(57)【要約】  通信ネットワークにおいてデータフローを中断させずに継続するためのシステムおよび方法は、データソースからのデータフローを送信する送信機（１０）と、データフローを受信する受信機（１５）とを含む。チャネル（１４）は、送信機（１０）および受信機（１５）を相互接続し、かつ、送信機（１０）と受信機（１５）との間でデータフローを伝達する。送信機（１０）と受信機（１５）との間のチャネル（１４）にスイッチ（４８）が配置される。スイッチ（４８）は、データフローを中断させることなくチャネル（１４）における信号欠陥の解析が可能となるのに十分な期間にわたって開いていることができる。
2008501299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信ネットワークでデータフローを中断させずに継続するためのシステムであって、
ａ）  データソースからデータフローを送信するための送信機（１０）と、
ｂ）  データフローを受信するための受信機（１５）と、
ｃ）  送信機（１０）および受信機（１５）を相互接続するチャネル（１４）とを含み、データフローは、チャネル（１４）を通して送信機（１０）と受信機（１５）との間を伝達され、
ｄ）  チャネル（１４）内にあり、かつ、送信機（１０）と受信機（１５）との間に配置されるスイッチ（４８）をさらに含み、スイッチ（４８）は、データフローを中断させることなくチャネル（１４）における信号欠陥の解析が可能となるのに十分な期間にわたって開いていることができる、システム。
【請求項２】
データフローの送信機（１０）は、ＱＡＭ変調器（２０）を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
スイッチ（４８）は、ゲーテッドスイッチ（４８）である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
データフローは、バースト保護期間を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
データフローは、予め定められたバースト保護期間を伴うチャネル符号化方式を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
信号の解析の間通信ネットワークにおいてデータフローを中断させずに継続するための方法であって、該ネットワークは、受信機（１５）と通信する送信機（１０）を有し、この方法は、
ａ）  通信チャネル（１４）からのデータフローの一部を一時的に除去するステップを含み、チャネル（１４）は、送信機（１０）と受信機（１５）との間でデータフローを伝達し、
ｂ）  受信機（１５）へのデータフローを中断させずに継続するために、チャネル（１４）における信号欠陥のソースを測定するステップをさらに含む、方法。
【請求項７】
スイッチ（４８）は、チャネル（１４）内にあり、かつ、送信機（１０）と受信機（１５）との間に配置され、スイッチ（４８）は、データフローを中断させることなくチャネル（１４）における信号欠陥の解析が可能となるのに十分な時間にわたって開いていることができる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
データフローの送信機（１０）は、ＱＡＭ変調器（２０）を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
データフローは、バースト保護期間を有する、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
データフローは、予め定められたバースト保護期間を伴うチャネル符号化方式を有する、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は、通信ネットワークに関し、特に、ネットワークで用いられる信号の解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
共聴アンテナ式テレビ（ＣＡＮ）ネットワークは、受信契約者に対し、テレビジョン信号をアナログ信号およびデジタル信号の形で伝達する。この配信ネットワークの性能を数値化するために、さまざまな方法が用いられている。アナログの世界における方法は十分に確立されているが、その一方で、デジタルの世界では、異なる条件の下で性能を測定するための新しい方法が求められている。ＣＡＴＶネットワークは、ダウンストリームで使用され、デジタル信号を、使用する国に応じて、特に国際電気通信連合（International Telecommunication Union）（ＩＴＵ）Ｊ−８３、付録（Annex）Ａ、ＢまたはＣのフォーマットに基づき、直交振幅変調（ＱＡＭ）の形式で伝達する。ダウンストリーム伝送は、ユーザトラフィックがない場合、いわゆるスタッフィング（stuffing）データを伴って連続している。アップストリームの方向では、バースト伝送が、直交位相変調（ＱＰＳＫ）、ＱＡＭまたは衝突検出多重アクセス（ＣＯＭＡ）の変調フォーマットを用いるデータオーバーケーブルサービスインターフェイス仕様（Data Over Cable Service Interface Specification）（ＤＯＣＳＩＳ（登録商標））１．０、１．１または２．０規格に準拠し得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらの信号を劣化させるものとして、数多くのタイプの欠陥が知られている。これらの欠陥、特に、信号対雑音、位相雑音、静的コンスタレーション歪み（Ｉ／Ｑゲインおよび位相、圧縮）および連続波（ＣＷ）干渉を測定するために、試験計器が開発されている。ＯＷ干渉を検出および測定可能とするには、いくつかの制限事項がある。複合二次歪み（Composite Second Order）（０５０）および複合三次歪み（Composite Triple Beat）（ＣＴＢ）として知られるネットワーク歪みの生成物も干渉を引起こす。しかしながら、これらの歪みはＣＷと取り違えられることがあるが、両者は異なるものであって、同じように測定することはできない。ＣＷ干渉とＣＳＯ／ＣＴＢとの違いを明らかにすることが重要である。
【０００４】
ＣＷ干渉は、周波数および振幅が固定している。これによって、交代シフトによるコンスタレーションのソフト判定が生じ、それは、コンスタレーションに対する「ドーナツ」効果として認識できる。他方、ＣＳＯおよびＣＴＢは、システム上のキャリアの各々の間の、多数（何百、何千）の二次および三次の微小な歪みの生成物の混合物である。その結果、ＣＳＯ／ＣＴＢは、ノイズに似た特性を有する。これらの特性は、キャリアの公称周波数（通常Ｃ １０ｋＨｚ）に対するキャリアの周波数オフセットの範囲に関する周波数の範囲を含む。これらキャリアの位相は、整列する場合と整列しない場合があり、レベルにばらつきを生じさせる（周波数の範囲が狭くなるほど、位相整列は起きる頻度が下がるが、その持続時間は長くなる）。平均値に対して±１５ｄＢのばらつきが報告されており、これは数百マイクロ秒まで続く場合がある。
【０００５】
現行の欠陥の測定法は、実際の信号の捕捉および信号と結び付いた欠陥についての情報を抽出するための処理アルゴリズムの適用に依拠している。信号外の欠陥については、Ｑ
ＡＭ欠陥を測定するのに４種の解析手段が用いられており、すなわち、ＱＡＭ欠陥解析、ＥＦＡ（登録商標）シリーズの計器で用いられるロード＆シュワルツ（Rohde & Schwarz（登録商標））解析、減算法、および分解能帯域幅の狭いスペクトル解析である。
【０００６】
ＱＡＭ欠陥解析
この方法では、コンスタレーションの多数のソフト判定が収集されて、以下のアルゴリズムが適用される。すなわち、実際のソフト判定から理想点までの距離の算出、当該距離のヒストグラムの生成、および当該ヒストグラムと既知量のノイズおよびＣＷ干渉を伴う一組のヒストグラムテンプレートとの比較である。最大の一致があると、ノイズレベルおよびＣＷレベルが与えられる。この方法は、最大の一致に依拠している。しかしながら、ＣＷ干渉が小さいとき、各種のテンプレート間の違いは非常に小さくなる。この方法は、振幅の違いによってＣＷとＣＳＯ／ＣＴＢ欠陥とを区別できないので、一様にノイズ測定法として考えられている。
【０００７】
ロード＆シュワルツ
この方法は、ＥＦＡ（登録商標）シリーズの計測器のマニュアルに記載されている（Rohde & Schwarz（登録商標）。ＥＦＡ操作マニュアル（Operating Manual）、セクション２．５．９．１および２．５．９．２、ドキュメント番号２０６８．０９５０．１２−１１）。この方法は、ノイズ測定のための距離のｒｍｓ値の算出およびｒｍｓピークのオフセットに依拠している。ＣＷ干渉が小さいとき、オフセットが識別できないので、ＣＷ測定の精度が制限される。この方法もまた、ノイズとＣＳＯＩＣＴＢとを区別しない。
【０００８】
減算法
この方法は、以下を含む。すなわち、コンスタレーションの一連のソフト判定の捕捉、理想的な記号の使用による「元の」信号の時間再構築の生成、実際に受信した信号から理想的な信号の減算、および差分が「欠陥」を示したときのその差分の解析である。この方法は、演算集約型であり、伝送エラーの発生がなかったことを前提とする。
【０００９】
スペクトル解析
この方法は、分解能帯域幅が狭いスペクトル解析を用いるので、ＱＡＭスペクトルから干渉信号が出現する。５ＭＨｚの信号帯域幅とすると、３０ｋＨｚの分解能帯域幅（ＲＢＷ）を使用する場合、検出されるＱＡＭ信号は、総平均出力を２２ｄＢ下回るので、ＱＡＭ総出力を２５／２７ｄＢ下回る干渉の識別は、十分に長い時間の平均化を行なうことで可能となる。より高感度な検出を行なうために、より狭いＲＢＷを使用してもよい（ＩｋＨｚのＲＢＷで３６ｄＢ）。これは、ＣＷには有用であるが、３０ｋＨｚの帯域幅にわたって広がり、かつ、振幅が時間で異なるＣＳＯ／ＣＴＢを検出するのは困難である。
【００１０】
ネットワークにおける信号の解析のために、改良された方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明の概要
この発明は、実際のＱＡＭ信号を一時的に除去し、かつ、信号のない状態でチャネルに存在する欠陥を測定するためのシステムおよび方法を提供することによって、上記の問題点および不利益を軽減する。この発明は、受信契約者に対するサービスを中断させることなく、有利に信号の除去を可能にする。さらに、この発明は、信号外の欠陥および信号とは無関係の欠陥、すなわち、ノイズ、ＣＷ干渉、ＣＳＯ、ＣＴＢなどの測定を可能にする。この方法では、位相雑音および静的歪みなどの信号自体の欠陥を直接測定しない。さらに、この方法では、データが既に冗長性を有しているという特性を利用し、自発的に信号を中断して、回線の欠陥を調査する。
【００１２】
したがって、この発明の第１の実施例では、通信ネットワークにおいてデータフローを中断させずに継続するためのシステムが提供され、該システムは、ａ）データソースからデータフローを送信するための送信機と、ｂ）データフローを受信するための受信機と、ｃ）送信機および受信機を相互接続するチャネルとを含み、データフローは、チャネルを通して送信機と受信機との間を伝達され、ｄ）チャネル内にあり、かつ、送信機と受信機との間に配置されるスイッチをさらに含み、該スイッチは、データフローを中断させることなくチャネルにおける信号欠陥の解析が可能となるのに十分な期間にわたって開いていることができる。
【００１３】
したがって、この発明の第２の実施例では、信号の解析の間、通信ネットワークにおいて中断されないデータフローを維持するための方法が提供され、該ネットワークは、受信機と通信する送信機を有する。この方法は、ａ）通信チャネルからのデータフローの一部を一時的に除去するステップを含み、該チャネルは、送信機と受信機との間でデータフローを伝達し、ｂ）受信機へのデータフローを中断させずに継続するために、チャネルにおける信号欠陥のソースを測定するステップをさらに含む。
【００１４】
この発明のさらなる局面および利点は、添付の図面と関連して説明を参照すると、よりよく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
好ましい実施例の詳細な説明
図１および図２を参照して、ケーブルモデム終端システム（ＣＭＴＳ）ダウンストリーム送信機１０と、ＣＭＴＳアップストリーム受信機１２とを含む、双方向ＣＡＴＶネットワークの略図を示す。当該ネットワークは、任意により、その他のいくつかの信号ソース１３を含む。送信機１０および受信機１２は、受信契約者のケーブルモデムと通信しており、送信機１０は、デジタルデータを受信し、その後、該データは、送信機からダウンストリーム側に位置するケーブルモデムに伝達される。ＣＡＮネットワークにおける複数の受信契約者のケーブルモデム（受信契約者の受信機１５、１７）（わかりやすくするために２台のみ図示）は、割当てられたタイムスロットにおいて、送信機１０から信号を受信し、受信機１２に向けてアップストリームに送信する。
【００１６】
典型的なＣＡＮ周波数帯域は、次のように割当てられる。アップストリームのケーブルモデムにはＳから４２ＭＨｚ、アナログのテレビチャネルには５５から５５０ＭＨｚ、およびデジタルチャネル（テレビおよびダウンストリームのケーブルモデム）には５５０から７５０ＭＨｚである。
【００１７】
概して、デジタルデータはＱＡＭデジタル信号を含み、該信号は、受信契約者への通信チャネル１４を介して、ダウンストリーム送信機１０からケーブルモデムへ、およびアップストリーム受信機１２に戻されるまでの間を移動する。チャネル１４は、送信機１０、受信機１２およびケーブルモデムを相互接続するものであり、たとえば、ファイバ、同軸ケーブルなどの物理的リンクであってもよいし、たとえば、空気経路などの非物理的なものであってもよい。以下の説明は、ダウンストリームのＱＡＭ信号に焦点を当てているが、同じ原理が、アップストリーム伝送、および当業者にとっては周知である、その他の信号フォーマットならびに規格に適用されることを理解されたい。
【００１８】
ＱＡＭチャネル符号化
図２および図２ａを参照して、伝送チャネル１４を通した信号の伝送は不完全であり、多くの場合、チャネル欠陥に繋がることが、当該技術においてよく知られている。たとえば、ガウス雑音、インパルス雑音、干渉などを含むチャネルの欠陥に対処するために、伝送されるデータストリームにチャネル符号化が加えられる。
【００１９】
ＩＴＵ Ｊ−８３規格は、チャネル符号化の原理を表わすのに用いられるものであり、ＣＡＴＶネットワークにおけるデジタルビデオおよびデータサービス向けに設定され、ＭＰＥＧ（Moving Pictures Expert Group）フレーミング１６を含む。しかしながら、当業者であれば、アプリケーションに応じて、同様の方式が、パラメータの異なるすべてのデジタルチャネルに使用できることを認識するであろう。
【００２０】
チャネル符号化は、二重プロセスであり、受信機１０側のすべての手順は、受信契約者の受信機１５側にミラープロセスがあるので、データストリームは、透過的に伝送される。図２に最もよく示すように、ＩＴＵ Ｊ−８３規格は、送信機１０側で、ＭＰＥＧフレーミング１６と、ＦＥＣ符号器１８と、ＱＡＭ変調器２ｆｔとを含む。受信契約者の受信機１５側では、ＱＡＭ復調器２２はチャネル１４に接続されており、ＦＥＣ復号器２４およびＭＰＥＧフレーミング２６は、ＱＡＭ復調器２２に接続されている。
【００２１】
リードソロモン符号化、フォワードエラー訂正（ＦＥＣ）符号
図２ａに最もよく示すように、リードソロモン符号器２８は、リードソロモン符号を伴うデータパケットを加えるので、受信時に、実質的にすべての伝送エラーが検出され、いくつかのエラーは訂正可能である（１パケット当たり２つの追加されたＦＥＣ記号に対し、１つのエラー記号が訂正可能である）。同様に、ＦＥＣ復号領域２４には、信号のリードソロモン符号を用いてエラーを検出し、訂正するためのリードソロモン復号器４２が配置される。
【００２２】
一組のデータパケットの内容（データおよびＦＥＣ符号）が、インタリーバ３０によってインタリーブされる。伝送される記号は、たとえば、第１パケットの第１記号、第２パケットの第１記号、最終パケットの第１記号まで、さらに第１パケットの第２記号、第２パケットの第２記号、最終パケットの最終記号までなど、連続するパケットにおける一連の記号である。
【００２３】
インタリーブの特徴として、インパルス雑音または伝送の瞬間的な中断により、伝送時の隣接する記号にエラーが生じるが、デインタリーバ４０によってデインタリーブされると、隣接するエラーは、多数のパケットに広がる。ＦＥＣは、各パケットの少数のエラーを訂正することができる。
【００２４】
ランダム化
ランダマイザ３２によるランダム化は、伝送されたデータにランダムシーケンスを乗じることにより、１または０の長いストリームが防止されるという変調の特性である。受信時に、デランダマイザ３８は、元のデータシーケンスを復元する。
【００２５】
図２ａおよび図２ｂを参照して、この発明の一実施例を示す。ここでは、概して、ＱＡＭ信号は、データ信号から一定の期間にわたって除去される。それによって、チャネル１４における欠陥の解析が可能となるが、受信契約者に対するＱＡＭサービスが妨害されることはない。これは、典型的には３３マイクロ秒程度の短い中断を用いて実現されるので、後述するように、フォワードエラー訂正（ＦＥＣ）機構はデインタリーバ４０と結合し、受信契約者の受信機１５側で失われた情報の断片を復元することができる。
【００２６】
図５は、インタリーブ特性とバースト保護期間との関係を表にしたものである。バースト保護期間は、ＦＥＣのエラー訂正機構によるデータ損失なしで信号が妨害され得る時間の長さに相当する。マッピングは、データビットをＱＡＭコンスタレーション記号（６４ＱＡＭまたは２５６ＱＡＭ）にグループ化するプロセスを示す。Ｊ−８３付録Ｂフォーマット（北米の受信契約者向け）において、ＱＡＭマッピングは、トレリス符号器３４によ
るトレリス符号化変調と組合せることで、ガウス雑音に対するさらなる防御手段となる。その結果、伝送の中断が可能となり、さらに、受信契約者向けの失われたデータを再生成することができる。インタリーブ１２８×１およびＱＡＭ２５６であるＪ−８３付録Ｂの特定の場合、バースト保護期間は、典型的には６６マイクロ秒である。同様に、インタリーブ１２８×４およびＱＡＭ２５６では、バースト保護期間は、典型的には２６４マイクロ秒である。
【００２７】
ＱＡＭ６４の場合、インタリーブ１２８×１では、バースト保護は、典型的には９５マイクロ秒である。同様に、インタリーブ１２８×４では、バースト保護は、典型的には３７９マイクロ秒である。
【００２８】
ゲート欠陥の測定
送信機１０で、ＱＡＭ信号に３３マイクロ秒（すなわち、上記のバースト保護期間より短い）間の中断が生じた場合、受信契約者の受信機ＩＳでデータを復元すべきであるが、それによって、標準的な欠陥のためのマージンが減少することになる。そこで、試験計器は、その期間にチャネル帯域幅をサンプリングすることができる。１２メガサンプル／秒で６ＭＨｚのチャネル帯域幅のナイキストサンプリングとすると、４００のサンプルが作成され、それらは、ＥＦＴ（East Fourier Transform）において、６ＭＨＺ２００（サンプルの半数）または３０ｋＨｚの分解能で使用可能である（実際は、アンチエイリアシングにはより速いサンプリングレートが使用されるが、有効な分解能は同じである）。この３０ｋＨｚは、ＣＳＯ／ＣＴＢの測定に使用される３０ｋＨｚのＲＢＷと同様である。結果として、ノイズスペクトル、ＯＷ干渉、ＣＳＯ／ＣＴＢ干渉などのチャネル内の欠陥を測定することができる。さらに、中断／サンプリングプロセスを繰返すことにより、干渉、特にＣＳＯ／ＣＴＢの時間グラフまたは振幅ヒストグラムだけでなく、干渉、特にＣＳＯ／ＣＴＢの平均化が実現可能となる。
【００２９】
演算トレードオフ
バースト保護期間は、使用するチャネル符号化方式に応じて異なるが、実際には、Ｊ−８３付録Ｂにおいては６６マイクロ秒が下限となる。大半の方式ではそれより長くなるので、より多数のサンプル（および解析における分解能）または比較的より短い中断の場合に役立つため、標準的なチャネル欠陥のための無歪限界（headroom）が増える。
【００３０】
中断の期間に加えて、中断の繰返し率が重要である。これは、インタリーバの待ち時間よりも遅くなるため、２つの中断が、同じインタリーブシーケンスで重なることはない。さらに、中断は間隔をあけた方がより安全であるので、低品位のチャネルにおいてＦＥＣが不十分でデータエラーが生じる場合、中断の間隔は広くなる。たとえば、ケーブルモデムの動作において、１秒当たり１回の中断という繰返し率では、１秒当たり１つの繰返しパケットが生じ、これは十分に許容範囲にある。ビデオチャネルに関して、１秒につきMoving Pictures Expert Group（ＭＰＥＧ）１６パケットが失われた場合、１０／１２プログラムを伝達するチャネルでは、平均で１０／１２秒ごとにプログラムに障害が生じることを意味する。それでも、ビデオ復号化において、エラーが発生している単一のＭＰＥＧパケットを容易に隠すことができる。
【００３１】
アップストリームまたはバースト性伝送
ダウンストリームの連続伝送に加えて、アップストリームのバースト性伝送に同じ原則が適用可能である。
【００３２】
図６および図７を参照して、複数のユーザ向けに共通のチャネルを使用する大半の伝送媒体は、衝突を最小限に抑えるために、トラフィック規制機構に依拠している。これは、ＤＯＣＳＩＳＴＭ規格の場合であり、ここでは、衝突なしでアップストリームデータを伝
送するために、ケーブルモデム終端システム（ＣＭＴＳ）と呼ばれるネットワークコントローラによって、伝送スロットがユーザに割当てられる。伝送の許可を要求しているユーザに割当てられるいくつかの特定のスロットを除き、ＣＭＴＳは、ＭＡＰ表を通してすべてのトラフィックを正確に規制しており、ここでは、ケーブルモデムは、現行のアップストリーム帯域幅割当マップ（ＭＡＰ）が対象とする期間内に、特定の数の「ミニスロット」で伝送する許可が与えられる。その結果、ＣＭＴＳは、特定の期間にはユーザ伝送が行なわれないことを保証できる。これらの期間は、アップストリームのチャネル伝送の欠陥を測定するために使用され、そのやり方は、信号が中断している間のダウンストリームの場合と同様である。測定器は、ネットワークのモニタリングのために、（ＣＭＴＳに近い）ヘッドエンドに好都合に配置される。ただし、ＣＭＴＳに対する遅延が既知であり、「無音（quiet）」期間も既知であれば、ネットワークに配置してもよい。その代わりとして、指定されたケーブルモデムは、許可が与えられたときに伝送を行なわなくてもよく、その結果、チャネルは無音（quiet）になり、チャネルの測定を開始できる。指定されたケーブルモデムは、ＣＭＴＳからの要求時に伝送を行なって、「失われた」伝送の代わりとし、プロトコル手続を満足させる。
【００３３】
代替の測定法
図８を参照して、一度に全体の信号帯域幅をサンプリングする代わりに、信号の帯域幅より狭いサンプリング帯域幅でサンプリングを実施することが可能であり、信号の帯域幅にわたって複数のサンプリングプロセスを実行して、帯域全体を走査する。第２の代替方法は、（ログモードまたは線形モードの）スペクトラムアナライザなどの、検出器および分解能帯域幅を伴う受信機に依拠している。この方法では、時間の経過とともに分解能帯域幅内の総出力に関する情報が提供されるが、この出力の各種の要素は識別されない。この方法は、帯域幅サンプリング法に比べて識別能力に欠ける。
【００３４】
例
全体を通して使用される略語は、以下を含む。
【００３５】
Ｉ＝タップの数
Ｊ＝インクリメント
ＳＩＤ＝サービス識別子
ＲＥＱ＝要求
ＭＡＣ＝媒体アクセス制御
ＰＭＤ＝物理媒体依存
ＩＦ＝情報要素
１．ダウンストリーム伝送
１．１  送信機の実現
図３および図４を参照して、ダウンストリームＱＡＭ送信機１０は、データソースと、ＱＡＭ変調器２０と、アップコンバータ２１とを含む。データソースは、ＱＡＭ変調器２０に対し、送信すべきデータを、並列データおよびクロックまたは非同期シリアルインターフェイス（ＡＳＩ）などのデジタル有線フォーマットで供給する。ＱＡＭ変調器２０は、データを受信し、上述のチャネル符号化を挿入し、キャリアをＱＡＭフォーマットで変調し、変調された信号を、中間周波数（ＩＦ）と呼ばれる固定の周波数帯域でフィルタリングする。アップコンバータ２１は、ＩＦ帯域を、動作での使用のために割当てられた帯域に変換する。アップコンバータ２１の出力、またはより好都合には、ＱＡＭ変調器２０とアップコンバータ２１との間のＩＦリンクに、高速スイッチ４８を挿入することにより、ゲーティング、またはこの発明の伝送の中断が実行される。高速スイッチ４８は、ＩＦリンクを瞬間的に切離すことにより、伝送される信号を中断する。典型的に使用されるスイッチには、たとえば、ガリウム砒素マイクロ波モノリシック集積回路（ＧａＡｓ ＭＭＩＣ）などの固体スイッチが含まれ、これによって、数十ナノ秒で、６０ｄＢを上回る切
離しが実現する。高速スイッチ４８用の制御回路（図示せず）は、矩形信号であり、その繰返し率およびパルス幅は、たとえば、プログラム可能なデジタル分周器およびクロック信号を好都合に使用して調整できる。ＱＡＭ中断に対応するパルス期間は、バースト保護期間を超えないように、現行のＱＡＭチャネル符号化に合わせて調整される。繰返し率は、受信契約者の不便を最小限に抑えるように調整される。スイッチング動作は、データストリームまたはチャネル符号化のフレーミングと同期させる必要はない。サービスの低下を極力抑えるために、中断機構を、予定に従って、または手動操作もしくは遠隔制御による要求に応じて、オンオフするようにしてもよい。
【００３６】
１．２  測定器の実現
図４ａに最もよく示すように、測定器は、ＱＡＭ信号に割当てられた周波数で同調させた受信機である。この受信機は、ゼロスパンモードにおけるスペクトルアナライザであってもよいし、または固定もしくは可変の同調受信機であってもよい。受信機のＩＦ帯域幅は、通常、ＱＡＭ信号の帯域幅と等しいが、より広い帯域幅であれば、フィルタリングして信号のＢＷに一致させることができ、より狭い帯域幅であれば、使用可能であるが、解析が受信機の帯域幅の測定に限られるという制約がある。
【００３７】
受信機のＩＦ信号が、ナイキストの限度を超える割合で連続的にサンプリングされて、その帯域幅の情報の内容全体が確実に捕捉される。連続トリガ機構が、信号の強度を追跡し、特定のフォーマットで使用される最低の記号レベルを下回るレベルを検出するので、ＱＡＭ２５６の場合、最低レベルの記号は、平均レベルを約１４ｄＢ下回る。６ｄＢの無歪限界を加えると、受信された信号レベルが平均化された受信機のレベルを２０ｄＢ下回るとき、トリガは伝送の中断を示す。これは、有効な測定サンプルによる測定の期間を表す。連続的にサンプリングし、かつ、その一組のサンプル全体にトリガを「マーカ」として使用すると、好都合である。伝送の中断の継続時間および繰返しが、受信機にとって既知である場合、最大有効サンプル継続時間を追加すると好都合であり、さらに、受信機が有効なサンプルのない既知の期間に依拠すると、サンプリングの予定、サンプルの検索およびサンプルの処理が簡略化されて好都合である。
【００３８】
１．３  サンプルの処理
サンプルは、ハードウェア（専用またはプログラム可能なロジック）またはソフトウェア（デジタル信号プロセッサまたはより多目的なプロセッサ）または両者の混成において、ＦＦＴおよびその他の既知の方法で処理される。
【００３９】
アナログおよびデジタル信号に対して同じ条件の下で、すなわち、有効な３０ｋＨｚ帯域幅で、ＣＳＯおよびＣＴＢ欠陥を相関させるには、サンプリング期間を、１／３０ｋＨｚ＝３３マイクロ秒とする（信号のブランク化はそれより若干長く、３５マイクロ秒である）。
【００４０】
１．４  複数のサンプリング期間
Ｊ−８３付録Ａ（欧州規格）の場合、図５に最もよく示すように、バースト保護期間は１８または１４マイクロ秒と相当短いので、３５マイクロ秒の中断によって、修復できないエラーが生じてしまう。そこで、（８マイクロ秒などの）短い中断を使って４つのサンプリング期間を設け、その後にこれらの４組のサンプルを、３２マイクロ秒の長さに相当する長い１組に統合するのが好ましい。
【００４１】
２．アップストリーム伝送
図２ａおよび図２ｂを参照して、アップストリームおよびダウンストリームの用途において、全体のプロセスは同様であるが、１つの大きな違いは、連続的な伝送を中断する代わりに、突発的なバースト性伝送が除外される点である。
【００４２】
受信機１２側では、信号の中断に関して同様のしきい値が用いられ、そのしきい値は、変調フォーマット、ユーザ間での入力信号レベルのばらつき、および長時間にわたってアップストリームのトラフィックがない場合にレベルを記憶するための「現在の信号レベル範囲」に合わせて調整される。ＣＭＴＳがアクティブに連係する場合としない場合の２つの実現が可能である。
【００４３】
ヘッドエンドでモニタリングするアップストリームチャネルにより適したアクティブな連係モードでは、ＣＭＴＳは、存在しないものとして認識されているデバイスまたは応答しないように設計されたデバイスに対して、ミニスロットを与える。いずれの場合でも、送信は行なわれず、解析のための受信が発生し得る。ＣＭＴＳは、送信が行なわれないこと、よって再送信の要求が必要ないことを認識する必要がある。受信機もまた、ダウンストリームチャネルを聴取して、ＭＡＰ表を受信し、それに応じて受信ウインドウを開く必要がある。
【００４４】
フィールド操作により適した非連係モードでは、機器は、ケーブルモデム、レジスタ、レンジをエミュレートし、伝送の許可を要求する。許可が与えられたとき、機器は送信を行なわず、それによって、解析を行なうためのチャネルのサンプリングが可能になる。そこでＣＭＴＳは、「失われた」伝送の再送信を要求し、機器は、与えられたアドレスにメッセージを送信して、再送信の要求をクリアし、かつ、チャネルをクリアする。
【００４５】
ケーブルモデムをエミュレートする機器は、遠隔地に配置してもよく、サンプリング／測定器は、ヘッドエンドなどの別の場所に配置してもよい。
【００４６】
出願人は、ＩＴＵ Ｊ−８３付録Ｂフォーマット（北米規格）に従って変調されたＱＡＭ信号ソースを使ってシステムの性能を試験した。当該ソースおよびVavecom（登録商標）４０５０÷４０４０）は、同じフォーマットに従うＱＡＭ信号受信機（ＡＴ２０００（登録商標））を供給した。
【００４７】
受信機によって、受信された信号に関する多数の測定、特に、リードソロモン符号化前後の「ビット誤り率」、リードソロモン符号化後の「エラー秒」の測定が可能となった。ソースと受信機との間には電子スイッチを配置し、それによって、制御された繰返し率で、制御可能な経過（期間）に信号を完全に中断した。「ビット誤り率」を観察しながら、中断期間を６６マイクロ秒（６６マイクロ秒は、ＱＡＭ２５６、付録Ｂ、インタリーブ１２８×Ｉの設定、すなわち、使用している伝送モードの「バースト保護期間」に相当する）から１０マイクロ秒まで修正した。６６マイクロ秒を超える中断では、リードソロモンＦＥＣ前後のビット誤り率（ＢＥＲ）は、中断期間に比例した。６６マイクロ秒未満の中断では、ＦＥＣ前のＢＥＲは、依然としてその期間に比例したが、ＦＥＣ後のＢＥＲは急速に低下し、期間が短縮された。約４５マイクロ秒で、ＦＥＣ後のビット誤り率は実質的に０となり、すなわち、エンドユーザ（ここではＡＴ２０００）からは、いかなる信号受信のエラーも「見え」なくなった。その結果として、好ましい中断期間である３３マイクロ秒（標準的な許容タイムスロットの半分）を選択すると、より一層大きい保護マージンが得られた。さらに、３３マイクロ秒のサンプリングによって、フーリエ変換（Ｆ１）後、ＱＡＭ信号がない状態でチャネル解析を行なうと、３０ｋＨｚの分解能、すなわち、システムの最終目標が実現した。
【００４８】
特定の実施例について説明してきたが、当業者であれば、前掲の特許請求の範囲にのみ従って規定されるこの発明の精神の範囲で、数多くの変更が可能であることを認識できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】ケーブルモデムサービスを伴う双方向ＣＡＮネットワークを示す略図である。
【図２】送信機と受信機との間のデュアルチャネル符号化の略フロー図である。
【図２ａ】ＦＥＣ符号化とＦＥＣ復号化との間のデュアルチャネル符号化の略フロー図である。
【図２ｂ】ＱＡＭ変調器のダウンストリームに配置されるゲーテッドスイッチの一実施例の略フロー図である。
【図３】連続ＱＡＭ伝送を示す略フロー図である。
【図４】伝送を中断するゲーテッドスイッチの略フロー図である。
【図４ａ】伝送の中断を伴う伝送波の図である。
【図５】ＩＴＵ Ｊ−８３付録Ａ、Ｂのインターリーブバースト保護期間および待ち時間を表す。
【図６】アップストリームチャネルにおける連続バースト伝送の図である。
【図７】アップストリームチャネルにおけるアップストリームバースト伝送の表である。
【図８】分解能帯域幅の異なるスペクトル解析で検出されたＱＡＭ信号である。
【図１】
2008501299.tif 000003
【図２】
2008501299.tif 000004
【図２ａ】
2008501299.tif 000005
【図２ｂ】
2008501299.tif 000006
【図３】
2008501299.tif 000007
【図４】
2008501299.tif 000008
【図４ａ】
2008501299.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
2008501299.tif 000012
【図８】
2008501299.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月5日(2007.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は、通信ネットワークに関し、特に、ネットワークで用いられる信号の解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
共聴アンテナ式テレビ（ＣＡＴＶ）ネットワークは、受信契約者に対し、テレビジョン信号をアナログ信号およびデジタル信号の形で伝達する。この配信ネットワークの性能を数値化するために、さまざまな方法が用いられている。アナログの世界における方法は十分に確立されているが、その一方で、デジタルの世界では、異なる条件の下で性能を測定するための新しい方法が求められている。ＣＡＴＶネットワークは、ダウンストリームで使用され、デジタル信号を、使用する国に応じて、特に国際電気通信連合（International Telecommunication Union）（ＩＴＵ）、Ｊ−８３付録（Annex）Ａ、ＢまたはＣのフォーマットに基づき、直交振幅変調（ＱＡＭ）の形式で伝達する。ダウンストリーム伝送は、ユーザトラフィックがない場合、いわゆるスタッフィング（stuffing）データを伴って連続している。アップストリームの方向では、バースト伝送が、直交位相変調（ＱＰＳＫ）、ＱＡＭまたは衝突検出多重アクセス（ＣＤＭＡ）の変調フォーマットを用いるデータオーバーケーブルサービスインターフェイス仕様（Data Over Cable Service Interface Specification）（ＤＯＣＳＩＳ（登録商標））１．０、１．１または２．０規格に準拠し得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらの信号を劣化させるものとして、数多くのタイプの欠陥が知られている。これらの欠陥、特に、信号対雑音、位相雑音、静的コンスタレーション歪み（Ｉ／Ｑゲインおよび位相、圧縮）および連続波（ＣＷ）干渉を測定するために、試験計器が開発されている
。ＣＷ干渉を検出および測定可能とするには、いくつかの制限事項がある。複合二次歪み（Composite Second Order）（ＣＳＯ）および複合三次歪み（Composite Triple Beat）（ＣＴＢ）として知られるネットワーク歪みの生成物も干渉を引起こす。しかしながら、これらの歪みはＣＷと取り違えられることがあるが、両者は異なるものであって、同じように測定することはできない。ＣＷ干渉とＣＳＯ／ＣＴＢとの違いを明らかにすることが重要である。ＣＷ干渉は、周波数および振幅が固定している。これによって、交代シフトによるコンスタレーションのソフト判定が生じ、それは、コンスタレーションに対する「ドーナツ」効果として認識できる。
【０００４】
他方、ＣＳＯおよびＣＴＢは、システム上のキャリアの各々の間の、多数（何百、何千）の二次および三次の微小な歪みの生成物の混合物である。その結果、ＣＳＯ／ＣＴＢは、ノイズに似た特性を有する。これらの特性は、キャリアの公称周波数（通常＜１０ｋＨｚ）に対するキャリアの周波数オフセットの範囲に関する周波数の範囲を含む。これらキャリアの位相は、整列する場合と整列しない場合があり、レベルにばらつきを生じさせる（周波数の範囲が狭くなるほど、位相整列は起きる頻度が下がるが、その持続時間は長くなる）。平均値に対して±１５ｄＢのばらつきが報告されており、これは数百マイクロ秒まで続く場合がある。
【０００５】
現行の欠陥の測定法は、実際の信号の捕捉および信号と結び付いた欠陥についての情報を抽出するための処理アルゴリズムの適用に依拠している。信号外の欠陥については、ＱＡＭ欠陥を測定するのに４種の解析手段が用いられており、すなわち、ＱＡＭ欠陥解析、ＥＦＡ（登録商標）シリーズの計器で用いられるロード＆シュワルツ（Rohde & Schwarz（登録商標））解析、減算法、および分解能帯域幅の狭いスペクトル解析である。
【０００６】
ＱＡＭ欠陥解析
この方法では、コンスタレーションの多数のソフト判定が収集されて、以下のアルゴリズムが適用される。すなわち、実際のソフト判定から理想点までの距離の算出、当該距離のヒストグラムの生成、および当該ヒストグラムと既知量のノイズおよびＣＷ干渉を伴う一組のヒストグラムテンプレートとの比較である。最大の一致があると、ノイズレベルおよびＣＷレベルが与えられる。この方法は、最大の一致に依拠している。しかしながら、ＣＷ干渉が小さいとき、各種のテンプレート間の違いは非常に小さくなる。この方法は、振幅の違いによってＣＷとＣＳＯ／ＣＴＢ欠陥とを区別できないので、一様にノイズ測定法として考えられている。
【０００７】
ロード＆シュワルツ
この方法は、ＥＦＡ（登録商標）シリーズの計測器のマニュアルに記載されている（Rohde & Schwarz（登録商標）、ＥＦＡ操作マニュアル（Operating Manual）、セクション２．５．９．１および２．５．９．２、ドキュメント番号２０６８．０９５０．１２−１１）。この方法は、ノイズ測定のための距離のｒｍｓ値の算出およびｒｍｓピークのオフセットに依拠している。ＣＷ干渉が小さいとき、オフセットが識別できないので、ＣＷ測定の精度が制限される。この方法もまた、ノイズとＣＳＯ／ＣＴＢとを区別しない。
【０００８】
減算法
この方法は、以下を含む。すなわち、コンスタレーションの一連のソフト判定の捕捉、理想的な記号の使用による「元の」信号の時間再構築の生成、実際に受信した信号から理想的な信号の減算、および差分が「欠陥」を示したときのその差分の解析である。この方法は、演算集約型であり、伝送エラーの発生がなかったことを前提とする。
【０００９】
スペクトル解析
この方法は、分解能帯域幅が狭いスペクトル解析を用いるので、ＱＡＭスペクトルから
干渉信号が出現する。５ＭＨｚの信号帯域幅とすると、３０ｋＨｚの分解能帯域幅（ＲＢＷ）を使用する場合、検出されるＱＡＭ信号は、総平均出力を２２ｄＢ下回るので、ＱＡＭ総出力を２５／２７ｄＢ下回る干渉の識別は、十分に長い時間の平均化を行なうことで可能となる。より高感度な検出を行なうために、より狭いＲＢＷを使用してもよい（１ｋＨｚのＲＢＷで３６ｄＢ）。これは、ＣＷには有用であるが、３０ｋＨｚの帯域幅にわたって広がり、かつ、振幅が時間で異なるＣＳＯ／ＣＴＢを検出するのは困難である。
【００１０】
ネットワークにおける信号の解析のために、改良された方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明の概要
この発明は、実際のＱＡＭ信号を一時的に除去し、かつ、信号のない状態でチャネルに存在する欠陥を測定するためのシステムおよび方法を提供することによって、上記の問題点および不利益を軽減する。この発明は、受信契約者に対するサービスを中断させることなく、有利に信号の除去を可能にする。さらに、この発明は、信号外の欠陥および信号とは無関係の欠陥、すなわち、ノイズ、ＣＷ干渉、ＣＳＯ、ＣＴＢなどの測定を可能にする。この方法では、位相雑音および静的歪みなどの信号自体の欠陥を直接測定しない。さらに、この方法では、データが既に冗長性を有しているという特性を利用し、自発的に信号を中断して、回線の欠陥を調査する。
【００１２】
したがって、この発明の第１の実施例では、通信ネットワークにおいてデータフローを中断させずに継続するためのシステムが提供され、該システムは、ａ）データソースからデータフローを送信するための送信機と、ｂ）データフローを受信するための受信機と、ｃ）送信機および受信機を相互接続するチャネルとを含み、データフローは、チャネルを通して送信機と受信機との間を伝達され、ｄ）チャネル内にあり、かつ、送信機と受信機との間に配置されるスイッチをさらに含み、該スイッチは、データフローを中断させることなくチャネルにおける信号欠陥の解析が可能となるのに十分な期間にわたって開いていることができる。
【００１３】
したがって、この発明の第２の実施例では、信号の解析の間、通信ネットワークにおいて中断されないデータフローを維持するための方法が提供され、該ネットワークは、受信機と通信する送信機を有する。この方法は、ａ）通信チャネルからのデータフローの一部を一時的に除去するステップを含み、該チャネルは、送信機と受信機との間でデータフローを伝達し、ｂ）受信機へのデータフローを中断させずに継続するために、チャネルにおける信号欠陥のソースを測定するステップをさらに含む。
【００１４】
この発明のさらなる局面および利点は、添付の図面と関連して説明を参照すると、よりよく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
好ましい実施例の詳細な説明
図１および図２を参照して、ケーブルモデム終端システム（ＣＭＴＳ）ダウンストリーム送信機１０と、ＣＭＴＳアップストリーム受信機１２とを含む、双方向ＣＡＴＶネットワークの略図を示す。当該ネットワークは、任意により、その他のいくつかの信号ソース１３を含む。送信機１０および受信機１２は、受信契約者のケーブルモデムと通信しており、送信機１０は、デジタルデータを受信し、その後、該データは、送信機からダウンストリーム側に位置するケーブルモデムに伝達される。ＣＡＴＶネットワークにおける複数の受信契約者のケーブルモデム（受信契約者の受信機１５、１７）（わかりやすくするために２台のみ図示）は、割当てられたタイムスロットにおいて、送信機１０から信号を受信し、受信機１２に向けてアップストリームに送信する。典型的なＣＡＴＶ周波数帯域は
、次のように割当てられる。アップストリームのケーブルモデムには５から４２ＭＨｚ、アナログのテレビチャネルには５５から５５０ＭＨｚ、およびデジタルチャネル（テレビおよびダウンストリームのケーブルモデム）には５５０から７５０ＭＨｚである。
【００１６】
概して、デジタルデータはＱＡＭデジタル信号を含み、該信号は、受信契約者への通信チャネル１４を介して、ダウンストリーム送信機１０からケーブルモデムへ、およびアップストリーム受信機１２に戻されるまでの間を移動する。チャネル１４は、送信機１０、受信機１２およびケーブルモデムを相互接続するものであり、たとえば、ファイバ、同軸ケーブルなどの物理的リンクであってもよいし、たとえば、空気経路などの非物理的なものであってもよい。以下の説明は、ダウンストリームのＱＡＭ信号に焦点を当てているが、同じ原理が、アップストリーム伝送、および当業者にとっては周知である、その他の信号フォーマットならびに規格に適用されることを理解されたい。
【００１７】
ＱＡＭチャネル符号化
図２および図２ａを参照して、伝送チャネル１４を通した信号の伝送は不完全であり、多くの場合、チャネル欠陥に繋がることが、当該技術においてよく知られている。たとえば、ガウス雑音、インパルス雑音、干渉などを含むチャネルの欠陥に対処するために、伝送されるデータストリームにチャネル符号化が加えられる。
【００１８】
ＩＴＵ Ｊ−８３規格は、チャネル符号化の原理を表わすのに用いられるものであり、ＣＡＴＶネットワークにおけるデジタルビデオおよびデータサービス向けに設定され、ＭＰＥＧ（Moving Pictures Expert Group）フレーミング１６を含む。しかしながら、当業者であれば、アプリケーションに応じて、同様の方式が、パラメータの異なるすべてのデジタルチャネルに使用できることを認識するであろう。
【００１９】
チャネル符号化は、二重プロセスであり、受信機１０側のすべての手順は、受信契約者の受信機１５側にミラープロセスがあるので、データストリームは、透過的に伝送される。図２に最もよく示すように、ＩＴＵ Ｊ−８３規格は、送信機１０側で、ＭＰＥＧフレーミング１６と、ＦＥＣ符号器１８と、ＱＡＭ変調器２０とを含む。受信契約者の受信機１５側では、ＱＡＭ復調器２２はチャネル１４に接続されており、ＦＥＣ復号器２４およびＭＰＥＧフレーミング２６は、ＱＡＭ復調器２２に接続されている。
【００２０】
リードソロモン符号化、フォワードエラー訂正（ＦＥＣ）符号
図２ａに最もよく示すように、リードソロモン符号器２８は、リードソロモン符号を伴うデータパケットを加えるので、受信時に、実質的にすべての伝送エラーが検出され、いくつかのエラーは訂正可能である（１パケット当たり２つの追加されたＦＥＣ記号に対し、１つのエラー記号が訂正可能である）。同様に、ＦＥＣ復号領域２４には、信号のリードソロモン符号を用いてエラーを検出し、訂正するためのリードソロモン復号器４２が配置される。
【００２１】
一組のデータパケットの内容（データおよびＦＥＣ符号）が、インタリーバ３０によってインタリーブされる。伝送される記号は、たとえば、第１パケットの第１記号、第２パケットの第１記号、最終パケットの第１記号まで、さらに第１パケットの第２記号、第２パケットの第２記号、最終パケットの最終記号までなど、連続するパケットにおける一連の記号である。インタリーブの特徴として、インパルス雑音または伝送の瞬間的な中断により、伝送時の隣接する記号にエラーが生じるが、デインタリーバ４０によってデインタリーブされると、隣接するエラーは、多数のパケットに広がる。ＦＥＣは、各パケットの少数のエラーを訂正することができる。
【００２２】
ランダム化
ランダマイザ３２によるランダム化は、伝送されたデータにランダムシーケンスを乗じることにより、１または０の長いストリームが防止されるという変調の特性である。受信時に、デランダマイザ３８は、元のデータシーケンスを復元する。
【００２３】
図２ａおよび図２ｂを参照して、この発明の一実施例を示す。ここでは、概して、ＱＡＭ信号は、データ信号から一定の期間にわたって除去される。それによって、チャネル１４における欠陥の解析が可能となるが、受信契約者に対するＱＡＭサービスが妨害されることはない。これは、典型的には３３マイクロ秒程度の短い中断を用いて実現されるので、後述するように、フォワードエラー訂正（ＦＥＣ）機構はデインタリーバ４０と結合し、受信契約者の受信機１５側で失われた情報の断片を復元することができる。
【００２４】
図５は、インタリーブ特性とバースト保護期間との関係を表にしたものである。バースト保護期間は、ＦＥＣのエラー訂正機構によるデータ損失なしで信号が妨害され得る時間の長さに相当する。マッピングは、データビットをＱＡＭコンスタレーション記号（６４ＱＡＭまたは２５６ＱＡＭ）にグループ化するプロセスを示す。Ｊ−８３付録Ｂフォーマット（北米の受信契約者向け）において、ＱＡＭマッピングは、トレリス符号器３４によるトレリス符号化変調と組合せることで、ガウス雑音に対するさらなる防御手段となる。その結果、伝送の中断が可能となり、さらに、受信契約者向けの失われたデータを再生成することができる。インタリーブ１２８×１およびＱＡＭ２５６であるＪ−８３付録Ｂの特定の場合、バースト保護期間は、典型的には６６マイクロ秒である。同様に、インタリーブ１２８×４およびＱＡＭ２５６では、バースト保護期間は、典型的には２６４マイクロ秒である。
【００２５】
ＱＡＭ６４の場合、インタリーブ１２８×１では、バースト保護は、典型的には９５マイクロ秒である。同様に、インタリーブ１２８×４では、バースト保護は、典型的には３７９マイクロ秒である。
【００２６】
ゲート欠陥の測定
送信機１０で、ＱＡＭ信号に３３マイクロ秒（すなわち、上記のバースト保護期間より短い）間の中断が生じた場合、受信契約者の受信機１５でデータを復元すべきであるが、それによって、「標準的な」欠陥のためのマージンが減少することになる。そこで、試験計器は、その期間にチャネル帯域幅をサンプリングすることができる。１２メガサンプル／秒で６ＭＨｚのチャネル帯域幅のナイキストサンプリングとすると、４００のサンプルが作成され、それらは、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）において、６ＭＨｚ／２００（サンプルの半数）または３０ｋＨｚの分解能で使用可能である（実際は、アンチエイリアシングにはより速いサンプリングレートが使用されるが、有効な分解能は同じである）。この３０ｋＨｚは、ＣＳＯ／ＣＴＢの測定に使用される３０ｋＨｚのＲＢＷと同様である。結果として、ノイズスペクトル、ＣＷ干渉、ＣＳＯ／ＣＴＢ干渉などのチャネル内の欠陥を測定することができる。さらに、中断／サンプリングプロセスを繰返すことにより、干渉、特にＣＳＯ／ＣＴＢの時間グラフまたは振幅ヒストグラムだけでなく、干渉、特にＣＳＯ／ＣＴＢの平均化が実現可能となる。
【００２７】
演算トレードオフ
バースト保護期間は、使用するチャネル符号化方式に応じて異なるが、実際には、Ｊ−８３付録Ｂにおいては６６マイクロ秒が下限となる。大半の方式ではそれより長くなるので、より多数のサンプル（および解析における分解能）または比較的より短い中断の場合に役立つため、標準的なチャネル欠陥のための無歪限界（headroom）が増える。
【００２８】
中断の期間に加えて、中断の繰返し率が重要である。これは、インタリーバの待ち時間よりも遅くなるため、２つの中断が、同じインタリーブシーケンスで重なることはない。
さらに、中断は間隔をあけた方がより安全であるので、低品位のチャネルにおいてＦＥＣが不十分でデータエラーが生じる場合、中断の間隔は広くなる。たとえば、ケーブルモデムの動作において、１秒当たり１回の中断という繰返し率では、１秒当たり１つの繰返しパケットが生じ、これは十分に許容範囲にある。ビデオチャネルに関して、１秒につきMoving Pictures Expert Group（ＭＰＥＧ）１６パケットが失われた場合、１０／１２プログラムを伝達するチャネルでは、平均で１０／１２秒ごとにプログラムに障害が生じることを意味する。それでも、ビデオ復号化において、エラーが発生している単一のＭＰＥＧパケットを容易に隠すことができる。
【００２９】
アップストリームまたはバースト性伝送
ダウンストリームの連続伝送に加えて、アップストリームのバースト性伝送に同じ原則が適用可能である。
【００３０】
図６および図７を参照して、複数のユーザ向けに共通のチャネルを使用する大半の伝送媒体は、衝突を最小限に抑えるために、トラフィック規制機構に依拠している。これは、ＤＯＣＳＩＳ（登録商標）規格の場合であり、ここでは、衝突なしでアップストリームデータを伝送するために、ケーブルモデム終端システム（ＣＭＴＳ）と呼ばれるネットワークコントローラによって、伝送スロットがユーザに割当てられる。伝送の許可を要求しているユーザに割当てられるいくつかの特定のスロットを除き、ＣＭＴＳは、ＭＡＰ表を通してすべてのトラフィックを正確に規制しており、ここでは、ケーブルモデムは、現行のアップストリーム帯域幅割当マップ（ＭＡＰ）が対象とする期間内に、特定の数の「ミニスロット」で伝送する許可が与えられる。その結果、ＣＭＴＳは、特定の期間にはユーザ伝送が行なわれないことを保証できる。これらの期間は、アップストリームのチャネル伝送の欠陥を測定するために使用され、そのやり方は、信号が中断している間のダウンストリームの場合と同様である。測定器は、ネットワークのモニタリングのために、（ＣＭＴＳに近い）ヘッドエンドに好都合に配置される。ただし、ＣＭＴＳに対する遅延が既知であり、「無音（quiet）」期間も既知であれば、ネットワークに配置してもよい。その代わりとして、指定されたケーブルモデムは、許可が与えられたときに伝送を行なわなくてもよく、その結果、チャネルは無音（quiet）になり、チャネルの測定を開始できる。指定されたケーブルモデムは、ＣＭＴＳからの要求時に伝送を行なって、「失われた」伝送の代わりとし、プロトコル手続を満足させる。
【００３１】
代替の測定法
図８を参照して、一度に全体の信号帯域幅をサンプリングする代わりに、信号の帯域幅より狭いサンプリング帯域幅でサンプリングを実施することが可能であり、信号の帯域幅にわたって複数のサンプリングプロセスを実行して、帯域全体を走査する。第２の代替方法は、（ログモードまたは線形モードの）スペクトラムアナライザなどの、検出器および分解能帯域幅を伴う受信機に依拠している。この方法では、時間の経過とともに分解能帯域幅内の総出力に関する情報が提供されるが、この出力の各種の要素は識別されない。この方法は、帯域幅サンプリング法に比べて識別能力に欠ける。
【００３２】
例
全体を通して使用される略語は、以下を含む。
【００３３】
Ｉ＝タップの数
Ｊ＝インクリメント
ＳＩＤ＝サービス識別子
ＲＥＱ＝要求
ＭＡＣ＝媒体アクセス制御
ＰＭＤ＝物理媒体依存
ＩＥ＝情報要素
１．ダウンストリーム伝送
１．１  送信機の実現
図３および図４を参照して、ダウンストリームＱＡＭ送信機１０は、データソースと、ＱＡＭ変調器２０と、アップコンバータ２１とを含む。データソースは、ＱＡＭ変調器２０に対し、送信すべきデータを、並列データおよびクロックまたは非同期シリアルインターフェイス（ＡＳＩ）などのデジタル有線フォーマットで供給する。ＱＡＭ変調器２０は、データを受信し、上述のチャネル符号化を挿入し、キャリアをＱＡＭフォーマットで変調し、変調された信号を、中間周波数（ＩＦ）と呼ばれる固定の周波数帯域でフィルタリングする。アップコンバータ２１は、ＩＦ帯域を、動作での使用のために割当てられた帯域に変換する。アップコンバータ２１の出力、またはより好都合には、ＱＡＭ変調器２０とアップコンバータ２１との間のＩＦリンクに、高速スイッチ４８を挿入することにより、ゲーティング、またはこの発明の伝送の中断が実行される。高速スイッチ４８は、ＩＦリンクを瞬間的に切離すことにより、伝送される信号を中断する。典型的に使用されるスイッチには、たとえば、ガリウム砒素マイクロ波モノリシック集積回路（ＧａＡｓ ＭＭＩＣ）などの固体スイッチが含まれ、これによって、数十ナノ秒で、６０ｄＢを上回る切離しが実現する。高速スイッチ４８用の制御回路（図示せず）は、矩形信号であり、その繰返し率およびパルス幅は、たとえば、プログラム可能なデジタル分周器およびクロック信号を好都合に使用して調整できる。ＱＡＭ中断に対応するパルス期間は、バースト保護期間を超えないように、現行のＱＡＭチャネル符号化に合わせて調整される。繰返し率は、受信契約者の不便を最小限に抑えるように調整される。スイッチング動作は、データストリームまたはチャネル符号化のフレーミングと同期させる必要はない。サービスの低下を極力抑えるために、中断機構を、予定に従って、または手動操作もしくは遠隔制御による要求に応じて、オンオフするようにしてもよい。
【００３４】
１．２  測定器の実現
図４ａに最もよく示すように、測定器は、ＱＡＭ信号に割当てられた周波数で同調させた受信機である。この受信機は、ゼロスパンモードにおけるスペクトルアナライザであってもよいし、または固定もしくは可変の同調受信機であってもよい。受信機のＩＦ帯域幅は、通常、ＱＡＭ信号の帯域幅と等しいが、より広い帯域幅であれば、フィルタリングして信号のＢＷに一致させることができ、より狭い帯域幅であれば、使用可能であるが、解析が受信機の帯域幅の測定に限られるという制約がある。
【００３５】
受信機のＩＦ信号が、ナイキストの限度を超える割合で連続的にサンプリングされて、その帯域幅の情報の内容全体が確実に捕捉される。連続トリガ機構が、信号の強度を追跡し、特定のフォーマットで使用される最低の記号レベルを下回るレベルを検出するので、ＱＡＭ２５６の場合、最低レベルの記号は、平均レベルを約１４ｄＢ下回る。６ｄＢの無歪限界を加えると、受信された信号レベルが平均化された受信機のレベルを２０ｄＢ下回るとき、トリガは伝送の中断を示す。これは、有効な測定サンプルによる測定の期間を表す。連続的にサンプリングし、かつ、その一組のサンプル全体にトリガを「マーカ」として使用すると、好都合である。伝送の中断の継続時間および繰返しが、受信機にとって既知である場合、最大有効サンプル継続時間を追加すると好都合であり、さらに、受信機が有効なサンプルのない既知の期間に依拠すると、サンプリングの予定、サンプルの検索およびサンプルの処理が簡略化されて好都合である。
【００３６】
１．３  サンプルの処理
サンプルは、ハードウェア（専用またはプログラム可能なロジック）またはソフトウェア（デジタル信号プロセッサまたはより多目的なプロセッサ）または両者の混成において、ＦＦＴおよびその他の既知の方法で処理される。
【００３７】
アナログおよびデジタル信号に対して同じ条件の下で、すなわち、有効な３０ｋＨｚ帯域幅で、ＣＳＯおよびＣＴＢ欠陥を相関させるには、サンプリング期間を、１／３０ｋＨｚ＝３３マイクロ秒とする（信号のブランク化はそれより若干長く、３５マイクロ秒である）。
【００３８】
１．４  複数のサンプリング期間
Ｊ−８３付録Ａ（欧州規格）の場合、図５に最もよく示すように、バースト保護期間は１８または１４マイクロ秒と相当短いので、３５マイクロ秒の中断によって、修復できないエラーが生じてしまう。そこで、（８マイクロ秒などの）短い中断を使って４つのサンプリング期間を設け、その後にこれらの４組のサンプルを、３２マイクロ秒の長さに相当する長い１組に統合するのが好ましい。
【００３９】
２．アップストリーム伝送
図２ａおよび図２ｂを参照して、アップストリームおよびダウンストリームの用途において、全体のプロセスは同様であるが、１つの大きな違いは、連続的な伝送を中断する代わりに、突発的なバースト性伝送が除外される点である。
【００４０】
受信機１２側では、信号の中断に関して同様のしきい値が用いられ、そのしきい値は、変調フォーマット、ユーザ間での入力信号レベルのばらつき、および長時間にわたってアップストリームのトラフィックがない場合にレベルを記憶するための「現在の信号レベル範囲」に合わせて調整される。ＣＭＴＳがアクティブに連係する場合としない場合の２つの実現が可能である。
【００４１】
ヘッドエンドでモニタリングするアップストリームチャネルにより適したアクティブな連係モードでは、ＣＭＴＳは、存在しないものとして認識されているデバイスまたは応答しないように設計されたデバイスに対して、ミニスロットを与える。いずれの場合でも、送信は行なわれず、解析のための受信が発生し得る。ＣＭＴＳは、送信が行なわれないこと、よって再送信の要求が必要ないことを認識する必要がある。受信機もまた、ダウンストリームチャネルを聴取して、ＭＡＰ表を受信し、それに応じて受信ウインドウを開く必要がある。
【００４２】
フィールド操作により適した非連係モードでは、機器は、ケーブルモデム、レジスタ、レンジをエミュレートし、伝送の許可を要求する。許可が与えられたとき、機器は送信を行なわず、それによって、解析を行なうためのチャネルのサンプリングが可能になる。そこでＣＭＴＳは、「失われた」伝送の再送信を要求し、機器は、与えられたアドレスにメッセージを送信して、再送信の要求をクリアし、かつ、チャネルをクリアする。
【００４３】
ケーブルモデムをエミュレートする機器は、遠隔地に配置してもよく、サンプリング／測定器は、ヘッドエンドなどの別の場所に配置してもよい。
【００４４】
出願人は、ＩＴＵ Ｊ−８３付録Ｂフォーマット（北米規格）に従って変調されたＱＡＭ信号ソースを使ってシステムの性能を試験した。当該ソースおよびWavecom（登録商標）４０５０＋４０４０）は、同じフォーマットに従うＱＡＭ信号受信機（ＡＴ２０００（登録商標））を供給した。
【００４５】
受信機によって、受信された信号に関する多数の測定、特に、リードソロモン符号化前後の「ビット誤り率」、リードソロモン符号化後の「エラー秒」の測定が可能となった。ソースと受信機との間には電子スイッチを配置し、それによって、制御された繰返し率で、制御可能な経過（期間）に信号を完全に中断した。「ビット誤り率」を観察しながら、中断期間を６６マイクロ秒（６６マイクロ秒は、ＱＡＭ２５６、付録Ｂ、インタリーブ１
２８×１の設定、すなわち、使用している伝送モードの「バースト保護期間」に相当する）から１０マイクロ秒まで修正した。６６マイクロ秒を超える中断では、リードソロモンＦＥＣ前後のビット誤り率（ＢＥＲ）は、中断期間に比例した。６６マイクロ秒未満の中断では、ＦＥＣ前のＢＥＲは、依然としてその期間に比例したが、ＦＥＣ後のＢＥＲは急速に低下し、期間が短縮された。約４５マイクロ秒で、ＦＥＣ後のビット誤り率は実質的に０となり、すなわち、エンドユーザ（ここではＡＴ２０００）からは、いかなる信号受信のエラーも「見え」なくなった。その結果として、好ましい中断期間である３３マイクロ秒（標準的な許容タイムスロットの半分）を選択すると、より一層大きい保護マージンが得られた。さらに、３３マイクロ秒のサンプリングによって、フーリエ変換（ＦＴ）後、ＱＡＭ信号がない状態でチャネル解析を行なうと、３０ｋＨｚの分解能、すなわち、システムの最終目標が実現した。
【００４６】
特定の実施例について説明してきたが、当業者であれば、前掲の特許請求の範囲にのみ従って規定されるこの発明の精神の範囲で、数多くの変更が可能であることを認識できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】ケーブルモデムサービスを伴う双方向ＣＡＴＶネットワークを示す略図である。
【図２】送信機と受信機との間のデュアルチャネル符号化の略フロー図である。
【図２ａ】ＦＥＣ符号化とＦＥＣ復号化との間のデュアルチャネル符号化の略フロー図である。
【図２ｂ】ＱＡＭ変調器のダウンストリームに配置されるゲーテッドスイッチの一実施例の略フロー図である。
【図３】連続ＱＡＭ伝送を示す略フロー図である。
【図４】伝送を中断するゲーテッドスイッチの略フロー図である。
【図４ａ】伝送の中断を伴う伝送波の図である。
【図５】ＩＴＵ Ｊ−８３付録Ａ、Ｂのインターリーブバースト保護期間および待ち時間を表す。
【図６】アップストリームチャネルにおける連続バースト伝送の図である。
【図７】アップストリームチャネルにおけるアップストリームバースト伝送の表である。
【図８】分解能帯域幅の異なるスペクトル解析で検出されたＱＡＭ信号である。
【国際調査報告】
2008501299.tif 000014