專利名稱：使數(shù)據(jù)傳輸速率或者發(fā)送功率同傳輸信道的傳輸質(zhì)量相匹配的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使數(shù)據(jù)傳輸速率或者發(fā)送功率同傳輸信道的傳輸質(zhì)量相匹配的方法。
對(duì)數(shù)字傳輸系統(tǒng)的需求在近十年內(nèi)飛速地增長(zhǎng)。數(shù)字傳輸系統(tǒng)通?？梢詣澐殖?br>
圖1所示的功能單元。由信息源1產(chǎn)生信息，該信息由發(fā)射機(jī)經(jīng)傳輸信道4向接收機(jī)傳輸。需傳輸?shù)男畔⒌奶匦匀Q于信息源。需傳輸?shù)男畔⑵┤缈梢允且纛l信號(hào)或者視頻信號(hào)。其中模擬傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，該模擬信號(hào)是應(yīng)用常規(guī)的模擬調(diào)制方法直接通過(guò)傳輸信道從模擬信息源產(chǎn)生的。這樣的調(diào)制方法譬如是幅度調(diào)制、頻率調(diào)制或者相位調(diào)制。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，把需傳輸?shù)男畔⑥D(zhuǎn)換成一系列的二進(jìn)制數(shù)碼。為了盡量好地利用信道的容量，應(yīng)當(dāng)用必要少的二進(jìn)制數(shù)碼來(lái)表示需傳輸?shù)男畔ⅰ榇四康?，采用了一種源編碼器，其任務(wù)是把需傳輸?shù)男畔⑥D(zhuǎn)換成一系列的信號(hào)值并進(jìn)行編碼，使之可以由信道傳輸。在此，源編碼器力圖把需傳輸?shù)男畔⒈M可能高效地轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)碼。
源編碼器產(chǎn)生的二進(jìn)制數(shù)碼序列由信道傳向接收機(jī)。這樣的實(shí)際信道譬如可以由線路連接、同軸電纜、光導(dǎo)體(LWL)、無(wú)線電連接、衛(wèi)星信道或這些傳輸介質(zhì)的組合構(gòu)成。這樣的信道不可能直接傳輸發(fā)射機(jī)的二進(jìn)制數(shù)碼序列。為此必須把數(shù)字信息序列轉(zhuǎn)換成與信道的特性相對(duì)應(yīng)的信號(hào)值。這種裝置稱為數(shù)字調(diào)制器。這種調(diào)制器是信道編碼器3的一部分，所述編碼器還包括分立的信道編碼器，以便使需傳輸?shù)男畔⒌玫脚c信道相匹配的防錯(cuò)保護(hù)。
不指望傳輸信道4無(wú)錯(cuò)地工作，而是假定在傳輸時(shí)干擾源5以一定的幾率改變傳輸信號(hào)。
這樣的干擾譬如可以是相鄰信道中傳輸?shù)男盘?hào)的串?dāng)_。該干擾還可能由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中使用的電子電路，譬如放大器和濾波器所產(chǎn)生的熱噪音引起。在線路連接的情況下，干擾也可能由切換造成，而在無(wú)線電或衛(wèi)星連接情況下這可能由氣候影響，譬如雷雨、冰雹或下雪造成。這樣的影響會(huì)改變傳輸信號(hào)，并且造成接收的數(shù)字信號(hào)序列中出錯(cuò)。
盡管如此，為了保證相對(duì)可靠的傳輸，信道編碼器提高了需傳輸?shù)?二進(jìn)制)序列的冗余。借助于由發(fā)射機(jī)添加的冗余，接收機(jī)在解碼時(shí)支持加載有信息的信號(hào)序列。為此，譬如由信道編碼器把一定數(shù)目的信號(hào)組合成塊，然后添加一定數(shù)目的控制信號(hào)(在最簡(jiǎn)單的情況下是奇偶校驗(yàn)位)。以此方式，總是同時(shí)編碼k個(gè)信息比特，其中每個(gè)k比特序列被分配給一個(gè)單值的n比特序列、即所謂的代碼字。這樣添加的冗余可以用n/k比說(shuō)明。與此對(duì)應(yīng)，也應(yīng)當(dāng)相應(yīng)地提高信道帶寬，以便傳輸用添加冗余擴(kuò)展了的信息序列。
另外還可以通過(guò)提高發(fā)送功率達(dá)到提高抗信道干擾的可靠性。但是，因?yàn)樘岣甙l(fā)送功率的成本相對(duì)較高，所以通常是在可利用的帶寬中通過(guò)提高所要求的信道帶寬來(lái)得到該可靠性。
在總是以R比特/秒的數(shù)據(jù)傳輸速率傳輸一個(gè)比特時(shí)，調(diào)制器把一個(gè)信號(hào)特性或者說(shuō)一個(gè)信號(hào)值(下文只稱信號(hào)值)s1(t)分配給二進(jìn)制數(shù)碼0，把一個(gè)信號(hào)值s2(t)分配給二進(jìn)制數(shù)碼1。這種每個(gè)單獨(dú)的比特通過(guò)信道編碼器的傳輸被稱為二進(jìn)制調(diào)制。另外，調(diào)制器可以用M=2k個(gè)不同的的信號(hào)值si(t)(i=1、2、…M)來(lái)同時(shí)傳輸k個(gè)信息比特，其中2k個(gè)可能的k比特序列中的每一個(gè)均被分配了一個(gè)信號(hào)值。
在數(shù)字傳輸系統(tǒng)的接收機(jī)方面，數(shù)字解調(diào)器對(duì)在信道中(有時(shí)是變化地)傳輸?shù)男盘?hào)值進(jìn)行處理，并且為每個(gè)信號(hào)值分配一個(gè)表示傳輸數(shù)據(jù)符號(hào)(譬如二進(jìn)制數(shù))估測(cè)的單個(gè)數(shù)字。
在接收機(jī)中接收了信號(hào)后，解調(diào)器必須判定發(fā)送的是M個(gè)可能信號(hào)值中的哪些。這種判定用判定器(限制器)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中判定必須采取最低的出錯(cuò)幾率。這種判定器把一個(gè)(大多為處理過(guò)的)接收值分配給M個(gè)可能符號(hào)值中的一個(gè)。
譬如，使用二進(jìn)制調(diào)制時(shí)，解調(diào)器在處理每個(gè)接收的信號(hào)時(shí)都要判定傳輸比特是0還是1。在該情況下，解調(diào)器進(jìn)行的是二進(jìn)制判定。另外解調(diào)器還可以進(jìn)行三進(jìn)制判定，其中，解調(diào)器依據(jù)接收信號(hào)的質(zhì)量來(lái)判定是“0”、“1”還是“無(wú)判定”。
解調(diào)器的判定過(guò)程可以看成是量化，其中，二進(jìn)制和三進(jìn)制判定是用Q電平量化的解調(diào)的特定情況，其中Q≥2。通常地，數(shù)字通信系統(tǒng)采用高值的解調(diào)，其中m=0、1…M-1表示M個(gè)可能的傳輸符號(hào)。
當(dāng)傳輸?shù)男畔](méi)有冗余時(shí)，解調(diào)器必須在每個(gè)預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)判定傳輸?shù)氖荕個(gè)信號(hào)值中的哪些。反之，如果傳輸?shù)男畔⒂腥哂啵庹{(diào)器則根據(jù)信道編碼器采用的代碼和接收數(shù)據(jù)的冗余來(lái)重構(gòu)原來(lái)的信息序列。按照應(yīng)用所確定的要求，由信道編碼器產(chǎn)生信號(hào)塊，使得信道解碼器要么可以只確定是否出現(xiàn)了某些干擾(出錯(cuò)識(shí)別編碼)，要么甚至自動(dòng)地糾正(糾錯(cuò)編碼)由干擾造成的出錯(cuò)(直到每信號(hào)塊的某一最大數(shù)目)。
從發(fā)射機(jī)向接收機(jī)傳輸信息的可靠性尺度用出錯(cuò)率表示。出錯(cuò)率給出了在解碼器的輸出端以多大平均幾率出現(xiàn)一個(gè)比特錯(cuò)誤。比特出錯(cuò)率給出了每單位時(shí)間在接收機(jī)處出現(xiàn)的出錯(cuò)比特除以總的接收比特?cái)?shù)。比特出錯(cuò)率(當(dāng)判定的是符號(hào)出錯(cuò)頻度時(shí)也稱符號(hào)出錯(cuò)率)是數(shù)字傳輸系統(tǒng)最重要的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。通常地，出錯(cuò)幾率取決于代碼特性、經(jīng)信道傳輸信息時(shí)所采用的信號(hào)值的種類、發(fā)送功率、信道的特性(即噪音的強(qiáng)度、干擾的類型等)以及調(diào)制和解碼方法等。數(shù)字傳輸系統(tǒng)的比特出錯(cuò)率的意義與模擬傳輸系統(tǒng)的信噪比(SNR)相當(dāng)。
在解調(diào)器的輸出處出現(xiàn)的符號(hào)或在解碼器輸出處出現(xiàn)的比特的出錯(cuò)率取決于傳輸介質(zhì)的特性(即傳輸信道的特性)、所選的調(diào)制及編碼方案和發(fā)送信號(hào)的平均功率。為了使數(shù)據(jù)傳輸速率同傳輸信道相匹配，通常是通過(guò)傳輸一個(gè)接收機(jī)已知的比特或符號(hào)序列來(lái)確定傳輸信道的傳輸特性。通過(guò)理論與實(shí)際比較可以在接收機(jī)中測(cè)出信道的出錯(cuò)率。以此可以確定當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠焚|(zhì)。但是，這種方法的缺點(diǎn)是只能測(cè)出發(fā)送功率、編碼和調(diào)制方法的一個(gè)可能的組合測(cè)度。為了不必對(duì)每個(gè)可能的數(shù)據(jù)傳輸速率及發(fā)送功率進(jìn)行各自的測(cè)量，通常采用迭代方法來(lái)查出最佳的數(shù)據(jù)傳輸速率及發(fā)送功率。
本發(fā)明的任務(wù)是創(chuàng)造一種使數(shù)據(jù)傳輸速率或/和發(fā)送功率與傳輸信道相匹配的改進(jìn)方法或改進(jìn)裝置。
此任務(wù)在裝置方面通過(guò)權(quán)利要求1和9的技術(shù)方案解決，在方法方面通過(guò)權(quán)利要求10和17的技術(shù)方案解決。
本發(fā)明的優(yōu)選擴(kuò)展方案在從屬權(quán)利要求中給出。
根據(jù)本發(fā)明，按照測(cè)定的傳輸信道的信噪比來(lái)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳輸速率或者發(fā)送功率。通過(guò)測(cè)定傳輸信道的傳輸質(zhì)量、特別是信噪比，可以知道最大可能的數(shù)據(jù)通過(guò)量，并相應(yīng)地確定數(shù)據(jù)傳輸速率或者按照采用的數(shù)據(jù)傳輸速率把發(fā)送功率最小化。
以此方式，可以不依賴于所選的編碼方法而“在線”地(即在數(shù)據(jù)傳輸時(shí))測(cè)量從調(diào)制器至傳輸信道再至解調(diào)器而得到的傳輸序列，并且按照要求的數(shù)據(jù)傳輸速率確定發(fā)送功率和/或編碼方法，以便保證預(yù)定的字節(jié)或符號(hào)出錯(cuò)率。為了把編碼方法確定得能夠找出最大可能的數(shù)據(jù)通過(guò)量的最高允許出錯(cuò)率，并且為了給確定的傳輸速率把最小的發(fā)送功率確定得不超過(guò)最大的允許出錯(cuò)率，前提條件是對(duì)信噪比進(jìn)行測(cè)量。特別有利的是，只要進(jìn)行一次測(cè)量便可以為當(dāng)前的傳輸信道和采用的調(diào)制方法找出一種能夠得到最大可能傳輸速率的編碼方法，相反，常規(guī)方法必須要測(cè)量發(fā)送功率、編碼和調(diào)制方法的每種可能的組合。因此，只要保持所采用的調(diào)制方案不變就可以不中斷地切換數(shù)據(jù)傳輸速率(“軟切換”)。
另外，可以使發(fā)射機(jī)的功率與所要求的傳輸質(zhì)量相匹配，其方法為，根據(jù)測(cè)量的信噪比和要求的信噪比之間的差來(lái)升高或者降低發(fā)送功率。以此方式，可以在測(cè)量信噪比的基礎(chǔ)上優(yōu)化發(fā)送功率，即在保證質(zhì)量要求和保持所要求的傳輸速率的同時(shí)，用盡可能低的發(fā)送功率匹配所選出的傳輸方法和現(xiàn)有的傳輸信道，也就是使發(fā)送功率最小化。從而把干擾輻射減少至最小，并同時(shí)提高同頻帶工作的相鄰系統(tǒng)的傳輸容量。
下面參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，圖中圖1是信息傳輸系統(tǒng)的通常構(gòu)造，圖2是根據(jù)本發(fā)明的、通過(guò)接收方的信噪比測(cè)量把數(shù)據(jù)速率和調(diào)制方法同傳輸介質(zhì)相匹配的傳輸系統(tǒng)的構(gòu)造，圖3是根據(jù)本發(fā)明的、通過(guò)接收方的信噪比測(cè)量把數(shù)據(jù)傳輸速率、調(diào)制方法和發(fā)送功率同傳輸介質(zhì)相匹配的傳輸系統(tǒng)的構(gòu)造，以及圖4是用于按測(cè)定和采用的傳輸質(zhì)量來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)送功率的“功率控制”圖解。
在數(shù)字信息傳輸中，經(jīng)傳輸介質(zhì)在信息源(發(fā)射機(jī))和接收機(jī)之間傳輸信息。在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的這種裝置通常稱為信道。
為了進(jìn)行傳輸，把需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成同信息信道的傳輸特性相匹配的代碼字，以保證需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)等不會(huì)發(fā)生傳輸出錯(cuò)。
在傳輸時(shí)，在發(fā)射機(jī)中借助于一種可逆的單值函數(shù)分配而給一個(gè)比特序列分配一個(gè)符號(hào)，此符號(hào)通常稱為信號(hào)空間符號(hào)或者信道符號(hào)。然后把此符號(hào)映射到此符號(hào)所屬的信號(hào)特性(下文稱信號(hào)值)上。發(fā)射機(jī)中一或多個(gè)符號(hào)至一個(gè)比特序列的函數(shù)分配稱為編碼或者映射，把一或多個(gè)這樣的符號(hào)映射到信號(hào)值上稱為調(diào)制。
該映射序列的逆變換在接收機(jī)中進(jìn)行。由于失真和信道的迭加干擾，通常不可能無(wú)錯(cuò)地進(jìn)行解調(diào)，即把接收信號(hào)分配成符號(hào)，但是解碼、也即把檢測(cè)到的符號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的比特序列還是不成問(wèn)題的。
圖2中示出了一種傳輸系統(tǒng)的構(gòu)造，它按照傳輸信道的質(zhì)量來(lái)調(diào)節(jié)所希望的數(shù)據(jù)傳輸速率。數(shù)字信息、特別是比特序列13由發(fā)射機(jī)10經(jīng)傳輸信道11向接收機(jī)12傳輸，該接收機(jī)輸出接收的數(shù)字信息，特別是比特序列25。發(fā)射機(jī)10的信道編碼器14包含有數(shù)字信道編碼器50、比特/符號(hào)轉(zhuǎn)換器15和調(diào)制器17。數(shù)字信道編碼器50向輸入的比特流13添加冗余。這樣構(gòu)成的編碼比特流51在比特/符號(hào)轉(zhuǎn)換器15中轉(zhuǎn)換成符號(hào)序列16，該符號(hào)序列又通過(guò)調(diào)制器17可逆且單值地映射到信號(hào)特性或信號(hào)值18上。通過(guò)傳輸信道11把信號(hào)值18傳輸?shù)浇邮諜C(jī)12。
把接收到的信號(hào)值19轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息25的接收機(jī)12的信道解碼器20的主要部件有解調(diào)器55、符號(hào)/比特轉(zhuǎn)換器24和數(shù)字信道解碼器52。在解調(diào)器中，首先由模擬和可供選用的數(shù)字信號(hào)處理單元，譬如包含接收放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和均衡器的單元整理所接收的信號(hào)值。接著把如此整理的信號(hào)值21饋入判定器或限制器22，它為每個(gè)接收的信號(hào)值21分配一個(gè)符號(hào)23。
信道解碼器20的符號(hào)/比特轉(zhuǎn)換器24按照所選的映射方法為每個(gè)檢測(cè)出的符號(hào)或者每個(gè)檢測(cè)出的符號(hào)序列23分配編碼的數(shù)字信息或編碼的比特序列53，借助數(shù)字信道解碼器52按照所選的編碼方法從該序列中導(dǎo)出數(shù)字信息或比特流25。
判定器(限制器)22是每個(gè)解調(diào)器的基本組成部分。這種判定器為通常被整理過(guò)的接收值分配一個(gè)或多個(gè)最可能已被發(fā)送出的符號(hào)。由于傳輸信道的干擾或失真通常會(huì)使判定器的大量輸入值與發(fā)射機(jī)的“有效”信號(hào)值不一致，即不對(duì)應(yīng)于分配給需發(fā)送符號(hào)的信號(hào)值，所以可從判定器的輸入信號(hào)21和輸出信號(hào)23測(cè)出判定器輸入處的信噪比28，且與所采用的編碼和映射算法無(wú)關(guān)。為此，本發(fā)明的接收機(jī)具有一個(gè)用于測(cè)量經(jīng)傳輸信道11傳輸?shù)男畔⒌男旁氡?信號(hào)噪音比SNR)的裝置27。
在本發(fā)明用于測(cè)量信噪比的裝置的可能實(shí)施方案中，在接收機(jī)方的解調(diào)器中為每個(gè)檢測(cè)出的符號(hào)重新分配一個(gè)信號(hào)值60，該值是指與所述檢測(cè)出的符號(hào)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)特性或信號(hào)值被無(wú)誤地傳輸時(shí)、在解調(diào)器的判定器輸入端應(yīng)當(dāng)接收的信號(hào)值。利用該方式生成不含具有信道失真和干擾的信號(hào)值的、與檢測(cè)出的符號(hào)值相對(duì)應(yīng)的假想輸入信號(hào)。因此，只要判定器沒(méi)有檢測(cè)出差錯(cuò)符號(hào)，這種參考信號(hào)就對(duì)應(yīng)于發(fā)射機(jī)方的原信號(hào)。通過(guò)從被整理過(guò)的接收機(jī)信號(hào)21中減去所述的參考信號(hào)便可得到干擾信號(hào)。
這樣構(gòu)成的參考信號(hào)的平均功率與接收的未受干擾的信號(hào)部分的功率相對(duì)應(yīng)。判定器輸入處的信號(hào)平均功率對(duì)應(yīng)于接收的干擾部分和信號(hào)部分的總功率。由此借助于先前計(jì)算的無(wú)干擾的信號(hào)部分來(lái)計(jì)算干擾功率。從無(wú)干擾的信號(hào)部分的平均功率與干擾部分的平均功率的比值得到信噪比(SNR)，并將其作為傳輸信道的傳輸質(zhì)量的量度。
以這樣的方法，可以避免象其它常規(guī)方法所需要的那樣必須把一定的發(fā)送序列通知給接收機(jī)。同時(shí)還可以在分析傳輸符號(hào)時(shí)并行地檢測(cè)出錯(cuò)率，也就是“在線”地檢測(cè)出錯(cuò)率。因此對(duì)于連續(xù)地測(cè)量傳輸質(zhì)量，不再需要周期性地在需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中加雜測(cè)試序列。以此方式可避免降低傳輸信道的凈數(shù)據(jù)傳輸速率。
為了保證大的統(tǒng)計(jì)可靠性，采用發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都已知的測(cè)試序列的常規(guī)方法必須獲得大量的出錯(cuò)，通常是幾百個(gè)。對(duì)于普遍要求的非常低的比特出錯(cuò)率，譬如10-9的出錯(cuò)率，該常規(guī)方法需要很長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間才能檢測(cè)出相應(yīng)的出錯(cuò)數(shù)。相反，本發(fā)明的方法基于的是在進(jìn)行傳輸?shù)耐瑫r(shí)分析測(cè)出的信噪比。因?yàn)榕c可比較的、符號(hào)或比特流的分析相比，分析平均功率只需要相當(dāng)短的測(cè)量時(shí)間，故用本發(fā)明的方法可以快速地確定傳輸質(zhì)量。
按照所選擇的編碼和映射方法，在信噪比28(也稱信噪比)和符號(hào)出錯(cuò)率或比特出錯(cuò)率之間總有一個(gè)單值的函數(shù)關(guān)系。因此，不依賴于所選出的編碼或映射方法，便可由信噪比鑒定信道和當(dāng)前選擇的調(diào)制及解調(diào)方法的傳輸特性。因此，通過(guò)測(cè)量傳輸信道11的信噪比28可以確定當(dāng)前調(diào)制/解調(diào)方法的編碼及映射方法，使得可以調(diào)節(jié)為在剛好還允許的出錯(cuò)率下所希望的數(shù)據(jù)通過(guò)量。為此把測(cè)出的信噪比28饋入裝置29以得出最高的數(shù)據(jù)傳輸速率30及編碼和映射方法。按照已知的關(guān)系，根據(jù)優(yōu)選地用分貝(db)數(shù)測(cè)出的信噪比28，由裝置29確定當(dāng)前調(diào)制和解調(diào)方法的最高數(shù)據(jù)傳輸速率30，該傳輸速率可以在現(xiàn)有的信噪比28條件下達(dá)到最大的數(shù)據(jù)通過(guò)量?？梢杂米畲笤试S出錯(cuò)率61和調(diào)制方法62作為裝置29的轉(zhuǎn)換特性曲線的參數(shù)。根據(jù)測(cè)量出的傳輸信道11的傳輸質(zhì)量28，以及根據(jù)當(dāng)前調(diào)制/解調(diào)方法62和根據(jù)傳輸數(shù)字信息61時(shí)的最高允許出錯(cuò)率，可以按此方式選擇出編碼方案(編碼1、編碼2…編碼6)和映射方案(映射1…映射6)，使當(dāng)前具有預(yù)定可靠性的調(diào)制/解調(diào)方法就實(shí)際情況達(dá)到最大的數(shù)據(jù)通過(guò)量。
裝置29可以安排在接收機(jī)12中，也可以安排在發(fā)射機(jī)10中。無(wú)論如何都必須把測(cè)量出的信噪比28或把測(cè)量出的最高數(shù)據(jù)傳輸速率或選擇出的編碼和映射方法30經(jīng)數(shù)據(jù)連接31傳送到發(fā)射機(jī)。
可用來(lái)使當(dāng)前調(diào)制/解調(diào)方法達(dá)到最大數(shù)據(jù)傳輸速率30的編碼和映射方法的有關(guān)信息被饋送到發(fā)射機(jī)中的控制裝置33。所述的控制裝置根據(jù)最大可能的數(shù)據(jù)傳輸速率和為傳輸數(shù)字信息13而分別需要的數(shù)據(jù)傳輸速率32來(lái)選擇實(shí)際使用的數(shù)據(jù)速率34，該數(shù)據(jù)速率34通過(guò)需確定的編碼、映射及調(diào)制方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種信息數(shù)據(jù)速率和/或編碼、映射及調(diào)制方法既被饋送到發(fā)射機(jī)10的信道編碼器14的相應(yīng)部件，如編碼器50、比特/符號(hào)轉(zhuǎn)換器15和調(diào)制器17，而且還通過(guò)數(shù)據(jù)連接35被饋送到接收機(jī)12的信道解碼器20的相應(yīng)部件，如解調(diào)器55、符號(hào)/比特轉(zhuǎn)換器24和解碼器52等等。
下面來(lái)講述在相應(yīng)傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)本發(fā)明裝置的運(yùn)行。有意義的是，以最低可能的數(shù)據(jù)傳輸速率(相對(duì)于相應(yīng)的調(diào)制方法)和最高可能的發(fā)送功率來(lái)實(shí)現(xiàn)傳輸系統(tǒng)的測(cè)量。以此方式保證低的符號(hào)出錯(cuò)率，這是高質(zhì)量地在接收機(jī)方測(cè)量信噪比的前提條件。在此情況下，普遍采用的用于信號(hào)處理的自適應(yīng)方法還具有最短的過(guò)渡狀態(tài)持續(xù)時(shí)間，并且相對(duì)于最大的允許出錯(cuò)率可達(dá)到盡可能大的系統(tǒng)傳輸距離。這樣，在確定使傳輸信道(和當(dāng)時(shí)采用的調(diào)制方法)具有最大可能數(shù)據(jù)傳輸速率的編碼和映射方法時(shí)，只需要一次性測(cè)量即可。
如果需要通過(guò)不同的調(diào)制方法來(lái)達(dá)到所希望的數(shù)據(jù)輸送率，就要對(duì)每個(gè)可能的調(diào)制方案實(shí)施一個(gè)測(cè)量過(guò)程。
下面說(shuō)明在系統(tǒng)運(yùn)行期間本發(fā)明傳輸系統(tǒng)的工作。優(yōu)選地，基于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流“在線”地實(shí)現(xiàn)傳輸信道測(cè)量。因此不需要為實(shí)現(xiàn)有效數(shù)據(jù)之外的傳輸信道測(cè)量而降低凈數(shù)據(jù)傳輸速率。對(duì)實(shí)際采用的數(shù)據(jù)傳輸速率的信噪比進(jìn)行測(cè)量還足以用來(lái)評(píng)定使用其它編碼及映射規(guī)則所實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸傳輸速率的傳輸質(zhì)量。從而，根據(jù)利用當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸速率所進(jìn)行的信噪比測(cè)量，系統(tǒng)還可以評(píng)定其它數(shù)據(jù)傳輸速率的傳輸特性。只要不改變調(diào)制方法，就不需要對(duì)不同的數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)行多次迭代測(cè)量。
只要僅依據(jù)新的編碼規(guī)則及映射規(guī)則、而不依據(jù)變化的調(diào)制方法來(lái)改變數(shù)據(jù)傳輸速率，則在解調(diào)器中采用的自適應(yīng)方法仍保留在過(guò)渡后的狀態(tài)。從而可以無(wú)間斷地變換數(shù)據(jù)傳輸速率(“軟切換”)。然而，如果通過(guò)改變調(diào)制方案來(lái)匹配數(shù)據(jù)傳輸速率，就必須重新對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，且不能進(jìn)行“軟切換”。
圖2講述了一個(gè)實(shí)施方案，其中通過(guò)在接收機(jī)方測(cè)定信噪比來(lái)確定最大可能的數(shù)據(jù)傳輸速率，并將其傳遞到發(fā)送方，發(fā)送方基于希望的和最大可能的數(shù)據(jù)傳輸速率來(lái)確定實(shí)際使用的數(shù)據(jù)傳輸速率，然后將其轉(zhuǎn)送到發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中的相應(yīng)部件中。與之不同的是，在圖3中說(shuō)明了一個(gè)附加地進(jìn)行發(fā)射機(jī)功率輸出調(diào)節(jié)的實(shí)施例。以下把發(fā)送功率同信道和所需傳輸方法的匹配稱作“功率控制”。只要圖3有圖2所示的相同裝置，就采用相同的標(biāo)號(hào)。在此實(shí)施方案中，在發(fā)射機(jī)方對(duì)接收機(jī)方測(cè)量的傳輸信道11的傳輸質(zhì)量28進(jìn)行分析。為此發(fā)射機(jī)具有裝置41，它象圖2中的裝置29那樣測(cè)定編碼方案及傳輸信道11的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。
除了由接收機(jī)12測(cè)量的、經(jīng)數(shù)據(jù)連接40傳遞到發(fā)射機(jī)的傳輸質(zhì)量28之外，還向裝置41饋送為傳輸數(shù)字信息13所需要的數(shù)據(jù)速率32。根據(jù)傳輸各個(gè)數(shù)字信息13需要的相應(yīng)最高允許出錯(cuò)率選出具有實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率34的編碼或映射及調(diào)制方法。如用圖2所示的實(shí)施方案一樣，把這個(gè)選出的數(shù)據(jù)傳輸速率34轉(zhuǎn)送到信道編碼器14和信道解碼器20中。
由調(diào)制器14產(chǎn)生的信號(hào)值44還要在發(fā)射機(jī)10中轉(zhuǎn)送到裝置43以控制發(fā)送功率。接著經(jīng)傳輸信道11傳輸由裝置43產(chǎn)生的信號(hào)45。此外，裝置41還測(cè)定傳輸所需的最低發(fā)送功率。測(cè)出的發(fā)送功率通過(guò)發(fā)送功率信號(hào)42饋送到傳輸信號(hào)放大器43中。
按照測(cè)出的、傳輸信道11的傳輸質(zhì)量46與同所選擇的編碼或映射及調(diào)制方法(具有數(shù)據(jù)傳輸速率34和某一最大允許出錯(cuò)率)相對(duì)應(yīng)的傳輸質(zhì)量47之間的差，對(duì)傳輸信號(hào)放大器43的發(fā)送功率進(jìn)行匹配。換言之，如果測(cè)定的傳輸信道46的傳輸信號(hào)質(zhì)量高于所需的傳輸質(zhì)量47，則相應(yīng)地減少發(fā)送功率。如果要求的傳輸質(zhì)量47高于發(fā)射機(jī)的傳輸質(zhì)量，則必須提高發(fā)送功率。
于是，在此第二實(shí)施方案中，測(cè)出的信噪比46與為實(shí)現(xiàn)某一數(shù)據(jù)傳輸速率所需要的信噪比47之間的差便成為了提高還是降低當(dāng)前發(fā)送信號(hào)功率的一個(gè)量度。如果發(fā)送模塊達(dá)不到為實(shí)現(xiàn)某一數(shù)據(jù)傳輸速率所需要的發(fā)送功率，則傳輸系統(tǒng)至多可以把當(dāng)前最高可能的數(shù)據(jù)傳輸速率實(shí)現(xiàn)為數(shù)據(jù)傳輸速率。
本發(fā)明的這種使傳輸系統(tǒng)同所采用的傳輸信道相匹配的系統(tǒng)特別適合于與“不對(duì)稱的數(shù)字用戶線路”技術(shù)一起使用。這種所謂的ADSL技術(shù)與其它的XDSL技術(shù)一樣，可以使常規(guī)的銅芯電話線適合作為用于高數(shù)據(jù)密度應(yīng)用的高速線路。同時(shí)在同一線路上保留尋常的語(yǔ)音電話業(yè)務(wù)。在已有的電纜敷設(shè)基礎(chǔ)上，這種技術(shù)可提供超出譬如ISDN許多倍的數(shù)據(jù)速率。以此消除了現(xiàn)有公共信息網(wǎng)絡(luò)迄今只能傳輸語(yǔ)音、文本和低分辨率圖象的局限。用這種技術(shù)可以把常規(guī)的銅電纜電話網(wǎng)改造成向所有家庭傳輸多媒體內(nèi)容的強(qiáng)大系統(tǒng)。
然而，運(yùn)用常規(guī)的電話線要容忍較高的噪音成分，跨接的距離越長(zhǎng)，這種噪音成分就越高。這種技術(shù)跨接的距離平均在500米到6公里之間。
但是，噪音成分不僅隨著長(zhǎng)度增加而增加，且還由于相鄰線路的串音而增加。借助于本發(fā)明的自適應(yīng)性測(cè)量和匹配，傳輸系統(tǒng)可以在這樣的方法中自動(dòng)地與現(xiàn)有傳輸線路的質(zhì)量相匹配。
權(quán)利要求
1．使數(shù)據(jù)傳輸速率與傳輸信道(11)的傳輸質(zhì)量相匹配的裝置，具有一個(gè)質(zhì)量測(cè)量器(27)，用以測(cè)定傳輸信道(11)的傳輸質(zhì)量(28)，和一個(gè)確定裝置(29)，用以根據(jù)所述測(cè)定的傳輸質(zhì)量(28)來(lái)確定傳輸信道(11)的最高數(shù)據(jù)傳輸速率。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述確定裝置(29)根據(jù)某一最大允許的出錯(cuò)率來(lái)測(cè)定所述的最高數(shù)據(jù)傳輸速率(28)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，其特征在于，由所述用于測(cè)定所述最高數(shù)據(jù)傳輸速率(28)的確定裝置(29)來(lái)確定相應(yīng)的編碼方法或映射方法。
4．根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的裝置，其特征在于，所述裝置還包含一個(gè)選擇裝置(33)，用于根據(jù)由確定裝置(29)測(cè)定的最高數(shù)據(jù)傳輸速率(30)和根據(jù)某一需要的數(shù)據(jù)傳輸速率(32)來(lái)選擇數(shù)據(jù)傳輸速率(34)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的裝置，其特征在于，用以選擇所述數(shù)據(jù)傳輸速率(34)的所述選擇裝置(33)以某一最大允許出錯(cuò)率來(lái)選擇編碼方法和映射方法。
6．根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的裝置，其特征在于，分別為不同調(diào)制方法測(cè)定傳輸質(zhì)量(28)的質(zhì)量測(cè)量器(27)，為每個(gè)不同調(diào)制方法確定最高數(shù)據(jù)傳輸速率(30)的確定裝置(29)，和附加地選擇所采用的調(diào)制方法的選擇裝置(33)。
7．根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的裝置，其特征在于，用以經(jīng)傳輸信道(11)傳輸數(shù)字信息(13)的發(fā)射機(jī)(10)含有一個(gè)用于編碼數(shù)字信息的數(shù)字信道編碼裝置(50)，一個(gè)用于以符號(hào)(16)形式表示數(shù)字信息(13)的比特/符號(hào)轉(zhuǎn)換器(15)和一個(gè)把符號(hào)(16)映射到信號(hào)值(18)以便經(jīng)傳輸信道(11)進(jìn)行傳輸?shù)恼{(diào)制器(17)，而且，所述接收機(jī)(12)含有一個(gè)用于把接收到的信號(hào)值(19)轉(zhuǎn)換成檢測(cè)符號(hào)(23)的解調(diào)器(55)和一個(gè)把接收的符號(hào)流(23)轉(zhuǎn)換成編碼比特流(53)的符號(hào)/比特轉(zhuǎn)換器(24)以及一個(gè)把所述檢測(cè)的符號(hào)(23)表示為檢測(cè)的數(shù)字信息(25)的解碼裝置(24)。
8．根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的裝置，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)(10)還包含一個(gè)可調(diào)節(jié)的傳輸信號(hào)放大器(43)和一個(gè)控制裝置(41)，它用于按照由質(zhì)量測(cè)量器(27)測(cè)定的傳輸信道(11)的傳輸質(zhì)量(46)與所采用的具有某一最大允許出錯(cuò)率的數(shù)據(jù)傳輸速率所要求的傳輸質(zhì)量(47)之間的差別來(lái)提高或降低傳輸信號(hào)放大器(43)的發(fā)送功率。
9．用于匹配經(jīng)傳輸信道(11)傳輸數(shù)字信息(13)的發(fā)送功率的裝置，有一個(gè)質(zhì)量測(cè)量器(27)，它用于測(cè)量傳輸信道(11)的傳輸質(zhì)量(28)，和一個(gè)控制裝置(41)，它用于按照由質(zhì)量測(cè)量器(27)測(cè)定的傳輸信道(11)的傳輸質(zhì)量(46)與為傳輸數(shù)字信息(13)所采用的具有某一最大允許出錯(cuò)率的數(shù)據(jù)傳輸速率(34)所需要的傳輸質(zhì)量(47)之間的差別來(lái)提高或者降低發(fā)送功率。
10．使經(jīng)傳輸信道(11)傳輸數(shù)字信息(13)的數(shù)據(jù)傳輸速率與傳輸信道(11)的質(zhì)量相匹配的方法，具有以下步驟測(cè)定所述傳輸信道(11)的傳輸質(zhì)量(28)，并且根據(jù)所述測(cè)定的傳輸質(zhì)量和所采用的調(diào)制方法(28)來(lái)確定傳輸信道(11)的最高數(shù)據(jù)傳輸速率(30)。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，還根據(jù)某一最大允許出錯(cuò)率(61)來(lái)確定所述的最高數(shù)據(jù)傳輸速率(32)。
12．根據(jù)權(quán)利要求10和11之一的方法，其特征在于，還根據(jù)所述確定裝置(29)測(cè)定的傳輸信道(11)的最高數(shù)據(jù)傳輸速率(30)和根據(jù)需要的數(shù)據(jù)傳輸速率(32)及最高允許出錯(cuò)率(61)來(lái)選擇一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸速率(34)、映射算法和相應(yīng)的編碼方法。
13．根據(jù)權(quán)利要求10至12之一的方法，其特征在于，分別為不同的調(diào)制方法測(cè)定所述的傳輸質(zhì)量(28)，為各個(gè)調(diào)制方法確定所述傳輸信道(11)的最高可能的數(shù)據(jù)傳輸速率(30)，并且根據(jù)為各個(gè)調(diào)制方法測(cè)定的最高數(shù)據(jù)傳輸速率(30)來(lái)選擇需采用的調(diào)制方法。
14．根據(jù)權(quán)利要求10至13之一的方法，其特征在于，根據(jù)測(cè)定的傳輸信道(11)的傳輸質(zhì)量(46)與被調(diào)節(jié)且具有某一最大允許出錯(cuò)率的數(shù)據(jù)傳輸速率所需要的傳輸質(zhì)量(47)之間的差別來(lái)提高或者降低經(jīng)傳輸信道(11)傳輸數(shù)字信息(13)的發(fā)送功率。
15．根據(jù)權(quán)利要求10至14之一的方法，其特征在于，為傳輸所述的數(shù)字信息(13)執(zhí)行以下的步驟以符號(hào)(16)的形式表示該數(shù)字信息(13)，把所述符號(hào)(16)映射到在信號(hào)值(18)上，經(jīng)傳輸信道(11)傳輸該信號(hào)值(18)，接收傳輸?shù)男盘?hào)值(21)，檢測(cè)接收到的信號(hào)值(21)和把該檢測(cè)的信號(hào)值映射到檢測(cè)符號(hào)(23)上，并且把該檢測(cè)的符號(hào)(23)轉(zhuǎn)換成檢測(cè)的數(shù)字信息(25)。
16．根據(jù)權(quán)利要求10至15之一的方法，其特征在于，把信噪比確定為傳輸質(zhì)量(28)的量度。
17．使經(jīng)傳輸信道(11)傳輸數(shù)字信息(13)的發(fā)送功率與該傳輸信道(11)的傳輸質(zhì)量相匹配的方法，具有以下步驟測(cè)定所述傳輸信道(11)的信噪比(46)，根據(jù)所述測(cè)定的傳輸信道(11)的信噪比(46)與為傳輸數(shù)字信息(13)所采用的數(shù)據(jù)傳輸速率(34)的信噪比(47)之間的差別來(lái)提高或者降低所述的發(fā)送功率。
全文摘要
為了使數(shù)據(jù)傳輸速率與已有的傳輸信道相匹配,根據(jù)本發(fā)明,如此來(lái)選擇發(fā)送功率和/或編碼方法,以便根據(jù)傳輸信道的傳輸質(zhì)量來(lái)采用最大可能的數(shù)據(jù)傳輸速率或最小的發(fā)送功率。
文檔編號(hào)H04B7/005GK1325573SQ99812792
公開(kāi)日2001年12月5日 申請(qǐng)日期1999年8月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月28日
發(fā)明者J·埃欽格, R·哈爾夫曼, W·利格爾 申請(qǐng)人:西門子公司