專利名稱：實(shí)現(xiàn)一個(gè)傳輸連接的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用數(shù)字調(diào)制實(shí)現(xiàn)一個(gè)傳輸連接。本發(fā)明可以用在任何一個(gè)系統(tǒng)，其中要傳輸?shù)谋忍亓鞅环峙涞饺舾晌挥诓煌l帶的載波上，然而本發(fā)明特別企圖借助于VDSL(甚高比特率數(shù)字用戶線路)技術(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)無線傳輸連接。
光纖是作為一個(gè)主干網(wǎng)絡(luò)傳輸媒體的一個(gè)不言而喻的選擇，因?yàn)橹鞲删W(wǎng)絡(luò)通常需要大的傳輸容量，其傳輸距離又長，現(xiàn)有的路徑常常做成光纜。盡管對于用戶連接(在市話交換機(jī)基與用戶之間的線路)，由于用多媒體實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)，和從個(gè)人消費(fèi)觀點(diǎn)每日服務(wù)要求一個(gè)高傳輸速率，情況急劇地改變。
然而未來提供寬帶業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造成本，主要由于光纜鋪設(shè)的成本上升，沒有明顯節(jié)約的希望?？墒?，因?yàn)榭吹轿磥淼男枰?，還希望在用戶網(wǎng)絡(luò)中也盡可能的由光纖建造。更新用戶網(wǎng)絡(luò)的成本是很高的，然而在數(shù)十年的時(shí)間內(nèi)實(shí)際上對這些內(nèi)容仍在探討。高成本實(shí)在是使光纖在用戶網(wǎng)絡(luò)中普及的最大障礙。
由于以上提出的理由，從前曾經(jīng)采用更有效的措施以求如何利用通常的用戶線路(金屬線對)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，也就是其傳輸速率明顯高于ISDN(綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))存取的速率(144kbit/s)(kbit/s＝千比特/秒)?，F(xiàn)在ADSL(不對稱數(shù)字用戶線路)和HDSL(高比特率數(shù)字用戶線路)技術(shù)真正為沿一個(gè)電話網(wǎng)絡(luò)向用戶終端傳輸高速率數(shù)據(jù)和視頻信號(hào)提供新的可能性。
ADSL傳輸連接是在于傳輸速率的不對稱，從網(wǎng)絡(luò)到用戶的速率遠(yuǎn)高于從用戶到網(wǎng)絡(luò)的速率。這時(shí)因?yàn)锳DSL主要用在各種所謂“請求式”業(yè)務(wù)。實(shí)際上ADSL傳輸連接的傳輸速率從網(wǎng)絡(luò)到用戶是2…6Mbit/s，從用戶到網(wǎng)絡(luò)是16…640Kbit/s的量級。
HDSL傳輸技術(shù)涉及在一對金屬線上傳輸一個(gè)2Mbit/s級的數(shù)字信號(hào)。HDSL描述一種對稱的技術(shù)，也就是傳輸速率在兩個(gè)方向都是一樣。獨(dú)立的HDSL收發(fā)信系統(tǒng)包含若干采用回聲消除技術(shù)的收發(fā)信機(jī)，這些收發(fā)信機(jī)是由一對線路組成的一條雙向傳輸路徑互相連接起來的。在一個(gè)HDSL傳輸系統(tǒng)中可能有一個(gè)或兩個(gè)或三個(gè)并行的這樣獨(dú)立的HDSL傳輸系統(tǒng)，在兩對或三對并行線路的情況每條并行連接的速率是2Mbit/s的次速率；如果有三對線并行就是784kbit/s，如果有兩對線并行就用1168kbit/s。在國際建議中確定了2Mbit/s量級的信號(hào)如何在一個(gè)HDSL系統(tǒng)中傳輸，例如，根據(jù)CCITT(國際電報(bào)電話咨詢委員會(huì))推薦G.703/G.704的一個(gè)SDH(同步數(shù)字分層體系)網(wǎng)絡(luò)的那些VC-12信號(hào)或2048kbit/s信號(hào)。
因?yàn)橛蒙厦嫣岢龅霓k法只能達(dá)到這樣的比特率，典型的是在1…2Mbit/s量級，所以要尋求為用戶電纜線路上允許ATM(異步傳送模式)量級比特率的技術(shù)。由國際標(biāo)準(zhǔn)組織ETSI(歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織)制訂VDSL設(shè)備說明例如一個(gè)VDSL連接可以這樣實(shí)現(xiàn)，把預(yù)先決定的頻帶安排在兩個(gè)傳輸方向上，分別在一個(gè)分隔的調(diào)制器中為每個(gè)頻帶產(chǎn)生一個(gè)載波，把這個(gè)數(shù)據(jù)調(diào)制到這個(gè)傳輸方向的頻帶上，在調(diào)制器中數(shù)據(jù)被調(diào)制到和最后的頻帶同相。這樣的一個(gè)辦法的缺點(diǎn)是在調(diào)制器中，脈沖的成型(插值和濾波)和頻移(混頻)必須在一個(gè)高頻率上進(jìn)行，要求繁重的計(jì)算和相當(dāng)復(fù)雜的裝備。在一個(gè)VDSL連接的情況，例如，因?yàn)橛行┹d波是安排在高頻上，脈沖成型和混頻要求的計(jì)算操作以高達(dá)取樣頻率的30倍進(jìn)行。下面還要詳細(xì)的說明。
本發(fā)明的目的是提供一個(gè)辦法，可以用盡量簡單和有效的裝備在這類系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)，以克服上面提出的缺點(diǎn)，其中這些系統(tǒng)中的比特流的傳輸是由安排在不同頻帶上的載波輸送的。
根據(jù)在獨(dú)立的權(quán)利要求書中確定的本發(fā)明的一個(gè)辦法可以達(dá)到這個(gè)目的。
本發(fā)明的想法是利用一個(gè)半帶通(halfband)濾波器組把信號(hào)的頻率移到最后的頻帶上，這個(gè)半帶通濾波器組設(shè)計(jì)成可以高效率地計(jì)算。
考慮根據(jù)本發(fā)明的辦法，數(shù)字調(diào)制和解調(diào)要求的信號(hào)處理的主要部分可以在一個(gè)比較低的頻率上進(jìn)行，因?yàn)樵趥鬏敽徒邮諘r(shí)，頻移是由一個(gè)有計(jì)算效率的半帶通濾波器組進(jìn)行的在一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的方法中利用了一些簡單的調(diào)制方法，例如建議用QAM(正交調(diào)幅)或CAP(無載波幅度和相位)調(diào)制。
在下面，本發(fā)明及其優(yōu)越的實(shí)施例以參考附圖表示的例子做出更嚴(yán)密詳細(xì)的說明，其中

圖1表示利用一個(gè)VDSL連接的一個(gè)傳輸系統(tǒng)；圖2表示用在這個(gè)VDSL連接的頻率劃分；圖3表示在傳輸方向之間的子頻帶的劃分；圖4表示實(shí)現(xiàn)一個(gè)VDSL連接的裝置的基本形式；圖5表示在圖4的裝置中一個(gè)調(diào)制器塊的一個(gè)典型實(shí)現(xiàn)；圖6表示根據(jù)本發(fā)明的在圖4的裝置中一個(gè)調(diào)制器塊的一個(gè)實(shí)現(xiàn)；圖7a表示在發(fā)送機(jī)的濾波器組中一個(gè)獨(dú)立的半帶通濾波器的操作；圖7b表示在接收機(jī)的濾波器組中一個(gè)獨(dú)立的半帶通濾波器的操作；圖8a表示在下行發(fā)送方向中發(fā)送機(jī)的一個(gè)濾波器組；圖8b表示在下行發(fā)送方向中接收機(jī)的一個(gè)濾波器組；圖9a表示在上行發(fā)送方向中發(fā)送機(jī)的一個(gè)濾波器組；圖9b表示在上行發(fā)送方向中接收機(jī)的一個(gè)濾波器組；圖9c表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)解調(diào)器塊的一個(gè)實(shí)現(xiàn)；圖10-26表示在調(diào)制和解調(diào)的不同階段中的信號(hào)頻譜。
下面用實(shí)現(xiàn)一個(gè)VDSL連接作為一個(gè)例子詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的辦法。尤其是在VDSL系統(tǒng)中，系統(tǒng)的載波被安排在高頻率上，因而加劇了上述的缺點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的辦法就更為顯得優(yōu)越。
圖1表示利用一個(gè)VDSL連接的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包含所謂FTTC(光纖到控制/工作間)結(jié)構(gòu)。這個(gè)工作間或控制間11，通過參考號(hào)碼12標(biāo)記的高速光纖連接接收數(shù)據(jù)。已有的金屬線路(成對銅線)也通過同一個(gè)工作間由交換機(jī)通向用戶。這些成對銅線由參考號(hào)碼13標(biāo)記。數(shù)據(jù)在工作間內(nèi)安裝的光纖網(wǎng)單元(ONU)中組合后送到用戶線路上，使用戶仍然可以用舊的窄帶POTS/ISDN(老式電話業(yè)務(wù)//綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))業(yè)務(wù)之外，他/她還可用一路高速全雙工數(shù)據(jù)連接。這些窄帶和寬帶業(yè)務(wù)是由一個(gè)(無源的)濾波器將它們彼此分隔開，這個(gè)濾波器完成VDSL信號(hào)和窄帶信號(hào)的頻率分隔。這個(gè)VDSL連接適合裝在這個(gè)ONU和這個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端NT之間。網(wǎng)絡(luò)終端通常裝在最終用戶的辦公室中，連接到用戶的終端設(shè)備上，例如一個(gè)普通的模擬式電話或一個(gè)ISDN電話(參考號(hào)碼15)上，或一個(gè)利用寬帶業(yè)務(wù)的終端裝備(TE)，例如一個(gè)微計(jì)算機(jī)(參考號(hào)碼16)上。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)向用戶提供UNI(用戶到網(wǎng)絡(luò)接口)接口。這個(gè)接口由參考標(biāo)記INT1指出。光纖網(wǎng)絡(luò)單元提供的寬帶VDSL接口由參考標(biāo)記INT2指出。
于是在ONU和這個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端NT之間就建立了實(shí)在的VDSL連接。
這些VDSL連接的頻率劃分是根據(jù)圖2進(jìn)行，在低頻率端為已有的POTS或ISDN業(yè)務(wù)留下空間(頻帶A)。這些VDSL信道是在頻帶B上傳輸，以后將發(fā)現(xiàn)，這個(gè)頻帶的低頻限通常是300…600kHz，高頻限最好是18MHz左右。這些VDSL連接在不同方向之間的子頻帶的劃分，將在下面作更嚴(yán)密的說明。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)推薦的系統(tǒng)實(shí)施例中，傳送到這個(gè)VDSL連接的比特流被劃分配到若干的載波上，這些載波在頻帶上的安排要設(shè)想它們被放在被最壞的干擾頻帶，即，國際無線電愛好者頻帶所限制的頻帶上。這樣，這個(gè)發(fā)送機(jī)有若干并行的，調(diào)制器中用一種恰當(dāng)?shù)恼{(diào)制方法，例如，QAM(正交調(diào)幅)調(diào)制。在每個(gè)調(diào)制過程中，使用獨(dú)立的一個(gè)頻率，使相應(yīng)的載波落在要求的子頻帶上。
國際無線電愛好者頻帶列在下面，其中左邊一列表示這個(gè)頻帶的低頻限，右邊一列表示這個(gè)頻帶的高頻限。
隨著由上面表明的頻率數(shù)值，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，這些載波被安排在以下的子頻帶上，其高頻和低頻的極限根據(jù)無線電愛好者頻帶確定
按照國際標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，一路VDSL連接要求的傳輸速率，可以用六個(gè)最低的子頻帶(子頻帶1-6)實(shí)現(xiàn)。推薦在下行方向用最低的子頻帶(No.1)因?yàn)檫@些低頻用在這個(gè)方向也用在ADSL系統(tǒng)。這樣，即使根據(jù)本發(fā)明ADSL連接和VDSL連接都在同一條電纜上，也可以消除近端竄話(NEXT)。用香農(nóng)(Shannon)定律檢查用戶線路的容量指出，根據(jù)圖3中的子頻帶選擇傳輸方向，可以最好地達(dá)到VDSL連接要求的傳輸速率和連接的距離。這個(gè)在下行方向的子頻帶如策劃所示。(香農(nóng)定律C＝B×log2(1+S/N)，香農(nóng)定律指出一個(gè)信道上信息傳輸?shù)睦碚撟畲笕萘緾，信道的頻寬是B和信噪比是S/N)。
為達(dá)到圖3的傳輸劃分，首先利用香農(nóng)定律計(jì)算在不同的連接距離(300m，500m和1500m)上的子頻帶的容量，然后根據(jù)它們的總?cè)萘亢拖Ｍ诳紤]中的傳輸方向上的比特率，為各個(gè)傳輸方向選擇子頻帶。應(yīng)當(dāng)注意因?yàn)殡娎|中的損耗隨著頻率的增加而急劇增長，在較低頻率上的頻帶與一個(gè)同樣寬度的在較高頻率上的頻帶比較，有比較好的信噪比，同時(shí)根據(jù)香農(nóng)定律，也有比較高的傳輸容量。考慮到傳輸容量，就不可以把比如子頻帶3和4的方向交換，雖然這些頻帶的寬度幾乎是相等的。
可以指出在本說明書中用例子實(shí)現(xiàn)一個(gè)VDSL傳輸連接，曾經(jīng)詳細(xì)地公開在申請人的國際PCT專利申請PCT/FI97/00279中(在申請本發(fā)明時(shí)還未出版)。這個(gè)申請?jiān)敿?xì)地闡述例如對于VDSL連接商定在不同方向上的傳輸速率，和對VDSL連接更詳細(xì)地?cái)⑹龅膮⒖嘉募?br> 圖4描述按一般級別一個(gè)實(shí)現(xiàn)一路上述那類型的傳輸連接的設(shè)備。這個(gè)圖表示出一路VDSL連接在一個(gè)方向上看到的兩端。發(fā)送到VDSL傳輸連接的高速比特流DATA-IN(數(shù)據(jù)輸入)被送到符號(hào)形成方框41，在那里形成比特的符號(hào)并且把這些符號(hào)送到調(diào)制器單元42，使這些符號(hào)分配到不同的載波上，調(diào)制器單元由n個(gè)在不同的載波頻率上并行工作的QAM調(diào)制器A1…An組成。方框41把它形成的符號(hào)直接地送到與這個(gè)符號(hào)相應(yīng)的調(diào)制器。因?yàn)樾旁氡入S著不同的載波而不同，每個(gè)符號(hào)所用的比特?cái)?shù)量也隨著不同的調(diào)制器而不同。一個(gè)信噪比較好的載波可用較多的比特(較密的星座圖)。發(fā)送機(jī)的控制部分控制不同的調(diào)制過程，用參考號(hào)48標(biāo)出。
選擇符號(hào)速率有利于設(shè)備的實(shí)現(xiàn)(簡單的設(shè)備實(shí)現(xiàn))，例如在上行方向載波C4與載波C2相比有加倍的符號(hào)速率，而在下行方向載波C3，C5和C6與載波C1相比有加倍的符號(hào)速率。由于傳輸是在不同的方向上，載波C3和C4不需要同樣的符號(hào)速率。
如果與以上的狀態(tài)適配的比特在不同載波上的安排用在發(fā)送機(jī)中，就值得在連接的開始階段增加一個(gè)訓(xùn)練時(shí)期，以學(xué)習(xí)每個(gè)載波上每個(gè)符號(hào)用多少比特是明智的。
這些QAM調(diào)制器把這些信號(hào)調(diào)制到不同的在頻頻率上，這些頻帶位于上述的某個(gè)子頻帶1…9上，在每個(gè)情況下，當(dāng)然最好是位于所考慮的頻帶的中央。
從這些調(diào)制器輸出的信號(hào)被送到加法器43，信號(hào)在這里按數(shù)字相加。數(shù)字相加的信號(hào)再被送到線路適配單元44，這個(gè)適配單元通常由一個(gè)串聯(lián)的DA(數(shù)/模)變換器，一個(gè)濾去產(chǎn)生在這個(gè)數(shù)字信號(hào)中的諧波分量的濾波器，一個(gè)把信號(hào)的輸出電平提高到一個(gè)正確電平的線路驅(qū)動(dòng)器，一個(gè)把發(fā)送和接收支路彼此分隔的橋接岔路(hybrid)和一個(gè)把POTS/ISDN信號(hào)和VDSL信號(hào)彼此分隔的(無源)濾波器(POTS/ISDN分離器)組成。這個(gè)濾波器的輸出端連接到一路信道(線對)上。
在接收端，這個(gè)信號(hào)首先被連接到線路適配單元45，這個(gè)適配單元通常由上面提到的(無源)濾波器(POTS/ISDN--分離器)，一個(gè)把發(fā)送和接收支路彼此分隔的橋接岔路，一個(gè)濾波級和一個(gè)AD(模/數(shù))變換器組成。這個(gè)濾波級最好使用工作在無線電愛好者頻帶的所謂陷波濾波器。由于加法器和線路適配單元可用通常的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，它們的構(gòu)造就不再本文中再敘述了。
從線路適配單元45收到的數(shù)字化字再被連接到解調(diào)器單元46，這個(gè)單元由n個(gè)并行的QAM解調(diào)器B1…Bn組成，由此形成n個(gè)調(diào)制器/解調(diào)器對(例如，載波C1，C3，C5和C6，由此n＝4)。從這些解調(diào)器的輸出端收到的符號(hào)字被送到符號(hào)識(shí)別電路47，在那里形成這些基帶符號(hào)字的原本比特流DATA-OUT(數(shù)據(jù)輸出)。
在上面敘述的那類的一個(gè)系統(tǒng)中，通常如圖5所示地完成一個(gè)調(diào)制器塊。和那些星座點(diǎn)對應(yīng)地從符號(hào)形成塊得到實(shí)的和虛的數(shù)值(I和Q值)，這些數(shù)值各自被送到一個(gè)分隔的脈沖形成塊(51a和51b)，在形成塊中通常完成取樣頻率的乘法(插值)和低通濾波。濾波后的信號(hào)成分被直接送到混頻器52a和52b轉(zhuǎn)換到最后的頻帶上。這些成分在一個(gè)加法器53中被加到一起，然后對這個(gè)總和信號(hào)進(jìn)行一次D/A變換(未畫出)。
如在開始時(shí)指出，這樣的辦法的缺點(diǎn)是必須在高頻率上進(jìn)行濾波，混頻和相加，要求繁重的計(jì)算以及因此也要相當(dāng)復(fù)雜的裝備。為了產(chǎn)生以上的狀態(tài)，例如，在脈沖形成塊中的取樣頻率，載波C6，必須提高30倍，在混頻器和乘法器中必須分別在比取樣頻率高30倍的速率上進(jìn)行。
為了在低頻盡可能快地進(jìn)行信號(hào)處理，用一個(gè)半帶通濾波器組把這些載波進(jìn)行移頻。圖6表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)調(diào)制器塊。從符號(hào)形成塊41得到實(shí)的和虛的數(shù)值(I和Q值)，和那些星座點(diǎn)對應(yīng)，在這種情況下也是各自被送到一個(gè)分隔的脈沖形成塊(61a和61b)。然而這些塊的工作頻率是低頻，在本發(fā)明的調(diào)制器中，這些脈沖形成塊和混頻器可以用比如三倍于取樣的頻率工作。這樣，從附在后面的頻譜圖中看到，在混頻器62a和62b中，濾波后的信號(hào)成分不是被轉(zhuǎn)換到它們的最后的頻帶上，而是與一個(gè)預(yù)定的低頻混頻。用這種方法形成的所有臨時(shí)的載波(即，下行的載波C1′，C3′，C5′和C6′)被送到半通帶濾波器組64，在這里這些載波被轉(zhuǎn)換到它們專用的頻帶上(載波C1′已在頻率域內(nèi)，沒有被濾波器組轉(zhuǎn)移，是一個(gè)例外)。因此在圖6中表示的辦法中，一方面是圖4的調(diào)制器單元的頻移功能，另一方面是圖4的加法器的加法功能，都已經(jīng)由半帶通濾波器組實(shí)現(xiàn)了。在濾波器組之后，進(jìn)行一次D/A變換。
一個(gè)半帶通濾波器是一個(gè)取樣頻率可以加倍(按二插值)或減半(按二抽取)的熟知的濾波器。圖7a說明這個(gè)用在發(fā)送機(jī)中熟知的插值半帶通濾波器，而圖7b說明用在接收機(jī)中熟知的抽取半帶通濾波器。
濾波器包含兩部分，低通部分和高通部分，分別用LP和HP標(biāo)示。在這些頻率之間的分離頻率是濾波器的半帶通頻率fHB，在插值濾波器的情況它是來話取樣頻率的一半。如圖7a所示，送到這個(gè)插值濾波器的LP輸入端的頻譜被轉(zhuǎn)移到這個(gè)濾波器的輸出端時(shí)和原來的一樣，但是送到HP輸入端的信號(hào)的頻譜是取原來的頻譜相對于半帶通頻率的鏡像。
用在接收機(jī)中的抽取半帶通濾波器的操作，原則上和用在發(fā)送機(jī)中的插值半帶通濾波器相反。在這種情況，濾波器(圖7b)有一個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，一個(gè)LP輸出端和一個(gè)HP輸出端。這個(gè)濾波器把送到輸入端的信號(hào)的頻譜分成兩部分，使得到的低于分離頻率部分的頻譜與這個(gè)LP輸出端的一樣，而高于分離頻率部分的頻譜是這個(gè)HP輸出端頻譜相對于分離頻率的鏡像。這個(gè)抽取半帶通濾波器的半帶通頻率是來話取樣頻率的四分之一。
這些圖用畫在這些濾波塊內(nèi)的圖形示意地說明這些半帶通濾波器的構(gòu)造。在每個(gè)情況中，這個(gè)濾波器有兩個(gè)分隔的全通濾波塊A1和A2，信號(hào)通過這些塊時(shí)沒有一個(gè)頻帶相對于其他頻率被衰減。在低于這個(gè)半帶通頻率這些全通濾波塊是同相濾波器，而在高于這個(gè)半帶通頻率這些全通濾波塊是反相濾波器，在插值濾波器情況，信號(hào)的相加是在濾波之前進(jìn)行，而在抽取濾波器情況，信號(hào)的相加是在濾波之后進(jìn)行。因?yàn)榘霂V波器已經(jīng)是熟知的，獨(dú)立的濾波器就不再本文中詳細(xì)說明了。有興趣的讀者可以參閱例如N.J.Fliege，著Multi-Rate DigitalSignal Processing，一書中的第2.6節(jié)，John Wiley&Sons，Chichester，1994，出版書號(hào)ISBN0471939765，得到更加詳細(xì)的解釋。
下面更詳細(xì)解釋在一個(gè)以上所述的一類VDSL系統(tǒng)中的一個(gè)半帶通濾波器組的構(gòu)造和操作，其中載波C1，C3，C5和C6是在下行方向產(chǎn)生，C2和C4是在上行方向，上述載波是安排在被無線電愛好者頻帶限制的頻帶上。如上面圖6所示，當(dāng)一個(gè)臨時(shí)的載波還沒有被轉(zhuǎn)換到它在發(fā)送機(jī)中最后的頻帶，或者一個(gè)載波被轉(zhuǎn)換到所涉及的接收機(jī)的濾波器組的一個(gè)較低的頻率范圍時(shí)，這個(gè)載波的參考標(biāo)號(hào)用一個(gè)撇號(hào)標(biāo)出。在本例的情況，在下行方向四個(gè)連續(xù)的級和在上行方向三個(gè)連續(xù)的級配備半帶通濾波器組。這些濾波器級的頻率是1800，3600，7200和14400kHz，使得在第一級中，發(fā)送機(jī)有最低的半帶通頻率和接收機(jī)有最高的半帶通頻率。每個(gè)濾波器的半帶通頻率在LP和HP部分之間的括號(hào)中指出。
為了說明濾波器組的操作，圖10…26表示出頻移的不同階段中的信號(hào)頻譜。每個(gè)圖指出這個(gè)圖說明的頻譜的標(biāo)號(hào)。圖中假定在載波C1和C2上的符號(hào)速率是1200kbaud(千波特)，在載波C3，C4，和C5是2400kbaud(即載波C1，C2速率的兩倍)。頻譜表示像“箱子”一樣，換而言之，剩余頻寬為0％。然而實(shí)際上在通帶和阻帶之間需要一段某些規(guī)模的過渡帶。全部頻譜圖以千赫(kilohertz)來表示載波和附帶的取樣頻率fs，即奈奎斯特(Nyquist)頻率的一半，這是在每個(gè)階段中可明確無誤地表現(xiàn)的最高頻率。
圖8a表示在下行方向發(fā)送機(jī)的一個(gè)濾波器組，這個(gè)濾波器組包含在四個(gè)連續(xù)的級中的總共七個(gè)插值半帶通濾波器MHBi-i(這里i是級的編號(hào)，j是級中的濾波器的編號(hào))，一個(gè)在第一級，三個(gè)在第二級，兩個(gè)在第三級和一個(gè)在第四級。每個(gè)半通帶濾波器按照圖7a中表示的已知的方式操作，即濾波器組把兩個(gè)在同一個(gè)頻率上取樣的QAM信號(hào)形成它的一個(gè)輸出信號(hào)，其中取樣頻率是加倍的，而且第二個(gè)載波是相對于原來的奈奎斯特頻率的鏡像。從這些混頻器得到的這些臨時(shí)載波信號(hào)提供給這個(gè)濾波器組要求按照這樣的方法信號(hào)C1′被送到濾波器MHB1-1的LP輸入端，信號(hào)C3′被送到濾波器MHB2-1的HP輸入端，信號(hào)C5′被送到濾波器MHB2-2的LP輸入端，信號(hào)C6′被送到濾波器MHB2-3的LP輸入端。零信號(hào)被送到這個(gè)濾波器組的其余的輸入端。信號(hào)通過的那些輸入端和輸出端用以c開頭標(biāo)出，并指出在圖10…26中之一的有關(guān)的信號(hào)頻譜。從這些圖中看到，例如在載波C1的情況“混頻頻率”是1050kHz(圖10)，在載波C6的情況是1800kHz(圖16)，這樣，所用的頻率果然比圖5中的情況低一個(gè)數(shù)量級。從濾波器MHB4-1的輸出端得到一個(gè)包含全部載波的信號(hào)。
如以前所指出在接收幾種每個(gè)獨(dú)立的濾波器如圖7b所表示那樣操作。圖8b表示下行方向中的發(fā)射機(jī)的一個(gè)濾波器組，這個(gè)濾波器組包含——和發(fā)送機(jī)一樣——總共七個(gè)抽取半帶通濾波器DHBi-j(這里i是級的編號(hào)，j是級中的濾波器的編號(hào))，一個(gè)在第一級，兩個(gè)在第二級，三個(gè)在第三級和一個(gè)在第四級。一個(gè)頻譜如圖3和20表示的信號(hào)(c1+3+5+6)被送到這個(gè)濾波器組的輸入端，因此從濾波器DHB4-1的LP輸出端得到載波C1′，從濾波器DHB3-1的HP輸出端得到載波C3′從濾波器DHB3-2的LP輸出端得到載波C5′從濾波器DHB3-3的LP輸出端得到載波C6′。
圖9a表示在上行方向發(fā)送機(jī)的一個(gè)濾波器組，這個(gè)濾波器組包含在三個(gè)連續(xù)的級中的總共四個(gè)抽取半帶通濾波器，一個(gè)在第一級，兩個(gè)在第二級和一個(gè)在第三級。從這些混頻器得到的這些臨時(shí)載波信號(hào)提供給這個(gè)濾波器組要求按照這樣的方法信號(hào)C2′被送到濾波器HBF1-1的HP輸入端，信號(hào)C4′被送到濾波器HBF2-2的HP輸入端。零信號(hào)被送到這個(gè)濾波器組的其余的輸入端。
圖9b表示上行方向中的接收機(jī)的一個(gè)濾波器組，這個(gè)濾波器組包含——和發(fā)送機(jī)一樣——總共四個(gè)抽取半帶通濾波器。一個(gè)頻譜如圖3和26表示的信號(hào)被送到這個(gè)濾波器組的輸入端，因此從濾波器DHB3-1的HP輸出端得到載波C2′，從濾波器DHB2-2的HP輸出端得到載波C4′。
因此，這個(gè)發(fā)送機(jī)的濾波器組把被連接到不同的輸入端的載波連接到同一個(gè)輸出端上，同時(shí)進(jìn)行頻移，而這個(gè)接收機(jī)的濾波器組把連接到這個(gè)濾波器組的輸入端的FDM信號(hào)的載波分隔到它們各自分開的輸出端，同時(shí)進(jìn)行頻移。
圖9c說明用一條載波特定的接收支路(在這個(gè)濾波器組和這個(gè)符號(hào)識(shí)別電路之間)完成一個(gè)解調(diào)器塊。其余的載波同樣的處理。這個(gè)解調(diào)器進(jìn)行和調(diào)制器相反的處理。首先在混頻器91a和91b中在每個(gè)載波 (即C1′，C3′，C5′和C6′)進(jìn)行反變換。然后這些I和Q分量被送到它們各自分隔的低通濾波器塊(92a和92b)，由低通濾波器塊濾去干擾頻譜分量。然后這些I和Q分量被送到信道均衡器93，在這里去掉信道產(chǎn)生的畸變。因此信道的均衡是在每個(gè)載波上分開進(jìn)行的。因?yàn)樾诺赖木馐前摧d波特定地只在低頻上進(jìn)行，這樣均衡就比較簡單(與在高頻上進(jìn)行均衡比較)。然后這些載波從信道均衡器送到一個(gè)符號(hào)識(shí)別塊。
在上面的例子中，符號(hào)速率與半通帶分離頻率的比率是1200/1800或2400/3600＝66.7％。這樣的符號(hào)速率(1200或2400千波特)可以用一個(gè)插值比為三的脈沖形成濾波器產(chǎn)生。這樣，在這種情況，33％的傳輸頻帶沒有用在實(shí)際有效負(fù)荷中，例如，卻有無線電愛好者頻帶和從通帶到阻帶的過渡帶也放在這些頻率上面。如果希望整個(gè)頻帶的較大部分能用于有效負(fù)荷，上述的傳輸連接可以比如用這樣的方法實(shí)現(xiàn)，采用和上面同樣的半通帶頻率，但是符號(hào)速率降低到1350和2750千波特。在這種情況，這個(gè)調(diào)制器的脈沖形成塊的插值系數(shù)是8/3而不是3，導(dǎo)致一個(gè)插值系數(shù)為8的插值濾波器和一個(gè)抽取系數(shù)為3的抽取塊。
以上，本發(fā)明的辦法已經(jīng)用QAM調(diào)制作為例子說明了。系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可以根據(jù)例如所用的調(diào)制方法而變化。在一個(gè)CAP(無載波調(diào)幅調(diào)相)調(diào)制器中，例如，用一些帶通濾波器作為脈沖形成器，并且沒有混頻器(正弦和余弦乘法)。還有，在一個(gè)CAP系統(tǒng)中這些脈沖形成器是不一樣的而是形成一對希爾伯特對(Hilbert pair)。
下面在圖5中說明根據(jù)本發(fā)明的辦法與現(xiàn)在已有技術(shù)比較的優(yōu)點(diǎn)的討論。這個(gè)討論是對下行傳輸進(jìn)行的。
首先假定這些脈沖形成濾波器是FIR濾波器。在這樣的情況中，如果這些FIR濾波器的脈沖響應(yīng)是在相同的時(shí)域，從在一個(gè)低的和一個(gè)高的取樣頻率的頻寬利用的觀點(diǎn)看來，可以得到同樣好的濾波(上述的狀態(tài)多于的帶寬同樣地小)。如果符號(hào)的速率是1200千波特而且根據(jù)以前(C6)相當(dāng)于最高頻率18MHz，需要在這個(gè)脈沖形成濾波器中進(jìn)行30倍的插值。在相應(yīng)于一個(gè)2400千波特的符號(hào)速率，需要15倍的插值。
得到每秒的乘法次數(shù)是N，N＝1200k(波特率)*5(符號(hào)序列中的濾波長度)*30(插值比率)*2(I和Q支路)*1200*2*30(正弦和余弦乘法)＝432000k每秒乘法。
在載波C3，C5和C6上需要同樣次數(shù)的乘法，因此總共需要每秒1728M次乘法。
根據(jù)本發(fā)明用的一個(gè)濾波器組，對于載波C1，在這個(gè)濾波器組前面的調(diào)制器中，需要的乘法次數(shù)是N＝1200k*5*3*2+1200k*2*3＝43200k每秒乘法。
對于載波C3，C5和C6，分別需要2*N次每秒乘法，因此在濾波器組之前總共需要7*43200k＝302400k次乘法。
假定在一個(gè)半通帶的塊中每個(gè)來話周期進(jìn)行三次乘法。就給出乘法次數(shù)N＝1200k*3*(1(與載波的取樣頻率比較的取樣頻率)*3*1(按這樣的速率操作的塊的數(shù)量)+2*3*3+4*3*2+8*3*1)＝248400k每秒乘法。
因此根據(jù)本發(fā)明的辦法需要總共為每秒550.8M次乘法，比較根據(jù)圖5實(shí)現(xiàn)的要求的計(jì)算能力少三分之一。
雖然本發(fā)明在上面的說明是參照附圖所表示的例子來說明的，顯然本發(fā)明是不限于這些例子的，它可以在上面的說明和后續(xù)的權(quán)利要求中表明的本發(fā)明的思想范圍內(nèi)變化。例如在調(diào)制和解調(diào)方面，可以按照不同的順序進(jìn)行操作，即乘法可以在脈沖形成之前進(jìn)行。再有，所有的載波不必要用濾波器組向上轉(zhuǎn)換到頻域中，其中有些載波也可以在混頻器中預(yù)先轉(zhuǎn)換到最后的頻率范圍內(nèi)。例如在上面所說的系統(tǒng)中如果載波C1和C2用在上行方向，就會(huì)遇到這樣的一種情況，其中最后的信號(hào)將在一個(gè)半帶通濾波器中形成。
權(quán)利要求
1.實(shí)現(xiàn)傳輸連接的方法，根據(jù)這個(gè)方法-從被傳輸?shù)谋忍亓餍纬梢恍┓?hào)(DATA-IN)，-在若干不同的頻帶上產(chǎn)生一些載波，-這個(gè)比特流依靠這些載波這樣地傳輸，即把這些形成的符號(hào)分配到這些載波上，使每個(gè)載波都受這個(gè)比特流中的某些比特調(diào)制，本方法的特征在于這些被調(diào)制的載波首先在發(fā)送機(jī)一側(cè)各自分隔地產(chǎn)生在預(yù)定的諸第一頻率上，然后至少一些在上述開始的一些頻率上的載波被送到一個(gè)半帶通濾波器組(64)，這個(gè)濾波器組把送來的至少一些載波轉(zhuǎn)換到頻域中這些載波的最后的頻帶上，這個(gè)濾波器組再把上述的載波組合到它的輸出端。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，特征在于在這個(gè)接收機(jī)中，至少一些被接收的載波被送到一個(gè)半帶通濾波器組(65)，這個(gè)濾波器組把送來的至少一些載波轉(zhuǎn)換回到諸第一頻率上。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，特征在于信道均衡是對每個(gè)載波分別地在接收機(jī)中，接在這個(gè)半帶通濾波器組(65)后進(jìn)行的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，特征在于上述諸第一頻率和濾波器組(64)是這樣實(shí)現(xiàn)的，從這個(gè)發(fā)送機(jī)的濾波器組的輸出端得到的這些載波，被安排在被國際無線電愛好者頻帶所限制的一些頻帶上。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，特征在于從一個(gè)用戶傳送數(shù)據(jù)到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，使用的濾波器組總共有在三個(gè)不同的級上的四個(gè)半帶通濾波器。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，特征在于從這個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)到這個(gè)用戶時(shí)，使用的濾波器組總共有在四個(gè)不同的級上的七個(gè)半帶通濾波器。
7.傳送一個(gè)數(shù)字比特流的傳輸系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)包含-從被傳輸?shù)谋忍亓?DATA-IN)形成一些符號(hào)的符號(hào)形成裝置(41)，-在若干不同的頻帶上產(chǎn)生一些載波的載波產(chǎn)生裝置(42)，-安排在這些載波中的這些符號(hào)的定位裝置(41)，使每個(gè)載波都受這個(gè)比特流中的某些比特調(diào)制，這個(gè)系統(tǒng)的特征在于這個(gè)載波產(chǎn)生裝置包含-在預(yù)定的的開始的一些頻率上產(chǎn)生被調(diào)制的載波的第一裝置，和-一個(gè)半帶通濾波器組(64)，至少一些在上述諸第一頻率上由該第一裝置產(chǎn)生的載波，被送到這個(gè)濾波器組，以便把這些載波轉(zhuǎn)換到頻域中這些載波的最后的頻帶上。
8.如權(quán)利要求7所述的傳輸系統(tǒng)，特征在于這個(gè)濾波器組包含至少三個(gè)串連的級。
9.一個(gè)用來發(fā)送和接收一個(gè)數(shù)字比特流的收發(fā)信系統(tǒng)，上述系統(tǒng)在發(fā)送機(jī)端包含-從被傳輸?shù)谋忍亓?DATA-IN數(shù)據(jù)輸入)形成一些符號(hào)的符號(hào)形成裝置(41)，-在若干不同的頻帶上產(chǎn)生一些載波的載波產(chǎn)生裝置(42)，-安排在這些載波中的這些符號(hào)的定位裝置(41)，使每個(gè)載波都受這個(gè)比特流中的某些比特調(diào)制，在接收機(jī)端-從被接收的那些載波中檢測出這些符號(hào)的檢測裝置(46)，和-從接收到的符號(hào)組成一個(gè)比特流的符號(hào)識(shí)別裝置(47)，這個(gè)系統(tǒng)的特征在于-這個(gè)載波產(chǎn)生裝置包含在預(yù)定的諸第一頻率上產(chǎn)生被調(diào)制的載波的第一裝置，和一個(gè)第一半帶通濾波器組(64)，至少一些在上述開始的一些頻率上由該第一裝置產(chǎn)生的載波，被送到這個(gè)濾波器組，以便把這些載波轉(zhuǎn)換到頻域中這些載波的最后的頻帶上，-這個(gè)檢測裝置包含第二個(gè)半帶通濾波器組(65)，至少一些被接收的載波被送到這個(gè)濾波器組，把這些載波轉(zhuǎn)換到一些預(yù)定的較低的頻帶上。
10.如權(quán)利要求9所述的收發(fā)信系統(tǒng)，特征在于這些檢測裝置包含載波特定的信道均衡裝置(92)，這些裝置安裝在這個(gè)第二個(gè)半帶通濾波器組(65)和這個(gè)符號(hào)識(shí)別裝置(47)之間的這個(gè)載波特定的接收支路中。
11.接收一個(gè)數(shù)字比特流的接收系統(tǒng)，上述比特流由于從這個(gè)比特流形成若干符號(hào)，使這個(gè)比特流在若干不同的頻帶上籍助于一個(gè)載波傳輸，這個(gè)接收系統(tǒng)包含-從被接收的那些載波中檢測出這些符號(hào)的檢測裝置(46)，和-從接收到的符號(hào)組成一個(gè)比特流的符號(hào)識(shí)別裝置(47)，這個(gè)系統(tǒng)的特征在于這個(gè)檢測裝置包含一個(gè)半帶通濾波器組(65)，至少一些被接收的載波被送到這個(gè)濾波器組，以便在檢測這些符號(hào)之前，把這些載波轉(zhuǎn)換到一些預(yù)定的較低的頻帶上。
12.如權(quán)利要求11所要求的一個(gè)接收系統(tǒng)，其特征在于這個(gè)檢測裝置還包含載波特定的信道均衡裝置(92)，這些裝置安裝在這個(gè)半帶通濾波器組(65)和這個(gè)符號(hào)識(shí)別裝置(47)之間的這個(gè)載波特定的接收支路中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個(gè)實(shí)現(xiàn)一個(gè)傳輸連接的方法。根據(jù)本方法,傳輸一些從比特流形成的符號(hào)(DATA－IN),在若干不同的頻帶上產(chǎn)生一些載波,和把這些形成的符號(hào)分配到這些載波中,使每個(gè)載波被這個(gè)比特流中的某些比特所調(diào)制,從而借助于這些載波傳輸這個(gè)比特流。為了在這樣的多載波系統(tǒng)用盡可能簡單和有效的裝備實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào),發(fā)送機(jī)一側(cè)在每個(gè)分隔的預(yù)定的諸第一頻率上產(chǎn)生被調(diào)制的載波,然后至少一些載波被送到一個(gè)半帶通濾波器組(64),濾波器組把送來的至少一些載波轉(zhuǎn)換到頻域中這些載波的最后的頻帶上,并且把這些載波組合到它們的輸出端。半帶通濾波器組同樣用在接收機(jī)中。
文檔編號(hào)H04L27/26GK1259248SQ98805760
公開日2000年7月5日 申請日期1998年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月2日
發(fā)明者加利·林德霍爾姆 申請人:諾基亞網(wǎng)絡(luò)有限公司