CN101663854B - 降低数字用户线路的功耗的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种装置，包括发射机，其使用多个离散多音调(DMT)音调来发送低功率模式DMT信号，其中，有一组DMT音调用于发送数据，其余的DMT音调中的至少一些用于减小峰均值比(PAR)。本文包括一种网络组件，其包括至少一个处理器，用以执行一种方法，该方法包括：使用多个第一数字音调来发起多个数据流的传输；发起至少一个第二数字音调的传输，其中，第二数字音调减小由至少一个第一数字音调所生成的信号峰值。

Description

降低数字用户线路的功耗的装置和方法

相关申请的交叉引用 

本申请要求2007年11月30日提交的、申请人为Guozhu Long、题目为“Power Reduction for DSL”的美国临时申请60/991,498的优先权，2008年1月14日提交的、申请人为Guozhu Long、题目为“Power Reduction for DSL”的美国临时申请61/020,993的优先权以及申请人为Guozhu Long、题目为“Power Reduction for Digital Subscriber Line”的美国申请12/276,564的优先权，并将这些申请的全部内容通过引用结合在本申请中。 

背景技术

数字用户线路(DSL)技术可提供用于在现有的用户线路上进行数字通信的较大带宽。当在用户线路上发送数据时，如非对称DSL(ADSL)或超高速DSL(VDSL)等DSL技术使用离散多音调(DMT)线路编码，其中，离散多音调线路编码在每个符号(Symbol)中针对每个子载波或音调(Tone)分配多个比特。对于在用户线路的每个端可能发生的各种信道状况，可调节DMT。在该技术中，典型地可定义三种功率管理状态，例如分别在电信标准化部门(ITU-T)关于ADSL2和VDSL2的G.992.3/5和G.993.2技术规范中定义的功率管理状态。这三种功率管理状态包括：用于正常运行模式的模式0(L0)状态、用于空闲模式的模式2(L2)状态和用于关机模式的模式3(L3)状态。 

通常，DSL链路大多数时间为空闲。L2状态被配置为可使得收发机能够利用该因素，通过降低所发送信号的电平来降低功耗。因此，应将DSL收发机更经常地保持在L2状态中，而不是在相对低速连接的L0状态中，这可以减小在相应线路上的发射功率谱密度(PSD)。减小发射PSD可以降低线路驱动器的功耗，其中，所降低的功耗包括系统中的全部功耗中相对较大的部分。另外，减小发射PSD可以减轻在同一或附近线路束中相邻的双绞线电话线路 上发送的信号之间的串扰。那些线路上的DSL设备可检测到串扰的减轻并对它们自身的运行状况做出相应的调整，例如，增加它们的数据速率或减小它们的发射PSD。然而，当将DSL链路从L2状态切换至L0状态以便开始或重新开始正常工作模式时，在相应线路上的发射PSD会突然增加。因此，在相邻线路(在先前减少相邻发射PSD之后，已经进行了运行状况调整)上信号之间的串扰会突然增多，由此产生不平稳的串扰。所述不平稳的串扰会影响信号的正确接收和降低DSL运行的稳定性。由于这个原因，虽然在ADSL2技术规范中定义了L2状态，但是运营商不愿使用它，并且还未在VDSL2中对它进行定义。 

发明内容

在一个实施例中，本发明包括一种装置，该装置包括发射机，其使用多个DMT音调来发送低功率模式DMT信号，其中，一部分DMT音调用于发送数据，其余的DMT音调中的至少一些用于减小峰均值比(PAR)。 

在另一个实施例中，本发明包括一种网络组件，该网络组件包括至少一个处理器，其用于执行一种方法，所述方法包括：使用多个第一数字音调来发起多个数据流的传输；发起至少一个第二数字音调的传输，其中，所述第二数字音调用于减小由至少一个所述第一数字音调所生成的信号的峰值。 

在另一个实施例中，本发明包括一种方法，其包括使用多个DMT来配置DSL传输，其中数据承载在一组DMT音调上；在该组DMT音调所生成的时域信号中检测一个或多个峰值；根据所检测的峰值，对其余DMT音调中用于生成至少一个消峰信号的至少一个DMT音调进行配置；发送该组DMT音调和所配置的其余DMT音调。 

附图说明

为了更全面地理解本发明，现在参照与附图和详细说明有关的以下简要描述，其中，相同的标号表示相同的部件。 

图1为DSL系统的实施例的示意图。 

图2为低功率传输方法的流程图。 

图3为通用计算机系统的一个实施例的示意图。 

具体实施方式

首先应该理解的是，虽然在下面提供了一个或多个实施例的示例性实现，但所揭示的系统和/或方法可使用各种技术(无论是当前已知的或是已存在的)来实现。不应将本发明限制于下面所示出的示例性的实现、图示和技术(包括本文描述和图示出的示例性设计和实现)，但本发明可在权利要求的范围连同它们等同替代的全部范围内进行修改。 

本文所公开的方法和系统是为了减小DSL线路运行的功耗以及由于突然运行状态变换而引起的不平稳串扰。具体地讲，在低功率或空闲模式期间，可使用DSL线路子载波或音调中的一些(而不使用其余音调)，以便按照与正常运行模式相同的功率电平来发送信号。所述用于发送该信号的音调可利用其余的音调实现相互分离。由此，平均传输功率可与所使用的音调的数目成反比地得到减少。为了避免由于未使用音调的PSD发生相对突然的变化而引起显著的串扰影响，相邻线路上的接收机仅监测在L2状态期间发送的音调，以消除或减小不平稳串扰的影响。另外，其余音调中的至少一些可用于发送消峰信号，该消峰信号可减小传输的PAR。除减小平均功率外，减小传输PAR还可减小DSL线路运行的功耗。例如，线路驱动器可切换至较低的电源，从而降低线路驱动器的功耗。 

图1示出了DSL系统100的一个实施例。该系统100可以是VDSL2系统、ADSL2系统或任何其它DSL系统。该DSL系统100可包括中心局(CO)102和用户前端设备(CPE)104。CPE 104通过用户线路106与CO 102相连。另外，该DSL系统100可包括：与CO 102相连的网络管理系统(NMS)108和公共交换电话网络(PSTN)110二者；以及与CPE 114相连的电话112和计算机114。在其它实施例中，可对DSL系统100进行更改以使其包括：分离器、滤波器、管理实体和各种其它硬件、软件和功能体。 

在一个实施例中，CO 102可包括分离器，其与用户线路106和PSTN 110 相连。另外，CO 102可包括DSL发射机/接收机(收发机)，其可将分离器或用户线路106连接至NMS 108。例如，分离器可以是2∶1耦合器，其通过DSL收发机将从用户线路106接收的数据信号发送至NMS 108和PSTN 110，并通过DSL收发机将从NMS 108和PSTN 110接收的信号发送至用户线路106。此外，分离器可选地包括一个或多个滤波器，其用于处理NMS 108、PSTN110和用户线路106之间的数据信号。DSL收发机可包括联合收发机，例如调制解调器，其向分离器发送信号和从分离器接收信号。该DSL收发机可处理所接收的信号，并可只将所接收的信号传输至NMS 108。在一个实施例中，DSL收发机可包括前向纠错(FEC)码字生成器、交织器或它们两者，其中，FEC码字生成器用于生成FEC数据，交织器用于对在多个DMT音调上所发送的数据进行交织。 

CPE 104还可包括：分离器，其可耦合用户线路106和电话112；DSL收发机，其可将分离器或用户线路106和计算机114相耦合。该分离器可以是2∶1耦合器，其将从用户线路106接收的数据信号发送至电话112和DSL收发机，并将从电话112和DSL收发机接收的数据信号发送至用户线路106。分离器可选地包括一个或多个滤波器，其用于处理发往电话112和DSL收发机的数据信号以及来自电话112和DSL收发机的数据信号。该DSL收发机可以是向分离器发送信号和从分离器接收信号的收发机，其可以是调制解调器。该DSL收发机可处理所接收的信号以得到从CO 102发送的数据，并将所接收的数据传送给电话112、计算机114或两者，其中，这两者可通过CO 102和CPE 104之间的DSL连接接入到NMS 108、PSTN 110或其它连接的网络。 

在一个实施例中，用户线路106可以是CO 102和CPE 104之间的通信路径，其可包括一个或多个铜电缆的双绞线。NMS 108可以是用于处理通过DSL收发机与CO 102进行交换的数据的网络管理基础结构，且NMS 108可与一个或多个宽带网络(例如，互联网)相连。PSTN 110可以是用于生成、处理和接收语音或其它音带信号的网络。电话112可以是用于生成、处理和接收语音或其它音带信号的硬件、软件或两者。 

采用DMT线路编码，信号可以通过用户线路106在CO 112和CPE 114 之间进行传输，由此可将DSL数据划分在多个并行的数据流信道上，其中，每个信道可使用多个音调或符号中的一个来发送。另外，采用诸如正交幅度调制(QAM)之类的适当的调制方案，每个符号中的音调可以按照低符号速率来进行调制。所调制的全部音调的数据率的总和可与在相同带宽中单载波调制方案相似或大致相等。另外，针对相对慢调制的各音调或符号的信道均衡比针对相对快调制的单载波的信道均衡更加简单。较简单的信道均衡方案可有利于减少至少一些传输问题，例如，在长铜线中高频衰减，窄带干扰等。另外，按照低符号速率对各音调或符号进行调制，可以便于使用音调之间的保护间隔来减小或消除符号间干扰(ISI)。DSL数据可通过接收各个音调并对它们进行组合来获取。 

在低功率模式下，可使用一部分音调而非所有音调来发送少量的数据，以减小线路驱动器的功耗，并进一步减小系统的功耗。由此，其余音调可以不用来传送任何数据，从而减少平均传输功率。所述少量的数据可使用在相等整数数量的未使用音调之后的每个后续音调来进行传输，以减小发射功率，并进一步减小总功耗。虽然未使用的音调上的串扰随着那些音调上所发送信号的PSD的变化而变化，但是，当通过插值来获得其它音调的信号质量时，所有其它线路仅可监测在L2状态中所使用的那些音调上的信号质量。因此，不平稳串扰在信号质量测量中对其它线路没有影响。在一个实施例中，数据流可通过如Aware在2007年12月3-7日在法国的波尔多举行的ITU-T SG15Q4会议上提交的文献BF-054中所描述的方式进行传送，其中，所提交的文献的名称为“A proposal for a stable Low Power Mode”，其全部内容通过引用结合在本申请中。因此，所述并行的数据流可以分别采用多个音调中的第N个音调来进行传送，其中，N为所选定的整数。例如，当N增大时，可使用分隔加大的更少的音调，从而节省较多的功率，但在这种情况下通过插值而进行的信号质量计算的精确度会变低。可替代地，当N减小时，可使用分隔减小的更多的音调，从而节省较少的功率，但在这种情况下通过插值而进行的信号质量计算的精确度会变高。所使用的每个音调可按照与全功率模式大致相同的功率电平进行发送，因此可节省大约百分之(1-1/N)的功率。通过 使用该低功率模式方案，可以针对所使用的音调(而不包括其余的音调)测量出全部音调的信噪比(SNR)，从而确定所发送比特的数量。可根据所使用音调的所测量SNR值，使用插值来得到其余音调的SNR值，其中，这些所使用音调包括音调总数的大约N分之一(1/N)。 

在低功率模式期间，系统的功耗可通过减少所发送音调的PAR来进一步减小。具体地说，除了通过使用一组(subset)音调来发送并行数据流以减少用于传输的平均功率外，还可通过减少在所发送信号中的峰值功率来减小所传输音调的PAR。否则，线路驱动器可能需要较多的功率来防止所发送信号的峰值功率发生饱和。例如，减小PAR约6分贝(dB)可将线路驱动器的功耗减小大约一半。 

在一个实施例中，可通过在前述的低功率模式中使用所述不传输数据流的未使用的音调来实现减小PAR。因此，未使用音调中的至少一些可用于提供或承载适合的消峰信号，而不用减小全部所使用的音调中总的或合并的数据速率。消峰信号可跨越全部或部分的未使用音调之上，并且其主要包括与在原始信号中的峰值一致的峰值，但两种峰值符号相反。消峰信号可使用多种合适的算法来生成，例如，由J.Tellado等人在1998年2月9到20日所举行的国际电信联盟(ITU)WP 1/SG 15会议上所发表的名称为“PAR Reductionin Multicarrier Transmission System”的文献D.150中描述的峰值减小音调(PRT)算法，该文献的全部内容通过引用结合在本申请中。作为另一种选择或此外，消峰信号还可使用其它算法来生成，例如，由AMD在1998年4月6至9日在芝加哥举行ITU-T SG15 Q4会议上所发表的名称为“Complexity ofVarious PAR Reduction Techniques for G.dmt and G.lite”的文献CI-017R1中所描述的PRT减小算法，且该文献的全部内容通过引用结合在本申请中。由此，PAR可通过生成PAR减小核心信号来实现减小，其中，该核心信号可具有由多个所保留音调描述或表示的冲激响应。通常那些所保留音调专门用于消峰，因而不用于传送数据。虽然这会造成一些性能损失(减小可达数据速率)，然而，在本系统中，用于消峰的音调可以是在低功率模式中未使用的音调，因而实际上并不会减小数据速率。 

图2示出了一种低功率传输方法200的实施例，该方法200用于减小DSL线路运行的功耗以及不平稳串扰的影响。具体地讲，低功率传输方法200可在DMT线路编码中使用一组音调来发送并行数据流，并因此会减小用于传输的平均功率。其余的音调可用于发送消峰信号，其中，消峰信号可基于估算估算的或检测的峰值功率电平以及发送的信号的位置来进行建立。由此，所述其余的音调可与所使用的音调一起发送以减小全部或合并的PAR。虽然消峰信号消耗了额外的功率，但是额外的功率通常很小，因此仅会增加极少的总功率。因此，通过减小PAR，可有助于进一步减小功耗，而不会降低数据传输速率。 

在一个实施例中，低功率传输方法200开始于方框210，在方框210中，使用一组音调来配置多个并行数据流，其中，这一组音调可以由相等数量的未使用音调分隔开来。因此，数据信号中平均功率的减小与所使用音调的数量的增加成比例。在方框220中，低功率传输方法200可以估算估算在所要传输的时域信号中峰值的电平和位置。如果一些峰值超过预定的阈值，则配置消峰信号(例如，执行下面的方框240一次)，以便消除或减小原来的峰值。因此，可得到每个数据信号的PSD。在方框230中，低功率传输方法200可检验是否有输出信号的峰值大于阈值上、是否未达到最大迭代次数，或以上两者。信号的峰值可以与饱和电平进行比较。最大迭代次数可根据处理能力或速度需求、时延限制或其它因素来预先设定。在其它实施例中，低功率传输方法200可检验所估算估算的信号峰值是大于阈值还是未达到最大迭代次数，但非同时两者。如果满足在方框230中的条件，例如，当所估算的功率峰值超过阈值且未达到最大迭代次数时，低功率传输方法200可转至方框240估算估算。另外，在方框250中，低功率传输方法200可发送具有原始数据信号和消峰信号的信号，继而结束。 

在方框240中，低功率传输方法200可使用至少一个未使用音调来配置消峰信号，随后将其与原始数据信号合并且一起发送。其它未使用音调可以配置成消峰信号，并将其与所使用的一组音调进行合并。该消峰信号可使用一个或多个未使用音调来建立，且其可包括与在原始时域信号中一个或多个 峰值相一致的一个或多个峰值。该消峰信号可与数据信号一起传输来减小合并的PAR或总的PAR。然而，该消峰信号可能不会明显减小PAR或所发送数据信号的PSD中的所有检测峰值。例如，由于在处理能力或算法估算准确度方面的限制，消峰信号可能不能明显或充分地减小全部PAR或所发送数据信号的PSD中的所有峰值。在这种情况下，低功率传输方法200返回方框220来重复估算所要发送信号的峰值，并对包括至少一个信号峰值的另一消峰信号进行配置，其中，该至少一个信号峰值可以是在先前的消峰过程中新生成的峰值或先前存在的峰值。该过程可一直重复直到不再发现峰值或达到最大迭代次数为止。由此，信号中峰值的数量或合并的PAR可在每次迭代之后得到减小。 

在一个实施例中，当设置合适的阈值和迭代次数的最大上限时，数据信号中的所有峰值可以相对高或可接受的概率来减小。然而，所达到的PAR减小量和与处理所发送数据信号并生成消峰信号相关的复杂度之间存在矛盾。例如，增加用于生成消峰信号的未使用音调的数量、增加最大迭代次数或增加两者，可进一步减小在所发送信号中的PAR，但却会增加计算复杂度或开销。增加用于生成消峰信号的未使用音调的数量还会增加用于平均传输功率。然而，相对于所达到的PAR减小量和线路驱动器的全部或总功耗的减小量而言，这种平均功率的增加量通常很小或可忽略。 

以上描述的网络组件可以在任何通用网络组件上实现，例如，具有充足处理能力、存储资源和网络吞吐能力而能处理必要工作负荷的计算机或网络组件。图3示出了典型的通用网络组件300，其适用于实现本文所公开组件的一个或多个实施例。网络组件300包括处理器302(其可称为中央处理单元或CPU)，处理器302和存储器设备进行通信，其中，该存储器设备包括辅助存储器304、只读存储器(ROM)306、随机存取存储器(RAM)308、输入/输出(I/O)设备310和网络连接设备312。该处理器302可以由一个或多个CPU芯片来实现，或者是作为一个或多个专用集成电路(ASIC)的组成部分。 

辅助存储器304通常包括一个或多个硬盘驱动器或可擦除可编程ROM(EPROM)，并用来非易失性地存储数据。辅助存储器304可用于存储程序， 当选择执行该程序时，可将其载入至RAM 308。ROM 306用于存储指令和在程序执行期间可能读取的数据。ROM 306为非易失性存储设备，并且相对于辅助存储器的较大存储容量而言，该非易失性存储设备通常具有较小的存储容量。RAM 308用于存储易失性数据，并可能存储指令。通常，对ROM 306和RAM 308的访问快于对辅助存储器304的访问。 

本发明描述了至少一个实施例，并且本领域技术人员所进行的关于实施例和/或实施例特征的变化、合并和/或修改均落入本发明的保护范围之内。由于合并、集成和/或忽略实施例特征而得到的其它实施例也在本发明的保护范围之内。如果文中明确声明了数值范围或限制，应将这种明确的范围或限制理解为包括落入所明确声明的范围或限制之内的类似量值的重复范围或限制。使用与权利要求的任何元件相关的术语“可选地”意指该元件是需要的或该元件是不需要的，且两种替代方案均在权利要求的保护范围之内。应当理解，诸如“包括”、“包含”和“具有”之类的广义术语用于提供对诸如“由……组成”、“主要由……组成”和“基本包含”等狭义术语的支持。因此，保护范围不限于上面给出的描述，而是由以下的权利要求来限定，该范围包括权利要求所保护主题的所有等价物。将每个和所有权利要求作为进一步的公开内容来包含到说明书中，且权利要求为本发明的实施例。本发明中关于引用文献的讨论并不是承认其为现有技术，特别是具有在本申请优先权日之后的公开日期的任何引用文献。就本发明中所引证的所有专利、专利申请和发表提供示意性的、程序性的或对本发明的其它补充细节而言，以引用方式将它们包含在本文之中。 

虽然在本发明中提供了一些实施例，但应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可将所公开的系统和方法体现在多种其它具体形式中。应将本文的例子视作说明性而非限制性的，且旨在不限于本文给出的细节。例如，将各种元件或组件合并或集成到其它系统，或者忽略或不实现某些特征。 

另外，在各个实施例中分离或单独描述和示出的技术、系统、子系统和方法可合并或集成到其它系统、模块、技术或方法中，而不背离本发明的保 护范围。相互之间耦合或直连或通信的所示出并讨论的其它项可以通过一些接口、设备或中间组件，按照电方式、机械方式或其它方式间接地相连或通信。本领域技术人员能够意识到关于改变、替换和变通的其它例子，且在不脱离本发明的精神和范围的前提下实现这些改变、替换和变通。 

Claims (17)

1.一种用于发送离散多音调信号的装置，包括：

发射机，其用于：使用多个离散多音调DMT音调发送低功率模式DMT信号；

其中，所述多个DMT音调中的一组DMT音调用于发送数据；其余的DMT音调中的至少一些用于减小峰均值比PAR；

其中，该组DMT音调包括：每第N个DMT音调，其中，N为整数；

该组DMT音调的信噪比SNR是通过接收机进行测量的，其中，所述其余的DMT音调的SNR是通过采用该组DMT音调的所测量SNR来进行插值运算而得到。

2.如权利要求1所述的装置，其中，该组DMT音调是按照与正常功率模式DMT信号大致相同的功率电平来发送的，以在所述低功率模式DMT信号中实现大约百分比为(1-1/N)的功率节省。

3.如权利要求1所述的装置，还包括：

信号幅度分析器，其用于分析信号的时域幅度。

4.如权利要求3所述的装置，其中，减小PAR包括：

生成消峰信号，其中，所述消峰信号基本上消除或减小了信号中的峰值。

5.如权利要求4所述的装置，其中，所述消峰信号是采用峰值减小音调PRT算法来生成的。

6.如权利要求1所述的装置，其中，所述低功率模式DMT传输用于减小平均发射功率和峰均值功率比，以降低线路驱动器处的功耗。

7.一种用于发送离散多音调信号的方法，所述方法包括：

采用多个数字音调中的多个第一数字音调来发起多个数据流的传输；

发起除所述多个第一数字音调之外的其余数字音调中的至少一个第二数字音调的传输，其中，所述至少一个第二数字音调用于减小由所述多个第一数字音调中的至少一个所生成的信号的峰值；

其中，该多个第一数字音调包括所述多个数字音调中的每第N个数字音调，其中N为整数；

通过接收机来测量所述第一数字音调的信噪比SNR；以及

通过采用所述第一数字音调的所测量SNR来进行插值运算，得到所述第二数字音调的SNR。

8.如权利要求7所述的方法，其中，存在多个所述第二数字音调，其中，所述第一数字音调的数量少于所述第二数字音调的数量。

9.如权利要求7所述的方法，其中，每个数据流以低于单载波发送数据流的符号率进行发送。

10.如权利要求7所述的方法，其中，所述第二数字音调生成至少一个峰值，其中，所述峰值与由所述第一数字音调所生成的至少一个信号峰值一致。

11.如权利要求10所述的方法，其中，与所述第一数字音调相关联的信号峰值大于或等于一个阈值。

12.如权利要求10所述的方法，其中，在传输之前，对所述第二数字音调进行多次配置。

13.如权利要求10所述的方法，其中，所述第二数字音调用于消除或减小与所述第一数字音调相关联的多个信号峰值。

14.如权利要求7所述的方法，其中，与在没有所述第二数字音调的情况下发送所述第一数字音调相比，所述第二数字音调不减小与所述第一数字音调相关联的数据速率。

15.如权利要求7所述的方法，其中，与在没有所述第二数字音调的情况下发送所述第一数字音调相比，所述第二数字音调会增加平均发射功率，但却降低了发射总功耗和峰均值比PAR。

16.一种用于发送离散多音调信号的方法，包括：

使用多个离散多音调DMT音调来配置数字用户线路DSL传输，其中，数据承载在所述多个DMT音调中的一组DMT音调上；

检测由该组DMT音调生成的时域信号中的一个或多个峰值；

根据所检测到的峰值，对其余DMT音调中用于生成至少一个消峰信号的至少一个DMT音调进行配置；

发送该组DMT音调和所配置的其余DMT音调；

其中，该组DMT音调包括每第N个DMT音调，其中N为整数；

通过接收机来测量该组DMT音调的信噪比SNR；以及

通过采用该组DMT音调的所测量SNR来进行插值运算，得到所述其余DMT音调的SNR。

17.如权利要求16所述的方法，其中，所述DSL传输为非对称DSLADSL传输或超高速DSLVDSL传输。

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