CN101809882B - 用于噪声处理的方法和设备及包含这种设备的通信系统 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于噪声处理的方法和设备，该方法包括以下步骤：(i)从至少一个发射机向至少一个接收机传输数据；以及(ii)至少一个接收机向预编码器和/或噪声消除器运送SNR数据、例如链路状态信息和/或链路质量信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于噪声处理的方法和设备，以及涉及一种包含这样的设备的通信系统。
背景技术
DSL或者xDSL是通过本地电话网络的线提供数字数据传输的技术族。
非对称数字用户线(ADSL)是DSL的一种形式，是使得能够比传统的音频调制解调器可提供的数据传输更快的通过铜电话线的数据传输的一种数据通信技术。这种快速传输通过利用语音电话呼叫通常不使用的频率来实现，特别是，通过利用比正常的人类听觉更高的频率来实现。
VDSL(甚高速DSL)是一种xDSL技术，其通过单个双绞线提供更快的数据传输。高的位速率在大约300米(1000英尺)的范围内达到，其考虑到在对称接入情况下的26Mbit/s或者在非对称接入情况下的高达在下游52Mbit/s至在上游12Mbit/s。
根据其高带宽，VDSL能够支持通过单个连接的像HDTV以及电话服务(例如IP电话)的应用和通常的因特网接入。
VDSL2(甚高速数字用户线2)是开发最初被用于普通老式电话业务(POTS)的铜线的现有的基础架构的一种接入技术。VDSL2可以从中心局(从优选地位于用户驻地附近的光纤馈柜(fiber-fed cabinet))或者在建筑物内被部署。
VDSL2被设计为支持诸如语音、视频、数据、高清电视(HDTV)和交互式游戏之类的三重播放(Triple Play)业务的广泛部署。VDSL2使运营商和通信公司能逐渐地、灵活地以及成本有效地升级现有的xDSL基础架构。
ITU-T G.993.2(VDSL2)是对G.993.1(VDSL)的增强，G.993.1(VDSL)允许非对称和对称(全双工)传输聚集数据速率在使用高达30MHz的带宽的双绞线上高达200Mbit/s。
xDSL宽带调制方法涉及被引入双绞传输线并由调制解调器接收的串扰干扰是有问题的。
当线耦合时，特别是在用于分离的信号传输的相同的或者附近的束的线对之间，发生串扰。因此，来自一个或更多源的数据信号可以叠加于数据信号并且污染数据信号。串扰包括近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT)。
基于这样的串扰，通过双绞线线路传输的数据信号可由在相同的和/或附近的多芯线缆或束中的一个或更多邻近的双绞线电话线上生成的串扰干扰而大大退化。随着传输速度的增加，这一问题甚至恶化，其可显著地限制要经由单个线路传输的最大数据速率。
多输入多输出系统(在下文称为MIMO系统)在现代通信技术中具有显著的重要性。这样的MIMO系统允许模拟电信系统的串扰干扰。
图1特别是图示了在包括几个收发机CO0至CON的中心局(CO)与几个用户驻地设备CPE0至CPEN之间的包括NEXT和FEXT组成部分的串扰，所述中心局(CO)和所述用户驻地设备CPE0至CPEN通过线缆捆束器(Cable Binder)连接。
NEXT的影响能够通过利用在上游和下游方向之间的频分双工来降低。当前的VDSL2部署由于选择相对保守的功率谱密度(PSD)模板(mask)而(间接地)是受FEXT限制的，从而允许结合在超过1MHz的频率的强环路衰减来降低NEXT。
下游预补偿(特别是通过预编码来实现)或者上游消除可以允许利用更具有攻击性的(尤其是具有全绑定部署的)PSD模板；至少，关于达到范围和/或数据速率的改进可以通过在现有PSD级别上降低串扰来实现。
DSM方法的成功使用的先决条件是FEXT信道的识别。FEXT信道估计的特别重要和困难的方面涉及来自接收机的反馈。
不利地，现有系统并没有及时地提供这样的反馈。
发明内容
要解决的问题是避免如上面所陈述的缺点，并且提供一种来自接收机侧的有效输入，该有效输入可以特别是被用于相干的和非相干的有线MIMO处理。
根据独立权利要求的特征，这一问题被解决。由从属权利要求得到其它实施方式。
为了克服这一问题，提供一种用于噪声处理的方法，该方法包括以下步骤：
一从至少一个发射机向至少一个接收机传输数据；
-至少一个接收机向预编码器和/或向噪声消除器运送SNR数据。
特别是，SNR数据可以包括链路状态信息和/或链路质量信息。
这样的噪声处理可以特别是包括对预编码器和/或对噪声消除器的噪声指示，该噪声处理也可以包括在预编码器和/或噪声消除器进行的噪声检测和/或降低。
要注意的是，预编码器特别是允许在经由至少一个信道或经由至少一个线路传输数据之前处理该数据，使得噪声(例如干扰和/或串扰)在数据到达(多个)接收机时被降低。
噪声消除器可以与接收机相关联，并且该噪声消除器可以被用于通过处理到达这一接收机的数据来降低和/或消除噪声(例如干扰和/或串扰)。
特别是，预编码器和/或噪声消除器可以与附着几条线路的中心局(CO)相关联或者位于该中心局(CO)，其中所述线路至少部分地通过至少一个线缆捆束器组合。
预编码器以及噪声消除器可以被称为噪声降低装置，该噪声降低装置特别是通过利用接收到的SNR数据来处理预编码矩阵和/或系数矩阵。
有利地，该方法提供了快速的(也就是具有低延迟的)和可靠的(也就是统计学上无偏的并且具有低方差的)关于信噪比(SNR)的信息。
在所谓的非相干MIMO处理中，为了执行绑定组分类，可以利用所有被管理的端口上的链路状态和SNR的相关分析。
更进一步，在所谓的相干MIMO处理中，检测“离开”端口是有利的，也就是检测由于用户驻地设备(CPE)的切断或者由于脉冲噪声而意外断开连接的端口。这样的检测可以避免预编码器和/或噪声消除器调整到不合适的状态，并且因此也影响和/或损害其它端口。
在接收机提供SNR数据(有利地近似瞬时的SNR信息)的情况下，可以避免对(位于CO的)其它端口的这种损害。
在一种实施方式中，发射机包括预编码器，该预编码器依据接收到的SNR数据对将要运送的数据执行预编码。
在另一实施方式中，接收机包括噪声消除器，该噪声消除器依据接收到的SNR数据对接收到的数据执行噪声消除。
在进一步的实施方式中，其中基于至少一个错误检测码生成SNR数据。
在下一实施方式中，错误检测码是CRC码。
还有一种实施方式是基于至少一个纠错码生成SNR数据。
依据另一实施方式，纠错码是里德所罗门码(Reed-Solomon-Code)。
根据一种实施方式，预编码器和/或噪声消除器各自包括预编码矩阵和/或包括系数的消除矩阵。所述系数可以特别是依据给定的调度、例如以给定的速率被更新。
根据另一实施方式，在SNR数据遵守第一准则的情况下，冻结系数。
第一准则可以特别是包括每载波(例如每音调)的SNR被确定的属性。
因此，这样的第一准则可以停止系数的适配。例如，在SNR数据达到指示在线缆(捆束器)内的特定线路的损害的某个阈值的情况下，中心局可以基于来自该特定线路的SNR数据冻结进一步的系数适配。由于中心局可以使消除矩阵和/或预编码矩阵适配，所以来自低SNR的独特线路的影响可以被忽视，被冻结的系数可以被用于进一步的重新启动或复位。
在又一实施方式中，在SNR数据遵守第二准则的情况下，进行复位或重新启动，其中冻结的系数被用于初始化的目的。
因此，依据第二准则，可以发起重新启动或复位。这样的第二准则可以通过表明高度恶化(例如噪声)的SNR数据的阈值来表示。
根据下一实施方式，第一准则和/或第二准则包括以下中的至少一个：
-SNR数据指示比给定阈值更糟糕的损害；
-SNR数据指示在预定时间周期内比给定阈值更糟糕的损害；
-提供的SNR数据重复n次地指示比给定阈值更糟糕的损害。
依据又一实施方式，预编码器被用于下游方向，特别是被用于从中心局到几个用户驻地设备的方向。
还有一种实施方式是噪声消除器被用于上游方向，特别是被用于从几个用户驻地设备超向中心局的方向。
至少一个线缆捆束器可以被连接到中心局。
进一步的实施方式是预编码器和/或噪声消除器位于中心局和/或与中心局相关联。
根据又一实施方式，在至少一个发射机和至少一个接收机之间的信道通过多输入多输出(MIMO)系统表示。
根据下一实施方式，噪声包括以下组成部分中的至少一个：
-串扰，尤其是近端串扰和/或远端串扰；
-干扰。
还有一种实施方式是至少一个发射机和至少一个接收机通过至少一个线缆捆束器连接。
上述问题也通过一种用于噪声处理的设备来解决，该设备包括处理器单元，该处理器单元被装备/被布置来使得所述的方法在所述处理器单元上是可执行的。
该设备可以特别是被用来通过预编码和/或噪声消除而降低包括特别是干扰和/或串扰的噪声。
根据一种实施方式，所述设备是通信设备，特别是中心局(CO)、数字用户线接入复用器(DSLAM)或者用户驻地设备(CPE)。
在前叙述的问题进一步通过用于噪声处理的设备来解决，该设备包括处理由接收机提供的SNR数据的预编码器和/或噪声消除器。
一种实施方式是该设备进一步包括获得SNR数据的S/H单元(采样保持单元)。
根据另一实施方式，该设备是中心局的至少一部分或者该设备包括中心局。
上述问题也通过包含如在此描述的设备的通信系统来解决。
附图说明
本发明的实施方式在下图中被示出和被图示。
图2示出了利用诸如ADSL(2+)或者VDSL2的离散多音频(DMT)调制的单输入单输出(SISIO)信道的框图；
图3示出了对要从中心局被运送到几个CPE的数据进行下游预编码的框图；
图4示出了针对要从几个CPE向中心局运送的数据的上游噪声消除的框图。
具体实施方式
图2示出了利用诸如ADSL(2+)或者VDSL2的离散多音频(DMT)调制的单输入单输出(SISIO)信道的框图。
发射机包括处理阶段201，该处理阶段201执行在F2(二进制数)上是线性的位操作：成帧器205把CRC帧添加到数据。其次，在框206，数据通过像里德所罗门码(RS)的错误检测码被扰频和被编码。框206的输出被馈送到交织器和音调排序单元207。
在执行在C(复数)上是线性的操作的处理阶段202中，发射机进一步处理该数据：QAM映射器208将数据映射到QAM平面中的符号(星座)，并且随后的框209执行快速傅立叶逆变换(FFT)并添加循环前缀(CP)。
框209的输出通过数模转换器DAC 210被转换为模拟信号。随后，数据经由模拟信道211被传送，并且在接收机处，数据通过模/数转换器ADC 212被转换为数字信号。
接收机处的处理阶段203执行处理阶段202的逆操作，并且接收机处的处理阶段204执行处理阶段201的逆操作。
ADC 212的输出被馈送到框213，框213在跳过循环前缀(CP)的情况下执行时域均衡(TEQ)。其次，在框214执行快速傅立叶变换FFT，并且输出被转发给频域均衡器(FEQ)和限幅器215。在下一阶段，解交织器和音调解码器216执行框207的逆操作，以及随后的RS解码器和解扰器217执行框206的逆操作。框218执行CRC校验并去除该帧以转发(用户)数据。
图2显现了当通过信道211传输数据时可能出现的误差可以通过RS码被补偿直至某个阈值。该补偿能力范围之外的误差被检测，并且因此通过CRC信息指示出来。
图3示出了对要从中心局运送到几个CPE的数据进行下游预编码的框图。
图3描述了几个发射机：发射机1、发射机2以及发射机K。每个发射机都包括成帧器301和QAM映射单元302，其中在所述成帧器301和所述QAM映射单元302之间可以提供类似于图2中所示的单元206和207的附加单元。
发射机K(以及所有其它发射机1、2、…、K-1)的输出被转发到下游预滤器303。该下游预滤器303包括预编码矩阵303、系数更新功能305和采样/保持功能306。来自成帧器301的输出将链路状态信息运送给采样/保持功能306。该采样/保持功能306将信息运送给系数更新功能305，反之亦然。来自QAM映射单元302的输出被连接到系数更新功能305，后者被进一步连接到预编码矩阵303，用于更新矩阵的系数。
发射机1至K以及下游预滤器303可以位于中心局(CO)或者DSLAM中和/或与中心局(CO)或者DSLAM相关联。
由至少一个线缆捆束器至少部分地实现的信道通过包括传递矩阵308或由传递矩阵308表示的DMT-MIMO信道307进行描述。
要注意的是，该DMT-MIMO信道307可以包括如在图2中描述的框209至214的功能。
该DMT-MIMO信道307进一步被连接至几个接收机、也就是CPE 1至CPEK。每个接收机都包括QAM检测单元309以及CRC校验单元310。在单元309和单元310之间，可以提供类似于图2中所示的单元216和217的附加单元。
QAM检测单元309将输出信号提供给指示判定错误(例如在QAM平面接收到的位置与实际星座之间的差异)的系数更新功能305。CRC校验单元310将SNR数据提供给采样/保持功能306。
因此，在SNR数据指示在预定阈值之上的噪声的情况下，采样/保持功能306可以冻结实际系数。在噪声变得更加糟糕或者(在预定的时间周期内)保持在所述阈值之上的情况下，利用如所存储的(冻结的)系数进行重新启动。
图4示出了针对要从几个CPE向中心局运送的数据的上游噪声消除的框图。
图4显现了几个发射机：发射机CPE 1、发射机CPE 2和发射机CPE K。每个发射机CPE i都包括成帧器401和QAM 映射单元402，其中在所述成帧器401和所述QAM映射单元402之间可以提供类似于图2中所示的单元206和207的附加单元。
可由至少一个线缆捆束器至少部分地实现的信道通过包括传递矩阵404或由传递矩阵404表示的DMT-MIMO信道403进行描述。
发射机CPE K(以及所有其它发射机CPE 1、2、…、K-1)的输出被转发给DMT-MIMO信道403。
该DMT-MIMO信道403进一步被连接到包括消除矩阵406的上游消除器405，该上游消除器405被进一步连接到几个接收机1至K。上游消除器405和接收机1至K可以位于中心局或者DSLAM之内。
每个接收机1至K包括QAM检测单元407和CRC校验单元408。在单元407和单元408之间可以提供类似于图2中所示的单元216和217的附加单元。
上游消除器405包括消除矩阵406、系数更新功能409和采样/保持功能410。来自成帧器401的输出将链路状态信息运送给采样/保持功能410。该采样/保持功能410将信息运送给系数更新功能409，反之亦然。来自QAM映射单元402的输出被连接至系数更新功能409，后者被进一步连接至消除矩阵406，用于更新矩阵的系数。
QAM检测单元407将输出信号提供给指示判定错误(例如在QAM平面接收到的位置与实际星座之间的差异)的系数更新功能409。CRC校验单元408将SNR数据提供给采样/保持功能410。
因此，在SCR数据指示在预定阈值之上的噪声的情况下，采样/保持功能410可以冻结实际的系数。在噪声变得更加糟糕或者(在预定的时间周期内)保持在所述阈值之上的情况下，利用如所存储的(冻结的)系数进行重新启动。
该方法允许利用SNR数据，特别是利用CRC(循环冗余校验)码或者几乎瞬时的SNR测量的信息。有利地，CRC码在前向纠错(FEC)仍然不能应付故障率的情况下提供反馈。换句话说，如果SNR低于某个阈值，则CRC可以指示SNR的恶化。
然而，其它种类的SNR数据也可以被利用，例如故障检测码或者故障纠正码也可以被利用。特别是，里德所罗门码可被用于获得SNR数据。
CRC是具有冗余位和任意长度消息位的固定块的线性码。CRC针对错误检测而不是错误纠正。以太网使用CRC作为其(在没有进一步的故障错误纠正FEC的情况下的)唯一的错误检测方法[IEEE 8023]。
在基于DMT的多载波系统中，可以使用在一个超帧上的8位CRC，也就是，根据诸如交织深度和码率的FEC参数化，以近似10ms至60ms的间隔更新CRC。
有利地，CRC(或者甚至其10倍平均统计因子)能够适于提供针对影响环路的非平稳噪声的可靠触发。
特别是，根据图3的方框结构表明CRC监控可以如何被用于针对中心局的离开端口要施加的第三级动态频谱管理(DSM L3)控制。
由CRC校验单元310或者408提供的CRC校验信息可以是单个位，例如，如果校验正确，则该单个位为“0”，如果校验出错，则该单个位为“1”。这样的单个位可以经由从CPE至CO的上层信道而被传送。
CO可以通过滑动式存储器(sliding memory)来使用该信息。在CO处，DSM控制器单元基于例如对(由QAM映射单元302提供的)输入符号和接收到的(由QAM检测单元309提供的)QAM判定错误的认知而执行预编码矩阵304的连续更新。如果大量的连续CRC检测到和/或CRC事件到达CO处的DSM控制器单元，则预编码器矩阵304的状态被冻结(保持位置)。
进而对于CRC信息的连续登记，有利的是登记(由成帧器CRC 301提供的)链路状态信息，以能够从保持状态返回到采样状态并且因此能够继续系数的适配，特别是以优化的速度继续系数的适配。
要注意的是，涉及中心局(CO)也意味着参考其部分或者参考DSLAM或者其部分。另外，CO以及DSLAM可以是包括如在此描述的功能的设备的部分。
缩写词
CO 中心局
CPE 用户驻地设备
DMT 离散多音频(例如VDSL2的调制格式)
DSLAM 数字用户线接入复用器
DSM 动态频谱管理
DSMC DSM控制器模块(包括，例如，FPGA和DSP板)
FEQ 频域均衡器(上游/下游接收机的模块)
FEXT 远端串扰
FFT 快速傅立叶变换
LMS LMS算法
MIMO 多输入多输出
ML 最大似然
MMSE 最小均方误差
NEXT 近端串扰
P/S 并串转换
PLL 锁相环
QAM 正交幅度调制
RdkA A部分下游接收机模块，具有线索引k(k＝1，2，…，K)
RdkB B部分下游接收机模块，具有线索引k(k＝1，2，…，K)
RukA A部分上游接收机模块，具有线索引k(k＝1，2，…，K)
RukB B部分上游接收机模块，具有线索引k(k＝1，2，…，K)
SCP 跳过循环前缀/后缀(上游/下游接收机的模块)
SISO 单输入单输出系统，诸如底层标准ADSL、VDSL2
SLMS 有符号的LMS算法
SNR 信噪比
SRA 无缝式速率适配
TEQ 时域均衡器
Tuk 上游收发机模块
ZF 迫零
Claims (15)
1.一种用于在DSL系统中进行噪声处理的方法，其中：
-从中心局向至少一个用户驻地设备传输数据或从至少一个用户驻地设备向中心局传输数据；
-至少一个用户驻地设备向噪声消除器运送SNR数据，
-预编码器依据接收到的SNR数据对要被运送的数据执行预编码，
-该预编码器被用在从中心局到至少一个用户驻地设备的下游方向上，
-该噪声消除器依据接收到的SNR数据对接收到的数据执行噪声消除，
-该噪声消除器被用在从至少一个用户驻地设备到中心局的上游方向上，以及
-该预编码器和/或该噪声消除器各自包括预编码矩阵或消除矩阵，所述预编码矩阵或消除矩阵包括以给定速率被更新的系数，
-基于至少一个纠错码来生成SNR数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，纠错码是CRC码。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，纠错码是里德所罗门码。
4.根据前述权利要求1至3之一所述的方法，其中，在SNR数据遵守第一准则的情况下，冻结系数。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在SNR数据遵守第二准则的情况下，进行复位或重新启动，其中所冻结的系数被用于初始化的目的。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，第一准则和/或第二准则包括以下中的至少一个：
-SNR数据比给定阈值更糟糕；
-SNR数据在预定时间周期内比给定阈值更糟糕；
-所提供的SNR数据重复n次地比给定阈值糟糕。
7.根据前述权利要求1至3之一所述的方法，其中，预编码器和/或噪声消除器位于中心局和/或与中心局相关联。
8.根据前述权利要求1至3之一所述的方法，其中，在至少一个发射机和至少一个接收机之间的信道通过多输入多输出(MIMO)系统表示。
9.根据前述权利要求1至3之一所述的方法，其中，噪声包括以下组成部分中的至少一个：
-串扰；
-干扰。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，噪声包括近端串扰和/或远端串扰。
11.根据前述权利要求1至3之一所述的方法，其中，至少一个发射机和至少一个接收机通过至少一个线缆捆束器来连接。
12.一种用于在DSL系统中进行噪声处理的系统，其包括：
-用于从中心局向至少一个用户驻地设备传输数据或从至少一个用户驻地设备向中心局传输数据的装置；
-用于从至少一个用户驻地设备向噪声消除器运送SNR数据的装置，
-预编码器依据接收到的SNR数据对要被运送的数据执行预编码，
-该预编码器被用在从中心局到至少一个用户驻地设备的下游方向上，
-该噪声消除器依据接收到的SNR数据对接收到的数据执行噪声消除，
-该噪声消除器被用在从至少一个用户驻地设备到中心局的上游方向上，以及
-该预编码器和/或该噪声消除器各自包括预编码矩阵或消除矩阵，所述预编码矩阵或消除矩阵包括以给定速率被更新的系数，
-该系统还包括用于基于至少一个纠错码来生成SNR数据的装置。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述系统是通信系统。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述通信系统包括中心局和/或数字用户线接入复用器和/或用户驻地设备。
15.一种用于在DSL系统中进行噪声处理的设备，其包括：
-用于从中心局向至少一个用户驻地设备传输数据或从至少一个用户驻地设备向中心局传输数据的装置；
-用于从至少一个用户驻地设备向噪声消除器运送SNR数据的装置，
-预编码器依据接收到的SNR数据对要被运送的数据执行预编码，
-该预编码器被用在从中心局到至少一个用户驻地设备的下游方向上，
-该噪声消除器依据接收到的SNR数据对接收到的数据执行噪声消除，
-该噪声消除器被用在从至少一个用户驻地设备到中心局的上游方向上，以及
-该预编码器和/或该噪声消除器各自包括预编码矩阵或消除矩阵，所述预编码矩阵或消除矩阵包括以给定速率被更新的系数，
-该设备还包括用于基于至少一个纠错码来生成SNR数据的装置。
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