改善电数据线束传输特性的装置和数据传输系统

摘要

本发明涉及改善电数据线束、特别是铜双股线束的传输特性的装置，以及具有最少一个这类装置的数据传输系统。装置包括至少一个自适应滤波器，该滤波器产生用于修正在第一数据线上传输的信号的输出信号，其中，至少一个从第二数据线分接的信号或一个外部信号被用作自适应滤波器的参考信号，而在第一数据线上传输的经修正的信号用作自适应滤波器的误差信号。根据本发明，装置处于传输路径内，使得电缆的传输特性，与所连接上的传输设备和所采用的传输技术无关地，特别是在高比特率传输时得到改善。

说明书

本发明涉及根据权利要求1所述的用于改善电数据线束的传输特性的装置以及根据权利要求11所述的数据传输系统。

当数据经多条彼此空间上直接紧邻的数据导线传输时，便会发生串扰问题，特别是近端串扰和/或远端串扰(分别表示为NEXT和FEXT)。这类问题尤其常出现在从电信网络到高比特率传输系统的入口区实际上为低频传输设计的铜电缆电路中。为了能将本地网电缆和其它电信电缆中现有的铜双股线基本设施用于传输高速数据流，业已开发出像xDSL(数字用户线路，例如，HDSL、SDSL、ADSL、VDSL)这样一些高比特率传输系统。这些电缆与不同传输技术的多次或混合连接，常常导致频谱的不相容性问题。在这种情况下，与公共电缆相连的多个传输装置将相互干扰。电信电缆常常不能最佳利用。可以达到预定的传输质量的传输容量受到限制。因此，或是不能连接所有线对，或是对可被覆盖的距离作出限制。

干扰的影响可以通过使连接到电缆束上的传输设备相互调谐、特别是通过使传输设备同步来维持很小。但是，这样做的费用十分昂贵，且会在所采用的调制解调和传输技术方面带来限制。

作为例子，从美国专利5,970,088中已了解到一种用于包括N个相同逻辑MDSL调制解调器的组合(pool)的补偿方法。该法用于补偿NEXT干扰。调制解调器发射机与时钟发生器同步。由N个调制解调器接收的信号在接收之后借助补偿电路对干扰进行抑制。补偿电路包括N个子单元，每个子单元又有其自身相关的调制解调器。一个子单元包含N个自适应滤波器，滤波器的输出信号用于修正已被调制解调器接收并进行数字化的信号。在所有情况下由N个调制解调器之一所发出的发射信号用作自适应滤波器的参考信号。来自所有自适应滤波器的输出信号将在一个子单元组合，用于修正已被接收到的接收信号。在美国专利5,970,088中所描述的补偿法要求N个相同的调制解调器，因而不适于任意系统的干扰抑制。电缆本身的传输特性仍然未变，已被接收的信号将随后进行处理。

本发明的任务是说明一种装置，利用该装置能改善电数据线束的传输特性，使得有可能在数据线之间实现干扰抑制，从而提高传输容量，而不管数据线上连接的设备如何。

所提出的任务通过利用具有权利要求1的特征、用于改善电数据线束传输特性的装置得到解决。此外，该任务还通过利用像权利要求11所述具有这种装置的数据传输系统得到解决。本发明的一些有益发展在从属权利要求、说明书和附图中做了说明。

根据本发明，装置包含一种布置在两个接线端之间的电子电路。电子电路包含至少一个自适应滤波器，利用该滤波器，在第一条线上传输的信号将去除干扰。接线端用于与一条或多条电缆束相连和/或与一个或多个传输设备相连，在这种情况下可能涉及终端设备。首先，两个接线端至少之一，例如装置的输入端优选这样与电缆束相连，使电缆束的数据线与电子电路或与它的数据线相接触。另一个接线端则可用于连接其它电缆束或用于连接传输设备。

在应用中，将对连接到装置输入端的电缆束的输出进行模拟。作为连接的结果，装置起“黑盒”作用，它可以布置在传输路径内的一个适当位置上，例如，在电缆终端与传输设备之间或两个电缆之间。为此，装置还优选配备了一个外罩，电路也布置在外罩内。装置用普通方式稍作努力便能安装。

由于装置被布置在传输路径内部，例如布置在电缆束的一端或两端，因而电缆束本身的传输特性将得到改善。无需了解所应用的传输技术或所连接的传输设备。装置是完全清楚的，且与所连接设备的结构无关。与已知布置在传输设备内部的消除干扰的电路相反，根据本发明，在传输设备中不需要任何介入。利用传输设备在其与电缆束的常规接口处发射或接收的信号进行工作。因此，可以利用任何所需传输设备，包括未来的传输设备。所以，为了获得高传输效率和高质量，网络操作员和用户在所使用的设备和传输技术方面无需受任何限制。

用于降低或补偿属性未知的干扰对信号线影响的自适应滤波器本身已为人所熟知。例如，在B.Widrow和S.Stearns合著的“AdaptiveSignal Processing”(自适应信号处理)(Prentice-Hall，Inc.，NewJersey，1985)一书中曾做过介绍。在信号线上传输的待去除干扰的有用信号由未受干扰的信号与来自未知信号源的干扰影响两部分组成。用与这个信号源相关联的信号作为参考信号馈至自适应滤波器。滤波器产生从有用信号中减去的补偿信号。用这种方式得到的经补偿的有用信号作为故障信号馈至滤波器。经适当自适应算法滤波器的参数将被调整到使被补偿的有用信号的功率最小化，且在理想情况下与未受干扰的信号相对应。

本发明能以多种实施方案付诸实现，其中的一些实施方案用图加以说明。每条待消除干扰的传输线备有至少一个自适应滤波器，该波波器产生从线上传输的有用信号中减去的补偿信号。从其它线上分接的至少一个信号用作自适应滤波器的参考信号，使降低对在这条线上传输的信号的干扰影响，例如NEXT和/或FEXT。在本发明的这种变型中，对每个待去耦的线对都提供了一个自适应滤波器。也可能使参考信号只从那些用于传输的线上分接出来。

为了减少自适应滤波器的数量，在另一个变型中，将从受干扰的线上分接的信号组合以形成公共参考信号，例如，借助它们的直接的或加权的和。然后将该参考信号馈至公共自适应滤波器。

在另一个有益的实施方案中，参考信号是从一条未连接的线上分接的。这个信号是在用于发射或接收的邻近线上所有干扰影响的映象。因此，被分接的信号基本上也表示在待消除干扰的线上对应的干扰影响。如果根据本发明将该信号用作自适应滤波器的参考信号，便能迅速适应滤波器，因而能迅速实现补偿。    

在另一个优选的实施方案中，参考信号从电缆束的外部，例如从外接天线分接。用这种方式也能补偿对单条或对所有数据线的外部干扰影响。

为了将依据本发明的装置安装到传输路径内，优选有两个接线端，例如，其中一个接线端用于连接待消除干扰的电缆束，而另一个接线端则用于连接引向一个或多个用户的电缆束或用于直接连接传输设备，如xDSL设备。装置还包含另一个由装置内部连接线组成的与接线端相连的线束，这些连接线有至少一个连接点，经过该点可以分接参考信号和/或误差信号以及/或馈入校正信号。因此，无需对外部电缆本身作任何更改。

为了消除线对的干扰，装置还包含另一个分叉电路，借助该电路能将共同处在电缆束中各连接线对上的发射信号和接收信号分开，且分别与它们自己的内部连接线相联系。然后，可以在这些连接线上的适当点上，分接用于设置自适应滤波器的参考信号和误差信号，并馈入所产生的校正信号。在自适应滤波器发生故障时，例如在发生电源故障时，数据流也不会中断。

为了获得尽可能好的补偿，每条数据线应与其它各条数据线去耦，例如，可以通过对其它各条数据线提供自适应滤波器或将从其它数据线分接的信号作为参考信号馈至公共自适应滤波器来实现去耦。由于串扰与距离强烈相关，故对于许多应用来说，只消除紧邻数据线之间的干扰就足够了。在电信电缆的情况下，有两对双股铜线往往相互扭绞在一起。在一条公共基本线束中，包含了多个这样的星形四芯线组。多个这样的基本线束又形成电信电缆。在这样的情况下，至少星形四芯线组的数据线，特别是基本线束中的数据线也应优选消除彼此之间的干扰。

已知有许多种调整自适应滤波器的自适应法，它们全都力图将被补偿的信号(误差信号)减至最小。例如，可以利用最小平均二乘方(LMS)算法、RLS算法(递归最小二乘方算法)、自恢复均衡或盲均衡算法，或任何其它适当的算法。功率最小化法具有以下优点：根据本发明的装置在传输速率、线码和其它传输参数方面是清楚的，因而无需培训过程或同步过程。

下面将介绍本发明的典型实施方案并用附图说明，附图纯粹是示意表示：

图1示出在传输路径内部两个根据本发明的装置的基本布置；

图2示出根据本发明的对每个线对有一个参考点的电路布置的第一个实例；

图3示出根据本发明的对每个线对有两个参考点的电路布置的另一个实例；

图4示出根据本发明的对相邻线上的发射信号和接收信号各有一个加法网络的电路布置的另一个实例；

图5示出根据本发明的对所有干扰信号有一个加法网络的另一种电路布置。

图1示出在具有中央交换机3 00和多个传输设备M₁，M₂......M_n以及M₁’，M₂’......M_n’(它们主要是xDSL调制解调器)的应用情况下，根据本发明的数据传输系统。传输设备M₁和M₁’，M₂和M₂’......M_n和M_n’代表1......n个任意给定的xDSL连接。它们经各自的线对S₁/E₁，S₂/E₂，......S_n/E_n相连。参考符号S_iT，S_iK，S’_iT，S’_iK，E_iT，E_iK，E’_iT，E’_iK分别表示发射或接收路径在电缆两端的用户端或电缆端元件。线对被组合而形成线束200，且在物理上彼此紧邻处于这个电缆范围。为了补偿它们相互之间的干扰影响，在调制解调器与电缆的线对之间的传输路径内放置依据本发明的一个装置或必要时放置依据本发明的两个装置100和100’。在它们的交换端，电缆束200的各个别线对与传输设备M₁’，M₂’......M_n’相连。在它们的用户端，各个别线对与传输设备M₁，M₂......M_n相连。第一接线端400，400’分别用于这一目的。第二接线端500，500’分别用于电缆束的连接。用户端的线对也可以组合来形成另一个电缆束。

图2示出可用在根据本发明的装置中的电路布置的第一个实例。既与相关调制解调器以M₁-M₁’、M₂-M₂’......M_n-M_n’的发射信号相连，又与接收信号相连的多个线对S₁/E₁，S₂/E₂......S_n/E_n相互之间以及相对于外部干扰源应消除干扰。为此，电缆束中会干扰其它线对的每个线对在电缆端借助于高效率的分叉电路G_k1，G_k2......G_kn，在用户端借助于G_T1，G_T2，......G_Tn分离成发射线S₁，S₂，......S_n和接收线E₁，E₂，......E_n。为了去除接收信号的干扰，每条接收线E₁，E₂，......E_n都配备了n个自适应滤波器A，其中n表示存在的线对数。自适应滤波器收到在各相邻线对电缆端的分叉点1，2，......n处分接的信号作为参考信号。这个信号包含了在该线对上传输和接收的信号，以及来自邻近线对的干扰信号。因此，每两线对与一个自适应滤波器相关，以相对于在另一线对(例如S₂/E₂)上传输的信号来消除在第一接收线(例如E₁)上传输的信号的干扰。为了补偿任何外部干扰的影响，还提供了另一个自适应滤波器AX。整体上，根据本发明的电路布置包含有n×n个自适应滤波器的矩阵，这些滤波器用来以交互方式补偿所有的干扰影响。由于参考信号是在相邻线之间的结总处分接，故既能对近端串扰也能对远端串扰进行补偿。

图3示出另一种电路布置，例如，在电路中，两个参考点2a，2b；......na，nb和对应数量的自适应滤波器用来消除受到干扰的每个相邻线对的线对S₁/E₁上的接收信号的干扰。发射信号和接收信号分别用作参考信号。而且还对该特定线对配备了自适应滤波器，该滤波器在参考点1a分接出由自己的调制解调器发送的信号作为参考信号，因而起回波补偿作用。同图2中所示电路布置的情况一样，为了补偿外部干扰，配备了另一个自适应滤波器。

图4示出根据本发明的电路布置的另一个例子，其中只表示出一个线对和相关的自适应滤波器。每个线对一般有三个相关的自适应滤波器A_S，A_E，A_X。一个滤波器A_S接收来自所有线对或只来自其它线对的所有发射信号(在加法网络∑s中)累加出的和作为参考信号。第二个滤波器A_E则接收其它线对上所有接收到的信号在加法网络∑_E中累加出的和作为参考信号。滤波器Ax用于补偿外部干扰。参考点1a，1b......na，nb与图3中的点相对应。这个电路布置很容易以低成本实现，因为自适应滤波器的数量比图2和图3所示实例中的少。

图5中示出了进一步的简化。在这种情况下，对于所有从相邻线对分接的干扰信号只提供了一个自适应滤波器A_∑。这些干扰信号在加法网络∑中累加，其中，和信号用作参考信号。滤波器Ax再一次用于补偿外部干扰。

在电路布置的进一步简化中，可以设想将Ax的功能集成到A_∑中，因而可以省略Ax。

进一步的简化是由供应商将未连接的线对用于参考信号来取得的。如果线对处在电缆内的适当位置，那么电缆上自然会存在所有干扰信号。因此，可以无需加法网络，而代之以与参考线对相连并以去耦形式向每个横向滤波器提供干扰的运算放大器。滤波器Ax再一次用于补偿外部干扰。

此外，在预定的解决方案变型的其它可能实施方案中，将参考线对和外部干扰信号接到目前只有两个输入端的加法元件上。由此便可以节省自适应滤波器Ax。