CN1650588B - 具有改进数据速率的adsl系统 - Google Patents
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Abstract
公开了一种具有改进数据速率的改进ADSL系统。在一个实施例中，通过拓展上行传输波段来提高上行数据速率。在另一个实施例中，通过拓展下行传输波段也提高了下行数据速率。
Description
技术领域
本发明大体上涉及非对称数字订户线(ADSL)系统。更具体地，本发明涉及具有改进数据速率的ADSL收发器。
背景技术
针对数据传输，为了更有效地利用电话线(例如铜线)的频率带宽，开发了ADSL系统。ADSL使用了用于数据传输的、被称为离散多频音(DMT)(tones)的多载波技术。DMT将可用带宽分为用于数据传输的多个信道或载波。每个信道使用正交幅度调制(QAM)来承载大约1-15比特/信道。在传输之前调制每个信道中的信号，并在另一端进行解调。
针对每个连接，评估单独信道的传输容量。将ADSL系统中要发送的数据的比特分组为符号。根据每个信道的比特数或能够发送的子载波数，将数据分配到可用信道中。通过对信道进行编码来建立频域矢量集合。调制频域矢量，并通过离散傅立叶逆变化(IDFT)，将其转换为数字时域信息。
图1示出了简易老式电话业务(POTS)上的传统ADSL系统的频谱。语音传输位于较低的4kHz频带。从4kHz到1.1MHz，设置了每个4.3125KHz的255个信道。前5个信道(从4-26kHz)通常不用于数据传输。对于频分复用系统(FDM)，将数据的传输限制在7到256信道。将传输频带分为第一和第二部分140和160，用于上行(来自端用户)和下行(到端用户)通信。第一部分范围从25.875kHz到138kHz(例如信道7-32)，而第二部分从138kHz到1.1MHz(例如剩余的224个信道)。典型地，没有将处于尼奎斯特频率的子载波用于数据传输。如图2所示，对于ISDN上的ADSL系统，在138kHz(或120kHz，取决于系统特性)开始数据的传输，而不是25.875kHz。上行部分140包括26个信道。然而，由于将数据上行传输移位到更高频率的事实，下行部分160包括192个信道，而不是224个。
POTS上的传统ADSL系统的数据带宽是大约1.1MHz。当数据传输需要变得更大和更复杂时，需要进一步提高传统ADSL系统的数据带宽。
US-A-5812786公开了一种可变模式的ADSL系统，其中不同模式具有不同的传输速率。在一个模式中，系统作为传统的ADSL系统进行工作。在第二、双向模式中，提高了上行信道的传输速率，并减小了下行信道的传输速率。
WO-A-99/65218涉及一种具有可扩缩传输容量的调制解调器，能够使用不同数目的上行和下行信道来发送和接收不同的数据。在一个实施例中，可以将64个上行频音(tone)或信道用于数据传输。
发明内容
本发明涉及一种具有改进上行数据比特率的ADSL系统。该ADSL系统包括具有从FU0到FDE的数据传输波段的频谱。所述传输波段包括第一和第二部分，其中第一部分发送从频率FU0到FUE的上行数据。第一部分包括第一和第二子部分。第一子部分从FU0到FU1，并且具有a个上行信道，其中a等于传统ADSL系统中的上行信道的数目。第二子部分从频率FU1到FUE，并且包括x个信道，其中x≥1，以提高上行数据传输速率。对于FDM系统，第二部分发送从频率FD0到FDE的上行数据。第一子部分中的数据传输具有第一功率，第二子部分中的数据传输具有第二功率，并且第二部分中的数据传输具有第三功率，第一功率大于第二功率，且第二功率大于第三功率。在一个实施例中，FDE等于1.1MHz，这等于传统ADSL系统的数据传输波段的末端。在另一实施例中，FDE超出了1.1MHz，提高了下行数据传输速率。
附图说明
图1-2示出了传统ADSL系统的频谱；
图3示出了根据本发明一个实施例的ADSL系统的频谱；以及
图4-6示出了根据本发明不同实施例的、用于上行数据传输的功率谱密度掩模(mask)。
具体实施方式
图3示出了根据本发明一个实施例的ADSL系统的频谱。根据本发明一个实施例的ADSL系统的技术规范包括在附录1中。ADSL系统发送从频率FU0开始的数据。在一些应用中，保留低于FU0的频率，用于语音和数据业务。例如，典型地，POTS或ISDN保留较低的频带，用于语音/数据通信(例如，用于POTS的FU0大约是25.875kHz，而用于ISDN的FU0大约是120/138kHz)。在较低频带的数据传输也是可用的。例如，FU0可以在0(对于ADL系统)或其它频率开始。数据传输波段包括用于传输数据的第一和第二部分240和260。在一个实施例中，第一部分传输上行数据，而第二部分传输下行数据。
在一个实施例中，第一部分从频率FU0到FUE，并且包括a+x个信道，其中a等于传统ADSL系统中的上行信道数目，而x大于或等于1。例如，对于POTS，a等于26，而对于ADL和ISDN业务则等于32。a个上行信道在FU1结束。优选地，FU1是具有2n个信道的频率，这里n是整数。更优选地，a+x在具有2n个信道的频率处结束。例如，对于POTS和ADL应用，FU1等于大约138kHz(32或25个信道)，而对于ISDN应用则等于276kHz(64或26个信道)。假设将FUE延伸到其它频率的x也是可用的。例如，可以将FUE延伸到大约276kHz或552kHz。从FU1到FUE的频率范围提供了用于传输上行数据的附加带宽，因此提高了传统ADSL系统上的上行数据速率。
第二部分从FD0开始，用于下行数据的传输。优选地，FD0与FUE相邻。在一个实施例中，第二部分从FD0到FD1，其中FD1等于1.1MHz(256或28个信道)，这等于传统ADSL系统的传输波段的末端。尽管提高了上行数据速率，但实现其的代价是牺牲了下行数据速率。在优选实施例中，将下行传输波段扩展到FUE，并且包括附加的y个信道以改进下行数据速率。FUE等于FU1+(y×4.3125)。对于DMT系统，FUE优选地等于引起2z个信道的频率，其中z是整数。更优选地，FUE等于大约2.2MHz(例如512或29个信道)。假设等于其它频率的FUE也是可用的。但是，FUE越高，则对于较长的回路长度，越高的频率就会表现出更大的衰减。
将传输波段扩展到超出传统的ADSL系统能够改进上行和下行数据速率。同时提高上行和下行数据速率尤其有利于需要向和从端用户传输数据的应用，例如交互式应用、视频会议、视频电话或视频游戏。
可选地，第一和第二部分都传输下行数据。将这种ADSL操作模式称为“回波抵消模式”。在一个实施例中，能够配置ADSL系统，以使其操作在完全或部分回波抵消模式下。在完全回波抵消模式中，在第一和第二部分同时传输下行数据。在部分回波抵消模式中，只有第一部分的一段和第二部分传输下行数据。例如，将第一部分中的x个信道(例如FU1到FUE)和第二部分用于传输下行数据。
ADSL中要考虑的问题在于用于传输信息帧的功率。如果使用了太大的功率，则噪声耦合会引起与其它线路之间的串扰，这对业务的集成造成了负面的影响。另一方面，如果使用了不足够的功率，则信号可能会由于衰减而无法到达目的地，特别是对于较长的回路。由标准委员会(T1.417)定义了数据传输的管理限制。根据电信标准T1.417，对于谱类别5和9，频率范围中针对上行(从大约25kHz到大约138kHz)和下行(从大约25kHz到1104kHz)数据传输的功率上限分别是大约13dBm和20.9dBm。
图4-5示出了根据本发明不同实施例的、用于上行数据传输的功率谱密度(PSD)掩模。在一个实施例中，根据性能和功率管理的需要来确定PSD掩模的形状。优选地，在与ADSL标准相兼容的同时，根据性能需要来确定PSD掩模的形状。参考附图，从FU0到FU1，功率处于第一功率电平，并从FU1开始减小到第二功率电平。将第二功率电平保持在第二功率电平，直到FUE。在FUE，将功率减小到第三功率电平，该第三功率电平足够低，足以避免对其它业务的任何串扰或干扰。根据应用，在FU0以下表现出来的功率增加从业务波段(例如对于POTS是4KHz，对于ISDN是120kHz，或对于ADL是0)的末端开始。
在优选实施例中，功率的增大和减小率实质上类似于传统ADSL掩模的增大和减小率，这提高了对传统ADSL系统的兼容性。例如，功率的减小速率等于48dB/倍频程(octave)，而增大率等于21.5dBm/倍频程。此外，为了保持与传统ADSL系统的兼容性，优选地，将第一功率电平保持在如目前定义的水平上(例如，如图4所示的-34.5dBm)或稍为减小(例如，如图5所示的-35dBm)。两个PSD掩模都具有由ADSL标准定义的功率电平(对于图4是12.9dBm，对于图5是12.5dBm)。
表1
| 频带f(KHZ)(针对具有POTS业务的ADSL的数值，其中X＝32个信道) | 线路换算(DBM/HZ) |
| 0＜f＜F<sub>s</sub>(Fs＝4kHz) | -97.5，其中从Fs开始增大的、0-Fs KHz波段最大功率处于，＝+15dBm |
| F<sub>s</sub>＜f＜F<sub>U0</sub>(F<sub>U0</sub>≈25.875kHz) | -92.5+21.5xlog<sub>2</sub>(f/F<sub>s</sub>) |
| F<sub>U0</sub>＜f＜F<sub>U1</sub>(F<sub>UE</sub>≈138kHz) | -35 |
| 频带f(KHZ)(针对具有POTS业务的ADSL的数值，其中X＝32个信道) | 线路换算(DBM/HZ) |
| F<sub>U1</sub>＜f＜F<sub>U1a</sub>(F<sub>Da</sub>≈176.81kHz) | -35-48xlog<sub>2</sub>(f/F<sub>UE</sub>) |
| F<sub>U1a</sub>＜f＜F<sub>UE</sub>(F<sub>DE</sub>≈276kHz) | -52 |
| F<sub>UE</sub>＜f＜F<sub>UEa</sub>(F<sub>DEa</sub>≈478kHz) | -52-48xlog<sub>2</sub>(f/F<sub>DE</sub>) |
| f＜F<sub>UEa</sub> | -90 |
表2
| 频带f(KHZ)(针对具有POTS业务的ADSL的数值，其中X＝32个信道) | 线路换算(DBM/HZ) |
| 0＜f＜F<sub>s</sub>(Fs＝4kHz) | -97.5，其中从Fs开始增大的、0-Fs KHz波段中的最大功率＝+15dBm |
| F<sub>s</sub>＜f＜F<sub>U0</sub>(F<sub>U0</sub>≈25.875kHz) | -92.5+21.5xlog<sub>2</sub>(f/F<sub>s</sub>) |
| F<sub>U0</sub>＜f＜F<sub>U1</sub>(F<sub>U1</sub>≈138kHz) | -34.5 |
| F<sub>U1</sub>＜f＜F<sub>U1a</sub>(F<sub>Da</sub>≈177.7kHz) | -34.5-48xlog<sub>2</sub>(f/F<sub>UE</sub>) |
| F<sub>U1a</sub>＜f＜F<sub>UE</sub>(F<sub>UE</sub>≈276kHz) | -52 |
| F<sub>UE</sub>＜f＜F<sub>UEa</sub>(F<sub>UEa</sub>≈478kHz) | -52-48xlog<sub>2</sub>(f/F<sub>DE</sub>) |
| f＜F<sub>Uea</sub> | -90 |
假设用于上行数据传输的其它PSD掩模也是可用的，例如，不同的功率电平和不同的增大和减小率。
可选地，如图6所示，其中第一和第二功率电平相等的PSD掩模能够用于上行数据的传输。作为示例，可以将功率电平设置为-38dBm。其它功率电平也是可用的。优选地，设置功率电平，以保证上行方向的传输在T1.417限定的限制内。对于下行数据的传输，例如可以使用ITU-电信标准化分部建议中所描述的PSD掩模，标题为“G.gen：G.dmt.bis：G.lite.bis：ADSL+，德州仪器，2002年3月。
尽管已经参考不同实施例具体地示出并描述了本发明，本领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明的范围的前提下，可以对本发明进行修改和改变。
附录1
1引言
具有改进的ADSL系统上行性能的ADSL系统(例如，ADSL+，ADSL.dmt，G.dmt.bis)。在一个实施例中，提高了上行ADSL数据速率。上行数据的提高有利于较短的回路，例如家庭办公室和住宅线路。通常，附件A和附件B将上行载波限制为32个。根据一个实施例，本发明将上行载波提高到大于32个。在一个实施例中，可以有64个上行载波。通过如ADSL+所述地修改PSD掩模，可以实现数据速率的提高。还可以采用对于初始化和训练序列的不同修改。在另一实施例中，还将下行数据速率提高到最多512个下行子信道。
在CS-021中，建议了将下行波段从针对常规G.992.1下行的1.104MHz扩展到2.208MHz的ADSL+系统。然而，这增大了下行和上行数据速率之间的不对称。本发明的一个实施例还建议了提高下行带宽，实现了至少对于较短和中等回路的较高下行速率。对于较短的回路，本发明产生了上行带宽到64个上行子信道的增大，而不会明显地减小下行数据速率。因此，该文献提出了对POTS上的ADSL+进行附加改变。
2.1ADSL.enh操作
为了表示收发器支持并希望ADSL.enh模式中的训练，需要定义G.hs码点。
2.2掩模选择
对于上行ADSL.enh，建议了两种不同的掩模(见第4部分)。应当使用码点来指示所支持和选择的掩模。
3初始化
建议使用与针对ISDN上的ADSL+、针对POTS上的ADSL.enh的定义相同的定义。
3.1NSCus
G.dmt.bis和G.lite.bis，其中参考了子信道的数目，已经在不同情况下，一致地使用可变的NSCus。对于附件B，由于对64个子信道的使用是可选地，因此不需要附加的变化。通过在所有的相关部分使用NSCus＝64，隐含地适应了初始化和训练序列的变化。
3.2R-REVERB1
R-REVERB PRBS(2，P.82)对应于32个子信道，每64个采样重复一次。对于多于32个子信道的系统，结果是多个子信道上的重复，这潜在地引起了不希望的效果。同样地，ADSL.enh建议调制在R-REVERB符号上的数据模式应当是伪随机上行序列(PRU)，对于n＝1到128，dn的定义如下：
dn＝1n＝1到
应当如下使用比特：将第一对比特(d1和d2)用于DC和尼奎斯特子载波(因此有效地忽略了这些比特)；然后将后续对的第一和第二比特用于定义Xi和Yi，对于C-REVERB符号，i＝1到63。
3.3功率减小机构
功率减小用于防止短回路处的接收器饱和并限制对相邻回路的不必要的干扰(串扰)。由于ADSL.enh使用了定形的PSD，则通过将其定义为有关发送PSD的最高限度，能够更好地用于功率减小的定义。
4.3节明确地定义了掩模、额定发送PSD、参考PSD和功率减小之间的关系。为了明确，还使用ADSL.enh掩模U1、该掩模下的额定发送电平3.5dB和6dB的功率减小，在图1中将其示出。
4POTS PSD上的ADSL.enh规范
4.1ATU-R控制参数设定
表1示出了应用于ADSL.enh掩模U1的参数。
| 参数 | 设定值 | 性质 |
| NSCus | 64 | 下行子信道的数目 |
| NOMPSDus | -38.5dBm/Hz | 在G.hs期间可能会改变 |
| MAXATPus | 12.5dBm | 在G.hs期间可能会改变 |
表1：ADSL.enh掩模U1参数。
表2示出了应用于ADSL.enh掩模U2的参数。
| 参数 | 设定值 | 性质 |
| NSCUs | 64 | 下行子信道的数目 |
| NOMPSDus | -38dBm/Hz | 在G.hs期间可能会改变 |
| MAXATPus | 12.9dBm | 在G.hs期间可能会改变 |
表2：ADSL.enh掩模U2参数。
4.2ATU-R上行发送掩模
ADSL.enh掩模U1 PSD
ADSL.enh掩模U2PSD
掩模设计U1
| 频带f(kHz) | 线路换算(dBm/赫兹) |
| 0＜f＜4 | -97.5，其中0-4KHz波段中的最大功率为+15dBm |
| 4＜f＜25.875 | -92.5+21.5xlog<sub>2</sub>(f/4) |
| 25.875＜f＜138 | -34.5 |
| 138＜f＜177.7 | -34.5-48xlog<sub>2</sub>(f/138) |
| 177.7＜f＜276 | -52 |
| 频带f(kHz) | 线路换算(dBm/赫兹) |
| 276＜f＜477.8 | -52-48xlog<sub>2</sub>(f/276) |
| 477.8＜f＜1221 | -90 |
| 1221＜f＜1630 | -90峰值，其中位于窗口[f，f+1MHz]内的最大功率 |
| 为(-90-48xlog<sub>2</sub>(f/1221)+60)dBm | |
| 1630＜f＜11040 | -90峰值，其中位于窗口[f，f+1MHz]内的最大功率为-50dBm |
掩模设计U2
| 频带f(kHz) | 线路换算(dBm/赫兹) |
| 0＜f＜4 | -97.5，其中0-4KHz波段中的最大功率为+15dBm |
| 4＜f＜25.875 | -92.5+21.5xlog<sub>2</sub>(f/4) |
| 25.875＜f＜138 | -34.5 |
| 138＜f＜176.81 | -34.5-48xlog<sub>2</sub>(f/138) |
| 176.81＜f＜276 | -52 |
| 276＜f＜478.6875 | -52-48xlog<sub>2</sub>(f/276) |
| 478.6875＜f＜1221 | -90 |
| 1221＜f＜1630 | -90峰值，其中位于窗口[f，f+1MHz]内的最大功率为(-90-48xlog<sub>2</sub>(f/1221)+60)dBm |
| 1630＜f＜11040 | -90峰值，其中位于窗口[f，f+1MHz]内的最大功率(-50)dBm的 |
4.3通带PSD和响应
贯穿整个通带，发送PSD电平应当不超过最大通带发送PSD电平，其定义如下：
·NOMPSDus+1dB，用于初始化信号，直到并包括信道发现阶段；
·REFPSDus+1dB，在初始化的剩余期间，从收发器训练阶段开始；
·MAXPSDus-PCBus+3.5dB，活动进行期间。
4.4ATU-C相关的下行设定：
对于下行控制设定和相关的PSD掩模，建议将来自CS-021文件的6.1和6.2段的ISDN上的ADSL+设定应用于POTS上的ADSL.enh。总结：
ADSL.enh建议了针对ADSL+扩展上行数据速率和PSD掩模的修改。还可以采用初始化和训练序列的多种暗示和某些修改。建议委员会许可以下项目：
1.利用ADSL.enh，定义具有64个子信道的较高上行数据速率，并建议具有512个子信道的较高下行速率。
2.将码点添加到G.hs中，以支持ADSL.enh的指示和选择作为选项，并用于所需PSD掩模的选择。
3.根据第3节改变初始化中的以下项目：
3.1C-REVERB定义
3.2功率减小机构
4.采用第4节中的POTS PSD上的下行ADSL+规范。
5参考文献
[1]T.Cole(ed.)，“G.lite-bis：draft recommendation，”ITU-T StudyGroup 15 Question 4，FC-R18R1，Dec.2001.
[2]F.Van der Putten(ed.)，“G.dmt.bis：draft recommendationG.dmt.bis，”ITU-T Study Group 15 Question 4，CS-R17，Dec.2001.
[3]Q.Wang(ed.)，“Very-high-bit-rate digital subscriber line(VDSL)metallic interface part 1：functional requirements and commonspecification，”T1E1.4/2002-031R1，Feb.2002.
[4]A.Redfern，“G.gen：G.dmt.bis：G.lite.bis：ADSL+CS-021”，Mar2002.
Claims (23)
1.一种非对称数字订户线收发机，操作用于在频谱上进行传输和接收，所述频谱具有从频率PU0到频率FDE的数据传输波段，所述非对称数字订户线收发机包括：
用于在从频率FU0到频率FUE的第一部分上调制和/或解调上行数据的装置，所述第一部分具有从频率FU0到频率FU1并包括a个信道的第一子部分和从频率FU1到频率FUE的第二子部分，所述第一子部分具有第一功率谱密度，以及所述第二子部分具有低于第一功率谱密度的第二功率谱密度；以及
用于在从频率FD0到频率FDE的第二部分上调制和/或解调下行数据的装置，所述第二部分具有低于第二功率谱密度的第三功率谱密度，
其中FU0＜FU1＜FUE≤FD0＜FDE，
所述第二部分具有从频率FD0到频率FD1的第三子部分和从频率FD1到频率FDE的第四子部分，以及
所述第二子部分包括x个信道，所述第四子部分包括y个信道，其中x是大于等于1的整数，以及y是大于等于1的整数。
2.根据权利要求1所述的非对称数字订户线收发机，其中频率FU1的频率值等于2n个信道的信道带宽值，n是整数。
3.根据权利要求1或2所述的非对称数字订户线收发机，其中频率FUE的频率值等于2n个信道的信道带宽值，n是整数。
4.根据权利要求1或2所述的非对称数字订户线收发机，其中频率FD1的频率值等于2z个信道的信道带宽值，z是整数。
5.根据权利要求1或2所述的非对称数字订户线收发机，其中频率FD1等于1.1MHz。
6.根据权利要求1或2所述的非对称数字订户线收发机，其中频率FDE等于2.2MHz。
7.根据权利要求1所述的非对称数字订户线收发机，其中将所述收发机设置为在POTS系统中进行操作。
8.根据权利要求7所述的非对称数字订户线收发机，其中频率FU0等于25.875kHz。
9.根据权利要求7所述的非对称数字订户线收发机，其中频率FU1等于138kHz。
10.根据权利要求7到9之一所述的非对称数字订户线收发机，其中所述第一子部分中的信道数a是26。
11.根据权利要求1所述的非对称数字订户线收发机，其中将所述收发机设置为在ISDN系统中进行操作。
12.根据权利要求11所述的非对称数字订户线收发机，其中频率FU0等于120kHz。
13.根据权利要求11所述的非对称数字订户线收发机，其中频率FU0等于138kHz。
14.根据权利要求11所述的非对称数字订户线收发机，其中频率FU1等于276kHz。
15.根据权利要求11到14之一所述的非对称数字订户线收发机，其中所述第一子部分中的信道数a是32。
16.根据权利要求1所述的非对称数字订户线收发机，其中将所述收发机设置为在ADL系统中进行操作。
17.根据权利要求16所述的非对称数字订户线收发机，其中频率FU0等于零。
18.根据权利要求16所述的非对称数字订户线收发机，其中频率FU1等于138kHz。
19.根据权利要求16到18之一所述的非对称数字订户线收发机，其中所述第一子部分中的信道数a是32。
20.根据权利要求1所述的非对称数字订户线收发机，其中所述非对称数字订户线收发机还操作用于产生和/或接收包括至少一个码点的握手消息。
21.根据权利要求20所述的非对称数字订户线收发机，其中所述非对称数字订户线收发机还操作用于根据所述至少一个码点，来选择所述第一功率谱密度、所述第二功率谱密度和所述第三功率谱密度。
22.根据权利要求20所述的非对称数字订户线收发机，其中所述非对称数字订户线收发机还操作用于根据所述至少一个码点，来选择频率FUE和/或FD0。
23.一种用于在非对称数字订户线系统中、在频谱上进行传输和接收的方法，所述频谱具有从频率FU0到频率FDE的数据传输波段，所述方法包括以下步骤：
在从频率FU0到频率FUE的第一部分上调制和/或解调上行数据，所述第一部分具有从频率FU0到频率FU1并包括a个信道的第一子部分和从频率FU1到频率FUE的第二子部分，所述第一子部分具有第一功率谱密度，以及所述第二子部分具有低于第一功率谱密度的第二功率谱密度；以及
在从频率FD0到频率FDE的第二部分上调制和/或解调下行数据，所述第二部分具有低于第二功率谱密度的第三功率谱密度，
其中FU0＜FU1＜FUE≤FD0＜FDE，
所述第二部分具有从频率FD0到频率FD1的第三子部分和从频率FD1到频率FDE的第四子部分，以及
所述第二子部分包括x个信道，所述第四子部分包括y个信道，其中x是大于等于1的整数，以及y是大于等于1的整数。
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