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Technisches
Gebiet und gewerbliche Anwendbarkeit
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Diese Erfindung bezieht sich auf
Kommunikationsverfahren und -vorrichtungen. Die Erfindung bezieht
sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf Halbduplex- oder Stoß- oder
Burst-Betriebsart-Kommunikationssysteme und auf einen Betrieb derartiger
Systeme in einer Weise, die das Übersprechen
oder andere Störungen
derartiger Systeme zwischen sich selbst und anderen Kommunikationssystemen
verringert. Die Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf
Kommunikationen über
verdrillte Aderpaare in Telefonkabeln anwendbar, wie sie in der
Vergangenheit zur Bereitstellung von Telefondiensten an Teilnehmer
bereitgestellt wurden und nunmehr zunehmend zur Bereitstellung zusätzlicher
Kommunikationsdienste verwendet werden, beispielsweise für Datenkommunikationen
und Computernetzwerk-Verbindungen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Es ist wünschenswert, den Fernzugang über übliche Telefonleitungen
mit verdrillten Aderpaaren an Computernetzwerke, wie z. B. das globale
Computerinformationsnetzwerk, zu erleichtern, das allgemein als
das Internet bekannt ist und das hier als das NETZWERK bezeichnet
wird, wobei es weiterhin wünschenswert
ist, das Übersprechen
zwischen Kommunikationssystemen zu verringern.
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In jedem Kommunikationssystem ist
es wünschenswert,
für die
zwei Kommunikationsrichtungen eine optimale, beispielsweise die
größtmögliche,
Kapazität
bereitzustellen, die noch mit der Vermeidung von Fehlern sowohl
in dieser Kommunikationsanordnung als auch in anderen Kommunkationsanordnungen
vereinbar ist, mit denen ein Übersprechen
auftreten kann.
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Die Veröffentlichung „Pipes & Types: Options For
Delivering Broadband Services To Residential Subscribers", Proceedings of
the Southcon Conference, 1995, Seiten 250–254, gibt einen Überblick über Technologien,
die für
die Lieferung von Breitbanddiensten an Privatteilnehmer geeignet
sind.
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Ziele dieser Erfindung ist die Bereitstellung von
verbesserten Verfahren zur Aussendung von Informationen und von
verbesserten Kommunikations-Einrichtungen.
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Offenbarung
der Erfindung
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Gemäß einem Gesichtspunkt dieser
Erfindung wird ein Verfahren zur Aussendung von Steuerinformationen
und Daten in einem Kommunikationssystem geschaffen, das eine Anzahl
von Kommunikationsbetriebsarten mit unterschiedlichen Zeichenübertragungsfrequenzen
bereitstellt und das Puffern der Daten umfasst, und das durch die
folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Auswahl einer ersten der Kommunikationsbetriebsarten,
die eine relativ niedrige Zeichenübertragungsfrequenz ergibt,
für die Übertragung
von Steuerinformationen als Antwort darauf, dass relativ wenige
oder keine gepufferten Daten für
die Übertragung
vorliegen; Auswahl einer zweiten der Kommunikationsbetriebsarten,
die eine relativ höhere
Zeichenübertragungsfrequenz
bereitstellt, zur Übertragung
von Steuerinformationen und Daten als Antwort darauf, dass relativ
mehr gepufferte Daten zur Übertragung
vorliegen, und Aussendung von Informationen unter Verwendung der
ausgewählten
Kommunikationsbetriebsart.
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Die Steuerinformation kann Steuer-
oder Antwortpakete umfassen, und die Daten können Datenpakete umfassen,
wobei die Datenpakete gepuffert werden, und die Auswahl der Kommunikationsbetriebsart
kann von einer Anzahl der zu übertragenden
gepufferten Datenpakete abhängen.
Die Anzahl von Kommunikationsbetriebsarten kann unterschiedliche
Modulationsverfahren und/oder Bits pro Symbol umfassen, wodurch
eine Anzahl von unterschiedlichen übertagenen Bitraten geschaffen
wird.
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Die Verwendung einer niedrigeren
Zeichenübertragungsfrequenz
bei Vorliegen von wenigen oder keinen zu übertragenden Daten verringert
die Signalpegel und die Kopplung während relativ leerlaufender
Zeiten (der Zeiten ohne Datenübertragung),
so dass sich über
viele ähnliche
Kommunikationen eine zusammengesetzte Verringerung der Störungen und eine
entsprechende Vergrößerung der
gebündelten Kommunikationskapazität ergibt.
Die zweite Kommunikationsbetriebsart kann adaptiv in Abhängigkeit von
zumindest einem Kommunikationsparameter, wie z. B. dem Signal-/Störverhältnis, für die übertragene
Information bestimmt werden.
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Die Erfindung ergibt weiterhin eine
Kommunikationseinrichtung, die Folgendes umfasst: einen Puffer zum
Puffern von über
einen Kommunikationspfad zu übertragenden
Daten; und einen Sender zum Senden von Daten von dem Puffer und
von Steuerinformation über
den Kommunikationspfad unter Verwendung irgendeiner einer Anzahl
von Kommunikationsbetriebsarten, die unterschiedliche Zeichenübertragungsfrequenzen
ergeben; gekennzeichnet durch eine Steuereinheit zur Überwachung
einer Menge an Daten an den Puffern, Liefern der Steuerinformation für die Aussendung,
und Steuern der Kommunikationsbetriebsart des Senders, wobei die
Steuereinheit zur Steuerung des Senders zur Verwendung einer der
Kommunikationsbetriebsarten zur Aussendung von Steuerinformationen
bei Fehlen von auszusendenden Daten von dem Puffer und zumindest
einer anderen Kommunikationsbetriebsart zur Aussendung von Steuerinformationen
und Daten von dem Puffer ausgebildet ist, wobei die eine Kommunikationsbetriebsart
eine niedrigere Zeichenübertragungsfrequenz
ergibt als die zumindest eine andere Kommunikationsbetriebsart.
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Die Einrichtung schließt vorzugsweise
eine mit der Steuereinheit und dem Puffer gekoppelte Ethernet-Schnittstelle
zur Lieferung von Daten an den Puffer-und einen Digital/Analog-Wandler
zur Umwandlung digitaler Signale von dem Sender in Analogsignale
zur Aussendung über
den Kommunikationspfad ein.
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Die Erfindung ergibt weiterhin ein
Modem zum Koppeln zwischen ersten und zweiten Kommunikationspfaden,
wobei der erste Kommunikationspfad eine Kommunikation von Datenrahmen
in einem CSMA/CD- (Vielfachzugriff mit Leitungsübertragung und Kollisionsdetektion)
Netzwerk bereitstellt, während
der zweite Kommunikationspfad eine Kommunikation von Daten der Rahmen
und Steuerinformation unter Verwendung von Halbduplex-Kommunikationen
mit einem komplementären
Modem bereitstellt, wobei das Modem Folgendes umfasst: einen ersten Puffer
zum Puffern von Informationen, die über den ersten Pfad zur Aussendung über den
zweiten Pfad empfangen werden; eine Steuereinheit; einen Sender
zum Aussenden von Daten von dem ersten Puffer und Steuerinformationen
von der Steuereinheit über
den zweiten Pfad; einen Empfänger
zum Empfang von Informationen von dem zweiten Pfad; und einen zweiten
Puffer zum Puffern von Informationen, die von dem Empfänger zur
Zuführung
an den ersten Pfad empfangen wurden, wobei der Sender und der Empfänger unter
der Steuerung der Steuereinheit in einer einer Vielzahl von Kommunikationsbetriebsarten
betreibbar sind, die unterschiedliche Übertragungsraten in jeder Richtung
auf dem zweien Pfad bereitstellen, und wobei die Steuereinheit auf
Daten in dem ersten Puffer zur Steuerung des Senders zur Verwendung
unterschiedlicher Kommunikations-Betriebsarten,
die jeweils niedrigere und höhere Übertragungsraten
bei Fehlen oder Vorliegen von von dem ersten Puffer auszusendenden
Daten anspricht.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die Erfindung wird weiter aus der
folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
verständlich,
in denen:
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1 eine
Netzwerk-Zugangsanordnung zeigt, auf die diese Erfindung besonders
anwendbar ist;
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2 u. 3 Rahmenformate zeigen, die
bei der Anordnung nach 1 verwendet
werden;
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4 Teile
eines Modem zeigt, das bei der Anordnung nach 1 verwendet wird;
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5 eine
graphische Darstellung zeigt, die Frequenzeigenschaften erläutert, die
sich auf die Anordnung nach 1 beziehen;
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6 Empfängerfunktionen
eines konfigurierbaren DSP (digitalen Signalprozessors) des Modems
nach 4 zeigt;
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7 ein
Ablaufdiagramm von Schritten zeigt, die bei einer Ausführungsform
eines Gesichtspunktes der Erfindung ausgeführt werden;
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8 den
Signalfluss zwischen Modems im Betrieb der Anordnung nach 1 gemäß einer Ausführungsform
eines weiteren Gesichtspunktes der Erfindung zeigt; und
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9 ein
Ablaufdiagramm von Schritten zeigt, die in dieser Operation ausgeführt werden.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Gemäß 1 ist ein Kommunikationspfad, der in
diesem Beispiel die Form eines Zweidraht-Pfades hat, der durch eine übliche Telefonleitung 10 gebildet
ist, mit einem Master-Modem 12 am Kopfende oder C.O.- (Fernsprechamt-)
seitigen Ende der Leitung und mit einem Slave-Modem 14 am
kunden- oder teilnehmerseitigen Ende der Leitung gekoppelt. Die
Telefonleitung 10 ist weiterhin so gezeigt, als ob sie über ein
Tiefpassfilter (LPF) 11 mit dem (nicht gezeigten) Fernsprechamt
am kopfseitigen Ende der Leitung und über ein oder mehrere weitere
Tiefpassfilter 11 mit einem oder mehreren Kundentelefonen an
dem kundenseitigen Ende der Leitung gekoppelt ist. Die Tiefpassfilter 11 dienen
in Verbindung mit Hochpassfiltern in dem Master- und Slave-Modem 12 und 14 in
der nachstehend beschriebenen Weise als Frequenzdipexer-Filter,
die niederfrequente Telefonsignale, die zwischen den Telefonen und
dem Fernsprechamt übertragen
werden, von eine höhere
Frequenz aufweisenden Signalen trennen, die zwischen den Modems 12 und 14 übertragen
werden, wobei diese Signale auf der Leitung 10 frequenzmultiplexiert
sind. Obwohl dies hier nicht weiter beschrieben wird, kann das Master-Modem 12 für ähnliche
Kommunikationen über
eine Vielzahl von Telefonleitungen multiplexiert werden. Zusätzlich ist,
obwohl hier auf die Telefonleitung und Filter 11 Bezug
genommen wird, zu erkennen, dass die Erfindung auf Kommunikationen über irgendeinen
Kommunikationspfad anwendbar ist, unabhängig davon, ob dieser eine
Telefonleitung umfasst oder Telefonsignale übertragen kann.
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Jedes der Modems 12 und 14 schließt eine Ethernet-Schnittstelle
bekannter Form ein. Am kundenseitigen Ende der Leitung 10 werden über das Slave-Modem 14 übertragene
Ethernet- (ENET)Rahmen mit einer Ethernet-Schnittstelle (E I/F)
bekannter Form in einem Endgerät
(TD) 16 gekoppelt, das beispielsweise durch einen Personalcomputer
gebildet sein kann. Somit werden Ethernet-Rahmen zwischen dem Slave-Modem
und dem Endgerät 16 in
bekannter Weise übertragen,
beispielsweise unter Verwendung einer Verkabelung mit verdrillten
Adern und der 10BASE-T-CSMA/CD-Norm; diese Kommunikation kann in
bekannter Weise zu einem eine größere Erstreckung
aufweisenden LAN (lokales Netzwerk) erweitert werden. An der Fernsprechenamtsseite
der Leitung werden über
das Master-Modem 12 übertragene
Ethernet-Rahmen über
einen Ethernet-Knoten oder eine Vermittlung 18 und einen
Router 20 an den Rest des Netzwerkes (das so betrachtet
werden kann, dass es die Einheiten 12 und 22 einschließt) und
wahlweise an eine Kommunikationsverwaltung (CM) 22 gekoppelt,
die beispielsweise durch einen Rechner gebildet ist, dessen Funktionen
so sein können,
wie dies weiter unten beschrieben wird.
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Wie dies am oberen Ende der 1 gezeigt ist, werden Ethernet-Rahmen
somit auf der Kundenseite des Slave-Modems 14 und auf der
NETZWERK-Seite des Master-Modems 12 übertragen. Zwischen den Modems 12 und 14 werden
Ethernet-Rahmen
unter Verwendung eines Punkt-zu-Punkt-Protokolls übertragen,
das eine Kollisionsvermeidung verwendet und aus Bequemlichkeitsgründen nachfolgend
als ECAP (Ethernet-Kollisionsvermeidungsprotokoll) bezeichnet wird.
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Die Master- und Slave-Modems puffern Ethernet-Rahmen,
die netzabwärts
(von dem Master-Modem 12 an das Slave-Modem 14)
und netzaufwärts
(von dem Slave-Modem 14 an
das Master-Modem 12) übertragen
werden sollen. Die ECAP-Kommunikationen
der gepufferten Ethernet-Rahmen beinhalten eine Halbduplex-Übertragung, in der das Master-Modem 12 die
Priorität
und Steuerung über das
Slave-Modem 14 hat. Somit bestimmt das Master-Modem 12,
wann Informationen netzabwärts über die
Leitung 10 auszusenden sind, und informiert das Slave-Modem 14,
wann es Informationen netzaufwärts über die
Leitung 10 aussenden darf. Um diese Kommunikationen zu
erleichtern, umfasst die über die
Leitung 10 ausgesandte Information nicht nur die Datenpakete
von Ethernet-Rahmen, sondern auch Steuerpakete netzabwärts und
Antwort-Pakete netzaufwärts
zwischen den Master- und Slave-Modems. Der Ausdruck „Steuerung" wird allgemein verwendet, soweit
dies hier zweckmäßig ist,
um sowohl die Netzabwärts-Steuerungs-
als auch die Netzaufwärts-Antwortfunktionen
zu umfassen. Die Daten- und Steuerpakete sind in ECAP-Rahmen eingefügt, die
verschiedene Formen annehmen können,
für die
Beispiele nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben
werden. Steuereinheiten in den Master- und Slave-Modems führen die
erforderlichen Umwandlungen zwischen den Ethernet-Rahmen und den
ECAP-Datenrahmen
aus und erzeugen die ECAP-Steuer- und Antwort-Rahmen und sprechen auf
diese an. Jedes der Master- und Slave-Modems 12 und 14 schließt eine
Ethernet-Schnittstelle ein, wie dies vorstehend beschrieben wurde,
und weist entsprechend eine eindeutige Netzwerkadresse auf, die
von dieser Schnittstelle bereitgestellt wird; diese Adressen werden
zur Adressierung von Mitteilungen (Steuer- und Antwortpaketen) zwischen
den Modems verwendet und können
weiterhin zur Adressierung dieser Modems von anderen Geräten aus
verwendet werden, wie z. B. der CM 22, wie dies nachfolgend beschrieben
wird. Die Modems können
außerdem mit
anderen Einheiten kombiniert werden; insbesondere kann das Slave-Modem 14 mit
der Ethernet-Schnittstelle des Endgerätes 16 kombiniert
werden, wobei die kombinierte Einheit eine einzige Netzwerkadresse
hat.
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2 zeigt
ein Beispiel eines ECAP-Datenrahmens, der Zusatzinformation O/H,
gefolgt von einem einzelnen Ethernet-Rahmen, der die bekannte nachfolgend
beschriebene Form hat, gefolgt von einer Prüffolge CHK, umfasst. Es sei
beachtet, dass der Ausdruck „Ethernet-Rahmen" hier dazu verwendet
wird, Rahmen entsprechend der IEEE-Norm 802.3 mit dem Titel „Carrier
Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access
Method and Physical Layer Specifications", einzuschließen, die von der internationalen
Normungsorganisation (ISO) übernommen
wurde, sowie Rahmen entsprechend der Version-2-Norm von 1985 für Ethernet,
auf der die 802.3-Norm beruht, wobei diese allgemein ähnlich sind,
mit Ausnahme der Verwendung des Längen- oder des Typ-Feldes,
wie dies weiter unten beschrieben wird.
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Die bekannte Form des Ethernet-Rahmens besteht
in dieser Reihenfolge aus einem Präambel-Feld mit 7 Bytes oder
Oktetten, einem Startrahmen-Begrenzungs- (SFD-) Feld mit 1 Byte;
einem Ziel-Adressenfeld mit 6 Bytes, einem Quellen-Adressenfeld
mit 6 Bytes; dem Längen-
oder Typ-Feld mit 2 Bytes; einem Datenfeld mit 46 bis 1500 Bytes;
und einem Rahmen-Prüffolgen-
(FCS-) Feld mit 4 Bytes oder Oktetten, die durch eine CRC (zyklische
Blocksicherungsprüfung)
des Datenpaketes gebildet sind, das durch die Adresse, die Länge oder
den Typ und die Datenfelder gebildet ist. Daten von weniger als
46 Bytes in einem Rahmen werden auf die minimale Datenfeld-Größe von 46
Bytes aufgefüllt.
Das Längen- oder
Typ-Feld stellt die Länge
der Daten in dem Datenfeld bis zu dem Maximum vom 1.500 Bytes dar; ein
Wert von mehr als 1.500 stellt den Typ des Datenpakets dar, wobei
IP- (Internet-Protokoll)
Datenpakete durch einen spezifischen Typwert in diesem Feld identifiziert
sind. Somit umfasst jeder Ethernet-Rahmen ein Datenpaket von 60
bis 1.514 Bytes, zusammen mit dem Zusatzfeld (Präambel- und SFD- und FCS-Felder)
von 12 Bytes.
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Die Zweidraht-Telefonleitung 10 in
der Anordnung nach 1 weist
eine Länge
auf, die allgemein wesentlich größer als
die maximale Segmentlänge
in der Größenordnung
von 100 Metern einer Verdrahtung mit verdrillten Adern ist, die
für den
CSMA/CD-Betrieb des Ethernets vorgesehen ist, und Signalverzögerungen
und die Dämpfung
machen es unpraktisch, CSMA/CD auf der Telefonleitung 10 zu verwenden.
Stattdessen wird der Ethernet-Rahmen in den ECAP-Rahmen nach 2 eingefügt und unter Verwendung des
Kollisionsvermeidungsprotokolls der Halbduplex-Kommunikationen zwischen
den Modems 12 und 14 übertragen.
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Das O/H-Feld zu Beginn des ECAP-Rahmens
besteht beispielsweise aus wenigen Bytes, die eine Präambel und
eine Start-des-Rahmens- (SOF-) Anzeige mit einer geeigneten Form
für das
Modulationsverfahren umfassen, das von den Modems 12 und 14 verwendet
wird, möglicherweise
gefolgt und anderer Information, wie z. B. einer ECAP-Rahmenfolgennummer
zur Rahmenidentifikation in bekannter Weise (beispielsweise zur
Identifikation von Rahmen für
eine Quittierung oder erneute Aussendung). Die Prüffolge CHK
an dem Ende des ECAP-Rahmens umfasst in zweckmäßiger Weise eine CRC-Folge,
die in exakt der gleichen Weise erzeugt werden kann, wie das FCS-Feld
des Ethernet-Rahmens, wobei die CRC anhand der gesamten Information
in dem ECAP-Rahmen arbeitet, die auf die SOF-Anzeige folgt und bis
zu und unter Einschluss der FCS an dem Ende des Ethernet-Rahmens. Die Prüffolge CHK könnte alternativ
andere Formen annehmen, beispielsweise kann sie irgendeine gewünschte Form einer
Fehlerdetektions- und/oder
Korrekturinformation umfassen. Wie dies in 2 gezeigt ist, ist der Ethernet-Rahmen
intakt und ohne jede Änderung
innerhalb des ECAP-Rahmens eingehüllt.
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Alternativ können Teile des Ethernet-Rahmens,
wie z. B. die Präambel
und die SFD-Felder und irgendeine Auffüllung in dem Datenfeld von
dem Ethernet-Rahmen an dem sendenden Modem abgestreift und an dem
empfangenden Modem wieder eingesetzt werden, um die Menge an Information
zu verringern, die über
die Leitung 10 zu übertragen
ist. So werden, obwohl die Aussendung von eine Untergröße aufweisenden
Rahmen in einer CSMA/CD-Anordnung aufgrund der Art des Konkurrenzschemas
nicht möglich
ist (eine Untergröße aufweisende
Rahmen werden allgemein als Kollision interpretiert), in diesem
ECAP-Schema Kollisionen durch das Protokoll zwischen den Modems
vermieden, so dass kurze Rahmen nicht nur zulässig sind, sondern sogar wünschenswert
sein können,
weil sie die Menge an Information verringern, die über die
Leitung 10 übertragen werden
muss. 3 zeigt einen
ECAP-Steuerrahmen, der ein von dem Master-Modem 12 an das
Slave-Modem 14 zu übertragendes
Steuerpaket umfasst. Der Steuerrahmen umfasst ein anfängliches Zusatzfeld
O/H, wie dies weiter oben beschrieben wurde, gefolgt von einem nachfolgend
beschriebenen Steuer-Paket und dem Prüffeld CHK, das eine CRC-Folge
für die
gesamte Information in dem ECAP-Rahmen nachfolgend zu einer SOF-Anzeige bis
zum Ende des Steuerpaketes umgibt. Das Steuerpaket umfasst Ziel-
und Quellen-Adressenfelder, ein Längen/Typ-Feld L/T und ein Steuerfeld,
das allgemein wesentlich kürzer
als das minimale 46-Byte-Datenfeld eines Ethernet-Rahmens ist und dessen
Länge durch
den Inhalt des Feldes UT gegeben ist. Für ein derartiges Steuerpaket
sind die Ziel- und Quellenadressen die NETZWERK-Adressen des Master-Modems 12 bzw.
des Slave-Modems 14.
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Umgekehrt kann ein ECAP-Antwortrahmen die
gleiche Form haben, wie der in 3 gezeigte Steuerrahmen,
mit der Ausnahme, dass er ein Antwortfeld anstelle des Steuerfeldes
enthält,
und dass die Ziel- und Quellenadressen vertauscht sind, weil der
Antwortrahmen von dem Slave-Modem 14 an das Master-Modem 12 gesandt
wird.
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Andere ECAP-Rahmenformate können alternativ
vorgesehen werden; beispielsweise könnten Steuer- und Antwortfelder
zu Datenrahmen hinzugefügt
werden, und eine Vielzahl von Ethernet-Rahmen kann in einem ECAP-Rahmen
verkettet werden.
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Gemäß der nunmehr betrachteten 4 schließt jedes der Modems 12 und 14 ein
Hochpassfilter 28, wie es weiter oben erläutert wurde,
das mit der Leitung 10 verbunden ist, und eine Ethernet-Schnittstelle
(ENET I/F) 30 zur Verbindung mit dem Endgerät 16 oder
der Ethernet-Vermittlung 18 ein. Über die Leitung 10 empfangene
Analogsignale werden über
das HPF 28 und einen Vorverstärker 32 einem Analog-Digital-
(A/D-) Wandler 34 zugeführt, um
in ein Digitalformat umgewandelt zu werden, und die digitalen Signale
werden über
einen Empfänger, der
durch einen konfigurierbaren DSP (digitalen Signalprozessor) 36 gebildet
ist, an einen Puffer 38 weitergeleitet. Steuer- oder Antwortinformation
wird von dem Puffer 38 an eine Steuereinheit 40 geliefert
(die Steuer- oder Antwortinformation kann alternativ direkt von
dem DSP 36 an die Steuereinheit 40 geliefert oder
als geliefert betrachtet werden), und die Daten in dem Puffer 38 werden
in den Ethernet-Rahmen an
die Schnittstelle 30 weitergeleitet. In der entgegengesetzten
Richtung empfängt
ein Puffer 42 Ethernet-Rahmen-Daten von der Schnittstelle 30 und
puffert diese und liefert sie an einen konfigurierbaren Sender (Tx.) 44 unter
der Steuerung der Steuereinheit 40, die weiterhin Steuer-
und Antwort-Informationen an den Sender liefert und dessen Konfiguration für unterschiedliche
Kommunikationsbetriebsarten steuert, wie dies weiter unten beschrieben
wird. Digitale Signale der resultierenden ECAP-Rahmen werden von
dem Sender 44 an einen Digital-Analog-(D/A-) Wandler 46 geliefert,
dessen Analog-Signalausgang über
einen Leitungstreiber 48 an die Leitung 10 geliefert
wird, die außerdem
mit dem Leitungstreiber verbunden ist. Beispielsweise kann der Leitungstreiber 48 einen
Stromgenerator umfassen, der eine Impedanz gleich der charakteristischen
Impedanz der Leitung 10 speist. Wie dies weiter oben erläutert wurde,
können
Komponenten des Master-Modems 12 für eine Vielzahl von Leitungen 10 multiplexiert
werden. Teile der Modems 12 und 14 können zweckmäßigerweise
in einer oder mehreren DSP's
oder ASIC's (anwendungsspezifische
integrierte Schaltungen) realisiert werden.
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Die Steuereinheit 40 steuert
den Betrieb des Modems entweder als ein Master-Modem 12 oder ein Slave-Modem 14.
Für ein
Master-Modem 12 werden Ethernet-Rahmen über die Schnittstelle 30 zwischen dem
NETZWERK und den Puffern 38 und 42 ausgetauscht.
Die Steuereinheit 40 steuert das Einkapseln in ECAP-Rahmen von Ethernet-Datenrahmen
von dem Puffer 42 und Steuerinformationen, die sie für das Slave-Modem 14 erzeugt,
und sie steuert die Netzabwärts-Aussendung dieser
Rahmen über
den Sender 44, den Wandler 46, den Leitungstreiber 48 und
die Leitung 10. Die Steuerinformation schließt Abfragen
ein, die es dem Slave-Modem 14 erlauben, in der Netzaufwärts-Richtung
zu senden, wodurch das Master-Modem eine Halbduplex-Übertragung auf
der Leitung 10 ohne Kollisionen zwischen den Netzabwärts- und
den Netzaufwärts-Senderichtungen
sicherstellt. Netzaufwärts-ECAP-Rahmen
werden über
das HPF 28, den Vorverstärker 32, den Wandler 34 und
den DSP 36 empfangen, wobei Antwort-Information an die Steuereinheit 40 geliefert wird
und Ethernet-Datenrahmen über
den Puffer 38 an die Ethernet-Schnittstelle 30 geliefert
werden.
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Umgekehrt werden für ein Slave-Modem 14 ECAP-Rahmen
auf der Leitung 10 über
das HPF 28, den Vorverstärker 32, den Wandler 34 und
den DSP 36 empfangen, wobei Steuerinformation an die Steuereinheit 40 des
Slave-Modems geliefert werden, und Ethernet-Datenrahmen über den
Puffer 38 und die Ethernet-Schnittstelle 30 an das Endgerät 16 geliefert
werden. Als Antwort auf eine Abfrage in der von dem Master-Modem
empfangenen Steuerinformation steuert die Steuereinheit 40 in
dem Slave-Modem die Netzaufwärts-Übertragung
von einem oder mehreren Rahmen, die Antwortinformation enthalten, und/oder
Ethernet-Datenrahmen
von dem Puffer 42 in dem Slave-Modem unter Anweisungen
durch das Master-Modem 12 über den Sender 44,
den Wandler 46, den Leitungstreiber 48 und die
Leitung 10.
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Die Steuereinheit 40 in
jedem Modem steuert weiterhin in bekannter Weise die Konfiguration
des DSP 36 und des Senders 44 des Modems. Insbesondere
steuert sie beispielsweise die Parameter des Senders 44,
wie z. B. den Ein-/Aus-Zustand, den Signalpegel, den Amplitudenabfall
(Änderung
der Signalamplitude mit der Frequenz über den Durchlassbereich),
die Frequenz oder die Zeichenrate, die Signalbandbreite und das
Modulationsverfahren (beispielsweise QPSK (Quadratur-Phasenumtastung) oder
QAM (Quadratur-Amplitudenmodulation) und die Anzahl von Bits pro
Zeichen), die die Übertragungsrate
und die PSD (spektrale Energiedichte) des ausgesandten Signals bestimmen.
Sie steuert unabhängig ähnliche
Parameter für
den DSP 36.
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5 zeigt
eine graphische Darstellung, die das Niederfrequenz-Spektrum 50 von
Telefonsignalen zeigt, die auf der Telefonleitung 10 übertragen werden
können,
und die von Signalen, die zwischen den Modems 12 und 14 übertragen
werden, durch die LPF's 11 getrennt
werden können. 5 zeigt weiterhin als Beispiel
zwei Hochfrequenz-Spektren 52 und 54 für Kommunikationen
zwischen den Modems 12 und 14. Die Spektren 52 und 54 beziehen sich
auf unterschiedliche Signalbandbreiten, die für die Modem-Kommunikationen
verwendet werden können.
Beispielsweise kann das relativ breite Bandbreitenspektrum 52 einem
Modulationsverfahren mit einer Frequenz von 3 MHz entsprechen, während das
relativ schmalere Bandbreitenspektrum einem Modulationsverfahren
mit einer Frequenz von 300 kHz entsprechen kann. Andere nicht gezeigte
Signalbandbreiten werden in ähnlicher
Weise bereitgestellt. Die Verwendung anderer Bandbreiten und Modulationsverfahren
wird nachfolgend weiter beschrieben.
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Kommunikationen auf der Leitung 10 zwischen
den Modems 12 und 14 werden durch das Master-Modem 12 gesteuert.
Kurz gesagt, bestimmt die Steuereinheit 40 in dem Master-Modem 12,
wann Netzabwärts-Rahmen
von dem Puffer 42 in dem Master-Modem und/oder Steuerrahmen
auf das Slave-Modem 14 übertragen
werden sollen, und sie gibt das Slave-Modem frei, damit dieses Netzaufwärts-Rahmen an den Puffer 38 in
dem Master-Modem 12 und/oder Antwortrahmen lediglich zu
Zeiten aussendet, an denen keine Netzabwärts-Aussendung vorliegt, so
dass Kollisionen zwischen Netzaufwärts- und Netzabwärts-Informationen
vermieden werden. Die Charakteristiken der Kommunikationen in jeder
Richtung werden durch die Steuereinheit 40 in dem Master-Modem 12 bestimmt.
Diese Charakteristiken schließen
Parameter (beispielsweise Modulationsverfahren und Frequenz- oder
Signalbandbreite) ein, die so bestimmt werden, wie dies nachfolgend weiter
beschrieben wird, und beispielsweise eine dynamische Bestimmung
der relativen Zuteilungen für Netzabwärts- und
Netzaufwärts-Kommunikationen
in Abhängigkeit
von dem Puffer-Füllzustand.
Der Puffer-Füllzustand
wird direkt durch die Steuereinheit 40 in dem Master-Modem 12 für dessen
Puffer bestimmt und an die Steuereinheit 40 des Master-Modems 12 in
Antwortrahmen von dem Slave-Modem 14 für dessen Puffer übertragen.
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Alternativ und wahlweise können zumindest einige
der Kommunikationscharakteristiken stattdessen durch Ferneinstellung
von der CM 22 mit Kommunikationen in Ethernet-Rahmen zwischen
dem Master-Modem 12 und der CM 22 und zwischen
dem Slave-Modem 14 und der CM 22 bestimmt werden, die
entweder direkt oder über
das Master-Modem 12 adressiert wird. Zur Vereinfachung
wird in der folgenden Beschreibung angenommen, dass alle Kommunikationscharakteristiken
in dem Master-Modem 12 selbst gehalten werden, doch ist
es verständlich, dass
diese Charakteristiken stattdessen in und durch die CM 22 oder
an anderer Stelle gehalten werden können und an die Modems übertragen
werden können,
wenn dies erwünscht
ist.
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6 zeigt
ein Blockschaltbild einiger der Empfängerfunktionen, die in dem
konfigurierbaren DSP 36 jedes Modems realisiert werden.
Wie dies in 6 gezeigt
ist, schließen
diese Funktionen ein Frequenzabfall-Filter 60, einen Entzerrer 62,
einen Demodulator 64 und einen Energiedetektor 66 ein. Dem
Frequenzabfall-Filter 60 wird
das digitale Ausgangssignal des A-D-Wandlers 34 (4) zugeführt und dient zur Kompensation
des Amplitudenabfalls über
die Bandbreite eines empfangenen Signals, und der Ausgang des Filters
wird dem Entzerrer 62 zugeführt, der beispielsweise ein 48 Anzapfungen
aufweisender Transversal-Entzerrer
sein kann. Das Ausgangssignal des Entzerrers 62 wird dem
Demodulator 64, der zur Demodulation des Signals entsprechend
dessen Modulationsverfahren und zur Erzeugung eines demodulierten
Signals an seinem Ausgang dient, und dem Energiedetektor zugeführt, der zur
Detektion des Pegels irgendeines Signals und der Störungen am
Ausgang des Entzerrers 62 und zur Erzeugung eines detektierten
Energiesignals für die
Steuereinheit 40 an seinem Ausgang dient. Diese Funktionen
werden im Betrieb des Modems verwendet, wie dies weiter unten beschrieben
wird. Es ist festzustellen, dass der Ausdruck „Störungen", wie er hier verwendet wird, alle Arten
von Rauschen und Störungen
einschließen
soll und damit jede Komponente eines empfangenen Signals einschließt, das kein
gewünschtes
Signal ist.
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Der Betrieb der Master- und Slave-Modems schließt eine
Initialisierungs- oder Trainings-Betriebsart ein, in der die vorstehend
genannten Kommunikationscharakteristiken oder Parameter für nachfolgende
Kommunikationen eingestellt werden und Kommunikationsbetriebsarten
eingestellt werden, bei denen sich ein oder mehrere Ethernet-Rahmen
in dem Puffer 42 befinden können oder nicht, um auf die
Leitung 10 übertragen
zu werden. Die Kommunikationsbetriebsarten beinhalten verschiedene
Modulationsverfahren und Frequenzen oder Zeichenraten (und entsprechend
Signalbandbreiten), wie dies weiter oben erläutert wurde; aus Bequemlichkeitsgründen werden
diese hier so betrachtet, als ob sie sich in einer geordneten Liste
von einer niedrigsten Betriebsart bis zu einer höchsten Betriebsart der Kommunikation
befinden.
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Die niedrigste Betriebsart kann durch
ein Produkt der kleinsten Zeichenrate und der wenigsten Bits pro
Zeichen gebildet sein, die von dem Modem bereitgestellt werden,
wodurch sich die größte Wahrscheinlichkeit
einer erfolgreichen Kommunikation zwischen den Modems, jedoch mit
einer niedrigen Übertragungsrate
ergibt; beispielsweise wird dies hier als QPSK mit 62,5 ks/s (Tausend
Zeichen pro Sekunde) angenommen, wobei sich eine Bitrate von 125
kb/s ergibt. Die höchste
Betriebsart kann durch ein Produkt der größten Zeichenrate und der meisten Bits
pro Zeichen gebildet sein, wobei sich eine geringe Wahrscheinlichkeit
einer erfolgreichen Kommunikation jedoch mit einer hohen Übertragungsrate
ergibt; dies kann beispielsweise 64 QAM mit 2 Ms/s (Millionen Zeichen
pro Sekunde) oder 16 QAM mit 3 Ms/s sein, was möglicherweise eine Bitrate von
12 Mb/s ergibt. Zwischen diesen niedrigsten und höchsten Betriebsart-Beispielen
ergeben sich vielfältige mögliche Kombinationen
des Modulationsverfahrens, der Bits pro Zeichen und der Zeichenübertragungsraten,
die Elemente der geordneten Liste bilden können und die verwendet werden
können,
um unterschiedliche Kompromisse zwischen der Wahrscheinlichkeit
einer erfolgreichen Kommunikation und der Bitrate zu schaffen. Beispielsweise
kann es für
jedes Modulationsverfahren mehrere unterschiedliche mögliche Zeichenraten
pro Dekade zwischen 62,5 ks/s und 3 Ms/s geben.
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Es ist zu erkennen, dass es unterschiedliche mögliche Kommunikationsbetriebsarten
geben kann, die im Wesentlichen die gleiche Gesamt-Übertragungsrate haben, beispielsweise
die zwei vorstehend angegebenen Möglichkeiten für die höchste Betriebsart.
Allgemein wird in derartigen Fällen
die kleinere Bandbreite oder niedrigere Frequenz in solchen Fällen bevorzugt
(beispielsweise 64 QAM mit 2 Ms/s anstelle von 16 QAM mit 3 Ms/s),
und zwar deshalb, weil die Signaldämpfung und -kopplung auf der Leitung 10 allgemein
für niedrigere
Frequenzen niedriger sind. In solchen Fällen können die höheren Frequenz-Alternativen
wahlweise aus der geordneten Liste ausgeschlossen werden.
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Die folgende Beschreibung bezieht
sich auf eine derzeitige Kommunikationsbetriebsart, was eine der
Betriebsarten in der geordneten Liste bedeutet, die derzeit für eine bestimmte
Leitung 10 verwendet wird und auf höhere oder niedrigere Betriebsarten, bezogen
auf die derzeitige Kommunikations-Betriebsart. Es ist zu erkennen,
dass die höheren
und niedrigeren Betriebsarten sich auf Betriebsarten in der geordneten
Liste beziehen können,
die entweder unmittelbar benachbart zu der derzeitigen Betriebsart oder
weiter entfernt von dieser in der Liste sind. Beispielweise könnte in
Abhängigkeit
von der Art und Weise, wie die unterschiedlichen Betriebsarten geordnet
sind, wenn die derzeitige Betriebsart 16 QAM mit 250 ks/s ist (eine
Bitrate von 1 Mb/s), eine nächsthöhere Betriebsart
entweder 16 QAM mit 375 ks/s (einer Bitrate von 1,5 Mb/s) oder 64
QAM mit 250 ks/s sein (ebenfalls mit einer Bitrate von 1,5 Mb/s),
wobei die Letztere aufgrund ihrer niedrigeren Frequenz allgemein
zu bevorzugen ist.
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Zur Initialisierung oder zum Training,
wenn das Master-Modem 12 bei Fehlen irgendeiner Antwort
von dem Slave-Modem 14 arbeitet (beispielsweise kann das
Slave-Modem nicht angeschlossen oder nicht in Betrieb sein) sendet
das Master-Modem 12 wiederholt
Training-Bursts mit Pausen zwischen diesen aus, während deren
es die Leitung 10 auf irgendwelche Antworten überwacht.
Insbesondere können
Training-Bursts mit einer Rate von ungefähr 10 pro Sekunde ausgesandt
werden, wobei die niedrigste Betriebsart und eine Signalamplitude
verwendet wird, die für
eine maximal mögliche
Länge (beispielsweise
2.100 ft oder 6.400 m einer 24 Gauge-Drahtleitung) der Leitung 10 verwendet
wird, wobei jeder Training-Burst eine vorgegebene Pseudo-Zufallsfolge
umfasst, die zu einem im Wesentlichen ebenen Frequenzspektrum des
ausgesandten Burst führt.
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Ein im Betrieb befindliches Slave-Modem 14, das
mit der Leitung 10 verbunden ist, empfängt diese Training-Bursts,
deren Pegel allgemein (für
Leitungen mit weniger als der maximalen Länge) ausreichend sein wird,
um dessen A-D-Wandler 34 zu überlasten, und sein Energie-Detektor 66 stellt
das Vorhandensein dieser Bursts fest. Das Slave-Modem 14 sendet
als Antwort in den Pausen zwischen den Netzabwärts-Trainings-Bursts Bursts,
die in ähnlicher Weise
von dem Master-Modem 12 erfasst
werden. Das Master-Modem 12 (unter der Steuerung seiner Steuereinheit 40)
sendet weiterhin die Trainings-Bursts aus, verringert jedoch graduell
deren Signalamplitude, bis der A-D-Wandler 34 des Slave-Modems
nicht mehr länger überlastet
ist, und das Slave-Modem 14 (unter der Steuerung durch
seine Steuereinheit 40) stellt die Verstärkung des
Vorverstärkers 32 ein,
um eine Signalbegrenzung zu vermeiden und um einen optimalen Signaleingangsbereich
des Wandlers anzupassen. Das Slave-Modem 14 stellt dann
weiter Parameter des Frequenzabfallfilters ein, um ein im Wesentlichen
ebenes Frequenzspektrum des empfangenen Signals zu erzielen. Zu diesem
Zweck kann das Slave-Modem die relative Energie der Signalkomponenten
an den hohen und niedrigen Enden der Signalbandbreite bestimmen, beispielsweise
durch Vergleichen der Ausgänge
von zwei Frequenzabfallfiltern mit jeweils einem positiven und einem
negativem Abfall (dem Punkt gegenüber der Frequenz), um einen
Kompensationsabfall des Abfallfilters 60 zu bestimmen.
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Das Slave-Modem tastet die empfangenen Trainings-Bursts
an dem Ausgang des Entzerrers 62 ab und verwendet einen
Algorithmus kleinster mittlerer Quadrate (LMS) in Verbindung mit
einer gespeicherten Kopie der vorgegebenen Trainings-Burst-Folge, um in
Nicht-Echtzeit einen passenden Satz von Koeffizienten für den Entzerrer 62 abzuleiten.
Es stellt die Koeffizienten des Entzerrers 62 entsprechend
ein, und die (abfallkompensierten und entzerrten) Netzabwärts-Trainings-Bursts,
die entsprechend an dem Ausgang des Entzerrers 62 erzeugt
werden, werden in dem Slave-Modem 14 an den Demodulator 64 geliefert,
der während
der Initialisierung die gewünschte
QPSK-Demodulation bereitstellt. Wenn eine vorgegebene Anzahl von
(beispielsweise 10 aufeinanderfolgenden) Trainings-Bursts in richtiger
Weise aufeinanderfolgend empfangen wurden, schließt das Slave-Modem
daraus, dass es unter Verwendung des Satzes von Kommunikationsparametern
(Verstärkung,
Abfallfilter-Parameter und Entzerrer-Koeffizienten), die es für die niedrigste
Betriebsart bestimmt hat, korrekt empfangen kann.
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Ein ähnlicher Prozess wird dann
für die
entgegengesetzte Richtung ausgeführt,
wobei das Slave-Modem 14 Trainings-Bursts netzaufwärts an das Master-Modem 12 aussendet,
das in einer ähnlichen Weise
einen entsprechenden Satz von Kommunikationsparametern für die niedrigste
Betriebsart bestimmt. Dieser Prozess wird durch die Tatsache vereinfacht,
dass die Netzabwärts-Kommunikationen bereits
ausgebildet wurden, sodass das Master-Modem 12 das Slave-Modem
direkt informieren kann, welche Signalamplitude ausgesandt werden
sollte. Das Ende dieses Prozesses beschließt die Initialisierung, wobei
Zweiweg-Kommunikationen in der niedrigsten Betriebsart zwischen
den Modems ausgebildet wurden und der resultierende Satz von Kommunikationsparametern
in den Modems gespeichert wurde. Zumindest einige der Parameter
des Slave-Modems werden an das Master-Modem 12 übertragen, sodass sie auch
dort für
die nachfolgend beschriebenen Zwecke verfügbar sind.
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Obwohl dies eine Zweiweg-Kommunikation zwischen
den Modems 12 und 14 ausbildet, wird diese nicht
zu Anfang für
Kommunikationen irgendwelcher Ethernet-Rahmen zwischen den Puffern 42 und 38 verwendet,
weil derartige Datenkommunikationen die Anpassung einer höheren möglichen
Kommunikationsbetriebsart zwischen den Modems verhindern oder verzögern könnten.
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Zur Bestimmung von zumindest einer
derartigen höheren
Betriebsart zur anfänglichen
Verwendung für
Datenkommunikationen bestimmt das Master-Modem 12 aus den
vorstehend erläuterten
Verstärkungsparametern
den Verlust der Leitung 10 (üblicherweise ähnlich für beide Übertragungsrichtungen)
für die
Frequenz oder die Zeichenrate der niedrigsten Betriebsart und verwendet
diesen festgestellten Verlust in Verbindung mit einer Nachschlagetabelle
zur Vorhersage des Verlustes der Leitung 10 bei anderen
Frequenzen. Informationen in der Nachschlagetabelle, die relative
Leitungsverluste für
unterschiedliche Frequenzen korrelieren, werden empirisch bestimmt.
Aus dieser Information bestimmt das Master-Modem eine Frequenz oder
Zeichenrate für eine
anfängliche
und möglicherweise
optimale Kommunikationsbetriebsart auf der speziellen Leitung 10. Beispielsweise
kann diese Frequenz etwas niedriger als eine Frequenz sein, für die ein
Schwellenwertpegel der Verstärkungsparameter
erreicht wird, wodurch sich eine hohe Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen
Kommunikation bei dieser Frequenz auf der speziellen Leitung 10 ergibt.
Dieser Prozess kann weiterhin vorhergesagte Effekte der Leitung
für die unterschiedlichen
Modulationsverfahren und Bits pro Zeichen berücksichtigen, so dass eine annehmbar genaue
Vorhersage einer optimalen Kommunikations-Betriebsart gemacht werden
kann.
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Unter der Steuerung der Kommunikationen niedrigster
Betriebsart, die in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet
wurde, wurden die vorstehend beschriebenen Trainingsprozesse für die festgestellte
anfängliche
Betriebsart für
jede Übertragungsrichtung
wiederholt. Wenn sie erfolgreich sind, legt dies die derzeitige
Kommunikationsbetriebsart fest. Wenn sie nicht erfolgreich sind,
so wird der gleiche Prozess für
eine niedrigere Anfangsbetriebsart wiederholt, bis eine befriedigende
aktuelle Betriebsart bestimmt wird. Die festgestellten Parameter
für die
aktuelle Betriebsart werden gespeichert, beispielsweise in dem Master-Modem 12.
Es ist zu erkennen, dass die aktuellen Betriebsarten für die zwei Übertragungsrichtungen
unterschiedlich sein können;
dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn sich eine unterschiedliche
Störung
in Richtung auf die unterschiedlichen Enden der Leitung 10 ergibt.
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Daten- (ECAP-Rahmen, die Ethernet-Rahmen
einschließen)
Kommunikationen zwischen den Modems 12 und 14 werden
nachfolgend in der vorstehend beschriebenen Weise in der aktuellen
Kommunikationsbetriebsart bereitgestellt. Zu den Zeiten, zu denen
keinen Daten übertragen
werden, d. h. wenn die Puffer 42 der Modems 12 und 14 leer
sind, oder als eine Hintergrundaufnahme, wird der vorstehend beschriebene
Trainingsprozess zwischen den Modems für andere der Kommunikationsbetriebsarten
wiederholt, wodurch ein Satz von Kommunikationsparametern für erfolgreiche
Kommunikationsbetriebsarten entwickelt wird oder festgestellt wird,
dass Kommunikationen nicht in zuverlässiger Weise unter Verwendung
der jeweiligen Kommunikationsbetriebsart auf der bestimmten Leitung
10 ausgeführt werden
können.
Dies legt eine Tabelle von Kommunikationsparametern für alle die
brauchbaren Kommunikationsbetriebsarten fest, und diese Tabelle
kann in ähnlicher
Weise mit der Zeit aktualisiert werden. In Abhängigkeit von dieser Tabelle
und den Ergebnissen der Kommunikationen unter Verwendung der aktuellen
Betriebsart (beispielsweise eines gemittelten Anteils der Gesamt-ECAP-Rahmen, die
fehlerhaft übertragen
wurden, wie dies aus der Prüffolge
CHK in jedem Rahmen bestimmt wird), kann die aktuelle Betriebsart
auf eine höhere
oder niedrigere Betriebsart eingestellt werden, um eine Anpassung
an die bestimmte Leitung 10 und die vorherrschenden Umstände zu erzielen.
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Es ist weiterhin möglich, die
relativen Anzahlen oder Proportionen der Netzabwärts- und Netzaufwärts-Datenrahmen in Abhängigkeit
von der Überwachung
der Füllzustände der
Puffer zu ändern.
Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung geht über dies
hinaus, um die Kommunikationsbetriebsart in Abhängigkeit von den überwachten
Füllzuständen der
Puffer zu ändern,
insbesondere der Puffer 42 in dem Sendepfad jedes Modems.
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Insbesondere erkennt dieser Gesichtspunkt der
vorliegenden Erfindung, dass, je höher die aktuelle Kommunikationsbetriebsart
in der geordneten Liste ist, desto größer die Wahrscheinlichkeit
ist, dass sie zu Störungen
anderer Kommunikationspfade beiträgt und/oder Störungen von
anderen Kommunikationspfaden ausgesetzt ist. Dies ist beispielsweise
aus der Tatsache zu erkennen, dass die Dämpfung von Signalen und die
Kopplung von Störsignalen
auf die Leitung 10 mit zunehmender Frequenz ansteigt, so
dass Signale mit kleinerer Bandbreite (d. h. mit niedrigerer Frequenz)
allgemein mit kleinereren Signalamplituden übertragen werden und weniger Störungen (beispielsweise Übersprechen
am nahen Ende) zwischen der Leitung 10 und benachbarten Kommunikationspfaden
erzeugen und weniger Störungen
hierdurch ausgesetzt sind. Um die Störbeiträge und die Beeinträchtigung
hierdurch zu verringern, kann die Kommunikationsbetriebsart so eingestellt werden,
dass sie innerhalb der Grenzen der ECAP-Kommunikationen auf der
Leitung 10 eine Rate von Datenkommunikationen ergibt, die
an die Rate von zu übertragenden Daten
angepasst ist. Die Füllzustände der
Sendepuffer 32 für
die aktuelle Kommunikationsbetriebsart und bezogen auf den aktuellen
Datendurchsatz ergeben eine Anzeige der Rate der zu übertragenden
Daten.
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Zu diesem Zweck zeigt 7 ein Ablaufdiagramm von
Schritten, die von der Steuereinheit 40 des Master-Modems 12 ausgeführt werden
können, um
die Kommunikationsbetriebsart adaptiv in Abhängigkeit von dem Füllzustand
des betreffenden Sendepuffers 42 einzustellen. Für die Netzabwärts-Kommunikationen überwacht
die Steuereinheit 40 des Master-Modems 12 den
Füllzustand
des Puffers 42 in dem Master-Modem und steuert die Netzabwärts-Kommunikationsbetriebsart
direkt. Für
die Netzaufwärts-Richtung
wird die Steuereinheit in dem Master-Modem über den Füllzustand in dem Netzaufwärts-Sendepuffer 42 in
dem Slave-Modem 14 über
Antwortmitteilungen informiert, die von dem Slave-Modem an das Master-Modem netzaufwärts ausgesandt
werden, wie dies weiter oben beschrieben wurde, und das Master-Modem
bestimmt die Netzaufwärts-Kommunikationsbetriebsart,
die von dem Slave-Modem zu verwenden ist, und sie steuert das Slave-Modem
entsprechend über
Netzabwärts-Steuermitteilungen,
wie dies weiter oben beschrieben wurde. Es ist zu erkennen, dass
die Steuereinheit 42 in dem Master-Modem 12 außerdem adaptiv gleichzeitig
die Proportionen der Netzaufwärts-
und Netzabwärts-ECAP-Rahmen
bestimmen kann und außerdem
die weiteren nachfolgend beschriebenen Prozesse ausführen kann.
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Unter Bezugnahme auf 7, und wie dies durch den Block 70 gezeigt
ist, überwacht
die Steuereinheit 40 des Master-Modems 12 den
Füllzustand des
Sendepuffers 42 für
die jeweilige Übertragungsrichtung
und stellt an einem Block 71 fest, ob dieser unterhalb
eines Schwellenwertes liegt, um die Kommunikationsbetriebsart zu
verringern. Wenn dies der Fall ist und die Steuereinheit an einem
Block 76 feststellt, dass eine niedrigere Kommunikationsbetriebsart
zur Verfügung
steht, so führt
sie an einem Block 77 eine Änderung auf eine niedrigere
Kommunikationsbetriebsart aus. Wenn die Entscheidung an dem Block 71 negativ
ist, bestimmt die Steuereinheit an einem Block 72, ob der überwachte Pufferfüllzustand oberhalb
eines Schwellenwertes zur Vergrößerung der
Kommunikationsbetriebsart liegt. Wenn dies der Fall ist und die
Steuereinheit an einem Block 73 bestimmt, dass eine höhere Kommunikationsbetriebsart
zur Verfügung
steht, so führt
sie an einem Block 74 eine unmittelbare Änderung
auf eine höhere
Kommunikationsbetriebsart aus, so dass die Änderung abgeschlossen ist,
bevor der Puffer 42 voll wird. Als Antwort auf eine negative
Entscheidung in einem der Entscheidungsblöcke 72, 73 und 76 führt die
Steuereinheit keine Änderung
der Kommunikationsbetriebsart aus.
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In einer besonders einfachen und
zweckmäßigen Realisierung dieses Prozesses kann der Schwellenwert
zur Verringerung der Kommunikationsbetriebsart in dem Block 71 darin
bestehen, dass der Puffer 42 über eine zumindest vorgegebene
Periode leer ist, beispielsweise 1 Sekunde, und der Schwellenwert
zur Vergrößerung der
Kommunikationsbetriebsart in dem Block 42 kann derart sein, dass
der Puffer 42 zumindest einen zu übertragenen Ethernet-Rahmen
enthält.
Weiterhin kann der Prozess einfach durch einen Wechsel zwischen
einer bestimmten optimalen Kommunikationsbetriebsart, wenn Daten
zu übertragen
sind, und der niedrigstens Kommunikationsbetriebsart realisiert
werden, wenn zumindest über
die vorgegebene Periode keine Daten zu übertragen sind. Es ist jedoch
zu erkennen, dass andere Kriterien für die Schwellenwerte verwendet
werden können,
und dass andere oder mehr Kommunikationsbetriebsarten verwendet
werden können,
wie dies erwünscht
sein kann. Beispielsweise ist zu erkennen, dass die niedrigste Betriebsart eine
ausreichende Rate für
Datenkommunikationen für
eine langsame Zufuhr von Ethernet-Rahmen an den Sende-Puffer bereitstellen
kann, so dass eine Änderung
nicht notwendigerweise auf eine höhere Betriebsart erfolgen muss,
sobald sich irgendwelche Daten in dem Puffer 42 befinden.
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In jedem Fall ist ein Ergebnis dieses
Prozesses, dass eine niedrigere und wünschenswerterweise die niedrigsten
Kommunikationsbetriebsart verwendet wird, wenn keine oder nur wenige
Daten zu übertragen
sind, wobei die niedrigste Betriebsart mehr als ausreichend für die Kommunikation
der Steuer- oder Antwort- ECAP-Rahmen
in der jeweiligen Übertragungsrichtung
ist, wodurch die Beiträge zu
und die Empfindlichkeit gegenüber
Störungen
verringert wird. Eine höhere
und wünschenswerterweise optimale
Kommunikationsbetriebsart wird für
zu übertragende
Daten verwendet, wodurch Übertragungsverzögerungen
und die Gefahr eines Überlaufs des
Sendepuffers verringert wird.
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Obwohl der vorstehend beschriebene
Prozess in Anwendung auf beide Übertragungsrichtungen
in dem vorstehend beschriebenen Halbduplex-Kommunikationssystem beschrieben wurde,
ist es verständlich,
dass der Prozess für
eine oder beide Übertragungsrichtungen
angewandt werden kann und außerdem
auf andere Kommunikationssysteme anwendbar ist, unter Einschluss
einer oder beider Übertragungsrichtungen
in einem Vollduplex-Übertragungssystem,
und zwar in einer ähnlichen
Weise. Somit ist dieser Gesichtspunkt der Erfindung möglicherweise
auf ein beliebiges Kommunikationssystem mit unterschiedlichen Kommunikationsbetriebsarten anwendbar,
bei dem Daten vor der Aussendung gepuffert werden können.
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Wie dies weiter oben beschrieben
wurde, werden die Prüffolgen
CHK in den ECAP-Rahmen verwendet,
um es zu ermöglichen,
dass ein gemittelter Anteil der Gesamt-ECAP-Rahmen, die fehlerhaft übertragen
werden, bestimmt wird, wobei die aktuelle Kommunikationsbetriebsart
in adaptiver Weise angepasst wird, um die Leitung 10 und
die vorherrschenden Umstände
zu berücksichtigen,
so dass sich eine optimale Betriebsart ergibt. Dies ergibt eine
relativ langsame und Langzeit-Anpassung der Kommunikationsbetriebsart,
was unzureichend sein kann, um relativ kurzzeitige Wirkungen zu
berücksichtigen.
Beispielsweise können
als Folge des relativ langsamen Mittelwertbildungsprozesses Störungen,
die eine kurze Dauer aufweisen, wie z. B. ein Übersprechen von anderen Kommunikationspfaden,
die Burst-artige Kommunikationssignale übertragen, und Burst-artige Störungen,
beispielsweise von amplitudenmodulierten Rundfunksignalen, dazu
führen,
dass die Kommunikationsbetriebsart lediglich nach dem Ende der Störung abgesenkt
wird. Dies führt
dazu, dass die aktuelle Kommunikationsbetriebsart allgemein kleiner als
die optimale ist.
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Ein weiterer Gesichtspunkt dieser
Erfindung ergänzt
diese langsame Anpassung durch ein schnelleres Ansprechen auf Rauschen
(unter Einschluss von Störungen)
auf der Leitung 10. In diesem Gesichtspunkt der Erfindung
werden Störungen
auf der Leitung während
der Perioden überwacht,
zu denen bekannt ist, dass es kein Nutzsignal auf der Leitung gibt,
beispielsweise unmittelbar nach jedem empfangenen ECAP-Rahmen oder
einer Gruppe oder einem Burst von ECAP-Rahmen, und es wird ein Signal-/Störverhältnis bestimmt,
das zur Bereitstellung eines relativ kurzzeitigen Maßes der
Bedingungen auf der Leitung 10 verwendet wird.
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Insbesondere wird bei einer Ausführungsform
dieses Gesichtspunktes der Erfindung eine kurze Ruhe- oder Leerlaufperiode
ohne Übertragung nach
jedem ECAP-Rahmen
oder nach ausgewählten (entweder
vorgegebenen oder innerhalb der Rahmen identifizierten) Rahmen der
ECAP-Rahmen vorgesehen. Die Dauer jeder Ruheperiode kann vorherbestimmt
sein und/oder adaptiv eingestellt werden; beispielsweise kann sie
umgekehrt abhängig
von der Zeichenrate sein, die für
die ECAP-Rahmen verwendet wird, beispielsweise bis zu ungefähr 100 μs für die Zeichenrate
von 64 ks/s für
die niedrigste Kommunikationsbetriebsart, wobei sie allgemein für höhere Zeichenraten
niedriger ist. Aus Gründen
der Zweckmäßigkeit
und Einfachheit wird in der folgenden Beschreibung angenommen, dass
eine derartige Ruheperiode nach jedem ECAP-Rahmen-Burst in jeder Übertragungsrichtung
vorgesehen ist, doch ist zu erkennen, dass unterschiedliche Überwachungsschemen
vorgesehen werden können,
und dass die Überwachung
für die
zwei Übertragungsrichtungen unterschiedlich
sein kann, wenn dies erwünscht
ist.
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8 ist
ein Diagramm des Signalflusses zwischen den Master- und Slave-Modems 12 und 14, wobei
die Zeit in einer Abwärtsrichtung
in dem Diagramm zunimmt. Ein Netzabwärts-ECAP-Rahmen-Burst 80,
der von dem Master-Modem 12 ausgesandt wird, wird von dem
Slave-Modem 14 als ein Burst 81 empfangen, der
um eine Leitungsverzögerungsperiode
TL in Abhängigkeit
von der Länge
der Leitung 10 verzögert
ist. Nach dem Ende des empfangenen Bursts 81 überwacht
das Slave-Modem 14 die Leitung 10 während einer Überwachungsperiode TM,
wenn weder das Master-Modem noch das Slave-Modem irgendein Signal
auf die Leitung 10 aussendet. Umgekehrt wird ein Netzaufwärts-ECAP-Rahmen-Burst 83 von
dem Slave-Modem 14 nach der Überwachungsperiode TM ausgesandt
und von dem Master-Modem 12 als ein Burst 84 empfangen,
der ebenfalls um die Leitungsverzögerung TL verzögert ist.
Nach dem Ende des empfangenen Bursts 84 überwacht
das Master-Modem 12 ebenfalls die Leitung 10 während einer Überwachungsperiode
TM, wenn weder das Master-Modem noch das Slave-Modem irgendein Signal auf die Leitung 10 aussenden,
und sendet nachfolgend einen weiteren Netzabwärts-ECAP-Rahmen-Burst 86 aus.
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Während
jeder Überwachungsperiode
TM überwacht
das jeweilige Modem 12 oder 14 Rauschen (unter
Einschluss von Störungen)
auf der Leitung 10, wie dies nachfolgend beschrieben wird.
Die Zeitsteuerung der Überwachungsperioden
in jedem Fall unmittelbar nach dem Ende des empfangenen Rahmen-Burst,
wie es vorstehend beschrieben und in 8 gezeigt
wurde, stellt sicher, dass Rauschen und nicht das Nutzsignal oder
Reflexionen hiervon auf der Leitung 10 überwacht werden. Die Dauer
dieser Überwachungsperiode
kann verglichen mit der Dauer der Bursts klein sein und sie kann
kleiner als Signalverarbeitungsverzögerungen sein, die in dem Empfänger auftreten,
so dass sich relativ wenig oder kein Verlust an Übertragungskapazität auf der
Leitung 10 aufgrund der Bereitstellung der Überwachungsperioden
ergibt. Es ist vorstellbar, dass selbst ein derart kleiner Kapazitätsverlust,
wie er auftreten kann, verringert werden kann, beispielsweise durch Vorsehen
der Überwachungsperioden
nach den Enden der ausgesandten Bursts und durch Kompensation von
Reflexionen der gerade übertragenen
Signal-Bursts oder
durch Verringern der relativen Anzahl oder Dauer der Überwachungsperioden.
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Während
jedes empfangenen Bursts, wie z. B. 81 und 84 in 8, führt das jeweilige Modem eine
Abtastung und Mittelwertbildung des empfangenen Signals plus der
Störenergie
aus (beispielsweise der Effektivwert- und Spitzenleistungspegel)
wie sie durch den Energiedetektor 66 bestimmt wird. Währen der
nachfolgenden Überwachungsperiode
TM bestimmt das jeweilige Modem in ähnlicher Weise unter Verwendung
des Energiedetektors 66 die Störenergie (Effektiv- und Spitzenleistungspegel)
auf der Leitung 10 bei Fehlen eines Signals. Die Steuereinheit 40 bestimmt
zumindest ein Signal-/Rausch- (unter Einschluss von Störungen)
Verhältnis
(SNR) aus den ermittelten Energien und hält einen Kurzzeit-Mittelwert
dieses ermittelten SNR, beispielsweise einen laufenden Mittelwert über einige
(beispielsweise 3) Bursts und Überwachungsperioden,
aufrecht. Im Fall des Slave-Modems wird der Kurzzelt-Mittelwert
in Antwortrahmen an die Steuereinheit des Master-Modems 12 übertragen,
oder die festgestellten Energien werden in Antwort-Rahmen an die
Steuereinheit des Master-Modem übertragen,
das dann selbst das Kurzzelt-Mittelwert-SNR für das Slave-Modem bestimmt.
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Für
jede Kommunikationsrichtung wird das jeweilige Kurzzelt-Mittelwert-SNR
von der Steuereinheit 40 des Master-Modems 12 dazu
verwendet, festzustellen, ob eine Änderung auf eine niedrigere
oder höhere
Kommunikationsbetriebsart ausgeführt
werden sollte oder nicht. 9 zeigt
ein Ablaufdiagramm von Schritten, die von der Steuereinheit 40 des
Master-Modems 12 für
jede Übertragungsrichtung
in dieser Hinsicht ausgeführt
werden kann. Es ist zu erkennen, dass das Ablaufdiagramm nach 9 eine ähnliche Struktur wie das Ablaufdiagramm
nach 7 hat, jedoch unterschiedliche
Kriterien nach dem Entscheidungsprozess verwendet.
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Gemäß 9, und wie dies durch einen Block 90 angezeigt
ist, bestimmt die Steuereinheit 40 das Kurzzelt-SNR für die jeweilige Übertragungsrichtung,
wie dies vorstehend beschrieben wurde, und bestimmt an einem Block 91,
ob dies kleiner als ein unterer Grenzwert oder Schwellenwert zur
Verringerung der Kommunikations betriebsart ist. Beispielsweise kann
für eine
QPSK-Modulation ein SNR von 15 dB für die Demodulation erforderlich
sein, und der untere Grenzwert kann 3 dB größer als dies sein, d. h. ein
SNR von 18 dB. Wenn das SNR unterhalb dieses unteren Grenzweines
liegt und die Steuereinheit an einem Block 96 bestimmt,
dass eine niedrigere Kommunikationsbetriebsart zur Verfügung steht,
so führt
sie an einem Block 97 einen Übergang auf eine niedrigere
Kommunikationsbetriebsart aus. Wenn die Entscheidung an dem Block 91 negativ
ist, so stellt die Steuereinheit an einem Block 92 fest,
ob das SNR größer als
ein oberer Grenzwein ist, der eine Möglichkeit zur Vergrößerung der
Kommunikationsbetriebsart anzeigt. Wenn dies der Fall ist, so bestimmt die
Steuereinheit an einem Block 93, dass eine höhere Kommunikationsbetriebsart
zur Verfügung
steht, und sie führt
dann an einem Block 94 einen Übergang auf eine höhere Kommunikationsbetriebsart aus.
Als Antwort auf eine negative Entscheidung in irgendeinem der Entscheidungsblöcke 92, 93 und 96 führt die
Steuereinheit keine Änderung
der Kommunikationsbetriebsart aus.
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Es ist zu erkennen, dass die unteren
und oberen Grenzwein-Kriterien in den Entscheidungsblöcken 91 und 92 weiterhin
minimale Zeitperioden beinhalten können, über die die jeweiligen Kriterien erfüllt sein
müssen;
diese Perioden können
relativ kurz sein, um eine schnelle Anpassung der aktuellen Kommunikationsbetriebsart
an vorübergehende Rausch-
und Störbedingungen
sicherzustellen. Der Prozess mit relativ kurzer Dauer nach 9 kann mit einem Prozess
mit der längeren
Dauer der Anpassung der Kommunikationsbetriebsart in Abhängigkeit von
Rahmenfehlerraten kombiniert werden, wie dies weiter oben beschrieben
wurde, und der kombinierte Prozess kann weiterhin den Verlust an
Kommunikationskapazität
berücksichtigen,
der (beispielsweise aufgrund der Notwendigkeit für Steuer- und Antwortrahmen)
aus der Realisierung irgendeiner Änderung der Kommunikationsbetriebsart
entsteht.
-
Jede Entscheidung in dem Block 93 oder 96, ob
eine höhere
bzw. niedrigere Kommunikationsbetriebsart zur Verfügung steht
oder nicht, kann auf der Grundlage der Tabelle von Kommunikationsparametern
erfolgen, die in der vorstehend für den Initialisierungsprozess
beschriebenen Weise hergestellt wird. Die Steuereinheit kann jedoch
auch oder stattdessen die Entscheidung auf eine neuere Feststellung
des SNR für
die jeweilige höhere
oder niedrigere Kommunikationsbetriebsart gründen, auf die die Änderung erfolgen
soll. Zu diesem Zweck kann die Entscheidung in jedem Block 93 oder 96 ein
oder mehrere Messungen in Überwachungsperioden
TM, wie sie vorstehend beschrieben wurden, oder in Ruheperioden
auf der Leitung 10, die in anderer Weise unter der Steuerung
des Master-Modems 12 vorgesehen wurden, der Rauschenergie
(Effektivwein und/oder Leistungspegel) auf der Leitung 10 bei
Fehlen eines Signals und für
die Kommunikationsbetriebsart beinhalten, auf die der Wechsel vorgesehen
ist. Dies beinhaltet einen Wechsel des konfigurierbaren DSP 36 auf
die höhere
oder niedrigere Betriebsart (über Steuer-
und Antwoinrahmen unter der Steuerung des Master-Modems 12 im
Fall der Überwachung
durch das Slave-Modem 14) für die Rauschüberwachung und
einen Wechsel zurück
auf die aktuelle Kommunikationsbetriebsart nach der Rauschüberwachung, und
die Feststellung des Rauschens für
die höhere oder
niedrigere Betriebsart unter Verwendung des Energiedetektors 66,
wie dies vorstehend beschrieben wurde. Die Steuereinheit 40 des
Master-Modem bestimmt dann das aktuelle SNR für die höhere oder niedrigere Betriebsart
aus einem gespeicheinen Signal plus der Rauschenergie für die Betriebsart,
die aus der Tabelle von Kommunikationsparametern bestimmt wurde,
bezüglich
des derzeit gemessenen Rauschens für die höhere oder niedrigere Betriebsart,
sodass sie die Verfügbarkeit
und die Eignung der höheren
oder niedrigeren Betriebsart in Abhängigkeit von diesem aktuellen
SNR bestimmen kann.
-
Es ist festzustellen, dass die vorstehenden Schritte
bezüglich
der Entscheidungsblöcke 93 und 96 für einen
oder beide der Blöcke 93 und 96 ausgeführt werden
können,
doch wird der erstere als besonders wünschenswert bei der Feststellung
betrachtet, wann es möglich
ist, eine höherer
Kommunikationsbetriebsart zu übernehmen,
als sie derzeit verwendet wird. weiterhin kann dieser Prozess routinemäßig als
Hintergrundaufgabe für
entweder höherer
oder niedrigere Kommunikationsbetriebsarten ausgeführt werden,
wenn dies die Kommunikations bedingungen (beispielsweise die Puffer-Füllzustände) zulassen,
anstatt dass dies durch die Ergebnisse der Entscheidungsblöcke 91 und 92 eingeleitet
wird, oder zusätzlich
hierzu. Es ist weiterhin festzustellen, dass der Prozess der Bestimmung
des SNR sich nicht mit dem speziellen Modulationsverfahren befassen
muss, das verwendet wird, weil die relativen SNR's für
die unterschiedlichen Modulationsverfahren für irgendeine Frequenz (oder
Signalbandbreite) dadurch festgelegt werden, dass das SNR für irgendein
bestimmtes Modulationsverfahren bei der jeweiligen Frequenz bekannt
ist. Zusätzlich
ist festzustellen, dass ein ähnlicher
Prozess als Teil des vorstehend beschriebenen Trainingsprozesses
zur Feststellung der anfänglichen
Kommunikationsbetriebsart ausgeführt
werden kann, die für
jede Übertragungsrichtung
verwendet wird.
-
Die vorstehend beschriebene Überwachung kann
weiterhin mit einer Überwachung
der spektralen Leistungsdichte kombiniert werden. Obwohl in der vorstehend
beschriebenen Weise die Überwachungsperioden
TM in Ruheperioden zwischen den Rahmen-Bursts vorgesehen sind, wenn
keine Signale auf die Leitung 10 ausgesandt werden, ist
es vorstellbar, dass die Überwachung
zeitlich überlappend mit
der Aussendung der Signal-Bursts auf der Leitung 10 ausgeführt werden
könnte,
wobei eine Kompensation des Signals durchgeführt wird, um die Feststellung
der Rauschenergie zu ermöglichen. Dies
wird jedoch nicht bevorzugt, weil die Detektion des Rauschens bei
Vorhandensein eines Signals im Hinblick auf die unterschiedlichen
Amplituden schwierig ist und einen zweiten Satz von Empfängerfunktionen
in jedem Modem für
eine gleichzeitige Detektion des Signals und des Rauschens erfordern würde.
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Es ist zu erkennen, dass, wie dies
weiter oben angegeben wurde, irgendeine der Funktionen, für die angegeben
wurde, dass sie von der Steuereinheit 40 in dem Mastermodem 12 ausgeführt wird, wahlweise
und alternativ von der CM 22 oder unter deren Steuerung
ausgeführt
werden kann, wobei die betreffende Information zwischen dem Master-Modem 12 und
wahlweise auch dem Slave-Modem 14 und der CM 22 beispielsweise über Ethernet-Rahmen
in bekannter Weise übertragen wird.
Dies ermöglicht
es, dass Funktionen des Master-Modems 12 vereinfacht werden.
Die CM 22 kann weiterhin Operationen, die Administration,
die Verwaltung, Tests und andere Funktionen in einer bekannten Weise
bereitstellen.
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Obwohl spezielle Ausführungsformen
der Erfindung im einzelnen beschrieben wurden, ist es verständlich,
dass diese und vielfältige
andere Modifikationen, Abänderungen
und Anpassungen durchgeführt
werden können,
ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den
Ansprüchen
definiert ist.