ES2220886T3 - Optimizacion de la carga de bits para vdsl. - Google Patents

Abstract

Un método para realizar el cálculo de la asignación de bits en un sistema de comunicación multi-portadora, utilizando una pluralidad de portadoras simultáneas diferentes, a las que también se hará referencia como tonos, incluyendo el método la medida de las relaciones señal a ruido, a las que también se hará referencia como SNRs, para las portadoras y la determinación en función del SNR de un cierto número de bits a cargar, a lo que también se hará referencia como asignar, en la portadora respectiva, caracterizado porque el método incluye los pasos de: a) proporcionar una ventana que tenga un ancho de frecuencia capaz de contener hasta un número predeterminado de portadoras, b) cuando el ancho de frecuencia de dicha ventana no contenga el número predeterminado de portadoras, aumentar el ancho de frecuencia de dicha ventana de forma que como mínimo se incluya una portadora adicional en dicha ventana; cuando el ancho de frecuencia de dicha ventana contenga el número predeterminado de portadoras y haya al menos una portadora más para posicionar en dicha ventana como una nueva portadora para la carga de bits, dicha ventana mantiene el ancho de frecuencia y se desplaza a una nueva posición de forma que al entrar una nueva portadora dentro de dicha ventana por uno de sus límites de frecuencia, una portadora ya dentro de dicha ventana en su otro límite de frecuencia abandona dicha ventana; c) para cada ancho o nueva posición de dicha ventana determinar la asignación de bits para, como mínimo, la última portadora respectiva.

Description

Optimización de la carga de bits para VDSL.

La invención se refiere a un método para realizar el cálculo de la carga de bits en un sistema de comunicación multi-portadora, utilizando una pluralidad de diferentes portadoras (=tonos) simultáneas, incluyendo el método la medida de las relaciones señal a ruido (SNRs) para portadoras y la determinación en función del SNR de un cierto número de bits cargar (=asignar) en la portadora respectiva.

La invención se refiere también a un dispositivo, en particular a un módem.

El campo técnico de la invención es el cálculo de la carga de bits (lo mismo que asignación de bits) en sistemas multi-portadora. Dicho cálculo se usa, por ejemplo, durante la inicialización de una conexión punto a punto de tipo ADSL (Línea de Abonado Digital Asimétrica) o VDSL (Línea de Abonado Digital de Muy Alta Velocidad). El siguiente desarrollo se refiere a una forma conocida, en concreto utilizando modulación Discreta Multitono (DMT). De cualquier modo, la invención no se restringe a esto. ADSL y VDSL son sistemas multi-portadora.

Los sistemas multi-portadora modulan los datos en un gran número de tonos o portadoras de banda estrecha (ortogonales). Cada portadora o tono se modula con una QAM (Modulación por Amplitud y Cuadratura) como un punto de una constelación QAM para la duración de un símbolo multi-portadora. En el transmisor se suman entonces todas las portadoras para construir el símbolo completo. En el receptor las portadoras se separan y demodulan. La modulación y demodulación de un símbolo DMT se puede implementar de manera muy efectiva mediante el uso de una Transformada Rápida de Fourier Inversa (IFFT) y una Transformada Rápida de Fourier (FFT), respectivamente.

En un sistema ADSL (Línea de Abonado Digital Asimétrica) basado en DMT, para el que existe un estándar, 256 portadoras se expanden en una banda de frecuencia de 1,104 MHz, pero no es posible utilizar todas las portadoras. (Por debajo del tono 6, el ancho de banda se reserva al POTS, y algunas de las portadoras (=tonos) se usan para corriente arriba, y otras para corriente abajo). La carga de bits para ADSL se tiene que realizar de forma que el PSD medio (Densidad Espectral Media) promediado sobre todo el espectro sea compatible con una "máscara PSD". Aún más, se permite un rizado (2.5 Db) en el extremo superior de la máscara PSD. El PSD es la suma de las potencias (medidas, por ejemplo, en vatios) de las portadoras dentro de un rango de frecuencias específico, dividido por la anchura (medida, por ejemplo, en Hz) de ese rango de frecuencias.

En un sistema VDSL basado en DMT (Línea de Abonado Digital de Muy Alta Velocidad), para el cual no existe aún un estándar de obligado cumplimiento, los expertos trabajan sobre la base de que se pueden utilizar hasta 2783 portadoras, expandiendo una banda de frecuencias de hasta 12 MHz. El espacio entre tonos es de 4,3125 kHz (el mismo que para ADSL). Por tanto una banda de frecuencia de 100 kHz cubre 23 tonos diferentes, cada uno de ellos a una distancia del tono vecino de 4,3125 kHz. Esta banda de 100 kHz tiene una función en una variante preferida de la invención que será descrita más tarde. Para VDSL, también se permite el rizado mencionado. Mientras que la asignación de bits o carga de bits para ADSL se puede realizar para toda la banda, para VDSL existen dificultades adicionales debido a las siguientes razones: No es suficiente con cumplir la especificación del PSD (no se pueden superar una potencia máxima y un PSD medio promediado en el espectro completo de frecuencias portadoras), como en el sistema ADSL, sino que además de esas especificaciones, un PSD promediado sobre 100 kHz tiene que estar dentro de unos límites prescritos, y esto para cada posición de un rango o ventana de anchura de 100 kHz en cualquier posición posible dentro del rango de frecuencias de portadora. Esto significa que para VDSL el criterio de media de 100 kHz se tiene que cumplir para cualquier posición arbitraria de la ventana de frecuencias. Por tanto, los métodos de asignación de bits para ADSL no son necesariamente aplicables al sistema VDSL.

En la inicialización del sistema y antes de que los datos se puedan transmitir en un sistema XDSL (que incluye ADSL y VDSL) a través de la línea, se ejecuta un procedimiento de inicialización para inicializar los módems a cada extremo de la línea. Cada módem incluye una parte emisora y una parte receptora. Un módem utiliza un grupo de portadoras que son las portadoras que recibirá el otro módem, y el mencionado primer módem utiliza para la recepción un grupo de portadoras diferente de aquel utilizado al enviar. Además de otras medidas que se realizan durante la inicialización, cada módem con su parte receptora mide el SNR (Relación Señal a Ruido) para cada frecuencia de portadora.

El cálculo de la carga de bits se efectúa para determinar para cada portadora del espectro XDSL (XDSL incluye ADSL y VDSL) y según los SNRs medidos (relación señal a ruido) el número máximo de bits que se pueden transportar entre un transmisor y un receptor. Para VDSL, se permite un máximo de 15 bits por portadora. Es un objetivo de la asignación de bits maximizar el número de bits en una banda de frecuencias especial sin, por supuesto, exceder la máxima potencia y PSD medio permitidos.

En particular, el módem que está midiendo los SNRs de las diferentes frecuencias de portadora puede recibir del otro módem las frecuencias de portadora enviadas con una cierta potencia y cargadas con bits de una manera conocida. Se debe comprender que las portadoras no aparecen con sus frecuencias originales relativamente bajas, por ejemplo 4,3125 kHz, en una línea que conecta dos módems de una conexión XDSL punto a punto, sino que las frecuencias de portadoras se han desplazado a un rango de frecuencias superior para transmitir a través de la línea (que normalmente es una línea de cobre).

En el módem que efectúa la conocida medida de SNR, al principio los SNRs para (preferiblemente) cada portadora se miden y se almacenan en una memoria. Después de eso, se calcula la carga de bits. Cuanto más alto es el SNR para una portadora concreta, más bits se pueden cargar.

Para la siguiente descripción se debe hacer notar que multiplicar o dividir una potencia eléctrica (expresada, por ejemplo, en vatios) por 2 no corresponde exactamente a los pasos de +3dB y -3dB, respectivamente, sino que los valores exactos son +3,0103dB y -3,0103dB, respectivamente, lo que es sabido por los expertos. El valor exacto es (+ ó -) 10 x log 2 [dB]. Por tanto, un experto sustituirá los pasos de múltiples de 3dB (por ejemplo 9dB -6dB -3dB), utilizados aquí con el objetivo de simplificar, por los valores exactos cuando sea necesario.

Si se supone que para un SNR de 9 dB se pueden cargar normalmente 3 bits, para un SNR de 6 dB se pueden cargar normalmente 2 bits, y para un SNR de 3dB se puede cargar normalmente 1 bit, entonces para un SNR de 6,5 también se pueden cargar sólo 2 bits, y el valor mínimo de un SNR necesario para 2 bits se excede en 0,5 dB. Es una técnica conocida en éste caso reducir la potencia de un amplificador, que reparte la frecuencia de portadora, de forma que el SNR se aproxime (tan cerca como sea técnicamente posible) al SNR requerido de (en este ejemplo) 6 dB. Así la potencia de esta portadora y el PSD medio (Densidad Espectral de Potencia) se mantiene tan bajo como es posible. Esta es una práctica habitual en la asignación de bits. En otro caso, para una portadora se podría medir un SNR de 8,5 dB y también se podrían cargar en esta portadora sólo 2 bits, ya que no se ha alcanzado el SNR de 9 dB necesario para 3 bits. Entonces también es una técnica conocida hinchar (es decir, aumentar) la potencia de la recién mencionada portadora de forma que se alcance un SNR de 9dB y, por tanto, se puedan cargar 3 bits en lugar de sólo 2. Sin embargo, mediante dicha medida se podría superar el PSD medio máximo permitido.

Quitar un bit de una portadora de esta manera no tiene influencia sobre el PSD o PSD medio, no si la potencia de esa portadora se reduce apropiadamente, esto es, de forma que la potencia de esa portadora sea, desde un punto de vista técnico, y probablemente incluyendo alguna seguridad para tener en cuenta fluctuaciones del ruido, tal que la potencia y el SNR sea justo la suficiente para el número de bits reducido. Lo mismo se aplica, por supuesto, si el número de bits se aumenta, en cuyo caso la potencia debe aumentarse en concordancia. Esta reducción o aumento de la potencia de la portadora de acuerdo con el cambio en el número de bits de la portadora no se menciona en el siguiente desarrollo, pero se debe entender que dicha corrección de la potencia se debe efectuar en cualquier caso, preferiblemente cerca del momento en que se cambia el número de bits. Por tanto, en el desarrollo hecho aquí y en los cálculos para asignar los bits, se supone que una portadora tiene dicha potencia y SNR justos suficientes para el número actual de bits de esa portadora.

Una portadora se puede omitir totalmente, es decir, su potencia y número de bits se hacen cero. Esto puede ocurrir si la frecuencia de una portadora está sujeta a ruido fuerte, o si una portadora puede causar interferencias con otros servicios.

Después de que se haya calculado la carga de bits para cada portadora de los dos módems, y, cuando haya sido necesario se haya calculado como hinchar (aumentar) la potencia de la portadora o disminuir la potencia de la portadora, los datos o tablas de la carga de bits y potencia para cada portadora se intercambian con el otro módem para instruir al otro módem qué portadoras con qué carga de bits y potencia se van a utilizar.

Para ADSL, se conoce una optimización global (= en todo el ancho de banda) que utiliza los siguientes principios: Para todas las portadoras se calculan todos los números posibles de bits y sus correspondientes potencias y se selecciona la mejor combinación (que proporciona el número máximo de bits asignados).

El proceso de cálculo en sistemas conocidos requiere una gran cantidad de trabajo computacional, especialmente teniendo en cuenta el alto número de portadoras en un sistema VDSL (en comparación con un sistema ADSL) y por tanto serían necesarias mayores velocidades de proceso que no se pueden obtener en ciertos procesadores utilizados en módems actualmente.

Sería útil encontrar un método de cálculo que sea poco complicado, y que, por tanto, permita ser utilizado por elementos computadores (procesadores digitales) con una potencia de cálculo relativamente baja, como los que se utilizan actualmente en módems conocidos.

Por tanto, es un objetivo de la invención proporcionar un método simple para efectuar una asignación de bits eficiente, no requiriendo dicho método una alta capacidad de cálculo. Aún más, el resultado calculado mediante dicho método para la asignación de bits se debe poder utilizar en la práctica, lo que significa que no debe estar demasiado lejos del resultado correcto de la asignación de bits que se podría obtener mediante un cálculo que requiriera una potencia de cálculo mucho mayor. Se debe evitar el uso de una gran cantidad de tiempo de cálculo.

Este objetivo se consigue de acuerdo con el primer aspecto de la invención en la que el método incluye los pasos de:

a)

proporcionar una ventana que tenga un ancho de frecuencia capaz de contener hasta un número de portadoras predeterminado,

b)

cuando el ancho de frecuencia de dicha ventana no contenga el número de portadoras predeterminado, aumentar el ancho de frecuencia de dicha ventana de forma que como mínimo se incluya una portadora adicional en dicha ventana;

cuando el ancho de frecuencia de dicha ventana contenga el número de portadoras predeterminado y haya como mínimo una portadora más para posicionar en dicha ventana como una portadora nueva para la carga de bits, dicha ventana mantiene el ancho de frecuencia y se desplaza a una nueva posición de forma que al entrar una nueva portadora dentro de dicha ventana en uno de los límites de su banda de frecuencias, una portadora ya dentro de dicha ventana en el otro límite de su banda de frecuencias abandona dicha ventana;

c)

para cada anchura o nueva posición de dicha ventana determinar la asignación de bits para la, como mínimo, una portadora respectiva;

d)

en el caso de que un umbral para la densidad espectral de potencia media, llamada también TPSD, de las portadoras en dicha ventana para la posición actual de la ventana no se respete (y por tanto se exceda), seleccionar al menos una portadora dentro de dicha ventana para reducir la densidad espectral de potencia, llamada también PSD, a costa de cómo mínimo un bit.

CHOW P S ET AL: "A PRACTICAL DISCRETE MULTITONE TRANSCEIVER LOADING ALGORITHM FOR DATA TRANSMISSION OVER SPECTRALLY SHAPED CHANNELS" TRANSACCIONES IEEE EN LAS COMUNICACIONES, IEEE INC. NEW YORK, US, vol. 43, no 2/4, PARTE 2, 1 de Febrero de 1995 (1995-02-01), páginas 773-775, XP000502585 ISSN: 0090-6778 (Documento D1)

no enseña o da ninguna pista sobre ningún método o aparato que utilice una ventana móvil. En la página 773, columna derecha, los pasos del procedimiento 2 y 3 muestran que para todas las portadoras utilizables las asignaciones de bits b^(i) se calculan un después de otra. En los pasos 8 y 9 se describe la adición y resta de un bit; la portadora con la menor diff(i) se reduce un bit cada vez. En el paso 9 (para otras condiciones) se añade un bit a la portadora que tiene la mayor diff(i). No se efectúa un intercambio como se describe en la presente especificación.

SONALKAR R V ET AL: "A novel bit and power allocation algorithm for duplex operation of DMT based DSL modems"

SEÑALES, SISTEMAS Y COMPUTADORAS, 1999. MEMORIA DE LA CONFERENCIA DE LA TRIGÉSIMO TERCERA CONFERENCIA ASILOMAR EN OCT. 24-27, 1999, PISCATAWAY, NJ, USA, IEEE, US, 24 de Octubre de 1999 (1999-10-24), páginas 690-694, XP010374067 ISBN: 0-7803-5700-0, (Documento D2)

no muestra más que D1. Específicamente; la página 693, columna izquierda, las últimas cuarto líneas (paso 1) muestran que no se utiliza una ventana móvil. Aún más, en la columna derecha de la misma página, en el paso 9 para quitar un bit, se elige aquel elemento que dé lugar al máximo ahorro de potencia. No se establece que el número de portadoras entrantes que se pueden beneficiar de dicha reducción se deba tener en cuenta.

Una ventaja de la invención es el proceso de cálculo relativamente simple, ya que la asignación de bits tiene que ser calculada para cada posición de la ventana móvil para una (o unas pocas) portadora(s) solamente. El TPSD mencionado es llamado aquí también PSD permisible.

Aunque la invención se realizó con vistas a VDSL, la invención es también aplicable a otros sistemas multi-portadora, por ejemplo para ADSL. Ahora la invención será explicada con detalle para VDSL. Después de esto, se describirá la aplicación para ADSL.

Para VDSL en su forma explicada arriba, existe una ventana de 100 kHz de anchura como mínimo después de lo que se llama aquí un "periodo de inicio" de la asignación de bits (será explicado más tarde). En este estado, hay 23 portadoras en la ventana.

A la invención pertenecen variantes en las cuales después de cada "desplazamiento" de la ventana, que ocurre después de cada cambio del rango de frecuencias de las frecuencias de portadora que se tienen en cuenta durante el cálculo de la carga de bits, como mínimo una "nueva" portadora (de cualquier manera muchas menos portadoras de las que hay en la ventana) entra en la ventana por el lado que se encuentra en la dirección de movimiento de la ventana mientras que por el otro lado el mismo número de portadoras (que el número de nueva(s) portadora(s)) abandona la ventana. Para la(s) nueva(s) portadora(s) se calcula la carga de bits.

En lo que sigue, se describirá una variante de la invención en la cual durante cada desplazamiento de la ventana sólo entra una nueva portadora en la ventana, y una portadora abandona la ventana. En tales variantes el cálculo es más fácil que el cálculo para una pluralidad de nuevas portadoras. Esto podría ya reducir la potencia de cálculo necesaria, o desde otro punto de vista, reducir el tiempo de cálculo necesario al usar un determinado procesador. Una excepción al hecho de que exactamente una portadora abandona la ventana se refiere al "período de inicio" la asignación de bits y será descrito más tarde. La invención se describe con más detalle para el ejemplo con sólo una nueva portadora para cada desplazamiento de la ventana.

En este caso, como se acaba de describir, la asignación de bits se calcula (en parte mediante la lectura de una tabla que contiene una relación SNR/número-de-bits) sólo para la nueva portadora en la ventana utilizando los SNR ya conocidos para esa portadora. Además se comprueba si el SNR de esta portadora se ajusta exactamente al número de bits calculado para ser cargado, o si existe un SNR extra (=exceso de SNR sobre el SNR necesario para los bits asignados) que todavía no se ha usado, o si mediante el aumento de la potencia de la portadora sería posible cargar un bit más en la portadora.

La invención cubre variantes en las que es posible cambiar otras portadoras diferentes de la nueva portadora de forma que se aumente la potencia de estas otras portadoras o los bits cargados en cualquiera de estas otras portadoras; esto tendría como consecuencia que una posición de ventana que se calculó antes y que está, respecto a la posición actual de la ventana, por ejemplo desplazada hacia atrás cinco o diez distancias de portadora, podría ahora tener un PSD medio que exceda el límite superior permisible. Para corregir esta situación, sería necesario calcular de nuevo la posición anterior y posiblemente todas las posiciones siguientes. Por tanto, las iteraciones requerirían tiempo de cálculo adicional. Cuantas menos iteraciones se hagan, más rápido será el cálculo.

Por tanto, en una modificación preferida de la invención, cualquier cambio en las otras portadoras de la ventana actual diferentes de la nueva portadora se pueden efectuar sólo de forma que el número de bits y/o la potencia de la portadora respectiva se reduzca; de esta forma, no hay peligro de que el PSD de una ventana anterior exceda el limite permitido para el PSD medio.

Esto tiene la ventaja de que la ventana se puede mover sólo en una dirección y el proceso avanza con una velocidad relativamente alta, ya que se excluyen las iteraciones, y de que el tiempo de cálculo y por tanto el tiempo necesario para la inicialización se conoce relativamente bien de antemano.

La dirección de movimiento de la ventana tiene una función. La dirección hacia arriba funciona mejor. Para cada posición de la ventana que se mueve desde la izquierda hacia la derecha en el dibujo (es decir, de frecuencias menores a mayores) sólo se tiene que elegir la asignación de bits de la nueva portadora, es decir, la que está más a la derecha de la ventana. Los bits para los otros tonos (22 tonos) ya han sido asignados; se pueden modificar como se describe aquí.

Para la nueva portadora no hay restricción sobre la dirección en la que se puede cambiar la potencia de la portadora o el número de bits. Si esta nueva portadora se hincha y se aumenta su número de bits, esto no afectará al PSD de la última ventana calculada (en cuya ventana la nueva portadora no estaba presente). Si se efectúa una corrección correspondiente en el sentido negativo (reducir el número de bits en una portadora diferente de la nueva portadora y, por tanto, reducir la potencia de esa portadora) equivalente a o mayor que el recién mencionado aumento de potencia y número de bits de la nueva portadora a cualquiera de las otras portadoras de la ventana actual, esto es inofensivo en vista del hecho de que no aumenta el PSD medio de una ventana anterior.

La invención permite diferentes estrategias para asignar cierto número de bits en la nueva portadora, por ejemplo: El número de bits que se pueden asignar a la nueva portadora depende como mínimo de las siguientes dos condiciones:

a)

Los bits asignados dependen del SNR de la nueva portadora. El SNR que se tiene en cuenta en primer lugar es preferiblemente aquel SNR que se midió para esa portadora antes de la asignación de los bits. El SNR puede cambiarse mediante el aumento o reducción de la potencia de la nueva portadora.

b)

La potencia y por tanto el PSD de la nueva portadora no debe exceder una cierta potencia especificada por la máscara que se debe observar o por reglas comparables que se deben observar, y el PSD medio dentro de un ancho específico de una ventana no se puede tampoco exceder según el estándar o reglas aplicables.

Para encontrar el óptimo para la asignación de bits se considera ventajoso intentar asignar más bits a la nueva portadora al menos en algunos casos de los permitidos según el SNR originalmente medido. Esto incluiría la siguiente asignación de bits "provisional" en la nueva portadora: si el SNR disponible está más cerca del número de bits que se pueden asignar según ese SNR (es decir, el SNR es un poco más alto del necesario), se asigna un número de bits que se acaba de mencionar. Se puede tomar una decisión para la acción recién mencionada si el SNR disponible es menos de 1,5 dB mayor que el SNR necesario. Si el SNR está más cerca del siguiente número mayor de bits (que de todas formas no puede ser asignado ya que el SNR no es suficiente), se asigna un bit más, por tanto el SNR actual no es suficiente para ese número de bits asignados y la potencia de la nueva portadora debe ser aumentada (o hinchada) para aumentar el SNR de la portadora. La invención también incluye variaciones en las que no sólo se puede asignar un bit adicional sino que se pueden asignar una pluralidad de bits adicionales además de un número de bits permitidos según el SNR original de la portadora. Para simplificar la descripción, de cualquier modo, en lo que sigue sólo se contemplará un bit adicional.

Se puede tomar una decisión para añadir un bit más si el SNR disponible es 1,5 dB o menos menor que el SNR necesario. De cualquier modo, al llevar a cabo la invención, es posible devaluar de este límite de decisión en medio de dos valores necesarios de SNR para diferentes números de bits. En particular, es siempre posible intentar añadir un bit más a la nueva portadora.

Después de esa asignación provisional de bits en la nueva portadora el método calcula si los límites que se deben observar, por ejemplo para la potencia de la nueva portadora y para el PSD medio, se observan, es decir, no se exceden. Este cálculo puede, dentro del ámbito de la invención, puede realizarse también de antemano debido a que el método ha calculado antes la magnitud de PSD medio adicional que la nueva portadora puede añadir sin exceder los límites permitidos.

Si el número de bits asignados provisionalmente para la nueva portadora (si es necesario después del correspondiente cambio de potencia de la nueva portadora) se permite según las condiciones arriba mencionadas, según una variante de la invención la asignación de bits a esa portadora recién mencionada se considera terminada, se almacenan el número de bits asignados y la potencia de la nueva portadora, y la ventana, si hay disponibles más portadoras nuevas, se mueve.

Si dicha asignación provisional de bits da como resultado que la nueva portadora excede la potencia o PSD permisible para esa nueva portadora, entonces el número de bits de la nueva portadora y la potencia se reducen en un bit, lo que debería llevar al hecho de que la potencia de la nueva portadora efectivamente no excede el límite permisible. De cualquier modo, existe aún la posibilidad de que se exceda el PSD medio.

Si el PSD medio se excede, se ejecuta al menos uno de los siguientes pasos para reducir otra portadora diferente de la nueva portadora en un bit y reducir la potencia asociada de la portadora para asegurar que no se excede el PSD medio permitido.

a)

a1) Después de que una nueva portadora haya entrado en la ventana y después de determinar el nuevo número de bits que serán asignados a la nueva portadora según este SNR conocido, se verifica si se excede el PSD medio o no, pudiendo realizarse esta verificación, dentro del alcance de la invención, también antes, es decir, teniendo en cuenta las portadoras en la ventana sin la nueva portadora y, antes de asignar un número de bits, comprobando cuál sería el número de bits mayor posible que se puede asignar en la nueva portadora sin exceder el PSD medio permitido incluyendo la nueva portadora.

a2) Si el PSD medio no se excede, se intenta añadir un bit más (acompañado, por supuesto, de un aumento de la potencia de la portadora); no se excluye en la invención añadir más de un bit a la nueva portadora.

b)

Si debido al número original de bits asignados según el párrafo a1 precedente (o mediante la adición de un bit más según el párrafo a2 precedente) a la nueva portadora se excede el PSD medio, una variación del método de la invención trata de "intercambiar" un bit: de una portadora (no la nueva portadora) dentro de la ventana se quita un bit (y la correspondiente potencia) y se añade un bit (y la correspondiente potencia) a la nueva portadora; la primera portadora mencionada se selecciona de forma que la potencia quitada de esa portadora al quitar un bit es mayor que la potencia que se añade a la nueva portadora para un bit adicional. Como (si se puede encontrar dicha portadora) la reducción de potencia de la portadora de la que se quitó un bit es mayor que el aumento de potencia necesario de la nueva portadora para asignar un bit más, mediante esta medida se reduce el PSD medio, posiblemente se reduce lo suficiente como para entrar en el valor permitido. Si las dos portadoras tienen, por ejemplo, 5 bits cada una (antes del intercambio), y si la nueva portadora tiene un nivel de ruido menor que la otra portadora, entonces quitar un bit de la otra portadora (en conjunto con una reducción de potencia correspondiente) reduce el PSD medio más que la potencia adicional que se necesita para la nueva portadora y por tanto reducirá el PSD medio. En el caso de que las dos portadoras tengan el mismo nivel de ruido, se puede aplicar la siguiente regla: la portadora de la que se quita un bit debe tener al menos dos bits más que la nueva portadora. De lo dicho arriba se llega fácilmente a que en un caso en que la nueva portadora tenga un nivel de ruido mayor que el de la otra portadora, la otra portadora debe en todos los casos tener tres o más bits más que el número de bits de la nueva portadora para permitir el intercambio de un bit dando como resultado la reducción del PSD medio.

Una ventaja es que el número de bits asignados no se reduce mediante ésta medida del intercambio.

c)

Aún más, es posible reducir al menos una portadora (no la nueva portadora) en un bit sin añadir un bit a la nueva portadora, para llevar de este modo el PSD medio dentro el valor permitido.

d)

Se utiliza preferiblemente un intercambio para encontrar la "mejor" portadora para la reducción de un bit en las variantes b o c (se explicará con mayor detalle abajo).

e)

El número de bits de la nueva portadora se reduce paso a paso, si es necesario hasta cero. Mediante esta medida, debe ser posible reducir el PSD medio dentro de la ventana hasta el valor permitido.

Las posibilidades de arriba, según la presente opinión, se ejecutan preferiblemente en el siguiente orden: a), b), c), d), e). Tan pronto como se alcance un valor permisible del PSD medio, pero preferiblemente no antes de intentar a2, el proceso se termina preferiblemente para ejecutar el método lo más rápidamente posible, obteniéndose, sin embargo, un "buen resultado", que es un resultado que no se aleja demasiado del resultado óptimo que se podría obtener mediante un método de asignación de bits más complicado y que probablemente consumiese más tiempo.

Para conseguir esto, se debe verificar qué portadora en la ventana se puede reducir respecto al número de bits y/o respecto a la potencia de la portadora. Si se ha efectuado la reducción justa en potencia y/o número de bits de forma apropiada, el aumento de potencia de portadora y/o bit de la última portadora en la ventana se ha compensado, y el PSD en la ventana no excede el nivel permisible.

En una variante preferida de la invención, se proporciona un paso del método (y medios en un aparato según la invención) para averiguar cuál de las portadoras diferentes de la nueva portadora es la mejor para reducir la potencia y/o número de bits. Se define un criterio para seleccionar el mejor tono para reducir. Este criterio es un intercambio entre la reducción de PSD disponible y un número de posiciones de ventana siguientes que se beneficiarían de esta reducción de PSD, es decir, Max(A(J_{1}), A(J_{2})), como se explica mediante la Fig. 2. Por ejemplo si la portadora que se debe modificar en potencia o número de bits además de la nueva portadora está cerca del límite izquierdo de la ventana, o en un caso extremo es la segunda portadora de la ventana, entonces la reducción de potencia de esta portadora sólo puede afectar a la siguiente portadora que entra dentro de la ventana en el siguiente desplazamiento de la ventana. Esto es porque no se puede posicionar ninguna portadora además de la mencionada siguiente portadora en la misma ventana junto con la mencionada segunda portadora. Si la portadora que se debe modificar está relativamente cerca de la nueva portadora, la reducción en potencia de esta portadora puede tener influencia sobre un gran número de otras portadoras. Aún más, si se encontró una portadora para reducir su potencia, en la cual se puede efectuar una gran reducción, mediante esta portadora se pueden afectar un número mayor de otras portadoras que aún no están en la ventana en comparación con un caso en el que la reducción de potencia sea tan pequeña que sólo una portadora más se pueda beneficiar de esta reducción. Beneficio en este contexto significa que una reducción de potencia de una portadora en la ventana actual permite el aumento de potencia de otra portadora que aún no está en la ventana.

Si, por ejemplo, en la posición de la ventana inmediatamente antes de la posición actual la portadora del extremo izquierdo (menor frecuencia) de la ventana tiene una potencia baja, entonces en la posición actual (en la cual esa portadora ya no está en la ventana) el PSD medio se puede aumentar en comparación con la ventana anterior, y puede ser notoriamente mayor de lo permitido. Cuando ahora se calcula el número de bis para la nueva portadora en la ventana actual sobre la base del SNR conocido, y la potencia de esa portadora se reduce para tener una buena correspondencia entre el número de bits y el SNR, la potencia podría, sin embargo, ser tan alta como para que el PSD medio se exceda.

Se debe entender que el término ventana móvil describe el hecho de que según la invención durante la inicialización del módem según se describió arriba, sólo se tienen en cuenta aquellas frecuencias durante la asignación de bits cuyas frecuencias de portadora están dentro de la ventana en la posición real de la ventana. Después de que se ha llevado a cabo dicha medida de los SNRs y se ha realizado el cálculo de la asignación de bits para la posición de ventana recién mencionada, la ventana se "desplaza" o "mueve" hasta que al menos una portadora "nueva" que estaba en la posición de la ventana inmediatamente anterior a la nueva posición fuera de la ventana, ha entrado dentro de la ventana y un número de portadoras respectivo en el otro lado de la ventana ha abandonado la ventana. Preferiblemente, entra en la ventana exactamente una portadora en la nueva posición, y entonces se efectúa la siguiente medida del SNR y se lleva a cabo la siguiente asignación de bits, y se sigue así.

Los inventores piensan que la mejor manera de "mover" la ventana es continuamente en una dirección (para evitar iteraciones) y además que la mejor dirección es de menores frecuencias de portadora a mayores frecuencias de portadora. Se piensa que la razón del mejor funcionamiento se basa en el hecho de que durante la asignación de bits el ruido cambia en comparación con el ruido que se tiene en cuenta en la medida del SNR antes la asignación de bits, y que la influencia negativa en el funcionamiento del sistema de dicho cambio de ruido es menor si la ventana se desplaza de menores a mayores frecuencias.

En el inicio mismo de los cálculos, es preferible comenzar con una posición de ventana en la que se posicione sólo una portadora (en cualquier caso muchas menos portadoras que el número máximo posible) en la ventana para evitar una optimización que incluya muchas (23) portadoras. En cuanto a la dirección preferible de movimiento de menores a mayores frecuencias de portadora, la primera portadora sería la portadora que tiene la menor frecuencia. Así, el primer cálculo se puede realizar sólo con una portadora (o unas pocas portadoras). Desde esta primera posición, la ventana se mueve hasta (según la variante preferida) que la segunda portadora está en la ventana, se realiza el cálculo de la asignación de bits, y en un paso siguiente entra la tercera portadora en la ventana, y se sigue así. Si en un sistema como el descrito en la descripción de las realizaciones preferidas, esto es, con el ancho de ventana de aproximadamente 100 kHz (que corresponde a 23 portadoras), la 23ª portadora ha entrado en la ventana, el período de inicio antes mencionado ha terminado. Como muy tarde ahora, la ventana tiene su ancho de 100 kHz. En el siguiente movimiento de la ventana, la primera portadora abandona la ventana y la 24ª portadora entra en la ventana.

Durante el período de inicio, en contraste con la explicación dada antes, la ventana se puede considerar y se realizan variaciones y realizaciones de la invención que tienen anchura variable. Para aceptar una portadora en la ventana, la ventana en un ejemplo tiene una anchura de aproximadamente 4,3125 kHz, y para cada portadora adicional que entra en la ventana su anchura se incrementa en 4,3125kHz. Esto se realiza preferiblemente de forma que durante el periodo de inicio el límite izquierdo (menor frecuencia) de la dirección preferida de "movimiento" de la ventana no se mueve sino que se mantiene bajo la frecuencia de la portadora más baja, y de forma que sólo se mueve el límite derecho (mayor frecuencia) de la ventana. Después de que la ventana haya alcanzado su anchura completa (100 kHz) los dos límites se mueven conjuntamente, y por tanto se mueve toda la ventana.

En lo que sigue se describe cómo se puede aplicar la invención a otros sistemas multi-portadora además de los sistemas VDSL, especialmente para ADSL. Como ya se ha explicado, el ADSL permite una optimización para todo el ancho de banda y por tanto no es necesario utilizar una ventana que es menor que todo el ancho de banda del sistema ADSL. Por tanto, en un primer ejemplo de una aplicación de la idea de la invención para ADSL, la invención proporciona la siguiente medida específica: el ancho de la ventana se define como el ancho de banda del ADSL (especialmente 1,104 MHz) en el máximo. El proceso de la invención o método comienza con una (o unas pocas) portadora/portadoras dentro de la ventana y con cada movimiento de la ventana entra en la ventana una portadora (o unas pocas portadoras) más. La ventana, como se explicó arriba, puede tener su anchura completa desde el comienzo de la asignación de bits, o, como también se explicó arriba, aumentar su anchura moviendo sólo el límite de frecuencia superior. En el último caso, en el momento en que la última portadora (la 256ª portadora) ha entrado en la ventana, la ventana ha alcanzado su ancho completo. La ventana ya no se mueve más, ya que no se tienen que meter más portadoras en de la ventana. Por tanto, esta aplicación de la idea de la invención a un sistema ADSL corresponde en gran medida al período de inicio del método de la asignación de bits para un sistema VDSL mencionado arriba.

Aunque para un sistema ADSL no es necesario tener un ancho de ventana menor que el ancho de banda ADSL total, es posible y puede ser útil tener una anchura máxima de ventana que sea menor que el ancho de banda ADSL total. En este caso, se utiliza una ventana móvil de una manera muy similar a la asignación de bits descrita arriba para un sistema VDSL. Posiblemente, el resultado de los cálculos de la asignación de bits, si se utiliza una ventana relativamente tan pequeña, no es óptimo y posiblemente el resultado mejora cuanto mayor es el ancho de la ventana. Sin embargo puede ser ventajoso tener una posibilidad de usar hardware y software diseñados en principio para VDSL o sistemas multi-portadora similares para ADSL.

La aplicación de la idea de la invención para ADSL tiene la ventaja de que el tiempo de cálculo para la asignación de bits, especialmente si se evitan iteraciones, se conoce de antemano.

Ventajas de la invención en sus realizaciones y variantes preferidas son las siguientes:

El algoritmo converge a pesar del alto número de tonos con un tiempo de proceso conocido de antemano.

El precio por un algoritmo de asignación de bits estable es una pérdida de capacidad despreciable

Otras características y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción de las variantes y realizaciones preferidas de la invención en relación con los dibujos que muestran características esenciales para la invención, y en relación con las reivindicaciones. Las características individuales se pueden realizar individualmente o en cualquier combinación en una realización de la invención.

La Fig. 1 muestra un diagrama de bloques de un módem que incorpora un dispositivo según la invención llevando a cabo un ejemplo del método de la invención.

La Fig. 2 es un diagrama explicando el principio por el cual funciona el intercambio.

En la Fig. 1 un módem 1 tiene una parte receptora (R) 2 y una parte emisora (T) 3. Sólo se muestran unos pocos elementos de los módems habituales. Se dispone una línea de transmisión (TL) 5 para establecer una conexión con otro módem (no mostrado) de la conexión VDSL punto a punto. En la parte receptora 2 el terminal de entrada de un convertidor de analógico a digital (ADC) 7 se conecta a la línea de transmisión 5. La salida del ADC 7 se conecta a un dispositivo demodulador (DEM) 9. Otros elementos habituales de la parte receptora no se muestran, pero los elementos de la parte receptora 2 en la Fig. 1 son aquellos necesarios para llevar a cabo el método de la invención.

Estos otros elementos son una unidad de control (CTRL) 11, un medio medidor de SNR (SNR) 13 que recibe la señal de salida del DEM 9 a través de la conexión con la línea 14, una memoria (MEM) 15 y un dispositivo de cálculo (CALC) 17. El elemento de control 11 controla la función de las últimas unidades mencionadas 13, 15, 17. Si es necesario, el elemento de control 11 junto con su dispositivo de cálculo asociado 17 puede, en realizaciones de la invención, controlar también el funcionamiento de otros elementos de la parte receptora 2 y, si se desea, de la parte emisora 3. Los SNRs se miden para todas las portadoras por el medio medidor de SNR 13 y se almacenan primero en la memoria 15 y luego se calcula la asignación de bits en el procesador que forman las unidades 11, 15, 17. El control 11 hace que el medio de cálculo 17 en conjunto con el medio de memoria 15 calculen valores de carga de bits para las portadoras individuales dentro de la ventana.

El cálculo incluyendo la optimización se realiza como se describe arriba, en concreto en este ejemplo:

1 bit más de los posibles a la vista del SNR se asigna (provisionalmente) a la nueva portadora;

en caso de que se supere la potencia/PSD medio, se intenta intercambiar 1 bit a la nueva portadora desde otra portadora dentro de la ventana;

en caso de que aún se supere la potencia/PSD medio, se intenta (en lugar del intercambio) reducir otra portadora en la ventana en un bit y la potencia correspondiente;

para las dos últimas medidas mencionadas se busca una portadora según el intercambio descrito abajo en referencia a la Fig. 2;

en caso de que aún se supere la potencia/PSD medio, la nueva portadora se reduce paso a paso en 1 bit, hasta que la potencia/PSD medio permitidos no se excedan.

Tan pronto como en el procedimiento del párrafo de arriba no se excedan la potencia/PSD medio, se termina el cálculo de la asignación de bits para la portadora actual.

El resultado (potencia y número de bits) de este cálculo se almacena en la memoria 15 en una tabla. Después del final el proceso de asignación de bits para todas las portadoras, el resultado se comunica al otro módem mediante información dada desde el control a la parte emisora 3 del módem 1 en la Fig. 1, cuyo hecho se muestra en el dibujo mediante una línea discontinua 19. Las 2 tablas la asignación de bits (de los dos módems) se intercambian para ser aplicadas por el otro módem, respectivamente, para la carga de bits durante la operación de la conexión punto a punto.

El hecho de que también el segundo módem lleve a cabo una asignación de bits y envíe una información correspondiente al módem mostrado en la Fig. 1 no se muestra en el dibujo. En la parte emisora 3 de la Fig. 1 esta información de la configuración del otro módem se utiliza para configurar T (SET T) 21 para ajustar la carga de bits para aquella información que se envía por la parte emisora T del módem 1. En la parte emisora 3 sólo se muestran unas pocas unidades necesarias para el envío, a saber, un dispositivo modulador (MOD) 24 y un convertidor de analógico a digital (DAC) 26, cuyo terminal de salida se conecta a la línea de transmisión 5.

En la Fig. 2, una portadora J1 que se encuentra lejos de la nueva portadora (que está en la posición "k" en el límite superior de frecuencia de la ventana) es capaz, cuando se reduce su potencia, de proporcionar una reducción relativamente grande PSD_{av}J1 en el PSD medio, pero sólo puede tener influencia sobre unas pocas portadoras más allá de la nueva portadora (que está en la posición "k"), es decir, en posiciones posteriores de la ventana. Una portadora J2 está más cerca de la nueva portadora y puede tener influencia sobre más portadoras más allá de la nueva portadora. Aunque en la Fig. 2 la portadora J2 puede proporcionar, cuando se reduce su potencia, menos reducción (PSD_{av}J2) en el PSD medio en comparación con J1, su posible influencia o beneficio, expresada mediante el área
A(J2) = PSDavJ2 * 100 kHz es mayor que el de (A(J1)) de la portadora J1. Esto significa que Max(A(J_{1}), A(J_{2})) =
A(J2). Por tanto, se elige la portadora J2 para reducir su potencia. El límite izquierdo de cada área A(J1), A(J2) es la posición de la nueva portadora. El límite derecho de cada área es el extremo derecho de un rango de frecuencia según el ancho de banda, estando el extremo izquierdo de dicho rango en la posición de aquella portadora (J1 o J2) que se encuentra bajo examen con respecto a su influencia en las portadoras de mayor frecuencia que la nueva portadora. La afirmación que relaciona el extremo derecho de cada área es verdad mientras que el número de futuras portadoras cubra como mínimo un rango de 100 kHz..

Esto relajará los requerimientos para las siguientes posiciones de ventana. Una asignación de bits óptima requiere adaptar el PSD.

Debido a que el sonido en las portadoras bajas depende fuertemente del PSD (efectos ISI/ICI), sintonizar el PSD modificará el ruido. Por tanto, para evitar procesos iterativos (una sucesión de medidas de SNR, asignación de bits, medida de SNR, asignación de bits,...) es conveniente prevenir la actualización del PSD (= cambio en el PSD) en la parte baja del espectro. De esto resulta una pequeña pérdida de capacidad debido a una asignación de bits no óptima en la parte baja el espectro. Esto se considera tolerable en vista del método de cálculo relativamente simple.

Para aquellas portadoras que hayan abandonado la ventana por su lado trasero (=izquierdo), ya no se cambia la asignación de bits o potencia con el actual procedimiento de asignación de bits para todo el rango de frecuencias. Sin embargo la invención incluye métodos y dispositivos, los cuales (por ejemplo, para tener en cuenta cambios en el ruido en una conexión punto a punto ya en operación) llevan a cabo una actualización de la asignación de bits utilizando el mismo procedimiento de la invención y algoritmo descritos arriba, empezando preferentemente, sin embargo, por aquellos valores de números de bits y potencia de las portadoras que ya han sido calculados.

En vez de los estándares y reglas utilizadas arriba, se pueden elegir otras regulaciones y reglas para usar como estándar para un sistema en el cual se lleve a cabo la invención.

Claims (10)

1. Un método para realizar el cálculo de la asignación de bits en un sistema de comunicación multi-portadora, utilizando una pluralidad de portadoras simultáneas diferentes, a las que también se hará referencia como tonos, incluyendo el método la medida de las relaciones señal a ruido, a las que también se hará referencia como SNRs, para las portadoras y la determinación en función del SNR de un cierto número de bits a cargar, a lo que también se hará referencia como asignar, en la portadora respectiva,

caracterizado porque el método incluye los pasos de:

a)

proporcionar una ventana que tenga un ancho de frecuencia capaz de contener hasta un número predeterminado de portadoras,

b)

cuando el ancho de frecuencia de dicha ventana no contenga el número predeterminado de portadoras, aumentar el ancho de frecuencia de dicha ventana de forma que como mínimo se incluya una portadora adicional en dicha ventana;

cuando el ancho de frecuencia de dicha ventana contenga el número predeterminado de portadoras y haya al menos una portadora más para posicionar en dicha ventana como una nueva portadora para la carga de bits, dicha ventana mantiene el ancho de frecuencia y se desplaza a una nueva posición de forma que al entrar una nueva portadora dentro de dicha ventana por uno de sus límites de frecuencia, una portadora ya dentro de dicha ventana en su otro límite de frecuencia abandona dicha ventana;

c)

para cada ancho o nueva posición de dicha ventana determinar la asignación de bits para, como mínimo, la última portadora respectiva;

d)

en el caso de que no se respete un cierto umbral predeterminado para la densidad espectral de potencia media, a la que también se hará referencia como TPSD, de las portadoras dentro de dicha ventana para la posición actual de dicha ventana, y por tanto se exceda, seleccionar al menos una portadora dentro de dicha ventana para reducir su densidad espectral de potencia, a la que también se hará referencia como PSD, a costa de, al menos, un bit.

2. Un método según la reivindicación 1, caracterizado porque para al menos una portadora seleccionada diferente de la, al menos, una portadora el número de bits se reduce en uno, acompañado por una reducción correspondiente de potencia de dicha portadora seleccionada.

3. Un método según la reivindicación 1, en el que la selección de la, al menos, una portadora se establece según un intercambio entre la reducción disponible de la densidad espectral de potencia para esta portadora y un número de posiciones siguientes de ventana que se beneficiarían de una reducción de la densidad espectral de potencia de esta portadora, en comparación con la reducción disponible de la densidad espectral de potencia para otras portadoras y un número de posiciones siguientes de ventana que se beneficiarían de una reducción de la densidad espectral de potencia de dichas otras portadoras.

4. Un método según la reivindicación 1, caracterizado porque un bit se desplaza a la nueva portadora desde otra portadora dentro de dicha ventana para disminuir el PSD medio, siendo seleccionada dicha otra portadora de forma que la potencia que se quita de la otra portadora para un bit quitado es mayor que la potencia que se añade a la nueva portadora para un bit.

5. Un método según la reivindicación 1, caracterizado porque el paso en el que se mueve dicha ventana incluye el movimiento en una dirección de tonos de menor frecuencia a tonos de mayor frecuencia.

6. Un método según la reivindicación 1, caracterizado porque el ancho de frecuencia de dicha ventana corresponde al rango de frecuencia de todas las portadoras, y porque durante una pluralidad de dichos incrementos o dichos desplazamientos del paso 1.b) el ancho de frecuencia es menor que el número de todas las portadoras.

7. Un método según la reivindicación 1, caracterizado porque el ancho de frecuencia de dicha ventana es menor que el rango de frecuencia de todas las portadoras.

8. Un método según la reivindicación 2, caracterizado por que incluye los siguientes pasos:

se establece la selección de al menos una portadora según un intercambio entre la reducción disponible de la densidad de potencia espectral para esta portadora y un número de posiciones siguientes de ventana que se beneficiarían de una reducción de la densidad espectral de potencia de esta portadora, en comparación con la reducción disponible de la densidad espectral de potencia para otras portadoras y un número de posiciones siguientes de ventana que se beneficiarían de una reducción de la densidad espectral de potencia de dichas otras portadoras;

se mueve un bit a la nueva portadora desde otra portadora dentro de esa ventana para disminuir el PSD medio, siendo seleccionada dicha otra portadora de forma que la potencia quitada de dicha portadora para un bit quitado es mayor que la potencia que se añade a la nueva portadora para un bit;

el paso de desplazar dicha ventana a una nueva posición incluye el movimiento en una dirección desde tonos de menor frecuencia hacia tonos de mayor frecuencia.

9. Un módem (1) habilitado para proporcionar el cálculo de la carga de bits, caracterizado porque incluye medios que están adaptados para ejecutar los pasos de la reivindicación 1.

10. Un módem (1) según la reivindicación 9 caracterizado porque incluye medios que están adaptados para ejecutar los siguientes pasos del método:

para al menos una portadora seleccionada diferente de la, al menos, una portadora el número de bits se reduce en uno, acompañado por una reducción correspondiente de potencia de dicha portadora;

se establece la selección de al menos una portadora según un intercambio entre la reducción disponible de la densidad espectral de potencia para esta portadora y un número de posiciones siguientes de ventana que se beneficiarían de una reducción de la densidad espectral de potencia de dicha portadora, en comparación con la reducción disponible de la densidad espectral de potencia para otras portadoras y un número de posiciones siguientes de ventana que se beneficiarían de una reducción de la densidad espectral de potencia de dichas otras portadoras;

se mueve un bit a la nueva portadora desde otra portadora dentro de dicha ventana para disminuir el PSD medio, siendo dicha otra portadora seleccionada de forma que la potencia que se quita de la otra portadora para un bit quitado es mayor que la potencia que se añade a la nueva portadora para un bit;

el paso de desplazar dicha ventana a una nueva posición incluye el movimiento en una dirección desde tonos de menor frecuencia hacia tonos de mayor frecuencia.