CN106464614A - 用于dmt系统中的高速数据传输的双频带模拟前端 - Google Patents

用于dmt系统中的高速数据传输的双频带模拟前端 Download PDF

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Abstract

根据一般性的方面，本发明的实施例提供了能够将两个独立的106MHz G.fast基带传输信道合并成单个212MHz宽的G.fast传输信道的模拟前端(AFE)。在这些实施例以及其它实施例中，根据本发明的AFE还能够与单个212MHz G.fast传输信道以及单个106MHz G.fast传输信道通过接口连接。

Description

用于DMT系统中的高速数据传输的双频带模拟前端
相关申请的交叉引用
本申请要求享受于2014年6月20日提交的美国临时申请No.62/015,149的优先权，以引用方式将其全部内容并入本文。
技术领域
本发明涉及数据传输，具体而言，涉及用于高速数据传输的双频带模拟前端。
背景技术
ITU-T G.9701通常称为G.fast或G.fast标准，其基于用于将约106MHz带宽中的下行信号和上行信号的传输的时分双工(TDD)，定义了收发机规范。本说明书将把采用106MHz带宽的此系统称为“第一代G.fast”系统。在G.9701中，目前正在规划212MHz带宽的第二简档，用于下一步研究。
第一代G.fast收发机将使用由2048个离散多音(DMT)音调组成的106MHz的信道带宽以及48kHz的符号速率。在其第二代中，目前正在规划具有212MHz信道带宽的G.fast收发机。该系统将使用4096个DMT音调和48kHz的符号速率。根据G.fast标准，最大比特加载可以高至12比特/音调。为了支持这种需求，需要以非常高的采样速率运行的具有高分辨率的模数转换器(ADC)。
以高采样速率工作的高分辨率的模数转换器(ADC)可以消耗大量的电量。如果从ADC出来的有效比特数(ENOB)需要保持不变的话，那么将采样速率从212MHz加倍到424MHz能够将功耗增加远不止两倍。此外，通常需要模拟前端(AFE)在对功耗没有影响的情况下向后兼容。
因此，需要有AFE设计用于克服除了别的障碍外的这些障碍。
发明内容
根据一般性的方面，本发明的实施例提供了能够将两个独立的106MHz G.fast基带传输信道合并成单个212MHz宽的G.fast传输信道的模拟前端(AFE)。在这些实施例以及其它实施例中，根据本发明的AFE还能够与单个212MHz G.fast传输信道以及单个106MHzG.fast传输信道通过接口连接。
根据这些方面和其它方面，根据本发明的实施例，具有包含音调的不重叠的第一和第二子带在内的音调宽带的离散多音(DMT)通信系统的装置，包括：耦合到线对(wirepair)的发射和接收引脚、第一发射和接收信道、第二发射和接收信道以及模拟前端(AFE)，所述模拟前端能够将来自所述第一及第二发射和接收信道中的一者或两者的数字基带信号选择性地转换成具有与所述第一和第二子带二者中的一者或两者对应的带宽的且在所述发射引脚上驱动的模拟信号。
附图说明
结合附图阅读完对本发明的具体实施例的以下说明之后，对于本领域的普通技术人员而言，本发明的这些和其它方面以及特征将变得显而易见。
图1是实现本发明的实施例的子带方案的示例性系统的框图。
图2是示出了根据本发明的实施例的示例性子带规划的图。
图3是用于根据本发明的实施例来实现旨在实现第二代G.fast通信服务的子带方案的示例性DPU的框图。
图4是根据本发明的双频带AFE的示例性实施例的框图。
图5是根据本发明的双频带AFE的另一个示例性实施例的框图。
具体实施方式
现在将参照附图对本发明进行详细描述，所述附图是作为本发明的示例性例子来提供的，以使得本领域的熟练技术人员能够实践本发明。值得注意地是，以下附图和示例并不旨在将本发明的范围限制于单个实施例，而是，通过所描述的或所示出的元素中的一些或全部的互换的方式，其它实施例也是可能的。此外，本发明的其中某些元素可以使用已知的组件来部分地或全部实现，这些已知的组件中的仅仅对本发明的理解必需的那些部分将被描述，而这些已知的组件中的其它部分的详细描述将被省略以避免对本发明造成模糊。除非在本文中另外特别指出，否则如对于本领域技术人员将显而易见地，如以软件实现的描述的实施例不应当被限制为软件，而可以包括以硬件或以软件和硬件的组合实现的实施例，反之亦然。在本申请说明书中，表示单数组件的实施例不应当被认为是限制性的；而是，本发明旨在涵盖包括多个相同组件的其它实施例，反之亦然，除非在本文中另外明确说明。此外，申请人不想要将在说明书或权利要求书中的任何术语归于不普通的或特别的意义，除非明白地阐明为如此。此外，本发明涵盖本文中通过示出的方式提到的已知组件的当前和将来的已知等价物。
根据某些一般性的方面，本发明的实施例提供了用于解决除了别的问题的上述问题的第二代G.fast和更高代G.fast的模拟前端(AFE)。
在本发明的实施例中，具有大的带宽的信道被拆分成不重叠的两个或多个子带，例如，较低子带和较高子带。这些子带中的每个子带都可以经由合适的上/下变换而被映射到独立的基带信道。这些基带信道中的每一个随后可以经由具有以较低采样速率工作的ADC的分离的电路来处理。
图1是示出了用于实现本发明的实施例的示例性系统的框图。如所示出地，线对104被耦合在N.G fast CPE收发机110(例如，诸如家中的客户房屋处的收发机)和DPU 100中的对应的G.fast CO收发机120之间。应当注意，收发机110和120可以使用如在G.fast标准中定义的时域双工(TDD)来通信。然而，本发明的实施例还可以包括诸如在共同待决的美国申请No.14/662,358中所描述的那些方案的频域双工(FDD)方案，该申请的内容通过引用的方式全部并入本文。
根据一个方面，本发明的实施例实现了一般性的方案，其采用两个独立的使用2048个音调(106MHz带宽)的第一代G.fast收发机并且将它们以某种方式合并以创造使用4096个音调(212MHz带宽)的第二代G.fast收发机。根据本发明的G.fast收发机可以被包括在CO收发机120、CPE收发机110或CO收发机120和CPE收发机110两者中。
具体而言，发明人还意识到具有212MHz带宽的信道可以被拆分成不重叠的两个106MHz的子带。例如，如图2所示，212MHz带宽的信道可以被划分成0到106MHz之间的较低子带202以及106MHz和212MHz之间的较高子带204，每个子带包含多至2048个音调。这些子带中的每一个子带都可以经由合适的上/下变换而被映射到独立的106MHz的基带信道。第一代G.fast收发机可以以高达1Gbps或者更高的数据速率，通过这些单个的106MHz的基带信道中的任一个来发送和接收数据。
此外，根据本发明的实施例，发明人意识到可以将两个第一代G.fast收发机合并使用，以通过使用了子带202和子带204两者中的多达4096个音调的结合的信道206来发射和接收数据，从而提供了远超过1Gbps的聚合速率。实际上，在非常短的环路上，聚合数据速率可以达到2Gbps。
应当注意，本发明的原理可以被扩展到未来代系的G.fast(例如，高达318MHz)或其它高带宽系统。在以高达318MHz的带宽工作的示例性代系的G.fast中，本发明的可选实施例可以使用三个106MHz的子带和三个第一代G.fast收发机。
图3示出了用于实现本发明的方面的示例性DPU 100的框图。如所示出地，DPU 100包括光纤收发机(GPON ONU)306、切换器308、中央控制器312和多个可配置信道310，每个可配置信道310被耦合到单条线104。
如在图3的例子中所进一步示出地，每个信道310包括数字结合块302、一对第一代G.fast收发机120-A和120-B和双频带模拟前端(AFE)304。这些组件中的每个组件都可以根据来自中央控制器312的信号而被配置用于不同的工作模式，如根据以下的描述将变得更明显地。应当注意，DPU 100可以包括没有在图3中示出的额外的组件，诸如用于执行矢量化(vectoring)的组件。然而，出于清楚表述本发明的目的，将省略有关这些额外的组件的额外细节。
应当注意，根据本发明的实施例的双频带AFE并不局限于包括在具有信道310的(诸如在图3的示例实现方案中示出的)额外组件的DPU中。例如，根据在下面将更为详细描述的方面，根据本发明的双频带AFE的实施例还可以包括在仅具有单个第一代G.fast收发机或单个第二代G.fast收发机的信道中。
在于图3中示出的示例性实现方案的一般性操作中，在下行TDD帧期间，收发机120可以将接收自GPON ONU 306和切换器308的用户数据映射为频域符号，所述频域符号被收发机120转换为时域数字输出，然后被AFE 304转换为模拟信号。如以下详细描述地，中央控制器312将信道310配置用于在多个不同的模式中的一个模式中工作以在相关的线104上实现第一代或第二代G.fast通信。在一个可能的示例中，当收发机110的能力被确定时，中央控制器312可以在收发机120和耦合到线104的对应收发机110之间的初次握手会话之后或期间执行这样的配置。
在共同待决的美国申请No.__(141K11)中描述了中央处理器312、G.fast收发机120和数字结合模块302的额外的操作上的和实现方案上的方面，该申请通过引用的方式全部并入本文。
图4示出了根据本发明的实施例的AFE 304的一个示例性实现方案。
参照图4，该示例性实现方式采用两个数字信道，其中CH0-RX/TX为106MHz的G.fast信道，而CH1_RX/TX是106MHz或212MHz的G.fast信道。在一个示例性实现方案中，AFE可以与两个106MHz的G.fast收发机(诸如，图3中示出的收发机120-A和120-B)的输出通过接口连接，将所述输出合并成线104上的212MHz带宽的模拟信号。在另一个示例性实现方案中，其还可以与一个106MHz的G.fast收发机或一个212MHz的G.fast收发机通过接口连接，以高效地产生线104上的具有对应带宽的模拟信号。
例如，当AFE 304被用以与单个106MHz的G.fast收发机120通过接口连接时，收发机输入/输出将被连接到CH0-RX/TX。数字复用器A由中央控制器312切换以选择信道CH0-TX。来自CH0-TX的发射数字信号由根据F1以212MHz的速率工作的DAC0转换为模拟的，由TXLPF滤波并且通过ATX被耦合到线104。在该情况下，通过HPF的路径被中央处理器312禁用。线104上的信号具有匹配CH0-TX处的数字输入的子带202中的106MHz的最大带宽。在接收方向上，来自ARX上的线104的模拟信号由LNA放大、由LPF0滤波并且由根据F1以212MHz的速率工作的ADC0转换为数字的。再次，CH0-RX处的数字信号具有与ARX处的模拟信号相同的最大带宽(106MHz)。
当AFE 304被用以与将被合成为线104上的一个212MHz的模拟信号(例如，诸如在共同待决的申请No._(141K11)中详细描述的结合信号之类的结合信号)的两个106MHz的G.fast DSP收发机120通过接口连接时，两个收发机的输入/输出将被连接到CH0-RX/TX和CH1-RX/TX。复用器A由中央处理器312转换以选择CH0_TX，复用器B由中央处理器312配置以选择CH1_TX，并且复用器C由中央处理器312配置以选择ADC1的输出。通过根据F1以212MHz的速率工作的DAC0，CH0_TX上的数字发射信号被耦合到线104以及TX LPF。其将占用对应于子带202的从0到106MHz的带宽。第二信道CH1_TX由根据F1以212MHz的速率工作的DAC1转换为数字的，由根据F2以106MHz工作的混频器进行频率变换，以及由HPF滤波，使得信号带宽处于对应于子带204的106MHz到212MHz。这些被合并并且通过引脚ATX耦合到线104。产生的信号将具有从0到212MHz的合并的带宽206。在接收方向上，来自ARX引脚的线104上的212MHz带宽的信号由LNA放大，该信号由LPF0和HPF1分为高频率部分和低频率部分。高频率部分是使用根据F2以106MHz工作的混频器而被下变频到基带，并且由LPF1滤波的。根据F1以212MHz工作的ADC1和ADC0两者对占用0到106MHz的带宽的模拟信号进行转换。这些数字信号在CH1_RX和CH0_RX上被发送给两个第一代G.fast收发机。
当AFE 304被用以与一个212MHz的G.fast收发机120(在信道310的不同实施例中)通过接口连接时，收发机输入/输出被连接到CH1_RX/TX。复用器A由中央处理器312配置以选择“LPF+DEC”块的输出，复用器B由中央处理器312配置以选择“下变频混频器(Dwnmixer)”块的输出，而复用器C由中央处理器312配置以选择“+”块的输出。LPF+DEC块和HPF+DEC块将CH1_TX数字发射信号数字式地分为其较高和较低频带202和204。下变频混频器将高频率区频率变换为较低频率。根据F1以212MHz工作的DAC0和DAC1随后将两个106MHz的带宽的信号转换为模拟的。DAC1的输出(代表高频率部分)被变换为较高频率，并与较低频率部分合并，并通过ATX发送到线104。在接收方向，来自线104的212MHz的信号被分成如前所述的模拟域中的高频率部分和低频率部分。在数字域中，所述信号被重合并以保留谱内容，并在CH1_RX上作为一个212MHz的频带的信号被发送。
应当注意，虽然图4和以上说明示出了发射路径中的两个DAC，但是可能仅仅使用了以双倍频率运行的一个DAC，这是由于DAC功耗通常不是问题。在该种情况下，图5示出了实现方案。
由于ADC以较低频率工作并且不需要针对路径失配进行校准(对于时间交织变频器是这样)，本发明的实施例在ADC中实现了较低的功耗。
此外，当每个ADC只观测到“带内”信号时，该ADC的动态范围被自动增益控制(AGC)更高效地利用。实现方案还支持与106MHzG.fast标准的后向兼容性，同时支持212MHz的G.fast标准。最后，实现方案还可以用来“结合”两个G.fast 106MHz的信道以提高数据速率。
虽然本发明参考其优选实施例作了特别描述，但是对本领域普通技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出变化和修改。附图旨在涵盖这些变化和修改。

Claims (18)

1.一种具有包含音调的不重叠的第一和第二子带在内的音调宽带的离散多音(DMT)通信系统中的装置，所述装置包括：
耦合到线对的发射和接收引脚；
第一发射和接收信道；
第二发射和接收信道；以及
模拟前端(AFE)，其能够将来自所述第一及第二发射和接收信道中的一者或两者的数字基带信号选择性地转换成具有与所述第一和第二子带中的一者或两者对应的带宽的且在所述发射引脚上驱动的模拟信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述AFE还能够将来自所述接收引脚的使用所述第一和第二子带中的一者或两者的模拟信号选择性地转换成向所述第一及第二发射和接收信道中的一者或两者提供的数字基带信号。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述AFE包括：
第一复用器，用于选择性地使得来自所述第一发射和接收信道的所述数字基带信号中的一个数字基带信号通过；
第一数模转换器，用于将所述一个数字基带信号转换为所述模拟信号中的对应于所述第一子带的第一部分；
第二复用器，用于选择性地使得来自所述第二发射和接收信道的所述数字基带信号中的另一个数字基带信号通过；
第二数模转换器，用于将所述一个数字基带信号转换为所述模拟信号中的第二部分；以及
混频器，用于使得所述第二部分占用所述第二子带。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述AFE包括：
低通滤波器，用于使得来自所述第二发射和接收信道的数字基带信号的第一部分通过；
第一复用器，用于选择性地使得所述数字基带信号中的所述第一部分通过；
第一数模转换器，用于将所述数字基带信号的所述第一部分转换为所述模拟信号中的对应于所述第一子带的第一部分；
高通滤波器，用于使得来自所述第二发射和接收信道的所述数字基带信号中的第二部分通过；
下变频混频器，用于将所述数字基带信号中的所述第二部分转换为基带；
第二复用器，用于选择性地使得所述数字基带信号中的所转换的第二部分通过；
第二数模转换器，用于将所述数字基带信号中的所转换的第二部分转换为所述模拟信号中的第二部分；以及
混频器，用于使得所述第二部分占用所述第二子带。
5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述AFE包括：
低通滤波器，用于使得所述模拟信号中的对应于所述第一子带的第一部分通过；
第一模数转换器，用于将所述模拟信号中的所述第一部分转换为一个数字基带信号；
第一复用器，用于选择性地使得所述一个数字基带信号通过至所述第一发射和接收信道；
高通滤波器，用于使得所述模拟信号中的对应于所述第二子带的第二部分通过；
混频器，用于将所述第二部分转换为基带；
第二模数转换器，用于将所述模拟信号中的所述第二部分转换为另一个数字基带信号；
第二复用器，用于选择性地使得所述另一个数字基带信号通过至所述第二发射和接收信道。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述数字基带信号包括单个106MHz G.fast数字基带信号，而所述模拟信号具有对应于所述第一子带的带宽。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述数字基带信号包括两个106MHz G.fast数字基带信号，而所述模拟信号具有对应于所述第一和第二子带的带宽。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述数字基带信号包括单个212MHz G.fast数字基带信号，而所述模拟信号具有对应于所述第一和第二子带的带宽。
9.根据权利要求2所述的装置，其中，所述模拟信号具有对应于所述第一子带的带宽，而所述数字基带信号包括单个106MHz G.fast数字基带信号。
10.根据权利要求2所述的装置，其中，所述模拟信号具有对应于所述第一子带和所述第二子带的带宽，而所述数字基带信号包括两个106MHz G.fast数字基带信号。
11.一种用于执行离散多音(DMT)通信的方法，所述方法包括：
将宽的带宽至少划分为不重叠的第一和第二子带；
选择性地接收第一和第二数字基带信号中的一者或两者；以及
将所述数字基带信号中的一者或两者选择性地转换为具有与所述第一和第二子带中的一者或两者对应的带宽的模拟信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一和第二数字基带信号两者都使用所述不重叠的第一和第二子带中的一者中的音调。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，选择性地转换包括：
选择接收所述第一和第二数字基带信号两者；
使用所述第一数字基带信号来创建所述模拟信号中的第一部分；
使得所述第一部分使用所述第一子带；
使用所述第二数字基带信号来创建所述模拟信号中的第二部分；以及
使得所述第二部分使用所述第二子带。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括：
接收具有所述宽的带宽的模拟信号；
将所述模拟信号转换成第三和第四数字基带信号。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括：
选择只接收所述第一数字基带信号；以及
将所述第一基带信号转换成另一个单模拟信号，所述另一个单模拟信号具有所述第一和第二子带中的一者的带宽。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括：
选择只接收所述第一数字基带信号；以及
将所述第一基带信号转换成另一个单模拟信号，所述另一个单模拟信号具有所述第一和第二子带两者的带宽。
17.根据权利要求11所述的方法，还包括：
接收具有所述第一和第二子带中的一者的所述带宽的模拟信号；
将所述模拟信号转换成第三数字基带信号。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一和第二数字基带信号是由G.fast收发机产生的，每个G.fast收发机工作于高达106MHz。
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