УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПОТОКА ДАННЫХ В DSL-СИСТЕМЕ
DATA STREAM QUALITY CONTROL IN DSL-SYSTEM

Настоящее изобретение относится к способу управления качеством потока данных в системе связи с цифровой абонентской линией, как описано в преамбуле пункта 1, соответствующему приемнику, как описано в преамбуле пункта 4, и соответствующему передатчику, как описано в преамбуле пункта 5 формулы изобретения.
Такой способ и соответствующие ему устройства уже известны в данной области техники, например, из раздела “AOC on-line adaptation and reconfiguration”, стр. 119-123 рекомендации ITU-T G.992.1 с заголовком “Asymmetric digital subscriber line (ADSL) transceivers”, опубликованной в июне 1999 года Международным союзом по электросвязи (ITU).
В данном документе описывается, что мощность передачи в системе с цифровой абонентской линией, называемой ADSL-системой, распределяется по всем несущим частотам данных, называемым вспомогательными несущими частотами, в результате чего получается определенное значение спектральной плотности мощности (PSD) для каждой несущей частоты. Эта мощность передачи ослабляется при распространении по каналу, что приводит к определенной, уменьшенной мощности приема в приемнике. Кроме того, канал также имеет характеристику для добавления шума в сигнале. Из этого ослабленного сигнала вместе с добавленным шумом может быть определено отношение сигнал/шум. На основе этого отношения сигнал/шум может быть определено число битов, которые могут быть переданы по каждой несущей частоте, причем еще гарантируется, что может быть определена определенная максимальная частота ошибок. Это число битов затем передается передатчиком на каждой несущей частоте данных, когда передатчик находится в режиме передачи.
Так как характеристика канала из-за определенных условий, таких как вновь возникающие источники помех или погодные условия и шум, изменяются во времени, отношение сигнал/шум для сигнала также изменяется. Следовательно, из-за изменения характеристик канала и шума текущее отношение сигнал/шум может отличаться от отношения сигнал/шум, которое требуется для передачи ранее определенного числа битов на каждой несущей частоте, когда еще гарантируется определенное качество потока данных для случая определенной максимальной частоты ошибок. Для того чтобы перенастроить значение спектральной плотности мощности для каждой несущей частоты на новое значение, которое соответствует измененным текущим характеристикам канала и шума в канале, без прерывания потока данных, чтобы гарантировать стабильную связь, выполняется перестановка битов.
Из-за факта того, что в ADSL версии 1, как описано в вышеупомянутой рекомендации ITU-T G.992.1, механизм перестановки битов способен только изменить самое большое 4 (нормальный запрос перестановки битов) или 6 (расширенный запрос перестановки битов) тонов каждую секунду, модем может выйти из режима передачи перед наступлением времени для выполнения всех необходимых перестановок битов, если шумовые условия в линии связи быстро изменяются.
Кроме того, в ADSL версии 2, как описано в рекомендации ITU-T G.992.2, механизм перестановки битов является большим и может включать все несущие частоты в перестановку битов, что составляет улучшение по сравнению с ADSL версии 1. В этом случае, однако, сообщение запроса перестановки битов, которое должно быть передано, является большим, и если шум в линии связи высокий, то вероятность того, что принятое сообщение запроса перестановки битов искажено, является значительной.
Целью настоящего изобретения является создание способа управления качеством потока данных, передатчика и приемника указанного выше типа для управления качеством сигнала данных, но при этом управление качеством потока данных выполняется таким образом, что стабильность работы модема значительно увеличивается.
Согласно изобретению эта цель достигается способом управления потоком данных, как описано в пункте 1, приемником, как описано в пункте 2, и передатчиком, как описано в пункте 3 формулы изобретения.
Действительно на основе запроса передатчика, в случае, когда качество потока данных, принятого приемником, является неудовлетворительно низким, для того чтобы улучшить качество потока данных посредством уменьшения распределения битов с одинаковой величиной для множества несущих частот данных, и затем, в ответ на запрос приемника, передатчик уменьшает распределение битов, и соответственно качество потока данных улучшается.
Качество потока данных может быть “неудовлетворительно низким”, если отношение сигнал/шум для всех несущих частот данных или для набора несущих частот данных является слишком низким, если шум для любой или для всех несущих частот данных является слишком высоким, если частота ошибок слишком высока (на битовом уровне: коды прямого направления ошибок могут сообщать, если корректироваться должно много битов или если присутствуют некорректируемые ошибки; на уровне кадра: ошибки контроля с циклическим избыточным кодом (CRC) на уровне маршрута данных; уровень ячейки: обнаруженные CRC-ошибки ATM-ячеек; на уровне пакета: TCP CRC ошибки; на уровне приложения: ошибки декодирования видео, задержка голосового сигнала) или если определенное качество потока данных между оператором цифровой абонентской линии и соответствующим клиентом или пользователем является неудовлетворительно низким согласно предварительно согласованному договору. Следовательно, уменьшая число битов, передаваемых на несущих частотах с одинаковым количеством для всех несущих частот данных из множества несущих частот данных, скорость передачи битов быстро адаптируется без использования какого-либо вычисления или механизма повторного назначения, который применяется при перестановке битов, так что запас по шумам на каждой из несущих частот данных из множества несущих частот данных теперь является достаточно высоким для гарантирования стабильного режима работы модема, когда передается уменьшенное число битов на каждой несущей частоте данных. В этом способе запас по шумам улучшается до такой степени и в пределах очень короткого времени, так что стабильность работы модема значительно увеличивается, и передача данных может быть выполнена со значительно меньшей вероятностью искаженных кадров по сравнению с существующим способом перестановки битов. Очень короткое время для увеличения стабильности имеет место вследствие того, что для каждой несущей частоты из множества несущих частот должно выполняться одинаковое действие, не требующее вычислений для определения действия для каждой несущей частоты.
Кроме того, ввиду того, что для множества несущих частот уменьшение распределения битов выполняется с использованием одной величины, сообщение запроса значительно меньше, чем сообщение перестановки битов, что приводит к более высокой вероятности успешной передачи этого сообщения.
Кроме того, в изобретении общая скорость передачи битов уменьшается за счет уменьшения распределения битов без компенсации этого уменьшения увеличением распределения битов для других несущих частот данных. Никакого перераспределения в настоящем изобретении не выполняется.
Дополнительный характерный признак настоящего изобретения представлен в пункте 2 формулы изобретения.
Одинаковая величина для уменьшения распределения для всех несущих частот из множества несущих частот является предварительно определенной величиной.
Дополнительный характерный признак настоящего изобретения представлен в пункте 3 формулы изобретения.
Одинаковая величина для уменьшения упомянутого распределения битов для всех несущих частот из множества несущих частот определяется на основе качества потока данных.
Дополнительный характерный признак настоящего изобретения представлен в пункте 6 формулы изобретения.
Путем выполнения перестановки битов по несущим частотам данных для передачи потока данных от передатчика к приемнику после уменьшения распределения битов для множества несущих частот данных эта перестановка битов выполняется для точной настройки спектральной плотности мощности, полученной в результате прямого уменьшения числа битов.
Дополнительный характерный признак настоящего изобретения представлен в пункте 7 формулы изобретения.
Качество потока данных определяется отношением сигнал/шум. Следует отметить, что термин 'содержащий', используемый в формуле изобретения, не должен интерпретироваться как ограниченный значениями, перечисленными после него. Таким образом, объем выражения «устройство содержит средство A и B» не должен ограничиваться устройствами, состоящими только из компонентов A и B. Это означает, что для настоящего изобретения существенными компонентами устройства являются A и B.
Также следует отметить, что термин «связанный», также используемый в формуле изобретения, не должен интерпретироваться как ограничивающийся только непосредственными соединениями. Таким образом, объем выражения «устройство A, связанное с устройством B» не должен ограничиваться устройствами или системами, в которых выход устройства A непосредственно соединен со входом устройства B. Это означает, что существует тракт между выходом A и входом B, который может представлять собой тракт, включающий в себя другие устройства или средства.
Вышеописанные и другие объекты и признаки изобретения поясняются в последующем описании варианта осуществления, иллюстрируемого чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - система связи с цифровой абонентской линией;
фиг.2 - функциональное представление передатчика DTE и приемника DRE, показанных на фиг. 1.
В следующих разделах описания со ссылками на чертежи описано осуществление способа управления качеством потока данных, передатчик и приемник согласно настоящему изобретению. Сначала описаны основные элементы системы с цифровой абонентской линией, как представлено на фиг.1. Далее определены все соединения между упомянутыми элементами и описанными средствами. Далее описаны все существенные функциональные средства передатчика и приемника, как представлено на фиг.2 вместе с их взаимными связями. После этого описано выполнение способа управления качеством потока данных.
Неотъемлемыми элементами системы связи цифровой абонентской линии варианта осуществления согласно настоящему изобретению являются передатчик, в этом варианте осуществления выбранный в качестве пользовательского терминала, и приемник, выбранный в качестве центрального офиса, соединяющим передатчик с сетью связи CNW, которая здесь представлена сетью Интернет. Передатчик может передавать данные к приемнику, модулируя этими данными множество несущих частот согласно любому из стандартов цифровой абонентской линии, далее именуемых как DSL, таких как стандарты ассиметричной цифровой абонентской линии (ADSL) и высокоскоростной абонентской цифровой линии (VDSL).
Для простоты описания описывается только один передатчик DTE и один приемник DRE, хотя такая сеть связи с цифровой абонентской линией обычно содержит множество передатчиков и приемников.
Передатчик DTE связан медной витой парой, например, общеизвестной сетью POTS, с приемником DRE.
Приемник DRE предпочтительно содержит блок DRP приема данных, предназначенный для приема потока данных, передаваемого DSL-передатчиком DTE, причем поток данных представляет собой упомянутый поток данных, модулирующий несущие частоты данных согласно распределению битов, указывающему число битов, которыми должна модулироваться каждая несущая частота данных. Эта модуляция может выполняться согласно любому из стандартов DSL. Блок SAP анализа сигнала предназначен для анализа качества принятого потока данных, который передается передатчиком DTE. Приемник DRE дополнительно содержит блок REP формирования запроса, который предназначен для формирования запроса для передатчика DTE, на улучшение качества потока данных в случае, когда качество сигнала данных является неудовлетворительно низким, т.е. отношение сигнал/шум ниже предварительно определенного уровня, увеличение уровня шума или большее количество FEC-ошибок, CRC-ошибок кадра, ATM CRC-ошибок, TCP CRC-ошибок или ошибок приложения. В настоящем изобретении этот блок REP формирования запроса предназначен для формулирования запроса на улучшение качества сигнала данных за счет уменьшения распределения битов для множества несущих частот данных. Блок RTP передачи запроса, после формирования запроса блоком REP формирования запроса, обеспечивает передачу этого запроса передатчику DTE.
2
2
Блок REP формирования запроса связан входом с выходом блока SAP анализа сигнала. Блок SAP анализа сигнала связан входом с выходом блока DRP приема данных. Блок RTP передачи запроса, в свою очередь, связан входом с выходом блока REP формирования запроса и дополнительно имеет выход, который является в то же время выходным выводом O приемника DRE. Блок DRP приема данных имеет вход, который в то же время является входным выводом I приемника DRE.
Передатчик DTE предпочтительно содержит блок DSP передачи данных, предназначенный для передачи потока данных DSL-приемнику, причем этот поток данных модулирует несущие частоты данных согласно распределению битов, указывающему число битов, которые должны модулировать каждую несущую частоту данных. Эта модуляция может соответствовать любому из стандартов DSL. Блок RRP приема запроса предназначен для приема от приемника DRE запроса на улучшение качества потока данных. Дополнительно передатчик DTE содержит блок RIP интерпретации запроса, предназначенный для интерпретации запроса на улучшение качества потока данных и определения, какое действие должно быть выполнено. Передатчик DTE дополнительно содержит блок BADP уменьшения распределения битов, предназначенный для уменьшения распределения битов для множества несущих частот данных в ответ на запрос на улучшение качества потока данных. Передатчик DTE может дополнительно содержать блок SPP выполнения перестановки битов для выполнения перестановки битов по несущим частотам данных для передачи потока данных от передатчика к приемнику DRE после непосредственного уменьшения упомянутого числа битов, передаваемых множеством несущих частот данных.
1
1
Блок DSP передачи данных имеет выход, который в то же время является выходным выводом O передатчика DTE, и имеет вход, который связан с выходом блока BADP уменьшения распределения битов. Блок DSP передачи битов дополнительно имеет вход, который соединен с выходом блока SPP выполнения перестановки битов. Блок RIP интерпретации запросов связан входом с выходом блока RRP приема запроса. Блок RRP приема запроса имеет вход, который в то же время является входным выводом I передатчика DTE. Блок BADP уменьшения распределения битов дополнительно связан входом с выходом блока RIP интерпретации запроса.
Блок SPP выполнения дополнительной перестановки битов связан входом с выходом блока RIP интерпретации запроса.
Для объяснения настоящего изобретения предполагается, что ввиду дополнительного шума и внешних условий, таких как возникающий новый источник помех, отношение сигнал/шум уменьшилось до такой степени, что улучшение качества сигнала данных необходимо для того, чтобы гарантировать, что коэффициент ошибок передачи данных остается ниже конкретного предварительно определенного максимального уровня. Из-за этого уменьшенного отношения сигнал/шум уменьшается запас помехоустойчивости, который, в свою очередь, ведет к более высокому коэффициенту ошибок.
Альтернативно, неудовлетворительно низкое качество может быть таким, что отношение сигнал/шум для всех несущих частот данных или для набора несущих частот данных является слишком низким, шум для любой или для всех несущих частот данных является слишком высоким, если коэффициент ошибок является слишком высоким (на битовом уровне коды прямого исправления ошибок могут сообщать, если много битов должны корректироваться, или если присутствуют некорректируемые ошибки на уровне кадра: ошибки контроля циклическим избыточным кодом (CRC) на уровне маршрута данных; уровень ячейки: обнаруженные CRC-ошибки ATM-ячеек; на уровне пакета: TCP CRC ошибки; на уровне приложения: ошибки декодирования видео, задержка голосового сигнала), или если определенное качество потока данных между оператором цифровой абонентской линии и соответствующим клиентом или пользователем является неудовлетворительно низким согласно предварительно согласованному договору.
Блок SAP анализа сигнала приемника DRE анализирует качество принятого потока данных, который передается упомянутым передатчиком DTE. Этот анализ может быть сделан, например, посредством измерения отношения сигнал/шум однократно на интервале времени. В случае, когда качество сигнала данных ниже предварительно определенного уровня, т.е. имеет место уровень качества, на котором не гарантируется ниже, чем максимальная частота ошибок при передаче данных, ввиду имеющегося слишком малого запаса помехоустойчивости, блок REP формирования запроса будет формировать запрос для упомянутого передатчика, чтобы улучшить поток данных в случае, когда качество потока данных является неудовлетворительно низким, т.е., отношение сигнал/шум для всех несущих частот данных или отношение сигнал/шум набора несущих частот данных находится ниже предварительно определенного уровня. В настоящем изобретении этот блок REP формирования запроса будет формировать запрос на улучшение качества сигнала данных путем уменьшения распределения битов с тем же числом для множества несущих частот данных. Блок RTP передачи запроса, после формирования запроса блоком REP формирования запроса, затем передает этот запрос к передатчику DTE по каналу СР управления. Блок RRP приема запроса принимает запрос на улучшение качества потока данных от приемника DRE. Блок RIP интерпретации интерпретирует запрос на улучшение качества потока данных и определяет, какое действие должно быть выполнено. Блок BADP уменьшения распределения битов затем уменьшает распределение битов тем же одинаковым числом для множества несущих частот данных в ответ на запрос на улучшение качества потока данных.
Эта одинаковая величина уменьшения назначения для всех несущих частот из множества несущих частот является, например, предварительно определенной величиной, или, альтернативно, эта величина уменьшения распределения битов для всех несущих частот из множества несущих частот определяется на основе качества потока данных, как определено.
Это непосредственное уменьшение числа битов повышает запас помехоустойчивости до такой степени и в пределах очень короткого времени, что стабильность работы модема значительно увеличивается, и передача данных может быть выполнена со значительно меньшей вероятностью искаженных кадров по сравнению с существующим способом перестановки битов.
Затем, для того чтобы точно настроить сигнал данных с общим непосредственным уменьшением числа битов, блок SPP выполнения перестановки битов выполняет после непосредственного уменьшения числа битов перестановку битов по несущим частотам для передачи сигнала данных от упомянутого передатчика DTE к упомянутому приемнику DRE.
Следует отметить, что уменьшение распределения битов по множеству несущих частот данных может быть уменьшением распределения битов по всем несущим частотам данных для того, чтобы реализовать улучшение запаса помехоустойчивости по всему спектру сигнала, однако это также может быть увеличением мощности передачи по поднабору несущих частот данных, где поднабор состоит из более чем одной несущей частоты данных, для улучшения отношения сигнал/шум для предварительно определенной части всего спектра сигнала.
Сообщения перестановки битов передаются из приемника к передатчику для адаптации битовой загрузки и/или энергии передачи несущих частот к изменяющимся условиям линии связи.
DSL-приемник может дополнительно содержать блок SIP инициирования перестановки битов, которая предназначена для формулирования запроса, на основе критерия, такого как отношение сигнал/шум, чтобы выполнить перестановку битов по несущим частотам для передачи сигнала данных от передатчика DTE к приемнику DRE, а DSL-приемник дополнительно содержит блок STP передачи запроса перестановки битов, предназначенный для передачи запроса на выполнение перестановки битов по несущим частотам для передачи сигнала данных от передатчика DTE к приемнику DRE.
Кроме того, следует отметить, что хотя вместе с механизмом настоящего изобретения описано только одно направление передачи данных, настоящее изобретение также применимо для передачи данных в другом направлении.
Кроме того, следует отметить, что согласно изобретению общая скорость передачи битов уменьшается посредством уменьшения распределения битов без компенсации этого уменьшения увеличением распределения битов для других несущих частот данных. Повторное назначение не выполняется в настоящем изобретении. Также следует отметить, что варианты осуществления настоящего изобретения описаны выше в терминах функциональных блоков. Из функционального описания этих блоков, данного выше, для специалиста в области техники проектирования электронных устройств будет ясно, каким образом эти блоки могут быть реализованы с помощью хорошо известных электронных компонентов. Поэтому детальная структура функциональных блоков не приводится.
Хотя принципы изобретения описаны выше на конкретном устройстве, должно быть понятно, что это описание служит только в качестве примера, а не как ограничение объема изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.