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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen eines analogen Datenstroms von einem Datenstromsender zu einem Datenstromempfänger, und betrifft insbesondere ein Verfahrung und eine Schaltungsanordnung eines Datenstromsenders in diskreten Mehrfachtonsystemen, bei welchen Einschwingvorgänge im Datenstromsender durch Bestimmen von Speicherwerten für senderseitige Filterungseinrichtungen unterdrückt werden.
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Üblicherweise wird für eine asymmetrische Datenstromübertragung über gewöhnliche Telefonleitungen ein Mehrfachton-Verfahren (DMT, Discrete Multitone, diskrete Multitonmodulation) eingesetzt, wobei gewöhnliche Telefonleitungen in herkömmlicher als asymmetrische digitale Teilnehmerleitungen (ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Line) ausgebildet sind.
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Ein wesentlicher Vorteil von ADSL-Übertragungstechniken besteht darin, dass herkömmliche Kabelnetze für eine Übertragung verwendet werden können, wobei üblicherweise miteinander verdrillte Kupfer-Doppeladern eingesetzt werden.
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Digitale Hochgeschwindigkeits-Teilnehmerleitungen nach dem Stand der Technik sind siehe beispielsweise in der Publikation „High-speed digital subscriber lines, IEEE Journal Sel. Ar. In Comm., Vol. 9, No. 6, August 1991” beschrieben.
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Unter den Übertragungsverfahren mit einer hohen Datenrate auf der Basis von digitalen Teilnehmerleitungen (DSL = Digital Subscriber Line) sind mehrere VDSL-(Very High Data Rate DSL = hochdatenratige DSL-)-Anordnungen bekannt, wobei hierfür z. B. Verfahren wie CAP (Carrierless Amplitude/Phase), DWMT (Discrete Wavelet Multitone), SLC (Single Line Code) und DMT (Discrete Multitone) einsetzbar sind. Bei dem DMT-Verfahren wird das Sendesignal aus mehrfachen sinusförmigen bzw. kosinusförmigen Signalen bereitgestellt, wobei jedes einzelne sinusförmige bzw. kosinusförmige Signal sowohl in der Amplitude als auch in der Phase modulierbar ist. Die somit erhaltenen mehrfachen modulierten Signalen werden als quadraturamplitudenmodulierte Signale (QAM = Quadrature Amplitude Modulation) bereitgestellt.
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In 4 ist ein herkömmlicher Datenstromsender gezeigt, in welchen über eine Dateneingabeeinrichtung 201 zu übertragende Daten 123 eingegeben werden. Die zu übertragenden Daten 123 werden einer Kodierungseinrichtung 202 zugeführt, in welcher die Daten zunächst kodiert und anschließend zu kodierten Datenblöcken 125 zusammengefasst werden, wobei je nach Stufigkeit eine vorgebbare Anzahl von zu übertragenden Bits einer komplexen Zahl zugeordnet werden. Schließlich werden die von der Kodierungseinrichtung 202 ausgegebenen, kodierten Datenblöcke 125 einer Rücktransformationseinrichtung 203 zugeführt.
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In herkömmlicher Weise transformiert die Rücktransformationseinrichtung 203 mittels einer inversen schnellen Fourier-Transformation (IFFT = Inverse Fast Fourier Transformation) die im Frequenzbereich vorliegenden Daten in den Zeitbereich, wobei aus N/2 komplexen Zahlen unmittelbar N Abastwerte eines Sendersignals erzeugt werden, wobei alle N Abtastwerte im Folgenden als ein diskretes Multitonsymbol (DMT-Symbol; DMT = Discrete Multitone) bezeichnet wird. Hierbei können die komplexen Zahlen als Amplitudenwerte von innerhalb eines Datenblocks auszusendenden Kosinus- und Sinusschwingungen (Realteil und Imaginärteil) bereitgestellt werden, wobei die Frequenzen gemäß der Beziehung: fi = i· 1 / T i = 1, 2, ... N/2 äquidistant verteilt sind. Hierbei bezeichnet T eine Zeitdauer für eine Übertragung eines diskreten Mehrfachtonsymbols und N eine Anzahl von Abtastwerten für ein diskretes Mehrfachtonsymbol. Beispielsweise setzen herkömmliche ADSL-DMT-Verfahren in einem „Downstream”-Modus, d. h. bei einer Datenübertragung von mindestens einer Vermittlungsstelle zu mindestens einem Teilnehmer, 256 Töne ein, welche jeweils als Sinustöne in Betrag und Phase modulierbar sind. Die Grundfrequenz beträgt hierbei 4,3 kHz und der Frequenzabstand zwischen aufeinanderfolgenden Tönen beträgt ebenfalls 4,3 kHz. Somit wird ein Frequenzspektrum von 4,3 kHz (Grundfrequenz) bis (4,3 kHz + 256 × 4,3 kHz) = 1,1 MHz übertragen. Jedes DMT-Symbol ist somit durch einen in Betrag und Phase modulierbaren Sinuston dargestellt, wobei üblicherweise pro Symbol maximal 15 Bit als komplexe Zahl dargestellt werden. Bei einer Übertragung eines derart ausgebildeten Mehrfachtonsignals tritt jedoch das Problem auf, dass durch den Übertragungskanal, der beispielsweise als eine verdrillte Kupfer-Doppeldrahtleitung ausgebildet sein kann, Einschwingvorgänge herbeigeführt werden, welche nach beispielsweise M Abtastwerten abgeklungen sind.
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In der Sendereinrichtung werden nach einer inversen schnellen Fourier-Transformation (IFFT = Inverse Fast Fourier Transformation) die letzten M Abtastwerte eines DMT-Symbols an einen Blockanfang angehängt, wobei die Beziehung gilt: M < N. Durch diese zyklische Erweiterung (zyklischer Präfix) kann dem Datenstromempfänger ein periodisches Signal vorgetäuscht werden, wenn der durch den Übertragungskanal verursachte Einschwingvorgang nach M Abtastwerten abgeklungen ist, wobei eine gegenseitige Störung unterschiedlicher DMT-Symbole, d. h. eine Intersymbolinterferenz (ISI) vermieden werden kann.
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Dadurch lässt sich in herkömmlichen Verfahren ein Entzerrungsaufwand in einer Entzerrungseinrichtung, welche in dem Datenstromempfänger angeordnet ist, beträchtlich verringern, da nach einer Demodulation des empfangenden analogen Datenstroms 101 im Datenstromempfänger nur eine einfache Korrektur mit dem inversen Frequenzgang des Übertragungskanals in der Korrektureinrichtung 112 vorgenommen werden muss.
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Ein wesentlicher Nachteil einer Datenübertragung nach dem ADSL-Verfahren über Kupferleitungen, bei dem Mehrfachtonsignale übertragen werden, besteht darin, dass lange Einschwingvorgänge auftreten. In herkömmlicher Weise wird daher der zyklische Präfix erweitert, um dem Datenstromempfänger ein periodisches Signal zu liefern. Im Verhältnis zu der DMT-Symbollänge N muss der zyklische Präfix jedoch klein gehalten werden, d. h. es muss die Beziehung gelten: M << N, da andernfalls in nachteiliger Weise eine Reduzierung der Übertragungskapazität auftritt.
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Bei dem ADSL-Standard wird für eine Datenübertragung von einem Teilnehmer zu einer Vermittlung beispielsweise eine DMT-Symbollänge von N = 64 und ein Wert eines zyklischen Präfix von M = 4 bereitgestellt. Um einen Einschwingvorgang auf den zyklischen Präfix zu begrenzen, wird bei dem bekannten Verfahren in der Vorverarbeitungseinrichtung, die in dem Datenstromempfänger angeordnet ist, eine spezielle Entzerrungseinrichtung für den Zeitbereich (TDEQ = Time Domain Equalizer) in Form eines adaptiven Transversalfilters bereitgestellt, welches mit einer Abtastrate Fs arbeitet (beispielsweise 276 kHz in der Vermittlungsstelle bei ADSL).
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Durch die notwendige Beschränkung der Länge des zyklischen Präfix auf beispielsweise M = 4, wie oben erwähnt, wird bei herkömmlichen Verfahren zum Übertragen eines analogen Datenstroms 101 eine Übertragungsgüte in nachteiliger Weise verschlechtert, da auch bei einem Einsatz einer Entzerrungseinrichtung in dem Datenstromempfänger eine erhebliche Intersymbolinterferenz (ISI) vorhanden ist.
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In nachteiliger Weise enthält ein üblicher Übertragungskanal weiterhin Hoch- und Tiefpässe, um den zu übertragenden analogen Datenstrom in seiner Bandbreite zu begrenzen, und um ein Außerbandrauschen bei Analog-Digital- und Digital-Analog-Umsetzern, welche beispielsweise als Sigma-Delta-Wandler ausgebildet sein können, zu unterdrücken.
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Insbesondere ist es nachteilig, dass bei einer Anregung von Tiefpässen mit DMT-Signalen Einschwingvorgänge auftreten, die in einem Frequenzbereich beträchtliche spektrale Anteile oberhalb des vorgesehenen Übertragungssignalbands aufweisen. Bei einer Abtastrate Es von beispielsweise 276 kHz ergeben sich durch Faltprodukte im Übertragungssignalband spektrale Anteile, welche von der in dem Datenstromempfänger angeordneten Entzerrungseinrichtung nicht eliminiert werden können. In nachteiliger Weise sind diese Faltprodukte als Störsignale im Übertragungssignalband enthalten, wodurch eine Übertragungsgüte verschlechtert wird.
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Ein im Zeitbereich erzeugtes Mehrfachtonsignal wird gemäß 4 anschließend in Form von DMT-Symbolen übertragen. Zur Bereitstellung eines analogen Sendersignals 211 wird ein Analog-Digital-Umsetzer für eine Umsetzung von einem digitalen Mehrfachtonsignal 303 in das analoge Sendersignal 211 bereitgestellt.
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Ein weiterer bekannter Datenstromsender ist in 5 dargestellt, wobei hier zusätzlich zu den in 4 veranschaulichten Komponenten eine erste Filterungseinrichtung 131' und eine zweite Filterungseinrichtung 132' zwischen der Rcktransformationseinrichtung 203 und dem Digital-Analog-Umsetzer 204 angeordnet sind.
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5 verdeutlicht, dass ein typischer Übertragungskanal Hoch- und Tiefpässe für eine Bandbegrenzung von Kanalübertragungssignalen enthält. Wie in 5 gezeigt, wird das diskrete Mehrfachtonsymbol (DMT-Symbol) 208 in der ersten Filterungseinrichtung 131' hochpassgefiltert, um ein gefiltertes diskretes Mehrfachtonsymbol 209' zu erhalten. Dieses gefilterte diskrete Mehrfachtonsymbol 209' wird in der zweiten Filterungseinrichtung 132' tiefpassgefiltert. Die zur Bandbegrenzung eingesetzten Filterungseinrichtungen 131' und 132' weisen den Nachteil auf, dass bei einer Anregung mit DMT-Symbolen Einschwingvorgänge auftreten, die eine Datenübertragungsrate begrenzen. Insbesondere dann, wenn Tiefpassfilter als Filterungseinrichtungen 131' bzw. 132' eingesetzt werden, treten im Frequenzbereich des Signalbandes wesentliche spektrale Anteile auf, die sich insbesondere bei einem kurzen zyklischen Präfix auswirken. Das von der zweiten Filterungseinrichtung 132' ausgegebene Zeitsignal wird schließlich, nach einer Digital-Analog-Umsetzung in einem Digital-Analog-Umsetzer übertragen, wobei unzweckmäßigerweise Einschwingvorgänge auftreten.
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Aus der
DE 198 58 106 A1 ist es bekannt, zur Reduzierung von „Zwischensymbolstörungen” von Präfixen Gebrauch zu machen, die verlängert oder gegeneinander versetzt werden.
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Aus der
DE 41 24 836 A1 ist ein Tastfrequenzenunterscheidendes(Hochpass-)Filter als IIR-Filter realisiert, das synchron zum Symboltakt jeweils neu initialisiert wird, wobei eine Filtereinschwingzeit Null erreicht werden kann. Dieses Filter dient insbesondere zur FSK-Demodulation. Details solcher Filter sind beispielsweise in der
DE 41 24 834 A1 beschrieben.
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Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Übertragen eines analogen Datenstroms von einem Datenstromsender zu einem Datenstromempfänger bereitzustellen, bei welchem Einschwingvorgänge durch Maßnahmen im Datenstromsender unterdrückt werden.
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Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren sowie durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, dass Einschwingvorgänge senderseitig dadurch unterdrückt werden, dass mindestens ein Filteranfangswert aus mindestens einem diskreten Mehrfachtonsymbol abgeleitet wird, um einer Speicherwertbestimmungseinrichtung zugeführt zu werden, welche wiederum mindestens eine im Datenstromsender angeordnete Filtereinrichtung mit Speicherwerten derart beaufschlagt, dass ein Ausbilden von Einschwingvorgängen verhindert wird.
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Es ist somit ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass durch eine Unterdrückung von Einschwingvorgängen eine Datenübertragungsrate optimiert wird.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Datenstromempfänger vereinfacht und kostengünstig ausgelegt werden kann, da im Datenstromempfänger dann lediglich Filtermaßnahmen geringerer Komplexität zur Reduzierung von Einschwingvorgängen bereitgestellt werden müssen.
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Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass in einem Übertragungskanal vorhandene Tiefpässe nur zu geringen spektralen Anteilen innerhalb des Signalbandes führen.
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Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einer sequenziellen Übertragung von diskreten Mehrfachtonsymbolen ein Ausbilden von Einschwingvorgänge bereits senderseitig verhindert wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Übertragen eines analogen Datenstroms von einem Datenstromsender zu einem Datenstromempfänger weist im Wesentlichen die folgenden Schritte auf:
- a) Eingeben von zu übertragenden Daten in eine Dateneingabeeinrichtung eines Datenstromsenders;
- b) Kodieren der zu übertragenden Daten in einer Kodierungseinrichtung, um kodierte Daten bereitzustellen;
- c) Zusammenfassen der kodierten Daten in Datenblöcken, wobei je nach einer Stufigkeit eine vorgebbare Anzahl von zu übertragenden Bits einer komplexen Zahl zugeordnet werden;
- d) Transformieren der kodierten Datenblöcke in mindestens ein diskretes Mehrfachtonsymbol in einer Transformationseinrichtung, wobei die Transformationseinrichtung eine Rücktransformation von einem Frequenzbereich in einen Zeitbereich darstellt, wie sie beispielsweise durch eine inverse schnelle Fourier-Transformation (IFFT = Inverse Fast Fourier Transformation) bereitgestellt wird;
- e) Extrahieren von mindestens einem Filteranfangswert aus dem mindestens einen diskreten Mehrfachtonsymbol in einer Extraktionseinrichtung, wobei eine einer Filterordnung entsprechende Anzahl von Signalendwerten des Mehrfachtonsymbols bereitgestellt werden;
- f) Weitergeben des mindestens einen Filteranfangswerts von der Extraktionseinrichtung zu einer Speicherwertbestimmungseinrichtung;
- g) Anlegen eines Rahmensynchronisationssignals an die Speicherwertbestimmungseinrichtung, um eine Rahmensynchronisation bei einer Übertragung von DMT-Symbolen bereitzustellen;
- h) Bestimmen mindestens eines Speicherwerts für mindestens eine Filterungseinrichtung in der Speicherwertbestimmungseinrichtung;
- i) Anlegen des mindestens einen Speicherwerts an die mindestens eine Filterungseinrichtung;
- j) Anlegen des mindestens einen diskreten Mehrfachtonsymbols an eine erste Filterungseinrichtung der mindestens einen Filterungseinrichtung, um ein gefiltertes diskretes Mehrfachtonsymbol bereitzustellen;
- k) Weitergeben des gefilterten diskreten Mehrfachtonsymbols an eine zweite Filterungseinrichtung der mindestens einen Filterungseinrichtung, die mit dem mindestens einen, in der Speicherwertbestimmungseinrichtung bestimmten Speicherwert beaufschlagt ist, um ein einschwingkompensiertes diskretes Mehrfachtonsymbol bereitzustellen;
- l) Umsetzen des einschwingkompensierten diskreten Mehrfachtonsymbols in ein analoges Sendersignal in einem Digital-Analog-Umsetzer; und
- m) Senden des analogen Sendersignals über einen Übertragungskanal, wobei das Sendersignal durch eine Leitungstreibereinrichtung verstärkbar ist.
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In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden die zu übertragenden Daten als digitale Datenwerte bereitgestellt.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird in den Datenblöcken eine vorgebbare Anzahl von zu übertragenden Bits zu jeweils einer komplexen Zahl zusammengefasst.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die mindestens eine komplexe Zahl als mindestens eine Kosinusschwingung entsprechend einem Realteil und als mindestens eine Sinusschwingung entsprechend einem Imaginärteil übertragen, wobei die Frequenzen der Kosinus- und Sinusschwingungen äquidistant verteilt sind.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden als Filteranfangswerte jeweils die ersten Datenwerte eines DMT-Symbols bereitgestellt. Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird zum Transformieren der kodierten Datenblöcke in mindestens ein diskretes Mehrfachtonsymbol in der Transformationseinrichtung eine inverse schnelle Fourier-Transformation bereitgestellt.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden Speicherwerte e-1, e-2 in der Speicherwertbestimmungseinrichtung aus Filteranfangswerten u0, u1 und Filterkoeffizienten b0, b1, a1 beispielsweise nach folgender Beziehung bestimmt: e-1 = (1 – b0)·u0 e-2 = u1·(1 – b0) + u0·(a1 – b1), wobei die obige Beziehung für ein spezifisches digitales Filter zweiter Ordnung mit vorgegebenem Speicherwert beispielhaft angegeben ist.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird eine der Filterordnung n der Filterungseinrichtung entsprechende Anzahl von Speicherwerten aus einer entsprechenden Anzahl von Filteranfangswerten in der Speicherwertbestimmungseinrichtung bestimmt.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird das analoge Sendersignal in den Übertragungskanal mittels einer Leitungstreibereinrichtung getrieben.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden die in der Speicherwertbestimmungseinrichtung bestimmten Speicherwerte entweder der ersten Filterungseinrichtung oder der zweiten Filterungseinrichtung zugeführt.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden die in der Speicherwertbestimmungseinrichtung bestimmten Speicherwerte sowohl der ersten Filterungseinrichtung als auch der zweiten Filterungseinrichtung zugeführt.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden die ersten beiden Datenwerte u0, u1 des diskreten Mehrfachtonsymbols einschließlich eines Präfix zur Bestimmung zweier Speicherwerte e-1, e-2 bereitgestellt, wenn eine Filterordnung zwei beträgt. Vorteilhafterweise wird bei einer höheren Filterordnung als zwei eine entsprechend höhere Anzahl an Datenwerten bereitgestellt.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird ein Extrahieren von mindestens einem Filteranfangswert aus dem mindestens einen diskreten Mehrfachtonsymbol in einer Extraktionseinrichtung nach jedem übertragenen Mehrfachtonsymbol bereitgestellt.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Übertragung eines analogen Datenstroms weist weiterhin auf:
- a) eine Dateneingabeeinrichtung zur Eingabe von zu übertragenden Daten;
- b) eine Kodierungseinrichtung zur Kodierung der zu übertragenden Daten und zur anschließenden Zusammenfassung in kodierte Datenblöcke;
- c) eine Transformationseinrichtung zur Transformation der kodierten Datenblöcke in mindestens ein diskretes Mehrfachtonsymbol, wobei die von der Transformationseinrichtung bereitgestellte Transformation eine Rücktransformation von dem Frequenzbereich in den Zeitbereich darstellt, und invers zu der im Datenstromempfänger bereitgestellten Transformation arbeitet;
- d) eine Extraktionseinrichtung zur Extraktion von mindestens einem Filteranfangswert aus mindestens einem diskreten Mehrfachtonsymbol, wobei als Filteranfangswerte jeweils die ersten Datenwerte eines diskreten Mehrfachtonsymbols bereitgestellt werden; und wobei ein Extrahieren von mindestens einem Filteranfangswert (126a–126n) aus dem mindestens einen diskreten Mehrfachtonsymbol (208) in der Extraktionseinrichtung (127) nach jedem übertragenen diskreten Mehrfachtonsymbol (208) durchgeführt wird;
- e) eine Speicherwertbestimmungseinrichtung zur Bestimmung mindestens eines Speicherwerts und zum Anlegen des Speicherwerts an mindestens eine Filterungseinrichtung in Abhängigkeit von dem mindestens einen Filteranfangswert und einem an die Speicherwertbestimmungseinrichtung angelegten Rahmensynchronisationssignal, welches eine Synchronisation mit dem Rahmenformat des Mehrfachtonsymbols bereitstellt;
- f) einen Digital-Analog-Umsetzer zur Umsetzung eines an die mindestens eine Filterungseinrichtung angelegten und durch die mindestens eine Filterungseinrichtung einschwingkompensierten diskreten Mehrfachtonsymbols in ein analoges Sendersignal, wobei die mindestens eine Filterungseinrichtung (131, 132) eine erste Filterungseinrichtung (131) und eine zweite Filterungsein-richtung (132) umfasst, wobei die erste Filterungseinrichtung (131) eingerichtet ist, das diskrete Mehrfachtonsymbol zu filtern und ein gefiltertes diskretes Mehrfachtonsymbol (209) bereitzustellen, und wobei die zweite Filterungseinrichtung (132) eingerichtet ist, mit dem mindestens einen in der Speicherwertbestimmungseinrichtung (128) bestimmten Speicher-wert (130a–130n; e-1, e-2) beaufschlagt zu werden und das gefilterte diskrete Mehrfachtonsymbol (209) zu filtern, um das einschwingkompensierte diskrete Mehrfachtonsymbol (210) bereitzustellen; und
- g) einen Übertragungskanal zur Übertragung des analogen Sendersignals, wobei vor einer Übertragung eine Verstärkung des zu übertragenden analogen Sendersignals bereitgestellt werden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Schaltungsanordnung zur Übertragung eines analogen Datenstroms von einem Datenstromsender zu einem Datenstromempfänger, wobei Einschwingvorgänge unterdrückt werden, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2a ein Blockbild einer Übertragungsstrecke für Mehrfachtonsymbole mit Datenstromsender, Übertragungskanal und Datenstromempfänger;
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2b schematisch einen Aufbau eines Mehrfachtonsymbols mit zyklischem Präfix;
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3 die in 2a veranschaulichte Übertragungsanordnung zum Übertragen eines analogen Datenstroms in größerem Detail als eine Gesamtstrecke;
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4 eine Detailanordnung eines Datenstromsenders ohne Filtereinrichtungen nach dem Stand der Technik;
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5 ein Blockbild eines herkömmlichen Datenstromsenders mit einer ersten Filterungseinrichtung und einer zweiten Filterungseinrichtung; und
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6 eine Filterungseinrichtung zweiter Ordnung, die mit Speicherwerten aus einer Speicherwertbestimmungseinrichtung beaufschlagt wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.
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2a zeigt ein prinzipielles Blockbild einer Anordnung zum Übertragen eines analogen Datenstroms nach dem DMT-Verfahren, wobei der Datenstromsender 214, der Übertragungskanal 102 und der Datenstromempfänger 215 veranschaulicht sind.
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Datenstromsender 214 und Datenstromempfänger 215 bestehen aus getrennt identifizierbaren Blöcken, welche im Folgenden kurz beschrieben werden. Eine Dateneingabeeinrichtung 201 dient zur Eingabe von zu übertragenden Daten, wobei die eingegebenen Daten an eine Kodierungseinrichtung 202 weitergegeben werden. In der Kodierungseinrichtung 202 wird der Datenstrom entsprechend einem herkömmlichen Verfahren dekodiert und einer Rücktransformationseinrichtung 203 zugeführt.
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Die Rücktransformationseinrichtung 203 stellt eine Transformation von den im Frequenzbereich vorliegenden Daten in Daten bereit, die im Zeitbereich vorliegen. Die Rücktransformationseinrichtung 203 kann beispielsweise durch eine Einrichtung bereitgestellt werden, in welcher eine inverse schnelle Fourier-Transformation (IFFT = Inverse Fast Fourier Transformation) durchgeführt wird.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die in der Rücktransformationseinrichtung 203 durchgeführte Transformation von dem Frequenzbereich in den Zeitbereich eine zu derjenigen Transformation inverse Transformation darstellt, welche die Transformationseinrichtung 110 ausführt.
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Schließlich erfolgt eine Umsetzung des von der Rücktransformationseinrichtung 203 ausgegebenen digitalen Datenstroms in einen analogen Datenstrom mittels eines Digital-Analog-Umsetzers 204. Der nunmehr im Zeitbereich vorliegende, analoge Datenstrom wird einem Übertragungskanal 102 zugeführt, welcher die oben beschriebene Datenübertragung bereitstellt, wobei bei einer Übertragung eine Bandpass-, Hochpass- und/oder Tiefpass-Filterung sowie eine Beaufschlagung des analogen Datenstroms 101 mit Rauschen vorhanden sein kann. Der analoge Datenstrom 101 wird weiter dem in dem Datenstromempfänger 215 angeordneten Analog-Digital-Umsetzer 104 zugeführt, welcher den empfangenen analogen Datenstrom 101 in einen digitalen Datenstrom 103 umsetzt, wobei der umgesetzte digitale Datenstrom 103 der Transformationseinrichtung 110 zugeführt wird.
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Nach einer zu der in der Rücktransformationseinrichtung 203 inversen Transformation von dem Frequenzbereich in den Zeitbereich erfolgt nach einem Durchlaufen des transformierten Datenstroms durch eine Korrektureinrichtung (nicht gezeigt) und eine Bestimmungseinrichtung (nicht gezeigt) eine Dekodierung in der Dekodierungseinrichtung 117. Der dekodierte Datenstrom wird schließlich über die Datenausgabeeinrichtung 119 ausgegeben.
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In 2b ist ein Schema eines diskreten Mehrfachtonsymbols gezeigt, wobei der zu übertragende analoge Datenstrom als eine Sequenz von Mehrfachtonsymbolen bereitgestellt wird. Vor einer Weitergabe der in der Rücktransformationseinrichtung 203 transformierten Daten an den Digital-Analog-Umsetzer 204 werden die letzten M Abtastwerte eines Mehrfachtonsymbols an den Blockanfang nochmals angehängt, wodurch ein zyklischer Präfix definiert ist und wobei gilt: M < N
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Auf diese Weise kann einem Datenstromempfänger ein periodisches Signal vorgetäuscht werden, wenn der durch den Übertragungskanal verursachte Einschwingvorgang nach M Abtastwerten. abgeklungen ist, d. h., es tritt keine Intersymbolinterferenz (ISI) auf.
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Wie in 2b gezeigt, weist das ursprüngliche Mehrfachtonsymbol eine Länge von N Abtastwerten, beispielsweise N = 64 auf, während beispielsweise die letzten vier Werte als ein zyklischer Präfix 212 an den DMT-Symbolanfang 205 gesetzt werden, wobei gilt: M = 4.
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Die Gesamtlänge eines Mehrfachtonsymbols 208 beträgt nun mit den an den Symbolanfang 205 angehängten DMT-Symbolendwerten 213 M + N von dem Präfixanfang 207 bis zu dem DMT-Symbolende 206.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl der zyklisch den Symbolanfang 205 angehängten DMT-Symbolendwerte 213 möglichst gering gehalten werden muss, d. h. M << N, um eine möglichst geringe Reduzierung der Übertragungskapazität und -güte zu erhalten.
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In einem weiteren Beispiel besteht ein Mehrfachtonsymbol 208 aus 256 komplexen Zahlen, was bedeutet, dass 512 Zeitproben (Real- und Imaginärteil) als ein periodisches Signal übertragen werden müssen. In diesem Beispiel berechnet sich, wenn eine Anzahl von 32 DMT-Symbolendwerten 213 als zyklischer Präfix 212 an den Symbolanfang kopiert werden, eine Gesamtlänge der zu übertragenden Zeitprobe zu 544, was bei einer maximalen Tonfrequenz eines DMT-Signals von 2,208 MHz eine Abtastdauer TA von 544 × 10–6/2,208 Sekunden bzw. 0,25 ms ergibt, wobei sich die Symbolübertragungsfrequenz aus fDMT = 1/TA ≈ 4 kHz berechnet.
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1 zeigt ein Blockbild eines Datenstromsenders, in welchem eine erste Filterungseinrichtung 131 und eine zweite Filterungseinrichtung 132 mit Speicherwerten 130a–130n derart vorgeladen werden, dass eine Unterdrückung von Einschwingvorgängen bereits senderseitig bereitgestellt wird. Zu übertragende Daten 123 werden in die Dateneingabeeinrichtung 201 eingegeben, in einer Kodierungseinrichtung 202 kodiert und zu kodierten Datenblöcken 125 zusammengefasst, wie obenstehend beschrieben.
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Die kodierten Datenblöcke 125 werden der Rücktransformationseinrichtung 203 zugeführt, welche durch eine inverse Transformation von einem Frequenzbereich in einen Zeitbereich einen digitalen Datenstrom in Form von diskreten Mehrfachtonsymbolen (DMT-Symbolen) 208 bereitstellt.
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Der DMT-Symboldatenstrom 208 wird über eine Extraktionseinrichtung 127 der ersten Filtereinrichtung 131 zugeführt. In der Extraktionseinrichtung 127 erfolgt eine Extraktion von Filteranfangswerten 126a–126n, wobei sich die Anzahl der extrahierten Filteranfangswerte n nach der Ordnung der ersten Filterungseinrichtung 131 und/oder der zweiten Filterungseinrichtung 132 richtet. Wird beispielsweise, wie untenstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben werden wird, ein Filter zweiter Ordnung eingesetzt, so werden zwei Filteranfangswerte 126a und 126b in der Extraktionseinrichtung 127 extrahiert, wobei, wie bereits obenstehend ausgeführt, die ersten beiden Datenwerte eines Mehrfachtonsymbols einschließlich des zyklischen Präfix, wie in 2b veranschaulicht, weitergegeben werden.
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Die Filteranfangswerte 126a–126n werden der Speicherwertbestimmungseinrichtung 128 zugeführt, wobei die Speicherwertbestimmungseinrichtung weiterhin ein Rahmensynchronisationssignal 129 zur Synchronisation bezüglich einer Übertragung des zu übertragenden Datenstroms in Form von Mehrfachtonsymbolen synchronisieren.
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Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl in dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beispielhaft Filter zweiter Ordnung dargestellt sind, Filter einer davon unterschiedlichen Ordnungszahl eingesetzt werden können. Bei dem hier veranschaulichten und untenstehend unter Bezugnahme auf 6 näher beschriebene Filter zweiter Ordnung werden in der Speicherwertberechnungseinrichtung 128 Speicherwerte 130a–130n entsprechend der folgenden Formel berechnet, wobei die für ein Filter zweiter Ordnung bereitgestellten Filteranfangswerte mit u0 und u1 bezeichnet werden, während die bereitgestellten Speicherwerte als e-1 und e-2 bezeichnet werden: e-1 = (1 – b0)·u0 e-2 = u1·(1 – b0) + u0·(a1 – b1) wobei zweite Filterkoeffizienten mit b0 und b1 bezeichnet sind, während erste Filterkoeffizienten mit a1 bezeichnet sind.
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Die Filterkoeffizienten entsprechen dem in 6 gezeigten rekursiven Filter zweiter Ordnung. Die berechneten Speicherwerte e-1, e-2 bzw. 130a–130n (für eine beliebige Filterordnung n) werden schließlich der ersten Filterungseinrichtung 131 und der zweiten Filterungseinrichtung 132 zugeführt. Diese Speicherwerte werden zum Vorladen der ersten Filterungseinrichtung 131 und/oder der zweiten Filterungseinrichtung 132 bereitgestellt, um somit Einschwingvorgänge dadurch zu reduzieren, dass die Speicherwerte e-1 und e-2 in eine Berechnung der Ausgangswerte der Filtereinrichtung eingehen, wie unter Bezugnahme auf 6 beschrieben werden wird.
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In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann eine erste Filterungseinrichtung 131 durch ein Hochpassfilter bereitgestellt werden, während die zweite Filterungseinrichtung 132 durch ein Tiefpassfilter bereitgestellt werden kann. Insbesondere dann, wenn Tiefpassfilter mit DMT-Symbolen angeregt werden, treten Einschwingvorgänge auf, die im Frequenzbereich beträchtliche spektrale Anteile oberhalb des eigentlichen Übertragungsbands aufweisen.
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Durch das erfindungsgemäße Vorladen der Speicher der Filterungseinrichtung 132 mit Speicherwerten e-1 und e-2 werden diese Einschwingvorgänge wesentlich reduziert. Während die erste Filterungseinrichtung 131 das diskrete Mehrfachtonsymbol 208 in ein gefiltertes diskretes Mehrfachtonsymbol 209 umsetzt, wird durch eine weitere Filterung mit der erfindungsgemäßen, vorgeladenen zweiten Filterungseinrichtung 132 aus dem gefilterten diskreten Mehrfachtonsymbol 209 ein einschwingkompensiertes diskretes Mehrfachtonsymbol 210 erzeugt, welches anschließend, wie bereits unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben, einem herkömmlichen Digital-Analog-Umsetzer 204 zugeführt wird.
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Das durch eine in dem Digital-Analog-Umsetzer 204 durchgeführte Digital-Analog-Umsetzung erhaltene analoge Sendersignal 211 wird schließlich einer Leitungstreibereinrichtung 304 zugeführt, in der eine Verstärkung des analogen Datenstroms und/oder ein Treiben des analogen Datenstroms in den Übertragungskanal 102 erfolgt.
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6 zeigt ein rekursives Filter zweiter Ordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Während sich die Nummern als Bezugszeichen auf eine beliebige Filterordnung beziehen, entsprechen die Filteranfangswerte u0 und u1 einem Filter zweiter Ordnung, die der Speicherwertbestimmungseinrichtung 128 wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, zugeführt werden.
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Weiterhin wird der Speicherwertbestimmungseinrichtung 128 ein Rahmensynchronisationssignal 129, wie obenstehend erläutert, zugeführt. z–1 bedeutet jeweils ein Verzögerungselement gemäß einer z-Transformation, während die ersten Filterkoeffizienten mit a1 und a2 und die zweiten Filterkoeffizienten mit b0, b1 und b2 bezeichnet sind.
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In dem in 6 gezeigten rekursiven Filter zweiter Ordnung sind drei Summationseinrichtungen 606 bereitgestellt, um das über einen Filtereingangsanschluss 601 zugeführte, mit den zweiten Filterkoeffizienten 605a, 605b und 605c gewichtete diskrete Mehrfachtonsymbol 208 mit dem durch die ersten Filterkoeffizienten a1 und a2 gewichteten einschwingkompensierten diskreten Mehrfachtonsignal 210 zu überlagern, wobei durch die rekursive Anordnung des Filters die ersten Filterkoeffizienten a1 und a2 mit negativem Vorzeichen versehen sind. Das einschwingkompensierte, diskrete Mehrfachtonsymbol wird über einen Filterausgangsanschluss 602 ausgegeben.
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Mit den durch die Speicherwertbestimmungseinrichtung 128 bestimmten Speicherwerten, die in die Speicherelemente (z–1) des Filters zweiter Ordnung eingeschrieben werden, ergibt sich eine Bestimmung von Filterausgangswerten yk gemäß den folgenden Gleichungen: yk = b0·uk + ek-1 ek-1 = –yk·a1 + b1·uk + ek-2 ek-2 = –yk·a2 + b2·uk wobei erkennbar ist, dass die Speicherinhalte ek-1 und ek-2 in die Berechnung der Ausgangswerte des Filters eingehen.
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Die erste Filterungseinrichtung 131 und die zweite Filterungseinrichtung 132 können weiterhin als eine Einheit in einer Anordnung eines rekursiven Filters ausgebildet sein, wobei dieser Filtereinheit einmal Speicherwerte 130a–130n von der Speicherwertbestimmungseinrichtung 128 zugeführt werden.
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Weiterhin kann die in dem in 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel dargestellte Filteranordnung, bei welcher die erste Filterungseinrichtung 131 als ein Hochpassfilter ausgebildet ist, während die zweite Filterungseinrichtung 132 als ein Tiefpassfilter ausgebildet ist, umgekehrt werden, so dass die erste Filterungseinrichtung 131 auf die zweite Filterungseinrichtung 132 folgend angeordnet ist.
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Bezüglich der in den 4 und 5 dargestellten Schaltungsanordnungen von herkömmlichen Datenstromsendern wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Analoger Datenstrom
- 102
- Übertragungskanal
- 103
- Digitaler Datenstrom
- 104
- Analog-Digital-Umsetzer
- 105
- Entzerrungseinrichtung
- 106
- Entzerrter digitaler Datenstrom
- 107
- Dezimationseinrichtung
- 108
- Abtastrate
- 109
- Dezimierter entzerrter digitaler Datenstrom
- 110
- Transformationseinrichtung
- 111a–111n
- Transformationssignale
- 112
- Korrektureinrichtung
- 113a–113n
- Korrigierte Transformationssignale
- 114
- Betragssignal
- 115
- Phasensignal
- 116
- Bestimmungseinrichtung
- 117
- Dekodierungseinrichtung
- 118
- Dekodierter Datenstrom
- 119
- Datenausgabeeinrichtung
- 120
- Symbolrate
- 121
- Überlagerungseinrichtung
- 122
- Rauschsignal
- 123
- Zu übertragende Daten
- 125
- Kodierte Datenblöcke
- 126a–126n, u0, u1
- Filteranfangswerte
- 127
- Extraktionseinrichtung
- 128
- Speicherwertbestimmungseinrichtung
- 129
- Rahmensynchronisationssignal
- 130a–130n, e-1, e-2
- Speicherwerte
- 131, 131'
- Erste Filterungseinrichtung
- 132, 132'
- Zweite Filterungseinrichtung
- 201
- Dateneingabeeinrichtung
- 202
- Kodierungseinrichtung
- 203
- Rückransformationseinrichtung
- 204
- Digital-Analog-Umsetzer
- 205
- DMT-Symbolanfang
- 206
- DMT-Symbolende
- 207
- Präfixanfang
- 208
- Diskretes Mehrfachtonsymbol („discrete multi tone”, DMT-Symbol)
- 209, 209'
- Gefiltertes diskretes Mehrfachton-Symbol (DMT-Symbol)
- 210
- Einschwingkompensiertes, diskretes Mehrfachton-Symbol (DMT-Symbol)
- 211
- Analoges Sendersignal
- 212
- Präfix
- 213
- DMT-Symbolendwerte
- 214
- Datenstromsender
- 215
- Datenstromempfänger
- 301
- Vorverarbeitungseinrichtung
- 302
- Vorverarbeiteter digitaler Datenstrom
- 303
- Mehrfachtonsignal
- 304
- Leitungstreibereinrichtung
- 601
- Filtereingangsanschluss
- 602
- Filterausgangsanschluss
- 603a–603n
- Filterspeicherelemente (n: Filterordnung)
- 604a–604n, a1, a2
- Erste Filterkoeffizienten
- 605a–605m, b0, b1, b2
- Zweite Filterkoeffizienten (m = n + 1)
- 606
- Summationseinrichtungen
