示すように先ずビタビ復号処理が行われる。電磁妨害波が存在する伝送環境下においては、図６の「黒星」のように正確なシンボル位置から外れたものを「黒丸」としてシンボル判定することが想定される。しかし、図４の「黒星」に関するユークリット距離のずれを表す情報を利用することで、ユークリッド距離にずれがある場合においても正確なシンボル判定を行うことが可能になる。

上記ビタビ復号後の受信データは、図６のＲ９，Ｒ１０に示すようにデスクランブル処理およびRS復号処理が行われ、さらに図６のＲ１１においてCRC検査が行われる。そして、このCRC検査の結果誤りが一定数以下であれば、上記受信データはステップＳ２３によりCPU４へ送られる。

最後にDSP３はステップＳ２４において情報伝送が終了したか否かを判定する。この判定の結果、まだ情報伝送期間中であればステップＳ２１に戻って、先に述べたステップＳ２１〜Ｓ２４による補正処理が行われる。一方、情報伝送が終了すると、一連の補正処理を終了して待機状態に復帰する。

（効果）
以上詳述したように第１の実施形態では、受信機ＲＸにおいて、トレーニング期間中に送信機ＴＸから通信伝送路Ｌ１を介して伝送された信号をモニタリングすることにより、サブキャリアごとに電磁妨害波の継続時間と発生周期を表す振幅情報と位相情報を抽出してこれを電磁妨害パラメータとしてメモリ５に格納し、さらに上記電磁妨害波パラメータをもとに、電磁妨害波の影響により伝送信号のユークリッド距離がどのように変化するかをサブキャリアごとに算出して、これを補正情報としてメモリ５に格納する。そして、デジタル情報の伝送期間中に、電磁妨害波が重畳された合成受信波形から復調された受信シンボルを、上記メモリ５に記憶された補正情報をもとに補正するようにしている。

従って、受信データに含まれる電磁妨害波の影響によるシンボル誤りを誤り訂正処理前に補正することが可能となる。このため、電磁妨害波の強度が大きく十分な信号対雑音比が得られないような場合でも、誤り訂正処理によりシンボル誤りを訂正できる確率が高くなり、これにより廃棄フレームを減らしてスループットを高めることが可能となる。また、電磁妨害波の影響を排除できることで、電磁妨害波の影響が大きいビンにも多くのビットを割り当てることが可能となり、これによってもスループットを高めることが可能となる。

なお、本実施形態では受信機ＲＸにシンボル判定補正処理が追加されることで、従来のシステムに比べ処理が増えることになり、その分のスループットの低下が起こる心配がある。しかし、上記シンボル判定補正処理により電磁妨害波の影響が排除された受信データが誤り訂正部３２に送られるため、誤り訂正部３２では誤り訂正復号のための計算量は最少となり、またCRC検査後に受信フレームが破棄されることがなく、さらに再送処理手順が実行されることもないので、結果的にはスループットを高めることが可能となる。

［第２の実施形態］
ADSLデジタル情報伝送システムでは、デジタル情報を送信する際に、送信機ＴＸが送信フレームを６８個生成し、その中に、送受信機間で同期を取るため、また誤りがないかどうかをチェックするために、疑似的なフレームを１個挿入している。

本発明の第２の実施形態では、この擬似的なフレームをテストフレームとして利用し、送信機ＴＸがこのテストフレームに既知の情報を挿入して送信し、受信機ＲＸが上記テストフレームにより受信したデータからサブキャリアごとの電磁妨害波パラメータを抽出して補正情報を生成する。そして、この電磁妨害波パラメータおよび補正情報を用いて、後続の情報伝送フレームに含まれる、電磁妨害波によるシンボル誤りを補正するようにしたものである。

（構成）
送信機ＴＸは、全てのサブキャリア周波数について図５に示した16QAM星座図上の（0000）のように同位相で同振幅のテスト情報を生成し、このテスト情報をテストフレームに挿入して送信する。なお、上記テストフレームにより伝送するテスト情報は、受信機ＲＸのメモリ５にあらかじめ記憶しておく。

図７は、この発明の第２の実施形態に係るデジタル伝送システムで使用される受信機ＲＸの要部構成を示すブロック図である。なお、同図において図２と同一部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

電磁妨害波検出部３１１は、通信伝送路モニタリング部３１１１に加え、テストフレーム受信処理部３１１２を備えている。テストフレーム受信処理部３１１２は、デジタル情報の伝送期間において、テストフレームが受信されるごとに当該テストフレームからサブキャリアごとに電磁妨害波の影響を受けた受信データを復調する。

電磁妨害波パラメータ抽出部３１２は、サブキャリア影響算出部３１２１およびユークリッド距離変化算出部３１２２に加え、受信テストフレーム照合部３１２３を備えている。

受信テストフレーム照合部３１２３は、上記テストフレーム受信部３１１２により復調された、サブキャリアごとに電磁妨害波の影響を受けた受信データの振幅と位相を、メモリ５に事前に格納された既知の情報と照合する。そして、サブキャリアごとに電磁妨害波の継続時間と発生周期を表す振幅情報と位相情報を算出し、その算出結果を電磁妨害波パラメータとしてメモリ５に記憶させる。

ユークリッド距離変化算出部３１２２は、上記受信テストフレーム照合部３１２３による位相と振幅の照合結果に基づいて、通信伝送路Ｌ１上において電磁妨害波によりどのサブキャリアにおいてどの信号がどのようにユークリッド距離を変化させられたのかを表す情報を算出し、この算出情報を補正情報としてメモリ５に格納する。

シンボル読み出し判定補正部３１３は、デジタル情報の伝送期間において、情報伝送フレームが受信されるごとに、先行する直近のテストフレームにおいて抽出および生成された電磁妨害波パラメータおよび補正情報を上記メモリ５から読み出し、当該補正情報を、上記受信された情報伝送フレームにおいて得られた復調シンボルに付加する。そして、この補正情報が付加された受信データを、受信フレーム格納部３４に一旦保存した後、誤り訂正部３２による誤り訂正処理に供する。

（動作）
次に、以上のように構成されたデジタル情報伝送システムの動作を説明する。
図８は、図７に示した受信機ＲＸによる処理手順および処理内容を示すフローチャートである。なお、同図において図３と同一部分には同一符号を付してある。
図８において、トレーニング期間における受信データのモニタリング、サブキャリアごとの電磁妨害波パラメータの抽出、補正情報の生成および格納処理は、図３と同一なので説明は省略する。

トレーニングが終了し、デジタル情報の伝送が開始されると、受信機ＲＸのDSP３はステップＳ２１により受信データを取り込む。このとき、取り込む受信データは、図６のＲ１〜Ｒ６に示したように、AFE２によりデジタル伝送信号に変換された後時間軸上の波形等化処理（TEQ）が施され、続いてDSP３の復調部により、CPが削除された後、FFTによりサブキャリアごとにDMT復調処理が行われ、さらに周波数軸上の波形等化処理（FEQ）が行われた後に、QAM復調された受信ベースバンド信号である。

受信機ＲＸのDSP３は、次にステップＳ２１において、テストフレーム受信処理部３１１２により、上記取り込まれたベースバンドの受信データからテストフレームを抽出する。続いてステップＳ３１において、受信テストフレーム照合部３１２２により、上記テストフレームから抽出された受信データの振幅と位相を、メモリ５に事前に格納されている既知の情報と照合する。そして、サブキャリアごとに電磁妨害波の継続時間と発生周期を表す振幅情報と位相情報を算出し、その算出結果を電磁妨害波パラメータとしてステップＳ３２によりメモリ５に記憶させる。このとき、メモリ５に、トレーニング期間に抽出された電磁妨害パラメータまたは先行するテストフレームにおいて抽出された電磁妨害波パラメータが既に記憶されている場合には、当該記憶済のパラメータを上記新たに抽出された電磁妨害波パラメータに更新する。

次にステップＳ３３においてユークリッド距離変化算出部３１２２が、上記受信テストフレーム照合部３１２３による照合結果に基づいて、通信伝送路Ｌ１上において電磁妨害波によりどのサブキャリアにおいてどの信号がどのようにユークリッド距離を変化させられたのかを表す情報を算出する。そして、その算出結果を、ステップＳ３４により補正情報としてメモリ５に格納する。このときも、メモリ５に、トレーニング期間に算出された補正情報または先行するテストフレームにおいて算出された補正情報が既に記憶されている場合には、当該記憶済の補正情報を上記新たに算出された補正情報に更新する。

続いてステップＳ２２において、シンボル読み出し判定補正部３１３が、情報伝送フレームが受信されるごとに、先行する直近のテストフレームにおいて生成および抽出された電磁妨害波パラメータおよび補正情報を上記メモリ５から読み出し、上記情報伝送フレームから復調された受信シンボルに対し上記補正情報を付加する。そして、この補正情報が付加された受信データを、受信フレーム格納部３４に一旦保存した後、誤り訂正部３２による誤り訂正処理に供する。

誤り訂正部３２では、上記補正情報が付加された受信データに対し、先ず図６のＲ８に示したようにビタビ復号が行われ、続いて図６のＲ９，Ｒ１０に示したようにデスクランブル処理およびRS復号が行われる。そして、図６のＲ１１においてCRC検査が行われ、このCRC検査の結果誤りが一定数以下であれば、上記受信データはステップＳ２３によりCPU４へ送られる。

最後にDSP３は、ステップＳ２４において情報伝送が終了したか否かを判定する。この判定の結果、まだデジタル情報の伝送期間であればステップＳ２１に戻って、先に述べたステップＳ２１〜Ｓ２４による補正処理が行われる。一方、情報伝送が終了すると、一連の補正処理を終了して待機状態に復帰する。

（効果）
以上詳述したように第２の実施形態では、デジタル情報伝送期間において、テストフレームを受信するごとに、当該テストフレームの受信信号からサブキャリアごとの電磁妨害波パラメータを抽出すると共に、当該電磁妨害波パラメータと既知の位相および振幅情報をもとに補正情報を生成してメモリ５に保存する。そして、この保存された補正情報をもとに、後続の受信フレームから復調した受信シンボルを補正し、この補正後の受信データを誤り訂正復号するようにしている。

従って、デジタル情報の伝送期間中に、通信伝送路Ｌ１に印加される電磁妨害波が変化したとしても、各受信フレームのシンボル復号再生時には、それぞれ先行する直近のテストフレームにおいて抽出された電磁妨害波パラメータおよび補正情報をもとに、直近の電磁妨害波の変化を反映した補正が行われることになり、これによりスループットをさらに高めることが可能となる。すなわち、通信伝送路Ｌ１の状態が通信リンクの確立時とは異なっている場合でも、スループットを最大化したデジタル情報伝送が可能になる。

［その他の実施形態］
前記各実施形態では、本発明をADSLデジタル情報伝送システムに適用した場合を例にとって説明したが、本発明は、デジタル情報をメタリック通信伝送路を使用して時系列電気信号により伝送するEthernet（登録商標）伝送システムや、OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を採用したマルチキャリア無線デジタル伝送システムを含め、各種デジタル情報伝送システムにも適用可能である。

第２の実施形態では、ADSLデジタル情報伝送システムにおいて使用されているテストフレームを利用して電磁妨害波パラメータの抽出と補正情報の算出を行う場合を例にとって説明したが、その他の伝送システムにおいても擬似的なフレームを送信するシステムであれば、この擬似的なフレームを利用して電磁妨害波パラメータの抽出と補正情報の算出を行うようにしてもよい。

前記各実施形態では、電磁妨害波検出部３１１、電磁妨害波パラメータ抽出部３１２およびシンボル読み出し判定補正部３１３による各処理をDSP３１においてハードウェアにより実現する場合を例にとって説明したが、これらの処理をCPU４においてソフトウェアにより実現してもよい。この場合には、受信機ＲＸの大幅な改変を必要とせずにスループットの向上を実現することができるため、既存の様々な通信方式に容易に組み込むことが可能である。

また前記各実施形態では、変調方式として16QAMを採用した場合を例にとって説明したが、それに限らずPSK方式や64QAM等のその他の変調方式を採用した場合にもこの発明は適用可能である。また、マルチキャリア通信方式以外に、シングルキャリア通信方式を採用したシステムにも、この発明は適用可能である。

その他、変調方式や誤り訂正方式、受信機の構成、伝送情報の種類等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。

要するにこの発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

ＴＸ…送信機、ＲＸ…受信機、Ｌ１…メタリックケーブルを用いた通信伝送路、Ｌ２…LANケーブル、１…I/O-IF、２…AFE、３…DSP、４…CPU、５，６…メモリ、７…LAN-IF、３１…デジタル情報読み出し処理部、３２…誤り訂正部、３３…入出力ＩＦ、３４…受信フレーム格納部、３１１…電磁妨害波検出部、３１２…電磁妨害波パラメータ抽出部、３１３…シンボル読み出し判定補正部、３１１１…通信伝送路モニタリング部、３１１２…テストフレーム受信処理部、３１２１…サブキャリア影響算出部、３１２２…ユークリッド距離変化算出部、３１２３…受信テストフレーム照合部。

Claims (8)

1. 第１の通信装置から第２の通信装置へ、妨害波の影響を受ける通信伝送路を介して、デジタル情報を少なくとも１つの搬送波周波数を使用して伝送するデジタル情報伝送システムであって、
   前記第１の通信装置は、
   トレーニング期間において、予め定められた既知の情報により変調されたトレーニング信号を、前記第２の通信装置へ向けて前記通信伝送路へ送信する手段を備え、
   前記第２の通信装置は、
   前記トレーニング期間において、前記トレーニング信号を前記通信伝送路を介して受信し、当該受信されたトレーニング信号から前記妨害波の周波数ごとの振幅および位相を表す情報を検出してメモリに記憶する第１の手段と、
   前記デジタル情報の伝送期間において、前記通信伝送路を介して伝送された情報伝送信号を受信し、当該受信された情報伝送信号から前記デジタル情報を表す前記搬送波周波数ごとの振幅および位相を表す情報を復調し、当該復調された振幅および位相を表す情報を、前記メモリに記憶された前記妨害波の周波数ごとの振幅および位相を表す情報をもとに補正する第２の手段と
   を備えることを特徴とするデジタル情報伝送システム。
2. 前記第１の手段は、前記妨害波の周波数ごとの振幅および位相を表す情報と、前記既知の情報を表す前記搬送波周波数ごとの振幅および位相を表す情報とをもとに、振幅および位相のずれ量を算出し、当該ずれ量を補正するための補正情報を生成して前記メモリに記憶しておき、
   前記第２の手段は、前記復調されたデジタル情報を表す前記搬送波周波数ごとの振幅および位相を表す情報を、前記メモリに記憶された前記補正情報をもとに補正することを特徴とする請求項１に記載のデジタル情報伝送システム。
3. 前記第１の通信装置は、
   前記デジタル情報の伝送期間において、予め定められた既知の情報により変調された擬似的なテスト信号を、前記第２の通信装置へ向けて前記通信伝送路へ定期的に送信する手段を、さらに備え、
   前記第２の通信装置は、
   前記デジタル情報の伝送期間において、前記テスト信号を前記通信伝送路を介して受信するごとに、当該受信されたテスト信号から前記妨害波の周波数ごとの振幅および位相を表す情報を検出する第３の手段と、
   前記通信伝送路を介して伝送された情報伝送信号を受信し、当該受信された情報伝送信号から前記デジタル情報を表す前記搬送波周波数ごとの振幅および位相を表す情報を復調し、当該復調された振幅および位相を表す情報を、前記第３の手段により先行して受信されたテスト信号から検出された前記妨害波の周波数ごとの振幅および位相を表す情報をもとに補正する第４の手段と
   を、さらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のデジタル情報伝送システム。
4. 第１の通信装置から第２の通信装置へ、妨害波の影響を受ける通信伝送路を介して、デジタル情報を少なくとも１つの搬送波周波数を使用して伝送するデジタル情報伝送システムにより実行されるデジタル情報伝送方法であって、
   前記第１の通信装置が、トレーニング期間において、予め定められた既知の情報により変調されたトレーニング信号を、前記第２の通信装置へ向けて前記通信伝送路へ送信する過程と、
   前記第２の通信装置が、前記トレーニング期間において、前記トレーニング信号を前記通信伝送路を介して受信し、当該受信されたトレーニング信号から前記妨害波の周波数ごとの振幅および位相を表す情報を検出してメモリに記憶する過程と、
   前記第２の通信装置が、前記デジタル情報の伝送期間において、前記通信伝送路を介して伝送された情報伝送信号を受信し、当該受信された情報伝送信号から前記デジタル情報を表す前記搬送波周波数ごとの振幅および位相を表す情報を復調し、当該復調された振幅および位相を表す情報を、前記メモリに記憶された前記妨害波の周波数ごとの振幅および位相を表す情報をもとに補正する過程と
   を具備することを特徴とするデジタル情報伝送方法。
5. 送信機から、少なくとも１つの搬送波周波数を使用しかつ妨害波の影響を受ける通信伝送路を介して伝送されるデジタル情報を受信する受信機であって、
   トレーニング期間において、前記送信機から送信される、予め定められた既知の情報により変調されたトレーニング信号を前記通信伝送路を介して受信し、当該受信されたトレーニング信号から前記妨害波の周波数ごとの振幅および位相を表す情報を検出してメモリに記憶する第１の手段と、
   前記デジタル情報の伝送期間において、前記通信伝送路を介して伝送された情報伝送信号を受信し、当該受信された情報伝送信号から前記デジタル情報を表す前記搬送波周波数ごとの振幅および位相を表す情報を復調し、当該復調された振幅および位相を表す情報を、前記メモリに記憶された前記妨害波の周波数ごとの振幅および位相を表す情報をもとに補正する第２の手段と
   を具備することを特徴とする受信機。
6. 前記第１の手段は、前記妨害波の周波数ごとの振幅および位相を表す情報と、前記既知の情報を表す前記搬送波周波数ごとの振幅および位相を表す情報とをもとに、振幅および位相のずれ量を算出し、当該ずれ量を補正するための補正情報を生成して前記メモリに記憶する手段をさらに有し、
   前記第２の手段は、前記復調されたデジタル情報を表す前記搬送波周波数ごとの振幅および位相を表す情報を、前記メモリに記憶された前記補正情報をもとに補正することを特徴とする請求項５に記載の受信機。
7. 前記デジタル情報の伝送期間において、予め定められた既知の情報により変調された擬似的なテスト信号を前記通信伝送路を介して受信するごとに、当該受信されたテスト信号から前記妨害波の周波数ごとの振幅および位相を表す情報を検出する第３の手段と、
   前記通信伝送路を介して伝送された情報伝送信号を受信し、当該受信された情報伝送信号から前記デジタル情報を表す前記搬送波周波数ごとの振幅および位相を表す情報を復調し、当該復調された振幅および位相を表す情報を、前記第３の手段により先行して受信されたテスト信号から検出された前記妨害波の周波数ごとの振幅および位相を表す情報をもとに補正する第４の手段と
   を、さらに具備することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の受信機。
8. 送信機から、少なくとも１つの搬送波周波数を使用しかつ妨害波の影響を受ける通信伝送路を介して伝送されるデジタル情報を受信する受信機により実行されるデジタル情報受信方法であって、
   トレーニング期間において、前記送信機から送信される、予め定められた既知の情報により変調されたトレーニング信号を前記通信伝送路を介して受信し、当該受信されたトレーニング信号から前記妨害波の周波数ごとの振幅および位相を表す情報を検出してメモリに記憶する過程と、
   前記デジタル情報の伝送期間において、前記通信伝送路を介して伝送された情報伝送信号を受信し、当該受信された情報伝送信号から前記デジタル情報を表す前記搬送波周波数ごとの振幅および位相を表す情報を復調し、当該復調された振幅および位相を表す情報を、前記メモリに記憶された前記妨害波の周波数ごとの振幅および位相を表す情報をもとに補正する過程と
   を具備することを特徴とするデジタル情報受信方法。