(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流方向及び下流方向を有する通信チャンネル上のデジタルモデム及びアナログモデムに対する起動手順を実行する方法であって、
前記通信チャンネルの上流方向におけるアナログモデムからデジタルモデムに複数の信号をパルス振幅変調（ＰＡＭ）を使用して送る工程と、
前記デジタルモデムが通信チャンネルを介して前記複数の信号を受信する工程と、
前記受信された複数の信号から前記上流方向における通信チャンネルの特性を算出する工程と、
前記特性を使用してアナログモデムに対する変数集合を決定する工程と、
前記アナログモデムが通信チャンネルの上流方向におけるパルス符号変調を使用してデータ伝送を開始するために変数集合を使用する工程と、
を含み、
前記変数集合が前記パルス符号変調を使用したデータ伝送の信頼性を高め、
前記複数の信号を送るときに、各々が前記変数集合を係数として使用するプリコーダ（５０５）及びプリフィルタ（５０６）がデータ伝送パスにはない、「オンライン」の状態とされず、
前記パルス符号変調を使用したデータ伝送のときに、プリコーダ（５０５）及びプリフィルタ（５０６）がデータ伝送パスに対応させられて、「オンライン」の状態とされ、
前記チャンネルの特性を算出する工程及び、前記変数集合を決定する工程は、前記デジタルモデムによって完了し、
前記デジタルモデムはアナログモデムに変数集合を送信する、方法。
【請求項２】
前記変数集合はプリコーダ係数を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記変数集合はプリフィルタ係数を更に含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記変数集合はコンステレーション集合を更に含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記通信チャンネルが、前記アナログモデムと接続するローカルアナログ回線（３１０）と、アナログ／デジタル変換器及びデジタル／アナログ変換器を備え、前記ローカルアナログ回線と接続する電話会社中央局の装置（３２０）と、電話会社中央局の装置（３２０）と、前記デジタルモデムとに相互接続されたデジタルネットワーク（３３０）を備える、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記デジタルモデムの受信装置の構造が、前記アナログモデムの送信装置の異なる構造に従って、異なるようにするために、前記デジタルモデムの受信器構造は、起動手順の間に前記アナログモデムから情報を受信すべく構成される、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
上流方向及び下流方向を有する通信チャンネル上のデジタルモデム及びアナログモデムに対する起動手順を実行する装置であって、
前記上流方向に第１の複数の信号をパルス振幅変調（ＰＡＭ）を使用して送信するための、アナログモデム内の送信器の第１構造と、
前記第１の複数の信号に応じて算出された通信チャンネルの特性に対応する変数集合を使用して、パルス符号変調でデータ伝送を行うために第２の複数の信号を上流方向に送信するための、アナログモデム内の送信器の第２構造と、
を含み、
前記変数集合が前記パルス符号変調を使用したデータ伝送の信頼性を高め、
前記第１の複数の信号を送信するときに、各々が前記変数集合を係数として使用するプリコーダ（５０５）及びプリフィルタ（５０６）がデータ伝送パスにはない、「オンライン」の状態とされず、
前記パルス符号変調で前記第２の複数の信号を送信するときに、プリコーダ（５０５）及びプリフィルタ（５０６）がデータ伝送パスに対応させられて、「オンライン」の状態とされ、
前記デジタルモデムはチャンネルの特性を算出し、
前記デジタルモデムは変数集合を決定し、
前記デジタルモデムは変数集合を前記アナログモデムに送信する、
装置。
【請求項８】
前記アナログモデム内の送信器の第１構造は、第１の複数の信号をデジタルモデムの受信器の第１の構造に送信する請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記アナログモデム内の送信器の第２構造は、第２の複数の信号をデジタルモデムの受信器の第２構造に送信する請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１０】
前記変数集合はプリコーダ係数を含む請求項７乃至９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記変数集合はプリフィルタ係数を更に含む請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記変数集合はコンステレーション集合を更に含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記通信チャンネルが、前記アナログモデムと接続するローカルアナログ回線（３１０）と、アナログ／デジタル変換器及びデジタル／アナログ変換器を備え、前記ローカルアナログ回線と接続する電話会社中央局の装置（３２０）と、電話会社中央局の装置（３２０）と、前記デジタルモデムとに相互接続されたデジタルネットワーク（３３０）を備える、請求項７乃至１２のいずれかに記載の装置。
【請求項１４】
前記デジタルモデムの受信装置の構造が、前記アナログモデムの送信装置の異なる構造に従って、異なるようにするために、前記デジタルモデムの受信器構造は、起動手順の間に前記アナログモデムから情報を受信すべく構成される、請求項７乃至１３のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は一般に、電気通信の分野に関し、より詳細には、データ伝送にパルス符号変調を使用したデジタルモデム及びアナログモデムの起動手順のための方法及び装置に関する。
【０００２】
（発明の背景）
音声帯域モデムは、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）において信頼性のある効率的な通信を達成するために、複雑な起動手順を行う。国際電気通信連合（ＩＴＵ）によって定義された国際規格が存在し、異なる速度で作動するモデムに対応したこれらの手順を定義している。例えば、ＩＴＵが推奨するＶ．２２，Ｖ．３２，Ｖ．３４，最近ではＶ．９０が存在する。これらの規格は、各端末のモデムにおける送信器の動作を定義している。個々のモデム業者は受信器の構造を各々に設計しているが、受信器は同規格によって定義された送信器の機能に準拠するものである。
【０００３】
ＩＴＵ推奨のＶ．９０規格は、ＰＳＴＮを含む今日のネットワークがほとんどデジタルであり、アナログ技術を未だに利用しているのは「最後」である点において利点を有する。一方の端末がデジタル接続されているネットワーク接続形態の場合には、ＩＴＵ推奨のＶ．９０規格は動作モードを指定する。この場合、一方のモデムをデジタル手段を介してＰＳＴＮに接続されるためデジタルモデムといい、他方をアナログ回線を介して接続されるためアナログモデムという。この接続形態では、上流方向及び下流方向における変調スキームは異なる。下流方向（デジタルモデムからアナログモデムまで）では、パルス符号変調（ＰＣＭ）スキームが使用される。上流方向（アナログモデムからデジタルモデムまで）では、ＩＴＵ推奨のＶ．３４によって規格化された直交振幅変調（ＱＡＭ）スキームが使用される。
【０００４】
ＩＴＵ推奨のＶ．９０は下流方向の伝送速度を理論上の限界近くまで増加させている。しかし、上流方向の伝送速度はＩＴＵ推奨のＶ．３４のアナログ変調により尚も制限されている。ＰＣＭ変調が使用されれば、上流方向での達成可能な伝送速度を増加させることが可能になる。「ハイブリッドデジタル／アナログ通信装置」（Hybrid Digital/Analog Communication Device）と題され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第０８／７２４，４９１号に記載されているＰＣＭ変調スキームが公知である。その全体は参照によって本明細書に援用される。
【０００５】
従って、上流方向でＰＣＭスキームを使用して信頼性のあるデータ伝送のために、アナログモデムがより速い接続速度を達成することを可能にする起動手順を特定する方法及び装置が必要とされる。
【０００６】
（発明の要約）
本発明の好ましい実施形態では、上流方向及び下流方向を有する通信チャンネルにおけるデジタルモデム及びアナログモデムのための起動手順を実行する方法が説明される。同方法には、通信チャンネルを介してアナログモデムからデジタルモデムまでの上流方向で複数の信号を送信する工程が含まれる。デジタルモデムは、通信チャンネルを介して複数の信号を受信し、その受信した複数の信号から上流方向における通信チャンネルの特性を算出する。この方法には、デジタルモデムが同特性を使用してアナログモデムに対応する変数集合を決定する工程と、アナログモデムが通信チャンネルを介して上流方向でパルス符号変調スキームを使用してデータ伝送を開始するために同変数集合を使用する工程とが更に含まれる。
【０００７】
本発明の別の実施形態では、起動手順を実行する装置が説明される。同装置は、起動手順の間に上流方向に第１の複数の信号を送信するアナログモデムの第１送信器構造と、パルス符号変調を使用したデータ伝送のための第２の複数の信号を送信するアナログモデムの第２送信器構造とを備える。
【０００８】
本発明による上記の特徴及び他の特徴は、付随の図面に関連した以下の説明を参照することにより明白になる。
（好ましい実施形態の詳細な説明）
図１を参照すると、両方の端末がアナログ手段を介してネットワークに接続され、当該技術分野において公知の従来のアナログモデムの構成が示されている。同一の変調スキームがデータ伝送の双方向にて使用されている。この構成は、ＩＴＵ推奨のＶ．３４，Ｖ．３２ｂｉｓ，Ｖ．３２，Ｖ．２２ｂｉｓ，Ｖ．２２，Ｖ．２１等の従来のアナログモデムを示す。
【０００９】
図２を参照すると、当該技術分野において公知であるＰＣＭモデム通信システムが示されている。図中では、一方の端末はアナログ手段を介してネットワークに接続され、他方の端末はデジタル手段を介してネットワークに接続されている。通信チャンネルの上流方向の変調はＩＴＵ推奨のＶ．３４により規格化され、通信チャンネルの下流方向の変調はＩＴＵ推奨Ｖ．９０に規格化されるパルス符号変調（ＰＣＭ）を使用する。
【００１０】
図３を参照すると、ＰＣＭ通信システム３００が示される。システム３００は、ローカルアナログ回線又はチャンネル３１０を介して電話会社中央局（ＣＯ）３２０の装置に接続されたアナログＰＣＭモデム３０２を備える。ＣＯの装置には、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）及びデジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）が含まれ、これらに限定されない素子を含む回路が含まれる。ＩＴＵ推奨のＧ．７１１は、すべてのＡ／Ｄ及びＤ／Ａ変換器についての特性及び操作手順を規定する。ＣＯ３２０及びデジタルＰＣＭモデム３４０に相互接続されたデジタルネットワーク３３０が更に含まれる。このシステムでは、データはＰＣＭ変調を用いて下流方向（即ち、デジタルＰＣＭモデム３４０からアナログＰＣＭモデム３０２へ）及び上流方向（即ち、アナログＰＣＭモデム３０２からデジタルＰＣＭモデム３４０へ）の双方向に送信され得る。このタイプの双方向ＰＣＭ通信システムは、「ハイブリッドデジタル／アナログ通信装置」と題された米国特許出願第０８／７２４，４９１号に記載される。
【００１１】
図４を参照する。図２に示したＰＣＭモデム接続による従来技術のシステムでは、ＰＣＭアナログは１つの構造Ｔａ，４１０を備えた送信装置を有する。図２のＰＣＭアナログシステムは１つの構造Ｒｄ，４２０を備えた受信装置を有する。図２に示すように、ＰＣＭアナログモデム２１０の送信装置Ｔａ，４１０は、通信チャンネル３１０，３２０，３３０を介してデジタルＰＣＭモデム２５０の受信装置Ｒｄ，４２０と通信する。
【００１２】
図２において説明したような従来の通信システムでは、ＰＣＭアナログモデムの送信装置には、起動（即ち、調整）及びデータ伝送の両方のための１つのタイプの送信器構造がある。尚、デジタルモデムＲｄ，４２０の受信装置は送信装置Ｔａ，４１０の種類に依存する特定の構造形態に適合している。
【００１３】
図３及び図５に示した本発明の好ましい実施形態では、本発明によるアナログモデム５０２は、本発明によるデジタルモデム５４０へ通信チャンネル３１０，３２０，３３０を介した上流方向での通信のための１つの送信装置Ｔａ，５１０を有する。好ましくは、この送信装置は２つの異なる構成Ｔａ，１及びＴａ，２、即ち、それぞれ５１０ａ及び５１０ｂを有する。第１送信器構造Ｔａ，１，５１０ａは、パルス振幅変調（ＰＡＭ）を使用して、起動手順中に上流方向で情報を送信するための本発明によるアナログモデムによって使用される。本発明の好ましい実施形態による一般的な起動手順は、図６のフローチャートにより説明される。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態では、アナログモデムにおける送信器構造Ｔａ，１，５１０ａはプリイコライゼーション（pre-equalization）構造で構成されていない。
【００１５】
図５に示すように、一度起動手順が完了すると、本発明によるアナログモデムの送信装置５１０の第２送信器構造Ｔａ，２，５１０ｂは、通信チャンネル３１０，３２０，３３０を介してアナログモデムからデジタルモデムへの上流方向へデータ伝送に使用される。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態によるアナログモデムでの送信器構造Ｔａ，２，５１０ｂは、プリイコライゼーション構造で構成される。
【００１７】
図６のフローチャートを参照すると、上流方向及び下流方向を有する通信チャンネルを介してアナログモデム及びデジタルモデムに対する起動手順６１０が説明され、ＰＣＭが上流方向のデータ伝送に使用される。一般に、この起動手順６１０は、図５の送信装置５１０におけるアナログモデムの送信器構造Ｔａ，２，５１０ｂを決定することを可能にする。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態によると、起動手順６１０は工程６２０から開始する。工程６２０では、図５のアナログモデム５０２は通信チャンネル３１０，３２０，３３０を介して図５のデジタルモデム５４０へ上流方向に信号の集合を送信する。
【００１９】
一般に、アナログモデム５０２はデジタルモデム５４０に信号を送信する。信号は、一度デジタルモデム５４０によって受信されると、通信チャンネルの上流方向の特性を決定するために使用され得る。これらの信号及び他の詳細は付録Ａの添付された説明において説明される。
【００２０】
工程６３０では、デジタルモデム５４０は、アナログモデム５０２によって送信された信号を受信する。工程６４０では、受信信号に基づいて、上流方向での通信チャンネル３１０，３２０，３３０の特性が算出される。アナログモデム５０２がデジタルモデム５４０に送信する信号は、受信信号が送信信号と異なるように修正され得ることが言及されるべきである。上流方向での通信チャンネル３１０，３２０，３３０の特性の算出のために、送信信号及び受信信号の特性が使用される。これらのチャンネル特性には一般的に、上流のチャンネル応答、デジタル障害及びアナログ障害を含まれる。例えば、「通信ネットワークにおけるＰＣＭの上流デジタル障害を検知するための装置及び方法（Device and Method for Detecting PCM Upstream Digital Impairments in a Communication Network ）」と題され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第０９／０９２，７８６号はデジタル障害を検出する方法を説明し、その全体は参照によって本明細書に援用される。更に、「ＰＣＭモデム用の上流チャンネル形成方法（Method of Upstream Channel Modeling for PCM Modem ）」と題され、ルーセント・テクノロジー社に譲渡された米国特許第５，８８７，０２７号は、アナログ障害を検知し、且つチャンネル応答を決定する方法を説明し、その全体は参照によって本明細書に援用される。本発明の好ましい実施形態では、工程６４０はデジタルモデム５４０によって完了する。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態中では、図６における次の工程６５０は、アナログモデム５０２に対する変数集合を決定するために、デジタルモデム５４０が上記に記載の工程６４０で算出した特性を使用することを示す。好ましい実施形態においてデジタルモデム５４０によって決定された変数集合は次に、通信チャンネル３１０，３２０，３３０の下流方向でアナログモデム５０２に送信される。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態では、変数集合には、アナログモデム５０２に対する適切なプリイコライゼーション構造、コンステレーションの集合及びマッピング変数等が含まれるが、それらに限定されない。「ＰＣＭ伝送のためにデータ信号を前置符号化するための装置及び方法（Device and Method for Pre-Coding Data Signals for PCM Transmission）」と題され、その全体は参照により本明細書に援用され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第０８／９９９，２４９号によって定義されるように、プリイコライゼーション構造は一般的にプリフィルタとプリコーダの係数を備えるが、それらに限定されない。コンステレーションの集合は、「最適化された伝送コンステレーションを使用したＰＣＭの上流伝送のためのシステム、装置及び方法(System, Device, and Method for PCM Upstream Transmission Utilizing an Optimized Transmit Constellation)」と題され、その全体は参照により本明細書に援用され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第０８／９９９，２５４号によって定義され得る。マッピング変数は、「データ信号のためにトレリス符号化スキームと前置符号化スキームを組み合せるための方法及び装置(Method and Apparatus for Combining a Trellis Coding Scheme with a Pre-coding Scheme for Data Signals)」と題され、その全体は参照により本明細書に援用され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願出願番号第０９／２３４，４５１号及びＩＴＵ推奨のＶ．９０によって規定され得る。
【００２３】
工程６６０では、図５の送信装置５１０の送信器構造Ｔａ，２，５１０ｂにおけるプリコーダ５０５及びプリフィルタ５０６をセットアップする（又は、当該技術において公知であるように、「オンライン」状態にするか、データ伝送パスに対応させる）ために、アナログモデム５０２は、工程６５０で決定された変数集合を使用し、それにより信頼性のあるデータ伝送を開始する。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態中では、アナログモデム５０２により開始された同データ伝送は、起動手順６１０が完了した後に、通信チャンネル３１０，３２０，３３０を介するデジタルモデム５４０までの上流方向でのパルス符号変調（ＰＣＭ）を使用して行われる。
【００２５】
第１の別の実施形態では、工程６５０はアナログモデム５０２により達成され得る。第１の別の実施形態では、工程６４０でデジタルモデム５４０によって算出された特性は、通信チャンネル３１０，３２０，３３０の下流方向でアナログモデム５０２に送信される。工程６５０でアナログモデム５０２により決定された変数集合は、チャンネル３１０，３２０，３３０に関して受信した特性情報に基づく。アナログモデム５０２は、好ましい実施形態において上記に記載されるように、工程６５０において決定した変数集合に基づいて、工程６６０を実行する。
【００２６】
第２の別の実施形態では、工程６４０はアナログモデム５０２により達成され得る。第２の別の実施形態中では、上記の好ましい実施形態での工程６３０においてデジタルモデム５４０により受信された信号は、アナログモデム５０２により使用するために通信チャンネル３１０，３２０，３３０の下流方向にアナログモデム５０２に送信される。上記の好ましい実施形態と関連して説明されるように、アナログモデム５０２は次に、これらの受信信号に基づいて算出工程６５０及び６６０を実行する。
【００２７】
本発明による第１及び第２の別の好ましい実施形態において、アナログモデム５０２は、プリコーダ５０５及びプリフィルタ５０６の構造を備えたプリイコライゼーション構造５０４を構成する送信構造Ｔａ，２，５１０ｂに対する十分で完全な情報を工程５６０まで保有しない。従って、プリコーダ５０５及びプリフィルタ５０６の構造はデータ伝送パスにはなく、或いは「オンライン」状態ではない。上記に記載されるように、本発明において説明した新規な試みは、起動手順６１０の間にプリイコライゼーション構造５０４をアナログモデム５０２に必要としない工程である。むしろ、信頼性のある高速データ伝送に必要な異なる送信器構造Ｔａ，２，５１０ｂ（図５）を構築する起動工程を完了するものである。
【００２８】
次の工程６６０では、チャンネル３１０，３２０，３３０の上流方向及び下流方向の双方におけるデータ伝送の信頼性のある交換がある。従って、当該技術分野において公知であるように、工程６６０の後のデータモードでは、デジタルモデム５４０がデジタルモデム５４０の受信器においていかなる等化も実行する必要のないように、アナログモデム５０２はデータを予め等化してチャンネル応答と対応させる。
【００２９】
デジタルモデム及びアナログモデムが図６の起動手順において説明される上記の交換を実行するためには、正規の処理が必要となる。一般的には、本発明の好ましい実施形態の起動手順には、４つの段階又は区分が含まれる。第１段階はネットワークの相互作用段階であり、ＩＴＵ推奨のＶ．９０規格においても同様に規格化されている。第２段階は、チャンネル・プロービング及びチャンネル・レンジング段階であり、上流方向でのＰＣＭスキームをサポートするためのモデム能力を示すＩＴＵ推奨のＶ．９０に定義されるものに非常に類似している。イコライザーとエコーキャンセラーによる調整及びデジタル障害の学習は、起動手順の第３段階で実行される。第４段階は、上流でのチャンネル検出の最終調整段階、及びパラメータ交換である。
【００３０】
本発明の好ましい実施形態によるすべての信号及び手順の全体的な説明については、上記の第１段階から第４段階を通して、付録Ａの添付された詳細な説明を参照する。
【００３１】
本発明がソフトウェア、ファームウェア及びハードウェアの少なくとも一方で実施され得ることが言及されるべきである。ソフトウェア及びファームウェアの少なくとも一方は、コンピュータディスク又はメモリチップ等のコンピュータ用媒体に格納され得る。
【００３２】
本発明は本発明による特定の実施形態と関連して説明されるが、当業者によって更なる利点及び改良が容易に想定される。従って、より広い態様における本発明は、図示及び説明した特定の詳細、代替的な装置及び具体的な例に限定されない。多様な変更、改良及び改変は、前述の説明の観点から当業者にとって明白になる。従って、本発明は、前述の説明により制限されないが、本発明の精神及び特許請求の範囲に従うそれらの変更、改良及び改変をすべて包含することが言及されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＩＴＵ推奨のＶ．３４，Ｖ．３２，Ｖ．２２ｂｉｓ，Ｖ．２２，Ｖ．２１等により規格化された従来のアナログモデムからアナログモデムへの通信システムを示すブロック図。
【図２】  ＩＴＵ推奨のＶ．９０により規格化された従来のアナログＰＣＭモデムからデジタルＰＣＭモデムへの通信システムを示すブロック図。
【図３】  データ伝送の双方向においてＰＣＭ変調を使用するアナログＰＣＭモデムからデジタルＰＣＭモデムへの通信システムを示すブロック図。
【図４】  アナログモデム送信装置及びデジタルモデム受信装置の従来のシステムを示すブロック図。
【図５】  本発明の好ましい実施形態によるアナログモデム送信装置及びデジタルモデム受信装置を示すブロック図。
【図６】  本発明の好ましい実施形態の起動手順を実行するのに必要な工程を示すフローチャート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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