用于提高XDSL和G.FAST系统中发送控制的自适应调制的性能的方法和装置与流程

本专利申请要求享有于2014年3月18日递交的美国临时专利申请No.61/954,838的优先权，以引用的方式将该临时专利申请的内容整体并入本文。

技术领域

概括地说，本发明涉及xDSL(即，ADSL、VDSL等)和G.fast系统，更具体地说，本发明涉及用于在这些系统中提高发送控制的自适应调制(transmit controlled adaptive modulation，TCAM)的性能的方法和装置。

背景技术：

ITU-T SG15 11RV-046(即，下文中称为“提出的TCAM”)中已经提出TCAM，其内容以引用的方式整体并入本文，作为一种无缝地适应于无法被传统无缝速率自适应(SRA)或其它在线重新配置(OLR)方案跟踪的噪声水平的快速变化的方式。所提出的TCAM方案允许接收机控制的自适应调制(RCAM或RCM)模式用于较低的并且更稳定的噪声水平状况下。在所提出的TCAM中，分级正交幅度调制(HQAM)方案使用接收机计算出的比特负载，用于TCAM和RCAM两种模式中。该HQAM方案将一个QAM星座分成“基础”层和“增强”层，并且允许由发射机在高噪声周期内关闭数据到该星座中的“增强”层的映射，从而保留足够的噪声容限。之后当接收机能够执行充分的噪声测量时，它重新计算新的比特负载并将它们发送给发射机，然后该发射机能够根据新计算出的比特负载来恢复数据到“增强”层的映射。

本申请的发明人已经注意到所提出的TCAM不允许使用诸如内部网格编码调制(TCM)之类的编码，从而减小在发送的每秒比特方面的系统容量，当在其他情况下(例如，在RCAM模式期间)线路状况将允许使用这些编码。因此，期望有一种能够克服这些缺点及其他缺点的系统和方法。

技术实现要素：

本发明涉及用于提高xDSL和G.Fast系统中的TCAM的性能的方法和装置。根据某些方面，本发明通过允许在RCM模式中使用传统TCM方案来改进常规的TCAM方案。根据本发明的实施例，在RCM模式中，系统将传统TCM+SNR容限(即，SNRM)与接收机控制的比特分配表(BAT)和音调排序表(TOT)一起使用。根据本发明的实施例，在TCAM模式中，系统使用与最初针对TCAM提出的调制相类似的未编码的分级调制。根据某些方面，在本发明的实施例中的RCM模式中的发射机可以确定线路状况何时需要切换到TCAM模式，并且将转换以信号告知接收机。同样，根据本发明的实施例，当在TCAM模式时，接收机能够请求通过例如SRA机制切换回RCM。

根据这些和其它方面，一种用于根据本发明的实施例执行xDSL或G.Fast通信的方法包括：在线路上的第一噪声状况期间：使用耦接到所述线路的接收机指定的参数在耦接到所述线路的发射机处执行数据的第一调制，其中，所述第一调制包括执行数据的内部编码；以及在所述线路上的第二噪声状况期间：由所述发射机控制所述发射机处的数据的第二种不同调制的性能。

附图说明

在阅读下面对本发明的具体实施例的描述并结合附图之后，本领域的普通技术人员将清楚本发明的这些和其它方面和特征，其中：

图1是根据本发明的实施例示出了用于实现TCAM+的示例性系统的组件和操作的框图；

图2是根据本发明的实施例示出了示例性数字发送链的框图；

图3根据本发明的实施例提供了在RCTCM阶段期间DTU到音调的映射的示例性解释说明。

图4根据本发明的实施例提供了在TCAM+阶段期间DTU到音调的映射的示例性解释说明。

具体实施方式

现在参照附图来详细描述本发明，这些附图是作为本发明的描述性示例而提供的，从而使本领域技术人员能够实施本发明。显然，下面的附图和示例不是旨在将本发明的范围限制到单个实施例，而是，通过互换所述或所示元素中的一些元素或全部元素的方式的其它实施例也是可能的。此外，在可使用已知组件来部分地或全部实现本发明的某些元素的情形下，仅对这些已知组件中对于理解本发明而言必要的那些部分进行描述，并省去对这些已知组件的其它部分的详细说明，以免本发明变模糊。本领域技术人员将会理解，被描述为以软件实现的实施例不应仅限于以软件实现，而是能够包括以硬件实现的实施例，或者以软件和硬件的组合来实现的实施例，反之亦然，除非在本申请中另行指出。在本说明书中，示出单数个组件的实施例不应该被视为限制性的；更确切地，本发明旨在涵盖包含多个相同组件的其它实施例，反之亦然，除非本文另外明确声明。此外，申请人并不有意将说明书或权利要求书中的任何术语归结于不常见或特殊的含义，除非明确如此陈述。此外，本发明涵盖本文中通过描述的方式提到的已知部件的当前和今后知道的等同物。

根据某些一般方面，本发明的实施例允许在发射机检测到线路上的噪声的变化量达到门限时改变前向纠错(FEC)和调制方案。本发明的实施例在本申请中被称为TCAM+。根据某些方面，TCAM+允许在接收机控制的调制(下文称为RCM或RCTCM)模式中使用传统TCM方案，并且受益于在高噪声状况下由发射机控制的其他高吞吐量调制方案。

图1是根据本发明的实施例示出了一个系统的框图。如图所示，该系统包括中央办公室(CO)102中的调制解调器和通过线路(例如，双绞线)106耦接的客户端设备(CPE)调制解调器104。

调制解调器102和104之间通过线路106的通信可以根据诸如ADSL2、VDSL2等(即，xDSL)或G.Fast之类的协议。调制解调器102可以通过适用于CO设备(例如，DSLAM等)中的适应本发明的功能的芯片组和相关联的固件/软件来实现。本领域技术人员在受到本发明示例的启示之后将会理解如何适应这些芯片组(例如，来自Ikanos通信公司的Nodescale Vectoring产品)。调制解调器104可以由适合用在CPE设备中的适应本发明的功能的芯片组和相关联的固件/软件(例如，xDSL调制解调器)来实现。本领域技术人员在受到本发明示例的启示之后将能够理解如何适应这些芯片组(例如，来自Ikanos通信公司的Velocity、Vx18x和Vx68x芯片组)。

现在将结合一个示例来描述根据本发明的实施例的系统100的典型操作模式，在该示例中，CO 102调制解调器是发送调制解调器，而CPE调制解调器104是接收调制解调器，并且调制编码方案是在典型xDSL和G.Fast系统的“下游”通信中实现的。但是，应该明白的是，调制解调器102和104二者都可以具有发射机和接收机二者，并且本发明的实施例可以在线路106上的双向通信中实现。

如图1中所示，调制解调器102和104在S102中开始通信，其可以包括本领域技术人员已知的很多初始化和训练程序。这些程序通常包括CO调制解调器102学习CPE调制解调器104的能力(例如，诸如ADSL、VDSL、G.Fast之类的最高支持的协议)，然后根据所检测到的能力来进一步控制初始化程序。

如图1中进一步示出的，并且根据本发明的方面，CPE调制解调器104在S104中以默认的传统RCTCM模式开始工作。这可以包括调制解调器104确定诸如BAT、TOT等之类的调制和编码参数，其中一些参数可以取决于所使用的如本领域技术人员将会理解的协议，并且将这些参数传输给调制解调器102。

在RCTCM模式期间，CO调制解调器102使用传统TCM方案以便使用由CPE调制解调器102在S104中计算出的参数来调制去往CPE调制解调器104的下游通信。

根据本发明的其它方面，CO调制解调器102能够在S108中使与调制解调器104的通信切换到TCAM+模式。这可以在CO调制解调器102确定线路106上的噪声类型或水平超过某个门限时完成。这可以例如如图1的S106中所示的，在CPE调制解调器104在某个时间窗口中发送太多重传请求时来确定。这一决策可以由CO调制解调器102使用xDSL和G.fast中实现的各种形式的开销信道的任意一个(例如，EOC或RMC)以信号告知CPE调制解调器104。

应该注意的是，如图1中所示，在本发明的实施例中，从RCTCM转换到TCAM+的决策通常由发射机发起。但是在其它实施例中，接收机也可以向该发射机建议转换，所建议的转换由该发射机选择实施或忽略。

根据本发明的实施例，在TCAM+模式期间，CO调制解调器102使用下面将更详细描述的纠错和调制方案，而不是使用与刚才前一个RCTCM模式中使用的相同的BAT和TOT。在实施例中，在TCAM+模式中没有使用内部编码。在通信的条目进入TCAM+模式之后，CPE调制解调器104将能够恰当地解码数据。

当其在进入TCAM+模式之后能这样做时，在S110中CPE调制解调器104基于当前噪声状况来计算诸如新的BAT和TOT之类的新RCTCM参数。这可以使用本领域技术人员已知的常规技术来完成。如S112中所示，然后CPE调制解调器104可以请求通过标准无缝自适应速率(SRA)机制切换回RCTCM。

之后，CO调制解调器102可以使用CPE调制解调器104计算出的并在S112中传输的新RCTCM参数、采用传统TCM方案来恢复执行映射和内部编码。

为了进一步举例说明本发明的方面，图2根据本发明的实施例，描述了可以包括在CO调制解调器102中的示例性数字发送链200的框图。如本领域技术人员将会了解的，链200示出了用于在DMT符号被(通过支持矢量化的协议)处理以实现串话干扰消除并转换为时域信号之前，将数字数据映射到这些DMT符号中的音调的组件。这些其它处理的细节对于理解本发明不是必要的，因此为了本发明的清楚起见，此处省略其进一步细节。不过应该了解的是，调制解调器102包括诸如用于控制由链200中的组件所执行的任务的控制器之类的其它组件。本领域技术人员在受到本发明示例的启示之后将能够理解如何实现这些控制器和其它组件。

如图所示，链200包括数据发送单元(DTU)调帧器和重传层201、外码202、交织器203和内部调制204。在实施例中，外码202是里德-所罗门码(Reed-Solomon，RS)码，它以本领域公知地方式对DTU进行编码。DTU调帧器和重传层201还根据与CPE调制解调器使用的协议，使用诸如G.inp或G.fast中描述的重传机制来保护DTU。

方框201和202可以使用本领域技术人员已知的技术来实现，可能包括所提出的TCAM中描述的用于分级调制的优化重传的某些功能，为了本发明的清楚起见，在此将省略其进一步细节。同时，方框203和204根据本发明的方面实现TCAM+和RCTCM模式，以及如下面将进一步详细描述的在它们之间切换的能力。

一般来讲，根据本发明的实施例，由方框204在RCTCM阶段期间实现的内部调制方案是标准TCM(例如，使用Ungerboeck/Wei集合分割的网格编码QAM调制)。交织器方框203被实现为，依据在与CPE调制解调器104的通信中使用的协议，根据xDSL G.inp或G.fast标准中规定的重传程序，将RS码输出数据映射到音调。

同时，根据一般方面，在本发明实施例的TCAM+阶段期间，交织器方框203被实现为使得RS码输出数据根据所提出的TCAM方案(即，未编码的分级正交幅度调制或HQAM)映射到音调。在实施例中，不执行由方框204所进行的内部编码，从而(相对于RCTCM阶段)减少了TCAM+阶段期间的编码增益。这应该不会显著地影响整体性能，因为预期的TCAM+阶段的持续时间通常非常短。但是，在其它实施例中，只要还使用下面将要更详细描述的DTU映射方案，就有可能继续使用TCM。

在实施例中，如下面将会更详细描述的，由于使用不同的调制方案，DTU到音调的映射在RCM和TCAM+阶段之间也有所不同。不同DTU映射造成需要在RCTCM和TCAM+之间干净的转换。因为标准xDSL和G.fast超帧是由整数数量的DTU组成的(通过使用伪填充(dummy padding))，所以自然的转换周期处于超帧级。

尽管如此，G.fast标准填充方案可以被修改为支持针对G.fast应用按照TDD帧级的转换。

与所提出的TCAM(TCAM不需要以信号告知从RCAM到TCAM的转换)不同，根据本发明的实施例从RCTCM到TCAM+的转换需要以信号告知接收机。在实施例中，信令内容是非常小的，只能构成要在其中应用调制方案的转换的动作的DTM帧(或超帧)(FoA)的索引。根据本发明的某些方面，不需要交换新的比特分配表(BAT)或音调排序表(TOT)或其它大的表。

应该注意的是，在其它实施例中，能够使用下面将要描述的针对TCAM+阶段的映射方案，在RCTCM和TCAM+阶段中都执行相同的DTU映射。

图3提供针对每个DTU 8个比特，每个音调从1到16比特共16个加载音调，以及具有两个DMT符号3a和3b的一个超帧的简化示例，在本发明的实施例中在RCTCM阶段期间如何执行DTU到音调的映射的解释说明。如图所示，来自DTU的数据比特(在根据TOT进行TCM编码和音调重新排序之后)以升序方式映射到重新排序后的音调上。例如，元素301示出映射到第一音调的前8个比特的第一DTU。比特分配规则(即，要映射到各个个体音调的比特数量)是由BAT指定的，图3中示出了它的一个示例。如图所示，一个DTU到一个音调的映射可以与相邻的DMT符号重叠(例如，图3的示例中的DTU编号21)，但是如果要映射的超帧中的剩余时隙无法填满整个DTU，则在该超帧的结尾处使用填充305。

图4提供针对每个DTU 8个比特，每个音调从1到16比特共16个加载音调、以及由两个DMT符号4a和4b组成的一个超帧的简化示例，在本发明的实施例中在TCAM+阶段期间如何执行DTU到音调的映射的解释说明。来自DTU的数据比特(在根据TOT的音调重新排序之后)以升序被单独地内部调制到“噪声层”上，然后被映射到重新排序后的音调。例如，元素402示出了跨越所有要加载的音调的、具有两个相邻比特(即，本例中第七和第八可用比特)的噪声层。应该注意的是，噪声层不需要是两个比特，而是可以具有任意偶数数量的比特，其中2的幂数是优选的。同样，噪声层的数量不需要是如这一示例中所示的8个，其它数量的噪声层也是可能的。

同时，元素402示出了映射到第一噪声层(即，要加载的所有音调的第一和第二可用比特)的第一DTU，以及在第一符号中要加载的前8个可用音调。比特分配规则是由与接收机先前计算出来并在刚刚前一个RCTCM阶段期间使用的相同BAT指定的。如图4中所示，一个个体DTU到多个音调的映射可以与若干个相邻DMT符号(例如，图4的示例中的DTU 8、12、15、18和22)重叠，但是如果要映射的噪声层中的剩余时隙无法填满整个DTU，则在超帧的每个噪声层的结尾处使用填充405。

应该注意的是，在本发明的实施例中的TCAM+阶段内，个体噪声层402可以被关闭，使得它们不携带任何有用的信息(即，没有DTU被映射到这些层)。就这一点而言，应该注意的是描绘DTU映射到所有的层402的图4并不是典型的。关闭特定层的决定是由发射机例如基于映射到该层的DTU相关联的重传请求的数量做出的。在其它实施例中，要关闭的所述特定层可以是硬编码的。例如，一旦进入TCAM+阶段，除了最受保护的噪声层402之外的所有层都可以被关闭，然后可以重新开启多个额外的不太受保护的噪声层402，一次开启一个不太受保护的噪声层，直到达到与映射到该噪声层的DTU相关联的重传请求的门限数量为止。举另一个例子，一旦进入TCAM+阶段，所有噪声层402都可以被开启，然后可以使用后续重传请求的数量来确定要关闭哪些层402。

无论如何，这一决定可以是对接收机透明的，其仅仅注意到在已经被关闭的层上没有发送有用的信息。本领域技术人员将能够在受到本示例的启示之后以类似于在所提出的TCAM中关闭“增强”层的方式，根据本发明使所提出的TCAM方案适应于关闭图4的DTU映射中的特定噪声层。

根据某些方面，本发明的实施例中在RCTCM和TCAM+阶段之间的超帧级的转换避免了DTU与来自不同阶段的DMT符号重叠。因此，为了向内部调制方案提供适量比特而不改变比特分配规则，需要填充(即，伪比特或者不包含任何信息的比特)。填充在图3和图4中分别表示为元素305和405。

虽然已经具体参照优选实施例描述了本发明，但是对于本领域的普通技术人员应当容易理解的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的前提下对形式和细节做出变化和修改。所附权利要求旨在涵盖这些变化和修改。