CN1522494A - 与电信系统相关的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种具有脉冲宽度调制放大器的发送机(61),包括内部正反馈环路(62),其具有自激振荡调制器(64)和转换级(63),并连接至低通滤波器(71)。分别来自低通滤波器和输出变压器的外部反馈环路(66、69)耦合到连接至内部环路的补偿块(65)。经由补偿块(65)反馈的输入电信信号(S1),被叠加至来自调制器(64)的载波(S13),成为脉冲宽度调制信号(S14),其经过放大、滤波,反馈至变压器(67)。输入信号(S1)与反馈信号(S66、S69)相比较。由低通滤波器(71)引起的相移由内部环路(62)进行部分补偿。由此可以使得调制器(64)中的转换频率比较低。输出阻抗保持在预定级别,从而允许与接收机(6)的连接。优点是低功率泄漏、高组装密度、高频带,并能用于双向通信。
Description
技术领域
本发明涉及用于发送电信信号的方法和设备。
背景技术
近些年来,对高速电信传输的需求增长迅速。为了提供这种高速电信传输,包括高频率的宽带宽被采用。原来用于模拟电话的普通铜线,升级为数字用户线DSL,其使用不同的传输技术。大约4kHz模拟带宽通常增加到几MHz。然而,对高带宽的处理在传输设备的频率响应、线性、失真、噪声等方面,尤其是功耗提出了一些要求。
许多不同的传输和编码技术被用来实现上述升级,例如,离散多音DTM用于处理在普通铜线上的ADSL传输。通常,所有的DSL传输方法,不论任何类型(ADSL、VDSL、HDSL、SHDSL等),都包括基于某些数字部分的传输设计,例如,DSP、CODEC和具有用于发送方向和接收方向的线性宽带放大器的模拟前端部分。
上述放大器典型地基于使用类型A、类型A/B、类型B,甚至是类型G放大原理的传统宽带放大器。这些放大器类型的共同特征是由于设计原理本身使其具有固有的功率泄漏。这些放大器具有与固定偏置电流相耦合的普通的推挽式晶体管,以减少例如交叉失真。
DSL传输典型地需要100mW的功率传送至线路。为了处理该传输功率,普通的放大器泄漏高达近似800mW甚至900mW。使用两个供电电压的类型G放大器,可以将泄漏降至约600mW或更低。目前仍然有比需要转移到线路上的功率高大约5至6倍的功率泄漏。
高功率泄漏和消耗使得实现起来变得昂贵和庞大,这使中心局发展中的处理变得日益复杂。未来几年内,预计宽带用户的数量也将快速增长。
在公开号为WO 98/19391的国际申请中,描述了使用类型D放大器用于音频范围的处理。类型D放大器是一种脉冲调制放大器PMA,它尤其具有功率泄漏非常低、低复杂性和较好的保真度等优点。在该国际申请中公开的脉冲调制放大器包括具有功率放大级的脉冲调制器。功率放大输出具有到调制器前面的前置放大器的一个或更多负反馈环路。在一个公开的实施例中,脉冲调制器是一个自激振荡调制器。脉冲调制器与扬声器连接并具有低输出阻抗。
发明内容
本发明是为了解决减少电信发送机中功率泄漏的问题。本发明还解决传输预定频段的信号的问题。
另一个问题是应用发送机进行双向通信,也就是使得在发送机输出端将接收机连接到电信线路成为可能。
再一个问题是把发送机应用于有限的空间或是高组装密度。
本发明的一个目的是减少电信发送机中的功率泄漏。
本发明的另一个目的是传输预定频带的信号。
本发明的再一个目的是使将发送机用于双向通信成为可能。
本发明的又一个目的是把发送机应用于有限的空间或是高组装密度。
问题的解决方法在于,具有脉冲宽度调制放大器和受控自激振荡调制器的发送机,能够用于传输预定频带的电信信号。
解决方法的一些更多的细节包括把转换级和自激振荡调制器耦合的环路,后者产生载波信号。输入的信号对载波进行调制后馈给转换级,并在转换级进行放大。经放大的信号经过滤波后馈给负载,同时,环路耦合至发送机的输入端。输出阻抗被调节至一个有限的值,从而使之能够作为远端发送机的终端。
本发明的一个优点是发送机具有低功率泄漏。因此,它能够方便地应用于例如具有若干发送机和高组装密度的中心局。它同样能够应用于空间有限的情况,例如,在客户调制解调器中。
本发明的另一个优点是发送机能够应用于预定的频带。
本发明的再一个优点是发送机能够应用于双向通信。
下面将通过优选实施例连同附图对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
图1描述了芯片集的方框图;
图2描述了不同类型的放大器的效率曲线图;
图3描述了电信系统的一部分的简单框图;
图4描述了现有技术中放大器的框图;
图5a和5b描述了脉冲宽度调制器的频率图;
图6描述了本发明的发送机的框图;
图7描述了连接到无线电设备的发送机的框图;
图8描述了连接到光线路的发送机的框图;和
图9描述了本发明创新的方法的流程图。
具体实施方式
图1描述了用于不同DSL传输方法(ADSL、VDSL、HDSL、SHDSL等)的一般传输设计。在例如线卡上的芯片集1包括连接至编码/解码器CODEC 3的数字信号处理器DSP 2,其依次连接到具有一组发送机5和接收机6的块4。一对发送机/接收机连接到线路7用于输入和输出的信号。数字设备8通过线路9与DSP 2相连。信号S0从线路9输入到芯片集1,经过DSP 2和CODEC 3的处理后得到信号S1,然后,信号S1输入到发送机5。信号S1在发送机中进行包括放大的进一步处理后,得到信号S2在线路7上传输。从线路7输入的信号S3被接收机6接收。如图1所示,芯片集1包括若干发送机/接收机并且,例如中心局的线卡上会包括许多芯片集。这样,部件的组装密度将会很高,因此,每个发送机/接收机的功率泄漏必须受到限制。为了完成这样的功率泄漏限制,可以使用前面提到的类型D放大器。在该申请中描述的发送机就是这种类型D放大器,可以有利地应用于芯片集1。
图2描述了对不同类型放大器效率简单综述的曲线图。图中示出了效率n(%)随频率f(kHz)的变化。线A1示出了类型A放大器具有全频率范围内大约10%的效率。线B1表明类型B放大器的效率位于25%附近。曲线D1显示出现今类型D放大器的频率相依性,其在频率低于20kHz时具有大约95%的效率,而在频率为2MHz的时候下降到约50%。曲线D2和D3为将来可以预见到的类型D放大器的效率曲线。
图3描述了本发明发送机的一些应用领域。电信系统中的中心局CO具有中心局设备31,其经由数字用户线DSL连接到用户端设备CPE-调制解调器32。正如本申请中描述的,中心局设备31和CPE 32各自具有发送机。发送机可以设计成能够处理所有种类的DSL应用,例如ADSL、VDSL、SDSL、HDSL和SHDSL。这些应用全部使用在铜线对上的经编码的高速传输,比如DSL 33的铜线对。和通常在铜线对上使用的大约4kHz的模拟传输带宽相比,这些数字传输的带宽在1MHz或更高的范围内。
本发明的发送机技术也可以应用在CATV网络的高速传输上。这种情况下,传输介质可以是同轴铜线。同样可以使用光纤作为传输介质。并且预见甚至可以使用约1GHz的频率范围内的无线传输介质。然而,由于半导体技术的现状,现阶段在射频范围内达到需要的效率可能还存在问题。
在前述的脉冲宽度调制放大器-类型D放大器中,待放大的输入信号与载波信号叠加。合成信号通过比较器馈给,其中产生脉冲宽度调制信号。然后,脉冲宽度调制信号在转换级进行放大,并通过低通滤波器馈给,其中经放大的信号被解调。在传统的类型D放大中,使用恒定频率的外部载波。将在转换级产生频域中位于载波信号频率附近的互调产物。因此,外部载波信号的频率必须比待传输信号的最高频率高出很多,典型地是20-30倍。转换级中高频率的使用给输出信号带来噪声,噪声电平随频率增加而增加。并且,载波信号的频率越高,电路中的功率损耗将越高。现今部件的高频性能使电信应用中在作为外部载波频率所需的频率下提供可接受质量的输出信号非常困难。
下面将参照图4对现有技术中在音频范围内使用的具有低载波信号频率的类型D放大器进行简单评价。该放大器在前述申请WO98/19391中进行了详细的描述。图4描述了数字转换放大器,它具有受控自激振荡脉冲调制器41并且后面跟着转换放大器42。该放大器的输出接至滤波器43和具有块44的反馈环路,其输出接至前向块45的输入。块45还具有用于要被放大的入信号Vi的另一个输入端,以及连接至调制器41的输出端。滤波器43的输出连接扬声器46。块41、42、34和45用以提供受控的、稳定的自激振荡条件。放大器42的输出信号Vsw经过块44和信号Vi叠加,以提供期望的脉冲调制效果。输出信号Vsw经滤波后得到放大信号Vo输入到扬声器46。
WO 98/19391中的放大器具有由于高效率所带来的功率泄漏低、在音频范围内的较好的保真度、低复杂性和低输出阻抗的特性。
图4中的放大器和传统的类型D放大器的主要区别在于,传统的放大器具有外部生成的恒定频率的载波信号,而图4中放大器具有的载波信号是由块41、42、44和45形成的电路内部生成的。下面将结合图5a和5b对这种区别产生的频率特性进行描述。
图5a给出了图4中具有内部生成载波的放大器。该图表明频率为f的具有幅度A的信号。待传送的信号在频率范围为0-f1的频带51内,自激振荡调制器41具有频率f2的转换频率。互调频率在转换级42生成,产生边带S21和S22。图4放大器中,如果转换频率f2是频率f1的大约五倍,就可以避免边带对频带51的影响。
图5b和图5a相似,只是图5b是关于外部产生载波的传统脉冲调制放大器。这个载波具有转换频率f3,它具有互调频率的边带S31。为了避免边带对频带51的影响,如前所述,载波频率f3必须典型地是频率f1的20-30倍。上面也提到,这个高频率带来了一些问题,尤其是导致低效率和高功率泄漏。
图6给出了本发明创新的发送机的实施例61。该发送机包括提供正反馈的内部反馈环路62,其具有转换级63和受控自激振荡调制器64。该调制器具有比较器和生成受控自激振荡的电路。转换级的输出端63b耦合至调制器64,其输出端64a耦合至转换级的输入端63a。低通滤波器71连接至输出端63b,补偿块65连接至输入端63a。在第一个外部反馈环路66中,低通滤波器的输出端71a反馈连接至补偿块65的输入端65a。发送机61还具有耦合到线路7的变压器67。滤波器的输出端71a与变压器67的第一绕组的一端67a连接。同一绕组的另一端67b与连接参考电位U的读出电阻68连接。在第二外部反馈环路69中,变压器绕组的端67b反馈连接至补偿块的输入端65a。用于输入信号S1的输入线路60与补偿块输入端65a连接。变压器67具有第二绕组,与线路7耦合,用于发送的信号S2和接收的信号S3。接收机6与第一变压器绕组的各端67a和67b分别相连,并接收信号S3。
发送机61以以下方式工作。输入电信信号S1具有频率f0,在输入端65a被接收,信号S11发送至补偿决65。信号S11在块65中与来自相应反馈环路66和69的反馈信号S66和S69进行比较并产生信号S12。信号S12被发送至输入端63a,并在那里与来自自激振荡调制器64的载波信号S13叠加,形成脉冲宽度调制信号S14。信号S14在转换级63被放大,得到信号S15并反馈给受控自激振荡调制器64。在调制器中,借助于比较器产生载波信号S13。信号S13具有如图2所示的10MHz的范围中的频率f4,频率f4与图5a中的频率f2一致。经放大的信号S15馈给低通滤波器71,由低通滤波器滤出转换频率f4,并发送解调信号S16至变压器67。变压器在线路7上依次传送信号S2。解调信号S16被反馈至发送机的输入端65a。
为了获得发送机的高性能,第一外部反馈环路66是普通的反馈。这样,线性将得到改善,失真得到减小,频率稳定性,也就是所有频带内的共同放大,将同样得到改善。第二外部反馈环路69使输出阻抗保持在预定级别的一个严格定义的值。通过读出电阻68的电流I1形成被读出的电压,并且该读出值在本实施例中使输出阻抗保持在100欧姆。由于变化的输出阻抗将影响来自远端发送机的输入信号S3并恶化接收机6的接收,因此,输出阻抗保持在一个严格定义的值非常必要。
低通滤波器71引起包括补偿块65、内部反馈环路62和滤波器本身在内的第一外部环路66的相移。如果转换频率过低,该相移会引发环路内的自激振荡。在本发明的发送机中,滤波器71的相移部分地被自激振荡内部环路62补偿,因此,正如上面所讨论的,本发明的发送机的转换频率f4可以相对较低。如果使用传统的外部转换频率,就不会发生这种相位补偿,因而只能使用与图5b中的频率f3一致的高得多的转换频率。并且,使用内部生成的自激振荡载波,不仅调制了脉冲宽度,而且还在一定程度上调制了频率。这有利于将转换频率f4保持在一个较低的值。
下面结合图7和图8对发送机具有不同种类负载时的应用进行简要说明。如前所述,图7的发送机75连接的是数字设备76。发送机的输出端与无线电天线78的天线电路77连接,以发送和接收无线电信号R1。来自设备76的信号在传送至天线电路77之前在发送机75中被放大。图8以对应的方式描述连接至数字设备86的发送机85。发送机的输出端经由包括光发送机的电路87与光线路88相连。
下面结合图9对上述发送机中的传输方法的流程图进行介绍。在第一步骤90中,在发送机61中接收电信信号S1。在步骤91,具有频率f0的接收信号与频率为f4的载波S13叠加并产生脉冲宽度调制信号S14。在步骤92,脉冲宽度调制信号S14在转换级63中进行放大,得到信号S15。该信号在步骤93被反馈给具有振荡频率f4的受控自激振荡调制器64。在下一步骤94中,在调制器中产生载波信号S13。接着,在步骤95,信号S15也馈给低通滤波器71并在那里被解调得到信号S16。然后,在步骤96,解调信号S16馈给负载。在步骤97中,解调信号反馈至发送机输入端从而以标准方式提高线性和频率稳定度。在步骤98,发送机的输出阻抗通过读出电阻68上的电压而被读出,并且在步骤99中,输出阻抗被调节至预定的值。
Claims (11)
1.一种用于发送电信信号的发送机,该发送机具有用于输入信号的输入端和用于负载的输出端,所述发送机包括:
-受控自激振荡调制器,用于对输入信号进行脉冲宽带调制,所述受控自激振荡调制器包括比较器和用于产生受控自激振荡的装置;
-转换级,用于对经过脉冲宽度调制的信号进行放大,从而产生放大的脉冲宽度调制信号;
-低通解调滤波器,用于解调放大的脉冲宽度调制信号,从而获得用于馈给所述发送机输出端的输出信号;
-从滤波器到发送机输入端的反馈环路;和
-用于调整发送机输出阻抗的装置,
由受控自激振荡调制器和转换级形成受控自激振荡环路,所述受控自激振荡环路串联连接到发送机的输入端以及解调滤波器。
2.如权利要求1所述的发送机,进一步包括输出变压器,其具有第一绕组,该绕组的一端与低通滤波器连接,所述装置用于调节包括连接在参考电位和第一变压器绕组另一端的连接点之间的读出电阻在内的输出阻抗,所述连接点被连接至发送机的输入端。
3.如权利要求1或2所述的发送机,其中受控自激振荡具有的频率是电信信号频率的3至10倍。
4.如权利要求1、2或3所述的发送机,其中所述的负载是数字用户线。
5.如权利要求1、2或3所述的发送机,其中所述的负载是同轴线。
6.如权利要求1、2或3所述的发送机,其中所述的负载是无线电天线。
7.一种用于将电信设备连接至传输线的线卡,其中所述线卡包括如权利要求1所述的发送机。
8.一种用于将电信设备连接至传输线的调制解调器,其中所述调制解调器包括如权利要求1所述的发送机。
9.一种将电信信号发送至负载的方法,该方法包括步骤:
-将电信信号叠加到载波信号上成为脉冲宽度调制信号;
-放大该脉冲宽度调制信号;
-将放大的脉冲宽度调制信号输入到受控自激振荡调制器;
-在所述受控自激振荡调制器中产生所述载波信号;
-将放大的脉冲宽度调制信号输入到低通滤波器以产生解调信号;
-将所述解调信号反馈并将它叠加至电信信号;
-调节发送机的输出阻抗;和
-将所述解调信号馈给负载。
10.如权利要求9所述的方法,其中载波信号具有的频率是电信信号频率的3至10倍。
11.如权利要求9或10所述的方法,其中发送机包括输出变压器,其具有第一绕组,该绕组的一端与低通滤波器连接,并且其另一端连接至与参考电位连接的读出电阻,该方法包括:
-读出通过读出电阻的电流;
-借助于所述电流来执行所述输出阻抗的调节。
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