CN101155221A - 一种选择运行模板的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种选择运行模板的方法及系统，属于网络通信领域。为了解决现有技术中选择的运行模板不适合线路带宽及流量的问题，本发明提供了一种选择运行模板的方法，所述方法包括获取信道信息、根据获取的信道信息设定选择规则，在设定的选择规则下选择信道运行模板的步骤。本发明还提供了一种选择运行模板的系统，所述系统包括信道信息获取模块和选择模板模块。采用本发明提供的技术方案可以能够根据信道实际条件，实现自适应地选择合适的运行模板。

Description

一种选择运行模板的方法及系统
技术领域
本发明涉及网络通信领域，特别涉及一种选择运行模板的方法及系统。
背景技术
xDSL是DSL(Digital Subscriber Line，数字用户线)的总称，xDSL技术已经产生了一系列的技术标准：其中ITU-T的标准簇包括ADSL(Asymmetrical Digital SubscriberLine，非对称数字用户线)(G.992.1/2)、ADSL2(second generation ADSL，第二代的ADSL)(G.992.3)、ADSL2+(extend down stream bandwith ADSL2，下行带宽扩展的ADSL2)(G.992.5)，SHDSL(Symmetrical High-speed Digital Subscriber Line，高速对称数字用户线)(G.991.2)、VDSL(Very high bit rate digital subscriber line，甚高速数字用户线)(G.993.1)、VDSL2(secondgeneration VDSL，第二代VDSL)等。VDSL2技术标准作为最新的技术标准，提供了最高达100Mbit/s的对称接入速率以及相当灵活的功率谱控制等措施，将成为下一代的双绞线上的主流接入技术，在相当长一段时间内满足对各种业务带宽的需求。由于在此之前已经有大量的xDSL特别是ADSL业务已经布放，而且VDSL2使用了从4KHz到30MHz的频段，在这个频段范围内，存在ADSL等xDSL业务、调幅广播以及业余无线电等业务，因此为了协调这些业务，各地区针对自己的情况制定了各自VDSL2的频段规划(band plan)，比如band plan997、998、中国三频段等，并且为这些band plan指定了一些功率或者功率谱密度模板(profile)，如图1所示。
表1是从G.993.2中摘录出来的PSD profile与band plan的对应关系，从表1中可以看出除8a、8b、8c外，其他profile的下行最大发送功率均为14.5dBm，而所有profile的上行发送功率均为14.5dB，当然由于使用的频带宽度不同，因而功率谱密度也会相应的不同，频谱越宽，功率谱密度越低。在VDSL进行训练前，需要首先配置好band plan、profile等参数，这样VDSL的调制解调器(modem)将根据这些配置参数来训练。考虑到在很多时候，事先并不知道信道的参数，比如说线路很长，超过800米，此时8MHz以上的频带因为衰减太大而不能用，此时如果选择17a甚至30a，则不但不会提高速率，反而因为较低的功率谱密度导致性能下降。因此如果使用了一个不太合适的模板将会导致训练速率偏低。
   频段规划        参数                                         模板的参数值
  8a   8b   8c   8d   12a   12b   17a   30a
  A11   下行最大发送功率(dBm)   +17.5   +20.5   +11.5   +14.5   +14.5   +14.5   +14.5   +14.5
  A11   下行最小发送功率(dBm)   待研究   待研究   待研究   待研究   待研究   待研究   待研究   待研究
  A11   上行最大发送功率(dBm)   +14.5   +14.5   +14.5   +14.5   +14.5   +14.5   +14.5   +14.5
A11   上行最小发送功率(dBm)   待研究   待研究   待研究   待研究   待研究   待研究   待研究   待研究
  A11   子载波宽度(kHz)   4.3125   4.3125   4.3125   4.3125   4.3125   4.3125   4.3125   8.625
  A11   对于上行频段0的支持(US0)   要求   要求   要求   要求   要求   不要求   不要求   不要求
  A11   最小双向净荷速率容量(Mbit/s)   50Mbit/s   50Mbit/s   50Mbit/s   50Mbit/s   68Mbit/s   68Mbit/s   100Mbit/s   200Mbit/s
  AnnexA，   下行最高频率(MHz)   8.5   8.5   8.5   8.5   8.5   8.5 N/A N/A
  AnnexB(998)   上行最高频率(MHz)   5.2   5.2   5.2   5.2   12   12   N/A   N/A
  AnnexB(997)   下行最高频率(MHz)   7.05   7.05   7.05   7.05   7.05   7.05   N/A   N/A
  上行最高频率(MHz)   8.832   8.832   5.1   8.832   12   12   N/A   N/A
  AnnexC   下行最高频率(MHz)   8.5   8.5   8.5   8.5   8.5   8.5   17.664   18.1
  上行最高频率(MHz)   5.2   5.2   5.2   5.2   12   12   12   30
表1
现有技术中有两种选择运行模板的方法，一种是设置一组由各种参数组成的lineprofile(又叫线路配置模板)，而这个line profile包括band plan、与该band plan对应的功率谱密度的限制(PSD Mask(Power Spectrum Density Mask，功率谱密度模板)或者PSD Limit)以及其他参数，这里的PSD Limit有可能是标准规定的值或者是用户自定义的低于标准规定值的值，而系统为每一个用户的modem从上述line profile中指定一个作为运行配置，也就是说一旦用户选择了某个模板，那么在训练以及以后的稳态运行中，都会以这个选定的模板为依据，任何时候调制解调器的发送功率谱密度都必须满足模板的要求，即一种固定模板的方式。
上述技术的缺点是实际上线路的情况可能会千差万别，采用固定的模板技术为一条线路指定的模板有可能不是最合适的，不能充分发挥线路的带宽能力。
另一种选择运行模板的方法是根据握手时xTU-R发过来的握手信号的衰减(实际上是通过信号幅度来估计衰减)判断线路的长度，然后根据经验参数来选择运行模式。比如2.8km以内用ADSL2+，2.8km～3.8km之间用ADSL2，超过3.8km用ADSL2 annex L。
该技术方案虽然简单而又不增加握手过程的时间，但是这种基于上行握手信号来推断线路长度并根据经验来选择的方法过于粗糙，主要是上行信号的衰减并不能可靠的表达下行方向的衰减进而推断容量，经常会出现所选用的模式的速率反而比较低的现象。
发明内容
本发明为了解决现有技术中选择的运行模板不适合线路带宽及流量的问题，提供了一种选择运行模板的方法及系统。所述技术方案如下：
一种选择运行模板的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤A：获取信道信息；
步骤B：根据所述信道信息设定运行模板的选择规则，在设定的选择规则下选择运行模板。
所述步骤A具体包括：
步骤A1：根据上行单元和下行单元握手过程中信号的接收电平值和发送电平值估算出信道的电气长度；
步骤A2：根据所述电气长度计算出整个频带上的信道的衰减值；
步骤A3：根据上行单元和下行单元握手过程的信号测出噪声功率谱密度，根据所述电气长度计算串扰功率谱密度，根据所用编码获得编码增益，并计算传输信号功率谱密度；
步骤A4：根据所述信号功率谱密度、噪声功率谱密度及串扰功率谱密度计算信噪比；
步骤A5：根据所述信噪比和编码增益计算每个子载波上所能承载的比特数，依照承载的比特数计算上、下行数据速率。
所述步骤A1中的电气长度的估算方法是平均值算法或者加权算法。
所述步骤A3具体包括：
步骤A31：通过测量背景噪声测出噪声功率谱密度；
步骤A32：根据所获取的信道信息获取信道的衰减函数，根据该衰减函数获取串扰功率谱密度；
步骤A33：根据使用的编码获取编码增益；
步骤A34：在调制解调器和局端所支持的各种频段规划和模板下，计算传输信号功率谱密度。
所述步骤B中的选择规则是选择最大上行数据速率使用的模板、选择最大下行数据速率使用的模板或者选择最大上、下行数据速率之和使用的模板。
所述步骤B中的选择规则是根据发送功率最小原则、噪声容量最大原则或者线路稳定性原则选取运行模板。
本发明还提供了一种选择运行模板的系统，所述系统包括以下模块：
信道信息获取模块，用于获取信道信息获取信道信息；
选择模板模块，用于根据获取的信道信息设定运行模板的选择规则，在所述选择规则下选择信道的运行模板。
所述信道信息获取模块具体包括：
电气长度获取单元，用于根据上行单元和下行单元握手过程中信号的接收电平值和发送电平值估算出信道的电气长度；
衰减值计算单元，用于根据所述电气长度计算出整个频带上的信道衰减值；
噪声功率谱密度计算单元，用于根据上行单元和下行单元握手过程的信号测量背景噪声，根据所述背景噪声计算噪声功率谱密度；
串扰功率谱密度获取单元，用于根据所获取的信道信道信息获取信道的衰减函数，根据该衰减函数获取串扰功率谱密度；
编码增益获取单元，用于根据使用的编码获取编码增益；
信号功率谱密度计算单元，用于根据在调制解调器和局端所支持的各种频段规划和模板下，计算传输信号功率谱密度；
信噪比计算单元，用于根据所述信号功率谱密度、噪声功率谱密度及串扰功率谱密度计算信噪比；
数据速率计算单元，用于根据所述信噪比和编码增益计算每个子载波上所能承载的比特数，依照承载的比特数计算上、下行数据速率。
所述选择模板模块中的选择规则是选择最大上行数据速率使用的模板、选择最大下行数据速率使用的模板或者选择最大上、下行数据速率之和使用的模板。
所述选择模板模块中的选择规则是根据发送功率最小原则、噪声容量最大原则或者线路稳定性原则选取运行模板。
应用本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
通过上行单元和下行单元握手过程的信号获取信道的信息，能够根据信道实际条件，实现自适应地选择运行模板，并且只要进行一次训练就能选择最好的运行模式。
附图说明
图1a是现有技术中北美VDSL2的频段规划示意图；
图1b是现有技术中欧洲VDSL2的频段规划示意图；
图1c是现有技术中日本VDSL2的频段规划示意图；
图2是本发明实施例1提供的选择运行模板的方法流程图；
图3是本发明实施例2提供的选择运行模板的方法流程图；
图4是本发明通过估算的电气长度计算的频率和衰减值的关系图；
图5是本发明所述功率谱密度限制模板、MIB功率谱密度模板与业余频段的关系图；
图6是本发明图6频段规划基础上的发送功率谱密度模板示意图；
图7是本发明提供的频段规划图；
图8是本发明提供的一种选择运行模板的系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
本发明提供了一种选择运行模板的方法及系统，该技术方案主要根据信道的情况及预先设置的参数要求自适应地选择模板。
实施方式1
参见图2，一种选择运行模板的方法，该方法包括以下步骤：
步骤001：获取信道信息。
步骤002：根据获取的信道信息设定运行模板的选择规则，在设定的选择规则下选择运行模板。
实施例2
本实施方式以VDSL2线路的annex A的998选择运行模板为例，一共有8a、8b、8c、8d，12a、12b六种模板(profile)，考虑到12b与12a的区别仅在于前者不支持US0频段，而所有8a～8d均需要US0，因此这里仅考虑上面列出6种profile中的前五种。参见图3，具体选择运行模板的步骤如下：
步骤101：获取信道的电气长度和衰减信息。
可以通过VTU-O(Remote VDSL Terminal Unit，上行远端单元)和VTU-R(VDSL下行远端单元)根据G.hs(Handshake procedures for VDSL，VDSL的握手过程)中得到G.hs tones(载波)的接收电平值和该tones信号的发送电平值计算出信道的电气长度E-length或者是衰减与频率的关系曲线。
VDSL2可有12个tone用于G.hs，以annex A为例，参见表2，A43的tone 9 17 25和V43的944 972 999用于上行，A43 tone 40 56 64和V43 tone 257 383 511用于下行，用这些信号衰减值与线缆的模型的衰减值进行比较可以估算出信道的电气长度EL，再根据这个电气长度计算出整个频带的衰减值。
G.994.1-基于4.3125kHz信号族的载波装置
载波集合名称   上行载波集合   下行载波集合   传输模式
  频率索引(N)   最大功率level/carrier(dBm)   频率索引N)   最大功率level/carrier(dBm)
 A43(Notes 1，3，4)   9 17 25   -1.65   40 56 64   -3.65   duplex only
 A43c(Notes 1，3，4)   9 17 25   -1.65   257 293 337   -3.65   duplex only
 B43   37 45 53   -1.65   72 88 96   -3.65   duplex only
 B43c(Note 1)   37 45 53   -1.65   257 293 337   -3.65   duplex only
 C43   79   -1.65   12 14 64   -3.65   duplex only
 J43   9 17 25   -1.65   72 88 96   -3.65   duplex only
 V43(Notes 1，2)   944 972999   -16.65   257 383 511   -3.65   duplex only
表2
参见图4，通过估算电气长度计算的频率和衰减值的关系。其中，Practical measured value表示实际测试的到的衰减函数值。Mean estimation value表示利用平均值算法估算电气长度计算出的衰减函数值。即用平均算法估算长度。即估算出每个频点的长度后，求这几个长度的平均值。
Weighted estimation value表示利用加权平均算法估算出电气长度计算出的衰减函数值。根据频率的高低，用不同的权重来估算出的长度。即估算出每个频点的长度后，根据每个频点的频率的所占的比重，计算长度的加权平均值。
可以看出在信道仿真仪测到的0.4m线径600m长度下的衰减曲线和根据握手tone的信号估算出来的衰减曲线，符合的非常好。
步骤102：测出背景噪声，根据测出的背景噪声测出噪声功率谱密度noise_PSD(这步也可以提前测出噪声功率谱密度)。
步骤103：建立串扰模型，通过电气长度获得信道的衰减函数H(f)来计算串扰功率谱密度，包括远端串扰和近端串扰，用xtalk_PSD表示远端串扰和近端串扰之和。
步骤104：根据所用的编码，获得编码增益Γ。
步骤105：在调制解调器和局端所支持的各种频段规划和模板下，计算传输信号的功率谱密度，根据信号功率谱密度和噪声功率谱密度及串扰功率谱密度计算信噪比，根据信噪比和编码增益计算上、下行数据速率，设定选择策略，在该策略下确定运行模板为最大上行数据速率使用的模板、最大下行数据速率使用的模板或者最大上、下行数据速率之和使用的模板。
具体实现过程：1)对于指定的band plan和指定上下行最大发送功率，在满足PSD mask的要求，和保证通带范围内总功率低于上下行最大发送功率的原则下，确定传输信号功率谱密度得到signal_PSD，再根据计算出的串扰功率谱密度得到xtalk_PSD和预先测出的噪声功率谱密度noise_PSD，利用公式(1)计算SNR，再根据公式(2)计算出每个tone上所能承载的bit数，依照承载的bit数值计算上行、下行数据速率，根据计算出的上行下行数据速率获得最大上、下行数据速率，选取最大上行数据速率使用的模板、选择最大下行数据速率使用的模板或者选择最大上、下行数据速率之和使用的模板为信道运行模板。当前很多运营商限制了上下行的最大速率，在这种情况下，如果在所支持的运行模板下，算出的速率都满足条件，则可以根据发送功率最小原则，噪声容量最大原则，线路稳定性等原则来选取运行模板。
SNR i = signal _ PSD i · | H ( f ) | 2 xtalk _ PSD i + noise _ PSD - - - ( 1 )
b i = log 2 ( 1 + SNR i Γ ) , i = 1 . . . k - - - ( 2 )
2)对于没有指定band plan和允许多种最大发送功率，分别计算几种band plan和profile的参数，考虑band plan的limit PSD mask(功率谱密度限制模板)，MIB PSD mask以及amateurradio band(业余频段)三者关系参见图5)，保证在通带范围内总功率低于最大发送功率的原则，确定发送信号功率谱密度得到signal_PSD，再根据计算出的串扰功率谱密度得到xtalk_PSD和预先测出的噪声功率谱密度noise_PSD，利用公式(1)，(2)，分别计算此VDSL2所支持的几种profile的上下行速率值，比较这几种情况下的所得的上行、下行速率值，选取最大上行数据速率使用的模板、选择最大下行数据速率使用的模板或者选择最大上、下行数据速率之和使用的模板为信道运行模板。当前很多运营商限制了上下行的最大速率，在这种情况下，如果在所支持的运行模板下，算出的速率都满足条件，则可以根据发送功率最小原则，噪声容量最大原则，线路稳定性等原则来选取运行模板。
下面举例说明上述方法，以G 992.3中Annex a为例：
图6给出是在图7的band plan基础上VDSL.2的transmitter PSD mask(传输功率谱密度模板)，表3给出了在此例中12a profile所用的下行功率谱密度，表4给出了在此例中12aprofile所用的上行功率谱密度。用插值法得到在频段点间的PSD值，在指定了上下行，最大总功率为14.5dBm原则下，通过以上步骤101-105，计算Annex a的8d，12a的上、下行数据速率，得到在500m处8d的上行速率为44.565Mbps，下行速率为12.72Mbps，上下行速率之和为57.22Mbps，12a的上行速率为42.401Mbps，下行速率为27.294Mbps，上下行速率之和为69.695Mbps，由此，根据此信息我们选择12a的profile。
  频率(KHz)   功率谱密度(dBm/Hz)
  0   -97.5
  4   -97.5
  4   -92.5
  4   -92.5
  80   -72.5
  138   (-47.7-7.1)
  138   (-40-7.1)
  1104   (-40-7.1)
  1622   (-50-7.1)
  3750   (-53.5-7.1)
  3750   -80
  (3750+175)   -100
  (5200-175)   -100
  5200   -80
  5200   (-55-7.1)
  8500   (-55-7.1)
  8500   -80
  (8500+175)   -100
  30000   -100
表3
  频率(KHz)   功率谱密度(dBm/Hz)
  0   -97.5
  4   -97.5
  4   -92.5
  25.875   (-38-1.5)
  138   (-38-1.5)
  242.92   -93.2
  686   -100
  1104   -100
  (3750-175)   -100
  3750   -80
  3750   (-53-1.5)
  5200   (-53-1.5)
  5200   -80
  (5200+175)   -100
  (8500-175)   -100
  8500   -80
  8500   (-54-1.5)
  12000   (-54-1.5)
  12000   -80
  (12000+175)   -100
  30000   -100
表4
同时该方法还可以扩展到VDSL2兼容ADSL2+annex A、ADSL2annex A、ADSL2 annex L的情况，也可以实现ADSL2+annex B和ADSL2 annex B的profile的选择。
参见图8，本发明还提供了一种选择运行模板的系统，包括以下模块：
信道信息获取模块，用于获取信道信息；
选择模板模块，用于根据的信道信息设定运行模板的选择规则，在设定的选择规则下选择信道的运行模板。
其中信道信息获取模块具体包括：
电气长度获取单元，用于根据上行单元和下行单元握手过程中信号的接收电平值和发送电平值估算出信道的电气长度；
衰减值计算单元，用于根据电气长度计算出整个频带上的信道衰减值。
噪声功率谱密度计算单元，用于根据上行单元和下行单元握手过程的信号测量背景噪声，根据测得的背景噪声计算噪声功率谱密度；
串扰功率谱密度获取单元，用于根据所获取的信道信道信息获取信道的衰减函数，根据该衰减函数获取串扰功率谱密度；
编码增益获单元，用于根据使用的编码获取编码增益；
信号功率谱密度计算单元，用于根据在调制解调器和局端所支持的各种频段规划和模板下，计算传输信号功率谱密度；
信噪比计算单元，用于根据信号功率谱密度、噪声功率谱密度及串扰功率谱密度计算信噪比；
数据速率计算单元，用于根据信噪比和编码增益计算每个子载波上所能承载的比特数，依照承载的比特数计算上、下行数据速率；
选择模板模块中的选择规则是选择最大上行数据速率使用的模板、选择最大下行数据速率使用的模板或者选择最大上、下行数据速率之和使用的模板。或者在数据速率满足限速条件下，根据发送功率最小原则、噪声容量最大原则或者线路稳定性原则选取运行模板。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种选择运行模板的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤A：获取信道信息；
步骤B：根据所述信道信息设定运行模板的选择规则，在设定的选择规则下选择运行模板。
2.如权利要求1所述的选择运行模板的方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：
步骤A1：根据上行单元和下行单元握手过程中信号的接收电平值和发送电平值估算出信道的电气长度；
步骤A2：根据所述电气长度计算出整个频带上的信道的衰减值；
步骤A3：根据上行单元和下行单元握手过程的信号测出噪声功率谱密度，根据所述电气长度计算串扰功率谱密度，根据所用编码获得编码增益，并计算传输信号功率谱密度；
步骤A4：根据所述信号功率谱密度、噪声功率谱密度及串扰功率谱密度计算信噪比；
步骤A5：根据所述信噪比和编码增益计算每个子载波上所能承载的比特数，依照承载的比特数计算上、下行数据速率。
3.如权利要求2所述的选择运行模板的方法，其特征在于，所述步骤A1中的电气长度的估算方法是平均值算法或者加权算法。
4.如权利要求2所述的选择运行模板的方法，其特征在于，所述步骤A3具体包括：
步骤A31：通过测量背景噪声测出噪声功率谱密度；
步骤A32：根据所获取的信道信息获取信道的衰减函数，根据该衰减函数获取串扰功率谱密度；
步骤A33：根据使用的编码获取编码增益；
步骤A34：在调制解调器和局端所支持的各种频段规划和模板下，计算传输信号功率谱密度。
5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的选择运行模板的方法，其特征在于，所述步骤B中的选择规则是选择最大上行数据速率使用的模板、选择最大下行数据速率使用的模板或者选择最大上、下行数据速率之和使用的模板。
6.如权利要求1至4中任一权利要求所述的选择运行模板的方法，其特征在于，所述步骤B中的选择规则是根据发送功率最小原则、噪声容量最大原则或者线路稳定性原则选取运行模板。
7.一种选择运行模板的系统，其特征在于，所述系统包括以下模块：
信道信息获取模块，用于获取信道信息获取信道信息；
选择模板模块，用于根据获取的信道信息设定运行模板的选择规则，在所述选择规则下选择信道的运行模板。
8.如权利要求7所述的选择运行模板的系统，其特征在于，所述信道信息获取模块具体包括：
电气长度获取单元，用于根据上行单元和下行单元握手过程中信号的接收电平值和发送电平值估算出信道的电气长度；
衰减值计算单元，用于根据所述电气长度计算出整个频带上的信道衰减值；
噪声功率谱密度计算单元，用于根据上行单元和下行单元握手过程的信号测量背景噪声，根据所述背景噪声计算噪声功率谱密度；
串扰功率谱密度获取单元，用于根据所获取的信道信道信息获取信道的衰减函数，根据该衰减函数获取串扰功率谱密度；
编码增益获取单元，用于根据使用的编码获取编码增益；
信号功率谱密度计算单元，用于根据在调制解调器和局端所支持的各种频段规划和模板下，计算传输信号功率谱密度；
信噪比计算单元，用于根据所述信号功率谱密度、噪声功率谱密度及串扰功率谱密度计算信噪比；
数据速率计算单元，用于根据所述信噪比和编码增益计算每个子载波上所能承载的比特数，依照承载的比特数计算上、下行数据速率。
9.如权利要求7或8所述的选择运行模板的系统，其特征在于，所述选择模板模块中的选择规则是选择最大上行数据速率使用的模板、选择最大下行数据速率使用的模板或者选择最大上、下行数据速率之和使用的模板。
10.如权利要求7或8所述的选择运行模板的系统，其特征在于，所述选择模板模块中的选择规则是根据发送功率最小原则、噪声容量最大原则或者线路稳定性原则选取运行模板。
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