DE69827520T2

DE69827520T2 - Digitale signalteilnehmerleitung ohne signalteiler für kommunikationssystem

Info

Publication number: DE69827520T2
Application number: DE69827520T
Authority: DE
Inventors: Michael P. Henderson; D. Kenneth KO; S. Edward ZURANSKI; Jamal Haque; P. Shrenik PATRAVALI; I. Manuel RODRIGUEZ; A. Keith SOUDERS; A. Anthony TZOURIS
Original assignee: Conexant Systems LLC
Current assignee: Conexant Systems LLC
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2018-06-19
Also published as: US6161203A; US6101216A; DE69827520D1; US6263077B1; WO1999018701A1; JP2001519620A; EP1020056A1; EP1020056B1; US6430219B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Kommunikationssysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein digitales Teilnehmerleitungsmodem.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das explosive Wachstum des Internets und des World-Wide-Web fördert einen Bedarf an wachsenden Kommunikationsdatengeschwindigkeiten. In der Welt der Unternehmen wird der Bedarf an Hochgeschwindigkeitszugängen oder -datengeschwindigkeiten durch spezielle Hochgeschwindigkeitsverbindungen (vielleicht T1/E1-Rahmen-Zwischenverstärker oder OC1-ATM-Systeme) von dem Unternehmen zu einem Internetzugangs-Provider erfüllt. Benutzer in dem Unternehmen verwenden ein Local-Area-Network (LAN), um Zugang zu einem Internetzugangs-Router zu erhalten, der mit der Hochgeschwindigkeitsverbindung verbunden ist. Leider haben Heimbenutzer des Internets selten einen Hochgeschwindigkeitszugang und müssen auf Standardanalog- oder übliche alte Telefon-Dienste-(POTS)-Leitungen zugreifen.
Der Bedarf für Hochgeschwindigkeitszugänge für zu Hause wächst ständig durch die Verfügbarkeit von Informationen, Daten, Programmen, Unterhaltung und anderen Computeranwendungen im World-Wide-Web und dem Internet. Zum Beispiel entwickeln Designer von Web-Technologie ständig neue Wege, um Benutzern des Webs (Websurfern) Erlebnisse für die Sinne, umfassend Audio und Video, bereitzustellen. Hochgeschwindigkeitsmodems werden benötigt werden, so dass die Heimnutzer vollständig mit den eingehenden Web- und Kommunikationstechnologien zusammenarbeiten können.
Obwohl Entwickler von Modems ständig versuchen, die Datenraten zu steigern, sind Analog- oder POTS-Leitungsmodems ge genwärtig nur in der Lage, Datenraten von bis zu 56 Kilobits pro Sekunde (Kbps) zu erreichen. Diese konventionellen analogen Modems senden und empfangen Information auf POTS-Teilnehmerleitungen durch das öffentliche Telefonvermittlungsnetz. Der Internetzugangs-Provider ist ebenfalls an das Telefonvermittlungsnetz angeschlossen und sendet und empfängt dadurch Information über die Benutzerleitung.
Einige Heimnutzer haben ISDN-Gerätschaften und -Teilnehmerkennungen verwendet, um durch die Verwendung von 2-B-Kanälen einen bis zu 128 Kbps-Zugang oder 128 Kbps-Datengeschwindigkeiten zu erhalten. ISDN-Gerätschaften und Teilnehmerkennungen können teuer sein und benötigen eine bestimmte Teilnehmerleitung. Weiterhin sind weder ISDN-Modems noch analoge Modems in der Lage, einen 256 Kbps- oder schnelleren Zugang zwischen dem Zuhause und dem Internet bereitzustellen. Datenraten von mehr als einem Megabit pro Sekunde (Mbps) mit analogen Modems oder ISDN-Gerätschaften scheinen derzeit nicht machbar.
Eine Vielzahl von Kommunikationstechnologien steht im Wettbewerb miteinander, um Hochgeschwindigkeitszugänge für Zuhause bereitzustellen. Zum Beispiel sind asymmetrische digitale Teilnehmerleitungen (ADSL), Kabelmodems, Satellitenübertragung, Wireless LANs und direkte Faserverbindungen für zu Hause vorgeschlagen worden. Von diesen Technologien kann die asymmetrische digitale Teilnehmerleitung die POTS-Teilnehmerleitung (das Kabel, das derzeit für POTS verwendet wird) zwischen dem Heimnutzer (die Wohnung) und der Telefongesellschaft (das zentrale Büro) benutzen.
ADSL-Netzwerke und -Protokolle wurden in den frühen 1990ern entwickelt, um Telefongesellschaften zu erlauben, Video-on-Demand-Dienste über dieselben Leitungen anzubieten, die verwendet werden, um POTS bereitzustellen. ADSL-Technologien beinhalten diskrete Multiton- (DMT), trägerfreie Amplituden- und Phasen-Modulations- (CAP), Hochgeschwindigkeits-ADSL-(HADSL) sowie andere Technologien. Obwohl der Video-on-Demand-Markt kleiner ist, als ursprünglich erwartet, haben Telefongesellschaften die mögliche Anwendung der ADSL-Technologie für den Internetzugang erkannt und haben mit begrenzten Angeboten angefangen.
Die ADSL-Technologie erlaubt den Telefongesellschaften, Hochgeschwindigkeitsinternetzugänge anzubieten, und erlaubt den Telefongesellschaften, Internet-Verkehr von dem Telefon-Vermittlungsnetz fernzuhalten. Die Telefongesellschaften können aufgrund von Regulierungserwägungen nicht wesentlich von dem Internet-Verkehr in dem Telefon-Vermittlungsnetz profitieren. Im Gegensatz dazu können die Telefongesellschaften eine separate Zugangsgebühr für ADSL-Dienste in Rechnung stellen. Die separate Gebühr ist nicht durch Regulierungserwägungen beschränkt.
Bezug nehmend auf 1 umfasst ein herkömmliches asymmetrisches ADSL-(ADSL)-System 10 eine analoge Twisted-Pair-Teilnehmerleitung 12 aus Kupfer, ein ADSL-Modem 14, ein ADSL-Modem 16, einen Band-Signalteiler 18 und einen Band-Signalteiler 20. Die Leitung 12 ist eine lokale POTS-Schleife oder -Leitung, die ein zentrales Büro 32 der Telefongesellschaft und eine Benutzer-Wohnung 22 miteinander verbindet.
Das ADSL-Modem 14 ist in der Benutzer-Wohnung 22 angeordnet und stellt Daten für und aus der Teilnehmerleitung 12 bereit. Die Daten können aus der Leitung 12 durch das Modem 14 verschiedenen Gerätschaften (nicht dargestellt) bereitgestellt werden, die an das Modem 14 angeschlossen sind. Gerätschaften wie Computer, Netzwerk-Geräte, Server und andere Geräte können an dem Modem 14 angebracht werden. Das Modem 14 steht in Kontakt mit einem Daten-Netzwerk (nicht dargestellt), das an das Modem 16 über die Leitung 12 angeschlossen ist. Das ADSL-Modem 16 empfängt und sendet Signale zu und von der Leitung 12 zu dem Daten-Netzwerk. Das Daten-Netzwerk kann an andere Netzwerke (nicht dargestellt) angeschlossen sein, das Internet eingeschlossen.
Wenigstens ein analoges Telefon 26, das in der Wohnung 22 angeordnet ist, kann durch den Signalteiler 20 für Verbindungen über die Leitung 12 mit dem Telefon-Vermittlungsnetz 28 an die Teilnehmerleitung 12 angeschlossen werden. Das Telefon 26 und das Telefon-Vermittlungsnetz 28 (z. B. ein öffentliches Telefon-(PST)-Vermittlungsnetz) sind herkömmliche Systeme, die aus dem Stand der Technik gut bekannt sind. Alternativ können andere analoge Gerätschaften wie Faxgeräte, POTS-Modems, Anrufbeantworter und andere telefonische Gerätschaften über den Signalteiler 20 an die Leitung 12 angeschlossen sein.
Das System 10 erfordert, dass der Band-Signalteiler 18 und der Band-Signalteiler 20 benutzt werden, um ADSL-Signale mit höherer Frequenz und die POTS-Signale mit niedriger Frequenz zu trennen. Wenn der Benutzer z. B. einen Anruf von der Wohnung 22 an dem Telefon 26 führt, werden niederfrequente Signale (unterhalb von 4 Kilohertz (kHz)) durch den Band-Signalteiler 20 der Benutzerleitung 12 bereitgestellt und durch den Band-Signalteiler 18 dem Telefon-Vermittlungsnetz 28 bereitgestellt. Der Band-Signalteiler 18 hindert die niederfrequenten POTS-Signale am Erreichen des ADSL-Modems 16. In ähnlicher Weise verhindert der Band-Signalteiler 20 jedes der POTS-Signale am Erreichen des Modems 14.
Das ADSL-Modem 16 und das ADSL-Modem 14 übertragen höherfrequente ADSL-Signale über die Teilnehmerleitung 12. Die höherfrequenten ADSL-Signale werden am Erreichen des Telefons 26 und des Telefon-Vermittlungsnetzwerks 28 durch die Band-Signalteiler 20 bzw. 18 gehindert. Die Signalteiler 18 und 20 können passive analoge Filter oder andere Geräte sein, die niederfrequente POTS-Signale (unterhalb von 4 kHz) von höherfrequenten ADSL-Signalen (oberhalb von 50 kHz) trennen.
Die Trennung der POTS-Signale und der ADSL-Signale durch die Signalteiler 18 und 20 ist notwendig, um den POTS-Sprach- und -Datenverkehr und den ADSL-Datenverkehr aufrecht zu erhalten. Insbesondere können die Signalteiler 18 und 20 verschiedene Effekte eliminieren, die mit POTS-Gerätschaften verbunden sind, die die Übertragung von ADSL-Signalen auf Teilnehmerleitungen 12 beeinflussen können. Zum Beispiel kann sich die Impedanz der Teilnehmerleitung 12 in großem Umfang verändern, wenn wenigstens ein Telefon 26 aufgelegt oder abgenommen wird. Zusätzlich können die Veränderungen in der Impedanz der Teilnehmerleitung 12 die Charakteristika des ADSL-Kanals verändern, die mit der Teilnehmerleitung 12 verbunden sind. Diese Veränderungen in den Charakteristika können besonders zerstörerisch bei hohen Frequenzen sein, mit denen ADSL-Signale verbunden sind (z. B. von 30 kHz bis 1 Megahertz (MHz) oder mehr).
Zusätzlich isolieren die Signalteiler 18 und 20 die Signalleitungskabel in der Wohnung 22. Die Impedanz einer solchen Verkabelung ist schwierig vorherzusagen. Weiterhin stellen die POTS-Gerätschaften, wie Telefone 26, eine Quelle für Rauschen und nicht-lineare Verzerrung dar. Rauschen kann durch POTS-Sprachverkehr (z. B. Schreien, lautes Gelächter usw.) und durch das POTS-Protokoll, wie das Klingelsignal, verursacht werden. Die nicht-lineare Verzerrung wird durch nicht-lineare Bauteile verursacht, die in konventionellen Telefonen enthalten sind. Zum Beispiel können Transistor- und Diodenschaltungen in dem Telefon 26 nicht-lineare Verzerrungen hinzufügen und können eine harte Signalverstümmelung des ADSL-Signals verursachen. Das Telefon 26 kann weiter Harmonische erzeugen, die Frequenzbereiche erreichen können, die mit dem ADSL-Signal verbunden sind. Die nicht-linearen Bestandteile können ebenfalls ADSL- Signale demodulieren, um ein Zischen im hörbaren Bereich zu erzeugen, das die POTSs beeinflusst.
Ein Beispiel für ein herkömmliches ADSL-Kommunikationssystem ist in der WO 97/20396 (analoge Geräte) offenbart. Insbesondere offenbart die WO 97/20396 ein Sendesystem, das einen Signalteiler umfasst, der zum Teilen der Teilnehmerschleife in einen POTS- und einen xDSL-Übertragungspfad betrieben werden kann. Schließlich betrifft die WO 97/20396 in dem Bestreben, die Kosten und die Größe der gesamten Anordnung zu reduzieren, das Weglassen eines Induktors in dem Signalteiler, ohne neue Komponenten hinzuzufügen.
Die herkömmliche ADSL-Technologie hat mehrere wesentliche Nachteile. Erstens können die Kosten, die mit ADSL-Diensten verbunden sind, sehr hoch sein. Telefongesellschaften laden Kosten, die mit den Gerätschaften für das zentrale Büro (ADSL-Modems und ADSL-Netzwerkausrüstung) und Installationskosten, die mit den ADSL-Modems und den Netzwerk-Gerätschaften verbunden sind, auf sich. Die Benutzer in den Wohnungen laden die Teilnehmerausrüstungskosten (ADSL-Modems) und die Installationskosten auf sich.
Die Installationskosten sind besonders teuer für die Benutzer in den Wohnungen, da ausgebildetes Servicepersonal zu der Wohnung 22 reisen muss, um den Band-Signalteiler 20 (1) zu installieren. Obwohl der Band-Signalteiler 18 in dem zentralen Büro installiert werden muss, sind diese Kosten etwas geringer, da das Servicepersonal den Band-Signalteiler 18 innerhalb des zentralen Büros 32 installieren kann. Der Signalteiler 18 kann ebenfalls in dem ADSL-Modem 16 enthalten sein. In der Wohnung 22 muss der Signalteiler 20 jedoch an dem Ende der Teilnehmerleitung 12 bereitgestellt werden.
Zusätzlich sind die ADSL-Gerätschaften für die Wohnung, wie das Modem 14, teuer, weil der komplexeste Bestandteil des Modems 14 (z. B. der Empfänger) in der Wohnung 22 angebracht ist, da Hochgeschwindigkeitsübertragungen im Allgemeinen in der Wohnung 22 empfangen werden und Übertragungen mit niedriger Geschwindigkeit durch die zentrale Geschäftsstelle 32 empfangen werden. In den meisten Internet-Anwendungen werden große Mengen von Daten durch den Benutzer in der Wohnung abgefragt statt durch die Internet-Quelle. Empfänger sind typischerweise sehr viel komplexer als Sender. Diese Hochgeschwindigkeits-Empfänger empfangen häufig Daten mit Geschwindigkeiten oberhalb von 6 Mbps.
Die ADSL-Gerätschaften neigen zu Einstreurauschen von anderen Teilnehmerleitungen, die benachbart zu der Teilnehmerleitung 12 sind. Zum Beispiel werden Teilnehmerleitungen oft in einem eng zusammengehaltenen Bündel bereitgestellt. Die enge Aufnahme kann Einstreuung von anderen Teilnehmerleitungen verursachen, die an der Teilnehmerleitung 12 angeordnet sind. Das Modem 14 muss Einstreurauschen kompensieren.
Daher besteht ein Bedarf für ein digitales Teilnehmerleitungs-(DSL)-Kommunikationssystem, das nicht die Verwendung eines Signalteilers in der Wohnung erfordert. Weiter besteht ein Bedarf für ein Kommunikationssystem, das einem DSL-Modem erlaubt, direkt mit der Teilnehmerleitung verbunden zu werden ähnlich der Verwendung eines konventionellen analogen Modems. Weiter besteht noch ein Bedarf für ein weniger teures DSL-Modem, das keinen Hochgeschwindigkeitsempfänger mit erheblichem Preis benutzt, die bei Datenraten oberhalb von 2 Mbps arbeiten. Weiter besteht ein Bedarf für ein DSL-Modem, das nicht empfänglich für Fehler verursacht durch POTS-Betrieb auf der Teilnehmerleitung ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein digitales Teilnehmerleitungsmodem, das dazu ausgelegt ist, um direkt an eine Teilnehmerleitung angeschlossen zu werden. Das Modem ist in der Lage, gleichzeitig mit anderen Telefongerätschaften, die in einem Frequenzband unterhalb des 4000 kHz-Bandes arbeiten, auf die Teilnehmerleitung zuzugreifen. Das Modem umfasst einen Datenanschluss für den Anschluss an die Teilnehmerleitung und eine Steuerschaltung, die an den Datenanschluss angeschlossen ist. Die Steuerschaltung empfängt und sendet Signale zu und von dem Datenanschluss. Die Steuerschaltung verwendet digitale Signalverarbeitungsverfahren, um sich an variierende Teilnehmerleitungs-Charakteristika anzupassen. Die digitalen Signalverarbeitungsverfahren erlauben dem Datenanschluss, ohne die Benutzung eines Signalteilers direkt an die Teilnehmerleitung angeschlossen zu sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein digitales Teilnehmerleitungsmodem, das ausgelegt ist, um direkt an eine Teilnehmerleitung angeschlossen zu sein. Das Modem ist in der Lage, gleichzeitig Zugriff auf die Teilnehmerleitung mit anderen Telefongerätschaften zu haben, die im Frequenzband unterhalb von 4 kHz operieren. Das Modem umfasst einen Datenanschluss oder einen Teilnehmerleitungszugang, der ausgestaltet ist, um an die Teilnehmerleitung angeschlossen zu werden, und eine Steuereinrichtung zum Empfangen und Senden von Signalen von und zu dem Datenanschluss. Die Steuereinrichtung umfasst eine Equalizer-Einrichtung zum Filtern der Signale, um sich an die Charakteristika der Teilnehmerleitung anzupassen, eine Fehlerverarbeitungseinrichtung zum Liefern eines schnellen Neuabstimmungssignals in Reaktion auf eine Fehlerbedingung und eine schnelle Neuabstimmungseinrichtung, um die Equalizer-Einrichtung in Reaktion auf das schnelle Neuabstimmungssignal schnell konvergieren zu lassen. Die Steuerungseinrichtung er laubt dem Datenanschluss, direkt an die Teilnehmerleitung ohne die Verwendung eines Signalteilers angeschlossen zu werden.
Noch weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Kommunikationssystem zur Verwendung mit einer Teilnehmerleitung. Das Kommunikationssystem umfasst ein digitales Benutzer-Teilnehmerleitungsmodem, das an dem Benutzer-Ort angeordnet ist, einen Signalteiler, der entfernt von dem Benutzer-Ort angeordnet ist, und ein digitales Büro-Teilnehmerleitungsmodem. Das digitale Benutzer-Teilnehmerleitungsmodem ist direkt an die Teilnehmerleitung angeschlossen und empfängt Downstream-Signale aus der Teilnehmerleitung und sendet Upstream-Signale zu der Teilnehmerleitung. Das digitale Benutzer-Teilnehmerleitungsmodem verwendet digitale Signalverarbeitungsverfahren, um sich an verändernde Teilnehmerleitungscharakteristika anzupassen. Die digitalen Signalverarbeitungsverfahren erlauben dem Datenanschluss, direkt an die Teilnehmerleitung angeschlossen zu sein ohne die Verwendung eines Signalteilers zwischen der Teilnehmerleitung und dem digitalen Benutzer-Teilnehmerleitungsmodem. Der Signalteiler hat einen Signalanschluss, einen Niederfrequenzweganschluss und einen Hochfrequenzweganschluss. Der Signalanschluss ist an die Teilnehmerleitung angeschlossen. Der Niederfrequenzweganschluss ist an ein Telefonvermittlungsnetz angeschlossen. Das digitale Büro-Teilnehmerleitungsmodem ist an den Hochfrequenzweganschluss angeschlossen. Das digitale Büro-Teilnehmerleitungsmodem sendet die Downstream-Signale zu der Teilnehmerleitung durch den Signalteiler und empfängt die Upstream-Signale von der Teilnehmerleitung durch den Signalteiler.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein asymmetrisches digitales Kunden-Teilnehmerleitungsmodem zur Verwendung in einem Kommunikationssystem, das eine Teilnehmerleitung umfasst, die einen Büro-Ort und einen Benutzer-Ort verbindet. Das Kommunikationssystem umfasst einen Signalteiler, der ent fernt von dem Benutzer-Ort angeordnet ist. Der Signalteiler hat einen Signalanschluss, einen Niederfrequenzweganschluss und einen Hochfrequenzweganschluss. Der Signalanschluss ist an die Teilnehmerleitung angeschlossen. Der Niederfrequenzweganschluss ist an ein Telefonvermittlungsnetz angeschlossen. Das Kommunikationssystem umfasst ebenfalls ein asymmetrisches digitales Büro-Teilnehmerleitungsmodem, das an den Hochfrequenzweganschluss angeschlossen ist. Das digitale Büro-Teilnehmerleitungsmodem sendet Downstream-Signale zu der Teilnehmerleitung durch den Signalteiler und empfängt Upstream-Signale von der Teilnehmerleitung durch den Signalteiler. Das asymmetrische digitale Kunden-Teilnehmerleitungsmodem umfasst einen Datenanschluss zum direkten Anschluss an die Teilnehmerleitung und eine Steuerungsschaltung. Die Steuerungsschaltung ist an den Datenanschluss angeschlossen. Die Steuerungsschaltung empfängt die Downstream-Signale in einem ersten Frequenzbereich und sendet die Upstream-Signale in einem zweiten Frequenzbereich. Die Steuerungsschaltung benutzt digitale Signalverarbeitungsverfahren, um an die variierenden Teilnehmerleitungscharakteristika angepasst zu sein. Die digitalen Signalverarbeitungsverfahren erlauben dem Datenanschluss, direkt an die Teilnehmerleitung angeschlossen zu sein ohne die Verwendung eines Signalteilers am Benutzerort.
Gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung erlaubt das Kommunikationssystem, POTS-Signale und ADSL-Signale gleichzeitig auf einer Teilnehmerleitung zu senden ohne die Verwendung eines Signalteilers, der in der Benutzer-Wohnung angeordnet ist. Digitale Signalverarbeitungsverfahren werden benutzt, um sich den variierenden Teilnehmerleitungscharakteristika, die durch die Aktivität der POTS-Gerätschaften verursacht sind, die an die Teilnehmerleitung angeschlossen ist, anzupassen. Die digitalen Signalverarbeitungsverfahren eliminieren den Bedarf für den Signalteiler durch Veränderung der Datenübertragungscharakteristika in Ü bereinstimmung mit den sich verändernden Leitungscharakteristika.
Gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet das DSL-Modem Quadratur-Amplituden-modulierte (QAM) Signale, die über die Teilnehmerleitung bereitgestellt werden. Das DSL-Modem sendet DSL-Signale in einem ersten Frequenzbereich und empfängt DSL-Signale in einem zweiten Frequenzbereich in Übereinstimmung mit Frequenzmultiplex-Verfahren. Die QAM-Signale werden in verschiedenen Konstellationsgrößen von 4 bis 256 Punkten übertragen.
Gemäß noch einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das DSL-Modem eine schnelle Neuabstimmungsschaltung. Die schnelle Neuabstimmungsschaltung verändert schnell die Modem-zu-Teilnehmerleitungs-Charakteristika in einer kurzen Zeit von weniger als 500 Millisekunden. Zusätzlich kann ebenfalls eine automatische Verstärkungssteuerschaltung (AGC) vorgesehen werden, die sehr schnell angepasst werden kann. Die schnelle Neuabstimmungsschaltung eliminiert bevorzugterweise Schritte, die das anfänglichen Konvergieren des Equalizers betreffen, um die Neuabstimmungszeiten zu reduzieren. Zum Beispiel kann die schnelle Neuabstimmungsschaltung nur den AGC anpassen und den Equalizer konvergieren, wobei mit vorbestimmten Koeffizienten angefangen wird. Echo-Unterdrückung wird vorteilhafterweise nicht benötigt, weil das Modem in unterschiedlichen Frequenzraten in Übereinstimmung mit den Frequenzmultiplex-Verfahren sendet und empfängt.
Gemäß noch einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung passt das ADSL-Modem die Übertragungsraten gemäß den Fehlern an, die an der digitalen Teilnehmerleitung empfangen werden. Das ADSL arbeitet gemäß einem Zustandsdiagramm, wobei die Datenrate in Reaktion auf Fehlersignale verringert wird und erhöht wird, wenn ein mittlerer quadratischer Fehler unterhalb einer Schwelle ist. Das ADSL-Modem überwacht entsprechend Fehlersignale, um in einer optimalen Datenrate zu senden und zu empfangen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird im Weiteren mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und wobei
1 ein schematisches Blockdiagramm eines ADSL-Kommunikationssystems gemäß dem Stand der Technik ist;
2 ein schematisches Blockdiagramm eines Kommunikationssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, wobei das Kommunikationssystem ein DSL-Modem gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst;
3 ein detaillierteres schematisches Blockdiagramm des DSL-Modems ist, das in 2 dargestellt ist, wobei das DSL-Modem eine Steuerungsschaltung gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst;
4 ein detaillierteres schematisches Blockdiagramm der Steuerungsschaltung ist, die in 3 dargestellt ist; und
5 ein Zustandsdiagramm ist, das ein Beispiel für den Betrieb des DSL-Modems zeigt, das in 3 dargestellt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Bezug nehmend auf 2 umfasst ein DSL-Kommunikationssystem 50 eine Twisted-Pair-Teilnehmerleitung 52 aus Kupfer, ein Kunden- oder Wohnungs-DSL-Modem 54, ein zentrales Büro-DSL-Modem 56 und einen Band-Signalteiler 58. Die Teilnehmerleitung 52 ist eine lokale Schleife, wie etwa ein Twisted-Pair aus American-Wire-Gauge (AWG) 24- oder 26-Kupferdrähten, die ein zentrales Büro 60 und eine Wohnung 62 verbindet. Die Wohnung 62 kann ebenfalls ein Bürogebäude oder eine andere Einrichtung sein. In gleicher Weise kann das zentrale Büro 60 jede Einrichtung sein, die mit einem Provider von Telefondiensten verbunden ist.
Das DSL-Modem 56 ist an ein Daten-Netzwerk 64 angeschlossen. Der Signalteiler 58 hat einen Signaleingang 66, der an die Teilnehmerleitung 52 angeschlossen ist, einen Hochfrequenzausgang 68, der an das DSL-Modem 56 angeschlossen ist, und einen Niederfrequenzausgang 70, der an einen Telefonschalter 72 angeschlossen ist. Der Telefonschalter 72 ist an ein POTS-Netzwerk 74 angeschlossen. Das DSL-Modem 56, der Signalteiler 58 und der Telefonschalter 72 sind vorzugsweise in dem zentralen Büro 60 angeordnet. Alternativ kann der Signalteiler 58 als Teil des DSL-Modems 56 in diesem enthalten sein (z. B. ist das DSL-Modem 56 als ein In-line-Bauteil zwischen der Teilnehmerleitung 52 und dem Schalter 72 vorgesehen).
In der Wohnung 62 können ein oder mehrere Telefone 80, ein analoges Faxgerät 81 und ein analoges Modem 82 direkt an die Teilnehmerleitung 52 angeschlossen werden, wie es aus dem Stand der Technik gut bekannt ist. Die Telefone 80 können jedes herkömmliche Kommunikationsgerät sein, umfassend Anrufbeantworter, die an die Teilnehmerleitung 52 angeschlossen werden können, um verschiedene POTS-Funktionen bereitzustellen.
Das DSL-Modem 54 ist direkt an die Teilnehmerleitung 52 an einem Datenanschluss, Eingang/Ausgang oder Teilnehmerleitungszugang 55 angeschlossen. Das DSL-Modem 54 ist außerdem an einen Computer 84 angeschlossen. Alternativ kann das DSL-Modem 54 an andere Geräte (nicht dargestellt) angeschlossen sein wie ein Netzwerkserver oder andere Kommunikations- oder Computergeräte.
Im Unterschied zu herkömmlichen ADSL- oder DSL-Kommunikationssystemen, wie das System 10, das unter Bezug auf 1 beschrieben worden ist, benutzt das DSL-Modem 54 keinen Signalteiler zwischen dem Modem 54 und der Teilnehmerleitung 52 und zwischen den Telefonen 80 und der Teilnehmerleitung 52. Das DSL-Modem 54 benutzt in vorteilhafter Weise digitale Signalverarbeitungsverfahren, um sich an variierende Teilnehmerleitungs-Charakteristika anzupassen, die durch analoge Gerätschaften verursacht werden wie Telefone 80, Geräten 81 und Modems 82, wodurch die Notwendigkeit für einen Signalteiler in der Wohnung 62 entfällt. Das DSL-Modem 54 kann gleichzeitig mit den Telefonen 80, dem Gerät 81 oder dem analogen Modem 82 in Betrieb sein.
Das DSL-Modem 54 umfasst in bevorzugter Weise einen Teilnehmerleitungszugang 55, der Teil einer Standard-Steckverbindung ist, wie eine RJ11-Wandbuchse, und ist an die Teilnehmerleitung 52 ähnlich zu herkömmlichen Telefonen 80 und analogen Modems 82 angeschlossen. Der Zugang 55 ist vorzugsweise ein Zwei-Kabel-Anschluss.
Das Modem 54 kann als ein internes Bauteil in einem Computer 84, wie auf einer PCI-Karte, vorgesehen sein oder als ein externes Bauteil. Vorzugsweise ist das Modem 54 ein internes Bauteil, so dass Hochgeschwindigkeitsübertragungen zwischen dem Modem 54 und dem Computer 84 nicht durch serielle Ports verlangsamt werden, die mit dem Computer 84 verbunden sind. Als ein externes Bauteil kann das Modem 54 über einen Drucker-Port oder einen universellen seriellen Bus (USB) an den Computer 84 angeschlossen sein. In 3 ist Modem 54 über einen Datenanschluss 59 an den Computer 84 angeschlossen.
Das Modem 54 ist vorzugsweise mit einem digitalen Signalverarbeitungschipsatz ausgestattet. Andere geeignete Prozessoren können verwendet werden, um Software-Module laufen zu lassen, um die Operationen zu implementieren, die in der vorliegenden Anmeldung beschrieben sind. Die Software-Module implementieren die meisten Aufgaben, die mit dem Modem 54 verbunden sind. Die Aufgaben umfassen digitales Filtern, Leitungscharakterisierung, Modulation, Demodulation, Verstärkungssteuerung, Entzerrung, Initialisierung, Fehlerkorrektur, Textfunktionen und andere Modem-Erfordernisse.
Im Betrieb stellt das Modem 54 Betriebscharakteristika wie Entzerrungsparameter, Verstärkung und Datenraten gemäß den Variablen ein, die mit der Leitung 52 verbunden sind. Das Modem 54 ist in der Lage, Daten mit 1 Megabit pro Sekunde (Mbps) als Datenrate zu empfangen, wenn die Leitung 52 ungefähr 12 Kilofuß hat, und wenn alle Telefone 80 aufgelegt sind. Vorzugsweise ist in der Gegenwart von mit POTS verbundenen Beeinträchtigungen, die mit den Telefonen 80 zusammenhängen, die Empfangsdatenrate (Downstream) nicht schlechter als eine 256 Kbps-Daten-Rate. Das Modem 54 ist in der Lage, Daten mit einer Datenrate von wenigstens 100 Kbps zu senden, wenn die Leitung 52 eine Länge von 12 Kilofuß hat und wenn alle Telefone 80 aufgelegt sind. Die Sendedatenrate (Upstream) ist in der Gegenwart von mit POTS verbundenen Beeinträchtigungen vorzugsweise nicht geringer als 64 Kbps. Durch die Benutzung von geringeren Datenraten als den maximalen ADSL-Datenraten wie 6 Mbps, kann das Modem 54 weniger teuer hergestellt werden und ist eher in der Lage, mit POTS verbundenen Beeinträchtigungen zu widerstehen.
Das DSL-Modem 56 ist ähnlich dem DSL-Modem 54. Vorzugsweise ist das Modem 56 jedoch ein Modem mit geringerer Leistung, um die Leistung, die durch das zentrale Büro 60 verbraucht wird, zu minimieren. Zusätzlich kann das Modem 56 einen Schlaf-Mode haben, so dass keine wesentliche Leistung durch das Modem 56 verbraucht wird, wenn nicht auf das Modem 56 zugegriffen wird. Das Modem 56 kann eine Empfängereinheit (nicht dargestellt) mit niedrigerem Preis haben, weil die Upstream-Datenraten, wie oben erläutert, geringer sind als die Downstream-Datenraten. In dem Schlaf-Mode sind Prozessoren und andere elektronische Bauteile in dem Modem 56 durch Verlangsamung oder Stoppen von Taktsignalen innerhalb des Modems 56 in einen Niedrig-Strom- oder Stromlos-Mode geschaltet. Wenn das Modem 54 in einem Laptop-Computer benutzt wird, sind Niedrig-Strom-Verfahren auch für das Modem 54 wünschenswert.
Das Modem 54 benutzt vorteilhafterweise digitale Signalverarbeitungsverfahren, um Interferenzquellen zu charakterisieren und zu klassifizieren, die sowohl zu dem POTS-Bereich des Spektrums von dem DSL-Bereich des Spektrums gehen als auch von dem POTS-Bereich des Spektrums zu dem DSL-Bereichs des Spektrums gehen. Das Modem 54 kompensiert diese Interferenzquellen mit digitalen Signalverarbeitungsverfahren. Wenn das Telefon 80 z. B. abgenommen wird, tritt eine Impedanz-Veränderung in der Leitung 52 auf. Das Modem 54 kann Datenraten, Verstärkungscharakteristika und Filterparameter anpassen, um die Impedanzveränderung zu kompensieren. Somit kann das Modem 54 digitale Signalverarbeitungsverfahren verwenden, um Interferenzen aus POTS-Gerätschaften, wie das Telefon 80, zu kompensieren. Vorzugsweise können die digitalen Signalverarbeitungsverfahren schnell an Interferenzquellen angepasst werden, so dass Übertragungsverzögerungen für den Benutzer nicht bemerkbar sind.
Im Betrieb übertragen die DSL-Modems 54 und 56 Signale als Quadratur-Amplituden-modulierte (QAM) Signale. Die DSL-Modems 54 und 56 übertragen Daten mit verschiedenen Konstellationsgrößen, die von 4 bis 256 UC-Punkten reichen. Die Daten werden in Reed-Solomon-Blöcken gesendet, wobei die R-S-Code-Rate 0,941176471 (K/N) ist und N = 68 und K = 64. Alternativ können andere Werte für N und K benutzt werden, um die Daten- und Blockraten zu optimieren.
Das DSL-Modem 54 sendet Upstream-Signale in einem Niederfrequenzbereich und empfängt Downstream-Signale in einem Hochfrequenzbereich in Übereinstimmung mit Frequenzmultiplexverfahren. Zum Beispiel sendet das Modem 54 vorzugsweise Upstream-Signale mit einer Trägerfrequenz zwischen einer unteren Bandkante von 46 kHz und einer oberen Bandkante von 114 kHz. Das Modem 54 sendet Upstream-Signale mit einer Leitungsrate (z. B. Bandbreite oder Datenrate) von 136 Kbps für eine Konstellationsgröße von 4 Punkten und mit einer Datenrate von 340 Kbps für eine Konstellationsgröße von 32 Punkten. Das Modem 56 empfängt die Upstream-Signale mit denselben Raten.
Das DSL-Modem 56 sendet Downstream-Signale mit einer Trägerfequenz zwischen einer unteren Bandkante von 265,5 kHz und einer oberen Bandkante von 605,5 kHz. Das DSL-Modem 56 sendet Downstream-Signale mit einer Datenrate von 680 Kbps für eine Konstellationsgröße von 4 Punkten und mit einer Datenrate von 1,7 Mbps für eine Konstellationsrate von 32 Punkten. Das Modem 54 empfängt die Downstream-Signale mit denselben Raten. Eine Vielzahl von Trägerfrequenzen, wie 342 kHz, 367,5 kHz oder 418,5 kHz, kann zum Senden von Downstream-Information benutzt werden. Die Verwendung von Frequenz-Multiplexing beseitigt die Notwendigkeit für einen Echo-Unterdrücker (nicht dargestellt) und beseitigt nicht-lineare Effekte der Echo-Unterdrückung.
Die Modems 54 und 56 können eine Vielzahl von Protokollen benutzen, um Upstream- und Downstream-Signale zu senden und zu empfangen. Die Modems 54 und 56 können zusätzlich einen Hilfskanal in einem Kontroll-Frequenzband zum Senden von Kontrollinformationen zwischen den Modems 54 und 56 benutzen. Die Modems 54 und 56 können ebenfalls verschiedene Fehlerprotokolle benutzen, wie Reed-Solomon-Codierung, mehrdimensionale Gittercodierung oder andere Protokolle, um eine höhere Sicherheit gegenüber Rauschen und anderen Telefonleitungsbeeinträchtigungen zu erreichen. Gittercodierung ist ein Verfahren der Vorwärts-Fehlerkorrektur, wobei jedem Signalelement ein binärcodierter Wert zugewiesen wird, der die Phase und Amplitude des Elements darstellt. Die Codierung erlaubt dem Empfängermodem basierend auf dem Wert des empfangenen Signals zu bestimmen, ob ein gegebenes Signal mit einem Fehler empfangen wurde.
Bezug nehmend auf 3 umfasst das Modem 54 einen Hochpassfilter 57, der zwischen den Zugang 55, der an die Teilnehmerleitung 52 angeschlossen ist, und eine Steuerschaltung 92 gekoppelt ist. Der Hochpassfilter 57 hat vorzugsweise eine Schwellenfrequenz oberhalb von 4 kHz und unterhalb der niedrigsten Trägerbandkante für die DSL-Signale (z. B. 46 kHz), um ein POTS-Signal daran zu hindern, das Modem 54 zu erreichen. Die Steuerschaltung 92 umfasst ein schnelles Neuabstimmungs-Modul oder -Schaltung 94, einen Fehler-Prozessor 96, ein Leitungscharakterisierungsmodul oder -schaltung 104 und einen Equalizer 98. Zusätzlich ist eine automatische Verstärkungssteuerungsschaltung (AGC) 102 zwischen dem Hochpassfilter 57 und dem Equalizer 98 angeordnet.
Die Schaltung 102 kann eine analoge Schaltung sein. Alternativ kann die Schaltung 102 eine digitale Schaltung sein, die in der Steuerschaltung 92 angeordnet ist, oder eine Hybridanalog-und-digital-Schaltung. Der Filter 57 kann ein passiver Filter mit einer Schwellenfrequenz von 10 kHz sein.
Der Equalizer 98 ist ein Digitalfilter, durch den Signale zu der Leitung 52 gesendet werden und von der Leitung 52 empfangen werden. Der Equalizer 98 kann an einer Empfängerseite der Steuerschaltung 92, an einer Senderseite der Steuerschaltung 92 oder an beidem sein. Der Equalizer 98 ist eine adaptive Komponsationsschaltung für entgegengesetzt wirkende Verzerrungen in der Leitung 52.
Der Equalizer 98 ist vorzugsweise ein Fehlererkennungs-Ausgleicher, der durch Tap-Koeffizienten bestimmt ist. Der Equalizer 98 ist durch einen digitalen Signalprozessor (nicht dargestellt) implementiert, der ein Software-Programm laufen lässt. Im Empfangs-Mode stellt der Equalizier 98 gefilterte Signale für den Fehlerprozessor 96 sowie für andere Teile der Steuerschaltung 92 bereit. Die gefilterten Signale werden von der Schaltung 92 verarbeitet und an dem Datenanschluss 59 bereitgestellt. Im Sende-Mode können andere Filter oder Equalizer Signale filtern oder vorverstärken, die durch das Modem 54 der Leitung 52 bereitgestellt werden.
Der Equalizer 98 muss konvergiert werden (z. B. abgestimmt werden), sodass die Anordnung, die mit QAM-Signalen verbunden ist, passend für eine Decodierung eingestellt ist. Alternativ kann der Equalizer 98 jedes digitale oder analoge Bauteil zur Reduzierung von Frequenzverzerrungen, Phasenverzerrungen oder beidem auf der Teilnehmerleitung 52 durch das Einführen von Filterungen sein, um den Unterschied in der Dämpfung, der Zeitverzögerung oder beidem bei verschiedenen Frequenzen in dem Sende- und Empfangsspektrum auszugleichen.
Die schnelle Neuabstimmungsschaltung 94 stellt dem Equalizer 98 Steuerungssignale (z. B. Tap-Koeffizienten) bereit, um den Equalizer 98 konvergieren zu lassen und dabei die Verzerrungen in der Leitung 52 auszugleichen. Die schnelle Neuabstimmungsschaltung 94 bewirkt, dass der Equalizer 98 in Reaktion auf ein schnelles Neuabstimmungssignal zur Ratenerhöhung, das durch den Fehlerprozessor 96 in einer Leitung 97 bereitgestellt wird, konvergiert. Die schnelle Neuabstimmungsschaltung 94 bewirkt ebenfalls, dass der Equalizer 98 in Reaktion auf ein schnelles Neuabstimmungssignal zur Ratenabsenkung konvergiert, das durch den Fehlerprozessor auf einer Leitung 95 bereitgestellt wird. Die schnelle Neuabstimmungsschaltung 94 kann Tap-Koeffizienten benutzen, die durch die Leitungscharakterisierungsschaltung 104 entwickelt worden sind. Wie unten detaillierter erläutert wird, kann die Schaltung 104 eine Zahl von Koeffizienten für bekannte Fehlerbedingungen in einem Flash-Speicher oder anderen Speicherbauteilen speichern. Alternativ können die Koeffizienten interaktiv bestimmt werden, wie unten erläutert wird.
Der Fehlerprozessor 96 überwacht Signale von dem Equalizer 98, um zu bestimmen, ob wesentliche Fehler in der Übertragung von Daten in der Leitung 52 auftreten. Wenn wesentliche Fehler auftreten, wird ein schnelles Neuabstimmungssignal zur Ratenabsenkung in Leitung 95 bereitgestellt, so dass die schnelle Neuabstimmungsschaltung 94 das Modem 54 verändert. Wenn weniger Fehler auftreten und Daten mit einer niedrigeren Datenrate übertragen werden, wird ein Neuabstimmungssignal zur Ratenerhöhung in Leitung 97 bereitgestellt, so dass die Schaltung 94 das Modem 54 verändert, so dass Daten mit einer höheren Rate übertragen werden.
Als Teil der Neuabstimmungsoperation führt das Modem 54 eine Vielzahl von Aufgaben durch, um eine korrekte Datenübertragung sicherzustellen. Eine Neuabstimmungsoperation für das Mo dem 54 kann die folgenden Aufgaben umfassen: Wiedererfassung des Timings von einem entfernten Modem, wie Modem 56, Konvergieren des Equalizers 98 und Anpassen der Datenrate. Zusätzlich kann die Neuabstimmungsoperation ebenfalls die Charakterisierung der Leitung 52 und das Anpassen der automatischen Verstärkungssteuerungsschaltung 102 umfassen. Abhängig von den Parametern des Modems 54 und der Leitung 52 kann die Schaltung 94 unterschiedliche Niveaus von Neuabstimmungsoperationen durchführen.
In einer langsamen Neuabstimmungs- oder Initialisierungsoperation kann eine Neuabstimmungsoperation von Initialisierungsvariablen (z. B. Löschen) des Modems 54 die Wiedererfassung des Timings, die Charakterisierung der Leitung 52, das Anpassen der Schaltung 102 an die Initialisierungsvariablen und die Bestimmung einer Datenrate umfassen. Die Charakterisierung der Leitung 52 kann die Ausführung von Leitungscharakterisierungsroutinen durch die Schaltung 104 beinhalten, wie unten erläutert wird. Da die Anpassungen an die Schaltung 102 und das Konvergieren des Equalizers 98 ein interaktiver Prozess ist, können diese Vorgänge zeitraubend sein. Die langsame Neuabstimmung kann bis zu 6,5 Sekunden benötigen. Nichtsdestotrotz wird sogar in der langsamen Neuabstimmungsoperation verglichen mit herkömmlichen Modems Zeit gespart, weil das Modem 54 vorteilhafterweise nicht einen Echo-Unterdrücker (nicht dargestellt) benutzt. Der Echo-Unterdrücker muss typischerweise während einer Neuabstimmungsoperation zurückgesetzt werden.
Um Zeit zu sparen, kann eine schnelle Neuabstimmungsoperation einen oder mehrere der obigen Schritte weglassen oder die obigen Schritte ausgehend von vorbestimmten Variablen durchführen (Variable, die anfänglich näher an den gewünschten Werten sind, als Initialisierungsvariablen). In einer schnellen Neuabstimmungsoperation wird der Leitungscharakterisierungsschritt weggelassen und die Schaltungen 102 und 98 werden leicht angepasst oder von einem gespeicherten Koeffizienten konvergiert. Zum Beispiel kann gemäß einer schnellen Neuabstimmungsoperation der mittlere Tap-Koeffizient für den Equalizer 98 bestimmt werden und die verbleibenden Koeffizienten können basierend auf dem Unterschied zwischen dem bestimmten mittleren Tap-Koeffizienten und dem vorherigen mittleren Tap-Koeffizenten angepasst werden.
Gemäß einer anderen schnellen Neuabstimmungsoperation werden vorgespeicherte Tap-Koeffizienten benutzt, so dass der Equalizer 98 nicht wesentlich konvergiert werden muss. Die Tap-Koeffizienten werden basierend auf Bedingungen ausgewählt, die durch die Schaltung 94 erkannt werden, wie Telefon 80 (2), das abgenommen wird. Die Anpassung der Verstärkungsschaltung 102 kann auf einen Bereich beschränkt werden, um Zeit zu sparen.
Die System- und Anwendungsparameter, die mit dem Modem 54 und der Leitung 52 verbunden sind, können den Umfang der Zeit bestimmen, der für eine schnelle Neuabstimmung des Modems 54 benötigt wird. Zum Beispiel kann eine schnelle Neuabstimmung in einem bestimmten Umfang von Echtzeit auftreten, wie weniger als 0,5 Sekunden. Eine schnelle Neuabstimmung innerhalb von 0,5 Sekunden stellt sicher, dass das Senden von Daten nicht durch merkliche Verzögerungen beeinflusst ist, wenn das Modem 54 verändert wird. Eine 0,5 Sekunden-Neuabstimmungsoperation ist eine enorme Verbesserung gegenüber den herkömmlichen 6,5 Sekunden für Initialisierungsneuabstimmungsoperationen. Alternativ kann die schnelle Neuabstimmungsoperation in einer wesentlich kürzeren Zeit stattfinden, insbesondere wenn der Fehlerprozessor 96 und die schnelle Neuabstimmungsschaltung 94 in der Lage sind, zu bestimmen, welche Veränderungen in der Teilnehmerleitung 52 Fehler verursacht haben. Die Schaltung 94 kann auf solche Veränderungen reagieren und auf eine Datenbank oder andere Daten zugreifen, die Koeffizienten für den Equali zer 98, Verstärkungsparameter für Schaltung 102, Datenraten und andere Kriterien für eine passende Übertragung von Daten über die Leitung 52 umfassen. Zum Beispiel kann eine solche Datenbank auf dem Computer 84 gespeichert werden, der an das Modem 54 angeschlossen ist (2). Es kann jedoch eine sehr schnelle Neuabstimmungsoperation stattfinden, wo der Equalizer 98 nicht konvergiert werden muss und nur die Verstärkung der Schaltung 102 angepasst zu werden braucht. Somit ist die schnelle Neuabstimmungsschaltung 94 in der Lage, das Modem 54 in einer schnellen Weise in Reaktion auf den Fehlerprozessor 96 zu verändern, der entdeckt, dass es Fehler in der Übertragung von Daten über die Teilnehmerleitung 52 gibt.
Wenn die schnelle Neuabstimmungsschaltung 94 eine Neuabstimmungsoperation durchführt, werden die Datenraten, die mit dem Modem 54 verbunden sind, angepasst, um die Datenrate zu maximieren, während die Vollständigkeit der Übertragung beibehalten wird. Zum Beispiel kann die schnelle Neuabstimmungsschaltung 94 die Datenrate nach unten anpassen durch Reduzierung der Größe der Konstellation oder durch Reduzierung der Zeichenrate, wenn der Fehlerprozessor 96 feststellt, dass eine bestimmte Anzahl von Fehlern auftritt. Der Fehlerprozessor 96 kann Fehler feststellen, die eine Anpassung des Equalizers 98 erfordern, wie Tangentialfehler, Radialfehler oder andere Fehler. Der Fehlerprozessor 96 kann ebenfalls auf Gitter-Codierungsfehler, Reed-Solomon-Fehler, Pegel von mittleren quadratischen Fehlern und andere Fehler reagieren. Alternativ kann die schnelle Neuabstimmungsschaltung 94 das Modem 54 verändern und die Datenrate durch Erhöhen der Größe der Konstellation oder Erhöhen der Zeichenrate nach oben anpassen, wenn der Fehlerprozessor 96 feststellt, dass der mittlere quadratische Fehler unterhalb einer Schwelle ist. Die Schwelle, die zum Vergleich des mittleren quadratischen Fehlers verwendet wird, wie auch andere Fehler, ist gemäß den Benutzerparametern und der Datenrate veränderbar.
Die Leitungscharakterisierungsschaltung 104 kann eine Vielzahl von Operationen durchführen, um die Leitung 52 zu charakterisieren für die Entwicklung von Tap-Koeffizienten für den Equalizer 98 und von anderen Parametern des Modems 54. Die Leitungscharakterisierungstests können durchgeführt werden, wenn das Modem 54 in der Initialisierung, in einem Ruhezustand oder in einem Nicht-Ruhezustand ist. Gemäß einem Leitungscharakterisierungstests werden Töne oder Testmuster über die Leitung 52 gesendet gemäß einem Testprotokoll. Die Modems 54 und 56 arbeiten zusammen, um die Charakteristika der Leitung 52 basierend auf den empfangenen Tönen oder Testmustern zu bestimmen. In einem Nicht-Ruhezustand können die Testmuster während der Zeit gesendet und analysiert werden, in der der Benutzer Übertragungen aus dem Internet erwartet. Weiter kann ein separater Kontrollkanal benutzt werden, um die Kontrollinformation zu senden, die notwendig ist, um die Leitung 52 zu charakterisieren.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Schaltung 104 in einen Lern-Mode übergehen und die Leitung 52 unter einer Vielzahl von Bedingungen analysieren. Während sie in dem Lern-Mode ist, kann der Benutzer das Telefon 80 (2) abnehmen in Reaktion auf Instruktionen, die durch die Software auf dem Computer 84 erzeugt worden sind. Das Modem 54 kann die Leitung 52 während dieser besonderen Bedingungen charakterisieren. Koeffizienten für den Equalizer 98 können für solche Bedingungen erzeugt und für eine schnelle Neuabstimmungsoperation gespeichert werden. Noch weiter kann die Schaltung 104 Leitungstestoperationen ähnlich denen des V.34-Standards durchführen.
In noch einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Echo-Unterdrücker (nicht dargestellt) auf der Senderseite des Modems 54 benutzt werden, um die gesendeten Signale in dem gesendeten Frequenzspektrum zu entfernen. Die Steuerschaltung 92 kann die Charakteristika in dem gesendeten Frequenzspektrum von Leitung 52 analysieren. Diese Analyse kann während eines Nicht-Ruhezustandes durchgeführt werden. Der Teils des Equalizers 98 auf der Senderseite kann gemäß der Analyse angepasst werden, um die gesendeten Signale vorzuverzerren oder vorzuverstärken. Digitale Frequenzverarbeitungsverfahren können ebenfalls verschiedene Fehlersignalanalysen, Korrekturen und Manipulationen umfassen, um zu bestimmen, wann eine schnelle Neuabstimmung notwendig ist, sowie Verfahren zum schnellen Konvergieren eines Equalizers, der mit dem Modem 54 verbunden ist.
Bezug nehmend auf 4 umfasst der Fehlerprozessor 96 ein Reed-Solomon-Decoder 120, einen Mittlerer-Fehlerquadrat-Rechner 122 und einen Gitter-Decoder 124. Der Reed-Solomon-Decoder 120 analysiert Rahmen von Daten, die von dem Fehlerdecoder 124 bereitgestellt werden, und bestimmt, ob ein Rahmenfehler auftritt und ob Fehler in dem Rahmen auftreten. Der Reed-Solomon-Decoder 120 kann Fehler korrigieren, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Alternativ kann der Rechner 122 durch andere Systeme ersetzt werden, die eine Angabe eines Signal-zu-Rausch-Verhältnisses bereitstellen können.
Der Reed-Solomon-Decoder 120, der Rechner 122 und der Gitter-Decoder 124 stellen ein schnelles Neuabstimmungssignal zur Absenkung bereit, wenn Fehlerbedingungen anzeigen, dass die Datenrate abgesenkt werden sollte. Die schnelle Neuabstimmungsschaltung 94 führt eine schnelle Neuabstimmungsoperation durch und senkt die Datenrate in Reaktion auf das schnelle Neuabstimmungssignal zur Ratenabsenkung am Eingang 95 ab. Im Gegensatz dazu erhöht die schnelle Neuabstimmungsschaltung 94 die Datenrate und führt eine schnelle Neuabstimmung durch, wenn der Mittlerer-Fehlerquadrat-Rechner 122 ein schnelles Neuabstimmungssignal zur Ratenerhöhung am Eingang 97 bereitstellt. Somit erhöht oder senkt das Modem 54 automatisch seine Datenrate, um genaue Übertragungen mit hoher Geschwindigkeit in der Gegenwart von POTS-bedingten Störungen beizubehalten.
Obwohl die Datenraten, die mit den Modems 54 und 56 verbunden sind, etwas niedriger als die maximalen Datenraten sind, die mit herkömmlichen ADSL-Systemen verbunden sind, sind diese Datenraten jedoch wesentlich größer als herkömmliche analoge Modemkapazitäten. Die niedrigeren Datenraten ermöglichen den Modems 54 und 56, kleinere Konstellationsgrößen und Frequenzmultiplexing zu verwenden sowie mit POTS verbundenen Störungen zu widerstehen.
Digitale Signalverarbeitungstechniken können schnelle Neuabstimmungsoperationen umfassen, wo das Modem an sich verändernde Teilnehmerleitungsverfahren verursacht durch POTS-Betrieb angepasst wird. Solche Anpassungen können die Anpassung der automatischen Verstärkungssteuerungsschaltung 102, das Konvergieren des Equalizers 98 und Fehlerverarbeitung umfassen. Weiter können digitale Signalverarbeitungsverfahren Leitungscharakterisierungsverfahren umfassen, die durch die Schaltung 104 (3) durchgeführt werden.
Bezug nehmend auf 5 wird der Betrieb des Modems 54 unter Bezug auf 2 bis 5 beschrieben. Die 5 ist ein Zustandsdiagramm, das schnelle Neuabstimmungsoperationen für das Modem 54 zeigt. Das Modem 54 stellt vorzugsweise immer die höchste mögliche Datenrate auf Leitung 52 zur Verfügung gemäß einer ratenadaptiven digitalen Teilnehmerleitungstechnik. Das Modem 56 sollte die Fähigkeit haben, eine maximale Downstream-Datenrate einzustellen, sodass die Telefongesellschaft die maximale Downstream-Datenrate beschränken kann, um die Bevorteilung von Teilnehmern zu vermeiden, die nahe bei dem Büro 60 leben. Gemäß dieser Technik passen die Modems 54 und 56 ständig die Datenraten an, um ein maximales Datenratenpotential in der Teilnehmerleitung 52 (2) zu erreichen.
In 5 kann das Modem 54 (2) in einem Start-up-Zustand 100, einem Ruhezustand 102, einem Daten-Mode-Zustand 104, einem schnellen Neuabstimmungszustand zur Ratenreduzierung 106 und einem schnellen Neuabstimmungszustand zur Ratenerhöhung 108 sein. Wenn das Modem aus oder im Ruhezustand ist, geht es aus dem Ruhezustand 102 in den Start-up-Zustand 100 über, wenn es ein Start-up-Befehl empfängt.
In dem Start-up-Zustand 100 wird das Modem 54 initialisiert. Während der Initialisierung wird das Timing von einem entfernten Modem, wie Modem 56, erfasst, die automatische Verstärkungsschaltung 102 wird angepasst, der Equalizer 98 wird konvergiert, die Trägerphase wird festgelegt, die Leitung 52 wird charakterisiert und eine Datenrate wird ausgewählt. Wenn der Start-up erfolgreich abgeschlossen ist, schreitet das Modem 54 in den Daten-Mode-Zustand 104 fort, wo Daten über die Teilnehmerleitung 52 übertragen werden.
Wenn Daten mit der Datenrate übertragen werden, die während des Start-up-Zustandes 100 ausgewählt wurde, werden Fehlersignale von dem Fehlerprozessor 92 entsprechend überprüft. Wenn die Fehlersignale innerhalb eines akzeptierbaren Pegels sind, wird das Modem 54 in dem Daten-Mode-Zustand 104 gehalten. Wenn die Fehlersignale jedoch über einem bestimmten Pegel sind, geht das Modem 54 in den schnellen Neuabstimmungszustand zur Ratenreduzierung 106 über. Im Zustand 106 reduziert das Modem 54 die Datenrate, passt die automatische Steuerungsschaltung 102 an, erfasst das Timing neu und konvergiert den Equalizer 98. Vorzugsweise wird der Equalizer 98 von gespeicherten Koeffizientenwerten neuabgestimmt, um den Zeitaufwand, der für die Neuabstimmung benötigt wird, zu reduzieren. Alternativ kann in einen anderen Mode (nicht dargestellt) übergegangen werden, wo nur die automatische Verstärkungssteuerung 102 (3) ange passt wird und die Datenrate nicht verändert wird, um die Fehler auszugleichen.
Im Zustand 106, wenn die schnelle Neuabstimmung fehlschlägt, wird eine weitere schnelle Neuabstimmung versucht. Wenn mehr als zwei schnelle Neuabstimmungsversuche fehlschlagen, kehrt das Modem 54 in den Start-up-Zustand 104 zurück. Wenn das Start-up fehlschlägt, kehrt das Modem wie in der Initialisierung in den Ruhezustand 102 zurück.
Wenn die schnelle Neuabstimmungsoperation erfolgreich beendet ist, kehrt das Modem 54 in den Daten-Mode-Zustand 104 zurück und überträgt weiter Daten mit einer geringeren Datenrate. Die Datenrate kann schrittweise angepasst werden oder mit anderen Beziehungen. Wenn die Fehler durch bekannte POTS-Aktivitäten verursacht sind, können z. B. besondere Datenraten gewählt werden, von denen bekannt ist, dass sie während dieser Aktivität arbeiten.
Im Zustand 104, wenn das Mittlere-Quadratische-Fehler-Signal, das von dem Mittlerer-Fehlerquadrat-Rechner 122 bereitgestellt wird, unterhalb einer Schwelle ist, geht das Modem 54 in den schnellen Neuabstimmungszustand zur Ratenerhöhung 108 über. Das Modem 54 wird in dem Zustand 108 ähnlich zum Zustand 106 neuabgestimmt mit dem Unterschied, dass die Datenrate erhöht wird. Wenn die schnelle Neuabstimmungsoperation erfolgreich abgeschlossen ist, geht das Modem vom Zustand 108 zum Zustand 104 über und setzt die normalen Datenübertragungsoperationen mit einer schnelleren Rate fort. Wenn die schnelle Neuabstimmungsoperation in dem Zustand 108 fehlschlägt, geht das Modem 54 in den Zustand 106 über und führt eine schnelle Neuabstimmungsoperation zur Ratenreduzierung durch.
Während die gegebenen detaillierten Zeichnungen und speziellen Beispiele bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschreiben, ist es klar, dass diese nur zum Zwecke der Beschreibung sind. Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung ist nicht auf die offenbarten genauen Details und Bedingungen beschränkt. Obwohl QAM-Signale und Frequenz-Multiplexing benutzt wird, können z. B. andere Protokolle implementiert werden. Obwohl Parameter, die auf eine schnelle Neuabstimmungsoperation bezogen sind, erläutert werden, kann die schnelle Neuabstimmungsoperation ebenfalls eine Vielzahl von Schritten zur Sicherstellung der Integrität des Datenkanals bei hohen Datenraten umfassen. Verschiedene Änderungen können an den offenbarten Details vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, der durch die angefügten Ansprüche bestimmt wird.

Claims

Digitales Teilnehmerleitungsmodem (54), das dazu angepasst ist, um direkt an eine Teilnehmerleitung (52) angeschlossen zu werden, wobei das Modem (54) dazu fähig ist, gleichzeitig mit anderen Telefongeräten (80, 81, 82), die in einem Frequenzband unterhalb des 4000 kHz Bandes arbeiten, auf die Teilnehmerleitung (52) zuzugreifen, wobei das Modem (54) einen Datenanschluss (55), der dazu ausgestaltet ist, um an die Teilnehmerleitung (52) angeschlossen zu werden, und eine Steuereinrichtung (92) aufweist, um Signale von dem Datenanschluss (55) zu empfangen und dorthin zu senden, wobei die Steuereinrichtung (92) es gestattet, den Datenanschluss (55) direkt an die Teilnehmerleitung (52) ohne die Verwendung eines Signalteilers anzuschließen, und gekennzeichnet ist durch: eine Equalizer-Einrichtung (98) zum Filtern der Signale zur Anpassung an Eigenschaften der Teilnehmerleitung (52), eine Fehlerverarbeitungseinrichtung (96) zum Liefern eines Signals zur schnellen Neuabstimmung in Reaktion auf eine Fehlerbedingung, und eine Einrichtung (94) zur schnellen Neuabstimmung, um die Equalizer-Einrichtung (98) in Reaktion auf das Signal zur schnellen Neuabstimmung schnell konvergieren zu lassen.
Digitales Teilnehmerleitungsmodem (54) nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Equalizer-Einrichtung (98) gemäß Koeffizienten filtert und die Ein richtung (94) zum schnellen Neuabstimmen Anfangskoeffizienten gemäß einem Leitungszustand liefert, der sich auf die Fehlerbedingung bezieht.
Digitales Teilnehmerleitungsmodem (54) nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (92) weiter eine Datenbank zum Speichern von Anfangskoeffizienten für verschiedene Leitungszustände umfasst, wobei die Einrichtung (94) zum schnellen Neuabstimmen die Anfangskoeffizienten für einen bestimmten Leitungszustand in Reaktion auf das Fehlersignal auswählt.
Digitales Teilnehmerleitungsmodem (54) nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerverarbeitungseinrichtung (96) ein Rauschniveau am Ausgang der Equalizereinrichtung (98) überwacht.
Digitales Teilnehmerleitungsmodem (54) nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerverarbeitungseinrichtung (96) ein Reed-Solomon-Fehlersignal oder ein Viterbi-Fehlersignal empfängt.
Digitales Teilnehmerleitungsmodem (54) nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (94) zum schnellen Neuabstimmen dahingehend arbeitet, um eine Datenrate der Signale zu reduzieren, ohne zuerst die Teilnehmerleitung (52) zu charakterisieren.
Digitales Teilnehmerleitungsmodem (54) nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerverarbeitungseinrichtung (96) ein Rate-Senken-Neuabstimmungssignal liefert, wenn eine Fehlerrate oberhalb einer Schwelle ist, was die Einrichtung (94) zum schnellen Neuabstimmen dazu veranlasst, eine Modem-Datenrate zu senken, und dass die Fehlerverarbeitungseinrichtung (96) ein Rate-Steigern-Neuabstimmungssignal liefert, wenn die Fehlerrate unterhalb der Schwelle ist, was die Einrichtung (94) zur schnellen Neuabstimmung dazu veranlasst, die Modem-Datenrate zu erhöhen.
Digitales Teilnehmerleitungsmodem (54) nach Anspruch 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Schwelle mit der Datenrate variiert und die Fehlerrate ein mittleres quadratisches Fehlersignal ist.
Kommunikationssystem (50) zur Verwendung mit einer Teilnehmerleitung (52), wobei das Kommunikationssystem (50) aufweist: ein digitales Benutzer-Teilnehmerleitungsmodem (54), das sich an einem Benutzerort (62) befindet, wobei das digitale Benutzer-Teilnehmerleitungsmodem (54) direkt an die Teilnehmerleitung (52) angeschlossen ist und Downstream-Signale von der Teilnehmerleitung (52) empfängt und Upstream-Signale auf die Teilnehmerleitung (52) sendet, einen Signalteiler (58), der sich entfernt von dem Benutzerort (62) befindet, wobei der Signalteiler (58) einen Signalanschluss (66), einen Niederfrequenzweganschluss (70) und einen Hochfrequenzweganschluss (68) aufweist, wobei der Signalanschluss (66) mit der Teilnehmerleitung (52) verbunden ist, wobei der Niederfrequenzweganschluss (70) mit einem Fernsprechwählnetz verbunden ist, und ein digitales Büro-Teilnehmerleitungsmodem (56), das mit dem Hochfrequenzweganschluss (68) verbunden ist, wobei das digitale Büro-Teilnehmerleitungsmodem (56) die Downstream-Signale auf die Teilnehmerleitung (52) durch den Signalteiler (58) sendet und die Upstream-Signale von der Teilnehmerleitung (52) durch den Signalteiler (58) empfängt, wobei das digitale Benutzer-Teilnehmerleitungsmodem (54) dadurch gekennzeichnet ist, dass digitale Signalverarbeitungstechniken angewendet werden, um das Modem (54) in Reaktion auf sich veränderte Eigenschaften der Teilnehmerleitung (52) schnell neu abzustimmen, was es erlaubt, das Modem (54) direkt an die Teilnehmerleitung (52) ohne die Verwendung eines Signalteilers zwischen der Teilnehmerleitung (52) und dem Modem (54) anzuschließen.
Kommunikationssystem (50) nach Anspruch 9, weiter gekennzeichnet durch eine Equalizerschaltung (98), die Koeffizienten entsprechend den Eigenschaften der Teilnehmerleitung (52) verwendet, um das Modem (54) schnell neu abzustimmen, wobei Anfangskoeffizienten entsprechend bestimmten Leitungszuständen in einer Datenbank zur Verwendung durch die Equalizerschaltung (98) gespeichert sind.