DE69634795T2

DE69634795T2 - Vorrichtung und verfahren zur entzerrung von vorwärts- und rückwärtskanälen eines kommunikationsnetzwerks

Info

Publication number: DE69634795T2
Application number: DE69634795T
Authority: DE
Inventors: John Ulm; D. William CORLEY; Cynthia Mazza-Brennan; Christopher Grobicki
Original assignee: Nortel Networks Ltd
Current assignee: Nortel Networks Ltd
Priority date: 1995-04-13
Filing date: 1996-04-12
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2016-04-13
Also published as: CA2192699A1; EP0765548B1; DE69634795D1; CA2192699C; EP0765548A4; WO1996032789A1; US5608728A; EP0765548A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Qualitätsverbesserung von Signalen, die zwischen Knoten eines Netzwerks gesendet werden. Noch spezieller betrifft die vorliegende Erfindung die Entzerrung zur Verbesserung der Qualität von Signalen, die zwischen Systemknoten in einem Netzwerk übertragen werden.
Ein Gemeinschaftsantennenfernsehsystem (CATV), oft auch einfach als Kabel-TV bezeichnet, basiert typischerweise auf einer Baumverzweigungsnetzwerktopologie, wie sie repräsentativ in 1 gezeigt ist. Gemäß dieser Topologie hat das CATV-System ein Kopfende, welches Signale von einem Quellenprogramm empfängt und diese Signale über das Netzwerk sendet. Ein Stammsystem bildet eine Hauptader, um die programmierenden Signale zu Teilnehmern zu tragen.
Diese Baumverzweigungstopologie ist grundsätzlich anwendbar, um interaktive Kommunikationspotenziale zu erweitern, die jetzt für Netzwerksysteme mit Kommunikationsstrecken erhältlich sind. Ein solches System ist im parallelen US-Patent 055471474 mit dem Titel „Communications Highway Network Systems" beschrieben. Dieses interaktive System benutzt das Verteilungssystem einer CATV-Systeminfrastruktur und eine große Anzahl von Systemknoten, die an das Verteilungssystem zur Bildung eines Netzwerks angeschlossen sind.
Jeder Systemknoten des Netzwerksystems, welches im US-Patent 055471474 beschrieben ist, schließt ein CPU-Modul ein, um den Systemknoten zu steuern, weiterhin ein RF-Modemmodul zum Anschließen des Systemknotens an das Verteilungssystem und eine Stromversorgung. In diesem System wirkt einer der Systemknoten als System- Schrittgeber/Verteiler, der unter anderen Dingen eine globale Synchronisation für alle Systemknoten bildet und den Zugang zu dem Netzwerkbus steuert. Das Netzwerksystem verwendet auch Kanäle des CATV-Systems für seine Übertragungen zwischen den Systemknoten. Diese Kanäle werden als Netzwerkbus betrachtet. Der Netzwerkbus, der für die Kommunikationen zwischen den Systemknoten benutzt wird, hat einen Vorwärtskanal und einen Rückwärtskanal für zweiwegige Informationsübertragungen.
Es gab schon lange den Wunsch, eine Entzerrung auf den Vorwärts- und Rückwärtskanälen so zu bekommen, dass hochqualitative Signale von den Systemknoten empfangen werden. Eine hochqualitative Signalübertragung über das Netzwerk schafft eine Basis für erweiterte Nutzungen der auf dem Netzwerk gesendeten Daten.
Übertragungen über das Netzwerk zwischen dem Sender eines Systemknotens und dem Empfänger eines weiteren Systemknotens erleiden Streckenstörungen, wie Amplitudenverlust, Gruppenverzögerungsfehler, Signalreflektionen und Streckenverluste. Diese Beeinträchtigungen sind unterschiedlich für Übertragungen zwischen jedem spezifischen Sender-Empfängerpaar, weil jedes Sender-Empfängerpaar an das Kopfende über eine eigene Strecke angeschlossen ist. Ein Weg zur Kompensation dieser Störungen besteht in einer adaptiven Paket-zu-Paket-Entzerrung, bei der jeder Knoten eine Präambel in jedem empfangenen Paket zur Durchführung von Einstellungen benutzt. Ein solcher Prozess unterliegt jedoch Problemen aufgrund von Rauschen und Kollisionen auf dem Netzwerk. Ein weiteres Problem besteht darin, dass ein Entzerrungsübungsmuster in jedem Paket verfügbar sein muss, was zu einer Erhöhung des Overheads führt. Um dies zu bewältigen, sind erhebliche Hardwarezusatzteile erforderlich.
Die US-A-4969162 offenbart eine automatische Entzerrungstechnik zur Anwendung in zweiwegigen Kommunikationssystemen mit Terminals, die durch ein Kommunikationsglied verbunden sind, welches Verzerrungscharakteristiken hat, die im Wesentlichen für in beide Richtungen laufende Signale identisch sind. Diese Technik umfasst ein Mastermodem, welches immer als erstes dran ist, in dem System zu übertragen, und außerdem ein oder mehrere entfernte Modems. Jedes entfernte Modem hat ein adaptives Filter im Empfängerabschnitt des Modems, welches adaptiv seine Filtercharakteristiken so einstellt, dass sie die Umkehrung der Leitungsverzerrungscharakteristiken darstellen. Jedes entfernte Modem schließt auch ein Nebenfilter im Senderabschnitt ein, welches ebenfalls auf Filtercharakteristiken eingestellt ist, die im Wesentlichen gleich sind wie die des adaptiven Filters. Das Nebenfilter bewirkt die Vorwärtszerrung der vom entfernten Modem gesendeten Signale, so dass sie beim Mastermodem im Wesentlichen unverzerrt ankommen.
Die US-A-4816825 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung von Stationssendesignalpegeln in einem breitbandigen Kommunikationsnetzwerk mit zwei Wegen, in dem ein multipler trägerermittelnder Zugang mit Kollisionsdetektionsprotokoll angewendet wird.
Der Schaltkreis für die Signalpegeldetektion ist angeschlossen an einen oder eine Mehrzahl von Orten im Netzwerkübertragungsmedium, um den Signalpegel zu bestimmen, der von jeder der mehreren Stationen, die periodisch in das Medium übertragen, erzeugt wird. Der detektierte Signalpegel von einer Station wird mit einem festgelegten Bereich geeigneter Werte für die Station verglichen, und, wenn die Station sich außerhalb des festgelegten Bereichs befindliche Signale sendet, wird ein Korrekturfaktor an die Station gegeben, um die Übertragungspegel der Station einzustellen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes System und Verfahren für eine Entzerrung auf den Vorwärts- und Rückwärtskanälen eines Netzwerksystems mit Kommunikationsstrecken zu schaffen, bei dem die Sender und Empfänger der Systemknoten, die auf dem Netzwerk betätigbar sind, in der Lage sind, Qualitätssignale bereitzustellen, und zwar ungeachtet ihres Ortes auf dem Netzwerk.
Dementsprechend besteht die vorliegende Erfindung nach einem Aspekt in einem Netzwerk, in dem Vorwärts- und Rückwärtskanäle entzerrt werden können, wobei das Netzwerk aufweist einen zentralen Knoten, der in der Lage ist, auf dem Netzwerk Signale zu empfangen und zu übertragen, einen Netzwerkbus zum Senden von Signalen an den und zum Empfangen von Signalen vom zentralen Knoten und eine Anzahl Netzwerkknoten, die an den Netzwerkbus angeschlossen sind, wobei jeder der Netzwerkknoten in der Lage ist, mit jedem der anderen Netzwerkknoten auf dem Netzwerkbus über den zentralen Knoten zu kommunizieren, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Netzwerkknoten einschließt:
einen Sender, der in der Lage ist, ein Senderentzerrungssignal zum Einstellen des Senders zu senden, um ein Signal mit festgelegten Eigenschaften zum zentralen Knoten zu bilden und ein Empfängerentzerrungssignal zum Einstellen empfangener Signale derart zu senden, dass diese eine festgelegte Signalqualität haben;
einen Empfänger, der ein Empfängerentzerrungssignal empfangen kann, welches durch einen Sender eines festgelegten Netzwerkknotens gesendet wird, und das Senderentzerrungssignal empfangen kann, welches durch den dem Empfänger zugeordneten Sender gesendet wird;
und Verarbeitungsmittel zum Vergleichen des empfangenen Empfängerentzerrungssignals mit einem ersten gespeicherten Signal und Festlegen einer Einstellung für den Empfänger für die Vorwärtskanalentzerrung und zum Vergleichen des empfangenen Senderentzerrungssignals mit einem zweiten gespeicherten Signal und Festlegen einer Einstellung für den Sender für die Rückwärtskanalentzerrung.
Ein anderer Aspekt der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Entzerrung von Übertragungen auf Vorwärts- und Rückwärtskanälen eines Netzwerkes, welches mindestens einen zentralen Knoten, einen Netzwerkbus und eine Anzahl Netzwerkknoten hat, wobei jeder Netzwerkknoten zumindest einen Sender, einen Empfänger und einen Prozessor hat, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) ein Sender eines vorbestimmten Netzwerkknotens sendet ein vorbestimmtes Empfängerentzerrungssignal zum zentralen Knoten;
b) der zentrale Knoten sendet das Empfängerentzerrungssignal auf dem Netzwerkbus zurück;
c) der Empfänger jedes Netzwerkknotens empfängt das Empfängerentzerrungssignal vom zentralen Knoten;
d) für jeden Netzwerkknoten stellt der Netzwerkknotenprozessor seinen jeweiligen Empfänger auf der Basis eines Vergleichs des empfangenen Empfängerentzerrungssignals und des festgelegten Empfängerentzerrungssignals ein, um Verzerrungen in den Übertragungen auf dem Netzwerkbus vom zentralen Knoten zum Netzwerkknoten zu kompensieren;
e) der Sender jedes Netzwerkknotens sendet ein Senderentzerrungssignal zum zentralen Knoten;
f) der zentrale Knoten sendet das Senderentzerrungssignal auf dem Netzwerkbus zurück;
g) für jeden Netzwerkknoten empfängt der jedem Sender zugeordnete Empfänger das Senderentzerrungssignal, welches durch den genannten Sender gesendet und durch den zentralen Knoten zurück gesendet wird; und
h) für jeden Netzwerkknoten stellt der Prozessor den jeweiligen Sender auf der Basis eines Vergleichs der gesendeten und empfangenen Senderentzerrungssignale ein.

Das Kommunikationsstreckennetzwerksystem, welches die vorliegende Erfindung anwenden kann, hat vorzugsweise ein Kopfende, eine Anzahl Systemknoten und einen Netzwerkbus, der die Systemknoten verbindet. Einer der Systemknoten auf dem Netzwerk ist ein Referenzknoten, der die Aufgaben des Schrittgeber/Verteilers für eine globale Synchronisation und eines Buszugangs erfüllt, wie es im US-Patent 055471474 beschrieben ist. Der Referenzknoten nach der vorliegenden Erfindung hat zusätzliche Aufgaben, wie noch diskutiert werden wird.
Der Referenzknoten und jeder der Systemknoten haben ein Modem, welches vorzugsweise einen Sender, einen Empfänger, einen Mikroprozessor und eine Speichervorrichtung umfasst. Der Mikroprozessor für jeden Systemknoten stellt seinen Sender und Empfänger ein, um die Entzerrung auf den Vorwärts- und Rückwärtskanälen zu erreichen.
Um die Vorwärts- und Rückwärtskanäle zu entzerren, stellt der Mikroprozessor jedes Modems zuerst die Empfänger zwecks Entzerrung des Vorwärtskanals und dann die Sender zwecks Entzerrung des Rückwärtskanals ein. Für jeden Sender, der eingestellt ist, empfängt das Kopfende Signale, die im Wesentlichen die gleichen Charakteristiken haben, selbst wenn die mehreren Sender unterschiedliche und eigene Streckenstörungen zwischen dem entsprechenden Sender und dem Kopfende haben. Sobald die Entzerrung komplett ist, können Signale von guter Qualität von jedem Sender zu jedem Empfänger überfragen werden, und zwar ungeachtet individueller Beeinträchtigungen auf den operativen Übertragungsstrecken.
Bei der Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens überträgt der Referenzknoten, der wie erwähnt einer der Systemknoten ist, periodisch ein frequenzreiches Signal auf dem Netzwerk zum Kopfende. Das Kopfende sendet dieses Signal zu jedem der Systemknoten. Jeder Systemknoten empfängt das frequenzreiche Signal und vergleicht es mit einem erwarteten Wert des frequenzreichen Signals. Der Empfänger wird dann auf der Basis des Vergleichs eingestellt.
Nachdem die Empfänger eingestellt sind, stellt jeder Systemknoten seinen Sender ein. Um diese Einstellung zu machen, überträgt jeder Systemknoten ein weiteres frequenzreiches Signal zum Kopfende und wartet auf ein Rückecho. Jeder Systemknoten vergleicht dann das Echosignal mit dem gesendeten Signal und stellt seinen Sender auf der Basis dieses Vergleichs ein.
Durch die Herstellung dieser Einstellungen an den Empfängern wirken solche Empfänger einer Verzerrung in den Vorwärtskanälen vom Kopfende zu den Systemknoten entgegen. Durch die Herstellung der Einstellungen an den Sendern werden die gesendeten Signale „vorverzerrt", um zumindest teilweise erwartete Verzerrungen im Rücklaufkanal zu kompensieren. Dieses resultiert in einer Entzerrung sowohl auf den Vorwärts- als auch den Rückwärtskanälen, selbst obwohl die Signale auf verschiedene Weisen durch unterschiedliche Übertragungsstrecken verzerrt sind.
Die Erfindung wird detaillierter durch Beispiele mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben:
1 ist ein Blockdiagramm einer Netzwerktopologie mit Baumverzweigung für ein CATV-System.
2 ist ein Blockdiagramm eines Netzwerksystems mit der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Blockdiagramm des Senders, Empfängers und Prozessors eines Modems eines Systemknotens.
4 – 6 sind Flussdiagramme, welche das Verfahren zur Entzerrung der Vorwärts- und Rückwärtskanäle eines Netzwerksystems gemäß der Erfindung darstellen.
7 ist ein schematisches Blockdiagramm zur Darstellung unterschiedlicher Streckenbeeinträchtigungen für ein Netzwerksystem.
Die vorliegende Erfindung ist ein System und ein Verfahren zum Entzerren der Vorwärts- und Rückwärtsübertragungsstrecken für ein Netzwerksystem mit Kommunikationsstrecken. Obwohl das System und Verfahren gemäß vorliegender Erfindung beschrieben werden in Verbindung mit einer Anwendung bei einem Netzwerksystem mit Kommunikationsstrecken, welches in ein CATV-System eingegliedert werden kann, können dieses System und dieses Verfahren mit jeder Art System Verwendung finden, die eine Baumverzweigungstopologie haben, welche eine Entzerrung von Vorwärts- und Rückwärtskanälen erfordert, sogar ein eigenständiges System.
Gemäß 2 hat das Kommunikationsstreckensystemnetzwerk 10 eine Baumverzweigungstopologie. Das Netzwerk schließt wie dargestellt einen Systemknoten 12, Systemknoten 14, Systemknoten 16, Systemknoten 18, Systemknoten 20 und ein Kopfende 11 ein. Vorzugsweise ist das Kopfende 11 in der Lage, Signale zu empfangen von den und Signale zu senden an die Systemknoten 12, 14, 16, 18 und 20 über den Netzwerkbus 22.
Auf den Systemknoten 12, zu Zwecken der Kanalentzerrung, wird als der Referenzknoten Bezug genommen. Obwohl der Systemknoten 12 der Referenzknoten ist, kann jeder der Systemknoten der Referenzknoten für das System und Verfahren nach der Erfindung sein.
Vertretungsweise wird der Systemknoten 20 im Detail beschrieben. Jeder der anderen Systemknoten, einschließlich des Referenzknotens 12, hat einen gleichartigen Aufbau. Der Systemknoten 20 schließt eine CPU 31, ein RF-Modem 30 und eine Stromversorgung 33 ein. Indem speziell auf das Modem 30 Bezug genommen wird, sind der Sender 32 und der Empfänger 34 an einem Netzwerkbus 22 angeschlossen, der wiederum mit dem Kopfende 11 verbunden ist. Der Mikroprozessor 50 ist sowohl mit dem Sender 32 als auch dem Empfänger 34 verbunden. Ein Festspeicher 54 ist mit dem Mikroprozessor 50 verbunden. Der Sender 32 jedes Systemknotens kann an den Empfänger jedes anderen Systemknotens über das Kopfende senden. Der Darstellung entsprechend sind der Rückwärtskanal 36 und der Vorwärtskanal 38 als separate Leitungen dargestellt; diese Kanäle können auch eine einzelne Leitung sein.
Bezug nehmend auf 3 sind dort der Sender 32 und der Empfänger 34 in größerem Detail zusammen mit einem Teil des Mikroprozessors 50 gezeigt. Der Mikroprozessor hat seinen eigenen Speicher 53, der zum Speichern vorbestimmter Signale verwendet werden kann, die für einen Vergleich mit Signalen benutzt werden, die über das Netzwerk empfangen werden. Vorzugsweise hat der Sender 32 einen mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Digital/Analog („D/A")-Wandler 40, einen Ausgangsverstärker 41, ein FIR-Filter 42 und einen Oszillator 43, die wie gezeigt geschaltet sind. Das FIR-Filter 42 arbeitet basierend auf einstellbaren Koeffizienten. Diese Koeffizienten werden eingestellt, um den Rücklaufkanal für einen speziellen Systemknoten zu entzerren. Signale, die vom Systemknoten, wie etwa vom Systemknoten 20, gesendet werden, werden mit einem Trägersignal gemischt, welches von dem nume risch gesteuerten Oszillator 43 erzeugt wird, der einen Sinus- und Kosinusgenerator hat. Diese Mischung findet im QPSK-Modulator 44 statt. Der QPSK-Modulator 44 wird durch Anwendung eines speziellen integrierten Schaltkreises (ASIC) 52 gesteuert. Der modulierte Signalausgang des QPSK-Modulators 44 wird durch den D/A-Wandler 40 und dann vom Ausgangsverstärker 41 verarbeitet. Der D/A-Wandler stellt ein passendes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SMR) über das gesamte Frequenzband bereit.
Der Empfänger 34 hat einen A/D-Wandler 45, der analoge Eingangssignale vom Netzwerk empfängt und umwandelt, einen QPSK-Demodulator 47, der den Träger und das Datensignal demoduliert, ein FIR-Filter 46 und einen Auffang-RAM 48. Das Filter 46 arbeitet ebenfalls auf der Basis einstellbarer Koeffizienten.
Die Strecke zwischen dem Sender eines Systemknotens und dem Empfänger jedes der großen Anzahl anderer Systemknoten ist individuell. Dementsprechend unterliegen Signale, die von einem Sender in einem Knoten zu einem Empfänger in einem anderen Knoten übertragen werden, unterschiedlichen und einmaligen Beeinträchtigungen. Das vorliegende System und Verfahren stellen die Sender und Empfänger über die Koeffizienten ihrer jeweiligen FIR-Filter so ein, dass die am Kopfende von jedem Sender empfangenen Signale im Wesentlichen die gleichen Charakteristiken haben, und zwar ungeachtet des Ursprungs des Signals. Deshalb sind die von den Zielempfängern empfangenen Signale hochqualitative Signale, und zwar ungeachtet dessen, welcher Sender das Signal sendet. Diese System und Verfahren werden nun im Detail erläutert.
In der 4 ist ein Flussdiagramm der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte gezeigt und allgemein mit 100 bezeichnet. Entsprechend diesem Verfahren sendet in einem ersten Schritt 101 der Referenzknoten 12 ein frequenzreiches Signal zum Kopfende. Es ist günstig (jedoch nicht erforderlich), wenn der Bezugsknoten sich in Nähe des Kopfendes 11 befindet, weil dann die Verzerrung in den Übertragungen vom Referenzknoten zum Kopfende minimiert wird. Beim zweiten Schritt 102 überträgt das Kopfende 11 das frequenzreiche Signal über das Netzwerk an alle Empfänger der mehreren Systemknoten. Beim dritten Schritt 104 werden die Empfänger an jedem der Systemknoten eingestellt, um die Verzerrung im frequenzreichen Signal auf der Basis eines Vergleichs zwischen einer erwarteten Wiedergabe des gesendeten Signals und des empfangenen Signals zu kompensieren.
Schritt 106 ist der vierte Schritt. Bei diesem Schritt sendet jeder Sender ein frequenzreiches Signal zum Kopfende. Dieses Signal wird benutzt, um nur den sendenden Sender einzustellen. Gemäß einem fünften Schritt 108 sendet das Kopfende die frequenzreichen Signale auf dem Netzwerk zurück an alle Empfänger der Systemknoten, von denen einer der Systemknoten ist, der das frequenzreiche Signal gesendet hat. Beim sechsten Schritt 110 empfängt der hier interessierende Systemknoten das Rückecho und vergleicht es mit dem Signal, welches im Zusammenhang mit dem Schritt 106 gesendet wurde. Der Unterschied zwischen diesen Signalen wird benutzt, um den Sender einzustellen. Nachdem diese Verfahrensschritte durchgeführt sind, sind sowohl die Vorwärts als auch die Rückwärtsstrecken für jeden Systemknoten abgeglichen.
Mit Bezug auf die 5 und 6 werden nun die in 4 gezeigten Verfahrensschritte detaillierter beschrieben. Im Schritt 101 sendet der Referenzknoten 12 ein frequenzreiches Signal zu einer bekannten Zeit in einem Block aus gesendeten Daten. Bei einer Ausführungsform ist das frequenzreiche Signal eine 63er Symbolfrequenz, die zumindest zwei Mal wiederholt wird. Dieses frequenzreiche Signal ist vorzugsweise gleichmäßig über das relevante Frequenzband verteilt. Im Schritt 102 in
5 detektiert der Empfänger 34 das frequenzreiche Signal, welches vom Kopfende übertragen wurde (Nebenschritt 120). Das frequenzreiche Signal, welches ein analoges Signal ist, wird im A/D-Wandler 45 im Empfänger 34 in ein digitales Signal umgewandelt (Nebenschritt 122). Hiernach wird das umgewandelte Signal vom FIR-Filter 46 gefiltert und dann im QPSK-Demodulator 47 demoduliert. Das umgewandelte Signal wird auch im Auffang-RAM 48 gespeichert (Nebenschritt 124). Die im RAM 48 gespeicherten Daten werden zur Berechnung der Koeffizienten des FIR-Filters 46 benutzt. Diese Koeffizienten setzen den QPSK-Modulator 47 in die Lage, richtig zu arbeiten. Der Mikroprozessor 50, der vorzugsweise zumindest einen ASIC hat, ASIC 52, greift auf die im Auffang-RAM 48 gespeicherten Daten zu.
Vorzugsweise sind 256 Muster des Signalsequenzausgangs vom A/D-Wandler 45 im Auffang-RAM 48 gespeichert. Diese 256 Muster bilden 64 Symbole, weil es vier Muster für jedes Symbol gibt. Da die Sequenz von 63 Symbolen zumindest zwei Mal wiederkehrt, macht es nichts aus, wo das Abtasten beginnt, vorausgesetzt, dass die Anzahl der abgetasteten Symbole größer ist als die Länge der Sequenz (und vorausgesetzt, dass das Abtasten beginnt, bevor die Sequenz letztmalig gesendet wird).
Im Zusammenhang mit dem Schritt 104 wird die aktuelle Einstellung des Empfängers im Detail diskutiert. Der Mikroprozessor 50 stellt den Empfänger ein, indem die Koeffizienten in der im ASIC 52 programmierten Software berechnet werden und indem dann das FIR-Filter 46 im Empfänger 34 mit diesen Koeffizienten aktualisiert wird. Hierzu setzt der Mikroprozessor 50 die empfangenen und gespeicherten Abtastsignale mit dem bekannten frequenzreichen Signal in Beziehung, um zu ermitteln, ob das empfangene Signal das frequenzreiche Signal (Nebenschritt 126) ist (oder vermutungsweise ist). Hiernach führt der Mikroprozessor 50 eine schnelle Fouriertransformation (FFT) der bekannten und empfangenen Signale durch, um die berechnete Frequenzantwort einzustellen (Nebenschritt 128). Im Nebenschritt 130 wird die berechnete empfangene Frequenzantwort durch Teilung eingegliedert in die ideale Frequenzantwort des bekannten Signals. Eine inverse FFT wird dann für das Ergebnis des Nebenschritts 130 durchgeführt, um eine Impulsantwort zu bestimmen (Nebenschritt 132). Schließlich werden die Koeffizienten, die aus dem Nebenschritt 132 resultieren, in das FIR-Filter 46 geladen, um den Empfänger einzustellen (Nebenschritt 134).
Der Systemknoten überprüft die Genauigkeit der Empfängerkoeffizienten durch Abtasten des Ausgangs des QPSK-Demodulators 47 im Empfänger 34 während einer nachfolgenden Entzerrungssequenz. Der Systemknoten berechnet die mittlere und normale Abweichung der abgetasteten Daten zwecks Erhalts eines Fehlervektors. Wenn sich der Fehlervektor jenseits eines festgelegten Grenzwerts befindet, wurde keine Entzerrung erreicht. Während der Male, wenn sich der Fehlervektor innerhalb des Grenzwertbereiches befindet, sollte jeder Systemknoten in der Lage sein, klare Signale von jedem anderen Knoten im Netzwerk für jeden Zweck zu empfangen.
Nachdem der Empfänger eingestellt ist, stellt jeder Systemknoten seinen Sender ein. Das Entzerren einer Rückwärtsstrecke ist im Allgemeinen komplizierter als das Entzerren einer Vorwärtsstrecke, weil der Rückwärtskanal (vom Systemknoten zum Kopfende) dazu neigt, anfälliger zu sein als der Vorwärtskanal.
Wie das frequenzreiche Signal, welches zum Einstellen der Empfänger benutzt wurde, hat das frequenzreiche Senderentzerrungssignal, welches zum Einstellen der Sender verwendet wird, vorzugsweise 63 Symbole, die mindestens zwei Mal wiederholt werden. Das Kopfende 11 wirft das Senderentzerrungssignal echoartig zurück zum Empfänger 34. Der Knoten empfängt das Echo seines eigenen Senderentzerrungssig nals und sammelt 256 Muster des empfangenen Senderentzerrungssignals im Auffang-RAM 48 wie vorher beschrieben.
Der Mikroprozessor 50 vergleicht das empfangene Signal mit dem gesendeten Signal und stellt den Sender 32 auf der Basis dieses Vergleichs ein. Diese Einstellung wird vorzugsweise gemacht, indem die Koeffizienten auf ähnliche Weise wie vorher beschrieben berechnet werden und indem dann das FIR-Filter 42 im Sender 32 mit den neuen berechneten Koeffizienten aktualisiert wird. Auf Wunsch kann der Systemknoten die Einstellungen überprüfen, indem ein zweites frequenzreiches Signal gesendet wird und der gleiche Vorgang in Bezug auf den Sender durchgeführt wird.
Das Verfahren zum Einstellen des Senders ist vergleichbar mit dem Verfahren zum Einstellen des Empfängers, und zwar mit gewissen Ausnahmen, die nun diskutiert werden. Im Schritt 110 für die Einstellung des Senders erlangt der Systemknoten ein periodisches zugehöriges Zeitfenster, in dem er sein frequenzreiches Signal für die Senderentzerrung in einer kollisionsfreien Umgebung sendet. Nachdem der Systemknoten dieses periodische dedizierte Zeitfenster hat, fährt er mit der Anwendung dieses Fensters fort, um seine Einstellungen zu prüfen und zu verifizieren.
In der 6 ist der Nebenschritt 140 dargestellt. Dieser Nebenschritt ist Teil des Schrittes 110. Es wird ein frequenzreiches Signal einschließlich eines Trägers mit einem modulierten Datenpaket gesendet. Gemäß Nebenschritt 140 sucht der Systemknoten nach einem Träger mit geeigneten Charakteristiken (Nebenschritt 148), um die Existenz eines gesendeten Signalechos zu identifizieren. Dieser Träger hat eigene Eigenschaften, so dass er leicht detektierbar ist. Der Systemknoten, ein solcher wie der Systemknoten 20, wartet bis zu einer maximalen Zeit, um ein vom Kopfende 11 zurückkommendes Echo des Signals zu empfan gen. Es gibt drei mögliche Ergebnisse in Bezug auf das gesendete Signal:

(1) Wenn der Systemknoten den Träger nicht in innerhalb einer erwarteten Zeit feststellen kann (Nebenschritt 150), (i) nimmt der Knoten an, dass es eine Kollision gab, (ii) wartet eine Wartezeit ab (Nebenschritt 152) und (iii) macht einen erneuten Versuch, indem ein weiteres frequenzreiches Paket gesendet wird;
(2) wenn der Knoten den Träger innerhalb einer erwarteten Zeit (Nebenschritt 150) ermittelt und das Datenpaket dekodieren kann (Nebenschritt 154), geht der Knoten auf den Schritt 142 über, ohne seine Senderkoeffizienten zu modifizieren; und
(3) wenn der Knoten den Träger innerhalb einer erwarteten Zeit ermittelt (Nebenschritt 150), aber das dem Träger zugeordnete Datenpaket nicht dekodieren kann (Nebenschritt 154), (i) nimmt der Systemknoten an, dass das zugehörige Paket sein eigenes war, (ii) berechnet neue Senderkoeffizienten (Nebenschritt 158), (iii) wartet über eine Wartezeit (Schritt 152) und (iv) versucht erneut den Vorgang des Sendens eines frequenzreichen Pakets und der Suche nach einem Träger (Schritt 148). Wenn ein Paket dekodierbar ist, geht der Systemknoten auf den Nebenschritt 142 über.

Für den Warteschritt 152 können verschiedene Arten von Haltealgorithmen benutzt werden, einschließlich einen Ethernet-ähnlichen binären Exponenzialhaltealgorithmus oder einen Haltebaumalgorithmus, wie der bei der DQRAP benutzte. Obwohl die beiden gerade beschriebenen Rückhaltemethoden bei der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommen können, können andere Methoden benutzt werden, die im Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung liegen.
Beim Nebenschritt 142 erfasst der Systemknoten ein periodisches dediziertes Fenster, um sein Senderentzerrungssignal in einer kollisionsfreien Umgebung zu senden, um den Senderentzerrungsvorgang zu vervollständigen. Um dies zu erreichen, stellt das System zwei eindeutige Bereiche der Bandbreite nebeneinander. Der erste Bereich ist ein Bereich zum periodischen Senden der Senderentzerrungssequenz, und der zweite Bereich dient als „Gebots"-Zeit, die es dem Sender erlaubt, zu versuchen, einen periodischen Bereich zu erfassen. Jeder periodische Bereich ist durch eine Sequenz-ID-Zahl identifiziert. Die Anzahl der Sequenz-IDs ist größer als die Anzahl der Knoten im Netzwerk.
Um einen periodischen Bereich zu erfassen, hört ein Systemknoten und wartet, bis er einen leeren Bereich feststellt. Der Systemknoten sichert die Sequenz-ID für diesen Bereich und sendet dann seinen Träger und sein zugeordnetes Datenpaket im nächsten „Gebots"-Bereich. Wenn der Systemknoten das Echo seines eigenen zugeordneten Datenpakets feststellt, bedeutet dies, dass es keine Kollision gab und dass der Systemknoten nun den periodischen Bereich mit dieser Sequenz-ID „besitzt". Der Systemknoten benutzt dieses kollisionsfreie Senden, um sein Senderentzerrungssignal zu senden und um weiterhin seinen Träger und sein zugehöriges Datenpaket in diesem besonderen periodischen Bereich zu senden, um den Besitz des Bereichs aufrechtzuerhalten und um eine periodische Überprüfung des Senders durchzuführen.
Sobald der Systemknoten 20 seine Empfänger- und Senderentzerrungsvorgänge vervollständigt hat, speichert der Mikroprozessor 50 jede maßgebende Information in einem örtlichen Festspeicher 54 (2). Diese maßgebende Information umfasst Senderkoeffizienten, Empfängerkoeffizienten, die gefundene Empfängerfrequenz, den Senderleistungspegel und eine Markierung, welche anzeigt, dass diese Parameter gesichert wurden. Auf diese gespeicherten Parameter greift der Mikroprozessor 50 als Startpunkt zu, um den Empfängerentzerrungsvorgang (Schritte 100-104) nach einem Reset zu beginnen. Wenn nach einem Reset der Empfängerentzerrungsprozess mit den gespeicherten Parametern erfolgreich vervollständigt ist, beginnt der Knoten den Senderentzerrungsvorgang (Nebenschritt 140) mit der Ausnahme, dass der Knoten seine Senderkoeffizienten nicht aktualisiert.
Wenn der Systemknoten nicht seinen eigenen Träger und sein zugehöriges Datenpaket detektiert, wird angenommen, dass dieser Störfall von einer Kollision verursacht wurde, und der Systemknoten setzt zurück und versucht es erneut. Wenn der Systemknoten weiterhin sein eigenes Datenpaket nach einer gewissen Anzahl von erneuten Versuchen nicht ermitteln kann, nimmt der Systemknoten an, dass es Systemänderungen gegeben hat, und der Systemknoten startet den Entzerrungsvorgang erneut von einem Anfangszustand aus. In einem typischen Fall, in dem ein Systemknoten leistungsgetaktet ist und die Kabeleigenschaften sich nicht merklich verändert haben, braucht der Systemknoten nur einen einzelnen Träger und ein zugeordnetes Datenpaket ohne Kollision zu senden und zu detektieren, um zum Nebenschritt 142 zu gelangen.
Wenn ein Systemknoten seine Empfangsfrequenz nicht kennt, wählt er eine Startfrequenz und horcht innerhalb einer geeigneten Zeit nach einem Träger. Wenn er den Träger nicht erfolgreich ermittelt, wählt der Knoten eine neue Frequenz und macht einen erneuten Versuch, bis er Erfolg hat. Sobald der Systemknoten erfolgreich eine Entzerrungssequenz tastet, führt er den Empfängerentzerrungsvorgang durch (Schritte 100-104). Dieser Vorgang kann andeuten, dass die Empfängerfrequenz um einen kleinen Betrag daneben liegt, wobei in diesem Fall der Systemknoten seine Empfängerfrequenz einstellt und wieder abtastet. Wenn nach Beendigung des Empfängerentzerrungsvorgangs der Knoten weiterhin nicht in der Lage ist zu bestimmen, dass die Empfängerfrequenz geeignet ist, wählt der Systemknoten eine neue Frequenz und beginnt, alles noch einmal zu überprüfen. Dies wird wiederholt, bis die Frequenz gefunden ist.
In der 7 ist ein Beispiel gegeben, um den oben beschriebenen Vorgang zu demonstrieren und ein Beispiel für Einstellungen darzustellen, die in den Sendern und Empfängern gemacht werden können. Bei diesem Beispiel sendet das Kopfende 11 zum Referenzknoten 12, Systemknoten 14 und Systemknoten 16. In der 7 beziehen sich t_N und r_N auf eine Verzerrungsfunktion für den Knoten N jeweils entlang einer Senderstrecke (Rückwärtskanal) und einer Empfängerstrecke (Vorwärtskanal). Wenn bei einem Beispiel ohne Einstellung ein Signal S vom Sender des Systemknotens 14 zum Kopfende 11 gesendet wird, empfängt das Kopfende das Signal (S) (t₂). Wenn das Kopfende dieses Signal zum Systemknoten 16 sendet, empfängt der Systemknoten 16 ein Signal (S) (t₂) (r₃).
Indem auch auf das Flussdiagramm in 4 bei der Beschreibung des Verfahrens gemäß 7 Bezug genommen wird, sendet der Referenzknoten 12 ein frequenzreiches Signal zum Kopfende 11, welches wiederum dieses Signal zu jedem der Systemnoten im Netzwerk einschließlich des Referenzknotens überträgt. Das frequenzreiche Signal wird um t₁ verzerrt, wenn es vom Referenzknoten 12 zum Kopfende 11 gesendet wird. Die Verzerrung zwischen dem Kopfende 11 und den Systemknoten 12, 14 und 16 sind jeweils für die entsprechenden Knoten individuell und sind jeweils wiedergegeben mit n₁, r₂ und r₃. Dementsprechend ist die Verzerrung des frequenzreichen Signals für jeden Knoten das Produkt von t₁ und der entsprechenden Verzerrung vom Kopfende 11 zu den Knoten, d. h. für die Knoten 12, 14 und 16 ist die gesamte Verzerrung ist (t₁) (r₁), (t₁) (r₂), und (t₁) (r₃). Um diese Verzerrung zu kompensieren, bildet der Empfänger eine Umkehrfunktion dieser Verzerrungsfunktionen, wie es in der Tabelle 1 angegeben ist.
Tabelle 1:
Da die Abstimmung für den Empfänger des Referenzknotens die Rückwärtskanalverzerrung t₁ und die Vorwärtskanalverzerrung r₁ berücksichtigt, muss der Sender des Referenzknotens nicht angepasst werden. Die Systemknoten 14 und 16 senden jedoch jeder ein frequenzreiches Signal, welches empfangen und benutzt wird, um den Sender einzustellen. Für den Systemknoten 14 ist das frequenzreiche Signal verzerrt um (t₂) (r₂). Weil der Empfänger um 1/(t₁) (r₂) abgleicht, resultiert das Produkt in einem Signal, welches um t₂/t₁ verzerrt ist. Um diese Verzerrung zu kompensieren, wird der Sender im Systemknoten 14 so eingestellt, dass er das gesendete Signal um t₁/t₂ „vorverzerrt". Auf ähnliche Weise stellt der Systemknoten 16 den Sender auf eine Vorverzerrung um t₁/t₃ ein. Da t₁ vorzugsweise klein ist, kann das Maß der Vorverzerrung in vielen Fällen gering sein.
Zurückkehrend auf das Beispiel des Sendens vom Systemknoten 14 zum Systemknoten 16 wird das Signal S um t₁/t₂ vorverzerrt und um t₂ verzerrt. Deshalb empfängt das Kopfende (S) (t/t₂) (t₂) = (S) (t₁). Das Signal (S) (t₁) wird um r₃ auf dem Rückwärtskanal verzerrt und der Systemknoten 16 um 1/(t₃) (r₃) abgeglichen. Durch Vervielfältigung dieser Funktionen empfängt der Systemknoten effektiv das Signal S.
Während dieses Beispiel für eine stark vereinfachte Version mit nur drei Systemknoten dargestellt wurde, kann man leicht erkennen, dass verallgemeinert für eine große Anzahl von Systemknoten jeder Systemknoten N eine Sendereinstellung von t/t_N und eine Empfängereinstellung von 1/(t₁) (r_N) haben würde.
Weil Signale vom Referenzknoten zum Kopfende um t₁ durch die Übertragungsstrecke verzerrt sind, werden Signale von den Systemknoten durch die Sender proportional auf t₁ vorverzerrt, und Signale von den Systemknoten werden umgekehrt proportional für Verzerrungen auf den besonderen Sendestrecken eingestellt, wobei die Amplitude und die Verzögerung aller Signale am Kopfende identisch sein sollten. Mit anderen Worten sollte das Kopfende im Wesentlichen identische Signale von allen Sendern empfangen, wenn sie das gleiche Signal senden.
Weil die Charakteristiken über die Zeit gesehen variabel sind und die meisten dieser Änderungen in ihrer Art langsam vor sich gehen, prüft in einem Netzwerk jeder Systemknoten periodisch seinen Empfänger und Sender bezüglich signifikanter Änderungen in der Entzerrung.
Das System der vorliegenden Erfindung kann auf mehrere verschiedene Störungen eingestellt werden, einschließlich Veränderungen des Leistungspegels. Ein Verfahren zur dynamischen Ermittlung und Einstellung der Leistung kann zur gleichen Zeit wie der oben beschriebene Entzerrungsvorgang durchgeführt werden. Um die Leistung einzustellen, tastet ein Knoten die Leistung seines eigenes Trägers und zugeordneten Datenpakets ab, wenn die Senderentzerrung überprüft wird, und tastet ebenfalls den Leistungspegel eines weiteren vorbestimmten Übertragungsträgers und zugehörigen Datenpakets ab. Wenn die empfange ne Leistung seines eigenen Datenpakets ausreichend unterschiedlich zur empfangenen Leistung des Übertragungsdatenpakets ist, gleicht der Systemknoten seinen Sender ab, um den Leistungspegel einzustellen, und überprüft dann den Leistungspegel bei der nächsten Sendeüberprüfung. Somit wird die Senderleistung eingestellt, um sich selbst so schnell zu korrigieren, wie der Senderentzerrungsvorgang durchgeführt wird.

Claims

Ein Netzwerk (10), in dem Vorwärts- und Rückwärtskanäle (36, 38) entzerrt werden können, wobei das Netzwerk (10) aufweist einen zentralen Knoten (11), der in der Lage ist, auf dem Netzwerk (10) Signale zu empfangen und zu übertragen, einen Netzwerkbus (22) zum Senden von Signalen an den und zum Empfangen von Signalen vom zentralen Knoten (11) und eine Anzahl Netzwerkknoten (12, 14, 16, 18, 20), die an den Netzwerkbus (22) angeschlossen sind, wobei jeder der Netzwerkknoten in der Lage ist, mit jedem der anderen Netzwerkknoten auf dem Netzwerkbus (22) über den zentralen Knoten (11) zu kommunizieren, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Netzwerkknoten (12, 14, 16, 18, 20) einschließt: einen Sender (32), der in der Lage ist, ein Senderentzerrungssignal zum Einstellen des Senders (32) zu senden, um ein Signal mit festgelegten Eigenschaften zum zentralen Knoten (11) zu bilden und ein Empfängerentzerrungssignal zum Einstellen empfangener Signale derart zu senden, dass diese eine festgelegte Signalqualität haben; einen Empfänger (34), der ein Empfängerentzerrungssignal empfangen kann, welches durch einen Sender eines festgelegten Netzwerkknotens (12) gesendet wird, und das Senderentzerrungssignal empfangen kann, welches durch den dem Empfänger (34) zugeordneten Sender gesendet wird, und Verarbeitungsmittel (50) zum Vergleichen des empfangenen Empfängerentzerrungssignals mit einem ersten gespeicherten Signal und Festlegen einer Einstellung für den Empfänger (34) für die Vorwärtskanalentzerrung und zum Vergleichen des empfan genen Senderentzerrungssignals mit einem zweiten gespeicherten Signal und Festlegen einer Einstellung für den Sender (32) für die Rückwärtskanalentzerrung.
Das Netzwerk nach Anspruch 1, bei dem die Einstellung für den Sender (32) zum Vorverzerren von Signalen dient, die von diesem gesendet werden.
Das Netzwerk nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Sender (32) einen Ausgangsverstärker (41) einschließt, der mit dem Netzwerkbus (22) einen D/A-Wandler (40), der einen mit dem Eingang des Ausgangsverstärkers (41) verbundenen Ausgang hat, einen Modulator (44), der einen Eingang zum D/A-Wandler (40) bildet, einen Oszillator (43) zur Bildung eines Signalträgereingangs zum Modulator (44) und erste Filtermittel (42) zur Bildung eines Dateneingangs zum Modulator (44) verbindet, wobei der Ausgang des Modulators (44) der mit den Daten modulierte Signalträger ist.
Das Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Empfänger (34) einen A/D-Wandler (45) zum Empfang von Signalen vom Netzwerkbus (22), zweite Filtermittel (46) zum Empfangen des Ausgangs vom A/D-Wandler (45), einen Demodulator (47) zum Empfangen und Modulieren von Signalen, die von dem zweiten Filtermitten (46) abgegeben werden, und erste Speichermittel (48) zum Speichern von Abtastmustern vom A/D-Wandler (45) einschließt.
Das Netzwerk nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Filtermittel (42, 46) ein FIR-Filter sind.
Das Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Entzerrungssignale frequenzreiche Signale sind.
Ein Verfahren zur Entzerrung von Übertragungen auf Vorwärts- und Rückwärtskanälen (36, 38) eines Netzwerkes (10), welches mindestens einen zentralen Knoten (11), einen Netzwerkbus (22) und eine Anzahl Netzwerkknoten (12, 14, 16, 18, 20) hat, wobei jeder Netzwerkknoten zumindest einen Sender (32), einen Empfänger (34) und einen Prozessor (50) hat, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) ein Sender (32) eines vorbestimmten Netzwerkknotens (12) sendet ein vorbestimmtes Empfängerentzerrungssignal zum zentralen Knoten (11); b) der zentrale Knoten (11) sendet das Empfängerentzerrungssignal auf dem Netzwerkbus (22) zurück; c) der Empfänger (34) jedes Netzwerkknotens (12, 14, 16, 18, 20) empfängt das Empfängerentzerrungssignal vom zentralen Knoten (11); d) für jeden Netzwerkknoten (12, 14, 16, 18, 20) stellt der Netzwerkknotenprozessor (50) seinen jeweiligen Empfänger (34) auf der Basis eines Vergleichs des empfangenen Empfängerentzerrungssignals und des festgelegten Empfängerentzerrungssignals ein, um Verzerrungen in den Übertragungen auf dem Netzwerkbus (22) vom zentralen Knoten (11) zum Netzwerkknoten (12, 14, 16, 18, 20) zu kompensieren; e) der Sender (32) jedes Netzwerkknotens (12, 14, 16, 18, 20) sendet ein Senderentzerrungssignal zum zentralen Knoten (11); f) der zentrale Knoten (11) sendet die Senderentzerrungssignale auf dem Netzwerkbus (22) zurück; g) für jeden Netzwerkknoten (12, 14, 16, 18, 20) empfängt der jedem Sender (32) zugeordnete Empfänger (34) das Senderentzerrungssignal, welches durch den genannten Sender (32) gesendet und durch den zentralen Knoten (11) zurück gesendet wird; und h) für jeden Netzwerkknoten (12, 14, 16, 18, 20) stellt der Prozessor (50) den jeweiligen Sender (32) auf der Basis eines Vergleichs der gesendeten und empfangenen Senderentzerrungssignale ein.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Entzerrungssignale frequenzreiche Signale sind.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Einstellung des Senders (32) einschließt, dass der Sender zur Vorverzerrung gesendeter Signale veranlasst wird.