JPH0750653A - オートレート方法及び装置 - Google Patents

オートレート方法及び装置

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JPH0750653A
JPH0750653A JP6154297A JP15429794A JPH0750653A JP H0750653 A JPH0750653 A JP H0750653A JP 6154297 A JP6154297 A JP 6154297A JP 15429794 A JP15429794 A JP 15429794A JP H0750653 A JPH0750653 A JP H0750653A
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JP6154297A
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Gordon Bremer
ブレマー ゴードン
Kenneth David Ko
デビッド コー ケネス
Luke J Smithwick
ジェイ． スミスウィック ルーク
Edward S Zuranski
サイモン ズランスキ エドワード
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Original Assignee
American Telephone and Telegraph Co Inc
AT&T Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 音声信号とデータ信号を同時に送信する通信
システムを提供する。 【構成】 ２個のモデムからなる音声及びデータの同時
通信システムでは、オートレート機能は、無音検出器を
少なくとも一方のモデムの受信回路に付加することによ
り実現される。得られたノイズ統計が所定の閾値を越え
る場合、例えば、通信チャネルが非常に高ノイズである
場合、受信モデムは送信モデムと一層低いデータ転送速
度で通信する。逆に、得られたノイズ統計が所定の閾値
よりも低い場合、受信モデムは送信モデムと一層高いデ
ータ転送速度で通信する。別の方法では、送信モデム
は、無音期間を示す信号を受信モデムに与える。この信
号を受信すると、受信モデムは通信チャネルが高ノイズ
であるか否かを決定するために、エラー統計を蓄積す
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装置（例えば
モデム）に関する。更に詳細には、本発明は、同じ通信
設備により音声信号とデータ信号の両方を同時に伝送す
ることに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在の大抵のモデムの標準的な機能は
“オートレート”機能である。特に、データ接続の各モ
デムは、モデム間のデータ転送速度（すなわちビット伝
送速度）を調整するために、通信チャネルの質を継続的
にテストする。例えば、データ信号がエラーの増大（す
なわち高誤り率）に会い始めると、モデムはモデム間で
低データ転送速度で通信するようになる。逆に、所定の
時間以上にわたって、誤り率が所定の閾値よりも低い場
合、モデムはモデム間で高データ転送速度で通信するよ
うになる。
【０００３】数多くのオートレート技術が米国特許第４
７５６００７号，同第４９９１１８４号，同第５００７
０４７号明細書に開示されている。一般的に説明すれ
ば、従来のオートレート技術は次のように行われる。受
信モデムは各受信信号点に対して“スライシング”操作
を行う。このスライシング操作は単に、既知の記号配置
（コンステレーション）から受信信号点Ｔまで最も近い
記号を推測するだけである。これは別名“ハードデシジ
ョン”とも呼ばれている。最も近い記号から受信信号点
までの偏差の大きさは、通信チャネルの周囲ノイズ条件
に比例するものと想定される。チャネルの周囲ノイズ条
件が、何れかの方向で、一連の所定限界値を越える場
合、通信チャネルの推定周囲ノイズに適合させるため
に、モデムはモデム間でデータ転送速度の変更を交渉す
る。
【０００４】米国特許出願第０８／０７６５０５号明細
書（出願日１９９３年６月１４日，発明の名称「アナロ
グ及びデジタルの同時通信」）には、音声及びデータの
同時通信システムが開示されている。このシステムで
は、音声信号は、受信モデムへの通信チャネルにより、
伝送用データ信号に同時に付加される。一般的に、各信
号空間Ｔでは、データ信号はデータ記号（基準信号点
値）により表される。このデータ記号に、音声信号を示
す音声信号ベクトルが付加される。データ記号へ音声信
号ベクトルが付加されたことにより、各信号空間Ｔにお
けるデータ信号及び音声信号双方の関数である被選択信
号点が生じる。
【０００５】選択された信号点は、選択されたデータ記
号と異なるので、従来のオートレート方法では、受信モ
デムが、被伝送音声信号に比例するが通信チャネルの周
囲ノイズには比例しないエラー信号を誤って計算してし
まう。その結果、従来のオートレート方法は音声及びデ
ータの同時通信システムでは非常に非効率であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は音声及びデータの同時通信システムにおいて効率的な
新規なオートレート方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段として、本発明は、通信チャネルにおける周囲ノ
イズの評価が音声信号の無音期間中にのみ生じるオート
レート方法及び装置を提供する。無音期間が検出される
と、通信チャネルのノイズ統計が収集される。
【０００８】２個のモデムからなる音声及びデータの同
時通信システムでは、オートレート機能は、無音検出器
を少なくとも一方のモデムの受信回路に付加することに
より実現される。得られたノイズ統計が所定の閾値を越
える場合、例えば、通信チャネルが非常に高ノイズであ
る場合、受信モデムは送信モデムと一層低いデータ転送
速度で通信する。逆に、得られたノイズ統計が所定の閾
値よりも低い場合、受信モデムは、送信モデムと一層高
いデータ転送速度で通信する。
【０００９】本発明の別の実施例では、送信モデムは、
無音期間中に受信モデムにイネーブリング信号を与え
る。特に、このイネーブリング信号は第２通信チャネル
における受信モデムに送信される制御メッセージであ
る。イネーブリング信号の受信に応答して、受信モデム
はその後、通信チャネルにおけるデータ転送速度を変更
すべきか否か決定するために、エラー統計を蓄積する。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を具体的に
説明する。
【００１１】図１は本発明の音声及びデータ同時通信シ
ステムにおける受信器の一例のブロック図である。変調
された音声及びデータ同時入力信号は、通信チャネルか
ら受信され、そして、復調器２１０に入力される。復調
器２１０は同位相成分及び直交位相成分を発生する。こ
れらの成分はスライサ２２０に入力される。スライサ２
２０は記号を識別する。すなわち、スライサ２２０は受
信信号点を、現在選択されている記号コンステレーショ
ン（図示されていない）から最も近いデータ記号にマッ
ピングする。
【００１２】スライサ２２０は、ＣＰＵ２９０（下記で
説明する）により制御される、多数の又は一群の記号配
置（このうち一つの記号配置は現在選択されている記号
配置である。）を記憶する。スライサ２２０は、識別さ
れた記号を２対１デマッパ２３０に供給する。
【００１３】更に、図１のシステムは、スライサ２２０
により発生された記号に応答する１対２マッパ２４０も
包含する。マッパ２４０の出力は、被識別記号の同位相
成分及び直交位相成分群である。マッパ２４０の出力は
減算器２５０及び２６０において、復調器２１０の出力
から減算され、一対のアナログサンプルをライン２５１
及び２６１に出力する。これらの出力は２対１デマッパ
２７０に入力され、２対１デマッパ２７０は、アナログ
サンプルを再結合し、元のアナログ信号（例えば、音声
信号）をライン２７１に出力する。
【００１４】図１に示されるように、スライサ２２０は
エラー信号をライン２２１によりオートレート素子２８
０に供給する。このエラー信号は各被受信信号点と現に
選択されている記号配置の最も近い記号との間のエラー
距離を示す。図２はオートレート素子２８０の詳細なブ
ロック図である。スライサ２２０からのエラー信号はフ
ィルタ１１０に入力される。フィルタ１１０はエラー信
号を２乗し、かつ平均化し、信号をライン１１１に出
す。この信号は平均２乗エラー（ＭＳＥ）に比例する。
【００１５】このＭＳＥ信号は閾値検出器１１５に入力
される。下記で詳細に説明するように、本発明により閾
値検出器１１５が動作される場合、閾値検出器１１５は
ＭＳＥ信号を所定の低閾値及び所定の高閾値と比較す
る。閾値検出器１１５は２つの出力信号をカウンタ１２
０に供給する。一方のライン１１７における信号はＭＳ
Ｅ信号が高閾値超である場合を示し、他方のライン１１
８における信号はＭＳＥ信号が低閾値未満である場合を
示す。
【００１６】カウンタ１２０はＭＳＥ信号がこれら所定
の閾値超又は未満である回数をカウントし、２つの伝送
速度変更信号をライン２８１及び２８２にそれぞれ出力
する。カウンタ１２０に記憶された現行カウントが所定
の高エラー回数を越える場合、カウンタ１２０はライン
２８１を介してＣＰＵ２９０に信号を送り、データビッ
ト伝送速度を“低下”方向へ変更する。
【００１７】これに対して、カウンタ１２０に記憶され
ている現行カウントが所定の低エラー回数を越える場
合、カウンタ１２０はライン２８１を介してＣＰＵ２９
０に信号を送り、データビット伝送速度を“増大”方向
へ変更する。これら伝送速度変更信号のうちの何れかに
応答して、ＣＰＵ２９０はライン２９１の信号によりカ
ウンタ１２０をリセットし、そして、データビット伝送
速度を適当な方向に変更するためにＣＣＩＴＴ規格に従
って遠方モデム（図示されていない）との交渉を開始す
る。
【００１８】更に、データビット伝送速度が変更される
と、ＣＰＵ２９０は信号をスライサ２２０に供給し、選
択された記号コンステレーションを、新たなデータビッ
ト伝送速度（すなわちビット／記号伝送速度）を与える
コンステレーションに変更する。
【００１９】更に、ＣＰＵ２９０は、ライン２８１に信
号がない場合であっても、ライン２９１の信号によりカ
ウンタ１２０を臨時にリセットし、データ転送速度を変
更する。このカウンタ１２０の臨時リセットは必要であ
る。そうでなければ、カウンタ１２０は、ノイズ信号を
蓄積し続け、そして、ついには、通信チャネルの質が悪
くないにも拘わらず、データ転送速度変更信号を送信し
てしまう。
【００２０】例えば、ライン１４６のイネーブリング信
号が有効な間（下記で説明する）の１秒間の間隔に亙っ
てノイズ統計を蓄積させることを事前に決定しておくこ
とができる。１秒後にＣＰＵ２９０がデータ転送速度変
更信号を受信しない場合、ＣＰＵ２９０はカウンタ１２
０をリセットする。これに反して、ＣＰＵ２９０が１秒
間経過前にデータ転送速度変更信号を受信すると、ＣＰ
Ｕ２９０は１秒間間隔の測定を再開する。
【００２１】前記のように、ライン１４６のイネーブリ
ング信号が有効な場合、ＣＰＵ２９０はこの１秒間間隔
を測定するだけである。別法として、カウンタ１２０は
“漏洩”式に増分又は減分させることもできる。特に、
ＭＳＥ信号が所定の閾値超である場合、カウンタ１２０
は量Ｋだけ増分される。しかし、ＭＳＥ信号が所定の量
未満である場合、カウンタ１２０は量Ｊだけ減分され
る。ここで、Ｊ＜Ｋである。これにより、通信チャネル
にバーストノイズが存在するにも拘わらず、カウンタ１
２０は長期間にわたって確実に減分する。
【００２２】前記のように、閾値検出器１１５は特定の
時間間隔中にＭＳＥ信号を所定の低閾値及び所定の高閾
値と比較するだけである。閾値検出器１１５が動作する
特定の時間間隔は、音声エネルギー検出器１４５により
制御される。音声エネルギー検出器１４５はデマッパ２
７０の出力を受信し、音声信号が受信されているか否か
を推断する。音声信号の典型的な周波数スペクトルを図
３に示す。例えば、音声エネルギー検出器１４５は簡単
なバンドパスフィルタからなる。
【００２３】２００〜５００Ｈｚ周波数範囲内の音声信
号のエネルギーが図３の点線１４８で示される所定のエ
ネルギー量未満である場合、音声エネルギー検出器１４
５はライン１４６に信号を出す。換言すれば、閾値検出
器１１５は、受信音声信号のエネルギーが低い場合、例
えば、無音期間中だけ機能する。その結果、オートレー
ト素子２８０は、受信音声信号が少量のエネルギーから
なる場合だけ、通信チャネルに存在するノイズ量を推量
する。従って、受信信号内のエラーは話者の音声よりも
むしろノイズ信号の結果に帰される。
【００２４】図４は本発明の音声及びデータ同時通信シ
ステムの別の実施例のブロック図である。この実施例で
は、音声信号はオートレート素子３８０に入力されな
い。その代わりに、ＣＰＵ３９０はライン２８９の信号
を介して、遠方モデム（図示されていない）から当業者
に公知の制御チャネル情報を受信する。特に、制御チャ
ネル又は第２チャネルは２つのモデム間の制御及び信号
情報を供給する。
【００２５】この第２チャネルは、データ流れにより又
は周波数スペクトルの一部を使用することにより、時分
割多重化させることができる。第２チャネルは、音声信
号がデータ信号（下記で説明する）と同時に伝送されて
いない場合、送信モデムが受信モデムに信号を送ること
を許す。
【００２６】特に、ＣＰＵ３９０が、音声信号が送信さ
れていない送信モデムからメッセージ又はイネーブリン
グ信号を受信する場合、ＣＰＵ３９０はライン２９４の
信号によりオートレート素子３８０を使用可能にする。
オートレート素子３８０の細部は図５に示されている。
オートレート素子３８０は前記のオートレート素子２８
０と同様な方法で機能する。ただし、オートレート素子
３８０では、閾値検出器３１５の動作はＣＰＵ３９０に
より制御される。ＣＰＵ３９０は遠方モデムからの前記
のイネーブリング信号に応答する。その他の点では、Ｃ
ＰＵ３９０は前記のように機能する。
【００２７】図４の実施例と組み合わせて使用する方法
の一例を図６に示す。図６に示された方法は、遠端モデ
ム（音声及びデータ信号を同時に送信する）と近端モデ
ム（音声及びデータ信号を同時に受信する）間のデータ
接続を想定する。更に、第２チャネルが、遠端モデム及
び近端モデム間の信号及び制御情報の通信用に、当業者
に公知の通りに存在するものと想定する。
【００２８】前記の特許出願明細書に開示されているよ
うに、遠端又は送信モデムは、音声信号が近端又は受信
モデムに伝達されているか否かを決定するために、全て
の情報にアクセスする。例えば、前記の特許出願明細書
では、音声信号は選択されたデータ記号の信号点座標に
付加される。従って、選択されたデータ記号に対応する
信号点だけが送信される場合、送信モデムは音声信号が
存在しないことを確認する。
【００２９】ステップ６０５において、遠端モデムは無
音間隔を検出するためにその伝送をモニタする。無音間
隔が検出されると、遠端モデムはステップ６１０におい
て、第２チャネルにより“無音表示子”メッセージを近
端モデムに伝送する。しかし、無音間隔が検出されない
場合、遠端モデムはステップ６１５で無音表示子メッセ
ージを伝送しない。
【００３０】遠端モデムでは、ＣＰＵ３９０はステップ
６４０において、無音表示子メッセージについて第２チ
ャネルをモニタする。無音表示子メッセージが受信され
ない場合、ＣＰＵ３９０はステップ６４５においてオー
トレート素子３８０を使用不能にする。しかし、無音表
示子メッセージが受信される場合、ＣＰＵ３９０はステ
ップ６５０においてオートレート素子３８０を使用可能
にする。換言すれば、無音表示子メッセージは通信チャ
ネルの周囲ノイズを想定する全ての装置及び方法を使用
可能または使用不能にする。
【００３１】以上、本発明を独立した機能的構成ブロッ
ク（例えば、オートレート素子２８０）などにより実現
する実施例について説明してきたが、これらの構成ブロ
ックのうちの１個以上のブロックの機能は１個以上の適
当なプログラム化プロセッサを用いて実行することがで
きる。更に、閾値及びエラー回数は選択されたコンステ
レーションすなわちデータ転送速度の関数として変化さ
せることができ、ＭＳＥ推定の使用に限定されない。
【００３２】また、その他の構成の音声信号検出器も使
用できる。例えば、音声信号のピッチ期間を探す音声信
号検出器などを使用できる。最後に、別の構成の第２チ
ャネルも使用できる。例えば、信号点をコンステレーシ
ョンに付加することにより、信号点コンステレーション
をディザリングする第２チャネルも使用できる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、通
信チャネルにおける周囲ノイズの評価が音声信号の無音
期間中にのみ生じるオートレート方法及び装置が得られ
る。この方法及び装置によれば、非常に効率的な音声及
びデータ同時通信システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の音声及びデータ同時通信システムにお
ける受信側の一例のブロック図である。
【図２】図１に示されたオートレートブロック２８０の
ブロック図である。
【図３】音声信号周波数スペクトルの一例の波形図であ
る。
【図４】本発明の音声及びデータ同時通信システムの受
信側の別の例のブロック図である。
【図５】図４に示されたオートレートブロック３８０の
ブロック図である。
【図６】図４の実施例で使用する方法を説明する流れ図
である。
【符号の説明】
１１０ フィルタ １１５，３１５ 閾値検出器 １２０ カウンタ １４５ 音声エネルギー検出器 ２１０ 復調器 ２２０ スライサ ２３０ ２対１デマッパ ２４０ マッパ ２５０，２６０ 減算器 ２７０ ２対１デマッパ ２８０，３８０ オートレート素子 ２９０，３９０ ＣＰＵ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケネス デビッド コー アメリカ合衆国、34619 フロリダ、クリ アウォター、セイバー ドライブ、2956 (72)発明者 ルーク ジェイ． スミスウィック アメリカ合衆国、34655 フロリダ、ニュ ー ポート リチェイ、グリンスビー ド ライブ、7907 (72)発明者 エドワード サイモン ズランスキ アメリカ合衆国、34640 フロリダ、ラル ゴ、クレセント ドライブ、1313

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 通信チャネルにより相手端点に接続され
    たデータ通信装置で使用するオートレート方法であり、 （Ａ）通信チャネルから一連の信号点を示す信号を受信
    するステップと、ここで、該信号は，（Ｂ）受信された
    一連の信号点の各々と信号空間からの多数の信号点の各
    々との間の差の関数であるエラー信号を発生するステッ
    プと，（Ｃ）通信チャネルの周囲ノイズの推定値を出す
    ために、少なくとも一つの時間間隔中にエラー信号を評
    価するステップと，前記少なくとも一つの時間間隔の出
    現は、イネーブリング信号の関数である，（Ｄ）前記周
    囲ノイズ推定値の関数として、通信チャネルのデータビ
    ット伝送速度を変更するステップと，からなることを特
    徴とするオートレート方法。
  2. 【請求項２】 評価ステップ（Ｃ）は、 （Ｅ）エラー信号を第１閾値と比較するステップと，
    （Ｆ）エラー信号が第１閾値を超えた回数をカウントす
    るステップと，（Ｇ）エラー信号が第１閾値を超えた回
    数が所定の第２閾値よりも大きい場合、周囲ノイズの推
    定値を出すステップと，からなることを特徴とする請求
    項１の方法。
  3. 【請求項３】 前記カウントステップ（Ｆ）は、所定の
    第２閾値が超えられる前に所定の時間間隔が経過する場
    合、カウントをリセットするステップを包含することを
    特徴とする請求項２の方法。
  4. 【請求項４】 前記カウントステップ（Ｆ）は、エラー
    信号が第１閾値を超える回数のカウントが所定の第２閾
    値を超える前に、長期間にわたって、前記エラー信号が
    第１閾値を超える回数のカウントを臨時に減分するよう
    に行われることを特徴とする請求項２の方法。
  5. 【請求項５】 前記受信信号は、データ信号部分と少な
    くとも一つの他の信号を包含し、前記イネーブリング信
    号は、少なくとも一つの他の信号が存在しないという推
    定をイネーブリング信号が出す場合だけエラー信号が評
    価されるように、任意の時間間隔における少なくとも一
    つの他の信号の存在の推定となることを特徴とする請求
    項２の方法。
  6. 【請求項６】 前記イネーブリング信号は、少なくとも
    一つの他の信号のエネルギーレベルを所定の閾値と比較
    することにより、少なくとも一つの他の信号の存在の推
    定を与えることを特徴とする請求項５の方法。
  7. 【請求項７】 少なくとも一つの他の信号は、音声信号
    であり、 イネーブリング信号は、音声信号の無音間隔の発生を示
    すことを特徴とする請求項６の方法。
  8. 【請求項８】 第１周波数範囲内における少なくとも一
    つの他の信号のエネルギー分布を推定するために少なく
    とも一つの他の信号を濾波するステップと，第１周波数
    範囲内におけるエネルギー分布が所定の閾値未満である
    場合にイネーブリング信号を発生するステップとを更に
    包含することを特徴とする請求項６の方法。
  9. 【請求項９】 第１周波数範囲は、音声信号の周波数ス
    ペクトル内であることを特徴とする請求項８の方法。
  10. 【請求項１０】 イネーブリング信号は、相手端点から
    受信されたメッセージの結果であることを特徴とする請
    求項１の方法。
  11. 【請求項１１】 一連の信号点を与えるために、通信チ
    ャネルからの受信信号を復調する手段と，データ信号，
    第２信号及びエラー信号を与えるために一連の信号点を
    処理する手段と，ここで、前記エラー信号は、多数のデ
    ータ記号のうちの一つの記号からの一連の信号点のうち
    の各信号点の偏差の推定を示し、前記各データ記号は、
    多数の基準信号点のうちの各基準信号点を示すてオート
    レート信号を与える、 前記オートレート信号に応答して、通信チャネルにより
    通信されているデータビット伝送速度を変更する手段と
    からなり、 前記処理手段は、第２信号の関数として、多数の時間間
    隔，Ｋ，のうちの少なくとも一つにおいて使用可能にさ
    れることを特徴とするデータ通信装置で使用することを
    特徴とするオートレート装置。
  12. 【請求項１２】 前記エラー信号の処理手段は、 前記偏差の平均２乗エラーの信号標本を与えるために、
    エラー信号を濾波する手段と，平均２乗エラーが所定の
    間隔内に閾値を所定回数超える場合に、オートレート信
    号が出現するように、平均２乗エラーの信号標本を閾値
    と比較する手段と，第２信号に応答して、時間比較手段
    を制御する手段とを包含することを特徴とする請求項１
    ５の装置。
  13. 【請求項１３】 第２信号は音声信号であり、前記応答
    手段は、音声信号の無音間隔中に比較手段を使用可能に
    することを特徴とする請求項１２の装置。
  14. 【請求項１４】 前記応答手段は、音声信号のエネルギ
    ーが所定の周波数範囲にわたって所定の量未満である場
    合には常に比較手段を使用可能にすることを特徴とする
    請求項１３の装置。
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