(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機によって生成され、アナログ回路を通じて送信されるアナログ信号を調整する方法であって、
該アナログ信号は、受信され、固定クロックに基づいてディジタル信号に変換され、
該ディジタル信号は、受信機によって受信され、
前記方法は、
前記送信機の周波数を前記固定クロックに固定するステップと、
前記受信機によって提供された位相オフセット情報を用いて、前記アナログ信号の位相を調整し、前記固定クロックと整合させるステップと、
から成る方法。
【請求項２】
前記整合させるステップが、
受信した前記アナログ信号の位相推定値を算出するステップと、
前記位相推定値をずらす位相オフセット値を算出するステップと、
前記送信機に前記位相オフセット値を提供するステップと、
を含み、
前記送信機は、前記位相オフセット値に基づいて前記アナログ信号の位相を調整する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記相推定値を算出するステップが、
前記送信機から送信された既知の基準信号の量子化サンプルを用いて実行される、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
アナログ信号を、アナログ回路を通じて送信するアナログモデムであって、
前記アナログ信号が受信され、固定ロックに基づいてディジタル信号に変換され、
前記ディジタル信号はディジタルモデムによって受信され、
前記アナログモデムは、
前記送信機の周波数を前記固定クロックに固定する手段と、
前記受信機によって提供された位相オフセット情報を用いて、前記アナログ信号の位相を調整し、前記固定クロックと整合させる手段と、
を含むアナログモデム。
【請求項５】
前記整合させる手段が、
受信した前記アナログ信号の位相推定値を算出する手段と、
前記位相推定値をずらす位相オフセット値を算出する手段と、
前記送信機に前記位相オフセット値を提供する手段と、
を含み、
前記送信機は、前記位相オフセット値に基づいて前記アナログ信号の位相を調整する、
請求項４に記載のアナログモデム。
【請求項６】
前記相推定値を算出する手段が、
前記送信機から送信された既知の基準信号の量子化サンプルを用いる、請求項５に記載のアナログモデム。
【請求項７】
前記送信機がディジタルモデムである、請求項４乃至６のいずれかに記載のアナログモデム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、電気通信ネットワークでのデータ送信に関し、より詳細には、アナログモデムの送信機の位相および／またはシンボル周波数を調整するシステムおよび方法に関する。
【０００２】
発明の背景
コンピュータシステムが、音、画像、映像およびその他のメディアの転送のような、データ集約的アプリケーションに対応するように使用されるにつれて、データ転送はますます重要になる。今日の電気通信ネットワークは、主にディジタルである。例えば、公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）は、殆ど全部がディジタルである。ネットワークの唯一のアナログ部分は、電話局の交換局システムから家庭まで敷設されている加入者ループである。
【０００３】
電話通信網を通じてアナログデータを送信する際、電話局（ＣＯ）のコーデック装置が、アナログループを介して伝わるアナログ信号を８ｋＨｚの周波数でサンプリングおよび量子化する。この８ｋＨｚのサンプリング速度標準は、電気通信ネットワークのディジタル部全体を通じて利用される。ＣＯコーデックのサンプリングクロックはネットワークによって設定された８０００サンプル／秒の固定周波数を有する。
【０００４】
アナログ信号がサンプリングされる速度（１秒当たりに採取されるサンプルの数）は重要である。なぜなら、この速度によって、ディジタル信号をアナログ方式に再変換する際に生成される信号の質が決まるからである。ナイキストの定理は、アナログ信号をそのディジタルサンプルから精確に復元するためには、帯域制限信号に存在する最大の周波数成分の２倍以上のサンプリング速度を使用しなければならないと明記している。例えば、アナログ信号に存在する最大周波数成分が２５０ｋＨｚである場合、情報損失ロスを最低限に抑えながら信号をそのサンプルから復元することができるためには、信号を少なくとも５００ｋＨｚでサンプリングしなければならない。
【０００５】
ナイキストによって制約されるため、アナログループから電気通信ネットワークを介して送信可能な信号の最大周波数は４ｋＨであることが、電話局交換装置（８ｋＨｚ）が使用するサンプリング速度によって要求される。４ｋＨｚの帯域幅は、より高速のサンプリング要件および装置を求めずとも許容できる品質の音声送信に対応する。しかしながら、この帯域幅制限は、モデムからのようなデータ送信に関しては問題である。（アナログ加入者ループから電気通信ネットワークを介して）上流方向にうまく送信できる信号の最大周波数は４ｋＨｚである。上流方向では、利用可能な超過帯域幅はない。なぜなら、コーデックのサンプリング速度は８ｋＨｚに固定されているからである。４ｋＨｚのローパスフィルタの阻止帯領域を通過するあらゆる信号エネルギーは、「エイリアジング」として公知のプロセスによってディジタル化した信号に折り込む。国際電気通信連合（ＩＴＵ）Ｖ．９０およびＶ．３４のような旧式のモデムプロトコルが上流方向において有する超過帯域幅（通常の帯域外のエネルギー）は、極めて少ない。Ｖ．３４は、はるかに低いビットレートに対応し、Ｖ．３４が採用するトレリスコードクアドラチュア増幅変調（ＱＡＭ）方式では、超過帯域幅は極めて少ない。
【０００６】
下流方向においては、８ｋＨｚの固定サンプリング速度というこの問題は存在しない。下流のアナログモデムが採用するアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）コンバータは、８ｋＨｚのディジタル化には拘束されないので、そのサンプリング速度は限度内で、容易に増大または減小することができる。
【０００７】
ＩＴＵ−Ｖ．９２のようなパルスコード変調（ＰＣＭ）モデムを用いて上流方向にデータを迅速に送信する場合、局部のループチャネル歪みを補償するために、アナログモデム送信機は前置等化器を使用しなければならない。サンプリング速度がナイキスト速度未満である場合、（プレ）等化器の性能は、コーデッククロックに対する受信シンボルの流れの部分サンプリング位相の転移によって非常に影響を受ける。相当の超過帯域幅を有する受信アナログ信号上で動作するシンボル離間等化器にとっては、この影響は大であり得る。電気通信ネットワークのサンプリング速度は８ｋＨｚに固定されているので、高速（広帯域幅）ＰＣＭ上流変調方式を採用する電気通信ネットワーク上で動作するディジタルモデムは、この範疇に該当する。ディジタルモデム（電話局のライン−カードコーデック）において受信した信号の初期位相は、アナログモデムとループチャネルのランダムな呼タイミングによって決定される。アナログモデムのディジタル／アナログコンバータは、独立したクロック上で動作する。
【０００８】
しかしながら、ディジタルモデムによって使用される実際のコーデックはネットワークタイミングによって固定され、ディジタルモデムには制御されないので、ディジタルモデムが、上流のディジタイザのサンプリング位相を調整することは不可能である。従って、データのスループットが低下する可能性がある。
【０００９】
別の問題は、アナログモデムの別々のクロック信号から発生する。先に記述したように、アナログモデムのディジタル／アナログコンバータは、ネットワークのクロックからは独立したクロック上で動作する。このクロックの周波数は、８０００サンプル／秒であると想定する。しかしながら、アナログモデムにおいて使用される鉱石のタイプに応じて、周波数は僅かにずれる可能性がある。ディジタルモデムはネットワークタイミングに固定しなければならないので、アナログモデムのクロック信号とディジタルモデムのクロック信号との間に僅かでも周波数の差があるとデータ損失を招く。
【００１０】
この問題は、アナログループとの電話通信信号に関して説明してきたが、超過帯域幅は受信されるが受信機はコーデック（または別のタイプのＡ／Ｄコンバータ）のサンプリング速度および／または位相を変更することはできない、多くの信号送信システムにおいても同じ問題が発生する。
【００１１】
（発明の概要）
電話ネットワークを通じてディジタルモデムに接続されたアナログモデムが生成するアナログ信号の周波数および／または位相を調整するシステムおよび方法。電話ネットワークのディジタル部は、ネットワーククロックに固定され、アナログ信号がコーデックによってサンプリングおよび量子化される際、モデムはサンプリングタイミングおよび／またはサンプリング速度の制御は行わない。位相オフセットのような歪みがアナログ信号に生ずると、コーデックがアナログ信号上の「分解不能（unresolvable）」転移点においてサンプリングを行うことにより、エラーが生じ、データ送信用の使用可能帯域幅が縮小する。アナログモデムの周波数を、ループバックタイミングを用いて、ディジタルネットワークのクロックに固定する。ディジタルモデムには既知の基準信号の量子化サンプルを用いて、位相推定値を算出する。次に、位相推定値を最適位相値と比較することによって、「位相オフセット」を算出する。次に、ディジタルモデムは算出した位相オフセット情報をアナログモデムに送る。次に、アナログモデムは、その送信された信号を位相オフセットだけ遅延または進める。アナログモデムの送信機の位相が調整された後、アナログ信号はディジタルモデムが望む位相でコーデックに到達する。位相調整の代わりに、または位相調整と一緒に、アナログモデムは、下流方向のタイミング復元／トラッキングアルゴリズムによって習得（ネットワークタイミングを習得）した情報を使用してその周波数を調整する。次に、アナログモデムの送信機はこのタイミングを送信用に使用する。
【００１２】
本発明の１実施形態によれば、送信機によって生成され、アナログ回路を通じて送信されたアナログ信号を調整する方法が提供される。アナログ信号は受信されると、固定ロックに固定されたディジタル信号に変換され、次にこのディジタル信号は、受信機に受信される。ステップには、送信機の周波数を固定クロックに固定すること、および受信機によって与えられた情報を使用して、固定クロックと整合するようにアナログ信号の位相を調整することが含まれる。位相調整には、受信アナログ信号の位相推定値の算出、該受信アナログ信号の位相を補償するための位相オフセット値の算出、およびこの位相オフセット値の送信機への提供が含まれる。次に送信機は位相オフセット値に応じてアナログ信号の位相を調整する。
【００１３】
本発明は、アナログ回路を通じアナログ信号としてデータを送信するアナログモデムを含む。該アナログ信号は受信されると、固定クロックに固定されたＡ／Ｄコンバータによってディジタル信号に変換される。このディジタル信号は、ディジタルモデムに受信される。アナログモデムには、アナログ回路に結合されると共に、データをアナログ信号に変換する送信機と；送信機のクロック信号を送信機に与え、送信機がデータをアナログ信号に変換することを可能とする送信機クロックコンポーネントと；アナログ回路に結合されると共に、固定クロックのタイミングを含む情報をディジタルモデムから受信する受信コンポーネントと；が含まれる。次に、送信機クロックコンポーネントは受信コンポーネントが受信した情報に基づいて受信機のクロック信号の周波数および位相を調整する。送信機のクロックコンポーネントは、送信機のクロック信号を固定クロックに固定し、更に送信機のクロック信号の位相を調整して固定クロックに整合させる。
【００１４】
本発明の利点は、データモード期間に使用する前置等化器の性能を向上させることにより、接続中の誤り率を低下させ、および／またはデータ送信速度を上昇させることである。
【００１５】
本発明の別の利点は、本発明によって、ディジタルモデムが、リモートアナログモデムにその送信機の相対的な位相を調整するよう指示することが可能になることである。
【００１６】
本発明の別の利点は、本発明によって、ディジタルモデムが、リモートアナログモデムにその送信機の相対的な周波数を調整するよう指示することが可能になることである。
【００１７】
本発明の上述のおよびその他の特徴および利点は、添付図面に関連する例証的な実施形態の以下の詳細な説明から一層深く理解されよう。
（詳細な説明）
本発明は、図１に示す例のような電気通信ネットワークにおいて利用可能である。ディジタルモデム２０はディジタル回線２１により電話会社の電話局（ＣＯ）２２のようなコーデック位置に接続されている。アナログ加入者ループ２４は、ＣＯ２２を、その遠隔に位置するアナログモデム２６に接続する。アナログモデム２６はアナログループ２４を通じてＣＯ２２とアナログ信号を送受し、コーデックは、アナログ信号とディジタルＰＣＭ値との間の変換を行う。ＰＣＭ信号はディジタル回線２１を通じてディジタルモデム２０の位置に搬送され、ディジタルモデム２０は、ＰＣＭ信号とデータとの間の変換を行う。
【００１８】
ディジタル回線２１は、通常の場合、Ｔ１または、Ｔ３回線である。しかしながら、図ではディジタルモデム２０がディジタル回線２１によってＣＯ２２に接続されるように表示されているが、ディジタルモデムをＣＯ２２内に配置し、ディジタル回線２１への接続は不要である場合もある。
【００１９】
上流側のデータ送信セッションの一例を図２に示す。アナログモデム２６は送信する情報３０を受信する。アナログモデム２６はこの情報を処理し、矢印３２で示すように、アナログ信号３４を生成する。そのような処理は、トレリス符号化、およびその他の処理を含む。その他の処理は、「データを送信用のパルス符号変調を利用したディジタルモデムおよびアナログモデムの始動手順の方法および装置（ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  Ａ  ＳＴＡＲＴ−ＵＰ  ＰＲＯＣＥＵＲＥ  ＦＯＲ  ＤＩＧＩＴＡＬ  ＡＮＤ  ＡＮＡＬＯＧ  ＭＯＤＥＭＳ  ＵＴＩＬＩＺＩＮＧ  ＰＵＬＳＥ  ＣＯＤＥ  ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ  ＦＯＲ  ＤＡＴＡ  ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ）」と題し、１９９９年９月３日に出願されモトローラインコーポレイティッドに譲渡された、同時係属中の特許出願シリアル番号第０９／３９０，１０６号に開示されているようなものである。その開示内容は、この引用により本願にも含まれるものとする。スループットを最大とするためには、アナログモデムが、Ａ／Ｄコンバータによって許容される最も高いサンプル対シンボル比で、ディジタル情報をアナログ信号３４に符号化することが好ましい。これは、ＰＳＴＮコーデックの場合、８ｋＨｚ（サンプルごとに１つのシンボル）である。クロック信号３３は、符号化システムに対する周波数が適切である場合に得られる。
【００２０】
アナログ信号３４は、アナログループ２４を通じてコーデック２３に送信される。アナログ信号３４′を受信する際、チャネルは、チャネル応答およびノイズによってこの信号に歪みを生じさせる。コーデック２３は、ネットワーククロック２５と同期して、８ｋＨｚでアナログ信号３４′をサンプリングし、アナログ信号３４′をディジタル化したＰＣＭバージョンを生成する。サンプリング位相はアナログモデムにとっては不明であるため、ＰＣＭサンプルは、アナログモデムが送ったシンボルを精確には表していない。ＰＣＭデータは、当技術分野においては公知のように、ディジタル回線２１を通じて送信用フォーマットに符号化される。この符号化されたＰＣＭデータ４０は、ディジタルモデム２０によって受信され、ディジタルモデム２０はこれを矢印４２によって示すように復号化し、精確なサンプリング位相をした、アナログモデム３０が最初に受信した情報３０を生成する。
【００２１】
未知の位相およびその他の要因による歪みがない場合、コーデック２３は、３６ａおよび３６ｂによって示すようなアナログ信号３４′の分解可能（resovable ）部において、アナログ信号３４′のサンプリングを行うことが可能であろう。しかしながら、やがてアナログ信号３４′が一定量だけ転移すると、コーデック２３は、３８ａおよび３８ｂによって示すようなアナログ信号３４′の大きさが変化中である分解不能(unresovable )部の間にアナログ信号３４′をサンプリングする結果となる。これは、コーデック２３の予測不能なディジタル化の原因となり、そのため符号化されたＰＣＭデータ４０にエラーが生じ、更に最終的には、ディジタルモデム２０が復号化する情報３０にエラーを生じる。
【００２２】
更に、アナログモデム２６において、符号化３２に使用されるクロック信号３３がずれると、歪みおよびデータ損失が生ずる。あらゆる周波数ずれを追跡できるように、周波数はほぼ正確、且つ固定されていることが求められる。
【００２３】
下流方向では、図２に示す経路およびステップは、基本的に逆方向に動作する（図示せず）。プロトコルをこの方向の符号化するモデムは、ＩＴＵ勧告Ｖ．９０によって規定されている。コーデック２３はディジタルモデム２０からＰＣＭデータを受信し、このデータをアナログ信号に変換し、アナログループ２４を通じてアナログモデム２６に送る。アナログモデム２６は、次にアナログ信号をサンプリングし、ディジタルサンプルを分析して元の情報を生成する。やはりここでも、アナログループ２４を通じて送られた下流側アナログ信号は、位相歪みを含んだ歪みを生じがちである。しかしながら、下流方向では、アナログモデム２６は８ｋＨｚのサンプリング速度に限定されない。アナログモデム２６はそのサンプリング速度を上げることができるので、当技術分野においては公知のように、サンプリング位相とは無関係に符号を復元する。従って、アナログループ２４によって生ずる位相歪みは、下流方向における情報スループットを制約しない。しかしながら、コーデック２３のサンプリング速度も位相もディジタルモデム２０によっては調整できないため、上流方向では、位相歪みは問題である。
【００２４】
この問題はアナログおよびディジタルコンポーネントを備えた電気通信回路の例証的な例に関して説明している。しかしながら、受信アナログ信号がＡ／Ｄコンバータのサンプリング速度に対する超過帯域幅を有し、Ａ／Ｄコンバータのサンプリング速度および／または位相が制御不能であるあらゆるシステムにおいてこの問題は生ずる可能性がある。
【００２５】
本発明は、アナログモデム２６の送信位相および／または周波数を調整し、可能な限り早いデータ送信速度を確保することによって情報損失を極力小さくする方法を提供する。図３は、本発明の例証的な実施形態によって行われる方法を示す。通常の場合、この方法は、トレーニング位相の間にモデム２６および２０によって行われる。ステップ１０１において、アナログモデム２６の送信機周波数を、ループバックタイミングを用いて、ディジタルネットワーククロック２５に固定する。アナログモデム２６は、下流方向のタイミング復元／追跡アルゴリズムによって習得した情報を使用して、その周波数を調整する。適切なループバックタイミング方法は、「第１および第２ディジタルレートコンバータ同期装置および方法（Ｆｉｒｓｔ  ａｎｄ  Ｓｅｃｏｎｄ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｒａｔｅ）」と題し、リン（Ｌｉｎｇ）によって発行され、モトローラに譲渡された米国特許第５，１９９，０４６号、および「エラー蓄積を回避するディジタルレートコンバータの同期方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｒａｔｅ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ）」と題し、２０００年１月２６日に出願されモトローラに譲渡された係属中の米国特許出願（モトローラ整理番号ＣＸ０９７０３１）に開示されている。両者の開示内容は、引用により本願に包含される。ディジタルネットワーククロック２５に固定することによって周波数のあらゆるドリフトが防止される。
【００２６】
ステップ１０３では、位相推定値を算出する。位相推定値は、例えば、「２重相探索信号を用いたＰＣＭモデムシステムにおけるサンプリング位相の調整方法および装置（ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＡＤＪＵＳＴＭＥＮＴ  ＯＦ  ＴＨＥ  ＳＡＭＰＬＩＮＧ  ＰＨＡＳＥ  ＩＮ  Ａ  ＰＣＭ  ＭＯＤＥＭ  ＳＹＳＴＥＭ  ＵＳＩＮＧ  Ａ  ＤＵＡＬ−ＰＨＡＳＥ  ＰＲＯＢＩＮＧ  ＳＩＧＮＡＬ）」と題し、モトローラに譲渡された同時係属中の米国特許出願（モトローラ整理番号ＣＸ０９９０４９）に記述されているようなディジタルモデム２０によって算出可能である。その内容は、引用により本願に包含される。
【００２７】
ステップ１０５では、直前のステップにおいて算出された位相推定値を最適値と比較することによって、位相オフセットを算出する。いずれのディジタル等化方法および変調方式を採用しても、実験または分析によって、最良の性能が得られるシンボル位相オフセットの端数を決定することができる。「位相オフセット」はあらゆる数値を取ることができるが、１シンボルボー単位（１／８０００Ｈｚ）で［０，１］間の数値を取ることだけが必要である。モデムのトレーニング期の間に、ランダム位相が最善の位相からどれだけずれたかを判定することは可能である。適切な位相判定技術は、上述の、且つその開示内容は本願に包含するものとしたモトローラの特許出願ＣＸ０９９０４９に開示されている。
【００２８】
ステップ１０７では、ディジタルモデム２０は、位相オフセット情報を符号化し、これをアナログモデム２６に送信する。例えば、ディジタル情報は情報をアナログモデム２６に送信し、その位相を０．１１シンボルだけ調整するように伝える。位相オフセット情報は他のパラミータと共にトレーニング中にアナログモデム２６に送信可能である。
【００２９】
代替実施形態では、未処理または部分的に処理済の位相情報をディジタルモデム２０からアナログモデム２６に送り、アナログモデム２６によって処理する。これはステップ１０３、１０５、および１０７の順序を変更させる効果を有する。
【００３０】
ステップ１０９では、アナログモデムはその送信された信号を、後の、トレーニングシーケンスにおいて予め指定された時点において、位相オフセットだけ遅延させる。実際の位相調整は、アナログモデムのＤ／Ａコンバータのハードウエア調整、または補間法等のようなソフトウエア方法によって達成可能である。アナログモデムの送信機の位相が調整された後、送信された信号３４は、ディジタルモデム２０が望むサンプリング時間でネットワークコーデック２３に到達する。必要に応じ、上記ステップを繰り返すことによって、更に調整を行うことも可能である。
【００３１】
本発明は、データモード中に使用する前置等化器の性能を向上させることによって、誤り率を低下させ、および／またはデータ送信セッションの中の接続速度を上げる。
【００３２】
受信機のＡ／Ｄコンバータのサンプリング速度、および／または位相が思い通りに調整することが不可能である場合に、本発明は、あらゆる通信技術の性能を改善する。受信機のサンプリング速度に対し帯域幅が超過（Ａ／Ｄコンバータのレートが送信された信号の帯域幅の２倍以下）する度に特に性能を改善する。
【００３３】
本発明の例証的な実施形態に関して、本発明を示し、且つ説明してきたが、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく本発明の形式および詳細において種々の変更、省略、および追加を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気通信ネットワークの一例のブロック図。
【図２】図１の電気通信ネットワークを通じたアナログモデムとディジタルモデムとの上流側の接続のブロック図。
【図３】本発明によるアナログモデムの送信機の位相調整方法を例示しているフローチャート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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