SE522440C2 - Omvandlare - Google Patents

Description

5å2 440 2 problem något genom att kräva att en svag signal måste existera en viss tidsperiod (förutbestämt antal sampel) innan efterföljande sampel skiftas och dämpas. Detta gör att alltför täta byten fram och tillbaka mellan de två D/ A- omvandlingstillstånden undviks. De återstående modbytena ger emellertid fortfarande förvrängning då de inträffar. Denna förvrängning ökar med ökad D/A-omvandlingshastighet, eftersom modbyten inträffar oftare vid högre D /A~omvandlingshastigheter. Eftersom D/A-omvandlingshastigheten är minst en storleksordning högre för DMT (till exempel ADSL eller xDSL) system än för audiosignalbehandling, är denna metod inte lämpad för sådana applikationer.

SUMMERING Ett syfte med uppfinningen är att tillhandahålla metod och anordning för D / A-omvandling lämpade för DMT system, såsom xDSL system, till exempel ADSL och VDSL system, eller OFDM system som använder skift- ning/ dämpning av bitar eller liknande teknik men undviker eller mildrar förvrängningen på grund av transienter under modbyten till ett minimum.

Detta syfte uppnås i enlighet med de bifogade kraven.

Kort uttryckt använder sig en typisk utföringsform av uppfinningen av skyddstidsperioden (cykliskt prefix) mellan ramar för att utföra modbyten.

Om samplet med den största magnituden i en ram behöver skiftas, skiftas hela ramen. Modbyten utförs således endast vid ramgränser. Detta begrän- sar transienter till skyddstidsperioden, där de ej stör nyttosignalen.

KORTFATTAD FIGURBESKRIVNIN G Uppñnningen, tillsammans med ytterligare syften och fördelar därmed, förstås bäst genom hänvisning till den efterföljande beskrivningen i anslutning till bifogade figurer, där: 10 15 20 25 30 522 440 3 Fig. 1 är ett blockschema över ett typiskt DMT system, till exempel ett ADSL system; Fig. 2 är ett tidsdiagram som illustrerar en digital signal; Fig. 3 är ett tidsdiagram som illustrerar den trunkering av den digitala signalen i fig. 2 som orsakas av en konventionell D / A-omvandlare; Fig. 4 är ett tidsdiagram över den digitala signalen i fig. 2 efter ett första modifieringssteg i enlighet med uppñnningen; Fig. 5 är ett tidsdiagram över signalen i fig. 4 efter trunkering; Fig. 6 är ett tidsdiagram över en “effektiv” digital signal som motsvarar signalen i fig. 2; Fig. 7 är ett blockschema över en typisk utföringsfonn av D /A- omvandlaren i enlighet med uppfinningen; Fig. 8 är ett flödesschema över en typisk utföringsform av D /A- omvandlingsmetoden i enlighet med uppfinningen; Fig. 9 är ett blockschema över en annan typisk utföringsform av D /A- omvandlaren i enlighet med uppfinningen; Fig. 10 är ett flödesschema över en annan typisk utföringsform av D /A- omvandlingsmetoden i enlighet med uppfinningen; Fig. ll är ett blockschema över ytterligare en typisk utföringsform av D / A-omvandlaren i enlighet med uppfinningen; och Fig. 12 är ett flödesschema över ännu en typisk utföringsform av D /A- omvandlingsmetoden i enlighet med uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING i Fig. 1 är ett blockschema över ett typiskt DMT system, till exempel ett ADSL system. En seriell dataström delas in i ramar eller symboler som vidarebeford- ras till en serie/parallellomvandlare 10. Den resulterande parallella datara- men vidarebefordras till en kodare 12, som kodar rambitarna till en uppsätt- ning komplexa vektorer. Dessa komplexa vektorer tolkas som en fourier- transforrn och vidarebefordras till ett block 14 för inverterad fouriertransfor- mering. Resultatet är en uppsättning reellvärda sampel. Dessa sampel vidarebefordras till en parallell/ serieomvandlare 16 för bildande av en upp- lO 15 20 25 30 522 440 n . | n ø n n. 4 sättning seriella sampel. En cykliskt prefixadderare 18 lägger till en kopia av ett förutbestämt antal av de sista samplen till uppsåttningens början. Resul- tatet är en ström seriella reellvärda dataramar, var och en försedd med ett cykliskt prefix. Dessa ramar vidarebefordras till en D /A-omvandlare 20. Den resulterande analoga signalen filtreras och förstärks i ett block 22, överförs via en kanal 24, filtreras på motsatta sidan i ett analogt filter 26, och digitaliseras därpå i en A/ D-omvandlare 28. Det cykliska prefixet avlägsnas i ett block 30.

De återstående seriella samplen omvandlas i en serie/parallellomvandlare 32 och behandlas i ett fouriertransformsblock 34. De resulterande komplexa fourierkoefficienterna vidarebefordras till en avkodare 36, vilken återställer originalsymbolen (ramen). Slutligen konverteras denna symbol till seriell form i ett block 38.

Uppfinningen berör huvudsakligen D / A-omvandlingen och konsekvenserna av denna. Som ovan noteras har samplen som vidarebefordras till en D /A- omvandlare 20 ofta högre upplösning (fler bitar) än D/A-omvandlaren kan behandla. Den konventionella lösningen på detta problem är att helt enkelt ignorera de minst signifikanta bitarna av de digitala samplen och endast använda de bitar som ryms i D / A-omvandlaren. Således trunkeras samplen innan själva D /A-omvandlingen. Denna metod har emellertid nackdelen att brusnivån hos den resulterande analoga signalen ökar, då denna trunkering motsvarar en ytterligare kvantisering av den digitala signalen. Detta kommer att förklaras med hänvisning till en hypotetisk D / A-omvandlare med endast 2 bitars magnitudupplösning. Samplen hos den digitala insignalen antas ha 3 bitars magnitudupplösning (samplen antas representeras av 1 teckenbit och 3 magnitudbitar). Även om båda upplösningarna är mycket mindre än i praktiken (typiskt har D /A-omvandlaren 12 bitars upplösning och samplen 14 bitars upplösning), är det enklare att illustrera konsekvenserna av trunkering vid så låga upplösningar.

Fig. 2 är ett tidsdiagram som illustrerar den ursprungliga digitala signalen före trunkering. Figuren visar två ramars sainpel, varje rain bestående av 16 sarnpel. Det noteras att cykliska prefix inkluderas i varje ram och upprepar i 10 15 20 25 30 522 440 5 början av ramen de sista 4 saniplen av nyttosignalen. Det noteras att sam- pelmagnituden kan anta 8 möjliga vården (3 bitar). I praktiken innehåller en ram fler sampel, till exempel 512 sampel vid en samplingsfrekvens på 2.208 MHz samt ett cykliskt prefix på 32 sarnpel. Upplösningen är också högre, exempelvis 13- l 4 bitar.

Fig. 3 är ett tidsdiagram som illustrerar trunkeringen av den digitala signalen i fig. 2 orsakad av en konventionell D / A-omvandlare. I detta fall antas att D /A- omvandlaren endast har 4 magnitudnivåer (2 bitar). Det är tydligt utifrån fig. 3 att resultatet av att ignorera (trunkera) den minst signifikanta biten är en förvrängning av signalen. Denna förvrängning är extra tydlig för ram 2, där samtliga signalsampel är små.

Uppfinningens principer kommer nu att beskrivas med hänvisning till lig. 4-6.

Den enklaste utföringsforrnen av uppfinningen baseras väsentligen på 3 steg: 1. Bestäm en rams maximala sampelmagnitud. 2. Om denna maximala magnitud är sådan att den mest signifikanta biten är O, skiftas alla ramens sampel en bit för att fördubbla deras magnitud. 3. Om en rams sampel har skiftats, dämpas den del av den analoga signalen som motsvarar ramen med 50%.

Fig. 4 är ett tidsdiagram över den digitala signalen i fig. 2 efter att steg 1 och 2 utförts. Det noteras att ram 1 inte påverkas, då dess maximala magnitud har den mest signifikanta biten satt till 1. Hos ram 2 av den ursprungliga signalen i fig. 2 befinner sig samtliga sampel under den streckade linje som represen- terar gränsen mellan nivåer vars mest signifikanta bit är satt till l och nivåer vars mest signifikanta bit är satt till O. Således skiftas denna rams samtliga sampel, vilket visas i den högra ramen i figJ4. 10 15 20 25 30 522 440 v; ||n 6 Fig. 5 är ett tidsdiagram över signalen i fig. 4 efter trunkering. Det noteras att den ej skiftade vänstra ramen är identisk med ram 1 i fig. 3, vilket är att vänta, eftersom den har behandlats på samma sätt. Det noteras även att den andra, högra ramen, vars sampel har skiftats, inte påverkas av trunkeringen.

Detta kan förstås genom att notera att skiftníngsförfarandet sätter den minst signifikanta biten till O i alla sampel. Att ignorera denna bit kommer inte att förändra samplen. Signalen i fig. 5 D/ A-omvandlas därefter, och magnituden hos den signaldel som motsvarar den andra ramen återställs genom dämp- ning i den analoga domänen.

Ett annat sätt att se på uppfinningen illustreras av fig. 6. Fig. 6 är ett tidsdia- gram över en “effektiv” digital signal som motsvarar signalen i fig. 2. Detta är en signal i vilken den första ramen har trunkerade sampel, medan den andra ramen har oförändrade sampel. Om denna signal D/ A-omvandlas i en D /A- omvandlare med full magnitudupplösning (3 bitar), uppnås samma resultat som ifall den ursprungliga signalen i fig. 2 D / A-omvandlas i enlighet med uppfinningen i en D / A-omvandlare med endast 2 bitars magnitudupplösning.

Uppenbarligen behandlas svaga signalramar mer korrekt än i den konventio- nella omvandlaren (jämför fig. 3 och 6 med fig. 2).

Ett väsentligt drag hos uppfinningen är att skiftning/ dämpning av bitar endast utförs på hela ramar. Detta tillåter att de förvrängda transientema som bildas genom modbytena finns under det cykliska preñxet, vilket ändå avlägsnas senare. Fastän ett cykliskt prefix är att föredra, är det dock inte absolut nödvändigt för uppfinningen. Det väsentliga draget är en skyddstids- period som inrymmer transienterna. En sådan skyddstidsperiod kan, till exempel, också vara fylld med nollor.

I beskrivningen ovan har antagits att endast 1 bit trunkeras av D/A- omvandlaren. Det inses emellertid att flera bitar kan trunkeras av D / A- omvandlaren. I ett sådant fall är det möjligt att ha olika skiftningar och dämpningar, beroende av hur många av 'de mest signifikanta bitarna i en rams sampel som är satta till O. Ifall de 2 mest signifikanta bitarna av mag- ø | o ø u nu 10 15 20 25 30 522 440 q | n | - c aa 7 nituden hos alla en rams sampel båda är O, kommer exempelvis samplen att skiftas 2 bitar och den analoga signalen minskar till 1/4. Skiftning/ dämpning utförs dock fortfarande ram för ram.

F ig. 7 är ett blockschema över en typisk utfóringsform av D / A-omvandlaren i enlighet med uppfinningen. Sampel från en cyklisk prefixadderare 18 vidare- befordras till en skift- och trunkeringsenhet 50. Denna enhet kan till exempel innefatta ett skiftregister. En styrenhet 52 mottar också nyttosamplen och bestämmer samplet med maximal magnitud i varje ram. Beroende av värdena hos de mest signifikanta bitarna av detta .sampel med maximal magnitud, instruerar styrenheten 52 skift- och trunkeringsenheten 50 till att antingen skifta eller ej skifta under tiden ramen varar. Som ovan noterats kan en skiftning innefatta flera bitpositioner. Varaktigheten hos en ram kan indikeras av en ramslutsindikator från den cykliska prefixadderaren 18. En annan möjlighet är att räkna antal sampel i styrenheten 52 och återställa en räknare när en full ram mottagits (alla ramar antas vara lika långa). De eventuellt skiftade och trunkerade signalsamplen vidarebefordras sedan till D /A- omvandlaren 20. Efter D / A-omvandling dämpar en dämpare 54, som styrs av styrenheten 52, de analoga signaldelar som motsvarar bitskiftade ramar. Om systemet innefattar en förstärkare, vilket visas i fig. 1, är en lärnplig utfö- ringsform att integrera dämparen i förstärkaren och styra förstärkningen i stället.

Funktionaliteten hos styrenheten 52 kan, till exempel, tillhandahållas genom en mikroprocessor.

Andra mått än samplet med den maximala magnituden i en ram är också tänkbara. Exempelvis är det möjligt att bestämma att skiftning / dämpning ska utföras på en ram ifall magnituden hos en viss andel, såsom 90%, av en rams sampel är mindre än ett visst tröskelvärde. Ett annat möjligt mått är ramener- gin. Fastän dessa alternativa mått kan leda till att ett par starka sampel stympas, kan ändå den totala prestandan förbättras. 10 15 20 25 30 522 440 8 Fig. 8 är ett flödesschema över en typisk utföringsform av D /A- ornvandlingsmetoden i enlighet med uppfinningen. Denna utföringsfonn kan implementeras genom D/A-omvandlaren i fig. 7. Steg S1 hämtar nästa ram.

Steg S2 bestämmer ramens maximala sampelmagnitud. Steg S3 undersöker huruvida denna maximala rnagnitud underskrider ett förutbestämt tröskel- värde. Om så är fallet, utförs steg S4-S6. Steg S4 skiftar ramens sampel. Steg S5 D /A-omvandlar ramens skiftade sampel. Steg S6 dämpar den analoga signaldel som motsvarar ramen. Om den maximala magnituden inte under- skrider tröskelvärdet, D/ A-omvandlas ramen med oförändrade sampel. I båda fallen återvänder rutinen därefter till steg Sl för behandling av nästa ram.

Utföringsformen i fig. 8 innefattade endast ett enda tröskelvärde. Det är emellertid möjligt att ha flera tröskelvärden förbundna med motsvarande skiftningar/ dämpningar.

Fig. 9 är ett blockschema över en annan typisk utföringsform av D/A- omvandlaren i enlighet med uppfinningen. Denna utföringsforrn bygger på iakttagelsen att det också är möjligt att vidarebefordra de minst signifikanta bitarna till D /A-omvandlaren och detektera “överströmning” (overflow) i en ram i stället. Om överströmning inträffar, skiftas ramens sampel för att minska magnituden, och en kompenserande förstärkning utförs dä efter D /A- omvandlingen. Denna utföringsform skiljer sig således från utföringsformen i fig. 7 genom att styrenhet 52 detekterar överströmning samt genom att dämparen 54 ersätts av en förstärkare 54A. Om systemet redan innehåller en förstärkare, vilket indikeras i fig. 1, kan denna förstärkare styras direkt i stället för att en separat förstärkare 54A tillhandahålls.

Fig. 10 är ett flödesschema över en annan typisk utföringsform av D/A- omvandlingsmetoden i enlighet med uppfinningen. Denna utföringsform kan implementeras genom D/A-omvandlaren i tig. 9. Utföringsformen skiljer sig från utföringsformen i fig. 8 genom att steg S3 ersätts med ett steg S3A som detekterar överströmning. Vidare ersätts 'steg S6 med ett kompenserande förstärkningssteg S6A. 10 15 20 25 30 522 440 o no :vv Fig. ll är ett blockschema över ytterligare en annan typisk utföringsform av D/A-omvandlaren i enlighet med uppfinningen. Denna utföringsform är en kombination av utföringsformerna i fig. 7 och 9. Om en ram är svag skif- tas/ dämpas samplen, om den strömmar över skiftas de i motsatt riktning och förstärks. Om ramens sampel hamnar inom ett “fönstefl mellan dessa ex- tremfall, D /A-omvandlas ramen utan modifiering. I denna utföringsform prövar styrenhet 52 huruvida en rams sampel överskrider fönstrets gränser, och om så är fallet i vilken riktning en skiftning ska utföras samt huruvida en förstärkning eller dämpning ska utföras. Dessutom ersätts dämparen 54 i fig. 7 med ett förstärknings/dämpningsblock 54B. Om systemet innefattar en förstärkare, vilket visas i fig. 1, är en lämplig utföringsform att integrera förstärkaren/ dämparen 54B i denna förstärkare.

Betrakta som ett exempel illustrerande denna utföringsform sampel med 14 bitars magnitudupplösning och en D /A-omvandlare med 12 bitars upplös- ning. Ur D/ A-omvandlarens perspektiv antas den mest signifikanta biten vara en “överströmningsbit”, såsom i utföringsformen i fig. 9, och den näst mest signifikanta biten används för detektion av svaga ramar, såsom i utförings- formen i ñg. 7. Således ska ramen, ifall båda bitar är 0 för samtliga ramens sampel, skiftas för att öka dess magnitud och därefter dämpas. Ä andra sidan tolkas det, ifall ramen innehåller ett eller flera sampel med den mest signifi- kanta biten satt till 1, som överströmning. I detta fall skiftas ramen i motsatt riktning och förstärks därefter. Ifall ingen av ramens sampel har sin mest signifikanta bit satt till l och åtminstone 1 sampel har sin näst mest signifi- kanta bit satt till 1, befinner sig ramen inom det tillåtna “fönstret” och modifi- eras ej.

Fig. 12 är ett flödesschema över ytterligare en annan utföringsform av D/A- omvandlingsmetoden i enlighet med uppfinningen. Denna utföringsform kan implementeras genom D / A-omvandlaren i fig. 11. Utföringsformen skiljer sig från utföringsformen i fig. 8 genom att steg S3 ersätts med ett steg S3B som » | u n ~ .a 10 15 522 440 - | | n a nu 10 detekterar huruvida en rams sampel hamnar inom ett fönster eller ej. Vidare är steg S6 ersatt med ett kompenserande förstârknings/ dämpningssteg S6B.

Fastän uppfinningen har förklarats med hänvisning till ett ADSL system, inses att den är tillämpbar på alla system baserade på sampelrarnar och skyddsti- der mellan ramar.

Fackmannen inser att olika modifieringar och förändringar av uppfinningen kan utföras utan avvikelse från dess ram, vilken definieras av bifogade patentkrav.

REFERENS [1] U. S. Patent No. 4 818 996 (Kimura), överlåtet till: Yamaha Corpora- tion

Claims (11)

lO 15 20 25 30 522 440 u nu va; ll PATE NTKRAV

1. En metod för D / A-omvandling, kännetecknad av: arrangerande av en ström digitala sampel till ramar, varvid varje ram innefattar en skyddstidsperiod; bestämning av ett mått på den totala magnituden av digitala sampel i varje ram; ökande av magnituden hos alla sampel i ramar med mått som under- skrider ett förutbestämt tröskelvärde genom att skifta samplen ett gemensamt antal bitar; D / A-omvandling av ramar med skíftade och ramar med ej skíftade sampel; och dämpning av D / A-omvandlade sampel hos ramar med skíftade sampel för att kompensera för magnitudökningen.

2. En metod för D / A-omvandling, kännetecknad av: arrangerande av en ström digitala sampel till ramar, varvid varje rarn innefattar en skyddstidsperiod; bestämning av ett mått på den totala magnituden av digitala sampel i varje rarn; minskande av magnituden hos alla sampel i ramar med mått som överskrider ett förutbestämt tröskelvärde genom att skifta samplen ett gemensamt antal bitar; p D / A-omvandling av ramar med skíftade och ramar med ej skíftade sarnpel; och förstärkning av D / A-omvandlade sampel hos ramar med skíftade sam- pel för att kompensera för magnitudminskningen.

3. Metoden enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att nämnda mått innefattar den maximala magnituden av samplen i varje ram.

4. Metoden enligt krav 1, 2 eller 3, kännetecknad av att nämnda skyddstids- period innefattar ett cykliskt prefix. o u : | ø n e u: 10 15 20 25 30 522 440 n | | ø u nu 12

5. En anordning för D / A-omvandling, kännetecknad av: organ (18) för arrangerande av en ström digitala sarnpel till rarnar, varvid varje ram innefattar en skyddstidsperiod; organ (52) för bestämning av ett mått på den totala magnituden av digitala sampel i varje ram; organ (50) för ökande av magnituden hos alla sampel i ramar med mått som underskrider ett förutbestämt tröskelvärde genom att skifta samplen ett gemensamt antal bitar; en D /A-omvandlare för omvandling av ramar med skiftade och raniar med ej skiftade sampel; och organ (22, 54) för dämpning av D / A-omvandlade sampel hos ramar med skiftade sampel för att kompensera för magnitudökningen.

6. En anordning för D / A-omvandling, kännetecknad av: organ (18) för arrangerande av en ström digitala sampel till ramar, varvid varje ram innefattar en skyddstidsperiod; organ (52) för bestämning av ett mått på den totala magnituden av digitala sampel i varje ram; organ (50) för minskande av magnituden hos alla sampel i ramar med mått som överskrider ett förutbestämt tröskelvärde genom att skifta samplen ett gemensamt antal bitar; en D / A-omvandlare för omvandling av ramar med skiftade och ramar med ej skiftade sampel; och i organ (22, 54) för förstärkning av D /A-omvandlade sampel hos ramar med skiftade sampel för att kompensera för magnitudminskningen.

7. Anordningen enligt krav 5 eller 6, kännetecknad av att nämnda organ för arrangerande innefattar organ för adderande av cykliskt prefix (18).

8. Ett system med digitala abonnentlinjer, kännetecknat av: organ (18) för arrangerande av en 'ström digitala sampel till ramar, varvid varje ram innefattar en skyddstidsperiod; 10 15 20 25 30 522 '440 ø n o u o u. 13 organ (52) för bestämning av ett mått på den totala magnituden av digitala sampel i varje ram; organ (50) för ökande av magnituden hos alla sampel i ramar med mått som underskrider ett förutbestämt tröskelvärde genom att skifta samplen ett gemensamt antal bitar; en D /A-omvandlare för omvandling av ramar med skiftade och ramar med ej skiftade sampel; och organ (22, 54) för dämpning av D / A-omvandlade sampel hos ramar med skiftade sampel för att kompensera för magnitudökningen.

9. Ett system med digitala abonnentlinjer, kännetecknat av: organ (18) för arrangerande av en ström digitala sampel till ramar, varvid varje ram innefattar en skyddstidsperiod; organ (52) för bestämning av ett mått på den totala magnituden av digitala sampel i varje ram; organ (50) för minskande av magnituden hos alla sampel i ramar med mått som överskrider ett förutbestämt tröskelvärde genom att skifta samplen ett gemensamt antal bitar; en D / A-omvandlare för omvandling av ramar med skiftade och rarnar med ej skiftade sampel; och organ (22, 54) för förstärkning av D /A-omvandlade sampel hos ramar med skiftade sampel för att kompensera för magnitudminskningen.

10. Systemet enligt krav 8 eller 9, kännetecl-mat av att nämnda system är ett ADSL system.

11. Systemet enligt krav 8 eller 9, kännetecknat av att nämnda system är ett VDSL system.