CN101420334B - 信号串扰的处理方法与装置、频谱管理系统 - Google Patents

信号串扰的处理方法与装置、频谱管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及网络通信技术领域，公开了信号串扰的处理方法与装置、频谱管理系统，所述方法包括：将所述数字用户线频带上的多个频点合并得到频点群；利用数字用户线在该频点群的发送功率谱和接收噪声谱功率谱求得数字用户线在该频点群的串扰幅值。本发明能够获得DSL线路中的串扰幅值，同时不需要更改现有设备，也无需增加额外的设备。

Description

信号串扰的处理方法与装置、频谱管理系统
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及信号串扰的处理方法与装置、频谱管理系统。
背景技术
xDSL是各种数字用户线(DSL，Digital Subscriber Line)的统称，它是一种利用无屏蔽双绞线(UTP，Unshielded Twist Pair)进行高速数据传输的技术，其中x代表各种数字用户环路技术。除了基带传输的xDSL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，Plain OldTelephone Service)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。
随着xDSL技术的发展，xDSL所使用的频带在逐渐增加，相应的带宽也在逐渐增加。xDSL使用的频带越高，在高频段所产生的串扰就表现得日益突出。图1a是现有技术近端串扰示意图，在近端，位于DSLAM中的第一端口和第二端口之间存在近端串扰，在远端，分别与的第一端口和第二端口相连的第一远端数据采集终端和第二远端数据采集终端之间存在近端串扰，图中虚线表示端口间或终端间的近端串扰。图1b是现有技术远端串扰示意图，与第二端口相连的第二远端数据采集终端会受到第一端口产生的远端串扰，同时第一端口也会受到第二远端数据采集终端的远端串扰。与第一端口相连的第一远端数据采集终端会受到第二端口产生的远端串扰，同时第二端口也会受到第一远端数据采集终端的远端串扰。其中，串扰为两条DSL线路之间耦合，DSL之间的互感和互容引起DSL线上的噪声。
由于xDSL上下行信道采用频分复用，近端串扰(NEXT)对系统的性能不会产生太大的危害；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DSL接入复用器(DSL Access Multiplexer，DSLAM)的出线率比较低。
现有技术提出了一种动态频谱管理(DSM，Dynamic SpectrumManagement)技术，DSM技术从对优化频谱的角度上来说，可以将串扰当成噪声。在这个基础上的技术研究就是如何优化xDSL收发器的频谱，使同一捆电线中的所有xDSL收发器的整体性能最高，因此就需要获得串扰的幅频特性。
发明人在实现本发明过程中，发现现有技术中至少存在如下问题：如果不能获得串扰的幅频特性，就不能对xDSL收发器的频谱进行优化。因此在解决DSM优化技术之前，必须解决远端串扰特性的测量、估计等技术。但是，现有技术没有具体的实现方案来获得DSL线路上各个频点的串扰幅值。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例要解决的技术问题是提供一种信号串扰的处理方法与装置，所述方法与装置能够获得DSL线路中各个频点的串扰幅值。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种信号串扰的处理方法，该方法包括：
将所述数字用户线频带上的多个频点合并得到频点群；
利用数字用户线在该频点群的发送功率谱和接收噪声谱功率谱求得数字用户线在该频点群的串扰幅值。
本发明实施例还提供了一种信号串扰的处理装置，包括：
分组单元，用于将所述数字用户线频带上的多个频点合并得到频点群；
运算单元，用于获取数字用户线在该频点群的发送功率谱和接收噪声功率谱，以及利用所述发送功率谱和接收噪声功率谱计算得到数字用户线在该频点群的串扰幅值。
本发明实施例还提供了一种频谱管理系统，包括：
收集单元，用于收集数字用户线信号的发送功率谱和接收噪声功率谱；
信号串扰的处理装置，用于对所述数字用户线频带上的多个频点合并得到频点群，以及利用收集单元得到的发送功率谱和接收噪声功率谱计算得到数字用户线在该频点群的串扰幅值。
以上技术方案具有如下优点或有益效果：由于本发明实施例首先对数字用户线频带上的多个频点进行合并得到多个频点群，然后利用数字用户线在频点群内各个频点的接收噪声功率谱和发送功率谱计算得到频点群内各个频点上的串扰幅值，与现有技术相比，本发明实施例能够获得DSL线路中各个频点上的串扰幅值，同时不需要更改现有设备，也无需增加额外的设备。
附图说明
图1a是现有技术近端串扰示意图；
图1b是现有技术远端串扰示意图；
图2是本发明实施例一信号串扰的处理方法示意图；
图3是本发明实施例一的DSM参考模型示意图；
图4是本发明实施例二信号串扰的处理装置示意图；
图5是本发明实施例三频谱管理系统示意图。
具体实施方式
为了获得DSL线路中的串扰幅值，本发明实施例提供了一种信号串扰的处理方法，该方法包括：
将所述数字用户线频带上的多个频点合并得到频点群；
利用数字用户线在该频点群的发送功率谱和接收噪声谱功率谱求得数字用户线在该频点群的串扰幅值。
在上述实施例基础上，进一步结合附图说明本发明的其他实现方式。
实施例一、本实施例提供一种信号串扰的处理方法，方法流程如图2所示，具体包括以下步骤：
步骤20 1、频谱维护中心(SMC，Spectrum Maintenance Center)将DSL信号频带上的多个频点进行分组得到多个频点群。其中每个频点群中频点的个数可根据当前影响DSL信号串扰的DSL数目，即所要求解串扰幅值的DSL线路数而确定。在实际情况中，当前有用户在线的DSL线路会对其它DSL线路造成影响，因此在本实施例中以DSL线路当前有用户在线的DSL线路数作为所要求解串扰幅值的DSL线路数。为了求解方便，频点群中频点的个数取大于或等于求解串扰幅值的DSL线路数。
其中，频谱维护中心可以通过如下方式获得当前有用户在线的DSL线路数：频谱维护中心从DSM-C接口发送获取当前系统中的用户线路个数信息的命令，DSL线路侧(DSL-LT)通过DSM-D接口上报此信息。
步骤202、频谱维护中心在DSL线路运行的期间随机或是定期的通过DSM-C接口向LT发送数据收集指令，该数据收集指令用于收集所有在线线路各频点的实际发送功率谱TxPSD(ni，k1)和接收噪声谱RxNPSD(ni，k1)；LT接收到数据收集指令后通过DSM-D接口把相应的数据发送给SMC。具体可见图3。
表1提供了SMC收集的数据的示例，这里假定线路的总数为i-1，频点共分成L个频点群，每个频点群包括i个频点。
数字用户线1 数字用户线2 数字用户线i-1
第一频点群   n1 TxPSD(n1，k1)RxNPSD(n1，k1) TxPSD(n1，k2)RxNPSD(n1，k2) TxPSD(n1，kk)RxNPSD(n1，kk)
  n2 TxPSD(n2，k1)RxNPSD(n2，k1) TxPSD(n2，k2)RxNPSD(n2，k2) TxPSD(n2，kk)RxNPSD(n2，kk)
  ni TxPSD(ni，k1)RxNPSD(ni，k1) TxPSD(ni，k2)RxNPSD(ni，k2) TxPSD(ni，kk)RxNPSD(ni，kk)
第二频点群   ni+1 TxPSD(ni+1，k1)RxNPSD(ni+1，k1) TxPSD(ni+1，k2)RxNPSD(ni+1，k2) TxPSD(ni+1，kk)RxNPSD(ni+1，kk)
  ni+2 TxPSD(ni+2，k1)RxNPSD(ni+2，k1) TxPSD(ni+2，k2)RxNPSD(ni+2，k2) TxPSD(ni+2，kk)RxNPSD(ni+2，kk)
  n2i TxPSD(n2i，k1)RxNPSD(n2i，k1) TxPSD(n2i，k2)RxNPSD(n2i，k2) … TxPSD(n2i，kk)RxNPSD(n2i，kk)
…   … …
第L频点群 n(L-1)i+1 TxPSD(n(L-1)i+1，k1)RxNPSD(n(L-1)i+1，k1) TxPSD(n(L-1)i+1，k2)RxNPSD(n(L-1)i+1，k2) … TxPSD(n(L-1)i+1，kk)RxNPSD(n(L-1)i+1，kk)
n(L-1)i+2 TxPSD(n(L-1)i+2，k1)RxNPSD(n(L-1)i+2，k1) TxPSD(n(L-1)i+2，k2)RxNPSD(n(L-1)i+2，k2) … TxPSD(n(L-1)i+1，kk)RxNPSD(n(L-1)i+1，kk)
…
nL×i TxPSD(n(L-1)i+2，k1)RxNPSD(n(L-1)i+2，k1) TxPSD(n(L-1)i+2，k2)RxNPSD(n(L-1)i+2，k2) … TxPSD(n(L-1)i+2，kk)RxNPSD(n(L-1)i+2，kk)
表1中ni表示第i个频点，kk表示第k个DSL，TxPSD(ni，k1)表示第1个DSL在第i个频点上的发送功率谱，RxNPSD(ni，k1)表示第1个DSL在第i个频点上的接收噪声功率谱。
步骤203、当收集数据完成后，SMC根据收集到的发送功率谱和接收噪声功率谱在每个频点群上计算数字用户线在该频点群的串扰幅值。
下面以第1个数字用户线DSL为例说明如何计算第一频点群的串扰幅值。
根据频点群内i个频点的发送功率谱和接收噪声功率谱建立一个方程，i个频点的方程可以组成一个频点群公式(1)。在第一频点群内，第1个数字用户线每个频点的接收噪声功率谱等于第1个数字用户线在该频点的噪声功率谱加上其它各个数字用户线在该频点对第1个数字用户线的发送功率谱与相应的串扰幅值乘积，具体如下：
RxNPSD ( n 1 , k 1 ) = h 12 n 1 TxPSD ( n 1 , k 2 ) + h 13 n 1 TxPSD ( n 1 , k 3 ) + · · · + h 1 K n 1 TxPSD ( n 1 , k K ) + σ ( n 1 , k 1 ) RxNPSD ( n 2 , k 1 ) = h 12 n 2 TxPSD ( n 2 , k 2 ) + h 13 n 2 TxPSD ( n 2 , k 3 ) + · · · + h 1 K n 2 TxPSD ( n 2 , k K ) + σ ( n 2 , k 1 ) . . . RxNPSD ( n i , k 1 ) = h 12 n i TxPSD ( n i , k 2 ) + h 13 n 3 TxPSD ( n i , k 3 ) + · · · · + h 1 K n i TxPSD ( n i , k K ) + σ ( n i , k 1 ) - - - ( 1 )
上述公式(1)中当前DSL是k1线路，其它DSL为k2，k3，，kk线路。由于在同一个频点群内，其它线路(例如k2线路)对当前线路在该频点群内i个频点n1～ni的串扰幅值近似相等，所以将 h 12 n 1 ≈ h 12 n 2 ≈ · · · ≈ h 12 n i , 记为h12，其中，h12 ni代表第k2线路在第ni个频点上对第k1线路的串扰幅值。σ(ni，k1)为白噪声，通常是已知或已测，也可以采用经验值。
因此上述方程组可以变换得到公式(2)，具体如下：
RxNPSD ( n 1 , k 1 ) = h 12 TxPSD ( n 1 , k 2 ) + h 13 TxPSD ( n 1 , k 3 ) + · · · + h 1 K TxPSD ( n 1 , k K ) + σ ( n 1 , k 1 ) RxNPSD ( n 2 , k 1 ) = h 12 TxPSD ( n 2 , k 2 ) + h 13 TxPSD ( n 2 , k 3 ) + · · · + h 1 K TxPSD ( n 2 , k K ) + σ ( n 2 , k 1 ) . . . RxNPSD ( n i , k 1 ) = h 12 TxPSD ( n i , k 2 ) + h 13 TxPSD ( n i , k 3 ) + · · · + h 1 K TxPSD ( n i , k K ) + σ ( n i , k 1 ) - - - ( 2 )
将公式(2)转换得到公式(3)，具体如下：
RxNPSD ( n 1 , k 1 ) - σ ( n 1 , k 1 ) PxNPSD ( n 2 , k 1 ) - σ ( n 2 , k 1 ) . . . RxNPSD ( n i , k 1 ) - σ ( n i , k 1 ) i × 1 = TxPSD ( n 1 , k 2 ) TxPSD ( n 1 , k 3 ) · · · TxPSD ( n 1 , k K ) TxPSD ( n 2 , k 2 ) TxPSF ( n 2 , k 3 ) · · · TxPSD ( n 2 , k K ) . . . . . . . . . . . . TxPSD ( n i , k 2 ) TxPSD ( n i , k 3 ) · · · TxPSD ( n i , k K ) i × K h 12 h 12 . . . h 1 K K × 1 - - - ( 3 )
写成矩阵形式为：R＝T·h。
通常可以将接收噪声功率谱写成： R = R ^ + ΔR , 其中，ΔR可以使用一个经验值(如-140dBm/Hz)代入上式左端进行计算，也可以作为未知量代入上式左端进行计算，但此时要求合并到频点群的频点数要足够。但不管怎样还是会受到不确定因素的影响，接收噪声功率谱矢量依然可以写成 R = R ^ + ΔR 的形式。由于发送功率谱的测量也受到测量误差的影响，同样可以写成发送功率谱的真值与测量误差的和的形式 T = T ^ + ΔT . 因此上式可以表达成如下形式： R ^ + ΔR = ( T ^ + ΔT ) · h .
然后，通过最小二乘方法对公式(3)进行求解得到串扰函数h12，h13，…，h1K。
值得说明的是，可以通过上述计算h12，h13，…，h1K的方法对相同组内其他用户的串扰函数进行求解得到h21，h23，…，h2K；h31，h32，…，h3K；；hK1，hK2，…，hKK-1等。
还值得说明的是，其他频点群组串扰函数的求解与上面步骤相同，可以分别根据不同用户的噪声谱，通过上述的方法列成不同的方程组，再通过总体最小二乘法来解出相应的结果。
还值得说明的是，对所有DSL的频带进行分组的步骤与收集发送功率谱和接收噪声功率谱的步骤没有必然的顺序。
还值得说明的是，如果系统内的所有DSL线路有部分在线，有部分不在线，频谱维护中心在同一时刻只能收集所有在线DSL在频点群内各个频点的发送功率谱和接收噪声功率谱，然后按照本实施例计算在线DSL在各个频点上的串扰幅值。对于其它不在线DSL，只要它们在线，就可以按照同样的方式计算所述DSL在各个频点上的串扰幅值。这样经过有限次的计算后，就会获得整个系统中所有用户的串扰幅值。
通常通过以下两种方式将多个频点合并成一个频点群，下面以3个用户为例进行说明。
第一种方式：利用前后频点的关系对多个频点进行合并，例如将第一频点、第二频点和第三频点合并得到第一频点群，将第二频点、第三频点和第四频点合并得到第二频点群，将第三频点、第四频点和第五频点合并得到第三频点群，后面的频点群可依次类推。换句话说，将所述数字用户线频带上各频点作为中心频点，将每个中心频点相邻的频点合并成一个频点群，例如：以第二频点作为中心频点，将第一频点、第二频点、第三频点合并得到第一频点群；以第三个频点作为中心频点，将第二频点、第三频点和第四频点合并得到第二频点群，依此类推。这样，根据数字用户线频带的频点顺序，将相邻的多个频点合并得到多个频点群。
利用第一频点群内每个频点的发送功率谱和接收功率谱建立一个方程组，通过求解方程组就可以计算得到第二频点的串扰幅值；同理通过对第二频点群所建立的方程组可以计算得到第三频点的串扰幅值，通过对第三频点群所建立的方程组可以计算得到第四频点的串扰幅值。
值得说明的是，每计算得到一个中心频点的串扰幅值都会对该串扰幅值进行存储，依此方法顺次计算完各频点群的中心频点的串扰幅值，从而得到所有中心频点的串扰幅值，在本实施例中，每一个频点都可以作为中心频点，采用相同的方法进行处理。
利用上述方式不能计算得到最开始的一个频点和最后一个频点的串扰幅值，通常使最开始的一个频点和最后一个频点的串扰幅值和它们相邻频点的串扰幅值相等，通常也将最开始的一个频点和最后一个频点除外的频点统称为中间频点。
值得说明的是，每计算得到一个频点群的中心频点的串扰幅值都会对该中心频点的串扰幅值进行存储，并判断是否所有频点群都计算完，如果是则结束计算，否则计算下一个频点群的串扰幅值。
第二种方式：用一个统一的串扰幅值代表频点群内每个频点的串扰幅值。将每三个频点合并为一个频点群，例如将第一频点、第二频点和第三频点合并得到第一频点群，将第四频点、第五频点和第六频点合并得到第二频点群，将第七频点、第八频点和第九频点合并得到第三频点群，后面的频点群可依次类推。这样，根据数字用户线频带的频点顺序，将相邻的多个频点合并得到多个频点群。
利用第一频点群内每个频点的发送功率谱和接收功率谱建立一个方程组，通过求解方程组就可以计算得到第一频点群的平均串扰幅值，并且第一频点群内每个频点的平均串扰幅值都与第一频点群的平均串扰幅值相等。第二频点群、第三频点群    也采用同样的方式求解平均串扰幅值。
值得说明的是，每计算得到一个频点群的平均串扰幅值都会对该平均串扰幅值进行存储，并判断是否所有频点群都计算完，如果是则结束计算，否则计算下一个频点群的串扰幅值。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指示相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括以下步骤：
将所述数字用户线频带上的多个频点合并得到频点群；
利用数字用户线在该频点群的发送功率谱和接收噪声谱功率谱求得数字用户线在该频点群的串扰幅值。
其中，所述的存储介质可以是ROM、RAM、磁碟或光盘等等。
实施例二、一种信号串扰的处理装置，由图4可知，该装置包括：
分组单元401，用于对数字用户线频带上的多个频点进行合并得到频点群。
运算单元402，用于利用数字用户线在每个频点群的发送功率谱和接收噪声功率谱求得数字用户线在该频点群的串扰幅值，所述串扰幅值可以是一个中心频点的串扰幅值或一个频点群的平均串扰幅值，值得说明的是，运算单元计算平均串扰幅值和中心频点的串扰幅值的过程可以是完全一样的。
存储单元403，用于存储运算单元402得到的数字用户线在频点群的串扰幅值。
所述分组单元401可以采用以下方式对多个频点进行合并：
所述分组单元401将各频点分别作为中心频点，将与每个中心频点相邻的频点合并成一个频点群；此时所述运算单元402计算得到的串扰幅值为在该频点群对应的中心频点串扰幅值。
所述分组单元401将所述数字用户线频带上各频点合并成不重叠的多个频点群；此时所述运算单元402计算得到的串扰幅值为数字用户线在该频点群的平均串扰幅值。
实施例三、一种频谱管理系统，由图5可知，包括：
收集单元501，用于收集数字用户线信号在每个频点的发送功率谱和接收噪声功率谱；
信号串扰的处理装置502，用于对所述数字用户线频带上的多个频点合并得到频点群，以及利用收集单元501得到的发送功率谱和接收噪声功率谱计算得到数字用户线在该频点群的串扰幅值。
值得说明的是，所述频谱管理统连接到数字用户线接入设备上或者设置在数字用户线接入设备内。该频谱管理系统可以为SMC，当然也可以是其它具有相同功能的系统或装置。
综上所述，由于本发明实施例首先对数字用户线频带上的多个频点进行合并得到多个频点群，然后利用数字用户线在频点群内各个频点的接收噪声功率谱和发送功率谱计算得到频点群内各个频点上的串扰幅值，与现有技术相比，本发明实施例可以简化矩阵的求解过程，能够获得DSL线路中各个频点上的串扰幅值，同时不需要更改现有设备，也无需增加额外的设备。
另外，需要注意的是：本发明实施例在上面仅采用功能的方式进行描述，根据该功能的描述，设计本发明的硬件和/或软件实施例对于本领域技术人员来说，是显而易见的。
以上对本发明实施例所提供的信号串扰的处理方法与装置、频谱管理系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种信号串扰的处理方法，其特征在于，包括：
将所述数字用户线频带上的多个频点合并得到频点群；
利用数字用户线在同一时刻在该频点群的发送功率谱和接收噪声谱功率谱求得数字用户线在该时刻在该频点群的串扰幅值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据影响当前数字用户线信号串扰的数字用户线数目确定频点群中频点的数目，所述频点群中频点的数目大于或等于影响数字用户线信号串扰的数字用户线数目。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还进一步包括：
通过动态频谱管理接口向线路侧发送数据收集指令，该数据收集指令用于收集所有影响当前线路各频点的发送功率谱和接收噪声功率谱；
通过动态频谱管理接口接收线路侧返回的数据；
从接收到的数据中获得数字用户线在频点群的发送功率谱和接收功率谱。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，将所述数字用户线频带上的多个频点合并得到频点群具体包括：
将所述数字用户线频带上各频点分别作为中心频点，将与每个中心频点相邻的频点合并成一个频点群；其中，
所述求得的数字用户线在该频点群的串扰幅值为数字用户线在该频点群的对应中心频点串扰幅值。
5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述将所述数字用户线频带上的多个频点合并得到频点群具体包括：
将所述数字用户线频带上各频点合并成不重叠的多个频点群；其中，
在每一个频点群，所述求得的数字用户线在该频点群的串扰幅值为数字用户线在该频点群的平均串扰幅值。
6.一种信号串扰的处理装置，其特征在于，包括：
分组单元，用于将所述数字用户线频带上的多个频点合并得到频点群；
运算单元，用于获取数字用户线在同一时刻在该频点群的发送功率谱和接收噪声功率谱，以及利用所述发送功率谱和接收噪声功率谱计算得到数字用户线在该时刻在该频点群的串扰幅值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述分组单元，用于将各频点分别作为中心频点，将与每个中心频点相邻的频点合并成一个频点群；
所述运算单元计算得到的串扰幅值为在该频点群对应的中心频点串扰幅值。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述分组单元，用于将所述数字用户线频带上各频点合并成不重叠的多个频点群；
所述运算单元计算得到的串扰幅值为数字用户线在该频点群的平均串扰幅值。
9.一种频谱管理系统，其特征在于，包括：
收集单元，用于收集数字用户线信号的发送功率谱和接收噪声功率谱；
信号串扰的处理装置，用于对所述数字用户线频带上的多个频点合并得到频点群，以及利用收集单元得到在同一时刻的发送功率谱和接收噪声功率谱计算得到数字用户线在该时刻在该频点群的串扰幅值。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述频谱管理系统连接到数字用户线接入设备上或者设置在数字用户线接入设备内。
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