DE10154644C2

DE10154644C2 - Verfahren und Vorrichtung zur optimierten ADSL-Datenübertragung

Info

Publication number: DE10154644C2
Application number: DE10154644A
Authority: DE
Inventors: Stephan Binde
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Provenance Asset Group LLC
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2003-12-11
Anticipated expiration: 2021-11-08
Also published as: DE10154644A1; AU2002349282A1; EP1442571A2; US20060245366A1; CN1653770A; WO2003041352A2; WO2003041352A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optimierten ADSL-Datenübertragung, vorzugsweise gemäß dem Standard T1.413 oder ITU G992.1, bei dem durch das Auftreten einer Leitungsstörung eine Trainings-Prozedur zur Ermittlung der größtmöglichen Datenübertragungsrate initiiert wird.

ADSL-Verfahren (ADSL = asymmetrical digital subscriber line = asymmetrische digitale Amtsleitung) sind in der Telekommuni kation allgemein bekannt. Das ADSL-Verfahren ist ein Hoch geschwindigkeits-Datenübertragungsverfahren über eine, meist bereits bestehende POTS-Telefonverkabelung. Es handelt sich dabei um ein asymmetrisches breitbandiges Datenübertragungs verfahren, welches auf die herkömmliche Kupferdoppelader im Anschlussbereich geschaltet wird. Zur ADSL-Kommunikation muss auf beiden Seiten der Anschlussleitung, nämlich sowohl auf der Ortsvermittlungsstelle als auch der Teilnehmerseite, ein ADSL-Modem installiert sein. Hierbei wird die Übertragung be züglich ihrer benutzten Frequenzen in drei Kanäle aufgeteilt, den sogenannten Downstream-Kanal vom Dienstanbieter zum End kunden, den Upstream-Kanal vom Endkunden zum Dienstanbieter und einen Kanal, über den durch Vorschalten eines sogenannten Splitters gleichzeitig die PSTN- und ISDN-Kommunikation er folgen kann. Weiterhin wird das zu übertragende Signal des upstream- bzw. downstream-Kanals in eine Vielzahl von Teilsi gnalen (frequency bins) unterteilt, die über verschiedene Trägerfrequenzen übertragen werden.

Derzeitig benutzte Standard-Spezifikationen für diese Art der Datenübertragung sind beispielsweise die Standards T1.413 oder ITU G992.1. Bei diesen standardisierten ADSL-Datenüber tragungsverfahren orientiert sich die maximale Datenübertra gungsgeschwindigkeit individuell, also bezogen auf die jeweilige Leitungsverbindung, an der Qualität der jeweiligen Über tragungsleitung. Hierzu wird eine Trainings-Prozedur durchge führt, bei der durch Vermessung der Leitung im Zeit- und Fre quenzbereich die maximal mögliche Geschwindigkeit der Daten übertragung ausgetestet wird, um eine möglichst hohe Effi zienz der Datenleitung zur Verfügung stellen zu können.

Da die betriebenen Leitungen ständig Änderungen und Störungen unterliegen, welche die maximal mögliche Datenübertragungsra te beeinflussen, wird - entsprechend den oben genannten Stan dards - durch das Auftreten einer Störung ein neues Training initiiert, um die jeweils der aktuell geänderten Situation angepasste maximal mögliche Datenübertragungsrate festzustel len und anschließend die entsprechende Datenleitung mit die ser neuen optimierten Datenübertragungsrate zu betreiben. Zu beachten ist hierbei, dass nur das Auftreten eines Störungs ereignisses zu einer Neubewertung der Datenleitung führt. Tritt keine Störung auf, so bleibt der zuletzt ermittelte Wert der maximal möglichen Datenübertragungsrate bestehen.

Betrachtet man die oben genannten Standardverfahren, so er gibt sich das Problem, dass im Falle einer auftretenden Stö rung, welche sich über die Trainingszeit erstreckt und danach wieder wegfällt, eine wesentlich zu kleine Datenübertragungs rate erzeugt wird, obwohl aufgrund des Wegfalls der Störung technisch eine höhere Datenübertragungsrate möglich wäre.

Ein Lösungsansatz für dieses Problem ist aus der Patent schrift US 5,999,540 bekannt. Hier wird zusätzlich zu dem einmaligen Training versucht, im Anschluss an dieses Training die Ergebnisse des Trainings zu optimieren, indem in einer Tabelle typische Datenübertragungsraten mit typischen Signal zu Rausch-Verhältnissen niedergelegt sind und die aktuellen Ergebnisse des Trainings mit diesen empirisch gewonnenen Da ten verglichen werden. Weicht das Ergebnis des Trainings zu weit zu den empirisch ermittelten Situationen ab, so wird ein erneutes Training initiiert. Hierdurch wird aber letztendlich nur die Dauer des Trainings etwas vergrößert, wobei bei einer einmal eingestellten Datenübertragungsrate anschließend keine Adaption auf eine sich tatsächlich verbesserte Situation der Datenübertragungsqualität vorgesehen ist. Dies bedeutet, dass auch bei diesem Verfahren, aufgrund einer ungünstig verlau fenden Trainingsperiode mit Störungen über diese Zeit und an schließendem Abbruch der Störung über längere Zeiten eine nicht optimale Datenübertragungsrate beibehalten wird.

Aus der Anmeldung DE 100 01 150 A1 ist ein Verfahren zur Be handlung von kontinuierlich auftretenden Übertragungsfehlern bekannt.

Aus der WO 00/39977 A1 ist eine Methode bekannt, um eine op timierte Kanalimpulsantwort eines bidirektionalen Datenkommu nikationssystems zu bestimmen, wobei sich die optimierte Übertragungssignalcharakteristik auf die Konstellationsgröße und die spektrale Verteilung bezieht.

Aus der WO 99/18701 A1 ist eine weitere Fast-Retrain-Prozedur bekannt.

Aus der US 5 479 447 ist eine Bit-Swapping Methode bekannt, bei der bei Einwirkung einer Störung die zu übertragenden Bits von einem gestörten Träger auf andere nicht oder weniger gestörte Träger unter einem Energieoptimierungskriterium ver teilt werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optimierten ADSL-Datenübertragung zu finden, welche einerseits verhindern, dass bei Leitungsstörungen, die zufälliger Weise nur in die Trainingszeit fallen, auf Dauer eine zu geringe tatsächliche Datenübertragungsrate gegenüber der technisch möglichen Datenübertragungsrate bewirkt wird und andererseits vermeiden, dass die Nutzdatenübertragung durch wiederholtes Training unterbrochen wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Pa tentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin dung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.

Der Erfinder hat erkannt, dass bei den derzeit üblichen Opti mierungsverfahren der ASDL-Datenübertragung, die aufgrund ei ner anfänglichen Trainingsphase versuchen ihre tatsächlich mögliche Datenübertragungsrate der technisch möglichen Daten übertragungsrate anzupassen, Situationen auftreten, in denen aufgrund einer Störung, deren Zeitdauer im Wesentlichen der Trainingsdauer entspricht, anschließend wesentlich zu geringe tatsächliche Datenübertragungsraten auftreten. Da danach kei ne weiteren Störungsimpulse auftreten, wird auch kein neues Training angestoßen, so dass die tatsächliche Datenübertra gungsrate über längere Dauer weit unter der technisch mögli chen Datenübertragungsrate liegen bleibt. Diese ungünstige Situation lässt sich dadurch verhindern, dass während der Da tenübertragung im Anschluss an ein zuvor durchgeführtes Trai ning sukzessive versucht wird, die Datenübertragungsrate leicht zu erhöhen, wobei gleichzeitig die Veränderung der oh nehin im ADSL-Verfahren vorliegenden Fehlerzähler beobachtet wird, so dass erkannt werden kann, wenn die Datenübertra gungsrate sich in einen Bereich begibt, bei dem zu große Da tenübertragungsfehler auftreten, so dass hier die Datenüber tragungsrate wieder leicht zurückgenommen werden kann. Im Er gebnis wird somit stetig ein Ansteigen der Datenübertragungs rate versucht und falls man sich im Bereich der maximal mög lichen Datenübertragungsrate bewegt, eine Schwankung um diese technisch mögliche Datenübertragungsrate mit geringer Schwan kungsbreite erreicht. Als Indikator für das Überschreiten der bestmöglichen Datenübertragungsrate werden die ohnehin im ADSL-Verfahren vorliegenden Fehlerindikatoren, wie beispiels weise der HEC-Fehler (HEC = header error check = Kopffehler prüfung) der CRC-Fehler (CRC = cyclic redundancy checksum = Zyklische Blockprüfung) oder SES-Zähler (SES = severly erro red seconds = fehlerbehaftete Sekunden) des ADSL-Verfahrens nach T1.413 oder ITU G992.1, benutzt.

Entsprechend diesem zu Grunde liegenden Erfindungsgedanken schlägt der Erfinder vor, das Verfahren zur optimierten ADSL- Datenübertragung, vorzugsweise gemäß dem Standard T1.413 oder ITU G992.1, bei den durch das Auftreten einer Leitungsstörung eine Trainings-Prozedur zur Ermittlung der größtmöglichen Da tenübertragungsrate initiiert werden, dahingehend zu verbes sern, dass auch während einer ungestört verlaufenden Daten übertragungszeit im Anschluß an eine Trainingsphase durch sukzessive Steigerung der genutzten Bitrate auf mindestens einem Übertragungsband und Beobachtung von Fehlerzählern eine möglichst hohe Datenübertragungsrate eingestellt wird, ohne ein neues Training durchzuführen.

Es ist darauf hinzuweisen, dass im Sinne der Erfindung unter Training eine tatsächliche Unterbrechung der Datenübertragung gemeint ist, bei der durch entsprechende Testdatenübertragung die maximal mögliche Datenübertragungsrate ermittelt wird. Dabei wird ein Pseudo-Zufallszahlenmuster als analoges Signal auf die Leitung gegeben und dem Empfänger übermittelt. Dieser Empfänger kann aufgrund der Veränderungen dieser ihm bekann ten Zufallszahlenfolge auf die Eigenschaften der Leitung schließen und seine Entzerrerkoeffizienten so einstellen, dass die Leitungsverzerrungen bestmöglich kompensiert werden.

Erfindungsgemäß kann dieser zu Grunde liegende Gedanke einer seits dadurch verwirklicht werden, dass die Datenübertra gungsrate nur eines Nutzdaten übertragenden Frequenzbandes gesteigert also optimiert wird, oder andererseits dadurch, dass zur Ermittlung der maximal möglichen Datenübertragungs rate ein Frequenzband genutzt wird, über das bei diesem Vor gang keine Nutzdaten übertragen werden.

Außerdem wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Annähe rung an eine höhere Datenübertragungsrate stufenweise statt findet und anschließend je nach Erreichung der Datenübertra gungsqualität, um die optimale Datenübertragungsrate pendelt.

Neben dem oben genannten Verfahren schlägt der Erfinder auch eine Vorrichtung zur optimierten ADSL-Datenübertragung, vor zugsweise gemäß dem Standard T1.413 oder ITU G992.1, vor, bei der Mittel, vorzugsweise Programm-Mittel oder Programm-Module vorgesehen sind, die eines der zuvor beschriebenen Verfahren durchführen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Aus führungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 Schematische Darstellung einer ADSL-Verbindung;

Fig. 2a Kurzfristige Störung in einer ADSL-Verbindung während der Trainingsperiode;

Fig. 2b Mittelfristige Störung in einer ADSL-Verbindung während der Trainingsperiode;

Fig. 2c Langfristige Störung in einer ADSL-Verbindung während der Trainingsperiode;

Fig. 3 Störanpassungsverfahren zur Selbstkorrektur der tatsächlichen Bitrate;

Fig. 4 ADSL Frequenzbandcharakteristik mit Kennzeichnung eines Einzelbins zur optimierten Übertragung;

Fig. 5 ADSL-Baugruppe mit Modulen für das erfindungsge mäße Verfahren.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ADSL- Verbindung zwischen einem Endkunden 1 und einer Ortsvermitt lungsstelle 2, mit den beiden gerichteten Datenströmen 3 und 4 (Data Downstream und Data Upstream), mit der Einwirkung ei ner zeitlich begrenzten Störung, dargestellt durch den Pfeil 5.

Eine solche Störung 5 ist in den Fig. 2a bis 2c in einem Zeitdiagramm dargestellt. Die jeweils oben in den Figuren an geordneten Koordinatenachsen zeigen die Datenrate D über die Zeit t. Darunter ist zeitgleich die Störung S über die Zeit t aufgetragen.

Die Fig. 2a zeigt eine sehr kurzfristig auftretende Störung 5, die in dem darüber liegend angezeigten Diagramm eine Trai ningsphase T einleitet, während die Datenrate momentan auf 0 zurückfällt, da während des Trainings keine Nutzdaten über tragen werden.

Anschließend an die Trainingsphase wird in der Situation der Fig. 2a wieder die volle technisch mögliche Datenrate als maximal erreichbare Datenübertragungsrate ermittelt und mit dieser die Datenübertragung fortgeführt.

Die Fig. 2c zeigt eine Situation, bei der eine langanhalten de Störung 5 auftritt, die in ihrem Zeitverlauf wesentlich länger als die Trainingsphase T andauert, so dass tatsächlich auch im Anschluss an die Trainingsphase, aufgrund der Lei tungsstörungen, nur mit geringer Datenübertragungsrate weitergefahren werden kann, so dass nach der Trainingsphase T diese niedrigere Datenübertragungsrate beibehalten wird.

In der Fig. 2b ist schließlich die, der Erfindung im We sentlichen zu Grunde liegende Situation gezeigt, bei der die Störungen 5 über eine Zeit andauern, die in etwa der Trai ningsphase entspricht, so dass während des Trainings, auf grund der dort vorkommenden Störungen, eine niedrige, mögli che Datenübertragungsrate ermittelt und anschließend die Da tenübertragung auch mit dieser niedrigen Rate betrieben wird. Ungünstig ist hierbei, dass die Dauer der Störung lediglich der Dauer der Trainingsphase entsprach, so dass anschließend eigentlich eine höhere Datenrate möglich wäre, jedoch die Verbindung mit der niedrigeren Datenrate weiterbetrieben wird. Da keine weiteren Störungen auftreten, wird auch keine neue Trainingsphase eingeleitet, so dass sich eine ungünstige Übertragungsrate manifestiert, obwohl eigentlich eine höhere Datenübertragungsrate, wie sie gestrichelt gezeigt ist, durchführbar wäre.

Erfindungsgemäß wird nun in der Zeit der Datenübertragung im Anschluss an eine Trainingsphase, trotz des zuvor durchge führten Trainings, auch während der Datenübertragung ohne weitere Störungen stetig versucht die Datenübertragungsrate anzuheben, wobei gleichzeitig unter zu Hilfenahme von Fehler zählern - wie beispielsweise dem HEC-Fehler, dem CRC-Fehler oder dem SES-Zähler, die in den zuvor genannten Standards oh nehin zur Verfügung stehen - ausgewertet wird, ob die Erhö hung der Datenübertragungsrate zu schlechteren Ergebnissen führt. Bei einer Verbesserung des Ergebnisses wird eine wei tere Erhöhung der Datenübertragungsrate durchgeführt und bei einer Verschlechterung des Ergebnisses wird die Datenübertra gungsrate um eine kleine Stufe reduziert.

Grundsätzlich stehen für diese genannte Methode im ADSL- Verfahren zwei unterschiedliche Möglichkeiten zur Verfügung. Zum einen kann die Erhöhung der Datenübertragungsrate auf einem oder allen Nutzkanälen stattfinden, oder es kann ein be stimmtes Frequenzband ausgewählt werden, welches zum Auste sten der erhöhten Datenrate verwendet wird, wobei anschlie ßend das Ergebnis auf die anderen Frequenzbänder, über die die Nutzdaten übertragen werden, übernommen wird.

Die Fig. 3 zeigt die Situation des erst genannten Verfah rens. Hier ist - entsprechend den Fig. 2a bis 2c - im obe ren Koordinadensystem der Figur die Datenübertragungsrate D gegenüber der Zeit aufgetragen. Im Anschluss an eine normale Datenübertragung erfolgt eine Störung S, welche eine Trai ningsphase T initiiert und in etwa über die Zeitdauer der Trainingsphase anhält. Da anschließend das Störungssignal ausbleibt, wäre theoretisch die gestrichelt dargestellte technisch mögliche Datenübertragungsrate durchführbar, jedoch wurde aufgrund des Trainings während der Störung eine niedri gere mögliche Datenübertragungsrate festgestellt und die Da tenübertragung mit dieser niedrigen Rate begonnen. Die nun erfindungsgemäß durchgeführte sukzessive Anhebung der Daten rate, während der Übertragung der Nutzdaten, führt dazu, dass sich eine vorsichtige Annäherung der tatsächlich genutzten Datenübertragungsrate an die technisch mögliche Datenübertra gungsrate ergibt und nach der Annäherung an die technisch mögliche Datenrate im Bereich der technisch maximal möglichen Datenübertragungsrate "pendelt".

Die zweite Variante des kontinuierlichen Austestens der maxi mal möglichen Datenübertragungsrate ist in der Fig. 4 darge stellt. Diese zeigt eine Darstellung der Frequenzbänder einer ADSL-Verbindung, wobei zu Beginn die Frequenzen des POTS (= plain old telepone service) dargestellt sind, 26 bins für den upstream-Kanal (bins 6-31) und darauf folgend die 223 bins für den downstream-Kanal (bins 33-255). Im Frequenzband der downstream-Kanäle ist eine Frequenz f1 hervorgehoben. Diese wurde willkürlich ausgewählt, um über dieses Frequenz band das Herantasten der Datenübertragungsrate an die jeweils maximal mögliche Rate durchzuführen, wobei über dieses Frequenzband keine Nutzdaten übertragen werden. Stellt sich in diesem Frequenzband eine notwendige Erhöhung oder Erniedri gung der Datenübertragungsrate fest, so wird diese auch für die anderen Frequenzen des ADSL-Verfahrens genutzt.

Insgesamt wird also durch das erfindungsgemäße Verfahren ver hindert, dass durch eine Störung, die sich ausschließlich in der Trainingsphase zeigt, eine wesentlich zu geringe Daten übertragungsrate bei einer ADSL-Verbindung manifestiert.

Entsprechend dem Erfindungsgedanken schlägt der Erfinder auch eine Vorrichtung zur optimierten Datenübertragung in einem ADSL-Verfahren vor. Eine solche Vorrichtung ist in der Fig. 5 in Form einer Baugruppe (Linecard) 10 dargestellt, die in einer Ortsvermittlungsstelle eingebaut werden kann. Diese Baugruppe 10 verfügt über 8 Ports (Ein-/Ausgänge) 17 zum An schluß an 8 Teilnehmerleitungen. Hinter den 8 Ports 17 befin det sich jeweils ein Übertrager (Transformer 0 bis Transfor mer 8) 11 mit je einer Analog/Digital Wandler- und Verstär kerstufe (AFE 0 bis AFE 8, AFE = Analog Front End) 12, welche die Umwandlung zwischen analogen Leitungssignalen und digita len Datensequenzen ausführen.

Anschließend folgt je Leitung ein Texas Instruments TNETD4000 Chipsatz 13, in dem der ADSL-Standard gemäß T1.413 bezie hungsweise G992.1 implementiert ist. Hier kann entsprechend dem Erfindungsgedanken das erfindungsgemäße Verfahren durch Anpassung der Software und/oder Hinzufügung von entsprechen den Softwaremodulen 13.1 installieren werden.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung kann darin liegen, das erfindungsgemäße Verfahren im nachfolgenden Datencontrol ler (MPC860ESAR) 15 - hier gepunktet durch die Funktion 15.1 dargestellt - zu realisieren, so daß das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig und getrennt vom Standard-ADSL-Verfahren ablaufen kann.

Über den Baustein ATM-Phy 16, der mittels UTOPIA 22 (Univer sal Test & Operations Physical Interface for ATM) Bus an das ATM-Netz der Linecard angeschlossen ist, werden die Daten ins digitale ATM-Telekommunikationsnetz mit zwei redundant ausge legten Leitungen 20 und 21 nach ATM25 eingekoppelt, während über den Baustein DOLCE (Dedicated One Chip Linecard Control ler Extended) 14 die Sprachanteile ins analoge Telekommunika tionsnetz 24 geleitet werden. Dieses analoge Netz arbeitet auf der Leitung 18 mit Puls Code Modulierten (PCM) Sprachda ten, die im DOLCE-Prozessor 14 erzeugt werden. Der DOLCE- Baustein kann von höherer Ebene aus dem analogen Telekommuni kationsnetz durch eine Steuerschnittstelle 23 (CONTROL) über die Leitung 19 angesteuert werden.

Bezugszeichenliste

1

Endkunde (CPE = Customer Premises Equipment)

2

Ortsvermittlungsstelle (CO = Central Office)

3

Datenströme

5

Störung

10

Baugruppe

11

Übertrager

12

Wandler- und Verstärkerstufe

13

Chipsatz TI TNETD

4000

14

DOLCE (Dedicated One Chip Linecard Controller Extended)

15

Datencontroller MPC

860

ESAR

15.1

Softwaremodul

16

ATM-Phy

18

Leitung des analogen Telekommunikationsnetzes

19

Leitung zur Steuerschnittstelle

20

Leitung

21

Leitung

22

UTOPIA (Universal Test & Operations Physical Interface for ATM)

23

Steuerschnittstelle

24

Telekommunikationsnetz

25

ATM-Telekommunikationsnetz
D Datenrate
t Zeit
S Störung
T Trainingsphase
f Frequenz

Claims

1. Verfahren zur optimierten ADSL-Datenübertragung, vor zugsweise gemäß dem Standard T1.413 oder ITU G992.1, bei dem durch das Auftreten einer Leitungsstörung eine Trainings- Prozedur zur Ermittlung der größtmöglichen Datenübertragungs rate initiiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass auch während einer ungestört verlaufenden Datenübertra gungszeit im Anschluß an eine Trainingsphase (T) durch suk zessive Steigerung der genutzten Bitrate auf mindestens einem Übertragungsband und Beobachtung von Fehlerzählern eine mög lichst hohe Datenübertragungsrate eingestellt wird, ohne ein neues Training durchzuführen.

2. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der maximal möglichen Datenübertragungs rate die Datenübertragungsrate nur eines Nutzdaten übertra genden Frequenzbandes gesteigert wird.

3. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der maximal möglichen Datenübertragungs rate ein Frequenzband genutzt wird, über das bei diesem Vor gang keine Nutzdaten übertragen werden.

4. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Annäherung an eine höhere Datenübertragungsrate stu fenweise stattfindet und anschließend die tatsächliche Datenübertragungsrate um die optimale Datenübertragungsrate pen delt.

5. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Fehlerzähler der HEC-Fehler (HEC = header error check = Kopffehlerprüfung) des ADSL-Verfahrens nach T1.413 oder ITU G992.1 genutzt wird.

6. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Fehlerzähler der CRC-Fehler (CRC = cyclic redundancy checksum = Zyklische Blockprüfung) des ADSL-Verfahrens nach T1.413 oder ITU G992.1 genutzt wird.

7. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Fehlerzähler der SES-Zähler (SES = severly errored seconds = fehlerbehaftete Sekunden) des ADSL-Verfahrens nach T1.413 oder ITU G992.1 genutzt wird.