DE102005030368A1 - Bi-directional communication method for communication unit, involves performing full duplex communication between transmitter and receiver in communication unit, and launching transmission signals out-of phase in receiver section - Google Patents

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Abstract

The method involves performing a full duplex communication between a transmitter (10) and a receiver (20) in a communication unit. Transmission signals are lauched out-of phase in a receiver section. Digital data is converted into an analog transmission signal in the transmitter. The analog transmission signal is transmitted on a line, and the analog received signal is digitized in the receiver. An independent claim is also included for an arrangement executing a method for bi-directional communication.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für eine bidirektionale Kommunikation entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Anordnung zur Durchführung des Verfahrens entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 10.The The invention relates to a method for bidirectional communication according to the preamble of claim 1. In addition relates the invention also relates to the associated arrangement for carrying out the Method according to the preamble of claim 10.

Um eine bidirektionale Kommunikation zu ermöglichen, sind in jeder Kommunikationseinheit sowohl ein Sender, als auch ein Empfänger vorhanden. Ein Empfang eines Signals einer örtlich entfernten Quelle ist allerdings nur möglich, wenn eine Beeinflussung des Empfängers durch den Sender ausgeschlossen werden kann.Around to enable bi-directional communication are in each communication unit Both a transmitter, as well as a receiver available. A reception a signal of a local distant source is only possible if an influence Recipient can be excluded by the transmitter.

Bisher wird letzteres Problem dadurch gelöst, indem Sender und Empfänger nicht gleichzeitig verwendet werden, sondern es wird dafür gesorgt, dass zu jedem Zeitpunkt nur ein Kommunikationsteilnehmer sendet (TDD: Time Division Duplex). Eine weitere gebräuchliche Lösung ist, Sender und Empfänger in unterschiedlichen Frequenzbereichen zu betreiben (FDD: Frequency Division Duplex). So kann die Beeinflussung des Empfängers durch den Sender mittels eines Empfangsfilters, das den Sendebereich des in der Kommunikationseinheit enthaltenen Senders unterdrückt, vermieden werden.So far the latter problem is solved by not sending and receiving used at the same time, but it is ensured that sends only one communication user at any one time (TDD: Time Division Duplex). Another common solution is to transmitters and receivers in operate in different frequency ranges (FDD: Frequency Division Duplex). Thus, influencing the receiver by the transmitter by means of a receive filter that covers the transmission range of suppressed in the communication unit contained transmitter avoided become.

Letztere Technik führt allerdings zu einer deutlichen Reduktion der Datenrate, da z.B. in einem symmetrischen System aus zwei Partnern, die mit gleicher Datenrate senden wollen, jeder nur halb so schnell senden kann, als wenn er unter sonst gleichen Bedingungen die gesamte Zeit bzw. Bandbreite zur Verfügung hätte.Latter Technology leads however, to a significant reduction in the data rate, e.g. in a symmetrical system of two partners with the same Send data rate, everyone can send half as fast, as if he under the same conditions all the time or Bandwidth available would have.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur bidirektionalen Kommunikation anzugeben und die zugehörige Anordnung zu schaffen.In contrast, is It is an object of the invention to provide an improved method for bidirectional communication indicate and the associated To create arrangement.

Die Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Anordnung ist Gegenstand des Patentanspruches 6. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der zugehörigen Anordnung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The Task is in a method of the type mentioned by the measures of claim 1. An associated one Arrangement is the subject of claim 6. Advantageous developments of the method and the associated Arrangement are in the dependent Claims specified.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur bidirektionalen Kommunikation, bei dem eine Vollduplex-Kommunikation ohne orthogonale Kanaltrennung – wie Zeitscheibenzuteilung, Frequenzzuteilung oder Codezuteilung – erfolgt und die Beeinflussung des Empfängers durch den Sender der eigenen Sende-/Empfangseinheit durch gegenphasiges Einkoppeln des Sendesignals in den Empfangsstrahl reduziert wird. Die durch Fehlanpassung der dazu notwendigen Leitungsnachbildung mögliche vorhandene Beeinflussung – die allerdings nunmehr deutlich geringer ist – wird durch Zusammenwirken von Sender und Empfänger einer jeweiligen Sende-/Empfangseinheit ausgelöscht. Es ergibt sich eine Echokompensation.object the invention is a method for bidirectional communication, where full-duplex communication without orthogonal channel separation - such as time slice allocation, Frequency allocation or code allocation - takes place and the influencing Recipient by the transmitter of its own transmitting / receiving unit by antiphase Coupling the transmission signal is reduced in the receive beam. The by mismatching the necessary line simulation possible existing influence - the However, now is much lower - is through interaction from transmitter and receiver extinguished a respective transmitting / receiving unit. This results in echo cancellation.

Bei der Erfindung werden im Sender vorteilhafterweise digitale Daten in ein analoges Sendesignal verwandelt, im Empfänger wird das analoge Empfangssignal wieder digitalisiert. Wegen der Leitungsdämpfung liegt der Sendepegel einer Kommunikationseinheit typischerweise deutlich über dem Empfangspegel. Eine Digitalisierung, die in der Lage ist sowohl die großen Amplituden des Sendesignals, als auch die kleinen Änderungen, die durch das Empfangssignal verursacht werden, aufzulösen, ist deshalb in den meisten Fällen nicht realisierbar bzw. nicht wirtschaftlich. Wenn während des Empfangs gesendet werden soll, muss also die Beeinflussung des Empfängers durch den Sender vor der Digitalisierung wesentlich reduziert werden.at The invention advantageously provides digital data in the transmitter converted into an analogue transmission signal, in the receiver is the analog received signal digitized again. Because of the line attenuation is the transmission level a communication unit typically well above that Reception level. A digitization that is capable of both the big ones Amplitudes of the transmission signal, as well as the small changes, which is caused by the received signal to resolve is that's why in most cases not feasible or not economical. If during the Receiving is to be sent, so the influencing of the receiver by significantly reduce the transmitter prior to digitization.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung in Verbindung mit den weiteren Patentansprüchen.Further Details and advantages of the invention will become apparent from the following Description of the figures with reference to the drawing in conjunction with the other Claims.

Die einzige Figur zeigt anhand einer schematischen Darstellung das Zusammenwirken zwischen Sender und Empfänger innerhalb einer Kommunikationseinheit.The single figure shows a schematic representation of the interaction between transmitter and receiver within a communication unit.

In der 1 ist mit A eine Datenquelle und mit B eine Datensenke bezeichnet. Der Datenquelle ist ein Sender 10 zugeordnet, der die Funktion eines Modulators hat. Der Datensenke ist ein Empfänger 20 zugeordnet, der die Funktion eines Demodulators hat. Der Sender 10 wirkt auf eine Datenleitung zu weiteren Kommunikationsteilnehmern. Zwischen Sender 10 und Empfänger 20 ist ein digitales Filter 30 geschaltet.In the 1 A is a data source and B is a data sink. The data source is a sender 10 assigned, which has the function of a modulator. The data sink is a receiver 20 assigned, which has the function of a demodulator. The transmitter 10 acts on a data line to other communication participants. Between stations 10 and receiver 20 is a digital filter 30 connected.

In der Leitungsanordnung ist ein elektrischer Übertrager 1 angeordnet, der in bekannter Weise aus elektrischen Windungen besteht. Im senderseitigen Teil wird der Übertrager 1 mit seinen senderseitigen Teilwicklungen 2 und 3 von einem Strom i angesteuert. Im sekundärseitigen Teil 4 wird ein Signal empfangen und auf den Empfänger 20 gegeben. In der Leitung ist weiterhin eine Leitungsnachbildung 5 vorhanden, die mit den primärseitigen Wicklungen 2 und 3 und dem Sender 10 verbunden ist. Die Leitungsnachbildung wird vom digitalen Filter 30 parametriert und/oder adaptiert.In the line arrangement is an electrical transformer 1 arranged, which consists in a known manner of electrical windings. In the transmitter-side part of the transformer 1 with its transmitter-side partial windings 2 and 3 driven by a current i. In the secondary part 4 a signal is received and sent to the receiver 20 given. In the line is still a line simulation 5 present, with the primary-side windings 2 and 3 and the transmitter 10 connected is. The line Replica is from the digital filter 30 parameterized and / or adapted.

Die Analogschaltung nach 1 zeichnet sich dadurch aus, dass der Strom, der vom Sender verursacht wird sich im Übertrager 1 so aufteilt, dass jeweils etwa die Hälfte des Stroms i in beiden Primärwicklungen in entgegengesetzter Richtung fließt. So kompensieren sich die Anteile des Stroms i in der Sekundärwicklung. Ein Strom, der von einem anderen Kommunikationsteilnehmer herrührt, fließt hingegen in gleicher Richtung durch die beiden Primärwicklungen und wird auf die Sekundärseite übertragen.The analog circuit after 1 is characterized by the fact that the current caused by the transmitter is in the transformer 1 divided so that each about half of the current i flows in both primary windings in the opposite direction. Thus, the components of the current i in the secondary winding compensate each other. A current that originates from another communication partner, however, flows in the same direction through the two primary windings and is transmitted to the secondary side.

Durch die Analogschaltung, die in praktischen Realisierungen nicht zu einer exakt gleichen Aufteilung des Stromes i führen wird, wird der am Empfängereingang wirksame Sendepegel soweit reduziert, dass die Digitalisierung möglich ist, ohne, dass die Anforderungen an die Genauigkeit und Dynamik des A/D-Wandlers wesentlich ansteigen. Nach dem Übergang in digitale Daten, kann die übrig gebliebene Beeinflussung des Empfängers durch den Sender durch digitale Signalverarbeitung weiter reduziert werden. Mittels eines digitalen Filters wird die äquivalente digitale Übertragungsfunktion der Analogschaltung sowie von Sender und Empfänger nachgebildet, die Sendedaten gefiltert und das Ergebnis vom Empfangsdatenstrom abgezogen.By the analog circuit, which in practical realizations too will lead to an exact same division of the current i, the at the receiver input reduced effective transmission levels to the extent that digitization is possible, without that the demands on the accuracy and dynamics of the A / D converter essential increase. After the transition in digital data, the left over remained affected by the transmitter by the transmitter digital signal processing can be further reduced. By means of a digital filter becomes the equivalent digital transfer function the analog circuit and emulated by the transmitter and receiver, the transmission data filtered and the result subtracted from the receive data stream.

Insbesondere im Bereich der Powerline Communications (PLC), die durch zeitveränderliche Impedanzen der Leitungen zu den weiteren Kommmunikationsteilnehmern gekennzeichnet ist, wird die Anpassung der Leitungsnachbildung in Abhängigkeit von der Dynamik im Netz, beispielsweise durch Bewegung und/oder Schalthandlungen, mit der Zeit schlechter werden.Especially in the field of powerline communications (PLC), which are characterized by time-varying impedances the lines to the other communication subscribers is the adaptation of the line simulation depending on the dynamics in the network, for example, by movement and / or switching operations, get worse with time.

Um gegen solche Schwankungen im Analogteil robuster zu werden, kann das digitale Filter adaptiv gestaltet sein. Des Weiteren können Kenngrößen der digitalen Signalverarbeitung, wie z.B. die Ausgangsleistung aus dem digitalen Filter zur Echokompensation, zur Adaption der Leitungsnachbildung verwendet werden. Es kann z.B. in einem Gradientenabstiegsverfahren versucht werden, durch Anpassung des ohmschen Widerstands der Leitungsnachbildung die Ausgangsleistung aus dem digitalen Filter zu minimieren, da diese Leistung proportional zur am Empfängereingang wirksamen Leistung des Sendesignals ist.Around can become more robust against such fluctuations in the analog part the digital filter should be adaptively designed. Furthermore, characteristics of the digital signal processing, such as the output power off the digital filter for echo cancellation, used to adapt the line simulation become. It can e.g. tried in a gradient descent method by adapting the ohmic resistance of the line simulation to minimize the output power from the digital filter, since this power is proportional to the power effective at the receiver input of the transmission signal is.

Nachfolgend wird die Auswahl der Leitungsnachbildung beschrieben.following the selection of the line simulation is described.

Die Leitungsnachbildung wird so gewählt, dass sie dem ohmschen Widerstand der Leitung zu den weiteren Kommunikationsteilnehmern, der sich im Mittel über die Zeit und den zum Senden verwendeten Frequenzbereich ergibt. Dieser Wert kann je nach Ort der Kommunikationseinheit unterschiedlich sein. Besonders, wenn Stromversorgungsleitungen als Kommunikationsmedium hängt der Wert wesentlich vom Ort der Kommunikationseinheit ab.The Line simulation is chosen so that they resist the resistance of the line to the other communication participants, the average over gives the time and the frequency range used for transmission. This value may vary depending on the location of the communication unit. Especially if power supply lines as a communication medium depends on that Value significantly depends on the location of the communication unit.

Die Leitungsnachbildung wird über die im Empfänger gemessene Sendeleistung des Senders der eigenen Kommunikationseinheit an die tatsächlich wirksame Leitungsimpedanz adaptiert. Digital veränderliche Widerstände und Kapazitäten können mittels Standartbauteilen realisiert werden z.B. MOSFETs oder integrierte Schaltungen wie sog. Digitally Controlled Potentiometers (DCP) und sog. Digitally Controlled Capacitors (DCC), die kommerziell erhältlich sind.The Line simulation is over in the receiver measured transmission power of the transmitter of the own communication unit to the actual effective line impedance adapted. Digitally variable resistors and capacities can by means of Standard components are realized, e.g. MOSFETs or integrated Circuits such as so-called Digitally Controlled Potentiometers (DCP) and so-called Digitally Controlled Capacitors (DCC), which are commercially available.

Das Zusammenwirken von Sender und Empfänger ergibt sich folgendermaßen:
Dem Empfänger einer Kommunikationseinheit sind die Daten, die der Sender derselben Kommunikationseinheit sendet, zum Sendezeitpunkt bereits bekannt. Mittels geeigneter und dem Stand der Technik nach bekannter Verfahren zur Echokompensation kann die Beeinflussung des Empfängers durch den Sender unterdrückt werden, da durch das gegenphasige Einkoppeln die Beeinflussung bereits soweit verringert wurde, dass ein informationsverlustarmer Übergang in eine digitale Darstellung der Daten möglich ist.The interaction of transmitter and receiver results as follows:
The receiver of a communication unit already knows the data which the transmitter of the same communication unit transmits at the time of transmission. The influencing of the receiver by the transmitter can be suppressed by means of suitable and prior art methods for echo compensation, since interference has already been reduced to such an extent by the in-phase coupling that a transition with low information loss is possible in a digital representation of the data.

Zur Echokompensation muss zunächst die äquivalente digitale Übertragungsfunktion der Analogschaltung sowie von Sender und Empfänger in einem digitalen Filter nachgebildet werden. Hierzu können z.B. das Wiener-Filter sowie adaptive Filter verwendet werden. Vorteilhafte Adaptionsalgorithmen sind der RLS (Recursive Least Squares) sowie der (N)LMS (Normed Least Mean Squares) Algorithmus.to Echo cancellation must be first the equivalent digital transfer function the analog circuit and the transmitter and receiver in a digital filter be reproduced. You can do this e.g. the Wiener filter as well as adaptive filters are used. advantageous Adaptation algorithms are the RLS (Recursive Least Squares) as well the (N) LMS (Normed Least Mean Squares) algorithm.

Anhand der Auswertung der Signalleistung vor und nach der Echokompensation, kann die Leistung, die nach der gegenphasi gen Einkopplung, noch im Empfangszweig ankommt, bestimmt werden. Eine Leitungsnachbildung, die nach obigen Ausführungen veränderlich aufgebaut ist, kann auf eine Minimierung dieser Leistung hin optimiert werden.Based the evaluation of the signal power before and after the echo cancellation, can the power, which after the gegenphasi gen coupling, still in the Receiving branch arrives, be determined. A line simulation, the variable according to the above can be optimized to minimize this performance become.

Die technischen Vorteile der vorstehend beschriebenen Anordnung sind:

  • – eine deutliche Erhöhung der möglichen Datenrate verglichen mit den eingangs beschriebenen Verfahren und
  • – eine Verringerung des Aufwands, da die bei der bekannten TDD-Problemlösung erforderliche Zeitsynchronisation zwischen den Kommunikationsteilnehmern entfällt, bzw. die Anforderungen an den Sperrbereich des Empfangsfilters gegenüber der bekannten FDD-Problemlösung gelockert sind.
The technical advantages of the arrangement described above are:
  • - A significant increase in the possible data rate compared to the methods described above and
  • - A reduction in the cost, since the required in the known TDD problem solving time synchronization between the communication participants deleted, or the requirements for the blocking range of the receiving filter over the known FDD problem solution are relaxed.

Claims (8)

Verfahren für eine bidirektionale Kommunikation, mit einer Kommunikationseinheit für eine drahtgebundene Kommunikation bzw. eine Kommunikation auf Stromversorgungsleitungen bzw. – kabeln, mit folgenden Maßnahmen: – Es erfolgt eine Vollduplexkommunikation ohne orthogonale Kanaltrennung wie Zeitscheibenzuteilung, Frequenzbereichszuteilung oder Codezuteilung, – die Beeinflussung des Empfängers durch den Sender der eigenen Sende-/Empfangseinheit wird durch gegenphasiges Einkoppeln des Sendesignals in den Empfangstrakt reduziert und – die durch Fehlanpassung der dazu notwendigen Leitungsnachbildung mögliche Beeinflussung wird durch Zusammenwirken von Sender und Empfänger einer Sende-/Empfangseinheit ausgelöscht.Procedure for a bidirectional communication, with a communication unit for one Wired communication or communication on power supply lines or - cables, with the following measures: - It takes place a full-duplex communication without orthogonal channel separation such as Time slice allocation, frequency band allocation or code assignment, - the influence Recipient by the transmitter of the own transmitting / receiving unit is by antiphase Coupling the transmission signal into the reception section is reduced and - by Mismatch of the necessary line simulation possible influence is by interaction of transmitter and receiver of a transmitting / receiving unit extinguished. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Sender digitale Daten in ein analoges Sendesignal gewandelt, dass analoge Sendesignal auf der Leitung übertragen und im Empfänger das analoge Empfangssignal digitalisiert wird.Method according to claim 1, characterized in that that in the transmitter digital data is converted into an analog transmission signal, that analog transmission signal transmitted on the line and the receiver in the analog Received signal is digitized. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine adaptive Filterung erfolgt.A method according to claim 1 or claim 2, characterized characterized in that an adaptive filtering takes place. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenngrößen der digitalen Signalverarbeitung, beispielsweise die Ausgangsleistung aus dem digitalen Echokompensationsfilter zur Adaption der Leitungsnachbildung verwendet werden.Method according to claim 3, characterized that the characteristics of the digital signal processing, for example, the output power off the digital echo compensation filter for adapting the line simulation be used. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung des komplexen Widerstandes der Leitungsnachbildung durch ein so genanntes Gradientenabstiegsverfahren erfolgt .Method according to claim 4, characterized in that that adaptation of the complex resistance of the line simulation by a so-called Gradientenabstiegsverfahren. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 5, mit einem Sender und mit einem Empfänger, gekennzeichnet durch ein digitales Filter zwischen Empfänger und Sender, das eine Einheit zur Leitungsnachbildung parametriert und/oder adaptiert.Arrangement for carrying out the method according to claim 1 or one of the claims 2 to 5, with a transmitter and a receiver, characterized by a digital filter between receiver and transmitter, which is one unit parameterized for line simulation and / or adapted. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Leitungsnachbildung derart ausgebildet ist, dass sie dem komplexen Widerstand der Leitung zu den weiteren Kommunikationsteilnehmern entspricht.Arrangement according to claim 6, characterized in that the line replica unit is designed in such a way that that they are the complex resistance of the line to the other communication participants equivalent. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zur Leitungsnachbildung an die tatsächlich wirksame Leitungsimpedanz adaptiert wird.Arrangement according to claim 6, characterized that the unit of conduction simulation is actually effective Line impedance is adapted.
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