CN102355436B - 一种vdsl系统中下行串扰消除方法 - Google Patents

Abstract

一种VDSL系统下行串扰消除方法，包括：用户端对对应的用户信道进行信道估计，根据信道估计结果获取下行串扰耦合损失程度，将下行串扰耦合损失程度与预先设定的门限值进行比较，如果下行串扰耦合损失程度小于门限值，则对用户信道进行量化，并反馈量化后的信道信息，如果下行串扰耦合程度大于或等于所述门限值，则不对用户信道进行量化；如果所有用户端都反馈了量化后的信道信息，发送端根据用户端反馈的量化后的信道信息计算预编码矩阵；否则，发送端根据随机码本计算预编码矩阵；并根据计算得到的预编码矩阵对下行信号进行串扰消除处理。本发明实施例采用的技术方案可以有效的减少因反馈信道信息造成的系统开销。

Description

一种VDSL系统中下行串扰消除方法

技术领域

本发明实施例涉及有线通信领域，尤其涉及一种VDSL系统中下行串扰消除方法。

背景技术

由于VDSL(Very-high-bit-rate Digital Subscriber loop，甚高速数字用户环路)系统的频段较宽，因此线对之间的串扰较为严重，特别是在短距离传输中，串扰已经成为影响传输速率和传输距离的主要因素。线对之间的串扰可分为“近端串扰(NEXT)”和“远端串扰(FEXT)”。由于VDSL系统采用FDM(Frequency-division multiplexing，频分多路复用)技术，NEXT的影响可通过滤波器消除或大大降低，但是FEXT与接收端的被干扰信号一般无法在频段上分开，不能用滤波器消除，因此FEXT是VDSL系统中主要的串音来源，本发明实施例中的串扰指的就是FEXT。

通常基于预编码技术来实现下行串扰的消除。其工作原理是，在下行方向，信号在发送之前进行预编码运算，从而抵消线路上线对之间串扰的影响。但这种下行串扰消除方式中，要求发送端知道准确的信道信息。信道信息可以通过用户端的反馈获得，但是增大了用户端的反馈量，由此带来很大的系统开销。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种VDSL系统中下行串扰消除方法，从而减少用户端的反馈量，降低系统开销。

本发明提供的一种VDSL系统下行串扰消除方法，包括：

用户端对对应的用户信道进行信道估计；

所述用户端根据信道估计结果获取下行串扰耦合损失程度；

所述用户端将所述下行串扰耦合损失程度与预先设定的门限值进行比较；

如果所述下行串扰耦合损失程度小于所述门限值，则对所述用户信道进行量化，并反馈量化后的信道信息；

如果所述下行串扰耦合程度大于或等于所述门限值，则不对所述用户信道进行量化，且不反馈量化后的信道信息；

如果所有用户端都反馈了量化后的信道信息，发送端根据用户端反馈的量化后的信道信息计算预编码矩阵；否则，所述发送端根据随机码本计算预编码矩阵；

所述发送端根据计算得到的预编码矩阵对下行信号进行串扰消除处理。

本发明通过对串扰耦合损失程度的判断，选择采用基于随机码本或者信道量化的预编码方法，极大的减少了因反馈信道信息带来的系统开销。

附图说明

图1是本发明实施例提供的MIMO-DSL系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的方法流程示意图；

图3是本发明实施例提供的一种串扰处理性能比较示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种串扰处理性能比较示意图。

具体实施方式

由于串扰的存在，VDSL系统中的Central Office(局端)的各个接入点与用户端之间相当于一个MIMO(多输入多输出)系统，因此，本发明实施例中，将存在串扰的CentralOffice的各个接入点与用户端构成的VDSL系统称为MIMO-DSL(多输入多输出-数字用户线路)系统。MIMO-DSL系统如图1所示，假设有M个用户端，则信道矩阵H为一个M×M的矩阵，可以表示为：

H＝[h₁，h₂，...，h_M]^T

其中，h_m＝[h_m1h_m2...h_mM](m＝1，2，...，M)是一个1×M的行向量，等效为第m个用户端对应的用户信道，h_mn(m±n)是线对#n对线对#m的串扰。

本发明实施例提供的一种VDSL系统下行串扰消除方法，其实现方式如图2所示，具体包括如下操作：

步骤1、用户端对该用户端对应的用户信道进行估计；

本发明实施例中，具体可以使用基于导频的信道估计方法，其实现方式如下：

发送端(是指Central Office中与用户端通信的接入点)发送给第m个用户端的导频序列可以表示为一个1×M的行向量x_m ^p，则发送端发送给所有用户端的导频序列可以表示为：x^p＝[x₁ ^p，x₂ ^p，...，x_M ^p]^T。

以第m个用户端为例，相应的接收信号可以表示为：

y_m ^p＝h_mx^p+n_m

其中，n_m是加性高斯白噪声。

那么，由频域最小二乘估计方法可得到第m个用户端对应的用户信道的估计值为：

$\widehat{h_m}={\left(x^p\right)}^{-1}{y_m}^p=h_m+{\left(x^p\right)}^{-1}{n}_m$

本发明实施例中，还可以使用频域最小均方误差估计方法或者频域最大似然估计方法等信道估计方法，对用户端对应的用户信道进行估计。

步骤2、上述用户端根据信道估计结果获取下行串扰耦合损失程度；

其中，第m个用户端对应的用户信道为h_m＝[h_m1h_m2...h_mM](m＝1，2，...M)，其信道估计结果为 $\widehat{h_m}=\left[\begin{array}{cccc}\widehat{h_{m1}}& \widehat{h_{m2}}& \·\·\·& \widehat{h_{\mathrm{mM}}}\end{array}\right],$ 可以定义一个参数α_m来表示串扰耦合损失程度：

${\mathrm{\α}}_m=\frac{|\widehat{h_{\mathrm{mm}}|}}{{\mathrm{\Σ}}_i\left|\widehat{h_{\mathrm{mi}}}\right|}(i\≠.m=\mathrm{1,2},...,M)$

步骤3、用户端将上述获取的下行串扰耦合损失程度与预先设定的门限值进行比较，如果α_m大于或等于该门限值，则表示下行串扰很小，执行步骤5；如果α_m小于该门限值，则表示下行串扰很大，执行步骤4；

其中，具体可以通过对仿真数据进行统计，来选取合适的门限值，门限值的具体取值根据实际的应用场景及需求设定。

步骤4、用户端对上述用户信道进行量化，并反馈量化后的信道信息；其中，对用户信道进行量化的方法可以选用标量量化或者矢量量化，以

为例，对其进行标量量化的方法如下：

中的每个元素都分实部与虚部分别进行量化，量化所用比特数N_n、量化范围及间隔都是一样的，其中，用一个比特表示符号位，其余比特均表示数值，采用均匀量化，量化电平选取中间值。

步骤5、用户端不对用户信道进行量化，也就不会反馈量化后的信道信息；

步骤6、如果所有用户端都反馈了量化后的信道信息，则发送端根据反馈的量化后的信道信息计算预编码矩阵；否则，发送端根据随机码本计算预编码矩阵；

其中，如果基于量化后的信道信息计算预编码矩阵，发送端会综合各用户端反馈的量化后的信道信息，获得信道矩阵H，然后采用迫零预编码方法计算预编码矩阵F＝H^-1；如果基于随机码本计算预编码矩阵，则发送端根据仿真数据产生随机的信道样本H，该信道样本的串扰耦合损失程度一定要小，具体的，该信道样本的串扰耦合损失程度要大于或等于上述的门限值；然后根据迫零预编码方法计算预编码矩阵F＝H^-1。

本发明实施例中，使用的迫零预编码方法均可以用最小均方误差预编码方法替代。

步骤7、发送端根据计算得到的预编码矩阵对下行信号进行串扰消除处理。

下面以单载波为例来说明本发明实施例提供的下行串扰消除方法应用于MIMO-DSL系统的有效性。本发明实施例同样适用于多载波系统。

仿真使用的MIMO-DSL信道模型为ITU-T G993.5中讲述的模型，建立该模型的数据源于世界各地的测量结果。该模型假定各电缆束之间的串扰忽略不计，每个电缆束中有10条线对，这些线对有三种位置关系，对应着三种串扰损耗，各串扰损耗均服从正态分布，这三种串扰分别为：内串扰，邻近串扰和次串扰。由于线对#m对线对#n的串扰等于线对#n对线对#m的串扰，因此信道矩阵为对称矩阵。

串扰传输函数可以表示为：

其中，γ是线传输常数，f是频率，d是传输距离，

是在[0，2π]上服从均匀分布的随机变量，XT_k(k＝1，2，3)是串扰损耗，服从高斯分布，f_PXT＝0.16MHz，d_FXT＝1000m。

在本应用实施例中，仿真使用的频率为f＝6.85MHz，d＝300m，用户端的数目为10，量化使用的比特数为6，门限值设置为8。则串扰传输函数与信道矩阵之间的对应关系如表1所示：

表1  串扰传输函数与信道矩阵之间的对应关系

表1中，表格元素F(x，y)表示其所在行对应的线对#x对其所在列对应的线对#y的串扰的串扰传输函数。由于信道矩阵为对称矩阵，对于用户端m而言，可以不用反馈h_m所有的信息。作为举例而非限定，当用户端需要反馈量化后的信道信息时，线对#1对应的用户端仅需要反馈其对线对#2、线对#3、线对#4、线对#5和线对#6的串扰：

#2	#3	#4	#5	#6
					F(1)	F(2)	F(2)	F(3)	F(3)

线对#2对应的用户端仅需要反馈其对线对#3、线对#4、线对#5、线对#6和线对#7的串扰：

#3	#4	#5	#6	#7
					F(2)	F(2)	F(3)	F(3)	F(3)

线对#3对应的用户端仅需要反馈其对线对#4、线对#5、线对#6、线对#7和线对#8的串扰：

#4	#5	#6	#7	#8
					F(1)	F(2)	F(2)	F(3)	F(3)

线对#4对应的用户端仅需要反馈其对线对#5、线对#6、线对#7、线对#8和线对#9的串扰：

#5	#6	#7	#8	#9
					F(2)	F(2)	F(3)	F(3)	F(3)

线对#5对应的用户端仅需要反馈其对线对#6、线对#7、线对#8、线对#9和线对#10的串扰：

#6	#7	#8	#9	#10
					F(1)	F(2)	F(2)	F(3)	F(3)

线对#6对应的用户端仅需要反馈其对线对#7、线对#8、线对#9和线对#10的串扰：

#7	#8	#9	#10
				F(2)	F(2)	F(3)	F(3)

线对#7对应的用户端仅需要反馈其对线对#1、线对#8、线对#9和线对#10的串扰：

#1	#8	#9	#10
				F(3)	F(1)	F(2)	F(2)

线对#8对应的用户端仅需要反馈其对线对#1、线对#2、线对#9和线对#10的串扰：

#1	#2	#9	#10
				F(3)	F(3)	F(2)	F(2)

线对#9对应的用户端仅需要反馈其对线对#1、线对#2、线对#3和线对#10的串扰：

#1	#2	#3	#10
				F(2)	F(2)	F(3)	F(1)

线对#10对应的用户端仅需要反馈其对线对#1、线对#2、线对#3和线对#4的串扰：

#1	#2	#3	#4
				F(2)	F(2)	F(3)	F(3)

图3和图4示出了上述仿真系统的仿真结果。其中，图3所示的下行串扰消除性能示意图中，α＝16.68，其中，codebook1所代表的曲线反映了本发明实施例提供的基于随机码本生成预编码矩阵，进而进行串扰处理的性能；PCSI所代表的曲线反映了现有的完全反馈的基于预编码矩阵的串扰消除的性能。图4所示的下行串扰消除性能示意图中，codebook所代表的曲线反映了本发明实施例提供的基于随机码本生成预编码矩阵，进而进行串扰处理的性能；QCSI所代表的曲线反映了本发明实施例提供的基于量化后的信道信息生成预编码矩阵，进而进行串扰处理的性能；PCSI所代表的曲线反映了现有的完全反馈的基于预编码矩阵的串扰消除的性能。

仿真结果表明，如图3所示，当α＝16.68时，大于所设门限值8，串扰耦合损失程度较小。在这种情况下，基于随机码本生成的预编码矩阵进行串扰消除方法能够获得和现有的完全反馈的基于预编码的串扰消除方法几乎一样的性能。而当串扰耦合损失程度较大的时候，这种基于随机码本生成的预编码矩阵进行串扰消除的方法不再有效，应采用基于反馈量化信道信息计算得到预编码矩阵的方法消除串扰。如图4所示，当串扰耦合损失程度较大时，如果使用基于信道量化获得的预编码矩阵进行串扰消除处理，依旧能获得很好的性能。申请人在实现本发明的过程中还发现，该信道模型串扰耦合损失程度较大的概率仅为0.13‰，这就意味着大多数情况下是不需要用户端反馈量化后的信道信息，这样极大的减少了因反馈信道信息带来的系统开销。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种甚高速数字用户环路VDSL系统下行串扰消除方法，其特征包括：

用户端对对应的用户信道进行信道估计；

所述用户端根据信道估计结果获取下行串扰耦合损失程度；

所述用户端将所述下行串扰耦合损失程度与预先设定的门限值进行比较；

如果所述下行串扰耦合损失程度小于所述门限值，则对所述用户信道进行量化，并反馈量化后的信道信息；

如果所述下行串扰耦合程度大于或等于所述门限值，则不对所述用户信道进行量化，且不反馈量化后的信道信息；

如果所有用户端都反馈了量化后的信道信息，发送端根据用户端反馈的量化后的信道信息计算预编码矩阵；否则，所述发送端根据随机码本计算预编码矩阵；

所述发送端根据计算得到的预编码矩阵对下行信号进行串扰消除处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户端对对应的用户信道进行信道估计具体包括：

用户端根据对应的用户信道的接收信号对所述用户信道进行信道估计，采用的信道估计方法为以下任意一种：

频域最小二乘估计方法、频域最小均方误差估计方法、频域最大似然估计方法。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对所述用户信道进行量化方法的方法为以下任意一种：

标量量化、矢量量化。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述发送端根据随机码本计算预编码矩阵具体包括：

所述发送端随机产生信道样本；

所述发送端根据所述信道样本计算预编码矩阵。

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