JPH0799512A - モデム - Google Patents

モデム

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JPH0799512A
JPH0799512A JP6153112A JP15311294A JPH0799512A JP H0799512 A JPH0799512 A JP H0799512A JP 6153112 A JP6153112 A JP 6153112A JP 15311294 A JP15311294 A JP 15311294A JP H0799512 A JPH0799512 A JP H0799512A
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modem
signal
analog
digital
port
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JP6153112A
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English (en)
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Stanley Bottoms
ボトムズ スタンレイ
Gordon Bremer
ブレマー ゴードン
Joseph Q Chapman
クイン チャプマン ジョセフ
William R Davis
ロジャー ディビス ウィリアム
Kenneth D Ko
デビッド コー ケンネス
D Randy Roberson
ロバーソン デー.ランディ
Luke J Smithwick
ジェイ.スミスウィック ルーク
Richard K Smith
ケント スミス リチャード
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AT&T Corp
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American Telephone and Telegraph Co Inc
AT&T Corp
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/32Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H04L27/345Modifications of the signal space to allow the transmission of additional information
    • H04L27/3461Modifications of the signal space to allow the transmission of additional information in order to transmit a subchannel
    • H04L27/3483Modifications of the signal space to allow the transmission of additional information in order to transmit a subchannel using a modulation of the constellation points
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04JMULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J7/00Multiplex systems in which the amplitudes or durations of the signals in individual channels are characteristic of those channels
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/18Phase-modulated carrier systems, i.e. using phase-shift keying

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
  • Telephonic Communication Services (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アナログ情報およびデジタル情報を同時に通
信する。 【構成】 トランスミッタ部に入力されるデジタルスト
リームをワードに分割し、各ワードを一対のシンボル成
分にマッピングする。トランスミッタ部に入力されるア
ナログ信号はサンプリングされ、連続するサンプルの各
対がアナログベクトル成分のセットを形成する。このア
ナログベクトル成分はそれぞれシンボル成分に加算さ
れ、この成分和をQAM変調して出力信号を形成する。
アナログサンプルの対は、単に、アナログ信号を遅延さ
せ、遅延信号および非遅延信号の両方をサンプリングす
ることによって導出することができる。レシーバでは、
信号をまず復調し、標準的な変調技術に従ってデジタル
信号を検出する。次に、検出したデジタル信号を受信信
号から現在して、アナログサンプル対を形成し、それら
を結合してアナログ信号を再構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、デジタル/アナログ同
時伝送に関し、特に、一般にアナログ信号とデジタル信
号とを多重化せず同一周波数帯に共存するように同時に
伝送する方法を使用したアプリケーションに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、音声およびデータがあるチャネル
を介して同時に送出される場合には、周波数分割多重化
法あるいは時分割多重化法を用いて送出されている。周
波数分割多重化法においては、データチャネルおよび音
声チャネルが前記チャネルの帯域内の相異なったサブバ
ンドに割り当てられる。この種の方式の例としては、米
国特許第4,757,495号、同第4,672,60
2号、および同第4,546,212号などが挙げられ
る。時分割多重化装置においては、音声信号は、サンプ
リングされ、デジタイズされ、さらにデジタルデータの
間にインタリーブされて、利用可能なチャネルを介して
通信される単一の情報ストリームが形成される。実際に
は、(例えばT1キャリアシステムなどの)デジタルキ
ャリアシステムがこの種の方式を用いた例である。
【0003】1985年4月付けの米国特許第4,51
2,013号は、同時に音声およびデータを取り扱う、
周波数分割多重化装置に近い、興味深いアプローチを提
供している。この装置においては、音声信号が濾波さ
れ、それに変調された狭帯域信号が追加されて送出され
る信号が形成される。この狭帯域変調済み信号は、キャ
リアによって変調されて音声エネルギーがわずかしか存
在しない周波数スペクトル上の位置にシフトアップされ
た狭帯域デジタル入力信号から導出されたものである。
レシーバにおいては、変調済みデジタル信号によって占
められる狭帯域内においては音声パワーは低いという事
実に基づいて、デジタル信号が適切な復調により回復さ
れる。その後、回復されたデジタル信号はトランスミッ
タにおける操作と同様に再び変調され、チャネル特性に
対応するように濾波されて受信された信号から差し引か
れる。この結果が受信された音声である。以上に述べら
れているように、この装置の顕著な特徴は、第2カラム
の第13−18行に記述されているように、「データ信
号を通常の音声信号周波数帯内の音声信号が存在するが
そのパワー密度特性が低いような領域内でデータ信号を
多重化することによって、アナログ音声信号および変調
済みデータ信号のすべてが単一の通常のアナログチャネ
ルを介して伝送されうる」ということである。その外、
この米国特許第4,512,013号は半二重である。
【0004】モデムにおいては、デジタル情報は、アナ
ログ情報に変換されることによってチャネルを介して通
信されている。その最も基本的な形態においては、モデ
ムはデジタル信号を濾波し(すなわち、そのデジタル信
号を周波数軸上でシフトし)て帯域の制限された信号を
形成し、その信号が通信チャネルの透過帯域(パスバン
ド)内に位置するように変調する。例えば電話において
はパスバンドは300Hzから3500Hzの間であ
る。変調済み信号の情報伝送能力を向上させるために、
より高度化されたモデムにおいては直交変調が用いられ
ている。直交変調は2次元信号空間として書き表され
る。音声信号を送信するために信号空間を用いる例は、
1992年1月14日付けの米国特許第5,981,6
47号に記載されている。
【0005】データおよび音声を送信するために信号空
間を用いる例は、アジャシ(Ajashi)らによる、「単一の
電話チャネルを介した高速デジタル/アナログパラレル
送信技法」(アイ・トリプル・イー・トランザクション
ズ・オン・コミュニケーションズ(IEEE Transactions o
n Communications)誌第30巻第5号(1982年5
月)第1213〜1218ページ)という表題の論文に
記載されている。アナログおよびデータ信号が相異なっ
た時間スロット(TDM)あるいは相異なった周波数帯
(FDM)に分割配置されるような従来技法とは異な
り、この方法においてはデジタルおよびデータ信号がQ
AMシステムの相異なった2つのチャネルに分配されて
いる。すなわち、アジャシらは、同相チャネルをアナロ
グ信号で、それに直交するチャネルをデジタル信号で変
調することを提案している。その記述およびチャネル等
化に関連して、リム(Lim)らは、「同時アナログ/デジ
タルデータ送信における適応等化および位相追随」とい
う表題の論文(BSTJ第60巻第9号(1981年1
1月)第2039〜2063ページ)において、等化器
の性能を解析している(1981年のBSTJの記事に
おいては、1982年のIEEEの記事を「未発表の研
究」として引用している)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】これまでのところ、Q
AMシステムの双方のチャネルを介してデータおよび音
声の双方を同時に送信することは出来ておらず、単一の
双方向帯域制限付き通信チャネルを介して全二重にデー
タおよびアナログ信号の双方を通信することは出来てい
ない。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の原理を使用すれ
ば、アナログ情報およびデジタル情報が同時に通信され
る。一般的には、通信チャネルを多次元空間としてみる
と、デジタル信号はシンボルに分割され、シンボルは、
それらの間の距離があらかじめ設定された信号空間にマ
ッピングされる。アナログ信号は、成分信号に変換され
てシンボルに加えられる(ベクトル和)。ただし、この
成分信号は一般的にはシンボル間の距離の半分より小さ
い大きさに制限される。次に、和信号はレシーバへ送信
され、そこで、シンボルが検出され、受信信号から減算
されて、アナログ信号成分を生成する。送信されたアナ
ログ信号がこれらの成分から再生される。
【0008】一実施例では、トランスミッタ部に入力さ
れるデジタルストリームをワードに分割し、各ワードを
一対のシンボル成分にマッピングする。トランスミッタ
部に入力されるアナログ信号はサンプリングされ、連続
するサンプルの各対がアナログベクトル成分のセットを
形成する。このアナログベクトル成分はそれぞれシンボ
ル成分に加算され、この成分和をQAM変調して出力信
号を形成する。アナログサンプルの対は、単に、アナロ
グ信号を遅延させ、遅延信号および非遅延信号の両方を
サンプリングすることによって導出することができる。
【0009】レシーバでは、信号をまず復調し、標準的
な変調技術に従ってデジタル信号を検出する。次に、検
出したデジタル信号を受信信号から現在して、アナログ
サンプル対を形成し、それらを結合してアナログ信号を
再構成する。
【0010】本発明の原理を使用したさまざまな実施例
に、モデム技術で知られているライン等化、エコーキャ
ンセル、プリエンファシスなどの改良を組み合わせるこ
とができる。
【0012】
【実施例】図1は、直交変調技法によってデジタルデー
タを通信するモデムの非常に基本的なブロック図であ
る。セクション100はモデムのトランスミッタ部であ
り、セクション200はモデムのレシーバ部である。詳
細に述べれば、トランスミッタ部においては、デジタル
データが1−to−2マッパ110に供給され、マッパ
110は、通常同相サンプルおよび直交サンプルと呼称
される2つの出力を生成する。同相サンプルはローパス
フィルタ150を介して変調器120に供給され、変調
器120は供給された信号とキャリア、すなわち図1の
sinωt、との積を生成する。直交サンプルはローパ
スフィルタ160を介して変調器130に供給され、変
調器130は供給された信号と第2のキャリアとの積を
生成する。この第2のキャリアは第1のキャリアと直交
している、すなわちcosωtである。フィルタ150
および160は、エイリアシングを避けるために、ω未
満そして少なくともマッパ110の出力サンプルレート
の逆数の半分までに帯域を制限していなければならな
い。変調器120および130の出力信号は素子140
において加算されてモデムのトランスミッタ部のアナロ
グ信号が生成される。
【0013】実際の動作においては、図1の装置に対し
て供給されるデジタルデータはビットストリームであ
る。素子110は、入力信号を、各々所定の数の連続ビ
ットよりなるシンボルのストリームとしてみなし、各々
のシンボルを同相アナログサンプルと直交アナログサン
プルとにマッピングする。
【0014】当業者は、図1の装置において実行される
操作を、しばしば図2に示されているような信号空間ダ
イアグラムによって記述する。x軸は一方のキャリア信
号(例えばcosωt)に対応しており、y軸は他方の
キャリア信号(sinωt)に対応している。よって、
素子110によって供給される同相および直交サンプル
は、図2の信号空間内のある位置を規定することにな
る。従って、素子110が生成しうるサンプルの組は、
図2の信号空間描像においてはサンプルポイントの組
(すなわちポイントのコンステレーション)に対応す
る。図2においては、例として4ポイント信号コンステ
レーションが示されている。しかしながら、より多くの
信号ポイントを有する信号ポイントコンステレーション
を生成することが可能であることは公知である。
【0015】図2に示されているコンステレーションに
従って図1の装置によって変調された信号を受信するた
めには、受信した信号が信号空間内の第1、第2、第
3、あるいは第4象限のうちのいずれに位置するもので
あるかを識別することだけが必要である。このことは、
受信された信号に対する大きな許容度があることを意味
しており、正確な象限内に位置するあらゆる信号はその
象限内の正確なコンステレーション信号ポイントに対し
てマッピングされる。他の(おそらくより大きな)コン
ステレーションに拡張すると、信号空間はそれぞれ領域
に分割されており、レシーバ側の決定は受信された信号
が位置する領域に関してなされる。これらの領域は「隣
接領域」と呼称される。
【0016】図1のレシーバ部においては、変調済み信
号が復調器210に供給される。復調器210は同相お
よび直交成分を回復し、それらをスライサ220に供給
する。スライサ220は同相および直交成分をシンボル
に変換し、そのシンボルをデマッパ230に供給する。
デマッパ230は、シンボルをビットストリームにマッ
ピングしてデジタルデータストリームを回復する。
【0017】(チャネルにおいて付加される雑音に起因
するものなどの)信号歪が存在しない場合には、復調器
210によって受信された信号は加算器140によって
送出された信号と正確に同一のものであるはずであり、
(スライサ220による)信号が見い出された隣接領域
の決定は比較的単純でエラーフリーであるはずである。
しかしながら、送信された信号に対して追加された雑音
は受信された信号を前記信号空間内でシフトさせ、スラ
イサ220への入力を変化させる。言い換えれば、通信
チャネルを流れる信号に対して付加される雑音は、送信
されたサンプルポイントに対して付加される、図2の信
号空間内のベクトル信号に対応する。この付加されるベ
クトルは、未知の大きさおよび未知の位相を有してい
る。従って、追加された雑音によって、信号空間内の点
に対応する被送出信号が信号空間内の領域へと変換され
る。この現象は、図2内においては円11によって記述
されている。この円のことを、送出された信号を取り囲
む信号空間「雑音雲」と呼称する場合もある。
【0018】以上より、送出された信号をエラーなく検
出するためには、隣接領域が雑音雲を取り囲むのに充分
であるほど大きくなければならないことが明らかであ
る。送出された信号の平均出力は通常他の考察事項によ
って制限されているため、信号コンステレーションがx
軸およびy軸によって表現される無限の空間を覆う量も
制限されている。このことは、図2においては円12に
よって表現されている。円12によってなされる制限
は、雑音に関する考察によってなされる隣接領域の大き
さに関する制限とともに、コンステレーション内の送出
される信号ポイントの数を制限する。
【0019】既に示されているように、通常のモデムデ
ザインにおいては許容される信号強度とチャネルの忠実
度の期待値とが複合してコンステレーションサイズを制
御している。雑音の少ないチャネルにおいてはより大き
なコンステレーションが可能になり、より大きなコンス
テレーションはより高いデジタルデータスループットを
可能にする。このことから、利用可能な信号空間のすべ
て、すなわち実質的にすべてを情報伝送に利用するとい
う全く革新的なアイデアが生まれる。この革新的なアプ
ローチに従ったトランスミッタ信号空間が図3に示され
ている。図3においては、複数個の信号ポイントが信号
空間内でランダムに示されている。これらのポイント
は、トランスミッタが送出可能な種々のベクトルを表わ
している。ここにはもはやそれらの各々の間の決定がな
されなければならないような「ポイントのコンステレー
ション」というものは存在しない。信号空間全体が存在
するのみである。言い換えれば、信号空間内の固定され
たコンステレーションに対してマッピングされるような
デジタル信号を有する代わりに、図3においては信号空
間にマッピングされるアナログ信号が描かれている。同
相成分を構成するアナログ信号が直交成分を構成するア
ナログ信号とは独立である場合には、図3における存立
可能な信号空間は長方形である。
【0020】アナログ信号を図3の信号空間に従って送
出することの利点を認識した後の次なる革新は、図2お
よび図3の信号空間を交互に用いることである。すなわ
ち、この革新は、利用者のアナログ信号「あるいは」利
用者のデジタル信号をその必要が生じた場合に送出す
る、ということである。この様子は、図4に示されてい
る。
【0021】さらに、図4の信号空間に従ってアナログ
あるいはデジタル信号のいずれかを送出することの利点
を認識した後、全く相異なった通信方法が用いられ得る
こと、すなわちアナログおよびデジタル信号の「双方」
を通信することが組み合わせられた信号空間において同
時に「表現されうる」こと、が見い出された。この様子
は図5に示されており、4つの隣接領域が破線21およ
び22によって識別された境界線を用いて例示の目的で
識別されている。
【0022】図5の描像に従うと、各々のデジタルコン
ステレーションポイント(例えばポイント31)の周囲
に「信号雲」を形成するアナログ信号は、それが完全に
単一の隣接領域内に含まれているようにダイナミックレ
ンジに関して制限される。よって、この場合においても
コンステレーションサイズ(これはデジタルスループッ
トに直接影響する)と送出されるアナログ信号のダイナ
ミックレンジ(ある場合には「分解能」に対応する)と
の間にはトレードオフの関係が存在する。
【0023】図6は、本発明の原理を基本的に例示する
装置を示した図である。当該装置には、ライン61上に
印加されたデジタル信号に応答する1−to−2次元マ
ッパ60が含まれている。マッパ60は、各々ライン6
1上に到達したデジタル信号に関連する、量子化された
振幅のパルスを有する2つの出力をライン62および6
3上に生成する。図6には、さらに、ライン51上に印
加されたアナログ信号に対して応答し、ライン51上の
アナログ信号に関連する連続振幅のパルスを有する2つ
の出力信号をライン52および53上に生成する。出力
52および62は加算器70内で組み合わせられ、出力
53および63は加算器80において組み合わせられ
る。加算器70および80の出力は、図5の信号空間に
よって表現される信号の成分を生成する。図1に示され
ているように、加算器70および80の出力はローパス
フィルタ150および160を介して変調器120およ
び130に供給され、加算器140においてその和が計
算されて、モデム分野においては公知の変調済み信号が
形成される。
【0024】図6においては、素子60は1−to−2
マッパとして描かれている。しかしながら、素子60は
M−to−Nマッパであってもよいことに留意された
い。すなわち、素子60は、複数(M)個のデジタル信
号に応答するものであって相異なった複数(N)個の出
力信号を生成するものであればよい。同様に、素子50
は、複数個のアナログ信号に応答するJ−to−Kエン
コーダでよい。さらに、素子50および60の後段に位
置するもの(すなわち、素子70、80、120、13
0、140、150および160)、つまり直交変調器
90を構成するものは、素子50および60が生成する
ように設計されている複数個の出力(例えば、3次元空
間、4次元空間など)に応答するように構成される。よ
り詳細に述べれば、それらの素子は供給されたすべての
入力信号に対して応答しなければならず、すなわちそれ
らの素子はK個あるいはN個のうちのより大きい個数の
信号を扱えなければならない。しかしながら、このよう
な状況においても、ユーザがこの二つ(KあるいはN)
のうちのより大きいほうをシステムの次元とみなすこと
は可能であり、その場合にはある次元においてはデジタ
ルデータが無いあるいはアナログデータが無いというこ
とになる。もちろん、デジタルデータもアナログデータ
も存在しない「次元」が存在する場合には、「側方」情
報の等化のように、他の情報がそれらの次元を介して送
出されうる。
【0025】信号空間の概念においては、素子50およ
び60のN個(NがKよりも大きいと仮定する)の出力
信号は、多次元空間、すなわちN次元空間内のベクトル
の成分の集合に対応する。この多次元空間の座標は、直
交変調器90内の直交変調信号に対応する。図6におい
ては、2つの直交変調信号はcosωtおよびsinω
tであるが、他の変調信号、例えば符号分割多重化(C
DMA)テンプレートなども利用可能である。本発明に
関しては、直交変調信号とは、複数個のコンカレント要
素信号を含む送出される信号を生成し、かつレシーバが
受信した信号を前記変調信号の各々に応答して生成され
たそれぞれの要素信号に分割することを可能にするよう
な変調信号である。さらに、図5に関連して、直交変調
器90が素子60によって生成された成分によって表現
される「シンボルベクトル」と素子50によって生成さ
れた成分によって表現される「アナログ情報ベクトル」
とのベクトル和演算を実行することが理解される。この
様子は図7に示されている。
【0026】図1に関連して、本発明の原理は、加算器
70および80の出力信号が直交変調器90において組
み合わせられるという利点を有さずに直接通信される
(すなわち送出される)場合においても用いられること
に留意されたい。さらに、直交変調器90は、単なる帯
域シフト手段であってもよい。例えば加算器70の出力
が帯域制限されている場合には、加算器80の出力は加
算器70の帯域制限された出力信号を越えて帯域シフト
され、その後に加算器70の出力と組み合わせられう
る。この様子は、図8に示されている。デジタルストリ
ームが供給されないような状況下では、本発明の原理は
素子60を用いずに実現される。
【0027】以上の説明においては、図6の素子50に
対して供給される入力信号がアナログである。しかしな
がら、必ずしもこのようになっている必要はない。従来
技術に係る技法に従って、帯域制限されたアナログ信号
は(適切なナイキスト限界内で)サンプリングされう
る。ここで、素子50への入力信号はアナログサンプル
シーケンスであり得ることに留意されたい。さらに、サ
ンプリングされたアナログ信号は、量子化されてデジタ
ル形式で表現されうる。実際、サンプリングされてデジ
タル形式に変換されたアナログ信号は、さらに振幅量子
化パルス振幅変調(PAM)フォーマット(例えば、通
常のPCM)に変換されうる。これらの表現のすべては
アナログ信号の表現である。例えば、振幅量子化PAM
パルスの集合は、サンプリングおよび量子化(A/D変
換およびその後のD/A変換)プロセスによって導入さ
れた量子化誤差の範囲内で元のアナログ信号と同一であ
る。
【0028】素子50の入力においてアナログ信号のサ
ンプリングおよび振幅量子化が可能であるという事実は
多くの利点をもたらす。第1に、そのことによってアナ
ログ信号が素子50に対してデジタルフォーマットで提
供されうる。次に、相異なった情報源の単純な多重化が
可能になる。よって、例えば素子50、60および90
が今日のモデムが実現されている様式、すなわちストア
されたプログラムの制御下で機能する1つあるいは複数
個のマイクロプロセッサを有する形態、に従って実現さ
れうる。
【0029】入力信号の多重化の一例は、A/Dコンバ
ータバンク30とそれに引き続くマルチプレクサ40を
有する図9の実施例において示されている。コンバータ
バンク30は、回線33および34上などの複数個のア
ナログ信号をデジタルフォーマットに変換し、マルチプ
レクサ40はその入力信号を多重化してそれを素子50
に供給する。素子30および40は、それぞれ従来技術
に係るA/Dコンバータおよびマルチプレクサ素子であ
る。
【0030】素子30および40の組合せにより、複数
個の狭帯域アナログ信号を直交変調器90に印加するこ
とが可能になる。ここでの主たる制限は、キャリア周波
数およびチャネルの利用可能な伝送帯域である。この狭
帯域信号は、もちろんあらゆるソースからのものであ
る。例えば、救急車にインストールされたシステムにお
いては、血圧および心拍数の狭帯域テレメトリデータを
音声と同時に通信することを可能にするために、音声帯
域が幾分犠牲になることが有り得る。
【0031】さらに、米国特許第5,081,647号
に記載されているような、無音期間を検出してそれほど
緊急ではないテレメトリデータをその無音期間に送信す
るような、音声信号エネルギー検出器が含まれうる。こ
の無音期間は、自然に発生する期間でもよいし、送信し
たばかりのまたは送信しようとしているアナログ情報に
関するデータのようなテレメトリ情報を通信するために
強制された無音期間でもよい。この様子は、図9におい
ては素子31および32によって示されている。
【0032】(素子50、60および90がデジタル方
式で実現されている場合に)素子50への入力がデジタ
ルであるという事実と素子60への入力もデジタルであ
るという事実とを混同してはならない。素子60へのデ
ジタル入力は、各々「等しく」重要な数字ストリームで
ある。よって、これらの数字はシンボルに変換され、こ
れらのシンボルはコンステレーションポイントに変換さ
れ、そしてこのコンステレーションポイントは、モデム
のレシーバ部においてスライサ(例えば図1のスライサ
220)によって識別される隣接領域内に存在する。こ
れに反して、素子50に供給されるデジタル信号は振幅
を表現するデジタルワードに対応しており、デジタルワ
ードの隣接ビット間の特定の相互関係は「維持されて」
いる。前述されているように、コンステレーション内の
信号点の周りの信号雲は、識別されるべき複数個の信号
点を表現している訳ではない。これは基本的な違いであ
る。
【0033】図10は、本発明の原理に従ったモデムの
レシーバ部の基本的なブロック図である。チャネルから
受信された変調済み入力信号は、同相および直交成分を
生成する復調器210に印加される。これら2つの成分
はシンボルを識別するスライサ220に供給され、シン
ボルはデマッパ230に供給される。これらすべては、
図1に示された従来技術に係るモデムにおけるアプロー
チに従ったものである。加えて、図10にはスライサ2
20によって生成されたシンボルに応答するマッパ24
0が含まれている。マッパ240の出力は、(図1の配
置においては素子150および160に対して印加され
ている)同相および直交成分の組の正確な推定値であ
る。マッパ240の出力は減算器250および260に
おいて復調器210の出力から減算される。減算器25
0および260の出力は2−to−1デマッパ270に
供給され、デマッパ270はアナログサンプルを再結合
して元のアナログ信号の推定値を生成する。デマッパ2
70はマッパ50の逆関数を実行する。
【0034】ここで、スライサ220が、マッパ240
が生成する出力信号を直接供給するように設計されてい
ることに留意されたい。さらに、デマッパ230は、こ
の種の入力信号に応答するように作製されうる。このた
め、図10は、スライサ220およびマッパ240が組
み合わせられて単一の素子を形成し、デマッパ230と
加算器250および260が当該組み合わせられた素子
に応答する、という意味で変更されうる。
【0035】アナログ方式で実現する(例えば図6)場
合には、マッパ50がアナログ信号に応答する。複数個
の出力を生成する(図示されている素子50の場合には
2つの出力)ためには種々の方法が用いられうる。例え
ば、単一の帯域制限されたアナログ信号は、単に濾波し
て選択されたサブバンドを変調することにより、複数個
のベースバンド信号に分割されうる。あるいは、素子5
0が複数個の帯域制限されたアナログ信号を受容し、そ
れぞれの帯域制限されたアナログ信号を素子50の相異
なった出力に対して割り当てることも可能である。
【0036】(アナログ回路あるいはデジタル回路によ
る)時分割サンプリング方式で実現する場合には、素子
50は、単一のアナログ信号の相異なったサンプルを相
異なった出力に単に導くか、あるいは複数個のアナログ
信号を多重化してそれらの信号よりなるサンプルを何ら
かの簡便な方法により分配することが可能である。
【0037】本発明の通信品質を向上させるために非線
型技法が用いられうるようにするために、シンボル間干
渉を最小化する目的のチャネルの等化を実現することが
重要である。この目的を達成するために従来技術に係る
モデム技法が用いられうる。
【0038】図11は、等化を用いた配置を示すブロッ
ク図である。詳細に述べれば、図11は、直後に等化ハ
ードウエアを有する復調器を示している(これら全体で
スーパーデモジュレータとみなされうる)。等化ハード
ウエアウエアは、復調器210とスライサ220との間
に配置された適応フィルタ280を有している。フィル
タ280の動作特性は、タップ更新ブロック290に−
修正可能な形態で−ストアされたフィルタ係数によって
制御される。タップ更新ブロック290は、減算器25
0および260の出力信号に応答する。フィルタ280
の適応動作は従来技術に係るモデム技法に従って実行さ
れる。減算器250および260の出力はデマルチプレ
クサ275にも供給され、デマルチプレクサ275の出
力はデマッパ276に供給される。デマッパ276は、
図10に示されたデマッパ270複数個よりなるデマッ
パバンクを有している。素子275および276は、複
数個のアナログ入力が多重化されているようなアプリケ
ーションに適合されたレシーバを例示するために含まれ
ている。もちろん、多重化が行なわれないようなアプリ
ケーションにおいてはデマッパ270は取り除かれる。
【0039】ある種の適応方法に従うと、アナログ信号
のパワーが小さい場合に適応動作を実行して対応する係
数の更新を行なうことが最も容易である。このプロセス
をパワーが小さい間に限定するために、図11において
は減算器250および260に応答する制御素子295
内にパワーデテクタが備えられている。ブロック295
も従来技術に係るものである。このブロックには、減算
器250および260の信号内に含まれるパワーを見積
もり、係数更新プロセスをイネーブル(あるいはディセ
ーブル)する制御信号をブロック290に対して供給す
るパワー検出回路が含まれている。もちろん、ブロック
295は、例えばトランスミッタからのサイド情報など
のアナログ信号以外から制御信号が導出されうるという
点で、より一般的なものである。
【0040】図11は、送信側モデムのトランスミッタ
部と受信側モデムのレシーバ部との間の伝送チャネルの
等化を、レシーバの復調器の後段で実現する1つの配置
を示している。しかしながら、等化は、チャネルに沿っ
たあらゆる場所、例えばモデムのトランスミッタ部にお
いてさえも実行されうる。
【0041】図12には、図9および図11に示された
ものに従って構成された全二重モデムの全体の構成図が
示されている。より詳細に述べれば、トランスミッタ部
(図9)がレシーバ部(図11)とハイブリッド300
および減算器310を介して接続されている。減算器3
10は、復調器210に印加される信号から不要な信号
を減算するために、従来技術に係る様式でエコーキャン
セラ320と協同で動作する。図を簡潔にするために、
エコーキャンセラ320は直交変調器90の出力に接続
されているように示されており、エコーキャンセラ32
0がアナログ方式である場合にはこれで充分である。し
かしながら、デジタル方式が用いられた場合に信号レー
トがかなり低い場合にはエコーキャンセラをマッパ60
の出力に応答させるようにすることによってより高効率
となることは公知である。本発明の原理を用いた改良方
式が図13に示されている。図13においては、いくつ
かの素子には、例えば変調器に対応するものに「ヒルベ
ルトパスバンドフィルタ」などというように相異なった
ラベルが付されていることに留意されたい。これらは、
いくらか異なった計算を通じて希望する結果を得る回路
であり、モデム分野の当業者には公知である。
【0042】すべてのモデムと同様、エコーのキャンセ
ルは、トレーニング期間に遠端信号源が無音状態であ
り、エコーキャンセラが減算器310の出力を最小化す
るように適応されているときに実行される。
【0043】図6に関して前述されているように、素子
50への入力はサンプリングされたアナログ信号でもサ
ンプリングされていないアナログ信号でもよい。さら
に、同様に前述されているように、素子50が(1−t
o−Nマッパではなく)1−to−2マッパであって素
子50の希望される出力がサンプリングされたアナログ
信号対である場合には、このアナログ信号対は、入力ア
ナログ信号を1/Bだけ遅延させて遅延信号と非遅延信
号の双方をレートBでサンプリングすることによって簡
潔に導出されうる。この方式により、レート1/2B秒
でサンプリングされた元のアナログ信号の隣接サンプル
に対応するサンプル対が得られる。実際、サンプルが互
いに隣接したものではない場合には通信のプライバシー
が向上し、図14には非隣接サンプルから対を導出する
1つのアプローチが示されている。この方法において
は、レート2Bで到達したK個のアナログサンプルをス
トアする入力レジスタ55、レジスタ55の出力をスク
ランブルしてK個の出力を生成するスクランブリングネ
ットワーク56、およびネットワーク56の出力に応答
するレジスタ57および58が基本的には用いられてい
る。レジスタ57および58はK/2B秒ごとにK/2
個のアナログサンプルをストアし、ストアされたサンプ
ルを1/2B秒のレートで出力する。スクランブリング
ネットワーク56は、単にクロス接続フィールドとする
ことが可能である。
【0044】プライバシを改良するもう1つのアプロー
チは、送信するアナログ信号の利得および位相を修正す
ることを含む。これは、コンステレーションシンボルに
加えられる信号ベクトルを形成する信号成分に作用する
(すなわち、その信号成分を変換する)ことに類似して
いる。この変換は、信号特性に従うことも可能であり、
また、単に擬似乱数列に従うことも可能である。後者の
方式を図15に示す。レジスタ72は、アナログ信号サ
ンプル対を受信し、対の各要素を異なる乗算器(73お
よび74)へ送る。乗算器73および74は、擬似乱数
発生器71から受信した対応する係数に従って、送られ
た信号サンプルを修正し、修正信号サンプルの対を生成
し、マッパ50へ送る。この技術については、米国特許
第4,124,526号(発明者:ジー.ブレマー(G.
Bremer)、ダブリュ.ベッツ(W. Betts)、発行日:19
90年5月8日)にさらに記載されている。
【0045】もちろん、レシーバは、アナログ信号を正
確に復号するために、発生器71と同期する擬似乱数発
生器を含まなければならない。図15の回路は、アナロ
グ信号を出力するデマッパ内のレシーバ(例えば図11
のレシーバ)に組み込むことが可能である。レシーバ内
の図15の回路の同期は、「サイド情報」のようなトラ
ンスミッタによって送信される同期情報によって達成さ
れる。
【0046】この改良をさらに一般的に特徴づければ、
入力信号の特性に基づいて入力信号を修正することは、
本発明の実施例の一般的な改良である。例えば信号の振
幅を動的に修正して、達成可能な信号対ノイズ比を改良
することができる。信号の動的スケーリングは、(例え
ば、図9の実施例とともに説明したチャネルのうちの1
つによって)デジタルチャネルまたはアナログチャネル
の「サイド情報」の形式でレシーバへ通信することがで
きる。これを図16に示す。信号プロセッサ75がスイ
ッチ32の前にある。プロセッサ75は、スイッチ32
に送られる信号を修正し、また、上記のサイド情報を出
力してA/Dコンバータバンク30へ送る。
【0047】ちなみに、サイド情報のうちには、アナロ
グ信号ストリームからいつかのサンプルを「盗む」こと
によってアナログチャネル自体に含まれるものがあって
もよい。もちろん、レシーバで欠損サンプルを生じる実
現例もあるが、レシーバにおける補間技術によって、欠
損サンプルの近接推定値を生成することができる。
【0048】信号を修正するさらにもう1つの方法は、
通常のとおり行われる自動利得制御(AGC)によって
ダイナミックレンジを制御することである。
【0049】信号を修正するさらにもう1つの方法は符
号化あり、これは、例えば、予測符号化の全領域を含
む。
【0050】予測符号化において、その目的は、過去の
信号から現在の信号を予測し、その誤差(残差)信号
(すなわち、予測信号からの真の信号の偏差を表す信
号)のみを送信することである。もちろん、予想される
ように、良好な予測によって残差信号は小さくなる。小
さい残差信号しか生成しない配置によって、残差信号を
増幅する(固定的にまたは動的に)ことが可能となり、
それによって、良好な信号分解能および高いノイズ耐性
が達成される。
【0051】入力信号サンプルx(n),x(n−
1),x(n−2)およびあらかじめ選択した係数
1,a2,a3,...に応答して、残差信号サンプル
e(n)は一般的に次のような計算によって出力され
る。 e(n)=x(n)−a1x(n−1)−a2x(n−
2)−a3x(n−3)...
【0052】係数の数は設計者が選択するものである
が、係数の数は信号特性の関数とすることも可能であ
る。ある信号特性に対しては、係数の数は2であり、他
の場合には3となる、などということもあり得る。ま
た、係数の値は、信号の短期履歴、コンステレーション
内のシンボルの現在の数、などの考慮に基づいて、固定
(過去の決定に従って設定される)または可変のいずれ
でもよい。
【0053】図16のプロセッサ75は、選択した符号
化を実行するために使用することができる。特に、プロ
セッサ75は、入力信号の特性に敏感な線形予測係数発
生器の機能を実行し、さらに、増強フィルタの機能も実
行することができる。プロセッサ75の線形予測係数発
生器部分によって出力される係数はサイド情報としてA
/Dコンバータブロックへ送られ、レシーバへ送信さ
れ、次式に従って使用される。 y(n)=e(n)+a1y(n−1)+a2y(n−
2)+a3y(n−3)...
【0054】図17は、線形予測符号化を扱うトランス
ミッタ部分およびレシーバ部分(要素65〜69)のブ
ロック図である。「svdシステム」と記されたブロッ
クは、上記の(例えば図13)モデム実施例(svdモ
デム)のレシーバ部分およびトランスミッタ部分を表
す。
【0055】動作を改良するさらにもう1つの方法は、
プリエンファシスを使用することである。例えば、直交
変調器90に入力される「アナログ」入力は高周波数成
分をプリエンファサイズするために濾波されうるもので
あり、それに対応して減算器250および260の「ア
ナログ」出力はプリエンファシスを除去するために濾波
される。このプリエンファシスは例えばA/Dコンバー
タ30内あるいはそれ以前に図12にプリエンファシス
フィルタ20として示されているものなどにおいて実行
されうる。この濾波は、「アナログ」信号が実際にアナ
ログである間、あるいはトランスミッタ部およびレシー
バ部がデジタルハードウエアなどで実現されている場合
などのように「アナログ」信号がデジタル的に表現され
ている場合になされる。
【0056】マッパ50に送られるアナログ信号に対し
てサンプリングプロセスを使用する上記の実施例の特徴
の1つは、送られる信号に含まれる最高周波数に対する
ナイキスト基準による制限である。換言すれば、通信ネ
ットワークによって提供される帯域幅にかかわらず、マ
ッパ60のシンボルレートで入力信号をサンプリングす
るという決定は、サンプリングされる信号の上限周波数
を制限する。音声アプリケーションのようなあるアプリ
ケーションでは、高い周波数を送信することは、その機
能を達成するコストが低い周波数を捨てることになった
としても、好ましいことがある。
【0057】この機能は周波数シフトによって実現され
る。すなわち、音声信号を帯域制限し、低周波帯域のあ
らかじめ選択した部分を削除し、その結果生じた帯域制
限信号を下方にシフトし、シフとした信号をサンプリン
グする。
【0058】これらの動作は通常のフィルタリングおよ
び変調回路によって実行可能である。また、これらの動
作は、ヒルベルトフィルタで実行可能である。レシーバ
では、このプロセスはもちろん逆になる。
【0059】上記のいくつかの実施例はレシーバへの
「サイド情報」の送信を必要とする。また、上記のよう
に、この情報はアナログチャネルまたはデジタルチャネ
ルで送信することができる。
【0060】デジタルデータチャネルでサイド情報を送
信する場合、これはDLE(データラインエスケープ)
遮蔽を使用して埋め込む。特に、サイド情報は、チャネ
ルの情報が一時的に中断している間にデータチャネルの
ビットストリームに挿入される。DLE遮蔽において、
サイド情報の前に「コマンドシーケンス」として知られ
る特定のビットシーケンスが付けられる。サイド情報
は、固定長ビットストリームからなることも、終端シー
ケンスが後に続く可変長ビットストリームからなること
も可能である。コマンドシーケンスは、後続のデータが
サイド情報であって主チャネルデータでないことを示
す。
【0061】コマンドシーケンスに選択したビットのシ
ーケンスがユーザデータビットストリームにも現れる可
能性があるため、ユーザデータに現れるコマンドシーケ
ンスのインスタンスが真のコマンドシーケンスとして解
釈されないことを保証するためにある保護方法が使用さ
れる。トランスミッタでは、システム内の、サイド情報
がデータストリームに埋め込まれるのと同じ点で、入力
ビットストリームにおいて、ユーザデータ中でコマンド
シーケンスのインスタンスを監視する。ビットストリー
ム内で、コマンドシーケンスのインスタンスが検出され
た各点で、トランスミッタは、下のシーケンスの直後に
複製したシーケンスを挿入する。
【0062】レシーバでは、入力ビットストリームは再
び、コマンドシーケンスのインスタンスに対して監視さ
れる。コマンドシーケンスが検出された場合、その直後
のビットストリームに複製インスタンスがあるかチェッ
クされる。このような複製が検出された場合は、もとの
シーケンスがユーザデータ中にあり真のコマンドフラグ
(コマンドシーケンス)ではないことを示しているた
め、レシーバはデータストリームからその複製シーケン
スを削除し、監視を続行する。しかし、複製が検出され
なかった場合、そのシーケンスは真の制御フラグ(コマ
ンドシーケンス)である。レシーバは、コマンドシーケ
ンスと、後続のサイド情報を主チャネルビットストリー
ムから取り出し、そのサイド情報を適当な宛先へ転送す
る。
【0063】上記の方法は、コマンドシーケンスのイン
スタンスがユーザビットストリーム内でいくつ連続して
複製されても働く。各インスタンスは独立に、もとのシ
ーケンスの後に挿入された複製インスタンスとして処理
される。レシーバでは、インスタンスの対がそれぞれ独
立に処理され、対のうちの後のほうが廃棄される。その
結果、レシーバで、コマンドシーケンスの引き続くイン
スタンスが偶数個検出された場合、出力は、ユーザデー
タストリーム内の半数のインスタンスからなり、サイド
情報はない。奇数n個のインスタンスが検出された場
合、出力は出力データストリームにおいて(n−1)/
2個のインスタンスとなり、最後の(複製されていな
い)コマンドシーケンスによって示されるサイド情報が
レシーバにおいて転送される。
【0064】基本的実施例に対するいくつかの改良につ
いて説明したが、さまざまな利益を提供するためにさま
ざまな新しい組合せを作ることができる。例えば、図1
8に、異なる時刻に異なる信号空間を使用する配置を示
す。異なる信号空間をあらかじめ選択した時刻に使用す
ることが可能であり、また、その使用をアプリケーショ
ン依存にすることも可能である。図18のトランスミッ
タ部は、トランスミッタ信号空間セレクタスイッチ41
0、データのみ信号空間符号器411、アナログのみ信
号空間符号器412、アナログ&デジタル信号空間符号
器413、および、二重使用信号空間符号器414を含
む。対応して、レシーバ部は、レシーバ信号空間セレク
タスイッチ420、データのみ信号空間復号器421、
アナログのみ信号空間復号器422、アナログ&デジタ
ル信号空間復号器423、および、二重使用信号空間復
号器424を含む。
【0065】データのみ符号器411は、図6の符号器
でライン51の入力がないものに対応する。アナログの
み符号器412は図6の符号器でライン61の入力がな
いものに対応する。アナログ&デジタル符号器413は
上記の図6の符号器に対応する。二重使用符号器414
は、図6のライン61のシンボルが直交変調器のうちの
一方のみに送られ、図6のライン51の信号が直交変調
器の他方のみに送られるような符号器である。
【0066】上記のように、信号空間変更は、所定のシ
ンボル時刻のように(例えば、シンボルカウンタ415
およびセレクタ416で)事前に計画することができ
る。アナログのみのデータのみを送信したい場合が考え
られる。この場合、タイミング比は全くユーザの随意で
ある。また、特定の信号空間モードの開始をシグナリン
グし、そのモードが変化するときに再びシグナリングし
たい場合がある。信号空間は2つの通信方向で同じであ
る必要はない。すべてのこのようなシグナリングは通信
モデム間の「ハンドシェイク」プロトコルを通じて行わ
れる。これは、図16の例では、単にTXシンボルカウ
ンタ415とRXシンボルカウンタ425の間の同期で
ある。
【0067】ここまでサイド情報の送信について一般的
に説明したが、特定の場合の「サイド情報」についても
説明しておくのは有用である。その特定の場合として、
接続の確立および切断がある。
【0068】従来の電話機がアナログポートに接続され
るようなアプリケーションでは、問題は、この接続がど
のように確立され切断されるかということである。図3
0に、モデム600に接続されたコントローラ610に
よって、このような作業を実行する配置を示す。
【0069】上記のように、現在のほとんどのモデム
は、格納プログラム制御の影響下にあるプロセッサで、
必要な機能を実行している。すなわち、そのような機能
は、信号を表す数に作用するプログラムによって実行さ
れ、要求した信号が最終的に出力される。このような実
現では、コントローラ610は、然るべき状況が生じた
ときにモデム600の通常のプログラムフローに割り込
むように配置される。
【0070】すなわち、電話機620が「オフフック」
になると、コントローラ610はその状況を検知し、モ
デム600内のマイクロプロセッサに割り込みを転送す
る。すると、モデム600は「制御モード」に入り、コ
ントローラ610によってモデム600に送られた命令
を読む。コントローラ610が「オフフック」状況を指
定した場合、モデム600は、アナログポートに到着し
た信号を直接電話網へ通過させるように再設定される。
これは、モデム600において、有効にした別個の信号
路を提供することによって、または、同じ最終結果を達
成するために信号のさまざまな要素を調整することによ
って、実現することができる。このようにして電話機6
20が接続されると、ダイヤルトーンが電話中央局へ流
れ、接続が確立する。
【0071】接続が遠端ユーザまで確立されると、モデ
ム600は、自分が(a)モデムであり、(b)svd
モデムであることを識別するトーンを送る。遠端機器へ
の接続が確立し、遠端機器がsvdモデムであると識別
されると、モデム600はそのsvdモデムアーキテク
チャを仮定する。遠端機器が非svdモデムであると識
別された場合、モデム600は、そのデジタルポートを
遠端機器に接続する通常のモデムとなることができる。
最後に、遠端機器が通常の電話機であると識別された場
合、モデム600はその「短絡」モードにとどまる。
【0072】接続の切断は少なくとも同様に容易であ
る。「オンフック」状況がコントローラ610によって
検出され、データ側に「会話」がない場合、コントロー
ラ610はモデム600に対して、オフになるようシグ
ナリングする。
【0073】上記の「オフフック」および「オンフッ
ク」シグナリングは単なる例示である。もちろん他のシ
グナリングも使用可能である。例えば、アナログ側で、
コントローラ610は、「#」および「*」のトーンを
含むタッチトーン(プッシュボタン)シーケンスに応答
することが可能である。デジタル側で、DLE遮蔽シグ
ナリングを使用することができる。このようにして、デ
ジタルパスのみが維持されれば、デジタル信号源は「切
断」を行うことができる。
【0074】図30は、モデム故障モードに対する改良
も図示している。この改良は、局所電源がなくても電話
機能への接続が必要な場合に、本発明のモデムのすべて
の使用に組み込むことができる。特に、図30は、モデ
ムのアナログ側から1対のリレー接点630への1対の
リードを含む。リレー接点630は、モデム600の動
作時には電話網リードをモデム600の電話網ポートに
接続し、それ以外の時にはモデム600のアナログポー
トに接続するように配置されている。接点630として
作用するリレーコイル(図示せず)は、単に、モデム6
00に電源供給するリードに応答することも可能であ
り、また、モデムの「状態OK」出力リードに応答する
ことも可能である。
【0075】本発明の原理を使用したモデムによって達
成可能な機能のさまざまな組合せおよび置換に加えて、
実現可能な多くの新しいアプリケーションもある。以下
にほんのいくつかの例を述べる。
【0076】[遠隔ソフトウェアサポート]ソフトウェ
アパッケージの購入者がソフトウェア提供者からの援助
を必要とすることは珍しくない。ソフトウェア提供者に
とって、ユーザのコンピュータ端末で起きていることを
正確に知ることは有益であることが多いが、現在では、
ソフトウェア提供者の施設のサポート者ができる最善の
ことは、ユーザのコンピュータの挙動を再現しようと試
みることである。これは必ずしもうまくいくとは限らな
い。本発明の原理を使用したモデムによれば、ソフトウ
ェア提供者が、ユーザとソフトウェア提供者のサポート
者が会話するのと同じ通信チャネルでユーザのコンピュ
ータからデータを直接受信することが可能となる。これ
を図19に示す。
【0077】[遠隔システムサポート]ソフトウェアサ
ポートに関する上記の機能に加えて、ハードウェアに対
するサポートを提供してほしい場合がある。電子ポート
を通じて診断を適用することができる多くのシステムが
既に市販されている。その例は、PBX、コンピュー
タ、自動車などである。さらに多くのこのようなシステ
ムが近い将来開発されるであろう。本発明の原理を使用
したモデムによれば、メーカは、ユーザの宅内で不良装
置に接続され、その装置を遠隔で試験することが可能と
なる。コンピュータおよびコンピュータ周辺装置のよう
なある場合には、例えば新しいソフトウェアをダウンロ
ードすることによって、遠隔修理さえも可能となる。こ
れを図20に示す。
【0078】家庭環境では、遠隔診断する必要のある機
器は、ユーザがメーカのサポート者と話している最中に
ユーザによってアクセスされる必要もあることが多い。
このような機器は必ずしも電話機の近くにあるとは限ら
ないため、ユーザはコードレス電話機を使うことを望
む。このために、コードレス電話機のベースステーショ
ンに本発明の原理を使用したモデムを組み込むことが有
益である。これを図21に示す。
【0079】[在宅エージェント]通勤から生じる環境
汚染が問題となることが多くなり、より多くの人々が家
庭で仕事をするようになると予想される。例えば自動呼
分配器(ACD)を通じて電話をかけてくる顧客とコン
ピュータとの間で対話するエージェントは、「在宅勤
務」状況の理想的な候補である。このようなエージェン
トの代表例は航空機予約エージェントである。図22
に、上述のモデムを使用したこのような配置を示す。顧
客はコールセンタに電話をかけ、コールセンタを通じ
て、顧客は、アナログチャネルによって在宅エージェン
トと接続される。同時に、在宅エージェントはデータチ
ャネルを通じてコールセンタ内のコンピュータに接続さ
れる。在宅エージェントは、顧客とコールセンタのコン
ピュータの両方と同時に対話する。
【0080】もちろん、コールセンタ外で音声チャネル
が顧客に接続される必要はない。音声およびデータの両
方について、在宅エージェントからホームベースロケー
ションへの(コールセンタまたはその他の事業所を通じ
ての)接続は本発明のモデムによって実現可能である。
【0081】[バックアップインタフェース]バックア
ップインタフェースとして2つのチャネルの機能を使用
することは上記のものに対する変形であり、本質的に同
じハードウェア配置であるが、異なるアプリケーション
を目的とする。
【0082】1つの例は、クレジットの延長や、建物へ
の物理的アクセスの提供に関するものである。ユーザは
通常、中央ファシリティとデジタル的に通信するクレジ
ットカードを使用する。何かの不具合により、クレジッ
トカードと通信する制御システムが(例えば代金を支払
うときなどに)クレジットを延長することに失敗し、ま
たは、建物へのアクセスを拒絶した場合、アナログチャ
ネルが自動的に起動され、ユーザが、システムの動作を
無効にすることができる者と通信することが可能とな
る。
【0083】また、セキュリティシステムが、自動的に
デジタルおよびアナログの両方のチャネルを接続し、デ
ジタルおよびアナログの情報を使用して、要求された動
作をとるべきかどうかを決定することができる。このよ
うにして得られるアナログデータは、一連の質問(例え
ば、「あなたの母親の旧姓を言ってください」)に対し
て正しい応答があったかどうかを決定するために、また
は、音声特性を分析してユーザの真正をさらにより確実
に判定するために、使用することができる。
【0084】[ホームエンターテインメント]現在、電
子ゲームで遊びたい少年達は、一緒に1つの部屋で座っ
てゲーム装置と対話しなければならない。上述のモデム
によればもはやその必要はない。接続を2つの家庭の間
に形成し、データチャネルは2つのゲーム装置間の通信
専用とし、音声チャネルは2人のプレーヤ間の会話専用
とすることができる。データチャネルは、プレーヤによ
って発生されゲーム装置に送られる制御情報(例えばス
タート/ストップおよび移動情報)しか通信する必要が
ないため、必要な帯域幅はそれほど大きくはない。
【0085】コードレス電話機のベースステーションの
場合と同様に、本発明のモデムはゲーム装置にも組み込
むことができる。この配置を図23に示す。
【0086】[TVインタフェース]現在、テレビジョ
ン装置はアンテナから、または同軸ケーブルからの入力
を受信する。ケーブル接続と同様に、テレビはファイバ
ケーブル(非常に広い帯域幅を有する)から、および、
通常の電話チップリングコード(非常に狭い帯域幅を有
する)からの入力を受信することができる。接続ケーブ
ルの性質がいかなるものであれ、ケーブルに接続される
テレビは対話的になりつつある。すなわち、ケーブルサ
ービス提供者は双方向チャネルパスを提供し、それを通
じてユーザはケーブルサービス提供者と積極的に対話す
ることができる。
【0087】図24は、通常の電話コードのテレビへの
接続に対して、電話、データ通信およびビデオ制御を統
合した実施例を示す。もちろん、電話コードの非常に狭
い帯域幅のため、静止画像の列しかテレビに送信するこ
とができない。図24で、要素430は本発明のモデム
である。これはライン431を通じて電話網に接続され
ている。モデム430のアナログポートおよびモデム4
30のデジタルポートはハイブリッド432および43
3を通じてビデオカード440に接続されている。モデ
ム430はライン431から画像信号および音声信号を
受信し、カード440は受信した信号を結合して合成信
号を形成し、この合成信号をテレビ450に送る。
【0088】もちろん、コード電話機、またはスピーカ
ーホンを図24の配置とともに使用可能であるが、図2
4ではコードレス電話機460がコードレスベースステ
ーション電子機器465を通じてライン431と通信す
るように示されている。図24の配置では、音声信号は
ハイブリッド432およびモデム430を通じて電話線
に送られると考えている。ケーブルサービス提供者へ送
られる制御信号であるタッチトーン信号は、ブロック4
34でデジタル形式に変換され、ハイブリッド433お
よびモデム430を通じて電話線に送られる。ハイブリ
ッド432および433は、単に、電話線に送られるデ
ータがテレビに送られる情報と干渉しないことを保証す
るものである。もちろん、制御信号を音声信号に埋め込
んで遠端のケーブルサービス提供者によって復号される
ようにすることができる場合、ブロック465とモデム
430のデジタルポートとの間の接続を切断し、要素4
33および434を削除することも可能である。
【0089】図24の配置は、在宅ショッピング、教科
書型学習などのようなさまざまなアプリケーションで使
用可能である。使用時には、静止画像がテレビジョン装
置へ通信され、同時に音声が音響チャネルを通じて送ら
れる。ユーザは、必要に応じて(注文する、または、質
問に答えるために)、アナログまたはデジタルのいずれ
かのチャネルで応答する。
【0090】電話ケーブルの使用を考慮した上記の配置
は、広帯域ケーブル431に容易に拡張可能である。必
要なことは、周波数分割スプリッタをケーブルとモデム
430の間に挿入することのみである。テレビへ向けら
れた高い帯域の信号は直接テレビへ送られ、一方、低い
帯域の通信チャネルがモデム430へ送られる。
【0091】上記の配置は、以下で詳細に説明するよう
に、ベースステーション465から到着する制御信号を
認識しそれに反応するために拡張することも可能であ
る。このような信号(例えば、「オンフック」および
「オフフック」の信号)はコントローラ434によって
認識することができる。コントローラ434は、モデム
430へ制御信号を送り、その制御信号に対してモデム
430が適当に反応するようにさせることができる。格
納プログラム制御マイクロプロセッサを含むようなモデ
ム430の実現では、コントローラ434は単に適当な
割り込み信号をモデムへ送るだけでよい。
【0092】[セルラ]セルラ電話はデータに拡張され
つつある。いくつかの会社が現在、コンピュータがセル
ラネットワークを通じて離れたノードに接続されるよう
な装置を提供している。これらの新しいコンピュータの
うちのいくつかはさらに非常に小さいため、「ノート
型」コンピュータと呼ばれている。データは、このよう
なコンピュータによってモデムを通じて送信される。モ
デムは現在、PCMCIA標準カード内に完全に含まれ
るものが存在する。
【0093】図25に示すように、ノート型コンピュー
タ500は、本発明に従って製造されたPCMCIAモ
デム510を受け入れるように適応しており、このモデ
ムは音声ポート511を有する。図25のシステムによ
って、コンピュータのユーザは、これまで述べたシステ
ムのユーザが達成し得るのと同じ接続を達成することが
できる。オプションとして、PCMCIAモデムは通常
の電話機を差し込むための通常のRJ−11ソケット
(512、513)も有する。差し込んだ電話機は音響
パスを提供するが、このパスは音声に限定されない。例
えば、これはリモートコンピュータへ画像情報を送る通
路とすることも可能である。
【0094】もちろん、装置500は必ずしもコンピュ
ータである必要はない。この装置は、単に、モデム51
0と対話し、必要な使用法に応じてデジタルポートを提
供する無線送受信回路を含んでいればよい。例えば、
「無線svdモデム」を保守すべき自動車のダッシュボ
ード上に設置し、そのデジタルポートをその自動車の電
子システムの分析ポートに接続し、アナログポートを電
話機器に接続することにより、自動車整備士は、図19
〜図21に関して説明したのと同様にしてサービスセン
タと会話することが可能となる。
【0095】[高度ハードウェア]現在ネットワークに
接続されるすべての種類のハードウェアは本発明のモデ
ムを組み込むことが可能である。このハードウェアに
は、ファックス装置、コンピュータ、単純電話機、高機
能電話機が含まれる。例として、図26〜図29に、本
発明のモデムを有するビデオ機能付電話機、本発明のモ
デムおよびデータインタフェース用ソケットを有する単
純電話機、本発明のモデムを有するファックス装置、な
らびに、本発明のモデムを有するコンピュータを示す。
【0096】図26のテレビ電話機は(図示のように)
壁の差し込みに接続することも、セルラとすることも可
能である。
【0097】現在利用可能なファックス装置にもあるよ
うに、図28のコンピュータは、コンピュータの側面の
RJ−11プラグに受話器が接続されることを除いて、
電話機能に必要なすべての回路を含むことが可能であ
る。AT&Tの7300PCのように、ハンズフリーの
スピーカーホン機能を組み込むこともできる。図28の
モデムはコンピュータ内のボックスとして図示したが、
プリント回路板上に構成し、コンピュータ内の利用可能
な標準オープンスロットのうちの1つに差し込むことの
ほうが多い。受話器を差し込むための、図示したRJ1
1コネクタは(上記のように、設計に応じて)モデムの
プリント回路板上にあることも可能であり、また、ユー
ザによるアクセスが容易になるように(図示のように)
PCの筺体内に配置することも可能である。
【0098】図29の電話機は、その電話機がPOTS
(「通常旧型電話サービス」)電話機として、または、
SVD機能を有する電話機としてのどちらで動作してい
るかを示すために、トグルスイッチを有するか、また
は、プログラムされたキーパッドを有することが可能で
ある。その代わりに、または、それに加えて、図29の
電話機は、図14および図15のシステムによるプライ
バシスクランブル機能を組み込むために、スイッチまた
はキーパッドのオプション(例えば、スクランブルには
#S)を有することも可能である。
【0099】[マルチメディアとしての使用法]図24
は、本発明のモデムのマルチメディアとして使用した配
置であった。網1つのマルチメディアとしての使用法
は、図31に示すように、対話的テキスト/音声配置で
ある。図31の配置では、ユーザは、ライン501、S
VDシステム502、ネットワーク503、SVDシス
テム504および音声認識器506からなるアナログパ
スを通じてコンピュータ515に対して話す。コンピュ
ータは、テキスト(またはその他のデジタル出力)に対
する要求を認識し、その出力を、ライン507、要素5
04、503、502およびテキスト出力変換器505
を通じて提供する。ユーザとコンピュータ515の間の
「自然言語」対話を可能にするため、図31は、コンピ
ュータからユーザへのアナログパス内にテキスト音声変
換器509を有する。1つのコンピュータが多くのユー
ザの必要に応じることが考えられるため、要素506お
よび509はアナログ通信パスのコンピュータ端にある
のが好ましい。従って、より高度な(従って、一般的
に、より高価な)音声認識器およびテキスト音声変換器
が経済的に正当化される。
【0100】さらにもう1つのテキスト/音声のための
使用法では、本発明のモデムは、聴覚障害者と効果的に
通信するために使用される。この場合、前もって被呼者
が聴覚障害者であることを知る必要はなく、また、付き
添いの援助も必要でない。
【0101】この使用法では、聴覚障害者に接続された
発呼者は、図32のような配置に遭遇する。SVDシス
テムに加えて、図32の配置は単純なリング検出回路5
20を含むのみである。この回路は、聴覚障害者である
ユーザによって所望される方法(例えば光の点滅)で呼
出信号を生成する。これに応じて、聴覚障害者はデジタ
ルパスを起動し、単に情報をタイプすることによってデ
ジタルパスを通じて会話を開始する。アナログパスは依
然としてアクティブであり、非聴覚障害者も会話に参加
することが可能であり、また、単に通常のように会話を
継続することも可能である。
【0102】さらにもう1つのアプリケーションでは、
聴覚障害ではなく視覚障害のあるユーザに対する援助も
また、本発明のモデムによって提供可能である。例え
ば、ATM(自動窓口機)は、ATMが情報を提供する
画面とユーザが対話することを期待している。ATMを
図20のシステムのように変更することによって、視覚
障害者は、所望のトランザクションを行うことができる
ATMエージェントへの音響パスを起動することがで
き、ATMにパスワードを入力すること以外は、すべて
の作業を口頭で行うことが可能となる。これは、セキュ
リティを維持するためにデジタルパスを通じて行われ
る。
【0103】[留守番電話機]本発明のモデムのさらに
もう1つの使用法は留守番電話機に関するものである。
【0104】従来の留守番電話機はアナログポートのみ
を有し、発信元がアナログであることを仮定して受信情
報を記録する。留守番電話機には、2つの入力ラインの
うちの1つに応答する多重回路を含むもの(例えば、A
T&Tの1501留守番電話機)や、アナログ信号をデ
ジタル形式に変換し、それを圧縮し、デジタル結果を格
納するものもある。しかし、アナログチャネルとデジタ
ルチャネルに同時に応答するものはない。
【0105】図33の留守番電話機は、デジタルおよび
アナログの両方の入力信号に実質的に同時に応答する。
特に、この留守番電話機は、本発明の信号フォーマット
でライン531に現れる複数の情報ストリームに応答
し、メモリに格納する。信号には、アナログおよびデジ
タルが交互の信号も含まれ、また、アナログとデジタル
の信号が同時であるものも含まれる。
【0106】図33で、ライン531はSVDシステム
532に接続され、これによって出力される2つの信号
ストリームが留守番電話機533に送られる。もちろ
ん、装置533はアナログ信号に応答する通常の「アナ
ログ」留守番電話機と、デジタル信号に応答する通常の
「デジタル」留守番電話機(A/Dコンバータ回路は除
く)とを含むことも可能である。しかし図33では、装
置533は、メモリ536と、A/Dコンバータ535
と、A/Dコンバータ535から導出されたデジタル信
号およびSVDシステムから導出されたデジタル信号に
応答するコントローラ534とからなる。コントローラ
534は、メモリ536の上位にアナログ情報を格納
し、メモリを(前に記録した消去してはならない情報の
現在の点から)「下へ」進み、メモリの下位にデジタル
情報を格納し、メモリを(前に記録した消去してはなら
ない情報の現在の点から)「上へ」進む。
【0107】上記の制御を実行するコントローラ534
は、いくつかのレジスタと、多重回路と、格納制御回路
とを使用した、全く通常のものである。
【0108】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、ア
ナログ信号とデジタル信号とを非多重化かつ同一周波数
帯に共存するように同時に伝送する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術に係るモデムの基本的な構造を示す図
である。
【図2】図1のシステムに対する信号空間および信号コ
ンステレーションの一例を示す図である。
【図3】QAMアナログシステムの信号空間を示す図で
ある。
【図4】交互デジタル/アナログシステムの信号空間を
示す図である。
【図5】複合デジタル/アナログシステムの信号空間を
示す図である。
【図6】複合デジタル/アナログシステムのトランスミ
ッタ部の一実施例を示す図である。
【図7】図5に示された信号空間を形成するベクトル付
加を示す図である。
【図8】直交変調法の一アプローチを示す図である。
【図9】複数個のアナログ信号源からの信号が同時に送
出されることを許可する配置を示す図である。
【図10】図5に信号空間に応答するレシーバ内の本発
明の原理に従う主要な素子を示す図である。
【図11】適応等化を含むレシーバを示すブロック図で
ある。
【図12】モデム全体を示すブロック図である。
【図13】図12に示されたモデムとわずかに異なった
実施例を示す図である。
【図14】アナログサンプリング信号をスクランブルす
るための構造の一例を示す図である。
【図15】アナログサンプルの擬似乱数乗算を使用した
プライバシスクランブラのブロック図である。
【図16】モデムのアナログ入力とアナログポートの間
に挿入されているプロセッサ75の図である。このプロ
セッサは、線形予測符号化のような信号前処理機能を実
行するように適応している。
【図17】線形予測符号化を説明するブロック図であ
る。
【図18】異なる信号空間の交互使用を説明するブロッ
ク図である。
【図19】本発明のモデムをソフトウェアサポートとと
もに使用する図である。
【図20】本発明のモデムを装置診断および保守ととも
に使用する図である。
【図21】本発明のモデムを、無線基地局に接続された
モデムの装置診断および保守とともに使用する図であ
る。
【図22】本発明のモデムをコールセンタとともに使用
する図である。
【図23】本発明のモデムを対話型ゲーム環境で使用す
る図である。
【図24】本発明のモデムをテレビ画面の対話モードで
使用するブロック図である。
【図25】本発明のモデムを無線コンピュータのような
無線装置を含むのに適応したPCMCIA構成で使用す
る図である。
【図26】本発明のモデムをビデオ機能を含む電話装置
で使用する図である。
【図27】本発明のモデムをファックス機器で使用する
図である。
【図28】本発明のモデムをパーソナルコンピュータで
使用する図である。
【図29】本発明のモデムを「通常旧型」電話機で使用
する図である。
【図30】本発明のモデムと、非動作時にこのモデムを
迂回する手段とを有するブロック図である。
【図31】本発明のモデムのテキスト/音声利用の配置
の図である。
【図32】聴覚障害者が使用可能な配置の図である。
【図33】マルチメディア留守番電話機の一般的なブロ
ック図である。
【符号の説明】
20 プリエンファシス回路 30 A/Dコンバータ 31 エネルギー検出器 32 スイッチ 40 マルチプレクサ 50 1−to−2マッパ 55 レジスタ 56 スクランブリングネットワーク 57 レジスタ 58 レジスタ 60 1−to−2マッパ 65 線形予測係数発生器 66 分析フィルタ 69 合成フィルタ 71 擬似乱数発生器 72 レジスタ 75 信号プロセッサ 90 直交変調器 100 トランスミッタ 110 1−to−2マッパ 120 変調器 130 変調器 140 加算器 150 ローパスフィルタ 160 ローパスフィルタ 200 レシーバ 210 復調器 220 スライサ 230 デマッパ 240 マッパ 270 デマッパ 275 デマルチプレクサ 276 デマッパ 280 適応フィルタ 290 タップ更新ブロック 295 コントローラ 300 ハイブリッド 320 エコーキャンセラ 300 トランスフォーマ 302 ルックアップテーブル 320 反転トランスフォーマ 340 ルックアップテーブル 410 トランスミッタ信号空間セレクタスイッチ 411 データのみ信号空間符号器 412 アナログのみ信号空間符号器 413 アナログ&デジタル信号空間符号器 414 二重使用信号空間符号器 415 TXシンボルカウンタ 416 TX信号空間セレクタ 420 レシーバ信号空間セレクタスイッチ 421 データのみ信号空間復号器 422 アナログのみ信号空間復号器 423 アナログ&デジタル信号空間復号器 424 二重使用信号空間復号器 425 RXシンボルカウンタ 426 RX信号空間セレクタ 430 モデム 432 ハイブリッド 433 ハイブリッド 434 コントローラ 440 ビデオカード 450 テレビ 465 ベースステーション 500 ノート型コンピュータ 502 SVDシステム 503 ネットワーク 504 SVDシステム 505 テキスト出力装置 506 音声認識器 509 テキスト音声変換器 510 PCMCIAモデム 511 音声ポート 512 RJ−11ソケット 513 RJ−11ソケット 515 コンピュータ 520 リング検出回路 532 SVDシステム 533 留守番電話機 534 コントローラ 535 A/Dコンバータ 536 メモリ 600 モデム 610 コントローラ 620 電話機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゴードン ブレマー アメリカ合衆国、34624 フロリダ、クリ アウォーター、コウブ レイン 1930 (72)発明者 ジョセフ クイン チャプマン アメリカ合衆国、34641 フロリダ、ラー ゴ、シークレスト ドライブ 551 (72)発明者 ウィリアム ロジャー ディビス アメリカ合衆国、34616 フロリダ、クリ アウォーター、パークサイド ドライブ 1659 (72)発明者 ケンネス デビッド コー アメリカ合衆国、34619 フロリダ、クリ アウォーター、セイバー ドライブ 2956 (72)発明者 デー.ランディ ロバーソン アメリカ合衆国、34677 フロリダ、オー ルドスマー、キルケンネイ ウエイ 4948 (72)発明者 ルーク ジェイ.スミスウィック アメリカ合衆国、34655 フロリダ、ニュ ー ポート リッチェイ、グリムズビィ レイン 7907 (72)発明者 リチャード ケント スミス アメリカ合衆国、34646 フロリダ、セミ ノール、アルパイン アベニュー 13471

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 デジタルポートでデジタル信号を受信し
    アナログポートでアナログ信号を受信する信号マッパ
    と、 前記信号マッパに応答して、複数のN次元体積からなる
    N次元信号空間によって表現され各体積内の所定の点は
    デジタル信号によって前記信号マッパに入力されたデジ
    タルシンボルに対応し各体積の他の点は前記信号マッパ
    に入力されたアナログ信号に対応する変調出力信号を、
    出力ポートから出力する変調器と、 前記変調器の変調出力ポートをモデムの出力ポートに接
    続する手段とからなるモデム。
  2. 【請求項2】 前記アナログポートに接続され、前記ア
    ナログポートに入力された制御信号を検出し、モデムに
    制御信号を出力するコントローラ手段をさらに有するこ
    とを特徴とする請求項1のモデム。
  3. 【請求項3】 前記コントローラ手段が、前記アナログ
    ポートに接続された電話機のオフフック状態を検出する
    ことを特徴とする請求項2のモデム。
  4. 【請求項4】 前記コントローラ手段が所定のプッシュ
    ボタン信号列を検出することを特徴とする請求項2のモ
    デム。
  5. 【請求項5】 前記コントローラ手段はさらに前記デジ
    タルポートに接続され、前記デジタルポートに現れる制
    御信号を検出することを特徴とする請求項2のモデム。
  6. 【請求項6】 モデムの出力ポートと前記変調器の出力
    ポートの間に挿入され、モデムの動作状態に応答して、
    モデムの動作状態がある値であるときに前記モデムの出
    力ポートを前記変調器の出力ポートに接続し、モデムの
    動作状態が別のある値であるときに前記モデムの出力ポ
    ートを前記アナログポートに接続するスイッチ手段をさ
    らに有することを特徴とする請求項1のモデム。
  7. 【請求項7】 前記デジタルポートに接続されたユーザ
    取り付け具をさらに有することを特徴とする請求項1の
    モデム。
  8. 【請求項8】 モデムの出力ポートに接続されたPBX
    をさらに有することを特徴とする請求項1のモデム。
  9. 【請求項9】 モデムのアナログポートが前記PBXに
    接続されていることを特徴とする請求項8のモデム。
  10. 【請求項10】 モデムのデジタルポートが前記PBX
    に接続されていることを特徴とする請求項8のモデム。
  11. 【請求項11】 前記アナログポートに接続された無線
    ベースステーションをさらに有することを特徴とする請
    求項1のモデム。
  12. 【請求項12】 前記無線ベースステーションがコード
    レス電話ベースステーションであり、前記デジタルポー
    トに接続されたデジタルユーザ装置をさらに有すること
    を特徴とする請求項11のモデム。
  13. 【請求項13】 モデムのデジタルポートに接続された
    電子ゲーム装置をさらに有し、前記アナログポートは電
    話機の接続に適応していることを特徴とする請求項1の
    モデム。
  14. 【請求項14】 前記ゲーム装置に接続された視覚的表
    示手段をさらに有することを特徴とする請求項13のモ
    デム。
  15. 【請求項15】 前記アナログポートに接続されたテレ
    ビジョンシステムをさらに有することを特徴とする請求
    項1のモデム。
  16. 【請求項16】 前記テレビジョンシステムが前記デジ
    タルポートにも接続されていることを特徴とする請求項
    15のモデム。
  17. 【請求項17】 前記テレビジョンシステムが、広帯域
    ポートに入力される信号に応答する帯域分割手段にも接
    続され、モデムの出力ポートがこの帯域分割手段にも応
    答することを特徴とする請求項15のモデム。
  18. 【請求項18】 PCMCIA標準に従う差し込み可能
    アセンブリに組み込まれたことを特徴とする請求項1の
    モデム。
  19. 【請求項19】 前記デジタルポートに接続された携帯
    型コンピュータを有することを特徴とする請求項1のモ
    デム。
  20. 【請求項20】 前記出力ポートに接続された無線送受
    信回路をさらに有することを特徴とする請求項19のモ
    デム。
  21. 【請求項21】 前記アナログポートに接続され、電話
    機能を実行する手段と、 前記デジタルポートに接続され、視覚的表示手段を含む
    手段とをさらに有することを特徴とする請求項1のモデ
    ム。
  22. 【請求項22】 出力ポートが電話網への接続に適応し
    ていることを特徴とする請求項21のモデム。
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