一种增强线路稳定性的方法、装置及系统.pdf

一种增强线路稳定性的方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种增强线路稳定性的方法、装置及系统。
背景技术
数字用户线(Digital Subscriber Line，DSL)技术是一种通过无屏蔽双绞线(Unshielded Twist Pair，UTP)进行数据传输的高速传输技术。
DSL技术标准规定：使用BIT表项和GAIN表项来表明每个子载波所能承载的比特数和发射功率。BIT表项请参考表1所示：
表1

 子载波1 TONE 1 子载波2 TONE 2 子载波3 TONE 3 子载波4 TONE 4…  TONENSC-1  子载波数量 b1 b2 b3 b4…  b NSC-1
表1中，b1、b2、b3、b4分别表示子载波1、子载波2、子载波3、子载波4所能承载的比特数，规定所能承载的比特数不能超过15。各子载波所能承载的比特数的大小决定了该自频段子载波的线路速率，因此，发送端调整BIT表项中b1、b2、b3或b4大小，即可改变对应子载波的线路速率。
GAIN表项请参考表2所示：
表2
 子载波1 TONE 1 子载波2 TONE 2 子载波3 TONE 3 子载波4 TONE 4…  TONENSC-1 g1 g2 g3 g4…  g NSC-1
表2中，g1、g2、g3、g4分别表示子载波1、子载波2、子载波3、子载波4的数据发送功率。各子载波的数据发送功率决定了该子载波所能承载的数据量，因此，发送端调整g1、g2、g3或g4的大小，即可改变对应子载波所能承载的数据量。
在现有的DSL系统中，无屏蔽双绞线线路上噪声条件的快速变化会对发送端和/或接收端产生影响，降低通信质量。具体为：如果在某个发送端启动后，无屏蔽双绞线线路上噪声条件恶化，此时，原有的比特负载和功率分配已经不再适用于新的噪声环境。通常需要将该发送端重新启动，进行初始化，但是，这会中断服务对用户产生影响。
现有技术中主要有两种解决方案。一种方案是在线重配置方案。在展示时间(showtime)阶段，接收端可以实时测量得到信噪比信息，信噪比受当前的噪声条件的影响。接收端根据信噪比的改变情况，对比特负载和功率分配进行改变。在ADSL，VDSL标准中已经定义两种具体的技术：比特交换，即改变比特负载而不改变数据速率；无缝速率适配(SRA)，既改变比特负载也改变数据速率。比特交换与无缝速率适配统称为在线重配置。
另一种方案是使用先验确定的信噪比容限(SNR Margin)。该方案在初始化时，采用由接收端以外的设备确定的目标信噪比容限的水平，并进行线路激活。理想情况下，如果选择的目标信噪比容限是最差情况(worst case)下的噪声水平减去当前较好情况下的噪声水平。这样即便噪声条件改变至worstcase情况下，目标信噪比容限也可以保证无屏蔽双绞线线路上比特承载所需要的信噪比，不会产生重新初始化的情况。
发明人在研究过程中，发现上述两种解决方案至少存在以下缺点：对于在线重配置方案，该方案只能对缓慢变化的噪声有效。如果噪声快速改变，由于该方案是在showtime阶段进行的，因此，则该方案无法及时进行比特负载的适配，同样会引起重新初始化。
对于先验确定的信噪比容限，该方案的缺点主要是会造成激活速率或发送功率的大量损失。该方案中，目标信噪比容限是一个全局唯一的量。因此，目标信噪比容限的选择不得不考虑worst case时的最差子载波的噪声功率水平。这样对于其他相对噪声功率水平低的子载波而言，较高的目标信噪比容限就造成了浪费，即本来可以用更小的功耗来达到同样的速率，或是用同样的功耗来达到更高的速率。在噪声功率谱的频率选择性很强的情况下，功率浪费可能会非常严重。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种增强线路稳定性的方法、装置及系统，以保证在节约资源的条件下，切实解决噪声条件快速变化降低通信质量的问题。
一种增强线路稳定性的方法，所述方法包括：
初始化时，计算最差情况下静默噪声的功率谱密度与获得的当前静默噪声的功率谱密度的差值；
初始化时，根据与接收端交互的功率谱密度以及所述差值，计算训练信号的发送功率谱密度；
展示时间阶段，根据所述差值调整当前第i子载波的发送信号，i为自然数。
一种增强线路稳定性的方法，所述方法包括：
初始化时，接收发送端发送的训练信号，所述训练信号的发送功率谱密度是由所述发送端计算得到的；
初始化时，根据所述训练信号对信道进行测量，并计算比特表项以及增益表项；
初始化时，向所述发送端反馈所述比特表项以及增益表项。
一种发送端，所述发送端包括：
第一计算单元，用于在初始化时，计算最差情况下静默噪声的功率谱密度与获得的当前静默噪声的功率谱密度的差值；
第二计算单元，用于在初始化时，根据与接收端交互的功率谱密度以及所述第一计算单元计算的所述差值，计算训练信号的发送功率谱密度；
调整单元，用于在展示时间阶段，根据所述第一计算单元计算的所述差值调整当前第i子载波的发送信号，i为自然数。
一种接收端，所述接收端包括：
第二接收单元，用于在初始化时，接收发送端发送的训练信号，所述训练信号的发送功率谱密度是由所述发送端计算得到的；
测量计算单元，用于在初始化时，根据所述第二接收单元接收的所述训练信号对信道进行测量，并计算比特表项以及增益表项；
反馈单元，用于在初始化时，根据所述测量计算单元计算的所述比特表项以及增益表项，向所述发送端反馈所述比特表项以及增益表项。
一种增强线路稳定性的系统，所述系统包括：
发送端，用于在初始化时，最差情况下静默噪声的功率谱密度与获得的当前静默噪声的功率谱密度的差值；根据与接收端交互的功率谱密度以及所述差值，计算训练信号的发送功率谱密度；在展示时间阶段，根据所述差值调整当前第i子载波的发送信号，i为自然数；
接收端，用于在初始化时，接收发送端发送的训练信号，所述训练信号的发送功率谱密度是由所述发送端计算得到的；根据所述训练信号对信道进行测量，并计算比特表项以及增益表项；向所述发送端反馈所述比特表项以及增益表项。
可以看出，发送端在初始化时向接收端发送训练信号时，已经减小了发送功率谱密度，而接收端仍然认为发送端使用了交互出的第一PSD发送训练信号。接收端根据交互出的第一PSD与接收到的减小了的发送功率谱密度，误认为无屏蔽双绞线线路上的状态为worst case时的情况。初始化阶段结束后，在展示时间阶段，发送端将当前发送PSD逐渐进行调整。因此，在展示时间阶段，若无屏蔽双绞线线路的噪声快速变化，发送端可以通过对当前发送功率谱密度逐渐调整，抵御该快速变化。从而，无需重新启动发送端，就可以保证通信质量，增强了线路稳定性，并且，由于本发明实施例各个子载波进行，不用对各子载波设置统一的目标信噪比容限，因此，不会产生任何功率的浪费和速率的损失，有效节约了资源。
附图说明
图1为本发明方法实施例流程图；
图2为本发明方法具体实施例流程图；
图3为本发明实施例发送端结构图；
图4为本发明实施例接收端结构图。
具体实施方式
为使本发明的上述特征、优点更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
请参考图1，为本发明方法实施例流程图，包括：
步骤101：初始化时，计算最差情况下静默噪声的功率谱密度与获得的当前静默噪声的功率谱密度的差值；
步骤102：初始化时，根据与接收端交互的功率谱密度以及差值，计算训练信号的发送功率谱密度；
步骤103：展示时间阶段，根据差值调整第i子载波的当前发送信号，i为自然数。
下面结合具体实施例对步骤101至步骤103进行详细说明。
请参考图2，本发明具体实施例可以包括以下步骤：
步骤201：初始化时，发送端与接收端进行信息交互，交互出第一发送功率谱密度PSD，记为PSD_ref；
步骤202：初始化时，发送端测量当前的静默噪声QLN；
本领域普通技术人员知道，步骤202执行的方法可以包括：初始化过程的内部测量、仪器测量、统计测量、人为测量或者双端测试delt测量等等。
步骤203：初始化时，发送端计算测量得到的QLN与最差情况(worst case)下的QLN之间的差值；
步骤203中，发送端利用公式(1)进行计算：
noise_offset＝QLN_{RX_worst}-QLN_{RX_real}    (1)
公式(1)中，QLN_{RX_worst}表示worst case情况下接收端的静默噪声，QLN_{RX_real}表示初始化时接收端获取的静默噪声。接收端获取静默噪声的方法可以包括：算法模型、统计测量或者人为设置等等。
在本发明中，通过QLN_{RX_worst}与QLN_{RX_real}的功率谱密度计算noise_offset。
步骤204：初始化时，发送端计算交互出的PSD_ref与noise_offset的差值；
步骤204中，发送端利用公式(2)进行计算：
PSD_{TX_real}＝PSD_ref-noise_offset    (2)
公式(2)中，PSD_{TX_real}是发送端在初始化时将向接收端发送的功率谱密度。需要指出的是，发送端执行步骤204的目的是为了影响接收端的测量结果，使接收端误认为当前信道状态为最差状态。
步骤205：初始化时，发送端使用PSD_{TX_real}向接收端发送训练信号；
步骤206：初始化时，接收端根据发送端的PSD_{TX_real}对信道进行测量；
步骤206中，接收端认为发送端会使用在步骤201中交互的PSD_ref，并且接收端并不知道PSD_{TX_real}已经不是在步骤201中交互的PSD_ref，因此，接收端会以步骤201中交互的PSD_ref为基准，根据PSD_{TX_real}对信道进行测量，这里，信道具体为无屏蔽双绞线线路。
由于PSD_{TX_real}相对PSD_ref已经减少noise_offset，所以，接收端测量出的信道状态将会比实际情况差。具体请参见公式(3)-(5)的推导过程：
|H_measure|²
＝PSD_RX-PSD_ref
＝PSD_{TX_real}+|H_real|²-PSD_ref
＝PSD_ref-noise_offset+|H_real|²-PSD_ref
＝|H_real|²-noise_offset    (3)
公式(3)中，|H_measure|²表示接收端测量出的功率信道，PSD_RX表示接收端接收到的训练信号的功率谱密度，|H_real|²表示实际的功率信道。
接收端进行时域均衡FEQ处理：
Signal_FEQ
＝Signal_RX/H_measure
＝Signal_TX+error_RX/H_measure    (4)
公式(4)中，Signal_FEQ表示进行FEQ后的信号，Signal_RX表示接收信号，H_measure表示测量出的信道，Signal_TX表示发送信号，error_RX表示误差。
接收端计算归一化噪信比：
NSR_measure
＝|error_RX/H_measure|²
＝QLN_{RX_real}-|H_measure|²
＝QLN_{RX_real}-|H_real|²+noise_offset
＝QLN_{RX_worst}-|H_real|²
＝NSR_worst
                                (5)
公式(5)中，NSR_measure表示测量出的规一化噪信比。
从公式(5)可以看出，接收端根据PSD_{TX_real}计算出的归一化噪信比与信道在最差情况下是相同的。
步骤207：初始化时，接收端根据对信道的测量结果计算得到BIT表项和GAIN表项；
计算BIT表项和GAIN表项为已有技术。需要指出的是，由于接收端计算出的PSD_{TX_real}与信道在最差情况下相同，所以，根据PSD_{TX_real}计算得到的BIT表项和GAIN表项与信道在最差情况下也相同。
步骤208：初始化时，接收端向发送端反馈计算出的BIT表项和GAIN表项；
步骤209：在showtime阶段，发送端根据接收端反馈的BIT表项和GAIN表项调整当前发送信号，并将当前发送信号逐渐调整noise_offset。
步骤209中，通过公式(6)计算第i个子载波的当前发送信号：
Zi=PSDTX_realPSDMAX*gi*tssi*χ(bi)*(Xi+jYi)---(6)]]>
公式(6)中，Z_i表示当前发送信号，PSD_MAX表示DSL标准规定的最高MASK，g_i表示g表，tss_i表示发送功率谱整形，χ(b_i)表示星座图规一化因子，星座图规一化因子是由比特表项计算得到的，X_i表示星座点坐标x轴分量，Y_i表示星座点坐标y轴分量。
通过公式(7)将当前第i个子载波的发送信号逐渐调整noise_offset：
Zi=PSDTX_real+noise_offsetPSDMAX*gi*tssi*χ(bi)*(Xi+jYi)]]>
=PSDTX_refPSDMAX*gi*tssi*χ(bi)*(Xi+jYi)---(7)]]>
公式(7)中，将PSDTX_real调整到PSDTX_ref采用逐渐调整的方式，可以采取单次调整，也可以采取多次调整。调整的步长取决于FEQ的自适应跟踪算法能力并且，步长可以是等步长，也可以是变步长。
需要指出的是，公式(6)仅为本发明实施例的较佳实现方案，其它各种发送端调整当前发送PSD的公式均可适用本发明实施例，只是同样需要将当前发送信号逐渐调整noise_offset。
可以看出，由于本发明方法具体实施例中，发送端在初始化时向接收端发送训练信号时，已经将发送PSD减小了noise_offset，而接收端仍然认为发送端使用了交互出的第一PSD发送训练信号。接收端根据交互出的第一PSD与接收到的减小了noise_offset的发送PSD，误认为无屏蔽双绞线线路上的状态为worst case时的情况。初始化阶段结束后，在showtime阶段，发送端将当前发送信号逐渐调整noise_offset。因此，在showtime阶段，若无屏蔽双绞线线路的噪声快速变化，发送端可以通过逐渐调整noise_offset抵御该快速变化。从而，无需重新启动发送端，就可以保证通信质量，增强了线路稳定性，并且，由于本发明实施例针对各个子载波进行，不用对各子载波设置统一的目标信噪比容限，因此，不会产生任何功率的浪费和速率的损失，有效节约了资源。
请参考图3，为本发明实施例提供的发送端结构图，可以包括：
第一计算单元301，用于在初始化时，计算最差情况下静默噪声的功率谱密度与获得的当前静默噪声的功率谱密度的差值；
第二计算单元302，用于在初始化时，根据与接收端交互的功率谱密度以及所述第一计算单元计算的所述差值，计算训练信号的发送功率谱密度；
调整单元303，用于在展示时间阶段，根据所述第一计算单元计算的所述差值调整当前第i子载波的发送信号，i为自然数。
结合方法具体实施例，图3所示发送端还可以包括：
第一接收单元304，用于在初始化时，接收所述接收端反馈的比特表项和增益表项。
调整单元可以包括：
第三计算单元303-1，用于根据所述第一接收单元接收的所述比特表项和增益表项，计算所述第i子载波的当前发送信号；
所述调整单元303用于根据所述第一计算单元计算的所述差值调整所述第三计算单元计算的所述第i子载波的当前发送信号。
请参考图4，为本发明实施例提供的接收端结构图，可以包括：
第二接收单元401，用于在初始化时，接收发送端发送的训练信号，所述训练信号的发送功率谱密度是由所述发送端计算得到的；
测量计算单元402，用于在初始化时，根据所述第二接收单元接收的所述训练信号对信道进行测量，并计算比特表项以及增益表项；
反馈单元403，用于在初始化时，根据所述测量计算单元计算的所述比特表项以及增益表项，向所述发送端反馈所述比特表项以及增益表项。
下面结合方法具体实施例对图3各单元以及图4各单元执行的步骤进行详细说明。
初始化时，第一计算单元301利用公式(1)计算获得的QLN与worst case下的QLN之间的差值，第二计算单元302利用公式(2)计算交互出的PSD_ref与noise_offset的差值，将差值记为PSD_{TX_real}。发送端使用第二计算单元302计算的PSD_{TX_real}向接收端发送训练信号。
初始化时，接收端的第二接收单元401接收来自发送端的训练信号，测量计算单元402根据PSD_{TX_real}对信道进行测量，并计算BIT表项和GAIN表项。接收端的反馈单元403根据测量计算单元402计算的BIT表项和GAIN表项，向发送端反馈BITE表项和GAIN表项。
初始化时，发送端的第一接收单元304接收接收端反馈的BIT表项和GAIN表项。
在showtime阶段，第三计算单元303-1根据公式(6)计算第i子载波的当前发送信号，调整单元303根据第一计算单元301计算的差值，调整第三计算单元303-1计算的第i子载波的当前发送信号。
调整单元303进行调整与方法具体实施例的描述相同，在此不再赘述。
可以看出，接收端根据交互出的第一PSD与接收到的减小了noise_offset的发送PSD，误认为无屏蔽双绞线线路上的状态为worst case时的情况。初始化阶段结束后，在showtime阶段，发送端将当前发送信号逐渐调整noise_offset。因此，在showtime阶段，若无屏蔽双绞线线路的噪声快速变化，发送端可以通过逐渐调整noise_offset抵御该快速变化。从而，无需重新启动发送端，就可以保证通信质量，增强了线路稳定性，并且，由于本发明实施例针对各个子载波进行，不用对各子载波设置统一的目标信噪比容限，因此，不会产生任何功率的浪费和速率的损失，有效节约了资源。
本发明实施例还提供了一种系统，可以包括：
发送端，用于在初始化时，最差情况下静默噪声的功率谱密度与获得的当前静默噪声的功率谱密度的差值；根据与接收端交互的功率谱密度以及所述差值，计算训练信号的发送功率谱密度；在展示时间阶段，根据所述差值调整当前第i子载波的发送信号，i为自然数；
接收端，用于在初始化时，接收发送端发送的训练信号，所述训练信号的发送功率谱密度是由所述发送端计算得到的；根据所述训练信号对信道进行测量，并计算比特表项以及增益表项；向所述发送端反馈所述比特表项以及增益表项。
其中，发送端与接收端执行的操作与本发明方法具体实施例相同，具体请参见方法具体实施例的描述。
最后，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上对本发明所提供的一种增强线路稳定性的方法、装置及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。