数据通信业务的需求正以非常高的速度增长。最终用户需要越来 越多的带宽主要是因特网与其他数据密集的高带宽应用程序的结果。 最近几年中，因特网在最终用户数和发送的通信量方面呈爆炸性增长。 用户和其他最终用户都需要更高的带宽连接和更快的因特网接入。需 求的另一个原因是越来越多的企业开始使用数据通信网络(包括因特 网上的通信量)在办公室内和办公室之间传送文档和电子邮件。
企业和用户对宽带业务的需求正在增长，因为他们已不再满足拨 号因特网接入连接。大部分企业和用户需要几兆比特的接入带宽，  目 的是参与e化，并整合其电信业务。
由于越来越多的最终用户产生越来越多的数据通信量，因此对越 来越快的数据链路的需求会急剧增长。目前，电信公司正在尝试估计 未来需求的同时匆忙满足当前的需求。然而，阻止电信提供商提供宽 带业务的主要障碍是称为“信息高速路上的土路”的本地环路。为了 提供高带宽接入，必须对土路进行铺路，为此，ILEC和CLEC必须 在大规模光纤基础设施升级方面投入大量时间和资金。
当前，某些运营商正在使用光缆提供满足当前带宽需求所需的高 带宽管道。然而，光纤并不能取代传统铜缆设备。光纤主要用于全新 电缆安装，或者有时候用于连接中心局(CO)和远程节点，通常称为 光纤到街边(FTTC)。尽管安装光缆，但是从街边、节点或接线板到 用户终端的“最后一英里”仍然由非屏蔽铜绞线构成。
如今，在美国国内的本地环路中部署光纤的还比较低。在750,000 座办公楼中只有3％的办公楼，9％的街边机柜以及19％的室外机柜， 是利用光缆连接到CO的。在欧洲，光缆部署更低。在未来15年内， 在美国国内的本地环路中部署光纤只能达到50％。就美国而言，人们 估计光纤入户的费用为数千亿美金。因此，部署到本地环路的每座建 筑物需要耗费大量时间和资金，主要运营商都不会这么做。
响应用户对带宽的需求，许多公司正在提供最后一英里铜绞线的 替换品，如LEO卫星宽带，光纤，CATV电缆，无线本地环路(WLL) 和其他技术。另一种可用技术是xDSL调制解调器技术。正在进行激 烈竞争的许多ILEC、CLEC和ISP已经接受DSL技术作为最直接的 解决方案，通过从铜缆设备中获得更多带宽来满足当前需求，而无需 等待冗长的光纤安装过程。然而，正向许多新技术那样，运营商必须 面对部署DSL的困难，如距离限制，缺少业务参数保证以及多少缺少 光纤提供的可靠性。
数字用户线(DSL)技术系指利用高级调制解调器元件在铜绞线 上传输数据源的数字信号的各种业务。DSL调制解调器元件允许在公 用交换电话网(PSTN)上以高数据速率传输数据。DSL调制解调器 元件能够使用成熟的公知信号处理技术，以几兆比特的速率传输数据， 其中上述信号处理技术允许在同一模拟铜绞线上同时传输语音和数 据。
通常，DSL业务需要两个调制解调器元件，一个位于传统的本地 交换运营商(ILEC)的CO内。然而，CLEC可以在RBOC的CO 内配置其DSL接入复用器，以便在分类定价的铜绞线上运行，向企业 提供宽带连接。
现有铜环设备
图1表示经由低带宽铜绞线连接中心局(CO)和其他CO以及 用户终端设备(CPE)的第一示例现有网络的框图。参考号数10标识 的示例网络包括：放置电话业务交换机24的CO12，ATM交换机28， DSL接入复用器(DSLAM)30和主配线架(MDF)26。示例网络10 表示如今普遍使用的现有铜缆设备。
可以将多种类型的电信设备连接到交换机24，如配备拨号装置、 ISDN或其他适合类型的调制解调器的计算机14，电话机16，经由T1 或其他T载波线路的PBX 18，PSTN 20以及因特网服务提供商(ISP) 22。许多线路32将交换机24连接到MDF 26。MDF的功能是终止离 开CO到达用户终端的数百条或数千条铜缆34。交换机24终止经由 无源MDF 26到达铜缆设备34的双绞线，其中铜缆设备为包含1000 到3000对铜绞线的粗缆。将电缆34引导需要将电缆分割为细缆(通 常包含100到1000对双绞线)的不同位置。
电缆最终沿上述方向分割到达不同用户终端的细缆。例如，将电 缆36连接到位于节点#1的接线板40，后者通过较短距离将双绞线连 接到最终用户。例如，经由T1线路，将节点#1连接到诸如电话机42 和PBX 43之类的多个CPE。将电缆38连接到位于节点#2的另一个 接线板44，后者连接多个电话机50。另外，将电缆39连接到位于节 点#3的另一个接线板46，后者连接多个电话业务设备52。将另一束 线缆连接到第二CO 46，后者连接连接多个电话52。无源节点48通 过调制解调器54连接MDF 26和电话56以及计算机终端58，通过调 制解调器62连接MDF 26和电话64以及LAN 60。通常在街边机柜或 者在建筑物的地下室内安装无源节点。
光纤到节点
图2表示经由光缆线路连接CO和多个节点的第二示例现有网络 的框图。参考号数70标识的示例网络包括CO 86，后者包括交换机 82，ATM交换机80和光学复用器84。将交换机82连接到安装有调 制解调器的个人计算机72，电话机74，PBX 76(通过T或其他T载 波线路)以及PSTN 78。利用光缆88将交换机82连接到一个或多个 节点90。位于CO端的第一光学复用器84和位于节点端的第二光学 复用器92终止两端的光纤。
称为光学网络控制装置的光学复用器，将高速光学传输转换为诸 如电话业务或数据业务(如T1，T3)之类的低速电信号数据流 (electrical stream)。例如，光学复用器84将来自交换机82的基于 电信号的数据业务，转换为高速光学信号。另外，该复用器将来自ATM 交换机80的信号复用到光缆88上。
在节点90，光学复用器92将光学信号转换为诸如T1、T3之类 的电信号数据业务。DSLAM 94通过双绞线将该信号传送到用户终端。 传输的DSL信号的类型包括ADSL 98，HDSL 108，VDSL 106或任 何其他类型的DSL。CPE包括通过双绞线与DSLAM进行通信的DSL 调制解调器96。DSL连接允许将诸如PC 100之类的数据生成设备连 接到通过CO 86连接的ISP。DSL链路也可以经由光纤链路88，将双 绞线上的语音(即，小于4kHz)转发到交换机。
另一个示例包括与DSLAM相连的光学复用器91，该复用器经由 各种各样的DSL，如VDSL 106和HDSL 107，向一个或多个多住户 单元(MDU)102、104传输业务。节点也可以放置一个或多个数字环 路运营商(DLC)复用器，后者通过沿“最后一英里”的双绞线，连 接CO和用户终端。
铜缆设备
称为本地环路设备的铜缆设备为把住宅和企业连接到电话公司 CO的电话公司基础设施。铜绞线的部署非常普遍，但最初是为低带 宽应用而设计的。
电话公司根据地区人口密度、街道布局、现有通行权等，确定所 需的双绞线数目，然后安装铜缆设备，以便向各终端提供业务。以从 CO散开的方式，安装其数目足以为特定地区提供服务的铜缆。对电 缆进行绞接，从而适当数目的线对到达各街道。通常距离CO越远， 电缆的线对越少。
环路电缆布局通常包括供电电缆，后者与位于接线箱内的服务区 接口的配电电缆相连。与配电电缆相反，供电电缆通常是为安装和废 弃之间的更长时限计划的。不同类型电缆安装包括安装在电杆上的高 空电缆，从人行道下方的管道或埋在沟槽中的管道中传过的电缆。
本地环路的长度可达18,000英尺或更长。比18,000英尺更长的 环路将遭受更多的信号衰减。然而，现有电缆设备包括数十年前生产 的设备和最近生产的设备。到目前为止，降低衰减的标准方式是使用 粗规格电缆和安装电感负载线圈。
除添加到信号中的噪声之外，双绞电缆还会衰减双绞电缆上传输 的信号。对于长度为15千英尺、规格为26的双绞线而言，信号的衰 减(或损耗)为40dB(频率为40kHz)到100dB(频率为1MHz)。 如果存在桥接头，则衰减更糟。桥接头为在电缆线的某些点上连接的 支路。请注意，当通过一个或多个支路连接同一双绞电缆时，出现桥 接头。如果双绞电缆通过用户终端时分出一条电线(即，引入线)， 并将其连接到用户终端，也会出现桥接头。环路双绞电缆延伸到焊接 点之外，并成为一个桥接头。
需要处理的另一个问题是铜缆设备中存在的噪声。对于DSL，噪 声影响位于双绞线两端的接收机。噪声源于许多根源，但最有问题的 噪声源来自电缆中其他双绞线的串扰。串扰是由使用接收机之接收频 带的不同DSL发射机或其他技术生成的。如果噪声源足够强，则在接 收所传送的信号时引起误差。
当频率增加时，串扰会更糟。因此，对音频频率，串扰并不是问 题。然而，对于诸如ISDN、ADSL、RADSL、SDSL之类的其他数据 通信方案的频率以及诸如T1和T3(在欧洲为E1和E3)之类的T载 波线路的频率，串扰是一个问题。来自所传输种类之外的其他业务的 信号称为外来业务。来自外来业务的串扰，例如在相同电缆上运行的 其他DSL发射机，生成大部分限制干扰。
环路资格限制过程检查用户环路配置，因为衰减较少的线路受特 定串扰的影响较小。同时，该过程检查推荐安装的设备类型，以及在 该电缆中的其他线对上进行传输的现有系统。因为不同DSL方案传输 不同的上下行数据，所以需要该过程。某些方案把从接入服务提供商 到用户的传输(即，下行)频率和从用户到接入服务提供商的传输(即， 上行)频率分开。
尽管过去几年中开发的各种DSL技术能够满足个别用户的需要， 但是只能在几英里的距离上实现1到8Mbps的速率。另外，如上所 述，DSL对距离、串扰或其他类型的干扰和线路质量很敏感。开发 ADSL的企图是：通过在一个方向上传输高速率数据并在相反方向上 提供低速率数据，将干扰降到最低程度。
解决上述问题的方法是在尽可能靠近用户终端的位置安装接入 复用器(如，DSLAM或DLC)。然后通过光缆将接入复用器连接到 CO(如图2所示)。通常在本地环路中部署光纤链路，以便在CO和 诸如街边机柜、机房或建筑物内的电信设备间之类的通信节点之间， 提供高带宽传输线。
上述节点通常为建筑物、校园、街道内的数十到数百低带宽最终 用户提供服务。上述节点包括诸如DLC、DSLAM和WLL基站之类 的复用设备。
复用设备的功能是将各个最终用户的低速数据传输和常规电话 业务信号，组合为高带宽有效负载，并通过光纤链路传输到CO。请 注意，光纤链路是可靠的，不受电噪声的影响，并且能够传输速度很 高的数据流。
如上所述，光纤链路的缺点是光纤链路还很不普及，因此需要的 大量新线路上进行部署。不仅需要大量投资，而且需要很长的安装时 间。在许多情况中，当需要部署光纤才能提供更快、更可靠的对称数 据业务时，令人可怕的长安装时间以及与光纤部署有关的高昂费用， 严重妨碍光纤的使用。

本发明通过提供称为高速接入系统(HSAS)的系统，解决了与 现有技术有关的问题，HSAS能够在本地环路设备内的大量低带宽非 屏蔽双绞线上传输高速数据流。本发明并不限于本地环路设备上的应 用，而是可以在诸如校园、大型建筑物之类的具有大量铜绞线的环境 中应用本发明。通过利用大量铜绞线上最优化xDSL传输，将本地环 路中的铜绞线的大量低带宽链路，转变为一个非常可靠的高带宽长距 离通信信道。该系统包括以下装置，把一个超高速带宽信道划分为多 个低速数据流以便在多个xDSL调制解调器元件上进行双向传输的装 置。通过使用本发明的高速传输平台，无需利用光纤替换本地环路设 备内的现有铜绞线，并且能够避免与光纤有关的高昂费用和冗长安装 时间。
本发明能够避免当前正在实施的利用xDSL技术建立从CO到最 终用户的链路。尽管HSAS提供从CO到节点的高速链路，但是xDSL 技术可以提供较短距离的“分接部分(即，从节点到最终用户)”上 的链路。
本发明能够将一个高速数据流分解为多个并行数据通道，其中各 通道适合于传送其带宽比原始数据流更低的信号。数据速率、BER以 及各通道的延迟不依赖其他通道，并根据通道的质量变化。请注意， HSAS包括能够利用公知复用技术将多个低速数据流(如，T1，T3， E1，E3，ISDN等)聚集为单一高速数据链路的装置。
在通道上传输之前，高速数据通过扰频器、FEC编码器和交织器。 然后将经过处理的数据分发到由xDSL调制解调器元件组成的多个调 制解调器元件。对数据进行上述处理的目的是提高可靠性，增加对噪 声和串扰的抗扰性，同时降低与各通道上的传输有关的延迟。
扰频和交织算法能够提供(1)由其他线对上发送的信号引起的 串扰干扰以及(2)噪声(如，背景噪声，脉冲噪声，侵入噪声(即， 由外源、同一扎线内的不同xDSL信源或其他线路中断引起的噪声)) 的解相关和回弹。
FEC编码方案能够在传输有效负载中添加冗余系统开销数据。冗 余数据用于校正使接收数据产生讹误的误差，从而提高不同线对中各 传输的有效数据速率，因为它能提供低噪声安全系数。
经由诸如xDSL调制解调器之类的高速调制解调器，在双绞线上 双向或单向传输每个并行数据通道。最好根据电缆的空间结构及其关 联电气特性，对传输进行优化。
通过使用众所周知的TDM或FDM技术，HSAS能够同时在双 绞线上传输现有电话业务(如，POTS)和高速数据通道。
HSAS还包括向远程节点提供电源以便为HSAS和位于远程节点 的其他组件(可选)供电的装置。在传输高速数据链路的相同双绞线 上进行输电。将电源划分为多个支流馈电电流，其中在双绞线上输送 各电流。
位于通道之接收端的HSAS经由辅助调制解调器，接收来自各双 绞线的各数据通道，同时通过使用有关该电缆之空间结构和电气特性 的信息改进接收(可选)。然后收集调制解调器元件输出的接收数据， 形成高速数据流。接着对数据流进行解交织、FEC解码和解扰，目的 是提高接收数据的质量，降低接收数据的BER。其结果为原始的高速 数据流。同时，接收过程提供对多个双绞线受到的不同延迟进行均衡 处理的方法。
电话业务是从高速数据流中分离出来的。其后，将高速数据流分 离为多个低速支流，如T1，E1，ISDN等。
远程电源供给是从多个双绞线中收集的，并聚集为单一电源以便 为远程节点的组件和设备供电。
根据HSAS进行测量，确定有关电缆的空间结构和电气参数的信 息。测试模块适合于周期测量各线对与所有其他线对之间的不同频率 的串扰和NEXT转移函数。需要在通信信道的两端进行测试，并且可 以在扎线内进行测试，以便提供有关扎线内各线对之位置的信息以及 各线对之间的NEXT转移函数的信息。
可以在任意数目的双绞线上进行测试，即使双绞线位于其他扎线 内，以便抽取有关某扎线或更多扎线之空间结构的信息，从而有助于 分配扎线内的各条双绞线。因此，测量提供有关各扎线之间的串扰隔 离的扎线间信息以及扎线内信息。
如果将测量限制在扎线内，则不能获得扎线间信息。此时，可以 从运营商或厂商那里获得有关铜缆设备的信息。当将HSAS连接到驻 留在特定扎线内的多个双绞线时，可利用该信息来提高xDSL调制解 调器传输的性能。可以提供NEXT隔离转移函数的线对对线对矩阵， 作为运营商或电缆厂商的测量结果。
可以利用通过测量获得的信息或从运营商或厂商那里获得信息， 按以下方式提高xDSL传输的性能。首先，在xDSL接收元件中进行 NEXT消除处理时，使用该信息。特别地，在计算线对之间的NEXT 转移函数时使用该信息，其中NEXT转移函数用于估计串扰，并消除 接收信号中的串扰。
其次，用于确定最坏干扰的线对并且只对这些线对应用NEXT消 除，从而降低NEXT消除处理的复杂性。
第三，用于提供与发射机有关的信息。特别地，选择更靠近扎线 中心的线对传输更敏感的上行信号(即，从远程节点到CO)，因为 可以更好地保护这些线对不受外部干扰。可以在更靠近扎线外部的线 对上传输更鲁棒的下行信号(即，从CO到远程节点)。当在各双绞 线上发送非对称数据流时，上述处理非常有用。例如，ADSL同时在 不同铜绞线的两个相反方向上传输。
第四，用于对不同双绞线上的各传输数据流提供可变增益控制， 从而能够在更靠近扎线中心的双绞线上启用更高的传输功率。因此能 够显著提高传输容量和范围，同时将在扎线外壁测量的总辐射光谱功 率保持在指定的电信规则内(如，在PSD规则内)。应用的增益控制 可以是频率选择的，改变增益以适应各特定频率的串扰衰减。
第五，用于在各分离线对组上传输高速数据流，通过按上文说明 的方式控制各线对组之间的相互干扰，传输不同的数据流。请注意， 下文描述的不同干扰抗扰结果能够提供不同数据流之间的更好隔离。
第六，当发现一条或多条双绞线由于高衰减、存在负载线圈或其 他损伤而成为低质量线对时，HSAS或者从传输高速数据流使用的多 个线对中排除上述线对，或者降低其传输速率。从而能够在无需提供 技术人员熟知的繁重线路调节的情况下，利用低质量线对。禁止一条 双绞线或多条双绞线提供业务的前提是存在一条或多条冗余双绞线。
HSAS的优点包括：
(1)提供高速数据通信信道，因此能够同时在多个双绞线上传 输现有电话业务。
(2)通过传输高速数据和现有电话业务的多个双绞线，为位于 远程节点的组件提供远程供电。
(3)提供由多个低速数据流聚集成的高速链路。
(4)实现由聚集高速链路组成的各种xDSL链路之间的最佳协 同作用。通过使用每个调制解调器元件的较低容限，实现足够的系统 级噪声容限。因此，当两个系统保持相同噪声容限时，HSAS的比特 率高于多个xDSL调制解调器元件的比特率。请注意，xDSL调制解调 器元件通常采用6dB的噪声容限意味着即使其SNR减少6dB，也能 保持其性能水平(BER、速率和范围)。由于下文描述的HSAS的空 间处理方案以及将噪声“平均”分配到所有线路上的事实，所以HSAS 能够借助每个调制解调器元件的较低噪声容限，保持全系统的噪声容 限。这意味着当两个系统保持相同噪声容限时，HSAS的比特率高于 多个xDSL调制解调器元件的比特率。
(5)处理故障xDSL调制解调器元件，因为该系统能够动态改 变调制解调器元件的速率，以适应可变线路和环境条件。
(6)为掉线提供回弹，其中掉线为已被切断或其传输特性严重 降级的线路。
(7)能够增加高速链路对噪声源之抗扰性的外来干扰抗扰作用， 其中噪声源在组成电缆的各线对上的分布并不均匀。其原因在于，传 输前在线对中对数据进行空间扰频处理。当在接收端进行解扰时，噪 声在许多线路的空间上传播，从而能够降低对整个链路的影响。
(8)保证范围、质量、掉线回弹、外部噪声的抗扰性、延迟和 高速链路的数据速率之间的受控折衷。
因此可以理解，本发明在数字通信领域，特别是在本地环路设备 上的通信中，具有明显优势。本发明能够在非屏蔽双绞线产品上提供 高速通信信道，同时继续提供现有的常规电话业务。
通过使用复用、多路分解、多个信道上的纠错，以及通过电缆的 空间映射和NEXT消除技术获得xDSL传输性能改善，导致在非屏蔽 双绞线上传输高速数据的系统，该系统既灵活又对噪声具有很强的抗 扰性。该系统可以作为高性能价格比的替换物，代替本地环路设备中 需要花费大量费用和时间进行部署的光纤。
因此，根据本发明，提供一种在多个低带宽铜绞线组成的信道上 传输高速数据流的装置，该装置包括：将纠错编码方案应用于高速数 据流的编码器，与多个铜绞线相连的多个调制解调器元件，每个调制 解调器与一条铜绞线相连，并且以独立于其他调制解调器元件的数据 速率运行，发送器将经过编码的高速数据流划分为需要利用多个调制 解调器元件进行传输的多个低速数据流，发送器适合于根据各调制解 调器的数据速率，将低速数据流转发到各调制解调器，收集器将多个 调制解调器元件接收的多个数据流，组合为一个高速数据流，解码器 适合于接收收集器输出的数据流，并应用纠错解码方案，从而生成最 初的高速数据流。
根据本发明，提供一种用于选择编码器生成的码字的参数的方 法，以便提供所需的线路故障回弹、最小误码率(BER)和最大带宽， 该参数由K和R组成，其中K-R表示码字的有效负载部分中的字节 数，R表示码字的冗余部分中的字节数，其中将码字分发到多个调制 解调器元件，以便在多个低带宽铜绞线上传输，各调制解调器的数据 速率独立于其他调制解调器元件，该方法包括以下步骤：对码字大小 K和冗余长度R的所有有效组合，根据其相应的数据速率，计算各调 制解调器发送的码字的最大字节数，对线路故障的所有组合，计算需 要传输的单一码字的位数的总和，如果总和小于R/2，则标记该组合， 对所有标记组合，计算其系统开销，并从计算其关联系统开销的K和 R的所有组合中，选择系统开销最小的组合。
另外，根据本发明，提供一种在多个低带宽铜绞线上传输高速数 据流的方法，该方法包括以下步骤：提供多个调制解调器元件，每个 调制解调器与一条双绞线相连，将高速数据流划分为多个低速数据流， 以分发到多个调制解调器元件，通过多个调制解调器元件在多个双绞 线上传输多个低速数据流，根据有关双绞线的质量，修改各调制解调 器的速率，接收多个双绞线上的多个低速数据流，组合接收的多个低 速数据流，从而生成最初的高速数据流。
根据本发明，提供一种用于选择编码器生成的码字的参数的方 法，以便提供所需的线路故障回弹、最小误码率(BER)和最大带宽， 该参数由K和R组成，其中K-R表示码字的有效负载部分中的字节 数，R表示码字的冗余部分中的字节数，其中将码字分发到多个调制 解调器元件，以便在多个低带宽铜绞线上传输，各调制解调器的数据 速率独立于其他调制解调器元件，该方法包括以下步骤：对码字大小 K和冗余长度R的所有有效组合，根据其相应的数据速率，计算各调 制解调器发送的码字的最大字节数，对线路故障的所有组合，计算需 要传输的单一码字的位数的总和，如果总和小于R/2，则标记该组合， 对所有标记组合，计算其系统开销，并从计算其关联系统开销的K和 R的所有组合中，选择系统开销最小的组合。
另外，根据本发明，提供一种发送器，用于在多个调制解调器元 件之间分发高速数据流，该发送器包括一个二维缓冲器，缓冲器由排 列为许多行和列的多个存储单元组成，每行与不同的调制解调器关联， 每列表示以最高传输速率传输的一个单一符号，输入定序器适合于将 高速数据流分发到缓冲器中的存储单元，根据相应调制解调器的特定 数据速率，确定分发到各行的的数据量，输出定序器适合于将缓冲器 中的存储单元的内容，分发到多个调制解调器元件。
附图说明
以下参照附图举例说明本发明，其中附图为：
图1表示经由低带宽铜绞线连接中心局(CO)和其他CO以及 各种用户终端设备(CPE)的第一示例现有网络的框图；
图2表示经由光缆线路连接CO和多个节点的第二示例现有网络 的框图；
图3表示用于说明示例网络的框图，该网络经由采用本发明之高 速接入系统(HSAS)的铜缆设备上的高速链路，将CO连接到某个节 点；
图4表示一个电缆束内的多个电缆扎线；
图5表示用于说明本发明之HSAS的框图，构造本发明之HSAS 的目的是利用时分复用(TDM)集成常规电话业务；
图6表示用于说明本发明之HSAS的框图，构造本发明之HSAS 的目的是利用频分复用(FDM)集成常规电话业务；
图7表示用于详细说明本发明之HSAS的出口部分的框图；
图8表示用于详细说明本发明之HSAS的入口部分的框图；
图9表示用于说明本发明之线路隔离测量方法的流程图；
图10表示用于详细说明包含NEXT消除操作的本发明的HSAS 的xDSL调制解调器部分的框图；
图11表示根据本发明构造的HSAS的另一种实施方式的框图；
图12表示用于说明根据本发明构造的位于铜缆设备两端的出口 和入口HSAS的框图；
图13是一个流程图，表示本发明之HSAS的初始化方法；
图14表示空间帧以及有关单位符号时间(UST)的结构；
图15表示HSAS的FEC部分中使用的K字节码字块；
图16是一个框图，表示与HSAS的FEC编码器部分进行对接的 信号；
图17是一个框图，表示与HSAS的FEC解码器部分进行对接的 信号；
图18是一个框图，表示与HSAS的发送器部分进行对接的信号；
图19是一个框图，表示与HSAS的收集器部分进行对接的信号；
图20是一个框图，详细表示HSAS的发送器部分；
图21是一个框图，详细表示HSAS的收集器部分；
图22表示发送表存储器的示例格式；
图23表示第一示例发送表存储器的内容，其中在发送表中放置 单一码字；
图24表示第二示例发送表存储器的内容，其中在发送表中放置 两个码字；以及
图25是一个流程图，表示本发明之HSAS的飞轮空间帧同步方 法。

本文使用的符号
本文档使用以下符号。
术语             定义
ADSL             非对称数字用户线
ASIC             专用集成电路
ATM              异步传输模式
BER              误码率
CATV             有线电视
CEF              电缆引入设备
CLEC             竞争性本地交换运营商
CO               中心局
CPE              用户终端设备
CPU              中央处理器
DC               直流电
DLC              数字环路运营商
DSL              数字用户线
DSLAM            数字用户环线接入复用器
EOC              嵌入操作信道
FCC              联邦通信委员会
FDM              频分复用
FEC              前向纠错
FEXT             远端串扰
FFT              快速傅立叶变换
FPGA             现场可编程门阵列
FTTC             光纤到街边
HDSL             高速数字用户线
HSAS             高速接入系统
IAD            集成接入设备
IC             集成电路
IFFT           快速傅里叶逆变换
ILEC           传统的本地交换运营商
ISDN           综合业务数字网
ISP            因特网服务提供商
LAN            局域网
LEO            低地球轨道
MDF            主配线架
MDU            多住户单元
MIB            管理信息库
NEXT           近端串扰
NMS            网络管理系统
NOC            网络运营中心
PBX            专用分组交换机
PC             个人计算机
PDN            分组数据网络
POTS           简单的老式电话服务
PSD            功率谱密度
PSTN           公用交换电话网
PTT            邮电总局
RADSL          速率自适应数字用户环路
RBOC           地区贝尔自营公司
SCM            业务信道模块
SDSL           对称数字用户线
SNMP           简单网络管理协议
SNR            信噪比
TDM            时分复用
UST            单位符号时间
VDSL           超高速数字用户线
WAN            广域网
WLL            线本地环路
WWW            万维网
本文使用的定义
本文档使用以下定义。
术语                        定义
有源节点    提供有源设备的节点，该节点或者集中传输
            链路或者分配传输链路。
CO端        位于CO的HSAS设备。CO端HSAS负责
HSAS        发起连接建立过程，并负责生成高速链路。
掉线        已被切断或其传输特性严重降级(如，由于
            与其关联的调制解调器元件的一个或多个
            故障，或者由于一条或多条线路故障引起的
            传输特性降级)的线路。
配电电缆或  从馈电电缆的终点开始，经较短距离达到最
分接电缆    终用户的电缆。
馈电电缆    向一个或多个服务区馈送信号的粗铜缆。馈
            电电缆可以具有3000对铜线。其终点为线
            中心、无源节点或接线板。
链路有效带  连接可用带宽，包括已用带宽和空闲带宽。
宽
链路空闲带  当前连接还未使用的链路有效带宽部分。
宽
链路性能参  用来预测(1)特定所需带宽需要的双绞线
数          数目或(2)需要的可靠性级别(即，BER
            以及在没有数据丢失的情况下能够减少的
            最大线路数)的一个或多个参数。可以估计
            或测量上述参数。
链路速率    当前使用的所有调制解调器元件的累积位
            速率。
链路设置参  用户规定的一个或多个参数，包括(1)链
数          路的最大BER或(2)在没有数据丢失的情
            况下能够减少的最大线路数。
链路状态    高速链路有以下三种状态：(1)up-可用
            于连接；(2)down-HSAS设备之间没有
            连接；以及(3)复位—学习状态，两端
            配合同步调制解调器元件，映射双绞线连
            接，测量线路的NTXT矩阵，查找最大可能
            的累积位速率，并试图生成高速链路。
            调制解调器调制解调器有以下四种正交态：(1)同步—
状态        已实现同步，当丢失同步时出现线路故障；
            (2)映射—已将连接映射到另一端的特
            定调制解调器；(3)使用中—HSAS正在
            使用；以及(4)维护—正在维护调制解
            调器，因此高速链路不能使用该调制解调器
            的带宽。
无源节点    提供线中心的节点，从该节点向多个用户配
            线。
远程节点    位于远程节点的HSAS设备。
HSAS
概要
通过提供使用本地环路的非屏蔽双绞线铜缆设备作为高速数据 传输介质的装置和方法，本发明解决了与现有技术有关的上述问题。 本发明旨在提供一种高带宽、高数据速率的传输设备，该设备使用本 地环路设备中较低带宽的非屏蔽铜线对作为传输介质。支持的高数据 速率为光纤链路支持的数据速率，如34、45、155Mbps或更高。本发 明能够以对称或非对称方式传输上述高数据速率信号，并能够在几英 里内可靠传输，从而提供具有高性能价格比的、可以快速部署的替换 物，以替换环路中的光纤。
本发明包括位于数据通道两端的发射和接收设备，数据通道能够 同时在两个方向上运行，从而提供一种双向高速传输设备。本发明的 特定应用在于本地环路的铜缆设备部分，其中本地环路将CO连接到 远程节点，如，室外机柜、街边机柜或建筑物地下室内的电信接线箱， 其中线中心或无源节点驻留在上述位置中。通过应用上述传输设备， 能够在本地环路的现有铜缆基础设施上提供宽带业务。本发明并不限 于在本地环路设备上应用本发明，而是可以在存在各种铜线的环境中 使用本发明，利用在校园内、在大型建筑物内使用本发明。
本地环路的馈电线和配线部分通常包括用于连接CO和远程节点 的非屏蔽双绞铜线。通常这部分电缆最关键，并构成本地环路的最长 部分。为了获得更高速度的链路，运营商希望利用光纤替换上述部分。 本发明的目的在于，通过改善上述部分的数据传输，阻止利用光纤替 换上述部分。
图3表示用于说明示例网络的框图，该网络经由采用本发明之高 速接入系统(HSAS)的铜缆设备上的高速链路，将CO连接到某个节 点。使用本发明无需部署代替铜缆设备的光纤。
通常，参考号数110标识的网络包括与铜缆设备150之两端相连 的本发明的高速接入系统(HSAS)130、146。其一端驻留在CO120 内，另一端驻留在远程节点144内。反过来，将HSAS连接到多个设 备，该设备包括交换机122，T1线路上的集成接入设备(IAD)124， T3线路上的分组数据网络(PDN)，T1线路上的PBX 132，本地同 行接入136，以及与因特网134相连的局内LAN 138。反过来，经由 TI线路将交换机122连接到PSTN 116，经由T1线路，将交换机122 连接到ISP 114。经由模拟线路，将IAD 124连接到PSTN。
远程节点包括第二HSAS 146，接线板148和一个或多个复用器 154。经由T1线路，将复用器连接到诸如PBX 152之类的各种CPE， 经由T1线路，将复用器连接到IAD 162。IAD具有与其相连的一台或 多台设备164，如电话机。经由双绞线，将位于用户终端的多个DSL 调制解调器元件160连接到位于远程节点内的DSLAM 158。经由诸如 T3线路之类的高速链路，将DSLAM连接到HSAS 146，从而经由铜 缆设备150，将数据传送到CO。本地同行接入136作为控制、管理本 地和远程HSAS的装置。
CO 120还包括现有交换机126，后者提供使用双绞线129的低速 率电话业务。经由MDF 170，将双绞线129连接到远程节点144内的 无源接线板148，以及铜缆设备150。通过连接CPE(如，MDU 166， 电话机168等)和接线板148的双绞线，连接最终用户。
在所示示例中，第二交换机122提供所需的附加能力。在CO 120 和远程节点144内部署HSAS，而不是部署光纤。经由HSAS 146，在 铜缆设备上部署从CO内的交换机122和其他设备到远程节点内的复 用器154的高速链路，该链路聚集在HSAS 130终止的高数据速率业 务。经由HSAS设备130、146，重新路由先前连接MDF 170和接线 板148的多个双绞线140，从而将来自MDF的双绞线128连接到双绞 线156，后者为接线板148的输入端。请注意，双绞线140是粗铜缆 150的一部分。
在CO端，HSAS 130组合来自各种数据源(如，交换机122， PBX 132等)的数据和来自双绞线128的电话业务，然后经过多个铜 绞线140将组合数据传送到远程节点144。在节点端，HSAS 146通过 多个双绞线140接收组合信息，然后将该信息分割为输入复用器154 的高速数据链路147和低速率电话业务，其中经由铜绞线156，将电 话业务路由到接线板148。
请注意，图3所示的示例应用仅仅表示本发明之HSAS的一个可 能应用示例。可以理解，如果需要在多个铜绞线连接的两个位置之间 部署高速传输设备，并且无论是否需要同时在上述铜绞线上提供电话 业务，熟练技术人员均可以将本发明的HSAS应用于各种其他应用。
图4表示一个电缆束内的多个电缆扎线。粗铜缆180包括许多扎 线182。每个扎线含有10、12、13、25、50或更多对双绞铜线184。 电缆180包括多个电缆扎线182。HSAS设备之间的链路包括许多铜绞 线184。请注意，用于连接两个HSAS设备的多个双绞线不一定在同 一扎线内，而是可以跨越多个扎线。另外，可以通过属于同一电缆的 不同双绞线组，连接多个HSAS系统。
通常将粗铜缆180作为一个或多个服务区接口的馈电电缆，服务 区接口连接馈电电缆和配电电缆，配电电缆经过较短距离达到用户终 端。粗揽180包括1000至3000对铜绞线。在CO端，电缆经由电缆 引入设备(CEF)(即，电缆室)进入，铜绞线在配线架终止。配线 架将比较粗的外部设备双绞电缆连接到终端设备，后者将双绞线连接 到网络。
电缆内的铜导线的特性在于，诸如双绞线之间的NEXT和FEXT 串扰之类的电气参数与扎线的结构(即，相对隔离)以及扎线内的双 绞线之间的相对位置(即，距离)密切相关。“NTT局域网中的高速 数字传输的介质特性(Media Characteristics for High-Speed Digital Transmission in NTT’s Local Networks)”，IEEE通信学报，vo1.E. 80-B，No.2，1997年2月，p 345-356，详细描述了以上现象，本文引 用作为参考。
HSAS设备包括若干部件，并且可以采用不同方式实现。以下提 供若干典型实施方式，一种实施方式采用时分复用(TDM)方式说明 HSAS设备，另一种实施方式采用频分复用(FDM)方式说明HSAS 设备。以下详细描述以上两种方式。
HSAS：TDM实施方式
图5表示用于说明本发明之HSAS的框图，构造本发明之HSAS 的目的是利用时分复用(TDM)集成常规电话业务。参考号数190标 识的HSAS包括：一个或多个业务信道模块(SCM)192，电话业务 模块194，发送数据处理器198，接收数据处理器218，发送器200， 收集器216，整体调制解调器模块203，交换机206，主控制器229， 测试模块210以及供电设备214，其中整体调制解调器模块203包括 标号为#1到#M的多个调制解调器204以及下文说明的串扰消除装置 (可选)。
SCM充当来自CO的输入数据链路222和HSAS设备190之间 的超高速双向线路接口。SCM在其接收机提供线路终止、同步和时钟 恢复，在其发射机提供线路终止、线路编码和信号放大。SCM可以从 输入数据链路向HSAS提供稳定时钟和输入数据流。在相反方向上， SCM接收输出到数据链路222的数据流。支持多种数据速率，例如， T1(1.544Mbps)，T3(45Mbps)，E1(2.048Mbps)，E3(34Mbps)， OC-3(155Mbps)和STM-1(155Mbps)。可以理解，也可以支持 其他速率，包括更高速率或更低速率。根据本发明，在SCM内提供 复用器，以便将诸如T1或E1之类的多个低速率输入流复用为较高速 率的输入流。请注意，可以支持多种其他类型的数据链路，并且本发 明并不限于本文描述的链路。可以理解，技术人员熟知以上数据接口 的结构。
经由总线220，将来自SCM的数据转发到数据处理器198。数据 处理器198适合于接收来自多个SCM 192的单一高速数据流。对输入 数据流进行扰频(scramble)、FEC编码和交织处理，然后输入到发 送器200，从而提高对噪声和串扰的免疫力。发送器包括一个或多个 发送表，利用发送表缓冲需要发送到各调制解调器204的数据。将输 入到发送器的数据划分为多个较低速率的数据流，各数据流适合于特 定调制解调器。可以理解，该系统可以包括其他众所周知的信号，数 据处理块以及本文公开的处理块的部分实现，而并不背离本发明的范 围。
可以使用任何合适方法向各调制解调器分配输入流。一种方法是 循环圆形数位映射技术。第二种方法是ATM反向复用圆形映射。技 术人员熟知以上两种分配方法。以下描述第三种分配方法。
数据处理器198在发送给调制解调器的多个数据流上应用纠错编 码方案，以便通过总线202传输。该方案向传送的信号添加冗余系统 开销数据，该信道之另一端的接收数据处理器使用该方案，以校正可 能使传送的数据产生讹误的所有错误。可以将该方案作为向系统提供 回弹以切断线路的机制。同时，数据处理器198把同步时间信号系统 开销数据引入到该信道之另一端的数据处理器使用的传送数据中，以 获得各种低速率信道之间的延迟均衡。
电话业务模块194通过使用通信技术中熟知的时分复用方案，将 多个低速率电话业务线路196复用为在本地环路上传送的数据。与 SCM类似，电话业务模块通过总线220把低速率电话业务线路信号连 接到数据处理器298。电话业务数据的复用数据信号输出传送电话线 路的取样TDM信号，并在处理为多个低速率数据流之前，与来自SCM 的高速数据结合，以便由调制解调器传输。
经由总线202，从发送器200把该数据发送到调制解调器204。 调制解调器包括任何合适类型的DSL调制解调器元件，如符合T1E1.4 HDSL2标准调制解调器元件。通过交换机206，将调制解调器的输出 连接到铜设备208。
在接收方向上，经由总线202，将调制解调器204接收的多个双 绞线上的低速率信号，转发到收集器216，并组合为单一高速数据流。 然后将上述高速数据流输入到接收数据处理器218，后者对接收的数 据流进行解交织(de-interleave)、FEC解码和解扰(de-scramble)。 将该数据转发到SCM和电话业务模块，以分别传送到输入数据链路 和电话业务线路。
交换机模块206包括可配置的开关矩阵，可采用金属、机电或固 态开关实现开关矩阵。开关矩阵接收主控制器229的命令，并响应该 命令，将铜绞线208切换到调制解调器线路205或测试模块线路212。 可以在不依赖所有其他连接的情况下，控制各线路之间的连接。同时， 交换机模块206可以终止暂时断开的线路。为系统提供回弹以切断线 路的机制能够补偿此类事件。请注意，当在两个相反方向上使用非对 称xDSL技术时，交换机模块206适合于提供转换功能，根据来自主 控制器229的命令，(1)将传送上行传输的线路连接到更靠近扎线中 心的双绞线上，并且(2)将传送下行传输的线路连接到更靠近扎线表 面的双绞线上。这有助于保护更敏感的链路。
作为选择，可以使用能够在上、下行方向上进行传输的xDSL组 件实现线对选择。此时，根据主控制器的命令，在发送器200和收集 器216内，实现上述组件的灵活数据切换。因此，将交换机模块206 的功能简化为，为测试目的执行线路切换。
主控制器229适合于为HSAS提供管理和控制过程。经由一条或 多条控制线(为清晰起见，未示出)，主控制器维持与HSAS之各个 组件的连接。主控制器适合于同时为内部操作过程和外部操作过程提 供管理和控制过程。内部操作过程的示例包括但不限于，各种模块的 初始化，重新启动时的即插即用自动配置和训练，发现故障时的备份 模块切换等。另外，主控制器管理系统的唤醒过程。外部操作过程的 示例包括但不限于，作为一个或多个用户终端的接口，作为一个或多 个本地同行接入端口的接口等。
运行时，位于通信信道之CO端和远程节点端的主控制器模块适 合于维持它们之间的通信链路。该通信链路用于以下目的，如协调两 端的操作，交换操作状态等。
供电设备214为HSAS和其附近的其他设备(可选)提供电力。 它适合于获取来自任何合适电源的电力，电源包括大部分CO中的标 准-48/-60V电源，来自公用事业、电池等的110VAC、220VAC或任 何其他电源。
当需要向远端设备提供电力时，位于CO端的HSAS包括DC/DC 转换装置，用于将较低电压转换为较高电压。通过使用众所周知的差 动供给方案，如不平衡变压器(即，平衡不平衡)方法，在两条或多 条双绞线上传输合成信号。可以使用众所周知的标准转换技术或使用 可从市场上买到的DC/DC转换器，实现上述转换。
在远程节点端，供电设备包括用于收集一个或多个馈电电流以生 成单一组合电源的装置。通过使用电子技术中众所周知的整流装置， 逐步降低组合电压。另外，供电设备适合于支持电池充电，并且包括 不会中断的备用装置，以上两种技术是公知技术。
测试模块210适合于测量双绞线208的参数。该测量包括通过使 用串扰测量，映射电缆(图4所示，包括电缆内的扎线)的空间结构。 串扰测量包括：其串扰与线对之间的距离成比例的低频测量，不同线 对之间的串扰测量以及一个或多个感兴趣频率上的NEXT传输功能测 量，衰减测量，不同线对之间的干扰电平，SNR和电缆长度。
位于通信信道之CO端和远程节点端的测试模块，通过一条或多 条双绞线上的某一通信链路上的两个测试模块之间的协调，执行测量。 存储测量结构以供CO端和远程节点端的主控制器使用。
测试模块包括传送装置，后者能够生成具有不同频率和可变振幅 的音调。该模块还包括频率选择接收装置，该装置适合于放大接收的 信号，为降低噪声干扰而使用可调带通滤波器过滤该信号，并测量合 成的接收功率。同时，测试模块适合于提供适当的线路终止，如果任 何测量需要的话。请注意，可以使用包括标准数字信号处理元件在内 的任何合适装置实现以上传送和接收装置。通过利用xDSL调制解调 器元件传送各种已知的数据序列，也可以实现以上测量。在另一端接 收已知序列，然后进行比较。
利用交换机206，断开正在测量的双绞线与调制解调器204的连 接，然后连接到位于CO端和远程节点端的测试模块210。主控制器 229能够预先将希望测量的双绞线上的有效负载传输，重定向到当前 未进行测量的其他双绞线上。其前提是存在用于测量目的的冗余线对。
通过协调位于信道两端的两个测试模块，进行测量。例如，为了 测量线路衰减，位于某一端的测试模块发送一个信号，然后通过未进 行测试的双绞线上的某个通信链路，将该信号的频率传递到另一端。 作为响应，位于另一端的测试模块将其过滤器调谐到特定频率，然后 测量接收的功率。接着，通过该通信链路，将功率测量回传到另一端， 以便进一步处理。
HSAS：FDM实施方式
图6表示用于说明本发明之HSAS的框图，构造本发明之HSAS 的目的是利用频分复用(FDM)集成常规电话业务。参考号数230标 识的HSAS包括：一个或多个业务信道模块(SCM)234，发送数据 处理器236，接收数据处理器268，发送器240，收集器266，整体调 制解调器模块243，交换机246，测试模块262，分离器248，主控制 器269，电源开关256以及供电设备254，其中整体调制解调器模块 243包括标号为#1到#M的多个调制解调器244以及下文说明的串扰 消除装置(可选)。
为FDM构造的HSAS的操作与图5所示的HSAS的TDM方式 的操作类似。因此本文不再重复其详细描述。然而，请注意，两种实 施方式的主要区别在于在双绞线上传输电话业务数据的机制。在TDM 实施方式中，利用调制解调器244输出的较高频率的数据信号复用电 话业务信号，导致在时间上进行复用的组合信号。在FDM实施方式 中，通过使用分离器248，在频率上复用电话业务信号。
分离器248包括许多分离设备，各设备提供诸如POTS之类的低 速、低频电话业务与占据较高频谱的调制解调器传送的信号之间的频 域分割。在同一双绞线电缆上传送两个信号，但占据不同频带。通过 使用分离器从频率上分割两个信号，允许在多个双绞线250的同一双 绞线上，同时传输交换机246输出的数据信号247和来自线路258的 电话业务。然而，请注意，分离器的使用限于支持FDM传输的xDSL 技术，如ADSL。
电源开关模块256包括经由多个双绞线250中的一对或多对双绞 线向远程节点输送电源的装置。与同一双绞线上的xDSL数据传输和 低速电话业务的组合传输一起提供电源。通过使用FDM技术，在同 一双绞线上复用xDSL数据传输和低速电话业务。
电源开关256适合于接收多个低速电话业务线路260和来自CO 端之高压供电设备254的一条或多条电源线255。将位于远程节点的 相应供电设备连接到适合于收集来自多个线路250之辅助馈电电流的 负载上。
电源开关255包括同时与CO端和远程节点端的各电话业务线路 260相连的监视设备(如，传感器)。经由高阻抗装置，将监视设备 连接到电话业务线路上，从而不干扰电话业务的正常操作。
电源开关256还包括许多开关(如，机电或固态)，将各开关连 接到独立线路。各开关能够根据命令将分离线路258连接到电话业务 线路260或高压电源255。
在CO端，电压开关是适合的，从而当特定线路上不存在同时发 生的电话业务会话时，电源开关能够断开上述特定线路264和电话业 务线路260，并将该线路连接到供电设备254。在远程节点端，电源开 关适合于将来自分离器的所有线路连接到负载而不是连接到电话业务 线路，从而能够在铜绞线250上传输电流馈电直达一个或多个辅助电 流。当利用电源替换电话业务信号时，将标准线路终止应用于CO端 的电话业务线路上，将电池电源应用于远程节点端的最终用户设备上。
在CO端，电源开关256中的监视设备能够检测线路j上的电话 业务会话请求(即，检测POTS线路中的摘机)。作为响应，电源开 关断开多个线路258中的线路j与电源254。如果远程节点端检测到电 话业务会话，则电源开关能够断开该线路与负载。请注意，可以采用 任何合适装置来检测电话业务会话请求，包括现有的模拟摘机检测电 路或众所周知的数字信号处理技术。
同时，CO端和远程节点端进行通信，以协调两端的切换操作。 当终止监视设备检测到的电话业务会话时，CO端和远程节点端的电 源开关能够将线路j切回到电源馈电位置。
重要的是，电源开关适合于按照时间上的协同执行切换，从而能 够同时在CO端和远程节点端实现同步切换和适当的电气线路放电。
上文描述的过程是统计上的“复用”过程，根据电话业务通信量， 向远程节点供电。电源开关包括利用电话业务通信量统计数字平衡远 程节点端的需求的装置。
在远程节点端提供充电电池，以确保远程节点端的HSAS的重新 启动，并确保向最终用户的CPE提供电池。当电池接近完全放电时， CO端的电池开关适合于向电话业务通信量施加严格上限，直至对电 池充分充电。
通用元件
图7表示用于详细说明本发明之HSAS的出口部分的框图。参考 号数270标识的HSAS设备的出口部分包括：SCM 274，处理器276， 整体调制解调器模块279，时钟电路282以及电话业务模块284，其中 整体调制解调器模块279包括与双绞线280以及下文说明的串扰消除 装置(可选)相连的、标号为xDSL #1到xDSL #M的多个xDSL调 制解调器元件278。
在本实施方式中，HSAS设备270包括一个处理器276(如，微 型计算机，微处理器，可编程逻辑阵列等)，后者能够接收来自SCM 274的超高速数据流和时钟信号。SCM适合于抽取时钟信号，并根据 输入数据链路272生成数据信号。将时钟信号输入到时钟电路282中， 后者能够将该时钟信号划分成一个或多个低速时钟，用于xDSL调制 解调器元件278中的传输处理的定时和同步。可以使用诸如PLL、计 数器之类的公知组件和公知技术，实现时钟分割。
电话业务模块284适合于为诸如语音或POTS之类的低速电话业 务、ISDN、低速n*64 kbps数据业务、交换式56提供接口，并提供 诸如T1(1.544Mbps)或E1(2.048Mbps)之类的中速接口。在电 话业务端，线路283和有关接口提供所需的双向线路终止功能，如众 所周知的保护(如，发光，过压，过流等)，物理层信令，线路馈电 等。
在HSAS端，电话业务模块提供复用装置，该装置适合于利用 TDM技术将低速电话业务复用到数字数据链路286。通过与SCM 274 的输入高速数据流输出一起使用TDM，复用以上复用电话业务。在铜 绞线280上，将合成的复用数据信号传输到通信信道的远端。在接收 端，将电话业务从高速数据连路上多路分解到数据链路305上(图8)。 位于远程端的电话业务模块302能够使用电子技术中的公知技术多路 分解来自数据链路305的电话业务，并重构该电话业务。
当使用图5所示的TDM传输电话业务线路信号时，电话业务模 块284利用时钟285对电话业务信号进行采样。通过使用时钟信号285， 电话业务模块284将数据流286引导到处理器276内安装的TDM复 用元件277。TDM复用元件277将来自SCM的数据流和电话业务数 据286复用为更高速率的数据流。
将更高速率的数据流划分为多个长度为L的数据帧，通过使用众 所周知的技术，对数据帧进行扰频、纠错编码和交织处理，然后经由 调制解调器Tx的数据线路288，转发到调制解调器278。例如，通过 使用众所周知的奇偶校验码或Reed Solomon码，生成纠错编码系统开 销数据。纠错编码的结果为各传输周期内传输的长度为K的码字。可 以对处理器276进行预编程，以执行此类编码算法。可以采用可从市 场上买到的编码集成电路(如，位于华盛顿州Pullman的Advanced Hardware Architectures公司生产的集成电路)或FPGA仪器。可以 在处理器276中预编码许多此类编码算法，其中各算法适合于特定线 路状态、有效传输速率以及外部主控制器或CPU选择的可靠性要求。
给定通用传输时基(时钟信号281)，可以导出所有传输元件(即， xDSL调制解调器元件278)的通用传输帧定时周期。在以上帧周期内， 各传输元件i(其中0＜i＜M)的有效速率对应于各传输周期内传输的比 特数(记为ti)。
对于组合在一起的M个传输元件278，认为长度K小于等于各 传输周期内传输的比特数ti的总和。对于各帧周期，将长度为K的码 字划分为ti比特的tI部分，其中在第i传输元件上传输第i部分。
正如本领域熟知的那样，在多个传输元件278上传输前，通过应 用交织处理及时交织长度为K比特的数据帧，实现传输过程中的纠错 鲁棒性。
在接收端，为了正确重组传输的数据帧，主控制器向接收HSAS 传送传输参数。例如，此类参数包括所使用的交织和纠错编码方案， 帧长度，各传输信道的有效速率。上述通信可以利用一个或多个系统 开销数据信道，或者使用作为xDSL调制解调器元件之一部分的嵌入 操作信道。作为选择，可以使用控制信道传送以上参数，其中HSAS 将该控制信道复用到连接两端的高速链路上。
由于传输数据时将传输元件278调整为通用时基，所以可使用位 于接收端的xDSL调制解调器元件的定位信号调整接收的数据。作为 选择，可以在铜绞线上发送专用于上述目的的、供CO端和远程节点 端使用的通用同步时钟。
图8表示用于说明详细本发明之HSAS的入口部分的框图。参考 号数290标识的HSAS设备的入口部分包括：整体调制解调器模块 291，缓冲器294，处理器296，SCM 298，同步与控制电路304以及 电话业务模块302，其中整体调制解调器模块291包括标号为xDSL #1 到xDSL#M的多个xDSL调制解调器元件292以及下文说明的串扰消 除装置(可选)。
xDSL调制解调器元件292接收双绞线290上的传输信号，xDSL 调制解调器元件292能够输出接收的数据301以及一个和多个同步信 号。将同步信号输入到同步与控制电路304。在速率调整缓冲器294 中缓冲接收的信号301，然后输入到处理器296。处理器能够重组高速 数据流，并将该数据和有关时钟转发到SCM 298。SCM输出其速率与 最初传送的高速数据流272(图7)的速率近似的高速数据流300。
正如连同HSAS之出口270(图7)中的处理器276说明的那样， 通过循环映射方法或ATM反向复用技术，将多个低速数据流重组为 高速数据流。
同时，处理器276能够将相同的纠错编码方案应用于通过多个双 绞线308接收的数据。纠错编码处理利用冗余系统开销数据，纠正在 接收数据中发现的所有错误。该处理器对接收数据应用解交织处理和 解扰处理，从而将该数据调整为原始传输序列。该处理器利用在多个 数据流301上接收的时戳同步系统开销数据。该数据用于调整并补偿 不同速率的低速信道之间的延迟。
连同图5所示的HSAS的TDM实现，除高速数据流300之外， 处理器296还能够从多个低速数据流301中接收的数据中，抽取数据 信号305。将数据信号305输入到电话业务模块中，电话业务模块进 行多路分解，以便为与其相连的多个电话线提供合适的电话业务信号。 可以使用众所周知的时分复用技术，从通过铜绞线接收的数据中抽取 电话信号。输出信号305传送经过采样的TDM复用电话业务。另外， 向电话业务模块提供恢复的时钟信号309。
从入口HSAS 290中xDSL调制解调器元件292的接收部分中， 接收不同速率的多个数据流301，以及各元件生成的定时信号303(即， 时钟和定位信号)。将定时信号引导到同步与控制电路304，利用该 信号导出缓冲器294的控制信号307。为每个接收的数据流提供一个 缓冲器294。
缓冲器能够调整接收的数据，以补偿各种数据流中的不同延迟。 定位信号充当调整处理的参考点。
处理器296从第I个调制解调器元件中接收每个数据帧的tI比特。 基于入口HSAS内的主控制器接收的信息，经由在位于出口和入口端 的主控制器之间形成的通信信道，该处理器执行以下功能：
1.将tI比特组合为长度为K比特的码字。
2.如果在传输时进行过扰频或交织处理，则重新排列各位的顺 序。
3.执行纠错解码功能，使用冗余数据校正发现的所有错误。每 帧仍然是长度为L比特的码字。
4.利用TDM技术从纠错数据中多路分解有关电话业务数据流 以及与其同步的有关时钟。
5.通过数据线路和有关时钟线路，将剩余的高速数据传送到 SCM 298。
HSAS中的调制解调器元件组成一个双向(或单向)多线对传输 设备，该设备连接多个数字数据流(到达线缆的M出口数据流288以 及来自线缆的M入口数据流308)和该线缆上的多个铜绞线。请注意， 数据流可以具有不同速率。各调制解调器元件包括诸如HDSL、SDSL、 HDSL2、ADSL、VDSL之类的公知xDSL技术或任何其他合适的xDSL 技术之一。
各调制解调器元件支持数字端的单一低速数据流(图7中的288， 图8中的301)，并且为在电缆端(280，290)的一条或多条双绞线 上接收和/或发送(即，收发)该数据流作准备。请注意，各调制解调 器元件的双绞线的数目可以大于1，其数目取决于为特定应用所选的 xDSL技术。
使用的调制解调器元件适合于支持(1)诸如HDSL或HDSL2 之类的双向(即，对称)通信或(2)诸如ADSL之类的非对称通信。 当使用非对称调制解调器元件时，传输发生在不同双绞线的两个方向 上。正如下文将要详细说明的那样，可以根据应用，为线对中的数据 流的最佳分配、NEXT消除和增益控制构造特殊装置，以避免干扰铜 缆设备中的其他信号。
请注意，对于每条双绞线，上述xDSL技术可以以不同速率运行， 这取决于每条线路的特性。根据本发明，通过使用向HSAS提供的有 关所用电缆(如图4所示电缆)的内部空间结构的信息，可以在速率 和范围方面增强HSAS中的调制解调器元件的性能。此类信息包括电 缆内的扎线的结构和组成。还包括扎线内的双绞线的相对位置及其电 气参数(包括串扰)。造成串扰的主要原因在于附近的辐射，即，NEXT。 利用在任意两条特定双绞线的CO端和远程节点端测量的不同频率的 转移函数的数值，表示有关NEXT的有用信息。
向HSAS设备提供与不同扎线或单一扎线内的多个线对有关的上 述信息，其方法为(1)通过HSAS内安装的测试模块，进行手工测量 或自动测量；(2)可适用的电缆厂商信息，可能包括最坏情况下的扎 线内的串扰以及铜绞线的标称衰减；或(3)由自适应过滤器自动测量， 该过滤器用于实现NEXT消除。在粗适应阶段中，过滤器使其转移函 数适合表示NEXT转移函数，例如，使用LMS适应方法(将NEXE 消除误差作为适应处理的反馈)。在精确适应阶段中，即，在运行时， 使用NEXT消除误差反馈进行连续不断的精确适应。
作为选择，HSAS包括利用众所周知的数字信号处理技术实现的 NEXT消除装置。NEXT消除装置适合于根据测量的传输线对之间的 NEXT传输函数运行。在接收元件中，为了充分降低来自其他发射机 的串扰造成的NEXT干扰，执行以下过程。通常，NEXT消除器能够 生成NEXT转移函数的估计。通过使用该函数，生成扰动NEXT信号 的估计，然后从接收信号中减去该估计。
对j＝1到N的传输双绞线和i＝1到M的接收双绞线，执行该过 程。Hij(f)表示依赖于线对i和j之间的NEXT传输函数的测量频率。 对接收信号Ri和传输信号Tj进行采样，然后通过使用信号处理技术中 众所周知的傅立叶技术，变换为频域。
利用公式1计算NEXT消除后的接收信号。 ${\mathrm{RX}}_i\left(f\right)=R_i\left(f\right)-\underset{j}{\Sigma }{H}_{\mathrm{ij}}\left(f\right)·T_j\left(f\right)---\left(1\right)$
其中RXi(f)表示NEXT消除后的第i个接收信号。随后，通过使 用众所周知的傅立叶逆变换技术，将RXi(f)变换为时域，从而提供时 域信号。
作为选择，正如技术人员熟知的那样，通过使用NEXT转移函数 Hij(t)的时域表示，可以完全在时域内计算NEXT消除后的接收信号。 在NEXT消除的时域和频域实现中，利用LMS自适应FIR过滤器估 计NEXT转移函数。
根据本发明，测试模块210(图5)、262(图6)适合于周期测 量Hij(f)，其中可以将Hij(f)表示为称为串扰矩阵的二维矩阵。测试模 块监视电缆参数，并补偿发现的变更。电缆参数取决于诸如温度和湿 度之类的环境因素。将来计算NEXT消除装置时，测试模块生成的经 过更新的Hij(f)替换旧的Hij(f)。作为选择，可以使用测试模块功能和 LMS自适应FIR过滤器的组合，实现以上适应。
可以对所有传输线对执行上述NEXT消除过程，或只对部分传输 线对执行以上过程，以降低计算复杂性。此时，计算过程仅包括具有 严重NEXT问题的线对。测试模块适合于根据串扰矩阵进行选择。
作为选择，HSAS中使用的调制解调器元件可以包括离散多频音 (MDT)调制解调器元件。此类调制解调器元件适合于对每个不同音 调独立执行本发明的NEXT消除方法。从而能够彼此独立地为各线对， 例如为分配消除资源，灵活选择最坏的干扰频率。
串扰矩阵的自适应估计
如果(1)没有有关NEXT传输函数Hij(f)或Hij(t)(即，串扰矩 阵)的测量信息，或者(2)先前测量的传输函数的动态适应随时间改 变，则NEXT消除装置适合于使用技术人员熟知的自适应反馈方法来 估计传输函数的特性。通过使用试探法可以实现此类反馈方法，其中 对每个可能配对(i，j)，将NEXT转移函数Hij(f)或Hij(t)的不同参数集 代入带有负号的加法消除过程中。对于每个参数集，测量接收信号 RX(f)的能量。
选择其能量达到最小值的参数集，作为Hij(f)或Hij(t)的特定参数 集的估计传输函数，然后在NEXT消除过程中使用该函数。对每条接 收双绞线重复上述过程。
另一种适合方法包括使用自适应过滤器，其中利用该过滤器实现 NEXT消除算法。在粗适应阶段中，上述过滤器使其转移函数适应匹 配NEXT转移函数，例如使用LMS适应方法，将NEXE消除误差作 为适应过程的反馈。在精确适应阶段中，例如在运行时，上述过滤器 使用NEXT消除误差反馈实现连续不断的精确适应。
传输功率控制以及入口和出口PSD控制
当(1)本发明的HSAS设备可使用一个或多个整体扎线作为高 速数据链路传输的通信信道时并且当(2)实施本文描述的NEXT消 除算法时，可以执行以下性能增强。
首先，选择扎线内更靠近中心的线对传输对噪声更敏感的信号， 由于能够更好地保护这些线对不受扎线外部的干扰源的干扰。可以在 更靠近扎线表面的双绞线上传输更鲁棒的信号。
可以使用上述技术为在更隔离的线对(通常为更靠近中心的线 对)上传输更敏感的信号提供更多隔离保护。信号的灵敏度与其操作 所需的SNR余量成正比。需要的SNR余量越高，灵敏度越高。对于 特定调制解调器元件而言，上下行传输方向的灵敏度可以不同。
另外，可以使用上述技术为传输具有更高PSD辐射的信号提供 更多隔离保护。从而提供更高的信道容量，对传输环境造成更多干扰。 当在各双绞线上使用非对称xDSL技术时，上述技术非常恰当。此种 原理的一种应用利用众所周知的ADSL方案，从而在不同铜绞线上同 时传输两个相反的上下行方向。
作为选择，通过应用更隔离的线对并应用众所周知的全双工回声 消除技术，可利用相同技术在相同铜绞线上定向传输ADSL信号。
可以通过交换机的主控制器，或者通过利用HSAS用户界面根据 向最终用户提供的信息进行手工配线，实现线对选择。
其次，扎线内的不同线对上的每个传输数据流的可变增益控制方 案，基于在任意特定线对与靠近扎线表面的线对之间测量的隔离。当 实施此方案时，线对越隔离，越能在不违犯PSD规则的情况下传输更 高功率，其中PSD规则限制从扎线发出的最高功率。该方案可以显著 增强双绞线上的传输性能。作为选择，以上增益控制方案可以是频率 选择的，从而使增益适应与特定频率的线对关联的隔离。
上文描述的增益控制的构造包括(1)直接应用于xDSL调制解 调器元件的增益控制和/或(2)各铜绞线上的增益控制线路放大器。
只要调制解调器元件适合于支持外部增益控制，就可以将增益控 制直接应用于xDSL调制解调器元件。请注意，如果xDSL元件基于 众所周知的DMT技术，则可以在每个不同音调上应用不同增益控制， 从而提供频率选择的增益控制装置。
可以仅仅在传送方向上的各铜绞线上使用增益控制线路放大器。 正如电子技术中熟知的那样，可以利用带有数控开关的运算放大器实 现此类放大器，其中数控开关在放大器的反馈回路中选择不同的电阻 值。通过使用诸如测试模块262(图6)之类的测试实体进行测试获得 的最新隔离参数，周期更新增益控制参数。
为了确保扎线表面的总辐射功率不超过大部分国家/地区的PSD 规则(例如，美国的FCC或世界上的其他PTT制订的规则)设置的 界线，测试模块适合于在靠近扎线外表面的双绞线上周期执行PSD测 量，从而监视并向增益控制过程提供反馈。通过切换NEXT测量使用 的元件，执行周期测试。如上所述，可以在不降低信道性能的情况下 进行上述测量。对上述各扎线而言，当光谱功率辐射在FCC或PTT 颁布的界线内时，可以在较粗铜缆的独立扎线上传输多个高速链路。
线路隔离测量
图9表示用于说明线路隔离测量方法的流程图。线路隔离方法能 够定位并映射给定扎线内的多个隔离线对，这些线对用于入口和出口 PSD控制方案中的功率控制。首先，打开与各线对相连的xDSL调制 解调器元件，而并不在该线路上传输任何信号(步骤630)。接着， 利用大部分可从市场上买到的xDSL调制解调器元件中内置的内部 SNR测量表或接收功率测量表，测量各线对的噪声电平(步骤632)。 由于该线路两端的调制解调器元件并未进行传输，所以功率测量代表 在特定线路上接收的扰动功率。因此，可以将该测量解释为与外部扰 动隔离的线路隔离的相对测量。较低的接收功率或SNR测量表示增强 的相对隔离。
然后按照隔离程度的顺序对隔离测量排序(步骤634)。对于SNR 测量，低SNR表示高隔离。然后根据对扰动的灵敏度，对在所有路线 上发送的信号排序(步骤636)。将两个列表映射到一起，以便向更 敏感的信号分配更隔离的线路(步骤638)。请注意，可以使用位于 调制解调器元件和线路之间的开关206(图5)，进行分配。同时请注 意，该方法能够映射线路的隔离，而不考虑该线路在扎线内的位置， 也不考虑该线束内的扎线的位置。
以下说明利用串扰矩阵确定给定扎线(即，更靠近中心的线对) 内更隔离线对的备择方法。
对串扰矩阵的每一行i，计算除矩阵对角线上的元素之外所有元 素的范数的总和。可以将总和Ri解释为线路i上的扎线内的所有其他 线对的串扰总和的测量。然后根据其数量对数值Ri排序。Ri越高，线 对越靠近中心。
另外，在向高速链路分配多个线对140(图3)时，使用以下方 案把线对放入一个或多个组中，每组为不同扎线的一部分。请注意， 此时采用未知方式在所有扎线之间分配线对。
给定某扎线内的两个相邻线对之间的最坏情况下的隔离函数H(f) (测量单位为dB)，以及不同扎线的两个线对之间的最坏情况下的隔 离函数Hb(f)(由电缆厂商提供)，在每个线对上传输音调信号S(f)(f 为低频，如100kHz)。在其他线对的每个线对上，测量相同频率的接 收功率。
请注意，利用测试模块210(图5)、262(图6)执行传输和测 量。传输信号S(f)的功率电平(dB)为噪声限度功率电平，即，N(f)+ H(f)+Hb(f)-3dB。
仅仅在传输线对的同一扎线内的线对上，接收并测量超过噪声下 限的信号。认为具有直接或间接传输/接收关系的所有线对属于同一扎 线。例如，如果仅仅在线对2和3上收到线对1上的传输，则线对2 和3与线对1具有直接传输/接收关系。如果在线对1和4上收到线对 3上的传输，则认为线对4与线对1具有间接接收/传输关系，从而将 线对4分配到同一扎线。
另外，在将多个线对映射到不同扎线后，可应用上述方法中的任 意方法来映射各扎线内的线对，以便进行功率控制以及入口和出口 PSD控制。
传输功率的最佳分配
如上所述，传输设备的功能是在某个扎线内或在某个线束的多个 扎线内的多个铜绞线上传输多个信号。为了遵守PSD规则，这些信号 的传输功率必须遵守上述规则规定的PSD屏蔽。上述规则规定限度的 目的是，避免在某个扎线内或在某个线束的多个扎线内发送的各种 xDSL业务的无控交叉扰动的破坏影响。
因此，如果将整个扎线分配给HSAS系统单独使用，应验证该扎 线外表面的全部PSD遵守PSD屏蔽规则。在该扎线内，HSAS能够按 照使总吞吐量最优化的方式选择不同调制解调器元件的PSD，同时从 该扎线辐射到该扎线外面的铜绞线上的总PSD遵守所有可适用的PSD 屏蔽规则。
实现上述处理的一种方法是改变正在使用扎线之内部线对的调 制解调器元件的传输功率，同时连续测量驻留在该扎线周边的线路上 的功率。可以利用与驻留在扎线周边的线对相连的、大部分可从市场 上买到的调制解调器元件中内置的内部接收信号功率表或SNR测量 表，进行功率测量。
作为选择，可以将线对连接到测试模块210(图5)，以测量其 PSD。利用位于线对和调制解调器元件之间的开关206(图5)进行连 接。为了测量不同频率的PSD，测试模块210可利用各种各样的众所 周知的数字信号处理技术，如基于傅立叶变换的技术。
本发明提供一种分配传输功率的方法，其中和本文描述的NEXT 消除算法一起实现该方法。
传输频带宽度的最佳分配
除上述说明之外，可以利用以上说明的各种线对映射方法分配传 输频带宽度。按照向扎线内更隔离线对分配更多宽频带传输的方式， 进行上述分配。把从扎线辐射到该扎线外部之铜绞线上的总PSD维持 在PSD屏蔽规则内。请注意，可以在同一HSAS共同使用频率和功率 分配方法的组合。
远程供电
参照图5，适合于TDM操作的HSAS包括一个与多个调制解调 器元件204相连的供电设备214。HSAS能够在双绞线信道208上组合 远程供电和传输数据。在仅仅与TDM方式有关的本实施方式中，在 一条或多条铜绞线上施加DC电压。为电力传输分配的线对是固定的， 并且通常不会动态改变。
将位于CO端的供电设备214的DC输出，划分为多个比较小的 DC电流支流，其中在一个或多个分配的线对上传输各支流。请注意， 经由独立的铜绞线传导每个极性的DC电流。可以使用任何合适的技 术，如电子技术中熟知的多端口线变压器技术，将DC电路组合成一 对。
在远程节点端，收集并组合多个DC电流，然后进行调整，以作 为位于远程节点的HSAS设备和该节点的其他设备(可选)的电源。 另外，也可以使用电池，其中利用提供的电流对电池充电。如果电流 供应中断，或者在短时出现过度功率消耗时，由电池提供后备电源。
NEXT消除
图10表示用于详细说明包含NEXT消除操作的本发明的HSAS 的整体调制解调器模块部分的框图。在本实施方式中，参考号数310 标识的HSAS包括：标号为xDSL发射机#1到xDSL发射机#M的多 个xDSL发射机314，第i个xDSL接收元件#i 332，来自主控制器的 控制信道322，第i个NEXT消除部件#i 342以及模拟接口电路324。 请注意，根据实际采用的xDSL技术，可以单独实现发射机314和接 收机332，也可以在一块ASIC或IC内同时实现发射机314和接收机 332。
将各xDSL发射机314连接到Tx数据流312，各发射机包括：发 射部分316，用于转换发射符号的D/A转换器318以及数控可变增益 放大器320。主控制器生成增益控制信号321，并通过控制信道322接 收。
HSAS还包括M个xDSL接收元件332(为清晰起见仅仅显示一 个)。各接收元件332适合于接收来自模拟接口324的模拟信号，并 输出接收的数据流340。各接收元件包括：用于将接收的模拟信号转 换为数字格式的A/D转换器334，加法器336以及接收部分338。
模拟接口电路324包括诸如混合电路、线变压器之类的模拟组件， 用于执行以下功能的部分功能或全部功能。
1.根据所实现的xDSL技术的特定厂商的建议，实现xDSL线 路终止和保护。
2.当通过使用标准混合电路元件在双绞线326上使用双向 xDSL技术(如，HDSL)时，分离发射328和接收330信号。
3.为位于远程节点的电气组件传输馈电电流。将供电设备214 (图5)生成的馈电电流划分为多个支流电流，通过一条或多条铜绞 线，将各支流电流传输到远程节点。模拟接口可包括各支流的保护电 路。保护电路能够防止短路、泄露、过流、热停机等。
NEXT消除部件#i 342对第i个接收信号执行NEXT消除操作。 该部件适合于经过信号线341接收M个数字格式的传输信号Ti(t)的全 部或一部分，其接收时间为A/D转换器320转换为模拟信号之前。请 注意，依靠使用的铜设备，通过避免处理全部信号可降低系统的复杂 性。当经由与NEXT消除操作几乎完全隔离的不同扎线确定不同线对 的路线时，上述处理特别有用。
NEXT消除部件的频域实现适合于接收来自主控制器的NEXT 传输函数Hij(f)(即，串扰矩阵)。作为选择，NEXT消除部件的时域 实现接收来自主控制器的NEXT传输函数Hij(t)。作为选择，NEXT 消除部件接收来自自适应过滤器的NEXT传输函数，其中在NEXT消 除算法本身的实现中使用自适应过滤器。
在最初的粗适应阶段中，上述过滤器使其转移函数适合匹配不同 线对内的NEXT转移函数，例如，使用LMS适应方法。将NEXE消 除误差作为适应处理的反馈。在稍后的精确适应阶段中，例如在运行 期间进行的精确适应中，上述过滤器使用NEXT消除误差反馈实现连 续不断的精确适应并跟踪NEXT转移函数。在频域实现中，NEXT消 除器计算组合信号∑Tj(f)·Hij(f)，或者在时域实现中，计算组合信号 ∑Tj(t)·Hij(t)。请注意，在频域实现中，必须首先使用众所周知的傅立 叶技术(如，FFT)将信号Tj(t)变换为频域。
然后通过加法器336从接收信号中减去该组合信号。请注意，可 以在时域或频域中执行NEXT消除操作。当在频域中执行时，在执行 带有负号的加法操作前，通过使用众所周知的傅立叶技术(如，IFTT) 将NEXT估计信号变换为时域。
然后，向调制解调器元件338的Rx部分提供加法器336的NEXT 消除信号输出，并作为NEXT消除器342的适应反馈信号。该反馈用 于NEXT消除器的适应。请注意，如果在执行消除操作时使用自适应 FIR过滤器，则适应处理可使用众所周知的LMS算法。
如果使用DMT xDSL调制解调器技术，则可以对每个不同音调 (或载波)单独执行NEXT消除处理，由此使用传输和接收信号的频 域表示执行减法运算。
每个接收器332需要一个NEXT消除部件342，并且可以使用电 子技术中熟知的数字信号处理技术之类的任何合适装置，实现该部件。 可以采用类似方式，或者通过修改xDSL组件，实现加法器336。请注 意，可以在一片或几片整体IC上同时实现发射机、接收机、NEXT消 除部件和加法器。
同时请注意，在图6所示的用于FDM操作的HSAS的实施方式 中，模拟接口不需要任何线路终止和供电电路，因为交换机246、分 离器248和电源开关256能够提供上述功能。
图11表示根据本发明构造的HSAS的另一种实施方式的框图。 在本实施方式中，参考号数350标识的HSAS包括：多个SCM 354， 数据扰频器358，FEC编码器360，交织器362，发送器364，整体调 制解调器模块367，收集器374，解交织器376，FEC解码器378，解 扰器380以及主控制器382，其中调制解调器模块367包括标号为调 制解调器部件#1到#M的多个调制解调器元件368以及上文说明的串 扰消除装置(可选)。
HSAS利用铜绞线提供端到端的高带宽通道。所需的铜绞线数目 依赖于许多因素，如使用的调制解调器元件的类型，电缆的长度，期 望的BER，期望的比特率等。为了进行说明，提供以下表格，该表列 出作为电缆距离和比特率的函数所需要的线对数。
表1：需要的线对数
                              距离(千英尺) 比特率(Mbps)  6  8  10  12   14    15    16    17    18    19    20    21
15              11  17   24    28    31    39    43    49    57    64
20           9  14  21   29    37    42    52    57    65
25    8    11    18    24    37    46    52    65    72
30    9    13    19    29    44    56    63
35    11   15    23    34    51    65
40    12   16    24    38    59
45    14   18    27    43    66
表1所列的线对数是基于以下假设计算的：使用HDSL2调制解 调器元件，没有NEXT消除处理，最高BER为10-10。
操作时，HSAS充当SCM和铜设备之间的接口。由SCM 354接 收来自输入数据链路的高数据速率的位流，然后经由总线356转发到 扰频器358，随后到达FEC编码器360和交织器362。SCM适合于把 一个或多个高速输入数据链路聚集为单一高速数据流。接着经由总线 366，将由此生成的数据流分发或发送到多个调制解调器元件。各调制 解调器将其数据传输到铜缆设备372的一条双绞线370上。
SCM充当线路接口装置，该装置适合于将输入数据流(如，T1， E1，T3，E3，OC-3等)转换为通用格式，并放置到总线356上用于 后续处理。在传输方向上，扰频器接收总线上的数据，并在应用纠错 前对该数据进行随机化处理。在接收方向上，解扰器380接收已进行 纠错解码的数据，并进行解扰，以生成从另一端传输的原始数据。扰 频/解扰处理包括所有标准技术，如基于带有合适发生器的线性反馈移 位寄存器的技术，发生器如1+x5+x23或1+x18+x23。
然后利用编码器360对该数据进行FEC编码，编码器的作用是 向位流添加纠错信息。例如，可以使用众所周知的Reed Solomon编码。 请注意，可以采用商用编码集成电路(如，位于华盛顿州Pullman的 Advanced Hardware Architectures公司生产的集成电路)或FPGA仪 器，实现FEC编码器和解码器。生成的FEC码字的长度为3到255 字节，而校正字节数可以为任意数目，如8。在接收方向上，利用FEC 解码器378处理经过解交织的数据，解码器的作用是利用与有效负载 一起传输的冗余码，校正位流中的错误。
交织器362适合于排除一条或多条线路中的突发噪声。交织器能 够处理噪声持续时间大约为250到500豪秒。交织器能够将输入位流 划分为许多较小部分，从而即使缺少某一部分，FEC仍能生成正确数 据。交织器缓冲输入的码字，以便拥有足够进行划分处理的数据。然 后将来自不同码字的划分数据转发到双绞线上，从而在任何时限(如 500豪秒)内，只在各双绞线信道上传输各码字的部分数据。使得该 系统能够消除超过指定时限(如500豪秒)的所有线路共有的突发噪 声。交织器适合于具有可变深度，其中由主控制器设置深度。请注意， 为了将延迟降到最低程度，本发明的HSAS可以在没有交织器的情况 下运行。
添加到传输时间中的等待时间随比特率以及需要保护的期望持 续时间变化。例如，支持500豪秒噪声校正的等待时间约为11.8到12.4 豪秒，支持250豪秒噪声校正的等待时间为5.5到6.2豪秒。
发送器(dispatcher)364接收经过处理的高速位流，执行速率转 换并将数据发送(即，分发)到各调制解调器元件368。发送器适合 于将高速数据流划分为多个适合调制解调器元件传输的低速位流。因 此，执行的功能类似于在低容量铜绞线上反向复用高速数据流。发送 器负责将数据符号发送到不同的调制解调器元件，从而只在各双绞线 信道上传输各码字的部分数据。以防止系统掉线。
调制解调器元件的作用是接收来自发送器的数据，并根据采用的 特定xDSL技术将该数据转换为行代码。示例xDSL技术包括ADSL、 HDSL、HDSL2、SDSL和VDSL。各调制解调器元件适合于以下处理 的电路：(1)收集发送器转发的数据，(2)使向调制解调器传送数 据与接收调制解调器的数据同步，(3)根据使用的技术对数据进行调 制，(4)将数字符号输出到D/A转换器，以及(5)经由模拟前端接 口，将该符号放到铜绞线上。
主控制器382的功能是控制模块之间以及HSAS与外部链路之间 的HSAS接口。它适合于执行配置、初始化、性能监视存储、维护以 及HSAS的外部组件的控制。主控制器适合于支持与外部时钟的同步， 生成系统时钟，向远程节点传送SCM时钟控制信息以建立主/从节点。
根据加载到各系统中的参数，将各HSAS配置为主设备或从设备。 配置为主设备的HSAS负责(1)确定各调制解调器元件的比特率，(2) 建立与从节点之间的调制解调器逻辑链路(即，确定物理和逻辑调制 解调器元件/线路之间的映射)，(3)建立业务信道，(4)确定位于 两端的扰频器/解扰器、FEC编码器/解码器、交织器/解交织器、发送 器和收集器的配置，(5)提供从节点进行同步的系统时钟(如，使用 调制解调器恢复的时钟)。
总线356用于连接SCM与数据处理元件(即，扰频器358/解扰 器380)之间的通信量。该总线适合于传输高速数据输入链路的全部 带宽。该总线最好包括分组(即，块或信元)类型的总线，以致(1) 将SCM接口上的各种时钟频率转换为HSAS的系统时钟，以及(2) 提供为输入数据的特定信源作标记的机制(如，SCM接口号)。
修改分组(或信元)的长度，以支持具有不同时钟脉冲速度的接 口。分组的标题包括有关每个传输的数据长度的信息。该总线适合于 支持SCM与HSAS系统时钟之间的速度适应，标记从SCM输入的信 息，迅速地重新同步数据帧，支持SCM切换以便为冗余目的而启用 端口切换。
总线366用于传送发送器/收集器与调制解调器元件之间的通信 量。将发送器输出的信息分配给多个调制解调器元件。为了在接收端 恢复该数据，在各调制解调器线上添加一个空间帧(在下文中说明)， 使接收机能够收集来自调制解调器元件的数据，并按传输顺序装配该 数据。另外，空间帧使该系统能够支持具有可变延迟的调制解调器元 件。
总线366是双向的，允许两个方向上的通信量。在传输方向上， 由发送器将诸如(1)空间帧和CRC信息，(2)纠错信息，(3)时 钟同步数据以及(4)允许每帧同步调制解调器元件一次的多速率定位 信息之类的信息，放到该总线上。
各调制解调器元件适合于支持可变数据速率，如n*64kbps的数 据速率，其中n的范围为1到36，其最低速率为64kbps，最高速率 为36*64＝2.304Mbps(HDSL2的最大值)。根据采用的调制解调器 技术以及其他因素确定最高数据速率。
图12表示用于说明根据本发明构造的位于铜缆设备两端的出口 和入口HSAS的框图。该图表示参考号数390标识的出口HSAS的有 关部分以及参考号数390标识的入口HSAS的有关部分。出口HSAS 390包括：与一个或多个输入数据链路392相连的多个SCM 394，经 由总线396从SCM接收数据的数据扰频器398，FEC编码器400，交 织器402，发送器404，经由总线406与发送器相连的整体调制解调器 模块407以及主控制器434，其中调制解调器模块包括标号为调制解 调器元件#1到#M的多个调制解调器元件408以及上文描述的串扰消 除装置(可选)。
根据本发明，可以将该系统构造为非对称速率，非对称速率指线 路两端的调制解调器元件的数据速率未必相同。由于各方向上的调制 解调器元件使用的调制方案和速率可以改变，所以HSAS支持配置， 其中各端的发射机数目和接收机数目是不同的。然而，无论如何，位 于某一端的发射机的数目必须等于位于另一端的接收机的数目，反之 亦然。
主控制器434包括不同外部设备的一个或多个接口。该图表示从 主控制器434经由LAN/WAN 438至网络管理系统(NMS)436的连 接，以及从主控制器434至本地同行接入440设备的连接。另外，主 控制器可以包括：(1)支持MIB-II的标准SNMP代理功能，作为基 于外部SNMP的NMS的接口，(2)万维网(WWW)接口和TL-1 接口，其中前一接口作为NOC技术人员或本地同行进行准备、维护 或其他操作的接口，后一接口供本地同行、NOC技术人员或其他人员 通过RS-232进行访问。调制解调器元件408传输到铜缆设备412上的 各双绞线410。
入口HSAS 448包括：调制解调器模块415，解交织器422，FEC 解码器424，解扰器426，经由总线428与解扰器426相连的一个或多 个SCM 430，一个或多个输出数据链路432以及主控制器442，其中 调制解调器模块包括经由总线418与收集器420相连的多个调制解调 器元件416。主控制器包括与诸如NMS 444、本地同行接入446或任 何其他设备之类的外部设备进行通信的一个或多个接口，以便进行管 理、准备、维护或监视。
系统唤醒过程
以下详细说明HSAS的初始化或唤醒。图13表示用于说明本发 明之HSAS的初始化方法的流程图。第一步骤是加电步骤(步骤450)。 在该步骤中，位于CO端的HSAS进行加电，假设将HSAS连接到CO 内的直流电。然而，远程节点可能不具备局部电源，因此需要CO端 的HSAS进行远程供电。
在HSAS的TDM实施方式(图5)中，可以与电话业务同时提 供远程供电。因此，可以立即为远程节点提供电源。
然而，在HSAS的FDM实施方式(图6)中，不能与电话业务 同时提供远程供电。因此，电源开关256能够将所有开关配置为电源 设置。在远程节点，配备电池以确保HSAS的可靠初始化。
然后对该系统进行配置(步骤451)。此时，位于CO端和远程 节点端的HSAS内的主控制器，(1)初始化需要初始化一个或多个参 数的所有组件，(2)识别已经安装的模块及其能力和配置(特别是 xDSL调制解调器元件的能力和配置)，(3)对硬件和软件系统进行 自测试以及(4)建立与一个或多个用户界面的连接。
接着，将所有调制解调器元件设置为最低的数据速率(步骤452)。 此时，将调制解调器元件配置为以最低的数据速率传输数据，以便建 立CO端和远程节点端的低速通信信道。在建立信道之后，两端交换 有关信息。
接着，如果实现HSAS的FDM实施方式，则CO内的HSAS开 始向远程节点供电(步骤453)。该步骤允许向远程节点传送电话业 务。然后估计每个链路上各调制解调器的最高速率(步骤454)。通 过使用一个或多个以下模块(或机制)测量线缆的特性：测试模块， 切换模块，调制解调器元件内的内部测试机制，NEXT消除部件内的 内部测量机制(如NEXT消除误差)以及CO端和远程节点端的主控 制器的协调。调制解调器元件内的内部测量机制包括BER测量表， SNR测量表，线路衰减测量表和/或噪声余量测量表。测量包括各线对 的衰减以及与频率有关的所有线对之间的串扰传输函数(隔离)。请 注意，可以根据上述测量导出扎线内的线对的空间配置。然后，主控 制器根据上述测量连同xDSL调制解调器元件的传输特性以及所需的 链路性能，计算最佳传输参数。
主控制器执行的计算包括以下操作中的一项或多项操作：
1.计算所有双绞线或部分双绞线的NEXT转移函数矩阵Hij(f) (频域实现)或Hij(t)(时域实现)。
2.为比较敏感的传输分配更靠近扎线中心的特殊线对，为不太 敏感的(如，下行)传输分配更靠近扎线外表面的线对。
3.确定各线对的允许传输功率以及相应增益。增益可以为频率 选择的。增益和允许的传输功率是根据各线对的空间位置确定的，因 此将来自的扎线的光谱功率辐射包络维持在PSD规则规定的界线内。
4.确定各方向上的各双绞线链路的最佳传输速率。请注意，不 同链路之间的速率可以不同，并且特定链路的每个方向上的速率可以 不同。计算速率以使该系统的总吞吐量最优化。最优化是更可取的， 因为调制解调器元件可能具有随速率变化(如，调制解调器传输的PSD 随数据速率而变化)的相互降级作用。因此，在某些情况中，特别是 在未应用NEXT消除处理或只在部分线对上应用NEXT消除处理的情 况中，优化系统的总吞吐量还需要使每个调制解调器元件的吞吐量达 到最大值(以下说明)。
5.确定每个方向上的每个数据流(即，链路)的最高有效数据 负载速率。
6.选择传输和接收数据处理器中使用的纠错编码方案。两端的 编码方案可以不同。基于一个或多个系统需求进行选择，系统需求如 BER，掉线的回弹能力，延迟，脉冲噪声回弹，比特率，范围等。
在计算过程结束并确定各链路(链路的两个方向)的最高传输速 率后，将调制解调器元件设置为最佳速率，最佳速率可能是也可能不 是先前计算的最大值(步骤456)。将确定的参数转发到位于CO端 和远程节点端的传输数据处理器、接收数据处理器、调制解调器元件 和交换机。初始化链路传输，并开始高速链路数据通信。
在利用最佳数据速率配置调制解调器元件并建立数据链路后，测 量链路参数(步骤458)。在高速数据链路开始运行后，利用(1)测 试模块，(2)调制解调器元件内的内部测量机制或(3)NEXT消除 部件内的内部测量机制(如，NEXT消除LMS过滤器)，进行测量。 调制解调器元件内的内部测量机制包括BER测量表，SNR测量表， 线路衰减测量表和/或噪声余量测量表。然后检查是否有调制解调器失 去同步和/或不能正常运行(步骤460)。
如果有调制解调器失去同步或不能正常运行，则改变该调制解调 器的数据速率(步骤460)，然后从步骤454开始重复该过程。请注 意，由于调制解调器的PSD随其速率变化，所以可以增加或降低速率。 请注意，增加或降低调制解调器的速率将改变传输能量所在的光谱区 域，从而改变对其相邻调制解调器的干扰，以及对其相邻调制解调器 的干扰辐射(即，串扰)的灵敏度。如果调制解调器是同步的并且能 够正常运行，则根据各调制解调器的速率，配置发送器和收集器中的 表格以及FEC参数(步骤462)。请注意，可以在位于链路两端的两 个HSAS内应用不同的FEC和发送配置。
一种选择调制解调器元件的最佳速率的可能方式是，调整其速率 以致其实际SNR(使用内部SNR测量表进行测量)与维持所需的BER 标准需要的SNR之间有足够余量。对于所有的调制解调器元件，HSAS 执行从某个固定速率开始的速率调整迭代过程。随后，调制解调器元 件的速率或增加或降低，以致增加其余量比所需余量高的调制解调器 的速率。同样，降低其余量比所需余量低的调制解调器元件的速率。 上述迭代过程继续，直至余量在所需余量的预定值附近。
作为选择，可以以64kbps为步长，尝试各调制解调器的所有速 率组合。然后选择能够提供最佳综合高速链路比特率的速率组合。
周期监视、测量链路传输参数(如，各链路的SNR和BER，与 各链路有关的CRC误差的数量等)，以使HSAS适应(1)内部运行 条件的变化或(2)内部系统故障(如，调制解调器元件故障，总线故 障等)(步骤464)。响应链路测量，HSAS可以修改一个或多个传输 参数。HSAS适合于将传输过程尽可能保持在最佳状态。特别地，主 控制器利用上述测量结果来更新最佳信道计算，并响应该计算以修改 适当组件。
如果某个调制解调器失去同步或发现某个调制解调器不能正常 运行(即，超过诸如BER、SNR、CRC误差之类的一个或多个性能阈 值)(步骤466)，则改变其数据速率，并且该过程从步骤454开始 重复。
请注意，作为选择，初始化过程可以包括一个迭代过程，由此配 置在数据速率、范围和可靠性方面具有较低链路性能的调制解调器元 件。根据信道条件，随时间推移逐渐提高链路性能。
前向纠错
以下详细说明HSAS的FEC编码和解码部分。为了帮助改进高 速数据链路的性能，HSAS适合于处理故障线路。故障线路为(1)物 理切断或端开的线路，(2)其阻抗明显增加以致妨碍传输的线路，(3) 其噪声电平已经达到如此程度以至传输严重损坏或不可能进行传输的 线路，或(4)其调制解调器元件出现故障或其性能已降到特定预定阈 值以下的线路。
HSAS包括处理故障线路的纠错编码方案，从而数据传输不会受 到损害。为了提高安全系数，可以将HSAS配置为以比所需BER更高 的BER运行，例如，需要以10-10工作时，以10-15工作。因此，当出 现故障线路时，BER的增加值仍然在所需BER以下。然而，最好将 BER配置为与用户设置的阈值接近但比该阈值更好的稳定BER。此种 FEC编码方案能够提供对背景噪声、脉冲噪声和外部干扰的抗扰性。
图14表示空间帧以及关联单位符号时间(UST)的结构。将USB 定义为利用最低速率的调制解调器传输一个符号的持续时间。例如， 对于速率为64kbps的调制解调器而言，UST为125微秒。空间帧520 由多个码字526组成。每个码字包括许多符号，其中每个符号表示一 个字节，并且其持续时间随传输该符号的调制解调器元件的速率而变 化。由发送器生成的空间帧包括所有调制解调器元件的码字。把空间 帧的每一行522和M个调制解调器元件中的一个元件联系起来。将包 含持续时间为UST的同步符号在内的标题信息528，添加到各空间帧 的开始位置。请注意，标题的长度长于最慢的调制解调器传输的UST (如，125微秒)。
空间帧的功能是封装多个码字，补偿调制解调器速率的差异，而 不考虑传输码字的各调制解调器元件的速率。空间帧使所有调制解调 器元件能够同步到固定在某一时间的数据帧，而不考虑调制解调器的 速率。空间帧的周期为4到12微秒。
在双绞线上传输符号时符号的持续时间随特定调制解调器的数 据速率变化。对于利用较高速率的调制解调器传输的符号而言，其持 续时间较短。因此，与速率较低的调制解调器元件相比，速率较高的 调制解调器元件能够在给定时间内传输更多码字。
因此，利用考虑调制解调器速率的持续时间表示码字。例如，调 制解调器#2的码字的持续时间是调制解调器#1的码字的持续时间的 两倍以上。因为调制解调器#1的速率比调制解调器#2的速率快两倍以 上。将调制解调器#M设置为更高速率，因此能够在空间帧期间传输更 多码字。如果使用的调制解调器元件采用HDSL2技术，则最短持续 时间的码字对应于36*64kbps＝2.304Mbps的比特率。
位于各行522的尾部的垂直阴影部分529表示零填充，其中将零 填充添加到各调制解调器线的各空间帧的尾部。插入到空间帧中的码 字最好不越过帧边界。因此，必须用零填充所有间隙。作为选择，可 以将空间帧划分为许多子部分，其中各部分的持续时间为一个UST。 将全部码字放到各子部分内，并利用零字节填充所有额外空间，从而 填充最后一个码字和UST边界之间的空隙。以便提供比较容易的硬件 缓冲方案。
请注意，也可以使用UST周期的其他周期，并认为在本发明的 范围内。UST周期最好为125微秒，因为该周期表示所有可能比特率 的最小公分母。换句话说，在一个UST之后，可以保证所有调制解调 器元件传输至少一个完整符号。
以下详细说明FEC及其有关过程。HSAS的FEC编码/解码和发 送/收集部分适合于(1)为线路故障提供回弹，从而不会永久降低系 统的性能，(2)在使用常规铜缆传输方法实现的性能上提高系统的性 能，以及(3)在运行时增加系统对噪声(即，热噪声，脉冲噪声等) 的抗扰性。只为有限数目的故障线路提供回弹，用户在启动时指定该 数目。
图15表示用于说明HSAS的FEC部分中使用的K字节码字块的 逻辑框图。参考号数470标识的码字块包括由K-R个字节组成的有效 负载部分472以及由R个字节组成的冗余部分474。值K表示块长度， 即，码字中的总字节数，R表示该码字包含的冗余字节数。请注意， 图15的码字表示码字的逻辑透视图。然而，在实际实现时，可以按不 同顺序安排有效负载字节和冗余字节。例如，如果编码设备为可从市 场上购买的设备，如从位于华盛顿州Pullman的Advanced Hardware Architectures公司购买的设备，则K的值为3到255字节，而R的值 为1到20字节。
在另一种实施方式中，FEC编码器包括Reed Solomon块编码器。 该编码器能够校正R/2个符号错误。对于给定掉线数目的回弹，可以 选择K和R，从而当指定数目的线路掉线时，符号讹误也不超过R/2。 如果符号讹误超过R/2，则Reed Solomon纠错不再提供抗扰性。
然而，通过在R中增加“备用”位(如奇偶检验位)，或者通过 检测故障线路并通过使解码器使用称为“擦除”信息的信息，能够解 决上述问题。出现线路故障时，可与本发明一起使用擦除，因为调制 解调器元件能够利用FEC解码器生成的误差指示检测线路故障。例 如，调制解调器元件可以使用CRC机制、SNR测量表或信号损耗指 示检测误差。FEC编码器的功能是添加所需的冗余码，以校正由于线 路故障引起的误差，提高对各种噪声的抗扰性。在另一种实施方式中， 编码器执行编码技术中熟知的Reed Solomon块编码处理。除调制解调 器的传输速率和BER值之外，根据与需要处理的故障线路数、所需的 编码系统开销、所需的BER等有关的用户的详细说明，确定编码参数。
请注意，在运行时，发送器向FEC编码器请求数据。因此，编 码器的输入速率为发送器请求数据的速率。由于输入数据流的速率可 以与发送器不同，所以HSAS能够在需要时在编码器之前插入“空闲” 块。
发送器的功能是尽可能以最佳方式，将经过编码的数据在交织处 理后分发到调制解调器元件。发送器包括一个双缓冲存储器，因此能 够在任何时候将数据写入到一个缓冲器中，同时从另一个缓冲器中读 取需要转发到调制解调器元件的数据。FEC和发送器能够彼此同步运 行，即，发送器向FEC请求数据，FEC在其输入端输入等量数据。 可以修改FEC和发送器的参数(即，发送表)，而不影响数据流的传 输。
发送器适合于生成供FEC和发送器进行同步的空间帧。空间帧 使得接收调制解调器能够补偿由于将调制解调器元件配置为不同比特 率而引起的不同延迟。如上所述，通过诸如同步总线之类的总线向调 制解调器元件发送数据。数据是在专用时隙内发送、接收的。各时隙 可按照各调制解调器的最高速率传送数据。请注意，多个调制解调器 可共享某个给定时隙，前提是数据速率的总和不超过所有组合调制解 调器元件的最高比特率。
图16是一个框图，表示与HSAS的FEC编码器部分对接的信号。 从扰频器或SCM(在禁用扰频功能时)向参考号数480标识的编码器 发送输入数据。数据是以字节流的方式发送的，字节流是以异步方式 从输入端读取的。时钟是与数据一起提供的。主控制器设定码字的码 字大小K，码字冗余大小R以及利用信号表示参数变更的变更请求信 号。
根据本发明，可以在一个空间帧内使用多组码字参数(K，R)。 周期切换码字参数，以考虑编码系统开销对纠错能力的最佳组合。例 如，在一个空间帧持续时间内，最好使用较高的冗余(即编码系统开 销)直至确定线路状态(掉线或工作线路)，然后可以使用较低的冗 余(即编码系统开销)，因为在较低编码系统开销的情况下，可利用 擦除指示来增强FEC解码器的纠错能力。
编码器适合于输出长度为K的码字，其中K-R个字节发源于输 入数据流，而R个字节是由编码器添加的。当后续步骤请求时，利用 读时钟从FEC编码器中获取字节。第一字节指示为下一步骤提供读取 码字的第一字节的时间指示。下行连接步骤使用重新配置信号执行编 码和发送参数变更。编码器还接收来自发送器的空间帧边界信号，以 帮助同步数据流。
图17是一个框图，表示与HSAS的FEC解码器部分对接的信号。 从上一步骤的输出端，通常为收集器或解交织器，将长度为K的码字 输入到参考号数490标识的解码器中。数据是以字节流的方式输入的， 以异步方式将字节流写入到解码器中。写入时钟是与输入码字一起提 供的。主控制器设定码字的码字大小K，码字冗余大小R以及利用信 号表示参数变更的变更请求信号。解码器适合于向后续步骤输出以异 步方式传送的数据流。
图18是一个框图，表示与HSAS的发送器部分进行对接的信号。 参考号数500标识的发送器适合于利用请求信号(即，读取时钟)读 取FEC中(假设将交织器合并到发送器中)的输入数据。FEC的第 一字节指示用来指示需要接收的字节为码字中的第一字节。空间帧边 界是由发送器生成的，用来指示空间帧边界的位置，其中FEC编码器 需要使用该位置。
发送器适合于向多个调制解调器元件输出字节流。数据可用信号 指示可以使用的有效数据。通过利用调制解调器的地址线、数据线和 数据时钟，将数据传输到调制解调器元件。该数据是在固定持续时间 的时隙内传送的。
主控制器包括发送序列(发送器利用该序列确定向调制解调器元 件分发的字节)，空间帧大小以及用于将数据写入到调制解调器元件 的序列。
图19是一个框图，表示与HSAS的收集器部分进行对接的信号。 参考号数510标识的收集器适合于接收来自多个调制解调器元件的数 据。该数据是通过使用请求线路和调制解调器的地址线，由调制解调 器元件传送的。调制解调器元件利用调制解调器提供的数据时钟，在 数据线路上传送数据。来自调制解调器的帧可用信号指示数据是否有 效。来自调制解调器的重新配置信号用来指示要执行的参数变更。
收集器适合于向FEC(假设其内部集成了解交织器)输出数据和 指示有效数据的数据可用信号，第一字节指示以及空间帧边界指示。
主控制器设定收集器的收集序列(收集器利用该序列确定调制解 调器元件分发的字节)，该序列用于读取调制解调器元件和空间帧的 大小。
图20是一个框图，详细表示HSAS的发送器部分。发送器的功 能是向可用调制解调器元件分发FEC编码器(假设将解交织器集成到 发送器中)输出的数据。假设已经按上述方式确定了各调制解调器元 件的速率。速率是在启动时确定的，但可以根据环境变化进行修改。 各调制解调器的速率可以在64kbps到2.304Mbps(即，1*64kbps 到36*64kbps)之间变化。
以下详细说明发送和收集数据的方法，为说明起见，假设调制解 调器元件的运行速率在64kbps到2.304Mbps(即，1*64kbps到36*64 kbps)之间变化，选择的UST周期为125微秒，码字大小K在3到 255个符号之间变化，冗余长度R在1到20之间变化。
参考号数550标识的发送器最好包括一个双缓冲器装置，输入缓 冲器552通过输入线554接收来自FEC的数据。经由线路564将输出 缓冲器552的内容传送到可用的调制解调器元件。每一行556、562表 示M个调制解调器元件中的一个元件，每一列551、561表示以最高 传输速率传输的一个符号。各缓冲器的大小为调制解调器元件的数目 M*36，当全部M个调制解调器元件均以最高速率传输时，缓冲器的 大小应为以上数目。实际写入到每一行中的符号数取决于特定调制解 调器的真实比特率。请注意，支持最高速率的调制解调器元件，需要 存储容量更大的行缓冲器。
预编程或动态配置的输入定序器558确定从FEC输出的输入数 据的分发顺序。同样，预编程或动态配置的输出定序器560确定从发 送器到调制解调器元件的输出数据的分发顺序。在多次保存输入缓冲 器之后，重新开始输入顺序。
假设为调制解调器元件指派的比特率为64kbps的整数倍，则每 一列适合于表示传输一个符号(即，8比特)所需的时间，时间为8 比特/(64kbps)＝125微秒。输入定序器的一个周期最小包括行数乘 以列数，即，M*36。
输入定序器周期中FEC码字的数目是固定的，但码字的大小是 不固定的。对于输入缓冲器中填充码字后的剩余字节，利用零或空闲 符号进行装填。作为选择，可以将空间帧划分为持续时间为一个UST 的许多子部分。将整数个码字放入到各子部分内，并用零字节装填额 外空间，以填充最后一个码字与UST边界之间的间隙。从而提供更容 易的硬件缓冲方案。
通过使用预编程或动态配置的定序器，将输出缓冲器的输出传送 到调制解调器元件。发送器能够将数据发送到包含多个时隙的调制解 调器总线366(图11)。各时隙表示速率为4.096Mbps或任何其他合 适速率的数据流。
图21是一个框图，详细表示HSAS的收集器部分。参考号数570 标识的收集器包括一个双缓冲器装置，输入缓冲器572通过线路572 接收来自调制解调器元件的数据。经由线路579将输出缓冲器574的 内容传送到FEC解码器。输入缓冲器572和输出缓冲器574的结构与 发送器550(图20)的结构类似。每一行表示M个调制解调器元件中 的一个元件，每一列表示以最高传输速率传输的一个符号。各缓冲器 的大小为调制解调器元件的数目M*36，当全部M个调制解调器元件 均以最高速率传输时，缓冲器的大小应为以上数目。实际写入到每一 行中的符号数取决于特定调制解调器的真实比特率。请注意，支持最 高速率的调制解调器元件，需要存储容量更大的行缓冲器。
预编程或动态配置的输入定序器576确定从调制解调器元件输出 的输入数据的分发顺序。同样，预编程或动态配置的输出定序器578 确定从收集器到FEC解码器的输出数据的分发顺序。
向所有调制解调器元件周期发送空间帧同步字，以便在信道上传 输。传输和接收调制解调器元件利用空间帧同步字补偿每条线路的不 同延迟。收集器适合于接收来自调制解调器元件的空间帧的开始指示， 并根据输入定序器576聚集(即，收集)来自调制解调器元件的数据。 请注意，仅当预定的大多数调制解调器元件校准各自的同步字时，才 发送空间帧同步。同时请注意，按照向总线发送数据的类似方式，收 集来自调制解调器总线的数据。
如上所述，可以将交织器作为发送器的一部分。不论发生那种情 况，交织器总是接收来自FEC编码器的码字(K，R)，其中由发送 器将码字分发到调制解调器元件。码字的分发最好为，即使出现线路 故障或诸如发光之类的脉冲噪声，讹误符号也不超过R/2。为此，在 所有调制解调器线通过的空间上及时交织码字。执行交织以致在任何 时候，调制解调器线上存在不超过各FEC码字的R/2 FEC冗余符号 的确定长度的脉冲的持续时间(如，500微秒)。通过随着时间的过 去在线路上传播码字，实现上述处理。
为排除持续时间为T的脉冲，需要具有以下延迟或等待时间的交 织器：
其中T为脉冲噪声的持续时间，K为块码的长度，R为冗余符号 数。
例如，为排除持续时间T＝500微秒的脉冲，假设块码长度K小 于255，R大于2，则通过使用公式(3)，最大延迟为85毫秒。为了 确保交织器的合理延迟，最好限制R/K不少于10％或20％。选择FEC 参数时应考虑该限制。请注意，比率越高，等待时间越好，但是其代 价是增加系统开销。
以下详细说明选择FEC码字的可行方法。根据本发明，在确定 FEC码字参数(即，K和R)以及在确定发送器和收集器中的输入定 序表时，需要考虑与期望的调制解调器元件性能和工作点有关的许多 因素。
特别地，该方法最好考虑以下参数：调制解调器元件的数目，调 制解调器元件的比特率，所需的线路故障回弹，所需的系统BER，最 坏条件下的调制解调器的BER以及有关FEC系统开销比率的限制。 该方法能够确定FEC码字的长度K，冗余长度R以及发送顺序表。
FEC参数选择方法的目的是，搜索能够提供所需线路故障回弹、 总体BER并能使带宽达到最大程度的FEC码字大小和FEC冗余的组 合。该方法假设调制解调器的线数、与各线有关的比特率以及需要防 止线路故障的线数是已知的。以下为该方法的伪码清单。
清单1：FEC参数选择方法
1.对码字大小K和冗余长度R的所有有效组合，重复步骤A 和B，其中K的范围为3到255，R的范围为1到20：
A.利用以下公式，根据相应调制解调器的比特率，计算要在每 条线路i上发送的码字的最大字节数，
其中bit_rate(i)为调制解调器i的比特率，M为调制解调器元件 的数目。
B.对线路故障的所有可能组合重复步骤i和ii(通过使用与最 大回弹相对应的线路故障数)：
i.对于割线：计算要传输的单一码字的位数总和。
ii.如果总和＜R/2(即，回弹线路故障)，则标记组合(K， R)；如果总和≥R/2，则不标记组合(K，R)，并且返回到步骤B。
C.对于在步骤B中标记的所有组合(K，R)，利用下式计算 系统开销：
其中num_code为能够在125微秒内传输的码字数。分母为能够 在125微秒内传输的总位数。
2.从计算其系统开销值的所有组合(K，R)中，选择系统开销 最小的组合。
以下详细说明用于确定发送器中的输入顺序的方法。根据该方 法，码字的大小K、冗余R以及各调制解调器能够发送的各码字的最 大字节数是已知的。
首先，创建一个表，其行数等于调制解调器元件数，其列数等于 最高比特率除以比特率分解度，如，2.048Mbps/64kbps＝32。图22 表示发送存储表的示例。参考号数580标识的表包括6行582和36列。 表2列出6个调制解调器元件的最高数据速率。
调制解调器  速率(Kbps)
1           36*64
2           18*64
3           10*64
4           5*64
5           3*64
6           14*64
在本例中，单元格的最小传输持续时间为8/(36*64×103)秒，对应 于最快调制解调器的比特率。最大持续时间为125微秒，对应于最慢 调制解调器的比特率。利用该表中的逻辑框表示一个数据字节的实际 传输持续时间。对于比特率为36/N×64Kbps的调制解调器而言，传输 包括该表中的N个单元格。例如，调制解调器#1的比特率为36*64 kbps，因此调制解调器#1的单元格584的持续时间最短。调制解调器 #6的比特率为14*64kbps，因此单元格586的持续时间比调制解调器 #1的持续时间要长。调制解调器#5的比特率为3*64kbps，因此单元 格588具有较长的持续时间。
清单2中的伪码清单表示发送器输入顺序方法。
清单2：发送器输入顺序方法
1.首先利用第一调制解调器的第一单元格填充单元格。
2.然后填充发送表：
A.对一个周期(即125微秒)内的所有码字，重复：
i.对一个码字内的所有字节，重复：
a.查找下一个可用的调制解调器单元格。
b.检查是否已经将一个码字的最大字节数发送到该调 制解调器(在步骤1-A中进行计算，见清单1)；如果以上判断为真， 则将该字节放到该单元格中，如果为假，则转到步骤a。
B.检查发送表中未填充的单元格，利用“空”符号填充发现 的单元格。
为了有助于理解本发明的发送输入顺序方法，以下提供两个说明 示例。
图23表示第一示例发送表存储器的内容，其中在发送表中放置 单一码字。在第一示例中，应用以下参数：
码字大小＝18字节
冗余长度＝12字节
调制解调器元件数/线数(M)＝4
调制解调器元件#1到#4的线路速率为：R1，2*R1，2*R1，R1(其 中R1为一个有效的调制解调器比特率)
每条线路的位数为：3，6，6，3
故障线路回弹数为1
参考号数610标识的表包括4行612和许多单元格614。利用A1 到A18标记码字的18个字节以及其在表格中的位置。从第一调制解 调器的第一单元格开始分配单元格，循环通过各调制解调器，直至将 整个码字输入到表中。在填充后，由输出定序器560(图20)将该表 输出到调制解调器元件。
图24表示第二示例发送表存储器的内容，其中在发送表中放置 两个码字。在第二示例中，应用以下参数：
码字大小＝20字节
冗余长度＝12字节
调制解调器元件数/线数(M)＝4
调制解调器元件#1到#4的线路速率为：R1，2*R1，2*R1，3*R1 (其中R1为一个有效的调制解调器比特率)
每条线路的位数为：3，5，5，8
故障线路回弹数为1
参考号数620标识的表包括4行622和许多单元格624。利用A1 到A20标记第一码字的20个字节以及其在表格中的位置。利用B1到 B20标记第二码字的20个字节以及其在表格中的位置。从第一调制解 调器的第一单元格开始分配单元格，循环通过各调制解调器，直至将 两个码字输入到表中。
如上所述，本发明包括用于帮助传输和接收数据的同步装置。将 发送器输出的数据，分发到具有不同比特率、延迟和抖动的多个调制 解调器元件。在接收端，收集器能够将该数据流组合为单一数据流。 为了准确组合，必需同步各调制解调器元件接收的数据流。
空间帧包括位于其开始位置的同步标题。在接收端，通过接收完 整的空间帧，提供各调制解调器元件接收的数据流的同步。空间帧同 步需要的系统开销应尽可能低。在本文提供的示例中，同步周期为125 微秒，空间帧周期TSF为8毫秒，按下式计算系统开销。
在持续时间为125微秒的所有调制解调器元件上，同时传输空间 帧标题。因此，空间帧标题中的实际符号数取决于调制解调器的比特 率。空间帧520(图14)的标题部分528表示上述情况。在各周期内， 发送器中的输入定序器向各调制解调器传送一次标题字节。尽管同步 周期可以包括固定时限，但是也可以包括可变字节数，这取决于与该 线路关联的调制解调器的数据速率。
接收机能够根据检测到的空间帧标题，调整接收的数据流。HSAS 中的各调制解调器元件适合于检测同步符号。同时在所有调制解调器 线上周期传送持续时间为一个UST(如，125微秒)的同步符号。各 调制解调器中的缓冲器能够吸收特定调制解调器线上可能存在的任何 延迟。由于各调制解调器以不同比特率运行，所以不可避免地引入延 迟。例如，当使用HDSL2调制解调器时，发射机中的格子码调制器 和接收机中的维特比解码器都会引起延迟，从而延迟依赖于比特率的 持续时间。为了补偿，将所有调制解调器元件的同步检测信号集中到 一个主同步检测电路内。该电路能够组合来自所有调制解调器元件的 同步方案，然后生成单个检测信号。
各调制解调器能够根据在各自线路上接收的空间帧，同步数据 流。当借助主同步检测电路同步不同调制解调器元件中的缓冲器时， 收集器开始读取各调制解调器元件中的数据。可以以任何合适方式实 现主同步检测电路。当空间帧持续时间大于最大延迟时，可以使用技 术熟知的“飞轮”或相关器技术实现主同步检测电路。相关器需要大 量存储器，但是能够防止BER降级。例如，图25是一个流程图，表 示本发明之HSAS的飞轮空间帧同步方法。该飞轮方法需要需要非常 少的存储器，但是可能遭受BER降级。该方法能够在各调制解调器中 的输入流的确定时间窗口中，搜索同步标题。第一阈值用于检测同步 到达时间，第二阈值用于同步损失。
首先，调制解调器搜索同步标题(步骤530)。如果发现同步， 则进入同步处理发起状态(步骤532)，并且调制解调器再次搜索同 步标题(步骤534)。如果未发现同步，则将计数器sync_count的值 设置为1(步骤548)，并且该方法继续步骤532。如果发现同步，则 将sync_count加1(步骤536)。
然后比较sync_count的值与第一阈值(threshold_1)(步骤538)。 如果sync_count小于等于threshold_1，则该方法继续步骤532。如果 sync_count大于threshold_1，则宣布同步(步骤540)。
调制解调器搜索下一个同步标题(步骤542)。如果未发现同步， 则将第二计数器missed_sync_count加1(步骤542)。然后比较 missed_sync_count与第二阈值(threshold_2)(步骤544)。如果 missed_sync_count大于threshold_2，则该方法返回到步骤530。如果 missed_sync_count小于等于threshold_2，则同步损失是可以忍受的， 并且该方法继续步骤542。如果发现同步(步骤542)，则将 missed_sync_count的值设置为missed_sync_cpunt-1或零中的较大 者(步骤546)，并且调制解调器继续搜索同步(步骤542)。
权利要求书旨在覆盖属于本发明之实质和范围内的本发明的所 有特征和优点。熟练技术人员容易想到各种修改和变更，因此本发明 并不限于本文描述的少数实施方式。可以理解，所有适当变更、修改 和等价物均未背离本发明的实质和范围。