JPS58173937A - 電話回線式デ−タ送信装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的にダイアル弐′成話回線が送信媒体とし
て利用されるテジクルデータ送信技術に関し、特にその
ような送信を達成するための改良型モーデム（変調・復
調器）に関する。

ダイヤル式電話回線を使用することによる遠隔地間のデ
ジタルデータの送信は増々普及している。

電話システムはデータを送信する必要のある場所を相互
接続しているという既存の便宜性のために利用される。

電話システムの主な目的は音声通信のみ送信することに
あるので電話回線はデータを送信するには非常に能力的
に限界がある。しだがってデータ送信に対し利用可能な
電話回線を最大限に使用することが大いに注目されてい
る。データ送信に対する電話回線の主な制約は回線の帯
域幅が狭いこと、すなわち実質上、約１００Ｈｚないし
５２００　Ｈｚの範囲内にあること、である。モーデム
はこれら電話回線を利用し得るようにデジタル装置を電
話回線に相互接線するために開発された。

送信し得るデジタルデータの速度は利用可能な電話回線
の帯域幅に依存するので、モーデムの開発は利用可能な
回線帯域幅をより良く使用することに主に向けられて来
た。

同時に両方向に信号を送信する通常の二線電話＝　９− 回線を使用すると双方同時データ通信に問題が発生する
。回線の一端にて送信されたデータのエコー（反響）が
一般に発生して戻り、所望のデータ信号と共にその回路
端で受信される。そのような望ましからざるエコーのう
ち、二つの成分が知られている。その第一は、遠隔地か
らのエコーであって電話回線によって著しく減衰されて
はいるが、中継電話搬送回線に時間変動特性があるだめ
、非常に予測困難なものである。その第二は送信地にお
ける電話回線部に起生ずる局地エコーである。

この局地エコーは信号レベルが高いが、一般に予測はも
つと容易である。その理由はエコーが線型の時間変動素
子によってのみ処理されるからである。これらのエコー
を処理する達成目標はこれらの素子によって発生される
データエラー（誤り）を許容可能の程度にまで低減する
ことである。この問題は、もしも別々の電話回線（即ち
四線専用回線）が使用されて二地点間の各方向に独立に
データを送信すれば、除去される。しかしどこにも設置
されている型の単一ダイヤル電話回線を使用−コ〇− し得ることの方が一層望ましく、それ故これらのエコー
問題を取扱う必要があるのである。単一の二線電話回線
によって一時に一方向にのみデータを送信すること（半
双方使用）によってもこれらの問題を除去し得るが、同
時に両方向にデータを送信し得ること（双方同時使用）
が一般的に望ましい。

既存の電話モーデムを利用した通常の技術は送信及び受
信に電話回線帯域の別々の部分を利用することである。

エコー問題を回避するだめ、これら二つの帯域はこれら
を独立にするだめのフィルターにより著しく分離されて
いる。したがって利用可能な電話回線帯域のかなりの部
分を利用しない。この結果、送信チャンネル及び受信チ
ャンネルの帯域幅が制限されるだめ、通信可能なデータ
速度に著しい制限が生ずる。

技術文献はその代りの方法と：七て電話回線の全帯域幅
を両方向におけるデータ同時送信に利用することを提案
している。提案では二つのチャンネル間に干渉を起こす
望捷しからざるエコーは、モーデムからデータが送信さ
れた結果としてそのモーデムにより受信されるエコーが
各モーデムにて予測され、その予測されたエコー信号が
受信信号から差引かれてエコーの効果が除去される。こ
のエコー相殺技術は一般的に局地エコーの効果を除去す
るのには満足できるものであるが、遠隔地からのエコー
は予測困難であり著しく除去困難である。その理由はそ
れらエコーが電話搬送システムにおける時間変動素子を
通過して来るからである。

その結果、上に提案した技術は許容可能な低エラー率の
もとにデータを送信し得るいかなる実用装置にも使用さ
れていない。

したがって利用可能な電話回線帯域幅を有効に利用する
ことにより、ダイヤル電話回線を使用した高速にして許
容可能な低エラー率の改良型双方同時デジタルデータ送
信技術を与えることが本発明の主な目的である。

そのようなデータ送信を達成するだめの簡単な構造の電
話用モーデムを与えることが本発明のも　　　′う一つ
の目的である。

これらの目的及び別の目的は本発明のいろいろの局面に
よって達成される。簡単に述べると本発明においては通
常のダイヤル電話回線により、分離された帯域部分を利
用して両方向にデータが送信されるが、これらの帯域部
分は両者併せると利用可能な電話回線帯域全体を占める
ようにしつつ帯域のほぼ中央で互に重畳する程度に分離
されている。この重畳の大きさは、局地エコーの単独作
用により起こされる信号擾乱が許容不可な程度に高いデ
ータエラー率を生ずる程に大きいがしかし同時に遠隔エ
コー信号の単独作用により゛起こされる信号擾乱は通常
許容可能である程度に、小さくされる。予測困難な遠隔
エコー信号は電話搬送システムによる減衰とモーデムの
帯域分割フィルターとの組合せにより許容可能な程度に
まで低減される。予測可能な局地エコー信号が通常の問
題となるのであるが、それはエコー相殺技術により実質
的に除去される。その結果、通常の電話回線の限られた
帯域能力を十分に利用する通信システムが得られる。非
常に低いデータエラー率をもった１３− 毎秒４８００ビツトの双方同時データ送信がこれら技術
を用いて可能である。

局地エコーの相殺は、各モーデムにおいて二つの帯域部
分のうちの一方で送信されたデータを監視し、局地エコ
ー路の特性を知った上でその送信データからその送信に
よって起生される他の帯域部分内に受信されたデータ成
分を予測することにより、達成される。予測されたエコ
ー信号は受信信号から差引かれる。先行技術によるエコ
ー相殺技術を本問題に適用することは、定格通りに分離
された周波数帯域にデータを送受信せねばならないので
、複雑である。送信された信号を変調し、かつ受信信号
を復調するのに含まれるデジタル信号処理演算はそのボ
ー（ｂａｕｄ　）速度の数倍の標本化速度で遂行されな
ければ々らない。先行技術のエコー相殺技術もまたこの
速度で作動する必要があり、装置が非常に高価になる。

本発明はすべてのエコー相殺（変調・復調に対する補正
を含む）がそのボー速度で達成される点で優れている。

エコー相殺器は、局地線路の時間不変成分とこれに＝１
４− 縦続する時間変動成分にして二つの搬送周波数の差から
導出される時間変動成分との特性を有したフィルターを
含む。本技術の利点はその簡単さにある。ここに述べた
特定のデータ通信技術において本発明は特に有利である
が、本発明はまた他の通信システムに対しても有用であ
る。本発明の他の目的、利点、及び特徴はその好ましい
実施例に関する以下の説明と参照すべき添付の図面とか
ら明白となろう。

第１図を参照して本発明のいろいろの局面を利用した通
信システムを全般的に説明する。本システムの目的は一
つの場所におけるデジタルシステム（１１）ともう一つ
の場所における第二のデジタルシステム（１６）との間
の通信を可能にすることである。デジタルシステム（１
１）は出力端（１５）に、回路（１７）内のデジタルシ
ステム（１３）に対して送信されるべきデータを与える
。同様に、□システム（１３）は回路（２１）内のシス
テム（１１）に対して送信されるべきデータを回路（１
９）に与える。デジタルシステム（１１）はデジタルシ
ステム（１１）を標準の二線電話回線（２５）と結合す
るだめのモーデム（２３）を含む。同様にして遠隔地に
あるシステム（１６）はこれを二線電話回線（２９）に
結合するためのモーデム（２７）を含む。

典型的な場合、電話回線（２５）　（２９）はそれぞれ
デジタルシステム及びモーデムが配置されている回線契
約者の家又は事務所から電話会社の中央局（３１）　（
３３）に接続している。中央局間では大ていの電話シス
テムは別々の二線回線（３５）　（３７）により通信さ
れており、各回線は一方向のみに信号を搬送する。ハイ
ブリッド回路（３９）は、別個の二線回線（３５）　（
３７）を両方向の通信が同時に起こる二線回路（２５）
に接続するために特に使用されている。同様にハイブリ
ッド回路（４１）は単一の二線回路（２９）に対し別個
の回線（３５）　（３７）を接続するために中央局（３
６）に設けられている。そのような電話回線にはその性
質上、通信システム回線端間の各方向に数デシベルない
し６５デシベルの、回線によっては多分それ以上の、信
号損失がある。

モーデム（２３）（２７）は類似の形態のものであるが
、一方の送信周波数領域が他方の受信周波数領域である
点が異なる。モーデム（２３）を典型的なものと見なす
と、送信器（４３）が回路（１５）の送信されるべきデ
ジタル信号を受信し、それを音声帯域信号に変換して一
対の導体（４５）に与える。受信器（４７）は一対の導
体（４９）内の音声帯域信号を受信し、これら信号をデ
ジタル信号に変換し、回路（２１）に与える。ハイブリ
ッド回路（５１）　ｉｄ二つの導体対（４５）（４９）
を単一の電話通信二線回線（２５）に接続する。以下に
かなり詳細に説明するエコー相殺回路（５３）が送信器
（４６）を介して電話回線（２５）内に送信されるデー
タを入力として受信し、通信システムの受信端からの送
信に帰因する受信信号をすべて除去するため、受信器（
４７）の信号から差引くべき信号を入力データから発生
させる。

第２図を参照して第１図のモーデム（２３）　（２７）
に対する送信帯域及び受信帯域の一例を説明する。

典型的な電話回線の最大使用可能帯域幅は約１００土の
低周波数（５７）と約３２００　Ｈ２最大周波数（５９
）との間にあることが図示されている。この帯域の一部
１７− 分（６１）は電話回線内の一方向にデータ信号を搬送す
るが、もう一つの部分（６６）はデータ信号を反対方向
に搬送する。帯域部分（６１）　（６３）は送信器（４
６）及び受信器（４７）の一部分をなすフィルタによっ
て形成される。これらの部分は傾斜した端部を有する。

その理由は実際のフィルタはアナログ式又はデジタル式
のいずれの形式であっても矩形の帯域端を与えないから
である。曲線（６１）　（６３）の最大値を０デンベル
にとると第２図に示す基底（ベース）線はたとえば下に
説明する例の場合、約マイナス６０デシベル近辺にある
。

曲線（６１＞　（６３）により示される送信帯域及び受
信帯域は電話帯域のほぼ中央において幾分か重畳してい
ることが第２図から判かろう。これをさらに説明しよう
。たとえば、第１図の送信器（４６）が帯域部分（６６
）内で作動し、その受信器（４７）が帯域部分（６１）
内で作動する場合を考えよう。通信チャンネルの反対端
におけるモーデム（２７）では送信器は帯域部分（６１
）内で作動し、受信器は帯域部分（６３）内で作動する
。曲線（６１）　（６３）が重畳しているため、１８− 電話回線のエコー効果が考慮され、かつ処理される必要
がある。再び第１図を参照する。モーデム（２６）で発
生した信号に対する遠隔エコー路はモーデム（２６）か
ら電話回線（２５）　（３７）を経てハイブリッド（４
１）に至り、電話回線部分（３５）（２５）を経由して
モーデム（２６）に戻る。もしも中央局（３１）　（３
３）間の電話回線が搬送システムを含んでいればその特
性は著しく変性され、さらに通常は非常に大きな位相ジ
ッタ（乱れ）が生ずる。送信器（４３）に起生じ、受信
器（４７）に戻る遠隔エコー信号は電話回線の性質上、
著しく減衰される。従って受信器内のフィルタによりさ
らに減衰させることによって遠隔エコー信号強度は許容
レベルにまで低減される。局地エコー路はモーデム（２
３）から・・イブリッド（ろ９）に至り、二線回線（２
５）を通ってモーデム（２３）に戻る。この局地エコー
は僅かに減衰するのみであるのでモーデムに戻って来る
局地エコーは、非常に減衰される遠隔地モーデムからの
信号レベルに比して極度に強力である。しかし局地エコ
ー路は時間変動素子を全く含んでいないので、局地エコ
ー信号は非常に正確に予測し得、エコー相殺器（５６）
によって受信信号から除去し得る。

局地エコー及び遠隔エコーが処理される方法は、受信信
号中に存在する許容可能なエラー率によって決まる。も
しもデータの大部分が特定の用途に際し誤りであってよ
ければ、高レベルのエコー信号が残存していてよい。し
かし多くの場合、データエラー率を非常に低く保つこと
が望まれるので、エコー信号は現実の問題となり、除去
もしくは顕著に低減する必要がある。帯域部分（６１）
（６３）の重畳及び各モーデムにおけるエコー相殺回路
を使用することにより、高品質のデータ送信が得られる
許容レベルまでエコー信号が低減され、かつ利用可能な
電話回線帯域が最大限に使用可能になり、それによって
高速のデータ送信が可能に々る。

曲線（６１）　（６３）の重畳の大きさは許容し得る遠
隔エコー量により制限される。モーデｌ、（２３）の受
信器（４７）は例えば帯域部分（６６）内のすべての信
号を受信するので、重畳部分（６５）内に起生ずる信号
部分が帯域部分（６１）内で信号を送信している送信器
に帰因することもあり得る。もちろん、モーデム（２３
）の受信器はこのエコー信号を受容するようには意図さ
れておらず、反対端モーデム（２７）の送信器によって
送られた信号のみを受信しようとしている。

曲線（６１）　（６３）の重畳部分（６５）は、遠隔エ
コーによるデータエラー率が望ましい最大レベルを超過
しない程度に、維持することが出来る。

したがって遠隔エコー信号は主に、それが何の害も与え
ない程度にエコー信号出力を維持することにより、処理
し得る。局地エコーはモーデムの受信器まで反射し戻さ
れたときにはるかに強い信号レベルを有しているのでそ
れほど容易に除去することは出来ない。しかし上述した
ように予測可能性があるため、以下に述べるように受信
信号から除去することが可能である。

システム（１１）（１３）それぞれによって処理された
デジタルデータはベース帯域信号中に搬送される。

この信号はモーデムにて搬送周波数（ｆｌ　）（ｆ２）
を用いて通過帯域（６１）もしくは（６３）のうちの一
つに翻訳される。周波数（ｆｌ）は帯域（６１）の中央
局２１− 波数であり、周波数（ｆ２）は帯域（６６）の中央周波
数である。ある特定例の場合、これら中央帯域はそれぞ
れ９７５Ｈｚ及び２３２５Ｈ２である。この例では曲Ｍ
　（６１）　（６３）それぞれの６デシベル帯域点は１
２００豫である。３デシベル応答点からそれより６０デ
シベル下の点までの各遷移領域の幅は３００　Ｈｚであ
る。この領域の傾きはハードウェア及びソフトウェアに
複雑さを与え得る範囲内で可能な限り急、　　峻にされ
る。

そのようなモーデムを構成する方法はハードウェア及び
ソフトウェアのいずれにおいてもいろいろある。モーデ
ムのかなりの部分をソフトウェア的に充足させることが
好ましい。そのような充足性を与えるシステムが第３図
に示されている。送信チャンネル及び受信チャンネルは
本説明の目的上、別々に考えることができる。

初めに送信路について触れると、回路（１５）において
計算機その他のデジタルシステムから遠隔地に送信され
るべき一連のデジタルデータが受信される。このデータ
は、このデータのスフランプリ２２− ング（「白紙化」）、グレー符号化、及び差動符号化を
行なうだめのソフトウェアプログラムを実行する制御プ
ロセッサ（７１）に印加される。これらの演算はこれら
演算の目的及び技術と共によく知られている。線（１５
）の制御プロセッサ（７１）に入力された一連のデータ
は毎秒４８００ビツトの速さく４８００８”とも記す）
を有する。回路（７６）は信号プロセッサ（７５）に対
し４ビツトの並列群にした２進法データを搬送する（各
群をクオドビットと呼ぶ）。このクオドビットデータ転
送は１２００ｓ　’の速度のボークロックに同期されて
いる。信号プロセッサ（７５）に対しては回路（７７）
を介して制御プロセッサ（７１）からの適当な制御信号
も伝達される。プロセッサ（７１）からはそれ以降の素
子に対し、もう一つの制御回路（７９）が制御信号を送
る。

信号プロセッサ（７５）はそのハードウェア及び制御ソ
フトウェアによって第４図に関連して以下に詳細に述べ
るような方法で、出力回路（８１）内にデジタル信号を
発生させることにより、回路（７３）に入力されたクオ
ドビットデータに応答する。これらの信号は、遠隔地モ
ーデムに送信されるべく電話チャンネルに伝送されるア
ナログ信号に正しく対応しており、デジタル標本の形式
を有する。この標本は非同期的に８ビツトのバースト（
集合）としてファーストイン・ファーストアウト（最初
に入力したものが最初に出力される形式）（Ｆ工Ｆ’Ｏ
）シフトレジスタ（８６）に伝送される。これらのバー
ストは、回路（８１）の信号プロセッサ（７５）によっ
て出力標本が発生される平均速度が９６００　ｅ＝であ
るように、１ボー当り１回の割で（１２００ｓ　’で）
伝送される。

回路（８５）のシフトレジスタ（８３）の出力はｊ２０
０ｓ”のボー速度クロック（図示してなし）と８＝１に
同期された状態の一様な速度９６００８　’にてデジタ
ル−アナログ変換器（８７）に対し断続的に入力される
。デジタル−アナログ変換器（８７）の回路（８９）の
出力は、それぞれが１／９６ｏｏ秒の持続時間を有する
パルス振幅変調（ＰＡＭ）　パルスの形態になっている
。これらのノクルスは、送信信号の高周波スペクトル成
分を電話会社によって指定されたレベル以下に低減させ
るべく　３４［＋ＯＨｚ付近に遮断周波数を有シたアナ
ログローパスフィルタ兼増幅器（９１）Ｋ、印加される
。フィルタ兼増幅器（９１）の出力は回路（４５）に接
続され、第１図に関連して前述したように、その後、ハ
イブリッド回路（５１）に接続される。

ハイブリッド（５１）の目的は、送信器と電話回線（２
５）を当然共有するモーデム受信器ユニットの入力に過
度の送信信号出力が加わることを防止することにある。

第３図のモーデムの受信器回路を説明する。ハイブリッ
ド回路（５１）から来る受信信号路（４９）はアナログ
ローパスフィルター（９３）に接続される。フィルタ（
９３）ｌｄ　送信器ローパスフィルタ（９１）、！：同
同定定格あシ、到来する信号を標本化しかつそれをデジ
タル化する前に最低の実用的レベルにまで帯域外雑音を
低減するという類似の目的を有する。

この方法はデジタル信号処理における確立された方法に
ならったものである。フィルタ（９３）に対する信号入
力は遠隔地モーデムから送信された所望の信号と干渉を
起こす信号とが組合さったもので２５− ある。これらの干渉性ある信号は、少なくとも雑音、記
号間干渉、電話回線により起こされる搬送波位相ジッタ
、並びに局地エコー信号及び遠隔エコー信号を含んでい
る。前述したこれらのエコー信号は前述のモーデム（２
６）の送信器部分の信号出力に応答してフィルタ（９３
）の入力端に現れる。これらのエコーは、モーデムの一
部として使用される、又は遠隔地モーデム間電話回線内
の数箇所で使用される、不可避的に非理想的な回路によ
り発生される。局地エコーは遠隔地モーデムから受信さ
れる信号に比して３５デンベル近辺の比出力を有するこ
とがある。その理由は遠隔地で送信された信号は電話回
線によって強く減衰される一方、局地的に伝送された局
地エコーはそれ程減衰され々いからである。したがって
前述したように受信信号帯域内のこの局地エコーは相殺
しなければ々らない。その方法は第４図に関連して以下
に述べる。

第３図に示す回路（９５）内のフィルタ（９６）の出力
はアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）（９７）に印加さ
れ２６− る。回路（９９）におけるとのＡＤ（Ｅの出力は一連の
デジタル標本である。ＡＤＯ（９７）は回路（９５）内
のアナログ信号をボークロックと８：１に同期された９
６００ｓ　　の速度で標本化する。ＡＤＣ（９７）は非
常に大きなエコー信号レベルと遠隔地モーデムからの非
常に小さな所望の信号とによって占められる大きなダイ
ナミックレンジを収容するために少くとも１２ビツトの
分解能を有するべきである。回路（９９）内のデジタル
信号標本はその後レジスタ（８３）に類似のＦ工ＦＯレ
ジスタ（１０１）の入力に印加される。

これらの標本は回路（１０３）を介してＦＩＦＯレジス
タ（１０１）から信号プロセッサ（７５）に対し８ビツ
トの群にして１ボ一当シ１回、送信される。これらの群
を転送する速度はしたがって１２００ｓ　’である。

信号プロセッサ（７５）は第４図に関連して以下に述べ
るようにこれらの標本に演算を施し、回路（１０５）を
介して制御プロセッサ（７１）に出力情報を与える。こ
の出力情報はポ′−クロックと同期されたクオドビット
形になっている。制御プロセッサ（７１）は作動復号演
算、グレー復号演算、及び非白紙化演算をデータに施し
、遠隔地モーデムの送信器においてすでに行なわれた対
応の演算効果を有効に相殺する。制御回路（１０７）は
また信号プロセッサ（７５）を制御プロセッサ（７１）
に結合する。制御回路（１０９）は制御プロセッサ（７
１）と受信器の他のハードウェア素子との間に跨ってい
る。制御回路（ｉｉｉ）はモーデムが通信している計算
機その他のデジタルシステムの制御システムに接続され
る。

遠隔地端から受信されたデータは、４８００ｓ＝の速さ
で計算機その他のデジタル式システムに対し回路（２１
）を介して２進法で順に伝送される。

第６図のモーデムの説明すべき機能は信号プロセッサ（
７５）にある。これはもちろんハードウェア装置として
もよいが、ソフトウェアで制御されたマイクロプロセッ
サを利用することが望ましい。

第４図は路線ブロック図によシ、送信器及び受信器の双
方において信号プロセッサ（７５）によシ達成し得る好
ましいソフトウェア信号処理を示している。信号プロセ
ッサ（７５）内のこの処理は特定の順序でする必要は無
く、また信号プロセッサ（７５）と制御プロセッサ（７
１）との間にボー同期性が維持されかつ信号プロセッサ
（７５）及びＦ工ＦＯレジスタ（８６）（１０１）の結
合が維持される限り、信号プロセツザ自体内で時間同期
を維持する必要もない。それにも拘らず信号プロセッサ
（７５）内の平均転送速度は輝かしいものであり、これ
らの速度は第４図の処理図に示されている。この説明で
はｒｋＪは１２００ｓ−’の速度を単位とする整数であ
シ、したがってボ一時間指標と見なし得る。一方ｒｎＪ
は９６００θ−１（１ボー当りの８倍）の速さを単位と
する整数であって、これは標本タイミング指標と見なす
ことが出来る。

入力回路（７３）内のクオドビットはデーター信号変換
表（１２１）に対する入力を構成する。表（１２１）の
出力（１２３）は、ソフトウェア送信器の入力を構成す
る１６通りの複素数のうちの一つである。ｋ番目のボ一
時間における複素送信入力はａ（ｋ）と呼ばれる。デー
タ信号周波数を所望の帯域部分（６１）もしくは（６６
）の一つに翻訳し得るようにするため、各複素入力標本
間に（１２５）にていくつかのゼロ信２９− 号が挿入される。（１２７）におけるこの組合せは次に
デジタル的に（１２９）にてローパスフィルタにかけら
れる。素子（１２５）　（１２９）はナイキスト数によ
シ指数乗されたコサインの平方根に対応する周波数応答
を有した補間ローパスフィルタを含む。このローパスフ
ィルタは応答周波数の振幅半値幅が６００　Ｈ２であり
、５０％の上向き転移パラメータを有する。素子（１２
５）の機能は数学的に次式で表わされる。

ｂ（ｎ）＝　ａ（ｋ）　　（ｎ　＝　８　ｋの場合）　
（式１）−〇　　（その他の場合） ただしｋ及びｎは上述の解釈をするものとする。

デジタルローパスフィルタ（１２９）の係数をｄｌｐｆ
　（ｍ）、ただしｍ＝０，１．、・・・、６６、と示す
と複素フィルタ出力ｃ　（ｎ）は次式によ勺確定される
。

フィルタメモリを占める（　ｂ（ｎｌ　）イ直のうちの
％のみが０でないので（式２）の使用には経済性がある
。

この事実を利用してソフトウェアアルゴリズム（算３０
− 法）は段（１２５）　（１２９）に示される処理段を与
える。

送信器のロー・ぐスフィルタ出力（１３１）、ｃ（ｎ）
、は複素変調器の入力に印加される。もう一つの出力（
１３７）はｅｘｐ（ｊ２ｒ（ｔｘｆｒｑ）ｎ１５１２）
なる搬送波信号である。

変調出力はｄ（ｎ）であって、これは（ｔｘｆｒｑ、）
（９６００）１５１２Ｈｚの搬送周波数付近に中央値を
有するスーＳクトルの信号である。この例ではｔｘｆｒ
ｑ＝１２４であり、その結果搬送周波数は（１２４）（
９６００）１５１２−２３２５Ｈｚであり、これが第２
図のｆ２である。（１３５）におけるｄ、（ｎ）の虚数
部分ｕ　（１３９）にて捨てられる。その結果はｏｕｔ
ｄｔと呼ばれる８素子バツフア（１４３）に記憶される
。バッファ（１４ろ）ハＦ工ＦＯ（８３）にその内容を
記録することによって各ボー毎に１回、クリヤ（払い算
）さ几る。この転送の平均速度は９６００θ−１である
。変調手続きが段（１３３）　（１３９）を実行するソ
フトウェアを与え、これにより変調済みデータ標本が計
算されてｏ　ｕ、ｔ　ｄ、ｔバッファ（１４３）に記憶
される。０ｕｔｄ、ｔバッファ（１４３）から回路（８
１）を経てＦ工刃（８３）に対して行なわれるデータ転
送は同期手続きに」：って達成される。

モーデムの受信器側ではＦ工ＦＯ（１０１）からの実際
のデータが、１ｎｆｆ１．ａｔと呼ばれる８素子バツフ
ア（１４５）に対し平均速度９６００　ｓ”で転送され
る。このバッファからの標本は一時に一つの割で複素復
調器（１４９）に与えられ、この変調器（１４９）のも
う一つの入力（１５３）はｅｘｐ（−ｊ２π（ｒｘｆｒ
ｑ　）ｎ１５１２）である。この例ではｒｘｆｒｑ＝５
２であり、それ故搬送周波数は（５２）（９６００）１
５１２＝９７５Ｈｚで、これが第２図のｆｌである。

複素数値信号である変調器出力（１５１）ｅ（ｎ）はそ
の後、送信器フィルタ（１２９）で使用されたフィルタ
と同一の係数を有したデジタル有限インパルス応答（Ｆ
工Ｒ）ローパスフィルタ（１５５）によってローパス濾
波される。その結果は数学的に次の時間領域における式
で表わされる。

ｆ　（ｎ）−Σａ１ｐｆ（ｍ）ｅ（ｎ−ｍ）　　　　　
（式３）この濾波演算は遠方端のエコー信号を許容レベ
ル（所望の信号の約３０デシベル下）にまで低減する機
能を果すと共にフィルタからの出力信号を６００Ｈ２の
ナイキスト帯域幅に制限する結果、受信器内におけるそ
の後の処理を１２００日　で遂行し得ることを可能にす
る。（式６）はフィルタ出力が１ボ一当９８回計算され
ることを示唆しているが、その後の処理段にとっては１
ボー当りただ一つのフィルタ出力標本が必要である。し
だがって１ボー当シただ一つのフィルタ出力が計算され
ればよく、（１５７）にて与えられた各８個の標本のう
ちからただ一つの標本が（１５９）で選択される。（ｉ
６１）におけるボー速度のフィルタ出力は次式で与えら
れる。

Ｗ（ｋ）＝ｆ（８に＋時間）　　　　　　　（式４　）
ここで時間は１〈時間〈８を満足する整数である。この
時間値はモーデムのトレーニング（教え込み）手続き期
間中に選択される。

信号ｗ（ｋｌは遠隔地モーデムからの所望の信号と局地
エコーのかなりの成分との両方を含む。ｖ（ｋ）と命名
される局地エコーのレプリカ（復製信号）（１６５）が
したがってｗ（ｋ）から（１６３）で差引かれ、（１６
７）にてｘ（ｋ）が得られる。とのｘ（ｋ）　ｉモーデ
ム受信器内でその後の信号処理段で使用する正味の受信
信号である。局地エ３３− コーレプリカｖ（ｋ）は（１２３）で入力信号からエコ
ー相殺器（５３）内で発生される。これについて次に説
明する。

（１２３）における信号ａ（ｋ）は、（ｅｃｃｏｅｆ（
ｍ）　；ｍ＝０゜１、・・・３５）と示されるフィルタ
係数を有したエコー相殺器（５６）の線型時間不変部分
（１７５）により濾波される。（１７７）におけるこの
信号に対する数学的表現は次式である。

５ フィルタの機能（１７５）　Ｈ１位置（１２３）から出
発して電話システムのハイブリッド（３９）　（第１図
に至り、モーデム（２３）の処理段の位置（１６１）　
（第４図）に戻るまでの電話回線及びモーデム回路の線
型時間不変部分と同じに設定される。ｅｃｃｏｅｆ係数
の決定は下に述べるトレーニング手続き期間中に行なわ
れる。このフィルタ機能は時間の経過に伴って起こ・υ
得るこの局地エコー路の変化に備えるため、定期的に更
新される。

（１７７）におけるｕ（ｋ）信号は局地エコー路に存在
３４− する変調・復調演算（１３３）　（１４９）を補償すべ
くさらに処理されなければならない。これはモーデムの
変調・復調機能が時間不変フィルタ機能（１７５）によ
っては表わし得ない時間変動成分を導入するからである
。この処理ｉｊ　（１７９）　（１８３）にて行なわれ
、次式で表わされる。

ｖ　（ｋｌ　−ｕ　（ｋｌ☆ｅｘｐ（ｊ２π（ｔｘｆｒ
ｑ）（８に十時間）１５１２）☆ｅｘｐ（−ｊ２π（ｒ
ｘｆｒｑ　）　（８に十時間）１５１２）（式６） ここで星印は乗法を示す。複素変調段（１７９）　（１
８３）は、段（１８１）ないし段（１８５）において変
調周波数ｔｘｆｒｑ、　（ｆ　２に比例）とｒｘｆｒｑ
、　（ｆ　１に比例）との間の差により制御されるエコ
ー相殺器の時間変動成分を構成する。エコー相殺技術に
関する既存の案はそのような時間変動機能を導入しない
。実際、必要とされる変調・復調演算は通常は標本化速
度で遂行され、ボー速度では行なわれないので、ボー速
度の相殺信号を発生せしめて利用することは一見すると
可能とも好ましいとも思えない。必要とされるボ一時間
毎の相殺器出力はボー速度の濾波信号と変調・復調信号
のみを用いて計算できることを示すことができる。既存
の手続きはモーデムのデジタル又はアナログ部分におい
て変調・復調機能の電話回線側にて相殺することを提案
している。しかし複雑さが少なくかつ速い処理が得られ
るため、上に示したように、ボー速度の本エコー相殺器
を与えることが好ましいことが判明した。エコー相殺手
続きは（式５）及び（式６）に対応する段のソフトフェ
アを説明し、丑だフィルタ（１７５）のθｃｃｏｅｆ係
数の設定を説明している。

モーデムの残りの処理段（１６９）　Ｈ１記号間干渉を
低減させるだめの適応化イコライ七−ション（等化）を
得るためのアルゴリズム、搬送波位相及びボータイミン
グの変化を追跡するアルゴリズム、並びに各ボー期間内
に受信された処理済み信号（１７１）、ｙ（ｋ）　＋を
１６通りの可能な受信複素値に指定するアルゴリズムか
ら成る。最後に（１７ろ）にてｙ（ｋ）に基づき４ビツ
トデータの１６通りの組合せのうちの一つが選択され、
それら４ビツトが制御プロセッサに与えられる。

データモードでモーデムが作動される前に、エコー相殺
係数が最初に教え込まれるトレーニング手続きを実行す
る必要がある。この手続きを実行するためには局地モー
デムの入力に観測される信号はチャンネル雑音と局地的
に発生している信号のみであるように、何等かの方法に
よって遠隔地モーデムを静粛状態に置くことが必要であ
る。モーデムをこの状態にし、時間がすでに選択され、
すべてのフィルタメモリ列がゼロに設定された状態のも
とで、単一の単位標本δ（ｋ）が第５図に示されるよう
に送信器入力に（１２３）で注入される。この単位標本
が印加されるボ一時間かに＝０を確定する。モーデムは
第５図に示される如（ｋ＝０．１．・・・。

６５について作動される。すなわちｗ（ｋ）が受信器の
デジタルローノξスフイルタ（１５５）　（１５９）の
出力（１６１）にて選択される地点に至るまでのエコー
路に沿って送信信号を搬送するすべての処理段が実行さ
れる。同時に送信器及び受信器の搬送波信号がｎ−８に
十時間　　　　　　　　（式７）％式％ という時刻に標本化される。これら信号はミキサ（２０
１）内で倍数化され、（２０３）で虚数部分の符号を変
えることによシ倍数結果の複素共役が計算される。その
結果ｔｄ　ｅｘｐ（ｊ２π（ｒｘｆｒｑ−ｔｘｆｒｑ）
（８ｋ十時間）１５１２）である。次にに番目の複素エ
コー相殺係数かに＝０．１，２．・・・、３５に対して
ｅｃｃｏｅｆ（ｋ）　＝ｗ（ｋ）☆ｅｘｐ（ｊ２π（ｒ
ｘｆｒｑ　−ｔｘｆｒｑ）　８　ｋ十時間）５１２（弐
８） と計算され、その結果得られる６６通りの係数が、第４
図のエコー相殺部分（１７５）においてデータモードで
使用されるエコー相殺係数「ｅｃｃｏｅｆ　Ｊとなる。

データモード動作の期間中、モーデムは、長期にわたシ
データを送信及び受信するうちに局地エコー路に起とシ
かねないいかなる緩慢な変化をも追跡するため、エコー
相殺器の係数を調節し続ける。エコー相殺係数はデータ
モードの開始前に教え込まれているので、更新アルゴリ
ズムはエコー路における緩慢な変化に応答する能力を持
つのみでよく、それ故係数の更新にはモーデム設計技術
−３８〜 分野の当業者にはよく知られている最小二乗法（ＬＭＳ
）アルゴリズムを使用し得る。しかし、本発明で使用さ
れるエコー相殺器の時間変動性は適宜に基本的ＬＭＳア
ルゴリズムを設計変更する必要がある。ＬＭＳアルゴリ
ズムに含壕れる四つの素子はエラー信号ｘ（ｋ）、デー
タａ（ｋ）、更新される性質をもった係数（ｅｃｃｏｅ
ｆ（ｋ）　；に＝０．１、−３５）、及び通常は小さな
正数である更新・ξラメ−タムである。本例の場合、基
本エラー信号Ｘ（ｋ）はエコー相殺器の時間変動素子を
介して反射され、その結果改変されたエラー信号ｘ’　
（ｋ）が導出される。すなわち、Ｘ′（ｋｌは ｘ’（ｋ）＝ｘ（ｋ）”ｅｘｐ（ｊ２π（ｒｘｆｒｑ）
（８に十時間）１５１２）☆ｅｘｐ（−ｊ２π（ｔｘｆ
ｒｑ）（８に十時間）１５１２）（式９） によシ与えられる。これが完了すると更新アルゴリズム
は次の形をとる。

ｋボーが送信された後のｍ番目のエコー相殺係数値をｅ
ｃｃｏｅｆ（ｋ、ｍ）とする。その時ｅｃｃｏｅｆ　（
ｋｌ　１　。

ｍ）はに＝０．１、−３５についてｅｃｃｏｅｆ（ｋｌ
１　＋　ｍ）−ｅｃｃｏｅｆ（ｈ、ｍ）−△ｘ’　（ｋ
）＝４（ｋ−ｍ）（式１０） ％式％ 回路（１６７）　（第４図）におけるエラー信号Ｘ′（
ｋ）は多数の信号（とりわけ遠隔地で発生されたデータ
信号それ自体）に加えて残留エコー信号によって影響さ
れるので、更新は非常に緩慢に起こり、それ放生として
長期にわたり起こるものにより影響されるように、パラ
メータ△を非常に小さく選択すべきである。

本発明のいろいろの局面をモーデム及びデータ送信シス
テムの好ましい実施例について説明したが、本発明は付
記した特許請求の範囲の全範囲内において保護される資
格を有することを了解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のいろいろの局面に基づき電話回線を利
用するデジタルデータ送信システムの路線図であり、 第２図は第１図の送信システムの帯域分布を示す図であ
り、 第６図は第１図の通信システムにおけるモーデムの一実
施例を示すブロック線図であわ、第４図は第６図のモー
デムの主なる処理機能を示すソフトウェアのブロック線
図であり、第５図はエコー相殺器のトレーニングを例示
する第４図ソフトウェアブロック線図の一般計変更例で
ある。 モーデム　　　　２３．２７ 電話回線　　　　２５，２９，３５．３７送信装置　　
　　４６ 受信装置　　　　４７ エコー相殺装置　５３ −４１＝ 手続補正書（顔） 昭和５８年　３月３日 特許庁長官　　殿 １、事件の表示 昭和５７年特許願第１８２２３７号 ２、発明の名称 電話回線式データ送信装置及び方法 ３、補正をする者 事件との関係　　出願人 名　称　　アンダーソン・ジャコブソン、インク４、代
理人 住　所　　東京都千代田区永田町１丁目１１番２８号６
、補正の対象 正式図面第２図 ７、補正の内容 別紙のとおり ２２７−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　与えられた利用可能帯域幅を有した共通ダイ
   ヤル電話回線によって、与えられたエラー率未満のもと
   に同時にデータ信号を送受信し得る電話モーデムであっ
   て、 デジタルデータをアナログ信号に変換し、かつ該電話回
   線を介してその該利用可能す第一の帯域部分において該
   アナログ信号を送信するための装置と 該電話回線からアナログ信号を受信してこれら信号を該
   利用可能な帯域内の第二の部分内のデジタルデータに変
   換する装置と を含み、しかも 該第−及び第二の帯域部分は、それぞれか該電話回線帯
   域幅のほぼ部分の−に当る別々の部分にして該電話回線
   帯域全体を占めるように配置されているのみならす、該
   第−及び第二部分は該利用可能帯域のほぼ中央にて周波
   数通過帯域を重畳されかつその重畳は局地信号エコーが
   通常該指定エラー率を超過したエラーを生ずるが遠隔信
   号エコーは通常該指定されたエラー率未満のエラーを生
   ずるようにされており、さらｌこ該モーデムは該第−及
   び第二帯域の重畳部分内に送信されたすべての信号部分
   を受信信号力１ら差引く装置にして該局地エコーを抑制
   するための、かつエコーにもとづくエラー率ヲ指定エラ
   ー率未満に低減するための、該送信器と該受信器との間
   に接続される該差引装置、を含むことによって迅速なデ
   ータ通信を果すべく該指定′電話回線帯域を最大限に利
   用し得る電話モーデム。 （２１特許請求の範囲第１１１項に記載のモーデムにお
   いて、 基底帯域Ｃベースバンド〕内にあるデジタルデータ信号
   ｌこ応答する装置にして該第−の帯域部分のほぼ中央に
   ある第一の搬送周波数によって該信号の周波数を該第−
   通過帯域部分中に遷移せしめる該応答装置が該送信装置
   に含まれ、第二の通過帯域部分内において電話回線から
   受信されたアナログ信号に応答する装置にして該第二の
   帯域部分のほぼ中央にある第二の搬送周波数によって該
   信号の周波数を基底帯域中に遷移せしめる該応答装置が
   該受信装置に含まれ、該送信装置内の基底帯域デジタル
   データ信号に応答する装置にして該第−及び第二搬送周
   波ｌ！！に依存する時間変動システムから導出された相
   殺信号を受信デジタルデーク基妊帯域信号から差引くた
   めの該応答装置が該差引装置に含まれている、 該モーデム。 （３）指定された利用可能帯域に属する共通電話同線ｌ
   こよってテークを同時に送受信し得る電話モーデムであ
   って、 デジタル信号をアナログ信号に変換して該電話回線を介
   して該アナログ信号を送信する送信装置にして第一の搬
   送周波数を用いてデジタル信号の周波数を遷移すべく基
   底帯域内のデジタルデータ信号に応答する装置を含む該
   送信装置と、 該電話回線からアナログ信号を受信してこれら信号をデ
   ジタル信号に変換する受信装置にして該電話回線７７）
   ら受信したアナログ信号Ｉこ応答してこれら信号の周波
   数を第二の搬送周波数によって基底帯域中に遷移せしめ
   る装置を含む該受信装置と、　　・ 該送信装置内の基底帯域デジタルデータ匿号に応答して
   受信信号内に発生した送信信号のうち基底帯域信号部分
   を該受信デジタルデータ７））ら差引く装置にして、差
   引くことによってすべ”ＣＱ）　局地エコーを抑制しか
   つこれらエコーによるエラー率を低減し、さらｌこ該第
   −及び第二搬送周波数から導出された時間変動機能によ
   って該送信装置からの基底帯域信号を増幅するための装
   置を含んでいる該差引装置と１ 、を含んでいる該電話モーデム。 （４Ｊ　　指定された帯域に属する共通θ〕電話回ｇｌ
   こよって回線端間の二方向に同時にデータ信号を通信す
   る方法であって、 一方向における該データ信号を該電話回線帯域の第一の
   帯域部分に閉じ込め、かつ他方向における該データ信号
   を該帯域の第二の帯域部分に閉じ込める段階にして該帯
   域部分が両者併せると該電話回線帯域のほぼ全体を占め
   力１つ該帯域のほぼ中央ルこて両者が成る程度の型費を
   持つようにされた段階と、 各端末において該帯域部分の一方の外にあるすべての周
   波数を著しく減衰せしめる段階にして該帯域部分の該一
   方円にて反対端から反射された信号は該帯域部分の該一
   方円の受信信号と過度に干渉しないレベルにまで減衰さ
   れるようにされた段階と、 該帯域部分の一方内において各端にて受信された信号７
   ）＞ら、その端にて該帯域部分内で送信されかつ受信さ
   れたすべての信号を差引くことによって局地エコーを相
   殺する段階と、を含み、該指定された電話回線帯域を十
   分に利用し得、その結果、該電話回線により高速の双方
   同時データ通信が得られる送信方法。 （５）　　指定された帯域に属しかつ両方向に信号が進
   行する共通回線を少なくとも一部に含んでいるダイヤル
   式音声′峨話回線によって指定のエラー率未満で二方向
   にデジタルデータを送信する方法であって、 該電話回線の一端にて起生きれたデジタルデ−タを第一
   の通過帯域内のアナログ信号に変換し、かつ該電話回路
   の他端にてこれらの信号を受信してデジタル信号データ
   に復調する段階と、該電話回線の該他端にて起生された
   デジタルデータを第二の通過帯域内のアナログ信号に変
   換しかつ該電話回線の該一端にてこれらの信号を受信し
   てデジタル信号に復調する段階と、を含み、更に 該第−及び第二の通過帯域はそれぞれが、該電話回線帯
   域全体をほぼ占めるべく配置された該電話回線帯域のほ
   ぼ半分である異なる部分であり、ざらに該第−及び第二
   帯域部分は該オＵ用可能帯域のほぼ中央の周波数通過帯
   域において、通常は局地エコー信号が該指定エラー率を
   超過するが遠隔エコーは通常該指定エラー率未満のエラ
   ーとなるように重畳されており、さらに、該一端にて受
   はされた該デジタル信号から該一端にて起生されたデジ
   タル信号部分を相殺するこ吉により該一端における局所
   エコー信号を実質上除去するための段階と、 該他端にて受信された該デジタル信号から該他端にて起
   生されたデジタル信号部分を相殺することにより、該他
   端における局所エコー信号を実質上除去する段階を含み
   、 その結果、高速の双方同時データ通信を果すべく該電話
   回線帯域を十分に利用し得る送信方法。 （６）特許請求の範囲第（５）項に記載の方法において
   各該相殺段階が、該電話回線の各々の端から送信された
   デジタル信号と該第−及び第二通過帯域部分の周波数差
   とから相殺信号を導出する段階を含む、送信方法。