CN101180847A - 向多载波调制通信系统中的多信道链路的流分配子带的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在多载波调制通信系统中将多个子带(SB_i)分配到多信道链路的多个流(FL_j)的方法，由要传送的比特的数目M_j和噪声裕量G_j来在所述多信道链路的通信帧中连续定义每个流(FL_j)。本发明的特征在于所述方法包括以下步骤：a)在多信道链路上将每个子带(SB_i)与归一化信噪比(SNR₀)_i相关联；b)按照归一化信噪比(SNR₀)_i的特定顺序来对子带(SB_i)分类；c)通过二进制分配算法来确定每子带(SB_i)的能量E_i；d)对于按所述帧的顺序获得的每个流(FL_j)，分配按照归一化信噪比的顺序获得的连续子带(SB_i)的数目N_j，使得被分配给每个流(FL_j)的在每个子带的比特的数目n_ij的总和等于公式(I)其中比特数n_ij由下式定义：n_ij＝log₂(1+E_i·(SNR₀)_i/G_j)。本发明适合于多载波调制多信道链路。

Description

向多载波调制通信系统中的多信道链路的流分配子带的方法

技术领域

本发明涉及向多载波调制通信系统中的多信道链路的流分配子带的方法。

本发明在多载波调制多信道链路(如xDSL、PLT、或无线链路)的领域中发现一个特别有利的应用，尤其是对于选择性地增强与相对于其它流的一些流的服务质量(QoS)。

背景技术

应该想起，在多载波调制通信系统中，尤其在离散多音(DMT)多载波调制通信系统中，所用的带宽被划分为子带SB_i，其中每个子带调制独立的载波。分配给子带的比特数和发送功率取决于在衰减、固定噪声等方面施加到传送线路的约束，由此随着各个子带而不同。

另外，已知多信道链路可传输一定数目的流FL_j，其中每个流与链路的一个信道相关联。例如，被划分为7个不同信道(即，四个高比特率单向信道AS0、AS1、AS2、AS3和三个低比特率双向信道LS0、LS1、LS2)的ADSL链路适用于传送7个流。因而，必须根据与要传输的有关流相对应的服务来选取链路的传输信道。由此，在AS单向信道上传送因特网或数字电视服务的下行链路流，而在LS双向信道上传送IP语音(VoIP)或电信会议和因特网或数字电视服务的上行链路流。

因而，很清楚，在诸如ADSL传送系统的多信道链路传送系统中，假定要在流FL_j中传送的比特的数目M_j的总和不超出已为该链路配置的总比特率，则可同时提供多个服务。

在同步和多路复用之后并在向子带SB_i分发比特之前，流被组织为帧，使得要传送的每个流的比特集合在一起，并在帧中彼此连续。因而，在帧中可能遇到以下顺序：信道AS0上的因特网服务的流FL₁的M₁比特，然后是信道AS1上的数字电视服务的流FL₂的M₂比特，然后是信道LS0上的VoIP服务的流FL₃的M₃比特，然后是信道LS1上的视频会议服务的流FL₄的M₄比特，等等。

传统地，在两个阶段上影响子带SB_i之间的流FL_j的比特M_j的分发。

在第一阶段中，借助于已知的速率自适应(RA)二进制分配算法，给定用于子带的传送线路的信噪比，还给定噪声裕量Γ，则向每个子带SB_i分派可在该子带中传送的比特数n_i。此噪声裕量越高，则传送对于线路上的各个干扰源(尤其是脉冲干扰)更具有鲁棒性，并且服务质量QoS更高。

分发过程的第二阶段将帧的流的连续比特按照它们的比特数n_i的升序来分配给子带SB_i。分配比特的此方法被称为音(tone)排序方法。

由于目前使用的二进制分配算法的性质，结果：仅仅可通过完全相同的噪声裕量Γ，即，通过相同的服务质量QoS，来传送例如ADSL链路的各个流。

现在，对于一些服务，如上面通过示例的方式引用的VoIP或视频会议服务，存在比简单的因特网或数字电话链路更高的服务质量的先验的(priori)需求。

发明内容

因此，要由本发明的主题解决的技术问题是提出一种在多载波调制通信系统中将多个子带(SB_i)分配到多信道链路的多个流(FL_j)的方法，由要传送的比特的数目M_j和噪声裕量Γ_j来在所述多信道链路的通信帧中连续定义每个流，使得一些流的服务质量QoS比其他流更优先。

根据本发明，所述技术问题的解决方案是包括以下步骤的方法：

a)在多信道链路上将每个子带与归一化信噪比相关联；

b)按照归一化信噪比的特定顺序来对子带分类；

c)通过二进制分配算法来确定每子带的能量E_i；

d)对于按所述帧的顺序获得的每个流，分配按照归一化信噪比的顺序获得的连续子带的数目N_j，使得被分配给每个流的每个子带的比特的数目n_ij的总和等于M_j，其中：

$M_j=\underset{i=1}{\overset{N_j}{\mathrm{\Σ}}}{n}_{\mathrm{ij}}$

比特数n_ij由下式定义：

n_ij＝log₂(1+E₁·(SNR₀)_i/Γ_j)。

由此，本发明可以通过在二进制分配级上对噪声裕量进行操作，向被称为优先流的一些流分派更高的服务质量QoS，该思想是要将那些优先流与比关联于其他流(被称为非优先流)的噪声裕量更高的噪声裕量相关联。

注意到，将可以通过均匀地增加所有子带上的噪声裕量来增加服务质量QoS。然而，此方法会不必要地增加非优先流的服务质量QoS，并且最重要的是，会整体减少链路上的比特率。相反，本发明的方法仅仅向优先流分派高噪声裕量，与均匀增加噪声裕量相比，这在比特率方面限制了性能的损失。

为符合音排序分配过程，所述特定顺序是归一化信噪比(SNR₀)_i的升序。

本发明还制定了定义用于分配在应用了本发明的方法之后可能还未分配的子带的规则的规定。这些附加子带被称为剩余容量。

根据本发明的第一特征，如果已分配的子带的数目小于子带的总数，则通过将要由恒定噪声裕量的给定流以帧来传送的比特的数目M_k增加连续增量ΔM_k＝(M_k/∑_kM_k)·Δ，来重复步骤d)，直到已分配了所有子带为止，其中Δ是给定增量。

这里所称的给定流FL_k是上面定义的非优选流。根据此第一特征，因而，在应用本发明的方法之后的剩余容量由非优先流按照它们每一个一开始要传送的比特数M_k的比例来共享。

在此第一特征的变型中，如果已分配的子带的数目小于子带的总数，则通过从初始区间[M_inf，M_sup]连续二分来重复步骤d)，其中M_inf等于要由所有流传送的比特的总数∑_jM_j，并且M_sup等于要由具有比所述给定流的最小裕量更低的噪声裕量的给定流以帧来传送的比特的总数，在每次二分时将由恒定噪声裕量的的给定流以帧来传送的比特的数目M_k增加量ΔM_k＝(M_k/∑_kM_k)·(M_c-M_inf)，其中M_c是前一个二分区间的中点，直到已分配了所有子带为止。

根据有关子带的剩余容量的分配的第二特征，如果已分配的子带的数目小于子带的总数，则通过连续增加来将给定流的噪声裕量增加一个增量，来重复步骤d)，直到已分配了所有子带为止。

这里所称的给定流FL₁是上面定义的优先流。根据此第二特征，因而，通过将它们的噪声裕量Γ₁增加常数量ΔΓ，在优先流之间共享在应用本发明的方法之后的剩余容量。

在此第二特征的变型中，如果已分配的子带的数目小于子带的总数，则通过将给定流的噪声裕量增加从初始量连续二分而计算得到的量ΔΓ_c＝(ΔΓ_inf+ΔΓ_sup)/2，其中ΔΓ_inf＝0，并且ΔΓ_sup等于足够高的值，直到已分配了所有子带为止。

本发明还提供了一种计算机程序产品，包括程序代码指令，用于在所述程序被在计算机中执行时执行根据本发明的方法的步骤，以及用于所述计算机程序的介质。

根据本发明，多信道链路的传送器的用于子带的分发模块是值得注意的，尤其是其包括用于实现根据本发明的方法的部件。类似地，包括根据本发明的分发模块的多信道链路的传送器是值得注意的。

通过非限制性的示例的方式提供的、参照附图的以下描述清楚地解释了本发明的构成以及如何将其变为实践。

附图说明

图1是多载波调制通信系统中的ADSL多信道链路的传送器的图。

图2是要在图1的多信道链路上传送的帧的图。

图3是示出按照频率的升序来分类的子带的归一化信噪比的图。

图4是示出按照标准化信噪比的升序来分类的、图3的子带的归一化信噪比的图。

图5是示出向图4的子带分派的能量的图。

图6是示出向图5的子带分配图1的帧的流的图。

具体实施方式

图1是多载波调制通信系统中的ADSL多信道链路的传送器的图。如上面以及指出的，此链路包括7个信道，即，四个高比特率单向信道AS0到AS3和三个低比特率双向信道LS0到LS2。在图1和图2所示的所选示例中，仅仅在链路上传送4个流：信道AS0和AS1上的流FL₁和FL₂，以及信道AL0和AL1上的流FL₃和FL₄。如图2所示，这些流分别关于因特网服务(下行链路流)、VoIP服务、数字电视和因特网服务(上行链路流)和数字电视服务(下行链路流)、以及视频会议服务。

由第一单元10处理这些流，其中它们在被称为快速缓冲器和交织缓冲器的两个不同的缓冲存储器中的一个或另一个中被同步和多路复用。交织缓冲器与快速缓冲器的不同之处在于它可以校正传送误差，但是此可能性是以延迟为代价而获得的。

在同步和多路复用单元10的输出处获得实际上由两个部分构成的帧：一个部分包含来自快速缓冲器的数据，而另一部分包含来自交织缓冲器的数据。假定本发明不在数据源之间进行区分，图1和图2仅仅示出一个帧T，并且最重要的是要记住：连续地集合每个流的数据。这里，流的顺序是FL₁、FL₂、FL₃和FL₄。M1、M2、M3、M4是要通过帧T中的这些流的每一个来传送的相应比特。

利用取决于期望对相关联的服务获得的质量的噪声裕量Γ_j来传送每个流FL_j。在所给出的示例中，可使得裕量Γ₂和Γ₄比裕量Γ₁和Γ₃更高，数字电视和视频会议比因特网或IP语音连接要求更高的服务质量。

如图1所示，然后，由负责将帧的流的比特分发给多载波调制通信系统的子带的单元20来处理帧T。本发明具体地涉及将所述子带分配给涉及的各个流FL_j的方法。

根据本发明的分配方法的第一阶段将每个子带SB_i与有理化的信噪比(SNR₀)_i相关联。图3示出了子带SB_i的频谱的一个示例，其中，在纵轴上绘出了相关联的有理化信噪比(SNR₀)_i。

然后，在第二阶段中，按照有理化信噪比(SNR₀)_i的升序来对子带SB_i分类。图4示出了该分类的结果。按惯例，随此分类而变来实现通过索引i来索引子带SB_i。因而，归一化的信噪比(SNR₀)_i与索引i一起增加。

在图5所示的第三阶段中，使用相同的噪声裕量值，例如与各个流相关联的所有噪声裕量值中的最小者，将速率自适应(RA)二进制分配算法应用于图4的分发，以便确定用于每个予带SB_i的能量E_i。

最后，图6示出了如何实现将子带SB_i分配给流FL_j的第四阶段。

按照流FL_j在帧T中出现的顺序来获得流FL_j，并且按照图5的归一化信噪比的顺序来向每一个流FL_j分配连续子带的数目N_j。由必须通过帧中的流FL_j来传送的比特数M_j来确定数目N_j。更具体地，给定流所需的裕量Γ_j，被分配给流FL_j的N_j个子带的每一个中的比特数n_ij之和必须等于M_j。n_ij由下式给出：

n_ij＝log₂(1+E_i·(SNR₀)_i/Γ_j)；

并且，

$\underset{i=1}{\overset{N_i}{M_j}}=\mathrm{\Σ}{n}_{\mathrm{ij}}.$

在图6的示例中，Γ₁＝Γ₃＜Γ₂＝Γ₄。这意味着已判定依照服务质量以相同的方式首先对待因特网和数字电视服务，其次是VoIP和视频会议服务。然而，还已经判定为相对于首先的服务增加其次的服务的服务质量。

因而，对于每个子带SB_i，可以计算n_ij的两个值：一个较高，对于Γ_j＝Γ₁＝Γ₃而获得；另一个较低，对于Γ_j＝Γ₂＝Γ₄而获得。在图6中表示了这两个值。

对于流FL₁，所分配的子带的数目具有值N₁＝2且M₁＝n₁₁+n₂₁。类似地，对于流FL₂、FL₃和FL₄：

N₂＝4且M₂＝n₃₂+n₄₂+n₅₂+n₆₂；

N₃＝2且M₃＝n₇₃+n₈₃；

N₄＝4且M₄＝n₉₄+n₁₀₄+n₁₁₄+n₁₂₄。

一旦已经处理了所有流，可能发生的是，所分配的子带的数目∑_jN_j小于现有子带的总数。

在这样的情况下，可判定为将子带的剩余容量分配给特定流，例如，分配给第一分配的非优先流，即，其噪声裕量低于被称为优先流的其他流FL₂和FL₄的噪声裕量的流FL₁和FL₃。

为做到这一点，第一步骤是将非优先流FL_k的要传送的比特数目M_k增加量ΔM_k＝(M_k/∑_kM_k)·Δ，其中Δ是给定的增量。然后重复如上定义的第四分配步骤。如果在完成此操作时已分配了所有子带，则中止该处理。相反，如果仍然存在剩余的未分配子带，则采用2Δ作为增量来进行进一步的增加。继续此处理，直到已分配了所有子带。

此剩余容量分配方法的变型使用二分法。第一步骤是固定要传送的比特总数的下界M_inf和上界M_sup，对于M_inf，采用要由所有的流FL_j传送的比特的总数∑_jN_j，并且对于M_sup，采用要由具有比所述非优先流的最小裕量更小的噪声裕量的非优先流FL_k来以帧传送的比特的总数。

在第一次二分时，将要由每个非优先流传送的比特的数目增加ΔM_k＝(M_k/∑_kM_k)·(M_c-M_inf)的量，其中M_c具有值(M_inf+M_sup)/2。

重复上述方法的第四分配步骤，将M_k+ΔM_k代入用于非优先流FL_k的M_k。如果在完成此操作时，已分配了所有子带，则中止该处理。如果所分配的子带的数目仍然比子带总数低到固定整数内，则将前一当前行进点M_c作为新的下界M_inf，来重复该处理。相反，如果所分配的数目必须超过子带的总数，则该过程继续将当前行进点M_c作为新的上界M_sup。当已将所有子带分配到所述固定整数内，则中止连续二分。

另一种分配子带的剩余容量的方法首先定义优先流FL₁，其是，一开始被判定为通过向它们分派比其他的非优选流更高的噪声裕量而增加服务质量QoS的那些。注意在上面考虑的示例中优先流是流FL₂和FL₄。

根据此另一分配方法，在将每个优先流FL₁的裕量Γ₁第一次增加了相同的量ΔΓ之后，重复上述分配子带的一般步骤。当已分配了所有子带时，中止该处理。相反，如果仍然剩余要分配的子带，则通过将优先流的噪声裕量增加2ΔΓ来继续处理。继续此处理，直到已分配了所有子带。

分配剩余容量的此另一方法的变型通过连续二分而进行。为此目的，对于噪声裕量，固定要添加到优先流的噪声裕量上的下界ΔΓ_inf和上界ΔΓ_sup。我们采用ΔΓ_inf＝0，并使得ΔΓ_sup等于足够高的值，其中预先已知通过此值获得的子带数将高于可用子带的总数。第一步骤是将所有优先流的噪声裕量增加量ΔΓ_c＝(ΔΓ_inf+ΔΓ_sup)/2，然后重复子带分配步骤。如果在完成此操作时已分配了所有子带，则中止该处理。如果所分配的子带的数目仍然比子带总数低到固定整数内，则将前一当前点ΔΓ_c作为新的下界ΔΓ_inf，来重复该处理。相反，如果所分配的数目必须超过子带的总数，则该过程继续将当前行进点ΔΓ_c作为新的上界ΔΓ_sup。当已将所有子带分配到所述固定整数内，则中止连续二分。

Claims (10)

1.一种在多载波调制通信系统中将多个子带(SB_i)分配到多信道链路的多个流(FL_j)的方法，由要传送的比特的数目M_j和噪声裕量Γ_j来在所述多信道链路的通信帧中连续定义每个流(FL_j)，其特征在于所述方法包括以下步骤：

a)在多信道链路上将每个子带(SB_i)与归一化信噪比(SNR₀)_i相关联；

b)按照归一化信噪比(SNR₀)_i的特定顺序来对子带(SB_i)分类；

c)通过二进制分配算法来确定每子带(SB_i)的能量E_i；

d)对于按所述帧的顺序获得的每个流(FL_j)，分配按照归一化信噪比的顺序获得的连续子带(SB_i)的数目N_j，使得被分配给每个流(FL_j)的每个子带(SB_i)的比特的数目n_ij的总和等于M_j，其中：

$M_j=\underset{i=1}{\overset{N_j}{\mathrm{\Σ}}}{n}_{\mathrm{ij}}$

根据i载波的能量E_i和归一化信噪比、并根据流j的噪声裕量Γ_j来计算比特的数目n_ij。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特定顺序是归一化信噪比(SNR₀)_i的升序。

3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，如果已分配的子带的数目小于子带的总数，则通过将要由恒定噪声裕量(Γ_k)的给定流(FL_k)以帧来传送的比特的数目M_k增加连续增量ΔM_k＝(M_k/∑_kM_k)·Δ其中Δ是给定增量，来重复步骤d)，直到已分配了所有子带为止。

4.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，如果已分配的子带的数目小于子带的总数，则通过从初始区间[M_inf，M_sup]连续二分来重复步骤d)，其中M_inf等于要由所有流(FL_j)传送的比特的总数∑_jM_j，并且M_sup等于要由具有比所述给定流的最小裕量更低的噪声裕量的给定流(FL_k)以帧来传送的比特的总数，在每次二分时将由恒定噪声裕量的(Γ_k)的给定流(FL_k)以帧来传送的比特的数目M_k增加量ΔM_k＝(M_k/∑_kM_k)·(M_c-M_inf)，直到已分配了所有子带为止，其中M_c是前一个二分区间的中点。

5.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，如果已分配的子带的数目小于子带的总数，则通过连续增加来将给定流(FL_l)的噪声裕量(Γ_l)增加增量(ΔF)，来重复步骤d)，直到已分配了所有子带为止。

6.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，如果已分配的子带的数目小于子带的总数，则通过将给定流(FL_l)的噪声裕量(Γ_l)增加从初始量连续二分而计算的量ΔΓ_c＝(ΔΓ_inf+ΔΓ_sup)/2，来重复步骤d)，直到已分配了所有子带为止，其中ΔΓ_inf＝0，并且ΔΓ_sup等于足够高的值。

7.一种计算机程序产品，包括程序代码指令，用于在所述程序被在计算机中执行时执行如权利要求1至6的任一个所述的方法的步骤。

8.一种介质，用于如权利要求7所述的计算机程序产品。

9.一种子带分发模块，用于多信道链路的传送器，其特征在于，其包括用于实现如权利要求1至6的任一个所述的方法的部件。

10.一种多信道链路的传送器，其特征在于，其包括如权利要求9所述的分发模块。

Images