DE10102867A1

DE10102867A1 - Verfahren und Modem zur Analyse der Datenübertragungseigenschaften einer Datenleitung

Info

Publication number: DE10102867A1
Application number: DE10102867A
Authority: DE
Inventors: Hans-Werner Rudolf
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2001-01-23
Publication date: 2002-09-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Modem zur Analyse einer Datenleitung (7) mit einem Modem (1, 1'), welches mit mindestens einem Sender/Empfänger-Verstärker (2), mindestens einem Speicher (4) für Daten und/oder Programme, mindestens einem Signalprozessor (3) und einem Mittel zur Spektralanalyse (5) eingehender Signale ausgestattet ist, wobei das Modem (1) derart ausgestaltet ist, daß es von der Gegenseite aufgefordert werden kann, eine Spektralanalyse der Datenleitung (7) durchzuführen und Kennwerte des Ergebnisses der Spektralanalyse an die Gegenseite (1') zurückzusenden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse der Daten übertragungseigenschaften einer Datenleitung, ein Modem zur Durchführung dieses Verfahrens und die Verwendung eines Da tenübertragungsmodems für dieses Verfahren.

Zur Übertragung von Daten über weite Wegstrecken, insbesonde re zwischen zwei über Datenleitung verbundene Rechner, sind allgemein Modems in analoger und digitaler Form bekannt. Ein analoges Modem ist beispielsweise in der Deutschen Patentan meldung DE 34 16 818 beschrieben. Ein Beispiel für ein digi tales Multiton-Modem ist in der Europäischen Patentanmeldung EP 0 863 644 offenbart. Bestandteil beider Modems ist ein FFT-Modul (FFT = Fast Fourier Analysis = Echtzeit-Fourier- Analyse), welches zur Erzeugung und Detektion der Datenüber tragungssignale genutzt wird.

Des weiteren sind spezielle Meßsysteme bekannt, die zur Mes sung der Leitungseigenschaften verwendet werden. Diese Syste me arbeiten, wenn sie nur an einem Leitungsende eingesetzt werden, im Reflektometer Modus. Nachteil dabei ist die damit verbundene Ungenauigkeit der Ergebnisse, da das reflektierte Signal auf Hin- und Rückweg jeweils gedämpft wird.

Ebenfalls bekannte Verfahren, welche die Messergebnisse an beiden Enden der Leitung auswerten, sind mit einem Wartungs gang zum Leitungsendgerät verbunden, was zu hohen Personal kosten durch den Einmessvorgang führt. Hierbei wird ein Mess gerät an den beiden Ende einer Datenübertragungsstrecke angeschlossen, um die Güte der Datenübertragungsstrecke zu bestimmen und die maximal mögliche Datenübertragungsrate aus zumessen, beziehungsweise um eventuelle Störungen auf dieser Datenübertragungsstrecke ausfindig machen zu können und zu verifizieren.

Bei einer Analyse einer Datenübertragungsstrecke ist es also bisher notwendig durch entsprechendes Personal, welches sich physisch an die beiden Endpunkte der Datenübertragungsstrecke begibt, die oben genannten Messgeräte anzuschließen und hier mit eventuelle Störungseinflüsse auszumessen oder auch direkt die maximal mögliche Datenübertragungsrate durch entsprechen de Beaufschlagung der Übertragungsstrecke mit Datensignalen zu verifizieren.

Diese Methode erfordert einen großen Aufwand an Arbeitskraft und ist daher bei der derzeit stetig wachsenden Anzahl an Da tenleitungen nur sehr schwierig durchführbar.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Analyse der Übertragungsqualität einer Datenleitung und eine entsprechen de Vorrichtung hierzu zu finden, welche es erlauben mit ge ringeren Kosten die Datenleitungen zu vermessen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unab hängigen Patentansprüche gelöst.

Der Erfinder hat erkannt, dass es bei den derzeit zur Verfü gung stehenden Modems, welche über ein Spektralanalysemodul, meist ein Modul zur Echtzeit-Fourier-Transformation, möglich ist, dieses vorhandene Modul dazu zu verwenden, auf entspre chende entweder von der Software routinemäßig oder durch ei nen Messauftrag der Wartungsmannschaft direkt aktivierte Anforderung der Gegenseite hin eine Analyse der bestehenden Da tenverbindung getrennt auf Hin- und Rückweg durchzuführen, wobei das Messergebnis der Fourieranalyse als Daten-File zur Wartungsmannschaft übertragen wird. Damit wird ein unver fälschtes Ergebnis der Leistung vom jeweils fernen Ende über mittelt: Die aus der Spektralanalyse erhaltenen Kennwerte (z. B. Fourierkonstanten oder -parameter) können so zur "Fern analyse" der Störsituation auf der Übertragungsstrecke die nen.

Hierzu ist es notwendig, das an sich bekannte Modem so zu gestalten, dass es von einer Gegenseite durch eine entspre chend ausgebildete Initialisierungsvorrichtung beziehungswei se eine Befehlsfolge in einen Analysemodus versetzt wird, in dem es sein an sich bereits vorhandenes Spektralanalysemodul aktiviert, um die Störsignale einer bestimmten Verbindung o der auch ein bestimmtes von der Gegenseite gesendete Signal bezüglich seiner Frequenzcharakteristik zu analysieren und die ermittelten Kennwerte an die Gegenseite zurückzusenden. Wird als Spektralanalyse eine Fourieranalyse durchgeführt, so handelt es sich bei den Kennwerten um die Fourierkonstanten.

Hierdurch kann der sonst übliche Weg eines Wartungstechnikers zum Kunden eines Datennetzbetreibers entfallen und eine we sentliche Einsparung erfolgen. Eine Verwirklichung des erfin dungsgemäßen Modems kann beispielsweise rein softwaremäßig erfolgen, so dass neben dem zusätzlichen Programmieraufwand keine weiteren Zusatzkosten zu einem derzeit handelsüblichen Modem entstehen.

Entsprechend diesem Erfindungsgedanken schlägt der Erfinder vor, das bekannte Verfahren zur Analyse einer Datenleitung zwischen einer ersten und einer zweiten Seite mit einem Modem durchzuführen, wobei das Modem mit mindestens einem Sen der/Empfänger-Verstärker, mindestens einem Speicher für Daten und/oder Programme, mindestens einem Signalprozessor und ei nem Mittel zur Spektralanalyse eingehender Signale ausgestat tet ist, wobei erfindungsgemäß das Modem von der Gegenseite aufgefordert wird, eine Spektralanalyse der Datenleitungen durchzuführen und Kennwerte des Ergebnisses der Spektralana lyse an die Gegenseite zurückzusenden.

Vorzugsweise können die Kennwerte über die analysierte Daten leitung selbst zurückgesendet werden. Außerdem wird als Spektralanalyse in der Regel eine Harmonische-Analyse (Fou rieranalyse), vorzugsweise in Echtzeit, durchgeführt.

Wie bereits erwähnt, kann die Spektralanalyse zu einem Zeit punkt ohne Datenübertragung stattfinden, so daß lediglich die Störsignale detektiert werden. Andererseits besteht auch die Möglichkeit während der Spektralanalyse Signale unterschied licher Frequenz zu übertragen, um die Dämpfungscharakteristik der Datenleitung zu bestimmen.

Des weiteren kann die Spektralanalyse zu Beginn des Verbin dungsaufbaues durchgeführt werden, so dass jeweils individu ell, entsprechend den Ergebnissen der Spektralanalyse, die größtmögliche Datenrate bei der Übertragung von Daten verwen det werden kann.

Entsprechend dem Erfindungsgedanken schlägt der Erfinder au ßerdem vor, das an sich bekannte Modem zur Übertragung von digitalen Daten zwischen einer ersten und einer zweiten Sei te, über eine 2-Draht-Leitung, wobei das Modem mit mindestens einem Sender/Empfänger-Verstärker, mindestens einem Speicher für Daten und/oder Programme, mindestens einem Signalprozessor und einem Mittel zur Spektralanalyse eingehender Signale ausgestattet ist, dahingehend zu verbessern, dass das auf der ersten Seite befindliche Modem derart ausgestaltet ist, dass es auf Anforderung Kennwerte einer selbst durchgeführten Spektralanalyse der Verbindung zur zweiten Seite an einen Empfänger auf der zweiten Seite über die 2-Draht-Leitung ü berträgt.

Das Mittel zur Spektralanalyse kann beispielsweise ein Pro gramm-Modul sein, welches den Signalprozessor entsprechend steuert, wobei die Spektralanalyse meist auf einer Fourier- Transformation basieren und vorzugsweise in Echtzeit vorge nommen wird. Als Signalprozessor kann sowohl ein speziell hierfür geeigneter DSP (Digitaler Signalprozessor) oder auch ein beliebiger Mikroprozessor mit entsprechender Programmie rung und Peripherie verwendet werden.

Des weiteren kann das Modem als "diskretes Multitondatenü bertragungs"-Modem ausgebildet sein, da bei diesem Datenüber tragungsverfahren Störsignale besonders ungünstig auf die mögliche maximale Datenübertragungsrate wirken.

Entsprechend dem Erfindungsgedanken ist es also möglich, dass in einem Datenübertragungsmodem ein integriertes Spektralana lyse-Modul verwendet wird, um die Güte einer Datenleitung zu bestimmen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteran sprüchen und der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungs beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen und Anwendungsfällen nä her beschrieben. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1: Funktionsaufbau eines bekannten Modems;

Fig. 2: Funktionsaufbau eines erfindungsgemäßen Modems;

Fig. 3: Erfindungsgemäßes Modem im Datenübertragungsmo dus;

Fig. 4: Erfindungsgemäßes Modem im Analyse-Modus;

Fig. 5: Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Modems.

Die Fig. 1 zeigt den funktionellen Aufbau eines bekannten Modems 1, welches an einer a/b-Leitung 7 eines Fernmeldenet zes angeschlossen ist und anwenderseitig mit einem Personal Computer 8 in Verbindung steht.

Das Modem 1 verfügt zur Ein- und Ausgabe der Daten über einen Sender/Empfänger-Verstärker 2, der die zu sendenden Daten von einem digitalen Signalprozessor 3 erhält beziehungsweise die empfangenen Daten an diesen digitalen Signalprozessor 3 wei terleitet. Der digitale Signalprozessor 3 hat Zugriff auf ei nen Daten/Programmspeicher 4 mit einem integrierten FFT-Modul 5. Der digitale Signalprozessor 3 ist über eine Schnittstelle 6 mit einem Personal Computer (PC) 8 verbunden. Tritt ein Mo dem in Funktion, so sendet der PC digitale Daten an die Schnittstelle 6 des Modems. Von dort werden sie zum digitalen Signalprozessor 3 geführt, der mit Hilfe eines geeigneten Programms auf dem Daten/Programmspeicher 4 die Daten mit Hil fe eines FFT-Moduls 5 in Signale unterschiedlicher Frequenz umwandelt und diese über den Sender/Empfänger-Verstärker 2 an die a/b-Leitung 7 des Kommunikationsnetzes überträgt. Auf der Gegenseite befindet sich ein entsprechendes Modem, welches wiederum die Frequenzen über einen Sender/Empfänger- Verstärker 2 empfängt, an den digitalen Signalprozessor 3 weiterleitet, der mit Hilfe des FFT-Moduls 5 diese Signale wiederum in digitale Daten umwandelt und über die Schnitt stelle 6 dem, mit dem Modem 1 verbundenen PC 8 zuleitet.

Die grundsätzliche Funktionsweise eines solchen Modems ist beispielsweise für ein analoges Modem aus der bereits oben genannten Deutschen Patentanmeldung DE 34 16 818 und für ein Multiton-Modem aus der Europäischen Patentanmeldung EP 0 863 644 bekannt. Bezüglich der mathematischen Hintergründe zur Fourieranalyse wird auf die ausführliche Beschreibung einer diskreten Fourier-Transformation aus dem Vortrag "Diskrete Fourier-Transformation und Anwendungen" von Marcus Bäckmann auf der Web-Seite http:/ / www.baeckmann.de/wavelet_fourier.htm hingewiesen.

Die Fig. 2 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Modems, welches sich von der Fig. 1 durch das zusätzliche Analyse- Modul 9 unterscheidet.

Die Fig. 3 und 4 verdeutlichen den Unterschied des Be triebszustandes des erfindungsgemäßen Modems 1 im Datenüber tragungsmodus und im Analyse-Modus. Die jeweils fett gezeich neten Funktionsblöcke stellen die Funktionsblöcke dar, die im jeweiligen Modus aktiv sind.

In der Fig. 3 ist zu erkennen, dass im Datenübertragungsmo dus der Sende/Empfangs-Verstärker 2, das DSP 3 der Daten- /Programmspeicher 4 mit dem FFT-Modul 5 und die Schnittstelle zum PC 6 aktiviert sind, während das Analyse-Modul 9, über welches die Auswertung der FFT stattfindet und die Kennwerte der Spektralanalyse übertragen werden, nicht aktiviert ist.

Im Gegensatz dazu zeigt die Fig. 4 einen Betriebszustand des Modems 1, in dem zusätzlich das Analyse-Modul 9 aktiviert ist und das FFT-Modul benutzt, in dem es dieses aktiviert und die berechneten Kennwerte der FFT austauscht und nach deren Be rechnung über die a/b-Leitung 7 zur Gegenstation sendet.

Die Fig. 5 zeigt anhand einer Schemazeichnung die erfin dungsgemäße Funktion des Modems 1, zur Analyse einer a/b- Verbindung 7 zwischen einem Provider 10 und einem Kunden 11. Zur Analyse der a/b-Verbindung zwischen Provider 10 und Kun den 11 stellt der Provider 10 eine Datenverbindung zum Kunden über das kundenseitige Modem 1 und das providerseitige Modem 1' her. Danach wird das kundenseitige Modem, beispielsweise durch einen entsprechenden Initialisierungscode, für den Ana lysemodus initialisiert, worauf das kundenseitige Modem sein Analyse-Modul aktiviert und mit Hilfe des FFT-Moduls 5 eine Spektralanalyse der Störgeräusche auf der Datenleitung 7 er stellt und anschließend die Kennwerte der Spektralanalyse, also die Fourier-Konstanten, an den Provider 10 über die Da tenleitung 7 überträgt.

Durch diese Maßnahmen besteht die Möglichkeit Einstreuungen und Störsignale auf der Datenverbindung zwischen Provider und Kunden auf einfache Weise und mit nur geringstem Personalbe darf zu erkennen. Hierdurch ist es mögliche die maximal mög liche Datenübertragungsrate zu bestimmen, oder auch gezielt bestimmte Störeinflüsse zu eliminieren.

Weiterhin kann der Provider durch das Senden einer anderen Befehlsfolge dem kundenseitigen Modem mitteilen, daß es nun eine Analyse eines bestimmten gesendeten Frequenzspektrums vornehmen soll, wobei das Frequenzspektrum durch das provi derseitige Modem 1' erzeugt wird. Das kundenseitige Modem 1 nimmt dann die Spektralanalyse des empfangenen Frequenzspekt rums vor und sendet die errechneten Kennwerte an den Provider 10 zurück. Außerdem kann auch zwischen den Modems vereinbart werden, dass das kundenseitige Modem ein bestimmtes Frequenz spektrum erzeugt und auf der Datenleitung überträgt, welches dann vom Modem 1' auf der Providerseite analysiert wird.

Durch diese Messung kann die Dämpfungscharakteristik der Da tenleitung ausgemessen werden, beziehungsweise bestimmte Schäden oder Schwächen der Datenleitung bestimmt werden, ohne dass ein Wartungstechniker sich persönlich zum Kunden begeben muss. Wird die Messung der Dämpfungscharakteristik auf beiden Seiten durchgeführt, so kann auch der Einstrahlungsort be stimmter Störsignale, unter Kenntnis der Dämpfungseigenschaf ten der Leitung aus dem Verhältnis der an beiden Leitungsen den gemessenen Amplituden, bestimmt werden.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Insgesamt stellt das erfindungsgemäße Verfahren und das er findungsgemäße Modem eine sehr preisgünstige Möglichkeit zur Wartung und Definition einer vorhandenen Datenleitung dar, wobei sie sich wesentlich auch dadurch auszeichnet, dass kei ne besonderen Hardware-Änderungen in den hierfür geeigneten Modems notwendig sind, da es ausreicht, lediglich die Pro grammierung des Modems an das erfindungsgemäße Verfahren an zupassen.

Bezugszeichenliste

1

Modem

1

' providerseitiges Modem

2

Sender-/Empfänger-Verstärker

3

digitaler Signalprozessor

4

Daten-/Programmspeicher

5

FFT-Modul

6

Schnittstelle zum PC

7

a/b-Leitung

8

PC

9

Analyse-Modul

10

Provider

11

Kunde

Claims

1. Verfahren zur Analyse einer Datenleitung (7) zwischen einer ersten und einer zweiten Seite mit einem Modem (1, 1'), welches mit mindestens einem Sender/Empfänger-Verstärker (2), mindestens einem Speicher (4) für Daten und/oder Programme, mindestens einem Signalprozessor (3) und einem Mittel zur Spektralanalyse (5) eingehender Signale ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Modem (1) von der Gegenseite aufgefordert wird, eine Spektralanalyse der Datenleitung (7) durchzuführen und Kenn werte des Ergebnisses der Spektralanalyse an die Gegenseite (1') zurückzusenden.

2. Verfahren gemäß dem voranstehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennwerte über die analysierte Datenleitung (7) selbst zurückgesendet werden.

3. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Spektralanalyse eine Harmonische-Analyse (Fouriera nalyse), vorzugsweise in Echtzeit, durchgeführt wird.

4. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spektralanalyse zu einem Zeitpunkt ohne Datenüber tragung stattfindet.

5. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass während der Spektralanalyse Signale unterschiedlicher Frequenz übertragen werden und die Dämpfungscharakteristik der Datenleitung bestimmt wird.

6. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spektralanalyse zu Beginn eines Verbindungsaufbaues durchgeführt wird.

7. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spektralanalyse auf beiden Seiten der Datenleitung durchgeführt wird und auf einer Seite ein Vergleich der Kenn werte beider Seiten vorgenommen wird.

8. Modem (1, 1') zur Übertragung von digitalen Daten zwi schen einer ersten und einer zweiten Seite, wobei die beiden Seiten mit einer 2-Draht-Leitung (7) in Verbindung stehen, mit mindestens einem Sender/Empfänger-Verstärker (2), mindes tens einem Speicher (4) für Daten und/oder Programme, mindes tens einem Signalprozessor (3) und einem Mittel zur Spektral analyse (5) eingehender Signale, dadurch gekennzeichnet, dass das auf der ersten Seite befindliche Modem (1) derart ausgestaltet ist, daß es auf Anforderung Kennwerte einer selbst durchgeführten Spektralanalyse der Verbindung zur zweiten Seite an einen Empfänger (1') auf der zweiten Seite über die 2-Draht-Leitung (7) überträgt.

9. Modem gemäß dem voranstehenden Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (5) zur Spektralanalyse ein Programm-Modul ist.

10. Modem gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 8-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spektralanalyse auf einer Fourier-Transformation ba siert.

11. Modem gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spektralanalyse eine Echtzeit-Analyse ist.

12. Modem gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 8-11, dadurch gekennzeichnet, dass das Modem (1) ein Digital-Modem ist.

13. Modem gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 8-11, dadurch gekennzeichnet, dass das Modem (1) ein Analog-Modem ist.

14. Modem gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 8-13, dadurch gekennzeichnet, dass es als "diskretes Multitondatenübertragungs"-Modem aus gebildet ist.

15. Verwendung eines Datenübertragungsmodems (1) mit einem integriertem Spektralanalyse-Modul (5), vorzugsweise mit ei nem FFT-Modul (FFT = Echtzeit-Fourier-Transformation), zur Gü tebestimmung einer Datenleitung (7).

16. Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, um mindestens die Schritte gemäß mindestens einem der Ansprüche 1-7 auszuführen, wenn die Programmcode-Mittel in einem Pro zessor ausgeführt werden.

17. Datenträger mit einem Computerprogramm mit Programmcode Mitteln, um mindestens die Schritte gemäß mindestens einem der Ansprüche 1-7 auszuführen, wenn die Programmcode-Mittel in einem Prozessor ausgeführt werden.