专利名称：Eoc网络中上下变频方法
技术领域：
本发明涉及EOC(Ethernet over Cable，基于同轴电缆传输以太网帧)领域，特别 是涉及E0C网络中的上下变频方法。
背景技术：
在现有的E0C网络中，物理层技术主要有低频技术和高频技术。在低频技术领域 主要利用0-65MHZ的频谱传输数据，在高频技术领域中主要利用高于800Mhz以上的频谱。 高频技术的主要问题是链路衰减太大，本发明是一种低频技术。在低频技术中，主要有两种技术方案，一种是基带传输方案，一种是调制方案。基 带技术方案的主要缺点是网络在0-5Mhz的频谱衰耗很大，各种干扰很大。本发明是一种低 频调制技术。在低频调制技术中，通常都是用模拟或数字上变频器，把频谱搬移到高频段，它们 的特点是中心频率和符号速率是独立的，它们之间没有关联。这种技术的优点是中心频率 可以很高，远远大于符号速率。在低频调制技术中，如图1所示，传统的发射机上变频的方案是这样的把数字码 流映射到星座图，生成一倍符号速率的基带信号，接着把一倍符号速率的基带信号上采样N 倍，生成N倍符号速率的基带信号，然后将N倍符号速率的基带信号通过低通滤波器，输出 新的基带信号，再通过数字插值部件完成采样过程，接着通过数字模拟转换器，生成模拟信 号，最后再通过模拟上变频，输出调制信号。如图2所示，传统的接收机下变频的方案是这样的模拟信号通过模拟下变频输 出基带信号，通过模拟数字转换器生成数字信号，通过数字采样或者插值部件生成一定采 样率的数字信号，再通过载波和相位恢复，通过低通滤波器以及数字解调器输出信号。数字 解调器输出信号通过载波相位的鉴相器和环路滤波器输出载波相位控制信号，然后通过数 字载波频率振荡器输出载波相位信号，并输出给载波频率和相位恢复模块，完成载波锁相 环。数字解调器输出的信号经过符号速率鉴相器和环路滤波器输出采样控制信号，然后通 过数字符号速率振荡器输出采样时刻信号，并输出给数字采样或插值部件，完成数字采样 过程，并完成符号速率锁相环。另外数字解调器输出的信号通过星座图逆映射输出码流。但是现有的这种技术缺点是在接收端需要两个独立的锁相环，一个锁定载波频 率，一个锁定符号速率。因为需要两个锁相环稳定，所以这种技术的同步时间比较长。而同 步时间在基于数据包或帧的传输系统中，对整个系统的吞吐率有很大的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种E0C网络中的上变频方法和下变频方法， 能够增加系统的吞吐率。为解决上述技术问题，本发明E0C网络中的上变频方法的技术方案是，包括以下 步骤
第一步，把数字码流映射到星座图，生成一倍符号速率的基带信号D(n)； 第二步，把一倍符号速率的基带信号D (n)上采样N倍，生成N倍符号速率的基带
信号Xl(n)；第三步，把Xl(n)通过低通滤波器，输出基带信号X2(n)；第四步，把X2(n)通过数字上变频器，输出调制信号X3(n)，X3 (n)= X2(n)*eXp(j*2*Pi*(Fr/N)*n)，其中，j为虚数单位，Pi为圆周率，Fr为相对于符号速率的 载波中心频率，N为发射端上采样倍数；第五步，取X4(n)为X3(n)的实部；第六步，把X4(n)通过数字采样或插值部件，生成采样率为S1的数字信号X5(n)， 当R*N = SI，就不需要数字插值，直接令X5 (n) = X4 (n)，其中，R为符号速率；第七步，把X5(n)通过时钟频率为S1的数字模拟转换器，生成模拟信号。本发明E0C网络中的下变频方法，包括以下步骤第一步，模拟信号经过时钟频率为S2的模拟数字转换器后，生成采样率为S2的数 字信号Y1 (n)；第二步，把数字信号Yl(n)通过数字采样或插值部件，生成采样率为RXM的数字 信号Y2 (n)，其中，R为符号速率，M为接收端上采样倍数；第三步，把数字信号Y2(n)通过数字下变频器，输出采样率为RXM基带信号 Y3(n)，Y3(n) = Y2 (n) *exp (_l*j*2*Pi* (Fr/M) *n)，其中，j 为虚数单位，Pi 为圆周率，Fr 为 相对于符号速率的载波中心频率，M为接收端上采样倍数；第四步，把基带信号Y3(n)通过低通滤波器，输出采样率为RXM基带信号Y4(n)， 其中，R为符号速率；第五步，把基带信号Y4(n)通过符号速率的鉴相器和环路滤波器，输出采样控制 信号 sampctl (n)；第六步，用输出采样控制信号sampctl (n)去控制数字控制振荡器，输出采样时刻 信号 tsamp (n)；第七步，把采样时刻信号tsamp (n)输出给数字采样或插值部件，完成数字采样过 程；第八步，把基带信号Y4(n)通过数字解调器，输出码流。本发明在接收端只需要一个符号速率的锁相环，在锁定符号速率的同时也锁定了 载波频率。采用本发明方法减少一个锁相环可以减少同步时间，增加系统的吞吐率
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明图1为传统的发射机框图；图2为传统的接收机框图；图3为本发明第一实施例发射机框图；图4为本发明第一实施例接收机框图；图5为本发明第二实施例发射机框图；图6为本发明第二实施例接收机框图。
具体实施例方式在本发明两个实施例中，定义符号速率为R，定义信号带宽B，定义发射端采样时 钟频率S1，定义接收端采样时钟频率S2，定义N为发射端上采样倍数，定义M为接收端上 采样倍数，定义载波中心频率Fc，定义相对于符号速率的载波中心频率Fr = Fc-R,定义 发射同步符号的序列号为K，定义发射同步符号的相位Ph，定义Pi为圆周率，定义j为虚数 单位。并且假定实施例中满足以下三个条件1、发射方和接收方有R和Fr的参数信息；2、 R*N > 2*Fc+B ；3、R*M > 2*Fc+B。并且，在假设 E0C 系统中，R = 70Mhz, B = 40Mhz, Fc = 40Mhz, N = 3，M = 3。在本发明的第一个实施例中，不考虑载波相位的同步，只实现载波频率的同步。在 低频调制技术中，载波中心频率和符号速率相差不大，因此采样基于符号速率的上变频技 术和下变频技术，其载波频率和符号频率相关联。如图3所示，基于符号速率的上变频方法包括以下步骤1.把数字码流映射到星座图，生成一倍符号速率的基带信号D(n)，其中n为一个 序列的编号，为整数。2.把一倍符号速率的基带信号D (n)上采样N倍，也就是在每个数据后面插入N_1 个0，生成N倍符号速率的基带信号XI (n)。3.把XI (n)通过低通滤波器，输出基带信号X2 (n)。4.把X2(n)通过数字上变频器，输出调制信号X3 (n)，X3 (n)= X2(n)*eXp(j*2*Pi*(Fr/N)*n)，其中，j为虚数单位，Pi为圆周率，Fr为相对于符号速率的 载波中心频率，N为发射端上采样倍数。5 取 X4(n) = X3(n)的实部。6.把X4 (n)通过数字采样或插值部件，生成采样率为S1的数字信号X5 (n)。如果 R*N = SI,就不需要数字插值，直接令X5 (n) = X4 (n)，其中，R为符号速率。7.把X5 (n)通过时钟频率为S1的数字模拟转换器，生成模拟信号。如图4所示，基于符号速率的下变频方法包括以下步骤1.模拟信号经过时钟频率为S2的模拟数字转换器后，生成采样率为S2的数字信 号 Y1 (n)。2.把数字信号Y1 (n)通过数字采样或插值部件，生成采样率为RXM的数字信号 Y2 (n)，其中，R为符号速率，M为接收端上采样倍数。3.把数字信号Y2(n)通过数字下变频器，输出采样率为RXM基带信号Y3 (n)， Y3(n) = Y2(n)*exp(-l*j*2*Pi*(Fr/M)*n)。，其中，j 为虚数单位，Pi 为圆周率，Fr 为相对 于符号速率的载波中心频率，M为接收端上采样倍数。4.把基带信号Y3(n)通过低通滤波器，输出采样率为RXM基带信号Y4(n)，其中， R为符号速率。5.把基带信号Y4(n)通过符号速率的鉴相器和环路滤波器，输出采样控制信号 sampctl(n) 06.用输出采样控制信号sampctl (n)去控制数字控制振荡器，输出采样时刻信号 tsamp(n)。
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7.把采样时刻信号tsamp (n)输出给数字采样或插值部件，完成数字采样过程。8.把基带信号Y4(n)通过数字解调器，输出码流。数字解调器有可能是很简单的 星座图判决，也可能包括均衡器的很复杂的数字信号处理算法。在本发明的第二实施例中，不仅实现载波频率的同步，发射信号还包括了帧或包 的同步信号，接收端利用同步信号进行载波相位的同步。如图5所示，本发明第二实施例的上变频方法包括以下步骤1.把数字码流映射到星座图，生成一倍符号速率的基带信号D(n)。2.把一倍符号速率的基带信号上采样N倍，也就是在每个数据后面插入N-1个0， 生成N倍符号速率的基带信号XI (n)。3.把N倍符号速率的基带信号XI (n)通过低通滤波器，输出基带信号X2 (n)。4.在发射序列中，第K个符号为同步符号，同步符号的发射相位为Ph，把基带 信号X2(n)通过数字上变频器，输出调制信号X3(n)，X3(n) = X2 (n) *exp (j*2*Pi* (Fr/ N)*(n+m))。m, 1是相位补偿参数，它们是个常数，取值范围是整数，以保证满足以下等式Ph =(Fr/N)*(K*N+m)+2*l*Pi。5. X4 (n)为调制信号X3 (n)的实部。6.把X4 (n)通过数字采样或插值部件，生成采样率为S1的数字信号X5 (n)。如果 R*N= S1，就不需要数字插值，直接令X5(n) =X4(n)。7.把X5 (n)通过时钟频率为S1的数字模拟转换器，生成模拟信号。如图6所示，基于符号速率的下变频方法包括以下步骤1.模拟信号经过时钟频率为S2的模拟数字转换器后，生成采样率为S2的数字信 号 Y1 (n)。2.把数字信号yl (n)通过数字采样或插值部件，生成采样率为RXM的数字信号 Y2 (n)。3.把Y2(n)通过数字下变频器，输出采样率为RXM基带信号Y3 (n)，Y3 (n)= Y2(n)氺exp(_1氺j氺2氺Pi氺(Fr/M)氺n)。4.把基带信号Y3(n)通过低通滤波器，输出采样率为RXM基带信号Y4 (n)。5.把采样率为RXM基带信号Y4(n)通过帧或包同步序列检测器，生成帧或包同步 信号 fsync(n)。6.把Y4(n)通过相位补偿器，在fsync (n)信号的控制下，生成与发射端相位同 步的基带信号Y5(n)。假设接收端在检测到同步序列时下变频相位为Phrec，补偿相位为 Ph-Phreco7.把Y5(n)通过符号速率的鉴相器和环路滤波器，输出采样控制信号 sampctl(n) 08.把sampctl (n)去控制数字控制振荡器，输出采样时刻信号tsamp (n)。9.把tsamp (n)输出给数字采样或插值部件，完成数字采样过程。10.把Y5(n)通过数字解调器，输出码流。数字解调器有可能是很简单的星座图判 决，也可能包括均衡器的很复杂的数字信号处理算法。采用第二实施例的方法时，在传输的信息中包括符号或帧同步信息，可以利用这 些信息进行载波相位同步。在接收端收到同步符号时，把下变频器的相位补偿为Ph，载波相位就同步了。采用本发明的方法，不关心码流如何映射到星座图，也不关心低通滤波器的冲击 响应和实现，不关心数字采样或插值部件如何实现，同时不关心数字模拟转换器和模拟数 字转换器的实现，不关心符号速率的鉴相器和环路滤波器的实现，不关心数字控制振荡器 的实现，不关心发射端如何传递参数R和Fr给接收端，也不关心数字解调器的实现，不关心 帧或包同步序列的设计和检测，本技术方案中S1和S2可以不同，N和M可以不同。在低频调制技术中，载波中心频率和符号速率相差不大，载波频率和符号速率是 相关联的，在接收端只需要一个符号速率的锁相环，在锁定符号速率的同时也锁定了载波 频率。采用本发明方法减少一个锁相环可以减少同步时间，增加系统的吞吐率。
权利要求
一种EOC网络中的上变频方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，把数字码流映射到星座图，生成一倍符号速率的基带信号D(n)；第二步，把一倍符号速率的基带信号D(n)上采样N倍，生成N倍符号速率的基带信号X1(n)；第三步，把X1(n)通过低通滤波器，输出基带信号X2(n)；第四步，把X2(n)通过数字上变频器，输出调制信号X3(n)，X3(n)＝X2(n)*exp(j*2*Pi*(Fr/N)*n)，其中，j为虚数单位，Pi为圆周率，Fr为相对于符号速率的载波中心频率，N为发射端上采样倍数；第五步，取X4(n)为X3(n)的实部；第六步，把X4(n)通过数字采样或插值部件，生成采样率为S1的数字信号X5(n)，当R*N＝S1，就不需要数字插值，直接令X5(n)＝X4(n)，其中，R为符号速率；第七步，把X5(n)通过时钟频率为S1的数字模拟转换器，生成模拟信号。
2.根据权利要求1所述的EOC网络中的上变频方法，其特征在于，第四步为在发射序 列中，第K个符号为同步符号，同步符号的发射相位为Ph，把基带信号X2(n)通过数字上变 频器，输出调制信号 X3 (η)，Χ3 (η) = Χ2 (η) *exp (j*2*Pi* (Fr/N) * (n+m))，m，1 是相位补偿 参数，m，1为整数常数，使公式Ph = 2*Pi*(Fr/N)*(K*N+m)+2*l*Pi成立。
3.—种EOC网络中的下变频方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，模拟信号经过时钟频率为S2的模拟数字转换器后，生成采样率为S2的数字信 号 Yl (η)；第二步，把数字信号Yl (η)通过数字采样或插值部件，生成采样率为RXM的数字信号 Υ2 (η)，其中，R为符号速率，M为接收端上采样倍数；第三步，把数字信号Υ2 (η)通过数字下变频器，输出采样率为RXM基带信号Υ3 (η)， Υ3 (η) = 丫2(11)*61 (-1*_]_*2*卩1*尔17^)*11)，其中，」为虚数单位，Pi为圆周率，Fr为相对于 符号速率的载波中心频率，M为接收端上采样倍数；第四步，把基带信号Υ3 (η)通过低通滤波器，输出采样率为RXM基带信号Υ4(η)，其中， R为符号速率；第五步，把基带信号Υ4(η)通过符号速率的鉴相器和环路滤波器，输出采样控制信号 sampctl(η)；第六步，用输出采样控制信号sampctl (η)去控制数字控制振荡器，输出采样时刻信号 tsamp (η)；第七步，把采样时刻信号tsampfc)输出给数字采样或插值部件，完成数字采样过程；第八步，把基带信号Y4 (η)通过数字解调器，输出码流。
4.根据权利要求3所述的EOC网络中的下变频方法，其特征在于，第四步之后的步骤为第五步，把采样率为RXM基带信号Υ4(η)通过帧或包同步序列检测器，生成帧或包同 步信号f sync (η)。第六步，把Υ4(η)通过相位补偿器，在fsync (η)信号的控制下，生成与发射端相位同 步的基带信号Υ5(η)。假设接收端在检测到同步序列时下变频相位为Phrec，补偿相位为 Ph-Phrec ο第七步，把Y5(n)通过符号速率的鉴相器和环路滤波器，输出采样控制信号 sampctl(η) 0 第八步，把sampctlOi)去控制数字控制振荡器，输出采样时刻信号tsampfc)。 第九步，把tsampfc)输出给数字采样或插值部件，完成数字采样过程。 第十步，把Y5 (η)通过数字解调器，输出码流。
全文摘要
本发明公开了一种EOC网络中的上变频方法，码流经过星座图映射、上采样N倍、低通滤波器、数字上变频、数字插值、数字模拟转换器最后进行模拟信号输出。还公开了一种EOC网络中的下变频方法，模拟信号依次经过模拟数字转换器、数字采样或插值部件、数字下变频器、低通滤波器、最后通过数字解调器，输出码流。本发明在接收端只需要符号速率的锁相环，在锁定符号速率同时锁定载波频率，通过减少一个锁相环减少同步时间，增加系统的吞吐率。
文档编号H04L7/033GK101841497SQ20091005696
公开日2010年9月22日 申请日期2009年3月20日 优先权日2009年3月20日
发明者聂红儿 申请人:天际微芯(北京)科技有限公司;普然技术公司