CN101305573A - 用于通过传输线进行数据传输的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明除别的事项外说明了一种方法，其中通过在一个子频率范围(UB)内降低频谱功率密度，间接通知发送/接收单元该子频率范围(UB)不应该用于发送数据。该方法特别适于xDSL方法。

Description

用于通过传输线进行数据传输的方法和设备
本发明涉及一种用于通过传输线、特别是通过用户传输线进行数据传输的方法，特别是在传输有用数据前进行的初始化阶段中的数据传输方法。所述传输线例如是铜制双芯线，例如在xDSL方法(x数字用户线)中使用的，特别是在ADSL方法(非对称数字用户线)中和在VDSL方法(极高速度数字用户线)中使用的。但是也使用其他传输线，例如无线电传输线，例如参见按照所谓的WiMAX方法(用于微波访问的世界范围的互操作性)的应用、WLAN(无线局域网)中的应用、或者UMTS系统(通用移动电信系统)中的应用。
本发明特别涉及：
-ADSL方法(非对称数字用户线)的应用，例如按照标准ITU-T(国际电信联盟-电信标准化部)G..992.x、ANSI(美国标准协会)T1.413、ETSI(欧洲电信标准协会)RTS TM-06006，和
-VDSL方法(极高速度数字用户线)，例如按照标准ETSI TS 101270、ITU-T993.x、或者ANSIT1.424。
虽然基于所述方法的发送/接收设备已经使用有数百万之多，但是本发明的任务仍然是改进所涉及的设备和方法，特别针对可达到的传输范围或者可达到的传输率和传输质量。特别是要保证，在未为发送提供明确频率排除范围的发送/接收设备中也能够实现所述的技术效果。
针对方法提出的任务通过在权利要求1中给出的方法步骤解决。扩展在从属权利要求中给出。
本发明基于一种想法，即可以要求把主频率范围中的特定频率范围从发送中排除，以便保证大的数据传输速率或者高的数据传输质量。从发送中排除该频率范围例如在该频率范围内存在来自其他传输线的干扰时是必要的。然而另一方面，该频率范围的排除也可以为避免或者减小其他传输线的干扰所需要。如果不能明确地向用户方或者网络方的发送/接收设备通报要排除的频率范围，那么，当被控制的发送/接收设备的要排除的频率范围由控制的发送/接收设备表示为传输线具有减小或者差的传输特征的区域时，仍然能够实现隐含的通报。在这种情况下，被控制的发送/接收设备自动在发送时从传输中排除该频率范围。
因此，在本发明的方法中执行下面的方法步骤：
-预定参考序列和用于传输该参考序列的参考方法，其中为该参考序列的传输提供主频率范围，其例如有超过100kHz(千赫兹)宽。
-预定该主频率范围的至少一个在通过传输线进行有用数据传输时不应该使用的子频率范围，
-从参考序列和预定的方法出发产生第一测试信号或者训练信号，然而其中在该第一子频率范围内偏离预定的参考序列或者偏离预定的参考方法地迫使减小第一信号部分的频谱功率密度，
-从发送器向接收器通过该传输线传输该第一测试信号，
-通过使用所接收到的第一测试信号以及假定该第一测试信号从参考序列中并且使用参考方法产生，来表征该传输线，
-取决于在第一子频率范围内对传输线的表征，把第一数目的位分配给第一子频率范围，其中该第一数目规定可在第一子频率范围内传输的位。
例如在标准ITU-T G..992.1(06/99)，第10章(初始化)中规定了这样的参考序列和参考方法。然而还有其他的标准提到参考序列和参考方法。迫使减小第一信号部分的频谱功率密度能够用多频道信号例如通过下述方式实现，即在从该多频道信号选择的音频信号上不传输任何位。另外可选择的方案是，也可以使用模拟滤波器装置，用以减小频谱功率密度。
基本上可以把被控制的发送/接收设备这样构造，使得能够例如当在被控制的发送/接收设备中使用非常大值的或者开销大的优化算法或者优化方法时跳跃地减小频谱功率密度。在这样的情况下，频谱功率密度除噪声信号外能够在唯一的一个步骤中减小到零值。然而对于非常简单构造的发送/接收设备存在一种趋势，即实现的是在跳跃式改变频谱功率密度的情况下不再能正常工作的优化方法。
因此本发明的方法的一个扩展从下面的想法出发，在一个要从传输中排除的频率范围内迭代地和逐渐地减小频谱功率密度，原则上也能够当在被控制的发送/接收设备中实现了不能容忍在特定频率范围内频谱功率密度的跳跃式改变的优化方法时，隐含地向该发送/接收设备通知要排除的频率范围。
按照这一扩展，频谱功率密度一直迭代减小，直到由接收器通知一个零值，该零值表明不再给该子频率范围分配任何位。在这种情况下频谱功率密度每次关于该子频率范围的相同的参考点或者相同的参考频率减小，或者也在整个子频率范围内减小。
在另一个扩展中，为表征传输线使用自适应滤波器单元，其中该滤波器单元的滤波系数表征该传输线。用于表征传输线的适宜的函数是：
-时域内的脉冲响应，
-时域内的跳跃响应，
-频域内的传输函数，亦即脉冲响应的傅立叶变换，
-频域内的跳跃响应的傅立叶变换体，
-逆跳跃响应，或者
-另外的表征函数，其允许对于任意一个输入信号序列计算出唯一对应的输出信号序列。
例如自适应滤波器单元获得参考序列作为输入信号。自适应滤波器单元自适应目的是，在自适应滤波器单元的输出上产生一个等于接收到的第一测试信号的信号。在这种情况下该滤波器单元的滤波系数规定传输线的脉冲响应的扫描值。通过傅立叶变换能够从脉冲响应中确定传输函数或者频率响应。然后根据该频率响应能够确定要在哪个频率范围内传输多少位。为以一个载波频率传输更多位，例如适合的是PAM-PSK(脉冲振幅调制-相移键控)或者QAM(正交振幅调制)。然而其他的调制方法也适合。
在本发明的方法的一个扩展中，第一测试信号在一个与第一子频率范围不同的等宽的第二子频率范围内具有比在第一子频率范围内更大的频谱功率密度。例如功率密度大至少30％。在另外的改进中，在主频率范围内有多个彼此分开的子范围，它们应该从传输中被排除。
在本发明的方法的另一个扩展中，测试信号是一个多频道信号，其中子频率范围包含仅一个音频信号或者多个音频信号，优选至少五个彼此相继的音频信号。这些音频信号也称为所谓的接收器(Bin)，并且例如彼此错开4.3125kHz。引入多个彼此相继的音频信号能够特别有效地减少干扰或者避免干扰。
在下一个扩展中，在至少一个音频信号上传输有用数据时传输多于一位，优选通过QAM(正交振幅调制)。数据传输率能够如此简单和有效地得到提高。
在另一个扩展中，测试信号是用随机数发生器产生的位序列，其能够特别快地适应滤波器单元。于是按照ADSL标准例如使用序列C-REVERB1到C-REVERB4或者序列C-MEDLEY。
在另一个扩展中，频谱功率密度在第一子频率范围内通过用一个除数除参考序列的位值而减小，特别是通过用2、用4等亦即通过用2的倍数除。一种这样的处理例如能够通过所谓的位移以简单的方式实现。
在另一个扩展中，按照xDSL方法传输有用数据，特别在一条铜制双芯线上传输。由此特别能够为宽带数据传输使用已有的基础设施。
在另一个扩展中，所述方法由适合ADSL2或者ADSL2+方法的设备执行。然而在对等方具有仅按照ADSL1工作的用户单元。由此在传输时间期间，在ADSL1方法中就已经可以为传输选择特定的频率范围。这样的选择如不用本发明则在使用ADSL2方法或者一种尚在继续开发的ADSL方法的情况下才能用于数据传输的两个方向。
此外本发明涉及一种设备，其特别用于执行本发明的方法或者它的扩展。对此上述技术效果对于该设备或者它的扩展也适用。
下面根据附图说明本发明。附图中：
图1表示一个在ADSL方法中使用的频率范围，
图2表示一个网络方连接单元的结构，和
图3表示用于初始化用户方连接单元的方法步骤。
图1表示一个坐标系，在其x轴上绘出以兆赫兹为单位的频率。在该坐标系的y轴上与此相对绘出频谱功率密度，例如以dBm/Hz为单位。在一个低频区域，例如在到6kHz的区域内或者在ISDN(集成服务数字网络)的情况下到150kHz的区域内传输常规的电话数据，例如以模拟或者以数字形式。
在例如从20kHz到0.2MHz(兆赫兹)的频率范围内，借助多频道信号从用户向网络节点传输数据。该方向也称为上行方向。在例如从0.2MHz到1.1MHz的另一个频率范围内，同样借助一个多频道信号从网络节点向用户传输数据。该频率范围也称为下行频率范围。下面把该下行频率范围作为主频率范围HB，从中要排除一个子频率范围UB。在ADSL2+方法中下行频率范围例如从0.2MHz延伸到2.2MHz。
在另一个实施例中频率范围之间的边界位于其他位置。在特定的方法中频率范围的重叠也是允许的。
在本实施例中假定，带有最大载波频率的两个音频信号在下行频率范围HB中不应该用于数据传输，例如为了防止由于另外的传输而在自己的电缆束中产生的干扰。这两个将要被选出的音频信号在子频率范围UB-中位于主频率范围HB的上端。在另一个实施例中在主频率范围HB中应该选出多个子范围，亦即特别是这样的子范围，在这些子范围之间存在发生上行传输的范围。
图2表示一个网络方的连接单元10，它也称为ATU-C(ADSL收发机单元中心局端)。连接单元10例如位于直通中继电话网络的中央电话局内或者在数据分组传输网络例如因特网的网络节点内。
连接单元10包括：
-设置在图2中示出的单元前的单元12，例如错误编码单元(循环冗余校验)、所谓的扰频器、编码器单元例如理德-索罗门码编码器或者格子结构编码器、和数字复用器，
-QAM单元(正交振幅调制)，其例如通过一个表实现，根据该表向各位组分别分配一个实部和一个虚部，
-IFFT单元(快速傅立叶逆变换)，用于执行快速傅立叶逆变换，和
-数字/模拟变换器。
箭头20到26表示连接单元10内的数据流。要传输的位在传输有用数据时通过前置单元12处理。然而在执行本发明的方法时优选前置单元12被关断。因此要传输的位序列如通过箭头22所示被直接输入QAM单元，然而如通过箭头28所示，事先用一个衰减因子乘以值，以便抑制特定的频率范围。
如通过箭头24所示，从QAM单元14输出的位序列然后在IFFT单元16中经受傅立叶逆变换。从单元16输出的数字数据在模拟/数字变换器18中被变换为模拟输出信号，其然后通过连接线30向用户TlnA的接收单元ATU-R传输。
图2中表示的连接单元10能够使用处理器来实现。然而另外可选择的方案是，连接单元10也可以不要处理器而作为电子电路实现。
图3表示在初始化连接单元10和用户一方的接收单元ATU-R时执行的方法步骤。该方法从方法步骤S50开始。在位于方法步骤S50之后的方法步骤S51中，预定单元预定子频率范围UB作为传输时要排除的频率范围，以例如减小芯线束的彼此相邻的芯线对之间的串扰。
在方法步骤S52，在连接单元10和用户一方的接收单元ATU-R之间执行信息传送。用户的接收单元在方法步骤S54发出响应。关于方法步骤S52和S54例如参见标准ITU-T G 992.1(06/99)，段落10.2，以及标准ITU-T G.994.1。
在后续的方法步骤S56，在用户一方的接收单元ATU-R内开始至少一个自适应滤波器单元的训练。在方法步骤S58，在连接单元10内执行至少一个自适应滤波器单元的训练。此外，关于方法步骤S56和S58例如参见标准ITU-T G992.1(06/99)，第十章。
在第一实施例中，在训练结束后在方法步骤S60开始所谓的信道分析，其中应该表征从连接单元10到接收单元ATU-R的传输信道。在这种情况下与标准ITU-T G.992.1不同的是使用一个信号，对该信号在子频率范围UB内仅用与其余的频率范围相比减小的信号功率发送。然而用户一方的接收单元以下述为出发点，信号C-MEDLEY按照标准ITU-T G.992.1发送，因此将信号范围的下降归结为传输线的恶化。取决于接收单元ATU-R已为频率范围UB确定的传输特征，与在子频率范围UB内未受衰减的信号产生相比，给该频率范围分配减少了数目的位。
在方法步骤S62，从用户一方的接收单元ATU-R向连接单元10发送测试信号，此后在发送单元10内在相反的方向上确定传输信道的信道特征，例如通过使用自适应滤波器单元获得的脉冲响应。在此例如按照标准ITU-T G 992.1.1(06/99)，第10.7章进行。
在下一个方法步骤S64和在方法步骤S66中，连接单元10和接收单元ATU-R交换在信道分析中确定的结果，特别是对于各个音频信号的位的分配。关于方法步骤S64和S66例如还参见标准ITU-T G 992.1(06/99)，第10.8章或者第10.9章。
在方法步骤S68，检验在从接收单元ATU-R到连接单元10的传输方向上在子频率范围UB内是否向多个音频信号或者一个音频信号分配了位。在这种情况下，认为分配尚未够，该方法直接前进到下一方法步骤S70。
在方法步骤S70降低测试信号C-MEDLEY在频率范围UB中的功率，例如降低1dB。接着该方法前进到方法步骤S72。该方法现在处于从方法步骤S52到S70的方法循环中。该方法循环一直进行，直到在方法步骤S68确定不再给频率范围UB分配任何位。在这种情况下向子频率范围UB分配位没有问题，在方法步骤S68后直接是方法步骤S72。在方法步骤S72和在方法步骤S74，在连接单元10和接收单元ATU-R之间交换有用数据，在这件事上在子频率范围UB内不传输任何有用数据。在传输有用数据后，该方法在方法步骤S76结束。有用数据例如是语音数据、音乐数据、图像数据、视频数据、程序数据等。
在另一个实施例中，对在标准中规定的训练信号的影响已经在方法步骤S56执行，例如关于在标准G.992.1(06/99)，第10.4章中提到的信号C-REVERB1、C-REVERB2、C-REVERB3或者C-REVERB4。通过该措施可以缩短初始化时间。
总而言之，除别的事项外，给出了一种在xDSL中用于频谱优化的修改过的与标准兼容的初始化方法。在这种情况下以下面的事实为出发点，即串扰是宽带连接技术继续发展的一个最重要的问题。通过改变发送频谱能够对串扰进行反作用，然而在这件事上可能导致用户一方调制解调器训练的不稳定。
在ADSL1标准化的初始化阶段，通过发送妥善定义的发送信号在接收器中实现所有参与的自适应滤波器的快速收敛，其中应该特别提到C-MEDLEY和C-REVERB。通常实现的LMS类型的算法(最小平均值平方)用于最广泛的白发送信号，亦即用于在一个宽的频率范围上具有保持不变的频谱功率的信号。因此许多算法在重要的频谱限制的情况下数值上不稳定。仅花费大的RLS类型(递归最小平方)算法能够在接收一方解决这一问题。然而即使这样也必须隐含通知接收一方的调制解调器，哪一个频率范围要从数据传输中排除。
所建议的解决方案基于训练时例如ADSL训练时局侧或者网络节点一方的修改，并且不以CPE调制解调器固件(顾客前提设备)的改变为前提。基本思想是把下行发送频谱相对于CPE调制解调器的限制被表示为功率衰减。上级CO侧(中央局)的CPE自适应逻辑保证CPE调制解调器按照所希望地反应。为保证自适应(下行的)接收滤波器FEQ(频域均衡器)、TEQ(时域均衡器)、EC(回波消除器)的收敛，例如在“收发机训练”阶段首先以全带宽发送，而在“信道分析”阶段(例如发送信号C-MEDLEY)仅在不希望的下行范围内连续降低电平，亦即从白噪声中产生一个所谓的彩色噪声。如果仍然应该在不希望的范围内向CPE调制解调器分配位，则重新降低C-MEDLEY的电平。该方法特别在下行带宽的限制在所谓注水的情况下允许希望的比特率时特别有效，所述注水是指向一个音频信号分配多个位。然而这一条件能够通过上级控制保证。
如根据附图说明的那样，例如仅在方法步骤S60执行在图2中通过箭头28表示的修改。图3中，Po(C-MEDLEY)表示从CO发送的位于要抑制的频率范围内的下行MEDLEY信号的各功率分量。“p”表示递增的功率下降。p的适宜值是1dB(或者也可以大于1dB，但是那时取决于反馈的在不希望的子频率范围UB上的位占用)。例如值p在0.5dB到2dB的范围，特别在0.8dB到1.2dB的范围内。
所述处理方式也可以在另外的传输方法中使用，特别是可在将来使用的ADSL2或者ADSL2(+)线卡(Linecard)中使用，因为通常CPE调制解调器中期还将限制于ADSL1。
在另外的实施例中，这里说明的方法也对相反的传输方向执行。例如当在一个旧的线卡或者网络侧连接单元上出现按照ADSL2或者ADSL2+工作的新的ADSL调制解调器时，其例如仅按照ADSL1工作。
除别的事项外说明了一种方法，其中通过降低子频率范围内的频频谱功率密度间接通知发送/接收单元该子频率范围不应该用于发送数据。该方法特别适于xDSL方法。

Claims (13)

1.一种用于通过用户传输线(30)进行数据传输的方法，具有下述步骤：
预定一个参考序列和一种用于传输该参考序列的参考方法，其中为了传输该参考序列提供一个主频率范围(HB)，
在该主频率范围(HB)内预定(S51)至少一个在通过所述传输线(30)进行有用数据传输时不应该被使用的第一子频率范围(UB)，
从所述参考序列和预定的方法出发产生(S60)第一测试信号，然而在第一子频率范围(UB)内偏离预定的参考序列或者偏离预定的参考方法地强迫减小第一信号部分的频谱功率密度，
从发送器(10)向接收器(ATU-R)通过该传输线(30)传输该第一测试信号，
通过使用所接收到的第一测试信号以及假定该第一测试信号是从所述参考序列并且使用参考方法产生的，来表征该传输线(30)，
取决于所述传输线(30)在第一子频率范围(UB)内的表征，把在第一子频率范围(UB)内传输的第一数目的位分配给该第一子频率范围(UB)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述第一数目大于零，并且还具有下述步骤：
从接收器(ATU-R)向发送器(10)传输(S66)一个值，该值规定被分配的第一数目的位，
产生(S60)第二测试信号，该第二测试信号在第一子频率范围(UB)内包含第二信号部分，该第二信号部分的频谱功率密度小于第一信号部分的频谱功率密度，
通过传输线(30)从发送器(10)向接收器(ATU-R)传输第二测试信号，
通过使用所接收到的第二测试信号以及假定该第二测试信号是从所述参考序列并且使用参考方法产生的，来重新表征该传输线，
取决于传输线(30)在第一子频率范围(UB)内的重新表征，把在第一子频率范围(UB)内传输的第二数目的位分配给该第一子频率范围(UB)，
从接收器(ATU-R)向发送器(10)传输(S66)一个值，该值规定被分配的第二数目的位，
在第二数目大于零的情况下继续减小所述信号部分的功率，或者当第二数目等于零时结束该方法。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述频谱功率密度除噪声分量外被突然降到零值，或者迭代地减小。
4.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，为表征传输线(30)，使用自适应滤波器单元，其中该自适应滤波器单元的滤波系数表征该传输线(30)。
5.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，所述第一测试信号在主频率范围(HB)的一个与第一子频率范围(UB)不同的第二子频率范围内具有比在第一子频率范围(UB)内大的频谱功率密度。
6.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，所述测试信号是多频道信号，其中第一子频率范围(UB)包含仅一个音频信号或者多个音频信号，优选至少五个音频信号。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，在传输有用数据时在至少一个音频信号上传输多于一位，优选通过QAM。
8.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，所述测试信号包括用随机数发生器产生的位序列，特别是按照xDSL方法的序列C-REVERB或者C-MEDLEY。
9.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，所述频谱功率密度通过用一个除数除一个要在第一子频率范围(UB)内传输的位值而减小。
10.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，接着传输有用数据，特别按照xDSL方法，尤其是按照ADSL1方法。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，所述方法在一种设备中执行，该设备能在第一运行方式下按照ADSL1方法传输数据，在第二运行方式下按照ADSL2或者ADSL2+方法传输数据。
12.一种用于通过一段传输线进行数据传输的设备，具有：
预定单元，其在一个主频率范围(HB)内预定至少一个在通过传输线(30)进行有用数据传输时不应该被使用的第一子频率范围(UB)，
训练信号产生单元(S60)，其从参考序列和一种预定的方法出发产生第一测试信号，然而在第一子频率范围(UB)内偏离预定的参考序列或者偏离预定的参考方法地强迫减小第一信号部分的频谱功率密度，
发送单元，其通过传输线(30)向接收器(ATU-R)发送第一测试信号。
13.根据权利要求12的设备，其特征在于，具有执行根据权利要求1到11之一的方法步骤的单元。
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