DE10052718A1

DE10052718A1 - Verfahren zum Bestimmen von Übertragungseigenschaften einer Übertragungsstrecke oder einer Echostrecke sowie zugehörige Empfangseinheiten

Info

Publication number: DE10052718A1
Application number: DE2000152718
Authority: DE
Inventors: Matthias Gehlert; Ruediger Halfmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-10-24
Filing date: 2000-10-24
Publication date: 2002-05-08

Abstract

Erleutert wird ein Verfahren, bei dem aus Werten der Filterkoeffizienten einer Entzerrereinheit (24) die Übertragungseigenschaften einer Übertragungsstrecke (16) ermittelt werden. Die Übertragungseigenschaften können während der Übertragung von Nutzdaten über die Übertragungsstrecke (16) ermittelt werden, ohne dass sich die Nutzdatenrate vermindert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem einer Entzer rereinheit Eingangssignalwerte zugeführt werden, die von den Übertragungseigenschaften einer Übertragungsstrecke zwischen einem Sender und einem Empfänger abhängen. Die Entzerrerein heit berechnet aus den Eingangssignalwerten und aus der Wer ten für mindestens einen Filterkoeffizienten Ausgangssignal werte, die weniger stark von den Übertragungseigenschaften der Übertragungsstrecke abhängen als die Eingangssignalwerte.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem einer Entzerrereinheit ebenfalls Eingangssignalwerte zugeführt werden. Die Entzerrereinheit berechnet aus den Eingangssig nalwerten und aus Werten für mindestens einen Filterkoeffi zienten Ausgangssignalwerte, die ein durch eine Echostrecke erzeugtes Echo nachbilden.

Die Entzerrereinheit ist entweder eine Schaltungsanordnung, die ohne ein Programm arbeitet. Alternativ kann die Entzerre reinheit auch einen Prozessor enthalten, der ein Programm ausführt, z. B. einen Signalprozessor. Die Entzerrereinheit enthält üblicherweise eine Filtereinheit mit einer Kette von Verzögerungsfunktionen. Die Ausgangswerte der Verzögerungs funktionen werden in Multiplizierfunktionen mit den Werten für die Filterkoeffizienten multipliziert. Die Ergebnisse der Multiplikation werden mit Hilfe einer Addierfunktion addiert. Für Kanalentzerrereinheiten und Echoentzerrereinheiten sind vielfältige Verfahren zum Vorgeben der Filterkoeffizienten bekannt. Ein häufig verwendetes Verfahren ist die Minimierung von Fehlerquadraten. Diese Minimierung lässt sich auch mit Hilfe rekursiven Verfahren ausführen.

Als Übertragungsstrecke werden elektrisch leitende Leitungen oder Wellenleiter im optischen Bereich eingesetzt. Die Über tragungsstrecke kann auch eine Funkstrecke enthalten. Die Echostrecke wird durch elektromagnetische Kopplung der Sende- und der Empfangskomponenten gebildet.

Die Übertragungseigenschaften der Übertragungsstrecke lassen sich unter anderem durch die folgenden Funktionen angeben:

- durch die Gewichtsfunktion, die auch als Stoßantwort oder Impulsantwort bezeichnet wird. Die Bezeichnung der Ge wichtsfunktion ist in der Literatur uneinheitlich. Hier werden die Gewichtsfunktion mit h(t) und ihre Schätzung als h⁺(t) bezeichnet,
- durch die Übertragungsfunktion, die auch als Übertra gungsfaktor oder als Frequenzgang bezeichnet wird. Hier soll die Übertragungsfunktion mit H(f) bezeichnet werden, wobei f die Frequenz ist,
- durch die Übergangsfunktion, die auch als Sprungantwort bezeichnet wird, und
- durch eine der Übergangsfunktion entsprechende Frequenz funktion.

Die Gewichtsfunktion und die Übertragungsfunktion lassen sich über eine Fourier-Transformation bzw. eine inverse Fourier- Transformation ineinander überführen. Die Übergangsfunktion und die ihr entsprechende Frequenzfunktion lassen sich eben falls durch die Fourier-Transformation bzw. die inverse Fou rier-Transformation ineinander überführen. Die Übergangsfunk tion ist das Integral der Gewichtsfunktion h(t). Ebenso ist die der Übergangsfunktion entsprechende Frequenzfunktion ein Integral der Übertragungsfunktion. Bei den genannten Funktio nen handelt es sich um gleichwertige Arten der Beschreibung von Übertragungseigenschaften. Ist eine Funktion bekannt, so lassen sich die anderen Funktionen ermitteln. Welche Funktion letztlich eingesetzt wird, hängt von praktischen Überlegungen ab, z. B. vom erforderlichen Rechenaufwand.

Bekannt sind Verfahren zum Bestimmen der Gewichtsfunktion h(t) mit Hilfe besonderer Messsignale. Beispielsweise hat das Messsignal eine impulsförmige Autokorrelationsfunktion.

Es ist Aufgabe der Erfindung, zur Bestimmung von Übertra gungseigenschaften einer Übertragungsstrecke oder einer Echo strecke ein einfaches Verfahren anzugeben. Außerdem sollen zugehörige Einheiten und ein zugehöriges Programm angegeben werden.

Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird für eine Übertra gungsstrecke bzw. eine Echostrecke durch die im Patentan spruch 1 bzw. die im Patentanspruch 2 angegebenen Verfahrens schritte gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass beim Adaptie ren bzw. Festlegen der Werte für die Filterkoeffizienten die Übertragungseigenschaften der Übertragungsstrecke oder der Echostrecke indirekt oder direkt berücksichtigt werden müs sen. Deshalb müssen umgekehrt die Übertragungseigenschaften auch aus den Filterkoeffizienten gewinnbar sein.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird zusätzlich zu den ein gangs genannten Verfahrensschritten aus den Werten der Fil terkoeffizienten der Filtereinheit im sogenannten einge schwungenen Zustand, d. h. nach Abschluß einer Initialisie rungsphase, die Gewichtsfunktion, die Übertragungsfunktion, die Übergangsfunktion oder die der Übergangsfunktion entspre chende Frequenzfunktion der Übertragungsstrecke bzw. der Echostrecke ermittelt. Durch diese Maßnahmen lassen sich zur Bestimmung der Filterkoeffizienten Verfahren einsetzen, bei denen die Übertragungseigenschaften nicht explizit bekannt sein müssen. Das heißt beispielsweise, dass die Gewichtsfunk tion h(t) zur Bestimmung der Filterkoeffizienten nicht be rechnet werden muss. Jedoch können die Übertragungseigen schaften, z. B. die Gewichtsfunktion, aus den Filterkoeffi zienten berechnet werden.

Beim Verwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein sepa rates Messsignal zur Bestimmung der Übertragungseigenschaften nicht erforderlich. Die Übertragungseigenschaften lassen sich mit Hilfe von beliebigen Daten, z. B. von Nutzdaten, aus den Filterkoeffizienten bestimmen.

Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Werte der Filterkoeffizienten vorzugsweise inner halb eines Filterschrittes gelesen. Es lassen sich jedoch auch Filterkoeffizienten nicht zu weit auseinanderliegender Filterschritte verwenden, da die Filterkoeffizienten in der Regel zwischen den einzelnen Filterschritten nur um kleine Werte geändert werden. Bei der Weiterbildung werden die Über tragungseigenschaften während der Übertragung von Nutzdaten zur Filtereinheit ermittelt. Die Übertragung von Nutzdaten muss also für das Erfassen der Übertragungseigenschaften nicht unterbrochen werden. Dies erlaubt es, die Übertragungs eigenschaften während der Datenübertragung zu ermitteln. Eine Reduzierung der Übertragungsrate tritt nicht auf, weil kein zusätzliches Messsignal, z. B. eine Trainingssequenz, erfor derlich ist.

Bei einer nächsten Weiterbildung werden die Übertragungsei genschaften ausgehend von einem für die Filtereinheit aufge stellten Gleichungssystem ermittelt. Das Gleichungssystem ist vorzugsweise überbestimmt und gibt den Zusammenhang von Fil terkoeffizienten und der zu ermittelnden Übertragungsfunktion an, z. B. der Impulsantwort bzw. Gewichtsfunktion h(t). Durch das Verwenden eines überbestimmten Gleichungssystems lässt sich der Einfluss von Störgrößen besser reduzieren, die nicht explizit erfasst werden, beispielsweise der Einfluss des Rauschens auf die Übertragungseigenschaften.

Bei einer nächsten Weiterbildung werden die Übertragungsei genschaften mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens ermittelt, bei dem die Summe von Fehlerquadraten minimiert wird. Alter nativ wird ein sogenanntes optimales Suchfilter eingesetzt. Das optimale Suchfilter wird auch als "matched Filter" oder konjugiertes Filter bezeichnet. Es ist so an die Form des Nutzsignals angepasst, dass dessen Energie maximal ausgenutzt wird. Der Einsatz eines optimierten Suchfilters oder des genannten Optimierungsverfahrens ermöglichen eine einfache Berechnung der Übertragungseigenschaften, weil außer den Filterkoeffizienten zusätzliche Angaben nicht erforderlich sind. Beispielsweise müssen weder die gesendeten Signalwerte bekannt sein, noch Rauschsignalwerte berücksichtigt werden.

Bei einer anderen Weiterbildung werden zum Ermitteln der Übertragungseigenschaften, insbesondere der Übertragungsstre cke, gesendete Signalwerte und/oder Abweichungen der Aus gangssignalwerte von korrigierten Ausgangssignalwerten und/oder Rauschsignalwerte verwendet. Durch diese Maßnahme lässt sich die Genauigkeit der Berechnung der Übertragungsei genschaftsfunktion erhöhen.

Bei einer weiteren Weiterbildung werden bei einer Entzer rereinheit zum Ausgleich der Übertragungseigenschaften der Echostrecke die Filterkoeffizienten direkt als Impulsantwort verwendet. Das Lösen eines Gleichungssystems ist in diesem Fall nicht erforderlich, so dass ein sehr einfaches Verfahren zum Ermitteln der Übertragungseigenschaften entsteht. Gegebe nenfalls werden die Filterkoeffizienten mit einem einheitli chen Faktor multipliziert, der die Verstärkung der Sende- Empfangs-Einheit berücksichtigt.

Bei einer nächsten Weiterbildung wird die ermittelte Übertra gungsfunktion zur Qualifizierung der Übertragungsgüte der Übertragungsstrecke oder der Echostrecke eingesetzt. Die Übertragungsfunktion beschreibt die Übertragungseigenschaften vollständig, so dass auch die Qualifizierung der Übertra gungsgüte sehr genau erfolgt. Abhängig von der Übertragungs güte werden dann Parameter für das eingesetzte Übertragungs verfahren gewählt.

Bei einer anderen Weiterbildung wird die ermittelte Übertra gungsfunktion bei Verwendung einer Übertragungsstrecke mit bekannten Übertragungseigenschaften zur Überprüfung von Sig nalformungsfiltern einer Sendeeinheit eingesetzt. Die Signal formungsfilter werden auch als Shaping-Filter bezeichnet. Eine Übertragungsstrecke mit bekannten Übertragungseigen schaften ist im einfachsten Fall ein Kurzschluss-Strecke. Aus der ermittelten Übertragungsfunktion lässt sich direkt auf den Einfluss der Signalformungsfilter und damit auf deren Güte schließen. Somit ist die Weiterbildung eine einfache Möglichkeit zum Testen der Signalformungsfilter.

Bei einer Weiterbildung enthält die Übertragungsstrecke min destens ein Paar elektrisch leitender Leitungen, z. B. Kupfer leitungen. Dies Leitungen werden zur Übertragung von digita len Daten mit Übertragungsraten größer als ein Megabit pro Sekunde gemäß einem xDSL-Verfahren (x-Digital Subscriber Line) eingesetzt. Solche Verfahren sind in internationalen Standards standardisiert. Vertreter von xDSL-Verfahren sind beispielsweise das ADSL-Verfahren (Asymmetrical DSL) und das SDSL-Verfahren (Symmetrical DSL). Ein solches Verfahren ist z. B. von der ETSI (European Telecommunication Standard Insti tute) festgelegt worden, siehe Standard 192-2320. Bei diesen Verfahren werden Übertragungsraten gewählt, die an der Grenze der maximal möglichen Übertragungsrate liegen. Verbessern sich die Übertragungseigenschaften der Übertragungsstrecke oder verschlechtern sich die Übertragungseigenschaften der Übertragungsstrecke, so ist eine schnelle Anpassung der Über tragungsrate erforderlich. Um bei der neuen Übertragungsrate ein schnelles Einschwingen des Entzerrers zu ermöglichen, ist die explizite Ermittlung der Übertragungseigenschaften hilf reich.

Bei einer anderen Weiterbildung werden Daten zur Übertragung des Ermittlungsergebnisses über die Übertragungsstrecke über tragen. Durch diese Maßnahme lässt sich die Übertragungsfunk tion von einer entfernte Stelle aus ermitteln, z. B. von einer Vermittlungsstelle aus oder einer Basisstation. Servicetech niker müssen nicht mit gesonderten Messgeräten zu Sende- Empfangs-Einheiten auf der Teilnehmerseite fahren.

Bei einer Weiterbildung werden korrespondierende Werte der Filterkoeffizienten oder korrespondierende Werte der Kompo nenten der ermittelten Funktion über mehrere Schritte gemit telt. Das Mitteln ermöglicht es Fehler zu vermindern, die durch nur statistisch zu beschreibende Störsignale hervorge rufen werden, z. B. durch Rauschen. Die Mittelwertbildung lässt sich sowohl bei einem Kanalentzerrer als auch bei einem Echoentzerrer einsetzen. Bei einem Kanalentzerrer bedeutet korrespondierend, dass Filterkoeffizienten derselben Multip lizierfunktion gemittelt werden. Bei dem Kanalentzerrer wird beispielsweise über Komponenten der Impulsantwort gemittelt die an der gleichen Position in den aufeinanderfolgenden Impulsantworten stehen, d. h. auf die gleichen Zeitpunkte innerhalb der Impulsantworten bezogen sind.

Die Erfindung betrifft außerdem Einheiten zum Bestimmen der Übertragungseigenschaften einer Übertragungsstrecke, die jeweils eine Entzerrereinheit und eine Berechnungseinheit enthalten. Beim Betrieb der Einheiten wird eines der erfin dungsgemäßen Verfahren bzw. eine der Weiterbildungen ausge führt. Somit gelten die oben angegebenen technischen Wirkun gen auch für die Einheiten.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Programm, das zur Aus führung eines der erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer der Weiterbildungen dient. Die oben genannten technischen Wirkun gen gelten auch für das Programm.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 ein SDSL-System,

Fig. 2 eine Filtereinheit einer Sende-Empfangs-Einheit des SDSL-Systems,

Fig. 3A und 3B ein Messergebnis an dem SDSL-System, und

Fig. 4A und 4B ein Messergebnis an einem SDSL-System gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt ein SDSL-System (Symmetrical Digital Subscriber Line) 10, das zwei Sende-Empfangs-Einheiten 12 und 14 ent hält, die durch eine Übertragungsstrecke 16 verbunden sind. Die Übertragungsstrecke 16 wird durch zwei Kupferleitungen gebildet, die jeweils eine Länge von etwa zwei Kilometern haben. Die Sende-Empfangs-Einheiten 12 und 14 sind gleich aufgebaut, so dass im folgenden nur der Aufbau der Sende- Empfangs-Einheit 12 näher erläutert wird. Die Sende-Empfangs- Einheit 12 hat den Verbindungsaufbau zur Sende-Empfangs- Einheit 14 veranlasst und wird deshalb als A-seitige Sende- Empfangs-Einheit bezeichnet. Die Sende-Empfangs-Einheit 14 wird auch als B-seitige Sende-Empfangs-Einheit 14 bezeichnet. Beide Sende-Empfangs-Einheiten 12 und 14 sind zur Übertragung von Daten nach dem SDSL-Verfahren geeignet.

Die Sende-Empfangs-Einheit 12 enthält eine Modulatoreinheit 18, eine Demodulatoreinheit 20, einen Echoentzerrer 22, einen Kanalentzerrer 24, und zwei Berechnungseinheiten 26 und 28. Aus einer nicht dargestellten Bitsequenz werden Sendesymbole xA erzeugt, die eine Sendesymbolfolge xA(k) bilden, wobei k eine Laufvariable für den Verarbeitungsschritt ist. Im SDSL- System 10 werden jeweils zwei Bits der zu sendenden Bitse quenz zusammengefaßt. Gemäß der standardisierten 2B1Q- Codierung wird jeweils zwei Bitstellen der Bitsequenz ein Symbol zugeordnet, welches bestimmt, wie die Modulatoreinheit 18 die Modulation ausführen soll. Ausgangsseitig ist die Modulatoreinheit 18 mit einer nicht dargestellten Richtungs trennungseinheit verbunden, die zur Übertragungsstrecke 16 führt, siehe Pfeil 30.

Über die Übertragungsstrecke 16 empfangene Signale werden der Demodulatoreinheit 20 zugeführt. In der Demodulatoreinheit 20 wird ein Partnerverfahren zu dem in der Modulatoreinheit 18 ausgeführten Verfahren durchgeführt. Das bedeutet, dass den Signalwerten eine Folge aus Eingangssignalwerten y(k) zuge führt wird, die verzerrte Symbole repräsentieren. Im Kanal entzerrer 24 wird aus den Eingangssignalwerten y(k) eine Folge aus entzerrten Sendesymbolwerten x⁺(k) erzeugt. Die Filterkoeffizienten des Kanalentzerrers 24 sind mit Hilfe der bekannten Verfahren so eingestellt, dass Verzerrungen auf grund der Datenübertragung in einem Datenübertragungskanal 32 verringert werden. Der Datenübertragungskanal 32 enthält neben der Übertragungsstrecke 16 auch die Demodulatoreinheit 20 und eine Modulatoreinheit 34 in der Sende-Empfangs-Einheit 14. Zu den Verzerrungen im Datenübertragungskanal 32 kommt es aufgrund der linearen bzw. nicht linearen Übertragungseigen schaften der Übertragungsstrecke. Der Kanalentzerrer 24 redu ziert auch Störungen aufgrund von Rauschen, aufgrund von Netzeinstreuungen und aufgrund anderer Ursachen.

Die Sendesymbole xA(k) werden außerdem dem Echoentzerrer 22 zugeführt. Der Echoentzerrer 22 stellt seine Filterkoeffi zienten so ein, dass ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches ein Echosignal kompensiert. Dieses Echosignal entsteht auf grund der von der Modulatoreinheit 18 ausgesendeten Signale, die über die nicht dargestellte Richtungstrennungseinheit oder eine Richtungstrennungseinheit in der Sende-Empfangs- Einheit 32 zur Demodulatoreinheit 20 gelangen. Das Ausgangs signal des Echoentzerrers 22 wird den Eingangssignalwerten y(k) subtraktiv überlagert. Der Echoentzerrer 22 beseitigt die Einflüsse eines Echokanals 36, der die Modulatoreinheit 18, die Demodulatoreinheit 20 und eine Echostrecke 38 ent hält. Die Echostrecke 38 ist ein Modell für den Übertragungs weg des Echos.

Die Berechnungseinheit 26 dient zur Ermittlung der Impulsant wort des Echokanals 36. Zum Ermitteln benötigt die Berech nungseinheit 26 die Filterkoeffizienten des Echoentzerrers 22, siehe Pfeil 40. Die Filterkoeffizienten geben die Impuls antwort direkt an. Es gilt h⁺(k)(j) = w(k)(j), wobei w die Filterkoeffizienten, k der Filterschritt bzw. der Lesezeit punkt der Filterkoeffizienten und j eine Laufvariable zur Bezeichnung der Komponenten von h⁺ bzw. der Filterkoeffizien ten sind.

Die Berechnungseinheit 28 ermittelt aus den Vorwärtsfilterko effizienten (FFE-Feed Forward Equalizer) und aus den Rück wärtsfilterkoeffizienten (DFE - Decision Feedback Equalizer) des Entzerrers 24 die Impulsantwort des Übertragungskanals 32, siehe Pfeile 42 und 44. Einzelheiten der in der Berech nungseinheit 28 ausgeführten Berechnungen werden unten an Hand der Fig. 2 näher erläutert.

Optional werden bei den Berechnungen in den Berechnungsein heiten 26 und 28 a-priori Angaben als Vorwissen über den Echokanal 36 bzw. den Übertragungskanal 32, über Rauschsigna le oder über das Sendesignal eingesetzt. Die optionale Be rücksichtigung dieser Angaben ist durch Pfeile 46 bis 50 verdeutlicht.

Fig. 2 zeigt eine Filtereinheit 60, die im Kanalentzerrer 24 enthalten ist. Die Filtereinheit 60 ist als Programm ausge führt, dessen Befehle durch einen nicht dargestellten Signalprozessor bearbeitet werden. Bei einem anderen Ausführungs beispiel wird die Filtereinheit durch eine Schaltung reali siert, die keinen Prozessor enthält. Die Filtereinheit 60 enthält für einen Vorwärtszweig 62 Verzögerungsfunktionen 64 bis 68, die eine Verzögerungskette bilden. Der ersten Verzö gerungsfunktion 64 werden die Eingangssignalwerte y(k) zuge führt, die als Ergebnis einer Faltung der Impulsantwort h(k) mit tatsächlich gesendeten Signalwerten x(k) und Addition eines Rauschsignals beschrieben werden können. Der Ausgang der Verzögerungsfunktion 64 ist dann mit dem Eingang der nächsten Verzögerungsfunktion 66 verbunden, usw. Von den Ausgängen der Verzögerungsfunktionen 64 bis 68 wird jeweils ein aktueller Signalwert zu Multiplizierfunktionen 70 bis 72 geführt. Der Eingangssignalwert wird in jedem Arbeitstakt der Filtereinheit 60 zu einer Multiplizierfunktion 74 geführt. In den Multiplizierfunktionen 74, 70 bis 72 werden die jeweils zugeführten Signalwerte mit einem Filterkoeffizienten wf0(k) bis wfN(k) bzw. wf0(kT) bis wfN(kT) multipliziert, die von einer nicht dargestellten Vorgabeeinheit vorgegeben werden. Dabei ist T die Abtastperiode. Die Ergebnisse der Multiplika tion werden mit Hilfe einer Addier- und Subtrahierfunktion 76 addiert. Im Vorwärtszweig 62 werden beispielsweise sieben Verzögerungsfunktionen 64 bis 68 und acht Multiplizierfunkti onen 74 bis 72 eingesetzt, siehe Platzhalterzeichen 78.

Die Filtereinheit 60 enthält außerdem einen Rückwärtszweig 80, der Verzögerungsfunktionen 82 bis 86 enthält, die eine Verzögerungskette bilden. Die Signalwerte werden innerhalb der Verzögerungskette jeweils um einen Arbeitstakt der Fil tereinheit 60 verzögert. Die Ausgänge der Verzögerungsfunkti onen 82 bis 86 sind jeweils zu Multiplizierfunktionen 92 bis 96 geführt. In den Multiplizierfunktionen wird der zugeführte Signalwert mit einem Filterkoeffizienten wb1(k) bis wbM(k) multipliziert. Die Ergebnisse der Multiplikation werden mit Hilfe der Addier- und Subtrahiereinheit 76 von den Multipli kationsergebnissen des Vorwärtszweiges 62 abgezogen. Das Ergebnis der Addier- und Subtrahierfunktion 76 wird als Eingangssignal xE(k) einem Quantisierer 100 zugeführt. Der Quan tisierer 100 ermittelt die geschätzten Sendesymbole x⁺(k). Sendesymbolwerte x⁺(k) werden der ersten Verzögerungsfunktion 82 des Rückwärtszweiges 80 zugeführt. Beispielsweise werden im Rückwärtszweig 80 vierundsechzig Verzögerungsfunktionen 82 bis 86 und vierundsechzig Multiplizierfunktionen 92 bis 96 eingesetzt, siehe Platzhalterzeichen 102.

In der Berechnungseinheit 28, siehe Fig. 1, wird die Impuls antwort des Übertragungskanals 12 nach der folgenden Formel bestimmt:

w_B = W_f.h + n_S (1),

wobei gilt:

In den Formeln bezeichnen Großbuchstaben Matrizen, Kleinbuch staben bezeichnen Skalare und Vektoren. Die Filterkoeffizien ten wf0 bis wfN und wb1 bis wbM haben die oben an Hand der Fig. 2 erläuterten Bedeutungen. Die Impulsantwort wird durch den Vektor h angegeben. Die Berechnung des Rauschvektors n_S wird weiter unten erläutert, siehe Formel (22).

Die Herleitung der Formel (1) erfolgt ausgehend von Fig. 2. Es lässt sich folgende Gleichung aufstellen:

y_k = (h_k ⊗ x_k) + n_k (5),

wobei y(k) ein Eingangssignalwert, h(k) Werte der Impulsant wort des Übertragungskanals 32, x(k) tatsächlich gesendete Symbole, n(k) Rauschsignalwerte, k ein Index zur Bezeichnung des Filterschrittes und ⊗ die Faltungsoperation bezeichnen.

Aus Fig. 2 lässt sich außerdem die folgende Formel entneh men:

wobei x⁺(k) ein geschätztes Sendesymbol im Filtertakt k bzw. zum Abtastzeitpunkt k.T, wobei 1/T die Abtastrate ist, und Δx(k) die Abweichung des geschätzten Symbolwertes x⁺(k) und des Eingangssignals xE(k) des Quantisierers 100 im Filtertakt k bzw. zum Abtastzeitpunkt k.T sind.

Einsetzen der Formel (5) in die Formel (6) ergibt:

Außerdem wird im folgenden das sogenannte Kroneckersymbol verwendet:

wobei α die Verzögerung der gesendeten Symbolfolge x(k) und der Schätzung x⁺(k) angibt. Im Ausführungsbeispiel ist α = N - 1.

Es gilt:

Durch Einsetzen der Formel (9) in die Formel (7) erhält man:

x_k ⊗ δ_k,a = h_k ⊗ x_k ⊗ w_f,k + n_k ⊗ w_f,k - x_k ⊗ δ_k,a ⊗ w_b,k + Δx_k (10).

Addition mit dem zweiten Term von rechts und anschließendes Ausklammern ergibt:

x_k ⊗ δ_k,a ⊗ (δ_k,0 + w_b,k) = h_k ⊗ x_k ⊗ w_f,k + n_k ⊗ w_f,k + Δx_k (11),

wobei δ(k)(0) für k = 0 den Wert 1 hat.

Die Formel (11) lässt sich auch in Matrixschreibweise dar stellen:

X.Δ_α.(δ₀+ w_b) = X.W_f.h + W_f.n + Δx (12),

wobei gilt:

Die Werte x(k) sind die gesendeten Symbole. M ist die Anzahl der Multiplikationsfunktionen im Rückwärtszweig 80. N ist die Anzahl der Multiplizierfunktionen im Vorwärtszweig 62. L ist die Anzahl der Werte zur Angabe der Impulsantwort h.

Die Matrix X lässt sich im Allgemeinen nicht invertieren, weil sie unsymmetrisch ist. Durch Multiplikation der Formel (12) mit dem Term (x^*T.X)^-1.X^*T lässt sich die Matrix X dennoch auf der linken Seite der Formel (12) beseitigen:

Δ_α.(δ₀ + w_b) = W_f.h + (X^*T X)^-1X^*T.[W_f.n + Δx] (20).

Formel (20) entspricht der Formel (1), wenn folgende Erset zungen vorgenommen werden:

w_B = Δ_α.(δ₀ + w_b) (21), und

n_S = (X^*TX)^-1X^*T.[W_f.n + Δx] (22).

In Formel (1) sind der Vektor W_B und die Matrix W_f bekannt, weil die Filterkoeffizienten der Filtereinheit 60 durch die Berechnungseinheit 28 gelesen werden können. Der Vektor h ist gesucht. Da nur ein Teil der Komponenten des Vektors h vom Wert Null verschieden ist, ist das Gleichungssystem gemäß Formel (1) überbestimmt. Der Vektor n_S ist zunächst nicht bekannt und wird auch nicht gesucht. Aufgrund der Überbe stimmtheit des Gleichungssystems lässt sich der Einfluss des Vektors n_S jedoch gering halten. Zur Lösung des Gleichungs systems gemäß Formel (1) lassen sich unter anderem die in der folgenden Tabelle angegebenen Verfahren einsetzen, um eine Näherung h⁺ für die Kanalimpulsantwort h zu erhalten.

dabei gilt für Typ 4:
N^-1 = (Diag <W_f ^*T.W_f<)^-1
und für Typ 5:
N^-1 = (Diag <W_f ^*T.R.W_f<)^-1

R_ns ist eine Auto-Korrelationsmatrix von Rauschwerten, für die gilt:

R_{n_s} = L.L^*T.

L ist eine Dreiecksmatrix, die bei der Cholesky-Zerlegung der Matrix R_ns entsteht.

In der linken Spalte der Tabelle werden die angegebenen Lö sungsverfahren nummeriert. In der Spalte zwei ist ein Name für das jeweilige Lösungsverfahren angegeben. Die nächste Spalte enthält Formeln zur Berechnung der Näherung h⁺ für die Impulsantwort des Übertragungskanals 32. In den rechten vier Spalten ist angegeben, welche Größen zur Berechnung benötigt werden. Den in der Tabelle angegebenen Verfahren ähnliche Verfahren sind aus der Literatur bekannt, siehe beispielswei se P. Jung, "Analyse und Entwurf digitaler Mobilfunksysteme", B. G. Teubner, Stuttgart, 1997, Seite 202. In der genannten Literaturstelle werden aber Matrizen verwendet, die eine andere Bedeutung als die in der Tabelle angegebenen Matrizen haben. Beispielsweise wird anstelle der Matrix W_f eine Matrix G verwendet, die aus den Trainingssequenzen berechnet wird, die innerhalb verschiedener Übertragungsblöcke, sogenannter Bursts, übertragen werden.

Fig. 3A zeigt eine Messanordnung 200, die die Sende- Empfangs-Einheiten 12 und 14 enthält. Beide Einheiten 12 und 14 sind durch eine Übertragungsstrecke 16a verbunden, die mit Hilfe eines Leitungssimulators simuliert wird. Simuliert wird ein Ein-Segment-Kabel. Als Leitungssimulator wird ein Simula tor des Typs DLS400E der Firma Consultronics verwendet. In den Sende-Empfangs-Einheiten 12, 14 wurden Chipsätze RS8973 der Firma Conexant eingesetzt. Die Übertragungsfunktion H(f) wird mit einem Gaußschen Optimierungsverfahren ermittelt, siehe Typ 3 der oben angegebenen Tabelle. Die Übertragungs funktion H(f) wird mit Hilfe einer Fourier-Transformation aus der Gewichtsfunktion bzw. Impulsantwort h(t) berechnet. Die Verstärkungswerte des Leitungstreibers sowie des Empfangsver stärkers der Sende-Empfangs-Einheit 12 sind bereits berück sichtigt. Der Einfluss der Impulsformungsfilter auf die Schätzwerte wurde ebenfalls korrigiert.

Die simulierte Übertragungsstrecke 16a ist eine Kupferzwei drahtleitung mit einer Länge von 2,5 km und einem Durchmesser der Drähte von 0,4 mm. Das Messergebnis ist in Fig. 3B dar gestellt.

Fig. 3B zeigt eine geschätzte Kurve 210 mit einer Anzahl Messpunkten MP für die Übertragungsfunktion H(f). Auf einer Abszissenachse 212 ist die Frequenz in kHz innerhalb eines Frequenzbereiches von 0 kHz bis etwa 600 kHz abgetragen. Eine Ordinatenachse 214 gibt den Betrag der Übertragungsfunktion H(f) in dB an. Die Kurve 210 fällt nach einem kurzen Anstieg mit zunehmender Frequenz vom Wert -15 dB auf einen Wert von etwa -35 dB ab. Mit Hilfe eines Netzwerkanalysators wurde die Übertragungsfunktion der Übertragungsstrecke 16 für Ver gleichszwecke ermittelt, siehe Kurve 216. Zum Vergleich wur den in der geschätzten Impulsantwort die Übertragungseigen schaften des Sende- und des Empfangsfilters sowie die Verstärkung des Sende- und des Empfangsverstärkers berücksich tigt. Die beiden Kurven 210 und 216 haben in dem in Fig. 3B gezeigten Frequenzbereich etwa denselben Verlauf. Dies zeigt, wie gut die Übertragungsfunktion H(f) mit Hilfe des erfin dungsgemäßen Verfahrens ermittelt werden kann.

Fig. 4A zeigt eine Messanordnung 220, bei der die Sende- Empfangs-Einheiten 12 und 14 durch eine Übertragungsstrecke 16b verbunden sind. Die Übertragungsstrecke 16b ist ein soge nanntes Mehrsegmentkabel mit zwei Stichleitungen 222 und 224. Zur Simulation der Übertragungsstrecke 16b wurde wiederum ein Leitungssimulator des Typs DLS400E der Firma Consultronics eingesetzt. Die übrigen Testbedingungen entsprechen denen der Messanordnung 200.

Es wurde angenommen, dass die Stichleitung 222 aus einem Paar Kupferleitungen mit einer Länge von 500 m und einem Draht querschnitt von 0,4 mm besteht. Für die Stichleitung 224 gelten die gleichen Annahmen. Zwischen der Sende-Empfangs einheit 12 und der Stichleitung 222 wurde ein Leitungsab schnitt 226 simuliert. Der Leitungsabschnitt 226 hat eine Länge von 500 m und einen Drahtquerschnitt von 0,4 mm. Zwi schen den Stichleitungen 222 und 224 liegt ein Leitungsab schnitt 228 mit einer Länge von 1000 m und einem Drahtquer schnitt von 0,4 mm. Zwischen der Stichleitung 224 und der Sende-Empfangs-Einheit 14 liegt ein Leitungsabschnitt 230 mit einer Leitungslänge von 500 m und einem Drahtquerschnitt von 0,4 mm.

Fig. 4B zeigt eine Messkurve 240, die mit Hilfe des erfin dungsgemäßen Verfahrens ermittelt worden ist. Zunächst wurde die Gewichtsfunktion bzw. die Impulsantwort h(k) mit dem Verfahren Typ 3 gemäß der oben angegebenen Tabelle ermittelt, d. h. mit einem Gaußschen Optimierungsverfahren. Durch Fou rier-Transformation der Impulsantwort wurde die in Fig. 4B dargestellte Übertragungsfunktion H(f) berechnet. Eine Abs zissenachse 242 zeigt Frequenzwerte im Bereich von 0 kHz bis etwa 600 kHz. Auf einer Ordinatenachse 244 ist der Betrag der Übertragungsfunktion H(f) der Übertragungsstrecke 16b in dB abgetragen. Die Messkurve 240 fällt innerhalb des Frequenz bereiches von 0 kHz bis etwa 600 kHz von dem Wert -15 dB auf einen Wert von etwa -30 dB ab. Dabei gibt es mehrere lokale Minima bei etwa 90 kHz, 290 kHz und 510 kHz und lokale Maxima bei etwa 180 kHz, 380 kHz und 55 kHz. Zum Vergleich wurde eine Messkurve 246 mit einem Netzwerkanalysator aufgenommen. Zum Vergleich wurden in der geschätzten Impulsantwort die Übertragungseigenschaften des Sende- und des Empfangsfilters sowie die Verstärkung des Sende- und des Empfangsverstärkers berücksichtigt. Beide Messkurven 240 und 246 stimmen in dem in Fig. 4B gezeigten Frequenzbereich im wesentlichen über ein. Die Abweichungen beider Kurven sind kleiner als ein dB.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird eine Filtereinheit verwendet, die nur einen Vorwärtszweig hat. Auch für eine solche Filtereinheit können die Übertragungseigenschaften der Übertragungsstrecke mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfah rens hinreichend gut abgeschätzt werden.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde ein ADSL-System mit einem CAP-Modulationsverfahren (Carrierless Amplitude Phase Modulation) eingesetzt. Auch für dieses System konnte die Impulsantwort der Übertragungsstrecke zwischen zwei Sen de-Empfangs-Einheiten sehr gut abgeschätzt werden.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen von Übertragungseigenschaften einer Übertragungsstrecke (16),
bei dem einer Entzerrereinheit (24) Eingangssignalwerte (y(k)) zugeführt werden, die von den Übertragungseigenschaf ten einer Übertragungsstrecke (16) zwischen einem Sender (14) und einem Empfänger (12) abhängen,
die Entzerrereinheit (24) aus den Eingangssignalwerten (y(k)) und Werten für mindestens einen Filterkoeffizienten (wf0) Ausgangssignalwerte (xE(k)) berechnet, die weniger stark von den Übertragungseigenschaften der Übertragungsstrecke (16) abhängen als die Eingangssignalwerte (y(k)),
und bei dem aus Werten des Filterkoeffizienten (wf0) die Gewichtsfunktion (h(k)), (h(t)) oder die Übertragungsfunktion (H(f)) oder die Übergangsfunktion oder die der Übergangsfunk tion entsprechende Frequenzfunktion der Übertragungsstrecke (16) ermittelt werden.

2. Verfahren zum Bestimmen von Übertragungseigenschaften einer Echostrecke (38),
bei dem einer Entzerrereinheit (22) Eingangssignalwerte (xA(k)) zugeführt werden,
die Entzerrereinheit (22) aus den Eingangssignalwerten (y(k)) und aus Werten für mindestens einen Filterkoeffizienten Aus gangssignalwerte berechnet, die ein durch eine Echostrecke (38) erzeugtes Echo nachbilden,
bei dem aus Werten des Filterkoeffizienten (wf0) die Ge wichtsfunktion (h(k)), (h(t)) oder die Übertragungsfunktion (H(f)) oder die Übergangsfunktion oder die der Übergangsfunktion entsprechende Frequenzfunktion der Echostrecke (38) ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Werte der Filterkoeffizienten (wf0) vorzugsweise innerhalb eines Filterschrittes gelesen werden, und dass die Übertragungseigenschaften während der Übertra gung von Nutzdaten (xA(k), y(k)) zur Entzerrereinheit (22, 24) ermittelt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Übertragungsei genschaften ausgehend von einem für die Entzerrereinheit (24) aufgestellten Gleichungssystem ermittelt werden, dass vor zugsweise überbestimmt ist, und das den Zusammenhang von Filterkoeffizienten (w) und Impulsantwort (h(k)) angibt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Übertragungsei genschaften mit Hilfe eines konjugierten Filters oder mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens ermittelt wird, bei dem die Summe von Fehlerquadraten minimiert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der Übertragungseigenschaften gesendete Signalwerte (x(k)) und/oder Abweichungen (Δx(k)) der Ausgangssignalwerte (xE(k)) von korrigierten Ausgangssignalwerten (x⁺(k)) und/oder Rauschsignalwerte (n) verwendet werden, und/oder das Vorwissen über mindestens eine statistische Eigenschaft mindestens eines dieser Werte verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass bei einer Entzerre reinheit (22) zum Ausgleich der Übertragungseigenschaften der Echostrecke (26, 38) die Filterkoeffizienten (w) als Impuls antwort (h(k)) verwendet werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die ermittelte Funk tion zur Qualifizierung der Übertragungsgüte der Übertra gungsstrecke (16) oder der Echostrecke (36) eingesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die ermittelte Funk tion bei Verwendung einer Übertragungsstrecke mit bekannten Übertragungseigenschaften zur Überprüfung von Signalformungs filtern einer Sendeeinheit (12) eingesetzt werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die Übertragungs strecke (16) mindestens ein Paar elektrisch leitender Leitun gen enthält, die vorzugsweise zur Übertragung von digitalen Daten mit Übertragungsraten größer als 150 Kilobit pro Sekun de vorzugsweise gemäß einem xDSL-Verfahren dienen.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass Daten zur Übertra gung des Ermittlungsergebnisses über die Übertragungsstrecke (16) übertragen werden.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass korrespondierende Werte der Filterkoeffizienten oder korrespondierende Werte der Komponenten der ermittelten Funktion über mehrere Schrit te gemittelt werden.

13. Empfangseinheit (12) zum Bestimmen der Übertragungseigen schaften einer Übertragungsstrecke (16),
mit einer Entzerrereinheit (24), der Eingangssignalwerte (y(k)) zugeführt werden, die von den Übertragungseigenschaf ten einer Übertragungsstrecke (16) zwischen einem Sender (14) und einem Empfänger (12) abhängen,
wobei die Entzerrereinheit (24) aus den Eingangssignalwerten (y(k)) und Werten für mindestens einen Filterkoeffizienten (wf0) Ausgangssignalwerte (xE(k)) berechnet, die weniger stark von den Übertragungseigenschaften der Übertragungsstre cke (16) abhängen als die Eingangssignalwerte (y(k)),
und mit einer Berechnungseinheit (26, 28), die aus Werten der Filterkoeffizienten (wf0) die Gewichtsfunktion (h(k)) oder die Übertragungsfunktion (H(f)) oder die Übergangsfunktion oder die der Übergangsfunktion entsprechende Frequenzfunktion der Übertragungsstrecke (12) ermittelt.

14. Einheit (12) zum Bestimmen der Übertragungseigenschaften einer Echostrecke (38),
mit einer Entzerrereinheit (22), der Eingangssignalswerte (xA(k)) zugeführt werden,
wobei die Entzerrereinheit (22) aus den Eingangssignalwerten (xA(k)) und Werten für mindestens einen Filterkoeffizienten Ausgangssignalswerte berechnet, die ein durch eine Echostre cke (38) erzeugtes Echo nachbilden,
und mit einer Berechnungseinheit, die aus Werten der Filter koeffizienten die Gewichtsfunktion (h(k)) oder die Übertra gungsfunktion (H(f)) oder die Übergangsfunktion oder die der Übergangsfunktion entsprechende Frequenzfunktion der Echo strecke (38) ermittelt.

15. Einheit (12) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit (12) so aufgebaut ist, dass bei ihrem Betrieb ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgeführt wird.

16. Programm mit einer Befehlsfolge, bei deren Ausführung durch einen Prozessor ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgeführt wird.