(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数搬送波システムのトラッキングモードの間に同期目的に用いられるクロックタイミングエラー（τｅ）を検出する方法であって、複数のパイロット搬送波について複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）を検出するステップと、前記複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）から前記クロックタイミングエラー（τｅ）を計算するステップとを含み、
前記クロックタイミングエラー（τｅ）が、前記複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）の重み付けられた合計として計算され、前記クロックタイミングエラー（τｅ）における前記複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）の一つの位相エラー（φｉ）の重み係数（Ａｉ）が、前記複数のパイロット搬送波のうちの前記一つの位相エラー（φｉ）が測定される一つのパイロット搬送波の伝送について測定されたＳ／Ｎ比の値（ＳＮＲｉ）に依存することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記Ｓ／Ｎ比の値（ＳＮＲｉ）が、前記トラッキングモードに先行する収集モードで決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記重み係数（Ａｉ）が、前記Ｓ／Ｎ比の値（ＳＮＲｉ）に直線的に比例することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記重み係数（Ａｉ）と前記Ｓ／Ｎ比の値（ＳＮＲｉ）の間の比例係数が、前記パイロット搬送波の周波数に直線的に変化することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記重み付けられた合計が、前記複数のパイロット搬送波について測定された前記Ｓ／Ｎ比の値（ＳＮＲｉ）の線形な組み合わせ（Ｂ）によって正規化されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記の線形な組み合わせ（Ｂ）における係数が、前記複数のパイロット搬送波の一つのパイロット搬送波周波数の二乗に従って変化することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
多数搬送波システムのトラッキングモードの間に同期目的に用いられるクロックタイミングエラー（τｅ）を決定する装置（ＡＲＲ）であって、
ａ．多数搬送波信号が適用され、複数のパイロット搬送波について複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）を検出するように適合される位相エラー検出手段（ＰＨＡＳＥ）と、
ｂ．前記位相エラー検出手段（ＰＨＡＳＥ）に結合され、前記複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）から前記クロックタイミングエラー（τｅ）を計算するように適合された計算手段（ＣＡＬＣ）とを含み、前記クロックタイミングエラー（τｅ）を決定する装置（ＡＲＲ）が、
ｃ．前記計算手段（ＣＡＬＣ）に結合された出力を備え、その入力を介して複数のパイロットトーンに関連するＳ／Ｎ比の値（ＳＮＲｉ）を受信し、前記Ｓ／Ｎ比の値（ＳＮＲｉ）から前記クロックタイミングエラー（τｅ）における前記複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）の重み係数（Ａ０、Ａ１、...、Ａｉ、...、ＡＮ−１）を決定するように適合された重み係数決定手段（ＷＥＩＧＨＴ）を含み、さらに
ｄ．前記計算手段（ＣＡＬＣ）がその入力を介して前記重み係数（Ａ０、Ａ１、...、Ａｉ、...、ＡＮ−１）を受信し、前記重み係数（Ａ０、Ａ１、...、Ａｉ、...、ＡＮ−１）および前記複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）から、前記複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）の重み付けられた合計として前記クロックタイミングエラー（τｅ）を計算するように適合されていることを特徴とする装置。
【請求項８】
多数搬送波システムで用いられる同期ユニット（ＳＹＮＣＨＲＯ１）であって、
ａ．クロックタイミングエラー（τｅ）がサンプル期間より大きいか等しい場合に、多数搬送波信号内のサンプルを除去するか複製するように適合されたスキップおよび複製手段（Ｓ／Ｄ）と、
ｂ．前記スキップおよび複製手段（Ｓ／Ｄ）と直列に結合され、前記多数搬送波信号内のそれぞれの搬送波に前記クロックタイミングエラー（τｅ）に比例し前記搬送波の周波数に比例する移相を適用するように適合された位相回転手段（ＲＯＴＯＲ）と、
ｃ．前記位相回転手段（ＲＯＴＯＲ）に結合され、前記多数搬送波システムのトラッキングモードで前記クロックタイミングエラー（τｅ）を決定するように適合されたクロックタイミングエラー決定装置（ＡＲＲ）とを含み、
前記クロックタイミングエラー決定装置（ＡＲＲ）が、
ｃ１．多数搬送波信号が適用される、複数のパイロット搬送波について複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）を検出するように適合された位相エラー検出手段（ＰＨＡＳＥ）と、
ｃ２．前記位相エラー検出手段（ＰＨＡＳＥ）に結合され、前記複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）から前記クロックタイミングエラー（τｅ）を計算するように適合された計算手段（ＣＡＬＣ）とを含み、
前記同期ユニット（ＳＹＮＣＨＲＯ１）がさらに、
ｄ．前記クロックタイミングエラー決定装置（ＡＲＲ）に結合され、前記スキップおよび複製手段（Ｓ／Ｄ）と前記位相回転手段（ＲＯＴＯＲ）の両方の入力に結合される出力を備え、前記クロックタイミングエラー（τｅ）を前記スキップおよび複製手段（Ｓ／Ｄ）と前記位相回転手段（ＲＯＴＯＲ）の両方にフィードバックするように適合されたフィードバックループ（ＦＢＬ）を含み、
前記クロックタイミングエラー決定装置（ＡＲＲ）がさらに
ｃ３．前記計算手段（ＣＡＬＣ）に結合された出力を備え、その入力を介して複数のパイロットトーンに関連する伝送品質パラメータの値（ＳＮＲｉ）を受信し、前記伝送品質パラメータの前記値（ＳＮＲｉ）から前記クロックタイミングエラー（τｅ）における前記複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）のシェア（Ａ０、Ａ１、...、Ａｉ、...、ＡＮ−１）を決定するように適合されたシェア決定手段（ＷＥＩＧＨＴ）を含み、さらに、
ｃ４．前記計算手段（ＣＡＬＣ）がその入力を介して前記シェア（Ａ０、Ａ１、...、Ａｉ、...、ＡＮ−１）を受信し、前記シェア（Ａ０、Ａ１、...、Ａｉ、...、ＡＮ−１）および前記複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）から前記クロックタイミングエラー（τｅ）を計算するように適合されたことを特徴とする同期ユニット（ＳＹＮＣＨＲＯ１）。
【請求項９】
多数搬送波システムで用いられる同期ユニット（ＳＹＮＣＨＲＯ２）であって、
ａ．多数搬送波信号をサンプリングするために適合され、その周期がクロックタイミングエラー（τｅ）によって制御される電圧制御発振器（ＶＣＸＯ）の制御下のサンプリング手段（Ａ／Ｄ）と、
ｂ．前記サンプリング手段（Ａ／Ｄ）と直列に結合され、前記多数搬送波信号内のそれぞれの搬送波に前記搬送波の周波数に比例する移相を適用するように適合された位相回転手段（ＲＯＴＯＲ）と、
ｃ．前記位相回転手段（ＲＯＴＯＲ）に結合され、前記多数搬送波システムのトラッキングモードで前記クロックタイミングエラー（τｅ）を決定するように適合されたクロックタイミングエラー決定装置（ＡＲＲ）とを含み、
前記クロックタイミングエラー決定装置（ＡＲＲ）が、
ｃ１．多数搬送波信号が適用され、複数のパイロット搬送波について複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）を検出するために適合された位相エラー検出手段（ＰＨＡＳＥ）と、
ｃ２．前記位相エラー検出手段（ＰＨＡＳＥ）に結合され、前記複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）から前記クロックタイミングエラー（τｅ）を計算するように適合された計算手段（ＣＡＬＣ）とを含み、
前記同期ユニット（ＳＹＮＣＨＲＯ２）がさらに、
ｄ．前記クロックタイミングエラー決定装置（ＡＲＲ）に結合され、前記電圧制御発振器（ＶＣＸＯ）の入力に結合される出力を備え、前記クロックタイミングエラー（τｅ）を前記電圧制御発振器（ＶＣＸＯ）にフィードバックするように適合されたフィードバックループ（ＦＢＬ）を含み、
前記クロックタイミングエラー決定装置（ＡＲＲ）がさらに
ｃ３．前記計算手段（ＣＡＬＣ）に結合された出力を備え、その入力を介して前記複数のパイロットトーンに関連する伝送品質パラメータの値（ＳＮＲｉ）を受信し、前記伝送品質パラメータの前記値（ＳＮＲｉ）から前記クロックタイミングエラー（τｅ）内の前記複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）のシェア（Ａ０、Ａ１、...、Ａｉ、...、ＡＮ−１）を決定するように適合されたシェア決定手段（ＷＥＩＧＨＴ）を含み、さらに
ｃ４．前記計算手段（ＣＡＬＣ）がその入力を介して前記シェア（Ａ０、Ａ１、...、Ａｉ、...、ＡＮ−１）を受信し、前記シェア（Ａ０、Ａ１、...、Ａｉ、...、ＡＮ−１）および前記複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）から前記クロックタイミングエラー（τｅ）を計算するように適合されたことを特徴とする同期ユニット（ＳＹＮＣＨＲＯ２）。
【請求項１０】
多数搬送波システムで用いられる同期ユニット（ＳＹＮＣＨＲＯ３）であって、
ａ．多数搬送波入力信号を受信し、前記多数搬送波入力信号の二つの連続するサンプル間で補間を行って中間サンプルを生成するように適合された補間手段（ＩＮＴ）と、
ｂ．前記補間手段（ＩＮＴ）と直列に結合され、前記多数搬送波信号内のそれぞれの搬送波に前記搬送波の周波数に比例する移相を適用するように適合された位相回転手段（ＲＯＴＯＲ）と、
ｃ．前記位相回転手段（ＲＯＴＯＲ）に結合され、前記多数搬送波システムのトラッキングモードで前記クロックタイミングエラー（τｅ）を決定するように適合されたクロックタイミングエラー決定装置（ＡＲＲ）とを含み、
前記クロックタイミングエラー決定装置（ＡＲＲ）が、
ｃ１．多数搬送波が適用され、複数のパイロット搬送波について複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）を検出するために適合される位相エラー検出手段（ＰＨＡＳＥ）と、
ｃ２．前記位相エラー検出手段（ＰＨＡＳＥ）に結合され、前記複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）から前記クロックタイミングエラー（τｅ）を計算するように適合された計算手段（ＣＡＬＣ）とを含み、
前記同期ユニット（ＳＹＮＣＨＲＯ３）がさらに、
ｄ．前記クロックタイミングエラー決定装置（ＡＲＲ）に結合され、スキップおよび複製手段（Ｓ／Ｄ）と前記補間手段（ＩＮＴ）の両方の入力に結合される出力を備え、前記クロックタイミングエラー（τｅ）を前記スキップおよび複製手段（Ｓ／Ｄ）と前記補間手段（ＩＮＴ）の両方にフィードバックするように適合されたフィードバックループ（ＦＢＬ）を含み、
前記クロックタイミングエラー決定装置（ＡＲＲ）がさらに
ｃ３．前記計算手段（ＣＡＬＣ）に結合された出力を備え、その入力を介して複数のパイロットトーンに関連する伝送品質パラメータの値（ＳＮＲｉ）を受信し、前記伝送品質パラメータの前記値（ＳＮＲｉ）から前記クロックタイミングエラー（τｅ）における前記複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）のシェア（Ａ０、Ａ１、...、Ａｉ、...、ＡＮ−１）を決定するように適合されたシェア決定手段（ＷＥＩＧＨＴ）を含み、さらに
ｃ４．前記計算手段（ＣＡＬＣ）がその入力を介して前記シェア（Ａ０、Ａ１、...、Ａｉ、...、ＡＮ−１）を受信し、前記シェア（Ａ０、Ａ１、...、Ａｉ、...、ＡＮ−１）および前記複数の位相エラー（φ０、φ１、...、φｉ、...、φＮ−１）から前記クロックタイミングエラー（τｅ）を計算するように適合されたことを特徴とする同期ユニット（ＳＹＮＣＨＲＯ３）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトラッキングモード（tracking  mode）の間に請求項１のプレアンブルに規定する多数搬送波伝送システム内のクロックタイミングエラーを決定する方法、請求項７のプレアンブルに規定するこの方法を実行するように適合された装置、およびそれぞれ請求項８、９、１０のプレアンブルに規定する装置などを含む同期ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような方法およびこの方法を実行するための関連する装置は、例えば特許出願人Telebit Corporationの「Method and apparatus for correcting for clock and carrier frequency offset, and phase jitter in multicarrier modems」と題された欧州特許出願第ＥＰ  ０  ４５３  ２０３号からすでに当業では知られている。この出願では、いくつかのパイロット搬送波の位相が検出され、位相補正信号と呼ばれるクロックタイミングエラーを計算するために用いられる（引用した欧州特許出願の３頁、１１〜３５行を参照）。欧州特許出願第ＥＰ ０ ４５３ ２０３号の６頁、２４〜２６行に示されるように、位相補正信号は位相同期ループ（ＰＬＬ）で用いられて送信側多数搬送波モデムおよび受信側多数搬送波モデム間の同期を実現する。
【０００３】
クロックタイミングエラーを計算するために位相が検出されるパイロット搬送波の一つの近傍の狭帯域干渉装置の場合、このパイロット搬送波から抽出された位相情報の使用によって、送信側モデムと受信側モデムの間のタイミング差の尺度として精度がより低い、いわゆるクロックタイミングエラーまたは位相補正信号が生成される。その結果、知られているシステムでは送信側モデムと受信側モデムの間の同期は、パイロット搬送波の一つが雑音の影響を受ける場合には失われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、これらの知られているシステムに似ているが、パイロット搬送波の近くの狭帯域雑音に対する頑強性が最適化されている方法、装置、および同期ユニットを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、この目的は請求項１に規定する方法、請求項７に規定する装置、およびそれぞれ請求項８、９、１０に規定する同期ユニットによって達成される。
【０００６】
このように、クロックタイミングエラーは異なるパイロット搬送波について検出された位相エラーの線形な組み合わせになるため、クロックタイミングエラーの計算は数学的な複雑さが希薄である。線形な組み合わせの異なる項の重みを介して、位相エラーはクロックタイミングエラーにおいて異なるシェアを占める。本発明によればこれらの重みは、それぞれのパイロット搬送波のＳ／Ｎ比の値によって表される伝送品質に依存する。
低い伝送品質で転送される第一のパイロット搬送波について検出される位相エラーに、同期に用いられるクロックタイミングエラーの比較的小さい寄与すなわちシェアを割り当て、高い伝送品質で転送される第二のパイロット搬送波について検出される位相エラーに、同期に用いられるクロックタイミングエラーの比較的大きいシェアを割り当てることによって、このクロックタイミングエラーの第一のパイロット搬送波の伝送品質に影響する狭帯域雑音にフィルタをかける効果があるのは確かである。この結果、クロックタイミングエラーの分散は本発明によって減少し、クロックタイミングエラーが入力として適用されるタイミング同期ループの追跡が向上する。これは同期処理が狭帯域雑音の影響を従来情報よりも受けにくくなっていることを示す。
異なるパイロット搬送波のＳ／Ｎ比の値は、多数搬送波モデム間の媒体の伝送品質の優れた尺度であることは明らかである。「Network and Customer Installation Interfaces−Asymmetric Digital Subscriber Line（ADSL）Metallic Interface」と題するＡＮＳＩ規格Ｔ１．４１３−１９９５に従って動作する非対称ディジタル加入者線（ＡＤＳＬ）システムでは、初期化の間に各搬送波ごとにＳ／Ｎ比の値が測定され、ビット割り当てに使用される。これは引用したＡＮＳＩ規格の１２．６．６、１２．７．８、および６．５節に示されている。しかしながら本発明の別の実施態様では、雑音レベルなどの他の伝送品質パラメータを使用して、同期に用いるクロックタイミングエラー内での異なるパイロット搬送波の位相エラーのシェアを決定することができる。
【０００７】
請求項に用いられる「含む」という用語は、その後に記載する手段に限定されると解釈すべきでない。したがって、「手段ＡおよびＢを含む装置」という表現の範囲は、コンポーネントＡおよびＢだけを含む装置に限定されるべきではない。これは装置に関連するだけのコンポーネントは、本発明についてはＡとＢであることを意味する。
【０００８】
同様に、請求項で用いられる「結合された」という用語も直接の接続に限定されると解釈すべきではない。したがって、「装置Ｂに結合された装置Ａ」という表現の範囲は、装置Ａの出力が装置Ｂの入力に直接接続された装置またはシステムに限定されるべきではない。これはＡの出力とＢの入力の間に、他の装置または手段を含む経路などの経路が存在するという意味である。
【０００９】
本発明のさらなる特徴を請求項２に規定する。
【００１０】
一定の周波数での二つの多数搬送波モデムの間の媒体の伝送品質は、インパルス雑音が媒体を撹乱しない限り突然に変化しないことが期待されるのは確かである。その一定の周波数での媒体の伝送品質が収集モード(acquisition mode)または初期化手順の間に一旦測定されると、測定された品質は長期にわたって使用できる。非対称ディジタル加入者線（ＡＤＳＬ）システムなどの離散的マルチトーン（ＤＭＴ）システムでは、媒体の伝送品質はシステムの初期化の間に周波数の関数として測定される必要がある。これはそれぞれの搬送波にその搬送波の伝送品質にしたがっていくつかのビットを割り当てるビット割り当て手順を実行できるようにするためである。このようなシステムでは、本発明の方法を実行するのに必要な情報はシステムが稼働した時点で利用できるため、同期に用いるクロックタイミングエラー内での異なるパイロット搬送波の位相エラーのシェアを決定するためにさらに測定を行う必要はない。異なるパイロット搬送波の位相エラーだけを、トラッキングモードまたは通常の動作処理の際に検出する必要がある。
【００１３】
本発明の方法の別の有利な特徴を請求項４に規定する。
【００１４】
本明細書で後述するように、複数のパイロットトーンについて検出された位相エラーからクロックタイミングエラーを計算するという最大の可能性に基づいた問題の解決方法は、パイロット搬送波の重みと伝送品質の直線的な関係という結果を生む。
【００１５】
本発明の方法のさらに別の有利な特徴を請求項５に規定する。
【００１６】
本明細書で後述する最大の可能性の別の結果は、特定のパイロット搬送波について、そのパイロット搬送波に関連する重みを得るために伝送品質値を掛ける必要がある係数は、そのパイロット搬送波の周波数、または周波数がそれによって決定される場合にはパイロット搬送波インデックスに比例するということである。
【００１７】
本発明の方法のさらなる特徴を請求項６に規定する。
【００１８】
このようにして重みが正規化される。
【００１９】
本発明の方法のさらなる特徴を請求項７に規定する。
【００２０】
このように、クロックタイミングエラーを決定する装置の完全なゲインは、１に等しくされる。この特徴は同期に用いるパイロット搬送波の数が適応するシステムで特に有利である。請求項７に規定される正規化によって得られるクロックタイミングエラーのレベルのこのクロックタイミングエラーを決定するために用いるパイロット搬送波の数からの独立性は、ハードウェア実施の観点から有利である。
【００２３】
本発明の上記の、およびその他の目的と特徴は添付図面に関連して行われる実施形態の以下の説明を参照することによってより明らかになり、本発明自体も最もよく理解できるであろう。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１に示す多数搬送波受信機ＲＸ１は、スキップおよび複製装置Ｓ／Ｄ、直並列変換器Ｓ／Ｐ、高速フーリエ変換器ＦＦＴ、回転装置ＲＯＴＯＲ、クロックタイミングエラー決定装置ＡＲＲ、フィードバックループＦＢＬ、チャネルゲイン装置ＣＨＡＮＮＥＬおよびチャネル分析装置ＳＮＲを備える。回転装置ＲＯＴＯＲはＮ個の乗算器ＭＵ0、ＭＵ1、...、ＭＵN-1を備え、クロックタイミングエラー決定装置ＡＲＲは位相検出ユニットＰＨＡＳＥ、重み決定ユニットＷＥＩＧＨＴ、および計算ユニットＣＡＬＣを含む。後者の計算ユニットＣＡＬＣはＮ個の乗算器Ｍ0、Ｍ1、...、Ｍi、...、ＭN-1、加算器Ｓおよび除算器ＤＩＶを含む。フィードバックループＦＢＬはフィルタＦＩＬを含む。スキップおよび複製装置Ｓ／Ｄ、回転装置ＲＯＴＯＲ，クロックタイミングエラー決定装置ＡＲＲおよびフィードバックループＦＢＬは、同期システムＳＹＮＣＨＲＯ１を構成する。
【００２５】
入力通信回線は図１に示されていないハイブリッド手段、フィルタリングおよび増幅回路、およびアナログ−ディジタル変換器を介して、スキップおよび複製装置Ｓ／Ｄの入力に結合される。スキップおよび複製装置Ｓ／Ｄの出力は、直並列変換器Ｓ／Ｐの入力に接続され、この直並列変換器Ｓ／Ｐの出力は高速フーリエ変換器ＦＦＴのそれぞれの入力に接続される。高速フーリエ変換器ＦＦＴのそれぞれの出力端子は、チャネル分析装置ＳＮＲの入力と回転装置ＲＯＴＯＲの入力との両方に接続される。より詳細に言えば、高速フーリエ変換器ＦＦＴの第一の出力は、回転装置ＲＯＴＯＲの第一の乗算器ＭＵ0に結合され、高速フーリエ変換器ＦＦＴの第二の出力は、回転装置ＲＯＴＯＲの第二の乗算器ＭＵ1に結合され、以下同様に処理がなされ、高速フーリエ変換器ＦＦＴのＮ番目の出力は、回転装置ＲＯＴＯＲのＮ番目の乗算器ＭＵN-1に結合される。Ｎ個の乗算器ＭＵ0、ＭＵ1、...、ＭＵN-1は、さらに位相検出ユニットＰＨＡＳＥのそれぞれの入力に結合され、この位相検出ユニットＰＨＡＳＥのＮ個の出力は、それぞれ計算ユニットＣＡＬＣのＮ個の乗算器Ｍ0、Ｍ1、...、Ｍi、...、ＭN-1に結合される。Ｎ個の乗算器Ｍ0、Ｍ1、...、Ｍi、...、ＭN-1は、加算器Ｓの入力端子に接続される出力を備え、この加算器Ｓは除算器ＤＩＶにさらに接続される。除算器ＤＩＶの出力は、フィードバックループＦＢＬのフィルタＦＩＬを介して、スキップおよび複製装置Ｓ／Ｄの制御入力と回転装置ＲＯＴＯＲの乗算器ＭＵ0、ＭＵ1、...、ＭＵN-1の制御端子とにフィードバック結合される。チャネルゲイン装置ＣＨＡＮＮＥＬの出力も、除算器ＤＩＶから回転装置ＲＯＴＯＲへのフィードバックループに挿入された他の乗算器ＭＵ’0、ＭＵ’1、...、ＭＵ’N-1を介して、乗算器ＭＵ0、ＭＵ1、...、ＭＵN-1のこれらの制御端子に結合される。チャネル分析装置ＳＮＲは、その出力を介して図１のＡ0、Ａ1、...、Ａi...、ＡN-1およびＢのラベルが付いたＮ＋１個の出力を備えた重み決定ユニットＷＥＩＧＨＴの入力に結合される。これらの出力はそれぞれ計算ユニットＣＡＬＣの乗算器Ｍ0、Ｍ1、...、Ｍi、...、ＭN-1および除算器ＤＩＶの第二の入力に接続される。
【００２６】
受信機ＲＸ１はＡＤＳＬ（非対称ディジタル加入者線）タイプであると仮定されるため、その入力で既に引用したＡＤＳＬの規格に準拠した多数搬送波信号を受信する。これは例えば、モデムＲＸ１が受信する多数搬送波信号が、ＤＭＴ（離散的マルチトーン）シンボルのシーケンスから構成されるということである。このようなＤＭＴシンボルは、時間が所定の長さで等間隔の周波数を備えた２５６の変調搬送波の重畳からなる。シンボルタイミングの同期処理では、受信側モデムＲＸ１は、基本的に高速フーリエ変換器ＦＦＴに供給する連続したサンプルの正しいブロックを選択するために受信したＤＭＴシンボルの境界を検出する。換言すると、シンボルタイミングの回復は、どれが高速フーリエ変換器ＦＦＴへ送信する連続するサンプルのシーケンスの第一のサンプルであるかを、入力ＤＭＴシンボルごとに決定する処理として規定される。シンボルの同期のためのいくつかのアルゴリズムが、文献には記載されている。例えば、シンボル境界の評価は、捕捉位相の間の一サンプル期間に等しい精度で実行できる。
【００２７】
しかしながら本発明は、受信側モデムＲＸ１が、送信機のクロックと受信機のクロックとの間の位相差の増加を監視し、フィードバックアルゴリズムによってこの差を補正する、サンプルタイミング同期の方法に関する。送信機のタイミングベースと受信機のタイミングベースとの差は、クロック差がいつでも変化できるために捕捉位相の間の代わりに通常の伝送モードの間に補正される。本発明は、送信機クロックおよび受信機クロックの間のクロックタイミングの差を評価する方法に関する。このタイミングクロックの差がより正確に決定されればされるほど、サンプルタイミング同期処理ではその補正が向上する。次の節で、図１に示す機能ブロックの役割を簡潔に説明する。追加の節でクロックタイミングエラー決定方法に含まれるパイロット搬送波の数の関数における、本発明に従って決定されるクロックタイミングエラーの評価エラーに関する分散の下限値が導出される。さらなる節で、クロックタイミングエラーを決定する最大の可能性に基づいた問題の解決方法と、その結果としての本発明の好ましい実施形態の導出について説明する。同じクロックタイミングエラー決定装置ＡＲＲが使用されるが、サンプルタイミング同期を実現する別の回路を含む、図１に示す同期ユニットとは別の同期ユニットについて、図２および図３を扱うさらに別の節で説明する。本発明の適用可能性についてのいくつかのコメントと注記が、本適用の説明の結論の節に挙げられている。
【００２８】
ディジタル化され、スキップおよび複製装置Ｓ／Ｄを通過した後で、ディジタル化された多数搬送波信号は直並列変換される。それに対して、直並列変換器Ｓ／Ｐは一つの同じＤＭＴ（離散的マルチトーン）シンボルの後続のサンプルをその出力の後続サンプルに適用する。さらに高速フーリエ変換器ＦＦＴが、一つのＤＭＴシンボルのこれらのサンプルを知られている離散的フーリエ変換を実行して時間ドメインから周波数ドメインへ変換する、その結果、フーリエ変換器ＦＦＴの一つの出力端子の各信号は変調搬送波を表し、変調コンステレーションが一組の点を表す二次元ベクトル平面のベクトル点として観測できる。二次元ベクトル平面のこのベクトル点に関連付けることができる振幅および位相は、高速フーリエ変換器ＦＦＴの出力の変調搬送波の振幅および位相に対応する。高速フーリエ変換器ＦＦＴに結合された回転装置ＲＯＴＯＲは、図示されていない送信側モデム、および受信側モデムＲＸ１のクロック間の差を補正する処理を行う。受信側モデムＲＸ１のクロック信号は、図１には示されていないフリーランニングクリスタル（free running crystal）によって生成され、上記のアナログ−ディジタル変換器のクロック入力に供給される。クロック差は搬送波の周波数に比例する位相エラーを発生させる。その結果、回転装置ＲＯＴＯＲは、クロック速度の差が補正されるように、それぞれの搬送波の周波数に比例した移相またはいわゆる回転をそれぞれの搬送波に加える。これに関してチャネルゲイン装置ＣＨＡＮＮＥＬは、乗算器ＭＵ0、ＭＵ1、...、ＭＵN-1へフィードバックされる信号がそれぞれの搬送波の周波数に比例していることを確認する。クロック差を正確に補正することができるためには、回転装置ＲＯＴＯＲはクロックタイミングエラーτeに関する正確な情報を必要とする。このクロックタイミングエラーτeを正確に決定し、それを回転装置ＲＯＴＯＲへフィードバックするのは、クロックタイミングエラー決定装置ＡＲＲおよびフィードバックループＦＢＬの処理である。回転装置ＲＯＴＯＲによって補正されるクロックタイミングエラーτeが一サンプル期間よりも大きくなるとすぐに、入力ディジタル信号のサンプルはスキップまたは複製する必要がある。これはそのためにクロックタイミングエラー決定装置ＡＲＲおよびフィードバックループＦＢＬが生成する情報を受信する処理も行うスキップおよび複製装置Ｓ／Ｄの処理である。スキップおよび複製装置Ｓ／Ｄの動作および回転装置ＲＯＴＯＲの動作は、例えばＡＤＳＬ規格Ｔ１Ｅ１．４／９３−０２５の寄稿の２．２、２．２．７、２．２．８、３．２、３．２．７、および３．２．８節に記載された知られている技法に則っている。この寄稿は「VLSI DMT Implementation for ADSL」と題され、Amati Communications Corporationから発行されている。クロックタイミングエラー決定装置ＡＲＲが決定するクロックタイミングエラーτeの正確度は、回転装置ＲＯＴＯＲとスキップおよび複製装置Ｓ／Ｄの動作の正確度、さらに送信側モデムおよび受信側モデムＲＸ１の間の全同期処理の正確度を決定するため、きわめて重要である。次節で示すように、多数パイロット搬送波を使用すると狭帯域雑音に対する頑強性が向上する。このために、位相検出ユニット���ＨＡＳＥは、高速フーリエ変換器の出力の観測から得たＮ個の搬送波について位相エラーφ0、φ1、...、φi、...、φN-1を生成する。位相検出ユニットＰＨＡＳＥは高速フーリエ変換器ＦＦＴの出力で信号位相を測定するが、位相検出ユニットＰＨＡＳＥの別の実施形態でも、受信ベクトルと予想ベクトルの間の差（コンステレーションダイアグラムの最も近いコンステレーションポイントによって決定される）を決定でき、そこから位相エラーの概算値を得ることができる。それぞれの位相エラーにはそれに対応する重み係数Ａ0、Ａ1、...、Ａi、...、ＡN-1が掛けられる。これらの重みＡ0、Ａ1、...、Ａi、...、ＡN-1は、異なるパイロット搬送波について測定されるＳ／Ｎ比の値ＳＮＲiに基づいて重み決定ユニットＷＥＩＧＨＴによって決定される。収集モードの間、所定のビットシーケンスが搬送波上で変調される。チャネル分析装置ＳＮＲは、通信回線上で変調搬送波の伝送後これらの変調搬送波を分析し、搬送波ごとにＳ／Ｎ比を測定する。トラッキングモードの間、チャネル分析装置ＳＮＲは重み係数Ａ0、Ａ1、...、Ａi、...、ＡN-1を決定し、それらをそれぞれ乗算器Ｍ0、Ｍ1、...、Ｍi、...、ＭN-1に適用する重み決定ユニットＷＥＩＧＨＴに、Ｓ／Ｎ比の値ＳＮＲiを適用する。重み付けされた位相エラーは加算器Ｓによって合計され、除算器ＤＩＶによって正規化係数Ｂを使って正規化される。正規化係数Ｂはまた、Ｓ／Ｎ比の値ＳＮＲiから重み決定ユニットＷＥＩＧＨＴによって決定される。計算ユニットＣＡＬＣの出力でこのようにして得られたクロックタイミングエラーτeは、フィルタＦＩＬおよびディジタル電圧制御発振器経由で、回転装置ＲＯＴＯＲおよびスキップおよび複製装置Ｓ／Ｄにフィードバックされる。フィードバックループＦＢＬは、従来の位相同期ループ（ＰＬＬ）の役割を果たす。回転装置ＲＯＴＯＲは、計算されたクロックタイミングエラーτeおよびそれぞれの搬送波の周波数に比例する多数搬送波信号のそれぞれの搬送波を移相する。乗算器ＭＵ0、ＭＵ1、...、ＭＵN-1の第二の端子に供給される信号は、チャネルゲイン装置ＣＨＡＮＮＥＬおよび乗算器ＭＵ’0、ＭＵ’1、...、ＭＵ’N-1によってそれぞれの搬送波の周波数に比例した値にされる。クロックタイミングエラーτeが一サンプル期間よりも長くなると、スキップおよび複製装置Ｓ／Ｄが起動されて、入力多数搬送波信号内のサンプルをスキップするか複製する。
【００２９】
受信機ＲＸ１の入力での受信された連続時間多数搬送波信号ｒ（ｔ）を考察する。
【００３０】
【数１】
0004188466.tif 000002
【００３１】
上式では次の表記法を用いる。
【００３２】
Ｎ：ＤＭＴ信号内の搬送波の数、すなわち、ＡＤＳＬシステムでは２５６。
【００３３】
【数２】
0004188466.tif 000003
【００３４】
：ｍ番目のＤＭＴシンボル期間におけるｋ番目の搬送波を変調するシンボル
ｇ（ｔ）：複合チャネルインパルス応答、すなわちシンボル間干渉を減少するよう最終的に等化されたチャネルインパルス応答
ｔ：時間
２／Ｔ：サンプリングレート
ｎ（ｔ）：付加的な雑音成分
ｎ：サンプルインデックス
ｋ：搬送波インデックス
ｍ：ＤＭＴシンボルインデックス
υ：保護周波数帯のサンプル数、すなわち、シンボル間干渉を補正するために各ＤＭＴシンボルに追加された周期的プレフィックス内の冗長サンプル数
ｉ：−１の平方根
π：π＝３．１４１５
∞：無限大を表すシンボル
τe：装置ＡＲＲの出力でのクロックタイミングエラー
τ：フィードバックループＦＢＬの出力での予想時間差
【００３５】
【数３】
0004188466.tif 000004
【００３６】
：送信側モデムと受信側モデムの時間差またはサンプルタイミングの差。
【００３７】
収集モードの後、タイミングエラーがないものとして、高速フーリエ変換器ＦＦＴの出力は次式で表される。
【００３８】
【数４】
0004188466.tif 000005
【００３９】
上式で、Ｇkはｋ／（Ｎ・Ｔ）に等しいｋ番目の搬送波周波数で評価されたｇ（ｔ）のフーリエ変換を表し、Ｎkはｋ番目の搬送波周波数での付加的な雑音の寄与を表す。
【００４０】
τに等しいクロックタイミング差の場合、高速フーリエ変換器ＦＦＴの出力は次式で表される。
【００４１】
【数５】
0004188466.tif 000006
【００４２】
この式（３）はクロックタイミング差τがチャネルインパルス応答期間と保護期間の差より小さい限り正しい。クラーマー−ラオ（Ｃｒａｍｅｒ−Ｒａｏ）限界値は、偏らされていないパラメータの評価に関する基本的な下限値である。
【００４３】
【数６】
0004188466.tif 000007
【００４４】
で示されるクロックタイミング差τの評価は、高速フーリエ変換出力の観測から導出される。高速フーリエ変換器ＦＦＴの出力での付加的な雑音の寄与に相関性がないとして、タイミングエラー分散の下限値は次式で表される。
【００４５】
【数７】
0004188466.tif 000008
【００４６】
上式で、
【００４７】
【数８】
0004188466.tif 000009
【００４８】
は、クロックタイミングエラー
【００４９】
【数９】
0004188466.tif 000010
【００５０】
の分散のクラーマー−ラオ下限値を表し、ＭはＤＭＴシンボルの整数として表される観測ウィンドウを表し、ＳＮＲkはｋ番目の搬送波に関連付けられたＳ／Ｎ比の値を表す。定義から、このＳ／Ｎ比の値ＳＮＲkは次式に示すようになる。
【００５１】
【数１０】
0004188466.tif 000011
【００５２】
式（５）で、
【００５３】
【数１１】
0004188466.tif 000012
【００５４】
はｍ番目のシンボルの平均出力、｜Ｇk｜2はチャネルのゲイン、Ｅ｛｜Ｎm｜2｝は搬送波ｋに関する平均雑音検出力を表す。ＦＥＸＴ（遠端クロストーク）が支配するチャネル上での伝送の場合、Ｓ／Ｎ比ＳＮＲkは次式で表される。
【００５５】
【数１２】
0004188466.tif 000013
【００５６】
これは１９９６年１２月３１日発行のＴ１Ｅ１．４／９６−１５３Ｒ３に関する「VDSL System Requirements」の６．２．１節に示されている。式（６）でｄは伝送ケーブル長に等しく、ＫfはＦＥＸＴ結合定数を表す。式（４）に式（６）を代入するとクラーマー−ラオ下限値について次式が与えられる。
【００５７】
【数１３】
0004188466.tif 000014
【００５８】
上式で、Ｋはクロックタイミングエラーτeを生成するために使用される高速フーリエ変換器ＦＦＴの出力の数を表す。
【００５９】
式（７）からクロックタイミングエラーτeの計算を多数搬送波に基づいて行うことが有利であると結論できる。ＦＥＸＴが優勢な環境では、クロックタイミングエラーτeの分散は使用される搬送波の数の逆数に比例する。クロックタイミングエラーτeを生成するために限られた数のパイロット搬送波だけを選択する場合、クロックタイミングエラーの分散を最小に抑えるには、Ｓ／Ｎ比と搬送波インデックスの二乗の積が最大になる搬送波を選択する必要がある。図１の受信機ＲＸ１では、すべての搬送波がクロックタイミング決定装置ＡＲＲによって使用され、クロックタイミングエラーτeの予想値を生成する。
【００６０】
最大の可能性に基づいた方法では、新しいタイミングエラー予測値は対数の可能性関数
【００６１】
【数１４】
0004188466.tif 000015
【００６２】
のスナップショットに基づき、これによって次式が得られる。
【００６３】
【数１５】
0004188466.tif 000016
【００６４】
トラッキングモードの間、クロックタイミングエラー決定装置ＡＲＲは、チャネルゲインが受信機に知られている場合（チャネルゲインはモデムの初期化時に測定される）、送信されたデータのシーケンスの信頼できる予想値を生成する。したがって、ｍ番目のＤＭＴシンボル期間では、データ支援の最大可能性（Ｄａｔａ Ａｉｄｅｄ Ｍｏｓｔ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ、ＤＡ ＭＬ）のクロックタイミングエラー決定装置ＡＲＲが次式で値τeを生成する。
【００６５】
【数１６】
0004188466.tif 000017
【００６６】
上式で、＊は複素共役、
【００６７】
【数１７】
0004188466.tif 000018
【００６８】
は虚数部を示す。式（３）を式（９）に代入すると、重み係数ＡiがＳＮＲiに等しく、正規化係数Ｂが
【００６９】
【数１８】
0004188466.tif 000019
【００７０】
に等しくなければならないという結論に達する。
【００７１】
導出されたタイミングエラーτeを用いて、連続時間または離散時間に基づいた同期構造を制御できる。
【００７２】
図２では、図１の多数搬送波受信機ＲＸ１とはサンプルタイミング同期手段が異なるだけの多数搬送波受信機ＲＸ２が描かれている。直並列変換器Ｓ／Ｐ、高速フーリエ変換器ＦＦＴ、回転装置ＲＯＴＯＲ、クロックタイミングエラー決定装置ＡＲＲおよびそれらの構成要素ＰＨＡＳＥ、ＣＡＬＣおよびＷＥＩＧＨＴ、フィードバックループＦＢＬ、チャネルゲイン装置ＣＨＡＮＮＥＬおよびチャネル分析装置ＳＮＲは、図１の同様に標記された機能ブロックと同じ機能を果たす。クロックタイミングエラー決定装置ＡＲＲが生成したクロックタイミングエラーτeを、スキップおよび複製装置Ｓ／Ｄおよび回転装置ＲＯＴＯＲへフィードバックする代わりに、受信機ＲＸ２のクロックタイミングエラーτeは、出力がアナログ−ディジタル変換器Ａ／Ｄのクロック入力に結合される電圧制御水晶発振器ＶＣＸＯにフィードバックされる。こうしてクロックタイミングエラーτeは、送信側モデムと受信側モデムとの間のサンプルタイミング同期が得られるようにサンプル時間を適合するのに用いられる。アナログ−ディジタル変換器Ａ／Ｄ、電圧制御水晶発振器ＶＣＸＯ、回転装置ＲＯＴＯＲ、クロックタイミングエラー決定装置ＡＲＲおよびフィードバックループＦＢＬは、図１の同期ユニットＳＹＮＣＨＲＯ１の代替装置である同期ユニットＳＹＮＣＨＲＯ２を構成する。
【００７３】
さらに別の多数搬送波受信機ＲＸ３を図３に示す。直並列変換器Ｓ／Ｐ、高速フーリエ変換器ＦＦＴ、回転装置ＲＯＴＯＲ、その構成要素ＰＨＡＳＥ、ＷＥＩＧＨＴおよびＣＡＬＣを備えたクロックタイミングエラー決定装置ＡＲＲ、フィードバックループＦＢＬ、チャネルゲイン装置ＣＨＡＮＮＥＬおよびチャネル分析装置ＳＮＲも、図１および図２の同様に標記された機能ブロックと同じ役割を果たす。しかしながら今度はクロックタイミングエラーτeは、直並列変換器Ｓ／Ｐが結合される両方の補間回路ＩＮＴにフィードバックされる。ここで補間回路は、二つのサンプル間の補間によるサンプルタイミング同期に備える。補間回路ＩＮＴ、回転装置ＲＯＴＯＲ、クロックタイミングエラー決定装置ＡＲＲおよびフィードバックループＦＢＬは、それぞれ図１および図２に描かれた同期ユニットＳＹＮＣＨＲＯ１およびＳＹＮＣＨＲＯ２の代替同期ユニットＳＹＮＣＨＲＯ３を構成する。
【００７４】
第一の注意点は、上記の実施形態での多数搬送波信号は、電話回線上で転送されるが、本発明の適用可能性は信号が転送される伝送媒体によって制限されるものではないということである。特に、送信側モデムと受信側モデムＲＸの間のすべての接続、例えば、ケーブル接続、衛星通信接続、空中の無線リンクなどの接続は、狭帯域雑音によって影響される可能性があり、同期手順を本発明によって改善することができる。
【００７５】
また本発明はＡＤＳＬ（非対称ディジタル加入者線）またはＤＭＴ（離散的マルチモード）変調を用いる同様のシステムにだけ関するものではない。当業者はトラッキングモードの間で多数搬送波信号が送信側モデムから受信側モデムＲＸへ送信され、複数のパイロット搬送波が同期のために用いられる他のすべてのシステムに、本発明を適合できるように上記の実施形態を適合させることができるであろう。例えば直交の周波数分割多重（ＯＦＤＭ）または直交多重された直交振幅変調（orthogonally multiplexed quadrature amplitude modulation）（ＯＭＱＡＭ）が適用されるシステムは、本発明が適用可能な多数搬送波環境である。
【００７６】
別の注意点は、本発明の実施形態が機能的な観点から上述されていることである。これらの上記のブロックの機能説明から、電子デバイスを設計する当業者にとってはこれらのブロックの実施形態が知られている電子コンポーネントを使って製造できることは明らかである。したがって、機能ブロックの内容の詳細アーキテクチャは割愛する。
【００７７】
重みＡ0、Ａ1、...、Ａi、...、ＡN-1および正規化係数Ｂが、最大可能性の方法の結果に従って計算されるということに注意すべきである。上記の重みＡ0、Ａ1、...、Ａi、...、ＡN-1および正規化係数Ｂは本発明の好ましい実施形態で使用されるが、本発明の基本原理、すなわち、複数のパイロット搬送波の伝送品質情報を用いて、同期に用いるクロックタイミングエラーτe内でのこれらのパイロット搬送波から得た位相情報のシェアを決定する方法は、重みＡ0、Ａ1、...、Ａi、...、ＡN-1または正規化係数Ｂにより最適でない値が使われた場合でも満たされる。
【００７８】
また本発明の適用可能性はディジタル環境に限定されない。電子デバイスの設計を担当する当業者は、本発明のアナログ版が発明の寄与なしに上記のディジタル実施形態から導出できるように、上記のすべての機能ブロックについてアナログ機能ブロックが存在するということを理解している。
【００７９】
本発明の原理を特定の装置に関して上述してきたが、この説明は例にすぎず、本発明を限定するものではないことをはっきりと理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるクロックタイミングエラー決定装置ＡＲＲの一実施形態を備えた、受信側多数搬送波モデムＲＸ１のブロック図である。
【図２】本発明によるクロックタイミングエラー決定装置ＡＲＲの一実施形態を含む第二の同期ユニットＳＹＮＣＨＲＯ２を備えた、受信側多数搬送波モデムＲＸ２のブロック図である。
【図３】本発明によるクロックタイミングエラー決定装置ＡＲＲの一実施形態を含む第三の同期ユニットＳＹＮＣＨＲＯ３を備えた、受信側多数搬送波モデムＲＸ３のブロック図である。
【符号の説明】
Ａ0、Ａ1、...、Ａi、...、ＡN-1  重み係数
Ａ／Ｄ  アナログ−ディジタル変換手段
ＡＲＲ  クロックタイミングエラー決定装置
ＣＡＬＣ  計算手段
ＦＢＬ  フィードバックループ
ＩＮＴ  補間手段
ＰＨＡＳＥ  位相エラー検出手段
ＲＯＴＯＲ  位相回転手段
Ｓ／Ｄ  複製装置
ＳＮＲi  伝送品質パラメータの値
ＳＹＮＣＨＲＯ１、ＳＹＮＣＨＲＯ２、ＳＹＮＣＨＲＯ３  同期ユニット
ＶＣＸＯ  電圧制御発振器
ＷＥＩＧＨＴ  シェア決定手段
τe  クロックタイミングエラー
φ0、φ1、...、φi、...、φN-1  位相エラー
【図１】
0004188466.tif 000020
【図２】
0004188466.tif 000021
【図３】
0004188466.tif 000022