多对双绞线自适应传输方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例涉及多对双绞线传输中自适应速率传输，包括：⑴基于以太网自动协商机制判定双方是否均支持自适应传输模式，若是则采用自适应传输模式；⑵在自适应传输模式下，双方确定收发方训练和测量信道的顺序，并进行包括回波、近端串扰、远端衰减和远端串扰系数等MIMO信道测量，双方将信道参数或依据信道测量参数计算出的子载波比特分配等传输参数反馈给对方；⑶根据信道参数或传输参数进行MIMO-DMT最优传输数据传输，并监测信道状态，若信道状态改变超过设定门限，停止数据传输，到⑵重测量信道，在新信道参数和传输参数下进行自适应速率数据传输。实现多了对双绞线线缆的自适应高速数据传输，突破现有双绞线以太网传输技术只能几种固定速率的限制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信领域，尤其有线数字通信领域，尤其涉及一种多对双绞线自适应速率传输方法及系统。
技术介绍
目前，双绞线如非屏蔽双绞线(UnshieldedTwistedPair，简称UTP)，因其价格低廉且便于综合布线，在通信领域被应用广泛。双绞线主要用于电信系统的电话线公共交换电话网络(publicswitchedtelephonenetwork，简称PSTN)服务、基于x数字用户线(xdigitalsubscriberline，简称xDSL)的数据传输，以及基于IEEE802.3系列的以太网传输。其中，PSTN服务主要是传输模拟语音信号，xDSL主要是在PSTN用户线(通常是单对双绞线)上基于频分复用在不影响语音通信的同时为电信用户提供互联网接入服务，而以太网传输则主要基于CAT系列双绞线如四、五、六类(CAT4/5/6)线缆的多对双绞线建立局域网或提供互联网接入。xDSL中的用户间虽然是对等关系，但均受控于局端设备，且通过频分双工分为上行和下行链路；而以太网的用户可通过或不通过交换机进行同时同频全双工传输。电信系统中的xDSL技术中，每个用户与局端设备采用一对双绞线相连，构成多对一拓扑，如图1所示。其中，用户线从局端一般经过配线架分配到用户家中。用户端和局端通过频分双工分成上下行链路，上下行链路均采用离散多音频(DMT)技术进行数据传输，主要包括非对称数字用户线路(asymmetricaldigitalsubscriberline，简称ADSL)、RADSL、超高速数字用户线路(veryhighspeeddigitalsubscriberline，简称VDSL)、对称数字用户线路(symmetricaldigitalsubscriberline，简称SDSL)、高速数字用户线(high-speeddigitalsubscriberline，简称HDSL)和ADSL2+等。目前ADSL2+上行和下行分别可达1Mbps和24Mbps。为了应对用户需求的进一步提高，人们进一步提出了G.Fast技术以进行1Gbps以上的传输。G.Fast技术仍采用DMT技术，但其是通过频谱扩展到106MHz甚至212MHz换来的，这也使得远端串扰对其性能的影响大大加重(主要在局端到配线架间用户线束内各对线间引入)。为此，G.Fast通过采用矢量化处理(Vectoring)技术在局端消除或降低上/下行的远端串扰，其本质上可看作是多输入多输出(multiple-inputmultiple-output，简称MIMO)技术的一种形式。与上述xDSL和G.Fast不同，以太网直接基于多对双绞线进行传输。其包括10Base-T、100Base-T、1000Base-T、10GBase-T等标准，对应的最大速率分别为10Mbps、100Mbps、1000Mbps、10Gbps速率。除10Base-T和早期的100Base-T实现外，以太网系列标准均采用同时同频全双工传输(通过类似PSTN语音线路类似的混和电路完成二四线转换)。用户间关系如错误！未找到引用源。所示，xBase-T线缆的四对线从一个用户到另一个用户(或者交换机、集线器)一直并行走线。目前最常用的是100Base-T、1000Base-T标准一般采用CAT5e/6线缆传输；而10Gbase-T标准因需要更高的带宽，主要针对CAT7线缆，将CAT5e/6排除在外。但目前CAT5e/6线缆成本较低且已大量部署。因此对CAT5e/6继续研究开发以挖掘其进行高速信号传输的潜力，具有较大的经济价值。其次，MIMO技术最早在无线通信中引入。其通过利用多天线构成的空间信道独立性构建并行信道以达到提升系统容量或抗干扰能力。在有线环境中，由于信道间干扰一般较小、相互间本身独立性较好无需采用MIMO技术。G.Fast因信号带宽极大提升，远端串扰成为其性能提升的瓶颈，需要采用MIMO技术进行干扰消除，但因其局端和用户端上下链路的非对称性，不适用于局域网环境。在多对双绞线传输中，当信号带宽较高时，双绞线传输的两端(为描述方面，本文称为A端和B端)各线对间传输特性包括回波、近端串扰、远端串扰、远端衰减等。如四对双绞线传输，其A端和B端的四对线向分别向对端发送信号时，其信号用向量可表示为：XA(t)=x1A(t)x2A(t)x3A(t)x4A(t)TXB(t)=x1B(t)x2B(t)x3B(t)x4B(t)T---(1)]]>而A端和B端收到的信号向量可分别表示为：YA(t)=αAXA(t)+βBXB(t)+WA(t)YB(t)=αBXB(t)+βAXA(t)+WB(t)---(2)]]>其中，WA(t)=W1A(t)W2A(t)...W4A(t)TWB(t)=W1B(t)W2B(t)...W4B(t)T---(4)]]>其中，WA(t)、WB(t)分别为A端和B端各对线上的等价噪声向量，一般视为零均值高斯白噪声(ZM-AWGN)；分别表示A端第i对线信号对A端第j对线的近端干扰(当i＝j时为回波，下同)、A端第i对线信号对B端第j对线的远端串扰(当i＝j时为远端衰减，下同)、B端第i对线信号对B端第j对线的近端干扰、B端第i对线信号对A端第j对线的远端串扰。显然，由于对A端和B端而言，本端发送的信号是已知的，则在本端参数已知(比如，可通过测量得到)情况下，可以构造出如下信号向量：X~A(t)=-αAXA(t)X~B(t)=-αBXB(t)---(5)]]>并分别叠加到本端接收信号向量中，则可得到如下(6)、(7)：也就是说，只剩下与对端信号相关的分量。在现有基于CAT的以太网技术中，把CAT5e/6线缆中的各线对独立考虑，将线对间的远端串扰当作噪声处理，即(6)被视为：其中，包含了噪声W(t)以及远端串扰分量。而根据信息论相关原理，远端串扰实际上包含了远端B发射信号的有用成分，可通过MIMO处理技术将其提供的边信息与远端衰减信号的信息合并以提高处理增益。此时A端和B端处理方式相同，故仅考虑一端，如A端即可。因此，消除回波和近端串扰后的公式(6)可改写为：其中H为MIMO信道矩阵，信号向量X、Y、W可以是时域表达，也可以是频域表达。相应地信道矩阵也应为时域或频域系数。假设矩阵H已知，则式(10)可以进行一定的矩阵变换得到n个独立信道，其中n≤min(M,N)为H的秩。再次，为得到H，需进行信道估计，且除了H外还需估计出回波系数和近端串扰系数即即需公式(2)中的三个系数矩阵αA、βA、αB、βB进行估计。在现有xBase-T实现中，回波和近端串扰已经大部分通过以太网传输变压器进行了抑制，但仍有部分残余需要进一步消除。为此，信道估计的内容包括回波系数、近端串扰系数、远端串扰系数和远端衰减系数等参数。但这些参数在现有的xBase-T中基本不考虑，在xDSL中仅考虑回波消除和远端衰减。在G.Fast中虽然要估计几乎所有的这些参数，但因其频分双工传输方式、收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多对双绞线传输系统中自适应速率传输方法，所述传输系统包含A端和B端以及连接A端和B端的多对双绞线缆，A端和B端均包含收、发两部分，其特征在于，所述方法包括：确定收发双方基于类似以太网自动协商机制的方法传输能力集交互；如果收发双方均支持多对双绞线自适应传输模式，则采用自适应传输模式；在自适应传输模式下，收发双方进行多输入多输出MIMO信道估计，并交互MIMO信道参数或者根据信道参数得到的自适应传输参数，并根据所述传输参数进行MIMO‑离散多音频DMT自适应传输；并在所述传输过程中，利用传输质量或者基于导频的信道估计进行信道质量跟踪。

【技术特征摘要】
1.一种多对双绞线传输系统中自适应速率传输方法，所述传输系统包含A端和B端以及连接A端和B端的多对双绞线缆，A端和B端均包含收、发两部分，其特征在于，所述方法包括：
确定收发双方基于类似以太网自动协商机制的方法传输能力集交互；
如果收发双方均支持多对双绞线自适应传输模式，则采用自适应传输模式；
在自适应传输模式下，收发双方进行多输入多输出MIMO信道估计，并交互MIMO信道参数或者根据信道参数得到的自适应传输参数，并根据所述传输参数进行MIMO-离散多音频DMT自适应传输；并
在所述传输过程中，利用传输质量或者基于导频的信道估计进行信道质量跟踪。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述线缆的A、B两端进行同时同频全双工MIMO传输。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述同时同频全双工MIMO传输包括：
发端步骤：依据信道远端参数进行自适应比特功率分配、MIMO预处理、导频插入、DMT调制，将信息符号调制到非导频子载波，导频调制到导频子载波，子载波信号被发送到各对双绞线信道；
收端步骤：先依据信道近端参数进行回波和近端串扰抑制，然后进行DMT解调和MIMO后处理，其中非导频子载波信号用于恢复发端数据，导频子载波信号用于信道跟踪和反馈。
4.如权利要求1至3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
A端和B端根据自适应传输过程中的信道跟踪结果或者其他传输质量参数评估是否需要进行信道重估计；
如果需要进行信道重估计，则通过上层协议或者通过终止传输并将信道空闲后利用以太网自协商机制重新启动信道测量过程；
如果不需要进行信道重估计，则继续进行当前速率传输或者利用信道跟踪结果进行传输速率微调以达到传输速率和传输质量的最佳平衡。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述信道测量的内容包括：A端的近端MIMO参数αA、A端到B端的远端MIMO参数βA、B端的近端MIMO参数αB和B端到A端的远端MIMO参数βB，其中：
为A端第i对线到本端第j对线时的近端串扰系数，当i＝j时为第i对线的回波系数；
为A端第i对线到B端第j对线时的远端串扰系数，当i＝j时为第i对线的远端衰减系数；
为B端第i对线到本端第j对线时的近端串扰系数，当i＝j时为第i对线的回波系数；
为B端第i对线到A端第j对线时的远端串扰系数，当i＝j时为第i对线的远端衰减系数。
6.如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述信道测量包括：
通过自协商或其他方式确定主从关系一方为所述A端，另一方为所述B端；
首先，所述A端发送信道训练序列并进行近端参数αA的估计，而所述B端进行远端参数αB的估计；
然后，所述B端发送训练序列，B端估计近端参数αB，所述A端估计远端参数βA；
所述A、B端交互信道参数并协商由信道参数得到传输参数用于所述自适应传输。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛玉龙，邝育军，袁胜，李鹭，曾元军，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44