专利名称：根据服务质量值进行自适应带宽调整的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信系统和在一定服务质量(QoS)水平下进行通信所需的带宽。更具体的说，本发明涉及优化可用带宽及提高可用通信信道的信息传输效率(bits/Hz)。
需要联网的电子设备越来越多，但却缺乏足够的通信带宽，这就越发需要开发出有效利用带宽的通信系统。
人们一直很重视尝试比前几代技术更有效利用带宽的技术。例如，跳频、采用功率控制的CDMA(码分多址)、采用自适应编码方案的802.11a和HIPERLAN 2(高性能无线局域网2)、ADSL(非对称数字用户线)以及日本的DTV(数字电视)标准(ISBT)就是几种尝试更有效利用带宽的技术。此外，最近采纳的家庭插电联盟电力线通信规范(Homeplug Alliance power-line communicationspecification)是另一种系统示例，其中，为了维持给定的QoS(服务质量)要求，选择性地放弃使用多个载波。另外，人们一直在进行有关自适应调制和空时编码的研究，旨在使带宽效率最大化。
然而，随着越来越多的应用继续参与竞争诸如家庭之类环境中的给定带宽，越发难以维持满足要求的QoS(如数据率、比特误码率、实时流)，以确保设备上的多媒体信息内容传送。此外，典型的家庭网络必须支持千兆比特范围内的总数据率。因此，需要研究出能够最佳地利用可用带宽并提高可用信道的信息传输效率的技术。
本发明的一个方面是提供一种方法和设备，周于通过以“协作”交互方式传输参数以适应整个网络上的应用需要和接收装置容量，从而最佳地利用可用带宽。所调整的参数包括信源编码和信道编码，在调整传输参数时，每个设备和应用要考虑网络中其它设备的需求。
图1显示了两个通信设备通过可重配置通信媒体相互进行通信的配置。
图2显示了根据应用需求和频率选择性宽带衰落信道中子信道的容量，将带宽资源分配给不同的应用。
图3是概括根据本发明的方法的流程图。
如下解释用于说明而非限制，并且本领域技术人员明白，在本发明的精神和所附权利要求书的范围内可以进行各种修改。
本发明的第一方面关于通过设备之间的协作优化带宽使用的技术。例如，一个小屏幕视频显示器可以在一定比特率下最佳地运行，但该显示器也可以在满足要求的前提下以较低比特率运行，从而释放带宽供其它应用使用。
如果业务量适中或很重，则显示设备会请求以低数据率传输。另一方面，如果业务量很轻，显示设备可以请求以较高数据率传输。
例如，图1分别显示了设备1、100和125，它们经可重配置通信媒体互相通信。第一和第二设备包括可编程带宽射频和中频单元105、130、可编程数模转换和模数转换单元110、135、用于参数选择的带宽处理单元115、140和用于根据相应基带处理参数选择单元选择的参数分别发送和接收应用的发送和接收单元120、145。
在本发明的这一方面中，可编程带宽射频和中频单元105、130用某一范围的传输参数编程，所述范围的传输参数由所述基带处理参数选择单元115、140根据通信方向经数模转换或模数转换单元110来选择。所述范围的部分可以标识为例如“满足要求”、“令人满意”和“最佳”。应理解，选择这些术语是为了进行说明，根据期望的QoS，可以有更少或更多的部分。例如，“满足要求”的传输参数将是厂家认为设备1可以运行的最低比特率。
作为替代或作为补充，，满足要求的参数可包括勉强可接受的数据率、比特误码率和/或实时流速率，这里仅可给出几个示例。因此，参数选择还可以将特定应用的特定需求纳入考虑，由单元120、145实际进行的应用收发可要求例如设备1或2在稍高于“满足要求”水平的QoS下运行。例如，如果设备1是显示器，则特定图像程序或视频流所需QoS可能高于该显示器用于字处理程序时的情况。
设备2会与设备1一样有相同的要求，或者可能需要更严格或较不严格的参数。设备1和设备2可以互相交换参数信息，或者此信息可以通过网络程序来提供。
参数的选择还可基于数据业务量。在本发明的一个方面中，设备可以有缺省的最佳参数。基带处理选择单元115、140会定期监视数据业务量(或从网络程序接收此信息)，根据有关其它设备的参数的信息，设备将选择不会使网络过载的范围中某点上的传输参数。
在显示设备需要较低传输数据率的情况下，就可能需要更严格的编码技术和更高的服务质量要求(例如，改变比特误码率或实时流的速度)。因此，发送端必须能够调整信源编码和信道编码的参数以确保内容传送，而仍然可以释放带宽以供其它应用和/或设备使用。
在本发明的另一方面，即将信道进一步划分成子带的情况中，当设备相互通信时，它们会根据不同的流式多媒体内容分配子带，所述多媒体内容例如，根据相应内容的QoS要求通过稳健信道传输的音频和基本(base line)视频，以及通过非稳健信道传输的非关键内容。
图2说明本发明的又一个方面，其中，无绳电话210(和/或其它音频设备)通过一个信道的一部分进行通信，视频游戏设备通过该信道的剩余部分进行通信。在此情况下，可以将带宽分割成若干子带(其中为说明目的显示了子带1-4，但可以有更少或更多的子带)，随后调整各子带的参数并将其分配给不同的设备，以优化网络中设备的总带宽利用率。如图2所示，子带1分配给使用16 QAM(正交振幅调制)的稳健音频链路212。子带2分配给使用128 QAM的高数据率3D(三维)视频游戏链路214。子带3分配给使用16 QAM的稳健的基本视频链路216。最后，本示例中子带4分配给使用64 QAM的辅助视频链路216(较不稳健)。网络于是在时频复用系统中运行，其中根据应用和子带容量来分配子带。
在本发明的又一个方面中，可以提高可用带宽的总信息传输效率。对深度衰落子信道的处理将与非衰落子信道的不同。随后会调整功率、编码等，以优化网络的整体性能。
图3提供了概括图1所示本发明一个方面的流程图。
在步骤305中，第一设备(设备1)与其它设备交换有关可运行性、比特率等参数范围的信息。
在步骤310中，第一设备要么从通信链路(如网络控制程序)获得使用和数据容量信息，要么可以从另一设备获得这些值。或者，通信链路可以定期以一般的广播形式来提供使用信息，或者，这种信息还可以通过链路上的数据交换来定期提供。
在步骤315中，第一设备从运行范围中选择(或指示)要使用的运行参数。通常，诸如基带处理参数选择单元115之类的单元会选择所述范围中不超出通信链路容量和/或不会使数据业务量超过某个预定值的运行点。本质上，步骤315至少有两种变化，第一种是选择运行参数，另一种是由第一设备发送所建议的运行参数，以便其它设备和/或通信链路可以对它们自己的运行参数作任何必要的调整。最后，应该有可以解决冲突的某种类型的优先级方案，或者网络程序可以解决这类冲突并分配要由设备使用的值。
在步骤320中，其它设备可以在下列情况中调整其运行参数(1)如果通过信息交换已确定第一设备在现有业务量下无法运行；或者(2)如果通信链路指示设备减少(或增加)其运行参数。
虽然步骤320是可选的，但希望其它设备进行交互和调整，以允许新增设备以类似于通信链路上以前连接的设备的水平运行。本发明的算法方面可包括优化宽带系统的物理层，所述宽带系统例如为使用多载波或子带(多跳调制)且带宽超过100兆赫兹的系统。可以改变下列参数，以便以最佳方式使用这种高带宽系统如(1)接收端与发送端上的子带编码、用于子带的最佳编码和用于选择容量和多媒体内容需要的算法；(2)在功率、调制顺序、调制类型(如CDMA、QAM、OFDM)、纠错编码、预均衡、多媒体信息内容编码和时空时编码之间的折衷；(3)预均衡；(4)用于利用子带信道的作为宽带网络组成部分的系统结构；(5)整个网络上有效利用带宽的“协作”算法；(6)用于支持多媒体业务，如提供有保证带宽的技术；以及(7)用于支持以数据率换较低成本和功耗的低数据率设备的技术。
本领域的普通技术人员可以在不背离本发明精神或所附权利要求书范围的前提下进行各种修改。例如，虽然图2中的示例是用QAM来描述的，但也可以采用CDMA、M-QAM(多进制正交振幅调制)或其它载波技术。这在具有高带宽效率和实时传输网络要求的宽带系统的情况下尤其正确，在该情况下要选择多载波系统。可以将一个宽带，如在5-6 ISM(工业、科学及医药设备)频段中的150兆赫兹划分成若干子带，然后选择适当参数，以在满足给定网络中应用/设备的要求的QoS条件下，取得千兆比特范围内的总数据率。
由于接收语音或基本视频的小型便携式设备可能不需要高数据率但需要低功耗，以延长电池寿命，因此该设备的QoS最好是可伸缩的。理想的是其QoS可伸缩的，同时功耗又允许对许多设备进行电池供电。此外，诸如信源编码、信道编码、物理层的通信设计、媒体访问控制技术和低功耗设计之类的各种技术都是合乎需要的，可以在本发明中实施。
权利要求
1.一种自适应带宽设备，包括可编程带宽射频/中频单元105、130，它包含至少一个服务质量值运行范围；基带处理参数选择单元115、140，用于在所述可编程带宽射频/中频单元105、130的所述至少一个运行范围内选择参数；数/模与模/数转换单元110，用于在所述可编程带宽射频/中频单元105、130和所述基带处理参数选择单元115、140之间进行模拟与数字通信的转换；以及发送与接收单元120、145，用于经可重配置通信媒体与至少第二设备进行发送与接收通信；其中，在评估了所述至少第二设备125、100的运行范围和所述可重配置通信媒体的数据容量与业务量后，所述基带处理参数选择单元选择运行参数。
2.根据权利要求1所述的自适应带宽设备，其特征在于所述设备100与所述至少第二设备125交换运行参数信息。
3.根据权利要求1所述的自适应带宽设备，其特征在于所述自适应带宽设备100和所述至少第二设备125从所述可重配置通信媒体上的网络控制程序接收有关彼此的运行参数信息。
4.根据权利要求1所述的自适应带宽设备，其特征在于所述服务质量值包括下列各项中的至少一项数据率、比特误码率和实时流速率。
5.根据权利要求1所述的自适应带宽设备，其特征在于所述基带处理参数选择单元115、140定期监视所述可重配置通信媒体的业务量，并且根据业务量的变化选择更新的运行参数。
6.根据权利要求1所述的带宽设备，其特征在于所述基带参数选择单元115、140根据所用MOPS(百万次运算每秒)和MIPS(百万条指令每秒)之一与所述可重配置通信媒体的预定容量之比来评估所述业务量。
7.根据权利要求3所述的带宽设备，其特征在于所述基带处理参数选择单元115、140包括用于根据从所述可重配置通信媒体上的所述网络控制程序接收到的指令对所述运行参数进行调整的装置。
8.根据权利要求1所述的带宽设备，其特征在于所述发送与接收单元120、145根据可用带宽进行传输并调整信源编码与信道编码。
9.根据权利要求1所述的带宽设备，其特征在于所述发送与接收单元120、145使用CDMA进行发送与接收。
10.根据权利要求1所述的带宽设备，其特征在于所述发送与接收单元120、145使用M-QAM进行发送与接收。
11.根据权利要求1所述的带宽设备，其特征在于所述发送与接收单元120、145使用QFDM进行发送与接收。
12.根据权利要求1所述的带宽设备，其特征在于所述基带处理参数选择单元115、140针对所述至少一个运行范围评估所述设备的功耗需求。
13.一种用于将带宽分配给局域网中各种应用的自适应系统，它包括用于确定多个设备210、214的运行参数的装置213；用于将可用带宽分割成多个子带1、2、3、4的装置215；用于将所述多个子带中的一个子带的至少一部分分配给第一设备210，而将剩余部分分配给至少第二设备214的装置217；
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于所述分配装置217包括用于在分配一个子带的所述至少一部分后，确定所述第一设备和所述至少第二设备的服务质量运行参数的部件。
15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于根据所述局域网上的业务量，所述分配装置217定期作出有关将所述一个子带的所述至少一部分的适当数量分配给所述第一设备的分配决定。
16.一种用于将带宽分配给局域网中的各种应用的自适应系统，包括用于确定多个设备210、214的运行参数的装置213；用于将可用带宽的若干比特和频率中的至少一个分配给第一设备，而将余项分配给至少第二设备的分配装置217，其中定期验证可用带宽的所述若干比特和频率中的所述至少一个，并根据所述LAN上的业务量重新进行分配。
17.一种用于在局域网中的各设备之间提供自适应带宽分配的方法，包括以下步骤(a)通过所述局域网的可重配置通信媒体在第一设备和至少第二设备之间交换运行参数信息305；(b)评估所述局域网的数据容量和业务量310；(c)所述第一设备选择所述第一设备运行范围内的多个运行参数315，其特征在于协同所述至少第二设备选择的所述多个参数未超出所述局域网的所述可重配置通信媒体的限制。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于所述第一设备将所述选择的运行参数发送给至少所述第二设备和所述局域网之一，以便在运行之前进行验证。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于还包括(d)所述第一设备和所述至少第二设备之一调整运行参数320，以使所述第一设备和所述至少第二设备总体上不超出所述局域网的所述可重配置通信媒体的限制。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于还包括(d)所述第一设备和所述至少第二设备之一调整运行参数320，以使所述第一设备和所述至少第二设备均相应按照预定水平运行。
21.根据权利要求17所述的方法，其特征在于在通过所述局域网的所述可重配置通信媒体从网络控制程序接收到指令后，执行步骤(d)中的所述调整。
22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于在通过所述局域网的所述可重配置通信媒体从网络控制程序接收到指令后，执行步骤(d)中的所述调整。
23.根据权利要求17所述的方法，其特征在于还包括(d)根据所述第一设备和所述至少第二设备的运行参数，将可用带宽划分成子带；以及(e)定期监视所述局域网上的所述业务量以及所述第一设备和所述至少第二设备的服务质量。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于还包括(f)根据步骤(e)的监视结果，重新分配所述子带中的至少一部分。
全文摘要
一种适用于局域网的自适应带宽设备，它包括可编程带宽射频/中频(105，130)单元，射频/中频此单元至少包含一个服务质量(QoS)、值运行范围；基带处理参数选择单元(115，140)，用于选择可编程带宽射频/中频单元的所述至少一个运行范围内的基带参数；数/模和模/数转换单元(110，135)，用于在可编程带宽射频/中频单元和所述基带处理参数选择单元之间进行模拟通信与数字通信的转换；以及发送单元与接收单元(120，145)，用于通过可重配置通信媒体与至少第二设备进行发送与接收通信；其中，基带处理参数选择单元在评估了所述至少第二设备的运行范围和所述可重配置通信媒体的数据容量与业务量后，选择运行参数。一种系统和方法，包括交换可重配置通信媒体有关所述设备的运行参数的信息，所述设备自行调整，或者根据局域网的需求按指示改变运行参数。
文档编号H04B1/707GK1672355SQ03818197
公开日2005年9月21日 申请日期2003年7月22日 优先权日2002年7月31日
发明者D·比鲁 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司