CN101868963B - 用于处理数据的方法和装置以及包含该装置的通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于处理通过信道传送的数据的方法和装置，其中所述信道至少部分地由对称的传输矩阵表示，其中传输矩阵的至少一个非对角线矩阵元素由其对称的和/或转置的非对角线矩阵元素和其对应的传输矩阵的对角线矩阵元素确定。另外，提供了一种包含该装置的通信系统。

Description

用于处理数据的方法和装置以及包含该装置的通信系统

技术领域

本发明涉及一种用于处理数据的方法和装置以及包含该装置的通信系统。

背景技术

DSL或xDSL，是在本地电话网络的电线上提供数字数据传输的技术族。

不对称数字用户线(ADSL)是DSL的一种形式，一种能在铜电话线上提供较之传统的语音频带调制解调器实现更快的数据传输的数据通信技术。该快速传输是通过利用语音电话呼叫通常不使用的频率，特别是，高于普通人听力的频率来达到的。

VDSL(超高速DSL)是一种在单根双绞线上提供更快速数据传输的xDSL技术。在大约300米(1000英尺)的范围内可达到高比特率，其允许26Mbit/s的对称接入或高达下行52Mbit/s-上行12Mbit/s的非对称接入。

根据其高带宽，VDSL能够通过单个连接支持像HDTV，以及电话业务(例如，IP语音)和通用因特网接入这样的应用。

VDSL2(超高速数字用户线2)是一种利用铜线的现有基础设施的接入技术，该铜线原本被用于普通老式电话业务(POTS)。其可从中心局，从优选地靠近客户端的光纤馈送机柜(fiber-fed cabinet)部署，或者在建筑物中部署。

VDSL2被设计来支持例如语音，视频，数据，高清电视(HDTV)和互动游戏这样的三网合一业务的广泛部署。VDSL2使得运营商和承载商逐渐地，灵活地，以及成本有效地升级现有的xDSL基础设施。

ITU-T G.993.2(VDSL2)是对G.933.1(VDSL)的增强，它允许使用高达30MHz的带宽在双绞线上进行非对称和对称(全双工)聚集数据速率高达200Mbit/s的传输。

xDSL宽带调制方法在涉及被引入到双绞线传输线并被调制解调器接收的串扰干扰方面存在问题。

串扰发生在线耦合时，特别是在被用于单独信号传输的相同的或附近的束的线对之间。因此，来自一个或多个源的数据信号可被叠加到数据信号并损害数据信号。串扰包括近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT)。

基于这样的串扰，在双绞线上传送的信号可被在相同的和/或附近的多芯电缆或束中的一个或多个相邻的双绞线电话线上生成的串扰干扰相当程度地劣化。随着增加的传输速度，这一问题更加恶化，其可显著地限制通过单条线路传送的最大数据速率。

多输入多输出系统(以下将称为MIMO系统)在现代通信技术中有着显著的重要性。该MIMO系统允许电信系统的模型串扰干扰。

图1特别示出了在包括若干个收发器CO0到CON的中心局(CO)和若干个客户端设备CPE0到CPEN(通过电缆捆扎器(Cable Binder)连接)之间的包括NEXT和FEXT分量的串扰。

NEXT的影响可通过在上行和下行方向之间利用频分双工来减少。由于选择相对保守的功率谱密度(PSD)掩模(mask)，当前的VDSL2部署是(间接地)限制FEXT的，因此允许在超过1MHz的频率上结合强环路(loop)衰减来减少NEXT。

下行预补偿(特别地通过预编码达到)或上行消除可允许利用更积极的PSD掩模(特别是与全捆扎器部署一起)；至少，可通过在现有PSD水平上减少串扰来获得与达到范围(reach)和/或数据速率有关的改进。

特别地关于在基于VDSL2宽带接入平台中的有线MIMO处理，为了在给定的环路长度上提供更高的数据速率或在给定的数据速率下提供更高的达到范围，对进一步减少串扰和/或干扰(任何种类的外来噪声)的方法有着持续不断的需求。

发明内容

要解决的问题是克服之前指出的缺陷，并特别地提供一种有效的方法来减少在通信信道上的外来噪声。

这个问题根据独立权利要求的特征被解决。进一步的实施例由从属权利要求得到。

为克服这个问题，提供一种用于处理通过信道传送的数据的方法

-其中所述信道至少部分地由对称的传输矩阵(transfer matrix)表示，

-其中传输矩阵的至少一个非对角线的矩阵元素由其对称的和/或转置的非对角线的矩阵元素和其对应的传输矩阵的对角线矩阵元素决定。

用于处理数据的方法特别地可以是或包含任何种类的噪声处理。

因此，这一方法有效地允许处理特别是通过所述通信信道被输送的数据和/或已经通过所述通信信道被传送(以及被接收)的数据，特别是允许消除和/或减少外来噪声和/或特别是可能基于来自相邻通信信道的串扰效应的自FEXT。

这个概念允许减少传输矩阵为了补偿(依靠预编码和/或消除)外来噪声和/或自FEXT而处理数据所需要的计算量。基于非对角线元素和相应的对角线元素的值，可以确定传输矩阵的转置的非对角线元素，因此显著地减少了为处理传输矩阵所需的整体计算能力。

在一个实施例中，传输矩阵的至少一个非对角线矩阵元素被这样确定

$H(n,k)=H(k,n)\·\frac{H(n,n)}{H(k,k)}$

其中

H(n，k)，H(k，n)是传输矩阵的非对角线元，

H(k，k)，H(n，n)是传输矩阵的对角线部分。

在另一个实施例中，传输矩阵表示电缆捆扎器的电线或者与电缆捆扎器的电线相关。

在进一步的实施例中，为了噪声消除目的和/或预编码目的，通过利用所述传输矩阵来处理数据。所述噪声可特别地包含串扰和/或干扰和/或外来噪声。

在下一个实施例中，通信信道连接中心局(CO)(和/或DSLAM)和至少两个客户端设备(CPE)。

通信信道将至少一个发射器与至少一个接收器相连接也是一个实施例。

依照另一实施例，该方法可被用于MIMO环境，特别地包含数字用户线和/或移动无线电链路。

上述的问题也由用于数据处理的包括处理器单元的装置解决，该处理器单元被装备和/或布置以使得这里所描述的方法可以在所述处理器单元上执行。

依照一个实施例，该装置是通信装置或者与通信装置相关联，其特别是中心局，数字用户线接入复用器或客户端设备。

依照另一个实施例，装置包含用于噪声处理的器件，特别是预编码器和/或噪声消除器。

如上所述的问题进一步地由包含这里描述的装置的通信系统来解决。

附图说明本发明的实施例在下面的图中被展示和示出：

图1特别示出了在包括若干个收发器CO0到CON的中心局(CO)和若干个客户端设备CPE0到CPEN(通过电缆捆扎器(Cable Binder)连接)之间的包括NEXT和FEXT分量的串扰。

图2展示了通过铜线对与CPE k连接并通过铜线对与CPE n连接的中心局CO，其中在CO和CPE之间的通信信道由传输矩阵H描述，传输矩阵H被分为用于电缆捆扎器的传输矩阵H₀和用于从电缆捆扎器到CPE的剩余连接的传输矩阵H₁(k，k)。

具体实施方式

电磁波传播的互易(reciprocity)定理表明在两个天线之间的信道对于接收和提交天线的配对(详见[1])是等效的。该方法可能对DSL环路的串扰情形并不适用，因为每个定义的线对包含两个与终端阻抗耦合的天线。由于终端阻抗依赖于CPE的链路状态，DSL串扰可能与建议的互易方法并不一致。

然而，关于不太短的环路的NEXT耦合(即潜在的反射与NEXT耦合自身相比应较少相关)，可以有利地应用互易方法。

优选地，(出于任何理由)未连接的端口对MIMO信号处理来说可以不必考虑。

对于FEXT耦合和相当可观的环路长度差异，互易不是可容许的近似。图2展示了通过铜线对与CPE k连接并通过铜线对与CPE n连接的中心局CO。在CO和CPE k及CPE n之间的通信信道由传输矩阵H描述，传输矩阵H被分为用于电缆捆扎器的传输矩阵H₀和用于从电缆捆扎器到CPE的剩余连接的传输矩阵H₁(k，k)。因此，传输矩阵H₁(n，n)被展示为用于从电缆捆扎器到CPE n的剩余连接。在图2的例子中，用于到CPE k的剩余连接和到CPE n的剩余连接的电缆的长度是不同的。

有利地，通信信道可被分为由包含基本相等的环路长度的传输矩阵H₀所表示的对称捆扎器部分和独立的环路H₁(k，k)和H₁(n，n)。

对称的电缆捆扎器部分可遵守互易的约束，依照：

$\frac{H(n,k)}{H(k,n)}=\frac{H(n,n)}{H(k,k)}---\left(1\right),$

其中H(k，k)，H(n，n)是传输矩阵(尤其称为MIMO矩阵)的对角线部分，其尤其是基于标准SISO(单输入单输出)DSL传输期间的测量和/或跟踪。H(n，k)，H(k，n)对应于传输矩阵的非对角线部分。这些可通过专门的MIMO估计过程(参见，例如，[2]，[3]或[4])来确定。

等式(1)的一个优势是，在正常的更新迭代之后，估计方差能通过平均两个单独的估计(estimate)而减少3dB，根据以下：

$H{(n,k)}_{\mathrm{new}}=\frac{1}{2}\·(H{(n,k)}_{\mathrm{old}}+H{(k,n)}_{\mathrm{old}}\·\frac{H(n,n)}{H(k,k)})---\left(2\right)$

和

$H{(k,n)}_{\mathrm{new}}=\frac{1}{2}\·(H{(k,n)}_{\mathrm{old}}+H{(n,k)}_{\mathrm{old}}\·\frac{H(n,n)}{H(k,k)})---\left(3\right).$

特别地，关于与进一步任意环路长度相结合地利用基本上对称的电缆捆扎器的DSL情景或环境(从电缆捆扎器到每个CPE的剩余连接)，传输矩阵的非对角线元素H(k，n)可通过传输矩阵的其转置的非对角线元素H(n，k)确定。对应的对角线元素由下面得到：

$H(n,k)=H(k,n)\·\frac{H(n,n)}{H(k,k)}---\left(4\right).$

等式(4)特别地适用于整个频率范围。

假设通信可被分为电缆捆扎器H₀(k，n)的对称部和连接电缆捆扎器到CPE的无FEXT的环路尾部(tail)，其包含传输函数H₁(k，k)和H₁(n，n)。

从端口n到端口k的FEXT贡献依照(也参见图2)下式提出，

H(k，n)＝H₀(k，n)·H₁(k，k)    (5)

并因此从端口k到端口n的FEXT贡献由下式提供

H(n，k)＝H₀(n，k)·H₁(n，n)    (6)。

无FEXT的环路尾部也对传输矩阵的对角线作出贡献：

H(k，k)＝H₀(k，k)·H₁(k，k)    (7)

H(n，n)＝H₀(n，n)·H₁(n，n)    (8)。

假设在电缆捆扎器内的电线具有相等的长度和相同的电缆类型，可得到

H₀(n，n)＝H₀(k，k)             (9)。

因而，对等式(7)和等式(8)的商公式化产生

$\frac{H(k,k)}{H(n,n)}=\frac{H_1(k,k)}{H_1(n,n)}---\left(10\right).$

相应地，可以假设电缆捆扎器部矩阵H₀的互易，即

H₀(k，n)＝H₀(n，k)         (11)。

因此，等式(5)和等式(6)的商产生

$\frac{H(k,n)}{H(n,k)}=\frac{H_1(k,k)}{H_1(n,n)}---\left(12\right).$

结合等式(10)和等式(12)得到等式(4)。

缩写词

CO      中心局

CPE     客户端设备

DMT     离散多音(Discrete Multi-Tone)(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

FEQ     频域均衡器(上/下行接收器模块)

FEXT    远端串扰

FFT     快速傅里叶变换

MIMO    多输入多输出

NEXT    近端串扰

QAM     正交幅度调制

SISO    单输入单输出系统，例如下层标准ADSL，VDSL2

SNR     信噪比

参考文献：

[1]O.Zinke，H.Brunswig：″Lehrbuch fürHochfrequenztechnik″，Band 1，Springer，1986.

[2]C.Zeng，C.Aldana，A.A.Salvekar，J.M.Cioffi，″Crosstalk Identification in xDSL Systems″，Journalon Selected Areas in Communications，Vol.19，No.8，August 2001.

[3]J.Louveaux，A.-J-van der Veen，″Error Sign Feedbackas an Alternative to Pilots for the Tracking of FEXTTransfer Functions in Downstream VDSL″，EURASIPJournal on Applied Signal Processing，Article ID94105，p.1-14，Vol.2006.

[4]DE 10 2006 041 454(05.04.2007)

Claims (14)

1.一种用于处理通过通信信道传送的数据的方法，该通信信道连接中心局和至少两个客户端设备，该通信信道包括经由电缆捆扎器来自该中心局的第一部和从电缆捆扎器到至少两个客户端设备的第二部，

其中所述通信信道由传输矩阵表示，所述传输矩阵包括用于第一部的第一传输矩阵和用于第二部的第二传输矩阵，

其特征在于：

由传输矩阵的对称的和/或转置的非对角线矩阵元素和传输矩阵的对应的对角线矩阵元素确定传输矩阵的至少一个非对角线矩阵元素。

2.如权利要求1所述的方法，其中传输矩阵的至少一个非对角线矩阵元素由下式确定

$H(n,k)=H(k,n)\·\frac{H(n,n)}{H(k,k)}$

其中

H(n，k)，H(k，n)是传输矩阵的非对角线矩阵元素，

H(k，k)，H(n，n)是传输矩阵的对角线矩阵元素。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中传输矩阵表示由电缆捆扎器的电线实现的通信信道和/或与由电缆捆扎器的电线实现的通信信道相关联。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中，为了噪声消除目的和/或预编码目的，通过利用所述传输矩阵来处理数据。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述噪声包含串扰和/或干扰和/或外来噪声。

6.如权利要求1或2所述的方法，其中通信信道将至少一个发射器与至少一个接收器相连接。

7.如权利要求1或2所述的方法，被用于MIMO环境。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述MIMO环境包含数字用户线和/或移动无线电链路。

9.一种用于处理通过通信信道传送的数据的装置，该通信信道连接中心局和至少两个客户端设备，该通信信道包括经由电缆捆扎器来自该中心局的第一部和从电缆捆扎器到至少两个客户端设备的第二部，

其中所述通信信道由传输矩阵表示，所述传输矩阵包括用于第一部的第一传输矩阵和用于第二部的第二传输矩阵，

其特征在于：

用于由传输矩阵的对称的和/或转置的非对角线矩阵元素和传输矩阵的对应的对角线矩阵元素确定传输矩阵的至少一个非对角线矩阵元素的器件。

10.如权利要求9所述的装置，其中所述装置是通信装置或者与通信装置相关联。

11.如权利要求10所述的装置，其中，所述装置是中心局，数字用户线接入复用器或客户端设备或者与中心局，数字用户线接入复用器或客户端设备相关联。

12.如权利要求9或10所述的装置，包含用于噪声处理的器件。

13.如权利要求12所述的装置，包括预编码器和/或噪声消除器。

14.包含如权利要求9到13中的任一所述的装置的通信系统。

Images