DE69528646T2

DE69528646T2 - Verfahren und einrichtung zum koordinieren von mehrpunktkommunikation in einem mehrtonübertragungssystem

Info

Publication number: DE69528646T2
Application number: DE69528646T
Authority: DE
Inventors: John Bingham; M. Cioffi; S. Jacobsen
Original assignee: Amati Communications Corp
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1994-06-02
Filing date: 1995-06-02
Publication date: 2003-06-18
Anticipated expiration: 2015-06-03
Also published as: CA2191437C; EP0763295A1; KR100380644B1; US20020093989A1; AU2696295A; WO1995034149A1; CA2440667A1; US7068678B2; US7079549B2; EP0763295B1; AU695092B2; FI964805A0; US20020131455A1; CA2440662A1; US6473438B1; JPH10503893A; KR970703664A; DE69528646D1; CA2191437A1; FI964805A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein diskretes Mehrton- Kommunikationssystem, bei dem eine Zentraleinheit mehrere ferne Einheiten bedient. Sie betrifft insbesondere Verfahren zum Koordinieren von Aufwärtsübermittlungen von den fernen Einheiten.
Beispiele von Kommunikationssystemen aus dem Stand der Technik sind in WO-A-92 10884 und EP-A-0 29S 227 angegeben.
Es wurde gezeigt, daß diskrete Mehrton-Datenübertragungsschemata (DMT- Datenübertragungsschemata) die Hochleistungs-Datenübertragung erleichtern. Zu den Vorteilen von DMT-Architekturen gehört, daß sie hohe spektrale Wirksamkeiten haben und adaptiv verschiedene Signalverzerrungs- und Rauschprobleme vermeiden können. Weil sie sehr hohe Datenübertragungsfähigkeiten haben, bietet die Auswahl eines DMT-Datenübertragungsschemas bei den meisten Anwendungen viel Raum für die Erweiterung des Dienstes, wenn die Anforderungen an das Datenübertragungssystem zunehmen. Daher hat die diskrete Mehrtontechnologie Anwendungen in einer Vielzahl von Datenübertragungsumgebungen. Beispielsweise hat die Alliance For Telecommunications Information Solutions (ATIS), die eine von der Normungsgruppe von ANSI (American National Standard Institute) akkreditierte Gruppe ist, eine auf diskreten Mehrtonsignalen beruhende Norm für die Übertragung digitaler Daten über asymmetrische digitale Teilnehmerleitungen (ADSL) geschaffen. Die Norm ist in erster Linie für die Übertragung von Videodaten über gewöhnliche Telefonleitungen vorgesehen, wenngleich sie auch bei einer Vielzahl anderer Anwendungen verwendet werden kann. Die nordamerikanische Norm wird als ANSI-T1.413-ADSL-Norm bezeichnet.
Die Übertragungsraten bei der ADSL-Norm sollen die Übertragung von Informationen bei Raten von mindestens 6 Millionen Bits je Sekunde (d. h. mindestens 6 MBit/s) über verdrillte Telefonleitungspaare ermöglichen. Das genormte diskrete Mehrtonsystem (DMT-System) verwendet 256 "Töne" oder "Teilkanäle", die in Vorwärtsrichtung (Abwärtsrichtung) jeweils 4,3125 kHz breit sind. In Zusammenhang mit einem Telefonsystem wird die Abwärtsrichtung im allgemeinen als die Übertragung von der Zentralstelle (die typischerweise im Besitz der Telefonfirma ist) zu einer fernen Stelle, die ein Endbenutzer (also ein Heim- oder ein Firmenbenutzer) sein kann, angesehen. Bei anderen Systemen kann sich die Anzahl der verwendeten Töne in weiten Bereichen ändern. Wenn jedoch eine IFFT- Modulation erfolgt, sind typische Werte für die Anzahl der verfügbaren Teilkanäle (Töne) ganzzahlige Patenzen von zwei, und es ergeben sich beispielsweise 128, 256, 512, 1024 oder 2048 Teilkanäle.
Bei der Norm der asymmetrischen digitalen Teilnehmerleitungen wird auch an die Verwendung eines Rückkehrsignals bei einer Datenrate im Bereich von 16 bis 800 kBit/s gedacht. Das Rückkehrsignal entspricht der Übertragung in Aufwärtsrichtung, beispielsweise von der fernen Stelle zur Zentralstelle. Demgemäß ergibt sich der Bergriff "asymmetrische digitale Teilnehmerleitung" aus der Tatsache, daß die Datenübertragungsrate in Vorwärtsrichtung erheblich höher ist als in der Gegenrichtung. Dies ist insbesondere bei Systemen nützlich, die dafür vorgesehen sind, Videoprogramm- oder Videokonferenzinformationen über die Telefonleitungen zu einer fernen Stelle zu übertragen. Beispielsweise ermöglicht es eine mögliche Anwendung der Systeme, daß Heimkunden Videoinformationen, wie Filme, über Telefonleitungen oder über Kabel erhalten, statt daß sie Videokassetten leihen müssen. Eine andere mögliche Anwendung ergibt sich bei Videokonferenzen.
Das diskrete Mehrton-Übertragungsschema (DMT-Übertragungsschema) hat das Potential, bei Anwendungen verwendet zu werden, die deutlich über die Datenübertragung über Telefonleitungen hinausgehen. Tatsächlich kann DMT auch bei einer Vielzahl anderer digitaler TeilnehnlLerzugangssysteme verwendet werden. Sie kann beispielsweise bei kabelgestützten Teilnehmersystemen (bei denen typischerweise Koaxialkabel verwendet werden) und drahtlosen Teilnehmersystemen, wie dem digitalen mobilen Fernsehen, verwendet werden. Bei Kabelsystemen wird typischerweise eine einzige Zentraleinheit (ein zentrales Modem) verwendet, um Digitalsignale zu mehr als einem Kunden zu verteilen, was bedeutet, daß mehr als eine ferne Einheit (ein fernes Modem) auftritt. Wenngleich alle fernen Modems zuverlässig die gleichen Digitalsignale empfangen können, müssen die Aufwärtsübertragungen koordiniert werden, um beim zentralen Modem eine Verwirrung hinsichtlich der Quelle der Aufwärtssignale zu verhindern. Bei manchen existierenden Kabelsystemen (bei denen keine diskreten Mehrton- Übertragungsschemata verwendet werden) ist jeder fernen Einheit ein fest zugeordnetes Frequenzband gegeben, über das sie mit der Zentralstation kommunizieren muß. Bei diesem Verfahren tritt jedoch schon an sich eine unwirksame Verwendung der Übertragungsbandbreite auf, und es ist dabei typischerweise die Verwendung analoger Filter zum Trennen der Ubertragungen von den verschiedenen fernen Einheiten erforderlich. Bei anderen bestehenden Kabelsystemen wird ein einziges Breitband Ihr alle fernen Einheiten verwendet, welche den Zeitvielfachzugriff (TDMA) zum Zugreifen auf den Aufwärtskanal verwenden. Dieses Verfahren ist wegen der geringeren Gesamtkapazität des einzelnen Kanals und wegen der Ihr den Zugangsvorgang erforderlichen Zeit unwirksam. Ortsfeste digitale Mobilübertragungssysteme weisen ähnliche Hindernisse auf Durch die Fähigkeit zum Zugreifen auf den Kanal auf einer Zeitvielfachbasis oder einer Frequenzvielfachbasis würde der Übertragungskanal wirksamer verwendet werden. Die schon an sich gegebene multiplexierende Natur der DMT-Übertragung hat ihre Anwendung früher auf die Punkt-zu-Punkt-Übertragung beschränkt, weil die Übertragungen von verschiedenen Quellen synchronisiert werden müssen, damit die vollständig digitale Multiplexierung richtig funktioniert.
Bei ADSL-Anwendungen besteht die Möglichkeit, daß ein ähnliches Problem auftritt, wenngleich seine Natur typischerweise stärker begrenzt ist. Insbesondere kann eine einzige Leitung mehrere Endanschlußpunkte bei einer bestimmten Rechnungsadresse (die typischerweise ein Heim oder ein Büro sein kann) bedienen. Das heißt, daß es mehrere "Telefonbuchsen" geben kann, über die der Benutzer möglicherweise Signale empfangen möchte. Um das Bedienen mehrerer Stellen (Buchsen) über eine einzige Leitung zu ermöglichen, wurde die Verwendung eines Hauptmodems zum Ermöglichen einer Synchronisation vorgeschlagen. Dies wird jedoch als eine verhältnismäßig kostspielige und unerwünschte Lösung angesehen. Es wäre daher wünschenswert, einen Mechanismus bei diskreten Mehrton-Datenübertragungssystemen bereitzustellen, der die Synchronisation von Signalen von mehreren fernen Einheiten ermöglicht, so daß eine Zentraleinheit von den fernen Einheiten gesendete Signale koordinieren und zuverlässig interpretieren kann.
Ein anderes Merkmal gegenwärtig zur Kommunikation von einer fernen Einheit zu einer Zentraleinheit verwendeter Übertragungssysteme besteht darin, daß sie entweder Daten bei einer festgelegten maximalen Rate übertragen (Frequenzmultiplexierung) oder daß sie Daten in Paketen einer bestimmten Größe übertragen (Zeitmultiplexierung). Sie ermöglichen nicht beides. Hierdurch wird die Wirksamkeit der Verwendung der Übertragungskanäle begrenzt. Es wäre dementsprechend erwünscht, einen Mechanismus bereitzustellen, durch den eine ferne Einheit, wenn dies erforderlich ist, einen Wunsch spezifizieren kann, bei einer bestimmten Datenrate zu übertragen, und durch den die ferne Einheit, wenn die Datenrate kein Problem darstellt, angeben kann, daß sie eine festgelegte Informationsmenge übertragen möchte.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Zum Lösen der erwähnten und anderer Aufgaben und gemäß dem Zweck der vorliegenden Erfindung wird eine Anzahl bidirektionaler Datenübertragungssysteme dargelegt, die die Kommunikation zwischen mehreren fernen Einheiten und einer Zentraleinheit unter Verwendung eines rahmenbasierten diskreten Mehrträger-Übertragungsschemas ermöglichen. Bei jedem der Systeme werden von den mehreren fernen Einheiten übertragene Rahmen an der Zentraleinheit synchronisiert. Es wird eine Vielzahl neuartiger Modemanordnungen und Verfahren zum Koordinieren der Kommunikation zwischen mehreren fernen Einheiten und einer Zentraleinheit zum Ermöglichen einer Mehrpunkt-zu-Punkt-Übertragung dargelegt. Die Erfindung hat Anwendungen bei einer großen Vielzahl von Datenübertragungsschemata einschließlich ADSL-Systeme, bei denen die Signalübertragung über verdrillte Paare, Fasern und bzw. oder hybride Telefonleitungen erfolgt, Kabelsysteme, bei denen die Signalübertragung über ein Koaxialkabel erfolgt, und digitaler Mobilfernsehsysteme, bei denen die Übertragung über Funksignale erfolgt.
Bei einer Ausführungsform weist ein diskretes Mehrton-Datenübertragungssystem eine Vielzahl diskreter Teilkanäle einschließlich eines Zusatzbusses auf. Bei einem Verfahrensaspekt nimmt eine ausgewählte ferne Einheit, wenn sie eine Kommunikation einleiten möchte, eine Schleifensynchronisation ihres eigenen Takts mit dem Takt der Zentraleinheit vor und überträgt dann ein fern eingeleitetes Synchronisationssignal über einen zweckgebundenen Zusatz-Teilkanal oder einen Satz von Zusatz-Teilkanälen im Zusatzbus zur Zentraleinheit. Die Zentraleinheit antwortet mit einem zentral eingeleiteten Synchronisationsignal, das Informationen enthält, die eine Rahmengrenzen-Phasenverschiebung angeben, welche erforderlich ist um die gewählte erste ferne Einheit besser mit anderen fernen Einheiten zu synchronisieren, die gegenwärtig mit der Zentraleinheit kommunizieren. Die ferne Einheit reagiert durch Verschieben der Phase der Rahmen, die sie ausgibt, wie durch das zentral eingeleitete Synchronisationssignal angegeben wird. Die Synchronisation kann entweder iterativ oder in einem einzigen Schritt erfolgen. Hierdurch werden die Grenzen der von der ausgewählten fernen Einheit ausgegebenen Rahmen mit den Grenzen von den anderen fernen Einheiten, die gegenwärtig mit der Zentraleinheit kommunizieren, ausgegebener Rahmen synchronisiert. Die Synchronisation soll so geschehen, daß die Rahmengrenzen von den verschiedenen fernen Einheiten im wesentlichen übereinstimmen, wenn sie an der Zentraleinheit empfangen werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält der Zusatzbus zwei zweckgebundene Zusatz-Teilkanäle, und das fern eingeleitete Synchronisationssignal und das zentral eingeleitete Synchronisationssignal werden über verschiedene Zusatz-Teilkanäle übertragen. Bei anderen Ausführungsformen kann ein einziger zweckgebundener Zusatz-Teilkanal verwendet werden, oder es können dabei mehrere zweckgebundene Zusatz-Teilkanäle verwendet werden. Bei manchen Ausführungsformen wird die Anzahl der für die gewählte ferne Einheit zur Datenübertragung zur Zentraleinheit verfügbaren Teilkanäle dynamisch zugeordnet. Es werden auch spezielle Konstruktionen zentraler und ferner Modems, die zum Implementieren eines solchen Systems geeignet sind, beschrieben.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform der Erfindung werden im Aufwärts- Kommunikationsstrom periodisch synchronisierte Ruhezeiten bereitgestellt. Die synchronisierten Ruhezeiten werden verwendet, um eine Vielzahl von Zusatzfunktionen, wie das Initialisieren neuer ferner Einheiten, die Prüfung der Qualität von Übertragungskanälen und das Handhaben von Datenübertragungsanforderungen, zu behandeln.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Synchronisieren von einer initialisierenden fernen Einheit zur Zentraleinheit übertragener Rahmen beschrieben, wobei Rahmen von anderen fernen Einheiten zur Zentraleinheit übertragen werden. Bei dieser Ausführungsform werden synchronisierte Ruhezeiten periodisch auf den mehreren zur Aufwärtskommunikation bereitgestellten diskreten Teilkanälen bereitgestellt. Wenn eine ferne Einheit initialisiert wird, überträgt sie während einer synchronisierten Ruhezeit ein Breitband-Initialisierungssignal zur Zentraleinheit. Das Breitband-Initialisierungssignal Weist mehrere über gesonderte Teilkanäle übertragene Initialisierungssignale auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform überwacht die ferne Einheit die Abwärtskommunikation, wenn sie eine Initialisierung wünscht, und sie synchronisiert im wesentlichen die Rahmengrenze des Breitband-Initialisierungssignals mit einer im von der fernen Einheit empfangenen Abwärtssignal übertragenen Rahmenzeitmarkierung. Die Zentraleinheit empfängt das Breitband-Initialisierungssignal und sendet ein Synchronisationssignal zur ersten fernen Einheit zurück. Das Synchronisationssignal enthält Informationen hinsichtlich einer Rahmengrenzen-Phasenverschiebung, die erforderlich sind, um die Rahmengrenzen von Signalen, die von der fernen Einheit gesendet werden, besser mit Rahmengrenzen von Signalen synchronisieren zu können, die von anderen fernen Einheiten gesendet werden, die mit der Zentraleinheit kommunizieren. Die ferne Einheit verschiebt dann die Phase der ausgegebenen Rahmen, um die Synchronisation zu ermöglichen.
Die bei dieser Ausführungsform verwendete synchronisierte Ruhezeit hat eine ausreichende Dauer, damit eine Ruhezeitraummarkierung von der Zentraleinheit zu der fernen Einheit übertragen werden kann, die am weitesten von der Zentraleinheit entfernt ist, und damit ein von dieser am weitesten entfernten fernen Einheit zurückgegebenes Initialisierungssignal zur Zentraleinheit übertragen werden kann, wobei dies alles innerhalb der synchronisierten Ruhezeit erfolgt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum dynamischen Prüfen der Teilträger-Übertragungsqualität von den fernen Einheiten zur Zentraleinheit beschrieben. Hierdurch wird die Zuordnung von Bandbreite zu den fernen Einheiten durch die Zentraleinheit ermöglicht. Bei dieser Ausführungsform werden Training-Signale von einer der fernen Einheiten über die mehreren Teilkanäle übertragen, die zum Ermöglichen der Aufwärtskommunikation während einer ausgewählten synchronisierten Ruhezeit bereitgestellt sind. Die Training-Signale werden von der Zentraleinheit überwacht, welche einen Satz von Kanaleigenschaffen festlegt, die die Bitkapazitäten der verschiedenen Teilkanäle zum Übermitteln von Signalen von der ausgewählten fernen Einheit angeben. Die Zentraleinheit kann dann den Satz von Kanaleigenschaften verwenden, wenn sie festlegt, welche Teilkanäle der ausgewählten fernen Einheit zur Aufwärtskommunikation zugeordnet werden sollen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Schritte des Übertragens und Überwachens für mehrere verschiedene ferne Einheiten wiederholt werden, um die Kanaleigenschaften für jede der verschiedenen fernen Einheiten zu bestimmen. Es wird vorzugsweise so eingerichtet, daß die verschiedenen fernen Einheiten ihre jeweiligen Training-Signale während verschiedener Ruhezeiten übertragen. Der Satz von Kanaleigenschaften für jede ferne Einheit kann innerhalb einer Matrix von Kanaleigenschaften gespeichert werden, die Informationen enthält, welche die Kapazitäten der Kanäle von jeder der fernen Einheiten zur Zentraleinheit angeben. Die Kanaleigenschaftsinformationen können dann verwendet werden, um die dynamische Zuordnung von Bandbreite zu verschiedenen fernen Einheiten zu ermöglichen. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform übertragen die fernen Einheiten ihre jeweiligen Training-Signale nur ansprechend auf den Empfang eines Retraining-Signals von der Zentraleinheit. Hierdurch wird die Steuerung des Systems ermöglicht.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Informieren der Zentraleinheit über die Übertragungsanforderungen einer fernen Einheit beschrieben. Bei dieser Ausführungsform überträgt eine ferne Einheit, die eine Kommunikation einleiten oder ändern möchte, zu einer anderen Zeit als während eines Ruhezeitintervalls ein Datenanforderungssignal zur Zentraleinheit. Die Zentraleinheit sendet dann ein Autorisierungssignal zur fernen Einheit, wodurch eine bestimmte Ruhezeit zugeordnet wird. Die ferne Einheit überträgt dann während der zugeordneten Ruhezeit Datenanforderungsinformationen über mehrere diskrete Teilkanäle. Wenn die Anforderungen der fernen Einheit bekannt sind, ordnet die Zentraleinheit der fernen Einheit ansprechend auf die Datenanforderungsinformationen einen oder mehrere Teilkanäle zu.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Datenanforderungssignal entweder einen Wunsch zum Übertragen bei einer bestimmten Datenrate oder einen Wunsch zum Übertragen einer bestimmten Informationsmenge angeben. Im erstgenannten Fall ordnet die Zentraleinheit der fernen Einheit ausreichend Teilkanäle zu, um die Übertragung bei einer angeforderten Datenrate zu ermöglichen, die in den Datenanforderungsinformationen spezifiziert ist. Im letztgenannten Fall ordnet die Zentraleinheit einen oder mehrere Teilkanäle für einen Zeitraum zu, der ausreicht, um eine Informationsmenge zu übertragen, die in den Datenanforderungsinformationen spezifiziert ist.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die ferne Einheit ein definiertes Datenpaket-Anforderungssignal übertragen, nachdem die Datenanforderungsinformationen definiert und übertragen worden sind. Wenn dies geschieht, ordnet die Zentraleinheit der ausgewählten ersten fernen Einheit in direktem Ansprechen auf die definierte Datenpaketanforderung sofort mindestens einen Teilkanal zu.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform überwachen die fernen Einheiten Informationen, die im Abwärtskommunikationsstrom bereitgestellt werden, bevor ein Datenanforderungssignal übertragen wird, und sie übertragen das Datenanforderungssignal nur über Teilkanäle, von denen berichtet wird, daß sie nicht verwendet werden. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform gibt ein erster Wert des Datenanforderungssignals eine Datenratenanforderung an, gibt ein zweiter Wert des Datenanforderungssignals eine Datenpaketanforderung an und gibt ein dritter Wert des Datenanforderungssignals eine definierte Datenpaketanforderung an. Bei einer solchen Einrichtung kann das Datenanforderungssignal lediglich ein Zwei-Bit-Signal sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform beinhaltet jeder Rahmen des diskreten Mehrtonsignals mehrere Symbole, und jeder fernen Einheit ist ein zugeordnetes Symbol zugewiesen, währenddessen das Datenanforderungssymbol übertragen werden kann. Bei dieser Ausführungsform bestimmt die Zentraleinheit die Identität einer bestimmten fernen Einheit, die ein Datenanforderungssignal überträgt, zumindest teilweise auf der Grundlage des Symbols, währenddessen das Datenanforderungssignal empfangen wird.
Es sei bemerkt, daß die verschiedenen Ausführungsformen entweder für sich oder in Kombination mit einer oder mehreren der anderen verwendet werden können. Die verschiedenen beschriebenen Ruhezeiten brauchen nicht die gleiche Länge zu haben, und die in Verbindung mit der dritten Ausführungsform beschriebenen Ruhezeiten treten häufiger auf als die beiden anderen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform wird eine Kommunikationszugangsanforderung, die eine eindeutige Kennung für die ferne Einheit aufweist, von der anfordernden fernen Einheit zur Zentraleinheit übertragen. Die Anforderung wird unter Verwendung eines Modulationsschemas, bei dem zum Decodieren an der Zentraleinheit keine Entzerrung erforderlich ist, auf mindestens einem unbelegten Teilkanal übertragen. Die Zentraleinheit ordnet die geeigneten Teilkanäle dann der anfordernden fernen Einheit zu.
Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung werden diskrete Mehrpunkt-Sender und Empfänger beschrieben, die in der Lage sind, die verschiedenen Verfahren zu implementieren. Es sei bemerkt, daß die verschiedenen Ausführungsformen entweder für sich oder in Kombination mit einer oder mehreren der anderen verwendet werden können. Die beschriebenen Systeme können unabhängig davon, ob die Abwärtssignale auch diskrete Mehrträgersignale sind, verwendet werden. Bei mehreren bevorzugten Ausführungsformen ist das bidirektionale Datenübertragungssystem ein Kabelsystem, bei dem die Übertragung von Signalen über ein Koaxialkabel erfolgt, wenngleich auch andere Systeme erwogen werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung kann zusammen mit weiteren Aufgaben und Vorteilen am besten beim Lesen der folgenden Beschreibung zusammen mit der anliegenden Zeichnung verstanden werden, wobei:
- Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Kommunikationssystems mit einer mehrere ferne Einheiten bedienenden am Kopfende vorhandenen Zentraleinheit ist,
- Fig. 2 ein Frequenzdiagramm ist, in dem die Verwendung mehrerer in einem DMT-System, das ein Paar zweckgebundener Zusatz-Teilkanäle aufweist, verwendeter begrenzter Teilkanäle dargestellt ist,
- Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Zentralstellen-Modemarchitektur ist, die zum Verwirklichen der Synchronisation gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist,
- Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Modemarchitektur einer fernen Einheit ist, die zum Verwirklichen der Synchronisation gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist,
- Fig. 5 ein Blockdiagramm ist, in dem eine Synchronisationseinrichtung für eine ferne Einheit dargestellt ist, die zum Verwirklichen einer Synchronisation und einer Aufwärts-Symbolanordnung geeignet ist,
- Fig. 6 eine Graphik ist, in der der Phasenfehler gegenüber der Frequenz aufgetragen ist, wobei die Steigung proportional zum Zeitfehler und der y- Schnittpunkt proportional zum Phasenfehler des Trägers ist,
- Fig. 7 ein Zeitablaufdiagramm eines DMT-Datenübertragungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
- Fig. 8 ein Flußdiagramm ist, in dem ein Verfahren zum Initialisieren einer fernen Einheit gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt ist,
- Fig. 9 ein Flußdiagramm ist, in dem ein Verfahren zum Retraining einer fernen Einheit gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt ist,
- Fig. 10 ein Flußdiagramm ist, in dem die von einer anfordernden fernen Einheit unternommenen Schritte zum Herstellen einer Kommunikation mit einer Zentraleinheit dargestellt sind,
- Fig. 11(a) ein Flußdiagramm ist, in dem ein Verfahren zum Zuordnen von Bandbreite zu einer eine Datenpaketanforderung machenden fernen Einheit dargestellt ist,
- Fig. 11(b) ein Flußdiagramm ist, in dem ein Verfahren zum Zuordnen von Bandbreite zu einer eine definierte Datenpaketanforderung machenden fernen Einheit dargestellt ist,
- Fig. 11(c) ein Flußdiagramm ist, in dem ein Verfahren zum Zuordnen von Bandbreite zu einer eine Datenratenanforderung machenden fernen Einheit dargestellt ist, und
- Fig. 12 eine Graphik ist, in der eine Rahmenübertragungssequenz bei einem Datenübertragungsschema auf der Grundlage eines Zeitvielfachzugriffs dargestellt ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es wurde gezeigt, daß diskrete Mehrton-(DMT)-Datenübertragungsschemata die Hochleistungs-Datenübertragung erleichtern. Einer der Vorteile der DMT- Architekturen besteht darin, daß sie hohe spektrale Wirksamkeiten haben und adaptiv verschiedene Signalverzerrungs- und Rauschprobleme vermeiden können. Weil sie sehr hohe Datenübertragungsfähigkeiten haben, bietet die Auswahl eines DMT-Datenübertragungsschemas bei den meisten Anwendungen viel Raum für die Erweiterung von Diensten bei steigenden Anforderungen an das Datenübertragungssystem. Die diskrete Mehrtontechnologie findet in einer großen Vielzahl von Datenübertragungsumgebungen Anwendungen. Beispielsweise wird die Verwendung eines diskreten Mehrton-Datenübertragungsschemas von der nordamerikanischen ATIS-Norm für die asymmetrische digitale Teilnehmerleitung (ADSL) erwogen.
Eine detaillierte Beschreibung der Protokolle für das diskrete Mehrton- (DMT)-Übertragungsschema der nordamerikanischen ATIS-ADSL-Norm ist im vorstehend erwähnten ATIS-Beitrag gegeben. Das genormte System verwendet 256 "Töne", die in Vorwärtsrichtung (Abwärtsrichtung) jeweils 4,3125 kHz breit sind. Der Frequenzbereich der Töne reicht von Null bis 1,104 MHz. Die unteren 32 Töne können auch zur duplizierten Datenübertragung in Aufwärtsrichtung verwendet werden. Verbesserungen an diesem System, bei denen daran gedacht wird, die Übertragungsbandbreite um bis zu eine Größenordnung zu erhöhen, wurden gemäß der vorliegenden Erfindung bei anderen Anwendungen vorgeschlagen. Bei anderen Systemen kann die Anzahl der Teilkanäle und bzw. oder die verwendete Bandbreite der Teilkanäle in weiten Bereichen geändert werden. Wenn jedoch die IFFT-Modulation erfolgt, sind typische Werte für die Anzahl der verfügbaren Teilkanäle ganzzahlige Potenzen von zwei, so daß sich beispielsweise 128, 256, 512, 1024 oder 2048 Teilkanäle ergeben.
Wie im Hintergrundabschnitt dieser Anmeldung beschrieben wurde, besteht eine Beschränkung diskreter Mehrton-Übertragungssysteme darin, daß zum Unterstützen mehrerer von einer einzigen Leitung bedienter Endanschlußpunkte die Aufwärtssignale synchronisiert sein müssen, wenn sie an der Zentraleinheit ankommen. Dieses Synchronisationsproblem hat die Attraktivität diskreter Mehrton- (DMT)-Datenübertragungsschemata bei bestimmten Anwendungen, wie Kabelsystemen und einer drahtlosen Mobilfernsehübermittlung, begrenzt, weil bei diesen Systemen eine einzige Leitung (ein einziges Medium) zum Bedienen einer verhältnismäßig großen Anzahl unabhängiger ferner Einheiten, die typischerweise von verschiedenen Teilnehmern betrieben werden, verwendet wird.
Zunächst wird mit Bezug auf Fig. 1 ein schematisches Übertragungsschema für ein typisches Mehrbenutzer-Teilnehmemetz beschrieben. Eine Zentraleinheit 10 (die ein zentrales Modem aufweist) kommuniziert über eine gemeinsame Übertragungsleitung 17, die in mehrere Zuleitungen 18 unterteilt ist, mit mehreren fernen Einheiten. Jede Zuleitung 18 bedient eine zugeordnete ferne Einheit, die typischerweise ein fernes Modem 15, das die Signale empfängt, und eine ferne Vorrichtung 22, die die Daten verwendet, aufweist. Ein Dienstanbieter 19 wird typischerweise so eingerichtet, daß er die Daten dem zentralen Modem zur Übertragung zu den fernen Modems 15 zuführt und die durch das zentrale Modem von den fernen Modems empfangenen Daten behandelt. Der Dienstanbieter 19 kann jede beliebige geeignete Form annehmen. Der Dienstanbieter kann beispielsweise die Form eines Netzwerkservers annehmen. Der Netzwerkserver kann die Form eines zweckgebundenen Computers oder eines verteilten Systems annehmen. Eine Vielzahl von Übertragungsmedien kann für die Übertragungsleitung verwendet werden. Beispielsweise funktionieren verdrillte Telefonleitungspaare, Koaxialkabel, Faserleitungen und Hybride, bei denen zwei oder mehr verschiedene Medien verwendet werden, alle gut. Diese Vorgehensweise funktioniert auch gut bei drahtlosen Systemen.
Wie Fachleute verstehen werden, besteht eine Anforderung diskreter Mehrton- Datenübertragungssysteme in der Art der hier erwogenen darin, daß, wenn zwei oder mehr Einheiten (typischerweise zwei ferne Einheiten) versuchen, unabhängig Informationen zu einer dritten Einheit (d. h. der Zentraleinheit 10) zu senden, die Signale von den fernen Einheiten synchronisiert sein müssen, weil ansonsten mindestens einige der Signale für die Zentraleinheit 10 unverständlich sind. Das Problem bei der Verwendung diskreter Mehrtonübertragungen bei einem solchen System besteht darin, daß sich die Länge der Zuleitungen 18 typischerweise von einer fernen Einheit zu einer anderen ändert. Selbst wenn die fernen Einheiten daher mit dem Takt der Zentraleinheit 10 synchronisiert sind, sind ihre Übermittlungen zurück zur Zentraleinheit 10 um einen Betrag phasenverschoben, der zumindest teilweise von der Länge der zugeordneten Zuleitung abhängt. In der Praxis können diese Typen von Phasenverschiebungen fern eingeleitete Übermittlungen für das zentrale Modem unverständlich machen.
Ein als Beispiel dienendes DMT-Übertragungsband ist in Fig. 2 dargestellt. Wie dort ersichtlich ist, weist das Übertragungsband mehrere Teilkanäle 23 auf, über die unabhängige Trägersignale (als Teilträger 27 bezeichnet) übertragen werden können. Die DMT-Übertragung teilt ein Übertragungsmedium schon an sich in mehrere Teilkanäle 23 ein, die Daten jeweils unabhängig übertragen. Die Daten auf jedem Teilkanal 23 können einem anderen Signal entsprechen, oder sie können zu höheren Datenraten gruppiert sein, die eine einzige oder eine geringere Anzahl von Übertragungen mit größerer Bandbreite darstellen. Diese Teilkanäle 23 sind bei der DMT vollständig mit einer digitalen Signalverarbeitung implementiert, wodurch analoge Trennfilter überflüssig gemacht werden und die spektrale Wirksamkeit maximiert wird. Die Anzahl der verwendeten Teilkanäle kann entsprechend den Anforderungen eines bestimmten Systems in weiten Bereichen geändert werden. Wenn jedoch eine Modulation unter Verwendung einer inversen schnellen Fourier-Transformation (IFFT) ausgeführt wird, sind typische Werte für die Anzahl der verfügbaren Teilkanäle 23 ganzzahlige Potenzen von zwei, so daß sich beispielsweise 128, 256, 512, 1024 oder 2048 Teilkanäle 23 ergeben. Beispielsweise können bei einer Ausführungsform, die zur Verwendung in einem kabelbasierten Teilnehmersystem ausgelegt ist, 1024 Teilkanäle 27 verwendet werden, wobei jeder Träger auf einen 32-kHz-Teilkanal 23 beschränkt ist. Hierdurch wird eine Frequenzbandbreite von etwa 32 MHz bereitgestellt, in der die fernen Einheiten mit der Zentraleinheit 10 kommunizieren können.
Die Anzahl der fernen Einheiten, die in einem bestimmten System verwendet werden können, kann sich entsprechend den Anforderungen eines bestimmten Systems stark ändern. Es kann bei einer Ausführungsform des beschriebenen kabelbasierten Teilnehmersystems beispielsweise wünschenswert sein, es bis zu 500 fernen Einheiten zu ermöglichen, mit einer einzigen Zentraleinheit zu kommunizieren. Bei Systemen, bei denen an eine so große Anzahl ferner Einheiten gedacht wird, kann es wünschenswert sein, die fernen Einheiten in Gruppen anzuordnen. Natürlich brauchen die Gruppen nicht alle die gleiche Anzahl von Einheiten zu enthalten. Beispielsweise kann ein System, das bis zu 500 ferne Einheiten zuläßt, die fernen Einheiten in acht Gruppen einteilen, wobei jede Gruppe bis zu 90 ferne Einheiten zuläßt und jeder Gruppe ferner Einheiten ein festgelegtes Frequenzband zugewiesen ist. Beispielsweise kann das Frequenzspektrum in mehrere festgelegte Frequenzbänder gleicher Größe eingeteilt werden. Bei der bestimmten beschriebenen Ausführungsform wird jeder Gruppe ein Achtel der 32 MHz oder etwa vier Megahertz zugewiesen. Daher weist jede Gruppe etwa 4 MHz und entsprechend 128 Teilkanäle 23 auf, die für die Übertragung zur Zentraleinheit 10 verwendbar sind. Das Gruppieren ermöglicht der Zentraleinheit 10, den Überblick über die fernen Einheiten zu behalten, wenn sie online und offline gehen.
Die Gruppierungen können unter Verwendung einer Anzahl von Verfahren gebildet werden. Beispielsweise könnte eine erste Gruppe aus aufeinanderfolgenden Teilkanälen 0-127 bestehen, eine zweite Gruppe aus aufeinanderfolgenden Teilkanälen 128-255 bestehen usw. Alternativ kann das Zuordnen der Teilkanäle 23 zu den jeweiligen Gruppen über das ganze Spektrum verschachtelt werden. Beispielsweise können der ersten Gruppe die Teilkanäle 0, 8, 16, 24, 32 ... zugeordnet werden, kann die zweite Gruppe die Teilkanäle 1, 9, 17, 25, 33 ... aufweisen, kann die dritte Gruppe 2, 10, 18, 26, 34 ... aufweisen usw. Das Verschachteln der den Gruppen zugewiesenen Teilkanäle 23 hilft dabei, die Wahrscheinlichkeit zu verringern, daß Rauschen, das in einem bestimmten Bereich des Frequenzspektrums vorhanden ist, einen erheblichen Teil der Übertragungen in einer einzigen Gruppe beeinträchtigt. Stattdessen beeinflußt das Störrauschen nur einen Teil des Spektrums jeder Gruppe. Wie Fachleuten verständlich sein wird, sind die Frequenzbandbreite des Aufwärtskanals, die Größe der Teilkanäle 23 und die Gruppierungen nicht auf die in der beschriebenen Ausführungsform angegebenen Anzahlen beschränkt, sondern sie können so gewählt werden, daß sie zu den Anforderungen der jeweiligen Verwendung des Übertragungssystems passen.
Bei einem Verfahren zum Ansprechen der vorstehend erwähnten Synchronisationsprobleme wird an die Verwendung zweckgebundener Zusatz-Teilkanäle 28 und 29 (Fig. 2) gedacht, um die Synchronisation zu ermöglichen. Bei dieser Ausführungsform überträgt der Aufwärts-Zusatz-Teilkanal 28 Synchronisationssignale von den verschiedenen fernen Einheiten zum zentralen Modem. Der Abwärts-Zusatz-Teilkanal 29 überträgt Synchronisationssignale vom zentralen Modem zu den verschiedenen fernen Einheiten. Die Zusatz-Teilkanäle 28 und 29 können sich an jeder geeigneten Frequenzposition innerhalb des Übertragungsbands befinden. Bei vielen Ausführungsformen, wie dem vorstehend erörterten System der asymmetrischen digitalen Teilnehmerleitung, kann es wünschenswert sein, die Zusatz-Teilkanäle in der Nähe der oberen oder der unteren Frequenzkante des Abwärtssignals anzuordnen, um ihre Interferenz mit benachbarten Teilkanälen zu minimieren. Wenn es die Randbedingungen des Systems ermöglichen, kann es weiter wünschenswert sein, die Zusatz-Teilkanäle um mindestens einen oder zwei Teilkanäle von anderen zur Datenübertragung verwendeten Teilkanälen zu trennen, um die mögliche von den Synchronisationssignalen hervorgerufene Interferenz zu minimieren. Dies ist wünschenswert, weil die Synchronisationssignale häufig mit anderen Übertragungen unsynchronisiert sind. Daher bewirken sie eine stärkere Verzerrung als andere Signale, weil sie nicht synchronisiert sind. Dementsprechend ist ein kleiner Puffer hilfreich. Es kann auch wünschenswert sein, entlang denselben Leitungen Signale verhältnismäßig geringer Leistung als Zusatz-Teilträger zu verwenden, um Interferenzprobleme in manchen Fällen weiter zu verringern.
Wie nachstehend in näheren Einzelheiten beschrieben wird, werden bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung synchronisierte Ruhezeiten im Aufwärts-Kommunikationsstrom periodisch bereitgestellt. Die synchronisierten Ruhezeiten können verwendet werden, um eine Vielzahl von Zusatzfunktionen, wie das Initialisieren neuer ferner Einheiten, die Überprüfung der Qualität von Übertragungskanälen und das Behandeln von Datenübertragungsanforderungen, auszuführen. Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 7 eine als Beispiel dienende rahmenbeschränkte Übertragungszeitsequenz erläutert, die eine Anzahl synchronisierter Ruhezeiten aufweist, die zum Ausführen der Zusatzfunktionen geeignet sind. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die Übertragungen in Ketten von Übertragungsrahmen 32 eingeteilt. Jeder Übertragungsrahmen weist ein Übertragungsintervall 33 und ein erstes Ruheintervall S1 auf. Jedes Übertragungsintervall 33 ist wie dargestellt weiter in mehrere Symbolperioden 35 eingeteilt. Mehrere Übertragungsrahmen 32 werden dann zu einem Überrahmen 36 gruppiert. Zusätzlich zu den Übertragungsrahmen 32 weist jeder Überrahmen 36 auch ein zweites Ruhezeitintervall 38 auf. Bei der beschriebenen Ausführungsform kann das zweite Ruhezeitintervall 38 entweder als ein Initialisierungsintervall (S2) oder ein Retraining-Intervall (S3) verwendet werden.
Die tatsächlichen Zeiträume, die für das Übertragungsintervall 33, das Ruhezeitintervall S1, das Initialisierungsintervall S2 und das Retraining-Intervall S3 bereitgestellt werden, können sich entsprechend den Anforderungen eines bestimmten Systems stark ändern. In ähnlicher Weise kann sich die Anzahl der Übertragungsrahmen 32 in einem Überrahmen 36 stark ändern. Beispielsweise wird bei einer geeigneten Ausführungsform zur Verwendung beim beschriebenen kabelbasierten Teilnehmersystem daran gedacht, ein Übertragungsintervall 33 auf einen zum Übertragen von 63 Symbolen ausreichenden Zeitraum zu legen und das S1-Zeitintervall 34 auf die einem Symbol entsprechende Zeitdauer zu legen. Das Initialisierungsintervall S2 kann als eine alternative Anordnung zum Synchronisieren der fernen Einheiten verwendet werden. Demgemäß wird die Länge des zweiten Ruhezeitintervalls 38 typischerweise durch die physikalischen Aspekte des Kommunikationssystems bestimmt, wie nachstehend in näheren Einzelheiten erörtert wird. Im allgemeinen dürfen die fernen Einheiten während eines S1- oder S3-Ruhezeitintervalls nicht übertragen, es sei denn, es wurde von der Zentraleinheit 10 eine Erlaubnis erteilt. Bei manchen Ausführungsformen dürfen die fernen Einheiten auch während eines S2-Ruhezeitintervalls nicht übertragen, es sei denn, sie versuchen eine Installation einzuleiten, wie nachstehend in näheren Einzelheiten beschrieben wird.
Als nächstes wird die Verwendung unterstützender Zusatz-Teilkanäle zum Ermöglichen der Synchronisation neu hinzugefügter ferner Einzeiten zunächst mit Bezug auf die Fig. 2-4 in näheren Einzelheiten beschrieben. Zunächst weist das ferne Modem 50 eine ferne Synchronisationssteuereinrichtung 80 auf, die mit einer Zentralsteuereinrichtung 60 in der zentralen Modemeinheit zusammenwirkt. Wie vorstehend kurz erörtert wurde, sind bei der beschriebenen Ausführungsform zwei unterstützende Zusatz-Teilkanäle bereitgestellt, um die Kommunikation zwischen den Steuereinrichtungen zu ermöglichen. Wenn das ferne Modem 50 initialisiert wird und an den Übertragungsweg angeschlossen werden möchte, beobachtet die ferne Steuereinrichtung 80 Abwärts-Signalübertragungen, die schon an sich die Taktinformationen des zentralen Modems enthalten. Dies erfolgt manchmal unter Verwendung von Pilotsignalen, wenngleich auch andere Schemata verwendet werden können. Das ferne Modem wird dann "schleifensynchronisiert". Das heißt, daß es seinen eigenen Takt mit dem Takt des zentralen Modems koppelt. Die ferne Steuereinrichtung sendet dann über den Zusatz-Teilkanal 28 ein Synchronisationssignal zur Zentraleinheit 30. Das Synchronisationssignal durchläuft das Übertragungsmedium und tritt in den Empfängerabschnitt der zentralen Modemeinheit 30 ein. Wenn das zentrale Modem 30 ein fern eingeleitetes Synchronisationssignal (Aufwärts-Synchronisationssignal) empfängt, während es gerade mit anderen fernen Einheiten kommuniziert, vergleicht es die Rahmengrenzen des fern eingeleiteten Synchronisationssignals mit den Rahmengrenzen von anderen fernen Einheiten empfangener Signale. Typischerweise tritt zwischen den Rahmengrenzen eine Phasenverschiebung auf, die von der Steuereinrichtung 60 erfaßt wird. Die Steuereinrichtung 60 erzeugt dann ein Abwärts-Synchronisationssignal, das über den Zusatz-Teilkanal 29 zu den fernen Einheiten zurückgesendet wird.
Bei der beschriebenen und dargestellten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 80 für das Erzeugen des Aufwärts-Synchronisationssignals verantwortlich, wenn das ferne Modem eine Kommunikation mit dem zentralen Modem einleiten möchte. Das Aufwärts-Synchronisationssignal wird von der Steuereinrichtung 80 zum Multiplexer und Codierer 143 übertragen und spezifisch zum Aufwärts-Zusatz-Teilkanal 28 gelenkt. Es sei bemerkt, daß das Synchronisationssignal, weil seine Natur bekannt ist, auch an anderen Stellen in den Sender eingegeben werden könnte oder sogar direkt an die analoge Schnittstelle 148 angelegt werden könnte. Typischerweise wären die Synchronisationssignale und/oder die Sequenz die einzigen Signale, die von der fernen Einheit gesendet werden, bis die Synchronisation abgeschlossen ist. Das Aufwärts-Synchronisationssignal wird dann über den Zusatz-Teilkanal 28 zum zentralen Modem übertragen, wo es vom Empfänger 70 empfangen wird. Der Demodulator 76 des Empfängers führt das demodulierte Synchronisationssignal dann der Steuereinrichtung 60 des zentralen Modems zu. Die Zentralsteuereinrichtung 60 erfaßt das fern eingeleitete Synchronisationssignal und vergleicht seine Rahmengrenze mit den Rahmengrenzen aller Signale, die gleichzeitig von anderen fernen Einheiten empfangen werden. Wenn das zentrale Modem 30 mit anderen fernen Einheiten kommuniziert, ist es wahrscheinlich, daß die Rahmengrenzen der einen Zugang anfordernden fernen Einheit gegenüber den Rahmengrenzen derjenigen fernen Einheiten, die bereits mit dem zentralen Modem kommunizieren, phasenverschoben sind, weil Abweichungen der Zuleitungslängen auftreten. In diesen Fällen leitet die Zentralsteuereinrichtung 60 ein Rückkehrsynchronisationssignal (Abwärts-Synchronisationssignal) ein, das die zum Anordnen der Rahmengrenzen erforderliche Phasenverschiebung (die die Form einer zeitlichen Verzögerung annimmt) angibt. Das Rückkehrsynchronisationssignal wird dann über den zweiten Zusatz-Teilkanal 29 zu den fernen Einheiten übertragen. Ebenso wie das Aufwärts-Synchronisationssignal kann das Abwärts-Synchronisationssignal in den Abwärts-Datenstrom am Codierer eingefügt werden.
Die Natur des Abwärts-Synchronisationssignals kann variieren, das Synchronisationssignal kann jedoch beispielsweise einfach angeben, daß die ferne Einheit die Rahmengrenze um einen Abtastwert vorschieben oder verzögern sollte. Bei einem etwas komplizierteren System kann die Steuereinrichtung versuchen, die Anzahl der Abtastwerte zu berechnen, um die die Rahmengrenze vorgeschoben oder verzögert werden muß, und es kann ein Signal gesendet werden, das die Anzahl der Abtastwerte vorschreibt, um die die Rahmengrenze verschoben werden sollte. Es können auch andere Signalinterpretationen verwendet werden. Wie nachstehend in näheren Einzelheiten erörtert wird, ist die Abtastrate bei der Aufwärtskommunikation bei vielen Ausführungsformen ein ganzzahliger Faktor der Abtastrate bei der Abwärtskommunikation. Die beschriebene Verzögerung beruht auf der Abtastrate des zentralen Modems und nicht auf derjenigen der fernen Modems.
Weil eine Vielzahl ferner Modems alle an dieselbe Übertragungsleitung 17 angeschlossen sind, wird das Synchronisationssignal von allen arbeitenden fernen Modems empfangen. Das Signal wird dann vom Decodierer jedes fernen Modems zur zugeordneten Steuereinrichtung 80 übertragen. Die fernen Steuereinrichtungen 80 sind jedoch so eingerichtet, daß sie Synchronisationssignale auf dem Zusatz-Teilkanal ignorieren, es sei denn, sie versuchen gerade, eine Kommunikation mit dem zentralen Modem einzuleiten. Dies kann auf vielerlei Arten erreicht werden. Die Abwärts-Synchronisationssignale können beispielsweise eine an ein spezifisches fernes Modem gerichtete Adresse aufweisen. Alternativ können die fernen Modems einfach annehmen, daß das Signal des zentralen Modems für sie bestimmt ist, wenn sie gerade versuchen, eine Kommunikation einzuleiten. Die ferne Steuereinrichtung 80 der fernen Einheit, die versucht, eine Kommunikation einzuleiten, empfängt und interpretiert das zentral eingeleitete Synchronisationssignal und weist die Rahmensynchronisationseinrichtung 147 an, die angeforderte Phasenverschiebungs-Zeitverzögerung (oder den angeforderten Phasenverschiebungs-Zeitvorschub) zu implementieren. Es wird dann ein zweites fern eingeleitetes Synchronisationssignal gesendet. Falls das neue Synchronisationssignal nicht in Synchronisation ist, wird der gleiche Vorgang wiederholt. Bei einer Ausführungsform weist das Synchronisationssignal die Rahmensynchronisationseinrichtung lediglich an, um einen Abtastwert vorzuschieben oder zu verzögern. Es wird angenommen, daß ein solches inkrementelles System bei den meisten DMT- Anwendungen gut funktioniert, um die ferne Einheit schnell zu synchronisieren. Beispielsweise wären bei einem System, das eine Symbolrate (Rahmenrate) von 8 kHz (und damit eine Symbolperiode von 125 us) entsprechend 64 Kbps aufweist, wobei jeder Rahmen 128 Abtastwerte sowie einen Vorspann aufweist, bei Verteilungsnetzen mit Zuleitungslängenabweichungen von bis zu zwei Meilen weniger als etwa zehn Millisekunden erforderlich, um unter Verwendung eines einfachen Verfahrens eines Vorschubs und einer Verzögerung um einen einzigen Abtastwert zu synchronisieren.
Wenn das fern eingeleitete Signal als synchron bestimmt wird, sendet die Zentralsteuereinrichtung ein Rückkehrsynchronisationssignal über den zweiten Zusatz-Teilkanal 29, das angibt, daß keine weitere Phasenverschiebung erforderlich ist und daß die ferne Einheit die volle Kommunikation mit dem zentralen Modem bei der gewünschten Phasenverschiebung einleiten kann. Wenn das ferne Modem synchronisiert ist, bevor es vom zentralen Modem erkannt wird, werden die gleich nach dem Initialisieren übertragenen Datentöne zum Identifizieren des fernen Modems verwendet. Es wird erwartet, daß die relative Phasenverschiebung der Rahmengrenzen in erster Linie von festen Randbedingungen, wie der Übertragungslänge über die verschiedenen Zuleitungen, abhängt. Sobald ein fernes Modem synchronisiert ist, braucht es daher nicht erneut synchronisiert zu werden, es sei denn, die Verbindung wird beendet oder unterbrochen.
Es sollte verständlich geworden sein, daß die Zentralsteuereinrichtung 60, wenn die Zentraleinheit nicht in Kommunikation mit anderen fernen Einheiten steht, während sie eine Anforderung zum Einleiten einer Kommunikation empfängt, lediglich ein Synchronisationssignal zurücksendet, das angibt, daß keine Phasenverschiebung erforderlich war und daß die volle Kommunikation beginnen kann. Ein ähnliches Signal wird natürlich auch in dem Fall erzeugt, daß die anfordernde ferne Einheit gerade in Synchronisation mit den anderen fernen Modems ist, wenn sie zum ersten Mal versucht, eine Kommunikation einzuleiten. Wenn das ferne Modem ein solches Signal empfängt, kann der gleiche Vorgang ausgeführt werden, wobei die erforderliche Phasenverschiebung einfach null ist.
Typischerweise liefert die Zentralsteuereinrichtung 60 auch Informationen, die die Teilkanäle angeben, welche die ferne Einheit für ihre Übertragungen verwenden sollte, usw. Wie vorstehend erwähnt wurde, kann die Teilkanalzuordnung während der Verwendung dynamisch geändert werden. Wenngleich dieses Merkmal für das diskrete Mehrton-Übertragungsschema wichtig ist, ist es für die vorliegende Erfindung nicht besonders bedeutsam und wird daher nur kurz beschrieben, wenngleich es in den angeführten Entgegenhaltungen detailliert beschrieben wird.
Die Synchronisation eines fernen Modems mit dem zentralen Modem erfordert das Abrufen des Abtasttakts und des Trägers des zentralen Modems. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden diese Takte durch Betrachten der Phasenfehler über mindestens zwei Töne gewonnen. Der Phasenfehler für diese Töne kann bezüglich einer festen bekannten gesendeten Phase auf den Tönen (d. h. "Pilottönen") berechnet werden. Sie können alternativ unter der Annahme bestimmt werden, daß Entscheidungen über die gesendeten Phasen richtig sind, und durch Berechnen des Versatzes zwischen den Phasen vor der Entscheidung und nach der Entscheidung bestimmt werden (d. h. eine entscheidungsunterstützte Phasenfehlerberechnung). Die Neigung der Phasenfehlerkurve, die in Fig. 6 dargestellt ist, ist proportional zum Zeitphasenfehler, während der konstante Teil (der y- Schnittpunkt) der Phasenfehlerkurve der Trägerphasenfehler ist. Der Zeitphasenfehler (Abtastphasenfehler) und der Trägerphasenfehler werden von einem Phasendetektor 181 bestimmt und in die Phasenregelschleifen 182, 184 eingegeben, die einen Abtasttakt und eine Trägerfrequenz bei den gewonnenen Frequenzen des zentralen Modems synthetisieren, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Der Träger wird verwendet, um das Abwärtssignal zum Grundband zu demodulieren, und der Abtasttakt wird (nach dem Teilen durch einen Teiler 189) verwendet, um den (die) Analog-Digital-Wandler (ADC) zu takten. Falls die Datentöne und die Signaltöne getrennte Töne belegen, kann mehr als ein Analog-Digital-Wandler bei niedrigeren Abtasttakten an Stelle eines einzigen ADC-Takts höherer Geschwindigkeit verwendet werden. Bei Ausführungsformen, bei denen das Sperrfilter 185 aufgenommen ist, sind spannungsgesteuerte Oszillatoren 183, 186 zum Steuern des Orts des Sperrfilters bereitgestellt.
Der gleiche Abtasttakt (nach dem Teilen durch den Teiler 189) wird für Aufwärts-Digital-Analog-Wandler verwendet. Der Aufwärtsträger kann mit dem Abwärtsträger synchronisiert sein, oder dies kann nicht der Fall sein. Wenn er nicht synchronisiert ist, muß der Aufwärtsempfänger des zentralen Modems die Aufwärtsübertragungs-Trägerphase gewinnen, und der Aufwärtsempfänger des zentralen Modems kann ansonsten ein rationales phasengekoppeltes Vielfaches des Abwärtsträgers zur Datenwiedergewinnung verwenden. Ferne Breitbandmodems verwenden vorzugsweise einen Abtasttakt, der dem Abtasttakt im zentralen Modem gleicht. Diese fernen Modems teilen den wiedergewonnenen Abtasttakt nicht. Ferne Schmalbandmodems, die nur einige Töne empfangen, verwenden einen Abtasttakt, der ein ganzzahliger Teiler des wiedergewonnenen Abtasttakts ist. Dementsprechend können ferne Schmalbandmodems weniger kostspielig zu verwirklichen sein.
Die von den fernen Modems aufwärts übertragenen DMT-Symbole müssen selbst dann, wenn sie von verschiedenen fernen Modems erzeugt wurden, gleichzeitig am zentralen Modem ankommen, wie vorstehend erörtert wurde. Daher fügt der Verzögerungssynchronisierer 147 eine Verzögerung um eine ganze Zahl von Abtasttakten in die aufwärts übertragenen Signale ein. Diese Verzögerung wird vom Abwärts-Synchronisationssignal gesteuert programmiert, wie vorstehend erörtert wurde. Es sei wiederum bemerkt, daß die Verzögerung auf der Abtastrate des zentralen Modems und nicht des fernen Modems beruht. Insbesondere kann die Abtastrate des fernen Modems, wie in Fig. 5 dargestellt ist, ein ganzzahliger Faktor der Abtastrate des zentralen Modems sein. Die Signale müssen jedoch beim zentralen Modem synchronisiert sein, und die Synchronisationseinstellungen müssen daher auf der Grundlage der Abtastrate des zentralen Modems vorgenommen werden.
Wenn zwei ferne Modems gleichzeitig versuchen, eine Kommunikation mit dem zentralen Modem einzuleiten, tritt ein Konflikt auf, und die Zentralsteuereinrichtung 60 wird wahrscheinlich von den Aufwärts-Synchronisationssignalen verwirrt. In diesem Fall gibt ihr Abwärts-Synchronisationssignal eine ungeeignete Phasenverschiebung an, und die Bestätigungssynchronisationssignale wären dann nicht richtig synchronisiert. Bei einer Ausführungsform könnte die Zentralsteuereinrichtung 60 das Problem erkennen und die fernen Einheiten anweisen, zu unterbrechen und zu versuchen, die Kommunikation an einem späteren Punkt einzurichten. Bei einer anderen Ausführungsform könnte die Zentralsteuereinrichtung einfach ein anderes Abwärts-Synchronisationssignal senden, das die erforderliche zusätzliche Phasenverschiebung angibt. In beiden Fällen erkennt die ferne Einheit schnell, daß ein Problem existiert, und sie nimmt an, daß ein Konflikt auftritt. In dieser Situation kann ein geeignetes Konfliktlösungsschema verwendet werden. Ein einfaches Konfliktlösungsschema besteht darin, jedes ferne Modem um einen zufälligen Zeitbetrag zu verzögern und zu versuchen, die Kommunikation nach der zufälligen Verzögerung wiedereinzuleiten. Solange die Verzögerung in einer Art festgelegt ist, in der es nicht wahrscheinlich ist, daß die fernen Modems beständig das gleiche Verzögerungsmuster aufweisen, werden ihre Anforderungen schließlich ausreichend getrennt, damit sie unabhängig voneinander online gebracht werden können. Es kann eine Vielzahl von Wartezeitverteilungen verwendet werden. Beispielsweise wurde herausgefunden, daß eine Poisson-Verteilung gut funktioniert.
Es sei bemerkt, daß das beschriebene IFFT-Modulationsschema sehr gut bei Systemen funktioniert, die dafür eingerichtet sind, verhältnismäßig große Datenblöcke zu übertragen und daher mehr als nur eine Handvoll Töne benötigen. In vielen Situationen brauchen die fernen Einheiten jedoch nicht regelmäßig große Datenblöcke zu übertragen. Es kann in diesen Situationen kostenwirksam sein, ein einfacheres herkömmliches Modulationsschema zum Übertragen von Informationen von den fernen Einheiten zur Zentraleinheit zu verwenden. In diesen Fällen würden sowohl der ferne Sender als auch der zentrale Empfänger durch die geeigneten Komponenten ersetzt werden. Es wäre jedoch noch erforderlich, die fernen Einheiten zu synchronisieren, wie vorstehend erörtert wurde.
Beim Betrieb sendet das zentrale Modem ein zusammengefaßtes DMT-Signal, bei dem alle (oder die verwendbaren) Töne derart verwendet werden, daß jedes ferne Modem die Töne, die es empfangen soll, und die Anzahl der jedem der empfangenen Töne zugeordneten Bits kennt. Die fernen Modems verwenden wiederum jeweils nur eine Untergruppe der verfügbaren Aufwärtstöne. Die vom zentralen Modem zu den fernen Modems übertragenen Signale können zum dynamischen Zuordnen der für einen bestimmten Empfänger verfügbaren Töne verwendet werden. Alternativ könnte die Zuordnung bei einem statischen System im Abwärts-Synchronisationssignal erfolgen. Die dynamische Zuordnung kann entweder auf einem anderen zweckgebundenen Zusatzkanal oder Steuerkanal stattfinden, oder sie kann mit anderen Nicht-Steuersignalen gemultiplext werden. Beim beschriebenen System sind die Aufwärtssignale zeitlich so gesteuert, daß sie in etwa gleichzeitig am zentralen Modem ankommen. Eine genaue Anordnung ist nicht erforderlich, das System funktioniert jedoch am besten, wenn die Grenzen bezüglich der Abtastrate des zentralen Modems dicht beieinander angeordnet sind.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 8 ein alternatives Verfahren zum Initialisieren einer ersten fernen Einheit während der Installation gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung beschrieben, wobei die beschriebenen zweiten Ruhezeiten S2 verwendet werden. Wie vorstehend erörtert wurde, muß eine ferne Einheit, wenn sie zum ersten Mal online geht, so initialisiert werden, daß die Übertragungen von der ersten fernen Einheit, die am zentralen Modem ankommen, mit den Übertragungen aller anderen gegenwärtig installierten fernen Einheiten synchronisiert werden. Das heißt, daß die Rahmengrenzen von Aufwärts-DMT- Kommunikationen von den verschiedenen fernen Einheiten zur Zentraleinheit im wesentlichen an der Zentraleinheit synchronisiert sein müssen, damit die Übertragungen von der Zentraleinheit verstanden werden. Das mit Bezug auf Fig. 8 beschriebene Verfahren ist ein Verfahren zum Erreichen dieser Synchronisation unter Verwendung der beschriebenen Ruhezeiten.
Zunächst muß die zu installierende ferne Einheit in Schritt 302 eine Verbindung zum Übertragungsnetzwerk herstellen. Die Verbindung ermöglicht es der fernen Einheit, auf die Abwärtsübertragungen von der Zentraleinheit 10 zu achten und auf einem beliebigen unbenutzten Teilkanal 23 des Aufwärtskanals zu übertragen. Es kann bei manchen Systemen bestimmte Frequenzbereiche geben, die das System nicht verwenden darf Bei manchen Kabelnetzen können beispielsweise Systeme eingerichtet sein, bei denen spezifische Frequenzbänder verwendet werden. Um Störungen zu vermeiden und die Rückwärtskompatibilität aufrechtzuerhalten, ist es wichtig, daß die ferne Einheit selbst während der Initialisierung nie im verbotenen Frequenzbereich sendet. Natürlich können bestimmte Frequenzbänder auch aus anderen Gründen verboten sein. Dementsprechend überträgt die Zentraleinheit in Schritt 303 periodisch eine Identifikation von Frequenzen, die nie verwendet werden dürfen. Bei Systemen, bei denen das Konzept von Gruppen ferner Einheiten verwendet wird, wie vorstehend erörtert wurde, kann die Zentraleinheit periodisch auch die Nummer der Gruppe übermitteln, die von der nächsten zu installierenden fernen Einheit verwendet werden sollte. Alternativ kann die Gruppenzuweisung an einem späteren Punkt behandelt werden.
Die neu angeschlossene ferne Einheit achtet in den Abwärtssignalen auf Informationen, die angeben, daß bestimmte Teilkanäle nicht verwendet werden dürfen. Das Abwärtssignal weist auch die Rahmenzeitsteuerungs- und Ruhezeitraummarkierungen auf, die erforderlich sind, um die ferne Einheit mit der Zentraleinheit zu synchronisieren. Nachdem sich die ferne Einheit mit dem Abwärtssignal synchronisiert hat, sendet sie in Schritt 304 ein Initialisierungssignal zu Beginn eines S2-Ruhezeitraums. Dies erfolgt bei einem System durch Senden eines Initialisierungssignals unmittelbar nach Empfang eines S2-Ruhezeitraummarkierungssignals. Das Initialisierungssignal zeigt der Zentraleinheit 10, daß eine ferne Einheit das Installieren am System fordert. Die ferne Einheit kann das Einsetzen eines S2-Initialisierungs-Ruhezeitraums in einer geeigneten Weise bestimmen. Beispielsweise kann ein Hinweiszeichen bei der Abwärtskommunikation von der Zentraleinheit 10 bereitgestellt werden. Die ferne Einheit kann ihr Initialisierungssignal über alle Teilkanäle 23, über eine Gruppe von Teilkanälen 23 oder auf einem einzigen Teilkanal 23 übertragen, wobei dies von den Anforderungen eines bestimmten Systems abhängt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform gibt das Abwärtssignal die Gruppe an, die von der nächsten einzurichtenden Einheit zu verwenden ist, und das Initialisierungssignal wird über alle Teilkanäle in dieser Gruppe übertragen.
Die Aufwärtsinitialisierungsübertragungen von den fernen Einheiten zur Zentraleinheit 10 können in jedem beliebigen zum Übertragen digitaler Informationen geeigneten Modulationsschema erfolgen. Beispielsweise können Amplituden-, Frequenz- und Vierphasen-Umtastmodulationsschemata (QPSK-Modulationsschemata) verwendet werden. Für das Synchronisationssignal ist bei einer bevorzugten Ausführungsform eine differentielle QPSK-Modulation (DQPSK- Modulation) erwünscht, um die Möglichkeit einer Beschädigung durch Rauschen zu verringern. Weiterhin kann die Synchronisation mit einem großen Umfang an Fehlerkorrektur und Redundanz codiert werden, um eine kohärente Kommunikation zu gewährleisten.
Das Initialisierungssignal enthält vorzugsweise Informationen über die ferne Einheit. Bei einer bevorzugten Ausführungsform überträgt das Initialisierungssignal die globale Adresse der fernen Einheit und die maximal erforderliche Datenübertragungsrate der ersten fernen Einheit. Eine globale Adresse ähnelt den beim Ethernet oder Mobiltelefonvorrichtungen verwendeten Adressen. Diese Adressen sind in die Kommunikationsvorrichtung eingebaut und von den Adressen aller anderen Kommunikationsvorrichtungen abgesetzt. Die von der fernen Einheit benötigte maximale Datenrate hängt vom Vorrichtungstyp der fernen Einheit ab. Falls die ferne Einheit beispielsweise ein Fernsehgerät ist, wäre eine minimale Kommunikationskapazität zur Zentraleinheit 10 erforderlich, wobei möglicherweise nur die Aufwärtssignale verwendet werden, um Informationen über Filmauswahlen oder eine Rückkopplung vom Betrachter zu senden. Falls die ferne Einheit andererseits ein Telekonferenz-Transceiver ist, wäre eine große Bandbreite erforderlich, um Video- und Audioinformationen von der fernen Einheit zur Zentraleinheit 10 zu übertragen. Andere Bestandteile relevanter Informationen über die erste ferne Einheit können bei anderen Ausführungsformen auch zusammen mit dem Initialisierungssignal gesendet werden.
Nach dem Empfang des Initialisierungssignals von der ersten fernen Einheit bestimmt die Zentraleinheit 10 in Schritt 306, ob das Initialisierungssignal von der ersten fernen Einheit mit einem anderen Initialisierungssignal von einer anderen fernen Einheit, die versucht, gleichzeitig eine Verbindung herzustellen, kollidiert ist. Falls eine Kollision erkannt wird, sendet die Zentraleinheit 10 in Schritt 308 eine Kollisionsmeldung zu den fernen Einheiten zurück. Die Kollisionsmeldung weist die fernen Einheiten, die versuchen, eine Verbindung herzustellen, an, es erneut zu versuchen. Die kollidierenden fernen Einheiten warten dann jeweils eine zufällige Anzahl von S2-Zeiträumen, bevor ein Initialisierungssignal erneut gesendet, wird. Die Wahrscheinlichkeit, daß zwei ferne Einheiten gleichzeitig zu initialisieren versuchen, ist gering. Indem von den kollidierenden Einheiten gefordert wird, zufällige Zeiträume zu warten, die voneinander unabhängig sind, wird die Wahrscheinlichkeit wiederholter Kollisionen sogar noch weiter verringert.
Nachdem die Zentraleinheit 10 ein gültiges Initialisierungssignal von der ersten fernen Einheit empfangen hat, sendet die Zentraleinheit 10 ein Synchronisationssignal 310 zur fernen Einheit zurück. Bei einer Ausführungsform beinhaltet das Synchronisationssignal die globale Adresse der ersten fernen Einheit, eine der ersten fernen Adresse zugeordnete Knotenadresse, Verzögerungskorrekturinformationen und Informationen über die Zuordnung der Teilkanäle 23 im Aufwärtskanal. Sowohl die globale Adresse als auch die Knotenadresse können als eine eindeutige Kennung für ferne Einheiten dienen, jedoch mit unterschiedlichen Graden der Übertragungswirksamkeit. Die globale Adresse ermöglicht es der ersten fernen Einheit, zu identifizieren, daß das Synchronisationssignal Ihr sie vorgesehen ist. Die Knotenadresse wird der ersten fernen Einheit zugewiesen, um wirksame künftige Kommunikationen zu ermöglichen. Die globale Adresse kann recht lang sein (beispielsweise 48 Bits), um eine angemessene Anzahl globaler Adressen für alle wahrscheinlich hergestellten Kommunikationsvorrichtungen zu ermöglichen. Die Knotenadresse ist eine kürzere Adresse, weil nur eine begrenzte Anzahl ferner Einheiten mit einer einzigen Zentraleinheit 10 kommuniziert. Wenn ein mehrfach gruppiertes System verwendet wird, enthält die Knotenadresse auch Gruppenkennungsinformationen, beispielsweise Informationen über die Gruppe, der die erste ferne Einheit zugewiesen ist. Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, bei der insgesamt acht Gruppen vorgesehen sind, würde dieser Teil der Adresse drei Bits aufweisen, um anzugeben, in welcher der acht Gruppen die erste ferne Einheit liegt. Die restlichen Bits können den Knoten, beispielsweise die spezifische ferne Einheit, innerhalb seiner Gruppe eindeutig identifizieren.
Es sollte Fachleuten verständlich sein, daß der Teil der Knotenadresse, der die Gruppe spezifiziert, also die Gruppenkennungsinformationen, ganz fortgelassen werden kann, wenn sich eine ferne Einheit eindeutig bei der Zentraleinheit identifizieren muß. Dies liegt daran, daß die Zentraleinheit durch Inspizieren des Frequenzbands der eindeutigen Kennungsmeldung die Gruppe bestimmen kann, von der die Meldung der fernen Einheit gesendet wurde. Auf diese Weise braucht eine ferne Einheit nur das Bitmuster in der Knotenadresse, wodurch sie in der Gruppe identifiziert wird, also die eindeutigen Innergruppen-Kennungsinformationen, zu senden, um sich eindeutig gegenüber der Zentraleinheit zu identifizieren. Dieses empfangene Innergruppenkennungs-Bitmuster liefert der Zentraleinheit in Kombination mit den bestätigten Gruppenkennungsinformationen die vollständige Knotenadresse der anfordernden fernen Einheit. Bei der bevorzugten Ausführungsform, die 128 Teilkanäle je Gruppe aufweist, können die eindeutigen Kennungsinformationen ferner Einheiten in Aufwärtsrichtung lediglich 7 Bits aufweisen.
Die Verzögerungskorrekturinformationen teilen der ersten fernen Einheit mit, um wieviel die von der ersten fernen Einheit übermittelten Rahmen verzögert werden müssen, um sie mit Signalen von den anderen angeschlossenen fernen Einheiten zu synchronisieren. Die Verzögerungskorrektur wird anhand des Betrags der Verzögerung bestimmt, die die Zentraleinheit zwischen der Zeit, zu der sie eine Ruhezeitraummarkierung (S2) sendet, und ihrem Empfang des Initialisierungssignals erfaßt. Falls die maximale Verzögerung im Kanal beispielsweise TRT(Max), zum Beispiel die maximale Umlaufverzögerung, ist, und die einer gegebenen fernen Einheit zugeordnete Verzögerung TRT(i) ist, ist die Verzögerungskorrektur für diese ferne Einheit TRT(Max) - TRT(i). Die Umlaufverzögerung für eine ferne Einheit ist als die Zeit, die ein Signal benötigt, um von der Zentraleinheit zu dieser fernen Einheit zu laufen, und eine zur Zentraleinheit zurückzuführende sofortige Antwort einschließlich einer der Verarbeitung zuzuschreibenden minimalen zufälligen Verzögerung definiert. Unter Verwendung dieser Informationen kann die erste ferne Einheit ihre Übertragungen anpassen und mit den anderen angeschlossenen fernen Einheiten synchronisiert werden, so daß die Rahmen der fernen Einheiten gleichzeitig an der Zentraleinheit 10 ankommen. Die erste ferne Einheit kann auch erfahren, welche Teilkanäle 23 gegenwärtig von den anderen angeschlossenen fernen Einheiten verwendet werden. Bei einer anderen Ausführungsform werden Informationen über Eigenschaften der Teilkanäle 23 regelmäßig über den Abwärtskanal zu allen fernen Einheiten übertragen. Bei diesen Systemen ist es nicht erforderlich, Kanalbelegungsinformationen zusammen mit dem Synchronisationssignal zu senden.
Ein Vorteil des Übertragens der Initialisierungssignale über einen breiten Abschnitt des verfügbaren Spektrums besteht darin, daß sich die Verzögerungen abhängig von der Frequenz, bei der das Signal übertragen wird, in gewissem Maße ändern. Wenn die Initialisierungssignale daher über eine Vielzahl von Teilkanälen 23 übertragen werden, kann die erforderliche Phasenverschiebung anhand eines Durchschnitts der einzelnen Verzögerungen berechnet werden.
Die Länge des S2-Zeitintervalls hängt, wie zuvor erörtert wurde, von der physikalischen Natur des Kommunikationsnetzes ab. Bei einer bevorzugten Ausführungsform muß das S2-Zeitintervall nur länger sein als die Dauer des Initialisierungssignals zuzüglich der Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Umlaufverzögerung für das Netzwerk. Bei einem typischen System, bei dem eine faseroptische Strecke als Übertragungsleitung 17 und Koaxialkabel als Zuleitungen 18 verwendet werden, ist die Faserstrecke beispielsweise allen Pfaden zwischen der Zentraleinheit und den fernen Einheiten gemeinsam, und die Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Umlaufverzögerung für das Netzwerk hängt nur vom Kabelteil des Netzwerks ab. Bei Verwendung einer Länge von 2 Meilen für die Koaxialleitung und bei gegebener Laufzeit von etwa 7,5 Mikrosekunden je Meile beträgt die maximale Umlaufverzögerung etwa 32 Mikrosekunden und die minimale Umlaufverzögerung etwa 2 Mikrosekunden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Symbol etwa 30 Mikrosekunden lang und weist ein Initialisierungssignal zwei Symbole auf, so daß beispielsweise ein S2-Zeitintervall von 4 Symbolen angemessen wäre.
Es kann bei bestimmten Ausführungsformen wünschenswert sein, die Schritte 304-310 zu wiederholen, um die empfangenen Informationen zu überprüfen und bzw. oder sicherzustellen, daß die ferne Einheit richtig synchronisiert ist.
Nach dem Erreichen der Synchronisation reagiert die erste ferne Einheit durch Senden eines Satzes synchronisierter Breitband-Training-Signale über alle Teilkanäle 23 während des nächsten verfügbaren S2- oder S3-Zeitintervalls in Schritt 312. Die spezifischen Eigenheiten des Training-Schritts werden nachstehend mit Bezug auf Fig. 9 in näheren Einzelheiten beschrieben. Bei manchen Ausführungsformen weist die Zentraleinheit 10 die erste ferne Einheit an, ein spezifiziertes S3-Zeitintervall (beispielsweise Warten auf das dritte S3) zu verwenden. Nach dem Empfang der Training-Signale bestimmt die Zentraleinheit 10 die Kapazitäten der verschiedenen Teilkanäle 23, um die Übertragung zwischen der ersten fernen Einheit und der Zentraleinheit 10 zu behandeln (Schritt 314). Die Zentraleinheit 10 hat vorzugsweise ein Vorwissen über den Inhalt der Training-Signale. Hierdurch wird es der Zentraleinheit 10 ermöglicht, den optimalen Abgleich der Teilkanäle 23 und auch die maximalen Bitraten, die ein Teilträger 27 auf den Teilkanälen 23 zwischen der ersten fernen Einheit und der Zentraleinheit 10 überragen kann, herauszufinden. Die Zentraleinheit 10 speichert die Eigenschaften der Teilkanäle 23 bezüglich der ersten fernen Einheit 316. Bei einer bevorzugten Ausführungsform speichert die Zentraleinheit 10 die Informationen in einer Bit/Träger-Matrix, die eine Angabe der Anzahl der Bits enthält, die jeder der Teilkanäle 23 von jeder der fernen Einheiten übertragen kann. Eine solche Matrix ermöglicht es der Zentraleinheit 10, die Kapazität von jedem der verschiedenen Teilkanäle 23 zu verfolgen, und sie ist verfügbar, wenn den fernen Einheiten Bandbreite zugeordnet wird. Hierdurch wird auch die dynamische Zuordnung von Teilkanälen auf der Grundlage der gegenwärtigen Eigenschaften der Übertragungsumgebung ermöglicht.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 9 ein Verfahren zum periodischen Überprüfen der Kapazität der verschiedenen Teilkanäle von einer gewählten fernen Einheit zur Zentraleinheit beschrieben. Wie Fachleute verstehen werden, kann sich die Kapazität der Übertragungsleitung bei verschiedenen Frequenzen zeitlich etwas ändern. Es ist daher wünschenswert, die Informationen der Zentraleinheit hinsichtlich der Eigenschaften der Teilkanäle 23 bezüglich jeder der fernen Einheiten, die sie bedient, periodisch zu aktualisieren. Bei der beschriebenen Ausführungsform erfolgt dieses Aktualisieren während der S3-Ruhezeiträume. Bei der dargestellten Ausführungsform weisen die S3-Ruhezeiträume die gleiche Länge wie die S2-Ruhezeiträume auf. Es sei bemerkt, daß ein einziger Übertragungsleitungs-Prüfvorgang sowohl für die anfängliche Training-Prüfling als auch für die periodische Prüfung verwendet werden kann.
Bei der beschriebenen Ausführungsform leitet die Zentraleinheit 10 in Schritt 330 durch Übertragen eines Retraining-Befehls zu einer ersten fernen Einheit (der fernen Einheit x), die gegenwärtig mit der Zentraleinheit 10 kommuniziert, ein Retraining-Ereignis ein. Die erste ferne Einheit wartet auf das nächste verfügbare S3-Retraining-Ruhezeitintervall zum Übertragen eines Satzes von Training- Signalen über die verfügbaren Teilkanäle 23 (Schritt 332). Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Zentraleinheit 10 statt des nächsten verfügbaren S3- Zeitintervalls ein spezifisches S3-Ruheintervall zur Verwendung zum Übertragen der Training-Signale zuweisen. Der Satz der Training-Signale ist typischerweise auf die Teilkanäle beschränkt, die der Gruppe zugeordnet sind, und er ist typischerweise weiter auf einen Teilsatz der gesamten verfügbaren Teilkanäle der Gruppe beschränkt, um eine kostengünstige Konstruktion zu erzielen. Daher kann die Anzahl der tatsächlich verwendeten Training-Signale entsprechend den Anforderungen eines bestimmten Systems in weiten Bereichen geändert werden. Wie beim Initialisierungsvorgang analysiert die Zentraleinheit 10 die Signale, die sie empfängt, und aktualisiert die Bit- bzw. Trägerraten in der Kanaleigenschaftsmatrix entsprechend der zugeordneten fernen Einheit (Schritt 334). Die Zentraleinheit 10 bestimmt dann, ob eine Änderung der Teilkanalzuordnung für die ferne Einheit erforderlich ist. Sie kann also bestimmen, ob zusätzliche oder weniger Teilkanäle 23 der ersten fernen Einheit zugeordnet werden sollten, um die Durchsatz- und Fehlerwahrscheinlichkeitsanforderungen der ersten fernen Einheit zu erfüllen. Falls eine Änderung erforderlich ist, ordnet die Zentraleinheit 10 die Teilkanäle 23 in Schritt 338 der ersten fernen Einheit neu zu.
Falls in Schritt 336 bestimmt wird, daß keine Korrektur erforderlich ist, oder nachdem die erforderlichen Änderungen in Schritt 338 vorgenommen worden sind, prüft die Zentraleinheit 10 in Schritt 340, ob von anderen fernen Einheiten Anforderungen eines sofortigen Retrainings ausgegeben worden sind. Falls in Schritt 340 bestimmt wird, daß keine Anforderungen eines sofortigen Retrainings vorliegen, prüft die Zentraleinheit 10, ob das Retraining der ersten fernen Einheit ein Ergebnis einer Anforderung eines sofortigen Retrainings war, indem sie in Schritt 347 prüft, ob eine gültige alte Adresse (oldx) vorliegt. Falls keine gültige alte Adresse vorliegt, inkrementiert die Zentraleinheit 10 den Zähler (x) in Schritt 349 und kehrt zu Schritt 330 zurück, wo sie der nächsten fernen Einheit ein Retraining-Signal übermittelt. Falls sie andererseits in Schritt 340 bestimmt, daß eine gültige alte Adresse vorlag, stellt die Zentraleinheit 10 den Zähler so ein, daß er einen Wert aufweist, der um Eins größer ist als die alte Adresse, was der Adresse der fernen Einheit entspricht, die zu dem Zeitpunkt, zu dem eine Anforderung eines sofortigen Retrainings empfangen wurde, die nächste gewesen wäre (Schritt 350). Das heißt x = oldx + 1.
Falls in Schritt 340 eine Anforderung eines sofortigen Retrainings erfaßt wurde, speichert die Zentraleinheit 10 die Adresse der ersten fernen Einheit in Schritt 342 als eine alte Adresse (oldx). Die Zentraleinheit 10 setzt dann den Zähler (x) auf die Adresse der anfordernden fernen Einheit und verwendet sie als die Adresse der nächsten fernen Einheit, die gegenwärtig einem Retraining unterzogen wird 344. Die Logik kehrt dann zu Schritt 330 zurück. Der Retraining-Vorgang kann dann für alle fernen Einheiten, die gegenwärtig mit der Zentraleinheit 10 kommunizieren, kontinuierlich wiederholt werden. Natürlich kann der zum Auswählen der fernen Einheiten für das Retraining verwendete Algorithmus in weiten Bereichen geändert werden, um die Anforderungen eines speziellen Systems zu erfüllen.
Gemäß einer Ausführungsform werden auch die fernen Einheiten einem Retraining unterzogen, die initialisiert worden sind, aber gegenwärtig nicht mit der Zentraleinheit 10 kommunizieren. In diesem Fall braucht die Zentraleinheit 10 nicht zu bestimmen, ob das Zuordnen der Teilkanäle 23 für die einem Retraining unterzogene ferne Einheit geändert werden muß, weil sie nicht aktiv mit der Zentraleinheit 10 kommuniziert. Die Zentraleinheit 10 kann lediglich die aktualisierten Kanaleigenschaften speichern, die zu verwenden sind, wenn die ferne Einheit die Kommunikation mit der Zentraleinheit 10 anfordert.
Die Zentraleinheit 10 ist vorzugsweise dafür ausgelegt, während eines Übertragungszeitintervalls 32 eine Retraining-Anforderung auf unbenutzten Teilkanälen 23 zu empfangen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Übertragungszeitintervall 32 entsprechend der maximalen Anzahl möglicher ferner Einheiten innerhalb einer Gruppe 64 Symbole lang. Eine ferne Einheit, die ein sofortiges Retraining benötigt, sendet während einer der Symbolzeiten, die der anfordernden fernen Einheit im Übertragungszeitintervall 32 zugewiesen sind, ein Hinweiszeichen. Auf diese Weise kann die Zentraleinheit 10 anhand des Orts des Hinweiszeichens sofort bestimmen, welche ferne Einheit die Anforderung gesendet hat. Beispielsweise können den fernen Einheiten 0-63 in der Gruppe acht die jeweiligen Symbole 0-63 im Ubertragungszeitintervall zugewiesen sein. Falls ein Hinweiszeichen auf einem unbenutzten Teilkanal 23 während der neunten Symbolposition im Frequenzband der Gruppe acht ankommt, weiß die Zentraleinheit 10, daß die neunte ferne Einheit in der Gruppe acht eine Retraining- Anforderung gesendet hat. Wie Fachleuten verständlich sein wird, kann das Zuweisen der fernen Einheiten zu Symbolen auf viele verschiedene Arten geschehen.
Wie vorstehend erörtert wurde, muß es zum Ermöglichen eines dynamisch zugeordneten diskreten Mehrton-Übertragungsschemas einen Mechanismus geben, durch den die fernen Einheiten eine Datenübertragungsanforderung zur Zentraleinheit übermitteln können. Bei einer Ausführungsform werden die S1- Ruhezeiten in Verbindung mit einer Datenübertragungsanforderung verwendet, um das Einleiten einer Übertragung zu ermöglichen. Bei der beschriebenen Ausführungsform kann eine ferne Einheit drei Typen von Datenanforderungen zur Zentraleinheit senden. Diese umfassen eine Datenpaketanforderung (DPR), eine definierte Datenpaketanforderung (DDPR) und eine Datenratenanforderung (DRR). Bei dieser Ausführungsform gibt eine Datenpaketanforderung den Wunsch der fernen Einheit an, einen bestimmten Umfang an Informationen (der typischerweise in bezug auf eine Anzahl von Datenbytes definiert ist) zu übertragen. Eine definierte Datenpaketanforderung gibt den Wunsch der fernen Einheit an, ein Paket oder eine Gruppe von Paketen zu übertragen, deren Eigenschaften der Zentraleinheit bereits bekannt sind. Beispielsweise können im Speicher der Zentraleinheit bereits die Informationen bezüglich der fernen Einheit gespeichert sein, zu der Datenpakete von der anfordernden fernen Einheit gesendet werden sollten. Andere der Zentraleinheit bekannte Informationen können beispielsweise die erforderliche Übertragungsrate für die Datenpakete, die Anzahl der von der anfordernden fernen Einheit benötigten Teilkanäle und dergleichen einschließen. Eine Datenratenanforderung gibt den Wunsch der fernen Einheit zum Übertragen von Daten bei einer bestimmten Rate an.
Die beschriebenen Datenübertragungsanforderungen können bei einer Ausführungsform mit der vorstehend beschriebenen Anforderung eines sofortigen Retrainings in einem einfachen Zwei-Bit-Signal gekoppelt sein, das vier Zustände aufweist. Beispielsweise kann ein Zustand (1, 1) einer Datenratenanforderung entsprechen, ein zweiter Zustand (1, 0) einer Datenpaketanforderung entsprechen, ein dritter Zustand (0, 1) einer Anforderung zu einem sofortigen Retraining entsprechen und ein vierter Zustand (0, 0) einer definierten Datenpaketanforderung entsprechen. Natürlich können die gleichen Informationen als Teil eines größeren Signals aufgenommen sein, und bzw. oder die Bedeutung der verschiedenen Zustände kann geändert werden. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann das Zwei- Bit-Datenübertragungs-Anforderungssignal von einer fernen Einheit über Teilkanäle übertragen werden, die nicht in Gebrauch sind. Durch Zuweisen einer bestimmten Symbolperiode zu jeder fernen Einheit kann die Zentraleinheit die anfordernde ferne Einheit leicht identifizieren, ohne daß sie unabhängige Identifikationsinformationen im Datenübertragungs-Anforderungssignal benötigt. Dieser Übertragungsmodus, der jeder fernen Einheit eine bestimmte Symbolperiode zuweist, wird als abgefragter Übertragungsmodus bezeichnet.
Wie Fachleute verstehen werden, muß die ferne Einheit zusätzlich zum bloßen Identifizieren des Typs der Informationen, die die ferne Einheit übertragen möchte, wenn sowohl die Datenratenanforderung als auch die Datenpaketanforderung auftritt, normalerweise erheblich mehr Informationen zur Zentraleinheit übertragen, damit die Zentraleinheit die Anforderung richtig behandeln kann. Um kurze Zugriffszeiten bereitzustellen, werden die zusätzlichen Informationen während des nächsten verfügbaren S1-Ruhezeitintervalls zu den Zentraleinheiten übermittelt. Wenn die Zentraleinheit 10 insbesondere eine gültige Datenpaketanforderung oder eine gültige Datenratenanforderung empfängt, weist die Zentraleinheit 10 die anfordernde ferne Einheit an, jegliche zusätzlichen Informationen über die Anforderung der anfordernden fernen Einheit während des nächsten verfügbaren S1- Ruhezeitraums 34 zu übertragen. Während des S1-Ruhezeitraums hat die anfordernde ferne Einheit Zugang zu so vielen Teilkanälen, wie sie benötigt, um die Kopfinformationen zu übertragen. Weil sowohl die Datenratenanforderung als auch die Datenpaketanforderung effektiv nur die Zuordnung eines S1- Ruhezeitraums fordern, könnten sie sich einfach einen einzigen Zustand im Zwei- Bit-Datenübertragungs-Anforderungssignal teilen. Dementsprechend könnte bei alternativen Ausführungsformen ein einziger Zustand bereitgestellt werden, um den Wunsch zum Zuordnen eines S1-Ruhezeitraums anzugeben, und die Natur der Anforderung könnte zusammen mit den anderen Informationen während des S1-Zeitraums übertragen werden.
Wenn das System nicht in hohem Maße verwendet wird, kann es eine verhältnismäßig große Anzahl von Teilkanälen geben, die für die ferne Einheit verfügbar sind, wenn sie ihre Datenübertragungsanforderung sendet. Während dieser Zeiträume kann es möglich sein, alle erforderlichen Kopfinformationen zusammen mit der Übertragung der Datenanforderung im selben Symbolzeitraum zu senden, Demgemäß kann der freie Zustand in der Datenübertragungsanforderung bei einer alternativen Ausführungsform verwendet werden, um die Zentraleinheit darauf hinzuweisen, daß die ferne Einheit die erforderlichen Kopfinformationen gleichzeitig mit der Datenübertragungsanforderung auf unbenutzten Teilkanälen überträgt. Im abgefragten Übertragungsmodus identifiziert die Zeit der Datenübertragungsanforderung die die Anforderung sendende ferne Einheit. Demgemäß besteht der Vorteil dieses Verfahrens darin, daß während Zeiten einer verhältnismäßig geringen Belegung die Zugriffszeiten für Datenraten- und Datenpaketanforderungen sogar noch weiter verringert werden können. Konflikte treten zwischen zwei fernen Einheiten nicht auf, weil jede ferne Einheit während des ihr zugewiesenen Symbolzeitraums sendet. Wenn die ferne Einheit bestimmt, daß nicht genug Bandbreite vorhanden ist, um alle erforderlichen Kopfinformationen im zugewiesenen Symbolzeitraum anzunehmen, fordert sie einfach die Zuordnung eines S1- Ruhezeitraums an, wie vorstehend beschrieben wurde.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Zentraleinheit 10 ein spezifisches S1-Intervall 34 zuweisen, das von der anfordernden fernen Einheit zu verwenden ist. Dies ist besonders nützlich, wenn zwei oder mehr ferne Einheiten zwischen zwei S1-Intervallen Datenpaket- oder Datenratenanforderungen ausführen.
Wie zuvor erwähnt wurde, kann eine verhältnismäßig große Anzahl von Teilkanälen auftreten, die unbenutzt sind und für eine ferne Einheit zum Anfordern eines Zugangs verfügbar sind, wenn das System nicht stark belegt ist. Wenn die Zentraleinheit bestimmt, daß die Belegung des Systems gering ist, wenn die Belegung beispielsweise unter eine vordefinierte Belegungsschwelle absinkt, kann die Zentraleinheit einen Befehl an alle fernen Einheiten ausgeben, um es den fernen Einheiten zu ermöglichen, ihre Kommunikationszugangsanforderungen unter Verwendung eines Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang zur Zentraleinheit zu übertragen. Der Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang unterscheidet sich vom vorstehend beschriebenen abgefragten Übertragungsmodus, bei dem jeder fernen Einheit ein Symbolzeitraum zugewiesen ist, in dem ihr Datenübertragungs-Anforderungssignal übertragen werden soll. Wie der Name sagt, verbessert der Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang die Zugangsgeschwindigkeit einer anfordernden fernen Einheit erheblich, indem es der anfordernden fernen Einheit ermöglicht wird, eine Kommunikationszugangsanforderung während eines Symbolzeitraums auf einem der unbelegten oder nicht zugeordneten Teilkanäle zu übertragen, wobei dies unabhängig davon erfolgt, ob ihm dieser Symbolzeitraum zugewiesen wurde. Die fernen Einheiten wissen, welche Teilkanäle unbelegt sind, weil die Zentraleinheit beispielsweise Teilkanalbelegungs- und Übermittlungsinformationen hinsichtlich der Teilkanalbelegung von Zeit zu Zeit für alle fernen Einheiten überwacht.
Weil eine ferne Einheit nicht mehr auf den ihr zugeordneten Symbolzeitraum warten muß, um eine Kommunikationszugangsanforderung zu bestätigen, kann sie ihre Kommunikationszugangsanforderung durchsetzen, sobald ein Bedarf auftritt. Andererseits liefert der Zeitpunkt der Anforderung beim Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang keine Informationen hinsichtlich der Identität der anfordernden fernen Einheit. Um zu identifizieren, welche ferne Einheit ein empfangenes Kommunikationszugangsanforderungssignal durchsetzt, fordert der Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang daher, daß jede anfordernde ferne Einheit beim Anfordern des Zugangs eine eindeutige Kennung der fernen Einheit sendet. Wie zuvor erwähnt wurde, kann die eindeutige Kennung der fernen Einheit bei Systemen mit 128 Teilkanälen je Gruppe lediglich 7 Bits aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform enthält das Kommunikationszugangsanforderungssignal eine Datenübertragungsanforderung. Wie vorstehend erwähnt wurde, identifiziert die Datenübertragungsanforderung den Typ der von der fernen Einheit gewünschten Datenanforderung, beispielsweise DPR, DDPR oder DRR. Falls zwei Bits zum Identifizieren einer Datenübertragungsanforderung verwendet werden, kann der letzte Zustand verwendet werden, um anzugeben, ob die Kopfdaten gleichzeitig im selben Symbolzeitraum oder während des folgenden S1-Zeitraums gesendet werden. Falls die Datenanforderung DDPR ist, kann es offensichtlich keine Kopfinformationen geben, weil die Zentraleinheit die Übertragungsanforderungen, beispielsweise den Bestimmungsort des Datenpakets, die Paketgröße, die Prioritätseinstufung und dergleichen, die einer bestimmten fernen Einheit zugeordnet sind, bereits kennen kann. Falls die Datenanforderung DPR oder DRR ist, wird der letzte von der Zwei-Bit-Datenübertragungsanforderung definierte Zustand von der Zentraleinheit untersucht, um zu bestimmen, wann Kopfinformationen gesendet werden.
Bei einer anderen Ausführungsform enthält die Kommunikationszugangsanforderung weiterhin die Kopfinformationen für DRR- und DPR-Datenanforderungen. Durch die Aufnahme der Kopfinformationen wird die Anzahl der im Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang gesendeten Bits erhöht. Wenn die Anzahl der Bits zunimmt, steigt die Wahrscheinlichkeit einer Kollision. Kollisionen treten auf, wenn zwei ferne Einheiten gleichzeitig ihre Kommunikationszugangsanforderungen auf demselben unbelegten Teilkanal durchsetzen. Folglich hält die bevorzugte Ausführungsform die Anzahl der im Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang gesendeten Bits vorzugsweise so gering wie möglich, um Kollisionen zu minimieren. Es ist verständlich, daß der Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang am besten für DDPR-Datenanforderungen geeignet ist, weil es nicht erforderlich ist, Kopfinformationen von der fernen Einheit zur Zentraleinheit zu senden.
Daher weist eine Kommunikationszugangsanforderung vorzugsweise nur die der fernen Einheit zugeordnete eindeutige Kennung und die Zwei-Bit-Datenübertragungsanforderung auf. Falls bei einer Ausführungsform eine Kommunikationszugangsanforderung jedoch nicht die Zwei-Bit-Datenübertragungsanforderung enthält, kann die Zentraleinheit annehmen, daß eine DDPR-Datenanforderung erwünscht ist und damit fortfahren, der anfordernden fernen Einheit auf der Grundlage der dieser fernen Einheit zugeordneten gespeicherten Datenpaket- Festlegungsinformationen Teilkanäle zuzuordnen.
Beim Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang ist es vorzugsweise erforderlich, daß die Kommunikationszugangsanforderung unter Verwendung eines Modulationsverfahrens, bei dem während des Decodierens kein Abgleich erforderlich ist, von der fernen. Einheit zur Zentraleinheit übertragen wird. Ein Abgleich ist bei bestimmten Modulationsschemata notwendig, bei denen die Zentraleinheit die Eigenschaften des Teilkanals und der fernen Einheit, beispielsweise die absolute Amplitude des empfangenen Signals und die Phase, kennen muß, um eingehende Daten zu decodieren. Wenn eine Kommunikationszugangsanforderung während eines Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang an der Zentraleinheit ankommt, muß die Zentraleinheit offensichtlich nicht vor dem Decodieren die Identität der anfordernden fernen Einheit kennen. Dies liegt daran, daß im Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang eine ferne Einheit ihre Kommunikationszugangsanforderung während eines beliebigen Symbolzeitraums durchsetzen kann und der Zeitablauf der Anforderung keine Informationen hinsichtlich der Identität der anfordernden fernen Einheit liefert.
Weil die Identität der anfordernden fernen Einheit vor dem Decodieren nicht bekannt ist, kann die Kommunikationszugangsanforderung nicht durch Modulationsverfahren decodiert werden, die ein Vorwissen hinsichtlich des Teilkanals und der Identität der fernen Einheit benötigen, wie es bei QAM der Fall ist. Gemäß einer Ausführungsform codiert die vorliegende Erfindung vorzugsweise eine Kommunikationszugangsanforderung einer fernen Einheit unter Verwendung einer differentiellen Vierphasenumtastung (DQPSK). Wenn die DQPSK verwendet wird, werden die Informationen hinsichtlich einer Kommunikationszugangsanforderung in den Phasendifferenzen statt in der absoluten Phase gespeichert. Es ist weiterhin möglich, eine geeignete Konstellation zu wählen, so daß die Amplitude irrelevant ist. Auf diese Weise kann eine Kommunikationszugangsanforderung von der Zentraleinheit empfangen und decodiert werden, ohne daß eine vorherige Kenntnis der Identität der anfordernden fernen Einheit erforderlich wäre.
Wie zuvor erwähnt wurde, ist es beim Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang nicht erforderlich, daß die anfordernde ferne Einheit auf den ihr zugewiesenen Symbolzeitraum wartet, um einen Zugang anzufordern. Folglich kann die Zugangszeit lediglich durch die Zeit, die erforderlich ist, um die Kommunikationszugangsanforderung zu senden, zuzüglich der Zeit, die die Zentraleinheit benötigt, um zur anfordernden fernen Einheit Informationen zu senden, die Teilkanäle zur Verwendung durch die anfordernde ferne Einheit zuordnen, gegeben sein.
Bei einer Ausführungsform wird der Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang von der Zentraleinheit aktiviert, wenn die Systembelegung gering ist und beispielsweise unterhalb einer vordefinierten Belegungsschwelle liegt. Durch das Aktivieren des Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang während dieser Zeiten wird die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen verringert, weil es mehr unbelegte Teilkanäle gibt, auf denen eine oder mehrere ferne Einheiten Kommunikationszugangsanforderungen durchsetzen können. Falls eine Kollision auftritt, empfängt die Zentraleinheit gestörte Daten, beispielsweise Daten, die nicht decodiert werden können. Ohne zu wissen, welche ferne Einheit einen Zugang anfordert, kann die Zentraleinheit daher der geeigneten anfordernden fernen Einheit keine Teilkanäle zuordnen. In diesem Fall kann eine anfordernde ferne Einheit nach dem Durchsetzen ihrer Kommunikationszugangsanforderung einen vordefinierten Zeitraum warten, und sie überträgt dann, falls keine Zuordnung geschieht, die Kommunikationszugangsanforderung, vorzugsweise nachdem sie einen zufälligen Zeitraum gewartet hat, erneut, um die Wahrscheinlichkeit einer weiteren Kollision zu verringern. Falls die Zentraleinheit bei einer Ausführungsform auf einem nicht zugeordneten oder unbelegten Teilkanal eine gestörte Datenübertragung empfängt, nimmt sie an, daß eine Kollision zwischen zwei oder mehr Kommunikationszugangsanforderungen aufgetreten ist, und übermittelt allen fernen Einheiten, vorzugsweise nachdem einen zufälligen Zeitraum gewartet wurde, eine "Kollision erfaßt"-Meldung, um die fernen Einheiten zu drängen, ihre Kommunikationszugangsanforderungen erneut zu senden.
Es wird verständlich sein, daß die Teilkanalbelegung wegen der Neusendeaktivitäten durch die fernen Einheiten und bei einer Ausführungsform der Übermittlungsaktivität der Zentraleinheit zunehmen kann, wenn es eine große Anzahl von Kollisionen gibt. Wenn zu viele Kollisionen auftreten, kann die Systembelegung die vordefinierte Belegungsschwelle übersteigen, wodurch die Zentraleinheit bei einer Ausführungsform veranlaßt wird, einen Steuerbefehl an alle fernen Einheiten auszugeben, damit sie die Datenübertragung im Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang unterbrechen und die Datenübertragung im abgefragten Übertragungsmodus wiederaufnehmen, in dem jede ferne Einheit ihre Datenanforderungen nur während des ihr zugewiesenen Symbolzeitraums überträgt.
Fig. 10 ist ein Flußdiagramm, in dem die Schritte dargestellt sind, die von einer anfordernden fernen Einheit unternommen werden, um die Kommunikation mit einer Zentraleinheit herzustellen. Wie in Fig. 10 dargestellt ist, geht das Verfahren nach dem Start in Schritt 360 zu Schritt 362, wo die anfordernde ferne Einheit ermittelt, ob der Übertragungsmodus einen schnellen Zugang aufweist oder abgefragt ist. Falls die anfordernde ferne Einheit ermittelt, daß der abgefragte Übertragungsmodus gegenwärtig beschäftigt ist, beispielsweise ansprechend auf ein Steuersignal von der Zentraleinheit, wenn die Systembelegung stark ist, geht das Verfahren zu Schritt 366, um Daten im abgefragten Übertragungsmodus zu übertragen. Im abgefragten Übertragungsmodus überträgt die anfordernde ferne Einheit ihre Datenanforderung nur während des ihr zugewiesenen Symbolzeitraums auf einem oder mehreren unbelegten Teilkanälen.
Falls die anfordernde ferne Einheit andererseits ermittelt, daß der Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang gegenwärtig beschäftigt ist, beispielsweise ansprechend auf ein Steuersignal von der Zentraleinheit, wenn die Systembelegung gering ist, geht das Verfahren von Schritt 362 zu Schritt 364, um ihre Kommunikationszugangsanforderung während eines Symbolzeitraums auf einem oder mehreren unbelegten Teilkanälen zu übertragen. Wie zuvor erklärt wurde, muß die anfordernde ferne Einheit nicht auf den ihr zugewiesenen Symbolzeitraum warten, um ihre Kommunikationszugangsanforderung im Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang zu übertragen.
Von Schritt 364 oder 366 geht das Verfahren zu Schritt 368, um zu bestimmen, ob die Datenanforderung eine Datenpaketanforderung (DPR) ist. Falls dies der Fall ist, geht das Verfahren zu Schritt 370, wo die Schritte aus Fig. 11(a) ausgeführt werden. Falls die Datenanforderung andererseits keine DPR ist (in Schritt 368 bestimmt), geht das Verfahren zu Schritt 372, um zu bestimmen, ob die Datenanforderung eine definierte Datenpaketanforderung (DDPR) ist. Falls die Datenanforderung eine DDPR ist, geht das Verfahren zu Schritt 374, wo die. Schritte aus Fig. 11(b) ausgeführt werden. Falls die Datenanforderung andererseits keine DDPR ist (in Schritt 372 bestimmt), geht das Verfahren zu Schritt 376, um zu bestimmen, ob die Datenanforderung eine Datenratenanforderung (DRR) ist. Falls die Datenanforderung eine DRR ist, geht das Verfahren zu Schritt 378, wo die Schritte aus Fig. 11(c) ausgeführt werden. Falls die Datenanforderung keine der vorstehend erwähnten ist, geht das Verfahren zu Schritt 380, wo die Schritte aus Fig. 10 enden. Es sei bemerkt, daß bestimmte Ausführungsformen zusätzliche Datenanforderungstypen aufweisen können und daß das Verfahren so angepaßt werden kann, daß es diese zusätzlichen Datenanforderungen nach Bedarf behandelt. Die Anpassung des offenbarten Verfahrens an das Behandeln spezifischer zusätzlicher Datenanforderungstypen liegt mit der vorliegenden Offenbarung innerhalb der Fähigkeiten eines Fachmanns.
Mit Bezug auf Fig. 11 (a) wird ein Verfahren zum Behandeln einer Datenpaketanforderung in näheren Einzelheiten beschrieben. Zunächst ordnet die Zentraleinheit 10 der anfordernden fernen Einheit das nächste verfügbare S1-Zeitintervall 34 zu und leitet mit dem Abwärtssignal eine Mitteilung weiter, die die Zuordnung bestätigt (Schritt 204). Daraufhin überträgt die anfordernde ferne Einheit in Schritt 206 die zusätzlichen Informationen während des zugeordneten S1- Zeitintervalls 34. Die zusätzlichen Übertragungsanforderungen können beispielsweise die Adresse, zu der die Daten gesendet werden, die Paketgröße und eine Prioritätseinstufung enthalten. Wie zuvor erörtert wurde, kann die ferne Einheit alternativ die zusätzlichen Übertragungsanforderungen im selben Symbolzeitraum wie die Übertragungsanforderung übertragen.
Die Zentraleinheit 10 speichert dann in Schritt 208 die zusätzlichen empfangenen Datenpaketinformationen. Die Zentraleinheit 10 bestimmt dann die Anzahl der Teilkanäle, die für die Anforderungen der fernen Einheiten zugeordnet werden sollten und sendet Anweisungen hinsichtlich der Teilkanäle, die zusammen mit den zulässigen Bitraten je Kanal zu verwenden sind, zur anfordernden fernen Einheit zurück. Es sei bemerkt, daß die Zentraleinheit 10 auf der Grundlage des gespeicherten Satzes von Kanaleigenschaften, die der anfordernden fernen Einheit 210 entsprechen, Teilkanäle 23 zuordnet. Auf diese Weise kann die Zentraleinheit 10 die wirksamste Anzahl von Teilkanälen 23 dynamisch zuordnen, um die Anforderung der fernen Einheit zu behandeln. Es sei bemerkt, daß der Empfänger der Zentraleinheit die zu übertragende Datenmenge (anhand der während des S1- Ruhezeitraums empfangenen Informationen) sowie die Datenübertragungsraten (die die ferne Einheit spezifiziert hat) kennt. Daher kennt die Zentraleinheit den Zeitaufwand, der zum Abschließen der Übertragung erforderlich ist. Dementsprechend ordnet die Zentraleinheit 10 die festgelegte Anzahl von Teilkanälen 23 nur während des Zeitraums der anfordernden fernen Einheit zu, der erforderlich ist, damit die anfordernde ferne Einheit ihr Paket (ihre Pakete) überträgt. Nach dem Verstreichen des spezifizierten Zeitraums (mit einem erforderlichen Puffer) teilt die Zentraleinheit 10 mit, daß die der ersten fernen Einheit zugewiesenen Teilkanäle 23 nun unbenutzt sind und bereit sind, einer anderen fernen Einheit neu zugeordnet zu werden (Schritt 212).
Mit Bezug auf Fig. 11(b) wird ein Verfahren zum Behandeln einer definierten Datenpaketanforderung (DDPR) beschrieben. Bei einer definierten Datenpaketanforderung muß die Zentraleinheit darauf vertrauen, daß das zusätzliche Datenpaket Informationen definiert, die in Schritt 208 gespeichert wurden. Diese können wiederum solche Dinge, wie die Adresse, zu denen das Paket (die Pakete) gesendet wurde (wurden), und die Paketgröße enthalten. Demgemäß kann eine definierte Datenpaketanforderung bei der beschriebenen Ausführungsform nur dann behandelt werden, wenn sie von einer fernen Einheit übertragen wird, die zuvor eine DPR gesendet hat. Bei alternativen Ausführungsformen könnten geeignete Sollwerte bereitgestellt werden, um die Verwendung definierter Datenpakete selbst dann zu erlauben, wenn keine Datenpaketanforderung gesendet worden ist.
Wie in Fig. 11 (b) dargestellt ist, greift die Zentraleinheit in Schritt 223 auf die gespeicherten definierten Datenpaket-Übertragungsanforderungen zu und verwendet diese Informationen beim Lenken und/oder Handhaben des empfangenen Datenpakets (der empfangenen Datenpakete). Es sei bemerkt, daß die Zentraleinheit 10 im selben Symbolzeitraum oder während eines S1-Zeitintervalls 34 keine zusätzlichen Informationen empfangen muß und daher in Schritt 225 einen oder mehrere Teilkanäle 23 sofort der anfordernden fernen Einheit zuordnen kann. Weil der Umfang der zu übertragenden Informationen und die Datenübertragungsraten wiederum bekannt sind, ordnet die Zentraleinheit die Teilkanäle nur für den Zeitraum zu, der erforderlich ist, um das Paket zu übertragen. Nach dem Verstreichen der geeigneten Übertragungszeit teilt die Zentraleinheit 10 mit, daß die Teilkanäle 23 frei sind, bei 227 neu zugeordnet zu werden.
Während viele Kommunikationsvorrichtungen wirksam durch paketierte Übermittlungen kommunizieren können, benötigen andere eine konstante Übertragungsrate, die bei Verwendung paketierter Übertragungssysteme manchmal schwer zu erhalten ist. Diese fernen Einheiten können durch Zuordnen einer Anzahl von Teilkanälen 23, die zum Behandeln der erforderlichen Datenübertragungsrate über einen unbestimmten Zeitraum ausreichend ist, ermöglicht werden. Dies gilt solange, bis die ferne Einheit angibt, daß die Bandbreite nicht mehr erforderlich ist, oder bis ein Fehler erfaßt wird. Es ist beispielsweise wahrscheinlich, daß bei Videokonferenzen solche Anforderungen auftreten. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird dieser Typ einer Datenübertragungsanforderung durch die Verwendung einer Datenratenanforderung behandelt.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 11(c) ein Verfahren beschrieben, das zum Behandeln von Datenratenanforderungen geeignet ist. Die Zentraleinheit 10 fordert nach dem Empfang einer DRR-Anforderung typischerweise zusätzliche Übertragungsinformationen, wie die Adresse und die angeforderten Datenraten, an. Dementsprechend ordnet die Zentraleinheit in Schritt 252 der anfordernden fernen Einheit den nächsten verfügbaren S1-Ruhezeitraum zu, um die erforderlichen Informationen zu senden. Die anfordernde ferne Einheit sendet dann während des zugeordneten S1-Zeitintervalls in Schritt 254 die zusätzlichen Übertragungsinformationen. Wie zuvor erörtert wurde, kann die ferne Einheit alternativ die zusätzlichen Übertragungsanforderungen im selben Symbolzeitraum wie die Übertragungsanforderung übertragen.
Wenn sie die Datenratenanforderungen sowie die zulässigen Datenraten für jeden Teilträger kennt, ordnet die Zentraleinheit 10 in Schritt 256 eine geeignete Anzahl von Teilkanälen 23 zu, um den angeforderten Durchsatz zu behandeln. Wenn die anfordernde ferne Einheit nicht mehr übertragen muß, sendet sie in Schritt 258 eine neue Datenratenanforderung, die angibt, daß eine Kapazität von Null erforderlich ist. Die Zentraleinheit 10 versteht dies als eine Beendigungsanforderung und markiert die geeigneten Teilkanäle in Schritt 260 als unbelegt.
Es gibt keinen festgelegten Zeitraum, der zum Wiederholen der S1- Ruhezeiträume ideal ist. Andererseits sind die Zugangszeiten, die für den abgefragten Übertragungsmodus oder für DPR- und DRR-Anforderungen erreicht werden können, umso kürzer, je häufiger die S1-Ruhezeiträume auftreten. Das System spricht dementsprechend umso besser an. Andererseits erfordern häufigere S1-Ruhezeiträume einen größeren Zusatzaufwand, wodurch die Gesamtsystemkapazität verringert wird. Dementsprechend ändert sich die geeignete Frequenz der S1-Zeiträume etwas abhängig von den Bedürfnissen eines jeweiligen Systems. Bei der dargestellten Ausführungsform werden die S1-Ruhezeiträume verwendet, um die Rahmen zu begrenzen, wenngleich es verständlich sein sollte, daß dies keine Bedingung ist. Im allgemeinen wird durch die Verwendung der S1- Ruhezeiträume die zum Einleiten einer Kommunikation erforderliche Zugangszeit verringert. Wenn es geeignet ist, kann die Zugangszeit der anfordernden fernen Einheit durch Verwendung von DDPRs weiter verringert werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, sind die Initialisierungszeitintervalle S2 und die Retraining-Zeitintervalle S3 nicht so zahlreich wie die S1-Ruhezeiträume, weil das Initialisieren und das Retraining gewöhnlich kein so schnelles Ansprechen benötigt wie eine Anforderung sofortiger Übermittlungen. Bei einer Ausführungsform alternieren die S2s und S3s in jedem zweiten Überrahmen 36. Bei einer weiteren Ausführungsform können die S2s und S3s von der Zentraleinheit 10 dynamisch zugeordnet werden, um eine Anpassung an wechselnde Umstände vorzunehmen. Beispielsweise können zu Zeiten, zu denen es wahrscheinlicher ist, daß ferne Einheiten installiert werden und eine Initialisierung benötigen, beispielsweise während des Tages, mehr der reservierten Zeitintervalle 38 als Initialisierungszeitintervalle zugeordnet werden. Während des Abends, wenn Installationen weniger wahrscheinlich sind, können mehr der reservierten Intervalle 38 als Retraining-Zeitintervalle zugeordnet werden.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 3 eine zentrale Büroarchitektur beschrieben, die zum Verwirklichen der beschriebenen Synchronisation und Koordination geeignet ist. Die Zentraleinheit weist bei der dargestellten Ausführungsform ein zentrales Modem 30, einen Netzwerkserver 19 und eine Netzwerkschnittstelle 41 auf. Das zentrale Modem weist einen Sender 40, einen Empfänger 70 und eine Steuereinrichtung 60 auf. Die Steuereinrichtung 60 wird verwendet, um die Takte der fernen Modems mit dem Takt im zentralen Modem zu synchronisieren sowie die von den fernen Modems übertragenen Rahmen zu synchronisieren. Der Netzwerkserver 19 liefert dem Sender 40 über eine asynchrone Übertragungsmodem-Vermittlungsstelle 41 (in der Zeichnung als Netzwerkschnittstelle bezeichnet) digitale Daten. Der Netzwerkserver 19 kann unter Berücksichtigung der Kapazität des Senders, der Übertragungsstrecke, der Übertragungsleitungsqualität und des Typs der verwendeten Übermittlungsleitung Daten bei jeder beliebigen Datenrate bis zur maximalen Datenrate liefern. Der Sender 40 weist mehrere Komponenten einschließlich eines Codierers 43, eines diskreten Mehrtonmodulators 45 und eines Fensterfilters 46 auf. Der Codierer 43 dient dem Multiplexieren, Synchronisieren und Codieren der zu übertragenden Daten (in der Art von Videodaten). Er übersetzt insbesondere eingehende Bitströme in Phasen- und Quadraturkomponenten für jeden von mehreren Teilkanälen. Die Codierung kann unter Verwendung einer Vorwärtsfehlerkorrektur und bzw. oder einer Trellis- Codierung erfolgen. Der Codierer wird typischerweise so eingerichtet, daß er eine Anzahl von Teilsymbolsequenzen ausgibt, wobei ihre Anzahl der Anzahl der für das System verfügbaren Teilkanäle gleicht. Bei einem System mit 256 Teilkanälen gibt der Codierer beispielsweise 256 Teilsymbolsequenzen aus. Bei der vorstehend erwähnten ATIS-Norm stellen die Teilsymbolsequenzen jeweils 4 Kbps dar. Diese Eingaben sind komplexe Eingaben, die einem diskreten Mehrtonmodulator 45 zugeführt werden. Ein geeigneter Codierer ist beispielsweise in der erwähnten ATIS-Norm detailliert beschrieben.
Der Modulator 45 ist ein IFFT-Modulator, der die inverse Fourier- Transformation durch einen geeigneten Algorithmus berechnet. Ein geeigneter IFFT-Codierer ist im Artikel "Multicarrier Modulation: An Idea Whose Time Has Come" von J. Bingham, IEEE Communication Magazine, Mai 1990, beschrieben. Weil die Ausgaben des Codierers komplexe Zahlen sind, empfängt der IFFT- Modulator doppelt so viele Eingaben, wie Teilkanäle verfügbar sind. Die Bitverteilung wird bei diskreten Mehrtonsystemen adaptiv festgelegt. Um dies zu ermöglichen, weist der Sender 40 auch eine Leitungsüberwachungseinrichtung auf, die die Kommunikationsleitung überwacht, um die Leitungsqualität von jedem der verfügbaren Teilkanäle zu bestimmen. Bei einer Ausführungsform bestimmt die Leitungsüberwachungseinrichtung (die Teil der Steuereinrichtung 60 sein kann) das Rauschniveau, die Einzelverstärkung und die Phasenverschiebung auf jedem der Teilkanäle. Typischerweise wird diese Leitungsüberwachungseinrichtung verwendet, um die Qualität der beschriebenen S3-Retraining-Signale zu erkennen. Die Aufgabe besteht darin, das Signal-Rausch-Verhältnis für jeden der Teilkanäle zu schätzen. Daher könnten auch andere Parameter zusätzlich zu den beschriebenen Parametern oder an Stelle von diesen überwacht werden. Es wird auf der Grundlage mehrerer Faktoren dynamisch bestimmt, über welche Teilkanäle die codierten Daten zu übertragen sind und wie viele Daten über jeden Teilkanal zu übertragen sind. Die Faktoren umfassen die erfaßten Leitungsqualitätsparameter, die Teilkanal-Verstärkungsparameter, eine zulässige Leistungsmaske und die gewünschten maximalen Teilträger-Bitfehlerraten. Es sei bemerkt, daß die verschiedenen Faktoren zwischen Teilkanälen nicht konstant sein müssen und sich tatsächlich sogar während der Verwendung ändern können. Insbesondere können die Leitungsqualitätsparameter wiederholt geprüft werden, und es werden in Echtzeit Anpassungen des Modulationsschemas vorgenommen, um die Modulation dynamisch anzupassen, wenn sich die Leitungsqualität auf mehreren Teilkanälen während der Verwendung ändert. Beispielsweise ist ein geeigneter diskreter Mehrtonmodulator im selben ATIS-Normdokument allgemein beschrieben.
Nachdem das codierte Signal moduliert wurde, um ein diskretes Mehrtonsignal zu bilden, wird an das diskrete Mehrton-codierte Signal ein zyklischer Vorspann angehängt. Der zyklische Vorspann wird in erster Linie verwendet, um die Demodulation der diskreten Mehrtonsignale zu vereinfachen und ist strenggenommen nicht erforderlich. Bei der ATIS-Norm wird ein 32 Bits umfassender zyklischer Vorspann verwendet. Bei Systemen, bei denen größere Bandbreiten verwendet werden, wäre es jedoch bevorzugt, auch die Länge des zyklischen Vorspanns zu vergrößern. Es wurde beispielsweise herausgefunden, daß bei einem Signal mit 512 Abtastwerten ein 40 Abtastwerte aufweisender zyklischer Vorspann gut funktioniert.
Das modulierte Signal wird dann durch ein Fensterfilter 46 und bzw. oder andere Filter geführt, um die Energie außerhalb des Bands zu minimieren. Dies ist erwünscht, um dabei zu helfen, zu verhindern, daß die analogen Schnittstellen in den fernen Empfängern sättigen. Die Fensterbildung kann durch eine große Vielzahl herkömmlicher Fensterprotokolle erreicht werden. Der Sender weist auch eine analoge Schnittstelle 48 auf, die das diskrete Mehrtonsignal den Übertragungsmedien zuführt. Bei festverdrahteten Systemen, wie verdrillten Telefonleitungspaaren und Koaxialkabeln, kann die analoge Schnittstelle die Form eines Leitungstreibers annehmen.
Das zentrale Modem 30 weist auch einen Empfänger 70 zum Empfangen von Mehrtonsignalen von den fernen Einheiten auf. Der Empfänger 70 weist eine analoge Schnittstelle 72, ein Fensterfilter 74, einen Demodulator 76 und einen Decodierer 78 auf. Vom zentralen Modem 30 empfangene Signale werden zunächst über das analoge Filter 72 empfangen. Das Fensterfilter 74 ist dafür eingerichtet, im wesentlichen Fenster- und/oder Filterfunktionen am empfangenen Signal auszuführen. Eine geeignete Filteranordnung ist ein Zeitbereichsentzerrer 74. Wiederum kann die Fensterbildung durch eine große Vielzahl herkömmlicher Fensterprotokolle erreicht werden. Der Demodulator 76 demoduliert das abgeglichene diskrete Mehrtonsignal und entnimmt den zyklischen Vorspann. Der Decodierer 78 decodiert das demodulierte Signal. Der Demodulator 76 und der Decodierer 78 führen im wesentlichen die Umkehrfunktionen des Modulators 45 bzw. des Codierers 43 aus. Das decodierte Signal wird dann über die Schnittstelle 41 vom Decodierer 78 zum Netzwerkserver 19 oder einem anderen geeigneten Benutzer der Informationen übertragen. Die Funktionen des Zeitbereichsentzerrers 74, des Demodulators 76 und des Decodierers 78 sowie zum Erreichen der gewünschten Funktionen geeignete Algorithmen sind alle in näheren Einzelheiten in US-A-5 285 474 von Chow u. a. beschrieben.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 4 eine zum Verwirklichen der Synchronisation gemäß der vorliegenden Erfindung geeignete Architektur einer fernen Einheit beschrieben. In vielen Hinsichten ähnelt das ferne Modem dem zentralen Modem, wenngleich die jeweiligen Aufwärts- und Abwärts- Kommunikationskapazitäten etwas verschieden sein können. Ein vom zentralen Modem 30 übertragenes Signal wird über ein analoges Filter 172 von einer fernen Einheit 50 empfangen. Die ferne Einheit 50 weist die analoge Schnittstelle 172, einen Zeitbereichsentzerrer (TEQ) 174, einen Demodulator 176, der das entzerrte diskrete Mehrtonsignal demoduliert und den zyklischen Vorspann entnimmt, und einen Decodierer 178, der das demodulierte Signal decodiert, auf. Der Zeitbereichsentzerrer 174 fuhrt im wesentlichen Filterfunktionen am empfangenen Signal aus. Es kann auch ein Fensterfilter verwendet werden. Der Demodulator 176 und der Decodierer 178 führen Umkehrfunktionen des Modulators 45 bzw. des Codierers 43 aus. Das decodierte Signal wird dann vom Decodierer 178 zu einer fernen Vorrichtung 22 in der Art eines Fernsehgeräts, eines Computers oder einer anderen geeigneten Empfangsvorrichtung übertragen. Die Funktionen des Zeitbereichsentzerrers 174, des Demodulators 176 und des Decodierers 178 ähneln den Funktionen der entsprechenden Komponenten im zentralen Modem. Ein Sperrfilter 185 kann wahlweise oberhalb des analogen Filters 172 des Empfängers bereitgestellt sein, um Energie in Frequenzbändern außerhalb der Teilkanäle zu blockieren, die für die ferne Einheit von Interesse sind. Dies kann dabei helfen, das Sättigen des analogen Filters zu verhindern. Durch Bereitstellen eines Analogons eines Sperrfilters oder eines anderen geeigneten Filtermechanismus zum Herausfiltern der Bandenergie können kostengünstigere Empfängerkomponenten verwendet werden, weil es nicht erforderlich ist, daß der Empfänger selbst so viel Energie handhabt.
Die Aufwärtscodierung und -modulation kann in genau der gleichen Weise erfolgen wie die vorstehend bei der Erörterung der zentralen Modemeinheit beschriebene Abwärtsdatenübertragung. Demgemäß weist das ferne Modem 50 auch einen Codierer 143, einen Mehrtonmodulator 145, ein Fenster oder ein Filter 146 und eine analoge Schnittstelle 148 auf. Es benötigt auch einen Rahmensynchronisierer 147 zum zeitlichen Verzögern der Mehrtonsignale um einen zum Synchronisieren des fernen Modems 50 mit anderen fernen Modems, die gegenwärtig mit dem zentralen Modem kommunizieren, geeigneten Betrag, wie vorstehend beschrieben wurde. Bei Teilnehmeranwendungen wird typischerweise eine geringere Anzahl von Teilkanälen verfügbar gemacht, um die Aufwärtskommunikation zu ermöglichen. Es sei jedoch bemerkt, daß für diese Aufwärtskommunikation jede beliebige Anzahl von Teilkanälen verfügbar gemacht werden könnte.
Falls ein abgefragter Übertragungsmodus wirksam ist, kann der Codierer 143 beispielsweise ein QAM-Codierer sein. Bei vielen Systemen funktioniert beispielsweise ein QAM-Codierer mit einer 16-Punkt-Konstellation gut. Falls die Übertragung über einen Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang erfolgt, kann der Codierer 143 beispielsweise ein differentieller Vierphasenumtastcodierer (DQPSK-Codierer) mit einer Vier-Punkt-Konstellation sein. Ein geeigneter DQPSK-Codierer ist beispielsweise im Text von J. Bingham mit dem Titel "Theory and Practice of Modem Design", veröffentlicht von J. Wiley & Sons (1988), beschrieben. Beim beschriebenen Modusumschaltschema wird auch das Steuersignal zum Bewirken des Umschaltens zwischen dem abgefragten Übertragungsmodus und dem Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang in den Codierer eingegeben, wenngleich verständlich sein sollte, daß es alternativ auch an anderen Stellen hinzugefügt werden könnte. Wenn in ähnlicher Weise der abgefragte Übertragungsmodus wirksam ist, kann der Decodierer 78 an der Zentraleinheit beispielsweise ein QAM-Decodierer sein. Falls die Übertragung durch den Übertragungsmodus mit einem schnellen Zugang erfolgt, kann der Decodierer 78 der Zentraleinheit beispielsweise ein differentieller Vierphasenumtast-Decodierer (DQPSK-Decodierer) sein.
Die meisten der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen waren in erster Linie auf die Manipulation der Aufwärtskommunikation von den fernen Einheiten zur Zentraleinheit 10 gerichtet. Demgemäß werden für den Typ der für ein solches System verwendbaren Abwärtskommunikation keine Beschränkungen auferlegt. Der Abwärtskanal kann ähnlich der zur Aufwärtskommunikation verwendeten Modulation eine diskrete Mehrtönmodulation verwenden, oder er kann andere geeignete Techniken, wie eine Restseitenbandmodulation (VSB-Modulation) oder QAM verwenden. Weiterhin kann der Abwärtskanal aus zweckgebundenen Zusatzkanälen zum Übertragen der relevanten Formatierungssignale bestehen, welche die S1-, S2- und S3-Hinweiszeichen, Synchronisationssignale und Informationen über die Zuordnung der Teilkanäle 23 einschließen, jedoch nicht auf diese beschränkt sind. Wie Fachleuten verständlich sein wird, können gemäß der vorliegenden Erfindung auf den Abwärtskanal zahlreiche andere Verfahren von Transmissionsschemata angewendet werden.
Wenn die diskrete Mehrtonübertragung sowohl in der Aufwärts- als auch in der Abwärts-Datenrichtung verwendet wird und die gewünschten Datenübertragungsraten verhältnismäßig hoch sind, kann es wünschenswert sein, ein Datenübertragungsschema auf der Grundlage eines Zeitvielfachzugriffs (d. h. ein "Ping- Pong-Datenübertragungsschema") aufzunehmen. Das heißt, daß der Abwärtskommunikation eine festgelegte Anzahl von Rahmen oder Überrahmen zum Übertragen über die ganze Bandbreite gegeben wird. Danach wird der Aufwärtskommunikation eine festgelegte Anzahl von Rahmen oder Überrahmen zum Übertragen über die ganze Bandbreite gegeben. Bei vielen Anwendungen mit hoher Datenrate, wie Anwendungen mit einer Datenrate von 25,6 und 51,2 Millionen Bits je Sekunde, bietet die Verwendung des Ping-Pong-Übertragungsschemas bei den Sender- und Empfängerkonstruktionen erhebliche Kosteneinsparungen, weil es dabei überflüssig ist, kostspielige Filter zum Isolieren gleichzeitiger Aufwärts- und Abwärtsübermittlungen bereitzustellen. Die Ping-Pong-Methode ist bei Datenraten oberhalb von 10 Millionen Bits je Sekunde besonders vorteilhaft.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 12 ein Ping-Pong-Übertragungsschema für eine asymmetrische Anwendung beschrieben. Bei dieser Ausführungsform werden acht aufeinanderfolgende Abwärts-Überrahmen (DSF) 885 von Daten abwärts übertragen und dann ein Aufwärts-Überrahmen (USF) 886 von Daten aufwärts übertragen. Bei anderen Ausführungsformen kann die tatsächliche Anzahl der zum Übertragen in jeder Richtung verwendeten Rahmen entsprechend den Anforderungen eines bestimmten Systems geändert werden. Beispielsweise könnte das Asymmetrieverhältnis in weiten Bereichen zugunsten der Abwärtskommunikation geändert werden, die Übertragungszeiträume könnten symmetrisch sein, oder der Aufwärtskommunikation könnte ein besserer Zugang gegeben werden. Bei Systemen, welche zur dynamischen Zuordnung von Bandbreite zwischen der Aufwärts- und der Abwärtskommunikation berechtigen, kann eine Steuereinrichtung bereitgestellt werden, um die Verteilung der Rahmen zwischen der Aufwärts- und der Abwärtskommunikation dynamisch zuzuordnen. Bei Systemen, bei denen die Signale zwischen der Zentraleinheit und den fernen Einheiten über verhältnismäßig große Strecken laufen, kann es wünschenswert sein, nach dem Ende der Datenübertragung in einer Richtung einen Abklingzeitraum 887 bereitzustellen, um das Abklingen von Transienten zu ermöglichen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein Abklingzeitraum nach der Aufwärtsübertragung, jedoch nicht nach der Abwärtsübertragung vorgesehen. In der Praxis kann der Abklingzeitraum 887 nach der Übertragung in eine oder in beide Richtungen angemessen sein.
Es sei bemerkt, daß die Initialisierung und/oder Synchronisation der fernen Einheiten, die Aufwärts-Teilkanal-Zugangsanforderungen und/oder die Training- Intervalle unter Verwendung beliebiger der vorstehend erörterten Techniken erreicht werden können. Der Hauptvorteil des beschriebenen Zeitvielfachzugriffsverfahrens besteht darin, daß dabei keine kostspieligen Filter zum Isolieren der gleichzeitigen Aufwärts- und Abwärtskommunikation in Systemen erforderlich sind, bei denen die Übertragungsbandbreite wahrscheinlich stark in Anspruch genommen wird. Ein anderer Vorteil besteht verglichen mit der Standard- Frequenzmultiplexierung, bei der die Aufwärtsübertragung in einem ersten Frequenzbereich erfolgt und die Abwärtsübertragung in einem zweiten Frequenzbereich erfolgt, darin, daß das Ping-Pong-Übertragungsverfahren die asymmetrische Übertragung verbessern kann. Tatsächlich können die Übertragungsraten fast bis auf das Niveau eines Systems erhöht werden, bei dem eine Echounterdrückung verwendet wird. Das Ping-Pong-Verfahren kann diese Übertragungsraten jedoch bei viel geringeren Kosten der analogen Komponenten (unter Verwendung heutiger Technologie) erreichen als erforderlich wäre, um ein Frequenzmultiplexsystem oder ein Echounterdrückungssystem zu verwenden.
Wenngleich nur einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben wurden, sei bemerkt, daß die vorliegende Erfindung in vielen anderen spezifischen Formen verwirklicht werden kann, ohne vom Grundgedanken oder vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise wurde die Erfindung in erster Linie in Zusammenhang mit einem diskreten Mehrton- Übertragungssystem beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, daß die gleichen Techniken auch auf andere diskrete Mehrträgersysteme, wie diskrete Wellen- Mehrton-, Vektorcodier- und andere Mehrträger-Modulationsschemata, angewendet werden können. Es ist auch zu verstehen, daß bei Ausführungsformen, die Zusatz-Teilkanäle aufweisen, diese Teilkanäle gemeinsam verwendet werden können oder für jede Richtung gesondert sein können. Die Verwendung von zwei Teilkanälen im Zusatzbus wurde in größten Einzelheiten beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, daß auch ein einziger Teilkanal für die Aufwärts- und die Abwärtskommunikation bereitgestellt werden könnte (insbesondere, wenn eine Echounterdrückung verwendet wird). Alternativ können mehr als zwei Zusatz- Teilkanäle bereitgestellt werden, wenn die Randbedingungen eines bestimmten Systems vorschreiben, daß mehr als ein Teilkanal zur Kommunikation in eine Richtung (oder beide Richtungen) verwendet werden sollte. Beispielsweise könnte bei einem System mit einer verhältnismäßig geringen Anzahl ferner Einheiten jeder fernen Einheit (oder jeder Teilgruppe ferner Einheiten) ein zweckgebundener Teilkanal zugewiesen werden. Alternativ könnte eine Redundanz bereitgestellt werden, um das Risiko einer Rauschinterferenz zu verringern. Das Gleiche könnte für die Abwärts-Zusatzkommunikation gelten. Der Nachteil der Verwendung zweckgebundener Teilkanäle für jede ferne Einheit besteht natürlich darin, daß dabei Bandbreite verschwendet wird. Weiterhin werden zweckgebundene Zusatz- Teilkanäle beschrieben. Es wäre jedoch unter manchen Umständen möglich, andere Zusatzinformationen (beispielsweise Steuerinformationen) auf denselben Teilkanal zu multiplexieren. Es sollte angesichts des vorhergehend Erwähnten verständlich geworden sein, daß die vorliegenden Beispiele als erläuternd und nicht als einschränkend angesehen werden sollten und daß die Erfindung nicht auf die hier angegebenen Einzelheiten beschränkt ist, sondern innerhalb des Schutzumfangs der anliegenden Ansprüche modifiziert werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Synchronisieren von Rahmen, die von einer ausgewählten fernen Einheit zu einer Zentraleinheit in einem bidirektionalen Datenübertragungssystem übertragen werden, das die Kommunikation zwischen der Zentraleinheit und mehreren fernen Einheiten unter Verwendung eines rahmenbasierten Mehrträger-Übertragungsschemas ermöglicht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Empfangen eines ersten Signals von der Zentraleinheit und anfängliches Synchronisieren der ausgewählten ersten fernen Einheit mit dem ersten Signal,

Übertragen eines fern ausgelösten Synchronisationssignals von der Schleifensynchronisierten ausgewählten ersten fernen Einheit zur Zentraleinheit, wenn die ausgewählte erste ferne Einheit eine Kommunikation mit der Zentraleinheit herstellen möchte,

Empfangen eines von der Zentraleinheit zur ausgewählten ersten fernen Einheit ansprechend auf das fern ausgelöste Synchronisationssignal übertragenen zentral ausgelösten Synchronisationssignals, wobei das zentral ausgelöste Synchronisationssignal Informationen enthält, die eine zum besseren Synchronisieren der ausgewählten ersten fernen Einheit mit anderen fernen Einheiten, die gegenwärtig mit der Zentraleinheit kommunizieren, erforderliche Rahmengrenz- Phasenverschiebung angeben, und

Verschieben der Phase der von der ausgewählten ersten fernen Einheit ausgegebenen Rahmen ansprechend auf das zentral ausgelöste Synchronisationssignal zum besseren Synchronisieren der Rahmengrenzen der von der ausgewählten ersten fernen Einheit ausgegebenen Rahmen mit Rahmengrenzen von Rahmen, die von den anderen fernen Einheiten ausgegeben werden, welche gegenwärtig mit der Zentraleinheit kommunizieren,

wobei die Synchronisation so eingerichtet ist, daß die Rahmengrenzen von den verschiedenen fernen Einheiten bei vollständiger Synchronisation im wesentlichen übereinstimmen, wenn sie bei der Zentraleinheit empfangen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das fern ausgelöste Synchronisationssignal und das zentral ausgelöste Synchronisationssignal auf einem Zusatz-Bus übertragen werden, der zwei zweckgebundene Zusatz-Teilkanäle aufweist, und bei dem das fern ausgelöste Synchronisationssignal und das zentral ausgelöste Synchronisationssignal über verschiedene Zusatz-Teilkanäle übertragen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein einziger zweckgebundener Zusatz-Teilkanal bereitgestellt ist und bei dem das fern ausgelöste Synchronisationssignal und das zentral ausgelöste Synchronisationssignal beide über den einzigen zweckgebundenen Zusatz-Teilkanal übertragen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 mit den weiteren Schritten:

periodisches Vorsehen synchronisierter Ruhezeiten auf mehreren diskreten Teilkanälen, die zum Erleichtern einer Aufwärtskommunikation bereitgestellt sind, und

Übertragen des fern ausgelösten Synchronisationssignals während einer ersten ausgewählten synchronisierten Ruhezeit, wobei das fern ausgelöste Synchronisationssignal ein Breitbandsignal ist, das mehrere über gesonderte Teilkanäle übertragene Initialisierungssignale aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem dann, wenn zwei der fernen Einheiten ihre zugeordneten fern ausgelösten Synchronisationssignale im wesentlichen gleichzeitig senden, ein Konflikt erkannt wird und die fernen Einheiten jeweils ein zugeordnetes fern ausgelöstes Synchronisationssignal zurücksenden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schritte des Übertragens eines fern ausgelösten Synchronisationssignals, des Empfangens eines zentral ausgelösten Synchronisationssignals und des Verschiebens der Phase der Rahmen wiederholt werden, bis die ausgewählte ferne Einheit vollständig synchronisiert ist und bei dem darüber hinaus die normale Kommunikation von der ausgewählten fernen Einheit zur Zentraleinheit ausgelöst wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem weiteren Schritt des Übertragens des zentral ausgelösten Synchronisationssignals von der Zentraleinheit zur ausgewählten ersten fernen Einheit, wenn die Zentraleinheit das fern ausgelöste Synchronisationssignal empfängt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die anfängliche Synchronisation der ausgewählten fernen Einheit die Schleifen- Synchronisation eines Takts bei der ausgewählten fernen Einheit mit einem im ersten Signal enthaltenen Taktsignal beinhaltet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die anfängliche Synchronisation der ausgewählten fernen Einheit das Synchronisieren einer Rahmengrenze des fern ausgelösten Synchronisationssignals mit einer im ersten Signal enthaltenen Rahmenzeitsteuerungsmarkierung beinhaltet.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den weiteren Schritten:

periodisches Bereitstellen synchronisierter Ruhezeiten auf den zum Ermöglichen der Aufwärtskommunikation bereitgestellten mehreren diskreten Teilkanälen und

Veranlassen einer ausgewählten fernen Einheit, mehrere Training-Signale während einer Ruhezeit über eine Anzahl der zum Ermöglichen der Aufwärtskommunikation bereitgestellten Teilkanäle zu senden.

11. Verfahren nach Anspruch 10 mit den weiteren Schritten des Bestimmens eines ersten Satzes von Kanaleigenschaften, die die Kanalkapazitäten der mehreren zum Ermöglichen der Aufwärtskommunikation bereitgestellten Teilkanäle angeben und des Speicherns des ersten Satzes von Kanaleigenschaften innerhalb einer Matrix von Kanaleigenschaften, wobei die Matrix Informationen enthält, die die Kanalkapazitäten der mehreren diskreten Teilkanäle zwischen allen fernen Einheiten und der Zentraleinheit angeben.

12. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die synchronisierte Ruhezeit eine Zeitdauer aufweist, die lang genug ist, damit eine von der Zentraleinheit übertragene Ruhezeitraummarkierung zu der fernen Einheit übertragen werden kann, die am weitesten von der Zentraleinheit entfernt ist, und ein Initialisierungssignal, das auf die Ruhezeitraummarkierung anspricht, zur Zentraleinheit zurückgeführt werden kann, wobei dies alles innerhalb der synchronisierten Ruhezeit erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die synchronisierte Ruhezeit eine Zeitdauer im Bereich von 50 bis 500 Millisekunden aufweist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 10 bis 13, welches den weiteren Schritt des periodischen Übertragens einer Angabe von Teilkanälen, deren Verwendung durch die ferne Einheit verboten ist, von der Zentraleinheit aufweist, wobei die ferne Einheit sicherstellt, daß das Breitband-Initialisierungssignal keine Ubertragungen in den Teilkanälen enthält, deren Verwendung verboten ist.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die verschiedenen Signale diskrete Mehrtonsignale sind.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Kommunikation zwischen der Zentraleinheit und den fernen Einheiten aus der aus diskreten Wellen-Mehrtonsignalen, Quadratur-amplitudenmodulierten Signalen und Restseitenbandsignalen bestehenden Gruppe ausgewählt wird.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem während der Abwärts-Datenübertragung von der Zentraleinheit zu einer oder mehreren der fernen Einheiten keine Aufwärts-Datenübertragungen von den fernen Einheiten zur Zentraleinheit zulässig sind und während Aufwärts-Datenübertragungen keine Abwärts-Datenübertragungen zulässig sind und bei dem Aufwärts- und Abwärts- Datenübertragungen aufeinanderfolgend ausgeführt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, welches weiter den Schritt des Bereitstellens eines Abklingzeitraums zwischen aufeinanderfolgenden Aufwärts- und Abwärtskommunikationen aufweist, wobei während des Abklingzeitraums in beiden Richtungen keine Übertragungen erfolgen.

19. Zentrale Mehrträger-Modemeinheit (30) zur Verwendung in einem bidirektionalen Datenübertragungssystem, das die Kommunikation zwischen der zentralen Modemeinheit und mehreren fernen Modemeinheiten (15) ermöglicht, wobei die zentrale Modemeinheit aufweist:

einen Codierer (43) zum Codieren digitaler Informationen,

eine Überwachungseinrichtung (60) zum Überwachen einer Kommunikationsleitung, um Leitungsqualitätsparameter zu bestimmen, die Rauschniveaus auf jedem von mehreren Teilkanälen angeben, wobei jeder Teilkanal in der Frequenz einem zugeordneten Teilträger entspricht,

einen Modulator (46) zum Modulieren der codierten digitalen Informationen auf mehrere Teilträger in einem rahmenbasierten Mehrträgersignal, wobei jeder Teilträger einem zugeordneten Ton und einem zugeordneten Teilkanal entspricht, wobei die Modulation dafür eingerichtet ist, mindestens die erfaßten Leitungsqualitätsparameter und einen zulässigen Leistungsmaskenparameter zu berücksichtigen, und wobei die Modulation in der Lage ist, sowohl die verwendeten Teilkanäle als auch den Umfang der auf jedem Teilkanal während der Übertragung übertragenen Daten dynamisch zu aktualisieren, um Echtzeitänderungen spezieller Parameter zu ermöglichen,

eine Vorrichtung (45) zum Anhängen eines zyklischen Vorspanns an das Mehrträgersignal, bevor es auf die Übertragungsleitung gegeben wird, und

einen Synchronisierer (60) zum Überwachen über mindestens einen der Teilkanäle empfangener Signale zum Identifizieren eines fern ausgelösten Synchronisationssignals, das auf den überwachten Teilkanälen empfangen wird, zum Bestimmen der Phasenverschiebung zwischen einer Rahmengrenze des fern ausgelösten Synchronisationssignals und einer Rahmengrenze eines Rahmens in dem Mehrträgersignal und zum Erzeugen eines zentral ausgelösten Synchronisationssignals zum Übertragen zu den fernen Modemeinheiten, das eine Rahmengrenzen-Phasenverschiebung angibt, die erforderlich ist, um ein ausgewähltes fernes Modem, das das fern ausgelöste Synchronisationssignal ausgelöst hat, mit anderen fernen Einheiten, die gegenwärtig mit der zentralen Modemeinheit kommunizieren, zu synchronisieren.

20. Ferne Mehrträger-Modemeinheit (30) zur Verwendung in einem bidirektionalen Datenübertragungssystem, das die Kommunikation zwischen einer zentralen Modemeinheit und mehreren der fernen Modemeinheiten (15) ermöglicht, wobei die ferne Modemeinheit aufweist:

einen Demodulator (76) zum Demodulieren eines ersten Mehrträgersignals, das einen ersten Satz digitaler Informationen angibt, wobei der Demodulator dafür eingerichtet ist, Modulationsinformationen als Teil des Mehrträgersignals zu empfangen,

einen Decodierer (78) zum Decodieren der demodulierten digitalen Informationen in Echtzeit,

einen Codierer zum Codieren eines zweiten Satzes digitaler Informationen,

einen Modulator zum Modulieren des codierten zweiten Satzes digitaler Informationen auf mehrere Teilträger in einem zweiten Mehrträgersignal, wobei jeder Teilträger im zweiten Mehrträgersignal einem zugeordneten Ton und einem zugeordneten Teilkanal entspricht, und

einen Synchronisierer zum Erzeugen eines ersten Synchronisationssignals, das gesendet wird, wenn das ferne Mehrträgermodem die Kommunikation zum zentralen Modem auslösen möchte, zum Empfangen eines zweiten Synchronisationssignals vom zentralen Modem, das eine Rahmengrenzen-Phasenverschiebung angibt, die erforderlich ist, um das ferne Modem mit anderen fernen Einheiten, die gegenwärtig mit der zentralen Modemeinheit kommunizieren, zu synchronisieren, und zum Verschieben der Phase des zweiten Mehrträgersignals, so daß es beim zentralen Modem mit von den anderen fernen Einheiten gesendeten Mehrträgersignalen synchronisiert ist.

21. Ferne Modemeinheit nach Anspruch 20, bei dem:

der Demodulator weiterhin einen Zeitbereichsentzerrer (74) aufweist und

der Demodulator und der Decodierer Teil eines Empfängers (70) sind und die ferne Einheit weiterhin ein analoges Sperrfilter aufweist, das dafür ausgelegt ist, das erste Mehrträgersignal zu filtern, bevor es zum Empfänger weitergeleitet wird, um das Energieniveau der vom Empfänger behandelten Signale zu verringern.

22. Ferne Modemeinheit nach Anspruch 21, bei dem der Demodulator dafür ausgelegt ist, einen zyklischen Vorspann aus dem Mehrträgersignal zu entnehmen.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und/oder zentrale Mehrträger-Modemeinheit nach Anspruch 19 und/oder ferne Modemeinheit nach Anspruch 20 oder Anspruch 21 oder Anspruch 22, bei dem das bidirektionale Datenübertragungssystem ein DSL-System ist, bei dem Signale über verdrillte Telefonleitungspaare übertragen werden.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und/oder zentrale Mehrträger-Modemeinheit nach Anspruch 19 und/oder ferne Modemeinheit nach Anspruch 20 oder Anspruch 21 oder Anspruch 22, bei dem das bidirektionale Datenübertragungssystem ein Kabelsystem ist, bei dem Signale über ein Koaxialkabel übertragen werden.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und/oder zentrale Mehrträger-Modemeinheit nach Anspruch 19 und/oder ferne Modemeinheit nach Anspruch 20 oder Anspruch 21 oder Anspruch 22, bei dem das bidirektionale Datenübertragungssystem ein digitales Zellular-Fernsehsystem ist, bei dem Funksignale übertragen werden.