DE60311827T2 - Sender/Empfänger und Verfahren zur Echoverminderung mittels Leistungszuteilung und Ratensteuerung - Google Patents

Sender/Empfänger und Verfahren zur Echoverminderung mittels Leistungszuteilung und Ratensteuerung Download PDF

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    • Y02D30/50—Reducing energy consumption in communication networks in wire-line communication networks, e.g. low power modes or reduced link rate

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Übertragungscharakteristika über einen ersten Übertragungsweg und einen zweiten Übertragungsweg, wobei der erste Übertragungsweg von einer ersten Sender/Empfänger-Einheit ausgeht und in einer zweiten Sender/Empfänger-Einheit endet, wobei der zweite Übertragungsweg von der zweiten Sender/Empfänger-Einheit ausgeht und in der ersten Sender/Empfänger-Einheit endet, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
    • – Bestimmen in der zweiten Sender/Empfänger-Einheit einer ersten Datenrate, die über den ersten Übertragungsweg erreichbar ist, während ein erstes Signal an dem ersten Übertragungsweg mit einer ersten Ausgangssendeleistung angelegt wird,
    • – Senden der ersten Datenrate an die erste Sender/Empfänger-Einheit,
    • – Bestimmen in der ersten Sender/Empfänger-Einheit einer zweiten Datenrate, die über den zweiten Übertragungsweg erreichbar ist, während ein zweites Signal an dem zweiten Übertragungsweg mit einer zweiten Ausgangssendeleistung angelegt wird, und während ein Betrag des ersten Signals in den zweiten Übertragungsweg eingekoppelt wird.
  • Solch ein Verfahren ist bereits in dem Stand der Technik bekannt, z.B. aus der Empfehlung mit dem Titel "Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) Transceivers", Ref. G.992.1, veröffentlicht von der International Telecommunication Union (ITU) im Juni 1999.
  • 1 stellt zwei Sender/Empfänger-Einheiten TU1 und TU2 für digitalen Teilnehmeranschluß (Digital Subscriber Line/DSL) dar, die miteinander über ein verdrilltes Aderpaar aus Kupferdrähten L verbunden sind. Die Sender/Empfänger-Einheit TU1 ist in einem DSL-Anschlußleitungsmultiplexer (Digital Subscriber Line Access Multiplexer/DSLAM) in einer Vermittlungsstelle CO untergebracht, während die Sender/Empfänger-Einheit TU2 in den Kundenräumlichkeiten CP platziert ist.
  • Ein erster Übertragungsweg WEG1 wird über die Leitung L von der Sender/Empfänger-Einheit TU1 zu der Sender/Empfänger-Einheit TU2 aufgebaut und ein zweiter Übertragungsweg WEG2 wird über die Leitung L von der Sender/Empfänger-Einheit TU2 zu der Sender/Empfänger-Einheit TU1 aufgebaut.
  • Die Übertragungsrichtung von der Vermittlungsstelle CO zu den Kundenräumlichkeiten CP wird als die Downstreamrichtung bezeichnet. Die Übertragungsrichtung von den Kundenräumlichkeiten CP zu der Vermittlungsstelle CO wird als die Upstreamrichtung bezeichnet.
  • DSL-Sender/Empfänger-Einheiten nutzen die Frequency Domain Division (FDD), um den Duplexverkehr über ein gemeinsames Medium zu erreichen. Der Upstream- und der Downstreamrichtung werden getrennte Frequenzbänder zugeteilt.
  • Die Frequenzzuteilung für Very high speed Digital Subscriber Line (VDSL) ist in 2 dargestellt, wo die Downstream- und die Upstreamrichtung mit DS und beziehungsweise US bezeichnet sind. Es ist bemerkenswert, daß die Upstreamrichtung höheren Frequenzbändern zugeteilt ist als die Downstreamrichtung.
  • Die Dämpfung in den meisten physikalischen Kanälen nimmt sowohl mit der Frequenz als auch der Entfernung zu. Es könnte schwierig sein, eine bestimmte Zieldatenrate über lange Leitungen und/oder bei hohen Frequenzen zu erreichen.
  • Die maximale Datenrate, die über einen Übertragungsweg erreicht werden kann, ist durch die allgemein bekannte Shannon'sche Formel gegeben und ist eine Funktion des Signal-Rausch-Abstandes (Signal-to-Noise Ratio/SNR).
  • Die DSL-Sender/Empfänger-Einheiten nehmen einen rauscharmen Verstärker (Low Noise Amplifier/LNA) mit automatischer Verstärkungsregelung (Automatic Gain Control/AGC) auf, die automatisch die Analogverstärkung abstimmt, um das empfangene Signal innerhalb des Bereiches des Analog/Digital-Wandlers (Analog-to-Digital Converter/ADC) anzupassen, indem dadurch das durch den ADC erzeugte Quantisierungsrauschen minimiert wird.
  • Die DSL-Sender/Empfänger-Einheiten nehmen außerdem eine Hybridschaltung auf, die das Sende- oder Nahsignal, das zur Leitung geht, von dem Empfangs- oder Fernsignal, das von der Leitung kommt, trennt. Leider weist die Hybridschaltung keine perfekte Echounterdrückung auf und ein Betrag des Nahsignals vermischt sich mit dem Fernsignal.
  • In VDSL wurde der Schwerpunkt auf die Flexibilität für die Zuteilung des Frequenzbandes 138 kHz bis 12 MHz zu der Upstream- und Downstreamkommunikation gelegt. Der Nachteil dieses flexiblen Designs ist die Unfähigkeit, im analogen Bereich das Nahecho von dem Fernsignal zu trennen. Das Echo wird dann einen Beitrag zu der durchschnittlichen Empfangsleistung leisten wie für AGC gemessen.
  • Das offenbarte Verfahren ist für lange Leitungen nachteilig. Das Fernsignal ist sehr klein und verringert sich mit der Leitungslänge, das Quantisierungsrauschen ist konstant, weil es hauptsächlich durch das Echo bestimmt wird. Das bedeutet, daß sich der SNR und folglich die Kapazität verringert, bis bei einer bestimmten Leitungslänge die angeforderte Zieldatenrate nicht länger erreicht werden kann.
  • Der Effekt der Dämpfung wird für die Upstream- und die Downstreamrichtung verschieden sein. Je mehr Bänder von höherer Frequenz für eine bestimmte Übertragungsrichtung verwendet werden, um so mehr wird diese Richtung durch die Dämpfung beeinflußt und um so höher wird der Kapazitätsverlust für diese Richtung sein. Als eine Konsequenz wird der angeforderte Dienst in der Regel in nur einer der zwei Richtungen nicht erfüllt.
  • Das US-Dokument 2003/202570, veröffentlicht am 30. Oktober 2003, schildert ein xDSL-System mit Formung der Leistungsspektraldichte durch Messen der Upstream- und Downstreamcharakteristika wie zum Beispiel der Übertragungsrate.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den angeforderten Dienst in beiden Richtungen zu erfüllen.
  • Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe aufgrund der Tatsache erreicht, daß im Falle, daß die erste Datenrate ausschließlich höher als eine erste Zieldatenrate ist und die zweite Datenrate ausschließlich niedriger als eine zweite Zieldatenrate ist, das Verfahren außerdem den Schritt des Bestimmens einer optimalen Sendeleistung über den ersten Übertragungsweg niedriger als die erste Ausgangssendeleistung umfaßt, so daß die Kapazität des zweiten Übertragungswegs über die zweite Zieldatenrate erhöht wird, während die Kapazität des ersten Übertragungswegs höher als oder gleich der ersten Zieldatenrate gehalten wird.
  • Im Fall von Überkapazität in einer Übertragungsrichtung – diese Richtung ist mit A bezeichnet – und Kapazitätsmangel in der entgegengesetzten Richtung – diese Richtung ist mit B bezeichnet -, wird die in Richtung A verwendete Sendeleistung verringert, indem dadurch das in Richtung B erzeugte Echo verringert wird, und folglich die durchschnittliche Empfangsleistung wie für AGC gemessen. Die Verstärkung des LNA kann erhöht werden, während die Begrenzungsrate des ADC innerhalb der zulässigen Grenzwerte gehalten wird, indem dadurch der SNR erhöht wird und folglich die Kapazität in der Richtung B. Wenn genug Überkapazität in der Richtung A vorhanden ist, kann die Sendeleistung auf einen Wert verringert werden, die sogenannte optimale Sendeleistung, wodurch die Zieldatenraten in beiden Richtungen A und B erreicht werden.
  • Eine längere Reichweite für den Einsatz kann erreicht werden, wodurch beide Richtungen den angeforderten Dienst erfüllen. Falls das Verfahren auf VDSL angewendet wird, wird die Verstärkung bei einem Anstieg für die Reichweite von 5 % auf 10 % bewertet. Ohne das vorgeschlagene Verfahren würde die Upstreamübertragung in langen Leitungen fehlschlagen.
  • Es ist zu beachten, daß nicht ein einzelner Sendeleistungswert vorhanden ist, durch welchen die Zieldatenraten in beiden Richtungen erreicht werden können, sondern vielmehr ein kontinuierlicher Bereich von Werten, in welchem der optimale Sendeleistungswert eingeschlossen ist.
  • Die optimale Sendeleistung kann auf verschiedene Weisen ermittelt werden.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren außerdem die Schritte:
    • – Bestimmen einer Zwischensendeleistung zwischen einer Sendeleistung der unteren Grenze und der ersten Ausgangssendeleistung,
    • – Bestimmen in der zweiten Sender/Empfänger-Einheit einer dritten Datenrate, die über den ersten Übertragungsweg erreichbar ist, während ein drittes Signal an dem ersten Übertragungsweg mit der Zwischensendeleistung angelegt wird,
    • – Senden der dritten Datenrate an die erste Sender/Empfänger-Einheit,
    • – Bestimmen in der ersten Sender/Empfänger-Einheit einer vierten Datenrate, die über den zweiten Übertragungsweg erreichbar ist, während ein viertes Signal an dem zweiten Übertragungsweg mit dem zweiten Ausgangssendeleistungswert angelegt wird, und während ein Betrag des dritten Signals in den zweiten Übertragungsweg eingekoppelt wird,
    bis sich die vierte Datenrate über die zweite Zieldatenrate erhöht, während die dritte Datenrate höher als oder gleich der ersten Zieldatenrate gehalten wird, indem dadurch in der Begrenzung die optimale Sendeleistung bestimmt wird.
  • Mit dieser Ausführungsform werden die Sender/Empfänger-Einheiten von der Last des Berechnens der optimalen Sendeleistung befreit, sie stützen sich vielmehr auf die Kanalkapazität wie durch jede Sender/Empfänger-Einheit gemessen.
  • Die erste Sender/Empfänger-Einheit versucht nacheinander Sendeleistungswerte bis die Kanalkapazität, wie durch jede Sender/Empfänger-Einheit gemessen, ihre entsprechende Zieldatenrate übersteigt.
  • Die Zwischensendeleistungswerte werden mittels eines Zweiteilungsalgorithmus oder dergleichen ermittelt.
  • In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren außerdem die Schritte:
    • – Bestimmen direkt in der ersten Sender/Empfänger-Einheit der optimalen Sendeleistung mit:
    • – einem notwendigen Signal-Quantisierungs-Rauschabstand, um die zweite Zieldatenrate über den zweiten Übertragungsweg zu erreichen,
    • – den Übertragungscharakteristika eines Kopplungswegs von dem ersten Übertragungsweg zu dem zweiten Übertragungsweg als Eingaben,
    • – Bestimmen daraus einer entsprechenden Datenrate, die über den ersten Übertragungsweg erreichbar ist,
    • – Prüfen, ob die entsprechende Datenrate höher als oder gleich der ersten Zieldatenrate ist.
  • Die Übertragungscharakteristika des Kopplungswegs sind unter anderem eine Impulssystemreaktion. Die Übertragungscharakteristika können von einem Fernserver erfaßt oder in einen nichtflüchtigen Speicherbereich während der Fertigungszeit gespeichert werden, oder können vorbereitend gemessen werden, z.B. während kein Signal über den zweiten Übertragungsweg übertragen wird, oder während die erste Sender/Empfänger-Einheit vorübergehend vom zweiten Übertragungsweg getrennt ist.
  • Mit dieser Ausführungsform wird die optimale Sendeleistung sofort bestimmt, ohne Zwischenschritte zu durchlaufen, jedoch auf Kosten zusätzlicher Berechnungskomplexität.
  • In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Kapazität der Übertragungswege bestimmt, während die Übertragungswege initialisiert werden, z.B. während des sogenannten Kanalanalyseschrittes für die DSL-Sender/Empfänger-Einheiten. Noch in einer anderen Ausführungsform wird die Kapazität der Übertragungswege bestimmt, während die Übertragungswege in Betrieb sind.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls eine Sender/Empfänger-Einheit, die umfaßt:
    • – einen Sender, der angepaßt ist, einen Sendeweg zu erzeugen, der in einer Partner-Sender/Empfänger-Einheit endet,
    • – einen Empfänger, der angepaßt ist, um einen Empfangsweg zu beenden, der von einer Partner-Sender/Empfänger-Einheit ausgeht,
    • – eine Kommunikationseinrichtung, die mit dem Empfänger gekoppelt ist und angepaßt ist, um von der Partner-Sender/Empfänger-Einheit eine erste Datenrate zu empfangen, die über den Sendeweg erreichbar ist, wobei die erste Datenrate durch die Partner-Sender/Empfänger-Einheit bestimmt wird, während ein erstes Signal an dem Sendeweg mit einer ersten Ausgangssendeleistung angelegt wird,
    • – einen Kanalanalysator, der mit dem Empfänger gekoppelt ist und angepaßt ist, um eine zweite Datenrate zu bestimmen, die über den Empfangsweg erreichbar ist, während ein zweites Signal an dem Empfangsweg mit einer zweiten Ausgangssendeleistung angelegt wird und während ein Betrag des ersten Signals in den Empfangsweg eingekoppelt wird.
  • Eine Sender/Empfänger-Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt außerdem einen Echoverminderungsagenten, der mit dem Kanalanalysator, der Kommunikationseinrichtung und dem Sender gekoppelt ist und angepaßt ist im Falle, daß die erste Datenrate ausschließlich höher als eine erste Zieldatenrate ist und die zweite Datenrate ausschließlich niedriger als eine zweite Zieldatenrate ist, um eine optimale Sendeleistung über den Sendeweg niedriger als die erste Ausgangssendeleistung zu bestimmen, so daß die Kapazität des Empfangswegs über die zweite Datenrate erhöht wird, während die Kapazität des Sendewegs höher als oder gleich der ersten Zieldatenrate gehalten wird.
  • Weitere charakterisierende Ausführungsformen der Sender/Empfänger-Einheit sind in den beigefügten Patentansprüchen erwähnt.
  • Der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die DSL-Sender/Empfänger-Einheit beschränkt, sondern ist auf jede Art von Sender/Empfänger-Einheit anwendbar, in welcher ein Betrag des Sendesignals in den Empfangsweg eingekoppelt wird.
  • Es ist zu beachten, daß der Begriff 'umfassend', der ebenfalls in den Patentansprüchen verwendet wird, nicht als auf die danach aufgezählten Einrichtungen beschränkt interpretiert werden sollte. Folglich sollte der Anwendungsbereich des Ausdruckes 'eine Vorrichtung, umfassend die Einrichtungen A und B' nicht auf Vorrichtungen beschränkt sein, die sich nur aus den Komponenten A und B zusammensetzen. Das bedeutet, daß bezüglich der vorliegenden Erfindung die relevanten Komponenten der Vorrichtung A und B sind.
  • Entsprechend ist es zu beachten, daß der Begriff 'gekoppelt', der ebenfalls in den Patentansprüchen verwendet wird, nicht als auf nur die direkten Verbindungen beschränkt interpretiert werden sollte. Folglich sollte der Anwendungsbereich des Ausdruckes 'eine Vorrichtung A, die mit einer Vorrichtung B gekoppelt ist' nicht auf Vorrichtungen oder Systeme beschränkt sein, in welchen ein Ausgang der Vorrichtung A direkt mit einem Eingang der Vorrichtung B verbunden ist. Das bedeutet, daß ein Weg zwischen einem Ausgang von A und einem Eingang von B vorhanden ist, welcher ein Weg sein kann, der andere Vorrichtungen oder Einrichtungen einschließt.
  • Die obenerwähnten und andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden offensichtlicher und die Erfindung selbst wird am besten durch Verweisen auf die folgende Beschreibung einer Ausführungsform verstanden, die zusammen mit den beigefügten Zeichnungen genommen wurde, in welchen darstellen:
  • 3 – die Sender/Empfänger-Einheit TU1 gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 4 – ein betriebsfähiges Modell des Sende- und Empfangswegs innerhalb der Sender/Empfänger-Einheit TU1.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Sender/Empfänger-Einheit TU1 eine ADSL-Sender/Empfänger-Einheit.
  • Die Sender/Empfänger-Einheit TU1 umfaßt die folgenden Funktionsblöcke (siehe 3):
    • – einen Sender TX,
    • – einen Empfänger RX,
    • – eine Hybridschaltung H,
    • – einen Leitungsadapter T,
    • – eine Kommunikationseinrichtung COM,
    • – einen Kanalanalysator ANAL,
    • - einen Echoverminderungsagenten ERA.
  • Der Sender TX und der Empfänger RX sind beide mit der Hybridschaltung H gekoppelt. Die Hybridschaltung H ist mit dem Leitungsadapter T gekoppelt. Die Kommunikationseinrichtung COM ist sowohl mit dem Sender TX als auch dem Empfänger RX gekoppelt. Der Kanalanalysator ANAL ist mit dem Empfänger RX gekoppelt. Der Echoverminderungsagent ist mit dem Kanalanalysator ANAL, der Kommunikationseinrichtung COM und dem Sender TX gekoppelt.
  • Der Sender TX nimmt die notwendigen Einrichtungen zum Codieren der Benutzer- und Steuerdaten und zum Modulieren der DSL-Töne mit den codierten Daten auf.
  • Der Sender TX umfaßt die folgenden Funktionsblöcke (siehe 3).
    • – einen Frequenz-Zeitbereich-Wandler FTC,
    • – einen Digital-Analog-Wandler DAC,
    • – einen Verstärker mit programmierbarem Verstärkungsfaktor PGA.
  • Der Frequenz-Zeitbereich-Wandler FTC ist mit dem Digital-Analog-Wandler DAC gekoppelt. Der Digital-Analog-Wandler DAC ist mit dem Verstärker mit programmierbarem Verstärkungsfaktor PGA gekoppelt. Der Verstärker mit programmierbarem Verstärkungsfaktor PGA ist mit der Hybridschaltung H gekoppelt.
  • Der Frequenz-Zeitbereich-Wandler FTC ist angepaßt, um ein Signal von seinen Frequenzkomponenten zu synthetisieren. Der Frequenz-Zeitbereich-Wandler FTC nutzt die Synthesegleichung der inversen diskreten Fourier-Transformation (Inverse Discrete Fourier Transform/IDFT).
  • Der Digital-Analog-Wandler DAC ist angepaßt, um eine digitale Sequenz von binären Abtastwerten in ein analoges Signal zu wandeln.
  • Der Verstärker mit programmierbarem Verstärkungsfaktor PGA ist angepaßt, um ein analoges Signal zu verstärken. Die Verstärkung des Verstärkers PGA wird innerhalb des betrachteten Frequenzbereiches als linear angenommen. Sein Verstärkungsfaktor ist mit β bezeichnet.
  • Der Empfänger RX nimmt die notwendigen Einrichtungen zum Demodulieren eines DMT-Signals und zum Decodieren der Benutzer- und Steuerdaten von dem demodulierten Signal auf.
  • Der Empfänger RX umfaßt die folgenden Funktionsblöcke (siehe 3).
    • – einen rauscharmen Verstärker LNA,
    • – einen automatischen Verstärkungsregler AGC,
    • – einen Analog/Digital-Wandler ADC,
    • - einen Zeit-Frequenzbereich-Wandler TFC.
  • Der rauscharme Verstärker LNA ist mit der Hybridschaltung H gekoppelt. Der automatische Verstärkungsregler AGC ist mit dem rauscharmen Verstärker LNA gekoppelt. Der Analog/Digital-Wandler ADC ist mit dem rauscharmen Verstärker LNA gekoppelt. Der Zeit-Frequenzbereich-Wandler TFC ist sowohl mit dem rauscharmen Verstärker LNA als auch dem Kanalanalysator ANAL gekoppelt.
  • Der rauscharme Verstärker LNA ist angepaßt, um sehr kleine Signale zu verstärken, während er ein möglichst geringes Verstärkungsrauschen einbringt. Die Verstärkung des rauscharmen Verstärkers LNA wird innerhalb des betrachteten Frequenzbereiches als linear angenommen. Sein Verstärkungsfaktor ist mit α bezeichnet.
  • Der automatische Verstärkungsregler AGC ist angepaßt, um den Verstärkungsfaktor α des rauscharmen Verstärkers LNA zu bestimmen, um das Ausgangssignal von dem rauscharmen Verstärker LNA innerhalb des Bereiches des Analog/Digital-Wandlers ADC anzupassen. Der automatische Verstärkungsregler AGC mißt die durchschnittliche Leistung des empfangenen Signals und vergleicht sie mit dem Leistungswert des Meßbereichsendes des Analog/Digital-Wandlers ADC. Die durchschnittliche Leistung des empfangenen Signals kann in dem Zeitbereich mittels einer analogen Integratorschaltung oder in dem Frequenzbereich durch Anschließen des Zeit-Frequenzbereich-Wandlers TFC gemessen werden.
  • Der Analog/Digital-Wandler ADC ist angepaßt, um ein analoges Signal abzutasten und zu quantisieren, indem dadurch eine digitale Sequenz von binären Abtastwerten erzeugt wird. Der Analog/Digital-Wandler ADC ist ein (B+1)-bitgleichförmiger Wandler mit einem Skalenendwert VM.
  • Der Zeit-Frequenzbereich-Wandler TFC ist angepaßt, um ein Signal in Frequenzkomponenten zu analysieren. Der Zeit-Frequenzbereich-Wandler TFC nutzt die Analysegleichung der diskreten Fourier-Transformation (Discrete Fourier Transform/DFT).
  • Die Hybridschaltung H ist angepaßt, um den Ausgang der Sendereinheit TX mit dem verdrillten Aderpaar L (siehe NAH-Signal in 3) und das verdrillte Aderpaar L mit dem Eingang der Empfängereinheit RX (siehe FERN-Signal in 3) zu koppeln.
  • Die Hybridschaltung H nimmt eine Echounterdrückungseinrichtung auf, um zu vermeiden, daß sich das gesendete Signal der Einheit TX in den Eingang der Empfängereinheit RX einkoppelt. Ungeachtet dieser Echounterdrückungseinrichtung koppelt sich ein Betrag des gesendeten Signals der Einheit TX in den Eingang der Empfängereinheit RX ein (siehe ECHO-Signal in 3).
  • Der Leitungsadapter T ist angepaßt, um die Sender/Empfänger-Einheit TU1 von dem verdrillten Aderpaar L zu isolieren und um die Eingangs- und Ausgangsimpedanz der Sender/Empfänger- Einheit TU1 an die charakteristische Impedanz der Leitung anzupassen.
  • Die Kommunikationseinrichtung COM stellt Datenaustauschfähigkeiten mit einer Partner-Sender/Empfänger-Einheit bereit. Die Kommunikationseinrichtung COM nimmt die notwendige Einrichtung zum Prüfen und Garantieren der Nachrichtenintegrität auf.
  • Insbesondere ist die Kommunikationseinrichtung COM angepaßt, um von einer Partner-Sender/Empfänger-Einheit eine Bitbelegung b1(k) und eine relative Leistungsverstärkung g1(k) für jeden Ton k zu empfangen, der über den Sendeweg verwendet wird.
  • Die Bitbelegung b1(k) und die relative Leistungsverstärkung g1(k) werden während des Kanalanalyseschrittes bestimmt und während ein pseudostatistisches binäres Signal an dem Sendeweg mit einer Referenzsendeleistung P1 angelegt wird.
  • Die Gesamtbitrate B1, die über den Sendeweg erreichbar ist, ist folglich durch:
    Figure 00140001
    gegeben. Der Kanalanalysator ANAL ist angepaßt, um eine Bitbelegung b2 (k) und eine relative Leistungsverstärkung g2 (k) für jeden Ton k zu bestimmen, der über den Empfangsweg verwendet wird.
  • Die Bitbelegung b2(k) und die relative Leistungsverstärkung g2(k) werden während des Kanalanalyseschrittes bestimmt und während ein pseudostatistisches binäres Signal an dem Empfangsweg mit einer Referenzsendeleistung P2 angelegt wird.
  • Die Gesamtbitrate B2, die über den Empfangsweg erreichbar ist, ist folglich durch:
    Figure 00150001
    gegeben. Der Echoverminderungsagent ERA ist angepaßt, um eine optimale Sendeleistung P1' zu bestimmen, so daß eine Zielbitrate BT1 über den Sendeweg erreicht wird, und so daß eine Zielbitrate BT2 über den Empfangsweg erreicht wird.
  • Der Echoverminderungsagent ERA geht wie folgt vor (siehe 4).
  • Das Empfangssignal ist mit x bezeichnet. Das Signal und die Rauschkomponenten des Empfangssignals x sind entsprechend mit s und n bezeichnet.
  • Das Echo, das die Hybridschaltung H in das Empfangssignal x einbringt, ist mit e bezeichnet.
  • Das Quantisierungsrauschen ist mit q bezeichnet.
  • Die an dem Eingang des Wandlers TFC empfangene Gesamtrauschkomponente ist mit n bezeichnet: n ^ = α(n + e) + q (3)
  • Die DFT eines Signals ist mit Großbuchstaben bezeichnet.
  • Die Verstärkung α' des LNA, um 1 Bit mehr auf dem Ton k zu belegen, wird wie folgt bestimmt.
  • Aus der Shannon'schen Formel erhalten wir:
    Figure 00160001
  • Der Signal-Rausch-Abstand verringerte sich ungefähr auf den Signal-Quantisierungs-Rauschabstand, die Echokomponente wird digital ausgefiltert und das Empfangsrauschen n ist vernachlässigbar im Vergleich zu dem Quantisierungsrauschen q.
  • Wir leiten die folgende Eigenschaft ab: N ^'(k) = N(k) (6)und
    Figure 00160002
  • Eine Zunahme von 3 dB verursacht einen Anstieg von ungefähr 1 Bit/Ton x Symbol.
  • Eine ähnliche Entwicklung gilt in der entgegengesetzten Richtung, das heißt das Halbieren der Sendeleistung verursacht eine Verringerung von ungefähr 1 Bit/Ton x Symbol über den Sendeweg.
  • Indem die Anfangsverstärkung α' des LNA und die gemessene Gesamtbitrate B2 bekannt sind, können wir einen neuen Verstärkungsfaktor α' bestimmen, um die Zielbitrate BT2 zu erreichen:
    Figure 00170001
  • Der Sendeleistungswert P1', der dem automatischen Verstärkungsregler AGC ermöglicht, die Verstärkung des LNA auf α' zu erhöhen, wird wie folgt bestimmt.
  • Das an dem Ausgang des Wandlers FTC gesendete Signal ist mit y bezeichnet.
  • Die Frequenzantwort der Hybridschaltung H von dem Sendeweg an den Empfangsweg ist mit HH(k) bezeichnet (es wird angenommen, daß die Hybridschaltung H ein lineares zeitinvariantes System ist).
  • Das an dem Eingang des Wandlers ADC empfangene Signal ist mit z bezeichnet: z = α(s + n + e) (10)
  • Der AGC ist derart, daß der Spitzenfaktor, der als
    Figure 00170002
    definiert ist, konstant gehalten wird (P bezeichnet die Leistung des entsprechenden Signals).
  • Die durchschnittliche Leistung des Quantisierungsrauschens ist durch:
    Figure 00180001
    gegeben. Pq ist konstant, ungeachtet des zu wandelnden Signals. Daher ist der AGC derart, daß Pz konstant gehalten wird.
  • Es wird angenommen, daß n und e statistisch unabhängige Zufallsprozesse mit Null-Mittelwert sind. Die durchschnittliche Leistung ihrer Summe stimmt mit der Summe ihrer durchschnittlichen Leistung überein: Pz = α2Ps + α2Pn + α2Pe (12)
  • Das Signal und die Rauschkomponenten s und n bleiben gleich, wir haben: Pz' = α'2Ps + α'2Pe + α'2Pn = Pz (13)
  • Ps und Pn sind am Anfang für die Bestimmung der Gesamtbitrate B2 gemessen worden.
  • Pz ist ebenfalls für die Berechnung der Anfangsverstärkung α des LNA gemessen worden.
  • Folglich ist:
    Figure 00180002
  • In der Annahme, daß sich die Digital-Analog-Wandlung und die Analog-Digital-Wandlung gegenseitig aufheben (siehe 3), haben wir aus dem Parsevalschen Theorem:
    Figure 00180003
  • Der Echoverminderungsagent ERA kann unscharf den Verstärkungsfaktor (β' < β) des PGA verringern oder den Sende-PSD (Y'(k) < Y(k)) verringern, oder beide von ihnen.
  • Der Echoverminderungsagent ERA bestimmt einen neuen Verstärkungsfaktor β' des PGA oder einen neuen Sende-PSD Y'(k) mittels der Gleichung (8), (9), (14) und (15), indem dadurch die optimale Sendeleistung P1' bestimmt wird.
  • Der Echoverminderungsagent ERA prüft als nächstes, ob die Zieldatenrate BT1 immer noch über den Sendeweg erreicht wird.
  • Der Echoverminderungsagent ERA nutzt die vorhergehende Entwicklung. Die neue Gesamtbitrate B1', die über den Sendeweg mit der optimalen Sendeleistung P1' erreichbar ist, ist durch: B1' = B1 + (K1 + log2(P1'P1 )) × symbol_rate < B1, wenn P1' < P1 (16)gegeben, wo K1 die Anzahl der über den Sendeweg verwendeten Töne bezeichnet.
  • Der Echoverminderungsagent ERA prüft, ob B1' immer noch größer als oder gleich BT1 ist.
  • Wenn ja, fordert der Echoverminderungsagent ERA außerdem die Partner-Sender/Empfänger-Einheit über die Kommunikationseinrichtung COM an, um einen weiteren Kanalanalyseschritt mittels einer neu definierten Nachricht oder mittels einer vorhandenen Nachricht mit zusätzlichen Informationselementen (siehe new_chan_anal_req in 3) durchzuführen.
  • Die Sender/Empfänger-Einheit TU1 verwendet die so ermitttelte optimale Sendeleistung als Referenzsendeleistung während dieses weiteren Kanalanalyseschrittes.
  • In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mißt der Kanalanalysator ANAL die durchschnittliche Leistung Pe des Echosignals ECHO, während kein Signal über den Empfangsweg gesendet wird, z.B. während des sogenannten Quittungsbetriebs oder während der Halbduplexverkehr über die Leitung L stattfindet.
  • Daraus bestimmt der Echoverminderungsagent ERA die Sendeleistungsdämpfung, um Pe', wie durch die Gleichung (14) gegeben, und folglich die Zielbitrate BT2 über den Empfangsweg zu erreichen.
  • Mit dieser Ausführungsform muß der Echoverminderungsagent ERA keine zuvor ermittelten Übertragungscharakteristika der Hybridschaltung H laden, sondern stützt sich vielmehr auf aktuelle Meßwerte.
  • In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung speichert die Sender/Empfänger-Einheit TU1 die bestimmte optimale Sendeleistung in einem nichtflüchtigen Speicherbereich, bricht den laufenden Initialisierungsvorgang ab, startet neu und führt einen neuen Initialisierungsvorgang mit der optimalen Sendeleistung als Referenzsendeleistung durch.
  • In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmt die Sender/Empfänger-Einheit TU1 neue Bitbelegungswerte b1'(k), die der neuen Gesamtbitrate B1' entsprechen, z.B. durch Verteilung der Kanalkapazitätsverringerung B1 bis B1' gleichmäßig über alle Töne. Die Sender/Empfänger-Einheit TU1 sendet die neuen Bitbelegungswerte b1'(k) an die Partner-Sender/Empfänger-Einheit über die Kommunikationseinrichtung COM mittels einer neu definierten Nachricht oder mittels einer vorhandenen Nachricht mit zusätzlichen Informationselementen. Diese neuen Bitbelegungswerte werden sofort nach Beendigung des Initialisierungsvorganges verwendet, ohne einen neuen (ganzen/teilweisen) Initialisierungsvorgang zu benötigen.
  • In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmt der Echoverminderungsagent ERA die optimale Sendeleistung P1' durch Prüfen aufeinanderfolgender Sendeleistungswerte.
  • Diese Werte werden am Anfang in ein Intervall [P1INF; P1] eingeschlossen, wo P1INF einen zuvor ermittelten Sendeleistungswert der unteren Grenze bezeichnet.
  • Der Echoverminderungsagent ERA nützt einen Zweiteilungsalgorithmus, der mit dem Anfangswert P11 = P1 beginnt, als nächstes P12 = (P1INF + P1)/2 und so weiter, bis die Zieldatenraten BT1 und BT2 über sowohl den Sendeweg als auch den Empfangsweg erreicht sind.
  • Der Echoverminderungsagent ERA geht wie folgt vor.
  • Mit P1n wird der Wert der Referenzsendeleistung bezeichnet, der während des n-ten Kanalanalyseschrittes verwendet wird.
  • Mit B1n wird die Gesamtbitrate bezeichnet, die über den Sendeweg erreichbar ist, wobei B1n durch die Partner-Sender/Empfänger-Einheit während des n-ten Kanalanalyseschrittes gemessen und an den Echoverminderungsagenten ERA über die Kommunikationseinrichtung COM übergeben wird.
  • Mit B2n wird die Gesamtbitrate bezeichnet, die über den Empfangsweg erreichbar ist, wobei B2n durch den Kanalanalysator ANAL während des n-ten Kanalanalyseschrittes gemessen und an den Echoverminderungsagenten ERA übergeben wird.
  • Das Intervall, in welchem die optimale Sendeleistung erwartungsgemäß bei jedem Schritt des Zweiteilungsalgorithmus sein soll, ist mit [P1MIN; P1MAX] bezeichnet.
  • Am Anfang (n = 1) ist:
    P11 = P1
    B11 = B1 > BT1
    B21 = B2 > BT2
    P1MIN = P1INF
    P1MAX = P1
  • Wenn B1n > BT1 und B2n < BT2, dann ist:
    P1n+1 = (P1MIN + P1n)/2
    P1MIN unverändert
    P1MAX = P1n
  • Wenn B1n < BT1 und B2n > BT2, dann ist:
    P1n+1 = (P1n + P1MAX)/2
    P1MIN = P1n
    P1MAX unverändert
  • Der Zweiteilungsalgorithmus wird fortgesetzt, bis B1n > BT1 und B2n > BT2, indem dadurch der optimale Sendeleistungswert P1' ermittelt wird.
  • Der Echoverminderungsagent ERA:
    • – fordert entweder die Partner-Sender/Empfänger-Einheit über die Kommunikationseinrichtung COM an, einen weiteren Kanalanalyseschritt durchzuführen, wobei der nächste ermittelte Wert als Referenzsendeleistung während dieses weiteren Kanalanalyseschrittes verwendet wird,
    • – oder bricht den laufenden Initialisierungsvorgang ab und führt einen neuen Initialisierungsvorgang mit dem nächsten ermittelten Wert durch.
  • Eine abschließende Anmerkung ist, daß die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben in Form von Funktionsblöcken beschrieben sind. Aus der Funktionsbeschreibung dieser Blöcke, die oben gegeben sind, wird für einen Fachmann für die Entwicklung elektronischer Geräte offensichtlich, welche Ausführungsformen dieser Blöcke mit allgemein bekannten elektronischen Komponenten hergestellt werden können. Eine detaillierte Architektur der Inhalte der Funktionsblöcke wird daher nicht gegeben.
  • Während die Prinzipien der Erfindung oben mit Bezug auf eine spezifische Vorrichtung beschrieben worden sind, muß man klar verstehen, daß diese Beschreibung nur beispielhaft erfolgte und nicht als eine Einschränkung im Anwendungsbereich der Erfindung, wie in den beigefügten Patentansprüchen definiert.

Claims (8)

  1. Ein Verfahren zum Bestimmen der Übertragungscharakteristika über einen ersten Übertragungsweg (WEG1) und einen zweiten Übertragungsweg (WEG2), wobei der erste Übertragungsweg von einer ersten Sender/Empfänger-Einheit (TU1) ausgeht und in einer zweiten Sender/Empfänger-Einheit (TU2) endet, wobei der zweite Übertragungsweg von der zweiten Sender/Empfänger-Einheit ausgeht und in der ersten Sender/Empfänger-Einheit endet, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: – Messen in der zweiten Sender/Empfänger-Einheit der ersten Übertragungscharakteristika des ersten Übertragungswegs, während ein erstes Signal (NAH) an dem ersten Übertragungsweg mit einer ersten Ausgangssendeleistung (P1) angelegt wird, und Bestimmen daraus einer ersten Datenrate (B1), die über den ersten Übertragungsweg erreichbar ist, – Senden der ersten Datenrate an die erste Sender/Empfänger-Einheit, – Messen in der ersten Sender/Empfänger-Einheit der zweiten Übertragungscharakteristika des zweiten Übertragungswegs, während ein zweites Signal an dem zweiten Übertragungsweg mit einer zweiten Ausgangssendeleistung (P2) angelegt wird, und während ein Betrag des ersten Signals in den zweiten Übertragungsweg (ECHO) eingekoppelt wird, und Bestimmen daraus einer zweiten Datenrate (B2), die über den zweiten Übertragungsweg erreichbar ist, – im Falle, daß die erste Datenrate höher als eine erste Zieldatenrate (BT1) ist und die zweite Datenrate niedriger als eine zweite Zieldatenrate (BT2) ist, Bestimmen einer Zwischensendeleistung zwischen einer Sendeleistung der unteren Grenze und der ersten Ausgangssendeleistung, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren außerdem die Schritte umfaßt: – Messen in der zweiten Sender/Empfänger-Einheit der dritten Übertragungscharakteristika des ersten Übertragungswegs, während ein drittes Signal an dem ersten Übertragungsweg mit der Zwischensendeleistung angelegt wird, und Bestimmen daraus einer dritten Datenrate, die über den ersten Übertragungsweg erreichbar ist, – Senden der dritten Datenrate an die erste Sender/Empfänger-Einheit, – Messen in der ersten Sender/Empfänger-Einheit der vierten Übertragungscharakteristika des zweiten Übertragungswegs, während ein viertes Signal an dem zweiten Übertragungsweg mit der zweiten Ausgangssendeleistung angelegt wird, und während ein Betrag des dritten Signals in den zweiten Übertragungsweg eingekoppelt wird, und Bestimmen daraus einer vierten Datenrate, die über den zweiten Übertragungsweg erreichbar ist, bis die vierte Datenrate über die zweite Zieldatenrate angestiegen ist, während die dritte Datenrate höher als oder gleich der ersten Zieldatenrate gehalten wird.
  2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischensendeleistung mittels eines Zweiteilungsalgorithmus bestimmt wird.
  3. Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren außerdem die Schritte umfaßt: – Bestimmen direkt in der ersten Sender/Empfänger-Einheit einer optimalen Sendeleistung mit: – einem notwendigen Signal-Quantisierungs-Rauschabstand, um die zweite Zieldatenrate über den zweiten Übertragungsweg zu erreichen, – den Übertragungscharakteristika (HH(k)) eines Kopplungswegs von dem ersten Übertragungsweg zu dem zweiten Übertragungsweg als Eingaben, – Bestimmen daraus einer entsprechenden Datenrate, die über den ersten Übertragungsweg erreichbar ist, – Prüfen, ob die entsprechende Datenrate höher als oder gleich der ersten Zieldatenrate ist, – Verwenden der optimalen Sendeleistung als die Zwischensendeleistung.
  4. Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Datenrate beziehungsweise die zweite Datenrate ermittelt wird, während der erste Übertragungsweg beziehungsweise der zweite Übertragungsweg initialisiert wird.
  5. Eine Sender/Empfänger-Einheit (TU1), umfassend: – einen Sender (TX), der angepaßt ist, einen Sendeweg (WEG1) zu erzeugen, der in einer Partner-Sender/Empfänger-Einheit (TU2) endet, – einen Empfänger (RX), der angepaßt ist, um einen Empfangsweg (WEG2) zu beenden, der von der Partner- Sender/Empfänger-Einheit ausgeht, – eine Kommunikationseinrichtung (COM), die mit dem Empfänger gekoppelt ist, und angepaßt ist, um von der Partner-Sender/Empfänger-Einheit eine erste Datenrate (B1) zu empfangen, die über den Sendeweg erreichbar ist, wobei die erste Datenrate durch Messen in der Partner-Sender/Empfänger-Einheit der ersten Übertragungscharakteristika des Sendewegs bestimmt wird, während ein erstes Signal (NAH) an dem Sendeweg mit einer ersten Ausgangssendeleistung (P1) angelegt wird, – einen Kanalanalysator (ANAL), der mit dem Empfänger gekoppelt ist, und angepaßt ist, um die zweiten Übertragungscharakteristika des Empfangswegs zu messen, während ein zweites Signal an dem Empfangsweg mit einer zweiten Ausgangssendeleistung (P2) angelegt wird, und während ein Betrag des ersten Signals in den Empfangsweg (ECHO) eingekoppelt wird, und um daraus eine zweite Datenrate (B2) zu bestimmen, die über den Empfangsweg erreichbar ist, – einen Echoverminderungsagenten (ERA), der mit dem Kanalanalysator, der Kommunikationseinrichtung und dem Sender gekoppelt ist, und angepaßt ist im Falle, daß die erste Datenrate höher als eine erste Zieldatenrate (BT1) ist und die zweite Datenrate niedriger als eine zweite Zieldatenrate (BT2) ist, um eine Zwischensendeleistung zwischen einer Sendeleistung der unteren Grenze und der ersten Ausgangssendeleistung zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikationseinrichtung außerdem angepaßt ist, um von der Partner-Sender/Empfänger-Einheit eine dritte Datenrate zu empfangen, wobei die dritte Datenrate durch Messen in der Partner-Sender/Empfänger-Einheit der dritten Kanalcharakteristika des Sendewegs bestimmt wird, während ein drittes Signal an dem Sendeweg mit der Zwischensendeleistung angelegt wird, und dadurch, daß der Kanalanalysator außerdem angepaßt ist, um die vierten Übertragungscharakteristika des Empfangswegs zu messen, während ein viertes Signal an dem Empfangsweg mit der zweiten Ausgangssendeleistung angelegt wird, und während ein Betrag des dritten Signals in den Empfangsweg eingekoppelt wird, und um daraus eine vierte Datenrate zu bestimmen, die über den Empfangsweg erreichbar ist, bis die vierte Datenrate über die zweite Zieldatenrate ansteigt, während die dritte Datenrate höher als oder gleich der ersten Zieldatenrate gehalten wird.
  6. Eine Sender/Empfänger-Einheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischensendeleistung mittels eines Zweiteilungsalgorithmus bestimmt wird.
  7. Eine Sender/Empfänger-Einheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Echoverminderungsagent außerdem angepaßt ist: – um direkt eine optimale Sendeleistung mit: – einem notwendigen Signal-Quantisierungs-Rauschabstand, um die zweite Zieldatenrate über den Empfangsweg zu erreichen, – den Übertragungscharakteristika (HH(k)) eines Kopplungswegs von dem Sendeweg zu dem Empfangsweg als Eingaben zu bestimmen, – um daraus eine entsprechende Datenrate zu bestimmen, die über den Sendeweg erreichbar ist, – um zu prüfen, ob die entsprechende Datenrate höher als oder gleich der ersten Zieldatenrate ist, – um die optimale Sendeleistung als die Zwischensendeleistung zu verwenden.
  8. Eine Sender/Empfänger-Einheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Datenrate beziehungsweise die zweite Datenrate bestimmt wird, während der Sendeweg beziehungsweise der Empfangsweg initialisiert wird.
    Figure 00300001
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