(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の試験周波数を有する試験シーケンスを送信手段からチャネルを介して送信し、少なくとも一つの送信に好適な周波数帯域を受信側で選択して通信チャネルを試験するに当たり、
受信されたシーケンスをサンプリングするステップと、
種々の周波数帯域及び種々のビットレートに対して少なくとも一回のフーリエ変換を行って、複数の周波数に対するチャネル伝達関数を計算するとともに、前記帯域内の信号電力及び前記帯域内のチャネル雑音電力をこの伝達関数から得るステップと、
前記信号電力と、前記チャネル雑音電力及び前記受信手段により生じた雑音の予め推定された分散を含む雑音電力との間の比を計算するステップと、
各帯域に対して、前記比を、各帯域に属する理論的な最大比と比較するステップと、
前記比が前記理論的な最大比のそれぞれより小さい帯域及びレートを選択するステップと、
前記選択を前記送信手段に送信するステップとを含み、これらのステップが受信手段により実行されることを特徴とする通信チャネル試験方法。
【請求項２】
前記受信手段により生じた雑音の分散を推定する予備ステップを具え、このステップを、前記受信手段の出力の信号対雑音比と、既知の特性を有する少なくとも一つのチャネルに対してチャネルの出力で測定された信号対雑音比とを比較することにより実行することを特徴とする請求項１記載の通信チャネル試験方法。
【請求項３】
通信チャネルを介して通信する送信手段及び受信手段を具える通信システムであって、前記送信手段は、複数の試験周波数を具える試験シーケンスを前記チャネルを介して送信し、前記受信手段は、前記チャネルの伝達関数を計算することにより前記チャネルの品質を検査するとともに伝送に対する少なくとも一つの周波数帯域を選択する試験手段を具える通信システムにおいて、
前記試験手段は、
種々のビットレート及び複数の周波数に対して周波数帯域中のチャネル雑音電力を計算する計算手段と、
前記シーケンスの信号の電力と、前記チャネル雑音電力及び前記受信手段により生じた雑音の予め推定された分散を含む雑音電力との間の比を各帯域に対して計算する計算手段と、
各帯域に対して前記比を各帯域に属する理論的な最大比と比較する比較手段と、
前記比が前記理論的な最大比のそれぞれより小さい帯域及びビットレートを選択するとともに、この選択を前記送信手段に送信する選択手段とを具えることを特徴とする通信システム。
【請求項４】
前記試験手段は、前記計算を行う計算機と、比較器と、前記周波数帯域及びビットレートの選択部とを具えることを特徴とする請求項３記載の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信チャネルを介して通信する送信手段及び受信手段を具える通信システムであって、前記送信手段は、複数の試験周波数を具える試験シーケンスを前記チャネルを介して送信し、前記受信手段は、前記チャネルの伝達関数を計算することにより前記チャネルの品質を検査するとともに伝送に対する少なくとも一つの周波数帯域を選択する試験手段を具える通信システムに関するものである。
【０００２】
より詳しくは、本発明は、通信チャネルを介して呼出し局を被呼局にコンタクトさせる通信システムに関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
２局間の通信にはあらゆる種類の妨害が課されるおそれがあり、これらの妨害は通信の品質に害を与えるおそれのある。実際には、通信の最適状態を決定する前にチャネルの試験手順を予め実行する必要がある。この手順は、例えば所定の周波数を有するチャネル信号を送信し、チャネルの他端で送信中に生じた妨害を試験することを具える。このような手順は、例えば電話線による通信の場合に存在する。
【０００４】
通信チャネルの品質を試験する方法及びアナライザは、例えば高周波通信システムに関する米国特許明細書第4633411 号に記載されている。チャネルは、通信の開始部の発生器から所定の数の既知の周波数の信号を送信するとともにプロセッサによりチャネルの出力の受信信号の品質を検査することにより検査される。信号は、時間領域から周波数領域に信号変換するためにフーリエ変換を受けて、受信信号のスペクトル電力を予測する。さらに、ノイズ電力が、既知の周波数の信号が伝送されない沈黙の周期中計算される。スペクトル電力対雑音電力を計算することにより、伝送を行うのに最適な伝送帯域を決定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような手順の使用が許容されない通信状態、より詳細には、エコー現象により沈黙の周期中に雑音測定ができなくなる双方向伝送が沈黙周期が予期される場合でさえ存在するおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、沈黙の周期を除去することによりエコーの場合でさえ通信チャネルの品質の試験を許容することである。特定の目的は、双方向モードで作動する通信線の試験を許容することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的は、前記試験手段が、種々のビットレート及び複数の周波数に対して周波数帯域中のチャネル雑音電力を計算する計算手段と、
前記シーケンスの信号の電力と、前記チャネル雑音電力及び前記受信手段により生じた雑音の予め推定された分散を含む雑音電力との間の比を各帯域に対して計算する計算手段と、
各帯域に対して前記比を各帯域に属する理論的な最大比と比較する比較手段と、
前記比が前記理論的な最大比のそれぞれより小さい帯域及びビットレートを選択するとともに、この選択を前記送信手段に送信する選択手段とを具える通信システムによって達成される。
【０００８】
本発明は同様に、複数の試験周波数を有する試験シーケンスを送信手段からチャネルを介して送信し、少なくとも一つの送信に好適な周波数帯域を受信側で選択して通信チャネルを試験するに当たり、
受信されたシーケンスをサンプリングするステップと、
種々の周波数帯域及び種々のビットレートに対して少なくとも一回のフーリエ変換を行って、複数の周波数に対するチャネル伝達関数を計算するとともに、前記帯域内の信号電力及び前記帯域内のチャネル雑音電力をこの伝達関数から得るステップと、
前記信号電力と、前記チャネル雑音電力及び前記受信手段により生じた雑音の予め推定された分散を含む雑音電力との間の比を計算するステップと、
各帯域に対して、前記比を、各帯域に属する理論的な最大比と比較するステップと、
前記比が前記理論的な最大比のそれぞれより小さい帯域及びレートを選択するステップと、
前記選択を前記送信手段に送信するステップとを含み、これらのステップが受信手段により実行される通信チャネル試験方法に関するものである。
【０００９】
このようにして、シーケンスの伝送中沈黙の瞬時が発生しない場合でさえチャネルを試験することができる。さらに、チャネル雑音電力を測定するとともに被呼局によって生じた雑音の分散を考慮することにより、（理想的な伝送状態に相当するすなわち完全に平坦な応答伝送線の）理論的な最大比と実質的に同一のスペクトル雑音電力対全雑音電力比を好適に得ることができる。したがって、実チャネルを用いて試験方法及びこの方法を実施するシステムにより、既知の技術に比べて著しく優れた品質の試験結果を発生させる。
【００１０】
これにより、伝送に好適な被呼局の周波数帯域及びレートを決定することができる。試験が開始されると、被呼局はこの情報を呼出し局に伝送して通信を確立する。
【００１１】
被呼局により生じた雑音を規定するために、この方法は、前記受信手段により生じた雑音の分散を推定する予備ステップを具え、このステップを、前記受信手段の出力の信号対雑音比と、既知の特性を有する少なくとも一つのチャネルに対してチャネルの出力で測定された信号対雑音比とを比較することにより実行することを利用する。しかしながら、受信手段により生じた雑音の変動の他の方法で推定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
電話網のＣＣＩＴＴ勧告によって規定された試験手順Ｖ．３４を適用するモデムによって実行される通信の場合の例を考察する。本発明は明らかに、通信チャネルを試験することを目的とする種々の音声を具えた他の試験シーケンスを用いる他の用途にも関するものである。
【００１３】
通信の開始時に、呼出しモデム１００は二つの試験シーケンスＬ1 及びＬ2 を被呼モデム１１０にそれぞれ送信する。これらシーケンスを、チャネルの特性を決定するとともに使用すべき変調モードを選択するのに使用する。シーケンスＬ2 を、公称電力レベルより上の６ｄＢで送信される点を除いてシーケンスＬ1 と同一とする。好適には、シーケンスＬ1 を使用する。これを、１５０Ｈｚ離れるとともに１５０Ｈｚから３７５０Ｈｚに及ぶ周波数を有する周期的なセットの音声（余弦）によって形成する。９００Ｈｚ，１２００Ｈｚ，１３００Ｈｚ及び２４００Ｈｚの音声は省略される。その理由は、これら音声はモデム間の通信に対して特定の音声を形成するからである。図１は、
【数１】
fi =150×i(Hz)
によって規定された使用される音声を示す。この場合、０≦ｉ≦２５とし、かつ、ｉ≠６，ｉ≠８，ｉ≠１２，ｉ≠１６とする。
各音声に対して発生した信号は、４５０Ｈｚ，６００Ｈｚ，１５００Ｈｚ，２２５０Ｈｚ，３０００Ｈｚ，３１５０Ｈｚ，３４５０Ｈｚ，３６００Ｈｚ及び３７５０Ｈｚに対して１８０°に等しい初期位相を有する。他の音声に対する初期位相を零とする。
【００１４】
音声は、チャネルの雑音状態の関数として選択しうる１から１１の番号を付した１１の相違する周波数帯域を具える。本例ではチャネルを電話線とする。
【００１５】
シーケンスＬ1 の伝送は、種々のビットレートを有する種々の帯域に対するチャネルの品質の決定を意図する。ここで考察する例の場合、許可されたビットレートは２４００ｂｉｔ／ｓの倍数とし、２４００ｂｉｔ／ｓから２８．８ｂｉｔ／ｓまで変動する。通過帯域を〔表１〕のように規定する。
【表１】
0003945590.tif 000002
本発明は伝送に対する最適周波数帯域及びビットレートを選択することを提案し、その間試験の瞬時のチャネルの特性及び受信手段の特性が考慮される。
周波数f i （ここでｉを連続的な指標とする。）を考慮すると、呼出し局から送信された試験シーケンスL1(fi ) は、シーケンスS(f i ) として被呼局により受信される。したがって、
【数２】
（１）           S(fi )=H (fi ) ×L1(fi )
となる。ここでH (fi ) をチャネルの伝達関数とする。受信されるシーケンスS(f i ) に基づいてH (fi ) を決定することができる。受信されるシーケンスが時間領域に存在するので、シーケンスをフーリエ変換してチャネルの伝達関数を概略的に決定する。
【００１６】
図２は、周期Ｔ0 ，Ｔ1 ─のシーケンスで時間に対して周期的にプロットした受信されるシーケンス S(fi ) の形態の一例を示す。各周期に対して、シーケンスをサンプリングし、チャネル伝達関数H (fi ) を生じるフーリエ変換を行う。一連のフーリエ変換を信号の種々の周期に亘って行う。例えば、６４のフーリエ変換が行われた場合以下の測定が得られる。
【表２】
0003945590.tif 000003
【００１７】
〔表２〕の各成分は雑音成分を含む。これらを、例えば、
【数３】
H0(150Hz) [測定]=H0(150Hz)[チャネル]+N0(150Hz)[雑音]
で表すことができる。各周波数（〔表２〕の１行）に対して、特定周波数のチャネル伝達関数の平均値を次の式のように計算する。
【数４】
0003945590.tif 000004
ここで、ｉを特定周波数とし、ｊを特定周期の指標とする。選択された例では、Ｎ＝６４とする。
同様に、ノイズ分散を
【数５】
0003945590.tif 000005
によって計算する。
【００１８】
これらの結果H moy (fi ) 及びσ2 moy (fi ) により、通信が確立される前にトランジスタチャネルの特性を規定することができる。次の段落からH moy (fi ) をH(f i ) で簡単に記載するとともに、σ2 moy (fi ) をσ2(f i ) で簡単に示す。
【００１９】
図５はチャネル、スーパーインポーズトノイズ及び被呼局が共に作動する理論モデルを示す。このモデルでは、被呼局の伝達関数は、
【数６】
0003945590.tif 000006
に等しい。ここで、
【数７】
0003945590.tif 000007
を伝達関数H(f i ) の共役伝達関数とする。このモデルから、被呼局の出力の信号電力P S (f i )の近似値を得ることができる。したがって、
【数８】
0003945590.tif 000008
となる。
【００２０】
この等式では、通常の受信状態で無視しうると考えられる項を省略した。
【００２１】
同様にして、被呼局の出力の雑音電力の近似値が、
【数９】
0003945590.tif 000009
によって得られる。
【００２２】
実際には、被呼局それ自体は、システムの動作の推定を考慮すべきノイズσr 2 を発生する。この際の信号電力は、
【数１０】
0003945590.tif 000010
となり、ノイズ電力は、
【数１１】
0003945590.tif 000011
となる。
【００２３】
被呼局によって発生したノイズσr 2 を、既知のチャネルを利用する予備手段によって予め推定する。このノイズσr 2 は被呼局の固有の特性であり、この特性は以下説明するチャネルの試験ステップ中及び使用中安定したままである。
【００２４】
種々の手段及び上記計算を実行することにより、試験手段は、被呼局の出力で予知しうる信号対雑音比を推定することができ、その結果伝送の際の最適な周波数帯域及びビットレートを選択することができる。
【００２５】
図６は、この方法に用いられる動作のフローチャートを示す。呼出し局〔ブロック１００〕はチャネル〔ブロック１０５〕からシーケンスＬ1 を送信する。被呼局〔ブロック１１０〕はチャネルの出力部からシーケンスS(f i ) を受信する。このシーケンスはサンプリングされ〔ブロック１２０〕、その後、シーケンスを構成する各周期中フーリエ変換が行われて、チャネルの測定された伝達関数を作り出す。この方法により、許可された通信帯域を選択し〔ブロック１４０〕、その後これら通信帯域のそれぞれのチャネル特性を決定する。この方法により、信号H2(fi ) の電力〔ブロック１５０〕及びチャネルの雑音電力σ2(f i ) 〔ブロック２５０〕を作り出す。最後に〔ブロック１６０，２６０〕、平均信号電力の推定を式（５）に従って行うとともに平均雑音電力の推定を式（６）に従って行う。
【００２６】
これら計算を、等化手段、復調手段又は他の手段のような受信手段に固有の雑音σr 2 を利用することにより完了する。次に、この方法は、式（７）及び（８）に基づいて、試験された帯域Ｂに対して被呼局の受信手段の出力の信号対雑音比の推定を決定する。したがって、
【数１２】
0003945590.tif 000012
となる。
【００２７】
この推定ＳＮＲB は、種々のビットレートＤに対するこれら同一帯域Ｂに関する予め決定された既知の理論値ＳＮＲth(B) と比較する〔ブロック１９０〕。このような値を、例えば図７に示す曲線から得ることができる。実際には、完全チャネル及び完全被呼局の場合に得ることができる最高パフォーマンスを計算することができる。このパフォーマンスは特に、チャネルから送信することを所望するビットレートＤ及び使用される周波数帯域Ｂに依存する。図７において、２６．４ｋｂｉｔ／ｓのビットレートの場合の種々の周波数帯域に対する信号対雑音比に対してプロットされた誤り確率ＥＲＲを表す。図７において、曲線６，７，８及び１１は図１の周波数帯域６，７，８及び１１にそれぞれ対応する。同様な曲線が他の帯域及び他のレートに対して存在する。
【００２８】
したがって、所定の帯域では、図７に従って信号対雑音比の理論値ＳＮＲth(B) を生じる誤り確率の最大値を固定することができる。ブロック１９０（図６）において、この値ＳＮＲth(B) を試験の瞬時に測定された値と比較する。測定された値ＳＮＲB がＳＮＲth(B) より高い場合、ブロック１４０において他の帯域を選択して（接続部２００）、同一の試験を行う。この場合、全ての好適なレートの全ての帯域は、最高レートで開始することにより試験される。測定された値ＳＮＲB がＳＮＲth(B) より低い場合、システムは、送信に好適な帯域Ｂ及びレートＤを被呼局に送信し（接続部２２０）、被呼局それ自体は呼出し局に情報を送信して通信を確立する。
【００２９】
受信手段それ自体により生じた雑音の推定は予備ステップ中行われる。したがって、既知のパフォーマンスを有するチャネルを使用し、受信手段の出力で得られる信号対雑音比が測定される。式（７）及び（８）を用いることにより、受信手段の特性を形成する値σr 2 の推定が得られる。その後、システム使用中この値は一定のままである。
【００３０】
図４は全伝送システムのブロック回路ダイヤグラムを示す。このシステムは、チャネル１０５、呼出し局１００及び受信局手段１４による全通信を具え、受信手段１４は被呼局１１０及び試験手段１６を具える。呼出し局はシーケンスL1を送信し、このシーケンスは被呼局に到達するとシーケンスS (fi ) となる。シーケンスS (fi ) は、チャネルの品質を測定するために試験手段１６に供給される。試験手段は、デジタル信号プロセッサ１７が後続するサンプラ１５を具える。サンプラ１５は図６のステップ１２０を実行し、プロセッサ１７は図６の他のステップを実行する。帯域及びレートが選択されると、プロセッサ１７はこの情報を被呼局に送信し（接続部２２０）、この被呼局は呼出し局に同様にして情報を送信して通信を確立する。明らかに、呼出し局は逆通信の場合には被呼局となる。これは、一例として選択した試験手順Ｖ．３４中に起こる。
【００３１】
被呼局により生じた雑音σr 2 を推定するよう意図した予備ステップを実行するために、この被呼局を、既知の特性を有するとともに既知の信号対雑音比の値を発生させる種々のチャネル１０５に連続的に接続する。信号対雑音比を被呼局の出力部（接続部２０）で測定するとともに、種々の予期される信号対雑音比に適合する雑音の値σr 2 が連続的な近似によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】シーケンス中で送信された周波数の広がり及び種々の許可された周波数帯域を線図的に示す図である。
【図２】受信手段によって受信されたシーケンスの信号のパターンの時間範囲の一例を示す図である。
【図３】チャネルの伝達関数の一例を示す図である。
【図４】チャネルを試験する試験手段を具える通信システムのダイヤグラムを示す図である。
【図５】チャネルの伝達関数、受信手段の伝達関数及び累積的雑音のモデル化を示す図である。
【図６】試験方法の種々のステップのフローチャートである。
【図７】信号対雑音比に対してプロットされた誤り確率の理論的な変動を表す曲線を示す図である。
【符号の説明】
１４  受信手段
１５  サンプラ
１６  試験手段
１７  デジタル信号プロセッサ
２０  接続部
１００  呼出し局
１０５  チャネル
１１０  被呼局
【図１】
0003945590.tif 000013
【図２】
0003945590.tif 000014
【図３】
0003945590.tif 000015
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003945590.tif 000018
【図７】
0003945590.tif 000019