DE69838545T2

DE69838545T2 - Verfahren und vorrichtung zur verringerung der signalverarbeitungsansprüche zur datenpaketübertragung mit einem modem

Info

Publication number: DE69838545T2
Application number: DE69838545T
Authority: DE
Inventors: Larry C. Sunnyvale YAMANO; John T. Woodside HOLLOWAY; Edward H. Portola Valley Frank; Tracy D. Palo Alto MALLORY; Alan G. Santa Clara CORRY; Craig S. San Francisco FORREST; Kevin H. San Francisco PETERSON; Timothy B. Boulder Creek ROBINSON; Dane Santa Clara SNOW
Original assignee: Broadcom Corp
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1998-05-08
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2018-05-09
Also published as: US20020181571A1; WO1998051067A1; DE69838545D1; ATE375680T1; US6075814A; JP3441080B2; CA2289716C; EP0980626B1; CA2289716A1; US20090046769A1; EP0980626A1; US6304596B1; JP2000515713A; AU7472298A; US7406119B2; US6445731B1; AU737040B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verringerung des erforderlichen Betrags der Signalverarbeitung eines Modulator/Demodulators (Modem), der paketbasierte Daten oder andere Informationen intermittierender Art auf einem Kommunikationskanal überträgt.
Einschlägiger Stand der Technik
Moderne Datennetze verwenden für gewöhnlich komplexe, als Modems bezeichnete digitale Signalverarbeitungs(Digital Signal Processing; DSP)-Vorrichtungen zum Transportieren von Daten über Kommunikationskanäle. Daten werden typischerweise mittels eines analogen Übertragungssignals transportiert, das für einen synchronen Bitstrom mit einer konstanten Rate repräsentativ ist. Diese Form eines Kommunikationskanals ist für die Übertragung von Echtzeitinformationen wie Stimme oder Video geeignet. Es wird jedoch zunehmend üblicher, Modems für die Übertragung von paketbasierten Informationen zu verwenden. Paketbasierte Informationen werden beispielsweise verwendet, um auf das Internet und das World Wide Web zuzugreifen. Paketbasierte Informationen sind jedoch typischerweise in der Art von Bursts, mit einer durchschnittlichen Datenrate, die häufig viel geringer als die verfügbare Spitzen-Datentransferrate des Kommunikationskanals ist.
1 ist ein Blockdiagramm einer Senderschaltung 100 eines herkömmlichen Modems. Die Senderschaltung 100 umfasst eine Paketwarteschlange 101, einen Framer 102, eine Kanalcodierschaltung 103, einen Ausgangsformer 104, einen Modulator 105 und einen Digital-Analog(D/A)-Umsetzer 106. Gemäß herkömmlichen Modemprotokollen transformiert die Senderschaltung 100 von der Paketwarteschlange 101 empfangene Quelldaten in ein zeitlich kontinuierliches, analoges Sendesignal, das am Ausgangsanschluss des D/A-Umsetzers 106 zur Verfügung gestellt wird.
Genauer gesagt werden die Quelldaten innerhalb der Senderschaltung 100 in Pakete gruppiert und in der Paketwarteschlange 101 gespeichert. Diese Pakete sind im Hinblick auf den Modem-Bittakt nicht synchron, sondern treffen an zufälligen Zeit punkten an der Paketwarteschlange 101 ein. Der Framer 102 empfängt die Pakete von der Paketwarteschlange 101 und stellt als Antwort einen kontinuierlichen Bitstrom zusammen, der im Hinblick auf den Modem-Bittakt synchron ist. Um einen solchen synchronen Bitstrom im Ansprechen auf die asynchronen Pakete zu erzeugen, erzeugt der Framer 102 Leerinformation (d. h. Nullen oder einen Markierungston), wenn keine Pakete verfügbar sind, und erzeugt Paketdaten, wenn Pakete verfügbar sind. Die Paketdaten und die Leerinformation sind so abgegrenzt, dass eine Empfängerschaltung eines Modems (s. z. B. 2) bestimmen kann, wo die Paketgrenzen liegen.
Der von dem Framer 102 erzeugte, synchrone Bitstrom wird daraufhin von der Kanalcodierschaltung 103 codiert. Die Kanalcodierschaltung 103 wird verwendet, um Rauschen und Verzerrungen in dem Kommunikationskanal auszugleichen. Die Kanalcodierschaltung 103 liefert redundante Informationen (z. B. Faltungscodierung), um eine Fehlerkorrektur zu ermöglichen. Die Kanalcodierschaltung 103 führt ferner eine Verwürfelungsfunktion sowie ein Mappen des codierten Bitstroms auf Symbolwerte durch. Der von der Kanalcodierschaltung 103 erzeugte Strom von Symbolwerten wird an den Ausgangsformer 104 geliefert.
Der Ausgangsformer 104 führt an dem von der Kanalcodierschaltung 103 empfangenen Strom von Symbolwerten eine digitale Filterung durch. Die Ausgangsformerschaltung 104 begrenzt die Frequenzbandbreite dieser Symbolwerte innerhalb eines vorgegebenen Bereichs und kann auch so eingestellt sein, dass sie die Kompensierung einer Kanalverzerrung unterstützt. Der von dem Ausgangsformer 104 gelieferte Strom von gefilterten Abtastproben wird an den Modulator 105 geliefert, der ein Trägersignal mit dem Strom von gefilterten Abtastproben moduliert. Der Ausgang des Modulators 105 wird an den D/A-Umsetzer 106 geliefert, der ein analoges TRANSMIT-Signal für die Übertragung auf dem Kommunikationskanal (d. h. einer Telefonleitung) erzeugt.
Die Senderschaltung 100 weist drei deutliche Nachteile auf. Erstens, weil die Senderschaltung 100 ständig sendet (entweder Paketdaten oder Leerinformation), kann ein Modem zu einer bestimmten Zeit mit nur jeweils einer Telefonleitung funktionsmäßig verbunden sein. Außerdem wird nur ein geringer Prozentsatz der gesamten Information-Übertragungskapazität des Kommunikationskanals zum Übertragen von Daten verwendet, während ein großer Prozentsatz dieser Kapazität zum Übertragen von Leerinformation verwendet wird. Darüber hinaus ist die Senderschaltung 100 nicht für einen Multidrop-Betrieb auf einem einzelnen Kommunikationskanal geeignet. Der vorstehend erwähnte erste Nachteil ist besonders ungünstig, wenn eine Anzahl von xDSL-Modems in einer Vermittlungsstelle gruppiert sind, um Datenkommunikationen für eine Anzahl von fernen Stellen zur Verfügung zu stellen. In diesem Fall erfordert jede ferne Stelle ein dediziertes xDSL-Modem in der Vermittlungsstelle.
Das analoge TRANSMIT-Signal wird über die Telefonleitung an die Vermittlungsstelle der Telefongesellschaft übertragen. In der Vermittlungsstelle konvertiert ein Analog-Digital-Umsetzer das analoge TRANSMIT-Signal in ein digitales Signal. Dieses digitale Signal wird auf eine digitale Ferntrassenschaltung multiplexiert und an eine zweite Vermittlungsstelle geleitet. Das digitale Signal wird in der zweiten Vermittlungsstelle demultiplexiert und über eine digitale Amtsleitung an einen digitalen Server geleitet, der eine zusätzliche Verarbeitung an dem digitalen Signal durchführt.
2 ist ein Blockdiagramm einer Empfängerschaltung 200 eines herkömmlichen Modems. Die Empfängerschaltung 200 umfasst einen Analog-Digital(A/D)-Umsetzer 201, einen Resampler 202, einen Equalizer 203, eine Trägerrückgewinnungsschaltung 204, eine Symbolentscheidungsschaltung 205, eine Kanaldecodierschaltung 206, einen Framer 207, eine Paketwarteschlange 208, einen Echokompensator 209, eine Takt-Aktualisierungsschaltung 210, eine Equalizer-Aktualisierungsschaltung 211 und eine Träger-Aktualisierungsschaltung 212. Die Trägerrückgewinnungsschaltung 204 und die Symbolentscheidungsschaltung 205 werden manchmal als eine Demodulatorschaltung bezeichnet. Der A/D-Umsetzer 201 ist mit der Telefonleitung gekoppelt, um das analoge Signal von der Vermittlungsstelle der Telefongesellschaft zu empfangen. Der A/D-Umsetzer 201 tastet dieses analoge Signal ab und konvertiert dadurch das analoge Signal in ein digitales Signal.
Das Modem, das die Empfängerschaltung 200 enthält, umfasst auch eine Senderschaltung (d. h. eine Nahende-Senderschaltung; nicht gezeigt), die der Senderschaltung 100 ähnlich ist. Während eines Vollduplexbetriebs kann diese Nahende-Senderschaltung ein TRANSMIT-Signal erzeugen, während die Empfängerschaltung 200 gleichzeitig versucht, das analoge Signal von der fernen(bzw. Fernende-)Senderschaltung 100 zu empfangen. Unter diesen Umständen kann die Empfängerschaltung 200 ein Echo des TRANSMIT-Signals empfangen. Der Echokompensator 209 erzeugt ein Signal, bei dem es sich um eine Replik dieses Echos handelt. Das von dem Echokompensator 209 erzeugte Signal wird daraufhin von dem Ausgangssignal subtrahiert, das von dem A/D-Umsetzer 201 zur Verfügung gestellt wird.
Der Resampler 202 stellt die unbearbeiteten, von dem A/D-Umsetzer 201 empfangenen Eingangs-Abtastproben so ein, dass sie mit der Symbolrate der Senderschaltung 100 übereinstimmen. Die Takt-Aktualisierungsschaltung 211 extrahiert eine Taktinformation, die verwendet wird, um den Resampler 202 zu steuern. Der Equalizer 203 kompensiert lineare Verzerrungen, die von dem Kommunikationskanal (z. B. der Telefonleitung) eingebracht werden. Die Trägerrückgewinnungsschaltung 204 extrahiert das Trägersignal aus dem Empfangssignal und liefert grobe Symbole (bzw. eine weiche Symbolentscheidung) an die Symbolentscheidungsschaltung 205. Die Symbolentscheidungsschaltung 205 quantisiert die groben Symbole und trifft harte Entscheidungen hinsichtlich der Identität der empfangenen Symbole. Die Equalizer-Aktualisierungsschaltung 211 und die Träger-Aktualisierungsschaltung 212 empfangen die von der Symbolentscheidungsschaltung 205 gelieferten Symbole. Als Antwort bestimmen die Equalizer-Aktualisierungsschaltung 211 und die Träger-Aktualisierungsschaltung 212 einen Quantisiererfehler. Im Ansprechen auf diesen Quantisiererfehler stellen die Equalizer-Aktualisierungsschaltung 211 und die Träger-Aktualisierungsschaltung 212 die Koeffizienten ein, die von dem Equalizer 203 bzw. von der Trägerrückgewinnungsschaltung 204 verwendet werden, und verbessern dadurch die Genauigkeit von späteren harten Symbolentscheidungen.
Die Kanaldecodierschaltung 206 verwendet in dem empfangenen analogen Signal vorhandene, redundante Informationen, um Quantisiererfehler zu korrigieren. Die Kanaldecodierschaltung 206 implementiert typischerweise eine MLSE(Maximum Likelihood Sequence Estimator)-Schaltung (wie etwa einen Viterbi-Decoder oder eine andere Form der Fehlerkorrektur). Die Kanaldecodierschaltung 206 liefert einen decodierten Bitstrom an den Framer 207. Schließlich decodiert der Framer 207 den Bitstrom zu Paketdaten, wobei er die Leerinformation entfernt, und lädt die Pakete mit Daten in die Paketwarteschlange 208.
Der Betrieb der Empfängerschaltung 200 ist bedeutend komplexer als der Betrieb der Senderschaltung 100. Eine wesentliche Signalverarbeitung wird von der Empfängerschaltung 200 durchgeführt, und zwar typischerweise viele Hunderte oder Tausende von Operationen pro verarbeitetem Symbol. Ein großer Teil der Signalverarbeitung konzentriert sich in dem Equalizer 203, dem Echokompensator 209 und der Kanaldecodierschaltung 206. Ein bedeutender Prozentsatz dieser Signalverarbeitung ist der Verarbeitung der von der Senderschaltung 100 erzeugten Leerinformation gewidmet.
Die US 5,491,721 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern des Leistungsflusses zu einem Modem auf der Grundlage der Datenaktivität des Modems, zu dem Zweck, den Energieverbrauch zu verringern, wenn das Modem nicht in Verwendung ist.
Die WO 9107038 beschreibt ein System und ein Verfahren für die dynamische Einstellung der Größe von Datenpaketen, die verwendet werden, um einen Datenstrom von Zeichen in einem Modem zu senden. Leer-Datenpakete werden an Stelle von Datenpaketen gesendet, wenn keine tatsächlichen Daten zu senden sind. Bei Empfang eines Übertragungsfehlers wird die Daten-/Leerpaketgröße verringert, und wenn kein Fehler erfasst wird, wird sie vergrößert.
In dem von A. M. Alvarez und S. M. Si veröffentlichten Papier "Data-Pump Implementation for Automatic Interworking between Automode Modems and other CCITT & Bell Modems", Signal Processing Theories and Applications, Brüssel, 24.–27. August 1992, Vol. 3, Conf. 6, 24. August 1992, S. 1645–1648, XP000356561, wird ein Interworking-Standard zwischen Automode-Modem und anderen CCITT- und Bell-Modems sowie eine Methodologie zur Entwicklung des Automode-Modems erörtert.
Der Artikel von M. Gao, "DSP Algorithms and Software for Modem, Fax, and Telephony" in Electronic Design, Vol. 44, No. 11, 28. Mai 1996, S. 123, 124, 126, XP000623737 präsentiert eine Einführung zu schwerpunktmäßigen Signalverarbeitungsfunktionen, die von Modem, Fax und Telefonie benötigt werden, und erörtert Rechen- und Speicheranforderungen anhand der Analyse einiger handelsüblicher Software-Module.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Modemsystem zur Verfügung zu stellen, das die Signalverarbeitung minimiert, die der Verarbeitung von Leersymbolen gewidmet werden muss.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren von Anspruch 1 und die Schaltung von Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Somit stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Modems auf einem Kommunikationskanal zur Verfügung, das die folgenden Schritte umfasst. Eine Empfängerschaltung des Modems ist für den Empfang eines kontinuierlichen analogen Signals verbunden, das auf dem Kommunikationskanal übertragen wird. Dieses kontinuierliche analoge Signal umfasst sowohl Paketinformationen als auch Leerinformation. Die Empfängerschaltung überwacht das analoge Signal, um das Vorhandensein der Leerinformation zu erfassen. Bei Erfassung des Vorhandenseins der Leerinformation tritt der Empfänger in einen Standby-Modus ein. Im Standby-Modus ist der Betrag der Verarbeitung, der von der Empfängerschaltung durchgeführt wird, reduziert.
Die Reduzierung des Betrags der Verarbeitung, die von der Empfängerschaltung durchgeführt wird, kann durch Außerkraftsetzen und/oder Verringern der Verarbeitungsgenauigkeit ausgewählter Elemente in der Empfängerschaltung erzielt werden. Beispielsweise können bei einer Ausführungsform eine Symbolentscheidungsschaltung, ein Kanaldecoder und ein Framer in der Empfängerschaltung während des Standby-Modus abgeschaltet werden. Außerdem kann die Verarbeitungsgenauigkeit anderer Elemente wie etwa eines Echokompensators, von Aktualisierungsschaltungen, und eines Equalizers verringert werden, wenn sich die Empfängerschaltung im Standby-Modus befindet.
Um das Vorhandensein der Leerinformation zu erfassen, demoduliert die Empfängerschaltung das analoge Signal vollständig, um einen digitalen Bitstrom zur Verfügung zu stellen. Dieser digitale Bitstrom wird von der Empfängerschaltung verarbeitet, um zu bestimmen, wann die Übertragung von Paketdaten auf dem Kommunikationskanal endet und die Übertragung von Leerinformation beginnt. Zu einem Zeitpunkt nach der Erfassung des Beginns der Leerinformation durch die Empfängerschaltung tritt die Empfängerschaltung in den Standby-Modus ein. Zu diesem Zeitpunkt werden verschiedene Elemente in der Empfängerschaltung abgeschaltet und/oder mit einer verringerten Genauigkeit betrieben. Außerdem wird ein Leerbitmuster, das mit dem von der zugeordneten Senderschaltung erzeugten Leerbitmuster synchron ist, in eine Mehrzahl von zu erwartenden Leersymbolen konvertiert. Die zu erwartenden Leersymbole werden daraufhin mit einer Mehrzahl von weichen Symbolen verglichen, die von der Empfängerschaltung im Ansprechen auf das analoge Signal erzeugt werden, wobei in der Empfängerschaltung eine reduzierte Verarbeitung angewendet wird. Die Empfängerschaltung verbleibt so lange im Standby-Modus, wie die zu erwartenden Leersymbole mit den weichen Symbolen übereinstimmen.
Die Empfängerschaltung kann ferner eine am kürzesten zurückliegende Historie des analogen Signals in einem Puffer speichern. Nach dem Verlassen des Standby-Modus kann auf diesen Puffer zugegriffen werden, wodurch die Empfängerschaltung freigegeben wird, die am kürzesten zurückliegende Historie des analogen Signals erneut zu verarbeiten. Dies hilft dabei, sicher zu stellen, dass keine Paketinformationen aufgrund der inhärenten Verzögerung bei der Erfassung des Vorhandenseins von Paketinformationen verloren gehen.
Gemäß einem anderen Aspekt kann die Empfängerschaltung die Qualität des analogen Signals auf dem Kommunikationskanal überwachen und den Betrag der Verarbeitung verringern, der von der Empfängerschaltung durchgeführt wird, falls die Kanalqualität einen vorgegebenen Pegel übersteigt. Dies reduziert die Verarbeitungserfordernisse der Empfängerschaltung weiter.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Burst Mode-Protokoll zum Betreiben eines Modems auf einer Telefonleitung zur Verfügung gestellt. Das Burst Mode-Protokoll beinhaltet das Modulieren von Paketen mit digitalen Informationen durch eine Senderschaltung des Modems, wobei die Pakete mit digitalen Informationen in Analogsignal-Bursts mit einer diskreten Dauer konvertiert werden. Diese Analogsignal-Bursts werden von der Senderschaltung an die Telefonleitung übertragen. Zwischen den Analogsignal-Bursts wird jedoch von der Senderschaltung kein Signal an die Telefonleitung geliefert. Bei einer Ausführungsform wird ein Nicht-Leer-Zustandssignal von der Senderschaltung an den Anfang der Analogsignal-Bursts angehängt, wodurch das Vorhandensein der Analogsignal-Bursts angezeigt wird.
Eine Empfängerschaltung des Modems überwacht die Telefonleitung, um das Vorhandensein und die Abwesenheit der Analogsignal-Bursts zu erfassen. Dieser Über wachungsschritt wird von einer Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung in der Empfängerschaltung durchgeführt. Wenn die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung das Vorhandensein der Analogsignal-Bursts auf der Telefonleitung erfasst, veranlasst die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung die Empfängerschaltung, die Analogsignal-Bursts unter Verwendung der vollen Verarbeitungsleistungsfähigkeit der Empfängerschaltung zu demodulieren. Wenn die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung jedoch die Abwesenheit der Analogsignal-Bursts auf der Telefonleitung erfasst, schaltet die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung die Demodulierfunktion der Empfängerschaltung ab. Hierdurch werden die Verarbeitungserfordernisse der Empfängerschaltung stark reduziert, wenn keine Analogsignal-Bursts auf der Telefonleitung vorliegen.
Bei einer Ausführungsform bestimmt die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung das Vorhandensein und die Abwesenheit der Analogsignal-Bursts auf der Telefonleitung durch Überwachen der Telefonleitung auf das Vorhandensein und die Abwesenheit von Trägerenergie. Als Alternative kann die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung die Telefonleitung auf das Vorhandensein und die Abwesenheit eines Nicht-Leer-Zustandssignals überwachen, das von der Senderschaltung geliefert wird.
Gemäß dem Burst Mode-Protokoll gibt es bestimmte Perioden, während denen die Senderschaltung keine Signale überträgt. Während dieser Perioden kann der Echokompensator der zugeordneten lokalen Empfängerschaltung abgeschaltet werden, da während dieser Perioden kein zu unterdrückendes Echosignal vorliegt. Dies reduziert die Verarbeitungserfordernisse der Empfängerschaltung weiter.
Gemäß einem anderen Aspekt kann die Empfängerschaltung die Qualität der Analogsignal-Bursts auf der Telefonleitung überwachen und den Betrag der Verarbeitung verringern, der von der Empfängerschaltung durchgeführt wird, wenn die Leitungsqualität einen vorgegebenen Pegel übersteigt. Dies reduziert die Verarbeitungserfordernisse der Empfängerschaltung weiter.
Gemäß einer anderen Ausführungsform erzeugt eine Mehrzahl von fernen Senderschaltungen, die mit separaten Telefonleitungen gekoppelt sind, Analogsignal-Bursts gemäß dem Burst Mode-Protokoll. Die separaten Telefonleitungen sind an einer Zentralstelle miteinander verbunden, an der die Analogsignal-Bursts auf eine Anzahl von Empfängerschaltungen multiplexiert werden. Eine Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung ist verbunden, um die Analogsignal-Bursts von jeder der Senderschaltungen zu empfangen und das Vorhandensein und die Abwesenheit der Analogsignal-Bursts auf den Telefonleitungen zu erfassen. Typischerweise überträgt zu einem jeglichen gegebenen Zeitpunkt nur eine geringe Anzahl der Telefonleitungen Analogsignal-Bursts. Die Analogsignal-Bursts werden daher in eine Anzahl von Empfängerschaltungen multiplexiert, die geringer als die Anzahl von Telefonleitungen ist. D. h., jede Empfängerschaltung kann Analogsignal-Bursts von einer Mehrzahl von Telefonleitungen verarbeiten. Im Ergebnis wird die Anzahl von Empfängerschaltungen, die zum Behandeln von Informationen aus einer gegebenen Anzahl von Telefonleitungen erforderlich sind, vorteilhaft verringert. Bei einer bestimmten Ausführungsform werden verschiedene Sätze von Aktualisierungskoeffizienten in den Empfängerschaltungen freigegeben, je nachdem, welche Telefonleitung gegenwärtig mit der Empfängerschaltung verbunden ist.
Es wird ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Mehrzahl von Modems auf einer einzelnen Telefonleitung (d. h. Multidrop-Betrieb) beschrieben. Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte: (1) Modulieren von Paketen mit digitalen Informationen von den Modems, wobei die Pakete mit digitalen Informationen in Analogsignal-Bursts mit einer diskreten Dauer konvertiert werden, (2) Übertragen der Analogsignal-Bursts von den Modems an die Telefonleitung, (3) Liefern keines Signals von den Modems an die Telefonleitung zwischen den Analogsignal-Bursts, und (4) Arbitrieren der Übertragung der Analogsignal-Bursts von den Modems an die Telefonleitung, so dass zu einem jeglichen gegebenen Zeitpunkt nur ein Modem Analogsignal-Bursts an die Telefonleitung überträgt.
Bei einer Variation des Multidrop-Verfahrens umfasst jeder der Analogsignal-Bursts eine Präambel und einen entsprechenden Hauptteil. Jede Präambel wird gemäß einem vorgegebenen ersten Modemprotokoll übertragen. Die Hauptteile können jedoch gemäß verschiedenen Modemprotokollen übertragen werden, die von dem ersten Modemprotokoll verschieden sind. Beispielsweise können die verschiedenen Modemprotokolle unterschiedliche Datenraten, Modulationsformate und/oder Protokollversionen implementieren. Das Modemprotokoll, das jedem der Hauptteile zugeordnet ist, wird durch Informationen identifiziert, die in der entsprechenden Präambel enthalten sind. Diese Variation ermöglicht es, dass Vorrichtungen mit unterschiedlichen Betriebsfähigkeiten (z. B. Personalcomputer und Smart-Appliances) in einer Multidrop-Konfiguration betriebsmäßig mit der gleichen Telefonleitung verbunden sind.
Weiterhin wird ein Verfahren für die Implementierung einer Mehrleitungs-Netzzugangschaltung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform werden digitale Datenpakete von einer Mehrzahl von Quellen (z. B. ISPs) an eine Mehrleitungsnetzschaltung übertragen. Die digitalen Datenpakete enthalten keine Leerinformation. Die Mehrleitungs-Netzzugangschaltung identifiziert die Telefonleitungen, die den digitalen Datenpaketen zugeordnet sind, unter Verwendung eines Bestimmungsadressen-Monitors. Digitale Datenpakete von verschiedenen Quellen werden auf eine gemeinsame digitale DSP(Signalverarbeitungs)-Ressource multiplexiert. Diese gemeinsame DSP-Ressource moduliert digitale Datenpakete von verschiedenen Quellen. Die Mehrleitungs-Netzzugangschaltung demultiplexiert daraufhin die modulierten digitalen Datenpakete entsprechend den Bestimmungsadressen auf Telefonleitungen. Bei einer Variation wird ein gemeinsamer Leerlaufgenerator in der Mehrleitungs-Netzzugangschaltung verwendet, um eine gemeinsame Leerinformation für jede der Telefonleitungen zu erzeugen. Bei einer anderen Variation wird ein Nicht-Leer-Zustandssignalgenerator in der Mehrleitungs-Netzzugangschaltung verwendet, um eine Nicht-Leer-zustand-Signalisierung für jede der Telefonleitungen zu erzeugen.
Wieder eine andere Ausführungsform stellt ein Verfahren zur Implementierung einer Multicast-Netzzugangschaltung zur Verfügung. Gemäß diesem Verfahren wird ein digitales Datenpaket von einer Quelle an die Multicast-Netzzugangschaltung übertragen. Bei dieser Ausführungsform umfasst das digital Datenpaket keine Leerinformation. Das digitale Datenpaket identifiziert eine Mehrzahl von Bestimmungsadressen, an die das digitale Datenpaket übertragen werden soll. Das digitale Datenpaket wird an eine digitale Verarbeitungsressource geleitet und moduliert. Das modulierte digitale Datenpaket wird auf eine Mehrzahl von Telefonleitungen demultiplexiert, die den Bestimmungsadressen entsprechen, womit die Multicast-Operation abgeschlossen ist.
Ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung ergibt sich unter Zuhilfenahme der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Blockdiagramm einer Senderschaltung eines herkömmlichen Modems;
2 ist ein Blockdiagramm einer Empfängerschaltung eines herkömmlichen Modems;
3 ist ein Blockdiagramm einer Empfängerschaltung eines Modems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 ist ein Blockdiagramm einer Empfängerschaltung eines Modems gemäß einem Burst-Mode-Protokoll;
5 ist ein Blockdiagramm einer Mehrleitungs-Netzzugangschaltung gemäß einer Ausführungsform, die sich in einer Vermittlungsstelle befinden kann;
6 ist ein Schemadiagramm von Paketdaten, die gemäß einer Ausführungsform auf den mehreren Leitungen der Mehrleitungs-Netzzugangschaltung von 5 empfangen werden;
7 ist ein Schemadiagramm einer Multidrop-Konfiguration, die Modems in der Wohnung eines Teilnehmers und ein Modem in der Vermittlungsstelle der Telefongesellschaft umfasst;
8 ist eine schematische Darstellung von Paketinformationen, die von Senderschaltungen gemäß dem Burst-Mode-Protokoll der vorliegenden Ausführungsform übertragen werden;
9 ist ein Blockdiagramm einer Mehrleitungs-Netzzugangschaltung gemäß einer anderen Ausführungsform; und
10 ist ein Schemadiagramm von Paketinformationen, die von der Mehrleitungs-Netzzugangschaltung von 9 empfangen und aus dieser übertragen werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
3 ist ein Blockdiagramm einer Empfängerschaltung 300 eines Modems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Empfängerschaltung 300 weist einen A/D-Umsetzer 301, einen Resampler 302, einen Equalizer 303, eine Trägerrückgewinnungsschaltung 304, eine Symbolentscheidungsschaltung 305, einen Kanaldecoder 306, eine Framer/Leerlauf-Erfassungseinrichtung 307, einen Abtastprobenpuffer 308, einen Echokompensator 309, eine Takt-Aktualisierungsschaltung 310, eine Equalizer-Aktualisierungsschaltung 311, eine Träger-Aktualisierungsschaltung 312, einen Leerlaufgenerator 314, eine Leersymbol-Prädiktionseinrichtung 316, eine Komparatorschaltung 317, eine Paketwarteschlange 318 und einen Summierknoten 319 auf. In ihrer Kombination bilden die Trägerrückgewinnungsschaltung 304 und die Symbolentscheidungsschaltung 305 einen Demodulator. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist der A/D-Umsetzer 301 durch einen Coder/Decoder(Codec)-Chip implementiert, während die übrigen Elemente der Empfängerschaltung 300 durch einen digitalen Signalprozessor (DSP) implementiert sind. Bei anderen Ausführungsformen können die Elemente der Empfängerschaltung 300 durch andere Einrichtungen wie etwa durch einen Vielzweck-Prozessor implementiert sein. Die Empfängerschaltung 300 ist gekoppelt, um ein analoges RECEIVE-Signal von dem Kommunikationskanal 321 zu empfangen, der bei der beschriebenen Ausführungsform eine Telefonleitung ist. Es ist anzumerken, dass bei anderen Ausführungsformen andere Kommunikationskanäle, wie etwa ein verdrilltes Kabelpaar (Twisted Pair), bei dem es sich um keine Telefonleitung handelt, Funk, Koaxialkabel, Infrarot- oder optische Leitungen, verwendet werden können.
Bei der beschriebenen Ausführungsform ist das auf dem Kommunikationskanal 321 empfangene RECEIVE-Signal ein analoges Signal gemäß einem herkömmlichen Modemprotokoll wie etwa xDSL oder einem Sprachband-Modemprotokoll. Dieses analoge RECEIVE-Signal könnte beispielsweise auf die vorstehend beschriebene Weise von der Senderschaltung 100 (1) stammen. Daher enthält das auf dem Kommunikationskanal 321 empfangene, analoge RECEIVE-Signal modulierte Paketdaten wie auch eine Leerinformation, die mit den Paketdaten verschachtelt ist.
Der A/D-Umsetzer 301 tastet das analoge RECEIVE-Signal ab und konvertiert dadurch das analoge RECEIVE-Signal in ein digitales Signal. Dieses digitale Signal wird an einen positiven Eingangsanschluss des Summierknotens 319 geliefert. Der Echokompensator 309 verwendet das lokale Sendesignal, um das Echosignal auf dem Kommunikationskanal 321 auf adaptive Weise vorherzusagen. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann ein Echo des lokalen Sendesignals vorliegen, falls das die Empfängerschaltung 300 enthaltende Modem im Vollduplexbetrieb arbeitet. Der Echokompensator 309 legt das vorhergesagte Echosignal an den negativen Eingangsanschluss des Summierknotens 319 und löscht dadurch das Echosignal aus dem digitalen Signal.
Das von dem Summierknoten 319 ausgegebene digitale Signal wird an einen herkömmlichen Resampler 302 geliefert. Der Resampler 302 interpoliert dieses digitale Signal, um Abtastproben zu erzeugen, die mit der Symbolrate der Senderschaltung übereinstimmen. Die Takt-Aktualisierungsschaltung 310 überwacht das von dem Summierknoten 319 gelieferte digitale Signal. Die Takt-Aktualisierungsschaltung 310 ist ein herkömmliches Element, das eine Steuerschleife betreibt, um eine Symboltaktinformation aus diesem digitalen Signal zu extrahieren. Diese Symboltaktinformation wird an den Resampler 302 geliefert, wodurch der Resampler 302 in die Lage versetzt wird, den Abtastvorgang nach Bedarf zu steuern.
Das von dem Summierknoten 319 ausgegebene, digitale Signal wird ferner an den Abtastprobenpuffer 308 geliefert. Der Abtastprobenpuffer 308 ist ein Dual Port, First-In, First-Out(FIFO)-Kreispuffer, der eine am kürzesten zurückliegende Historie des von dem Summierknoten 319 gelieferten, digitalen Signals speichert. Bei der beschriebenen Ausführungsform sind die in dem Abtastprobenpuffer 308 gespeicherten Informationen repräsentativ für eine Vielzahl N der am kürzesten zurückliegenden Symbole. Bei einer Ausführungsform ist N gleich Acht, obgleich N ein beliebiger ganzzahliger Wert sein kann. Bei anderen Ausführungsformen ist N viel größer, in einer Größenordnung von Hundertern oder sogar Tausendern. Der Betrieb des Abtastprobenpuffers 308 ist nachfolgend ausführlicher beschrieben.
Die unverarbeiteten Eingangs-Abtastproben werden vom Resampler 302 an den adaptiven Equalizer 303 geleitet. Der adaptive Equalizer 303 ist ein herkömmliches Element, das die unverarbeiteten Eingangs-Abtastproben modifiziert, um von dem Kommunikationskanal 321 eingebrachte, lineare Verzerrungen zu kompensieren. Hierfür verarbeitet der Equalizer 303 die unverarbeiteten Eingangs-Abtastproben unter Verwendung einer Mehrzahl von Entzerrungskoeffizienten, die in der Equalizer-Aktualisierungsschaltung 311 basierend auf Quantisierungsfehlern, die am Ausgang der Symbolentscheidungsschaltung 305 gemessen werden, periodisch aktualisiert werden.
Der Equalizer 303 liefert einen Strom von entzerrten digitalen Abtastproben an die Trägerrückgewinnungsschaltung 304. Die Trägerrückgewinnungsschaltung 304 ist ein herkömmliches Element, das das Trägersignal aus den entzerrten digitalen Abtastproben extrahiert und für jede digitale Abtastprobe eine weiche Entscheidung (d. h. eine beste Schätzung) hinsichtlich der Identität des entsprechenden Symbols liefert. Die durch die weiche Entscheidung erzielten Symbole werden vorliegend als weiche Symbole bezeichnet. Die weichen Symbole werden an die Symbolentscheidungsschaltung 305 übertragen.
Die Symbolentscheidungsschaltung 305 ist eine herkömmliche Schaltung, welche die von der Trägerrückgewinnungsschaltung 304 gelieferten, weichen Symbole quantisiert und dadurch eine harte Entscheidung hinsichtlich der Identität der empfangenen Symbole trifft. Die durch die harte Entscheidung erzielten Symbole werden im Nachfolgenden als harte Symbole bezeichnet. Die harten Symbole werden an die Equalizer-Aktualisierungsschaltung 311 und die Träger-Aktualisierungsschaltung 312 zurückgeführt. Als Antwort bestimmen die Equalizer-Aktualisierungsschaltung 311 und die Träger-Aktualisierungsschaltung 312 einen Quantisiererfehler. Im Ansprechen auf den Quantisiererfehler stellen die Equalizer-Aktualisierungsschaltung 311 und die Träger-Aktualisierungsschaltung 312 die von dem Equalizer 303 bzw. von der Trägerrückgewinnungsschaltung 304 verwendeten Verarbeitungskoeffizienten ein und verbessern dadurch die Genauigkeit der von der Symbolentscheidungsschaltung 305 getroffenen, harten Entscheidungen.
Die von der Symbolentscheidungsschaltung 305 erzeugten, harten Symbole werden auch an die herkömmliche Kanaldecodierschaltung 306 geliefert. Die Kanaldecodierschaltung 306 verwendet redundante Informationen, die in dem RECEIVE-Signal vorliegen, um Quantisiererfehler zu korrigieren. Die Kanaldecodierschaltung 306 implementiert typischerweise eine MLSE(Maximum Likelihood Sequence Estimator)-Schaltung wie etwa einen Viterbi-Decoder oder irgend eine andere Form der Fehlerkorrektur. Die Kanaldecodierschaltung 306 liefert einen decodierten Bitstrom an die Framer/Leerlauf-Erfassungseinrichtung 307.
Die Framer/Leerlauf-Erfassungseinrichtung 307 überwacht den digitalen Bitstrom, um zu bestimmen, ob der digitale Bitstrom für ein Leerbitmuster repräsentativ ist. Wenn der digitale Bitstrom für ein Leerbitmuster repräsentativ ist, sagt man von dem digitalen Bitstrom, dass er für einen IDLE-Zustand steht. Wenn der digitale Bitstrom nicht für ein Leerbitmuster repräsentativ ist (d. h. der digitale Bitstrom ist repräsentativ für Paketdaten), sagt man von dem digitalen Bitstrom, dass er für einen DATA-Zustand steht. Um die Möglichkeit einer Falscherfassung des Vorhandenseins eines Leerbitmusters zu verringern, kann die Bestimmung aufgeschoben werden, bis mehrere aufeinander folgende Symbole des Leerbitmusters von der Framer/Leerlauf-Erfassungseinrichtung 307 erfasst wurden.
Falls die Framer/Leerlauf-Erfassungseinrichtung 307 erfasst, dass der digitale Bitstrom für Paketdaten repräsentativ ist (d. h. ein DATA-Zustand liegt vor), deaktiviert die Framer/Leerlauf-Erfassungseinrichtung 307 ein Steuersignal (ENTER_STANDBY), um die Leerlaufgeneratorschaltung 314 abzuschalten. Die Framer/Leerlauf-Erfassungseinrichtung 307 erzeugt auch einen digitalen Bitstrom, der für die empfangenen Paketdaten repräsentativ ist. Dieser digitale Bitstrom wird für die weitere Verarbeitung an die Paketwarteschlange 318 geliefert. Die Framer/Leerlauf-Erfassungseinrichtung 307 ist ein herkömmliches Schaltungselement, mit dem der Durchschnittsfachmann vertraut ist.
Falls die Framer/Leerlauf-Erfassungseinrichtung 307 bestimmt, dass der von der Kanaldecodierschaltung 306 gelieferte, digitale Bitstrom für ein Leerbitmuster repräsentativ ist (d. h. ein IDLE-Zustand liegt vor), tritt die Empfängerschaltung 200 auf die folgende Weise in einen Standby-Modus ein. Die Framer/Leerlauf-Erfassungseinrichtung 307 liefert keinen Ausgabe-Bitstrom an die Paketwarteschlange 318. Die Framer/Leerlauf-Erfassungseinrichtung 307 aktiviert das ENTER_STANDBY-Signal, das die Leerlaufgeneratorschaltung 314 freigibt. Als Antwort erzeugt die Leerlaufgeneratorschaltung 314 ein Leerbitmuster gemäß der Definition durch das anwendbare Modemprotokoll. Dieses Leerbitmuster ist synchron mit dem Muster, dessen Empfang die Empfängerschaltung 300 von der entsprechenden Senderschaltung erwartet.
Das von der Leerlaufgeneratorschaltung 314 erzeugte Leerbitmuster wird auch an die Leersymbol-Prädiktionseinrichtungsschaltung 316 geliefert. Im Ansprechen auf das Leerbitmuster erzeugt die Leersymbol-Prädiktionseinrichtung 316 eine Sequenz von zu erwartenden Leersymbolen gemäß dem anwendbaren Modemprotokoll. Somit wird das Leerbitmuster in einen Strom von zu erwartenden Leersymbolen konvertiert. Als Alternative, wenn sich der Strom von zu erwartenden Leersymbolen mit einer vertretbaren Periode in der Empfängerschaltung 300 wiederholt, kann der Strom von zu erwartenden Leersymbolen vorberechnet und in einer Tabelle in der Empfängerschaltung 300 gespeichert werden, und es kann darauf zugegriffen werden, wenn die Framer/Leerlauf-Erfassungseinrichtung 307 ein Leerbitmuster erfasst.
Die Sequenz von zu erwartenden Leersymbolen wird an einen ersten Eingangsanschluss der Komparatorschaltung 317 geliefert. Der zweite Eingangsanschluss der Komparatorschaltung 317 ist mit der Trägerrückgewinnungsschaltung 304 gekoppelt, so dass die von der Trägerrückgewinnungsschaltung 304 erzeugten weichen Symbole an den zweiten Eingangsanschluss der Komparatorschaltung 317 geliefert werden.
Die Komparatorschaltung 317 vergleicht die von der Leersymbol-Prädiktionseinrichtung Schaltung 316 empfangenen, zu erwartenden Leersymbole mit den von der Trägerrückgewinnungsschaltung 304 empfangenen, weichen Symbolen. Falls die Komparatorschaltung 317 einen Abgleich erfasst, ermöglicht es die Komparatorschaltung 317, dass die Verarbeitung im Standby-Modus weitergeht, indem sie ein Steuersignal, EXIT_STANDBY, deaktiviert. Das deaktivierte EXIT_STANDBY-Signal veranlasst die Empfängerschaltung 300, im Standby-Modus zu verbleiben. Auf diese Weise werden die von der Trägerrückgewinnungsschaltung 304 gelieferten, weichen Symbole für eine Bestimmung verwendet, ob das RECEIVE-Signal für einen IDLE-Zustand repräsentativ ist.
Da die weichen Symbole für die Bestimmung verwendet werden können, ob das RECEIVE-Signal für einen IDLE-Zustand repräsentativ ist, können die folgenden Elemente der Empfängerschaltung 300 während des Standby-Modus abgeschaltet werden: die Symbolentscheidungsschaltung 305, der Kanaldecoder 306, die Framer/Leerlauf-Erfassungseinrichtung 307, die Equalizer-Aktualisierungsschaltung 311 und die Träger-Aktualisierungsschaltung 312. Im Ergebnis sind die Verarbeitungserfordernisse der Empfängerschaltung 300 stark reduziert, wenn die Empfängerschaltung 300 im Standby-Modus arbeitet. Bei der beschriebenen Ausführungsform werden die Symbolentscheidungsschaltung 305, der Kanaldecoder 306, die Framer/Leerlauf-Erfassungseinrichtung 307, die Equalizer-Aktualisierungsschaltung 311 und die Träger-Aktualisierungsschaltung 312 im Ansprechen auf das aktivierte ENTER_STANDBY Steuersignal abgeschaltet, und werden im Ansprechen auf das aktivierte EXIT_STANDBY Steuersignal freigegeben. Um die Verarbeitungserfordernisse der Empfängerschaltung 300 während des Standby-Modus weiter zu verringern, können der Equalizer 303, die Trägerrückgewinnungsschaltung 304, die Takt-Aktualisierungsschaltung 310 und der Echokompensator 309 in einem Verarbeitungsmodus mit reduzierter Genauigkeit betrieben werden, während die Empfängerschaltung 300 im Standby-Modus arbeitet. Selbst weitere Verringerungen sind möglich durch die Anwendungen von gut ausgearbeiteten Sequenzschätzungskonzepten. D. h., die Qualität der Verarbeitung, die erforderlich ist, um die weiche Entscheidung zu treffen, kann während des Standby-Modus stark gelockert werden.
Genauer gesagt kann die Länge des Echokompensators 309 während des Standby-Modus beträchtlich reduziert werden, weil der resultierende, nicht-kompensierte Fehler von dem erheblich vergrößerten Vergleichsfenster kompensiert wird, das von der Komparatorschaltung 317 implementiert wird. Außerdem kann auch die Frequenz von Aktualisierungen in dem Echokompensator 309 verringert werden. Die Länge des Echokompensators 309 kann auch reduziert werden, da ferne Echos nun klein genug sein können, um ignoriert zu werden. Auf ähnliche Weise können die Toleranzerfordernisse für die Takt-Aktualisierungsschaltung 310 stark gelockert werden, und die Länge des Resamplers 302 kann verkürzt werden. In vielen Fällen kann der Equalizer 303 während des Standby-Modus abgeschaltet werden. In den meisten anderen Fällen kann der Equalizer 303 während des Standby-Modus mit nur einigen wenigen Abgriffen eines FIR-Filters implementiert sein. Falls das Trägersignal mit dem Takt verriegelt ist, kann die von der Trägerrückgewinnungsschaltung 304 durchgeführte Trägerüberwachung unnötig sein, falls das Soll-C/I-Verhältnis auf Ca. 12 dB reduziert ist, um einen annehmbaren Pegel des Phasenjitter zu Verfügung zu stellen. Falls die Trägerrückgewinnungsschaltung 304 eine Phasenregelschleife (PLL) zum Verfolgen einer Mittenfrequenz des von dem Equalizer 303 gelieferten Signals enthält, kann die Aktualisierungsrate der PLL reduziert werden.
Ein Beispiel für die reduzierte Verarbeitung, die während des Standby-Modus implementiert wird, ist nachfolgend ausführlicher beschrieben. Der Eintritt in und das Verlassen des jeweiligen Betriebs mit voller und reduzierter Genauigkeit des Equalizers 303, der Trägerrückgewinnungsschaltung 304 und des Echokompensators 309 kann im Ansprechen auf die ENTER_STANDBY- und EXIT_STANDBY-Steuersignale erfolgen.
Wenn der Komparator 317 bestimmt, dass ein von der Trägerrückgewinnungsschaltung 304 geliefertes, weiches Symbol nicht einem zu erwartenden Leersymbol entspricht, das von der Leersymbol-Prädiktionseinrichtungsschaltung 316 geliefert wird, aktiviert der Komparator 317 das EXIT_STANDBY-Signal. Das aktivierte EXIT_STANDBY-Signal wird auch dazu verwendet, die Empfängerschaltung 300 zum Verlassen des Standby-Modus zu veranlassen. Beim Verlassen des Standby-Modus werden die Symbolentscheidungsschaltung 305, der Kanaldecoder 306, die Framer/Leerlauf-Erfassungseinrichtung 307, die Equalizer-Aktualisierungsschaltung 311 und die Träger-Aktualisierungsschaltung 312 freigegeben. Außerdem werden der Equalizer 303, die Trägerrückgewinnungsschaltung 304 und der Echokompensator 309 zurück auf ihre volle Verarbeitungsfähigkeit gebracht.
Das aktivierte EXIT_STANDBY-Signal veranlasst auch, dass die am kürzesten zurückliegende Historie des in dem Abtastprobenpuffer 308 gespeicherten, digitalen Signals an den Resampler 302 geliefert wird. Bei dem beschriebenen Beispiel liefert der Abtastprobenpuffer 308 anfänglich das Symbol, das N Symbole vor demjenigen weichen Symbol empfangen wurde, das nicht mit dem zu erwartenden Leersymbol übereinstimmte. Die Verarbeitung geht dann von dieser früheren Abtastprobe in Vorwärtsrichtung weiter. Durch eine erneute Verarbeitung der am kürzesten zurückliegende Historie des digitalen Signals wird die Wahrscheinlichkeit der Entfernung von Nutzdaten minimiert, indem ein Versagen bei der Erfassung des Endes des IDLE-Zustands minimiert ist. Außerdem ermöglicht es die erneute Verarbeitung der am kürzesten zurückliegenden Historie des digitalen Signals, dass die Takt-, Träger- und Entzerrungs-Aktualisierungsschaltungen auf die jeweilige Genauigkeit zurückgesetzt werden, die erforderlich ist, um mit der festgelegten Übertragungsrate zu arbeiten.
Bei dem vorstehenden Beispiel muss die Empfängerschaltung 300 N Symbole der am kürzesten zurückliegenden Historie des digitalen Signals zweimal verarbeiten, einmal mit reduzierter Verarbeitungsfähigkeit und einmal mit voller Verarbeitungsfähigkeit. Diese erneute Verarbeitung ermöglicht es jedoch, dass viele (typischerweise tausende) von Leersymbolen mit einer reduzierten Verarbeitungsfähigkeit verarbeitet werden. Das Gesamtergebnis ist eine starke Verringerung der Verarbeitungserfordernisse insgesamt.
Auf die vorstehend erwähnte Weise braucht die Empfängerschaltung 300 nur dann mit voller Verarbeitungsfähigkeit arbeiten, wenn das RECEIVE-Signal Symbole überträgt, die für Daten repräsentativ sind. In einer Umgebung mit paketbasierter Datenübertragung kann dies den Prozentsatz der Zeit, während dessen die Empfangsschaltung 300 mit der vollen Verarbeitungsfähigkeit arbeiten muss, stark verringern. Diese reduzierte Verarbeitungslast der Empfängerschaltung 300 kann es ermöglichen, dass eine andere Verarbeitung, wie etwa eine Nicht-Kommunikation-Verarbeitung, von der gleichen Verarbeitungsressource durchgeführt wird, die von der Empfängerschaltung 300 verwendet wird, oder kann dazu verwendet werden, den Energieverbrauch des Verarbeitungselementes zu reduzieren. Bei einer anderen Ausführungsform kann es die reduzierte Verarbeitungslast der Empfängerschaltung 300 ermöglichen, dass eine einzelne Verarbeitungsressource eine Standby-Leerlaufprädiktion und -erfassung für mehrere Leitungen durchführt. Bei dieser Ausführungs form signalisiert die einzelne Verarbeitungsressource an Verarbeitungsressourcen, eine volle Demodulationsverarbeitung vorzusehen, wenn das Empfangssignal in den DATA-Zustand eintritt.
Es wird nun ein Beispiel für die reduzierte Verarbeitung beschrieben, die während des Standby-Modus möglich ist. Es sei beispielsweise ein Quadratur-Amplitudenmodulation(QAM)-Modem angenommen. Es sei angenommen, dass alle Symbole die gleiche Wahrscheinlichkeit haben, übertragen zu werden (obgleich diese Annahme nicht erforderlich ist, um die vorliegende Erfindung auszuführen). Jedes der Symbole kann so definiert sein, dass es eine bestimmte Stelle (bzw. einen bestimmten Signalpunkt) innerhalb einer Signalkonstellation besitzt. Die Signalpunkte sind durch vorgegebene Abstände in der Signalkonstellation voneinander getrennt. Bei der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Leersymbol-Prädiktionseinrichtung 316 die Stelle des nächsten zu erwartenden Leersymbols. Der Leersymbol-Prädiktor 316 definiert daraufhin einen vorhergesagten Bereich, der die Stelle dieses zu erwartenden IDLE-Symbols seitlich umgibt. Der vorhergesagte Bereich hat einen Radius R_PREDICTED. Falls das von der Trägerrückgewinnungsschaltung 304 identifizierte, weiche Symbol innerhalb des vorhergesagten Bereiches liegt, wird angenommen, dass dieses weiche Symbol das zu erwartende IDLE-Symbol gewesen ist. Es ist anzumerken, dass nach erfolgter Wiederaufnahme der Übertragung von Nutzdatensymbolen immer noch eine Möglichkeit besteht, dass das anfängliche Datensymbol innerhalb des vorhergesagten Bereichs des nächsten zu erwartenden IDLE-Symbols liegt. Falls jedoch die gesamte Signalkonstellation betrachtet wird, kann die Wahrscheinlichkeit, dass das anfängliche Datensymbol innerhalb des vorhergesagten Bereichs der zu erwartenden Leersymbole liegt, gering gemacht werden. Im Ergebnis kann der Radius R_PREDICTED relativ groß gemacht werden, während die Möglichkeit eines fälschlichen Verbleibens im Standby-Modus relativ gering gemacht werden kann.
Es sei beispielsweise angenommen, dass "Area_predicted" die Fläche des vorhergesagten Bereichs (d. h. die Fläche des Bereichs innerhalb von R_PREDICTED des zu erwartenden IDLE-Symbols) ist, und dass "Area_total" die Fläche der gesamten Signalkonstellation ist. Weiterhin unter der Annahme, dass für eine normale Übertragung von Nutzdaten die empfangenen Symbole gleichförmig über Area_total verteilt wären, beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass der Übergang von einem IDLE-Zustand in einen DATA-Zustand verfehlt wird, annähernd: P1[miss] = Area_predicted/Area_total
Die Wahrscheinlichkeit, dass N Nutzdatensymbole N zu erwartende IDLE-Symbole verfolgen (wobei N eine ganze Zahl größer als Eins ist), beträgt jedoch annähernd: PN[miss] = (Area_predicted/Area_total)N
Die Verwendung des Abtastprobenpuffers 308 zum Beibehalten einer kürzlichen Historie von N Abtastproben minimiert die Wahrscheinlichkeit, dass Übergänge aus dem IDLE-Zustand in den DATA-Zustand verfehlt werden.
Ein konkretes Beispiel wird nachstehend mit hypothetischen Zahlen gegeben. Falls Area_predicted/Area_total = 1/4 beträgt und eine Sequenz von 8 Symbolen betrachtet wird (d. h. N = 8), dann gilt: PN[miss] = (1/4)8 = 1,5 × 10–5
Ferner impliziert dieses Verhältnis von Area_predicted/Area_total, dass die Qualität der Verarbeitung nur ungefähr derjenigen von QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) gleichwertig zu sein braucht.
Falls die Empfängerschaltung 300 die Erfassung des Übergang von einem IDLE-Zustand in einen DATA-Zustand innerhalb von N Symbolen verfehlt, wäre das anfängliche Datenpaket verloren. Das Modemprotokoll, wie etwa V.42 oder ein Modemprotokoll eines höheren Levels, würde jedoch lediglich eine erneute Übertragung des anfänglichen Datenpaketes anfordern. Das Endergebnis ist eine kurzzeitige Verschlechterung des Datendurchsatzes. Die meisten Netzwerkprotokolle machen es erforderlich, dass Pakete eine minimale Größe besitzen, was die Wahrscheinlichkeit einer Erfassung des anfänglichen Datenpaketes erhöht.
Die Wahrscheinlichkeit einer Falscherfassung des Vorliegens eines DATA-Zustandes (wenn tatsächlich ein IDLE-Zustand vorliegt) kann wie folgt berechnet werden. Zuerst einmal sei ein Träger-zu-Störung-Verhältnis (C/I) von 10,5 dB angenommen (wobei Störung als Rauschen plus Störsignal plus Equalizer-Fehlabgleich plus andere Formen einer Verschlechterung der Verarbeitung definiert ist, die in erster Linie aus einer reduzierten Verarbeitung resultieren). Daher beträgt die Wahrscheinlichkeit einer Falscherfassung eines DATA-Zustandes annähernd 1 × 10^–3 auf der Grundlage von Fehlerwahrscheinlichkeitskurven für eine QPSK-Modulation. Die Fehlerwahrscheinlichkeitskurven für eine QPSK-Modulation können verwendet werden, weil die QPSK-Modulation wie das beschriebene Beispiel ein Verhältnis Area_Predicted/Area_Total von 1/4 besitzt. Da eine relativ geringe Wahrscheinlichkeit einer Falscherfassung eines DATA-Zustandes besteht, veranlasst bei einer Variation der Erfindung ein einzelnes erfasstes Datensymbol die Empfängerschaltung 300, in den DATA-Zustand überzugehen.
Falls außerdem ein weiches Symbol, das tatsächlich für ein zu erwartendes Leersymbol repräsentativ ist, fälschlich als außerhalb des vorhergesagten Bereichs liegend bestimmt wird, verlässt die Empfängerschaltung 300 lediglich den Standby-Modus, um eine präzisere Verarbeitung des RECEIVE-Signals wieder aufzunehmen. Falls das RECEIVE-Signal in der Tat für einen IDLE-Zustand repräsentativ ist, erfasst die Empfängerschaltung 300 nachträglich den IDLE-Zustand und tritt wieder in den Standby-Modus ein. Das Endergebnis ist eine kurzzeitige Verschlechterung des Rechnungswirkungsgrades.
Bei dem vorliegenden Beispiel sollten 99,9% (d. h. 1 – (1 × 10^–3)) des IDLE-Zustands erfassbar sein. Außerdem können sequentielle Schätztechniken über einen Satz von Abtastproben verwendet werden, um den Fehler in der Leerlaufschätzung weiter zu verringern, falls dies nötig ist. Die zugeordnete Senderschaltung kann die Erfassung der DATA-Zustände verbessern, indem sie neuen Paketübertragungen eine Präambel zum Auslösen des Komparators 317 voransetzt.
Es wird geschätzt, dass die vorstehend beschriebenen Optimierungen eine Grrößenordnung der Verarbeitungsreduzierung während des Standby-Modus in der Empfängerschaltung 300 zur Verfügung stellen.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Empfängerschaltung 300 so modifiziert, dass der Komparator 317 nicht die von der Trägerrückgewinnungsschaltung 304 gelieferten, weichen Symbole, sondern die von der Equalizerschaltung 303 gelieferten, entzerrten digitalen Abtastproben empfängt. Bei dieser Ausführungsform kann eine herkömmliche Differentialverarbeitung an den von der Equalizerschaltung 303 gelieferten, entzerrten digitalen Abtastproben durchgeführt werden. Diese Differentialverarbeitung bestimmt die tatsächlichen Unterschiede zwischen aufeinander folgenden, entzerrten digitalen Abtastproben. Bei dieser Ausführungsform ist die Leersymbol-Prädiktionseinrichtung 316 so modifiziert, dass sie vorhergesagte Unterschiede zwischen aufeinander folgenden IDLE Symbolen (anstatt den vorhergesagten IDLE-Symbolen) liefert. Der Komparator 317 vergleicht daraufhin die von dem Equalizer 303 gelieferten, tatsächlichen Unterschiede mit den von der Leersymbol-Prädiktionseinrichtung 316 gelieferten, vorhergesagten Unterschieden, um zu bestimmen, ob das auf dem Kommunikationskanal 321 empfangene Signal für einen IDLE-Zustand oder einen DATA-Zustand repräsentativ ist.
Das Konzept der Leerlauferfassung und Leersymbolprädiktion ist außer auf QAM auch auf andere Modulationstypen anwendbar. Ein Beispiel für einen alternativen Modulationstyp ist die trägerlose Amplituden- und Phasen(Carrier-less Amplitude and Phase; CAP)-Modulation. Ein weiteres Beispiel ist die Pulsamplitudenmodulation (Pulse Amplitude Modulation; PAM). Die PAM kann geometrisch als eine eindimensionale Konstellation angesehen werden, bei der die bei dem QAM-Beispiel beschriebenen 'Flächen' bei der PAM zu 'Linienlängen' konvertiert sind.
Für Mehrträgertechniken wie etwa die diskrete Mehrtonmodulation (Discrete Multi-Tone Modulation; DMT) (auch bekannt als Orthogonal-Frequenzmultiplex oder OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)) gibt es wie bei dem Beispiel der QAM eine Kanaldecodierstufe, aus der heraus der IDLE-Zustand erfasst werden kann. Angenommen, dass die ferne Senderschaltung ein einzelner Kanal ist und mit der Übertragung von Leerinformation fortfahrt, können darauf folgende Leersymbole an der Empfängerschaltung vorhergesagt werden.
Sobald der IDLE-Zustand erfasst wurde, kann in einen Standby-Modus eingetreten werden, während dessen nur einer (bzw. eine kleine Untergruppe) der mehreren Träger verarbeitet wird. Falls der Ausgang dieser reduzierten Verarbeitung ordnungsgemäß mit der zu erwartenden Fortführung der Leersequenz übereinstimmt, wird der Standby-Modus beibehalten. Ansonsten wird der Standby-Modus verlassen, und die volle Verarbeitung wird wieder ab einem Punkt aufgenommen, der in dem Eingangs-Abtastprobenpuffer genügend weit zurückliegt, um eine richtige Demodulation des Beginns von Nutzdaten zu gewährleisten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Qualität des Kommunikationskanals 321 durch Überwachen verschiedener Elemente in der Empfängerschaltung 300 bestimmt werden. Beispielsweise kann eine im Kanaldecoder 306 vorhandene Fehlerkorrektur-Schaltungsanordnung überwacht werden, um die Qualität des hergestellten Kommunikationskanals 321 zu bestimmen (d. h. ob ein großer oder geringer Betrag an Fehlerkorrektur durchgeführt wird). Ein anderes Maß für die Signalqualität ist der Mittelwert des Quadrates der Quantisiererfehler (d. h. die Differenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Symbolentscheidungsschaltung 305). Falls bestimmt wird, dass der Kommunikationskanal 321 eine qualitativ hochwertige Verbindung ist, kann die Verarbeitung in der Empfängerschaltung 300 reduziert werden. Beispielsweise können der Equalizer 303, die Trägerrückgewinnungsschaltung 304, die Takt-Aktualisierungsschaltung 310 und der Echokompensator 309 in einem Verarbeitungsmodus mit reduzierter Genauigkeit betrieben werden, wenn ein qualitativ hochwertiger Kommunikationskanal 321 vorliegt. Die von der Empfängerschaltung 300 in einer Betriebsart mit reduzierter Genauigkeit gemäß dieser Variation durchgeführte Verarbeitung beträgt etwa 50 bis 25% der Verarbeitung, die im Vollverarbeitungsmodus erforderlich ist.
Bei einer Variation dieser Ausführungsform kann die Qualität des Kommunikationskanals 321 unter Verwendung von höheren Protokollschichten bestimmt werden, und die Verarbeitungsgenauigkeit der Empfägerschaltung 300 kann entsprechend eingestellt werden.
Wenn eine gegebene Telefonleitung absichtlich dazu konfiguriert ist, reduzierte Symbolraten oder eine gelockerte Anzahl von Bits pro Symbol zu verwenden, wie in einem Fall, in dem Teilnehmer-Datenraten entsprechend der Dienstklasse eingestellt werden, kann die Verarbeitung in der Empfängerschaltung 300 reduziert werden.
Bei einer anderen Variation kann der Echokompensator 309 die Koeffizienten überwachen, die zum Erzeugen des Echosignals verwendet werden. Es gibt typischerweise eine vorgegebene Anzahl von Koeffizienten, die zum Erzeugen des Echosignals verwendet werden. Falls bestimmte Koeffizienten klein genug sind, um ignoriert zu werden, kann die Anzahl von Koeffizienten, die zum Erzeugen des Echosignals verwendet werden, reduziert werden (wobei die unbeträchtlichen Koeffizienten ignoriert werden). Im Ergebnis sind die Verarbeitungserfordernisse des Echokompensators 309 auf vorteilhafte Weise reduziert.
Die vorausgehend beschriebenen Verfahren basieren auf Modem-Formaten, die kontinuierlich auf einem Kommunikationskanal signalisieren, indem sie abgesetzte Leersymbolsequenzen bei der Modulation verwenden, um die Abwesenheit (und das Vorhandensein) von Daten anzuzeigen.
Alternative Ausführungsformen
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellen die Senderschaltung und die Empfängerschaltung eine direkte Unterstützung für Paketverkehr zur Verfügung, und zwar im Gegensatz zu kontinuierlichen Bitströmen, die Modemprotokolle auf einem niedrigen Level verwenden. Das Protokoll, das diesen Paketverkehr erleichtert, wird im Nachfolgenden als ein Burst-Mode-Protokoll bezeichnet. Im Burst-Mode-Protokoll überträgt die Senderschaltung keine Leerinformation, wie vorstehend in Verbindung mit der Senderschaltung 100 (1) beschrieben wurde. Statt dessen überträgt die Senderschaltung ein vorgegebenes Nicht-Leer-Zustandssignal, um anzuzeigen, dass die Übertragung von Paketdaten bevorsteht, und überträgt daraufhin die Paketdaten. Falls die Senderschaltung das vorgegebene Nicht-Leer-Zustandssignal oder Paketdaten nicht überträgt, überträgt die Senderschaltung überhaupt keine Signale auf dem Kommunikationskanal. Anders ausgedrückt, die Senderschaltung überträgt keine Leerinformation. Die Senderschaltung sendet nur Informationen, wenn sinnvolle Paketdaten, die gesendet werden sollen, verfügbar sind.
4 ist ein Blockdiagramm einer Empfängerschaltung 400 gemäß dem Burst-Mode-Protokoll. Viele der Elemente der Empfängerschaltung 400 sind Elementen ähnlich, die vorstehend in Verbindung mit der Empfängerschaltung 300 (3) beschrieben wurden. Daher sind ähnliche Elemente in den 3 und 4 mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. So weist die Empfängerschaltung 400 einen A/D-Umsetzer 301, einen Resampler 302, einen Equalizer 303, eine Trägerrückgewinnungsschaltung 304, eine Symbolentscheidungsschaltung 305, einen Kanaldecoder 306, eine Framer/Leerlauf-Erfassungseinrichtung 307, einen Abtastprobenpuffer 308, einen Echokompensator 309, eine Takt-Aktualisierungsschaltung 310, eine Equalizer-Aktualisierungsschaltung 311, eine Träger-Aktualisierungsschaltung 312 und eine Paketwarteschlange 318 auf. Außerdem weist die Empfängerschaltung 400 eine Nicht-Leer-Erfassungsschaltung 401 auf, die gekoppelt ist, um das von dem Summierknoten 319 gelieferte Ausgangssignal zu empfangen.
Im Burst-Mode-Protokoll geht dem Vorhandensein von Paketdaten (d. h. einem Analogsignal-Burst) ein vorgegebene Signalisierung auf dem Kommunikationskanal (d. h. ein Nicht-Leer-Zustandssignal) unmittelbar voraus. Diese Signalisierung ist so gewählt, das sie von der Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 401 ohne die Komplexität der Rechnung bei einer vollen Demodulation erfasst wird. Drei solche Signalisierungsmethoden sind nachstehend erörtert.
Zuerst einmal kann ein einfach zu erfassendes Signal wie etwa ein Reinton verwendet werden, um das Vorhandensein von Paketdaten (im Nachfolgenden als DATA-Zustand bezeichnet) und die Abwesenheit von Paketdaten (im Nachfolgenden als NO DATA-Zustand bezeichnet) anzuzeigen. Bei dem beschriebenen Beispiel wird das einfach zu erfassende Signal dem Beginn der Übertragung von Paketdaten vorangesetzt. Bei einer Erfassung des einfach zu erfassenden Signals gibt die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 401 den vollen Verarbeitungsmodus der Empfängerschaltung 400 frei und veranlasst dadurch die Empfängerschaltung 400, eine vollständige Demodulation an dem ankommenden RECEIVE-Signal durchzuführen. Nach dem Empfang der Paketdaten erfasst die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 401 die Abwesenheit des einfach zu erfassenden Signals (und der Paketdaten) auf dem Kommunikationskanal und gibt im Ansprechen darauf einen reduzierten Verarbeitungsmodus der Empfängerschaltung 400 frei. Um den reduzierten Verarbeitungsmodus der Empfängerschaltung 400 freizugeben, schaltet die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 401 den Resampler 302, den Equalizer 303, die Trägerrückgewinnungsschaltung 304, die Symbolentscheidungsschaltung 305, den Kanaldecoder 306, die Framer/Leerlauf-Erfassungseinrichtung 307, den Echokompensator 309, die Takt-Aktualisierungsschaltung 310, die Equalizer-Aktualisierungsschaltung 311, die Träger-Aktualisierungsschaltung 312 und die Paketwarteschlange 318 der Empfängerschaltung 400 ab, wodurch die Modemfunktion vereinfacht wird, wenn keine Paketdaten empfangen werden (d. h. während des NO DATA-Zustandes).
Bei einer zweiten Methode überwacht die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 401 das Vorhandensein und die Abwesenheit von Trägerenergie im Kommunikationskanal, um zu bestimmen, ob Paketdaten empfangen werden. Bei einer Erfassung von Trägerenergie innerhalb des Kommunikationskanals gibt die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 401 den vollen Verarbeitungsmodus der Empfängerschaltung 400 frei. Wenn keine Trägerenergie (oder eine minimale Trägerenergie) im Kommunikations kanal erfasst wird, gibt die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 401 den reduzierten Verarbeitungsmodus der Empfängerschaltung 400 frei.
Bei einer dritten Methode wird ein Unterträgersignal verwendet, um das Vorhandensein und die Abwesenheit von Paketdaten zu signalisieren. Bei dieser Ausführungsform wird das Unterträgersignal mit viel weniger Rechenerfordernissen als die Paketdaten demoduliert. Ein Beispiel für ein Signalgebungsprotokoll, das ein Unterträgersignal verwendet, ist die Mehrträgermodulation(Multi-Carrier Modulation; MCM)Signalisierung. Ein Beispiel für eine Mehrträgermodulation-Signalisierung ist die diskrete Mehrton(Discrete Multi-Tone; DMT)-Signalisierung. Obgleich die in Verbindung mit einem MCM-Signalisierungsprotokoll (im Nachfolgenden: MCM-Empfängerschaltung) verwendete Empfängerschaltung von der Empfängerschaltung 400 verschieden ist, ist eine solche MCM-Empfängerschaltung auf diesem Fachgebiet allgemein bekannt und kann für die Verwendung mit einer Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung auf die nachstehend beschriebene Weise angepasst werden.
Bei der MCM-Signalisierung besteht das empfangene analoge Signal aus mehreren Unterkanälen im Frequenzbereich. Bei einem solchen Format wird einer dieser Unterkanäle von der zugeordneten Senderschaltung verwendet, um das Vorhandensein des DATA-Zustandes anzuzeigen. Eine Nicht-Leer-Erfassungsschaltung ist gekoppelt, um den ausgewählten Unterkanal des ankommenden MCM-Signals zu empfangen. Bei Erfassung der Unterkanal-Signalisierung veranlasst die Nicht-Leer-Erfassungsschaltung die Empfängerschaltung, in einen Vollverarbeitungsmodus einzutreten, in dem das empfangene analoge Signal unter Verwendung der vollen Verarbeitungsfähigkeiten der Empfängerschaltung verarbeitet wird. Nach erfolgter Übertragung der Paketdaten wird das Unterkanalsignal deaktiviert. Bei Erfassung der Abwesenheit des Unterkanalsignals gibt die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung einen reduzierten Verarbeitungsmodus in der Empfängerschaltung frei.
Bei den vorstehend beschriebenen Methoden arbeitet die Empfängerschaltung 400 (bzw. die MCM-Empfängerschaltung) mit einem reduzierten Niveau an Verarbeitung, um den Kommunikationskanal zum Erfassen des Vorhandenseins eines DATA-Zustandes zu überwachen. Nach dem Ablauf einer Timeout-Periode kann der Kommunikationskanal automatisch einem Anruf-inaktiv-Status zugeordnet werden, und die von der Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 401 durchgeführte Erfassungsverarbeitung kann reduziert werden. Die zugeordnete Senderschaltung kann daraufhin eine Sitzung einleiten, indem sie ein Nicht-Leer-Zustandssignal lange genug überträgt, um sicher zu stellen, dass die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 401 den darauf folgenden DATA-Zustand erfasst. Als Alternative kann die Empfängerschaltung 400 periodisch das andere Ende des Kommunikationskanals (d. h. die zugeordnete Senderschaltung) abfragen und während eines Fensters im Anschluss an jede Abfrage nur die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 401 freigeben.
Als Alternative kann die Empfängerschaltung 400 periodisch die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 401 während vorgegebener Zeitintervalle freigeben, die von der fernen Senderschaltung verwendet werden können, um die Übertragung eines Paketes anzuzeigen. Es würde dann ein periodisches Abfragesignal oder ein anderes Zeitgabesignal verwendet werden, um die Synchronisierung dieser Zeitintervalle zwischen der Empfängerschaltung 400 und der fernen Senderschaltung aufrecht zu erhalten. Im Falle einer Mehrleitungsnetzwerk-Zugriffschaltung (nachstehend in Verbindung mit 5 ausführlicher beschrieben) können die Zeitintervalle über die mehreren Leitungen versetzt sein, so dass eine Leerlauferfassung über diese Leitungen gemeinsam genutzt werden kann. Auf diese Weise werden die Verarbeitungserfordernisse der Empfängerschaltung 400 weiter reduziert.
Bei einer bestimmten Ausführungsform ist die Empfängerschaltung 400 als Software im Personalcomputer (PC) eines Teilnehmers implementiert. Bei dieser Ausführungsform sind die Verarbeitungsressourcen, die erforderlich sind, um die Empfängerschaltung 400 zu implementieren, während des NO DATA-Zustandes stark reduziert. Beispielsweise wenn sich die Empfängerschaltung 400, die ein standardmäßiges V.34 Signal demoduliert, im Vollverarbeitungsmodus befindet (d. h. während eines DATA-Zustandes), können annähernd 40% der Rechenressourcen eines 100 MHz-Pentium^TM-PC's von der Implementierung der Empfängerschaltung 400 verbraucht werden. Während des reduzierten Verarbeitungsmodus (d. h. während eines NO DATA-Zustandes) kann dieser Prozentsatz jedoch um annähernd eine Größenordnung reduziert werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, gibt es eine statistisch beträchtliche Reduzierung des Betrags der Verarbeitung, die in der Empfängerschaltung 400 erforderlich ist, wenn keine Paketdaten empfangen werden. Diese Reduzierung der Verarbeitung kann dazu verwendet werden, den Energieverbrauch zu reduzieren.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung kann die Qualität des Kommunikationskanals 321 auf die vorstehend in Verbindung mit der Empfängerschaltung 300 beschriebene Weise (3) bestimmt werden. Falls bestimmt wird, dass die Qualität des Kommunikationskanals 321 relativ hoch ist, kann die Verarbeitung in der Empfängerschaltung 400 auf die vorstehend in Verbindung mit der Empfängerschaltung 300 beschriebene Weise reduziert werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung sendet die der Empfängerschaltung 400 zugeordnete lokale Senderschaltung nicht kontinuierlich, wenn das Burst-Mode-Protokoll verwendet wird. Während der Perioden, in denen die lokale Senderschaltung keine lokalen Sendedaten sendet, besteht keine Möglichkeit eines Echosignals auf dem Kommunikationskanal 321. Somit kann der Echokompensator 309 abgeschaltet werden, wenn die lokale Senderschaltung keine Paketinformationen sendet, wodurch die Verarbeitungserfordernisse der Empfängerschaltung 300 weiter reduziert werden.
Bei einer anderen Ausführungsform wird die Empfängerschaltung 400 in der Vermittlungsstelle einer Telefongesellschaft verwendet, um eine Mehrleitungs-Netzzugangschaltung zu implementieren (d. h. die Anzahl von Leitungen zu erhöhen, die von einer einzelnen DSP-Ressource gehandhabt werden können). 5 ist ein Blockdiagramm einer Mehrleitungs-Netzzugangschaltung 500, die sich in einer Vermittlungsstelle befinden kann. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Mehrleitungs-Netzzugangschaltung 500 von einem Internet Service Provider(ISP) verwendet werden. Die Mehrleitungs-Netzzugangschaltung 500 weist eine erste Anzahl N von ankommenden Kommunikationskanälen 401–405 (z. B. Telefonleitungen), eine entsprechende Anzahl von A/D-Umsetzern 411–415 und Puffern 421–425, eine Switch-Matrix 440, ein zweite Anzahl M von Digitalsignal-Verarbeitungsressourcen 431–433, eine Nicht-Leer-Erfassungsschaltung 450, und eine DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 451 auf. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist N eine ganze Zahl, die größer als Eins ist, und M ist eine ganze Zahl, die größer als oder gleich Eins ist. Bei einem bestimmten Beispiel ist N gleich 100, während M gleich 10 ist. Das Verhältnis N:M wird als das Konzentrationsverhältnis bezeichnet. Je größer das Konzentrationsverhältnis, desto geringer ist die Anzahl von DSP-Ressourcen, die erforderlich sind, um eine große Anzahl von ankommenden Signal Leitungen zu unterstützen. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist das Konzentrationsverhältnis größer als 1:1.
Jede der entsprechenden Telefonleitungen 401–405 ist mit einem entsprechenden Teilnehmer (nicht gezeigt) gekoppelt. Jeder Teilnehmer hat eine oder mehr Senderschaltungen, die eine Nicht-Leerzustand-Signalisierung und Paketdaten auf der entsprechenden Leitung gemäß dem vorstehend beschriebenen Burst Mode-Protokoll übertragen. Jede der Leitungen 401–405 ist mit einem dedizierten A/D-Umsetzer 411–415 gekoppelt. Jeder der A/D-Umsetzer 411–415 ist im Wesentlichen zu dem vorstehend beschrieben A/D-Umsetzer 301 (3 und 4) äquivalent. Typischerweise befindet sich jeder der A/D-Umsetzer 411–415 in einem Codec, der auch einen entsprechenden D/A-Umsetzer (nicht gezeigt) aufweist.
Jeder der A/D-Umsetzer 411–415 ist mit einer dedizierten Pufferschaltung 421–425 gekoppelt. Jede der Pufferschaltungen 421–425 arbeitet in der Art eines FIFO und speichert eine Mehrzahl von Abtastproben des ankommenden Signals. Die Pufferschaltungen 421–425 sind mit der Switch-Matrix 440 gekoppelt. Die Switch-Matrix 440 wird so gesteuert, dass sie die Ausgangssignale von jedem der Puffer 421–425 an die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 450 liefert. Die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 450, die N Nicht-Leer-Erfassungsschaltungen (eine für jede der Leitungen 401–405) aufweist, überwacht die von den Pufferschaltungen 421–425 gelieferten Signale. Als Antwort bestimmt die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 450, welche der Leitungen 401–405 sich in einem DATA-Zustand befinden und welche der Leitungen 401–405 sich in einem NO DATA-Zustand befinden. Zu einem jeglichen Zeitpunkt besteht die Wahrscheinlichkeit, dass sich (wenn überhaupt) nur einige wenige der Leitungen 401–405 in dem DATA-Zustand befinden. Im Ergebnis ist es möglich, die Paketdaten auf der Mehrzahl von Leitungen 401–405 in eine einzelne der DSP-Schaltungen 431–433 zu multiplexieren.
Bei der beschriebenen Ausführungsform weist jede der DSP-Schaltungen 431–433 die folgenden Elemente auf, die vorstehend in Verbindung mit den Empfängerschaltungen 300 und 400 (3 und 4) beschrieben wurden: Resampler 302, Equalizer 303, Trägerrückgewinnungsschaltung 304, Symbolentscheidungsschaltung 305, Kanaldecoder 306, Framer/Leerlauf-Erfassungseinrichtung 307, Abtastprobenpuffer 308, Echokompensator 309, Takt-Aktualisierungsschaltung 310, Equalizer-Aktualisierungsschaltung 311, Träger-Aktualisierungsschaltung 312 und Summierknoten 319.
Die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 450 erzeugt eine Mehrzahl von Steuersignalen, die an die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 451 geliefert werden. Diese Steuersignale geben jederzeit an, welche der Leitungen 401–405 Paketdaten tragen. Im Ansprechen auf die Steuersignale leitet die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 451 die empfangenen Paketdaten von den Puffer 421–425 an die DSP-Schaltungen 431–433. Die DSP-Schaltungen 431–433 arbeiten auf die vorstehend in Verbindung mit den 3 und 4 beschriebene Weise, um demodulierte Bitströme zu liefern. Die von den DSP-Ressourcen 431–433 gelieferten, demodulierten Bitströme werden über digitale Schaltungsanordnungen an einen endgültigen Bestimmungsort wie etwa einen Internet Service Provider (ISP) geleitet.
Das folgende Beispiel veranschaulicht weiter, wie die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 451 die empfangenen Paketdaten leitet. 6 ist ein Schemadiagramm von Paketdaten, die auf den Leitungen 401–405 empfangen werden. Bei diesem Beispiel werden Datenpakete 601, 602 und 603 gleichzeitig auf den Leitungen 401, 402 bzw. 403 übertragen. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich die Leitungen 404 und 405 in einem NO DATA-Zustand. Die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 450 erfasst das Vorhandensein von Datenpaketen 601, 602 und 603 gemäß einer der vorstehend beschriebenen Nicht-Leer-Signalisierungsmethoden. Die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 450 überträgt Steuersignale, die das Vorhandensein von Paketdaten auf den Leitungen 401, 402 und 403 angeben, an die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 451. Als Antwort steuert die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 451 die Switch-Matrix 440, um die Ausgangssignale von den Leitungen 401, 402 und 403 an verschiedene der DSP-Schaltungen 431–433 zu leiten. Beispielsweise können die Paketinformationen auf der Leitung 401 an die DSP-Schaltung 431 geleitet werden, die Paketinformationen auf der Leitung 402 können an die DSP-Schaltung 432 geleitet werden, und die Paketinformationen auf der Leitung 403 können an die DSP-Schaltung 433 geleitet werden.
Im Anschluss daran werden die Datenpakete 604, 605 und 606 auf den Leitungen 402, 403 bzw. 404 empfangen. Die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 450 erfasst wiederum diese Datenpakete 604–606 und informiert die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 451. Als Antwort steuert die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 451 die Switch-Matrix 440, um die Datenpakete 604, 605 und 606 auf verschiedene DSP-Schaltungen 431–433 zu leiten. Beispielsweise kann das Datenpaket 604 auf der Leitung 402 an DSP 432 geleitet werden, das Datenpaket 605 auf der Leitung 403 kann an DSP 433 geleitet werden, und das Datenpaket 606 auf der Leitung 404 kann an DSP 431 geleitet werden. Auf diese Weise wird DSP 431 verwendet, um Paketdaten von sowohl der Leitung 401 als auch der Leitung 404 (d. h. die Datenpakete 601 und 606) zu verarbeiten.
Im Anschluss daran werden die Datenpakete 607 und 608 auf den Leitungen 401 bzw. 404 empfangen. Die Nicht-Leer-Erfassungseinrichtung 450 erfasst wiederum diese Datenpakete 607–608 und informiert die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 451. Die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 451 steuert die Switch-Matrix 440, um die Datenpakete 607 und 608 an verschiedene DSP-Schaltungen 431–433 zu leiten. Beispielsweise kann das Datenpaket 607 auf der Leitung 401 an DSP 431 geleitet werden, und das Datenpaket 608 auf der Leitung 404 kann an DSP 432 geleitet werden. Auf diese Weise wird DSP 432 verwendet, um Paketdaten von sowohl der Leitung 402 als auch der Leitung 404 (d. h. die Datenpakete 602, 604 und 608) zu verarbeiten.
Die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 451 erstellt und entfernt die vorstehend beschriebenen Routing-Verbindungen durch einen Abwicklungsalgorithmus, der Informationen über Warteschlangenbesetzung und Link-Aktivitätserfassung verwendet, um diejenigen Leitungen zu identifizieren, die zu verarbeitende Daten aufweisen.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung ist jede der DSP-Ressourcen 431–433 in der Lage, Paketinformationen von einer Mehrzahl von Leitungen 401–405 zu verarbeiten. Um eine solche Verarbeitung zu erleichtern, speichert jede der DSP-Ressourcen 431–433 mehrere Sätze von Aktualisierungskoeffizienten. Jeder Satz von Aktualisierungskoeffizienten entspricht einem bestimmten Kommunikationskanal, der auf einer der Leitungen 401–405 erstellt ist. Falls beispielsweise die DSP-Ressource 431 Paketdaten verarbeitet, die auf den Leitungen 401 und 404 empfangen wurden, speichert die DSP-Ressource zwei Sätze von Aktualisierungskoeffizienten. Ein erster Satz von Aktualisierungskoeffizienten wird im Hinblick auf die Betriebscharakteristiken der auf der Leitung 401 erstellten Sitzung gewählt, und ein zweite Satz von Aktualisierungskoeffizienten wird im Hinblick auf die Betriebscharakteristiken der auf der Leitung 404 erstellten Sitzung gewählt. Der erste Satz von Aktualisierungskoeffizienten wird in der DSP-Ressource 431 freigegeben, wenn Paketdaten auf der Leitung 401 empfangen werden, und der zweite Satz von Aktualisierungskoeffizien ten wird in der DSP-Ressource 431 freigegeben, wenn Paketdaten auf der Leitung 404 empfangen werden. Die unterschiedlichen Sätze von Aktualisierungskoeffizienten werden von der DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 451 freigegeben. Jeder Satz von Aktualisierungskoeffizienten enthält die Aktualisierungskoeffizienten, die der Takt-Aktualisierungsschaltung 310, der Equalizer-Aktualisierungsschaltung 311 und der Trägerrückgewinnungsschaltung 312 in der DSP-Ressource (3 und 4) zugeordnet sind.
Durch Speichern der Aktualisierungskoeffizienten, die den verschiedenen Kommunikationskanälen zugeordnet sind, können die DSP-Ressourcen 431–433 bei einem Empfang von Paketinformationen schnell den Betrieb aufnehmen (weil die Aktualisierungskoeffizienten nicht erneut erstellt zu werden brauchen). Diese Methode funktioniert gut, weil während der Dauer einer jeden Sitzung die gleiche Kommunikationsverbindung mit relativ konstanten Signalübertragungscharakteristiken auf den Leitungen 401–405 vorliegt.
Ein Resultat der vorstehend beschriebenen Mehrleitungs-Netzzugangschaltung 500 ist eine Reduzierung der Erfordernisse der Echtzeit-Digitalsignalverarbeitung. Bei herkömmlichen Systemen müssen genügend DSP-Ressourcen für jede Leitung speziell zugewiesen sein, um die volle Modemfunktion kontinuierlich durchzuführen. In der Mehrleitungs-Netzzugangschaltung 500 sind jedoch die meisten der DSP-Ressourcen 431–433 während des Großteils der Zeit freigesetzt und können auf andere Leitungen mit aktivem Paketverkehr angewendet werden.
Im Falle eines Systems, das mit einem bestimmten Konzentrationsverhältnis wie etwa 10:1 entworfen wurde, besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass jeweils mehr als 10% der Leitungen 401–405 Paketinformationen zur gleichen Zeit empfangen. Entwurfsgemäß wird diese Wahrscheinlichkeit auf ein annehmbares Niveau minimiert, indem das Konzentrationsverhältnis auf der Grundlage beobachteter oder vorhergesagter Verkehrsstärken gesteuert wird.
Bei bereits vorhandenen Systemen mit sitzungsbasierten Konzentrationsmechanismen (wie etwa die in Sprach- und ISDN-Netzen verwendete Call-Connection), wenn die offerierte Verkehrslast momentan die verfügbaren Ressourcen übersteigt, wird die Kommunikation blockiert. Gemäß der vorliegenden Erfindung speichern jedoch die Puffer 421–425 Eingangs-Abtastproben für eine nachfolgende Verarbeitung mit voller Genauigkeit. Ein solches Puffer ermöglicht es, dass eine Kommunikation während Perioden momentaner Überbelegung fortgeführt wird, wobei eine gewisse zusätzliche Latenz eingeführt wird. So lange die DSP-Ressourcen 431–433 über die Pufferzeitperiode genügend Kapazität besitzen, um alle empfangenen Paketinformationen zu verarbeiten, werden keine Paketinformationen blockiert.
Bei der beschriebenen Ausführungsform werden Eingangs-Abtastproben für jede der Leitungen 401–405 in entsprechenden Pufferschaltungen 421–425 gespeichert. Die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 451 implementiert ein Dienst-Warteschlangenmodell zum Abwickeln der Verarbeitung der Eingangs-Abtastproben in den DSP-Ressourcen 431–433. Die Pufferschaltungen 421–425 ermöglichen das Glätten von momentanen Paketverkehrspitzen, wenn Pakete zufällig auf vielen der Leitungen 401–405 eintreffen. Die Abwicklungsfähigkeit kann mit einem Betriebsgütestandard(Quality of Service policy)-Mechanismus verwendet werden, um die DSP-Ressourcen 431–433 denjenigen Leitungen 401–405 zuzuweisen, die eine geringere Latenzzeit und/oder eine niedrigere Neuübertragungsrate benötigen.
Darüber hinaus umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Signalisierung von dem System der DSP-Ressourcen 431–433 zurück zu jedem der Modems, die mit den Kommunikationskanälen 401–405 gekoppelt sind. Dieses Signalisierungsverfahren wird verwendet, um den Pufferfüllstand anzuzeigen, und kann von den fernen Modems verwendet werden, um die Paketübertragungsraten vorübergehend zu reduzieren, wodurch eine Überbelegung des Systems gesteuert wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ermöglicht das Burst-Mode-Protokoll effektiv einen Multidrop-Betrieb. Im Multidrop-Betrieb sind mehrere Modems unter Verwendung von Zeitmultiplex mit dem gleichen Kommunikationskanal verbunden. Beispielsweise kann gemäß dem Multidrop-Betrieb ein Teilnehmer mehr als ein Modem betriebsmäßig mit einer einzelnen Telefonleitung verbinden. 7 ist ein Schemadiagramm einer Multidrop-Konfiguration, welche Modems 1001–1003 in der Teilnehmerwohnung 1010 und ein Modem 1004 in der Telefongesellschaft-Vermittlungsstelle 1011 umfasst. Die Modems 1001–1004 sind durch eine Twisted Pair-Telefonleitung 1012 gekoppelt. Jedes der Modems 1001–1004 enthält eine Senderschaltung und eine Empfängerschaltung, die gemäß dem vorstehend beschriebenen Burst-Mode-Protokoll arbeiten. Da die Senderschaltungen in den Modems 1001–1004 keine IDLE-Symbole gemäß dem Burst-Mode-Protokoll erzeugen, bringen diese Senderschaltungen während der Zeit, in der die Senderschaltungen der Modems 1001–1004 keine Pakete übertragen, keinen Verkehr auf die Telefonleitung 1012. Im Ergebnis kann eine jegliche der Senderschaltungen der Modems 1001–1004 eine Sitzung auf der Telefonleitung 1012 wie folgt erstellen.
Zuerst einmal können die mit der gemeinsamen Leitung 1012 gekoppelten Senderschaltungen bei Bedarf Pakete übertragen. Dies kann jedoch zu Kollisionen zwischen Paketinformationen führen, die von den Senderschaltungen gesendet werden. Eine bessere Lösung ist es, eine Trägererfassung-Mehrfachzugriff(Carrier Sense Multiple Access; CSMA)-Methode zu verwenden, bei der jede Senderschaltung vor dem Senden von Paketinformationen auf dem Kommunikationskanal horcht. Eine übliche Erweiterung von CSMA ist CSMA/CD, bei der Übertragungen sofort beendet werden, wenn Kollisionen erfasst werden. Solche CSMA-Methode werden üblicherweise auf dem Ethernet-Gebiet angewendet. Diese CSMA-Methoden ermöglichen eine effektive Kommunikation zwischen allen Modems, die mit einem einzelnen Twisted Pair-Telefondraht (z. B. der Leitung 401) verbunden sind, einschließlich einer Mehrzahl von Modems in der Wohnung (bzw. im Geschäft) des Teilnehmers und einem Modem in der Telefongesellschaft-Vermittlungsstelle (z. B. dem Modem, das die DSP-Ressource 431 enthält).
Eine Alternative zu den vorstehend beschriebenen wettbewerbsbasierten Protokollen ist eine Klasse von Methoden, die üblicherweise als reservierungsbasierte Protokolle bezeichnet werden. Bei Anwendung dieser allgemein bekannten Methoden würden mehrere Modems einen separaten Arbitrationskanal verwenden, um zu entscheiden, welches Modem Zugang zu dem Kanal erhält.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird ein Multidrop-Zugang durch die Implementierung von allgemein bekannten Zeitteilung-Mehrfachzugriff(Time Division Multiple Access; TDMA)-Methoden zur Verfügung gestellt, bei denen jeder Senderschaltung ein fester Zeitschlitz zugewiesen wird, während dessen sie Paketinformationen übertragen kann. Der Vorteil dieser Methode ist ihre einfache Implementierung.
Bei wieder anderen Ausführungsformen wird ein Multidrop-Zugang durch die Implementierung herkömmlicher Frequenzteilung-Mehrfachzugriff(Frequency Division Multiple Access; FDMA)-Methoden, Codeteilung-Mehrfachzugriff(Code Division Multiple Access; CDMA)-Arbitrationsmethoden, oder Datenerfassung- Mehrfachzugriff(Data Sense Multiple Access; DSMA)-Methoden zur Verfügung gestellt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht es das Burst-Mode-Protokoll mehreren Senderschaltungen, Daten mit unterschiedlichen Raten auf ratenadaptive Weise zu übermitteln. 8 ist eine schematische Darstellung von Paketinformationen, die von Senderschaltungen gemäß dem Burst-Mode-Protokoll der vorliegenden Ausführungsform übertragen werden. Bei dem beschriebenen Beispiel wird angenommen, dass das Paket 700 von der Senderschaltung des Modems 1001 übertragen wird. Dieses Paket 700 kann an eines oder mehrere der anderen Modems 1002–1004 übertragen werden. Das Paket 700 umfasst eine Präambel 701 und einen Hauptteil 702. Das Paket 700 wird unter Verwendung einer Gate-gesteuerten Modulation oder eines Gate-gesteuerten Trägersignals übertragen. Die Präambel 701, deren Länge etwa 20 bis 100 Symbole beträgt, enthält Informationen, welche die Art des Paketes 700 identifizieren. Beispielsweise kann die Präambel 701 Informationen enthalten, welche identifizieren: (1) ein Versions- oder Typenfeld für die Präambel, (2) Paket-Quell- und Bestimmungsadressen, (3) den Leitungscode (d. h. das verwendete Modemprotokoll), (4) die Datenrate, (5) Fehlerkontrollparameter, (6) Paketlänge, und (7) einen Taktwert für den zu erwartenden Empfangsschlitz eines darauf folgenden Paketes.
Die Empfängerschaltungen der mit der Telefonleitung 1012 verbundenen Modems 1002–1004 erfassen die in der Präambel 701 vorhandenen Informationen und stellen die Synchronisierung am Anfang des Paketes 700 her. Bei der beschriebenen Ausführungsform werden alle Präambeln mit einer relativ niedrigen, gemeinsamen Übertragungsrate übertragen. Die Präambel 701 enthält Informationen, welche die Datenrate des Hauptteils 702 des Paketes identifizieren. Beispielsweise kann die Präambel 701 anzeigen, dass der Hauptteil 702 des Paketes 700 Daten umfasst, die mit einer höheren Datenrate übertragen werden. Die Senderschaltung des Modems 1001 überträgt daraufhin den Hauptteil 702 des Paketes 700 mit dieser höheren Rate. Die durch die Bestimmungsadresse der Präambel 701 identifizierte Empfängerschaltung empfangt den Hauptteil 702 des Paketes 700 mit der in der Präambel 701 identifizierten Rate.
Unter erneuter Bezugnahme auf 8 ist das Paket 710 für ein von einer zweiten Senderschaltung gesendetes Paket repräsentativ. Bei dem beschriebenen Beispiel wird das Paket 710 von dem Modem 1004 in der Vermittlungsstelle 1011 an eines oder mehrere der Modems 1001–1003 in der Teilnehmerwohnung 1010 übertragen. Das Paket 710 umfasst die Präambel 711 und den Hauptteil 712. Die Präambel 711 enthält Informationen, die mit der gleichen Rate wie die Informationen der Präambel 701 übertragen werden. Die Präambel 711 zeigt jedoch an, dass der Hauptteil 712 mit einer zweiten Datenrate übertragen wird, die von der Datenrate des Hauptteils 702 des Paketes 700 verschieden ist.
Da die Empfängerschaltungen über diese unterschiedlichen Datenraten vor dem Empfangen des Hauptteils 702 und des Hauptteils 712 informiert werden, sind die Empfängerschaltungen in der Lage, sich auf diese unterschiedlichen Datenraten einzustellen. Genauer gesagt kann die Präambel 711 dazu verwendet werden, einen unterschiedlichen Satz von Aktualisierungskoeffizienten für die Verwendung in der Empfängerschaltung zum Verarbeiten des Hauptteils 712 zu wählen.
Das vorstehend beschriebene ratenadaptive Protokoll ermöglicht es, dass sowohl einfache Vorrichtungen (die mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit kommunizieren) als auch komplexe Vorrichtungen (die mit einer relativ hohen Geschwindigkeit kommunizieren) zur gleichen Zeit mit einer einzelnen Telefonleitung betriebsmäßig verbunden werden. Beispielsweise kann sich das Modem 1001 in einem Personalcomputer befinden, während sich das Modem 1002 in einem "intelligenten Toaster" oder einem ähnlichen Elektrogerät befinden kann.
Das vorstehend beschriebene ratenadaptive Protokoll ermöglicht es, dass eine Mehrleitungs-Netzzugangschaltung die reduzierte Verarbeitung nutzt, die für das Empfangen von Paketen mit einer niedrigeren Datenrate in ihrem Hauptteil erforderlich ist. Beispielsweise kann ein Betreiber Teilnehmern niedrigere Tarife im Austausch gegen eine Einschränkung des Paketverkehrs auf niedrigere Datenraten während bestimmter Zeiten oder unter bestimmten Dienstklassen anbieten.
Wenn die Präambel in einem Burst Mode-Paket die Bestimmungsadresse des Paketes enthält, können die Empfängerschaltungen die Bestimmungsadresse des Paketes überwachen und im Ansprechen darauf Pakete ausfiltern, die nicht demoduliert zu werden brauchen, wodurch die Verarbeitungserfordernisse der Empfängerschaltungen reduziert werden. Wenn die Präambel in einem Burst Mode-Paket eine Quelladresse des Paketes enthält, kann die Empfängerschaltung außerdem geeignete gespei cherte Konfigurationsparameter abrufen, um die Akquisition/Demodulation des Paketes zu beschleunigen.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann die Präambel auch Fehlerkontrollinformationen enthalten, die von dem Hauptteil des Paketes verwendet werden. Unter Verwendung dieser Methode kann ein gleiches Modem sowohl "kostspielige" Fehlerkontrollmethoden bewältigen, die etwa für Videoanwendungen erforderlich sind, als auch "kostengünstige" Fehlerkontrollmethoden, wie sie etwa für den herkömmlichen Paketverkehr verwendet werden. Ein anderer Abschnitt der Fehlerkontrollinformationen kann verwendet werden, um von der Empfängerschaltung "eine Quittierung anzufordern". Falls das empfangene Paket annehmbar ist, veranlasst die Empfängerschaltung, dass ein Quittierung(ack)-Signal an das Modem übertragen wird, das sich an der Quelladresse befindet. Falls das empfangene Paket nicht annehmbar ist, veranlasst die Empfängerschaltung, dass ein Keine Quittierung(nack)-Signal an das Modem übertragen wird, das sich an der Quelladresse befindet.
9 ist ein Blockdiagramm einer Mehrleitungs-Netzzugangschaltung 800 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Allgemeinen erleichtert die Mehrleitungs-Netzzugangschaltung 800 die Übertragung von Paketinformationen von einer Quelle, die digitale Paketinformationen erzeugt (z. B. einem Internet Service Provider), an das Modem eines Teilnehmers, das im Ansprechen auf ein herkömmliches Modemprotokoll arbeitet (d. h. Paketdaten mit Leerinformation verschachtelt). Die Mehrleitungs-Netzzugangschaltung 800 weist D/A-Umsetzer 511–515, eine Switch-Matrix 530, DSP-Ressourcen 531–533, einen gemeinsamen Leerlaufgenerator 535, einen Eingangs-Paketprozessor 540, eine DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 541, einen Multiplexer 550 und Pufferschaltungen 561–563 auf.
Der Multiplexer 550 ist durch die Pufferschaltungen 561–563 mit einer Mehrzahl von Internet Service Providern (ISPs) 551–553 verbunden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf ISPs beschränkt, sondern kann auf jegliche Quelle erweitert werden, die digitale Paketdaten überträgt. Obwohl drei ISPs 551–553 dargestellt sind, ist außerdem anzumerken, dass viele andere Quellen mit dem Multiplexer 550 verbunden sein können.
Von den ISPs 551–553 ankommende Pakete werden in den entsprechenden Eingangspuffern 561–563 gespeichert. Der Eingangs-Paketprozessor 540 überprüft die den ankommenden Paketen zugeordneten Bestimmungsadressen, die in den Puffer 561–563 gespeichert sind. Im Ansprechen auf diese Bestimmungsadressen bestimmt der Eingangs-Paketprozessor 540, welche Teilnehmer-Telefonleitung 501–505 das Paket empfangen soll. Diese Informationen werden an die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 541 übertragen. Als Antwort wählt die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 541 eine der DSP-Ressourcen 531–533, um die Paketdaten zu modulieren, und sendet Steuersignale an den Multiplexer 550, wodurch die Pakete von den Eingangspuffern 561–563 an die ausgewählten DSP-Ressourcen 531–533 geleitet werden. Die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 541 steuert auch die Switch-Matrix 530, um die DSP-Ressourcen 531–533 und den gemeinsamen Leerlaufgenerator 535 an die D/A-Umsetzer 511–515 zu leiten. Jeder der D/A-Umsetzer 511–515 ist mit einer entsprechenden Telefonleitung 501–505 verbunden. Jede der Telefonleitungen 501–505 ist mit einem Teilnehmer verbunden, der eine Empfängerschaltung besitzt, die in der Lage ist, Paketdaten und Leerinformation zu empfangen. Das folgende Beispiel verdeutlicht den Betrieb des Multiplexers 550 und der Switch-Matrix 530.
10 ist ein Schemadiagramm von Paketdaten, die von ISPs 551-553 empfangen werden. Bei diesem Beispiel übertragen die ISPs 551 und 552 gleichzeitig das Datenpakete 901 bzw. 902. Zu diesem Zeitpunkt überträgt der ISP 553 kein Datenpaket. Die Pakete 901 und 902 werden im Eingangspuffer 561 bzw. 562 empfangen. Der Eingangs-Paketprozessor 540 erfasst die Ankunft der Datenpakete 901 und 902 und benachrichtigt die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 541. Als Antwort wählt die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 541, welche DSP-Ressource jedes Paket verarbeiten wird. Bei dem vorliegenden Beispiel wird das Paket 901 an die DSP-Ressource 531 geleitet, und das Datenpaket 902 wird an die DSP-Ressource 532 geleitet, obgleich jegliche andere Kombination von Ressourcenzuweisungen möglich ist, einschließlich der Zuweisung von beiden Paketen 901 und 902 an eine einzelne DSP-Ressource.
Außerdem steuert die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 541 die Switch-Matrix 530 wie folgt. Es sei angenommen, dass das vom ISP 551 übertragene Datenpaket 901 für einen Teilnehmer bestimmt ist, der mit der Telefonleitung 504 verbunden ist, und dass das Datenpaket 902 für einen Teilnehmer bestimmt ist, der mit der Telefonleitung 501 verbunden ist. In diesem Fall wird die Switch-Matrix 530 so gesteuert, dass sie die DSP-Ressource 531 mit dem D/A-Umsetzer 514 verbindet. Außerdem wird die Switch-Matrix 530 so gesteuert, dass sie die DSP-Ressource 532 mit dem D/A-Umsetzer 511 verbindet. Gleichzeitig wird die Switch-Matrix 530 so gesteuert, dass sie die übrigen aktiven D/A-Umsetzer 512, 513 und 515 mit dem gemeinsamen Leerlaufgenerator 535 verbindet. Der gemeinsame Leerlaufgenerator 535 erzeugt einen Strom von Leerinformation gemäß einem herkömmlichen Modemprotokoll. Bei einer Ausführungsform erzeugt der gemeinsame Leerlaufgenerator 535 den Strom von Leerinformation auf die vorstehend in Verbindung mit dem Leerlaufgenerator 314 und der Leersymbol-Prädiktionseinrichtung 316 (4) beschriebene Weise. Bei einer anderen Ausführungsform, bei der der Strom von zu erwartender Leerinformation sich innerhalb einer annehmbaren Periode wiederholt, kann der Strom von zu erwartender Leerinformation vorberechnet und in einem Pufferspeicher im gemeinsamen Leerlaufgenerator 535 gespeichert werden. Auf diesen Pufferspeicher wird daraufhin zugegriffen, wenn der gemeinsame Leerlaufgenerator 535 das gemeinsame Leersignal erzeugen soll.
Im Ergebnis wird das Datenpaket 902 auf der Telefonleitung 501 übertragen, das Datenpaket 901 wird auf der Telefonleitung 504 übertragen, und die Leerinformation wird auf den Telefonleitungen 502, 503 und 505 übertragen. Nach erfolgter Übertragung der Datenpakete 901 und 902 veranlasst die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 541 die Switch-Matrix 530, die D/A-Umsetzer 511 und 514 mit dem gemeinsamen Leerlaufgenerator 535 zu verbinden, so dass auf den Leitungen 501 und 504 Leerinformation übertragen wird.
Auf die vorstehend beschriebene Weise ist nur eine DSP-Ressource (d. h. der gemeinsame Leerlaufgenerator 535) erforderlich, um Leerinformation für eine relativ große Anzahl von Telefonleitungen zu erzeugen. Dies resultiert auf vorteilhafte Weise in einem reduzierten Betrag der Verarbeitung in der Mehrleitungs-Netzzugangschaltung 800 im Vergleich mit Systemen des Standes der Technik, die einen dedizierten Leerlaufgenerator für jede der Telefonleitungen 501–505 benötigen.
Die Mehrleitungs-Netzzugangschaltung 800 erleichtert auch eine effiziente Multicast-Übertragungsmethode. Es sei angenommen, dass der ISP 553 das gleiche Datenpaket 903 (10) an jede der Telefonleitungen 501–505 übertragen soll. Hierzu wird der Multiplexer 550 so gesteuert, dass er das Datenpaket an eine der DSP-Res sourcen 531–533 (z. B. die DSP-Ressource 531) leitet. Die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 541 veranlasst die Switch-Matrix 530, das von DSP 531 gelieferte Ausgangssignal an jeden der D/A-Umsetzer 511–515 zu leiten. Im Ergebnis wird das Datenpaket gleichzeitig auf den Telefonleitungen 501–505 unter Verwendung einer einzelnen der DSP-Ressourcen 531–533 ausgesendet (Multicast) (siehe 10).
Multicast-Datenpakete können mit Unicast-Datenpaketen (d. h. Datenpaketen, die an einen einzelnen Teilnehmer übertragen werden) unter Verwendung von synchronen oder asynchronen Verfahren verschachtelt werden. Bei einem synchronen Verfahren werden die Multicast-Datenpakete aus einem gemeinsamen Puffer auf zeitlich geordnete Weise auf allen Leitungen 501–505 übertragen. Bei diesem Verfahren wird der Multicast-Puffer kontinuierlich von der gewählten DSP-Ressource beladen. Dies erfordert, dass Zeitschlitze über den Satz von Kanälen für Multicast-Daten reserviert werden, und dass die DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 541 die Unicast-Datenübertragungen so steuert, dass sie nicht mit den für die Übertragung von Multicast-Daten reservierten Zeitschlitzen überlappen.
Bei einem asynchronen Verfahren werden die Multicast- und Unicast-Datenabtastproben für jeden Kanal in einem Puffer gespeichert, der dem Kanal zugeordnet ist. Jede der Leitungen 501–505 wird von Daten getrieben, die in einem entsprechenden Puffer gespeichert sind. Dies ermöglicht es, dass die Multicast-Daten zu verschiedenen Zeitpunkten auf jeder individuellen Leitung gesendet werden, wodurch die Einschränkung der Zeitschlitzreservierung des vorstehend beschriebenen, synchronen Verfahrens aufgehoben wird.
Bei einer Variation wird der gemeinsame Leerlaufgenerator 541 aus der Mehrleitungs-Netzzugangschaltung 800 weggelassen, so dass keine Leerinformation zwischen die Paketdaten eingefügt wird. Bei dieser Variation sind die mit den Leitungen 501–505 verbundenen Empfängerschaltungen durch Empfängerschaltungen ersetzt, die im Ansprechen auf das vorstehend beschriebene Burst Mode-Protokoll arbeiten. Die Nicht-Leer-Signalisierung, die benötigt wird, um das Vorhandensein eines DATA-Zustands gemäß dem Burst Mode-Protokoll anzuzeigen, wird in der Mehrleitungs-Netzzugangschaltung 800 durchgefürt. Beispielsweise kann diese Signalisierung von den individuellen DSP-Ressourcen 531–533 oder von einer gemeinsame Signalisierungsschaltung (nicht gezeigt) implementiert werden, die von der DSP-Zuweisungs- und Abwicklungsschaltung 541 gesteuert wird.
Eine alternative Konfiguration der Mehrleitungs-Zugangschaltung 800 umfasst mehrere Modems, die keine D/A-Umsetzer 511–515 enthalten, aber statt dessen zusammengesetzte digitale Signal unmittelbar an eine digitale Amtsleitung des Telefonnetzes liefern. Die vorstehend beschriebenen Methoden sind auch auf diese Konfiguration anwendbar. Auf ähnliche Weise können die A/D-Umsetzer 411–415 aus der Mehrleitungs-Netzzugangschaltung 500 (5) weggelassen werden. Bei einer solchen Ausführungsform empfängt die Mehrleitungs-Netzzugangschaltung 500 zusammengesetzte digitale Signale unmittelbar von einer digitalen Amtsleitung des Telefonnetzes.
Obgleich die Erfindung in Verbindung mit mehreren Ausführungsformen beschrieben wurde, ist anzumerken, dass diese Erfindung nicht auf die offen gelegten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern verschiedenen Modifikationen zugänglich ist, die für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich sind. Obgleich die vorliegenden Modems als Codecs und DSP-Chips beschrieben wurden, ist beispielsweise anzumerken, dass die erfindungsgemäßen Modems vollständig durch Software in einem herkömmlichen X86 oder X86 mit MMX-Prozessor implementiert werden können. Obgleich die vorliegende Erfindung in Verbindung mit Kommunikationskanälen beschrieben wurde, bei denen es sich um Telefonleitungen handelt, ist außerdem anzumerken, dass andere Typen von Kommunikationskanälen verwendet werden können, um die vorliegende Erfindung zu implementieren. Obgleich die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ausgewählten Modulationsmethoden (d. h. QAM und MCM) beschrieben wurde, ist außerdem anzumerken, dass andere Modulationsmethoden wie etwa trägerlose Amplituden- und Phasen(CAP)-Modulation verwendet werden können. Obgleich die Empfängerschaltungen 300 und 400 (3 und 4) als einen Resampler 302 aufweisend beschrieben wurden, ist außerdem anzumerken, dass bei Ausführungsformen, die Baud-synchrone Abtastproben verarbeiten, der Resampler 302 aus diesen Empfängerschaltungen weggelassen werden kann. Die Erfindung ist daher nur durch die nachfolgenden Patentansprüche eingeschränkt.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Modems auf einem Kommunikationskanal, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen eines kontinuierlichen analogen Signals, das auf dem Kommunikationskanal übertragen wird, mit einer Empfängerschaltung (300) des Modems, wobei das analoge Signal Paketinformationen und Leerinformation ("idle information") enthält; dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erfassen des Vorhandenseins der Leerinformation mit der Empfängerschaltung (300); wobei der Erfassungsschritt ferner den Schritt des vollständigen Demodulierens des analogen Signals mit der Empfängerschaltung (300) zum Liefern eines digitalen Bitstroms umfasst; wobei der Erfassungsschritt ferner den Schritt des Bestimmens umfasst, ob der digitale Bitstrom einem vorgegebenen Leerbitmuster ("idle bit pattern") entspricht; Eintreten in einen Standby-Modus in der Empfängerschaltung (300) bei Erfassung des Vorhandenseins der Leerinformation, wobei ein Betrag der Verarbeitung, die von der Empfängerschaltung (300) durchgeführt wird, während des Standby-Modus reduziert ist; wobei der Schritt des Eintreten in den Standby-Modus die folgenden Schritte umfasst: Eintreten in den Standby-Modus, falls der digitale Bitstrom dem vorgegebenen Leerbitmuster entspricht; Erzeugen eines zu erwartenden Leerbitmusters, falls der digitale Bitstrom dem vorgegebenen Leerbitmuster entspricht; Konvertieren des zu erwartenden Leerbitmusters in eine Mehrzahl von zu erwartenden Leersymbolen ("idle symbols"); Vergleichen der zu erwartenden Leersymbole mit einer Mehrzahl von weichen Symbolen, die im Ansprechen auf das analoge Signal an der Empfängerschaltung (300) mit einer reduzierten Verarbeitungsleistung erzeugt werden; und Verbleiben im Standby-Modus, so lange die zu erwartenden Leersymbole mit den weichen Symbolen übereinstimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner den Schritt des Verlassens des Standby-Modus umfasst, wenn ein zu erwartendes Leersymbol nicht mit einem entsprechenden weichen Symbol übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 2, welches ferner die folgenden Schritte umfasst: Speichern einer am kürzesten zurückliegenden Historie des analogen Signals in einem Pufferspeicher; und Zugreifen auf den Pufferspeicher nach dem Schritt des Verlassens des Standby-Modus, wodurch es der Empfängerschaltung (300) ermöglicht wird, die am kürzesten zurückliegende Historie des analogen Signals zu verarbeiten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zu erwartenden Leersymbole zu erwartende Unterschiede zwischen aufeinander folgenden Leersymbolen umfassen; und die weichen Symbole tatsächliche Unterschiede zwischen aufeinander folgenden Leersymbolen umfassen.
Empfängerschaltung (300) zur Verwendung in einem Modem, wobei die Empfängerschaltung aufweist: einen A/D(Analog/Digital)-Umsetzer (301) zum Empfangen eines analogen Signals, das Paketinformationen und Leerinformation enthält; dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängerschaltung aufweist: eine mit dem A/D-Umsetzer (301) gekoppelte weiche Symbolentscheidungsschaltung, wobei die weiche Symbolentscheidungsschaltung dazu angeordnet ist, weiche Symbolentscheidungselemente in Bezug auf die Identität der Paketinformationen und der Leerinformation zu liefern; eine mit der weichen Symbolentscheidungsschaltung gekoppelte Symbolentscheidungsschaltung (305), wobei die Symbolentscheidungsschaltung (305) dazu angeordnet ist, harte Symbolentscheidungen in Bezug auf die Identität der Paketinformationen und der Leerinformation zu liefern; eine mit der Symbolentscheidungsschaltung (305) gekoppelte Leerlauferfassungsschaltung (307), wobei die Leerlauferfassungsschaltung (307) dazu angeordnet ist, das Vorhandensein der Leerinformation im Ansprechen auf die von der Symbolentscheidungsschaltung (305) gelieferten harten Symbolentscheidungen zu erfassen, und wobei die Leerlauferfassungsschaltung (307) dazu angeordnet ist, bei einer Erfassung des Vorhandenseins von Leerinformation die Empfängerschaltung (300) anzuweisen, in einen reduzierten Verarbeitungsmodus einzutreten; eine mit der Leerlauferfassungsschaltung (307) gekoppelte Leerlaufgeneratorschaltung (314), wobei die Leerlaufgeneratorschaltung (314) dazu angeordnet ist, ein zu erwartendes Leerbitmuster zu erzeugen, wenn die Leerlauferfassungseinrichtung das Vorhandensein von Leerinformation erfasst; eine mit der Leerlaufgeneratorschaltung (314) gekoppelte Leersymbol-Prädiktionseinrichtung; wobei die Leersymbol-Prädiktionseinrichtung (316) dazu angeordnet ist, im Ansprechen auf das zu erwartende Leerbitmuster eine Mehrzahl von zu erwartenden Leersymbolen zu liefern; und einen mit der Leersymbol-Prädiktionseinrichtung (316) und der weichen Symbolentscheidungsschaltung gekoppelten Komparator, wobei der Komparator (317) dazu angeordnet ist, die zu erwartenden Leersymbole mit den weichen Symbolentscheidungen zu vergleichen, wobei der Komparator (317) dazu angeordnet ist, die Empfängerschaltung (300) zu veranlassen, im Standby-Modus zu verbleiben, so lange die zu erwartenden Leersymbole mit den weichen Symbolentscheidungen überein stimmen, und wobei der Komparator (317) dazu angeordnet ist, die Empfängerschaltung (300) zu veranlassen, den Standby-Modus zu verlassen, wenn ein zu erwartendes Leersymbol nicht mit der weichen Symbolentscheidung überein stimmt.
Empfängerschaltung (300) nach Anspruch 5, wobei die weiche Symbolentscheidungsschaltung eine Trägerrückgewinnungsschaltung (304) aufweist.
Empfängerschaltung (300) nach Anspruch 5, wobei die weiche Symbolentscheidungsschaltung eine Equalizerschaltung (303) aufweist, die weichen Symbolentscheidungselemente tatsächliche entzerrte digitale Abtastproben umfassen, die der Identität der Paketinformationen und der Leerinformation entsprechen, und die zu erwartenden Leersymbole zu erwartende entzerrte digitale Abtastproben umfassen, die den zu erwartenden Leersymbolen zugeordnet sind.