专利名称：软件型adsl调制解调器内缓冲数据取样的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及调制解调器通信，并且尤其涉及在软件型非对称数字式用户线路(ADSL)调制解调器内用于缓冲数据取样的方法及装置。
背景技术：
在通信系统中，尤其是电话卡，较常施行的是在客户端及中央切换中心之间透过两线双向的传输信道以传送信号。该主要设计用于语音传输的传统电话系统(POTS)对于许多现代应用提供不足的数据传输。为了符合高速通信的需求，设计者已寻求创新及有效成本的利用现存的网络设施的解决方法。几个利用既有的电话线路的网络的技术上的改进已经在电讯工业上提出。这些技术的其中一项为数字式用户线路(DSL)技术。DSL技术使用该现存的电话线路的网络提供宽频通信。一般配备DSL接口的双绞线(twisted pair)可以传输影像、电视波及高速数据。
DSL技术使该POTS服务未遭受变动。传统的模拟语音频宽接口使用相同的频率宽带，0-4仟赫兹(Kilohertz，kHz)，如同电话服务，因而避免同时发生的语音及数据使用。DSL接口，另一方面，从100kHz至1.1百万赫兹(Megahertz，MHz)的高于该语音频道的频率上进行。因此，单一DSL线路能够提供同时的频道给语音及数据。
DSL系统使用数字信号处理(digital signal processing)以透过共同的铜制电话线增加传输量及信号品质。某些DSL系统由该DSL拨接节点(Point-of-Presence，POP)至用户位置提供约每秒1.5兆位(MBPS)的速度之下行数据传输率。例如，该1.5MBPS的传输率为比习知的每秒28.8仟位(kilobits，KBPS)快五十倍。
其中一种该DSL技术的普及版本为非对称数字式用户线路(ADSL)技术。该ADSL标准描述于ANSI T1.413 Issue 2内，名为“在网络及客户之间的接口建立一非对称数字式用户线路(ADSL)金属接口”，Rev.R4，载明日期6/12/98，该内容于此将并入成为权利要求的一部分。
ADSL调制解调器使用两个竞合调制(competing modulation)设计离散多音(discrete multi-tone，DMT)及无载波幅相位(carrierlessamplitude/phase，CAP)调制。DMT是由美国国家标准机构(AmericanNational Standards Institute)所采用的标准。该标准定义256个离散音调，具有每个音调表示可以以用于传输数据的数字信号来调制的载波信号。对于给定音调的特定频率为4.3125kHz乘以该音调数，音调1-7为保留用于语音带及保护带(guard band)(意即音调1为该语音带并且音调2-7为保护带)。数据并未在语音带附近传输以允许同时间的语音及数据在单一线路上传输。该保护带帮助该语音带由该ADSL数据带隔离。通常，分离器可以用于隔离任何语音带信号与该数据音调。音调8-32是用于传输数据上行(upstream)(意即来自于使用者)，并且音调33-256为用于传输数据下行(downstream)(意即至使用者)。另外，所有该数据音调8-256可以用于下行数据，并且存在于音调8-32之上行数据将可使用回声消除(echo cancellation)来侦测。因为使用于下行通信的音调比使用于上行通信的音调还多，该传输称为非对称的。
透过串连(training)步骤，在联机的两端上的调制解调器感测并且分析那一个音调在电话线路上受障碍(impairment)的影响较少。每个接受的音调是用于承载数据。因此，该最大容量是由电话联机的品质所设置。假设所有音调皆使用，由该ADSL规格所界定的最大数据速率大约为8MBPS下行及大约为640KBPS上行。在典型的ADSL系统中，中央机房端(central office，CO)调制解调器与用户终端(customerpremise，CP)调制解调器通信。该CP调制解调器通常建立在家庭或办公室内。
ADSL调制解调器通常以实时方式传输及接收数据。然而，为了在其它方面中降低制程成本及增加适应性，这些ADSL调制解调器的某些实时功能是以软件例行程序(routines)来实现。这些软程序通常在主机计算机上执行而在多任务操作系统中进行，例如诸如MicrosoftWindows。
当执行非实时功能时，该ADSL调制解调器在该功能上则视为相对地不稳定，在任何特定的时间，若该操作系统为延迟提供该必要的支持给在实时基础上的调制解调器，则该联机可能降低或失去数据传输。例如，若该操作系统延迟提供在实时基础上的调制解调器程序处理或总线传输，该调制解调器可能失去本身的联机。当该操作系统为沉重地加载服务其它程序时或者当外围组件或组件驱动器停止系统资源持续相当长的时间周期时，此种情况可能发生。由于此种失去联机的结果，该计算机使用者对于必须重新建立该联机及重新起始化该数据传输将感到不便。
本发明将着重于克服至少减少一或一个以上于上文所提出的问题。
发明内容
本发明的其中一项目的在于提供一种方法。该方法包含产生数据用于传送至远程来源及调制该数据以形成用于传输的多个数据符号。该数据符号储存于缓冲器内。需要判定是否在缓冲器内的数据符号具有空缺。响应于侦测在缓冲器内的数据符号的空缺，本发明将传输闲置的(idle)数据符号。
本发明的另一项目的在于提供一种装置。该装置包含适合产生数据以供传输至远程来源的处理器。该装置更包含发送器，该发送器适合调制该数据以形成多个数据符号、储存该数据于缓冲器内、判定数据于缓冲器内的空缺及传送闲置料符号以响应侦测数据符号于缓冲器内的空缺。
本发明在参阅下列说明并结合附图将可以了解，其中相似的标号标示相似的组件，并且其中图1为依据本发明的一项实施例的ADSL DMT通信系统的方块图；图2为形成图1的部分通信系统的处理器系统的方块图；图3为形成图1的部分通信系统的调制解调器通信单元的方块图；
图4为图3的调制解调器通信单元的传送缓冲器单元的方块图；以及图5为图3的调制解调器通信单元的接收缓冲器单元的方块图。
虽然本发明可容许各种修正及替代形式，本发明的特定的实施例已经通过图式中的例子来显示并且于此说明。然而，需要了解的是特定实施例的于此说明并非意在限定该发明于所揭露的该特定的形式，而相反地，是意在含括落在本发明权利要求所界定的该发明的精神及范围内的所有修正、等同及替代。
具体实施例方式
本发明的说明的实将于下文描述。为了明确的目的，并非所有实际实现的特征都在此说明书内说明。当然需要了解的是在任何此类实际实施例的发展内，各种特定实现的决定必须完成以达到该发展者的特定目标，诸如兼容于系统相关与商业相关的限制，该目标将随着一项实现至另一项实现而变化。再者，将需要了解的是此类发展努力可能是复杂并且耗时的，但是尽管如此对于熟习此项技艺的人士在了解本揭露的优点后将是一项例行性的任务。
今翻页至该图式，并且尤其参考图1，该图依据本发明提供通信系统100的方块图。该通信系统100包含处理器系统110及透过线路连接125连接至该处理器系统110的调制解调器通信单元120。在该说明的实施例中，该调制解调器通信单元120为DMT ADSL调制解调器。该通信系统100与远程通信组件140在实时及非实时基础上透过通信连接130通联，在一项实施例中该组件亦是DMT ADSL调制解调器。在说明的实施例中，连接该调制解调器通信单元120与该远程通信组件140的该通信连接130包含透过公众交换电信网络(Public SwitchedTelephone Network，PSTN)(未显示)而用于通信的一般性双绞线连接。然而，将可以了解的是其它通信连接的已知形式可以用于代替该双绞线连接，诸如光纤、无线电及其它所需的类似连接。
依据该说明的实施例，该通信系统100位于用户终端(CP)150内，诸如办公室、家庭或其它类似处。另一方面，该远程通信单元140为中央机房端160的一部分。该远程通信单元140运作如同通往较大的通信网路(未显示)的网关，例如诸如区域或广域网络，或是网际网络。然而，需要了解的是该远程通信单元140可以安装于第二客户端终(未显示)内，而取代该中央机房端160，此并未违背本发明的精神及范围。
通常，该调制解调器通信单元120透过该远程通信单元140建立与通信网路(未显示)的连接。在建立连接的过程中，该调制解调器通信单元120及该远程通信单元140在串连过程中衔接藉以对于在该调制解调器通信单元120与该远程通信单元140之间的通信的可获得的传输量可以决定。此过程例如可包含确认那一个音调是碍清除的以供在其上调制数据。
翻页至图2，该图显示通信系统100的处理器系统110的方块图。该处理器系统110包括中央处理单元(CPU)210及主存储器220。该处理器系统110，依据其中一项实施例，可以由各个厂商，例如诸如Compaq Computer公司，所购得的个人计算机形式。在该说明的实施例中，该CPU210执行多任务操作系统软件230、调制解调器功能软件240及其它常驻在主存储器220内的应用软件250。该多任务操作系统软件230，依据该说明的实施例，可以是非实时的。因此，该多任务操作系统软件230并非总是由该CPU210提供适当的资源以维持该调制解调器功能软件240及其它应用软件250的连续的运算。如此可能导致在该调制解调器通信单元120及该远程通信单元140之间失去通信连接130或导致在该调制解调器通信单元120及该远程通信单元140之间的数据的遗失。
今翻页至图3，图3显示依据本发明的实施例的调制解调器通信单元120的简化方块图。由于对于熟习此项技艺的士而言是众所周知的，为了说明的明确性及容易性，并非所有功能方块皆详细说明并且该功能更定义于诸如上述ANSI T1.413 Issue 2标准的文件中。该调制解调器通信单元120包含发送器305及接收器310。该发送器305及接收器310与该通信连接130，诸如电话线，做接口接合，以提供与远程通信单元140通信。控制单元315与该发送器305及该接收器310做接口接合以控制该组件的运作。该控制单元315具有指令集程序以致能该调制解调器通信单元120以执行各种功能，例如诸如建立联机及串连该联机。当说明继续进行时，该控制单元315与该发送器305及该接收器310的交流将会有更详细描述。
发送器305包含接收外送数字数据于数据输出线路325上的编码单元320。该外送数字数据由透过线路连接125连接至调制解调器通信单元120的该处理器系统110所接收，其中该数据输出线路325形成部分该连接125。该编码单元320依据熟习此项技艺的人士所习知的方法执行诸如循环多余检核(cyclic redundancy checking)、加密(scrambling)、顺向错误更正(forward error correction)及交错(interleaving)。这些方法更揭露于上述的ANSI T1.413 Issue 2标准内。
该发送器305更包含调制具有该传输数据的音调载波的调制器330。该调制器330执行音调定序(tone ordering)、星状编码(constellationencoding)、增益调整(gain scaling)及反向离散傅立叶转换(inversediscrete Fourier transform，IDFT)功能以提供时域波形取样。该时域波形取样分成具有多个这些框架的框架，在该说明的实施例中该框架数字68形成超级框架(super frame)。对应于数据框架的时域波形取样的群集(set)形成DMT数据符号，该符号在该通信连接130上传输至该远程通信单元140。DMT同步符号产生于每个超级框架之后。因此，在该说明的实施例中具有68个数据符号并且接续同步符号。当然，接续同步符号的数据符号数目可以变化，并且因此并不一定需要限定在如上文说明的68。
该发送器305更包含循环前序(cyclic prefix)单元335，该单元插入循环前序于调制器330的信号输出上。意即来自调制器330的输出取样部分经过复制并且附加至该存在输出取样以提供重叠及允许较佳的符号对准。
传送缓冲器单元340在传送这些取样至传送模拟前端(analog frontend)(TX AFE)345之前接收及缓冲该输出取样。该传送模拟前端包含数字至模拟(D/A)转换器(未显示)及滤波器(未显示)用以转换由该传送缓冲单元340转换该数字输出取样至适合在该通信连接130上传输的模拟波形。如同先前所讨论的，该通信连接130通常包括常用的双绞线，藉以在该调制解调器通信单元120及该远程通信单元140之间形成模拟电话连接。该传送模拟前端345还包括常用电话混成电路(telephone hybrid circuitry)用以接口接合该调制解调器通信单元120与使用标准传统电话系统(POTS，plain old telephone system)信号发送技术(例如二线至四线转换、开及闭回路阻抗(on and off-hookimpedances)、环圈侦测(ring detection)、FCC调节电子等等)的该双绞线线路。
通常，当该处理器系统110执行非实时功能时，该调制解调器通信单元120变得不稳定使得若该操作系统为延迟提供该必须的资源给在实时基础(意即闲置(latency)问题发生)上的该调制解调器通信单元120时，与远程通信单元140的连接可能降低或者失去适当地传输数据。依据本发明，该传送缓冲器340产生适当的DMT符号用以传输至传送模拟前端345以维持连续的数据传输给该远程通信单元140，而该远程通信单元140提供来自该循环前序单元335的DMT符号输出的空缺的产生。
今翻页至图4，该图提供该传送缓冲器340的简化方块图。该传送缓冲器340包含取样缓冲器405，该缓冲器405接收来自该循环前序单元335的DMT符号输出并且在传送该取样至该传送模拟前端345之前暂时储存这些取样于其中。虽然该取样缓冲器405含有来自该循理前序单元335的多重DMT符号，该取样缓冲器405考虑对应于其中一个DMT符号的数字取样成为一个单元。该传输缓冲器340亦包含闲置符号缓冲器410，该符号缓冲器410可产生DMT数据或同步符号用以传送至该取样缓冲器405。该闲置取样缓冲器410透过多任务器425连接至该取样缓冲器405。来自该循环前序单元335所传送的该DMT符号在传送至该取样缓冲器405之前亦传送至该多任务器425。每当来自该取样缓冲器405的符号传送至该传送模拟前端354时，包含内部计数器420的缓冲器逻辑415经提供用于持续追踪含有DMT同步符号的时隙(time slot)。依据其中一项实施例，该内部计数器420为余数计数器(modulo counter)。然而，需要了解的是该内部计数器420可包含其它型式的计数器而不违背本发明的精神及范围。为了追踪该同步符号，该传送缓冲器340通过使该控制单元315发送该DMT同步符号的位置来首先初始化，该同步符号可以在该调制解调器通信单元的数据模式接续该串连步骤的起始时来完成。需要了解的是该传送缓冲器340的初始化亦可以在其它时刻发生，并且若有需要甚至可以重复发生。该缓冲器逻辑415更经由配置以判定何时该循环前序单元335的输出为闲置的，并且具有使该闲置符号缓冲器410视何者为所需而产生DMT数据或同步符号。
在正常的操作模式中(意即其中该DMT符号正在传送并且闲置并未发生)，当该取样缓冲器405接收由该循环前序单元335至该传送模拟前端345的数据时，该传送缓冲器340移动该传送DMT数据及同步符号。在另一项实施例中，该DMT同步符号并未传送至该传送缓冲器340的输入端，但是当该同步符号是必须如同该内部计数器420所指示时，可以由该缓冲器逻辑415本身在适当时刻产生，并且适当地插入。如同先前显示，该内部计数器420持续关于该数据符号的同步符号的位置的追踪。
当闲置问题产生，并且该传送缓冲器340并未接收新的DMT符号以供输出至该传送模拟前端345时，该闲置符号缓冲器410依据由该缓冲器逻辑的内部计数器420所获得的结果产生DMT数据或同步符号。如同先前所讨论的，此情况可以由以特定形式(意即该同步符号周期性)的待传送的DMT符号来判定。若该缓冲器逻辑415判定同步符号是需要时，则该闲置符号缓冲器410产生该适当的同步符号。由该闲置符号缓冲器410所产生的同步符号可以来自于由该处理器软件较早传送的储存同步符号、来自于当该缓冲器逻辑415的内部计数器指示该传送符号为同步符号时，由该缓冲器405所储存的先前传送符号，或者可来自于某些其它内部计算来(未显示)。然而，若该缓冲器逻辑15判定数据符号是需要时，则该闲置符号缓冲器410产生该适当的数据符号，该符号可来自于各种来源。例如，该产生的数据符号可以为先前已经缓冲的符号的复制、先前缓冲符号的稍微修正、简单导引音调(pilot tone)或来自某些其它内部计算来源的产生(未显示)。
因此，当软件由该处理器系统1 10在非实时基础上执行时，由该传送缓冲器340的闲置数据及同步符号的产生及传送至该传送模拟前端345将明显地减少在该调制解调器通信单元120及远程通信单元140之间的联机及/或数据损失的风险。
依据其中一项实施例，当同步或数据符号已经插入至该串流(stream)内时，在该处理器系统110上执行的软件将受到通知。当该软件正以非实时方式运作而插入事件由缺位位计数器(underflow bitcounter)(未显示)来发生以指示有多少符号已经自动安插时，此动作可以由控制单元315传回数据给该软件来完成。另外，该系统100可以经过配置使得该软件可以直接地读取该余数计数器420，并且直接判定任何非序列事件。
返回参考图3，该接收器310包含在该模拟电话通信连接130上接收模拟波形的接收模拟前端(RX AFE)350。如同先前所讨论，该接收模拟前端350包含用于以该通信连接130接口接合该数机通信单元120与该远程通信单元140的常用混成电路。该接收模拟前端350更包含用于转换该模拟波形而形成时域数字取样的模拟至数字(A/D)转换器(未显示)及滤波器(未显示)。
该接收模拟前端350传送该取样给接收缓冲器355。参考图5，该图提供接收缓冲器355的基本方块图。该接收缓冲器355包含在取样对取样基础上接收来自该接收模拟前端350所传送的取样的取样缓冲器505。该接收缓冲器355更包含缓冲器控制510，该缓冲器控制连接至该取样缓冲器505。该缓冲器控制510判定是否在该取样缓冲器505内具有任何取样的超限(overrun)，并且提供诸如是否任何取样已经失去的指示。
在该接收缓冲器355内缓冲的取样传送至对准及相等单元360(见图3)，该单元执行符号对准及时域相等，如同在技艺中所建立的。在时域相等中，由于该音调是位在不同的频率，特定的频率移动比其余还快，并且因此，该音调无法在相同的时刻到达。该对准及相等单元360的时域相等函数延迟该较快的音调以补偿该传递速度差异。在该框架对准及时域相等函数之间具有效能的交换，即在于较高的框架对准精确性的程度允许在时域相等内的较低的精确性程度。由该调制解调器通信单元120所执行的循环前序插入改善符号对准精确性。该对准及相等单元360亦执行增益控制以增加该接收的信号的振幅。
解调器(demodulator)365由该对准及相等单元360接收该时域取样并且转换该时域数据变成频率域数据以回复该音调。该解调器365执行薄切(slicing)功能以判定来自该星状编码数据的星状点、执行反映像(demapping)功能以映像该确认的星状点回复至位及执行译码功能(意即如果格栅(trellis)星状码使用，则为Viterbi译码)。该解调器365亦执行音调反定序(deordering)以再组合于该可获得的音调中受到分割的该序列字节。
译码单元370在来自该解调器365上所接收的数据上使用熟习此项技艺的人士所习知的方法来执行顺向错误更正、循环多余检核及解密(descrambling)功能。由该译码单元370所提供的重建数据表示由该远程通信单元140所发送的序列二位数据。该重建数据将提供给数据输入(data-in)线路375用以发送该数字数据给连接至该调制解调器通信单元120的处理器系统110。该数据输入线路375，结合先前所讨论的数据输出(data-out)线路325，形成在该处理器系统110及调制解调器通信单元120之间的线路连接125。
在该接收器310的操作的正常模式中，其中没有该取样缓冲器505的超限，由于没有取样损失，该取样缓冲器505直接传送该取样给该对准及相等单元360。然而，当闲置问题在该接收器310内产生，并且该取样缓冲器505无法保留所有的取样时，该缓冲器控制510将删除某些取样。依据其中一项实施例，该缓冲器控制510可以删除在该取样缓冲器505内的该缓冲的数据的头、尾或中间的邻近区块的取样。该缓冲控制510将储存任何删除的取样的该精确起始及结束并且结合来自该取样缓冲器505的剩余取样而传送此位置数据给在该控制单元315上执行的该接收软件，使得该删除数据可以重新建构。另外，该缓冲控制510可删除对应于每个nth取样的取样缓冲器505的取样。该缓器控制510亦将记录该正确起始、停止及使用步骤，并且结合该剩余取样而传送此数据给在该控制单元315上执行的接收软件。
在另一个实施例中，在该取样缓冲器505内的数据可以压缩。为了达到此目的，该缓冲控制510可使用舍入(rounding)或修剪(truncation)方法以减少该取样的分辨率，并且因此允许该取样储存至该取样缓冲器505的较少的缓冲记忆位置(未显示)。该取样缓冲控制510记录该舍入或修剪发生的确切位置，并且传送此数据给该接收软件以便该压缩的取样可以扩增及回复。
在另一个实施例中，该缓冲控制510可使用片段(piecewise)线性压缩技术以压该数据于取样缓冲器505内。该取样压缩及后续回复通常比使用先前所讨论的舍入或修剪方法具有较少的无意义数据(noise)加入。
在该控制单元315上执行的接收软件经由配置以了解此为在非实时环境下执行的软件调制解调器部分。当由该接收缓冲器355传送数据时，该软件检核是否有任何任何失去或部分失去取样。若具有件何遗失取样，该控制单元315可插入零、平均数据或使用任何已知技术以计算该遗失取样。若该取样由该缓冲控制510所压缩，则该控制单元315适当地解压该取样。
上文所揭示的特定的实施例仅为例示性说明，对于熟习此项技艺的人士在了解于此所教导的优点后对于本发明可以做的修正以及以不同但等同方式施行将是显而易见的。再者，于此所显示的并非意在限定本设计或架构的细节，该限定应该是在下文的权利要求中描述。因此，很明的上文所揭示的该特定的实施例可以做变更或修正并且所有的变换皆考量在本发明的范围及精神内。因此，该保护于此应当为本发明权利要求的内容。
权利要求
1.一种方法，包括产生用于传送给远程来源(140)的数据；调制该数据以形成用于传送的多个数据符号；储存该数据符号于缓冲器(340)内；判定在该缓冲器(340)内的数据符号的空缺；以及传送闲置数据符号以响应侦测在该缓冲器(340)内的数据符号的空缺。
2.如权利要求1所述的方法，还包括产生多个同步符号；在预定数量的数据符号后插入其中一个该多个同步符号；以及结合该数据符号而储存该同步符号于该缓冲器(340)内。
3.如权利要求2所述的方法，还包括判定该缓冲器(340)内的同步符号的空缺；以及传送闲置同步符号以响应判定在缓冲器(340)内的数据符号的空缺。
4.如权利要求3所述的方法，其中判定在缓冲器(340)内的数据符号的空缺还包括当数据及同步符号储存于该缓冲器(340)内时，计数该数据及同步符号；以及当该数据及同步符号储存于该缓冲器(340)内时，基于该数据及同步符号的计数而产生闲置数据或同步符号。
5.如权利要求1所述的方法，还包括发送有关于该闲置数据符号的插入的数据回传至该远程来源(140)。
6.一种装置，其特征为该装置包括适合产生数据用以传送至远程来源(140)的处理器(110)；以及适合调变该数据的发送器(305)以形成多个数据符号、储存该数据符号于缓冲器(340)内、判定于该缓冲器(340)内的数据符号的空缺及传送闲置数据符号以响应侦测在该缓冲器(340)内的数据符号的空缺。
7.如权利要求6所述的装置，其中该发送器(305)更适合产生多个同步符号，并且在预定数量的数据符号后插入其中一个该多个同步符号，并且结合该数据符号而储存该同步符号于该缓冲器(340)内。
8.如权利要求7所述的装置，其中该发送器(305)更适合以判定于该缓冲器(340)内的同步符号的空缺，并且传送闲置符号以响应判定于缓冲器(340)内的同步符号的空缺，并且传送闲置同步符号以响应于缓冲器(340)内的同步符号的空缺。
9.如权利要求8所述的装置，其中当数据及同步符号储存于该缓冲器(340)内时，该发送器(305)通过计数该数据及同步符号更适合以判定于该缓冲器(340)内的同步符号的空缺；以及其中该发送器(305)还包括当数据及同步符号储存于该缓冲器(340)内时，基于该数据及同步符号的计数而产生闲置数据或同步符号。
10.如权利要求6所述的装置，其中该处理器还包括发送有关于该闲置数据符号的插入的数据回传至该远程来源(140)。
全文摘要
本发明提供在软件型ADSL调制解调器(120)内用于缓冲数据取样的方法及装置。该方法包含产生数据用以传送给远程来源(140)及调制该数据以形成多个数据符号以供传送。该数据符号储存于缓冲器(340)内。在缓冲器(340)内的数据符号的空缺将可判定。响应于侦测在该缓冲区(340)内的数据符号的空缺，闲置数据符号将可传送。
文档编号H04L25/05GK1415154SQ00818154
公开日2003年4月30日 申请日期2000年8月8日 优先权日2000年1月3日
发明者T·L·科尔, C·R·小博斯韦尔 申请人:先进微装置公司