CN101772900B - 串扰评估的方法和装置以及包括该装置的通信系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种方法和装置以用于信道的串扰评估，其中由连接第一网络部件与至少一个第二网络部件的多输入多输出(MIMO)系统来表示信道和/或对信道建模。MIMO系统包括与传输线相关的第一系数，该第一系数特别与串扰相关，其中所述串扰包括近端串扰(NEXT)部分和远端串扰(FEXT)部分。该方法包括步骤：第一网络部件向一个第二网络部件发送信号；评估远端串扰部分和近端串扰部分。

Description

串扰评估的方法和装置以及包括该装置的通信系统

技术领域

本发明涉及串扰评估的方法和装置，并且涉及包括该装置的通信系统。

背景技术

DSL或xDSL是在本地电话网的线路上提供数字数据传输的一类技术。

非对称数字用户线路(ADSL)是DSL的一种形式，一种在铜电话线上实现了比常规语音频带调制解调器能够提供的数据传输更快的数据传输的数据通信技术。通过采用通常不被语音电话呼叫所使用的频率，特别是高于普通人类听觉的频率实现该快速传输。

VDSL(甚高速DSL)是在单根双绞线上提供更快速的数据传输的xDSL技术。在大约300米(1000英尺)的范围内实现高比特率，其对于对称接入允许26Mbit/s，或者对于非对称接入允许下行高达52Mbit/s-上行高达12Mbit/s。

当前，标准VDSL使用多达4个的不同频带，两个用于上行(从客户到电信服务提供商)，两个用于下行。适合的调制技术是QAM(正交幅度调制)或DMT(离散多音调制)。

根据其高带宽，VDSL能够在单个连接上支持像HDTV这样的应用，以及电话业务(例如，网络电话)和一般互联网接入。

VDSL2(甚高速数字用户线路2)是利用原本用于普通老式电话业务(POTS)的现有铜线基础设施的接入技术。VDSL2可以从交换局部署、从优选位于用户住宅附近的光纤馈送箱部署，或者在建筑内部署。

VDSL2被设计为支持三重播放业务的广泛部署，三重播放业务诸如语音、视频、数据、高清电视(HDTV)、以及互动游戏。VDSL2使得运营商能够逐步地、灵活地并且低成本地升级现有xDSL基础设施。

ITU-TG.993.2(VDSL2)是对G.933.1(VDSL)的增强，其允许使用高达30MHz的带宽在双绞线上传输高达200Mbit/s的非对称和对称(全双工)合计数据速率。

xDSL宽带调制方案在被引入到双绞传输线并且被调制解调器接收的串扰干扰方面有问题。

当线路耦合时，特别是在用于分离信号传输的同一或相邻线束的线路对之间，发生串扰。由此，来自一个或多个源的数据信号可以叠加在数据信号上并污染该数据信号。串扰包括近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT)。

基于这种串扰，在相同和/或相邻多芯缆线或线束中的一条或多条相邻双绞电话线上产生的串扰干扰可以很大程度地恶化在双绞线上传输的数据信号。随着传输速率增加，该问题甚至将恶化，这会明显地限制要经由单线传输的最大数据速率。

多输入多输出系统(文中称为MIMO系统)在现代通信技术中非常重要。该MIMO系统允许对电信系统的串扰干扰进行建模。

在DSL环境中使用用于单端线路测试(SELT)的方法以确保该系统的操作。例如，该SELT方法能够辨认主分配单元中的线路故障(路径或环路的中断)而不需要附加的测量设备。

发明内容

要解决的目标是将单端线路测试的原理转移到MIMO系统。

根据独立权利要求的特征解决了该问题。另外的实施例由从属权利要求得到。

为了解决该问题，提供一种方法以用于信道的串扰评估，其中由连接第一网络部件与至少一个第二网络部件的多输入多输出(MIMO)系统来表示信道和/或对信道建模。MIMO系统包括与传输线相关联的第一系数，该第一系数特别与串扰相关，其中所述串扰包括近端串扰(NEXT)部分和远端串扰(FEXT)部分。该方法包括步骤：

-第一网络部件向一个第二网络部件发送信号；

-评估远端串扰部分和近端串扰部分。

一实施例中，由第一网络部件发送的信号是具有预定功率密度的信号，特别是具有与特定线路或连接相关的最大功率密度。

因此，该方案允许通过使用串扰来执行单端线路测试，从而确定第一网络部件与第二网络部件中的一个之间的特定线路是否故障。

在另一实施例中，在连接第一网络部件与一个第二网络部件的至少一条线路上测量对第一网络部件所发送的信号的响应。

根据该信号，串扰可以被引入到其它(相邻)线路中的至少一条线路中。由于已知该信号，可以评估该串扰以确定例如第一网络部件的端口与特定第二网络部件之间的线路是否中断。

又另一实施例中，评估基于具有预定功率密度的信号的脉冲响应。

另一实施例中，将远端串扰部分与近端串扰部分相互分开。

由此，确定远端串扰部分允许估定通向特定第二网络部件的线路是否有效。

另一实施例中，根据下面的等式来评估近端串扰部分和远端串扰部分：

H_eff，k，l＝H_next，k，l+α_l·H_fext，k，l·H_l

其中

H_next，k，l指的是近端串扰(NEXT)转移函数；

H_fext，k，l指的是远端串扰(FEXT)转移函数；

α_l        指的是不活动的用户住宅设备(CPE)的复反射系数；

H_l         指的是环路l的转移函数。

可以根据下式来估定远端串扰函数：

$H_{\mathrm{fext},k,l}=\frac{T_{\mathrm{long}}\left(H_{\mathrm{eff},k,l}\right)}{{\mathrm{\α}}_l\·H_l}$

另外，可以在时域中描述线性运算T_long(H_eff，k，l)，从而将时域冲激响应h_eff，k，l(即，H_eff，k，l的傅里叶变换)乘以矩形窗口函数p_τ(t)：

其中

表示傅里叶变换(优选地通过FFT算法来处理)；

p_τ(t)被选择为使得包括比端口l的群延迟小的群延迟的部分被设为0。

对于再一实施例，通过在时域和/或频域中对扰动求平均，可以确定外来串扰(的至少一部分)。

在下一实施例中，通过包括以下步骤的方法来评估外来串扰：

-跨用于SELT评估的各端口使信噪比相关；以及

-在功率密度谱和/或在时间序列中识别扰动。

跨可用于SELT评估目的的第一网络部件的若干端口处理信噪比(SNR)。随后，可以在功率密度谱和/或在时间序列内估定和/或识别由外来串扰导致的扰动。

在另一实施例中，以低功率模式运行第二网络部件中的至少一个。该低功率模式可以对应于根据xDSL规范的L2模式。

又另一实施例中，第一网络部件是交换局(CO)或数字用户线路接入复用器(DSLAM)。

一实施例中，至少一个第二网络部件各自是用户住宅设备(CPE)。

在又另一实施例中，至少一个第二网络部件关闭并/或断开。

特别地，第二网络部件中的一个可以关闭并/或断开。在该情况下，第一网络部件与该第二网络部件之间的连接(线路)可以用于评估从第一网络部件(经由通向另一第二网络部件的另一线路)发送的信号所导致的串扰部分(NEXT和FEXT)。

对于再一实施例，远端串扰超过预定阈值以便于评估。否则，其可不被认为是远端串扰。

在下一实施例中，评估的串扰被用来识别MIMO系统的至少一条辅助路径。

另外，评估的脉冲响应可以被用来识别第一网络部件与一个第二网络部件之间的线路或连接的中断。

在一实施例中，可以在xDSL环境以及以太网环境中使用文中所提供的方法。

该方法还可以用于特别由第一网络部件启动的单端线路测试。

还通过包括处理器单元的用于评估串扰的装置来解决上述问题，该装置被布置和/或装配成使得可以在所述处理器上执行文中所述的方法。

一实施例中，所述装置为通信装置，特别是交换局(CO)或数字用户线路接入复用器(DSLAM)。

还通过包括文中所述装置的通信系统来解决该问题。

附图说明

在以下附图中示出和说明了本发明的实施例。

图1示出了对近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT)建模的多输入多输出(MIMO)系统；

图2示出了包括交换局(CO)的图示，该交换局具有各自连接于用户住宅设备(CPE1、CPE2、...、CPEn)的若干端口(CO1、CO2、...、COn)；

图3示出了包括评估串扰以及经由该识别的串扰干扰来执行单端线路测试的方法的步骤的流程图；

图4示出了包括通信网络的方案，该方案允许特别是经由xDSL连接从服务器向客户端发送数据。

具体实施方式

图1示出了对近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT)建模的多输入多输出(MIMO)系统。环路设备模型LPM表示完整信道结构，该结构包括(但不限于)主分配框架、可选分路器和各种串扰干扰。

有利地，该环路设备模型LPM可以用于对经由各单独端口的上行(从用户住宅设备CPE到交换局CO)流量和下行(从CO向CPE)流量建模。

另外，环路设备模型LPM包括脉冲响应的矩阵，该矩阵包括其对角线中的传输线的脉冲响应，以及其对角线之外的串扰干扰：

$y_k\left(t\right)=\underset{l=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}(h_{k,l}*x_l)\left(t\right)---\left(1\right)$

其中h_k，k(t)与相应的传输线相关，从而表示所述传输线的脉冲响应，而h_k，l(t)(k≠l)表示矩阵对角线之外的串扰干扰，即具有编号k的端口与具有编号l的另一端口之间的串扰干扰。

应当注意的是，符号*表示卷积操作。

因此，一个实际端口包括两个虚拟端口，一个虚拟端口在上行方向而另一个虚拟端口在下行方向。这允许以紧凑模型捕捉SELF-NEXT(即，同一物理端口的上行与下行之间的单端线路测试近端串扰)。

文中所述的方法可以有利地用作对SELT测量原理的扩展。

应当注意，该SELT测量遵循ITU-T，研究组15。较早的课题“G.selt”转移到课题“G.lt”。从ITU研究组15的文档NC-U09R1中可以获得与SELT相关的细节。

因此，不仅识别MIMO系统的主要路径，而且识别辅助(对角线)路径。这在以下情况下是有利的：

a)至少一个用户住宅设备被切断或不活动；以及

b)远端串扰部分超过预定阈值。

在图2中，示出了从交换局的端口CO1到用户住宅设备CPE1的MIMO-SELT路径、从交换局的端口CO2到用户住宅设备CPE2的空闲路径，以及从交换局的端口COn到用户住宅设备CPEn的SHOWTIME(即“活动”)路径。

当端口CO1与用户住宅设备CPE1之间的连接活动时，交换局(经由其端口CO1)启动一信号，优选地，一具有最大可容许功率密度的伪随机信号。用户住宅设备CPE2不活动，例如，被关闭。交换局处的相关端口CO2被设定到监听状态。端口COn与用户住宅设备CPEn之间的路径n(也被称为环路n)活动，经由该环路交换数据，两个终端都处于SHOWTIME状态。因此，在端口COn处只可以确定有限的经由端口CO1启动的信号所导致的改变。

可以在交换局处(特别是在交换局的收发机芯片组内)和/或在网络管理系统处离线地执行评估串扰的步骤，特别是为了确定MIMO系统的环路或路径是否被中断。

特别有利的是，所提供的方法满足了经由端口CO1发送信号与在端口CO2处接收之间的事件同步的实时要求。

发送端口k与接收(监听)端口l之间的频率转移函数H_eff，k，l可以被描述为：

H_eff，k，l＝H_next，k，l+α_l·H_fext，k，l·H_l

                                                    (2)，

其中

H_next，k，l指的是近端串扰(NEXT)转移函数；

H_fext，k，l指的是远端串扰(FEXT)转移函数；

α_l        指的是不活动的用户住宅设备(CPE)的复反射系数；

H_l         指的是环路l的转移函数。

由常规SELT测试方法可以得到复反射系数α_l以及环路l的转移函数H_l。

此后，近端串扰部分和远端串扰部分需要被相互分开。

这可以通过利用近端串扰部分由于其受限传播而具有减少的运行时间的事实来实现：

$H_{\mathrm{fext},k,l}=\frac{T_{\mathrm{long}}\left(H_{\mathrm{eff},k,l}\right)}{{\mathrm{\α}}_l\·H_l}---\left(3\right)$

其中可以在时域中描述线性运算T_long(H_eff，k，l)，从而将时域冲激响应h_eff，k，l(即，H_eff，k，l的傅里叶变换)乘以矩形窗口函数p_τ(t)：

其中

表示傅里叶变换(优选地通过FFT算法来处理)；

p_τ(t)被选择为使得包括比端口l的群延迟小的群延迟的部分被设为0。

通过傅里叶变换可以从H_l中导出群延迟。

对于等式(3)的数值稳定性，应当注意的是，特别是对于长线路或环路，认为正则化是有利的。这会遇到这样的事实：H_fext，k，l的评估准确度将随着频率增加而降低。

除了检测基于在MIMO系统内产生的信号的串扰(也称为“外来串扰”)，还有可能识别基于来自MIMO系统外部的扰动例如基于电磁散布的扰动的串扰。

对于外来串扰的情况，特别是由于时域中DMT符号速率的小模式(small pattern)以及由于频域中副载波间隔的小模式，在时域和/或频域中执行该扰动的平均。

因此，跨(可用于SELT评估的)各端口使信噪比相关，可以在功率密度谱和/或时间序列(开关特性)中识别外来扰动。

还有可能不仅在没有连接(或关闭)用户住宅设备的情况下执行SELT，而且还在用户住宅设备处于低功率模式(例如，根据特定xDSL规范的L2模式)的情况下执行SELT。

文中所述的方案可以应用于连接不同网络部件或网络元件的不同类型的网络。该连接可以为xDSL型和/或非xDSL型。其特别可以用于，例如，以太网环境中的网络部件之间的多芯连接。

图3示出了包括评估串扰以及经由该识别的串扰干扰来执行单端线路测试的方法的步骤的流程图。

在步骤301中，第一网络部件经由特定线路或连接向一个第二网络部件发送具有预定功率密度的信号。优选地，第一网络部件是包括若干端口的交换局，用户住宅设备可以连接于这些端口中的每一个(根据图2的图示)。

依据在步骤301中发送的信号，第一网络部件在步骤302中对引入连接交换局的另一端口与另一用户住宅设备的另一线路的串扰响应进行监听。优选地，连接于该线路的用户住宅设备不活动，或者特别地被关闭。

在步骤303中分开远端串扰部分和近端串扰部分。可以例如在交换局内或者在网络管理实体内离线地执行该处理。

在步骤304中，基于经过处理和评估的串扰部分，可以检查连接交换局的又一端口与又一用户住宅设备的又一线路的连通性。

因此，根据所提出的步骤，交换局(或数字用户线路接入复用器)可以利用对相邻线路的串扰干扰来执行这些相邻线路的单端线路测试。

在图4中示出了通信网络的特定方案。经由网络从服务器向交换局或数字用户线路接入复用器CO/DSLAM传送下行流量。CO/DSLAM还经由数字用户线路xDSL连接于用户住宅设备CPE。具体地，数字用户线路连接可以具有以下类型：

-非对称数字用户线路ADSL、ADSL2、ADSL2+；

-高数据速率数字用户线路HDSL；

-甚高速数字用户线路VDSL、VDSL2。

用户可以经由机顶盒和电视或经由个人计算机PC/TV连接于用户住宅设备CPE。从PC/TV送向服务器的数据被称为上行流量。

优选地，运营商或服务提供商想要通过用具有低串扰效应的高数据速率来高效率地使用从CO/DSLAM到CPE的xDSL下行方向。

Claims (19)

1.一种信道串扰评估的方法，其中由连接第一网络部件(CO)与至少一个第二网络部件(CPE1、CPE2、…)的MIMO系统来表示信道，所述MIMO系统包括与传输线路相关的第一系数，以及特别与串扰相关的第二系数，其中所述串扰包括远端串扰部分和近端串扰部分，所述方法包括步骤：

-所述第一网络部件向一个第二网络部件发送特别具有预定功率密度的信号；

-评估所述远端串扰部分和所述近端串扰部分，

其特征在于，所述近端串扰部分和所述远端串扰部分被评估为：

H_eff，k，l＝H_next，k，l+α_l·H_fext，k，l·H_l

其中

$H_{\mathrm{fext},k,l}=\frac{T_{\mathrm{long}}\left(H_{\mathrm{eff},k,l}\right)}{{\mathrm{\α}}_l\·H_l},$

H_eff，k，l是发送端口k与接收端口l之间的传输函数，

H_next，k，l指的是近端串扰转移函数；

H_fext，k，l指的是远端串扰转移函数；

α₁            指的是复反射系数；

H₁             指的是环路1的转移函数，以及

T_long是线性运算，该线性运算利用近端串扰部分由于其有限的传播而具有减小的运行时这一事实。

2.如权利要求1所述的方法，其中在至少一条连接所述第一网络部件与一个第二网络部件的线路上测量对所述第一网络部件所发送的信号的响应。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中评估基于所述信号的脉冲响应。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中分开所述远端串扰部分与所述近端串扰部分。

5.如权利要求1所述的方法，其中线性运算

$H_{\mathrm{fext},k,l}=\frac{T_{\mathrm{long}}\left(H_{\mathrm{eff},k,l}\right)}{{\mathrm{\α}}_l\·H_l}$

可以被参考为：

其中

F_t1→f表示傅里叶变换；

p_τ(t)是矩形窗口函数。

6.如权利要求1或2所述的方法，其中通过在时域和/或频域中对扰动求平均来确定外来串扰。

7.如权利要求6所述的方法，包括步骤：

-跨用于SELT评估的各端口使信噪比相关；以及

-在功率密度谱和/或在时间序列中识别扰动。

8.如权利要求1或2所述的方法，其中至少一个第二网络部件以低功率模式运行。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述低功率模式对应于根据xDSL规范的L2模式。

10.如权利要求1或2所述的方法，其中所述第一网络部件是交换局或数字用户线路接入复用器。

11.如权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一个第二网络部件是用户住宅设备。

12.如权利要求1或2所述的方法，其中至少一个第二网络部件关闭并/或断开。

13.如权利要求1或2所述的方法，其中所述远端串扰超过预定阈值。

14.如权利要求1或2所述的方法，其中评估的串扰被用来识别所述MIMO系统的至少一条辅助路径。

15.如权利要求1或2所述的方法，其中评估的脉冲响应被用来识别线路的中断。

16.如权利要求1或2所述的方法，在xDSL和/或以太网环境中使用。

17.如权利要求1或2所述的方法，用于特别由所述第一网络部件启动的单端线路测试。

18.一种用于信道串扰评估的装置，其中由连接第一网络部件(CO)与至少一个第二网络部件(CPE1、CPE2、…)的MIMO系统来表示信道，所述MIMO系统包括与传输线路相关的第一系数，以及特别与串扰相关的第二系数，其中所述串扰包括远端串扰部分和近端串扰部分，所述装置包括：

-用于从所述第一网络部件向一个第二网络部件发送特别具有预定功率密度的信号的装置；

-用于评估所述远端串扰部分和所述近端串扰部分的装置，

其中所述近端串扰部分和所述远端串扰部分被评估为：

H_eff，k，l＝H_next，k，l+α_l·H_fext，k，l·H_l

其中

$H_{\mathrm{fext},k,l}=\frac{T_{\mathrm{long}}\left(H_{\mathrm{eff},k,l}\right)}{{\mathrm{\α}}_l\·H_l},$

H_eff，k，l是发送端口k与接收端口l之间的传输函数，

H_next，k，l指的是近端串扰转移函数；

H_fext，k，l指的是远端串扰转移函数；

α₁            指的是复反射系数；

H₁             指的是环路1的转移函数，以及

T_long是线性运算，该线性运算利用近端串扰部分由于其有限的传播而具有减小的运行时这一事实。

19.如权利要求18所述的装置，其中所述装置是数字用户线路接入复用器。

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