专利名称：实施有线传输连接的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种电有线传输连接的实施，尤其涉及一种采用VDSL(甚高比特率数字用户线路)技术的传输连接的实施。
光纤是作为干线网络传输媒质的一种不言自明的选择，因为干线连接通常需要高速的传输能力，对于光缆来说，所用的传输距离较长而且通常存在现成的路由。即使对于用户连接(在本地交换机和用户之间的线路)，情况也在迅速改变，因为从个人消费者的观点而言，采用多媒体实施的并需要更高传输速率的各种业务也将成为各种日常性的业务。
然而，在建构可提供宽带业务的未来网络时，不能预期有很大的费用节省，因为其费用主要来自光缆安装的费用。不过在用户网络中大家也都想建设尽可能多的光纤，因为显而易见这在未来将是必需的。然而更新用户网络的费用是非常高的，而在时间方面这个问题实际上将涉及数十年的时间。欲将光纤扩展至用户网络，巨额的费用的确是最大的障碍。
由于上述原因，为了寻求如何将传统的用户线路(金属线对)用于高速数据传输(即明显高于ISDN基本接入速率144kbit/s的传输速率)的方法，已经采取了多种较以前更为有效的措施。现有的ADSL(非对称数字用户线路)和HDSL(高比特率数字用户线路)技术的确为沿着电话网的金属线对向用户终端传输高速率数据和视频提供了许多新的可能性。
ADSL传输连接是非对称的，即，从网络到用户的传输速率明显高于从用户到网络的传输速率。这是由于，ADSL技术主要用于各种所谓的“按需”业务。实际上，在ADSL传输连接中，从网络到用户的传输速率是在2...6Mbit/s的数量级上，而从用户到网络的传输速率则在16...640kbit/s的数量级上(对单一控制信道而言)。
HDSL传输技术涉及2Mbit/s级数字信号在金属线对中的传输。HDSL表示一种对称技术，即两个方向上的传输速率相等。独立的HDSL收发信机系统包含采用回波消除技术的多个收发信机，这些收发信机之间通过一个由导线对构成的双向传输路径进行互连。在HDSL传输系统中，这种独立收发信机系统的数目可以是并行的一个或两个或三个，由此在两对或三对并行的情况下，每个并行传输连接中采用的速率是2Mbit/s子速率；如果有三对并行则为784kbit/s，有两对并行则为1168kbit/s。在国际建议中定义了如何在一个HDSL系统中传输2Mbit/s级的诸信号，例如SDH网络的VC-12信号或者根据CCITT的G.703/G.704建议的2048kbit/s诸信号。
虽然通过上述解决方案只能获得通常为1...2Mbit/s量级的速率，对于用户线缆来说已经找到了一种允许ATM级比特率的技术。实际上国际标准协会ETSI(欧洲电信标准协会)正在制定一种VDSL设备规范。其目的在于，在电话网的金属线对中实现的VDSL传输连接能够在一个电话网和一个用户终端之间传输ATM诸信元。
采用VDSL技术，诸电话网中的诸用户线路开始使用高频率，从而使用户线路(通常为无屏蔽的线对)引起的射频干扰成为一大问题。
已经有人建议，在接收机中采用一种例如自适应信道均衡器来帮助消除射频干扰。然而这就需要一种精确且昂贵的模数转换器，因为这些也必须被转换为数字形式的干扰可能是非常强的。此外，由于干扰产生得很迅速，其频率变化也很快，因此很难调节该均衡器。
另一种消除强射频干扰的已知方法是，采用某种方式的多载波调制，其中通过一种单一调制过程(例如离散多频声DMT、或离散子波多频声DWMT)产生几个载波，并且该产生过程以如下方式来实现，即，对于那些带有干扰的载波根本不为其分配待传输的比特。DMT是一种由ANSI(美国国家标准协会)定义的实施ADSL连接的方法，其中以同一调制过程来产生多个这样的子信道(载波)，这些信道被等间隔地分布在频域中并且宽度相同。当想要消除由固定信源(例如业余无线电发射)引起的干扰时，位于干扰频段(例如业余无线电频段)中的子信道完全不能使用。在国际PCT专利申请WO-A-95/28773中描述了这样一种解决方案。
这种解决方案的一大主要缺点在于，它导致一种复杂且昂贵的实施方式或者导致频率范围的低效率利用。这是由于，非连续频率范围的有效利用需要许多窄的子信道，其数目是很高的。增加子信道的数目将使系统更加复杂。当多个DMT子信道在频域上部分重叠时，也会降低频带利用效率，由此为了消除干扰，必须使暴露于干扰的频带之外的诸载频停止工作。这些多载波调制方法的实施也是很复杂的(诸信号的构成和检测都是很复杂的过程)。
基于DTM的解决方案的另一缺点在于，为了能够消除信道引起的各种失真，必须对发射数据增加填充比特(称为循环前导码)。因此，DMT还浪费了时域上的容量。
本发明的目的在于，通过提供一种使非常简单的传输连接实施方法(尤其是VDSL传输连接)具有良好性能的解决方案，从而改进上述各种缺点。
通过一种根据在独立的各权利要求中定义的本发明的解决方案，可以达到此目的。
本发明首先基于下述观点虽然在例如ADSL标准中多载波调制器(DMT)的应用被定义为一种传输方式，并且对于一种类似的但是更高速的连接(VDSL连接)的实施来说，这也是一种显而易见的可选方案，但是当可用频段不连续、某些窄频段不可用时，这并不是实施传输连接的最有效或最简单的方式。其次，本发明还基于下述观点业余无线电台引起的射频干扰特别强烈，因为业余无线电台的位置通常靠近诸电话网的诸用户线路。
基于这些原因，本发明不能源于下述思路在整个频段上必须产生多个载波，然后屏蔽某些载波使其废弃不用，而是基于下述思路在预计的最差干扰频段(即，国际业余无线电诸频段)的作用下，可用传输频段分裂为明显分离的多个子频段，每个子频段具有自己的单载波调制过程或调制器，每个单载波调制过程或调制器被分配以待传输的(高速)比特流。由此在本文中，一个子频段意味着至少有一个其边缘与一个国际业余无线电频段相接的一个传输频段。
这种思路就是，在业余无线电诸频段的作用下，将为该连接准备的诸频段分成多个可调制数据的子频段。每个载波由其自己的调制器产生。这样在频域上将多个信道相互分离，每个信道可以相互独立地进行处理。由此根据载波频率和符号率独立地调节为每个信道准备的频段。
在一种根据本发明的方法中，可以利用某种简单的调制方法，最好是例如QAM(正交幅度调制)或CAP(无载波振幅与相位)调制。
在下文中，将参考所附插图中所示的诸示例更详尽地描述本发明及其有益的诸实施例，其中
图1阐述了一种利用VDSL连接的传输系统；图2阐述了一种在VDSL连接中采用的频率分割方法；图3阐述了一种根据本发明的传输原理；图4所示为一种根据本发明的一个有益的实施例在各传输方向之间诸子频段的划分；图5所示为一种根据本发明的用于实施VDSL连接的装置的基本形式；图6所示为图5所示装置的一个有益的实施例。
如上所述，国际标准协会ETSI正在制定一种VDSL设备规范。图1阐述了一种利用VDSL连接的系统的结构。该系统结构与所谓的FTTC(光纤到控制(curb)/机柜)结构相兼容。机柜或控制设备11经由参考号12表示的高速光纤连接来接收数据。现有的金属线路(铜线对)也经过同一机柜从交换机到达用户。这些铜线对用参考号13表示。在位于机柜的光网络单元(ONU)中将高速数据合并到用户线路上，从而用户仍可以使用旧的窄带POTS/ISDN业务，但是除此之外用户还可以使用高速全双工数据连接。用一个执行诸VDSL信号和诸窄带信号频率分割的(无源)滤波器将这些窄带和宽带业务相互分开。在ONU和网络终端NT之间构成VDSL连接主体。网络终端通常位于终端用户(用户)的大楼中，并与例如普通模拟电话或ISDN电话(参考号15)的用户终端设备相连，或者与例如微型计算机(参考号16)的利用宽带业务的终端设备(TE)相连。网络终端根据标准为终端用户提供各种UNI接口(用户到网络接口)。该接口用参考符号INT1表示。由光网络单元提供的宽带VDSL接口用参考符号INT2表示。
由于本发明仅涉及一种在ONU和网络终端NT之间实施的VDSL连接，本文中将不再进一步描述图1所示的系统。在例如ETSI报告DTR/TM-03068中更详尽地描述了VDSL系统，如果需要读者在那里可以找到更详尽的描述。
在ETSI中，本质上应遵循下述用于VDSL传输的比特率-下行方向(从网络到用户)52、26、13和6.5Mbit/s-上行方向(从用户到网络)26、13、6.5和2.3Mbit/s。
根据图2实现频率分割，这样在低频上为现有的POTS或ISDN业务留出了空间(频段A)。诸VDSL信道被转移至频段B，其低端极限频率典型值为300...600kHz，高端极限频率最好为18MHz左右，这一点可以在下文中看到。下文中还将进一步描述VDSL连接在不同传输方向之间的子频段划分。
根据本发明，发送给VDSL连接的比特流被划分为位于该频段内的几个载波，这样它们位于由国际业余无线电诸频段所限定的诸子频段中。由此，该发射机含有几个并行的调制器，在调制器中采用一种适宜的已知调制方法，例如QAM调制。在每个调制器中使用一个独立的频率，使得相应的载波位于所需的子频段内。
下表中表示了国际业余无线电诸频段，其中左栏表示该频段的低端极限频率，而右栏表示该频段的高端极限频率。
上述的各频率值表明，在根据本发明的方法中，诸载波位于下述子频段中，并根据诸业余电台的诸频段来确定其低端和高端极限频率
图3阐述了根据本发明的传输原理，其方式为显示在采用六个不同的QAM调制载波C1...C6(上述的子频段1...6)时从一次VDSL连接中接收到的信号的功率谱密度(PSD)，使得最低的两个用于上行方向传输而剩余的两个用于下行方向传输。业余无线电诸频段用参考符号AB1...AB6代表的长方形来表示。图中各值与对400m连接距离进行的计算机计算结果相对应。该VDSL连接的功率密度为-60dBm/Hz，其附加白色高斯噪声(AWGN)处于-115dBm/Hz电平。假定传输功率为0dBm而带宽为4kHz时，诸长方形AB1...AB6的高度对应于干扰的计算量。
通过采用六个最低的子频段(子频段1-6)，可以实施上述VDSL连接的诸传输速率。在下行方向上最好采用最低的子频段(1号)，因为在ADSL系统中在该方向上也使用这些低频率。即使在同一电缆中同时存在ADSL连接和根据本发明的VDSL连接，通过这种方式也能避免近端串音(NEXT)。采用香农定律对用户线路进行考察的结果表明，当根据下表为诸子频段选择传输方向时，可以最好地实现上述ETSI报告中提及的上述传输速率和目标连接距离。(香农定律C=B×log2(1+S/N)给出了信道中最大信息传输容量C的理论值，其中带宽为B而信噪比为S/N。)
通过采用香农定律首先计算不同传输距离(300m,500m和1500m)时不同子频段的容量，然后根据其总容量和所讨论的传输方向上所需的比特率来为诸传输方向选择子频段，由此实现按诸传输方向的频段划分。应当注意，由于频率提高时电缆的衰减迅速增加，因此与较高频率下相等带宽的频段相比，较低频率的频段相应地具有更好的信噪比，并且根据香农定律还具有更高的信息传输容量。因此对于传输容量，不可能在例如子频段3和4之间交换方向，虽然这两个频段具有几乎相等的带宽。
上述频段划分的另一优点在于，它可以用于对称的和非对称的连接，由此在同一线缆中可能存在各种类型的连接，而各连接之间没有串扰。在图4中也阐述了这种有益的频段划分，其中规划了上行方向的各子频段。
类似的观察表明，如果仅仅对称操作或者仅仅非对称操作就已足够，也可以实施VDSL连接，由此对于频段(频段B，图2)低端的诸子频段采用上行方向，而高端的诸子频段采用下行方向。如果只能采用对称连接，则对于上行/下行方向的信道划分来说，3.5...3.8MHz业余无线电频段是一个很好的分割频率。另一方面，如果认为非对称操作很重要，以类似方式可以指出1.810...2.000MHz业余无线电频段是一个合适的分割频率。将交叉频率置于3.5...3.8MHz频段处可以实现一个26Mbit/s的对称比特率和一个在下行方向上的52Mbit/s的对称比特率。
图5显示了根据本发明的装置的基本构成。该图显示了在一个传输方向上看到的VDSL连接的两端。待传输到VDSL传输连接的高速比特流DATA-IN(根据上述，例如，该速率为52或26Mbit/s)被输入到符号形成块41，该块形成诸比特的诸符号并通过将它们输入调制器块42将诸符号分给不同的载波，调制器块42包含工作于不同载频的多个并行的QAM调制器A1...An，如图3所示。块41将其形成的符号直接发送到相应调制器的输入端。由于不同载波有着不同的信噪比，对于不同的调制器来说每个符号使用的比特数目可以不同。载波的信噪比越好，则可以使用越多的比特数(较密的星座图)。
当采用根据图4的最佳实施方式时，选择符号率对该装置的实施是非常有益的(一种简单的装置实施方式)，从而例如在上行方向上载波C4具有与载波C2相比为两倍的符号率，而在下行方向上载波C3、C5和C6具有与载波C1相比为两倍的符号率。因为传输发生在不同的方向上，所以载波C3和C4无需具有相等的符号率。另一方面，如果上行/下行方向的信道划分位于3.5...3.8MHz业余无线电频段，可以为上行方向和下行方向上的每个载波选择相同的符号率。如果极限频率位于1.81...2.0MHz业余无线电频段，那么在上行方向仅使用一个子频段。在此情况下，应该这样来选择下行方向的符号率，使得在频率超过3.8MHz的诸频段上选择一个与最低的2.0...3.5MHz频段上的速率相比为两倍的符号率。
如果在发射机上采用上述的将诸比特自适应地分配到不同的载波上去，则值得在该连接的起始阶段增加一个简短的训练周期，用以研究在每个载波上对每个符号适宜采用多少个比特。
诸QAM调制器将诸信号调制到不同的载频上，这些频率位于上述诸子频段1...9中的某些中，在每种情况下在本质上最好位于被讨论的频段的中心。由于QAM调制方式是目前最通用的调制方式，例如在电缆调制解调器中，因此在本文中不再进一步予以描述。如果读者有此兴趣，可以在伦敦的Pentech出版社和纽约的IEEE出版社的由William Webb,LajosHanzo所著的出版物现代正交幅度调制，ISBN 0-7803-1098-5(参考文献1)中得到对QAM的更详尽描述。
来自诸调制器的诸输出信号被输入到求和器43中，在此处对诸信号进行数字化求和。该数字求和信号被继续输入到线路适配器单元44，该单元典型地依次包含一个数模转换器、一个用以去除数字信号中出现的诸谐波分量的滤波器、一个用以将信号的输出电平提升至一个准确电平的线路驱动电路、一个用以将发射和接收支路相互分离开的混合电路、一个用以将POTS/ISDN信号和VDSL信号相互分离开的线路转换器和(无源)滤波器(POTS/ISDN分路器)。该滤波器输出与信道(线对)相连。
在接收端，信号首先与线路适配器单元45相连，该单元典型地包含上述(无源)滤波器(POTS/ISDN分路器)、一个用以将发射和接收分支相互分离开的混合电路、一个可调放大器级、一个滤波器级和一个模数转换器。该滤波器级最好含有多个工作在业余无线电诸频段的所谓陷波滤波器。由于求和器和线路适配器单元可以根据各项常用技术来实现，因此在本文中不再进一步地描述其结构。
从线路适配器单元45接收到的诸数字字还被连接到解调器单元46，该单元包含n个并行的QAM解调器B1...Bn，从而构成n个调制器/解调器对(例如诸载波C1、C3、C5和C6，因此n=4)。从解调器输出端接收到的诸符号字被输入到符号识别电路47，该电路构成基带诸符号字的原始比特流DATA_OUT。
如果诸载波的各种延时在重新构建原始信号时导致各种问题，则在连接的初始阶段可以为每个载波分别测量诸时延，并且在接收中可以利用该信息来确保诸符号的正确接收顺序。
根据例如下文中出现的各种有益实施例可以进一步修改上述装置。
关于本方法，采用格子编码(trellis-coded)调制(TCM)是非常有益的，因为以此方式可以获得编码放大，并且可以均衡各载波之间的性能差异。众所周知格子编码调制是一种很有用的编码方式，尤其在沿电话线路的传输中，因此这也是一种很有益的选择。
图6显示了这样一种实施例，其中符号形成单元51也执行格子编码。由于格子编码是众所周知的技术，因此本文不再对其作进一步描述。如果需要，可以在例如上述的参考文献1中找到更详尽的描述。由于在发射端执行格子编码，所以在接收端采用例如维特比解码的解码方式，因为这是关于格子编码常用的解码方式。在参考文献1中并且更全面地在例如Prentice-Hall公司出版的Benedetto,Biglieri,Castellani所著的出版物数字传输理论ISBN 0-13-214313-5025中都描述了维特比算法。
还可以采用“增益定标”方法，即为不同的载波采用不同的传输电平，来评定不同载波间的性能差异。实际上，发射机的总功率可以被限定为某一确定值(例如，10dBm)，这有利于标定不同载波的传输功率，从而使所有载波的位误码概率相同。为此目的，根据图6将每个调制器的输出与一个可调节的放大器AMP1...AMPn相连，从而允许发射机的控制部分48个别地调节每个载波的放大倍数。在最初情况下，接收机通知发射机它已测量到的诸信噪比，根据这些值发射机的控制部分调节诸放大器AMP1...AMPn的放大倍数，从而使每个载波的位误码率都相等。
虽然上文中参照诸附图所示的诸示例已经描述了本发明，显而易见本发明并不仅局限于此，而是可以在如上所述的以及所附权利要求书内的本发明思想的范围内予以修改。例如，上述的一个实施例中，每个子频段含有一个载波。虽然这是最为有益的实施方法，但是从原理上来说，每个子频段也可以使用多个载波。虽然业余无线电诸频段是国际性的，但是在不同的国家中某些频段的界限可能会有某些变化，这表明无需将给定的频段界限(通常至少用于欧洲)理解为完全精确的界限。
权利要求
1．用以实施一种双向有线传输连接的方法，其中该传输连接以电气形式实施，从而从该传输线路(13)中为每个传输方向保留一个独立的频率范围，其特征在于，该传输线路(13)的频段被划分为由国际业余无线电诸频段(AB1...AB6)所限定的子频段，而且至少在这些子频段中的某些上实施该传输连接，其实施方式为(a)用它本身的调制器为每一个待使用的子频段产生一个载频，(b)将在被讨论的传输方向上的诸调制器之间待传输的该比特流(DATA_IN)的诸比特进行划分，使得每一个载波都被诸比特中的某些比特所调制。
2．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，在从用户到网络的方向上使用1-2个载波，而在从网络到用户的方向上使用1-5个载波。
3．一种如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所有可用的子频段中，使用六个最低的子频段，使得从用户到网络的数据在上限频率为3.5MHz和10.1MHz的子频段上传输，而从网络到用户的数据在上限频率为1.81MHz、7.0MHz、14.0MHz和18.068MHz的子频段上传输。
4．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，在两个业余无线电频段之间仅使用一个载波，而在载波调制过程中使用多个符号率。
5．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，针对不同的载波采用自适应比特分配。
6．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，针对相同传输方向的不同载波使用不同的传输功率电平。
7．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，在发射机中采用格子编码调制。
8．一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，该传输连接是一种VDSL连接。
9．以电气形式实施双向有线传输连接的装置，该装置在每个传输方向上都包含(a)用以形成多个输入比特符号(DATA_IN)的装置(41)，和(b)用以根据已形成的诸符号调制载波的调制装置(42)，从而该装置为每个传输方向使用一个独立的频率范围，其特征在于，该调制器装置包含n个并行调制器，选择每个调制器的频率使得它们构成几个载波(C1...C6)，在该传输线路的该频段上每个载波都位于其自己的子频段上，每个子频段的至少一端与一个国际业余无线电频段相衔接。
10．如权利要求9所述的装置，其特征在于，每个调制器(A1...An)都装备有一个可调放大器(AMP1...AMPn)，用以单独调节每个载波的功率电平。
全文摘要
本发明涉及一种用以实施一种有线传输连接、尤其是一种VDSL传输连接的方法和装置。该传输连接以电气形式来实现,从而为每个传输连接保留一个独立的频率范围。为了能够采用一种尽可能简单的装置来有效地滤除射频干扰,通过(a)用它本身的调制器为每一个待使用的子频段产生一个载频并且通过(b)将在被讨论的传输方向上的诸调制器之间待传输的该比特流(DATA－IN)的诸比特进行划分,使得每一个载波都被诸比特中的某些比特所调制。由此传输线路(13)被划分为由国际业余无线电诸频段(AB1…AB6)所限定的多个子频段,并且在这些子频段的至少某些中实施该传输连接。
文档编号H04L5/06GK1225211SQ97196181
公开日1999年8月4日 申请日期1997年5月9日 优先权日1997年5月9日
发明者贾瑞·林霍尔姆, 安逖·托米斯卡 申请人:诺基亚电信公司