CN1265790A - 数据和电源的电缆接口 - Google Patents

Abstract

根据本发明的电缆接口使得可利用一根电缆中的同一线路,用来以全双工方式进行电信设备间的数据的基带传输,并且还用来将工作电压(V)从一个设备发送到另一设备。在发送单元中,数据通过一种混合连接(41)发送到电缆(23)。经混合连接后,还利用双工器(44)将工作电压(V)传送到该电缆。该混合连接将到达的数据分离并将它传送到接收机中,在接收机中,通过对电平失真进行校正,以模拟方式将该数据整形,并因此在数字信号处理中,作出所接收码元有关情况的“判决”。

Description

数据和电源的电缆接口

本发明涉及一种电缆连接，电信设备的两个部分可通过这一连接互相发送数据和互相接收数据，并且设备的一个部分可通过这一连接向设备的另一部分提供其所需的工作电压。本发明尤其涉及这样一种连接，用于通过连接单元的电缆来连接靠近分开的无线链路中的天线的单元与远处的单元。

图1是分开的无线链路的主要部分的简化图。该无线链路可以是例如微波链路。这些主要部分包括一个室内单元2，它位于设备小间之类的内部空间中，在此对所接收的Rx信号进行处理。该信号是由物理上靠近天线1的室外单元5接收到的。该室外单元接收到来自天线的射频信号后，将它变频，再通过电缆将它发送到室内单元。相应地，内部空间中的室内单元2接收来自网络(未示出)的信号，并将它送至本单元的发送部件Tx，该部件再通过电缆将该信号发送到室外单元。室外单元再将该信号发送到天线1。

这两个单元之间的数据传输通过同轴电缆来进行。单元间的距离及相应的电缆长度可以在几米到几百米之间变化。该电缆通过电缆接口CI连接到每一单元，该接口使本单元的发射机所发送的数据与电缆适配，相应地使来自电缆的数据与本单元的接收机适配。

如果室外单元位于没有电源可用的地方如天线杆上，那么，电缆除了发送数据外，还必须由室内单元向室外单元发送电功率。

问题是，在分开的无线链路中，如何以两个方向即以双工方式来发送数据和控制，以及如何由一个单元向另一个单元供电。

解决这一问题的现有技术基本方案有三种。根据第一种方案，采用两根独立的同轴电缆，其中，在一根电缆中，将有用数据和控制信号从室内单元发送到室外单元，而在另一根电缆中，是从室外单元向室内单元进行传输。一根电缆的电缆心传送来自室内单元端的工作电压以及室内单元所发送的信息，而另一根同轴电缆的电缆心将室外单元所接收的信息传送到室内单元。

根据另一种方法，只采用一根电缆，从而两个传输方向上数据的传输都被调制到某一中频。

根据第三种方法，也采用一根电缆，但每个方向上的信号以不同的中频发送。

第一种方法的缺点是需要一根附加的电缆，因此要求有相应的电缆适配，实现该方法的费用也高。该方法的优点在于，由于两个方向上的数据传送在不同的电缆中进行，所以在传输路径上没有干扰也不存在串音。另一个优点是，在两个方向上都可进行数据的基带传输。

第二种方法的缺点是由这样的情况所引起的，即在某一方向上数据要以中频发送。因此要求电缆接口在发射机中有上变频电路而在接收机中有下变频电路。这样，在印制板上就要求有附加元件，而附加元件又使得费用增加。当然，它的优点在于仅需要一根电缆。

第三种方法的缺点如同第二种方法中的缺点那样，由于有两个不同的中频因而也需要附加元件。中频本身是有效的。

本发明的目的在于一种集中了已知方法优点的方法以及装置。因此，目标是这样一种配置，其中，仅一根电缆就能满足传输要求，并以这样一种方式即在两个方向都可以进行数据和控制信号的基带传输。另一个目标是要以发送基带信号的同一电缆来发送供电电力。

采用独立权利要求书中的所提出的特征可达到既定目标。

根据本发明，一根电缆的同一线路既用于象全双工方式中的基带传输那样在室内单元与室外单元之间发送数据，又用于由室外单元向室内单元发送工作电压。任何必需的配置都在电缆接口CI中实现。

所要发送的数据，可以是有用数据或者控制数据，通过混合连接在发射机支路中以基带发送到电缆，再通过电缆传播到另一端的分布式无线链路的单元中。相应地，另一端的单元通过同一电缆以基带发送的数据被传送到所述混合区，该混合区将发送与接收的数据进行分离并将接收数据传送到接收机支路中。当供电电压以同一电缆与全双工数据一起发送时，在混合连接与电缆端之间采用了双工器，从而，双工器的公共门连接到电缆，一个门连接到电压源/接收点，一个门连接到混合电路。因此，双工器通过对来自电缆的供电电压与基带数据进行滤波来实现分离。采用双工器时，模拟数据“骑”在电缆中的工作电压上传送到接收端。

根据一种实施方式，混合区包括一个反相器，该反相器用于根据要发送的数据形成反相数据以便于回波消除，并用于暂存缓冲器的反相数据和非反相数据且使这两者同步；和一个具有这样一个点的电路，在此将数据和反相数据求和，以便所要发送的数据将以该点的电位的差来呈现。这个点是一个构成混合电路的一个门的虚拟零点，并且在该点可读出来自电缆的数据。

在接收机支路中，以所要求的方式来处理从电缆接收到的数据。这种处理取决于数据的线路码，并且它可以通过模拟或数字方式来实现以及这两者混合的方式来实现。

下面，利用附图来详述本发明，其中：

图1示出了本发明的应用环境；

图2是电缆接口单元的简图；

图3是接口的数字部分的框图；

图4是接口的模拟部分的框图；

图5示出了判决决定和DC电平返回块；

图6示出了时钟的形成；和

图7示出了可能的分岔连接。

图2是电缆接口单元的简图。该接口单元实现了电缆与电信单元之间的CI(电缆接口)。这一单元可以是图1中所示的室内单元或室外单元。接口2由两个不同的块构成：数字部分21，其中所有功能都是数字的，和模拟部分22，其中相应地，所有功能都是模拟的。模拟部分可能需要的所有控制都在数字部分中形成，并从数字部分传送到模拟部分。该接口包括这样一些配置，数据和供电电压通过这些配置都可以发送到一根电缆的同一线路中，相应地，同样可以从该同一线路中接收数据和供电电压并将它们彼此分离。数据可以是有用数据本身也可以包括控制数据。尽可能以数字方式来实现接收数据的处理在很多情况下有好处，因此，模拟部分中电路的数量可以少些，只包括混合器或其一部分以及双工器。

数字部分的输入是室内/室外单元所发送TX数据和TX时钟。该数据将通过接口2以模拟形式传输到电缆23。这一部分的输出是从电缆23接收到的RX数据和该数据的RX时钟。

而模拟部分又从电缆接收转换为模拟形式的RX数据，相应地，它将模拟TX数据发送到电缆。另外，模拟部分还向电缆发送供电电压V，该电压将用作电缆另一端的单元的工作电压。在如图1中例子所示的情况下，电缆接口3提供供电电压。模拟部分的一个重要任务是要将发送和接收数据与供电电压分离。

下面将描述一种可能的电缆接口单元。作为例子所述的这一接口尤其适用于NRZ(不归零)数据的处理。NRZ数据的优点在于，时钟相对于比特率而言较小，而两种电平的使用可减小接收中的干扰。因此，该接口中的混合电路以及本例中的接收信号的处理被设计成便于进行双电平信号的处理。当采用别的线路码时，必须根据这一线路码，使该混合电路和接收信号处理块相适应。本发明并不局限于这种线路码或数据的比特率，尽管一般采用30与40Mbit/s之间的速率。

下面，将描述作为例子所示的接口单元的工作情况，并且向电缆发送数据时采用NRZ数据。

图3示出了数字部分的框图。该数字部分由发射机31和接收机32构成。来自分散式单元的NRZ型TX数据传送到扰频器34。扰频器将输入的数字数据转换为伪随机比特串。块34的实现很简单，可采用移位寄存器和触发器来实现。应当注意，对本发明而言，扰频器并非必不可少的块，尽管在实际实现中可能需要。

来自块34的比特串传送到如图6所示的混合电路，该电路包括一个反相和一个非反相放大器35、36，一个缓冲42和一个匹配网络49。该混合电路的工作情况将在后面描述。参照图3，在混合电路中，数据传送到两个并行支路，在一个支路中比特串被反相，而在另一支路中比特串不反相。这可以例如用非反相缓冲放大器36和反相缓冲放大器35来实现。这引出了两条线路，在一条线路中，传送非反相的TX数据P比特串，而在另一条线路中，传送反相的TX数据N比特串。在模拟部分的混合电路中需要双极数据，因为这种数据便于有效的回波消除。数据被转换为双极数据是必需的，因为只有这样，在图6的混合电路的匹配网络49中才能形成一个虚拟点，接收数据由此能传送到接收电路。

图4示出了模拟部分的一些块。进一步针对发送到电缆的数据来描述工作情况。来自缓冲放大器的数据P和反相TX数据N比特串传送到缓冲器42。该缓冲器以图3的输入数据的Tx时钟频率来定时。采用缓冲器有好处，因为实际上反相数据与非反相数据的不同长度的导线路径会导致不同长度的延时。利用缓冲器，可以精确地使反相与非反相数据同步，从而可避免延时对混合电路工作的影响，使得后面所要描述的虚拟点的电位不会因所发送的数据而变化。

数据由该缓冲器传送到匹配网络43。缓冲器与匹配网络一起构成所谓的分岔连接41。例如根据电话技术，分岔连接的原理本身是已知的，它可以如本例中那样也可以象转换器连接那样以电阻性来实现。

图7是分岔连接的详图，该连接包括一个缓冲器和一个匹配网络。所要发送的反相和非反相数据传送到缓冲器71，该缓冲器以输出数据的TX时钟频率来定时。位于缓冲器之后的这里由方块所示的电阻以电阻性实现的匹配网络这样来定标，使得从电缆23方向看，其阻抗与电缆阻抗(这里为50Ω)匹配。通过这一定标尤其能达到的是，在与一个电位的连接中，可得到一个虚拟点P，该电位由于在该点的非反相和反相数据的求和而保持不变，并与所发送的TX数据的电平无关。因此，点P的电压值不会因发送信号而变化，只有来自电缆的RX数据会引起变化。从接收数据来看，点P是所发送数据的虚拟零。因此，即便同时在进行数据发送，也能从该虚拟点读出接收数据。

从虚拟点读出的数据传送到接收机支路。TX数据发送信号从缓冲器42直接传送到电缆23的线路中。

根据本发明，另一端单元所要用的供电电压也可传送到电缆中。为此，图4的双工滤波器44位于混合电路与电缆端之间。其包括高通滤波器的支路位于电缆与混合电路之间，而包括低通滤波器的支路位于电缆与DC电压V的提供点之间。由电缆另一端提供的供电电压当然可以从该同一点分离出来。如果双工器的特定阻抗在所有频率点上不是50Ω，那么它将导致匹配网络的接收机支路的不平衡。这可通过在匹配网络中安装一个平衡转换器(未示出)，用一种已知的方式来校正。

利用上述装置，无论TX数据发送信号还是供电电压V都传送到同一电缆。因此数据“骑”在工作电压上。下面将讨论当以上述方式从电缆接收到数据以及电缆另一端所提供的供电电压时电缆接口单元的工作情况。

进一步参照图4。双工器44将来自电缆23的RX数据与供电电压V分离。于是，根据图7，混合电路将该数据传送到接收机，其中在数字部分中进行信号处理之前，信号为模拟形式。数据信号首先在低通滤波器45中被滤波。滤波以这样的方式来实现，即滤波后的数据应满足奈奎斯特判据。也就是说，将高于抽样频率一半的那些频率滤掉。这一滤波得到一个低斜率的脉冲波形。

滤波后的数据信号接着在AGC(自动增益控制)放大器46中被放大，其放大倍数由从数字部分得到的AGC调整控制信号来控制，以便校正幅度误差。这一信号的形成将在后面描述。理论上，不需要电平调整，因为电缆中的低频衰减接近于零。然而，实际上元件的容差使得需要AGC。

AGC放大器46以相同的方法对所有频率进行放大和衰减，因此在均衡器47中进一步对模拟信号进行处理，该均衡器对由传输路径对RX数据所造成的任何失真进行补偿。它对较高的频率进行放大。均衡器所执行的频率处理由从数字部分得到的频率调整控制信号来控制。这一信号怎样形成也将在后面描述。只有当要求采用长电缆时才需要频率调整，因为在长电缆中频率阻抗的任何失真都会明显增大。当采用短电缆时，不需要频率调整。

对在模拟部分中的接收信号进行处理的目的在于，通过这样的方式来修整接收信号的波形，这种方式是，在下一步要进行的抽样所必需的频率处，信号的幅度尽可能稳定。

最后，整形后的模拟RX数据信号传送到AD转换器，转换器将该模拟信号转换为8比特数字信号，该信号再传送到电缆接口单元的数字部分中。抽样频率与到达数据信号的比特频率相同，该抽样频率以随后将要提到的一种方式来形成。

下面，将参照图3来描述数字化的RX数据信号的处理。来自模拟部分的8比特数字化信号传送到块39(DC电平再生)。必须进行再生的原因是因为，在图4的模拟部分的双工器44中执行了高通滤波，而这导致了双极数据信号的基本电平的基准偏移，尤其在长“0”和“1”序列期间。如果码元的短期平均值分配得不均，也将导致基本电平的变化。为了得到正确的眼图，丢掉低频所引起的任何误差都必须被校正。如果不进行再生，可能出现误码，并且可能难以恢复时序并会造成相位噪声。在这个块39中，再将误差的DC电平校正作为反馈，来形成样值。这里DC电平是指AD转换器的某初始数据。

DC电平再生块39给出两个输出信号，其中“判决”是关于到达的码元是0还是1的判决，即“判决”的值为0或1。该判决完全根据再生样值的符号位来进行。另一个输出信号“误差”反馈到输入端。

图5示出了DC电平的再生块39。当采用8比特转换器时，这可能形成256级(256个码元)。可以这样定义，转换器的初始数据128是一个数字DC电平而负和正的输入信号可能与这一电平相差均等。因此，如果经AD转换的信号的码元例如介于128和(128+31)之间，那么认为它为1，而如果该值介于128和(128-32)之间，那么认为它为0。这种解释正是“判决”输出信号。由于到达的码元的DC电平在模拟方所进行的滤波过程中消失，并且它必须在块52中(以数字值)再生，因此，该DC电平可能不同于理想值128。

为使误差最小，块52包括了一个负反馈支路，该支路包括一个对影响判决决定的信号电压的“误差”值进行积分的积分器53。该“误差”值表示在抽样时刻电压偏移了多少，如果“判决”正确的话。这一影响判决决定的信号电压的误差值被积分后，积分值用来调整块52的输入信号的DC偏移。

同时，指示所接收码元有关情况的判决的“判决”信号是所接收的包括了真实数据比特的伪随机比特串。为了得到从电缆的另一端发出的真实数据，将“判决”比特串传送到扰频译码器310。该扰频译码器将伪随机比特串转换为位于电缆的另一端的发射机中的调制器所形成的真实比特串。

数字部分的所有电路以及模拟部分的AD转换器都需要一个时钟频率。为了根据所接收的RX数据信号形成Rx时钟，将DC电平再生块39所产生的“判决”和“误差”信号传送到数字锁相环311。目的是从接收数据中分离出RX数据时钟。

图6示出了一个锁相环。这里，环是指依次安装的一个数字鉴相器61、一个预滤波器62、一个环路滤波器本身63以及∑-Δ(总和-增量)转换器64。数字鉴相器可以例如用已知的Muller-Mueller算法来实现。由可能的分频器313所分频的振荡器的输出频率以及“判决”和“误差”信号传送到鉴相器的输入端。在环路滤波器63中，∑-Δ转换器64将输出转换为模拟输出，需要的话，在模拟滤波器(未示出)中进行滤波，最终结果为压控振荡器(VCO)312的控制电压。

振荡器312产生的频率f_VCO在分频器313中被分频，分频后的频率为输入信号的RX时钟频率，该时钟频率作为时钟传送到接收机的数字部分的电路中，再由电缆接口单元传送到另一个单元。

因此，作为所表示的码元的“判决”信号和作为所检测的误差的  “误差”还用来形成模拟部分中的AGC放大器的AGC调整和频率调整并用于均衡器的控制。

为了形成模拟部分的AGC放大器的一个控制，判决”和“误差”信号传送到自动增益控制块38。所接收数据的幅度误差必须校正，需要的校正受室内单元与室外单元之间电缆长度的影响。自动增益控制块38根据输入信号来计算所需要的放大倍数，并利用它已形成的AGC调整控制信号来调整模拟部分的AGC放大器的放大倍数。原则上，环38可以是与PLL环同一类型的环，只是信号传送到放大倍数检测器而不是鉴相器。其输出信号被∑-Δ转换器滤波并转换为模拟形式。然后，将得到的模拟信号滤波，滤波后的AGC调整电压作为控制电压输入到模拟部分中的AGC放大器。

判决”和“误差”信号还输入到电缆补偿块37，在此形成均衡器的控制信号。在模拟部分中要进行均衡，因为较高频率比低频率衰减大，并且单元之间的电缆越长衰减也越大。在均衡中，高频的幅度被放大，以便幅度-频率曲线在抽样频率一半范围内从头至尾尽可能均匀。

上面所列的块37、38和311形成了模拟部分的控制信号和时钟频率。

根据上述原理进行工作的模拟部分和数字部分可以重建一个与位于电缆另一端的发射机中所形成的数据信号完全相似的数据信号，并根据该数据信号产生一个时钟频率。根据本发明的电缆接口单元对位于电缆两端的单元而言完全是透明的。

控制信号可以在其他数据流中作为单独的帧来发送。也可以将控制信号与有用业务一同发送，从而，控制信号以同一频率但以接近于接口幅度的较小幅度来发送。此时，可认为控制信号“以子载波”传送。

根据本发明的这种方法具有多个优点。首先，当在两个方向上采用同一根电缆来发送数据和供电电压时，电缆费用和安装费用较低。实现简单且功耗小。数字部分可集成在一个ASIC电路中，从而元件数少，并因此可改善差错频度以及平均故障间隔时间MTBF。

在权利要求书范围内，除了上述优选实施方式中所提出的方法外，当然还可用其他方法来实现元件级。因此，例如自动增益控制AGC可以作为数字部分中的数字控制来实现。PLL环以及产生AGC调整和频率调整控制的块，除了用上面提到的那些方法实现外，还可以用专业人员已知的任何其他方法来实现。

Claims (17)

1.在分开的无线链路的单元之间发送信息的方法，每个单元都包括向一根电缆发送信息和接收来自该电缆的信息的装置，其特征在于，当向电缆发送信息时：

基带传输信号输入到混合电路，混合电路将这一未经改变的传输信号发送到电缆线路中，并且

当从电缆接收信息时：

来自电缆的接收信号输入到所述混合电路，混合电路将未经改变的接收信号发送到接收机，

利用模拟和数字信号处理对接收信号进行整形，以便又形成原始信号，

从而基带传输信号和接收信号在同一电缆中以全双工方式传输。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在混合电路中

当向电缆发送信息时：

数字基带传输信号被反相，

反相和非反相的传输信号暂存在缓冲器中，由此使它们同步，

非反相传输信号未经改变输入到电缆线路，

反相和非反相的数字基带传输信号输入到这样一种匹配网络中，在这种匹配网络中，设置了一个虚拟零点，所述信号在此相互中断，并且

当从电缆接收信息时：

来自电缆的接收信号输入到匹配网络，

接收信号由虚拟零点输入到接收机。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在电缆与混合电路之间配置了一个双工器滤波器，通过该双工器滤波器，供电电压传送到电缆，供处在其一端的电信设备用，或者将电缆另一端所提供的供电电压分离。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，整形包括控制AGC放大器对接收信号的自动增益控制。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，整形包括控制均衡器对接收信号的均衡，该均衡器对电缆所造成的高频的任何衰减进行均衡。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在数字信号处理中，利用从AD转换器得到的码元来再生DC电平，作出所接收信号是逻辑0还是逻辑1的判决，并计算DC电平误差。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在数字信号处理中，形成一些控制，这些控制是在利用再生信号及其误差来进行模拟整形时所必需的。

8.电缆接口单元，用于将信息由分开的无线链路的一个单元发向电缆和用于将从电缆接收到的信息发送到该单元，其特征在于，该电缆接口单元包括一个混合电路，该混合电路包括：

一个用于将数字基带传输信号反相的反相器(35)，

一个缓冲器(42)，非反相基带传输信号与反相基带传输信号输入到该缓冲器，而缓冲器的非反相基带传输信号的输出端功能上连接到电缆，

一个与缓冲器(42)输出端相连的匹配网络，该匹配网络包括一个虚拟零点，来自缓冲器的反相和非反相传输信号在此相互中断，所接收的基带信号由此可输入到接收机。

9.如权利要求8所述的电缆接口单元，其特征在于，该电缆接口单元包括一个双工器(44)，该双工器既连接到电缆(23)，又连接到混合电路，还在于，利用该双工器，可将处于另一端的电信设备所需的工作电压(V)传送到电缆，或者将电缆另一端的电信设备所提供的工作电压分离。

10.如权利要求8所述的电缆接口单元，其特征在于，接收机包括一个电平均衡环路(46、47)，该电平均衡环路将根据第一控制(AGC调整)对由传输路径对接收信号所造成的任何电平失真进行校正。

11.如权利要求8所述的电缆接口单元，其特征在于，接收机包括一个均衡环路(47)，该均衡环路将根据第二控制(频率调整)对由传输路径对接收信号所造成的任何频率失真进行校正。

12.如权利要求8所述的电缆接口单元，其特征在于，接收机包括一个数字DC电平再生环路(39)，该再生环路接收通过对AD转换器(48)所均衡的模拟信号进行抽样所得到的码元，它还根据这些码元再生该信号的DC电平并计算其“误差”和作出所接收信号是逻辑1还是逻辑0的“判决”。

13.如权利要求8所述的电缆接口单元，其特征在于，接收机包括：

第一控制生成环路(38)，它根据再生信号的电平并根据其误差形成第一控制(AGC调整)，

第二控制生成环路(38)，它根据再生信号的电平并根据其误差形成第二控制(频率调整)，

一个锁相环(311、312)，它根据再生信号的电平并根据其误差在接收信号中形成一个同步时钟频率。

14.一种分开的无线链路，例如微波链路，该无线链路包括一个室内单元(2)，它对接收信号进行处理和将传输信号发送到室外单元，一个室外单元，它将从室内单元接收到的传输信号再发送到天线和将该天线接收到的信号发送到室内单元，其特征在于，

传输信号和所接收信号作为基带信号被安排以同一根将这些单元相互连接的电缆来传播。

15.如权利要求14所述的分开的无线链路，其特征在于，室内单元提供给室外单元的电功率被安排以传播所述基带信号的同一根电缆来传播。

16.如权利要求14所述的分开的无线链路，其特征在于，室内单元与室外单元之间的控制信号作为单独的帧以传播传输信号和所接收信号的同一根电缆来传播。

17.如权利要求14所述的分开的无线链路，其特征在于，室内单元与室外单元之间的控制信号以传播传输信号和所接收信号的同一根电缆并以相同的频率但以较小的幅度来传播。

Images