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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur bidirektionalen Datenübertragung über eine Zweidrahtleitung, wobei digitale Daten zum Senden oder Empfangen mittels diskreter Mehrtonmodulation (DMT) moduliert bzw demoduliert und die zu sendenden und zu empfangenden Daten getrennt werden.
Um störende Beeinflussungen von zu übermittelnden Daten zu beseitigen, führen bekannte Verfahren dieser Art die Trennung der modulierten Daten im Frequenzmultiplexbetrieb (FDM) durch, wobei unterschiedliche Frequenzbereiche für die beiden Übertragungsrichtungen festgelegt sind. Eine weitere Möglichkeit zur Trennung besteht in der Anwendung des Echoauslöschungsverfahrens (EC), bei dem durch den Einsatz adaptiver Filter der Einfluss des Sendeteils auf den Empfänger unterdrückt wird.
Für die Durchführung dieser Trennmethoden ist eine relativ hohe Rechnerleistung erforderlich, die die Kosten für die Datenübertragung stark erhöhen. Besonders bei Anwendung in Fällen, in denen wie etwa bei ADSL (Asymmetrie Digtal Subscriber Line) in einer Übertragungsnchtung ("downstream") grosse Datenraten von einer zentralen Datenanlage zu einem an der Peripherie gelegenen Teilnehmer und vergleichsweise geringe Datenraten in die andere Übertragungsrichtung ("upstream") übermittelt werden sollen, ist der bei diesen bekannten Datenübertragungsverfahren getriebene Aufwand nur einer schlechten Nutzung unterworfen
Das FDM-Verfahren erzeugt bei der Übertragung entsprechend der beiden Übertragungsrichtungen ein unteres und ein oberes Frequenzband.
Da aber die Kabeldämpfung frequenzabhängig ist, bereitet es grosse Schwierigkeiten für beide Übertragungskanäle die gleiche Übertragungsqualität zu erzielen, in den überwiegenden Fällen ist die Übertragungsqualität in eine besser als in die andere Richtung. Generell ist es aber erwünscht, eine möglichst gleiche Qualitat für beide Kanäle anbieten zu können. Weiters ist bei FDM die Variation der Übertragungskapazität mit erheblichem Aufwand verbunden, da dafür eine Anpassung der jeweils verwendeten Bandfilter erforderlich ist, sodass die Kanalbandbreite entsprechend erhöht oder erniedrigt werden kann.
Das Echo-Cancellation-Verfahren, welches das zweite aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren in Zusammenhang mit einer DMT-Modulation ist, weist ebenso wenn auch anders geartete Nachteile auf. So ist bei diesem Verfahren das Nah-Nebensprechen ein grosses technisches Problem, da der Signalabstand zwischen Sende- und Empfangssignal sehr gross ist.
Es müssen daher sehr hohe Anforderungen an die bei den Sende- und Empfangsteilen vorgesehenen A/D-Wandier erfüllt werden, da Sende- und Empfangssignale gleichzeitig auftreten und diese entsprechend gut getrennt werden müssen. Die hohen Pegelunterschiede der Sende- und Empfangssignale erfordern eine dementsprechend hohe Auflösung der A/D-Wandler, die dadurch sehr teuer sind.
Da das DMT-Signal eine relativ hohe Einschwing- und Ausschwingzeit (prefix) beansprucht, sind bei den bisherigen Lösungen immer nur FDM- und EC-Trennverfahren angewandt worden.
FDM und Echo-Cancellation weisen insgesamt erhebliche Nachteile auf, die aber immer in Kauf genommen worden sind, da sich keine bessere Lösung für das DMT-Verfahren angeboten hatte.
Bei dem in der DE-A1-36 32 710 beschriebenen Zweidraht-Zeitgetrenntlageverfahren zur Volldupiexübertragung zwischen einer Hauptstation und einer Nebenstation erfolgt die Richtungstrennung zwischen gesendeten und empfangenen Signalen hingegen dadurch, dass auf beiden Seiten des Übertragungsweges abwechselnd Datenpakete gesendet und empfangen werden Die dabei verwendete Zeitmultiplex-Übertragung erfolgt durch die Bildung von Zeitrahmen, welche jeweils genau zwei Datenpakete enthalten, die in entgegengesetzter Richtung gesendet werden. Von einer Hauptstation wird periodisch ein Informationsburst ausgesendet, welcher nach der Signalzeit von der Nebenstation empfangen wird Danach beginnt die Nebenstation mit dem Aussenden eines Informationsbursts gleicher Dauer. Die Zyklusdauer ergibt sich im wesentlichen aus der zweifachen Dauer des Informationsbursts und den Signallaufzeiten.
Sowohl das in der EP-A1-0 426 961 geoffenbarte Verfahren als auch das im Artikel IEEE Transactions on communication Vol. com 29, No. 11,1981 beschriebene "time-shared two-wire digital subscriber transmission system" entspricht einem solchen Zeitgetrenntlageverfahren, es findet sich jedoch keine Erwähnung eines mittels DMT modulierten Signals.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art eine sehr gute Übertragungsqualität mit relativ geringem technischen Aufwand zu erreichen, wobei eine Änderung der Übertragungskapazität einfach und kostengünstig möglich sein soll
Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Durchführung einen möglichst geringen Bandbreitenbedarf erfordert.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das sich durch geringe
Komplexheit hinsichtlich Hardware-Einsatz bzw. Rechnerleistung auszeichnet, sodass die
Durchführung auf einfache und kostengünstige Weise erfolgen kann
Weiters ist es Ziel der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich bei Übertragungen, die zu einem grossen Teil nur in einer der beiden Übertragungsrichtungen vor sich gehen, mit hoher Übertragungsgeschwindigkeit durchführen lassen
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass - in an sich bekannter Weise - die zu sendenden und zu empfangenden Daten durch Zeitmultiplexbetrieb (TDM) getrennt werden, wobei der zugehörige Multiplex-Zeitrahmen in eine vorbestimmbare Anzahl N von Zeitschlitzen unterteilt wird, und davon eine vorbestimmbare Anzahl K von Zeitschlitzen ausschliesslich einer Übertragungsrichtung, z.
B Senden, und die restliche Anzahl (N-K) von Zeitschlitzen ausschliesslich der anderen Übertragungsrichtung, z.B. Empfangen, zugeordnet wird.
Dadurch wird bei Mehrton(DMT)-modulierten Signalen die Trennung von zu sendenden und zu empfangenden Daten mit dem an sich bekannten Zeitmultiplexbetrieb (TDM) durchgeführt Diese
Kombination aus DMT-Modulation und TDM-Verfahren ist in den vorgenannten Druckschriften, aus denen nur die Zeitmultiplex-Übertragung von Datenpaketen hervorgeht, nicht beschrieben und es ergibt sich auch in keiner Weise für einen Fachmann eine Anregung in der erfindungsgemässen Weise vorzugehen.
Alle genannten Aufgaben erfüllt die gegenständliche Erfindung, indem DMT-Modulation und TDM-Verfahren miteinander kombiniert werden Da aber das DMT-Signal eine relativ hohe Einschwing- bzw. Ausschwingzeit (prefix) beansprucht, ist die erfindungsgemässe Lösung nie zuvor von der Fachwelt in Betracht gezogen worden Das diesbezüglich entstandene Vorurteil, die Kombination aus DMT- und TDM- Verfahren sei nicht effizient, wird daher durch die Erfindung überwunden, wobei sich zwar längere prefix-Zeiten ergeben, die Vorteile der hohen Übertragungsqualität bei relativ niedrigen Kosten und die einfach durchführbare Variabilität der Übertragungskapazität den Nachteil der geringfügig längeren Übertragungszeit aber nicht nur aufwiegen sondern bei weitem übertreffen.
Das erfindungsgemäss angewandte TDM-Verfahren bietet den Vorteil einer gleichen Übertragungsqualität in beiden Übertragungsrichtungen, da Senden und Empfangen mit der gleichen Leitungsdämpfung erfolgt. Dadurch können beide Übertragungsrichtungen mit geringstmöglicher Qualitätsminderung erfolgen, wodurch sich naturgemäss eine Verbesserung gegenüber dem FDM-Verfahren einstellt, da bei diesem nur das schlechter übertragene Frequenzband als Qualitätsrichtwert angesehen werden kann. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist die sehr einfache Veränderung der Übertragungskapazität, die durch die entsprechende Wahl der Anzahl der Zeitschlitze für die jeweilige Übertragungsrichtung ermöglicht wird.
Da beim erfindungsgemässen Verfahren entweder nur Sender- oder nur Empfängerfunktionen aktiv sind, wird weniger Prozessorleistung als bei herkömmlichen Verfahren benötigt, da letztere einen sehr hohen internen Datenverkehr zu bewältigen haben. Dadurch gelingt es, eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren durchgeführte Übertragung sehr kostengünstig zu implementieren.
Als weiterer Vorteil des zeitlich getrennten Sendens und Empfangens ergibt sich ein geringer Bandbreitenbedarf, der eine sehr vielfältige Einsetzbarkeit des erfindungsgemässen Verfahrens erlaubt.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren gelingt es weiters, auch niedrigauflösende A/D- Wandler einzusetzen, sodass sich dadurch ein wesentliche Kostenreduzierung erzielen lässt.
Als besonders vorteilhaft bei asymmetrischer Datenübertragung kann es in Weiterbildung der Erfindung sein, wenn in einer Übertragungsrichtung der Grossteil der Daten und in der anderen nur ein kleiner Rest übertragen wird. Dies ist dann gegeben, wenn die Anzahl N der Zeitschlitze sehr viel grösser als die Anzahl K gewählt wird. Vorzugsweise ist diese Bedingung erfüllt, wenn N gleich 30 und K gleich 1 ist
Da das erfindungsgemässe Verfahren zur Datenübertragung über Telephonleitungen eingesetzt werden kann, kann es z.B. durch die Nummemwahl auf der Leitung zu impulsartigen Störungen kommen, die einen Übertragungsfehler bewirken, der unbedingt korrigiert werden muss. Die Datenübertragung muss aber nicht über Telephonleitungen erfolgen, sie kann im Rahmen der Erfindung über jede dafür geeignete Zweidrahtleitung geschehen.
Genauso können die unterschiedlichsten elektromagnetischen Störungen, auch systemexterne, auf die Datenübertragung ihren Einfluss haben.
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Das bekannte ARQ (Automatic Repeat Request)-Verfahren wird zur Fehlerkorrektur üblicherweise so eingesetzt, dass die Datenübertragung auch bei beliebigen Störungen auf der Leitung fehlerfrei bleibt, wobei der Datendurchsatz jedoch stark absinken kann, da ein fehlerhaft übertragenes Datenpaket solange wiederholt wird, bis es fehlerfrei empfangen wird
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann daher vorgesehen sein, dass im MultiplexZeitrahmen der Datenübertragung im Zeitmittel eine vorbestimmbare Anzahl von Zeitschlitzen für ARQ (Automatic Repeat Request)-Übertragungswiederholungen vorgesehen sind.
Bei dieser Ausführungsform steht somit ständig Übertragungs-Überkapazität zur Verfügung.
Wird ein Datenblock fehlerhaft empfangen, fordert der Empfänger nur so oft eine Wiederholung an, wie es im Rahmen der im Zeitmittel zur Verfügung stehenden Überkapazität möglich ist, sodass unbeeinflusst durch die Übertragungswiederholungen der nominelle Datendurchsatz konstant gehalten werden kann. Im fehlerfreien Übertragungsfall wird ein höher redundantes Signal übermittelt. Die Dauer der Zeitspanne, über die die Zeitmittelung erfolgt, ist im wesentlichen durch die Speicherkapazität des eingesetzten ARQ-Puffers begrenzt.
Nach einer anderen Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei fehlerhafter Übertragung die Daten, z B mittels eines Rechenalgorithmus, modifiziert übertragen werden.
Dadurch kann der bei der Übertragung auftretende Fehler, der durch das Abschneiden eines Teils der Amplitude bei Sende-Übersteuerung hervorgerufen wird, korrigiert werden.
In.besonders bevorzugter Weise kann dabei vorgesehen sein, dass die Daten durch logische Inversion modifiziert werden
Diese Inversionsoperation stellt einen sehr einfach berechenbaren Algorithmus dar, der ohne grossen Aufwand realisierbar ist.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die Schaltfrequenz einer Störquelle, z. B. ein Netzteil, mit einer der Trägerfrequenzen der diskreten Mehrtonmodulation synchronisiert wird.
Dadurch kann das auf frequenzselektive Störungen empfindliche DMT-Verfahren gegen bekannte Störquellen gesichert werden Bei Synchronisation der Schaltfrequenz der Störquelle auf eine der Trägerfrequenzen der DMT-Modulation wirkt sich die Störung nur auf diese Trägerfrequenz und deren Vielfache aus, sodass sie durch einen adaptiven Algorithmus kompensiert werden können
Bei mehreren nebeneinander geführten Zweidrahtleitungen, auf denen jeweils Daten ubertragen werden, ergibt sich üblicherweise ein Übersprechen, welches auf die Übertragung naturgemäss störend wirkt.
Gemäss einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens, bei welchem Daten über zwei oder mehr Zweidrahtleitungen, die zumindest teilweise in Übersprechabstand gerührt sind, übertragen werden, kann vorgesehen sein, dass der Zeitmultiplex-Betrieb (TDM) auf allen Zweidrahtleitungen synchron durchgerührt wird, sodass auf allen Zweidrahtleitungen gleichzeitig entweder gesendet oder empfangen wird
Dadurch wird immer zur gleichen Zeit entweder gesendet oder empfangen, sodass eine störende Beeinflussung der einzelnen Empfänger durch nicht direkt verbundene Sender vermieden werden kann.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigt dabei:
Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Durchrührung einer Ausführungsform des erfindungsgemässen
Verfahrens und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Zeitrahmens.
Eine bidirektionale Datenübertragung von digitalen Daten gemäss dem in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbild wird durchgeführt, indem beim Senden die aus einer Datenquelle 1,4 kommenden digitalen Daten im Sendeteil 50 zu einem analogen Sendesignal umgewandelt und über einen Leitungsübertrager 13 einer Zweidrahtleitung 100 an einen am Ende dieser Leitung 100 gelegenen Teilnehmer übertragen werden. Demgegenüber wird ein auf der Zweidrahtleitung 100 ankommendes Signal über den Leitungsübertrager 13 als Empfangssignal an den Eingang eines Empfangteils 51 geführt und dort in digitale Daten umgewandelt.
Da beim erfindungsgemässen Verfahren nie gleichzeitig gesendet und empfangen wird, kann an Stelle einer sonst üblichen Gabelschaltung der Leitungsübertrager 13 verwendet werden, wodurch die oft problematische Anpassung der Gabelschaltung an die Leitungsimpedanz von vom herein wegfällt Ein durch eine Gabelschaltung bedingtes störendes Übersprechen, durch welches Signalreste vom Sender zum
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Empfänger derselben Teilnehmerseite gelangen, scheidet somit als Störquelle für dieses Verfahren aus
In dem in Fig 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Sende- und Empfangsteil 50,51 sowohl einer zentralen Datenstelle C (CENTRAL) als auch einer peripheren Datenstelle R (REMOTE) in einem einzigen Blockschaltbild dargestellt, welches so zu verstehen ist, dass die zentrale Datenstelle C über den Übertrager 13,
die Zweidrahtleitung 100 und einen weiteren Übertrager 13 mit der Datenstelle R verbunden ist Jene Funktionseinheiten, die nur zur Datenstelle C bzw R zugehörig sind, sind mit "ATU-C only" bzw "ATU-R only" gekennzeichnet
Ohne Beschränkung der allgemeinen Anwendbarkeit des erfindungsgemässen Verfahrens sei als Ausführungsbeispiel einer asymmetrischen Datenübertragung ein Heimvideosystem beschrieben, bei welchem in der zentralen Datenstelle C die Videoinformation verschiedener Videos in einem Grossrechner als Daten in komprimierter Form gespeichert und über eine periphere Datenstelle R abrufbar ist Über einen bidirektionalen Steuerkanal wird die Steuerinformation zwischen den Datenstellen C und R ausgetauscht, wobei eine Datenrate von 64 kbit/s festgelegt ist.
Diese Steuerinformation kann sich auf verschiedene vom Teilnehmer auszugebende Befehle, wie etwa PLAY, REWIND o ä, wie sie von einem Videorecorder bekannt sind sowie interne Steuerkommandos beziehen und ist in ihrer Menge vergleichsweise gering gegenüber der von der zentralen Datenstelle C ausgesendeten Breitbandinformation, die im wesentlichen die Videoinformation beinhaltet, die mit einer Datenübertragungsrate von 2, 048 Mbit/s nur in einer Richtung von C zu R gesendet wird.
Die genannten Datenraten können jedoch für das erfindungsgemässe Verfahren aber auch gänzlich anders, z.B. viel höher gewählt werden, wobei für die nur in eine Richtung zu übermittelnde Breitbandinformation auch eine Datenrate von etwa 50 Mbit/s bis 150 Mbit/s zur Verfügung gestellt werden kann. Die übertragene Information kann dabei jede Art von Sprach-, Bild- oder Dateninformation darstellen Ebenso ist eine andere Rate für den bidirektionalen Steuerkanal ausführbar, der aber nicht nur Steuerfunktionen sondern alle möglichen Datenübertragungsfunktionen erfüllen kann.
Am eingangsseitigen Teil des Sendeteils 50 sind für die Datenstelle C zwei verschiedene Dateneingänge und für die Datenstelle R nur ein Dateneingang ausgebildet. An den ersten Eingang, der für C und R gleich ist, gelangt der Datenstrom aus der Datenquelle 1, die z.B im wesentlichen Steuerbefehle aussendet, die über einen nachfolgenden Verwürfler 2 in einen diesem nachfolgenden Sendepuffer 3 gelangen, wobei die aus der Datenquelle 1 kommenden Daten im Verwürfler 2 nach einem vorbestimmbaren Algorithmus gewandelt werden. Dadurch wird ein länger andauernder, konstanter logischer Zustand verhindert und eine ausgeglichene statistische Verteilung der binären Zustände erreicht. Anschliessend daran erfolgt im Sendepuffer 3 eine Zwischenspeicherung der verwürfelten Signale.
In der Datenstelle R sind die aus dem Sendepuffer 3 austretenden Daten über eine Vorrichtung MUX mit anderen Daten, die im ARQ-Puffer 24 erzeugt werden und Wiederholanweisungen enthalten, gemultiplext.
Am zweiten Eingang des Sendeteils 50, der nur für die Datenstelle C ausgeführt ist, kommt der Datenstrom aus der Datenquelle 4, die die Breitbandinformation generiert, über einen nachfolgenden Verwürfler 5 und über einen ARQ (Automatic Request) -Puffer 6, der einen CRC- Generator enthält, über den eine Fehlerkorrekturkodierung erfolgt, an den zweiten Eingang des Sendeteiles 50. Die im Verwürfler 5 umgewandelten Daten werden im ARQ-Puffer 6 zwischengespeichert und bei fehlerhafter Übertragung wiederholt. Eine besondere, erfindungsgemässe ARQ-Übertragungstechnik wird weiter unten noch beschrieben.
Die über die Eingänge des Sendeteils 50 seriell eintreffenden Daten werden im Kodierer 7 zum Herabsetzen der Datenrate in vorbestimmbarer Länge zusammengefasst und anhand einer Kodiertabelle einem entsprechenden Symbol zur weiteren Verarbeitung zugeordnet. Weiters wird dieses kodierte Signal in dem nachfolgenden DMT (Discrete Multi Tone)-Modulator 8 nach diesem bekannten Verfahren moduliert und über ein Hochpass-Filter 9 geleitet, welches zur Vermeidung von Störeinflüssen im wesentlichen das Sprachfrequenzband unterdrückt.
Das digitale Ausgangssignal dieses Hochpass-Filters 9 wird über einen Digital-Analog-Wandler 10 in ein analoges Signal gewandelt, welches über ein Bandpass-Filter 11 und anschliessend über einen Verstärker 12 zum Wandler 13 gelangt Das Bandpass-Filter 11 erfüllt einerseits nochmals die Funktion des Hochpasses 11 und andererseits schneidet es die durch den Analog-Digital-Wandler 10 hervorgerufenen hochfrequenten Spannungsspitzen ab. Die Frequenz der Analog-Digital- Wandlung ist zur Erfüllung des Abtasttheorems so gewählt, dass für die höchsten vorkommenden Frequenzen mindestens zweimal eine Abtastung durch den Analog-Digital-Wandler 10 erfolgt.
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Der Sendeteil 50 und der Empfangsteil 51 sind durch eine TDM (Time Division Multiplex)- Einheit 30 gesteuert, sodass erfindungsgemäss die zu sendenden und die zu empfangenden Daten durch Zeitmultiplexbetrieb getrennt werden, wobei der zugehörige Multiplex-Zeitrahmen in eine vorbestimmbare Anzahl N von Zeitschlitzen unterteilt wird, und davon eine Anzahl K von Zeitschlitzen des Zeitrahmens ausschliesslich einer Übertragungsrichtung, z. B. Senden, und die restliche Anzahl N-K von Zeitschlitzen ausschliesslich der anderen Übertragungsrichtung, z. B.
Empfangen, zugeordnet wird. Dazu steuert die TDM-Einheit den Sendeteil 50 und den Empfangsteil 51, indem sie zur gegebenen Zeit diese aktiviert. Der Sendeteil 50 und der Empfangsteil 51 sind dabei nie gleichzeitig in Betrieb, wodurch die für die Steuerung benötigte Prozessorleistung entsprechend niedrig ausgelegt werden kann. Da dadurch auch eine Beeinflussung des eigenen Senders auf den Empfänger ausgeschlossen ist, ist für den Analog- Digital-Wandler 16 des Empfängerteils nur eine geringe Auflösung erforderlich. Dieser Vorteil wirkt sich infolge der direkten Proportionalität von Auflösung und Preis bei Analog-Digital-Wandlern sehr kostengünstig aus.
Das erfindungsgemässe Verfahren hat den Vorteil eines relativ geringen Bandbreitenbedarfes und einer sehr geringen Komplexheit, die sich bei der Hardware bzw. bei der benötigten Rechnerleistung zeigt Bei herkömmlichen Verfahren zur Trennung von Senden und Empfangen geht ein beträchtlicher Teil der Rechnerleistung für interne Kommunikation verloren, während beim erfindungsgemässen Verfahren diese Rechner-Hilfskapazität sehr gering gehalten werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren hat dort seine Grenze, wo sich der Anteil des Sendens und Empfangens der 50%-Prozentgrenze nähert, da dann andere Verfahren etwa wie Echo-Cancelling o.a. mit gleichgrossem oder kleinerem Aufwand durchgeführt werden können.
In Fig. 2 ist der in Zeitschlitze unterteilte Zeitrahmen, wie er im erfindungsgemässen Verfahren zur Anwendung gelangt, dargestellt. Die beiden Übertragungsrichtungen sind durch die Ausdrücke "upstream" und "downstream" gekennzeichnet. Der ganze Zeitrahmen ist in diesem Beispiel 20,625 ms lang und in verschiedene Schlitze zu 625 s aufgeteilt, wobei die Mehrzahl der Daten in downstream-Richtung übertragen wird. Diese Aufteilung ist besonders dann von Vorteil, wenn in einer Übertragungsrichtung ein bidirektionaler Kanal mit geringer und ein unidirektionaler Kanal mit hoher Datenrate benötigt wird.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden über den bidirektionalen Kanal durch die mit CONTROL bezeichneten Zeitschlitze in downstream- und upstream-Richtung Steuerbefehle und über den unidirektionalen Kanal durch die mit VIDEO bezeichneten 30 downstream-Zeitschlitze mit im Zeitmittel einem Hilfsschlitz Videoinformation übertragen. Diese Art der Übertragung kann für beliebige Informationen erfolgen.
Die Verteilung der Sende- bzw. Empfangskapazitäten ist den jeweiligen Verhältnissen durch Wahl der Anzahl der upstream bzw. downstream-Zeitschlitze anpassbar. Bei sich ändernden Auslastungen kann dieses Verhältnis automatisch entsprechend dem aktuellen Bedarf abgestimmt werden. Die festgelegten Sende-und Empfangszeiten haben gegenüber einer Frequenzmultiplex- Übertragung den Vorteil, dass nicht gleichzeitig empfangene und zu sendende Daten verarbeitet werden müssen, wodurch die Rechnerleistung bzw. der Hardware-Aufwand entsprechend niedrig ausgelegt werden kann. In jedem DMT-Schlitz wird eine codierte und DMT-modulierte Dateneinheit übertragen.
Für ARQ-Übertragungswiederholungen wird gemäss einer erfindungsgemässen Ausführungsform im Multiplex-Zeitrahmen der Datenübertragung im Zeitmittel eine vorbestimmbare Anzahl von Zeitschlitzen für ARQ-Übertragungswiederholungen vorgesehen sind. Dazu werden beim Senden der Daten diese ständig in den ARQ-Sendepuffer 6 eingeschrieben und von diesem wieder an den Kodierer 7 weitergegeben Dabei werden die vom Puffer 6 abgehenden Daten schneller übertragen als dieser gefüllt wird. In der dabei entstehenden Lücke wird erneut jeweils der letzte Datenblock eingetragen, dieser wird jedoch empfängerseitig als wiederholter Block erkannt und automatisch beseitigt. Somit wird im fehlerfreien Übertragungsfall ständig mit Überkapazität gesendet, ohne dass der übertragene Informationsgehalt grösser ist.
Sobald ein Übertragungsfehler auftritt, erkennt der Empfänger in der peripheren Datenstelle R den Fehler mittels seiner CRC- Fehlererkennung in der ARQ-Einheit 24 und gibt darauf den Befehl über den Multiplexer des Sendepuffers 3 zur Datenwiederholung weiter, der dann als Steuerinformation über den bidirektionalen Kanal gesendet wird. In der zentralen Datenstelle C wird diese Information nach Durchlaufen des Empfängerteils 51 im Empfängerpuffer 27 gedemultiplext und ein Steuerbefehl an den ARQ-Puffer 6 gegeben, die fehlerhafte Übertragung zu wiederholen.
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Dafür steht in diesem Ausrührungsbeispiel im Zeitmittel nur ein Hilfsschlitz zur Verfügung, was einer Überkapazität von 3,33% entspricht. Dauer und Anzahl der Hilfsschlitze sind in diesem Zusammenhang keiner Einschränkung unterworfen und können innerhalb des technisch Realisierbaren beliebig den jeweiligen Verhältnissen angepasst werden
Nach einer Fehlübertragung wird nun im darauffolgenden Zeitrahmen, die Wiederholungsübertragung durchgerührt, die sich über mehrere nacheinanderfolgende Zeitschlitze erstrecken kann. Gemittelt über die Zeit sollte in diesem Beispiel nur ein Zeitschlitz pro Rahmen für die Wiederholungen benutzt werden.
Die Zeitspanne, über die dabei das Zeitmittel berechnet wird, ist durch die Grösse des ARQ- Pufferspeichers festgelegt. Sobald dieser mit Information vollgeschrieben ist, können keine weiteren Wiederholungen durchgerührt werden und der fehlerhafte Datenblock muss als transparent ausgegeben werden.
Gegenüber einem herkömmlichen ARQ-Verfahren ist die für die Datenwiederholungen festgelegte Zeitspanne im Zeitmittel fixiert. Dadurch kann es nicht passieren, dass aufgrund einer länger andauernden Störung die Übertragung solange wiederholt wird bis sie fehlerfrei ist und damit die Übertragungszeit sich stark erhöht. Durch das bekannte ARQ-Verfahren wird die Datenübertragung auch bei beliebigen Störungen solange wiederholt, bis sie fehlerfrei empfangen wird, wodurch der Datendurchsatz aber sehr stark sinkt Hingegen wird durch die feste Überkapazität, die zwischen 2 und 10%, vorzugsweise aber zwischen 3 und 5% liegt, im erfindungsgemässen Verfahren die Übertragung nur so oft wiederholt, wie es im Rahmen der Überkapazität möglich ist, um den nominellen Datendurchsatz aufrecht zu erhalten.
Kann bei mehreren aufeinanderfolgenden falschen Datenblöcken einer nicht mehr wiederholt und richtig empfangen werden, wird er transparent ausgegeben
Bei einem durch die diskrete Mehrtonmodulation (DMT) modulierten Signal ist das Verhältnis von Spitzenwert zu Mittelwert sehr gross, sodass ein Abkappen ("Clipping") der Signalspitze eine häufige Fehlerquelle darstellt. Um diesen Fehler auf einfache Weise zu korrigieren, kann nach einer fehlerhaften Datenübertragung die digitale Bitfolge beim Wiederholvorgang im Sender z.B. durch einen Rechenalgorithmus, modifiziert werden und dann erneut übertragen werden. Im Empfänger wird der verwendete Rechenalgorithmus entsprechend in Umkehrung angewendet und die Daten wiedergewonnen. Dadurch kann dieser Übertragungsfehler sehr effektiv ausgeschaltet werden.
Im besonderen ist es schaltungs- oder rechentechnisch auf einfache Weise durchführbar, die fehlerhaften Daten in invertierter Form zu übertragen
Eine weitere Störquelle beim DMT-Verfahren ergibt sich aus der Schaltfrequenz der eingesetzten Spannungsversorgung, z. B. des Netzteils, da diese Schaltfrequenz im Übertragungsbereich liegt und somit als frequenzselektive Störung ihre Auswirkung zeigt. Hinzu kommt die Abhängigkeit dieser Störungen von anderen Einflussgrössen, etwa die gerade am Netzteil vorliegende Last. Diese Art von Störungen können verringert werden, indem die Schaltfrequenz des Netzteils auf eine der Trägerfrequenzen der DMT-Modulation synchronisiert wird. Damit wirkt sich diese Störung nur auf diese Trägerfrequenz und ihre Vielfache aus, sodass sie sehr leicht durch einen adaptiven Algorithmus kompensiert werden können.
In Fig. 1 ist weiters der dem Sendeteil 50 entsprechende Empfangsteil 51 dargestellt. Die über die Zweidrahtleitung 100 und den Übertrager 13 von der anderen Teilnehmerseite einlangenden Signale werden über einen Bandpass 14 und über eine AGC (Automatic Gain Control)-Einheit, die unabhängig von den momentanen Signalverhältnissen auf der Leitung ein annähernd amplitudenkonstantes Signal erzeugt, an den Eingang eines zum Empfangsteil 51 gehörigen Analog-Digital-Wandlers 16 geführt, dessen Ausgang mit einem Hochpass-Filter 17 verbunden ist.
Das am Eingang des Hochpasses 17 anliegende Signal wird über einen AGC-Regelkreis 18 als Stellgrösse zur AGC-Einheit 15 rückgeführt.
Nach dem Hochpass 17 erfolgt die Demodulation des Signals, aus welchem nur in der peripheren Datenstelle R der mitübertragene Pilotton einer Pilot-AGC-Einheit 20 zugeführt wird, woraus in der Taktgewinnungseinheit 21 ein Referenzsignal für die Takterzeugungseinheit 31 der peripheren Datenstelle R gewonnen wird. Diese Takterzeugungseinheit 31 generiert für die TDM- Einheit 30 und für den Systemtakt die Zeitbasis. Die Datenstelle C benötigt keine Taktgewinnungseinheit, da hier eine unabhängige Zeitbasis vorgesehen ist
Die durch die Übertragungsstrecke bewirkten linearen Verzerrungen werden in einem an den DMT-Demodulator 19 anschliessenden Entzerrer 22 mit Update-Funktion beseitigt.
Daran anschliessend findet in einem Dekodierer 23 das Umschlüsseln entsprechend einer Dekodiertabelle statt, woraufhin am Ausgang des Dekodieres 23 wieder ein serieller Bitstrom vorliegt, der über zwei
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Ausgänge geführt wird. Der für Datenstelle C und R gleich ausgeführte erste Ausgang besteht aus einem Empfangs-Puffer 27 für Steuerinformation, einem nachfolgenden Entwürfler 28, in welchem die Daten in ihrer richtigen Reihenfolge wiederhergestellt werden und der Datensenke 29, die die gesendeten Steuerdaten empfängt Der zweite Ausgang des Empfangsteils 51, welcher nur für die Datenstelle R vorgesehen ist, ist mit einem ARQ-Puffer 24 verbunden, der die übertragene Breitbandinformation aus der Datenstelle C zwischenspeichert,
verifiziert und bei Bedarf über eine im ARQ-Puffer 24 integrierte Steuereinheit den Befehl zum nochmaligen Senden der fehlerhaft übertragenen Daten an den Multiplex-Eingang des Sendepuffers 3 gibt, der zur Datenstelle C rückübertragen wird. Am Ausgang des ARQ-Puffers 24 ist ein Entwürfler 25 und daran anschliessend eine Datensenke 26 zur Übernahme der Breitbandinformation angeschlossen.
Werden Daten über zwei oder mehr Zweidrahtleitungen, die zumindest teilweise in Übersprechabstand geführt sind, übertragen, kann es geschehen, dass durch die gegenseitige induktive Beeinflussung der Zweidrahtleitungen es zum Übersprechen kommt. Besonders in einer zentralen Datenanlage, in der viele abgehende Zweidrahtleitungen nebeneinander geführt werden, kann es zu dieser unerwünschten Störung kommen.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird diese Art der Störung vermieden, indem der Zeitmultiplex-Betrieb auf allen Zweidrahtleitungen synchron durchgerührt wird. Dies bedeutet, dass gleichzeitig über alle Zweidrahtleitungen entweder gesendet oder empfangen wird, sodass keine Beeinflussung mehr möglich ist.
Patentansprüche:
1 Verfahren zur bidirektionalen Datenübertragung über eine Zweidrahtleitung, wobei digitale
Daten zum Senden oder Empfangen mittels diskreter Mehrtonmodulation (DMT) moduliert bzw. demoduliert und die zu sendenden und zu empfangenden Daten getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass - in an sich bekannter Weise - die zu sendenden und zu empfangenden Daten durch Zeitmultiplexbetrieb (TDM) getrennt werden, wobei der zugehörige Multiplex-Zeitrahmen in eine vorbestimmbare Anzahl N von Zeitschlitzen unterteilt wird, und davon eine vorbestimmbare Anzahl K von Zeitschlitzen ausschliesslich einer Übertragungsrichtung, z. B. Senden, und die restliche Anzahl (N-K) von Zeitschlitzen ausschliesslich der anderen Übertragungsrichtung, z.B. Empfangen, zugeordnet wird.