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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Übertragen eines analogen Datenstroms von einem Datenstromsender zu
einem Datenstromempfänger, und betrifft insbesondere ein
Verfahrung und eine Schaltungsanordnung eines
Datenstromsenders in diskreten Mehrfachtonsystemen, bei welchen
Einschwingvorgänge im Datenstromsender durch Bestimmen von
Speicherwerten für senderseitige Filterungseinrichtungen
unterdrückt werden.
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Üblicherweise wird für eine asymmetrische
Datenstromübertragung über gewöhnliche Telefonleitungen ein Mehrfachton-
Verfahren (DMT, Discrete Multitone, diskrete
Multitonmodulation) eingesetzt, wobei gewöhnliche Telefonleitungen in
herkömmlicher als asymmetrische digitale Teilnehmerleitungen
(ADSL = Asymmetric Digital Subscriber Line) ausgebildet sind.
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Ein wesentlicher Vorteil von ADSL-Übertragungstechniken
besteht darin, dass herkömmliche Kabelnetze für eine
Übertragung verwendet werden können, wobei üblicherweise miteinander
verdrillte Kupfer-Doppeladern eingesetzt werden.
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Digitale Hochgeschwindigkeits-Teilnehmerleitungen nach dem
Stand der Technik sind siehe beispielsweise in der
Publikation "High-speed digital subscriber lines, IEEE Journal Sel.
Ar. In Comm., Vol. 9, No. 6, August 1991" beschrieben.
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Unter den Übertragungsverfahren mit einer hohen Datenrate auf
der Basis von digitalen Teilnehmerleitungen (DSL = Digital
Subscriber Line) sind mehrere VDSL- (Very High Data Rate DSL
= hochdatenratige DSL-) -Anordnungen bekannt, wobei hierfür
z. B. Verfahren wie CAP (Carrierless Amplitude/Phase), DWMT
(Discrete Wavelet Multitone), SLC (Single Line Code) und DMT
(Discrete Multitone) einsetzbar sind. Bei dem DMT-Verfahren
wird das Sendesignal aus mehrfachen sinusförmigen bzw.
kosinusförmigen Signalen bereitgestellt, wobei jedes einzelne
sinusförmige bzw. kosinusförmige Signal sowohl in der
Amplitude als auch in der Phase modulierbar ist. Die somit
erhaltenen mehrfachen modulierten Signalen werden als
quadraturamplitudenmodulierte Signale (QAM = Quadrature Amplitude
Modulation) bereitgestellt.
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In Fig. 4 ist ein herkömmlicher Datenstromsender gezeigt, in
welchen über eine Dateneingabeeinrichtung 201 zu übertragende
Daten 123 eingegeben werden. Die zu übertragenden Daten 123
werden einer Kodierungseinrichtung 202 zugeführt, in welcher
die Daten zunächst kodiert und anschließend zu kodierten
Datenblöcken 125 zusammengefasst werden, wobei je nach
Stufigkeit eine vorgebbare Anzahl von zu übertragenden Bits
einer komplexen Zahl zugeordnet werden. Schließlich werden
die von der Kodierungseinrichtung 202 ausgegebenen, kodierten
Datenblöcke 125 einer Rücktransformationseinrichtung 203
zugeführt.
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In herkömmlicher Weise transformiert die
Rücktransformationseinrichtung 203 mittels einer inversen schnellen Fourier-
Transformation (IFFT = Inverse Fast Fourier Transformation)
die im Frequenzbereich vorliegenden Daten in den Zeitbereich,
wobei aus N/2 komplexen Zahlen unmittelbar N Abastwerte eines
Sendersignals erzeugt werden, wobei alle N Abtastwerte im
Folgenden als ein diskretes Multitonsymbol (DMT-Symbol; DMT =
Discrete Multitone) bezeichnet wird. Hierbei können die
komplexen Zahlen als Amplitudenwerte von innerhalb eines
Datenblocks auszusendenden Kosinus- und Sinusschwingungen
(Realteil und Imaginärteil) bereitgestellt werden, wobei die
Frequenzen gemäß der Beziehung:
äquidistant verteilt sind. Hierbei bezeichnet T eine
Zeitdauer für eine Übertragung eines diskreten Mehrfachtonsymbols
und N eine Anzahl von Abtastwerten für ein diskretes
Mehrfachtonsymbol. Beispielsweise setzen herkömmliche ADSL-DMT-
Verfahren in einem "Downstream"-Modus, d. h. bei einer
Datenübertragung von mindestens einer Vermittlungsstelle zu
mindestens einem Teilnehmer, 256 Töne ein, welche jeweils als
Sinustöne in Betrag und Phase modulierbar sind. Die
Grundfrequenz beträgt hierbei 4,3 kHz und der Frequenzabstand
zwischen aufeinanderfolgenden Tönen beträgt ebenfalls 4,3 kHz.
Somit wird ein Frequenzspektrum von 4,3 kHz (Grundfrequenz)
bis (4,3 kHz + 256 × 4,3 kHz) = 1,1 MHz übertragen. Jedes
DMT-Symbol ist somit durch einen in Betrag und Phase
modulierbaren Sinuston dargestellt, wobei üblicherweise pro
Symbol maximal 15 Bit als komplexe Zahl dargestellt werden. Bei
einer Übertragung eines derart ausgebildeten
Mehrfachtonsignals tritt jedoch das Problem auf, dass durch den
Übertragungskanal, der beispielsweise als eine verdrillte Kupfer-
Doppeldrahtleitung ausgebildet sein kann, Einschwingvorgänge
herbeigeführt werden, welche nach beispielsweise M
Abtastwerten abgeklungen sind.
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In der Sendereinrichtung werden nach einer inversen schnellen
Fourier-Transformation (IFFT = Inverse Fast Fourier
Transformation) die letzten M Abtastwerte eines DMT-Symbols an einen
Blockanfang angehängt, wobei die Beziehung gilt: M < N. Durch
diese zyklische Erweiterung (zyklischer Präfix) kann dem
Datenstromempfänger ein periodisches Signal vorgetäuscht
werden, wenn der durch den Übertragungskanal verursachte
Einschwingvorgang nach M Abtastwerten abgeklungen ist, wobei
eine gegenseitige Störung unterschiedlicher DMT-Symbole, d. h.
eine Intersymbolinterferenz (ISI) vermieden werden kann.
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Dadurch lässt sich in herkömmlichen Verfahren ein
Entzerrungsaufwand in einer Entzerrungseinrichtung, welche in dem
Datenstromempfänger angeordnet ist, beträchtlich verringern,
da nach einer Demodulation des empfangenden analogen
Datenstroms 101 im Datenstromempfänger nur eine einfache Korrektur
mit dem inversen Frequenzgang des Übertragungskanals in der
Korrektureinrichtung 112 vorgenommen werden muss.
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Ein wesentlicher Nachteil einer Datenübertragung nach dem
ADSL-Verfahren über Kupferleitungen, bei dem
Mehrfachtonsignale übertragen werden, besteht darin, dass lange
Einschwingvorgänge auftreten. In herkömmlicher Weise wird daher der
zyklische Präfix erweitert, um dem Datenstromempfänger ein
periodisches Signal zu liefern. Im Verhältnis zu der DMT-
Symbollänge N muss der zyklische Präfix jedoch klein gehalten
werden, d. h. es muss die Beziehung gelten:
M << N,
da andernfalls in nachteiliger Weise eine Reduzierung der
Übertragungskapazität auftritt.
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Bei dem ADSL-Standard wird für eine Datenübertragung von
einem Teilnehmer zu einer Vermittlung beispielsweise eine
DMT-Symbollänge von N = 64 und ein Wert eines zyklischen
Präfix von M = 4 bereitgestellt. Um einen Einschwingvorgang
auf den zyklischen Präfix zu begrenzen, wird bei dem
bekannten Verfahren in der Vorverarbeitungseinrichtung, die in dem
Datenstromempfänger angeordnet ist, eine spezielle
Entzerrungseinrichtung für den Zeitbereich (TDEQ = Time Domain
Equalizer) in Form eines adaptiven Transversalfilters
bereitgestellt, welches mit einer Abtastrate Fs arbeitet
(beispielsweise 276 kHz in der Vermittlungsstelle bei ADSL).
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Durch die notwendige Beschränkung der Länge des zyklischen
Präfix auf beispielsweise M = 4, wie oben erwähnt, wird bei
herkömmlichen Verfahren zum Übertragen eines analogen
Datenstroms 101 eine Übertragungsgüte in nachteiliger Weise
verschlechtert, da auch bei einem Einsatz einer
Entzerrungseinrichtung in dem Datenstromempfänger eine erhebliche
Intersymbolinterferenz (ISI) vorhanden ist.
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In nachteiliger Weise enthält ein üblicher Übertragungskanal
weiterhin Hoch- und Tiefpässe, um den zu übertragenden
analogen Datenstrom in seiner Bandbreite zu begrenzen, und um ein
Außerbandrauschen bei Analog-Digital- und Digital-Analog-
Umsetzern, welche beispielsweise als Sigma-Delta-Wandler
ausgebildet sein können, zu unterdrücken.
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Insbesondere ist es nachteilig, dass bei einer Anregung von
Tiefpässen mit DMT-Signalen Einschwingvorgänge auftreten, die
in einem Frequenzbereich beträchtliche spektrale Anteile
oberhalb des vorgesehenen Übertragungssignalbands aufweisen.
Bei einer Abtastrate Fs von beispielsweise 276 kHz ergeben
sich durch Faltprodukte im Übertragungssignalband spektrale
Anteile, welche von der in dem Datenstromempfänger
angeordneten Entzerrungseinrichtung nicht eliminiert werden können. In
nachteiliger Weise sind diese Faltprodukte als Störsignale im
Übertragungssignalband enthalten, wodurch eine
Übertragungsgüte verschlechtert wird.
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Ein im Zeitbereich erzeugtes Mehrfachtonsignal wird gemäß
Fig. 4 anschließend in Form von DMT-Symbolen übertragen. Zur
Bereitstellung eines analogen Sendersignals 211 wird ein
Analog-Digital-Umsetzer für eine Umsetzung von einem
digitalen Mehrfachtonsignal 303 in das analoge Sendersignal 211
bereitgestellt.
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Ein weiterer bekannter Datenstromsender ist in Fig. 5
dargestellt, wobei hier zusätzlich zu den in Fig. 4
veranschaulichten Komponenten eine erste Filterungseinrichtung 131' und
eine zweite Filterungseinrichtung 132' zwischen der
Rcktransformationseinrichtung 203 und dem Digital-Analog-Umsetzer 204
angeordnet sind.
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Fig. 5 verdeutlicht, dass ein typischer Übertragungskanal
Hoch- und Tiefpässe für eine Bandbegrenzung von
Kanalübertragungssignalen enthält. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird das
diskrete Mehrfachtonsymbol (DMT-Symbol) 208 in der ersten
Filterungseinrichtung 131' hochpassgefiltert, um ein gefiltertes
diskretes Mehrfachtonsymbol 209' zu erhalten. Dieses
gefilterte diskrete Mehrfachtonsymbol 209' wird in der zweiten
Filterungseinrichtung 132' tiefpassgefiltert. Die zur
Bandbegrenzung eingesetzten Filterungseinrichtungen 131' und 132'
weisen den Nachteil auf, dass bei einer Anregung mit DMT-
Symbolen Einschwingvorgänge auftreten, die eine
Datenübertragungsrate begrenzen. Insbesondere dann, wenn Tiefpassfilter
als Filterungseinrichtungen 131' bzw. 132' eingesetzt werden,
treten im Frequenzbereich des Signalbandes wesentliche
spektrale Anteile auf, die sich insbesondere bei einem kurzen
zyklischen Präfix auswirken. Das von der zweiten
Filterungseinrichtung 132' ausgegebene Zeitsignal wird schließlich,
nach einer Digital-Analog-Umsetzung in einem Digital-Analog-
Umsetzer übertragen, wobei Unzweckmäßigerweise
Einschwingvorgänge auftreten.
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Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zum Übertragen eines analogen Datenstroms von einem
Datenstromsender zu einem Datenstromempfänger
bereitzustellen, bei welchem Einschwingvorgänge durch Maßnahmen im
Datenstromsender unterdrückt werden.
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Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 angegebene
Verfahren sowie durch eine Schaltungsanordnung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, dass Einschwingvorgänge
senderseitig dadurch unterdrückt werden, dass mindestens ein
Filteranfangswert aus mindestens einem diskreten
Mehrfachtonsymbol abgeleitet wird, um einer
Speicherwertbestimmungseinrichtung zugeführt zu werden, welche wiederum mindestens eine
im Datenstromsender angeordnete Filtereinrichtung mit
Speicherwerten derart beaufschlagt, dass ein Ausbilden von
Einschwingvorgängen verhindert wird.
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Es ist somit ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass
durch eine Unterdrückung von Einschwingvorgängen eine
Datenübertragungsrate optimiert wird.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der
Datenstromempfänger vereinfacht und kostengünstig ausgelegt
werden kann, da im Datenstromempfänger dann lediglich
Filtermaßnahmen geringerer Komplexität zur Reduzierung von
Einschwingvorgängen bereitgestellt werden müssen.
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Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht
darin, dass in einem Übertragungskanal vorhandene Tiefpässe
nur zu geringen spektralen Anteilen innerhalb des
Signalbandes führen.
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Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht
darin, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einer
sequenziellen Übertragung von diskreten Mehrfachtonsymbolen
ein Ausbilden von Einschwingvorgänge bereits senderseitig
verhindert wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Übertragen eines analogen
Datenstroms von einem Datenstromsender zu einem
Datenstromempfänger weist im Wesentlichen die folgenden Schritte auf:
- a) Eingeben von zu übertragenden Daten in eine
Dateneingabeeinrichtung eines Datenstromsenders;
- b) Kodieren der zu übertragenden Daten in einer
Kodierungseinrichtung, um kodierte Daten bereitzustellen;
- c) Zusammenfassen der kodierten Daten in Datenblöcken, wobei
je nach einer Stufigkeit eine vorgebbare Anzahl von zu
übertragenden Bits einer komplexen Zahl zugeordnet werden;
- d) Transformieren der kodierten Datenblöcke in mindestens ein
diskretes Mehrfachtonsymbol in einer
Transformationseinrichtung, wobei die Transformationseinrichtung eine
Rücktransformation von einem Frequenzbereich in einen Zeitbereich
darstellt, wie sie beispielsweise durch eine inverse schnelle
Fourier-Transformation (IFFT = Inverse Fast Fourier
Transformation) bereitgestellt wird;
- e) Extrahieren von mindestens einem Filteranfangswert aus dem
mindestens einen diskreten Mehrfachtonsymbol in einer
Extraktionseinrichtung, wobei eine einer Filterordnung
entsprechende Anzahl von Signalendwerten des Mehrfachtonsymbols
bereitgestellt werden;
- f) Weitergeben des mindestens einen Filteranfangswerts von
der Extraktionseinrichtung zu einer
Speicherwertbestimmungseinrichtung;
- g) Anlegen eines Rahmensynchronisationssignals an die
Speicherwertbestimmungseinrichtung, um eine Rahmensynchronisation
bei einer Übertragung von DMT-Symbolen bereitzustellen;
- h) Bestimmen mindestens eines Speicherwerts für mindestens
eine Filterungseinrichtung in der
Speicherwertbestimmungseinrichtung;
- i) Anlegen des mindestens einen Speicherwerts an die
mindestens eine Filterungseinrichtung;
- j) Anlegen des mindestens einen diskreten Mehrfachtonsymbols
an eine erste Filterungseinrichtung, um ein gefiltertes
diskretes Mehrfachtonsymbol bereitzustellen;
- k) Weitergeben des gefilterten diskreten Mehrfachtonsymbols
an die zweite Filterungseinrichtung, die mit dem mindestens
einen, in der Speicherwertbestimmungseinrichtung bestimmten
Speicherwert beaufschlagt ist, um ein einschwingkompensiertes
diskretes Mehrfachtonsymbol bereitzustellen;
- l) Umsetzen des einschwingkompensierten diskreten
Mehrfachtonsymbols in ein analoges Sendersignal in einem Digital-
Analog-Umsetzer; und
- m) Senden des analogen Sendersignals über einen
Übertragungskanal, wobei das Sendersignal durch eine
Leitungstreibereinrichtung verstärkbar ist.
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In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der
Erfindung.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden
Erfindung werden die zu übertragenden Daten als digitale
Datenwerte bereitgestellt.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung wird in den Datenblöcken eine vorgebbare
Anzahl von zu übertragenden Bits zu jeweils einer komplexen
Zahl zusammengefasst.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung wird die mindestens eine komplexe Zahl
als mindestens eine Kosinusschwingung entsprechend einem
Realteil und als mindestens eine Sinusschwingung entsprechend
einem Imaginärteil übertragen, wobei die Frequenzen der
Kosinus- und Sinusschwingungen gemäß der folgenden Beziehung:
äquidistant verteilt bereitgestellt werden.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung werden als Filteranfangswerte jeweils die
ersten Datenwerte eines DMT-Symbols bereitgestellt.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung wird zum Transformieren der kodierten
Datenblöcke in mindestens ein diskretes Mehrfachtonsymbol in
der Transformationseinrichtung eine inverse schnelle Fourier-
Transformation bereitgestellt.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung werden Speicherwerte e-1, e-2 in der
Speicherwertbestimmungseinrichtung aus Filteranfangswerten
u0, u1 und Filterkoeffizienten b0, b1, a1 beispielsweise nach
folgender Beziehung bestimmt:
e-1 = (1 - b0).u0
e-2 = u1.(1 - b0) + u0.(a1 - b1),
wobei die obige Beziehung für ein spezifisches digitales
Filter zweiter Ordnung mit vorgegebenem Speicherwert
beispielhaft angegeben ist.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung wird eine der Filterordnung n der
Filtereinrichtung entsprechende Anzahl von Speicherwerten aus einer
entsprechenden Anzahl von Filteranfangswerten in der
Speicherwertbestimmungseinrichtung bestimmt.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung wird das analoge Sendersignal in den
Übertragungskanal mittels einer Leitungstreibereinrichtung
getrieben.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung werden die in der
Speicherwertbestimmungseinrichtung bestimmten Speicherwerte entweder der ersten
Filterungseinrichtung oder der zweiten Filterungseinrichtung
zugeführt.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung werden die in der
Speicherwertbestimmungseinrichtung bestimmten Speicherwerte sowohl der ersten
Filterungseinrichtung als auch der zweiten
Filterungseinrichtung zugeführt.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung werden die ersten beiden Datenwerte u0,
u1 des diskreten Mehrfachtonsymbols einschließlich eines
Präfix zur Bestimmung zweier Speicherwerte e-1, e-2
bereitgestellt, wenn eine Filterordnung zwei beträgt.
Vorteilhafterweise wird bei einer höheren Filterordnung als zwei eine
entsprechend höhere Anzahl an Datenwerten bereitgestellt.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der
vorliegenden Erfindung wird ein Extrahieren von mindestens einem
Filteranfangswert aus dem mindestens einen diskreten
Mehrfachtonsymbol in einer Extraktionseinrichtung nach jedem
übertragenen Mehrfachtonsymbol bereitgestellt.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Übertragung
eines analogen Datenstroms weist weiterhin auf:
- a) eine Dateneingabeeinrichtung zur Eingabe von zu
übertragenden Daten;
- b) eine Kodierungseinrichtung zur Kodierung der zu
übertragenden Daten und zur anschließenden Zusammenfassung in
kodierte Datenblöcke;
- c) eine Transformationseinrichtung zur Transformation der
kodierten Datenblöcke in mindestens ein diskretes
Mehrfachtonsymbol, wobei die von der Transformationseinrichtung
bereitgestellte Transformation eine Rücktransformation von dem
Frequenzbereich in den Zeitbereich darstellt, und invers zu
der im Datenstromempfänger bereitgestellten Transformation
arbeitet;
- d) eine Extraktionseinrichtung zur Extraktion von mindestens
einem Filteranfangswert aus mindestens einem diskreten
Mehrfachtonsymbol, wobei die Filteranfangswerte aus den ersten
Datenwerten eines Mehrfachtonsymbols einschließlich des
zyklischen Präfix entnommen werden;
- e) eine Speicherwertbestimmungseinrichtung zur Bestimmung
mindestens eines Speicherwerts für mindestens eine
Filtereinrichtung in Abhängigkeit von dem mindestens einen
Filteranfangswert und einem der Speicherwertbestimmungseinrichtung
zugeführten Rahmensynchronisationssignal, welches eine
Synchronisation mit dem Rahmenformat des Mehrfachtonsymbols
bereitstellt;
- f) einen Digital-Analog-Umsetzer zur Umsetzung eines durch
die mindestens eine Filtereinrichtung einschwingkompensierten
diskreten Mehrfachtonsymbols in ein analoges Sendersignal;
und
- g) einen Übertragungskanal zur Übertragung des analogen
Sendersignals, wobei vor einer Übertragung eine Verstärkung des
zu übertragenden analogen Sendersignals bereitgestellt werden
kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Übertragung eines
analogen Datenstroms von einem Datenstromsender zu
einem Datenstromempfänger, wobei Einschwingvorgänge
unterdrückt werden, gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 2a ein Blockbild einer Übertragungsstrecke für
Mehrfachtonsymbole mit Datenstromsender,
Übertragungskanal und Datenstromempfänger;
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Fig. 2b schematisch einen Aufbau eines Mehrfachtonsymbols
mit zyklischem Präfix;
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Fig. 3 die in Fig. 2a veranschaulichte
Übertragungsanordnung zum Übertragen eines analogen Datenstroms in
größerem Detail als eine Gesamtstrecke;
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Fig. 4 eine Detailanordnung eines Datenstromsenders ohne
Filtereinrichtungen nach dem Stand der Technik;
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Fig. 5 ein Blockbild eines herkömmlichen Datenstromsenders
mit einer ersten Filterungseinrichtung und einer
zweiten Filterungseinrichtung; und.
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Fig. 6 eine Filterungseinrichtung zweiter Ordnung, die mit
Speicherwerten aus einer
Speicherwertbestimmungseinrichtung beaufschlagt wird, gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder
funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.
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Fig. 2a zeigt ein prinzipielles Blockbild einer Anordnung
zum Übertragen eines analogen Datenstroms nach dem DMT-
Verfahren, wobei der Datenstromsender 214, der
Übertragungskanal 102 und der Datenstromempfänger 215 veranschaulicht
sind.
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Datenstromsender 214 und Datenstromempfänger 215 bestehen aus
getrennt identifizierbaren Blöcken, welche im Folgenden kurz
beschrieben werden. Eine Dateneingabeeinrichtung 201 dient
zur Eingabe von zu übertragenden Daten, wobei die
eingegebenen Daten an eine Kodierungseinrichtung 202 weitergegeben
werden. In der Kodierungseinrichtung 202 wird der Datenstrom
entsprechend einem herkömmlichen Verfahren dekodiert und
einer Rücktransformationseinrichtung 203 zugeführt.
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Die Rücktransformationseinrichtung 203 stellt eine
Transformation von den im Frequenzbereich vorliegenden Daten in Daten
bereit, die im Zeitbereich vorliegen. Die
Rücktransformationseinrichtung 203 kann beispielsweise durch eine Einrichtung
bereitgestellt werden, in welcher eine inverse schnelle
Fourier-Transformation (IFTT = Inverse Fast Fourier
Transformation) durchgeführt wird.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die in der
Rücktransformationseinrichtung 203 durchgeführte Transformation von dem
Frequenzbereich in den Zeitbereich eine zu derjenigen
Transformation inverse Transformation darstellt, welche die
Transformationseinrichtung 110 ausführt.
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Schließlich erfolgt eine Umsetzung des von der
Rücktransformationseinrichtung 203 ausgegebenen digitalen Datenstroms in
einen analogen Datenstrom mittels eines Digital-Analog-
Umsetzers 204. Der nunmehr im Zeitbereich vorliegende,
analoge Datenstrom wird einem Übertragungskanal 102 zugeführt,
welcher die oben beschriebene Datenübertragung bereitstellt,
wobei bei einer Übertragung eine Bandpass-, Hochpass-
und/oder Tiefpass-Filterung sowie eine Beaufschlagung des
analogen Datenstroms 101 mit Rauschen vorhanden sein kann.
Der analoge Datenstrom 101 wird weiter dem in dem
Datenstromempfänger 215 angeordneten Analog-Digital-Umsetzer 104
zugeführt, welcher den empfangenen analogen Datenstrom 101 in
einen digitalen Datenstrom 103 umsetzt, wobei der umgesetzte
digitale Datenstrom 103 der Transformationseinrichtung 110
zugeführt wird.
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Nach einer zu der in der Rücktransformationseinrichtung 203
inversen Transformation von dem Frequenzbereich in den
Zeitbereich erfolgt nach einem Durchlaufen des transformierten
Datenstroms durch eine Korrektureinrichtung (nicht gezeigt)
und eine Bestimmungseinrichtung (nicht gezeigt) eine
Dekodierung in der Dekodierungseinrichtung 117. Der dekodierte
Datenstrom wird schließlich über die Datenausgabeeinrichtung
119 ausgegeben.
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In Fig. 2b ist ein Schema eines diskreten Mehrfachtonsymbols
gezeigt, wobei der zu übertragende analoge Datenstrom als
eine Sequenz von Mehrfachtonsymbolen bereitgestellt wird. Vor
einer Weitergabe der in der Rücktransformationseinrichtung
203 transformierten Daten an den Digital-Analog-Umsetzer 204
werden die letzten M Abtastwerte eines Mehrfachtonsymbols an
den Blockanfang nochmals angehängt, wodurch ein zyklischer
Präfix definiert ist und wobei gilt:
M < N
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Auf diese Weise kann einem Datenstromempfänger ein
periodisches Signal vorgetäuscht werden, wenn der durch den
Übertragungskanal verursachte Einschwingvorgang nach M Abtastwerten
abgeklungen ist, d. h., es tritt keine Intersymbolinterferenz
(ISI) auf.
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Wie in Fig. 2b gezeigt, weist das ursprüngliche
Mehrfachtonsymbol eine Länge von N Abtastwerten, beispielsweise N = 64
auf, während beispielsweise die letzten vier Werte als ein
zyklischer Präfix 212 an den DMT-Symbolanfang 205 gesetzt
werden, wobei gilt:
M = 4.
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Die Gesamtlänge eines Mehrfachtonsymbols 208 beträgt nun mit
den an den Symbolanfang 205 angehängten DMT-Symbolendwerten
213 M + N von dem Präfixanfang 207 bis zu dem DMT-Symbolende
206.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl der zyklisch den
Symbolanfang 205 angehängten DMT-Symbolendwerte 213 möglichst
gering gehalten werden muss, d. h. M << N, um eine möglichst
geringe Reduzierung der Übertragungskapazität und -güte zu
erhalten.
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In einem weiteren Beispiel besteht ein Mehrfachtonsymbol 208
aus 256 komplexen Zahlen, was bedeutet, dass 512 Zeitproben
(Real- und Imaginärteil) als ein periodisches Signal
übertragen werden müssen. In diesem Beispiel berechnet sich, wenn
eine Anzahl von 32 DMT-Symbolendwerten 213 als zyklischer
Präfix 212 an den Symbolanfang kopiert werden, eine
Gesamtlänge der zu übertragenden Zeitprobe zu 544, was bei einer
maximalen Tonfrequenz eines DMT-Signals von 2,208 MHz eine
Abtastdauer TA von 544 × 10-6/2,208 Sekunden bzw. 0,25 ms
ergibt, wobei sich die Symbolübertragungsfrequenz aus fDMT =
1/TA ≍ 4 kHz berechnet.
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Fig. 1 zeigt ein Blockbild eines Datenstromsenders, in
welchem eine erste Filterungseinrichtung 131 und eine zweite
Filterungseinrichtung 132 mit Speicherwerten 130a-130n derart
vorgeladen werden, dass eine Unterdrückung von
Einschwingvorgängen bereits senderseitig bereitgestellt wird. Zu
übertragende Daten 123 werden in die Dateneingabeeinrichtung 201
eingegeben, in einer Kodierungseinrichtung 202 kodiert und zu
kodierten Datenblöcken 125 zusammengefasst, wie obenstehend
beschrieben.
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Die kodierten Datenblöcke 125 werden der
Rücktransformationseinrichtung 203 zugeführt, welche durch eine inverse
Transformation von einem Frequenzbereich in einen Zeitbereich
einen digitalen Datenstrom in Form von diskreten
Mehrfachtonsymbolen (DMT-Symbolen) 208 bereitstellt.
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Der DMT-Symboldatenstrom 208 wird über eine
Extraktionseinrichtung 127 der ersten Filtereinrichtung 131 zugeführt. In
der Extraktionseinrichtung 127 erfolgt eine Extraktion von
Filteranfangswerten 126a-126n, wobei sich die Anzahl der
extrahierten Filteranfangswerte n nach der Ordnung der ersten
Filterungseinrichtung 131 und/oder der zweiten
Filterungseinrichtung 132 richtet. Wird beispielsweise, wie untenstehend
unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben werden wird, ein
Filter zweiter Ordnung eingesetzt, so werden zwei
Filteranfangswerte 126a und 126b in der Extraktionseinrichtung 127
extrahiert, wobei, wie bereits obenstehend ausgeführt, die
ersten beiden Datenwerte eines Mehrfachtonsymbols
einschließlich des zyklischen Präfix, wie in Fig. 2b veranschaulicht,
weitergegeben werden.
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Die Filteranfangswerte 126a-126n werden der
Speicherwertbestimmungseinrichtung 128 zugeführt, wobei die
Speicherwertbestimmungseinrichtung weiterhin ein
Rahmensynchronisationssignal 129 zur Synchronisation bezüglich einer Übertragung des
zu übertragenden Datenstroms in Form von Mehrfachtonsymbolen
synchronisieren.
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Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl in dem
veranschaulichten Ausführungsbeispiel der vorliegender Erfindung
beispielhaft Filter zweiter Ordnung dargestellt sind, Filter
einer davon unterschiedlichen Ordnungszahl eingesetzt werden
können. Bei dem hier veranschaulichten und untenstehend unter
Bezugnahme auf Fig. 6 näher beschriebene Filter zweiter
Ordnung werden in der Speicherwertberechnungseinrichtung 128
Speicherwerte 130a-130n entsprechend der folgenden Formel
berechnet, wobei die für ein Filter zweiter Ordnung
bereitgestellten Filteranfangswerte mit u0 und u1 bezeichnet werden,
während die bereitgestellten Speicherwerte als e-1 und e-2
bezeichnet werden:
e-1 = (1 - b0).u0
e-2 = u1.(1 - b0) + u0.(a1 - b1)
wobei zweite Filterkoeffizienten mit b0 und b1 bezeichnet
sind, während erste Filterkoeffizienten mit a1 bezeichnet
sind.
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Die Filterkoeffizienten entsprechen dem in Fig. 6 gezeigten
rekursiven Filter zweiter Ordnung. Die berechneten
Speicherwerte e-1, e-2 bzw. 130a-130n (für eine beliebige
Filterordnung n) werden schließlich der ersten Filterungseinrichtung
131 und der zweiten Filterungseinrichtung 132 zugeführt.
Diese Speicherwerte werden zum Vorladen der ersten
Filterungseinrichtung 131 und/oder der zweiten
Filterungseinrichtung 132 bereitgestellt, um somit Einschwingvorgänge dadurch
zu reduzieren, dass die Speicherwerte e-1 und e-2 in eine
Berechnung der Ausgangswerte der Filtereinrichtung eingehen,
wie unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben werden wird.
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In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann eine erste
Filterungseinrichtung 131 durch ein Hochpassfilter
bereitgestellt werden, während die zweite Filterungseinrichtung 132
durch ein Tiefpassfilter bereitgestellt werden kann.
Insbesondere dann, wenn Tiefpassfilter mit DMT-Symbolen angeregt
werden, treten Einschwingvorgänge auf, die im Frequenzbereich
beträchtliche spektrale Anteile oberhalb des eigentlichen
Übertragungsbands aufweisen.
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Durch das erfindungsgemäße Vorladen der Speicher der
Filterungseinrichtung 132 mit Speicherwerten e-1 und e-2 werden
diese Einschwingvorgänge wesentlich reduziert. Während die
erste Filterungseinrichtung 131 das diskrete
Mehrfachtonsymbol 208 in ein gefiltertes diskretes Mehrfachtonsymbol 209
umsetzt, wird durch eine weitere Filterung mit der
erfindungsgemäßen, vorgeladenen zweiten Filterungseinrichtung 132
aus dem gefilterten diskreten Mehrfachtonsymbol 209 ein
einschwingkompensiertes diskretes Mehrfachtonsymbol 210 erzeugt,
welches anschließend, wie bereits unter Bezugnahme auf die
Fig. 4 und 5 beschrieben, einem herkömmlichen Digital-
Analog-Umsetzer 204 zugeführt wird.
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Das durch eine in dem Digital-Analog-Umsetzer 204
durchgeführte Digital-Analog-Umsetzung erhaltene analoge
Sendersignal 211 wird schließlich einer Leitungstreibereinrichtung 304
zugeführt, in der eine Verstärkung des analogen Datenstroms
und/oder ein Treiben des analogen Datenstroms in den
Übertragungskanal 102 erfolgt.
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Fig. 6 zeigt ein rekursives Filter zweiter Ordnung gemäß
einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Während
sich die Nummern als Bezugszeichen auf eine beliebige
Filterordnung beziehen, entsprechen die Filteranfangswerte u0 und
u1 einem Filter zweiter Ordnung, die der
Speicherwertbestimmungseinrichtung 128 wie unter Bezugnahme auf Fig. 1
beschrieben, zugeführt werden.
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Weiterhin wird der Speicherwertbestimmungseinrichtung 128 ein
Rahmensynchronisationssignal 129, wie obenstehend erläutert,
zugeführt. z-1 bedeutet jeweils ein Verzögerungselement gemäß
einer z-Transformation, während die ersten
Filterkoeffizienten mit a1 und a2 und die zweiten Filterkoeffizienten mit b0,
b1 und b2 bezeichnet sind.
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In dem in Fig. 6 gezeigten rekursiven Filter zweiter Ordnung
sind drei Summationseinrichtungen 606 bereitgestellt, um das
über einen Filtereingangsanschluss 601 zugeführte, mit den
zweiten Filterkoeffizienten 605a, 605b und 605c gewichtete
diskrete Mehrfachtonsymbol 208 mit dem durch die ersten
Filterkoeffizienten a1 und a2 gewichteten
einschwingkompensierten diskreten Mehrfachtonsignal 210 zu überlagern, wobei
durch die rekursive Anordnung des Filters die ersten
Filterkoeffizienten a1 und a2 mit negativem Vorzeichen versehen
sind. Das einschwingkompensierte, diskrete Mehrfachtonsymbol
wird über einen Filterausgangsanschluss 602 ausgegeben.
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Mit den durch die Speicherwertbestimmungseinrichtung 128
bestimmten Speicherwerten, die in die Speicherelemente (z-1)
des Filters zweiter Ordnung eingeschrieben werden, ergibt
sich eine Bestimmung von Filterausgangswerten yk gemäß den
folgenden Gleichungen:
yk = b0.uk + ek-1
ek-1 = -yk.a1 + b1.uk + ek-2
ek-2 = -yk.a2 + b2.uk
wobei erkennbar ist, dass die Speicherinhalte ek-1 und ek-2
in die Berechnung der Ausgangswerte des Filters eingehen.
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Die erste Filterungseinrichtung 131 und die zweite
Filterungseinrichtung 132 können weiterhin als eine Einheit in
einer Anordnung eines rekursiven Filters ausgebildet sein,
wobei dieser Filtereinheit einmal Speicherwerte 130a-130n von
der Speicherwertbestimmungseinrichtung 128 zugeführt werden.
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Weiterhin kann die in dem in Fig. 1 beschriebenen
Ausführungsbeispiel dargestellte Filteranordnung, bei welcher die
erste Filterungseinrichtung 131 als ein Hochpassfilter
ausgebildet ist, während die zweite Filterungseinrichtung 132 als
ein Tiefpassfilter ausgebildet ist, umgekehrt werden, so dass
die erste Filterungseinrichtung 131 auf die zweite
Filterungseinrichtung 132 folgend angeordnet ist.
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Bezüglich der in den Fig. 4 und 5 dargestellten
Schaltungsanordnungen von herkömmlichen Datenstromsendern wird auf
die Beschreibungseinleitung verwiesen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend an Hand
bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf
nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise
modifizierbar.
Bezugszeichenliste
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder
funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.
101 Analoger Datenstrom
102 Übertragungskanal
103 Digitaler Datenstrom
104 Analog-Digital-Umsetzer
105 Entzerrungseinrichtung
106 Entzerrter digitaler Datenstrom
107 Dezimationseinrichtung
108 Abtastrate
109 Dezimierter entzerrter digitaler Datenstrom
110 Transformationseinrichtung
111a-111n Transformationssignale
112 Korrektureinrichtung
113a-113n Korrigierte Transformationssignale
114 Betragssignal
115 Phasensignal
116 Bestimmungseinrichtung
117 Dekodierungseinrichtung
118 Dekodierter Datenstrom
119 Datenausgabeeinrichtung
120 Symbolrate
121 Überlagerungseinrichtung
122 Rauschsignal
123 Zu übertragende Daten
125 Kodierte Datenblöcke
126a-126n, u0, u1 Filteranfangswerte
127 Extraktionseinrichtung
128 Speicherwertbestimmungseinrichtung
129 Rahmensynchronisationssignal
130a-130n, e-1, e-2 Speicherwerte
131, 131' Erste Filterungseinrichtung
132, 132' Zweite Filterungseinrichtung
201 Dateneingabeeinrichtung
202 Kodierungseinrichtung
203 Rückransformationseinrichtung
204 Digital-Analog-Umsetzer
205 DMT-Symbolanfang
206 DMT-Symbolende
207 Präfixanfang
208 Diskretes Mehrfachtonsymbol ("discrete multi tone",
DMT-Symbol)
209, 209' Gefiltertes diskretes Mehrfachton-Symbol (DMT-Symbol)
210 Einschwingkompensiertes, diskretes Mehrfachton-Symbol
(DMT-Symbol)
211 Analoges Sendersignal
212 Präfix
213 DMT-Symbolendwerte
214 Datenstromsender
215 Datenstromempfänger
301 Vorverarbeitungseinrichtung
302 Vorverarbeiteter digitaler Datenstrom
303 Mehrfachtonsignal
304 Leitungstreibereinrichtung
601 Filtereingangsanschluss
602 Filterausgangsanschluss
603a-603n Filterspeicherelemente (n: Filterordnung)
604a-604n, a1, a2 Erste Filterkoeffizienten
605a-605m, b0, b1, b2 Zweite Filterkoeffizienten (m = n + 1)
606 Summationseinrichtungen