CN101652933B - 具有模块式矢量化装置的矢量化数字用户线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在DSL系统中的能连接到DSL芯片的多个DSL端口的矢量化芯片单元，包括用于从多个DSL端口中的每一个接收数据的装置，用于执行预编码/消除以便减少串话的装置和用于向相应的DSL端口发送预编码/消除的结果的装置。优选地，提供包括多个所述矢量化芯片的系统，其中每个矢量化芯片适合于处理预定频率范围的预编码/消除，并且每个矢量化芯片的频率范围不重叠。

Description

具有模块式矢量化装置的矢量化数字用户线系统
技术领域
本发明涉及数字用户线(DSL)系统。特别地，本发明涉及矢量化DSL系统，这意味着为了减少串话，在发送之前和/或在接收之后在中心局侧协调多个独立调制解调器的线路。
背景技术
图1显示了构成星型网络拓扑的电话网络。光纤骨干终接于支持500-20000个终端用户的中心局(CO)。携带100-1200个双绞线的主电缆从CO延伸到机柜(Cab)，机柜是一般没有功率能力和环境能力的交叉连接点。在Cab和用户驻地之间的最后100-800米的双绞线被称为分布式网络。
期望再利用现有的铜线网络来向用户驻地传递高容量数据连接，即宽带接入。为此所设计的系统族被称为数字用户线(DSL)系统。示例DSL技术(有时被称为xDSL)包括高数据速率数字用户线(HDSL)、非对称数字用户线(ADSL)、甚高比特率数字用户线(VDSL)。
最近用于铜线网络的标准化宽带技术是VDSL。VDSL比诸如ADSL和HDSL的先驱提供更高的数据带宽，但是牺牲较短的延伸范围(reach)。当前，VDSL标准的最新版本被称为VDSL2。
对于VDSL，网络运营商可以只是部分地使用与针对ADSL的配置策略相同的配置策略，该配置策略是在中心局中安装DSL调制解调器。从中心局，根据特定网络的拓扑，与在ADSL的情况下80-90％相比，可以将VDSL提供给30-50％的用户。为了进一步提高VDSL用户基础，可以根据光纤到机柜(FTTCab)基础结构配置VDSL，这意味着光纤终接点被移动到更接近于驻地的地方，从而提供更短的铜线环路。在分布式网络的本地交叉连接点处配置机柜，该本地交叉连接点通常是电缆的唯一存在点。VDSL数字用户线接入复用器(DSLAM)设备在所有的DSL调制解调器都被连接到骨干网的情况下将被放置在新的机柜中，并且VDSL被用于通过最后的电缆分支(drop)来服务于用户。
电缆长度统计数据和网络拓扑是配置DSL时的关键参数。铜线环路具有可被转移的可能数据容量针对较长的环路而减少的属性。限制可能的数据速率的第二属性是串话，即在同一电缆中的不同环路之间在传输过程中发生的自己产生的噪声。这个影响对较短的环路更加显著，因为一种重要的串话趋向于随着环路长度的增加而减少。
所有现有的DSL系统的共同点是它们被设计用于最坏的情况。这意味着将这些系统设计用于最大串话情况，即所有的系统一直都在发送，而且它们相互之间产生完全串话(full cross talk)。
存在两种串话：如图2中所示的近端串话(NEXT)和远端串话(FEXT)。NEXT是在线路的同一端处来自相邻线对上的发送器的噪声，而FEXT是在线路的远端处来着相邻线对上的发送器的噪声。
NEXT总是比FEXT强，大多数DSL系统被设计为避免NEXT，但假设总是存在FEXT。某些运行于低频率(例如，小于500kHz)的系统被设计为也考虑NEXT。这是可能的，因为在低频率处NEXT并不是很严重，如图3中所示。
通过协调CO中多个调制解调器的信号发送和接收，FEXT可以被消除。这通常被称为矢量化(vectored)传输，矢量化(vectoring)，或者矢量化DSL。对于较短的环路，FEXT是基本上整个频带的主要噪声源。因此，尤其是对于较短环路上的调制解调器，在矢量化DSL的情况下，FEXT的消除可以充分地提高可达到的比特率。如上所述根据FTTCab的VDSL配置将导致每个电缆中的环路更短也更少。在矢量化VDSL的情况下，更短环路(＜800m)的比特率根据环路长度可以以50％到200％被提高。更短环路比更长环路通常具有更高级别的FEXT，因此在用矢量化技术去除FEXT时可以增益更多。
被称为矢量化DSL的、所有调制解调器的协调的信号发送和接收是可能的，因为调制解调器共同位于CO或者机柜中。在上行方向(信号接收)上这被称为FEXT消除或者多用户检测。在下行方向(信号发送)上它被称为FEXT预编码，但有时它也被称为下行方向上的FEXT消除。
存在多种用于矢量化传输(即利用FEXT预编码和多用户检测)的技术。然而，因为FEXT矢量信道具有被称为按行对角优势的属性，已经证明下行的对角化预编码和上行的迫零均衡接近于最优性能，这在2004年11月在美国德克萨斯州达拉斯举行的IEEE全球通信会议(GLOBECOMM)会刊中R.Cendrillon、M.Moonen、E.Van den Bogaert、G.Ginis发表的“The LinearZero-Forcing Crosstalk Canceller is Near-optimal in DSL Channels”中被进一步说明。
所有的矢量化技术的缺点是他们导致高复杂性和大芯片组及系统。矢量化处理的复杂性随着矢量化DSL系统可以处理的调制解调器的数量的平方而增长。
为了保证最好的可能的比特率性能，电缆中的所有的调制解调器必须是同一个矢量化DSL系统的一部分。如果某些非矢量化DSL调制解调器运行于与矢量化DSL调制解调器相同的电缆中的环路上，则它们将产生FEXT，这会显著降低某些或者所有矢量化DSL调制解调器的比特率。
现有解决方案的问题是适合于执行矢量化的VDSL芯片的芯片尺寸设置了可以被矢量化的端口数量的限制。
发明内容
本发明的目的是提高矢量化DSL系统中的矢量化装置的容量，即提高可以用于矢量化的DSL调制解调器的数量。
根据第一方面，本发明涉及在DSL系统的发送器中的能至少连接到DSL芯片的第一和第二DSL端口的矢量化芯片单元。该矢量化芯片包括用于从每个DSL端口接收包括频域中的映射星座点的数据的装置，用于根据从每个DSL端口接收的数据预编码从第一DSL端口接收的数据以消除至少来自第二端口的串话影响的装置，用于根据从每个DSL端口接收的数据预编码从第二DSL端口接收的数据以消除至少来自第一端口的串话影响的装置，用于向第一DSL端口发送与第一DSL端口相关的预编码数据的装置，和用于向第二DSL端口发送与第二DSL端口相关的预编码数据的装置。
根据第二方面，本发明涉及在DSL系统的接收器中的能至少连接到DSL芯片的第一和第二DSL端口的矢量化芯片单元。该矢量化芯片包括用于从每个DSL端口接收包括星座点数据的数据的装置，用于通过根据从每个DSL端口接收的星座点数据补偿所接收的第一端口的星座点来消除至少来自第二端口的串话的影响的装置，用于通过根据从每个DSL端口接收的星座点数据补偿所接收的第二端口的星座点来消除至少来自第一端口的串话的影响的装置，用于向第一端口发送第一端口的所补偿的星座点的装置，和用于向第二端口发送第二端口的所补偿的星座点的装置。
根据优选实施例，根据第一和第二方面的矢量化芯片单元适合于从DSL端口只接收预定频率集的数据。
根据另一个实施例，根据第一和第二方面的矢量化芯片包括一个到每个DSL端口的耦合，以便矢量化芯片单元不依赖于每个VDSL芯片上的端口数量。
根据第三方面，本发明涉及在DSL系统中的系统，该系统至少包括根据优选实施例的第一矢量化芯片单元，和根据该优选实施例的第二矢量化芯片单元，其中第一矢量化芯片单元的预定频率集与第二矢量化芯片单元的预定频率集不重叠。
本发明的优点是可以利用给定技术针对大量端口实现矢量化VDSL。而且，通过使得能够使用具有最少矢量化逻辑的VDSL芯片，VDSL芯片可以作为无需矢量化的标准VDSL芯片而有竞争力。进一步的优点是根据实施例的模块化方法给出在芯片组中具有少数不同版本芯片的可升级的芯片组。
附图说明
图1示出本发明可以被实现的电信接入网络。
图2示意性地示出所产生的称为NEXT和FEXT的串话。
图3是示出信号衰减、NEXT和FEXT的功率谱密度实例的示图。
图4a和4b示出根据本发明的矢量化芯片单元。
图5示出VDSL端口。
图6示出根据图5的VDSL端口和根据本发明的连接的矢量化芯片单元。
图7示出根据本发明的实施例的多个矢量化芯片单元。
具体实施方式
在下面的描述中，为了解释而不是限制的目的，阐述具体细节、例如特定的步骤顺序、信令协议和设备配置，以便提供对本发明的全面理解。对于本领域技术人员来说将是显而易见的是，本发明可以在其他背离这些具体细节的实施例中被实践。
而且，本领域技术人员会理解于此在下文说明的功能可以利用软件功能与被编程的微处理器或通用计算机结合来实现，和/或利用专用集成电路(ASIC)来实现。还应理解的是虽然主要是以方法和装置的形式说明本发明，但是本发明还可以实现于计算机程序产品和包括计算机处理器和耦合到该处理器的存储器的系统中，其中所述存储器使用一个或者多个可以执行在此公开的功能的程序进行编码。
本发明涉及DSL系统。本发明通过使用VDSL进行描述，但是应当注意其他DSL技术、例如ADSL也可以与本发明结合使用。
标准VDSL实施方案是硬件密集的，VDSL芯片区域的大部分是由标准利用的存储器。在现有技术中，VDSL芯片还包括用于执行与矢量化相关的计算的装置。本发明的基本思想是将矢量化逻辑从DSL芯片分离到矢量化芯片中。通过提供根据本发明的矢量化芯片，DSL芯片可以包括增加数量的端口，因为之前被用于处理矢量化的容量被释放了，现在可以被用于提供增加数量的DSL端口。这个矢量化芯片可以利用星型拓扑中的高速链接连接到DSL芯片的端口。在本说明书中，使用术语端口，并且DSL芯片包括多个端口，例如12个端口。VDSL端口被示出于图5中。端口500包括连接到快速傅立叶变换单元502的频域部分501，快速傅立叶变换单元502进一步被连接到时域部分503。根据本发明，矢量化芯片单元400、407可连接在频域部分501和FFT单元502之间，如图6中所示。
矢量化，即下行预编码和/或上行消除，是对频域数据执行的。下行数据在快速傅立叶变换之前被改变，而上行数据直接在快速傅立叶变换之后被改变。
从DSL端口接收的数据是将要发送的数据，在端口1到8上发送的d1，d2...d8。矢量化芯片的预编码器将数据预编码为dv1，dv2...dv8。预编码器确定描述应当如何在发送之前改变数据的系数c11，c12...c18。因此发送给第一个端口的预编码数据是dv1＝d1*c11+d2*c12+...+d8*c18，而发送给第八个端口的预编码数据是dv8＝d1*c81+d2*c82+...+d8*c88。
位于发送器中的矢量化单元被示出于图4a中，在下面的实例中，矢量化单元可连接至两个端口。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是矢量化单元可以连接至任意数量的端口。位于发送器中的矢量化芯片单元400包括用于从DSL端口1、2中的每一个接收数据、即包括频域中的映射星座点的d1、d2的装置401，用于根据从多个DSL端口中的每一个所接收的数据来预编码(即确定c11，c12和dv1)从多个DSL端口中的第一DSL端口1所接收的数据以消除来自于多个DSL端口中的其他端口的串话影响的装置402，用于根据从多个DSL端口中的每一个所接收的数据来预编码(即确定c21，c22和dv2)从多个DSL端口中的第二DSL端口2所接收的数据以消除来自于其他端口、即在本实例中第一端口1的串话影响的装置402，用于向第一DSL端口发送与该第一DSL端口相关的预编码数据dv1的装置403，以及用于向第二DSL端口发送与该第二DSL端口相关的预编码数据dv2的装置403。
位于接收器中的矢量化单元被示出于图4b中，并且在下面的实例中，矢量化单元407可连接至两个端口。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是矢量化单元可以连接至任意数量的端口。位于接收器中的矢量化芯片单元407包括用于从每个DSL端口接收包括星座点数据的数据的装置404，用于通过根据从每个DSL端口所接收的星座点数据补偿所接收的第一端口的星座点来消除至少来自于第二端口的串话的影响的装置405，用于通过根据从每个DSL端口所接收的星座点数据补偿所接收的第二端口的星座点来消除至少来自于第一端口的串话的影响的装置405，用于向第一端口发送第一端口的所补偿的星座点的装置406，以及用于向第二端口发送第二端口的所补偿的星座点的装置406。
通过把矢量化部分提出(factor out)到被称为矢量化芯片的单独的芯片400、407，增加了可以用于矢量化的端口数量。然而，矢量化芯片的尺寸仍然设置了端口数量的限制。
根据优选实施例，可以利用在频谱的不相交部分中在消除/预编码计算之间没有相关性的事实。也就是说在确定第一信号音(tone)的矢量化时不需要与第二信号音相关的信息。因此用于确定第一频带(例如第一数量的信号音)的矢量化(预编码/消除)的逻辑可以在第一矢量化芯片上被实现，而用于确定第二频带的矢量化的逻辑在第二矢量化芯片上被实现，其中第一和第二频带是不重叠的。应当注意到不要求频带是连续频带，要求是没有频率被多于一个的矢量化芯片处理。
下面的定义被用于描述本发明。完整频谱意味着DSL系统的所有信号音，即VDSL系统中的4096个信号音。频谱的子集意味着系统执行矢量化所针对的信号音。频谱的片段意味着根据本发明在系统中由单个矢量化芯片处理的信号音。术语矢量化在本说明书中意味着下行链路方向(从CO到用户)的预编码和上行方向(从用户到CO)的消除(也被称为多用户检测)。
本发明的优选实施例基于如上所述的在频谱的不相交部分中在消除/预编码计算之间没有相关性的事实。这使将矢量化逻辑划分到至少第一和第二矢量化芯片上成为可能，其中矢量化芯片适合于在频谱的不相交部分上并行工作。每个矢量化芯片从所有VDSL端口接收数据。应当注意到信号音是预定义的频率范围。在本说明书中术语信号音和频率都被使用。
根据本发明提供矢量化芯片作为通用计算单元，用于为每个信号音计算来自于所有端口的输入关于串话系数的线性结合。
矢量化芯片可以：
●被配置为根据本发明处理所有端口和频谱的子集的单个矢量化芯片。
●被配置在系统中，该系统包括多个矢量化芯片作为多芯片解决方案，其中每个矢量化芯片处理所有端口，并且每个矢量化芯片处理频谱的子集的片段。
在图7所示的多芯片解决方案中，每个芯片400a-400d负责频谱的预定义的部分、即预定义的信号音的预编码和消除计算。因此，根据本发明的实施例，系统可以被设置为包括多个矢量化芯片400a-400d和多个VDSL端口600a-600d。每个矢量化芯片适合于仅针对预定频率范围执行矢量化(即下行方向的预编码和上行方向的消除)，其中每个矢量化芯片的频率范围是不重叠的。例如，矢量化芯片400a可以适合于对下行频带2应用矢量化，矢量化芯片400b可以适合于对下行频带3应用矢量化，矢量化芯片400c可以适合于对下行频带4应用矢量化，矢量化芯片400d可以适合于对下行频带5应用矢量化。每个VDSL端口连接到每个矢量化芯片。VDSL端口600a-600d和矢量化芯片400a-400d之间的每个连接都是双向连接，如图6中所示。
在位于发送器中的系统中，每个矢量化芯片从多个VDSL端口中的每一个接收包括频域中的映射星座点的数据。每个矢量化芯片包括预编码器，也称为预编码装置。该预编码器根据从多个DSL端口中的每一个所接收的数据对从多个DSL端口中的第一DSL端口接收的数据进行预编码，以消除来自于多个DSL端口中的其他端口的串话影响，向第一DSL端口发送与第一DSL端口相关的预编码数据，并根据从多个DSL端口中的每一个所接收的数据对从多个DSL端口中的第二DSL端口接收的数据进行预编码，以消除来自于多个DSL端口中的其他端口的串话影响，并且向第二DSL端口发送与第二DSL端口相关的预编码数据。这个过程继续，直到所有DSL端口的所有数据都被预编码。
在位于接收器中的系统中，每个矢量化芯片从每个DSL端口接收包括星座点数据的数据，通过根据从每个DSL端口接收的星座点数据补偿所接收的第一端口的星座点来消除来自于其他端口的串话的影响，向第一端口发送第一端口的所补偿的星座点，通过根据从每个DSL端口接收的星座点数据补偿所接收的第二端口的星座点来消除来自于其他端口的串话的影响，并且向第二端口发送第二端口的所补偿的星座点。这个过程继续，直到补偿了所有DSL端口的所有数据，以便可以消除串话。
在VDSL芯片和矢量化芯片之间的接口被配置，以便矢量化芯片和DSL调制解调器之间的每个端口有耦合。因此，在每个芯片的多个VDSL端口与矢量化芯片之间没有耦合。从该矢量化芯片来看，如果该矢量化芯片处理来自一个VDSL芯片的16个VDSL端口或者被实现为4个各自具有4个端口的VDSL芯片的16个VDSL端口，则该矢量化芯片是透明的。
本发明适合于基于模块的实施方案。这通过下面的情况来举例说明。
网络运营商具有VDSL芯片，其中每个VDSL芯片包括12个端口；并且具有矢量化芯片，其中每个矢量化芯片具有处理12个端口的容量。通过利用上述VDSL芯片和矢量化芯片，提供了在芯片组中具有少数不同版本芯片的可升级的芯片组。因此，如果运营商想对12个端口应用矢量化，则需要一个VDSL芯片和一个矢量化芯片。如果运营商替代地想对24个端口应用矢量化，则需要两个VDSL芯片和四个矢量化芯片，因为端口的加倍导致矢量化芯片的所需容量被平方。每个矢量化芯片处理频谱的子集的四分之一，即可用于矢量化的信号音的四分之一，其中由一个矢量化芯片处理的频谱的每个四分之一的频率与其他四分之一的频率不重叠。
虽然关于特定实施例(包括某些设备布置和各种方法内的某些步骤顺序)描述了本发明，本领域技术人员将认识到本发明并不限于在此说明和示出的具体实施例。因此，应当理解本公开内容仅仅是说明性的。因此，意图是本发明仅受所附的权利要求的范围限制。

Claims (8)

1.一种在数字用户线DSL系统的发送器中的能至少连接到DSL芯片的第一和第二DSL端口的矢量化芯片单元，其特征在于：
用于从每个DSL端口接收包括频域中的映射星座点的数据的装置，
用于根据从每个DSL端口接收的数据预编码从所述第一DSL端口接收的数据以消除至少来自所述第二DSL端口的串话影响的装置，
用于根据从每个DSL端口接收的数据预编码从所述第二DSL端口接收的数据以消除至少来自所述第一DSL端口的串话影响的装置，
用于向所述第一DSL端口发送与所述第一DSL端口相关的预编码数据的装置，和
用于向所述第二DSL端口发送与所述第二DSL端口相关的预编码数据的装置。
2.根据权利要求1所述的矢量化芯片单元，其特征在于，所述矢量化芯片单元适合于从每个DSL端口只接收预定频率集的数据。
3.根据前述权利要求中任一所述的矢量化芯片单元，其特征在于，所述矢量化芯片单元包括一个到每个DSL端口的耦合，以便所述矢量化芯片单元不依赖于每个DSL芯片上的端口数量。
4.一种在数字用户线DSL系统的接收器中的能至少连接到DSL芯片的第一和第二DSL端口的矢量化芯片单元，其特征在于：
用于从每个DSL端口接收包括星座点数据的数据的装置，
用于通过根据从每个DSL端口接收的星座点数据补偿所接收的所述第一DSL端口的星座点来消除至少来自所述第二DSL端口的串话的影响的装置，
用于通过根据从每个DSL端口接收的星座点数据补偿所接收的第二DSL端口的星座点来消除至少来自所述第一DSL端口的串话的影响的装置，
用于向所述第一DSL端口发送所述第一DSL端口的所补偿的星座点的装置，和
用于向所述第二DSL端口发送所述第二DSL端口的所补偿的星座点的装置。
5.根据权利要求4所述的矢量化芯片单元，其特征在于，所述矢量化芯片单元适合于从每个DSL端口只接收预定频率集的数据。
6.根据权利要求4或5所述的矢量化芯片单元，其特征在于，所述矢量化芯片单元包括一个到每个DSL端口的连接，以便所述矢量化芯片单元不依赖于每个VDSL芯片上的端口数量。
7.一种在DSL系统中的系统，至少包括两个根据权利要求2所述的矢量化芯片单元，其中所述两个矢量化芯片单元的预定频率集彼此不重叠。
8.一种在DSL系统中的系统，至少包括两个根据权利要求5所述的矢量化芯片单元，其中所述两个矢量化芯片单元的预定频率集彼此不重叠。
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