CZ302246B6

CZ302246B6 - Zpusob urcování výkonových rezerv datového prenosu a bitových rychlostí pro sítová spojení

Info

Publication number: CZ302246B6
Application number: CZ20040594A
Authority: CZ
Inventors: Pythoud@Frédéric
Original assignee: Swisscom Ag
Priority date: 2001-11-15
Filing date: 2001-11-15
Publication date: 2011-01-12
Also published as: US20050078744A1; DE50112141D1; CN1613222A; CA2466572A1; CN1322694C; ATE355666T1; CZ2004594A3; EP1444802B1; JP2005510127A; CA2466572C; US7388945B2; JP4037829B2; WO2003043257A1; EP1444802A1

Abstract

Zpusob se týká urcování výkonových rezerv datového prenosu pro sítová spojení, u kterých je fyzická délka (13) urcovaného sítového spoje (12) mezi vysílacem (10) a prijímacem (11) známa. V závislosti na prenosové frekvenci pro možné typy modemu (101, 102, 103, 104) se merí pomocí zarízení (20) na merení výkonu výkonové spektrum a prenáší se na datový nosic výpocetní jednotky (30). Výpocetní jednotkou (30) se pro ruzné fyzické délky (13) a tlouštky žil kabelu (141, 142, 143, 144) sítového spoje (12) urcuje útlum, a efektivní síly signálu u prijímace (11), založené na útlumu, jakož i na výkonovém spektru prirazenému príslušným fyzickým délkám (13) a tlouštkám žil kabelu (141, 142, 143, 144) a uchovávají se v prvním seznamu na datovém nosici výpocetní jednotky (30). V druhém seznamu se na datovém nosici výpocetní jednotky (30) uchovává úroven (40) šumu, prirazená príslušným fyzickým délkám (13) a tlouštkám žil kabelu (141, 142, 143, 144) sítového spojení (12), pricemž úroven (40) šumu se urcuje pomocí výpocetní jednotky (30) v závislosti alespon na parametru preslechu, poctu zdroju rušení, na základe výkonového spektra. Výpocetní jednotka (30) pomocí modulu (31) na Gaussovu transformaci, na základe efektivních sil signálu z prvního seznamu a odpovídajících úrovní šumu z druhého seznamu, urcuje pro ruzné modulace datového prenosu a/nebo modulacní kódování výkonové rezervy datového prenosu pro predem definovanou bitovou rychlost a uchovává je na datovém nosici výpocetní jednotky (30) prirazené príslušným fyzickým délkám (13) a tlouštkám žil kabelu (141, 142, 143, 144) sítového spojení (12). Výpocetní jednotka (30) pomocí alespon jednoho kor

Description

Způsob určování výkonových rezerv datového přenosu a bitových rychlostí pro síťová spojení

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu určování výkonových rezerv (margins) datového přenosu pro síťová spojení, u kterých je fyzická délka určovaného síťového spoje mezi vysílačem a přijímačem známa.

Vynález se týká rovněž počítačového programového produktu, kterým se provádějí kroky tohoto způsobu, jestliže produkt běží na počítači.

Vynález se týká rovněž způsobu určování bitových rychlostí pro síťová spojení, přičemž je známa fyzická délka síťového spoje mezi vysílačem a přijímačem.

Vynález se týká rovněž počítačového programového produktu, kterým se provádějí kroky tohoto způsobu, jestliže produkt běží na počítači,

Vynález se týká rovněž systému pro určování výkonových rezerv datového přenosu pro síťová spojení, přičemž je známá fyzická délka určovaného síťového spojení mezi vysílačem a přijímačem.

Dosavadní stav techniky

Tradiční služby telefonní sítě. označované také jako POTS (Plain Old Telephone Service, ti. jednoduchá stará telefonní služba), spojují obvykle domácnosti a menší provozovny s rozváděči stanicí provozovatele telefonní sítě pomocí měděných drátů, které jsou kolem sebe zkrouceny a jo označují se jako Twisted Pair (stočený pár). Ty byly původně myšleny k tomu, aby zabezpečovaly přenosy analogových signálů, zejména přenosy zvuku a hlasu. Tyto požadavky se ale změnily, a to zejména s nástupem internetu a s ním souvisejících proudů dat, a ještě jednou se značně mění v současné době, a to na základě potřeby, aby se mohlo doma a/nebo v kanceláři pracovat v reálném čase a s multimediálními aplikacemi.

Datové sítě, jako jsou například intranet a internet, spočívají značně na tak zvaných Shared Medien (sdílených médiích), to znamená na paketově orientovaných LAN (Local Area Network, tj, lokální síť) nebo WAN (Wide Area Network, tj. dálková počítačová síť) technologiích, a to jak pro Širokopásmová páteřní (Backbone) síťová spojení mezi ústřednami (Switches) a hradly (Gates), tak i pro lokální síťová spojení s užšími Šířkami pásma. Hodně je rozšířené použití manažerských systémů na pakety, jako například mostů (Bridges) nebo směrovačů (Routers), aby se spojily lokální sítě typu LAN s internetem. Směrovaě pro internet musí být přitom schopen adekvátně přenášet pakety, spočívající na nejrůznějších protokolech, jako například IP (Internet Protocol), IPX (Internet Packet eXchange), DECNET, AppleTALK, OSI (Open System Inter45 connection), SNA (System Network Architecture firmy IBM) atd. Složitost takových sítí, potřebná k tomu, aby se pakety mohly rozesílat celosvětově, je výzvou jak pro poskytovatele služeb (Provider), tak i pro výrobce potřebného hardwaru.

Obvyklé systémy LAN pracují poměrně dobře při rychlostech přenosu dat přibližně 100 Mbps.

Při přenosových rychlostech nad 100 Mbps nevystačí u většiny dnešních sítí zdroje manažeru sítě, jako jsou paketové ústředny (Packet-Switches) na to, aby spravovaly přidělování (allocation) šířek pásma a přístupů uživatelů. Potřeba sítí spočívajících na paketech pro přenos digitálních informací, speciálně při krátkodobých přenosových špičkách, byla přirozeně již dlouho známa. Takové sítě mají obvykle dvoubodovou (Point-To-Point) strukturu, přičemž se paket vede od jediného odesílatele kjedinému příjemci takovým způsobem, že každý paket zahrnuje alespoň

-1 CZ 302246 Β6 cílovou adresu. Typickým příkladem toho je známá IP hlavička (ΙΡ-Header) IP datového paketu. Síť reaguje na datový paket tím, že paket vede na adresu přiřazenou k hlavičce (Header). Sítě spočívající na paketech by se také mohly využívat k tomu, aby přenášely typy dat, které vyžadují kontinuální tok dat, jako jsou přenosy zvuku vysoké kvality nebo přenosy obrazu. Komerční využití sítí zejména vyžaduje, aby byl možný přenos spočívající na paketech i k více koncovým bodům současně. Příkladem toho je tak zvané paketové vysílání (Packet Broadcasting) pro přenos obrazových dat nebo zvukových. Tím se dá realizovat tak zvaná placená televize (Pay-TV), to znamená zpoplatněný přenos vysílání obrazových dat po síti.

U další generace aplikací, jako jsou aplikace v reálném čas (Reál Time) a multimediální aplikace s jejich mnohem větší spotřebou šířky pásma, která musí být navíc garantována v každém okamžiku, však paketově orientované sítě narážejí na své hranice. Proto by měla mít další generace sítí možnost re konfigurovat sítě dynamicky, aby tyto mohly uživateli vždy garantovat předem definovanou šířku pásma pro požadovaný nebo dohodnutý parametr kvality služby QoS (Quality of Service). Tyto QoS zahrnují například garanci přístupu, přístupový výkon, chybovou toleranci, bezpečnost dat atd. mezi všemi možnými koncovými systémy. Nové technologie, jako například ATM (Asynchronous Transfer Mode, tj. asynchronní přenosový režim) mají pomáhat přitom, aby se v dlouhodobém vývoji sítí vytvářely potřebné předpoklady pro privátní intranet, jakož i veřejný internet. Tyto technologie slibují ekonomičtější a odstupňovanější řešení pro takováto vysoce výkonná (High-Performance) spojení, garantovaná pomocí parametrů kvality služby (QoS).

Změna pro budoucí systémy se bude také zejména týkat toku dat. Tok dat dnes obvykle spočívá na modelu server - klient (Server-Client), to znamená že data se přenášejí od mnoha klientů na jeden nebo více síťových serverů nebo z jednoho nebo více síťových serverů. Klienti obvykle nevytvářejí žádná přímá datová spojení, nýbrž spolu komunikují pres síťový server. Tento druh spojení bude mít i nadále své opodstatnění. Navzdory tomu je třeba očekávat, že množství dat, která se přenášejí rovnocenným spojením (Peer-To-Peer), bude v budoucnu silně stoupat. Protože aby vyhověly požadavkům, bude konečným cílem sítí skutečně decentralizovaná struktura, ve kde mohou všechny systémy pracovat jak jako server, tak i jako klient, bude tok dat pomocí rovnocenných spojení (Peer-To-Peer) narůstat. Tím bude muset síť vytvářet více přímých spojení k různým rovnocenným uživatelům (Peers), přičemž se například budou přímo spojovat stolní počítače (Desktop Computer) přes páteřní (Backbone) internet.

Tím je jasné, že u budoucích aplikací bude stále důležitější, aby mohly být uživateli garantovány předem stanovitelné parametry kvality služby (QoS) a velké šířky pásma.

Pro přenos dat ke koncovému uživateli se zejména používají tradiční veřejná telefonní síť (PSTN: Public Switched Telephone Network) a/nebo veřejná mobilní telefonní síť (PLMN: Public Land Mobile Network), které byly původně vlastně dimenzovány čistě pro přenos zvuku a nikoliv pro přenos takových množství digitálních dat. Přitom hraje při stanovování parametrů kvality služeb (QoS), které může poskytovatel (Provider) nebo nabízející telefonních služeb uživateli garantovat, rozhodující roli tak zvaná „poslední míle“. Jako poslední míle se označuje trasa mezi poslední rozváděči stanicí veřejné telefonní sítě a koncovým uživatelem. Poslední míle sestává jen v nejmenším počtu případů z výkonných optických kabelů ze skelných vláken, nýbrž většinou se zakládá na běžných kabelových rozvodech z měděných drátů, jako například na kabelu o průměru žil 0,4 nebo 0,6 mm. Kabely navíc nejsou všude položeny pod zemí v chráněné konstrukci podzemního vedení, nýbrž sestávají také z nadzemních vedení na telefonních sloupech a obdobných konstrukcích. Tím vznikají další poruchy.

Dalším problémem při určování maximálních parametrů kvality služeb (QoS) je tak zvaná problematika přeslechu (Cross Talk). Tento problém vzniká při modulaci signálu na vedení například od koncového uživateli k stanici rozvodny provozovatele telefonní sítě a obráceně. Pro modulaci digitálních signálů jsou ze stavu techniky známy například technologie xDSL - (Digital Subscriber Line, tj. digitální linka předplatitele), jakojsou ADSL (Asymmetríc Digital Subscriber Line, tj. asymetrická digitální linka předplatitele), SDSL (Symmetric Digital Sibscriber Line, tj.

->

symetrická digitální linka předplatitele), HDSL (High-data-rate DSL, tj. vysokorychlostní datová digitální linka předplatitele) nebo VDSL (Věry high speed Digital Subscriber Line, tj. velmi vysokorychlostní datová digitální linka předplatitele). Zmíněný přeslech (Cross Talk) je fyzikální jev, který vzniká při modulaci dat pres měděný kabel. Sousední dráty měděného kabelu uvnitř jednoho měděného kabelu získávají přes účinek střídavého elektromagnetického pole párově dílčí signály, které jsou vytvářeny modemem. To vede k tomu, že modemy xDSL, které přenášejí na sousedních drátech, se vzájemně ruší. Rozlišuje se mezi přeslechem na blízkém konci kabelu (Near End Crosstalk, zkráceně NEXT), který popisuje nechtěnou vazbu signálů vysílače (Transmitter) na jednom konci se signály u přijímače (Receiver) na stejném konci, a přeslech na vzdálení ném konci (Far-End Crosstalk, zkráceně FEXT), který popisuje nechtěnou vazbu signálů při přenosu k přijímači na druhém konci, přičemž se signály při přenosu vážou na signály sousedních párů měděných drátů a v přijímači se projevují jako šum (Noise).

Ačkoliv je dnes přístupných mnoho studií k přeslechu u xDSL, jako je například „Spectral management on metallic access network; Part 1: Definitions and signál library (Spektrální management na kovových přístupových sítích; část 1: Definice a knihovna signálů)“, ETSI (European Telecommunications Standards Institute), TR 101 830, září 2000, je k dispozici vzhledem ke složitosti jev přeslechu a zbývajících parametrů šumu v současné době málo použitelných, technicky jednoduše zvládnutelných a levných pomocných prostředků pro určování parametrů zo kvality služby (QoS) pro určitého koncového uživatele v síti. Ve stavu techniky byly různými firmami, jako jsou například Actema (WG SLK-11/12/22, Enigen u.A., Deutschland), Trend Communications (LT2000 Line Tester, www.trendcomms.com, Buckinghamshie, U.K.) a dalšími, navrženy dálkově měřicí systémy. Přitom se pomocí dálkových měřicích systémů určuje přímými měřeními maximální přenosová rychlost přes poslední míli. Na každé lokální rozváděči stanici telefonní sítě provozovatele (například ve Švýcarsku jich je více tisíc) se instaluje digitální procesor signálu. Pomocí digitálního procesoru signálu se provádí tzv. „měření na jednom konci (single ended mesurement“), protože u uživatele na druhé straně poslední míle nejsou zapotřebí žádné instalace přístrojů. Měření jsou ale principiálně také možná pomocí „měření na obou koncích (double ended mesurement“). Přitom jsou ale potřebné instalace měřicích přístrojů na obou w koncích vedení.

V přihlášce vynálezu EP 0 905 948 se popisuje úprava rychlosti pro ADLS. Jakmile se mezi terminálem a centrálou zřídí kanál, předává terminál ústředně informace specifické pro tento kanál. Potom může ústředna vybrat optimální rychlost pro terminál. Ústředna vyhodnocuje informace specifické pro daný kanál pomocí výpočtů a nahlížení do tabulek a stanovuje rezervy výkonu pro různé rychlosti přenosu dat.

Nevýhodami stavu techniky jsou však mezi jiným vysoké náklady z důvodu nutných instalací dálkových měřicích systémů u každé lokální ústředny a nepřesně známá nejistota, popřípadě nez40 námé chyby u měření, protože se měření provádějí jen na jedné straně (na jednom konci, tj. single ended) a pro určení chyby by byla zapotřebí měření na obou stranách. Měření na obou stranách by ale nebyla proveditelná ani z personálních, ani z časových důvodů, a ani z výdajových důvodů. Rovněž tak ve stavu techniky chybí algoritmy s jejich hardwarovou nebo softwarovou realizací pro výpočet, popřípadě prognózu maximálně možných bitových rychlostí síťového spo45 je. Instalace dálkových měřicích systémů na méně početných centrálních rozváděčích stanicích místo na lokálních koncových rozváděčích stanicích ukazuje, že měření jsou zatížena tak velkými nejistotami, že se pro určování maximálně možných rychlostí posazení dat pro určité vedení ke koncovému uživateli nehodí.

Úkolem tohoto vynálezu je navrhnout nový způsob, systém a počítačový programový produkt pro určování výkonových rezerv datového přenosu pro síťové spoje, který nemá výše popisované nevýhody. Zejména by se měly dát výkonové rezervy a/nebo maximální bitové rychlosti pro určitého uživatele, popřípadě připojení do sítě, určovat rychle a pružně, aniž by musely být vynakládány neúměrné technické, personální a finanční náklady.

- j CZ 302246 B6

Podstata vynálezu

Podle daného vynálezu se tohoto cíle dosahuje zejména znaky nezávislých nároků. Další výhod5 ná provedení vyplývají kromě toho ze závislých nároků a popisu.

Pomocí vynálezu se těchto cílů dosahuje zejména způsobem určování výkonových rezerv datového přenosu pro síťová spojení, u kterých je fyzická délka určovaného síťového spoje mezi vysílačem a přijímačem, známa, který podle vynálezu spočívá v tom, io že se v závislosti na přenosové frekvenci pro možné typy modemů měří pomocí zařízení na měření výkonu výkonové spektrum a přenáší se na datový nosič výpočetní jednotky, že se výpočetní jednotkou pro různé fyzické délky a tloušťky žul kabelů síťového spoje určuje útlum a efektivní síly signálů u přijímače, založené na útlumu, jakož i na výkonovém spektru přiřazenému příslušným fyzickým délkám a tloušťkám žil kabelů a uchovávají se v prvním seznamu na datovém nosiči výpočetní jednotky, že se v druhém seznamu na datovém nosiči výpočetní jednotky uchovává úroveň šumu, přiřazená příslušným fyzickým délkám a tloušťkám žil kabelů síťového spojení, přičemž úroveň Šumu se určuje pomocí výpočetní jednotky v závislosti alespoň na parametru přeslechu, počtu zdrojů rušení, na základě výkonového spektra, zo že výpočetní jednotka pomocí modulu na Gaussovu transformací, na základě efektivních intenzit signálů z prvního seznamu a odpovídajících úrovní šumu z druhého seznamu, určuje pro různé modulace datového přenosu a/nebo modulační kódování výkonové rezervy datového přenosu pro předem definovanou bitovou rychlost a uchovává je na datovém nosiči výpočetní jednotky přiřazené příslušným fyzickým délkám a tloušťkám žil kabelů síťového spojení,

2? že výpočetní jednotka pomocí alespoň jednoho korekčního faktoru na základě uložených výkonových rezerv datového přenosu určuje efektivní výkonové rezervy datového přenosu a uchovává je na datovém nosiči výpočetní jednotky přiřazené k příslušným fyzickým délkám a tloušťkám žil kabelů síťového spojení, přičemž korekční faktor zahrnuje střední odchylku uložených výkonových rezerv datového přenosu vůči efektivním výkonovým rezervám datového přenosu, a/nebo faktor vyrovnávače pro korekci naladění vyrovnávace a že výpočetní jednotka na základě uložených efektivních výkonových rezerv datového přenosu určuje podle známé fyzické délky určovaného síťového spojení mezi vysílačem a přijímačem výkonová rezerva datového přenosu pro příslušné síťové spojení.

Výhodou vynálezu je mimo jiné to, že způsob a systém poprvé umožňují jednoduché a rychlé určování výkonových rezerv datového přenosu, aniž by přitom musely být vynakládány značné technické, personální a časové náklady. Zejména se pomocí zmíněné korekce dají korigovat nespolehlivostí, aniž by, tak jako u dálkových měřicích systémů pro měření výkonových rezerv datového přenosu a/nebo bitových rychlostí u každé lokální rozváděči stanice, musela být u měření korigována různá, nepřesně známá nespolehlivost, popřípadě neznámá chyba, přičemž tato chyba je vlivem jednostrannosti (je na jednom konci) těžko vyhodnotitelná, protože pro stanovení chyby by byla potřebná měření na obou koncích. Jak již bylo výše popsáno, zůstávají přitom náklady oproti stavu techniky malé. To platí jak pro provádění měření, tak i pro instalaci potřebných zařízení.

U jedné varianty provedení s výhodou korekční faktor zohledňuje nelineární závislost vzhledem k fyzickým délkám a/nebo tloušťkám žil kabelů.

U jedné varianty provedení se s výhodu výkonové spektrum měří v závislosti na přenosové frek50 věnci pro modemy typů ADSL a/nebo SDSL a/nebo HDSL a/nebo VDSL. Možné modely typu SDSL s výhodou zahrnují alespoň jeden modem typu G 991.2 a/nebo modemy typu ADSL zahrnují alespoň jeden modem typu G 992.2.

-4CZ 302246 B6

S výhodou se pomocí modulu na Gaussovu transformaci určují výkonové rezervy datového přenosu alespoň pro modulace 2B1Q (2 Binaiy, 1 Quarterary) a/nebo CAP (Carrierless Amplitude/Phase Modulation) a/nebo DMT (Discrete Multitone) a/nebo PAM (Pulse Amplitudě Modulation) datového přenosu.

Také se s výhodou pomocí modulu na Gaussovu transformaci určují výkonové rezervy datového přenosu alespoň pro mřížkové (trellis) kódované modulace.

Tato varianta provedení má mezi jiným tu výhodu, že se u xDSL - modemů, u zmíněných io modulací datového přenosu a mřížkově (trellis) kódované modulace, používají běžné standardní technologie, které jsou běžně k dostání na trhu, a jejichž používání je velmi rozšířené jak v Evropě, tak i v USA a jiných zemích.

U jiné varianty provedení způsobu s výhodou korekční faktor zohledňuje nelineární závislost i? k fyzickým délkám a/nebo tloušťkám žil kabelů. To znamená, že korekční faktor může být znázorněn nelineární funkcí, například funkcí polynomu stupně vyššího než 1. Tato varianta provedení má mezi jiným tu výhodu, že s ní mohou být zohledněny a korigovány mnohem komplexnější závislosti než s lineárními korekčními faktory.

Další variantu provedení vynálezu představuje počítačový programový produkt, kterým se provádějí kroky způsobu, jestliže produkt běží na počítači, který podle vynálezu spočívá v tom, zeje zavedítelný přímo do vnitřní paměti digitálního počítače, a zahrnuje úseky softwarového kódu.

Tato varianta provedení má tu výhodu, že umožňuje technickou realizaci vynálezu, která je jed25 noduše zvládnutelná a dá se používat bez velkých instalací.

V další podobě je předmětem předkládaného vynálezu způsob určování bitových rychlostí pro síťová spojení, přičemž je známa fyzická délka síťového spoje mezi vysílačem a přijímačem, který podle vynálezu spočívá v tom, že se v závislosti na přenosové frekvenci pro možné typy modemů pomocí zařízení na měření výkonu měří výkonové spektrum a přenáší se na datový nosič výpočetní jednotky, že se výpočetní jednotkou pro různé fyzické délky a tloušťky žil kabelů síťového spoje určuje útlum a že se efektivní síly signálů u přijímače na základě útlumu, jakož i výkonového spektra uchovávají v prvním seznamu na datovém nosiči výpočetní jednotky jako přiřazené příslušným fyzickým délkám a tloušťkám žil kabelů, že se v druhém seznamu na datovém nosiči výpočetní jednotky uchovává úroveň šumu, přiřazená příslušným fyzickým délkám a tloušťkám žil kabelů síťového spojení, přičemž úroveň šumu se určuje pomocí výpočetní jednotky v závislosti alespoň na parametru přeslechu a počtu zdrojů rušení na základě výkonového spektra, že výpočetní jednotka pomocí modlu na Gaussovu transformaci na základě efektivních sil signálů z prvního seznamu a příslušných úrovní šumu z druhého seznamu pro různé modulace datového přenosu a/nebo modulační kódování určuje bitové rychlosti pro předem definovaná výkonová rezerva datového přenosu a bitovou rychlost uchovává na datovém nosiči výpočetní jednotky přiřazenou příslušným fyzickým délkám a tloušťkám žil kabelů síťového spojení, že výpočetní jednotka určuje efektivní bitové rychlosti pomocí korekčního faktoru na základě uložených bitových rychlostí a efektivní bitové rychlosti uchovává na datovém nosiči výpočetní jednotky přiřazené příslušným fyzickým délkám a tloušťkám žil kabelů síťového spojení, přičemž korekční faktor zahrnuje střední odchylku uložených bitových rychlostí vůči efektivním bitovým rychlostem, a/nebo faktor vyrovnávače pro korekci naladění vyrovnávače a že výpočetní jednotka na základě uložených efektivních bitových rychlostí určuje podle známé fyzické délky určovaného síťového spojení mezi vysílačem a přijímačem bitovou rychlost pro příslušné síťové spojení.

- 5 CZ 302246 B6

Tato varianta provedení má mezi jiným tu výhodu, že způsob a systém poprvé umožňují jednoduché a rychlé určování bitových rychlostí, aniž by přitom musely být vynakládány značné technické, personální a časové náklady. Zejména se dají pomocí zmíněné korekce korigovat nespolehlivosti, aniž by, tak jako u dálkových měřicích systémů pro měření výkonových rezerv dato5 vého přenosu a/nebo bitových rychlostí, musela být při měření u každé lokální rozváděči stanice korigována různá, nepřesně známá nejistota, popřípadě neznámé chyby, přičemž tyto chyby lze vlivem měření jen na druhé straně (na jednom konci) obtížně vyhodnotit, protože pro určení chyby by byla potřebná oboustranná měření.

io U jedné varianty provedení se výkonové spektrum měří v závislosti na přenosové frekvenci pro modemy typů ADSL a/nebo SDSL a/nebo HDSL a/nebo VDSL.

Přitom s výhodou možné modemy SDSL zahrnují alespoň jeden modem G.991.2 a/nebo modemy ADSL zahrnují alespoň jeden modem G.992.2.

S výhodou se pomocí modulu na Gaussovu transformaci určují bitové rychlosti pro alespoň modulace 2B1Q a/nebo CAP a/nebo DMT a/nebo ΡΑΜ datového přenosu.

Také se s výhodou pomocí modulu na Gaussovu transformaci určují bitové rychlosti pro mřížko2o vé (trellís) kódované modulace.

Tato varianta provedení má mezi jiným tu výhodu, že se u xDSL typů modemů, u zmíněných modulací datového přenosu a mřížkové (trellís) kódované modulace používají běžné standardní technologie, které jsou běžně k dostání na trhu, a jejichž používání je velmi rozšířené jak v Evropě, tak i v USA a jiných zemích.

U jiné varianty provedení způsob podle vynálezu s výhodou spočívá i v tom, že korekční faktor zohledňuje nelineární závislost vůči fyzickým délkám a/nebo tloušťkám žil kabelů. To znamená, že korekční faktor může být znázorněn nelineární funkcí, například funkcí polynomu stupně vyšío šího než l.

Tato varianta provedení způsobu má mezi jiným tu výhodu, že sní mohou být zohledněny a korigovány mnohem komplexnější závislosti než s lineárními korekčními faktory.

U další varianty provedení způsobu se pomocí modulu na Gaussovu transformaci určují bitové rychlosti pro výkonovou rezervu datového přenosu mezi 3 a 9 dB.

Tato varianta provedení má mezi jiným tu výhodu, že rozsah mezi 3 a 9 dB umožňuje příjem s QoS parametry, vyhovujícími většině požadavků. Zejména umožňuje rozsah výkonových rezerv datového přenosu mezi 3 a 9 dB optimalizaci bitové rychlosti vzhledem k ostatním QoS parametrům.

U další varianty provedení způsobu se pomocí modulu na Gaussovu transformaci určují bitové rychlosti pro výkonovou rezervu datového přenosu 6 dB. Tato varianta provedení má mezi jiným stejné výhody, jako předcházející varianta provedení. Zejména umožňuje, tak jako výše, výkonová rezerva datového přenosu 6dB optimalizaci bitové rychlosti vzhledem k ostatním QoS parametrům.

Další varianta provedení zahrnuje počítačový programový produkt, kterým se provádějí výše uvedené kroky způsobu, jestliže produkt běží na počítači, který podle vynálezu spočívá v tom, že je zaveditelný přímo do vnitřní paměti digitálního počítače a zahrnuje úseky softwarového kódu.

Tato varianta provedení má tu výhodu, že umožňuje technickou realizaci vynálezu, která je jednoduše zvládnutelná a může být používána bez velkých instalací.

-6CZ 302246 B6

Na tomto místě se konstatuje, že se daný vynález vedle způsobu podle vynálezu vztahuje také na systém a počítačový programový produkt pro provádění tohoto způsobu.

Systém pro určování výkonových rezerv datového přenosu pro síťová spojení, přičemž je známá fyzická délka určovaného síťového spojení mezi vysílačem a přijímačem podle předkládaného vynálezu spočívá v tom, že systém zahrnuje měřicí zařízení pro měření výkonového spektra v závislosti na přenosové frekvenci pro možné typy modemů, jakož i datový nosič výpočetní jednotky, na němž je výkonové spektrum uchovatelné, že výpočetní jednotka zahrnuje prostředky pro určování útlumu pro různé fyzické délky a tloušťky žil kabelů síťového spojení, přičemž efektivní síly signálů u přijímače, založené na útlumu, jakož i výkonovém spektru, přiřazeném příslušným fyzickým délkám a tloušťkám žil kabelů, se uchovávají v prvním seznamu na datovém nosiči výpočetní jednotky, že výpočetní jednotka zahrnuje prostředky pro určování úrovně šumu v závislosti alespoň na parametru přeslechu, počtu zdrojů rušení, na základě výkonového spektra, přičemž úroveň šumu v druhém seznamu, přiřazená příslušným fyzickým délkám a tloušťkám žil kabelů síťového spojení, se uchovává na datovém nosiči výpočetní jednotky, že výpočetní jednotka zahrnuje modul na Gaussovu transformaci pro určování výkonových rezerv datového přenosu pro předem definovanou bitovou rychlost na základě efektivních sil signálů z prvního seznamu a příslušných úrovní šumu z druhého seznamu pro různé modulace datového přenosu a/nebo modulační kódování, přičemž výkonové rezervy datového přenosu, přiřazené příslušným fyzickým délkám a tloušťkám žil kabelů síťového spojení se uchovávají na datovém nosiči výpočetní jednotky, že výpočetní jednotka zahrnuje korekční modul, který pomocí alespoň jednoho korekčního faktoru, na základě v paměti uložených výkonových rezerv datového přenosu, určuje efektivní výkonové rezervy datového přenosu, a uchovává je na datovém nosiči výpočetní jednotky přiřazené příslušným fyzickým délkám a tloušťkám žil kabelů síťového spojení, přičemž korekční faktor zahrnuje střední odchylku v paměti uložených výkonových rezerv datového přenosu vůěi efektivním okrajových rezerv datového přenosu, a/nebo faktor vyrovnávaČe pro korekci naladění vyrovnávače.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je v dalším blíže popsán a objasněn na příkladech jeho provedení podle připojených výkresů:

Obr. 1 znázorňuje blokové schéma, které schematicky znázorňuje architekturu jedné varianty provedení systému podle vynálezu pro určování výkonových rezerv (margins) datového přenosu, popřípadě rychlostí v bitech pro síťový spoj 12 o určité fyzické délce 13 mezi vysílačem 10 a přijímačem ii.

Obr. 2 znázorňuje schematicky přeslechovou interakci s přeslechem 51 na blízkém konci (NearEnd Crosstalk, tj. NETX), který popisuje nechtěnou vazbu signálů 50 vysílače 10 (Transmitter) na jednom konci se signály 50 u přijímače j_L (Receiver) na stejném konci a přeslech 52 na vzdáleném konci (Far-End Crosstalk, tj. FEXT), který popisuje nechtěnou vazbu signálů 50 při přenosu k přijímači 11 na druhém konci, přičemž se signály 50 při přenosu na signály 50 sousedních párů měděných drátů váží a u přijímače J_L se projevují jako šum (Noise),

Obr. 3 znázorňuje schematicky přenosovou vzdálenost síťového spoje v závislosti na přenosové rychlosti (bitové rychlosti) pro ADSL modemy, jak může být získána systémem podle vynálezu, přičemž jsou znázorněna různá okolní šumová prostředí 60 a 6L

- 7 CZ 302246 B6

Obr. 4 znázorňuje schematicky tzv. poslední míli veřejné telefonní sítě (PSTN: Public Switched Telephone Network), jak typicky existuje mezi koncovým uživatelem doma a sítí, která má být dosažena přes veřejnou telefonní síť.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 znázorňuje architekturu, která se může použít pro realizaci vynálezu. U tohoto příkladu provedení pro způsob a systém pro určování výkonových rezerv datového přenosu a/nebo rychio lostí v bitech pro síťová spojení je známa fyzická délka J3 síťového spojení J2 mezi vysílačem a přijímačem 11, u kterého se má provést určení. Fyzickou délkou se rozumí efektivní délka kabelu, tedy nikoliv například vzdušná vzdálenost mezi vysílačem 10 a přijímačem 11. Síťové spojení J2 má sestávat z analogového média, jako například z kabelů z měděných drátů. U tohoto příkladu provedení se například použily měděné kabely o průměru žil 0,4 nebo 0,6 mm, tak, jak se typicky používají na poslední míli veřejné telefonní sítě (PSTN: Public Switched Telephone

Network). Poslední míle se schematicky znázorňuje na obr. 4. Směrovač 70 k síti je spojen například přes 10 BT Ethernet 77 a veřejnou telefonní síť (PSTN) s modemovým terminálovým serverem (Modem Terminál Server) 71. Modemovým terminálovým serverem 71 může být multíplexer pro přístup přes digitální předplacenou linku (DSL Acces Multiplexer, zkráceně DSLAM).

Jak to již bylo zmíněno, je na veřejnou telefonní síť 72 (PSTN) napojen modemový terminálový server (Modem Terminál Server) 71, například pomocí optického kabelu 78. Dále je veřejná telefonní síť 72, resp. modemový terminálový server (Modem Terminál Server) 71, typicky spojena pomocí kabelu 79 z měděných drátů a přes telefonní zásuvku 73 s modemem 74 osobního počítače 75 (Personál Computer, tj. PC). Kabel 79 přitom tvoří zmíněno tzv. „poslední míli“ od rozvá25 děcí stanice provozovatele telefonní sítě ke koncovému uživateli. Koncový uživatel 76 může tedy svým osobním počítačem 75 (PC) pomocí popsaného spojení přistupovat přímo na směrovač 70 (Router). Obvyklá telefonní měděná vedení mohou například sestávat z 2 až 2400 párů měděných drátů. Jsou ale představitelná i jiná analogová média, zejména měděné kabely například sjínými průměry žil. Musí být důrazně poukázáno na to, že síťová spojení 12 mohou mít nejen různé průměry, popřípadě tloušťky žil kabelů 141, 142, 143, 144, nýbrž že jednotlivé síťové spojení J2 může sestávat z kombinace kabelů o různých průměrech žil nebo o různých tloušťkách, tj. že síťové spojení J2 zahrnuje více dílců kabelů o různé tloušťce žil.

Výkonové spektrum PSD_Modem(/) se měří v závislosti na přenosové frekvenci f pro možné typy modemů 101. 102. 103, 1Q4 pomocí zařízení 20 na měření výkonu, a převádí se na nosič dat pomocí výpočetní jednotky 30. Výkonové spektrum se také označuje jako spektrální hustota výkonu (Power Spectral Density, zkráceně PSD) a zohledňuje pro určitou šířku pásma kontinuálního frekvenčního spektra celkovou energii určené šířky frekvenčního pásma dělenou určenou šířkou pásma. Dělení šířkou pásma odpovídá normování. PSD je tedy funkcí v závislosti na frek40 věnci f a je třeba ji normálně udávat ve wattech na herz. Pro měření výkonu pomocí zařízení 20 na měření výkonu u přijímače 11 se může například použít jednoduchý A/D převodník, přičemž se napětí přivádí pres odpor. Pro modulování digitálních signálů na vedení 12, například od koncového uživatele k rozváděči stanici provozovatele telefonní sítě a naopak, se mohou používat nejrůznější typy modemů. Ze stavu techniky jsou známy například xDSLtechnologie (Digital

Subscriber Line, tj. digitální předplatitelská linka), jejímiž dvěma hlavními zástupci jsou ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line, tj .asymetrická digitální předplatitelská linka) a SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line, tj. symetrická digitální předplatitelská linka. Dalšími zástupci xDSL - technologie jsou HDSL (High-data-rate DSL, tj. vysokorychlostní datová digitální předplatitelská linka) a VDSL (Věry high speed Digital Subscriber Line tj. velmi vysoko50 rychlostní datová digitální předplatitelská linka). Technologie xDSL jsou vysoce rozvinutá modulační schémata, aby dala data modulovat na měděných vedeních nebo jiných analogových médiích. Technologie xDSL se také mnohdy označují jako „technologie pro poslední míli“, právě proto, že obvykle slouží k tomu, aby spojily poslední rozváděči stanici telefonní sítě s koncovým uživatelem v kanceláři nebo doma, a nepoužívají se mezi jednotlivými rozváděcími stanicemi telefonní sítě. Linka xDSL je do té míry podobná ISDN (íntegrated Services Digital Network, že

-8CZ 302246 B6 se může provozovat přes existující měděná vedení a obě potřebují relativně krátkou vzdálenost k nej bližší rozváděči stanici provozovatele telefonní sítě. Linka xDSL však poskytuje mnohem vyšší přenosové rychlosti než ISDN. Linka xDSL dosahuje datových přenosových rychlostí až 32 Mbps (bps: bitů za sekundu) u tzv. downstreamu (tj. u přenosové rychlosti při příjmu dat, to znamená při modulaci) a 32 kbps až 6 Mpbs u tzv. upstreamu (tj. u přenosové rychlosti při vysílání dat, to znamená při demodulaci), zatímco ISDN podporuje přenosové rychlosti dat, vztaženo najeden kanál, 64 kbps. ADSL se stala v poslední době velmi populární technologií pro modulování dat přes měděná vedení. ADSL podporuje přenosové rychlosti dat 0 až 9 Mbps u rychlosti ve směru tzv. downstreamu a rychlosti 0 až 800 kbps u tzv. upstreamu. ADSL se nazývá asymetio rickou linkou DSL protože podporuje různé rychlosti ve směrech downstreamu a upstreamu. SDSL, nebo-li symetrická linka DSL, se na rozdíl od toho nazývá symetrické, protože podporuje stejné rychlosti ve směrech downstreamu i upstreamu. SDSL umožňuje přenášení dat až do rychlosti 2,3 Mbps. ADSL vysílá digitální impulsy ve vysokofrekvenční oblasti měděných kabelů. Protože se tyto vysoké frekvence nepoužívají při normálním přenosu zvuku ve slyšitelné oblasti (například hlasů) nepoužívají, může ADSL například současně sloužit pro přenos telefonních hovorů stejným měděným kabelem. Systém ADSL je hodně rozšířen v Severní Americe, zatímco systém SDSL se především vyvíjel v Evropě. ADSL i SDSL potřebují speciálně k tomu vybavené modemy. HDSL je zástupcem pro symetrické DSL (SDSL). Standardem pro symetrické HDSL (SDSL) je v současné době systém G.SHDSL, známý jako G.991.2, jak byl vyvinut jako mezinárodní norma výborem CCITT (Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique) unie ITU (International Telecommunication Union). G.991.2 podporuje příjem a vysílání symetrických datových proudů jednoduchým párem měděných drátů s přenosovými rychlostmi mezi 192 kbps a 2,31 Mbps. G.991.2 byl vyvinut tak, že zahrnuje vlastnosti ADSL a SDSL a standardní protokoly, jako IP (Internet Protocol), zejména aktuální verze IPv4 a IPv6 nebo IPng od 1ETF (Internet Engineering Task Force), jakož i TCP/IP (Transport Control Protocol, tj. protokol pro řízení transportu), ATM (Asynchronous Transfer Mode, tj. režim asynchronního transferu), Tl, El a ISDN. Jako poslední z technologií xDSL je zde třeba zmínit VDSL (Věry high speed Digital Subscriber Line, tj. velmi vysokoiychlostní digitální předplatitelská linka). VDSL přenáší data v rozsahu 13 až 55 Mbps na krátké vzdálenosti (obvykle mezi 300 až

1500 m) přes kabel s kroucenou dvojicí měděných drátů. U VDSL platí, že čím kratší je vzdálenost, tím vyšší jsou přenosové rychlosti. Jako koncový díl sítě spojuje VDSL kancelář nebo dům uživatele se sousední jednotkou optické sítě, (Optical Network Unit, tj. ONU), kteráje typicky spojena s hlavní optickou sítí ze skleněných vláken, tzv. páteřní (Backbone), například nějaké firmy. VDSL umožňuje uživateli přístup do sítě s maximální šířkou pásma přes normální telefon35 ní vedení. Norma VDSL ještě není plně stanovena. Tak existují technologie VDSL, která mají kódovací schéma linky (Line Cording Schéma) spočívající na diskrétním multitónu (DMT, tj. Discrete Multitone), přičemž DMT je vícenosičový systém (Multi-Carrier System), který je velmi podobný technologii ADSL. Jiné technologie VDSL mají kódovací schéma linky (LineCoding Schéma) spočívající na kvadrátůmí amplitudové modulaci (Quadrature Amplitudě

Modulation, tj. QAM), kteráje na rozdíl od DMT levnější a potřebuje méně energie. Pro tento příklad provedení mohou typy modemů 101, 102, 103, 104 zahrnovat ADSL a/nebo SDSL a/nebo HDSL a/nebo VDSL. Zejména mohou možné modemy 101, 102, 103, 104 typu SDSL zahrnovat alespoň jeden modem typu G.991.2 a/nebo mohou modemy 101, 102, 103, 104 typu ADSL zahrnovat alespoň jeden modem typu G.992.2. Je ale jasné, že tento výčet nemá v žádném případě platit jako omezující pro oblast ochrany vynálezu, nýbrž naopak jsou představitelné i jiné typy modemů.

Pomocí výpočetní jednotky 30 se určuje útlum H pro různé fyzické délky 13 a tloušťky žil kabelů 141, 142, 143, 144, jako například 0,4 mm a 0,6 mm, síťového spojení 12, a efektivní síly S(/) signálu u přijímače 11, založené na útlumu H(/), jakož i na výkonovém spektrum PSD(/), přiřazené k příslušným fyzickým délkám L 13 a tloušťkám D žil kabelů 141, 142, 143, 144, jsou uložené v prvním seznamu na datovém nosiči výpočetní jednotky 30. Útlum H(£L,D) je přitom tak jako efektivní síla S(/) signálu funkcí závislou na frekvenci f Signál vysílaný vysílačem 10 je tedy PSD_Modem(/), zatímco u přijímače se ještě získává efektivní síla S(/) = PSD_Moden)(/)H²(/,L,D) signálu. V druhém seznamu se na datovém nosiči výpočetní jednotky 30 uchovává úroveň 40

-9CZ 302246 B6 šumu N(/), přiřazená k příslušným fyzickým délkám L3 a tloušťkám žil kabelů 141, 142, 143, 144 síťového spoje 12, přičemž úroveň N(/) šumu 40 se určuje pomocí výpočetní jednotky 30 alespoň v závislosti na parametru Xtalktype typu přeslechu a počtu zdrojů A rušení, na základě výkonového spektra PSD. To znamená, že platí:

N{f) = ^PSD,_u^(f )Hxp(f,L, Xtalktype, Λ,) t,Xtalktype

Součet zahrnuje v případě indexu i všechny rušivé modulace (SModem) v závislosti na jejich typech přeslechu Xtalktype, které se projevují na paralelních spojích síťového spojení. PSDsModemd) je výkonové spektrum i-tého SModemu. Hxp je útlum v závislosti na přeslechu (Crosstalk). Jak to již bylo zmíněno, je problematika přeslechu fyzikálním jevem, který vzniká při modulaci dat přes měděný kabel. Sousední měděné dráty kabelu uvnitř kabelu s měděnými dráty získávají přes účinky střídavého elektromagnetického pole párově dílčí signály, které jsou vytvářeny modemy. To vede ktomu, že se modemy typu xDSL, které přenášejí na sousedních drátech, vzájemně ruší. Přeslech jako fyzikální jev je téměř zanedbatelný u ISDN (frekvenční pásmo až do 120 kHz), je ale důležitý například u ADSL (frekvenční pásmo až 1 MHz) a rozhodující faktor u VDSL (frekvenční pásmo až 12 MHz). Jak to již bylo popsáno, sestávají obvyklá telefonní vedení z měděných drátů ze 2 až 2400 měděných drátů. Aby se kupříkladu mohly použít čtyři páry, tak se proud dat u vysílače rozděluje do vícekrát paralelních proudů dat a u přijímače se zase rekombinuje, což zvyšuje skutečné prosazení dat čtyřnásobně. To by umožnilo přenos dat s rychlostí až 100 Mbps. Doplňkově se mohou v případě čtyř párů měděných drátů stejné čtyři páry využít ktomu, aby se přenášelo současně stejné množství dat v obráceném směru. Duplexní přenos dat přes každý pár měděných drátů zdvojuje informační kapacitu, která může být přenášena. To v tomto případě zosminásobuje rychlost přenosu dat oproti konvenčním přenosům, u kterých se vždy projeden směr používají dva páry. Pro přenos dat, jak bylo výše popsáno, je přeslechový šum silně limitujícím faktorem. Rozlišují se následující typy přeslechu: přeslech (Xtalktype) na blízkém konci (Near-End Crosstalk, tj. Next), který popisuje nechtěnou vazbu signálů 50 vysílače 10 (Transmitter) na jednom konci na signály 50 u přijímače (Receiver) 11 na stejném konci a přeslech 52 na vzdáleném konci (Far-End Crosstalk, tj. FEXT), který popisuje nechtěnou vazbu signálů 50 při přenosu k přijímači li na druhém konci, přičemž se signály 50 při přenášení vážou na signály 50 sousedních párů měděných drátů a u přijímače 11 se projevují jako šum (Noise), viz obr. 1. Normálně se vychází z toho, že NEXT 51 má jen jeden zdroj rušení na blízkém konci (Near-End). Xtalktype je tedy závislý na místě a směru proudu dat (upstream/downstream), tj. Xtalktype (proud, místo). Jestliže se používá více drátů, než jen dva měděné dráty, což je obvyklým případem (typicky je to mezi 2 a 2400 dráty), potom již výše popsané párové vázání nesouhlasí. Například pro případ, že se současně používají čtyři páry drátů, existují nyní dále tři nechtěné zdroje rušení, které se svou energií vážou na signál 50. Pro A v tomto případě platí A = 3. To samé platí pro přeslech 52 FEXT.

Výpočetní jednotka 30 určuje výkonové rezervy datového přenosu pomocí modulu 31 na Gaussovu transformaci, na základě efektivních sil S(/) signálů z prvního seznamu a příslušných úrovní R(/) šumu z druhého seznamu pro různé modulace datového přenosu a/nebo modulační kódování pro předem definovanou bitovou rychlost a ukládá výkonové rezervy datového přenosu jako přiřazené k příslušným fyzickým délkám 13 a tloušťkám žil kabelů 141, 142, 143, 144 síťového spojení 12 na datovém nosiči výpočetní jednotky 30. S efektivními silami S(/) signálů z prvního seznamu a s úrovněmi N(/) šumu 40 se dá pomocí výpočetní jednotky 30 určovat poměr signálu S k šumu R (SNR, tj. Signál to Noise Ratio), přičemž platí:

ΣΙ S(f + n/T)\²

n

- 10CZ 302246 B6

Tento výraz platí jen pro CAP, 2B1Q a PAM modulaci, nikoliv ale pro DMT modulaci. DMT bude ještě blíže popsána níže. T je přitom symbolový interval nebo polovina inverzní Nyquistovy frekvence. Nyquistova frekvence je nejvyšší možná frekvence, která může být ještě přesně ovzorkována (sampled). Nyquistova frekvence je poloviční vzorkovací frekvence (Sampling Frequenz), protože se nechtěné frekvence vytvářejí tehdy, jestliže se vzorkuje signál, jehož frekvence je vyšší než poloviční vzorkovací frekvence, n je index u součtu. V praxi normálně postačuje, aby n probíhalo od -l do 1. Jestliže to nestačí, mohou se ktomu například přibrat další maxima 0, ±1/Z, ±2/T atd., až se dosáhne požadované přesnosti. Výkonové rezervy datového přenosu závisí na modulacích datového přenosu a/nebo modulačních kódováních, jak bylo již výše zmíněno. U tohoto příkladu provedení se bude ukazovat závislost například pro HDSL modemy modulaci 2B1Q (2 Binary, 1 Quarterary) a modulaci CAP (Carrierless Amplitude/Phase Modulation) jako příklad pro ADSL modulaci DMT (Discrete Multitone Technology) a ohledně modulačních kódování pro mřížkově (trellis) kódované signály. Je ale také jasné, že způsob podle vynálezu a systém platí samozřejmě i pro jiné modulace datového přenosu a/nebo modulační kódování jako například PAM (Pulse Amplitudě Modulation) atd. Jak modulace 2B1Q, tak i modulace CAP, se používají u modemů HDSL a mají předem definovanou bitovou rychlost. Modulace DMT se používá o modemů ADSL a má naopak proměnlivou bitovou rychlost. Modulace CAP a DMT používají stejnou základní technologii modulace: QAM (Quadrature Amplitudě Modulation), ačkoliv se tato technologie používá různě. QAM umožňuje, že dva digitální nosné signály (Carrier Signál) mají tutéž šířku přenosového pásma. Přitom se používají dva nezávislé tak zvané sdělovací (Message) signály, aby modulovaly dva nosné signály, které mají identickou frekvenci, ale liší se amplitudou a fází. Přijímače pro modulaci QAM mohou rozlišovat, jestli je zapotřebí malý nebo velký počet stavů amplitudy a fáze, aby se například na páru měděných drátů obešel šum (Noise) a interference. Modulace 2B1Q je také známa jako „čtyřúrovňová pulsní amplitudová modulace“ (PAM, tj. Pulse Amplitudes Modulation). Používá pro signálový impuls dvě napěťové úrovně a nikoliv jednu úroveň, jako například AMI (Alternate Mark Insertion). Tím, že se pro rozlišení použijí kladné a záporné úrovně, získá se čtyřúrovňový signál. Bity se nakonec sdružují po dvou, přičemž tyto páry odpovídají jedné napěťové úrovni (proto 2 bity). Tím se potřebná frekvence signálu pro vysílání stejné bitové rychlosti, tak jako u bipolámího AMI u 2B1Q půlí. U modemu HDS s modulací 2B1Q nebo CAP existuje následující závislost výkonových rezerv datového přenosu na poměru signálu k šumu (SNR):

přičemž ξ může být určována v závislosti na chybové rychlosti (Symbol Error Rate) e_s. Pro LAN (IP) postačuje obvykle chybová rychlost e_s = 10^-7, což znamená, že v průměru každý 10⁷ bit se přenese v průměru chybně. Firmy požadují pro své firemní sítě typicky es = 10“¹². Jestliže se es dostane například do velikostního řádu velikosti přenášeného datového paketu (například 10“³), tak by to naopak znamenalo, že každý paket musí být v průměru přenesen dvakrát, aby došel správně. Pro 2B1Q - modulaci platí pro e_s například:

=2(1--).G_r L—z-) pro nekódované signály a ⁵ NT ^cW-l ^ť _ε = 2(1--).<?„( J—-—;-) pro mřížkově (trellis) kódované signály, ‘ MÍT ^c\(M/2)²-l ^ť zatímco pro modulaci CAP platí:

- 11 CZ 302246 B6 *,=4(1^=40-->(

3£ (Λ/²-1 pro nekódované signály a

Mljl

).0,(

3(210 ’ )

-z-) pro mřížkově (trellis) kódované signály.

(Λ/²/2-1

Gcje pro obě kódování komplementární Gaussovou funkcí s:

G _c(xY.= f2π a M je pro modulaci 2B1Q momentový součinitel s M = 4 pro 2BIQ, zatímco pro modulaci CAP je M konstelační veličina MxM. T je, tak jako výše, symbolický interval nebo polovina inverzních hodnot z Nyquistovy frekvence. Pro modemy ADSL s modulací DMT je závislost jiná. Jak již bylo řečeno, má ADSL proměnnou bitovou rychlost. To se rovněž projevuje v M_c- Platí:

M=X přičemž ξ (Oje poměr signálu k šumu S(f)/N(f). x_rCřje referenční výkonová rezerva, která byla u tohoto příkladu provedení typicky zvolena jako 6 dB, to znamená x_ref = 10ⁿ'⁶. Ale jsou představitelné i jiné hodnoty jako referenční výkonové rezervy x_rer- Δ/je celá frekvenční šířka, popřípadě celé frekvenční pásmo, které se používá pri přenosu. Integrace se provádí přes frekvenci. D je bitová rychlost, například v b/s (bity/sekundu). Γ je korekční faktor. U tohoto příkladu provedení má Γ například hodnotu Γ = 9,55. Integrace se u tohoto příkladu provedení provádí přes frekvenci f Analogicky k tomu se ale může také provádět přes čas nebo jinou fyzikální veličinu, přičemž výraz nahoře pak musí být příslušným způsobem přizpůsoben.

Obecně výkonové rezervy datového přenosu, získané tak jako nahoře, nesouhlasí s experimentem. Proto výpočetní jednotka 30 určuje efektivní výkonové rezervy datového přenosu pomocí alespoň jednoho korekčního faktoru, přičemž se opírá o v paměti uložené výkonové rezervy datového přenosu. Korekční faktor se pro tento příklad provedení zvolil tak, že se mezi získanými výkonovými rezervami datového přenosu a efektivními výkonovými rezervami datového přenosu dosáhl postačující soulad. Jako postačující zde bylo přijato například +3dB, přičemž i jiné hodnoty jsou představitelné. Aby se tato maximální odchylka +3dB získala, tak se určují dva parametry. M_imp zohledňuje dobrou nebo špatnou implementaci modemu výrobcem. Mj_mp byl zaveden na základě skutečnosti, že stejné modemy se srovnatelným hardwarem a stejnými modulacemi datového přenosu a/nebo modulačními kódováními, avšak od různých výrobců, poskytují při převodu analogového signálu na digitální a naopak různé výsledky, což se týká jejich maximální bitové rychlosti nebo jejich maximálního dosahu pro určitý síťový spoj. To musí být pro výkonové rezervy datového přenosu korigováno. Jako druhý parametr byl zaveden Ni„_t. N_1Ilt, který zohledňuje kvantizační šum v modemu (přeměnu z analogového signálu do digitálního), jakož i možné špatné přizpůsobení vyrovnávače pri přenosu. Jestliže dochází mezi vysílačem 10 a přijímačem 11 k přenosu, přizpůsobí vyrovnávač modemu přenosovou rychlost podmínkám síťového spoje, jako například útlumu trasy, fázovému zkreslení atd., pomocí zkušební sekvence, která se pošle sem a tam mezi oběma komunikujícími modemy. Špatné přizpůsobení vyrovnávačem vede ke zkreslení výsledků a musí být korigováno. Pro lineární vyrovnávač se může například použít následující výraz:

- 12 CZ 302246 B6 t/27 ^^^LinearEq *,(/) = = (Γ J

.,4,(/) |s,(/_+n/r)|²Λζ(/ + »/Γ) +1 přičemž SNR_hnearEq je poměr signálu vůči šumu, S_e je signál, který získá vyrovnávač, N_c je šum a f je frekvence. Pro vyrovnávač (equalizer) se zpětnou vazbou pro rozhodování (Decision Feedback Equalizer, tj. DFE) se může například použít následující výraz:

SNR_DFE=™p(T Jln(%, (/))#)

-1/2Γ

*.ω=Σ.

|s_ř(/+K/O|² ,₁N_t(f + n!T) ⁺ přičemž opět je SNRi_ínearEq poměr signálu vůči šumu, S_e je tak jako výše signál, který získá vyrovnávač, N_e je šum a/je frekvence. Výpočetní jednotka 30 může pro určení SNR_DFE použít například následující přiblížení:

/zr

SNR_m = εχρ(Γ J ln( •1 / 2Γ £λγ,(/+»/Γ)

W)

Tím pro efektivní datové výkonové rezervy vyplývá: S(f) = PSD_Modem(f)H²(/X,D) tak, jako předtím. Šum se koriguje následovně:

N(f) = £ PSD_SMmkmW (/). Hxp² (f,L,D, xtalktype,,η,) + Ύ_ιη,

Korekce může být ve výpočetní jednotce 30 zrealizována v modulu hardwarově nebo softwarově. Je důležité poukázat na to, že s takovým modulem, založeným a korekcí N_in„ se zavádí proměnný faktor šumu, který může například zohledňovat naladění vyrovnávače atd. Toto nelze ve stavu techniky takto nalézt a patří to mezi jiným k podstatným přednostem vynálezu. Efektivní výkonové rezervy M_eff datového přenosu se zohlední výrazem M_eff = M_c - M_imp, který se doplňkově zohledňuje k N_int, jak bylo výše zmíněno. Korekční hodnoty pro M_c a N_int se mohou získat ve výpočetní jednotce 30 srovnáním s experimentálními daty. Typicky musí mít za tím účelem výpočetní jednotka 30 přístup k datům různých experimentů, aby se mohly parametry správně určovat uvnitř požadované odchylky. Pomocí korekčních faktorů, které dále zahrnují střední odchylku v paměti uložených výkonových rezerv datového přenosu vůči efektivním výkonových rezerv datového přenosu, se určují, jak výše popsáno, efektivní výkonové rezervy datového přenosu a rovněž, přiřazené příslušným fyzickým délkám L JJ a tloušťkám D žil kabelů 141, 142,

143, 144 síťového spoje 12, se uchovávají na datovém nosiči výpočetní jednotky 30. Je třeba poukázat na to, že korekční faktory nemusí být bezpodmínečně lineárními faktory, to znamená

- 13 CZ 302246 B6 konstantami, nýbrž rovněž mohou zahrnovat dobré korekční funkce s nelineární závislostí. Tím by mohly být podle použití zohledněny i komplikované odchylky experimentálních dat. Pomocí v paměti uložených matic s výkonovými rezervami datového přenosu určuje nakonec výpočetní jednotka 30, která se opírá o v pamětí uložené efektivní výkonové rezervy datového přenosu, na základě známých fyzických délek 13 určovaného síťového spoje 12 mezi vysílačem 10 a přijímačem JJ, výkonovou rezervu datového přenosu pro určený síťový spoj 12. Výkonové rezervy datového přenosu se uvádějí, jak již bylo vícekrát zmíněno, v dB. Pro hodnoty > OdB funguje modem typicky, zatímco pro hodnoty < 0 dB nefunguje. Aby se garantoval dobrý bezpečný provoz, může být smysluplné zvolit jako spodní hranici například 6 dB. Obecně se ale také hodí jako spodní hranice i jiné výkonové rezervy datového přenosu, například hodnoty mezi 3 dB a 9 dB. Stejným uspořádáním se dají pro modem ADSL, jak to zvýše uvedených údajů vyplývá, místo matic s výkonovými rezervami datového přenosu určovat adekvátně matice s bitovými rychlostmi pro různé síťové spoje, například pro výkonovou rezervu datového přenosu 6 dB. Tím vyplývá pro určení matic s bitovými rychlostmi 6 dB = M_efr. U modemů HDSL to nemá v podstatě žádný smysl, protože u modemů HDSL pracují kódování, jako například 2B1Q nebo CAP s konstantní bitovou rychlostí, zde například 2,048 Mb/s. Důvod pro tento rozdíl vůči modemům ADSL spočívá v tom, že systémy s modemy HDSL byly dimenzovány jen pro připojení s vyšší bitovou rychlostí a zajímavá je jen bezpečnost (SNR),

Obr. 3 znázorňuje přenosovou vzdálenost síťového spojení v závislosti na přenosové rychlosti (bitové rychlosti) pro modemy ADSL. Vztahové značky 60 a 61 přitom označují různá šumová prostředí. Bitové rychlosti byly, tak, jak to bylo popsáno výše, znázorněny, na základě v paměti uložených matic, popřípadě seznamů.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob určování výkonových rezerv datového přenosu pro síťová spojení, u kterých je fyzická délka (13) určovaného síťového spoje (12) mezi vysílačem (10) a přijímačem (11) známa, vyznačující se tím, že se v závislosti na přenosové frekvenci pro možné typy modemů (101, 102, 103, 104) měří pomocí zařízení (20) na měření výkonu výkonové spektrum a přenáší se na datový nosič výpočetní jednotky (30), že se výpočetní jednotkou (30) pro různé fyzické délky (13) a tloušťky žul kabelů (141, 142, 143, 144) síťového spoje (12) určuje útlum, a efektivní síly signálů u přijímače (11), založené na útlumu, jakož i na výkonovém spektru přirazenému příslušným fyzickým délkám (13) a tloušťkám žil kabelů (141, 142, 143, 144) a uchovávají se v prvním seznamu na datovém nosiči výpočetní jednotky (30), že se v druhém seznamu na datovém nosiči výpočetní jednotky (30) uchovává úroveň (40) šumu, přiřazená příslušným fyzickým délkám (13) a tloušťkám žil kabelů (141, 142, 143, 144) síťového spojení (12), přičemž úroveň (40) šumu se určuje pomocí výpočetní jednotky (30) v závislosti alespoň na parametru přeslechu, počtu zdrojů rušení, na základě výkonového spektra, že výpočetní jednotka (30) pomocí modulu (31) na Gaussovu transformaci, na základě efektivních sil signálů z prvního seznamu a odpovídajících úrovní šumu z druhého seznamu, určuje pro různé modulace datového přenosu a/nebo modulační kódování výkonové rezervy datového přenosu pro předem definovanou bitovou rychlost a uchovává je na datovém nosiči výpočetní jednotky (30) přiřazené příslušným fyzickým délkám (13) a tloušťkám žil kabelů (141, 142, 143, 144) síťového spojení (12), že výpočetní jednotka (30) pomocí alespoň jednoho korekčního faktoru na základě uložených výkonových rezerv datového přenosu určuje efektivní výkonové rezervy datového přenosu a uchovává je na datovém nosiči výpočetní jednotky (30) přiřazené k příslušným fyzickým délkám

- 14CZ 302246 B6 (13) a tloušťkám žil kabelů (141, 142, 143, 144) síťového spojení (12), přičemž korekční faktor zahrnuje střední odchylku uložených výkonových rezerv datového přenosu vůči efektivním výkonovým rezervám datového přenosu, a/nebo faktor vyrovnávače pro korekci naladění vyrovnávače a

5 že výpočetní jednotka (30) na základě uložených efektivních výkonových rezerv datového přenosu určuje podle známé fyzické délky (13) určovaného síťového spojení (12) mezi vysílačem (10) a přijímačem (11) výkonovou rezervou datového přenosu pro příslušné síťové spojení (12).
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že korekční faktor zohledňuje neliio neámí závislost vzhledem k fyzickým délkám (13) a/nebo tloušťkám žil kabelů (141, 142, 143,

144).
3. Způsob podle některého z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se výkonové spektrum měří v závislosti na přenosové frekvenci pro modemy (101, 102, 103, 104) typů ADSL

15 a/nebo SDSL a/nebo HDSL a/nebo VDSL.
4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že možné modemy (101, 102, 103, 104) typu SDSL zahrnují alespoň jeden modem typu G.991.2 a/nebo modemy (101, 102, 103, 104) typu ADSL zahrnují alespoň jeden modem typu G.992.2.
5. Způsob podle některého z nároků laž4, vyznačující se tím, že pomocí modulu (31) na Gaussovu transformaci se určují výkonové rezervy datového přenosu alespoň pro modulace 2B1Q a/nebo CAP a/nebo DMT a/nebo PAM datového přenosu.

25
6, Způsob podle některého z nároků laž5, vyznačující se tím, že se pomocí modulu (31) na Gaussovu transformaci určují výkonové rezervy datového přenosu alespoň pro mřížkově kódované modulace.
7. Způsob určování bitových rychlostí pro síťová spojení, přičemž je známa fyzická délka (13)

30 síťového spoje (12) mezi vysílačem (10) a přijímačem (11), vyznačující se tím, že se v závislosti na přenosové frekvenci pro možné typy modemů (101, 102, 103, 104) měří pomocí zařízení (20) na měření výkonu měří výkonové spektrum a přenáší se na datový nosič výpočetní jednotky (30), že se výpočetní jednotkou (30) pro různé fyzické délky (13) a tloušťky žil kabelů (141, 142, 143,

35 1 44) síťového spoje (12) určuje útlum a že se efektivní síty signálů u přijímače (11) na základě útlumu, jakož i výkonového spektra uchovávají v prvním seznamu na datovém nosiči výpočetní jednotky (30) jako přiřazené příslušným fyzickým délkám (13) a tloušťkám žil kabelů (141, 142, 143, 144), že se v druhém seznamu na datovém nosiči výpočetní jednotky (30) uchovává úroveň (40) šumu,

40 přiřazená příslušným fyzickým délkám (13) a tloušťkám žil kabelů (141, 142, 143, 144) síťového spojení (12), přičemž úroveň (40) šumu se určuje pomocí výpočetní jednotky (30) v závislosti alespoň na parametru přeslechu a počtu zdrojů rušení na základě výkonového spektra, že výpočetní jednotka (30) pomocí modulu (31) na Gaussovu transformaci na základě efektivních sil signálů z prvního seznamu a příslušných úrovní šumu z druhého seznamu pro různé modulace

45 datového přenosu a/nebo modulační kódování určuje bitové rychlost pro předem definovanou výkonovou rezervu datového přenosu a bitovou rychlost uchovává na datovém nosiči výpočetní jednotky (30) přiřazenou příslušným fyzickým délkám (13) a tloušťkám žil kabelů (141, 142, 143, 144) síťového spojení (12), že výpočetní jednotka (30) určuje efektivní bitové rychlosti pomocí korekčního faktoru na

50 základě uložených bitových rychlostí a efektivní bitové rychlosti uchovává na datovém nosiči výpočetní jednotky (30) přiřazené příslušným fyzickým délkám (13) a tloušťkám žil kabelů (141, 142, 143, 144) síťového spojení (12), přičemž korekční faktor zahrnuje střední odchylku

- 15 CZ 302246 B6 uložených bitových rychlostí vůči efektivním bitovým rychlostem, a/nebo faktor vyrovnávače pro korekci naladění vyrovnávače a že výpočetní jednotka (30) na základě uložených efektivních bitových rychlostí určuje podle známé fyzické délky (13) určovaného síťového spojení (12) mezi vysílačem (10) a přijímačem (11) bitovou rychlost pro příslušné síťové spojení (12).
8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že se pomocí modulu (31) na Gaussovu transformaci určují bitové rychlosti pro výkonovou rezervu datového přenosu mezi 3 a 9 dB.
9. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že se pomocí modulu (31) na Gaussovu transformaci určují bitové rychlosti pro výkonovou rezervu datového přenosu 6 dB.
10. Způsob podle některého z nároků 7až9, vyznačující se tím, že korekční faktor zohledňuje nelineární závislost vůči fyzickým délkám (13) a/nebo tloušťkám žil kabelů (141, 142, 143, 144).
11. Způsob podle některého z nároků 7ažl0, vyznačující se tím, že se výkonové spektrum měří v závislosti na přenosové frekvenci pro modemy (101, 102, 103, 104) typů ADSL a/nebo SDSL a/nebo HDSL a/nebo VDSL.
12. Způsob podle nároku 11, vyznačující se tím, že možné modemy (101, 102, 103, 104) SDSL zahrnují alespoň jeden modem G.991.2 a/nebo modemy (101, 102, 103, 104) ADSL zahrnují alespoň jeden modem G.992.2.
13. Způsob podle některého z nároků 7ažl2, vyznačující se tím, že se pomocí modulu (31) na Gaussovu transformaci určují bitové rychlosti pro alespoň modulace 2B1Q a/nebo CAP a/nebo DMT a/nebo PAM datového přenosu.
14. Způsob podle některého z nároků 7 až 13, vyznačující se tím, že se pomocí modulu (31) na Gaussovu transformaci určují bitové rychlosti pro mřížkově kódované modulace.
15. Počítačový programový produkt, kterým se provádějí kroky podle některého z nároků 1 až 6, jestliže produkt běží na počítači, vyznačující se tím, že je zavedítelný přímo do vnitřní paměti digitálního počítače a zahrnuje úseky softwarového kódu.
16. Počítačový programový produkt, kterým se provádějí kroky podle některého z nároků 7 až 14, jestliže produkt běží na počítači, vyznačující se tím, že je zavedítelný přímo do vnitřní paměti digitálního počítače a zahrnuje úseky softwarového kódu.
17. Systém pro určování výkonových rezerv datového přenosu pro síťová spojení, přičemž je známá fyzická délka (13) určovaného síťového spojení (12) mezi vysílačem (10) a přijímačem (11), vyznačující se tím, že systém zahrnuje měřicí zařízení (20) pro měření výkonového spektra v závislosti na přenosové frekvenci pro možné typy modemů (101, 102, 103, 104), jakož i datový nosič výpočetní jednotky (30), na němž je výkonové spektrum uchovatelné, že výpočetní jednotka (30) zahrnuje prostředky pro určování útlumu pro různé fyzické délky (13) a tloušťky žil kabelů (141, 142, 143, 144) síťového spojení (12), přičemž efektivní síly signálů u přijímače (11), založené na útlumu, jakož i výkonovém spektru, přiřazeném příslušným fyzickým délkám (13) a tloušťkám žil kabelů (141, 142, 143, 144), se uchovávají v prvním seznamu na datovém nosiči výpočetní jednotky (30), že výpočetní jednotka (30) zahrnuje prostředky pro určování úrovně (40) šumu v závislosti alespoň na parametru přeslechu, počtu zdrojů rušení, na základě výkonového spektra, přičemž úroveň (40) šumu ve druhém seznamu, přiřazená příslušným fyzickým délkám (13) a tloušťkám žil

- 16CZ 302246 B6 kabelů (141, 142, 143, 144) síťového spojení (12), se uchovává na datovém nosiči výpočetní jednotky, že výpočetní jednotka (30) zahrnuje modul (31) na Gaussovu transformaci pro určování výkonových rezerv datového přenosu pro předem definovanou bitovou rychlost na základě efektivních

5 sil signálů z prvního seznamu a příslušných úrovní šumu z druhého seznamu pro různé modulace datového přenosu a/nebo modulační kódování, přičemž výkonové rezervy datového přenosu, přiřazené příslušným fyzickým délkám (13) a tloušťkám žil kabelů (141, 142, 143, 144) síťového spojení (12) se uchovávají na datovém nosiči výpočetní jednotky (30), že výpočetní jednotka (30) zahrnuje korekční modul, který pomocí alespoň jednoho korekčního io faktoru, na základě v paměti uložených výkonových rezerv datového přenosu, určuje efektivní výkonové rezervy datového přenosu, a uchovává je na datovém nosiči výpočetní jednotky (30) přiřazené příslušným fyzickým délkám (13) a tloušťkám žil kabelů (141, 142, 143, 144) síťového spojení (12), přičemž korekční faktor zahrnuje střední odchylku v paměti uložených výkonových rezerv datového přenosu vůči efektivním výkonovým rezervám datového přenosu, a/nebo faktor

15 vyrovnávače pro korekci naladění vyrovnávače.