DE10208717A1

DE10208717A1 - Verfahren zum Übertragen eines analogen Datenstroms mit Abtastratenerhöhung im Datenstromsender und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10208717A1
Application number: DE10208717A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Straeusnigg
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-09-18
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: DE10208717B4; KR20030071589A; KR100473912B1; CN1444343A; US20030169807A1; CN1264282C

Abstract

Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Übertragen eines analogen Datenstroms (101), der aus diskreten Mehrfachtonsymbolen (208) aufgebaut ist, von einem Datenstromsender (214) über einen Übertragungskanal (102) zu einem Datenstromempfänger (215), wobei in einer Interpolationseinrichtung (109) des Datenstromsenders (214) eine Interpolation zwischen aufeinanderfolgenden Abtastwerten eines zugeführten Mehrfachtonsignals (303) durchgeführt wird und in einer Rücktransformationseinrichtung (203) des Datenstromsenders (214) kodierte Datenblöcke (125), die mittels einer Kodierungseinrichtung (202) aus zu übertragenden Daten (123) erzeugt werden, von dem Frequenzbereich in den Zeitbereich bei einer gegenüber einem ADSL-Standard erhöhten Trägerzahl rücktransformiert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen eines analogen Datenstroms nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Übertragen eines analogen Datenstroms, der aus diskreten Mehrfachtonsignalen aufgebaut ist.

Bei bekannten Verfahren zum Übertragen eines analogen Datenstroms, der aus diskreten Mehrfachtonsymbolen aufgebaut ist, wird in dem Datenstromsender eine Abtastratenerhöhung (Interpolation) durchgeführt, während in dem zugehörigen Datenstromempfänger eine entsprechende Abtastratenreduktion (Dezimation) durchgeführt wird, um jeweils effiziente Umsetzungen der Signale vom digitalen in den analogen Bereich (D/A- Wandlung) bzw. umgekehrt von dem analogen in den digitalen Bereich (A/D-Wandlung) zu erreichen.

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Vorgängen in dem Datenstromsender, d. h. insbesondere mit einer Abtastratenerhöhung im Datenstromsender bei DMT-Systemen (Discrete Multitone = diskretes Mehrfachton-System) unter Vermeidung von Spiegelfrequenzen.

Eine Interpolation in dem Datenstromsender in herkömmlicher Weise durch ein Einfügen von Nullen zwischen aufeinanderfolgenden Abtastwerten und einer anschließenden Tiefpassfilterung.

Nachfolgend wird zunächst das Prinzip einer analogen Datenstromübertragung mittels eines Mehrfachton-Systems beschrieben.

Üblicherweise wird für eine asymmetrische Datenstromübertragung über gewöhnliche Telefonleitungen ein Mehrfachton- Verfahren (DMT, Discrete Multitone, diskrete Multitonmodulation) eingesetzt, wobei gewöhnliche Telefonleitungen als asymmetrische digitale Teilnehmerleitungen (ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Line) ausgebildet sind.

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.

Digitale Hochgeschwindigkeits-Teilnehmerleitungen nach dem Stand der Technik sind beispielsweise in der Publikation "High-speed digital subscriber lines, IEEE Journal Sel. Ar. In Comm., Vol. 9, No. 6, August 1991" beschrieben.

Unter den Übertragungsverfahren mit einer hohen Datenrate auf der Basis von digitalen Teilnehmerleitungen (DSL = Digital Subscriber Line) sind unterschiedliche 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 mehrfach modulierten Signale werden als quadraturamplitudenmodulierte Signale (QAM = Quadrature Amplitude Modulation) bereitgestellt.

In Fig. 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.

In herkömmlicher Weise transformiert die Rücktransformationseinrichtung 203 mittels einer inversen schnellen Fourier- Transformation (IFFT = Inverse Fast Fourier Transformation) die im Frequenzbereich vorliegenden Daten bei einer beispielsweise durch den ADSL-Standard vorgegebenen Trägeranzahl (32 für den ADSL-Upstreamkanal) 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 werden. 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:

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.

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.

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.

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.

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 Symbolrate Fs arbeitet (beispielsweise 276 kHz in der Vermittlungsstelle bei ADSL).

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.

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.

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 Fs 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.

Ein im Zeitbereich erzeugtes Mehrfachtonsignal wird gemäß Fig. 4 anschließend in Form von DMT-Symbolen übertragen. Zur Bereitstellung eines analogen Sendersignals 211 wird ein Analog-Digital-Umsetzer 104 für eine Umsetzung von einem digitalen Mehrfachtonsignal 303 in das analoge Sendersignal 211 bereitgestellt.

Fig. 4a veranschaulicht als eine Detailansicht einer Senderfilterungseinrichtung 401, welche in dem Datenstromsender üblicherweise angeordnet ist. Ein Mehrfachtonsignal 303, das eine Sequenz von diskreten Mehrfachtonsymbolen 208 aufweist, wird einer Interpolationseinrichtung 109 zugeführt. Die Interpolationseinrichtung 109 wird mit einer Symbolrate 120 beaufschlagt, welche u. a. eine Datenübertragungsgeschwindigkeit festlegt. Das von der Interpolationseinrichtung 109 ausgegebene interpolierte Mehrfachtonsignal 306 wird der Senderfilterungseinrichtung 401 zugeführt. Die Senderfilterungseinrichtung 401 ist durch ein Hochpassfilter, ein Tiefpassfilter und/oder eine Kombination von mindestens einem Hochpassfilter und mindestens einem Tiefpassfilter bereitgestellt. Das von der Senderfilterungseinrichtung 401 ausgegebene, gefilterte Signal wird schließlich dem Digital-Analog- Umsetzer 204 als ein gefiltertes Mehrfachtonsignal 305 zugeführt. Der Digital-Analog-Umsetzer 204 arbeitet bei einer vorgegebenen Abtastrate 108, um das digitale, gefilterte Mehrfachtonsignal 305 in einen analogen, zu übertragenden Datenstrom 211 umzusetzen, wie auch unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben.

Nach einer Übertragung des zu übertragenden Datenstroms über einen Übertragungskanal werden die Daten in einem Datenstromempfänger weiterverarbeitet.

Fig. 4b zeigt die wesentlichen Komponenten einer Vorverarbeitungseinrichtung eines Datenstromempfängers in einer Blockanordnung. Ein über den Übertragungskanal übertragener analoger Datenstrom, der aus Mehrfachtonsymbolen aufgebaut ist, wird in dem Datenstromempfänger in Form empfangener Daten 403 in einer Empfängerfilterungseinrichtung 402 gefiltert. Zu diesem Zweck werden die empfangenen Daten 403 zunächst einem Analog-Digital-Umsetzer 104 zugeführt, welcher den analogen Datenstrom mit einer Abtastrate 108 abtastet, die identisch zu der in dem Datenstromsender 214 dargestellten Abtastrate ist.

Der in dem Analog-Digital-Umsetzer 104 digitalisierte, empfangene Datenstrom wird einer Empfängerfilterungseinrichtung 402 zugeführt, in welcher eine Filterung der digitalisierten, empfangenen Daten durchgeführt wird.

Es sei darauf hingewiesen, dass, ebenso wie in der Senderfilterungseinrichtung 401, auch in der Empfängerfilterungseinrichtung 402 Hochpassfilter, Tiefpassfilter und/oder eine Kombination von Hochpassfiltern und Tiefpassfiltern enthalten sein können.

Der gefilterte digitale Datenstrom wird einer Dezimationseinrichtung 107 zugeführt, welche mit der Symbolrate 120, die bereits unter Bezugnahme auf Fig. 4a erwähnt wurde, beaufschlagt wird. Die dezimierten Daten werden als ein vorverarbeiteter, digitaler Datenstrom 302 ausgegeben und in dem Datenstromempfänger weiterverarbeitet.

Ein Nachteil herkömmlicher Senderfilterungseinrichtungen besteht darin, dass bei einem Interpolationsprozess in digitalen Mehrfachtonsystemen Einschwingvorgänge auftreten, die als eine additive Überlagerung zweier Bestandteile zusammengesetzt sind, d. h. als eine Überlagerung von durch die Übertragungsleitung hervorgerufenen Einschwingvorgängen und durch Transienten infolge der von Null verschiedenen Speicherwerte.

Da ein üblicher Übertragungskanal Hochpassfilter und/oder Tiefpassfilter zur Bandbegrenzung enthält, die weiterhin zur Unterdrückung eines Außerbandrauschens bei Analog-Digital- Umsetzern und Digital-Analog-Umsetzern eingesetzt werden (beispielsweise Sigma-Delta-(Σ-Δ-)Umsetzer), werden insbesondere Tiefpassfilter mit digitalen Mehrfachtonsignalen derart angeregt, dass transiente Vorgänge auftreten, die durch Speicherwerte hervorgerufen werden, welchen einen von Null verschiedenen Wert aufweisen. Diese transienten Vorgänge weisen im Frequenzbereich beträchtliche spektrale Anteile oberhalb des eigentlichen Übertragungsbandes auf und sind in nachteiliger Weise, insbesondere bei einem kurzen zyklischen Präfix (4 in dem hier beschriebenen Beispiel) äußerst schwierig zu handhaben.

Ein entsprechendes Problem tritt in dem Datenstromempfänger auf, wenn transiente Vorgänge durch von Null verschiedene Speicherwerte (bzw. Speicherinhalte) erzeugt werden. Bei dem im Datenstromempfänger bereitgestellten Dezimationsprozess, welcher insbesondere durch die Dezimationseinrichtung durchgeführt wird, treten Faltprodukte auf, die sich bei digitalen Mehrfachtonsystemen als eine additive Überlagerung dreier wesentlicher Bestandteile zusammensetzen:

a) einem Rauschanteil,
b) Einschwingvorgängen (Übertragungskanal), und
c) Transienten durch die Speicherinhalte bzw. Speicherwerte der Filterungseinrichtung.

Zur weiteren Erläuterung eines herkömmlichen Datenstromübertragungsverfahrens wird auf Fig. 4c als eine Übersicht der einzelnen herkömmlichen Verfahrensschritte Bezug genommen.

In einem Schritt S1 wird der zu übertragende Datenstrom 123 eingegeben. Der eingegebene Datenstrom wird schließlich kodiert (Schritt S2), wobei anschließend eine einem ADSL- Standard entsprechende Trägeranzahl eingestellt wird (Schritt S3). Zu einer Interpolation bzw. Abtastratenerhöhung wird nun in dem Schritt S4 eine Einfügung von Nullen bereitgestellt, um die anschließende Digital-Analog-Umsetzung in dem Schritt S5 effizient bereitzustellen.

Nach der effizienten Digital-Analog-Umsetzung erfolgt in dem Schritt S6 ein Treiben des zu übertragenden analogen Datenstroms in den Übertragungskanal, und anschließend wird, in herkömmlicher Weise, eine Übertragung des zu übertragenden analogen Datenstroms in dem Schritt S7 bereitgestellt.

Dieses herkömmliche Verfahren zum Übertragen eines aus diskreten Mehrfachtonsymbolen aufgebauten analogen Datenstroms, und insbesondere das Erzeugen dieses analogen Datenstroms, weist wesentliche Nachteile auf.

So wird in dem in Fig. 4c gezeigten Schritt S4 eine Interpolation dadurch erreicht, dass in dem diskreten, digitalen Datenstrom Nullen eingefügt werden. Ein wesentlicher Nachteil eines Einfügens von "Nullen" besteht darin, dass als spektrale Auswirkungen eines Einfügens der Nullen sogenannte Spiegelfrequenzen auftreten, d. h. ein Basisspektrum wird bezüglich der höheren Abtastrate gespiegelt. Durch eine anschließende Tiefpassfilterung, die in herkömmlicher Weise in dem Datenstromsender vorgesehen ist, werden diese Spiegelfrequenzen zwar verringert, sind aber dennoch immer vorhanden, da sie sich prinzipiell nicht wirklich beseitigen lassen.

Unzweckmäßigerweise können diese Spiegelfrequenzen auch nicht mit sehr steilflankigen Tiefpassfiltereinheiten beseitigt werden. Somit werden die verbleibenden, nicht gefilterten Spiegelanteile bei einer der Interpolation entsprechenden Dezimation in dem Datenstromempfänger in das Basisband gefaltet und treten dort in nachteiliger Weise als eine zusätzliche Störquelle auf, die die erreichbare Datenrate reduziert.

Ferner ist es unzweckmäßig, dass diese Spiegelfrequenzen bei vielen Adaptionsverfahren die Ursache dafür sind, dass ein üblicherweise in dem Datenstromempfänger eingesetzter Zeitbereichsentzerrer nicht optimal arbeitet.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Übertragen eines analogen Datenstroms und zum Aufbereiten des Datenstroms in dem Datenstromsender derart weiterzubilden, dass Spiegelfrequenzen bei einer in einem Datenstromempfänger durchgeführten Dezimation wirksam unterdrückt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Übertragen eines analogen Datenstroms nach dem Patentanspruch 1 sowie durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, in einer Rücktransformationseinrichtung des Datenstromsenders kodierte Datenblöcke, die mittels einer Kodierungseinrichtung aus zu übertragenden Daten erzeugt werden, von dem Frequenzbereich in den Zeitbereich bei einer gegenüber einem gewöhnlichen ADSL-Standard erhöhten Trägeranzahl rückzutransformieren.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass Spiegelfrequenzen erst in einem hohen Frequenzbereich auftreten, welche mit Tiefpassfiltereinrichtungen niedriger Ordnung beseitigt werden können.

Ferner ist es ein Vorteil, dass eine Implementierungskomplexität des Interpolationspfades dadurch verringert wird, dass Tiefpassfilter niedrigerer Ordnung eingesetzt werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, dass Zeitbereichsentzerrer bei Tiefpassfiltern einer niedrigereren Ordnung in dem Datenstromempfänger bessere Ergebnisse liefern.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Übertragen eines analogen Datenstroms von einem Datenstromsender zu einem Datenstromempfänger weist im Wesentlichen die folgenden Schritte auf:

a) Bereitstellen von zu übertragenden Daten;
b) Interpolieren der zu übertragenden Daten in einer Interpolationseinrichtung des Datenstromsenders, um eine Interpolation zwischen aufeinanderfolgenden Abtastwerten eines zugeführten Mehrfachtonsignals bereitzustellen,

wobei in einer Rücktransformationseinrichtung des Datenstromsenders kodierte Datenblöcke, die mittels einer Kodierungseinrichtung aus den zu übertragenden Daten erzeugt werden, von dem Frequenzbereich in den Zeitbereich bei einer gegenüber einem ADSL-Standard erhöhten Trägeranzahl rücktransformiert werden.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung bewirkt ein Schalten in einen Betriebsmodus mit einer gegenüber dem ADSL-Standard erhöhten Trägeranzahl, dass kodierte Datenblöcke, die mittels der Kodierungseinrichtung aus den zu übertragenden Daten erzeugt werden, von dem Frequenzbereich in den Zeitbereich bei der erhöhten Trägeranzahl rücktransformiert werden, wobei nur eine vorgebbare Abzahl an Trägern eingesetzt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird eine Anzahl von Trägern bei einer Rücktransformation gegenüber einer Rücktransformation gemäß einem herkömmlichen ADSL-Standard verdoppelt. Hierzu wird zwar, zur Generierung des Zeitsignals, eine IFFT (Rücktransformationseinrichtung) mit doppelt so vielen Trägern benötigt, wobei die oberen Träger Null gesetzt werden, d. h. es werden beispielsweise 64 Träger verwendet, wobei die Träger Nummer 33 bis 64 Null gesetzt werden, die Spiegelfrequenzen treten jedoch zweckmäßigerweise erst in einem viel höheren Frequenzbereich auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind Tiefpassfilter einer niedrigen Ordnung einsetzbar. Dieser Vorteil wirkt sich insbesondere auf eine reduzierte Implementierungskomplexität des Interpolationspfades und einer erzielbaren Datenrate aus.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden die Träger Nummer 33 bis 64 Null gesetzt.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Übertragung eines aus diskreten Mehrfachtonsymbolen aufgebauten analogen Datenstroms von einem Datenstromsender zu einem Datenstromempfänger über einen Übertragungskanal weist weiterhin auf:

a) eine Kodierungseinrichtung zur Kodierung von zu übertragenden Daten;
b) eine Rücktransformationseinrichtung, die mit einer erhöhten Trägeranzahl betrieben wird;
c) einen Digital-Analog-Umsetzer zur Umsetzung des rücktransformierten digitalen Sendersignals in ein analoges Sendersignal; und
d) eine Interpolationseinrichtung, welche eine Interpolation ohne ein Einfügen von Nullen ausführt.

In vorteilhafter Weise enthält der Datenstromsender eine Tiefpassfilterungseinrichtung niedrigerer Ordnung.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Übertragen eines analogen Datenstroms, bei dem eine Trägeranzahl der Rücktransformationseinrichtung in dem Datenstromsender erhöht ist;
Fig. 2a ein Blockbild einer Übertragungsstrecke für Mehrfachtonsymbole mit Datenstromsender, Übertragungskanal und Datenstromempfänger;
Fig. 2b schematisch einen Aufbau eines Mehrfachtonsymbols mit zyklischem Präfix;
Fig. 3 die in Fig. 2a veranschaulichte Schaltungsanordnung zum Übertragen eines analogen Datenstroms als eine Gesamtstrecke in detaillierterer Darstellung;
Fig. 4 einen Datenstromsender nach dem Stand der Technik;
Fig. 4a ein Detail-Blockbild einer Aufbereitung eines zu übertragenden Datenstroms aus einem Mehrfachtonsignal mittels einer Interpolationseinrichtung, einer Senderfilterungseinrichtung und eines Digital- Analog-Umsetzers nach dem Stand der Technik;
Fig. 4b ein Detail-Blockbild einer Vorverarbeitungseinrichtung eines Datenstromempfängers, in der empfangene Daten in einen vorverarbeitenden digitalen Datenstrom umgesetzt werden, mit einem Analog-Digital- Umsetzer, einer Empfängerfilterungseinrichtung und einer Dezimationseinrichtung; und
Fig. 4c ein Ablaufdiagramm eines herkömmlichen Verfahrens zum Übertragen eines analogen Datenstroms.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.
Fig. 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.
Ein Datenstromsender 214 und ein Datenstromempfänger 215 bestehen jeweils 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 gemäß eines herkömmlichen Verfahrens dekodiert und einer Rücktransformationseinrichtung 203 zugeführt.
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.
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 eine Transformationseinrichtung 110 in dem Datenstromempfänger 215 ausführt.
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.
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.
In Fig. 2b ist ein Schema eines diskreten Mehrfachtonsymbols gezeigt, wobei der zu übertragende analoge Datenstrom als eine Sequenz von Mehrfachtonsymbolen 208 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
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.
Wie in Fig. 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.
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.
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 herbeizuführen.
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 T_A von 544 × 10^-6/2,208 Sekunden bzw. 0,25 ms ergibt, wobei sich die Symbolübertragungsfrequenz aus f_DMT = 1/T_A ≍ 4 kHz berechnet.
In Fig. 3 ist ein Schaltungsanordnung zum Übertragen eines analogen Datenstroms 101 in detaillierterer Darstellung gezeigt.
Der der Dateneingabeeinrichtung 201 zugeführte Datenstrom, d. h. die zu übertragenden Daten 123, werden in Blöcke zusammengefasst, wobei je nach Stufigkeit eine bestimmte Anzahl von zu übertragenden Bits einer komplexen Zahl zugeordnet wird. In der Kodierungseinrichtung 202 erfolgt schließlich eine Kodierung entsprechend der gewählten Stufigkeit, wobei der kodierte Datenstrom schließlich der Rücktransformationseinrichtung 203 zugeführt wird.
Ein von der Rücktransformationseinrichtung 203 bereitgestelltes Mehrfachtonsignal 303 bildet schließlich einen digitalen Senderdatenstrom, der vom Frequenzbereich in den Zeitbereich transformiert worden ist. Das als digitaler Datenstrom ausgebildete Mehrfachtonsignal 303 wird schließlich, nach einer Interpolation in einer Interpolationseinrichtung 109 und einer Filterung in einer Senderfilterungseinrichtung 401, in dem Digital-Analog-Umsetzer 204 in einen analogen Datenstrom umgesetzt, welcher wiederum einer Leitungstreibereinrichtung 304 zugeführt wird.
Die Leitungstreibereinrichtung 304 verstärkt bzw. treibt den zu übertragenden analogen Datenstrom 101 in einen Übertragungskanal 102, dessen Kanalübertragungsfunktion prinzipiell bekannt bzw. messbar ist.
Im Übertragungskanal findet weiterhin eine Überlagerung des analogen Datenstroms mit Rauschen statt, was in Fig. 3 durch eine Überlagerungseinrichtung 121 dargestellt ist. Der Überlagerungseinrichtung 121 wird der von dem Übertragungskanal übertragene analoge Datenstrom und ein Rauschsignal 122 zugeführt, so dass schließlich ein mit Rauschen überlagerter analoger Datenstrom 101 erhalten wird.
Der analoge Datenstrom 101 wird der Vorverarbeitungseinrichtung 301 des Datenstromempfängers zugeführt, in welcher im Wesentlichen eine Analog-Digital-Umsetzung, eine Filterung sowie eine anschließende Dezimation des analogen Datenstroms bereitgestellt wird. Die schaltungstechnischen Komponenten, die für eine derartige Vorverarbeitung von empfangenen Daten 403 erforderlich sind, sind obenstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4b beschrieben. Durch die Vorverarbeitungseinrichtung 301 wird aus dem empfangenen analogen Datenstrom 101 ein vorverarbeiteter digitaler Datenstrom 302 erzeugt, welcher in dem Datenstromempfänger einer Transformationseinrichtung 110 zugeführt wird.
Die Transformationseinrichtung 110 stellt eine Transformation des dezimierten entzerrten digitalen Datenstroms in Transformationssignale 111a-111n bereit, wobei n die maximale Anzahl, in diesem Beispiel 256, der in Betrag und Phase definierten Kosinus- bzw. Sinussignale darstellt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Transformationseinrichtung 110 eine digitale Transformation von einem Signal, das im Zeitbereich digital vorliegt, in ein Signal, das im Frequenzbereich digital vorliegt, vornimmt.
Die Transformationssignale 111a-111n entsprechen beispielsweise komplexen Zahlen für jeden der Mehrfachtöne, wobei eine Auswertung in Betrag und Phase bzw. in Realteil und Imaginärteil bereitgestellt wird. Weiterhin können die komplexen Zahlen als Amplituden von innerhalb eines Blocks auszusendenden Kosinus-(Realteil) und Sinusschwingungen (Imaginärteil) bereitgestellt werden, wobei die Frequenzen äquidistant gemäß der oben angegebenen Gleichung verteilt bereitgestellt sind, wobei die zu übertragenden Daten in Blöcken zusammengefasst sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass mehr oder weniger als 256 unterschiedliche Töne als in Betrag und Phase definierte und modulierbare Kosinus- bzw. Sinussignalen übertragbar sind, wobei sich eine entsprechend unterschiedliche Anzahl von Transformationssignalen 111a-111n ergibt. Hierbei wird das erste Transformationssignal als 111a und das letzte Transformationssignal als 111n bezeichnet. Vorzugsweise führt die Transformationseinrichtung 110 eine schnelle Fourier- Transformation (FFT = Fast Fourier Transformation) durch, um eine schnelle Transformation von dem Zeitbereich in den Frequenzbereich bereitzustellen.
In einer anschließenden Korrektureinrichtung 112 werden die Transformationssignale 111a-111n mit einer bekannten Korrekturfunktion gewichtet, die der Korrektureinrichtung 112 vorgegeben wird. Vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, ist diese Korrekturfunktion, die der Korrektureinrichtung 112 vorgegeben wird, eine Inverse der Kanalübertragungsfunktion des Übertragungskanals 102. Auf diese Weise können Einflüsse des Übertragungskanals hinsichtlich Frequenzgang, Phase etc. kompensiert werden, so dass korrigierte Transformationssignale 113a-113n an dem Ausgang der Korrektureinrichtung 112 erhalten werden.
Die korrigierten Transformationssignale 113a-113n werden anschließend einer Bestimmungseinrichtung 116 zugeführt, in welcher mindestens ein Betragssignal 114 und mindestens ein Phasensignal 115, bzw. ein Realteil und ein Imaginärteil eines korrigierten Transformationssignal bestimmt wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass die korrigierten Transformationssignale sowohl im Zeitbereich, mittels einer Zeitbereichsentzerrungseinrichtung (nicht gezeigt), als auch im Frequenzbereich, mittels der Korrektureinrichtung 112, entzerrt werden können, wobei die Zeitbereichsentzerrungseinrichtung eine Zeitbereichsentzerrung bereitstellt, während die Korrektureinrichtung 112 eine Frequenzbereichsentzerrung bereitstellt.
Die in der Bestimmungseinrichtung 116 bestimmten Betragssignale 114 und Phasensignale 115 werden anschließend dekodiert, indem die Betragssignale 114 und die Phasensignale 115 einer Dekodierungseinrichtung 117 zugeführt werden.
In der Dekodierungseinrichtung 117 wird eine Dekodierung entsprechend des Datenstroms bereitgestellt. Somit stellt die Dekodierungseinrichtung 117 einen dekodierten Datenstrom 118 bereit, welcher schließlich einer Datenausgabeeinrichtung 119 zugeführt wird, und von dort ausgegeben und weiterverarbeitet werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Fig. 1 veranschaulicht erläutert.
Nach einer Eingabe des zu übertragenden Datenstroms in einem Schritt S1 werden die Daten, wie bereits unter Bezugnahme auf Fig. 2a und Fig. 3 erwähnt, in einer Kodierungseinrichtung kodiert (Schritt S2).
Erfindungsgemäß wird eine Trägeranzahl in einer Rücktransformationseinrichtung erhöht, hier beispielsweise um den Faktor 2, wie in dem Schritt S3a veranschaulicht.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bewirkt ein Schalten in einen Betriebsmodus mit einer gegenüber dem ADSL-Standard erhöhten Trägeranzahl, dass kodierte Datenblöcke, die mittels der Kodierungseinrichtung aus den zu übertragenden Daten erzeugt werden, von dem Frequenzbereich in den Zeitbereich bei der erhöhten Trägeranzahl rücktransformiert werden, wobei nur eine vorgebbare Abzahl an Trägern eingesetzt wird.
In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Trägeranzahl 32, so dass, nach einer Verdoppelung der Trägeranzahl auf 64, die Träger 33 bis 64 in einem ADSL-Standard Null gesetzt werden (Schritt S4a).
Anschließend erfolgt, wie bei herkömmlichen Verfahren, eine Digital-Analog-Umsetzung in dem Schritt S5, woraufhin ein Treiben des analogen Datenstroms (Schritt S6) für eine in dem Schritt S7 durchgeführte Übertragung über den Übertragungskanal 102 bereitgestellt wird.
Wie bereits erwähnt, wird, um die bei einer Interpolation entstehenden Spiegelfrequenzanteile vollständig zu eliminieren, d. h. um in dem Datenstromempfänger eine Dezimation auf die Symbolrate ohne Faltprodukte bereitzustellen, bei DMT- Systemen das zu übertragende Zeitsignal durch eine IFFT (Inverse Fast Fourier Transformation = inverse schnelle Fourier- Transformation) erzeugt, wobei die Anzahl der Träger im jeweiligen Standard definiert ist (z. B. 32 für den ADSL- Upstreamkanal), wobei der oberste Träger eine Frequenz von 138 kHz aufweist. In diesem Falle treten bei herkömmlichen Verfahren Spiegelanteile ab einer Frequenz von 138 kHz auf.
Um eine spektrale Trennung zu erzielen, wird zur Erzeugung des Zeitsignals eine IFFT mit beispielsweise doppelt so vielen Trägern bereitgestellt, wobei die höchsten (obersten) Träger Null gesetzt werden. In diesem Beispiel (d. h. dem Beispiel mit 64 Trägern) werden die Träger Nummer 33 bis 64 (die obersten Träger) Null gesetzt. Auf diese Weise treten Spiegelfrequenzen erst ab einer Frequenz von 414 kHz auf, welche in vorteilhafter Weise mit Tiefpassfiltern niedriger Ordnung eliminiert werden können.
In vorteilhafter Weise kann somit in dem Datenstromempfänger 215 ein Tiefpassfilter 402 einer niedrigen Ordnung eingesetzt werden, was einen Implementierungsaufwand für das gesamte Datenübertragungssystem beträchtlich reduziert.
Bezüglich der in den Fig. 4a-4c dargestellten Schaltungsanordnungen und Verfahren zum Übertragen eines analogen Datenstroms wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Auch ist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten beschränkt.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte 101 Analoger Datenstrom
102 Übertragungskanal
104 Analog-Digital-Umsetzer
107 Dezimationseinrichtung
108 Abtastrate
109 Interpolationseinrichtung
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
124 Datenblöcke
125 Kodierte Datenblöcke
126a-126n Filteranfangswerte
127 Extraktionseinrichtung
128 Speicherwertbestimmungseinrichtung
129 Rahmensynchronisationssignal
130a-130n Speicherwerte
131 Erste Filterungseinrichtung
132 Zweite Filterungseinrichtung
201 Dateneingabeeinrichtung
202 Kodierungseinrichtung
203 Rücktransformationseinrichtung
204 Digital-Analog-Umsetzer
205 DMT-Symbolanfang
206 DMT-Symbolende
207 Präfixanfang
208 Diskretes Mehrfachtonsymbol ("discrete multi tone", DMT-Symbol)
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
305 Gefiltertes Mehrfachtonsignal
306 Interpoliertes Mehrfachtonsignal
401 Senderfilterungseinrichtung
402 Empfängerfilterungseinrichtung
403 Empfangene Daten
501 Rücksetzbare Senderfilterungseinrichtung
502 Rücksetzbare Empfängerfilterungseinrichtung
503, 504 Synchronisationsanschluss

Claims

1. Verfahren zum Übertragen eines analogen Datenstroms (101), der aus diskreten Mehrfachtonsymbolen (208) aufgebaut ist, von einem Datenstromsender (214) über einen Übertragungskanal (102) zu einem Datenstromempfänger (215), wobei in einer Interpolationseinrichtung (109) des Datenstromsenders (214) eine Interpolation zwischen aufeinanderfolgenden Abtastwerten eines zugeführten Mehrfachtonsignals (303) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Rücktransformationseinrichtung (203) des Datenstromsenders (214) kodierte Datenblöcke (125), die mittels einer Kodierungseinrichtung (202) aus zu übertragenden Daten (123) erzeugt werden, von dem Frequenzbereich in den Zeitbereich bei einer erhöhten Trägeranzahl rücktransformiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schalten in einen Betriebsmodus mit einer gegenüber dem ADSL-Standard erhöhten Trägeranzahl durchgeführt wird, derart, dass die kodierten Datenblöcke (125), die mittels der Kodierungseinrichtung (202) aus den zu übertragenden Daten erzeugbar sind, von dem Frequenzbereich in den Zeitbereich bei der erhöhten Trägeranzahl rücktransformiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Trägern bei der Rücktransformation gegenüber einer Rücktransformation gemäß einem ADSL-Standard verdoppelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Datenstromsender (214) und/oder dem Datenstromempfänger (215) Tiefpassfilter einer niedrigen Ordnung einsetzbar sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen Träger bei der Rücktransformation auf Null gesetzt werden.

6. Schaltungsanordnung zur Übertragung eines analogen Datenstroms (101), der aus diskreten Mehrfachtonsymbolen (208) aufgebaut ist, von einem Datenstromsender (214) über einen Übertragungskanal (102) zu einem Datenstromempfänger (215), wobei in einer Interpolationseinrichtung (109) des Datenstromsenders (214) eine Interpolation zwischen aufeinanderfolgenden Abtastwerten eines zugeführten Mehrfachtonsignals (303) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenstromsender aufweist:

a) eine Kodierungseinrichtung (202) zum Kodieren eines zugeführten digitalen Datenstroms;

b) eine Rücktransformationseinrichtung (203) zum Rücktransformieren von einem Frequenzbereich in einen Zeitbereich bei einer erhöhten Trägerrate; und

c) einen Digital-Analog-Umsetzer (204) zum Umsetzen des in den Zeitbereich rücktransformierten digitalen Datenstroms in einen analogen Datenstroms (101).

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenstromsender (214) eine Empfängerfilterungseinrichtung (402) einer niedrigen Ordnung aufweist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängerfilterungseinrichtung (402) als ein Tiefpassfilter ausgebildet ist.