Устройство для повышения пропускной способности группы электрических линий передачи данных и система для передачи данных

Устройство для повышения пропускной способности группы электрических линий передачи данных и система для передачи данных

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к устройству для повышения пропускной способности группы электрических линий передачи данных согласно пункту 1 формулы изобретения, а также к системе для передачи данных согласно пункту 11 формулы изобретения.

При передаче данных по множеству линий передачи данных, которые находятся в непосредственной близости по пространству по отношению друг к другу, существует проблема перекрестных помех, в особенности перекрестных помех на ближнем конце линий и/или на дальнем конце линий (соответственно ППБК и ППДК). Подобные проблемы возникают, в частности, при монтаже рассчитанного на низкочастотную передачу медного кабеля в области доступа телекоммуникационной сети с системами передачи с высокой скоростью передачи битов. Были разработаны такие системы передачи с высокой скоростью передачи битов, как xDSL (Цифровая абонентская линия, например, HDSL, SDSL, ADSL, VDSL), чтобы имеющуюся инфраструктуру на основе медных двухжильных кабелей локальных сетей и других кабелей связи приспособить для передачи интенсивных потоков данных. Многократный или смешанный монтаж этих кабелей с использованием различных методов передачи часто приводит к проблеме спектральной несовместимости. При этом многие устройства передачи, подсоединенные к общему кабелю, создают взаимные помехи. Кабели связи могут зачастую использоваться неоптимальным образом. Пропускная способность, возможная при заданном качестве передачи, ограничена. Как следствие, могут подключаться не все пары жил, или возникают ограничения по перекрываемым дальностям связи.

Влияние помех может поддерживаться на низком уровне за счет того, что подключенные к группе кабелей приборы передачи согласованы друг с другом, в частности, синхронизированы. Однако это требует высоких затрат и влечет за собой ограничения относительно применяемых модемов и методов передачи.

Из патента США 5970088, например, известен способ компенсации для пула из N идентичных логических модемов для цифровых абонентских линий типа MDSL. Он служит для компенсации перекрестных помех на ближнем конце (ППБК). Передатчики модемов синхронизированы посредством тактового генератора. Принимаемые N модемами сигналы после приема освобождаются от помех с помощью компенсационной схемы. Компенсационная схема состоит из N субблоков, каждый из которых соотнесен с соответствующим модемом. Субблок включает в себя N адаптивных фильтров, выходной сигнал которых служит для коррекции сигнала, который уже принят модемом и преобразован в цифровую форму. В качестве опорного сигнала для адаптивных фильтров служит сигнал передачи, переданный соответствующим одним из N модемов. Выходные сигналы всех адаптивных фильтров субблока объединяются и применяются для коррекции уже принятого сигнала приема. Способ компенсации, описанный в патенте США 5970088, требует N идентичных модемов и поэтому не пригоден для подавления помех в любой системе. Свойства передачи самого кабеля остаются неизменными, и уже принятый сигнал затем подвергается преобразованию.

В основе изобретения лежит задача создания устройства, направленного на улучшение пропускной способности группы электрических линий передачи данных за счет того, что, независимо от подключенных к линиям передачи данных приборов, становится возможным подавление помех между линиями передачи и, следовательно, повышение пропускной способности.

Указанная задача решается с помощью устройства для повышения пропускной способности группы электрических линий передачи данных с признаками пункта 1 формулы изобретения. Задача также решается с помощью системы для передачи данных с использованием указанного устройства, охарактеризованной в пункте 11 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах, в описании и на чертежах.

В соответствии с изобретением устройство содержит электронную схему, включенную между двумя выводами. Электронная схема содержит, по меньшей мере, один адаптивный фильтр, с помощью которого подавляются помехи в сигнале, передаваемом по первой линии передачи. Выводы служат для подключения к одной или нескольким кабельным группам (жгутам) и/или одному или нескольким передающим устройствам. В случае упомянутых передающих устройств речь может идти об оконечных приборах. Предпочтительным образом, по меньшей мере, один из выводов, например, вход устройства подключен к кабельной группе таким образом, что линии передачи данных кабельной группы контактируют с электронной схемой или ее линиями передачи данных. Другой вывод может быть выполнен с возможностью подключения других кабельных групп или для подключения передающих устройств. При применении он имитирует выход кабельной группы, подключенной на входе устройства. Благодаря этим выводам устройство функционирует как «черный ящик», который может подключаться в соответствующем месте в канале передачи, например, между концами кабеля и передающим устройством или между двумя кабелями. Для этого устройство предпочтительно содержит корпус, в котором располагается схема. Установка устройства возможна универсальным образом и без высоких затрат.

За счет того, что устройство размещается в канале передачи, например, на одном или обоих концах кабельной группы, улучшаются свойства передачи самой кабельной группы. Не требуются знания о применяемых методах передачи или о подключенных передающих устройствах. Устройство полностью прозрачно и независимо от структуры подключенных приборов. В противоположность известным схемам подавления помех, которые размещаются внутри передающего устройства, в соответствии с изобретением не требуется никакого вмешательства в передающие устройства. Работа осуществляется только с сигналами, которые передающее устройство через свой обычный интерфейс передает в кабельную группу или принимает из кабельной группы. Поэтому могут применяться любые передающие устройства, в том числе те, которые будут созданы в будущем. Поэтому на сетевых операторов или клиентов не должны накладываться никакие ограничения относительно применяемых устройств и методов передачи, чтобы обеспечить высокую мощность передачи или качество передачи.

Адаптивные фильтры для снижения или компенсации помех неизвестного характера в линии передачи сигнала известны сами по себе. Они описаны, например, в книге B.Widrow, S.Stearns "Adaptive Signal Processing", Prentice-Hall, Inc., New Jersey, 1985. Передаваемый по линии передачи сигнала полезный сигнал, в котором должны подавляться помехи, образован неискаженным (не содержащим помех) сигналом и помеховой составляющей от неизвестного источника сигнала. Сигнал, коррелированный с этим источником сигнала, подается в качестве опорного сигнала на адаптивный фильтр. Фильтр вырабатывает компенсационный сигнал, который вычитается из полезного сигнала. Полученный таким образом скомпенсированный полезный сигнал подается на фильтр в качестве сигнала ошибки. С помощью подходящего алгоритма адаптации параметры фильтра устанавливаются таким образом, чтобы минимизировать мощность скомпенсированного полезного сигнала, который тем самым соответствует в идеальном случае неискаженному (не содержащему помех) сигналу.

Изобретение может быть реализовано во множестве вариантов осуществления, ряд из которых представлен на чертежах. Каждой линии передачи, в которой должны подавляться помехи, поставлен в соответствие по меньшей мере один адаптивный фильтр. Этот фильтр вырабатывает компенсационный сигнал, который вычитается из полезного сигнала, передаваемого по линии передачи. В качестве опорного сигнала для адаптивного фильтра служит по меньшей мере один отведенный из другой линии передачи сигнал, так что влияние помех, например, ППБК и/или ППДК, на сигналы, передаваемые в этой линии передачи, уменьшается. В этом варианте изобретения для каждой отдельной развязываемой пары линий передачи предусматривается один адаптивный фильтр. Также возможно отводить опорные сигналы только от тех линий передачи, по которым осуществляется передача.

Чтобы уменьшить количество адаптивных фильтров, в другом варианте сигналы, отведенные от линий передачи, в которых должны подавляться помехи, объединяются в общий опорный сигнал, причем формируется, например, их непосредственная или взвешенная сумма. Этот опорный сигнал затем подается на общий адаптивный фильтр.

В другом предпочтительном варианте осуществления опорный сигнал отводится от не подключенной (холостой) линии передачи. Этот сигнал является отображением всех помеховых влияний соседних линий, по которым производится передача или прием. Поэтому отводимый сигнал по существу воспроизводит также соответствующие помеховые влияния, воздействующие на линию передачи, в которой должна подавляться помеха. Если он применяется в соответствии с изобретением в качестве опорного сигнала для адаптивного фильтра, то достигается быстрая адаптация фильтра и, следовательно, быстрая компенсация.

В другом предпочтительном варианте выполнения опорный сигнал отводится извне кабельной группы, например, снимается с внешней антенны. Таким путем могут также компенсироваться внешние помеховые влияния на отдельные или все линии передачи данных.

Чтобы встроить соответствующее изобретению устройство в канал передачи, предпочтительно имеются два вывода, причем один служит, например, для подключения кабельной группы, в которой должны подавляться помехи, а другой - для подключения кабельной группы, ведущей к одному или нескольким пользователям, или для непосредственного подключения передающих приборов, например, приборов xDSL. Устройство содержит, кроме того, соединяющую выводы группу, состоящую из соединительных линий, причем эти соединительные линии имеют по меньшей мере одну точку подключения, через которую могут отводиться опорные сигналы и/или сигналы ошибки и/или подводиться корректирующие сигналы. На внешнем кабеле как таковом не требуется поэтому предпринимать никаких модификаций.

Для подавления помех в паре жил устройство, кроме того, включает в себя схемы разветвления, с помощью которых передаваемые и принимаемые сигналы, которые находятся вместе в каждой подключенной паре жил кабельной группы, раздельно направляются в соответствующую собственную внутреннюю соединительную линию. От этих соединительных линий могут тогда в соответствующем месте отводиться опорные сигналы и сигналы ошибки для регулировки адаптивного фильтра, и к ним могут подводиться сформированные корректирующие сигналы. В случае отказа адаптивных фильтров, например, при прекращении подачи тока, поток данных не прерывается.

Для максимально хорошей компенсации обеспечивается развязка каждой линии передачи данных относительно любой другой линии передачи данных, например, за счет того, что для каждой следующей линии передачи данных предусмотрен адаптивный фильтр, или за счет того, что отведенные от других линий передачи данных сигналы подаются на общий адаптивный фильтр в качестве опорного сигнала. Так как перекрестные помехи в сильной степени зависят от дальности, то для многих применений достаточно обеспечить подавление помех только в непосредственно соседних линиях передачи данных. В кабелях связи (телефонных кабелях) часто две пары медных двойных жил скручиваются друг с другом. Несколько таких звездообразных четверок (скрученных жил кабеля) содержатся в общей основной группе. Кроме того, несколько таких основных групп образуют телефонный кабель. В подобном случае предпочтительно осуществляется подавление взаимных помех по меньшей мере, в линиях передачи данных одной звездообразной четверки, а особенно предпочтительно в линиях передачи данных основной группы.

Для настройки адаптивных фильтров известно множество методов адаптации, которые все стремятся к минимизации скомпенсированного сигнала (сигнала ошибки). Например, может применяться алгоритм наименьшего среднего квадратичного значения (LMS), рекурсивный алгоритм наименьших квадратов (RLS), алгоритмы компенсации с самовосстановлением или автоматической компенсации или иной подходящий способ. Способ минимизации мощности имеет то преимущество, что соответствующее изобретению устройство является прозрачным по отношению к скоростям передачи данных, кодам линий передачи и другим параметрам передачи данных и не требует способов тренировки или синхронизации.

Примеры осуществления изобретения представлены на чертежах и описаны ниже. На чертежах чисто схематично показано следующее:

фиг.1 - принципиальная схема двух соответствующих изобретению устройств внутри канала передачи;

фиг.2 - первый пример соответствующей изобретению схемы с опорной точкой на каждую пару жил;

фиг.3 - другой пример соответствующей изобретению схемы с двумя опорными точками на пару жил;

фиг.4 - еще один пример соответствующей изобретению схемы с соответствующим суммирующим звеном для передаваемых или принимаемых сигналов соседних линий передачи;

фиг.5 - еще одна соответствующая изобретению схема с суммирующим звеном для всех помеховых сигналов.

На фиг.1 представлено соответствующее изобретению устройство для передачи данных в случае применения с центральным коммутационным устройством 300 и множеством передающих устройств М₁, М₂,...,М_n, а также М₁', М₂',...,М_n', которые предпочтительно представляют собой модемы xDSL. Передающие устройства М₁ и М₁', М₂ и М₂', а также М_n и М_n'представляют собой 1...n любых xDSL-соединений. Они соединены через соответствующую пару жил S₁/E₁, S₂/E₂,..., S_n/E_n. Символами S_iT, S_iK, S'_iT, S'_iK, E_iT, E_iK, E'_iT, E'_iK обозначены соответственно участки канала передачи и канала приема со стороны пользователя и со стороны кабеля на обеих сторонах кабеля. Пары жил объединены в группу 200 линий передачи, находятся в области этого кабеля в непосредственной пространственной близости друг к другу. Для компенсации их взаимного помехового влияния в канале передачи между модемами и парами жил кабеля находится одно, а в необходимом случае два соответствующих изобретению устройства 100 или 100'. На конце кабеля со стороны коммутационного устройства отдельные пары жил кабельной группы 200 соединены с передающими устройствами М₁', М₂',...,М_n'. На конце кабеля со стороны пользователей отдельные пары жил соединены с передающими устройствами М₁, М₂,...,М_n. Для этого служит соответственно первый вывод 400, 400'. Для подключения кабельной группы служит соответственно второй вывод 500, 500'. Пары жил со стороны пользователей могут также объединяться в еще одну кабельную группу.

На фиг.2 представлен первый пример схемной конфигурации, которая может применяться в устройстве, соответствующем изобретению. Во множестве пар жил S₁/E₁, S₂/E₂,..., S_n/E_n, которые нагружаются как передаваемым, так и принимаемым сигналом соответствующей пары модемов М₁-М₁', М₂-М₂', М_n-М_n', осуществляется подавление как взаимных помех, так и помех внешнего источника. Для этого каждая пара жил кабельной группы, которая вносит вклад в создание помех другим парам жил, посредством высокоэффективных схем разветвления G_K1, G_K2,..., G_Kn на стороне кабеля или G_Т1, G_Т2,..., G_Tn на стороне пользователя, разделена на линии передачи S₁, S₂,..., S_n и на линии приема E₁, E₂,..., E_n. Для подавления помех в принимаемых сигналах каждой линии приема E₁, E₂,..., E_n назначено n адаптивных фильтров А, причем n - число имеющихся пар жил. Адаптивные фильтры также получают сигнал, отведенный в точке разветвления 1, 2, ... n со стороны кабеля соответствующей соседней пары жил, в качестве опорного сигнала. Этот сигнал образуется из передаваемого и принимаемого по этой паре жил сигнала, а также из помеховых сигналов от соседних пар жил. Соответственно, двум парам жил назначен один адаптивный фильтр, чтобы в сигнале, передаваемом по первой линии приема, например Е₁, подавлять помехи, обусловленные сигналом, передаваемым по другой паре жил, например S₂/E₂. Еще один адаптивный фильтр A_x предусмотрен для компенсации внешнего помехового влияния. Соответствующая изобретению система включает в себя в целом матрицу из n x n адаптивных фильтров, с помощью которых взаимно компенсируются все помеховые влияния. Благодаря тому, что опорный сигнал отводится в точке разветвления соседних жил, обеспечивается компенсация как перекрестных помех на ближнем конце, так и перекрестных помех на дальнем конце.

На фиг.3 показана еще одна схемная конфигурация, в которой, например, для подавления помех в принимаемом сигнале пары жил S₁/E₁, на каждую соседнюю создающую помехи пару жил применяются две опорные точки 2а, 2b,..., na, nb и соответствующее количество адаптивных фильтров. Передаваемые и принимаемые сигналы отдельно применяются в качестве опорных сигналов. Кроме того, для собственной пары жил предусмотрен адаптивный фильтр, который в качестве опорного сигнала в опорной точке 1а отводит сигнал, передаваемый от собственного модема, и тем самым обеспечивает компенсацию отраженного сигнала (эхо-компенсацию). Как и в варианте по фиг.2, предусмотрен дополнительный адаптивный фильтр для компенсации внешних помех.

На фиг.4 показан еще один пример соответствующей изобретению схемной конфигурации, причем показана только одна пара жил и относящийся к ней адаптивный фильтр. Каждой паре жил назначены три адаптивных фильтра A_S, A_E, A_X. Фильтр A_S получает в качестве опорного сигнала сумму всех передаваемых сигналов от всех или только остальных пар жил, полученную в суммирующем звене Σ_S. Второй Фильтр А_Е получает в качестве опорного сигнала сумму всех принимаемых сигналов остальных пар жил, полученную в суммирующем звене Σ_Е. Фильтр А_Х служит для компенсации внешних помех. Опорные точки 1а, 1b,...,na, nb соответствуют тем, которые показаны на фиг.3. Эта конфигурация может быть реализована простым и экономичным способом, так как количество адаптивных фильтров по сравнению с примерами по фиг.2 и 3 уменьшено.

Дальнейшее упрощение проиллюстрировано на фиг.5. Здесь имеется только один адаптивный фильтр для всех помеховых сигналов, отводимых от соседних пар жил. Они суммируются в суммирующем звене Σ, причем суммарный сигнал служит в качестве опорного сигнала. Фильтр А_Х вновь служит для компенсации внешних помех.

В дальнейшем упрощении схемной конфигурации можно предусмотреть интеграцию функций А_Х и , так что фильтр А_Х может отсутствовать.

Дополнительное упрощение может быть обусловлено в случае, если поставщик для обеспечения опорного сигнала использует не подключенную в схему пару жил. В этой паре жил, при соответствующем размещении внутри кабеля, естественным образом будут иметься все помеховые сигналы. Тем самым можно исключить суммирующее звено и заменить его операционным усилителем, к которому подключается опорная пара жил и который подает помеховый сигнал на каждый трансверсальный фильтр. Фильтр А_Х вновь служит для компенсации внешних помех.

Кроме того, можно модифицировать данный вариант выполнения тем, что опорная пара жил и внешний помеховый сигнал связываются с суммирующим звеном, имеющим только два входа. Тем самым отпадает необходимость в адаптивном фильтре А_Х.

1. Устройство для повышения пропускной способности группы электрических линий передачи данных, в частности группы медных пар жил, путем подавления перекрестных помех, причем данные передаются по упомянутым линиям передачи данных соответственно от одного или более передающих устройств, содержащее электронную схему, включенной между двумя выводами, причем электронная схема содержит, по меньшей мере, один адаптивный фильтр, который вырабатывает выходной сигнал для коррекции сигнала, передаваемого по первой линии передачи данных, при этом опорный сигнал для адаптивного фильтра представляет собой, по меньшей мере, один отводимый от второй линии передачи сигнал и/или внешний сигнал, а сигналом ошибки для адаптивного фильтра является скорректированный сигнал, передаваемый по первой линии передачи данных, при этом один вывод используется для подключения к внешней группе упомянутых линий передачи данных, а другой вывод используется для подключения к другой внешней группе упомянутых линий передачи данных или к одному или нескольким передающим устройствам.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждой упомянутой линии передачи данных, для упомянутого подавления помех, назначено несколько адаптивных фильтров, которые в качестве опорных сигналов получают соответствующий сигнал, отведенный от другой линии передачи данных.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что каждый из упомянутых адаптивных фильтров получает опорный сигнал, который является комбинацией нескольких сигналов, отведенных от других упомянутых линий передачи данных, предпочтительно суммой этих сигналов.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один опорный сигнал отводится от линии передачи данных, не используемой для передачи данных.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один опорный сигнал отводится от антенны, расположенной внешним образом относительно упомянутой группы электрических линий передачи данных.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит соединяющую упомянутые выводы группу из внутренних соединительных линий, причем внутренние соединительные линии имеют, по меньшей мере, одну точку подключения, через которую могут отводиться опорные сигналы и/или сигналы ошибок и/или могут подаваться сигналы коррекции.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что группа электрических линий передачи данных, в которых должны подавляться помехи, включает в себя пары жил, образованные соответственно из двух электрических линий передачи данных, по которым могут совместно передаваться передаваемые и принимаемые сигналы, причем в упомянутом устройстве для каждой пары жил имеются внутренние соединительные линии и соответствующие схемы разветвления, посредством которых передаваемые и принимаемые сигналы разделяются и соответственно направляются в соответствующую внутреннюю соединительную линию.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что подавление помехи в соответствующем принимаемом сигнале осуществляется с использованием в качестве опорного сигнала передаваемого сигнала или объединенного передаваемого и принимаемого сигнала, по меньшей мере, одной другой пары жил, или объединенного передаваемого или передаваемого и принимаемого сигнала нескольких других пар жил, причем указанные сигналы отводятся от соответствующих внутренних соединительных линий.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что упомянутые пары жил используются для передачи данных цифровой абонентской линии xDSL.

10. Система для передачи данных, содержащая, по меньшей мере, одну группу электрических линий передачи данных, передающие устройства и, по меньшей мере, одно устройство по любому из пп.1-9, которое подключено, по меньшей мере, на одном из концов электрической линии передачи данных.

11. Система по п.10, отличающаяся тем, что упомянутое устройство размещено в области главного распределителя, предназначенного для распределения передаваемых данных телекоммуникационных услуг по упомянутым линиям передачи данных.

12. Система по п.10 или 11, отличающаяся тем, что устройства цифровой абонентской линии (xDSL) подключены к электрической линии передачи данных или непосредственно к упомянутому устройству.