JP3893582B2

JP3893582B2 - 位相オフセット検出

Info

Publication number: JP3893582B2
Application number: JP2001243064A
Authority: JP
Inventors: ジェー．チョウシャオハン; シンジアンキアン; ユージングオ
Original assignee: Agere Systems LLC
Current assignee: Agere Systems LLC
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2021-08-10
Also published as: US6980618B1; KR100618931B1; KR20020013773A; JP2002111642A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サービスプロバイダと加入者との間の位相オフセット誤差を補償するための装置および方法に関する。詳細には、本発明は、アナログモデムとデジタルネットワークとの間の位相オフセット誤差を補正するための装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は公衆交換電話網（以降、「ＰＳＴＮ」）内のエンド・ツー・エンド伝送の基本的な構成要素を示す。図示されるＰＳＴＮは、第１および第２の加入者と、第１および第２のサービスプロバイダと、デジタル交換網とを備える。アナログ加入者線が加入者を各サービスプロバイダに接続し、デジタル交換網がサービスプロバイダ同士を接続する。用語「加入者」は、電話のようなアナログ加入者線、音声帯域モデム、ＩＳＤＮ回線、ＤＭＴ（Discrete Multi-tome System）（たとえば、デジタル加入者線）あるいはこれらの装置のうちの１つを装備したコンピュータ上で情報信号を伝送する任意の装置のことである。用語「サービスプロバイダ」は、アナログ加入者線とデジタル網との間に接続される装置のことである。典型的なサービスプロバイダは、中央局とインターネットサービスプロバイダとを備える。
【０００３】
アナログ加入者線は、加入者装置から関連するローカルサービスプロバイダにアナログ信号を搬送する従来のツイストペア線である。サービスプロバイダにおいて、アナログ信号は、チャネルユニットフィルタおよびコーデックによって６４ｋｂｐｓＤＳ０デジタルデータストリームに変換される。チャネルユニットフィルタおよびコーデックは全体として、帯域制限フィルタと、それに後続する、非線形符号化規則を用いるアナログ／デジタル変換とを実施する。結果として生成されたＤＳ０ストリームは、デジタル交換網を介して、個々の行き先となるサービスプロバイダに搬送される。
【０００４】
サービスプロバイダ１において、加入者１の加入者線の信号が最初に帯域制限される。その後、帯域制限されたアナログ信号は、８ｋサンプル／秒の速度でサンプリングされ、その後、パルス符号変調（「ＰＣＭ」）符号化と呼ばれる非線形のマッピングを用いて、８ビットのデジタル表現に変換される。この符号化は概ね対数関数であり、その目的は、比較的広いダイナミックレンジの音声信号を、１サンプル当たり８ビットのみで表現できるようにすることである。典型的なＰＣＭ符号化方式は、Ａ−ｌａｗおよびμ−ｌａｗ符号化を含む。S. Haykin著「Communication Systems」（John Wiley & Sons、１９８３年第２版４０７〜４３８ページ）を参照されたい。その内容は参照して本明細書に援用している。
【０００５】
加入者１および２は、従来のモデムを用いて、図４の構成にわたってデジタルデータを伝送することができる。従来のモデムは加入者のデジタルデータをシンボルシーケンスに符号化する。その際、シンボルシーケンスは、エンド・ツー・エンド接続上で利用可能な約３．５ｋＨｚ帯域幅上で伝送することができる概ね帯域制限されたアナログ信号として表される。典型的なモデムは、デジタル／アナログ（すなわち、Ｄ／Ａ）コンバータと、アナログ／デジタル（すなわち、Ａ／Ｄ）コンバータと、ハイブリッドとを備える。
【０００６】
アップストリーム、すなわち加入者からサービスプロバイダへのデータ伝送速度を高めるために、加入者がＰＣＭ符号化を用いて伝送することが提案されている。しかしながら、アップストリーム方向でＰＣＭ符号化を用いることにより、特殊な問題に直面する。詳細には、加入者とサービスプロバイダとの間の位相オフセットによって、アップストリーム方向のＰＣＭ符号化の性能が著しく劣化する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、加入者とサービスプロバイダとの間の位相オフセットを相殺する装置および方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、アップストリーム方向の伝送は、加入者とサービスプロバイダとの間の位相オフセットを補正することにより改善される。本発明の一態様は、加入者からサービスプロバイダにトレーニング信号を送信するステップと、サービスプロバイダにおいてトレーニング信号を受信するステップと、受信したトレーニング信号に基づいて、加入者とサービスプロバイダとの間の位相オフセットを計算するステップと、サービスプロバイダから加入者に計算した位相オフセットを伝送するステップと、伝送された位相オフセットに基づいて、加入者からサービスプロバイダに伝送される新しい信号を事前に調整するステップとからなる方法を提供する。この方法を用いるサービスプロバイダは、ネットワーククロックに同期する。
【０００９】
本発明の別の態様は、デジタル／アナログコンバータと、アナログ／デジタルコンバータと、クロック再生回路と、制御装置とを備える加入者を提供することである。デジタル／アナログコンバータは、アナログ加入者線上で伝送するための準備としてデジタル信号をアナログ信号に変換し、一方、アナログ／デジタルコンバータは、アナログ加入者線から受信したアナログ信号を受信デジタル信号に変換する。クロック再生回路は、受信デジタル信号からクロック信号を再生する。また、加入者は、再生されたクロック信号の位相を位相オフセット分だけ調整することにより位相調整クロック信号を生成する制御装置も備える。位相オフセットは、サービスプロバイダによって変調されたトレーニング信号の逆正接に基づく。加入者は、アナログ／デジタルコンバータによる後続の変換を、位相調整クロック信号と同期させることにより、位相オフセットを補正することができる。この位相調整クロック信号への同期によって、加入者によって伝送される信号は、サービスプロバイダにおいて受信される際に、ネットワーククロックと位相を合わせることができる。
【００１０】
本発明のさらに別の態様では、サービスプロバイダが、サービスプロバイダと、サービスプロバイダに動作可能に接続される加入者との間の位相オフセットを判定する。位相オフセットを判定するサービスプロバイダは、余弦変調器と、正弦変調器と、プロセッサとを備える。余弦変調器は、加入者から受信したトレーニング信号を余弦関数によって変調して信号Ｒｘを生成し、正弦変調器は、加入者から受信したトレーニング信号を正弦関数によって変調して信号Ｒｙを生成する。その後、プロセッサが、（Ｒｘ／Ｒｙ）の逆正接に基づいて位相オフセットを判定する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴および利点は、添付の図面に示されるような以下の詳細な説明から明らかになるであろう。図面においては、同じ参照番号は種々の図面を通して同じ構成要素を表す。
【００１２】
図１は、本発明によるサービスプロバイダ１０のブロック図である。サービスプロバイダ１０は、サービスプロバイダ１０と、サービスプロバイダ１０に動作可能に接続される図２の加入者２０との間の位相オフセットを判定する。サービスプロバイダは、変調器１６とプロセッサ２８とを備える。変調器１６は、加入者から受信したトレーニング信号を余弦関数によって変調し、信号Ｒｘを生成するための余弦変調器を備える。また、変調器１６は、加入者から受信したトレーニング信号を正弦関数によって変調し、信号Ｒｙを生成するための正弦変調器も備える。プロセッサ１８は、変調器１６から入力として信号ＲｘおよびＲｙを受信する。その後、プロセッサは、（Ｒｘ／Ｒｙ）の逆正接の計算に基づいて、位相オフセットを判定する。
【００１３】
変調器１６およびプロセッサ１８は、ソフトウエア命令を実行する、デジタルシグナルプロセッサあるいはマイクロコントローラのようなデータプロセッサを用いて実装することができる。別法では、変調器およびプロセッサは、全体としてコンピュータ上で実行されるソフトウエアで、全体として電気回路で、あるいはソフトウエアまたは電気回路のハイブリッドで実装することができる。
【００１４】
また、サービスプロバイダ１０は、ハイブリッド１２と、Ａ／Ｄコンバータ１４と、Ｄ／Ａコンバータ２０とを備えることができる。Ａ／Ｄコンバータ１４は、ハイブリッド１２と変調器１６との間に接続されて動作し、一方、Ｄ／Ａコンバータ２０は、ハイブリッド１２とプロセッサ１８との間に接続されて動作する。ハイブリッド１２は、サービスプロバイダ１０をアナログ加入者線に動作可能に接続する。
【００１５】
ハイブリッド１２は一般に、一対の導線（すなわち、アナログローカルループ）上で搬送されるデュアルアナログ信号を、二対の導線上で搬送される個別のアナログ信号に変換するために用いられる受動装置として記述することができる。当業者には、ハイブリッド装置の使用法および動作はよく知られており、それゆえ、当業者が本発明を構成し、かつ実施できるようにするために、それを詳細に説明する必要はない。
【００１６】
Ｄ／Ａコンバータ２０は、デジタル信号をアナログローカルループ上で伝送するためのアナログ信号に変換し、Ａ／Ｄコンバータ１４は、アナログローカルループから受信されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。Ａ／ＤコンバータおよびＤ／Ａコンバータは、コーデック（コーダ／デコーダ）機能を実装できるものとして記述することができる。Ａ／Ｄコンバータはμ−ｌａｗコーデックを実施することができる。当業者には、非線形のμ−ｌａｗおよびＡ−ｌａｗ信号圧縮アルゴリズムはよく知られている。μ−ｌａｗアルゴリズムは、２５５の離散信号変換値を含み、Ａ−ｌａｗアルゴリズムは、２５６値を用いる。しかしながら、本発明の幅広い原理は、特定の量子化方式に限定されない。Ａ／Ｄコンバータ１４は、２５５値の不均一に配置された量子化レベルを用いて、アナログ加入者線から受信されるアナログ信号を、２５５個の固有の「シンボル」あるいは「レベル」に変換することができる。不均一に配置された量子化レベルは、小さなアナログ信号値の場合には互いに近接しており、大きな信号値の場合には、それより離れた間隔で配置される。
【００１７】
サービスプロバイダ１０の動作が、以下の数学的な解析を参照しつつさらに説明される。詳細には、加入者２０がトレーニング信号Ｓ（ｔ）を伝送するものと仮定すると、全ての調和項は以下のようになる。
【数５】

ただし、ω_０は基本周波数である。サービスプロバイダ１０において受信した信号Ｒ（ｔ）は以下のようになる。
【数６】

ただしΔｔは、サンプリングのオフセットに起因する、受信するサービスプロバイダ１０と送信する加入者２０との間の位相オフセットであり、ｔ_０は受信するサービスプロバイダ１０における時間遅延であり、Ｃ_ｉは一定の係数である。
【００１８】
その後、変調器１６は、信号ＲｘおよびＲｙを計算することができる。詳細には、変調器１６は余弦信号によってＲ（ｔ）を変調してＲｘを生成し、正弦信号によってＲ（ｔ）を変調してＲｙを生成する。すなわち、ＲｘおよびＲｙは以下のようになる。
【数７】

ただしＴ＝２π／ω_０である。
【００１９】
プロセッサ１８は、（Ｒｘ／Ｒｙ）の逆正接を計算することにより位相オフセットを判定することができる。詳細には、上記のＲｘおよびＲｙに対する式を解析することにより、以下のことが明らかになる。
【数８】

あるいは
Δｔ＝（１／ω_０）^＊arctangent（Ｒｘ／Ｒｙ）＋ｎ−ｔ_０
【００２０】
この調整がサービスプロバイダ１０から加入者２０に返送される場合には、加入者２０は、サービスプロバイダにおいて如何なる位相オフセットも除去するように事前に調整された新しい信号を送信することができる。詳細には、本発明による事前調整後にサービスプロバイダ１０において受信される信号は以下の通りである。
【数９】

【００２１】
図２は、本発明による加入者２０のブロック図を示す。加入者２０は、図１のサービスプロバイダ１０にアナログ加入者線を介して動作可能に接続される。加入者２０のクロックと、サービスプロバイダ１０が同期しているネットワーククロックとの間には位相オフセットが存在する可能性が高い。本発明によれば、加入者２０は、ローカルクロック信号を調整することによりこのオフセットを除去する。
【００２２】
加入者２０は、Ｄ／Ａコンバータ２２と、Ａ／Ｄコンバータ２４と、クロック再生回路２６と、制御装置２８とを備える。また、加入者は、Ａ／ＤコンバータおよびＤ／Ａコンバータをアナログ加入者線に接続するためのハイブリッド１２も備えることができる。Ｄ／Ａコンバータ２２は、アナログ加入者線上で伝送するための準備としてデジタル信号をアナログ信号に変換する。Ａ／Ｄコンバータ２４は、アナログ加入者線から受信したアナログ信号を受信デジタル信号に変換する。Ａ／Ｄコンバータ２４の出力は、クロック再生回路２６に適用される。
【００２３】
クロック再生回路２６は、受信デジタル信号からクロック信号を再生する。再生されたクロック信号は、遅延素子３０に適用される。クロック再生回路２６および遅延素子３０は、当分野においてよく知られている従来の要素である。
【００２４】
制御装置２８は、再生されたクロック信号の位相を位相オブセット分だけ調整することにより位相調整クロック信号を生成する。詳細には、制御装置２８は、遅延素子３０を用いて、クロック再生回路２６によって出力される再生されたクロック信号の位相を調整する。制御装置は、サービスプロバイダ１０から受信した制御信号に基づいて、位相調整の量を判定する。サービスプロバイダ１０は、上記のように、加入者２０によって送信されるトレーニング信号に基づいて、位相調整の量を判定する。たとえば、位相オフセットは、サービスプロバイダによって変調されるトレーニング信号の逆正接に基づく。
【００２５】
加入者２０は、Ｄ／Ａコンバータ２２による後続の変換を位相調整クロック信号と同期させることにより、加入者２０とサービスプロバイダ１０との間の位相オフセットを補正する。この位相調整クロック信号への同期により、加入者２０によって送信される信号を、サービスプロバイダ１０において受信される際にネットワーククロックの位相と合わせることができる。
【００２６】
図３は、加入者２０とサービスプロバイダ１０との間の位相オフセットを補正することにより、アップストリーム方向の伝送を改善する方法を示す流れ図である。本発明の一態様は、加入者からトレーニング信号を送信するステップ（ステップ４２）と、トレーニング信号を受信するステップ（ステップ４４）と、位相オフセットを計算するステップ（ステップ４８）と、計算された位相オフセットを送信するステップ（ステップ５０）と、加入者から送信される新しい信号を事前に調整するステップ（ステップ５２）とからなる方法を提供する。
【００２７】
その方法はステップ４０で開始し、その処理はステップ４２に進められる。ステップ４２では、加入者２０はトレーニング信号をサービスプロバイダ１０に送信する。ステップ４２の後、その方法はステップ４４に進む。
【００２８】
ステップ４４では、サービスプロバイダ１０は、加入者２０からトレーニング信号を受信する。
【００２９】
ステップ４６では、サービスプロバイダ１０は、受信したトレーニング信号を余弦関数によって変調して信号Ｒｘを生成する。また、サービスプロバイダ１０は、受信したトレーニング信号を正弦関数によって変調して信号Ｒｙも生成する。次に処理はステップ４８に進む。
【００３０】
ステップ４８では、サービスプロバイダ１０は、ステップ４６において生成された信号ＲｘおよびＲｙに基づいて、加入者とサービスプロバイダとの間の位相オフセットを計算する。詳細には、プロセッサ１８は、（Ｒｘ／Ｒｙ）の逆正接の計算に基づいて、位相オフセットを判定する。
【００３１】
ステップ５０では、サービスプロバイダ１０は、計算された位相オフセットを加入者２０に送信する。
【００３２】
ステップ５２では、加入者２０は、送信された位相オフセットに基づいて、加入者からサービスプロバイダに送信される新しい信号を事前に調整する。
【００３３】
本発明は、特定の好ましい実施形態を参照しつつ図示および記載されてきたが、当業者には、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および細部において改変がなされる場合があることは理解されよう。したがって、本明細書に開示される特定の細部は、従来技術によって要請される制限以外に、本発明の範囲に制限を加えることを意図していない。
【００３４】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、加入者とサービスプロバイダとの間の位相オフセットを相殺する装置および方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるサービスプロバイダのブロック図である。
【図２】本発明による加入者のブロック図である。
【図３】本発明による位相オフセットを補正する方法を示す流れ図である。
【図４】従来の公衆交換電話網のブロック図である。

Claims

加入者とサービスプロバイダとの間の位相オフセットを補正する方法であって、
前記加入者から前記サービスプロバイダに未調整のトレーニング信号を送信するステップであって、前記サービスプロバイダはネットワーククロックに同期する、該送信するステップと、
前記サービスプロバイダにおいて前記未調整のトレーニング信号を受信するステップと、
前記受信した未調整のトレーニング信号に基づいて、前記加入者と前記サービスプロバイダとの間の位相オフセットを計算するステップと、
前記サービスプロバイダから前記加入者に前記計算された位相オフセットを送信するステップと、
前記送信された位相オフセットに基づいて、前記加入者から前記サービスプロバイダに送信される新しい信号を事前に調整するステップとを含み、
前記計算するステップはさらに、前記受信した未調整のトレーニング信号を余弦関数によって変調して信号Ｒｘを生成する処理と、前記受信した未調整のトレーニング信号を正弦関数によって変調して信号Ｒｙを生成する処理とを含み、
Ｒ（ｔ）を前記受信したトレーニング信号とし、ω _０を前記トレーニング信号の基本周波数として、

であり、ただしＴ＝２Π／ω _０である方法。
（Ｒｘ／Ｒｙ）の逆正接の関数として位相オフセットΔｔを判定するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
位相オフセットΔｔ＝（１／ω_０）×ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ（Ｒｘ／Ｒｙ）＋ｎ−ｔ_０であり、ただしｔ_０はサービスプロバイダ側の時間遅延である請求項２に記載の方法。
前記計算された位相オフセットを送信する前記ステップはさらに、前記サービスプロバイダにおいて計算された時間遅延ｔ_０を送信するステップを含む請求項１に記載の方法。
前記サービスプロバイダにおいて送信される前記位相オフセットと前記時間遅延とに基づいて、前記加入者から前記サービスプロバイダに送信される前記新しい信号を事前に調整するステップをさらに含む請求項２に記載の方法。
前記新しい信号が前記サービスプロバイダにおいて受信される際に、前記新しい信号が前記ネットワーククロックの位相と一致するように、前記事前に調整された新しい信号を送信するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
前記事前に調整するステップはさらに、前記送信された位相オフセットによって前記加入者のクロック信号の位相を調整するステップを含む請求項１に記載の方法。
ネットワーククロックに同期したサービスプロバイダにアナログ加入者線を介して動作可能に接続される加入者であって、
前記アナログ加入者線上で伝送するための準備として、デジタル信号をアナログ信号に変換するためのデジタル／アナログコンバータと、
前記アナログ加入者線から受信した受信アナログ信号を受信デジタル信号に変換するためのアナログ／デジタルコンバータと、
前記受信デジタル信号からクロック信号を再生するためのクロック再生回路と、
前記再生されたクロック信号の位相を位相オフセット分だけ調整することにより位相調整クロック信号を生成する制御装置であって、前記位相オフセットは前記サービスプロバイダによって変調される未調整のトレーニング信号の逆正接に基づく、該制御装置とを備え、
前記デジタル／アナログコンバータによる後続の変換は、前記サービスプロバイダにおいて受信される際に、前記加入者によって送信される信号が前記ネットワーククロックの位相と一致するように、前記位相調整クロック信号に同期するようになっており、前記位相オフセットΔｔは、前記（Ｒｘ／Ｒｙ）の逆正接に基づいて判定され、ただし、

で、Ｔ＝２Πω _０であり、Ｒ（ｔ）は前記加入者から前記サービスプロバイダに送信されるトレーニング信号であり、ω _０は前記トレーニング信号の基本周波数である加入者。
位相オフセットを判定するためのサービスプロバイダであって、前記位相オフセットは前記サービスプロバイダと前記サービスプロバイダに動作可能に接続される加入者との間に存在し、
前記加入者によって受信された未調整のトレーニング信号を余弦関数によって変調して信号Ｒｘを生成するための余弦変調器と、
前記加入者によって受信された未調整のトレーニング信号を正弦関数によって変調して信号Ｒｙを生成するための正弦変調器と、
Ｒｘ／Ｒｙの逆正接に基づいて前記位相オフセットを判定するためのプロセッサとを備え、前記位相オフセットΔｔは、前記（Ｒｘ／Ｒｙ）の逆正接に基づいて判定され、ただし、

で、Ｔ＝２Πω _０であり、Ｒ（ｔ）は前記加入者から前記サービスプロバイダに送信されるトレーニング信号であり、ω _０は前記トレーニング信号の基本周波数であるサービスプロバイダ。