G.992.1

電気通信分野では、ITU-T G.992.1 （ G.dmtとしても知られる）は、離散マルチトーン変調（DMT）を使用したADSLのITU標準です。G.dmtフルレートADSLは、既存の銅線電話回線の使用可能な帯域幅を拡張し、下り最大8Mbit/s、上り最大1.3Mbit/sの高速データ通信を実現します。^[1]

DMT は、チャネル (ビン) ごとに 2 ～ 15 ビットを割り当てます。回線の状態が変化すると、ビット スワッピングにより、各チャネルの能力が増減しても、モデムは再トレーニングせずに、異なるチャネル間でビットをスワップできます。ビット スワッピングが無効になっている場合は、この処理は実行されず、モデムは変化する回線状態に適応するために再トレーニングする必要があります。

DMT ADSL には、ANSI と G.dmt という 2 つの競合する規格があります。ANSI T1.413は北米規格で、G.992.1 (G.dmt) は ITU (国連電気通信委員会) 規格です。現在、世界中で最も一般的に使用されているのは G.dmt ですが、以前は北米で ANSI 規格が一般的でした。この 2 つの規格にはフレーミングの違いがあり、間違った規格を選択すると、約 5 分ごとにフレーム アラインメント エラーが発生する可能性があります。エラー訂正はリード ソロモンエンコーディングを使用して行われ、両端でトレリスエンコーディングを使用すると、さらに保護することができます。インターリーブによっても回線の堅牢性は向上しますが、遅延は増加します。

変調とは、電子または光の搬送波波形に情報 (または信号) を重ね合わせることです。ADSL 信号を変調するための規格には、離散マルチトーン変調 (DMT) とキャリアレス振幅位相(CAP) という 2 つの競合する互換性のない規格があります。CAP は DSL 展開に使用された最初の技術でしたが、現在最も広く使用されている方法は DMT です。

右のグラフは、回線の長さと減衰に基づいて各 ADSL 規格で得られる速度をまとめたものです。2 番目のグラフは、回線速度を決定する要因である減衰がより重要です。距離による減衰率は、品質やその他の要因により、さまざまな銅線間で大幅に異なる可能性があるためです。ADSL2は、約 90 dB の減衰を持つ非常に長い回線の範囲を拡張できます。標準の ADSL は、約 75 dB を超える減衰のない回線でのみサービスを提供できます。

最も広く使用されている変調方式である離散マルチトーン (DMT) は、ADSL 信号を 4.3125 kHz の倍数を中心とした 255 のキャリア (ビン) に分割します。DMT には 224 のダウンストリーム周波数ビンと最大 31 のアップストリーム ビンがあります。ビン 0 は DC にあり、使用されません。同じ回線で音声 ( POTS ) が使用される場合、ビン 7 が ADSL に使用される最低のビンになります。

ビン N の中心周波数は (N x 4.3125) kHz です。各ビンのスペクトルは隣接するビンのスペクトルと重なり合っており、4.3125 kHz 幅のチャネルに限定されません。COFDM の直交性により、干渉なしでこれが可能になります。

高品質の回線では、シンボルあたり最大 15 ビットをビンにエンコードできます。

周波数レイアウトは次のように要約できます。

• 30 Hz〜4 kHz、音声。
• 4～25 kHz、未使用のガードバンド。
• 25～138 kHz、25アップストリームビン（7～31）。
• 138～1104 kHz、224 ダウンストリーム ビン (32～255)。

通常、138 kHz の両側のアップストリーム ビンとダウンストリーム ビン間の干渉を防ぐために、31 ～ 32 付近のいくつかのビンは使用されません。これらの未使用のビンは、各DSLAMメーカーが選択するガード バンドを構成します。これは、G.992.1 仕様では定義されていません。

ビンの使用により、符号化直交周波数分割多重(COFDM)と呼ばれる伝送システムが作成されます。G.992.1 のコンテキストでは、代わりに「離散マルチトーン」(DMT) という用語が使用されるため、この標準の別名は G.dmt です。DMT を使用すると、通信機器 (ユーザー モデム/ルーターおよび交換機/DSLAM) が回線で使用可能なビンのみを選択できるため、任意の時点で回線から全体的に最高のビット レートを効果的に取得できます。COFDM では、多数の周波数 (ビンごと) を含む結合信号が回線に送信されます。回線上の信号を個々のビンに変換するには、高速フーリエ変換 (および逆 iFFT) が使用されます。

各ビン内のビットをエンコードするには、直交振幅変調(QAM) または位相シフト キーイング(PSK)の一種が使用されます。これは複雑で数学的なテーマであるため、ここではこれ以上説明しません。ただし、これらの変調技術については多くの研究が行われており、SNR を改善してノイズ フロアを下げ、エラーの少ない信号のより信頼性の高い送信を可能にするため、送信に使用されています。ノイズ フロアを超えて得られるゲインは 0.5 ～ 1.5 dB の範囲で、6 km 以上の長距離銅線で信号を送信する場合、このわずかな量が大きな違いを生みます。

問題のビンの周波数における回線の品質（パフォーマンス）によって、そのビン内でエンコードできるビット数が決まります。すべての伝送回線と同様に、減衰と信号対雑音比に依存します。

SNR はビンごとに異なる場合があり、これはそのビンで何ビットを確実にエンコードできるかを決定する重要な要素となります。一般的に、伝送媒体内のノイズ フロアを超える利用可能なダイナミック レンジの 3 dB ごとに 1 ビットを確実にエンコードできるため、たとえば、SNR が 18 dB のビンでは 6 ビットを収容できます。

エコー キャンセルを使用すると、ダウンストリーム チャネルがアップストリーム チャネルと重複したり、その逆になったりして、アップストリーム信号とダウンストリーム信号が同時に送信されるようになります。エコー キャンセルはオプションであり、通常は使用されません。

以下は、さまざまな ADSL モデムでのビン レイアウトの例です。どちらも同様の情報を示しており、各例には 256 個のビンがあり、各ビンにはさまざまな数のビットがエンコードされています。ビン 33 の周波数範囲付近では、SNR が 40 dB で、ビンあたりのビット数が約 6 または 7 であることがわかります。

-------------------------------------------------- -------------------------
ビン SNR ゲイン Bi - ビン SNR ゲイン Bi - ビン SNR ゲイン Bi - ビン SNR ゲイン Bi
      dB dB ts dB dB ts dB dB dB ts dB dB ts
--- ----- ---- -- - --- ----- ---- -- - --- ----- ---- -- - --- -- --- ---- --
  0 0.0 0.0 0 * 1 0.0 0.0 0 * 2 0.0 0.0 0 * 3 0.0 0.0 0 <- 未使用
  4 0.0 0.0 0 * 5 0.0 0.0 0 * 6 0.0 0.7 0 * 7 0.0 0.7 0 <- 未使用
  8 0.0 0.9 2 * 9 0.0 1.2 4 * 10 0.0 1.0 5 * 11 0.0 0.8 5 <- アップストリーム [開始]
 12 0.0 1.0 6 * 13 0.0 0.9 6 * 14 0.0 0.9 6 * 15 0.0 1.1 7 <- 上流
 16 0.0 1.1 7 * 17 0.0 1.0 7 * 18 0.0 0.9 7 * 19 0.0 0.7 7 <- 上流
 20 0.0 1.0 6 * 21 0.0 0.9 5 * 22 0.0 0.9 4 * 23 0.0 1.2 4 <- 上流
 24 0.0 1.3 3 * 25 0.0 1.0 2 * 26 0.0 0.7 0 * 27 0.0 0.7 0 <- アップストリーム [END]
 28 0.0 0.7 0 * 29 0.0 0.0 0 * 30 0.0 0.0 0 * 31 39.9 0.9 6 <- 下流 [開始]
 32 38.4 0.9 6 * 33 39.9 1.1 7 * 34 256.0 1.0 0 * 35 39.8 1.2 7 <- 下流 (1 つの未使用ビン - 干渉?)
 36 39.8 1.1 7 * 37 35.3 1.1 6 * 38 39.5 0.9 6 * 39 37.5 1.0 6 <- 下流
 40 36.4 0.8 5 * 41 37.5 0.9 5 * 42 32.3 1.0 4 * 43 34.8 1.1 5 <- 下流
 44 31.6 1.0 4 * 45 37.7 0.9 5 * 46 35.7 1.1 6 * 47 34.3 1.2 5 <- 下流
 48 37.8 1.1 6 * 49 36.9 0.9 5 * 50 36.1 1.0 5 * 51 34.5 1.2 5 <- 下流
 52 32.3 1.0 4 * 53 31.6 1.0 4 * 54 33.6 0.9 4 * 55 31.6 1.1 4 <- 下流
 56 34.3 1.1 5 * 57 31.9 0.9 4 * 58 33.7 0.9 4 * 59 31.5 1.2 4 <- 下流
 60 30.6 1.1 5 * 61 30.2 1.1 4 * 62 17.3 1.1 3 * 63 25.7 1.1 3 <- 下流
 64 21.9 0.8 2 * 65 22.8 0.8 2 * 66 256.0 1.0 0 * 67 255.9 1.0 0 <- ダウンストリーム（2つの未使用ビン - 干渉？）
 68 255.9 1.0 0 * 69 19.5 1.1 3 * 70 25.8 0.9 3 * 71 23.1 1.0 3 <- 下流 (1 つの未使用ビン - 干渉?)
 72 23.3 1.0 3 * 73 16.9 1.2 4 * 74 21.7 0.8 2 * 75 23.2 0.7 2 <- 下流
 76 22.0 1.0 3 * 77 25.3 0.7 2 * 78 24.7 0.7 2 * 79 20.8 0.9 2 <- 下流
 80 19.1 1.0 2 * 81 255.9 1.0 0 * 82 256.0 1.0 0 * 83 255.9 1.0 0 <- 下流 [END]
 84 0.1 1.0 0 * 85 255.8 1.0 0 * 86 255.8 1.0 0 * 87 255.9 1.0 0 <- 未使用
 88 256.0 1.0 0 * 89 256.0 1.0 0 * 90 255.9 1.0 0 * 91 255.9 1.0 0 <- 未使用
 92 256.0 1.0 0 * 93 255.9 1.0 0 * 94 255.8 1.0 0 * 95 255.3 1.0 0
 96 0.1 1.0 0 * 97 255.6 1.0 0 * 98 255.8 1.0 0 * 99 255.9 1.0 0 周波数が高いほど、
100 255.9 1.0 0 * 101 255.8 1.0 0 * 102 255.8 1.0 0 * 103 0.0 1.0 0 長い回線での損失率
104 255.8 1.0 0 * 105 255.7 1.0 0 * 106 255.2 1.0 0 * 107 255.6 1.0 0
108 255.6 1.0 0 * 109 254.6 1.0 0 * 110 255.9 1.0 0 * 111 254.6 1.0 0
112 254.7 1.0 0 * 113 255.4 1.0 0 * 114 254.7 1.0 0 * 115 255.2 1.0 0
116 256.0 1.0 0 * 117 256.0 1.0 0 * 118 256.0 1.0 0 * 119 256.0 1.0 0
120 256.0 1.0 0 * 121 256.0 1.0 0 * 122 256.0 1.0 0 * 123 256.0 1.0 0
124 256.0 1.0 0 * 125 256.0 1.0 0 * 126 256.0 1.0 0 * 127 256.0 1.0 0
128 256.0 1.0 0 * 129 256.0 1.0 0 * 130 256.0 1.0 0 * 131 256.0 1.0 0
132 256.0 1.0 0 * 133 256.0 1.0 0 * 134 256.0 1.0 0 * 135 256.0 1.0 0
136 256.0 1.0 0 * 137 256.0 1.0 0 * 138 256.0 1.0 0 * 139 256.0 1.0 0
140 256.0 1.0 0 * 141 256.0 1.0 0 * 142 256.0 1.0 0 * 143 256.0 1.0 0
144 256.0 1.0 0 * 145 256.0 1.0 0 * 146 256.0 1.0 0 * 147 256.0 1.0 0
148 256.0 1.0 0 * 149 256.0 1.0 0 * 150 256.0 1.0 0 * 151 256.0 1.0 0
152 256.0 1.0 0 * 153 256.0 1.0 0 * 154 256.0 1.0 0 * 155 256.0 1.0 0
156 256.0 1.0 0 * 157 256.0 1.0 0 * 158 256.0 1.0 0 * 159 256.0 1.0 0
160 256.0 1.0 0 * 161 256.0 1.0 0 * 162 256.0 1.0 0 * 163 256.0 1.0 0
164 256.0 1.0 0 * 165 256.0 1.0 0 * 166 256.0 1.0 0 * 167 256.0 1.0 0
168 256.0 1.0 0 * 169 256.0 1.0 0 * 170 256.0 1.0 0 * 171 256.0 1.0 0
172 256.0 1.0 0 * 173 256.0 1.0 0 * 174 256.0 1.0 0 * 175 256.0 1.0 0
176 256.0 1.0 0 * 177 256.0 1.0 0 * 178 256.0 1.0 0 * 179 256.0 1.0 0
180 256.0 1.0 0 * 181 256.0 1.0 0 * 182 256.0 1.0 0 * 183 256.0 1.0 0
184 256.0 1.0 0 * 185 256.0 1.0 0 * 186 256.0 1.0 0 * 187 256.0 1.0 0
188 256.0 1.0 0 * 189 256.0 1.0 0 * 190 256.0 1.0 0 * 191 256.0 1.0 0
192 256.0 1.0 0 * 193 256.0 1.0 0 * 194 256.0 1.0 0 * 195 256.0 1.0 0
196 256.0 1.0 0 * 197 256.0 1.0 0 * 198 256.0 1.0 0 * 199 256.0 1.0 0
200 256.0 1.0 0 * 201 256.0 1.0 0 * 202 256.0 1.0 0 * 203 256.0 1.0 0
204 256.0 1.0 0 * 205 256.0 1.0 0 * 206 256.0 1.0 0 * 207 256.0 1.0 0
208 256.0 1.0 0 * 209 256.0 1.0 0 * 210 256.0 1.0 0 * 211 256.0 1.0 0
212 256.0 1.0 0 * 213 256.0 1.0 0 * 214 256.0 1.0 0 * 215 256.0 1.0 0
216 256.0 1.0 0 * 217 256.0 1.0 0 * 218 256.0 1.0 0 * 219 256.0 1.0 0
220 256.0 1.0 0 * 221 256.0 1.0 0 * 222 256.0 1.0 0 * 223 256.0 1.0 0
224 256.0 1.0 0 * 225 256.0 1.0 0 * 226 256.0 1.0 0 * 227 256.0 1.0 0
228 256.0 1.0 0 * 229 256.0 1.0 0 * 230 256.0 1.0 0 * 231 256.0 1.0 0
232 256.0 1.0 0 * 233 256.0 1.0 0 * 234 256.0 1.0 0 * 235 256.0 1.0 0
236 256.0 1.0 0 * 237 256.0 1.0 0 * 238 256.0 1.0 0 * 239 256.0 1.0 0
240 256.0 1.0 0 * 241 256.0 1.0 0 * 242 256.0 1.0 0 * 243 256.0 1.0 0
244 256.0 1.0 0 * 245 256.0 1.0 0 * 246 256.0 1.0 0 * 247 256.0 1.0 0
248 256.0 1.0 0 * 249 256.0 1.0 0 * 250 256.0 1.0 0 * 251 256.0 1.0 0
252 256.0 1.0 0 * 253 256.0 1.0 0 * 254 256.0 1.0 0 * 255 256.0 1.0 0
--- ----- ---- -- - --- ----- ---- -- - --- ----- ---- -- - --- -- --- ---- --
ビン SNR ゲイン Bi - ビン SNR ゲイン Bi - ビン SNR ゲイン Bi - ビン SNR ゲイン Bi
      dB dB ts dB dB ts dB dB dB ts dB dB ts

• DMT は、COFDM を使用して、回線上の音声より上の周波数を使用して256 個のビン(キャリア チャネル)を作成します。
• 周波数レイアウトは次のように要約できます。
  • 0～4 kHz、音声。
  • 4～25 kHz、未使用のガードバンド。
  • 25～138 kHz、25アップストリームビン（7～31）。
  • 138～1104 kHz、224 ダウンストリーム ビン (32～255)。
• ビン N は、 N × 4.3125 kHzの周波数を中心とします。
• 各ビンで使用される帯域幅は、隣接するビンと重複します。
• 各ビンにエンコードされるビット数は、そのビンの信号対雑音比(SNR)に応じて2 ～ 15 になります。
• ビン内の SNR の 3 dB ごとに、1 ビットを確実にエンコードできます。
• 組み込みのエラー訂正機能では訂正できないエラーが多すぎると、エンド ユーザーのモデム/ルーターがリモート交換機 (DSLAM または MSAN) との同期を失うことになります。
• エコーキャンセルを低周波数 (アップストリーム) ビンで使用すると、256 個のビンすべてをダウンストリームに使用できるようになります。

括弧内の数字は、実際に安定したサービスを提供することが示されています。

• 減衰 - 回線上でどれだけの信号が失われるか（ダウンストリームで 56 dB 未満、アップストリームで 37 dB 未満）
• ノイズマージン- ダウンストリームとアップストリームの両方で12 dB以上
• 達成可能なビットレート - ラインがサポートできる最大速度
• DMT ビット/ビン - 使用中のチャネルを表示します
• 履歴書 - コーディング違反
• ES -エラー秒数- CRCエラーが発生した秒数
• 相対容量占有率 (RCO) - 使用中の達成可能な回線ビット レートの割合。回線上の干渉とリモート DSLAM での目標ノイズ マージンが考慮されます。
• SES - 重大エラー秒数 - ESの10秒後にSESのカウントを開始します
• UAS - 利用不可秒数 - 同期が取れなかった秒数
• LOS - 同期の喪失
• LPR - CPE電源の喪失
• LOF - フレーム損失 - DSL フレームが揃わない

• ITU-T勧告G.992.1: 非対称デジタル加入者線（ADSL）トランシーバ