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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Übertragung von Information über eine
digitale Teilnehmerleitung (DSL).
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BESCHREIBUNG DER IN VERBINDUNG
STEHENDEN TECHNIK
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Die
Verwendung von Technologie digitaler Teilnehmerleitungen(DSL) hat
in den letzten Jahren zugenommen, was den Hochgeschwindigkeits (d.
h. Breitband)-Zugriff von einer zentralen Stelle, typischerweise
einer Telefonzentrale, auf mehrere Teilnehmer in Privathäusern oder
Büros ermöglicht.
Der besondere Vorteil von DSL gegenüber verschiedenen anderen Formen
von Breitbandkommunikation besteht darin, dass DSL die Verwendung
von vorhandenen Kupfertelefonleitungen von der Zentrale zum Endnutzer,
oft als die 'lokale
Schleife" oder einfach als "Schleife" bezeichnet, ermöglicht.
Diese vorhandenen Leitungen sind ein verdrilltes Paar Kupferleiter mit
einer relativ kleinen Maß (z.
B. 24- oder 26-Gauge) und waren ursprünglich für die Verwendung mit einem
einzelnen analogen Stimmenkanal vorgesehen, der eine relativ niedrige
Bandbreite von etwa 3 bis 4 kHz einnimmt. Jedoch hat die Verwendung
von Quadraturamplitudenmodulation (QAM) digitale Kommunikation über diese
Leitungen mit höherer Geschwindigkeit
ermöglicht,
was typischerweise Datenraten in der Größenordnung von mehreren hundert
Kilobits pro Sekunde (Kbps) ermöglicht.
Außerdem
hat sich die meiste neue DSL-Arbeit im Bereich von Technologie mit
diskretem Multiton(DMT) konzentriert, die es ermöglicht, dass mehrere Kanäle über frequenzmäßig beabstandete
modulierte Träger geschickt
werden; siehe zum Beispiel das
US-Patent 3
511 936 . Diese Technik kann die Datenrate auf über 1 Megabit
pro Sekunde (Mbps) erhöhen.
Eine typische DSL-Anwendung dient dem Verbinden des Teilnehmers über die
Telefonzentrale mit dem Internet, aber es sind auch andere Verwendungen
möglich.
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Es
gibt zahlreiche Implementierungen der oben bezeichneten Techniken,
die das Schicken von Daten mit einer Vielfalt von Raten über verschiedene Abstän de erlauben,
wobei kürzere
Leitungsabstände allgemein
höhere
Datenraten ermöglichen.
Zum Beispiel ermöglicht
ADSL (Asymmetrische digitale Teilnehmerleitung) eine höhere Übertragungsrate
von der Zentrale zum Teilnehmer als umgekehrt. ADSL schafft typischerweise
auch das Erhalten des niedrigeren Frequenzsteils der Telefonleitung
für analoge Stimmenkommunikation,
oft als POTS (von englisch ,Plain Old Telephone Service'; einfacher alter
Telefondienst) bezeichnet, während
die höheren
Frequenzen für
Daten reserviert sind. Die Datenraten sind in der Standard-"G. Lite"-Version von ADSL
typischerweise etwa 1,5 Mbps flussabwärts (d. h. von dem Netzwerk
zum PC des Endnutzers) und 384 Kbps flussaufwärts (d. h. vom PC des Endnutzers
zu dem Netzwerk).
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Mit
Bezug auf 1 wird eine typische ADSL-Netztopologie
erläutert.
Eine Zentrale 100 weist einen POTS-Splitter 101 auf,
der eine Schnittstelle mit der verdrillten Teilnehmerleitung 108 bildet, und
liefert ein Analogsignal an die POTS-Leitungskarte 102 und ein Digitalsignal
an die ADSL-Leitungskarte 103. Die POTS-Leitungskarte bildet
wiederum eine Schnittstelle mit dem Stimmenschalter 104,
zum Beispiel einem elektronischen 5ESS®-Schalter
von Lucent Technologies Inc., der leitungsvermittelten Zugriff auf
das Telefonnetzwerk 106 schafft. Die ADSL-Leitungskarte
bildet eine Schnittstelle mit dem IP-(Internetprotokoll)-Router 105,
der paketvermittelten Zugriff auf das Internet 107 schafft.
Die Telefonteilnehmerleitung 108 ist mit einem Teilnehmer 113, typischerweise
einem Privathaus oder einem Büro, verbunden
und endet in einem POTS-Splitter 109, der den Telefonen 111 und 112 Stimmenfrequenzen liefert
und die Daten über
höhere
Frequenzen einem Personalcomputer (PC) 110 liefert. Man
beachte jedoch, dass der G. Lite-Standard das Entfernen des POTS-Splitters
ermöglicht,
indem die Datenfrequenz, die die digitalen Daten trägt, in der
Frequenz ausreichend weit von den niedrigeren analogen Frequenzen
entfernt beabstandet ist, um Störungen
des analogen Voice-Service zu minimieren. Dann können der PC 110 und
die Telefone 111 und 112 direkt mit der Teilnehmerleitung 108 verbunden
werden, obwohl in einigen Installationen die Verwendung von Tiefpassfiltern
für die
Telefone 111 und 112 empfohlen ist.
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Mit
Bezug auf 2 wird ein erläuterndes
G. Lite-Teilnehmerleitungsfrequenzspektrum erläutert, in dem die analogen
Stimmenfrequenzen 200 unterhalb des Datenkanals 201 flussabwärts (langsam) und
des Datenkanals 202 flussaufwärts (schnell) liegen. Beide
Datenkanäle
weisen individuell modulierte Töne
auf, die 256 Bänder
mit etwa 4,3125 kHz Breite (z. B. 203 und 204)
erzeugen. Die Information in jedem Band wird während des Modemtrainings zugewiesen,
so dass in einem gegebenen Band mehr Information geschickt wird,
wenn das Signal-Rausch-Verhältnis (S/N)
hoch ist, und weniger Information geschickt wird, wenn das S/N tief
ist. Auf diese Weise kann die Rate der Informationsübertragung
für eine
gegebene Teilnehmerleitung beim Vorhandensein von Phasen- und Frequenzantwortschwankungen,
Nebensprechen, Reflexionen und dem Rauschen von einer Vielfalt von
Quellen maximiert werden.
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Es
ist auch in der Technik bekannt, den "analogen" Teil des Stimmenspektrums 200 für langsame Modems
der V.-Serie (z. B. V. 32, V. 34 und V. 90) zu verwenden. Die von
einem Modem gesendete oder empfangene Information kann in digitaler
Form, zum Beispiel als Computerdateien oder Internetdaten, oder
in analoger Form, zum Beispiel als in digitale Form umgewandelte
Sprache, erzeugt werden. Der Modulationstyp hängt von dem speziellen verwendeten
Modem der V.-Serie ab, aber diese Modems werden kollektiv als "analoge" Modems bezeichnet,
weil sie den POTS-Frequenzteil der Telefonleitung, das heißt, den
unterhalb von etwa 4 kHz, nutzen. Dies beschränkt die Datenrate auf etwa
56 Kbps oder weniger, was hierin als "Niedriggeschwindigkeit" bezeichnet wird.
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Um
Hochgeschwindigkeits-DSL-Kommunikation über die Telefonleitung herzustellen,
müssen die
Modems an beiden Enden in einer Startsequenz Kontakt zueinander
aufnehmen, oft als "Handshake" bezeichnet. Die
verschiedenen Handshake-Protokolle hängen von der Vielfalt von verwendeten
DSL ab, aber bestimmen normalerweise mindestens den Leitungsverlust,
die Frequenz- und Phasenantwort der Leitung, so dass eine geeignete
Leitungsentzerrung erreicht werden kann. Die während des Handshakes bestimmte
Information kann auch für
Echobeseitigungszwecke und die Reduzierung von bestimmten Typen
von Nebensprechen verwendet werden. Jedoch können die DSL-Modems unter bestimmten Schleifenbedingungen
auf schwierige Schleifenbeeinträchtigungen
stoßen.
In einigen Fällen
kann es sein, dass die Modems auf beiden Seiten der Schleife nicht
in der Lage sind, eine Verbindung herzustellen. Um dieses Problem
zu lösen,
kommunizieren zwei Ingenieure, einer auf jeder Seite des Kabels
der lokalen Schleife, über
eine separate Telefonleitung miteinander, um dia gnostische Daten
weiterzuleiten. Jedoch ist diese Technik langsam und erlaubt das "automatische" Funktionieren des
Handshake-Betriebs nicht. Außerdem
erhöht
der Eingriff von trainiertem Personal die Zeit und die Kosten, die
für die Herstellung
des DSL-Diensts erforderlich sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ich
habe eine Technik und eine Vorrichtung zum Weiterleiten der Startinformation
zwischen über Telefonleitungen
verbundenen DSL-Modems erfunden. In meiner Erfindung werden Startparameter
von DSL-Modems in digitaler Form über den Stimmenbandkanal weitergeleitet.
Zu diesem Zweck können Modems
der analogen V.-Serie für
Kommunikation über
den Stimmenbandkanal verwendet werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine erläuternde
ADSL-Netztopologie des Standes der Technik.
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2 zeigt
die Frequenzkanäle
in der G.-Lite-Implementierung von ADSL.
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3 zeigt
eine erläuternde
Ausführungsform
der Erfindung.
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4 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das eine typische Folge von Operationen erläutert.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die
vorliegende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Herstellen der Kommunikation zwischen Schnellgeschwindigkeits-DSL-Modems,
die in dem Fall besonders nützlich
sind, in dem der Schnellgeschwindigkeitsteil der Teilnehmerleitung
beeinträchtigt
ist. Die Beeinträchtigung
kann durch übermäßiges Rauschen,
Reflexionen, Probleme mit Phasen- oder Frequenzantwort oder andere
Faktoren bedingt sein. In Fällen
von beeinträchtigter
DSL-Leitungsleistungsfähigkeit
wird diagnostische Infor mation über
einen stabileren Teil des Kanals, d. h. den Stimmenbandkanal, weitergeleitet.
Zum Beispiel können
analoge Modems der V.-Serie (z. B. V. 32, V. 34 und V. 90) für Kommunikation über den
Stimmenbandkanal, das heißt,
unter Verwendung von Frequenzen von weniger als etwa 4 Kilohertz,
verwendet werden. Die diagnostische Information kann eine Anzahl
von Parametern aufweisen, die die zwei nicht-verbindenden DSL-Modems
auf ihren jeweiligen Seiten der Leitung haben. Zum Beispiel können alle
Parameter, die jedes der DSL-Modems während des Starts aufstellt, Teil
der von den analogen Modems der V.-Serie gesendeten diagnostischen Nutzlast
sein. Alternativ können
vor dem Versuch, Kommunikation über
das Hochgeschwindigkeitsmodem herzustellen, nur einige Basisparameter
ausgetauscht werden. Sobald die diagnostische Nutzlast unter Verwendung
der analogen Modems der V.-Serie ausgetauscht wird, könnte sie
für mehrere
Zwecke verwendet werden; zum Beispiel könnte sie von Ingenieuren "vor Ort" verwendet werden,
um das Problem zu diagnostizieren, DSL-Modemparameter manuell rückzusetzen
und einen Neustart zu versuchen. Oder es kann auch dann für die DSL-Modems
nützlich
sein, wenn die DSL-Modems einen "automatischen" Neustart mit neuen
als eine Folge der diagnostischen Nutzlast ausgewählten Parametern
versuchen.
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Mit
Bezug auf 3 ist eine erläuternde
Ausführungsform
der Erfindung auf der Teilnehmerseite der Leitung implementiert
gezeigt. Ein analoges (Niedriggeschwindigkeits-)Modem 31 und
ein DSL(Hochgeschwindigkeits-)Modem befinden sich auf einer Leiterplatte 30.
Die Modems können
auf separaten integrierten Schaltungen (ICs) oder auf der gleichen
IC implementiert sein. Die Leiterplatte kann sich in einem Personalcomputer
befinden und über einen
PCI-Bus, den PC-Kartenbus
oder einen anderen Bustyp verbunden sein. Alternativ können sich die
Modems direkt auf der Hauptleiterplatte (Hauptplatine) des PCs befinden.
In noch einer anderen Konfiguration können sich die Modems außerhalb des
PCs befinden und über
einen Universal Serial Bus (USB) oder einen anderen Typ von verdrahtetem oder
drahtlosem Bus, einschließlich
Infrarot- und Hochfrequenztypen,
zum Beispiel unter Verwendung der Bluetooth-Technik, kommunizieren.
Die Modems kommunizieren beim Übertragen
von Daten an die Leitung über
einen Analog-Digital(A/D)-Wandler mit der Teilnehmerleitung 34.
Diese Wandler sind kollektiv als Block 33 gezeigt, der
auf Wunsch praktisch und kostengünstig
von beiden Modems gemeinsam genutzt werden kann.
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Die
Modems werden von einer Steuereinrichtung 35 gesteuert,
die auch als beiden Modems gemeinsam gezeigt ist, obwohl auch separate
Steuereinrichtungen verwendet werden können. Die Steuereinrichtung
kann auf Wunsch die als der "Wirtsrechner" bezeichnete zentrale
Prozessoreinheit (CPU) sein, die von dem PC selbst verwendet wird.
Tatsächlich
ist das analoge Niedrigkeitsgeschwindigkeits-Modem (31)
selbst oft in durch den Wirtsrechner ausgeführte Software implementiert. Schließlich kann
sogar das Hochgeschwindigkeitsmodem (32) durch den Wirtsrechner
implementiert sein. Die Implementierung auf der Zentrale-Seite der Teilnehmerleitung
kann unter Berücksichtigung
von Unterschieden zwischen den typischerweise für Schnittstellenbildung mit
dem Wirtsrechner verwendeten Leiterplattentypen und Bussen ähnlich sein.
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In
der Standard-Startsequenz für
das DSL-Modem 32 bestimmt die Steuereinrichtung, ob die
korrekten Parameter von dem weit entfernten Ende empfangen wurden,
und führt
beim Empfang geeigneter Information die Handshake-Operation gemäß einem
Standardprotokoll aus. Jedoch wird in einigen Fällen eine Datenmenge (oder überhaupt
keine Daten) empfangen, die nicht ausreicht, um das Fortfahren des
Handshakes zu ermöglichen.
In diesem Fall führt
die Steuereinrichtung ein Notlauf-Startprogramm durch, das beispielsweise
in einem Nurlesespeicher (ROM) 36 gespeichert ist, der
das analoge Modem 31 anweist, die entsprechenden Parameter
an das weit entfernte Ende zu schicken. Diese Parameter umfassen
typischerweise die Einstellungen des Frequenzdomänenentzerrers, erwünschte Leitungsbitraten
(adaptiv oder festgelegt), Einstellungen des Zeitdomänenentzerrers,
das Signal-Rausch-Verhältnis
(SNR), die Stelle des Startfehlers innerhalb der Startfolge, Signalform,
Reed-Salomon-Werte, Leitungsverlust (Dämpfung), Frequenz- und/oder Phasenantwort
der Leitung, Fehlerdiagnoseinformation, usw. Es gibt noch andere
Typen von Information, die weitergeleitet werden kann, die zum Beispiel
von der speziellen Form des verwendeten DSLs abhängen. Man beachte, dass sich
das Notlauf-Startprogramm alternativ auf einem Disklaufwerk oder
einem EEPROM oder einer anderen Form von nichtflüchtigem Speicher befinden kann.
Wenn der Speicher von der wiederbeschreibbaren Art ist, dann können die Startparameter
auf Wunsch durch anschließende Lernerfahrung
für die
speziellen angetroffenen Leitungs bedingungen modifiziert werden.
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Es
ist offensichtlich, dass das analoge Niedriggeschwindigkeits-Modem
in einem Bereitschaftszustand gehalten werden sollte, um die Startparameter
zu Zeiten zu empfangen, zu denen keine Hochgeschwindigkeitskommunikationssitzung
stattfindet. Auf Wunsch kann das Niedriggeschwindigkeits-Modem zu
bekannten Startzeiten manuell in einen solchen Status versetzt werden
oder kann automatisch in einen solchen Status zurückkehren,
um bereit zu sein, je nach Bedarf Datenübertragung herzustellen.
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Mit
Bezug auf 4 zeigt ein erläuterndes Ablaufdiagramm
eine typische Folge von Operationen während einer Startsituation
auf einer beeinträchtigten
Teilnehmerleitung. Sollten die beispielhaften DSL-Modems in den
Schritten 40, 41 und 42 außerstande
sein, Schnellgeschwindigkeitskommunikation herzustellen, dann werden
Startparameterwerte für
die DSL-Modems über
Niedriggeschwindigkeits-Modems in Schritt 43 übertragen.
Dann werden in Schritten 44 und 45 mit den in
die DSL-Modems geladenen korrekten Modemwerten Standard-Handshake und Schnellgeschwindigkeitskommunikation
von den DSL-Modems hergestellt.
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Während die
vorangehenden Operationen zum Liefern von Startinformation über beeinträchtigte Leitungen
beschrieben wurden, können
sie auch bei nicht beeinträchtigten
Leitungen verwendet werden. Zum Beispiel kann es während einer
Startinstallation praktisch sein, die vorliegende Technik auf allen
Leitungen zu verwenden, ob sie beeinträchtigt sind oder nicht, um
sicherzustellen, dass anfangs Kommunikation hergestellt wird, wenn
möglich.
Auf ähnliche
Weise kann, wenn Hochgeschwindigkeitskommunikation über einen
langen Zeitraum verloren ist, die vorliegende Technik verwendet
werden, um Datenkommunikation über
die Telefonleitungen wieder herzustellen. Es sind noch andere Anwendungen
möglich.