本公开涉及使用多个信号副载波(subcarrier)的高速同步数据传输系统，例如在数字用户线(digital subscriber line，dsl)上运行的系统。更具体地来说，本公开涉及数字用户线系统的全域(global)及本地(local)的性能最佳化，尤其是高位元率数字用户线(very high-bit-rate digital subscriber line，vdsl)及未来变体(future variant)，其在整个系统中较易受到串扰(crosstalk)影响。
背景技术：
1、自从非对称数字用户线(asymmetric digital subscriber lines，adsl)在1999年被发明且被标准化，数字用户线一直非常受欢迎。数字用户线是语音频带数据机(voiceband modem)的一个重大的技术跃进，其中语音频带数据机仅使用4千赫兹(khz)的语音频带。在世界上的许多国家中，随着电话线的广泛部署，数字用户线已被普及化以提供家庭中的宽频网络(broadband internet)。宽频速度更从语音频带数据机的每秒仅50千位元数(kbps)提升到具有1百万赫兹(mhz)频宽(bandwidth)的非对称数字用户线的每秒8百万位元数(mbps)。多年来，数字用户线技术不断进步。随着技术的进步，更多且更高的频宽被用来提高可达速率(attainable speed)。基频频宽分布于1mhz至2mhz(adsl2+)、8mhz/17mhz/35mhz(vdsl2)至106mhz/212mhz(光纤转铜缆(gfast))之间。频宽将被一组具有正交频率的副载波来平均使用，这种技术被称为离散多音(discrete multitone，dmt)。随着技术的进步，人们发现，当使用频宽愈高时，同一电缆束中的电话线之间的串扰问题愈加严重。为了达到整体最佳化的系统性能，后续发明了一种称为向量化的技术，以消除同一数字用户线技术中的大部分的串扰。串扰可以在同一频宽下的副载波频率位准上进行评估。通过对串扰的良好估计，常驻于中央局(central office，co)的数字用户线存取多工器(digitalsubscriber line access multiplexer，dslam)的终端可以很好地消除大部分不期望的串扰。但随着新的技术出现，所涉及的频宽会愈来愈高，串扰问题也会愈加严重，因此如何消除串扰变得愈来愈重要。
2、为了处理整个数字用户线系统中不断增加的串扰干扰，人们提出并实施一些想法。例如，主要是由斯坦福(stanford)大学的教授john cioffi及其团队所贡献的动态频谱管理(dynamic spectrum management，dsm)。动态频谱管理的技术被分类为多个协调级别(level of coordination)。在第0级中，不具有协调机制，每一使用者将其他使用者的信号视为噪声，并寻求以分散式(distributed manner)来最大化自己的数据速率。此即称为叠代注水法(iterative water-filling，iwf)。接着，在第1级中，由于无需达到接近中央局的短距离使用者的服务速率(service rate)，因此数字用户线存取多工器的终端的频谱管理中心(spectrum management center，smc)可以协调短距离使用者的一些功率回退(powerback-off)，从而减少对其他需要全功率来达到其服务速率的长距离使用者的串扰。之后，在第2级中，频谱管理中心可以集中协调所有数据机的频谱，其可使用最佳化频谱平衡(optimal spectrum balancing，osb)机制以使所有使用者的速率的加权总和最大化。频谱管理中心可以决定上行(upstream)及下行(downstream)的功率谱密度(power spectrumdensity，psd)来实现前述目标(即，使所有使用者的速率的加权总和最大化)。在动态频谱管理的第3级中，在所有的数据机皆终止于同一数字用户线存取多工器时，完成协调或是向量化，并产生多输入多输出(mimo)通道。
3、在非对称数字用户线(adsl或是g.dmt)的应用领域中，只考虑了下行功率的削减/礼貌性(politeness)。此可以被视为动态频谱管理的第0级，因其仅是为了避免最短回路长度的信号饱和。第二代的非对称数字用户线(adsl2及adsl2+)考虑有动态频谱管理的第1级，其同时提供上行及下行的电源削减，并可以由中央局的终端及用户端设备(customerpremises equipment，cpe)的终端共同决定。然而，第二代的非对称数字用户线仅具有单向协商，意味着若某一终端(中央局的终端或是用户端设备的终端)选择较大的功率削减，则此即为最终决策。
4、在第二代的高位元率数字用户线(vdsl2)的应用领域中，其可以被认为是动态频谱管理的第2级。上行及下行的详细功率谱的形态(shape)可以由中央局的终端决定，并由中央局及用户端设备共同协商。随着向量化标准的出现，第二代的高位元率数字用户线也实现了动态频谱管理的第3级。常驻在中央局的终端的向量化控制实体(vectoringcontrol entity，vce)控制所有连接的用户端设备，以使符号界线对齐，从而使期望信号与串扰正交，并通过矩阵运算消除串扰。通过此些动态频谱管理技术，所有使用者的整体速率皆得到了明显的改善。通过消除大部分串扰的向量化技术，以使使用者之间遭受到串扰影响的高频带得到了很大的改善。这使得整体的平均使用者数据速率至少达到无串扰干扰的情形下的数据速率的95％。相比之下，若没有此些技术应用，整体的平均使用者数据速率可能因为其之间的相互串扰而衰退30～50％。
5、尽管有这些现有技术的启示，然而仍有一些领域未被考虑。动态频谱管理的第2级严格按照电气长度(electrical length)(中央局与用户端设备之间的估计的回路距离)，来考虑功率回退或是功率谱密度的形态。对于较短的回路距离而言，由于仅需要较少的功率来达到服务需求，因此功率谱密度或是功率将趋于降低。由于功率与功率谱密度的缩减对于其他使用者的串扰也会减少，因此功率与功率谱密度的缩减也有助于整个系统。功率/功率谱密度的最终决策由中央局的终端所做出，而用户端设备仅能协商并建议比中央局的终端更低的功率。若线路条件较差时(例如，线路上有一些静态环境噪声或射频干扰时)，则被缩减的功率/功率谱密度可能使线路无法达到其期望的最佳化速率。线路甚至可能无法达到其服务速率。
技术实现思路
1、鉴于上述，本公开提供了一种改良的系统及其方法。由于较短距离及考量了噪声基底(noise floor)，因此本公开可以维持具有平衡的功率及功率谱密度缩减的最佳化的速率。
2、在一些实施例中，本公开提供了一种改良的初始化交换协定。通过考虑电气长度及噪声剖面(noise profile)，来简化功率及功率谱密度位准的最终决策。
3、在一些实施例中，本公开提供了一种改良的系统及方法，以平衡整体系统的远端串扰(far-end crosstalk，fext)及每一噪声特征。
4、在一些实施例中，本公开是将前述方法实施于任一高速数字用户线系统，且高速数字用户线系统可能需要缩减功率的控制以实现系统的远端串扰性能，同时还能达到单一数字用户线的最佳化性能。
5、在一些实施例中，本公开的系统通过参考中央局的终端与用户端设备的终端之间的估计的电气长度，消除仅靠缩减功率的决策所产生的可能的次佳化速率。在优选的实施例中，信号根据已知的协定及标准来携带信息。首先，系统包含一训练协定，该协定用以识别单一系统的特征，例如回路距离、静态环境噪声、及射频干扰等等。在整个数字用户线系统中，自我串扰变得愈来愈重要，但庆幸的是其可以通过先进的数字用户线技术来大幅地被降低。有一重要的技术即是减少具有中央局的终端与用户端设备的终端之间的较短距离的线路的传输功率或是功率谱密度位准。此技术是用于远近问题(near-far problem)的串扰缓和，较短的距离是指用户端设备靠近中央局，且中央局对较远的用户端设备产生较强的串扰。由于线路的信号衰减较少，因此这些线路无需以全功率或是功率谱密度位准来达到线路的服务速率。在估计的回路距离或是电气长度已知时，本文所述的功率回退可以由该二终端(如中央局的终端及用户端设备的终端)的发射器实现。这种功率回退技术可以有效地减少从此些较短的线路至其他较长的线路的高强度的串扰(自我远端串扰)。中央局的终端及用户端设备的终端皆测量其接收到的信号，在知晓同级点(peer)传输的功率谱密度位准时，中央局的终端及用户端设备的终端还进一步消除信号衰减及回路距离。中央局的终端及用户端设备的终端还测量其噪声或是信号噪声比(signal to-noise-ratio，snr)，以决定功率回退是否会使其无法达到目标服务速率。
6、若没有本发明，仅通过回路距离决定的功率回退可能造成功率谱密度过低，在这种情形下，相较于噪声位准，缩减的信号位准并不足以提供足够的信号噪声比来符合其服务速率。由于短回路的品质需要非常充足，因此这情形并非本领域技术人员所期望的。一旦得知所产生的信号噪声比可能无法支持其服务速率时，则需要一种机制以调整功率谱密度或是功率回退，以使新的传输信号具有所需信号噪声比的期望位准。
7、在一实施例中，增加一额外的交换阶段，一旦接收者收集了噪声信息及信号噪声比，即可以在需要时调整同级点的发射器的功率谱密度位准。在高位元率数字用户线的标准中，功率谱密度/功率回退的决策的协议是在通道探索阶段中完成，该通道探索阶段是初始化的第一个阶段。信号测量及噪声测量可在此阶段中执行。然而，在当前的协定中，此阶段存在有自我远端串扰，将可能误导噪声测量。在第二阶段(即训练与分析阶段)中，自我远端串扰可被测量及消除。之后，实际的噪声测量及其产生的信号噪声比对于最终服务而言始具有意义。因此，在一实施例中，可以包含一重新调校(retrain)机制以重新启动一个新的初始化程序，以使功率谱密度/功率回退的决策将噪声纳入考量。若在当前的功率回退下，测量到的噪声不会影响其目标服务速率时，则此程序是可选的。
8、在通道探索阶段中，多个信息在中央局的终端及用户端设备的终端之间进行交换。“o-signature信息”是此阶段中的第一信息。该第一信息传递了中央局的关于功率谱密度的遮罩(mask)、上行功率回退参数及许多其他的设定。用户端设备可开始测量“o-signature信息”中的信号；通过在此信息内包含的中央局所发送的实际功率谱密度信息，用户端设备可推导出通道的衰减，从而推导出回路距离/电气长度。通道的衰减或是回路的衰减所指的是发射器的功率谱密度位准与接收器的功率谱密度位准之间的信号间隔。实体回路距离或是电气长度是单一值“kl0”，表示跨越使用频宽的回路衰减。功率回退是由预定规则决定，该预定规则涉及上行功率回退参数“a”与“b”、电气长度“kl0”及副载波频率。接着，用户端设备开始发送其第一信息(即“r-msg1信息”，其具有实际的功率谱密度/上行功率回退)。之后，中央局测量信号，并连同“r-msg1信息”中的功率谱密度信息而推导出通道衰减及回路距离(或是电气长度)。用户端设备还将其估计的电气长度传递至中央局的终端，且中央局将在下一信息(即“o-update信息”)中产生电气长度的最终决策。中央局可以指定一功率谱密度界限(ceiling)以进一步限制上行功率谱密度。上行功率回退是由最终电气长度最终化(finalized)，并可以由用户端设备的终端在训练阶段的起始时段实施。下行功率回退是在收到“r-update信息”之后最终化，其中用户端设备可以请求一下行功率谱密度界限，并也可以由用户端设备的终端在训练阶段的起始时段实施。同样地，在“o-prm信息”中，中央局传递功率谱密度/下行功率回退的最终决策至用户端设备的终端。在“r-prm信息”中，用户端设备传递功率谱密度/上行功率回退的最终决策至中央局的终端。
9、如上所述，该二终端(中央局的终端及用户端设备的终端)皆需测量信号之外的噪声。为了在自我远端串扰被消除后，能更好的测量实际的噪声，此程序可以在第二阶段(训练与分析阶段)进行。中央局的终端将协调其所连接的所有线路，并尝试以最佳方式消除远端串扰。接着，该二终端测量实际的残余噪声，并决定信号噪声比是否足以支持其目标服务速率。在此可以有两种可能性：第一种，信号噪声比是足够的，因此功率回退/功率谱密度位准是合适的，并进入最终阶段；或是第二种，信号噪声比不足，因此功率回退/功率谱密度位准需要调整。在该第二种情形下，由于功率谱密度位准是在训练与分析阶段中的起始时段被最终化的，因此可能需要重新调校以进行调整。在重新调校中，此调整可以在“r-update信息”及“o-prm信息”实现。“r-update信息”传递了下行功率回退的功率谱密度的上移(dpbo psd upshift)的请求，以增加其接收的信号位准，从而提高信号噪声比。“o-prm信息”传递了上行功率回退的功率谱密度的上移(upbo psd upshift)的请求，以在上行方向上达到与下行方向上相同的效果。该二终端决定最终的功率谱密度及功率回退，并如前所述的应用于训练阶段的起始时段。
10、尽管下文的说明书是描述了本公开的涉及高位元率数字用户线收发器的优选实施例，但对于本领域技术人员而言可知，本公开可以有助于许多因功率回退而造成速率不足的情形。