CN101192849A - 一种信道矩阵的管理方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信道矩阵的管理方法及其装置，本发明方法包括以下步骤：获知用户上下线情况；获知用户上线时，将该用户信道信息的历史记录加入到所述信道矩阵中；获知用户下线时，记录该用户当前的信道信息，并将该用户的信道信息从所述信道矩阵中删除。采用本发明可根据用户上下线情况，及时更新信道矩阵，进而根据该信道矩阵及时准确地消除信道串扰，避免因为用户上下线导致串扰消除性能下降。

Description

一种信道矩阵的管理方法及其装置

技术领域

本发明通信领域，尤其涉及一种应用于对数字用户线DSL信道矩阵的更新过程的信道矩阵管理方法及其装置。

背景技术

xDSL(通用数字用户线)是一种在无屏蔽双绞线(Unshielded Twist Pair，UTP)传输的高速数据传输技术，除了IDSL(ISDN数字用户线)和SHDSL等基带传输的DSL外，通带传输的xDSL利用频分复用技术使得xDSL与传统电话业务(POTS)共存于同一对双绞线上，其中xDSL占据高频段，POTS占用4KHz以下基带部分，POTS信号与xDSL信号通过分离器(Splitter)分离。通带传输的xDSL采用离散多音频调制(DMT)。提供多路xDSL接入的系统叫做DSL接入复用器(DSLAM)，其系统参考模型如图1所示。

电话双绞线作为一种传输信道，其无失真信道容量必须满足香农的信道容量公式： $C=B\·{\log }_2(1+\frac{S}{N}),$ 其中C为信道容量，B为信号带宽，S为信号能量，N为噪声能量。由此可见，提高信号带宽和信号能量都能提高信道的传输容量。但是信号带宽由信道的幅频特性决定；信号能量被器件，频谱兼容等限定；两者均被限制在一定的范围内。因此xDSL的传输容量在这两个条件的基础上不可能进一步的提高。然而，从噪声能量N的角度考虑，只要降低噪声的能量，线路的传输容限能适当的增加。

随着xDSL技术使用的频带的提高，串扰(Crosstalk)尤其是高频段的串扰问题表现得日益突出。由于xDSL上下行信道采用频分复用，近端串扰(NEXT)对系统的性能不产生太大的危害；但远端串扰(FEXT)会严重影响线路的传输性能。当一捆电缆内有多路用户都要求开通xDSL业务时，会因为远端串扰(FEXT)使一些线路速率低、性能不稳定、甚至不能开通等，最终导致DSLAM的出线率比较低。

目前业界提出了vectored-DSL技术，主要利用在DSLAM端进行联合的收发的可能性，使用信号处理的方法来抵消远端串扰的干扰。最终使每一路信号中不存在远端串扰干扰，以提高传输容量。图2和图3分别示出了在DSLAM端同步发送和同步接收信号的工作情形。

图2和图3所示的共享信道H在频率域上可以表示为矩阵形式：

H_km(f)是从线对m到线对k的传输方程，当m＝k时，H_mm(f)表示用户m的直接信道；当m≠k时，H_km(f)表示用户m对用户k的串扰信道。又分别设X(f)是一个L×1的信道输入向量，Y(f)是一个L×1的信道输出向量，N(f)为噪声向量。最终，把信道传输方程表达为如下形式：

Y(f)＝H(f)X(f)+N(f)

在上下行频分复用的技术中，对于向量化和信道矩阵H仅仅只用考虑远端串扰。消除串扰的方法包括QR分解法和SVD分解法。在QR分解法对于下行信道串扰由下行向量接收器进行消除，对于上行信道串扰由上行向量接收器消除。

GDFE可用来估计用户的输入向量X。GDFE(Generalized DecisionFeedback Equalization)类似于DFE(从单个信道传输中消除信号间干扰的方法)，可应用于任何一个y＝Hx+n形式的信道。

参见图4，为下行向量接收器的示意图，其具体工作步骤如下：

1、H^T矩阵根据QR分解可以写成 $H_i^T=Q_i\·R_i,$ 这里R_i是上三角矩阵，Q_i是unitary矩阵即 $Q_i{Q}_i^{*}=Q_i^{*}{Q}_i=I,$ 上标^*表示共轭转置变换，H_i ^T是H的转置矩阵。则 $H_i=R_i^T{Q}_i^T.$

2、令 $x_i=Q_i^{T*}{x_i}^{\′},$ $x_i^{\′}=R_i^{-T}\mathrm{diag}\left(R_i^T\right){\tilde{x}}_i,$ diag表示对角化矩阵。

$y_i=H_i{x}_i+N_i=R_i^T{Q}_i^T{Q}_i^{T*}{R}_i^{-T}\mathrm{diag}\left(R_i^T\right){\tilde{x}}_i+N_i=\mathrm{diag}\left(R_i^T\right){\tilde{x}}_i+N_i,$ 则对于无噪声的信道，输出则变为 $\hat{y}=\mathrm{diag}\left(R_i^T\right){\tilde{x}}_i,$ 是一个对角矩阵，从而消除了串扰。

例如，当L＝4时

$H_i^T=Q_i{R}_i$ 则R可写为：

$R=\left[\begin{array}{cccc}{R}_{11}& R_{12}& R_{13}& R_{14}\\ 0& R_{22}& R_{23}& R_{24}\\ 0& 0& R_{33}& R_{34}\\ 0& 0& 0& R_{44}\end{array}\right]$

令 $x_i=Q_i^{T*}{x_i}^{\′},$ $x_i^{\′}=R_i^{-T}\mathrm{diag}\left(R_i^T\right){\tilde{x}}_i,$ 则

$y_i=H_i{x}_i+N_i=R_i^T{Q}_i^T{Q}_i^{T*}{R}_i^{-T}\mathrm{diag}\left(R_i^T\right){\tilde{x}}_i+N_i=\mathrm{diag}\left(R_i^T\right){\tilde{x}}_i+N_i$

$=\left[\begin{array}{cccc}{R}_{11}^T& 0& 0& 0\\ 0& R_{22}^T& 0& 0\\ 0& 0& R_{33}^T& 0\\ 0& 0& 0& R_{44}^T\end{array}\right]\·{\tilde{x}}_i+N_i=\left[\begin{array}{cccc}{R}_{11}^T{\tilde{x}}_1& 0& 0& 0\\ 0& R_{22}^T{\tilde{x}}_2& 0& 0\\ 0& 0& R_{33}^T{\tilde{x}}_3& 0\\ 0& 0& 0& R_{44}^T{\tilde{x}}_4\end{array}\right]+N_i$

对于4个用户的输出则分别为

R₂₂ ^Tx₂，R₃₃ ^Tx₃，

从而消除了串扰。

参见图5，为上行向量接收器示意图，具体步骤包括：

1、H_i矩阵根据QR分解可以写成H_i＝Q_i·R_i，这里R是一个上三角矩阵，Q_i是unitary矩阵即 $Q_i{Q}_i^{*}=Q_i^{*}{Q}_i=I,$ 上标^*表示共轭转置变换。

2、上行接收端为

Y_i＝H_ix_i+N_i

将上式两边同时乘以Q_i ^*得到

${\hat{Y}}_i=Q^{*}(H_i{x}_i+N_i)$

则 ${\hat{Y}}_i=Q_i^{*}\·Q_i\·R_i{x}_i+Q_i^{*}\·N_i=R_i{x}_i+Q_i^{*}\·N_i$

从上式可以看出则对于无噪声的信道，输出则为 ${\hat{Y}}_i=R_i{x}_i,1\≤i\≤L,$ 是一个上三角矩阵。

3、利用GDFE估计输出值。可以看出第L个输出是无串扰的值，并且可以用简单的解码器来估计，得到第L个输出值。在第L-1个输出中，减去第L个估计结果，则消除了第L个tone对第L-1个tone上的串扰，通过简单估计，则可以得到第L-1个输出值。依此类推，每次减去前一次所估计出的值，得到第1个输出值，这样则消除了串扰。

例如，当L＝4时

H_i＝Q_iR_i则R可写为：

$R=\left[\begin{array}{cccc}{R}_{11}& R_{12}& R_{13}& R_{14}\\ 0& R_{22}& R_{23}& R_{24}\\ 0& 0& R_{33}& R_{34}\\ 0& 0& 0& R_{44}\end{array}\right]$

对于Y_i＝H_ix_i+N_i，两边同时乘以Q_i ^*得到

${\hat{Y}}_i=Q_i^{*}\·Q_i^{*}\·R_i{x}_i+Q_i^{*}\·N_i=R_i{x}_i+Q_i^{*}\·N_i=\left[\begin{array}{cccc}{R}_{11}& R_{12}& R_{13}& R_{14}\\ 0& R_{22}& R_{23}& R_{24}\\ 0& 0& R_{33}& R_{34}\\ 0& 0& 0& R_{44}\end{array}\right]\·x_i+Q_i^{*}{N}_i,$ 对于

无噪声信道

${\hat{Y}}_i=\left[\begin{array}{cccc}{R}_{11}& R_{12}& R_{13}& R_{14}\\ 0& R_{22}& R_{23}& R_{24}\\ 0& 0& R_{33}& R_{34}\\ 0& 0& 0& R_{44}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ x_2\\ x_3\\ x_4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{R}_{11}{x}_1+R_{12}{x}_2+R_{12}{x}_3+R_{14}{x}_4\\ R_{22}{x}_2+R_{23}{x}_3+R_{24}{x}_4\\ R_{33}{x}_3+R_{34}{x}_4\\ R_{44}{x}_4\end{array}\right]$

可以看出第4个输出是无串扰的值，并且可以用简单的解码器来估计，得到第4个用户输出值。在第3个输出中，减去第4个估计结果，则消除了第4个用户对第3个用户的串扰，通过简单估计，则可以得到第3个用户的输出值。依此类推，每次减去前一次所估计出的值，得到第1个用户的输出值，这样则消除了串扰。

从上述流程可以看出，消除串扰需要依据信道矩阵H，但是，当有用户上线时，该用户会对其他用户信道产生串扰，而此时的串扰抵消器(或预编码器)是采用该用户上线之前的信道矩阵计算求得的，因此会打乱之前的平衡，导致串扰消除性能下降。若要真正消除串扰，需要在信道矩阵发生变化时，及时获取上线用户的信道信息以及串扰信道信息，并引入到信道矩阵中，以便准确消除串扰。因此，当用户上下线时，如何得知用户上下线情况以及如何对信道矩阵及时更新是目前需要解决的问题。

发明内容

本发明提供一种信道矩阵的管理方法，用以解决现有技术中存在的因无法及时获知用户上下线情况以及在用户上线时无法及时更新信道矩阵导致串扰消除性能下降的问题。

基于相同的技术构思，本发明另提供一种信道矩阵的管理装置。

本发明提供的信道矩阵的管理方法，包括以下步骤：

获知用户上下线情况；

获知用户上线时，将该用户信道信息的历史记录加入到所述信道矩阵中；

获知用户下线时，记录该用户当前的信道信息，并将该用户的信道信息从所述信道矩阵中删除。

上述方法中，所述用户信道信息的历史记录为该用户上一次下线时的信道信息。

上述方法中，当用户下线时，将所述信道矩阵中该用户的信道信息记录到数据库中；

当用户上线时，从所述数据库中读取该用户的信道信息的历史记录，加入到所述信道矩阵中。

上述方法中，还包括步骤：

用户上线后，对该用户的信道进行跟踪微调，并用微调后的信道信息更新所述信道矩阵中该用户的信道信息。

上述方法中，所述用户的信道信息包括该用户的直接信道信息和该用户对其他用户的串扰信道信息，以及其他用户对该用户的串扰信道信息。

上述方法中，通过局端DSL接入复用器管理层获知用户上下线的情况。

本发明提供的信道矩阵的管理装置，包括：获取单元、存储单元、信道矩阵单元和管理单元；

所述存储单元，用于存储用户信道信息的历史记录；

所述信道矩阵单元，用于存储当前在线用户信道矩阵；

所述获取单元，用于获取用户上下线情况，并在获知用户上线时，向所述管理单元发送用户上线的指令；在获知用户下线时，向所述管理单元发送用户下线的指令；

所述管理单元，用于按照所述用户上线的指令，将所述存储单元中的用户信道信息的历史记录加入到所述信道矩阵单元的信道矩阵中；用于按照所述用户下线的指令，将所述信道矩阵单元的信道矩阵中的用户信道信息记录到所述存储单元，并从所述信道矩阵中删除该用户的信道信息。

所述存储单元为数据库存储单元。

所述获取单元为DSL接入复用器管理层。

上述装置中，还包括微调单元，用于对在线用户的信道进行跟踪微调，并将微调后的信道信息发送到所述信道矩阵单元中更新所述信道矩阵。

本发明有益效果如下：

本发明通过获取用户上下线情况，并在获知用户上线时，将该用户的信道信息的历史记录加入到信道矩阵，在获知用户下线时，从信道矩阵中删除用户信道信息，并将当前该用户的信道信息进行记录，从而根据用户的上下线情况及时更新信道矩阵，解决了现有技术中不能根据用户上下线情况及时更新信道矩阵的问题，进而可解决因为用户上下线导致串扰消除性能下降的问题。

附图说明

图1为xDSL系统参考模型示意图；

图2为现有技术中在DSLAM端联合发送，在用户端分别接收的示意图；

图3为现有技术中在用户端分别发送，在DSLAM端联合接收的示意图；

图4为现有技术的下行串扰接收器示意图；

图5为现有技术的上行串扰接收器示意图；

图6为本发明实施例的信道矩阵H管理流程示意图；

图7为本发明实施例的信道矩阵管理装置结构示意图。

具体实施方式

针对DSL用户信道串扰问题，本发明提出了一种简单有效的动态管理信道矩阵的方法，以保证用户上下线时的串扰抵消性能。下面结合实施例和附图对本发明进行详细描述。

用户上下线会引起两个问题：一、如何及时获知用户的上下线情况；二、如何及时更新用户上下线后的信道矩阵，以便根据信道矩阵的信息来对串扰进行消除。

对于第一个问题，即如何获知用户的上下线情况，在vectored-DSL技术中，由于是通过在CO端(Central Office，局端)对所有用户的联合收发处理进行串扰抵消的，因此CO端对所有用户都进行了统一的管理。因此通过CO端的DSLAM管理层可以直接获知用户上下线的情况。

对于第二个问题，即如何及时更新用户上下线后的信道矩阵问题，由于用户的上线会打乱之前的平衡，因此希望能及时快速地获得上线用户的信道信息(直接信道以及串扰信道)，并加入到信道矩阵中，以便及时对上线用户产生的串扰以及其他用户对该上线用户产生的串扰进行消除。本发明针对该问题，在CO端建立一个数据库，用来存储所有用户的信道信息的历史记录。当用户上线时，从数据库中读取用户的信道信息的历史记录，加入到信道矩阵中；当用户下线时，将信道矩阵中该用户的信道信息保存到数据库中。由于信道是随时间慢变化的，因此可以在用户加入之后，对信道进行跟踪微调，并将微调结果更新信道矩阵中该用户的信道信息。在用户下线的时候，将用户当前时刻的信道信息保存到数据库中，以备下次使用。

下面以通过对信道矩阵H进行为例为例，对本发明方法进行详细描述。

参见图6，为本发明实施例的信道矩阵H的管理流程示意图。在图4中，DSLAM管理层负责获知用户上下线的情况；DSMC为DSM(动态功率谱管理)中心，负责对信道矩阵H和数据库进行管理操作，信道矩阵H的管理流程具体步骤包括：

首先，DSLAM管理层获知用户上下线的情况。由于是在CO端对所有用户进行统一管理的，则DSLAM的管理层必然知道用户运行的情况，也就能够获知用户上下线的情况。当DSLAM管理层获知到有用户1下线时，将用户1下线的情况传送给DSMC。

DSMC获知用户1下线后，将信道矩阵H中该用户的信道信息保存到数据库中，以便该用户下次上线时，使用数据库中存储的信道信息的历史记录更新信道矩阵H，同时，DSMC还从信道矩阵H中将该用户的信道信息删除。

例如，假设当前矩阵H为：

式中，L表示当前在线用户总数。

数据库中以数组形式存储的用户信道信息为：

式中，M表示该DSLAM连接的用户总数，且M≥L。

当用户1下线时，将矩阵H中的用户1的直接信道信息以及串扰信道信息(用户1的串扰信道包括用户1对其他用户的串扰信道以及其他用户对用户1的串扰信道)存储到数据库中，即用H_1m(f)(m＝1，...L)以及H_m1(f)(m＝1，...L)以替代数据库中原用户1的信道信息H_1m′(f)(m＝1，...L)以及H_m1′(f)(m＝1，...L)。并且将信道矩阵H中用户1的直接信道和串扰信道信息删除，更新后的信道矩阵H为：

CO端的DSLAM管理层继续监控用户的运行情况，对每一个下线用户都按照上述流程更新信道矩阵H和数据库信息。CO端还对所有在线用户的信道进行跟踪微调处理，并用微调的结果不断更新信道矩阵H。

当CO端获知有用户1上线时，将用户1上线的情况传送给DSMC。

DSMC获知用户1上线后，将数据库中用户1的信道信息加入到信道矩阵H中，更新矩阵H。例如，用户1上线前的信道矩阵H为

式中，L表示当前在线用户总数。

数据库中以数组形式存储的用户信道信息为：

式中，M表示该DSLAM连接的用户总数，且M≥L。

用户1上线时，将数据库中用户1的信道信息即H_1m′(f)(m＝1，...L)以及H_m1′(f)(m＝1，...L)加入到信道矩阵中。

则此时的信道矩阵更新为：

由于信道是随时间慢变化的，因此可在将用户信道信息加入矩阵H后，对用户信道进行跟踪微调。由于引入了用户信道信息的历史数据，该历史数据为用户上一次下线时的信道信息，该历史数据与当前的信道之间的差别不是很大，并且通过对信道的跟踪微调可以使历史数据逐渐逼近用户当前的信道信息，从而可以保证信道矩阵的准确性，保证串扰消除的性能。

CO端对于每一个上线的用户都按照上述流程更新信道矩阵H。

如果局端连接的用户很多，一个DSLAM的处理能力不能满足需求，在CO端一般会有多个DSLAM。每个DSLAM都将其获知的用户上下线情况发送给DSMC，DSMC针对每个DSLAM上报的用户上下线情况都会按照上述流程更新信道矩阵H。

信道矩阵H可用于信道串扰消除，即对用户上下线时产生的串扰进行消除，消除串扰的方法包括QR分解法和SVD分解法。

基于与上述动态管理信道矩阵相同的技术构思，本发明提供了一种信道矩阵的管理装置。

参见图7，为本发明实施例的信道矩阵管理装置结构示意图。该装置位于CO端，包括：获取单元、存储单元、信道矩阵单元和管理单元，以及微调单元。

获取单元为DSLAM管理层，用于获知用户上下线情况，并在获知用户上线时，通知管理单元用户上线；在获知用户下线时，通知管理单元用户下线。

管理单元用于按照获取单元发送的用户上线指令，将存储单元中存储的该用户信道信息的历史记录(该用户上一次下线时的信道信息的历史记录)加入到信道矩阵单元的信道矩阵中；还用于按照获取单元发送的用户下线指令，将信道矩阵单元的信道矩阵中的用户信道信息记录到存储单元，并从信道矩阵中删除该用户的信道信息。

存储单元用于存储用户信道信息的历史记录。存储单元为数据库存储单元，即将用户信道信息的历史记录存储到数据库中。

信道矩阵单元中存储当前在线用户信道矩阵。

微调单元用于对在线用户的信道进行跟踪微调，并将微调结果发送到信道矩阵单元更新信道矩阵。

如果局端连接的用户很多，一个DSLAM的处理能力不能满足需求，在CO端一般会有多个DSLAM。每个DSLAM负责一定数量的用户信道，并对应一个信道矩阵。此时，每个DSLAM都对应有一个上述信道矩阵管理装置。

信道矩阵单元可连接串扰消除器，串扰消除器采用QR分解法和SVD分解法等利用该信道矩阵进行串扰消除。

综上所述，本发明实施例通过利用DSLAM管理层获取用户上下线情况，并以此对信道矩阵进行管理。在获知用户下线时，将该用户的信道信息从信道矩阵中删除，并存储到数据库中，以备用户上线时使用；当用户上线时，从数据库中读取该用户的信道信息并加入到信道矩阵中，从而实现根据用户上下线情况对信道矩阵进行及时更新。通过对信道矩阵的及时更新可避免用户上下线对串扰消除性能的影响。另外，本发明实施例提供的方法和系统简单易行。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种信道矩阵的管理方法，应用于对数字用户线DSL信道矩阵的更新过程，其特征在于，包括以下步骤：

获知用户上下线情况；

获知用户上线时，将该用户信道信息的历史记录加入到所述信道矩阵中；

获知用户下线时，记录该用户当前的信道信息，并将该用户的信道信息从所述信道矩阵中删除。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户信道信息的历史记录为该用户上一次下线时的信道信息。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当用户下线时，将所述信道矩阵中该用户的信道信息记录到数据库中；

当用户上线时，从所述数据库中读取该用户的信道信息的历史记录，加入到所述信道矩阵中。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

用户上线后，对该用户的信道进行跟踪微调，并用微调后的信道信息更新所述信道矩阵中该用户的信道信息。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户的信道信息包括该用户的直接信道信息和该用户对其他用户的串扰信道信息，以及其他用户对该用户的串扰信道信息。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过局端DSL接入复用器管理层获知用户上下线的情况。

7.一种信道矩阵的管理装置，应用于对数字用户线DSL信道矩阵的更新过程，其特征在于，包括获取单元、存储单元、信道矩阵单元和管理单元；

所述存储单元，用于存储用户信道信息的历史记录；

所述信道矩阵单元，用于存储当前在线用户信道矩阵；

所述获取单元，用于获取用户上下线情况，并在获知用户上线时，向所述管理单元发送用户上线的指令；在获知用户下线时，向所述管理单元发送用户下线的指令；

所述管理单元，用于按照所述用户上线的指令，将所述存储单元中的用户信道信息的历史记录加入到所述信道矩阵单元的信道矩阵中；用于按照所述用户下线的指令，将所述信道矩阵单元的信道矩阵中的用户信道信息记录到所述存储单元，并从所述信道矩阵中删除该用户的信道信息。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述存储单元为数据库存储单元。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述获取单元为DSL接入复用器管理层。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括微调单元，用于对在线用户的信道进行跟踪微调，并将微调后的信道信息发送到所述信道矩阵单元中更新所述信道矩阵。

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