CN100568900C - 用于铜线终端系统的高带宽传输信道的阻抗适配器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于铜线终端系统的至少一个高带宽传输信道的阻抗适配器，该铜线终端系统包括至少一个高带宽x-DSL型调制解调器(M)和至少一个插孔连接(P、P1、P2、P3)，该阻抗适配器用于根据调制解调器是否连接到系统的连接插孔来自动适配高带宽传输信道阻抗。本发明的适配器包括：调整模块(10)，用于当插孔连接(P、P1、P2、P3)未连接到所述高带宽调制解调器(M)时将终端阻抗插入插孔连接(P、P1、P2、P3)中；和连接模块(20)，用于当高带宽调制解调器(M)连接到所述插孔连接(P、P1、P2、P3)时连接调整模块(10)，从而这样改变插入到连接插孔中的阻抗，即使其对于宽带服务的高带宽传输变得透明。

Description

用于铜线终端系统的高带宽传输信道的阻抗适配器

技术领域

本发明涉及一种用于铜线终端装置的高比特率传输信道的阻抗匹配器。

本发明的领域是高比特率传输的领域，而本发明的典型应用是向连接到接入网的铜线终端装置提供宽带服务。

背景技术

在当前传输比特率增加和因特网服务的爆炸式增长的情况下，许多宽带接入系统已为家庭用户所用。这些高比特率接入系统使用现有的电缆，即，双绞线铜缆。可以使用x-DSL数字编码技术在现有的模拟公用电话交换网(PSTN)或综合业务数字网(ISDN)的铜线对上传输为用户提供高速和视听因特网服务的高比特率。术语“x-DSL”是指结合所有技术族的所有宽带高比特率服务，如HDSL、SDSL、ADSL、VDSL、ADSL-Lite等。

然而，使得能够在同一介质上传送语音和数据的x-DSL系统必须能够适合不同的铜线终端基础架构拓扑(星型、桥型、或者并行线路终端部分、线路长度等)，支持传输特性的所有动态变化，并且与窄带(模拟或ISDN)语音频带服务共存。

这个要求本质上应用于工作在很高频率(典型地在3MHz以上的频带中)的系统，例如，具有从138kHz扩展到12MHz的很宽频谱的VDSL系统。高频范围中的传输信道的使用对于连接的质量并非没有作用。具体地说，在高于3MHz的频带中的传输对由开路(open branch)和/或电容性负载引起的线路上的反射敏感。

表述“开路”是指任何未连接的线路终端部分，即，任何未占用的电话插孔(jack)。表述“电容性负载”是指任何通过电话插孔连接到表示电容性负载的窄带终端，例如电话的线路终端部分。

在国际标准的情况下，ETSI标准包括具有不兼容的频谱的、被称为997和998的两种VDSL频率规划。第一种为上行链路信道提供更多空间，并且支持对称的高比特率(下行链路方向上26Mbit/s，而上行链路方向上最高26Mbit/s)，而第二种支持在下行链路信道上具有较高比特率的非对称比特率(下行链路信道上34Mbit/s，而上行链路信道上最高4Mbit/s)。

下面参照现有技术描述本发明：

·图1是包括单个滤波器的现有技术的铜线终端装置的图；

·图2是包括分布式滤波器的现有技术的铜线终端装置的图。

铜线终端装置(copper-wired terminal installation，ITC)可以有两种类型的配置。它可以有“家庭”型的“专有”配置，或者“公寓楼”型的“集体”配置。本发明不加区分地应用于这两种配置类型。

常规的VDSL连接包括多端口DSL接入复用器(DSLAM)和用户调制解调器，它们分别安装在交换机(exchange)中和用户房屋上的铜线终端装置(ITC)中，并且通过接入网RA相互连接。最大线路长度为大约1千米(km)。在“FTTCab”架构的情况下，DSLAM从交换机移到子配线架，并且交换机和DSLAM通过光纤连接。这些架构对于本领域技术人员是已知的，因而这里不再进一步详细描述。

VDSL连接对电话信道还必须是透明的。在用户房屋上，ITC的进入点是输入接线条(input terminal premise)，又称为网络接口设备(NID)，并且用于将语音频带与宽带服务分开的滤波器功能依赖于使用了图1和2所示的两种装置的哪一种。

在第一种情况中(图1装置)，ITC包括分离器，其包括在家庭的进入点处的、紧跟在NID之后的单个滤波器FU。这个单个滤波器FU滤波频谱的较低部分。这样，分离器例如通过该特定实例中的高比特率VDSL调制解调器M将传递到窄带终端TBE1、TBE2(如电话)的语音频带与传递到宽带终端TBL(如计算机)的宽带服务分开。这种滤波器FU通常是高阶(n＞5)滤波器，这使得在用户房屋中安装它时需要电话运营商的干预。

在第二种情况中(图2装置)，ITC包括分布式滤波器FD1、FD2。这些滤波器是无源微滤波器，通常是二阶滤波器，可以将它们在窄带终端TBE1、TBE2的前面插入电话插孔中。这些滤波器防止宽带信号干扰电话信号，反之亦然。它们是用户自己容易安装的低成本部件。然而，由于它们的合成阻抗可能损害回波损耗值，这可能降低电话连接上的语音质量，因此它们的数量不能无限增加。此外，在具有分布式滤波器的ITC的情况中，在3-12MHz频带中的高比特率传输对存在开路BO1、BO2和/或电容性负载TBE1、TBE2的线路上的反射敏感。

可以通过在每个插孔中插入终端阻抗来在减少由于电话线路阻抗的不匹配而导致的衰减现象的同时支持宽带传输而避免这个问题。这种终端阻抗最好具有接近在3到12MHz频段中的电话线的铜缆阻抗的平均值的值，也就是说，135欧姆(Ω)级别的值。然而，如果调制解调器(例如VDSL调制解调器)连接到预先插入了终端阻抗的这种电话插孔，则由于预先插入其中的阻抗值与调制解调器的接近(在3-12MHz频带中为135Ω的级别)，而使得插孔随后对于宽带服务的传输是不透明，因而高比特率连接的性能下降。

对由线路阻抗的不匹配而引起的在3-12MHz频带中高比特率连接质量下降的问题的一个解决方案是，通过在电话插孔中插入终端阻抗并且一旦调制解调器连接到插孔就移除以前插入插孔中的阻抗来匹配开路的阻抗，从而防止高比特率连接的性能下降。但由于该解决方案是完全手动的，并且强迫用户记住要在插入高比特率调制解调器之前将以前插入插孔的阻抗移除，因此这个解决方案远非是理想的。

发明内容

因此，本发明所解决的技术问题是提供一种设备，用于匹配连接到提供窄带(模拟或ISDN)服务和宽带(x-DSL)服务的接入网的铜线终端装置的高比特率传输信道的阻抗，所述装置包括x-DSL高比特率调制解调器和插孔；其将根据调制解调器是否插入装置的插孔中来自动匹配高比特率传输信道的阻抗，从而防止由开路和/或电容性负载的存在而引起的线路不匹配，以及防止在高比特率调制解调器连接到其中以前插入有终端阻抗的插孔时高比特率连接性能下降的问题。

根据本发明，上述技术问题的解决方案是由于下面的事实而获得的，其中，阻抗匹配器包括：

·装在所述插孔中的调整模块，其包括RC电路，并且其适于当插孔未连接到所述高比特率调制解调器M时将终端阻抗插入所述插孔中；

·连接模块，其适于当所述高比特率调制解调器连接到所述插孔时与所述调整模块组合，以改变插入到所述插孔中的阻抗以使它对于宽带服务的高比特率传输是透明的。

因而，调整模块使得能将有限值的终端阻抗插入到插孔中。因此它用作插头(plug)并且保护高比特率连接不受线路上的反射，即强干扰3到12MHz频带中的高比特率传输的、由于存在开路和/或电容性负载而引起的不匹配影响。此外，当高比特率调制解调器插入插孔中时，组合调整模块和连接模块以自动改变3-12MHz频带中的插孔阻抗，使得得到的阻抗是无限阻抗。得到的阻抗于是具有例如1kΩ到10MΩ的值，并且对于高比特率传输是透明的。

本发明还包括一种连接到承载窄带服务和宽带服务的接入网的包铜(copper-plated)终端装置，包括插孔和高比特率x-DSL调制解调器。该装置值得注意的地方在于：其包括根据本发明的阻抗匹配器。

本发明还包括一种匹配连接到提供窄带服务和宽带服务的接入网的铜线终端装置(ITC)的高比特率传输信道的阻抗的方法，所述装置包括高比特率调制解调器(M)和插孔(P；P1；P2、P3)，该方法特征在于其包括下列步骤：

调整步骤，包括当所述插孔(P；P1，P2、P3)未连接到所述高比特率调制解调器(M)时将终端阻抗插入所述插孔中；

连接步骤，当所述高比特率调制解调器连接到所述插孔时改变插入到所述插孔中的阻抗以使其对于宽带服务的高比特率传输是透明的。

本说明书的剩余部分参照VDSL高比特率连接，但本发明当然不限于这种类型的应用。它实际上应用于频谱高于3MHz的任何高比特率连接。

附图说明

通过参照附图和阅读通过说明性和非限制性的实例给出的下面描述，本发明的其他特征和优点变得更加清楚，其中：

图1是包括单个滤波器的现有技术铜线终端装置的图，已经对其进行了描述；

图2是包括分布式滤波器的现有技术铜线终端装置的图，已经对其进行了描述；

图3是本发明的阻抗匹配器的图；

图4是分开配置的图3阻抗匹配器的图；

图5是组合配置的图3阻抗匹配器的图；

图6是组合配置的阻抗匹配器的第二实施例的图；

图7是专有装置的图，其中在具有和没有图3阻抗匹配器的情况下测量线路上的比特率。

具体实施方式

图3是用于匹配铜线终端装置的高比特率传输信道的阻抗的阻抗匹配器100的图。它包括两个单独的模块10和20，用于根据高比特率调制解调器M是否连接到插孔P，自动在接入网的输入处将不同的阻抗值插入插孔P中。

电话线LT同时承载窄带服务和宽带服务，并且通常电压为-48V。

第一模块10是装在插孔P中的调整模块，用来将有限值的终端阻抗插入插孔P中。

第二模块20是连接模块，其最好连接到例如固定于用于连接调制解调器的插头的高比特率调制解调器。该模块被设计成当调制解调器插入插孔P时，与调整模块10组合。这两个模块的组合自动改变插入插孔P中的阻抗值，以使插孔对于3到12MHz频带中的高比特率传输是透明的。

阻抗匹配器包括小型的低成本无源部件。其小的整体尺寸使它能与分布式滤波器200装在同一外壳100中。

分布式滤波器200屏蔽窄带终端TBE的阻抗，TBE的电容性负载损害了宽带传输信道的质量。它通常包括LC电路。

阻抗匹配器最好与装在同一外壳1000中的分布式滤波器200并行连接到插孔P。

将终端阻抗插入电话插孔P以防止阻抗变化，否则的话，由于在专有装置中存在开路和/或电容性负载，所以在3-12MHz频带的电话线LT上容易出现阻抗变化。

如图4所示，调整模块10将该终端阻抗引入插孔P中。

至此，模块采取RC电路的形式。更准确地说，RC电路包括电阻器R、电容器C1、C2和可变电容二极管D1、D2(又称为变容二极管或变容电抗器)。所有这些部件串联。

反向偏压的变容二极管具有可变的电容。它们的电容随着反向偏压增加而降低。二极管D1和D2具有可以依赖于所施加的电压而从几皮法(pF)到几百pF变化的电容。

在图4的例子中，有两个这样的二极管。然而如果二极管的数量为偶数，那么也可以设想具有超过两个变容二极管的设备。

最后，如下面参照图5详细描述的，这些二极管被首尾相接的放置，以便反向偏压两个二极管中的一个而不管电话线的极性。这两个二极管可以阳极对阳极或阴极对阴极地连接。在图4所示的配置中，匹配器是分离的，并且只有调整模块装在插孔中，二极管D1和D2由于被每一侧的电容器C1和C2隔开因而没有被反向偏压。

在这种情况下，整个设备具有等于电阻器R的电阻的阻抗，并且最好在3-12MHz频段中具有135Ω的级别，该阻抗值对应于构成电话线的电缆在该频带中的阻抗的平均值。认真计算并选择部件的值以获得该阻抗。例如，电容器C1和C2每个具有100nF的电容，而电阻器R具有135Ω的电阻。

图5是组合配置(即，组合调整模块10和连接模块20)的阻抗匹配器的图。连接模块20插入其插头中的高比特率调制解调器M通过调整模块10插入的插孔连接到该装置。因此，当调制解调器插入插孔时，模块10和20组合并合作，以便自动改变插入到插孔中的阻抗，从而使其对于3-12MHz频带中的高比特率传输是透明的。

连接模块具有四个触点E1、S1；E2、S2；E3、S3；E4、S4。这些触点中的两个触点E1、S1和E4、S4用于连接到调制解调器M。另两个触点E2、S2和E3、S3用于通过电阻器R1和R2偏压调整模块的变容二极管D1和D2。

将电阻器R1与调整模块的电容器C1并联、将电阻器R2与调整模块的电容器C2并联，这抵消了电容器C1和C2，改变了变容二极管D1、D2的供电电压，并且从电话线LT上的-48V供电电压反向偏压它们中至少一个。

二极管首尾相连，从而它们之一相对于另一个具有很低的结电容。二极管D1或二极管D2的该低结电容，根据如何偏压它们而产生无限阻抗，通常在1kΩ到10MΩ的级别。

电阻器R1和R2之一或两者具有通常从2MΩ到5MΩ的很高的电阻(例如2.2MΩ的级别)，以便吸出极小的电流，并且使设备的合成阻抗不改变。例如，两个电阻器R1和R2的值可以相等，以使电路对称。

在提出的实施例中，计算部件值来解决在3-12MHz频带中的不匹配问题。变容二极管的选择是很重要的，这是因为它确定可变阻抗的极限值。用现货供应的BB 132二极管获得电容的最佳比例，以1比30的比例。例如，使用六个二极管得到从450pF(偏压＝0)到16.5pF(-28V偏压)变化的电容，它们分别给出大约3MHz和大约80MHz的截止频率。

如果滤波器不适于VDSL传输，则在超过10MHz时匹配器的阻抗受ITC中的分布式滤波器或并联的滤波器限制。

图6示出铜线终端装置的高比特率传输信道的阻抗匹配器的第二实施例。在该电路中，调整模块30只包括一个变容二极管D1。如果只有调整模块装在插孔中，则二极管D1由于被两侧的电容器C1和C2隔开而没有被反向偏压。在这种情况下，调整模块具有等于电阻器R的电阻的阻抗，并且如上面参照图4所述的，最好在3-12MHz频带中具有135Ω的级别。

在本实施例中，连接模块40被设计成当高比特率调制解调器M插入插孔时与调整模块30组合，并且比第一实施例的连接模块稍微复杂一些。连接模块40仍然包括四个触点E1、S1；E2、S2；E3、S3；E4、S4；这些触点中的两个触点E1、S1和E4、S4用于连接到调制解调器M。另两个触点E2、S2和E3、S3用于通过连接模块40中的整流桥和电阻器桥R3、R4来反向偏压调整模块的变容二极管D1。整流桥包括首尾相连的两两并联的整流二极管D2、D3、D4。连接模块中的整流桥改变变容二极管D1的供电电压，并且从电话线上的-48V供电电压反向偏压它，以得到通常从1kΩ到10MΩ的无限阻抗。

构成电阻器桥的电阻器R3和R4最好每个具有通常从2MΩ到5MΩ的高的值(例如5MΩ的级别)，以便吸出极小的电流，并且使设备的阻抗不改变。

已经通过测量在VDSL链路的两个传输方向上的线路上的比特率来评估阻抗匹配器。这些测试测量了在具有和没有阻抗匹配器的情况下开路和/或电容性负载在3-12MHz频带中的影响。这也验证了匹配器对高比特率传输的透明性。

图7示出了在其中执行评估的铜线终端装置。该专有装置在网络接口设备(NID)处开始。VDSL连接包括具有积分低通滤波器的交换机侧设备(DSLAM)、600米(m)电缆和专有部分中的VDSL调制解调器M。ITC包括连接到具有星型拓扑的接入网的三个插孔P1、P2、P3(6米分支(spur))。

如图7所示，插孔P1到P3都包括用于语音频带中的终端TBE2的连接的分布插入式滤波器FD1到FD3和用于VDSL调制解调器M的匹配器DA1到DA3，或者开路BO1和/或电容性支路TBE2。VDSL调制解调器M连接到第三插孔P3。

线上的比特率是由专有系统管理器(proprietary system manager)测量，该系统噪声容限为6分贝(dB)。

下表总结了在包括匹配和不匹配开路的VDSL连接上得到的结果。

在存在噪声E(交换机侧噪声和装置侧归一化噪声FFTExc)时，主要影响的是上行链路信道，因而限制了VDSL连接的性能。

必须在下述方面考虑与ITC(开路、电容性支路)及其拓扑(星型、桥型或并行)相关的不匹配，即，它们在线路上与串扰噪声累加。

最好在铜线终端装置(ITC)的开路上有终端阻抗。长600m的、在线路末端具有两个6m的开路和/或电容性支路的VDSL连接的性能下降。通过比较，当在每个支路的末端插入匹配器时，线路比特率在两个传输方向上都得到了提高，特别是在上行链路方向上。

阻抗匹配器对于高比特率传输也是透明的。

通过在3-12MHz频带中将开路匹配到135Ω的阻抗，大大提高了VDSL连接上的线路比特率。

最后，阻抗匹配器由低成本部件制成，并且可以容易地与分布式滤波器集成进同一外壳中。

Claims (13)

1.一种阻抗匹配器，用于匹配连接到提供窄带服务和宽带服务的接入网的铜线终端装置的至少一个高比特率传输信道的阻抗，所述装置包括高比特率x-DSL调制解调器(M)和插孔(P；P1；P2、P3)，该阻抗匹配器特征在于其包括：

装在所述插孔(P；P1、P2、P3)中的调整模块(10、30)，包括RC电路，并且其适于当所述插孔(P；P1、P2、P3)未连接到所述高比特率调制解调器(M)时将终端阻抗插入所述插孔(P；P1、P2、P3)中；

连接模块(20、40)，其适于当所述高比特率调制解调器(M)连接到所述插孔(P；P1、P2、P3)时与所述调整模块(10)组合，以改变插入到所述插孔中的阻抗以使其对于宽带服务的高比特率传输是透明的，

其中，调整模块(10、30)的RC电路包括串联的电阻器(R)、电容器(C1、C2)和变容二极管(D1、D2)，

其中，连接模块(20)包括电阻器(R1、R2)，其与调整模块(10)的电容器(C1、C2)并联以反向偏压变容二极管(D1、D2)。

2.如权利要求1所述的阻抗匹配器，特征在于，调整模块(10、30)与分布式滤波器(200)并联。

3.如权利要求2所述的阻抗匹配器，特征在于，调整模块(10)包括偶数个变容二极管(D1、D2)。

4.如权利要求3所述的阻抗匹配器，特征在于，变容二极管(D1、D2)阳极对阳极或阴极对阴极地连接。

5.一种阻抗匹配器，用于匹配连接到提供窄带服务和宽带服务的接入网的铜线终端装置的至少一个高比特率传输信道的阻抗，所述装置包括高比特率x-DSL调制解调器(M)和插孔(P；P1；P2、P3)，该阻抗匹配器特征在于其包括：

装在所述插孔(P；P1、P2、P3)中的调整模块(10、30)，包括RC电路，并且其适于当所述插孔(P；P1、P2、P3)未连接到所述高比特率调制解调器(M)时将终端阻抗插入所述插孔(P；P1、P2、P3)中；

连接模块(20、40)，其适于当所述高比特率调制解调器(M)连接到所述插孔(P；P1、P2、P3)时与所述调整模块(10)组合，以改变插入到所述插孔中的阻抗以使其对于宽带服务的高比特率传输是透明的，

其中，调整模块(10、30)的RC电路包括串联的电阻器(R)、电容器(C1、C2)和变容二极管(D1、D2)，

其中，连接模块(40)包括由整流二极管(D2、D3、D4、D5)构成的整流桥和电阻器桥(R3、R4)。

6.如权利要求5所述的阻抗匹配器，特征在于，所述调整模块(10、30)与分布式滤波器200并联连接。

7.如权利要求1或权利要求5所述的阻抗匹配器，特征在于，电阻器(R1、R2；R3、R4)具有2MΩ到5MΩ的值。

8.如权利要求1或权利要求5所述的阻抗匹配器，特征在于，连接模块(20、40)连接到高比特率调制解调器(M)。

9.如权利要求1或权利要求5所述的阻抗匹配器，特征在于，高比特率调制解调器(M)是VDSL调制解调器。

10.一种连接到承载窄带服务和宽带服务的接入网的包铜终端装置，包括插孔(P；P1、P2、P3)和高比特率x-DSL调制解调器(M)，特征在于其包括如权利要求1或权利要求5所述的阻抗匹配器。

11.如权利要求10所述的装置，特征在于，当高比特率调制解调器(M)连接到插孔(P；P1、P2、P3)时，调整模块(10；30)安装在网络接入点处的所述插孔(P；P1、P2、P3)中，而连接模块(20；40)被置于用以连接高比特率调制解调器(M)的插头中。

12.一种匹配连接到提供窄带服务和宽带服务的接入网的铜线终端装置的高比特率传输信道的阻抗的方法，所述装置包括高比特率调制解调器(M)和插孔(P；P1；P2、P3)，该方法特征在于其包括下列步骤：

调整步骤，包括当所述插孔(P；P1、P2、P3)未连接到所述高比特率调制解调器(M)时将终端阻抗插入所述插孔(P；P1、P2、P3)中；

连接步骤，包括当所述高比特率调制解调器连接到所述插孔时改变插入到所述插孔中的阻抗，以使其对于宽带服务的高比特率传输是透明的，

其中所述调整步骤是通过调整模块(10，30)执行的，调整模块(10，30)装在所述插孔(P；P1、P2、P3)中，包括RC电路，并且调整模块(10，30)的RC电路包括串联的电阻器(R)、电容器(C1、C2)和变容二极管(D1、D2)，

其中，所述连接步骤是通过连接模块(20，40)执行的，连接模块(20、40)适于与所述调整模块(10)组合，连接模块(20)包括电阻器(R1、R2)，其与调整模块(10)的电容器(C1、C2)并联以反向偏压变容二极管(D1、D2)。

13.一种匹配连接到提供窄带服务和宽带服务的接入网的铜线终端装置的高比特率传输信道的阻抗的方法，所述装置包括高比特率调制解调器(M)和插孔(P；P1；P2、P3)，该方法特征在于其包括下列步骤：

调整步骤，包括当所述插孔(P；P1、P2、P3)未连接到所述高比特率调制解调器(M)时将终端阻抗插入所述插孔(P；P1、P2、P3)中；

连接步骤，包括当所述高比特率调制解调器连接到所述插孔时改变插入到所述插孔中的阻抗，以使其对于宽带服务的高比特率传输是透明的，

其中所述调整步骤是通过调整模块(10，30)执行的，调整模块(10，30)装在所述插孔(P；P1、P2、P3)中，包括RC电路，并且调整模块(10，30)的RC电路包括串联的电阻器(R)、电容器(C1、C2)和变容二极管(D1)，

其中，所述连接步骤是通过连接模块(20，40)执行的，连接模块(20、40)适于与所述调整模块(10)组合，连接模块(20)包括由整流二极管(D2、D3、D4、D5)构成的整流桥和电阻器桥(R3、R4)。

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