多模式超高速数字用户线路收发器设备及其执行方法与流程

本发明是关于有线通信的技术领域，特别是关于一种多模式超高速数字用户线路(very-high-bit-ratedigitalsubscriberline，vdsl)收发器设备及其执行方法。

背景技术：

网际网络的急速发展引起对于高速率数据传输的更大需求。有鉴于铜制双绞线早已普遍存在于电话网络中，许多数据通信协定可能必须设计成适于经由标准模拟普通老式电话系统来发送数据。

然而，已知数据机的最高传输速率只有每秒56.6k位，故业界持续研究经由铜制双绞线来提供更高数据存取的新技术，终于促使数字用户线路(digitalsubscriberline，dsl)的问世。

dsl包括非对称数字用户线路(asymmetricdigitalsubscriberline，adsl)、离散多音调(discretemulti-tone，dmt)的超高速数字用户线路(very-high-bit-ratedigitalsubscriberline，vdsl)、或vdsl2等。dsl保留0.3khz至4khz范围的频段给普通老式电话服务(plainoldtelephoneservice，pots)，而使用高于此范围的可用频段来作数据传输。

可用频带可切分成宽度约4khz的「音调」(tone)。在受限于4khz的宽度及电话网络的功率的前提下，可引进线路编码来将数字信号编码成模拟信号，以便经由模拟电话网络来传送数据。线路编码旨在控制模拟载波信号的三个性质：振幅、相位、及频率。现有多种调变技术，例如，正交振幅调变(quadratureamplitudemodulation，qam)可控制载波信号的相位及振幅，以便在频带中容纳更多数据。

举例而言，在qam系统中，每个符元可传送二位的数据。发射信号集可以星座图(constellation)来表示，星座图的一个星座点表示发射信号集的一个信号，而星座点在星座图中的位置则表示信号的振幅及相位。增加星座图的尺寸，即星座点的数目，将增加每个符元的位密度，进而达成更高的数据速率。

在已知技术中，局端(centraloffice)是使用各种dsl来与各个用户位置通信。各种dsl只支援相应的通信通道，分别要求不同取样率及频宽。在这种情形下，各种dsl都需要各自的收发器设备，也就是说，为了一种dsl，必须设置其所专用的一台收发器设备，造成架构复杂及成本上升。

因此，确实有必要提供创新的设备及其执行方法，以便整合各种dsl。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种创新的数字电路，其中的数字至模拟转换器(dac)及/或模拟至数字转换器(adc)的取样率是固定的，仍然可支援多种dsl标准，包括但不限于：adsl、adsl2、adsl2+、vdsl2的35b、17a、12a或8a等标准。这些标准分别要求不同取样率及频宽。

在一种观点下，本发明所提供的数字电路包括乘数可变的升取样器及/或降取样器，其是经组态以灵活调整模拟及数字收发电路所看到的信号的频率，此时，信号是处于经取样且经量化的状态。在取样率受到调整后，频宽亦等效地受到调整。

本发明可只使用具有一固定取样率的一组adc/dac，而不需要具有不同取样率的多组adc/dac，以适于不同dsl模式。选择性地，或优选地，adc与dac可具有相同取样率。

根据此观点，本发明提供一种多模式超高速数字用户线路收发器设备，包括一发送装置、一接收装置、及一模拟前端含混合电路。发送装置包括一调变器、一反快速傅立叶变换器、一发送滤波器、一升取样器、及一数字至模拟转换器，其以串联的方式来依序连接。接收装置包括一模拟至数字转换器、一降取样器、一接收滤波器、一快速傅立叶变换器、及一频率等化器，其以串联的方式来依序连接。模拟前端含混合电路是连接在发送装置的数字至模拟转换器与接收装置的模拟至数字转换器之间，且进一步连接至一外部线路。

选择性地，或优选地，外部线路是一双绞线。

选择性地，或优选地，数字至模拟转换器具有一固定取样率。

此外，相应地，模拟至数字转换器具有另一固定取样率。

选择性地，或优选地，升取样器包括一级或多级升取样电路，各级升取样电路包括一插值器及一升取样低通滤波器，插值器是组态成可以一乘数来调整一取样率，且各级升取样电路的取样率可以各别插值器的各别乘数来独立调整。

选择性地，或优选地，升取样器包括一级或多级升取样电路，且各级升取样电路可包括一插值器、一积分微分调变模块、及一动态元件匹配模块，其以串联的方式来依序连接。

选择性地，或优选地，降取样器包括一级或多级降取样电路，各级降取样电路包括一抽取器及一降取样低通滤波器，抽取器是组态成可以相应的另一乘数来调整另一取样率，且各级降取样电路的取样率可以各别抽取器的各别乘数来独立调整。

选择性地，或优选地，模拟前端含混合电路包括一模拟回音消除器(analogechocanceller)，其是经组态成配合不同(dsl)模式来作切换。由此，可最佳化信号收发的效能。

更广义而言，本发明提出一种多模式超高速数字用户线路收发器设备，包括一发送装置、一接收装置、及一模拟前端含混合电路。发送装置包括一调变器、一反快速傅立叶变换器、一发送滤波器、及一数字至模拟转换器，其以串联的方式来依序连接；在反快速傅立叶变换器直到数字至模拟转换器之间定义有一发送数字通道，而一升取样器是设置在发送数字通道上。接收装置包括一模拟至数字转换器、一接收滤波器、一快速傅立叶变换器、及一频率等化器，其以串联的方式来依序连接；在模拟至数字转换器直到快速傅立叶变换器之间定义有一接收数字通道，而一降取样器是设置在接收数字通道上。模拟前端含混合电路是连接在发送装置的数字至模拟转换器与接收装置的模拟至数字转换器之间，且进一步连接至一外部线路。

在另一种观点下，本发明可只使用具有一固定取样率的一组adc/dac，而不需要具有不同取样率的多组adc/dac，以适于不同dsl模式。选择性地，或优选地，adc与dac可具有相同取样率。本发明在根据itu-tg.994.1(ghs)标准所进行的握手(handshaking)阶段后，基于握手阶段所决定的dsl模式，可切换反快速傅立叶变换器/快速傅立叶变换器的尺寸标识(sizeflag)，其尺寸例如是16384、8192、或其他尺寸，以选择升取样器及/或降取样器各自的升/降取样率。由此，同一套基频固线(basebandhardwired)设备即可便利地支援多种dsl模式。

根据此另一观点，本发明提供一种多模式超高速数字用户线路收发器设备的执行方法，包括步骤s1至步骤s3。步骤s1是由一多模式超高速数字用户线路收发器设备进行一握手程序，以交换初始数据；其中，多模式超高速数字用户线路收发器设备是使用一预设取样率及一预设频宽。步骤s2是基于握手程序所得的初始数据来决定多模式超高速数字用户线路收发器设备的一数字用户线路模式、相应的一议定取样率及一议定频宽，并宣告握手程序结束。步骤s3是根据议定取样率及议定频宽，设定多模式超高速数字用户线路收发器设备的一升取样电路的至少一升取样参数及/或一降取样电路的一降取样参数。

选择性地，或优选地，上述执行步骤还可包括步骤s4：将多模式超高速数字用户线路收发器设备的一模拟回音消除器的效能最大化。

总的而言，本发明的多模式超高速数字用户线路收发器设备及其执行方法可在支援各种dsl标准的前提下，简化模拟电路，进而减少其所占用的面积。进一步地，芯片乃至于电路板的复杂度得以降低，则产品的合格率亦随之提升。无论如何，信号收发的品质并不因此受到影响。

此外，本发明的多模式超高速数字用户线路收发器设备及其执行方法的架构是臻于明确而可据以实现者。

附图说明

图1显示本发明的第一实施例的多模式超高速数字用户线路收发器设备。

图2显示本发明的一具体实施例的升取样电路。

图3显示本发明的多模式超高速数字用户线路收发器设备与不同dsl模式的对方收发器设备进行通信。

图4显示本发明的第二实施例的多模式超高速数字用户线路收发器设备。

图5显示本发明的第三实施例的多模式超高速数字用户线路收发器设备。

图6显示本发明的第四实施例的多模式超高速数字用户线路收发器设备。

图7显示本发明的第五实施例的多模式超高速数字用户线路收发器设备的执行方法。

【符号说明】

1多模式超高速数字用户线路收发器设备

10发送装置

11调变器

12反快速傅立叶变换器(ifft)

13发送滤波器

14升取样器

140升取样电路

141插值器

142升取样低通滤波器(lpf)

1421积分微分调变(sdm)模块

1422动态元件匹配(dem)模块

15数字至模拟转换器(dac)

20接收装置

21模拟至数字转换器(adc)

22降取样器

220降取样电路

221抽取器

222降取样低通滤波器

23接收滤波器

24快速傅立叶变换器(fft)

25频率等化器(feq)

30模拟前端含混合电路

31模拟回音消除器

40外部线路

5对方收发器设备

l14发送数字通道

l22接收数字通道

s1步骤s1

s2步骤s2

s3步骤s3

s4步骤s4

具体实施方式

以下提供本发明的不同实施例。这些实施例是用于说明本发明的技术内容，而非用于限制本发明的权利范围。可将本发明的特征进行修饰、置换、组合、分离或设计，以应用于其他实施例。

(第一实施例)

图1显示本发明的第一实施例的多模式超高速数字用户线路收发器设备1。

本发明的多模式超高速数字用户线路收发器设备1包括一发送装置10、一接收装置20、及一模拟前端(analogfrontend，afe)含混合(hybrid)电路30。模拟前端含混合电路30是连接在发送装置10与接收装置20之间，其进一步连接至一外部线路40，例如，双绞线(twistedpairline)。

发送装置10包括一调变器(modulator)11、一反快速傅立叶变换器(inversefastfouriertransformer，ifft)12、一发送滤波器(txfilter)13、一升取样器(up-sampler)14、及一数字至模拟转换器(digital-to-analogconvertor，dac)15。

调变器11的输入端是用于接收一待发送数字信号，其例如是位串。调变器11的输出端是连接至反快速傅立叶变换器12的输入端。反快速傅立叶变换器12的输出端是连接至发送滤波器13的输入端。发送滤波器13的输出端是连接至升取样器14的输入端。升取样器14的输出端是连接至数字至模拟转换器15的输入端。数字至模拟转换器15的输出端是连接至模拟前端含混合电路30。

接收装置20包括一模拟至数字转换器(analog-to-digitalconvertor，adc)21、一降取样器(down-sampler)22、一接收滤波器(rxfilter)23、一快速傅立叶变换器(fastfouriertransformer，fft)24、及一频率等化器(frequencyequalizer，feq)25。

模拟至数字转换器21的输入端是连接至模拟前端含混合电路30。模拟至数字转换器21的输出端是连接至降取样器22的输入端。降取样器22的输出端是连接至接收滤波器23的输入端。接收滤波器23的输出端是连接至快速傅立叶变换器24的输入端。快速傅立叶变换器24的输出端是连接至频率等化器25的输入端。频率等化器25的输出端是用于发送一经接收数字信号。

发送装置10的运作方式为：一待发送数字信号会输入至调变器11。其中，调变器11包括一个或多个调变函数(modulationfunction)，亦称为映射函数(mappingfunction)，包括但不限于：正交振幅调变(quadratureamplitudemodulation，qam)、相位偏移键控(phaseshiftkeying，psk)、振幅偏移调变(amplitudeshiftkeying，ask)、二元相位偏移键控(binaryphaseshiftkeying，bpsk)、或频率偏移键控(frequencyshiftkeying，fsk)等，以将待发送数字信号调变成一待发送频域符元。

接着，待发送频域符元会输入至反快速傅立叶变换器12，以进行反快速傅立叶变换而成为一待发送时域符元。此时，待发送时域符元是处于经取样且经量化的状态。

发送滤波器13可将待发送时域符元进一步作塑形滤波(shapefiltering)。

升取样器14可包括一级或多级升取样电路140(图1仅绘示一级)，且各级升取样电路140包括一插值器(interpolator)141及一升取样低通滤波器(low-passfilter，lpf)142。

插值器141是组态成可以一乘数(multiplier)来调整一取样率。再者，各级升取样电路140的取样率可以各别插值器141的各别乘数来独立调整，例如，分别是乘以四、乘以二、……、乘以二分之一、乘以四分之一、……、诸如此类。升取样低通滤波器142的至少一系数则是依照插值器141的乘数而决定。

图2显示本发明的一具体实施例的升取样电路140。

在一具体实施例中，升取样电路140可包括一插值器141、一积分微分调变(sigmadeltamodulation，sdm)模块1421、及一动态元件匹配(dynamicelementmatching，dem)模块1422，其以串联的方式来依序连接。

插值器141是通过差值法来将其接收到的一取样率为fs的一未插值数字信号转换成一过取样率为fos的一经插值数字信号，且过取样率fos是高于取样率fs，而过取样率fos与取样率fs的比值即为乘数。经插值数字信号不会发生混迭现象。

sdm模块1421是通过噪声塑形(noiseshaping)来将经插值数字信号转换成一sdm数字信号。

dem模块1422是通过数字处理来将因模拟元件之间的不匹配所产生的噪声，移动至sdm数字信号的通带之外的范围，而产生一dem信号。由此，可改善通带的信噪比(signal-to-noiseratio)。dem模块1422可使用通用的dem类型，其结构及原理在此不再赘述。

回到图1，待发送时域符元经过发送滤波器13及升取样器14所产生的信号(例如，dem信号)会输入至数字至模拟转换器15而转换成一待发送模拟信号。在一实施例中，数字至模拟转换器15可包括多个电容器、相应的多个开关、及一放大器，各个电容与各个开关是串联成一组，而各组再以并联的方式来连接至放大器。数字至模拟转换器15的结构与局部在此不再绘示。

特别是，在本发明中，数字至模拟转换器15具有一固定取样率，例如是70.656mhz，或35.328mhz。

待发送模拟信号会进入模拟前端含混合电路30，以进行额外的(模拟)信号处理，最后经由外部线路40来发送给一对方收发器设备5。

图3显示本发明的多模式超高速数字用户线路收发器设备1与不同dsl模式的对方收发器设备5进行通信。

回到图1，至于接收装置20的运作方式，则大致上相反于或互补于发送装置10的运作方式。接收装置20的运作方式为：来自一对方收发器设备5，经由外部线路40而抵达的一经接收模拟信号会进入模拟前端含混合电路30，以进行额外的(模拟)信号处理，再输入至模拟至数字转换器21，以转换成一待处理数字信号。此时，待处理数字信号是处于经取样且经量化的状态。

特别是，在本发明中，模拟至数字转换器21具有另一固定取样率，例如是70.656mhz，或141.312mhz。

降取样器22可包括一级或多级降取样电路220(图1仅绘示一级)，且各级降取样电路220包括一抽取器(decimator)221及一降取样低通滤波器(low-passfilter，lpf)222。

抽取器221是组态成可以相应的另一乘数来调整另一取样率。再者，各级降取样电路220的取样率可以各别抽取器221的各别乘数来独立调整，例如，分别是乘以四分之一、乘以二分之一、……、乘以二、乘以四、……、诸如此类。然而，抽取器211的另一乘数与插值器141的乘数彼此可为倒数或补数。抽取器221可以相反于或互补于插值器141的原理来设计。

降取样低通滤波器121的系数则是依照抽取器221的乘数而决定。在一具体实施例中，降取样低通滤波器121可为一抗混迭滤波器(anti-aliasingfilter)。

接收滤波器23可将时域符元进一步作塑形滤波。

待处理数字信号经过降取样器22及接收滤波器23所产生的信号，亦即一经接收时域符元，会输入至快速傅立叶变换器24，以进行快速傅立叶变换而成为一经接收频域符元。

经接收频域符元会输入至频率等化器25。频率等化器25是经组态成具有一向量feq函数，用于获得对方收发器设备所欲传达的一对方数字信号的一复数值的一估计值，以此作为经接收数字信号。适合的向量feq函数可由最小均方法(leastmeansquaredapproach)或最大似然法(maximum-likelihoodapproach)来设计，但不限于此。向量feq函数可由训练或周期性操作来获得。

模拟前端含混合电路30是由纯模拟电路及数字模拟混合电路所构成。此外，模拟前端含混合电路30可包括一模拟回音消除器(analogechocanceller)31，其是经组态成配合不同dsl模式来作切换，以最佳化信号收发的效能。

(第二实施例)

图4显示本发明的第二实施例的多模式超高速数字用户线路收发器设备1。

本实施例是以第一实施例为基础来变化而得，故可参考第一实施例，以理解具有相同标号的元件的结构、细节、功能及作用。

本实施例的差异在于：在发送装置10中，升取样器14是改以连接在反快速傅立叶变换器12与发送滤波器13之间。相应地，在接收装置20中，降取样器22是改以连接在接收滤波器23与快速傅立叶变换器24之间。其余元件可能需要随着上述变化而作调整，例如调整操作频率。

(第三实施例)

图5显示本发明的第三实施例的多模式超高速数字用户线路收发器设备1。

本实施例是以第一实施例为基础来变化而得，故可参考第一实施例，以理解具有相同标号的元件的结构、细节、功能及作用。

本实施例的差异在于：在发送装置10中，升取样器14是改以连接在反快速傅立叶变换器12与发送滤波器13之间。然而，在接收装置20中，降取样器22仍然是连接在模拟至数字转换器21与接收滤波器23之间。即使升取样器14与降取样器22在配置上不具有对称性，仍然可通过数学计算来调整各个元件的结构与细节，以达成等效于第一实施例的功能及作用。所以，调整所需的数学计算是取决于实际电路结构始可进行。

(第四实施例)

图6显示本发明的第四实施例的多模式超高速数字用户线路收发器设备1。

本实施例是以第一实施例为基础来变化而得，故可参考第一实施例，以理解具有相同标号的元件的结构、细节、功能及作用。

本实施例的差异在于：在发送装置10中，升取样器14仍然是连接在发送滤波器13与数字至模拟转换器15之间。然而，在接收装置20中，降取样器22是改以连接在接收滤波器23与快速傅立叶变换器24之间。即使升取样器14与降取样器22在配置上不具有对称性，仍然可通过数学计算来调整各个元件的结构与细节，以达成等效于第一实施例的功能及作用。所以，调整所需的数学计算是取决于实际电路结构始可进行。

综合第一实施例至第四实施例，在发送装置10的反快速傅立叶变换器12直到数字至模拟转换器15之间，可定义一发送数字通道l14，而升取样器14可以与其他模块(例如，发送滤波器13)形成串连的方式来设置在发送数字通道l14上。同理，在接收装置20的模拟至数字转换器21直到快速傅立叶变换器24之间，可定义一接收数字通道l14，而降取样器22可以其他模块(例如，接收滤波器23)形成串连的方式来设置在接收数字通道l22上。

(第五实施例)

图7显示本发明的第五实施例的多模式超高速数字用户线路收发器设备1的执行方法。

本实施例旨在说明本发明的多模式超高速数字用户线路收发器设备1的执行方法，适用于第一实施例至第四实施例的各种多模式超高速数字用户线路收发器设备1，且不限于此。本发明的执行方法包括多个步骤，分述如下：

步骤s1是连线初始阶段，是由本发明的多模式超高速数字用户线路收发器设备1与一对方收发器设备5进行一握手程序，以交换初始数据。其中，握手程序例如是根据itu-tg.994.1(ghs)标准来进行。在此阶段中，多模式超高速数字用户线路收发器设备1是使用一预设取样率及一预设频宽。

步骤s2是基于握手程序所得的初始数据来决定多模式超高速数字用户线路收发器设备1的一dsl模式、相应的一议定取样率及一议定频宽，并宣告握手程序结束。

步骤s3是根据议定取样率及议定频宽，设定多模式超高速数字用户线路收发器设备1的一升取样电路14的至少一升取样参数及/或一降取样电路22的一降取样参数。

特别是，在步骤s3中，可切换反快速傅立叶变换器/快速傅立叶变换器的尺寸标识(sizeflag)，其尺寸例如是16384、8192、或其他尺寸，以选择升取样器及/或降取样器各自的升/降取样率。

此外，选择性地，或优选地，可执行步骤s4，其是将多模式超高速数字用户线路收发器设备的一模拟回音消除器的效能最大化。由此，可保证信号收发的品质。

由上述步骤可知，本发明的多模式超高速数字用户线路收发器设备1所设定的升取样参数或降取样参数并不需要发送给对方收发器设备5，因而不会对于对方收发器设备5造成任何影响。

即使对方收发器设备5只具备有限、甚至单一dsl模式，本发明的多模式超高速数字用户线路收发器设备1仍然可与其进行通信。

总的而言，本发明的多模式超高速数字用户线路收发器设备1及其执行方法可在支援各种dsl标准的前提下，简化模拟电路，进而减少其所占用的面积。进一步地，芯片乃至于电路板的复杂度得以降低，则产品的合格率亦随之提升。无论如何，信号收发的品质并不因此受到影响。

此外，本发明的多模式超高速数字用户线路收发器设备1及其执行方法的架构是臻于明确而可据以实现者。

可理解的是，本发明的上述模块可以任何所需及合适的方式来实现。例如，它们可实现于硬体或软体。除了特别指明者之外，本发明的多种功能性元件、层级及手段可包括一合适处理器、一控制器、一功能性单元、一电路、一程序逻辑、一微处理器的设置等，以供操作成执行所需的功能。可能存在一专用的硬体元件及/或可程式硬体元件，其等可组态成以所需及合适的方式来操作。除了特别指明者之外，「一」特征是指一个或一个以上的该特征。

尽管本发明已通过其优选实施例加以说明，应该理解的是，只要不背离本发明的精神及权利要求，可作出许多其他可能的修饰及变化。