JP2004236318A - 少ない冗長でクロストークを低減する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冗長数を低減するクロストーク消去装置を提供すること。
【解決手段】少ない数の冗長で不平衡チャネルにおけるクロストークを低減する方法および装置を開示する。多次元有限時間インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタを用いて受信信号を処理する、クロストーク消去装置を開示する。冗長は、多次元有限時間インパルス応答フィルタを用いて、各撚線対上で受信された信号をベクトル形式で処理することにより低減または完全に除去される。各撚線対上で受信された信号、および各信号が互いに有するクロストークの影響を一括して処理できるように、各撚線対上のトランシーバによって受信された信号はベクトル形式で表示される。多次元クロストーク消去装置は、各撚線対上でトランシーバによって送信された対応信号のベクトル表示を処理する。加算器は、トランシーバによって受信された信号の等化済みベクトル表示、およびトランシーバによって送信された信号の処理済みベクトル表示を合計して、各撚線対上の受信信号の推定値を算出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、一般的にクロストーク消去技術に関し、より詳細には、少ない冗長で不平衡チャネル上におけるクロストークを低減する方法および装置に関する。

本出願は、２００３年１月２８日出願の米国仮出願第６／４４３，２６０号の優先権を主張するものであり、参照によりそれぞれ本明細書に組み込まれている、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ Ｎｏｉｓｅ Ｉｎ ａ Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｕｓｉｎｇ Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ」という名称の米国特許出願（Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｕｍｂｅｒ Ａｚａｄｅｔ ２４）および「Ｍｕｌｔｉ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｈｙｂｒｉｄ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｓｅ Ｆｏｒｍ Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｉｌｔｅｒｓ」という名称の米国特許出願（Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｕｍｂｅｒ Ａｚａｄｅｔ ２６）に関連している。

図１は、撚線対（ＴＰ）１１０上で信号を送受信するトランシーバ１００を示している。トランシーバ１００は、たとえば、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）やデジタル・サブスクライバ・ループ（ｘＤＳＬ）と関連づけることができる。かかるトランシーバ１００におけるクロストークの主たる原因は、通常、ニアエンド・クロストーク（ＮＥＸＴ）、エコー・クロストーク、およびファーエンド・クロストーク（ＦＥＸＴ）である。トランシーバ１００などの各トランシーバは、同じ撚線対１１０上で第１の信号Ｖ_１を送信し、異なった信号Ｖ_２を受信する。Ｖ_１はトランシーバ１００によって生成された送信信号に対応する。Ｖ_２は第２のトランシーバ１２０によって生成された受信信号に対応する。トランシーバ１００には自らが生成した送信信号Ｖ_１が分かっているので、トランシーバ１００は「ハイブリッド成分」を用いて、撚線対（ＴＰ）１１０上の電圧（Ｖ_１＋Ｖ_２）から送信信号Ｖ_１を減算し、受信信号Ｖ_２に対応する電圧を得る。

ニアエンド・クロストークは、異なった撚線対１１０上で異なった信号を送受信し、１つの撚線対上の信号が別の撚線対上のその信号と干渉している結果生ずる。一方、エコー・クロストークは、同じ撚線対１１０上のクロストークおよび、たとえば、各コネクタなどの所与のパスに沿った不連続なインピーダンスの結果である。トランシーバ１００が信号Ｖ_１を送信すると、そのパスに沿った各インピーダンス不連続性によって、トランシーバ１００はウェーブまたはエコー・バックを受信させられる。そのため、通常、トランシーバは、図２に関連して以下でさらに説明するニアエンド・クロストーク／エコー消去装置２００を備えており、ニアエンド・クロストークおよびエコー・クロストークを解消して、送信信号の回復を改善する。
米国仮出願第６／４４３，２６０号 米国特許出願（Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｕｍｂｅｒ Ａｚａｄｅｔ ２４）、「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｉｎｇ Ｎｏｉｓｅ Ｉｎ ａ Ｕｎｂａｌａｎｃｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｕｓｉｎｇ Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ」 米国特許出願（Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｕｍｂｅｒ Ａｚａｄｅｔ ２６）、「Ｍｕｌｔｉ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｈｙｂｒｉｄ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｓｅ Ｆｏｒｍ Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｉｌｔｅｒｓ」 米国特許第５，９８３，２５４号

従来のクロストーク消去装置は、同じ撚線対上のエコーならびに他の撚線対それぞれのニアエンド・クロストークを低減するために、所与の撚線対上の同じ信号を多数回調べなければならない。たとえば、４撚線対の場合には、所与の信号が同じ撚線対上でのエコー消去に１回、他の３つの撚線対上でのニアエンド・クロストークについてさらに３回用いられるので、４倍の冗長がある。かかる冗長は、回路面積および電力を不必要に消費する。したがって、冗長の数を低減するクロストーク消去装置が必要とされている。

一般的に、少ない数の冗長で不平衡チャネルにおけるクロストークを低減する方法および装置を開示する。多次元有限時間インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタを用いて受信信号を処理する、クロストーク消去装置を開示する。従来のクロストーク消去装置は、同じ撚線対上のエコーならびに他の撚線対のそれぞれでのニアエンド・クロストークまたはファーエンド・クロストークを低減するために、所与の撚線対上における同じ信号を多数回調べるのに対し、本発明は、各撚線対上で受信された信号をベクトル形式で処理することにより、冗長を低減または完全に除去できることを理解している。本発明の一態様によれば、多次元有限時間インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタを用いて、各撚線対上で受信された信号をベクトル形式で処理する。よって、各撚線対上で受信された信号および各信号が互いに有するクロストークの影響は、一連の独立した計算としてではなく、一括して処理される。

本発明に従って、各撚線対上で受信された信号および各信号が互いに有するクロストークの影響を一括して処理できるように、各撚線対上のトランシーバによって受信された信号をベクトル形式で表示する。そして、受信信号のベクトル表示を等化する。多次元クロストーク消去装置は、各撚線対上でトランシーバによって送信された対応する信号のベクトル表示を処理する。加算器は、トランシーバによって受信された信号の等化済みのベクトル表示、およびトランシーバによって送信された信号の処理済みベクトル表示を合計して、各撚線対上での受信信号の推定量を算出する。このようにして、本発明は、各撚線対上で受信された信号をベクトル形式で処理することにより、少ないまたは最小数の冗長で、各撚線対上のニアエンド・クロストークおよびエコーを低減する。多次元有限時間インパルス応答フィルタは、たとえば、直接型、ハイブリッド型、または転置型で、あるいは有限時間インパルス応答フィルタの別の形態で実施することもできる。
本発明のさらに完全な理解、ならびに本発明のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面を参照することにより得られるであろう。

図２は、図１のトランシーバ１００、１２０において用いることができる従来のニアエンド・クロストーク／エコー消去装置２００を示している。例示的なニアエンド・クロストーク／エコー消去装置２００は、それぞれ独自の撚線対上で受信される４つの受信差動信号Ｒｘ１乃至Ｒｘ４を処理する。図２に示したように、４つの受信差動信号Ｒｘ１乃至Ｒｘ４のそれぞれは、それぞれ段２０５−１乃至２０５−４で個別に処理される。各クロストーク／エコー消去段２０５は、既知の方法で、たとえばフィードフォワード等化器２１０を用いて受信信号を等化する。

また、各クロストーク／エコー消去段２０５は、エコー消去装置２１５を備えており、主として、受信信号Ｒｘ１および送信信号Ｔｘ１を伝える撚線対などの、同じ撚線対上のクロストークの結果である、エコー・クロストークを解消する。図２に示したように、各クロストーク／エコー消去段２０５は、ニアエンド・クロストーク／エコー消去装置２２０−１乃至２２０−３も備えており、異なった撚線対上で異なった信号を送受信すること、および１つの撚線対上の信号が別の撚線対上のその信号と干渉している結果生ずる、ニアエンド・クロストークを解消する。たとえば、ニアエンド・クロストーク／エコー消去装置２２０−１は、第２の送信信号Ｔｘ２によって生ずる、第１の受信信号Ｒｘ１におけるクロストークを解消する。同様に、ニアエンド・クロストーク／エコー消去装置２２０−２は、第３の送信信号Ｔｘ３によって生ずる、第１の受信信号Ｒｘ１におけるクロストークを解消する。フィードフォワード等化器２１０、エコー消去装置２１５、およびニアエンド・クロストーク／エコー消去装置２２０−１乃至２２０−３の出力は、加算器２４０によって合計され、第１の受信信号Ｒｘ１ｏｕｔの推定値を算出する。

前述のように、図２に示したＮＥＸＴ／エコー消去装置２００などの、従来のニアエンド・クロストーク／エコー消去装置は、同じ撚線対上のエコーならびに他の撚線対のそれぞれでのクロストークを低減するために、所要の撚線対上の同じ信号を多数回調べなければならない。たとえば、図２の例において、送信信号Ｔｘ１はクロストーク／エコー消去段２０５−１のエコー消去装置２１５によって用いられて、第１の撚線対上の受信信号からエコーを除去し、また、撚線対２乃至４用のクロストーク／エコー消去段２０５−２乃至２０５−４のニアエンド消去装置２２０によっても用いられる。そのため、この例においては、同じ入力（たとえばＴｘ１）に４回適用される同じ操作（たとえば遅延）の結果、冗長が生ずる。本発明は、各撚線対上で受信された信号をベクトル形式で処理することにより、冗長を低減するか完全に除去することができると理解している。ベクトルは各撚線対に対応する成分を含んでいる。よって、各撚線対上で受信された信号、および各信号が互いに有するクロストークの影響は、一連の独立した計算ではなく、一括して処理される。

図３は本発明の特徴を包含するクロストーク／エコー消去装置３００を示している。一般的に、以下でさらに説明するように、本発明は、多次元有限時間インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタを用いて、各撚線対上で受信された信号をベクトル形式で処理する。このようにして、各撚線対上で受信された信号および各信号が互いに有する影響は、一連の独立した計算としてではなく、一括して処理される。所与の撚線対用の各クロストーク／エコー消去段２０５は、クロストーク／エコー消去装置３００を用いて実施することができる。

本発明は、図３に示したように、各撚線対の受信信号をベクトル形式で表現できることを理解している。受信信号のベクトル表示は、たとえば、４撚線対の場合において４つの成分Ｒｘ１、Ｒｘ２、Ｒｘ３、およびＲｘ４を含む。その後、クロストーク／エコー消去装置３００は既知の方法で、たとえば、フィードフォワード等化器３１０を用いて、受信信号のベクトル表示を等化する。フィードフォワード等化器３１０は、たとえば、クロストーク消去装置３３０と同じ方法で、以下で説明する多次元有限時間インパルス応答フィルタとして実施することができる。

図３に示したように、クロストーク／エコー消去装置３００は、たとえば、有限時間インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ（入力パスにおける遅延あり）の直接型、または有限時間インパルス応答フィルタの別の形態として実施できるクロストーク消去装置３３０を含む。ここで用いられる多次元有限時間インパルス応答フィルタは、マトリックス係数を有する。図３に示したように、クロストーク消去装置３３０は、フィルタ重みまたはタップ係数を備えた４つのタップＷ_０乃至Ｗ_３を有する乗算器３１１乃至３１４をそれぞれ含む。これらのフィルタ重みは、入力パス３４０を横断する入力データによって乗算されるマトリックス被乗数を表す。既知の直接型に従い、シフト・レジスタとすることができる遅延素子３５１乃至３５３を、入力パス３４０に挿入し、それぞれ２つの乗算器の間に配置する。また、加算器３６１乃至３６４は、出力パス３７０上に配置し、それぞれ乗算器の出力で接続する。かかる配置では、クロストーク消去装置３３０の伝達関数のｚ変換Ｈ（ｚ）は次のようになる。

Ｈ（ｚ）＝Ｗ_０＋Ｗ_１ｚ^−１＋Ｗ_２ｚ^−２＋Ｗ_３ｚ^−３＋．．． 式（１）
たとえば、上記の式における第１の重み項Ｗ_０はどの遅延にも対応しておらず、第２項Ｗ_１ｚ^−１は１段の遅延に対応している。従来の形態については、各フィルタ・タップに適用される重みｗ_ｎはスカラー値であり、一方、本発明において各フィルタ・タップに適用される重みＷ_ｎはマトリックス値（この例においては４×４マトリックス）である点に留意されたい。適切な有限時間インパルス応答フィルタに関するより詳細な説明は、たとえば、参照により本明細書に組み込まれている米国特許第５，９８３，２５４号を参照されたい。米国特許第５，９８３，２５４号に記載された有限時間インパルス応答フィルタを本発明の多次元の場合に拡張することは、「Ｍｕｌｔｉ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｈｙｂｒｉｄ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｓｅ Ｆｏｒｍ Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｉｌｔｅｒｓ」という名称の米国特許出願（Ａｔｔｏｒｎｅｙ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｕｍｂｅｒ Ａｚａｄｅｔ ２６）に記載されている。

乗算器３１１乃至３１４はそれぞれマトリックス乗算を行う。たとえば、４つの撚線対について、各乗算は４×４マトリックスに４成分ベクトルを掛ける乗算である。図３に示したように、クロストーク消去装置３３０の出力は次のように表すことができる。
Ｙ（ｚ）＝Ｈ（ｚ）Ｔｘ（ｚ）
ここで、Ｈ（ｚ）は上記で定義したマトリックスであり、Ｔｘ（ｚ）は送信信号のベクトル表示である。時間領域において、クロストーク消去装置３３０の出力の出力Ｙｎは次のように表すことができる。
Ｙ_ｎ＝Ｗ_０Ｔｘ_ｎ＋Ｗ_１Ｔｘ_ｎ−１＋Ｗ_２Ｔｘ_ｎ−２＋．．．
ここで、ｎはこの例においては１から４の間の値である。

また、加算器３６１乃至３６４はそれぞれ４つの成分のベクトル加算を行う。よって、出力Ｒｘ＿ｏｕｔ１は４つの成分（各撚線対に対する成分）からなる列マトリックスである。クロストーク消去装置３３０の出力は加算器３２０によって等化器３１０の出力に加算され、第１の受信信号Ｒｘ１ｏｕｔ（第１の撚線対に対する）の推定値を算出する。よって、加算器３２０は、等化された信号Ｅｎおよびクロストークを消去された信号Ｙｎの対応成分を加算する。この構成において１つの撚線対上の受信信号を用いて同じケーブルにおける隣接する撚線対上のＦＥＸＴを低減できるので、本明細書中に記載した多次元形態の等化器３１０は、ファーエンド・クロストーク緩和の付加的な利益を提供する。

本明細書中で示し説明した実施形態および変形は、本発明の原理を例示しているに過ぎず、本発明の範囲および趣旨から逸脱せずに、当業者によって様々な変更が実施可能であることを理解されたい。

同じ撚線対（ＴＰ）上で信号を送受信する従来のトランシーバの図である。 図１のトランシーバにおいて用いることができる、従来のニアエンド・クロストーク／エコー消去装置の図である。 本発明の特徴を包含したクロストーク消去装置の図である。

Claims (10)

1. 複数の撚線対のそれぞれにおける受信信号を処理する方法であって、
   前記受信信号のベクトル表示を生成するステップであって、前記ベクトル表示は前記撚線対のそれぞれに関する成分を含むステップと、
   前記受信信号の前記ベクトル表示を用いて前記受信信号からクロストークを除去するステップとを含む方法。
2. 前記除去ステップは、１つの撚線対上の信号が別の撚線対上の信号と干渉する結果生ずるニアエンド・クロストークを除去するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記除去ステップは、同じ撚線対上のクロストークから生ずるエコー・クロストークを除去するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記除去ステップは、隣接する撚線対上の２つのファーエンド信号から生ずるファーエンド・クロストークを除去するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 受信信号のベクトル表示を生成するフロントエンド・プロセッサであって、前記ベクトル表示は撚線対のそれぞれに関する成分を含むフロントエンド・プロセッサと、
   前記受信信号の前記ベクトル表示を用いて、前記受信信号からクロストークを除去するクロストーク消去装置とを含む、受信機。
6. 前記クロストーク消去装置はさらに、１つの撚線対上の信号が別の撚線対上の信号と干渉する結果生ずるニアエンド・クロストークを除去するように構成された、請求項５に記載の受信機。
7. 前記クロストーク消去装置はさらに、同じ撚線対上のクロストークから生ずるエコー・クロストークを除去するように構成された、請求項５に記載の受信機。
8. 複数の撚線対のそれぞれにおける受信信号を処理する方法であって、
   前記受信信号のベクトル表示を生成するステップであって、前記ベクトル表示は前記撚線対のそれぞれに関する成分を含むステップと、
   前記受信信号の前記ベクトル表示を、マトリックス係数を有する多次元有限時間インパルス応答フィルタに適用するステップとを含む方法。
9. 前記適用ステップは前記受信信号からクロストークを除去する、請求項８に記載の方法。
10. 前記適用ステップは前記受信信号を等化する、請求項８に記載の方法。
    

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