DE69801477T2

DE69801477T2 - System und verfahren zur bestimmung der end-zu-end-eigenschaften eines kommunikationskanals

Info

Publication number: DE69801477T2
Application number: DE69801477T
Authority: DE
Inventors: A. Davenport; P. Jankus; A. Renkel
Original assignee: 3Com Corp
Current assignee: 3Com Corp
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 2002-05-08
Anticipated expiration: 2018-03-05
Also published as: DE69801477D1; EP0916202B1; CA2254960C; ATE205031T1; AU6447798A; WO1998039866A1; EP0916202A1; CA2254960A1

Description

Ein Teil der Offenbarung dieses Patentdokuments enthält Material, das dem Copyright- Schutz unterliegt.

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zum Detektieren von Charakteristika eines Kommunikationskanals. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung benutzt werden um zu bestimmen, ob ein Kommunikationskanal von Ende zu Ende digital ist. Beispielsweise können das vorliegende Verfahren und Gerät bestimmen, ob die Verbindung eines dienstintegrierten Digitalnetzes ("ISDN") zu einem ISDN-Anschluss durchgehend digital ist. Alternativ können das vorliegende Verfahren und Gerät bestimmen, ob eine Verbindung ISDN zu T1/E1 oder T1/E1 zu T1/E1 durchgehend digital ist. Beeinträchtigungen der digitalen Verbindung können ebenfalls durch das Gerät und das Verfahren der vorliegenden Erfindung erkannt werden.
Die Druckschrift GB-1 417 627 offenbart ein Verfahren und ein Gerät zum Prüfen von Digital/Analog-Umsetzern und Analog/Digital-Umsetzern in einer Impuls-Codemodulation- (PCM)-Datenstation, bei denen ein Prüfsignal erzeugt und nacheinander durch die beiden Umsetzer während der Synchronisations- oder Zeichensignalzeitschlitze erzeugt wird, wobei das am Ausgang erhaltene Signal mit dem Prüfsignal verglichen wird; und wobei ein Fehlersignal erzeugt wird, falls die beiden so verglichenen Signale nicht koinzidieren.
Falls der digitale Primärmultiplexer nicht mit der digitalen Vermittlung synchronisiert ist, die den Bitstrom empfängt, müssen Schlüpfe auftreten; doch sollten diese in digitalen Netzen selten sein, die korrekt synchronisiert worden sind. Im Aufsatz von Ingle, J. F., "How to Detect Frame Slips in Voiceband PCM Channels", Data Communications, Bd. 17, Nr. 11, Oktober 1988, New York, NY, USA, wird eine Technik zum Detektieren von PCM-Schlüpfen in einem codemodulierten Bitstrom der DS-1-Ebene durch Identifizieren derselben als Phasensprünge in einem sinusförmigen Messton offenbart.
Ein Verfahren und ein System zum Erzeugen von digitalen Signalen ist aus der Druckschrift US-4,161,627 bekannt, wonach Signale eine periodische Schwingung von einstellbarer Amplitude und möglicherweise Frequenz simulieren.
Die Druckschrift US-5, 398,234 offenbart ein Fernsprechabschlusssystem für digitale Mehrkanal-Datenzeichengabe, bei der jedes Datenwort ein letztes Steuerbit enthält, und bei dem die Daten als Rahmen assembliert werden, wobei jeder von ihnen ein einzelnes Datenwort für jeden Kanal enthält. Das System benutzt die existierenden CAS- (robbed bit oder kanalgebundene Zeichengabe) Sprachfunktionen einer DS-1 Standardchipgruppe, um das Vorhandensein einer Schleifenanforderung auf irgendeinem Kanal durch ein Prozessorinterrupt zu erkennen.
Bei Verbindungen vom Typ ISDN-ISDN senden einige bekannte Systeme digitale Daten über einen Kanal, der nach Analog-Tarif in Rechnung gestellt wird. Derartige Systeme prüfen nicht nach, ob der Kanal vor dem Senden der Daten tatsächlich digital ist. Vielmehr dürften solche Systeme einfach der Praxis des "mal versuchen" folgen, um blindlings digitale Daten über eine Verbindung zu senden, die eine analoge Strecke sein könnte, und um dann "zu schauen", ob es funktioniert. Falls aber der Kanal als digital angenommen wird, tatsächlich jedoch analog ist, versagt die Verbindung.
Bei ISDN-T1/E1- oder T1/E1-T1/E1-Verbindungen führen keine bekannten Verfahren oder Geräte eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung durch. Falls bei einer ISDN-T1/E1- oder einer T1/E1-T1/E1-Verbindung ein Anruf mit Systemen des Standes der Technik hergestellt wird, wird typischerweise eine Analogkommunikation hergestellt (Geschwindigkeiten bis zu 33,6, Duplexbetrieb). Gemäß der Standard-Industriepraxis scheint eine Verbindung nur über eine analoge Strecke stattzufinden.
Demgemäß dürfte es erwünscht sein, über ein verbessertes Verfahren und Gerät zur Bestimmung der Charakteristika eines Kommunikationskanals zu verfügen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung können im Falle, dass der Kommunikationskanal bei einer ISDN-ISDN-Verbindung als eine von Ende-zu-Ende digitale Verbindung festgestellt wird, die Daten als analoger Anruf gesendet und in Rechnung gestellt werden. Zusätzlich kann im Falle, dass der Kommunikationskanal als analog festgestellt wird, ein zweiter Anrufversuch unter Anforderung eines Digitalanrufs durchgeführt werden (bei Zahlung dafür).
Weiter können im Falle, dass eine ISDN-T1/E1- oder eine T1/E1-T1/E1-Verbindung als voll digital bestimmt wird, Digitaldaten-Transferraten von bis zu 62,666 kbps/B-Kanal, Vollduplex, unter Benutzung des Verfahrens und des Geräts der vorliegenden Erfindung erzielt werden.
Aufgabe der vorliegenden Vorrichtung und des Verfahrens ist es, eines oder mehrere der nachfolgenden Merkmale oder Vorteile bereitzustellen:
Ermöglichen einer digitalen Kommunikation von bis zu 62,666 kbps, Vollduplex, vom ISDN zum T1/E1 oder vom T1/E1 zum T1/E1:
Ermöglichen einer stabileren und schnelleren Verbindung von bis zu 64 kbps, Vollduplex, von ISDN zu ISDN-Anschlüssen (PRI--Basic Rate Interface oder PRI-Primary Rate Interface), wobei die Verbindungen als analoger Anruf abgerechnet werden;
Bestimmen, ob irgendein Punkt zu Punkt-GSTN-Kommunikationskanal (General Switched Telephone Network) von Ende-zu-Ende digital ist;
Bestimmen, ob irgendein Kommunikationskanal von Ende-zu-Ende digital ist;
Bestimmen, ob sich ein G.711 CODEC (Coder-Decoder) im Netzpfad befindet;
Bestimmen, ob eine robbed bit-Zeichengabe vorliegt, und Bestimmen der Position und der Anzahl der robbed bits auf einem voll digitalen Netz;
Bestimmen, ob das Netz eine kleinste "Einserdichte" erfordert;
Bestimmen, ob einer oder mehrere digitale Pads in der Verbindung vorhanden sind;
Benutzen eines Verwürflers, um das Netz an der Kompression der Daten zu hindern;
Benutzen der Nullbyte-Unterdrückung, um digital über eine Strecke zu kommunizieren, die 00 in 02 umsetzt;
Bestimmen, ob ein einzelnes oder mehrere robbed bits in einem Kommunikationskanal vorhanden sind; und/oder
Bestimmen, ob ein einzelnes oder mehrere robbed bits lokalisiert sind und 100% der verbleibenden non-robbed Bits für Daten benutzen.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Verbindung zwischen zwei Geräten zeigt, die über eine digitale Anschlussmöglichkeit an ein Telefonnetz verfügen.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Sequenz von Anfangsverhandlungen zwischen dem in Fig. 1 gezeigten Anrufgerät und dem Antwortgerät veranschaulicht.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das ausführlicher den Inhalt des Blocks FF in Fig. 2 darstellt.
Fig. 4 ist ein erweitertes Diagramm des Inhalts des Blocks SQA in Fig. 2 Fig. 5A und 5B stellen jeweils entsprechend ein erweitertes Diagramm des Inhalts des Blocks SP1 in Fig. 2 und eine tabellarische Beschreibung des Inhalts dar.
Fig. 6 ist ein erweitertes Diagramm des Blocks E in Fig. 2 Fig. 7 ist ein Blockdiagramm eines Senders in dem in Fig. 1 dargestellten Anrufgerät und in dem Antwortgerät.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Verbindung zwischen zwei Geräten mit digitaler Anschlussfähigkeit an das Telefonnetz zeigt. Ein Rufgerät 10 hat einen digitalen Anschluss an das öffentliche Fernsprechnetz 12 [General Switched Telephone Network ("GSTN")]. Ein Antwortgerät 14 hat ebenfalls einen digitalen Anschluss an das GSTN 12. Zu Beginn eines Rufs zwischen dem Rufgerät 10 und dem Antwortgerät 14 sind bestimmte Charakteristika des GSTN unbekannt.
Fig. 2 zeigt die Verhandlung zwischen dem rufenden Gerät 10 und dem antwortenden Gerät 14 unter Benutzung des vorliegenden Systems. Das Rufgerät und das Antwortgerät sind vorzugsweise Modems. Das Folgende ist eine Beschreibung dessen, was jedes der Modems 10, 14 während der Verhandlung über den Datenkommunikationskanal 16 tut, wie in Figur % dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein Rufgerät 10, das über einen Datenkommunikationsleitung 16 mit einem Antwortgerät 14 kommuniziert. Die Leitung 16 kann oder kann nicht ein Analogsegment enthalten. Die Geräte 10, 14 benutzen das vorliegende System, um die Charakteristika der Leitung 16 zu bestimmen, einschließlich der Frage, ob die Leitung 16 vollständig digital ist oder ob sie ein Analogsegment enthält und ob die Leitung weiter irgendwelche Beeinträchtigungen aufweist.
So, wie dieser Ausdruck hier verwendet wird, beziehen sich die Beeinträchtigungen auf Beschränkungen des Inhalts, der über die Leitung gesendet wird, wie etwa eine robbed bit-Zeichengabe (RBS) oder einen beschränkten Kanal. Im Falle einer RBS-Behinderung benutzt das fragliche Unternehmen, wie etwa eine Telefongesellschaft, die die Leitung betreibt, das niederstwertige signifikante Bit des gewählten Bytes (beispielsweise jedes sechste Bit) für Zusatzzwecke. Bei einem beschränkten Kanal (statt einem nichtbeschränkten Kanal) müssen die über die Leitung gesendeten Daten eine Minimum-Einserdichte haben: Es gibt eine Begrenzung der Anzahl der Nullen, die gültig in einer fortlaufenden Serie platziert werden können. (Bei einigen Telekommunikationssystemen wird eine solche Einserdichte benutzt, um die Synchronisation zu gewährleisten.)
Zusätzlich zu digitalen Beeinträchtigungen können Aufsichtsbehörden eine Beschränkung hinsichtlich der maximalen Leistung auferlegen, die von der Leitung transportiert werden darf. Solche Leistungsbeschränkungen können die Energie (in Form von Leistung) beschränken, welche ein Modem während verschiedener Zeitintervalle von vorbestimmter Länge übertragen/empfangen darf, wie etwa Intervalle von 250 Millisekunden oder 3 Sekunden.

Modem-Rufprozeduren

Wie in Fig. 2 dargestellt, überträgt das Rufmodem alle Marken (Bytes von FF hex), und zwar solange, bis es die SQA-Sequenz von dem antwortenden Modem empfängt. Die Zusammensetzung der SQA-Sequenz ist in Fig. 4 dargestellt. Die SQA-Sequenz ermöglicht es dem Modem, das Folgende zu ermitteln:
Ist der Kanal teilweise analog oder ist er als Ganzer digital?
Falls der Kanal digital ist, welche Arten von "digitalen Beeinträchtigungen" enthält er?
Wie viele und was sind die Plätze der RBS-Bits (robbed bit-Zeichengabe)? Ist der Kanal beschränkt oder unbeschränkt (d. h., unterliegt er einer Minimum-Einserdichteforderung)?
Enthält der Kanal digitale Pads? Falls dies so ist, um welche Art von Pads handelt es sich?
Erneut Bezug nehmend auf Fig. 2 überträgt das rufende Modem nach Empfang der SQA- Sequenz von dem antwortenden Medium die SQA-Sequenz solange, bis es die SP1-Sequenz von dem antwortenden Modem erhält.
Die SQA-Sequenz oder das Prüfsignal ist ausführlicher in Fig. 4 dargestellt. Demgemäß kann die Sequenz in drei Unterabschnitt unterteilt werden: (1) 7-6n Bytes von 7E, wobei in vorzugsweise 290 beträgt, (2) 7 Bytes von 00, und (3) eine Sequenz von digitalen Codewörtern, was einem Analogsignal mit einer Frequenz von 4000 Hz, 1/2 der maximal zulässügen Amplitude und einer ansteigenden Offset-Gleichspannung entspricht. Die digitalen Codewörter sind vorzugsweise PCM-Codewörter von 8 Bits oder PCM-Codes.
Der erster Unterabschnitt von SQA, nämlich 7E in Fig. 4, stellt eine Übertragung mit geringer Leistung dar. Dies erlaubt es dem Prüfsignal, durch Verringern der während der SQA- Sequenz übertragenen Durchschnittsleistung den der Leitung auferlegten Maximalleistungsbeschränkungen zu entsprechen. Weiter wirkt der erste Unterabschnitt als "Pad" auf die Länge des Prüfsignals, derart, dass die Länge des ganzen Prüfsignals (alle drei Unterabschnitte) ein Vielfaches von 6 Bytes ist. Auf diese Weise dürfte die RBS leichter erkannt werden, da, bei vielen Umgebungen, die RBS nur alle 6 Bytes bei DS0 auftritt. Da weiter die SQA-Sequenz dem antwortenden Gerät bekannt ist und eine vorbestimmte Länge hat, wird der Ort und die Anzahl der robbed bits aus der SQA-Sequenz bestimmt.
Der zweite Unterabschnitt des Blocks SQA, nämlich 00 in Fig. 4, wird von dem Anrufmodem gesendet, um zu prüfen, ob die Leitung ein beschränkter Kanal oder ein freier Kanal ist. Das antwortgebende Modem weiß nämlich, dass, wenn das empfangene Signal Einsen in dem dem zweiten Unterabschnitt des Prüfsignals entsprechenden Teil enthält, die Telefongesellschaft wahrscheinlich Einsen eingefügt hat, um eine Minimum-Einserdichte in den übertragenen Daten beizubehalten. In einem solchen Fall ist also der Kanal beschränkt.
Es kann mehrere unterschiedliche Einserdichteanforderungen geben, die von den unterschiedlichen Übertragungstechnologien in den betroffenen DS1, DS2, DS3, usw., auferlegt werden. Beispielsweise besteht ein sehr einschränkendes Erfordernis darin, dass kein einzelnes PCM-Codewort alle Nullen enthalten kann. Dies beschränkt wirksam die Anzahl der aufeinanderfolgenden Nullen im gleichen PCM-Codewort auf sieben oder auf vierzehn Nullen über zwei aufeinanderfolgende PCM-Codeworte hinweg.
Diesem Typ von Dichtebeschränkung, zusammen mit allen anderen Dichtebeschränkungen, kann durch Einfügen einer 1 nach jeder Kette von höchstens sieben aufeinanderfolgenden Nullen Genüge getan werden. Es sei aber darauf hingewiesen, dass weil das Einfügen schon erfolgt, ehe das Datum zur Übertragung invertiert worden ist, dieser Algorithmus durch Einfügen einer Null hinter jeder Kette von höchstens sieben Ketten implementiert werden. Es sollte ferner darauf hingewiesen werden, dass das "Null Bit-Einfügungs/Löschungs"- (ZBID) Schema, welches bei der HDLC/SDLC-Prozedur benutzt wird, die Einfügung einer Null nach sechs aufeinanderfolgenden Einsen in den Datenstrom spezifiziert, um falsche Flag-Muster (0, 6 Einsen, 0) zu vermeiden. Das Flag-Muster wurde gewählt, damit es gegenüber dem Abbruchmuster (0, 7 oder mehrere Einsen) und dem Leerlaufmuster (kontinuierliche Einsen) unterscheidbar ist.
Demgemäß erfolgt im Falle, dass entweder eine robbed bit-Zeichengabe vorhanden ist oder dass ein Einserdichteforderung vorliegt, die Datenübertragung mit Raten unter 64 Kbps, wie etwa 56 Kbps, stattfindet. Falls aber umgekehrt keine robbed bits und keine Einserdichteforderung vorliegt, d. h., ein freier 65 Kbps-Kanal, kann die Datenübertragung mit 64 Kbps erfolgen. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform können Datenübertragungsraten mit mehr als 56 Kbps erzielt werden, selbst bei Vorliegen einer robbed bit-Zeichengabe und einer Einserdichteforderung.
Die ansteigende Offset-Gleichspannung beim dritten Unterabschnitt von SQA, 00, FF, ..., 80 in Fig. 4 gewährleistet, dass beispielsweise dann, wenn die Leitung einen Quantisierer von 256 Pegeln benutzt, alle 256 Pegel bei der Übertragung des Prüfsignals benutzt werden. Der Quantisierer kann beispielsweise ein der u-Regel entsprechend arbeitender Quantisierer sein, wie er in Nordamerika und Japan benutzt wird, oder es kann ein nach der A-Regel arbeitender Quantisierer sein, wie er in Europa benutzt wird. Im digitalen Bereich kann jeder der Quantisiererpegel durch ein unterschiedliches Achtbitcodewort dargestellt werden. Falls dem von dem antwortgebenden Gerät empfangene Signal der ganze Bereich des übertragenen Prüfsignals fehlt, könnte das antwortgebende Modem in der Lage sein, das auf der Leitung benutzte digitale Kodierungssystem zu "kennen".
Beispielsweise veranlasst das Vorhandensein eines digitalen Abschwächungspads in der Verbindung, dass die Codewörter im dritten Unterabschnitt der SQA in einer festgesetzten Weise eingestellt zu werden. Das antwortgebende Gerät, das weiß, welches der dritte Unterabschnitt sein soll, analysiert das empfangene Signal und kann dadurch das Vorhandensein und die Charakteristik des Pads identifizieren.
Die relativ hohe Frequenz und Amplitude des Prüfsignals im dritten Unterabschnitt sind durch einen Analogwandler schwer umzusetzen. Tatsächlich dämpft nämlich ein in den Leitungen vieler Telefongesellschaften befindliches Filter ganz erheblich Signale, die sich selbst: 4000 Hz nähern. Falls das empfangene Signal nicht dem übertragenen Prüfsignal entspricht, kann das antwortgebende Modem daraus schließen, dass ein Analogsegment in der Leitung liegt.
Die Gesamtlänge des bei der bevorzugten Ausführungsform benutzten Prüfsignals beträgt 256 Bytes + 7 Bytes + 7 Bytes + (290º 6) oder 2010 Bytes. Das antwortgebende Gerät befasst sich während der gesamten Dauer des vorbestimmten Prüfsignals mit der Überwachung, um zu detektieren, ob sich bei dem empfangenen Signal das niederstwertige Bit von dem niederstwertigen Bit des Prüfsignals unterscheidet. Wenn dies der Fall ist, weiß das antwortgebende Modem tatsächlich, dass die Leitung der Telefongesellschaft die robbed bit- Zeichengabe (RBS) benutzt. Bei einer gegebenen Ausführungsform wissen dann die Modems einfach, dass sie mit 56 kbps statt, beispielsweise, 65 kbps übertragen müssen. Bei anderen Ausführungsformen senden die Modems einfach keine Daten im niederstwertigen Bit ("LSB") irgendeines Bytes, und zwar wegen der RBS. Die Datenübertragungsgeschwindigkeit solcher Modems ist dementsprechend auf eine Spitzengeschwindigkeit von 56 kbps beschränkt.
Fig. 5 ist ein erweitertes Diagramm des Inhalts des Blocks B1 in Fig. 2. Die SP1-Sequenz ist eine Angabe über die Fähigkeiten des Modems und eine Aufforderung, verschiedenartige Charakteristika und Geschwindigkeiten im Modem ein- oder auszuschalten. Nach Empfangen der SP1-Sequenz vom antwortgebenden Modem überträgt das anrufende Modem die SP1-Sequenz solange, bis es die E-Sequenz empfängt.
Fig. 6 ist ein erweitertes Diagramm des Blocks E in Fig. 2. Nach Empfangen der E-Sequenz von dem antwortgebenden Modem überträgt das anrufende Modem die E-Sequenz (festgelegte Länge von 5 Bytes), gefolgt von Daten. Nach Empfangen der Daten von dem antwortgebenden Modem gibt das anrufende Modem seine Empfangsdaten frei und geht dazu über, Daten von dem antwortgebenden Modem zu empfangen.

Prozeduren des antwortgebenden Modems

Das antwortgebende Modem überträgt die SQA-Sequenz solange, bis es die SQA-Sequenz von dem anrufenden Modem empfängt. Die SQA-Sequenz erlaubt es dem Modem, Folgendes zu bestimmen:
Ist der Kanal partiell analog oder ist er insgesamt digital?
Falls der Kanal digital ist, welche Arten von "digitalen Behinderungen" enthält er?
Wie viele und was sind die Plätze der RBS- (robbed bit-Zeichengabe)-Bits?
Ist der Kanal beschränkt oder unbeschränkt (d. h., hat er eine Minimum-Einserdichteanforderung)?
Enthält der Kanal digitale Pads? Sollte dies der Fall sein, welche Art von Pads ist es?
Nach Empfangen der SQA-Sequenz von dem anrufenden Modem überträgt das antwortgebende Modem die SP1-Sequenz solange, bis sie von dem anrufenden Modem die SP1-Sequenz empfängt. Die SP1-Sequenz ist eine Angabe der Leistungsfähigkeit des Modems und eine Aufforderung, verschiedene Funktionen und Geschwindigkeiten im Modem ein- oder auszuschalten. Mit Empfangen der SP1-Sequenz vom anrufenden Modem überträgt das antwortgebende Modem die E-Sequenz (festgelegte Länge von 5 Bytes), gefolgt von Daten. Mit Empfangen der Daten von dem anrufenden Modem gibt das antwortgebende Modem seine Empfangsdaten frei und geht dazu über, Daten von dem anrufenden Modem zu empfangen.
Einer der Aspekte des vorliegenden Systems bezieht sich auf die Detektionsstufe: durch Senden des SQA-Musters hat das vorliegende System die Fähigkeit:
1) zu detektieren, ob der Kanal von Ende-zu-Ende digital ist,
2) die exakte Anzahl und den Ort der RBS zu erkennen,
3) zu detektieren, ob digitale Pads vorhanden sind (ein "Pad" ist eine Abstimmung eines Digitalsignals in einer Art und Weise innerhalb einer vorbestimmten Anzahl unterschiedlicher Art und Weisen, um die Dämpfung zu emulieren oder zu simulieren, die aufgetreten wäre, wenn das Signal auf einer analogen Leitung statt einer digitalen Leitung gesendet worden wäre). Durch Feststellen des systematischen Paddings können die Modems ihre Übertragungscharakteristika justieren, um ein solches Padding zu kompensieren
4) zu detektieren, ob der Kanal beschränkt/unbeschränkt ist (Minimum- Einserdichtenausgaben)
5) Detektieren irgendwelcher digitaler Behinderungen, von denen man durchwegs nichts wahrnimmt (da das System alle 246 Codes sendet)
6) Detektieren aller dieser Dinge ohne Verletzung der Sendeleistungserfordernisse von -15 dBm Sendepegel, gemessen über 3 Sekunden, und 0 dBM, gemessen über 250 ms.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf die Datenphase: wie können die Modems die schnellstmögliche Geschwindigkeit angesichts der Beschränkungen übertragen, die sich auf der Leitung/dem Datenkommunikationskanal befinden. Das vorliegende System hat die Fähigkeit:
1) über irgendeinen, von Ende-zu-Ende digitalen, Kanal zu übertragen (in dieser gesamten Beschreibung - es sei denn, dass der Zusammenhang etwas anderes erfordert - kann der Ausdruck "übertragen" auch in dem Sinne benutzt werden, dass er "empfangen" oder einfach nur "arbeiten" im Sinne von Operieren bedeutet).
2) Übertragen mit Geschwindigkeiten von 56 K oder schneller (bis zu 64 K) einschließlich mittlerer Geschwindigkeiten von 62,666 bps, 61,333 bps, 60,000 bps, 58,666 bps, 57,333 bps. Viele der anderen Systeme können mit diesen mittleren Geschwindigkeiten nicht übertragen. Dies wird durch Senden von 7 Datenbits/Byte (+ 1 Nicht-Datenbit) in irgendeinem Schlitz bewirkt, wo ein RBS-Bit vorhanden ist, sowie durch Senden von 8 Datenbits/Byte in irgendeinem Schlitz, in welchem kein RBS-Bit vorhanden ist.
3) Übertragen über digitale Kanäle, die beschränkt sind (d. h., sie unterliegen einer Minimum-Einserdichteforderung). Wir erreichen dies durch eine Null-Byte-Unterdrückung: jedes Mal, dadurch das, wenn wir 7 Nullen in einer Reihe bekommen, eine 1 eingefügt wird.
4) Übertragen über digitale Kanäle, die digitale Pads haben. Man kann dies durch Benutzen eines Abbildeschemas derart tun, dass der Empfänger weiß, dass übertragene Codes in einen unterschiedlichen Satz von Codes hinter dem Pad abgebildet werden, so dass der Empfänger dieses Abbilden "auflösen" muss. Außerdem werden irgendwelche Codes, die doppelt abgebildet werden (d. h., zwei oder mehr übertragene Codes werden in den gleichen Code hinter dem Pad abgebildet), nicht durch den Sender gesendet werden.
5) Verhinderung der Kompression durch das Netz. Manchmal wird das Netz die ersten sechs Sekunden nach dem Anruf überwachen um festzustellen, wie komprimierbar die Daten sind; und falls sie komprimierbar sind, wird es sie komprimieren. Man verhindert dies durch Übertragen verwürfelter Daten, die aussehen wie das weiße Breitbandrauschen.
6) Minimieren der Überschuss-Bits, die von dem Null-Byte-Unterdrücker benutzt werden. Durch Verwürfeln der Daten in weißes Rauschen verringert sich die Anzahl von Bytes, die ein Tätigwerden durch den Null-Byte-Unterdrücker erfordern, in eine kleine kontrollierte Anzahl von Bytes, die unabhängig von den Daten sind, die der Benutzer oder das Protokoll senden.
Das vorliegende Verfahren kann die genaue Anzahl und den genauen Platz der RB bestimmen, was eine schnellere Datenübertragung ermöglicht, als bei bekannten Verfahren. Der Grund dafür besteht darin, dass, wenn es genau nur 1 durch die RBS robbed bit gibt, kann das hier beschriebene bevorzugte Verfahren und Gerät bis zu 62,666 bps übertragen. Tatsächlich liefert das bevorzugte Verfahren und Gerät bei jeder Anzahl von "robbed bits" zwischen 1 und 5 Datenübertragungsraten über 56 Kbps. Bei einem typischen Netzanschluss werden 0-3 robbed bits angetroffen. Dass 4-6 robbed bits vorkommen, dürfte recht selten sein.
Was die Einserdichteforderung anbetrifft, kann das vorliegende System erkennen, ob man das Senden zu vieler 0'en in einer Reihe vermeiden muss. Dies kann man durch einige Verfahren kompensieren. Erstens könnte man genau mit 56 K senden (und LSB = 1 setzen), was das Problem regelt. Oder man könnte den "Null-Byte-Unterdrücker" betreiben, der ein Algorithmus ist, welcher eine 1 in den Datenstrom einfügt, falls er 7 0'en in einer Reihe antrifft, und man könnte mit einer höheren Geschwindigkeit arbeiten. Drittens könnte man einen Verwürfler bei Daten einsetzen, der die Häufigkeit dafür, dass man zu viele Nullen sendet (und den Null-Byte-Unterdrücker zum Einspringen bringt), sehr kontrolliert gestaltet (da die Ausgabe im wesentlichen weißes Rauschen ist).
Das vorliegende, beschriebene System detektiert die "digitale Beeinträchtigung" digitaler Abschwächerpads und kann sie kompensieren, indem mit einer verringerten Geschwindigkeit gearbeitet wird, aber immer noch schneller als bei einem analogen Modem. Weil das vorliegende System alle 256 PCM-Codes sendet, ist es im Fall, dass es irgendwelche digitalen Beeinträchtigungen gibt, von denen man laufend nichts weiß, sehr wahrscheinlich, dass man sie mit der gegenwärtigen SQA-Sequenz erkennen und behandeln kann.
Ein typisches digitales Netzwerk kann einen übertragenen Datenstrom als komprimierbar betrachten. Falls jedoch der übertragene Datenstrom durch das Netz komprimiert wird, läuft der Datenstrom Gefahr, verfälscht zu werden, so dass der Anschluss versagen kann. Die Verwendung eines Verwürflers, wie hier beschrieben, lässt andererseits den übertragenen Datenstrom als weißes Breitbandrauschen erscheinen (d. h., als nicht komprimierbar). Aus diesem Grund wird das Netz den übertragenen Datenstrom nicht komprimieren.
Gemäß der derzeit bevorzugten Ausführungsform, bei der eine Verbindung ISDN-ISDN (Basisrate oder primäre Rate) als vollständig digital bestimmt wird, kann eine digitale Datenübertragung mit Raten bis zu 64 kbps/B-Kanal, Vollduplex, erzielt werden, wohingegen dem Kunden ein Analoganruf in Rechnung gestellt wird, der typischerweise mit einer geringerer Rate berechnet wird als es bei einem Kunden der Fall wäre, bei dem ein digitaler Anruf in Rechnung gestellt würde. Falls eine Verbindung ISDN- T1/E1 oder T1/E1- T1/E1 als digital ermittelt wird, können digitale Datentransferraten bis zu 62,666 kbps/B-Kanal, Vollduplex, erzielt werden.
Das Verfahren und das Gerät der vorliegenden Erfindung können im Zusammenhang mit 56 Kbps- oder höheren Übertragungsgeschwindigkeitsmodems, ISDN-Modems und Gestellmodemerzeugnissen verwendet werden. Darüber hinaus können durch die Einbeziehung eines Verwürflers und eines Null-Byte-Unterdrückers höhere Datenraten erzielt werden. Gemäß dem Stand der Technik kann ein Maximum von 56 kbps über den Kanal erzielt werden. Bei der aktuellen Technik können demgegenüber bis zu 64 kbps erreicht werden.
Schließlich besitzt das vorliegende Gerät zusätzliche Robustheit in Bezug auf die Verbindung. Der Verwürfler und der Null-Byte-Unterdrücker ermöglichen es, dass der Anschluss in Situationen erfolgreich ist, in denen die bekannte Technik nicht in der Lage wäre, einen Anschluss herzustellen.
Nachfolgend wird die Betriebsweise eines Senders und eines Empfängers unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass jeder in Fig. 7 dargestellte Block, mit Ausnahme für die Byteumwandlung, individuell ein- oder ausgeschaltet werden kann, um den Anforderungen des jeweils besonderen Netzkanals zu entsprechen.

RBS-Synchronisation

Der Sender jedes Modems wird mit dem Empfänger des ortsfernen Modems synchronisiert, der seinerseits mit den robbed bits in dem betreffenden besonderen Netzpfad synchronisiert ist (falls irgendwelche davon vorhanden sind). Der Sender nutzt die Tatsache, dass er weiß, ob ein robbed bit in jedem der sechs möglichen Zeitschlitze vorhanden ist. Jeder Zeitschlitz hat eine Länge von 8 Bits (1 Byte); und die sechs Zeitschlitze sind periodisch, d. h., wenn es ein robbed bit im ersten Zeitschlitz gibt, gibt es auch in jedem sechsten Byte danach (im gleichen Zeitschlitz) ein robbed bit, wobei man diese Bits zusammen ein one robbed bit nennt. So gibt es die Möglichkeit, 0-6 robbed bits zu haben.
In jedem Zeitschlitz, in dem es ein robbed bit gibt, wird der Sender nur 7 Bits an Benutzerdaten übertragen. Das achte Bit wird zwangsweise in eine binäre Eins gebracht und dann in der Position des robbed bit platziert (dies geschieht im Verlauf der Byte-Conversion-RoLtine). Durch dieses Verfahren werden die 7 Bits an Benutzerdaten nicht durch die RBS verfälscht, sondern nur das achte Bit (kein Benutzerdatum) wird verfälscht.
In jedem Zeitschlitz, in welchem es kein robbed bit gibt, überträgt der Sender sämtliche 8 Bits Benutzerdaten. Diese Bits werden nicht durch die RBS verfälscht, weil man weiß, dass sie nicht in diesem Zeitschlitz vorhanden ist. Weil man mit der robbed bit-Zeichengabe (RBS) im Netz synchronisiert und weil man die genaue Anzahl und die Plätze der robbed bits kennt, kann man die gesamte verfügbare Informationsbreite im digitalen Kanal nutzen.

Verwürfler

Der Verwürfler übernimmt das Ausgeben des vorausgegangenen Abschnitts (der entweder aus 7 oder 8 Bits besteht) und verwürfelt ihn unter Benutzung von Standard-Verwürflungstechniken, um Energie des weißen Breitbandrauschens zu erzeugen. In bestimmten Netzen überwacht das Netz den Anruf eine Weile, um zu bestimmen, ob die Daten komprimierbar sind. Wenn dies der Fall ist, komprimiert das Netz die Daten. Dies würde die Kommunikation zwischen zwei digitalen Modems vollständig verfälschen. Um das Netz daran zu hindern, die Komprimierer einzuschalten, kann man die Daten verwürfeln. Darüber hinaus liefert der Verwürfler eine statistisch kontrollierte Ausgabe, welche die Ausgabe des Null-Byte-Unterdrückers minimiert.

Null-Byte-Unterdrückung

Der Null-Byte-Unterdrücker nimmt die Ausgabe des vorhergehenden Abschnitts (die entweder 7 oder 8 Bits beträgt) und lässt sie den nachfolgenden Algorithmus durchlaufen: sollte es jemals 7 Bits von "binär Null" in einer Reihe geben, füge eine "binäre Eins" in den Datenstrom ein. Dieser Algorithmus stellt sicher, dass die Anforderungen der "Minimum-Eins- Dichte" im Netz erfüllt werden. Man beachtet, dass diese Routine die gleiche Anzahl von Bits ausgibt, welche sie als Eingabe empfangen hat, und dass irgendwelche Daten puffert, die durch die Bit-Einfügung verursacht worden sind. Die gepufferten Daten werden mit der Eingabe des nächsten Bytes kombiniert. Sollte es überhaupt genügend gepufferte Daten zum vollständigen Übertragen aus dem Puffer geben, wird diese Aktion durchgeführt.

Byte-Umwandlung

Die Byte-Umwandlungsroutine gibt 8 Datenbits aus. Falls ihre Eingabe 8 Bits war, leitet sie die eingegebenen Daten ohne Änderung an ihren Ausgang. Falls ihre Eingabe 7 Bits war fügt sie eine "binäre Eins" in das Byte an demjenigen Platz ein, an dem das robbed bit sein wird; und sie gibt die 8 Bits aus.

Pad-Abbilder

Der Pad-Abbilder übernimmt die Ausgabe des vorhergehenden Abschnitts (der 8 Bits umfasst) und bildet die Daten in einer solchen Weise aus, dass das Senden irgendwelcher PCM-Codes vermieden wird, was (aufgrund des digitalen Pads) zu einem zweideutigen Code beim Empfänger führen würde. Es sei darauf hingewiesen, dass, wenn die Null-Byte- Unterdrückung und der Pad-Abbilder gleichzeitig eingeschaltet werden, sie die Information gemeinsam nutzen müssen, um sicherzustellen, dass ihre jeweiligen Funktionen erfüllt werden.
Die am Schluss erhaltene Ausgabe wird auf eine digitale Strecke des öffentlichen Fernsprechwählnetzes übertragen. Der Empfänger des ortsfernen Modems erhält Kenntnis darüber, welche der obengenannten Blöcke im Sender eingeschaltet sind, und er erhält Kenntnis hinsichtlich irgendwelcher zusätzlicher spezifischer Informationen über die Konfiguration des Senders, die er benötigt, um die Operationen des Senders umzukehren und die Daten zu dekodieren.
Die obige Beschreibung reicht aus um einen Fachmann in die Lage zu versetzen, die vorliegende Erfindung auszuführen. Dennoch ist der Beschreibung eine Assembler-Codeauflistung für ein Verfahren zum Implementieren bestimmter Aspekte des hier beschriebenen Geräts beigelegt, um zusätzliche Einzelheiten in Bezug auf das dargestellte System bereitzustellen. Der Code ist zur Verwendung bei einem digitalen Signalprozessor des Typs TMS320C51 der Texas Instruments geschrieben worden. Ein User's Guide für die Prozessorserie TMS320C5x steht Fachleuten ohne weiteres zur Verfügung und kann dem Anfänger hinsichtlich der Bedeutung der mitgeteilten Befehle von Nutzen sein.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen der Charakteristika eines Datenkommunikationskanals zwischen ersten und zweiten Datenkommunikationsvorrichtungen, umfassend, in Kombination:

Senden eines digitalen Prüfsignals geringer Leistung über den genannten Kanal von der genannten ersten zu der genannten zweiten Datenkommunikationsvorrichtung;

Senden eines zweiten digitalen Prüfsignals entsprechend einem analogen Signal, das ein Hochfrequenzsignal mit einer zeitveränderlichen Gleichspannungskomponente aufweist, von der genannten ersten an die genannte zweite Datenkommunikationsvorrichtung; und

Detektieren eines empfangenen Signals bei der genannten zweiten Datenkommunikationsvorrichtung, wobei das genannte empfangene Signal dem von der genannten ersten Vorrichtung gesandten Prüfsignal entspricht, und Bestimmen, ob das genannte empfangene Signal von einem vorbestimmten Standard abweicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das genannte Hochfrequenzsignal größer als 3300 Hertz ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das genannte Hochfrequenzsignal eine Frequenz von 4000 Hertz aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das genannte Hochfrequenzsignal eine Amplitude in der Größe der Hälfte einer für den genannten Kanal zugelassenen maximalen Amplitude aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das genannte Prüfsignal zwischen der genannten ersten und der genannten zweiten Datenkommunikationsvorrichtung synchronisiert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das genannte Prüfsignal eine Gesamtzahl von Bytes enthält, die gleichmäßig durch 6 teilbar ist.

57. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das genannte Verfahren weiter das Senden eines dritten Dauernull-Prüfsignals umfasst.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der genannte Schritt des Bestimmens darüber, ob das ctenannte empfangene Signal von einem vorbestimmten Standard abweicht, das Bestimmen einschließt, ob eine "robbed Bit"-Zeichengabe ein Prüfsignal beeinflusst hat.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der genannte Schritt des Bestimmens darüber, ob das genannte empfangene Signal von einem vorbestimmten Standard abweicht, weiter mindestens eines von beiden umfasst: das Bestimmen einer Anzahl von "robbed Bits" und das Bestimmen einer Stelle eines "robbed Bits".

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der genannte Schritt des Bestimmens darüber, ob das ctenannte empfangene Signal von einem vorbestimmten Standard abweicht, das Bestimmen darüber umfasst, ob digitale Einsen in ein Prüfsignal eingefügt worden sind.

11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der genannte Schritt des Bestimmens darüber, ob das ctenannte empfangene Signal von einem vorbestimmten Standard abweicht, das Bestimmen darüber umfasst, ob ein Prüfsignal ein digitales Pad durchlaufen hat.

12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der genannte Schritt des Bestimmens darüber, ob das genannte empfangene Signal von einem vorbestimmten Standard abweicht, das Überwachen des empfangenen Signals in Bezug auf ein digitales Signal umfasst, das einem analogen Signal entspricht, welches ein Hochfrequenzsignal mit einer zeitveränderlichen Gleichspannungskomponente aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das genannte zweite Prüfsignal eine Sequenz von digitalen Codewörtern umfasst.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die genannte Sequenz von digitalen Codewörtern 256 unterschiedliche Codewörter umfasst.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die genannten 256 unterschiedlichen Codewörter einer Serie von Stufen entsprechen, die einem Quantisierer von 256 Stufen zugeordnet sind.

16. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das genannte digitale Prüfsignal geringer Leistung eine ausreichende Länge besitzt, so dass eine Durchschnittsleistung von mindestens dem genannten digitalen Prüfsignal geringer Leistung und dem genannten zweiten digitalen Prüfsignal kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.