DE69931490T2

DE69931490T2 - Kollisionsbearbeitungsschema für ein diskretes mehrtondatenkommunikationsnetz

Info

Publication number: DE69931490T2
Application number: DE69931490T
Authority: DE
Inventors: Chien-Meen San Jose Hwang; Hungming Cupertino CHANG; F. Maged Sunnyvale BARSOUM; V. Muoi San Jose HUYNH; Eugen San Jose GERSHON; Fred Santa Clara BERKOWITZ
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2019-12-09
Also published as: US6339599B1; ATE327617T1; WO2000060791A3; EP1086554A2; EP1086554B1; WO2000060791A2; DE69931490D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Datenkommunikation und betrifft insbesondere ein Kollisionserkennungsschema in einem diskreten Multiton-(DMT) Datenkommunikationsnetzwerk, beispielsweise einem Netzwerk zur Kommunikation zwischen mehreren Einrichtungen, die mit einer bestehenden Verdrahtung gekoppelt sind, etwa einer Telefonverdrahtung mit verdrilltem Leitungspaar im Gebäude eines Anwenders.
Hintergrund der Erfindung
Die moderne Gesellschaft schreitet voran, weiterhin eine expotentiell zunehmende Nachfrage nach digitaler Information und nach Vermittlung derartiger Informationen zwischen Dateneinrichtungen zu schaffen. Nahbereichsnetzwerke verwenden ein Netzwerk, ein Kabel oder andere Medien, um Stationen in dem Netzwerk zum Austausch von Informationen in Form von Paketen digitaler Daten zu verbinden. In einer typischen Nahbereichsnetzwerkarchitektur wird eine Mediumzugriffssteuerung (MAC) verwendet, die als Netzwerkschnittstellenkarte an jeder Station ermöglicht, gemeinsam auf das Medium zuzugreifen. Die meisten konventionellen Nahbereichsnetzwerkarchitekturen verwenden Mediumzugriffssteuerungen, die gemäß dem Halbduplex- oder Vollduplex-Ethernet (ANSI/IEEE Standard 802.3) Protokoll arbeiten, und verwenden ein vorgeschriebenen Netzwerkmedium, etwa ein Kabel mit verdrillten Leitungspaaren.
Diese Architekturen haben sich als äußerst erfolgreich zur Bereitstellung einer Datenkommunikation in kommerziellen Anwendungen erwiesen. Jedoch erfordern diese üblichen Nahbereichsnetzwerkarchitekturen die Installation einer spezialisierten Verdrahtung und die Anwendung spezieller Verdrahtungstopologien. Beispielsweise erfordern die populärsten Netzwerkprotokolle, etwa das Ethernet, spezielle Regeln für die Verdrahtung beispielsweise im Hinblick auf die Qualität der Anschlussdrähte, deren Abschluss und den Übertragungsbereich.
Auf Grund des Erfolgs des Internets und dem raschen Verfall der Preise für Personalcomputer und dazugehörigen Datenanlagen hat sich eine Nachfrage für eine Datenkommunikation zwischen einer begrenzten Anzahl an Einrichtungen innerhalb relativ kleiner Einrichtungen, etwa relativ kleiner Einrichtungen, etwa typischerweise einem Haushalt oder klei nen Büros oder Gebäuden, entwickelt. Obwohl bestehende Nahbereichsnetzwerke diesen Zweck erfüllen können, sind in derartigen Installationen die Kosten zum Einrichten einer physikalischen Netzwerkverdrahtung, die die Regeln für das spezielle Protokoll erfüllt, relativ aufwendig.
In den meisten bestehenden Gebäuden einschließlich von Haushalten sind gewisse bestehende Verdrahtungen für Telefone, die elektrische Verssorgung, und dergleichen vorhanden. Es wurde vorgeschlagen, die Daten unter Anwendung derartiger bestehender Infrastrukturen zu übertragen. Dies reduziert die Kosten für die Verdrahtung für ein Netzwerk, wobei jedoch die bestehende Verdrahtung eine Reihe von Problemen hinsichtlich des Übertragens von Hochgeschwindigkeitsdigitalsignalen mit sich bringt.
Beispielsweise gibt es Anstrengungen, um eine Architektur zu entwickeln, die es ermöglicht, dass Computer unter Anwendung konventioneller verdrillter Telefonleitungen miteinander verbunden werden. Eine derartige Anordnung, die hierin auch als Heimnetzwerkumgebung bezeichnet wird, bietet den Vorteil, dass eine bestehende Telefonverdrahtung in einem Gebäude verwendet werden kann, um eine Heimnetzwerkumgebung einzurichten, ohne dass wesentliche Kosten für die Installation einer neuen Verdrahtung auftreten. Jedoch muss ein derartiges Netzwerk Probleme bewältigen, die sich auf die spezielle Natur einer Telefonverdrahtung im Haushalt beziehen, etwa den Betrieb über ein Medium, das mit anderen Diensteinrichtungen gemeinsam benutzt wird, ohne dass die anderen Dienste gestört werden, oder dass diese anderen Dienste störend wirken, einer unregelmäßigen Topologie und dem Rauschen. Im Hinblick auf die Problematik des Rauschens kann jedes Gerät auf der Telefonleitung eine Quelle des thermischen Rauschens sein, und die Verdrahtung kann als eine Antenne wirken, die ein störendes Funksignalrauschen aufnimmt. Telefonleitungen sind an sich mit Rauschen behaftet auf Grund des Störrauschens, das von elektrischen Geräten im Haushalt hervorgerufen wird, beispielsweise von Dimmer-Schaltung, Transformatoren von Geräten, etc. Ferner ergibt sich in Telefonleitungen mit verdrillten Leitungspaaren ein Einschaltimpuls auf Grund des Einschaltens und Ausschaltens des Gabelschalters und durch Rauschimpulse aus den standardmäßigen Telefonen, die mit den Leitungen verbunden sind, und aufgrund weiterer elektrischer Systeme, etwa Heizungen, Klimaanlagen, etc.
Ein weiteres Problem bei Telefonverdrahtungsnetzwerken besteht dann, dass der Signalzustand (d. h. die Form) eines übertragenen Signals deutlich von der Verdrahtungstopologie abhängt. Zahlreiche Nebenverbindungen in dem Telefonleitungsmedium mit verdrillten Paaren sowie die unterschiedlichen zugehörigen Längen der Nebenstellen können zahlreiche Signalreflektionen für ein übertragenes Netzwerksignal hervorrufen. Die Telefonverdrahtungstopologie kann bewirken, dass das Netzwerksignal von einer Netzwerkstation eine Spitze-Spitze-Spannung in der Größenordnung von 10 bis 20 Millivolt aufweist, wohingegen Netzwerksignale einer weiteren Netzwerkstation einen Wert in der Größenordnung von 1 bis 2 Volt aufweisen. Somit kann die Amplitude und die Form eines empfangenen Impulses so verzerrt sein, dass die Wiederherstellung eines übertragenen Taktsignals oder das Senden von Daten aus dem empfangenen Impuls sehr schwierig ist.
Gleichzeitig werden eine Reihe von XDSL-Technologien gegenwärtig entwickelt und sind in einem frühen Stadium der Entwicklung, um wesentliche höhere Raten der Datenkommunikation über eine Telefonverdrahtung mit verdrillten Paaren auf dem Telefonnetzwerk zu ermöglichen. XDSL wird hierin als ein allgemeiner Überbegriff für eine Gruppe aus digitalen Teilnehmerleitungskommunikationsschemata mit hoher Datenrate verwendet, die in der Lage sind, eine Verdrahtung mit verdrillten Leitungspaaren aus einem Büro oder einem anderen Endknoten eines Telefonnetzwerks zu den Teilnehmerhaushalten zu nutzen. Zu Beispielen für die diversen Stadien der Entwicklung gehören ADSL (asymmetrische digitale Teilnehmerleitung), HDSL (digitale Teilnehmerleitung mit hoher Datenrate) und VDSL (digitale Teilnehmerleitung mit sehr hoher Datenrate).
Es sei ADSL als ein repräsentatives Beispiel betrachtet. Für einen Dienst auf Basis von ADSL installiert der Telefonnetzwerkträger des Anwenders eine ADSL-Modemeinheit am Netzwerkende der bestehenden Kupfertelefonverdrahtung mit verdrillten Paaren des Anwenders. Typischerweise wird dieses Modem in der Zentralstelle installiert oder in einem entfernten Endgerät eines Trägersystems mit digitaler Schleife. Der Anwender erhält ein kompatibles ADSL-Modem und verbindet dieses Modem mit dem Kundenendgerät der Telefonverdrahtung. Der Computer des Anwenders wird mit dem Modem verbunden. Das Modem der Zentralstelle wird manchmal als eine ADSL-Endeinheit-Zentralstelle oder „ATU-C" bezeichnet. Das Kundenhaushaltsmodem wird manchmal auch als eine Fern-ADSL-Endgeräteeinheit oder 2ATU-R" bezeichnet. Die normale Telefonausstattung des ADSL-Anwenders wird auch mit der Leitung verbunden, entweder über eine Frequenzkombinati ons-/Splittereinrichtung, die häufig in dem ATU-R enthalten. Die normalen Telefonsignale werden an beiden Enden der Leitung abgetrennt und in üblicher Weise verarbeitet.
Für digitale Datenkommunikationszwecke erzeugen die ATU-C- und die ATU-R-Modemeinheiten mindestens zwei logische Kanäle in dem Frequenzspektrum über jenem, das für den normalen Telefondatenverkehr verwendet wird. Einer dieser Kanäle ist ein Mediumsgeschwindigkeitsduplexkanal; der andere ist ein Hochgeschwindigkeitskanal nur in Abwärtsrichtung. Die beiden Techniken sind dahingehend in der Entwicklung, dass die verfügbare Bandbreite der Telefonleitung aufgeteilt wird, um dieses Kanäle bereitzustellen. Eine Lösungsmöglichkeit verwendet eine Echo-Auslöschung. Gegenwärtig besteht die häufigste Lösung darin, die verfügbare Bandbreite einer Telefonleitung mit verdrilltem Leitungspaar in der Frequenz aufzuteilen, d. h. es wird eine Frequenzdistributionsmultiplex- (FDM) Technik bzw. eine Frequenzaufteilung durchgeführt.
In der FDM-Technik wir ein einzelnes Frequenzband für die Aufwärtsdaten verwendet und ein weiteres Frequenzband wird für die abwärtsgerichteten Daten eingesetzt. Der abwärtsgerichtete Datenweg wird dann durch ein Zeitaufteilungsmultiplexverfahren in einen oder mehrere Hochgeschwindigkeitskanäle und einen oder mehrere Kanäle mit geringer Geschwindigkeit unterteilt. Der Aufwärtsdatenweg kann ebenfalls unter Einsatz des Zeitaufteilungsmultiplexverfahrens in entsprechende Kanäle mit geringer Geschwindigkeit aufgeteilt werden.
Der FDM-Datentransport für ADSL-Dienste verwendet die diskrete Multiton-(DMT) Technologie. Ein DMT-Signal ist im Wesentlichen die Summe aus N unabhängig QAM-modulierten Signalen, wobei jedes über einen separaten Trägerfrequenzkanal übertragen wird. Die Frequenztrennung für jeden Träger beträgt 4,3125 kHz mit einer Gesamtanzahl an 256 Trägem oder Tönen (ANSI). Eine asymmetrische Implementierung dieses DMT-Codierungsschemas mit 256 Tonträgern kann die Töne 32 bis 255 verwenden, um einen Abwärtskanal mit ungefähr 1 MHz analoger Bandbreite bereitzustellen. In einer derartigen Implementierung werden die Töne 8 bis 31 als Träger verwendet, um einen Aufwärtskanal von ungefähr 100 kHz analoger Bandbreite bereitzustellen. Jeder Ton ist quadraturamplitudenmoduliert (QAM), um bis zu 15 Bits aus Daten bei jedem Zyklus der Tonsignalform zu übermitteln.
Die bestehenden DSL-Systeme bieten eine effektive Hochgeschwindigkeitsdatenkommunikatian über Verdrahtung mit verdrillten Leitungspaaren zwischen Kundenhaushalten und entsprechenden netzwerkseitigen Einheiten, die beispielsweise in einer zentralen Vermittlungsstelle des Telefonnetzwerks angeordnet sind. Die DSL-Modemeinheiten überwinden viele der Probleme, die bei der Datenkommunikation über eine Verdrahtung mit verdrillten Leitungspaaren auftreten. Jedoch sind aus einer Reihe von Gründen die bestehenden DSL-Einheiten nicht geeignet, um eine nahbereichsnetzwerkartige Kommunikation innerhalb von Kundenhaushalten bereitzustellen. Beispielsweise sind bestehende ADSL-Einheiten für eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation ausgelegt. D. h., eine Art ATU-R in dem Haushalt kommuniziert mit einer einzelnen ATU-C-Einheit am Netzwerkende der Kundenleitung. Es besteht keine Möglichkeit, die Einheiten für Mehrpunktkommunikationen einzusetzen. Ferner besteht eine gewisse Tendenz, dass bestehende ADSL-Modems relativ komplex sind, und diese sind daher zu teuer für eine haushaltsinterne Kommunikation zwischen mehreren Datengeräten eines einzelnen Kunden.
Es besteht daher ein Bedarf für Verfahren, um die DMT-artige DSL-Kommunikationseinrichtungen zur Verwendung über bestehende haushaltsinterne Verdrahtungen zu nutzen. Diese Anpassungen sollte eine Mehrpunktkommunikation ermöglichen. Ferner erfordern viele Probleme, die durch komplexe Verfahrenstechniken in der ADSL-Kommunikation überwunden werden, entsprechende einfachere und kosteneffizientere Lösungen für ein gebäudeinternes Netzwerk.
Anders als bei den Einrichtungen mit Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, in der die Kommunikation stets kontinuierlich ist und eine nahezu kontinuierliche Synchronisation zwischen Sender und Empfänger ermöglicht, senden Geräte mit zufälligem Zugriff nur dann, wenn sie Daten zu senden haben. Da diverse Übertragungsgeräte unter Umständen versuchen, ein gemeinsam genutztes Sendemedium gleichzeitig zu nutzen, ist es wünschenswert, ein effizientes Kollisionshandhabungsschema bereitzustellen.
Das gut bekannte Ethernet-Protokoll spezifiziert die Kommunikation von Manchestercodierten Daten an, wobei ein sendendes Gerät eine Präambel bzw. ein Vorlaufsignal und seine ID-(Kennung) als Quellenadresse sendet, bevor andere Daten gesendet werden. In dem Ethernet-Protokoll wird eine Kollision erkannt, indem die decodierten digitalen Signale, die gesendet und empfangen werden, verglichen werden. Die Erkennung kann auftreten, wenn die Quellenadresse gesendet wird. Dieser Stand der Technik entspricht, dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Auf Grund der Natur der Kommunikation über bestehende Verdrahtungen ist es schwierig, physikalisch ein Kollisionsereignis zu erkennen, wenn mehrere Geräte Datenpakete gleichzeitig senden. Ein typisches Kommunikationsprotokoll erfordert, dass jede Paketübertragung von dem Empfänger bestätigt wird. In Reaktion auf ein empfangenes Datenpaket sendet der Empfänger ein Bestätigungs-(ACK) Signal, das dem ursprünglichen Sender zeigt, dass das Datenpaket ohne Fehler empfangen wurde. Folglich nimmt der Sender an, dass kein Kollisionsereignis während der Übertragung des Datenpaketes stattfand. Wenn das ACK-Signal nicht empfangen wird, nimmt der Sender an, dass auf Grund von Beeinträchtigungen im Kanal das Datenpaket verloren ging.
In dem Dokument US 5 644 573 A (Jakobsen et al.) werden DMT-Kommunikationsstationen offenbart, die ihre Kennung als eine Sendeanforderung während einer Ruheperiode übertragen. Eine Zentraleinheit empfängt alle diese Übertragungen, erkennt Kollisionen und informiert die Stationen dahingehend, ob Kollisionen aufgetreten sind oder ob eine Anforderung in korrekter Weise empfangen wurde. Dieser Stand der Technik entspricht dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Ein Kollisionsereignis, das durch mehrere Stationen hervorgerufen wird, die ein gemeinsam genutztes Netzwerk beanspruchen, tritt für gewöhnlich zu Beginn des Sendens auf. Da das Mediumzugriffsprotokoll in Stationen auf dem Netzwerk ungefähr gleichzeitig mitteilt, dass das Medium frei ist, kann jede Station mit einer anhängigen Sendung nahezu gleichzeitig mit dem Senden beginnen. Wenn dies eintritt, erzeugen die resultierenden Sendevorgänge ein Kollisionsereignis, das physikalisch bei oder in der Nähe des Beginns der Übertragung beginnt. Jedoch „weiß" das sendende Gerät nichts von dem Auftreten der Kollision, bis es einen Versuch des Sendens abgeschlossen hat, um das Datenpaket zu übertragen, und es das erwartete ACK-Signal nicht empfängt.
Somit kann das Kollisionsereignis bis zum Ende des Übertragungsversuchs nicht erkannt werden. Je länger das Datenpaket ist, um so länger ist die Zeit, die die sendende Station benötigt, um zu bestimmen, dass das Kollisionsereignis aufgetreten ist.
Wenn ferner ein Kollisionsereignis bei oder in der Nähe des Beginns eines langen Datenpakets auftritt, kennzeichnen die meisten Protokoll und physikalischen Einrichtungen das gesamte Datenpaket als nicht empfangen. Daher verschwendet der Teil des Datenpakets nach dem Beginn des Kollisionsereignisses wertvolle Netzwerkbandbreiten. Je früher eine Kollision durch einen Sender erkannt werden kann, desto früher kann der Sender die fehlerhafte Übertragung beenden und kann die Vergeudung von Netzwerkbandbreiten vermeiden. Daher ist es wünschenswert, ein Kollisionserkennungsschema bereitzustellen, das ein Kollisionsereignis zu Beginn des Übertragens erkennt.
Überblick über die Erfindung
Die vorliegende Erfindung löst die angegebenen Probleme, die bei der Datennetzwerkverarbeitung auftreten und erfüllt die oben angegebenen Aufgaben, indem ein neues Kollisionserkennungsverfahren in der physikalischen Schicht bereitgestellt wird, das in dem Mehrpunkt-DMT-Kommunikationssystem angewendet wird. Das Verfahren zum Erkennen einer Kollision umfasst das Senden einer Zeitmarke zu Beginn eines Teils einer Datenkommunikation mit wahlfreiem Zugriff, und das Übertragen eines ersten ID-(Kennungs-) Signals, das ID-Daten zum Identifizieren einer Kommunikationsstation repräsentiert. Das erste ID-Signal wird auf der Grundlage der Zeitmarke erzeugt. Vorzugsweise wird das erste ID-Signal zwischen der ersten Zeitmarke und einem Datenbereich der Datenkommunikation mit wahlfreiem Zugriff übertragen. Die von einem Kommunikationskanal verzerrte Zeitmarke wird von dem Empfänger der Kommunikationsstation empfangen, der es ausgesendet hat. Ein zweites ID-Signal, das die gleichen ID-Daten repräsentiert, wird auf der Grundlage der empfangenen Zeitmarke erzeugt. Das zweite ID-Signal wird mit dem ID-Signal verglichen, das aus dem Kommunikationskanal empfangen wird. Es wird ein Kollisionsereignis erkannt, wenn das empfangene ID-Signal nicht mit dem zweiten ID-Signal übereinstimmt. In Reaktion auf das Erkennen des Kollisionsereignisses kann das Übertragen des Datenbereichs beendet werden.
Noch weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen für den Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, in der lediglich die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt und beschrieben ist, wobei dies beispielhaft durch die gegenwärtig als beste Art zum Ausführen der Erfindung betrachtete Weise geschieht. Man kann erkennen, dass die Erfindung in anderen und unterschiedlichen Ausführungsformen verwirklicht werden kann, und dass diverse Details in vielen offensichtliche Hinsichten modifiziert werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen. Daher sind die Zeichnungen und die Beschreibung als lediglich anschaulich und nicht als einschränkend zu erachten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht eines beispielhaften Heimnahbereichsnetzwerks, in welchem die vorliegende Erfindung eingerichtet werden kann.
2 ist eine Ansicht eines Sender in einer DMT-Kommunikationsstation der vorliegenden Erfindung.
3 und 4 sind beispielhafte Ansichten, die das Codieren von ID-Signalen in Sendern zeigen.
5 ist ein beispielhaftes Zeitablaufdiagramm einer übertragenen Signalform.
6 ist eine Ansicht eines Empfängers in der DMT-Kommunikationsstation der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Kollisionserkennungsverfahren der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine kombinierte Signalform zeigt, die von dem Empfänger empfangen wird.
9 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Restsignalform darstellt, die ein Kollisionsereignis angibt.
Beste Art zum Ausführen der Erfindung
Obwohl die Erfindung eine generelle Anwendbarkeit auf dem Gebiet der Datenkommunikation besitzt, basiert die beste Art zum Ausführen der Erfindung zum Teil auf der Realisierung eines Kollisionserkennungsschemas in einem diskreten Multiton (DMT) Datenkommu nikationsnetzwerk zum Datenaustausch zwischen mehreren Einrichtungen, die mit einer bestehenden Verdrahtung, beispielsweise einer Telefonverdrahtung mit einem verdrillten Leitungspaar, im Gebäude des Anwenders gekoppelt ist.
1 ist eine Ansicht eines Nahbereichsnetzwerks 10, das in einem Gebäude oder einer ähnliche Kundenumgebung unter Anwendung eines Netzwerkmediums 14 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist. Das Netzwerk kann eine Vielzahl unterschiedlicher physikalischer Leitungen für die Netzwerkmedien 14 aufweisen, etwa ein Koaxialkabel, Kabel mit mehreren Leitungspaaren, eine Verdrahtung für die elektrische Versorgung, Glasfasern oder kabellose RF-Kommunikationsverbindungen. In der bevorzugten Ausführungsform umfasst das Medium 14 eine Telefonverdrahtung mit verdrilltem Leitungspaar, wie es üblicherweise in einem Haushalt oder einem Büro verfügbar ist. Wie gezeigt, umfasst das Netzwerk 10 Netzwerkstationen 12a, 12b und 12c, die mit Telefonleitungsverdrahtung (verdrilltes Paar) 14 über RJ-11 Telefonstecker 16a, 16b und 16c verbunden sind. Ein Telefon 18, das mit dem RJ-11 Telefonstecker 16d verbunden ist, kann weiterhin Telefonanrufe übermitteln, während eine oder mehrere der Stationen 12 Daten übertragen.
Wie detaillierter im Hinblick auf die beispielhafte erste Station 12a in 1 dargestellt ist, umfasst jede Heimnetzwerkstation 12 eine Dateneinrichtung 20, beispielsweise einen Personalcomputer, einen Drucker, oder eine intelligente Verbraucherelektronikeinrichtung. Jede Station 12 umfasst ferner einen Sender/Empfänger der physikalischen Schicht (PHY) 22, eine Mediumzugriffs-(MAC) Schicht 24 und einer Betriebssystems-(OS) Schicht 26, die Funktionen der höheren Schichten gemäß dem OS-Referenzmodell ausführt. In dem erfindungsgemäßen Netzwerk werden in dem PHY-Sender/Empfänger digitale Signalverarbeitungsverfahren eingesetzt, um einen diskreten Mehrtontransport digitaler Daten über die Telefonverdrahtung 14 einzurichten.
Die Stationen 12 tauschen Daten aus, indem zwei Daten, die in analoge Netzwerksignale gemäß der vorliegenden Erfindung moduliert sind, übertragen werden. Insbesondere sendet der Sender der physikalischen Schicht Zeitablaufsignale, modulierte Steuer- und Kollisionsinformation und Pakete mit diskreten Multiton-(DMT) Symbolen, die die eigentlichen digitalen Kommunikationsdaten tragen. Der Empfänger der physikalischen Schicht empfängt und verarbeitet diese Signale und demoduliert die DMT-Symbole, um die Daten wie derzugewinnen. Erfindungsgemäß beginnt jeder wahlfreie Zugriff mit dem Senden einer Zeitmarke und die Übertragung jedes Pakets aus Daten beginnt mit dem Senden einer Zeitmarke. Die Signalverarbeitung in dem Empfänger basiert auf einer Wiedergewinnung des Zeitablaufs von der Erkennung der Zeitmarke.
Das Netzwerk 10 ist als ein Heimnetzwerk dargestellt und in vielen Installationen liefert das Netzwerk 10 einen wahlfreien Zugriff auf das Nahbereichsnetzwerkmedium 14 für einen Datenaustausch zwischen den Stationen 12 innerhalb des Kundengebäudes. Es liegt jedoch innerhalb des Bereichs der Erfindung, die DMT-basierte Datenkommunikation zu nutzen, um auf externe Netzwerke zuzugreifen. Normalerweise ist die Verdrahtung 14 des Kundengebäude über eine Netzwerkschnittstelleneinrichtung (NID) 30 mit der Telefonleitung 31 des Teilnehmers verbunden. Die Leitung 31 ist wiederum mit einer zentralen Vermittlungsstelle (CO) 32 des öffentlichen Telefonnetzwerks verbunden. Die Vermittlung 32 liefert einen normalen Sprachtelefondienst, beispielsweise zur Kommunikation unter Anwendung des Telefons 18.
Die Leitung 31 kann jedoch auch DMT-Signale bei geeigneten Frequenzen für den Zugriff auf ein anderes Netzwerk übertragen. In einer derartigen Ausführungsform besitzt der Telefonnetzwerkbediener oder ein anderer Dienstanbieter ein digitales Endgerät 34, das mit der Telefonleitung 31 des Teilnehmers verbunden ist. Die Einrichtung 34 liefert einen Zugriff auf ein externes Weitbereichsnetzwerk, beispielsweise unter Anwendung von ATM oder SDMS, um einen Zugriff auf das öffentliche paketbasierte Datennetzwerk zu erhalten, das üblicherweise als das Internet bezeichnet wird. Die digitale Endgeräteeinheit 34 enthält einen Sender/Empfänger 22_N der physikalischen Schicht (PHY), eine Mediumzugriffs-(MAC) Schicht 24_N , und eine Betriebssystem-(OS) Schicht 26_N , die ähnliche Funktionen wie der Sende/Empfänger 22, die MAC 24 und die OSI 26 in jedem der Heimstationen 12 ausführen. In dem Endgerät 34 besitzt jedoch die Dateneinrichtung die Form einer Netzwerkschnittstelle 38 zum Bereitstellen der geeigneten Verbindung zu dem physikalischen Übertragungsmedium des Datennetzwerks 36 der höheren Ebene.
In 2 der Zeichnungen empfängt ein Sender 100 des PHY-Sender/Empfängers 22 einen digitalen Bit-Strom von einer digitalen Quelle, beispielsweise einer Host- bzw. Haupt-Zentralrecheneinheit (CPU). Der Bit-Strom wird in den differenziellen Codierer 102 als serielles Eingangssignal eingespeist. Die bevorzugte Ausführungsform verwendet eine Form der Quadraturphasenumtastungsmodulation (QPSK). Die QPSK-Modulationstechnik moduliert im Wesentlichen 2 Bits in jeweils einen modulierten Ton. Somit gibt es lediglich vier Punkte in der Konstellation. Vorzugsweise verwendet die DMT-Verbindung eine differenzielle Modulationstechnik. Wenn beispielsweise QPSK verwendet wird, erzeugt der Sender das Tonsignal entsprechend einer Differenz in der Phase, die den Konstellationspunkt (2 Bit an Information) repräsentiert.
Der Codierer 102 bildet die Bitsequenz des seriellen Stroms auf Punkte in der komplexen Ebene (d. h. Konstellationspunkte) in ähnlicher Weise wie die Funktionsprinzipien beim QPSK (Vierfachphasenumtastung) ab. Anders als beim QPSK codiert jedoch der differenzielle Codierer 63 die Differenz zwischen einem aktuellen Konstellationspunkt und einem Referenzkonstellationspunkt. Die Differenz kann in Bezug auf den Konstellationspunkt genommen werden, der auf einen benachbarten Ton moduliert ist, oder vorzugsweise kann die Differenz in Bezug auf den Konstellationspunkt genommen werden, der innerhalb des Tonkanals während des vorhergehenden Symbols vermittelt wird. Die DMT-Systeme können Töne mit bis zu 15 Bits an Information unter Anwendung eines Quadraturamplitudenmodulationsschemas (QAM) modulieren. Der Fachmann erkennt, dass die differenzielle Modulation auf QAM erweitert werden kann, um das Übertragen einer größeren Anzahl an Bits pro Tönen und pro Symbol zu ermöglichen.
In einer beispielhaften Ausführungsform codiert der differenzielle Codierer 63 einen Bit-Strom in Bitsequenzen aus zwei Bits pro Ton unter Anwendung von 256 Tonfrequenzen. Folglich repräsentiert ein Symbol 512 Bits. Da das Codierungsschema auf Phasendifferenzen beruht, werden Absolutsignalwerte für eine korrekte Erkennung und Decodierung der empfangenen Symbole nicht benötigt. Somit vermeidet diese Technik die Notwendigkeit für einen Frequenzbereichsentzerrer (FEQ), um Amplituden- und Phasenverzerrungen, die durch den Kanal 14 hervorgerufen werden, zu kompensieren.
Zur einfacheren Erläuterung wird in der folgenden Beschreibung angenommen, dass die differenzielle Quadraturphasenumtastungsmodulation (DQPSK) angewendet wird. Auf Grund der relativ geringen Strecken, die bei einer Kommunikation in einer Gebäudeverdrahtung beteiligt sind, bieten typischerweise alle 256 Töne einen ädequaten Datentransport für die DQPSK-modulierten Signale. Es liegt jedoch auch innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, die Modulation zu ändern und damit die Anzahl der Bits, die auf jeden Ton aufmoduliert werden, und/oder die Anzahl der Töne zu variieren, die in einer speziellen Installation eingesetzt werden, oder die sogar während einer speziellen Kommunikationssitzung verwendet werden. Beispielsweise gibt es Ausführungsformen, in denen gewisse Töne auf Grund von Rauschen oder schlechten Leitungseigenschaften nicht verwendbar sind. In einem weiteren Beispiel können alle Töne verwendbar sein, wobei jedoch einige eine differenzielle QAM-Modulation für diverse Anzahlen an Bits mit bis zu 15 Bits tragen, wobei andere Töne jedoch nur einen geeigneten Transportmechanismus für die 2-Bit-DQPSK bieten. Wenn die Anzahl der Töne und/oder die Modulation und Bitraten von Tönen von einem vorgegebenen Standard abweichen können, können die Endgeräte auf der Leitung periodisch eine „Trainings"-Routine ausführen, um das Leistungsverhalten jedes Tonkanals zu bestimmen und in geeigneter Weise die Modulationseigenschaften für jeden Ton festzulegen.
Das Ausgangssignal des differenziellen Codierers 102 ist ein paralleles Array aus „komplexen Zahlen", die die Phasen- und Amplitudeninformation für jede fundamentale Tonfrequenz repräsentieren, d. h. diese ist in Frequenzbereichswerten ausgedrückt. Diese komplexen Zahlen werden in paralleler Weise in eine Logikschaltung für eine inverse schnelle Fourier-Transformation (IFFT) 104 eingespeist. Die IFFT-Logik 104 wandelt den vollständigen Satz aus komplexen Zahlen vom Frequenzbereich in den Zeitbereich um.
Das analoge Signal für ein DMT-Symbol besitzt eine komplexe Signalform. Jede Signalform kann mathematisch als eine Summe aus Sinuswellen unterschiedlicher Frequenzen, Phasen und Amplituden ausgedrückt werden. Die DMT-Symbolsignalform entspricht im Wesentlichen der Summe der Tonsignale (Sinustöne), die für die Kommunikation verwendet werden, bei ihren entsprechenden Frequenzen und besitzen zumindest unterschiedliche Phasen, die durch die auf den entsprechenden Tönen aufmodulierten Daten bestimmt sind. Diese Tonsignale können auch in der Amplitude als Funktion zusätzlicher Datenbits variieren.
Anders ausgedrückt, die IFFT-Logikschaltung 104 berechnet im Wesentlichen die Sinussignale für jeden der 256 Töne einschließlich der Phase und/oder Amplitude, die mit dem Konstellationspunkt für jede Tonfrequenz verknüpft ist. In dem Beispiel sollte die DMT-Signalform 256 Mikrosekunden lang sein. Wenn eine 2 MHz-Abtastrate angenommen wird, sollten 512 Abtastwerte vorhanden sein, um eine analoge Signalform der gewünschten Länge zu erzeugen. Die IFFT- 65 berechnet 512 Abtastwerte für die 256 Sinustonsignalformen. Für jedes der 512 Abtastintervalle hat jetzt die IFFT-Logikschaltung 104 die berechneten Werte für die einzelnen Sinustonsignalformen, um ein einzelnes Beispiel der komplexen DMT-Signalform zu erhalten.
Ein parallel-zu-seriell- und ein digital-zu-analog-Wandler 106 umfasst einen parallel-seriell Wandler, für das parallele Signal, das von der IFFT-Logikschaltung 104 zugeführt wird, und dieses in ein serielles umwandelt, und besitzt einen digital/analog-Wandler zum Umwandeln der digitalen Information in eine analoge Form. Das von dem Block 106 erzeugte Analoginformationssignal wird einer Analogfronteingangs-(AFE) Einheit 108 zugeführt, die eine analoge Verarbeitungsschaltung mit einem Leitungstreiber zum Erzeugen eines DMT-Leitungssignals umfasst, der so eingestellt ist, dass spezielle Erfordernisse der Kommunikationsleitung 14 eingehalten werden. Der Ausgangsblock 106 ist mit der AFE-Einheit 108 über eine Schalterschaltung 110 verbunden.
Ebenso umfasst der Sender 100 der vorliegenden Erfindung einen ID- und Steuersignalgenerator 112 und einen Zeitmarkengenerator 114, die mit der AFE 108 über die Schalterschaltung 110 verbindbar sind, die von einer Sendersteuerung gesteuert wird, um den Block 106, den Generator 112 oder den Generator 114 mit der AFE-Einheit 108 zu verbinden.
Da ein paketbasiertes DMT-Kommunikationsgerät ein Leitungssignal nur dann sendet, wenn Daten übertragen werden müssen, ist eine Zeitmarke erforderlich, um empfangende Einrichtungen über den Beginn der Datenpaketübertragung zu informieren. Daher sendet zu Beginn einer Datenkommunikation mit wahlfreiem Zugriff der Sender eine Zeitmarke, die von dem Zeitmarkengenerator 114 erzeugt wird. Eine Zeitmarke kann ein vorbestimmter Digitalwert sein, der in ein analoges Signal moduliert wird.
Beispielsweise kann, wie in 3 und 4 gezeigt ist, die Zeitmarke in Form eines oder mehrerer Zyklen eines sinusförmigen Signals moduliert sein. Es sollte jedoch beachtet werden, dass ein Träger einer beliebigen Form, beispielsweise ein Rechtecksignalträger, verwendet werden kann.
Der ID- und Steuersignal-Generator 110 erzeugt eine einzigartige ID (Kennung) zum Erkennen jeder Station 12 in dem Netzwerk 10. Wie nachfolgend erläutert ist, kann die ID verwendet werden, um eine Kollision während des Sendens von Daten zu erkennen. Jede ID kann aus einer vorbestimmten Anzahl an Symbolen zusammengesetzt sein. Beispielsweise kann eine ID eine einzigartige Kombination der Symbole „0" und "1" sein, die in gleicher Weise wie die Zeitmarke, beispielsweise in Form von Sinuswellen, moduliert ist.
Die von dem Zeitmarkengenerator 112 erzeugte Zeitmarke dient als eine Schablone zum Modulieren von ID-Symbolen. Somit ist in der Impulssignalform der ID im Wesentlichen die gleiche grundlegende zyklische Signalform wie die Zeitmarkierung verwendet. Innerhalb der ID-Signalform wird jeder Zyklus durch Multiplizieren der Signalform mit einem Pegelwert moduliert, der den in dem entsprechenden Zyklus zu übertragenden Daten entspricht. Es sei beispielsweise eine Zweipegelmodulation (1, –1) angenommen, die binäre Einsen und Nullen der ID und der Steuerinformation repräsentiert. Die Zyklen der Zeitmarke entsprechen den Einsen (mit Pegel 1). Zyklen innerhalb der ID-Signalform mit einem binären 1-Wert werden mit einem Pegel 1 multipliziert und besitzen die gleiche Form. Zyklen innerhalb der ID-Signalform mit einem binären 0-Wert werden mit einem Pegel –1 multipliziert und erscheinen als invertiert in Bezug auf die Zyklussignalform der Zeitmarkierung.
Folglich kann das ID-Symbol „1" einer Sinuswelle ähnlich einen Zyklus des Sinussignals entsprechen, das die Zeitmarke repräsentiert. Das ID-Symbol „0" entspricht einer Sinuswelle, die invertiert oder vertauscht ist in Bezug auf die Sinuswelle, die das ID-Symbol „1" repräsentiert.
Somit kann, wie in den 3 und 4 dargestellt ist, das ID-Symbol „1" als eine Sinuswelle mit einem positiven Amplitudenwert in der ersten Halbwelle (zwischen 0 und π) und einem negativen Amplitudenwert in der zweiten Halbwelle zwischen π und 2π repräsentiert werden. Das Symbol „0" kann durch eine Sinuswelle mit einem negativen Amplitudenwert in der ersten Halbwelle und einem positiven Amplitudenwert in der zweiten Halbwelle repräsentiert werden.
3 und 4 zeigen beispielhafte ID's der Stationen 12 gemäß der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise kann eine einzelne Station (Sender 1) in dem Netzwerk 10 durch das ID-Signal „10110" gekennzeichnet werden, das durch die Sinuswellen repräsentiert ist, wie sie in 3 gezeigt sind. Eine weitere Station (Sender 2) in dem Netzwerk 10 kann durch das ID-Signal „00110" gekennzeichnet werden, das durch die in 4 gezeigten Sinuswellen repräsentiert ist.
Somit erzeugt in einer bevorzugten Ausführungsform der ID- und Steuergenerator 110 eine vorbestimmte Anzahl an Sinuswellen, die eine einzigartige ID der Station 12 repräsentieren. Ferner kann der ID- und Steuergenerator 110 ein Steuersignal zum Angeben eines Redundanzschemas, das für die Übertragung verwendet wird, erzeugen.
5 zeigt ein beispielhaftes Zeitablaufdiagramm einer durch die Station 12 ausgesandten Signalform. Wie zuvor erläutert ist, wird zu Beginn der Übertragung eine oder mehrere Perioden eines vorgegebenen Sinussignals durch den Zeitmarkengenerator 112 erzeugt, um eine Zeitmarke zu definieren. An die Zeitmarke schließt sich eine ID- und Steuersignalform an, die von dem ID- und Steuersignalgenerator 110 erzeugt wird. Beispielsweise zeigt 5 die ID-Signalform, die aus 5 Sinuswellen zusammengesetzt ist, die das ID-Signal „10110" repräsentieren, wobei die Symbole „1" durch Sinuswellen repräsentiert sind, die in der gleichen Weise wie die Zeitmarke moduliert sind, und wobei die Symbole „0" durch die Sinuswellen repräsentiert sind, die in Bezug auf die dem Symbol „1" entsprechenden Sinuswellen invertiert sind.
Die Periode T der ID-Signalform kann auf der Grundlage einer Messung der Länge der Impulsantwort des Kanals bestimmt werden, über welchem eine einzelne Sinuswelle der ID-Signalform übertragen wird. Die Periode T sollte so ausgewählt sein, dass sie größer als die Summe der Dauer der Sinuswelle ist und so dass die maximale Länge der Impulsantwort, die experimentell, d. h. für den Kanal mit der schlechtesten Ausbreitungseigenschaft, bestimmt ist.
Die in 5 gezeigte Steuersignalform ist aus 2 Sinuswellen zusammengesetzt, die in der gleichen Weise wie die ID-Sinuswellen moduliert sein können. An die Steuersignalform schließt sich ein Referenzsymbol an, das ein vordefiniertes DMT-Symbol ist, das von dem Empfänger zur Einschätzung der Kanalphasenverschiebung verwendet wird. Das Referenzsymbol wir der AFE 108 von dem Ausgang des Blocks 106 zugeführt. Dem Referenzsymbol folgen DMT-Datensymbole, die an dem Ausgang des Blocks 106 erzeugt und der Leitung 14 über die AFE 108 zugeführt werden. Beispielsweise kann jedes DMT-Datensymbol 352 Bits enthaften.
Gemäß 6 empfängt ein Empfänger 120 des PHY-Sender/Empfängers 22 das analoge Signal unter Anwendung der AFE-Schaltung 122, die einige der Funktionen der AFE-Schaltung 108 in dem Sender 100 spiegelbildlich ausführt. Beispielsweise ist die AFE-Schaltung 122 für die Filterung des analogen Signals verantwortlich und kann eine Leitungsanpassschaltung beinhalten, um eine Impedanzanpassung zu ermöglichen.
Für die Symboldecodierung nach der Verarbeitung des von der AFE-Schaltung 122 empfangenen Signals führt eine analog/digital- und seriell/parallel-Wandlerlogik 124 eine analog-zu-Digital-Wandlung aus und wandelt die digitalisierten oder diskreten Signalformwerte in ein paralleles Array aus Signalformwerten um. Ein Prozessor für schnelle Fourier-Transformation (FFT) 126 wandelt die Information im Zeitbereich der reellen Zahlen in Informationen im Frequenzbereich um, die somit die Frequenz, Phase und Amplitude enthält. Der differenziale Decodierer und Fenstergenerator 128 bildet die Frequenzbereichsinformation in entsprechende Bitsequenzen ab, um den ursprünglichen Bit-Strom wieder herzustellen. In einem DPSK-System wird die für jeden Tonkanal erfasste Phase mit der Phase für den Kanal verglichen, die während des Verarbeitens eins vorhergehenden Symbols erkannt wird. Der Decodierer 128 bildet im Wesentlichen die differenzielle Phaseninformation für jeden Ton auf einen Konstellationspunkt ab und wandelt den Konstellationspunkt in seine entsprechenden Datenbits um. Die von allen Kanälen empfangenen Datenbits eines einzelnen Symbols werden zu einem DMT-Symbol zusammengefasst.
Ferner umfasst der Empfänger 120 einen Zeitmarkendetektor 130 und einen Kollisionsdetektor 132, die zum Erkennen einer Kollision während der Datenübertragung verwendet werden. Der Zeitmarkendetektor 130 und der Kollisionsdetektor 132 sind mit der AFE-Schaltung 122 über Schalterschaltungen 134 und 136, die von einer Empfangssteuerung gesteuert werden, verbunden.
Gemäß dem Flussdiagramm in 7 erkennt der PHY-Sender/Empfänger 22 eine Kollision wie folgt. Wie zuvor erläutert ist, moduliert, nachdem eine Zeitmarke übertragen ist (Bock 202), der ID- und Steuersignalgenerator 110 eine einzigartige ID unter Anwendung der Zeitmarke als eine Schablone (Block 204). In der ID-Signalform wird jeder Zyklus durch Multiplizieren der Zeitmarkensignalform mit einem Pegelwert entsprechend den in dem entsprechenden Zyklus zu übertragenden Daten moduliert. Beispielsweise können Zyklen innerhalb der ID-Signalform mit einem Binärwert von 1 durch Multiplizieren der Zeitmarkensignalform mit einem Pegel 1 erzeugt werden. Zyklen innerhalb des ID-Signals mit einem Binärwert von 0 können durch Multiplizieren der Zeitmarkensignalform mit einem Pegel –1 erzeugt werden. Die ID-Signalform wird nach der Zeitmarke übertragen.
Die von dem Sender 100 über die Leitung 14 gesendete Zeitmarke wird von allen Empfängern in dem Netzwerk 10 empfangen, wozu auch der Empfänger 120 des Senders/Empfängers 22 gehört, der die Zeitmarke sendet. Beispielsweise wird die von der Station 12a (1) gesendete Zeitmarke nicht nur von den Stationen 12b und 12c empfangen, sondern auch von der Station 12a selbst. Der Zeitmarkendetektor 130 des Empfängers 120 in der Station 12a erkennt diese Zeitmarke, die von dem Kommunikationskanal verzerrt ist (Block 206) und liefert die verzerrte Zeitmarke zu dem Kollisionsdetektor 132.
Die verzerrte Zeitmarke wird von dem Kollisionsdetektor 132 verwendet, um die ID der Station 12a auf der Grundlage der verzerrten Zeitmarke zu codieren. Somit erzeugt der Kollisiondetektor 132 eine neue ID mit den gleichen Symbolen wie die ursprüngliche ID, die jedoch auf der Grundlage der verzerrten Zeitmarke moduliert ist.
Auch der Kollisionsdetektor 132 empfängt das eintreffende Signal von der Leitung 14. Dieses eintreffende Signal kann das verzerrte ID-Signal, das von der Station 12a gesendet wird, sowie ein ID-Signal einer anderen Station, beispielsweise der Station 12b, enthalten. Wenn ein ID-Signal, das von der Station 12a gesendet wird, entlang des gleichen Weges wie die Zeitmarke, die von dieser Station gesendet wurde, weiterwandert, wird das ID-Signal in der gleichen Weise wie die Zeitmarke verzerrt. 8 zeigt eine kombinierte empfangene ID-Signalform von der Station 12a mit einer ID, die durch die Symbole „10110" (Sender 1) repräsentiert ist, und von der Station 12b mit einer ID, die durch die Symbole „00110" (Sender 2) repräsentiert ist.
Der Kollisionsdetektor 132 bestimmt, ob das neue ID-Signal, das auf der Grundlage des verzerrten Zeitsignals erzeugt wurde, mit der empfangenen ID-Signalform übereinstimmt (Block 210). Beispielsweise kann der Kollisionsdetektor ein analoges Subtraktionselement verwenden, um die empfangene ID-Signalform von der neuen ID-Signalform zu substrahie ren. 9 zeigt eine Ergebnis- bzw. Restsignalform, die an dem Ausgang des analogen Subtrahierers erzeugt werden kann, wenn sich die empfangene ID-Signalform von der neuen ID-Signalform unterscheidet, die von dem Kollisionsdetektor 132 erzeugt wird. Alternativ kann eine digitale Subtrahiereinrichtung verwendet werden, um die Anpassung der empfangenen ID-Signalform an die neue ID-Signalform, die von dem Kollisionsdetektor 132 erzeugt wird, auszuführen.
Wenn keine nennenswerte Restsignalform erzeugt wird, nimmt der Kollisionsdetektor 132 an, dass es keine Kollision gibt. Wenn jedoch der Kollisionsdetektor 132 ein wesentliches Restsignal an dem Ausgang der Subtrahiereinrichtung erkennt, wird eine Kollision an den Sender 100 berichtet, um damit die Datenübertragung zu beenden. Beispielsweise kann der Kollisionsdetektor 132 das resultierende Signal mit einem vorgegebenen Schwellwertpegel vergleichen, um eine Kollision anzugeben, wenn das resultierende Signal den Schwellwertpegel übersteigt. Der Schwellwertpegel kann auf der Grundlage experimenteller Ergebnisse festgelegt werden.
Da die ID der Station ein kurzes Signal ist, das vor dem Senden eines Datenpakets übertragen wird, ermöglicht es das Kollisionsschema der vorliegenden Erfindung, dass der Sender eine Kollision zu Beginn der Übertragung erkennt, um damit eine Verschwendung an Netzwerkbandbreite zu vermeiden.
Somit erkennt die Station eine Kollision durch Vergleichen seines eigenen ID-Signals, das auf der Grundlage einer Zeitmarke erzeugt wird, die von dem Kanal verzerrt wird, mit einem eintreffenden ID-Signal, das aus dem Netzwerk empfangen wird. Wenn das ID-Signal des Netzwerkes mit dem eintreffenden ID-Signal übereinstimmt, nimmt die Station an, dass keine andere Station eine Übertragung ausführt. Wenn jedoch das ID-Signal der Station von dem eintreffenden ID-Signal abweicht, erkennt die Station ein Kollisionsereignis und hindert ihren Sender daran, ein Datenpaket auszusenden.
Der Fachmann erkennt, dass die vorliegende Erfindung eine Reihe von Modifizierungen innerhalb des Grundgedankens und Schutzbereichs des erfindungsgemäßen Konzepts ermöglicht. Beispielsweise können der DMT-Sender und der DMT-Empfänger in einer Reihe unterschiedlicher Arten eingerichtet werden. Diese Schaltungen in den Sendern/Empfängern können als speziell aufgebaute Chips mit Logikschaltungen und anderen Komponenten zum Ausführen der zuvor beschriebenen Funktionen eingerichtet sein. Alternativ können eine oder beide Komponenten unter Anwendung eines allgemeinen digitalen Signalsprozessors und einer geeigneten Programmierung verwirklicht werden. Auch können eine Reihe unterschiedlicher Schaltungen oder Softwareprozeduren für den Zeitmarkendetektor und den Kollisionsdetektor eingesetzt werden. Beispielsweise können diese Detektoren auf der Grundlage einer digitalen Signalverarbeitung verwirklicht werden. Im Wesentlichen beinhaltet die Erkennung einer sinusförmigen Zeitmarke das Abtasten der analogen Signalform mit der normalen Abtastrate und das Analysieren einer Reihe der Abtastwerte, um einen Zustand des Signals zu erkennen, der der sinusförmigen Zeitmarke entspricht, um beispielsweise eine Signalform zu erkennen, die sich mit oder ungefähr mit der erwarteten Frequenz oder Bodenperiodizität wiederholt.
Obwohl das Vorhergehende im Hinblick auf Ausführungsformen beschrieben ist, die als bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen erachtet werden, ist es selbstverständlich, dass diverse Modifizierungen durchgeführt werden können und dass die Erfindung in diversen Formen und Ausführungsformen eingerichtet werden kann und auch in zahlreichen Anwendungen eingesetzt werden kann, wovon lediglich einige hierin beschrieben sind. Es ist beabsichtigt, dass die folgenden Patentansprüche alle derartigen Modifizierungen und Variationen umfassen, die innerhalb des tatsächlichen Schutzbereichs der Erfindung liegen.

Claims

Verfahren zum Erkennen einer Kollision mit den folgenden durch eine Datenkommunikationseinrichtung ausgeführten Schritten, die umfassen: Übertragen einer Zeitmarkierung zum Beginn eines Bereichs einer Datenkommunikation mit wahlfreiem Zugriff, Übertragen eines ersten Identifizierungssignals, das Identifizierungsdaten zum Identifizieren der Einrichtung repräsentiert, wobei das erste Identifizierungssignal auf der Grundlage der Zeitmarkierung erzeugt wird, Empfangen der Zeitmarkierung, die von einem Kommunikationskanal verzerrt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die mittels der Datenkommunikationseinrichtung ausgeführten Schritte umfasst: auf der Basis der empfangenen Zeitmarkierung Erzeugen eines zweiten Identifizierungssignals, das die Identifizierungsdaten repräsentiert, Empfangen eines eintreffenden Identifizierungssignals von dem Kommunikationskanal, Vergleichen des zweiten Identifizierungssignals mit dem eintreffenden Identifizierungssignal, und Erkennen eines Kollisionsereignisses, wenn das eintreffende Identifizierungssignal nicht mit dem zweiten Identifizierungssignal übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Identifizierungssignal zwischen der Zeitmarkierung und einem Datenbereich der Datenkommunikation mit wahlfreiem Zugriff übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Übertragen des Datenbereichs beendet wird, wenn das Kollisionsereignis erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Identifizierungssignal eine erste Identifizierungssignalform umfasst, die auf der Grundlage einer Signalform der Zeitmarkierung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das zweite Identifizierungssignal eine zweite Identifizierungssignalform umfasst, die auf der Grundlage einer Signalform der von dem Kanal verzerrten empfangenen Zeitmarkierung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Identifizierungssignal mehrere erste Identifizierungssignalformen, die ein jeweiliges von mehreren Identifizierungssymbolen repräsentieren, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei jede der ersten Signalformen auf der Grundlage einer Signalform der Zeitmarkierung codiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zeitmarkierung einen Zyklus einer sinusförmigen Signalform umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein erstes vorgegebenes Symbol der Identifizierungsdaten durch eine erste Sinuswelle ähnlich zu dem Zyklus der sinusförmigen Signalform in der Zeitmarkierung repräsentiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein zweites vorhandenes Symbol der Identifizierungsdaten durch eine zweite Sinuswelle repräsentiert ist, die in Bezug auf den Zyklus der sinusförmigen Signalform in der Zeitmarkierung invertiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kollisionsereignis erkannt wird, wenn ein Unterschied zwischen dem eintreffenden Identifizierungssignal und dem zweiten Identifizierungssignal einen Schwellwertpegel übersteigt.
Einzelne Mehrtonkommunikationsstation zur Verwendung in einer analogen Verbindung, die modulierte digitale Daten überträgt, mit: einem Identifizierungsgenerator zum Erzeugen eines Identifizierungssignals, das über die Verbindung übertragen wird, wobei das Identifizierungssignal Identifizierungsdaten aufweist, die die Station kennzeichnen, und einem Kollisionsdetektor zum Erkennen eines Kollisionsereignisses, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kollisionsereignis erkannt wird durch Bestimmen, dass Identifizierungsinformation, die von einem eintreffenden Identifizierungssignal transportiert wird, unterschiedlich ist zu den Identifizierungsdaten.
Station nach Anspruch 12, die ferner einen Zeitmarkierungsgenerator zum Erzeugen einer Zeitmarkierung umfasst, die zu Beginn eines Bereichs einer Datenkommunikation mit wahlfreiem Zugriff übertragen wird.
Station nach Anspruch 13, wobei das übertragene Identifizierungssignal auf der Grundlage der Zeitmarkierung erzeugt wird.
Station nach Anspruch 14, die ferner einen Zeitmarkierungsdetektor zum Erfassen der durch die Verbindung verzerrten Zeitmarkierung umfasst.
Station nach Anspruch 15, wobei der Kollisionsdetektor das eintreffende Identifizierungssignal mit einem Erfassungsidentifizierungssignal vergleicht, das auf der Grundlage der von der Verbindung verzerrten Zeitmarkierung erzeugt wird, um zu bestimmen, ob die Identifizierungsinformation, die von dem eintreffenden Identifizierungssignal transportiert wird, sich von den Identifizierungsdaten unterscheidet oder nicht.
Station nach Anspruch 16, wobei der Kollisionsdetektor das Kollisionsereignis erkennt, wenn das eintreffende Identifizierungssignal mit dem Erfassungsidentifizierungssignal übereinstimmt.