CN100367721C - 节省dsl功率的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

用于当可用数据的速率在预定时间长度内低于第一预定数据速率时降低数字用户线路(DSL)系统中从发送器到接收器的数据传输功耗的方法(200)和系统。该方法包括如下步骤。存储用于所述数据传输的正常速率的正常参数。计算用于数据传输的降低的速率的新参数(210)。以所述数据传输的所述降低的速率传输数据(216)，其中所述降低的速率(216)需要较小的数据传输功率。当可用数据的所述速率高于第二预定数据速率时，使用所述正常参数恢复所述数据传输的所述正常速率。

Description

节省DSL功率的方法及系统
技术领域
本发明一般涉及在数字用户线路(DSL)调制解调器中节省功率，具体涉及用于提供功率节省的二阶方法及系统。
背景技术
在数据通信中数据的远程存取和检索日益受到普及。因特网的广泛使用使公众可得到大量的网络信息。随着因特网的发展和技术提高，这种信息变得日益庞大，并且详细资料日益复杂。由于传统的电话调制解调器对于有效通信而言其速度太慢，所以待传输的信息量的增大需要高速因特网连接。
对于高速通信的一种提议是引入数字用户线路(DSL)技术。DSL最有吸引力的特性之一在于其可使用现有的基础设施来实现。DSL使用电话通信中通常所用的铜双绞线。然而，在双绞线上仅有小部分带宽(0～4kHz)被用于简易老式电话业务(POTS)。DSL利用了其余可利用的带宽(4kHz～约1.1MHZ)来传输数据。DSL具有多种形式，通常称为xDSL，其包括非对称DSL(ADSL)、高比特率DSL(HDSL)、对称DSL(SDSL)、对称高比特率DSL(SHDSL)、综合业务数字网(ISDN)DSL系统等。
ADSL是DSL技术当前最适用的形式，因而被最广泛地应用。ADSL是非对称的，其下行(到用户)容量大于其上行(从用户)容量。位于中心局或远程环路载体(ATU-C)的ADSL收发器单元被用于发送下行信息和接收上行信息。位于远端或用户端(ATU-R)的ADSL收发器单元则用于接收下行信息和发送上行信息。通常采用离散多音频(DMT)方案。从4kHz到1.1MHz的频谱被分成255个子信道或音频，每一个带宽为4.3125kHz。每个子信道使用正交幅度调制(QAM)以承载1～15比特/QAM符号。当调制解调器加电初始化时，它们试图使它们的信号与另一侧往来和同步。
DSL服务提供商对在中心局(CO)侧的DSL线路卡上实现功率节省产生了极大兴趣。功率节省的优点可转化成较高的线路密度、较不迫切的功率供应和热量需求以及较小的安装面积，这些对于远程DSL应用而言是特别重要的。
静止模式(Q-模式)是一种透明的功率节省模式，当前它有两种主要技术方案。第一种方案被称为延缓操作(suspended operation)方案。第二种方案被称为自由运行操作方案。在下面的段落中说明每一种技术和它们的缺点。
对于延缓操作方案而言，一旦进入Q-模式，较高层中的所有时钟、寄存器、交错器(interleavers)、状态等被全部冻结，并且一旦退出Q-模式，它们将重新启动。在Q-模式操作中，传输特别低的功率Q-模式信号以代替用户数据调制信号。存在与上述方案相关的多种问题。实际获得的功率降低量存在着不确定性。由于Q-模式信号和表现时间(Showtime)信号之间的差异，所以在频域均衡器中发生漂移是可能的。在接收器中需要相关器和同步伪随机二进制序列(PRBS)发生器以检测存在的信号。在初始化过程中发送器需要与接收器就Q-模式线路信号进行通信。最后，该方案的退出机构存在有与其健壮性有关的问题。
对于自由运行操作方案而言，传输通信(TC)层被改变以在没有数据传输时产生全零序列。物理(PMD)层传输较低功率的QPSK信号以响应解密的(unscrambled)全零序列。退出是通过特别的符号实现的，如果退出信息遗失，则需要在发送器和接收器之间进行再同步。然而，自由运行方案的缺点是它需要改变所有的传输通信(TC)层以在没有数据传输时产生全零序列。这引起物理层和TC层之间的额外连接，而这种连接优选地是应避免的。此外，不得不移动数据保密器的位置以容许PMD层上的全零数据信号。
因此，本发明的目的是提供一种能够克服或减轻上述至少一部分缺点的功率节省方法及系统。
发明内容
根据本发明的一个方面所述，它提供了一种方法，该方法能够在当可用数据的速率在预定长度的时间内低于第一预定数据速率时降低DSL系统中从发送器到接收器的数据传输功耗。该方法包括如下步骤：
当数据的可用速率在预定时间长度内低于第一预定数据速率时，存储用于所述数据传输的正常速率的正常参数，其中所述正常参数包括在以所述正常速率进行所述数据传输时的每个载体的比特和每个载体的精细增益；
计算用于所述数据传输的降低的速率的新参数，所述新参数包括在以所述降低的速率进行所述数据传输时的每个载体的比特和每个载体的精细增益；
按照所述数据传输的降低的速率传输数据，其中所述降低的速率需要较小的数据传输功率；以及
当数据的可用速率高于第二预定数据速率时，使用所述正常参数恢复所述数据传输的所述正常速率。
根据本发明的另一个方面，提供了一种能够在降低数字用户线路系统中的数据传输功耗的系统，包括：
中心局非对称数字用户线路终端单元；
远程非对称数字用户线路终端单元，
其中所述中心局非对称数字用户线路终端单元包括第一非对称数字用户线路收发器，所述远程非对称数字用户线路终端单元包括第二非对称数字用户线路收发器，并且所述第一和第二非对称数字用户线路收发器中的至少一个被配置成可执行包括如下步骤的处理：
当数据的可用速率在预定时间长度内低于第一预定数据速率时，存储用于所述数据传输的正常速率的正常参数，其中所述正常参数包括在以所述正常速率进行所述数据传输时的每个载体的比特和每个载体的精细增益；
计算用于所述数据传输的降低的速率的新参数，所述新参数包括在以所述降低的速率进行所述数据传输时的每个载体的比特和每个载体的精细增益；
按照所述数据传输的降低的速率传输数据，其中所述降低的速率需要较小的数据传输功率；以及
当数据的可用速率高于第二预定数据速率时，使用所述正常参数恢复所述数据传输的所述正常速率。
在不同的实施方案中，新参数在发送器和接收器上计算出来、在发送器上计算出来并传递给接收器、或者在接收器上计算出来并传递给发送器。
附图说明
现在结合下面的附图说明本发明仅作为例子使用的实施方案，其中：
图1是表明ADSL系统的方块图；
图2是进入Q-模式的方法的流程图；及
图3是退出Q-模式的方法的流程图
具体实施方式
为方便起见，在说明书中相似的标号指附图中相似的结构。参照图1，标号100通常指代一般的ADSL系统。该ADSL系统100包括网络102、ATU-C 104、ATU-R 106、终端108以及链路110。ATU-C 104位于中心局(CO)或远程环路载体处并与网络102相连。通常网络102是因特网。ATU-C 104还通过链路110与ATU-R 106相连。通常链路110是双绞线。ATU-R 106位于用户终端设备(CPE)或远程终端(RT)上开与终端108相连。通常，终端是个人计算机(PC)。从ATU-C 104到ATU-R 106的数据流称为下行流。从ATU-R 106到ATU-C 104的数据流称为上行流。上述的系统在本领域中是标准的，本领域所属技术人员可以理解ADSL系统有各种实施方式。
下面的说明详细说明了ADSL系统100的二阶(L2)功率节省模式。L2功率节省模式主要用于下行方向。
L2功率节省模式背后的一般概念就是检测什么时候ATU-C没有要在一条或多条潜在通路上发送的数据。如果没有要发送的数据，那么数据速率可被降低，发送的功率也将相应降低。数据速率降低以分立的步骤进行，从而允许利用简单过程来定义新的参数“载体ci的比特bi”及“载体ci的精细增益gi”。此过程还为发送器定义了相应的较低传输速率。功率降低起因于降低的传输电平，其可由按比例降低的星座图(constellation)在使发送和接收模拟链的增益保持恒定的情况下通过精细增益gi来数字性地测定。
参考图2，进入L2-模式的过程通常由标号200表明。当CO确定出在预定时间内在其一条或多条潜在通路p上没有数据要发送时(步骤202)，其将计算有效载荷或数据速率中可能产生的降低，ΔRp(步骤204)。
ΔRp被确定为分配到不再有数据发送的潜在通路的速率总和，并以系统操作员所设定的最小数据传输速率为下限。一旦确定出数据速率的可能的降低ΔRp，就将其与ΔR1比较(步骤208)，ΔR1是根据方程式ΔR1＝4∑j千比特/秒计算出来的(步骤206)，其中如果(bi＞1)，那么j＝1，如果(bi＝1)，则j＝0。求和计算i从0到imax，其中i是二进制指数，imax是出现的最大二进制指数。
如果ΔRp＞ΔR1(步骤208)，则速率按ΔR1千比特/秒的倍数降低。这可通过确定如下所述的降低的比特bi’和精细增益gi’参数来实现(步骤210)。比特bi被减少固定数目的比特Δb，Δb＝int(ΔRp＞ΔR1)，其中Δb＜Δbmax，Δbmax由系统操作员定义。然后，如果每个载体ci的比特数bi大于Δb，就按方程式bi’＝bi-Δb调节每个载体的比特数bi。然而，如果每个载体ci的比特数bi小于Δb，则按方程式bi’＝1将每个载体的比特数设置为1。一般而言，尽管除了Δb小于Δbmax以外没有理论上限，但Δb的优选值是1、2、3及4。
根据每个载体的比特数bi和比特数的变化量Δb调整精细增益gi。如果每个载体ci的比特数bi大于Δb，就按方程式gi’＝gi-Δg调节每个载体的精细增益gi。然而，如果每个载体ci的比特数bi小于Δb，则为计算Δg的目的而将Δb重新定义为bi-1。根据方程式gi’＝gi-Δg来设定每个载体的精细增益，其中按dB测量Δg，并按下面表1所示的bi和Δb定义Δg。
  Δb＝1   Δb＝2   Δb＝3   Δb＝4
  b<sub>i</sub>≥8   -3   -6   -9   -12
  b<sub>i</sub>＝7   -3   -6   -9   -11
  b<sub>i</sub>＝6   -3   -6   -8   -13
  b<sub>i</sub>＝5   -3   -5   -10   -13
  b<sub>i</sub>＝4   -2   -7   -10
  b<sub>i</sub>＝3   -5   -8
  b<sub>i</sub>＝2   -3
表1 Δg值是bi和Δb的函数
每个载体允许的最大比特降低Δbmax、进入L2-模式之前的预定延迟(L2del)、以及退出后重新进入L2-模式前的预定延迟(L2del)都是可变的，并且由系统操作员来确定。
新参数bi’和gi’可以按多种不同的方式计算。下面是计算参数bi’和gi’的三个实施例。在第一个实施例中，根据ΔRp和Δbmax的值在ATU-C和ATU-R处计算bi’和gi’，其从ATU-C发送到ATU-R。在第二个实施例中，在ATU-C处计算bi’和gi’，并将其从ATU-C发送到ATU-R(步骤212)。在第三个实施例中，将ΔRp和Δbmax的值从ATU-C发送到ATU-R，并由此在ATU-R处计算bi’和gi’。然后将此结果从ATU-R发送到ATU-C。使用如下定义的标准OLR信息完成bi’/gi’表的传输。优选地，正常参数bi和gi存储在ATU-C和ATU-R(步骤214)。在ATU-C处计算这些参数。然后ATU-C以新参数定义的降低的速率开始传输(步骤216)。
参考图3，退出L2-模式的过程通常由标号300表明。一旦CO确定出有数据要在于其Q-模式中空闲的一条或多条潜在通路上发送(步骤302)，对于每个载体ci的比特bi和增益gi而言，参数返回到初始值(步骤304)。这些参数的返回引起初始潜在通路数据速率Lp的返回，从而使带宽恢复到在进入L2-模式前的全速率(步骤306)。在本实施方案中，初始参数存储在ATU-C和ATU-R中。作为备选方案，也可在ATU-C或ATU-R中存储参数，并在需要时在它们之间传输数据。
进入和退出L2-模式的实际过程可以使用由D.Artman和B.Wiseman的题为“Protocol for on line reconfiguration of ADSL”(ITU-T SG15/L24，SC-060，2001年8月)的文章中所述的联机重新配置(OLR)开发出来的扩展协议，在此将其引为参考。
当Artman和Wiseman所述的协议应用于本发明时其简述如下。该协议被用于控制以物理层为基础的OLR，并涉及到包括比特交换、动态速率再分配以及无缝速率调节在内的相关活动。该协议包括三种具体的信息，包括OLR请求信息、OLR拒绝信息及OLR许可信息，这些信息通过开销信道(overhead channel)在ATU-C和ATU-R之间传输。OLR请求信息用于请求从发送ATU到接收ATU的具体OLR活动。OLR拒绝信息用于拒绝OLR请求信息并且可选择地提供关于为什么拒绝请求的信息。OLR许可信息用于肯定地接受OLR请求信息。
对于本实施方案而言，在下行方向上定义了两种新的OLR请求类型。当下行发送器确定出在预定时间周期内在一条或多条潜在通路上没有数据要发送，并且Δb提供了由操作员定义的最小功率节省时，CO将OLR请求信息L2enter发送到CPE以进入L2-模式。在上述第二个实施例的情况下，其中ATU-C处计算bi’和gi’并将它们发送到ATU-R，bi’和gi’的值包括在此信息中。CPE用OLR信息L2grant作为回答。在上述第三个实施例的情况下，其中ATU-R计算bi’和gi’并将它们发送到ATU-C，bi’和gi’值包括在此信息中。当CO确定出有数据要发送时，它将发送OLR信息L2exit以退出L2-模式。这种信息可跟随以一个标志，用以使全传输L0态的返回同步。
在另一个实施方案中，使用特别定义的物理符号波形以代替通过如上所述的开销信道的信息可实现快速L2-模式退出。这种符号波形包括使最后的表现时间符号反转，或者在预定数目的符号上使用反射/继续符号或同步/反向同步符号。在本实施方案中，优选的符号数目为2。然后接收器寻找此序列以确定和从L2模式同步退出。
在另一个备选实施方案中，通过使用常规L2-模式数据信道发送特别的退出比特序列和/或其反向形式，就可实现快速L2-模式退出。该退出比特序列可以为固定的预定义序列，或者可被动态定义以适应一个L2-模式符号。ATU-R通过开销信道被告知L2-模式进入期间的退出序列。
上面的实施方案说明了一种新的、健壮的L2功率节省模式，其可解决现有技术的问题。当有少量或没有信息被发送时，一种联机速率调节形式被用于降低输送功率。经确定的方式改变比特bi和精细增益gi，从而降低调制解调器的整体速率，因而降低输送功率。
此功率节省方案有多种优点。这些优点包括下面几点。功率降低起因于驱动器的降低的均方根RMS电压及降低的峰值电压。调制解调器在Q-模式中运行并且所有二进制位都被定义用于表现时间，这样就使频域均衡器(FDE)的调节成为可能。调制解调器的较高层不需要被冻结。运行开销信道，从而使CO和CPE间进行信息传输。仍能保持网络定时参考(NTRS)。最后，除了已经被定义用于OLR的功能以外，仅需要较小的新功能。
上面结合图2和图3所述的DSL设备进行的过程可通过各种硬件、软件、固件、可编程逻辑器件或其组合来实现。根据一个实施方案，图2和图3的过程可以通过实现标准DSL过程的标准结构的额外扩展来实现。例如当通过由处理器执行的软件或固件来进行标准DSL过程时，图2和图3的过程可通过由处理器执行的额外软件或固件来实现。在这种情况下，DSL设备可以包括额外所需要的硬件。
尽管已经结合确定的具体实施方案说明了本发明，但其各种变化对于本领域所属技术人员是明显的，这些变化不会脱离所附的权利要求书所述的本发明的精神和范围。

Claims (22)

1.一种能够在数字用户线路系统中降低从发送器到接收器的数据传输功耗的方法，包括：
当数据的可用速率在预定时间长度内低于第一预定数据速率时，存储用于所述数据传输的正常速率的正常参数，其中所述正常参数包括在以所述正常速率进行所述数据传输时的每个载体的比特和每个载体的精细增益；
计算用于所述数据传输的降低的速率的新参数，所述新参数包括在以所述降低的速率进行所述数据传输时的每个载体的比特和每个载体的精细增益；
按照所述数据传输的降低的速率传输数据，其中所述降低的速率需要较小的数据传输功率；以及
当数据的可用速率高于第二预定数据速率时，使用所述正常参数恢复所述数据传输的所述正常速率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述正常参数存储在所述发送器中。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述正常参数存储在所述接收器中。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述正常参数存储在所述发送器和所述接收器中。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述新参数在所述发送器中被计算出来并被发送至所述接收器。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述新参数在所述接收器中被计算出来并被发送至所述发送器。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述新参数在所述发送器和所述接收器中计算出来。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述新参数每个载体的比特通过以下步骤计算：
计算在有效载荷或数据速率中可能产生的降低；
基于每个载体的当前比特bi计算中间变量值ΔR1；
基于对所述可能产生的降低与计算得的所述中间变量值ΔR1的比较，确定所述每个载体的当前比特bi的比特变化；以及
基于所述确定的比特变化确定出所述新参数每个载体的比特，
其中，所述中间变量值ΔR1根据下面公式确定：
ΔR1＝4∑jkbits/sec，其中如果bi＞1，则j＝1，如果bi＝1，则j＝0。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述新参数每个载体的精细增益通过以下步骤计算：
根据所述每个载体的比特和所述确定出的比特变化确定所述每个载体的精细增益的变化；以及
基于所述确定出的精细增益的变化，计算所述新参数每个载体的精细增益。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的每个载体的比特和所述的每个载体的精细增益在所述发送器和所述接收器之间通过所述发送器和所述接收器间的第一信息进行交流。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，以所述降低的速率发送的所述数据通过所述发送器和所述接收器之间的第二信息被初始化。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，恢复所述正常速率通过所述发送器和所述接收器之间的第三信息被初始化。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一、第二及第三信息通过开销信道传输。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，恢复所述正常速率通过预定波形被初始化。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，恢复所述正常速率通过数据信道中的预定比特序列被初始化。
16.一种能够降低数字用户线路系统中的数据传输功耗的系统，包括：
中心局非对称数字用户线路终端单元；
远程非对称数字用户线路终端单元，
其中所述中心局非对称数字用户线路终端单元包括第一非对称数字用户线路收发器，所述远程非对称数字用户线路终端单元包括第二非对称数字用户线路收发器，并且所述第一和第二非对称数字用户线路收发器中的至少一个被配置成可执行包括如下步骤的处理：
当数据的可用速率在预定时间长度内低于第一预定数据速率时，存储用于所述数据传输的正常速率的正常参数，其中所述正常参数包括在以所述正常速率进行所述数据传输时的每个载体的比特和每个载体的精细增益；
计算用于所述数据传输的降低的速率的新参数，所述新参数包括在以所述降低的速率进行所述数据传输时的每个载体的比特和每个载体的精细增益；
按照所述数据传输的降低的速率传输数据，其中所述降低的速率需要较小的数据传输功率；以及
当数据的可用速率高于第二预定数据速率时，使用所述正常参数恢复所述数据传输的所述正常速率。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述新参数每个载体的比特通过以下步骤计算：
计算在有效载荷或数据速率中可能产生的降低；
基于每个载体的当前比特bi计算中间变量值ΔR1；
基于对所述可能产生的降低与计算得的所述中间变量值ΔR1的比较，确定所述每个载体的当前比特bi的比特变化；以及
基于所述确定的比特变化确定出所述新参数每个载体的比特，其中，所述中间变量值ΔR1根据下面公式确定：
ΔR1＝4∑jkbits/sec，其中如果bi＞1，则j＝1，如果bi＝1，则j＝0。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述新参数每个载体的精细增益通过以下步骤计算：
根据所述每个载体的比特和所述确定出的比特变化确定所述每个载体的精细增益的变化；以及
基于所述确定出的精细增益的变化，计算所述新的每个载体的精细增益。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述每个载体的比特和所述每个载体的精细增益在所述中心局非对称数字用户线路终端单元和所述远程非对称数字用户线路终端单元之间通过所述中心局非对称数字用户线路终端单元与所述远程非对称数字用户线路终端单元之间的第一信息进行交流。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，以所述降低的速率发送的所述数据通过所述中心局非对称数字用户线路终端单元和所述远程非对称数字用户线路终端单元之间的第二信息被初始化。
21.如权利要求20所述的系统，其特征在于，恢复所述正常速率通过所述中心局非对称数字用户线路终端单元和所述远程非对称数字用户线路终端单元之间的第三信息被初始化。
22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，所述第一、第二及第三信息通过开销信道传输。
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