DE10126110B4

DE10126110B4 - Verfahren zur kontinuierlichen SNR Schätzung eines xDSL Kanals

Info

Publication number: DE10126110B4
Application number: DE2001126110
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Ahrndt; Robert Klinski
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2021-05-30
Also published as: DE10126110A1

Abstract

Datenkommunikationssystem (9), welches eine Sendeeinheit (11) aufweist, von welcher aus über einen Übertragungskanal (12) modulierte Übertragungssignale (3, 6a, 6b) an eine Empfangseinheit (13) übertragen werden, wobei jedem zu übertragenden Bit oder Bitfolge (a) ein Übertragungssignal (3) bestimmter Amplitude (A1) und Phase (φ1) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenkommunikationssystem derart ausgebildet ist, dass gleichzeitige Nutzdaten und zur Kanalschätzung zu verwendende Referenzdaten übertragen werden und die Sendeeinheit derart ausgebildet ist, dass abwechselnd Informationen bezüglich der Amplitude der Nutzdaten und der Phase der Referenzdaten und Informationen bezüglich der Phase der Nutzdaten und einer Amplitude der Referenzdaten ausgesendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Datenkommunikationssystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Sende- und eine Empfangseinheit zur Verwendung in einem derartigen System, sowie ein Datenübertragungsverfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 15.
Datenkommunikationssysteme weisen i.A. eine Sendeeinheit auf, von welcher aus modulierte Übertragungssignale über einen Übertragungskanal an eine Empfangseinheit übertragen werden.

Im Stand der Technik ist – z.B. im Rahmen von sog. QAM-Datenübertragungsverfahren – bekannt, zur Modulation jedem zu übertragenden Bit oder jeder zu übertragenden Bitfolge (z.B. unter Verwendung eines Phasensterns) eine Cosinus- (bzw. Sinus-)Schwingung bestimmter Amplitude und Phase zuzuordnen, und diese an die Empfangseinheit zu übertragen. Aus der Amplitude und Phase der jeweils empfangenen Cosinusschwingung kann in der Empfangseinheit die jeweils übertragene Bitfolge bestimmt werden.

Ein QAM-Datenübertragungsverfahren ist aus Mäusl, R.: " Digitale Modulationsverfahren", Heidelberg, Hüthig, 1985, Seiten 229–240, ISBN 3-7785-0913-6 bekannt.

Des weiteren ist im Stand der Technik bekannt, zusätzlich zu den eigentlichen Nutzdaten auch Referenzdaten von der Sendezur Empfangseinheit zu übertragen, z.B. in Form einer Folge von Referenzdatenbits. Eine zur übertragenen Referenzdatenbitfolge identische Referenzdatenbitfolge ist in der Empfangseinheit gespeichert, und wird dort mit der – tatsächlich – von der Sendeeinheit erhaltenen Referenzdatenbitfolge verglichen. Aus der Differenz der beiden Bitfolgen kann z.B. das Signal-Rauschverhältnisses (SNR) des verwendeten Übertragungskanals abgeschätzt werden. Eine derartiges Verfahren ist in der US 6,233,276 B1 beschrieben.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein neuartiges Datenübertragungsverfahren, ein neuartiges Datenkommunikationssystem, sowie neuartige Sende- und eine Empfangseinheiten zur Verwendung in einem derartigen System zur Verfügung zu stellen.

Die Erfindung erreicht dieses und weitere Ziele durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 13, 14 und 15. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung wird ein Datenkommunikationssystem bereitgestellt, welches eine Sendeeinheit aufweist, von welcher aus über einen Übertragungskanal modulierte Übertragungssignale an eine Empfangseinheit übertragen werden, wobei jedem zu übertragenden Bit oder Bitfolge ein Übertragungssignal bestimmter Amplitude und Phase zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenkommunikationssystem derart ausgebildet ist, dass gleichzeitige Nutzdaten und zur Kanalschätzung zu verwendende Referenzdaten übertragen werden und die Sendeeinheit derart ausgebildet ist, dass abwechselnd Informationen bezüglich der Amplitude der Nutzdaten und der Phase der Referenzdaten und Informationen bezüglich der Phase der Nutzdaten und einer Amplitude der Referenzdaten ausgesendet werden.

Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Amplitude oder die Phase des eigentlichen, dem Bit oder der Bitfolge (z.B. einer Folge von Referenzbits) zugeordneten Übertragungssignals in der Empfangseinheit bekannt ist. Mit der unterschiedlichen Amplitude oder der unterschiedlichen Phase des tatsächlich verwendeten Übertragungssignals können dann Informationen bezüglich eines weiteren Bits bzw. einer weiteren Bitfolge (z.B. einer Folge von Nutzdaten) übertragen werden. Dadurch können – innerhalb eines bestimmten Zeitraums – mehr Daten über den Übertragungskanal übertragen werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass ein evtl. durchgeführtes SNR-Schätzverfahren schneller konvergiert, d.h. schnellere Aussagen über Änderungen des Übertragungskanals möglich sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1a eine schematische Darstellung eines beim Stand der Technik zur Referenzdatenübertragung verwendeten Phasensterns;
1b eine beim in 1a gezeigten Phasenstern verwendete Bitfolgen-Zuordnungstabelle;
2 eine beim Stand der Technik zur Referenzdatenübertragung verwendete Cosinusschwingung;
3 eine weitere beim Stand der Technik zur Referenzdatenübertragung verwendete Cosinusschwingung;
4 eine dritte beim Stand der Technik zur Referenzdatenübertragung verwendete Cosinusschwingung;
5 ein Datenkommunikationssystem, bei welchem das erfindungsgemäße Datenübertragungsverfahren verwendet wird;
6a eine schematische Darstellung eines bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung zur Nutz- und Referenzdatenübertragung verwendeten Phasensterns;
6b eine beim in 6a gezeigten Phasenstern verwendete Bitfolgen-Zuordnungstabelle;
7 eine bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung zur gleichzeitigen Nutz- und Referenzdatenübertragung verwendete Cosinusschwingung;
8 eine weitere bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung zur gleichzeitigen Nutz- und Referenzdatenübertragung verwendete Cosinusschwingung;
9 eine schematische Darstellung eines bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Nutz- und Referenzdatenübertragung verwendeten Super-Frames;
10 eine schematische Darstellung eines bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Nutz- und Referenzdatenübertragung verwendeten Super-Frames;
11 eine schematische Darstellung eines bei einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Nutz- und Referenzdatenübertragung verwendeten Super-Frames;
12 eine schematische Darstellung mehrerer beim erfindungsgemäßen Datenübertragungsverfahren verwendeter Frequenzbänder.
1a zeigt eine schematische Darstellung eines Phasensterns 1, welcher beim Stand der Technik z.B. dazu verwendet wird, Referenzdaten von einem Sender an einen Empfänger zu übertragen. Die Referenzdaten dienen z.B. zur Schätzung des Signal-Rauschverhältnisses (Signal to Noise Ratio bzw. SNR) des jeweils verwendeten Übertragungskanals.
Der Phasenstern 1 weist drei konzentrische Kreise auf, denen, wie weiter unten genauer erläutert wird, jeweils eine Schwingungsamplitude A1, A2, A3 bestimmter Höhe zugeordnet ist. Auf diesen Kreisen sind insgesamt 16 Punkte angeordnet, denen jeweils eine von 16 verschiedenen Folgen von 4 Bits zugeordnet ist.
Vier Punkten a, b, d, e, die jeweils bei einem Winkel φ1, φ2, φ3 bzw. φ4 von 45°, 135°, 225° bzw. 315° auf dem innersten, der ersten Amplitude A1 zugeordneten Kreis liegen, ist gemäß der in 1b gezeigten Zuordnungstabelle 2 jeweils die Bitfolge "1010", "0101", "1001" bzw. "0110" zugeordnet. Auf entsprechende Weise ist gemäß 1a vier weiteren, bei entsprechenden Winkeln φ1, φ2, φ3 bzw. φ4 von 45°, 135°, 225° bzw. 315° auf dem äußersten, der dritten Amplitude A3 zugeordneten Kreis liegenden Punkten c, f gemäß der in 1b gezeigten Zuordnungstabelle 2 jeweils die Bitfolge "1100", "1111", "0000" bzw. "0011" zugeordnet.
Die übrigen Bitfolgen ("1101", "1110", "1000", "1011", "0100", "0111", "0001", "0010") sind 8 Punkten zugeordnet, die auf dem mittleren, der zweiten Amplitude A2 zugeordneten Kreis liegen, und zwar jeweils bei Winkeln φ5, φ6, φ7, φ8, φ9, φ10, φ11 bzw. φ12 von ca. 20°, 70°, 110°, 160°, 200°, 250°, 290° bzw. 340°.
Zur Übermittlung der o.g. Referenzdaten vom Sender zum Empfänger wird eine Folge von mehreren, aufeinanderfolgend ausgesendeten, jeweils eine bestimmte Zeitdauer andauernden Cosinusschwingungen 3, 4, 5 (vgl. 2, 3, 4) übertragen. Sämtliche Cosinusschwingungen 3, 4, 5 weisen die gleiche, konstante, vorbestimmte Frequenz auf. Jede Cosinusschwingung 3, 4, 5 kennzeichnet jeweils eine bestimmte der o.g. Bitfolgen, und zwar über die Höhe der Schwingungsamplitude A1, A2, A3, und über die Phasenverschiebung Δφ der jeweiligen Schwingung 3, 4, 5 gegenüber einem im Sender und im Empfänger synchron laufenden Grundtakt.
Die jeweils verwendete Amplitude A1, A2, A3 entspricht dabei derjenigen Amplitude, die diejenigem Kreis des in 1a gezeigten Phasensterns 1 zugeordnet ist, auf dem der Punkt a, b, c, d, e, f liegt, dem die jeweils zu übertragende Bitfolge zugeordnet ist.
Auf entsprechende Weise ist die Phasenverschiebung Δφ der jeweiligen Cosinusschwingung 3, 4, 5 so gewählt, dass sie dem o. g. Winkel φ1, φ2, φ3, φ4, φ5, φ6, φ7, φ8, φ9, φ10, φ11 bzw. φ12 des der jeweils zu übertragenden Bitfolge zugeordneten Punktes a, b, c, d, e, f im Phasenstern 1 entspricht.
Beispielsweise kennzeichnet die in 2 gezeigte Cosinusschwingung 3 durch deren Amplitude A1, und deren Phasenverschiebung von Δφ = 45° die dem Punkt a auf dem Phasenstern 1 zugeordnete Bitfolge "1010", die in 3 gezeigte Cosinusschwingung 4 durch deren Amplitude A1, und deren Phasenverschiebung von Δφ = 135° die dem Punkt d zugeordnete Bitfolge "1001", und die in 4 gezeigte Cosinusschwingung 5 durch deren Amplitude A3, und deren Phasenverschiebung von Δφ = 135° die dem Punkt c zugeordnete Bitfolge "1100".
Wird als Referenzdatenfolge z.B. die Datenfolge "101010011100" verwendet, kann diese dadurch an den Empfänger übermittelt werden, dass vom Sender nacheinander die in den 2, 3 und 4 gezeigten Cosinusschwingungen 3, 4, 5 ausgesendet werden. Die Referenzdatenfolge ist im Empfänger bekannt, und wird dort mit der – tatsächlich – vom Sender erhaltenen Datenfolge verglichen. Aus der Differenz der beiden Datenfolgen kann das Signal-Rauschverhältnisses (SNR = signal to noise ratio) des verwendeten Übertragungskanals abgeschätzt werden.
In 5 ist ein Beispiel für ein Datenkommunikationssystem 9 gezeigt, bei welchem das erfindungsgemäße Datenübertragungsverfahren verwendet werden kann.
Das Datenkommunikationssystem 9 weist eine an ein Telefonnetz (hier: das öffentliche Telefonnetz 10) angeschlossene Endvermittlungsstelle 11 (hier: ein elektronisches Wählsystem digital bzw. EWDS) auf. Die Endvermittlungsstelle 11 ist über mehrere Teilnehmeranschlussleitungen 12 mit mehreren Teilnehmer-Endanschlusseinrichtungen 13 verbunden.
Die Datenkommunikation zwischen Endvermittlungsstelle 11 und der jeweiligen Teilnehmer-Endanschlusseinrichtung 13 (bzw. zwischen den jeweils dort vorgesehenen Modems) kann z.B. mittels POTS- (Plain Old Telephone Service), ISDN- (Integrated Services Digital Network) oder xDSL- (x Digital Subscriber Line) Datenübertragung erfolgen.
Im Fall einer xDSL-Datenübertragung wird zur kontinuierlichen Schätzung des Signal-Rauschverhältnisses (Signal to Noise Ratio bzw. SNR) des jeweiligen Übertragungskanals vom jeweiligen Sender (z.B. vom im EWDS 11 angeordneten Modem) eine dort abgespeicherte Referenzdatenfolge an den Empfänger (z.B. das in der Teilnehmer-Endanschlusseinrichtung 13 angeordnete Modem) übertragen. Die gleiche Referenzdatenfolge, die vom Sender ausgesendet wird, wird vorab in einer (nicht dargestellten) Speichervorrichtung des Empfängers abgespeichert.
Die vom Empfänger vom Sender empfangene Referenzdatenfolge wird mit der im Empfänger abgespeicherten Referenzdatenfolge verglichen. Aus der Differenz der beiden Datenfolgen können auf an sich bekannte Weise (z.B. unter Verwendung eines adaptiven LMS-Algorithmus (LMS = Least Mean Square)) die Übertragungseigenschaften des verwendeten Übertragungskanals abgeschätzt werden (z.B. dessen Signal-Rauschverhältnis (SNR)). Diese können bei darauffolgenden Datenübertragungen, und/oder bei der Verarbeitung empfangener Daten berücksichtigt werden, so dass z.B. die Fehlerrate verringert, und/oder die pro Zeiteinheit übertragene Datenmenge erhöht werden kann.
Gemäß 6a wird bei dem erfindungsgemäßen Datenübertragungsverfahren ein entsprechender Phasenstern 8 verwendet, wie beim Stand der Technik (siehe 1). Der in 6a gezeigte Phasenstern 8 weist drei konzentrische Kreise auf, denen jeweils eine Cosinus-Schwingungsamplitude A1, A2, A3 bestimmter Höhe zugeordnet ist (s.u.). Auf diesen Kreisen sind insgesamt 16 Punkte angeordnet, denen jeweils eine der in 6b gezeigten 16 verschiedenen Folgen von jeweils 4 Bits zugeordnet ist.
Gemäß 6a ist vier Punkten a, b, d, e, die jeweils bei einem Winkel φ1, φ2, φ3 bzw. φ4 von 45°, 135°, 225° bzw. 315° auf dem innersten, der ersten Amplitude A1 zugeordneten Kreis liegen, jeweils die Bitfolge "1010", "0101", "1001" bzw. "0110" zugeordnet (vgl. die in 6b gezeigten Zuordnungstabelle 7). Auf entsprechende Weise ist gemäß 6a vier weiteren, bei entsprechenden Winkeln φ1, φ2, φ3 bzw. φ4 von 45°, 135°, 225° bzw. 315° auf dem äußersten, der dritten Amplitude A3 zugeordneten Kreis liegenden Punkten c, f jeweils die Bitfolge "1100", "1111", "0000" bzw. "0011" zugeordnet (vgl. die in 6b gezeigte Zuordnungstabelle 7).
Die übrigen Bitfolgen ("1101", "1110", "1000", "1011", "0100", "0111", "0001", "0010") sind 8 Punkten zugeordnet, die auf dem mittleren, der zweiten Amplitude A2 zugeordneten Kreis liegen, und zwar jeweils bei Winkeln φ5, φ6, φ7, φ8, φ9, φ10, φ11 bzw. φ12 von ca. 20°, 70°, 110°, 160°, 200°, 250°, 290° bzw. 340°.
Zur Schätzung des Signal-Rauschverhältnisses (Signal to Noise Ratio bzw. SNR) eines Übertragungskanals wird vom Sender eine Referenzdatenfolge an den Empfänger übertragen.
Dies geschieht mit Hilfe einer Folge von mindestens zwei Cosinusschwingungen 6a, 6b (vgl. 7, 8). Im Unterschied zum Stand der Technik werden beim erfindungsgemäßen Verfahren zusammen mit den zur Kanalschätzung verwendeten Referenzdaten (bzw. allgemein zusammen mit beliebigen Zusatzdaten) gleichzeitig auch Nutzdaten übertragen. Hierzu werden auf die im folgenden im Detail beschriebene Weise durch die o.g. mindestens zwei Cosinusschwingungen 6a, 6b nacheinander, z.B. abwechselnd, Informationen bzgl. Amplitude und Phase von Nutzdatenbitfolgen, und bzgl. Phase und Amplitude von Zusatz- bzw. Referenzdatenbitfolgen übertragen.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Nutz- und Refe renzdatenübertragung verwendeten Meta-Datenübertragungsrahmens 14. Dieser weist einen Zusatzbit-Rahmen 15 auf, auf den zwei Nutz-/Zusatzdatenrahmen 16, 17 folgen, sowie mehrere Nutzdatenrahmen 19, 20, 21, zwei weitere Nutz-/Zusatzdatenrahmen 21, 22, mehrere weitere Nutzdatenrahmen 23, etc.
Innerhalb des Zusatzbit-Rahmens 15 werden Bits übertragen, die, wie unten erläutert wird, für das spezielle erfindungsgemäße Datenübertragungsverfahren verwendet werden.
Während jedes Nutz-/Zusatzdatenrahmens 16, 17, 21, 22 wird eine den in 7 und 8 entsprechende Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung, und während jedes (reinen) Nutzdatenrahmens 18, 19, 20, 23 eine herkömmliche Nutzdaten-Cosinusschwingung (entsprechend wie in 2, 3, 4 dargestellt) übertragen. Die Rahmendauer beträgt dabei jeweils zwischen 50 μs und 400 μs, z.B. 246 μs.
Sämtliche Cosinusschwingungen 6a, 6b weisen die gleiche, konstante, vorbestimmte Frequenz auf. Jede Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6a, 6b kennzeichnet jeweils eine bestimmte der o.g. Bitfolgen (und zwar eine Referenzdaten-Bitfolge). Zusätzlich kennzeichnen jeweils zwei Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingungen 6a, 6b gemeinsam eine weitere der o.g. Bitfolgen (und zwar eine Nutzdaten-Bitfolge).
Dies ist möglich, weil mit den im Zusatzbit-Rahmen 15 übertragenen Bits Informationen bzgl. Phase bzw. Amplitude der jeweils übertragenen Referenzdaten-Bitfolgen übertragen werden, so dass innerhalb der Nutz-/Zusatzdatenrahmen 16, 17, 21, 22 nur noch die noch fehlenden (Phasen- bzw. Amplituden-) Informationen übertragen werden müssen. Die hierdurch freiwerdende Übertragungskapazität wird zur Übertragung von Nutzdaten verwendet.
Beispielsweise wird dem Empfänger bei dem in 9 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel mit Hilfe der im Zusatzbit- Rahmen 15 enthaltenen Bits mitgeteilt, dass jeweils die erste von zwei aufeinanderfolgenden Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingungen 6a eine 4-Bit-Referenzdaten-Bitfolge kennzeichnet, die auf dem Phasenstern 8 dem innersten Kreis zugeordnet ist (Amplitude der Höhe A1), und dass die jeweils zweite von zwei aufeinanderfolgenden Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingungen 6b eine 4-Bit-Referenzdaten-Bitfolge kennzeichnet, die auf dem Phasenstern 8 einem Winkel φ von 135° zugeordnet ist (Phasenverschiebung von Δφ = 135°).
Wie in 7 gezeigt ist, weist die vom Sender während des ersten Nutz-/Zusatzdatenrahmens 16 ausgesendete erste Nutz/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6a eine Amplitude A3, und eine Phasenverschiebung Δφ = 45° gegenüber einem im Sender und im Empfänger synchron laufenden Grundtakt auf.
Wie oben erläutert, ist dem Empfänger mit Hilfe der im Zusatzbit-Rahmen 15 enthaltenen Bits mitgeteilt worden, dass die erste Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingungen 6a eine Referenzdaten-Bitfolge kennzeichnet, die auf dem Phasenstern 8 dem innersten Kreis zugeordnet ist (Amplitude der Höhe A1).
Die Phasenverschiebung Δφ (hier: 45°) der ersten Nutz/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6a ist so gewählt, dass sie dem o.g. Winkel φ (hier: dem Winkel φ1) des der jeweils zu übertragenden Referenzdaten-Bitfolge zugeordneten Punktes a im Phasenstern 8 entspricht.
Mit der in 7 gezeigten ersten Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6a (insbesondere durch deren Phasenverschiebung von Δφ = 45°) wird somit als erste Referenzdaten-Bitfolge die im Phasenstern 8 dem Punkt a zugeordnete Bitfolge "1010" übertragen.
Die Amplitude A3 der ersten Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6a enspricht der Amplitude, die diejenigem Kreis des in 6a gezeigten Phasensterns 8 zugeordnet ist, auf dem der Punkt a, b, c, d, e, f liegt, dem die jeweils zu übertragende Nutzdaten-Bitfolge zugeordnet ist.
Wie in 8 gezeigt ist, weist die vom Sender während des zweiten Nutz-/Zusatzdatenrahmens 17 ausgesendete zweite Nutz/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6b eine Amplitude A1, und eine Phasenverschiebung Δφ = 45° gegenüber einem im Sender und im Empfänger synchron laufenden Grundtakt auf.
Wie oben erläutert, ist dem Empfänger mit Hilfe der im Zusatzbit-Rahmen 15 enthaltenen Bits mitgeteilt worden, dass die zweite Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingungen 6b eine Referenzdaten-Bitfolge kennzeichnet, der auf dem Phasenstern 8 ein Winkel φ2 von 135° zugeordnet ist (Phasenverschiebung von Δφ = 135°).
Die Amplitude A1 der zweiten Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6b ist so gewählt, dass sie der Amplitude A1 entspricht, die diejenigem Kreis des in 6a gezeigten Phasensterns 8 zugeordnet ist, dem die jeweils zu übertragende Referenzdaten-Bitfolge zugeordnet ist.
Mit der in 8 gezeigten zweiten Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6b (insbesondere durch deren Amplitude A1) wird somit als zweite Referenzdaten-Bitfolge die im Phasenstern 8 dem Punkt d zugeordnete Referenzdaten-Bitfolge "1001" übertragen.
Die Phasenverschiebung Δφ (hier: 45°) der zweiten Nutz/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6b ist so gewählt, dass sie dem Winkel φ1 des der jeweils – gemeinsam mit der ersten Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6a – zu übertragenden Nutzdaten-Bitfolge zugeordneten Punktes f im Phasenstern 8 entspricht.
Wie oben erläutert, entspricht die Amplitude A3 der ersten Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6a der Amplitude, die diejenigem Kreis des in 6a gezeigten Phasensterns 8 zugeordnet ist, dem die jeweils zu übertragende Nutzdaten-Bitfolge zugeordnet ist.
Durch die in 7 und 8 gezeigten ersten und zweiten Nutz/Zusatzdaten-Cosinusschwingungen 6a und 6b (insbesondere durch die Amplitude A3 der ersten Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingungen 6a, und die Phasenverschiebung Δφ = 45° der zweiten Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingungen 6b) wird somit als Nutzdaten-Bitfolge die im Phasenstern 8 dem Punkt f zugeordnete Bitfolge "1111" übertragen.
Auf entsprechende Weise wird durch die Amplitude einer während des dritten Nutz-/Zusatzdatenrahmens 21 übertragenen dritten Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung, und die Phasenverschiebung Δφ einer während des vierten Nutz-/Zusatzdatenrahmens 22 übertragenen vierten Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung eine weitere Nutzdaten-Bitfolge übertragen, sowie entsprechend der obigen Darstellung durch die dritte Nutz/Zusatzdaten-Cosinusschwingung eine dritte, und durch die vierte Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung eine vierte Referenzdatenfolge.
10 zeigt eine schematische Darstellung eines bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Nutz- und Referenzdatenübertragung verwendeten Meta-Rahmens 24. Dieser weist einen Zusatzbit-Rahmen 25 auf, auf den vier Nutz/Zusatzdatenrahmen 26, 27, 28, 29 folgen, sowie mehrere Nutzdatenrahmen 30, vier weitere Nutz-/Zusatzdatenrahmen 31, 32, 33, 34, mehrere weitere Nutzdatenrahmen, etc.
Während jedes Nutz-/Zusatzdatenrahmens 26, 27, 28, 29, 31, 32, 33, 34 wird entsprechend wie in den in 7 und 8 dargestellt eine Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6a, 6b, und während jedes (reinen) Nutzdatenrahmens 30 eine herkömmliche Nutzdaten-Cosinusschwingung (entsprechend wie in 2, 3, 4 dargestellt) übertragen.
Jede Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6a, 6b kennzeichnet jeweils eine Referenzdaten-Bitfolge. Zusätzlich kennzeichnen jeweils eine während der ersten vier Nutz-/Zusatzdatenrahmen 26, 27, 28, 29 übertragene Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6a gemeinsam mit jeweils einer während der zweiten vier Nutz-/Zusatzdatenrahmen 31, 32, 33, 34 übertragenen Nutz/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6b eine Nutzdaten-Bitfolge.
Dies ist möglich, weil mit den im Zusatzbit-Rahmen 15 übertragenen Bits Informationen bzgl. Phase bzw. Amplitude der jeweils übertragenen Referenzdaten-Bitfolgen übertragen werden, so dass innerhalb der Nutz-/Zusatzdatenrahmen 26, 27, 28, 29, 31, 32, 33, 34 nur noch die noch fehlenden (Phasen- bzw. Amplituden-) Informationen übertragen werden müssen. Die hierdurch freiwerdende Übertragungskapazität wird zur Übertragung von Nutzdaten verwendet.
Beispielsweise wird dem Empfänger bei dem in 10 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel mit Hilfe der im Zusatzbit-Rahmen 15 enthaltenen Bits mitgeteilt, dass die vier während der ersten vier Nutz-/Zusatzdatenrahmen 26, 27, 28, 29 übertragenen Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingungen 6a jeweils eine 4-Bit-Referenzdaten-Bitfolge kennzeichnen, die auf dem Phasenstern 8 dem innersten Kreis zugeordnet ist (Amplitude der Höhe A1), und dass die vier während der zweiten vier Nutz-/Zusatzdatenrahmen 26, 27, 28, 29 übertragenen Nutz/Zusatzdaten-Cosinusschwingungen 6b eine 4-Bit-Referenzdaten-Bitfolge kennzeichnen, die auf dem Phasenstern 8 einem Winkel φ von 135° zugeordnet ist (Phasenverschiebung von Δφ = 135°).
Es kann dann entsprechend der oben im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel erläuterten Vorgehensweise durch die Amplitude A3 der während des ersten Nutz-/Zusatzdatenrahmens 26 der ersten vier Nutz-/Zusatzdatenrahmen 26, 27, 28, 29 übertragenen Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6a, und durch die Phasenverschiebung Δφ = 45° der während des ersten Nutz-/Zusatzdatenrahmens 31 der zweiten vier Nutz/Zusatzdatenrahmen 31, 32, 33, 34 übertragenen Nutz/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6b gemeinsam eine Nutzdaten-Bitfolge (hier: "1111") übertragen werden. Zusätzlich wird durch die Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6a (und zwar durch deren Phasenverschiebung Δφ = 45°) eine Referenzdatenfolge (hier: "1010") übertragen, und durch die Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6b (und zwar durch deren Amplitude A1) eine weitere Referenzdatenfolge (hier: "1001").
11 zeigt eine schematische Darstellung eines bei einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Nutz- und Referenzdatenübertragung verwendeten Meta-Rahmens 35. Dieser weist – im Gegensatz zu den oben erläuterten Ausführungsbeispielen – keinen Zusatzbit-Rahmen auf, sondern beginnt mit zwei Nutz-/Zusatzdatenrahmen 36, 37, auf die mehrere Nutzdatenrahmen 38, 39, 40, 41 folgen.
Während jedes Nutz-/Zusatzdatenrahmens 36, 37 wird entsprechend wie in den 7 und 8 dargestellt eine Nutz/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6a, 6b, und während jedes (reinen) Nutzdatenrahmens 38, 39, 40, 41 eine herkömmliche Nutzdaten-Cosinusschwingung (entsprechend wie in 2, 3, 4 dargestellt) übertragen.
Jede Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6a, 6b kennzeichnet jeweils eine Referenzdaten-Bitfolge. Zusätzlich kennzeichnet die erste Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6a gemeinsam mit der zweiten Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6b eine Nutzdaten-Bitfolge.
Dies ist möglich, weil Teile der Informationen bzgl. Phase bzw. Amplitude der jeweils übertragenen Referenzdaten-Bitfolgen im Empfänger bekannt sind (z.B. vorab fest dort abgespeichert sind, d.h, nicht vom Sender an den Empfänger übertragen werden müssen), so dass innerhalb der Nutz /Zusatzdatenrahmen 36, 37 nur noch die noch fehlenden (Phasen- bzw. Amplituden-) Informationen übertragen werden müssen. Die hierdurch freiwerdende Übertragungskapazität wird zur Übertragung von Nutzdaten verwendet.
Beispielsweise ist durch das Übertragungsprotokoll festgelegt, dass die jeweils erste übertragene Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingungen 6a eine 4-Bit-Referenzdaten-Bitfolge kennzeichnet, die auf dem Phasenstern 8 dem innersten Kreis zugeordnet ist (Amplitude der Höhe A1), und dass die jeweils zweite Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingungen 6b eine 4-Bit-Referenzdaten-Bitfolge kennzeichnet, die auf dem Phasenstern 8 einem Winkel φ von 135° zugeordnet ist (Phasenverschiebung von Δφ = 135°).
Es kann dann entsprechend der oben im Zusammenhang mit dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel erläuterten Vorgehensweise durch die Amplitude A3 der ersten Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6a, und durch die Phasenverschiebung Δφ = 45° der zweiten Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6b gemeinsam eine Nutzdaten-Bitfolge (hier: "1111") übertragen werden. Zusätzlich wird durch die Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6a (und zwar durch deren Phasenverschiebung Δφ = 45°) eine Referenzdatenfolge (hier: "1010") übertragen, und durch die Nutz-/Zusatzdaten-Cosinusschwingung 6b (und zwar durch deren Amplitude A1) eine weitere Referenzdatenfolge (hier: "1001").
Bei den drei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann zur Datenübertragung zwischen Sender und Empfänger z.B. ein sog. DTM-Verfahren eingesetzt werden (DTM = discrete multi tone). Hierbei werden gemäß 12 mehrere Frequenzbänder (bins) 42, 43, 44, 45, 46 verwendet. In jedem einzelnen Frequenzband wird ein dem o.g. erfindungsgemäßen Nutz- und Referenzdatenübertragungsverfahren entsprechendes Übertragungsverfahren eingesetzt. Hierzu werden für jedes Frequenzband Cosinusschwingungen mit unterschiedlicher Frequenz verwendet (z.B. kann die Frequenz der Cosinusschwingungen jeweils in der Mitte des entsprechenden Frequenzbands 42, 43, 44, 45, 46 liegen).
Das oben angegebene Kanalschätzverfahren wird separat für jedes Frequenzband 42, 43, 44, 45, 46 durchgeführt. Dadurch können die Eigenschaften des Übertragungskanals, insbesondere das SNR, über den gesamten verwendeten Frequenzbereich abgeschätzt werden.

Claims

Datenkommunikationssystem (9), welches eine Sendeeinheit (11) aufweist, von welcher aus über einen Übertragungskanal (12) modulierte Übertragungssignale (3, 6a, 6b) an eine Empfangseinheit (13) übertragen werden, wobei jedem zu übertragenden Bit oder Bitfolge (a) ein Übertragungssignal (3) bestimmter Amplitude (A1) und Phase (φ1) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenkommunikationssystem derart ausgebildet ist, dass gleichzeitige Nutzdaten und zur Kanalschätzung zu verwendende Referenzdaten übertragen werden und die Sendeeinheit derart ausgebildet ist, dass abwechselnd Informationen bezüglich der Amplitude der Nutzdaten und der Phase der Referenzdaten und Informationen bezüglich der Phase der Nutzdaten und einer Amplitude der Referenzdaten ausgesendet werden.
Datenkommunikationssystem (9) nach Anspruch 1, bei welchem die Amplitude (A1) oder die Phase des eigentlichen, dem Bit oder der Bitfolge (a) zugeordneten Übertragungssignals (3) in der Empfangseinheit (13) bekannt ist.
Datenkommunikationssystem (9) nach Anspruch 2, bei welchem Informationen bezüglich der Amplitude (A1) oder der Phase des eigentlichen, dem Bit oder der Bitfolge (a) zugeordneten Übertragungssignals (3) von der Sendeeinheit (11) an die Empfangseinheit (13) übertragen werden.
Datenkommunikationssystem (9) nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem Informationen bezüglich der Amplitude (A1) oder der Phase des eigentlichen, dem Bit oder der Bitfolge (a) zugeordneten Übertragungssignals (3) vorab in der Empfangseinheit (13) abgespeichert sind.
Datenkommunikationssystem (9) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welchem die Referenzdaten in der Empfangseinheit (13) bekannt sind.
Datenkommunikationssystem (9) nach Anspruch 5, bei welchem die Referenzdaten zur Schätzung von Eigenschaften des Übertragungskanals (12) verwendet werden.
Datenkommunikationssystem (9) nach Anspruch 6, bei welchem zur Schätzung der Kanaleigenschaften ein LMS-Algorithmus verwendet wird.
Datenkommunikationssystem (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zur Übertragung eines zweiten, bestimmten Bits oder einer zweiten, bestimmten Bitfolge (d) ein zweites Übertragungssignal (6b) verwendet wird, welches eine Amplitude oder Phase (φ1) aufweist, welche von der Amplitude oder der Phase des eigentlichen, dem Bit oder der Bitfolge (d) zugeordneten Übertragungssignals verschieden ist.
Datenkommunikationssystem (9) nach Anspruch 8, bei welchem aus der Amplitude (A1) des Übertragungssignals (6a), und der Phase (φ1) des zweiten Übertragungssignals (6b) Informationen bezüglich des weiteren Bits bzw. der weiteren Bitfolge (f) gewonnen werden.
Datenkommunikationssystem (9) nach Anspruch 8, bei welchem aus der Phase des Übertragungssignals (6a), und der Amplitude des zweiten Übertragungssignals (6b) Informationen bezüglich des weiteren Bits bzw. der weiteren Bitfolge (f) gewonnen werden.
Datenkommunikationssystem (9) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei welchem das Übertragungssignal (6a) und das zweite Übertragungssignal (6b) unmittelbar hintereinander übertragen werden.
Datenkommunikationssystem (9) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei welchem zwischen dem Übertragungssignal (6) und dem zweiten Übertragungssignal (6b) weitere Übertragungssignale übertragen werden.
Sendeeinheit (11), welche so ausgestaltet ist, dass sie in einem Datenkommunikationssystem (9) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 verwendbar ist.
Empfangseinheit (13), welche so ausgestaltet ist, dass sie in einem Datenkommunikationssystem (9) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 verwendbar ist.
Datenübertragungsverfahren, insbesondere zur Verwendung in einem Datenkommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei von einer Sendeeinheit (11) aus modulierte Übertragungssignale (3, 6a, 6b) an eine Empfangseinheit (13) übertragen werden, und wobei jedem zu übertragenden Bit oder Bitfolge (a) ein Übertragungssignal (3) bestimmter Amplitude (A1) und Phase (φ1) zugeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitige Nutzdaten und zur Kanalschätzung zu verwendende Referenzdaten übertragen werden und mittels der Sendeeinheit abwechselnd Informationen bezüglich der Amplitude der Nutzdaten und der Phase der Referenzdaten und Informationen bezüglich der Phase der Nutzdaten und einer Amplitude der Referenzdaten ausgesendet werden.