CN1866999A - 一种无缝发送功率调整方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无缝发送功率调整方法及系统，本发明主要包括：对接收信号的噪声容限进行监测并将监测结果与噪声容限取值范围进行比较；当信号噪声容限持续超出噪声容限取值范围的时间超过预定值时，则通过调整信号发送功率，将噪声容限调整至目标噪声容限范围内。因此，本发明实现了在固定速率下使调制解调器的发送功率随着噪声容限的变化而调整，确保数据传输的稳定性和低误码率；同时使调制解调器发送功率最小化，降低线路串扰。

Description

一种无缝发送功率调整方法及系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种无缝发送功率调整方法及系统。
背景技术
在通信系统中，数字用户线接入(xDSL)是目前广泛应用的一种网络接入技术。这是一种应用于无屏蔽电话双绞线(Unshielded Twist Pair，UTP)传输的高速数据传输技术，其中又包含有多种具体技术方案，除了因特网数字用户线路(IDSL)和单线对高比特率数字用户线路(SHDSL)等基带传输的数字用户线路(DSL)外，通带传输的xDSL利用频分复用技术使得xDSL与传统电话业务(POTS)共存于同一对双绞线上，其中xDSL占据高频段，POTS占用4KHz以下的基带部分，POTS信号与xDSL信号通过分离器分离。通带传输的xDSL采用离散多音频调制(DMT)。提供多路xDSL接入的系统叫做DSL接入复用器(DSLAM)，其系统参考模型如图1所示。
由于xDSL在非屏蔽双绞线(UTP)上传输，而UTP原来是为传输话音信号设计的，因此，对于高频信号存在很多损伤(impairment)因素，比如外界干扰，噪声，环境变化导致线路参数改变等，这些因素给xDSL的运行带来很多不稳定因素。为了应对这种不稳定因素，xDSL技术中采取了很多手段进行改进，包括交织编码、纠错编码等方式；另外为了能够适应上述变化，还定义了一些动态特性，比如无缝速率调整(Seamless Rate Adaptation，SRA)。
所述无缝速率调整的具体方法为：当线路条件变差时，噪声容限下降到低于预定值1，SRA能够自动降低线路速率，以保证误码率和噪声容限满足通信要求，而线路条件变好时，噪声容限上升到超过预定值2，SRA自动调高速率，这样噪声容限能够保持在一个事先设定的范围之内，而且整个过程都无需断开连接重新训练。
然而，无缝速率调整也有其不足之处，这是由于实际中很多运营商都采用固定速率的运营模式，此时SRA不起作用。因此，SRA虽然能够根据线路变化而动态调整速率，保证连接质量，但其实际应用范围非常有限。
为此，目前在现有的标准G.992.1/2/3/4/5中，定义了功率削减(PowerCut Back，PCB)以及目标噪声容限，最大噪声容限、最小噪声容限以及功率管理手段，以应对所述的不稳定因素。其中PCB在线路很短时能够降低发送功率，而当实际噪声容限大于设置的最大噪声容限时，调制解调器会通过降低发送功率来降低噪声容限以满足最大噪声容限限制。目前一种利用扩展至40dB的PCB来更大范围地削减超过必要的功率来保证噪声容限方法，能够有效地降低限速激活或者固定速率激活时的发送功率。
然而，上述PCB方法只在训练中起作用，在正常运行的showtime(同步状态)中不再变化，因而不能有效跟踪线路参数的改变进行调整。
目前的另一种方法为ADSL2定义的功率管理方法，这种方法引入L2、L3状态，其中L2状态是当调制解调器激活时(L0状态)用户数据速率若因为某种原因(比如暂时离开电脑)下降到某个预设门限值并持续时间超过预设门限后，系统自动进入低功耗L2模式，此时线路以较低的速率保持连接，当用户数据速率上升时则会自动到L0状态。
然而，这种功率管理主要着眼于用户是否真正在线，是否有用户数据流动，而不是关注线路条件的变化，同样不能实现发送功率随线路条件变化而动态改变。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的在满足用户要求的速率、噪声容限的前提下，提出了一种无缝发送功率调整方法及系统以使得发送功率最小化、进而降低串扰以及设备功耗。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种无缝发送功率调整方法，包括：
A、对接收信号的噪声容限进行监测并将监测结果与噪声容限取值范围进行比较；
B、当信号噪声容限持续超出噪声容限取值范围的时间达到或超过预定值时，则通过调整信号发送功率，将噪声容限调整至预设的噪声容限范围内。
当信号噪声容限超出噪声容限取值范围时，计时器开始计时；
当信号噪声容限又回到噪声容限取值范围内时，计时器清零。
在局端和用户住地设备初始化之前，为上调噪声容限、下调噪声容限、目标噪声容限、上调时间间隔以及下调时间间隔进行数值设置。
当噪声容限上升到高于上调噪声容限，且计时器时间达到或超过上调时间间隔，则计时器发出触发信号，降低发送功率，使得噪声容限下降到小于或等于上调噪声容限，并清零计时器。
接收端对发送信号功率的调整可分为只调整增益表和同时调整增益表和比特分配两种方式。
只调整增益表的方法包括：
平坦调整，将所有的子载波的功率同时增加或者降低同样的值；
加权调整，根据预先设定的加权规则对不同的子载波施以不同幅度的调整。
平坦调整的调整幅度公式为：
调整量＝实际噪声容限-目标噪声容限，以分贝dB为单位计量。
所述步骤B包括：
当信号噪声容限上升到高于上调噪声容限，但计时器时间未超过上调时间间隔，则计时器不发出触发信号，调整装置不动作。
当噪声容限下降到低于下调噪声容限，且计时器时间达到或超过下调时间间隔，则计时器发出触发信号，提高发送功率，使得噪声容限上升到大于或等于上调噪声容限，并清零计时器。
当信号噪声容限下降到低于下调噪声容限，但计时器时间不超过下调时间间隔，则计时器不发出触发信号，调整装置不动作。
需要上调功率时，如果调整后的功率超过功率谱密度限制或者总功率的限制，就以功率谱密度限制和总功率限制作为调整的上限或者要求重训练。
本发明的基于离散多音频调制(DMT)，可采用第二代非对称数字用户线/下行带宽扩展的第二代非对称数字用户线，也可采用甚高速数字用户线、甚高速数字用户线2。
一种无缝发送功率调整系统，包括：
信号发送装置和信号接收装置，用于向线路接收和发送信号；
噪声容限监测装置，用于实时监测来自于信号接收装置的信号，获得噪声容限信息；
比较器，将监测装置计算出的噪声容限与参数配置模块中的参数进行比较；
计时器，用于确定信号噪声容限超出设定范围的时间是否达到预设置的时间，若达到预设置时间则启动调整装置；
调整装置，用于计算调整参数，并将调整参数通过发送到发送端，以便发送端根据调整参数对发送功率进行调整；
执行装置，用于根据调整参数执行信号发送功率的调整。
所述系统还包括：
参数配置模块，用于预先配置上调噪声容限、下调噪声容限、目标噪声容限、上调时间间隔以及下调时间间隔。
所述执行装置设置于发送端设备中；
所述噪声容限监测装置、比较器、计时器、调整装置设置于接收端设备中。
在所述接收端设备和发送端设备中都包含信号接收装置、信号发送装置和参数配置模块。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实现了在固定速率下使调制解调器的发送功率随着噪声容限的变化而调整，确保数据传输的稳定性和低误码率；同时使调制解调器发送功率最小化，降低线路串扰。
附图说明
图1所示为数字用户线接入xDSL系统参考模型；
图2所示为无缝功率调整的逻辑功能框图；
图3所示为无缝功率调整的噪声调整示意图；
图4所示为无缝功率调整的工作流程图。
具体实施方式
本发明的核心是对信号的噪声容限进行监测并根据监测结果通过调整信号发送功率的方法调整信号的噪声容限，以实现在满足用户要求的速率、噪声容限(margin)的前提下，根据线路条件(插入损耗、背景噪声等)的变化动态的调整发送功率，使得发送功率最小化、进而降低串扰以及设备功耗。
本发明提出的无缝动态功率调整(STPA)的思路是固定速率配置，在线路条件发生变化时，通过降低或者提高发送功率来保持margin在某一个范围之内。
下面将结合附图对本发明所述的方法作进一步详细说明。
在本发明中引入如下参数：
线路目标噪声容限(Target margin，TMGN)；
上调噪声容限(Upshift Margin，UMGN)；
下调噪声容限(Downshift margin，DMGN)；
上调时间间隔(Upshift time lnterval，USHTI)；
下调时间间隔(Downshift time interval，DSHTI)。
以下以下行STPA为例对本发明进行介绍。如图2所示，整个无缝发送功率调整的系统共分为发送端和接收端两大部分，其中，
发送端包含信号接收、发送装置，执行装置以及参数配置装置。
信号接收、发送装置用于向线路接收和发送信号；
参数配置装置用于预先配置噪声容限取值范围上限、噪声容限取值范围下限、目标噪声容限、上限超出时间间隔以及下限超出时间间隔；
执行装置用于在收到CPE发过来的STPA要求时执行功率调整。
发送端包括信号接收、发送装置，Margin监测装置，参数配置装置，比较器，计时器，调整装置。
信号接收、发送装置的作用与发送端相同，用于向线路接收和发送信号；
噪声容限监测装置，用于实时监测来自于信号接收装置的信号，获得信号噪声容限信息；
比较器，将监测装置计算出的噪声容限与参数配置模块中的参数进行比较；
计时器，用于确定信号噪声容限超出设定范围的时间是否达到预设置的时间，若达到预设置时间则启动调整装置；
调整装置，用于计算调整参数，并将调整参数通过发送到局端，以便局端根据调整参数对发送功率进行调整；
本发明所述的无缝发送功率调整系统的工作流程描述如下：
在CO、CPE初始化之前，对线路目标噪声容限(Target margin，TMGN)，上调噪声容限(Upshift Margin，UMGN)，下调噪声容限(Downshift margin，DMGN)，上调时间间隔(Upshift time lnterval，USHTI)以及下调时间间隔(Downshift time interval，DSHTI)这些参数进行设置，设置时各个数值的关系应该遵守UMGN＞TMGN＞DMGN。
参数设置好以后系统进入在showtime(同步状态)运行过程，CPE的噪声容限监测装置监测接收信号的噪声容限(NMGN)，比较器比较NMGN与配置参数中保存的上调噪声容限和下调噪声容限的大小关系，如果NMGN超出UMGN和DMGN的范围，则触发计时器开始计时，在计时过程中，如果NMGN又回到UMGN和DMGN的范围内则计时器清零。
当计时器的时间超过配置参数中的下调时间间隔(DSHTI)时，调整装置根据当前的比特分配和增益表(Bi&Gi table)以及当前的NMGN和预先设置的UMGN、DMGN，计算出新的Bi&Gi，并通过信号发送装置将其发给CO。
CO通过信号接收装置接收到新的Bi&Gi后，执行装置根据Bi&Gi调整信号发送功率。执行装置在采用新的Bi&Gi后发出向CPE发送一个同步指示信号，CPE在收到同步指示信号后按照新的Bi&Gi解码。
上行方向与下行方向类似。
如图3所示，当信道特性发生变化(比如环境温度、湿度变化)以及噪声发生变化时，图中噪声容限亦随时间变化，系统根据噪声容限的变化范围对信号发送功率进行调整。
当噪声容限下降到低于下调噪声容限时，计时器开始计时，如果这种局面持续到超过下调时间间隔，调整装置提高发送功率即增大Gi，并将新的Bi&Gi表发到发送端，在一个预定的时间后发送器和接收器同时切换到新的Bi&Gi表；
当信道特性好转导致噪声容限上升到超过上调噪声容限时，计时器开始计时，如果这种局面持续到超过上调时间间隔，调整装置降低发送功率即减小Gi，并将新的Bi&Gi表发到发送端，在一个预定的时间后发送器和接收器同时切换到新的Bi&Gi表；
而如果噪声容限的下降是因为脉冲噪声引起的，因为持续时间很短，计时器不会发出触发信号，STPA不动作。
由于整个过程并不中断ADSL的业务，因此叫做无缝动态功率调整。
这里信息的传送采用ADSL2的嵌入式通道信息(EOC message)的通道，调整可以采用只调Gi以及Bi和Gi同时调整两种方式，如果只调Gi，则只需传送新的Gi，能够节省消息传送时间，加快响应速度。对于Gi的调整有两种，一种是平坦的调整，将所有的子载波的功率(tone)，同时增加或者降低同样的值，这种调整方案实现简单；也可以采用预先设定的加权规则，对不同的子载波施以不同的调整幅度(有可能改变Bi表)。
对于平坦的调整，可以由下式来计算调整幅度
20logGi’＝20logGi-(NMGN-TMGN)
同时本发明的调整还可以同其他功率谱密度限制(PSD MASK)结合起来。当需要上调功率时，如果调整后的功率超过PSD MASK或者总功率的限制时，就以PSD MASK和总功率限制作为调整的上限。
而且，这种调整可以由接收器发起，也可以由发送器发起。
本发明基于离散多音频调制(DMT)，可采用第二代非对称数字用户线或下行带宽扩展的第二代非对称数字用户线，也可采用甚高速数字用户线、甚高速数字用户线2。
以上为本发明工作流程的整体说明，以下将如图4所示的STPA的流程图，其具体的流程描述如下：
步骤1、监测装置监测接收信号的噪声容限；
步骤2、比较器将监测结果和参数配置装置中预先配置好的上调噪声容限、下调噪声容限进行比较，判断是否NMGN＞UMGN或NMGN＜DMGN，并根据判决结果进行操作：
若是，则表示噪声容限超出允许范围，这时比较器触发计时器开始计时；
若否，则表示噪声容限未超出允许范围，这时比较器不触发计时器，继续比较过程；
步骤3、计时器被触发后开始计时，其计时得到的时间为信号的噪声容限持续超出噪声容限允许范围的时间；
步骤4、判断计时器计时时间是否达到或超过参数配置装置中预先设置好的调整时间间隔并进行相应操作，若否，则继续监测接收信号的噪声容限，并执行步骤5、步骤6；
这里由脉冲噪声引起的噪声容限变化时间较短，噪声容限可较快返回允许范围内，因此不必计算调整量；
步骤5、当噪声容限超出噪声容限允许范围，但时间并未达到预设好的时间间隔，则继续对接收信号的噪声容限进行监测，然后进入步骤6，对监测结果进行比较；
步骤6、此步骤与步骤2类似，即根据步骤5中得到的监测结果，与参数配置装置中预先配置好的上调噪声容限、下调噪声容限进行比较，判断是否NMGN＞UMGN或NMGN＜DMGN，并根据判决结果进行操作：
若是，则表示噪声容限超出允许范围，则返回步骤4，触发计时器开始计时；
若否，则表示噪声容限未超出允许范围，则返回步骤1，继续监测接收信号的噪声容限；
以上为步骤4中计时器计时时间未超过参数配置装置中预先设置好的调整时间间隔的工作情况，以下介绍计时时间超过参数配置装置中预先设置好的调整时间间隔的工作情况：
当计时时间超过参数配置装置中预先设置好的调整时间间隔，则执行步骤7、步骤8、步骤9和步骤10，
步骤7、当计时时间达到或超出时间间隔后，计时器清零同时启动调整装置计算调整量；
步骤8、判断在步骤7中计算出来的调整量是否超过PSD mask，
若是，则执行步骤9；
若否，则执行步骤10；
步骤9、采用PSD mask进行信号发送，然后返回步骤1继续监测接收信号的噪声容限；
这里与PSD mask进行比较是因为PSD mask为确定对发送信号功率进行调整的上限，超出此上限则进行调整；
步骤10、采用计算出的调整量对在发送端对发送信号进行发送功率调整，在向发送端发出调整指示后返回步骤1重新开始监测接收信号的噪声容限；
这样即为一个完整STPA工作流程。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1、一种无缝发送功率调整方法，其特征在于，包括：
A、对接收信号的噪声容限进行监测并将监测结果与噪声容限取值范围进行比较；
B、当信号噪声容限持续超出噪声容限取值范围的时间达到或超过预定值时，则通过调整信号发送功率，将噪声容限调整至预设的噪声容限范围内。
2、根据权利要求1所述的一种无缝发送功率调整方法，其特征在于，
当信号噪声容限超出噪声容限取值范围时，计时器开始计时；
当信号噪声容限又回到噪声容限取值范围内时，计时器清零。
3、根据权利要求1所述的一种无缝发送功率调整方法，其特征在于，所述的方法还包括：
在局端和用户住地设备初始化之前，为上调噪声容限、下调噪声容限、目标噪声容限、上调时间间隔以及下调时间间隔进行数值设置。
4、根据权利要求1、2或3所述的一种无缝发送功率调整方法，其特征在于，所述步骤B包括：
当噪声容限上升到高于上调噪声容限，且计时器时间达到或超过上调时间间隔，则计时器发出触发信号，降低发送功率，使得噪声容限下降到小于或等于上调噪声容限，并清零计时器。
5、根据权利要求4所述的一种无缝发送功率调整方法，其特征在于，接收端对发送信号功率的调整可分为只调整增益表和同时调整增益表和比特分配两种方式。
6、根据权利要求5所述的一种无缝发送功率调整方法，其特征在于，只调整增益表的方法包括：
平坦调整，将所有的子载波的功率同时增加或者降低同样的值；
加权调整，根据预先设定的加权规则对不同的子载波施以不同幅度的调整。
7、根据权利要求6所述的一种无缝发送功率调整方法，其特征在于，平坦调整的调整幅度公式为：
调整量＝实际噪声容限-目标噪声容限，以分贝dB为单位计量。
8、根据权利要求1、2或3所述的一种无缝发送功率调整方法，其特征在于，所述步骤B包括：
当信号噪声容限上升到高于上调噪声容限，但计时器时间未超过上调时间间隔，则计时器不发出触发信号，调整装置不动作。
9、根据权利要求1、2或3所述的一种无缝发送功率调整方法，其特征在于，所述步骤B包括：
当噪声容限下降到低于下调噪声容限，且计时器时间达到或超过下调时间间隔，则计时器发出触发信号，提高发送功率，使得噪声容限上升到大于或等于上调噪声容限，并清零计时器。
10、根据权利要求1、2或3所述的一种无缝发送功率调整方法，其特征在于，所述步骤B包括：
当信号噪声容限下降到低于下调噪声容限，但计时器时间不超过下调时间间隔，则计时器不发出触发信号，调整装置不动作。
11、根据权利要求1所述的一种无缝发送功率调整方法，其特征在于，需要上调功率时，如果调整后的功率超过功率谱密度限制或者总功率的限制，就以功率谱密度限制和总功率限制作为调整的上限或者要求重训练。
12、根据权利要求1所述的一种无缝发送功率调整方法，其特征在于，本发明基于离散多音频调制，可采用第二代非对称数字用户线或下行带宽扩展的第二代非对称数字用户线，也可采用甚高速数字用户线、甚高速数字用户线2。
13、一种无缝发送功率调整系统，其特征在于，包括：
信号发送装置和信号接收装置，用于向线路接收和发送信号；
噪声容限监测装置，用于实时监测来自于信号接收装置的信号，获得噪声容限信息；
比较器，将监测装置计算出的噪声容限与参数配置模块中的参数进行比较；
计时器，用于确定信号噪声容限超出设定范围的时间是否达到预设置的时间，若达到预设置时间则启动调整装置；
调整装置，用于计算调整参数，并将调整参数通过发送到发送端，以便发送端根据调整参数对发送功率进行调整；
执行装置，用于根据调整参数执行信号发送功率的调整。
14、根据权利要求13所述的一种无缝发送功率调整的系统，其特征在于，所述系统还包括：
参数配置模块，用于预先配置上调噪声容限、下调噪声容限、目标噪声容限、上调时间间隔以及下调时间间隔。
15、根据权利要求13所述的一种无缝发送功率调整的系统，其特征在于，
所述执行装置设置于发送端设备中；
所述噪声容限监测装置、比较器、计时器、调整装置设置于接收端设备中。
16、根据权利要求13或14所述的一种无缝发送功率调整的系统，其特征在于，在所述接收端设备和发送端设备中都包含信号接收装置、信号发送装置和参数配置模块。
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