DE60316544T2

DE60316544T2 - Leistungssteuerungsverfahren für ein fernbedienbaren Kommunikationsdienst

Info

Publication number: DE60316544T2
Application number: DE60316544T
Authority: DE
Inventors: Raphael Jean Cendrillon; Marc Suzanne Paul Moonen; Tom Bostoen; Katleen Peggie Florimond Van Acker; Etienne Andre Hubert Van Den Bogaert; Jan Sylvia Verlinden; Radu Suciu
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: EP1492261B1; US7330516B2; ATE374473T1; DE60316544D1; EP1492261A1; CN100546213C; CN1578186A; US20040264559A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein solches Verfahren ist bereits in der Technik bekannt, z. B. aus dem Artikel mit dem Titel "Distributed Multi-user Power Control for Digital Subscriber Lines" von Wei Yu, Georges GINIS und John M. CIOFFI, veröffentlicht im IEEE Journal of Selected Areas in Communications (J-SAC) im Juni 2002.
Spektrum-Verwaltung und Leistungssteuerung sind zentrale Themen im Design von durch Störungen begrenzten digitalen Mehrbenutzer-Kommunikationssystemen, wie z. B. in DSL-(Digital Subscriber Line)-Systemen.
Da der Bedarf an höheren Datenraten steigt, kommen Spektrum-Verwaltung und Leistungssteuerung aus den beiden folgenden Gründen als zentrale Themen auf: Erstens entwickeln sich schnelle DSL-Systeme in Richtung auf höhere Frequenzbänder, wo das Problem des Nebensprechens ausgeprägter ist. Zweitens kann entfernt eingesetztes DSL möglicherweise zu starkem Nebensprechen in benachbarten Leitungen führen.
1 zeigt das letztgenannte Problem. 3 Transceiver-Einheiten-Paare RT1/CP1, CO1/CP2 und CO2/CP3 sind über verdrillte Doppelleitungen L1, L2, bzw. L3 verbunden. Die verdrillten Doppelleitungen L1, L2 und L3 sind auf ihrem Weg zur Vermittlungsstelle CO im Kabelbinder B gebündelt. Wegen ihrer großen Nähe, erzeugen die Leitungen ineinander elektromagnetische Störungen. Das Nahnebensprechen (NEXT) bezeichnet Nebensprechen, das durch Sender verursacht wird, die sich auf derselben Seite wie der Empfänger befinden. Das Fernnebensprechen (FEXT) bezeichnet Nebensprechen, das durch Sender verursacht wird, die sich auf der anderen Seite befinden. NEXT ist normalerweise viel stärker als FEXT. Um NEXT zu vermeiden, wird bei DSL Frequenzmultiplex verwendet, wobei Upstream-Signalen (vom Teilnehmer) und Downstream- Signalen (zum Teilnehmer) getrennte Frequenzbänder zugewiesen werden.
Um die Länge der Teilnehmeranschlussleitung zum Zweck der Erhöhung der Datenrate zu verkürzen, wird die Transceiver-Einheit RT1 näher beim Teilnehmer CP1 eingesetzt, z. B. mit Hilfe einer optischen Faser OF. Dies wird im Gegensatz zum zentral oder CO-eingesetzten DSL als entfernt oder RT-eingesetztes DSL bezeichnet.
Das Signal von der Transceiver-Einheit CO1 wird bis zu einem gewissen Grad gedämpft, wenn es die Kopplung mit der Leitung L1 im Kabelbinder B beginnt, wodurch eine schwache FEXT F12 erzeugt wird. Im Gegensatz dazu ist das Signal von der Transceiver-Einheit RT1 viel stärker, wenn es die Kopplung mit der Leitung L2 beginnt, wodurch eine stärkere FEXT F21 erzeugt wird.
In der Literatur wurden mehrere Verfahren zur Leistungssteuerung vorgeschlagen.
In dem zitierten Dokument wird ein Leistungssteuerungsverfahren offen gelegt, bei dem jede Transceiver-Einheit Leistung durch Waterfilling gegen das Hintergrundrauschen und Störungen durch andere Transceiver-Einheiten zuordnet. Die Leistungs-Zuordnung einer Transceiver-Einheit beeinflusst die Störungen, die andere Transceiver-Einheiten sehen. Dies wiederum beeinflusst deren Leistungs-Zuordnung, so dass eine Kopplung zwischen der Leistungszuordnung der verschiedenen Teilnehmer besteht. Iteratives Waterfilling benutzt eine iterative Prozedur, wobei der Reihe nach jede Transceiver-Einheit das Waterfilling durchführt, bis ein Konvergenzpunkt erreicht ist.
Das offen gelegte Leistungssteuerungsverfahren ist eine Realisierung der dynamischen Spektrum-Verwaltung. Es passt sich so an, dass die von den Transceiver-Einheiten gesehenen direkten und Nebensprech-Kanäle in jeder speziellen Verwendung aneinander angepasst sind. Das Ergebnis ist ein viel weniger konservatives Design und somit eine höhere Leistungsfähigkeit.
Das offen gelegte Leistungssteuerungsverfahren führt jedoch dazu, eine spektrale Leistungsdichte (PSD) zu senden, welche die Spektral-Masken überschreiten kann, die in den DSL-Standards definiert sind. Somit hält es die Kompatibilitäts-Regeln der Methode A nicht ein. Stattdessen verlässt es sich auf Tests der Methode B, um die Kompatibilität sicherzustellen. Die Tests sind sehr kompliziert. Außerdem ist es nicht klar, ob die Spektral-Kompatibilität des iterativen Waterfilling-Verfahrens nach Methode B für alle Einsatz-Szenarien garantiert werden kann.
Ein weiterer Nachteil des offen gelegten Leistungssteuerungsverfahrens ist, dass es im Wesentlichen ein Flat Power Back-off (PBO) über kurze Leitungen implementiert, wie das bei RT-eingesetztem DSL. In diesem Szenarium treten alle Probleme, die mit Flat PBO verbunden sind, ebenfalls auf.
In der US-Patentanmeldung 2001/0031016, veröffentlicht am 18. Oktober 2001, wird ein Verfahren zur Verbesserung der Bit-Beladungs-Zuordnung für einen Mehrträger-Kommunikationskanal offen gelegt, in dem die Bit-Beladungen der Unter-Kanäle ausgeglichen werden, indem Unter-Kanäle mit hoher Bit-Beladung selektiv dekrementiert werden, bis ein gewünschter Grad des Ausgleichs zwischen den Bit-Beladungen der Unter-Kanäle erreicht wird. Hierdurch wird der Kommunikationskanal effektiv unempfindlicher gegen nicht stationäre Störungen gemacht.
In der US-Patentanmeldung 2001/0055332, veröffentlicht am 27. Dezember 2001, wird ein Verfahren zur Minimierung von Nebensprechen über eine verdrillte Doppelleitung eines Kabelbinders mir verdrillten Doppelleitungen, in dem eine diskrete Mehrton-Datenübertragung eingesetzt wird, offen gelegt. Das Verfahren umfasst die Schritte der gemeinsamen Minimierung des Nah- und Fern-Nebensprechens, wobei die Gesamt-Datenrate maximiert wird, der gemeinsamen Minimierung einer frei wählbaren Funktion der Gesamtleistung, wobei die Gesamt-Datenrate maximiert wird, und der Minimierung des Gesamt-Nahnebensprechens für eine gegebene Datenrate, der Auswahl einer zu optimierenden Funktion und der Ausführung eines Bit- und Leistungs-Zuordnungs-Algorithmus, der auf die ausgewählte Funktion reagiert.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der Verfahren nach dem Stand der Technik zu verringern.
Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel durch das Verfahren nach Anspruch 1 erreicht.
Normalerweise ist das Problem der Leistungs-Zuordnung nicht konvex. Dies führt zu einem numerisch unlösbaren Problem, das nicht oder nicht mit sinnvollen Rechnerleistungen gelöst werden kann.
Die folgenden Vereinfachungen führen jedoch zu einer fast optimalen PBO-Lösung:

– Jeder Ton des mindestens einen Tones wird im Optimierungsprozess getrennt betrachtet.
– Das gesendete Signal muss mit einer Sendeleistungs-Maske übereinstimmen.
– Jedes Gewicht der gewichteten Funktion ist über den mindestens einen Ton identisch.

Da die Lösung innerhalb einer Spektral-Maske liegt, tritt das Problem der Spektral-Kompatibilität nicht auf.
Dieses Verfahren ist offen für eine autonome Implementation durch Definition eines geschützten Dienstes (Worst-Case-Victim), der typischerweise ein CO-eingesetztes DSL ist. Die Leistungs-Zuordnung basiert jedoch weiter auf dem Kanal, wie er vom RT-eingesetzten DSL gesehen wird. Als Folge davon ist die Lösung nicht allzu sehr konservativ.
Variiert man die gewünschte Rate für den geschützten Dienst, können verschiedene Kompromisse zwischen dem Erreichen der CO-eingesetzten DSLs und der Datenraten von RT-eingesetzten DSLs erzielt werden. Dieser Kompromiss kann variiert werden, um sich an jede geographische Region anzupassen. Somit kann der Netzbetreiber die profitabelste Dienst-Produktpalette auf der Basis der Demographie von Kunden in einem Gebiet anbieten.
Dieses Verfahren hat seine Anwendung für RT-eingesetztes asymmetrisches DSL (ADSL) und RT-eingesetztes asymmetrisches DSL mit sehr hoher Datenrate (VDSL), wenn herkömmliche ADSL-Systeme geschützt werden müssen. Dieses Verfahren erzielt beträchtliche Vorteile gegenüber der herkömmlichen statischen Spektrum-Verwaltung, wo es nicht zulässig ist, dass VDSL im ADSL-Band sendet.
Dieses Verfahren hat seine Anwendung auch bei Upstream-VDSL-Sendern, bei denen das Signal von entfernten Sendern vor dem großen Nebensprechen geschützt werden muss, das von nahen Sendern verursacht wird.
Das Ergebnis ist ein einfaches autonomes PBO-Verfahren, das unter anderem auf CO- und RT-eingesetztes DSL anwendbar ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Leistungssteuerungs-Einheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 4.
Durch Implementation des vorliegenden Leistungssteuerungsverfahrens in der Leistungssteuerungs-Einheit werden ähnliche Ziele erreicht.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Kommunikations-Transceiver-Einheit und ein digitales Kommunikationssystem, das eine Leistungssteuerungs-Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.
Ein digitales Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin darin vorteilhaft, dass die Transceiver-Einheiten von der Last befreit sind, die Sendeleistungen zu berechnen, und darin, dass Verarbeitungs-Ressourcen eingespart werden, jedoch auf Kosten von Netzwerk-Ressourcen, die für die Zentralisierung der erforderlichen Informationen von den lokalen Einheiten erforderlich sind, und ihrer betrieblichen Autonomie.
Das Datenkommunikationsnetz steht für jeden Typ von Netzwerk, das angepasst ist, Daten zwischen beliebigen Anschlüssen zu übertragen, und ist ein lokales Netz (LAN), wie z. B. ein Ethernet-Bus, ein Weitverkehrsnetz (WAN), wie z. B. ein ATM-Breitbandnetz oder das Internet, usw., ist unabhängig von der zugrunde liegenden Kommunikations-Technologie, erlaubt eine leitungsvermittelte oder eine paketvermittelte Kommunikation, erlaubt eine drahtgebundene oder eine drahtlose Kommunikation, usw.
Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf DSL-Kommunikationssysteme begrenzt. Die vorliegende Erfindung ist auf jeden Typ von digitalem Kommunikationssystem anwendbar, das Daten über diskrete Töne überträgt, sei es durch DMT-(Discrete Multi-Tones)-Modulation, CDMS-(Code Division Multiple Access)-Modulation, usw., und auf jeden Typ von physikalischem Übertragungsmedium anwendbar, sei es Koaxialkabel, optische Fasern, die Atmosphäre, der Weltraum, usw., bei dem das Nebensprechen eine mögliche, nicht notwendigerweise die vorherrschende Störquelle ist.
Eine weitere kennzeichnende Ausführung der vorliegenden Erfindung ist, dass die Bestimmung der Sendeleistung auf einen vorher festgelegten Satz von Datenraten begrenzt ist, wie durch ein auf dem physikalischen Kanal benutztes Codierungs- und/oder Modulationsverfahren erzwungen.
Diese Vereinfachung erlaubt es, eine Lösung mit geringerer Komplexität zu finden.
Eine weitere kennzeichnende Ausführung der vorliegenden Erfindung ist, dass die gewichtete Funktion eine gewichtete Summe ist.
Andere mathematische Funktionen mit einer Gewichtungs-Operation, mit der Datenrate und der mindestens einen gleichzeitigen Datenrate als Eingangswert, möglicherweise mit einem anderen Optimierungsziel, können in Betracht gezogen werden.
Weitere kennzeichnende Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden in den beigefügten Ansprüchen erwähnt.
Es wird darauf hingewiesen, dass der auch in den Ansprüchen benutzte Begriff "enthält" nicht so interpretiert werden darf, als ob er auf die danach aufgelisteten Mittel oder Schritte begrenzt wäre. Der Umfang des Ausdrucks "eine Vorrichtung, die Mittel A und Mittel B enthält" darf nicht auf Vorrichtungen begrenzt werden, die nur aus den Komponenten A und B bestehen. Er bedeutet bezüglich der vorliegenden Erfindung, dass nur die Komponenten A und B der Vorrichtung relevant sind.
Auf gleiche Weise muss darauf hingewiesen werden, dass der Begriff "gekoppelt", der ebenfalls in den Ansprüchen verwendet wird, nicht so interpretiert werden darf, als ob er auf direkte Verbindungen begrenzt wäre. Der Umfang des Ausdrucks "eine Vorrichtung A, die mit einer Vorrichtung B gekoppelt ist" darf nicht auf Vorrichtungen oder Systeme begrenzt werden, bei denen ein Ausgang von Vorrichtung A direkt an einen Eingang von Vorrichtung B angeschlossen ist. Er bedeutet, dass ein Pfad zwischen einem Ausgang von A und einem Eingang von B vorhanden ist, der ein Pfad sein kann, welcher andere Vorrichtungen oder Mittel enthält.
Die oben angegebenen und weitere Ziele und Eigenschaften der Erfindung werden deutlicher, und die Erfindung selbst wird am besten verstanden, wenn man auf die folgende Beschreibung einer Ausführung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen Bezug nimmt, in denen:
2 ein Modell eines gestörten Kanals darstellt,
3 eine DSL-Transceiver-Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
4 die Raten-Bereiche verschiedener PBO-Verfahren darstellt, einschließlich des vorgeschlagenen Verfahrens,
5 ein DSL-Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Betrachten wir das in 2 gezeigte Modell eines gestörten Kanals. Dort gibt es N benachbarte Kanäle C₁ bis C_N, die entsprechende von N Sendern X₁ bis X_N mit entsprechenden von N Empfängern Y₁ bis Y_N verbinden.
Man bezeichne die direkte Übertragungsfunktion vom Sender X_n zum Empfänger Y_n mit H_nn. Man bezeichne die Nebensprech-Kanal-Übertragungsfunktion vom Sender X_m zum Empfänger Y_n mit H_nm (m ≠ n).
Zusätzlich zu den Störungen erfährt jeder Empfänger auch ein additives weißes Gaußsches Rauschen (AWGN) mit dem Mittelwert Null, dessen PSD mit σ_n ² bezeichnet wird.
Man bezeichne die PSD jedes gesendeten Signals mit S_n.
Die erzielbare Datenrate R_n über den Kanal C_n (wenn alle Störungen als Rauschen behandelt werden) wird durch die Shannon-Formel angegeben:
wobei die SNR-Lücke mit Γ bezeichnet wird. Die SNR-Lücke Γ definiert den Abstand zwischen einem praktischen Codierungs- und Modulations-Verfahren und der Kanalkapazität. Die SNR-Lücke Γ hängt vom verwendeten Codierungs- und Modulations-Verfahren, sowie von der Ziel-Fehlerwahrscheinlichkeit ab. Bei der theoretischen Kapazität ist Γ = 0 dB.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird das Signal mit der Abtastfrequenz F_s abgetastet, die mindestens die doppelte Signal-Bandbreite beträgt. Das Signal wird über ein Zeitfenster T_c erfasst, das einem DMT-Symbol entspricht, d. h. der Frequenzabstand 1/T_c entspricht dem Ton-Abstand.
Die erzielbare Datenrate R_n ist gegeben durch:
wobei:

– der Satz von Tönen, für den der vorliegende Optimierungsprozess ausgeführt wird, mit {f₁, ..., f_K) bezeichnet wird, wobei f₁ bis f_K Oberschwingungs-Frequenzen der Grundfrequenz 1/T_c sind,
– S_n,k = S_n(f_k)
– H_nm,k = H_nm(f_k)
– σ_n,k ² = σ_n ²(f_k).

In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird {f₁, ..., f_K) durch den anwendbaren DSL-Standard definiert.
In einer anderen Ausführung ist {f₁, ..., f_K) eine Untermenge davon.
Man bezeichne die Anzahl von Bits, mit der ein bestimmter Ton f_k über den Kanal C_n beladen werden kann, mit B_n,k.
Es ist:
wobei ⌊x⌋ auf den nächsten Wert im Satz {b₀ = 0, b₁, ..., b_L} abrundet. Der Satz {b₀, b₁, ..., b_L} ist der Satz aller möglichen Bit-Beladungs-Werte, wie er im anwendbaren DMT-Modulations-Verfahren definiert ist.
3 zeigt eine DSL-Transceiver-Einheit RT1, die angepasst ist, ein DMT-moduliertes Signal über eine verdrillte Doppelleitung L1 zu senden.
Bezüglich der vorliegenden Erfindung umfasst die Transceiver-Einheit RT1 die folgenden Funktionsblöcke:

– eine Leistungssteuerungs-Einheit PC,
– eine Sender-Einheit TX,
– eine Empfänger-Einheit RX,
– eine Hybridschaltung H,
– einen Leitungs-Anschlussteil T.

Die Leistungssteuerungs-Einheit PC ist sowohl mit der Sender-Einheit TX, als auch der Empfänger-Einheit RX gekoppelt. Die Sender-Einheit TX und die Empfänger-Einheit RX sind beide mit der Hybridschaltung H gekoppelt. Die Hybridschaltung H ist mit dem Leitungs-Anschlussteil T gekoppelt.
Die Sender-Einheit TX enthält die erforderlichen Mittel zur Codierung von Benutzer- und Steuerdaten und zur Modulation von DSL-Tönen mit den so codierten Daten. Die Sender-Einheit enthält die erforderlichen Mittel zur Steuerung der Sendeleistung jedes Tons, wie von der Leistungssteuerungs-Einheit PC bestimmt.
Die Empfänger-Einheit RX enthält die erforderlichen Mittel zur Demodulation eines DSL-Signals und zur Decodierung von Benutzer- und Steuerdaten aus dem so demodulierten Signal.
Die Hybridschaltung H ist angepasst, den Ausgang der Sender-Einheit TX mit der verdrillten Doppelleitung L1 und die verdrillte Doppelleitung L1 mit dem Eingang der Empfänger-Einheit RX zu koppeln. Die Hybridschaltung H enthält ein Echokompensations-Mittel, um zu verhindern, dass das Signal der Sender-Einheit TX in den Eingang der Empfänger-Einheit RX einkoppelt.
Der Leitungs-Anschlussteil T ist angepasst, die Transceiver-Einheit RT1 von der verdrillten Doppelleitung L1 zu isolieren und die Eingangs- und Ausgangsimpedanz der Transceiver-Einheit RT1 an die charakteristische Leitungs-Impedanz anzupassen.
Die Leistungssteuerungs-Einheit PC ist angepasst, durch eine Iteration die Betriebs-Sendeleistungen der DSL-Töne zu bestimmen.
Die Leistungssteuerungs-Einheit PC enthält die folgenden Funktionsblöcke:

– einen ersten Agenten A1,
– einen zweiten Agenten A2,
– einen dritten Agenten A3.

Der erste Agent A1 ist mit dem zweiten Agenten A2, mit der Sender-Einheit TX und der Empfänger-Einheit RX gekoppelt. Der zweite Agent A2 ist mit dem dritten Agenten A3 gekoppelt. Der dritte Agent A3 ist mit dem ersten Agenten A1 gekoppelt.
Der erste Agent nutzt das oben angegebene Modell eines gestörten Kanals, wobei der Kanal C₁ für die Leitung L1 steht. Der erste Agent A₁ setzt dann N – 1 benachbarte Kanäle C₂ bis C_N voraus, die die Leitung L1 stören.
Man bezeichne eine bestimmte Bit-Beladung aus dem Satz {b₀, b₁, ..., b_L) als b₁.
Man bezeichne einen bestimmten Ton als f_k.
Man bezeichne die Sendeleistung, die erforderlich ist, um den Ton f_k mit b_l Bits über die Leitung L1 zu beladen, mit S_1,k,l
Dann können wir die Gleichung (3) wie folgt schreiben:
Die Partner-Transceiver-Einheit am anderen Ende der Leitung L1, zurzeit CP1, bestimmt einige Kanal-Informationen aus Messungen, die am empfangenen Signal und den Störungen durchgeführt werden.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung nutzt der erste Agent A1 die Sendeleistung und die entsprechende Bit- Beladung, wie von der Partner-Transceiver-Einheit für den Ton f_k berechnet, die mit SR_1,k, bzw. BR_1,k bezeichnet werden.
Die Empfänger-Einheit RX ist angepasst, diese Informations-Teile, die in 3 mit IR bezeichnet werden, an den ersten Agenten A1 weiterzuleiten.
Es gilt:
In einer anderen Ausführung nutzt der erste Agent A1 die Störungen und die direkte Kanal-Übertragungsfunktion, wie von der Partner-Transceiver-Einheit gemessen.
In noch einer anderen Ausführung nutzt der erste Agent A1 das Kanal-Signal-Rauschverhältnis (C-SNR), wie von der Partner-Transceiver-Einheit gemessen
Der erste Agent A1 bestimmt S_1,k,l für alle Bit-Beladungen b₁ bis b_L (S_1,k,0 = 0 dB) mittels der Gleichung (5).
Eine Bit-Beladung b_l, für die die entsprechende Sendeleistung S_1,k,l nicht mit einer vordefinierten Sendeleistungs-Maske übereinstimmt, wird verworfen.
Als nächstes bestimmt der erste Agent A1 für jedes S_1,k,l die Bit-Beladung, die über die benachbarten Kanäle C₂ bis C_N erzielt werden kann, die als B_2,k,l bis B_N,k,l bezeichnet wird.
Der erste Agent A1 nutzt ein gewisses Maß an Kenntnissen über die benachbarten Systeme und die Übertragungs-Umgebung.
Von den folgenden Daten wird angenommen, dass sie im Vorhinein bekannt sind:

– N – 1 Sende-PSD S₂ bis S_N für die Sender X₂ bis X_N
– N – 1 Störungs-PSD σ₂ ² bis σ_N ² für die Kanäle C₂ bis C_N,
– N – 1 direkte Übertragungsfunktions-Werte |H₂₂| bis |H_NN| für die Kanäle C₂ bis C_N,
– N – 1 Nebensprech-Übertragungsfunktions-Werte |H₂₁| bis |H_N1| vom Sender X₁ zu den Empfängern Y₂ bis Y_N.

In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden diese Daten in einem Festwertspeicher gespeichert.
In einer anderen Ausführung enthält die Transceiver-Einheit RT1 weiterhin Kommunikations-Mittel, die angepasst sind, alle oder Teile der Daten von einem entfernten Server abzurufen.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung nutzt der erste Agent A1 ein Nebensprech-Kanal-Modell, in dem der Übertragungsfunktions-Wert |H_m1| für den Ton f_k wie folgt gegeben ist:
wobei:

– K_m eine Kopplungskonstante zwischen der Leitung L1 und dem Kanal Cm ist,
– die theoretische Länge, über welche die Leitung L1 mit den Kanälen C2 bis CN gebündelt ist, als l_B bezeichnet wird,
– die theoretische Signaldämpfung des Tons f_k über den Kanal Cm als α_m,k bezeichnet wird,
– die theoretische Länge des Kanals, über den das Nebensprech-Signal vom Sender X₁ zum Empfänger Ym gedämpft wird, als l_m bezeichnet wird.

Die Bit-Beladung B_2,k,l bis B_N,k,l, die über die benachbarten Kanäle C₂ bis C_N für ein gegebenes S_1,k,l erzielt werden kann erhält man durch die folgende Gleichung:
kombiniert mit der Gleichung (6).
Es wird angenommen, dass die Störungen zwischen den Kanälen C₂ bis C_N im Störungs-Modell σ_m ² enthalten sind.
In einer anderen Ausführung nutzt der erste Agent A1 ein anderes Nebensprech-Kanal-Modell, wie es einem Fachmann bekannt ist.
Der erste Agent berechnet eine gewichtete Summe der Bit-Beladung, die über die Leitung L1 erzielt werden kann, und der Bit-Beladung, die über die Kanäle C₂ bis C_N erzielt werden kann:
Der erste Agent A1 bestimmt den Index l_k der Bit-Beladung b_lk, mit dem die gewichtete Summe J_k,l maximiert wird: lk = argmaxl (Jk,l) (9)
Die Sendeleistung des Tons f_k über die Leitung L1, mit der die gewichtete Summe J_k,l maximiert wird, ist dann gegeben durch:
Die entsprechende Bit-Beladung über die Leitung L1 ist gegeben durch:
Die entsprechende Bit-Beladung über die Kanäle C₂ bis C_N ist gegeben durch:
Der erste Agent A1 führt eine Neu-Iteration der Prozedur für alle Töne f₁ bis f_K durch.
Der erste Agent A1 stellt B_1,k bis B_N,k dem zweiten Agenten A2 für alle Töne f₁ bis f_K zur Verfügung, z. B. mittels eines gemeinsam genutzten Speicherbereichs und eines oder mehrerer Software-Trigger.
Der zweite Agent A2 summiert B_1,k über alle Töne f₁ bis f_K auf, wodurch eine Gesamt-Bit-Beladung B₁ bestimmt wird:
Der zweite Agent A2 summiert B_2,k bis B_N,k über alle Töne f₁ bis f_K auf, wodurch N – 1 gleichzeitige Gesamt-Bit-Beladungen B₂ bis B_N bestimmt werden:
Der dritte Agent A3 passt das Gewicht w₁ bis w_N so an, dass B₂ bis B_N jeweils größer oder gleich den Ziel-Raten BT₂ bis BT_N sind und so, dass B₁ maximiert wird:
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist:
Wenn irgendeine der gleichzeitigen Gesamt-Bitraten B₂ bis B_N kleiner ist als ihre Ziel-Rate, wird das entsprechende Gewicht durch Dichotomie erhöht. Wenn irgendeine der gleichzeitigen Gesamt-Bitraten B₂ bis B_N größer ist als ihre Ziel-Rate, wird das entsprechende Gewicht durch Dichotomie verkleinert.
In einer anderen Ausführung stellt der dritte Agent A3 die Gewichte w₁ bis w_N mit einem anderen Algorithmus ein, wie er einem Fachmann bekannt ist.
Die neuen Gewichts-Werte werden dem ersten Agenten A1 zur Verfügung gestellt, der aus ihnen wiederum neue Sendeleistungen bestimmt, und so weiter.
Der Prozess dauert an, bis ein Konvergenz-Kriterium erfüllt ist, z. B. das Intervall, in dem sich jedes Gewicht zurzeit befindet, ist kleiner als ein vorher festgelegter Schwellwert ε.
Der dritte Agent A3 benachrichtigt den ersten Agenten A1 über das Ende des Prozesses. Daraufhin stellt der erste Agent A1 das zuletzt bestimmte S_1,k für alle Töne f₁ bis f_K der Sender-Einheit TX zur Verfügung.
Die Sender-Einheit TX wendet die Sendeleistung S_1,1 bis S_1,K auf die Töne f₁ bis f_K an.
Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass Bit-Beladung oder Bitrate synonym verwendet werden können (tatsächlich ist die Bit-Beladung die Anzahl von Bits, die ein Ton über die Zeitdauer eines DMT-Symbols überträgt).
4 zeigt die Raten-Bereiche verschiedener PBO-Verfahren, einschließlich des vorgeschlagenen Verfahrens. In dieser numerischen Analyse wird angenommen, dass PBO auf eine RT-eingesetzte ADSL angewendet wird, die eine CO-eingesetzte ADSL stört. Das vorgeschlagene Verfahren erreicht beträchtliche Leistungssteigerungen im Vergleich zu vorhandenen Verfahren: Mit 1 MBit/s als Ziel-Datenrate auf der CO-eingesetzten ADSL erreicht die RT-eingesetzte ADSL 1,7 MBit/s mit Flat-PBO, 2,4 MBit/s mit Referenz-Störungen, 3,7 MBit/s mit iterativem Waterfilling und 6,7 MBit/s mit dem vorgeschlagenen Verfahren.
Eine weitere kennzeichnende Ausführung der vorliegenden Erfindung wird in 5 gezeigt.
Bezüglich der vorliegenden Erfindung umfasst das DSL-Kommunikationssystem S die folgenden Funktionsblöcke:

– Ein Kommunikations-Anpassungs-Modul CAM,
– eine Transceiver-Einheit RT2,
– ein Datenkommunikationsnetz DCN.

Das Kommunikations-Anpassungs-Modul CAM ist über das Datenkommunikationsnetz DCN mit der Transceiver-Einheit RT2 gekoppelt.
Bezüglich der vorliegenden Erfindung umfasst das Kommunikations-Anpassungs-Modul CAM die folgenden Funktionsblöcke:

– Die oben beschriebene Leistungssteuerungs-Einheit PC, welche die oben beschriebenen Agenten A1 bis A3 enthält,
– ein Kommunikationsmittel COM1,
– einen Eingangs-/Ausgangs-Anschluss I/O1.

Der erste Agent A1 ist mit dem zweiten Agenten A2 und mit dem Kommunikationsmittel COM1 gekoppelt. Der zweite Agent A2 ist mit dem dritten Agenten A3 gekoppelt. Der dritte Agent A3 ist mit dem ersten Agenten A1 gekoppelt. Das Kommunikationsmittel COM1 ist mit dem Eingangs-/Ausgangs-Anschluss I/O1 gekoppelt.
Der Eingangs-/Ausgangs-Anschluss I/O1 enthält die erforderlichen Mittel zur Codierung und zum Senden von Daten über das Datenkommunikationsnetz DCN und zum Empfang und zur Decodierung von Daten von dem Datenkommunikationsnetz DCN.
Das Kommunikationsmittel COM1 enthält die erforderlichen Mittel, um über das Datenkommunikationsnetz DCN mit einer Transceiver-Einheit zu kommunizieren und die Richtigkeit der über das Datenkommunikationsnetz DCN ausgetauschten Nachrichten zu überprüfen.
Spezieller ist das Kommunikationsmittel COM1 angepasst, um von einer Transceiver-Einheit die Kanal-Informationen IR zu empfangen, die erforderlich sind, die Betriebs-Sendeleistungen dieser Transceiver-Einheit zu berechnen und sie an den ersten Agenten A1 weiterzuleiten.
Das Kommunikationsmittel COM1 ist weiterhin angepasst, die Betriebs-Sendeleistungen S_1,1 bis S_1,K, wie sie von der Leistungssteuerungs-Einheit PC für diese Transceiver-Einheit bestimmt wurden, an eine Transceiver-Einheit zu senden.
Bezüglich der vorliegenden Erfindung umfasst die Transceiver-Einheit RT2 die folgenden Funktionsblöcke:

– Die oben beschriebene Sender-Einheit TX,
– die oben beschriebene Empfänger-Einheit RX,
– die oben beschriebene Hybridschaltung H,
– den oben beschriebenen Leitungs-Anschlussteil T,
– ein Kommunikationsmittel COM2,
– einen Eingangs-/Ausgangs-Anschluss I/O2.

Die Sender-Einheit TX und die Empfänger-Einheit RX sind beide mit der Hybridschaltung H gekoppelt. Die Hybridschaltung H ist mit dem Leitungs-Anschlussteil T gekoppelt. Das Kommunikationsmittel COM2 ist mit der Sender-Einheit TX, mit der Empfänger-Einheit RX und mit dem Eingangs-/Ausgangs-Anschluss I/O2 gekoppelt.
Der Eingangs-/Ausgangs-Anschluss I/O2 enthält die erforderlichen Mittel zur Codierung und zum Senden von Daten über das Datenkommunikationsnetz DCN und zum Empfangen und zur Decodierung der Daten vom Datenkommunikationsnetz DCN.
Das Kommunikationsmittel COM2 enthält die erforderlichen Mittel, um über das Datenkommunikationsnetz DCN mit einem Kommunikations-Anpassungs-Modul zu kommunizieren und die Richtigkeit der über das Datenkommunikationsnetz DCN ausgetauschten Nachrichten zu überprüfen.
Spezieller ist das Kommunikationsmittel COM2 angepasst, um die erforderlichen Kanal-Informationen IR, wie sie von einer Partner-Einheit gemeldet werden, an ein Kommunikations-Anpassungs-Modul zur weiteren Verarbeitung weiterzuleiten.
Das Kommunikationsmittel COM2 ist weiterhin angepasst, von einem Kommunikations-Anpassungs-Modul die Betriebs- Sendeleistungen S_1,1 bis S_1,K zu empfangen und sie an die Sender-Einheit TX weiterzuleiten.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung befindet sich das Kommunikations-Anpassungs-Modul CAM in einem Netzwerk-Manager und ist über ein WAN, wie z. B. ein ATM-Netzwerk, mit den Transceiver-Einheiten gekoppelt.
In einer anderen Ausführung ist das Kommunikations-Anpassungs-Modul CAM auf einer Karte untergebracht und in einen Karten-Steckplatz eines digitalen Teilnehmerleitungs-Zugangsmultiplexers (DSLAM) eingesteckt. Das Kommunikations-Anpassungs-Modul CAM ist über einen lokalen Bus, wie z. B. einen Ethernet-Bus, mit den Transceiver-Einheiten des DSLAM und mit den entfernt eingesetzten Transceiver-Einheiten über deren entsprechende Verbindungen mit dem DSLAM gekoppelt.
Eine abschließende Anmerkung ist, dass Ausführungen der vorliegenden Erfindung oben in Form von Funktionsblöcken beschrieben werden. Aus der oben angegebenen Funktionsbeschreibung dieser Blöcke wird es einem Fachmann für die Entwicklung elektronischer Geräte offensichtlich sein, wie Ausführungen dieser Blöcke mit wohlbekannten elektronischen Bauelementen hergestellt werden können. Eine detaillierte Architektur des Inhaltes der Funktionsblöcke wird daher nicht angegeben.

Obwohl die Prinzipien der Erfindung oben in Zusammenhang mit einer speziellen Vorrichtung beschrieben wurden, muss deutlich verstanden werden, dass diese Beschreibung nur als Beispiel erfolgt und nicht als Einschränkung des Umfanges der Erfindung, der in den beigefügten Ansprüchen definiert wird. Figur 4

CO ADSL Data rate (Mbps)	Datenrate CO ADSL (MBit/s)
Flat PBO	Flat PBO
Reference Noise	Referenz-Störungen
Iterative Waterfilling	Iteratives Waterfilling
Proposed Scheme	Vorgeschlagenes Verfahren
RT ADSL Data rate (Mbps)	Datenrate RT ADSL (MBit/s)

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Vielzahl von Betriebs-Sendeleistungen (S_1,1 bis S_1,K) für entsprechende aus einer Vielzahl von Tönen, die über einen physikalischen Kanal (L1) übertragen werden, wobei mindestens eine Vielzahl von benachbarten Tönen berücksichtigt wird, die über entsprechende mindestens eines benachbarten Kanals (C₂ bis C_N) übertragen werden und dieselbe Frequenz haben wie die Vielzahl von Tönen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Auswahl eines einzelnen Tones aus der Vielzahl von Tönen und mindestens eines benachbarten Tones derselben Frequenz aus entsprechenden der mindestens einen Vielzahl von benachbarten Tönen, b) Bestimmung einer Sendeleistung für den einzelnen Ton, so dass die Sendeleistung eine gewichtete Funktion einer Bit-Beladung, die über den einzelnen Ton erzielbar ist, und mindestens eine gleichzeitige Bit-Beladung, die über entsprechende des mindestens einen benachbarten Tons derselben Frequenz erzielbar ist, maximiert, wobei die Einschränkung besteht, dass die Sendeleistung mit einer Sendeleistungs-Maske übereinstimmt, c) Iteration durch die Schritte a) und b) für jeden Ton der Vielzahl von Tönen, wobei jedes Gewicht (w₁ bis w_N) der gewichteten Funktion von jeder Iteration der Schritte a) und b) zur nächsten unverändert gelassen wird, d) Daraus Bestimmung einer Gesamt-Datenrate (B₁), die über die Vielzahl von Tönen erzielbar ist und mindestens einer gleichzeitigen Gesamt-Datenrate (B₂ bis B_N), die über entsprechende der mindestens einen Vielzahl von benachbarten Tönen erzielbar ist, e) Einstellung jedes Gewichtes und Iteration durch die Schritte a) bis d), bis die mindestens eine gleichzeitige Datenrate größer oder gleich entsprechenden aus mindestens einer Ziel-Datenrate ist, und so dass die Gesamt-Datenrate maximiert wird, und dadurch Bestimmung der Vielzahl von Betriebs-Sendeleistungen durch Iteration.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Bestimmung der Sendeleistung auf einen vorher festgelegten diskreten Satz von Bit-Beladungen beschränkt ist, wie durch ein auf dem physikalischen Kanal verwendetes Codierungs- und/oder Modulationsverfahren erzwungen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gewichtete Funktion eine gewichtete Summe ist.
Leistungssteuerungs-Einheit (PC) zur Bestimmung einer Vielzahl von Betriebs-Sendeleistungen (S_1,1 bis S_1,K) für entsprechende aus einer Vielzahl von Tönen, die über einen physikalischen Kanal übertragen werden, wobei mindestens eine Vielzahl von benachbarten Tönen berücksichtigt wird, die über entsprechende mindestens eines benachbarten Kanals (C₂ bis C_N) übertragen werden und dieselbe Frequenz haben wie die Vielzahl von Tönen, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungssteuerungs-Einheit folgendes enthält: – Einen ersten Agenten (A1), der angepasst ist, a) einen einzelnen Ton aus der Vielzahl von Tönen und mindestens einen benachbarten Ton derselben Frequenz aus entsprechenden der mindestens einen Vielzahl von benachbarten Tönen auszuwählen, b) eine Sendeleistung für den einzelnen Ton zu bestimmen, so dass die Sendeleistung eine gewichtete Funktion einer Bit-Beladung, die über den einzelnen Ton erzielbar ist, und mindestens eine gleichzeitige Bit-Beladung, die über entsprechende des mindestens einen benachbarten Tons derselben Frequenz erzielbar ist, maximiert, wobei die Einschränkung besteht, dass die Sendeleistung mit einer Sendeleistungs-Maske übereinstimmt, und c) durch die Schritte a) und b) für jeden Ton der Vielzahl von Tönen zu iterieren, wobei jedes Gewicht (w₁ bis w_N) der gewichteten Funktion von jeder Iteration der Schritte a) und b) zur nächsten unverändert gelassen wird, – Einen zweiten Agenten (A2), der mit dem ersten Agenten gekoppelt und angepasst ist, d) daraus eine Gesamt-Datenrate (B₁) zu bestimmen, die über die Vielzahl von Tönen erzielbar ist und mindestens eine gleichzeitige Datenrate (B₂ bis B_N), die über entsprechende der mindestens einen Vielzahl von benachbarten Tönen erzielbar ist, – Einen dritten Agenten (A3), der mit dem ersten Agenten und mit dem zweiten Agenten gekoppelt und angepasst ist, e) jedes Gewicht einzustellen und durch die Schritte a) bis d) zu iterieren, bis die mindestens eine gleichzeitige Datenrate größer oder gleich entsprechenden aus mindestens einer Ziel-Datenrate ist, und so dass die Gesamt-Datenrate maximiert wird, und dadurch Bestimmung der Vielzahl von Betriebs-Sendeleistungen durch Iteration.
Leistungssteuerungs-Einheit gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Agent weiterhin angepasst ist, die Bestimmung der Sendeleistung auf einen vorher festgelegten diskreten Satz von Bit-Beladungen zu beschränken, wie durch ein auf dem physikalischen Kanal verwendetes Codierungs- und/oder Modulationsverfahren erzwungen.
Leistungssteuerungs-Einheit gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gewichtete Funktion eine gewichtete Summe ist.
Kommunikations-Transceiver-Einheit (RT1), die eine Leistungssteuerungs-Einheit gemäß Anspruch 4 enthält.
Kommunikations-Transceiver-Einheit gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikations-Transceiver-Einheit eine Transceiver-Einheit einer digitalen Teilnehmerleitung ist.
Digitales Kommunikationssystem (S), das folgendes umfasst: – Eine Kommunikations-Transceiver-Einheit (RT2), die angepasst ist, eine Vielzahl von Tönen über einen physikalischen Kanal (L1) zu senden, – Ein Kommunikations-Anpassungs-Modul (CAM), das mit der Transceiver-Einheit über ein Datenkommunikationsnetz gekoppelt ist und eine Leistungssteuerungs-Einheit gemäß Anspruch 4 enthält, um eine Vielzahl von Betriebs-Sendeleistungen (S_1,1 bis S_1,K) für entsprechende aus der Vielzahl von Tönen zu bestimmen.