DE69624583T2

DE69624583T2 - Verfahren und vorrichtung zur digital-analogen nachrichtenübertragung

Info

Publication number: DE69624583T2
Application number: DE69624583T
Authority: DE
Inventors: Pierre Humblet
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1995-10-23
Filing date: 1996-06-05
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2016-06-06
Also published as: US7280592B1; PL326386A1; CA2235521A1; WO1997016008A1; CA2235521C; CN1203718A; EP0857385B1; NO981796D0; ATE227060T1; BR9611199A; FR2740286B1; DE69634902D1; NO981796L; FR2740286A1; EP0857385A1; NO981797D0; DE69634902T2; CN1203717A; DE69624583D1; WO1997016009A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hybride Vorrichtung für die digital-analoge Kommunikation auf einem Telefonkanal.
Die Zunahme des Bestands an installierten Personalcomputern und das Aufkommen neuer Telematikdienste zeigen das Wachstumspotential, das hinsichtlich des Volumens von Online-Kommunikation vorhanden ist. Während die aktuelle Situation für die großen Anwender zufriedenstellend ist, die in der Lage sind, ihre internen Netzwerke mit Hilfe von hochleistungsfähigen Übertragungsnetzen oder gemieteten Standleitungen an externe Dienste anzuschließen, sind die Kosten derartiger Lösungen für kleine Unternehmen oder Privatpersonen zu hoch.
Es erscheint als sicher, dass diese Situation weiter fortschreiten wird und dass die Notwendigkeit zur Verteilung von Diensten, die eine hohe Übertragungsrate voraussetzen, bis in die Haushalte von Privatpersonen, der Auslöser für ein allgemeines Breitbandnetzwerk sein wird. Allerdings bestehen nur geringe Chancen, dass ein solches Netzwerk in universaler Form vor Ablauf von mehreren Jahren oder sogar Jahrzehnten zum Einsatz kommen wird.
Solange auf die Verfügbarkeit eines derartigen Netzwerkes mit hoher Übertragungsrate gewartet wird, müssen sich die Privatpersonen, die Schulen und die kleinen Unternehmen entscheiden, Daten über das Telefonnetz zu übertragen. Dafür haben sie die Wahl zwischen zwei bekannten Technologien. Die am weitesten verbreitete Lösung besteht darin, Modems zu nutzen, die mit einer Übertragungsrate von 14,4 Kb/s oder 28,8 Kb/s arbeiten. Eine kostspieligere Lösung besteht darin, das ISDN-Netz zu nutzen, das zwei Datenkanäle zu je 64 Kb/s und einen Signalisierungskanal zu 16 Kb/s umfasst. Jedoch ist diese zweite Lösung nicht überall verfügbar und erfordert eine bedeutende Investition für die Benutzer in Form von höheren Teilnehmergebühren und angepassten Kommunikationsanlagen.
Das Dokument EP-A-0 669 740 beschreibt ein Modem mit Abtastung auf dem Quantisierungspegel (QLS), das für ein digitales Telefonnetz bestimmt ist. Dieses Modem umfasst Mittel, um jede Netzschleife getrennt zu entzerren, so dass in der Übertragungsrichtung des Modems zu der Vermittlungsstelle, die Abtastwerte der Spannung, die von dem Kodierer/Dekodierer (CODEC) wahrgenommen werden, äquivalent zu den Quantisierungspegeln des Netzes sind, die von dem Modem übertragen werden.
Die Erfindung hat zum Ziel, eine dritte Alternative vorzuschlagen, die in der Lage ist, die Vorteile eines Netzwerkes wie beispielsweise des ISDN-Netzes und insbesondere eine höhere Übertragungsgeschwindigkeit in der Größenordnung von 64 Kb/s zu nutzen, ohne dabei jedoch beträchtliche, zusätzliche Kosten für die Benutzer im Vergleich zu den Kosten von klassischen Lösungen, die mit 14,4 Kb/s arbeiten, nach sich zu ziehen.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Kommunikation zwischen einem digitalen Adapter, der mittels einer digitalen Schnittstelle, die insbesondere zum ISDN-Typ gehört, an eine Vermittlungsstelle angeschlossen ist, und einem analogen Adapter, der über eine analoge Schnittstelle an eine Vermittlungsstelle angeschlossen ist, wobei die besagten Vermittlungsstellen über ein Telekommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel für eine direkte Verbindung zwischen dem digitalen Adapter und dem analogen Adapter umfasst und die digitale Information des digitalen Adapters in digitaler Form an den analogen Adapter und umgekehrt übertragen wird, ohne ein analoges Signal zu emulieren.
Gemäß anderen charakteristischen Merkmalen der Erfindung:
- umfassen die besagten Mittel für eine direkte Verbindung in der Übertragungsrichtung ausgehend von dem digitalen Adapter zu dem analogen Adapter einen digitalen Sender, der sich in dem digitalen Adapter befindet und geeignet ist, um an einen analogen Empfänger, der sich in dem analogen Adapter befindet, analoge Impulse zu übertragen, deren Spannungspegel die Information darstellen, die von dem digitalen Adapter zu dem analogen Adapter übertragen wird;
- umfassen die besagten Mittel für eine direkte Verbindung in der Übertragungsrichtung ausgehend von dem analogen Adapter zu dem digitalen Adapter einen analogen Sender, der sich in dem analogen Adapter befindet und geeignet ist, um an einen digitalen Empfänger, der sich in dem digitalen Adapter befindet, ein solches analoges Signal zu übertragen, das während seiner Abtastung durch die analoge Schnittstelle der Vermittlungsstelle einem Quantisierungspegel entspricht, der von einer digitalen Information definiert wird, welche von dem digitalen Adapter zu dem analogen Adapter übertragen wird;
- umfasst der analoge Empfänger eine adaptive, lineare Entzerrerschaltung, die mit ihrem Eingang an den Ausgang eines Analog-Digital-Wandlers angeschlossen ist und mit ihrem Ausgang an den Eingang einer Ausgangsentzerrerschaltung angeschlossen ist, die wiederum mit der Anlage des Benutzers verbunden ist, so dass die Wiedergabe am Ausgang der adaptiven, linearen Entzerrerschaltung eine Wiedergabe der Klasse IV ist;
- ist die besagte Ausgangsentzerrerschaltung eine Entzerrerschaltung mit Entscheidungsrückführung oder eine Viterbi-Entzerrerschaltung;
- enthält der Sender des analogen Adapters einen Leitungskodierer gefolgt von einem Vorverzerrungsfilter, der eine partielle Antwort der Klasse IV synthetisiert;
- umfassen die besagten Mittel auf der Seite des digitalen Adapters einen Wähler für n Pegel, wobei n insbesondere gleich 64 ist, die in Form eines Bytes dargestellt werden, und zwar unter N = 256 möglichen Quantisierungspegeln, wobei der besagte Pegelwähler mit seinem Eingang an die Anlage des Benutzers und mit seinem Ausgang an eine digitale Schnittstelle angeschlossen ist;
- umfasst der digitale Adapter einen Leitungs- und Kanaldekodierer, der mit seinem Eingang an den Ausgang eines linearen Wandlers angeschlossen ist, welcher eine Konvertierungsregel des Typs A verwendet, und mit seinem Ausgang an die Anlage des Benutzers angeschlossen ist.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur direkten Übertragung zwischen einem analogen Adapter und einem digitalen Adapter in bidirektionaler Form. In der Übertragungsrichtung ausgehend von dem digitalen Adapter zu dem analogen Adapter ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:
- Erfassung einer Gruppe von Bits, die von einer Quelle mit digitalen Daten kommen, zum Beispiel eine Gruppe von 6 Bits;
- Auswahl eines Pegels von n (n = 64) vorher eingestellten Pegeln aus N Spannungspegeln (mit N insbesondere gleich 256), wobei jeder Pegel in digitaler Form durch ein Byte dargestellt ist;
- sukzessive Übertragung der Bytes, die jeweils der Auswahl eines Pegels von n Pegeln entsprechen, über das digitale Netzwerk zu einem analogen Adapter, und zwar dergestalt, dass in dem analogen Adapter Signale erzeugt werden, deren Amplitude im Wesentlichen gleich den Pegeln ist, die durch jedes Byte dargestellt werden, wobei die Signale, die den sukzessive aufeinander folgenden Bytes entsprechen, sich untereinander überlagern, um in dem analogen Adapter ein resultierendes analoges Signäl zu erzeugen;
- Entzerrung des besagten, resultierenden analogen Signals, um die Interferenzen zu eliminieren;
- Messung der Amplitude des resultierenden analogen Signals und Ableitung des digitalen Werts des Bytes aus dem Messwert;
- Rekonstruktion der Gruppe von Bits auf der Grundlage des digitalen Werts des Bytes und Übertragung der Gruppe an einen Empfänger für digitale Daten.
Das Verfahren zur Übertragung von einem analogen Adapter zu einem digitalen Adapter in einem Kommunikationssystem ist dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:
- Erfassung einer Gruppe von Bits, die von einer Datenquelle kommen, welche an das Kommunikationssystem angeschlossen ist;
- Auswahl eines analogen Signals mit einer Amplitude, die dem digitalen Wert der Gruppe von Bits entspricht, wobei die Signale sukzessive aufeinander folgenden Gruppen entsprechen, die sich untereinander überlagern und eine solche Form haben, dass ihr Wert in dem Augenblick, in dem das analoge Signal in der analogen Schnittstelle der Vermittlungsstelle abgetastet wird, im Wesentlichen gleich einem Quantisierungspegel aus N vorher festgelegten Pegeln ist, so dass nach der Abtastung des analogen Signals ein Byte in dem digitalen Adapter erscheint, das den besagten Quantisierungspegel darstellt;
- Verarbeitung der sukzessive aufeinander folgenden Bytes dergestalt, dass die Interferenz zwischen den sukzessive aufeinander folgenden Pegeln eliminiert und der Wert der Bitgruppen wieder ermittelt wird;
- Übertragung des digitalen Werts der wieder ermittelten Bitgruppen zu der Anlage des Benutzers.
Die Erfindung lässt sich besser nach der Lektüre der folgenden Beschreibung, die als nicht einschränkendes Beispiel bereitgestellt wird, und mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen verstehen, in denen:
- die Abb. 1 ein Prinzipschaltbild der Kommunikationsvorrichtung, welche die Erfindung realisiert, darstellt;
- die Abb. 2 einen Graphen der maximalen Übertragungsrate für eine Quantisierungsregel des Typs A in Abhängigkeit von dem minimalen Abstand zwischen den n ausgewählten Quantisierungspegeln darstellt;
- die Abb. 3 ein Prinzipschaltbild eines digitalen Adapters darstellt, der für die Vorrichtung gemäß der Erfindung angepasst worden ist;
- die Abb. 4 ein Prinzipschaltbild eines analogen Adapters darstellt, der für die Vorrichtung gemäß der Erfindung angepasst worden ist;
Nun wird auf die Abb. 1 Bezug genommen. In dieser Abbildung ist die allgemeine Architektur einer Kommunikationsvorrichtung 1 dargestellt, die ein öffentliches Vermittlungsnetz 2 für die Übertragungen zwischen zwei Vermittlungsstellen 3, 4 nutzt, die jeweils an einer Seite über eine digitale Schnittstelle 7 an einen digitalen Wandler 5 und an der anderen Seite über eine einfache, herkömmliche Telefonschnittstelle 8 an einen analogen Wandler 6 angeschlossen sind.
Ein digitaler Server 9, auf dem zum Beispiel Anwendungen mit einer hohen Übertragungsrate residieren, wird mit der digitalen Vermittlungsstelle 3 über eine Leitung 7 und einen digitalen Adapter 5 des Servers 9 verbunden.
Das Endgerät 35 ist insbesondere ein Personalcomputer, der an den analogen Adapter 6 angeschlossen ist. Der Adapter und ein Telefon 10 werden über eine einfache Telefonleitung 8 mit der Vermittlungsstelle 4 verbunden. Auf der analogen Leitung 8 werden also analoge Informationen hin und her übertragen, nämlich die Stimme des Benutzers des Telefons 10, oder digitale Informationen, die von dem analogen Adapter 6 ausgehen oder an diesen gerichtet sind.
Dank dieser Architektur, die in dem Fall, wo der analoge Adapter ein herkömmliches Modem ist, schon bekannt ist, ist es möglich, eine herkömmliche analoge Leitung 8 von einem Server 9 aus und umgekehrt aufzurufen. Diese Möglichkeit wird bereits genutzt, um Sprache oder Daten zu übertragen. Wenn das digitale Signal, das von einem digitalen Wandler 5 kommt, nach seiner Übertragung über das Netzwerk 2 in der Telefonvermittlungsstelle 4 ankommt, werden die Bytes des digitalen Signals durch einen Digital-Analog-Wandler, der in der Vermittlungsstelle 4 integriert ist, in Spannungspegel umgewandelt, und dies erfolgt mit einer Abtastfrequenz, die normalerweise 8.000 Hertz beträgt. Diese Digital-Analog-Umwandlung erfolgt gemäß einer Konvertierungsregel wie beispielsweise der Regel "A" in Europa oder der Regel "u" in anderen Teilen der Welt. In der anderen Richtung, das heißt in der Richtung von dem analogen Adapter 6 zu dem digitalen Adapter 5, wird die analoge Spannung, die von der Vermittlungsstelle 4 empfangen wird, von einer Abtastvorrichtung digitalisiert und durch Bytes dargestellt. Diese Bytes werden nach der Übertragung über das Netzwerk 2 zu dem digitalen Adapter 5 geleitet.
Insgesamt ermöglicht eine Verbindung wie die oben beschriebene einem digitalen Adapter 5, mit einem analogen Adapter 6 zu kommunizieren.
In herkömmlicher Weise sendet der digitale Adapter 5 eine Folge von Bytes, die - nach einer Umwandlung, wobei eine vorher angeführte Regel verwendet wird - einem Sprachsignal oder einem Signal eines herkömmlichen Modems entsprechen. Dieses Signal wird dann in normaler Weise verarbeitet, im Falle der Telefonie wird es direkt an den Hörer des Telefonhandapparats 10 geleitet. In ähnlicher Weise besteht der analoge Adapter 6 herkömmlicherweise aus einem Modem. Die umgekehrten Abläufe werden in der anderen Übertragungsrichtung durchgeführt.
Die Erfindung schlägt eine andere Methode zur Übertragung zwischen einem analogen Adapter 6 und einem digitalen Adapter 5 und eine entsprechende Vorrichtung vor.
Das Prinzip der Erfindung wird in Verbindung mit der Abb. 2 erklärt, die den Kompromiss darstellt, der zwischen der Übertragungsgeschwindigkeit (in Kilobit pro Sekunde auf der Ordinatenachse) und dem Rauschwiderstand besteht. Wenn man mit einer Rate von 64 Kb/s übertragen möchte, müssen alle 256 möglichen Quantisierungspegel - auf der Grundlage von acht Bits (2&sup8; = 256) - genutzt werden. Allerdings hängt für eine Übertragung, die dem Gaußschen Rauschen unterliegt, die Fehlerwahrscheinlichkeit während der Übertragung von dem minimalen Abstand dmin (längs; der Abszisse in der Abb. 2) zwischen zwei benachbarten Pegeln der Quantisierungsskala ab, und diese Beziehung ist in der Abb. 2 für eine Konvertierungsregel des Typs A dargestellt. Man stellt überraschenderweise fest, dass, wenn man den minimalen Abstand dmin zwischen den Pegeln von 2 auf 4 erhöht, nicht die Hälfte der Quantisierungspegel verloren geht, sondern nur 33 Pegel von 256. Demzufolge ergibt sich in ähnlicher Weise, dass eine Übertragung mit ungefähr 48 Kb/s möglich ist, wenn man nur 64 Quantisierungspegel verwendet, die durch einen Abstand von dmin = 128 getrennt sind.
Die Schritte des Verfahrens für die Übertragung in den zwei Richtungen sind dann die folgenden, wenn das analoge Signal im Verhältnis zu n = 64 Pegel quantifiziert wird, was eine Übertragungsrate von 48 Kb/s gestattet. Was das Verfahren zur Übertragung von einem digitalen Adapter zu einem analogen Adapter betrifft, so umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- Erfassung einer Gruppe von Bits, die von einer Quelle mit digitalen Daten kommen, zum Beispiel eine Gruppe von 6 Bits;
- Auswahl eines Pegels von n vorher eingestellten Pegeln (mit n insbesondere gleich 64) aus N Spannungspegeln (mit N insbesondere gleich 256), wobei jeder Pegel in digitaler Form durch ein Byte dargestellt ist, das 8.000 Mal pro Sekunde übertragen wird;
- sukzessive Übertragung der Bytes, die der Auswahl von n Pegeln entsprechen, über das digitale Netzwerk zu einem analogen Adapter, und zwar dergestalt, dass in dem analogen Adapter Signale erzeugt werden, deren Amplitude im Wesentlichen gleich den Pegeln ist, die durch jedes Byte dargestellt werden, wobei die Signale, die den sukzessive aufeinander folgenden Bytes entsprechen, sich untereinander überlagern, um in dem analogen Adapter ein resultierendes analoges Signal zu erzeugen;
- Entzerrung des besagten, resultierenden analogen Signals, um die Interferenzen zu eliminieren;
- Messung der Amplitude des resultierenden analogen Signals und Ableitung des digitalen Werts des Bytes aus dem Messwert;
- Rekonstruktion der Gruppe von Bits auf der Grundlage des digitalen Werts des Bytes und Übertragung der Gruppe an einen Empfänger für digitale Daten.
Das Verfahren zur Übertragung von einem analogen Adapter zu einem digitalen Adapter in einem Kommunikationssystem umfasst die folgenden Schritte:
- Erfassung einer Gruppe von Bits, die von einer Datenquelle kommen, welche an das Kommunikationssystem angeschlossen ist, und zwar 8.000 Mal pro Sekunde;
- Auswahl eines analogen Signals mit einer Amplitude, die dem digitalen Wert der Gruppe von Bits entspricht, wobei die Signale sukzessive aufeinander folgenden Gruppen entsprechen, die sich untereinander überlagern und eine solche Form haben, dass ihr Wert in dem Augenblick, in dem das analoge Signal in der analogen Schnittstelle der Vermittlungsstelle 4 abgetastet wird, im Wesentlichen gleich einem Quantisierungspegel aus N vorher festgelegten Pegeln ist, so dass nach der Abtastung des analogen Signals ein Byte in dem digitalen Adapter erscheint, das den besagten Quantisierungspegel darstellt;
- Verarbeitung der sukzessive aufeinander folgenden Bytes dergestalt, dass die Interferenz zwischen den sukzessive aufeinander folgenden Pegeln eliminiert und der Wert der Bitgruppen wieder ermittelt wird;
- Übertragung des digitalen Werts der wieder ermittelten Bitgruppen von dem digitalen Endgerät zu der Anlage des Benutzers 9.
Alles in allem versucht das Übertragungsverfahren nicht, ein analoges Signal für die Übertragung über die Leitung zu dem analogen Adapter zu rekonstruieren. Ganz im Gegenteil werden die Bytes, welche die digitale Information verkörpern, direkt in Spannungspegel umgewandelt, wie durch die Vorrichtung dargestellt ist, die dem oberen Bereich der Abb. 3 entspricht, welche den Übertragungsteil des digitalen Adapters 5 betrifft. Um zum Beispiel mit einer Rate von 48 Kb/s zu kommunizieren, wandelt der digitale Adapter 5 die Bits, die er von dem Benutzer erhält, in Gruppen von 6 Bit um, die repräsentativ für die Spannungspegel sind (das heißt 26 = 64 Möglichkeiten), 8.000 Mal pro Sekunde gesendet werden und die einem von 256 Pegeln der Umwandlungsregel entsprechen. Die 64 Pegel, die so in diesem Beispiel verwendet werden, werden derart ausgewählt, dass die Pegel möglichst weit voneinander entfernt sind, um einen besseren Rauschwiderstand bereitzustellen. Diese Trennung wird im weiteren Verlauf als minimaler Abstand dmin bezeichnet. Der Vorteil dieses Ansatzes liegt darin, dass das Quantisierungsrauschen eliminiert wird, das durch die Konvertierungsregel eingeführt worden ist.
Es sei angemerkt, dass man in bekannter Weise ebenfalls vorsehen kann, die Trellis-kodierte Modulation zu verwenden, um einen besseren Rauschwiderstand zu erreichen.
Für den Betrieb mit der Schnittstelle 7 umfasst der digitale Wandler 5 hauptsächlich einen oberen Bereich (oberhalb der gestrichelten horizontalen Linie), der aus einem digitalen Sender 11 besteht, und einen unteren Bereich 12, der aus einem digitalen Empfänger besteht. Der Eingang des digitalen Senders 11 wird von einer Quelle mit digitalen Daten, wie zum Beispiel von dem Server 9 (Abb. 1), versorgt. Der Eingang des digitalen Senders 11, durch den die Bytes hindurchlaufen, welche die digitale Information darstellen, die von dem Server 9 ausgegeben worden ist, wird über einen Puffer 13 an den Eingang eines Pegelwählers 14 angeschlossen, wenn eine Anpassung der Übertragungsrate notwendig ist, wobei dessen Ausgang den Ausgang des digitalen Senders 11 des digitalen Adapters 5 darstellt. Dieser Ausgang des digitalen Senders 11 des digitalen Adapters 5 wird über das Netzwerk 2 mit dem Eingang des Empfangsteils des analogen Adapters 6 verbunden, der im oberen Bereich 15 der Abb. 4 dargestellt ist, wobei das Übertragungsteil des analogen Adapters 6 durch den unteren Bereich 16 der Abb. 4 dargestellt ist.
Der Empfänger 15 des analogen Adapters 6 empfängt am Eingang (oberer Bereich der Abb. 4) eine Folge von analogen Impulsen, deren Spannungspegel die Information darstellen, die von dem digitalen Adapter der Abb. 3 übertragen wird. Das Vorhandensein von Filtern in der Telefonvermittlungsstelle 4 führt zu einer Interferenz zwischen den aufeinander folgenden Impulsen. Daher ist es schwierig, sie zu erkennen und ihre Pegel zu messen.
Der analoge Empfänger 15 der Erfindung, der in dem oberen Bereich der Abb. 4 dargestellt ist, setzt sich aus zwei Hauptteilen zusammen, nämlich einem adaptiven, linearen Digitalfilter 17, welches das Signal "entzerrt" und den verzerrten Impuls, der von dem Netz über einen Filter 18 und einen Analog-Digital-Wandler 19 kommt, in einen wohl geregelten Impuls umwandelt und nur eine Interferenz zwischen aufeinander folgenden, geradzahligen (oder ungeradzahligen) Pegeln einführt. Genauer gesagt ergibt sich die Ausgabe Yn des Entzerrungsfilters 17 zum Zeitpunkt n durch den Ausdruck:
Yn = Xn - Xn-2
wobei die Xn die Pegel sind, die von dem digitalen Adapter 5 übermittelt werden.
Dieses Entzerrungssystem ist selbst als eine "teilweise Wiedergabe der Klasse IV" bekannt. Die Erfindung gestattet es, eine derartige Wiedergabe auf eine Situation mit direkter Kommunikation zwischen einem digitalen Adapter 5 und einem analogen Adapter 6 anzuwenden.
Um die Fehlerfortpflanzung zu dem Empfänger zu vermeiden, wird die Verwendung einer differentiellen Kodierung [illegible] 14 empfohlen, die an sich wohl bekannt ist.
Wenn der lineare Entzerrungsfilter 17 adaptiv sein muss, ist seine Auswahl darüber hinaus für den Fachmann zugänglich.
An diesem Punkt bleibt noch, die Interferenz zwischen den Zeichen zu eliminieren, die durch die Beziehung Yn = Xn - Xn-2 ausgedrückt ist. Zu diesem Zweck lassen sich zwei bekannte Techniken verwenden, nämlich die Entzerrung mit Entscheidungsrückführung (DFE) und der Viterbi- Algorithmus, wobei diese durch den Funktionsblock 20 dargestellt sind.
Die Pegel Xn, die von der Telefonvermittlung 4 erzeugt werden, sind nicht immer gleich ihren Nennpegeln, die durch die Quantisierungsregel vorgesehen sind. Der analoge Empfänger 15 muss daher den realen Wert der Pegel Xn veranschlagen, und diese realen Werte müssen in der Entzerrerschaltung mit Entscheidungsrückführung oder in der Viterbi-Entzerrerschaltung 20 verwendet werden. Die Abschätzung kann vorgenommen werden, indem man eine der Variationen des Algorithmus der kleinsten Quadrate verwendet, der in einem Funktionsblock 21 implementiert ist.
Es sei angemerkt, dass die realen Werte der Pegel Xn auch in einem Echokompensator 22 des digitalen Adapters (siehe Abb. 3) verwendet werden müssen. Zu diesem Zweck kann der digitale Adapter 5 ebenfalls eine Abschätzung der realen Werte mit Hilfe eines Funktionsblocks durchführen, der dem Block 21 von Abb. 4 ähnlich ist, oder auch die entsprechenden Steuerinformationen verwenden, die von dem analogen Adapter 6 übertragen werden. Der Einfachheit halber sind die entsprechenden Verbindungen in den Abbildungen nicht dargestellt.
In der anderen Richtung der Datenübertragung, das heißt von dem analogen Adapter 6 zu dem digitalen Adapter 5, verwendet der Sender 16 des analogen Adapters, der im unteren Bereich der Abb. 4 dargestellt ist, die Uhr 23 des Endgeräts 6, die er in seiner Empfangssektion 15 erfasst hat. Der Zweck des Übertragungsteils 16 des analogen Adapters 6 besteht darin, ein analoges Signal zu erzeugen, das während seiner Abtastung einem der Nennpegel der Quantisierungsregel entspricht, wobei der entsprechende Pegel durch die digitale Information bestimmt wird, die durch den digitalen Adapter 5 übertragen wird.
Die Erfindung sieht vor, dass die impulsförmige Wiedergabe zwischen dem analogen Adapter 6 und der Vermittlungsstelle 4 durch den digitalen Adapter 5 gemessen und dem analogen Adapter 6 durch Steuermeldungen mitgeteilt wird. Auf der Grundlage dieser Messungen synthetisiert der analoge Adapter 6 ein digitales Filter 24, damit die gesamte Wiedergabe (Leitung 8 + Filter) wiederum eine teilweise Wiedergabe der Klasse IV ist. Diese Technik wird als eine "Vorentzerrung" bezeichnet. Der Filter 24 hat auch eine zusätzliche Rolle, nämlich die Erzeugung eines Signals mit einer Frequenz von 16 kHz, insbesondere auf der Grundlage einer Eingabe von 8 kHz von dem analogen Adapter 6, um die Konzeption des analogen Filters 25 zu erleichtern, das nach dem Digital-Analog-Wandler 26 folgt und ein analoges Signal auf der Grundlage eines digitalen Signals erzeugt.
Dank der Verwendung des Vorverzerrungsfilters 24 ist die Gleichung Yn = Xn - Xn-2 erneut anwendbar, wobei Yn dieses Mal das Signal zu der Vermittlungsstelle 4 bezeichnet und Xn den Ausgangspegel des analogen Senders 16. Es ist notwendig, dass Yn einem der Pegel Sj der Quantisierungsregel entspricht, um den Einfluss des Rauschens zu vermindern. Deshalb muss die folgende Beziehung überprüft werden:
Xn = Xn-2 + Sj
Wenn man keine Vorsichtsmaßnahmen trifft, kann eine Befolgung dieser Beziehung zu große Werte für X" nach sich ziehen. Zahlreiche Techniken, die unter der Bezeichnung "Leitungskodierung" bekannt sind, stehen zur Verfügung, um dieses Problem zu lösen, zum Beispiel in der Form eines Leitungskodierers 27. An diesem Punkt kann der Fachmann leicht eine spezielle Technik auswählen.
Der analoge Adapter muss auch sein eigenes Echo eliminieren, und zwar in der gleichen Weise wie der digitale Adapter 5. Die Techniken in dieser Hinsicht sind wohl bekannt, und eine Implementierung ist in der Abb. 4 in der Form eines Echofilters 22 dargestellt.
In der Vermittlungsstelle 4 wird das Signal Yn (das gegebenenfalls durch Rauschen verfälscht ist) quantisiert und in ein Byte kodiert, das zu dem Empfangsteil 12 des digitalen Adapters 5 übertragen wird, das in dem unteren Bereich der Abb. 3 dargestellt ist. Dort werden die Bytes durch den Block 28 für die lineare Umwandlung (der zum Beispiel die Konvertierungsregel A verwendet) in lineare Pegel umgesetzt, und das Echo des Signals, das von dem digitalen Sender 11 abgegeben wird, wird in 29 abgezogen, wie in der Abb. 3 dargestellt ist. Das resultierende Signal wird dann von einem Viterbi-Algorithmus in dem Funktionsblock 30 oder von einem System mit Entscheidungsrückführung verarbeitet, und die Ausgabe des Blocks 30 wird - eventuell über einen Puffer 31 - zu dem Benutzer des digitalen Adapters 5 übertragen.
Wie in Abb. 3 dargestellt ist, wird das Fehlersignal (Unterschied zwischen dem empfangenen Signal und dem idealen Signal) in dem Block 30 des Viterbi- Algorithmus oder des Systems mit Entscheidungsrückführung verwendet, um den Echokompensator 22 anzupassen und um den Fehler aufgrund einer schlechten Synthese des Vorverzerrungsfilters 24 in dem analogen Adapter 6 zu veranschlagen. Die, Korrekturinformation (kodiert in einem niedrigen Bereich der Übertragungsrate) wird in dem Pegelwähler 14 mit der Information gebündelt, die von dem Benutzer ausgeht, welcher mit dem Eingang des digitalen Adapters 5 (Servicekanal) verbunden ist, und zu dem analogen Adapter 6 übertragen. Sie wird in dem analogen Adapter verwendet, um den Vorverzerrungsfilter 24 anzupassen.
Wie in Abb. 4 dargestellt ist, wird das Fehlersignal in dem Block 20, der dem Viterbi-Algorithmus oder dem System mit Entscheidungsrückführung entspricht, von den Anpassungsalgorithmen 34 verwendet, um den Echofilter 22', die adaptive, lineare Entzerrerschaltung 17 und die lokale Uhr 23 anzupassen.
Es ist offensichtlich, dass - ebenso wie in den Kommunikationen mit herkömmlichen Modems - Zeichenfolgen zum Erkennen und Lernen ausgetauscht werden müssen, wenn die Kommunikationsverbindung aufgebaut wird. Diese zeichenfolgen dienen dazu, die Uhren und die adaptiven Filter zu initialisieren. Man muss auch vorsehen, das die eine oder die andere der Telefonvermittlungsstellen 3, 4 die Regel A oder die Regel u verwendet und sich demzufolge anpasst.
Aus den obenstehenden Ausführungen geht hervor, dass die Erfindung ihre Ziele erreicht und es ermöglicht, eine digitale Leitung mit einer analogen Leitung zu verbinden, um direkt und in wirtschaftlicher Weise digitale Information zu übertragen, ohne dass ein analoges Signal emuliert werden muss. Dies gestattet es, Übertragungen mit einem Durchsatz zu realisieren, der im Wesentlichen gleich dem einer digitalen Leitung mit verhältnismäßig hoher Leistung ist, wobei für die Übertragung eine normale Telefonleitung verwendet wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Kommunikation zwischen einem digitalen Adapter (5), der mittels einer digitalen Schnittstelle (7), die insbesondere zum ISDN-Typ gehört, an eine Vermittlungsstelle (3) angeschlossen ist, und einem analogen Adapter (6), der über eine analoge Schnittstelle (8) an eine Vermittlungsstelle (4) angeschlossen ist, wobei die besagten Vermittlungsstellen (3, 4) über ein Telekommunikationsnetzwerk (2) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel (11, 12; 15, 16) für eine direkte Verbindung zwischen dem digitalen Adapter (5) und dem analogen Adapter (6) umfasst und die digitalen Informationen des digitalen Adapters (5) direkt in digitaler Form an den analogen Adapter (6), ohne ein analoges Signal zu emulieren, übertragen werden und die analogen Informationen des analogen Adapters (6) direkt an den digitalen Adapter (5) in analoger Form übertragen werden.

2. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Mittel (11, 12; 15, 16) für eine direkte Verbindung in der Übertragungsrichtung ausgehend von dem digitalen Adapter (5) zu dem analogen Adapter (6) einen digitalen Sender (11) umfassen, der sich in dem digitalen Adapter (5) befindet und geeignet ist, um an einen analogen Empfänger (15), der sich in dem analogen Adapter (6) befindet, analoge Impulse zu übertragen, deren Spannungspegel die Information darstellen, die von dem digitalen Adapter (5) zu dem analogen Adapter (6) übertragen wird.

3. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Mittel (11, 12; 15, 16) für eine direkte Verbindung in der Übertragungsrichtung ausgehend von dem analogen Adapter (6) zu dem digitalen Adapter (5) einen analogen Sender (16) umfassen, der sich in dem analogen Adapter (6) befindet und geeignet ist, um an einen digitalen Empfänger (12), der sich in dem digitalen Adapter (5) befindet, ein solches analoges Signal zu übertragen, das während seiner Abtastung durch die analoge Schnittstelle der Vermittlungsstelle (4) einem Quantisierungspegel entspricht, die von einer digitalen Information definiert wird, welche von dem digitalen Adapter (5) zu dem analogen Adapter (6) übertragen wird.

4. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der analoge Adapter (6) eine adaptive, lineare Entzerrerschaltung (17) umfasst, die mit ihrem Eingang an den Ausgang eines Analog-Digital-Wandlers (19) angeschlossen ist und mit ihrem Ausgang an den Eingang einer Ausgangsentzerrerschaltung (20) angeschlossen ist, die wiederum mit der Anlage des Benutzers verbunden ist, so dass die Wiedergabe am Ausgang der adaptiven, linearen Entzerrerschaltung (17) eine Wiedergabe der Klasse IV ist.

5. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Ausgangsentzerrerschaltung (20) eine Entzerrerschaltung mit Entscheidungsrückführung oder eine Viterbi-Entzerrerschaltung ist.

6. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (16) des analogen Adapters (6) einen Leitungskodierer (27) gefolgt von einem Vorverzerrungsfilter (24) enthält, der eine partielle Antwort der Klasse IV synthetisiert.

7. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Mittel (11, 12) auf der Seite des digitalen Adapters (5) einen Wähler (14) für n Pegel umfasst, wobei n insbesondere gleich 64 ist, die in Form eines Bytes dargestellt werden, und zwar unter N = 256 möglichen Quantisierungspegeln, wobei der besagte Pegelwähler (14) mit seinem Eingang an die Anlage des Benutzers und mit seinem Ausgang an eine digitale Schnittstelle angeschlossen ist.

8. Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der digitale Adapter (5) einen Leitungs- und Kanaldekodierer (30) umfasst, der mit seinem Eingang an den Ausgang der digitalen Schnittstelle des digitalen Adapters (5) angeschlossen ist, und der besagte Leitungs- und Kanaldekodierer (30) mit seinem Ausgang an die Anlage des Benutzers (9) angeschlossen ist.

9. Verfahren zur Übertragung von einem digitalen Adapter (5) zu einem analogen Adapter (6) in einem digitalen Kommunikationsnetzwerk, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:

- Erfassung einer Gruppe von Bits, die von einer Quelle mit digitalen Daten (5) kommen, zum Beispiel eine Gruppe von 6 Bits;

- Auswahl eines Pegels von n (n = 64) vorher eingestellten Pegeln aus N Spannungspegeln (mit N insbesondere gleich 256), wobei jeder Pegel in digitaler Form durch ein Byte dargestellt ist;

- sukzessive Übertragung der Bytes, die jeweils der Auswahl eines Pegels von n Pegeln entsprechen, über das digitale Netzwerk zu einem analogen Adapter (6), und zwar dergestalt, dass in dem analogen Adapter (6) Signale erzeugt werden, deren Amplitude im Wesentlichen gleich den Pegeln ist, die durch jedes Byte dargestellt werden, wobei die Signale, die den sukzessive aufeinander folgenden Bytes entsprechen, sich untereinander überlagern, um in dem analogen Adapter ein resultierendes analoges Signal zu erzeugen;

- Entzerrung des besagten resultierenden analogen Signals, um Interferenzen zu eliminieren;

- Messung der Amplitude des resultierenden analogen Signals und Ableitung des digitalen Werts des Bytes aus dem Messwert;

- Rekonstruktion der Gruppe von Bits auf der Grundlage des digitalen Werts des Bytes und Übertragung der Gruppe an einen Empfänger (12) für digitale Daten.

10. Verfahren zur Übertragung von einem analogen Adapter (6) zu einem digitalen Adapter (5) in einem Kommunikationssystem, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:

- Erfassung einer Gruppe von Bits, die von einer Datenquelle (6) kommen, welche an das Kommunikationssystem angeschlossen ist;

- Auswahl eines analogen Signals mit einer Amplitude, die dem digitalen Wert der Gruppe von Bits entspricht, wobei die Signale sukzessive aufeinander folgenden Gruppen entsprechen, die sich untereinander überlagern und eine solche Form haben, dass ihr Wert in dem Augenblick, in dem das analoge Signal in der analogen Schnittstelle (8) der Vermittlungsstelle (4) abgetastet wird, im Wesentlichen gleich einem Quantisierungspegel aus N vorher festgelegten Pegeln ist, so dass nach der Abtastung des analogen Signals ein Byte in dem digitalen Adapter (5) erscheint, das den besagten Quantisierungspegel darstellt;

- Verarbeitung der sukzessive aufeinander folgenden Bytes dergestalt, dass die Interferenz zwischen den sukzessive aufeinander folgenden Pegeln eliminiert und der Wert der Bitgruppen wieder ermittelt wird.

- Übertragung des digitalen Werts der wieder ermittelten Bitgruppen zu der Anlage des Benutzers.