SE501975C2 - Gränssnittskrets mellan fyrtrådsledning och tvåtrådsledning - Google Patents

Description

501 975 2 Subscriber Line Interface Circuit. Det ställs mycket höga krav på SLIC att dess s.k. longitudinella avslutningsimpedanser är lika, dvs. impedansen från 2-trådsnittet till jord är lika för tvåtrådsledningens trådar.

Yttre störningar, t.ex. från kraftnätet eller framkallade av åska, kan ge upphov till s.k. longitudinella signaler på två- trådsledningen. Förutom att dessa longitudinella signaler kan störa talsignalerna, kan de också förorsaka skadliga spänningar i 2-trådsnittet. Omvänt gäller också att transversella signaler, t.ex. talsignaler, kan ge upphov till longitudinella signaler.

Detta kan orsaka överhörning till näraliggande tvåtrådsledning- ar.

Teknikens ståpdpunkt.

För att få tillräckligt god longitudinell balans i en SLIC har man använt sig av trimning av förstärkningar i ett antal signalvägar, jfr svenska patentet 448,264, som anger en krets av väsentligen inledningsvis definierat slag. Trimningen kan ske på flera sätt vid tillverkningen, t.ex. genom att lasertrimma tunnfilmsmotstånd.

En krets av likaledes väsentligen inledningsvis definierat slag anges i det det europeiska patentet 0,l34,229, varvid en metod att automatiskt trimma kretsen på plats i stationen be- skrivs. Närmare bestämt kräver denna metod att kretsen försätts i ett trimningstillstånd, varpå ett antal inkopplingar av signa- ler och mätningar med efterföljande trimningsjusteringar äger rum.

Som exempel på teknikens allmänna ståndpunkt kan dessutom följande publikationer nämnas: sE 446,s79 EP 272,aoo US 4,387,273 wo 90/01837 Redogörelse för uppfinningen.

Ett syfte med uppfinningen är att i en krets av inledningsvis definierat slag med enkla medel möjliggöra att justeringar av den longitudinella balansen till maximering kan ske kontinuer- ligt när kretsen är i drift. 3 501 975% Enligt uppfinningen har detta syfte uppnåtts genom att kretsen innefattar korrelator- och reglerorgan anslutna för att mottaga den longitudinella signalen och en transversell signal motsvarande den på tvåtrådssnittets uttag från tvåtrådsledningen mottagna differentiella signalen, och innefattande kretsorgan utförda att skapa en korrigeringssignal, vilken utgör ett mått på korrelationen mellan den longitudinella signa- len och den transversella signalen, och anslutna för att med hjälp av denna korrigeringssignal adaptivt reglera förstärk- ningarna i återkopplingsslingorna så att korrelationen mellan de longitudinella och transversella signalerna minimeras.

Det finns många sätt beskrivna att åstadkomma longitudinell respektive transversell signal, fortsättningsvis även betecknade V1 resp. Vt. Principiellt åstadkommer man dem genom att bilda summan och skillnaden av spänningarna på tvåtrådsledningens trådar: V: = Va-tråd ' Vb-z-.råd V1 = Va-cråd * Vb-tråa Uppfinningen bygger på insikten att om korrelationen mellan Vt och V1 är lika med noll, är den longitudinella balansen ideal.

Principen är att adaptivt, enligt någon känd algoritm, t.ex.

LMS (Least Mean Square), styra de longitudinella avslutnings- impedanserna så att korrelationen mellan Vt och V1 minimeras och därmed den longitudinella balansen maximeras.

Adaptiva system karaktäriseras av att de är självjusterande tidsvarierande, söker sitt optimum hela tiden. De tar hänsyn till en föränderlig omvärld t.ex. komponenter vilkas värden va- rierar i tiden, är okända eller sprider mycket, jfr Adaptiv Signal Processing, Widrow & Stearns, ISBN 0-13-004029-0.

Det som uppnås enligt uppfinningen kommer fortsättningsvis även att benämnas "adaptiv longitudinell balans".

Figurbeskrivning Utföringsexempel av uppfinningen skall nu beskrivas närmare med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 är ett förenklat kopplingsschema åskådliggörande uppfinningspricipen, 501 975 4 fig. 2 och 3 är ytterligare förenklade kopplingsscheman, som visar var sin utföringsform av den i fig. 1 visade principen, fig. 4 och 5 i liknande kopplingsscheman som i fig. 2 och 3 visar användningsfall, som åskådliggör fördelar med uppfinning- en, fig. 6 visar ett kopplingsschema av en simuleringsmodell för signalbehandling i samband med uppfinningen, fig. 7 visar ett kopplingsschema av en urföringsform av ett i fig. 1 ingående reglerorgan, samt fig. 8-10 visar kopplingsscheman av olika utföringsformer av en i fig. 1 ingående korrelatorkrets.

Föredragna utföringsformer I de nedan beskrivna olika utföringsformerna används samma hänvisningsbeteckningar för att beteckna samma eller liknande element i de olika figurerna.

Fig. 1 visar gränssnittskrets av SLIC-typ mellan en fyrtråds- ledning och en tvåtrådsledning. Den innefattar dels ett fyr- trådssnitt med ett mottagningsuttag 2 och ett sändningsuttag 4, dels ett tvåtrådssnitt innefattande ett uttag mot tvåtrådsled- ningen med en anslutningsklämma 6 resp. 8 för vardera tråden.

Till vardera anslutningsklämman är en utgångsförstärkare 10 resp. 12 och en strömgenerator 14 resp. 16 anslutna.

Kretsen innefattar första kretsorgan, visade schematiskt i form av adderare 18, 20, för att via förstärkarna 10 och 12 anbringa en på mottagningsuttaget 2 mottagen signal som en differentiell signal på tvåtrådssnittets uttag 6, 8. Vidare innefattar kretsen andra kretsorgan, visade schematiskt i form av en subtraherare 22, för att mata en differentiell signal Vt, som mottages på tvåtrådssnittets 6, 8 uttag från tvåtrådsled- ningen, till sändningsuttaget 4.

Vidare finnes tredje kretsorgan, visade schematiskt i form av en adderare 24, för att med hjälp av summan av spänningar, som uppträder på varsin av anslutningsklämmorna 6, 8, bilda en longitudinell signal V1. En återkopplingsslinga 26 resp. 28 via strömgeneratorerna 14 resp. 16 finnes till vardera förstärkaren 10 resp. 12 för en justeringssignal. Denna justeringssignal härleds från den longitudinella signalen V1 i en krets 30, för att justera tvåtrådssnittets impedanser 10, 18, 14 resp. 12, 20, 5 501 975* 16 till jord, de s.k. longitudinella avslutningsimpedanserna.

Justeringssignalen kan skapas i kretsen 30 på här ej närmare »beskrivet sätt genom jämförelse av den longitudinella signalen V1 med en longitudinell referens.

Det som hittills beskrivits kan utgöra känd teknik av det slag, som exempelvis är känd genom ovannämnda svenska patent 448,264 eller europeiska patent 0,134,229, och även genom arti- keln "LINE CIRCUIT COMPONENT SLIC FOR AXE 10" i Ericsson Review No. 4, 1983. Ytterligare beskrivning krävs därför ej här efter- som närmare detaljer kan hämtas ur t.ex. nyssnämnda publikatio- ner.

Enligt uppfinningen finnes vidare korrelator- och regleror- gan, vilka är anslutna för att mottaga den longitudinella signa- len V1 och en transversell signal Vt motsvarande den på två- trådssnittets uttag från tvåtrådsledningen mottagna differen- tiella signalen.

Dessa korrelator- och reglerorgan innefattar en korrelator- krets 32 utförd att skapa en korrigeringssignal 33, vilken utgör ett mått på korrelationen mellan den longitudinella signalen V1 och den transversella signalen Vt. Med hjälp av denna korrige- ringssignal sker en adaptiv reglering i reglerorgan 34 resp. 36, av förstärkningarna i återkopplingsslingorna så att korrelatio- nen mellan V1 och Vt minimeras. Närmare bestämt är reglerorganen 34, 36 i utföringsformen enligt fig. 1 anordnade att korrigera ovannämnda_justeringssignal med ledning av korrigeringssignalen, och belägna före var sin av strömgeneratorerna 14 resp. 16.

Beträffande det närmare utförandet av ett sådant adaptivt system i allmänhet hänvisas till ovannämnda dokument Adaptive Signal Processing, Widrow & Sterns, ISBN 0-13-004029-0. Fortsättnings- vis kommer benämningen "adaptiv reglerloop" att användas för de reglerslingor, som förlöper från elementen 22, 24 via korrela- torkretsen 32 och reglerorganen 34 resp. 36 och elementen 14, 18, 10 resp. 16, 20, 12 tillbaka till elementen 22,24.

I fig. 2-5, som visar olika utföringsformer, ingår för överskådlighetens skull huvudsakligen endast kretsdelar, vilka tar hand om signalflödet för att enligt uppfinningen åstadkomma adaptiv longitudinell balans. Kretsdelar, som tar hand om det normala signalflödet mellan tvåtråds- och fyrtrådssnitten, visas således ej. De longitudinella avslutningsimpedanserna represen- 501 975 6 teras endast med block 40, och korrigeringen av dessa åskåd- liggörs med direkt från korrelatorkretsen 32 till dessa block 40 ledande pilar 42.

Realiseringen av den adaptiva longitudinella balansen kan göras med hjälp av digital eller analog signalbehandling.

Fig. 2 visar en möjlig realisering med hjälp av digital signalbehandling, där signalerna på tvåtrådssnittets uttag 6 och 8 via var sin A/D-omvandlare 44 resp. 46 tilleds till en digital signalbehandlingskrets 48 för skapande av Vt och V1. A/D-och D/A-omvandlare kan emellertid placeras på flera tänkbara ställen i kretsen.

En modifikation av lösningen i fig. 2 visas i fig. 3. Den transversella signalen i mottagarriktningen i fyrtrådsnittet är oftast digital. I en första separat korrelatordel 50 kan den lämpligen korreleras med longitudinell signal V1 från tvåtråds- nittet 6, 8. En eventuell digital longitudinell mottagarsignal i fyrtrådsnittet kan på motsvarande sätt korreleras med trans- versell signal Vt från tvåtrådsnittet 6, 8 i en andra separat korrelatordel 52. Fördelen är att mer kontroll på de ingående signalerna uppnås.

För att verkligen utnyttja den adaptiva longitudinella balanseringen enligt uppfinningen kan man, med hänvisning till fig. 4, låta komponenter med stor spridning på komponentvärdena, t ex överspänningsskydd 54, 56, 58, ingå i den adaptiva regler- loopen före tvåtrådssnittets anslutningar 6,8.

För att ytterligare höja kvaliteten på talsignalen kan man, med hänvisning till fig. 5, kombinera den adaptiva regleringen enligt uppfinningen med adaptiv signalutsläckning. I figuren betecknar 60 ett varierbart filter, vilket tillföres den longi- tudinella signalen för att skapa en negativ kopia av denna.

Denna negativa kopia adderas till den transversella signalen i en adderare 62, vars utsignal får styra filtret 60. Sådan adap- tiv signalutsläckning är en metod som används i många samman- hang, men inte kan användas ensam eftersom den inte klarar av problement med överhörning till närliggande tvåtrådsledningspar.

Det senare åtgärdas emellertid med den adaptiva regleringen enligt uppfinningen.

Här skall skall nu olika utföringsformer av blocken 32, 34 och 36 i fig. 1 beskrivas närmare. Först skall emellertid i 7 501 975' korthet tänkbara algoritmer vid skapandet av korrigeringssigna- len i korrelatorkretsen 32 diskuteras.

När obalans råder kommer longitudinella signaler att finnas i den transversella signalen och vice versa. Med andra ord är mätobjektet balanserat om transversell och longitudinell signal är okorrelerade.

Två signaler, såsom Vt och V1 men i diskussionen nedan benämnda x(t) och y(t), är okorrelerade vid tidpunkterna tl respektive t2 om och endast om korrelationskoefficienten Rxy(t1,t2) är lika med noll, jfr Kristiansson, Zetterberg - Signalteori, del 1, varvid Rxy(t1't2) = X tsx?Éï)Ešy(t2) tz _ tz (1) där m hos mx(t) och my(t) symboliserar att det rör sig om medelvärden hos signalerna, och s hos sx(t) och sy(t) symbolise- rar att det rör sig om variansen hos signalerna.

En bra felsignal är alltså väntevärdet på produkten av de två signalerna med DC-komponenterna bortfiltrerade. I fig. 1 är filterkretsar för bortfiltrering av DC-komponenterna antydda vid 70.

Om tl och t2 är lika och man försöker minimera ovanstående felsignal är det endast den resistiva obalansen som man kompen- serar. För att kunna balansera ut kapacitiv eller induktiv obalans, d.v.s. signalerna själva är fasvridna, måste man se till två fall. Dessa syns om man ställer upp en korskorrela- tionsmatris.

X(0)*y(0) X(1)*y(0) X(n)*y(0) X(0)*y(1) X(1)*y(1) ---- X(n)*y(1) . (2) X(0)*Y(fl) X(1)*Y(fl) ---- X(fi)*Y(fl) Antingen minimerar man innehållet i x av y med användning av matrisens kolumner, eller också innehållet i y av x med använd- ning av matrisens rader. Den "resistiva" korrelationen motsvaras av diagonalen x(0)*y(0), x(1)*y(1) ... x(n)*y(n) i matrisen.

En teckenalgoritm för resistiv balansering erhålles om man, i 501 975 8 stället för att utföra en regelrätt multiplikation i korrela- tions-mätningen, jämför de två signalernas tecken för att få reda på om korrelationen är positiv eller negativ.

Uppdateringen av de varierbara storheterna, dvs i föreliggan- de fall förändringen av den longitudinella balansen, sker då med ett fast steg. Uppdatering av resistanser sker enligt ett möns- ter som kan härledas med ett heuristiskt resonemang enligt nedan.

Figur 6 visar en simuleringsmodell för behandlingen av de longitudinella och transversella signalerna. Ra och Rb motsvarar de longitudinella inimpedanserna tillsammans med Rl. Rl har ett negativt värde för att få den transversella impedansen riktig.

Rm är mätmotstånd. I Ra och Rb läggs fel, som skall adapteras bort. It resp Il är strömmar, som ger upphov till obalansspän- ningar V1 resp. Vt.

Vid en longitudinell signal, d.v.s. It=0 tas felsignalen fram genom att bilda sign (Vt(t)*V1(t)), dvs tecknet hos produkten i parentesen. Om Ra är för stor kommer beloppet av Va att vara större än beloppet av Vb d.v.s. Vt är skilt från noll. För att få balans skall Ra minskas och Rb ökas. Omvänt gäller om Rb är för stor.

Följande tabell kan uppställas: Vt V1 sign(Vt*Vl) Ra Rb neg. neg. pos. minska öka neg. pos. neg. öka minska (3) pos. neg. neg. öka minska pos. pos. pos. minska öka Samma resonemang kan föras om man lägger på en transversell signal, d.v.s. Il=O. Detta ger samma relation mellan detekterade tecken och korrektion.

Uppdaterings-algoritmen för Ra och Rb blir alltså: Ra(u)=Rb(c-co) - ß * sign(vt(t-to)*vl(t-to)) (4) Rb(t)=Rb(t-co) + u * sign(vt Den positiva konstanten p bestämmer hur snabbt algoritmen konvergerar och hur stort det kvarstående felet blir. ° 591 9753 Fördelen med teckenalgoritmen är att den är mycket enkel.

En snabbare men något mer komplex uppdateringsalgoritm erhålles om man utför multiplikationen i korrelationsmätningen.

Uppdateringen utförs annars som i teckenalgoritmen. Faktorn u bör vara omvänt proportionell mot effekten hos signalen för att algoritmen skall vara riktigt effektiv. Om både transversell och longitudinell signal förekommer måste u minskas ordentligt för att algoritmen skall konvergera. na(t)=na(t-to) - p w vtuz-towvluz-to) (s) Rb(t)=Rb(t-to) + ß f vtuz-tonvlw-to) Fig. 7 visar en utföringsform av reglerorganen 34,36 där de senare, för att åstadkomma en komplex balansering, innehåller fördröjningar Z'1 med reglerbara koefficienter. Med hjälp av dessa fördröjningar kan fasförskjutningar skapas i impedansernas strömsvar. Närmare bestämt kan det vid reglerorganen 34 och 36 röra sig om s.k. FIR-filter (FIR=Finite Impulse Response). FIR- filter är välkända inom tekniken för digital signalbehandling och finns bland annat beskrivna i DIGITAL SIGNAL PROCESSING, av Alan V Oppenheim och Ronald W. Schafer.

Koefficienterna k i FIR-filtret kan regleras och beskriver korrelationen mellan Vt och V1 på ett sätt som beror på om man väljer rader eller kolumner i korskorrelationsmatrisen (1).

En utföringsform av korrelatorkretsen 32 som arbetar enligt teckenalgoritmen (4) i den analoga versionen visas i fig. 8. En komparator 72 ger en utsignal, som följer tabellen (3), dvs plus-minus en konstant spänning, och tilleds en integrator 74, på vars utgång korrigeringssignalen 33 uppträder, som tillförs reglerorganen 34 och 36.

I fig. 9 visas en utföringsform av korrelatorkretsen 32 som använder produkten av Vt och V1, erhållen från en multiplikator 76. Produkten integreras i en integrator 78, som när man nått "steady-state" ger en konstant spänning ut. Denna spänning är ett mått på hur dålig balansen var. Detta motsvarar den ovan beskrivna proportionella algoritmen (5).

I fig. 10 åskådliggörs användning av en digital teckenalgo- ritm 80 i ytterligare en utföringsform av korrelatorkretsen 32.

Närmare bestämt anges i blocket 80 att korrigeringen vid tiden t 501 975 1° är lika med korrigeringen vid tiden (t-1) + u*sign(Vl)*sign(Vt) .

I och med att systemet är tidsdiskret uppstår problem med vik- ningsdistortion, vilket innebär att Vt och V1 måste vara bandbe- gränsade. De analoga förslagen har inte dessa problem.

Claims (10)

11 501 975) Patentkrav

1. Gränssnittskrets mellan fyrtrådsledning och tvåtrådsled- ning, innefattande ett fyrtrådssnitt med ett mottagningsuttag (2) och ett sändningsuttag (4), ett tvåtrådssnitt innefattande ett uttag mot tvåtrådsled- ningen med en anslutningsklämma (6,8) för vardera tråden, en utgångsförstärkare (10,12) före vardera anslutningsklämman (5,8). första kretsorgan (18,20) för att via förstärkarna anbringa en på mottagningsuttaget (2) mottagen signal som en differenti- ell signal på tvåtrådssnittets nämnda uttag (6,8), andra kretsorgan (22) för att mata en differentiell signal, som mottages på tvåtrådssnittets uttag från tvåtrådsledningen, till sändningsuttaget (4), tredje kretsorgan (24) för att med hjälp av summan av spän- ningar (Vt,Vl) som uppträder på vardera av nämnda anslutnings- klämmor (6,8), bilda en longitudinell signal, samt en återkopplingsslinga (26,14,18; 28,16,20) till vardera förstärkaren (10 resp. 12) för en justeringssignal vilken här- leds från den longitudinella signalen, för att justera tvåtråds- snittets impedanser till jord, de s.k. longitudinella avslut- ningsimpedanserna (10,18,14;l2,20,16), så att longitudinell balans uppnås, kännetecknad av korrelator- och reglerorgan (32,34,36) anslutna för att mottaga den longitudinella signalen (V1) och en transversell signal (Vt) motsvarande den på tvåtrådssnittets uttag från tvåtrådsledningen mottagna differentiella signalen, och innefat- tande kretsorgan (32) utförda att skapa en korrigeringssignal (33), vilken utgör ett mått på korrelationen mellan den longitudinella signalen och den transversella signalen, och anslutna för att med hjälp av denna korrigeringssignal adaptivt reglera förstärk- ningarna i återkopplingsslingorna (26,14,18; 28,16,20) så att korrelationen mellan de longitudinella och transversella signa- lerna minimeras. V

2. Krets enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda korrelator- och reglerorgan innefattar 501 975 12 en korrelatorkrets (32) ansluten för att mottaga den longitu- dinella'signalen (V1) och den transversella signalen (Vt) och utförd att med hjälp av dessa signaler skapa korrigeringssigna- len (33), samt reglerorgan (34,36) anslutna för mottagning av korrigerings- signalen (33) och belägna i återkopplingsslingorna (26,14,18; 28,16,20), samt innefattande organ för att med hjälp av korrige- ringssignalen korrigera justeringssignalen så att korrelationen mellan de longitudinella och transversella signalerna minimeras.

3. Krets enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda reglerorgan (34,36) innehåller fördröjningar (Z'l) med reglerbara koefficienter, som möjliggör fasförskjutningar i impedansernas strömsvar.

4. Krets enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att korrelatorkretsen (32) innehåller en komparator (72), som mottager den longitudinella signalen och den transversella signalen på sina ingångar, och som på sin utgång ger en signal, som anger tecknet hos produkten av nämnda båda signaler och tilleds en integrator (74), på vars utgång korrigeringssignalen (33) uppträder.

5. Krets enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att korrelatorkretsen (32) innehåller en multiplikator (76), som bildar produkten av den longitudinella signalen och den trans- versella signalen och avger den till en integrator (78), från vilken korrigeringssignalen (33) erhålles.

6. Krets enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att korrelatorkretsen arbetar med en digital teckenalgoritm (80), som av den till digital form omvandlade transversella signalen och tecknet hos den longitudinella signalen åstadkommer en signal, som efter digital/analog-omvandling resulterar i korrigeringssignalen (33).

7. Krets enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att signalerna på tvåtrådsnittets uttag (6,8) leds via vardera en A/D-omvandlare (46,48) till en krets för digital signalbe- handling (44), i vilken de behandlas för skapande av den longi- tudinella signalen (V1) och transversella signalen (Vt) för vidarebefordran till nämnda korrelator- och reglerorgan (32; 50,52).

8. Krets enligt krav 2 och 7, k ä n n e t e c k n a d av att 13 501 975i korrelatorkretsen är uppdelad i en första separat korrelatordel (50), i vilken en digital transversell signal i mottagarriktningen i fyrtrådssnittet korreleras med den digitala longitudinella signalen V1 från tvåtrådsnittet (6,8), och en andra separat korrelatordel (52), i vilken eventuell digital longitudinell mottagarsignal i fyrtrådsnittet korreleras med den digitala transversella signalen (Vt) från tvåtrådsnit- tet.

9. Krets enligt något av krav 1-8, k ä n n e t e c k n a d av att komponenter (54,56,58) med stor spridning hos komponent- värdena ingår i de kretsdelar, som skall underkastas adaptiv reglering.

10. Krets enligt något av krav 1-9, k ä n n e t e c k n a d av att den är kombinerad med organ (60,62) för adaptiv signal- utsläckning av den till fyrtrådssnittets sändningsuttag till- förda signalen.