DE19960242C1

DE19960242C1 - Verfahren und Anordnung zur Kompensation von Signalechos bei der Duplex-Datenübertragung bei der diskreten Multitonmodulation

Info

Publication number: DE19960242C1
Application number: DE19960242A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Schenk; Dietmar Straeussnigg; Stefan Schneider
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: US7042953B2; JP2003517249A; CN1402912A; EP1238472A1; CN1180544C; WO2001045292A1; US20030012291A1

Abstract

In dem Verfahren werden während einer Initialisierungsphase einer Datenübertragung mit diskreter Multitonmodulation im Frequenzbereich ein erster Fehler eines ersten Referenzkanals aus der Differenz zwischen Sende- und Empfangswert eines Signals dieses Kanals bestimmt und zur Korrektur der restlichen Frequenzkanäle verwendet. Die Korrektur des ersten Referenzkanals erfolgt über den Fehler eines zweiten Referenzkanals.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der EP 0 933 897 A2 bekannt.

Eine Übertragung mit diskreter Multi tonmodulation ist bekannt und braucht daher an dieser Stelle nicht weiter beschrieben zu werden. Die Erfindung wird bevor zugt in Datenkommunikationssystemen angewendet.

Bei der Duplex-Datenübertragung über eine Zweidrahtleitung, d. h. bei gleichzeitiger Übertragung in beide Richtungen (upstream und downstream), treten an den jeweiligen Empfän gereingängen sowohl das von der Gegenstation herrührende Nutzsignal als auch vom eigenen Sender resultierende Echos auf. Ein Echo ist das unerwünschte Entweichen eines Sendesi gnals in den Empfänger derselben Station, das der gewollten Übertragung überlagert ist und damit stört. Diese Echos haben ihren Grund in erster Linie in fehlangepassten Impedanzen der Hybridverbinder. Während bei Übertragungsverfahren mit ge trennter Frequenzlage die störenden Echos durch selektive Filter unterdrückt werden können, sind bei Übertragungsver fahren mit gleicher Frequenzlage spezielle Einrichtungen zur Echokompensation erforderlich.

Das Kompensieren oder Löschen von Echos kann entweder im Zeitbereich oder im Frequenzbereich erfolgen. Bei der Echo- Löschung im Zeitbereich werden die Echo-Parameter durch Abta sten des Echo-Kanal-Durchgangs abgeleitet, und die Echo-Emu lation involviert eine komplexe Zeitbereich-Konvolution. Bei der Echo-Löschung im Frequenzbereich werden die Echo-Parame ter durch Abtasten des Spektrums des Echokanals gewonnen.

Eine Echo-Emulation und ein adaptiver update-Vorgang können dann im Frequenzbereich stattfinden, wozu der Schätzwert des Spektrums des Echokanals benutzt wird. Die diskrete Multiton modulation (DMT) ist eine Form der Multiträger-Modulation, die mit digitaler Signalverarbeitung belegt ist, worin ein IFFT/FFT-Paar als Modulation/Demodulation-Vektoren benutzt werden. Es bedeuten FFT "Fast Fourier Transform" und IFFT "Inverse Fast Fourier Transform". Die bekannte Einrichtung ist auf die asymmetrische Datenübertragung anwendbar. Durch Kombinieren einer zyklischen Konvolution mit einer linearen Konvolution ergibt sich, daß die zyklische Konvolution im Frequenzbereich mit einer Blockmultiplikation schneller aus führbar ist, wobei die kurze lineare Konvolution im Zeitbe reich vorgenommen wird. Dies ist beispielsweise in US 5 317 596 A beschrieben. Da die auftretenden Echos sehr stark von der analogen Beschaltung und den Parametern der verwendeten Lei tung abhängen, ist im allgemeinen eine adaptive Einstellung des Echokompensators erforderlich.

Bei rahmensynchroner Übertragung, wobei die zeitliche Lage der Sende- und Empfangs-FFT-Rahmen exakt übereinstimmen, läßt sich der größte Anteil des Echos mit Hilfe eines Frequenzbe reichs-Kompensators kompensieren, wie dies beispielsweise aus der US 5 317 596 A bekannt ist. Mit diesem bekannten Kompen sator lassen sich prinzipiell nur die periodischen Anteile der Echos jeder Frequenz kompensieren. Bei Systemen, deren Einschwingvorgang sich über die Länge des "Zyclic Prefix" hinaus erstreckt, tritt zusätzlich ein aperiodischer Echoan teil auf, der mit der bekannten Vorrichtung nicht kompensier bar ist. Daher wird zusätzlich ein Zeitbereichs-Echokompensa tor verwendet, der die Abtastwerte des Sendesignals verarbei tet und die daraus resultierenden Abtastwerte von den Ab tastwerten des Empfangssignals subtrahiert. Da die Ab tastwerte mit der Abtastfrequenz des Sende- bzw. Empfangs signals verarbeitet werden müssen, ist die hierfür erforder liche Rechenkapazität sehr groß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kompensa tion des aperiodischen Echoanteils mit einer geringeren Re chenkapazität als beim Stand der Technik zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Verfahren nach Anspruch 1 und durch die Anordnung nach Anspruchs 12 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Während der Initialisierungsphase, d. h. wenn kein Gegensei tensignal (Far-End-Signal) vorliegt, wird im Frequenzbereich, also hinter der Fouriertransformation, der Fehler eines be liebigen ersten Referenzkanals, im folgenden als "erster Feh ler" bezeichnet, direkt aus der Differenz zwischen Sende- und Empfangssignal dieses Kanals bestimmt. Dieser erste Fehler wird zur Korrektur der anderen Frequenzkanäle verwendet, wo bei vorzugsweise der erste Fehler zur Korrektur eines jewei ligen Kanals mit einem kanalspezifischen Koeffizienten ge wichtet wird. Der erste Referenzkanal wird dann vorzugsweise mit einem Fehler eines zweiten beliebigen Referenzkanals kor rigiert. Dieser "zweite Fehler" wird aus der Differenz zwi schen Sende- und Empfangssignal des zweiten Referenzkanals in der Initialisierungsphase bestimmt und vorzugsweise ebenfalls mit einem kanalspezifischen Koeffizienten gewichtet. Im Über tragungsfall muß das Gegenseitensignal berücksichtigt wer den. Die verwendeten Koeffizienten lassen sich iterativ be stimmen, beispielsweise nach dem Mean-Square-Error-Verfahren.

Wegen der Signalverarbeitung im Frequenzbereich ist die er forderliche Rechenkapazität vergleichsweise gering. Anhand der folgenden Zahlen wird das deutlich: Bei einem ADSL-Über tragungssystem beträgt die Abtastfrequenz des Empfängers etwa 2,2 MHz (Zykluszeit = 0,45 Mikrosekunden), und die Länge eines FFT-Rahmens ist etwa 250 Mikrosekunden.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die prinzipielle Darstellung eines Duplex- Übertragungssystems mit Echokompensation;

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Sende/Empfangsstation der Fig. 1;

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild für die erfindungsgemäße Kompensatoranordnung während der Einlaufphase; und

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild für die erfindungsgemäße Kompensatoranordnung während der Übertragungsphase.

Fig. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung eines derartigen Du plex-Übertragungssystems mit Echokompensation mit einer er sten Station bestehend aus einem Sender 1, einem Echokompen sator 2, einem Empfänger 3 und einem Hybridverbinder 4, die wechselseitig über eine Leitung 5 mit einer zweiten Station verbunden ist, die sich entsprechend aus einem Sender 6, ei nem Echokompensator 7, einem Empfänger 8 und einem Hybrid 9 zusammensetzt.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Sende/Empfangsstation der Fig. 1 bestehend aus einem Sende teil 1 und einem Empfangsteil 3. Eine derartige DMT-Station weist einen Seriell/Parallel-Wandler 10 auf, der die zu über tragenden Daten D in einen parallelen zu Blöcken zusammenge faßten Bitstrom wandelt. Nachfolgend ist ein Kodierer 11 an geordnet, der einer bestimmten Anzahl von Bits in einem Block eine komplexe Zahl zuordnet. Durch diese komplexe Zahl wird eine Trägerfrequenz f_i = i/T mit i = 1, 2, . . . N/2 der diskreten Multitonmodulation definiert. Durch eine inverse Fourier- Transformation 12 werden die durch Signalvektoren dargestell ten Trägerfrequenzen f_i in den Zeitbereich transformiert und stellen dort unmittelbar N Abtastwerte eines zu sendenden DMT-Signals dar. Nach einem Parallel/Seriell-Wandler 13 ge langt das Signal über den Hybrid 4 auf die Leitung 5.

Ein ankommendes DMT-Signal gelangt über den Hybrid 4 in den Empfangsteil 3 der Station. Ein Seriell/Parallel-Wandler 14 empfängt digitale Abtastwerte eines mit DMT erzeugten Signals und bildet daraus Blöcke, wobei ein Block eine Vielzahl von N parallelen Signalen aufweist. Eine Fourier-Transformation 15 erzeugt daraus einen Vielzahl von Trägerfrequenzen f_i, die einem frequenzabhängigen Entzerrer 16 zugeführt werden. Ein Addierer 17 kompensiert mittels des von dem Kompensator 2 er zeugten Echokompensationssignal das Echo. Ein nachfolgender Entscheider 18 entscheidet, welcher Signalzustand im Signal zustandsraum der mit QAM (Quadratur-Amplituden-Modulation) modulierten Trägerfrequenzen einem zugeführten Signalvektor entspricht. Ein Dekodierer 19 dekodiert aus dem zugeführten wertdiskreten Signalvektor die enthaltenen Signale, die nach einem Parallel-Seriell-Wandler 20 als Daten D ausgegeben wer den.

Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Echo kompensation im Empfänger der Fig. 2. Bei der Erfindung läßt sich während der Initialisierungsphase (Phase ohne Far-End- Signal) der Fehler des Referenzkanals Ref1, in der Fig. 2 beispielsweise der oberste Kanal, unmittelbar aus der Diffe renz zwischen Sende- und Empfangswert bestimmen. Im Folgenden wird dieser Fehler als erster Fehler bezeichnet. Doppelstri che symbolisieren jeweils komplexe Signale. Mit C_Ref1 und C_Ref2 wird das Sendesignal des ersten und zweiten Referenz kanal Ref1 und Ref2 bezeichnet. Die Wichtung des ersten Feh lers erfolgt mit Koeffizienten Ko_2 bis Ko_N. Die Addition des gewichteten ersten Fehlers zu den Signalen der anderen DMT-Kanäle erfolgt an den (+) markierten Stellen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung läßt sich das Echo des ersten Referenzkanals Ref1 ebenfalls kompensieren. Hierzu wird der Fehler eines zweiten Referenzkanals Ref2, im folgen den als zweiter Fehler bezeichnet, auf das Signal des ersten Referenzkanals Ref1 addiert. Der zweite Fehler ergibt sich dabei als Differenz zwischen dem Sendesignal C_Ref2 und dem Empfangssignal eines zweiten Referenzkanals Ref2 während der Initialisierungsphase.

Fig. 4 zeigt die Situation während der Übertragungsphase. Da hier ein Gegenseiten-Signal (Far-End-Signal) vorhanden ist, muß dieses zusätzlich abgezogen werden. Dazu wird zuerst die Differenz der Empfangssignale des ersten Referenzkanals Ref1 nach dem Entzerrer 16 und nach dem Entscheider 18 gebildet. wird das Sendesignal C_Ref1 des ersten Referenzkanals Ref1 abgezogen, so daß sich der erste Fehler ergibt. Der wird nun mit geeigneten Gewichts-Koeffizienten zu den jeweiligen DMT- Kanälen addiert. Der zweite Fehler zur Korrektur des ersten Referenzkanals Ref1 wird analog gewonnen. Es wird die Diffe renz der Empfangssignale eines zweiten Referenzkanals Ref2 nach des Entzerrer 16 und nach dem Entscheider 16 gebildet. Davon wird das Sendesignal C_Ref2 des zweiten Referenzkanals abgezogen und es ergibt sich der zweite Fehler im Übertra gungsbetrieb. Dieser wird unter geeigneter Wichtung mit einem Koeffizienten K_1 an einer mit (+) markierten Stelle auf das Signal des ersten Referenzkanals addiert.

Die Berechnung der Koeffizienten für die Bewertung des Feh lers kann iterativ oder in geschlossener Form erfolgen. Ein Beispiel eines derartigen Verfahrens zur Berechnung der Koeffizienten ist das Mean-Square-Error-Verfahren.

Claims

1. Verfahren zur Kompensation von Echos bei der diskreten Multitonmodulation DMT, wobei die Kompensation im Frequenz bereich vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß während der Initialisierungsphase, in der kein Gegenseitensignal vorliegt, ein erster Fehler eines als Referenzkanal (Ref1) definierten Frequenzkanals unmittelbar aus der Differenz zwischen Sende- und Empfangswert des ersten Referenzkanals (Ref1) abgeleitet wird, und dieser erste Fehler zur Korrektur der anderen DMT-Frequenzkanäle verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Fehler zu den Signalen der anderen DMT-Fre quenzkanäle addiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß der zu einem jeweiligen anderen Frequenzkanal zu addierende Fehler mit Koeffizienten (Ko_2, . . ., Ko_N) gewichtet wird, wobei die Koeffizienten (Ko_2, . . ., Ko_N) kanalspezifisch sind.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Übertra gungsphase das Gegenseitensignal berücksichtigt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß zur Ermittlung des Fehlers des ersten Referenzka nals (Ref1) zuerst eine erste Differenz zwischen dem Emp fangssignal des Referenzkanals (Ref1) nach der Transformation in den Frequenzbereich und dem Empfangssignal dieses Kanals nach dem Entscheider (18) gebildet wird und nachfolgend eine zweite Differenz aus der ersten Differenz und dem Sendesignal (C_Ref1) des ersten Referenzkanals (Ref1) gebildet wird.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Initiali sierungphase der erste Referenzkanal (Ref1) durch einen zwei ten Fehler gebildet aus der Differenz zwischen Sendesignal (C_Ref2) und Empfangssignal eines zweiten Referenzkanals (Ref2) der Frequenzkanäle korrigiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß der zweite Fehler zu den Signalen des ersten Refe renzkanals (Ref1) addiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß der zweite Fehler mit einem Koeffizienten (Ko_1) gewichtet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß während der Übertragungsphase das Gegenseitensignal in dem zweiten Fehler berücksichtigt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß zur Ermittlung des Fehlers des zweiten Referenzka nals (Ref2) zuerst eine erste Differenz zwischen dem Emp fangssignal des Referenzkanals (Ref2) nach der Transformation in den Frequenzbereich und dem Empfangssignal dieses Kanals nach dem Entscheider (18) gebildet wird und nachfolgend eine zweite Differenz aus der ersten Differenz und dem Sendesignal (C_Ref2) des zweiten Referenzkanals (Ref2) gebildet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten (Ko_1, . . ., Ko_N) mit einem iterativen Algorithmus zur Fehlerminimierung wie beispielsweise dem Mean-Square-Error-Algorithmus bestimmt wer den.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das ein im Frequenzbereich arbeitendes Echokompensationssystem, das über eine Fehlerbe stimmungseinheit für mindestens einen Referenzkanal (Ref1) und eine Additionseinheit (17, (+)) mit Wichtungseinheit mit tels Koeffizienten (Ko_1 . . . Ko_N) zum Addieren der gewichte ten Fehler des Referenzkanals zu den Signalen der restlichen Signalkanäle verfügt, eine FFT-Einheit (15) und einen Ent scheider (18) aufweist.