FI97836C - Menetelmä tietoliikenneyhteyden muodostamiseksi - Google Patents

Description

97836

Menetelmä tietoliikenneyhteyden muodostamiseksi Tämän keksinnön kohteena on menetelmä tietoliikenneyhteyden muodostamiseksi tiedonsiirtokanavassa, jossa 5 hyödynnetään PAM-signaaleja, lähettimen lähettäessä ennalta määrätyistä symboleista muodostuvan treenijonon ennalta määrätyn monta kertaa, jossa menetelmässä: valvotaan tiedonsiirtokanavaa ennalta määrätyn signaalin havaitsemiseksi, otetaan näytteitä tiedonsiirtokanavalta ja säädetään 10 vastaanottimen vahvistus siten, että vastaanotetut signaalit asettuvat ennalta määrätylle tasolle.

Keksintö liittyy erityisesti multi point modeemiverk-koihin, joissa hyödynnetään PAM (Pulssi Amplitudi Modulaatio) -signaaleja, ja joissa on yksi master modeemi, joka 15 lähettää usealle slave modeemille samaa dataa. Slave modeemit lähettävät vuorotellen master modeemille dataa varaten kanavan vuorotellen käyttöönsä. Tällaisessa verkossa siirrettävän datan määrään aikayksikköä kohden vaikuttaa merkittävästi siirtonopeuden lisäksi treenausaika. Treenaus-20 ajalla tarkoitetaan tässä yhteydessä aikaa joka kuluu yhteyden muodostamiseen. Treenausaikana muun muassa tahdis-tutaan vastapään kelloon, asetetaan deskrambleri ja asetetaan vahvistus.

Ennestään tunnetaan ratkaistu tietoliikenneyhteyden 25 muodostamiseksi, jossa menetelmässä vastaanottimelle on etukäteen määritelty käytettävästä tiedonsiirtokanavasta riippuvia kiinteitä korjauskertoimia, joiden avulla kompensoidaan tiedonsiirtokanavasta johtuvaa lähetettävien symbolien keskinäisvaikutusta. Eräs tällainen tyypillinen tun-30 nettu korjain on FIR-korjain (Finite Impulse Response), jonka avulla voidaan poistaa sekä "kärsä" että "häntä" pulssivasteesta. Koska korjauskertoimet ovat kiinteitä, voidaan yhteys muodostaa asettamalla vahvistus oikeaksi, tahdistamalla vastaanotin lähettimen kelloon, ja asettamal-35 la deskrambleri.

2 97836

Edellä mainitun tunnetun ratkaisun merkittävin heikkous on se, että sitä sovellettaessa on tiedonsiirtokanavan pulssivasteen oltava tunnettu, jotta kiinteät korjausker-toimet voitaisiin asettaa oikein. Esimerkiksi multipoint-5 verkon asennuksen yhteydessä on asentajan manuaalisesti säädettävä kunkin modeemin korjauskertoimet sopiviksi. Tämä johtuu siitä, että esimerkiksi kuparikaapelia käytettäessä, muuttuu tiedonsiirtokanavan pulssivaste kaapelin pituuden mukaan, jolloin korjauskertoimet on aina asetettava tapaus-10 kohtaisesti.

Tämän keksinnön tarkoitus on ratkaista edellä mainittu heikkous, ja tarjota käyttöön menetelmä tietoliikenneyhteyden muodostamiseksi, jonka soveltaminen ei edellytä ennalta määrätyn kaltaisia manuaalisia säätötoimenpiteitä. 15 Tämä päämäärä saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmäl lä, jolle on tunnusomaista, että lähettimen aloittaessa treeni jonon toistamisen puskuroidaan tiedonsiirtokanavalta otettuja näytteitä näytejonon muodostamiseksi treenijonon lähettämiseen kuluvan aikajakson verran, lasketaan kanavan 20 pulssivasteen estimaatti konvoloimalla puskuroidut näytteet ennalta määrätyn symbolijonon kanssa, valitaan pulssivasteen estimaatista päänäyte, lasketaan pulssivasteen estimaatista päänäytettä edeltävien näytteiden ja päänäytettä seuraavien näytteiden perusteella korjauskertoimia kes-25 kinäisvaikutuksen minimoimiseksi tiedonsiirtokanavalla, ja odotetaan kunnes lähetin lopettaa treenijonon lähettämisen ja aloittaa datan lähettämisen, jolloin tiedonsiirto-kanavalta otettuja näytteitä korjataan laskettuja korjauskertoimia hyödyntämällä.

30 Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että kun vas taanotin sovitetaan laskemaan pulssivasteen estimaattia tiedonsiirtokanavalta välitettyyn ennalta määrättyyn treeni jonoon perustuen konvoloimalla vastaanotetusta treenijonosta otettuja näytteitä ennalta määrätyn jonon avulla, ja 35 kun lasketun pulssivasteen estimaatin perusteella asetetaan 97836 3 korjauskertoimet, ei vastaanotinta etukäteen tarvitse säätää käytettävän tiedonsiirtokanavan ominaisuuksien mukaan. Keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa vastaanotin kykenee itse selvittämään tiedonsiirtokanavan 5 ominaisuudet sekä valitsemaan kyseiselle tiedonsiirtokanavalle soveltuvat korjauskertoimet. Keksinnön mukaisen True Fast Poll- menetelmän merkittävimmät edut ovat näin ollen, että menetelmää voidaan soveltaa tiedonsiirtokanavissa joiden pulssivaste on tuntematon, ja että menetelmän avulla 10 voidaan tiedonsiirtoyhteys saada aikaan erittäin lyhyessä ajassa. Esimerkiksi 2BlQ-signaalia käytettäessä, voidaan vastaanotin saada valmiiksi datan siirtoa varten 60 symbolin lähettämiseen tarvittavassa ajassa (kun korjäimien pituus on 20 symbolia). Kun pulssivasteen estimaatti laske-15 taan keksinnön mukaisella menetelmällä, ei vastaanottimen näkemän treenijonon kiertymisellä ole merkitystä, koska mahdollinen kiertyminen saadaan kompensoitua päätapin valinnan yhteydessä.

Keksinnön mukaisen menetelmän edulliset suoritusmuo-20 dot ilmenevät oheisista epäitsenäisistä patenttivaatimuksista 2-5. Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin erään keksinnön mukaisen menetelmän edullisen suoritusmuodon avulla viitaten oheisiin kuvioihin, joista kuvio 1 esittää vuokaaviota keksinnön mukaisesta 25 menetelmästä, ja kuvio 2 havainnollistaa päänäytteen valintaa pulssi-vasteen estimaatista.

Kuvio 1 esittää vuokaaviota eräästä keksinnön mukaisen menetelmän edullisesta suoritusmuodosta, jota voidaan 30 hyödyntää tiedonsiirtoyhteyden muodostamiseen esimerkiksi multipoint modeemi verkossa, jossa hyödynnetään PAM-signaaleja, kuten esimerkiksi 2BlQ-signaaleja, ja jossa tiedonsiirtokanavana hyödynnetään kuparikaapelia. On kuitenkin huomattava, että keksinnön mukaista menetelmää voidaan 35 hyödyntää myös muissa yhteyksissä, esimerkiksi radiokana- 4 97836 vassa tai optisessa tiedonsiirtokanavassa.

Kuvion 1 tapauksessa lähetin voidaan sovittaa toistamaan 20 symbolia pitkän treenijonon kolme kertaa, jonka jälkeen lähetin aloittaa datan lähettämisen. Vastaanotti-5 mella on etukäteen tiedossa treeni jonon sisältämät symbolit sekä treenijonon toistokerrat. Treenijonona käytetään ennalta määrättyä symbolijonoa, joka ei sisällä DC:tä, jonka spektri on mahdollisimman tasainen ja jonka energian määrä mahdollisimman pitkälle vastaa varsinaisessa data-10 siirrossa siirrettävien symbolien keskimääräistä energiaa, jotta vahvistus voitaisiin vastaanottimessa säätää oikealle tasolle. Käytettävän treenijonon pituuden tulee olla sellainen, että pulssivasteet, jotka on kyettävä korjaamaan ovat ajallisesti lyhyempiä kuin treenijonon lähettämiseen 15 kuluva aika.

Menetelmävaiheessa A sovitetaan vastaanotin valvomaan tiedonsiirtokanavaa ennalta määrätyn signaalin havaitsemiseksi. Vastaanotin voidaan esimerkiksi sovittaa ottamaan näytteitä tiedonsiirtokanavalta kaksi kertaa/symbolissa. 20 Menetelmävaiheessa B tarkistetaan tiedonsiirtokana valta otettujen näytteiden energia. Ennalta määrättynä signaalina voidaan käyttää nimenomaan energian havaitsemista linjalta. Vastaanotin pysyy odotustilassa kunnes tiedonsiirtokanavalta tulee energiaa lähettimen aloitettua tree-25 nijonon t lähettämisen. Vastaanotin havaitsee tämän siten, että näytteiden sisältämä energia kasvaa yli ennalta määrätyn rajan E0.

Menetelmävaiheessa C säädetään vastaanottimen vahvistus sopivalle tasolle, jotta vastaanottimessa oleva A/D-30 muunnin kykenisi ottamaan näytteitä linjalta riittävällä tarkkuudella.

Menetelmävaiheessa D odotetaan kunnes lähetin aloittaa treenijonon t toistamisen. Koska vastaanotin on selvillä lähettimen lähettämän treenijonon pituudesta voidaan 35 treenijonon toistamisen ajankohta selvittää kahdella taval- la: 5 97836 - laskemalla korrelaatiota linjalta tuleville signaa- r leille, tai - mittaamalla aikaa siitä hetkestä, jolloin linjalla 5 ensimmäisen kerran havaittiin energiaa. Kun energian kasvusta on kulunut treenijonon lähettämiseen tarvittava aika aloittaa lähetin treenijonon toistamisen.

Keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa ei kuitenkaan toisen treenijonon alkamiskohtaa tarvitse pää-10 teliä symbolin tarkkuudella, vaan riittää että menetelmä-vaihetta E ei käynnistetä ennen kuin ensimmäinen treenijono varmasti on päättynyt (pulssivasteen estimaatin laskennassa on käytettävä toista tai kolmatta treenijonoa, jotta edeltäneen treenijonon hännät saataisiin näkyviin).

15 Menetelmävaiheessa E vastaanotin sovitetaan ottamaan näytteitä linjalta treenijonon t lähettämiseen kuluvaksi ajaksi sekä puskuroimaan otetut näytteet. Puskuriin kerääntyy tällöin jono t', joka muodostuu neljästäkymmenestä näytteestä, jos treenijonon pituus on 20 merkkiä ja näyt-20 teenottotaajuus on 2 näytettä/symboli. Mikäli se hetki, jolloin näytteitä aletaan ottaa linjalta ei täsmälleen vastaa treenijonon alkamiskohtaa, merkitsee tämä että puskuriin kerääntyvä näytejono on hiukan kiertynyt (eli ensimmäinen puskuroitu näyte on otettu esimerkiksi treeni-25 jonon kolmannesta symbolista, jne.) Tämä ei kuitenkaan aiheuta haittavaikutuksia keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa, koska keksinnön mukaisesti lähetin on sovitettu toistamaan treenijonoa useamman kerran, jolloin puskuriin kerääntyvä jono sisältää näytteitä kaikista 30 treenijonoon kuuluvista symboleista, vaikkakin puskuroitu jono saattaa olla kiertynyt. Mahdollinen kiertyminen ei edellytä ylimääräisiä toimenpiteitä (koska se kompensoituu päätappia valittaessa), minkä vuoksi keksintöä selostetaan jatkossa sillä olettamuksella, että puskuroitu jono t' ei 35 ole kiertynyt, vaan ensimmäinen ja toinen (jos näytteitä 6 97836 otetaan 2 kertaa symbolissa) puskuroitu näyte on otettu treenijonon ensimmäisestä symbolista.

Menetelmävaiheessa F lasketaan tiedonsiirtokanavan pulssivasteen estimaatti puskuroitujen sekä vastaanotetta-5 vien näytteiden avulla. Kun tiedonsiirtokanavan h läpi on lähetetty treenijono t on vastaanottimen puskuriin muodostunut jono t'=t*h (* = konvoluutio). Kun puskuroitua jonoa t' konvoloidaan ennalta määrätyllä jonolla r saadaan jono r*t' = r*(t*h) = (r*t)*h = k*h, eli kanavan impulssivaste 10 konvoloituna jonolla k. Jos jono r on valittu sopivasti, on jono k impulssi johon on lisätty DC:tä, joten jos jono h ei sisällä DC:tä saadaan konvoluution k*h tuloksena h, eli kanavan pulssivaste.

Mainitun ennalta määrätyn jonon r valinta riippuu 15 täysin treenijonon t valinnasta. Erästä mahdollisuutta valita treenijono t ja mainittu ennalta määrätty jono r havainnollistetaan seuraavassa taulukossa: t (n) r(n) k (n) =t (n) *r (n) 3 0,038688 -0,05 20 _1__-0,02839__0,95_ -1 -0,01401 -0,05 1 -0,02245 -0,05 1 -0,02169 -0,05 -3 0,033688 -0,05 25 1 0,013943 -0,05 -1 -0,00848 -0,05 3 0,00036 -0,05 -1 0,029305 -0,05 3 0,030066 -0,05 97836 7 3 -0,00631 -0,05 -1 0,036667 -0,05 -1 -0,01183 -0,05 1 0,023045 -0,05 5 3 -0,02542 -0,05 -3 0,011836 -0,05 -3 0,019051 -0,05 -3 -0,00641 -0,05 -3 0,008344 -0,05 10

Taulukosta havaitaan, että kun toistuva treenijono t konvoloidaan jonolla r, eli N-1 k (n) = t (n) * r (n) = £ t(n-j)r(j) 15 j =0 (missä N=treenijonon t pituus) saadaan tulokseksi jono k, joka muodostuu ykkösestä ja n-1 kappaleesta muusta arvosta (jotka ovat lähellä nollaa).

20 Eli kun treenijono t on lähetetty tiedonsiirtokanavan h läpi näkyy se vastaanottimen puskurissa jonona t' , ja kun tätä jonoa konvoloidaan ennalta määrätyllä jonolla r, saadaan tulokseksi jono r*t' = r*(t*h) = (r*t)*h = k*h, joka on kanavan pulssivaste h mikäli h ei sisällä DC:tä.

25 Jos näytteitä otetaan kaksi kertaa symbolissa ja treenijonon t pituus on 20 symbolia, on puskuroidun jonon t' pituus 40 alkiota. Näin ollen myös ennalta määrätyn jonon r pituuden tulee olla 40 alkiota. Tämä voidaan toteuttaa siten, että joka toinen jonoon r kuuluva alkio 30 otetaan edellä olleesta taulukosta ja joka toisen alkion 8 97836 arvoksi asetetaan nolla (eli r = [0,038688, 0, -0,02839, 0, 0,01401, 0, ...]).

Menetelmävaiheessa G valitaan päänäyte, eli päätappi pulssivasteen estimaatista. Tämä voidaan tehdä esimerkiksi 5 siten, että aluksi lasketaan kaikki jonon h itseisarvot, jonka jälkeen päätappi valitaan niiden tappien joukosta, joiden itseisarvo on suurempi kuin edeltävän tapin itseisarvo ja seuraavan tapin itseisarvo. Eli alustavasti valitaan kaikki jonon itseisarvojen lokaalit maksimit. Pää-10 tapiksi valitaan se tappi, josta on pisin matka edelliseen maksimiin, kun jono kuvitellaan tosituvaksi (eli h (n) = h(n+N), jossa N on jonossa olevien alkioiden lukumäärä). Jos päätappiehdokasta edeltävän jonon alkion itseisarvo on alle 10% pienempi kuin päätappiehdokkaan itseisarvo, vali-15 taan päätapiksi kyseinen päätappiehdokasta edeltävä alkio. Kun päätappi on asetettu tarkistetaan ja tarvittaessa säädetään vastaanottimen vahvistus sopivalle tasolle.

Menetelmävaiheessa H lasketaan tarvittavat korjaus-kertoimet keskinäisvaikutuksen minimoimiseksi pulssivasteen 20 estimaatin h perusteella. Korjauskertoimien laskentatapa riippuu täysin siitä, minkälaisia suodattimia vastaanotossa käytetään. Jos esimerkiksi päätappia edeltävän kärsän poistoon (esimerkiksi kaksi päätappia edeltävää jonon alkiota) käytetään sinänsä tunnetusti kolmetappista FIR 25 korjainta, saadaan tapit suoraan lasketun pulssivasteen estimaatin kärsäsamppeleiden arvosta. Jos vastaanottimessa käytetään hännän poistoon (päätappia seuraavat tapit pulssivasteen estimaatissa) sinänsä tunnetusti DFE-korjainta (Decision Feedback Equalizer) saadaan sen kertoimet vastaa-30 vasti pulssivasteen h hännästä, joka kuitenkin on käsiteltävä ensin FIR-korjaimella. Kun DFE:n kertoimet on laskettu, ja ennen kuin DFE otetaan käyttöön, täytyy asettaa DFE:n viivelinja. DFE:n viivelinjaan tulee asettaa ne symbolit jotka on vastaanotettu kyseiseen hetkeen mennessä.

35 Symbolit voidaan päätellä päätappiehdokkaan paikasta.

t ta i mu m ( n 97836 9

Menetelmävaiheessa I vastaanotin sovitetaan odotustilaan kunnes lähetin on toistanut treenijonon viimeisen (kolmannen) kerran, jonka jälkeen aloitetaan datan vastaanotto. Se hetki jolloin viimeisen treenijonon viimeinen 5 symboli vastaanotetaan päätellään laskemalla symboleja siitä näytteenottohetkestä josta päätappiehdokas löytyi. Kun viimeisen treeni jonon viimeinen symboli on vastaanotettu vastaanotin asettaa deskramblerin lähettimen skrambleria vastaavaan arvoon.

10 Menetelmävaiheessa J lähetin vastaanottaa dataa ottamalla näytteitä tiedonsiirtokanavalta, jonka jälkeen näytteitä korjataan lasketuilla korjauskertoimilla ennen kuin niiden perusteella tehdään päätöksiä. Kaikissa mene-telmävaiheissa valvotaan, että vastaanottimeen tulee ener-15 giaa linjalta. Jos havaitaan pienikin energiakatkos linjalla, lähetin siirtyy menetelmävaiheen A mukaiseen tilaan odottamaan uuden treenijonon vastaanottoa.

Kuvio 2 havainnollistaa päänäytteen, eli päätapin valintaa pulssivasteen estimaatista h (menetelmävaihe G). 20 Aluksi lasketaan kaikki jonon h itseisarvot, jonka jälkeen näytejonosta valitaan alustavasti ne alkiot, joiden itseisarvo on suurempi kuin edeltävän alkion itseisarvo ja seuraavan alkion itseisarvo. Eli alustavasti valitaan kaikki näytejonon itseisarvojen lokaalit maksimit. Kuvion 25 2 tapauksessa valitaan alustavasti näytteet 2 ja 7.

Päätapiksi valitaan tämän jälkeen se näyte, josta on pisin matka edelliseen maksimiin, kun jono kuvitellaan tosituvaksi kuten kuviossa 2 on esitetty. Kuvion 2 tapauksessa on etäisyys näytteestä 2 edeltävään näytteeseen, eli 30 näytteeseen 7, viisitoista yksikköä, ja näytteestä 7 edeltävään näytteeseen, eli näytteeseen 2, viisi yksikköä. Näin ollen päätappiehdokkaaksi valitaan näyte 2.

Seuraavaksi tarkastellaan näytettä 2 edeltävää näytettä 1. Jos päätappiehdokasta 2 edeltävän näytteen 1 35 itseisarvo on vähemmän kuin 10 % pienempi kuin päätappieh- 97836 10 dokkaan 2 itseisarvo, valitaan päätapiksi kyseinen edeltävä näyte. Kuvion 2 tapauksessa edellä mainittu vaatimus ei kuitenkaan toteudu, jolloin päätapiksi valitaan näyte 2. Kuvion 2 tapauksessa pulssivasteen kärsään kuluu näin ollen 5 ainoastaan yksi näyte, eli näyte 1. Vastaavasti häntä muodostuu näytteistä 3-20.

On ymmärrettävä, että edellä oleva selitys ja siihen liittyvät kuviot on ainoastaan tarkoitettu havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Alan ammattimiehille tulevat 10 olemaan ilmeisiä erilaiset keksinnön variaatiot ja muunnelmat ilman että poiketaan oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnön suojapiiristä ja hengestä.

‘I > «41« I t t

Claims (5)

97836 11

1. Menetelmä tietoliikenneyhteyden muodostamiseksi tiedonsiirtokanavassa, jossa hyödynnetään PAM-signaaleja, 5 lähettimen lähettäessä ennalta määrätyistä symboleista muodostuvan treenijonon (t) ennalta määrätyn monta kertaa, jossa menetelmässä: valvotaan tiedonsiirtokanavaa ennalta määrätyn signaalin havaitsemiseksi, 10 otetaan näytteitä tiedonsiirtokanavalta ja säädetään vastaanottimen vahvistus siten, että vastaanotetut signaalit asettuvat ennalta määrätylle tasolle, tunnet-t u siitä, että lähettimen aloittaessa treenijonon (t) toistamisen 15 puskuroidaan tiedonsiirtokanavalta otettuja näytteitä (t' ) näytejonon muodostamiseksi treenijonon lähettämiseen kuluvan aikajakson verran, lasketaan kanavan pulssivasteen estimaatti (h) konvoloimalla puskuroidut (t') näytteet ennalta määrätyn 20 symbolijonon (r) kanssa, valitaan pulssivasteen estimaatista (h) päänäyte, lasketaan pulssivasteen estimaatista (h) päänäytettä edeltävien näytteiden ja päänäytettä seuraavien näytteiden perusteella kor j auskertoimia keskinäisvaikutuksen minimoi-25 miseksi tiedonsiirtokanavalla, ja odotetaan kunnes lähetin lopettaa treenijonon (t) lähettämisen ja aloittaa datan lähettämisen, jolloin tiedonsiirtokanavalta otettuja näytteitä korjataan laskettuja korjauskertoimia hyödyntämällä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että lähetin on multipointverkossa oleva modeemi, ja että tiedonsiirtokanava on kuparikaapeli, josta otetaan näytteitä kaksi kertaa symbolissa.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n -35 n e t t u siitä, että kun tiedonsiirtokanavalta otetta- 97836 12 vien näytteiden (f) sisältämä energia ensimmäistä kertaa ylittää ennalta määrätyn rajan, todetaan mainittu ennalta määrätty signaali vastaanotetuksi, ja käynnistetään ajas-tinväline, jolla mitataan treenijonon (t) lähettämiseen 5 tarvittava aika, jolloin mainitun ajastinvälineen avulla ratkaistaan ajankohta, jolloin lähetin aloittaa treenijonon toistamisen.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainituksi ennalta määrätyksi sym- 10 bolijonoksi (r) valitaan jono, joka konvoloituna treenijonon (t) kanssa muodostaa jonon (k), jonka yhden alkion arvo on noin yksi, muiden alkioiden arvojen ollessa lähellä nollaa.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n-15 n e t t u siitä, että valitaan pulssivasteen estimaatin (h) päänäyte näytejonosta siten, että alustavasti valitaan kaikki ne näytteet joiden itseisarvo on suurempi kuin niitä seuraavan ja niitä edeltävän näytteen itseisarvo, kun näytejono ajatellaan toistuvaksi, ja että valituista 20 näytteistä valitaan päänäytteeksi se näyte, josta on pisin matka edelliseen alustavasti valittuun näytteeseen, kun näytejono ajatellaan toistuvaksi. 97836 13