JP2000508128A - マルチレイヤー送信フォーマットの物理的レイヤーを通じた可変長バースト送信 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 マルチレイヤーデータ通信法において可変長バースト内のデータパケットを物理的レイヤーを通じて通信するための装置が与えられる。各バーストは情報データ(40,50,60,64,74,78,82)及びオーバーヘッド(30,32,34,36,38,42,44,62,66,76,80,84)を有する。該オーバーヘッドはフォワードエラー制御(FEC)データ(42,62,66,76,80,84)を含む。帯域幅効率とデータ送信粗さとの間にトレードオフを作るために異なるバーストモード（図２，３，４，５）が与えられる。当該バーストモードは，変調（QPAK及び16-QAMのような），記号速度，FEC符号化レベル，並びにフレーム及びプリアンブル構造の異なる組み合わせを与える。当該装置は特にハイブリッドファイバー同軸ケーブルテレビプラントを通じた上流通信での使用に適している。

Description

【発明の詳細な説明】マルチレイヤー送信フォーマットの物理的レイヤーを 通じた可変長バースト送信 本願は，1995年10月24日に出願された米国仮特許出願第60/006,042号の利益を 享有するものである。 発明の背景 本発明は，マルチレイヤーデータ通信法において物理的レイヤーを通じたデー タ送信に関し，特にハイブリッドファイバー同軸送信装置内での上流メッセージ の送信に応用可能である。例えば，本発明はケーブルテレビネットワークを通じ てインターネットアクセスを与えるために加入者ターミナルからケーブルテレビ ヘッドエンドへメッセージを通信する際に有用である。 かつて，ケーブルテレビ装置はヘッドエンドからの信号を個別の加入者ターミ ナルへ運ぶために同軸ケーブルを利用していた。新しいデジタルテレビの出現及 び加入者ターミナルから及びそこへデータを運びたいという要望とともに，広い 帯域幅をもたらす光ファイバーケーブルが魅力的になってきた。ヘッドエンドか ら加入者ターミナルへのすべての回線を光ファイバーネットワークで行うことは ，ファイバーが個別家庭へ のすべての回線に通っているところの光ファイバープラントを立ち上げるコスト が高いために現在では実際的ではない。妥協案として，ハイブリッドファイバー 同軸(HFC)プラントが実行されている。 HFCシステムにおいて，ファイバーはヘッドエンドから隣接のハブへ伸びてい る。既存の同軸ケーブルが光ファイバーからの信号を受信し，個別家庭へ分配す るために結合されている。 デジタル送信装置によって与えられるべきさまざまな双方向サービスは，ヘッ ドエンドと個別加入者ターミナルの間の双方向リンクを必要とする。加入者ター ミナルからヘッドエンドへ戻るリターンパスを与えるためのひとつの方法は，既 存の電話回線に頼ることである。しかし，下流テレビ信号が加入者ターミナルへ 与えられるところのHFCプラントのような同一プラントを通じた双方向通信を与 えることが有利である。これを達成するために，HFCプラントを通じた粗上流通 信システムを開発するべく提案がなされた。例えば，HFC装置を通じた上流変調 に対し適当な特性を提供する低リスクな高キャパシティアプローチをもたらすべ く，単一キャリア周波数及び時分割多重アクセス(F/TDMA)が提案された。 実際の上流チャネルを実行するために，異なるニーズに適応するべくシステム オペレータに対してさまざまな選択を与えることが有利である。例えば，データ スループット（すなわち，帯域幅効率），エラー速度性能（すなわち，粗さ）及 び待ち時間の間にはトレードオフを与えるのが有利である。そのようなフレキシ ビリティを提供する際に，システムオペレータに対して，周波数アジル(agile) キャリア，直角位相シフトキー(QPSK)及び直角振幅変調(QAM)のような異なる変 調技術間の選択，多重記号速度，フレキシブル・フォワード・エラー・コントロ ール(FEC)符号化，並びに通信チャネルを通じて移送されるデータパケット用の フレキシブルフレーム及びプリアンブル構造を提供することが特に有利である。 そのような選択によって，異なるシステムオペレータには，経済的かつ効率的に 加入者のニ−ズを扱うための満足のいく動作モードを見つける多くの機会が与え られる。 本発明は上記または他の利点を有するフレキシブルな通信手法を与える。 発明の要旨 本発明にしたがって，マルチレイヤーデータ通信方法において物理的レイヤー を通じて可変長バースト内 で可変若しくは固定長データパケットを通信するための装置が与えられる。各バ ーストは，(I)情報データ及び(II)フォワードエラーコントロール(FEC)データを 含むオーバーヘッド，を含む。プログラム可能ブロックプロセッサは，複数の有 用グルーピングモードの選択されたひとつに従って，情報データをブロックに分 類する。プログラム可能FECエンコーダは，複数の可能符号化レベルの選択され た一つに従って，FECデータを有する当該ブロックを符号化する。ブロックプロ セッサによって与えられる（例えば，ブロックプロセッサに伴うコントローラに 応答して）特定のグルーピングモード，及び当該ブロックを含むバーストに対す るバースト送信粗さ及び付随する送信帯域幅効率を達成するべくFECエンコーダ によって確立される特定の符号化レベルを使用するバーストモードを選択するた めのインターフェースが与えられる。さらに，バーストモードの選択により異な る待ち時間の選択が可能となる。 さらに装置は，複数の有用な変調モードのひとつに従って送信用の符号化ブロ ックを変調するためのプログラム可能変調器から成る。該変調器は変調モードの 特定の一つを与えるべくインターフェースを通じて選 択されたバーストモードに応答する。例えば，該変調モードはQPSKとQAMの間の 選択を含む。 図示された実施例において，バーストは周波数アジリティを有する時間及び周 波数分割多重アクセス(F/TDMA)を使って通信チャネルを通じて送信される。 各グルーピングモードは，バーストによって運ばれる記号の送信用の特定の記 号速度に関連する。ひとつの実施例において，ブロックプロセッサは情報データ を含むプロトコルデータユニット(PDUs)をPDU長と独立なユニットにブロック分 けし，インターフェースを通じて選択されたバーストモードに応答して選択され た長さのプリアンブルを与える。FECエンコーダは，PDU長独立ユニットからのデ ータを，選択されたバーストモードによって指定された特定数の符号語へ符号化 する。データがバースト内に含まれるPDUから引き出された最終ユニットは，ブ ロックプロセッサによって，バースト内に含まれる先行ユニットよりも短くさせ られる。典型的に記号速度を最大化しようとする従来の手法から出発して，一つ 以上のグルーピングモードが有利に記号速度を低下させる。例えば，より小さい 速度がビット速度と記号速度をより一致させてより短い待ち時間を与えるところ の状況において，一定 ビット速度ユーザーにとってより小さい記号速度はより効率的な送信手法を与え 得る。 FECエンコーダは異なる長さの符号語を与えるべくプログラム可能である。FEC エンコーダがブロックを２つ以上の符号語に符号化するときはいつも符号語記号 をインタリーブするためのインタリーバが与えられる。 説明されたひとつの実施例において，ブロックプロセッサは，各々がバースト 当たりひとつの符号語を有するバースト長変化モードを与える。これらのバース トは，畳み込みFEC符号及びトレリス符号化変調の少なくとも一つを使って畳み 込んで符号化される。畳み込み符号化は，エラー補正外部コードに連結された内 部コードとして与えられる。連結符号化に関して，外部コードは，内部コードが 無いときと同じトレードオフを許しながら，さらにデータを多重符号語にブロッ ク分けする。 図示された実施例において，ブロックは非同期転送モード(ATM)セルから成り ，またブロックプロセッサはインターフェースを通じて選択されたバーストモー ドに基づいて特定の数のセルを各ブロックに割り当てる。図面の簡単な説明 図１は，本発明に従う装置のブロック図である。 図２は，TDMAバーストごとに単一のATMセルが与えられるところのバースト長 モードの構成を示す図である。 図３は，バーストごとに一つの符号語内に２つのATMセルが与えられるところ のバースト長モードを示す図である。 図４は，バースト当たり４つのATMセルが，２つの等しい長さの符号語に分割 されて与えられるところのバースト長モードを示す図である。 図５は，本発明に従う一般化されたバースト長モードを示す図である。 発明の詳細な説明 本発明は，粗さ，帯域幅効率及び待ち時間の間にトレードオフの関係が所望さ れるような通信システムにおけるフレキシビリティのための多重送信モードを与 える。そのような通信ネットワークの例はハイブリッド・ファイバー・同軸(HFC )ケーブルテレビシステム用のマルチチャネル上流環境である。本発明は，バー スト変調を使用する時分割多重アクセス(TDMA)システムのような通信経路を共有 する手法に応用可能である。 ここでは，"PDU長"，"バースト長"及び"符号語長"を含むさまざまな異なる"長 さ"が記載されている。この開示の目的に対して，PDU長は，非同期転送モード(A TM)セル若しくはMPEGパケット（ムービング・ピクチャー・エキスパート・グル ープによる標準規格に従う）のようなプロトコルデータユニットの長さ（バイト ）から成る。バースト長はクライアントユニットからの連続送信のバイト長とし て定義される。当該バーストはプリアンブルで始まる。バースト用のすべてのデ ータが送信されると，若しくはバーストの割り当て時間が終了するとすぐ，送信 が終わりバーストが終了する。符号語長は，符号語と呼ばれる情報の内蔵セット 内の多くのビットと符号語に追加される多くのパリティビットの和である。パリ ティビットによって当該符号語内のエラーの識別及び補正が可能となる。異なる 符号語は異なる数のPDU(またはPDUの端数)を含んでもよい。したがって，PDU長 ／符号語長の比はフレキシブルである。 図１は本発明に従う装置のブロック図である。ATMセルストリーム若しくはMPE Gパケットストリームのようなデータストリームが，端子10を通じて付加的メデ ィア・アクセス・コントロール(MAC)ヘッダイン サータ12へ入力される。当該MACヘッダインサータは帯域幅要求フィールド(BRF) バイト及び／または必要によりシーケンス番号をデータストリームへ挿入する。 IDバイト若しくはシーケンス番号は，自動繰り返し要求(ARQ)若しくは物理的レ イヤーよりも高いレイヤーでの他の機能をサポートする際に有用である。その後 ，ブロックプロセッサ14は入力データを情報ブロックにグループ分けし，続いて それが符号語に符号化される。例えば，当該ブロックプロセッサは，さまざまな 数の53バイト（及び挿入されたMACヘッダ）の入力ATMセルを，例えば，ひとつの セル，２つのセル，４つのセル若しくは４つと半分のセルのひとつの符号語にグ ループ分けする。符号語のデータ部分の長さは変化が可能で，符号語当たり異な る数のPDUを与える。典型的に，与えられた送信バースト内の符号語はすベて同 じ長さを有する。例外的にバーストの最後の符号語は無意味な充填ビットが付加 されているか，または好適実施例において単純に切り捨てられる。バースト内の オーバーヘッドはプリアンブルインサータ22によって挿入される記号の周知シー ケンスを含むプリアンブルを有する。当該プリアンブルはまたインサータ22によ って挿入され，レシーバにおいて適応イコライ ザーをトレーニングする際に使用するためのトレーニングシーケンスを含む。変 形的に，トレーニングシーケンスは情報データへビットストリームをプリペンド (prepend)することによって与えられ得る。周知技術として，TDMA実行において ，オーバーヘッドはまた隣接バースト間に与えられる保護時間(guard time)を含 む。また周知技術として，ランプアップ(ramp up)及びランプダウン時間が与え られる。 プリアンブル及び保護時間のような固定オーバーヘッドは，より少ないデータ を含むバーストよりもより多くのデータを含むバーストの割合が少ない。したが って，バーストが長いほど帯域幅はより効率的である。 より長い符号語（例えば，符号語ごとにより多くのATMセル）を与えることに よって，全ビットカウント内でのより小さい割合のFECパリティでより多くのデ ータが運ばれる。したがって，固定オーバーヘッドが全ビットカウントに対しよ り少ない割合であるため，符号語が長いほど帯域幅がより効率的である。 一方，もしフォワードエラーコントロール（FEC）コーディングのレベルが，P DUによって運ばれる情報データ内の増加によって増加しないなら（すなわちパリ ティビットを付加することによって），より長い符号語はより少ない粗信号を生 じさせる。したがって，符号語の長さとFEC符号化レベルとの間にトレードオフ が存在する。該トレードオフは帯域幅効率と粗さの対立のひとつである。通信シ ステムオペレータが，チャネル品質，干渉，データ優先等のさまざまな条件の下 でのデータ送信を最適化できるように，本発明の装置はオペレータが選択できる 異なるバーストモードを与える。当該バーストモードは，変調タイプ，記号速度 。FEC（以下に議論されるような，トレリス符号化変調(TCM)を含む）及びプリア ンブル長の異なる組み合わせを与える。 上記したように，プリアンブルの長さ（各バーストを識別するためのユニーク 語を含み，またレシーバでの適応イコライザー用のトレーニングシーケンスを含 んでも良い）はプリアンブルインサータ22によって指定される。記号速度を確立 する際に，ブロックプロセッサ14により各ブロック内に与えられる情報データの 量（例えば，ATMセルの数）は，ATM実行に対するサービスの質のような他の関連 パラメータとともに考慮される。ブロックプロセッサ14及びプリアンブルインサ ータ22の両方は，ユーザーインターフェース（例 えば，ヘッドエンドコントローラ）15から受信されるバーストモード制御信号に 応答する。以下により詳細に説明されるように，FEC符号化レベル及び変調タイ プもまたバーストモード制御信号に応答する。 例えば，１から６４記号のフレキシブルなプリアンブル長は，スペクトルの初 期部分内での高忠実HFCプラントの場合に短いプリアンブルを考慮する。より挑 戦的なシナリオにおいて，より長いプリアンブルが有効である。長いプリアンブ ルがプラントの悪化を緩和するべく使用される等化をトレーニングする際に有用 であるところの，深刻な記号間干渉若しくは狭い帯域入口を有するチャネルに対 して，長いプリアンブルが必要でありかつ有用である。より長いプリアンブルは また１６−QAMのようなある変調技術に関して有用である。チャネルに割り当て られた各特定のユーザー（すなわち，変調器）に要求される等化は保存され，か つ当該ユーザーに割り当てられた後続のスロット上で再設定される。小さいイン パルスノイズが存在するようなある悪化シナリオにおいて，短いプリアンブルが 使用可能にされる。より長いプリアンブルの使用を指定する他の悪化条件は，パ スバンド振幅及びグループ遅延非平坦，さまざまな遅延及びパワーレベルの多 重反射（エコー），通信プラントのダイナミック変化，非線形ひずみ（典型的に ，通信レーザーによって支配されかつ光学増幅器によって作用される），ハム(h um)，隣接チャネル干渉，熱雑音，狭い帯域入口，バーストノイズ，インパルス ノイズ，及び利得を含む。 ランダマイザ18は，データストリーム内の記号及び記号遷移のバランスのとれ た利用を与える試みにおけるデータパターンと一緒にモジューロ２を使ってFEC コーダー16から出力される符号語をランダム化するために与えられる。当該FEC エンコーダはブロックプロセッサ14からのデータを例えば，ガロアフィールドGF (256)（すなわち，リード−ソロモン(Reed-Solomon)記号当たり８ビット）にわ たってリード−ソロモン符号を使って符号化する。当該ランダマイザとFECエン コーダの順番は入れ替わってもよい。 有効バーストモードの各々（それらの一つはインターフェース15を通じて入力 されたバーストモード制御信号によって指定され得る）はそれ自身の特定のリー ド−ソロモン符号を使用する。TDMAバーストは，選択されたモードに依存してひ とつ，二つまたはそれ以上の符号語を含む。各TDMAバーストに対する 合成データストリームはプリアンブルだけ増加し，それがレシーバでの取り込み 及び同期化プロセスにとってきわめて重大である。 FECエンコーダ16から出力された符号語はランダマイザ18でランダム化され， その後インターリーバ20でインターリーブされる。TDMAに関するインターリーブ は通信プラント（例えば，HFC）内でマイクロ秒の間（大きな記号速度にとって 比較的長時間）おそらく周囲に“ピンギング(pinging)”するインパルスと一致 しないと思われるが，インターリーブの利益は実質的である。例えば，ATM実行 において，いくつかのATMセルはバースト内に一緒にバンドルされ，それは記号 速度が大きいと仮定されているためまだ短い時間間隔を有し，また多重符号語が 形成される。これらの符号語はその後インターリーブされる。レシーバにおいて ，デインターリービングは復合化の前にきて，ピンギングインパルス事象による エラーの短いバーストがひとつの符号語内に集中することなくいくつかの符号語 内に広がる。結果として，重要な性能上の利点が達成される。バースト当たりひ とつ以上の符号語が存在するところのバーストモードに対してのみインターリー ブが所望されることを認識するべきである。 以下のリストは，バーストフォーマットを選択する際の有効なトレードオフを 説明する。 a)ブロックコードの長さ及びコード速度は粗さ及び効率をトレードするよう両 方とも変化する。 b)プリアンブル長は粗さ及び効率をトレードするよう変化する。 c)PDUのバンドリングはTDMA効率用の待ち時間をトレードする。 d)短いPDUに対して，より長いブロック符号語が，待ち時間を犠牲にして効率 及び粗さを達成するべくバンドリングとともに使用される。 e)長いPDU及び粗悪なスロット境界に関し，より短い符号語が粗さを犠牲にし て効率を達成するべく使用される。 したがって，短いPDUを有するブロックコード（例えば，リードソロモン）に 対して，符号語長の増加はバースト長を増加させまた効率，粗さ及び待ち時間の ３方向のトレードオフをもたらす。長いPDU及び粗悪なスロット境界に関して， より短い符号語はスロットの効率を改善するが，粗さ及び効率の積（粗さ×効率 ）を減少させる。最後の符号語の短縮化は長いPDUを有する短い符号語を使用す る必要性をほぼ完全に取 り除く。 ブロック符号化FECの変形として，畳み込み符号化及び／またはトレリス符号 化変調(TCM)が使用されてもよい。この実施例において，バースト当たりひとつ の符号語が存在し，またバースト長はフレキシブルのままであり，その結果上記 トレードa)及びb)はまだ有効である。畳み込み符号化及び／またはTCMが上記外 部ブロックコードとともに内部コードとして使用されてもよく，その場合上記す べての性能トレードオフは有効でかつ変化しない。ただし，粗さは送信機及び受 信機内でのより複雑な処理を犠牲にして改良される。内部符号化と独立に，外部 ブロックコードの多重符号語がさらにバースト内で使用されてもよい。 FECエンコーダ18からのデータストリーム（インターリーブされたか否か）が ，インターフェース15を通じてバーストモード制御信号によって選択されたバー ストモードに依存して，QPSK若しくは16-QAM変調のいずれかに対しマッピングプ ロセッサ24を使用して準備（記号マップ）される。また差分符号化変調を与える ことも可能である。マッピングプロセッサ24から出力された記号のシーケンスは ，25％平方根二乗余弦スペクトル成形用及びTDMA/FDMAシステム内に割 り当てられる指定時間及びキャリア周波数で変調されかつ送信されるQPSK若しく は16-QAM用にフィルター26によって濾過（パルス成形）される。キャリア周波数 割り当てはアジルであり，中心周波数が5MHzから40MHzで（例えば，250Hzの細か い幅で）選択可能である。これによって，装置は，通信システム内に侵入する特 に悪い干渉の周りを進むような形式でチャネルを割り当てることができる。 図２，３及び４は３つの例モードに対する異なるフレームフォーマットの実施 例を示したものである。特に，図２は，TDMAバースト当たり単一のATMセルを使 用するバーストモードを示す。図３は，バースト当たり一つの符号語内に２つの ATMセルが与えられるところのバーストモードを示す。図４は，バースト当たり ４つのATMセルが与えられ，それらが長さの等しい２つの符号語内に分割される ところの実施例を示している。ここで注意すべきは，図２から４に示されたフレ ームフォーマットは特定の例示に過ぎず，本発明にしたがって他のフレーム構造 を与えることもでき，それによって，システムオペレータが帯域幅効率／粗さの トレードオフを最適化できるように異なるバーストモードを選択することができ る。より一般的なフレー ムフォーマットは以下の図５との関連で議論される。 図２に示されるように，単一ATMセル40を運ぶバーストは保護時間30，ランプ アップ時間32及びプリアンブル34を含む。ランプダウン時間44もまたバーストの 最後に与えられる。プリアンブル34とランプダウン44の間に一つの符号語が与え られる。当該符号語はBRFバイト36，シーケンス番号38，単一ATMセル40及びFEC パリティ42を含む。FECパリティによって与えられる符号化レベルは，通信の粗 さを増加しまたは減少させるために，特定のバーストモードに依存して調節可能 である。 図３の実施例は，符号語が一つのATMセル40の代わりに２つのATMセル50を含む 点で図２の実施例と異なる。図４の実施例は２つの符号語52がバースト内に与え られる点で図２及び３の実施例と異なる。該２つの符号語は，BRFバイト，シー ケンス番号，２つのATMセル（マイナスそれの最後のバイト）60，ATMセル60用の FECパリティ62，続いて２番目のATMセルの最後バイトプラスあと２つのATMセル6 4，及び関連FECパリティ66から成る。 図５は整数個Ｎの符号語70がバースト内に与えられるところの一般化された実 施例を示す。バースト内の データ長に依存しない符号語サイズの使用を許容するために，バースト内の最後 の符号語は削られてもよい。この場合，72に示されるようにバーストはその終端 で次のスロット境界まで空席である。Ｎ個の符号語は，送信されるパケットの最 初のＫバイト74で始まり，次に最初のＫバイト用のFECパリティビット76が続く 。次に，パケットの次のＫバイト78が与えられ，関連FECパリティ80が続く。最 後のＫ’バイトが82に与えられるまで，必要により付加的なＫバイト長のパケッ トが続く。Ｋ’はＫに等しいかまたはＫより小さい。84で示されるように，関連 FECパリティは最後のＫ’バイト82に続く。したがって，Ｎ個の符号語の情報バ イトの全長ＬはＬ＝（Ｎ−１）Ｋ＋Ｋ’≦ＮＫで表される。 図１の装置に従って送信されたバーストは適当な周波数に調節された受信機に よって受信される。該受信機はデータのバーストを発生させるためのこの周波数 で受信信号を連続的に走査する。受信機内の復調器はその調節されたチャネル内 に現れるデータのすべての検出バーストを処理する。時間スロット内のバースト データは概して異なる送信機で生じることに注意すべきである。プリアンブルに 調節されたフィルターを通 じてデータのバーストの存在を検出した後に，さらに当該復調器は受信された波 形を処理して，プリアンブルの終わり及びデータフィールドの始まりを決定する 。その後厳密なキャリアの取り込みが実行され，キャリアトラッキングがデータ の復調及び検出を容易にするよう始まる。当該復調器は，与えられるリファレン スタイミング信号に対するバーストの到着時間の推定を実行し，また受信バース トのパワー及び信号対ノイズ比を推定する。検出バーストが不在の時，当該復調 器は調節されたチャネル内のパワーを推定する（その結果そのチャネルに対する ノイズパワー推定が有効になる）。さらに，受信機での処理はセルのデータ部分 に誘導された差分符号化の復合化から成る（もし，差分符号化が送信機で使用さ れていれば）。データはその後デランダマイザへ，そして最後にリードソロモン デコーダへ渡される。 送信機で与えられる変調器28（図１）は，インターフェース15を通じて入力さ れたバーストモード制御信号によって指定された変調タイプを与える。例えば， QPSKまたは16-QAM変調のいすれかが与えられる。周波数帯域の異なる部分は異な るモードで動作可能である。HFCプラント内の５〜４０MHz帯域内の大部分の 周波数は，連続16-QAM動作を許容するのに十分な低ノイズプラス干渉及び十分な 高い通過帯域忠実性を有することが期待される。通過帯域歪み及び／または有効 キャリア対ノイズ比(C/N)が16-QAMをサポートできないところの帯域に対してQPS K変調が与えられる。QPSKは16-QAMより少ないスループット能力を有するが，16- QAMよりも粗くかつ優れたサービスを低リスクで広く有効にすることができる。 多重記号速度が本発明のフレキシブル変調手法において提供される。以下に示 される実施例において，毎秒128キロ記号(ksym/sec)，256ksym/sec，512ksym/se c，毎秒1.024メガ記号(Msym/sec)，及び2.056Msym/secの速度が与えられる。付 加的に，160ksym/sec，320ksym/sec，640ksym/sec，1.28Msym/sec及び2.56Msym/ secの速度が示されている。本発明に従う実際の装置は，他と同様に，記号速度 のこれらのセットのいずれか若しくは両方を包含する。より遅い速度はより少な い帯域幅を占め，したがって，広い帯域モードが動作しないような状況での深刻 な入口干渉の間にフィットするポテンシャルを提供する。多くの低速ユーザーが サービスを競う際，より遅い速度はスループットを犠牲にすることなくより少な い待ち時間を提供する。例 えばこのことは，多重セルのまれなバーストが低速ユーザーに割り当てられると ころのATM実施例によって示される。しかし，そのようなバースト割り当てのま ばらな間隔のために，待ち時間ぺナルティーが存在する。TDMAオーバーヘッド部 分が記号速度と釣り合っていないため，バースト当たりのPDUの数を増加させる ことなく記号速度を増加させると効率が減少する。逆に，もしバースト内にもっ と多くのPDUがバンドルされると，待ち時間は増加する。従って，より遅い記号 速度はより速い記号速度よりもよりよい帯域幅効率及び待ち時間を与える。さら に，与えられた反射シナリオに対し，より遅い記号速度は広帯域変調より少ない 記号間干渉劣化を被る。最後に，１と１０マイクロ秒の間のバーストノイズ間隔 に関して，より遅い記号速度は各事象によって衝撃を受ける記号をより少なくし ，したがってそのようなシナリオ内でより粗くなり，一方より短い記号間隔変調 は真に衝撃的なノイズによって比例的に打たれる記号をより少なくする。記号速 度のフレキシビリティは，挑戦的HFCプラント内に連続動作モードを発見する多 くの機会を提供する。 動作の例示モードが以下の表に説明されている。表 １は，HFCプラント内で信頼できる情報を与えるための長いプリアンブル及びFEC パリティ，並びに最も必要な悪化及び最も困難な信号対ノイズ比(SNR)を有する それらのプラント内のチャネル，を有する５つの記号速度でのQPSKに対する動作 モードを示す。表の中で，１つ，２つ及び４つのATMセルを有するバーストフォ ーマットが説明される。より大きなバーストはより高い効率及び／または粗さを 達成するが，より長い待ち時間を浪費する。 表１．動作のQPSK粗さモード表１の続き表１の続き 表２は，16-QAM変調を有する非常に粗い動作モードの同様な例を示す。 表２．動作の16QAM粗さモード 表２の続き表２の続き 表３及び４はより原始的なHFCプラント／チャネル用のQPSK及び16-QAM動作モ ードの例を与える。表３及び４の例は，より短いプリアンブル及びより少ないFE Cパリティを与え，それに対応してより多くのスループット能力（すなわち，帯 域幅効率）を与える。 表３．動作のQPSK効率モード 表３の続き表３の続き 表４．動作の16QAM効率モード 表４の続き表４の続き 表中の値をざっと見れば，本発明に従うさまざまなバーストモードを与えるこ とは，最も異なるチャネル内で作用するよう両方の粗い動作（大きいプリアンブ ル及びパリティの損失）をもたらし，またほんの数パーセントのTDMAオーバーヘ ッドによって特徴づけられる効率モードをもたらす。実際に，表はバースト当た り４つのATMセルまでのモードを示す。しかし， ２０若しくはそれ以上までのATMセル，または全部で数百バイトの情報の複数の 他の長いPDUは，単一バーストに結合され，表３及び４に与えられる最低値より もさらに少ないTDMAオーバーヘッド（若しくは変形的に，高い帯域幅効率）を与 える。 示されるように，各モードに対するフレーム構造は，0.25平方根二乗余弦パル ス成形用にランプアップ／ダウンを濾過するためのバーストの間隔，及び隣接す るタイムスロットを有する異なるメッセージプロバイダーに対してあるタイミン グエラーを見越すための保護時間を含む。各バースト内に許容された保護時間に 関し，最悪のタイミング条件の下で，ひとつのバーストの最後の記号の中心及び 次のバーストの最初の記号の中心は，少なくとも５つの記号によって分割されて いる。保護時間割り当ては，以下のように記号速度とともに変化する。 記号速度 バースト当たりの 割り当てバースト (ksym/sec) 保護時間記号数 タイミングエラー （マイクロ秒） 128 1 ±3.9 256 3 ±5.9 512 3 ±2.9 1024 11 ±5.4 2048 11 ±2.7 例として，2.048Msym/secモードにおいて，データ，パリティ及びプリアンブ ル記号に加え，バーストタイムに付加された１６個の特別記号が存在し，それは ±51/2記号のタイミングエラーを見越すための保護時間用の１１個と，復調器検 出器での最低保証間隔を与えるための５個の記号から成る。 各通信バースト内において，表に与えられるように，少なくとも一つのATMセ ルが存在する。各ATMセルの53バイトの他に，バーストは２つの付加的データバ イト，すなわちARQ用に使用されるIDバイト及び“帯域幅”要求に対して使用さ れるBRFバイトを運ぶ。各記号速度用のミニスロットが与えられ，それはプリア ンブル及び間隔記号に加え，５以上のデータバイト，及び１バイトのCRCを含む 。 表内に示された情報速度はATMセル内のペイロードデータの４８バイトを占め ，もし与えられたモードでチャネル動作中のすべてのタイムスロットが与えられ れば，ユーザーはいくつのビット（ATMセル当たり48^*8で）を送信するのかを示 す。効率bps/Hzは，各モードに対し1.25^*（記号速度）である所期の最小チャネ ル間隔によって分割された上記情報速度である。TDMAオーバーヘッドは全バース トタイムの割合とし て，間隔記号及びプリアンブル記号を占める。各ATMの５つのヘッダバイト及び ２つの信号バイト（IDバイト及びBRFバイト）はこの計算ではTDMAオーバーヘッ ドとしてカウントされず，いずれもパリティではない。（これらのファクタをう まく説明するために，表中に報告された効率値を使い，QPSKに対して２若しくは 16QAMに対して４で規格化する。これは連続変調及びFECオーバーヘッド無しでの 記号速度における有効なすべてのビット以外の情報ビットの割合を表し，１から この量を引くことによって“オーバーヘッド”の全貌が与えられる。） 表５及び６は，160ksym/sec及び2.56Msym/secの記号速度用の動作モードを例 示したものである。 表５．QPSK動作*表中の数は単一符号語に対して与えられるが，より長いバーストを作成するた めに表中に与えられるような同一データ及びパリティ長とともにより多くの符号 語が与えられても良い。 表６．１６QAM動作*表中の数は単一符号語に対して与えられるが，より長いバーストを作成するた めに表中に与えられるような同一データ及びパリティ長とともにより多くの符号 語が与えられても良い。 保護時間割り当ては，以下のように記号速度とともに変化する。 記号速度 バースト当たりの 割り当てバースト (ksym/sec) 保護時間記号数 タイミングエラー （マイクロ秒） 160^** 3 ±9.4 320 3 ±4.7 640 3 ±2.3 1280 11 ±4.3 2560^** 11 ±2.1^** これらの記号速度のみが表中に示されている。 本発明は，データの粗くかつ効率的な通信のためのフレキシブルなF/TDMA送信 を与えることがわかる。周波数アジリティ変調，多重記号速度，FEC符号化，及 びデータストリームフレーム構造の所望の組み合わせをもたらすよう送信装置を 制御するためのインターフェースが与えられる。この方法によってATMセル，MPE Gパケット等のようなユニットは，数十kbpsから許容範囲のエラー速度性能を有 するT1電話線によって現在与えられている速度以上までの範囲のユーザー当たり の速度で分配される。各周波数チャネル上にミニスロットが適応され，それはメ ディアアクセス制御(MAC)性能を改良するために，またはATM内に埋め込 むよりもより効果的な形式で一定ビット速度サービスをサポートするために使用 される。 特定の開示された実施例において，０〜10バイトのエラー補正能力の選択，バ ースト当たりひとつ以上の符号語及び（フレキシビリティが短縮された）255バ イトまでの符号語長を有するGF(256)にわたるリードソロモンFEC，並びにプログ ラム可能プリアンブル長及び値と一緒に，５つの記号速度（128ksym/secから2.0 48Msym/secまでファクタ２のステップで）のフレキシビリティが与えられる。開 示されたバーストモードはまた，プログラム可能データフィールド長，プリアン ブル長及び値，並びにFEC無しの８ビットCRCを含む。好適に，あらゆる周波数チ ャネル上の動作はひとつのミニスロットフォーマット及びたった一つのバースト フォーマットの使用から成る。 与えられた記号速度に対し，本発明に従ってさまざまなバーストフォーマット オプションを与えることによって，スループット（効率），エラー速度性能（物 理的レイヤー粗さ）及び待ち時間の間にトレードオフが作られる。記号速度，QP SKまたは16QAM変調，及び周波数アジリティの付加的なフレキシビリティに関し て，ケーブルテレビオペレータのようなシステム ユーザーは遭遇する広い条件セットに対し動作モードの所望のセットを見つける ことができる。 発明はさまざまな実施例について説明されてきたが，請求の範囲に記載された 発明の態様から離れることなくさまざまな付加及び修正が可能であることが認識 されるべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年１２月１６日（１９９７．１２．１６） 【補正内容】 請求の範囲 １．マルチレイヤーデータ通信法において可変長バースト内のデータパケットを 物理的レイヤーを通じて通信するための装置であって，各バーストが(i)情報デ ータ及び(ii)フォワードエラー制御(FEC)データを含むオーバーヘッドを含み， 複数の有効グルーピングモードの選択されたひとつに従って前記情報データを ブロックへグループ分けするためのプログラム可能ブロックプロセッサと， 複数の可能符号化レベルの選択されたひとつに従って前記FECデータを有する 前記ブロックを符号化するためのプログラム可能FECエンコーダと， 前記ブロックを含むバーストに対する前記物理的レイヤーを通じたバースト送 信粗さ及び付随する送信帯域幅効率を達成するべく，前記ブロックプロセッサに よって与えられる特定のグルーピングモード及び前記FECエンコーダによって確 立される特定の符号化レべルを使用するバーストモードを選択するための，前記 ブロックプロセッサ及び前記FECエンコーダに付随するインターフェースと， から成る装置。 １７．マルチレイヤーデータ通信法において可変長バースト内のデータパケット を物理的レイヤーを通じて通信するための方法であって，各バーストが(i)情報 データ及び(ii)フォワードエラー制御(FEC)データを含むオーバーヘッドを含み ， それぞれが情報データグルーピングモード及びFBC符号化レベルを特定する， 複数の異なるバーストモードを与える工程と， 前記バーストモードのひとつを選択する工程と， 選択されたバーストモードによって特定されたグルーピングモードに従って， 前記情報データをブロックにグループ分けする工程と， 選択されたバーストモードにより特定された符号化レベルに従って，前記FEC データを有する前記ブロックを符号化する工程と， から成り， 前記バーストモードは，前記ブロックを含むバーストに対する前記物理的レイ ヤーを通じたバースト送信粗さ及び付随する送信帯域幅効率を達成するべく選択 される， ところの方法。 １８．請求項１７に記載の方法であって，前記バース トモードは，前記ブロックを含むバーストに対する付随する待ち時間を達成する べく付加的に選択される， ところの方法。 １９．請求項１８に記載の方法であって，バーストモードは，帯域幅効率，バー スト送信粗さ及び待ち時間の少なくとも２つの間にトレードオフをもたらす， ところの方法。 ２０．請求項１９に記載の方法であって，前記トレードオフは， (a)ブロック符号長及び符号速度を変化させることによる粗さと効率との間の トレードオフ， (b)プリアンブル長を変化させることによる粗さと効率との間のトレードオフ ， (c)プロトコルデータユニット(PDUs)をバンドリングすることによる待ち時間 と効率との間のトレードオフ， (d)短いPDU用の符号語を長くしかつバンドリングすることによって待ち時間を 犠牲にした効率と粗さとの間のトレードオフ，及び (c)長いPDU用の符号語を短くすること及び粗悪なスロット境界による効率と粗 さとの間のトレードオフ，の少なくとも一つから成る， ところの方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ホウ，ビクター，ティー アメリカ合衆国カリフォルニア州92037, ラヨラ，ビア・マロルカ 8619−Ｆ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．マルチレイヤーデータ通信法において可変長バースト内のデータパケットを 物理的レイヤーを通じて通信するための装置であって，各バーストが(i)情報デ ータ及び(ii)フォワードエラー制御(FEC)データを含むオーバーヘッドを含み， 複数の有効グルーピングモードの選択されたひとつに従って前記情報データを ブロックへグループ分けするためのプログラム可能ブロックプロセッサと， 複数の可能符号化レベルの選択されたひとつに従って前記FECデータを有する 前記ブロックを符号化するためのプログラム可能FECエンコーダと， 前記ブロックを含むバーストに対するバースト送信粗さ及び付随する送信帯域 幅効率を達成するべく，前記ブロックプロセッサによって与えられる特定のグル ーピングモード及び前記FECエンコーダによって確立される特定の符号化レベル を使用するバーストモードを選択するためのインターフェースと， から成る装置。 ２．請求項１に記載の装置であって，さらに，複数の有効変調モードのひとつに 従って送信用に符号化ブ ロックを変調するためのプログラム可能変調器であって，前記変調モードの特定 のひとつを与えるべく前記インターフェースを通じて選択されたバーストモード に応答するところの変調器， を含む装置。 ３．請求項２に記載の装置であって，前記変調モードはQPSK及びQAMを含む， ところの装置。 ４．請求項１に記載の装置であって，前記バーストは周波数アジリティを有する 時間及び周波数分割多重アクセス(F/TDMA)を使って通信チャネルを通じて送信さ れる， ところの装置。 ５．請求項１に記載の装置であって，前記グルーピングモードの各々は前記バー ストによって運ばれる記号の送信用の特定の記号速度に付随する， ところの装置。 ６．請求項５に記載の装置であって， 前記ブロックプロセッサは，前記情報データを含むプロトコルデータユニット (PDUs)をPDU長に無関係のユニットにブロック化し，かつ前記インターフェース を通じて選択されたバーストモードに応答して選択さ れた長さのプリアンブルを与え， 前記FECエンコーダは前記ユニットからのデータを選択されたバーストモード によって指定された多くの符号語へ符号化する， ところの装置。 ７．請求項６に記載の装置であって，前記FECエンコーダは異なる長さの符号語 を与えるようプログラム可能である， ところの装置。 ８．請求項６に記載の装置であって，さらに，前記FECエンコーダが前記ブロッ クを２つ以上の符号語へ符号化する際はいつでも符号語記号をインターリーブす るインターリーバから成る， ところの装置。 ９．請求項６に記載の装置であって，さらに，複数の有効変調モードのひとつに 従って送信用に符号化ブロックを変調するためのプログラム可能変調器であって ，前記変調モードの特定のひとつを与えるべく前記インターフェースを通じて選 択されたバーストモードに応答するところの変調器， を含む装置。 １０．請求項９に記載の装置であって，前記変調モー ドはQPSK及びQAMを含む， ところの装置。 １１．請求項６に記載の装置であって，前記ブロックプロセッサによって，デー タがバースト内に含まれるところのPDUから引き出された最終ユニットは，当該 バースト内に含まれる先行ユニットより短くされ得る， ところの装置。 １２．請求項ｌに記載の装置であって，前記ブロックは非同期転送モード(ATM) セルから成り，かつ前記ブロックプロセッサは前記インターフェースを通じて選 択されたバーストモードに基づいて特定数の前記セルを各ブロックへ割り当てる ， ところの装置。 １３．請求項１２に記載の装置であって，前記ブロックプロセッサは，前記イン ターフェースを通じて選択されたバーストモードに依存して，ブロック当たり１ ，２若しくは４つのセルのいずれかを割り当てる， ところの装置。 １４．請求項１に記載の装置であって，前記バーストモードは前記ブロックを含 むバーストに対する付随する待ち時間を達成するべく付加的に選択される， ところの装置。 １５．請求項１に記載の装置であって， 前記ブロックプロセッサは，各々がバースト当たりひとつの符号語を有する可 変バースト長モードを与え， 前記バーストは，畳み込みFECコード及びトレリス符号化変調の少なくとも一 つを使って，畳み込んで符号化される， ところの装置。 １６．請求項１５に記載の装置であって，前記畳み込み符号化は，エラー補正外 部コードに連結された内部コードとして与えられる， ところの装置。 １７．マルチレイヤーデータ通信法において可変長バースト内のデータパケット を物理的レイヤーを通じて通信するための方法であって，各バーストが(i)情報 データ及び(ii)フォワードエラー制御(FEC)データを含むオーバーヘッドを含み ， それぞれが情報データグルーピングモード及びFEC符号化レベルを特定する， 複数の異なるバーストモードを与える工程と， 前記バーストモードのひとつを選択する工程と， 選択されたバーストモードによって特定されたグルーピングモードに従って， 前記情報データをブロックにグループ分けする工程と， 選択されたバーストモードにより特定された符号化レベルに従って，前記FEC データを有する前記ブロックを符号化する工程と， から成り， 前記バーストモードは，前記ブロックを含むバーストに対するバースト送信粗 さ及び付随する送信帯域幅効率を達成するべく選択される， ところの方法。 １８．請求項１７に記載の方法であって，前記バーストモードは，前記ブロック を含むバーストに対する付随する待ち時間を達成するべく付加的に選択される， ところの方法。 １９．請求項１８に記載の方法であって，前記異なるバーストモードは，帯域幅 効率，バースト送信粗さ及び待ち時間の少なくとも２つの間にトレードオフをも たらす， ところの方法。 ２０．請求項１９に記載の方法であって，前記トレードオフは， (a)ブロック符号長及び符号速度を変化させることによる粗さと効率との間の トレードオフ， (b)プリアンブル長を変化させることによる粗さと効率との間のトレードオフ ， (c)プロトコルデータユニット(PDUs)をバンドリングすることによる待ち時間 と効率との間のトレードオフ， (d)短いPDU用に符号語を長くしかつバンドリングすることによって待ち時間を 犠牲にした効率と粗さとの間のトレードオフ，及び (c)長いPDU用に符号語を短くしかつスロット境界を悪化させることによる効率 と粗さとの間のトレードオフ， の少なくとも一つから成る， ところの方法。