JPH06204953A - サーキュラーリミッター - Google Patents

サーキュラーリミッター

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JPH06204953A
JPH06204953A JP5168783A JP16878393A JPH06204953A JP H06204953 A JPH06204953 A JP H06204953A JP 5168783 A JP5168783 A JP 5168783A JP 16878393 A JP16878393 A JP 16878393A JP H06204953 A JPH06204953 A JP H06204953A
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Application number
JP5168783A
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Inventor
William L Betts
ルイス ベッツ ウィリアム
Keith A Souders
アラン ソーダーズ ケイス
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AT&T Corp
Original Assignee
American Telephone and Telegraph Co Inc
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
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    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H04L27/38—Demodulator circuits; Receiver circuits
    • H04L27/3809—Amplitude regulation arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3241—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
  • Error Detection And Correction (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】本件発明はデータ通信システムに関し、特にモ
デムを使用する音声帯電話チャンネルを介するデータ伝
送に関する。 【構成】 受信信号点における非線形歪みは、サーキュ
ラーリミッターの使用により減らされる。特に、このサ
ーキュラーリミッターは、信号点群の中心からの受信信
号点の距離を計算する。この距離が望ましい限界を越え
た場合、次に、受信信号点の両次元は、元の位相を維持
するために同じファクターにより減らされる。受信信号
点の次元におけるこの減少は、ビテルビ復号器で計算さ
れる、対応する誤り信号を減少させる。その結果、これ
は、ビテルビ復号器の累積進路計量の値をさらに減少さ
せる。さらに、このサーキュラーリミッターは、付加的
な白色ガウス雑音に対するシステム性能のわずかな改善
も実現する。制限距離の値は、予め定めるか、または通
信システムのチャンネル状態に整合させるために適応的
に決定するかのいずれにすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、データ通信システムに
関し、特に、モデムを使用する音声帯電話チャンネルを
介するデータ伝送に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】今日、
情報及びデータサービスは、電話網におけるモデムの使
用のおかげでビジネス及び住宅区域の両方に供給されて
いる。長年にわたって、情報量及びデータサービスの複
雑さは増加し、その結果、モデム速度も同様に増加し
た。例えば、現今、電話網を介するモデム速度は２８．
８キロビット／秒ほど高くなっている。確かに、情報及
びデータサービスにおける連続する増加は、モデム速度
が増加し続けることを要求するであろう。
【０００３】しかしながら、高速度を維持するため、モ
デムは、電話網を介して送信モデムから受信モデムへデ
ータを送信するために信号点の密な群を用いる。不幸に
して、（送信モデム、電話網及び受信モデムのような）
いずれの通信システムも送信信号レベルに比例する歪み
を導入する。前記歪みの源は、量子化雑音、適応差分パ
ルス符号変調及び内部変調歪みを含む。この歪みの量
は、信号点群の中心からの信号点の距離にそれ自体比例
する送信信号電力に比例する。換言すれば、群の原点か
ら遠く離れている、すなわちもっと大きい送信信号電力
を有する、信号点は、最後に受信モデムで受信される時
にどんな歪みによっても最も影響を受ける。その結果、
通信システムにおいて許容できる歪み量は、システムの
データ転送レートまたは速度を制限し得る。
【０００４】送信データ信号に対する歪みの影響を減ら
すために、この技術分野の人々は、通信システムの送信
機及び受信機用のコンポーネントを特殊に設計した。例
えば、１９９１年９月３日に出願された、「非線形チャ
ンネルを介する情報伝送用非線形符号器及び復号器」と
題するダブリュ・ベッツ(W.Betts) 等の、同時係属の、
共同譲渡された、米国特許出願第07/754107 号は、受信
モデムへのどの信号点の送信よりも前に、送信信号点群
の形状を変えるための技術を開示している。特に、送信
信号点群は、予想される歪みと逆に歪ませられる。その
結果、受信モデムは、どの受信信号点を処理する際にも
変えられる信号点群の形状を補償しなければならない。
送信機及び受信機は、ある程度まで「整合」されている
ので、送信データ信号に対する歪みの影響は減らされ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、送信機
及び受信機の特性を整合させることなく、歪みの影響を
減らすことが可能になる。特に、高速通信システムにお
ける信号点群の外側の信号点に対する上述の歪みの影響
は、受信モデムにおいて、受信信号点を信号空間の一部
分に制限することにより減らすことができる。これは、
どのような歪みの影響も減らし、結果的にシステムの性
能を改善する。
【０００６】本発明の実施態様において、「サーキュラ
ーリミッター」は、信号点群の中心からの受信信号点の
距離を計算する。この距離が、サーキュラーリミッター
の半径である、望ましい限界を越えた場合、受信信号点
の両次元は、元の位相を維持するために同一ファクター
によって減らされる。受信信号点の次元におけるこの減
少は、ビテルビ復号器で計算される、対応する誤り信号
を減少させる。その結果、これは、ビテルビ復号器の累
積進路計量の値をさらに減少させ、システム性能の改善
にいたる。さらに、サーキュラーリミッターは、付加的
な白色ガウス雑音に対する性能のわずかな改善も実現す
る。前記半径の値は、通信システムのチャンネル状態と
整合するために、予め定めるかまたは適応的に決定する
かのいずれかにすることができる。
【０００７】本発明は、モデムの受信機部分に影響を与
えるだけなので、通信システム内の他のモデムに対する
両立性を損なうことなく、ＣＣＩＴＴ Ｖ．３２ ２回
モデムのような、どのような規格モデムの性能も改善す
るために有利に用いることができる。
【０００８】
【実施例】図１のモデム２００は、より合わせた２線２
０４を介して通信チャンネル（図示しない）から多値振
幅変調、例えば直交振幅変調、を伴う信号を受信する。
より合わせた２線２０４を介する信号は、従来の受信及
び復調回路網、例えば復調、位相／ジッター追尾、アナ
ログ−デジタル変換等、に相当する復調器２０５に印加
される。復調器２０５は、リード線２０６を介して等化
器２１０に入力信号を供給する。技術上知られているよ
うに、等化器２１０は、符号間干渉の影響を補償するた
めに信号を等化し、受信信号点または符号の流れを供給
する。特に、各受信信号点は、２次元的なものであり、
信号空間においてその「ｘ座標」及び「ｙ座標」値によ
って表わされる。各信号点に関するこれらのｘ座標及び
ｙ座標値は、それぞれリード線２１１及び２１２を介す
る代表信号によって供給される。また、ｘ座標及びｙ座
標値は、受信信号点のそれぞれ「実数」及び「虚数」成
分と呼ばれる。
【０００９】信号空間は、送信モデムで使用される信号
空間群により定義される。この例として、標本化信号点
群は、図２に示され、別のモデムによってモデム２００
に送信可能な信号点の集合、すなわち信号空間、を表わ
す。不幸にして、上述のように、送信信号点は、内部変
調歪みのような、通信チャンネルからの歪みにさらされ
る。その結果、どのようなある特定の送信信号点に関し
ても、等化器２１０で供給される対応する受信信号点
は、送信された信号点と異なるｘ及びｙ座標を持ち得
る。例えば、図２に示されるように、信号点Ａが別のモ
デムにより受信モデム２００に送信されると仮定しよ
う。該信号がモデム２００で受信される時、等化器２１
０は、通信チャンネルの歪みの影響のために、送信信号
点Ａと異なる受信信号点Ａ′を与える。実際、上述のよ
うに、送信信号点が信号点群の原点から離れている距離
は、信号点の送信電力に直接関係がある。また、この距
離または送信電力は、送信信号点に対する歪みの影響を
比例的に増加させる。その結果、送信信号点が原点から
遠くなればなるほど、通信チャンネルは送信信号点をも
っ多くと歪ませ得る。
【００１０】したがって、本発明によれば、歪みの影響
は、受信信号点群の周辺を制限するサーキュラーリミッ
ターの使用によって減らされる。換言すると、信号空間
は、半径ｒを有する円に限られるように修正または制限
される。このことは、半径ｒを有する円１０が修正され
た信号空間を定義する図２に示される。円１０の外側に
あるすべて受信信号点は、その占有位置が、もし円１０
内にないなら、円１０にもっと接近して移動されるよう
に、処理される。詳細には、各受信信号点の座標は半径
ｒと比較される。受信信号点が円１０の外側にある場
合、受信信号点の占有位置は、受信信号点の元の位相を
維持しつつ、信号空間の原点の方へ受信信号点を移動ま
たは転移させるファクターによって比例的に変えられ
る。しかしながら、受信信号点の座標が円１０内にある
場合は、受信信号点の占有位置を変える必要はない。
【００１１】円１０の外側にあるすべての受信信号点の
転移は、モデム２００の性能の改善にいたる。詳細に
は、受信信号点Ａ′に関して、モデム２００のビテルビ
復号器はいくつかの誤り計量を計算する。各誤り計量
は、受信信号点と各可能な送信信号点間の誤り量を表わ
す。例えば、誤り計量の１つは、図２の信号点Ａから受
信信号点Ａ′までの誤りベクトルの大きさになる。ビテ
ルビ復号器は、これらの種々の誤り計量を、各進路計量
が実際の送信信号点系列の数値を表わす、１組の累積進
路計量に加算する。受信信号点Ａ′が群の原点及び外側
の信号点から遠くなればなるほど、その結果生じる誤り
計量はもっと多くゆがめられるかまたは偏奇され、それ
により送信信号点系列の数値にもっと多くの誤りを導入
することが観測され得る。しかしながら、本発明にした
がって、図２に示されるように、信号空間は、例えば円
１０で表わされるような明確な周辺を持つように、制限
される。受信信号点Ａ′はこの制限された信号空間の外
側にすでにあるので、円１０の周辺にもっと接近するよ
うに移動され得る。受信信号点のこの転移は、追加的な
誤りがシステムに導入されないように、受信信号点の位
相を維持する。実際、受信信号点の転移は、その結果生
じる誤りベクトルを小さくし、どんな後続のビテルビ復
号器によってもより正確な結果を与える。これは、歪み
の存在時におけるシステム性能の付随する増大に導く。
さらに、サーキュラーリミッターは、付加的な白色ガウ
ス雑音に対する性能のわずかな改善も実現する。
【００１２】図１に示されるように、等化器２１０の出
力信号は、特定の受信信号点のｘ及びｙ座標値を表わす
ものであり、各乗算器２４０及び２４５に印加される。
各乗算器は入力信号値を乗算する。すなわち、乗算器２
４０の出力はｘ2 を表わす信号となり、乗算器２４５の
出力はｙ2 を表わす信号となる。次に、これらの２つの
乗算器の出力は、加算器２５０によって互いに加算さ
れ、リード線２５１を介してｘ2 ＋ｙ2 に等しい和を表
わす信号を供給する。この和は、信号空間において信号
点群の原点から受信信号点の占有位置まで引かれたベク
トルの大きさの２乗を単に表わすに過ぎないことに注意
すべきである。
【００１３】リード線２５１を介する信号により表わさ
れるものとしての和は、リード線２５４を介する図１に
おける信号「リミット」で表わされる数からこの和を減
算する加算器２５５に印加される。図２の前後関係にお
いて、信号リミットで表わされる数は、円１０の半径の
２乗の値、すなわちｒ2 になる。その結果、加算器２５
５の出力信号は、受信信号点の占有位置と修正された信
号空間の間の差を表わす差信号になる。この差はｒ2 −
ｘ2 −ｙ2 に等しい。図２から、ｒ2 に関する値は３４
になる。この差信号は、リード線２５６を介して比較器
２６０と乗算器２６５に供給される。比較器２６０は、
リード線２５６を介する差信号の値をリード線２５９を
介する基準信号と比較する。この基準信号はゼロの値を
表わす。比較器２６０の出力リード線２６１は、上述の
差すなわちｒ2 −ｘ2 −ｙ2 がゼロより大きいかどうか
を表わす信号を与える。
【００１４】乗算器２６５は、リード線２５６からの差
信号を同様に入力され、差信号とリード線２６４を介し
て供給される信号αとの積を与える。この特定の例にお
いて、信号αで表わされる信号は、図２の群を用いるＡ
Ｔ＆Ｔ３８００Ｖ．３２モデムにおいて秒あたり９６０
０ビットのデータ速度に対して、１／（３ｒ2 ）＝０．
０１に等しい。乗算器２６５からの積は、リード線２６
６を介して加算器２７０に供給される。この積の値は次
式に等しくなる。すなわち、 （ｒ2 −ｘ2 −ｙ2 ）α （１） 加算器２７０は、式（１）に示される積の値を１すなわ
ち単位「いち」だけ増加させる。その結果、加算器２７
０からの出力信号は、次式に等しい「スケーリングファ
クター」を表わす。すなわち、 １＋（ｒ2 −ｘ2 −ｙ2 ）α （２）
【００１５】加算器２７０は、その出力信号をリード線
２７１を介して選択器２７５に印加する。また、選択器
２７５は、リード線２６９を介して別の信号を入力され
る。リード線２６９を介する信号は、単位「即ち、１」
に等しい別のスケーリングファクターを表わす。上述し
た比較器２６０からの出力信号は、選択器２７５の出力
信号を制御する。特に、選択器２７５は、リード線２７
６を介して、受信信号点が望ましい限界を越えたかどう
かに依存するスケーリングファクターを供給する。この
スケーリングファクターは次式に等しくなる。すなわ
ち、 ｒ2 −ｘ2 −ｙ2 ≦０の時、１＋（ｒ2 −ｘ2 −ｙ2 ）
α、及びｒ2 −ｘ2 −ｙ2 ＞０の時、１ 選択器２７５は、選択されたスケーリングファクターを
乗算器２８０及び２８５に供給する。乗算器２８５は、
選択されたスケーリングファクターと等化器２１０で供
給されたｘ座標の積を復号器２１５に供給する。乗算器
２８０は、選択されたスケーリングファクターと等化器
２１０で供給されたｙ座標の積を復号器２１５に供給す
る。その結果、理解できるように、差信号の値がゼロ以
下の時、等化器２１０で与えられる受信信号点は、ｘ及
びｙの両次元において比例して減らされる。これは、受
信信号点の元の位相を維持しながら、受信信号点の半径
を修正された信号空間の半径ｒの近くまで減少させる。
要するに、サーキュラーリミッターは、２次元の信号群
を予め規定された円形状に限定する。これに反して、差
信号の値がゼロより大きい時は、等化器２１０で与えら
れる受信信号点の座標は、単位「即ち、１」によって乗
算されるので、変化をもたらさない。復号器２１５は、
リード線２１６を介して受信データ流を表わす信号を供
給するために、スライサー、ビテルビ復号器等のような
在来の回路網を含む。
【００１６】図３に示されるフロー図は、上述の発明の
概念を表わす方法である。ブロック３０５において、群
依存リミット信号ｒ2 の値がロードされる。等化器の実
部出力すなわちｘ座標は、ブロック３１０で２乗され、
等化器の虚部出力すなわちｙ座標は、ブロック３１５で
２乗される。次に、２乗された両出力は、ブロック３２
０で互いに加算され、和を与える。リミット信号の値と
この和の間の差が、ブロック３２５で決定される。この
点において、どのスケーリングファクターを使用するか
が、ブロック３３０で決定されるであろう。前記差が零
以下の場合、スケーリングファクターの値は、前記差に
比例するように、ブロック３３５で決定される。特に、
式（２）で示されるように、前記スケーリングファクタ
ーは次の通りになる。すなわち、 １＋（ｒ2 −ｘ2 −ｙ2 ）α これに反して、前記差が零より大きい場合、前記スケー
リングファクターは、ブロック３４０で単位に等しくな
るように設定される。
【００１７】次に、選択されたスケーリングファクター
は、その倍数をブロック３４５で実部等化器出力及び虚
部等化器出力に掛けられ、実数及び虚数成分のスケーリ
ング出力を与える。次に、これらのスケーリング出力
は、上述のように復号器に印加される。
【００１８】受信信号点をスケーリングする上記の方法
は、単純なし方で、円１０の周辺のほぼ近くにある位置
の方へ受信信号点を移動させることに注目すべきであ
る。しかしながら、受信信号点を修正された信号空間の
周辺まで直接移動させるだろう、もっと複雑なスケーケ
ンリングファクターを決定するために、他の式を同様に
用いることができる。例えば、次の式を同様に用いるこ
とができる。すなわち、 ｒ／ｒA ′＝ｒ／√ｘ2 ＋ｙ2 （３） ここで、ｒA ′は、図２に示されるような、信号空間の
原点から受信信号点Ａ′までのベクトルの大きさであ
る。
【００１９】さらにまた、もっと多くの歪みがシステム
内にあることが予想される場合は、αの値を修正するこ
とができる。上述のαの値は、２．２５ｄＢほど高い、
受信信号点における偏差に対して有効である。受信信号
点においてより高い偏差が予想される場合は、αの値を
変更するか、または円１０の波形を増加させるかするこ
とができる。例えば、４ｄＢの信号ピークが予想される
場合、αの値は次のように変更することができる。すな
わち、 １／（４ｒ2 ）
【００２０】上述のものは、本発明の原理を単に示して
おり、したがって、当業者は、ここに説明されるほど明
快ではないが、本発明の原理を具体化すると共にその精
神及び範囲内にある多数の代替配置を案出することがで
きるであろうということがわかるであろう。
【００２１】例えば、信号空間の関連部分すなわち修正
された信号空間を限定するために、円形の形状のほか
に、群の外側周辺の信号点を連結することにより作り出
される、四角形、八角形、または多角形のような他の形
状を、異なるタイプの群に適用することができる。実
際、どのような信号点群の外側の点であっても、特定の
形状を限定するために用いることができる。円形の形状
を使用しないと、転移アルゴリズムの複雑さを増加させ
得ることに注目すべきである。また、転移アルゴリムに
関して、反復アプローチも可能である。特に、信号空間
の関連部分の外側にある受信信号点は、該受信信号点が
修正された信号空間へ移動するまで、セットファクター
によって反復的に減らすことができる。
【００２２】さらに、本発明は、Ｎ次元の信号点系列が
受信されるどのようなモデムの受信回路網にも適用する
ことができる。前記信号点は、図２に示されるような、
均等に間隔を空けて配置された群、または上述の同時係
属特許出願に開示されている非線形群からからなり得
る。さらに、本発明は、例えば等化器、復号器等の、別
々に機能する構築ブロックで実行されるものとしてここ
に例示されているが、それらの構築ブロックの１つ以上
のどれかの機能を、１つ以上の適当なプログラムされた
プロセッサを用いて実行することができる。
【００２３】最後に、予め定められた値として示した
が、リミット数の値または円の半径は、チャンネル状態
または新しいモデム規格に整合させるために適応するよ
うに決定することができる。例えば、モデムハンドシェ
ーク処理のトレーニング系列の間、通信チャンネルの状
態を、円形の半径の値を決定するために評価することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を具体化したモデムのブロック図
である。
【図２】図１のモデムにおいて使用される例示的信号点
群である。
【図３】図１のモデムにおいて使用される方法のフロー
図である。
【符号の説明】
２００ モデム ２０４ 通信チャンネル ２０５ 復調器 ２１０ 等化器 ２１５ 復号器 ２６０ 比較器 ２７５ 選択器
フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム ルイス ベッツ アメリカ合衆国 23703 フロリダ，セイ ント ピータースバーグ，モンタナ アヴ ェニュー 2016 エヌイー (72)発明者 ケイス アラン ソーダーズ アメリカ合衆国 33619 フロリダ，タン パ，シュガー クリーク ドライヴ 3627

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の受信信号点からなる信号であっ
    て、各受信信号点は信号空間において１つの占有位置を
    有する信号を受信するための手段と、 その占有位置が信号空間の一部の外側にある、複数の受
    信信号点の内のいくつかの占有位置を変えることによっ
    て、受信信号点を信号空間の前記一部に制限する手段
    と、 受信データ系列を与えるために、その占有位置が変えら
    れた、複数の受信信号点のうちのいくつかと、複数の受
    信信号点のうちの残りのものとを復号する手段とからな
    る装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、占有位置
    の変更は、信号空間の原点にもっと接近して複数の信号
    点のうちのいくつかをそれぞれ移動させることによって
    果たされる装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の装置において、制限手段
    は、 複数の受信信号点の各々が信号空間の前記一部の外側に
    あるかどうかを決定する手段と、 信号空間の前記一部の外側にある、複数の受信信号点の
    うちのいくつかを、それらの占有位置を変えるために、
    ファクターによりスケーリングするための手段とを含む
    装置。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の装置において、ファクタ
    ーは、各受信信号点の１つ１つが信号空間の前記一部の
    外側にある距離の関数になっている装置。
  5. 【請求項５】 請求項３記載の装置において、複数の受
    信信号点の各々はＮ次元のものであり、Ｎは整数であ
    り、ファクターは、信号空間の外側にある、受信信号点
    のうちのいくつかのＮ次元の少なくとも２つを減少させ
    る装置。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の装置において、信号空間
    の前記一部の外側にある、複数の受信信号点のうちのい
    くつかの減少は、それらの位相を維持する装置。
  7. 【請求項７】 請求項３記載の装置において、信号空間
    の前記一部は、信号空間の原点に中心をおく円になって
    おり、該円は半径ｒを有する装置。
  8. 【請求項８】 請求項７記載の装置において、複数の受
    信信号点の各々の占有位置は複数の座標によって表わさ
    れ、決定手段は、複数の受信信号点の各々に関する複数
    の座標の各々の２乗の和を取り、各和を、前記円の半径
    の２乗に相当する数と比較する装置。
  9. 【請求項９】 各々が信号空間において占有位置を有す
    る複数の信号点を受信する工程と、 複数の信号点の各々の占有位置が信号空間の外側にある
    かどうかを決定する工程と、 前記一部の外側にあると決定された、複数の信号点のい
    くつかを転移させる工程と、 データ流をあたえるために、転移された複数の信号点の
    いくつかと、複数の信号点の残りのものとを復号する工
    程とからなる、通信システムにおいて用いるための方
    法。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載の方法において、複数の
    信号点の各々はＮ次元のものであり、Ｎは整数であり、
    転移工程は、それらの占有位置を変えるために、信号空
    間の前記一部の外側にある複数の信号点のいくつかのＮ
    次元座標のうちの少なくとも２つにおいて乗算する、方
    法。
  11. 【請求項１１】 請求項１０記載の方法において、転移
    工程は、信号空間の前記一部の外側にある複数の信号点
    のいくつかの位相を維持する、方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１０記載の方法において、ファ
    クターは、各信号点の１つ１つが信号空間の前記一部の
    外側にある距離の関数になっている、方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１２記載の方法において、信号
    空間の前記一部は、信号空間の原点に中心をおく円にな
    っており、該円は半径ｒを有する、方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１３記載の方法において、決定
    手段は、複数の信号点の各々に関するＮ次元座標の各々
    の２乗の和を取り、各和を、全気炎の半径野２乗に相当
    する数と比較する、方法。
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