專利名稱：數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種在傳輸介質(zhì)上高速傳輸數(shù)據(jù)的方法和設(shè)備。更具體地說，本申請涉及在傳輸介質(zhì)或無線連接上使用電流變化來表示并傳輸數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在在市場上存在很多種用于在銅電話雙絞線對上的高速數(shù)據(jù)比特傳輸?shù)恼{(diào)制解調(diào)器。數(shù)據(jù)比特傳輸量的不斷增加不斷地需要能夠發(fā)送和接收更大數(shù)據(jù)量的更快的調(diào)制解調(diào)器。雖然因?yàn)檫@種技術(shù)上的需要已經(jīng)出現(xiàn)了諸如ADSL和HDSL之類的許多種高速傳輸技術(shù)，但是依然需要更大的數(shù)據(jù)傳輸速率。此外，如果結(jié)合更高傳輸速率的技術(shù)能夠使用現(xiàn)有的電通信基礎(chǔ)設(shè)備即電話雙絞線對，將是極為有利的。另外，最好能夠允許以更低的功率在更長的距離上傳輸這些信號，而不需要較少的或任何中繼器來放大信號。
常規(guī)上使用易受很多因素影響的電壓信號來發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸，所述因素對傳輸?shù)馁|(zhì)量和距離產(chǎn)生不利影響。這樣的一些因素包括隨機(jī)失真噪聲、傳輸線路的內(nèi)在特性或較差的物理條件、傳輸線路長度、高頻、衰減和失真效應(yīng)等。一種用于克服這些不利影響的普通方法是增加傳輸功率。當(dāng)然，距離越長，由于暴露給外部噪聲源導(dǎo)致的阻抗和受影響的可能性越大。FCC(美國聯(lián)邦通信委員會)規(guī)范還限制了傳輸?shù)念l率等級和功率等級。在電話線路基礎(chǔ)設(shè)施中出現(xiàn)的橋式分接頭和負(fù)載線圈也對電壓信號數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生非常大的阻礙。橋式分接頭將分割信號，因此弱化了信號。負(fù)載線圈將對抗電壓電平的改變，因此降低了以電壓電平為特征的數(shù)據(jù)質(zhì)量。
可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量直接涉及發(fā)送器所使用的量化電平矢量。隨機(jī)失真噪聲直接影響量化電平數(shù)量。試圖僅通過增加據(jù)以確定數(shù)據(jù)比特的量化電平的數(shù)量來提高傳輸速率是沒有用的。到目前為止，隨機(jī)失真噪聲導(dǎo)致的量化限制使常規(guī)調(diào)制解調(diào)器和傳輸技術(shù)不能滿足更高數(shù)據(jù)傳輸速度的要求。
另外，現(xiàn)在的傳輸線路中安裝有放大在傳輸過程中被衰減或減弱的信號的中繼器。必須使用中繼器來重新放大受影響的信號。必須經(jīng)常重復(fù)地重新放大預(yù)計要經(jīng)歷很長距離的傳輸信號。
因此，在本發(fā)明之前，需要一種能夠更好地從伴隨噪聲中識別和區(qū)分信號的數(shù)據(jù)傳輸方法。而且，還需要能夠避免或者有效地降低上述不利因素影響的傳輸數(shù)據(jù)信號的方法和設(shè)備，從而能夠以較低的功率，使用較少甚至不使用中繼器，提供高質(zhì)量、大容量和長距離的數(shù)據(jù)傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)，具體而言，一種能夠在數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)之間高速傳輸電數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)器或無線設(shè)備。更廣泛來說，本發(fā)明闡述了一種將數(shù)據(jù)作為電流脈沖序列發(fā)送到諸如通信線路或無線傳輸介質(zhì)等傳輸介質(zhì)上的方法和設(shè)備。本發(fā)明需要將輸入信號波形轉(zhuǎn)換成電流信號波形，并將得到的電流脈沖發(fā)送到維持一預(yù)定偏壓的通信線路或天線上。
相對于使用電壓脈沖來說，將數(shù)據(jù)作為電流脈沖發(fā)送是一種改進(jìn)的發(fā)送數(shù)據(jù)的方法，因?yàn)殡娏魇茈娙莸挠绊懖皇呛艽?。受益于基爾霍夫定律，這允許在更長距離上傳輸數(shù)據(jù)，因?yàn)樾盘柺芫€路電容的衰減較小。隨著并聯(lián)電容的增加和/或電容交叉頻率的增加，電壓數(shù)據(jù)脈沖變?nèi)?。因此，與降低(分割)常規(guī)電壓信號波形不同，與當(dāng)前電話線路基礎(chǔ)設(shè)施相連接的橋式分接頭不會將根據(jù)本發(fā)明傳輸?shù)男盘柦档偷酵瑯拥某潭?。我們還知道在基礎(chǔ)設(shè)施中存在負(fù)載線圈，并抵抗電壓變化，因此負(fù)載線圈對電壓波形信號產(chǎn)生明顯的阻礙。與之相反，相信根據(jù)本發(fā)明傳輸?shù)男盘柺茇?fù)載線圈的影響將非常小。
本發(fā)明的另一個實(shí)施例包括一種根據(jù)輸入(電流或電壓)波形生成電流表示脈沖，并將結(jié)果電流脈沖發(fā)送到一條傳輸線路上的方法。本發(fā)明的另一方面包括接收電流脈沖，測量電流脈沖，并將所測量的電流脈沖轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)。
一種執(zhí)行基于標(biāo)準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)發(fā)送方法的電路，包括轉(zhuǎn)換器，用于接收電壓波形輸入，并響應(yīng)所輸入的電壓信號生成電流脈沖序列。提供響應(yīng)轉(zhuǎn)換器的輸出的發(fā)送器，用于將輸出發(fā)送到由接收器端接的通信線路上。
本發(fā)明的另一個實(shí)施例提供一種自動系統(tǒng)，用于使用發(fā)送器的內(nèi)部參考信息(電壓、電流、阻抗和電流范圍)通過測量和校正線路串連和并聯(lián)阻抗變化的電路，相對于數(shù)據(jù)和傳輸介質(zhì)中的變化來調(diào)整傳輸系統(tǒng)的串連和并聯(lián)阻抗。一個增益放大器用于控制阻抗和信號電流中的變化。將輸出電壓保持在參考電平上，同時改變輸出電流，從而控制發(fā)送器的阻抗。該發(fā)送器包括用于提供參考電流的電流源、用于提供參考電壓的電壓源和用于根據(jù)二進(jìn)制輸入數(shù)據(jù)將電流信號控制在一個數(shù)值范圍內(nèi)的增益控制電路。
已知的其它調(diào)制解調(diào)器的共同問題是傳輸線路的失真效應(yīng)導(dǎo)致傳輸信號惡化。實(shí)際上，因?yàn)榘殡S噪聲失真導(dǎo)致無法識別出傳輸信號。因?yàn)楸景l(fā)明從通信線路上存在的隨機(jī)失真噪聲中區(qū)分出發(fā)送數(shù)據(jù)，本發(fā)明與前面的方法相比能夠發(fā)送大得多的數(shù)據(jù)量。
本發(fā)明的一個主要優(yōu)點(diǎn)在于因?yàn)槟軌蛟谝话阏J(rèn)為無法確定的伴隨隨機(jī)失真噪聲和干擾中發(fā)送和接收低電壓信號，因此顯著提高了數(shù)據(jù)量。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)在于在不使用中繼器或放大器的情況下，增加了通常所認(rèn)為的能夠傳輸?shù)木嚯x。
本發(fā)明的另一個方面是以低電壓發(fā)送數(shù)據(jù)，并通過監(jiān)視和調(diào)整數(shù)據(jù)信號的相關(guān)電流來維持這一低電壓。
并且，監(jiān)視和調(diào)整電流的發(fā)送步驟還包括在通信線路上發(fā)送至少一個參考/校準(zhǔn)脈沖和測量線路阻抗對電流脈沖影響的步驟。
將在下面的詳細(xì)描述中討論或者可以推導(dǎo)出本發(fā)明的這些和其它特征。


圖1是通過一條通信線路連接到接收器的安裝有根據(jù)本發(fā)明的自動阻抗調(diào)諧器的設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例的方框圖形式示意圖；圖2是圖1所示實(shí)施例的部分簡化示意圖，包括轉(zhuǎn)換器、濾波器/調(diào)整器、放大器和發(fā)送器；圖3示出在被濾波器/調(diào)整器部分修改之后的圖2中轉(zhuǎn)換器的調(diào)制輸出；圖4部分地示出圖2中發(fā)送器的另一實(shí)施例；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個包括數(shù)據(jù)發(fā)送器設(shè)備、傳輸介質(zhì)和接收器的系統(tǒng)的簡化方框圖；圖6是圖5所示傳輸介質(zhì)的一個實(shí)施例的示意圖；圖7是圖5所示傳輸介質(zhì)另一實(shí)施例的示意圖；圖8是包括一個連接到發(fā)送器的數(shù)據(jù)生成器的圖5中數(shù)據(jù)發(fā)送器設(shè)備的放大方框圖；圖9是包括一個比特生成器和調(diào)制器的圖8所示數(shù)據(jù)生成器的放大方框圖；圖10是圖9所示的比特生成器的一個實(shí)施例的示意圖；圖11是圖9所示的比特生成器的另一個實(shí)施例的示意圖；圖12是圖9所示調(diào)制器的示意圖；圖13是圖8所示發(fā)送器的示意圖；圖14是圖5所示接收器的示意圖，該接收器包括輸入網(wǎng)絡(luò)、輸出網(wǎng)絡(luò)、放大器IC1、放大器IC2和放大器IC3；圖15是圖14所示的輸入網(wǎng)絡(luò)的放大示意圖；
圖16是圖14所示的輸出網(wǎng)絡(luò)的放大示意圖；圖17是圖14所示的放大器IC1的放大示意圖；圖18是圖14所示的放大器IC2的放大示意圖；圖19是圖14所示的放大器IC3的放大示意圖；圖20是根據(jù)本發(fā)明的用于通過傳輸介質(zhì)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的簡圖；圖21是通過圖20的塞尖和塞環(huán)信號路徑發(fā)送的一對信號的優(yōu)選實(shí)施例的波形圖，每個信號都包括一個在其上調(diào)制了多個比特信號的載波信號；圖22是圖21所示載波信號的優(yōu)選實(shí)施例的波形圖；圖23是根據(jù)本發(fā)明用于通過傳輸介質(zhì)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的另一個系統(tǒng)的簡化方框圖；圖24是圖23所示系統(tǒng)的簡化放大方框圖，該系統(tǒng)同時包括數(shù)字和模擬電路部分；圖25是圖24所示的數(shù)字電路部分的簡化放大方框圖；圖26是圖25所示的數(shù)據(jù)接口模塊的電路圖；圖27是圖25所示的地址映射控制模塊的電路圖；圖28是圖25所示的存儲器模塊的電路圖；圖29是圖25所示的地址映射選擇模塊的電路圖；圖30是圖25所示的控制模塊的電路圖；圖31是圖24所示的模擬電路部分的簡化放大方框圖；圖32是圖31所示的調(diào)制器的電路圖；圖33是圖31所示的發(fā)送器的電路圖；圖34是圖31所示的接收輸入網(wǎng)絡(luò)的電路圖；圖35是圖31所示的連接在接收輸入網(wǎng)絡(luò)和接收輸出網(wǎng)絡(luò)之間的模擬電路的電路圖；圖36是圖31所示的連接在接收輸入網(wǎng)絡(luò)和接收輸出網(wǎng)絡(luò)之間的另一模擬電路的電路圖；圖37是圖31所示的接收輸出網(wǎng)絡(luò)的電路圖；圖38是連接到圖31所示的接收輸出網(wǎng)絡(luò)的模擬電路的電路圖；
圖39是連接到圖31所示的發(fā)送器的發(fā)送/接收門電路的電路圖；圖40是連接到塞環(huán)和塞尖信號傳輸導(dǎo)線的另一發(fā)送/接收門電路的電路圖；圖41是適合于本發(fā)明使用的一個糾錯系統(tǒng)的方框圖；圖42是適合于本發(fā)明使用的一個糾錯系統(tǒng)的另一實(shí)施例的方框圖；圖43是方框圖，其中通過一個系統(tǒng)分別處理塞尖和塞環(huán)，并且其中為電流差動測量提供一個虛地；圖44示出建立一個串聯(lián)阻抗失配以建立用于平衡的抗衡效果的虛直接連接系統(tǒng)的示意圖；圖45示出平衡效果和如何將比特有效地抽取到接收器上的較高阻抗的曲線；圖46示出在介質(zhì)上出現(xiàn)任何改變之前2.4K總串聯(lián)阻抗的示意圖；圖47示出本發(fā)明的一個實(shí)施例如何反應(yīng)介質(zhì)中的變化的示意圖；圖48示出在介質(zhì)上所傳輸波形的一個實(shí)施例；圖49示出將電流脈沖編碼到圖48的波形上的情況；圖50示出如何雙重發(fā)送比特和整個波形的一個實(shí)施例；圖51是根據(jù)本發(fā)明的一個行編碼方案的實(shí)施例；圖52是比較電流源和電壓源所驅(qū)動的數(shù)據(jù)信道的示意圖；圖53是比較使用電流源和電壓源驅(qū)動數(shù)據(jù)所需要的能量的示意圖；圖54示出用于消除干擾的差動電路的輸出；圖55示出環(huán)路上的一個插入(X)；圖56是單元數(shù)據(jù)傳輸幀的優(yōu)選實(shí)施例；圖57是成批數(shù)據(jù)傳輸幀的優(yōu)選實(shí)施例；圖58是OAM管理消息的優(yōu)選實(shí)施例；圖59是OAM啟動消息的優(yōu)選實(shí)施例；圖60是OAM終止消息的優(yōu)選實(shí)施例；圖61示對TRUE靜寂的幀終止；圖62圖示幀之間的信號；圖63和64是執(zhí)行斜度檢測的優(yōu)選實(shí)施例；圖65是由網(wǎng)絡(luò)管理單元保持以便詢問的計數(shù)器的優(yōu)選實(shí)施例；
圖66是根據(jù)本發(fā)明用于通過無線連接發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的一個系統(tǒng)的天線的簡圖；圖67是根據(jù)本發(fā)明的無線收發(fā)信機(jī)的簡化方框圖；圖68是圖67所示系統(tǒng)的簡化方框圖；圖69是一個模擬電路的簡化方框圖；圖70是圖68所示調(diào)制器的電路圖；圖71是圖68所示發(fā)送器的電路圖；圖72是圖68所示的接收輸入網(wǎng)絡(luò)的電路圖；圖73是圖68所示的連接在接收輸入網(wǎng)絡(luò)和接收輸出網(wǎng)絡(luò)之間的模擬電路的電路圖；圖74是圖68所示的連接在接收輸入網(wǎng)絡(luò)和接收輸出網(wǎng)絡(luò)之間的另一模擬電路的電路圖；圖75是圖68所示的接收輸出網(wǎng)路的電路圖；圖76是圖68所示連接到接收輸出網(wǎng)絡(luò)的模擬電路的電路圖；圖77是圖68所示連接到發(fā)送/接收門電路的電路圖；圖78是連接到圖68的天線的另一發(fā)送/接收門電路的電路圖；圖79是圖68所示系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的方框圖；和圖80-84是實(shí)現(xiàn)圖79所示系統(tǒng)的電路級圖。
具體實(shí)施例方式
雖然能夠以多種不同形式的實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述不同形式在附圖中被圖示并將在此進(jìn)行詳細(xì)描述，對于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例來說，在此公開的內(nèi)容被視為對本發(fā)明原理的解釋，本發(fā)明的廣泛范圍并不限制于所圖示的實(shí)施例。
參見圖1，所示自動阻抗調(diào)諧器5包括轉(zhuǎn)換器/濾波器10、濾波器/調(diào)整器12、放大器14，和發(fā)送器16。轉(zhuǎn)換器/濾波器10接收表示數(shù)據(jù)的數(shù)字電壓脈沖信號8。輸入信號8被轉(zhuǎn)換器10轉(zhuǎn)換成相位調(diào)制電流輸出40，該相位調(diào)制電流輸出40由濾波器/調(diào)制器12接收。
濾波器/調(diào)整器12測量電流變化，限制相位調(diào)制電流輸出40的電壓范圍，并抑制信號上的振鈴。此外，濾波器/調(diào)整器12差分相位調(diào)制電流輸出40，調(diào)整電流增益，并使相位調(diào)制電流輸出40的電流脈沖變窄。在被放大器14接收之前，濾波器/調(diào)整器12所生成的差分信號輸出55被加寬，并恢復(fù)成與輸入數(shù)據(jù)信號8相類似的定時。
發(fā)送器16調(diào)整放大器14響應(yīng)于濾波器/調(diào)整器12所生成的放大電流信號57。因此，發(fā)送器16提供所希望的電壓和電流以通過通信線路18發(fā)送給接收器20。接收器20通過檢測從發(fā)送器16所接收電流中的變化來解譯傳輸。
參考圖2，提供根據(jù)本發(fā)明的自動阻抗調(diào)諧器5的優(yōu)選實(shí)施例的具體示意圖。調(diào)諧器5包括圖1的轉(zhuǎn)換器/濾波器10、濾波器/調(diào)制器12、放大器14和發(fā)送器1。因此，在適當(dāng)?shù)臅r候，圖1和圖2使用相同的參考數(shù)字。
轉(zhuǎn)換器/濾波器10包括一個共發(fā)射極晶體管24、濾波器電容器22、兩個耦合反饋電容器34和38以及兩個限流電阻26和28。轉(zhuǎn)換器/濾波器10所接收的輸入電壓脈沖信號8由連接到第一共發(fā)射極晶體管24基極的電容器22濾波。該晶體管在一部分上被用作一個截止電路來保持轉(zhuǎn)換器輸出40因而調(diào)諧器5的輸出的突然上升和下降的時間。而且，第一共發(fā)射極晶體管24通過串聯(lián)電阻28和可調(diào)電阻26來提供一個恒定參考電流，其中電阻26連接到一個大約8伏的調(diào)節(jié)電源32，電阻28連接到晶體管的集電極30。第一共發(fā)射極晶體管24的集電極30上的電壓大約是電源32的對地電壓值的一半，即4伏。第一共發(fā)射極晶體管24的集電極30通過兩個電容器34和38反饋給它的基極，串行連接這兩個電容器并可操作地在電容器的連接點(diǎn)上連接到調(diào)諧器5的輸出。這個內(nèi)部反饋過程控制自動阻抗調(diào)諧器5相對于通信線路18和電源32上負(fù)載的電流輸出。耦合反饋電容器34和38之間的比值最好是2.2比1以將輸入電壓信號8調(diào)制到濾波器/調(diào)整器12所接收的轉(zhuǎn)換恒定電流信號中。因?yàn)殡娙萜?4和38的充電和放電，轉(zhuǎn)換器/濾波器10的輸出40所提供的每個電流脈沖的幅值快速地上升到峰值，然后在電流幅值快速下降之前降低到持續(xù)時間內(nèi)所維持的穩(wěn)定值上。
連接到轉(zhuǎn)換器的輸出40的是濾波器/調(diào)整器12，它包括一個交流和直流負(fù)載，該負(fù)載包括通信線路18的負(fù)載。濾波器/調(diào)整器12包括一個測量電阻36、一對鉗位二極管44和46、一個濾波器電容54和一個差分器。在濾波器/調(diào)制器12的輸入上，測量電阻36連接在一對鉗位二極管44和46之間，最好是geranium。具體而言，電阻36連接到二極管44的負(fù)極和二極管46的正極。而且，二極管44的正極和二極管46的負(fù)極接地。這些二極管44和46用于通過抑制電壓波動和振蕩來降低所轉(zhuǎn)換輸出信號40上的噪聲。二極管44和46將所轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)信號鉗制在如圖3所示的0.2和-0.2伏之間或者是0.4伏峰峰值電壓的電壓電平上。而且，參考電壓范圍VR1被維持在二極管44和46之間的連接點(diǎn)上。
此外，濾波器/調(diào)整器12所提供負(fù)載的大部分是交流的。由測量電阻36和二極管對44和46來固定濾波器/調(diào)整器12的直流負(fù)載部分。這個固定直流負(fù)載被用作一個參考負(fù)載。
數(shù)據(jù)信號40還在濾波器/調(diào)制器12內(nèi)被差分，在所述濾波器/調(diào)整器12內(nèi)使所接收信號的脈沖變窄。該差分器最好包括一個與可調(diào)電阻50串聯(lián)的電容48，所述可調(diào)電阻用于調(diào)整自動阻抗調(diào)諧器5相對于電源32的輸出交流電平。由濾波器電容54加寬數(shù)據(jù)信號脈沖，并使其恢復(fù)到與原始信號8類似的定時。而且，電阻50提供電流增益調(diào)整。
來自濾波器/調(diào)整器12的濾波器電容54的差分電流信號55被放大器14接收，該放大器14包括一個用于放大差分電流信號的第二共發(fā)射極晶體管52和一個用于限制第二共發(fā)射極晶體管52的集電極上電壓的限壓上拉電阻。集電極電壓大約為6伏(即接近斷路閾值)，并連接到發(fā)送器16。通過發(fā)送器64，通過塞尖發(fā)送器18上的電壓變化來執(zhí)行分路晶體管52的轉(zhuǎn)換，以在塞尖發(fā)送器上維持一個基本恒定的電壓電平。
發(fā)送器16包括耦合電容54、一對鉗位晶體管58和60和一個電阻—電容組合62，64。發(fā)送器16輸入上的耦合電容54連接到放大器14的輸出。耦合電容54加寬所放大電流信號57的脈沖。耦合在濾波器電容54和可調(diào)電阻62之間的是兩個鉗位二極管58和60，最好是硅型的，以將所放大的電流信號57維持在0.7至-0.7伏，峰峰值電壓1.4伏的電壓范圍VR2內(nèi)?？烧{(diào)電阻62控制通過電容64的電壓電平和交流電流，同時兩個鉗位二極管58和60控制對地的直流偏置?？烧{(diào)電阻62和電容64將通信線路上的電壓電平調(diào)整到大約1伏(峰峰值電壓)。在到達(dá)通信線路之前，二極管-電容組合從負(fù)的輸出噪聲尖峰中濾出信號的交流部分，二極管-電阻組合從正的輸出噪聲尖峰中濾出信號的直流部分。
在圖4所示的另一個實(shí)施例中，發(fā)送器14中第二共發(fā)射極晶體管的集電極連接到串聯(lián)的兩個電容54和64，然后連接到線內(nèi)選擇開關(guān)80?？梢栽阢~雙絞線對的塞尖4或塞環(huán)5上進(jìn)行信號傳輸，然而最好使用塞尖線4。使用線內(nèi)選擇開關(guān)80連接到兩個二極管70和72的結(jié)點(diǎn)。如果準(zhǔn)備使用塞尖線4作為輸出，則二極管72和電容74從負(fù)的輸出噪聲尖峰中濾波出信號的交流部分。二極管70和電阻76用于濾波出正的輸出噪聲尖峰中的直流部分。如果準(zhǔn)備將塞環(huán)線5用作輸出，則二極管68和電容74用于從負(fù)的輸出噪聲峰值中濾波出信號的交流部分，同時另一個二極管66和電阻76濾波出正的輸出噪聲峰值的直流部分。
參見圖5，示出了一個根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的簡化方框圖。該系統(tǒng)110包括數(shù)據(jù)發(fā)送器設(shè)備112、數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)114和一個數(shù)據(jù)接收器116。數(shù)據(jù)接收器116接收從發(fā)送器112通過傳輸介質(zhì)114發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。
在圖6中，傳輸介質(zhì)114被模型化以提供在并不包括很大電感值的電話傳輸電纜等傳輸介質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的常規(guī)特性。傳輸介質(zhì)接收輸入信號對132和172，并提供相應(yīng)的輸出信號對188和190。在圖7所示的可選實(shí)施例中，傳輸介質(zhì)114可以被模型化以提供在傳輸介質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的特性，所述傳輸介質(zhì)例如具有在很多種現(xiàn)有常規(guī)傳輸介質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的大約15mH的電感。
如圖8所示，數(shù)據(jù)發(fā)送器112最好包括可操作地互連的數(shù)據(jù)生成器118和發(fā)送器120。在用于測試電路的圖9所示的優(yōu)選實(shí)施例中，數(shù)據(jù)生成器118包括比特生成器122和調(diào)制器124。比特生成器122提供表示為一個最好在大約0至5伏特范圍內(nèi)的電壓脈沖序列的數(shù)據(jù)信號126。如圖10所示，比特生成器122可以包括一個響應(yīng)于數(shù)字參考時鐘信號128的計數(shù)電路，其中提供一個數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號序列126，該信號序列對應(yīng)于二進(jìn)制數(shù)值并以恒定增加速率增加二進(jìn)制數(shù)值。另外，在圖11所示的用于測試的另一個實(shí)施例中，比特生成器122可以包括一個響應(yīng)于數(shù)字參考時鐘信號128的計數(shù)電路，用于提供對應(yīng)于數(shù)值并以恒定的遞減速率降低二進(jìn)制數(shù)值的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號126。
如圖12所示，來自比特生成器122的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號126和數(shù)字參考時鐘信號128被調(diào)制器124接收。響應(yīng)于這些信號，調(diào)制器124生成一個調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號130，其中包括添加給時鐘信號128的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號126。
調(diào)制數(shù)字信號130由發(fā)送器124接收，以轉(zhuǎn)換并通過傳輸介質(zhì)114發(fā)送給接收器116。如圖13所示，發(fā)送器124與上面參考圖2所描述的發(fā)送器類似。具體而言，發(fā)送器124接收數(shù)字信號130，并在輸出132上維持一個基本恒定的電壓電平時將它們轉(zhuǎn)換成電流脈沖。電壓電平最好大約是1伏特。
具體而言，數(shù)字信號130被饋送給連接到晶體管136基極的電容134。這個晶體管136是通過電阻138和可調(diào)電阻139到最好大約+8V的Vcc的恒流基準(zhǔn)。晶體管136使其集電極通過串連的兩個電容140和142反饋到其基極。這控制了發(fā)射極相對于負(fù)載和Vcc的電流。在電容140和142的結(jié)點(diǎn)上是包括線路的交流和直流負(fù)載，大部分負(fù)載是交流的。這個結(jié)點(diǎn)上的部分直流負(fù)載通過電阻144和二極管146和148來固定。固定的直流負(fù)載用作一個參考負(fù)載。二極管146和148鉗制在正負(fù)0.7V，導(dǎo)致1.4V的峰峰值輸出。144、146和148的結(jié)點(diǎn)到達(dá)電容150，然后是可調(diào)電阻152。這個可調(diào)電阻152調(diào)整發(fā)送器124相對于Vcc的輸出交流電平，然后連接到電容154，再到晶體管156的基極。晶體管的集電極連接到電容158，該電容158連接到二極管160和162，這兩個二極管160和162將峰值鉗制在正負(fù)0.7伏，并導(dǎo)致1.4伏的峰峰值輸出。同樣，連接到輸出164的是可調(diào)電阻166，它用于控制通過電容168的電壓電平和交流電流。晶體管154的集電極也連接到電阻170，該電阻170連接到Vcc并用于限制在完全開啟時晶體管將達(dá)到的電壓。而且，串連的二極管172和電阻174被連接在地和輸出132之間，用于濾出正輸出噪聲峰值的直流部分。
如圖14所示，接收器116包括輸入網(wǎng)絡(luò)178、輸出網(wǎng)絡(luò)180和多個集成中頻放大器182、184和186。參考圖5和圖16，塞尖和塞環(huán)信號132和136被通過傳輸介質(zhì)144發(fā)送，輸入網(wǎng)絡(luò)178分別接收對應(yīng)的塞尖和塞環(huán)信號188和190。響應(yīng)于信號188和190，輸入網(wǎng)絡(luò)178濾除噪聲以提供濾波后數(shù)據(jù)輸出信號組192和194。
濾波后信號組192和194分別被中頻放大器182和184接收，以放大這些信號并將它們發(fā)送給輸出網(wǎng)絡(luò)180，在輸出網(wǎng)絡(luò)180中信號被混合在一起并由放大器186放大以生成一個噪聲抑制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出信號196，該信號對應(yīng)于來自數(shù)據(jù)生成器122的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入126。
作為優(yōu)選實(shí)施例來公開電話雙絞線對，僅僅因?yàn)樗鼈儽粡V泛應(yīng)用于全球電信基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)?？梢灶A(yù)見本發(fā)明的基本概念能夠被有利地應(yīng)用于在屏蔽同軸電纜線、5類線和銅雙絞線對等上的數(shù)據(jù)傳輸。甚至能夠預(yù)見本發(fā)明可以被有利地應(yīng)用于諸如無線傳輸?shù)臒o線通信介質(zhì)，因?yàn)樾盘査p，也考慮應(yīng)用于這種傳輸介質(zhì)。
在這里使用的“傳輸介質(zhì)”涉及從第一設(shè)備到物理上和空間上遠(yuǎn)離第一設(shè)備的第二設(shè)備的通信線路或電磁信號路徑。在此使用的“通信線路”僅僅涉及用于將數(shù)據(jù)從第一設(shè)備發(fā)送到物理上和空間上遠(yuǎn)離第一設(shè)備的第二設(shè)備的一個或多個導(dǎo)線等?！斑h(yuǎn)離”是指第一和第二設(shè)備并不共享相同的機(jī)殼、外殼或支撐結(jié)構(gòu)。作為最具體和普通的形式，遠(yuǎn)離是指通過常規(guī)電信線路與另一個調(diào)制解調(diào)器通信的一個調(diào)制解調(diào)器，盡管并不限制于此。簡單地說，本發(fā)明解決了在遠(yuǎn)端設(shè)備之間通信的電信業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)當(dāng)前所面對的數(shù)據(jù)傳輸問題。
當(dāng)前，最需要本發(fā)明的領(lǐng)域相信是沿著一條“傳輸線路”從家庭和公司到電信中央交換局(“CO”或“交換局”)或反之的數(shù)據(jù)傳輸。這是部署大量銅雙絞線通信線路基礎(chǔ)設(shè)施的位置。
參見圖20，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個系統(tǒng)另一個實(shí)施例的簡圖。該系統(tǒng)包括一個數(shù)據(jù)發(fā)送器設(shè)備、一個數(shù)據(jù)接收器設(shè)備和一個連接其間的傳輸介質(zhì)。傳輸介質(zhì)可以包括一條具有塞尖和塞環(huán)傳輸路徑的常規(guī)電話傳輸電纜。然而，在一種實(shí)施例中，傳輸介質(zhì)也可以包括單條傳輸路徑或通信線路。
在一個實(shí)施例，發(fā)送器提供可操作地連接到大約150歐姆的終接電阻的大約1.48伏的參考電壓。終接電阻連接到一個可變控制阻抗，該阻抗可操作地連接到具有大約750歐姆線路阻抗的塞尖傳輸路徑。
接收器提供大約1.25伏的參考電壓，該參考電壓可操作地連接到可變阻抗，該阻抗又連接到塞尖傳輸路徑。發(fā)送器、塞尖傳輸路徑和接收器所提供的總串聯(lián)阻抗最好是基本上恒定的，并由接收器和發(fā)送器可變控制阻抗的自動控制來維持。
然而，響應(yīng)于發(fā)送器所接收的諸如數(shù)據(jù)信號的電壓控制信號，通過發(fā)送器改變發(fā)送器可變阻抗的阻抗值在塞尖傳輸路徑上生成與數(shù)據(jù)相對應(yīng)的信號。阻抗值的改變導(dǎo)致從發(fā)送器經(jīng)塞尖傳輸路徑到接收器的電流幅度上的對應(yīng)變化。由接收器檢測這些電流幅度變化，并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于所接收數(shù)據(jù)的電壓信號。最好由塞尖傳輸路徑和接收器可變控制阻抗之間的接收器來檢測電流幅度的變化。
如果需要，也可以在塞環(huán)傳輸路徑上發(fā)送相移錯誤檢測數(shù)據(jù)或其它數(shù)據(jù)。在一種實(shí)施例中，發(fā)送器提供大約0.48伏的參考電壓，該參考電壓連接到大約150歐姆的終接電阻。該終接電阻連接到一個可變控制阻抗，該阻抗連接到線路阻抗大約750歐姆的塞環(huán)傳輸路徑。
接收器提供大約0.25伏特的參考電壓，該參考電壓可操作地連接到一個可變阻抗，該阻抗連接到塞環(huán)傳輸路徑。發(fā)送器、塞環(huán)傳輸路徑和接收器所提供的總串聯(lián)阻抗最好是基本上恒定的，并通過接收器和發(fā)送器可變控制阻抗的自動控制來維持。
然而，在塞環(huán)傳輸路徑上通過改變發(fā)送器可變阻抗的阻抗來生成發(fā)送器所接收電壓數(shù)據(jù)信號的對應(yīng)信號。阻抗上的改變導(dǎo)致從發(fā)送器經(jīng)塞環(huán)傳輸路徑到接收機(jī)的電流幅值上的相應(yīng)變化。由接收器檢測這些電流幅值變化，并重新轉(zhuǎn)換成電壓數(shù)據(jù)信號。由塞環(huán)傳輸路徑和接收器可變控制阻抗之間的接收器來檢測電流幅值上的變化。
在圖23至圖40示出的實(shí)施例中，為了因帶寬需求增加導(dǎo)致的通信介質(zhì)的極低功率最佳帶寬利用，提供一個虛直接連接系統(tǒng)。該虛直接連接系統(tǒng)(“系統(tǒng)”)最好是信號傳輸、接收和處理技術(shù)，該技術(shù)是虛直接連接收發(fā)信機(jī)內(nèi)的核心技術(shù)。虛直接連接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是這樣一種收發(fā)信機(jī)技術(shù)，當(dāng)通過通信介質(zhì)將收發(fā)信機(jī)連接到收發(fā)信機(jī)時，順序地從信號發(fā)送(塞尖)到信號接收和從返回發(fā)送(塞環(huán))到返回接收的通信，而不是使用常規(guī)的并行現(xiàn)有技術(shù)。
一種實(shí)現(xiàn)上述目的的最佳方法是系統(tǒng)通過改變阻抗來發(fā)送交流脈沖。在操作上看起來是將收發(fā)信機(jī)直接虛連接在一起，只要這些單元并非是極為不同的介質(zhì)阻抗特性在出廠時設(shè)定的。收發(fā)信機(jī)最好是根據(jù)基本傳輸介質(zhì)特性在出廠時設(shè)定的。
在一個實(shí)施例中，“出廠時設(shè)定”是指由制造廠商預(yù)先設(shè)定給定通信介質(zhì)縱向阻抗和電阻的具體變化范圍。例如，對于大部分24或26規(guī)格的電話線路，在出廠時將收發(fā)信機(jī)預(yù)先設(shè)置工作在500至3K歐姆的范圍內(nèi)。這最好在發(fā)送器和接收器側(cè)執(zhí)行。
按常規(guī)，由于通信介質(zhì)中的電氣變化，系統(tǒng)進(jìn)行傳輸功率電平和/或數(shù)據(jù)傳輸上的改變。虛直接連接系統(tǒng)的模擬電路允許介質(zhì)的電氣變化所改變的系統(tǒng)特性大于數(shù)據(jù)傳輸特性，這允許在實(shí)時處理的同時更大和更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理量。在一種實(shí)施例中，虛直接連接系統(tǒng)在存在數(shù)據(jù)和/或介質(zhì)上的電氣變化和失真過程中提供恒定補(bǔ)償。
一個實(shí)現(xiàn)這一目的的組件是在每個收發(fā)信機(jī)內(nèi)設(shè)計的自動精確阻抗測量電路或“APIM”。在一種實(shí)施例中，APIM類似于一個實(shí)時阻抗反饋橋。電話線實(shí)際上是一個橋路。因此，虛直接連接收發(fā)信機(jī)在每側(cè)線路上都具有一個智能橋路前端，它們分別地實(shí)時地響應(yīng)傳輸介質(zhì)上的電氣變化和不平衡。
這些系統(tǒng)一般傳輸電壓，通過線路的信號和返回(塞尖和塞環(huán))側(cè)并行測量和/或處理該電壓以確定數(shù)據(jù)。在一種實(shí)施例中，虛直接連接系統(tǒng)是一個串行傳輸系統(tǒng)，它傳輸交流脈沖并使用虛地而不是回線。這提供了并行處理。例如，收發(fā)信機(jī)發(fā)送兩個獨(dú)立信號，一個在傳輸介質(zhì)的信號側(cè)，一個在返回側(cè)，而且并行處理這些信號的比值。
在一個實(shí)施例中，虛擬直接連接系統(tǒng)是一個串行傳輸并行比值處理通信系統(tǒng)。當(dāng)通過線路的信號和返回側(cè)傳輸電流時，一般存在控制和保持恒定電壓的能力損失，因?yàn)楸仨毟淖冸妷簛慝@得通過線路的電流變化。虛直接連接系統(tǒng)通過保持線路(即信號發(fā)送到信號接收和返回發(fā)送到返回接收)上的恒定電壓降來發(fā)送交流。
常規(guī)系統(tǒng)可以沿著線路作為電流傳輸電壓，但是它們接收跨越線路的電壓(即塞尖到塞環(huán))。如果發(fā)送兩個獨(dú)立信號(即塞尖上一個信號和塞環(huán)上一個信號)，可以以電壓方式將一個信號添加給另一個信號，或者將一個信號從另一個信號減去。
除了根據(jù)傳輸介質(zhì)的特性和電氣變化執(zhí)行高速(實(shí)時模擬)阻抗變化之外，在一個實(shí)施例中，虛直接連接根據(jù)比特流執(zhí)行這些高速阻抗變化以生成交流脈沖。
顯然僅存在兩種選擇，一個可以改變電壓，另一個可以改變阻抗。如果改變電壓，則必須保持阻抗恒定，因?yàn)榫€路中的特性和電氣變化，例如所傳輸?shù)念l率、地面反射和電壓變化噪聲，這是非常困難的。所有這些導(dǎo)致很難維持一個恒定電壓。
例如虛直接連接，如果改變阻抗并維持恒定電壓降(塞尖到塞尖和/或塞環(huán)到塞環(huán))，則更容易發(fā)送、維持和控制電流脈沖。
參見圖41至42，示出了根據(jù)本發(fā)明的校正系統(tǒng)的示意方框圖。在一種實(shí)施例中，Hy(x)是在接收點(diǎn)上每秒必須提供的用于校正所接收消息的附加信息的大概數(shù)量。例如，在長序列的接收消息M’和對應(yīng)的原始消息M中，將會存在M的對數(shù)THy(x)，它可能已經(jīng)合理地生成每個M。因此，每T秒有THy(x)個二進(jìn)制數(shù)字要發(fā)送。這可以在容量為Hy(x)的信道上以ε的誤差頻率來進(jìn)行。
而且，注意到對于任意離散的機(jī)遇值x，y和z，Hy(x，z)Hy(x)。右側(cè)可以擴(kuò)展以給出Hy(z)+Hyz(x)Hy(x)Hyz(x)Hy(x)-Hy(z)Hy(x)-H(z)如果將x定義為信源輸出，y定義為所接收的信號，z定義為在校正信道上發(fā)送的信號，則右側(cè)是低于校正信道上傳輸速率的存疑度。如果這條信道的容量低于存疑度，則右側(cè)將大于零并且Hyz(x)＞0。但是這是所發(fā)送信號的不確定性，知道所接收的信號和校正信號。如果這大于零，則誤差頻率不能任意小。
舉例假設(shè)錯誤在二進(jìn)制數(shù)字序列內(nèi)隨機(jī)出現(xiàn)概率p表示一個數(shù)字出錯，q＝1-p表示一個數(shù)字正確。如果知道這些錯誤的位置則可以校正這些錯誤。這實(shí)際上是從一個信源的發(fā)送，它以1(錯誤)的概率p和0(正確)的概率q生成二進(jìn)制數(shù)字。這要求一個容量為-[p*logp+q*logq]的信道，這是原始系統(tǒng)的存疑度。
由于上述等式，傳輸速率R可以被寫成兩種其它形式。具體如下，R＝H(x)-Hy(x)R＝H(y)-Hx(y)R＝H(x)+H(y)-H(x，y)如前面所描述的，虛直接連接系統(tǒng)提供通信基礎(chǔ)設(shè)備的最大利用度，例如使用銅或其它金屬的傳輸導(dǎo)線。
常規(guī)上，根據(jù)信號線和回線(或塞尖和塞環(huán))的普通電子原理來建立銅通信介質(zhì)。信號線和回線提供通過測量和/或檢測兩者之間的電壓差來傳輸模擬和數(shù)字信息的能力。這稱作金屬或平行電壓差，它一般用于匹配信號線和回線之間的阻抗。這一量度受到很多限制，不僅僅在于長傳輸線路上這個電壓差值的嚴(yán)重衰減。
在一種實(shí)施例中，與使用測量一條線路的塞尖和塞環(huán)側(cè)電壓差值的常規(guī)方法不同，虛直接連接系統(tǒng)通過確定兩個獨(dú)立測量結(jié)果之間的電流差值來解碼數(shù)據(jù)。根據(jù)虛直接連接技術(shù)的應(yīng)用，能夠以各種方式實(shí)現(xiàn)電流差值的確定。一種技術(shù)是彼此隔離信號線塞尖和塞環(huán)側(cè)，建立回路中的一個虛斷點(diǎn)。另一種技術(shù)是為線路的每一側(cè)(塞尖和塞環(huán))提供一個單獨(dú)的虛接地。在任何一種情況下，該系統(tǒng)都不象如圖43所示的那樣直接返回。
因?yàn)樘撝苯舆B接系統(tǒng)并不需要一個環(huán)路來建立電路，因此能夠通過一系列的電流測量來進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼，這又能夠進(jìn)行單導(dǎo)線的數(shù)據(jù)傳輸。這使得不再需要在接收機(jī)上得知塞尖和塞環(huán)之間的電壓電位。
在一個實(shí)施例中，虛直接連接發(fā)送機(jī)發(fā)送表示位電流脈沖的比特。最好如下所述以各種方式成形和控制波形和比特以最優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸量。在一個實(shí)施例中，改變阻抗并維持大約1伏的恒定電壓來生成比特(電流脈沖)。
因?yàn)闃蚪臃纸宇^是對線路的分路(分壓器)，虛直接連接發(fā)送器電流脈沖不會象常規(guī)信號一樣被衰減。因此，能夠降低發(fā)送功率。
如上所述，該系統(tǒng)最好操作從發(fā)送器到接收器(塞尖發(fā)送到塞尖接收器和塞環(huán)發(fā)送到塞環(huán)接收)的獨(dú)立導(dǎo)線序列電流差值。因此，該系統(tǒng)提供連接的優(yōu)點(diǎn)。
如上面所描述的，該系統(tǒng)通過改變阻抗來生成多個比特。而且，在接收器上提供一個更大的阻抗。使用所連接的系統(tǒng)，表示使用這個大阻抗，虛直接連接有意地建立圖44所示的一系列(縱向)不平衡。
參見圖45，在一個實(shí)施例中，平衡效果是用于抵消施加在所發(fā)送信號上長距離傳輸線路衰減效應(yīng)的自動精度阻抗測量和補(bǔ)償電路(“APIMC”)的一部分。由于跨越阻抗的電壓變化比率(I*R)，這一很大的阻抗不平衡使線路看起來是信號的很小負(fù)載。這最好在每個導(dǎo)線上獨(dú)立地進(jìn)行。一個優(yōu)點(diǎn)是提供了低功率發(fā)送要求。
平衡效果(圖44)和作為一個整體的APIMC之間的差別在于平衡效果是建立一個不平衡的固定阻抗，APIMC使用變化阻抗來將平衡保持在一定范圍內(nèi)。這補(bǔ)償了線路導(dǎo)致的任何不利效果。這也可以在每條導(dǎo)線上獨(dú)立地進(jìn)行。參見圖46，示出了一條導(dǎo)線(即塞尖)上一個連接系統(tǒng)的總串聯(lián)阻抗。在這個例子中，在介質(zhì)上出現(xiàn)任何改變之前，總串聯(lián)阻抗是2.4K。在圖46中，為了簡化未示出建立實(shí)際總阻抗的其它阻抗。
參見圖47，提供了一個APIMC電路如何反應(yīng)傳輸介質(zhì)中變化的例子。該介質(zhì)的阻抗下降到150歐姆，并且通過虛直接連接系統(tǒng)的一端或兩端將總串聯(lián)阻抗重新建立為2.4K。此外，也可以在每個單獨(dú)導(dǎo)線上獨(dú)立地進(jìn)行上述操作。
參見圖48，在一個實(shí)施例中，在塞尖上傳輸一個波形，它具有一個斜率控制的不對稱形狀。而且，圖49示出使用表示比特的電流脈沖來編碼的圖48的波形。波形前沿和后沿上的比特可以用作靜寂區(qū)間。這些比特與閾值無關(guān)。
然而，使用閾值能夠?qū)崿F(xiàn)每個比特的多個比特表示。此外，負(fù)斜率可以用于對稱或反向數(shù)據(jù)傳輸量的增加。
這個斜率控制的不對稱波形以不同的幅度被復(fù)制(即投影)并在它們各自線路上傳輸之前被移位。圖50圖示如何復(fù)制地發(fā)送比特和整個波形。信號及其投影在它們各自的導(dǎo)線上發(fā)送。所有這些因素提供了在接收器上的實(shí)時比例處理和糾錯。
虛直接連接系統(tǒng)使得能夠提供一種在不布設(shè)電纜的情況下將塞尖和塞環(huán)線路的每個連接實(shí)際轉(zhuǎn)換成兩條連接的業(yè)務(wù)。這種單個雙絞線對的分割使用提供了業(yè)務(wù)的靈活性和可量測性，以滿足互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和其它家庭網(wǎng)絡(luò)和接入設(shè)備快速增長的需要。這可以在多種情況下受益，并提供比很多常規(guī)系統(tǒng)更大的數(shù)據(jù)傳輸量，然而，這種使用環(huán)路進(jìn)行通信的變革建立了整個數(shù)據(jù)傳輸方法改變的范例，并滿足了業(yè)務(wù)提供商當(dāng)前和未來所要面臨的帶寬需求。
通過使用表示為電流脈沖的比特進(jìn)行通信，系統(tǒng)實(shí)際上駐留在其自己的領(lǐng)域內(nèi)。通過避免和補(bǔ)償橋式分接頭和其它衰減因素導(dǎo)致的明顯影響，該系統(tǒng)適合于不斷改變的通信介質(zhì)環(huán)境。而且，與現(xiàn)在所用的基于電壓的任何傳輸技術(shù)相比，這種時移投影(并行)調(diào)制和比例處理的獨(dú)特方法使得能夠以更低的功率、更寬的帶寬、在更遠(yuǎn)的距離上更準(zhǔn)確地發(fā)送數(shù)據(jù)。
在根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例中，電流域數(shù)據(jù)傳輸(“CDDT”)使用電流源將能量施加給傳輸路徑。而且，雙線獨(dú)立信號傳輸(“TWISTR”)描述了一種方法和編碼方案，作為通常用于差分通信的單條信道的兩條線路的雙絞線對被用作兩個獨(dú)立的信號路徑。這有效地產(chǎn)生了在任意跟定距離上最低兩倍的數(shù)據(jù)速率增加。
在說明信號流的概念時，描述河水經(jīng)江河流入大海的模擬情況。河水為了流入大海，必須有源源不斷的河水。在這種情況下，海水被蒸發(fā)并隨后以下雨的形式“返回”，從而使河水永不停止地流動。
如果使用地下填充的炸藥向上炸動河水，則表面(橫向)波和聲(縱向)波將從爆炸點(diǎn)在所有方向上傳播。這些波將傳播而不“返回”。實(shí)際上，河水即使不流動，這些波也能傳輸。傳導(dǎo)這些波的唯一需要僅僅是河水介質(zhì)。
在所有介質(zhì)中的波傳播都遵守赫爾姆霍茨波等式，其單向形式表示如下∂2u∂t2=v2∂2u∂x2]]>所有的波傳播現(xiàn)象，例如繩波、聲波、水波、甚至麥克斯維爾平面波都滿足赫爾姆霍茨波等式。
通過觀察這個等式，甚至麥克斯維爾等式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠看出它們顯然是“點(diǎn)”等式。這意味著沿著連續(xù)可傳導(dǎo)介質(zhì)傳播的波能量僅取決于給定點(diǎn)上的條件。這一等式?jīng)Q不會指定波傳播所用返回路徑的要求。沿著空間傳播的光波并不需要返回路徑。沿著大氣傳播的聲波也不需要返回路徑。電波也不需要返回路徑。
僅當(dāng)沒有足夠的介質(zhì)來維持一個波時，才需要返回路徑。通常，如果傳導(dǎo)波的路徑長度比信號波長短，則需要一條返回路徑以足以通過整個波形。如果觀察波長無限長的直流波，則需要一條返回路徑。
在一種實(shí)施例中，如圖51所示，可以比較TWISTR線路編碼方案和以太網(wǎng)編碼。在該圖中，“S”代表對稱。使用線路編碼方案，如果需要發(fā)送“1”，則有源線路傾斜到下一電平。線路之間的動作交替降低了線路上的切換速率，從而延長了傳輸距離。傳輸開始于塞尖線路上的第一次轉(zhuǎn)變。線路上的轉(zhuǎn)變將符合下面的順序斜率上升、保持、斜率下降、保持、斜率下降、保持和斜率上升。
以太網(wǎng)上TWISTR_S的優(yōu)點(diǎn)是明顯的。使用一個平緩斜率發(fā)送一個比特，進(jìn)入損耗傳輸?shù)闹C波被有效地“軟化”。而且，通過降低快速振蕩邊沿相關(guān)的高頻諧波，降低了線路電感的磚墻效應(yīng)，使得信號能夠在更遠(yuǎn)的距離上傳輸。慢速上升沿的另一個優(yōu)點(diǎn)在于降低了所產(chǎn)生的電磁干擾。通過使用隨后將要描述的電流域技術(shù)來進(jìn)一步降低這種干擾。
TWISTR_S線路(塞尖或塞環(huán))的每個周期發(fā)送4比特的信息。這是與16 QAM相同的信道容量。因?yàn)椴⑿惺褂脙蓚€TWISTR_S信號(塞尖和塞環(huán))，每赫茲提供8比特的信息。這等同于256 QAM編碼中所包括的信息量；根據(jù)1999 xDSL報告，64 QAM是所使用的最高信道容量，并限制在4000英尺。QAM結(jié)構(gòu)越高，則符號間距越小。因此越易于受噪聲影響；因此，傳輸距離越短。TWISTR_S并不受緊密符號間距的影響。在邏輯上，1.544兆赫茲基本頻率(我們使用1.5625MHz)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)6000英尺的限制將在6000英尺上產(chǎn)生12.5兆比特/秒的TWISTR_S符號速率(8比特/赫茲)。在一種實(shí)施例中，TWISTR_S的傳輸是通過一對數(shù)字控制電流源。
電流源和電壓源驅(qū)動的TWISTR數(shù)據(jù)信道可以被數(shù)學(xué)建模，其中表明CDDT方法產(chǎn)生較少的干擾。為了比較，兩個平行的有限長度信號導(dǎo)線在圖52中被圖示。這些線路的長度非常短，因此不將其視為傳輸線路。第一條線路是將測量其發(fā)送的數(shù)據(jù)信道。第二條線路是在此測量發(fā)送的目標(biāo)。因此，引入下述變量M＝兩個導(dǎo)線之間的互感；L＝從發(fā)送器測量時一條導(dǎo)線的串聯(lián)電感；Cm＝兩條導(dǎo)線之間的電容耦合；C＝任一導(dǎo)線的內(nèi)部電容；K＝以伏特/秒的電壓斜率的斜率；J＝以安培/秒的電流斜坡的斜率。此外，引入下列等式1emf(S)＝LSi(S)--通過任一導(dǎo)線的電流變化生成的反向電動勢；2emf(S)＝MSi(S)--由于數(shù)據(jù)導(dǎo)線內(nèi)的電流變化導(dǎo)致的耦合到目標(biāo)的電動勢；3v(S)=(Cm+C)v(S)C=Zv(S)]]>--因?yàn)殡妷涸吹淖兓谀繕?biāo)內(nèi)引入的電壓。4v(s)=KS2]]>電壓斜坡5i(S)=JS2]]>電流斜坡最好計算因?yàn)閿?shù)據(jù)導(dǎo)線和目標(biāo)之間的電感耦合和電容耦合導(dǎo)致的耦合到目標(biāo)的能量，然后收集結(jié)果以便比較。電感耦合對于電壓斜率1)通過數(shù)據(jù)導(dǎo)線的電流被發(fā)現(xiàn)等于等式1和4，它產(chǎn)生KS2=LSi(S).]]>求解I(s)=i(S)=KLS3;]]>2)將上式代入等式2發(fā)現(xiàn)耦合到目標(biāo)的電動勢，生成emf(S)=MKLS2;]]>當(dāng)將一個電壓斜坡施加給數(shù)據(jù)導(dǎo)線時，在目標(biāo)中引入一個斜坡。
對于電流斜坡1)在目標(biāo)中引入的電動勢是簡單地將等式5代入等式2，產(chǎn)生emf(S)=MJS.]]>上述結(jié)果是一個階躍響應(yīng)。電容耦合對于電壓斜坡為了得到耦合的能量，我們簡單地將等式4代入等式3。v(S)=KZS2]]>上式是電壓斜率。
對于電流斜坡為了得到電流斜率導(dǎo)致的電動勢，我們將等式5代入等式1以確定電壓，得到emf(S)=LJSi(S);]]>然后將上式代入等式3。v(S)=JLZS]]>上式是一個階躍響應(yīng)。比較emfv(S)=KS2(Z+ML)]]>emfI(S)=JS(LZ+M)]]>在圖53中示出的上述等式表明電流斜坡產(chǎn)生的發(fā)送不同于電壓斜坡。電壓斜坡導(dǎo)致的干擾是一個斜坡。電流斜坡導(dǎo)致的干擾是一個階躍函數(shù)。如果干擾出現(xiàn)在同一對線路的塞尖和塞環(huán)之間，則階躍干擾將導(dǎo)致最少的損害。這是因?yàn)殡m然該對線路一側(cè)是有斜度的，但另一側(cè)保持穩(wěn)定。施加給穩(wěn)定一側(cè)的一個小階躍將不會過多阻礙信號檢測。
對于普通模式干擾(來自其它TWISTR電路和其它外部信源的干擾)，可以使用一個FPGA的具有很好的CMRR和敏感過抽樣的差動電路。因?yàn)門WISTR_S中的比特信息重疊，所以信號最好包含內(nèi)置的冗余以允許簡單的糾錯方案。
當(dāng)執(zhí)行“乒乓”方式通信時，通信線路每側(cè)上的設(shè)備交替地發(fā)送然后接收。當(dāng)設(shè)計使用數(shù)字控制電流源作為線路驅(qū)動器時，則本領(lǐng)域的一個普通技術(shù)人員能夠輕易地實(shí)現(xiàn)接收模式和發(fā)送模式之間的切換。為了發(fā)送(傳輸)，數(shù)字輸入被設(shè)置以發(fā)送將要發(fā)送的電流。對于接收模式，數(shù)字輸入被設(shè)置為零電流。因?yàn)殡娏髟幢欢x為一個開放電路，所以不需要從線路斷開驅(qū)動器。
在一個實(shí)施例中，可以使用一個差動電路來消除干擾。圖54示出給定輸入波形的差動電路的輸出。
差動放大器最好被構(gòu)造以將塞環(huán)從塞尖中減去。如果這樣做，則消除了普通模式干擾。因?yàn)椴顒臃糯笃鞯妮敵霾皇芫€路切換限制的約束，能夠使用由數(shù)字信號處理裝置可提取的完整的所有原始發(fā)送的信息來重新構(gòu)建一個信號因?yàn)榭梢允褂靡粋€差動放大器來集合兩條線路以生成一個帶有完整原始數(shù)據(jù)的輸出，已經(jīng)開發(fā)了一種新的編碼方法來利用這種現(xiàn)象。新的編碼方法稱作TWISTR_A。TWISTR_A結(jié)合零壓縮和其它技術(shù)，并與TWISTR_S相比在性能上提高兩倍。
通過觀察差動放大器輸出，應(yīng)當(dāng)注意到存在多個尖峰點(diǎn)。這些尖峰點(diǎn)可以輕易地和清楚地識別出比特邊界。最好由一個FPGA在這些所檢測的邊沿上執(zhí)行DPLL同步。斜率檢測的抽樣點(diǎn)將從所檢測比特邊沿偏移1/2比特周期。為了消除噪聲并提高靈敏度，使用過抽樣。
參見圖54，僅當(dāng)要發(fā)送1時信號才轉(zhuǎn)變。這意味著包含過多零的發(fā)送數(shù)據(jù)可能導(dǎo)致輸出維持在一個恒定電平上。如果信號必須通過交流耦合電路或者穿越POTS中所用的普通雙絞線對磁性材料，這可能產(chǎn)生問題。
為了確保TWISTR信號維持在最小轉(zhuǎn)換速率上，在塞尖或塞環(huán)的行中檢測到每7個零則將一個1插入比特流內(nèi)。圖55圖示在塞環(huán)上的1插入(X)。
即使線路在零電勢上，也最好出現(xiàn)1插入。這種轉(zhuǎn)變使DPLL能夠維持同步。這些轉(zhuǎn)變還防止接收器錯誤地檢測靜寂(在下一部分中要描述的)和丟棄電流信息包。
在一個實(shí)施例中，1插入計數(shù)器(OIC)開始計算ST字節(jié)的第一比特。對于一個為7的OIC計數(shù)，線路在大約16比特的周期上為低。這意味著最低切換速率周期是32比特周期。系統(tǒng)的最低可選傳輸速率是1.5625Mb/s。在這個速率上，最低切換諧波是1562500/32＝49Khz。這遠(yuǎn)在POTS的音頻段之上。
香農(nóng)(Shannon)的論文中所發(fā)現(xiàn)的一個原理如下“……兩個相同的信道(具有)兩倍的發(fā)送信息的容量”。因?yàn)殡p絞線對的每條線路都是一條獨(dú)立的信號路徑，因此一個開始的主張(starting claim)或TWISTR_S是標(biāo)準(zhǔn)差動信令所用雙絞線對帶寬的兩倍。
雙絞線對通常是有損耗的。這意味著使用其特征阻抗來端接一個線路可能不如使用一個電阻來端接線路簡單。損耗線路的特征阻抗一般是電抗性的。如果使用一個實(shí)際的阻抗來端接，一個電抗性的線路將最終產(chǎn)生反射。
接收側(cè)的反射可以通過下面所要描述的反射消除算法來消除；然而，這將不允許為雙工操作(兩側(cè)同時發(fā)送)優(yōu)化線路。
存在多種提供端接以將能量從線路端點(diǎn)消除而不產(chǎn)生反射的獨(dú)特方法。這些方法包括主動和被動的。
在一種實(shí)施例中，通過近端和遠(yuǎn)端的所有信息被劃分成每個48至64字節(jié)的“組塊”。每個“組塊”被封裝在一個幀中。這一處理被稱作分組化。該幀使系統(tǒng)能夠確定正在發(fā)送哪種信息(數(shù)據(jù)或管理/控制)。該幀提供一個簡單的錯誤檢測以確定系統(tǒng)質(zhì)量，從而使系統(tǒng)能夠采取措施來改善可靠性。
作為正常操作的一部分，該系統(tǒng)封裝并發(fā)送OAM消息(操作和維護(hù))。這些消息不是ATM的OAM信元。這些OAM消息專用于這一系統(tǒng)，并僅僅有幾個字節(jié)(不是在ATM中完整的53個字節(jié))。
每幀的第一字節(jié)稱作ST字節(jié)(SYNC/TYPE)，它執(zhí)行兩個功能。第一個功能是遠(yuǎn)側(cè)DPLL(數(shù)字鎖相環(huán))的開始參考。第二個功能是通知遠(yuǎn)側(cè)所發(fā)送的幀類型。在一種實(shí)施例中，在第一版本的系統(tǒng)中有四個幀類型1)信元數(shù)據(jù)傳輸ST＝11111010；2)組塊數(shù)據(jù)傳輸ST＝11110101；3)OAM管理消息ST＝11111111；和4)OAM端接消息ST＝11110000。
系統(tǒng)內(nèi)的這些字節(jié)最好在第一MSB發(fā)送。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將注意的，每個ST字節(jié)的最高有效比特包含相同的模式。這一模式是在塞尖上提供一個清楚的梯形以使遠(yuǎn)側(cè)與其同步的同步模式。隨后四個比特提供幀類型標(biāo)識。
在一個實(shí)施例中，軟件執(zhí)行數(shù)據(jù)的簡單校驗(yàn)和，該校驗(yàn)和是ST字節(jié)直到但并不包括校驗(yàn)和字節(jié)的所有字節(jié)的反轉(zhuǎn)和。然而，也可以使用其它方案進(jìn)行錯誤檢測。
圖56示出一個信元數(shù)據(jù)傳輸幀。信元數(shù)據(jù)傳輸是一個優(yōu)選的傳輸方法，因?yàn)樗⒉恍枰庋b在傳輸內(nèi)的固有信息(例如信元大小)。
信元大小最好是FPGA編譯的時間常數(shù)，信元大小為ATM信元傳輸而優(yōu)化。在將數(shù)據(jù)輸入FIFO之前刪除幀信息。而且，在進(jìn)入FIFO的信元的第一個字節(jié)上設(shè)置SOC標(biāo)記。如果檢測到信元的校驗(yàn)和錯誤或者突然結(jié)束，則用零填充信元的其余部分。記錄校驗(yàn)和錯誤以及不完整的信元。
參見圖57，示出組塊傳輸幀，用于支持各種接口和所需要的測試平臺。然而，如果不需要，最好不支持這個幀。
參見圖58，示出OAM管理消息。這些消息的目的是允許RISC處理器通信來交換操作信息和控制。存在屬于該幀類型的多個OAM消息。這些消息的一個應(yīng)用是將該系統(tǒng)放置在線路檢測模式，其中該系統(tǒng)執(zhí)行一個迭代處理以補(bǔ)償線路變化。
應(yīng)當(dāng)注意到圖58所示的字段取決于正在發(fā)送的消息。在這個編排中，所有的AOM消息都是10字節(jié)。任何未用字段被視為保留以便將來使用。
參見圖59，示出一個OAM啟動消息。這個消息的目的是協(xié)商主機(jī)和從機(jī)之間的啟動。在圖59中，波特率以千比特/秒表示。盡管一個實(shí)施例可以在12.5M比特/秒或更低的操作速率上工作，該系統(tǒng)的另一個實(shí)施例可以以100M抽樣/秒的速率進(jìn)行抽樣。在圖59中，可設(shè)置的范圍是1Kbps至65M比特/秒；其中1111111111111111＝65,536,000比特/秒。
在圖60中，示出OAM消息，最好用于兩個目的。第一個目的是通知遠(yuǎn)側(cè)電流傳輸話路建立并可以開啟它的傳輸。當(dāng)沒有信息要發(fā)送時它還用作“定時信號(heartbeat)”，這些信號被不斷地來回發(fā)送以檢測鏈路的完整性。這個消息的目的如下1)表示話路建立；2)通知遠(yuǎn)側(cè)可以接收的信元數(shù)量(其接收FIFO內(nèi)剩余的空間量)；和3)在沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時操作為一個定時信號/線路檢查消息。最好由FPGA自動生成OAM端接消息。
系統(tǒng)的典型工作模式最好包括加電模式、搜尋模式和工作模式。在加電模式，該系統(tǒng)執(zhí)行多個自診斷，然后清除所有的計數(shù)器和控制變量。然后將其自身設(shè)置為搜尋模式。
在搜尋模式，主板將設(shè)置最低帶寬模式。如果該設(shè)備是從設(shè)備，它將連續(xù)地監(jiān)聽直到它已經(jīng)接收到一個OAM啟動消息(它將不考慮所有其它消息)。如果該設(shè)備被配置為一個主設(shè)備，它將用一個啟動應(yīng)答消息應(yīng)答。該主設(shè)備隨后將發(fā)送另一個啟動消息，該消息命令從設(shè)備提高到一個給定傳輸速率(將要使用的二進(jìn)制樹方法)。在新的等級上，從設(shè)備將再次監(jiān)聽并且主設(shè)備將發(fā)送啟動消息。如果兩側(cè)都無差錯地接收到消息，它們將執(zhí)行這個操作直到實(shí)現(xiàn)最高波特率。在最新的版本中，將執(zhí)行實(shí)際的線路測試(例如脈沖/階躍響應(yīng))，這將允許迭代處理以確定最佳頻率，和確定并補(bǔ)償來自橋式分接頭的反射。
當(dāng)主設(shè)備設(shè)置主板之間的操作頻率時，它將發(fā)出第一OAM端接消息，該消息將啟動系統(tǒng)的乒乓操作。當(dāng)一側(cè)接收到一個端接消息時，它得知它已經(jīng)控制線路并得知它可以發(fā)送的信元數(shù)量。數(shù)據(jù)信元發(fā)送的數(shù)量將比剛剛接收的空間A字節(jié)和它在FIFO內(nèi)的信元數(shù)量少。當(dāng)一側(cè)完成發(fā)送時(如果它具有要發(fā)送的信息)，它將發(fā)送一個帶有其FIFO內(nèi)的剩余空間量的端接消息給另一側(cè)，并重復(fù)該處理。
在普通操作過程中，如果任一側(cè)都沒有在可配置的時間周期內(nèi)檢測到一個OAM端接消息(HbtTimeout)，則該側(cè)將返回搜尋模式。該周期最好不長于一側(cè)在緩沖器存滿時清除緩沖器所需時間的1.5倍。
當(dāng)存在連續(xù)八個比特周期沒有轉(zhuǎn)變時最好認(rèn)為在線路(塞尖或塞環(huán))上出現(xiàn)靜寂。維持靜寂狀態(tài)，只要線路上未出現(xiàn)轉(zhuǎn)變。存在兩種類型的靜寂即真靜寂和假靜寂。
當(dāng)線路電勢在“零伏”狀態(tài)下保持第一個八比特周期的靜寂周期時，檢測到真靜寂狀態(tài)。真靜寂的“零伏”狀態(tài)是當(dāng)電壓不超過梯形幅值的25％時。真靜寂用于描述幀之間的距離(非常類似于HDLC內(nèi)的標(biāo)記符號)。在各幀之間，在一條線路上發(fā)送真靜寂，僅允許另一條線路提供同步。當(dāng)發(fā)送器將線路控制讓給另一側(cè)時，在兩條線路上發(fā)送真靜寂。這在發(fā)送OAM端接消息之后出現(xiàn)。這種技術(shù)提供冗余信令。
當(dāng)線路不在“零伏”狀態(tài)下保持全部八個比特周期的靜寂判斷周期時，檢測到FALSE(假)靜寂狀態(tài)。最好在普通操作時不為任何信令目的發(fā)送FALSE靜寂。在保持一個直流電平來測量線路“下降”的線路測試過程使用類似于FALSE靜寂的線路狀態(tài)。這一測量使TWISTR能夠確定線路的最小切換速率，如果需要的話，可以在很長的線路上預(yù)先補(bǔ)償下降。
最好使用TRUE(真)靜寂來終結(jié)每幀。在發(fā)送了CKSUM字節(jié)的最后一個比特之后在下一個比特周期內(nèi)執(zhí)行終結(jié)。因?yàn)榻K結(jié)的目的是將線路電勢設(shè)置為零，因此不需要不斷轉(zhuǎn)換。圖61示出到TRUE靜寂的幀終結(jié)，其中“S”表示靜寂，“T”表示終結(jié)周期。
幀之間的距離提供失去同步時的恢復(fù)手段。幀之間的狀態(tài)最好是獨(dú)特的，并在一幀開始時提供有效的啟動同步。圖62圖示幀之間的多個信號的實(shí)施例。在一個實(shí)施例中。在塞環(huán)電路上恰好有八個靜寂狀態(tài)。這強(qiáng)制接收器進(jìn)入靜寂終結(jié)模式，導(dǎo)致在發(fā)送完幀之后失去同步并記錄比特。在另一個實(shí)施例中，通過使用編碼變化來在3個比特周期而非15個比特周期內(nèi)強(qiáng)制終結(jié)，從而縮短幀內(nèi)時間。
噪聲邊沿是用于確定在兩個抽樣之間檢測到的變化是否很大的一個數(shù)值。如果兩個抽樣之間的差值小于或等于線路上所檢測的噪聲，則可以認(rèn)為線路上沒有變化。在靜寂周期內(nèi)，系統(tǒng)不斷抽樣差動放大器輸出以算術(shù)地確定噪聲邊沿。通過讀取每個比特周期上的抽樣并計算所有抽樣之間的最大一最小差值來確定噪聲邊沿。然后存儲這個數(shù)值。在靜寂周期內(nèi)為所有其它比特完成這個處理。所有比特周期抽樣的最大的最大-最小差值成為用于所接收的下一幀的噪聲邊沿。如果所測量的噪聲邊沿大于所期望的斜率差值，則系統(tǒng)最好進(jìn)行響應(yīng)。在另一種實(shí)施例中，因?yàn)槟軌驁?zhí)行過抽樣的數(shù)量，可以平均信號來降低噪聲。
參見圖63和64，最好通過抽樣來檢測斜率。然而，也可以使用其它公知的方法。最好由一個FPGA來執(zhí)行差動放大器輸出的最小的八次過抽樣。即，在每個比特周期內(nèi)最少執(zhí)行八次抽樣。在比特周期的前半部執(zhí)行兩個抽樣(A和B)，在比特周期的后半部執(zhí)行兩個抽樣(C和D)。
在一個實(shí)施例中，最好由PIC處理器保持計數(shù)器以詢問如圖65所示的網(wǎng)絡(luò)管理單元。
如上所示，在一個實(shí)施例，為一個無線系統(tǒng)建立一個雙線系統(tǒng)，每條線路上有不同的信號。這使得能夠執(zhí)行并行時間偏移電流調(diào)制處理。該系統(tǒng)提供并行時間偏移，因?yàn)閮蓚€脈沖的峰值在不同的時間位置上，兩個脈沖的斜率不同，斜率上的比特在時間位置上不同，但是兩個脈沖的開始和結(jié)束在相同的時間位置上。
參見圖66至68，示出根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的另一個實(shí)施例的簡圖和方框圖。該系統(tǒng)包括一個數(shù)據(jù)發(fā)送器設(shè)備、無線數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)和一個數(shù)據(jù)接收器。數(shù)據(jù)接收器接收發(fā)送器通過無線數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)發(fā)送的數(shù)據(jù)信號。
參見圖71，發(fā)送器的單個結(jié)束輸出由發(fā)送器輸出網(wǎng)絡(luò)(即D5、D6、D7、D8、R22和C16)轉(zhuǎn)換成一個雙結(jié)束輸出，輸出5通過門電路2和3連接到天線，輸出6通過門電路2和3并通過天線回線到C45連接到地。因此，提供了信號的無線傳輸。
參見圖68，發(fā)送器的單個結(jié)束輸入被轉(zhuǎn)換成雙結(jié)束輸入，天線IN通過門電路2和3連接到天線，天線回線IN通過門電路2和3通過天線回線到C45連接到地，使用從天線通過天線回線到C45再到地的冗余電流建立了一個等價雙線系統(tǒng)。因此，接收了無線傳輸信號。
應(yīng)當(dāng)理解在此所描述的僅僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在不脫離如權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的實(shí)際保護(hù)范圍和精神的情況下，可以在該實(shí)施例中進(jìn)行各種變化和修改。應(yīng)當(dāng)理解在一個實(shí)施例中所討論的特征、結(jié)構(gòu)和功能都可以結(jié)合到本文所述的另一實(shí)施例中。
權(quán)利要求
1.一種在通信線路上發(fā)送作為電流脈沖序列的電壓信號波形的方法，包括步驟將輸入電壓信號波形轉(zhuǎn)換成非差動電流信號波形；提供預(yù)定的基本恒定的電壓；響應(yīng)所述電流信號波形將所述非差動電流脈沖發(fā)送到包括多條線路的所述通信線路上；和當(dāng)發(fā)送所述非差動電流脈沖時，在具有未確定阻抗的所述通信線路上維持一個偏置電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟在發(fā)送所述電流脈沖的步驟之前對所述電流信號波形濾波。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述濾波步驟還包括在一對反向偏置的二極管之間接收所述電流信號波形，每個二極管都具有兩端，所述該對反向偏置的二極管的第一端接收所述電流信號波形，所述該對反向偏置的二極管的第二端連接到地；和差分所述電流信號波形，所述差分器具有兩端，所述差分器的第一端連接到所述該對反向偏置的二極管的第一端，所述差分器的第二端連接到一個電容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟在發(fā)送所述電流脈沖的步驟之前，放大所述電流信號波形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中維持所述偏置電壓的步驟還包括步驟提供具有可調(diào)整阻抗的發(fā)送器電路，所述發(fā)送器電路連接到所述通信線路；通過從所述發(fā)送器電路發(fā)送的信號來測量所述通信線路的阻抗；和根據(jù)所述測量來調(diào)整所述發(fā)送器電路的所述阻抗，以便在所述電流脈沖的傳輸過程中在所述通信線路上提供所述偏置電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中測量步驟還包括步驟在所述通信線路上發(fā)送至少一個參考/校準(zhǔn)脈沖，并測量線路阻抗對所述電流脈沖的影響。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟提供適合于檢測和測量所述電流脈沖的接收器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟提供連接到發(fā)送器電路的數(shù)據(jù)輸入，該發(fā)送器電路包括與可變電阻串聯(lián)的電容器；將輸入的所述電壓脈沖轉(zhuǎn)換成所述電流脈沖以便傳輸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述偏置電壓維持在大約1伏上。
10.一種在通信線路上發(fā)送數(shù)據(jù)信號的方法，包括生成將要發(fā)送的代表數(shù)據(jù)的非差動電流脈沖；在具有未確定阻抗的所述通信線路上發(fā)送該非差動電流脈沖；提供遠(yuǎn)端接收器，適合于接收所述非差動電流脈沖以及檢測和測量所述非差動電流脈沖所生成的電流以將所測量的電流轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括步驟生成參考電流脈沖并在通信線路上予以發(fā)送；和接收該參考脈沖并調(diào)整所述接收器以根據(jù)所生成的用于表示數(shù)據(jù)的所述電壓脈沖來檢測和測量電流。
12.一種將輸入電壓信號波形作為非差動電流脈沖序列發(fā)送到通信線路上的電路，包括轉(zhuǎn)換器，用于接收所述輸入電壓信號波形，并響應(yīng)該輸入電壓信號波形生成輸出；和發(fā)送器，響應(yīng)所述轉(zhuǎn)換器的所述輸出，在具有未確定阻抗的所述通信線路上發(fā)送所述非差動電流脈沖信號序列。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路，還包括一個可操作地連接在所述轉(zhuǎn)換器和所述發(fā)送器之間的濾波器。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路，還包括一個可操作地連接在所述轉(zhuǎn)換器和所述發(fā)送器之間的放大器。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路，其中所述轉(zhuǎn)換器包括第一共發(fā)射極晶體管；第一，第二和第三電容器，分別具有兩端；所述第一電容器的第一端接收所述輸入電壓信號波形；所述第一電容器的第二端和所述第二電容器的第一端連接到所述第一共發(fā)射極晶體管的基極；連接在所述第一共發(fā)射極晶體管的集電極和電壓輸入之間的電阻；所述第三電容器的第一端連接到所述共發(fā)射極晶體管的所述集電極，所述第三電容器的所述第二端連接到所述第二電容器的所述第二端；和連接到所述第二和第三電容器的所述第二端的電阻。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中所述濾波器包括一對具有兩端反向偏置的二極管；所述該對反向偏置的二極管的第一端可操作地連接到所述轉(zhuǎn)換器；差分器，可操作地連接到所述該對反向偏置二極管的第二端；和連接在所述差分器和所述放大器之間的電容器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電路，其中所述差分器包括與可變電阻串聯(lián)的電容器。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，其中所述放大器包括第二共發(fā)射極晶體管，具有連接到所述發(fā)送器的集電極；連接到電壓輸入的電阻，所述電阻還連接到所述第二共發(fā)射極晶體管的所述集電極和所述發(fā)送器；和所述第二共發(fā)射極晶體管的基極接收所述電流信號波形。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電路，其中所述發(fā)送器包括包括第一端和第二端的第一電容器，所述第一端可操作地連接到所述放大器；一對具有兩端的反向偏置的二極管；所述該對反向偏置的二極管的第一端連接在所述第一電容器的第二端和地之間；具有兩端的可變電阻；所述可變電阻的第一端連接到所述第一電容器的第二端和所述該對反向偏置二極管的所述第一端；和具有兩側(cè)的第二電容器，所述第二電容器的第一側(cè)連接到所述可變電阻的第二端，其中所述第二電容器的所述第二端連接到通信線路。
20.一個作為電流脈沖序列發(fā)送一個輸入電壓信號的電路，包括第一和第二共發(fā)射極晶體管；第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七電容器，分別具有兩端；第一，第二和第三可變電阻，分別具有兩端；分別具有兩端的第一和第二電阻，；第一和第二對反向偏置二極管，每對都具有兩端；所述第一電容器的第一端接收所述輸入電壓信號波形；所述第一電容器的第二端和所述第二電容器的第一端連接到所述第一共發(fā)射極晶體管的基極；連接在所述第一共發(fā)射極晶體管的集電極和電壓輸入之間的第一可變電阻；所述第三電容器的第一端連接到所述第一共發(fā)射極晶體管的所述集電極，所述第三電容器的所述第二端連接到所述第二電容器的所述第二端；和所述電阻的第一端共同連接到所述第二和第三電容器的所述第二端；所述第一對反向偏置二極管的第一端可操作地連接到所述第二電阻的第二端和所述第四電容器的第一端；所述第四電容器的第二端連接到所述第二可變電阻的第一端；所述第五電容器的第一端連接在所述第二可變電阻的第二端和所述第二共發(fā)射極晶體管的基極之間；所述第二電阻的第一端連接到所述電壓輸入；所述第二電阻的第二端連接在所述第二共發(fā)射極晶體管的集電極和所述第六電容器的第一端之間；所述第二對反向偏置的二極管的第一端連接到所述第六電容器的第二端；所述第三可變電阻的第一端連接到所述第六電容器的第二端和所述第二對反向偏置二極管的所述第一端；和所述第七電容器的第一端連接到所述第三可變電阻的第二端，其中所述第七電容器的所述第二端連接到所述通信線路。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電路，還包括通過所述通信線路可操作地連接到所述發(fā)送器的接收器。
22.一種將電流脈沖序列發(fā)送到通信線路上的方法，包括步驟將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成非差動電流脈沖；和將所述非差動電流脈沖信號發(fā)送到具有未確定阻抗的所述通信線路上。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中通信線路包括塞尖和塞環(huán)線路。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括步驟施加一個預(yù)定電壓以在傳輸過程中偏置所述通信線路。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，還包括步驟施加預(yù)定電壓以在傳輸過程中偏置所述通信線路。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包括步驟改變所述偏置電壓的功率輸入以在所述電流脈沖的傳輸過程中維持所述通信線路上的所述偏置電壓基本上恒定。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括步驟將輸入電壓信號波形轉(zhuǎn)換成電流信號波形；提供預(yù)定的基本恒定的電壓；和響應(yīng)所述電流信號波形將所述電流脈沖發(fā)送到所述通信線路上。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，還包括步驟施加預(yù)定電壓以在傳輸過程中偏置所述通信線路；和改變所述偏置電壓的功率輸入以在所述電流脈沖的傳輸過程中維持所述通信線路上的所述偏置電壓基本上恒定。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，還包括步驟在發(fā)送所述電流脈沖的步驟之前對所述電流信號波形濾波。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括步驟提供適合于檢測和測量所述電流脈沖的接收器。
31.一種將非差動電流脈沖信號序列發(fā)送到通信線路上的方法，包括步驟將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成非差動電流脈沖；在包括塞尖和塞環(huán)線路并具有未確定阻抗的所述通信線路上發(fā)送所述非差動電流脈沖；和提供適合于將所述非差動電流脈沖解譯成所述數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)端接收機(jī)。
32.一種數(shù)據(jù)通信方法，包括步驟提供參考電壓電勢；提供可操作地連接到所述參考電壓電勢的端接阻抗；提供可操作地連接到所述端接阻抗和通信線路的可變控制阻抗；響應(yīng)電壓輸入數(shù)據(jù)信號來改變所述可變控制阻抗；和響應(yīng)所述可變控制阻抗的改變檢測在通信線路上的電流變化。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的數(shù)據(jù)通信方法，還包括步驟提供可操作地連接到通信線路的另一個參考電壓，并維持參考電壓之間的基本恒定的阻抗值。
34.一種將電壓信號波形作為電流脈沖序列發(fā)送到天線和無線通信介質(zhì)上的方法，包括步驟將輸入電壓信號波形轉(zhuǎn)換成電流信號波形；提供預(yù)定的基本恒定的電壓；響應(yīng)所述電流信號波形將所述電流脈沖發(fā)送到所述天線上；和在發(fā)送所述電流脈沖時維持所述天線上的偏置電壓。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，還包括步驟在發(fā)送所述電流脈沖的步驟之前對所述電流信號波形濾波。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述濾波步驟還包括接收一對反向偏置二極管之間的所述電流信號波形，每個二極管都具有兩端，所述該對反向偏置二極管的第一端接收所述電流信號波形，所述該對反向偏置二極管的第二端連接到地；和差分所述電流信號波形，所述差分器具有兩端，所述差分器的第一端連接到所述該對反向偏置二極管的第一端，所述差分器的第二端連接到電容器。
37.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，還包括步驟在發(fā)送所述電流脈沖的步驟之前放大所述電流信號波形。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中維持所述偏置電壓的步驟還包括步驟提供具有可調(diào)阻抗的發(fā)送器電路，所述發(fā)送器電路連接到所述天線；通過從所述發(fā)送器電路發(fā)送信號來測量所述天線的阻抗；和根據(jù)所述測量來調(diào)整所述發(fā)送器電路的所述阻抗以在所述電流脈沖的傳輸過程中提供所述天線上的所述偏置電壓。
39.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，還包括步驟提供適合于檢測和測量所述電流脈沖的接收器。
40.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其中所述偏置電壓維持在大約1伏。
41.一種通過無線連接發(fā)送數(shù)據(jù)信號的方法，包括生成代表將要發(fā)送數(shù)據(jù)的電流脈沖；將該電流脈沖發(fā)送到天線上；提供遠(yuǎn)端接收器，它適合于接收所述電流脈沖，并檢測和測量由所述電壓脈沖生成的電流以將所測量的電流轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)。
42.一種方法，包括步驟將一對輸入信號提供給差動放大器以生成重新構(gòu)建的數(shù)據(jù)傳輸信號；和從該重新構(gòu)建的數(shù)據(jù)傳輸信號中提取原始發(fā)送的信息。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，還包括步驟在該重新構(gòu)建的數(shù)據(jù)傳輸信號中識別比特邊界；并使用該比特邊界來執(zhí)行同步。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，還包括步驟至少部分根據(jù)所識別的比特邊界來識別抽樣點(diǎn)。
45.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，還包括步驟在抽樣點(diǎn)上對重新構(gòu)建的數(shù)據(jù)執(zhí)行斜率檢測。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，還包括步驟根據(jù)所檢測的斜率來提取數(shù)據(jù)。
47.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，還包括步驟將數(shù)據(jù)信號插入至少一對輸入信號中；和使用該數(shù)據(jù)信號來維持最低轉(zhuǎn)換速率。
48.一種方法，包括步驟分組化通過控制電流源在傳輸介質(zhì)上發(fā)送的信息；和將一幀包括在該分組化信息內(nèi)。
49.根據(jù)權(quán)利要求48的方法，還包括步驟在幀中提供信元數(shù)據(jù)傳輸信息。
50.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，還包括步驟在幀中提供組塊數(shù)據(jù)傳輸信息。
51.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，還包括步驟在幀中提供操作和維護(hù)消息。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，還包括步驟在操作和維護(hù)消息中提供一個啟動消息。
53.根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，還包括步驟在操作和維護(hù)消息中提供一個終結(jié)消息。
54.一種方法，包括步驟對使用控制電流源在傳輸介質(zhì)上發(fā)送信息的設(shè)備執(zhí)行自診斷；確定通過傳輸介質(zhì)發(fā)送信息的速率；和通過該傳輸介質(zhì)發(fā)送信息。
55.一種方法，包括步驟檢測傳輸線路上沒有轉(zhuǎn)變的周期；和確定在該周期內(nèi)是否存在一個真靜寂狀態(tài)。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中確定是否存在真靜寂狀態(tài)的步驟包括確定傳輸線路是否具有低于預(yù)定閾值的電壓。
57.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，還包括步驟在真靜寂狀態(tài)過程中終結(jié)一幀。
58.根據(jù)權(quán)利要求55所述方法，還包括步驟在真靜寂狀態(tài)下確定傳輸線路上的噪聲邊沿。
59.一種使用雙絞線對進(jìn)行獨(dú)立信號傳輸?shù)姆椒?，包括步驟使用具有輸出的控制電流源生成多個數(shù)字信號；和編碼該數(shù)字信號。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中編碼數(shù)字信號的步驟包括響應(yīng)接收二進(jìn)制值“1”作為數(shù)字信號之一使控制電流源輸出上升。
61.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，還包括步驟通過一對電導(dǎo)線發(fā)送數(shù)字信號。
62.根據(jù)權(quán)利要求59的方法，還包括步驟通過交替地發(fā)送信號和接收返回信號來通過一對電導(dǎo)線發(fā)送數(shù)字信號。
63.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，還包括步驟以大約12.5M比特/秒在大約6000英尺上通過一對電導(dǎo)線發(fā)送數(shù)字信號。
64.一種方法，包括步驟使用包括多個控制電流源的設(shè)備生成多個數(shù)字信號，每個電流源具有一個輸出；和在一對電導(dǎo)線上編碼數(shù)字信號。
65.根據(jù)權(quán)利要求64的方法，其中編碼數(shù)字信號的步驟包括響應(yīng)接收二進(jìn)制值“1”作為數(shù)字信號之一使控制電流源輸出上升。
66.根據(jù)權(quán)利要求64所述的方法，還包括步驟在該對電導(dǎo)線之間交替數(shù)字信號。
67.根據(jù)權(quán)利要求64所述的方法，還包括步驟以大約12.5M比特/秒在大約6000英尺上通過該對電導(dǎo)線發(fā)送數(shù)字信號。
68.根據(jù)權(quán)利要求64所述的方法，還包括步驟將數(shù)字信號提供給差動放大器以生成重新構(gòu)建的數(shù)據(jù)傳輸信號；和從該重新構(gòu)建的數(shù)據(jù)傳輸信號中提取原始發(fā)送的信息。
69.根據(jù)權(quán)利要求68所述的方法，還包括步驟在該重新構(gòu)建的數(shù)據(jù)傳輸信號中識別比特邊界；并使用該比特邊界來執(zhí)行同步。
70.根據(jù)權(quán)利要求69所述的方法，還包括步驟至少部分地根據(jù)所識別的比特邊界來識別抽樣點(diǎn)。
71.根據(jù)權(quán)利要求70所述的方法，還包括步驟在抽樣點(diǎn)上對重新構(gòu)建的數(shù)據(jù)執(zhí)行斜率檢測。
72.根據(jù)權(quán)利要求71所述的方法，還包括步驟根據(jù)所檢測的斜率來提取數(shù)據(jù)。
73.根據(jù)權(quán)利要求64的方法，還包括步驟對設(shè)備執(zhí)行自診斷；和確定通過電導(dǎo)線的發(fā)送速率。
74.一種在具有縱向阻抗的通信線路上發(fā)送數(shù)據(jù)的方法，包括步驟將信號發(fā)送到包括數(shù)據(jù)的線路上；根據(jù)接近線路接收端的至少一部分線路縱向阻抗上的線路阻抗的至少一個元件的測量來確定數(shù)據(jù)。
75.根據(jù)權(quán)利要求74所述的方法，包括給接近線路接收端的線路提供一個電抗元件，并向其添加阻抗，針對所添加的電抗元件來進(jìn)行測量。
76.根據(jù)權(quán)利要求75所述的方法，其中電抗元件是一個電阻，所測量的阻抗成分是電壓。
77.根據(jù)權(quán)利要求74所述的方法，其中測量包括檢測信號單元的斜率。
78.根據(jù)權(quán)利要求77所述的方法，其中測量包括檢測信號單元的斜率。
79.根據(jù)權(quán)利要求76所述的方法，其中電壓在線路和接近線路接收端的低充電參考點(diǎn)之間。
80.根據(jù)權(quán)利要求74所述的方法，其中發(fā)送步驟包括在1000英尺的線路上發(fā)送。
81.根據(jù)權(quán)利要求79所述的方法，其中發(fā)送步驟包括在1000英尺的線路上發(fā)送。
82.根據(jù)權(quán)利要求74所述的方法，包括步驟相鄰地設(shè)置第二傳輸線路，并將信號發(fā)送到包括數(shù)據(jù)的第二線路上；并根據(jù)接近第二線路接收端的至少一部分線路縱向阻抗的線路阻抗的至少一個元件的測量來確定數(shù)據(jù)。
83.就權(quán)利要求82所述的方法，其中發(fā)送步驟包括在1000英尺的每條線路上發(fā)送。
84.一種在具有一個縱向阻抗的通信線路上發(fā)送數(shù)據(jù)的方法，包括步驟將信號發(fā)送到包括數(shù)據(jù)的線路上；和根據(jù)線路和接近線路接收端的低充電參考點(diǎn)之間的參考電壓的測量來確定數(shù)據(jù)。
85.根據(jù)權(quán)利要求84所述的方法，其中低充電參考點(diǎn)是相對于線路接收端的地。
86.根據(jù)權(quán)利要求84所述的方法，其中通信線路作為雙絞線對與第二傳輸線路物理上耦合。
87.根據(jù)權(quán)利要求86所述的方法，包括將獨(dú)立信號發(fā)送到包括數(shù)據(jù)的第二線路上；和根據(jù)第二線路和接近第二線路接收端的低充電參考點(diǎn)之間的參考電壓的測量來確定數(shù)據(jù)。
88.根據(jù)權(quán)利要求87所述的方法，包括比較第一和第二線路之間測量的電壓并生成至少一個驅(qū)動數(shù)據(jù)信號。
89.根據(jù)權(quán)利要求88所述的方法，其中比較步驟包括相減兩個電壓信號。
90.根據(jù)權(quán)利要求84所述的方法，其中發(fā)送步驟包括在1000英尺的線路上發(fā)送。
91.根據(jù)權(quán)利要求89所述的方法，其中發(fā)送步驟包括在1000英尺的線路上發(fā)送。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)，更具體地說，涉及在數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)之間電子數(shù)據(jù)的高速傳輸。本發(fā)明闡述了一種將電壓信號波形作為電流脈沖序列發(fā)送到通信線路上的方法和設(shè)備。該方法要求將輸入電壓信號波形轉(zhuǎn)換成電流信號波形，并將結(jié)果電流脈沖發(fā)送到一條維持預(yù)定偏置電壓的通信線路上。
文檔編號H04L25/02GK1466836SQ01816423
公開日2004年1月7日 申請日期2001年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月27日
發(fā)明者詹姆斯·諾爾曼·安德森, 詹姆斯 諾爾曼 安德森 申請人:萊恩克實(shí)驗(yàn)股份有限公司