DE10014676A1

DE10014676A1 - Datenübertragung über ein Stromversorgungsnetz

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Publication number: DE10014676A1
Application number: DE10014676A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Taeger; Stephan Pohl; Matthias Stoeger
Original assignee: Polytrax Information Tech AG
Current assignee: Polytrax Information Tech AG
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2001-10-18
Anticipated expiration: 2020-03-25
Also published as: NO20011501L; JP2001320306A; EP1137194A3; IL142134A0; NO20011501D0; US20030016123A1; EP1137194A2; DE10014676C2; US6956906B2

Abstract

Bei der Datenübertragung zwischen zwei Geräten 11, 12 über das allgemeine Stromversorgungsnetz 13 wird eine Mehrträgertechnik verwendet, bei der der Übertragungskanal im Frequenzmultiplex in mehrere Teilkanäle unterteilt ist, denen jeweils eine Teilleistung als eigener Teil der gesamten Übertragungsleistung und eine Teilrate als eigene Datenrate zugewiesen wird. DOLLAR A Dabei wird allen Teilkanälen anfänglich die gleiche Teilleistung zugewiesen und ihr Signalrauschleistungsverhältnis geschätzt. Beginnend mit dem Teilkanal mit dem niedrigsten bis zu dem mit dem höchsten Signalrauschleistungsverhältnis werden dann für jeden Teilkanal die folgenden Schritte ausgeführt: DOLLAR A Die Teilrate wird, abhängig vom jeweiligen Signalrauschleistungsverhältnis, zunächst so zugewiesen, daß sich eine vorgegebene Übertragungsfehlerrate ergibt. Die so zugewiesene Teilrate wird auf einen ganzzahligen Wert quantisiert. Wenn die Quantisierung einem Abrunden entspricht, wird die anfänglich zugewiesene Teilleistung so verringert, daß die Übertragungsfehlerrate gleich bleibt. Außerdem wird die Teilleistung anderer Teilkanäle mit höherem Signalrauschleistungsverhältnis so vergrößert, daß die Summe aller Teilleistungen konstant bleibt. Und die mit der Vergrößerung der Teilleistung einhergehende Erhöhung des Signalrauschleistungsverhältnisses wird berechnet, damit diesen Teilkanälen dann eine optimale Teilrate zugewiesen werden kann. DOLLAR A Dadurch wird die Datenrate des gesamten Übertragungskanals maximiert, ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Datenübertragung über ein Stromversorgungsnetz.

Für die Datenübertragung über allgemeine Stromversorgungs netze, beispielsweise das in Mitteleuropa übliche Niederspan nungsnetz von 230 V, gibt es verschiedene nationale und interna tionale Normen, die Beschränkungen auf bestimmte Frequenzbänder und Sendeleistungen festlegen. Um einen Übertragungskanal im Rahmen dieser Beschränkungen gut zu nutzen, wurde die Technik der Mehrträgerübertragung vorgeschlagen.

Bei der Mehrträgerübertragung wird ein Übertragungskanal in N voneinander uhabhängige Teilkanäle unterteilt, die im allge meinen die gleiche Bandbreite, also beispielsweise bei Frequenz multiplextechnik den gleichen Frequenzabstand aufweisen. Der zu sendende Datenstrom wird in Teilströme aufgespaltet und auf den Teilkanälen übertragen. Solche Mehrträgertechniken werden als "Discrete Multitone" DMT, "Multicarrier Modulation" MCM oder "Orthogonal Frequency Division Multiplexing" OFDM bezeichnet.

Die Mehrträgerübertragung über Stromversorgungsleitungen ist beispielsweise aus DE 197 16 011 A1 bekannt. Nach dieser Druck schrift wird der zu übertragende Datenstrom in parallele Teil ströme aufgeteilt, die jeweils nach dem gleichen Modulations schema auf den Teilkanälen übertragen werden. Außerdem wird dort dargelegt, daß auf derartigen Stromleitungen schmalbandige Stö rer und lineare Kanalverzerrungen auftreten können, die mit der Mehrträgerübertragung relativ gut korrigiert werden können. Al lerdings ist die notwendige Fehlerkorrektur mittels Kanalcodie rung, um die Informationen der beeinträchtigten Teilkanäle wie derzugewinnen, sehr aufwendig.

Um eine schnelle und zuverlässige Informationsübertragung zu gewährleisten, besteht bei der Mehrträgerübertragung die Mög lichkeit, den einzelnen Teilkanälen unabhängig voneinander eine individuelle Modulationsrate (Teilrate) und Sendeleistung (Teil leistung) zuzuweisen. Damit kann sinnvollerweise auf stark ge störten oder gedämpften Teilkanälen mit einer kleinerer Teilrate bzw. Teilleistung übertragen werden als auf weniger beeinträch tigten. Eine aufwendige Fehlerkorrektur mittels Kanalcodierung kann somit umgangen oder im Aufwand reduziert werden.

Die mittlere Informationsmenge des komplexen Symbols, das auf den i-ten Teilkanal moduliert wird, nennt man die (Modulart tions-)Teilrate R(i). Der mittlere Informationsgehalt R_ges des gesamten Symbols (bspw. OFDM-Symbols), also aller N Teilkanäle, ergibt sich demnach als Summe der einzelnen Teilraten:

Darüber hinaus ergibt sich die mittlere Sendeleistung S_ges des gesamten Symbols als Addition der Teilleistungen S(i) der Teilkanäle

Die theoretisch optimale Leistungsaufteilung zur Maximierung der Kanalkapazität ist unter dem Namen "Water-Filling Regel" be kannt und z. B. in J. G. Proakis: "Digital Communications", McGraw- Hill, 3. Auflage, 1995 auf den Seiten 687-688 beschrieben. Dabei wird die Sendeleistung so gewählt, daß sich Signal- und Störlei stung zu einer Konstanten ergänzen. Für eine maximale Übertra gungsrate werden dann die Teilraten R(i) = Δf.log₂(1 + SNR(i)) gleich der Kanalkapazitäten der Teilkanäle gewählt, wobei Δf und SNR(i) der Bandbreite bzw. dem Signalrauschleistungsverhältnis (engl.: "Signal-to-Noise Ratio"; Abk.: SNR) des i-ten Teilkanals ent sprechen. Nachteilig ist jedoch die große Komplexität bei der Berechnung der Leistungsaufteilung und daß im allgemeinen keine ganzzahligen Teilraten zustandekommen.

Aus diesen Gründen wurde zur geeigneten Raten- und Lei stungsaufteilung eine Vielzahl von z. T. suboptimalen Verfahren entwickelt, die technisch einfacher realisierbar sind:

Hughes-Hartogs

Aus US 4,679,227 ist ein Verfahren bekannt, bei dem zunächst die Störleistungen der Teilkanäle geschätzt werden. Danach wird für jeden Teilkanal eine Reihe von Sendeleistungen bestimmt, die nötig sind, um in diesem Teilkanal mit einer Reihe möglicher Teilraten bei einer vorgegebenen Fehlerwahrscheinlichkeit zu übertragen. Anschließend werden die "inkrementellen Leistungen" ermittelt, die angeben, welche Leistung jedem Teilkanal mit ei ner bestimmten Teilrate nötig ist, um die nächst höhere Teilrate bei gleichbleibender Fehlerrate zu erreichen. Diese inkrementel len Leistungen werden in einer Matrix angeordnet. In dieser Ma trix wird dann sukzessive das kleinste Element gesucht - das dann gestrichen wird - bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist. Dieses Abbruchkriterium kann zum einen das Erreichen einer vor gegebenen Gesamtrate sein oder das Überschreiten einer maximal zulässigen Sendeleistung.

Cioffi et al.

Nach US 5,479,447, das sich auf die Übertragung über Teil nehmeranschlußleitungen bezieht, wird zunächst das SNR in jedem Teilkanal geschätzt, wobei eine gleichverteilte Sendeleistung zugrunde gelegt wird. Danach werden die Werte SNR/Γ in abstei gender Reihenfolge sortiert. Der vorgegebene Parameter Γ wird nach amerikanischem Sprachgebrauch "SNR Gap" genannt. Durch die sen Parameter wird der Verlust an Leistungseffizienz, den ein reales Übertragungssystem verglichen mit dem theoretischen Opti mum aufweist, berücksichtigt. In einer Schleife wird anschlie ßend jedem Teilkanal i mit Hilfe der Beziehung R(i) = log₂(1 + SNR(i)/Γ) eine Teilrate zugewiesen. Bei dieser Zuwei sung wird zwischen einer gleichverteilten Sendeleistung und ei ner maximal zulässigen Teilleistung bzgl. eines vorgegebenen To leranzschemas unterschieden. Aus diesen beiden Möglichkeiten wird diejenige Variante gewählt, die die kleinere Teilrate er gibt. Im nächsten Schritt wird die Gesamtleistung so auf die Teilkanäle verteilt, daß sich für alle Teilkanäle die gleiche Fehlerwahrscheinlichkeit ergibt. Abschließend wird noch eine letzte Leistungsskalierung durchgeführt.

Hyll

Ferner werden in der Druckschrift WO 99/16224 die Standard abweichung des Störsignals jedes einzelnen Teilkanals ermittelt, mit vorgegebenen Schwellenwerten verglichen und anhand des Er gebnisses mittels Tabellenzugriffs die Rate des Teilkanals er mittelt. Eine Leistungsaufteilung wird nicht vorgenommen.

Fischer et al.

Aus DE 196 07 207 A1 ist ferner ein Verfahren bekannt, das die Ratenaufteilung hinsichtlich der minimalen quadratischen Eukli dischen Distanz vornimmt statt hinsichtlich der Kanalkapazität. Dabei wird bei konstanter Gesamtleistung eine feste vorgegebene Gesamtrate optimal auf die einzelnen Teilkanäle aufgeteilt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Datenübertragung über ein Stromversorgungs netz anzugeben, die relativ einfach sind und einen zur Verfügung stehenden Übertragungskanal effizient nutzen.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit dem Verfahren nach An spruch 1 und der Vorrichtung nach Anspruch 9.

Die Erfindung unterteilt den Übertragungskanal in mehrere Teilkanäle und maximiert die gesamte Datenrate durch Optimierung der jeweiligen Datenraten (Teilraten) und Sendeleistungen (Teil leistungen) der Teilkanäle entsprechend ihrem jeweiligen Signal rauschleistungsverhältnis und unter Beibehaltung einer vorgege benen Übertragungsfehlerrate sowie der Gesamtsendeleistung aller Teilkanäle.

Zur Vereinfachung der Datenübertragung trägt dabei die Quan tisierung der jeweiligen Teilraten auf ganzzahlige Werte bei. Dies bedeutet, daß innerhalb einer vorgegebenen Zeiteinheit auf allen Teilkanälen jeweils ganzzahlige Mengen an Datenbits übertragen werden. Dadurch vereinfacht sich die Aufteilung des zu übertragenden Datenstroms auf die einzelnen Teilkanäle.

Die Quantisierung bewirkt allerdings eine Abweichung der Teilrate von der bei vorgegebener Übertragungsfehlerrate und Teilleistung abhängig vom jeweiligen Signalrauschleistungsver hältnis zunächst berechneten Teilrate eines Teilkanals. Um diese Abweichung zu kompensieren, wird die Teilleistung so angepaßt, daß sich trotz der Quantisierung die Übertragungsfehlerrate nicht ändert.

Wenn beispielsweise die Quantisierung zu einer Verringerung oder einem Abrunden der Teilrate auf einen ganzzahligen Wert führt, so wird auch die Teilleistung entsprechend verringert, um die Übertragungsfehlerrate gleich zu lasen.

Um die Gesamtsendeleistung ebenfalls konstant zu halten, werden dann die Teilleistungen anderer Teilkanäle entsprechend angepaßt. Und die Signalrauschleistungsverhältnisse der anderen Teilkanäle werden den geänderten Teilleistungen angepaßt, damit für diese Teilkanäle ebenfalls eine optimale Teilrate berechnet werden kann.

Wenn in dem genannten Beispiel also die Teilleistung des zu erst betrachteten Teilkanals aufgrund der Quantisierung herabge setzt wird, so werden die Teilleistungen anderer Teilkanäle ent sprechend heraufgesetzt und deren Signalrauschleistungsverhält nisse erhöhen sich. Wenn für diese Teilkanäle dann ebenfalls ih re Teilrate festgelegt wird, so ist sie entsprechend höher als ohne die Anpassung. Dadurch erreicht die Erfindung eine Optimie rung der gesamten Datenrate.

Die Erfindung erlaubt es, die Fehlerrate dem von der Daten übertragung bereitgestellten Dienst entsprechend vorzugeben. So tolerieren Sprachdienste höhere Fehlerraten als andere Daten übertragungsdienste. Wenn außerdem ein Fehlerkorrekturverfahren angewendet wird, so kann die Übertragungsfehlerrate so vorgege ben werden, daß die Übertragungsfehler von dem verwendeten Ver fahren korrigiert werden können.

Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.

So betreffen die Ansprüche 2 bis 4 Ausgestaltungen des er findungsgemäßen Verfahrens, die sich besonders einfach auf einem digitalen Signalprozessor realisieren lassen.

Anspruch 5 betrifft eine besonders zweckmäßige Maßnahme zur Bestimmung des zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens für jeden Teilkanal festgelegten Signalrauschleistungsverhältnisses,

Die Aufteilung des zu übertragenden Datenstroms auf die Teilkanäle sowie die Anwendung von Verfahren zur Korrektur feh lerhaft übertragener Daten lassen sich erheblich vereinfachen, wenn wie in Anspruch 6 angegeben, die Übertragungsfehlerrate für jeden Teilkanal gleich ist.

In Zeiträumen von Sekunden oder Minuten können sich die Übertragungsverhältnisse auf einem Stromversorgungsnetz ändern, wenn beispielsweise Verbraucher hinzu- oder abgeschaltet werden. Dadurch ändern sich die Signalrauschleistungsverhältnisse der einzelnen Teilkanäle. Daher werden die Signalrauschleistungsver hältnisse vorzugsweise jeweils nach etwa 0,5 Sekunden bis 30 Mi nuten neu gewonnen und die Schritte a) bis c) für die einzelnen Teilkanäle erneut durchgeführt. Effizienter ist es jedoch, wenn dies nicht nach einer festen Zeitspanne sondern wie in Anspruch 7 angegeben dann erfolgt, wenn im Laufe der Datenübertragung festgestellt wird, daß die tatsächliche Übertragungsfehlerrate bei einem oder mehreren Teilkanälen von der vorgegebenen Über tragungsfehlerrate um einen bestimmten Betrag abweicht. Noch ef fizienter ist es, wenn die erneute Gewinnung des Signal rauschleistungsverhältnisses und die erneute Durchführung der Schritte a) bis c) nur für die jeweils von der Abweichung der Übertragungsfehlerrate betroffenen Teilkanäle durchgeführt wird.

Eine zweckmäßige Modulationsart zur Übertragung der Teilra ten auf den einzelnen Teilkanälen ist die in Anspruch 8 angege bene Quadraturamplitudenmodulation.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an hand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 Schematisch ein System zur Datenübertragung über ein Stromversorgungsnetz,

Fig. 2 Diagramme zur Erläuterung der Quadraturamplitu denmodulation, und

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Optimierung der Datenüber tragungsrate.

Das in Fig. 1 dargestellte System beinhaltet zwei Modems 11, 12, die jeweils Daten an ihrem anwendungsseitigen Anschluß 14, 15 entgegennehmen und in Form von modulierten Signalen über das Stromversorgungsnetz 13 aussenden und solche Signale, die sie vom Stromversorgungsnetz 13 empfangen, an den anwendungssei tigen Anschlüssen 14, 15 ausgeben. Jedes Modem 11, 12 enthält einen digitalen Signalprozessor 16, der die modulierten Signale auf dem Stromversorgungsnetz 13 und die Daten am anwendungssei tigen Anschluß 14, 15 ineinander umsetzt und nach Daten und ei nem Programm arbeitet, die in einem Speicher 17 abgelegt sind. Der digitale Signalprozessor ist mit einem Interface 18 verse hen, das die modulierten Signale vom und zum Stromversorgungs netz 13 überträgt, den digitalen Signalprozessor 16 aber von den Netzspannungen trennt.

Die Datenübertragung auf dem Stromversorgungsnetz 13 ge schieht mittels einer Mehrträgertechnik innerhalb eines Übertra gungskanals. Innerhalb des Frequenzbereichs des Übertragungska nals werden mehrere Trägersignale ausgesandt, die jeweils in Quadraturamplitudenmodulation (QAM) mit den zu übertragenden Da ten moduliert werden und je einen Teilkanal bilden.

Verschiedene Quadraturamplitudenmodulationen unterschiedli cher Mächtigkeit sind in den Fig. 2(a) bis 2(c) dargestellt. Die Figuren zeigen jeweils die durch Amplitude und Phase des Trägersignals in der komplexen Ebene möglichen Signalzustände. Bei 4 QAM, also vier möglichen Signalzuständen gemäß Fig. 2(a), läßt sich innerhalb einer Zeiteinheit, beispielsweise innerhalb von 5,33 ms, ein 2-Bit-Symbol übertragen. Entsprechenderweise läßt sich bei 16 QAM bzw. 32 QAM gemäß Fig. 2(b) bzw. 2(c) je weils ein 4-Bit- bzw. 5-Bit-Symbol übertragen. Unter der An nahme, daß alle Signalzustände innerhalb einer der Fig. 2(a) bis 2(c) gleich häufig sind, geben die Figuren die gleiche mitt lere Sendeleistung wieder.

Der digitale Signalprozessor 16 arbeitet so, daß Teilkanälen mit geringem Signalrauschleistungsverhältnis eine geringe Daten rate, beispielsweise zwei Bit pro Zeiteinheit, entsprechend 4 QAM, und Teilkanälen mit höherem Signalrauschleistungsverhältnis höhere Datenraten wie beispielsweise vier Bit pro Zeiteinheit oder fünf Bit pro Zeiteinheit, entsprechend 16 QAM oder 32 QAM zugeordnet werden. Im Folgenden wird das Verfahren für diese Zu ordnung erläutert:

Die Modulationsrate jedes Teilkanals wird mit Teilrate R(i) bezeichnet. Der relative Anteil des i-ten von N Teilkanälen an der Gesamtleistung S_ges - also die Leistungsaufteilung - wird mit der Variablen PDF(i), engl.: "Power Distribution Function", be zeichnet. Der i-te Teilkanal besitzt also die absolute Teil leistung S(i) = S_ges.PDF(i).

Selbstverständlich gilt:

Die Raten- und Leistungsaufteilung bei vorgegebener Ge samtsendeleistung und vorgegebener gleicher Fehlerrate aller Teilkanäle erfolgt in folgenden Schritten:

1. In jedem der N Teilkanäle wird das Signalrauschleistungsver hältnis SNR geschätzt, wobei hierfür von einer für alle ver wendeten Teilkanäle gleichen Teilleistung S_ges/N bzw. Lei stungsaufteilung PDF = 1/N ausgegangen wird. Die Schätzung wird unten ausführlicher erläutert.
2. Die Werte der Signalrauschleistungsverhältnisse werden in ab steigender Reihenfolge sortiert und in einer SNR-Liste abge legt. Zusätzlich wird auch die Zuordnung der sortierten SNR- Werte zu den ursprünglichen SNR-Werten bzw. den entsprechenden Teilkanälen derart gespeichert, daß eine Umkehrung dieser Zu ordnung möglich ist.
3. Die Raten- und Leistungsaufteilung geschieht im Rahmen einer Schleife über alle N Elemente der sortierten SNR-Liste. Die. Schleifenvariable i durchläuft die Werte N - 1, . . ., 0; beginnend mit dem letzten Element der sortierten SNR-Liste, also dem Teilkanal mit dem kleinsten SNR-Wert.
- a) Dem betrachteten i-ten Kanal wird gemäß seinem SNR-Wert die Teilrate
  zugewiesen, wobei Γ eine Konstante ist, die eine vorgegebe ne Fehlerrate ausdrückt.
- b) Danach wird diese Teilrate zu einem ganzzahligen Wert R_Q quantisiert:
  wobei auf einem belegten Teilkanal mindestens mit 4 QAM, d. h. der Teilrate zwei und höchstens mit einer vorgegebenen maximalen Teilrate R_max übertragen wird und der Operator die größte ganze Zahl, die kleiner oder gleich x ist, be zeichnet. Die Quantisierung kann also zu einer Verringerung der Teilrate führen.
- c) Eine Verringerung der Teilrate durch die Quantisierung wür de ohne weitere Maßnahmen zu einer geringeren Fehlerrate des betrachteten Teilkanals führen. Um die vorgegebene Feh lerrate jedoch beizubehalten, wird, falls i < 0 gilt, die Teilsendeleistung S(i) so angepaßt, daß die Auswirkung der Ratenquantisierung kompensiert wird und die Fehlerrate gleichbleibt. Dazu wird der Anteil des i-ten Teilkanals an der Gesamtleistung reduziert. Der Betrag der Reduzierung wird zu gleichen Teilen den verbleibenden, noch nicht be trachteten Teilkanälen j = 0, . . ., i - 1 der SNR-Liste, also den Teilkanälen mit höherem SNR zugeschlagen, um die Gesamtlei stung beizubehalten. Deren SNR-Werte - die ja zunächst un ter der Prämisse einer ursprünglich gleichförmigen Auf teilung der Sendeleistung auf die Teilkanäle ermittelt wur den - werden um den gleichen Faktor erhöht, um den sich ih re jeweilige Teilleistung erhöht, damit diesen Teilkanälen in den später folgenden Schleifendurchläufen dann eine ent sprechend höhere Teilrate zugewiesen und die gesamte Daten rate des Übertragungskanals maximiert werden kann. Die An passung der Leistungsaufteilung und SNR-Werte geschieht zweckmäßigerweise in den folgenden Unterschritten:
  - a) Zunächst wird die Hilfsgröße
  - b)
    berechnet.
  - c) Danach wird vorbereitet, daß der Anteil des betrachte ten i-ten Teilkanals an der Gesamtleistung um Δ.PDF(i) reduziert werden soll. Da diese gewonnene Leistung zu gleichen Teilen auf alle verbleibenden Teilkanäle aufge teilt werden soll, werden deren SNR-Werte an die verän derte Leistungsaufteilung angepaßt:
  - d)
    SNR(j) := SNR(j) + SNR(j).Δ.PDF(i)/(i.PDF(j)) für j = 0, . . ., i - 1. (7)
  - e) Schließlich wird die neue Leistungsaufteilung vorgenom men:
- d) Falls i < 0 gilt, wird der Schleifenzähler dekrementiert, d. h. um Eins reduziert und bei Schritt 3a) fortgefahren.
4. Abschließend wird die in den Schritten 3a) bis c) ermittelte Raten- und Leistungsaufteilung in der sortierten SNR-Liste wieder den Teilkanälen in ihrer ursprünglichen Anordnung zuge wiesen, also die Zuordnung von Schritt 2) umgekehrt.

Im Ergebnis bewirkt dieses Verfahren bei jeder mit der Quan tisierung verbundenen Verringerung der Teilrate eines Teilkanals eine Erhöhung der Teilleistung, des Signalrauschleistungsver hältnisses und damit der Teilrate aller in der Liste enthaltenen Teilkanäle mit besserem Signalrauschleistungsverhältnis. Dadurch wird die gesamte Datenrate des Übertragungskanals maximiert.

Zur Schätzung der Signalrauschleistungsverhältnisse SNR im obige Schritt 1) sendet ein Modem 11, 12 über jeden der N Teil kanäle n-mal den gleichen Signalzustand. Der Signalzustand ent spricht irgendeinem Punkt mit komplexen Koordinaten in den Dia grammen der Fig. 2(a) bis 2(c). In einem anderen Modem 11, 12, das die ausgesandten Signale über den Übertragungskanal emp fängt, wird aus den n empfangenen Signalzuständen, die wiederum Punkten mit den komplexen Koordinaten Y(k) (k = 0, . . ., n - 1) entspre chen, für jeden Teilkanal der komplexe Mittelwert _Y und die Va rianz 2|Y geschätzt:

Solche Schätzer nennt man "erwartungstreue Punktschätzer". Sie werden z. B. in Papoulis: "Probability, Random Variables and Stochastic Processes", McGraw-Hill, 3rd Edition, 1991 beschrie ben. Vorzugsweise geschieht die Berechnung der Gleichung (9) für alle Teilkanäle parallel im digitalen Signalprozessor 16, wobei ein iteratives Verfahren zum Einsatz kommt bei dem die Mittel wertbildung durch eine gleitende Mittelung ersetzt wird. Die gleitende Mittelung bietet den Vorteil, daß für jeden Teilkanal jeweils nur die aktuellen Schätzwerte für den Mittelwert und die Varianz gespeichert werden müssen und nicht sämtliche Empfangs punkte. Für jeden der N Teilkanäle wird schließlich das Signal rauschleistungsverhältnis wie folgt ermittelt:

Bezugnehmend auf Fig. 3 wird das Ausführungsbeispiel nach folgend nochmals zusammengefaßt:

Nachdem in Schritt S die Sendeleistung gleichverteilt fest gesetzt und in Schritt 10 das Signalrauschleistungsverhältnis SNR für jeden der N Teilkanäle geschätzt wurde, werden die SNR-Werte in Schritt 20 in absteigender Reihenfolge sortiert in eine SNR-Liste eingetragen. Der Zusammenhang zwischen der sor tierten Anordnung und der ursprüngliche Reihenfolge wird derart abgelegt, daß eine Umkehrung möglich ist. Sortiert wird mit ei nem konventionellen Sortieralgorithmus. Danach wird eine Schlei fe über alle Elemente der sortierten SNR-Liste durchlaufen. Die Schleifenvariable i bezeichnet die Nummer des jeweils betrachte ten Elements in der SNR-Liste. Beginnend in Schritt 30 mit dem letzten Element der SNR-Liste, also der Schleifenvariablen i := N - 1, wird in jedem Durchlauf die Teilrate R(i) berechnet (Schritt 40) und quantisiert (Schritt 50). Darüber hinaus wird mittels der in Schritt 60 berechneten Hilfsgröße Δ die Auswir kung der Ratenquantisierung durch Anpassung der Signalrauschlei stungsverhältnisse in Schritt 70 und der Teilleistungen in Schritt 80 kompensiert, wobei die Fehlerrate unverändert bleibt. Nach jeder Iteration wird der Schleifenzähler in Schritt 90 de krementiert. Mittels der Abfrage 95 wird geprüft, ob die Schlei fe bei dem letzten Teilkanal angekommen ist. Ist dies der Fall, so werden die ermittelten Teilraten und -leistungen den Teilka nälen in ihrer ursprünglichen Anordnung zugewiesen (Schritt 100).

Der Ablauf nach Fig. 3 soll nun noch anhand eines Zahlen beispiels erläutert werden:

Es wird von folgenden Parametern ausgegangen: N = 3 und Γ = 10. Begonnen wird mit einer gleichförmigen Leistungsauftei lung in Schritt 5:

Desweiteren sei angenommen, die Kanalschätzung in Schritt 10 habe das folgende Ergebnis erbracht:

In Schritt 20 werden die SNR-Werte dann absteigend sortiert in die SNR-Liste eingetragen:

In Schritt 30 wird der Schleifendurchlauf mit demjenigen Teilkanal begonnen, der den geringste SNR-Wert aufweist:

i = N - 1 = 2

Für diesen Teilkanal wird die Teilrate in Schritt 40 berech net:

Die Quantisierung der Teilrate in Schritt 50 ergibt

R_Q(2) = 0,

d. h. dieser Teilkanal wird nicht verwendet: Δ = 1 (Schritt 60). Somit wird seine Leistung auf die verbleibenden Teilkanäle auf geteilt, was sich in einer Veränderung der SNR-Liste (Schritt 70)

und einer neuen Leistungverteilung (Schritt 80) ausdrückt:

Nach Beendigung des ersten Schleifendurchlaufs wird der Schleifenzähler dekrementiert (Schritt 90):

i := i - 1 = 1

Im nächsten Durchlauf der Schritte 40 und 50 werden die Teilrate

und deren Quantisierte R_Q(1) = 4 ermit telt. Da diese übereinstimmen, liegt ein Sonderfall vor, in dem sich keine Neuverteilung der Leistung ergibt: Δ = 0, d. h. die Ausführung der Schritte 70 u. 80 ändert die SNR-Liste bzw. PDF- Werte nicht.

Auch nach dieser Iteration wird der Schleifenzähler in Schritt 90 wieder dekrementiert: i := i - 1 = 0.

Im letzten Durchlauf erhält man in Schritt 40

und somit in Schritt 50 R_Q(0) = 7. Bei dem letzten Teilkanal erübrigt sich eine Neuaufteilung der Leistung, da keine verbleibenden Teilkanäle mehr zur Verfügung stehen. Die Verzweigung 95 führt demnach zur Abschlußoperation 100, die dar in besteht, den einzelnen Teilkanälen in ihrer ursprünglichen Anordnung die ermittelte Raten- und Leistungsaufteilung zuzuwei sen:

Claims

1. Verfahren zur Datenübertragung über ein Stromversorgungs netz, bei dem der verwendete Übertragungskanal in mehrere Teil kanäle unterteilt ist, denen jeweils eine eigene Teilleistung als Teil einer vorgegebenen gesamten Sendeleistung und eine ei gene Teilrate als Datenrate zugewiesen wird,
wobei anfänglich für jeden Teilkanal eine Teilleistung fest gelegt und ein Signalrauschleistungsverhältnis gewonnen wird und die Teilkanäle dann nacheinander betrachtet und jeweils die fol genden Schritte durchgeführt werden:

a) Berechnen der Teilrate des betrachteten Teilkanals ab hängig von dessen Signalrauschleistungsverhältnis, so daß sich eine vorgegebene Übertragungsfehlerrate ergibt,
b) Quantisieren der berechneten Teilrate, und
c) Anpassen der Teilleistung des betrachteten Teilkanals an eine durch die Quantisierung veränderte Teilrate, so daß die vorgegebene Übertragungsfehlerrate für den betrachteten Teilka nal beibehalten wird, Neufestlegen der Teilleistung eines ande ren Teilkanals im Hinblick auf die angepaßte Teilleistung des betrachteten Teilkanals, so daß die vorgegebene gesamte Sende leistung aller Teilkanäle beibehalten wird, und Anpassen des Si gnalrauschleistungsverhältnisses des anderen Teilkanals an des sen neu festgelegte Teilleistung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Teilkanäle angefangen von dem mit dem niedrigsten Signalrauschleistungsverhältnis bis zu dem mit dem höchsten Signalrauschleistungsverhältnis der Rei he nach betrachtet und jeweils die Schritte (a) bis (c) aus geführt werden,
die Quantisierung in Schritt (b) ein Herabsetzen der Teil rate des betrachteten Teilkanals auf einen ganzzahligen Wert be inhaltet, und
die Teilleistung des betrachteten Teilkanals in Schritt (c) verringert und die Teilleistung sowie das Signalrauschleistungs verhältnis derjenigen anderen Teilkanäle entsprechend erhöht werden, die jeweils noch nicht betrachtet wurden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Teilkanäle angefangen von dem mit dem höchsten Signalrauschleistungsverhältnis bis zu dem mit dem niedrigsten Signalrauschleistungsverhältnis der Rei he nach betrachtet und jeweils die Schritte (a) bis (c) aus geführt werden,
die Quantisierung in Schritt (b) ein Heraufsetzen der Teil rate des betrachteten Teilkanals auf einen ganzzahligen Wert be inhaltet, und
die Teilleistung des betrachteten Teilkanals in Schritt (c) erhöht und die Teilleistung und das Signalrauschleistungsver hältnis derjenigen anderen Teilkanäle entsprechend verringert wird, die jeweils noch nicht betrachtet wurden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Teil kanäle entsprechend ihrem Signalrauschleistungsverhältnis in ab steigender Reihenfolge sortiert in eine in einem Speicher (17) gespeicherte Tabelle eingetragen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die an fänglich festgelegte Teilleistung für jeden Teilkanal gleich ist und, um anfänglich das Signalrauschleistungsverhältnis für jeden Teilkanal zu gewinnen, auf jedem Teilkanal mehrmals mit gleicher Teilleistung ein Signal gesendet wird, das Signal empfangen wird, jeweils die Abweichung des empfangenen Signals von dem ge sendeten Signal gemessen wird und das Signalrauschleistungsver hältnis aus der gemittelten Abweichung berechnet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die vorge gebene Übertragungsfehlerrate für alle Teilkanäle gleich ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei anschlie ßend Anwendungsdaten übertragen werden und dabei kontinuierlich die Übertragungsfehlerrate gemessen wird und bei Überschreitung einer bestimmten Abweichung der gemessenen Übertragungsfehler rate von der vorgegebenen Übertragungsfehlerrate das Signal rauschleistungsverhältnis erneut für jeden Teilkanal gewonnen und die Schritte (a) bis (c) erneut für jeden Teilkanal ausge führt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Daten übertragung auf den einzelnen Teilkanälen durch Quadraturampli tudenmodulation erfolgt.

9. Vorrichtung zur Datenübertragung über ein Stromversorgungs netz, bei dem der verwendete Übertragungskanal in mehrere Teil kanäle unterteilt ist, denen jeweils eine eigene Teilleistung als Teil einer vorgegebenen gesamten Sendeleistung und eine ei gene Teilrate als Datenrate zugewiesen ist, aufweisend:
eine Einrichtung (16, 17), um für jeden Teilkanal anfänglich eine Teilleistung festzulegen und ein Signalrauschleistungsver hältnis zu gewinnen und die Teilkanäle dann nacheinander mittels der folgenden Einrichtungen zu betrachten:
einer Einrichtung (16) zum Berechnen der Teilrate des be trachteten Teilkanals abhängig von dessen Signalrauschleistungs verhältnis, so daß sich eine vorgegebene Übertragungsfehlerrate ergibt,
einer Einrichtung (16) zum Quantisieren der berechneten Teilrate, und
einer Einrichtung (16) zum Anpassen der Teilleistung des be trachteten Teilkanals an eine durch die Quantisierung veränderte Teilrate, so daß die vorgegebene Übertragungsfehlerrate für den betrachteten Teilkanal beibehalten wird, und zum Neufestlegen der Teilleistung eines anderen Teilkanals im Hinblick auf die angepaßte Teilleistung des betrachteten Teilkanals, so daß die vorgegebene gesamte Sendeleistung aller Teilkanäle beibehalten wird, und zum Anpassen des Signalrauschleistungsverhältnisses des anderen Teilkanals an dessen neu festgelegte Teilleistung.