[发明专利]用于基于多频音传输的通信系统中的功率最小化的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及基于多频音(multi-tone)传输的通信系统，例如数字 订户线路(DSL)系统。特别地，本发明涉及用于功率最小化谱均衡 的方法和设备。

背景技术

诸如数字订户线路(DSL)系统之类的基于多频音的通信系统被 广泛用作向终端用户提供互联网接入的最后一英里解决方案。在这些 系统中，通过传统上仅用于电话通讯的铜线对来传送数据。通过使用 现有基础设施来提供宽带接入，DSL系统成为富有吸引力且成本有效 的最后一英里接入的解决方案。示例性DSL技术(有时被称为xDSL) 包括高数据率数字订户线路(HDSL)、非对称数字订户线路(ADSL)， 具有较低上传速度的DSL版本、甚高比特率数字订户线路(VDSL)。

DSL系统所使用的铜线对通常被布置在集束(binder)中，所述 集束可以包含许多铜线对。铜线对之间的接近性导致电磁耦合，这样 来自于一条线路的信号与其他信号相互干扰。这种损害被称为串扰， 串扰是限制在DSL系统中可获得的数据率以及到达范围(reach)的 主要因素之一。串扰能够被解释成一条线路的信号泄漏到所有相邻线 路，如图1中所示。事实上，如图1中所示，当传输起始自中央局时， 在不利的拓扑中，起源于远程终端的串扰在较长的线路上会淹没传 输。该问题会降低条件差的用户的数据率，从而使得仅能够提供有限 服务集。

所关心的接收机中的串扰干扰基本上取决于两个因素：除所关心 的用户之外的所有用户的总发射功率谱密度(PSD)和从发射机到所 关心的接收机的耦合函数。

功率谱密度(PSD)描述了信号功率在频率上是怎样分布的。尽 管如此，应当注意，在以下描述中，频音上的信号的PSD近似为该信 号所负载的功率。

在集束中，无法轻易地控制串扰增益，尽管如此，可以设计用户 的PSD以便使串扰最小化并使系统的数据率最大化。一种对照彼此来 优化数据率、功率和到达范围的策略是动态谱管理(DSM)。DSM 允许根据物理信道统计在多用户环境中将频谱适应性地分配给各个 用户以满足某些性能度量。在当前网络中应用DSM无需任何种类的 新基础设施，并且利用了该设施，原因是其在网络中智能地执行管理。

尽管如此，为DSM问题找到最优解决方案是极为复杂的。由于 功率限制，将功率加载到一个频音上会影响相同线路上其他频音的剩 余的功率预算。同时，由于串扰，一个频音上的功率对其他线路性能 也有直接影响。因此，频音上的功率不仅影响使用该频音的线路，而 且影响所有频音处的所有线路。

DSL系统中的DSM有两种途径：速率最大化问题(RMP)和功 率最小化问题(PMP)。因而，RMP方法专注于在给定功率预算的情 况下使系统的数据率最大化，而PMP方法则专注于在确保最小数据 率同时使系统的功率最小化。

现在，考虑具有N个用户和K个频音的系统。对于所有基于多频 音的通信系统而言，频音是预定的频率范围，并且假设不同的频音之 间并无相互干扰。用户n在频音k上用于传输的功率被标识为P_n^k。所 有频音上所有用户用于传输的功率被表示为：