JPH11266186A - 等化方法およびｐｃｍモデムを動作させる方法 - Google Patents

等化方法およびｐｃｍモデムを動作させる方法

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JPH11266186A
JPH11266186A JP10367044A JP36704498A JPH11266186A JP H11266186 A JPH11266186 A JP H11266186A JP 10367044 A JP10367044 A JP 10367044A JP 36704498 A JP36704498 A JP 36704498A JP H11266186 A JPH11266186 A JP H11266186A
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Herbert B Cohen
ビー．コーヘン ハーバート
Mingjie Wang
ワン ミンジェ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 クライエントモデムとネットワークサーバー
モデムの間のデジタル伝送において、非線形ノイズの存
在下における双方向伝送を改善する。 【解決手段】 顧客モデムからＰＣＭモデムへのアップ
ストリームチャネルの等化によって非線形ノイズの存在
下でアップストリーム方向へより高速伝送を達成する。
クライエントモデムのＤ／Ａコーデックからネットワー
クコーデックのＡ／Ｄ点への応答全体であるアップスト
リームチャネルは、サーバモデムへのアップストリーム
方向においてクライエントモデムが公知のトレーニング
シーケンスを送ることにより等化される。サーバモデム
は公知のトレーニングシーケンスとクライアントモデム
から実際に受信してシーケンスの間の相互相関を計算
し、相互相関はトレーニングシーケンスの公知の自動相
関によって乗算され、チャネル応答のモデルをつくる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、クライエントモデ
ムとネットワークサーバーモデムの間のデジタル伝送に
関し、特に、非線形ノイズの存在下における双方向伝送
に関する。
【０００２】
【従来の技術】電話ネットワークを用いる２つの加入者
のモデムの間の通常の接続において、加入者のデジタル
データはローカルルートを介して電話ネットワークとの
送受信をするためにアナログトーンへと変換されなけれ
ばならない。それぞれの加入者モデムにおいて、高精度
のＡ／Ｄ変換器によって、歪みをさけるために十分に高
いサンプリングレートでサンプリングされ量子化され
る。符号が用いる周波数スペクトルにわたって符号間干
渉が十分にないようにチャネル上を符号を伝送するた
め、モデムは等化器と呼ばれる適応化フィルタを用い
る。チャネルが適切に等化されると、前後の符号はその
信号に影響を与えない。すなわち、ある信号がサンプリ
ングされている時には符号間干渉は発生しないようにす
る。
【０００３】等化する必要があるチャネル応答には、ル
ープ抵抗、アンチエイリアシング（anti-aliasing）フ
ィルタ、ハイブリッド回路、あるいは信号送受信パスに
おいて存在しうるいかなるアナログおよびデジタルフィ
ルタがある。タップ係数がそのタップの二乗平均誤り信
号の導関数の反対の方向に調整された適応化フィルタに
よってデジタル信号を通過させることにより等化が達成
される。この方法は、最小二乗平均（ＬＭＳ：least me
an square）適応方法とも呼ばれ、文献、Bernard Widro
w,“Adaptive Signal Processing”などに説明されてい
る。
【０００４】しかし、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）は、
あまり送信される符号に対して等化性がない。なぜな
ら、ローカルループへのネットワークインタフェースに
おいてあまり高くない精度のＡ／Ｄ変換器が用いられ、
適応フィルタに現れるデジタル信号には、ネットワーク
コーデックの制限された離散的スライスレベルセット
と、受信アナログ信号の実際の振幅との間によって導入
される誤りを含んでしまうからである。最も近い量子化
レベルへの振幅の差は量子化誤りと呼ばれる。μ法則お
よびＡ法則のパルス符号化変調（ＰＣＭ）コーデックに
よるこのような誤りは送信信号の振幅それぞれに対して
異なる。結果として、量子化すべき応答には、物理的な
チャネル（例えば、加入者ループ）の誤り特性ととも
に、ネットワークＡ／Ｄ変換器の量子化誤り特性を含ん
でしまう。
【０００５】加入者ループの応答がボイスバンドにわた
って線形応答によってある程度良好にモデリングするこ
とができるが、Ａ／Ｄ変換器とＤ／Ａ変換器において重
要な非線形の劣化要素がある。Ａ法則ないしμ法則のＰ
ＣＭ符号化は約３７〜３８dBの量子化ノイズを発生する
ことが観測されている。この量子化ノイズは伝統的なモ
デム変調技術（ＣＣＩＴＴ Ｖ．３４など）を用いて得
られる伝送速度に対して上限を設けてしまう。米国特許
第５３９４４３７５は、量子化ノイズの影響を最小化す
る高速クライエントモデム技術を記載し、これは、ネッ
トワークＰＣＭコーデックのものとサンプリング時間を
同期させ、スライスレベルを同じくすることによって達
成している。
【０００６】インターネット通信が急速に発展している
ので、インターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）の
サーバモデムと加入者のモデムとの間のＰＳＴＮを通る
接続にはより高速な伝送が必要とされている。ほとんど
のＩＳＰはデジタル線（Ｔ−１など）を用いてＰＳＴＮ
へと接続しているので、ＩＳＰから来るデータにはＡ／
Ｄ変換を必要とせず、量子化ノイズの影響を受けない。
ユーザ側の加入者ループへのインタフェースにおいて、
８０〜９０dBのＳＮＲを有する線形コーデックはＡ／Ｄ
変換を行い、加入者のモデムに到達するアナログ信号は
通常の方法により等化される。結果として理論上は少な
くとも、ＩＳＰからクライエントモデムへのダウンスト
リーム（下流）方法において５６kbpsほどに高いスルー
プットを達成している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような高
速動作は顧客モデムからサーバモデムへのアップストリ
ーム（上流）方向においては達成できない。なぜなら、
ネットワークのμ法則ないしＡ法則のＰＣＭコーデック
が受信信号のＳＮＲを３７〜３８dBまでにおさえてしま
い、従って高速を達成できないからである。本発明はこ
のように、クライエントモデムとネットワークサーバー
モデムの間のデジタル伝送において、非線形ノイズの存
在下における双方向伝送を改善することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の一実施例に従う
と、顧客モデムからＰＣＭモデムへのアップストリーム
チャネルの等化によって非線形ノイズの存在下でアップ
ストリーム方向においてより高速伝送を達成する。クラ
イエントモデムのＤ／Ａコーデックからネットワークコ
ーデックのＡ／Ｄ点への応答全体であるアップストリー
ムチャネルは、サーバモデムへのアップストリーム方向
においてクライエントモデムが公知のトレーニングシー
ケンスを送ることにより等化される。
【０００９】サーバモデムは公知のトレーニングシーケ
ンスとクライアントモデムから実際に受信してシーケン
スの間の相互相関(cross-correlation)を計算する。次
に相互相関はトレーニングシーケンスの公知の自動相関
(auto-correlation)によって乗算され、チャネル応答の
モデルをつくる。次にチャネル応答はクライエントモデ
ムへと報告され、クライエントモデムがその後にアップ
ストリーム方向にて送信する信号をつくるようにその前
置等化器(pre-equalizer：プレ等化器)を調整する。前
置等化された信号は、符号間干渉がなく、その信号レベ
ルはそのサンプリング時においてネットワークコーデッ
クの量子化レベルと近くなり、結果として、３７〜３８
dBよりも高いＳＮＲを達成することができ、より高速伝
送を達成することができるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１の左側において、クライエン
トＡのモデム１００とクライエントＢのモデム２００が
ある。これらモデムそれぞれはデジタルシグナルプロセ
ッサ（ＤＳＰ）、アップストリーム送信のために線形Ｄ
／Ａ変換器、ダウンストリーム受信のために線形Ａ／Ｄ
変換器、ローカルループ１１０、ローカルループ２１０
の双方向伝送を可能にするハイブリッド（ＨＹＢ：混
成）を有する。それぞれのローカルループの反対側にお
いて、ネットワークインタフェース１２０、ネットワー
クインタフェース２２０はアナログ信号からμ法則ない
しＡ法則ＰＣＭ信号への変換およびその逆の変換のため
にハイブリッドおよびコーデックを有する。ＰＣＭ信号
は公衆交換デジタル網ＰＳＴＮ３００によってデジタル
変換される。
【００１１】クライエントＡのモデム１００とクライエ
ントＢのモデム２００の間のＰＳＴＮ３００を通る接続
において、ＤＳＰが通常ＬＭＳアルゴリズムを用いて線
形Ａ／Ｄ変換器から受信したダウンストリームデジタル
信号に対して等化を行う。ＤＳＰ１０１はクライエント
Ｂのモデム２００が送信し線形Ａ／Ｄ１０４が受信した
ダウンストリームデジタル信号の等化を行い、ＤＳＰ２
０１はクライエントＡのモデム１００が送信し線形Ａ／
Ｄ２０４が受信したダウンストリーム信号の等化を行
う。
【００１２】クライエントＢのモデム２００からクライ
エントＡのモデム１００へのチャネルは線形Ｄ／Ａ２０
２からＨＹＢ２０３を通りローカルループ２１０へ、ネ
ットワークインタフェース２２０（ＨＹＢ２２１および
μ法則Ａ／Ｄ２２２を含む）、ＰＳＴＮ３００、ネット
ワークインタフェース１２０（μ法則Ｄ／Ａ１２３およ
びＨＹＢ１２１を含む）、ローカルループ１１０へ、Ｈ
ＹＢ１０３、線形Ａ／Ｄ１０４、ＤＳＰ１０１へとトレ
ースすることができる。クライエントＡのモデム１００
からクライエントＢのモデム２００へのチャネルは、線
形Ｄ／Ａ２０２、ＨＹＢ２０３、ＨＹＢ１０３、ローカ
ルループ１１０、ネットワークインタフェース１２０
（ＨＹＢ１２１およびμ法則Ａ／Ｄ１２２を含む）、Ｐ
ＳＴＮ３００、ネットワークインタフェース２２０（μ
法則Ｄ／Ａ２２３およびＨＹＢ２２１を含む）、ローカ
ルループ２１０、ＨＹＢ２０３および線形Ａ／Ｄ２０
４、ＤＳＰ２０１への順でトレースできる。従って、ク
ライエントＡのモデム１００とクライエントＢのモデム
２００の間のチャネルはそれぞれ等化される。
【００１３】ＩＳＰサーバーモデム５００からＰＳＴＮ
３００を通り、クライエントＡのモデム１００またはク
ライエントＢのモデム２００への接続において、対応す
るＤＳＰ１０１、ＤＳＰ２０１は対応するローカルルー
プ１１０、ローカルループ２１０を介してＰＳＴＮ３０
０から受信した（ダウンストリーム）信号に対して同様
な等化を行う。しかし、クライエントＡのモデム１００
またはクライエントＢのモデム２００からＩＳＰサーバ
ーモデム５００へとアップストリーム方向に送られた信
号に対して、ＬＭＳアルゴリズムを用いてＩＳＰサーバ
ーモデム５００によって行われる等化は、チャネル応答
に対して非常に遅くしか収束（converge）せず、チャネ
ルの予測値はμ法則ないしＡ法則コーデックの非線形特
性のため十分に正確ではない。
【００１４】本発明の重要な原理によりこのような従来
技術の欠点を克服することができる。クライエントＡの
モデム１００のようなクライエントモデムとＩＳＰサー
バーモデム５００の間の接続の確率の直後に、図２
（ａ）に示したようなクライエントモデムは時間（１）
において位相が逆転した１８００Hzのような特定のトー
ンを送る。このクライエントモデムは、時間（１）の１
０ms後のような所定の一定間隔τ1の間に位相逆転した
トーンを送り続ける。
【００１５】τ1の終わりにて、間隔τ2の間にＩＳＰサ
ーバーモデム５００へとあらかじめ構成されたトレーニ
ングシーケンスｘ（ｋ）を送る（図２（ｂ）の（２）〜
（３））。ＩＳＰサーバーモデム５００はシーケンスｙ
（ｋ）を受信する。これはチャネル上の通路（passag
e）により沈まされた変形したトレーニングシーケンス
の変形した形態である。しかし、クライエントモデムで
通常用いられる種類のＬＭＳアルゴリズムを用いる代わ
りに、ＩＳＰサーバーモデム５００は別の技術を用いる
ことが好ましい。なぜなら、ＬＭＳアルゴリズムがチャ
ネル応答Ｃ（ｚ）をモデリングするのに用いられる際
に、デジタル受信フィルタＱ（ｚ）を用いてチャネルの
モデリングを行う前にバンド外ノイズ（out-of-band no
ise）（ネットワークのμ法則コーデックや電源のもの
（例えば、６０Hz）の高調波により発生する非線形歪み
など）を用い、ＬＭＳアルゴリズムを合意的な時間内に
Ｃ（ｚ）へと収束させる。しかし、このようなフィルタ
を用いると、チャネリングモデルには、Ｃ（ｚ）の代わ
りに、チャネルＣ（ｚ）とフィルタＱ（ｚ）とが組み合
わさった影響を含む。すなわち、予測応答はＱ（ｚ）×
Ｃ（ｚ）となり、必要であるただのＣ（ｚ）ではなくな
る。
【００１６】本発明の原理によって提供される解決策
は、最適予測Ｃ~（ｚ）を最小化ＭＳＥの間隔で直接計
算することによって上記ノイズの存在下でＣ（ｚ）をモ
デリングすることにある。ＩＳＰサーバーモデム５００
は、 Ｃ~＝Ｒ-1×Ｐ（１） を計算する。すなわち、Ｒ-1とＰの畳込みを計算する。
ここで、Ｒは、入力信号ｘ（ｋ）の自動相関行列であ
り、Ｐは、ｘ（ｋ）とｙ（ｋ）の間の計算された相互相
関ベクトルである。Ｒ-1は、前置構成されたトレーニン
グシーケンスが設計されたときにのみ１回計算するだけ
ですむ固定行列であり、その後は、トレーニングシーケ
ンスの受信に応答してチャネルモデリングが行われたと
きにＩＳＰサーバーモデム５００によって単に用いられ
るだけですむ。トレーニングシーケンスに応答してＩＳ
Ｐサーバーモデム５００にて行う必要がある唯一の計算
は、ベクトルＰおよびＲ-1とＰの行列積のみである。
【００１７】数式（１）を計算したので、図２（ｂ）の
（３）に示すようにＩＳＰサーバーモデム５００は、取
り付けられたクライエントＡのモデム１００またはクラ
イエントＢのモデム２００へと結果Ｃ（ｚ）を通信す
る。これらクライエントモデムに対応するＤＳＰは次
に、対応する前置等化器Ｅ（ｚ）＝ｚ-n／Ｃ（ｚ）を作
り、ＩＳＰサーバーモデム５００へとアップストリーム
方向に送信される連続的なメッセージ符号のシェーピン
グを行う。係数ｚ-nは、前置等化器の入力信号における
ｎサンプルの遅延を表す。１／Ｃ（ｚ）は非因果性フィ
ルタ（non-causal filter）である場合があり、Ｅ
（ｚ）が因果性フィルタとなり、物理的に実現可能であ
るようにこのｎの遅延を導入する。
【００１８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明により、クラ
イエントモデムとネットワークサーバーモデムの間のデ
ジタル伝送において、非線形ノイズの存在下における双
方向伝送を改善することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】デジタル交換ネットワークを介してつながれた
加入者モデムとＰＣＭサーバモデムとの間のアップスト
リームおよびダウンストリームを示すブロック図であ
る。
【図２】クライエントモデムおよびサーバモデムにて行
われるプロセスのタイミング図である。
【符号の説明】
１００ クライエントＡのモデム １０１、２０１ ＤＳＰ １０２、２０２ 線形Ｄ／Ａ １０４、２０４ 線形Ａ／Ｄ １０３、１２１、２０３、２２１ ＨＹＢ １１０、２１０ ローカルループ １２０、２２０ ネットワークインタフェース １２２、２２２ μ法則Ａ／Ｄ １２３、２２３ μ法則Ｄ／Ａ ２００ クライエントＢのモデム ３００ ＰＳＴＮ ４００ Ｔ−１ ５００ ＩＳＰサーバーモデム
フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ミンジェ ワン アメリカ合衆国，07724 ニュージャージ ー，イートンタウン，マリブ ドライブ 153

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 デジタル交換ネットワークに接続したク
    ライエントモデムからＰＣＭモデムへのアップストリー
    ムチャネルを等化する方法であって、 （Ａ）前記クライエントモデムから前記ＰＣＭモデムへ
    と前置構成したトレーニングシーケンスｘ（ｋ）を送信
    するステップと、 （Ｂ）前記ＰＣＭモデムにて、トレーニングシーケンス
    の自動相関行列の逆行列の畳込みから、トレーニングシ
    ーケンスｘ（ｋ）と前記ＰＣＭモデムにより実際に受信
    したシーケンスｙ（ｋ）の間の計算した相互相関ベクト
    ルで、アップストリームチャネル応答Ｃ~（ｚ）の予測
    値を計算するステップと、 （Ｃ）ステップ（Ｂ）にて計算した予測値を前記クライ
    エントモデムへと送信するステップと、 （Ｄ）前記予測値に従って、アップストリーム方向にお
    いて前記クライエントモデムにより送信された符号のシ
    ェーピングを強制するステップとからなることを特徴と
    する方法。
  2. 【請求項２】 デジタル交換電話ネットワークに接続し
    たＰＣＭモデムを含むチャネルにてクライエントモデム
    のアップストリームネックを前置等化する方法であっ
    て、 （Ａ）前置構成したトレーニングシーケンスｘ（ｋ）を
    前記クライエントモデムモデムに前記ＰＣＭモデムへと
    送信させるステップと、 （Ｂ）トレーニングシーケンスの自動相関行列の逆行列
    の畳込みから、トレーニングシーケンスｘ（ｋ）と前記
    ＰＣＭモデムにより実際に受信されたシーケンスｙ
    （ｋ）との間の計算した相互相関ベクトルで、アップス
    トリームチャネル応答Ｃ~（ｚ）の予測値を計算するス
    テップと、 （Ｃ）前記クライエントモデムにおいて、ステップ
    （Ｂ）にて計算した予測値を受信するステップと、 （Ｄ）前記予測値に従って、アップストリーム方向にて
    前記クライエントモデムにより送信された符号のシェー
    ピングを調整するステップとからなることを特徴とする
    請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 デジタル交換ネットワークに接続したＰ
    ＣＭモデムを動作させる方法であって、 （Ａ）前記ＰＣＭモデムにおいて、前記ネットワークを
    介してトレーニングデータシーケンスｙ（ｋ）を受信す
    るステップと、 （Ｂ）前記デジタルネットワークを通る前記ＰＣＭモデ
    ムへのアップストリームチャネルの予測値を得るため
    に、前記トレーニングシーケンスｘ（ｋ）と前記ＰＣＭ
    モデムにおいて実際に受信したシーケンスｙ（ｋ）との
    間の計算した相互相関ベクトルで、前記トレーニングシ
    ーケンスの前置構成したシーケンスｘ（ｋ）の自動相関
    行列の逆行列（Ｒ-1）を畳込むステップと、 （Ｃ）前記ネットワークを通して前記トレーニングデー
    タシーケンスの源へと前記予測したダウンストリームを
    送信するステップとからなることを特徴とする方法。
  4. 【請求項４】 デジタル交換機を通ってＰＣＭモデムへ
    とのびるチャネルを用いるクライエントモデムにおける
    構造であって、 （Ａ）前記ＰＣＭモデムへと前置構成したトレーニング
    シーケンスｘ（ｋ）を前記クライエントモデムに送信さ
    せる手段と、 （Ｂ）前記ＰＣＭモデムからアップストリームチャネル
    応答Ｃ~（ｚ）の予測値を受信する手段と、 （Ｃ）前記予測値に従って、アップストリーム方向にお
    いて前記クライエントモデムにより送信される符号のシ
    ェーピングを調整する手段とからなることを特徴とする
    構造。
  5. 【請求項５】 デジタル交換機を通ってクライエントモ
    デムへとのびるチャネルを用いるＰＣＭモデムにおける
    構造であって、 （Ａ）前記クライエントモデムから前記ネットワークを
    介してトレーニングデータシーケンスｙ（ｋ）を受信す
    る手段と、 （Ｂ）前記デジタルネットワークを通して前記ＰＣＭモ
    デムへのアップストリームチャネルの予測値を得るため
    に、前記トレーニングシーケンスｘ（ｋ）と、前記ＰＣ
    Ｍモデムにおいて実際に受信したシーケンスｙ（ｋ）と
    の間の計算した相互相関ベクトルで、前記トレーニング
    シーケンスの前置構成したシーケンスｘ（ｋ）の自動相
    関行列の逆行列（Ｒ-1）を畳込む手段と、 （Ｃ）前記ネットワークを通して前記クライエントモデ
    ムへと予測したダウンストリームを送信するステップと
    からなることを特徴とする構造。
JP10367044A 1997-12-24 1998-12-24 等化方法およびｐｃｍモデムを動作させる方法 Pending JPH11266186A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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US08/998249 1997-12-24
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