11 Número de publicación: Int. Cl. 7 : H04L 27/ Inventor/es: Samy, Roger, M. 74 Agente: Tavira Montes-Jovellar, Antonio

Transcripción

1 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 Número de publicación: Int. Cl. 7 : H04L 27/26 H04L /02 H04L /14 12 TRADUCCIÓN DE PATENTE EUROPEA T3 86 Número de solicitud europea: Fecha de presentación : Número de publicación de la solicitud: Fecha de publicación de la solicitud: Título: Anulación de señales de perturbación en un receptor de módem xdsl. Prioridad: FR Titular/es: SAGEM S.A. 27, rue Leblanc 701 Paris, FR 4 Fecha de publicación de la mención BOPI: Inventor/es: Samy, Roger, M. 4 Fecha de la publicación del folleto de la patente: Agente: Tavira Montes-Jovellar, Antonio ES T3 Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, Madrid

2 DESCRIPCIÓN Anulación de señales de perturbación en un receptor de módem xdsl. 1 El presente invento se refiere de manera general a las interferencias generadas por señales, llamadas señales perturbadoras, que se propagan en líneas de transmisión, en una señal llamada señal perturbada que se propaga en una línea de transmisión que se extiende en la cercanía de dichas líneas de transmisión. Más concretamente, el invento se interesa por tales interferencias cuando la señal perturbada está en modo xdsl, típicamente ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), transmitido en una línea de usuario entre dos módems situados respectivamente delante de una instalación terminal de usuario y una central, y cuando la línea de usuario bordea, incluso está entrelazada con otras líneas de usuario que transmiten señales perturbadoras en modo xdsl, por ejemplo en modo HDSL. En efecto, las interferencias que emanan de las señales perturbadoras afectan a la calidad de la señal perturbada recibida en cada módem en el que la frecuencia o caudal de las señales intercambiadas con el módem distante es adaptada dinámicamente a la calidad de la señal recibida medida permanentemente. Cuanto más las señales perturbadoras sean preponderantes en la señal recibida perturbada, más se disminuye la frecuencia e igualmente más disminuye el alcance de las señales. En estas condiciones, la frecuencia máxima anunciada para las comunicaciones xdsl por el operador telefónico de la línea de usuario es raramente mantenida, lo que es aún más desventajoso para el canal descendente en la línea de usuario que debe asegurar una transmisión con una frecuencia elevada principalmente para los mensajes de Internet. Una solución para mejorar la calidad de las señales recibidas se describe en WO 98/ El presente invento pretende remediar los inconvenientes anteriores, debidos a las perturbaciones de señales xdsl aportadas en una señal perturbada xdsl con el fin de que un operador telefónico pueda garantizar una buena calidad de transmisión en una línea de usuario que transmita la señal xdsl y así una frecuencia elevada de esta. Para este fin, un procedimiento para anular las señales perturbantes que emanan de las señales perturbadoras, típicamente en un modo cualquiera xdsl, incluido en una banda de frecuencia predeterminada, en una señal perturbada de multiportadora, típicamente en modo ADSL, está caracterizada porque, en el transcurso de una fase de inicialización, las señales perturbantes son recogidas sobre portadoras de subbandas de frecuencia de señal perturbada incluidas en la banda de frecuencia predeterminada, siendo recogidas en conjunto las señales perturbantes sobre cada portadora cuando únicamente esta no soporta ningún dato, se calculan las densidades espectrales de potencia de las señales recogidas, y un filtro digital es estimado en función de un patrón de frecuencia deducido de las densidades espectrales calculadas, y en el transcurso de una fase de comunicación de datos, la señal perturbada es filtrada por dicho filtro para extraer las señales perturbantes que son restadas de la señal perturbada. Según una realización preferida, las señales perturbantes sólo recogidas después de que la señal perturbada de multiportadora haya sufrido una transformada de Fourier digital en un ancho de banda de frecuencia que cubra al menos la banda de frecuencia de las señales perturbadoras, por ejemplo la de una señal HDSL. Unas densidades espectrales de potencia en las subbandas de portadora incluidas en la banda de frecuencia de señal perturbada de multiportadora y que no pertenecen a la banda de frecuencia predeterminada de las señales perturbadoras son entonces interpoladas en función de las densidades espectrales calculadas con el fin de estimar el filtro en función de las densidades espectrales calculadas e interpoladas. El invento se refiere igualmente a un módem del tipo ADSL y particularmente a un receptor de este módem que recibe desde una línea de transmisión una señal de multiportadora que está perturbada por señales perturbantes que emanan de señales perturbadoras en modo xdsl incluido en una banda de frecuencia predeterminada y que se propaga por líneas de transmisión cercanas a dicha línea de transmisión. El receptor del módem está caracterizado porque incluye un medio para anular las señales perturbantes en la señal perturbada de multiportadora recibida conforme al procedimiento anterior según el invento. De acuerdo con la realización preferida, el medio para anular está interconectado entre un transformador de Fourier de la señal perturbada de multiportadora recibida y un descodificador. Preferentemente, el medio para anular incluye un medio para estimar un filtro digital en función de un patrón de frecuencia deducido de las densidades espectrales calculadas para señales perturbantes recogidas sobre portadoras de subbandas de frecuencia en la señal perturbada recibida al menos comprendidas en la banda de frecuencia predeterminada durante una fase de inicialización del módem, y un medio para restar señales perturbantes extraídas por dicho filtro a la señal perturbada durante una fase de comunicación de datos del módem. Otras características y ventajas del presente invento aparecerán más claramente con la lectura de la descripción siguiente de varias realizaciones preferidas del invento en referencia a los dibujos adjuntos correspondientes, en los que: - la figura 1 es un diagrama de bloques funcional de un módem ADSL-DMT que incluye un dispositivo de anulación de señales perturbadoras según el invento; 2

3 - la figura 2 es un diagrama de densidad espectral de potencia (DSP) en función de la frecuencia para ilustrar bandas de frecuencia según los sentidos ascendente y descendente en los canales de emisión y de recepción del módem ADSL- DMT y la banda de frecuencia de un módem HDSL; la figura 3 es una representación modelizada de la diafonía resuelta por el dispositivo de anulación de interferencia según el invento, incluido en el receptor del módem ADSL-DMT; y - la figura 4 es un algoritmo de estimación del filtro de señales perturbadoras durante una fase de inicialización del funcionamiento del módem, según el invento. En referencia a la figura 1, un módem ADSL (Asymmetric bitrate Digital Subscriber Line) con modulación de multiportadora discreta DMT (Discret Multitone) incluye esencialmente un emisor 1 entre una entrada de datos que recibe datos de una instalación terminal de usuario digital ITU y la vía de emisión de un anulador de eco 2, y un igualador autoadaptativo 3 y un receptor 4 entre un canal de recepción del anulador de eco 2 y una salida de datos hacia la instalación terminal de usuario ITU. El módem incluye igualmente un convertidor digital-analógico (CNA) y un convertidor analógico-digital (CAN) 6 respectivamente entre, por una parte, la salida del canal de emisión y la entrada del canal de recepción del anulador de eco 2, y, por otra parte, un acoplador 2 hilos/4 hilos 7, tal como un transformador diferencial, unido a una línea telefónica de usuario LU constituida por un par retorcido de hilos conductores. Por ejemplo, la instalación terminal ITU incluye un microordenador o un servidor de una red local LAN, y está asociado al menos a un puesto telefónico analógico clásico PT unido a la línea LU delante del acoplador 7. En la continuación de la descripción, los valores numéricos de magnitudes físicas son indicados únicamente a modo de ejemplo, independientemente de cualquier limitación del alcance de la presente solicitud de patente. En el emisor 1, un codificador 11 efectúa principalmente una codificación de la señal digital transmitida por la instalación de usuario ITU en función de la modulación de multiportadora DMT que lleva a cabo una modulación de multiplexado de frecuencia ortogonal codificada COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex). De esta manera, en el canal ascendente desde la instalación ITU hacia la línea LU, un mensaje de baja velocidad es dividido en tramas digitales que modulan varias portadoras en paralelo repartidas por igual en una banda de frecuencia ascendente BM en la parte inferior de la banda de frecuencia total reservada a la transmisión ADSL y que se extiende hasta Fmax = 4,312 x 26 = 14 khz. Típicamente, como se muestran la figura 2, N+1 = 26 subbandas de anchura f = 4,312 khz están repartidas por igual en la banda reservada, y M = subbandas están incluidas en la banda de frecuencia ascendente BM que se extiende desde 8,2 a 32 f = 138 khz. Las frecuencias inferiores a 2 f = 8,62 khz están disponibles para la transmisión analógica de voz en banda de base para el terminal telefónico PT. Cada subbanda soporta una modulación de amplitud de dos portadoras en cuadratura del tipo 2 b QAM, designando b el número de bits comprendidos entre 2 y B = 8 por símbolo de modulación correspondiente a una constelación de 4 a 26 símbolos complejos. En la práctica, el codificador 11 es dependiente de una tabla de carga de bits 12 que adapta más o menos la frecuencia del mensaje a repartir sobre las portadoras de subbandas por tandas de 32 kbit/s por ejemplo, es decir que adapta la velocidad de modulación definida por el entero b, en función del análisis de la relación señal-ruido durante la fase de inicialización/negociación del módem, después del intercambio de señales de medida entre este módem y un módem ADSL-DMT distante a nivel de la central de conexión con el que prepara una comunicación y en función de la frecuencia concedida a la conexión para la comunicación desde el módem en una red de alta frecuencia como la red Internet. Cuanto mayor sea la relación señal-ruido, mayor podrá ser el número de puntos de la constelación QAM por portadora. En la practica, una portadora soporta a lo sumo 1 bits por periodo, lo que impone una frecuencia máxima de 1 x f = 64,7 kbit/s por portadora; típicamente la frecuencia según el sentido ascendente es variable entre 16 y 6 kbits/s. El codificador 11 proporciona M trenes digitales paralelos a un transformador de Fourier inverso de M puntos 13, con M < N. El transformador 13 realiza la modulación multiportadora mediante una transformación de Fourier rápida inversa (IFFT) transformando una serie de M símbolos de modulación paralelos en un símbolo OFDM de M pares de portadoras en cuadratura, o sea 2 M símbolos de modulación complejos y sus conjugados, que están puestos en serie en un convertidor paralelo-serie 14. Posteriormente la señal así concatenada a la salida del convertidor 14 es puesta en una trama añadiendo periódicamente un prefijo de bloqueo de trama para cada símbolo multiportadora OFDM en un acondicionador de trama 1. La señal entramada es transmitida clásicamente por el emisor 1 en la línea LU después de atravesar la vía de emisión del anulador de eco 2 y la conversión en señal analógica en un convertidor digital-analógico. Siguiendo el sentido descendente de la línea telefónica de usuario LU hacia la instalación terminal de usuario ITU, la señal analógica recibida incluye símbolos OFDM repartidos cada uno sobre como máximo las N = 2 subbandas de amplitud f = 4,312 khz, en una banda de frecuencia descendente BD entre 4,312 khz y 14 khz, confundida con la banda reservada a la transmisión ADSL, como se muestra en la figura 2. Típicamente, la frecuencia según el sentido descendente es inferior a la frecuencia máxima teórica, 2 f = 1,01 Mbit/s, o sea inferior a 8,2 Mbit/s. 3

4 La señal analógica recibida con símbolos OFDM es convertida en una señal digital recibida en el convertidor analógico-digital 6 y es corregida en el anulador de eco 2 para minimizar principalmente el eco eléctrico en la línea LU. Después la señal digital recibida es aplicada al receptor cuatro a través de un igualador autoadaptativo 3 que compensa permanentemente la distorsión de amplitud en el canal de transmisión constituido por la línea LU entre los dos módems ADSL en comunicación. El receptor 4 ofrece bloques funcionales 41 a 4 recíprocos de los 11 a 1 en el emisor 1. El receptor 4 incluye en cascada, desde la salida del igualador 7, un desacondicionador de trama 4 que retira los prefijos de trama en la señal digital recibida, un convertidor serie-paralelo 44 que produce símbolos OFDM de 2 N componentes, un transformador rápido de Fourier (FFT) 43 que realiza la desmodulación multiportadora transformando cada símbolo OFDM en N = 2 símbolos de modulación de portadora, y un descodificador DMT 41. Según la técnica anterior, las N salidas del transformador 43 están unidas directamente a las N entradas del descodificador DMT 41 respectivamente. El descodificador 41 efectúa principalmente una desmodulación de cada una de las N portadoras según la modulación 2 b QAM y en consecuencia según la frecuencia negociada con el módem ADSL distante. Las características de la desmodulación correspondiente son memorizabas en una memoria de tabla de carga 42 asociada al descodificador 41. En la salida del descodificador se recuperan N trenes paralelos de b elementos binarios que son puestos en serie para transmitirlos a la instalación terminal ITU. En la práctica, las funcionalidades del emisor 1 y del receptor 4 son implementadas en forma de programa lógico en una memoria programable EEPROM asociada a un microprocesador alrededor del que se estructura el módem. Como se muestra esquemáticamente en la figura 3, la línea de usuario LU se extiende en la cercanía de k líneas de transmisión de usuario L 1 a L k para señales xdsl, por ejemplo señales HDSL (High bitrate DSL) x 1 (t) a x k (t), teniendo en sus extremidades módems HDSL. Una transmisión dúplex HDSL es simétrica con una frecuencia que puede alcanzar 2 Mbit/s, una codificación en línea 2B1Q que hace corresponder dos bits a un símbolo cuaternario, y una repartición de flujo de símbolos sobre una, dos o tres líneas de transmisión. El espectro útil de una señal HDSL está en una banda de frecuencia BH comprendida entre 170 y 780 khz, aproximadamente, como se indica por la zona rayada en la figura 2. La banda BH está cubierta por la banda de frecuencia descendente BD de la señal recibida por el receptor 4 del módem ADSL, y en consecuencia constituye la banda de frecuencia común a las señales ADSL y HDSL, incluyendo Q = 1 portadoras P 1 a P Q de subbanda, con Q<N. A causa de su proximidad, por ejemplo en un mismo cable, o bien en cables que se extienden en un mismo conducto subterráneo, las señales HDSL x 1 (t) a x k (t) trasmitidas en las líneas L 1 a L k interfieren con la señal ADSL x 0 (t) en la línea de usuario LU recibida por el receptor 4. En la figura 3, unos acopladores diafónicos CD 1 a CD k simulan la contribución de las señales perturbadoras x 1 (t) a x k (t) por las señales perturbantes de diafonía D 1 (t) a D k (t) que en un sumador SOM se suman a la señal ADSL x(t) y a una señal de ruido blanco gaussiano predeterminada n(t) en la línea, para producir una señal perturbada y(t) realmente recibida por el receptor 4 del módem ADSL. Todas las señales anteriores son supuestas digitales, denotando t un instante de muestreo en el convertidor 6. En el receptor 4 del módem ADSL, las interferencias debidas a las señales de diafonía D 1 (t) a D k (t) degradan el alcance y la frecuencia de la señal x 0 (t) emitida por el módem distante ADSL; la diafonía está principalmente compuesta por la paradiafonia engendrada por las señales perturbadoras HDSL x 1 a x k emitidas por los módems HDSL en las extremidades de las líneas L 1 a L k situadas del mismo lado que el módem ADSL en cuestión. Según el invento, un dispositivo digital de anulación de señales perturbadoras 8 está interconectado entre las salidas del transformador de Fourier 43 y las entradas del descodificador DMT 41, como se muestra en la figura 1. El dispositivo de anulación 8 incluye un estimador de diafonía 81 que tiene N entradas respectivamente unidas a las N salidas del transformador 43, y un circuito de resta 82 que tiene N restadores paralelos. Los N restadores tienen respectivamente entradas directas unidas a las N salidas del transformador de Fourier 43, entradas inversas unidas a N salidas del estimador 81, y N salidas unidas a las entradas del descodificador DMT 41. El estimador 81 incluye un detector 83 para detectar la contribución perturbante D 1 (t) a D k (t) de las señales perturbadoras HDSL x 1 (t) a x k (t) en la señal perturbada Y(t) recuperada en la salida del transformador de Fourier 43, y un sintetizador de filtro 84 para calcular la función de transferencia de un filtro digital 8 a partir de un patrón en frecuencia estimado de la contribución perturbante. Según el procedimiento mostrado en la figura 4, el cálculo del filtro 8 se efectúa después de la etapa de arranque E0 del módem ADSL, y en el transcurso de la fase de inicialización del funcionamiento del módem y de negociación con el otro módem ADSL distante, precediendo una comunicación de datos. El algoritmo de la figura 4 es repetido antes de cualquier otra nueva comunicación. El cálculo reposa sobre la consideración de que la contribución perturbante D 1 (t) a D k (t) de las señales perturbadoras es un proceso aleatorio que es de naturaleza ciclo-estacionaría a causa de la transformación de Fourier que la contribución perturbante en la señal Y(t) ha sufrido en el transformador 43. Esto permite deducir la densidad espectral de potencia (DSP) de la contribución perturbante mediante transformada de Fourier discreta sobre la función de autocovarianza de la contribución perturbante. El receptor 4 recoge sucesivamente señales perturbadoras sobre las Q portadoras P 1 a P Q que pertenecen a la banda 4

5 1 2 3 de frecuencia BH común a la señal descendente ADSL y a las señales perturbadoras HDSL. Para ello, en una etapa E1, el módem pide al módem distante que este último le envíe sucesivamente Q señales multiportadora en la línea LU según el sentido descendente. Todas las Q portadoras en cada una de las señales multiportadora sucesivas soportan señales de datos de aprendizaje conocidos por el estimador 81, a excepción de una respectiva P q de las portadoras de la banda común que no soporta ninguna señal de datos, con q variando de 1 a Q, durante una duración predeterminada DP de varios períodos de muestreo. Así, después de una duración QxDP, el detector 83 ha filtrado sucesivamente Q señales perturbantes SP 1 a SP Q que representan la contribución perturbante de las señales perturbadoras x 1 a x K respectivamente en las subbandas de portadoras P 1 a P Q. En una siguiente etapa E2, el sintetizador de filtro 84 calcula mediante transformada de Fourier discreta la densidad espectral de potencia DSP 1 a DSP 2 de las Q señales perturbantes. Esto se corresponde con identificar el espectro de las señales perturbantes obtenidas, a través de un peine de N portadoras de ADSL. En función de estas últimas densidades espectrales, son interpoladas N-Q otras densidades espectrales de potencia para otras subbandas de la banda de frecuencia descendente BD en una etapa E3. Y finalmente en una etapa E4, el sintetizador 84 estima un patrón de filtro en función de un alisado de las N densidades espectrales de potencia calculadas e interpoladas, y más concretamente evalúa los coeficientes de la función de transferencia del filtro digital 8. La estimación puede estar basada por ejemplo en un algoritmo de método de mínimos cuadrados LMS buscando el máximo de verosimilitud entre secuencias aleatorias prememorizadas en una tabla y el espectro de señales perturbantes obtenido. Para cada símbolo, la tabla es recorrida con el fin de minimizar el error cuadrático entre un vector representativo de las señales perturbantes y un vector estimado leído en la tabla. Según otra variante, la estimación está basada en una iteración de una función de coste del tipo Hubert. Y después de la fase de inicialización y de negociación, el filtro digital 8 extrae permanentemente de las N salidas del transformador 43 la degradación D 1 (t) a D k (t) debida a las señales perturbadoras x 1 (t) a x k (t) en la señal perturbada recibida con el fin de que esta degradación sea aplicada a las N entradas inversas del circuito de resta 82 para ser restada a la señal perturbada Y(t) en la salida del transformador 43. Aunque el invento haya sido descrito anteriormente para una señal perturbada ADSL y señales perturbadoras HDSL, es aplicable a todo tipo de señal xdsl, ya sea perturbada o perturbadora, y en consecuencia, a toda la gama de señales xdsl tales como ADSL, IDSL (ISDN-like DSL) para acceso de base RNIS, HDSL, MDSL (Multitrate Symmetric DSL), RADSL (Rate Adaptation DSL), UDSL (Universal DSL), SDSL (Single DSL), y VDSL. Por otra parte, los transformadores de Fourier 13 y 43 pueden ser relativos a transformaciones de Fourier discretas inversa y directa DFT

6 REIVINDICACIONES Procedimiento para anular señales perturbantes (D 1 -D K ) que emanan de señales perturbadoras incluidas en una banda de frecuencia predeterminada (BH), en una señal perturbada de multiportadora (y), caracterizado porque, en el transcurso de una fase de inicialización, se recogen señales perturbantes (E1) sobre portadoras (P 1 a P Q ) de subbandas de frecuencia de señal perturbada comprendidas en la banda de frecuencia predeterminada, siendo recogidas juntas las señales perturbantes sobre cada portadora cuando únicamente ésta no soporta ningún dato, son calculadas (E2) las densidades espectrales de potencia (DSP 1 - DSP Q ) de las señales recogidas, y un filtro numérico (8) es estimado (E4) en función de un patrón de frecuencia deducido de las densidades espectrales calculadas, y en el transcurso de una fase de comunicación de datos, la señal perturbada (y) es filtrada por dicho filtro para extraer las señales perturbantes que son restadas a la señal perturbada. 2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1, según el cual las señales perturbantes son recogidas después de que la señal perturbada de multiportadora haya sufrido una transformada de Fourier digital (43) en un ancho de banda de frecuencia (BD) que cubre al menos la banda de frecuencia (BH) de las señales perturbadoras. 3. Procedimiento conforme a la reivindicación 2, que incluye una interpolación (E3) de las densidades espectrales de potencia en las subbandas de portadora comprendidas en la banda de frecuencia (BD) de la señal perturbada de multiportadora y que no pertenece a la banda de frecuencia predeterminada (BH) de las señales perturbadoras, en función de las densidades espectrales calculadas (DSP 1 - DSP Q ), con el fin de estimar el filtro (8) en función de las densidades espectrales calculadas e interpoladas. 4. Receptor (4) de módem que recibe desde una línea de transmisión (LU) una señal de multiportadora (y) que está perturbada por señales perturbantes (D 1 - D K ) que emanan de señales perturbadoras (x 1 - x K ) incluidas en una banda de frecuencia predeterminada (BH) y que se propaga en las líneas de transmisión (L 1 - L K ) cercanas a dicha línea de transmisión (LU), caracterizado porque incluye un medio (8) adaptado para anular las señales perturbantes (D 1 - D K ) en la señal perturbada de multiportadora recibida conforme a las etapas del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3.. Receptor conforme a la reivindicación 4, en el que el medio para anular (8) está interconectado entre un transformador de Fourier (43) de señal perturbada de multiportadora recibida y un descodificador (41). 6. Receptor conforme a la reivindicación 4 ó, en el que el medio para anular (8) incluye un medio (81) para estimar un filtro digital (8) en función de un patrón de frecuencia deducido de las densidades espectrales (DSP 1 - DSP Q ) calculadas para señales perturbantes recogidas sobre portadoras (P 1 - P Q ) de subbandas de frecuencia de señal perturbada recibida, al menos comprendidos en la banda de frecuencia predeterminada (BH) durante una fase de inicialización del módem, y un medio (82) para restar de las señales perturbadores extraídas por dicho filtro (8) a la señal perturbada (Y) durante una fase de comunicación de datos del módem

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