DE102008030179A1

DE102008030179A1 - Modem mit Zusatzeinrichtung zur Messung und Reduzierung der Übersprechdämpfung

Info

Publication number: DE102008030179A1
Application number: DE102008030179A
Authority: DE
Inventors: Oliver Bartels
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2008-06-28
Publication date: 2009-12-31
Also published as: DE102007036828B4; DE102007036828A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Modem, welches ein Multiton-Übertragungsverfahren mit bandbegrenzenden Gauss- oder Matched Filterbänken verwendet, mit einer Zusatzeinrichtung zur Messung und Reduzierung von Übersprechstörungen durch den Einsatz speziell insbesondere mit Pseudo Random oder Gold Codes modulierter Unterträger zur Erkennung des Übersprechens.

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen breitbandigen Datenstrom als Funksignal in einem Punkt-zu-Multipunkt System mit einer zentralen Einheit, typischerweise bei drahtgebundenen Übertragungen ist diese ein DSL Anschlussmultiplexer (DSLAM), bei drahtlosen Übertragungen die Funk-Basisstation, und peripheren Einheiten, typischerweise den Kundenmodems, möglichst störungsfrei über eine größere Distanz zu übertragen. Dabei soll insbesondere das kapazitätsbeschränkende Übersprechen zwischen verschiedenen Übertragungsrichtungen, also Einzelkabeln in einem Kabelbündel oder räumlichen Richtungen, welche durch getrennte Antennen oder per Phased Array Beam Forming bedient werden, durch eine geeignete Wahl der Übertragungsparameter reduziert werden.
Zur Datenübertragung über Funk werden die Daten gewöhnlich auf einen Träger moduliert, die zugehörigen Verfahren sind aus der Literatur hinlänglich bekannt, es wird hier beispielhaft auf das den Stand der Technik sehr ausführlich beschreibende Werk von Karl-Dirk Kammeyer, Nachrichtenübertragung, 3. Auflage, Teubner 2004, verwiesen.
Neben den klassischen Verfahren der Modulation eines Einzelträgers, welche zwar in Bezug auf kurze Latenzzeiten vorteilhaft sind, aber den Nachteil haben, dass sie mit Reflexionen und Mehrwegeempfang auf große Distanzen bei gleichzeitig hohen Datenraten nur mit sehr hohem Aufwand z. B. durch einen adaptiven Empfangsfilter (Equalizer) mit vielen Koeffizienten umgehen können, hat sich im heutigen Stand der Technik das OFDM Verfahren weitgehend durchgesetzt. Zu weiteren Details bezüglich der Vor- und Nachteile des Stands der Technik wird auf das Werk von Kammeyer sowie auf DE 10 2007 036 828 verwiesen.
In DE 10 2007 036 828 wird das neuartige Modulationsverfahren CIFDM eingeführt, welches sich dadurch auszeichnet, dass es die Vorteile der hohen spektralen Effizienz des OFDM Verfahrens mit der Robustheit eines Mehrträgerverfahrens mit konventioneller Modulation der Einzelträger kombiniert.
Nichtsdestotrotz leidet auch das Signal-/Geräuschverhältnis dieses neuartigen Übertragungsverfahrens durch Übersprechstörungen beispielsweise auf einem Kabelbündel durch die Signale anderer Teilnehmer.
Aufgabenstellung dieser Erfindung ist es, diese zu reduzieren. In EP1422835B1 wird hierzu eine Kompensationsschaltung vorgeschlagen, nachteilig dabei ist, dass diese nur bei wenigen Kabeln im Bündel wirtschaftlich realisierbar ist. Hingegen sieht EP1283655B1 vor, die insgesamt auf einem Kabelbündel zulässige Bitrate zu begrenzen, nachteilig hierbei ist, dass diese Begrenzung nur ein Schätzwert ist und womöglich weitab von der tatsächlich realisierbaren Kapazität des Kabelbündels liegt. In US6987800 kommt der Versuch einer Auslöschung am fernen Ende zum Tragen, nachteilig ist der hohe Aufwand bei vielen Teilnehmern.
Eine direkte Messung und Zuteilung der Unterträger scheitert bisher an den Kopplungseigenschaften beim gemeinhin verwendeten OFDM/DMT Verfahren infolge der ungünstigen sin(x)/x Filterform in der Frequenzebene.
Das Problem wird erfindungsgemäß durch die in Patentanspruch 1 beschriebenen Geräte gelöst, deren Funktion im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert wird.
Gegeben sei ein DSL Übertragungssystem bestehend aus einem DSL Anschlussmultiplexer (DSLAM) und den Kundenmodems, welche über ein Kabelbündel mit einzelnen Doppeladern mit dem DSLAM verbunden sind.
Um jetzt gegenseitige Störungen im Uplink zu reduzieren, wird gemäß dem Hauptanspruch jedes Modem aufgefordert, auf einem oder mehreren dedizierten Unterträgern ein Testsignal zu senden. In der vorteilhaften Ausführung gemäß Unteranspruch 4 handelt es sich um ein Pseudo Random Noise Signal oder Gold Codes, wobei das Polynom und die Initialisierungsdaten vom DSLAM als zentraler Einheit auf einem Steuerkanal vorgegeben werden. Der DSLAM führt nun auf jedem Unterträger eine Testmessung auf jeder eingehenden Doppelader aus und nimmt eine Korrelation mit den gegebenen Codes vor.
An dieser Stelle zeigt sich die besondere Leistungsfähigkeit der Erfindung, ein derartiges Messverfahren mit einem solchen Multiton-Übertragungsverfahren zu kombinieren, welches mit bandbegrenzenden Filtern oder Matched Filtern oder Filterbänken arbeitet und somit eine kontinuierliche Übertragung Pseudo Random Noise Signals zulässt, im Gegensatz zur bekannten OFDM Modulation mit blockweiser Übertragung: Die Korrelation kann ebenfalls über lange Zeiträume kontinuierlich erfolgen und ermöglicht somit eine sehr hohe Genauigkeit bei der Bestimmung des Übersprechens, gleichzeitig findet durch die Übertragung des Testsignals keine Störung anderer Nutzkanäle statt, da hier mit klar bandbegrenzenden Matched- oder Gauss Filtern gearbeitet wird.
Zudem kann eine Übertragung sogar auf einem Nutzsignal-Unterträger erfolgen, eine langsame Zusatzmodulation des Nutzsignals mit einem Pseudo Random Noise Signal geringer Amplitude wird das Nutzsignal kaum beeinträchtigen, jedoch ist durch die lange kontinuierliche Übertragungsdauer problemlos eine genaue Kreuzkorrelation möglich.
Die Vergabe der Codes erfolgt vorzugsweise nach dem Kriterium des Unteranspruchs 5, um eine gewisse Festigkeit der Messung gegenüber Reflexionen zu gewährleisten.
Gemäß Unteranspruch 2 wird nun aus den so gewonnenen Messdaten eine Übersprechmatrix, oder zur Reduzierung des Speicherbedarfs ein bipartiter Graph errechnet, welcher auf der einen Seite die Kennungen der Teilnehmer-Modems und auf der anderen Seite die Kennungen der durch hohes Übersprechen als zusammenhängend zu betrachtenden Unterträger aufweist. Für Fremdstörungen durch nicht in diesem System eingebundene Drittmodems ist ein weiterer Summeneintrag denkbar.
Gemäß Unteranspruch 3 wird nun aus diesen Daten eine optimale Belegung der Unterträger und Sendeleistungen mit geeigneten Optimierungsalgorithmen errechnet, diese sind aus der Literatur hinlänglich bekannt, die Optimierung kann auch anhand wirtschaftlicher Vorgaben wie z. B. der von Kundenseite gebuchten Bandbreiten erfolgen, eine gleichmäßige Verteilung nach aktuellem oder prognostiziertem Datendurchsatzbedarf ist anzustreben. Zudem kann eine geeignete Strategie bei der Belegung von besonders durch Drittstörern erfassten Unterträgern gewählt werden, denkbar ist die Nutzung für Pilotträger.
Die so errechnete Zuteilung wird dann als Sendefreigabe an die jeweiligen Modems vom DSLAM übermittelt. Gemäß Unteranspruch 8 kann diese Berechnung und Zuteilung kontinuierlich erfolgen, insbesondere ist es sinnvoll, für ein sich neu einbuchendes Modem erstmal nur das Senden schwacher Testsignale zuzulassen und zunächst eine sehr konservative Belegung der Unterträger vorzunehmen, welche andere Teilnehmer nicht stört.
Eine weitere Verwendung für die Messwerte ist das Einbringen dieser in ein Forwärts-Fehlerkorrekturverfahren gemäß Unteranspruch 7 als a Priori Information, um den Grad der Unsicherheit der aus einzelnen Unterträgern gewonnenen Soft Bits anzugeben. Im einfachsten Fall erfolgt eine Absenkung der Soft Bit Werte aus von hohen Übersprechen betroffenen Unterträgern in Richtung eines unendscheidbaren Mittelwerts bei Turbo Decoder oder LDPC Decoder, auch ein detaillierteres Einbringen in den Korrekturprozess wie die Auswahl desjenigen Ergebnisses, welches am wenigsten von unsicheren Unterträgern abhängig ist, ist denkbar.
Zudem können gemäß Unteranspruch 6 die Testsignale gleichzeitig alternativ zur Aufmodulation auf Nutzdatenträger auch als reine Pilotträger verwendet werden, welche gleichzeitig die Korrektur von Reflexionen durch einen Equalizer in der Frequenzebene steuern.
Eine weitere Nutzungsmöglichkeit der Übersprech-Messergebnisse besteht in der Steuerung der Leitungstreiber, hier bietet es sich an, neben der Sendeleistung deren Impedanz elektronisch so zu steuern, dass das Übersprechen oder Reflexionen oder die Betriebsdämpfung durch Reflexionen reduziert werden. Hierzu kann im einfachsten Fall eine Testaussendung bei verschiedenen Konfigurationen des Leitungstreibers vorgenommen werden und die Konfiguration mit den besten Übertragungseigenschaften gewählt werden. Eine frequenzabhängige Einstellung ist beispielsweise durch eine geeignete Auswahl von Filter in einem analogen Rückführungspfad zur aktiven Impedanzkontrolle ebenfalls denkbar. Gleiches gilt für die Konfiguration eines Leitungsempfängers.
In großen Netzen erfolgt die Steuerung und Überwachung der Unterträger-Zuteilungen zentralisiert gemäß Anspruch 10 über ein externes Computersystem mit einer geeigneten Steuerungssoftware, hierbei können auch aus einer Kundendatenbank Profile für die bestätigten und variablen Datenraten eines Kunden abgerufen und in den Entscheidungsprozess eingearbeitet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102007036828 [0003, 0004]
- EP 1422835 B1 [0006]
- EP 1283655 B1 [0006]
- US 6987800 [0006]

Claims

Funkgerät oder Funkmodem oder Modem für drahtgebundene Übertragung, auf Kupfer wie auf Glasfaserleitungen, oder Baugruppe oder integrierter Schaltkreis für derartige Geräte, welches mindestens ein Mehrträgersignal oder mindestens ein zusammengesetztes Mehrträgersignal aus mindestens zwei ineinandergekämmten Gruppen von Unterträgern, welche sich durch einen Zeit- und Frequenzversatz voneinander unterscheiden, erzeugt, welche mittels bandbegrenzender Filter oder Matched Filter oder Filterbänke generiert oder ausgewertet werden, welches in einem Punkt zu Multipunkt System eingesetzt wird, mit mindestens einer zentralen Einheit – insbesondere DSL Anschlussmultiplexer oder Funk-Basisstation – und mindestens zwei peripheren Einheiten – insbesondere Kundenmodems oder Kundenfunkgeräten –, wobei die zentrale Einheit über mindestens eine Übertragungsstrecke – insbesondere ein Kabelbündel von Teilnehmeranschlussleitungen oder ein passives optisches Netzwerk oder Funk mit mehreren Sektoren oder Polarisationsebenen – mit den peripheren Einheiten kommuniziert, welche grundsätzlich eine gewisse Trennung der Signale zu unterschiedlichen peripheren Einheiten aufweist, welche aber trotzdem ein unerwünschtes frequenzabhängiges Übersprechen zwischen unterschiedlichen Übertragungsrichtungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass (1) zum Erkennen des Auftretens von Übersprechstörungen in bestimmten Frequenzbereichen mindestens eine Einheit, welche auch die zentrale Einheit selber sein kann, per Steuerungssignal aufgefordert von der zentralen Einheit ein codiertes Testsignal auf mindestens einem Unterträger sendet und (2) mindestens eine weitere Einheit eine Testmessung vornimmt, um festzustellen, ob und mit welcher Stärke dieses Testsignal von ihr empfangen werden kann, obwohl es in einer Übertragungsrichtung gesendet wurde, die nicht zum Empfang durch diese Einheit bestimmt ist und somit durch unerwünschtes Übersprechen zu dieser gelangt ist.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus der so durch Messung gewonnenen Information mindestens eine Übersprechmatrix oder mindestens ein bipartiter Graph oder mindestens eine die Kopplungen repräsentierende sonstige Datendarstellung gebildet wird, wobei Drittstörer über einen Summeneintrag erfasst werden können.
Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus diesen Informationen mindestens eine bezüglich minimaler gegenseitiger Störungen der Übertragungen optimierte Belegung der Unterträger und Zuteilung der Unterträger-Sendeleistungen durch Wasserfüll-, Greedy-, Fluss- oder andere bekannte Optimierungsalgorithmen errechnet und durch Steuersignale an die Einheiten zur Ausführung übermittelt wird.
Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Testmessung der Unterträger durch Korrelation erfolgt, indem mindestens einem Testsignal ein zur Korrelation geeigneter Code, insbesondere Pseudo Random Noise Code oder Gold Code aufmoduliert wird und die messende Einheit gegen diesen eine Kreuz- oder Autokorrelation durchführt, wobei die Aufmodulation auch auf einen Nutzsignalträger erfolgen kann, um diesen gleichzeitig als Testsignal verwenden zu können.
Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Codes durch die zentrale Einheit so vergeben werden, dass zwischen diesen eine möglichst geringe Kreuzkorrelation besteht, wobei als zusätzliches Kriterium eingeführt werden kann, dass die Kreuzkorrelation auch bei Reflexionen auf dem Übertragungsmedium gering sein soll.
Gerät nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Testsignale oder Codes gleichzeitig als Pilotträger verwendet werden, um nach deren Auswertung eine Korrektur – insbesondere Multipath-Korrektur – des empfangenen Nutzsignals in der Zeit- oder Frequenzebene oder eine Herausrechnung von Reflexionen oder eine Vermeidung der Nutzung durch destruktive Interferenzen infolge Reflexionen oder Multipath gestörter Unterträger vorzunehmen.
Gerät nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungsergebnisse der Testsignale oder der Codes oder die so gewonnenen Dämpfungs- und Übersprech-Messergebnisse oder die Übersprechmatrix oder der bipartiter Graph als Qualitätsmassstab in ein Fehlerkorrekturverfahren für den Nutzdatenstrom eingeführt werden.
Gerät nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Testmessungen kontinuierlich erfolgen, um im Falle einer Änderung der Übertragungsverhältnisse oder Einbuchung neuer Einheiten in das Netz eine Änderung der Belegung der Unterträger und Zuteilung der Unterträger-Sendeleistungen vorzunehmen, hierbei insbesondere eine erste Zuteilung für neu eingebuchte Einheiten vor deren erster Nutzdatenübertragung zu errechnen, welche Störungen bestehender Datenübertragungen vermeidet, wobei diese Zuteilung später in eine gleichmäßige Verteilung der Gesamt-Kanalkapazität geändert werden kann.
Gerät nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungsergebnisse der Testsignale oder der Codes oder die so gewonnenen Dämpfungs- und Übersprech-Messergebnisse oder die Übersprechmatrix oder der bipartiter Graph verwendet werden, um die Ausgangsimpedanz eines Leitungstreibers oder Leitungsempfängers frequenzabhängig oder frequenzunabhängig so zu optimieren, dass das Übersprechen oder Reflexionen oder die Betriebsdämpfung durch Reflexionen reduziert werden.
Gerät nach einem der vorherigen Ansprüche oder Computer mit Software zum Betrieb eines Netzes mit derartigen Geräten, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne notwendige Berechnungen und Auswertungen in der Steuerungssoftware oder dem FPGA Code einer der Einheiten oder eines externen Computersystems vorgenommen werden.