CN110100406A - 用于有线传输介质上的全双工通信的方法和装置 - Google Patents

用于有线传输介质上的全双工通信的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于控制接入节点(101；102)与多个远程通信单元(211；212)之间的通信的通信控制器(131；132)和方法，该多个远程通信单元经由至少一个有线传输介质(20；40)耦合到接入节点。接入节点的和多个远程通信单元中的至少一个通信单元(111、211；112、212)被配置为：当使用从可用于至少一个传输介质上的通信的传输资源全集选择的第一传输资源子集(TSSET1；TONESET1)时根据第一全双工通信简档(OP1)以及当使用从传输资源全集选择的非重叠的第二传输资源子集(TSSET2；TONESET2)时根据第二全双工通信简档(OP2)以全双工模式操作。第一全双工通信简档包括用以在至少一个传输介质上达到第一聚合下游和上游数据速率(DSMAX1，USMIN1；DSMAX2，USMIN2)的第一下游和上游发射功率简档(PSDDS1，PSDUS1)，并且第二全双工通信简档包括用以在至少一个传输介质上达到与相应的第一聚合下游和上游数据速率不同的第二聚合下游和上游数据速率(USMAX1，DSMIN1；USMAX2，DSMIN2)的第二下游和上游发射功率简档(PSDDS2，PSDUS2)。本发明还涉及如此配置的全双工通信单元。

Description

用于有线传输介质上的全双工通信的方法和装置
技术领域
本发明涉及有线传输介质上的全双工通信。
背景技术
离散多音(DMT)通信范例与全双工传输相结合(所有载波同时用于两个通信方向)已经被证明在诸如非屏蔽双绞线(UTP)或电视广播同轴电缆等铜介质上特别成功地实现了破纪录的传输速率。
与时分双工(TDD)(诸如用于G.fast)或频分双工(FDD)(诸如用于VDSL2)相比，全双工传输理论上可以使聚合数据速率加倍。然而，全双工传输也非常具有挑战性，因为出现了需要仔细处理的新的通信损害。
例如，可以观察到从特定用户的上游传输进入另一用户的下游接收的严重近端串扰(NEXT)。这种NEXT损害不能通过联合信号协调(也称为矢量化)来缓解。结果，下游性能可能被严重降低(高达90％的下游数据速率损失)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于全双工传输的改进的通信方案。
根据本发明的第一方面，一种通信控制器，用于控制接入节点与多个远程通信单元之间的通信，多个远程通信单元经由至少一个有线传输介质被耦合到接入节点，该通信控制器适于将接入节点的和多个远程通信单元的至少一个通信单元配置为：当使用从可用于至少一个传输介质上的通信的传输资源全集选择的第一传输资源子集时，根据第一全双工通信简档以全双工模式操作，并且当使用从传输资源全集选择的非重叠的第二传输资源子集时，根据第二全双工通信简档以全双工模式操作。第一全双工通信简档包括用以在至少一个传输介质上达到第一聚合下游数据速率和上游数据速率的第一下游发射功率简档和第一上游发射功率简档，并且第二全双工通信简档包括以在至少一个传输介质上到达第二聚合下游数据速率和上游数据速率的第二下游发射功率简档和第二上游发射功率简档，第二聚合下游数据速率和上游数据速率与相应的第一聚合下游数据速率和上游数据速率不同。
这种通信控制器通常形成向订户提供宽带通信服务的接入节点的部分，例如用于通过铜线对进行宽带通信的分配点单元(DPU)或数字用户线接入复用器(DSLAM)、或者用于通过同轴电缆进行宽带通信的电缆调制解调器终端系统(CMTS)。
通信控制器可以替代地形成网络管理器、网络控制器等的部分，以用于控制接入节点的操作和与其耦合的远程通信单元的操作，或者可以在云中的通用处理平台上运行。
根据本发明的另一方面，一种用于控制接入节点与多个远程通信单元之间的通信的方法，多个远程通信单元经由至少一个有线传输介质被耦合到接入节点，该方法包括将接入节点的和多个远程通信单元中的至少一个通信单元配置为：当使用从可用于至少一个传输介质上的通信的传输资源全集选择的第一传输资源子集时，根据第一全双工通信简档以全双工模式操作，并且当使用从传输资源全集选择的非重叠的第二传输资源子集时，根据第二全双工通信简档以全双工模式操作。第一全双工通信简档包括用以在至少一个传输介质上到达第一聚合下游数据速率和上游数据速率的第一下游发射功率简档和上游发射功率简档，并且第二全双工通信简档包括用以在至少一个传输介质上达到第二聚合下游数据速率和上游数据速率的第二下游发射功率简档和第二上游发射功率简档，第二聚合下游数据速率和上游数据速率与相应的第一聚合下游数据速率和上游数据速率不同。
在本发明的一个实施例中，第一下游发射功率简档和第一上游发射功率简档使从接入节点朝向多个远程通信单元的下游通信优先，并且第二下游发射功率简档和第二上游发射功率简档使从多个远程通信单元朝向接入节点的上游通信优先。
在本发明的一个实施例中，借助于多用户优化算法来确定第一下游发射功率简档和第一上游发射功率简档以及第二下游发射功率简档和第二上游发射功率简档中的至少一个下游发射功率简档和上游发射功率简档，该算法优化各个终端用户在至少一个传输介质上可达到的加权下游数据速率和/或上游数据速率的总和。
在本发明的一个实施例中，在至少一个传输介质上执行的串扰信道测量被输入到多用户优化算法，以确定第一下游发射功率简档和第一上游发射功率简档以及第二下游发射功率简档和第二上游发射功率简档中的至少一个下游发射功率简档和上游发射功率简档。
在本发明的另一实施例中，基于下游和上游业务量度，动态地调节第一传输资源子集和第二传输资源子集，并且利用经彼此相伴地调节的第一传输资源子集和第二传输资源子集来重新配置至少一个通信单元。
在本发明的一个实施例中，动态地调节第一下游发射功率简档和第一上游发射功率简档以及第二下游发射功率简档和第二上游发射功率简档中的至少一个下游发射功率简档和上游发射功率简档，并且利用经彼此相伴地调节的至少一个发射功率简档来重新配置至少一个通信单元。
在本发明的一个实施例中，接入节点的和多个远程通信单元中的至少一个另外的通信单元如下操作：当使用第一传输资源子集时，根据第一下游发射功率简档操作，第一传输资源子集由至少一个另外的通信单元仅用于下游通信；并且当使用第二传输资源子集时，根据第二上游发射功率简档进行操作，第二传输资源子集由至少一个另外的通信单元仅用于上游通信。
在本发明的另一实施例中，利用经调节的第一传输资源子集和第二传输资源子集或者利用经彼此相伴地调节的至少一个发射功率简档，与至少一个通信单元相伴地来重新配置至少一个另外的通信单元。
在本发明的一个实施例中，第一传输资源子集和第二传输资源子集分别包括非重叠的至少一个第一连续DMT符号集和至少一个第二连续DMT符号集，至少一个第一连续DMT符号集和至少一个第二连续DMT符号集由它们在传输帧内的相应位置标识。
在本发明的一个实施例中，第一传输资源子集和第二传输资源子集分别包括在至少一个频带内的非重叠的至少一个第一连续音调集和至少一个第二连续音调集。
在本发明的一个实施例中，至少一个传输介质包括将接入节点的相应通信单元耦合到多个远程通信单元的多个用户线。
在本发明的替代实施例中，至少一个传输介质包括将接入节点的通信单元耦合到多个远程通信单元的共享有线传输介质。
根据本发明的用于控制通信的方法的实施例对应于根据本发明的通信控制器的实施例。
根据本发明的另一方面，一种用于有线传输介质上的全双工通信的通信单元，通信单元适于：当使用从可用于至少一个传输介质上的通信的传输资源全集选择的第一传输资源子集时，根据第一全双工通信简档以全双工模式操作，并且当使用从传输资源全集选择的非重叠的第二传输资源子集时，根据第二全双工通信简档以全双工模式操作。第一全双工通信简档包括用以在至少一个传输介质上达到第一聚合下游数据速率和上游数据速率的第一下游发射功率简档和第一上游发射功率简档，并且第二全双工通信简档包括用以在至少一个传输介质上达到第二聚合下游数据速率和上游数据速率的第二下游发射功率简档和第二上游发射功率简档，第二聚合下游数据速率和上游数据速率与相应的第一聚合下游数据速率和上游数据速率不同。
这样的通信单元可以形成支持全双工宽带通信服务的接入节点的一部分，诸如DPU、DSLAM或CMTS，或者可以形成支持全双工宽带通信服务的用户驻地设备(CPE)的一部分，诸如DSL、G.fast或电缆调制解调器、路由器或网桥。
在初始步骤中，提出了确定具有相应下游和上游发射功率谱的两个或更多个全双工操作点。第一操作点被优化为以上游通信为代价而使下游通信优先，并且第二操作点被优化为以下游通信为代价而使上游通信优先。这两个操作点可以借助于多用户优化算法(例如，通过发射频谱平衡)来确定，以便获取尽可能接近下游-上游总和速率区域或下游-上游平均速率区域的边界线的操作点。
在随后的步骤中，在正常操作期间，进一步提出了基于上层信息量度(例如，业务传感器、MAC调度)来在毫秒时间尺度上在这两个全双工操作点之间动态地时间共享和/或频率共享。
该方法允许实现近乎最佳的性能，也就是说，以少得多的计算接近全双工下游-上游总和速率区域的边界线。此外，本发明允许在上游性能和下游性能之间的灵活折衷，这可以通过低复杂度的实际实施方式来实现。
附图说明
通过参考以下结合附图对实施例的描述，本发明的上述和其他目的和特征将变得更加明显，并且本发明本身将被最好地理解，在附图中：
-图1表示共享同轴电缆设备上的第一有线通信系统；
-图2表示铜回路设备上的第二有线通信系统；
-图3A至3D表示铜回路设备和相关联的操作点上的总和速率区域的各种曲线图。
-图4A至4C表示两个全双工操作点之间的传输资源的时间共享；以及
-图5表示两个全双工操作点之间的传输资源的频率共享。
具体实施方式
在图1中可以看到包括具有全双工能力的CMTS 101的混合光纤同轴电缆(HFC)通信系统1的一部分，CMTS 101经由共享介质20(当前是同轴电缆设备)被耦合到电缆调制解调器(CM)201并且经由一个或多个光纤链路10被耦合到运营商的网络30。
作为说明性示例，共享介质20被示出为包括借助于耦合器彼此连接的主同轴段21和22以及辅同轴段23和24。目前，主同轴段21将CMTS 101耦合到双向抽头25，并且主同轴段22将抽头25耦合到该设备中的另一双向抽头(未示出)。抽头25经由辅同轴段23被耦合到分路器26，并且经由辅同轴段24被耦合到分路器27，分路器26被耦合到CM 2011和2012，分路器27被耦合到CM 2013和2014。
由抽头25以及分路器26和27引起的耦合损耗取决于它们的确切硬件实现方式，并且可以从一种耦合器类型到另一种耦合器类型而变化，并且进一步从一个制造商到另一制造商而变化。然而，存在一些值得注意的通用耦合特性。通过主段21和22之间的抽头25的路径损耗在1到3dB的范围内。通过主段21与辅段23和24之间的抽头25的路径损耗更高，通常在8到27dB的范围内。抽头25还防止辅段23上的返回上游信号耦合回到辅段24中，反之亦然。该路径损耗通常约为30dB。通过辅段23和24与各个CM 200之间的分路器26或27的路径损耗通常约为4dB。连接到相同分路器的CM之间的路径损耗在20到25dB的范围内。
CMTS 101包括被耦合到共享介质20并且以全双工模式操作的收发器单元111(或TU-O)，这表示同一组载波同时用于下游通信(从CMTS 101到CM 201)和上游通信(从CM 201到CMTS 101)。
CM 2011至2014包括被耦合到共享介质20的相应收发器单元2111至2114(或TU-R1至TU-R4)。收发器单元211不一定全部以全双工模式操作：它们可以根据收发器单元111以全双工模式操作(诸如当前图1中的收发器单元2111)，或者它们可以以传统TDD或FDD模式操作，在这种情况下，用于来自给定CM的上游通信的载波可以被重用于到另一CM的下游通信，反之亦然。
收发器单元111和211分别包括具有相应模拟部分和数字部分的发射器(TX)和接收器(RX)。
发射模拟部分包括数字模拟转换器(DAC)以及用于放大发射信号和驱动同轴电缆的线路驱动器。接收模拟部分包括用于以尽可能小的噪声放大接收信号的低噪声放大器和模拟数字转换器(ADC)。模拟部分还包括混合器(在图1中被表示为菱形)，用于在将发射器模拟输出耦合到同轴电缆并且将同轴电缆耦合到接收器模拟输入的同时，实现从发射器输出到接收器输入的高回波抑制比(大约30dB)。
沿着发射模拟路径或接收模拟路径可以存在一些其他模拟组件，诸如用于适应传输介质的特征阻抗的阻抗匹配电路、和/或用于防止在传输介质上发生任何电流或电压浪涌的保护电路、和/或用于将收发器单元与传输介质DC隔离的隔离电路。
发射数字部分和接收数字部分通常借助于一个或多个数字信号处理器(DSP)实现。DSP被配置为操作用于在共享介质20上传送用户业务的下游通信信道和上游通信信道，并且操作用于在共享介质20上传送控制业务的下游控制信道和上游控制信道，控制业务是诸如诊断、管理或在线重新配置(OLR)命令和响应。控制业务与用户业务被复用。
更具体地，DSP用于将用户数据和控制数据编码和调制成DMT符号，并且用于从DMT符号解调和解码出用户数据和控制数据。
通常执行以下发射步骤：
-数据编码，诸如数据多路复用、成帧、加扰、纠错编码和交织；
-信号调制，包括以下步骤：根据载波排序表，对载波进行排序；根据有序载波的比特加载，解析经编码的比特流；以及将每个比特块映射到适当的传输星座点(具有相应的载波幅度和相位)上，可能利用Trellis编码；
-信号缩放；
-快速傅里叶逆变换(IFFT)；
-循环扩展(CE)插入；以及可能地
-时间加窗。
通常执行以下接收步骤：
-CE移除，以及可能地时间加窗；
-快速傅里叶变换(FFT)；
-频率均衡(FEQ)；
-信号解调制和检测，包括以下步骤：向每个经均衡的频率样本应用适当的星座网格，其模式取决于相应的载波比特加载；检测预期的传输星座点和由其编码的相应传输二进制序列，可能利用Trellis解码；以及根据载波排序表，对所有检测到的比特块重新排序；以及
-数据解码，诸如数据解交织、纠错、解扰、帧定界和解复用。
取决于所使用的确切数字通信技术，可以省略这些发射或接收步骤中的一些步骤，或者可以存在一些附加步骤。
CMTS 101还包括通信控制器131，通信控制器131用于利用相应的通信简档来配置收发器单元111和211。
通信控制器131适于利用适当的通信参数来配置收发器单元111和211，以用于共享介质20上的上游通信和下游通信。通信参数包括要使用的相应通信频带、适当的成帧和错误编码参数、发射功率简档等、以及用于CM 201在共享介质20上的传输协调的业务调度信息。
在图1中进一步描绘了影响共享介质20上的通信吞吐量的主要损害。
作为干扰的主要来源，给定收发器的发射信号耦合回到相同的收发器的接收路径中，并且如果该收发器单元以全双工模式操作，则损害接收信号。目前，收发器111处的上游接收受到回波信号ECHO-O的损害，并且收发器2111处的下游接收受到回波信号ECHO-R的损害。
如前面提及的，混合器移除了回波信号的大部分。混合器通常被设计为借助于混合线圈或某种电阻网络从接收器输入处的线路电压中减去发射电压。遗憾的是，混合器不能应对由沿着电缆设备的阻抗不匹配引起的、并且沿着接收路径回送到接收器中的信号反射。
因此，CMTS 101和CM 2011容纳回波消除器(未示出)以在进一步的程度上减轻回波损害。接收信号中存在的各种回波贡献被估计，在数字域中重新生成，借助于附加DAC在模拟域中转换，并且从ADC的输入处的模拟域中的接收信号中减去。或者，可以使用适当加权的模拟延迟线来生成回波信号的模拟副本。
作为干扰的第二来源，给定CM的上游信号耦合回到另一CM的下游接收中。例如，来自CM 2012的强上游信号和来自CM 2013的较弱的上游信号损害CM 2011处的下游接收。该第二损害在图1中被描绘为NEXT-R。
可以通过向形成相同干扰组的一部分的各种CM分配不重叠的上游传输资源和下游传输资源来减轻NEXT-R。然而，寄生NEXT-R信号仍然在收发器2111的ADC的输入处占主导地位，并且导致有用接收增益的显著降低，意味着针对下游通信的更高的量化噪声和更低的吞吐量。
在图2中可以看到另一通信系统2，包括通过专用用户线40(诸如，非屏蔽双绞线对(UTP))连接到用户驻地处的CPE 202并且经由一个或多个光学链路10连接到运营商网络30的具有全双工能力的接入节点102，接入节点102是诸如具有全双工能力的DPU或DSLAM。
接入节点102包括通过N个相应的用户线401至40N连接到N个CPE 2021至202N的N个收发器单元1121至112N(或TU-O1至TU-ON)，其分别包括收发器单元2121至212N(或TU-R1至TU-RN)。
按照通信系统1的每个收发器单元111和211，收发器单元112和212分别包括具有模拟部分和数字部分的发射器(TX)和接收器(RX)。收发器单元112和212可能使用具有adhoc传输PSD的不同的通信频带，以用于回路设备40上的通信，并且使用不同数目的载波、不同的CE长度(由于传输介质的不同性质)、不同的错误编码方案或不同的成帧参数，并且它们的模拟部分现在适合通过铜线对的传输。
同样，收发器单元112和212不一定全部以全双工模式操作。取决于CPE 202的硬件能力，一些线路可以以全双工模式操作，诸如目前的收发器单元1121和2121，并且另一些线路可以以传统TDD或FDD模式操作。
接入节点102还包括通信控制器132，通信控制器132用于利用通信参数来配置收发器单元112和212以用于各个用户线40上的上游和下游通信。
在图2中进一步描绘了影响回路设备40上的通信吞吐量的主要损害。
用户线40在其部分或全部的长度上共享公共绑定器，并且因此由于这种紧密靠近而主要通过电容耦合引起了彼此的电磁(EM)干扰。
作为干扰的主要来源，给定收发器的发射信号耦合回到同一收发器的接收路径中，并且如果该收发器单元以全双工模式操作，则损害接收信号。目前，收发器1121处的上行接收受到回波信号ECHO-O的损害，并且收发器2121处的下游接收受到回波信号ECHO-R的损害。
如上所述，接入节点102和CPE 2021还容纳混合器(被描绘为菱形)和用于有效减轻ECHO-O和ECHO-R损害的回波消除器(未示出)。
作为干扰的第二来源，接入节点102的给定收发器单元的下游发射信号耦合回到以全双工模式操作的接入节点102的另一收发器单元的上游接收路径中，并且影响其上游接收。例如，收发器单元1122至112N的下游发射信号耦合回到收发器单元1121的上游接收路径中，并且影响收发器单元1121的上游接收。该损害在图2中被描绘为NEXT-O。
类似地，来自给定CPE的发射上游信号耦合回到以全双工模式操作的另一CPE的下游接收路径中。例如，收发器单元2122至212N的上游发射信号耦合回到收发器单元2121的下游接收路径中，并且影响收发器单元2121的下游接收。该损害在图2中被描绘为NEXT-R。
作为干扰的第三来源，给定线路上的下游发射信号影响另一线路上的下游接收。例如，收发器单元1122到112N的下游发射信号耦合到收发器单元2121的下游接收路径中，并且影响收发器单元2121的下游接收。该第三损害在图2中被描绘为FEXT-R。
类似地，给定线路上的上游发射信号影响另一线路上的上游接收。例如，收发器单元2122至212N的上游发射信号耦合到上游接收路径中，并且影响收发器单元1121的上游接收。该损害在图2中被描绘为FEXT-O。
接入节点102还容纳矢量化处理单元120(或VPU)，其用于基于预编码矩阵来联合预编码要在用户线40上发射的下游信号，并且基于后编码矩阵来联合后编码从用户线40接收的上游信号。信号预编码可以减轻FEXT-R损害，而信号后编码可以减轻NEXT-O和FEXT-O损害两者。
然而，并且按照HFC通信系统1，在用户侧不可能进行联合信号协调以减轻NEXT-R，因为CPE 202不是共同定位的，并且因此不能交换它们各自的发射样本或接收样本。
现在将关于图3到图5进一步详述通信控制器132的用于根据本发明来配置通信系统2的操作和各种功能，并且更具体地该操作和各种功能用于确定适当的操作点(和相应的发射功率简档)和适当的传输资源共享以便通过回路设备40提高吞吐量。然后，接着将是根据本发明的对于在共享传输介质上操作的点对多点通信系统(诸如HFC通信系统1)和相关通信控制器(诸如通信控制器131)的配置的一些进一步考虑。
在图3A中可以看到通信系统2利用各种发射功率简档可以在用户线40上达到的各种聚合下游和上游数据速率的曲线图。通信系统2只能达到由边界线301界定的许可的凹形速率区域302内的数据速率。这样的形状对于遭受NEXT-R损害的功率受限的多载波通信系统是典型的。边界线301上的点是达到下游和上游聚合数据速率之间的给定比率的最佳全双工操作点。超出边界线301的点是不可实现的。取决于给予下游通信或上游通信的优先级，可以沿着边界线301驱动系统。然而，优化问题是非凸的，并且沿着线301移动系统将涉及用于确定与新调节的操作点相对应的新发射功率简档的很多计算资源以及相应地用于重新配置收发器单元112和212的很多配置开销。
边界线301两端处的操作点A和B分别对应于用于下游通信和上游通信的所有传输资源。当使用FDD或TDD进行双向通信时，实际操作点OP沿着连接点A和B的线311定位，其精确位置取决于下游资源与上游资源之间的频率或时间份额。线301和311之间的交叉阴影区域表示与最佳全双工配置相比的数据速率损失。
确定供收发器单元112和212在相应的用户线40上的双重使用的两个全双工发射功率简档。第一发射功率简档包括第一下游发射功率简档PSDDS1k,n和第一上游发射功率简档PSDUS1k,n，第一下游发射功率简档PSDDS1k,n由收发器单元112n用于在音调k处的下游传输并且由收发器单元212n用于在音调k处的下游接收，第一上游发射功率简档PSDUS1k,n由收发器单元212n用于在音调k处的上游传输并且由收发器单元112n用于在音调k处的上游接收。类似地，第二发射功率简档包括第二下游发射功率简档PSDDS2k,n和第二上游发射功率简档PSDUS2k,n，第二下游发射功率简档PSDDS2k,n由收发器单元112n用于在音调k处的下游传输并且由收发器单元212n用于在音调k处的下游接收，第二上游发射功率简档PSDUS2k,n由收发器单元212n用于在音调k处的上游传输并且由收发器单元112n用于在音调k处的上游接收。在省略用户和频率相关性的情况下，第一发射功率简档和第二发射功率简档将分别表示为{PSDDS1，PSDUS1}和{PSDDS2，PSDUS2}。
如图3B中所描绘的，第一发射功率简档{PSDDS1，PSDUS1}使下游通信优先，并且对应于达到给定聚合下游数据速率DSMAX1和给定聚合上游数据速率USMIN1的第一操作点OP1，并且第二发射功率简档{PSDDS2，PSDUS2}使上游通信优先，并且对应于达到给定聚合上游数据速率USMAX1和给定聚合下游数据速率DSMIN1的第二操作点OP2。
第一发射功率简档{PSDDS1，PSDUS1}和第二发射功率简档{PSDDS2，PSDUS2}借助于优化算法而被确定，以便找出尽可能接近边界线301的操作点。在技术文献中已经描述了各种发射频谱平衡算法。通常，这些算法确定最佳多用户发射功率简档，该最佳多用户发射功率简档最大化终端用户可达到的加权下游和/或上游数据速率的总和，同时遵守一个或多个给定约束，诸如应当限制发射信号的给定发射功率屏蔽、和/或要符合的最大聚合发射功率水平、和/或要遵守的最小保证用户数据速率。运行优化算法需要全部信道知识。因此，将从回路设备40上执行的串扰信道测量得出的串扰信道估计馈送到优化算法，这通常借助于诸如用于G.fast和矢量VDSL2的相互正交的串扰探测信号。
在数学上，这个最大化问题表示为：
其中和表示用户n在音调k处的下游PSD和上游PSD；和表示用户n在所有音调上可达到的下游数据速率和上游数据速率；和表示用于用户n为了向特定用户或特定通信方向提供优先的下游权重和上游权重；并且和表示用户n的最大许可聚合下游发射功率水平和上游发射功率水平。还可以包括一些另外的发射功率屏蔽约束，诸如和 和表示适用的下游发射功率屏蔽和上游发射功率屏蔽。
然后，可以通过在等式(1)中向下游速率赋予比上游速率更大的权重来确定第一发射功率简档{PSDDS1，PSDUS1}和相应的操作点OP1，并且通过在等式(1)中向上游速率赋予比下游速率更大的权重来确定第二发射功率简档{PSDDS2，PSDUS2}和相应的操作点OP2。
或者，可以仅优化上游发射功率简档，同时使用某个默认发射功率简档用于下游传输，在这种情况下，优化问题表示为：
又或者，可以最大化下游数据速率，同时保证用于确定第一操作点OP1的最小上游数据速率，并且最大化上游数据速率，同时保证用于确定第二操作点OP2的最小下游数据速率，在这种情况下，优化问题表示为：
以及
其中和表示针对操作点OP2和OP1达到的最小下游数据速率和最小上游数据速率。
通信控制器132通过运行适当的优化算法由其本身确定与操作点OP1和OP2相对应的最佳发射功率简档，或者从网络管理器、网络控制器等获取最佳发射功率简档{PSDDS1，PSDUS1}和{PSDDS2，PSDUS2}。这两个最佳发射功率简档仅需要偶尔被计算，例如，在初始化期间，或者当线路加入或离开时，或者在信道特性发生实质性变化时。
在第二步骤中，通信控制器132在更快的时间尺度(例如，数毫秒)上确定分别分配给第一发射功率简档{PSDDS1，PSDUS1}和第二发射功率简档{PSDDS2，PSDUS2}的传输资源的份额，诸如TDD帧内的DMT符号的数目或音调的数目。该份额基于业务量度(诸如上层传输队列中待处理的业务量、MAC调度等)来动态地调节。
在图4A、4B和4C中描绘了时间共享。如可以看出的，TDD帧内的第一组DMT符号TSSET1被分配给第一操作点OP1和相应的发射功率简档{PSDDS1，PSDUS1}，即从位置0到位置2的DMT符号，并且TDD帧内的第二组DMT符号TSSET2被分配给第二操作点OP2和相应的发射功率简档{PSDDS2，PSDUS2}，即从位置3到位置7的DMT符号。
如图4B和4C中描绘的，所有载波同时被用于上游通信和下游通信。在时间段TSSET1期间，收发器单元112以PSDDS1作为下游发射功率简档来使用所有音调，并且收发器单元212以PSDUS1作为上游发射功率简档来使用所有音调(在图4B和4C中故意省略了用户和频率相关性)。在时间段TSSET2期间，收发器单元112以PSDDS2作为下游发射功率简档来发射所有音调，并且收发器单元212以PSDUS2作为上游发射功率简档来使用所有音调。
在图5中描绘了频率共享。这里，第一组音调TONESET1使用第一发射功率简档{PSDDS1，PSDUS1}，而同时第二组音调TONESET2使用第二发射功率简档{PSDDS2，PSDUS2}。两组音调TONESET1和TONESET2包括一个或多个通信频带中的一个或多个连续音调块。
利用频率共享，收发器单元112使用PSDDS1作为属于集合TONESET1的下游音调的发射功率简档，并且使用发射功率简档PSDDS2用于属于集合TONESET2的下游音调(在图5中同样省略了用户和频率相关性)。收发器单元212使用发射功率简档PSDUS1用于属于集合TONESET1的上游音调，并且使用发射功率简档PSDUS2用于属于集合TONESET2的上游音调。
由于该资源共享，并且再次参考图3B，实际操作点OP可以沿着连接操作点OP1和OP2的线312移动。如可以看到的，为了适应实际的业务需求，可以轻松地将下游速率从DSMAX1降低到DSMIN1，同时将下游速率从USMIN1增加到USMAX1，反之亦然。交叉阴影区域远小于传统FDD/TDD技术，这意味着更高的通信吞吐量，而较低的硬件复杂度。
然后，通信控制器132将发射功率简档{PSDDS1，PSDUS1}和{PSDDS2，PSDUS2}以及分配给第一发射功率简档{PSDDS1，PSDUS1}和第二发射功率简档{PSDDS2，PSDUS2}的传输资源传递到收发器单元112和212，以用于在用户线40上的进一步执行。
与第一发射功率简档和第二发射功率简档相关联的是相应的比特加载表、精细增益调谐系数(所谓的gi系数)、FEQ系数、可能的特定成帧和误差编码参数等。这些通信参数通常在初始化和训练阶段期间被确定，并且随后可以借助于OLR命令即时地调节。不同的发射简档以及它们的所分配的传输资源和相关联的通信参数被存储在收发器112和212的存储区域中，以供方便、快速检索。
在图3C和3D中可以看到两种替代配置。
在图3C中，操作点OP1达到较低的最大下游数据速率DSMAX2和较高的最小上游数据速率USMIN2，并且操作点OP2达到较低的最大上游数据速率USMAX2和较高的最小下游数据速率DSMIN2。然而，操作点OP更接近边界线301，从而闭合了与最佳全双工配置的间隙。
在图3D中，添加了附加的操作点OP3，以达到作为下游聚合数据速率的DSMID3和作为上游聚合数据速率的USMID3。在该配置中，收发器单元112和212使用双发射简档{PSDDS1，PSDUS1}和{PSDDS3，PSDUS3}来用于达到DSMID3与DSMAX1之间的聚合下游数据速率以及USMIN1与USMID3之间的聚合上游数据速率，并且使用双发射简档{PSDDS3，PSDUS3}和{PSDDS2，PSDUS2}来用于达到USMID3与USMAX1之间的聚合上游数据速率以及DSMIN1与DSMID3之间的聚合下游数据速率。同样，与最佳全双工配置的差距更小。可以添加其他操作点，然而代价是增加的复杂性和增加的配置开销。
操作点OP1和OP2以及任何其他操作点(诸如，OP3)不需要被精确地定位在边界线301上。可以选择靠近边界线301的操作点。实际上，当选择在传统TDD/FDD线311上方的操作点时，数据速率开始得到改善。
如果特定CPE不支持全双工通信，则相应的收发器单元112和212继续以传统TDD或FDD模式操作，但是传输资源共享和相关联的发射功率简档应当在整个用户线40中保持一致，以便符合最佳功率配置并且达到改善的数据速率。更具体地，当专门针对下游通信使用第一组传输资源TSSET1或TONESET1时，以传统TDD或FDD模式操作的收发器单元112和212将使用PSDDS1作为下游发射功率简档(在这种情况下，上游发射简档PSDUS1是不相关的)，当专门针对上游通信使用第二组传输资源TSSET2或TONESET2时，以传统TDD或FDD模式操作的收发器单元112和212将使用PSDUS2作为上游发射功率简档(在这种情况下，下游发射简档PSDDS2是不相关的)。
如果通信控制器132调节发射功率简档或传输资源的份额，则应当相应地并且与以全双工模式操作的收发器单元相伴地重新配置以传统TDD或FDD模式操作的收发器单元。
本发明也适用于根据HFC通信系统1的点对多点传输，并且通信控制器131主要根据通信控制器132作用。然而，存在一些明显的差异。
假定在给定时间处只能发生一对下游传输和上游传输。例如，可以具有从CMTS101向CM 2011的下游传输，并且同时具有从CM 2013向CMTS 101的上游传输。这产生了N(N-1)个可能的速率区域(不包括来自相同对的下游传输和上游传输)，N表示连接到共享介质20的CM的数目。
对于每个速率区域，可以在上游性能与下游性能之间取得折衷。每个速率区域可以由速率区域上的两个或更多个最佳操作点或次优操作点来表征，这些操作点由慢速控制步骤来配置。由快速控制步骤来确定选择哪个下游-上游对是活动的，以及接下来配置两个操作点之间的哪个时间或频率共享。这允许针对特定下游-上游对实现不同速率区域的最佳折衷，以相对于传统TDD或FDD操作或基于干扰组的操作改善性能。
应当注意，术语“包括(comprising)”不应当被解释为限于其后所列出的装置。因此，表述“包括装置A和B的设备”的范围不应当限于仅由组件A和B组成的设备。这意味着对于本发明，设备的相关组件是A和B。
需要进一步注意的是，术语“耦合”不应当被解释为仅限于直接连接。因此，表述“耦合到设备B的设备A”的范围不应当限于其中设备A的输出被直接连接到设备B的输入的设备或系统，和/或反之亦然。这意味着，在A的输出与B的输入之间存在路径，和/或反之亦然，该路径可以是包括其他设备或装置的路径。
说明书和附图仅说明了本发明的原理。因此，将认识到本领域技术人员将能够设计出各种布置，这些布置虽然未在本文中明确描述或示出，但体现了本发明的原理。此外，本文所述的所有示例主要明确地旨在仅用于教学目的以帮助读者理解本发明的原理和(一个或多个)发明人为促进本领域而贡献的概念，并且应当被解释为对这样具体叙述的示例和条件没有限制。此外，本文中叙述本发明的原理、方面和实施例的所有陈述以及其具体示例旨在涵盖其等同物。
图中所示的各种元件的功能可以通过使用专用硬件以及能够执行软件的硬件与适当软件相关联地而被提供。当由处理器提供时，这些功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器、或多个独立处理器提供，其中一些处理器可以是共享的。此外，处理器不应当被解释为专指能够执行软件的硬件，并且可以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)等。还可以包括其他传统硬件和/或定制硬件，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储器。

Claims (17)

1.一种通信控制器(131；132)，用于控制接入节点(101；102)与多个远程通信单元(211；212)之间的通信，所述多个远程通信单元(211；212)经由至少一个有线传输介质(20；40)被耦合到所述接入节点，
其中所述通信控制器适于将所述接入节点的和所述多个远程通信单元的至少一个通信单元(111、211；112、212)配置为：当使用从可用于所述至少一个传输介质上的通信的传输资源全集选择的第一传输资源子集(TSSET1；TONESET1)时，根据第一全双工通信简档(OP1)以全双工模式操作，并且当使用从所述传输资源全集选择的非重叠的第二传输资源子集(TSSET2；TONESET2)时，根据第二全双工通信简档(OP2)以全双工模式操作，
并且其中所述第一全双工通信简档包括用以在所述至少一个传输介质上达到第一聚合下游数据速率和上游数据速率(DSMAX1，USMIN1；DSMAX2，USMIN2)的第一下游发射功率简档和第一上游发射功率简档(PSDDS1，PSDUS1)，并且所述第二全双工通信简档包括用以在所述至少一个传输介质上达到第二聚合下游数据速率和上游数据速率(USMAX1，DSMIN1；USMAX2，DSMIN2)的第二下游发射功率简档和第二上游发射功率简档(PSDDS2，PSDUS2)，所述第二聚合下游数据速率和上游数据速率与相应的所述第一聚合下游数据速率和上游数据速率不同。
2.根据权利要求1所述的通信控制器(131；132)，其中所述第一下游发射功率简档和第一上游发射功率简档使从所述接入节点朝向所述多个远程通信单元的下游通信优先，并且所述第二下游发射功率简档和第二上游发射功率简档使从所述多个远程通信单元朝向所述接入节点的上游通信优先。
3.根据权利要求1所述的通信控制器(131；132)，其中所述通信控制器还适于借助于多用户优化算法来确定所述第一下游发射功率简档和第一上游发射功率简档以及所述第二下游发射功率简档和第二上游发射功率简档中的至少一个下游发射功率简档和上游发射功率简档，所述多用户优化算法优化各个终端用户在所述至少一个传输介质上可达到的加权下游数据速率和/或上游数据速率的总和。
4.根据权利要求4所述的通信控制器(131；132)，其中所述通信控制器还适于将在所述至少一个传输介质上执行的串扰信道测量输入到所述多用户优化算法，以用于确定所述第一下游发射功率简档和第一上游发射功率简档以及所述第二下游发射功率简档和第二上游发射功率简档中的所述至少一个下游发射功率简档和上游发射功率简档。
5.根据权利要求1所述的通信控制器(131；132)，其中所述通信控制器还适于基于下游和上游业务量度，动态地调节所述第一传输资源子集和所述第二传输资源子集，并且利用经彼此相伴地调节的所述第一传输资源子集和所述第二传输资源子集来重新配置所述至少一个通信单元。
6.根据权利要求1或5所述的通信控制器(131；132)，其中所述通信控制器还适于动态地调节所述第一下游发射功率简档和第一上游发射功率简档以及所述第二下游发射功率简档和第二上游发射功率简档中的至少一个下游发射功率简档和上游发射功率简档，并且利用经彼此相伴地调节的至少一个发射功率简档来重新配置所述至少一个通信单元。
7.根据权利要求1所述的通信控制器(131；132)，其中所述通信控制器还适于将所述接入节点的和所述多个远程通信单元的至少一个另外的通信单元配置为：
当使用所述第一传输资源子集时，根据所述第一下游发射功率简档操作，所述第一传输资源子集由所述至少一个另外的通信单元仅用于下游通信，并且
当使用所述第二传输资源子集时，根据所述第二上游发射功率简档操作，所述第二传输资源子集由所述至少一个另外的通信单元仅用于上游通信。
8.根据权利要求7和5或者根据权利要求7和6所述的通信控制器(131；132)，其中所述通信控制器还适于利用经调节的所述第一传输资源子集和所述第二传输资源子集或者利用经彼此相伴地调节的所述至少一个发射功率简档，与所述至少一个通信单元相伴地来重新配置所述至少一个另外的通信单元。
9.根据权利要求1所述的通信控制器(131；132)，其中所述第一传输资源子集和所述第二传输资源子集分别包括非重叠的至少一个第一连续离散多音DMT符号集和至少一个第二连续离散多音DMT符号集(TSSET1；TSSET2)，所述第一连续离散多音DMT符号集和所述第二连续离散多音DMT符号集(TSSET1；TSSET2)由它们在传输帧内的相应位置标识。
10.根据权利要求1或9所述的通信控制器(131；132)，其中所述第一传输资源子集和所述第二传输资源子集分别包括在至少一个频带内的非重叠的至少一个第一连续音调集和至少一个第二连续音调集(TONESET1；TONESET2)。
11.根据权利要求1所述的通信控制器(131)，其中所述至少一个传输介质包括共享有线传输介质(20)，所述共享有线传输介质(20)将所述接入节点的通信单元(111)耦合到所述多个远程通信单元。
12.根据权利要求1所述的通信控制器(132)，其中所述至少一个传输介质包括多个用户线(40)，所述多个用户线(40)将所述接入节点的相应通信单元(112)耦合到所述多个远程通信单元。
13.一种接入节点(101；102)，提供至少一个传输介质上的宽带通信服务，并且包括根据前述权利要求中的任一项所述的通信控制器(131；132)。
14.一种用于控制接入节点(101；102)与多个远程通信单元(211；212)之间的通信的方法，所述多个远程通信单元(211；212)经由至少一个有线传输介质(20；40)被耦合到所述接入节点，
其中所述方法包括将所述接入节点的和所述多个远程通信单元中的至少一个通信单元(111、211；112、212)配置为：当使用从可用于所述至少一个传输介质上的通信的传输资源全集选择的第一传输资源子集(TSSET1；TONESET1)时，根据第一全双工通信简档(OP1)以全双工模式操作，并且当使用从所述传输资源全集选择的非重叠的第二传输资源子集(TSSET2；TONESET2)时，根据第二全双工通信简档(OP2)以全双工模式操作，
并且其中所述第一全双工通信简档包括用以在所述至少一个传输介质上达到第一聚合下游数据速率和上游数据速率(DSMAX1，USMIN1；DSMAX2，USMIN2)的第一下游发射功率简档和第一上游发射功率简档(PSDDS1，PSDUS1)，并且所述第二全双工通信简档包括用以在所述至少一个传输介质上达到第二聚合下游数据速率和上游数据速率(USMAX1，DSMIN1；USMAX2，DSMIN2)的第二下游发射功率简档和第二上游发射功率简档(PSDDS2，PSDUS2)，所述第二聚合下游数据速率和上游数据速率与相应的第一聚合下游数据速率和上游数据速率不同。
15.一种用于有线传输介质(20；40)上的全双工通信的通信单元(111；112；211；212)，其中所述通信单元适于：当使用从可用于至少一个传输介质上的通信的传输资源全集选择的第一传输资源子集(TSSET1；TONESET1)时，根据第一全双工通信简档(OP1)以全双工模式操作，并且当使用从所述传输资源全集选择的非重叠的第二传输资源子集(TSSET2；TONESET2)时，根据第二全双工通信简档(OP2)以全双工模式操作，
并且其中所述第一全双工通信简档包括用以在所述至少一个传输介质上达到第一聚合下游数据速率和上游数据速率(DSMAX1，USMIN1；DSMAX2，USMIN2)的第一下游发射功率简档和第一上游发射功率简档(PSDDS1，PSDUS1)，并且所述第二全双工通信简档包括用以在所述至少一个传输介质上达到第二聚合下游数据速率和上游数据速率(USMAX1，DSMIN1；USMAX2，DSMIN2)的第二下游发射功率简档和第二上游发射功率简档(PSDDS2，PSDUS2)，所述第二聚合下游数据速率和上游数据速率与相应的第一聚合下游数据速率和上游数据速率不同。
16.一种接入节点(101；102)，提供传输介质上的全双工宽带通信服务，并且包括根据权利要求15所述的通信单元(111；112)。
17.一种用户驻地设备CPE(201；202)，支持传输介质上的全双工宽带通信服务，并且包括根据权利要求15所述的通信单元(211；212)。
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