DE69937192T2

DE69937192T2 - Verfahren für zeitliche abstimmung in einem mehrträger-übertragungssystem (dmt)

Info

Publication number: DE69937192T2
Application number: DE69937192T
Authority: DE
Inventors: Maged F. Sunnyvale BARSOUM; Chien-Meen San Jose Hwang; Eugen San Jose GERSHON; Fred Santa Clara BERKOWITZ; Muoi V. San Jose HUYNH
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: EP1086544A1; US6442173B1; WO2000060804A1; ATE374475T1; DE69937192D1; EP1086544B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Zeitabstimmung bei der Wiederherstellung in einem Netzwerk für die diskrete Mehrton- bzw. Mehrträger (DMT) Datenkommunikation und insbesondere in einem Netzwerk für die Kommunikation zwischen mehreren Geräten, die an eine bestehende Verdrahtung angeschlossen sind, beispielsweise an eine Telefonverdrahtung mit verdrillten Kabeln im Heimbereich des Anwenders.
Beschreibung des Stands der Technik
In der modernen Gesellschaft steigt die Nachfrage nach digitalen Informationen und die Übermittlung für derartige Informationen zwischen Dateneinrichtungen exponentiell an. In Nahbereichsnetzwerken wird ein Netzwerkkabel oder es werden andere Medien verwendet, um Stationen auf dem Netzwerk zum Informationsaustausch in Form von Paketen aus digitalen Daten zu verbinden. In einer typischen Nahbereichsnetzwerkarchitektur wird eine Mediumzugriffssteuerung (MAC) verwendet, die ermöglicht, dass Netzwerkschnittstellenkarten in jeder Station gemeinsam Zugriff zu den Medien erhalten. Konventionelle Nahbereichsnetzwerkarchitekturen verwenden Mediumzugriffssteuerungen, die entsprechend dem Halbduplex oder dem Vollduplex bzw. vollständig bidirektionalen Ethernet-(ANSI/IEEE Standard 802.2) Protokoll arbeiten, wobei ein vorgegebenes Netzwerkmedium, etwa 10 BASE-T verwendet wird.
Diese Architekturen erweisen sich als sehr erfolgreich bei der Bereitstellung einer Datenkommunikation in kommerziellen Anwendungen. Jedoch erfordern diese üblichen Nahbereichsnetzwerkarchitekturen die Installation spezieller Verdrahtungen und die Verwendung spezieller Verdrahtungstopologien. Beispielsweise benötigen die populärsten Netzwerkprotokolle, etwa Ethernet, spezielle Regeln für die Verdrahtung, beispielsweise im Hinblick auf die Dicke und die Qualität des Drahtes, die Übertragungsstrecke und den Abschluss der Strecke.
Auf Grund des Erfolges des Internets und des raschen Verfalls der Preise von Personalcomputer und dazugehörigen Dateneinrichtungen hat sich eine Nachfrage für die Datenkommunikation zwischen einer begrenzten Anzahl an Geräten innerhalb relativ klei ner Gebäude, typischerweise ein Haushalt oder ein kleines Geschäft, ergeben. Obwohl bestehende Nahbereichsnetzwerke für diesen Zweck geeignet sind, sind in derartigen Installationen die Kosten für die tatsächliche physikalische Netzwerkverdrahtung gemäß den Regeln für das spezielle Protokoll relativ teuer.
Die meisten bestehenden Gebäude einschließlich von Wohnbereichen beinhalten eine gewisse Art an Verdrahtung, beispielsweise für Telefone, dielektrische Versorgung und dergleichen. Es wurde vorgeschlagen, Daten unter Anwendung einer derartig bestehenden Infrastruktur zu übertragen. Dies verringert die Kosten für die Verdrahtung für das Netzwerk, wobei jedoch die bestehende Verdrahtung eine Reihe von Problemen aufwirft im Hinblick auf die Übertragung von digitalen Signalen mit hoher Geschwindigkeit.
Beispielsweise gibt es Bestrebungen, um eine Architektur zu entwickeln, die es ermöglicht, dass Computer unter Anwendung konventioneller verdrillter Telefonleitungen verbunden werden. Eine derartige Anordnung, die im Weiteren als Heimnetzwerkumgebung bezeichnet wird, bietet den Vorteil, dass bestehende Telefonkabel in einem Haushalt verwendet werden können, um ein Heimnetzwerk ohne Kosten für eine im Wesentlichen neue Verdrahtungsinstallation hervorzurufen. Jedoch muss ein derartiges Netzwerk in der Lage sein, die Probleme zu handhaben, die mit der speziellen Natur einer haushaltsinternen Telefonverdrahtung einhergehen, etwa die Topologie und das Rauschen. Ferner erfordert der Betrieb über ein derartiges Medium das gemeinsame Nutzen des Mediums mit anderen Dienstleistungen ohne Störungen von den anderen Dienstleistungen oder ohne Störung der anderen Dienstleistungen.
Im Hinblick auf das Problem des Rauschens gilt, dass jedes Gerät auf der Telefonleitung als eine thermische Rauschquelle fungieren kann, und die Verdrahtung kann als eine Antenne wirken, um damit ein störendes Funksignal aufzunehmen. Telefonleitungen sind an sich schon auf Grund des Störrauschens, das durch elektrische Geräte im Haushalt hervorgerufen wird, beispielsweise von dimmbaren Schaltern, Transformatoren für Heimgeräte, etc., rauschbehaftet. Ferner besitzen die verdrillten Telefonleitungen Einschaltspitzen auf Grund des Abhebens und Auflegens des Telefons und auf Grund von Rauschpulsen aus den standardmäßigen Telefonen, die mit den Leitungen verbun den sind, und auf Grund von elektrischen Systemen, etwa elektrischen Heizungen, Klimaanlagen, etc.
Ein weiteres Problem in Netzwerken mit Telefonverkabelung besteht darin, dass der Signalzustand (d. h. die Form) einer übertragenen Signalform stark von der Verdrahtungstopologie abhängt. Zahlreiche Verzweigungen in dem Übertragungsmedium aus verdrillten Telefonleitungspaaren sowie die unterschiedlichen zugehörigen Wegstrecken der verzweigten Verbindungen können mehrfach Signalreflektionen für ein gesendetes Netzwerksignal hervorrufen. Die Telefonverdrahtungstopologie kann bewirken, dass das Netzwerksignal von einer einzelnen Netzwerkstation eine Spitze-Spitze-Spannung in der Größenordnung von 10 bis 20 Millivolt aufweist, wohingegen Netzwerksignale von einer anderen Netzwerkstation einen Wert in der Größenordnung von 1 bis 2 Volt aufweisen. Somit können die Amplitude und die Form eines empfangenen Impulses so verzerrt sein, dass eine Wiederherstellung eines Sendetaktsignals oder von übertragenen Daten aus dem empfangenen Impuls sehr schwierig ist.
Gleichzeitig werden eine Reihe von XDSL-Technologien entwickelt und sind in einer frühen Phase der öffentlichen Netzwerkverbreitung, um damit wesentlich höhere Daten bei der Datenkommunikation über verdrillte Telefonleitungspaare des öffentlichen Telefonnetzwerks zu ermöglichen. XDSL wird hierin als ein Überbegriff für eine Gruppe von Schemata für digitale Kommunikation über Teilnehmerleitungen mit hoher Datenrate verwendet, wobei unter Anwendung verdrillter Leitungspaare von einem Büro oder einem Endgeräteknoten eines Telefonnetzwerkes zum Haushalt des Teilnehmers eine Kommunikation stattfindet. Beispiele diverser Entwicklungsstadien beinhalten ADSL (asymmetrische digitale Teilnehmerleitung), HDSL (digitale Teilnehmerleitungen mit hoher Datenrate) und VDSL (digitale Teilnehmerleitung mit sehr hoher Datenrate). Diese DSL-Technologien lösen viele ähnliche Probleme bei der Übertragung mittels Telefonleitungen, etwa Rauschen, Topologie und Störungen von anderen Dienstleistungen auf der Leitung oder die Störung anderer Dienstleistungen.
Es sei ASDL als ein repräsentatives Beispiel betrachtet. Für eine Dienstleistung, die mit ADSL in Beziehung steht, installiert der Telefonnetzwerkbetreiber des Anwenders eine einzelne ADSL-Modemeinheit am Netzwerkende der Telefonverdrahtung mit verdrillten Kupferleitungen des Anwenders. Typischerweise wird dieses Modem in der Zentralstelle für die Dienstleistung oder in dem entfernten Endgerät eines Trägersystems mit digitaler Schleife installiert. Der Anwender erhält ein kompatibles ADSL-Modem und verbindet dieses Modem mit dem Anwenderende der Telefonverdrahtung. Es wird sodann der Computer des Anwenders mit dem Modem verbunden. Das Modem in der Zentralstelle wird häufig auch als eine ADSL-Endgeräteinheit für die Zentralstelle oder „ATU-C" bezeichnet. Das Anwendermodem wird häufig auch als eine entfernte ADSL-Endgeräteinheit oder „ATU-R" bezeichnet. Die normale Telefonanlage des ASDL-Nutzers ist ebenfalls mit der Leitung verbunden, entweder direkt oder über einen Frequenzkombinierer/Aufteiler, der häufig in der ATU-R eingebaut ist. Die normalen Telefonsignale werden an beiden Enden der Leitung abgetrennt und in der normalen Weise verarbeitet.
Für digitale Datenkommunikationszwecke erzeugen die ATU-C und die ATU-R-Modemeinheiten mindestens zwei Logikkanäle in Frequenzspektrum oberhalb jenes Spektrums, das für den normalen Telefondatenverkehr verwendet wird. Einer dieser Kanäle ist ein Mediumgeschwindigkeitsduplexkanal; der andere ist ein Hochgeschwindigkeitskanal für abwärts laufenden Datenverkehr. Es sind zwei Techniken in der Entwicklung, um die nutzbare Bandbreite der Telefonleitung aufzuteilen, um diese Kanäle bereitzustellen. Eine Vorgehensweise beinhaltet die Verwendung der Echo-Unterdrückung. Gegenwärtig ist der übliche Einsatz, die nutzbare Bandbreite einer verdrillten Telefonleitung durch Frequenzen aufzuteilen, d. h., durch ein Frequenzaufteilungs-Multiplex-Verfahren (FDM).
In FDM-Verfahren wird ein einzelnes Frequenzband für die Aufwärtsdaten und ein weiteres Frequenzband für die Abwärtsdaten verwendet. Der Abwärtspfad wird dann durch ein Zeitunterteilungsmultiplexverfahren in einen oder mehrere Hochgeschwindigkeitskanäle und einen oder mehrere Kanäle mit geringerer Geschwindigkeit aufgeteilt. Der Aufwärtspfad wird ebenfalls durch Zeitunterteilungsmultiplexverfahren in entsprechende Kanäle mit geringer Geschwindigkeit aufgeteilt.
In der am häufigsten eingesetzten Form des FDM-Datentransports für DSL-Dienstleistungen wird eine Technologie mit diskreten Mehrfachtönen bzw. Mehrträger frequenzen (DMT) eingesetzt, wie dies beispielsweise in EP 840 486 beschrieben ist. Ein DMT-Signal ist im Prinzip die Summe aus n unabhängigen QAM-modulierten Signalen, wobei jedes über einen unterschiedlichen Trägerfrequenzkanal übertragen wird. Der Frequenzabstand für jedes Trägersignal beträgt 4,31125 kHz mit einer Gesamtzahl an 256 Trägem oder Tönen (AMSI). Eine asymmetrische Variante dieses Codierungsschemas mit 256 Tönen bzw. Träger in DMT-Verfahren verwendet 32 bis 255 Töne bzw. Frequenzen, um einen Abwärtskanal mit ungefähr 1 MHz analoger Bandbreite bereitzustellen. In einer derartigen Variante werden die Töne bzw. Frequenzen 8 bis 31 als Träger verwendet, um einen Aufwärtskanal mit ungefähr 100 kHz analoger Bandbreite bereitzustellen. Jeder Ton ist quadraturamplitudenmoduliert (QAM), um bis zu 15 Bits an Daten pro Zyklus der Trägersignalform zu übermitteln.
Die bestehenden DSL-Systeme bieten eine effektive Datenkommunikation mit hoher Geschwindigkeit über verdrillte Leitungspaare zwischen den Kundenhaushalten und entsprechenden netzwerkseitigen Einheiten, die beispielsweise in einer zentralen Vermittlungsstelle des öffentlichen Telefonnetzwerkes angeordnet sind. Die DSL-Modemeinheiten lösen viele der Probleme, die bei der Datenkommunikation über verdrillte Leitungspaare auftreten. Jedoch sind aus einer Reihe von Gründen die bestehenden DSL-Einheiten nicht geeignet, eine Kommunikation im Sinne eines Nahbereichsnetzwerks im Haushalt des Nutzers bereitzustellen. Beispielsweise sind bestehende ADSL-Einheiten für eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation ausgelegt. D. h., eine ATU-R im Haushalt kommuniziert mit einer einzelnen ATU-C-Einheit im Netzwerk der Kupferleitung des Nutzers. Es gibt keine Möglichkeit, die Einheiten für eine Mehrpunkt-Kommunikation zu nutzen. Des weiteren sind die bestehenden ADSL-Modems tendenziell relativ komplex, und diese sind daher zu teuer für haushaltsinterne Kommunikation zwischen mehreren Datengeräten eines einzelnen Nutzers.
Es besteht daher weiterhin ein Bedarf für Techniken, um DSL-Kommunikation im DMT-Verfahren für die Verwendung über bestehende haushaltsinterne Verkabelungen anzupassen. Diese Anpassungen sollten eine Mehrpunkt-Kommunikation ermöglichen. Des weiteren bedürfen viele der Probleme, die durch die Verfahren in der ADSL-Kommunikation gelöst sind, entsprechenden einfacheren und kosteneffizienteren Lösungen für eine haushaltsinterne Netzwerkverbindung.
Beispielsweise erfordert die digitale Signalabtastung und die Verarbeitung zur Decodierung von DMT-Datensignalen eine genaue Steuerung zwischen dem Sender und dem Empfänger. In bestehenden ADSL-Kommunikationstechniken wird einer der Tonfrequenzkanäle als ein Pilottonkanal verwendet. Die DMT-Demodultation und Decodierung aller anderen Kanäle beruht auf der Wiederherstellung der Zeitinformation aus dem Pilotton. Dies verhindert eine Datenübertragung über den Kanal, der dem Pilotton zugeordnet ist. Ferner ist die Koordinierung des Empfangs aller anderen Kanäle im Hinblick auf den Zeitablauf aus dem einzelnen Pilottonkanal äußerst komplex. Es besteht daher ein Bedarf für eine einfachere Form der Wiederherstellung der Zeitsteuerung, insbesondere für eine Zeitsteuerung, die geeignet ist, eine Mehrpunktnetzwerkverbindung unter Anwendung bestehender Verkabelungen, etwa verdrillter Telefonleitungspaar im Haushalt des Anwenders zu verwenden.
In Kommunikationsanwendungen mit wahlfreiem Zugriff und für mehrere Punkte wird das Zeitsteuerproblem noch aktueller. Anders als bei Punkt-zu-Punkt-DSL-Techniken, in denen die Kommunikation stets aufrecht erhalten wird und nahezu eine kontinuierliche Synchronisierung zwischen dem Sender und dem Empfänger ermöglicht, senden die Geräte mit wahlfreiem Zugriff nur, wenn wirklich Daten zu senden sind. Es gibt keine beständige Synchronisierung. Folglich gibt es einen Bedarf, die Zeitsteuerung während einer Kommunikation zu initiieren, um zu bestimmen, wann und wo der Empfänger Signalproben nehmen sollte, wann und wo der Empfänger Signalproben nehmen sollte, um die diversen Elemente der empfangenen Information zu demodulieren.
EP-A-0 667 695 beschreibt ein Funkinformations- und Kommunikationssystem, das ein Mehrträgerübertragungssystem mit aufgeweitetem Spektrum verwendet. In einem Demodulator werden Zeitsteuertaktsignale aus den empfangenen Bitzeichenketten wieder hergestellt.
In „Trägererfassungstechnik mit mehrfachem Zugriff mit Kollisionserkennung (CSMA/CD), Spezifikationen für Zugriffsverfahren und die physikalische Schicht, Standard 802.3-1985", 1985, ANSI/IEEE, New York, US XP002135647 ist das bekannte Ethernetprotokoll beschrieben, in welchem das MAC-Datenblockformat so definiert ist, dass es eine 7-Oktet-Präambel enthält, die zu senden ist, bevor die Daten beginnen, um die PLS-(physikalische Signalunterschicht) Schaltung in einen Bereitschaftszustand zu versetzen.
Überblick über die Erfindung
Die vorliegende Erfindung löst die obigen Probleme, die bei der Datennetzwerkkommunikation beteiligt sind und erfüllt die zuvor genannten Anforderungen, indem eine verbesserte Zeitsteuerung für die Herstellungstechnik in der physikalischen Schicht zur Verwendung in eine Mehrpunkt-DMT-Kommunikationssystem bereitgestellt wird. Insbesondere wird zu Beginn einer Datenkommunikation mit wahlfreiem Zugriff eine Zeitmarke von dem Sender gesendet, vorzugsweise in Form einer Reihe von Zyklen eines definierten periodischen oder zyklischen Signals. Nachfolgende Abtastoperationen des DMT-Empfängers, insbesondere die Demodulation von DMT-Symbolen, wird unter Anwendung von Abtastperioden an vorbestimmten Zeitpunkten, die auf die Zeitmarke folgen, durchgeführt. Beispielsweise beginnt in den bevorzugten Ausführungsformen jedes Datenpaket mit einer sinusförmigen Zeitmarkierung einer vorbestimmten Frequenz, bevor eine Übertragung der gebündelten Tonsignale für DMT-Symbol auftritt. Der Empfänger nutzt das Zählen der Anzahl der Abtastintervalle, die auf das Ende der Zeitmarke folgen, als Grundlage für die gesamte Zeitsteuerung, um Signalproben der Symbole, die die Information für das Datenpaket enthalten, zu verarbeiten.
In der bevorzugten Ausführungsform sendet ein Sender, der Zugriff auf die Verbindungsstruktur erhalten will, zunächst eine Zeitmarke, an die sich ein Erkennungs- und Steuersignal anschließt, das für die Kollisionserkennung verwendet wird. Wenn es keine Kollision gibt, geht die Übertragung weiter mittels des Sendens von DMT-Symbolen. Die gesamte Zeitsteuerung des Decodierens der Signale, etwa der ID-Signale und der nachfolgenden DMT-Symbole beruht auf dem Zählen der Signalabtastintervalle, die auf die erkannte Zeitmarke folgen. Die bevorzugte Ausführungsform verwendet eine Differenzmodulation der Töne innerhalb des DMT-Symbols. Jedes Paket kann ein Referenzsymbol enthalten, um eine Demodulation des ersten DMT-Datensymbols zu ermöglichen. Ferner enthält die bevorzugte Ausführungsform des DMT-Symbols eine Präfixcodierung, an die sich die tatsächliche DMT-Signalform, die die modulierte Information enthält, an schließt. Die Präfixcodierung entspricht einer festgelegten Anzahl an Abtastsignalproben von Daten im Zeitbereich, etwa einer Kopie der letzten 32-Abtastsignalproben, die zum Erzeugen der eigentlichen DMT-Signalform des speziellen Symbols verwendet sind.
Der größte Vorteil dieses Zeitsteuerwiederherstellungsschema wird erreicht, wenn es zusammen mit der zyklischen Präfixcodierung von Abtastsignalproben vom Ende der DMT-Signalform und mit einer differenziellen Codierung der Daten verwendet wird. Zeitablauffehler, die zu einer Verarbeitung mehrerer Signalproben des Präfix führen, erzeugen lediglich einen Phasenfehler in der DMT-Verarbeitung, wobei jedoch auf Grund der Verwendung der differenziellen Decodierung keine Fehler in den decodierten Daten auftreten.
Die erfindungsgemäße Zeitsteuerwiederherstellungstechnik ist besonders einfach. Wenn ferner die Zeitmarke erkannt wird, besteht kein Bedarf, weitere Zeitsteueroperationen zu ändern. Es besteht keine Notwendigkeit mehr, den Abtasttakt einzustellen.
Aspekte der Erfindung betreffen Verfahren zum Übertragen und Empfangen sowie DMT-Sender und Empfänger, in denen das erfindungsgemäße Konzept eingerichtet ist. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Trägersignal mit der Zeitmarke und einem oder mehreren DMT-Symbolen in einer Form, die der Erfindung entspricht.
Weitere Aufgaben, Vorteile und neue Merkmale der Erfindung gehen zum Teil aus der folgenden Beschreibung hervor, und werden für den Fachmann auch teilweise bei Studium des folgenden offensichtlich und können durch das Praktizieren der Erfindung erkannt werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können mittels den Merkmalen und Kombinationen realisiert und erreicht werden, die insbesondere in den angefügten Patentansprüchen dargelegt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen zeigen die vorliegende Erfindung in der Form von Beispielen und sollen nicht beschränkend sein. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche Elemente.
1 ist eine Blockansicht, in der ein Nahbereichsnetzwerk dargestellt ist, das durch ein gebäudeinternes verdrilltes Leitungspaar realisiert ist.
2 zeigt eine beispielhafte analoge Signalform mit DMT-Symbolen, einer Zeitmarke und anderen Signalen gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine vereinfachte Blockansicht, in der funktionelle und logische Elemente einer Senderschaltung zum Einrichten der Zeitsteuerwiederherstellung in einem DMT-System gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
4 ist eine vereinfachte Blockdarstellung, in der funktionelle oder logische Elemente einer Empfängerschaltung zum Einrichten der Wiederherstellung der Zeitsteuersignale in einem DMT-System gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung einer Zeitmarke, um eine Reihe von Operationen in einem Paketdatennetzwerk zu steuern, insbesondere in einem Netzwerk unter Verwendung bestehender haushaltsinterner Kommunikationsverbindungen, wobei ein wahlfreier Zugriff zum Netzwerk bereitgestellt wird. Die Zeitmarke tritt vor jeder unterschiedlichen Kommunikationsart in dem Netzwerk auf. Beispielsweise tritt die Zeitmarke vor einer Kommunikation mittels eines Senders beim Versuch auf, auf die gemeinsam benutzte Netzwerkverbindung zuzugreifen. Das Erkennen der Zeitmarke und der nachfolgenden Signale ermöglicht in diesem Beispiel das Erkennen eines verfügbaren Zugangs im Gegensatz zu Kollisionen mit Übertragungen von einem weiteren Sender auf dem Netzwerk. Ein weiteres Beispiel der Verwendung der Zeitmarke betrifft das Übertragen von Paketen aus modulierten Daten. Jede Paketübertragung beginnt mit dem Übertragen einer Zeitmarke. Der Empfänger erkennt diese Marke und steuert zeitlich die gesamte Decodierung der Symbole des Pakets auf der Grundlage der erkannten Marke. Um die Erfindung zu verstehen, ist es hilfreich, ein Beispiel einer tatsächlichen Netzwerkimplementierung mit Bezug zu den beispielhaften Zeichnungen zu betrachten.
1 ist eine Ansicht eines Nahbereichsnetzwerkes 10, das in einem Haushalt oder in einem ähnlichen Anwendergebäude unter Verwendung einer Netzwerkverbindung oder eines Mediums 14 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist. Das Netzwerk kann eine Reihe von unterschiedlich physikalischen Verbindungen für das Netzwerkmedium 14 vorsehen, etwa Koaxialkabel, Kabel mit mehreren Leitungspaaren, Stromversorgungskabel, Glasfaserverbindungen oder drahtlose RF-Kommunikationsverbindungen. In der bevorzugten Ausführungsform umfasst das Medium 14 verdrillte Telefonleitungspaare, die üblicherweise in einem Haushalt oder einem Büro verfügbar sind. Wie gezeigt, umfasst das Netzwerk 10 Netzwerkstationen 12a, 12b und 12c, die mit einer Telefonleitungsverkabelung (verdrillte Paare) 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 tätigen, während eine oder mehrere der Stationen 12 Daten übertragen.
Wie detaillierter in Bezug auf die beispielhafte erste Station 12a in 1 gezeigt ist, umfasst jede Heimnetzwerkstation 12 ein Datengerät 20, beispielsweise einen Personalcomputer, einen Drucker, oder intelligente elektronische Anwendergeräte. Jede Station 12 umfasst ferner einen Empfänger der physikalischen Schicht (PHY) 22, eine Mediumzugriffs-(MAC)Schicht 24 und eine Betriebssystems-(OS)Schicht 26, die Funktionen der höheren Schicht gemäß dem OSI-Referenzmodell ausführt. In dem erfindungsgemäßen Netzwerk verwendet der PHY-Sender/Empfänger digitale Signalverarbeitungsverfahren, um eine Übertragung mit diskreten Mehrfachtönen (DMT) an digitalen Daten über die Telefonverdrahtung 14 einzurichten.
Die Stationen 12 kommunizieren miteinander, indem Netzwerkdaten übertragen werden, die in analoge Netzwerksignale gemäß der vorliegenden Erfindung moduliert sind. Insbesondere sendet der Sender der physikalischen Schicht Zeitsteuersignale, modulierte Steuer- und Kollisionsinformationen und Pakete mit diskreten Mehrton-(DMT) Symbolen, die die eigentlichen digitalen Kommunikationsdaten enthalten. Der Empfänger der physikalischen Schicht empfängt und verarbeitet diese Signale und demoduliert die DMT-Symbole, um die Daten wieder herzustellen. Gemäß der Erfindung beginnt jeder wählbare Zugriff auf das Medium mit der Übertragung einer Zeitmarke. Paketdaten sind durch eine Zeitlücke getrennt, so dass die Übertragung jedes Datenpakets mit dem Übertragen einer Zeitmarke beginnt. Die Signalverarbeitung in dem Empfänger beruht auf der Wiederherstellung der Zeitsteuersignale aus der Erkennung der Zeitmarke.
Das Netzwerk 10 ist als ein Haushaltsnetzwerk dargestellt, obwohl beachtet werden sollte, dass das Netzwerk in einer Vielzahl anderer kundenspezifisch örtlicher Gegebenheiten verwendet werden kann. In vielen derartigen Einrichtungen bietet das Netzwerk 10 einen wahlfreien Zugriff zu dem lokalen Nahbereichsnetzwerkmedium 14 für die Datenkommunikation zwischen den Stationen 12 innerhalb des Gebäudes des Kunden. Für eine externe Datenkommunikation kann eines der Datengeräte 20 eine Schnittstelle zu einem Weitbereichsnetzwerk oder zu anderen Datenkommunikationseinrichtungen bereitstellen. Es liegt jedoch innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, die DMT-basierte Datenkommunikation zu verwenden, um auf externe Datennetzwerke zuzugreifen.
Normalerweise wird die Verkabelung in einem Kundenhaushalt 14 über ein Netzwerkschnittstellengerät (NID) 30 mit der Teilnehmertelefonleitung 31 verbunden. Die Leitung 31 wiederum ist mit einer zentralen Vermittlungsstelle (CO) 32 des öffentlichen Telefonnetzwerks verbunden. Die Vermittlungsstelle 32 bietet normale sprachgestützte Telefondienstleistungen, beispielsweise für eine Kommunikation unter Verwendung des Telefons 18.
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verwendet die gleichen 256 Tonfrequenzen wie das ADSL-System. Daher kann die Leitung 31 auch DMT-Signale mit geeigneten Frequenzen für den Zugriff zu einem anderen Netzwerk übertragen. In einer derartigen Ausführungsform besitzt der Telefonnetzwerkbediener oder ein anderer Dienstleister ein digitales Endgerät 34, das mit der Teilnehmertelefonleitung 31 verbunden ist. Das Gerät 34 bietet Zugriff zu einem externen Weitbereichsdatennetzwerk, beispielsweise unter Verwendung von ATM oder SMDS, um Zugriff auf das öffentliche Datenpaketnetzwerk zu erhalten, das üblicherweise als das Internet 36 bezeichnet wird. Die digitale Endgeräteinheit 34 enthält einen Sender/Empfänger der physikalischen Schicht (PHY) 22_N , eine Mediumzugriffs-(MAC)Schicht 24_N und eine Betriebssystems-(OS)-Schicht 26_N , die ähnliche Funktionen ausführen wie der Sender/Empfänger 22, die MAC 24 und die OSI 26 in der der Haushaltsstationen 12. In dem Endgerät 34 nimmt jedoch das Datengerät die Form einer Netzwerkschnittstelle 38 an, um die geeignete Schnittstelle zu dem physikalischen Übertragungsmedium des Datennetzwerks der höheren Ebene 36 bereitzustellen.
Die DMT-Sender und Empfänger in dem DMT-PHY-Sender/Empfänger 22 können unter Anwendung von digitalen Signalprozessoren betrieben werden, um komplexe analoge Signalform zu erzeugen und/oder zu demodulieren, die Datenbits enthalten, die auf die einzelnen Töne innerhalb der verfügbaren Bandbreite aufmoduliert sind. Beispielsweise erzeugt der Sender ein DMT-Symbol durch Erzeugen einer vorbestimmten Anzahl an Signalproben durch einen Digital-zu-Analog-Wandler, um die analoge Signalform des Symbols zu erzeugen, das die mathematischen Eigenschaften besitzt, die erforderlich sind, um die von dem Symbol übertragenen Daten zu repräsentieren. In ähnlicher Weise tastet der Empfänger eine empfangene Signalform ab und verarbeitet die Werte im Zeitbereich der Abtastproben. Durch diese Verarbeitung werden Daten im Frequenzbereich abgeleitet und es werden dann die Datenbits erkannt, die durch jeden in dem Symbol enthaltenen Ton übermittelt werden.
Eine gemeinsame benutzte Verbindung mit wahlfreiem Zugriff zur Verbindung durch die diversen Geräte auf der Verbindung, wie dies beispielsweise in 1 gezeigt ist, führt zu zahlreichen Problemen. Die Lösung vieler dieser Probleme erfordert eine akkurate Zeitsteuerung. Die Erfindung löst diese Probleme, indem eine Zeitmarke zu Beginn jeder Paketsendung übertragen wird und vorteilhafter Weise ein zyklisches Präfix in jedem Symbol eingeschlossen wird.
Jede Übertragung beginnt mit einer Zeitmarke. Beispielsweise beobachtet vor dem Senden eines ersten Symbols der Sender/Empfänger den Status der Leitung, um zu bestimmen, ob die Leitung frei ist, und wenn dies der Fall ist, versucht der PHY-Sender/Emfänger 22 die Leitung zu belegen, indem eine Zeitmarke gefolgt von einem modulierten Erkennungssignal gesendet wird. Ein beliebiger Sender/Empfänger 22, der das Signal empfängt (einschließlich der sendenden Station), bestimmt, ob es eine Kollision gab, indem erkannt wird, dass ein auf die Zeitmarke folgendes Signal durch eine Kollision mit einem Zeitsteuersignal und/oder einem Erkennungssignal von einem weiteren Sender geschädigt wurde.
Für jedes Datenpaket sendet der sendende PHY 22 zunächst ein Referenzsymbol gefolgt von einer Reihe von Datensymbolen. Jedes Symbol erscheint an einem vordefinierten Punkt in dem Signal nach der Zeitmarke. Die Zeitmarke gibt daher den Beginn eines neuen Pakets an. Die Zeitmarken liefern ferner eine Zeitsteuerinformation, die für eine genau Demodulation der DMT-Symbole erforderlich ist. Jede Zeitmarke umfasst einen oder mehrere Zyklen einer sinusförmigen Signalform innerhalb eines vordefinierten Frequenzbandes oder Bereichs. Vorzugsweise besteht die Zeitmarke aus einer spezifizierten Sinusfrequenz und das Band ist eng um die erwartete Frequenz des Sinus herum angeordnet. Im Wesentlichen ist das Band in der bevorzugten Ausführungsform durch die Toleranzen der Komponenten definiert, die zum Erzeugen oder zum Erkennen der Zeitmarkensignale verwendet werden.
In dem empfangenden PHY-Gerät 24 erkennt die Empfängerschaltung die Zeitmarke und führt alle nachfolgenden Operationen, die nach der Wiederherstellung der Zeitmarke initiiert werden, auf Grundlage der sequenziellen Abtastung durch. Insbesondere tastet eine Schaltung in dem Empfänger digital mit einer vorbestimmten Rate analoge Signale ab, die über die Leitung empfangen wurden. In den abgetastete Signalproben ermittelt der Empfänger zunächst eine vorbestimmte Anzahl an Zyklen bzw. Perioden einer Frequenz, die für die Zeitmarke geeignet ist. Die Marke repräsentiert den Beginn einer Datenpaketkommunikation mit wahlfreiem Zugriff. Der Empfänger steuert zeitlich jedes Intervall, indem eine Anzahl der Abtastproben gezählt wird, wobei von der Zeitmarke ab begonnen wird. Beispielsweise kann der Empfänger zunächst auf ein Intervall warten, das einem Kollisionserkennungsintervall entspricht. Nach der Anzahl der Abtastproben für dieses Intervall nimmt der Empfänger die Signalproben während einer Zeitdauer, die einem ersten diskreten Mehrton-Symbol entspricht, das zu decodieren ist. Der Empfänger fährt fort, nacheinander Signalproben zu zählen, um Signalproben für das nächste Symbol und für nachfolgende Symbole zu nehmen und zu verarbeiten, bis die Verarbeitung des Paketes abgeschlossen ist. Ein Satz aus Signalproben wird verarbeitet, um die Datenbits aus einem speziellen diskreten Tonkanal, der innerhalb jedes diskreten Mehrton-Symbols repräsentiert ist, zu demodulieren.
Es sei nun ein spezielles Beispiel einer Signalform mit der Zeitmarke, DMT-Datensymbolen und gewissen anderen Informationen betrachtet.
2 zeigt ein Beispiel einer Signalform, die DMT-codierte Daten und die Zeitmarke gemäß der vorliegenden Erfindung enthält. Wie gezeigt, ist die in dem ersten analogen Signal enthaltene Signalform stets eine Zeitmarke. Jede Zeitmarke enthält eine Anzahl an Zyklen bzw. Perioden des vordefinierten periodischen Signals, d. h. vorzugsweise eines Sinussignals. Die Marke umfasst vorzugsweise zwei oder mehr Zyklen, obwohl der Einfachheit halber in den Zeichnungen lediglich ein einzelner Zyklus gezeigt ist.
Jedes über die Leitung übertragene Paket beginnt mit der Zeitmarke. Erfindungsgemäß besteht die Zeitmarke aus einer vorbestimmten Anzahl an Zyklen (ein oder mehrere und vorzugsweise drei Zyklen) einer sinusförmigen Signalform. Diese Signalform ist vorzugsweise nicht moduliert oder ein gemischtes Signal, sondern ist ein reiner Sinus. Das Zeitmarkensignal besitzt vorzugsweise eine festgelegte Frequenz, die von der Schaltung eines Zeitmarkendetektors innerhalb des Empfängers erkennbar ist. Wenn beispielsweise die DMT-Kommunikation eine Abtastrate von 2 MHz für die Übertragung und den Empfang verwendet, benötigt das Erkennen der Zyklen der Zeitmarke ungefähr 8 Abtastungen pro Zyklus. Das bevorzugte sinusförmige Zeitmarkensignal besitzt eine Frequenz im Bereich von ungefähr 250 kHz. Die Breite des Bereichs um 250 kHz herum hängt von den Leistungseigenschaften des Zeitmarkendetektors ab.
Wie in 2 gezeigt ist, sendet der Sender gewisse Erkennungs-(ID) und/oder Steuerinformationen unmittelbar im Anschluss an die Zeitmarke. Im Anschluss an die ID- und Steuerinformation enthält die analoge Signalform eine Reihe von Symbolen.
Ein „Symbol" ist der kleinste Teil des Informationssignals, der als eine Einheit verarbeitet werden kann, um Daten zu decodieren. Ein DMT-Symbol enthält beispielsweise darin eine einzelne Komponente für jeden aktiven Tonkanal. Die Anzahl der Bits pro Symbol entspricht der Anzahl der aktiven Töne multipliziert mit der durchschnittlichen Anzahl der auf jeden Ton aufmodulierten Bits. Die Symbolrate ist die Anzahl der Symbole, die pro Sekunde übertragen werden. Die resultierende Datenrate ist eine Funktion der Symbolrate und der Anzahl der Bits pro Symbol.
Die bevorzugte Ausführungsform wendet eine Differenzmodulationstechnik mit Symbol zu Symbol an. Um die Demodulation des ersten DMT-Datensymbols zu bewerkstelligen, enthält die Signalform für jedes Paket ein Referenzsymbol, an das sich eine Reihe von tatsächlichen DMT-Datensymbolen anschließt. Die Anzahl der Symbole in einem gegebenen Paket kann bis zu einer gewissen maximalen Anzahl variieren.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält jedes DMT-Symbol die eigentliche analoge DMT-Signalform, die die Daten (oder Referenzpunkte) überträgt, sowie eine analoge Signalform, die als ein zyklisches Präfix dient. 2 zeigt ein einzelnes derartiges Präfix und die zugehörige DMT-Signalform, die für dieses Beispiel für das erste DMT-Datensymbol gezeigt sind. Das zyklische Präfix reduziert die Zwischensymbolinterferenz bzw. Störung (ISI). Das typische Präfix enthält im Wesentlichen eine vorgegebene Anzahl an Signalformabtastungen. Das bevorzugte Verfahren verwendet eine Kopie der letzten 32 Abtastungen der eigentlichen DMT-Signalform als das Präfix. Die Zeitsteuerung für das Abtasten der DMT-Symbole für ein Paket ist bewusst so gestaltet, dass Fehler im Zeitablauf beim Abtasten im Vergleich zu der eigentlichen DMT-Signalform zur Abgreifung einer kleinen Anzahl an Abtastungen des Präfix innerhalb des gleichen Symbols führt. Da das zyklische Präfix eine Kopie von einigen Abtastungen der DMT-Signalform ist, führt die Signalverarbeitung unter Anwendung der wenigen Präfix-Abtastungen lediglich zu einem Phasenvarianzfehler. Da jedoch beim Decodieren tatsächlich die differenzielle Phasendemodulation angewendet wird, und die Phasenvarianz konstant ist, hat jedoch diese Varianz keinen Einfluss auf das Datendecodieren.
In einer beispielhaften Ausführungsform werden 256 Töne wie beim ADSL verwendet, obwohl in dem Netzwerk 10 für jede einzelne Übertragung alle Töne verwendet werden (es gibt keine Unterteilung in Aufwärts- und Abwärts-Kanäle). Die meisten jedoch nicht alle Töne beinhalten Daten. In dieser Ausführungsform wird eine Abtastrate von 2 MHz verwendet. Eine DMT-Signalform, die aus 512 Abtastungen mit dieser Rate entsteht, ist 256 Mikrosekunden lang. Ein Symbol mit sowohl einer DMT-Signalform als auch einem zyklischen Präfix mit 32 Abtastungen umfasst 544 Abtastungen und ist 272 Mikrosekunden lang.
Ein PHY-Sender/Empfänger 22, der versucht, eine Kommunikation über die Leitung 14 zu initiieren, sendet die ID- und Steuersignalform über seinen Sender. Gleichzeitig registriert der Empfänger innerhalb dieses Sender/Empfängergerätes die Signale auf der Leitung einschließlich von Signalenergien, die von dem zugeordneten Sender zurückgekoppelt werden. Das Verarbeiten des Signals von dem Empfänger ermöglicht es dem Sender/Empfänger zu bestimmen, ob eine Kollision stattgefunden hat. Wenn nicht, kann der Sender/Empfänger weiter machen, und weitere Signale für das bzw. die Pakete an Daten zu senden. Es kann eine Reihe unterschiedlicher Kollisionserkennungsalgorithmen eingesetzt werden. Zum Zwecke der Erfindung ist hier der signifikante Aspekt, dass das Belegen der Leitung und die zugeordnete Kollisionserkennung von der zyklischen Zeitmarke zu Beginn der gesendeten Signalform aus sowohl in der sendenden Station als auch in allen empfangenen Stationen gesteuert wird.
Es sollte beachtet werden, dass alle PHY-Sender/Empfänger 22 aller Stationen 12, 34 auf der Leitung alle Übertragungen, die sich auf Datenkommunikationen über die Leitung 14, 31 beziehen, empfangen. Die ID- und Steuersignalform wird verwendet, um physikalisch die Steuerung über das Medium mit wahlfreiem Zugriff zu erlangen. Alle Empfänger demodulieren die Paketdaten in den DMT-Signalen. Paketadressen, die den sendenden und empfangenden Stationen 12 oder 34 für eine gegebene Kommunikation entsprechen, sind in den Paketdaten enthalten und werden vorzugsweise durch die zugehörige MAC 24 verarbeitet.
3 zeigt eine vereinfachte Blockansicht der funktionellen Elemente eines DMT-Senders und 4 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm der funktionellen Elemente eines DMT-Empfängers zur Verwendung in dem PHY-Sender/Empfängern 22 des Netzwerkes 10 (1).
Eine Senderschaltung 51 kommuniziert mit einer Empfängerschaltung 53 über eine physikalische Verbindung, die in unserem Beispiel die Verkabelung bzw. Verdrahtung 14, 31 (1) ist. In der Ausführungsform eines DMT-PHY-Sender/Empfängers 22 sind sowohl die Senderschaltung 51 als auch die Empfängerschaltung 53 in einer einzelnen gedruckten Leiterplatte enthalten. Typischerweise sind zwei DMT-Sender/Empfänger 12 und/oder 34 während einer Kommunikationssitzung über die Verbindung 14 beteiligt.
Zum Zwecke der Erläuterung zeigt 3 lediglich die Senderschaltung 51 eines Sender/Empfängers zum Senden von Datensignalen zu den Empfängerelementen 53 (4) des zweiten Sender/Empfängers.
Der Sender 51 empfängt einen digitalen Bitstrom von einer digitalen Signalquelle, beispielsweise einer übergeordneten zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) über die zugeordnete MAC 24. Der Bitstrom wird dem differenziellen Codierer 63 als ein serielles Eingangssignal zugeführt. Eine geeignete Anzahl an Bits wird aus dem seriellen Strom herausgenommen und den individuellen Unterteilungen zugeordnet, die mit jeder verfügbaren Tonfrequenz verknüpft sind. In der bevorzugten Ausführungsform wird eine Form einer Quadraturphasenumtastungsmodulation (QPSK) verwendet. Bei der QPSK-Modulationstechnik werden typischerweise zwei Bits auf jeden Ton aufmoduliert und es gibt lediglich vier Punkte in der Konstellation. Jedoch können in der Phasenverschiebungsmodulation mehr Bits auf jede Komponente aufmoduliert werden (eine größere Anzahl an Punkten in der Konstellation). Vorzugsweise wird in der DMT-Kommunikation eine differenzielle Modulationstechnik eingesetzt. Wenn beispielsweise QPSK verwendet wird, moduliert der Sender das Tonsignal mit einer Phasendifferenz, die den Konstellationspunkt (2 Bits an Information) für diesen Ton in dem aktuellen Symbol repräsentiert. Der Codierer 63 bildet Bitsequenzen des seriellen Stromes auf Punkte in der komplexen Ebene ab (d. h. Konstellationspunkte) in ähnlicher Weise wie beim Funktionsprinzip von QPSK (Vierfachphasenumtastung). Anders als bei der QPSK jedoch codiert der differenzielle Codierer 63 die Differenz zwischen einem aktuellen Konstellationspunkt und einem Konstellationsreferenzpupnkt.
Die Differenz kann im Hinblick auf den Konstellationspunkt eines benachbarten Tons (Träger-zu-Träger) genommen werden oder vorzugsweise kann dies die Differenz in Bezug auf den Konstellationspunkt sein, der in dem Tonkanal während des vorhergehenden Symbols übermittelt wird (Symbol-zu-Symbol). DMT-Systeme können Töne mit bis zu 15 Bits an Information unter Verwendung einer Quadraturamplitudenmodulation (QAM) aufmodulieren. Der Fachmann erkennt, dass die differenzielle Modulation auf QAM ausgedehnt werden kann, um das Übertragen einer größeren Anzahl an Bits pro Ton und pro Symbol zu ermöglichen.
In einer beispielhaften Ausführungsform codiert der differenzielle Codierer 63 einen Bitstrom in Bitsequenzen aus zwei Bits pro Ton unter Verwendung von 256 Tonfrequenzen; als Folge davon kann ein Symbol bis zu 512 Bits repräsentieren, obwohl typischerweise einige Töne bzw. Träger keine Daten beinhalten, um eine Störung mit Sprachkommunikationsübertragungen über die Leitung zu verhindern. Da das Codierungsschema auf Phasendifferenzen beruht, werden keine absoluten Signalwerte für das korrekte Erkennen und Decodieren der empfangenen Symbole benötigt. Daher vermeidet diese Technik die Notwendigkeit für einen Entzerrer bzw. Equalizer im Frequenzbereich (FEQ), um Verzerrungen der Amplitude und Phase, die durch das Netzwerkmedium 14 hervorgerufen werden, zu kompensieren.
Zur besseren Erläuterung wird in der folgenden Beschreibung eine differenzielle Quadraturphasenumtastung als Modulationsart (DQPSK) angenommen. Auf Grund der relativ geringen Strecken, die bei einer Kommunikation in einer haushaltsinternen Verdrahtung auftreten, bieten typischerweise alle 256 Töne eine geeignete Transportmöglichkeit für die DQPSK-modulierten Signale. Es liegt jedoch innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, die Modulation zu variieren und damit die Anzahl der auf jeden einzelnen Ton aufmodulierten Bits und/oder die Anzahl der Töne zu variieren, die in einer speziellen Ausführungsform sogar während einer speziellen Kommunikationssitzung verwendet werden. Beispielsweise kann es Bedingungen geben, in denen gewisse Töne nicht verwendbar sind auf Grund von Rauschen oder von schlechten Leitungseigenschaften. In anderen Fällen sind alle Töne bzw. Träger verwendbar, aber einige können differenzielle QAM-Modulation für diverse Anzahlen an Bits bis zu 15 Bits übertragen, während andere Töne lediglich eine geeignete Transportmöglichkeit für zwei Bit-DQPSK bieten. Wenn die Anzahl der Töne und/oder die Modulation und die Bitrate der Töne in Bezug auf den eingestellten Standard variiert, führen die Endgeräte auf der Leitung periodisch eine „Übungsroutine" durch, um das Leistungsverhalten jedes Tonkanals zu bestimmen und in geeigneter Weise die Modulationseigenschaften für jeden Ton einzustellen.
Es sei wieder auf 3 verwiesen; das Ausgangssignal des differenziellen Codierers 63 ist ein paralleles Array aus „komplexen Zahlen", die die Phasen- und Amplitudeninformationen für jede fundamentale Tonfrequenz repräsentieren, d. h. diese sind als Werte im Frequenzbereich ausgedrückt. Diese komplexen Zahlen werden parallel in eine Lo gikschaltung 65 für eine inverse schnelle Fourier-Transformation (IFFT) eingespeist. Die IFFT-Logik 56 wandelt die vollständige Menge der komplexen Zahlen vom Frequenzbereich in Signalproben im Zeitbereich um, die dann an eine parallel-zu-serielle-Ausgabelogik 67 weitergeleitet werden.
Das analoge Signal für ein DMT-Symbol umfasst eine komplexe Signalform. Es kann jede Signalform mathematisch durch eine Summe von Sinussignalen mit unterschiedlichen Frequenzen, Phasen und Amplituden ausgedrückt werden. Die DMT-Symbolsignalform entspricht im Wesentlichen der Summe der Tonsignale (Sinussignale), die für die Kommunikation verwendet werden mit ihren jeweiligen Frequenzen und besitzen mindestens unterschiedliche Phasen, die durch die auf die entsprechenden Töne aufmodulierten Daten bestimmt sind. Die Tonsignale können auch in der Amplitude als Funktion weiterer Datenbits variieren. Die Abtastwerte im Zeitbereich, die von der Logik 67 ausgegeben werden, repräsentieren die Signalform als eine Reihe von digitalen Abtastwerten, d. h. in der bevorzugten Ausführungsform sind dies 512 Abtastwerte.
Anders ausgedrückt, die IFFT-Logik 65 berechnet im Wesentlichen die Sinussignalform für jeden der 256 Töne einschließlich der Phase und/oder der Amplitude, die mit dem Konstellationspunkt für jede Tonfrequenz verknüpft ist. In dem Beispiel ist die DMT-Signalform 256 Mikrosekunden lang. Bei einer Abtastrate von 2 MHz gibt es 512 Abtastwerte, um eine analoge Signalform der gewünschten Länge zu erzeugen. Die IFFT 65 berechnet 512 Abtastwerte für jede der 256 Sinustonsignalformen. Für jedes der 512 Abtastintervalle addiert die IFFT 65 die berechneten Abtastwerte für die einzelnen sinusförmigen Tonsignalformen hinzu, um einen einzelnen Abtastwert der komplexen DMT-Signalform zu erhalten. Die IFFT-Logik 65 gibt seriell die 512 Summenergebnisse als die Abtastwerte für die komplette DMT-Signalform zur Verwendung in jedem Symbol aus.
Die Logikschaltung 67 fügt ferner 32 Abtastwerte für die zyklische Präfixcodierung vor dem ersten der 512 Abtastwerte hinzu, die der eigentlichen DMT-Signalform entsprechen. In der bevorzugten Ausführungsform gibt die Logik 67 zunächst die letzten 32 Abtastwerte der 512 Abtastwerte, die der eigentlichen DMT-Signalform entsprechen, zur Verwendung als das zyklische Präfix aus. Die Logik 67 gibt dann seriell die eigentlichen 512 Abtastwerte für die DMT-Signalform aus. Der Ausgangsstrom aus der parallel/seriell-Logikschaltung 67 besteht daher aus dem digitalen Strom für die 544 Abtastwerte, die für ein einzelnes Symbol benötigt werden, unabhängig davon, ob dies Referenzinformationen oder Daten sind. Die anderen analogen Signale werden ebenfalls durch geeignete digitale Abtastwerte repräsentiert, die in der Senderschaltung 51 erzeugt werden.
Ein analoger Eingangsabschnitt (AFE) 69 verarbeitet den seriellen Strom aus Abtastwerten. Die AFE-Schaltung 69 führt die digital-analog-Wandlung (DAC) und zugehörige Filterungs- und/oder andere Verarbeitungsaufgaben des Signals durch.
Wie zuvor mit Bezug zu 2 angegeben ist, enthält dies Signalform eine Zeitmarke und eine ID- und Steuersignalform vor dem ersten Symbol jedes Pakets. Um diese Signale zu erzeugen, enthält der Sender einen Zeitmarkengenerator 73, eine Steuerung 71 und einen ID- und Steuersignalgenerator 75. Die Verbindungen der Steuerung 71 zu den anderen Elementen des Senders 51 sind der einfacheren Darstellung wegen weggelassen. Ein Taktgenerator (nicht gezeigt) erzeugt ein Signal, das die Abtasttaktrate von beispielsweise 2 MHz für den Sender definiert. Das Abtasttaktsignal steuert die DAC-Funktion der AFE 69 in dem Sender. Die Steuerung 71 zählt die Abtastintervalle, um die Zeitsteuerung für diverse Operationen des Senders 51 zu ermöglichen. Die Steuerung 71 steuert eine zeitliche Abtastausgabeauswahlfunktion, die dynamisch als ein Schalter repräsentiert ist, um in selektiver Weise Abtastwerte von dem Zeitmarkengenerator 71, von dem ID- und Steuerungssignalgenerator 75 und der parallel/seriell-Logikschaltung 67 mit der AFE 69 logisch zu koppeln.
Auf diese Weise werden Abtastwerte für die zusätzlichen Signale, etwa die Zeitmarke und die ID- und Steuersignalform, hinzugefügt. Der serielle Strom aus Abtastwerten für diese diversen Signale wird der AFE 69 zugeleitet. Die AFE-Schaltung 69 führt die DAC-Wandlung und zugehörige analoge Verarbeitungsschritte aus und gibt das resultierende analoge Signal aus. Das analoge Ausgangssignal besitzt eine ähnliche Form wie dies in dem Beispiel aus 2 gezeigt ist, wobei ein oder mehrere Symbole mit differenziell codierten Tonsignalen beispielsweise enthalten sind. Die AFE 69 sendet die analoge Signalform über die Leitung zu der Empfängerschaltung 53 in einem oder mehreren der anderen Sender/Empfänger auf dem Netzwerk 10.
Der Zeitmarkengenerator 73 erzeugt die Zeitmarke durch Ausgeben mehrerer im Voraus gespeicherter digitaler Abtastwerte, die der Sinussignalform der Zeitmarke entsprechen, an die DAC-Funktion der AFE 69 zur Umwandlung in ein analoges Signal. Vorzugsweise speichert der Zeitmarkengenerator 73 Abtastwerte für einen Zyklus dieses Sinussignals, mit der Zeitmarkengenerator 73 führt wiederholt diese Abtastwerte mehrere Male aus, entsprechend der Anzahl der Zyklen, die für die Zeitmarke gewünscht sind. Wenn beispielsweise die Zeitmarke drei Zyklen bzw. Perioden aus 250 kHz Sinussignale enthalten soll, speichert der Zeitmarkengenerator 73 acht Abtastwerte entsprechend einem Zyklus dieser Signalform. Der Zeitmarkengenerator 73 gibt diese Abtastwerte mit einer Abtastrate von 2 MHz aus, und der DAC in der AFE 69 wandelt die Abtastwerte in eine analoge Signalform zur Übertragung über die Leitung um. Dieser Vorgang wiederholt sich für 24 Abtastperioden, bis der Sender die analoge Signalform des Sinus drei mal sendet.
Der ID- und Steuersignalgenerator 75 funktioniert in ähnlicher Weise wie der Zeitmarkengenerator 73 dahingehend, dass dieser Abtastwerte für die Umwandlung in die gewünschte Signalform ausgibt. Vorzugsweise verwendet der ID- und Steuersignalgenerator 75 die gleichen im Voraus gespeicherten Abtastwerte, wobei der Generator 75 diese Abtastwerte als Basis für seine Modulation verwendet. Insbesondere multipliziert der Generator 75 jeden Abtastwert, wie er aus dem Speicher abgerufen wird mit dem geeigneten Pegel, um die Daten dem Zyklus der Sinussignalform aufzumodulieren.
Der Empfänger demoduliert ein DMT-Symbol im Wesentlichen durch digitales Abtasten der Signalform, um reelle Zahlen für das zeitvariable Signal zu erhalten, und durch Verarbeiten der reellen Zahlen, um Signalkoeffizienten zu erhalten, die der Phase (und möglicherweise der Amplitude) der einzelnen Sinustöne entsprechen, wodurch die Sinussignale sich zu der empfangenden Symbolsignalform addieren können. Wie zuvor erwähnt ist, kann das Rauschen in dem haushaltsinternen Verdrahtungssystem sehr ausgeprägt sein. Auf Grund der durch ungeeignete Abschlüsse hervorgerufenen Reflektionen werden tiefe Einbrüche bei gewissen Frequenzen in dem Haushaltsnetzwerk her vorgerufen. Wenn das Symbol die Leitung durchläuft, ist das Symbol abgeschwächt, wenn es beim Empfänger 53 eintrifft. Der Empfänger 53 ermöglicht dennoch eine Wiederherstellung jedes übertragenen Symbols. Der Empfänger 53 empfängt das analoge Signal unter Anwendung der AFE-Schaltung 83, die im Wesentlichen ein Spiegelbild der AFE 69 in dem Sender 51 ist. Die AFE 83 dient zur Filterung der analogen Signalform und zum Ausführen einer digital-analog-Wandlung ADC, um Abtastwerte des Signals im Zeitbereich zu erhalten.
Zur Symboldecodierung werden nach dem Verarbeiten des empfangenen Signals durch die AFE 83 die digitalisierten oder diskreten Signalformabtastwerte einer seriell-zu-parallel-Logik 67 zur Umwandlung in ein paralleles Array aus Signalformabtastwerten zugeführt. Ein Prozessor 87 für die schnelle Fourier-Transformation (FFT) wandelt die Information der reellen Zahlen im Zeitbereich in eine Information im Frequenzbereich, die die Frequenz, die Phase und die Amplitude umfasst, um. Die differenzielle Decodier-Aufteilungseinheit 81 bildet die Information des Frequenzbereichs auf entsprechende Bitsequenzen ab, um den ursprünglichen Bitstrom wieder herzustellen. In einem DPSK-System wird die erkannte Phase für jeden Tonkanal mit der Phase für den Kanal, der während der Verarbeitung eines vorhergehenden Symbols erkannt wurde, verglichen. Der Decodierer 81 bildet im Wesentlichen die differenzielle Phaseninformation für jeden Ton in eine Konstellation ab und wandelt den Konstellationspunkt in seine entsprechenden Datenbits um. Die aus allen Kanälen eines Symbols abgeleiteten Datenbits werden in einen seriellen Bitstrom zusammengefasst und der zugehörigen MAC 24 zugeleitet. Die Schaltungen 85, 87 und 81 dienen im Wesentlichen als ein DMT-Demodulator.
Die empfangene analoge Signalform enthält eine Zeitmarke und möglicherweise eine ID- und Steuersignalform vor dem ersten Symbol. Um diese Signale zu verarbeiten und zu erkennen, enthält der Empfänger 53 einen Zeitmarkendetektor 93, eine Steuerung 91 und einen ID- und Kollisionsdetektor 95. Die Verbindungen der Steuerung 91 mit anderen Elementen des Empfängers 53 sind der einfacheren Darstellung wegen weggelassen.
Es kann eine Reihe unterschiedlicher Schaltungen oder Softwareverfahren für den Zeitmarkendetektor 63 verwendet werden. Vorzugsweise beruht die Zeitmarkenerken nung auf digitalen Signalverarbeitungstechniken. Im Wesentlichen umfasst das Erkennen des Sinus das Abtasten der analogen Signalform mit der normalen Abtastrate und das Analysieren einer Reihe von Abtastwerten, um deren Zustand entsprechend der sinusförmigen Zeitmarke zuerkennen, beispielsweise um eine Signalform zu erkennen, die sich bei oder ungefähr der erwarteten Frequenz oder Periodizität wiederholt.
In einer Ausführungsform unter Verwendung der bevorzugten differenziellen Modulation, wobei jeder Ton durch die Differenz zu dem vorhergehenden Ton in dem gleichen Kanal moduliert wird, ist das erste Symbol des Pakets ein Referenzsymbol. Das Referenzsymbol umfasst ein zyklisches Präfix, an das sich eine DMT-Referenzsignalform anschließt. Das Referenzsymbol enthält modulierte Töne für alle Töne, die in Verwendung sind, beispielsweise für alle 256 Töne. In der Modulation kann beispielsweise ein festgelegter Standardkonstellationspunkt für jeden Ton verwendet werden, aber vorzugsweise sind die auf jeden einzelnen Ton aufmodulierten Daten in dem Referenzsymbol zufällig ausgewählt. Der Empfänger erkennt einfach den Konstellationspunkt für jeden empfangenen Ton des Referenzsymbols und verwendet diesen erkannten Punkt als Referenz für die Demodulation des entsprechenden Tones in dem ersten Datensymbol. Für das zweite Datensymbol verwendet der Empfänger den Konstellationspunkt, der für jeden Ton ermittelt wurde, der während der Demodulation des ersten Datensymbols empfangen wurde, als Referenz für die Demodulation des entsprechenden Tones in dem zweiten Datensymbol, und dies wird auch für die nachfolgenden Symbole in den Paketen gehandhabt.
Ein Taktgenerator (nicht gezeigt) erzeugt ein Signal, das die Abtasttaktrate für den Empfänger 53 definiert. In unserem Beispiel beträgt die Abtastrate 2 MHz. Der Empfängertakt ist unabhängig von dem Takt des Senders, der die Signale an den Empfänger sendet. Der Abtasttakt steuert die ADC-Funktion der AFE 81 in dem Sender 51. Die Steuerung 71 zählt die Abtastintervalle, um zeitlich die diversen Operationen des Empfängers 53 zu steuern. Es sei beispielsweise angenommen, dass die AFE 69 und 81 eine Abtastrate von 2 MHz verwenden. Jeder Abtasttaktzyklus ist dann 0,5 Mikrosekunden lang. Die DMT-Signalform, die sich aus 512 derartigen Abtastwerten ergibt, ist somit 256 Mikrosekunden lang.
Nach einer Ruhephase, in der kein Sender die Leitung benutzte, überwacht der Zeitmarkendetektor 93 die Abtastwerte des Leitungssignals, das von der AFE 83 empfangen wird. Beim Erkennen einer Zeitmarke schließt der Detektor 93 den ersten Schalter 97, um nachfolgende Abtastwerte weiterzuleiten. Der Detektor 93 liefert auch ein geeignetes Zeitsteuersignal zu dem Kollisionsdetektor 95. Der Kollisionsdetektor 95 analysiert eine geeignete Anzahl an Abtastwerten, die unmittelbar auf die Zeitmarkierung folgen, um zu bestimmen, ob die Übertragung ungestört war oder ob es eine Kollision gab. In dem dargestellten Beispiel bestand die ID- und Steuersignalform aus sieben modulierten Zyklen der grundlegenden Signalform. Der Kollisionsdetektor 95 verarbeitet daher die Abtastwerte für jeden der sieben modulierten Zyklen der Signalform, die von der analogen Signalform gewonnen werden, die nach dem Ende der Zeitmarke beginnt. Wenn der Kollisionsdetektor keine Kollision erkennt (er empfängt ein gültiges ID- und Steuersignal), schließt der Detektor 95 den Schalter 99, um die nachfolgenden Abtastwerte der seriell/parallel-Logik 85 zur Verarbeitung der Abtastwerte für die folgenden Symbole zuzuleiten.
Die Steuerung 91 steuert ferner auch zeitlich die Abtastverarbeitung der Schaltungen 85 und 87 auf der Grundlage der wieder hergestellten Zeitmarke. Im Wesentlichen beginnt die Steuerung 91 mit dem Zählen von Abtastwerten ab dem Ende des letzten Zyklus der erkannten Zeitmarke. In einem Datenpaket, wie dies in 2 gezeigt ist, zählt beispielsweise die Steuerung 91 die Abtastwerte, die der erwarteten Länge der ID- und Steuersignalform entsprechen. Wenn keine Kollision erkannt wird, aktiviert nach diesen Abtastwerten die Steuerung 91 den Betrieb der seriell/parallel-Logik 85 und der FFT 87. Die Steuerung 91 zählt eine vorgegebene Anzahl an Abtastwerten, beispielsweise die nächsten 30 Abtastwerte für das zyklische Präfix und bewirkt, dass die FFT 87 diese Abtastwerte nicht berücksichtigt. Die Steuerung bewirkt dann, dass die FFT 87 die nächsten 512 Abtastwerte verarbeitet, um die DMT-Referenzsignalform zu decodieren. Zu beachten ist, dass wenn die Zeitsteuerung fehlerfrei ist, dieser Decodiervorgang zwei Abtastwerte aus der Präfix verarbeitet. Wenn der Steuerungszeitablauf im Verhältnis zu der eigentlichen DMT-Signalform zu früh ist, verarbeitet das Decodieren tatsächlich einige weitere Abtastwerte des Präfix. Wenn der Zeitablauf zu spät ist, kann der Decodiervorgang zwei, einen oder keinen der Abtastwerte, die dem zyklischen Präfix entsprechen, verarbeiten. In allen diesen Fällen endet der DMT-Decodierungsprozess für das erste Symbol beim oder in der Nähe des letzten der 512 Abtastwerte der DMT-Signalform und beinhaltet keinen Abtastwert des Präfix des nächsten Symbols. In all diesen Fallen führt die Verarbeitung von Abtastwerten des Präfix, die mit Abtastwerten am Ende der DMT-Signalform übereinstimmen können, lediglich zu einer Phasenvarianz.
Nach dem Zählen der Abtastwerte für die DMT-Signalform für das erste (Referenz-)Symbol zählt die Steuerung 91 32 Abtastwerte für das Präfix des nächsten Symbols des Pakets. Die Steuerung 91 veranlasst die FFT 87 dazu, diese Abtastwerte nicht zu berücksichtigen und bewirkt dann, dass die FFT 87 die nächsten 512 Abtastwerte verarbeitet, um die DMT-Referenzsignalform zu decodieren. Ein Zeitablauffehler, der durch das Abtasten des ersten (Referenz-)Symbols eingeführt wird, überträgt sich auf das Abtasten des zweiten Symbols. Da jedoch das Decodieren die Differenz in der Phase und Symbol zu Symbol festlegt, hat die konstante Phasenvarianz, die durch das Abtasten hervorgerufen wird, keinen Einfluss auf die Demodulation. Die Steuerung wiederholt den Vorgang für das Präfix und die DMT-Signalform des nächsten Symbols und veranlasst die Schaltung 81, die seriellen Daten auszugeben. Eine ähnliche Zählfunktion geht weiter bis zum Ende des letzten Symbols dieses Pakets.
Jedes Datenpaket, das über die Leitung gesendet oder empfangen wird, beginnt mit einer Zeitmarke und enthält eine Reihe von Symbolen. Jedes Symbol enthält ein zyklisches Präfix gefolgt von einer modulierten Signalform, und die Steuerung 91 erkennt den Anfang und das Ende jedes Präfix in einem Symbol eines Pakets, indem Abtasttaktintervalle von dem letzten Abtastwert der erkannten Zeitmarke für das Paket abgezählt werden. Folglich trennen die zyklischen Präfixe die einzelnen Symbole innerhalb des Pakets. Das zyklische Präfix umfasst eine vorbestimmte Anzahl an Abtastwerten einer DMT-modulierten Signalform, beispielsweise die letzten 32 Abtastwerte eines vorhergehenden DMT-Symbols.
Der Fachmann erkennt, dass die vorliegende Erfindung eine Reihe von Modifizierungen innerhalb des Grundgedankens und des Schutzbereichs des erfindungsgemäßen Konzepts zulässt. Beispielsweise können der DMT-Sender und der DMT-Empfänger auf eine Vielzahl unterschiedlicher Weisen eingerichtet werden. Diese Schaltungen in den PHY-Sender/Empfängern können als speziell gestaltete Chips mit Logikschaltungen und anderen Komponenten zum Ausführen der oben beschriebenen Funktionen eingerichtet werden. Alternativ können eine oder beide Komponenten unter Verwendung eines digitalen Signalprozessors für allgemeine Verwendungszwecke und einer geeigneten Programmierung eingerichtet werden.
Im Vorhergehenden sind Ausführungsformen beschrieben, die gegenwärtig als die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung betrachtet werden, wobei beachtet werden sollte, dass diverse Modifizierungen durchgeführt werden können und dass die Erfindung in zahlreichen Formen und Ausführungsformen praktiziert werden kann, und dafür zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten bestehen, wovon lediglich einige wenige hierin beschrieben sind. Es ist beabsichtigt, dass die folgenden Patentansprüche alle derartigen Modifizierungen und Variationen, die innerhalb des wahren Schutzbereichs der Erfindung liegen, abdecken.

Claims

Verfahren zum Demodulieren von Signalen mit diskreten Mehrtondaten, die über eine Verbindung mit wahlfreiem Zugriff übertragen werden, wobei das Verfahren umfasst: digitales Abtasten analoger Signale, die über die Verbindung empfangen werden, entsprechend einer vorbestimmten Rate; Erkennen aus den digitalen Abtastwerten des analogen Signals einer vorbestimmten Anzahl an Zyklen eines definierten periodischen Signals innerhalb eines spezifizierten Frequenzbandes als eine Zeitmarke zum Beginn mindestens eines Teils einer Datenkommunikation mit wahlfreiem Zugriff; nach einer vorbestimmten Anzahl der Abtastwerte, die auf die Zeitmarke folgen, Erfassen der Abtastwerte über eine Zeitdauer, die einem diskreten Mehrtonsymbol entspricht; Verarbeiten der vorbestimmten Anzahl der Abtastwerte, um mehrere Bits an Daten von jedem von mehreren diskreten Tonkanälen, die in dem diskreten Mehrtonsymbol repräsentiert sind, zu demodulieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Verarbeitens umfasst: Bestimmen einer Phase eines Tones in jedem diskreten Tonkanal als eine Darstellung der mehreren Bits der Information.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Bestimmens umfasst: Ermitteln einer Phasendifferenz jedes diskreten Tones des Symbols in Bezug auf ein früheres Signal jedes der Tonkanäle.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Verarbeitens umfasst: Verwerfen einer ersten spezifizierten Anzahl der Abtastwerte, die einem Bereich eines zyklischen Präfix entspricht; und nach der ersten spezifizierten Anzahl an Abtastwerten Verarbeiten einer zweiten spezifizierten Anzahl der Abtastwerte, um die Bits an Daten aus einer diskreten Mehrtonsignalform zu demodulieren.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das zyklische Präfix eine Kopie der vorbestimmten Anzahl an Abtastwerten der diskreten Mehrtonsignalform umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Anzahl an Abtastwerten, die auf die Zeitmarke folgt, ein Intervall für das Empfangen eines Identifizierungssignals enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst: Verarbeiten von Abtastwerten während des Intervalls für den Empfang eines Identifizierungssignals, um zu bestimmen, ob ein gültiger Empfang eines Identifizierungssignals während des Intervalls vorlag, als eine Angabe, ob eine Kollision erfolgte.
Verfahren nach Ansprach 1, wobei die vorbestimmte Anzahl an Abtastwerten, die auf die Zeitmarke folgt, mindestens ein Intervall zum Empfang eines vorhergehenden diskreten Mehrtonsymbols enthält.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das vorhergehende diskrete Mehrtonsymbol ein Referenzsymbol aufweist, das eine Referenzinformation zur Verwendung in dem Verarbeitungsschritt enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das definierte periodische Signal eine sinusförmige Signalform umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die analogen Signale über eine Leitung mit einer Haustelefonanlage empfangen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verbindung ein gemeinsam benutztes Medium für einen wahlfreien Zugriff durch mehrere Sender mit diskreten Mehrfachtönen ist, die mit der Leitung verbunden sind, wobei mindestens ein Empfänger für diskrete Mehrfachtöne mit der Verbindung gekoppelt ist, um Symbole von den mehreren Sendern zu empfangen.
Verfahren zum Senden von Daten über eine Verbindung, wobei das Verfahren umfasst: zufälliges Zugreifen auf die Verbindung durch eines von mehreren Datengeräten, die mit der Verbindung gekoppelt sind; Senden einer vorbestimmten Anzahl an Zyklen eines definierten periodischen Signals innerhalb eines spezifizierten Frequenzbandes als eine Zeitmarke für den Beginn zumindest eines Teils einer Datenkommunikation mit wahlfreiem Zugriff über die Verbindung; nach dem vorbestimmten Intervall, das auf die Zeitmarke folgt, Senden einer vorbestimmten Anzahl an Signalabtastwerten als ein zyklisches Präfix über die Verbindung; und nach den Abtastwerten des zyklischen Präfix Senden einer vorbestimmten Anzahl an Signalabtastwerten einer diskreten Mehrtonsignalform, die mehrere Töne repräsentiert, die mit mehreren Bits an Information moduliert sind, über die Verbindung.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner umfasst: Empfangen analoger Signale über die Verbindung; digitales Abtasten der empfangenen analogen Signale mit einer vorbestimmten Rate; Erkennen aus den digitalen Abtastwerten der empfangenen analogen Signale einer vorbestimmten Anzahl an Zyklen des definierten periodischen Signals als eine Zeitmarke zu Beginn einer Datenkommunikation; nach einer vorbestimmten Anzahl der Abtastwerte, die auf die erkannte Zeitmarke folgen, Erfassen der digitalen Abtastwerte der empfangenen analogen Signale über eine Zeitdauer, die einer diskreten Mehrtonsignalform entspricht; und Verarbeiten der erfassten Abtastwerte, um die mehreren Bits an Information aus diskreten Tonkanälen innerhalb der einzelnen diskreten Mehrtonsignalform zu demodulieren.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die vorbestimmte Anzahl der Abtastwerte, die auf die erkannte Zeitmarke folgt, mindestens einen Teil der vorbestimmten Anzahl der Signalabtastwerte des zyklischen Präfix enthält.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Sendens einer vorbestimmten Anzahl an Signalabtastwerten einer diskreten Mehrtonsignalform umfasst: Anordnen einer spezifizierten Anzahl an Bits eines seriellen Eingangsdatenstroms in jeweils mehrere parallele Abschnitte, die diskreten Tonfrequenzen innerhalb des Symbols entsprechen; und Zuordnen jedes der spezifizierten Anzahl an Bits einem Punkt einer Modulationskonstellation; und Erzeugen einer analogen Signalform mit mehreren diskreten Tonsignalen, wobei jedes diskrete Tonsignal in einer Weise moduliert wird, die einem der Punkte entspricht.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die diskreten Tonsignale in Bezug auf ihre Phasen moduliert werden.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die diskreten Tonsignale differenziell moduliert werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das definierte periodische Signal eine sinusförmige Signalform umfasst.
Empfänger für diskrete Mehrfachtöne (53) zur Verwendung in einer analogen Verbindung, die modulierte digitale Daten überträgt, mit: einem Zeitmarkendetektor (93), der mit der Verbindung gekoppelt ist, um Zyklen eines definierten periodischen Signals mit einer vorbestimmten Frequenz aus digitalen Abtastwerten analoger Signale, die über die Verbindung empfangen werden, als eine Zeitmarke am Beginn mindestens eines Teils einer Datenkommunikation mit wahlfreiem Zugriff zu erfassen; einer Steuerung (91), die auf das Erkennen des definierten periodischen Signals mittels des Zeitmarkendetektors (93) reagiert, um einen Demodulationsvorgang eine vorbestimmte Anzahl an Abtastperioden nach den erfassten Zyklen der Zeitmarke in Gang zu setzen; und einem Demodulator für diskrete Mehrfachtöne (85, 87, 81), der in Reaktion auf die Steuerung (91) eine vorbestimmte Anzahl nachfolgender Abtastwerte analoger Signale, die über die Verbindung empfangen werden und die einem diskreten Mehrtonsymbol entsprechen, verarbeitet, um mehrere Bits an Daten aus jedem von mehreren modulierten diskreten Tönen, die in dem diskreten Mehrtonsymbol repräsentiert sind, wieder herzustellen.
Empfänger für diskrete Mehrfachtöne (53) nach Anspruch 20, der ferner eine analoge Eingangsseite zur Ankopplung des Empfängers an eine Telefonleitung mit verdrillten Leitungspaaren umfasst.
Sender für diskrete Mehrfachtöne (51) zur Verwendung in einer analogen Verbindung, um modulierte digitale Daten zu senden, wobei der Sender umfasst: eine Einrichtung (73), die mit der Verbindung gekoppelt und ausgebildet ist, eine vorbestimmte Anzahl an Zyklen eines definierten periodischen Signals mit einer vorbestimmten Frequenz als eine Zeitmarke zum Beginn zumindest eines Teils einer Datenkommunikation mit wahlfreiem Zugriff durch den Sender zu erzeugen und über die Verbindung zu senden; und eine Einrichtung (63, 65, 67) zum Modulieren diskreter Mehrfachtöne von Bits an digitaler Information in ein Symbol nach einer vorbestimmten Anzahl an Abtastintervallen nach dem Senden der Zeitmarke zur Übertragung über die Verbindung.
Sender für diskrete Mehrfachtöne (51) nach Anspruch 22, der ferner umfasst: eine Einrichtung (75) zum Erzeugen und Senden über die Verbindung eines zyklischen Präfix einer spezifizierten Anzahl an Abtastwerten nach der vorbestimmten Anzahl an Abtastintervallen zwischen der Zeitmarke und dem Symbol.
Ein maschinenlesbarer Datenträger, der ein Signal zum Demodulieren in einem Empfänger für diskrete Mehrfachtöne gemäß den Ansprüchen 20 oder 21 übermittelt.
Maschinenlesbarer Datenträger nach Anspruch 24, der ein Signal trägt, wobei jeder Ton entsprechend mehreren Datenbits differenzphasen-moduliert ist.
Maschinenlesbarer Datenträger nach Anspruch 25, der ein Signal trägt, das ferner ein Referenzsymbol umfasst.
Maschinenlesbarer Datenträger nach Ansprach 24, der ein Signal trägt, das ferner eine Endgerätekennung umfasst.
Maschinenlesbarer Datenträger nach Anspruch 24, der ein Signal trägt, wobei das definierte periodische Signal ein sinusförmiges Signal ist.