专利名称：共享非对称数字用户线调制解调器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及通信系统，具体地说，涉及离散多音通信系统和数字用户线通信系统。
远程客户个人计算机(PC)通常借助模拟调制解调器通过双绞传输线路的电话网络和因特网相连，如
图1所示。不幸的是，由于目前电话网络的各种约束，使当前的模拟调制解调器的速度限制在每秒56,000比特(56Kbps)。
当前正在开发非对称数字用户线(ASDL)技术以将双绞传输线路上的带宽增加一个数量级。ADSL是基于离散多音(DMT)传输系统的。在双绞传输线路上ADSL的传输速率在下行方向上(即朝PC方向)可高达每秒8兆比特(8Mbps)，在上行方向(朝服务器方向)上至多为256Kbps。下行方向上的ADSL数据传输速率远远高于上行方向上的速率。ADSL的这种非对称性很好地满足了因特网的数据传递要求。通常在下行方向上传送到客户PC的数据要多于在上行方向上从客户PC传送到服务器的数据。
不幸的是，当前困扰ADSL实施的一个主要问题是ADSL将带宽负担放在了电话网络上，如图2所示。在图2中，线路20对应于个人模拟线路，如局部用户回路或线路以及和电话公司中心局(CO)交换机相连接的普通老式电话系统(POTS)。线路22相应于T-1线路(即，具有1.544Mpbs带宽能力并能携带24个数字话音频带连接的线路)。线路24对应于T-3线路(即，具有28条T-1线路带宽能力的时分多路复用线路)。
尽管由单条T-1线路可以处理24个模拟POTS连接，24个ADSL连接几乎利用了T-3线路的整个带宽。很多模拟用户线路可能不终接在CO交换机，这使上述的带宽线限制更加复杂。模拟用户线路可能终接在远地，如邻居的人孔或实用盒中，在那里用户线路被数字化，然后通过T-1或T-3线路路由到CO交换机。为这些远程链路增加带宽会使ADSL的实施的成本增大并且复杂。
此外，当前的ADSL实施通常包括用于每条用户线路的专用ADSL调制解调器对。这与服务器只为每个现用连接使用专用调制解调器的话音频带调制解调器情况不同。对于每条用户线路需要专用ADSL调制解调器对会大大增加电话业务提供者实施ADSL的费用。
已提出各种缓解带宽限制从而便于实施ADSL技术的方案。一个方案是在远地进行基于统计的多路复用。另一种方案是使用对于每个连接来说是公共的参数在单个共享调制解调器中终接多条ADSL用户线路。由于每条用户线路可以共享一个高速发射机可以简化每条ADSL用户线路的电话网络侧的硬件要求。单个共享调制解调器消除了对于各条ADSL用户线路分别设置ADSL调制解调器的需要。
不幸的是，单个共享ADSL调制解调器的局限制在于与共享调制解调器相连的用户线另一端的调制解调器需要接收相同的信号。因此，需要减小在每个频带内发送的信号的带宽从而以每个频带内最低带宽适应组内的用户线。因此，由服务器端的共享调制解调器使用的净带宽可以小于最差线路上单个调制解调器的净带宽。
已提出各种克服共享ADSL调制解调器的局限性的方法。例如，Bingham的美国专利No.5,557,612涉及一种在中央单元和多个远程单元之间建立通信的系统，其中接入请求包括对每个远程单元的识别。在一个ADSL申请中由中央单元将一特定子信道分配给远程单元。需要已分配给其它客户的带宽的单元可能被拒绝服务。Grube等人的美国专利No.5,608,725涉及建立一种通信系统，其中主站点与多个次站点通过低通传输路径相连接。然而，在某一时刻只有一个次站点可以是活动的。此外，主站点分配入站和出站低通传输路径的载波信道。
鉴于以上讨论本发明的目的是通过在ADSL调制解调器内包括统计多路复用功能来便于实施ADSL。
本发明的另一目的是在不需要用户回路每一端上的单独的ADSL调制解调器情况下便于实施ADSL。
本发明的再一目的是降低实施ADSL的成本。
具有至少两组数字前端电路的多下线(multi-drop)非对称数字用户回路(ADSL)调制解调器可以实现本发明的这些和其它目的，其中所述至少两组数字前端电路允许到至少两个局部回路的同时连接。共享DSL调制解调器可操作地与两组或多组数字前端电路的每一个相关联，并向数字前端电路发送数据和从数字前端电路接收数据。一个数字接口可操作地与共享DSL调制解调器相关联并被配置成和外部网络通信。
本发明通过提供多个模拟前端和共享调制解调器部件，允许由单个调制解调器提供多个ADSL局部回路。共享部件通过降低调制解调器需要的部件数可以降低每个连接的成本。此外，通过允许多个局部回路连接到单个调制解调器可以克服空间上的限制。因此，本发明的多下线ADSL调制解调器可以减少支持调制解调器所需的总空间和功率损耗以及减少调制解调器的总数目。
数字前端电路可以包括与每个局部回路相关的发送隔离缓冲器。该发送隔离缓冲器将局部回路的所发送的通信信号彼此隔离开来。该发送隔离缓冲器可操作地与共享DSL调制解调器的一个发送器部分相关联，数字前端电路可以还包括一个与每个局部回路相关联的接收隔离缓冲器，将局部回路上的接收的通信信号彼此隔离开来。该接收隔离缓冲器可操作地与共享DSL调制解调器的一个接收器相关联。
数字前端电路还可以包括一个接收滤波器以及与每个接收滤波器相关联的采样和保持电路。该接收滤波器可操作地与接收隔离缓冲器相关联，以对模拟前端电路接收的信号进行滤波。与每个接收滤波器相关联的采样和保持电路从相应的接收滤波器中接收滤波后的信号。一个模-数转换器可以与每个采样和保持电路相关联以从相应的采样和保持电路中接收保持的信号并将模拟信号转化成数字信号。
共享ADSL调制解调器可以包括一个具有多路复用器和模-数转换器的接收器。多路复用器接收每个局部回路的接收滤波器的输出，并提供接收滤波器之一的一个输出作为多路复用器的输出。模-数转换器接收多路复用器的输出并将其转换成数字信号。接收器还可以包括一个时序均衡器和一个存储器设备。时序均衡器利用局部回路特定均衡器信息均衡来自模-数转换器的数字信号并对数字信号进行时域均衡以提供一个均衡化的数字信号。存储器设备可操作地与时序均衡器相关联以存储局部回路特定均衡器系数。
接收器进一步还包括一个串-并转换器、一个离散付立叶变换电路、一个符号检测器、和一个可操作地与符号检测器相关联的存储器设备。串-并转换器将均衡化的数字信号由串行信号转换成并行信号以提供并行数字信号。离散付立叶变换电路将并行数字信号由时域信号变换成频域信号以提供数字频率系数。符号检测器接收数字频率系数并基于局部回路特定符号信息由频域系数检测符号以提供客户特定符号。存储器设备可操作地与符号检测器相关联，用于存储局部回路特定符号信息。
接收器还可以包括译码器以及可操作地与译码器相关联的存储器设备。译码器接收来自符号检测器的客户特定符号，根据客户特定信息对符号进行扰频、Reed-Solomon译码和去交织，以提供客户特定数据。可操作地与译码器相关联的存储器设备存储客户特定信息。
ADSL调制解调器还可以包括用于每个局部回路的符号缓冲器和分组缓冲器。符号缓冲器从符号检测器接收符号并将符号提供给译码器。分组缓冲器接收来自译码器的分组。
ADSL调制解调器还可以包括一个具有编码器、可操作地与编码器相关联的存储器设备、符号映射器以及可操作地与符号映射器相关联的存储器设备的发送器。编码器接收客户特定符号以在局部回路上发送，并根据客户特定信息对符号扰频、Reed-Solomon编码和交织处理以提供客户特定符号数据。与编码器可操作地相关联的存储器设备存储客户特定信息。符号映射器接收客户特定符号数据并根据局部回路特定频率信息将其映射为频域符号以提供局部回路特定符号数据。与符号映射器可操作地相关联的存储器设备存储局部回路特定频率信息。
发送器还可以包括反相离散付立叶变换电路、并-串转换器、数-模转换器、以及发送滤波器。反相离散付立叶变换电路将局部回路特定符号数据由频域数据变换成时域信号以提供并行数字符号数据。并-串转换器将并行数字符号数据由并行信号转换成串行信号以提供串行数字信号。该电路还增加帧形成比特和循环前缀。数-模转换器将串行数字信号转换成模拟信号。发送滤波器向发送隔离缓冲器提供滤波后的发送信号。
根据本发明的另一个方面，提供允许多个同时局部回路连接到单个ADSL调制解调器的方法和计算机程序。操作包括将局部回路彼此隔离开来，为每个相连接的局部回路存储回路相关信息和利用回路相关信息与每个局部回路通信。
图1描述了双绞传输线路和模拟调制解调器的示意性传统电话网络；图2示意性描述了由于实施ADSL加在传统电话网络上的带宽负担；图3示意性描述了具有配置成处理多用路线路的单个高速共享DSL发送器的共享访问ADSL调制解调器；图4示意性描述了用于DMT调制的频带分配；图5示意性描述了实施本发明各方面的操作；图6为根据本发明的包括与多个远程用户调制解调器相连的多下线(multi-drop)服务器调制解调器的系统的方框图；图7为根据本发明的多下线服务器调制解调器的一个具体实施例的方框图；图8为根据本发明的客户调制解调器的一个具体实施例的方框图。
现在结合附图(其中示出了本发明的优选实施例)描述一下本发明。然而，本发明可以以不同的形式实施，不应将本发明限制在这些实例上，提供这些实施例只是使其公开更充分和完整，和便于本领域技术人员实施本发明。全文中相似的标号代表相似的部件。
ADSL正如本领域技术人员所了解的那样，一个ADSL通信系统包括用户线户的每一端上的ADSL收发信机。一般来说，用户线路的ADSL收发信机彼此通信以建立该用户线路的频谱响应。一旦交换了频谱响应信息，通常就可以开始数据的传输。发送方ADSL收发信机将诸如来自摄像机或互联网站图象的数字格式的数据转换成一系列DMT符号并通过用户线路将DMT符号传送到其它ADSL收发信机。一旦接收到DMT符号序列，接收方的ADSL收发信机重新俘获和重新为这些数字数据选择路由，例如通过显示屏或监示器送到用户。使用ADSL技术，可以使用现有的双绞传输线路将高带宽数据从服务器送到客户PC。在美国国家标准局有关远程通信的标准草案-网络和设备接口-异步数字用户线路(ADSL)接口-ANSI文档号No.T1，413中详细地描述了ADSL，在此引用其全文作为参考。
共享ADSL调制解调器参见图3，描述了用于本发明的共享访问ADSL调制解调器30。所描述的调制解调器30具有配置成处理多用户线路的单个高速共享DSL发送器32。所描述的共享DSL发送器32通过接收器电路34从借助高速通信线路相连的网络服务器中接收数据。共享DSL发送器32提供典型的调制解调器发送器功能，包括错误恢复协议、线路编码、滤波、调制等。共享DSL发送器32还配置成在每个发送到各个远程调制解调器的信号帧中嵌入一个唯一的标识符。
每条用户线路通常需要其自己的接口电路38，它将发送信号源和用户线路本身隔离开来以保持POTS和为每条隔离的用户线路接收的调制解调器信号。该线路接口电路38也提供传统的包括在ADSL调制解调器内的机制以便为传统的电话连接分接模拟POTS电话带宽。因为每个与共享访问ADSL调制解调器30连接的客户PC 29接收相同的信号，每个客户PC ADSL调制解调器30检查到来信号以滤除以其它客户PC为目的地的分组。通过只接收具有和预先为一特定客户PC指定的地址相应的标识符的分组来实现这种过滤。
如图所示，在每条用户线路的上行侧是接收器36。每个调制解调器接收器36可能类似于V.34、V.PCM调制解调器或ADSL调制解调器接收器，除了在由调制解调器处理之前通过线路接口电路38中的混合器将信号由高频通带转换成基带信号之外。
离散多音数据传输许多当前的ADSL实施利用称为DMT调制的调制方案。图4中示意性地描述了用于DMT调制的频带分配。为POTS传输保留了低频范围40。高于POST频率范围的频率范围被用于ADSL传输。在图4中，这些高频范围划分为一组用于上行信号的频带42和用于下行信号的多个频带44。DMT调制还应用于需要回声消除器的系统中，其中上行频带和下行频带共享共同的频率范围。本发明还应用于利用回声消除器的系统。
根据本发明，在用于下行信号的多频带44中，共享ADSL调制解调器利用各种线路探测技术以便为每个频带确定能支持什么样的数据速率。发送器然后根据每个频带的能力分离在所支持的频带中的信号以支持数据吞吐量。
本发明利用多个下行频带44以在多个用户线路中共享高速数字用户回路发送器的系统中达到最佳性能。分配少量的下行频带44作为下行或远程调制解调器的目的地代码的载体。在图4所描述的实施例中，分配频带44a和44b作为目的地代码载体。最好，根据一致性吞吐量能力来选择用于目的地代码载体的频带。
一个ADSL帧的数据量适合进行一次快速付立叶变换(FFT)。每个ADSL帧可以具有不同的目的地代码。存在其它的嵌入携带这种目的地代码的控制信道的方式。一种方式是将控制信道加到时域信号。另一种方式是使用目的地都是相同客户的帧序列。在这种情况下，只需在初始序列的第一帧中发送目的地代码。
根据本发明，共享一个共同服务器调制解调器的每个客户PC调制解调器具有一个唯一的目的地代码，在诸如通信信号交换期间在开始对话时或者以统计方式指定的或协商的。在协商目的地代码时可以在连接的初始阶段指定一个或多个目的地代码以供使用。所有客户接收器将通过FFT处理该信号。在每个客户PC调制解调器中的接收器在每个符号间隔检查载频中的目的地代码并处理其它频带44中的数据，只要目的地代码和一预先分配的目的地代码相匹配。根据本发明，一个特定的客户PC调制解调器在目的地代码与分配给该特定客户PC调制解调器的目的地代码不匹配时，可以忽视含有数据的下行频带44(即，目的地为其它客户PC的数据)。
本发明还允许每条用户线路“调谐”其所支持的频带以优化特定铜线的带宽，因为只要对于特定用户线路有效，目的地代码就将标识一个符号间隔。最好是，共享服务器ADSL调制解调器跟踪对于每个客户PC调制解调器哪些下行频带44可利用并根据哪个客户调制解调器用于接收数据来调整调制的发送信号。
参见图5，示意性地描述了实施本发明各个方面的操作。每个远程调制解调器被分配了一个唯一的目的地代码(方框100)。可以在每个远程调制解调器和共享调制解调器进行通信信号交换期间以统计方式或动态地分配所述的唯一的目的地代码。
在远程调制解调器和共享调制解调器进行通信信号交换期间，探测与特定远程调制解调器相连的用户线路以确定在各个频带能支持的数据速率(方框102)。共享调制解调器然后使用在方框100分配的目的地代码向每个远程调制解调器发送调制的数据以便只使用目的地用户线路已被“调谐”的频带来控制所希望的接收者。因此，最好以最佳数据速率向每个远程调制解调器发送数据而不是以次最佳数据速率。
在每个ADSL帧间隔中，在共享服务器ADSL调制解调器和多个远程ADSL客户调制解调器进行实际数据传输期间，在第一组频带中发送目的地代码，而在不同于第一组频带的至少一个第二组频带中发送调制的数据(方框104)。每个远程ADSL调制解调器检查发送的第一组频带以确定第一组频带是否包含与预先分配给该远程调制解调器的目的地代码相匹配的目的地代码(方框106)。如果目的地代码相匹配，远程ADSL调制解调器解调包含在第二组频带中的数据以供各个客户PC使用(方框108)。
应理解，可由计算机程序指令实现图5中每一方框和图5中方框的组合。这些程序指令可以提供给处理器从而实现流程图中各方框中的功能。
因此流程图中各方框支持实施各特定功能的装置的组合，实施各特定功能的步骤的组合以及实施各特定功能的程序指令装置。还应理解，可以由特定目的的基于硬件的系统(实现特定功能或执行特定步骤)或特定目的的硬件与计算机指令的组合来实现流程图中每一方框或一些方框的组合。
图6描述了根据本发明的与多客户调制解调器相连的多下线服务器调制解调器。如图6所示，多工作站216可以使用各个ADSL调制解调器通过各个双绞线局部回路218连接到共享ADSL服务器调制解调器210的各个模拟前端212。然后共享ADSL调制解调器210与数字接口200通信，数字接口200从与模拟前端212相连的多局部回路诸如数字电话网或因特网业务提供者(ISP)等其它网络或处理器提供信息。
因为ADSL的非对称性，服务器功能必须是相应客户功能的镜像。虽然客户机具有高速接收器和低速发送器，服务器发送器匹配客户接收器的高速度并且具有低速接收器。如以下描述的，只需对客户调制解调器作很小的改动就可以和多线服务器调制解调器兼容。多线服务器调制解调器的模拟前端比单线服务器调制解调器复杂得多，因为要为每个局部回路提供一个模拟前端212。ADSL调制解调器的共享功能还利用辅助工作存储器处理客户特定的状态变量和系数。
最好模拟前端212包括单独的用于POTS的分离器和隔离缓冲器以防止来自一个客户的信号进入到其它线路。每个模拟前端212最好还包括专用模拟接收滤波器。然而，在一个备择的实施例中，模拟前端可以包括一个对公共取样保持电路的模拟多路复用器(Mux)，在公共取样保持电路之后是公共模/数转换器。替代地，多取样保持电路可由对公共模/数转换器的模拟Mux使用。第三种替代方案是通过在数字域内实现的多路复用使用多模/数转换器。
替代地，通过如图3所示实现对于每个客户的单独的完整接收器可以降低共享上行带宽的复杂性。由于服务器接收器以1/8的发送器采样速率工作，具有1个发送器和8个接收器的服务器系统将用单独ADSL调制解调器处理相同8个客户的处理工作减小了1/4。此外，这么做不影响至数字接口的带宽，由于它简单地补尝了调制解调器的非对称比特率。尽管这种替代方案可能会增加完全共享服务器调制解调器的成本，但如果实时业务(即声频或视频会议)是占业务的主要方面，这也是一种合理的替代方案。此外，同样的硬件也潜在地适于使用不同的微码装载，而使业务提供者根据所需的业务水平来调谐调制解调器的密度。
尽管以上讨论中将多下线调制解调器描述为每个服务器调制解调器具有8个客户，然而由一个服务器调制解调器支持的客户数目可由几个因素来确定，而不管接收器的功能对于每个客户是专用的还是由一些客户供享。例如，每个客户都需要辅助存储器和分配给携带寻址信息以选择特定客户的控制信道的带宽可能会限制能够支持的客户数目。然而，每个共享调制解调器的客户数目最终由各个用户所希望的服务水平(即响应时间)来限制。由于不同业务提供者对客户希望的服务水平有不同的理想，每个服务器调制解调器的客户数目对于特定用户最好灵活以允许客户化。
图7描述了根据本发明共享DSL服务器调制解调器的一个具体实施例。如本领域一般技术人员所理解的，按上述对于局部回路和共享部件之间的分配，可以修改图7描述的实施例。
如图7所示，根据本发明一个实施例的多下线ADSL调制解调器包括数字接口200，它允许连接到任何能在数字接口200上通信的设备。数字接口200是双向的，它从接收部分或调制解调器部分接收数据并向调制解调器的发送器部分提供数据。
数字接口200的类型与调制解调器是否支持多客户无关。例如，数字接口可以是支持直接存储器访问(DMA)或总线主数据传送(诸如PCI总线)的高速并行总线。这些调制解调器可以用在带多个用于ADSL调制解调器的槽、用于上行连接的槽、或包含系统控制处理器和存储器的槽(或背板)的设备中。在这样的系统中，多线调制解调器可以降低负载和简化支持给定数目客户调制解调器连接的系统的总线主控仲载(由于要求访问的设备较少)。替代地，对于小数量客户被在地理位置上隔开的设备来说，多线调制解调器能够利用串行接口直接与远地集线器相连，因为多客户固有地已经从统计上来说多路复用。
就以上讨论来说，本发明不应限制在任何数字接口。本发明可以使用对于本领域技术人员来说是已知的任何数目的合适的总线方案和接口，以允许在多下线ADSL调制解调器和其它设备之间进行通信。
数字接口向L2帧形成和CRC产生功能220提供信息。单个L2帧形成和CRC产生功能220可在多个连接之间共享，从而实现了与单个线路调制解调器相同的功能。每个L2帧将在开始下一帧之前完全被处理并放到分组缓冲器222中。这避免保存客户特定中间结果。支持多连接可能需要的分组缓冲器比单个线路情况所需要的多。如图7所示，最多每个连接需要单独的缓冲器222。然而，根据用于控制通过物理层的数据流的机制，分组缓冲10的数目将大大低于以上水平。如果L2帧(等于69个物理层帧)选择成对于特定连接为最小的实体，则分组缓冲需求可实际满足单个线路调制解调器的需求。
分组缓冲器222向编码器224提供分组数据。编码器224对分组扰频、Reed-Solomon编码和交织。由于每个L2帧在处理下一帧之前能被完全处理，所以扰频、Reed-Solomon编码和交织处理实际上与单线路服务器调制解调器中需要的处理相同。CRC产生可以协调多分组缓冲器。音序与学习的线路特性相关，于是对于每个客户连接它最好分别来完成。于是，客户特定变量248被存储并提供给编码器224。然而，通过向编码器224提供由子例程使用的客户特定(即，局部回路特定)信息相同的子例程可用于每个连接。
在经编码器224处理之后，所产生的符号被提供给符号缓冲器226。如分组缓冲器222一样，符号缓冲器的上限值是所允许的连接的总数，然而也可以使用较少的缓冲器。
符号缓冲器226向符号映射器228提供符号。符号映射和增益调节还与所学习的线路特性有关，于是必须对于每个客户连接不同地进行。如编码一样，也可以使用传统的符号映射，然而，在映射中使用客户特定变量。通过访问客户特定状态变量246单个子例程可以处理多个连接。符号映射器使用客户特定信息将符号映射到多音传送频率上。于是，每个客户对于反映在存储的客户特定(即，局部回路特定)变量246中的每个频率具有特定的符号值。
然后将符号映射器228的输出提供给256复合符号缓冲器230，后者将复合符号输出到反相离散付立叶变换(IDFT)电路232。本发明的IDFT232与传统的ADSL调制解调器的相同。IDFT 232根据已知的付立叶变换过程将复合频域符号变换成实时域符号。将实时域符号提供给512符号缓冲器234，后者然后将它们提供给可插入帧形成比特的并-串变换器234，并-串变换和帧形成比特以及循环前缀的插入可与传统的单线路ADSL调制解调器的相同。
并-串变换器向数-模转换器(D/A)238(将数字信号转换成模拟信号)提供串行信息。将模拟信号提供给发送滤波器240，后者向每个局部回路的隔离缓冲器242提供滤波后的信号。隔离缓冲器降低每个局部回路与其它局部回路相互干扰的可能性。将来自隔离缓冲器242的模拟信号提供给局部回路。
正如本领域技术人员所理解的，本发明在上述的整个传输过程中利用客户标识符或局部回路标识符。于是，诸如编码器224和符号映射器228的每个功能可以利用标识符选择客户或局部回路特定信息以在它们的处理中使用。这样的标识符可以具有多种形式，如数据中的标或由数字接口200接收的数据中由信息译码得到的分立信号。因此，不应将本发明限制在向ADSL调制解调器的发送器的各功能部分提供与数据相关的局部回路的标识的具体方法上。
图7的接收器在隔离缓冲器252接收来自局部回路的信号。隔离缓冲器用于将每个局部回路与其它局部回路隔离开来。隔离缓冲器252可以向模拟多路复用器254提供所接收到的信号，后者把信号中的一个提供给模-数转换器256。如以上所述，单独部件和共享部件之间的划分可以在本发明的不同实施例中有所变化。于是本发明并不局限于图7所示的例子。
模-数转换器256可以是传统的模-数转换器。模-数转换器256将接收到的模拟信号转换成数字信号，提供给时域均衡器256。可以使用单个时域均衡器，然而，应从多个客户特定集中选择时序系数。均衡器258根据多路复用器256选择的物理线路选择存储的客户特定变量260。替代地，也可以使用其它选择方法，如参照客户调制解调器的发送器部分描述的。
时域均衡器258向同步搜索功能282和串-并变换器262提供均衡化的数字信号。同步搜索功能282和并-串变换器与传统ADSL调制解调器中使用的相同。然而，在从一条客户线转向另一条客户线时，依据需要多快的转接瞬变，可能会禁止同步搜索功能282。理想情况下，在转接多路复用器之后，一个新的客户会立即发送，但在转接时至少需要一个死时物理帧。
串-并变换器262将串行数字信号变换成并行数字信号并提供给64实符号缓冲器264。实符号缓冲器264向离散付立叶变换(DFT)功能266提供符号，后者将符号从时域变换成频域，并向复合符号缓冲器268提供32个复合符号。DFT266可与传统的DFT功能相同。然后复合符号缓冲器268向符号检测器284提供符号。
与时域均衡器258类似，频域均衡和符号检测功能284与对特定客户连接学习的线路特性有关。于是，在每个处理间隔，必须使用对于前端多路复用器254的状态协调的一组客户特定系数和状态变量以处理由DFT266产生的符号。此外，符号检测器284的功能与传统的ADSL符号检测器功能相同。可以存储客户特定变量280并提供给符号检测器284。如上所述，可以根据多路复用器254或由其它装置来选择客户特定变量280。
符号检测器284向符号缓冲器270输出符号，后者将符号提供给译码器272。如发送器一样，所需的符号缓冲器270的最大数目为每个局部回路一个。译码器272对符号去扰频、Reed-Solomon译码和去交织。所需的去扰频、Reed-Solomon译码和去交织处理实际上与单个线路服务器调制解调器所需要的相同，因为在处理下一个L2帧时，每个L2帧已完全被处理完。可能需要辅助的复合处理来协调多分组缓冲器。音序与学习的线路特性有关，于是对于每个客户连接必须不同地完成。于是，与符号检测器284一样，译码器272将访问客户特定变量278以实施其功能。客户特定变量278的选择与上述讨论的相同。通过访问客户特定状态变量278单个子例程可以处理多个连接。
译码器向分组缓冲器274输出分组，后者将分组提供给L2帧形成/CRC检验功能276。可在多个连接之间共享单个L2帧形成/CRC检验功能276。于是，L2帧形成/CRC检验功能276实际上与单个线路调制解调器所需要的相同。来自分组缓冲器274的每个L2帧在开始下一帧之前将被完全处理之后放在DMA队列中，这就不需要保存和再存储客户特定中间结果。支持多个连接可能需要的分组缓冲器比在单条线路情况下需要的多。图7示出每个连接有一个单独缓冲器的情形，这是上限情况，但根据用于控制通过物理层的数据流的机制，可将分组缓冲器的数目大大降低，低于上限。然后L2帧形成/CRC检验功能276向数字接口200提供分组以供传输。
图8描述了根据本发明的一个客户调制解调器的具体实施例。如图8所示，根据本发明一个实施例的客户ADSL调制解调器包括一个数字接口300，该数字接口允许连接到任何能在数字接口300上进行通信的设备。数字接口300是双向的，它从调制解调器的接收部分接收数据或向调制解调器的发送器部分提供数据。数字接口300可以是用于ADSL调制解调器的传统数字接口。
数字接口300向L2帧形成和CRC产生功能320提供信息。L2帧形成和CRC产生功能320可与传统ADSL调制解调器中使用的相同。每个L2帧将被处理，然后放到分组缓冲器322。
分组缓冲器322向编码器324提供数据分组。编码器324对分组进行扰频、Reed-Solomon编码和交织。扰频、Reed-Solomon编码和交织处理实际上与传统单条线路调制解调器需要的一样。音序与学习的线路特性有关并利用状态变量348，它被存储和提供给编码器324。
在经编码器324处理之后，将产生的符号提供给符号缓冲器326。符号缓冲器326向符号映射器328提供符号。使用状态变量346进行的符号映射和增益调节也与学习的线路特性有关。符号映射器328使用状态变量346将符号映射到多音传输频率上。符号映射器328还由上行接入仲裁功能400接收信息以在多客户和共享ADSL调制解调器之间进行带宽仲裁时使用。于是，符号映射器328可以是带有共享ADSL调制解调器利用的用于特定仲裁或带宽分配方案等辅助功能的传统的符号映射器。以下讨论各种方案。
然后将符号映射器328的输出提供给32复合符号缓冲器330，后者将复合符号输出到反相离散付立叶变换(IDFT)电路332。本发明的IDFT332可与传统的ADSL调制解调器所使用的相同。IDFT332通过从频域变换到时域将复合符号变换成实符号。将实符号提供给64符号缓冲器334，然后再送至并-串转换器336。并-串转换器插入帧形成位和循环前缀。并-串转换和帧形成位以及循环前缀的插入和传统单条线路ADSL调制解调器的相同。
并-串转换器336向数-模转换器(D/A)338提供串行信息，后者将数字信号转换成模拟信号。将模拟信号提供给发送滤波器340，然后发送滤波器340将滤波后的信号提供给局部回路。
图8的接收器在接收滤波器352接收来自局部回路的信号。接收滤波器352将信号提供给模-数转换器356。模-数转换器356可以是传统的模-数转换器。模-数转换器356将接收的模拟信号转换成数字信号提供给时域均衡器358。时域均衡器利用存储的均衡系数360，可以利用传统的时域均衡器。
时域均衡器358向同步搜索功能382和串-并转换器362提供一个均衡化的数字信号。同步搜索382和串-并转换器362与传统ADSL调制解调器中使用的相同。
串-并转换器362将串行数字信号转换成并行数字信号并将并行数字信号提供给512实符号缓冲器364。实符号缓冲器364向离散付立叶变换(DFT)功能366提供符号，后者将符号由时域变换成频域并向复合符号缓冲器368提供256个复合符号。DFT366与传统的DFT功能一样。然后复合符号缓冲器368向符号检测器384提供符号。
与时域均衡器358一样，频域均衡和符号检测功能384与为客户连接学习的线路特征有关。符号检测器384在检测符号时利用状态变量380。符号检测器384可以利用传统的ADSL符号检测器，但是，符号检测器还检测是否消息去往特定的客户调制解调器。于是符号检测器384可以检查分配给控制信道功能的频带以在逐帧的基础上判定是否该物理符号集是以那个特定客户为目的地的。如果不是，丢弃这些帧并在该间隔中不需要进一步的处理。依据多路复用的颗粒度这种处理交替地对于每个超级帧(69个帧)只进行一次。符号检测器384还向上行接入仲裁功能400提供信息以便在分配带宽的仲裁方案中使用。
如果符号是该客户调制解调器的，符号检测器384向符号缓冲器370提供符号，后者将符号送至译码器372。译码器372进行去扰频、Reed-Solomon译码和去交织。译码器372向分组缓冲器374输出分组，后者将分组送到L2帧形成/CRC检验功能376。然后L2帧形成/CRC检验功能376将分组送到数字接口300用于传输。译码器372和L2帧形成/CRC检验376功能可与传统的客户调制解调器的相同。于是译码器372利用状态变量378执行其功能。
与单线路调制解调器一样，在发送器D/A转换器和接收器A/D转换器之间时序必须同步，由服务器调制解调器的时序和控制功能250和客户调制解调器中的控制功能350来完成此功能。可以由传统的时序和控制功能完成转换器的同步。在多线服务器中需要辅助控制来协调上行带宽的共享。服务器必须知道在每个可能的发送帧期间允许哪个客户进行发送，并在前端协调模拟多路复用器的控制以选择活动的客户。这些功能可由服务器调制解调器中的时序和控制功能250以及客户调制解调器中的上行接入仲裁功能400来完成。控制协议使每个客户在不干扰当前传输的情况下请求上行带宽，使每个客户确定其带宽需求并使服务器控制在每个可能间隔允许哪个客户调制解调器进行发送。固定分配，或者时间多路复用或频率多路复用可以使实现起来最为简单，但没有最佳地利用可用带宽。带有冲突检测的异步访问是另一种可能方案，但客户不能检测与其它使用不同局部回路的客户的冲突。这迫使服务器确定客户冲突和请求再发送。可同时向所有客户广播控制消息以完成该功能。
在另一种控制方式中，通过在所有活动客户之间进行时分多路复用(TDM)来划分带宽。这样就实现协议允许每个客户动态地或放弃一些分配的带宽或请求额外的带宽。替代地，只有一少部分带宽分配给每个客户。这保证了用于传送额外带宽请求的周期性信道。对没有分配给任何客户的带宽的访问可由服务器根据未决请求动态分配。
上述在客户之间分配带宽的控制方法很容易由本领域技术人员实现。此外，也可以利用本领域技术人员已知的其它控制方法，这仍会从本发明中获益。因此，不应将本发明限定于对客户分配带宽的任何具体方法。
从以上讨论可以清楚地看到，本发明的共享ADSL调制解调器通过将局部回路隔离，然后使用局部回路相关信息与局部回路通信来允许多连接。可将局部回路相关信息存储在本领域技术人员熟知的各种存储器设备、寄存器、锁存器或其它存储设备中。此外，正如本领域技术人员所了解的，可以将局部回路相关信息存储在一个中央存储区或与每个调制解调器功能相关的各个存储区中。因此，不应将本发明限制在任何特定存储配置上。以上描述并不构成对本发明的限制。尽管已描述了本发明的一些例示性实施例，本领域技术人员很清楚在不背离本发明的新技术和优越性情况下可对实施例进行多种修改。因此所有这些修改包括在所附权利要求限定的本发明的保护范围内。在权利要求中，装置加功能描述旨在覆盖这里描述的实施各种功能的结构，不仅包括结构的等价物还包括等价的结构。于是，以上仅是对本发明的描述并不构成对本发明的限制，对所公开实施例的任何修改以及其它实施例都应包括在所附权利要求限定的保护范围内。本发明仅由以下权利要求限定。
权利要求
1.一种多下线非对称数字用户回路(ADSL)调制解调器，包括至少两组数字前端电路，允许同时到至少两个局部回路的连接；可操作地与至少两组数字前端电路相关联的共享ADSL调制解调器，由和向所述至少两组数字前端电路接收数据和发送数据；和可操作地与所述共享DSL调制解调器相关联并与外部网络通信的数字接口。
2.根据权利要求1的ADSL调制解调器，其中所述至少两组数字前端电路包括与每个局部回路相关联的发送隔离缓冲器，用于将局部回路的所发送的通信信号彼此隔离开来，并且所述发送隔离缓冲器可操作地与共享DSL调制解调器的发送器部分相关联；和与每个局部回路相关联的接收隔离缓冲器，用于将局部回路的所接收的通信信号彼此隔离开来，并且所述接收隔离缓冲器可操作地与共享DSL调制解调器的接收器相关联。
3.根据权利要求2的ADSL调制解调器，其中所述至少两组数字前端电路进一步包括可操作地与相应接收隔离缓冲器相关联的接收滤波器，用于滤波由模拟前端电路接收的信号。
4.根据权利要求3的ADSL调制解调器，其中共享ADSL调制解调器进一步包括接收器，其中该接收器包括多路复用器，接收每个局部回路的接收滤波器的输出，并把一个接收滤波器的输出之一作为多路复用器的输出；和模-数转换器，接收多路复用器的输出并将多路复用器的输出转换为数字信号。
5.根据权利要求4的ADSL调制解调器，进一步包括一个电路，用于控制初始信号交换机制以便为每个独立于其它客户调制解调器的客户调制解调器确定优化传输参数。
6.根据权利要求5的ADSL调制解调器，其中接收器进一步包括时序均衡器，利用局部回路特定均衡器信息均衡来自模-数转换器的数字信号并对数字信号进行时域均衡以提供一个均衡化的数字信号；和可操作地与时序均衡器相关联的存储器设备，存储局部回路特定均衡器系数。
7.根据权利要求6的ADSL调制解调器，其中接收器进一步包括串-并转换器，用于将均衡化的数字信号由串行信号转换成并行信号以提供并行数字信号；离散付立叶变换电路，用于将并行数字信号由时域信号变换成频域信号以提供数字频率系数；和符号检测器，用于接收数字频率系数和基于局部回路特定符号信息由频域系数检测符号以提供客户特定符号；和可操作地与符号检测器相关联的存储器设备，用于存储局部回路特定符号信息。
8.根据权利要求7的ADSL调制解调器，其中接收器进一步包括译码器，接收来自符号检测器的客户特定符号并基于客户特定信息对符号进行去扰频、Reed-Solomon译码和去交织，以提供客户特定数据；和可操作地与译码器相关联的存储器设备，用于存储客户特定信息。
9.根据权利要求8的ADSL调制解调器，进一步包括每个局部回路的符号缓冲器，其中符号缓冲器接收来自符号检测器的符号并向译码器提供符号。
10.根据权利要求8的ADSL调制解调器，进一步包括每个局部回路的分组缓冲器，接收来自译码器的分组。
11.根据权利要求2的ADSL调制解调器，进一步包括一个发送器，其中发送器包括编码器，接收客户特定符号以在局部回路上传输，并根据客户特定信息对符号进行扰频、Reed-Solomon编码和交织以提供客户特定符号数据；和可操作地与译码器相关联的存储器设备，用于存储客户特定信息。
12.根据权利要求11的ADSL调制解调器，其中发送器进一步包括符号映射器，接收客户特定符号数据并基于局部回路特定频率信息将客户特定符号数据映射到频域以提供局部回路特定符号数据；和可操作地与符号映射器相关联的存储器设备，用于存储局部回路特定频率信息。
13.根据权利要求12的ADSL调制解调器，进一步包括每个局部回路的符号缓冲器，用于接收来自编码器的符号并将其提供给符号映射器。
14.根据权利要求12的ADSL调制解调器，进一步包括每个局部回路的分组缓冲器，用于接收分组并将分组送到编码器。
15.根据权利要求12的ADSL调制解调器，其中发送器进一步包括反向离散付立叶变换电路，用于将局部回路特定符号数据由频域数据变换成时域信号以提供并行数字符号数据；和并-串转换器，用于将并行数字符号从并行信号转换成串行信号以提供串行数字信号；数-模转换器，用于将串行数字信号转换成模拟信号；发送滤波器，用于滤波模拟信号以向发送隔离缓冲器提供滤波后的发送信号。
16.根据权利要求3的ADSL调制解调器，其中多个数字前端电路进一步包括一个与每个接收滤波器相关联的采样和保持电路，用于从相应的接收滤波器接收滤波后的信号。
17.根据权利要求16的ADSL调制解调器，其中共享ADSL调制器进一步包括接收器，接收器包括多路复用器，接收每个局部回路的采样和保持电路的输出，将一个采样和保持电路的输出之一作为多路复用器的输出；和模-数转换器，用于接收多路复用器的输出，并将多路复用器的输出转换成数字信号。
18.根据权利要求17的ADSL调制解调器，进一步包括一个电路，用于控制初始信号交换机制为独立于其它客户调制解调器的每个客户调制解调器确定优化的传输参数。
19.根据权利要求18的ADSL调制解调器，其中接收器进一步包括时序均衡器，利用局部回路特定均衡器信息均衡来自模-数转换器的数字信号并对数字信号进行时域均衡以提供一个均衡化的数字信号；和可操作地与时序均衡器相关联的存储器设备，存储局部回路特定均衡器系数。
20.根据权利要求19的ADSL调制解调器，其中接收器进一步包括串-并转换器，用于将均衡化的数字信号由串行信号转换成并行信号以提供并行数字信号；离散付立叶变换电路，用于将并行数字信号由时域信号变换成频域信号以提供数字频率系数；和符号检测器，用于接收数字频率系数和基于局部回路特定符号信息由频域系数检测符号以提供客户特定符号；和可操作地与符号检测器相关联的存储器设备，用于存储局部回路特定符号信息。
21.根据权利要求20的ADSL调制解调器，其中接收器进一步包括译码器，接收来自符号检测器的客户特定符号并基于客户特定信息对符号进行去扰频、Reed-Solomon译码和去交织，以提供客户特定数据；和可操作地与译码器相关联的存储器设备，用于存储客户特定信息。
22.根据权利要求21的ADSL调制解调器，进一步包括每个局部回路的符号缓冲器，其中符号缓冲器接收来自符号检测器的符号并向译码器提供符号。
23.根据权利要求21的ADSL调制解调器，进一步包括每个局部回路的分组缓冲器，接收来自译码器的分组。
24.根据权利要求16的ADSL调制解调器，进一步包括一个发送器，其中发送器包括编码器，接收客户特定符号以在局部回路上传输，并根据客户特定信息对符号进行扰频、Reed-Solomon编码和交织以提供客户特定符号数据；和可操作地与译码器相关联的存储器设备，用于存储客户特定信息。
25.根据权利要求24的ADSL调制解调器，其中发送器进一步包括符号映射器，接收客户特定符号数据并基于局部回路特定频率信息将客户特定符号数据映射到频域以提供局部回路特定符号数据；和可操作地与符号映射器相关联的存储器设备，用于存储局部回路特定频率信息。
26.根据权利要求25的ADSL调制解调器，其中发送器进一步包括反向离散付立叶变换电路，用于将局部回路特定符号数据由频域数据变换成时域信号以提供并行数字符号数据；和并-串转换器，用于将并行数字符号数据从并行信号转换成串行信号以提供串行数字信号；数-模转换器，用于将串行数字信号转换成模拟信号；发送滤波器，用于滤波模拟信号以向发送隔离缓冲器提供滤波后的发送信号。
27.根据权利要求26的ADSL调制解调器，进一步包括每一个局部回路的符号缓冲器，用于接收来自编码器的符号并将其提供给符号映射器。
28.根据权利要求26的ADSL调制解调器，进一步包括每一个局部回路的分组缓冲器，用于接收分组并将分组送到编码器。
29.根据权利要求16的ADSL调制解调器，其中至少两组数字前端电路进一步包括与每个采样和保持电路相关联的模-数转换器，用于接收来自相应采样和保持电路的保持的信号并将模拟信号转换成数字信号。
30.根据权利要求29的ADSL调制解调器，其中共享ADSL调制解调器进一步包括接收器，该接收器包括多路复用器，接收每个局部回路的模-数转换器的输出并将一个模-数转换器的输出之一作为多路复用器的输出；时序均衡器，利用局部回路特定均衡器信息对来自多路复用器的输出的数字信号进行均衡并对数字信号进行时域均衡以提供一个均衡化的数字信号；和可操作地与时序均衡器相关联的存储器设备，用于存储局部回路特定均衡器系数。
31.根据权利要求30的ADSL调制解调器，进一步包括一个电路，用于控制初始信号交换机制以便为每个独立于其它客户调制解调器的客户调制解调器确定优化传输参数。
32.根据权利要求31的ADSL调制解调器，其中接收器进一步包括串-并转换器，用于将均衡化的数字信号由串行信号转换成并行信号以提供并行数字信号；离散付立叶变换电路，用于将并行数字信号由时域信号变换成频域信号以提供数字频率系数；和符号检测器，用于接收数字频率系数和基于局部回路特定符号信息由频域系数检测符号以提供客户特定符号；和可操作地与符号检测器相关联的存储器设备，用于存储局部回路特定符号信息。
33.根据权利要求32的ADSL调制解调器，其中接收器进一步包括译码器，接收来自符号检测器的客户特定符号并基于客户特定信息对符号进行去扰频、Reed-Solomon译码和去交织，以提供客户特定数据；和可操作地与译码器相关联的存储器设备，用于存储客户特定信息。
34.根据权利要求33的ADSL调制解调器，进一步包括每个局部回路的符号缓冲器，其中符号缓冲器接收来自符号检测器的符号并向译码器提供符号。
35.根据权利要求33的ADSL调制解调器，进一步包括每个局部回路的分组缓冲器，接收来自译码器的分组。
36.根据权利要求29的ADSL调制解调器，进一步包括一个发送器，其中发送器包括编码器，接收客户特定符号以在局部回路上传输，并根据客户特定信息对符号进行扰频、Reed-Solomon编码和交织以提供客户特定符号数据；和可操作地与译码器相关联的存储器设备，用于存储客户特定信息。
37.根据权利要求36的ADSL调制解调器，其中发送器进一步包括符号映射器，接收客户特定符号数据并基于局部回路特定频率信息将客户特定符号数据映射到频域以提供局部回路特定符号数据；和可操作地与符号映射器相关联的存储器设备，用于存储局部回路特定频率信息。
38.根据权利要求37的ADSL调制解调器，其中发送器进一步包括反向离散付立叶变换电路，用于将局部回路特定符号数据由频域数据变换成时域符号以提供并行数字符号数据；和并-串转换器，用于将并行数字符号从并行信号转换成串行信号以提供串行数字信号；数-模转换器，用于将串行数字信号转换成模拟信号；发送滤波器，用于滤波模拟信号以向发送隔离缓冲器提供滤波后的发送信号。
39.根据权利要求38的ADSL调制解调器，进一步包括每一个局部回路的符号缓冲器，用于接收来自编码器的符号并将其提供给符号映射器。
40.根据权利要求38的ADSL调制解调器，进一步包括每一个局部回路的分组缓冲器，用于接收分组并将分组送到编码器。
41.一种允许多个同时局部回路连接到单个ADSL调制解调器的方法，该方法包括将局部回路彼此隔离开来；为每个所连接的局部回路存储回路相关信息；和利用回路相关信息与每个局部回路通信。
42.一种允许多个同时局部回路连接到单个ADSL调制解调器的系统，该系统包括将局部回路彼此隔开来的装置；为每个与单个ADSL调制解调器连接的局部回路存储回路相关信息的装置；和利用单个ADSL调制解调器，采用回路相关信息和每个局部回路通信的装置。
43.一种允许多个同时局部回路连接到单个ADSL调制解调器上的计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可用存储媒体，其上具有计算机可读程序代码部分，该计算机可读程序代码部分包括用于将局部回路彼此隔离开来的计算机可读程序代码部分；用于为每个与单个ADSL调制解调器相连的局部回路存储回路相关信息的计算机可读程序代码部分；用于利用单个ADSL调制解调器，采用回路相关信息和每个局部回路通信的计算机可读程序代码部分。
全文摘要
多下线非对称数字用户回路(ADSL)调制解调器具有至少两组数字前端电路,允许同时至少两个局部回路的连接。一个共享DSL调制解调器可操作地与两组数字前端电路中的每一个相关联用于从和向数据前端电路接收和发送数据。一个数字接口可操作地与共享DSL调制解调器相关联并被配置成与外部网络通信。
文档编号H04M11/06GK1250303SQ9911198
公开日2000年4月12日 申请日期1999年8月4日 优先权日1998年8月17日
发明者戈登·T·戴维斯 申请人:国际商业机器公司