DE10154935A1

DE10154935A1 - Verfahren und Vorrichtung zur optimierten xDSL-Datenübertragung

Info

Publication number: DE10154935A1
Application number: DE2001154935
Authority: DE
Inventors: Stephan Binde; Daniel Berz; Chlodwig Neuhaeusler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-11-08
Filing date: 2001-11-08
Publication date: 2003-05-22
Also published as: EP1442572A2; WO2003041353A2; AU2002349284A1; WO2003041353A3; CN100481825C; CN1613238A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur xDSL-Datenübertragung, wobei in einer Datenverbindung mit einer größtmöglichen theoretischen Datenübertragungsrate R¶Tmax¶ die größtmögliche aktuell verfügbare Datenübertragungsrate R¶Amax¶ durch eine Trainings-Prozedur zwischen zwei Modems ermittelt wird, während der Datenübertragung im Anschluß an eine Trainingsphase (T) zumindest ein Modem an Hand aktuell gemessener SNR-Werte und sich daraus abgeleiteter Werte für die größtmögliche aktuell verfügbare Datenübertragungsrate R¶Amax¶ den Abstand R¶Diff¶ zwischen der größtmöglichen theoretischen Datenübertragungsrate R¶Tmax¶ dieser Verbindung und der größtmöglichen aktuell verfügbaren Datenübertragungsrate R¶Amax¶ bestimmt und im Falle eines Überschreitens eines Schwellwertes R¶DiffMax¶ ein neues Training einleitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optimierten xDSL-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.

xDSL-Verfahren (DSL = digital subscriber line = digitale Amtsleitung) sind in der Telekommunikation allgemein bekannt. Beispiele hierfür sind die speziellen ADSL-, IDSL-, RADSL-, SDSL-, HDSL, VDSL- und CDSL-Verfahren, bezüglich der Beschreibung auf "Lexikon der Datenkommunikation, Klaus Lipinski, ISBN 3-8266-4089-6 verwiesen wird. Das xDSL-Verfahren ist ein Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungsverfahren über eine, meist bereits bestehende POTS-Telefonverkabelung. Es handelt sich dabei um ein asymmetrisches breitbandiges Datenübertragungsverfahren, welches auf die herkömmliche Kupferdoppelader im Anschlussbereich geschaltet wird. Zur xDSL- Kommunikation muss auf beiden Seiten der Anschlussleitung, nämlich sowohl auf der Ortsvermittlungsstelle als auch der Teilnehmerseite, ein xDSL-Modem installiert sein. Hierbei wird die Übertragung bezüglich ihrer benutzten Frequenzen in drei Kanäle aufgeteilt, dem sogenannten downstream-Kanal vom Dienstanbieter zum Endkunden, dem upstream-Kanal vom Endkunden zum Dienstanbieter und einem Kanal, über den durch Vorschalten eines sogenannten Splitters gleichzeitig die PSTN- und ISDN-Kommunikation erfolgen kann.

Derzeitig benutzte Standard-Spezifikationen für diese Art der Datenübertragung sind beispielsweise die Standards T1.413 oder ITU G992.1. Bei diesen standardisierten xDSL-Datenübertragungsverfahren orientiert sich die maximale Datenübertragungsgeschwindigkeit individuell, also bezogen auf die jeweilige Leitungsverbindung, an der Qualität der jeweiligen physischen Übertragungsleitung. Um die optimale Datenübertragungsrate herauszufinden, wird jeweils beim Aufbau einer Datenübertragung eine Trainings-Prozedur durchgeführt, bei der durch individuelle Vermessung der Leitung im Zeit- und Frequenzbereich die maximal mögliche Geschwindigkeit der Datenübertragung ermittelt wird.

Da die betriebenen Leitungen ständig Änderungen und Störungen unterliegen, welche die maximal mögliche Datenübertragungsrate beeinflussen, wird auch - entsprechend den oben genannten Standards - durch das Auftreten einer länger andauernden Störung ein neues Training initiiert und die jeweils der aktuell geänderten Situation angepasste maximal mögliche Datenübertragungsrate festgestellt. Anschließend erfolgt der Betrieb der Datenleitung mit dieser neuen optimierten Datenübertragungsrate. Zu beachten ist hierbei, dass nur das Auftreten eines längeren Störungsereignisses zu einer Neubewertung der Datenleitung führt. Tritt keine Störung auf, so bleibt der zuletzt ermittelte Wert der maximal möglichen Datenübertragungsrate und damit die aktuell verwendete Datenübertragungsrate manifest.

In der Praxis ergibt sich nun das Problem, dass im Falle einer auftretenden Störung, welche sich zumindest über die Trainingszeit erstreckt, jedoch anschließend oder zumindestens nach einer gewissen Zeitdauer wieder wegfällt, eine wesentlich zu kleine Datenübertragungsrate ermittelt wird, obwohl aufgrund des Wegfalls der Störung technisch eine höhere Datenübertragungsrate möglich wäre.

Ein möglicher Lösungsansatz für dieses Problem ist aus der Patentschrift 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 Daten 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 und das Training optimiert, wobei jedoch auch hier 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 verlaufenden Trainingsperiode mit Störungen über diese Zeit und anschließendem Abbruch der Störung über längere Zeiten eine nicht optimale Datenübertragungsrate beibehalten wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optimierten xDSL-Datenübertragung zu finden, welche es verhindern, dass nach dem Abbruch von Leitungsstörungen, die sich zumindest über die Dauer der Trainingszeit erstrecken, auf Dauer eine zu geringe tatsächliche Datenübertragungsrate gegenüber der technisch möglichen Datenübertragungsrate verwendet wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.

Die Erfinder haben erkannt, dass bei den derzeit bekannten xDSL-Verfahren nach der Kontaktierung des Modems oder des xDSL-Netzabschlusses beim Endteilnehmer, der auch als Customer Premises Equipment (CPE) bezeichnet wird, mit dem xDSL- Modem im Amt, auch als Central Office-Modem (CO-Modem) bezeichnet, auf physikalischer Ebene, dem xDSL Physical Layer, ein Verbindungskanal aufgebaut wird. Bei diesem Verbindungsaufbau wird eine Trainingsphase durchlaufen, während der den einzelnen Trägersignalen abhängig vom Zustand des Übertragungskanals (Frequenzgang, Störeinkopplungen, etc.) und abhängig von der administrierten Bandbreite (Desired Maximun Rate) R_Dmax eine bestimmte Anzahl von Bits (jeweils 2-15) zugeordnet wird, die dem Träger mit geeigneten Verfahren aufmoduliert werden.

Erfolgt nun zufällig der Trainingsvorgang in einem Zeitfenster, in dem die Teilnehmerleitung großen Störungen ausgesetzt ist, so kann aufgrund des vorhandenen geringen Signal- Rausch Abstandes (SNR) nur eine Datenrate R_Amax trainiert werden, die in der Regel deutlich unter der gewünschten Maximaldatenrate R_Dmax liegt. Da das Zeitfenster der auftretenden Störungen jedoch nach Abschluß des Trainings beendet ist und ein erneutes Training nur entweder nach einem manuell ausgelösten Training oder dem Auftreten einer länger andauernden starken Störung des Übertragungskanals stattfindet, wird diese Verbindung mit einer deutlich zu niedrigen Datenrate betrieben.

Die Erfinder schlagen daher zur Beseitigung dieses teilweise auftretenden Mangels vor, das Verfahren zur optimierten xDSL- Datenübertragung zwischen einem ersten Modem (CO-Modem) und einem zweiten Modem (CPE-Modem), vorzugsweise gemäß dem Standard T1.413 oder ITU G992.1, bei dem in einer Datenverbindung mit einer größtmöglichen theoretischen Datenübertragungsrate R_Tmax die größtmögliche aktuell verfügbare Datenübertragungsrate R_Amax durch eine Trainings-Prozedur zwischen dem ersten und zweiten Modem ermittelt wird, dahingehend zu verbessern, dass während der Datenübertragung im Anschluß an eine Trainingsphase mindestens ein Modem an Hand aktuell gemessener SNR-Werte und sich daraus abgeleiteter Werte für die größtmögliche aktuell verfügbare Datenübertragungsrate R_Amax, den Abstand R_Diff zwischen der größtmöglichen theoretischen Datenübertragungsrate R_Tmax dieser Verbindung und der größtmöglichen aktuell verfügbaren Datenübertragungsrate R_Amax bestimmt und im Falle eines Überschreitens dieses Schwellwertes R_DiffMax ein neues Training eingeleitet wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Werte der größtmöglichen theoretischen Datenübertragungsrate R_TmaxDU, R_TmaxDD und/oder der größtmöglichen aktuell verfügbaren Datenübertragungsrate R_AmaxDU, R_AmaxDD und/oder der Abstand R_DiffDU, R_DiffDD individuell für die jeweilige Übertragungsrichtung bestimmt werden. Bei den angegebenen Indizes beschreiben die letzten beiden Buchstaben "DU" beziehungsweise "DD" die Datenübertragungsrichtung: "data upstream" zum CO-Modem während "data downstream" zum CPE-Modem zeigt.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass unterschiedliche Schwellwerte je Übertragungsrichtung verwendet werden, bei deren Überschreitung ein neues Training initiiert wird.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn das erste und zweite Modem über einen separaten Signalisierungskanal in Verbindung stehen. So können über diesen Signalisierungskanal spezifische Kennwerte der Verbindung untereinander ausgetauscht, insbesondere vom CPE-Modem ans CO-Modem übertragen werden. Bei diesem Signalisierungskanal kann beispielsweise der bereits im xDSL-Verfahren etablierte "Embedded Operations Channel" (EOC) verwendet werden, der gegebenenfalls um weitere Meldungstypen, wie zum Beispiel "RetrainAdjust" als Kommando vom CO-Modem zum CPE-Modem, "RetrainAdjust" als Antwort im Sinne einer Bestätigung vom CPE-Modem zum CO-Modem, und "RetrainingRecommended" als Meldung des CPE-Modems an das CO-Modem erweitert wird.

Die Überwachung der Datenraten kann auf beiden Seiten, das heißt sowohl beim CO-Modem als auch beim CPE-Modem, durchgeführt werden, wobei vorteilhaft zumindest ein Modem dem anderen Modem die Notwendigkeit eines neuen Trainings aus seiner Sicht mitteilt.

Bevorzugt wird weiterhin auf einer Seite, vorzugsweise auf der CO-Seite und wiederum vorzugsweise durch das CO-Modem selbst, entschieden - und damit auch letztendlich gesteuert - ob ein neues Training eingeleitet wird. Grundsätzlich besteht allerdings auch die Möglichkeit, dass die Entscheidung über die Durchführung eines neues Trainings durch eine gesonderte, nicht im jeweiligen Modem befindliche Kontrolleinheit durchgeführt wird.

Erfindungsgemäß kann des Weiteren die Bedingung für die Durchführung eines neuen Trainings voraussetzen, dass nur eines der beiden Modems ein neues Training für notwendig erachtet oder, dass beide Modems ein neues Training für notwendig erachten müssen.

Entsprechend dem Erfindungsgedanken wird neben dem oben beschriebenen Verfahren auch eine xDSL-Verbindungsstrecke mit einer Vorrichtung zur optimierten xDSL-Datenübertragung, vorzugsweise gemäß den Standards T1.413 oder ITU G992.1, vorgeschlagen, welche Mittel, vorzugsweise Programm-Mittel oder Programm-Module, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.

Außerdem schlagen die Erfinder ein xDSL-Modem zur Datenübertragung zwischen zwei Seiten einer Datenverbindung vor, welche Mittel, vorzugsweise Programm-Mittel oder Programm- Module, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für mindestens eine der beiden Seiten (CO-Modem oder CPE-Modem) aufweisen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben. Es zeigen im einzelnen:
Fig. 1 Schematische Darstellung einer ADSL-Verbindung;
Figur Zeitdiagramm eines xDSL-Modem-Trainings während einer Phase mit starken Kanalstörungen;
Fig. 3 Zeitdiagramm des Ausgleichs des Datenratenverlustes durch ein erfindungsgemäßes xDSL-Modem- Retrainings.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer xDSL- Verbindung zwischen einem Endkunden 1 und einer Ortsvermittlungsstelle 2, mit den beiden gerichteten Datenströmen 3 (DD = data downstream) und 4 (DU = data upstream), mit der Einwirkung einer zeitlich begrenzten Störung, dargestellt durch den Pfeil 5.
In der Fig. 2 ist mit einem Zeitdiagramm die typische Situation des Aufbaus einer xDSL-Verbindung dargestellt. Zum Beginn der Verbindung wird die Trainingsphase T durchgeführt, die von einer Störung N überlagert ist. Aufgrund der vorhandenen Störung wird die maximal mögliche Datenrate R_Amax relativ niedrig eingestellt. Nach Beendigung des Zeitfensters der Störung N wäre theoretisch eine höhere Datenrate, wie sie in der gestrichelten Linie R_Tmax dargestellt ist, möglich. Da jedoch kein Mechanismus für ein neues Training initialisiert wird, bleibt die tatsächlich verwendete Datenrate R_Amax auf dem zuvor eingestellten Niveau bestehen, so dass sich eine große Differenz R_Diff zwischen der theoretisch möglichen Datenübertragungsrate R_Tmax und der eingestellten Datenrate R_Amax ergibt.
In der Fig. 3 ist die gleiche Situation wie in Fig. 2 dargestellt, jedoch wird aufgrund der erfindungsgemäßen ständigen Überprüfung des Abstandes zwischen der theoretisch maximal möglichen Datenrate R_Tmax und der eingestellten maximalen Datenrate R_Amax erreicht, dass kurz nach dem Auseinanderbrechen zwischen der theoretischen maximalen Datenrate R_Tmax und der verwendeten maximalen Datenrate R_Amax eine neue Trainingsphase T' eingeleitet wird, aufgrund deren die verwendete maximale Datenrate R_Amax an die theoretisch maximale Datenrate R_Tmax angepasst wird.
Wie bereits oben beschrieben, kann es zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft sein, dass ein Signalisierungskanals zwischen dem in der Fig. 1 gezeigten CPE-Modem und CO-Modem aufgebaut ist, wobei über diesen Signalisierungskanal die Informationen über die Notwendigkeit eines neuen Trainings stattfinden kann. So kann beispielsweise sowohl vom CPE-Modem als auch vom CO-Modem aus der SNR- Analyse, die im Rahmen des xDSL-Verfahrens bei der Berechnung zur Bit-Umverteilung (Bit-Swap) durchgeführt wird, die Information abgeleitet werden, welche Datenrate R_Tmax aufgrund des ermittelten SNR-Wertes pro Träger für die beiden Datenübertragungsrichtungen theoretisch möglich ist.
Bezüglich des an sich bekannten Bit-Swapping-Verfahrens wird auf die Veröffentlichung "Understanding Digital Subscriber Line Technology", Thomas Starr, Prentice Hall, ISBN 0-13- 7805454, beziehungsweise deren deutsche Übersetzung "xDSL Eine Einführung", Addison Wesley, ISBN 3-8273-1574-3, hingewiesen und deren Offenbarungsgehalt, insbesondere bezüglich des Bit-Swapping-Verfahrens, vollinhaltlich übernommen.
Mittels des Bit-Swapping-Verfahrens wird der SNR-Wert pro Träger ermittelt und dieser Wert mittels den ebenfalls in den oben genannten Publikationen vorgestellten Rechenverfahren in einen Bitload Wert, der angibt wie viele Bits jeweils pro Träger aufmoduliert werden können, umgerechnet. Die Summe aller Bitload-Werte multipliziert mit der Symbolrate von 4 kBaud ergibt die erreichbare Datenrate in kBit/s.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können beispielsweise in den einzelnen Modems entsprechend Programm- Module oder Objekte eingebunden werden, die einerseits für die Überwachung und Auswertung der SNR-Analyse zuständig sind und andererseits ein neues Training einleiten können. Entsprechend muss natürlich auch die Möglichkeit bestehen, aufgrund eines Steuerbefehls, die Modems zu einem neuen Training zu veranlassen.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Verfahren zur optimierten xDSL-Datenübertragung zwischen einem ersten Modem (CO-Modem) und einem zweiten Modem (CPE- Modem), vorzugsweise gemäß dem Standard T1.413 oder ITU G992.1, bei dem in einer Datenverbindung mit einer größtmöglichen theoretischen Datenübertragungsrate R_Tmax die größtmögliche aktuell verfügbare Datenübertragungsrate R_Amax durch eine Trainings-Prozedur zwischen dem ersten und zweiten Modem ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Datenübertragung im Anschluß an eine Trainingsphase (T) zumindestens ein Modem an Hand aktuell gemessener SNR-Werte (SNR = signal to noise ratio = Signal zu Rausch-Verhältnis) und sich daraus abgeleiteter Werte für die größtmögliche aktuell verfügbare Datenübertragungsrate R_Amax, den Abstand R_Diff zwischen der größtmöglichen theoretischen Datenübertragungsrate R_Tmax dieser Verbindung und der größtmöglichen aktuell verfügbaren Datenübertragungsrate R_Amax bestimmt und im Falle eines Überschreitens eines Schwellwertes R_DiffMax ein neues Training eingeleitet wird.

2. Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte der größtmöglichen theoretischen Datenübertragungsrate R_TmaxDU, R_TmaxDD und/oder der größtmöglichen aktuell verfügbaren Datenübertragungsrate R_AmaxDU, R_AmaxDD und/oder der Abstand R_DiffDU, R_DiffDD individuell für die jeweilige Übertragungsrichtung bestimmt werden.

3. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Schwellwerte R_DiffMax je Übertragungsrichtung verwendet werden.

4. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das CO-Modem und das CPE-Modem über einen separaten Signalisierungskanal in Verbindung stehen.

5. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung der Datenraten auf beiden Seiten durchgeführt wird.

6. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Modem dem anderen Modem die Notwendigkeit eines neuen Trainings aus seiner Sicht mitteilt.

7. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Seite, vorzugsweise auf der CO-Seite, vorzugsweise durch das CO-Modem, entschieden wird, ob ein neues Training eingeleitet wird.

8. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein neues Training durchgeführt wird, falls ein Modem ein neues Training für notwendig erachtet.

9. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein neues Training durchgeführt wird, falls beide Modems ein neues Training für notwendig erachten.

10. XDSL-Verbindungsstrecke mit einer Vorrichtung zur optimierten XDSL-Datenübertragung, vorzugsweise gemäß dem Standard T1.413 oder ITU G992.1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel, vorzugsweise Programm-Mittel oder Programm- Module, zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der oben genannten Verfahrensansprüche vorgesehen sind.

11. xDSL-Modem zur Datenübertragung zwischen zwei Seiten e ner Datenverbindung, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel, vorzugsweise Programm-Mittel oder Programm-Module, zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der oben genannten Verfahrensansprüche für mindestens eine Seite vorgesehen sind.