JPWO2003036895A1 - COMMUNICATION SEMICONDUCTOR INTEGRATED CIRCUIT, MODEM / DEMODULATION DEVICE, AND COMMUNICATION STATE DIAGNOSIS METHOD - Google Patents
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Abstract
モデム用LSI内部のCPU(340)が実行可能な診断用プログラムをモデム装置内のメモリ(370)にロードさせ、該診断用プログラムをオンチップのCPUによって実行させることにより、モデム用LSI内部に設けられていて通信状態に関わる情報を保持するレジスタ(REG1〜REG4)の値を、外部の診断用コンピュータ(150,200,400)へ出力させるようにした。A diagnostic program that can be executed by the CPU (340) in the modem LSI is loaded into the memory (370) in the modem device, and the diagnostic program is executed by the on-chip CPU to be provided in the modem LSI. The values of the registers (REG1 to REG4) that hold the information relating to the communication state are output to the external diagnostic computer (150, 200, 400).
Description
技術分野
本発明は、半導体集積回路およびそれを用いた通信用モデム(MODEM:変復調装置)の通信障害の診断に適用して有効な技術に関し、例えばケーブルテレビ用に敷設されたケーブル網を利用してデータ通信を行なうケーブルモデム装置およびモデム装置を構成するケーブルモデム用LSIに利用して有効な技術に関する。
背景技術
ケーブルモデムは、ケーブルテレビ用に敷設されたケーブル網を利用してネットワークサービスを提供するための通信に用いられるもので、ケーブル網を構成する同軸ケーブルや光ファイバを介して基地局にあるヘッドエンドと呼ばれる番組配信装置と各家庭(エンドユーザ)のパーソナルコンピュータ(以下、パソコンと略す)などのローカルネットワーク端末とを接続し、送受信信号の変調、復調を行なうための装置である。
現在のケーブルテレビ施設の規格においては、ヘッドエンドがケーブルネットワークの状態を常に監視して、各エンドユーザのモデムに対して送受信信号の周波数や強度、データ転送レートなどのパラメータをネットワークの状態に応じて指定することで、ケーブルモデム間の干渉や衝突を回避して通信の品質を維持するように定められている。
しかしながら、このようなケーブルの状態の監視による診断は、各ケーブルモデムからヘッドエンドへ向かういわゆる上り回線の通信状態であり、ヘッドエンドから各家庭のケーブルモデムに向かう下り回線の通信で発生する障害を診断することはできない。そこで、一般的なネットワークの管理プロトコルであるSNMP(Simple Network Management Protocol)を用いて、個々のケーブルモデムに対して受信電力やビット誤り率などを問い合わせる手続きについても、ケーブルテレビの規格で定めている。
しかし、この手続きによる診断が有効に機能するためには、ヘッドエンドと各家庭のケーブルモデムとが、プロトコルによる通信が確立できるように接続されていることが大前提である。従って、このようなプロトコルによる通信が確立できない状態では、上記規格による下り回線での通信障害を診断することができない。また、従来の障害診断でケーブルの通信状態の指標として用いられているのはもっぱら伝送データのビット誤り率であった。しかし、ビット誤り率はあくまでもケーブルの状態の影響を受けたデータ伝送の結果であって、直接的にケーブルの状態を表わす指標ではない。
そのため、モデム側で変調されたアナログ信号などに問題がある場合にその信号を直接観測できるようにするため、予めモデム用LSIに専用の観測端子を設けておいて、観測装置を接続するなどして、通信障害を診断する方法が取られている。このような通信障害診断方法は、モデム用LSIに専用の観測端子を設けなくてはならないため、チップのサイズが増加したりチップの故障原因となったりするという不具合がある。しかも、観測したい信号が複数あれば複数の観測端子を設けなくてはならない。
また、従来の障害診断方式では、通信障害がある家庭に専門のエンジニアを派遣しなければならず、派遣されたエンジニアは観測装置を持ち込んで、モデム装置のケースを外してLSIの観測端子に観測装置を接続して観測を行なう必要がある。しかも、観測したい信号が複数あれば複数の観測端子の信号を順番に観測するためいちいち接続をし直す作業が必要となる。そのため、受信状態を診断し障害を排除するまでに非常に手間と時間がかかるという課題があった。さらに、障害がまれにしか発生しない場合には、障害が発生するまでエンジニアを待機させる必要があり、診断結果が出るまでの時間が長くなるという課題もあった。
この発明の目的は、チップ内部の信号を観測するための観測端子を設けることなく通信状態を示す情報を取得することができる通信用半導体集積回路装置(モデム用LSI)を提供することにある。
この発明の他の目的は、より詳細な通信状態を示す情報を取得して精度の高い通信障害診断を行なうことができる通信用半導体集積回路装置を提供することにある。
この発明の他の目的は、通信障害に関する診断結果を出すまでの時間を短縮することができる通信用半導体集積回路装置を提供することにある。
この発明の他の目的は、通信障害があるエンドユーザ宅に派遣されたエンジニアが診断装置を接続して通信障害診断に必要な情報を得る作業が簡単に行なえる通信用半導体集積回路装置を提供することにある。
この発明の他の目的は、専用の観測装置を使用せずに汎用のパソコンなどを診断装置として使用して必要な情報を得ることができる診断技術を提供することにある。
この発明のさらに他の目的は、通信障害があるエンドユーザ宅にエンジニアを派遣することなく各エンドユーザの通信装置(モデム)における通信状態を示す情報を取得し、通信障害の診断を行なうことができる診断技術を提供することにある。
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
発明の開示
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
すなわち、モデム用LSI内部に通信状態を反映する情報を保持するレジスタを設け、モデム用LSIチップ内部のプロセッサが読み出せるように構成しておいて、外部から診断用プログラムをモデム装置内のメモリにロードさせ、該診断用プログラムを上記オンチップのプロセッサによって実行させることにより、モデム用LSI内部に設けられていて通信状態を反映する情報を保持するレジスタの値を、所定のポートから外部へ出力させるようにしたものである。
上記した手段によれば、チップ内部の信号を観測するための観測端子を設けることなく通信状態を示す情報を取得することができるモデム用LSIを得ることができる。また、観測端子を設ける必要がないので、複数の情報を1つのポートから読み出すことができ、これによって精度の高い通信障害診断を行なうことができるとともに、通信障害があるエンドユーザ宅に派遣されたエンジニアが診断装置を接続して通信障害診断に必要な情報を得る作業を簡単に行なえ、通信障害に関する診断結果を出すまでの時間を短縮することができる。
さらに、モデム用LSIの有するイーサネットのようなローカルエリアネットワークに接続されているローカルネットワーク端末装置を診断用コンピュータとして利用することができ、これにより専用の観測装置を使用せずに通信障害の診断を行なうことができる。
また、電話回線に代表される別の通信手段を使用して診断用コンピュータやローカルネットワーク端末装置を基地局側の制御用コンピュータと接続して、モデム用LSIから読み出したデータを送信することにより、通信障害があるエンドユーザ宅にエンジニアを派遣することなく各家庭の装置における通信状態を示す情報を取得し、通信障害の診断を行なうことができる。
発明を実施するため最良の形態
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明を適用して好適なケーブルテレビのシステム構成例を示す。図1において、100は基地局に設けられたテレビ放送番組の配信装置としてのヘッドエンド、110は基地局のヘッドエンド100とケーブルテレビ契約をしている家庭(エンドユーザ)とを結ぶ同軸ケーブルや光ファイバのようなケーブルである。このケーブル110の他端には、セットボックス120およびケーブルモデム装置130が接続されている。そして、セットボックス120にはテレビジョン受像機140が、またケーブルモデム装置130にはイーサネットなどのローカルエリアネットワークを介してパソコンなどのネットワーク端末装置150が接続されている。
ヘッドエンド100から各エンドユーザへの信号の送信(下り回線:downstream)には50〜860MHzの周波数帯域が割り当てられ、64QAM(Quadrature Amplitude Modulation)または256QAMのいずれかの変調方式を用いることが規定されている。また、各エンドユーザからヘッドエンド100への信号の送信(上り回線:upstream)には5〜42MHzの周波数帯域が割り当てられ、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)または16QAMのいずれかの変調方式を用いることが規定されている。なお、QPSKは4QAMと等価な変調方式である。
図2には、図1におけるケーブルモデム装置130の構成例が示されている。ケーブルモデム装置130は、ケーブル110を介して送られてくる信号から、指定されたチャネル(周波数帯)の信号を取り出すチューナ回路310と、ケーブル110を介してヘッドエンド100へ送信する信号を増幅し出力する高周波アンプ320と、送受信信号の変復調機能を有するモデム用LSI330と、プログラムや初期設定データなどを記憶する読出し専用のフラッシュメモリ360、モデム用LSI330により生成されたデータを記憶する随時読出し書込み可能なメモリ(RAM)370などから構成される。
上記モデム用LSI330は、単結晶シリコンのような1個の半導体基板上に形成され、受信アナログ信号をディジタル信号に変換するAD変換回路331、受信データを復調しI信号とQ信号を再生する復調回路332を備えている。また、モデム用LSI330は、再生されたI信号とQ信号とからI/Qシンボルを生成してビット構成を変換して元のデータを再生するデマッピング回路333、誤り訂正符号に基づいて受信データの誤りを訂正する誤り訂正回路334、ローカルエリアネットワークのアクセスを制御するMAC(Medium Access Control)回路335、イーサネットやUSB(Universal Serial Buss)、SLIC(Subscriber Line Interface Circuit)などのユーザが利用可能なポートを有するネットワークインタフェース336、初期データの設定やプロトコル制御などのネットワーク処理、音声データの圧縮や伸長などの信号処理、LSI内部の統括的な制御等を行なうCPU(中央処理ユニット、以下プロセッサと称する)340、該プロセッサ340と前記メモリ360,370を接続するCPUバス338と上記ネットワークインタフェース336との間のデータの受け渡しを行なうデータインタフェース337、送信データに基づいて誤り訂正符号を生成するECC生成回路341、送信データをビット変換してI/Qシンボルを生成するマッピング回路342、生成されたI,Q信号に基づいてQPSKまたは16QAM方式のディジタル変調処理を行なう変調回路343、変調されたデータをアナログ信号に変換するDA変換回路344などを備えている。
図3には、図2におけるケーブルモデム装置を構成するモデム用LSI330の復調回路332をより詳しく表わした構成図を示す。
図3に示されているように、復調回路332は、AD変換回路331の出力から搬送波を再生しAD変換回路に対するサンプリングクロックを生成する搬送波再生回路3321、AD変換回路331の出力信号に対して帯域制限を与え、符号間の干渉を除去するナイキストフィルタ3322、ナイキストフィルタ3322の出力信号を分岐させ一方に搬送波の正弦波成分を混合してI信号を再生するミクサ(乗算器)3323a、ナイキストフィルタ3322の出力信号の他方の分岐信号に搬送波の余弦波成分を混合してQ信号を再生するミクサ3323b、再生されたI信号とQ信号にそれぞれ適当な係数を掛けてフィルタリング処理(ノイズ除去)を行なう適応等化フィルタ3324a,3324b、フィルタの出力の位相を回転させて伝送路(ケーブル)で受けた位相歪を補正するデローテータ3325、デローテータ3325により位相補正された信号を適当なレベルで弁別して階調変換されたI/Qシンボルを再生するスライサ3326a,3326b、該スライサ3326a,3326bによるスライス前の信号とスライス後の信号とから前記適応等化フィルタ3324a,3324bにおけるフィルタ係数を生成するフィルタ係数生成回路3327a,3327b、スライサ3326a,3326bの出力信号に基づいて位相誤差や搬送波周波数オフセット、雑音電力を演算する演算回路3328などから構成されている。
また、図2には示されていないが、プロセッサ340にタイマ割込みを与えるタイマ回路345、誤り訂正回路334で検出されたビット誤り率やシンボル誤り率、誤り訂正を行なったか否か示すフラグなどを保持するレジスタREG1、再生されたI/Qシンボルを保持するレジスタREG2a,REG2b、フィルタ係数を保持するレジスタREG3a,REG3bなどが設けられている。さらに、上記演算回路3328には演算結果である位相誤差や周波数オフセット値、雑音電力などを保持するレジスタREG4が設けられている。そして、これらのレジスタREG1〜REG4の値は、レジスタアクセスバス346を介してプロセッサ340によって読み出せるように構成されている。
上記レジスタREG1〜REG4は、本来の信号の出力ポートの他に上記レジスタアクセスバス346に出力するためのポートを有するように構成される。そして、このバス側の出力ポートは各レジスタの出力の衝突を回避するためトライステートのポートとされ、バスに接続されているいずれかのレジスタがバスへ保持データを出力している時は他のレジスタのバス側の出力ポートはハイインピーダンス状態とされる。
各レジスタの値を選択的にバス346へ出力させる方法としては、例えば各レジスタに識別コードを割り当てておくとともに、各レジスタの近傍にデコーダを設け上記プロセッサ340が読出しをしたいレジスタの識別コードを出力した時に上記デコーダがこれをデコードして制御信号を生成し、この制御信号で対応するレジスタのバス側の出力ポートを開くようにする方法がある。レジスタの識別コードはメモリ360や370のアドレス範囲に含まれないいずれかのアドレスとすることができる。
本発明を適用した図3の実施例のモデム用LSI330においては、JTAG(Joint Test Action Group)と呼ばれる規格で定められている入出力ポートを利用したポート351が設けられ、このポート351を介してチップ外部からプロセッサ340に対して直接的に信号の入出力を行なえるように構成されている。このポートは、ユーザがシステムを拡張できるようにするため開放されているポートではなく、一般にはオンチップのプロセッサが実行するプログラムをデバッグするエミュレータ等を接続するためのポートである。
この実施例では、このポート351にデータ転送手段410を介して通信障害診断用のコンピュータ(以下、診断用コンピュータと記す)400が接続される。この診断用コンピュータ400には、モデムLSI内部のプロセッサ340へのコマンドの付与、プロセッサ340への診断プログラムのロード、プロセッサ340から受けたデータの後処理、観測結果の表示などを行なうプログラムが格納されている。
データ転送手段410は、診断用コンピュータ400からモデムLSI内部のプロセッサ340に与えられるコマンドや診断プログラムを転送したり、プロセッサ340から診断用のコンピュータ400へ出力するデータを転送したりする機能を有する装置である。このような機能を有する装置は、専用の装置として構成しても良いが、例えばモデムLSI内のプロセッサ340を外部から制御してフラッシュROM360内のプログラムのデバッグを行なうエミュレータが提供されていればそれを利用することができるので、新たに設計する必要はない。
かかる構成のもとで、診断用コンピュータ400がプロセッサ340に診断プログラムをロードさせコマンドを与えることにより、プロセッサ340がチップ内部のレジスタREG1〜REG4の保持情報を読み出して外部の診断用のコンピュータ400へ送信するようにされる。上記レジスタREG1〜REG4には、現時点の受信状態を示す情報(ビット誤り率、I/Qシンボル、適応等化フィルタの係数、位相誤差、搬送波周波数オフセット等)が保持されているため、これらのレジスタの値を読み出すことにより、受信状態をより正確に把握することができる。しかも、上記レジスタの大部分は、一般にモデムLSI内に設けられるレジスタであるため、本発明を適用することで増加するハードウェアの量は極めて少なくて済む。
図4は、本発明の他の実施例が適用されるモデム用LSI330とこれを使用した障害診断システムを示す。なお、図4において、図2と同一もしくは同等の回路には同一の符号を付して重複した説明は省略する。
この実施例においては、ケーブルテレビのケーブル網を利用したインターネットなどのサービスを可能にするためモデム用LSI330に設けられるネットワークインタフェース336に接続されているパソコンなどの端末装置150によりプロセッサ340に診断プログラムをロードさせてコマンドを与え、プロセッサ340がチップ内部のレジスタREG1〜REG4の保持情報を読み出して端末装置150へ送信できるように構成される。
上記端末装置150としては、エンドユーザに派遣されたエンジニアが持ち込んだパソコンはもちろんエンドユーザが使用しているローカルネットワーク端末を利用することができる。診断用プログラムは、CD−ROMなどの記憶媒体から与えるようにすることができる。
また、この実施例のモデム用LSI330には、前記実施例と同様に診断用コンピュータ400を接続可能なJTAGポート351が示されているが、このポートは省略することも可能である。ただし、このJTAGポート351を設けることで、ユーザのシステム構成を変更せずに診断用のコンピュータ400を接続してプロセッサ340に診断プログラムをロードさせてコマンドを与え、プロセッサ340がチップ内部のレジスタREG1〜REG4の保持情報を読み出して外部の診断用のコンピュータ400へ送信させ、通信状態を観測することができる。
さらに、この実施例のモデム用LSI330は、図2の実施例のモデム用LSI330とバスの構成が異なっており、MAC回路335はネットワークインタフェース336でなくシステムバスインタフェース(図2のデータインタフェースに相当)338に接続されている。
なお、図4には示されていないが、図4の実施例のモデム用LSIにおいても前記実施例と同様に、ネットワークインタフェース336には、イーサネットやUSB、SLICなどのポートが接続される。また、図4では変調部と復調部は簡略化して1つのブロックで示しているが、これらの変調部と復調部も図2や図3に示されている回路と同様な構成とされる。
次に、上記実施例のモデム用LSIにおける変復調方式を、16QAMを例にとって説明する。16QAMの変調では、送信すべきデータをI/Qそれぞれ2ビットのシンボルと呼ばれる信号に割り当てる。具体的には、図5(a)に示すように、I/Qそれぞれ2ビット4通りの状態を、+1,−1,+3,−3に割り当てる。
そして、このI/Qそれぞれを位相が90°異なる搬送波sin(wt),cos(wt)でミキシングして足し合わせる。搬送波の位相差が直交しているため、I/Qは互いに干渉することはない。I/Qシンボルは離散的であるため変調された信号の周波数帯は無限に広がるので、これにナイキストフィルタで帯域制限を加えて送信する。この段階では、送信信号はベースバンド信号であり、この信号の周波数特性を複素平面上で表わすと、図5(b)のような16点に離散している。つまり、この16点は、入力したI/Q合計4ビット16通りに対応する。これが、16QAMと呼ばれる所以である。I/Qにそれぞれ1ビットを与えた場合がQPSK(4QAM)、3ビットを与えた場合が64QAM、4ビットを与えた場合が256QAMである。なお、図5(b)の複素平面上に表われる点はコンステレーションと呼ばれる。このような周波数特性を有するベースバンド信号により、所定の周波数の搬送波が変調されさらにアナログ信号に変換されて伝送路に送出される。
復調側では、図6に示されているように、受信信号がAD変換回路331でディジタル信号に変換され、搬送波再生回路3321で搬送波の周波数と位相が再生され、さらにナイキストフィルタ3322で帯域制限された後、これに互いに位相が90°異なる搬送波sin(wt),cos(wt)がミキシングされることで、変調前のI/Qシンボルが再生される。
適応等化フィルタ3324は、伝送路であるケーブル110で受けた歪みを補正する機能を有するもので、この実施例では、スライサ3326における弁別前の信号derot−i/qと弁別後の信号slice−i/qとの誤差を求めてフィルタ係数を更新する適応アルゴリズムを採用している。
デローテータ3325は、適応等化フィルタ3324の出力eq−i/qに対して、下記の行列式(1)を演算することによって位相を回転させる機能を有するもので、回転角θはスライサ3326における弁別前の信号derot−i/qと弁別後の信号slice−i/qとから位相誤差を計算することで得る。
デローテータ3325の出力は、各種の信号処理によって再生された信号であって、スライサ3326a,3326bに入力される信号derot−i/qはそれぞれ例えば8ビットの信号で表現されている。変調方式が16QAMの場合、I/Qはそれぞれ2ビットの情報を持っているので、8ビット256階調の信号から等分に2ビット4階調の信号を取り出すのが、スライサ3326a,3326bの動作である。
復調回路は、復調結果とその期待値とを比較することによって誤差を計算し、誤差成分をフィードバックすることによって最適な復調条件に収束させるように構成されており、この実施例の復調回路ではスライサの出力を期待値として用いている。上記説明では、理解を容易にするため、変調方式が16QAMの場合を取り上げたが、ケーブルモデムからヘッドエンドへの下り回線では64QAMまたは256QAMを用いることが規定されている。この場合、IとQそれぞれは、64QAMで3ビット、256QAMで4ビットにスライスされる。
デマッパ333は、スライサ3326a,3326bによって弁別されたI/Qシンボルを誤り訂正の単位である8ビットもしくは7ビットに変換する機能を有する。そして、変換されたビット列に対して、誤り訂正回路334が予め定められた誤り訂正処理を施して出力する。
上記デローテータ3325の出力信号derot−i/qはそれぞれ8ビットの信号で、I/Qの2次元の平面上にプロットすると、図7のようになる。これがコンステレーションと呼ばれるものである。図7は、理解を容易にするため、変調方式が16QAMの場合を示したものである。なお、I/Qに何ビットを与えるかは設計思想に依存するもので、ここで8ビットとしたのは一例にすぎない。
伝送線路(ケーブル)上で雑音の影響を受けなければ、受信信号は図7に●印で示されている点に集まり、デマッパ333によって括弧内に示されているような4ビットの2進信号に変換される。ただし、実際には、伝送線路上で雑音の影響を受けて、図7に×印で示されているように理想点(●)から離れた信号となって現われる。
図8の(a)には理想的な場合のコンステレーションが、また(b)には白色雑音を受けた場合、(c)には位相誤差を含む場合のコンステレーションがそれぞれ示されている。受信信号は白色雑音を受けた場合、雑音が小さい理想点に近いものほど出現確率が高く振幅の小さいものを中心に正規分布するので、各受信信号は理想点を中心としその回りに確率的に分布し、コンステレーションは図8(b)のように濃淡の模様となって現われる。一方、位相誤差を含む場合は、図8(c)のように、全体が回転したようなコンステレーションとなる。
位相誤差θと雑音電力NPは、図9に示すようにコンステレーションから計算で求めることができる。すなわち、位相誤差θはI/Qの0点と理想点(●印スライス結果)とを結ぶ線と、0点と着目点(×印信号処理結果)とを結ぶ線のなす角として、また雑音電力NPは理想点から各点までの距離eの2乗の和(Σe2)として求められる。本実施例では、復調回路内でこの計算を行ない、結果はそれぞれ対応するレジスタに格納される。位相誤差の計算は、デローテータ3325における回転補正角として、また雑音電力は適応等化フィルタ3324における係数を求めるためにもともと算出しているもので、本発明の通信障害診断のためにわざわざ追加する必要のある機能ではない。
次に、本発明の実施例における診断用コンピュータ400を利用した通信障害診断の手順の一例を、図11のフローチャートと図12のデータフローチャートを用いて説明する。
エンドユーザにおいて障害が発生すると、連絡を受けたケーブル運営会社はエンジニアを派遣する。派遣されたエンジニアは、エミュレータ410などを使用して、診断用コンピュータ400を障害が発生しているケーブルモデム装置330に接続する(ステップS1)。そして、診断用コンピュータ400からケーブルモデム装置130内のモデム用LSI330のプロセッサ340へ診断用プログラムを転送する(ステップS2)。すると、プロセッサ340は受信した診断用プログラムをCPUに接続されているメモリ370内に格納する。このときのデータの流れが図12に符号▲1▼で示されている。
その後、エンジニアがキーボードなどの入力装置401から起動指令や観測条件を入力すると、診断用コンピュータ400がプロセッサ340へ診断用プログラムを起動させるコマンドを与える(図11のステップS3、図12の符合▲2▼)。すると、プロセッサ340は診断用プログラムを実行し、観測対象の設定や、観測周期(タイマ割込み周期)等の観測条件の設定、チップ内部の回路からの割込み条件の設定、レジスタの読出し情報を処理して出力する前処理内容の設定などの診断処理の具体的な内容を設定する(図11のステップS4、図12の符合▲3▼等)。割込み条件としては、例えばレジスタREG1の訂正フラグが立ったら割込みを発生する等がある。
続いて、エンジニアがコンソール401から計測開始指令を入力すると、診断用コンピュータ400がプロセッサ340へ計測開始コマンドを与える(図11のステップS5、図12の符合▲2▼)。すると、プロセッサ340はステップS4で設定された内容に従って、各レジスタの状態を順次読み出してメモリ370に格納する(図11のステップS5、図12の符合▲4▼)。それから、前処理が設定されている場合は、設定された前処理を行なって観測データをモニタの画面上に表示させたときに通信状態を判断し易い形態等に処理する(ステップS6)。
次に、プロセッサ340は、ステップS5で取得した観測データおよびステップS6で前処理したデータを診断用コンピュータ400へ転送する(図11のステップS7、図12の符合▲5▼)。この観測データの転送は、診断用コンピュータ400からの転送要求コマンドに行なっても良いし、一連の観測データが得られたときにプロセッサ340が転送を実行するようにしても良い。観測データが転送されると、診断用コンピュータ400は、受信した観測データに対して例えば許容範囲を超えているデータは赤色で強調するなどの後処理を行なう(ステップS8)。それから、診断用コンピュータ400は、後処理データに基づいて観測結果をモニタ402の画面上に表示させる(図11のステップS9、図12の符合▲6▼)。
その後、エンジニアがこの観測結果の表示を見て通信状態を診断してモデム装置の適切な調整を行なう(ステップS10)。そして、再び、ステップS4へ戻って観測を行ない、所望の通信状態が得られるまで、上記処理を繰り返す。調整の結果、良好な通信状態を実現できたなら、エンジニアはキーボートから診断終了指令を入力すると、診断用コンピュータ400は、モデム用LSI内のプロセッサ340に対して診断プログラムの停止コマンドを与える(図11のステップS11、図12の符合▲2▼)。
さらに、診断用コンピュータ400は、プロセッサ340に対して診断プログラムの削除コマンドを送る(図11のステップS12、図12の符合▲1▼)。すると、プロセッサ340はメモリ370から診断プログラムを削除して診断処理を終了する。なお、診断用コンピュータ400からプロセッサ340に与える診断プログラムの削除コマンドは、停止コマンドに続けて自動的に与えても良いが、エンジニアがキーボードから削除指令を入力したことを条件とすることができる。診断プログラム削除後にエンジニアは、診断診断用コンピュータ400をモデム装置130から取り外して作業を終了する。
診断プログラムは、上記のように削除しても良いが、そのままエンドユーザのモデム装置内に残すようにしてもよい。削除することによりプロセッサ340が利用可能なメモリ領域を減るのを回避でき、また削除せずに残しておくことにより、次回の通信障害発生時における診断を容易にすることができる。例えば、ユーザー自身が自己のネットワーク端末により通信状態を診断して、適切な処置を施すことができる可能性がある。
図13は、診断用コンピュータ400の制御手順を示すフローチャートである。
診断用コンピュータ400は、キーボードなどから診断プログラムの転送指令が入力されると、モデム用LSI330内のプロセッサ340へ診断プログラムを転送する(ステップS11)。その後、キーボードからコマンド入力があると、そのコマンドを解析して終了コマンドであれば、プロセッサ340へ診断プログラムの停止を、また削除コマンドのときはプログラムの削除を指令する(ステップS14→S20)。終了コマンドと削除コマンド以外のコマンドのときは、対応する制御コマンドをプロセッサ340へ送って、観測制御を行なう(ステップS15)。
ここで、観測制御には、診断プログラムの起動や停止、観測対象の設定、観測周期の設定、前処理内容の設定などが含まれる。また、ステップS15で観測内容の変更を行なったときは、その変更に応じて診断用コンピュータ側の結果表示の制御内容を変更する(ステップS16)。さらに、診断用コンピュータ400は、コマンドの有無に関わらずモデム用LSI130に観測結果の転送要求を行なう(ステップS17)。そして、転送されてきた観測データに対して後処理を施し、モニタ402の画面上に、例えば図18に示すように、グラフ等の形式で観測結果を表示させる(ステップS18,S19)。
図18において、符号Aは受信信号に高速フーリエ変換を施した結果を横軸に周波数をとって示したもの、符号Bはシンボルの頻度分布を解析することで得られたコンステレーション、符号Cはビット誤り率の時間的変化を示したもの、符号Dは位相誤差の時間的変化を示したもの、符号Eは雑音電力の時間的変化を示したものである。この実施例では、上記受信信号に対する高速フーリエ変換は、モデム用LSI130のプロセッサ340によって前処理として行なわれる。
なお、ステップS17において行なわれる診断用コンピュータ400からモデム用LSI130に対する転送要求は、タイマ割込みで定期的に行なうようにすることができる。また、診断用コンピュータ400からの転送要求でなく、モデム用LSI130側からの一方的なデータ転送の場合には、受信割込み等によってデータを受け取るようにすることができる。
図14〜図17には、プロセッサ340によって実行される診断プログラムの制御手順を示すフローチャートが示されている。
このうち図14はコマンド処理ルーチンである。診断用コンピュータ400からコマンド入力があると、プロセッサ340はそのコマンドを解析する(ステップS21)。解析の結果、入力コマンドがプログラム削除コマンドであったときは、メモリ370内に格納されている診断プログラムを削除する。また、入力コマンドが観測対象設定コマンドであったときは、観測対象項目に応じてソフトウェア上に設けられているフラグを設定することにより、測定指示を与える(ステップS23)。
入力コマンドが観測周期設定コマンドであったときは、タイマ345にタイマ割込みの周期を設定する(ステップS24)。入力コマンドが前処理内容設定コマンドであったときは、実行すべき前処理の内容を設定する(ステップS25)。さらに、入力コマンドがデータ転送要求コマンドであったときは、観測の結果、メモリ370にストックされた測定結果データを読み出して診断用コンピュータ400へ出力する(ステップS26)。
図15は、タイマ345から出力される割込み信号により実行される例えば1秒のような長い周期の割込み処理ルーチンである。
このルーチンでは、図14のステップS23で設定されたフラグをチェックして観測対象項目を把握し、フラグが立っている観測対象項目のレジスタの値を順次読み出してメモリ370に格納する。ただし、このうち適応等化フィルタの係数のように変化しないものについては、コマンドが1回発行されたときに1回だけ係数レジスタREG3a,REG3bからの読出しを実行して転送し、フラグを解除するようにしている(ステップS31〜S34)。適応等化フィルタの係数は、引き込み動作中は変化するが、一旦収束すると伝送路の状態が変化しない限り一定であるためである。
一方、適応等化フィルタの係数以外の例えば位相誤差、周波数オフセット、雑音電力、ビット誤り率、シンボル誤り率、訂正フラグ等は、1秒ごとにレジスタREG1,REG4から読み出してメモリ370に格納するようにしている(ステップS35〜S46)。このように、まとめてレジスタの内容を読み出してメモリに格納することにより、取得したデータを処理する場合にもデータの取得の同時性を高めることができる。
つまり、あるデータを取得したらそれに対する処理を行なってメモリに記憶してから次のデータの取得、処理に移るよりも、上記のようにまとめて一旦レジスタの内容をメモリに格納した後でデータの処理を行なう方が、取得したデータの同時性が高くデータ相互間の関係を調べるときの精度が高くなる。
なお、上記レジスタからのデータの読出し周期は1秒に限定されるものでなく、自由に設定することができる。周期が短いほど単発的な伝送路の障害を捕らえることができる可能性が高くなる一方、プロセッサ340の処理能力やメモリ370の記憶容量に対する負荷が大きくなり、通常処理が遅くなるので、プロセッサ340等の性能等に応じて周期を決定してやれば良い。
図15のルーチンに従うと、プロセッサ340によるレジスタREG1,REG4からの位相誤差、周波数オフセット、雑音電力、ビット誤り率、シンボル誤り率、訂正フラグ等の読出しは、順次行なわれることになるが、これらのレジスタの値は急激に変化するものでないので、1秒周期で読み出すことは実質的に同時観測しているとみなすことができる。
また、上記プロセッサ340は、同種のLSIにおける平均的な性能のものであれば、モデム用LSI本来の機能を実現する通常プログラムの実行と並行して上記診断プログラムを実行してもそれほど負担にならずプロセッサ340の処理能力を圧迫することにならない。また、通常プログラムと並行して診断プログラムを実行して、JTAGなどのシリアルインタフェースを通して測定結果を出力しても、プロセッサ340の実動作に深刻な影響を与えることはない。
図16および図17は、I/Qシンボルを観測して前処理を施してコンステレーションを示すデータを生成するルーチンと、それを出力するルーチンである。このうち図16のルーチンは例えば1m秒のような短い周期で実行されるタイマ割込み処理とされ、図17のルーチンは例えば1秒のような長い周期で実行されるタイマ割込み処理とされている。
図16に示されている割込み処理が開始されると、先ずI/Qシンボルの観測対象フラグが立っているか判定し、立っているときはレジスタREG2a,REG2bからシンボルを読み出す(ステップS52)。そして、後述のようなシンボルの頻度分布解析をしてその解析結果をメモリ370へ格納する(ステップS53,S54)。
このような処理を1m秒ごとに行ない、メモリに格納された頻度分布データを図17の割込み処理で1秒ごとに診断用コンピュータ400へ転送してから、メモリ上の累積頻度をクリアするようにしている(ステップS61,S62)。
これによって、コンステレーションの変化を診断用コンピュータのモニタ402によりリアルタイムで観測することができる。また、レジスタREG2a,REG2bから読み出されたI/Qシンボルデータをそのままメモリ370に記憶するのではなく、頻度分布に置き換えてから記憶するようにしているため、メモリ370の使用量は非常に少なくて済むとともに、データを診断用コンピュータ400へ転送する場合にもデータ量が少ないので転送速度を下げることができる。
上記ステップS52におけるシンボルの頻度分布の解析は、プロセッサ340が、I/Qの2次元平面を例えば図10に示すように各々8×8の領域(4×4の領域等でも可)に仮想的に分割して、レジスタREG2a,REG2bから読み出したI/Qシンボルが分割されたいずれの領域に属するか判定し、各領域ごとに、出現したシンボル数を累積し、その累積値をメモリに記憶することで行なわれる。
そして、診断用コンピュータ400が各領域の累積値に応じて濃淡のパターンを生成することで図18に符号Bで示すようなコンステレーションがモニタ上に表示される。なお、図10は、図9のI/Q平面における破線で分割された中央の1枡部分を拡大して示したものであり、他の部分について同様に領域分割と、領域ごとのシンボル数を累積が行なわれる。
従来の障害診断方式は、観測したいレジスタの内容をチップ外部へ出力するためのピンをモデム用LSIに設けておいて、そのピンからのデータをモニタに表示させる方式であったため、1度に1種類のデータしか観測できなかったが、この実施例の障害診断装置によれば、図18のように複数の種類のデータに関する観測結果が1つの画面上に表示されるため、例えばあるデータがある変化したときに他のデータはどのように変化しているかを知ることができる。その結果、総合的な判断が行ない易くなるという利点がある。
また、従来の障害診断方式では、観測したいデータを増やしたい場合にはピンを増加させなくてはならず、チップサイズが増大するという不具合もあったが、本発明方式ではJTAGポートを設けるだけで良い。しかも、このJTAGポートはモデム用LSIの通常プログラムをデバッグするためのエミュレータを接続するためにも利用できるので、極めて都合が良い。
次に、本発明の他の実施例を、図19〜図21を用いて説明する。
このうち、図19の実施例は、モデム用LSI330のチップ内に、AD変換回路331の出力やナイキストフィルタ3322の出力、適応等化フィルタ3324a,3324bの出力、デローテータ3325の出力、スライサ3326a,3326bの出力など、モデム用LSI内の各部の受信データをサンプリングしてメモリ360に直接転送するDMAコントローラ380を設けたものである。また、図19には、受信データの処理中に所定の割込み条件が成立したときにプロセッサ340に対して割込みをかける割込み制御回路390の一例が示されている。
この実施例における割込み制御回路390は、ビット誤り率のしきい値を保持するレジスタ391やシンボル誤り率のしきい値を保持するレジスタ392、レジスタREG1内のビット誤り率と上記誤り率のしきい値とを比較する比較回路393、レジスタREG1内のシンボル誤り率と上記シンボル誤り率のしきい値とを比較する比較回路394、これらの比較回路393、394の出力とレジスタREG1内のエラー訂正フラグなどに基づいて割込み要因を選択し割込み信号を生成したり割込みにマスクをかけたりする割込み要因選択/マスク回路395などから構成されている。
上記DMAコントローラ380を割込み制御回路390による割込みに連動して動作させることで少ないメモリを使用して効率の良い診断を行なうことができる。例えば、エラー訂正フラグが訂正不能を示したりビット誤り率が所定のしきい値を越えたら受信データのメモリへの転送を開始したり、逆にエラー訂正フラグが訂正不能を示したりビット誤り率が所定のしきい値を越えたら受信データのメモリへの転送を停止させたりすることで、ビット誤りが増加する現象が発生する直前の受信データや直後の受信データをメモリに格納することができる。
これにより、まれにしか発生しないような障害についてもその現象を捉えて診断を行なうことができるようになる。なお、ある現象が発生する直前の受信データをメモリに格納する場合、メモリの利用できる領域が少ないときは容量をオーバーした段階で順次古いデータの上に新しいデータを上書きして行き、常に最新のデータが残るようにすればよい。
図20の実施例は、ケーブルモデム装置130に接続された診断用コンピュータ400を、一般の電話回線などケーブルテレビのケーブル以外の他の伝送媒体を介して基地局のヘッドエンド100と連繋されている制御用コンピュータ200と接続して、ヘッドエンド100と診断用コンピュータ400とを同期、もしくは連動させて動作させるようにしたものである。この実施例に従うと、例えばヘッドエンドから基準となる信号や標準パターンなどを送信して、それをケーブルモデム装置が受信している状態を診断用コンピュータ400で観測するようなことができる。
なお、図4の実施例と同様に、エンドユーザのケーブルモデム装置130に接続されているパソコンなどのローカルネットワーク端末150を診断用コンピュータとして使用し、このローカルネットワーク端末150の有している通信手段を利用して電話回線などを介して基地局の制御用コンピュータ200と接続して診断を行なわせることも可能である。
この場合には、ケーブル運用会社のコンピュータ200から電話回線等を介してエンドユーザのローカルネットワーク端末150に診断用プログラムを送信し、また観測データをローカルネットワーク端末150からケーブル運用会社のコンピュータ200へ送信することでエンジニアを派遣することなく診断を行なうことができる。さらに、モデム内部を調整するデータもケーブル運用会社のコンピュータ200からローカルネットワーク端末150へ送信してモデムLSI内部のプロセッサ340により内部制御状態を調整させるようにすることも可能である。
図21の実施例は、ローカルネットワーク端末150を診断用コンピュータとするとともに、ケーブルモデム装置130のネットワークインタフェース336に備えている音声モデムやUSBなどの通信機能を利用して、電話回線などを介して基地局の制御用コンピュータ200と接続して診断を行なうにしたシステムの例である。なお、図20において、210は電話回線の途中に設けられた中継装置である。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、実施例においては、ケーブルテレビのケーブルが同軸ケーブルまたは光ファイバであるとして説明したが、ケーブル網が電話回線や電力線、無線通信網その他で構成されている場合にも適用することができる。本発明は双方向通信が可能な通信網におけるモデム用LSIに利用することができる。
また、実施例においては、診断用プログラムをエンドユーザに派遣されたエンジニアがモデム装置のメモリにロードさせる場合を説明したが、予めフラッシュROM360などのメモリ内に格納しておくようにしてもよい。さらに、エンドユーザ側の診断用コンピュータもしくはネットワーク端末と基地局の制御用コンピュータとを接続するケーブル以外の通信媒体は電話回線に限定されずどのような通信手段であってもかまわない。
産業上の利用可能性
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるケーブルテレビのケーブル網を利用してデータ通信を行なうケーブルモデム用LSIに適用した場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものでなく、通信衛星を利用した衛星放送および衛星通信システムにおけるデータ通信用のモデムにも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明を適用して好適なケーブルテレビのシステム構成例を示すブロック図である。
図2は、ケーブルモデム装置の構成例を示すブロック図である。
図3は、図2のケーブルモデム装置を構成するモデム用LSIの復調回路の構成例を示すブロック図である。
図4は、本発明の他の実施例が適用されるモデム用LSIとこれを使用した障害診断システムを示すブロック図である。
図5は、16QAM変調の原理を示す説明図である。
図6は、16QAMの復調の原理を示す説明図である。
図7は、16QAMの復調データをI/Q2次元平面上にプロットしたコンステレーションを示す説明図である。
図8は、理想的な受信データのコンステレーションと外乱を受けた受信データのコンステレーションを示す説明図である。
図9は、位相誤差と雑音電力の大きさを示す説明図である。
図10は、I/Qシンボルの頻度分布を解析するための領域分割の仕方の一例を示す説明図である。
図11は、本発明の実施例における診断用コンピュータを利用した通信障害診断の手順の一例を示すフローチャートである。
図12は、図11のフローチャートに従った通信障害診断におけるデータの流れを示すデータフローチャートである。
図13は、本発明の通信障害診断方式における診断用コンピュータ側の制御手順の一例を示すフローチャートである。
図14は、本発明の通信障害診断方式におけるモデム用LSI側のコマンド処理手順の一例を示すフローチャートである。
図15は、本発明の通信障害診断方式におけるモデム用LSI側のタイマ割込み処理手順の一例を示すフローチャートである。
図16は、本発明の通信障害診断方式におけるモデム用LSI側の観測データの前処理手順の一例を示すフローチャートである。
図17は、モデム用LSIで前処理された観測データの転送手順の一例を示すフローチャートである。
図18は、本発明の通信障害診断方式における診断用コンピュータのモニタ上に表示される観測データの表示例を示す表示画面図である。
図19は、ケーブルモデム装置を構成するモデム用LSIの復調回路の他の構成例を示すブロック図である。
図20は、本発明の通信障害診断方式の他の実施例を示すブロック図である。
図21は、本発明の通信障害診断方式のさらに他の実施例を示すブロック図である。Technical field
The present invention relates to a technique that is effective when applied to a diagnosis of a communication failure of a semiconductor integrated circuit and a communication modem (MODEM: modulation / demodulation device) using the semiconductor integrated circuit, and for example, data using a cable network laid for cable television. The present invention relates to a cable modem device that performs communication and a technology that is effective when used for an LSI for a cable modem that constitutes the modem device.
Background art
A cable modem is used for communication to provide network services using a cable network laid for cable television, and is a head end in a base station via a coaxial cable or optical fiber constituting the cable network. Is a device for connecting a local network terminal such as a personal computer (hereinafter abbreviated as a personal computer) of each home (end user) and modulating / demodulating transmission / reception signals.
According to the current cable television facility standards, the headend constantly monitors the cable network status, and parameters such as the frequency and strength of the transmitted / received signal and the data transfer rate for each end-user modem depend on the network status. It is determined to maintain communication quality by avoiding interference and collision between cable modems.
However, the diagnosis by monitoring the state of the cable is a so-called uplink communication state from each cable modem to the head end, and a failure that occurs in downlink communication from the head end to each home cable modem. It cannot be diagnosed. Therefore, the procedure for inquiring received power, bit error rate, etc. to individual cable modems using SNMP (Simple Network Management Protocol), which is a general network management protocol, is also defined in the cable television standard. .
However, in order for the diagnosis by this procedure to function effectively, it is a major premise that the head end and the cable modem of each household are connected so that communication by the protocol can be established. Therefore, in a state where communication using such a protocol cannot be established, it is not possible to diagnose a communication failure on the downlink according to the above standard. Further, the bit error rate of transmission data is exclusively used as an indicator of the communication state of the cable in the conventional fault diagnosis. However, the bit error rate is only a result of data transmission affected by the cable condition, and is not an index directly representing the cable condition.
For this reason, if there is a problem with the analog signal modulated on the modem side, a dedicated observation terminal is provided in advance in the modem LSI and an observation device is connected so that the signal can be observed directly. Thus, a method for diagnosing a communication failure has been taken. Such a communication failure diagnosis method has a problem that the size of the chip is increased or the failure of the chip is caused because a dedicated observation terminal must be provided in the modem LSI. Moreover, if there are a plurality of signals to be observed, a plurality of observation terminals must be provided.
In the conventional failure diagnosis method, a special engineer must be dispatched to a home with a communication failure. The dispatched engineer brings an observation device, removes the case of the modem device, and observes it at the LSI observation terminal. It is necessary to connect the equipment for observation. In addition, if there are a plurality of signals to be observed, it is necessary to reconnect each time in order to observe the signals at a plurality of observation terminals in order. For this reason, there is a problem that it takes much time and time to diagnose the reception state and eliminate the failure. Furthermore, when a failure occurs rarely, it is necessary to make an engineer wait until the failure occurs, and there is a problem that it takes a long time to obtain a diagnosis result.
An object of the present invention is to provide a communication semiconductor integrated circuit device (modem LSI) capable of acquiring information indicating a communication state without providing an observation terminal for observing a signal inside a chip.
Another object of the present invention is to provide a communication semiconductor integrated circuit device capable of acquiring information indicating a more detailed communication state and performing highly accurate communication failure diagnosis.
Another object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit device for communication that can shorten the time required to issue a diagnosis result relating to a communication failure.
Another object of the present invention is to provide a communication semiconductor integrated circuit device that allows an engineer dispatched to an end user's home with a communication failure to easily connect the diagnosis device and obtain information necessary for communication failure diagnosis. There is to do.
Another object of the present invention is to provide a diagnostic technique capable of obtaining necessary information using a general-purpose personal computer or the like as a diagnostic apparatus without using a dedicated observation apparatus.
Still another object of the present invention is to obtain information indicating a communication state in a communication device (modem) of each end user without sending an engineer to the end user's home having a communication failure and to diagnose the communication failure. It is to provide a diagnostic technique that can be used.
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
Disclosure of the invention
The outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
That is, a register for holding information reflecting the communication state is provided in the modem LSI, and the processor in the modem LSI chip is configured to be readable, and the diagnostic program is externally stored in the memory in the modem device. By loading and executing the diagnostic program by the on-chip processor, the value of a register that is provided inside the modem LSI and holds information reflecting the communication state is output from a predetermined port to the outside. It is what I did.
According to the above-described means, it is possible to obtain a modem LSI capable of acquiring information indicating a communication state without providing an observation terminal for observing a signal inside the chip. In addition, since there is no need to provide an observation terminal, a plurality of information can be read out from one port, so that a highly accurate communication failure diagnosis can be performed and dispatched to an end user's home with a communication failure. An engineer can easily perform a task of obtaining information necessary for communication failure diagnosis by connecting a diagnosis device, and can shorten the time until a diagnosis result relating to communication failure is output.
In addition, a local network terminal device connected to a local area network such as an Ethernet included in a modem LSI can be used as a diagnostic computer, thereby diagnosing a communication failure without using a dedicated observation device. Can be done.
In addition, by using another communication means represented by a telephone line, connecting a diagnostic computer or a local network terminal device to a control computer on the base station side, and transmitting data read from the LSI for the modem, It is possible to obtain information indicating a communication state in a device in each home without dispatching an engineer to an end user's home having a communication failure and to diagnose the communication failure.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an example of a system configuration of a cable television suitable for applying the present invention. In FIG. 1,
A frequency band of 50 to 860 MHz is allocated to transmission of signals from the
FIG. 2 shows a configuration example of the
The modem LSI 330 is formed on a single semiconductor substrate such as single crystal silicon, an
FIG. 3 is a block diagram showing in more detail the
As shown in FIG. 3, the
Although not shown in FIG. 2, a
The registers REG1 to REG4 are configured to have a port for outputting to the
As a method for selectively outputting the value of each register to the
In the
In this embodiment, a communication failure diagnosis computer 400 (hereinafter referred to as a diagnosis computer) 400 is connected to the
The data transfer means 410 is a device having a function of transferring a command or a diagnostic program given from the
Under such a configuration, the
FIG. 4 shows a
In this embodiment, a diagnostic program is sent to the
As the
In addition, the
Further, the
Although not shown in FIG. 4, in the modem LSI of the embodiment of FIG. 4 as well, ports such as Ethernet, USB, and SLIC are connected to the
Next, the modulation / demodulation method in the modem LSI of the above embodiment will be described by taking 16QAM as an example. In 16QAM modulation, data to be transmitted is assigned to a signal called a 2-bit symbol for each I / Q. Specifically, as shown in FIG. 5A, four I / Q two-bit four states are assigned to +1, -1, +3, and -3.
Each I / Q is mixed and added by carrier waves sin (wt) and cos (wt) whose phases are different by 90 °. Since the carrier phase differences are orthogonal, the I / Qs do not interfere with each other. Since the I / Q symbol is discrete, the frequency band of the modulated signal is infinitely widened, and is transmitted after being band-limited by a Nyquist filter. At this stage, the transmission signal is a baseband signal. When the frequency characteristic of this signal is represented on a complex plane, it is discrete at 16 points as shown in FIG. That is, these 16 points correspond to the input I / Q total 4
On the demodulation side, as shown in FIG. 6, the received signal is converted into a digital signal by the
The adaptive equalization filter 3324 has a function of correcting distortion received by the
The
The output of the
The demodulation circuit is configured to calculate an error by comparing the demodulation result and its expected value, and to converge to an optimal demodulation condition by feeding back the error component. In the demodulation circuit of this embodiment, the slicer Is used as the expected value. In the above description, in order to facilitate understanding, the case where the modulation system is 16QAM is taken up. However, it is specified that 64QAM or 256QAM is used in the downlink from the cable modem to the head end. In this case, each of I and Q is sliced into 3 bits at 64QAM and 4 bits at 256QAM.
The
The output signal derot-i / q of the
If the signal is not affected by noise on the transmission line (cable), the received signal gathers at the point indicated by ● in FIG. 7, and a 4-bit binary signal as shown in parentheses by the
FIG. 8A shows an ideal constellation, FIG. 8B shows white noise, and FIG. 8C shows a constellation including a phase error. When the received signal receives white noise, the closer it is to the ideal point where the noise is smaller, the higher the appearance probability and the normal distribution centering on the one with the smaller amplitude, so each received signal is stochastically around the ideal point. The constellation appears as a shaded pattern as shown in FIG. 8B. On the other hand, when the phase error is included, the constellation is rotated as shown in FIG. 8C.
The phase error θ and the noise power NP can be obtained by calculation from the constellation as shown in FIG. That is, the phase error θ is an angle formed by a line connecting the 0 point of the I / Q and the ideal point (● marked slice result), and a line connecting the 0 point and the point of interest (× marked signal processing result), and noise. The power NP is the sum of the squares of the distance e from the ideal point to each point (Σe 2 ). In the present embodiment, this calculation is performed in the demodulation circuit, and the results are stored in the corresponding registers. The phase error is calculated as the rotation correction angle in the
Next, an example of a communication failure diagnosis procedure using the
When a failure occurs in the end user, the cable management company that receives the notification dispatches an engineer. The dispatched engineer uses the
After that, when the engineer inputs a start command or observation condition from the
Subsequently, when the engineer inputs a measurement start command from the
Next, the
Thereafter, the engineer observes the display of the observation result and diagnoses the communication state to appropriately adjust the modem device (step S10). Then, the process returns to step S4 to perform observation, and the above processing is repeated until a desired communication state is obtained. If a satisfactory communication state can be realized as a result of adjustment, when the engineer inputs a diagnosis end command from the keyboard, the
Furthermore, the
Although the diagnostic program may be deleted as described above, it may be left in the end user's modem device as it is. By deleting, it is possible to avoid reducing the available memory area of the
FIG. 13 is a flowchart showing a control procedure of the
When a diagnostic program transfer command is input from a keyboard or the like, the
Here, the observation control includes starting and stopping of a diagnostic program, setting of an observation target, setting of an observation period, setting of preprocessing contents, and the like. When the observation content is changed in step S15, the control content of the result display on the diagnostic computer side is changed in accordance with the change (step S16). Furthermore, the
In FIG. 18, reference symbol A shows the result of applying fast Fourier transform to the received signal and shows the frequency on the horizontal axis, reference symbol B is a constellation obtained by analyzing the frequency distribution of symbols, and reference symbol C is The code error shows the temporal change of the bit error rate, the code D shows the temporal change of the phase error, and the code E shows the temporal change of the noise power. In this embodiment, the fast Fourier transform on the received signal is performed as preprocessing by the
It should be noted that the transfer request from the
14 to 17 are flowcharts showing the control procedure of the diagnostic program executed by the
Of these, FIG. 14 shows a command processing routine. When a command is input from the
If the input command is an observation cycle setting command, a timer interrupt cycle is set in the timer 345 (step S24). If the input command is a preprocessing content setting command, the preprocessing content to be executed is set (step S25). Further, when the input command is a data transfer request command, the measurement result data stored in the
FIG. 15 shows an interrupt processing routine having a long cycle such as 1 second, which is executed by the interrupt signal output from the
In this routine, the flag set in step S23 of FIG. 14 is checked to grasp the observation target item, and the register value of the observation target item with the flag set is sequentially read and stored in the
On the other hand, for example, phase error, frequency offset, noise power, bit error rate, symbol error rate, correction flag, and the like other than the coefficients of the adaptive equalization filter are read from the registers REG1 and REG4 and stored in the
In other words, instead of moving to the acquisition and processing of the next data after acquiring some data and storing it in the memory, the contents of the registers are temporarily stored in the memory and then stored in the memory. When processing is performed, the simultaneity of the acquired data is high, and the accuracy in examining the relationship between the data becomes high.
The period for reading data from the register is not limited to 1 second, and can be set freely. The shorter the cycle, the higher the possibility that a single transmission line failure can be caught. On the other hand, the load on the processing capacity of the
According to the routine of FIG. 15, the
Further, if the
16 and 17 are a routine for observing an I / Q symbol and performing preprocessing to generate data indicating a constellation, and a routine for outputting it. Of these, the routine of FIG. 16 is a timer interrupt process executed at a short cycle such as 1 msec, and the routine of FIG. 17 is a timer interrupt process executed at a long cycle such as 1 sec.
When the interrupt process shown in FIG. 16 is started, it is first determined whether or not the observation target flag of the I / Q symbol is set. If it is set, the symbol is read from the registers REG2a and REG2b (step S52). Then, the frequency distribution analysis of symbols as described later is performed and the analysis result is stored in the memory 370 (steps S53 and S54).
Such processing is performed every 1 ms, and the frequency distribution data stored in the memory is transferred to the
Thereby, the change of the constellation can be observed in real time by the
In the analysis of the symbol frequency distribution in the above step S52, the
Then, the
The conventional fault diagnosis method is a method in which a pin for outputting the contents of a register to be observed to the outside of the chip is provided in the modem LSI, and data from the pin is displayed on the monitor. Although only types of data could be observed, according to the fault diagnosis apparatus of this embodiment, observation results relating to a plurality of types of data are displayed on one screen as shown in FIG. You can know how other data is changing when it changes. As a result, there is an advantage that comprehensive judgment can be easily made.
In addition, in the conventional fault diagnosis method, if there is a need to increase the data to be observed, the number of pins must be increased, and there is a problem that the chip size increases, but in the method of the present invention, only a JTAG port is provided. good. Moreover, this JTAG port can be used for connecting an emulator for debugging a normal program of a modem LSI, which is very convenient.
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Of these, the embodiment of FIG. 19 includes the output of the
The interrupt
By operating the
This makes it possible to diagnose a fault that rarely occurs by capturing the phenomenon. When storing the received data immediately before a certain phenomenon occurs in the memory, if the available area of the memory is small, the new data is overwritten sequentially on the old data when the capacity is exceeded, and the latest data is always updated. Data should remain.
In the embodiment of FIG. 20, the
Similar to the embodiment of FIG. 4, a
In this case, a diagnostic program is transmitted from the cable
The embodiment of FIG. 21 uses the
The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Nor. For example, in the embodiments, the cable TV cable is described as being a coaxial cable or an optical fiber, but the present invention can also be applied to a case where the cable network is configured by a telephone line, a power line, a wireless communication network, or the like. The present invention can be used for a modem LSI in a communication network capable of bidirectional communication.
In the embodiment, the case where the engineer dispatched to the end user loads the diagnostic program into the memory of the modem device has been described. However, the diagnostic program may be stored in the memory such as the
Industrial applicability
In the above description, the case where the invention made mainly by the present inventor is applied to an LSI for a cable modem that performs data communication using a cable network of a cable television, which is a field of use that has become the background, has been described. However, the present invention is not limited thereto, and can also be used for a modem for data communication in satellite broadcasting using a communication satellite and a satellite communication system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration example of a cable television suitable for applying the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the cable modem device.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a modem LSI demodulating circuit constituting the cable modem device of FIG.
FIG. 4 is a block diagram showing a modem LSI to which another embodiment of the present invention is applied and a fault diagnosis system using the same.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the principle of 16QAM modulation.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the principle of 16QAM demodulation.
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a constellation in which 16QAM demodulated data is plotted on an I / Q two-dimensional plane.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an ideal received data constellation and a received data constellation subjected to disturbance.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the magnitude of the phase error and the noise power.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a region division method for analyzing the frequency distribution of I / Q symbols.
FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of a communication failure diagnosis procedure using the diagnosis computer according to the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a data flowchart showing a data flow in communication failure diagnosis according to the flowchart of FIG.
FIG. 13 is a flowchart showing an example of a control procedure on the diagnostic computer side in the communication failure diagnosis method of the present invention.
FIG. 14 is a flowchart showing an example of a command processing procedure on the modem LSI side in the communication failure diagnosis method of the present invention.
FIG. 15 is a flowchart showing an example of a timer interrupt processing procedure on the modem LSI side in the communication failure diagnosis method of the present invention.
FIG. 16 is a flowchart showing an example of a preprocessing procedure of observation data on the modem LSI side in the communication failure diagnosis method of the present invention.
FIG. 17 is a flowchart showing an example of the transfer procedure of observation data preprocessed by the modem LSI.
FIG. 18 is a display screen diagram showing a display example of observation data displayed on the monitor of the diagnostic computer in the communication failure diagnosis method of the present invention.
FIG. 19 is a block diagram showing another example of the configuration of a modem LSI demodulation circuit constituting the cable modem device.
FIG. 20 is a block diagram showing another embodiment of the communication failure diagnosis method of the present invention.
FIG. 21 is a block diagram showing still another embodiment of the communication failure diagnosis method of the present invention.
Claims (14)
ケーブルモデム通信網を介して受信した信号を復調する復調回路と、
上記復調回路に設けられ受信状態を反映するレジスタと、
上記レジスタの値を読出し可能なプロセッサと、
上記プロセッサにより上記レジスタより読み出した値を外部へ出力するポートを備えてなることを特徴とする通信用半導体集積回路。Formed on one semiconductor substrate,
A demodulation circuit for demodulating a signal received via a cable modem communication network;
A register provided in the demodulation circuit and reflecting a reception state;
A processor capable of reading the value of the register;
A communication semiconductor integrated circuit comprising a port for outputting a value read from the register by the processor to the outside.
ケーブルテレビの通信網を介して供給される信号から所定の周波数の信号を抽出する信号抽出手段と、
送信信号を変調する変調回路と、
変調された信号を上記通信網へ出力する送信手段と、
ローカルネットワーク端末が接続可能なネットワークポートと、
を備えてなることを特徴とする変復調装置。A semiconductor integrated circuit for communication according to any one of claims 1 to 5 and a semiconductor memory capable of reading and writing as needed, or a semiconductor integrated circuit for communication according to claim 6,
Signal extraction means for extracting a signal of a predetermined frequency from a signal supplied via a cable television communication network;
A modulation circuit for modulating the transmission signal;
Transmitting means for outputting a modulated signal to the communication network;
A network port to which a local network terminal can be connected;
A modulation / demodulation device comprising:
上記変復調装置の上記ポートにデータ転送手段を介して診断用コンピュータを接続し、該診断用コンピュータより上記プロセッサに診断用のプログラムを送り、上記プロセッサは受け取った診断用のプログラムを上記メモリ回路または半導体メモリに格納し、該診断用のプログラムを実行することにより、上記レジスタの値を読み出して上記診断用コンピュータへ転送し、該診断用コンピュータは受け取った複数のレジスタの値を表示装置の画面上に表示することを特徴とする通信状態診断方法。A diagnostic method for diagnosing a communication state in the modem according to claim 7,
A diagnostic computer is connected to the port of the modem via a data transfer means, a diagnostic program is sent from the diagnostic computer to the processor, and the processor sends the received diagnostic program to the memory circuit or semiconductor By storing in the memory and executing the diagnostic program, the value of the register is read out and transferred to the diagnostic computer. The diagnostic computer displays the received values of the plurality of registers on the screen of the display device. A communication state diagnosis method characterized by displaying.
上記変復調装置に上記ネットワークポートを介して接続されているローカルネットワーク端末より上記プロセッサに診断用のプログラムを送り、上記プロセッサは受け取った診断用のプログラムを上記メモリ回路または半導体メモリに格納し、該診断用のプログラムを実行することにより、上記レジスタの値を読み出して上記ネットワーク端末へ転送し、該ネットワーク端末は受け取った複数のレジスタの値を表示装置の画面上に表示することを特徴とする通信状態診断方法。A diagnostic method for diagnosing a communication state in the modem according to claim 7,
A diagnostic program is sent to the processor from a local network terminal connected to the modem via the network port, the processor stores the received diagnostic program in the memory circuit or semiconductor memory, and the diagnostic A communication state, wherein the register value is read out and transferred to the network terminal by executing a program for the network, and the network terminal displays the received values of the plurality of registers on the screen of the display device Diagnosis method.
上記変復調装置をケーブルテレビの通信網以外の通信経路を介してケーブルテレビの基地局側の制御装置と接続し、該制御装置より上記通信経路を介して診断用のプログラムを上記変復調装置へ送信し、該変復調装置より出力されたデータを上記通信経路を介して上記基地局側の制御装置へ送信することを特徴とする通信状態診断方法。A diagnostic method for diagnosing a communication state in the modem according to claim 7,
The modem is connected to a control device on the base station side of the cable television via a communication path other than the cable television communication network, and a diagnostic program is transmitted from the control device to the modem via the communication path. A communication state diagnosis method comprising transmitting data output from the modem to the control device on the base station side via the communication path.
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