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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur hybriden digital-analogen
Kommunikation über
einen Telefonkanal und ein Übertragungsverfahren,
das von einer solchen Vorrichtung angewendet werden kann.
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Das
Anwachsen des Bestands an installierten PCs und die Erschließung neuer
telematischer Dienste stehen für
das Wachstumspotential des Volumens der Online-Verbindungen. Während die
heutige Situation für
Großnutzer
zufrieden stellend ist, die in der Lage sind, ihre internen Netze über Hochleistungs-Übertragungsnetze
oder über
gemietete Leitungen zu verbinden, sind die Kosten solcher Lösungen für kleine
Betriebe oder Privatpersonen zu hoch.
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Es
scheint sicher, dass diese Situation sich weiterentwickeln wird,
und dass die Notwendigkeit, Dienste anzubieten, die eine hohe Übermittlungsrate bis
zu den Wohnungen der Privatpersonen voraussetzen, der Ursprung für ein flächendeckendes
Breitbandnetz sein wird. Ein solches Netz hat aber geringe Chancen,
in den nächsten
Jahren, oder sogar Jahrzehnten, allgemein ausgeweitet zu werden.
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In
Erwartung der Verfügbarkeit
eines solchen Hochleistungsnetzes müssen in den meisten Ländern die
Privatpersonen, die Schulen, die kleinen Betriebe sich dazu entschließen, Daten über das
Telefonnetz zu übertragen.
Hierzu haben sie die Wahl zwischen zwei bekannten Technologien.
Die am weitesten verbreitete Lösung
besteht darin, Modems zu verwenden, die mit einem Durchsatz von
14,4 Kb/s oder 28,8 Kb/s arbeiten. Eine teurere Lösung besteht darin,
das ISDN-Netz zu
verwenden, das zwei Datenkanäle
mit 64 Kb/s und einen Signalisationskanal mit 16 Kb/s aufweist.
Diese zweite Lösung
ist aber nicht überall
verfügbar
und erfordert hohe Investitionskosten für die Benutzer in Form von
höheren
Teilnehmertarifen und angepasstem Kommunikationsmaterial.
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Aus
der Druckschrift EP-A-O 669 740 von AT&T Corp. ist ein Modem bekannt, das
zur Verwendung mit analogen Teilnehmerleitungen an beiden Enden
des Übertragungswegs
bestimmt ist. Dieses Modem weist Mittel auf, um getrennt jede Schleife
einer Verbindung über
das analoge Telefonnetz zu entzerren, unter Verwendung mehrerer Übertragungsfilter
und mehrerer Empfangsfilter. Die Filter werden derart verwendet,
dass in Übertragungsrichtung
vom Modem zur Vermittlungsstelle die von den Codier-/Decodierstationen
gesendeten Spannungstastproben gleich den Quantisierungspegeln der
Vermittlungsstelle sind.
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Die
Notwendigkeit, für
das Quantisierungsgesetz vorgeschriebene Pegel zu verwenden, verhindert
die Wahl der Pegel, die in Gegenwart eines Echosignals den besten
Rauschwiderstand bieten.
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Außerdem beschreibt
die erwähnte
Druckschrift keine Kommunikationsvorrichtung zwischen einem Digitaladapter
und einem Analogadapter, bei der der Digitaladapter über eine
Digitalschnittstelle mit einer Vermittlungsstelle verbunden ist.
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Aus
dem Artikel Proceedings of the International Conference on Communications
(ICC), Geneva, May 23–26,
1993, Vol. 1-2-03, 23 May 1993, Institute of Electrical and Electronics
Engineers, Seiten 507–511,
XP000371143; Kalet I et al., ist bekannt, dass es möglich ist,
mit analogen Endeinrichtungen Daten von Endgerät zu Endgerät mit höheren Raten zu übertragen,
als dies bei klassischen analogen Verbindungen möglich ist. Zu diesem Zweck
werden die übertragenen
Signale mit einer einfachen Formgebung erzeugt, aber der Empfänger erfordert
einen Viterbi-Detektor mit einer großen Anzahl von Zuständen.
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Außerdem wird
eine theoretische Analyse der Optimierung der Leistungen im Artikel
IEEE Transactions on Communications, Vol. 38, Nr. 1, 1. Januar 1990,
Seiten 31–38,
XP000102578; Lin D.W. angegeben. Diese Analyse bezieht sich insbesondere
auf die Sender-Empfänger-Strukturen,
die Echounterdrückungs-
und Entzerrungsvorrichtungen enthalten.
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Die
Erfindung hat zum Ziel, eine neue Alternative vorzuschlagen, die
in der Lage ist, die Vorteile eines Netzes, wie zum Beispiel des
ISDN-Netzes, und insbesondere eine höhere Übertragungsgeschwindigkeit,
in der Größenordnung
von 64 Kb/s, zu nutzen, ohne zu empfindlichen Mehrkosten für die Nutzer
im Vergleich mit den Kosten für
die mit 14,4 Kb/s arbeitenden, klassischen Lösungen zu führen.
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Zu
diesem Zweck betrifft die Erfindung gemäß Anspruch 1 eine Vorrichtung
zur Nachrichtenübertragung
zwischen ei nem Digitaladapter, der über eine digitale Schnittstelle,
insbesondere vom ISDN Typ, mit einer Vermittlungsstelle verbunden
ist, und einem Analogadapter, der über eine Analogschnittstelle
mit einer Vermittlungsstelle verbunden ist, wobei die Vermittlungsstellen über ein
Telekommunikationsnetz miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
dass sie Mittel zur direkten Verbindung zwischen dem Digitaladapter
und dem Analogadapter aufweist, wobei die digitale Information vom
Digitaladapter direkt in digitaler Form ohne Emulation eines Analogsignals
zum Analogadapter geschickt wird, und die analoge Information des
Analogadapters in analoger Form zum Digitaladapter geschickt wird,
und dass die Mittel zur direkten Verbindung in der Übertragungsrichtung
vom Analogadapter zum Digitaladapter einen Analogtransmitter aufweisen, der
sich im Analogadapter befindet und in der Lage ist, an einen sich
im Digitaladapter befindlichen Digitalempfänger ein derartiges Analogsignal
zu senden, dass es bei seiner Abtastung durch die Analogschnittstelle
der Vermittlungsstelle der Summe aus einem Wert, der durch die vom
Analogadapter an den Digitaladapter übertragenen digitalen Information
bestimmt werden kann, und dem Echo des vom Digitaladapter gesendeten
Signals entspricht, ohne dass dieser Wert gleich einem Pegel des
Quantisierungsgesetzes sein muss.
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Gemäß Anspruch
10 betrifft die Erfindung auch ein Übertragungsverfahren von einem
Analogadapter zu einem Digitaladapter in einem Kommunikationssystem,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst:
- – Erfassen
einer Gruppe von Bits, die aus einer mit dem Kommunikationssystem
verbundenen Datenquelle stammen;
- – Wahl
eines Analogsignals, dessen Amplitude dem digitalen Wert der Gruppe
von Bits entspricht, wobei die Signale aufeinander folgenden Gruppen
entsprechen, die miteinander interferieren, und eine solche Form
aufweisen, dass zum Zeitpunkt des Abtastens des Analogsignals in
der Analogschnittstelle der Verbindungsstelle sein Wert im Wesentlichen
gleiche der Summe aus einem Wert, der von der vom Analogadapter
zum Digitaladapter übertragenen
digitalen Information bestimmt werden kann, und dem Echo des vom Digitaladapter
gesendeten Signals entspricht, ohne dass dieser Wert gleich einem
Pegel des Quantisierungsgesetzes sein muss, derart, dass nach dem
Abtasten des Analogsignals ein Byte im Digitaladapter erscheint,
das diese Summe darstellt;
- – Verarbeiten
der aufeinander folgenden Bytes zum Finden der wahrscheinlichsten
Sequenz von Bitgruppen, wobei das Echo des vom Digitaladapter übermittelten
Signals gegeben ist;
- – Übertragen
des digitalen Werts der gefundenen Bitgruppen zum Gerät des Benutzers.
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Die
Erfindung wird besser verstanden werden anhand der als nicht einschränkendes
Beispiel zu verstehenden nachfolgenden Beschreibung und der beiliegenden
Zeichnungen, in denen:
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1 ein
Prinzipschaltbild der die Erfindung anwendenden Kommunikationsvorrichtung
darstellt;
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2 einen
Graph des maximalen Übertragungsdurchsatzes
für ein
Quantisierungsgesetz vom Typ A in Ab hängigkeit von der minimalen
Entfernung zwischen den n gewählten
Quantisierungspegeln darstellt;
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3 ein
Prinzipschaltbild eines an die erfindungsgemäße Vorrichtung angepassten
Digitaladapters zeigt;
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4 ein
Prinzipschaltbild eines an die erfindungsgemäße Vorrichtung angepassten
Analogadapters zeigt.
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Es
wird Bezug genommen auf 1. In dieser Figur ist der allgemeine
Aufbau einer Kommunikationsvorrichtung 1 dargestellt, die
ein öffentliches Wählnetz 2 für die Übertragungen
zwischen zwei Vermittlungsstellen 3, 4 verwendet,
von denen eine über
eine Digitalschnittstelle 7 mit einem Digitaladapter 5 und
die andere mit einem so genannten Analogadapter 6 verbunden
ist, d.h. über
eine einfache klassische Telefonschnittstelle 8 angeschlossen
ist.
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Ein
digitaler Server 9, der zum Beispiel ein Server ist, der
Anwendungen mit hohem Durchsatz enthält, ist mit der Digitalvermittlungsstelle 3 über eine
Leitung 7 und einen Digitaladapter 5 des Servers 9 verbunden.
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Das
Terminal 35 hat insbesondere die Form eines mit dem Analogadapter 6 verbundenen
PCs. Der Adapter und ein Telefon 10 sind über die
einfache Telefonleitung 8 mit der Vermittlungsstelle 4 verbunden. Über die
Leitung 8 werden also analoge Informationen übertragen:
die Stimme des Benutzers des Telefons 10, oder digitale
Informationen, die vom Analogadapter 6 stammen oder zu
ihm geleitet werden.
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Aufgrund
dieses Aufbaus, der für
den Fall bekannt ist, in dem der Analogadapter ein klassisches Modem
ist, ist es möglich,
eine klassische Analogleitung 8 ausgehend von ei nem Server 9 anzurufen
und umgekehrt. Diese Möglichkeit
wird bereits verwendet, um Sprache oder Daten zu übertragen.
Wenn das von einem Digitaladapter 5 stammende Digitalsignal
nach seiner Übertragung über das Netz 2 an
der Telefonvermittlungsstelle 4 ankommt, werden die Bytes
des Digitalsignals von einem in die Vermittlungsstelle 4 integrierten
Digital-Analog-Wandler in Spannungspegel umgewandelt, und dies mit
einer Tastfrequenz, die normalerweise 8000-mal pro Sekunde beträgt. Diese
Digital-Analog-Umwandlung {D/A) erfolgt gemäß einem Umwandlungsgesetz,
in Europa zum Beispiel dem Gesetz "A",
oder dem Gesetz "μ" in anderen Teilen
der Welt. In der anderen Richtung, d.h. in Richtung vom Analogadapter 6 zum
Digitaladapter 5, wird die von der Vermittlungsstelle 4 empfangene
Analogspannung von einem Abtaster digitalisiert und durch Bytes dargestellt.
Nach der Übertragung über das
Netz 2 werden diese Bytes zum Digitaladapter 5 übertragen.
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Insgesamt
ermöglicht
eine wie oben beschriebene Verbindung es einem Digitaladapter 5, mit
einem Analogadapter 6 zu kommunizieren. Traditionell sendet
der Digitaladapter 5 eine Sequenz von Bytes, die, nach
einer Umwandlung unter Verwendung eines oben erwähnten Gesetzes, einem Sprachsignal
oder einem klassischen Modemsignal entsprechen. Dieses Signal wird
dann normal verarbeitet, im Fall der Telefonie wird es direkt an
den Hörer
des Telefonapparats 10 gesendet. In ähnlicher Weise besteht der
Analogadapter 6 traditionell aus einem Modem. Die umgekehrten
Vorgänge
werden in der anderen Übertragungsrichtung
durchgeführt.
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Die
Erfindung schlägt
ein anderes Übertragungsverfahren
zwischen einem Analogadapter 6 und einem Digitaladapter 5 und
eine entsprechende Vorrichtung vor.
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Das
Prinzip der Erfindung wird in Verbindung mit 2 erläutert, die
den vorhandenen Kompromiss zwischen der Übertragungsgeschwindigkeit
(in Kilobit/Sekunde im Koordinatensystem) und dem Rauschwiderstand
darstellt. Wenn man mit 64 Kb/s übertragen
möchte,
müssen
alle ausgehend von acht Bits (28 = 256)
möglichen
256 Quantisierungspegel verwendet werden. Bei einer einem Gaussschen Rauschen
ausgesetzten Übertragung
hängt aber
die Fehlerwahrscheinlichkeit während
der Übertragung von
der minimalen Entfernung dmin (in der Abszisse
in 2) zwischen zwei benachbarten Pegeln der Quantisierungsskala
ab, und diese Beziehung ist in 2 für ein Umwandlungsgesetz
vom Typ A dargestellt. Man stellt überraschenderweise fest, dass
man bei Vergrößerung der
minimalen Entfernung dmin zwischen Pegeln
von 2 bis 4 nicht die Hälfte
der Quantisierungspegel verliert, sondern nur 33 von 256 Pegeln.
Daraus folgt in ähnlicher
Weise, dass eine Übertragung
mit etwa 48 Kb/s möglich
bleibt, wenn man nur 64 Quantisierungspegel verwendet, die durch
eine Entfernung von dmin = 128 getrennt
sind.
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Die
Schritte des Übertragungsverfahrens
in beiden Richtungen sind dann die Folgenden, wenn das Analogsignal
bezüglich
n = 64 Pegeln quantisiert wird, was eine Leistung von 48 Kb/s erlaubt.
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Für das Übertragungsverfahren
von einem Digitaladapter zu einem Analogadapter weist das Verfahren
die folgenden Schritte auf:
- – Erfassen
einer von einer Quelle von Digitaldaten stammenden Gruppe von Bits,
zum Beispiel einer Gruppe von 6 Bits;
- – Wahl
eines von n (insbesondere n = 64) aus N (insbesondere N = 256) Spannungspegeln
vorausgewählten
Pegeln, wobei jeder Pegel in digitaler Form durch ein 8000-mal pro Sekunde übertragenes
Byte dargestellt wird;
- – aufeinander
folgendes Senden der der Auswahl von n Pegeln entsprechenden Bytes über das
digitale Netz zu einem Analogadapter, um im Analogadapter Signale
zu erzeugen, deren Amplitude im Wesentlichen gleich den von jedem
Byte dargestellten Pegeln ist, wobei die aufeinander folgenden Bytes
entsprechenden Signale miteinander interferieren, um im Analogadapter
ein resultierendes Analogsignal zu erzeugen;
- – Entzerren
des resultierenden Analogsignals, um die Interferenzen zu beseitigen;
- – Messen
der Amplitude des resultierenden Analogsignals und daraus Ableiten
des digitalen Werts des Bytes;
- – ausgehend
vom digitalen Wert des Bytes Wiederherstellung der Gruppe von Bits
und ihr Senden an einen Empfänger
von Digitaldaten. Das Verfahren zur Übertragung von einem Analogadapter
zu einem Digitaladapter in einem Kommunikationssystem weist die
folgenden Schritte, die daraus bestehen:
- – 8000
mal pro Sekunde eine Gruppe von Bits zu erfassen, die von einer
mit dem Kommunikationssystem verbundenen Datenquelle stammen;
- – ein
Analogsignal auszuwählen,
dessen Amplitude dem digitalen Wert der Gruppe von Bits entspricht,
wobei die aufeinander folgenden Gruppen entsprechenden Signale miteinander
interferieren und eine solche Form aufweisen, dass in dem Moment,
in dem das Analogsignal an der Analogschnittstelle (8)
der Vermittlungsstelle (4) abgetastet wird, sein Wert im
Wesentlichen gleich der Summe eines Werts, der durch die vom Analogadapter
(6) an den Digitaladapter (5) übertragene digitale Information
bestimmt werden kann, und des Echos des vom Digitaladapter (5)
gesendeten Signals ist, ohne dass der wert gleich einem Pegel des
Quantisierungsgesetzes sein muss, so dass nach der Abtastung des
Analogsignals ein Byte im Digitaladapter (5) auftritt,
das diese Summe darstellt;
- – verarbeiten
der aufeinander folgenden Bytes, um die wahrscheinlichste Sequenz
der Gruppen von Bits zu finden, wobei das Echo des vom Digitaladapter übertragenen
Signals vorgegeben ist;
- – Übertragen
des digitalen Werts der gefundenen Bits an das Gerät des Benutzers.
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Insgesamt
versucht das Übertragungsverfahren
nicht, ein Analogsignal für
die Übertragung
auf der Leitung zum Analogadapter zu rekonstruieren. Im Gegenteil,
die Bytes, die die digitale Information darstellen, werden direkt
in Spannungspegel umgewandelt, wie durch die entsprechende Vorrichtung
im oberen Bereich der 3 dargestellt ist, die den Übertragungsteil
des Digitaladapters 5 betrifft. Um mit 48 Kb/s zu kommunizieren,
wandelt zum Beispiel der Digitaladapter 5 die vom Benutzer
empfangenen Bits in Gruppen von 6 Bits um, die für Spannungspegel repräsentativ
sind (d.h. 26 = 64 Möglichkeiten), 8000 mal pro
Sekunde gesendet werden und einen der 256 Pegel des Umwandlungsgesetzes
darstellen. Die so in diesem Beispiel verwendeten 64 Pegel werden
so ausgewählt,
dass sie so weit wie möglich vonein ander
getrennt sind, um einen besseren Rauschwiderstand zu liefern. Diese
Trennung wird nachfolgend die minimale Entfernung dmin genannt. Der
Vorteil dieses Ansatzes ist es, das Quantisierungsrauschen zu entfernen,
das durch das Umwandlungsgesetz eingeführt wird.
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Es
ist anzumerken, dass man auch in an sich bekannter Weise vorsehen
kann, eine gittercodierte Modulation zu verwenden, um einen besseren Rauschwiderstand
zu erhalten.
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Für die Schnittstellenverbindung
mit der Schnittstelle 7 weist der Digitaladapter 5 hauptsächlich einen
oberen Teil (oberhalb der waagrechten gestrichelten Linie), der
aus einem Digitaltransmitter 11 besteht, und einen unteren
Teil 12 auf, der aus einem Digitalempfänger besteht. Der Eingang des
Digitaltransmitters 11 wird von einer Quelle von Digitaldaten gespeist,
wie z.B. vom Server 9 (1). Der
Eingang des Digitaltransmitters 11, durch den die vom Server 9 kommenden,
die digitale Information darstellende Bytes verlaufen, ist über einen
Puffer 13, wenn eine Durchsatzanpassung notwendig ist,
mit dem Eingang eines Pegelwählers 14 verbunden,
dessen Ausgang den Ausgang des Digitaltransmitters 11 des
Digitaladapters 5 bildet. Dieser Ausgang des Digitaltransmitters 11 des
Digitaladapters 5 ist über
das Netz 2 mit dem Eingang des Empfangsteils des Analogadapters 6 verbunden,
der im oberen Bereich 15 der 4 dargestellt
ist, während
der Übertragungsteil
des Analogadapters 6 durch den unteren Bereich 16 der 4 dargestellt
wird.
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Der
Empfänger 15 des
Analogadapters 6 empfängt
am Eingang (oben in 4) eine Reihe von Analogimpulsen,
deren Spannungspegel die vom Digitaladapter der 3 übertragene
Information darstellt. Das Vorhandensein von Filtern in der Telefonvermittlungsstelle 4 bewirkt
eine Interferenz zwischen den aufeinander folgenden Impulsen. Es
ist also schwierig, sie zu erkennen und ihre Pegel zu messen.
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Der
erfindungsgemäße Analogempfänger 15,
der im oberen Bereich der 4 dargestellt
ist, besteht aus zwei Hauptteilen: einem digitalen adaptiven Linearfilter 17,
das das Signal "entzerrt", indem es die vom
Netz kommende verzerrte Information durch ein Filter 18 und
einen Analog-Digital-Wandler 19 in
einen gut gesteuerten Impuls umwandelt, der nur zwischen aufeinander
folgenden geradzahligen (oder ungeradzahligen) Pegeln eine Interferenz
einführt.
Zum Beispiel wird das Ausgangsignal Yn des Entzerrungsfilters 17 mit
der Zeit n durch einen der folgenden Ausdrücke angegeben: Yn = Xn – Xn–2 (Klasse
IV) ODER:Yn = Xn – Xn–1 – Xn–2 +
Xn–3 ODER:Yn = Xn – 2Xn–2 +
Xn–4 oder
durch einen ähnlichen
Ausdruck, der adaptiv bestimmt wird,
wobei Xn die
vom vom Digitaladapter 5 gesendeten Pegel sind.
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Dieses
Entzerrungssystem ist an sich als eine "Teilantwort der Klasse IV" bekannt. Die Erfindung
ermöglicht
es, eine solche Antwort auf eine direkte Kommunikationssituation
zwischen einem Digitaladapter 5 und einem Analogadapter 6 anzuwenden.
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Um
die Fortpflanzung von Fehlern zum Empfänger zu vermeiden, wird die
Verwendung einer Differentialcodierung 14 empfohlen, wie
es an sich wohl bekannt ist.
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Wenn
das Linear-Entzerrungsfilter 17 adaptiv sein soll, liegt
außerdem
seine Auswahl im Wissensbereich des Fachmanns.
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An
diesem Punkt muss noch die Interferenz zwischen Symbolen beseitigt
werden, die durch die Beziehung Yn = Xn – Xn–2 geschätzt wird.
Zu diesem Zweck können
zwei bekannte Techniken verwendet werden: die Entzerrung mit Entscheidungsrückkopplung
(DFE) und der Viterbi-Algorithmus,
die durch den Funktionsblock 20 dargestellt werden.
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Die
von der Telefonvermittlungsstelle 4 erzeugten Pegel Xn sind nicht immer gleich ihren vom Quantisierungsgesetz
vorgesehenen Nennpegeln. Der Analogempfänger 15 muss also
den Istwert der Xn schätzten, und diese Istwerte müssen im
Entzerrer mit Entscheidungsrückkopplung
oder im Viterbi-Entzerrer 20 verwendet werden. Die Schätzung kann durchgeführt werden,
indem eine Variation des Algorithmus der kleinsten Fehlerquadrate
verwendet wird, der in einen Funktionsblock 21 implementiert
ist.
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Es
ist anzumerken, dass die Istwerte der Xn auch
in einer Echosperre 22 des Digitaladapters verwendet werden
müssen
(3). Zu diesem Zweck kann auch der Digitaladapter 5 eine
Schätzung
der Istwerte mit Hilfe eines Funktionsblocks durchführen, der
gleich dem Block 21 der 4 ist, oder
auch entsprechende Prüfinformationen
verwenden, die vom Analogadapter 6 übertragen werden. Die entsprechenden
Verbindungen sind aus Gründen
der Vereinfachung nicht in den Figuren dargestellt.
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In
der anderen Datenübertragungsrichtung, d.h.
vom Analogadapter 6 zum Digitaladapter 5, verwendet
der unten in 4 dargestellte Transmitter 16 des
Analogadapters den Taktgeber 23 des Terminals 6,
den er in seinem Empfangsteil 15 aufgefangen hat. Ziel
des Übertragungsteils 16 des
Analogadapters 6 ist es, ein Analogsignal zu erzeugen,
das bei seiner Abtastung in Abwesenheit von Rauschen und Echo einen
leicht vorhersehbaren Wert hat, der von der vom Digitaladapter 5 übertragenen
digitalen Information abhängt.
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Die
Patente ATT EP-0 669 740 und EURECOM
FR
9512672 sehen vor, dass die Spannungswerte in den Abtastmomenten
gleich einem der Nennpegel des Quantisierungsgesetzes sind, mit den
Nachteilen, die daraus hervorgehen, wie oben erläutert. Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist diese Einschränkung
aber nicht nützlich.
Das Echo des vom Digitaladapter erzeugten Signals addiert sich nämlich zum
vom Analogadapter erzeugten Signal und verschiebt es in unvorhersehbarer,
aber dem Digitaladapter bekannter Weise, wie oben beschrieben. In
Gegenwart eines Echos könnte
der Wert des Signals zum Zeitpunkt des Abtastens zwischen zwei Quantisierungspegel
fallen, so dass das Rauschen es leicht zu der einen oder der anderen
Seite schieben würde.
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Es
ist die Aufgabe des Empfängers
des Digitaladapters, die Information ausgehend vom quantisierten
Signal wieder zu finden, und in diesem Fall ist es besser, Werte
zu wählen,
die es ermöglichen,
die Aufgabe des Empfängers
zu vereinfachen, zum Beispiel, indem die werte einen anderen Abstand
aufweisen als er von den Pegeln des Quantisierungsgesetzes erlaubt
würde.
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Man
könnte
zum Beispiel durch 15 Einheiten getrennte Pegel senden wollen, die
sich zwischen –500
und +500 Ein heften befinden. Dies wäre mit dem Gesetz A nicht möglich, bei
dem die Pegel zwischen –30
und +30 durch zwei Einheiten, die Pegel zwischen 33 und 93 durch
vier Einheiten, die Pegel zwischen 99 und 219 durch 8 Einheiten,
usw. getrennt sind.
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Die
Erfindung sieht vor, dass die Impulsantwort zwischen dem Analogadapter 6 und
der Vermittlungsstelle 4 vom Digitaladapter 5 gemessen und
an den Analogadapter 6 durch Prüfnachrichten übermittelt
wird. Auf der Basis dieser Messungen synthetisiert der Analogadapter 6 ein
Digitalfilter 24, damit die Gesamtantwort (Linie 8 +
Filter) von neuem eine Teilantwort ist, zum Beispiel eine Antwort
der Klasse IV, die insbesondere verändert ist, um eine stärkere Dämpfung nahe
0 Hz im Band von 0 bis 60 Hz, oder nahe 4000 Hz zu liefern. Diese
Dämpfung könnte auch
adaptiv bestimmt werden. Diese Technik wird "Vorverzerrung" genannt. Das Filter 24 hat
auch eine zusätzliche
Aufgabe, nämlich,
ein Signal mit einem Takt von 16 kHz zu erzeugen, insbesondere ausgehend
von einem Eingangssignal von 8 kHz, das vom Analogadapter 6 kommt,
um die Gestaltung des Analogfilters 25 zu vereinfachen,
das auf den D/A-Wandler 26 folgt, der ausgehend von einem
Digitalsignal ein Analogsignal erzeugt.
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Aufgrund
der Verwendung des Vorverzerrungsfilters 24 ist eine Gleichung
von der Art Yn = Xn – Xn–2 (oder
eine andere) wieder anwendbar, wobei Yn in
diesem Fall das Signal an der Vermittlungsstelle 4 und
Xn den Ausgangspegel des Analogtransmitters 16 bezeichnet.
Es ist notwendig, dass Yn einem der Pegel
des Quantisierungsgesetzes Sj entspricht,
um den Einfluss des Rauschens zu verringern. Folglich muss die folgende
Beziehung bestätigt
werden: Xn = Xn–2 +
Sj
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Wenn
keine Vorsichtsmaßnahmen
ergriffen werden, kann ein Befolgen dieser Beziehung zu zu großen Werten
von Xn führen.
Viele Techniken, die unter dem Namen "Liniencodierung" bekannt sind, stehen zur Verfügung, um
dieses Problem zu lösen, zum
Beispiel in Form eines Liniencodierers 27, insbesondere
das bekannte Tomlinson-Harashima-Verfahren. An diesem Punkt kann
der Fachmann daraus leicht eine bestimmte Technik auswählen.
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Es
hat sich oben herausgestellt, dass das Vorhandensein des Echos das
Signal sehr rauschempfindlich machen kann. Es ist also unabdingbar, ein
Fehlerkorrektursystem zu verwenden, typischerweise einen Gittermodulationscode.
Die Verwendung eines Konvolutions-Codes oder eines Blockcodes kann
auch in Betracht gezogen werden.
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In
der Vermittlungsstelle 4 wird das Signal Yn (ggf.
durch Rauschen und Echo verdorben) quantisiert und in ein Byte codiert,
das an den Empfangsteil 12 des Digitaladapters 5 übertragen
wird, der unten in 3 dargestellt ist. Dort werden
die Bytes durch den linearen Umwandlungsblock 28 in lineare
Pegel umgewandelt (zum Beispiel unter Verwendung des Umwandlungsgesetzes
A). Das resultierende Signal und der Schätzwert des Echos des vom Digitaltransmitter 11 gesendeten
Signals werden dann im Decodierfunktionsblock 30 verarbeitet.
Ziel dieses Blocks ist es, die vom Analogadapter übertragene
Information zu schätzen.
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Das
lineare Signal ist die Quantisierung der Summe der Signale, die
die vom Analogadapter übertragene
digitale Information, das Echo des vom Digitaladapter übertragenen
Signals und das Rauschen darstellen. Das Vorhandensein der Quantisierung
verhindert die Unterdrückung
des Echos durch Subtraktion wie bei den klassischen Echosperren.
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Im
Gegensatz zum klassischen Verfahren, das darin besteht, das Echo
durch Subtraktion zu beseitigen, gefolgt von einer Decodierung des
Nutzsignals, müssen
nun die Probleme der Echokompensation und der Erfassung des vom
Analogadapter übertragenen
Signals gemeinsam behandelt werden.
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Bei
der codierten Gittermodulation kann dieser Funktionsblock 30 die
Form eines Viterbi-Algorithmus annehmen, um den wahrscheinlichsten
Weg in einem Gitterdiagramm zu finden. Die den Zweigen in diesem
Diagramm zugeteilten Gewichtungen sind die Wahrscheinlichkeitsverhältnisse
der beobachteten quantisierten Signale, wobei der geschätzte Wert des
Echos und die Hypothese entsprechend dem fraglichen Zweig bekannt
sind.
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Das
Ausgangssignal des Blocks 30 wird ggf. über einen Puffer 31 zum
Benutzer des Digitaladapters 5 übertragen.
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Wie
in 3 dargestellt, wird das Fehlersignal (Differenz
zwischen dem empfangenen Signal und dem idealen Signal) im Block 30 des
Viterbi-Algorithmus verwendet, um die Echosperre oder das Echofilter 22 anzupassen,
und um den Fehler aufgrund einer schlechten Synthese des Vorverzerrungsfilters 24 im
Analogadapter 6 zu schätzen.
Die Korrekturinformation (mit niedriger Durchsatzleistung codiert)
wird im Pegelselektor 14 mit der vom mit dem Eingang des
Digitaladapters 5 verbundenen Benutzer kommenden Information
multiplexiert (Dienstkanal) und an den Analogadapter 6 übertragen.
Sie wird im Analogadapter verwendet, um das Vorverzerrungsfilter 24 anzupassen.
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Der
Analogadapter muss auch sein eigenes Echo beseitigen. Die diesbezüglichen
Techniken sind allgemein bekannt, und eine Implementierung ist in 4 in
Form eines Echofilters 22 gezeigt.
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Wie
in 4 dargestellt, wird das Fehlersignal im Block 20 entsprechend
dem Viterbi-Algorithmus oder dem System der Entscheidungsrückkopplung
von den Adapteralgorithmen 34 verwendet, um das Echofilter 22', den adaptiven
Linearentzerrer 17 und den lokalen Taktgeber 23 einzustellen.
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Es
ist klar, dass wie bei den klassischen Modem-Verbindungen Erkennungs- und Lernsequenzen
ausgetauscht werden müssen,
wenn die Verbindung hergestellt wird. Sie dienen dazu, die Taktgeber und
Adaptivfilter zu initialisieren. Es muss auch vorgesehen werden,
dass die eine oder andere der Telefonvermittlungsstellen 3, 4 entweder
das Gesetz A oder das Gesetz μ verwenden
kann, und eine dementsprechende Anpassung vorgenommen werden.
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Aus
den obigen Erläuterungen
geht hervor, dass die Erfindung ihre Ziele erreicht und es ermöglicht,
eine Digitalleitung mit einer Analogleitung zu verbinden, um direkt
und auf wirtschaftliche Weise eine digitale Information zu senden,
ohne dass ein Analogsignal emuliert werden muss. Dies ermöglicht es, Übertragungen
mit einer Durchsatzleistung herzustellen, die im Wesentlichen gleich
derjenigen einer Digitalleitung mit relativ hohem Durchsatz ist,
und gleichzeitig für
die Übertragung
eine normale Telefonleitung zu verwenden.