CN103814548A

CN103814548A - 用于评估多域网络中通信信道的质量的方法和装置

Info

Publication number: CN103814548A
Application number: CN201280045353.2A
Authority: CN
Inventors: H·加卡宁
Original assignee: Alcatel Optical Networks Israel Ltd
Current assignee: Alcatel Lucent SAS; Alcatel Optical Networks Israel Ltd
Priority date: 2011-09-19
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2032-08-27
Also published as: US9462494B2; EP2571199B1; EP2571199A1; CN103814548B; WO2013041327A1; US20140204792A1

Abstract

一种用于评估多域网络中通信信道的质量的方法，所述方法包括在附着到所述通信信道的设备处：将探测信号传输到所述通信信道，所述传输与另一网络节点对至少一个相异探测信号的传输相协调；在所述传输之后，接收混合反馈信号，所述混合反馈信号包括对应于所述探测信号的第一分量和对应于所述至少一个相异探测信号的第二分量；从所述混合反馈信号中提取所述第一分量；基于所述提取的第一分量评估所述通信信道的质量；其中所述探测信号和所述至少一个相异探测信号被设计为促进它们在已经叠加之后的分离。

Description

用于评估多域网络中通信信道的质量的方法和装置

技术领域

本发明涉及家庭网络领域，尤其涉及不同物理家庭网段上的数据传输领域。

背景技术

在家庭网络中，尤其是根据由ITU-T开发的建议中的G.hn系列（参见ITU-T Rec.G.9961）的家庭网络中，域之间的通信经由域管理器实施。该体系结构限制了可扩展性并且不允许域上真实的双向交互。另外，已知的用于这些网络的信道探测方案往往效率低下。

发明内容

因此，本发明实施例的目标是提供更有效的用于多域网络的信道探测方案。

根据本发明的一方面，提供有一种用于评估多域网络中通信信道的质量的方法，所述方法包括在附着到所述通信信道的设备处：将探测信号传输到所述通信信道，所述传输与另一网络节点对至少一个相异探测信号的传输相协调；在所述传输之后，接收混合反馈信号，所述混合反馈信号包括对应于所述探测信号的第一分量和对应于所述至少一个相异探测信号的第二分量；从所述混合反馈信号中提取所述第一分量；并且基于所述提取的第一分量评估所述通信信道的质量；其中，所述探测信号和所述至少一个相异探测信号被设计为促进它们在已经叠加之后分离。

在根据本发明的所述方法的实施例中，除了时域中的相对循环移位之外，所述探测信号和所述至少一个相异探测信号具有实质上相同的时间和频谱范围。

根据本发明的一方面，提供了一种用于评估多域网络中的多个通信信道的质量的方法，所述方法包括在附着到所述多个通信信道的桥处：从所述相应通信信道接收多个协调的探测信号；叠加所述多个协调的探测信号以形成混合反馈信号；以及在所述接收之后，将所述混合反馈信号传输到所述多个通信信道；其中，所述协调的探测信号被设计为促进它们在已经叠加之后分离。

在根据本发明的所述方法的实施例中，除了在时域中的相对循环移位之外，所述探测信号和所述至少一个相异探测信号具有实质上相同的时间和频谱范围。

根据本发明的一方面，提供了一种计算机程序，被配置为使处理器执行前述权利要求中任一项所述的方法。

根据本发明的一方面，提供了一种用于评估多域网络中的通信信道的质量的装置，所述装置适于产生探测信号，所述装置包括：物理层接口，适于将所述探测信号传输到所述信道并且随后从所述信道接收混合反馈信号；滤波机构，可操作地连接到所述物理层接口，所述滤波机构被配置为从所述混合反馈信号中提取对应于所述探测信号的分量；以及探测信号处理器，可操作地连接到所述滤波机构，所述探测信号处理器被配置为基于所述提取的分量评估所述通信信道的质量；其中，所述探测信号被设计为促进它在已经叠加到来自对等装置的探测信号上之后与其分离。

在实施例中，根据本发明的所述装置进一步包括循环移位器，其被配置为在由所述物理层接口传输之前对所述探测信号施加循环移位，所述循环移位不同于由所述对等装置施加的循环移位。

根据本发明的一方面，提供了一种用于桥接多域网络中多个通信信道的装置，所述装置包括：多个物理层接口，适于通过所述多个通信信道中的相应通信信道传输和接收信号；以及信号组合机构，可操作地连接到所述多个物理层接口，所述信号组合机构被配置为在从所述物理层接口接收到探测信号后生成表示所述探测信号的叠加的混合反馈信号；其中，所述装置被配置为将所述混合反馈信号传输到所述多个通信信道。

在根据本发明的所述装置的一实施例中，所述探测信号被设计为促进它们在已经叠加之后的分离。

在根据本发明的所述装置的一实施例中，除了在时域中的相对循环移位之外，所述探测信号具有实质上相同的时间和频谱范围。

附图说明

现在，参照附图，仅仅举例描述了根据本发明实施例的装置和/或方法的一些实施例，其中：

图1示出根据已知方法的在信道评估阶段期间的信道使用情况；

图2示意性地示出其中可以部署本发明实施例的示例性网络体系结构；

图3示出根据本发明一实施例的在信道评估阶段期间的信道使用情况；

图4示意性地示出根据本发明一实施例的装置；

图5示意性地示出根据本发明另一实施例的装置；以及

图6示意性地示出根据本发明一实施例的元件之间的交互。

具体实施方式

国际电信联盟（ITU）G.hn标准被定义来实现内部高数据率（即宽带）应用程序所要求的宽带数据通信。在G.hn中，不同域可用于通过不同介质（例如，双绞铜线、同轴电缆、输电电缆）的内部网络接入。然而，可用的网络资源（例如，频谱）受到介质特性和网络结构的限制。通常，G.hn介质可被视为宽带信道，在该宽带信道上设备共享同一介质和可用的网络资源。

为了提高频谱效率（即，吞吐量、延迟等），两个节点之间的双向机制可用于本质上双向的会话，在该双向机制中发射机和接收机作为同一传输会话的一部分进行通信。一个示例是传输控制协议（TCP）会话。G.hn中的双向机制仅仅可用于直接在同一域内与两个服务流通信的节点：

（i）从起始结点到终端节点的正向流（由起始节点分配）；以及

（ii）从终端节点到起始节点的反向流（由终端节点分配）。

然而，对于G.hn中的域间双向通信，信道评估是相干检测所需要的。由于多个设备基于时分多址（TDMA）方案来同时接入同一网络，所以这是一项具有挑战性的任务。

在当前版本的ITU-T G.9960建议中具体规定了信道评估探测帧。探测帧的有效载荷应包含无数据的多个符号帧。符号帧（和OFDM符号）的数目应经由PRBSYM字段在PHY-帧头中指示，并且在探测帧中可具有4、8、12、…、64个OFDM有效载荷符号。这些探测帧（即，信号）基于TDMA方案直接在两个设备（其中，一个设备用作主域节点）之间或经由中继发送/接收。

不同于G.hn家庭网络中的直接（无中继）会话和中继辅助会话，其中来自不同用户的信号在时间上分离以避免干扰，在双向域间G.hn通信中，设备的探测信号在同一时隙中相互干扰。双向域间G.hn通信在2011年5月16日以申请人名义提交的欧洲专利申请号第11305586.7号中进行了描述，其全文通过引用结合于此。

因此，在探测传输的情况下，域主节点不能评估不同家庭网络设备的CSI。

尽管本发明是在G.hn网络的上下文中描述的，本领域技术人员将理解，这仅仅是为了说明的目的，并且本发明不限于G.hn网络。对G.hn或G.hn相关术语的任何引用应当理解为等同应用于类似的多域网络体系结构。这包括家庭网络，即家庭用网络。

图1以图解法示出避免G.hn网络中该问题的简单方法，该方法包括分配不同的5个时隙，实质上以时分多址（TDMA）方式执行探测信令。

如图1中所示，关于信道的信息必须在每次探测传输之后反馈回该设备。由于G.hn家庭网络可能具有大量的操作设备，这将降低网络吞吐量。因此，用于G.hn中域间通信的信道评估可能是重要的，并且是其中内容被保持在该网络中和/或通过不同域被分发的不同家庭网络服务的限制因素。

本发明的目的是提供更有效的用于G.hn家庭网络中域间双向传输的信道评估。本发明尤其是基于发明人的这一洞察：可以通过减少这些探测帧和主域节点内所需的信令间隔的数目来提高吞吐量并且因此提高效率。本发明进一步基于发明人的这一洞察：该减少可通过以允许原始信号重建的方式合理组合几种信号的传输来实现。

G.hn支持多端口设备功能，其可被采用来实现有效的域间双向传输。在该示例中，我们考虑分别来自不同域A和B的两个设备A₁和B₁之间的域间双向通信。

图2提供了所提出的网络（优选家庭网络、更优选G.hn网络）的体系结构的示意图，该网络包括两个域101、102（例如，对应于前述域A和B），其中，两个伙伴设备501、502（例如，对应于前述设备A₁和B₁）请求网络资源以传输它们对应的探测信号。

域间桥400的LLC功能触发新的逻辑接口（此后称X-I接口）以发起目标设备对501、502之间的域间机制。作为预留协议，X-I接口根据伙伴列表同时协调它们之间的传输。最终，通过使用分配的时间信令间隔，这两个设备501、502准备好开始通过指定域间桥（IDB）400的传输。

参照图3，现在将更详细地描述根据本发明的信道探测方案的两个阶段。

在第一时隙，图3中表示为“阶段1”，设备A₁和B₁两者将它们相应的探测信号P_A和P_B传输到对应的多端口DM（参见图2），所述多端口DM通过指定的IDB节点400的LLC功能互连。

来自这两个设备的探测信号以避免阶段1期间干扰的方式来设计。以这种方式，设备A₁和B₁（501、502）两者可以同时访问网络资源。该约束条件可以通过在时域上循环移位这些探测信号之一（例如，B₁的P_B）来满足。因此，探测信号P_B的频谱在频域上将相对于设备A₁的探测信号P_A的频谱移位。因此，这些探测信号的频域包络通过相应信道接收时将不会重叠，这反过来允许接收机提取频域上的对应信道传递函数而不受伙伴设备的探测信号的干扰。

仅是为了说明的目的，上述概念可以进一步通过下列数学推导来解释。

为了不失一般性，我们考虑与域A关联的第一探测信号p_A以及与域B关联的第二探测信号p_B，其中，p_B实际上是同一探测信号的周期性延迟版本，从而在时域上，下列表达式适用：

p_B(t)＝p_A(t modα)

其中，“mod”表示模运算符。

返回频域表达式，并且使用H_A和H_B分别表示域A和B的信道矩阵，组合探测信号在域间桥400处接收时可以表示如下：

在数学上，这种情况因此相当于通过具有下列相关信道矩阵的组合信道接收单个探测信号p_A：

其值可以通过计算下式来估计：

\hat{H} = \frac{R}{P}

其中，R表示接收的组合探测信号。适当选择（其反过来通过适当选择α来得到），可以确保H_A和H_B可以在

的表达式中被分别确定，以致由域A和B的各自介质引入的失真可以被单独地评估。

在第二时隙，图3中表示为“阶段2”，这些探测信号在IDB节点400的不同端口上接收时重叠。接着，IDB400使组合探测信号由它们相应域中的A-DM和B-DM广播。

如果在根据本发明的方案中使用多于两个的设备，应当设计这些循环移位参数以避免每对探测信号在频域上频谱重叠，同时记住，该移位应当大于保护间隔。因此，通过使用这些循环移位参数和伙伴列表，IDB400能够发起并协调来自不同域的两个设备之间的域间双向通信的信道评估。

图4中示意性地示出根据本发明实施例的示例性IDB节点400。经由适当的物理接口441、442，节点400能够可操作地连接到至少两个域101、102（例如，对应于前述域A和B）。在这些物理接口441、442处基本同时接收的探测信号被转发到信号组合机构420。如上所述，所接收的探测信号循环地相对于彼此移位。另外，少量的非周期性相对延迟可能是由于相应域101、102中的不同传播延迟而产生的。

作为这些域中的起始设备的反馈信息，组合探测信号在由信号组合机构420生成时可用于节点400的传输逻辑，优选可用于X-I接口控制器410，X-I接口控制器410使得组合探测信号在目标域101、102上被广播。

接收机端501、502处的信道评估相当简单。为了描述并且不失一般性的目的，假定接收机端501、502对应于前述设备A₁和B₁。由于A₁和B₁两者已知它们自己相应的探测信号，它们各自优选被配置为减去由它们自己相应的信号引起的任何干扰，其可以在目的地处作为“回波”出现。通过首先用传输的探测信号除接收的信号以获得“组合”信道传递函数的估计值并且接着将该“组合”信道传递函数分解为相应域101、102的贡献。假定这些探测信号被设计为可通过如上所述那样应用循环移位分解，知道循环移位参数允许将信道的频谱恢复回它的原始形式。将理解，在根据本发明的方案中，仅仅需要相对循环移位来使得组合信号可分解，因此有可能具有未移位的一个探测信号。

图5中示意性地示出根据本发明实施例的设备500的示例性实施例。上面描述的设备501、502可以根据设备500的体系结构来实施。经由适当的物理接口540，设备500能够可操作地连接到至少一个域100（例如，对应于前述域A和B中之一）。设备500包括探测信号生成器560，其被配置为生成适当的探测信号，以经由物理层接口540、通过域100进行传输。在传输之前，如果必要，则该探测信号由循环移位器550循环地移位。术语“探测信号生成器”不得解释为暗示该探测信号在设备500中即时生成；该生成器可以从存储器中取回标准化的探测信号，并且将其呈现给循环移位器550以用于进一步处理。可替换地，该生成器可以从存储器中取回预移位的探测信号，并且将其呈现给物理层接口540以用于传输。

对应于该探测信号的反馈信号，包括原始探测信号和一个或多个其他设备的探测信号的反射叠加，并且在物理接口540处被接收并且被转发到信号滤波机构530。为了干扰消除的目的，信号滤波机构530可以可操作地连接到探测信号生成器560以从其接收关于传输的探测信号的信息。此外，信号滤波机构530使用组合反馈信号的特定数学性质来分离该设备自己的探测信号的相关反射。信号滤波机构530可操作地连接到循环移位器550或能够获得关于应用于传输的探测信号的循环移位的信息，以便从该信号的接收版本中移除移位。

设备500进一步包括表示为探测信号处理器520的逻辑，该逻辑被配置为分析接收的反馈以评估物理介质的性质。物理层配置机构510优选使用该评估的结果以确定最适当的物理层传输参数，并且因此配置该物理层接口。

这些图中所示的各种元件的功能，包括标为“处理器”、“控制器”或“机构”的任何功能方框，可以通过使用专用硬件以及与适当软件联合的能够执行软件的硬件来提供。当由处理器提供时，这些功能可以通过单个专用处理器提供，通过单个共享处理器提供，或通过多个独立的处理器提供，其中一些可以被共享。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应当被解释为仅仅指能够执行软件的硬件，并且可隐含地包括但不限于：数字信号处理器（DSP）硬件、网络处理器、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、用于存储软件的只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）和非易失性存储器。还可包括其他硬件，传统的和/或定制的。类似地，这些图中所示的任何转换仅仅是概念性的。它们的功能可以通过程序逻辑的操作执行，通过专用逻辑执行，通过程序控制和专用逻辑的交互执行，或甚至手动执行，实施者可选择的具体技术可以从上下文中得到更详细的理解。

所提出的方法的流程由图6的流程图示出。

第一步骤610表示由附着到相应域101、102的设备501、502执行的处理。在子步骤611中设备A₁501准备它的探测信号p_A，并且在子步骤612中设备B₁502准备它的探测信号p_B。适当协调这些子步骤611、612以确保产生的探测信号p_A和p_B经历相对循环移位（这暗示仅仅这些信号p_A和p_B中的至少一个需要经历实际的移位）。该协调由表示子步骤611和612的方框之间的虚线双箭头来示意性地表示。

第二步骤620表示IDB400处的处理，其一方面暗示与相应域A和B关联的域管理器DM-A和DM-B之间的交互，另一方面暗示负责协调所述域上传输的LLC X-I接口控制器。LLC X-I接口控制器维护用于该目的的伙伴列表，其在上面使用的示例中包括A₁与B₁之间的伙伴关系。

第三步骤630再次表示由附着到相应域101、102的设备501、502执行的处理。在子步骤631中设备A₁501接收重新传输的组合探测信号，并且在子步骤632中设备B₁502接收重新传输的组合探测信号。假定这两个设备知道应用于第一步骤610的相对循环移位，子步骤631、632之间在该点上不需要进一步的协调。接着，接收的重新传输的组合探测信号的进一步处理如关于图5所解释地进行。

应用根据本发明所述实施例的方法的结果是，每个设备501、502可以使用对应于它所传输的探测信号的反馈信号。这种可使用由分别从TX处理子步骤611和612到RX处理子步骤631和632的虚线箭头表示。

本领域技术人员将容易认识到，上述方法的各步骤可以由被编程的计算机执行。此处，一些实施例预期还覆盖程序存储设备，例如，数字数据存储介质，其是机器或计算机可读的并且编码指令的机器可执行或计算机可执行程序，其中，所述指令执行上述方法的一些或全部步骤。程序存储设备可以是，例如，数字存储器、磁存储介质诸如磁盘和磁带、硬盘或光学可读数字数据存储介质。这些实施例预期还覆盖编程为执行上述方法的所述步骤的计算机。

Claims

1.一种用于评估多域网络中的通信信道的质量的方法，所述方法包括在附着到所述通信信道的设备处：

-将探测信号传输到所述通信信道，所述传输与另一网络节点对至少一个相异探测信号的传输相协调；

-在所述传输之后，接收混合反馈信号，所述混合反馈信号包括对应于所述探测信号的第一分量和对应于所述至少一个相异探测信号的第二分量；

-从所述混合反馈信号中提取所述第一分量；

-基于所述提取的第一分量来评估所述通信信道的质量；

其中所述探测信号和所述至少一个相异探测信号被设计为促进所述探测信号和所述至少一个相异探测信号在已经被叠加之后的分离。

2.如权利要求1所述的方法，其中除了在时域中的相对循环移位之外，所述探测信号和所述至少一个相异探测信号具有实质上相同的时间和频谱范围。

3.一种被应用于评估多域网络中的多个通信信道的质量的方法，所述方法包括在附着到所述多个通信信道的桥处：

-从所述相应通信信道接收多个协调的探测信号；

-叠加所述多个协调的探测信号以形成混合反馈信号；

-在所述接收之后，将所述混合反馈信号传输到所述多个通信信道；

其中所述协调的探测信号被设计为促进所述协调的探测信号在已经被叠加之后的分离。

4.如权利要求3所述的方法，其中除了在时域中的相对循环移位之外，所述探测信号和所述至少一个相异探测信号具有实质上相同的时间和频谱范围。

5.一种计算机程序，被配置为使得处理器执行前述权利要求中任一项所述的方法。

6.一种用于评估多域网络中的通信信道的质量的装置，所述装置适于产生探测信号，所述装置包括：

-物理层接口，适于将所述探测信号传输到所述信道，并且随后从所述信道接收混合反馈信号；

-滤波机构，可操作地连接到所述物理层接口，所述滤波机构被配置为从所述混合反馈信号中提取对应于所述探测信号的分量；以及

-探测信号处理器，可操作地连接到所述滤波机构，所述探测信号处理器被配置为基于所提取的分量来评估所述通信信道的质量；

其中所述探测信号被设计为促进所述探测信号在已经被叠加到来自对等装置的探测信号上之后与来自所述对等装置的所述探测信号的分离。

7.如权利要求6所述的装置，进一步包括循环移位器，所述循环移位器被配置为在由所述物理层接口传输之前对所述探测信号施加循环移位，所述循环移位不同于由所述对等装置施加的循环移位。

8.一种用于桥接多域网络中的多个通信信道的装置，所述装置包括：

-多个物理层接口，适于通过所述多个通信信道中的相应通信信道传输和接收信号；

-信号组合机构，可操作地连接到所述多个物理层接口，所述信号组合机构被配置为在从所述物理层接口接收到探测信号后生成表示所述探测信号的叠加的混合反馈信号；

其中所述装置被配置为将所述混合反馈信号传输到所述多个通信信道。

9.如权利要求8所述的装置，其中所述探测信号被设计为促进所述探测信号在已经被叠加之后的分离。

10.如权利要求9所述的装置，其中除了在时域中的相对循环移位之外，所述探测信号具有实质上相同的时间和频谱范围。