专利名称：在电网上的数字点到多点数据传输系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及电信领域，并且更具体而言，本发明应用于当使用电网作为通信手段时的前端设备和各种用户之间的双向通信，以便各种业务能够通过该双向通信提供给用户。本发明的目的是建立低速和高速通信，以便多个高质量业务能够提供给用户，所述高质量业务包括例如视频点播、高速因特网等。本发明还可以应用于诸如VoIP(IP上的话音)的需要更大等待时间的应用。此外，本发明还可以用于窄带业务，诸如标准电话和当前的电信业务。
背景技术：
电网作为传输手段的使用在本领域中是已知的，但是由于它的较差性能，其作为数据传输网的使用只被限制为以非常低的速度的点到点通信。
这主要是由于在电网中，设备的连接和断开连接产生电压峰值以及线路上的阻抗变化，并且带来随着频率和时间变化的严重的信号丢失。
此外，各种障碍物会阻止在前端设备以及多个用户之间通信的建立，特别是由于在不同频率中阻抗的许多变化以及反射的出现，这使得接收的信号成为发送的信号以及一系列循环通过电网的回波的组合，从而对于每个用户在接收的信号上具有不同的衰减和延迟。
此外，衰减、噪音和信道响应在频率和时间方面动态变化。
所有这些障碍到此为止限制了电网用于双工、高速点到多点通信。
另一方面，本领域已知其它用于传输数据的通信手段，诸如在电话中使用双绞线来建立点到点或者点到多点通信。
在本文中，我们引用美国专利5.673.290，其中描述了一种点到点传输方法，它包括通过由从前端设备到多个不同用户的链路确定的下游信道的通信以及通过由从用户到前端设备的链路确定的上游信道的通信，从而使得可能使用离散的数字多音(DMT)传输系统并且在离散多音信号上提供数字数据的编码和被编码数据的调制来进行通信。
此外，通信线被监视以便确定至少一个线路质量参数，包括在每一个中的噪音等级，并且包括每个都对应于一个相关子载波音的多个子载波。调制系统被设计成考虑各种因素，包括检测到的线路质量参数、子信道增益的参数以及当调制离散多音信号时的可允许功率的屏蔽参数。调制系统还能够在传输期间动态地激活使用的子载波以及在每个子载波中发送的数据量，以便实时地适合各个子载波中的变化。
在对于干扰敏感的应用中，相关的带宽可以简单地被屏蔽或者抑制，以便阻止在任一方向中的干扰，因此信号被利用具有高于或者低于最大噪音电平的频率的子载波来传输。
此外，在这个文档中，在基带中进行传输，并且使用可传输信息的共扼实厄密变换(实快速傅立叶变换)。由于已经描述的特征，这个传输方法无法应用于在电网上的传输。
此外，在所引用的专利中描述的方法涉及点到点通信，因此，既无法推断出其在电网上的使用也无法推断出其用于双工点到多点通信的可能性。
另一方面，PCT专利WO96/37062描述了点到多点通信系统，其中传输线可以是同轴电缆、光纤或者类似的，其使用正交频分多址调制系统(OFDM)，该调制系统是本领域公知的调制系统，并且一个循环前缀被添加到每个OFDM符号上，以便减轻本领域众所周知的多径传播的缺点。关于OFDM调制的循环前缀的使用能够被前述文档中使用的DMT调制所包含并且同样广泛用于目前的技术水平。
所述文档描述了信道如何被建立在各自的子载波组上，以便每个用户被指定特定一组音，从而大大减少了实现离散傅立叶变换中涉及的硬件和复杂度，不过，作为一个固定系统，即使像美国专利5.673.290中描述的那样，各个子载波能够连接或者断开连接来避免干扰，它也不允许根据每个信道中的主要频率和时间条件来将不同的子载波指定给用户。
此外，它使用一个远端回路来校正各种用户调制解调器的本地振动器的频率。
我们还引用关于点到多点通信的美国专利5.815.488和美国专利5.828.660。
在这些文档中都没有描述对于使用电网传输的适配。
此外，前面引用的这些文档中都没有涉及用于多个用户的传输，也没有涉及如何将电网中上游和下游信道的吞吐量最大化。
发明内容
本发明包括用于通过电网在点到点通信中以高速来数字传输数据的系统和方法。
为此，像其它现有传统系统那样，本发明在前端设备和多个不同用户之间建立通信或者链路(下游信道)并且从用户到前端设备建立通信或者链路(上游信道)，利用OFDM(正交频分复用)调制完成通信，当用户和前端设备都包含一个具有介质接入控制(MAC)模块的发送机/接收机时，所述OFDM调制产生OFDM信号来完成主从通信，在本发明的情况中，所述介质是电网。此外，本发明的系统包括为OFDM符号添加/抽出循环前缀的装置，并且包括将OFDM符号从频率转换到时间以及从时间转换到频率的装置，还包括数模以及模数转换器。
本发明的特征在于前端设备和用户的发送机/接收机包括一种装置，用于将数字传输适配到电网，以便这些规定OFDM调制，它具有减小到至少1,5KHz的载波带宽以及增加到对于每个10MHz至少500个载波的载波数量，以便克服由电网中每个用户和前端设备之间变化的电缆长度而产生的选择性频率衰落进行加强并且克服电网中的干扰来进行加强。
将数字传输适配到电网的装置需要至少7微秒的长的持续时间的循环前缀来充分地复原信号。
此外，本发明的特征还在于前端设备和用户的发送机包括一种装置，用于共享时间TDMA(时分多址)、频率FDMA(频分多址)和/或正交频分复用(OFDM)中的介质，它允许将通信中使用的一部分载波和发送的数据分配到每个用户，还允许由多个用户共享上游和下游信道，以便为电网上的每个用户优化传输速度。
对于上述特征的另一补充特征是前端设备和用户接收机包括一种装置，用于在时域和频域中处理对应于通信中传输的数据的信息，以便恢复时间和频率中传输的共享数据。
此外，本发明的系统包括一种装置，用于为上游和下游中的OFDM调制的每个载波计算SNR(信噪比)，以便利用根据SNR计算的每个载波的可变数量比特，位于距离前端设备不同距离的不同用户在相同的OFDM符号中使用动态不同的载波，从而优化在全部时间中电网上的传输吞吐量。
为了实现这个功能，本发明的系统的特征在于前端设备和用户的发送机都包括一种装置，用于在用户之间指定和管理载波，以便根据SNR计算结果来指定比特数量与OFDM调制中的每个载波相关联。所述系统还包括一种装置，用于考虑由在电线上的响应经受的变化，来将每个载波与被指定进行传输的比特相关联，以便根据每个用户所需要的传输质量来适配传输速度，其中所述在电线上的响应经受的变化是由用户和前端设备之间在所有时间和所有频率上的阻抗、衰减和变化的距离所引起的。此外，将载波分配到不同的通信提供了频率交织。如上所述，是由这个模块主要承担了与FDMA、TDMA和/或OFDM共享介质的任务。
这个结构允许在电网上达到最大可能的速度，这是因为具有足够SNR的载波被单独分配给用户，此外，所提及的每个载波被根据SNR计算而指定它能够承载的比特数，当SNR的测量足够保证通信流的误码率被维持低于一个确定的值时，允许为每个载波指定高达8个比特，其中如上所述，比特数被根据所确立的阈值来决定。
显然，随着技术的进步，每个载波8个比特的数量可以被增加。
本发明的另一个特征是前端设备发送机/接收机以及用户的发送机/接收机包括一种装置，用于允许频率转换到高于基带的频带，以便数字信号被适配来通过电网传输，并且允许使用高于基带的频谱区。
前端设备和用户的发送机/接收机都包括一种装置，用于使用数模转换器来提供模拟处理，所述装置在发送机的情况下，将数据通过电网发送，并且在接收机的情况下，从电网接收数据。
模拟处理包括用于建立要被发送的信号的电压和功率的装置以及滤波装置，以便对信号进行适配，从而在电网上传输。
在本发明的一个实施例中，频率转换装置由可以是数字或者模拟的IQ调制器/解调器(同相和正交)组成，以便在第一种情况下，所述IQ调制器被放置在模拟处理块之前，并且在第二种情况下，它被放置在进行数模转换之后。
可以将内插器和抽取器与IQ调制器/解调器一起引入，以便减少进行离散傅立叶变换(DFT)所需要的点的数量。
在本发明的另一个实施例中，频率转换装置包括滤波装置，并且由数模转换器产生的一个谐波的选择从OFDM符号的第二个频谱谐波开始，在这种情况下，必须对于信号的频率波形进行补偿，以便补偿时间到频率变换的响应(典型地一个正弦)。这避免了必须在发送信息之前调制信号，这是因为信号已经在高于基带的频带中了。
在本发明的一个优选实施例中，在传输中进行OFDM符号的频率到时间变换的装置由一个进行离散傅立叶逆变换(IDFT)的复数形式的设备来形成，关于由接收器进行的时间到频率变换，这是利用执行离散傅立叶变换(DFT)的复数形式的设备完成的。
复数DFT以及复数IDFT和数字IQ调制/解调被组合使用来减少离散傅立叶变换所需要的点的数量，从而提高灵活性并且减少与系统的实现相关联的成本。
在不同的可能实施例中，由发送机进行的频率变换将网络传输的信号设置为高于1MHz。
在本发明的一个优选实施例中，每10MHz的载波数量是1000个。
此外，本发明的特征在于前端设备和用户都包含一种装置，用于添加配置数据块的FEC(前向纠错)信息，该信息包括构成用于纠错/检错的信息的冗余，以便每个块和对于每个用户的FEC变化，从而将其适配到在不同距离的并且使用不同频率的不同用户情况。
前端设备和用户都包括一种装置，用于如上所述的在时间中进行交织以及在频率中进行交织，并且包括根据SNR的测量值来选择载波。时间中的交织对于可传输的数据进行分配，以便由于网络中的噪音所产生的误差被分布在各个数据块上。在包括纠错之后，时间中的交织以及频率中的交织对于形成的每个数据块改变，并且FEC还如上所述地对于每个块变化。
前端设备和用户发送机包括一种装置，用于对数据加扰，以便避免固定模式产生同相信号，这些信号一起产生高于模拟处理装置的动态范围的电压峰值，此外，前端设备和用户接收机还包括一种装置，用于进行解扰以便获得发送的原始数据(也就是，加扰过程之前的数据)。
将每个载波与要被发送的比特相关联以便进行传输的方法被利用一个可变星座编码器来建立，根据一个、几个或者所有下列调制来设置可变编码器之后，所述编码器利用为每个载波指定的比特数对于要发送的数据进行编码m-DPSK(差分相位调制)m-PSK(相位调制)m-QAM(正交幅度调制)(m，n)-APSK(幅度和相位调制)此外，前端设备和用户接收机包括一个可变星座解码器，用于利用由每个载波规定的比特数对于接收的数据进行解码，其中可变解码器被根据一个、几个或者所有下列调制进行设置m-DPSK(差分相位解调)m-PSK(相位解调)m-QAM(正交幅度解调)(m，n)-APSK(幅度和相位解调)前端设备和用户接收机包括一种用于管理频率和分配比特的装置，它与前端设备和用户发送机的管理和分配频率以及分配比特的装置互补。
前端设备和用户接收机包括在时间到频率转换的装置之前的预均衡装置，用于修改接收的信号的幅度和相位并且补偿由信道在接收的信号中引起的改变。
模拟处理装置还包含放大和/或衰减的装置，它连接到一个混合电路并且连接到一个分离器，以便允许从电网中引入/抽取信号，同时消除其带来的分量(50-60Hz)。
前端设备和用户调制解调器都包括一个用于控制前端设备和用户调制解调器之间的同步的模块。
前端设备和用户接收机和发送机都包括频率处理模块，在用户发送机和接收机的情况下，该频率处理模块由功率预均衡模块或者功率屏蔽以及一个角度校正器转子组成，所述角度校正器转子对星座进行旋转以便校正频率和相位误差，而前端设备接收机中的频率处理器包括一个功率预均衡模块。
频率均衡器(FEQ)执行每个接收的信号载波的均衡。这个功能出现在上游和下游的接收中并且提供信号的恢复，同时避免符合之间的干扰以及由电网引起的降级的影响。在这个系统中，可以使用控制信号来获得SNR。
在本发明的一个实施例中，通过改变接收机中模数转换器中取样时钟的速度，来进行接收中的频率误差校正。
在本发明的另一个实施例中，通过对于接收机中获得的数字信号进行重新取样来进行频率误差校正。
前端设备和用户接收机包括一种装置，用于抽取接收到的OFDM信号的循环前缀，使用同步模块中包含的信息来消除接收的信号中的由归因于电网中信号的多径传播的回波损害的部分并且获得OFDM信号。
可以根据期望的信号和在某段时间中接收的信号之间的差来计算SNR。
通过将SNR与某个先前的固定阈值相比较来适配传输速度，所述阈值是根据系统中使用的不同调制星座来选择的。
所确立的阈值包括滞后，用于避免当SNR与任何一个阈值相符时的连续改变，并且从中获得每个载波的比特数，控制传输速度。
前端设备MAC包括一个为发送的数据添加一个指示头的装置，所述指示头识别数据被发送给谁以及数据被编码的形式，以便各个用户知道来自前端设备的传输指向谁。此外，前端设备MAC还负责通过使用由下游信道发送的分组的头或者发送由用户共享的特定消息，来识别在每个时间周期中，哪些用户通过上游信道传输以及哪些载波可以被使用。
在下游信道中，在头中传输的信息被每个用户接收和解码。从这个头的目的地信息开始，用户确定是否应当恢复分组中包含的信息。
前端设备发送机/接收机中的MAC负责在各用户之间在时间和频率中通过电网的通信控制和传输共享以及每个连接的管理。
前端设备MAC比用户的复杂得多，这是因为除了为每个用户存储每个载波的比特信息之外，它还包括一个超前逻辑，用于判决为每个用户的传输时间和频率的指定以及同步请求、均衡等。
因此，MAC负责允许用户在上游和下游信道中以频率、时间和码传输。
此外，本发明还涉及用于通过电网进行数据的点到多点的数字传输，包括下列步骤·对于可传输数据的数字信号进行适配以及复用，以便准备用于传输·添加纠错信息，以便引入足够的冗余，从而在接收中进行纠错和/或检错·在时间中交织，以便提高由电网产生的类型的突发错误的纠正和/或检测的概率·OFDM调制的载波的频率交织·测量SNR·根据每个用户需要的SNR和质量来动态指定每个载波的比特数·利用每个载波被指定的可变比特数来为OFDM调制中的每个载波进行编码·通过逆快速傅立叶变化来将被编码的信号从频域变换到时域·为时间中获得的信号添加循环前缀，以便避免电网中多径传播产生的回波在OFDM信号的接收中产生误差·在所获得的信号的频率中变换，以便使用高于基带的频带，从而将传输适配到电网并且使用更高的频谱带·将数字信号转换成被适配通过网络发送的模拟信号对于接收而言，使用相反的过程。
此外，本发明的方法还包括一个加扰步骤，用来避免数模转换器以及滤波器和模拟增益放大器产生电压中的削波，这是当信号被在多个载波中同相地产生时所产生的，并且提高系统的输出电压。
为了使用高于基带的频带，可以在数字域、模拟域或者二者的组合中进行所获得的信号的频率转换。
为了便于理解这里描述的本发明，并且作为这个文档的一个组成部分，给出了一系列附图，这些附图非限制地说明本发明的目的。
现在参考附图来描述本发明的实施例，其中图1是组成系统的一般结构及其到电网的连接的主要块的框图。
图2是本发明的系统的功能框图，其中图1中所示的块被划分成为它们的各个部分。
图3是涉及图2所示的模拟处理的块的形成的详细图。
图4是信息如何被配置到其中添加纠错码的点的例子的示意图。
图5是在时间块中的交织中如何处理信息的例子的示意图。
图6是比特指定的形式和频率管理的可能例子的图。
图7是其中OFDM调制的具有循环前缀的不同符号被接收的形式的通用图，其中目的是论证选择适合的循环前缀的重要性。
图8表示根据对于每个频率的信噪比的测量来选择不同的被确立的阈值的例子。
具体实施例方式
下面根据上述的附图来描述本发明如前所述，本发明包括一种系统，用于在电网上以高速在前端设备和多个用户之间使用主从结构来进行全双工传输。
从前端设备到用户的通信被称作下游通信或者下游信道，而从用户到前端设备的通信被称作上游通信或者上游信道。
如图1所示，前端设备和用户都包括发送机1和接收机2，它们通过混合电路3并且从分离器4被连接到电网5，以便允许执行前端设备和用户之间的通信。
前端设备和用户的发送机1都采用一个通用结构的形式，包括数据处理块6，它获取使用调制解调器的设备希望发送的信息，适配该信息，并且组成要被发送的帧，并且将这些帧递送到数字处理块7，该数字处理块7执行OFDM解调和频率转换，来使用高于基带的频带，以便将它适配到电网，并且使用比基带更高的频谱区，并且将信号递送到模拟处理块8，该模拟处理块8负责将信号适配到模拟环境，以便能够将该信号通过电网传输，将数字信号转换成模拟信号，并且对该信号进行滤波，来清除基带分量，并且将信号放大以便通过电网传输。
模拟处理块8组成用来构成发送机1和混合电路3之间的连接的介质，并且将发送和接收信号进行分离，以便最大功率被发送到传输线，并且最大信号被从电网接收，从而分离器4负责利用一个滤波器来允许通过电网5发送和接收数据，所述滤波器消除接收中的网络频率并且允许被发送的信号从中通过以便在电网上传输。
同样地，前端设备和用户的接收机2都包括模拟处理块11，用于接收由网络发送的模拟信号并且在放大和滤波之前，将该信号转换成为数字的，并且将信号递送到一个数字处理块，该数字处理块将用来执行通过电网的传输的频带转换成为基带，同时，它复原OFDM调制的符号，并且将它们递送到数据处理块9，其中从恢复的帧中恢复发送的原始信息，并且递送到相应的电子设备计算机、电视机等。
利用图2来更详细地描述所述系统，其中发送机1和接收机2连接到用户数据接口12，该接口使得能够在调制解调器和电子设备之间进行通信。
在数据处理块6中，数据包15(图14)被复用以便进行发送。这个块在介质接入控制模块(MAC)14的控制之下，组成帧16用于传输，因此一个头17被添加来指示数据包15指向谁、对数据进行编码的方式、优先级、消息类型等。
前向纠错(FEC)模块20获得由特定数量的字节组成的数据块18并且将纠错和/或检错码19添加到每个块18上，以便引入足够的冗余来执行接收中的纠错/检错。纠错/检错码19可以是本领域已知的任何一种，例如BCH、REED-SOLOMON、REED-MULLER等。
重要的是要指出如下面将要描述的，纠错/检错码可以对于每个数据块18和每个用户进行变化。
因此，FEC 20承载多个字节并且在退出时，获得更多数量的字节，其含有初始的信息以及由纠错/检错码引入的更多的冗余。
由MAC 14管理FEC。
此外，数据处理块6包括一个用于在时间中交织的块22，当面对电网中产生的噪音突发时，所述块22改善纠错特征。由于这个块，噪音突发误差被在执行解交织之后，转换成为被加扰的误差，也就是，它们保持分散在各个数据块中，以便由电网中的这些噪音产生的误差不会在接收中产生相邻误差。因此，时间块22中的交织执行关于不同长度块的重新管理，其中这些长度是系统中主要基于信道中脉冲噪音的平均持续时间的希望的要提供的保护的函数。因此，从FEC 20获得的块的长度以及块的数量考虑信道中期望的平均特性。
图5表示在时间中交织的可能例子，其中在所讨论的情况中，它被利用在行72中引入字节并且在列71中抽取所述字节来产生，结果产生的是上述的交织。
从时间中的交织继续下去，数据处理块6包括一个比特分配器和频率管理23，它执行频率中的交织，MAC 14对其通知在每个时刻可获得的载波以及在每个通信82中应当被使用的载波；所有这些都是从为接收器2的数字处理块10执行的SNR的测量开始的，后面将对此进行描述。因此，比特分配器和频率管理23指定包的比特，以便发送到为通信选择的每个载波。它并行地产生数据83。
因此，上述对于数据处理块6的特性确定时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和正交频分多址(OFDMA)的执行。
TDMA是通过在用于用户通信的每个单独时刻进行控制而执行的(使用所有或者部分可用载波用于传输)。
FDMA是通过在MAC 14的部分上控制比特分配器和频率管理23以便指示应当为传输使用什么载波来执行的。
在OFDM中，每个用户被提供在通信中总的可使用载波的一部分。
频率中的交织能够为要被发送的信息的每个包以及为每个用户进行改变，并且它将自身适配到位于不同距离并且使用不同频率的不同用户，这将在下面进一步说明。
这个结构允许上游和下游信道的最大利用，这是因为在上游信道和下游中在频率和时间中都执行共享过程。
最后，数据处理块6包括一个加扰器24，它避免产生比特模式，该模式产生多个载波中的同相信号，该信号能够在模拟处理块8的出口中提高电压，使得这个块在没有足够的动态范围来承载它时，在电压峰值中产生削减。所述加扰器减小所述峰值出现的概率。
从此继续下去，数据传送到数字处理块7(图2)，它具有一个星座编码器28，该星座编码器可以是m-DPSK(差分相位调制)、m-PSK(相位调制)、m-QAM(正交幅度调制)和/或(m，n)-APSK(幅度和相位调制)，以便在依赖于由所指示的不同编码的参数“n”和“m”表示的每个时刻中测量的信道特性以及希望的通信速度的每个载波可变数量比特的情况下，当使用一个编码器时优化可传输数据的质量。因此，当退出星座编码器28时，获得频域中的OFDM数字调制(时间中的正交分割复用)。
随后，被编码的信号被引入到频域处理器29中，该处理器是由MAC14管理的并且其配置根据它是前端设备发送机还是用户发送机而变化。在它是用户发送机的情况下，频域处理器29由功率屏蔽和转子构成。功率屏蔽像信道的已知频率特性之前的预均衡进行工作，修改在通信中使用的频率中接收的信号的幅度，并且转子补偿频率和相位的小变化，使得接收中的星座关于发送而被“旋转”，其中所述变化是由信道传送功能中的变化引起的。
前端设备的频域处理器只包括一个执行所述预均衡的功率屏蔽，这是因为如果用户的发送机和接收机都包括所述转子，则前端设备的频域处理器不需要包括转子，避免了前端设备的调制解调器必须执行这个功能。
用于计算离散傅立叶变换(DFT)的优选算法是FFT(快速傅立叶变换)，这是由于这个算法的高效率。以同样的方式，优先地利用算法IFFT(傅立叶逆变换)执行逆IFT。
随后，数字处理块7，具有一个设备IFFT 30，它执行用来进行频域到时域转换的复数快速傅立叶逆变换，并且随后消除由比特分配器和频率管理23产生的并行性，该比特分配器和频率管理23通过管理的MAC来在一系列载波中分配信息；获得一个单独的信号。
在执行了到时域的变换之后，信号被引入到循环前缀发生器31中，该发生器由一个存储设备构成，它由MAC 14控制来产生一个循环前缀65(图7)，该前缀是要被发送的OFDM信号中的最后部分的时间中的重复。在这个图中，先前的符号74和随后的符号75也被表示。
然后，信号被引入到IQ调制器33(同相和正交)中，通过内插器，以便利用内插器，在执行IQ调制之前，获得足够数量的取样。这个调制执行基带中的频率到将其适配到电网的较高频带的转换。
复数IFFT与IQ调制器的一起使用便于频率转换，这是因为IFFT设备30的输入是属于被直接引入的不同入口的载波的信号，并且它的出口是一个复数信号(也就是说，其虚部不为零的信号)。它允许在这个出口直接实现IQ调制，这是因为实部对应于同相(I)信号，而虚部对应于正交(Q)信号，反之亦然，并且只需与适当的中心频率的振动器相乘，以便将频带转移到这个中心频率，这大大简化了硬件结构。
IQ调制器33的出口应用到模拟处理块8，该块包括数模转换器34，它将被调制的数字信号转换成模拟信号，用于通过电网5进行传输(图2和图3)。
在这一点，必须说明的是，因为这样，IQ调制是数字的，但是一个模拟IQ调制又可能被执行，也就是说在数模转换器之后，尽管这表示系统设计中的一个重要修改。
此外，模拟处理块8有一个平滑滤波器35，它包括一个低通滤波器35a和一个高通滤波器35b，它在一个也联合到固定增益放大器37的可编程增益放大器36之后，以便信号的电平被适配用于传输，并且保证末端之间的连接。这个信号被应用到混合电路3中，随后到分离器4中，其在电网中引入信号，滤出50-60Hz的网络分量，以避免接收中的分量的饱和。
数模转换器34的工作频率由同步控制模块27管理，其提供一个数字信号到数模转换器29，它在其出口提供一个电压信号来管理由施加到模拟处理块8的数模转换器34的电压38控制的振动器的操作。
发送的数据包括利用一个例如QPSK调制的健壮的调制进行编码的头，以便抵挡线路中产生的噪音或者误差，并且包括原始数据，其中编码本身依赖于在其传输中在每个载波中使用的星座，正如上面论述的。这个头包括关于哪个或哪些用户调制解调器是信息的目的地、优先级、尺寸等的信息。这些头必须被每个用户调制解调器所理解，这些用户调制解调器必须解调前端设备，包括其中SNR为低的情况，并且由于QPSK调制、带有高校正的FEC以及先前评论的冗余而成为可能。这个冗余包括以不同频率、不同时间和/或不同码来重复特定次数地发送信息，以便用户调制解调器能够以更大的置信度来解调头的信息。
由电网发送的信号被接收器2接收，该接收器2执行发送的逆过程，为此，模拟处理块11具有一个放大器50(图2和图3)，它包括一个低噪音放大器50a和一个可编程增益放大器50b，此外，模拟处理块11还具有一个滤波器51，它由一个低通滤波器51a和一个高通滤波器51b组成，其实际上将信号递送到可编程增益放大器50b，用于随后利用相应的转换器52进行信号的模数转换，所述转换器52同样由同步控制模块27通过电压38控制的振动器来管理。
之后，信息传送到IQ解调器53，它将信息递送到抽取器。执行了解调以及进一步的被滤波的抽取之后，循环前缀被利用一个循环前缀抽取器55抽取65，以便其中主要由多径传播的回波损害的符号的未被损害的部分被取出。
图7示意地表示直达波66，它直接到达接收器，而且不同的回波67、68和69与70一起表示接收器从所有前面到达的信号中获取的信号，并且为此需要选择一个长的符号周期以及一个适当的循环前缀，以便保证正确的接收。在当前的实施例中，循环前缀大约是7微秒。
接收信号被开窗口，以便允许OFDM符号的正确恢复，因此避免了对于在时间上执行信号的均衡的需要。
一旦发送的OFDM符号被正确地抽取，它们就被传送到FFT设备56(快速傅立叶变换)，其执行信号从时间到频率的转换，并且将它递送到频率均衡器57。
整个这个过程由同步控制模块27控制，以便在多点通信的接收器的每个中执行的取样类似于前端设备调制解调器中执行的，并且以便可能知道接收中每个OFDM符号的开始，因此能够提取执行正确开窗口的循环前缀。
频率均衡器57包括一个频域处理器，它使得在其出口的符号尽可能接近于从发送器发送的符号，从而补偿在通信中使用的每个载波中引入衰减和相位失真的信道行为。
如上所述，电网在时间上是不稳定的，因此应当以连续的形式来执行均衡过程。
利用频域处理器57来获得SNR，并且它被用于执行发送机中的比特指定。在当前的实施例中，所述SNR被获取作为频率均衡中误差信号计算的一部分，这是因为传输中使用的功率是已知的。
在一个载波中验证新的SNR之前，在一个特定时间周期上执行SNR的测量，以便避免由于电网中准时的噪音而产生SNR的瞬时虚假值。如前所述，SNR信息被用于将比特指定给不同的载波，从而适配传输速度。
在本发明的系统中，可以根据所述获得的SNR的值来使用每一载波的0到8个比特。目前，所采用的通过电网传输的系统中都没有允许包括每一载波两个以上比特，因此它们的传输速度是低的，这个问题被本发明的系统所解决。
因此，根据载波采用的比特，传输速度被适配，为此，测量的SNR80被与一系列阈值76到79相比较(图8)，已经为其引入了确定的滞后，以便避免当SNR符合某个阈值时的连续变化；由此获得每组频率81中每个载波的比特数(bpc)。图8表示为每一载波的比特的选择所确立的不同阈值的可能例子。
根据由于如前所述的电网的特征导致的随时间变化的信道的即时特性，适配的过程被为所有载波或者它们中的一个或者各组而连续地重复，以便在所有时间在电网上可达到最大可应用速度。
如前所述，MAC 14为不同的用户指定不同的载波以及与每个载波相关联的比特数。这个功能从被获得的SNR开始，将一个由于具有低SNR而使得用户无法使用的载波指定给具有足够SNR使得能够使用它们的其它用户。此外，它根据它们在每个载波中可以使用的每一载波的比特来将频率指定给不同的用户。
随后，被获得的信号传送通过可变星座解码器58，它执行OFDM符号的载波的解调，然后它利用解扰器59对它们进行解扰，并且利用与对于发送机所描述的23互补的指定比特和安排频率的模块60来执行FDMA和TDMA解调。
此外，接收机具有一个与所述发送机的交织块22互补的解交织块62。随后，利用FEC设备63执行纠错/检错，所述FEC设备63将数据递送到与外部设备的接口12。
因此，除了已经描述的区别之外，前端设备和用户调制解调器具有一个类似的配置，并且具有一个增加的区别，这可以从上述描述中推导出来，也就是，在前端设备调制解调器的情况下，MAC处理器14具有一个比在用户情况下更复杂的配置，这是因为它必须存储应当被发送到每个用户的每一载波比特数，此外，还包括管理信息来自和指向谁以及每个用户能够使用的频率和时间周期的头。
此外，在本发明的系统中，发明内容部分描述的方法可以被应用，并且能够被从借助于附图进行的说明中清楚地推论出。
权利要求
1.一种用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，它包括由前端设备到各个不同用户的链路确定的下游信道中的通信以及由每个用户到前端设备的链路确定的上游信道中的通信，其中通信介质是电网，并且利用OFDM调制(正交频分复用)来获得OFDM符号，从而完成通信，其中前端设备和用户都包括发送机/接收机，该发送机/接收机具有一个提供主从通信的介质接入控制模块(MAC)，以及添加/抽取OFDM符号中的循环前缀的装置，以及将OFDM符号从频率转换到时间并且从时间转换到频率的装置，以及数模和模数转换器；所述系统的特征在于前端设备和用户的发送机/接收机包括用于将数字信号适配到电网的装置，它提供一个OFDM调制，它具有减小到至少1,5KHz的载波带宽以及增加到对于每个10MHz至少500个载波的载波数量，以便克服由电网中每个用户和前端设备之间变化的电缆长度而产生的选择性频率衰落来进行加强并且克服电网中的干扰来进行加强；一个至少7微秒的长度持续时间的用来恢复信号的循环前缀；其中发送机包括用于共享对于多个用户的上游和下游信道中发送的数据的时间TDMA(时分多址)、频率FDMA(频分多址)和/或正交频分多址(OFDMA)中的介质的装置；其中接收机包括用于在时域和频域中处理对应于通信中传输的数据的信息以便达到最大吞吐量的装置；用于为上游和下游中的OFDM调制中的每个载波连续地计算SNR(信噪比)，以便在每个载波的可变数量比特的情况下，位于距离前端设备不同距离的不同用户在相同的OFDM符号中使用动态不同的载波，从而最大化在时间中的信道吞吐量的装置；其中发送机包括一种用于根据SNR计算结果来连续地在OFDM调制中指定载波以及每一载波的比特数的装置，以及一种装置，该装置用于考虑由用户和前端设备之间的不同距离处的在每个频率中的电线响应经受的变化来将要被发送的比特数与每个指定的来完成传输的载波相关联，并且用于根据每个用户所需要的SNR计算以及传输质量来适配传输速度；用于将频率转换到高于基带的用户带宽以便适配到电网并且允许使用高于基带的频谱区的装置。
2.根据权利要求1所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述频率转换装置由IQ(同相和正交)调制器和解调器构成。
3.根据权利要求2所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述IQ调制器和解调器是数字的。
4.根据权利要求2所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述IQ调制器和解调器是模拟的。
5.根据权利要求1所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述频率转换装置包括滤波过程以及从数模转换器的出口的OFDM符号的频谱中的第二个谐波开始的谐波中的一个谐波的选择。
6.根据权利要求5所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于它包括用于预均衡被选择的谐波以便避免不同的频率受到由数模转换器的操作的不同处理的装置。
7.根据权利要求2和5所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述由发送机进行的频率转换将传输通过网络的信号设置成高于1MHz。
8.根据权利要求1所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述发送机中的进行OFDM符号的频率到时间转换的装置是由一个产生离散傅立叶逆变换(IDFT)的复数形式的设备形成的，并且因为由接收机进行的时间到频率转换通过一个产生离散傅立叶变换(DFT)的复数形式的设备而产生。
9.根据权利要求3和8所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述复数DFT被与数字IQ调制组合使用，包括内插器和抽取器用于减少离散傅立叶变换中需要的点的数量并且简化系统硬件。
10.根据权利要求1所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于前端设备和用户包括用于动态地添加配置数据块的包括用于纠错/检错的信息的FEC(前向纠错)信息，以便在每个块中和对于每个用户的FEC变化，从而将其适配到在不同距离的并且使用不同载波的不同用户情况的装置。
11.根据权利要求1所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于前端设备和用户包括一种在时间中交织的装置，用于分配发送的信息的数据，使得由网络中的噪音产生的误差被分布在接收中的各种数据块上。
12.根据权利要求10和11所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述FEC码和时间中的交织对于要被发送的信息的每个分组和对于每个用户而改变，以便将它们适配到与位于距离前端设备不同距离的并且使用OFDM调制的不同载波的不同用户的通信。
13.根据权利要求1所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述前端设备和用户发送机包括一种用于提供模拟处理来进行从数字到模拟域的变换并且包括一个数模转换器的装置，确立要被发送的信号的电压和功率的装置，以及进行滤波以便将信号适配到通过电网传输的装置；而前端设备和用户接收机包括模拟处理装置，用于利用模数转换器来进行从模拟到数字域的转换，以便恢复原始的数字信号。
14.根据权利要求1所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述前端设备和用户发送机包括与一个外部设备的接口连接。
15.根据权利要求13所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述前端设备和用户发送机包括一种加扰装置，用于避免确定的数据模式产生同相信号，结果是高于由模拟处理装置可允许的峰值电压；并且其中前端设备和用户接收机包括解扰装置，用于获得在加扰过程以前的原始数据。
16.根据权利要求1所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述前端设备和用户发送机包括用于在频率中交织的装置，由一个音调管理和关联模块组成，以便将上游/下游载波中的OFDM载波指定给每个用户并且连续地指定与OFDM调制中的每个载波相关联的比特数。
17.根据权利要求16所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述将要发送的比特与每个载波相关联以便进行传输的装置包括一个可变星座编码器，它利用为每个载波规定的比特数对于要发送的数据进行编码，其中可变编码器由一个、几个或者所有下列调制构成m-DPSK(差分相位调制)，m-PSK(相位调制)，m-QAM(正交幅度调制)，(m，n)-APSK(幅度和相位调制)。
18.根据权利要求17所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述前端设备和用户接收机包括一个可变星座解码器，用于利用为每个载波规定的比特数对于接收到的数据进行解码，其中可变解码器由一个、几个或者所有下列解调器组成m-DPSK(差分相位解调)m-PSK(相位解调)m-QAM(正交幅度解调)(m，n)-APSK(幅度和相位解调)。
19.根据权利要求16所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述前端设备和用户接收机包括与前端设备和用户发送机中的音调管理和关联模块互补的音调管理和关联模块。
20.根据权利要求1所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述前端设备和用户接收机包括用于修改接收到的信号的幅度和相位的预均衡装置。
21.根据权利要求13所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述模拟处理装置还包括放大器和/或衰减器，该放大器和/或衰减器连接到混合电路并且到分离器，以便允许将信号引入到电网/将信号从电网中提取，从而消除由网络传送的分量(50-60Hz)。
22.根据权利要求1所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述前端设备和用户包括一个模块，用于控制发送机和接收机之间的同步，从而进行频率中的纠错以及在时间中对于信号开窗口。
23.根据权利要求19所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于它包括一个频率处理模块，在用户的发送机和接收机情况下，所述频率处理模块由用于功率预均衡的模块和用于校正要被通过电网发送的星座的被旋转角度的转子组成；以及一个在前端设备接收机中的同步控制器，它链接到一个包括功率预均衡模块的频率处理模块；所有这些避免前端设备的发送机/接收机必须进行上游信道中星座的被旋转角度的任何校正。
24.根据权利要求1所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述前端设备和用户接收机包括一个频率均衡器(FEQ)，它在上游和下游中的每个载波中进行均衡，以便允许在这些载波中传输的信息的相干解调。
25.根据权利要求22所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于通过改变模数和数模转换器的主时钟中的取样速度来进行所述频率中的纠错。
26.根据权利要求22所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于通过对于接收机中获取的数字信号进行重新取样来进行所述频率中的纠错。
27.根据权利要求22所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述前端设备和用户接收机包括一种装置，用于从同步模块中获取的信息中提取接收到的OFDM符号的循环前缀，以便消除在接收中由通过电网的信号的多径传播中的回波产生的符号之间的干扰，并且获得发送的原始OFDM符号。
28.根据权利要求1所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于根据在一个确定时间周期上的期望的信号与接收的信号之间的差来计算所述SNR，并且因为传输速度被通过比较SNR与确定的先前的固定阈值来进行适配，所述阈值是用于系统中的不同调制星座和在任何时间需要的最大错误率的函数，其中先前确立的阈值最好包括滞后。
29.根据权利要求1所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述前端设备和用户MAC包括一种装置，用于通过下游来通知哪个用户可以在每个时间周期中利用上游进行传输以及他可以使用哪些载波。
30.根据权利要求1所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述用户和前端设备MAC包括一种装置，用于将一个头插入到要被发送的数据中，来表明数据来自谁和指向谁以及所述数据被编码的形式。
31.根据权利要求1所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述上游和下游信道被以频率、时间码或者它们的任何组合进行分离。
32.根据权利要求29和30所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的系统，其特征在于所述在下游信道中发送的信息被所有用户接收机接收，因此所述用户接收机含有用于确定接收到的信息是否应当被恢复的装置。
33.一种用于在电网上的点到多点的数据的数字传输的方法，其特征在于该方法包括下列步骤对于可传输的数字数据信号进行适配并且将该信号进行复用，以便创建可传输的帧，插入足够的冗余，以便在接收中进行纠错/检错，在时间上交织，以便减少和易于纠错，测量SNR，根据SNR的测量结果以及每个用户需要的质量来动态地指定每一载波的比特数，利用指定的每一载波的可变比特数来对于OFDM调制的每个载波进行编码，使用逆快速傅立叶变换(IFFT)来将被编码的信号从频率转换到时域，在时间上将循环前缀添加到信号中，以便避免由多径传播产生的发生在电网的信号中的回波破坏OFDM符号的恢复，转换在频率中获得的信号，以便使用高于基带的频带，并且将传输适配到电网并且使用高于基带的频谱，将数字信号转换成模拟信号，并且对它进行适配，以便将它通过网络发送。
34.根据权利要求33所述的用于在电网上点到多点的数据的数字传输的方法，其特征在于它包括一个出现在接收中的逆过程。
全文摘要
一种系统，使得能够进行中心与多个用户之间的通过电网的双向通信，其特征在于可以建立低速和高速通信，来为用户提供多个高质量业务。所述系统包括用于执行网络和频率时间共享和/或正交频分多址(OFDMA)的装置。
文档编号H04L5/02GK1489833SQ01822722
公开日2004年4月14日 申请日期2001年12月18日 优先权日2000年12月18日
发明者J·V·布拉斯科克拉雷斯, J·C·里维洛恩舒亚, N·H·福伦, C·帕多维达尔, J·M·加维勒罗马丁, J·L·冈泽勒滋莫雷诺, F·J·吉梅内滋马奎恩亚, F·J·安德斯纳瓦罗, V·多明古滋里查德斯, M·T·福门特塔雷加, J V 布拉斯科克拉雷斯, 冈泽勒滋莫雷诺, 加维勒罗马丁, 吉梅内滋马奎恩亚, 安德斯纳瓦罗, 福伦, 福门特塔雷加, 辔 锒, 里维洛恩舒亚, 鞴抛汤锊榈滤 申请人:硅系统设计公司