CN1181658C - 产生伪随机序列的方法和相关的发射机及接收机 - Google Patents

Abstract

为了产生多载波数据码元(DMT0，DMT1，DMT2)的伪随机序列(PRMS1)，通过重复地产生L比特的伪随机序列产生伪随机比特序列(PRBS1)，L是第一整数值(L＝4)。为了建立多载波数据码元(DMT0，DMT1，DMT2)，使用N比特，N是第二整数值(N＝8)。该伪随机比特序列(PRBS1)细分为N’比特的字符串，N’是大于N的第三整数值(N′＝9)，并且使用N’比特的每个字符串中的N比特产生各自的多载波数据码元(DMT0，DMT1，DMT2)。N’比特的每个字符串中的N’-N比特未使用。

Description

产生伪随机序列的方法 和相关的发射机及接收机

技术领域

本发明涉及产生多载波数据码元的伪随机序列的方法，能够应用该方法的多载波数据码元的伪随机序列的发生器，一个包括发生器的多载波发射机和多载波接收机。

背景技术

产生多载波数据码元的这种方法和设备在本专业是已知的，例如从1998年由美国国家标准学会(ANSI)发布的和由ANSI T1E1.413第2版提到的ADSL标准规范”网络和用户设备接口-非对称数字用户线路(ADSL)金属接口”中知道了。依据这种标准规范，在中心局的ADSL线路终端产生16384 DMT(离散的多个信号音)数据码元的伪随机序列，每个伪随机序列包括512比特。在刚刚引用的标准规范的9.6.6段中称为C-MEDLEY的DMT数据码元的伪随机序列是从ADSL线路终端中的扰频器重复地产生的511比特的伪随机序列中获得的。DMT数据码元的伪随机序列C-MEDLEY通过向着在用户房屋的ADSL网终端的扭绞线对电话线发送并且用于下行信道分析。以类似的方式，在用户房屋的ADSL网终端产生16384 DMT数据码元的伪随机序列，每个伪随机序列具有64比特长，在上面引用的标准规范的9.7.8段中称为R-MEDLEY，并且经过向着在中心局的ADSL线路终端扭绞线对电话线发送这个DMT数据码元的伪随机序列用于上行信道分析。DMT数据码元的伪随机序列R-MEDLEY是从ADSL网终端中的扰频器重复地产生的63比特长的伪随机序列中获得的。

在应用中诸如VDSL(很高速度的数字用户线路)可以具有不同的值，其中在这个专利申请的剩余部分，每个多载波数据码元的比特的数量将称为N，如果应用已知的技术可能出现两个问题：多载波数据码元序列的随机性可以明显地减小和/或者多载波数据码元的伪随机序列的长度可以变得比最长的可获得的伪随机序列短，最长的可获得的伪随机序列包含L个多载波数据码元，L是由该扰频器产生的比特的重复地产生的伪随机序列中的比特的数量。的确，如果每个多载波数据码元的这个数量N以一定的方式与由该扰频器重复地产生的比特的伪随机序列中的比特的数量L相关，例如a.N＝b.L，a和b分别是小于L和N的整数值，则多载波数据码元的伪随机序列的长度变得短了。如果该扰频器是由一个有限状态机实现的并且S表示这个有限状态机的状态的数量，则重复地产生的比特的伪随机序列中的比特的数量L典型地等于2^S-1。例如假设S等于9，因此L等于2⁹-1＝511。如果每个多载波数据码元具有1022比特的长度N，则因为N＝2.L，在多载波数据码元的伪随机序列中的每个多载波数据码元准确包括相同的1022比特的伪随机序列。在这个情形中，伪随机序列的长度只是1个多载波数据码元，这意味着实际上没有随机性。如果在N和L之间满足另一个关系，例如N＝L-1或者N＝L+1，就丢失了一些随机性。所以这样是因为典型地成对地使用伪随机序列中的比特以便对不同的载波施加随机的旋转。如果N＝L-1或者N＝L+1，定义被加到单个载波的随机的旋转的比特对只能在两个接连的多载波数据码元之间有一个比特的不同，因此减少了施加的旋转的随机性。当在VDSL系统中应用时，因此已知的方法可以产生具有减少随机性的多载波数据码元的伪随机序列或者是相当短的，然而要求长的多载波数据码元的随机序列，以便能够分析信道，在ADSL中信道分析中涉及准确地SNR(信噪比)估计。

发明内容

本发明的一个目的是提供产生多载波数据码元的伪随机序列的方法和设备，类似于已知的方法和设备，但是与每个多载波数据码元的比特的数量N与获得多载波数据码元的伪随机序列时重复地产生的比特的伪随机序列中的比特的数量L之间的关系无关，获得了高的随机性。

根据本发明的产生多载波数据码元的伪随机序列的方法，及能够应用该方法的多载波数据码元的伪随机序列的发生器实现了这个目的。

根据本发明的一个方面，提出了一种产生多载波数据码元的伪随机序列的方法，所述方法包括：a.通过重复地产生L比特的伪随机序列产生一个伪随机比特序列，L是第一整数值；b.使用每个多载波数据码元的所述伪随机比特序列的N比特分组为多载波数据码元，N是第二整数，因此产生多载波数据码元的所述伪随机序列，其特征在于所述分组包括：b1.划分所述伪随机比特序列为N’比特的字符串，N’是大于N的第三整数值；和b2.使用每个N’的字符串中的N比特产生多载波数据码元的所述伪随机序列中的多载波数据码元，并且N’比特的每个字符串中剩下N’-N比特未使用。

根据本发明的另一个方面，提出了一种多载波数据码元的伪随机序列的发生器，所述发生器包括：a.扰频装置，应用于重复地产生L比特的伪随机序列，L是第一整数值，以便因此产生伪随机比特序列；b.分组装置，使用每个多载波数据码元的所述伪随机比特序列的N比特，应用于分组为多载波数据码元，N是第二整数，因此产生多载波数据码元的所述伪随机序列，其特征在于所述分组装置包括：b1.划分装置，应用于划分所述伪随机比特序列为N’比特的字符串，N’是大于N的第三整数值；和b2.多载波数据码元产生装置(EMB1)，应用于使用每个N’比特的字符串中的N比特产生多载波数据码元的所述伪随机序列中的多载波数据码元，并且N’比特的每个字符串中剩下N’-N比特未使用。

根据本发明的另一个方面，提出了一种多载波发射机，包括所述的伪随机序列发生器并且还包括发送装置，耦合到所述伪随机序列发生器，和应用于通过通信信道(声道)发送由所述伪随机序列发生器产生的多载波码元的伪随机序列。

根据本发明的另一个方面，提出了一种多载波接收机，包括所述的伪随机序列发生器并且还包括接收装置，应用于接收通过通信信道(声道)发送的多载波码元的第一伪随机的序列，和解码装置，耦合到所述接收装置和所述伪随机序列发生器，并且应用于解码多载波码元的所述第一伪随机序列和由所述伪随机序列发生器产生的多载波码元的第二伪随机序列。

的确，通过细分在该扰频器输出的N’比特串中的伪随机的比特序列和仅仅使用N’比特的每个串的N比特构成多载波数据码元，N’是大于N的整数，产生了具有更高随机性的多载波数据码元的准随机序列。例如如果在具有L＝511和N＝1022的上面描述的系统中，将建立具有长度N′＝1024比特的字符串，在多载波码元中仅仅使用开头1022比特，而剩余的比特仍然未使用，产生了具有最大的可能的长度511多载波数据码元的随机序列。

注意，如果N和L以一定的方式彼此相关，则减小随机性问题的一个简单的替代的解决方案是增加重复地产生的比特的伪随机数据序列中的比特的数量L。但是如果L选择高，PAR(峰值与平均值之比)不是最佳，使得在多载波传输系统中这个简单的解决方案不是优选的，其中PAR降低是一个主要的关心的问题。

应当注意，在权利要求书中使用的术语‘包括’不应该解释为对其后列出的装置的限定。因此，‘一个设备包括装置A和B’表示的范围不应该限制于设备仅仅是部件A和B组成。就本发明而论它指的是该设备的仅仅相关的部件是A和B。

同样地，应当注意，在权利要求书中使用的术语‘耦合’不应该仅仅解释为对直接连接的限定。因此，‘一个设备A耦合到一个设备B’表示的范围不应该限制为其中设备A的输出是直接地连接到设备B的输入的设备或者系统。它意味着A的输出和B的输入之间存在一条路径，它可以是包括另一个设备或者装置的路径。

根据本发明的多载波发射机的附加的、任选特性由权利要求4定义。

因此，如果比特串的长度N’不预定义为L和N的函数(人们可能设想在发射机和接收机侧已知的预定义的表可以相关值N与每对的值N和L)，在多载波发射机中可以选择该比特串的长度N’，其中产生多载波数据码元的伪随机序列。因为在接收机侧该值N’还必须是已知的，以便能够在那里产生多载波数据码元的相同的伪随机序列并且执行信道分析，由该发射机选择的值N’必须传送给该接收机。可以使用标准的规定的字段或者消息。明显的，在该接收机中也可以选择值N’和可以从该接收机传送给该发射机。更具体地说，在优选的实施例中，在线路终端或者中心局侧计算值N’，因为频谱的规划是已知的和N是已知的(N是从频谱的计划获得的并且典型地等于两倍载波的数量，或者下行载波或者上行载波)。这意味着值N’是在发射机侧确定的，用于下行方向，而在接收机侧确定的用于上行方向，用于下行和上行方向明显地可以具有不同的值。

根据本发明的多载波发射机的另一个任选特性由权利要求5定义。

的确，通过选择N’以使N’不同于L-1和不同于L+1，获得了接连的多载波数据码元之间的高随机性。而且，通过选择N’以使它不是与L部分相关，获得了多载波数据码元的长的随机序列。

附图说明

通过参考结合附图进行的实施例的描述，本发明的上面提到的和其它目的和特性将变得更明显了，并且最好的理解本发明本身。

图1是VDSL(很高速度的数字用户线路)系统的功能块方案，包括根据本发明的多载波发射机MC-TX的一个实施例和根据本发明的多载波接收机MC-RX的第一实施例；和

图2是说明在图1的多载波发射机MC-TX中由该扰频器SCR1产生的伪随机比特序列PRBS1的细分为9比特长的字符串以及从这些比特串产生8比特长的多载波数据码元DMT0，DMT1，DMT2的定时图。

具体实施方式

图1中画出的VDSL(很高速度的数字用户线路)系统包括彼此通过扭绞线对电话线信道(CHANNEL)通信的两个VDSL收发信机。位于中心局的VDSL收发信机包含发送部件和接收部件，仅仅绘出发送部分MC-TX。这个VDSL发射机MC-TX包括发送电路TX，第一伪随机序列发生器PR-GEN1，选择器SEL和传送电路COM。第一伪随机序列发生器PR-GEN1包含级联的第一扰频器SCR1，第一分频器DIV1和第一嵌入器(embedder)EMB1，并且通过它的输出端耦合到发送电路TX的输入端。选择器SEL具有耦合到第一伪随机序列发生器PR-GEN1的控制输入的第一输出端和耦合到传送电路COM的输入端的第二输出端。刚刚提及的传送电路COM的输出端耦合到发送电路TX的输入端。位于用户房屋的VDSL收发信机还包含发送部件和接收部件，图1中仅仅画出接收部分MC-RX。VDSL接收机MC-RX包含第二伪随机序列发生器PR-GEN2，接收电路RX，解码器DECODER和信噪比估计单元SNR。接收电路RX的输出端耦合到解码器DECODER的第一输入端。该接收电路RX还具有耦合到第二伪随机序列发生器PR-GEN2的控制端的第二输出端。这个第二伪随机序列发生器PR-GEN2包括级联的第二扰频器SCR2，第二分频器DIV2和第二嵌入器EMB2，并且它的输出端耦合到解码器DECODER的第二输入端。解码器DECODER的输出端连接到信噪比估计单元SNR的输入端。

为了通过电话线路信道传送数字数据，在中心局的VDSL收发信机和在用户房屋的收发信机构成DMT(离散的多信号音)码元。VDSL收发信机根据一定的比特配置图在一组载波上调制该数字数据，一定的比特配置图在该中心局和在用户房屋是已知的。该比特配置图规定使用哪个载波，在每个使用的载波上调制多少比特和使用哪个调制技术(4QAM，8QAM，....)在该载波上调制该比特。这个比特配置图是在信道分析，在VDSL系统的初始化执行的过程之后构成的，其中在多载波数据码元的伪随机序列的基础上估计从中心局到用户房屋的不同的载波的传送的信噪比，或者反之亦然，多载波数据码元的伪随机序列通过线路信道发送并且当收到时进行分析。在下面的段落中，详细描述在由图1和图2所示的本发明的实施例中如何产生多载波数据码元的这个伪随机序列。

第一扰频器SCR1重复地产生4比特的伪随机序列，在图2中标记0，1，2和3。重复地产生的4比特的伪随机序列构成第一扰频器SCR1的输出的第一伪随机的比特序列PRBS1。这个第一伪随机的比特序列PRBS1必须封装在多载波数据码元中，其中可以嵌入8比特以便构成多载波数据码元的第一伪随机序列PRMS1。这些多载波数据码元在图2中由DMT0，DMT1和DMT2表示。因为多载波数据码元DMT0，DMT1和DMT2的长度N(8比特)是由第一扰频器SCR1重复地产生的比特的伪随机序列的长度L(4比特)的两倍，如果第一伪随机比特序列PRBS1是简单地封装入多载波数据码元DMT0，DMT1和DMT2中，则每个多载波数据码元准确地包含相同的8比特的伪随机序列。结果是不存在多载波数据码元的第一伪随机序列PRMS1。由于这个原因，第一分频器DIV1划分第一伪随机比特序列PRBS1为N′＝9比特的字符串。仅仅9比特的每个字符串的开头8比特由第一嵌入器EMB1嵌入到多载波数据符号中，而在第一分频器DIV1的输出的每个字符串的第九比特不由第一嵌入器EMB1使用。第一伪随机比特序列PRBS1划分为9比特的字符串和嵌入到多载波数据码元DMT0，DMT1和DMT2中由图2示出。用这种方式，第一嵌入器EMB1在它的输出产生多载波数据码元的第一伪随机序列PRMS1，由发送电路TX通过电话线路信道发送到在用户房屋的VDSL接收机MC-RX。由第一分频器DIV1建立的字符串的长度N’是由选择器SEL选择的并且作为控制信号提供给在第一伪随机序列发生器PR-GEN1中的第一分频器DIV1。另外该选择器SEL提供值N’＝9给传送电路COM，它通过发送电路TX传送这个值N’给在用户房屋的VDSL接收机MC-RX。为了传送值N’，这个值可以嵌入在标准化的字段或者初始化协议的消息中。

当在VDSL接收机MC-RX收到值N′＝9时，接收电路RX提供这个值N’给在第二伪随机序列发生器PR-GEN2中的第二分频器DIV2。利用这个值N’，第二伪随机序列发生器PR-GEN2，即第二扰频器SCR2，第二分频器DIV2和第二嵌入器EMB2可以产生多载波数据码元的第二伪随机序列PRMS2，它是多载波数据码元的第一伪随机序列PRMS1的复制。第二扰频器SCR2产生第二伪随机比特序列PRBS2，第二伪随机比特序列PRBS2是第一伪随机比特序列PRBS1的复制。这是可能的，因为重复地产生4比特0、1、2和3的4比特的伪随机序列，构成第一以及第二伪随机比特序列被预定义。第二分频器DIV2划分第二伪随机的比特序列PRBS2为N′＝9比特的字符串并且第二嵌入器EMB2封装在第二分频器DIV2的输出的每个字符串的开头八比特到多载波数据码元中并且留下每个多载波数据码元中的第九比特未使用。

多载波数据码元的第一伪随机序列的多载波数据码元DMT0，DMT1和DMT2在通过电话线路信道传送并且由接收电路RX收到(在接收电路的输出的信号在图1中标记了PRMS1’，因为它可以不同于第一伪随机比特序列PRBS1，例如由于在线路信道上的噪声/干扰)之后，提供给解码器DECODER，例如如果多载波数据码元是DMT码元，则是离散的多单音解码器。而且本地产生的多载波数据码元的第二伪随机序列PRMS2提供给解码器DECODER。在解码之后，多载波数据码元的伪随机序列PRMS1’中的多载波数据码元的内容可以与在多载波数据码元PRMS2的第二伪随机序列中的多载波数据码元的内容比较，以使可以估计中心局和用户房屋之间的通信信道的信噪比。这是由信噪比估计单元SNR进行的。

本发明的第二实施例没有由任何图示出，不同于上面描述的第一实施例：伪随机比特序列的比特不嵌入或者封装在多载波数据码元中，但是用于施加随机的旋转到包括多载波数据码元的载波。在这第二实施例中，扰频器再次产生伪随机比特序列，它由分频器分成长度N’的字符串。仅仅每个字符串的N比特用于随机化载波的相位，而每个字符串的N’-N比特未使用。这些比特例如可以成对使用，以便随机的旋转载波的相位。如果N’比特的字符串中的开头两个比特是00，例如第一载波的相位不旋转，如果开头两个比特是01，则第一载波的相位旋转90度，如果开头两个比特是11，则第一载波的相位旋转180度，而如果开头两个比特是10，则第一载波的相位旋转270度。以类似的方式，在N’比特的这个字符串中的随后两个比特确定被用于第二载波的旋转，等等。相位旋转可以由耦合到该分频器的编码器施加。在接收机，解码器将去随机化该载波的状态。在这个第二实施例中，其中比特是两个两个地使用的，以便旋转载波的相位，选择N’不同于L-1和L+1，因为不然的话将减小随机性。另外N’还选择不与L部分有关，即a.N′≠b.L，a和b是分别小于L和N’的整数值，因为N’的这种选择明显地减少可以产生的多载波数据码元的随机序列的长度。

应当注意，虽然在上面已经给出了DMT(离散的多信号音)多载波通信的例子，但是本发明的适用性不限制在任何特定的多载波线路码。而且在基于Zipper的多载波系统中，在基于OFDM(正交频分多路复用)的多载波系统中，或者在其它多载波系统中，根据本发明可以产生用于信道分析的伪随机序列。

另一个注意的是本发明的适用性不限制于特定的信道分析技术。虽然在上面给出了SNR(信噪比)估计的例子，在根据本发明产生的伪随机序列的基础上可以检测或者估计表明环路质量的其它参数。

还要注意的是，重复地产生的比特的伪随机序列的长度L＝4比特，多载波数据码元的长度N＝8比特和字符串的长度N′＝9比特仅仅给出作为一个例子。用于VDSL(很高速度的数字用户线路)系统的更实际的值例如是L＝2047比特，N＝2048比特和N′＝2050比特，但是本发明也不限制在任何特定的值或者这些参数值的范围。

然而在上面已经描述了本发明用于VDSL(很高速度的数字用户线路)系统的下行方向的实现，即从中心局到用户房屋，明显地本发明还可以在上行方向实现以便改进上行信道分析精确度。而且，本领域技术人员理解，本发明也可以在双向和单向系统实现。

正如在这个专利申请的引言部分已经指出的，值N’可以通过在发射机和接收机侧的已知的标准化的表与每对的N和L值相关，因此不要求选择器电路和在用于传送值N’的初始化协议中不必保留消息或者字段。导致SNR估计的满意的精度的适当的值N’另外可以在试验与误差基础上找到，例如通过从N开始重复地使值N’增加1。

此外，应注意，如果比特的伪随机序列在字符串中不划分和字符串的部分不是未使用的，本发明的应用不仅仅在N＝2L和所有的多载波数据码元准确地传送相同的比特的伪随机序列的情形中是吸引人的。当N和L彼此相关时，随机性明显地减小了，例如如果L＝N±1或者a.N＝b.L，a和b分别是小于L和N的整数，可以选择N’的适当的值并且用于建立伪随机字符串，它不完全地封装在多载波数据码元中。本发明应用的标准可以是业务相关的。

虽然在上面参照用于经过扭绞线对电话线传输的VDSL(很高速度的数字用户线路)技术，但是任何熟练的人将理解，本发明还可以应用在其他的DSL(数字用户线路)系统，诸如ADSL(异步数字用户线路)，SDSL(同步数字用户线路)系统，HDSL(高速度数字用户线路)系统等等，或者在基于电缆，基于光纤维或者基于无线电的通信系统中，假定多载波线路码被用于数据传输。

此外，应注意，在上面依据功能方框描述了本发明的实施例。从这些方框的功能的描述中，利用熟知的电子部件如何可以制造这些方框的实施例对设计电子设备的本领域技术人员是清楚的。因此功能方框的内容的详细的结构不再给出。

虽然本发明的原理在上面已经结合特定的装置描述了，但是应当清楚地理解，进行的这个描述仅仅以实例的方式而不是作为对权利要求的范围的限制。

Claims (6)

1.产生多载波数据码元(DMT0，DMT1，DMT2)的伪随机序列(PRMS1)的方法，所述方法包括：

a.通过重复地产生L比特的伪随机序列产生一个伪随机比特序列(PRBS1)，L是第一整数值；

b.使用每个多载波数据码元(DMT0，DMT1，DMT2)的所述伪随机比特序列(PRBS1)的N比特分组为多载波数据码元(DMT0，DMT1，DMT2)，N是第二整数，因此产生多载波数据码元(DMT0，DMT1，DMT2)的所述伪随机序列(PRMS1)，其特征在于所述分组包括：

b1.划分所述伪随机比特序列(PRBS1)为N’比特的字符串，N’是大于N的第三整数值；和

b2.使用每个N’的字符串中的N比特产生多载波数据码元(DMT0，DMT1，DMT2)的所述伪随机序列(PRMS1)中的多载波数据码元(DMT0，DMT1，DMT2)，并且N’比特的每个字符串中剩下N’-N比特未使用。

2.多载波数据码元(DMT0，DMT1，DMT2)的伪随机序列(PRMS1)的发生器(PR-GEN1)，所述发生器(PR-GEN1)包括：

a.扰频装置(SCR1)，应用于重复地产生L比特的伪随机序列，L是第一整数值，以便因此产生伪随机比特序列(PRBS1)；

b.分组装置，使用每个多载波数据码元(DMT0，DMT1，DMT2)的所述伪随机比特序列(PRBS1)的N比特，应用于分组为多载波数据码元(DMT0，DMT1，DMT2)，N是第二整数，因此产生多载波数据码元(DMT0，DMT1，DMT2)的所述伪随机序列(PRMS1)，其特征在于所述分组装置包括：

b1.划分装置(DIV1)，应用于划分所述伪随机比特序列(PRBS1)为N’比特的字符串，N’是大于N的第三整数值；和

b2.多载波数据码元产生装置(EMB1)，应用于使用每个N’比特的字符串中的N比特产生多载波数据码元((DMT0，DMT1，DMT2)的所述伪随机序列(PRMS1)中的多载波数据码元(DMT0，DMT1，DMT2)，并且N’比特的每个字符串中剩下N’-N比特未使用。

3.包括由权利要求2定义的伪随机序列发生器(PR-GEN1)的多载波发射机(MC-TX)，并且还包括发送装置(TX)，耦合到所述伪随机序列发生器(PR-GEN1)，和应用于通过通信信道(声道)发送由所述伪随机序列发生器(PR-GEN1)产生的多载波码元(DMT0，DMT1，DMT2)的伪随机序列(PRMS1)。

4.根据权利要求3的多载波发射机(MC-TX)，其特征在于所述多载波发射机(MC-TX)还包括选择装置(SEL)，应用于选择所述第三整数值N′，和耦合到所述选择装置(SEL)并且应用于传送所述第三整数值N’到多载波接收机(MC-RX)的通信装置(COM)。

5.根据权利要求4的多载波发射机(MC-TX)，其特征在于所述选择装置(SEL)应用于选择所述第三整数值N’，以使N’不同于L-1，以使N′不同于L+1，和以使N’不与L部分有关。

6.包括由权利要求2定义的伪随机序列发生器(PR-GEN2)的多载波接收机(MC-RX)，并且还包括接收装置(RX)，应用于接收通过通信信道(声道)发送的多载波码元的第一伪随机的序列(PRMS1’)，和解码装置(DECODER)，耦合到所述接收装置(RX)和所述伪随机序列发生器(PR-GEN2)，并且应用于解码多载波码元的所述第一伪随机序列(PRMS1’)和由所述伪随机序列发生器(PR-GEN2)产生的多载波码元的第二伪随机序列(PRMS2)。