WO2001061910A1 - System for the transmission of data by means of multiple transmission channels with a protective band between each channel - Google Patents

System for the transmission of data by means of multiple transmission channels with a protective band between each channel Download PDF

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WO2001061910A1
WO2001061910A1 PCT/AT2001/000038 AT0100038W WO0161910A1 WO 2001061910 A1 WO2001061910 A1 WO 2001061910A1 AT 0100038 W AT0100038 W AT 0100038W WO 0161910 A1 WO0161910 A1 WO 0161910A1
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filter
transmission
channels
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PCT/AT2001/000038
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Inventor
Johann Pfeiffer
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Ericsson Ahead Communications Systems Gmbh
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    • H04B2203/5404—Methods of transmitting or receiving signals via power distribution lines
    • H04B2203/5416—Methods of transmitting or receiving signals via power distribution lines by adding signals to the wave form of the power source

Definitions

  • the invention relates to a system for the transmission of data using a multiplicity (N) of transmission channels formed by spaced carrier frequencies on a line between a central point and a multiplicity of subscribers connected to the line at different branch points, with a transmission and Receiving part and each transmitting and receiving parts assigned to the participants, the transmitting parts each having a multiplex unit for dividing the data stream to be transmitted into data blocks, coding units, an inverse Fourier transformation filter bank formed from several identical prototype filters and the receiving parts each having one from several identical prototype filters formed Fourier transform filter bank, decoder units and a demultiplexer unit, and wherein the processing of the data stream to be transmitted within the inverse Fourier transform filter bank and the Fourier Transformation filter bank with a block length (M).
  • N multiplicity
  • M block length
  • a central point is arranged, for example, in the area of a transformer, from which data are sent via the existing mains power line to the power connections connected to it.
  • the power connections can be in households, commercial companies or any other pantograph.
  • the applicability of the invention is not limited to power line networks but is also given for other existing line networks.
  • the object of the invention is therefore to provide a data transmission system of the type mentioned at the outset which enables interference-free transmission even when the network conditions change
  • Another object of the invention is to provide a data transmission system with which a transmission of data between a central point and participants at different distances, not synchronized with one another, is possible by means of frequency multiplex
  • the blocking attenuation between adjacent transmission channels is increased by increasing the block length, so that the interference influence of adjacent transmission channels is reduced to such an extent that interference-free block processing by feet - Transformation can be made
  • a filter preferably a low-pass filter, is provided in parallel with the output and / or input of each transmitting / receiving part, as a result of which the constant changes in impedance at the connection points of the line or in the area of the central point can be compensated for
  • the invention is preferably used for data transmission in power networks, it being possible to use an existing power line of a power network as the line for data transmission
  • the prototype filter can be designed as a low-pass filter
  • a communication channel formed from a relatively small number of carrier frequencies can be provided for the cyclical query of the need for the amount of data to be transmitted from the participants to the central location
  • the invention further relates to a method for transmitting information using a data transmission system according to the invention.
  • a corresponding number of carrier frequencies is assigned to each of the participants, depending on the determined transmission requirement of the participants.
  • the data rate of the information to be transmitted can be selected for each carrier frequency depending on the level of the carrier frequency.
  • Fig.l is a schematic representation of an embodiment of the data transmission system according to the Invention.
  • FIG. 2 shows a block diagram of the central location according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a block diagram of the transmitting part of the central location according to FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a block diagram of the IFFT filter of the central location according to FIG. 1;
  • FIG. 8 shows a block diagram of a receiving part of the central location according to FIG. 1;
  • FIG. 9 shows a block diagram of the FFT filter of the central location according to FIG. 1;
  • Fig.lOA a representation of a possible frequency division
  • Fig.lOB shows the transfer function of different prototype filters
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a further embodiment of the data transmission system according to the invention.
  • 12 shows a block diagram for calculating an equalizer
  • 13 shows a diagram of the amount of the transfer functions between the central location and various subscribers
  • Fig. 14 is a diagram of the impulse responses that occur between the central location and different participants.
  • 21 shows a diagram of the signal-to-noise ratio achieved in the I-channels on the central side
  • 26 shows a diagram of the mean signal-to-noise ratio over all Q-channels on the central side
  • Fig. 28 shows a diagram of the mean signal-to-noise ratio over all I channels on the subscriber side.
  • FIG. 1 shows a system for transmitting data between a central point 1 and a large number of subscribers 2, 3, 4 and 5 connected to a line 10, which are connected to line 10 via feed lines at different branch points.
  • the data is separated by data traffic maintained in frequency division multiplex with a large number of N transmission channels formed by equidistant carrier frequencies.
  • the line is an already existing power line 10 of a power network, which is used for data traffic.
  • the central point 1 contains a transformer 12, which converts a high voltage present on its primary side into a low voltage, for example 220V.
  • the subscribers 2, 3 shown in FIG. 2 are each connected to the line 10 via a filter 14, 15 and a counter 16, 17.
  • the power supply connection of the subscribers is formed via the connection lines (not shown) which depart from the counters 16, 17, while the data traffic with the central point 1 takes place via a transceiver unit 18, 19 which is connected in parallel to the input of the filters 14, 15 are.
  • a filter 13 is connected between the transformer 12 and the connections of a transmitting / receiving part 11 of the central location 1.
  • each participant on the line 10 causes constant changes in impedance which have a negative effect on the quality of the data transmission.
  • the filters 13, 14 and 15 are intended to shield these impedance changes as much as possible and thus to ensure that the conditions on the line are as constant as possible.
  • the filters 13, 14 and 15 are therefore designed as low-pass filters, which block in the data transmission frequency range.
  • the data access to the transmitting / receiving unit 11 can take place via various interfaces, e.g. PCM according to ITU G.703, ATM, 10 or 100 Base T or the like.
  • the transmitting part of the transmitting / receiving part 11 is shown in FIG. 3 in the form of a block diagram.
  • the incoming serial data stream is multiplexed in a multiplex unit 25 and divided in such a way that a data block with the block length M is fed into several parallel branches, each branch being assigned to a carrier frequency.
  • N identical coding units 21, 22, 23, 24 are arranged in all branches, which code the data blocks in accordance with the modulation method used in each case.
  • the coded data blocks are fed to an inverse Fourier transform filter bank 20 and processed therein in blocks.
  • the number of carrier frequencies and thus the channels available is N.
  • two separate data streams can be transmitted in the in-phase (I) and in the quadrature-phase channel (Q).
  • a real-valued pulse amplitude modulation is transmitted via each of these channels.
  • the data blocks are divided into in-phase data blocks c '[n] and quadrature data blocks c Q [n].
  • One interpolation unit 26, 27, 28, 29 and one prototype filter 30, 31, 32, 33 as well as one mixing unit 34, 35, 36, 37 are provided for all in-phase and quadrature branches.
  • the prototype filters 30, 31, 32, 33 are identical except for a mutual phase shift.
  • Each information stream c [n] to be transmitted is first interpolated in the interpolation units 26, 27, 28, 29 with a factor 2M and then filtered with a prototype filter g [m] 30, 31, 32, 33.
  • the filtered signals are then ⁇ 1 in the mixing units 34, 35, 36, 37 by modulation with cos (- (k + -) m)
  • Summation unit 38 superimposed on the transmission signal, whereupon this is sent on line 10 to subscribers 2, 3, 4, 5.
  • the distance between two carrier frequencies 71 amounts - - A real-valued channel is created over each of the in-phase and quadrature channels
  • the block length M is greater than the number of transmission channels
  • M> N a filter can be implemented which has a damping of 3 dB at ⁇ / 2M and has already achieved a high barrier damping at ⁇ / 2N, as can be seen from FIG. 7.
  • the spectral efficiency is also reduced
  • FIG. 10A shows a possible form of channel division
  • Both the in-phase and the quadrature channel of a frequency band are only used for upstream or downstream data traffic.
  • the transmission in the other direction takes place in a different frequency band
  • the upstream and downstream data traffic are assigned to the in-phase and quadrature channels
  • the signal sent by the participants on line 10 is received by the receiving part of the transmitting / receiving part 11, as shown in FIG. 8 in the form of a block diagram.
  • the received signal is sent to a Fou ⁇ er transformation filter bank 40, and subsequently equalizers 41, 42 , 43, 44 and decoders 45, 46, 47 and 48, then reassembled in the correct order m of a demultiplexer unit 50 and fed to a subscriber terminal via an interface
  • FIG. 9 shows the Fou ⁇ er transformation filter bank 40 according to FIG. 8 in detail with equalizers 41, 42, 43, 44, the received signal being mixed up via mixing units 51, 52, 53, 54 in 2M lines and being demodulated separately.
  • the filter bank h [m] 55 , 56, 57, 58 consists of identical, frequency-shifted low-pass filters
  • h [m] and g [m] are possible, for example, as follows.
  • the calculation can be carried out using the eigenfilter method.
  • p [m] can be sputtered into a minimum and maximum phase component.
  • the minimum phase component corresponds to g [m]
  • each branch is not formed by a single filter on the transmitter and receiver side, but by a filter bank with several identical, phase-shifted prototype filters
  • the received signal is a superimposition from the transmission signals of all participants because the individual participants in different locations in different! Are arranged at a distance from the central point, the transmission links from the individual participants to the central point have different impulse responses and transit times. For this reason, it does not make sense to use an orthonormal set for the send and receive filters g [m] and h [m], because this is destroyed by the different impulse responses
  • scanning is carried out using scanning units 59, 60, 61, 62 with the Pe ⁇ ode 2M / L
  • equalizers work in symbol cycle If L is chosen greater than 1, e.g. 2 or 4, the equalizers work with double or quadruple symbol clock. In this case, the filtered signal must still be sampled with L. An equalizer with a higher clock rate makes sense, for example, if the sampling is not done with the correct phase
  • the receiver is implemented efficiently, not every individual branch is filtered with h [m], but efficient filter bank structures are used. In these structures, however, the signal is only accessed after scanning with 2M / L.
  • the transmission signals are the individual participants are distorted by different impulse responses with different transit times.If the individual participants are now not synchronized, the individual components of the received signal naturally have different phase positions.Sampling with 2M provides a signal with a symbol clock, but this can be out of phase.Therefore, the use of a clock-rate equalizer makes sense
  • the calculation of the equalizer is based on the block diagram shown in FIG. 12, the calculation of the equalizer for the in-phase channel of the jth carrier being shown.
  • the interpolation units 81, 82, 83, 84 and the low-pass filters 85 are on the transmission side , 86, 87, 88 of the transmitting part and filters 89, 90, 91, 92 corresponding to the impulse responses are provided
  • the equalizers for the individual carriers as well as for the I and Q channels can be calculated independently of one another.
  • the equalizers are calculated analogously to the I channels
  • the top branch in Fig. 12 represents the flow of the desired signal.
  • the filter g j [m] is the cosine-modulated prototype filter
  • the filter c ' j [m] is the impulse response of the in-phase channel from that participant to the central location 1, which transmits on channel j.
  • Each of these individual components is then folded with a filter c; [m] or c Q i [m], which corresponds to the impulse response of the corresponding transmission channel. Except for the first component mentioned, all other components act as noise. Receiving the message from a far-away subscriber can be problematic because it is already much more attenuated than the transmission signal from a nearby subscriber. This naturally occurs in a different frequency band and is strongly attenuated by the prototype filter h [m]. For this reason, a high blocking attenuation of h [m] is required.
  • the subscriber who sends in band i ⁇ j sends his data to the central office, but because all the subscribers are connected via a transmission medium, this signal in band j naturally has a disturbance effect.
  • the transmission path between the central point and the subscriber can already be heavily damped due to the large distance, while the transmission path from subscriber to subscriber has only a weak attenuation due to the short distance from one another.
  • high blocking attenuation of the prototype filter h (m) 55, 56, 57, 58 is decisive.
  • this overlay is filtered with h j [m].
  • This filter is the prototype filter h [m] modulated with cosine.
  • h Q j [m] which occurs when equalizing the Q channels, is the prototype filter modulated with sine.
  • the equalizer f ' j tm] may have K coefficients which are combined in the column vector f j .
  • the following linear system of equations can then be written for the equalizer coefficients
  • the L h L h matrix 1% is the autocorrelation matrix of the noise process rt [m].
  • L h is the length of the prototype filter h [m]. The following applies to the matrices D j and Df ⁇
  • the matrix Jj is defined as follows:
  • the column vector is sj
  • the line vector e Vj is one at position v, otherwise zero, I, - is the shift of the equalized signal c ⁇ m - v) compared to cj [ ⁇ ra].
  • the exemplary embodiment of the data transmission system according to the invention shown in FIG. 11 is examined below.
  • the central point 1 is connected to a total of eight subscribers 2, 3, ..., 8, 9 via the line 10, of which several
  • the continuous line 10 is e.g. as an AWG 24 cable and the branch lines 72, 73, ..., 78, 79 are e.g. designed as an AWG 26 cable.
  • FIG. 11 shows the distances between the individual connection points on line 10 and branch lines 72, 73, ..., 78, 79 are entered in meters. Both the input and the output impedance of all participants is assumed to be 50 ⁇ . Branch lines that are not terminated represent line ends 71 and 78 that are idling.
  • FIG. 13 shows the transmission functions up to 10 MHz that occur between the central point 1 and the subscribers 2, 3,... 8, 9.
  • Fig. 14 shows the impulse responses that occur between the central point and the participants 2, 3, ..., 8, 9.
  • the analog low-pass filters in the transmitting and receiving parts are already shown in FIG. 14 considered.
  • the cut-off frequency is 95 kHz
  • the CENELEC A frequency band is selected for transmission.
  • the voltage values to be observed for this are given in Fig. 15. According to the measurement specification, these voltage values must be measured with a load resistance of 50 ⁇ . If an average voltage value of 125 dB ⁇ V is assumed, this corresponds to a power density of 18 dBm at 50 ⁇ .
  • a total of sixteen carriers are used for data transmission between the eight participants 2, 3 ... 8, 9 of the exemplary embodiment examined, so that there are two carriers for each participant. This results in a bandwidth of per carrier
  • the investigated embodiment does not apply any additional modulation after the Fourier transformation and superimposition of the individual signals and thus works in the baseband.
  • the lowest two frequency bands occupy the frequency ranges from 0 to 5.2 kHz and from 5.2 kHz to 10.4 kHz and therefore must not be used for data transmission within the CENELEC A band. Therefore, 18 carriers must be provided, of which the bottom two are not modulated. About the analog filtering required in both the receiver and the transmitter, to which not here is discussed in more detail, two carriers are provided above the carriers used, which are also not modulated. This measure reduces the requirements for the steepness of the analog low-pass filter.
  • the sum of the carrier frequencies is thus twenty, of which sixteen are actually used for data transmission.
  • Two beams are provided below and above the beams used.
  • the upper frequency 104 kHz corresponds to half the Nyquist frequency. This results for the sampling period
  • the sixteen available frequency bands must now be divided between the eight participants. It is advantageous to supply the subscribers further away from the central location with the lower frequency bands in order to compensate for the increased cable loss.
  • the table shows the assignment of the frequency bands to the participants.
  • Each participant 2, 3, ..., 8, 9 communicates with the central location 1 via two frequency bands. Two variants were examined.
  • a first complete frequency band with in-phase and quadrature channels is used for the upstream connection and a second complete frequency band for the downstream connection.
  • the frequency bands with an even index for the downstream and those with an odd index for the upstream can be used. This method is referred to below as "even / odd”.
  • the in-phase channel of two frequency bands is used for the downstream connection and the quadrature channels for the upstream connection. This method is referred to below as "IQ"
  • the first embodiment is formed by a conventional low-pass filter, while for the second embodiment a 48-band filter is designed for ⁇ g * h ⁇ [m], the minimum-phase component g [m] and the maximum-phase component h [m] being spectrally factorized. is assigned.
  • M> N significantly reduces the filter requirements.
  • Both the ordinary low-pass filter and the 48-band filter can be calculated using the intrinsic filter method. In both cases, the cut-off limit is added
  • the filter length is 511.
  • Fig. 16 and Fig. 17 show the absolute frequency responses of the filters go [m], g ⁇ [m] and g 2 [m] for the low-pass filter (Fig.16) and the 48-band filter (Fig.17).
  • FIGS. 18 to 20 show the channel signal-to-noise ratios achieved which occur in the receiving part of the central point with different equalizer lengths.
  • the 48-band filter is used as the prototype filter.
  • the I / Q method is used and thus the upstream data is transmitted in the Q channels. Because the signal-to-noise ratio is observed on the central side, the signal-to-noise ratios of the Q channels are entered in FIGS. 18 to 20.
  • the central point transmits on the I-channels, so the signal-to-noise ratio within the I-channels is not important.
  • the signal-to-noise ratio is also observed at the central point, but the even / odd method is used.
  • the 48-band filter is again used as the prototype filter.
  • the upstream connection is transmitted in the Q channels of all frequency bands. As can be clearly seen, much better results can be obtained when using a 48-band filter.
  • 24 shows the signal-to-port distance within the I channels on the subscriber side.
  • the I / Q method is used to separate the upstream and downstream, that is, the downstream is transmitted in the I channels.
  • FIGS. 25 to 28 show the achievable signal-to-gate distances as a function of the noise power density N 0.
  • N 0 0 *
  • the curve also applies to the fact that only the channel from which the signal-to-gate distance is currently being calculated is transmitting. All other channels are not being modulated at this time. It is clear that it is not the white noise but the channel interference that is the main source of interference
  • Fig. 26 shows the mean signal-to-gate distance over all channels as a function of N 0
  • FIGS. 27 and 28 show the results obtained in the same simulation on the subscriber side. It can also be clearly seen here that the channel interference represents the main fault
  • a communication channel formed from a relatively small number of carrier frequencies is provided for cyclically querying the need for the amount of data to be transmitted from the participants to the central location
  • the upstream and downstream direction of the transmission capacity is determined and the distribution of the number of carrier frequencies is determined for each participant
  • a corresponding number of carrier frequencies is assigned to each of the participants.
  • the data rate of the information to be transmitted for each carrier frequency can also be selected depending on the level of the carrier frequency.This selection is particularly useful for increasing the signal transmission rate Carrier frequencies are generally less disturbed than higher carrier frequencies, which is why it makes sense to assign a higher bit rate to the lower frequency range of the carrier frequencies and to lower the data rate towards the upper frequency range of the carrier frequencies

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Abstract

The invention relates to a system for the transmission of data, by means of a number (N) of transmission channels, formed by discrete carrier frequencies, on a line (10) between a central site (1) and a number of users (2, 3,..., 8, 9), connected to the line at various branch points, with a transmit and receiver unit (11), arranged at the central site (1) and transmit and receiver units (18, 19) associated with each user (2, 3,..., 8, 9). The transmission units each comprise a multiplex unit (50), to divide the data stream into data blocks, coding units (21, 22, 23, 24), an inverse fourier transformation filter bank (20), formed from several identical prototype filters (30, 31, 32, 33), decoder units (41, 42, 43, 44) and a demultiplexer unit (50). The processing of the data stream for transmission is carried out within the inverse fourier transformation filter bank and the fourier transformation filter bank, with a block length (M), whereby the block length (M) is larger than the number of transmission channels (N).

Description

SYSTEM ZUR ÜBERTRAGUNG VON DATEN UNTER VERWENDUNG EINER VIELZAHL ÜBERTRAGUNGSKANÄLE MIT EINEM SCHUTZBAND ZWISCHEN JEDEM KANAL SYSTEM FOR TRANSMITTING DATA USING A VARIETY OF TRANSMISSION CHANNELS WITH A PROTECTIVE TAPE BETWEEN EACH CHANNEL
Die Erfindung betrifft ein System zur Übertragung von Daten unter Verwendung einer Vielzahl (N) durch beabstandete Trägerfrequenzen gebildeten Übertragungskanäle auf einer Leitung zwischen einer zentralen Stelle und einer Vielzahl, an unterschiedlichen Abzweigungspunkten an die Leitung angeschlossenen Teilnehmern mit einem an der zentralen Stelle angeordneten Sende- und Empfangsteil und jeweils den Teilnehmern zugeordneten Sende- und Empfangsteilen, wobei die Sendeteile jeweils eine Multiplex-Einheit zur Aufteilung des zu sendenden Datenstroms in Datenblöcke, Kodiereinheiten, eine aus mehreren identischen Prototypfiltern gebildete Inverse-Fourier- Transformationsfilterbank und die Empfangsteile jeweils eine aus mehreren identischen Prototypfiltern gebildete Fourier-Transformationsfilterbank, Dekodierer-Einheiten und eine Demultiplexer-Einheit umfassen, und wobei die Verarbeitung des zu sendenden Datenstroms innerhalb der Inversen-Fourier-Transformationsfilterbank und der Fourier- Transformationsfilterbank mit einer Blocklänge (M) erfolgt.The invention relates to a system for the transmission of data using a multiplicity (N) of transmission channels formed by spaced carrier frequencies on a line between a central point and a multiplicity of subscribers connected to the line at different branch points, with a transmission and Receiving part and each transmitting and receiving parts assigned to the participants, the transmitting parts each having a multiplex unit for dividing the data stream to be transmitted into data blocks, coding units, an inverse Fourier transformation filter bank formed from several identical prototype filters and the receiving parts each having one from several identical prototype filters formed Fourier transform filter bank, decoder units and a demultiplexer unit, and wherein the processing of the data stream to be transmitted within the inverse Fourier transform filter bank and the Fourier Transformation filter bank with a block length (M).
Bereits seit einiger Zeit werden Versuche unternommen, zwischen einer zentralen Stelle und mehreren, in unterschiedlicher Entfernung von dieser existierenden Anschlüssen einer bereits bestehenden, mit der zentralen Stelle verbundenen Leitung eine Datenübertragung zu ermöglichen.Attempts have been made for some time to enable data transmission between a central location and a plurality of existing connections at different distances from an existing line connected to the central location.
Eine besonders wichtige Anwendung dafür stellen Telematik-Systeme dar, welche die Übertragung von Daten über Stromversorgungsleitungen ermöglichen. Zu diesem Zweck ist beispielsweise im Bereich eines Transformators eine zentrale Stelle angeordnet, von welcher aus Daten über die bestehende Netz-Stromleitung zu den an dieser angeschlossenen Stromanschlüssen gesendet werden. Die Stromanschlüsse können in Haushalten, gewerblichen Betrieben oder sonstigen beliebigen Stromabnehmern bestehen. Mittels der mit den Stromanschlüssen verbundenen Teilnehmergeräte sind Daten von der zentralen Stelle empfangbar und Daten an diese sendbar.A particularly important application for this are telematics systems that enable the transmission of data via power supply lines. For this purpose, a central point is arranged, for example, in the area of a transformer, from which data are sent via the existing mains power line to the power connections connected to it. The power connections can be in households, commercial companies or any other pantograph. By means of the subscriber devices connected to the power connections, data can be received from the central point and data can be sent to it.
Die Anwendbarkeit der Erfindung ist aber nicht auf Stromleitungsnetze begrenzt sondern ist auch für andere bestehende Leitungsnetze gegeben.However, the applicability of the invention is not limited to power line networks but is also given for other existing line networks.
Viele der bisher bekannten Übertragungssysteme arbeiten nur mit relativ niedrigen Daten-Raten und sind daher für moderne Anwendungen mit einem hohen Datendurchsatz, wie z.B. Video on Demand, Internet, Voice over LP, nicht geeignet.Many of the previously known transmission systems only work with relatively low data rates and are therefore suitable for modern applications with a high data throughput, e.g. Video on Demand, Internet, Voice over LP, not suitable.
Probleme bei der Nutzung des Stromnetzes als Übertragungsmedium ergeben sich vor allem durch die auf den Stromleitungen auftretenden Störungen und durch die unterschiedlichen Entfernungen der Teilnehmer von der zentralen Stelle sowie in den ständig wechselnden Lasten, die an den einzelnen Stromanschlüssen ein- und ausgeschaltet werden und daher starke Impedanzänderungen verursachen.Problems with the use of the power network as a transmission medium arise above all from the disturbances occurring on the power lines and from the different distances of the participants from the central location and the constantly changing loads that are switched on and off at the individual power connections and therefore strong Cause impedance changes.
Die unterschiedlichen Laufzeiten zwischen der zentralen Stelle und den einzelnen Teilnehmern verhindern ein synchrones Senden der von den einzelnen Teilnehmern ausgegebenen Daten an die zentrale Stelle und damit auch den Einsatz von Frequenzmultiplex-Verfahren, da die dabei angew andte Fast Fouπer-Transformation auf einer parallelen Blockverarbeitung der in den durch mehrere Trager gebildeten Kanäle übertragenen Information beruht, welche nur synchron erfolgen kannThe different transit times between the central office and the individual participants prevent the individual from being sent synchronously Participants output data to the central point and thus also the use of frequency division multiplex methods, since the Fast Fouπer transformation used here is based on parallel block processing of the information transmitted in the channels formed by several carriers, which can only take place synchronously
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Datenubertragungssystem der eingangs genannten Art anzugeben, welches eine störungsfreie Übertragung auch bei sich ändernden Netzbedmgungen ermöglichtThe object of the invention is therefore to provide a data transmission system of the type mentioned at the outset which enables interference-free transmission even when the network conditions change
Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Datenubertragungssystem anzugeben, mit dem eine Übertragung von Daten zwischen einer zentralen Stelle und unterschiedlich weit entfernten, untereinander nicht synchronisierten Teilnehmern mittels Frequenzmu tiplex möglich istAnother object of the invention is to provide a data transmission system with which a transmission of data between a central point and participants at different distances, not synchronized with one another, is possible by means of frequency multiplex
Erfmdungsgemaß wird dies dadurch erreicht, daß die Blocklange M großer als die Anzahl der Ubertragungskanale N istAccording to the invention, this is achieved in that the block length M is greater than the number of transmission channels N.
Da die Orthogonallage der einzelnen Trager aufgrund der unterschiedlichen Entfernung der Teilnehmer von der zentralen Stelle nicht aufrechterhalten werden kann, wird durch die Erhöhung der Blocklange die Sperrdampfung zwischen benachbarten Ubertragungskanalen erhöht, sodaß die Storbeeinflussung benachbarter Ubertragungskanale so weit herabgesetzt wird, daß eine störungsfreie Blockverarbeitung durch Fouπer- Transformation vorgenommen werden kannSince the orthogonal position of the individual carriers cannot be maintained due to the differing distance of the participants from the central location, the blocking attenuation between adjacent transmission channels is increased by increasing the block length, so that the interference influence of adjacent transmission channels is reduced to such an extent that interference-free block processing by feet - Transformation can be made
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Blocklange gleich der doppelten Anzahl der Ubertragungskanale istIn a further embodiment of the invention it can be provided that the block length is equal to twice the number of transmission channels
Gemäß einer Vaπante der Erfindung kann vorgesehen sein, daß parallel zum Ausgang und/oder zum Eingang jedes Sende/Empfangsteils ein Filter, vorzugsweise ein Tiefpaßfilter, vorgesehen ist, wodurch die standigen Impedanzanderungen an den Anschlußstellen der Leitung bzw im Bereich der zentralen Stelle ausgeglichen werden könnenAccording to a variant of the invention it can be provided that a filter, preferably a low-pass filter, is provided in parallel with the output and / or input of each transmitting / receiving part, as a result of which the constant changes in impedance at the connection points of the line or in the area of the central point can be compensated for
Bevorzugt wird die Erfindung zur Datenübertragung in Stromnetzen angewandt, wobei als Leitung zur Datenübertragung eine bestehende Stromleitung eines Stromnetzes verwendet werden kannThe invention is preferably used for data transmission in power networks, it being possible to use an existing power line of a power network as the line for data transmission
In weiterer Fortbildung der Erfindung können die Prototypfilter als Tiefpaß- Filter ausgebildet seinIn a further development of the invention, the prototype filter can be designed as a low-pass filter
Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung kann dann bestehen, daß das Prototypfilter als 48-Bandfιlter ausgebildet istAn alternative embodiment of the invention can then be that the prototype filter is designed as a 48-band filter
Um die einzelnen zur Verfugung stehenden Ubertragungskanale bestmöglichst nutzen zu können, kann gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung ein aus einer relativ kleinen Anzahl an Tragerfrequenzen gebildeter Kommunikationskanal zur zyklischen Abfrage des Bedarfes an zu übertragender Datenmenge von den Teilnehmern zur zentralen Stelle- vorgesehen sein Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Übertragung von Information unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Datenübertragungssystems.In order to make the best possible use of the individual transmission channels available, according to a further embodiment of the invention, a communication channel formed from a relatively small number of carrier frequencies can be provided for the cyclical query of the need for the amount of data to be transmitted from the participants to the central location The invention further relates to a method for transmitting information using a data transmission system according to the invention.
Erfindungsgemäß wird in Abhängigkeit des ermittelten Sendebedarfes der Teilnehmer jedem der Teilnehmer eine entsprechende Anzahl von Trägerfrequenzen zugeordnet.According to the invention, a corresponding number of carrier frequencies is assigned to each of the participants, depending on the determined transmission requirement of the participants.
Damit kann eine dynamische Anpassung der Trägerfrequenzbelegung für die einzelnen Teilnehmer vorgenommen werden, wodurch im Gegensatz zu einer starren Aufteilung der Trägerfrequenzen auf die Teilnehmer eine besser Nutzung der zur Verfügung stehenden Kanäle erreicht werden kann.This allows a dynamic adjustment of the carrier frequency assignment for the individual subscribers, which means that, in contrast to a rigid division of the carrier frequencies among the subscribers, better use of the available channels can be achieved.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann die Datenrate der zu übertragenden Information für jede Trägerfrequenz in Abhängigkeit von der Höhe der Trägerfrequenz gewählt werden.In a further embodiment of the invention, the data rate of the information to be transmitted can be selected for each carrier frequency depending on the level of the carrier frequency.
Auf diese Weise ist es möglich, die gesamte zu übertragende Datenmenge so auf die zur Verfügung stehenden Trägerfrequenzen aufzuteilen, daß der Signalstörabstand für die übertragene Information optimiert werden kann. Da tiefe Trägerfrequenzen eine geringere Störanfälligkeit als höhere Trägerfrequenzen aufweisen,- wird es generell von Vorteil sein, den unteren Frequenzbereich der Trägerfrequenzen mit einer höheren Datenrate als den oberen Frequenzbereich zu belegen.In this way it is possible to divide the total amount of data to be transmitted over the available carrier frequencies in such a way that the signal-to-noise ratio can be optimized for the transmitted information. Since low carrier frequencies are less susceptible to interference than higher carrier frequencies, it will generally be advantageous to occupy the lower frequency range of the carrier frequencies with a higher data rate than the upper frequency range.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den beigeschlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen eingehend erläutert. Es zeigt dabeiThe invention is explained in detail below on the basis of the exemplary embodiments illustrated in the accompanying drawings. It shows
Fig.l eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungs gemäßen Datenübertragungssystems ;Fig.l is a schematic representation of an embodiment of the data transmission system according to the Invention;
Fig.2 ein Blockschaltbild der zentralen Stelle gemäß Fig.1 ;2 shows a block diagram of the central location according to FIG. 1;
Fig.3 ein Blockschaltbild des Sendeteils der zentralen Stelle gemäß Fig.l;3 shows a block diagram of the transmitting part of the central location according to FIG. 1;
Fig.4 ein Blockschaltbild des IFFT-Filters der zentralen Stelle gemäß Fig.l;4 shows a block diagram of the IFFT filter of the central location according to FIG. 1;
Fig.5 eine schematische Darstellung der Übertragungsfunkion eines Bandfilters;5 shows a schematic representation of the transmission function of a bandpass filter;
Fig.6 und 7 jeweils eine schematische Darstellung der spektralen Trennung mehrerer Kanäle;6 and 7 each show a schematic representation of the spectral separation of several channels;
Fig.8 ein Blockschaltbild eines Empfangsteils der zentralen Stelle gemäß Fig.l;8 shows a block diagram of a receiving part of the central location according to FIG. 1;
Fig.9 ein Blockschaltbild des FFT-Filters der zentralen Stelle gemäß Fig.l;9 shows a block diagram of the FFT filter of the central location according to FIG. 1;
Fig.lOA eine Darstellung einer möglichen Frequenzaufteilung;Fig.lOA a representation of a possible frequency division;
Fig.lOB eine Darstellung der Übertragungsfunktion von unterschiedlichen Prototypfiltern;Fig.lOB shows the transfer function of different prototype filters;
Fig.11 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungs gemäßen Datenübertragungssystems ;11 shows a schematic representation of a further embodiment of the data transmission system according to the invention;
Fig.12 ein Blockschaltbild zur Berechnung eines Entzerrers; Fig.13 ein Diagramm des Betrages der Übertragungsfunktionen zwischen der zentralen Stelle und verschiedenen Teilnehmern;12 shows a block diagram for calculating an equalizer; 13 shows a diagram of the amount of the transfer functions between the central location and various subscribers;
Fig. 14 ein Diagramm der Impulsantworten, die zwischen der zentralen Stelle und verschiedenen Teilnehmern auftreten.Fig. 14 is a diagram of the impulse responses that occur between the central location and different participants.
Fig.15 ein Diagramm über die einzuhaltenden Spannungswerte für das CENELEC A Frequenzband;15 shows a diagram of the voltage values to be observed for the CENELEC A frequency band;
Fig.16 und 17 ein Diagramm des Betragsfrequenzgangs der Filter;16 and 17 show a diagram of the absolute frequency response of the filters;
Fig.18 bis20 jeweils ein Diagramm des erzielten Signalstörabstands in den Q- Kanälen auf der Zentralseite;18 to 20 each show a diagram of the signal-to-noise ratio achieved in the Q channels on the central side;
Fig.21 ein Diagramm des erzielten Signalstörabstands in den I-Kanälen auf der Zentralseite;21 shows a diagram of the signal-to-noise ratio achieved in the I-channels on the central side;
Fig.22 und 23 jeweils ein Diagramm des erzielten Signalstörabstands in den Q-Kanälen auf der Zentralseite;22 and 23 each show a diagram of the signal-to-noise ratio achieved in the Q channels on the central side;
Fig.24 ein Diagramm des erzielten Signalstörabstands in den I-Kanälen auf er Teilnehmerseite;24 shows a diagram of the signal-to-noise ratio achieved in the I channels on the subscriber side;
Fig.25 ein Diagramm des erzielten Signalstörabstands in den Q-Kanälen auf der Zentral seite;25 shows a diagram of the signal-to-noise ratio achieved in the Q channels on the central side;
Fig.26 ein Diagramm des mittleren Singalstörabstandes über alle Q-Kanäle auf der Zentralseite;26 shows a diagram of the mean signal-to-noise ratio over all Q-channels on the central side;
Fig.27 ein Diagramm des erzielten Signalstörabstands in den I-Kanälen auf der Teilnehmerseite und27 shows a diagram of the signal-to-noise ratio achieved in the I channels on the subscriber side and
Fig.28 ein Diagramm des mittleren Signalstörabstandes über alle I-Kanäle auf der Teilnehmerseite.Fig. 28 shows a diagram of the mean signal-to-noise ratio over all I channels on the subscriber side.
In Fig.l ist ein System zur Übertragung von Daten zwischen einer zentralen Stelle 1 und einer Vielzahl an eine Leitung 10 angeschlossenen Teilnehmern 2, 3, 4 und 5 gezeigt, welche über Zuleitungen an unterschiedlichen Abzweigungspunkten an die Leitung 10 angeschlossen sind. Die datenmäßige Trennung erfolgt dabei durch einen im Frequenzmultiplex unterhaltenen Datenverkehr mit einer Vielzahl N durch äquidistante Trägerfrequenzen gebildeten Übertragungskanälen.1 shows a system for transmitting data between a central point 1 and a large number of subscribers 2, 3, 4 and 5 connected to a line 10, which are connected to line 10 via feed lines at different branch points. In terms of data, the data is separated by data traffic maintained in frequency division multiplex with a large number of N transmission channels formed by equidistant carrier frequencies.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Leitung eine bereits bestehende Stromleitung 10 eines Stromnetzes, welche für den Datenverkehr genutzt wird.In the exemplary embodiment shown, the line is an already existing power line 10 of a power network, which is used for data traffic.
Fig.2 zeigt die einzelnen Funktionseinheiten des in Fig.l dargestellten Datenübertragungssystems. Die zentrale Stelle 1 beinhaltet einen Transformator 12, der eine an seiner Primärseite anliegende Hochspannung in eine Niederspannung, z.B. 220V umwandelt. Die in Fig.2 dargestellten Teilnehmer 2, 3 sind über je ein Filter 14, 15 und einen Zähler 16, 17 an die Leitung 10 angeschlossen. Der Stromversorgungsanschluß der Teilnehmer wird über die nicht dargestellten, von den Zählern 16, 17 abgehenden Anschlußleitungen gebildet, während der Datenverkehr mit der zentralen Stelle 1 über je eine Sende/Empfangseinheit 18, 19 abläuft, die parallel zum Eingang der Filter 14, 15 geschaltet sind. In gleicher Weise ist zwischen den Transformator 12 und den Anschlüssen eines Sende/Empfangsteils 11 der zentralseitigen Stelle 1 ein Filter 13 geschaltet. Durch Lastwechsel bzw. Änderungen in der Art der Stromverbraucher verursacht jeder Teilnehmer an der Leitung 10 ständige Impedanzänderungen, die sich auf die Qualität der Datenübertragung negativ auswirken. Die Filter 13, 14, und 15 sind dafür vorgesehen, diese Impedanzänderungen möglichst weitgehend abzuschirmen und damit möglichst für gleichbleibende Verhältnisse auf der Leitung zu sorgen. Die Filter 13, 14 und 15 sind daher als Tiefpaßfilter ausgebildet, welche im Datenübertragungsfrequenzbereich sperren.2 shows the individual functional units of the data transmission system shown in FIG. The central point 1 contains a transformer 12, which converts a high voltage present on its primary side into a low voltage, for example 220V. The subscribers 2, 3 shown in FIG. 2 are each connected to the line 10 via a filter 14, 15 and a counter 16, 17. The power supply connection of the subscribers is formed via the connection lines (not shown) which depart from the counters 16, 17, while the data traffic with the central point 1 takes place via a transceiver unit 18, 19 which is connected in parallel to the input of the filters 14, 15 are. In the same way, a filter 13 is connected between the transformer 12 and the connections of a transmitting / receiving part 11 of the central location 1. Due to load changes or changes in the type of electricity consumers, each participant on the line 10 causes constant changes in impedance which have a negative effect on the quality of the data transmission. The filters 13, 14 and 15 are intended to shield these impedance changes as much as possible and thus to ensure that the conditions on the line are as constant as possible. The filters 13, 14 and 15 are therefore designed as low-pass filters, which block in the data transmission frequency range.
Der Datenzugang zu der Sende/Empfangseinheit 11 kann über die verschiedensten Schnittstellen erfolgen, z.B. PCM nach ITU G.703, ATM, 10 oder 100 Base T od. dgl..The data access to the transmitting / receiving unit 11 can take place via various interfaces, e.g. PCM according to ITU G.703, ATM, 10 or 100 Base T or the like.
Der Sendeteil des Sende/Empfangsteils 11 ist in Fig.3 in Form eines Blockschaltbildes gezeigt. Der einlangende serielle Datenstrom wird in einer Multiplex- Einheit 25 gemultiplext und dabei so aufgeteilt, daß je ein Datenblock mit der Blocklänge M in mehrere parallele Zweige eingespeist wird, wobei jeder Zweig einer Trägerfrequenz zugeordnet ist. In allen Zweigen sind N identische Kodiereinheiten 21, 22, 23, 24 angeordnet, welche die Datenblöcke entsprechend dem jeweils angewandten Modulationsverfahren kodieren. Die kodierten Datenblöcke werden einer Inversen Fourier- Transformationsfilterbank 20 zugeführt und darin blockweise verarbeitet.The transmitting part of the transmitting / receiving part 11 is shown in FIG. 3 in the form of a block diagram. The incoming serial data stream is multiplexed in a multiplex unit 25 and divided in such a way that a data block with the block length M is fed into several parallel branches, each branch being assigned to a carrier frequency. N identical coding units 21, 22, 23, 24 are arranged in all branches, which code the data blocks in accordance with the modulation method used in each case. The coded data blocks are fed to an inverse Fourier transform filter bank 20 and processed therein in blocks.
Fig.4 zeigt eine mögliche Verarbeitung der Datenblöcke im Detail. Die Anzahl der Trägerfrequenzen und somit der zur Verfügung stehenden Kanäle beträgt N. Innerhalb jedes Frequenzbandes können zwei getrennte Datenströme im Inphase (I)- und im Quadraturphasekanal (Q) übertragen werden. Über jeden dieser Kanäle wird eine reellwertige Puls-Amplitudenmodulation übertragen. Die Datenblöcke werden dazu in Inphase- Datenblöcke c'[n] und Quadratur-Datenblöcke cQ[n]unterteilt.4 shows a possible processing of the data blocks in detail. The number of carrier frequencies and thus the channels available is N. Within each frequency band, two separate data streams can be transmitted in the in-phase (I) and in the quadrature-phase channel (Q). A real-valued pulse amplitude modulation is transmitted via each of these channels. For this purpose, the data blocks are divided into in-phase data blocks c '[n] and quadrature data blocks c Q [n].
Für alle Inphase- und Quadraturzweige sind je eine Interpolationseinheit 26, 27, 28, 29 und je ein Prototypfilter 30, 31, 32, 33 sowie je eine Mischeinheit 34, 35, 36, 37 vorgesehen. Die Prototypfilter 30, 31, 32, 33 sind bis auf eine gegenseitige Phasenverschiebung identisch ausgebildet.One interpolation unit 26, 27, 28, 29 and one prototype filter 30, 31, 32, 33 as well as one mixing unit 34, 35, 36, 37 are provided for all in-phase and quadrature branches. The prototype filters 30, 31, 32, 33 are identical except for a mutual phase shift.
Jeder zu sendende Informationsstrom c[n] wird zuerst in den Interpolationseinheiten 26, 27, 28, 29 mit einem Faktor 2M interpoliert und anschließend mit einem Prototypfilter g[m] 30, 31, 32, 33 gefiltert. Die gefilterten Signale werden π 1 anschließend in den Mischeinheiten 34, 35, 36, 37 durch Modulation mit cos( — (k + — )m)Each information stream c [n] to be transmitted is first interpolated in the interpolation units 26, 27, 28, 29 with a factor 2M and then filtered with a prototype filter g [m] 30, 31, 32, 33. The filtered signals are then π 1 in the mixing units 34, 35, 36, 37 by modulation with cos (- (k + -) m)
N 2 π 1 bzw. sin( — (k + —)m) k= 0,....N-1, N in Bandpaßlage gebracht und in einerN 2 π 1 or sin (- (k + -) m) k = 0, .... N-1, N brought into bandpass position and in one
Summationseinheit 38 zum Sendesignal überlagert, woraufhin dieses auf der Leitung 10 zu den Teilnehmern 2, 3, 4, 5 gesendet wird. Der Abstand zwischen zwei Trägerfrequenzen 71 betragt - — Über jeden der Inphase- und Quadratur-Kanale wird eine reellwertigeSummation unit 38 superimposed on the transmission signal, whereupon this is sent on line 10 to subscribers 2, 3, 4, 5. The distance between two carrier frequencies 71 amounts - - A real-valued channel is created over each of the in-phase and quadrature channels
Pulsamphtuden-Modulation übertragenTransfer pulse amp modulation
Die Prototypfilter 30, 31, 32, 33 sind Tiefpaßfilter und weisen eine Sperrfrequenz θg = π/2N auf Weil das Kanalraster π/N betragt, überlappen nur die Sperrbander der einzelnen Kanäle Aufgrund der unterschiedlichen Laufzeiten zwischen den Teilnehmern und der zentralen Stelle kann die für ein Frequenzmultiplex -Verfahren übliche Orthogonahtitat der Prototypfilter nicht eingehalten werden Stattdessen müssen letztere eine möglichst hohe Sperrdampfung aufweisen, weil durch den Wegfall der Orthogonalitat benachbarter Kanäle diese plötzlich Storwirkung zeigenThe prototype filters 30, 31, 32, 33 are low-pass filters and have a blocking frequency θ g = π / 2N. Because the channel grid is π / N, only the blocking bands of the individual channels overlap The orthogonahticity of the prototype filter that is customary for a frequency division multiplex method is not observed. Instead, the latter must have a high blocking attenuation, because the loss of the orthogonality of adjacent channels suddenly causes interference
Werden die Blocklange M und die Anzahl der Kanäle N gleich gewählt, ^o arbeitet das Ubertragungssystem mit maximaler spektraler Effizienz Diese Wahl hat aber den Nachteil, daß ein Wurzel-2N-Bandfιlter bei π/2N erst eine Dampfung von 3 dB besitzt, welcher Umstand aus den Fig 5 und 6 hervorgeht Bei dieser Frequenz sollten die Filter 30 31, 32, 33 aber bereits sperren, weil sonst Kanalinterferenz auftrittIf the block length M and the number of channels N are chosen to be the same, the transmission system works with maximum spectral efficiency. However, this choice has the disadvantage that a 2N root band filter only has a 3 dB attenuation at π / 2N, which is the case 5 and 6. At this frequency, the filters 30, 31, 32, 33 should already block because otherwise channel interference occurs
Erfindungsgemaß ist daher vorgesehen, daß die Blocklange M großer als die Anzahl der Ubertragungskanale istAccording to the invention, it is therefore provided that the block length M is greater than the number of transmission channels
Durch M>N kann ein Filter realisiert werden, welches bei π/2M eine Dampfung von 3 dB besitzt und bei π/2N bereits eine hohe Sperrdampfung erreicht hat, w le dies aus Fig 7 zu ersehen ist Je großer M im Vergleich zu N gewählt wird, desto einfacher ist die geforderte Sperrdampfung mit den Prototypfiltern g[m] zu erfüllen Gleichzeitig verringert sich aber auch die spektrale EffizienzBy M> N, a filter can be implemented which has a damping of 3 dB at π / 2M and has already achieved a high barrier damping at π / 2N, as can be seen from FIG. 7. The larger M compared to N is chosen becomes, the easier it is to achieve the required barrier attenuation with the prototype filters g [m]. At the same time, however, the spectral efficiency is also reduced
Fig 10B zeigt die Ubertragungsfunktionen A, B zweier benachbarter Proton p- Filter für M=N und zum Unterschied dazu die Ubertragungsfunktionen A', B' für M>\ Deutlich zu erkennen ist, daß im erstgenannten Fall eine Überlappung benachbarter Kanäle stattfindet und bei Wegfall der Orthogonalitat eine Storbeeinflussung möglich ist, wahrend im letztgenannten Fall es zu keiner störenden Überlappung kommen kann10B shows the transfer functions A, B of two adjacent proton p filters for M = N and, in contrast, the transfer functions A ', B' for M> \ It can be clearly seen that in the former case there is an overlap of adjacent channels and when they are omitted the orthogonality can influence the stork, while in the latter case there can be no disruptive overlap
In bevorzugter Weise wird die Blocklange M gleich der doppelten Anzahl der Tragerfrequenzen N gewählt (M=2N)The block length M is preferably chosen equal to twice the number of carrier frequencies N (M = 2N)
In dem gezeigten Ausfuhrungsbei spiel sind durch die Inphase- und Quadraturkanale insgesamt 2N Kanäle vorgesehen, sodaß sich eine bevorzugte Blocklange von M=4N ergibtIn the exemplary embodiment shown, a total of 2N channels are provided by the in-phase and quadrature channels, so that a preferred block length of M = 4N results
Von den 2N reellen Kanälen können nicht alle für eine Downlink- Verbindung von der zentralen Stelle zu den einzelnen Teilnehmern eingesetzt werden, weil die Teilnehmer auch Kanäle für die Upstream- Verbindung benotigen Welche einzelnen Kanäle an welche Teilnehmer vergeben werden, hangt vom jeweiligen Bedarf ab Grundsatzlich ist es aber sicher vorteilhaft. Kanäle mit niedrigen Frequenzen an weiter entfernte Teilnehmer zu vergeben und die nahen Teilnehmer mit den hoherfrequenten Tragern zu versorgen, weil die Kabeldampfung bei hohen Frequenzen zunimmt und daher die für die weiter entfernten Teilnehmer auftretende Kabeldampfung in etwa ausgeglichen werden kann Fig 10A zeigt eine mögliche Form der KanalaufteilungNot all of the 2N real channels can be used for a downlink connection from the central point to the individual subscribers, because the subscribers also need channels for the upstream connection. Which individual channels are assigned to which subscribers depends on the respective requirements but it is certainly advantageous. To allocate channels with low frequencies to more distant subscribers and to supply the nearby subscribers with the high-frequency carriers because the cable attenuation increases at high frequencies and therefore that for the more distant ones Cable attenuation occurring in subscribers can be roughly compensated for. FIG. 10A shows a possible form of channel division
Für den symmetrischen Fall gleicher Datenraten in Upstream- und in Downstream-Richtung sind zwei Vaπanten ausfuhrbarFor the symmetrical case of the same data rates in the upstream and downstream direction, two variants can be carried out
1) Es werden sowohl der Inphase- als auch der Quadratur-Kanal eines Frequenzbandes nur für den Upstream- oder den Downstream-Datenverkehr verwendet Die Übertragung in die jeweils andere Richtung erfolgt in einem anderen Frequenzband1) Both the in-phase and the quadrature channel of a frequency band are only used for upstream or downstream data traffic. The transmission in the other direction takes place in a different frequency band
2) Innerhalb eines Frequenzbandes werden der Upstream- und der Downstream-Datenverkehr jeweils den Inphase- und den Quadraturkanalen zugeordnet2) Within a frequency band, the upstream and downstream data traffic are assigned to the in-phase and quadrature channels
Das von den Teilnehmern auf der Leitung 10 gesendete Signal wird von dem Empfangsteil des Sende/Empfangsteils 11, wie er in Fig 8 in Form eines Blockschaltbildes dargestellt ist, empfangen Das empfangene Signal wird einer Fouπer- Transformationsfilterbank 40, in weiterer Folge Entzerrern 41, 42, 43, 44 und Dekodern 45, 46, 47 und 48 zugeführt, sodann in der πchtigen Reihenfolge m einer Demultiplexer-Einheit 50 wieder zusammengesetzt und über eine Schnittstelle einem Teilnehmerendgerat zugeleitetThe signal sent by the participants on line 10 is received by the receiving part of the transmitting / receiving part 11, as shown in FIG. 8 in the form of a block diagram. The received signal is sent to a Fouπer transformation filter bank 40, and subsequently equalizers 41, 42 , 43, 44 and decoders 45, 46, 47 and 48, then reassembled in the correct order m of a demultiplexer unit 50 and fed to a subscriber terminal via an interface
Fig 9 zeigt die Fouπer-Transformationsfilterbank 40 gemäß Fig 8 im Detail mit Entzerrern 41, 42, 43, 44, wobei das Empfangssignal über Mischeinheiten 51, 52, 53, 54 in 2M Leitungen aufgesphttet und separat demoduliert wird Die Filterbank h[m] 55, 56, 57, 58 besteht aus identischen, frequenzverschobenen TiefpaßfilternFIG. 9 shows the Fouπer transformation filter bank 40 according to FIG. 8 in detail with equalizers 41, 42, 43, 44, the received signal being mixed up via mixing units 51, 52, 53, 54 in 2M lines and being demodulated separately. The filter bank h [m] 55 , 56, 57, 58 consists of identical, frequency-shifted low-pass filters
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Kombination von g[m] und h[m] ein 2M-Bandfιlter ergibtIt has proven to be advantageous if the combination of g [m] and h [m] results in a 2M band filter
Die Berechnung von h[m] und g[m] ist beispielsweise wie folgt möglich Zunächst wird ein Filter p[m] = {h*g}[m] berechnet p[m] soll ein 2M Bandfilter mit Sperrgrenze τt/2N sein Weiters soll p[m] = p[-m] geltenThe calculation of h [m] and g [m] is possible, for example, as follows. First, a filter p [m] = {h * g} [m] is calculated p [m] should be a 2M band filter with a cutoff limit τt / 2N p [m] = p [-m] shall apply
Die Berechnung kann mit der Eigenfiltermethode erfolgen Mit Hilfe der spektralen Faktoπsierung kann p[m] in einen minimal- und maximalphasigen Anteil aufgesphttet werden. Der mmimalphasige Anteil entspπcht g[m], der maximalphasige h[m] Durch die symmetrische Wahl von p[m] gilt weiters h[m] = g[-m]The calculation can be carried out using the eigenfilter method. With the aid of spectral factoring, p [m] can be sputtered into a minimum and maximum phase component. The minimum phase component corresponds to g [m], the maximum phase component h [m]. The symmetrical choice of p [m] also means that h [m] = g [-m]
In einer praktischen Realisierung wird aber nicht jeder Zweig durch ein einzelnes Filter auf der Sender- und der Empfangerseite sondern durch eine Filterbank mit mehreren identischen, phasenverschobenen Protoypfiltern gebildetIn a practical implementation, however, each branch is not formed by a single filter on the transmitter and receiver side, but by a filter bank with several identical, phase-shifted prototype filters
Das empfangene Signal ist eine Überlagerung aus den Sendesignalen aller Teilnehmer Weil die einzelnen Teilnehmer an verschiedenen Orten in unterschiedliche! Entfernung zur zentralen Stelle angeordnet sind, weisen die Ubertragungsstrecken von den einzelnen Teilnehmern zur zentralen Stelle verschiedene Impulsantworten und Laufzeiten auf. Aus diesem Grund ist es nicht sinnvoll für die Sende- bzw Empfangsfilter g[m] und h[m] ein orthonormales Set zu verwenden, weil dieses durch die unterschiedlichen Impulsantworten zerstört wirdThe received signal is a superimposition from the transmission signals of all participants because the individual participants in different locations in different! Are arranged at a distance from the central point, the transmission links from the individual participants to the central point have different impulse responses and transit times. For this reason, it does not make sense to use an orthonormal set for the send and receive filters g [m] and h [m], because this is destroyed by the different impulse responses
Nach Filterung mit dem Prototypen h[m] 55, 56, 57, 58 erfolgt eine Abtastung mittels Abtasteinheiten 59, 60, 61, 62 mit der Peπode 2M/LAfter filtering with the prototype h [m] 55, 56, 57, 58, scanning is carried out using scanning units 59, 60, 61, 62 with the Peπode 2M / L
Wird L=l gewählt, so besitzen die nachfolgenden Entzerrer 41, 42, 43, 44 den gleichen Takt wie die Sendesignale Ck'[n] und ck Q[n] k= 0,1, N-lIf L = 1 is selected, the subsequent equalizers 41, 42, 43, 44 have the same clock as the transmission signals C k '[n] and c k Q [n] k = 0.1, N 1
Die Entzerrer arbeiten im Symboltakt Wird L großer als 1 gewählt, z B 2 oder 4, arbeiten die Entzerrer mit dem doppelten oder vierfachen Symboltakt In diesem Fall muß das gefilterte Signal noch mit L abgetastet werden Ein Entzerrer mit höherer Taktrate ist zum Beispiel dann sinnvoll, wenn die Abtastung nicht genau mit der πchtigen Phase erfolgtThe equalizers work in symbol cycle If L is chosen greater than 1, e.g. 2 or 4, the equalizers work with double or quadruple symbol clock. In this case, the filtered signal must still be sampled with L. An equalizer with a higher clock rate makes sense, for example, if the sampling is not done with the correct phase
Wird der Empfanger effizient implementiert, so wird nicht jeder einzelne Zweig mit h[m] gefiltert sondern es werden effiziente Filterbankstrukturen verwendet Bei diesen Strukturen ergibt sich aber erst nach der Abtastung mit 2M/L ein Zugπff auf das Signal Wie vorstehend erwähnt, sind die Sendesignale der einzelnen Teilnehmer durch unterschiedliche Impulsantworten mit unterschiedlichen Laufzeiten verzerrt Sind die einzelnen Teilnehmern nun nicht synchronisiert, so besitzen die einzelnen Komponenten des Empfangssignales naturlich unterschiedliche Phasenlagen Eine Abtastung mit 2M liefert ein Signal im Symboltakt, welches aber phasenverschoben sein kann Aus diesem Grund ist die Verwendung eines taktratenerhohten Entzerrers sinnvollIf the receiver is implemented efficiently, not every individual branch is filtered with h [m], but efficient filter bank structures are used. In these structures, however, the signal is only accessed after scanning with 2M / L. As mentioned above, the transmission signals are the individual participants are distorted by different impulse responses with different transit times.If the individual participants are now not synchronized, the individual components of the received signal naturally have different phase positions.Sampling with 2M provides a signal with a symbol clock, but this can be out of phase.Therefore, the use of a clock-rate equalizer makes sense
Für die Sende- und Empfangsteile der einzelnen, an unterschiedlichen Orten angeordneten Teilnehmer 2, 3, 4, 5 gilt das gleiche wie für das Sende- und Empfangsteil 11 der zentralen Stelle 1 Weil von den Kanälen nur eine kleine Anzahl für einen bestimmten Teilnehmer vorgesehen sind, muß dieser auch nur diese verarbeiten Daher kann es sinnvoll sein, bei den einzelnen Teilnehmern nur einen der Zweige des Sende- und Empfangsteils 11 zu realisierenThe same applies to the transmitting and receiving parts of the individual participants 2, 3, 4, 5 arranged at different locations as for the transmitting and receiving part 11 of the central point 1, because only a small number of the channels are provided for a specific participant , this only has to process them. Therefore, it may make sense to implement only one of the branches of the transmitting and receiving part 11 for the individual subscribers
Der Berechnung des Entzerrers wird das in Fig 12 dargestellte Blockschaltbild zugrunde gelegt, wobei die Berechnung des Entzerrers für den Inphase- Kanal des j-ten Tragers gezeigt ist Es sind dabei auf der Sendeseite die Interpolationseinheiten 81, 82, 83, 84 und die Tiefpaßfilter 85, 86, 87, 88 des Sendeteils und jeweils den Impulsantworten entsprechende Filter 89, 90, 91, 92 vorgesehenThe calculation of the equalizer is based on the block diagram shown in FIG. 12, the calculation of the equalizer for the in-phase channel of the jth carrier being shown. The interpolation units 81, 82, 83, 84 and the low-pass filters 85 are on the transmission side , 86, 87, 88 of the transmitting part and filters 89, 90, 91, 92 corresponding to the impulse responses are provided
Die Berechnung der Entzerrer für die einzelnen Trager als auch für I- und Q- Kanal können unabhängig voneinander erfolgen Für die Q-Kanale erfolgt die Berechnung der Entzerrer analog zu den I-KanalenThe equalizers for the individual carriers as well as for the I and Q channels can be calculated independently of one another. For the Q channels, the equalizers are calculated analogously to the I channels
Der oberste Zweig in Fig 12 stellt den Fluß des gewünschten Signals dar Das Filter gj[m] ist das kosinusmoduherte Prototypfilter
Figure imgf000011_0001
The top branch in Fig. 12 represents the flow of the desired signal. The filter g j [m] is the cosine-modulated prototype filter
Figure imgf000011_0001
Das Filter c'j[m] ist die Impulsantwort des Inphase-Kanals von jenem Teilnehmer zur zentralen Stelle 1, welcher auf Kanal j sendet. Zu diesem gewünschten Signal addieren sich dann die Komponenten des j-ten Q-Kanals sowie die I- und Q-Kanäle der Träger i= 0, 1,...., Ν-l, i≠ j. Jeder dieser einzelnen Anteile wird dann mit einem Filter c ;[m] bzw. cQi[m], welches der Impulsantwort des entsprechenden Übertragungskanals entspricht, gefaltet. Bis auf die erste genannte Komponente wirken alle anderen Komponenten als Rauschen. Problematisch kann das Empfangen der Nachricht eines weit entfernten Teilnehmers sein, weil dieses schon weit stärker gedämpft ist als das Sendesignal eines nahen Teilnehmers. Dieses tritt natürlich in einem anderen Frequenzband auf und wird durch das Protoypfilter h[m] stark gedämpft. Aus diesem Grund ist eine hohe Sperrdämpfung von h[m] erforderlich.The filter c ' j [m] is the impulse response of the in-phase channel from that participant to the central location 1, which transmits on channel j. The components of the jth Q channel and the I and Q channels of the carriers i = 0, 1, ..., Ν-l, i ≠ j are then added to this desired signal. Each of these individual components is then folded with a filter c; [m] or c Q i [m], which corresponds to the impulse response of the corresponding transmission channel. Except for the first component mentioned, all other components act as noise. Receiving the message from a far-away subscriber can be problematic because it is already much more attenuated than the transmission signal from a nearby subscriber. This naturally occurs in a different frequency band and is strongly attenuated by the prototype filter h [m]. For this reason, a high blocking attenuation of h [m] is required.
Dies gilt für den Fall, daß der Entzerrer in der zentralen Stelle 1 berechnet wird. Soll dies auf der Teilnehmerseite geschehen, ist das Modell bis auf kleine Modifikationen ebenfalls anwendbar. Die Filter c'i[m] und cQj[m], i = 0, 1,...., N -1, i ≠ j enthalten nun nicht mehr die Impulsantworten der Ubertragungsstrecken vom Teilnehmer zur zentralen Stelle sondern jene Kanalimpulsantworten, welche zwischen dem Teilnehmer, der im Band i, i≠j und dem betrachteten Teilnehmer, welcher im Band j empfängt, auftritt. Der Teilnehmer, welcher im Band i≠j sendet, sendet seine Daten zwar an die Zentrale, weil aber alle Teilnehmer über ein Übertragungsmedium verbunden sind, wirkt sich dieses Signal im Band j natürlich als Störung aus.This applies in the event that the equalizer is calculated in the central point 1. If this is to be done on the participant side, the model can also be used except for minor modifications. The filters c'i [m] and c Q j [m], i = 0, 1, ...., N -1, i ≠ j now no longer contain the impulse responses of the transmission links from the subscriber to the central point, but rather those channel impulse responses , which occurs between the participant who is in band i, i ≠ j and the considered participant who receives in band j. The subscriber who sends in band i ≠ j sends his data to the central office, but because all the subscribers are connected via a transmission medium, this signal in band j naturally has a disturbance effect.
Ein Problem kann zwischen zwei benachbarten Teilnehmern, welche in großer Entfernung von der Zentrale angeordnet sind, auftreten. Die Übertragungsstrecke zwischen der zentralen Stelle und dem Teilnehmer kann aufgrund der großen Entfernung bereits stark gedämpft sein, während die Übertragungsstrecke von Teilnehmer zu Teilnehmer aufgrund der geringen Entfernung zueinander nur eine schwache Dämpfung aufweist. In diesem Fall ist eine hohe Sperrdämpfung des Protoypfilters h(m) 55, 56, 57, 58 entscheidend.A problem can arise between two neighboring subscribers, which are located at a great distance from the central office. The transmission path between the central point and the subscriber can already be heavily damped due to the large distance, while the transmission path from subscriber to subscriber has only a weak attenuation due to the short distance from one another. In this case, high blocking attenuation of the prototype filter h (m) 55, 56, 57, 58 is decisive.
Das vorstehend beschriebene Berechnungsmodell ist für jede beliebige Zuteilung der Träger zu den Teilnehmern anwendbar. Wird beispielsweise die Upstream- Verbindung durch den Inphase und den Quadratur-Kanal eines Trägers und die Downstream- Verbindung durch den I- und Q-Kanal eines anderen Trägers realisiert, sind die beiden Filter c [m] und cQi[ ] , i= 1, 2,...., N-l ident.The calculation model described above can be used for any allocation of the carriers to the participants. If, for example, the upstream connection is realized by the in-phase and the quadrature channel of one carrier and the downstream connection by the I and Q channel of another carrier, the two filters c [m] and c Q i [], i = 1, 2, ...., Nl ident.
Werden aber Up- und Downstream-Verbindungen im Inphase bzw. Quadratur- Kanal eines Trägers realisiert, so ergeben sich unterschiedliche Filter. Von der zentralen Stelle aus betrachtet, werden auf den Quadraturkanälen bei vorstehender Annahme Daten zu den einzelnen Teilnehmern gesendet. Die Wirkung auf die Inphase- Kanäle wird durch die Echoentzerrung beschrieben, welche mittels der Filter cQ,[m], i = 1, 2, ..., N-l modelliert wird. Die Filter c'jtm], i= 1, 2, ..., N-l enthalten die Impulsantworten der einzelnen Teilnehmer zur Zentrale.However, if upstream and downstream connections are made in the in-phase or quadrature channel of a carrier, different filters result. When viewed from the central point, data is sent to the individual participants on the quadrature channels if the above assumption is made. The effect on the in-phase channels is described by the echo equalization, which is modeled using the filters c Q , [m], i = 1, 2, ..., Nl. The filters c'jtm], i = 1, 2, ..., Nl contain the impulse responses of the individual participants to the center.
Empfängerseitig wird diese Überlagerung mit hj[m] gefiltert. Dieses Filter ist das mit Kosinus modulierte Protoypfilter h[m]. hQ j[m], welches bei der Entzerrung der Q- Kanäle auftritt,, ist das mit Sinus modulierte Prototypfilter.On the receiver side, this overlay is filtered with h j [m]. This filter is the prototype filter h [m] modulated with cosine. h Q j [m], which occurs when equalizing the Q channels, is the prototype filter modulated with sine.
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0001
2M Anschließend wird das gefilterte Signal mit der Periode abgetastet. Im Fall L =1
Figure imgf000012_0002
arbeitet der nachfolgende Entzerrer im Symboltakt, L > 1 entspricht einem Entzerrer, welcher mit einem Takt höher als die Symbolrate arbeitet.2M The filtered signal is then sampled with the period. In the case L = 1
Figure imgf000012_0002
the following equalizer works in the symbol cycle, L> 1 corresponds to an equalizer which works with a cycle higher than the symbol rate.
Der Entzerrer f'jtm] möge K Koeffizienten besitzen, welche in dem Spaltenvektor f j zusammengefaßt sind. Für die Entzerrerkoeffizienten kann dann folgendes lineares Gleichungssystem geschrieben werdenThe equalizer f ' j tm] may have K coefficients which are combined in the column vector f j . The following linear system of equations can then be written for the equalizer coefficients
σc? 2D I9JI,I'D ' iQj'T + H Ra f σ.,V
Figure imgf000012_0003
 σ c? 2 D I9J I, I 'D' i Q j ' T + H Ra f σ . , V
Figure imgf000012_0003
Die Größen σ2, und σ2 Q, i = 1, 2, . . . , Nl - 1, sind die mittleren Leistungen der Symbolströme [jm] und c '[τn}. Die Lh Lh Matrix 1%, ist die Autokorrelationsmatrix des Rauschprozesses rt[m]. Lh ist die Lämge des Prototypfilter h[m]. Für die Matritzen D j und Df gilt ΛThe quantities σ 2 , and σ 2 Q , i = 1, 2,. , , , Nl - 1, are the mean powers of the symbol currents [jm] and c '[τn}. The L h L h matrix 1% is the autocorrelation matrix of the noise process rt [m]. L h is the length of the prototype filter h [m]. The following applies to the matrices D j and Df Λ
[ Di'j ]k,l = [DX ]k2M,l[ D i ' j] k, l = [DX] k2M, l
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000013_0001
bzw.respectively.
Figure imgf000014_0001
und
Figure imgf000014_0002
sind die Impuls antworten J = {9i * 4 * hj}(m). "nd
Figure imgf000014_0001
and
Figure imgf000014_0002
are the impulse answer J = {9i * 4 * hj} (m) . "nd
Die Matrix Jj ist wie folgt definiert:The matrix Jj is defined as follows:
Figure imgf000014_0003
Figure imgf000014_0003
Der Spaltenvektor sj istThe column vector is sj
Der Zeilenvektor eVj ist an der Stelle v Eins, sonst Null, I ,- ist die Verschiebung des entzerrten Signals c^m - v) im Vergleich zu cj[τra]. Nachfolgend wird das in Fig.11 gezeigte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Datenübertragungssystems untersucht. Die zentrale Stelle 1 ist mit insgesamt acht Teilnehmern 2, 3,..., 8, 9 über die Leitung 10 verbunden, von der mehrereThe line vector e Vj is one at position v, otherwise zero, I, - is the shift of the equalized signal c ^ m - v) compared to cj [τra]. The exemplary embodiment of the data transmission system according to the invention shown in FIG. 11 is examined below. The central point 1 is connected to a total of eight subscribers 2, 3, ..., 8, 9 via the line 10, of which several
Abzweigungsleitungen 72, 73, , 78, 79 zu den Teilnehmern 2, 3,...., 8 , 9 führen. Die durchgehende Leitung 10 ist z.B. als ein AWG 24-Kabel und die Abzweigungsleitungen 72, 73, ..., 78, 79 sind z.B. als AWG 26-Kabel ausgeführt.Branch lines 72, 73,, 78, 79 to participants 2, 3, ..., 8, 9. The continuous line 10 is e.g. as an AWG 24 cable and the branch lines 72, 73, ..., 78, 79 are e.g. designed as an AWG 26 cable.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach Fig.11 sind die Distanzen zwischen den einzelnen Verbindungspunkten auf der Leitung 10 und den Abzweigungsleitungen 72, 73, ..., 78, 79 in Metern eingetragen. Sowohl die Eingangs- als auch die Ausgangsimpedanz aller Teilnehmer wird mit 50 Ω angenommen. Nicht abgeschlossene Abzweigungsleitungen stellen leerlaufende Leitungsenden 71 und 78 dar. In Fig. 13 sind die zwischen der zentralen Stelle 1 und den Teilnehmern 2, 3,... 8, 9 auftretenden Übertragungsfunktionen bis 10 MHz angegeben .In the exemplary embodiment shown in FIG. 11, the distances between the individual connection points on line 10 and branch lines 72, 73, ..., 78, 79 are entered in meters. Both the input and the output impedance of all participants is assumed to be 50 Ω. Branch lines that are not terminated represent line ends 71 and 78 that are idling. FIG. 13 shows the transmission functions up to 10 MHz that occur between the central point 1 and the subscribers 2, 3,... 8, 9.
Fig. 14 zeigt die Impulsantworten, die zwischen der zentralen Stelle und den Teilnehmern 2, 3, ...., 8, 9 auftreten. Im Gegensatz zu den Ubertragungsfunktionen der Fig.13, bei denen nur die Leitung 10 und die Abzweigungsleitungen 72, 73...78, 79 selbst berücksichtigt wurden, sind in der Darstellung der Fig.14 bereits die analogen Tiefpaßfilter in den Sende- und Empfangsteilen berücksichtigt. Die Grenzfrequenz beträgt 95 kHzFig. 14 shows the impulse responses that occur between the central point and the participants 2, 3, ..., 8, 9. In contrast to the transfer functions of FIG. 13, in which only the line 10 and the branch lines 72, 73 ... 78, 79 themselves have been taken into account, the analog low-pass filters in the transmitting and receiving parts are already shown in FIG. 14 considered. The cut-off frequency is 95 kHz
Zur Übertragung wird beispielsweise das CENELEC A Frequenzband gewählt. Die für dieses einzuhaltenden Spannungswerte sind in Fig.15 angegeben. Diese Spannungswerte müssen laut Meßvorschrift an einem Lastwiderstand von 50 Ω gemessen werden. Wird ein mittlerer Spannungswert von 125 dB μV angenommen, so entspricht dieser einer Leistungsdichte von 18 dBm an 50 Ω.For example, the CENELEC A frequency band is selected for transmission. The voltage values to be observed for this are given in Fig. 15. According to the measurement specification, these voltage values must be measured with a load resistance of 50 Ω. If an average voltage value of 125 dB μV is assumed, this corresponds to a power density of 18 dBm at 50 Ω.
Zur Datenübertragung zwischen den acht Teilnehmern 2, 3...8, 9 des untersuchten Ausführungsbeispiels werden insgesamt sechzehn Träger verwendet, sodaß für jeden Teilnehmer zwei Träger vorhanden sind. Pro Träger ergibt sich damit eine Bandbreite vonA total of sixteen carriers are used for data transmission between the eight participants 2, 3 ... 8, 9 of the exemplary embodiment examined, so that there are two carriers for each participant. This results in a bandwidth of per carrier
B = 95*Hz - 9*Hz 16 B = 95 * Hz - 9 * Hz 16
Es wird ein zusätzliches Guard-Band berücksichtigt, so daß die Bandbreite pro Teilnehmer mit 5, 2 kHz gewählt wird.An additional guard band is taken into account, so that the bandwidth per subscriber is chosen at 5.2 kHz.
Das untersuchte Ausführungsbeispiel wendet nach der Fourier-Transformation und Überlagerung der einzelnen Signale keine zusätzliche Modulation an und arbeitet somit im Basisband.The investigated embodiment does not apply any additional modulation after the Fourier transformation and superimposition of the individual signals and thus works in the baseband.
Die untersten beiden Frequenzbänder belegen die Frequenzbereiche von 0 bis 5,2 kHz und von 5,2 kHz bis 10,4 kHz und dürfen somit nicht zur Datenübertragung innerhalb des CENELEC A Bandes verwendet werden. Es müssen daher 18 Träger vorgesehen werden, von welchen die untersten beiden nicht ausgesteuert sind. Um die sowohl im Empfänger als auch im Sender benötigte analoge Filterung, auf welche hier nicht näher eingegangen wird, zu erleichtern , werden oberhalb der verwendeten Träger noch zwei Träger vorgesehen, die ebenfalls nicht moduliert werden. Mit dieser Maßnahme werden die Anforderungen an die Flankensteilheit des analogen Tiefpaßfilters reduziert.The lowest two frequency bands occupy the frequency ranges from 0 to 5.2 kHz and from 5.2 kHz to 10.4 kHz and therefore must not be used for data transmission within the CENELEC A band. Therefore, 18 carriers must be provided, of which the bottom two are not modulated. About the analog filtering required in both the receiver and the transmitter, to which not here is discussed in more detail, two carriers are provided above the carriers used, which are also not modulated. This measure reduces the requirements for the steepness of the analog low-pass filter.
Die Summe der Trägerfrequenzen beträgt somit zwanzig, von denen sechzehn tatsächlich für die Datenübertragung verwendet werden. Je zwei Träger sind unterhalb und oberhalb der verwendeten Träger vorgesehen. Das oberste Frequenzband belegt einen Frequenzbereich von 19- 5,2 kHz bis 20- 5,2 kHz = 98.8 kHz - 104 kHz. Die obere Frequenz 104 kHz entspricht der halben Nyquist-Frequenz. Für die Abtastperiode ergibt sich somitThe sum of the carrier frequencies is thus twenty, of which sixteen are actually used for data transmission. Two beams are provided below and above the beams used. The top frequency band occupies a frequency range from 19-5.2 kHz to 20-5.2 kHz = 98.8 kHz - 104 kHz. The upper frequency 104 kHz corresponds to half the Nyquist frequency. This results for the sampling period
11
T = = 4,8μsT = = 4.8μs
2Λ04kHz2Λ04kHz
Die sechzehn zur Verfügung stehenden Frequenzbänder müssen nun auf die acht Teilnehmer aufgeteilt werden. Vorteilhaft ist es, die von der zentralen Stelle weiter entfernten Teilnehmer mit den unteren Frequenzbändern zu versorgen, um die erhöhte Kabeldämpfung wettzumachen. In der nachstehenden. Tabelle ist die Zuordnung der Frequenzbänder zu den Teilnehmern angegeben.The sixteen available frequency bands must now be divided between the eight participants. It is advantageous to supply the subscribers further away from the central location with the lower frequency bands in order to compensate for the increased cable loss. In the following. The table shows the assignment of the frequency bands to the participants.
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001
Jeder Teilnehmer 2, 3, .... , 8, 9 kommuniziert über zwei Frequenzbänder mit der zentralen Stelle 1. Es wurden zwei Varianten untersucht.Each participant 2, 3, ..., 8, 9 communicates with the central location 1 via two frequency bands. Two variants were examined.
Bei der ersten Variante wird ein erstes komplettes Frequenzband mit Inphase und Quadratur-Kanälen für die Upstream- Verbindung und ein zweites komplettes Frequenzband für die Downstream-Verbindung eingesetzt. Somit können bei dieser Methode beispielsweise die Frequenzbänder mit geradzahligem Index für den Downstream und die mit ungeradzahligem Index für den Upstream verwendet werden. Diese Methode wird im nachfolgend mit „even/odd" bezeichnet. Bei der zweiten Variante wird für die Downstream-Verbindung der Inphase- Kanal zweier Frequenzbänder und für die Upstream- Verbindung die Quadratur-Kanäle verwendet. Diese Methode wird nachfolgend mit „IQ" bezeichnetIn the first variant, a first complete frequency band with in-phase and quadrature channels is used for the upstream connection and a second complete frequency band for the downstream connection. Thus, with this method, for example, the frequency bands with an even index for the downstream and those with an odd index for the upstream can be used. This method is referred to below as "even / odd". In the second variant, the in-phase channel of two frequency bands is used for the downstream connection and the quadrature channels for the upstream connection. This method is referred to below as "IQ"
Es werden zwei mögliche Ausführungsformen von Prototypfiltern untersucht. Die erste Ausführungsform ist durch ein gewöhnliches Tiefpaßfilter gebildet, während für die zweite Ausführungsform für {g*h}[m] ein 48-Bandfilter entworfen wird, wobei durch spektrale Faktorisierung der minimalphasige Anteil g[m] und der maximalphasige Anteil h[m] zugeordnet wird. Wie bereits vorstehend erwähnt, werden durch die Wahl M > N die Anforderungen an das Filter wesentlich reduziert.Two possible embodiments of prototype filters are examined. The first embodiment is formed by a conventional low-pass filter, while for the second embodiment a 48-band filter is designed for {g * h} [m], the minimum-phase component g [m] and the maximum-phase component h [m] being spectrally factorized. is assigned. As already mentioned above, the choice of M> N significantly reduces the filter requirements.
N = 20 ist die Kanalanzahl des Systems, während M = 48/2 = 24 gilt.N = 20 is the number of channels in the system, while M = 48/2 = 24.
Sowohl das gewöhnliche Tiefpaßfilter als auch das 48-Bandfilter können mit der Eigenfiltermethode berechnet werden. Die Sperrgrenze wird in beiden Fällen mitBoth the ordinary low-pass filter and the 48-band filter can be calculated using the intrinsic filter method. In both cases, the cut-off limit is added
71 7t = — gewählt. Die Filterlänse beträgt 511.71 7t = - selected. The filter length is 511.
2N 40 " 2N 40 "
Fig.16 und Fig. 17 zeigen die Betragsfrequenzgänge der Filter go[m], gι[m] und g2[m] für das Tiefpaßfilter (Fig.16) und das 48-Bandfilter (Fig.17).Fig. 16 and Fig. 17 show the absolute frequency responses of the filters go [m], gι [m] and g 2 [m] for the low-pass filter (Fig.16) and the 48-band filter (Fig.17).
Die Fig. 18 bis 20 zeigen die erzielten Kanal-Signalstörabstände, die im Empfangsteil der zentralen Stelle bei unterschiedlicher Entzerrerlänge auftreten. Als Protoypfilter wird dabei das 48-Bandfilter verwendet. Es wird die I/Q-Methode angewandt und somit die Upstream-Daten in den Q-Kanälen übertragen. Weil der Signalstörabstand zentralseitig beobachtet wird, sind in den Fig. 18 bis 20 die Signalstörabstände der Q-Kanäle eingetragen. Die zentrale Stelle sendet auf den I-Kanälen, der Signalstörabstand innerhalb der I-Kanäle ist somit nicht von Bedeutung. Die Entzerrerlängen sind in den Fig. 18 bis 20 K=16,K=24 und K=32. Innerhalb jedes Diagrammes der Fig.18 bis 20 sind Entzerrer gleicher Länge mit unterschiedlichen Überabtastfaktoren gegenübergestellt.18 to 20 show the channel signal-to-noise ratios achieved which occur in the receiving part of the central point with different equalizer lengths. The 48-band filter is used as the prototype filter. The I / Q method is used and thus the upstream data is transmitted in the Q channels. Because the signal-to-noise ratio is observed on the central side, the signal-to-noise ratios of the Q channels are entered in FIGS. 18 to 20. The central point transmits on the I-channels, so the signal-to-noise ratio within the I-channels is not important. The equalizer lengths in FIGS. 18 to 20 are K = 16, K = 24 and K = 32. Within each diagram in FIGS. 18 to 20, equalizers of the same length are compared with different oversampling factors.
Für die Fig. 18 bis 24 wird dem Übertragungssignal ein weißes Rauschen mit einer Rauschleistungsdichte Ν0 = -30 dBm zugesetzt. Es ist ersichtlich, daß eine Vergrößerung der Filterlänge keinen wesentlichen Einfluß auf die erzielbaren Störabstände hat. Hingegen führt ein überabgetasteter Entzerrer sehr wohl zu wesentlichen Verbesserungen.18 to 24, a white noise with a noise power density Ν 0 = -30 dBm is added to the transmission signal. It can be seen that increasing the filter length has no significant influence on the signal-to-noise ratios that can be achieved. On the other hand, an oversampled equalizer does lead to significant improvements.
In den Fig.21 und 22 wird ebenfalls der Signalstörabstand an der zentralen Stelle beobachtet, es wird jedoch die even/odd-Methode verwendet. Als Protoypfilter wird wiederum das 48-Bandfilter verwendet. Die Entzerrerlänge beträgt K = 24. Deutlich ist zu erkennen, daß die Inphase/Quadratur-Methode wesentlich bessere Resultate liefert.21 and 22, the signal-to-noise ratio is also observed at the central point, but the even / odd method is used. The 48-band filter is again used as the prototype filter. The equalizer length is K = 24. It can clearly be seen that the in-phase / quadrature method gives much better results.
Wird als Prototypfilter das normale Tiefpaßfilter verwendet, so ergibt sich das in Fig. 23 dargestellte Ergebnis. Die Entzerrerlänge beträgt wiederum K =24. Die Upstream- Verbindung wird in den Q-Kanälen aller Frequenzbänder übertragen. Wie deutlich zu erkennen ist, können bei Verwendung eines 48-Bandfilters wesentlich bessere Resultate gewonnen werden. Die Fig 24 zeigt den Signalstorabstand innerhalb der I-Kanale auf der Teilnehmerseite Zur Trennung von Up- und Dow nstream wird die I/Q-Methode verwendet das heißt der Downstream wird in den I-Kanalen übertragen Als Prototypfilter wird das 48- Bandfilter verwendet Die Entzerrerlange betragt K=24If the normal low-pass filter is used as the prototype filter, the result shown in FIG. 23 results. The equalizer length is again K = 24. The upstream connection is transmitted in the Q channels of all frequency bands. As can be clearly seen, much better results can be obtained when using a 48-band filter. 24 shows the signal-to-port distance within the I channels on the subscriber side. The I / Q method is used to separate the upstream and downstream, that is, the downstream is transmitted in the I channels. The 48-band filter is used as the prototype filter Equalizer length is K = 24
Alle in den Fig 18 bis 24 gezeigten Simulationen sind mit weißem Rauschen der Rauschleistungsdichte N0 = -30 dBm durchgeführt worden In den Fig 25 bis 28 werden die erzielbaren Signalstorabstande in Abhängigkeit der Rauschleistungsdichte N0 dargestellt Die für die Fig 25 und 26 zugrundegelegte Simulation verwendet als Protoypfilter wiederum das 48-Bandfιlter und die I/Q-Methode Die Entzerrerlange betragt K = 24, dei Uberabtastfaktor L -4 Fig 25 zeigt den Signalstorabstand der einzelnen Q-Kanale an der zentralseitigen Stelle In der obersten mit N0= 0* gekennzeichneten Kurve gilt neben N0 = 0 weiters, daß jeweils nur der Kanal, von welchem gerade der Signalstorabstand berechnet wird, sendet Alle anderen Kanäle werden zu diesem Zeitpunkt nicht moduliert Es geht klai hervor, daß nicht das weiße Rauschen sondern die Kanalinterferenz Hauptstorquelle istAll of the simulations shown in FIGS. 18 to 24 have been carried out with white noise of the noise power density N 0 = -30 dBm. FIGS. 25 to 28 show the achievable signal-to-gate distances as a function of the noise power density N 0. The simulation used for FIGS marked as Protoypfilter turn the 48 Bandfιlter and the I / Q method the Entzerrerlange amounts to K = 24, dei oversampling factor L -4 Figure 25 shows the Signalstorabstand of each Q-channels at the center-side spot on the top with N 0 = 0 * In addition to N 0 = 0, the curve also applies to the fact that only the channel from which the signal-to-gate distance is currently being calculated is transmitting. All other channels are not being modulated at this time. It is clear that it is not the white noise but the channel interference that is the main source of interference
Fig 26 zeigt den mittleien Signalstorabstand über alle Kanäle als Funktion von N0 darFig. 26 shows the mean signal-to-gate distance over all channels as a function of N 0
Die Fig 27 und 28 zeigen die bei derselben Simulation erzielten Ergebnisse auf der Teilnehmerseite Auch hier klar zu erkennen, daß die Kanalinterferenz die Hauptstorung darstelltFIGS. 27 and 28 show the results obtained in the same simulation on the subscriber side. It can also be clearly seen here that the channel interference represents the main fault
Ein weiteres nicht dargestelltes Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung besteht dann, daß ein aus einer relativ kleinen Anzahl an Tragerfrequenzen gebildeter Kommunikationskanal zur zyklischen Abfrage des Bedarfes an zu übertragender Datenmenge von den Teilnehmern zur zentralen Stelle- vorgesehen ist Über diesen Kanal wird standig die für jeden Teilnehmer in der upstream- und der downstream-Richtung anfallende Übertragungskapazität ermittelt und daraus die Aufteilung der Anzahl an Tragerfrequenzen für jeden Teilnehmer bestimmtAnother exemplary embodiment of the invention, not shown, is then that a communication channel formed from a relatively small number of carrier frequencies is provided for cyclically querying the need for the amount of data to be transmitted from the participants to the central location The upstream and downstream direction of the transmission capacity is determined and the distribution of the number of carrier frequencies is determined for each participant
Somit wird in Abhängigkeit des ermittelten Sendebedarfes der Teilnehmer jedem der Teilnehmer eine entsprechende Anzahl von Tragerfrequenzen zugeordnet Die Datenrate der zu übertragenden Information für jede Tragerfrequenz kann weiters in Abhängigkeit von der Hohe der Tragerfrequenz gewählt werden Eine solche Auswahl ist vor allem zur Erhöhung der Signalubertragungsquahtat sinnvoll Tiefere Trägerfrequenzen sind generell weniger storungsbehaftet als höhere Tragerfrequenzen, weshalb es sinnvoll ist, den unteren Frequenzbereich der Tragerfrequenzen mit einer höheren Bitrate zu belegen und in Richtung zum oberen Frequenzbereich der Tragerfrequenzen hm die Datenrate abzusenkenDepending on the determined transmission needs of the participants, a corresponding number of carrier frequencies is assigned to each of the participants.The data rate of the information to be transmitted for each carrier frequency can also be selected depending on the level of the carrier frequency.This selection is particularly useful for increasing the signal transmission rate Carrier frequencies are generally less disturbed than higher carrier frequencies, which is why it makes sense to assign a higher bit rate to the lower frequency range of the carrier frequencies and to lower the data rate towards the upper frequency range of the carrier frequencies
Patentansprüche claims

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT CLAIMS
1. System zur Übertragung von Daten unter Verwendung einer Vielzahl (N) durch beabstandete Trägerfrequenzen gebildeten Übertragungskanäle auf einer Leitung (10) zwischen einer zentralen Stelle (1) und einer Vielzahl, an unterschiedlichen Abzweigungspunkten an die Leitung (10) angeschlossenen Teilnehmern (2, 3,..., 8, 9) mit einem an der zentralen Stelle (1) angeordneten Sende- und Empfangsteil (11) und jeweils den Teilnehmern (2, 3,..., 8, 9) zugeordneten Sende- und Empfangsteilen (18, 19), wobei die Sendeteile jeweils eine Multiplex-Einheit (50) zur Aufteilung des zu sendenden Datenstroms in Datenblöcke, Kodiereinheiten (21, 22, 23, 24), eine aus mehreren identischen Prototypfiltern (30, 31, 32, 33) gebildete Inverse-Fourier-Transformationsfilterbank (20) und die Empfangsteile jeweils eine aus mehreren identischen Prototypfiltern (55, 56, 57, 58) gebildete Fourier-Transformationsfilterbank (11), Dekodierer-Einheiten (41, 42, 43, 44) und eine Demultiplexer-Einheit (50) umfassen, und wobei die Verarbeitung des zu sendenden Datenstroms innerhalb der Inversen-Fourier-Transformationsfilterbank und der Fourier- Transformationsfilterbank mit einer Blocklänge M erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Blocklänge M größer als die Anzahl der Übertragungskanäle N ist.1. System for the transmission of data using a multiplicity (N) of transmission channels formed by spaced carrier frequencies on a line (10) between a central point (1) and a multiplicity of subscribers (2) connected to the line (10) at different branch points. 3, ..., 8, 9) with a transmitting and receiving part (11) arranged at the central point (1) and transmitting and receiving parts assigned to the participants (2, 3, ..., 8, 9) ( 18, 19), the transmitting parts each having a multiplex unit (50) for dividing the data stream to be transmitted into data blocks, coding units (21, 22, 23, 24), one of several identical prototype filters (30, 31, 32, 33) Inverse Fourier transform filter bank (20) formed and the receiving parts each have a Fourier transform filter bank (11) formed from several identical prototype filters (55, 56, 57, 58), decoder units (41, 42, 43, 44) and a demultiplexer Unit (50) include u nd wherein the processing of the data stream to be sent takes place within the inverse Fourier transform filter bank and the Fourier transform filter bank with a block length M, characterized in that the block length M is greater than the number of transmission channels N.
2. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blocklänge M gleich der doppelten Anzahl der Übertragungskanäle N ist.2. Data transmission system according to claim 1, characterized in that the block length M is equal to twice the number of transmission channels N.
3. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Ausgang und/oder zum Eingang jedes Sende/Empfangsteils (11, 18, 19) ein Filter (13, 14, 15), vorzugsweise ein Tiefpaßfilter, vorgesehen ist.3. Data transmission system according to claim 1 or 2, characterized in that a filter (13, 14, 15), preferably a low-pass filter, is provided in parallel with the output and / or input of each transmitting / receiving part (11, 18, 19).
4. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung eine bestehende Stromleitung (10) eines Stromnetzes ist. 5 Datenubertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Protoypfilter als Tiefpaß-Filter ausgebildet sind4. Data transmission system according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the line is an existing power line (10) of a power network. 5 data transmission system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the prototype filter is designed as a low-pass filter
6 Datenubertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Prototypfilter als 48-Bandfιlter ausgebildet ist6 data transmission system according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the prototype filter is designed as a 48-band filter
7 Datenubertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einer relativ kleinen Anzahl an Tragerfrequenzen gebildeter Kommunikationskanal zur zyklischen Abfrage des Bedarfes an zu übertragender Datenmenge von den Teilnehmern zur zentralen Stelle- vorgesehen ist7 Data transmission system according to one of the preceding claims, characterized in that a communication channel formed from a relatively small number of carrier frequencies is provided for cyclically querying the need for the amount of data to be transmitted from the participants to the central location
8 Verfahren zur Übertragung von Information nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit des ermittelten Sendebedarfes der Teilnehmer jedem der Teilnehmer eine entsprechende Anzahl von Tragerfrequenzen zugeordnet wird.8 A method for transmitting information according to one of the preceding claims, characterized in that, depending on the determined transmission needs of the participants, a corresponding number of carrier frequencies is assigned to each of the participants.
9 Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenrate der zu übertragenden Information für jede Tragerfrequenz in Abhängigkeit von der Hohe der Tragerfrequenz gewählt wird9. The method according to claim 8, characterized in that the data rate of the information to be transmitted for each carrier frequency is selected as a function of the height of the carrier frequency
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