用於消除兩線制傳輸系統的噪聲的方法和設備與流程

2023-05-18 07:35:31

本發明申請屬於消除經由一對被稱為兩線制線路的銅導線(電話線或電線)的傳輸系統的電磁噪聲(並且更具體地共模耦合的噪聲(即，影響作為整體的導線對)以及沒有差模耦合的噪聲(即，影響相對於彼此的所述對中的一條導線))的領域。

背景技術：

兩線制傳輸系統(例如，dsl(數字用戶線)或plt(電力線傳輸)系統)經受電磁幹擾，這降低了傳輸質量以及因此服務質量(異常弱的數據速率、不合時宜的斷開等)。

源自所述導線對外部的源(電力家用設備、升降電動機、穿過電氣化鐵路線的火車、故障電源等)的這些噪聲共模耦合(即，在導線與地之間)、被轉換為差模(即在每條導線之間)、並且形成疊加在還在所述兩條導線之間差分傳輸的有效載荷信號上的寄生電壓。

所公布的專利申請us2011/0206104a1教導了一種基於使用連接至同一數據機的兩對導線並且假設所述兩對導線經受相同的電磁幹擾而在所述數據機中實現的噪聲消除技術。所述對之一因此使得有可能測量噪聲以便在時域中將其從由另一對接收的信號中減去，所述信號由有效載荷信號和噪聲組成。

此方法具有至少兩個主要的缺點。所述方法要求使用連接至數據機的兩對導線，並且因此無法在單對導線到達數據機所處的通信服務的客戶的處所時被使用，大多數情況是這樣。

而且，根據其耦合在兩對導線上的噪聲是完全相同的假設是近似表示，因為每對均具有其在共模與差模之間的特定轉換值。從一對導線上的測量結果中減去的噪聲因此將與存在於傳輸對上並且疊加在有效載荷信號上的噪聲並不完全相同。

本發明的目的之一是克服現有技術的這些缺點。

技術實現要素：

本發明藉助於一種消除在兩線制電力線路上接收到的數據信號中存在的噪聲的方法來改善這種情形，所述方法由收發器設備來實現，所述收發器設備包括：

●第一變壓器，所述第一變壓器被稱為差模電路、包括初級側和次級側，所述初級側通過兩條導線連接至所述兩線制線路；

●第二變壓器，所述第二變壓器被稱為共模電路、包括初級側和次級側，所述初級側通過導線連接至所述差模電路的所述初級側並且通過另一條導線連接至地；

所述方法在調整階段期間包括以下步驟：

●獲得所述兩線制線路上的被稱為差模電壓的第一電壓值；

●獲得與所述共模電路的所述次級側的所述兩條導線處的電壓相對應、被稱為共模圖像電壓、源自所述差模電壓的第二電壓值；

●計算所述第二值與所述第一值之比，所述比值被稱為噪聲轉換比；

並且所述方法在所述調整階段之後的消除階段期間包括以下步驟：

●從所述兩線制線路接收所述數據信號；

●在與所述接收步驟同一時間內，獲得與所述共模電路的所述次級側的所述兩條導線處的所述電壓相對應的第三電壓值；

●通過減去所述噪聲的估計值來消除所述數據信號中的所述噪聲，所述估計值是通過將所述第三值除以所述轉換比而計算得的。

通過根據本發明的方法所提出的解決方案允許消除來自連接至數據機的單個導線對的噪聲。將在兩線制線路上實際耦合的噪聲考慮在內。此方法發生在兩個階段：調整階段，在所述調整階段期間，在兩線制線路上並未傳輸所謂的有效載荷數據；以及消除階段，在所述消除階段期間，兩線制線路傳輸噪聲有效載荷數據。

在調整階段期間，基於兩線制線路上存在的噪聲對共模/差模轉換進行估計。

在消除階段期間，從在調整階段期間估計的共模/差模轉換以及從動態執行的共模測量(即在傳輸噪聲有效載荷信號期間)來計算差模噪聲。

根據本發明的一個方面，獲得所述調整階段的步驟領先於以下步驟：

●經由所述收發器設備生成已知的調整信號；

●將所述已知調整信號發送至所述差模電路或至所述共模電路。

當兩線制線路中存在的環境噪聲(即不存在數據傳輸的情況下的噪聲)的強度低於某個閾值時，調整階段可有利地使用「人工」噪聲(即專門由收發器設備生成的調整信號)。這個方面的優點是此調整信號被明確地生成有預定的電壓值，所述調整信號因此是已知的並且因此不需要對其進行測量。另一個優點是可以在若干不同頻帶中實施調整階段，並且因此計算若干轉換比，每個轉換比被適配成用於非常精確的頻譜。使用這些各個轉換比所引起的噪聲消除更準確。

根據本發明的一個方面，所述已知調整信號被發送至所述差模電路。

這個已知的調整信號的電壓於是對應於第一電壓值(即，差模電壓)。所述調整信號還在與所述差模電路配準的所述兩線制線路上被發送。

根據本發明的一個方面，所述已知的調整信號被發送至所述共模電路。

這個已知的調整信號的電壓於是對應於第二電壓值(即，共模圖像電壓)。不在未與所述共模電路配準的兩線制線路上發送調整信號，這在調整信號可能破壞所述兩線制線路或連接至其遠端的設備時是有利的。

而且，此方法使得可能以所有必要的頻率來實施調整階段，無論兩線制線路上存在的環境噪聲(亦被稱為共模噪聲)的水平如何。其缺點是其要求至共模電路的信號發送通道，這在調整信號被發送至差模電路的情況下不是必需的。

根據本發明的一個方面，所述第一值是通過在所述差模電路的所述側之一的所述兩條導線處進行測量而獲得的，並且所述第二值是通過在所述共模電路的所述側之一的所述兩條導線處進行測量而獲得的。

當兩線制線路中存在的環境噪聲(亦被稱為共模噪聲)具有足夠的強度時，調整階段可以有利地使用所述環境噪聲並且測量其在共模電路中的電壓並且還測量在差模電路中所產生的電壓。收發器設備無需能夠生成特殊調整信號，並且由此簡化所述設備。

剛剛已經描述的噪聲消除方法的各方面可以彼此獨立地或彼此組合地實現。

本發明還涉及一種能夠在兩線制線路上發送和接收電信號的收發器設備，所述收發器設備包括：

●第一變壓器，所述第一變壓器被稱為差模電路、包括初級側和次級側，所述初級側通過兩條導線連接至所述兩線制線路；

●第二變壓器，所述第二變壓器被稱為共模電路、包括初級側和次級側，所述初級側通過導線連接至所述差模電路的所述初級側並且通過另一條導線連接至地；

並且所述收發器設備進一步包括以下模塊：

●用於獲得所述兩線制線路上的被稱為差模電壓的電壓值的模塊；

●用於測量與所述共模電路的所述次級側的所述兩條導線處的電壓相對應的、被稱為共模圖像電壓、源自所述差模電壓的電壓值的模塊；

●用於計算所述第二值與所述第一值之比的模塊，所述比值被稱為噪聲轉換比；

●用於從所述兩線制線路接收數據信號的模塊；

●用於通過減去所述噪聲的估計值來消除所述數據信號中的所述噪聲的模塊，所述估計值是通過將共模圖像電壓值除以所述轉換比而計算得的。

根據本發明的收發器設備能夠在其全部實施例中實現上述方法。具體地，所述共模電路不改變在所述第一變壓器的所述次級側處獲得的所述差模電壓並且允許測量所述共模圖像電壓。此設備旨在例如在xdsl數據機中被實現。

根據本發明的一個方面，所述共模電路的所述初級側通過所述導線連接至所述差模電路的所述初級側的中點。

由於大多數變壓器提供了在其中點處、在初級側以及在次級側的電連接的可能性，因此無需附加電部件來將所述共模電路連接至差模電路。

根據本發明的一個方面，所述共模電路的所述初級側通過所述導線連接至高阻抗電阻器的橋接器，所述橋接器連接至所述差模電路的所述初級側的所述兩條導線中的每條導線。

當到所述差模電路的中點的連接不可能時此方面是替代性方案。

根據本發明的一個方面，所述共模電路的所述初級側通過所述導線連接至定位在所述差模電路的所述初級側的所述兩條導線周圍的電流探針。

當到所述差模電路的中點的連接不可能時此方面是另一個替代性方案。

本發明還涉及一種電腦程式，所述電腦程式包括用於當由處理器執行此程序時實現剛剛已經描述的噪聲消除方法的步驟的指令。

最後，本發明涉及一種記錄介質，所述記錄介質可由收發器設備(諸如例如，xdsl數據機)來讀取電信號，所述記錄介質上記錄有剛剛已經描述的程序，所述記錄介質可以使用任何程式語言並且採用原始碼、目標代碼、或原始碼與目標代碼之間的中間代碼的形式，如採用局部編譯的形式或者採用任何其他期望的形式。

附圖說明

在閱讀了通過簡單的說明性和非限制性示例給出的以下對本發明的具體實施例的說明以及所附附圖後，本發明的其他優點和特徵將更加清楚地顯現，在附圖中：

-圖1示意性地示出了根據本發明的實現消除在兩線制線路上接收到的數據信號中存在的噪聲的方法的收發器設備示例的示例，

-圖2a、圖2b和圖2c示出了根據本發明的根據共模電路與差模電路之間的連接的第一、第二和第三實施例的實現包括在收發器設備中的差模電路的示例，

-圖3示意性地示出了根據本發明的一個方面的實現消除在兩線制電力線路上接收到的數據信號中存在的噪聲的方法的步驟的示例。

-圖4示出了根據本發明的一個方面的收發器設備的結構示例。

具體實施方式

本說明書的剩餘部分呈現了本發明的基於dsl兩線制傳輸系統的若干實施例的示例，但是本發明也用於其他系統，諸如plt系統。

圖1示意性地示出了根據本發明的實現消除在兩線制線路上接收到的數據信號中存在的噪聲的方法的收發器設備示例的示例。

設備m(其可以是數據機)包括第一電流變壓器td和第二電流變壓器tc。這些變壓器中的每個變壓器連接至處理單元100(亦被稱為「晶片組」)，所述處理單元也包括在數據機m中。

像任何變壓器一樣，第一變壓器td包括彼此電流隔離的初級側tdp和次級側tds。此隔離使得可以保護連接至晶片組100的次級側tds免受影響初級側tdp的任何過電壓，具體地通過第一變壓器td的初級側tdp所連接的兩線制線路l。

同樣，第二變壓器tc包括初級側tcp和次級側tcs，所述初級側和次級側彼此電流隔離以便通過第一變壓器td的初級側tdp來保護也連接至晶片組100的次級側tcs免受可能影響初級側tcp的任何過電壓，所述第二變壓器tc的所述初級側tcp經由連接c連接至所述第一變壓器td的所述初級側tdp。

當變壓器的初級側的兩條導線之間存在電壓時，在次級側的兩條導線之間感應到成比例的電壓，並且反之亦然。

因此，當兩線制線路l的兩條導線之間存在電壓差時，在第一變壓器td的次級側tds的兩條導線之間感應到電壓vmd(被稱為差模電壓)。出於此原因，第一變壓器td也被稱為「差模電路」。

由於第二變壓器tc與第一變壓器td之間的連接c，當地與第一變壓器td之間存在電壓vmc(被稱為共模電壓)時，這引起在第二變壓器tc的次級側tcs處的電壓vmd』。出於此原因，第二變壓器tc也被稱為「共模電路」。

應理解的是，由於差模電路td、共模電路tc和晶片組100在數據機m中的安排，可由晶片組100在任何時間處測量電壓vmd和vmd』。

為了使數據機m能夠在兩線制線路l上接收和發送信號，晶片組100包括連接至差模電路td的接收模塊和發送模塊。為了能夠測量共模噪聲，所述晶片組還包括連接至共模電路tc的接收模塊。晶片組100還包括將關於圖4進行描述的其他模塊。

圖2a、圖2b和圖2c示出了根據本發明的根據共模電路與差模電路之間的連接的第一、第二和第三實施例的實現包括在收發器設備中的差模電路的示例。

如圖2a所示，在第一實施例中，共模電路tc的初級側tcp通過導線c(即，未連接至地的導線)連接至差模電路td的初級側tdp的中點。

此實施例的優點是不需要附加的電子部件來將共模電路連接至差模電路。簡單的電氣連接是足夠的。

如圖2b所示，在第二實施例中，共模電路tc的初級側tcp通過導線c連接至高阻抗電阻器的橋接器，每個電阻器r為例如大約10k歐姆，所述橋接器連接至差模電路td的初級側tdp的兩條導線中的每條導線。

當不可能連接差模電路td的初級側tdp的中點時，這是替代性方案。

如圖2c所展示的，在第三實施例中，共模電路tc的初級側tcp通過導線c連接至定位在差模電路td的初級側tdp的兩條導線周圍的(多個)電流探針s。

當不可能連接差模電路td的初級側tdp的中點時，這是另一個替代性方案。

圖3示意性地示出了根據本發明的一個方面的實現消除在兩線制電力線路上接收到的數據信號中存在的噪聲的方法的步驟的示例。

所述方法包括在時間上分開的兩個階段：調整階段phr，在所述調整階段期間計算轉換比；以及噪聲消除階段pha(適當)，使用已計算的轉換比來估計有待從接收到的數據信號中減去的噪聲。

調整階段phr可在若干實施例中實施。

在根據本發明的用於噪聲消除的方法的第一實施例中，調整階段phr包括步驟e1-e5。

在步驟e1的過程中，數據機的晶片組100生成具有能量且在已知頻帶中的調整信號bn。

在步驟e2的過程中，將所述已知的調整信號bn從晶片組100發送至差模電路td，並因此發送至兩線制線路l。針對兩線制線路l以及在遠端處連接至其的設備，此調整信號因此不必呈現可能妨礙向用戶提供服務的幹擾。

在步驟e3的過程中，通過由發送調整信號bn的晶片組100簡單地了解調整信號bn來獲得兩線制線路上的電壓值(被稱為差模電壓vmd)。可替代地，可通過測量差模電路td的次級側tds的兩條導線之間的這個電壓來獲得所述值。由於這些導線的電連續性延伸到晶片組100中，因此還可在晶片組100處執行所述測量。

此差模電壓vmd引起在共模電路tc的次級側tcs的兩條導線處的電壓(被稱為共模圖像電壓vmd』)。

在步驟e4的過程中，獲得共模圖像電壓vmd』的值。由於次級側tcs的導線的電連續性延伸到晶片組100中，因此可以通過在晶片組100處測量這些導線之間的電壓來獲得此值。

在步驟e5的過程中，計算第二值(即共模圖像電壓vmd』)與第一值(即差模電壓vmd)之比。此比值被稱為噪聲轉換比rn。

在根據本發明的用於噪聲消除的方法的第二實施例中，不實施步驟e1和e2。如果環境噪聲ba自然地存在於兩線制線路l上，則在所使用的、無用的或不可能的頻帶中可能有足夠的能量使得晶片組生成調整信號bn。在此情況下，通過測量差模電路td的次級側tds的兩條導線之間的電壓來獲得步驟e3的差模電壓vmd的值。以與所述方法的第一實施例完全相同的方式來實施步驟e4和e5。可以由晶片組周期性地測量環境噪聲ba的能量，所述晶片組根據閾值被超過來決定是否實施步驟e1和e2。

在一些情況下，將噪聲消除方法的第一和第二實施例進行組合是可能且有利的。實際上，環境噪聲的特性是隨機的並且環境噪聲不一定在所使用的所有頻帶中都具有足夠的能量，因此，可能因此無法可靠地估計噪聲轉換比rn。根據使用在這些頻段中的調整信號bn的第一實施例(除使用環境噪聲ba的第二實施例之外)來執行本方法於是可以補償這個缺點。

在根據本發明的用於噪聲消除的方法的第三實施例中，將調整信號bn從晶片組100發送至共模電路tc，而不發送至差模電路td。如果需要防止在兩線制線路l上發送調整信號bn、或者當所述方法的第二實施例無法使用已經存在於所述線路上的環境噪聲ba時(例如，因為其太隨機)，這可能是有利的。

此第三實施例要求晶片組100包括除已經提及的接收模塊之外的連接至共模電路tc的發送模塊，從而使得可將調整信號bn從晶片組100發送至共模電路tc。

在此替代性方案中，由步驟e2』、e3』和e4』來分別代替步驟e2、e3和e4。

在步驟e2』的過程中，將調整信號bn從晶片組100發送至共模電路tc。

此調整信號bn引起在差模電路td的次級側tds的兩條導線處的電壓(被稱為差模電壓vmd)。

在步驟e3』的過程中，通過測量差模電路td的次級側tds的兩條導線之間的這個電壓來獲得兩線制線路上的電壓值(被稱為差模電壓vmd)。由於這些導線的電連續性延伸到晶片組100中，因此還可在晶片組100處執行所述測量。

在步驟e4』的過程中，通過由發送調整信號bn的晶片組100簡單地了解調整信號bn來獲得共模圖像電壓vmd』的值。可替代地，可以通過測量差模電路tc的次級側tcs的兩條導線之間的此電壓來獲得所述值。由於次級側tcs的導線的電連續性延伸到晶片組100中，因此可以在晶片組100處實施此測量。

在上述第一和第二實施例中，將所有步驟迭代地重複的次數與線路l上所傳輸的數據信號中所使用的頻帶數量一樣多。調整信號bn對應於每個頻帶，噪聲轉換比rn也對應於每個頻帶，其中，n的範圍為從1至頻帶數量。

噪聲消除階段pha包括步驟f1-f4，並且使用與緊接在噪聲消除階段之前的調整階段相同的調整信號bn頻帶和相同的噪聲轉換比rn。

在步驟f1的過程中，由數據機m從兩線制線路l接收數據信號。此信號穿過差模電路td以便到達晶片組100。

在與步驟f1同時的步驟f2的過程中，通過測量共模電路tc的次級側tcs的兩條導線之間的這個電壓來獲得共模圖像電壓vmd」的值。由於這些導線的電連續性延伸到晶片組100中，因此還可在晶片組100處執行所述測量。

在步驟f3的過程中，通過將電壓vmd」除以所述轉換比rn來估計噪聲bn』。

最後，在步驟f4的過程中，通過減去所估計的噪聲bn』來消除接收到的數據信號中的噪聲。

應理解的是，噪聲消除階段(即在實施所述方法後在所接收到的數據信號中不存在噪聲)的正確操作取決於在調整階段期間所計算的轉換比rn的質量。如果線路的電磁環境狀況改變並且尤其是如果線路變得不穩定(即如果傳輸錯誤或同步丟失發生，或者如果在異常長的時期內未接收到數據信號)，則因此必須重複調整階段。檢測這些現象的方式是已知的。

關於圖4，現在呈現根據本發明的一個方面的收發器設備的結構示例。

收發器設備m或數據機m實現噪聲消除方法，剛剛已經描述了所述噪聲消除方法的各實施例。這種數據機m可以例如是使用任何類型的dsl技術(adsl、vdsl等)針對兩線制傳輸系統進行操作的xdsl數據機。

圖1已經示出了數據機m包括差模電路td、共模電路tc和處理單元100(或晶片組100)、以及這些部件可在數據機m內部連接至彼此的方式。

例如，晶片組100包括處理單元130，所述處理單元設置有例如微處理器μp並且由電腦程式110來控制，所述程序存儲在存儲器120中並且實現根據本發明的噪聲消除方法。在初始化時，電腦程式110的代碼指令在被處理單元130的處理器執行之前例如被加載到ram存儲器中。

這種晶片組100包括：

●獲得模塊150，所述獲得模塊能夠獲得所述兩線制線路l上的、與所述差模電路td的所述次級側tds的所述兩條導線處的電壓相對應的、被稱為差模電壓vmd的電壓值；

●獲得模塊155，所述獲得模塊能夠獲得與所述共模電路tc的所述次級側tcs的所述兩條導線處的電壓相對應的、被稱為共模圖像電壓vmd』或vmd」的電壓值；

●計算模塊160，所述計算模塊能夠計算所述共模圖像電壓vmd』的值與所述差模電壓vmd的值之比，所述比值被稱為轉換比rn；

●接收模塊165，所述接收模塊能夠通過所述差模電路td從所述兩線制線路l接收數據信號；

●噪聲估計模塊170，所述噪聲估計模塊能夠通過計算所述共模圖像電壓vmd」的值除以所述轉換比rn來估計噪聲bn』；

●噪聲消除模塊175，所述噪聲消除模塊能夠通過從數據信號中減去對所述噪聲bn』的估計值來消除所述數據信號中的所述噪聲。

有利地，晶片組100還可包括：

●信號生成模塊140，所述信號生成模塊能夠生成具有預定且已知的特性的調整信號bn；

●用於發送所述調整信號的模塊145，所述模塊能夠將所述調整信號bn發送至所述差模電路td；

●用於發送所述調整信號的模塊146，所述模塊能夠將所述調整信號bn發送至所述共模電路tc。

關於圖4所描述的模塊可以是硬體模塊或軟體模塊。

剛剛已經呈現的本發明的示例性實施例僅是可能的實施例中的一些實施例。