DE69920964T2

DE69920964T2 - xDSL Transceiver und Verfahren zum Verbessern der Bitrate und/oder des Spielraums, bei dem eine quadratur-amplitudenmodulierte Kommunikation ausgeführt wird

Info

Publication number: DE69920964T2
Application number: DE69920964T
Authority: DE
Inventors: C. David JONES
Original assignee: Broadcom Corp
Current assignee: Broadcom Corp
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2019-12-18
Also published as: DE69920964D1; EP1142249B1; AU2196600A; ATE279064T1; US6310909B1; US7609757B2; US20050157804A1; US20020044610A1; US6904082B2; EP1142249A1; WO2000039977A1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen elektronische Kommunikationssysteme. Die vorliegende Erfindung betrifft im besonderen eine Vorrichtung und ein Verfahren, um eine digitale Kommunikation über verdrillte Paare von Telefonleitungen ("twisted pair telephone lines"; TP-Telefonleitungen) in DSL (Digital Subscriber Line)-Systemen zur Verfügung zu stellen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Voiceband-Modems, die eine digitale Kommunikation zwischen Computern über TP-Telefonleitungen zur Verfügung stellen, sind allgemein bekannt. Voiceband-Modems werden allgemein eingesetzt, um einen Internet-Zugang zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig die digitale Kommunikation zwischen Personalcomputern und Anbietern von Internetdienstleistungen ("Internet Service Providers"; ISPs) zu erleichtern.
Da Voiceband-Modems innerhalb der begrenzten Bandbreite des öffentlichen Telefonnetzes ("Public Switched Telephone Network"; PSTN) arbeiten, d.h. von 0 Hz bis 3400 Hz, können sie nur Datenraten von bis zu 56 Kbps zur Verfügung stellen.
Infolge der immer weiter zunehmenden großen Menge von digitalen Daten, die über TP-Telefonleitungen übertragen werden, wird die maximale Bitrate in Verbindung mit Voiceband-Modems vielfach als unzureichend betrachtet. Die vergleichsweise geringe Geschwindigkeit von Voiceband-Modems stellt eine schwerwiegende Einschränkung beim Übertragen sehr großer Binärdaten wie Bildern, Filmclips, Audio, großen Datendateien u. dgl. dar. Bei 56 Kbps kann es eine unerwünscht lange Zeit dauern, um solche Dateien zwischen Computern zu übertragen, wenn Voiceband-Modems verwendet werden. Ferner sind viele Anwendungen wie solche unter Verwendung von Echtzeit-Video nicht möglich.
In einem Versuch, die Beschränkung der Datentransferrate in Verbindung mit solchen derzeitigen Voiceband-Modems abzumildern, wurden ISDN ("Integrated Services Data Network")-Modems entwickelt. Solche ISDN-Modems erhöhen nicht nur in manchen Fällen die Datenrate auf annähernd 112 Kbps, sondern ISDN er leichtert zur selben Zeit auch die gleichzeitige Verwendung mehrerer Kommunikationsvorrichtungen. Ein ISDN-System kann beispielsweise so konfiguriert sein, dass es die gleichzeitige Übertragung von Daten von einem Rechner und von Sprache von einem digitalen Telefon ermöglicht. Die Verwendung von ISDN erfordert den Einbau eines ISDN-kompatiblen Schalters durch die Telefongesellschaft.
Die erhöhte Datenrate von ISDN-Modems hinsichtlich Voiceband-Modems beruht auf der Verwendung eines wesentlich größeren Frequenzspektrums, d.h. von 0 Hz bis 80 kHz, wobei entsprechend höhere Zeichengaberaten verwendet werden können.
Die zunehmende Popularität solcher Kommunikationsdienstleistungen wie Video-on-Demand, Video-Telekonferenz und Hochgeschwindigkeits- Internetzugang hat den Bedarf nach höheren Datenraten über TP-Telefonleitungen weiter verstärkt. Selbst die vergleichsweise hohe Geschwindigkeit in Verbindung mit ISDN reicht nicht aus, um Dienstleistungen wie etwa Pay-per-View und Echtzeit-Videokonferenz zur Verfügung zu stellen, die Datenraten von mindestens 1,5 Mbps erfordern.
DSL ("Digital Subscriber Line") stellt eine Möglichkeit zur Verfügung, die digitale Kommunikation über TP-Telefonleitungen mit Datenraten von mehr als 1,5 Mbps zu erleichtern, um so gewünschte Dienstleistungen wie etwa Video-on-Demand, Video-Telekonferenz, Hochgeschwindigkeits-Internetzugang und dergleichen zu erleichtern.
Hier ist anzumerken, dass, obgleich Lichtwellenleiterkabel Datenraten zur Verfügung stellen, welche höher als diejenigen sind, die unter Verwendung von DSL über verdrillte Paare möglich sind, die Verlegung von Lichtwellenleiterkabeln zum Otr des Kunden kostspielig ist und erwartungsgemäß noch mehr als ein Jahrzehnt in Anspruch nehmen wird. Es ist daher nötig, bereits vorhandene TP-Kupferverkabelungen besser zu nutzen. Es ist anzumerken, dass diese Alternative insbesondere für Telefongesellschaften attraktiv ist, da ihre verfügbare Infrastruktur den Telefongesellschaften einen deutlichen Time-to-Market-Vorteil im Kommunikationsgeschäft mit seinem starken Wettbewerb zur Verfügung stellt.
Es sind gegenwärtig mehrere verschiedene DSL-Versionen verfügbar. Dazu gehören das grundlegende DSL ("Digital Subscriber Line"), HDSL ("High data rate Digital Subscriber Line"), SDSL ("Single line Digital Subscriber Line"), ADSL ("Asymmetric Digital Subscriber Line") und VDSL ("Very high bitrate Digital Subscriber Line").
Das grundlegende DSL stellt eine Datenrate von 160 Kbps gleichzeitig in beide Richtungen über ein einziges verdrilltes Paar von Telefonleitungen über Entfernungen von bis zu ca. 5,486 km [18000 Fuß] zur Verfügung.
HDSL ist eine Weiterentwicklung des grundlegenden DSL und stellt ein verbessertes Verfahren zur Übertragung von T1/E1-Signalen zur Verfügung. T1 wird in erster Linie in Nordamerika und Japan verwendet und erleichtert die gleichzeitige Übertragung von 24 digitalisierten Sprachkanälen. E1 wird im Großteil der restlichen Welt verwendet und unterstützt bis zu 30 gleichzeitige digitalisierte Sprachkanäle.
HDSL verwendet eine fortschrittliche Modulationstechnik zum Erleichtern einer Datenrate von 1,544 Mbps über eine TP-Telefonleitung über eine Strecke von bis zu ca. 3,658 km [12000] Fuß. HDSL erfordert zwei verdrillte Paare von Telefonleitungen, wobei jedes verdrillte Paar mit 768 Kbps arbeitet.
SDSL ist eine Einzelleitungsversion von HDSL. Bei SDSL werden T1/E1-Signale über ein einzelnes verdrilltes Paar übertragen. SDSL ist für Anwendungen wie etwa Server und Power-LANs geeignet, die eine symmetrische Datenkommunikation erfordern, wobei in der Upstream- und Downstream-Richtung gleiche Datenraten zur Verfügung stehen. SDSL ist auch für Dienstleistungen wie private Leitungs- und Rahmenweiterleitung geeignet.
ADSL ist gut geeignet für Video-on-Demand, Home-Shopping, Internetzugang und LAN-Fernzugriff, wobei die Downstream-Datenrate im Vergleich mit der Upstream-Datenrate höher ist. Wie bereits erwähnt, kann die Übertragung von Video, etwa von MPEG-Filmen, Datenraten von mehr als 1,5 Mbps erfordern. Diese hohe Bitrate gibt es jedoch nur in der Downstream-Richtung. Die Upstream-Steuersignale, die von simulierten VCR-Kontrollelementen stammen können, können so wenig wie 16 Kbps erfordern. Es hat sich gezeigt, dass für viele solche Datenkommunikations-Anwendungen ein Verhältnis von Downstream- zu Upstream-Datenraten von 1:10 geeignet ist.
VDSL verwendet ebenso wie ADSL eine asymmetrische Datenkommunikation. VDSL arbeitet jedoch mit viel höheren Datenraten, die dadurch erleichtert werden, dass sie kürzere Übermittlungsstrecken über die TP-Telefonleitungen benötigen. Des weiteren kann eine symmetrische Version von VDSL in Multimedia-Anwendungen verwendet werden, die in beiden Richtungen ähnliche Datenraten benötigen.
Die verschiedenen unterschiedlichen DSL-Typen können unter dem Begriff DSL oder xDSL zusammengefasst werden. DSL verwendet ein fortschrittliches Modulationsverfahren, das als Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) bezeichnet wird, wobei eine Kombination aus Amplituden- und Phasenmodulation verwendet wird, um digitale Informationen für eine Übertragung über verschiedene Medien, einschließlich verdrillte Paare von Kupfertelefonleitungen, zu codieren. Die Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) basiert auf der unterdrückten Träger-Amplitudenmodulation von zwei Quadraturträgern, d.h. zwei Trägern mit einer wechselseitigen Phasenbeziehung von 90°. Die Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) ist eine Erweiterung von Mehrphasenumtastungs-Modulationsverfahren wie etwa der Quadraturphasenumtastung ("Quadrature Phase Shift Keying"; QPSK). Der Hauptunterschied zwischen Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) und Quadraturphasenumtastung (QPSK) ist das Nichtvorhandensein einer konstanten Hüllkurve bei der Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM), verglichen mit dem Vorhandensein einer solchen konstanten Hüllkurve bei Phasenumtastungsmethoden.
Obgleich quadraturamplitudenmodulierte Signale theoretisch jegliche Anzahl von diskreten Digitalsignalpegeln haben dürfen, die von dem physikalischen Medium bewältigt werden, besitzen übliche Implementierungen von QAM-Systemen Konstellationsgrößen, die durch Zweierpotenzen definiert sind, wie etwa QAM-4, QAM-8, QAM-16, QAM-32, QAM-64, QAM-128 und QAM-256, wobei die Zahl angibt, wie viele diskrete digitale Pegel in Verwendung sind.
Es ist daher verständlich, dass die Verwendung der Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) die gleichzeitige Übertragung einer großen Anzahl von Bits pro Symbolintervall von beispielsweise bis zu 8 Bit mit QAM-256 erleichtert und daher wesentlich verbesserte Bitraten zur Verfügung stellt. Eine jede solche gleichzeitige Übertragung von mehreren Bits wird bewerkstelligt, indem die Bits in ein Symbol codiert werden. Natürlich erfordert die Verwendung von Symbolen, die eine höhere Anzahl von Bits enthalten, höhere Störabstände ("signal to noise ratio"; SNR) für eine geeignete Auflösung. Die Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) stellt zwar im Vergleich mit früheren Modulationsverfahren, wie etwa denjenigen, die in ISDN-Modems Anwendung finden; eine wesentliche Erhöhung der Bitrate zur Verfügung, es ist aber dennoch wünschenswert, die durch die Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) zur Verfügung gestellte Bitrate zu optimieren, um eine digitale Kommunikation mit der höchstmöglichen Geschwindigkeit zur Verfügung zu stellen und dabei die gewünschte Qualität der Dienstleistung zu bewahren.
Bei der Implementierung der Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) müssen Parameter wie etwa Symbolrate, Mittenfrequenz und Konstellationsgröße auf eine solche Weise gewählt werden, dass die Datenrate und/oder der Übertragungs-SNR-Spielraum optimiert ist. Die maximale Symbolrate ist einzig durch die Kommunikationsbandbreite des Übertragungsmediums bestimmt. Somit hängt die maximale Symbolrate vom Typ der verwendeten Medien, z.B. verdrilltes Paar von Kupfertelefonleitungen, Koaxialkabel, Lichtwellenleiterkabel, usw., und auch von der Menge des Rauschens, das in der Umgebung des Übertragungsmediums vorhanden ist, ab.
Wie für den Fachmann ersichtlich sein wird, ist die nutzbare Bandbreite eines jeglichen Übertragungsmediums in einem wesentlichen Maße von der Rauschmenge bestimmt, die auf unerwünschte Weise in das Übertragungsmedium eingebracht wird. Beispielsweise bei einem Übertragungsmedium mit einer nominalen Bandbreite von 300 kHz bis 10 MHz kann das unerwünschte Eindringen von Umgebungsrauschen zwischen 8,5 MHz und 10 MHz die nutzbare Bandbreite auf 300 kHz bis 8,5 MHz einschränken.
Die Mittenfrequenz hängt wie die Symbolrate oder auch die Bandbreite vom Übertragungsmedium sowie von der Menge und Art des Umgebungsrauschens ab.
Die gemäß der Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) genutzte Konstellationsgröße hängt von der Bandbreite, der Mittenfrequenz, und dem Störabstand (SNR) ab. Der Störabstand (SNR) hängt sowohl vom Typ des Übertragungsmediums als auch dem Vorhandensein von Umgebungsrauschen ab.
Da die Bitrate von Symbolrate, Mittenfrequenz und Konstellationsgröße abhängt, ist es wünschenswert, Symbolrate, Mittenfrequenz und Konstellationsgröße zu optimieren, um eine digitale Kommunikation mit einer erhöhten Bitrate zur Verwendung in Anwendungen wie DSL zur Verfügung stellen zu können.
Die WO 98/57472 betrifft eine adaptive Bitzuteilung für Mehrfachträger-Kommunikation mit variabler Bandbreite. Die Daten werden auf die Kanäle eines ADSL (Asynchronous Data Subscriber Loop)-Kommunikationssystems gemäß einem adaptiven Algorithmus verteilt, der von Zeit zu Zeit den Störabstand der verschiedenen Kanäle misst und für jeden Kanal einen Spielraum in Abhängigkeit vom Erzielen (falls möglich) einer bestimmten Bitfehlerrate und einer gewünschten Datenübertragungsrate findet. Die Spielraumverteilung wird erreicht durch Vergrößern des Konstellations-Störabstandes, um die Recheneffizienz zu verbessern und eine Neubestimmung von Bitzuteilungstabellen während der Übertragung nach Bedarf zu ermöglichen. Paare von Bitzuteilungstabellen werden am Sender und Empfänger geführt, und eine Tabelle eines jeden Paares am Sender und Empfänger wird aktualisiert, während sich das andere Paar zum Steuern der Kommunikation in Verwendung befindet.
Die EP 0 753 947 betrifft eine Kapazitätszuteilung in einem Mehrfachträgersystem, um eine Anzahl von ein Datensymbol darstellenden Datenelementen einem Satz von Trägern, die für die Übertragung in Mehrfachträger-Anwendungen verwendet werden, zuzuweisen, wobei ein Vollkapazitätsschritt und ein Kapazitätsfeinabstimmungsschritt aufeinanderfolgend ausgeführt werden. Im Vollkapazitätsschritt wird die individuelle Kapazität bzw. die maximale Menge von Datenelementen, die einem Träger zugewiesen werden können, für jeden Träger bestimmt, der Teil des Satzes von Trägern ist. Diese maximale Menge von Datenelementen wird daraufhin jedem Träger derart zugewiesen, dass eine Belegung der vollen Kapazität des Trägers erzielt wird. Im Fall einer Unterkapazität, d.h. falls dem Satz von Trägern mehr Datenelemente zugewiesen werden sollen, wird die Kapazität des Trägers beispielsweise durch Leistungsverstärkung vergrößert, und den Trägern werden zusätzliche Datenelemente gemäß einer vorgegebenen Regel zugewiesen. Im Fall einer Überkapazität hingegen werden dem Satz von Trägern vorausgehend zugewiesene Datenbits gemäß einer weiteren vorgegebenen Regel aus einigen Trägern entfernt.
Die WO 97/37 454 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Spektrumsverwaltung in einem Mehrpunkt-Kommunikationssystem, das die Nutzung des Upstreamkanals für Sekundärstationen, welche Informationen an eine Primärstation übertragen, und die Nutzung des Downstreamkanals für Sekundärstationen, welche Informationen von einer Primärstation empfangen, steuert. Die bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung weist eine Prozessoranordnung mit einem Master-Controller und einer Mehrzahl von Prozessoren auf, wobei die Prozessoranordnung mit einer Kanalschnittstelle verbunden ist. Die Vorrichtung und das Verfahren steuert den Kanalbelegungsausgleich, die Kanalüberfüllung, und die Kanalzuweisung in einem Mehrpunkt-Kommunikationssystem, und steuert die Upstreamkanäle unabhängig von den Downstreamkanälen. Die Faktoren und Parameter, die bei einer solchen Kanalsteuerung und -zuweisung angewendet werden, umfassen Fehlerparameter, Kanalrauschparameter, Sende- und Empfangs-Belegungsfaktoren, und Überfüllungsparameter.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen xDSL-Transceiver und ein Verfahren zum Verbessern einer Bitrate und/oder eines Spielraumes zu schaffen, welche eine digitale Kommunikation mit einer verbesserten Bitrate zur Verwendung in Anwendungen wie etwa DSL zur Verfügung stellen.
Diese Aufgabe wird durch einen xDSL-Transceiver gemäß Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbessern der Bitrate und/oder des Spielraums, mit dem eine quadraturamplitudenmodulierte (QAM) Kommunikation durchgeführt wird. Eine Bandbreitensteuerung, eine Mittenfrequenzsteuerung und eine Konstellationsgrößensteuerung wirken dabei zusammen, um den Spektralbereich und die Konstellationsgröße zu variieren, mit denen die Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) durchgeführt wird. Die Bandbreitensteuerung, die Mittenfrequenzsteuerung, und die Konstellationsgrößensteuerung können entweder spezialisierte Schaltungen oder Software-Implementierungen sein.
Die Bandbreite wird durch Variieren der Stopfrequenz variiert, während eine im wesentlichen konstante Startfrequenz entweder variiert oder beibehalten wird. Die Verwendung einer konstanten Startfrequenz minimiert den hochfrequenten Inhalt der Bandbreite, der zunehmenden Pegeln von Kanalrauschen und Verzerrung ausgesetzt ist. Auf diese Weise wird eine Kombination aus Spektralanordnung und Konstellationsgröße definiert, bei der die Bitrate tendenziell optimiert ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Bandbreite durch Variieren der Start- und Stopfrequenz in diskreten Schritten variiert. Als Alternative kann die Bandbreite durch Wobbeln der Start- und Stopfrequenz auf eine im wesentlichen kontinuierliche Weise variiert werden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Mehrzahl von verschiedenen Konstellationsgrößen verwendet, um eine maximale Konstellationsgröße zu bestimmen, bei der eine Kommunikation stattfinden kann, ohne eine vorgegebene Bitfehlerrate ("Bit Error Rate"; BER) zu übersteigen, und dabei einen gewünschten Spielraum zur Verfügung zu stellen.
Die Konstellationsgröße wird auf geeignete Weise variiert, während eine im wesentlichen konstante Bandbreite beibehalten wird. Dieser Prozeß kann je nach Bedarf für eine Mehrzahl von verschiedenen Bandbreiten wiederholt werden. Als Alternative kann die Bandbreite variiert werden, während eine konstante Konstellationsgröße beibehalten wird, und dieser Schritt kann für eine Mehrzahl von verschiedenen Konstellationsgrößen wiederholt werden.
Diese wie auch weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung. Verständlicherweise können innerhalb des Schutzbereiches der Ansprüche Änderungen an dem konkret gezeigten und beschriebenen Aufbau vorgenommen werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines derzeitigen DSL-Transceivers gemäß dem Stand der Technik;
2 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften DSL-Transceivers mit variabler Spektrumszuteilung und Konstellationsgröße gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Ablaufdiagramm, welches das Verfahren zum Liefern einer Optimierung der Rate und/oder des Spielraums gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 ist ein Diagramm, welches das Upstream-Frequenzspektrum und das Downstream-Frequenzspektrum mit variabler Bandbreite gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist eine Liste, welche beispielhafte Symbolraten, Störabstände (SNRs), potentielle Konstellationen und potentielle Bitraten in Verbindung mit einem Beispiel für die Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 ist ein Blockdiagramm, welches VDSL-VOC und Software für die ratenadaptive Initialisierung zeigt;
7 ist ein Ablaufdiagramm, welches VTU-O-Initialisierung und die Adaptations-Zustandsmaschine zeigt;
8 ist ein Ablaufdiagramm, welches VTU-R-Initialisierung und die Ratenadaptations-Zustandsmaschine zeigt;
9 ist ein Ablaufdiagramm, welches VTU-O VOC-Handshaking zeigt;
10 ist ein Ablaufdiagramm, welches VTR-R VOC-Handshaking zeigt;
11 ist ein Beispiel für einen VOC-Handshake für einen erfolgreich übertragenen Befehl;
12 ist ein Beispiel für einen VOC-Handshake für einen trotz des Vorliegens eines Übertragungsfehlers erfolgreich übertragenen Befehl;
13 ist eine Tabelle des VTU-R VOC Echo Opcode (Operationscode) und von Daten für verschiedene empfangene VOC-Befehle;
14 ist eine Ablaufdiagramm, welches die Verarbeitung des VTU-O Level 2-Algorithmus während Zustand S2 zeigt;
15 ist eine Tabelle der adaptiven Übertragungsparameter;
16 ist eine Tabelle der Upstream-Symbolraten und Mittenfrequenzen, die dem U_NOM VOC-Befehl entsprechen;
17 ist eine Tabelle der Downstream-Symbolraten und Mittenfrequenzen, die dem D_NOM VOC-Befehl entsprechen;
18 ist ein Ablaufdiagramm, welches die Verarbeitung des VTU-R Level 2-Algorithmus während Zustand S2 zeigt;
19 ist ein Ablaufdiagramm, welches den VTU-O Level 3-Algorithmus zeigt;
20 ist eine Tabelle der Upstream-Konstellationswerte bei Bestimmung aus Upstream-Störabstand (SNR) und Upstream-Spielraum;
21 ist eine Tabelle der Downstream-Konstellationswerte bei Bestimmung aus Downstream-Störabstand (SNR) und Downstream-Spielraum;
22 ist ein Ablaufdiagramm, welches den VTU-R Level 3-Algorithmus zeigt;
23 ist eine Tabelle, welche die IDLE- und UTC-Nachrichten zeigt;
24 ist eine Tabelle der Leistungsüberwachungs- und Steuerungs-VOC-Nachrichten; und
25 ist eine Tabelle der zum Triggern der PMD-Parameteränderungen verwendeten Nachrichten.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Während die vorliegende Erfindung verschiedenen Modifikationen und alternativen Konstruktionen zugänglich ist, wird vorliegend eine beispielhafte Ausführungsform gemäß der Darstellung in der Zeichnung ausführlich beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass hierdurch keine Beschränkung der Erfindung auf die besonderen, offengelegten Formen beabsichtigt ist.
Das Verfahren und die Vorrichtung zum Liefern einer Ratenadaptation für DSL-Transceiver der vorliegenden Erfindung ist in den 2-25 veranschaulicht, die eine besondere, beispielhafte Ausführungsform davon veranschaulichen. 1 stellt einen derzeitigen DSL-Transceiver dar.
Unter Bezugnahme auf 1 weist ein derzeitiger DSL-Transceiver einen Scrambler 11 auf, der einen eintreffenden digitalen Datenstream so vermischt, dass die Übertragung langer Ströme von Nullen oder Einsen vermieden wird, welche dazu tendieren, eine Synchronisierung zu erschweren. Die Verwendung eines Scramblers 11 kann in einigen Fällen den nachfolgenden Codierungsvorgang effizienter machen.
Ein Codierer 12 wendet eine optionale Vorwärtsfehlerkorrektur ("Forward Error Correction"; FEC) an und setzt die resultierenden Daten in QAM-Symbole um. Der Modulator 13 stellt diese Symbole in einer für die Übertragung durch den Kanal geeigneten Form unter Verwendung einer Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) mit einer festen Bandbreite, Mittenfrequenz, und Konstellationsgröße dar. Beispielsweise kann der Codierer 12 eine 256-Punkt-Konstellation anwenden, um jedes Symbol mit 8 Datenbits zu codieren (obgleich die Verwendung von Trellis- und/oder Reed-Solomon-FEC-Codierung die tatsächliche durchschnittliche Anzahl von Nutzinformation-Datenbits, die in jedes Symbol codiert werden, verringern kann, da Redundanzbits hinzugefügt sind, welche die Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) erleichtern). Der Modulator 13 gibt Stichproben der modulierten Wellenform an den D/A-Wandler (DAC) 16 aus, der gegebenenfalls eine Impulsformungsfunktion enthält, um sicherzustellen, dass die von ihm ausgegebenen Impulse gut definiert sind.
Der Analogsignal-Ausgang vom DAC 16 wird an das Sendefilter 17 geliefert, das typischerweise ein Tiefpassfilter (z.B. Butterworth 3. Ordnung) aufweist, welches vom DAC 16 erzeugte, unerwünschte Hochfrequenzkomponenten entfernt. Auf diese Weise verringert das Sendefilter 17 unerwünschte Außerbandenergien.
Eine Gabelschaltung 21 erleichtert die Vollduplex-Kommunikation über die TP-Telefonleitung 23. Falls der Transceiver gerade sendet, unterdrückt die Gabelschaltung 21 die unerwünschte Einführung der gesendeten Kommunikationssignale zurück in das Empfangsfilter 25 des Transceivers, während sie die Übertragung der Kommunikationssignale an die TP-Telefonschleife 23 zulässt. Falls der Transceiver gerade ein Kommunikationssignal empfängt, legt die Gabelschaltung 21 das Kommunikationssignal an das Empfangsfilter 25. Somit ist die Gabelschaltung 21 in der Lage, den Downstreamkanal vom Upstreamkanal zu trennen, und die auf jedem Kanal vorhandene Information jeweils an ihren Bestimmungsort zu legen. Das Empfangsfilter 25 ist typischerweise ein Butterworth-Tiefpassfilter 3. Ordnung. Das Empfangsfilter mildert das unerwünschte Vorhandensein von Außerbandrauschen auf eine Weise ab, die der in Verbindung mit dem Sendefilter 17 beschriebenen ähnlich ist.
Der A/D-Wandler (ADC) 27 wandelt das empfangene Analogsignal für die weitere Verarbeitung in eine digitale Form. Typischerweise ist eine Vorverstärkung erforderlich, um das Empfangssignal auf den vom A/D-Wandler 27 benötigten Pegel zu bringen. Der A/D-Wandler 27 kann mit der Zeitlagen-Rückgewinnungsschaltung 29 synchronisiert sein, was eine Synchronisierung der beiden kommunizierenden Transceiver erleichtert. Eine zurückgewonnene Zeitlage wird auch auf den Demodulator 30 angewendet, der die modulierte Wellenform zurück in (verrauschte und verzerrte) QAM-Symbole wandelt.
Codierte Symbole, die vom Codierer 12 an den Modulator 13 gerichtet werden, werden auch an einen Echokompensator 19 geliefert, der ein durch das Übertragungsmedium charakterisiertes Echosignal erzeugt. Der Echokompensator 19 ist so aufgebaut, dass er den Echopfad nachahmt, der normalerweise zwischen zwei bidirektional kommunizierenden Transceivern vorzufinden ist, und normalerweise dadurch charakterisiert ist, dass er das Sendefilter, die Gabelschaltung, das Empfangsfilter und den A/D-Wandler sowie das Übertragungsmedium beinhaltet. Die Abtast rate des Codierers 12 ist mit dem digitalen Abtastzeitgeber 27 synchronisiert, so dass eine stabile Echopfad-Transferfunktion beibehalten wird.
Ein Summierer 31 erleichtert das Entfernen eines wesentlichen Teils des tatsächlichen Echos aus dem Ausgang des Demodulators 30 durch Subtrahieren des erzeugten Echosignalausgangs des Echokompensators 19 vom Empfangssignal. Wie für den Fachmann ersichtlich sein dürfte, resultieren Echos aus Impedanz-Fehlanpassungen wie etwa solchen, die durch überbrückte Tabs hervorgerufen werden, wie sie im öffentlichen Telefonnetz (PSTN) üblich sind.
Nachdem das Empfangssignal durch den A/D-Wandler 27 digitalisiert, durch den Demodulator 30 in das Grundband verschoben (demoduliert), und ein wesentlicher Teil seiner Echokomponente durch den Summierer 31 in Kombination mit dem Echokompensator entfernt wurde, wird das Empfangssignal gefiltert und vom Rückmeldungs-Equalizer 33 entzerrt. Die entzerrte QAM-Symbolsequenz wird durch einen Decodierer 37 zurück in eine Darstellung des ursprünglichen verscrambelten Informations-Bitstroms gewandelt. Der Descrambler 39 kehrt den durch den Scrambler 11 zur Verfügung gestellten Verscrambelungsprozeß wieder um, wodurch der ursprüngliche Datenstrom rekonstruiert wird.
Gemäß diesem Beispiel eines modernen DSL-Transceivers sind Symbolrate, Übertragungs-Mittenfrequenz und Konstellationsgröße jeweils vordefiniert und in die Betriebsparameter eines gegebenen Transceivers "eingebaut", der für eine bestimmte Kommunikationsanwendung optimiert ist. Bei dem herkömmlichen Modell, wie es sich beispielhaft durch den Stand der Technik darstellt, wird kein Versuch unternommen, die Symbolrate, die Mittenfrequenz und die Konstellationsgröße für eine effizientere Bandbreitennutzung oder eine Bitratenverbesserung zu optimieren.
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Transceiverschaltung, die für die Durchführung der Grundgedanken der vorliegenden Erfindung geeignet ist, in Form eines vereinfachten Blockdiagramms veranschaulicht. In der Figur sind Funktionsblöcke, die denjenigen der beispielhaften Ausführungsform des Standes der Technik von 1 ähnlich sind, durch gleiche Bezugszeichen identifiziert. Bei dem beispielhaften Transceiver, und gemäß der vorliegenden Erfindung, werden die Symbolrate, die Mittenfrequenz und die Konstellationsgröße von übertragenen Informationssignalen derart optimiert, dass die digitale Kommuni kation mit einer verbesserten Bitrate und/oder einem verbesserten Rauschabstand vorgenommen wird. Die Symbolrate, die zu der Bandbreite, über die hinweg die Kommunikation stattfindet, äquivalent ist, und die Kommunikationsspektrum-Mittenfrequenz werden durch eine Übertragungsspektrum-Steuerschaltung 15, die mit dem Codierer 12 und dem Modulator 13 verbunden ist, und eine Empfangsspektrum-Steuerschaltung 34, die mit dem Demodulator 30 und dem Decodierer 37 verbunden ist, gesteuert. Die Übertragungsspektrum-Steuerung 15 steuert während der Codier- und Moduliervorgänge die Symbolrate, die vom Codierer 12 verwendet wird, und die Mittenfrequenz, die vom Modulator 13 verwendet wird. Auf ähnliche Weise steuert die Empfangsspektrum-Steuerung 34 die Symbolrate, die vom Decodierer 37 verwendet wird, und die Mittenfrequenz, die vom Demodulator 30 verwendet wird.
Die Übertragungskonstellationsgrößen-Steuerschaltung 14, die mit dem Codierer 12 verbunden ist, erleichtert das Variieren der vom Codierer 12 verwendeten Konstellationsgröße von Werten im Bereich von etwa einer Konstellationsgröße von 2 zu etwa einer Konstellationsgröße von 256. Die Empfangskonstellationsgrößen-Steuerschaltung 36, die mit dem Decodierer 37 verbunden ist, erleichtert das Variieren der vom Decodierer 37 verwendeten Konstellationsgröße auf einen ähnlichen Konstellationsgrößenbereich von zwischen 2 und 256. Dichtere Konstellationen (mit Werten von mehr als 256) können unter Verwendung der nachstehend beschriebenen Vorgehensweisen ebenfalls unterstützt werden, wie auch Konstellationen mit Werten, die nicht gleich einer Zweierpotenz sind (d.h. Bruchzahl-Bitkonstellationen).
Wie nachstehend ausführlich beschrieben wird, werden Verfahren zum Bestimmen effizienter Kombinationen der Spektrumszuteilung und der Konstellationsgröße definiert, die eine Kommunikation mit einer verbesserten Bitrate und/oder einem verbesserten Spielraum zur Verfügung stellen. "Spektrumszuteilung" bezeichnet den Frequenzbereich, über den ein Sendesignal einen nennenswerten Energiebetrag besitzt. Die Spektrumszuteilung wird durch gleichzeitiges Variieren der Mittenfrequenz und der Symbolrate variiert. Somit stellt die Erfindung ein Verfahren zum dynamischen Optimieren der Symbolrate, der Mittenfrequenz und der Konstellationsgröße zur Verfügung, um eine digitale Kommunikation mit einer verbesserten Bitrate und/oder einem verbesserten Spielraum zur Verwendung in Anwendungen wie etwa VDSL ("Very high bitrate Digital Subscriber Line") zur Verfügung zu stellen.
Unter Bezugnahme auf 3 veranschaulicht ein vereinfachtes Ablaufdiagramm ein beispielhaftes Verfahren zum Durchführen einer Bitraten- und/oder Fehlerspielraum-Optimierung zur Verwendung in bidirektionalen Kommunikationssystemen im allgemeinen und DSL (Digital Subscriber Line)-Transceivern im besonderen. Kurz gesagt beinhaltet das veranschaulichte Verfahren eine "Bewertung" bestimmter gewählter Kanalcharakteristiken wie etwa Störabstand (SNR) oder Bitfehlerrate (BER) im Hinblick auf gesteuerte Änderungen der Übertragungssignalparameter-Metrik, wie etwa Konstellationsgröße, Spektrumszuteilung, und dergleichen. Wie unter 71 in 3 gezeigt ist, beinhaltet das beispielhafte Verfahren das Messen eines Kanal-Störabstands (SNR) für jede einer Anzahl von Spektrumszuteilungen, die Verwendung eines Modulationsverfahrens wie QPSK, was das Bewirken einer erfolgreichen Kommunikation erwarten lässt. Der Kanal-SNR wird gemessen, indem ein Transceiver eine Kommunikation mit einem anderen über den betreffenden Kanal initiiert und den Kanal mit Signalen bewertet, die man als Lern- bzw. Trainingssignale bezeichnen könnte. Trainingssignale würden notwendigerweise Informationen enthalten, die ausreichend sind, um dem initiierenden Transceiver eine Bewertung des zurückkehrenden Bitstroms für Rauschabstand und BER zu ermöglichen.
Die potentielle Konstellationsgröße für jede Spektrumszuteilung wird als nächstes berechnet, wie unter 72 gezeigt ist. Potentielle Konstellationsgrößen basieren auf einer gewünschten Gesamt-Sollbitrate, einer Rauschabstandschwellwert-Gütezahl, und dem gemessenen Störabstand (SNR) für jede Spektrumszuteilung. Diese Berechnung 72 geht folgendermaßen vonstatten. Zuerst wird eine Konstellationsgröße aus einer Vielzahl von Konstellationsgrößen durch ein Tabellensuchverfahren ausgewählt, basierend auf gemessenem SNR und gewünschtem minimalem Spielraum, wie nachstehend ausführlicher beschrieben ist. Als nächstes wird die Bitrate berechnet, die sich ergeben würde, wenn diese Konstellation in Kombination mit der entsprechenden Spektrumszuteilung verwendet würde, und das berechnete Ergebnis mit der gewünschten Gesamt-Sollbitrate verglichen. Aus der Berechnung der resultierenden Bitrate sind drei Schlussfolgerungen ersichtlich.
Im ersten Fall ist die berechnete Bitrate weniger als oder gleich der gewünschten Gesamt-Sollbitrate. In diesem Fall ist die potentielle Konstellation für die vorliegende Spektrumszuteilung als die in der Tabellensuche gewählte Konstellation identifiziert.
Der zweite bzw. der dritte Fall tritt ein, wenn die berechnete Bitrate über der gewünschten Soll-Bitrate liegt. Im zweiten Fall erzeugen eine oder mehr Konstellationsgrößen, die kleiner als die gewählte Konstellation sind, Bitraten, die zwar kleiner als die zuerst berechnete Tabellensuche-Bitrate sind, aber immer noch gleich groß oder größer als die gewünschte Sollrate sind. In diesem Fall ist die potentielle Konstellation als die kleinste dieser reduzierten Konstellationen identifiziert, so dass bei Aufrechterhaltung der Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) Nutzinformations-Prozentzahl auf ihrem gegenwärtigen Nominalwert die entsprechende Bitrate entweder gleich der Gesamt-Sollbitrate ist oder sie um den geringstmöglichen Betrag übersteigt.
Im dritten Fall schließlich liefert keine Konstellationsgröße, die kleiner als die anfänglich durch die Tabellensuche gewählte ist, eine Bitrate, welche die gewünschte Gesamt-Sollbitrate enger annähert. In diesem Fall ist die Tabellensuche-Konstellation standardmäßig als die potentielle Konstellationsgröße für die vorliegende Spektrumszuteilung definiert.
Nach dem Identifizieren der potentiellen Konstellationsgröße 72 wird dann eine potentielle Bitrate basierend auf der Symbolrate und der potentiellen Konstellationsgröße für jede Spektrumszuteilung berechnet, wie unter 73 angegeben ist. Die zum Durchführen der Berechnung verwendete Formel ist: Potentielle Bitrate = (Symbolrate) (FEC-Nutzinformation-Prozentzahl) log₂ (Potentielle Konstellationsgröße). Falls diese Berechnung zu einer Bitrate führt, welche die Gesamtsollrate übersteigt, wird die potentielle Bitrate als gleich der Soll-Bitrate aufgezeichnet, und gegebenenfalls die FEC-Nutzinformation-Prozentzahl verringert, so dass die unter 73 berechnete Rate tatsächlich gleich der Sollrate wäre.
Die Berechnung der potentiellen Bitrate auf diese Weise für jede Spektrumszuteilung kann in manchen Fällen mehr als eine potentielle Bitrate ergeben, die einen maximalen Wert über den Satz von Spektrumszuteilungen aufweist. Wenn die maximale potentielle Bitrate eindeutig ist, wie unter 74 angegeben, wird diejenige Spektrumszuteilung mit der höchsten potentiellen Bitrate gewählt (77).
Wenn mehr als eine Spektrumszuteilung die maximale potentielle Bitrate erbringt, wird eine von diesen, wie unter 76 angegeben ist, aus den Spektrumszuteilungen mit der gleichen höchsten potentiellen Bitrate ausgewählt. Bevorzugt wird diejenige Spektrumszuteilung ausgewählt, die entweder den höchsten Störabstand (SNR)- Spielraum oder die niedrigste Bitfehlerrate (BER) zur Verfügung stellt. Es kann nach Belieben eines der beiden Kriterien, d.h. der höchste Störabstand (SNR)-Spielraum oder die niedrigste Bitfehlerrate (BER) verwendet werden. Die Kommunikation kann dann, wie unter 78 angegeben ist, unter Verwendung der ausgewählten Spektrumszuteilung bei der hierfür errechneten potentiellen Konstellationsgröße weitergeführt werden.
Daraufhin wird die Bitfehlerrate (BER) berechnet 79. Dies kann unter Verwendung von FEC-Empfängerverarbeitung oder durch die Verwendung von bekannten, im Bitstrom eingebetteten Bitfolgen geschehen. Wie unter 81 angegeben ist, wenn die Bitfehlerrate (BER) weniger als ein vorgegebener Schwellwert ist, wird die Steady-State-Datenkommunikation 82 unter Verwendung der ausgewählten Spektrumszuteilung und der entsprechenden potentiellen Konstellationsgröße begonnen.
Damit ist die Optimierung durchgeführt. Die Optimierung der Spektrumszuteilung gemäß diesem Verfahren optimiert die Modus-Symbolrate und die Mittenfrequenz. Diese Optimierung der Spektrumszuteilung und der Konstellationsgröße kann für jegliche gewünschte Zeitdauer verwendet werden. Die Optimierung kann daher beliebig für den gesamten Betrag von zu übermittelnden Daten entweder nur einmal durchgeführt werden, oder als Alternative periodisch wiederholt werden.
Falls 81 die Bitfehlerrate (BER) größer als oder gleich dem vorgegebenen Schwellwert ist, wird die potentielle Konstellationsgröße für die vorliegende Spektrumszuteilung verringert 83, und eine neue potentielle Bitrate für die vorliegende Spektrumszuteilung , die der neuen, verringerten Konstellationsgröße entspricht, wird berechnet 84. Diese neue potentielle Bitrate für die vorliegende Spektrumszuteilung ersetzt die vorausgehend dieser Spektrumszuteilung zugeordnete und verwendet die für Schritt 73 beschriebene Formel. Die Verarbeitung geht dann gemäß der vorstehenden Beschreibung am Block 74 weiter.
Dieser Prozeß wird nachstehend ausführlicher erörtert, wobei ein konkretes Beispiel für den Optimierungsprozeß gegeben wird. Dem Fachmann wird klar sein, dass der somit für 3 beschriebene Algorithmus die gelieferte Bitrate unter den gegebenen Randbedingungen des minimalen SNR-Spielraums und der maximalen BER für Kanäle, welche die Gesamt-Sollbitrate nicht erreichen können, maximiert. Für Kanäle, welche die Gesamt-Sollbitrate erreichen können, liefert der Algorithmus die Gesamt-Sollbitrate auf eine Weise, welche den Spielraum maximiert oder die BER minimiert. Dem Fachmann wird des weiteren klar sein, dass der Algorithmus dazu verwendet werden kann, die maximale mögliche Bitrate (unter den gegebenen Randbedingungen von Spielraum und BER) ohne weitere Einschränkung zu liefern, indem einfach die Gesamt-Sollbitrate auf einen unerreichbar hohen Wert gesetzt wird.
Unter Bezugnahme auf 4 und 5 wird ein konkretes Beispiel für das Verfahren, mit dem Symbolrate, Mittenfrequenz und Konstellationsgröße optimiert werden, so dass bei einer digitalen Kommunikation wie etwa bei VDSL verbesserte Bitraten und/oder ein verbesserter Spielraum zur Verfügung gestellt werden, ausführlicher erörtert.
Obgleich sich dieses Beispiel auf VDSL bezieht, ist dies nur veranschaulichend und nicht einschränkend gedacht. Dem Fachmann wird klar sein, dass die vorliegende Erfindung auf andere DSL-Typen anwendbar ist und auch dazu verwendet werden kann, die Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) in einer Vielfalt unterschiedlicher Anwendungen zu optimieren.
Mit besonderer Bezugnahme auf 4 wird zuerst ein Frequenzspektrum mit einer vorgegebenen Bandbreite definiert, in der eine Kommunikation zwischen zwei Transceivern durchgeführt werden soll. Das Frequenzspektrum beinhaltet einen Beginn (FSstart) an seinem niedrigeren Frequenzende und ein Ende (FSstop) an seinem höheren Frequenzende. Das Frequenzspektrum ist typischerweise durch die Telefongesellschaft begrenzt, die oftmals die gesamte Kommunikationsbandbreite bestimmt, die sie für die DSL-Dienstleistung zur Verfügung stellt.
Zwei Kanäle, ein Upstreamkanal 51 und ein Downstreamkanal 52, sind innerhalb des Frequenzspektrums begrenzt. Der Upstreamkanal 51 erleichtert die Kommunikation vom Teilnehmer zum Netz, während der Downstreamkanal 52 die Kommunikation vom Netz zum Teilnehmer erleichtert. Gemäß der veranschaulichten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Upstreamkanal 51 so definiert, dass er einen untersten Abschnitt des Frequenzspektrums einnimmt, und der Downstreamkanal 52 ist an den Upstreamkanal 51 angrenzend so definiert, dass er einen im Vergleich niedrigen Frequenzabschnitt des verbleibenden Frequenzspektrums einnimmt. Bevorzugt ist zwischen dem Upstreamkanal 51 und dem Downstreamkanal 52 ein Schutzband 53 vorgesehen, um das unerwünschte Auftreten von Nebensprechen zwischen ihnen zu mildern.
Somit ist gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Upstreamkanal 51 so definiert, dass er einen niedrigeren Frequenzabschnitt des Spektrums einnimmt als der Downstreamkanal 52. Dies lässt Raum für eine Erweiterung des Downstreamkanals 52, um den Betrieb des Downstreamkanals 52 mit einer im Vergleich zum Upstreamkanal 51 verbesserten Datenrate zu erleichtern.
Bei einigen Anwendungen sind die Bandbreitenerfordernisse des Downstreamkanals 52 bei weitem größer als die Bandbreitenerfordernisse des Upstreamkanals 51. Dies ist von besonderer Bedeutung bei einem asymmetrischen Kommunikationssystem wie VDSL, wobei der Downstreamkanal oftmals MPEG-Filme wie die von Pay-per-View enthält. Im Gegensatz dazu braucht der Upstreamkanal bei solchen Anwendungen nur die Übertragung von Steuersignalen zu erleichtern, wie etwa denjenigen, die dazu verwendet werden, die Funktionalität eines Videokassettenrecorders (VCR), z.B. Wiedergabe, schneller Vorlauf, schneller Rücklauf, Stop, Pause usw. zu simulieren.
Für den Fachmann ist jedoch ersichtlich, dass der Upstreamkanal alternativ so definiert sein kann, dass er, falls gewünscht, einen höheren Frequenzabschnitt des Frequenzspektrums einnehmen kann als der Downstreamkanal.
Eine Kommunikation wird zuerst zwischen zwei DSL-Transceivern der vorliegenden Erfindung (wie dem in 2 gezeigten DSL-Transceiver) unter Verwendung von Default-Parametern hergestellt, die eine zuverlässige Kommunikation zwischen ihnen sicherstellen. Die zwei DSL-Transceiver können gegebenenfalls als Haupteinheit (Master) und Untereinheit (Slave) vordefiniert werden, um Konkurrenzprobleme während der Initialisierung zu vermeiden. Bei vielen Anwendungen ist diese Unterscheidung jedoch nicht wichtig, so dass die Definitionen willkürlich sein können. Die Notwendigkeit, Haupt- und Unter-DSL-Transceiver vorzudefinieren, kann über die Verwendung entweder von standardmäßigen oder speziell erstellten Konkurrenzalgorithmen beseitigt werden.
Die Default-Parameter beinhalten die obenstehend erwähnte Positionierung des Upstreamkanals 51 und des Downstreamkanals 52 innerhalb des Frequenzspekt rums, die Verwendung einer kleinen Konstellationsgröße (wie etwa der von QPSK zur Verfügung gestellten), und die Verwendung einer vergleichsweise kleinen Bandbreite (und folglich einer niedrigen Symbolrate).
Es ist anzumerken, dass eine solche Verwendung von Niedrigfrequenz-Kanalzuteilungen als Default-Parameter dazu tendiert, die Probleme abzumildern, die für gewöhnlich mit überbrückten Tabs verbunden sind, da die durch überbrückte Tabs verursachten Absenkungen im Frequenzspektrum tiefer und daher schädlicher sind, wenn sie bei höheren Frequenzen auftreten. Zusätzlich tendieren niedrigfrequente Default-Spektrumszuteilungen auch dazu, Default-Kanal-SNR zu verstärken, da sich ein TP-Kanalverlust mit einer zunehmenden Frequenz vergrößert.
Während der Default-Initialisierung beginnt der Haupt-Transceiver auf dem Downstreamkanal 52 zu übertragen und fährt fort zu übertragen, bis die Untereinheit eine Synchronisierung erzielt, und eine Rückmeldung der Synchronisierung auf dem Upstreamkanal 51 von der Untereinheit an die Haupteinheit übertragen wird.
Gemäß der veranschaulichten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind Bandbreite und Mittenfrequenz des Upstreamkanals 51 festgelegt, d.h. der Upstreamkanal verwendet eine einzige feste Spektrumszuteilung. Der Downstreamkanal 52 ist jedoch nur in der Startfrequenz (FSTART1-9) festgelegt, so dass die Mittenfrequenz und die Endfrequenz (Fstop) während der Optimierung variieren können. Es werden daher auf dem Downstreamkanal mehrere Spektrumszuteilungen in Betracht gezogen, und eine Bestimmung der optimalen Symbolrate, Mittenfrequenz und Konstellationsgröße wird vorgenommen.
Kurz gesagt wird die Optimierung durch Variieren der Spektrumszuteilung, d.h. der Symbolrate und Mittenfrequenz des Downstreamkanal 52, sowie Messen eines Störabstands (SNR) für jede verschiedene Spektrumszuteilung des Downstreamkanals vorgenommen (Schritt 71 von 3). Eine potentielle Konstellationsgröße für jede verschiedene Bandbreite wird berechnet unter Verwendung des gemessenen Störabstands (SNR), des gewünschten minimalen SNR-Spielraums, und der Gesamt-Sollbitrate (Schritt 72 von 3). Eine potentielle Bitrate wird dann aus der FEC-Nutzinformation-Prozentzahl und der Symbolrate und der potentiellen Konstellationsgröße für jede Spektrumszuteilung berechnet (Schritt 73 von 3). Die Spektrumszuteilung, welche die höchste tatsächliche Bitrate bis zur Gesamt- Sollbitrate, bzw. den höchsten Störabstand (SNR)-Spielraum oder die niedrigste Bitfehlerrate (BER) von allen Spektrumszuteilungen, deren potentielle Raten gleich oder größer als die Gesamt-Sollbitrate sind, zur Verfügung stellt, wird dann wiederholt gewählt (Schritt 74, 76 und 77 von 3), und die potentielle Konstellationsgröße für diese Spektrumszuteilung wird in einem iterativen Vorgang bestimmt (Schritte 78, 79, 81, 83, und 84 von 3), um Datenübertragungsrate, Störabstand (SNR)-Spielraum und/oder Bitfehlerrate (BER) zu optimieren, wie nachstehend weiter veranschaulicht wird.
Insbesondere wird der Optimierungsprozeß durch Kommunizieren über den Downstreamkanal 52 durchgeführt (der Inhalt der kommunizierten Nachricht ist nicht relevant), während die Spektrumszuteilung des Downstreamkanals 52 variiert wird, und während eine konstante Konstellationsgröße beibehalten wird (Schritt 71 von 3). Gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in der Spektrumszuteilung in 4 veranschaulicht ist, sind die resultierenden Spektrumszuteilungen S1 (Initial- oder Default-Zuteilung), S2, S3, S4 und S9. Gemäß diesem Beispiel gibt es tatsächlich 9 separate Spektrumszuteilungen, wobei die Spektrumszuteilungen S5, S6, S7 und S8 in 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurden. Für den Fachmann wird jedoch ersichtlich sein, dass auch andere Frequenzschritte und/oder Anzahlen verschiedener Spektrumszuteilungen ebenfalls geeignet sind. Tatsächlich können Symbolrate und Mittenfrequenz als Alternative gewobbelt werden, so dass die Spektrumszuteilung kontinuierlich variiert.
Beim Definieren der Downstream-Spektrumszuteilung wird die Startfrequenz FSTARTI-9 beibehalten, und die Endfrequenz wird variiert, um den Hochfrequenzinhalt des Downstreamkanals zu minimieren. Das Minimieren des Hochfrequenzinhalts des Kanals tendiert dazu, den Empfangs-SNR zu verstärken und die oben erwähnten Probleme in Verbindung mit überbrückten Tabs abzumildern. Das Variieren der Spektrumszuteilung auf diese Weise variiert gleichzeitig die Symbolrate und Mittenfrequenz des Downstreamkanals, so dass die Optimierung für die Mittenfrequenz sowie für die Symbolrate oder Bandbreite durchgeführt wird.
Die zu diesem Zeitpunkt verwendete Konstellationsgröße ist diejenige einer Konstellation, die zuverlässig bei allen verwendeten Spektrumszuteilung übertragen werden kann. Bevorzugt wird QPSK (QAM-4) verwendet. Für den Fachmann ist jedoch ersichtlich, dass verschiedene andere unterschiedliche Modulationsverfahren und/oder Konstellationsgrößen ebenfalls geeignet sind.
Insbesondere unter Bezugnahme auf 5 wird die potentielle Bitrate für jede der verwendeten diskreten Spektrumszuteilungen (S1 bis S9) bestimmt, um eine Tabellierung dafür zu bilden (Schritt 73 von 3). Falls die Spektrumszuteilung nicht diskret abgestuft, sondern gewobbelt wäre, würde anstelle der Tabellierung von 5 eine entsprechende Kurve von potentiellen Bitraten generiert. Die potentielle Bitrate wird berechnet durch Multiplizieren der Symbolrate mit dem Logarithmus zur Basis 2 der für diese Spektrumszuteilung berechneten potentiellen Konstellationsgröße, und weiterhin durch Multiplizieren mit der FEC-Nutzinformation-Prozentzahl (die aus Gründen der Einfachheit bei diesem Beispiel als 1 angenommen wird). Wie vorausgehend für Schritt 72 von 3 beschrieben wurde, unterstützt die Berechnung der potentiellen Konstellationsgröße für jede Spektrumszuteilung das Algorithmusziel einer Maximierung der Bitrate für Kanäle, welche die Gesamt-Sollbitrate (in diesem Beispiel 25,92 Mbps) nicht erreichen können, und eines Lieferns der Soll-Bitrate auf eine Weise, welche den Spielraum maximiert oder BER für diejenigen Kanäle minimiert, welche die Sollrate erreichen können.
Die Spektrumszuteilung mit der höchsten der potentiellen Bitraten wird als nächstes gewählt (Schritt 77 von 3). Diese Spektrumszuteilung ist natürlich eine logische Auswahl für die optimale Spektrumszuteilung, obgleich sie letztendlich möglicherweise nicht als diejenige Spektrumszuteilung ausgewählt wird, welche die höchste tatsächliche Bitrate zur Verfügung stellt, da diese anfängliche Auswahl auf einer theoretischen maximalen potentiellen Bitrate basiert, die wiederum durch eine potentielle Konstellationsgröße bestimmt ist, die möglicherweise nicht erreicht werden kann (und auch gemäß diesem Beispiel nicht immer erreicht wird).
Falls zwei oder mehr Spektrumszuteilungen die gleichen potentiellen Bitraten besitzen, wird eine der konkunierenden Spektrumszuteilungen durch Maximieren des Störabstand (SNR)-Spielraums, Minimieren der Bitfehlerrate (BER), Maximieren der Toleranz gegen eine bestimmte Störquelle, oder durch jegliche andere gewünschte Mittel, einschließlich einer willkürlichen Selektion der Bandbreite, gewählt (Schritt 76 von 3). Das Auftreten einer solchen Konkurrenz für die maximale potentielle Bitrate zwischen zwei oder mehr Spektrumszuteilungen kann auftreten, wobei die Gesamt-Sollbitrate für den vorliegenden Kanal entweder erreicht werden kann oder nicht erreicht werden kann.
Wie in der Tabellierung von 5 gezeigt ist, besitzt die Spektrumszuteilung S2, entsprechend der zweiten Downstream-Bandbreite gemäß der Darstellung in 4, basierend auf dem Störabstand (SNR) und einem veranschaulichenden, angenommenen minimalen Störabstand (SNR)-Spielraum von 3 dB, eine maximale potentielle Bitrate von 25,92 Mbps. Wie in 5 gezeigt ist, geben die anfänglichen Tabelleneinträge auch eine potentielle Rate von 25,92 Mbps für S3, S4, S5, und S7 an. Insbesondere ist zu beachten, dass S3 einen ausreichenden SNR besitzt, um die Verwendung von QAM-256 zu rechtfertigen, jedoch gemäß dem Algorithmus von 3 wird QAM-128 anfänglich als seine entsprechende potentielle Konstellation gewählt, da QAM-128 die Gesamt-Sollrate von 25,92 Mbps liefert. Des weiteren ist zu beachten, dass für S4 das Produkt seiner Symbolrate (4,05 MBaud) und des Logarithmus zur Basis 2 seiner potentiellen Konstellation (QAM-128) größer als die Gesamt-Sollbitrate von 25,92 Mbps ist, aber gemäß dem Algorithmus stattdessen die Sollrate von 25,92 Mbps aufgezeichnet wird, und als Option die FEC-Nutzinformation-Prozentzahl verringert wird.
Von diesen Spektrumszuteilungen, welche die maximale potentielle Bitrate von 25,92 Mbps erreichen, hat S2 den höchsten SNR-Spielraum (7 dB), und daher wird anfänglich die Spektrumszuteilung S2 gewählt (Schritt 76 von 3). Es wird verständlich sein, dass die Symbolrate unmittelbar von der Bandbreite abhängt, und dass die Ausdrücke Bandbreite und Symbolrate vorliegend stellvertretend füreinander verwendet werden können.
Eine Kommunikation wird daraufhin unter Verwendung der gewählten Spektrumszuteilung bei der entsprechenden potentiellen Konstellationsgröße durchgeführt (Schritt 78 von 3). Für dieses Beispiel wird die potentielle Konstellationsgröße unter Annahme eines minimalen Spielraums von 3 dB berechnet. Es kann jedoch alternativ von der Telefongesellschaft eine andere minimale Spielraumerfordernis und/oder eine maximale Konstellationsgröße vorgegeben sein. Die potentielle Konstellationsgröße für S2 ist 256. Da die potentielle Konstellationsgröße theoretisch, basierend auf dem SNR und unter Verwendung eines angenommenen Spielraums bestimmt wird, ist es nicht immer möglich, bei bzw. unter der gewünschten Bitfehlerrate (BER) bei einer gegebenen Spektrumszuteilung unter Verwendung der poten tiellen Konstellation zu kommunizieren. Es kann daher manchmal nötig sein, die Konstellationsgröße für eine gegebene Spektrumszuteilung zu reduzieren, um auf gewünschte Weise eine zuverlässige Kommunikation bei dieser Spektrumszuteilung zu erreichen.
Die potentielle Konstellationsgröße hängt somit von dem tatsächlichen Störabstand (SNR), der Gesamt-Sollbitrate, und dem gewünschten minimalen Spielraum ab. Für das Beispiel von 5 wird die potentielle Konstellationsgröße anfänglich berechnet gemäß der Formel: Konstellationsgröße = {0 wenn <= (SNR-Spielraum) < 10 dB; 4 wenn 10 dB <= (SNR-Spielraum) < 16 dB; 8 wenn 16 dB <= (SNR-Spielraum) < 19 dB; 16 wenn 19 dB <= (SNR-Spielraum) < 22 dB; 32 wenn 22 dB <= (SNR-Spielraum) < 25 dB; 64 wenn 25 dB <= (SNR-Spielraum) < 28 dB; 128 wenn 28 dB <= (SNR-Spielraum) < 31 dB; 256 wenn 31 dB <= (SNR-Spielraum)}.
Gemäß der obenstehenden Beschreibung wird die somit berechnete Konstellationsgröße dann ausgehend von diesem anfänglichen Wert reduziert, wenn eine oder mehr kleinere Konstellationen bei der gegenwärtigen Spektrumszuteilung immer noch die Gesamt-Sollbitrate liefern können.
Die Bitfehlerrate (BER) wird während des Kommunizierens mit der gewählten Spektrumszuteilung mit der entsprechenden potentiellen Konstellationsgröße berechnet (Schritt 79 von 3). Falls die Bitfehlerrate (BER) anzeigt (Schritt 81 von 3), dass die Qualität des Kanals ausreichend gut ist, wird diese Spektrumszuteilung als optimal gewählt, und die potentielle Konstellationsgröße wird (Schritt 82 von 3) als die optimale Konstellationsgröße gewählt. Wie bereits erwähnt wurde, ist die Angabe der Spektrumszuteilung gleichwertig mit der Angabe der Symbolrate (Bandbreite) und Mittenfrequenz.
Falls die Bitfehlerrate (BER) nicht anzeigt, dass die Qualität des Kanals ausreichend gut ist, wird die der gegenwärtigen Spektrumszuteilung entsprechende Konstellationsgröße reduziert (Schritt 83 von 3), bevorzugt auf die Hälfte der gegenwärtigen Konstellationsgröße (obgleich alternativ auch andere Größenschritte verwendet werden können), und die potentielle Bitrate für die gegenwärtige Spektrumszuteilung und die neue Konstellationsgröße wird auf die vorausgehend für Schritt 73 von 3 beschriebene Weise berechnet (Schritt 84 von 3).
Im Anschluss daran kehrt der Algorithmus zu Schritt 74 von 3 zurück, wo die Suche nach der Spektrumszuteilung mit der höchsten potentiellen Bitrate erneut durchgeführt wird (Schritt 77 von 3). Wie vorher wird das Auftreten einer unentschiedenen maximalen potentiellen Bitrate dadurch entschieden, dass diejenige Spektrumszuteilung mit dem höchsten SNR-Spielraum aus dem Satz von Konkurrenten gewählt wird (Schritt 76 von 3).
Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Spektrumszuteilung mit der höchsten potentiellen Bitrate wiederholt gewählt. Jeder Spektrumszuteilung ist eine potentielle Konstellationsgröße zugeordnet, die anfänglich als diejenige maximale Konstellationsgröße bestimmt wurde, welche eine Kommunikation mit dem gemessenen SNR und einem gegebenen minimalen Spielraum für diese Spektrumszuteilung unterstützt. Wenn jedoch eine oder mehr Konstellationsgrößen, die kleiner als diese größte verwendbare Konstellation sind, immer noch die Gesamt-Sollbitrate liefern, wird stattdessen die kleinste dieser Konstellationen gewählt, wodurch der Spielraum in Verbindung mit der gegenwärtigen Spektrumszuteilung vergrößert wird, wobei sie aber immer noch die Gesamt-Sollbitrate liefern kann.
Wenn eine gegebene Spektrumszuteilung als Kandidat für die optimale Spektrumszuteilung angesehen wird, wird sie unter Verwendung ihrer entsprechenden gewählten, potentiellen Konstellation auf die Bitfehlerrate hin überprüft. Falls diese Bitfehlerratenprüfung scheitert, wird die dieser Spektrumszuteilung zugeordnete potentielle Konstellation verringert. Wenn die Konstellationsgröße verringert werden muss, um eine zuverlässige Kommunikation mit der gewählten Spektrumszuteilung zu erhalten, wird eine neue Spektrumszuteilung gewählt, wenn eine solche Reduktion der Konstellationsgröße dazu führt, dass die gegenwärtige Spektrumszuteilung nicht mehr die maximale potentielle Bitrate aufweist. Auf diese Weise wird immer diejenige Spektrumszuteilung gewählt, welche die maximale potentielle Bitrate zur Verfügung stellt. Dieser Prozeß wiederholt sich, bis eine Spektrumszuteilung gewählt ist, die keine Reduktion der Konstellationsgröße erfordert. Wie vorstehend beschrieben wurde, wird die Auswahl unter einem Satz von Spektrumszuteilungen, die alle die gleiche maximale potentielle Bitrate liefern, auf einer vordefinierten Basis, z.B. maximaler Spielraum oder minimale BER, vorgenommen.
Das in 5 gegebene Beispiel nimmt an, dass die Verwendung der potentiellen Konstellationsgröße von 256 für S2 zu einer inakzeptablen Bitfehlerrate (BER) führte. Daher wurde, wie gezeigt, die Konstellationsgröße für S2 auf 128 reduziert, und die maximale potentielle Bitrate wurde von 25,92 Mbps zu 22,68 Mbps geändert.
Die Vorgänge des Kommunizierens unter Verwendung der gewählten Spektrumszuteilung, Bestimmen der Bitfehlerrate (BER) und Reduzieren der Konstellationsgröße, und erneutem Bestimmen der potentiellen Bitrate werden somit wiederholt, bis die gewählte Spektrumszuteilung eine Kommunikation zur Verfügung stellt, bei welcher die Bitfehlerrate (BER) anzeigt, dass die Qualität des Kanals angemessen ist, so dass Kommunikationen bei dieser bestimmten Spektrumszuteilung weitergeführt werden können.
Wie in der Tabellierung von 5 gezeigt ist, wurde die Konstellationsgröße für S2 von 256 auf 128 reduziert, woraufhin die neue potentielle Bitrate von 22,68 Mbps für S2 nicht mehr unter den höchsten aller potentiellen Bitraten war (für alle verschiedenen Spektrumszuteilungen). Stattdessen ist 25,92 Mbps immer noch die höchste potentielle Bitrate, jetzt aber nur für die Spektrumszuteilungen S3, S4, S5, und S7. Von diesen hat nun S3 den höchsten SNR-Spielraum (6 dB), weshalb S3 gewählt wird (Schritt 76 von 3) für die BER-Überprüfung bei ihrer potentiellen Konstellationsgröße von 128 (Schritte 78 und 79 von 3).
In diesem Beispiel wird wiederum angenommen, dass die gemessene BER die maximale Grenze überschreitet, so dass die potentielle Konstellationsgröße für S3 von 128 auf 64 reduziert wird (Schritt 83 von 3). Dies reduziert die potentielle Rate in Verbindung mit S3 (Schritt 84 von 3) von 25,92 Mbps auf 22,21716 Mbps. Eine Neubewertung (Schritt 74 von 3) der Spalte "Potentielle Bitrate" in 5 zeigt nun, dass nur S4, S5, und S7 mit der höchsten potentiellen Rate von 25,92 Mbps übrig sind. Von diesen hat S7 den höchsten SNR-Spielraum (4 dB) und wird daher als nächstes für die BER-Überprüfung bei ihrer potentiellen Konstellationsgröße von 32 gewählt (Schritte 76, 78, und 79 von 3). Schließlich nimmt das Beispiel an, dass die potentielle Konstellationsgröße von 32 für S7 zu einer akzeptablen Bitfehlerrate (BER) führt (was in 5 durch den Umstand angezeigt ist, dass die potentielle Bitrate von 25,92 Mbps für S7 nicht durchgestrichen und durch eine neue potentielle Bitrate ersetzt ist), so dass der Iterationsvorgang abgeschlossen ist (Schritt 82 von 3).
Wann immer der Vorgang scheitert, so dass die Kommunikationsverbindung verloren geht, wird die Kommunikation unter Verwendung des Upstream- und Downstreamkanals mit Default-Parametern wieder aufgenommen.
Das vorliegende Erfindung kann auch dazu verwendet werden, die Zuverlässigkeit von Kommunikationen zu verbessern, wenn die maximale Bitrate voreingestellt, mit Bedingungen versehen oder anderweitig begrenzt ist. In der bisherigen Diskussion wurde eine solche Begrenzung der Bitrate im Zusammenhang mit einer Gesamt-Sollbitrate beschrieben, obgleich auch alternative Formulierungen, z.B. eine feste Grenze für eine maximale Rate, ebenfalls anwendbar sind. Generell lässt sich sagen, dass wenn ein System physikalisch in der Lage ist, bei einer größeren als einer angegebenen Bitrate zu übertragen (dies aber aus irgendeinem Grund nicht gestattet ist), die Kommunikations-Parameter dann so optimiert werden können, dass sie diese bestimmte Bitrate auf eine Weise liefern, welche die Bitfehlerrate (BER) minimiert oder den SNR-Spielraum maximiert.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Algorithmus zur Verfügung, der die Parameter eines Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM)-Übertragungssystems gemäß einem von mehreren verschiedenen Optimierungskriterien optimiert, die alle mit dem Algorithmus implementiert werden können. Die betreffenden Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM)-Übertragungsparameter sind: Symbolrate und Mittenfrequenz (die zusammen analog zur Spektrumszuteilung sind), Konstellationsgröße, und Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC)-Nutzinformation-Prozentzahl. Ein bestimmtes (Spektrumszuteilung, Konstellation, FEC-Nutzinformation-Prozentzahl) geordnetes Triplett liefert eine bestimmte Bitrate, und zwar für einen bestimmten Kanal mit einem dazugehörigen SNR-Spielraum und einer dazugehörigen Bitfehlerrate (BER).
Ein Zweck des Algorithmus ist es, für einen gegebenen Kanal und ein gegebenes der untenstehenden Optimierungskriterien automatisch den entsprechenden optimierenden Satz (Spektrumszuteilung, Konstellation, FEC-Nutzinformation-Pro zentzahl) zu bestimmen und zu verwenden. Die verschiedenen wählbaren Optimierungskriterien sind:

1) Die Bitrate unter den Bedingungen von minimalem SNR-Spielraum und maximaler Bitfehlerrate (BER) maximieren. Falls zwei oder mehr (Spektrumszuteilung, Konstellation, FEC-Nutzinformation-Prozentzahl) Sätze die gleiche maximierende Bitrate liefern und gleichzeitig auch die Randbedingungen bezüglich minimalem Störabstand (SNR)-Spielraum und maximaler Bitfehlerrate (BER) einhalten, aus diesen QAM-Parametern denjenigen aussuchen, der den maximalen SNR-Spielraum ergibt. Dieses Optimierungskriterium wird vom Algorithmus gemäß der obenstehenden Beschreibung implementiert, mit der spezifischen Anweisung, falls zwei oder mehr Spektrumszuteilungseinträge in der Tabelle die gleiche maximierende potentielle Bitrate aufweisen, wähle den einen mit dem maximalen Spielraum für die Bitfehlerraten (BER)-Überprüfung bei seiner potentiellen Konstellation. Dann wie zuvor fortfahren.
2) Die Bitrate unter den Bedingungen von minimalem SNR-Spielraum und maximaler Bitfehlerrate (BER) maximieren. Falls zwei oder mehr (Spektrumszuteilung, Konstellation, FEC-Nutzinformation-Prozentzahl) Sätze die gleiche maximierende Bitrate liefern und gleichzeitig auch die Randbedingungen bezüglich minimalem SNR-Spielraum und maximaler Bitfehlerrate (BER) einhalten, aus diesen QAM-Parametern denjenigen aussuchen, der die minimale Bitfehlerrate (BER) ergibt. Dieses Optimierungskriterium wird vom Algorithmus gemäß der obenstehenden Beschreibung implementiert, mit dem zusätzlichen Schritt, dass, falls zwei oder mehr Spektrumszuteilungseinträge in der Tabelle die gleiche maximierende potentielle Bitrate aufweisen, alle von diesen bei ihren potentiellen Konstellationen BER-überprüft werden müssen, um zu sehen, welcher von ihnen am niedrigsten ist. Wenn keiner von ihnen die BER-Überprüfung besteht, wie vorher fortfahren, nämlich die Konstellationsgrößen für diejenigen Spektrumszuteilungen, welche die BER-Überprüfung nicht bestanden haben, reduzieren und die Tabelle neu bewerten. Wenn keiner von ihnen die BER-Überprüfung besteht, ist wie vorher nichts weiter zu tun.
3) Maximiere zuerst die Bitrate, und als zweites maximiere den SNR-Spielraum, unter den Bedingungen des minimalen SNR-Spielraums, der maximalen Bitfehlerrate (BER), und der Soll- oder maximalen Bitrate. Die erste Maximierung ist identisch mit der oben unter (1), mit der Ausnahme, dass für jede gegebene Spekt rumszuteilung nur diejenigen Sätze (Spektrumszuteilung, Konstellation, FEC-Nutzinformation-Prozentzahl), welche eine dazugehörige Bitrate liefern, welche die Bedingung des Gesamt-Bitratenziels oder der maximalen Bitrate nicht überschreiten, in Betracht gezogen werden. Dieser Unterschied wird gemäß der vorliegenden Beschreibung im Algorithmus implementiert durch Bewerten der potentiellen Bitrate, die jeder Spektrumszuteilung zugeordnet ist, jedoch mit dem zusätzlichen Schritt, falls diese Bitrate die Gesamt-Sollbitrate überschreitet, reduziere die Konstellationsgröße und/oder verringere die FEC-Nutzinformation-Prozentzahl, bis dies nicht mehr der Fall ist. Konkret gesprochen wird die Konstellationsgröße zuerst auf den Minimalwert reduziert, der immer noch eine potentielle Bitrate zur Verfügung stellt, die gleich oder größer als die Gesamt-Sollrate ist (für eine FEC-Nutzinformation-Prozentzahl, von der angenommen wird, dass sie konstant gehalten wird). Wenn im Anschluss daran die potentielle Rate größer als die Sollrate ist, kann die FEC-Nutzinformation-Prozentzahl verringert werden, bis die potentielle Bitrate und die Soll-Bitrate gleich sind. Daraufhin findet die zweite Maximierung statt, falls zwei oder mehr solche (Spektrumszuteilung, Konstellation, FEC-Nutzinformation-Prozentzahl) Sätze die gleiche maximierende Bitrate liefern, ob sie nun gleich oder weniger als die Gesamtsoll- oder maximale Rate ist, während sie auch die Randbedingungen des minimalen SNR-Spielraums und der maximalen Bitfehlerrate (BER) erfüllt. In diesem Fall, genau wie oben unter (1), ist der gewählte Parametersatz derjenige, der den maximalen SNR-Spielraum liefert.
4) Maximiere zuerst die Bitrate, und minimiere als zweites die Bitfehlerrate (BER), unter den Bedingungen des minimalen SNR-Spielraums, der maximalen Bitfehlerrate (BER), und der Soll- oder maximalen Bitrate. Die erste Maximierung ist identisch mit der oben unter (2), mit der Ausnahme, dass für jede gegebene Spektrumszuteilung nur diejenigen (Spektrumszuteilung, Konstellation, FEC-Nutzinformation-Prozentzahl) Sätze, die eine zugehörige Bitrate liefern, welche die Randbedingung der Gesamtsoll- oder maximalen Bitrate nicht überschreitet, in Betracht gezogen werden. Der entsprechende Algorithmus ist genau der gleiche wie der oben unter (3) erörterte, mit Ausnahme der Behandlung der zweiten Maximierung. Die zweite Maximierung findet statt, falls zwei oder mehr solche (Spektrumszuteilung, Konstellation, FEC-Nutzinformation-Prozentzahl) Sätze die gleiche maximierende Bitrate liefern, ob diese Rate nun gleich oder weniger als die Soll- oder maximale Rate ist, und gleichzeitig die Randbedingungen des minimalen SNR-Spielraums und der maximalen Bitfehlerrate (BER) erfüllen. In diesem Fall, wie oben unter (2), ist der gewählte Parametersatz derjenige, der die minimale Bitfehlerrate (BER) liefert.
5) Maximiere den SNR-Spielraum für eine gegebene feste Bitrate, unter der Annahme, dass es möglich ist, diese feste Bitrate mit mindestens einem (Spektrumszuteilung, Konstellation, FEC-Nutzinformation-Prozentzahl) Satz mit nicht negativem SNR-Spielraum zu erzielen. Dieses Optimierungskriterium wird effektiv implementiert durch obenstehende Optimierungskriterien (3), indem die Randbedingung der Soll- oder maximalen Bitrate in (3) gleich der gegebenen festen Bitrate von (5) eingestellt wird, und die Randbedingung des minimalen SNR-Spielraums oben in (3) gleich 0 dB eingestellt wird.
6) Minimiere die Bitfehlerrate (BER) für eine gegebene feste Bitrate, unter der Annahme, dass es möglich ist, diese feste Bitrate mit mindestens einem (Spektrumszuteilung, Konstellation, FEC-Nutzinformation-Prozentzahl) Satz mit nicht negativem SNR-Spielraum zu erzielen. Dieses Optimierungskriterium wird effektiv implementiert durch obenstehende Optimierungskriterien (4), indem die Randbedingung der Soll- oder maximalen Bitrate in (4) gleich der gegebenen festen Bitrate von (6) eingestellt wird, die Randbedingung des minimalen SNR-Spielraums in (4) gleich 0 dB eingestellt wird, und die Randbedingung der maximalen Bitfehlerrate (BER) in (4) auf eine willkürlich hohe Zahl (z.B. 0,5) eingestellt wird.

BEISPIELHAFTE IMPLEMENTIERUNG
Unter Bezugnahme auf die 6-25 wird nachfolgend eine beispielhafte Implementierung der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in VDSL-Systemen beschrieben, die unter QAMLink arbeiten, einem Softwareprodukt der Broadcom Corporation, Irvine, Calif. (QAM Link ist eine in den USA bundesweit eingetragene Marke der Broadcom Corporation).
Diese Implementierung stellt eine vollautomatisierte Weise dar, einen VDSL-Bitübertragungsschicht-Link für maximalen Durchsatz und/oder Spielraum zu konfigurieren, basierend auf einem minimalen Link-Spielraum, einer maximalen BER, und Gesamt-Sollbitraten, die von einem Anwender definiert und eingegeben werden. Der Algorithmus basiert auf den Prozeduren, die in den Spezifikationsentwürfen der VDSL-Coalition für ANSI- und ETSI-Linkinitialisierung und Ratenadaptation definiert sind.
Der Algorithmus kann so konfiguriert sein, dass er am VTU-O (Netz)- oder VTU-R (Ort des Kunden)-Ende des VDSL-Link arbeitet und gemäß der Definition in den ETSI- und ANSI-Spezifikationen die Zustandsmaschinen, VDSL-Betriebskanal-Messaging und Modemkonfigurationsumschaltung implementiert. Der Algorithmus wurde für die Verwendung mit dem BCM6010 Scalable DSL Transceiver IC optimiert.
Der Quellcode wird unter Lizenz von Broadcom geliefert und kann vom Anwender auf einem Controller seiner Wahl portiert werden. 32 Kbyte Programmspeicher und eine 16-Bit-Maschine sind für die Durchführung empfohlen.
Die Algorithmusmerkmale:

Konfiguration mit fester Rate oder festem Spielraum;
variable Baudzahl, Mittenfrequenz und Konstellation;
Zustandsmaschinen-Design für koordinierten VTU-O-, VTU-R-Betrieb;
VDSL-Betriebskanal Inband-Messaging;
unabhängige Konfiguration von Upstream und Downstream;
Reed-Solomon-Fehler- und SNR-Berichtmechanismus; und
VOC-Handshaking bei VTU-O-Haupteinheit- und VTU-R-Untereinheitbetrieb für Nachrichtenaustausch mit zuverlässigem Link maximiert den Durchsatz bei Vorhandensein von überbrückten Tabs und anderen Beschränkungen.

Der Code für VDSL Operations Channel (VOC) und Rate-Adaptive Initialization wird auf einem PC als vom Anwender wählbare Option under QAMLink abgearbeitet. Die nachstehende 6 zeigt ein Blockdiagramm der gesamten Softwarestruktur. Wie dort gezeigt ist, wählt der Anwender aus dem QAMLink-Hauptfenster "1", um in einen VTU-O/VTU-R Selection Screen in einer Interface-Routine zu gehen. Aus diesem Bildschirm wählt der Anwender entweder F1 oder F2 zum Konfigurieren des Systems als VTU-O (vermittlungsseitiger Transceiver) bzw. VTU-R (Fern-CPE-Transceiver). Für eine VTU-O Auswahl wird der Anwender zum Control Parameter-Eingabeschirm verwiesen, in dem der Anwender Default-Werte für den minimalen Spielraum für Upstream-und Downstream, Gesamt-Sollrate, Vor-FEC BER-Limits, Symbolraten, und maximale Konstellationsgröße außer Kraft setzen kann. Da der VTU-R eine dem VTU-O untergeordnete Einheit (Slave) ist, existieren keine vergleichbaren Steuerauswahlmöglichkeiten für den VTU-R.
Die Software tritt dann entweder in den VTU-O- oder VTU-R Level 3-Algorithmus ein, die nachstehend erörtert sind. Nach einer kurzen Wartezeit zeigen beide Systeme eine Nachricht auf dem Schirm an, dass das Eingeben von "C" (für "CONNECT") die automatische ratenadaptive Initialisierung startet. Auf diese Weise ist der Anwender in der Lage, eine Link-Anforderung entweder vom VTU-R oder vom VTU-O aus zu aktivieren.
Typischerweise führt ein Anwender diese Prozedur zuerst für den VTU-O-Transceiver durch, gefolgt vom VTU-R, und aktiviert dann eine Initialisierungsanforderung von einem der Modems. Die Level 1- bis Level 3-Algorithmen für sowohl VTU-O als auch VTU-R arbeiten dann zusammen, um die folgende Schrittsequenz durchzuführen. Nach dem Erhalt eines anfänglichen Default Downstream-(QPSK, 1,62 MBaud) und Upstream-(QPSK, 540 kBaud)-Link verwendet der VTU-O den VOC-Kanal zuerst zum Einstellen der Upstream-Konstellation. Er erstellt dann eine Reihe von Downstream-Links mit dem vorgegebenen Satz von zusätzlichen Spektrumszuteilungen. Der bei jeder dieser Symbolraten erzielte Downstream-SNR wird vom VTU-O tabelliert. Durch Bewerten der somit erzielten Tabelle von SNR-Werten gegen Symbolratenwerte wählt der VTU-O die Kombination aus Symbolrate und Konstellation, welche die Bitrate bis zur Gesamt-Sollrate maximiert und den Spielraum darüber hinaus maximiert.
Nach dem Konfigurieren des Downstream-Link mit den letztendlich gewählten Parametern zeigen sowohl der VTU-O- als auch der VTU-R Level 3-Algorithmus die endgültig gewählten Symbolrate, Konstellationen, und Bitraten an. Der VTU-O zeichnet auch diese und weitere Zwischendaten in einer Datei auf dem PC auf. Zu diesem Zeitpunkt kann der Anwender zum QAMLink-Hauptmenü an einem der Modems zurückkehren, indem er F 10 wählt. Eine automatische Neustartfähigkeit kann dann als Option auf dem QAM-Constellation Monitor aktiviert werden. Diese Funktionalität ermöglicht eine schnelle Rückkehr zu den endgültig gewählten Link-Parametern im Anschluss an einen erfolgten Synchronisationsverlust.
Der folgende Satz von Downstream-Symbolraten wird gegenwärtig von der Software unterstützt: 1,62 MBaud, 3,24 MBaud, 3,70286 MBaud, 4,05 MBaud, 4,32 MBaud, 4,86 MBaud, 5,184 MBaud, 5,67 MBaud, und 6,48 MBaud. Für jede von diesen wird die Mittenfrequenz so gewählt, dass eine gleiche untere Bandkante (gegenwärtig 1,4985 MHz) erzeugt wird. Der Satz von Downstream-Symbolraten, den der VTU-O während einer beliebigen versuchten Initialisierung probiert, ist ein spezifischer Untersatz dieser Raten, wie im Control Parameter Input-Bildschirm festgelegt ist. Bei einer portierten Umgebung ermöglicht es dies der OAM&P-Plattform, vorhandene Informationen bezüglich der Leitung optimal zu nutzen, um einen Kompromiss zwischen Schaltebene und Aktivierungszeit zu finden.
Die Verwendung des Gesamt-Sollraten-Merkmals im Control Parameter Input-Bildschirm ermöglicht die Implementierung des alternativen Initialisierungsziels, den Spielraum bei einer festgelegten Bitrate zu maximieren.
STRUKTUR DER VOC-/INITIALISIERUNGS-SOFTWARE
Der Code, der die obenstehend beschriebene und in 6 veranschaulichte Funktionalität implementiert, besteht aus einem Satz von C-Sprachen-Routinen, die mit dem grundlegenden QAMLink-Code kompiliert und verknüpft wurden. Im Prinzip implementiert die VOC-/Initialisierungs-Software drei hauptsächliche Algorithmen plus eine Interface-Routine, die hierarchisch strukturiert sind. Die Interface-Routine und jeder der drei Algorithmen werden durch eine oder mehr C-Sprachen-Routinen implementiert. Die Interface-Routine stellt dem Anwender eine Verbindung zwischen dem QAMLink-Hauptmenü und den ratenadaptiven Algorithmen zur Verfügung. Die spezifischen Einzelheiten der Funktionen jedes der drei Algorithmen hängen davon ab, ob der Transceiver als VTU-O oder VTU-R festgelegt ist, aber auf einer höheren Ebene ist die Funktionalität eines gegebenen Algorithmus für die beiden Modems ähnlich.
An der Spitze der ratenadaptiven Hierarchie steht der Level 3-Algorithmus. Der Level 3-Algorithmus liefert den niedrigeren Ebenen der Hierarchie durchzuführende Anweisungen von der oberen Ebene. Am VTU-O ist der Level 3-Algorithmus verantwortlich für das Erzeugen von Anforderungen zum Ändern von Übertragungsparametern und das Verarbeiten der Resultate dieser Änderungen. Somit ist es der VTU-O Level 3-Algorithmus, der die Reihe von Änderungen der Downstream-Symbolrate leitet, die SNR-Tabelle aufstellt, und das endgültige Paar aus Spektrumszuteilung und Konstellation auswählt. Am VTU-R ist der Level 3-Algorithmus verantwortlich für die Überwachung des empfangenen VOC-Feldes, Aufrufen des Level 1- Algorithmus, falls eine nicht-IDLE-Nachricht erfasst wird, und Aufrufen des Level 2-Algorithmus, wenn eine Änderung der Übertragungsparameter angefordert wurde.
Der Level 2-Algorithmus ist verantwortlich für die Implementierung der Initialisierungs- und Adaptations-Zustandsmaschinen gemäß der Darstellung in 7 und 8. Am VTU-O ruft der Level 3-Algorithmus den Level 2-Algorithmus auf, um anzufordern, dass eine Änderung der Übertragungsparameter, wie etwa der Symbolrate, durchgeführt wird. Am VTU-R wird der Level 2-Algorithmus aufgerufen, wenn der Level 3-Algorithmus erfährt (aus Daten, die von seinem Level 1-Algorithmus rückgeliefert werden), dass der VTU-O eine Parameter-Änderungsanforderung ausgegeben hat, die der VTU-R unterstützt. Zusätzlich werden die Level 2-Algorithmen beider Modems aufgefordert, die Default-Systemlinks herzustellen.
Der Level 1-Algorithmus implementiert die in den 9 und 10 gezeigten VOC-Handshake-Ablaufdiagramme. Zwei veranschaulichende VOC-Nachricht-Sequenzen, die durch einen gleichzeitigen Betrieb dieser beiden Ablaufdiagramme erzeugt werden könnten, sind in 11 und 12 gezeigt. Am VTU-O wird der Level 1-Algorithmus wird durch entweder den Level 2- oder Level 3-Algorithmus aufgerufen und mit einer COMMAND-Nachricht beliefert, die unter Verwendung des VOC zusammen mit dem erwarteten ECHO vom VTU-R an das andere Ende kommuniziert werden soll. Am VTU-R wird der Level 1-Algorithmus durch entweder den Level 2- oder Level 3-Algorithmus immer dann aufgerufen, wenn eine nicht-IDLE VOC-Empfangsnachricht zuerst erfasst wird. Der VTU-R Level 1-Algorithmus ist verantwortlich für die Interpretation des empfangenen VOC COMMAND und das Erzeugen der angemessenen ECHO-Antwort.
VTU-O LEVEL 1 EIN- UND AUSGÄNGE
Jedes Mal, wenn der VTU-O Level 1-Algorithmus aufgerufen wird, verwendet er die folgenden Informationen:
den Wert des drei-Oktett-VOC COMMAND (1 Oktett Opcode plus 2 Oktetts Daten), den der VTU-O Level 1-Algorithmus dem VTU-R mitzuteilen versucht;
eine Angabe, ob der COMMAND ein READ oder ein WRITE ist; und
den Wert des erwarteten, vom VTU-R zu empfangenden VOC ECHO.
Wenn es sich bei dem COMMAND um ein WRITE handelt, ist nur der Opcode-Teil dieses erwarteten ECHO von Bedeutung. Wenn es sich bei dem COMMAND um ein READ handelt, sind sowohl der Opcode als auch der Datenabschnitt des erwarteten ECHO vor Bedeutung.
Beim Ausstieg liefert der VTU-O Level 1-Algorithmus die folgenden Informationen:
ob die VOC Nachrichtenkommunikation als erfolgreich gemäß dem VTU-O-Handshake-Ablaufdiagramm eingestuft wurde oder nicht; und
ob das empfangene ECHO die Unable To Comply (UTC)-Antwort war oder nicht.
Diese Information ist nur dann von Bedeutung, wenn die Nachrichtenkommunikation als erfolgreich betrachtet wird.
Den Wert der zwei Datenoktetts, die im ECHO vom VTU-R empfangen wurden. Diese Information ist nur dann von Bedeutung, wenn: 1) Der COMMAND ein READ war; 2) Die Nachrichtenkommunikation als erfolgreich eingestuft wurde; und 3) Das empfangene ECHO kein UTC war.
VTU-O LEVEL 1 FUNKTIONSBESCHREIBUNG
Der VTU-O Level 1-Algorithmus implementiert das in 9 gezeigte VTU-O VOC Handshaking-Ablaufdiagramm. Dieser Algorithmus wird immer dann vom Level 2- oder Level 3-Algorithmus aufgerufen, wenn der VTU-O einen VOC-Befehl zu senden hat. Beim Eintritt in das Ablaufdiagramm an der ENTER-Position wartet der Algorithmus zuerst darauf, dass die empfangene Upstream-VOC-Nachricht IDLE ist, wonach das Downstream-Übertragungs-VOC-Feld gleich dem zu übertragenden VOC COMMAND eingestellt wird. Die Funktionalität fährt gemäß der Darstellung im Ablaufdiagramm fort, bis der Entscheidungsblock "RX VOC=Correct Echo?" erreicht ist. Die Antwort auf diese Frage hängt von einer Vielfalt von Bedingungen ab und wird durch den nachstehend veranschaulichten C-Code zur Verfügung gestellt.
Die Verarbeitung führt gemäß der Darstellung im Ablaufdiagramm fort, bis der Entscheidungsblock "New Frame?" erreicht ist. Da QAMLink keinen Zugriff auf die BCM6010 Interrupt-Pins hat, kann dieser Block hier einfach dadurch implementiert werden, dass 2 ms lang gewartet wird (2 ms ist garantiert länger als die längste Upstream-Frame-Periode).
Wenn das Ablaufdiagramm in den Block "Command Transmission Successful" eintritt, steigt der Level 1-Algorithmus aus, wobei er eine Anzeige einer erfolgreichen Nachrichtenkommunikation zurückliefert und den UTC-Indikator und den Wert der geechoten Daten einstellt. Wenn das Ablaufdiagramm stattdessen in einen der Blöcke "Go To U" eintritt, steigt der Algorithmus aus und stellt die Anzeige einer nicht erfolgreichen Nachricht ein.
VTU-R LEVEL 1 EIN- UND AUSGÄNGE
Der VTU-R Level 1-Algorithmus wendet keine externen Eingänge an. Der Grund hierfür ist, dass der Level 1-Algorithmus entweder vom Level 2- oder Level 3-Algorithmus aufgerufen wird, sobald auf dem empfangenen VOC eine wiederholte nicht-IDLE-Nachricht entdeckt wird. Insofern weiß der VTU-R noch nicht zuverlässig, welche Nachricht auf dem Downstream-VOC empfangen wird. Dies wird vom Level 1-Algorithmus bestimmt.
Beim Verlassen liefert der VTU-O Level 1-Algorithmus die folgenden Informationen:
ob die VOC Nachrichtenkommunikation als erfolgreich gemäß der Definition durch das VTU-R Handshake-Ablaufdiagramm eingestuft wurde oder nicht;
den Wert der empfangenen drei Oktetts VOC-Nachricht (diese Information ist nur dann von Bedeutung, wenn die Nachrichtenkommunikation als erfolgreich eingestuft wurde); und
den Wert der drei Oktetts ECHO-Nachricht, die der Level 1-Algorithmus während des Handshake mitteilte (diese Information ist nur dann von Bedeutung, wenn die Nachrichtenkommunikation als erfolgreich eingestuft wurde).
VTU-R LEVEL 1 HANDSHAKING-ABLAUFDIAGRAMM
Der VTU-R Level 1-Algorithmus implementiert das in 10 gezeigte VTU-R VOC Handshaking-Ablaufdiagramm. Dieser Algorithmus wird immer dann vom Level 2- oder Level 3-Algorithmus aufgerufen, wenn der VTU-R erstmals den Empfang einer wiederholten nicht-IDLE COMMAND-Nachricht vom VTU-O erfasst. Es ist Aufgabe des VTU-R Level 1-Algorithmus, zuverlässig festzustellen, welche VOC-Nachricht er empfängt, und mit dem korrekten ECHO zu antworten.
Beim Eintritt in das Ablaufdiagramm an der ENTER-Position überprüft der Algorithmus zuerst, ob der empfangene VOC IDLE ist. Falls ja, kehrt der Level 1-Algorithmus zurück und gibt eine nicht erfolgreiche COMMAND-Kommunikation an. Falls nein, speichert der Level 1-Algorithmus sowohl den Opcode als auch den Datenabschnitt dieses COMMAND als den variablen last command. Die Verarbeitung fährt gemäß der Darstellung im Ablaufdiagramm fort, bis der "New Frame?"-Entscheidungsblock erreicht ist. Da QAMLink keinen Zugriff auf die BCM6010-Interrupt-Pins besitzt, kann dieser Block hier einfach dadurch implementiert werden, dass 1 ms lang gewartet wird (1 ms ist garantiert länger als die längste Downstream-Frame-Periode). Nach dem Inkrementieren des Nachrichtenzählers ist der "RX VOC=Last Sample?"-Entscheidungsblock erreicht. Die Antwort auf diese Frage ist Ja, wenn die neueste empfangene VOC COMMAND-Abtastprobe genau gleich der in last command gespeicherten (sowohl Opcode als auch Daten) ist, und ansonsten Nein. Wenn die Antwort Nein ist, wird der variable last command mit der neuen empfangenen VOC COMMAND-Abtastprobe überschrieben.
Wenn die Antwort auf die vom "Count=3?"-Entscheidungsblock gestellte Frage Ja ist, wurde der gleiche VOC COMMAND dreimal hintereinander abgetastet, und der Level 1-Algorithmus muss mit dem korrekten ECHO antworten. Um den Wert für dieses ECHO zu bestimmen, ruft der Level 1-Algorithmus eine interne Routine auf, die diesen zur Verfügung stellt. Diese interne Routine kann den Opcode-Teil des Echos durch eine einfache Tabellensuche liefern. Bei einem WRITE COMMAND sind die ECHO-Daten einfach eine Kopie der WRITE COMMAND-Daten, aber bei einem READ COMMAND fragt die Routine typischerweise ein oder mehr Register auf dem BCM6010 ab und führt möglicherweise eine weitere Verarbeitung durch, um den Datenabschnitt des ECHO zu bilden. Eine Zusammenfassung dieses Prozesses ist nachstehend gegeben. Wenn der Ablaufdiagramm in den "Command Transmission Successful"-Block eintritt, steigt der Level 1-Algorithmus aus und liefert eine Angabe einer erfolgreichen Nachrichtenkommunikation. Falls das Ablaufdiagramm stattdessen in einen der "Command reception Unsuccessful"-Blöcke eintritt, steigt der Algorithmus aus und liefert die Nachrichtenangabe für nicht erfolgreich.
ERZEUGEN VON VTU-R VOC ECHO OPCODE- UND DATENFELDERN
13 ist eine Tabelle, welche die Opcode- und Datenfelder desjenigen ECHO beschreibt, mit dem der VTU-R Level 1-Algorithmus in Abhängigkeit von dem empfangenen COMMAND antworten müsste. Der ECHO-Opcode ist entweder der gleiche wie der COMMAND-Opcode, oder UTC. Die ECHO-Daten sind die gleichen wie die COMMAND-Daten für eine WRITE COMMAND, benötigen aber für einen READ COMMAND eine weitere Verarbeitung. Wie in 13 gezeigt ist, unterstützt die gegenwärtige Version der VOC-/Initialisierungs-Software 6 COM-MANDs: D_NOM, D_CONST, U_CONST, SNRREQ, CORERREQ, und UCERREQ. Spätere Softwareversionen werden zusätzliche Befehle unterstützen, die derzeit von Standardisierungsgremien entwickelt werden.
LEVEL 2-ALGORITHMUS, VTU-O, EIN- UND AUSGÄNGE
Jedes Mal, wenn der VTU-O Level 2-Algorithmus (gemäß der Darstellung in 7) aufgerufen wird, verwendet er die folgenden Informationen:

1) Eine Angabe, ob der Level 2-Algorithmus bei Zustand S1, S7, oder S8 in die VTU-O-Initialisierungs- und Adaptations-Zustandsmaschine eintreten soll.
2) Den Wert von zwei kompletten VOC COMMANDs, einschließlich Opcode und Daten. Wenn der Algorithmus bei Zustand S7 eintreten soll, sind diese zwei COMMANDs diejenigen, deren Mitteilung und Implementierung der Level 2-Algorithmus versuchen soll, bevor er in den Zustand S6 zurückkehrt. In diesem Fall ist der erste COMMAND ein L2-COMMAND, und der zweite COMMAND ist L1. Die Befehle der Klassen L1 und L2 sind in Tabelle 9 aufgeführt. (Gegenwärtig unterstützt werden alle Klasse L1, was bedeutet, dass Zustand S7 gegenwärtig nicht verwendet wird.) Wenn der Eintritt in den Algorithmus bei Zustand S8 erfolgt, soll nur der L1-COMMAND mitgeteilt und implementiert werden, weshalb nur der L1-COMMAND von Bedeutung ist. Wenn der Algorithmus bei Zustand S 1 eintreten soll, ist keiner der zwei COMMANDs von Bedeutung.
3) Der VTU-O Level 2-Algorithmus enthält einen Link Fail-Zähler, der aufzeichnet, wie oft der Algorithmus während der gegenwärtigen Verbindung aus irgendeinem der anderen Zustände in Zustand S1 gezwungen wird. (Dies beinhaltet nicht einen anfänglichen Eintritt in den Algorithmus über Zustand S1.) Der Level 2-Algorithmus steigt aus, wenn dieser Zähler einen Wert von 10 erreicht, oder bei Eintritt in den Zustand S6, was auch immer zuerst erfolgt. Sowohl der Level 2- als auch Level 3-Algorithmus werden verlassen, wenn der Default-Link nicht innerhalb von 30 Sekunden nach Initiierung der Downstream-Übertragung hergestellt werden kann.

Beim Ausstieg liefert der VTU-O Level 2-Algorithmus die folgenden Informationen:

1) Ob die Kommunikation der VOC COMMAND(s) mit einem anderen ECHO als UTC erfolgreich bewerkstelligt wurde, oder alternativ, ob die Kommunikation vor einem erfolgreichen Abschluss abgebrochen wurde, weil die Zustandsmaschine dem UTC/Time Out-Pfad aus entweder Zustand S7 oder S8 in Zustand S6 folgte. Diese Information ist nur dann von Bedeutung, wenn der Level 2-Algorithmus angewiesen war, an Zustand S7 oder S8, nicht an S1 zu starten. Falls der Eintritt bei Zustand S7 erfolgt, bedeutet die Angabe einer erfolgreichen Kommunikation, dass beide VOC-Nachrichten erfolgreich waren.
2) Ob eines der empfangenen ECHOs die Unable To Comply (UTC)-Antwort war. Diese Information ist nur dann von Bedeutung, wenn der Eintritt in den Level 2-Algorithmus bei Zustand S7 oder S8 erfolgte, und der UTC/Time Out-Pfad aus Zustand S7 oder S8 zu S6 verfolgt wurde.
3) Den Wert des Link Fail-Zählers. Ein Wert Null bei korrekter Interpretation mit den weiteren Eingangs- und Ausgangsargumentwerten gibt an, dass die angefor derte Parameteränderung (bei Eintritt in Zustand S7 oder S8) oder die Akquisition mit den Default-Parametern (bei Eintritt bei Zustand S1) erfolgreich abgeschlossen wurde. Ein zurückgelieferter Wert zwischen 2 und 9 gibt an, dass die angeforderte Parameteränderung oder die anfängliche Default-Akquisition gescheitert ist, und dass der Default-Link im Anschluss daran hergestellt wurde. Ein zurückgelieferter Wert von 10 schließlich gibt an, dass die angeforderte Parameteränderung oder anfängliche Default-Akquisition gescheitert ist, ebenso wie wiederholte Versuche, die Default-Links herzustellen.
4) Den Wert der Daten, die vom VTU-R im SNRREQ COMMAND während Zustand S5 empfangen wurden. Diese Informationen sind nur dann von Bedeutung, wenn der Level2-Algorithmus infolge eines Übergangs von Zustand S5 zu Zustand S6 aussteigt.

VTU-O LEVEL 2 ÜBERSICHT
Der VTU-O Level 2-Algorithmus implementiert die VTU-O-Initialisierungs- und Adaptations-Zustandsmaschine gemäß der Darstellung in 7. Dieser Algorithmus wird immer dann durch den Level 3-Algorithmus aufgerufen, wenn der VTU-O entweder eine Änderung des Übertragungsparameters oder eine System-Akquisition unter Verwendung der Default-Link-Parameter wünscht.
EINTRITT IN DEN ALGORITHMUS BEI ZUSTAND S1
ZUSTAND S1: O_POWERUP
Für eine Durchführung des Algorithmus beginnend bei Zustand S1 wird der Link Fail-Zähler zuerst auf Null zurückgesetzt. Als nächstes konfiguriert der VTU-O seinen Sender und Empfänger mit den Default Link-Parameterwerten. Wenn eine solche Konfigurierung des Senders die Downstream-Übertragungssignal-Symbolrate, Mittenfrequenz und/oder Konstellation modifiziert, geht der VTU-O unmittelbar in Zustand S2 über. Andernfalls wartet der VTU-O zuerst drei Sekunden, bevor er in Zustand S2 übergeht. Da der VTU-O bald nach dem Eintritt in Zustand S2 die Nicht-Null-Übertragung erneuern kann, ist die Wartezeit für den letzteren Fall notwendig, um sicherzustellen, dass der VTU-R ebenfalls in den Zustand S1 gezwungen wird.
ZUSTAND S2: O_STANDBY
Die Verarbeitung durch den VTU-O während dieses Zustands ist durch das Ablaufdiagramm von 14 beschrieben. Der Block "oTxStart" initiiert die Downstream-Übertragung, während "oRxAcqur" eine Akquisition des Default-Upstream-Link versucht. Die Verarbeitung des mit "Process o_cryst_cor" bezeichneten Blocks korrigiert einen Schwingquarzfrequenz-Versatz zwischen VTU-O und VTU-R.
ZUSTAND S3: O_CONVERGE
Beim Eintreffen im Zustand S3, wenn das System auf die Übertragung eines U_CONST-Befehls anspricht, schaltet der VTU-O die Upstream-Empfängerkonstellation um. Als Alternative, wenn der Eintritt in S3 aus dem Zustand S 1 erfolgt, sind die Kriterien von Rahmenverlust (frame loss) und -wiederverriegelung (re-lock) für den Betrieb im eingeschwungenen Zustand erhöht. Im Anschluss daran geht der VTU-O in den Zustand S4 weiter.
ZUSTAND S4: O_FINDFRAME
In Zustand S4 pollt der VTU-O das Rahmenverriegelungs-Zustandsbit, um zu bestimmen, ob sein Empfänger den Upstream-Rahmen akquiriert hat. Wenn der VTU-O den Rahmen innerhalb von 3,25 Sekunden nach dem Eintritt in diesen Zustand akquiriert hat, bewertet die Zustandsmaschine daraufhin den Eintrittszustand und den letzten COMMAND-Opcode. Wenn der Level 2-Algorithmus bei Zustand S8 begann und der COMMAND-Opcode entweder US_CONST oder D_NOM war, verzögert die Zustandsmaschine für 100 ms, führt Unfreeze für den VTU-O-Empfänger durch, und geht zu Zustand S5 über. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, geht die Zustandsmaschine unmittelbar zu Zustand S5 über.
Wenn der Zustandszeitgeber (state timer) während der Suche nach dem Upstream-Rahmen 1,0 Sekunden überschritten hat, und wenn der Default-Link oder eine new Upstream-Konstellation akquiriert wird, wird die Akquisition wiederholt neu versucht, bis entweder der Rahmen gefunden ist oder der Zustandszeitgeber 2 Sekunden erreicht hat. Wenn der Zustandszeitgeber 3,25 Sekunden erreicht hat, wird der VTU-O Link Fail-Zähler inkrementiert. Wenn in diesem Fall der Zähler gleich 10 ist, steigt der Level 2-Algorithmus aus. Falls nicht, geht die Steuerung zu Zustand S1 über.
ZUSTAND S5: O_REQUESTSNR
In Zustand S5 versucht der VTU-O, die SNRREQ VOC-Nachricht mitzuteilen. Dies führt er durch, indem er den entsprechenden COMMAND, das erwartete ECHO, und weitere, vom VTU-O Level 1-Algorithmus benötigte Informationen bildet, und diese Routine aufruft. Wenn der Level 1-Algorithmus mit einer Angabe entweder eines nicht erfolgreich übermittelten Befehls oder mit UTC für ein ECHO zurückkehrt, soll der VTU-O die Kommunikation zur wiederholten SNR-Anforderung erneut versuchen, bis einer von ihnen funktioniert oder der Zustandszeitgeber 10 Sekunden erreicht, was auch immer zuerst erfolgt. Im Anschluss an jede Rückkehr des Level 1-Algorithmus überprüft der Level 2-Algorithmus die Tatsache, dass der empfangene Rahmen immer noch akquiriert ist. Bei Zustands-Time-Out oder bei einem Verlust des empfangenen Rahmens, der 200 ms dauert, wird der Link Fail-Zähler inkrementiert, und die Zustandsmaschine steigt entweder aus (Zähler=10) oder geht zu Zustand S1 über (Zähler<10). Als Alternative, wenn eine erfolgreiche Kommunikation zur SNRAnforderung auftritt, die nicht UTC ist, geht die Zustandsmaschine zu Zustand S6 über.
ZUSTAND S6: O_ACTIVE
Bei Eintritt in Zustand S6 steigt der VTU-O Level 2-Algorithmus aus und liefert die obenstehend angegebenen Informationen.
ÜBERTRAGUNGSPARAMETER UND NOMINALE (SYMBOLRATE, MITTENFREQUENZ)PAARE
Die Übertragungsparameter, die im BCM6010 durch die ratenadaptive Software modifizierbar sind, sind in der Tabelle von 15 veranschaulicht. Wie dort gezeigt ist, kann die Software die Upstream-und Downstream-Werte der folgenden Parameter programmieren: Symbolrate, Konstellation, Verschachtelungstiefe, Sende-PSD-Pegel, Mittenfrequenz, und Rahmenstrukturtyp. Von besonderer Bedeutung sind die Variablen u_nom und d_nom, die Werte von den VOC-Befehl-Datenfeldern von U_NOM bzw. D_NOM annehmen, die in den Tabellen von 16 und 17 gezeigt sind. Die Werte von u_nom und_d nom geben an, welche der nominalen Upstream-und Downstream-Symbolraten- und Mittenfrequenzpaare durch den U_NOM oder D_NOM-Befehl angefordert werden.
Für diese Version der ratenadaptiven Software sind die Werte für alle in der Tabelle von 13 gezeigten Parameter außer den Upstream-und Downstream-Konstellationen und d_nom fest in die Software codiert. Eine Echtzeit-Modifikation der weiteren gezeigten Parameter wird nach einer geeigneten Standardisierung ermöglicht.
EINTRITT IN DEN ALGORITHMUS BEI ZUSTAND S7 ODER S8 ZUSTAND S7: O_CHANGE2 UND S8: O_CHANGE1
sDer VTU-O Level 2-Algorithmus wird immer dann mit einem Startpunktindikator der Zustände S7 oder S8 aufgerufen, wenn der Level 3-Algorithmus eine Änderung der Übertragungsparameter wünscht. Der VTU-O initiiert dann die Übertragung von einem oder beiden der vom Level 3-Algorithmus erzeugten VOC COM-MANDs. Wenn der Level 2-Algorithmus bei Zustand S7 gestartet wird, sollen beide COMMANDs dem VTU-R mitgeteilt werden. Wenn der Level 2-Algorithmus bei Zustand S8 gestartet wird, soll nur der L1-COMMAND mitgeteilt werden.
Während sich der VTU-O entweder im Zustand S7 oder S8 befindet, versucht er, dem VTU-R den entsprechenden VOC COMMAND mitzuteilen, indem er die erforderlichen Daten für den Level 1-Algorithmus erzeugt und ihn, falls nötig wiederholt, aufruft, bis eine erfolgreiche nicht-UTC-Übertragung stattfindet. Wenn jedoch eine Mitteilung von entweder COMMAND oder UTC nach einem Versuch von 5 Sekunden immer noch nicht erfolgreich ist, kehrt die Zustandsmaschine zum Zustand S6 zurück, wie in 7 gezeigt ist. In diesem Fall steigt der Level 2-Algorithmus aus und liefert die obenstehend beschriebenen Informationen.
Mit der Zustandsmaschine in Zustand S7, wenn das erste COMMAND-Argument erfolgreich mit einem anderen ECHO-Opcode als UTC übertragen wird, bevor nach 5 Sekunden Time-Out eintritt, geht die Zustandsmaschine in Zustand S8 über, wo eine Übertragung des zweiten COMMAND-Arguments versucht wird. Der Level 2-Algorithmus versucht des weiteren, den zweiten COMMAND mitzuteilen, während er sich im Zustand S8 befindet, wenn die Durchführung des Level 2-Algorithmus in Zustand 8 begonnen hat. In beiden Fällen, wenn dieser zweite COMMAND erfolgreich übertragen wurde und das zurückgelieferte ECHO nicht UTC ist, beginnt der VTU-O Level 2-Algorithmus die R_TRIG-Bitfelder im uncodierten Downstream-Steuerkanal für die Trigger-Angabe zu pollen. Sobald dies erfasst wird, geht die Zustandsmaschine in Zustand S9 über.
Während der Zustände S7 und S8 überwacht der VTU-O den Upstream-Empfangsrahmenstatus. Wenn ein Rahmenverlust 200 ms andauert, wird der Link Fail-Zähler inkrementiert, und die Zustandsmaschine steigt entweder aus (Zähler=10) oder geht zu Zustand S1 über (Zähler<10).
ZUSTAND S9: O_TRIGGER
Bei Eintritt in den Zustand S9 bereitet der Level 2-Algorithmus den VTU-O-Empfänger gemäß dem vorausgehend mitgeteilten VOC COMMAND vor, überträgt das Signal O_TRIG, und wartet dann 50 ms. Anschließend nimmt der VTU-O jegliche erforderliche Änderungen an seinem Downstream-Sender vor.
VTU-R LEVEL 2 EIN- UND AUSGÄNGE
Jedes Mal, wenn der VTU-R Level 2-Algorithmus aufgerufen wird, verwendet er die folgenden Informationen:

1) Eine Angabe, ob der Level 2-Algorithmus entweder bei Zustand S1, S7, oder S8 in die VTU-R Initialisierungs- und Adaptations-Zustandsmaschine eintreten soll. (In den Level 2-Algorithmus wird über den Zustand S7 eingetreten, wenn der VTU-R Level 3-Algorithmus von seinem Level 1-Algorithmus erfährt, dass eine unterstützte L2-COMMAND-Anforderung soeben vom VTU-O empfangen wurde. In den Level 2-Algorithmus wird über den Zustand S8 eingetreten, wenn der VTU-R Level 3-Algorithmus von seinem Level 1-Algorithmus erfährt, dass eine unterstützte L1-COMMAND-Anforderung soeben vom VTU-O empfangen wurde. In den Level 2-Algorithmus wird über den Zustand S1 eingetreten, wenn der VTU-R Level 3-Algorithmus das System unter Verwendung der Default-Link-Parameter zu initialisieren wünscht.)
2) Den Wert von zwei kompletten VOC COMMANDs, einschließlich Opcode und Daten. Der erste COMMAND ist ein L2-COMMAND, und der zweite COMMAND ist L1. Der L2-COMMAND ist der gleiche L2-COMMAND, den der VTU-R soeben erfolgreich vom VTU-O empfangen hat (wenn der Eintritt in den Level 2-Algorithmus soeben über Zustand S7 erfolgte). Somit ist das L2-COMMAND-Argument nur dann von Bedeutung, wenn der Eintritt in den VTU-R Level 2-Algorithmus im Zustand S7 erfolgt. Der L1-COMMAND ist entweder der gleiche L1-COMMAND, den der VTU-R soeben erfolgreich vom VTU-O empfangen hat (was dazu führt, dass der Eintritt in den Level 2-Algorithmus im Zustand S8 erfolgt), oder ist der L1-COMMAND, der dem L2-COMMAND entspricht, der soeben vom VTU-O empfangen wurde (Eintritt im Zustand S7). Im letzteren Fall sind die L1-COMMAND Daten nicht von Bedeutung. Schließlich ist keines der COMMAND-Argumente von Bedeutung, wenn der Eintritt in den Level 2-Algorithmus im Zustand S1 erfolgt.

Der VTU-R Level 2-Algorithmus enthält einen Link Fail-Zähler, der aufzeichnet, wie oft der Algorithmus während des gegenwärtigen Anrufs aus irgendeinem der anderen Zustände in den Zustand S 1 gezwungen wird. (Dies beinhaltet nicht einen anfänglichen Eintritt in den Algorithmus über Zustand S1.) Der Level 2-Algorithmus steigt aus, wenn dieser Zähler einen Wert von 10 erreicht hat, oder bei Eintritt in Zustand S6, was auch immer zuerst erfolgt. Ein Ausstieg aus dem Level 2-und Level 3-Algorithmus erfolgt, wenn der Default-Link nicht innerhalb von 30 Sekunden nach der Initiierung der Upstream-Übertragung hergestellt werden kann. Beim Ausstieg liefert der VTU-R Level 2-Algorithmus die folgenden Informationen:

1) Eine Angabe, ob Zustand S6 überhaupt erreicht wurde, und falls ja, ob der Eintritt aus Zustand S5 oder aus Zustand S7 erfolgte.
2) Den Wert des Link Fail-Zählers. Ein Wert Null zusammen mit einer Angabe, dass der Eintritt in Zustand S6 aus S5 erfolgte, gibt an, dass die angeforderte Parameteränderung (bei Eintritt in Zustand S7 oder S8) oder die Akquisition mit Default-Parametern (bei Eintritt im Zustand S 1) erfolgreich abgeschlossen wurde. Ein Wert zwischen 2 und 9 gibt an, dass die angeforderte Parameteränderung oder die anfängliche Default-Akquisition gescheitert ist, und dass der Default-Link im Anschluss daran hergestellt wurde. Ein zurückgelieferter Wert von 10 schließlich gibt an, dass die angeforderte Parameteränderung oder anfängliche Default-Akquisition gescheitert ist, ebenso wie wiederholte Versuche, den Default-Link herzustellen.

VTU-R LEVEL 2 FUNKTIONSBESCHREIBUNG
ÜBERSICHT
Der VTU-R Level 2-Algorithmus implementiert die VTU-R Initialisierungs- und Adaptations-Zustandsmaschine, die in 8 gezeigt ist. Dieser Algorithmus wird vom VTU-R Level 3-Algorithmus immer dann aufgerufen, wenn er vom Level 1-Algorithmus erfahren hat, dass vom VTU-O eine gestützte Übertragungsparameteränderung angefordert wurde. Dieser Algorithmus wird auch immer dann aufgerufen, wenn der VTU-R Level 3-Algorithmus eine Link-Initialisierung unter Verwendung der Default-Parameter wünscht.
EINTRITT IN DEN ALGORITHMUS BEI ZUSTAND S1
ZUSTAND S1: R_POWERUP
Für eine Durchführung des Algorithmus beginnend bei Zustand S1 wird der Link Fail-Zähler zuerst auf Null zurückgesetzt. Als nächstes konfiguriert der VTU-R seinen Sender und Empfänger mit den Default-Parameterwerten, indem er die Default-Konfigurationsbefehle ausführt. Falls dieser Schritt die Upstream-Übertragungssignalkonstellation modifiziert, geht der VTU-R dann unmittelbar in Zustand S2 über. Andernfalls wartet der VTU-R zuerst drei Sekunden, bevor er in den Zustand S2 übergeht. Da der VTU-R eine Nicht-Null-Übertragung bald nach seinem Eintritt in den Zustand S2 erneuern kann, ist für den letzteren die Wartezeit nötig, um sicherzustellen, dass der VTU-O ebenfalls in den Zustand S1 gezwungen wird.
ZUSTAND S2: R_STANDBY
Die VTU-O-Verarbeitung während dieses Zustands ist durch das Ablaufdiagramm von 18 beschrieben. Der Block "rTxStart" initiiert die Upstream-Übertragung, während "rRxAcqur" die Akquisition des Default-Downstream-Link versucht. Die Verarbeitung des mit "Process r_cryst_cor" bezeichneten Blocks korrigiert einen Schwingquarzfrequenz-Versatz zwischen VTU-O und VTU-R.
ZUSTAND S3: R_CONVERGE
Beim Eintreffen im Zustand S3 wartet der VTU-R ab, dass der VTU-O jegliche Änderungen an seinem Übertragungssignal beendet, und führt dann jegliche entsprechenden Änderungen an seinem eigenen Empfänger durch. Der VTU-R geht dann in den Zustand S4 weiter.
ZUSTAND S4: R_FINDFRAME
In Zustand S4 pollt der VTU-R das Rahmenverriegelungs-Zustandsbit, um zu bestimmen, ob sein Empfänger den Downstream-Rahmen akquiriert hat. Wenn der VTU-R den Rahmen innerhalb von 3,25 Sekunden nach dem Eintritt in den Zustand S4 akquiriert hat, bewertet die Zustandsmaschine daraufhin den Eintrittszustand und die COMMAND-Opcode-Argumente, die an diesen Aufruf des Level 2-Algorithmus weitergegeben wurden. Wenn soeben eine Änderung der Downstream-Konstellation erfolgt ist, für der VTU-R Unfreeze für seinen Empfänger durch. In beiden Fällen geht die Zustandsmaschine dann in den Zustand S5 über.
Wenn der Rahmen immer noch nicht akquiriert ist, nachdem der Zustand S4-Zeitgeber 1 Sekunde erreicht, wird die Akquisition wiederholt neu versucht, bis entweder der Rahmen gefunden ist oder der Zustandszeitgeber 3,25 Sekunden erreicht. Wenn der Rahmen innerhalb von 3,25 Sekunden nach dem Eintritt in den Zustand S4 nicht gefunden wurde, wird der Link Fail-Zähler inkrementiert. In diesem Fall, wenn der Zähler weniger als 10 ist, geht die Steuerung zu Zustand S1 über. Wenn der Zähler gleich 10 ist, steigt der Level 2-Algorithmus aus.
ZUSTAND S5: R_SENDSNR
In Zustand S5 pollt der VTU-R abwechselnd den empfangenen Rahmenverriegelungs-Indikator, das empfangene VOC-Rahmenfeld, und einen Zeitgeber, der die im Zustand S5 verbrachte Gesamtzeit verfolgt. Solange der empfangene VOC-Opcode etwas anderes als SNRREQ ist, der Rahmen verriegelt ist, und der Zeitgeber noch nicht 10 Sekunden erreicht hat, setzt der Level 2-Algorithmus dieses einfache Pollen fort. Wenn jedoch Rahmenverlust erfasst und 500 ms lang beibehalten wird, oder wenn der Zeitgeber 10 Sekunden erreicht, inkrementiert der Level 2-Algorithmus den Link Fail-Zähler und geht entweder in den Zustand S1 über (Zähler<10) oder steigt aus (Zähler=10). Wenn hingegen der empfangene VOC-Opcode SNRREQ zuerst erfasst wird, bleibt der Level 2-Algorithmus im Zustand S5 und ruft den VTU-R Level 1-Algorithmus auf, um die empfangene VOC-Nachricht zuverlässig zu lesen und beantworten.
Wenn der Level 1-Algorithmus zurückkehrt, überprüft der VTU-R den Wert des zurückgelieferten ECHO. Wenn der des zurückgelieferte ECHO-Opcode nicht SNRREQ ist, ignoriert der Level 2-Algorithmus den empfangenen COMMAND und kehrt zum Pollen der Rahmenverriegelung, des empfangenen VOC-Rahmenfeldes, und des S5-Zeitgebers zurück, wie im vorausgegangenen Absatz. Ist der zurückgelieferte Opcode jedoch SNRREQ, geht der Level 2-Algorithmus in den Zustand S6 über.
ZUSTAND S6: R_ACTIVE
Beim Eintritt in den Zustand S6 steigt der VTU-O Level 2-Algorithmus und liefert die obenstehend angegebenen Informationen.
EINTRITT IN DEN ALGORITHMUS BEI ZUSTAND S7 ODER S8
ZUSTAND S7: R_READ1
Der Eintritt in den VTU-R Level 2-Algorithmus erfolgt über Zustand S7 immer dann, wenn der VTU-R erfolgreich einen unterstützten L2-COMMAND empfängt. In diesem Fall enthalten die Level 2-Algorithmus L2-COMMAND-Daten diesen neu empfangenen COMMAND, und die L1-COMMAND-Daten enthalten den nächsten COMMAND, dessen Übertragung durch den VTU-O erwartet wird. Im Ergebnis führt der Level 2-Algorithmus die folgenden Operationen durch, während er im Zustand S7 bleibt.
Der VTU-R beginnt damit, dass er wiederholt den Rahmenverriegelungs-Indikator, den empfangenen VOC-Opcode, und einen Zustandszeitgeber pollt. Wenn der Zeitgeber vor dem Ausstieg aus Zustand S7 5 Sekunden erreicht, geht die Zustandsmaschine in Zustand S6 über, und der Level 2-Algorithmus kehrt zurück. Wenn ein Rahmenverlust erfasst und 500 ms lang beibehalten wird, inkrementiert die Zustandsmaschine den Link Fail-Zähler und tritt entweder in den Zustand S1 ein (Zähler<10) oder steigt aus (Zähler=10). Wenn ein anderer empfangener VOC-Opcode als IDLE erfasst wird, bleibt der Level 2-Algorithmus im Zustand S7 und ruft den VTU-R Level 1-Algorithmus auf.
Wenn der Level 1-Algorithmus zurückkehrt, wird der empfangene VOC COMMAND, den er zurückliefert, mit den Level 2-Algorithrmus L1-COMMAND-Daten verglichen. Wenn die zwei Opcodes die gleichen sind, geht die Zustandsmaschine in den Zustand S8 über. Wenn die zwei Opcodes nicht die gleichen sind, nimmt der Level 2-Algorithmus das Pollen der Rahmenverriegelung, des empfangenen VOC-Feldes, und des Zustandszeitgebers wieder auf wie im vorangegangenen Abschnitt.
ZUSTAND S8: R_TRIGGER
Der Eintritt in den Zustand S8 kann entweder unmittelbar zu Beginn des Aufrufens des Level 2-Algorithmus oder aus Zustand S7 erfolgen. Wenn der Eintritt zu Beginn des Aufrufens erfolgt, wird der Link Fail-Zähler zurückgesetzt. Daraufhin, wenn der D_CONST L1-Command soeben mitgeteilt worden ist, veranlasst der VTU-R Freeze am Empfänger als Vorbereitung für die Downstream-Konstellationsänderung. Im Anschluss daran beginnt der VTU-R damit, R_TRIG zu übertragen und die O_TRIG-Bits und einen Zustand S8-Zeitgeber zu pollen. Wenn O_TRIG erfasst wird, ändert der Level 2-Algorithmus die Empfängerkonstellation (nur wenn D_CONST der neueste Befehl ist), setzt r_trig[2:0] zurück, und ändert die Sender konstellation (nur wenn U_CONST der neueste Befehl ist), bevor er in den Zustand S3 übergeht. Wenn jedoch der S8-Zeitgeber 4 Sekunden erreicht, bevor O_TRIG erfasst wird, inkrementiert der Level 2-Algorithmus den Link Fail-Zähler und geht stattdessen zu Zustand S1 über (Zähler<10) oder steigt aus (Zähler=10).
IVTU-O LEVEL 3-ALGORITHMUS
EIN- UND AUSGÄNGE
Jedes Mal, wenn der VTU-O Level 3-Algorithmus aufgerufen wird, werden ihm die folgenden Informationen geliefert:

1) Die minimalen Upstream-und Downstreamkanal-Spielräume.
2) Die Upstream-und Downstreamkanal-Gesamt-Sollbitraten.
3) Eine Begrenzung der Upstream-und Downstream-pre-FEC BERs.
4) Die maximale zu verwendende Downstream-Konstellationsgröße.
5) Den zu verwendenden Untersatz der Downstream-Symbolraten über 1,62 MBaud.

Bei seiner Rückkehr liefert der VTU-O Level 3-Algorithmus alle endgültigen und vorläufigen Daten über Symbolrates, Konstellationen, gemessene SNRs, und pre-FEC BERs.
VTU-O LEVEL 3 FUNKTIONSBESCHREIBUNG
ÜBERSICHT
Der VTU-O Level 3-Algorithmus arbeitet durch Ausgeben einer Reihe von Aufrufen an den VTU-O Level 1- und Level 2-Algorithmus und intelligentes Verarbeiten der Ergebnisse. Das Gesamtziel besteht darin, Übertragungsparameter zu bestimmen und zu verwenden, unter den Randbedingungen, die durch die obenstehend erwähnten Variablen zur Verfügung gestellt werden, unabhängig voneinander die Upstream-und Downstream-Leitungsraten zu maximieren. (Es ist zu beachten, dass die Variablen der Soll-Bitrate dazu verwendet werden können, eine Aktivierungssequenz zu erzeugen, die stattdessen den Kanalspielraum für eine bestimmte Bitrate maximiert.) Ein Ablaufdiagramm, das den VTU-O Level 3-Algorithmus zusammenfasst, ist in 19 gezeigt.
In 19 steht US für Upstream, DS für Downstream, BERT für Bitfehlerraten (BER)-Test, und SR für Symbolrate. Die ganzen Zahlen i und j bezeichnen einzelne Downstream-Symbolraten. Das ganzzahlige iuse bezeichnet die gegenwärtige versuchsweise Auswahl für die endgültige Downstream-Symbolrate und bekommt letztendlich einen der zulässigen Werte für i. iuse=127 ist ein Dummy-Wert, der dazu verwendet wird, anzugeben, dass eine versuchsweise Auswahl für iuse noch nicht getroffen wurde.
Der Prozeß beginnt mit der Herstellung der Default-Upstream- und Downstream-Links, vorliegend definiert als QPSK mit Symbolraten und Mittenfrequenzen, die angegeben sind durch D_NOM-Datenwert 0×0081 und U_NOM-Datenwert 0×0003. Der Level 3-Algorithmus liest daraufhin den Upstream-SNR aus und verwendet diesen sowie den ausgewählten Upstream-Spielraum zum Auswählen einer Upstream-Konstellation, wie in der Tabelle von 20 gezeigt ist. Die Gesamtsoll-Upstream-Bitrate zu diesem Zeitpunkt kann zwangsweise eine reduzierte Konstellationsauswahl ergeben. Als nächstes wird die Upstream-pre-FEC BER berechnet, und falls sie größer als der maximale Pegel ist, werden aufeinanderfolgend kleinere Upstream-Konstellationen probiert, bis dieser pre-FEC BER-Sollwert erfüllt ist.
Hiermit ist der Upstreamkanal hergestellt, woraufhin der Level 3-Algorithmus den Downstream konfiguriert. Er bewerkstelligt dies, indem er die Downstream-Symbolrate schrittweise von ihren anfänglichen 1,62 MBaud zu jeder der vom Anwender gewählten höheren Symbolraten führt. Die komplette Liste solcher Symbolraten, die bei Bedarf in späteren Softwareausgaben erweitert werden kann, ist: 3,24 MBaud, 3,70286 MBaud, 4,05 MBaud, 4,32 MBaud, 4,86 MBaud, 5,184 MBaud, 5,67 MBaud, und 6,48 MBaud. Der Level 3-Algorithmus fordert eine Downstream-QPSK-Akquisition bei jeder der gewählten Symbolraten an und verwendet die zurückgelieferte Downstream-SNR-Schätzung und den angeforderten Downstream-Spielraum zum Erstellen einer vorläufigen Konstellationsauswahl für jede Symbolrate mit Hilfe der Tabelle von 21. Die Auswahl der Gesamtsoll-Downstream-Bitrate und der maximalen Konstellation kann zu diesem Zeitpunkt zwangsweise zu einer reduzierten Konstellationsgrößen für eine oder mehr Symbolraten führen.
Basierend auf dieser Information bestimmt der Level 3-Algorithmus das Downstream (Spektrumszuteilung, Konstellation)-Paar, das die Downstream-Bitrate maximiert. Im Falle von unentschiedenen maximierenden Raten wird die Kombination mit dem höchsten SNR-Spielraum ausgewählt. Der Downstreamkanal wird dann auf die gewählte Symbolrate und Konstellation konfiguriert, und die pre-FEC BER wird gemessen. Ist diese größer als das gewählte Soll, wird die der gegenwärtigen Symbolrate zugeordnete Konstellation dekrementiert, die Suche nach der maximierenden Kombination wird erneut durchgeführt, und der Vorgang wiederholt sich. Sobald eine gewählte Kombination gefunden ist, welche die pre-FEC BER-Überprüfung besteht, wird erklärt, dass diese Kombination die endgültig gewählten Downstream-Parameter darstellt. Gemäß der Beschreibung maximiert der Algorithmus auf diese Weise die Bitrate für Kanäle, welche die Gesamt-Sollbitrate (unter den Randbedingungen von minimalem Spielraum und maximaler BER) nicht erreichen können, und liefert die Gesamt-Sollbitrate für alle weiteren Kanäle auf eine Weise, die den Spielraum maximiert. Dies wird für sowohl den Upstream- als auch den Downstreamkanal durchgeführt.
Zu diesem Zeitpunkt gibt der Level 3-Algorithmus die untenstehend angegebenen Informationen aus, welche die gewählten Upstream-und Downstream-Symbolraten und Konstellationen zeigen, wie auch den SNR sowie jegliche gemessene pre-FEC BERs im Zusammenhang mit dazwischenliegenden Symbolraten. Diese Information wird auch auf den Bildschirm geschrieben, aber nur für die gewählten Symbolraten. Die Eingabe von F10 zu diesem Zeitpunkt veranlasst den VTU-O Level 3-Algorithmus auszusteigen, was eine Link-Überwachung oder weitere Operationen über separate QAMLink-Elemente ermöglicht. Die in Abschnitt 4 beschriebene Auto-Restart-Funktionalität wird an dieser Stelle oft aufgerufen.
AN DEN ANWENDER ZURÜCKGELIEFERTE PARAMETER
UPSTREAM-ERGEBNISSE--GEWÄHLTE PARAMETER

540 kBaud: Const.; QPSK SNR; RS Sym Errors

DOWNSTREAM-ERGEBNISSE--GEWÄHLTE PARAMETER

Downstream Symbol Rate MBaud: Const; QPSK SNR; RS Sym Errors

DAZWISCHENLIEGENDE DOWNSTREAM-ERGEBNISSE

1,62 MBaud: Const; QPSK SNR; RS Sym Errors
3,24 MBaud: Const; QPSK SNR; RS Sym Errors
3,70286 MBaud: Const; QPSK SNR; RS Sym Errors
4,05 MBaud: Const; QPSK SNR; RS Sym Errors
4,32 MBaud: Const; QPSK SNR; RS Sym Errors
4,86 MBaud: Const; QPSK SNR; RS Sym Errors
5,184 MBaud Const.; QPSK SNR; RS Sym Errors
5,67 MBaud: Const; QPSK SNR; RS Sym Errors
6,48 MBaud: Const; QPSK SNR; RS Sym Errors

Es wird angemerkt, dass die zurückgelieferten Ergebnisse eines anfänglichen Aufrufs an den Level 3-Algorithmus modifiziert werden können, um die Steuereingänge in nachfolgenden Aufrufen zu modifizieren. Beispielsweise kann ein Anwender, der völlig symmetrische Raten wünscht (d.h. Upstream-Bitrate=Downstream-Bitrate), eine anfängliche Aktivierung triggern, bei der die Upstream- und Downstream-Sollrate gleich eingestellt sind. (Wenn die maximal erzielbare Rate gewünscht ist, könnten die Sollwerte auf einen unerreichbar hohen Wert gesetzt werden, wodurch es dem Algorithmus ermöglicht wird, die höchste erzielbare Rate ohne Störung durch die Sollratengrenze zu finden.) Im Anschluss an die Rückkehr der anfänglichen Aktivierung wird dann eine darauffolgende Aktivierung ausgelöst, wobei jedoch für dieses Beispiel die Upstream- und Downstream-Gesamt-Sollbitrate gleich auf das Minimum der beiden zurückgelieferten Raten gesetzt sind.
VTU-R LEVEL 3
EIN- UND AUSGÄNGE
Als die dem VTU-O untergeordnete Einheit benötigt der VTU-R Level 3-Algorithmus keinen Zugriff auf einen eigenen Satz von Prozeß-Steuerparametern. Bei der Rückkehr sind Informationen bezüglich der endgültigen Übertragungsparameter durch das Abfragen von BCM6010-Hardwareregistern verfügbar.
VTU-R LEVEL 3 FUNKTIONSBESCHREIBUNG
ÜBERSICHT
Da es sich beim VTU-R um eine dem VTU-O untergeordnete Einheit handelt, ist das Abarbeiten des VTU-R Level 3-Algorithmus relativ einfach. Das Ablaufdiagramm ist in 22 gezeigt. Beim Eintritt bereitet der Level 3-Algorithmus die Herstellung der Default-Links vor, indem er den Level 2-Algorithmus mit einem Eintrittszustand S1 aufruft. Nach dem Herstellen des Default-Link pollt der Level 3- Algorithmus das empfangene VOC-Rahmenfeld, den empfangenen Rahmenverriegelungs-Indikator, und die Tastatur. Wenn die Funktionstaste F10 eingegeben wird, kehrt der Level 3-Algorithmus zurück. Wenn ein Rahmenverlust 500 ms lang andauert, wird ein Versuch unternommen, den Default-Link durch erneutes Aufrufen von Level 2 mit einem Eintrittszustand S1 wiederherzustellen. Falls weiterhin eine nicht-IDLE VOC-Nachricht wiederholt wird, wird der Level 1-Algorithmus aufgerufen, um die Nachricht zu interpretieren und beantworten.
Im letzteren Fall, wenn das vom Level 1-Algorithmus gesendete ECHO eine Aufforderung zu einer unterstützten Übertragungsparameteränderung angibt, ruft der Level 3-Algorithmus den Level 2-Algorithmus auf, um diese Änderung durchzuführen. Im Anschluss an die Rückkehr des Level 2-Algorithmus nimmt der Level 3-Algorithmus wie zuvor das Pollen des empfangenen VOC, des empfangenen Rahmenverriegelungs-Indikators, und der Tastatur wieder auf.
AUTO-RESTART-FUNKTIONALITÄT
Eine automatische Neustart ("warm start")-Funktionalität ist in die ratenadaptive Software eingebaut. Auf diese Funktionalität kann nach dem Abschluss eines ratenadaptiven Hochfahrens zugegriffen werden; sie stellt ein schnelles Reakquirieren der endgültigen ratenadaptiven Übertragungsparameter im Falle eines eingetretenen Verlustes von Upstream-oder Downstream-Rahmen zur Verfügung. Bei der gegenwärtigen Softwareversion muss ein Rahmenverlust 3-4 Sekunden lang andauern, bevor ein automatischer Neustart initiiert wird. Dies gibt dem Empfänger Zeit, sich von sich aus (d.h. ohne Durchlaufen der Neustartprozedur) von einem Rauschereignis mit einem langen Impuls oder einer Mikrounterbrechung des Signals zu erholen.
Ein automatischer Neustart beginnt damit, dass das System die Default-Links liefert, gefolgt von der Verwendung des VOC-Nachrichtenkanals, um unmittelbar auf die endgültigen Übertragungsparameter umzuschalten. Falls die endgültigen Parameter auf diese Weise nicht wiederhergestellt werden können, wendet das System ein vollständig ratenadaptives Hochfahren an ("cold start"). Dies kann vorkommen, wenn seit dem letzten Kaltstart eine bedeutsame Änderung der Kanalcharakteristiken vorliegt.
Bei ihrer Aktivierung versetzt die automatische Neustart-Funktionalität auch die Transceiver in eine Betriebsart, die eine maximale Toleranz gegen Impulsstörungen ("burst noise") zur Verfügung stellt.
Die automatische Neustart-Funktionalität wird durch den QAM-Konstellations-Monitor von QAMLink (F8 aus dem QAMLink-Hauptmenü) aktiviert. Aus diesem Konstellations-Monitor kann der Auto-Neustart-Modus mit der F7-Taste ein- und ausgeschaltet werden. Der Auto-Neustart-Modus kehrt in den abgeschalteten Zustand zurück, wenn der Konstellations-Monitor verlassen wird. Der Auto-Neustart muss sowohl im VTU-O als auch im VTU-R aktiviert sein, um die beschriebene Funktionalität auszuführen.
23 ist eine Tabelle der IDLE- und UTC-Nachrichten, 24 ist eine Tabelle der Leistungsüberwachungs- und Steuer-VOC-Nachrichten, und 25 ist eine Tabelle der Nachrichten, die zum Auslösen der PMD-Parameteränderungen verwendet werden.
Es sollte verständlich sein, dass das Verfahren und die Vorrichtung zur Ratenadaptation in DSL und dergleichen, die vorliegend beispielhaft beschrieben und in den Zeichnungen gezeigt sind, nur eine besondere Ausführungsform der Erfindung darstellen. An einer solchen Ausführungsform können verschiedene Modifikationen und Ergänzungen durchgeführt werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.
Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung zum Optimieren einer Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM)-Übertragungsleistungsfähigkeit verwendet werden durch Maximieren der Bitrate unter der Bedingung einer bestimmten Einschränkung des minimalen Spielraums, durch Maximieren der Bitrate unter der Bedingung einer bestimmten Einschränkung der maximalen Bitfehlerrate (BER), durch Maximieren des Spielraums bei einer bestimmten Bitrate, oder durch Minimieren der Bitfehlerrate (BER) bei einer bestimmten Bitrate. In der Tat kann eine Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) optimiert werden durch Kombinieren jeglicher solcher Vorgehensweisen, um eine bestimmte Soll-Bitrate zur Verfügung zu stellen, oberhalb derer der Spielraum maximiert ist.
Eine solche Optimierung kann unabhängig voneinander sowohl auf den Upstream- als auch Downstreamkanal in einem Vollduplex-Quadratur-Amplitudenmodulations (QAM)-System angewendet werden.
Entweder die gleichen oder verschiedene Optimierungskriterien wie etwa die obenstehend aufgeführten können für den Upstream- und Downstreamkanal in einem Vollduplex-Quadratur-Amplitudenmodulations (QAM)-System ausgeführt werden.
Gegebenenfalls kann die Downstream-Datennutzinformationsrate verringert werden, um die vom Upstreamkanal erzielte Datennutzinformationsrate näher anzugleichen, wobei im Upstreamkanal die Reduzierung durch Reduzieren der Transportnutzinformation-Prozentzahl und/oder der Downstream-Leitungsrate auf eine Weise bewerkstelligt wird, die mit den gewählten Optimierungskriterien verträglich ist. Als Alternative kann die Upstream-Nutzinformationsrate reduziert werden, um die vom Downstreamkanal erzielte Nutzinformationsrate näher anzugleichen, wobei die Reduzierung durch Reduzieren der Transportnutzinformation-Prozentzahl und/oder der Upstream-Leitungsrate auf eine Weise bewerkstelligt wird, die mit den gewählten Optimierungskriterien verträglich ist.
Die Optimierung der Leistungsfähigkeit einer Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM)-Übertragung kann gemäß den obenstehend aufgeführten Optimierungskriteren durchgeführt werden durch Variieren eines oder mehrerer der folgenden Parameter in diskreten Schritten: Symbolrate, Konstellation, Mittenfrequenz, Übertragungsleistung und Leistungsspektraldichte, physikalische Rahmenstruktur, Blockcodierungsparameter, Faltcodierungsparameter, Trelliscodierungs-Modulationsparameter, Tomlinson-Precoder-Koeffizienten und Verschachtelungsparameter.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit einen Algorithmus, der eine Reihe von Links mit einem vorgegebene Satz von Symbolraten- und Mittenfrequenzpaaren herstellt bzw. herzustellen versucht, wobei der erzielte Störabstand (SNR) und/oder die erzielte Bitfehlerrate (BER) für jedes Symbolraten- und Mittenfrequenzpaar tabuliert wird und dazu verwendet wird, ein endgültiges Triplett aus Symbolrate, Mittenfrequenz und Konstellation gemäß der spezifizierten Optimierungskriterien auszuwählen.
Jeder der verschiedenen Symbolraten- und Mittenfrequenz-Links kann anfänglich hergestellt werden durch Anwenden einer spezifischen Konstellation, welche diesem Symbolraten- und Mittenfrequenzpaar entspricht, wobei der gemessene Störabstand (SNR) für diesen Link zum Tabulieren einer neuen Konstellation verwendet wird, die dieser Symbolrate und Mittenfrequenz zugeordnet werden soll. Diese neue Konstellation soll in darauffolgenden Fällen angewendet werden, in denen dieses Symbolraten- und Mittenfrequenzpaar für eine weitere vorläufige oder endgültige Verwendung durch den Algorithmus ausgewählt wird, welcher die spezifizierten Optimierungskriterien implementiert. Die neue, einem spezifischen Symbolraten- und Mittenfrequenzpaar zugeordnete Konstellation kann gemäß den Ergebnissen von Störabstand (SNR) bzw. Bitfehlerrate (BER), die an dem Link mit sowohl der neuen als modifizierten Konstellationen gemessen wurden, modifiziert werden.
Eine Optimierung der Leistungsfähigkeit einer Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM)-Übertragung kann unter Verwendung der obenstehenden Kriterien durch kontinuierliches bzw. nahezu kontinuierliches Variieren eines oder mehrerer der folgenden Parameter erzielt werden: Symbolrate, Konstellation, Mittenfrequenz, Übertragungsleistung und Leistungsspektraldichte, FEC-Parameter, und Tomlinson-Precoder-Koeffizienten. Eine Optimierung kann bei der erstmaligen Aktivierung werden, späterhin reaktiviert werden, oder zu jeder beliebigen Zeit bzw. periodisch durchgeführt werden. Eine Optimierung kann somit nicht-kontinuierlich und fortlaufend durchgeführt werden, während ein Link in Betrieb ist. Tatsächlich kann eine solche Optimierung auch kontinuierlich fortlaufend durchgeführt werden, während ein Link in Betrieb ist.
Es können Wiederherstellungsmechanismen verwendet werden, die veranlassen, dass ein Link oder eine Reihe von Links mit bestimmten vorausgehend definierten Parametern hergestellt werden, falls aufgrund eines Versuchs, Parameter zu ändern, ein Link scheitert. Eine Reihe von Links kann bestimmte vorgegebene Parameter verwenden, die hergestellt werden, falls ein Link infolge irgendeines Grundes mit Ausnahme einer versuchten Parameteränderung scheitert. Die vorausgehend definierten Parameter der Links werden automatisch hergestellt und können die gleichen sein wie für den vorausgehend existierenden Link, oder davon verschieden sein. Ein gemeinsam genutzter Kanal oder ein Sonderkanal kann zum Mitteilen von Nachrichten bezüglich des Verhandelns einer Parametermodifizierung verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst die robuste Erfassung des Vorliegens bzw. der Abwesenheit eines Empfangssignals mit bestimmten, vorausgehend definierten Parametern, und des potentiellen Vorliegens von Rauschen oder Störungen mit möglicherweise einer größeren Stärke als das gewünschte Empfangssignal, unter Anwendung wiederholter Versuche einer blinden Signalakquisition, und durch Bestimmen einer erfolgreichen bzw. nicht erfolgreichen Akquisition im Anschluss an jeden Versuch. Das Gelingen oder Scheitern einer Akquisition wird durch Bewerten irgendeiner Kombination aus Störabstand (SNR), Rahmensynchronisierung (bzw. deren Nichtvorhandensein), Block-Codewort-Synchronisierung (bzw. deren Nichtvorhandensein), und Bitfehlerrate (BER) im Vergleich mit einem allgemein akzeptablen Schwellwert bestimmt.
Es kann eine Änderung der Übertragungsparameter eines Link vorgenommen werden, bei welcher der Empfangstransceiver im Anschluss an den Empfang der Parameteränderungsnachricht die Durchsetzung der Angabe des Triggerns der Signaländerung verzögert, bis er den Empfänger für die darauffolgende Signaländerung vorbereitet hat, und im Anschluss an eine solche Durchsetzung die versuchte Akquisition der neuen Signalparameter verzögert, bis genügend Zeit vergangen ist, damit der Empfangssignalparameter garantiert geändert ist. Die Bitfehlerrate (BER) kann sowohl vor als auch nach der Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) gemessen werden, basierend auf einer Zählung der Anzahl von Codewortsymbolen, die durch einen Block korrigiert wurden, z.B. einen Reed-Solomon Decodierer, sowie auf einer Zählung der Anzahl von Codewörtern, welche Fehler enthalten, die erfasst, aber nicht korrigiert werden können.
Eine beispielhafte Prozedur zum schnellen Ändern der Konstellation eines Link, während der Link betriebsfähig bleibt, kann das Einfrieren ("freezing") des Empfänger-Equalizers und eine automatische Verstärkungssteuerung vor dem Ändern des am Empfänger gesliceten Konstellationsrasters umfassen. Darauf folgt eine Änderung der im Übertragungssignal verwendeten Konstellation, gefolgt von der Re-Initialisierung der Empfängersymbol- und Träger-Wiederherstellungsschleifen, und Beenden mit Unfreezing des Empfänger-Equalizers.
Eine alternative beispielhafte Prozedur zum schnellen Ändern der Konstellation eines Link, während der Link betriebsfähig bleibt, kann das Einfrieren des Empfänger-Equalizers und eine automatische Verstärkungssteuerung umfassen, gefolgt von der Änderung der im Übertragungssignal verwendeten Konstellation. Als nächstes folgt auf die Prozedur eine Änderung des am Empfänger gesliceten Konstellationsrasters, eine Re-Initialisierung der Empfängersymbol- und Träger-Wiederherstellungsschleifen vor dem Unfreezing des Empfänger-Equalizers.
Ein schnelles Umschalten auf eine dichtere Link-Konstellation, während der Link betriebsfähig bleibt, kann zur Verfügung gestellt werden durch Einfrieren eines Abschnitts des Empfängers, gefolgt von einer allmählichen Verringerung der Übertragungsleistung, bis die alten (bereits vorhandenen) Übertragungskonstellationspunkte auf dem Minimalleistungs-Abschnitt des neuen Übertragungskonstellationsrasters liegen. Hierauf folgt ein Umschalten des Empfängerkonstellations-Slicing-Rasters von der alten Konstellation auf die neue Konstellation und gleichzeitiges Modifizieren der Empfänger-Gesamtverstärkung, so dass die gegenwärtig empfangenen (alten) Konstellationspunkte auf dem Minimalleistungsabschnitt der neuen empfangenen Konstellation liegen. Gleichzeitig eine mögliche Änderung des Freeze/Unfreeze-Zustands eines Abschnitts des Empfängers, gefolgt von einer Änderung der Übertragungskonstellation von der alten Konstellation zu der neuen Konstellation, und gleichzeitig eine Änderung der Übertragungssignalleistung, so dass durch diesen Schritt des Änderns der Übertragungskonstellation die Größe der Minimalleistungs-Konstellationspunkte nicht geändert wird.
Eine beispielhafte Prozedur zum schnellen Ändern einer weniger dichten Link-Konstellation kann auf ähnliche Weise durchgeführt werden, während der Link betriebsfähig bleibt. Dies beinhaltet ein mögliches Einfrieren eines Abschnitts des Empfängers, gefolgt von einem Umschalten der übertragenen Konstellation von der alten Konstellation zur neuen Konstellation, und gleichzeitig eine Änderung der Übertragungssignalleistung, so dass die neuen Übertragungskonstellationspunkte auf dem Minimalleistungsabschnitt der alten Konstellationspunkte liegen, gefolgt von einem Umschalten des Empfängerkonstellation-Slicing eines Rasters von der alten Konstellation zu der neuen Konstellation, und gleichzeitig einer Modifikation zu der Empfänger-Gesamtverstärkung, so dass die gegenwärtig empfangenen Konstellationspunkte auf dem neuen Konstellationsraster liegen, gefolgt von einer möglichen Änderung der Empfänger-Gesamtverstärkung und des Freeze/Unfreeze-Status eines Abschnitts des Empfängers, gefolgt von einer möglichen Änderung des Übertragungssignal-Leistungspegels.
Die obenstehenden Beschreibungen beispielhafter Ausführungsformen von Übertragungsraten-Adaptationssystemen und -verfahren wurden beispielhaft gegeben.

Claims

xDSL-Transceiver, mit einer Übertragungsspektrum-Steuerschaltung (15) zum Variieren einer Spektrumszuteilung eines einzigen quadraturamplitudenmodulierten Kanals, mit dem ein Codieren durchgeführt wird; einer Übertragungskonstellationsgröße-Steuerschaltung (14) zum Variieren einer Konstellationsgröße, mit der ein Codieren durchgeführt wird; wobei die Übertragungsspektrum-Steuerschaltung (15) dazu konfigurier ist, ein Ansprechverhalten des Kanals hinsichtlich der variierten Spektrumszuteilung zu bewerten; und die Übertragungskonstellationsgröße-Steuerschaltung (14) dazu konfiguriert ist, das Ansprechverhalten des Kanals hinsichtlich der variierten Konstellationsgröße zu bewerten, um eine Kombination aus der Spektrumszuteilung und der Konstellationsgröße zu definieren, bei der die Bitrate und/oder der Spielraum verbessert ist; und wobei die Übertragungsspektrum-Steuerschaltung (15) des weiteren dazu konfiguriert ist, eine Stopfrequenz (FSTOP) von mindestens einem von einem Downstreamkanal und einem Upstreamkanal zu variieren.
xDSL-Transceiver nach Anspruch 1, wobei die Transceiverspektrum-Steuerschaltung (15) dazu konfiguriert ist, eine Stopfrequenz (FSTOP) von mindestens einem Downstreamkanal kontinuierlich zu variieren.
xDSL-Transceiver nach Anspruch 1, wobei die Übertragungsspektrum-Steuerschaltung (15) dazu konfiguriert ist, eine Symbolrate und eine Mittenfrequenz von mindestens einem von einem Downstreamkanal und einem Upstreamkanal kontinuierlich zu variieren.
xDSL-Transceiver nach Anspruch 1, wobei die Übertragungsspektrum-Steuerschaltung und die Übertragungskonstellationsgröße-Steuerschaltung (14, 15) dazu konfiguriert sind, zum Variieren der Konstellationsgröße zusammenzuwirken und dabei eine konstante Spektrumszuteilung beizubehalten.
xDSL-Transceiver nach Anspruch 1, wobei die Übertragungsspektrum-Steuerschaltung und die Übertragungskonstellationsgröße-Steuerschaltung (14, 15) dazu konfiguriert sind, zum Variieren der Spektrumszuteilung zusammenzuwirken und dabei eine konstante Konstellationsgröße beizubehalten.
xDSL-Transceiver nach Anspruch 1, wobei die Transceiverspektrum-Steuerschaltung (15) dazu konfiguriert ist, eine Startfrequenz (FSTART) von mindestens einem Downstreamkanal zu variieren.
xDSL-Transceiver nach Anspruch 1, wobei die Transceiverspektrum-Steuerschaltung (15) dazu konfiguriert ist, eine Startfrequenz (FSTART) von mindestens einem Downstreamkanal kontinuierlich zu variieren.
Verfahren zum Verbessern einer Bitrate und/oder eines Spielraumes, mit der bzw. dem eine quadraturamplitudenmodulierte Kommunikation durchgeführt wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Variieren einer Spektrumszuteilung und Konstellationsgröße eines einzigen quadraturamplitudenmodulierten Kanals, mit dem eine Kommunikation durchgeführt wird, Bewerten eines Ansprechverhaltens eines Kanals hinsichtlich der variierten Spektrumszuteilung und Konstellationsgröße; und Definieren einer Kombination aus der Spektrumszuteilung und der Konstellationsgröße, bei der die Bitrate und/oder der Spielraum verbessert ist; wobei der Schritt des Variierens der Spektrumszuteilung dazu angepasst ist, die Stopfrequenz (FSTOP) von mindestens einem von einem Downstreamkanal und einem Upstreamkanal zu variieren.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Variierens einer Stopfrequenz dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Stopfrequenz (FSTOP) von mindestens einem Downstreamkanal kontinuierlich variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine Symbolrate und Mittenfrequenz von mindestens einem von einem Downstreamkanal und einem Upstreamkanal kontinuierlich variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Variierens der Spektrumszuteilung und der Konstellationsgröße dadurch gekennzeichnet ist, dass die Konstellationsgröße variiert und dabei eine konstante Spektrumszuteilung bei behalten wird, und dieser Schritt für verschiedene Spektrumszuteilungen mehrmals wiederholt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Variierens der Spektrumszuteilung und der Konstellationsgröße dadurch gekennzeichnet ist, dass für eine Mehrzahl von verschiedenen Konstellationsgrößen die Spektrumszuteilung variiert wird und dabei eine konstante Konstellationsgröße beibehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Variierens der Spektrumszuteilung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Startfrequenz (FSTART) variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Variierens der Spektrumszuteilung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Startfrequenz (FSTART) kontinuierlich variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Variierens der Konstellationsgröße dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Mehrzahl von verschiedenen Konstellationsgrößen verwendet wird, um eine maximale Konstellationsgröße zu ermitteln, bei der eine Kommunikation stattfinden kann.