CN103490795B - 速率自适应动态频谱管理 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种速率自适应动态频谱管理。在一种实施例中，一种用于在具有多个电子通信连接的通信系统中改进频谱利用的方法，包括：若干发射器中的每一者向若干接收器发射一个信号；将每一发射的功率的至少一部分传送到两个或更多个接收器中的每一者；修改对这些接收器的发射的功率分配，使得频谱利用大于每一接收器从来自每一发射器的每一发射接收相同发射功率的情况。

Description

速率自适应动态频谱管理

技术领域

披露的一些实施例涉及提高从通信主干线到家庭、商家或包括CPE（“客户驻地设备”）的其他场所的相对较短距离的性能。

背景技术

在许多通信系统中，在中央局或其他中央位置与远端客户场所（例如，家庭、办公室或包括CPE的其他位置）之间存在一些物理链路。连接中央位置与远端位置的物理链路可以是任何种类的有线链路，或者是任何种类的无线链路。提供相对新服务（例如IPTV（“互联网协议电视”）或云计算）需要提高现有技术中可供使用的通信带宽。与提高带宽以允许新服务相关联的成本很高。总体上应理解，目前为止这些成本的最大部分是与在通信后台（通常包括所谓的“主干线”）与远端位置之间提供新物理链路相关联的成本。在一种表述方法中，这称为通信系统中的“最后一英里”，该通信系统可以是FTTH（“光纤到户”）系统，尽管该术语不限于光纤系统。此外，短语“最后一英里”是一个误称，因为大部分成本是与远端位置同主干线之间的连接相关联，这个连接通常约为几米到可能多达250米的量级，但是通常绝不是接近“一英里”的测量值。仅仅是作为本领域的一个惯例，这里将使用“最后一英里”这个术语，尽管应理解，该术语是指主干线与远端位置之间的任何距离，而非一英里的实际测量值。

现有技术可通过减少或甚至消除为最后一英里提供额外新物理链路的需求的动作而得到改进。换句话说，提供用以将最后一英里的物理介质的现存基础设施（不论是铜线还是无线点对点还是其他设施）的带宽从当前容量提高到每秒数百兆位或甚至1Gb/s和更高的装置和方法。以此方式，将减少、消除和/或延迟对最后一英里的新物理链路的巨大投资，由此减少对于提供通信服务的障碍。

现存数字用户线技术（例如VDSL）的静态操作不足以提供新服务所需的带宽。现存连续自适应方案例如SRA VDSL（“无缝速率适配VDSL”）没有足够的灵活性来根据用户的改变的数据速率需求而调适系统。

关于提供较高带宽的一个具体问题涉及到串扰问题。以最后一英里具有铜线的现存系统为例，通信主干线与远端位置之间的连接通常是在“分布点”（本文中也称为“DP”）处执行，该分布点通过最后一英里铜线连接到远端位置，并且通过光纤电缆连接到中央局。通常会在最后一英里的铜线中发生通信瓶颈，并且因为在最后一英里内位于接近位置的不同线之间的串扰而使这个瓶颈加剧。示例性现有技术系统通常会遭受两种类型的串扰。第一种是全部在一个分布点内的串扰。这种串扰可以相对容易消除，因为信道特性是已知的，并且因为可以获得信道信号。第二种串扰出现在连接到该系统内的不同分布点的两根或更多根线中。这第二种串扰不容易消除。

对于进入CPE的线存在类似问题。在示例性系统中，多个CPE装置可以使用多个铜双绞线连接到一个分布点上。在此情况下，同样存在两种串扰。在同一CPE处终止的线之间存在串扰。这种串扰不需要在DP侧被消除，因为它也可以在CPE侧被消除。对于在两个或更多个不同CPE装置处终止的线存在第二种串扰。这第二种串扰只能在DP侧被消除。

在现有技术有线系统中，有两种主要的方法来缓和串扰。一种现有技术方法称为“2级DSM”（“动态频谱管理，2级”），也称为“2级DSM频带偏好”或“DSM频谱优化”。第二种现有技术方法称为3级DSM，并且也称为“3级DSM向量化”，或“DSM串扰消除”。

大部分通信设置是静态的，这意味着它们不随时间变化。通过“PSD掩码”（“功率谱密度掩码”）来预定义发射频谱。用三个步骤定义PSD掩码。首先，定义“限制PSD掩码”，这是通过法律规章和/或通过技术标准定义的PSD掩码。限制PSD掩码不得被超过，并且不会随时间变化。第二，使用一种称为“上游功率后移”的方法来缓和一束线中的不同线之间的串扰。上游功率后移是在链路激活过程中起始的，但是在链路活跃时不能变化。第三，实施2级DSM。2级DSM使用一种称为SRA的方法来响应 于环境噪声而提供对PSD的动态调节。本质上，SRA允许数据速率的动态变化。SRA定义精细的增益来用较小步长改变每一副载波的发射频谱。

在被称为3级DSM的方法中，串扰消除器的系数并不取决于PSD。实际上，使用对角化预编码器和均衡器，使得一条线路的性能并不取决于其他线路的频谱。在这个系统中，串扰消除信号对发射PSD的影响是可忽略的，并且因此不需要相对于串扰预编码器系数和/或均衡器系数进行频谱调节。

假设有线信道随时间是静态的，并且使用自适应估计方法（例如最小均方（LMS））算法来进行信道估计。迫零预编码器和均衡器表现出随着频率提高的显著性能损失。

在无线系统中，与有线系统相反，快速的环境变化引起快速的信道变化。因此，信道知识远远不如有线系统中清晰，并且因此，在无线系统中，基于先验知识的频谱优化是有限的。在无线系统中，主要通过调度算法来执行用户之间的带宽资源分配，这些算法向不同用户指派不同优先级。此外，无线系统中可能存在波束成形器。如果存在，则根据当前信道估计和实际接收信号功率针对每个发射符号重新计算波束成形器的系数。通常由中央功率控制机构执行每一移动装置的发射功率的计算。

在通信系统(包括有线和/或无线系统)的一个实施例中，可以向其他线路重新分配一个用户的未使用的带宽资源以便高效地使用潜在的信道容量。这里使用术语“线路”，但是也可以使用例如信道或链路等其他词。一个链路可以包括多个信道和/或线路。效果可以是增强其他线路的服务，并且因而提高最后一英里网络的总利用率。在一个实施例中，可以将带宽资源从在一个特定时间点不需要全带宽的链路动态地重新分配给在相同时间点确实需要全带宽或至少较高带宽的链路。

动态地重新分配带宽可以通过电子通信的分时法来完成。分时系统解决了当有人试图进行动态频谱管理以执行快速数据速率变化时出现的两个问题。

1.时变串扰噪声。一条线路上的发射频谱的变化会改变其他线路上的串扰。为此原因，实际上不常使用2级DSM。

2.重新配置时间。系统必须能够“知道”何时用户中的一者不需要全数据速率。该系统于是降低此未使用的或利用不足的链路的速率，以便提高其他链路的数据速率。然而，如果一个用户请求全速率，那么必须在约几毫秒量级的相对较短的重新配置时间之后才可以获得该速率。

发明内容

速率自适应动态频谱管理基本上在能够解决时变串扰和快速重新配置的系统上操作。因此，在本发明的一些实施例中可以加入分时。

关于这一点的另一方式是将分时系统视为“外优化算法”，该算法关注时变串扰，并且告知速率自适应DSM分布点何时在哪条线路上发射，以及何时在哪条线路上接收。分时系统还提供关于何时链路未使用或者不需要用全带宽进行服务的信息。作为本发明的实施例的一部分，描述速率自适应动态频谱管理的实施例。然而，使用分时系统的“外优化算法”可以增强仅仅使用速率自适应动态频谱管理的实施例的效果。因此，速率自适应动态频谱管理与分时系统的外算法的组合提供额外的实施例。独立权利要求在各种方面中限定本发明。附属权利要求在各种方面中限定本发明的实施例。

在第一方面中，本发明涵盖一种用于通信系统中的方法。该系统包括多个通信连接。该方法包括若干发射器中的每一者向若干接收器发射信号，其中相应发射器被适配成向这多个接收器中的一个以上接收器传达发射信号功率。在根据本发明的第一方面中的方法的一个实施例中，该方法包括适配对接收器的发射的功率分配，以便向一个以上接收器进行信号发射。与将举例来说通过试图进行串扰消除来适配相应发射器以向这多个接收器中的仅一个接收器传达发射信号功率的常规方法相比，根据本发明的第一方面中的方法的至少一个效果可以是改进的频谱利用。因此，该实施例可以提供比每一发射器仅使用发射功率对仅有的接收器进行信号发射和/或接收器从来自每一发射器的每一发射接收相同发射功率的情况更好的频谱利用。

在第一方面的变型中，本发明涵盖一种用于具有多个发射器、多个接收器和多个通信连接的通信系统中的方法，包括这多个发射器中的若干发 射器中的每一者向这多个接收器中的若干接收器发射信号，其中用于每一发射的PSD是高达全带宽的任何水平；这若干接收器中的每一接收器发信号通知何时该信令接收器需要的带宽小于全带宽；以及相应接收发射器适配成使用小于全带宽的带宽向该信令接收器发射。在一种实施例中，这些通信连接被提供为电子通信连接。

在根据本发明的第一方面中的方法的一种实施例中，相应接收发射器进一步适配成使用全带宽与用于对信令接收器的发射的带宽之间的差来向除了信令接收器之外的接收器发射。该方法的至少一个效果是改进频谱利用。

在根据本发明的第一方面中的方法的一种实施例中，该方法进一步包括修改发射器的PSD。在一种实施例中，该方法包括通知发射器一个特定接收器在特定时间不需要全带宽。在一种实施例中，该收到通知的发射器向接收器发射的功率小于全功率。此外，这些发射器向除了该特定接收器之外的接收器发射全带宽与在特定时间发射到该特定接收器的带宽之间的差。此实施例中的至少一个效果是通过更大带宽发射并且由其他接收器接收到的信号的质量得到提高。

根据本发明的第一方面中的方法的一个实施例包括在修改PSD之前在系统存储器中保存用于所有发射器的PSD。在一种实施例中，该方法进一步包括在修改PSD之后在系统存储器中保存用于所有发射器的PSD。

根据本发明的第一方面中的方法的一个实施例包括当系统需要变化时将这些发射器从修改后的PSD同步切换成未修改的PSD。切换的至少一个效果是提高频谱利用。

根据本发明的第一方面中的方法的一个实施例包括切换成比发射器的一个PSD配置更稳定的配置。至少一个效果可以是在从发射器的一个PSD配置切换成发射器的另一PSD配置的同步切换过程中维持系统稳定性。

根据本发明的第一方面中的方法的一个实施例包括在预编码器活跃时修改预编码器配置。一个实施例进一步包括在预编码器活跃时修改PSD配置。在一种实施例中，预编码器配置和PSD配置彼此独立地受到修改。 在一种实施例中，用LMS算法修改预编码器配置，并且用LMS算法修改PSD配置。

根据本发明的第一方面中的方法的一个实施例进一步包括一个发射器接收一个活跃均衡器配置被重新配置的通知。在一种实施例中，该活跃均衡器配置的重新配置是独立于与预编码器配置或PSD配置有关的任何内容而执行的。一个实施例包括通知发射器该均衡器配置是用LMS算法修改的。

在第二方面中，本发明涵盖一种用于在具有多个电子通信连接的系统中通信的方法。该方法包括：若干发射器中的每一者向相同数目个接收器发射信号，其中每一发射器向每一接收器发射大致相等的功率；使用向量预编码和向量均衡的结果来确定有待停用的接收器的子集，从而使得剩余接收器数目将小于发射器的数目；并且将先前用于发射的发射功率重新分配给目前停用的接收器，以便用于向未停用的接收器发射。在一种实施例中，所有未停用的接收器接收比它们在停用一个接收器子集之前已经接收到的发射功率更多的发射功率。根据本发明的第二方面中的方法的至少一个效果是能实现增强型通信。在根据本发明的第二方面中的方法的一种实施例中，至少在停用该接收器子集之后，一个发射器通过一个串扰路径发射该发射信号的一部分。在一种实施例中，这些未停用的链路中的一者是弱链路。在一种实施例中，将一个额外发射器添加到系统中。至少一个效果可以是每条线路的PSD约束可以放松。在一种实施例中，该方法包括通知分布点已添加一个额外接收器。在此通知之后，发射器的数目等于或超出根据该通知修改的接收器数目。至少一个效果可以是发射器向系统中的弱链路发射更多发射功率。

在根据本发明的第二方面中的方法的一种实施例中，将一个额外发射器添加到系统中。至少一个效果可以是每条线路的PSD约束可以放松。在一种实施例中，该方法包括通知分布点已添加一个额外接收器。在此通知之后，发射器的数目等于或超出根据该通知修改的接收器数目。至少一个效果可以是发射器向系统中的弱链路发射更多发射功率。

在根据本发明的第二方面中的方法的一种实施例中，该方法包括通知分布点已添加了一个额外接收器。在此通知之后，发射器的数目等于或超出根据该通知修改的接收器数目。至少一个效果可以是发射器向系统中的弱链路发射更多发射功率。在一种实施例中，一个发射器通过一个串扰路径发射该发射信号的一部分，这些未停用的链路中的一者是弱链路，并且一个额外发射器被添加到系统中。至少一个效果可以是每条线路的PSD约束得到放松。

在第三方面中，本发明涵盖一种用于改变具有多个电子通信连接的通信系统中的一组向量化线路的方法。该方法包括：更新发射速率信息；基于更新后的速率信息，更新发射速率要求；确定应发生发射速率重新配置；并且改变该通信系统中的该组向量化线路。至少一个效果可以是满足交替或以其他方式更新后的发射速率要求。

在第四方面中，本发明涵盖一种用于具有多个通信连接(明确地说是电子通信连接)的通信系统中的方法。该方法包括确定通信系统中的通信链路的数目和性质；并且使至少一个通信链路的各种方面向量化。根据本发明的第四方面中的方法的至少一个效果是向量化的复杂度降低。在根据本发明的第四方面中的方法的一种实施例中，向量化包括在任何时间点使一些但不是所有通信链路向量化。根据本发明的第四方面中的方法的实施例包括确定一条通信链路上的发射干扰该系统中的其他通信链路的通信。一种实施例进一步包括确定多个通信链路干扰该系统中的其他通信链路的通信。一种实施例进一步包括以下操作中的至少一者：电子地消除干扰该系统中的其他通信链路的通信的至少一个通信链路；以及不电子地消除干扰该系统中的其他通信链路的通信的至少一个通信链路。一种实施例进一步包括：停用干扰该系统中的其他通信链路的通信的至少一个通信链路；并且在不同于该系统中受到干扰的通信链路中的一者的时隙中服务被停用的链路。一种实施例进一步包括：停用干扰该系统中的其他通信链路的通信的至少一个通信链路；并且在不同于该系统中受到干扰的通信链路中的一者的时隙中服务被停用的链路。

根据本发明的第四方面中的方法的一种实施例包括将一束向量化的通信链路划分成向量化的通信链路的多个群组。在一种实施例中，每一群组小于整束中的链路的数目。此划分的至少一个效果是系统存储器要求减少。

根据本发明的第四方面中的方法的一种实施例包括在特定时间仅服务向量化的通信链路的子集，并且重新配置该系统中的发射器的PSD。至少一个效果可以是仅增强在此时接受服务的向量化的通信链路的子集的通信性能。

根据本发明的第四方面中的方法的一种实施例包括接收器向发射器提供基于均衡器系数的矩阵分析的结果。至少一个效果是这些结果可以在发射器处用作或提供预编码器系数。

在第五方面中，本发明涵盖一种用于初始化具有多个通信连接的通信系统的方法。在一种实施例中，这些通信连接被提供为电子通信连接。该方法包括：线路训练；估计信道特性；估计速率要求；向用户分配带宽；优化系统分时；初始化位于分布点中的预编码器，初始化位于CPE装置处的均衡器，并且调整分布点的频谱要求。在一种实施例中，线路训练包括收集关于信令和系统特性的数据。在一种实施例中，通过中央优化器来执行估计速率要求。在一种实施例中，该中央优化器执行向用户分配带宽。在一种实施例中，该中央优化器执行优化系统分时。在根据本发明的第五方面中的方法的一种实施例中，该方法包括起始发射。

在第六方面中，本发明涵盖用于通信系统中的分布点。该分布点包括：第一多个发射器，这些发射器被适配成与第二多个接收器通信连接；和一个预编码器，这个预编码器被配置成向这些接收器中的至少两者分配这些发射器中的至少一者的发射功率。在一种实施例中，该预编码器被配置成向这至少两个接收器分配用于来自该发射器的多径信号发射的发射功率。在根据本发明的第六方面中的分布点的一种实施例中，该分布点被适配成经由接合的通信连接将该发射器连接到这些接收器上。此外，该分布点被适配成考虑到在接收器侧上提供的均衡。至少一个效果是该分布点在分配发射功率时可以忽略与接合的通信连接之间的串扰有关的约束。在根据本 发明的第六方面中的分布点的一种实施例中，CPE装置被适配成执行根据本发明的方法的步骤。

在第七方面中，本发明涵盖一种用于通信系统中的CPE装置。该CPE装置被适配成与一个分布点中提供的第一多个发射器通信连接。此外，该CPE装置包括第二多个接收器和一个被适配成消除串扰的向量均衡器。在根据本发明的第七方面中的CPE装置的一种实施例中，该CPE装置包括至少两个用于经由至少两个通信连接向至少两个接收器发射数据信号的发射器，其中该CPE装置进一步包括一个预编码器，这个预编码器被配置成向这至少两个接收器分配至少一个发射器的发射功率以用于从这至少一个发射器向这至少两个接收器的多径信号发射。在根据本发明的第七方面中的CPE装置的一种实施例中，CPE装置被适配成执行根据本发明的方法的步骤。

在第八方面中，本发明涵盖一种具有多个通信连接的通信系统。在一种实施例中，这些通信连接是电子通信连接。该系统包括一个具有被适配成执行向量预编码和向量发射PSD的多个部件的分布点，一个串扰信道和多个具有被适配成执行向量均衡的多个部件的CPE装置。在一种实施例中，服务CPE装置的多个线路是接合的。在一种实施例中，该系统被配置成允许DP预编码器和CPE均衡器或者DP均衡器和CPE解码器的联合优化。在一种实施例中，该分布点被适配成控制该系统中的一些或所有元件。在一种实施例中，该分布点被适配成操作该系统以针对给定系统资源使通信能力最大化。在一种实施例中，给定系统资源是最低可能系统资源。在一种实施例中，该系统被配置成允许通过相对于速率要求自适应校正发射频谱来分解调适向量解码器和向量均衡器。在一种实施例中，该分布点被适配成控制分解调适过程以便使得用最低可能系统资源使通信能力最大化。

在一个变型中，第八方面中的本发明涵盖一种具有多个通信连接的系统。该系统包括一个分布点。该分布点包括多个发射器，这些发射器被配置成发射电子通信。在一种实施例中，该通信将是电子通信。该系统包括多个接收器，每一个此类接收器位于至少一个CPE装置中的一者处。该 系统包括至少一个CPE装置。该CPE装置包括一个或多个接收器，这些接收器被配置成接收通信。明确地说，这些发射器被配置成发射用于由接收器接收的通信。该系统包括位于该分布点与这至少一个CPE装置之间的串扰信道。

在根据本发明的第八方面中的一种实施例中，该CPE装置被配置成从一个发射器接收发射。此外，该CPE装置被配置成向该CPE中包括的接收器传达该发射。

在根据本发明的第八方面中的一种实施例中，该系统被适配成执行根据本发明的方法的一种实施例的步骤。

根据本发明的第八方面中的系统的至少一个效果可以是当与常规系统中的频谱利用比较时频谱利用得到改进。

这里描述的一些实施例阐述了一种通信系统，这种通信系统允许一个电子通信系统中的不同CPE用户之间的带宽资源的动态重新分配。新的并且经过改进的算法在该系统上操作以便将带宽资源从一个或多个在任何特定时间点需要小于全带宽的用户动态地重新分配给在该时间点需要较多带宽的一个或多个用户。一个效果可以是系统容量得到提高。另一个效果可以是在该系统中的最后一英里中提供新物理链路以实现额外系统容量的投资的边际比率小于常规扩容时的情况。又一个效果可以是缓和串扰的问题。在某些实施例中，肯定地使用串扰来提高系统容量。

一个实施例是一种用于增强具有多个电子通信连接的系统中的通信的方法。对于此系统，活跃发射器的数目大于活跃接收器的数目。在此系统中，一些发射器通过串扰路径发射以增强到达由这些串扰路径服务的特定CPE装置的信号。在该系统的此配置中，根据本发明的方法的实施例可以基本上(虽然不是排他性的)在所谓的“下游”或“下行链路”路径上操作。

在其他实施例中，该系统被配置成基本上(虽然不是排他性的)在所谓的“上游”或“上行链路”路径上操作。对于这些实施例中的某些实施例，这些接收器中的某些接收器被适配成从串扰路径接收通信。其效果是，可以增强来自特定CPE装置的信号。虽然在从DP到CPE装置的下行链路路 径中，但可以通过在DP侧添加发射器来增加总功率。然而，在一种实施例中，上行链路路径中却不是这种情况，而是CPE装置充当发射器而非接收器。在一种实施例中，在上行链路路径中，发射器的数目未增加，因为CPE装置的数目是根据情况给定，并且因此是预定的。然而，在一种特定实施例中，在上行链路路径中，可以在DP侧添加额外接收器。在DP侧添加接收器的一个效果(根据某些实施例中产生的情况)可以是增加系统增益，因此改进信号干扰噪声比（SINR)和增强通信质量。

一个实施例是一种用于增强具有多个电子通信连接的系统中的通信的方法。在此系统中，动态地修改PSD，从而使得需要小于全带宽的CPE装置将具有降低的信号质量，而需要更大或全带宽的CPE装置将具有更高的信号质量。

一个实施例是一种用于增强具有多个电子通信连接的系统中的通信的方法。在此系统中，处理用于少于由该系统服务的全部线路的线路群组的数据，并且为所有系统线路的此子集重新分配带宽。

一个实施例是一种用于增强具有多个电子通信连接的系统中的通信的方法。在分布点处收集和处理关于不同CPE装置的动态改变的带宽要求的数据。基于处理后的结果，分布点在由该分布点服务的各种CPE装置之间动态地重新分配带宽。

一个实施例是一种具有多个电子通信连接的通信系统。该系统被配置成执行用于一个接合的CPE环境中的多个CPE装置的预编码器和均衡器的联合优化。在某些实施例中，该系统被配置成针对一个或多个分布点处的预编码器和均衡器执行联合优化。在某些实施例中，该系统被配置成针对一个或多个CPE装置处的预编码器和均衡器执行联合优化。在某些实施例中，该系统被配置成针对一个或多个分布点处的预编码器和均衡器并且还针对一个或多个预编码器和一个或多个CPE装置执行联合优化。

在根据本发明的第八方面中的系统的一种实施例中，这些发射器被配置成在全带宽与小于全带宽之间改变发射功率水平。在一种实施例中，该CPE被配置成在接收器需要的带宽小于全带宽时发信号。在一种实施例中，该信号将提供关于带宽的信息。在一种实施例中，该信号将提供关于 此接收器需要的带宽的信息。在一种实施例中，该分布点被配置成接收一个指示一个接收器需要的带宽小于全带宽的信号。在一种实施例中，该信号是来自该CPE。在根据本发明的第八方面中的系统的一种实施例中，发射器被适配成以小于全带宽向需要小于全带宽的接收器进行发射。

在根据本发明的第八方面中的系统的一种实施例中，该发射器被适配成使用全带宽与用于向需要小于全带宽的接收器进行发射的带宽之间的差来进行发射，以用于向除了需要小于全带宽的接收器之外的接收器进行发射。

在根据本发明的第八方面中的系统的一种实施例中，该分布点包括被该预编码器分开的一个前面部分和一个后面部分。该前面部分将与该通信连接接口连接。该分布点被配置成独立于该前面部分而控制该后面部分。至少一个效果可以是针对在该后面部分中处理的给定数目的数据信号，其中提供每一数据信号以供相关联的接收器接收，该分布点的大于数据信号数目的数目个发射器可以用于信号发射。

在根据本发明的第八方面中的系统的一种实施例中，根据第七方面中的本发明提供该分布点。在根据本发明的第九方面中的系统的一种实施例中，根据第八方面的本发明提供CPE装置。在根据本发明的第九方面中的系统的一种实施例中，该系统被适配成执行在根据第一至第六方面中的任一方面中的本发明中的方法的步骤。

各种实施例不受传送数据所用的物理信道的限制或约束。因此，各种实施例是电缆，但是其他实施例是有线电话或其他有线通信，并且其他实施例是无线的。

各种实施例不受拥有或操作一个系统的方式的限制或约束。因此，各种实施例可以全部由单一实体来拥有和操作。在某些实施例中，一个系统完全是私有的。在某些实施例中，在设备由向一个或多个其他团体提供服务的一个团体拥有的意义上，系统完全是公有的。在某些实施例中，该系统包括所有权或操作的一个划分，其中，举例来说，一个中央局和多个分布点由一个团体拥有和操作，而多个CPE装置由一个或多个其他团体拥有和操作。

除非另有明确声明，否则这里还披露技术上可能的根据各种方面中的本发明的实施例的特征或元件的任何组合，即包括跨越各种方面和实施例的组合。

附图说明

本文中仅借助于实例参看附图描述这些实施例。不尝试示出比基本理解实施例必需的实施例的更详细的结构细节。在图中：

图1图解说明一个多用户通信系统的一个实施例；

图2图解说明一个描述一种用于在通信系统中供应数据发射的方法的一个实施例的流程图；

图3图解说明描述一种用于在通信系统中优化发射参数的方法的一个实施例的流程图；

图4图解说明能够在一个分布点与一个CPE装置之间进行通信的多用户通信系统的一部分的一个实施例；

图5图解说明描述一种用于在一个分布点与一个CPE装置之间进行通信的方法的一个实施例的流程图；

图6A图解说明一个分布点与一个CPE装置之间的多用户通信系统的一部分的一个实施例；

图6B图解说明修改图6A中图解说明的系统的系统的一个实施例，其中所有功率都被分配给少于全部数目的接收器；

图7图解说明向少于发射器数目的若干接合群组分配多个发射器的发射功率的系统的一个实施例。

具体实施方式

在此描述中，以下符号具有指定含义：符号

^u 接收信号向量

F 信道矩阵的本征值的对角线矩阵

Y 发射协方差矩阵的本征值的对角线矩阵

Cn 噪声协方差矩阵

Cx 发射协方差矩阵

G 向量均衡器矩阵

Gmse 用于最小均方误差均衡器的向量均衡器矩阵

Gzf 用于迫零均衡器的向量均衡器矩阵

n 噪声向量

P 向量预编码器矩阵

Pmse 用于最小均方误差预编码器的向量预编码器矩阵

Pti 用于配置ti的预编码器矩阵

Pzf 用于迫零预编码器的向量预编码器矩阵

u 发射信号向量

V 信道矩阵的本征向量的矩阵

μLMS 更新算法的步长

μ′ 注水算法的注水水平

fi 信道矩阵的第i个本征值

yi 发射协方差矩阵的第i个本征值

Etx 发射信号功率预算

fsym 符号频率

L 束的线路的数目

Lr 活跃接收器的数目，等于数据发射的数目

Lt 活跃发射器的数目

Nmac 每秒的乘法累加运算的数目

pmax 每副载波发射功率限制

在此描述中，以下缩写具有指定含义：缩写

AFE 模拟前端

CPE 客户驻地设备

位于用户场所的通信装置。计算机硬件装置，例如服务一个特定场所的个人计算机或本地服务器，是CPE装置的实例。进行用于发射、接收或发射与接收的无线通信的无线单元是其他实例。进行用于发射或接收或发射与接收的有线通信的有线单元是其他实例。此类有线单元可以通过铜线、电缆或其他物理介质通信地连接到通信主干线上。

DFE 数字前端

DP 分布点

DSM 动态频谱管理

2级DSM DSM的一种类型，也称为“2级DSM频带偏好”或“DSM频谱优化”

FTTdp 光纤到分布点

FTTH 光纤到户这是比FTTdp更普遍的术语。

IPTV 互联网协议电视

LMS 最小均方

MIMO 多输入多输出

MMSE 最小均方误差

ONU 光网络单元

PSD 功率谱密度

SINR信号干扰噪声比。

这有时被称为“SNR”，是“信噪比”的缩写，但是这里使用SINR来表明噪声可以是环境噪声(SNR中典型的情况)、发射信道噪声（比如，举例来说，由功率放大器引起的热噪声)、另一数据发射或干扰，或其他噪声。

SRA无缝速率适配，VDSL的一种形式。

TDMA时分多址

在此描述中，以下术语具有指定含义：“接合”是多个DSL连接(典型地是铜线)被通信地连接以便提供增量带宽用于高速连接(典型地但并不一定是以太网连接)的方法。类似地，“接合系统”是多个DSL连接已经被连接或“接合”的系统。

“全带宽”。在具有r数目个接收器的系统中，一种情况是每一接收器在特定时间接收相同发射功率，这是在该时间每一接收器接收“全带宽”的情况。举例来说，四个发射器中的每一者同时发射一瓦的功率，在该时间两个接收器在接收此类发射，如果每一接收器在这个时间点接收两瓦，那么每一接收器在接收“全带宽”。相比之下，如果在该时间第一接收器在接 收1.5瓦，并且第二接收器在接收0.5瓦，那么第一接收器在该时间将在接收超过“全带宽”，而第二接收器在该时间将在接收小于“全带宽”。

“最后一英里”是从通信中央局到客户或用户的通信系统的最终支路。典型地，是从系统主干线到CPE装置的距离。这有时候也称为“最后一千米”。在许多系统中，并且当然对于大部分客户，“最后一英里”实际上比一英里短很多，并且典型地约达250米。然而，在一些情况下，尤其是非城市地区，最终支路可能实际上超过一英里。在此描述中，目的是通信系统的最终支路，也就是说，从系统主干线到CPE装置的距离。不期望特定的地理测量值。

“PSD配置”。在具有两个或更多个发射器的系统中，在特定时间各种发射器的发射功率的特性是在该时间该系统的“PDS配置”。PDS配置将告诉每一发射器它在特定时间的各种消息的发射功率。

“频谱利用”是一个系统中的可供使用的发射功率在特定时间的使用。在特定时间，一个接收器对频谱的需求可以比第二接收器更大，或者根据一些优先规则，在此时，第一接收器对频谱的权利可以比第二接收器更高。在此时，如果根据特定时间的需求和优先规则给第一接收器分配比第二接收器更多的发射功率，则频谱利用被称为“得到改进”，或者频谱被称为“得到优化”。

“有线通信”包括通过电缆、通过绑在一起的一对或更大数目的电话线路进行的通信，或通过包括电缆或电线式通信的任何其他通信进行的通信。“有线”是作为电缆、有线电话或任何其他种类的用于通信的有线结构的线路。“有线通信”或“有线连接”是有线通信发生的路径。

“无线通信”包括通过无线(可以是陆地或卫星、蜂窝式或陆地移动、微波或亚微波或任何其他种类的无线通信)进行的通信。“无线通信”或“无线连接”是无线通信发生的路径。

“混合通信系统”是包括两个或更多个有线通信单元之间的至少一个有线连接还有两个或更多个无线通信单元之间的至少一个无线连接的系统。在各种实施例中，这里的描述包括作为混合通信系统的系统。

“弱链路”是链路群组的一部分的通信链路，其中该弱链路被认为具有比其他链路中的至少一些相对弱的接收。在技术术语中，弱链路的SINR比该群组中的其他链路中的至少一些链路的SINR相对低。弱链路的弱性可能归因于这样的事实：此链路比其他链路相对更长，或者比其他链路相对更老，或者比其他链路相对降级更多，或者比其他链路相对经受更多的环境干扰，或者出于使得弱链路比该链路群组中的其他链路中的至少一些相对更弱的某种其他原因。

“放松约束”是在特定链路中提高功率因此提高带宽的一种方式。约束通常是由法律规章(例如每线路发射的最大发射功率)或由技术要求(例如无法在不导致不需要的副作用的情况下提高功率)引起的。

图1图解说明一个多用户通信系统的一个实施例。存在一个中央局100，包括一个中央优化器110和一个或多个光网络单元120A和120B。中央优化器110优化中央局100与系统的下游部件之间的通信。中央局100中的ONU单元120A和120B通过一个典型地是光纤电缆的光学连接与中央优化器110和下游ONU单元130A和130B直接通信，典型地为光纤电缆的光学连接上的增益。来自中央局110的下游通信可以在多个路径中流动。根据一条路径，通信从中央局110流动到ONU120A，流动到下游ONU130A，其中130A是分布点140A的一部分，该分布点是通过串扰信道150与CPE设备160A和160B的连接。DP140A与CPE设备160A和160B之间的链路可以是有线或无线链路，但是典型地(非排他地)是铜线。上游通信在恰好相反的路径中行进，通过串扰信道150从CPE设备160A和160B到DP140A，到ONU130A，典型地通过光纤电缆到ONU120A，并且最后到中央局100中的中央优化器110。

根据第二通信路径，通信从中央局110流动到ONU120B，流动到下游ONU130B，其中1130B是分布点140B的一部分，也就是通过仅服务来自该特定DP140B的线路的串扰信道170的连接。通信于是从串扰信道170流动到服务多个分布点的串扰信道150，然后流动到CPE设备160C和160D。DP140B与串扰信道170之间的链路可以是有线或无线链路，但是典型地(非排他地)是铜线。串扰信道170与CPE设备160C和160D 之间的链路可以是有线或无线链路，但是典型地(非排他地)是铜线。上游通信在恰好相反的路径中行进，通过串扰信道150从CPE设备160C和160D到串扰信道170，到DP140B，到ONU130B，典型地通过光纤电缆到ONU120B，并且最后到中央局100中的中央优化器110。

这些并不是仅有的可能的通信系统结构。此类结构的另一非限制性实例将仅仅是第一通信路径，其中一个串扰信道服务所有线路。因此，该系统将包括100、110、120A、130A、140A、150和160A和160B。此类结构的另一非限制性实例将是不存在用于单个DP的串扰信道的情况，因此，恰好是图1中示出的结构，但是不具有串扰信道125。

如图1中所示，一些实施例示出了由经由光纤电缆(也称为光纤到分布点“FTTdp”)连接到主干线上的多个较小分布点（DP)组成的接入网络拓扑。每一分布点服务于DP与客户驻地之间的最后一英里(典型地但非排他地，通过铜线)上的固定数目的用户，例如8个或16个用户。

就位的系统将执行系统初始化以便为通信做好准备。如图2中所示，将存在线路训练200，其中收集关于信令和系统特性的数据。基于此类数据，执行信道估计210。然后典型地通过中央优化器110执行速率估计220。将初始频谱分配给各种用户，并且使用外优化算法规划分时优化230。频谱分配和分时优化230被视为是“全局”的，因为它是指所有CPE装置，并非用于任何特定DP的装置。接着，针对由特定DP服务的线路中的每一者执行预编码器和均衡初始化以及初始频谱调节240。步骤240被认为是“局部的”，因为这个步骤是针对每一DP并且针对每一DP内的线路完成，而非跨越DP完成。然后，该系统准备好开始数据发射250。

在本文所述的各种实施例(系统和方法)中，通过一种算法来提供动态资源分配，该算法计算用于分布点内的信号预编码、均衡和频谱管理的局部设置。在这些各种实施例中的一些中，还应用外优化算法来增强系统和方法的有效性。

一些实施例描述用以在分布点上实施带宽资源重新分配的各种系统和方法，其中MIMO处理可供使用。在各种这些实施例中，也可以应用外优化算法。

一些实施例示出了为发射器、接收器和对应发射线路的预定义选择计算预编码器和均衡器系数，该预定义选择是根据外优化算法选择的。在各种这些实施例中，也可以应用外优化算法。

一些实施例示出了发射频谱和MIMO信号处理的联合优化。在各种这些实施例中，也可以应用外优化算法。

用户带宽速率要求极频繁地变化。不同用户具有不同带宽需求和随时间的不同变化。如果一些用户、因此一些通信线路在特定时间点并不需要全带宽，那么可以使用来自这些线路的容量来增强在相同时间点需要更高带宽的线路的性能。首先，需要通过快速优化方法。为了实施快速数据速率变化，使用用于快速数据速率变化的快速线性优化算法。第二，此处描述的各种实施例相对于当前速率要求执行串扰消除器系数和发射频谱的联合优化。这些实施例需要用来寻找发射设置的局部最优配置的方法。这里描述的各种实施例暗示了用来搜索用于通信系统(尤其是有线通信系统，但无线和混合系统也可受益于这些实施例)的局部最优配置的方法。大部分（非排他地）在分布点处执行此类方法。各种实施例考虑到这些分布点的计算和功率消耗局限性。

在各种实施例中，这些分布点测量上游业务的接收噪声，并且从CPE装置请求下游噪声信息。在有线发射系统中，假设信道噪声特性几乎随时间恒定。在训练过程中估计信道和噪声特性。在中央优化器内计算发射功率和发射时序。基于信道估计在分布点内局部计算其他的参数，例如预编码器和均衡器的系数，以及对发射PSD的精细调节。

基于计算出的系数和其他局部设置，通过分布点将所得速率传送到运行分时优化的中央优化器。为了遵循外部噪声和信道特性的缓慢时间变化，每当启用给定配置时就更新这些系数。

图3图解说明描述一种用于在通信系统中优化发射参数的方法的一个实施例的流程图；在已经通过初始化供应了通信之后，必须定期更新该系统以在进行中的基础上优化发射参数。在某些实施例中，每当启用新配置就更新该系统。图3图解说明在活跃数据发射过程中对发射参数的重新配置。基于在活跃发射过程中收集的信息来更新信道估计300。然后更 新预编码器、均衡器和发射频谱（发射功率）310。然后更新发射速率信息320。基于关于能实现的速率的新信息和对来自用户的数据速率要求的更新330，确定对于“是否有必要重新配置？”这个问题的回答340。如果答案是“否”，则不执行重新配置，并且系统等待下一轮更新。如果答案是“是”，则重新计算分时信息350，在此之后系统等待下一轮更新。

图4图解说明能够在一个分布点与一个CPE装置之间进行通信的多用户通信系统的一部分的一个实施例。分布点400准备用于发射的信号向量。分布点400产生一个矩阵，如下文更全面描述，并且实施算法，也如下文更全面描述，来实施DP与CPE装置之间的通信的预编码、均衡和/或发射频谱优化。在一种实施例中，可以执行PSD成形。此信息由DP300发射到串扰信道410，该串扰信道向位于每一CPE装置中的均衡器420传达该信息。

已经在从分布点流动到CPE装置的发射的背景下解释图4中的结构。这通常被称为“下行链路”或“下游”路径。在称为“上行链路”或“上游”路径的相反方向上使用相同结构。也就是说，通信也可以从CPE装置流动到DP。

实施局部优化的实施方法是图4中示出的结构的必然结果。图5中示出了此方法的一个实施例。在图5中，在分布点处对关于动态PSD成形的信息进行预编码500。将此信息从DP发射510到串扰信道。然后，通过串扰信道将该信息传送520到每一CPE装置，其中该信息通过CPE装置内的均衡器得到均衡530。

同样，图5示出了一种关于下游路径的方法，但该方法可以颠倒，即关于上游路径来使用，其中在CPE中进行动态PSD成形，在DP处进行均衡，并且消息从CPE装置流动到串扰信道到达DP。

作为下游路径的一个非限制性实例，考虑MIMO发射信道，是通过信道矩阵（或在多载波系统的情况下为多个信道矩阵)来描述，具有一个信道矩阵H、一个预编码器矩阵P和一个均衡器矩阵G。通过以下等式来计算接收信号向量：

优化算法选择活跃发射器的数目L_t和服务接收器的数目L_r。在用于下游的通用情况下，均衡器矩阵G具有L_r×L_r的大小，信道矩阵H具有L_r×L_t的大小，并且预编码器矩阵P具有L_t×L_r的大小。在上游方向中，预编码器矩阵的大小为L_t×L_t，信道矩阵的大小为L_r×L_t，并且均衡器矩阵的大小为L_t×L_r。

通过选择对应于活跃接收线路的完整矩阵的行并且选择对应于活跃发射线路的完整矩阵的列，从完整信道矩阵产生用于活跃发射器和接收器的特定的子集的信道矩阵。

作为一个非限制性实例，考虑经由发射器1、2、5和8在一个8对线束的线路2和5上服务CPE的情况。在以下两个等式中示出了这些结果。在这些等式中，P_ds是下游向量预编码器矩阵，H_ds是下游信道矩阵，G_ds是下游向量均衡器矩阵向下，P_us是上游向量预编码器矩阵，H_us是上游信道矩阵，并且G_us是上游向量均衡器矩阵向下。

归因于系统拓扑，对于预编码器和均衡器矩阵存在一些限制。在下游，仅描述一个DP内的连接的预编码器矩阵元素不等于零，并且仅描述相同CPE内的连接的均衡器元素不等于零。在上游中，一个DP内的耦合的均衡器矩阵元素不等于零，并且相同CPE内的预编码器元素不等于零。

取决于信道特性，由于噪声效果的缘故，对角化预编码器或均衡器可能是次最优的。替代的方法是相对于最小均方误差、MMSE滤波器或非线性预编码器和均衡器的最优系数。针对发射频谱优化，可以应用例如注水、迭代注水或频谱平衡算法等算法。

逐渐地，有线通信系统在且将在相对高频率下、在铜电缆束的相对较短距离（例如，100米，但是这个数值可以上下变化）上工作。单一分布点仅服务线束的少量双绞线。在高频率下，双绞线之间的串扰连接明显地比现存ADSL和VDSL系统中更高。

在一些情况下，串扰连接路径的强度等于或者大于双绞线电缆上的直接路径的强度。其结果是，因为串扰连接而丢失给其他线路的发射信号功率的一部分无法忽略。在许多情况下，不能同时在高带宽下独立地服务多个线路，因为线路之间的干扰很强。

因此，可能需要例如TDMA和/或MIMO信号处理等任一正交接入方案来使用电话线路进行高频率发射。

传统上，对于电话线路上的信号发射的发射功率存在两个限制。一个限制是线路驱动器的最大发射功率。随着带宽提高，线路驱动器的效率和因此可用的发射信号功率减小。电话线路上的最大发射功率的第二限制来自法律规章，并且是由界定最大发射频谱的发射PSD掩码限定。PSD掩码限定一个硬上限，任何时间在任何线路或在任何频率上都不得超过这个上限。

如果使用MIMO预编码，那么对于在线路上发射的信号必须满足此约束。频谱管理算法限定预编码器的输入端处的频谱，从而满足速率要求，但该算法还考虑到预编码器的输出端处的发射频谱的约束。

由于不完全串扰消除引起的残余串扰噪声，并且由于需要遵守发射频谱和发射功率约束，所以减少不需要全带宽的链路上的发射功率是有益的。此减少可以减少其他线路中的串扰，或者允许其他线路使用更高的信号功率，或同时允许这两种情况。还可以减少发射功率以节省功率。

必须解决两个问题以便实施发射方案，该发射方案能够使发射频谱频繁变化。首先，发射频谱的快速变化在线束中引起非静止干扰，这可能引起发射错误。其次，系统要受益于减少的发射功率，就需要重新计算MIMO预编码器和均衡器系数。

使用所有收发器在多对不同预定义配置之间同步地切换的发射方案来解决非静止噪声的问题。那么，线路上的噪声条件是非静止的，随着配置切换而改变，但是对于每个单一配置，噪声环境实际上是静止的。

在DP的初始化的第一训练阶段，或在新线路的加入时，估计信道特性并且将这些信道特性发射到中央优化器。中央优化器估计能实现的速率，并且识别所关注的配置。

在接下来的训练阶段中，识别所关注的配置的物理发射参数，这些参数是通过分时优化来选择的。当该配置包括多个活跃发射时，需要对发射频谱以及预编码器和均衡器系数的迭代优化。

一般迭代注水算法如下工作：

第一步骤是计算MIMO信道的本征值分解。

Φ=diag(φ₁，…，φ_L)

根据以下等式H_dsi限定下游中的信道i的信道矩阵H，并且根据以下用于H_usi的等式限定上游中的信道ⅰ的信道矩阵H。标准情况是从单一线路服务每一用户。此定义对于每个频调和每个线路得到一个非零本征值。然后针对对应于一个用户的所有本征值执行注水步骤。向本征值群组应用注水，对于该群组，总功率约束是有效的。对于有线信道，针对多载波系统的对应于同一收发器的所有频调完成此操作。

H_usi=[h_i1 h_i2 h_i3 h_i4]

然后，在注水步骤中识别所关注的本征向量。

需要扩展注水算法考虑最大发射频谱以及最大位负载需要的最大所需SINR。因此，引入上限功率p_max，该上限功率是最小PSD和最大位负载的所需功率。

为了简化命名，假设本征值φ_i以升序排序。接着，将这些本征值分组成三个群组。对于信道i=1,...,l，成立。对于信道i=l+1,...,k， 成立。

对于第三群组，信道是ⅰ=k+1,...,L，其中

此步骤需要多次重新计算，直到满足以上两个条件为止。最后步骤是重新计算发射协方差矩阵C_x。

C_x=Vdiag(ψ₁,...ψ_L)V^H

根据以下等式计算发射功率按比例缩放矩阵。

在多个独立连接的情况下，在迭代过程中针对每个连接完成此操作。然后，针对每个连接多次重复该注水算法，同时当前噪声和干扰状况(包含在噪声协方差矩阵C_n中)在每个迭代步骤中变化。

对于连接线路独立(也就是说，每个CPE一条线路)的标准情况，发射协方差矩阵是对角矩阵。于是，信道矩阵的本征值的根据以上等式的的值对应于线路ⅰ上的接收噪声加干扰功率。通过根据上文针对线路ⅰ上的ψ_i的等式以功率ψ_i进行发射来完成发射信号成形。

注水频谱优化收敛到总和速率最优点。这可以扩展到加权总和速率优化。然后，使用额外最初重构步骤来基于多次迭代而计算最终功率分配。

针对公平性优化，也就是说，为了使最低数据发射速率最大化，该算法需要额外协调。将获得的速率传送到中央优化器，并且该中央优化器计算每一链路的总功率，并且将总功率传送回到分布点。该算法计算平均速率，在数据速率低于平均数据速率的情况下增加所有链路的总功率，并且在链路速率高于平均数据速率的情况下减小所有链路的总功率。

图6A图解说明一个分布点与一个CPE装置之间的多用户通信系统的一部分的一个实施例。在图6A中，在左侧600A存在四个发射器，这些发射器产生四个信号610A，这些信号到达四个接收器620A。图6A本质上图解说明这多个发射器与这多个接收器之间的具有身份的4个活跃信道。

图6B图解说明修改图6A中图解说明的系统的系统的一个实施例，其中所有功率都被分配给少于全部数目的接收器。在图6B中，在左侧600B存在两个发射器，这些发射器产生四个信号610B，这些信号到达两个接收器620B。图6B本质上图解说明这多个发射器与这多个接收器之间的具有身份的两个活跃信道，但到达每一接收器的功率相对于图6A中示出的功率已经翻倍，因为图6B中的每一接收器各自以图6A中示出的发射的功率的两倍进行发射。

发射链路可能较弱。举例来说，一束较短线路中的一条相对长的线路将倾向于具有比这些较短线路弱的接收。在此情况下，可能必须或最好在其他线路不在发射的时隙中服务此较弱线路，并且因此避免来自相对更强的线路的干扰。在此情况下，可以使用预编码器通过在未使用的发射器上发送相应预编码的信号来在弱线路的接收器处增强信号。

作为一实例，假设数目为L_r的活跃接收器，这意味着发射和接收数据向量u和的大小为L_r×1。在物理信道上，使用L_t≥L_r个信号来建立数据流。因此，下游预编码器矩阵的大小为L_r×L_t。此方法尤其但非排他地在较高频率下增强信道容量，并且因此因用于为每一接收器发射数据的较高总发射功率而增加弱线路（例如相对更长线路)的容量。

在以下等式中提供用于迫零和MMSB优化的必需的预编码器和均衡器矩阵。为了考虑到发射功率约束，已经将比例因子添加到预编码器等式中。选择该比例因子，以便满足所有发射功率约束。通过矩阵考虑频谱优化。

G_zf=(H^HH)^-1·H^H

最终预编码器矩阵包含三个部分。

比例因子s

串扰消除部分

发射频谱Cx

首先计算串扰消除部分。计算发射频谱，以便满足速率要求。选择比例因子，以便满足PSD限制和发射功率限制。在一种实施例中，可以使用自适应算法计算比例因子。

在一些硬件实施例中，可以使预编码器矩阵的三个部分相乘以建立单一预编码器矩阵。在其他实施例中，这三个部分可以保持独立。

如果存在三个硬件部件，则将需要更多存储器和更多乘法，并且更新算法可能变得更加复杂。

如果在DP侧应用不活跃链路上的功率重新分配，则CPE装置不需要任何变化，因为仍然存在一个以一个CPE为目的地的数据流，并且信号被预编码，使得在CPE接收信号中干扰得到缓解。与标准情况相比，CPE装置经历更高的接收信号电平，并且因此经历更高的SINR。使用此预编码和均衡方法，可以用比单一线路速率高的速率服务相对较弱的线路，并且因此在较弱线路上也保证服务质量。这里已经假设“较弱”线路是 相对更长的线路，但一个线路将被视为相对“弱”可以存在其他原因，例如干扰或重大需求或由于其他因素，并且因而可以通过此方法受益。

实施例的一个实例是一个服务两条线路的系统，其中线路1和2在完全向量化的情况下并未实现所需的数据速率。该系统于是可以使用两个消除器设置：Pt1和Pt2，其中时间t1与t2之间的比率是满足性能要求所需要的。预编码器矩阵使用紧接着以下用于4×4和4×2配置的等式中示出的系数。

取决于用于加权总和速率或公平性优化的优化权重，可以针对活跃发射器和活跃接收器的相同配置建立不同频谱分配。

对于一些链路正在请求低于其保证最小值但仍然非零的数据速率的情况，存在一种实现此链路上的必需速率并且允许完全激活的链路上的额外发射功率的功率分配。

有必要在所有链路活跃但具有不同功率分配的情况下使用不同配置，以便对于弱串扰或接近于理论最优而操作的串扰消除的情况实现最优配置。

图7图解说明向小于发射器数目的多个接合群组分配多个发射器的发射功率的系统的一个实施例。在图7中，700示出了4个活跃发射器，每一发射器发射一个信号。710示出了这些发射器发射的4个信号。720是4个活跃接收器，每一接收器从这4个发射器中的每一者接收一个信号。730示出了两个接合群组：接合群组1，包括两个接收器，以及接合群组2，包括两个其他接收器。

在接合系统中，多个发射线路服务单一CPE装置。在此系统中，用于下游的额外向量均衡器和用于上游的向量预编码器可以集成到该CPE中。对于此设置，不同地计算预编码器系数，因为同一CPE的线路之间的干扰在接收侧被部分地消除。

然后，通过用于迫零或MMSE优化的以下等式提供均衡器矩阵。

G_zf=((HP)^H(HP))^-1·(HP)^H

此方法对发射PSD优化具有重要的影响。因为一个CPE的线路之间的串扰不需要在DP侧处通过预编码来消除，所以最优发射PSD不再由对角矩阵界定，并且该最优发射PSD允许同一接合CPE群组的线路之间的串扰。

举例来说，对于具有四个线路其中线路1和2在CPE1处终止并且线路3和4在CPE2处终止的系统，预编码器和均衡器矩阵可以如紧接着下面的两个等式中示出一样扩展。在这两个等式中，P_ds是下游向量预编码器矩阵，G_ds是下游向量均衡器矩阵，P_us是上游向量预编码器矩阵，并且G_us是上游向量均衡器矩阵。

可能无法对线束的所有线路进行向量化。当在不同分布点处终止的线路之间存在干扰并且其间没有充足接口时，可能会出现这种情况。如果用来在一个分布点的所有线路上进行预编码和均衡的计算资源无法使用或者就是不充足，则也可能会出现这种情况。

向量化预编码和均衡的复杂度随着活跃线路的数目成平方地增加。为了减少所需计算和存储器资源，可以实施部分串扰消除。此方法将一些预编码器和均衡器系数迫零，并且因此减少所需存储器和计算操作。

可以使用部分串扰消除来进行高频率有线通信。然而，归因于较小的向量化群组大小，并且还归因于高频率，将一些系数迫零将导致某种性能下降，可能是显著的下降。

一些实施例可以抵消此性能下降。L条线路的大向量群组可以分离成两个或更多个在单独时隙中得到服务的较小向量群组。对于这些较小群组中的每一者，可以消除串扰。向通过时隙分开的较小群组应用部分串扰消除将减少计算复杂度和存储器消耗。举例来说，假设L条线路的一个向量群组分成两个相等大小的较小向量群组，也就是说，每一群组为一半大小L/2。这两个较小群组将在不同时隙中接受服务，这将使计算复杂度减少到1/4，并且将存储器消耗减少到1/2。因为线路驱动器的仅一半被同时启用并且向量化计算消耗更少功率，所以也减少了功率消耗。对于这些较小群组中的每一者，串扰被完全消除，同时这些群组在不同时隙中接受服务时，这些群组之间不存在串扰。此方法还可用于同一电缆束中的多个分布点。

此外，可以选择用所有L个发射器来服务L/2个接收器的两个群组。对于此情况，存储器消耗等于完整向量群组，但计算操作的数目减少到1/2。通过应用图6A和6B中示出的方法，活跃链路的信噪比与所有链路活跃的情况相比可能更高。

然而，在上文所论述的部分串扰消除的各种实施例中，必须考虑到各种系统约束。这些约束包括计算资源、存储器资源、信令带宽和功率消耗。

为了应对有限的计算资源，必须保证所需MAC（乘法-累加)运算的数目不会超过任何时隙中的可用的最大值。在该系统中仍然可以应用功率重新分配。于是，通过紧接着下面的等式规定所需MAC运算的最大数目。

需要应对的第二个约束是有限的存储器资源。所有活跃配置上的所需系数的总和是与存储器资源有关的限制因素。因此，为了应对存储器资源的限制，在多个配置中重新使用系数是有益的。乍一看，这可能好像与图6A和图6B中图解说明的方法矛盾。然而，使用紧接着下面的两个等式中示出的特殊的系数计算方法可以解决这个明显的矛盾。

G_zf=H^-1

这种解决方案需要方形信道矩阵。将信道矩阵选择成大小为L_t×L_t，其中L_r<L_t。于是，不再需要针对每种配置存储单独的系数集合。发射线路是经反转的子矩阵中的一者的线路的子集的所有配置可以共享相同系数，如以下等式中所指定。

举例来说，假设一个系统由具有2048个副载波的8条线路组成。此系统将需要8·8·2048=131072个复合系数。如果这些线路分成两个4条线路的群组，例如，群组1具有线路1至4并且群组2具有线路5至8，那么这些系数可以用于所有配置，其中群组1的线路的某种任意选择是活跃的，或者群组2的线路的某种任意选择是活跃的。所需系数的数目是2·(4·4·2048)=65536。

通过发射协方差矩阵C_x限定的输出信号比例s和发射PSD仍然对于每种配置都不同。

需要应对的第三约束是有限的信令带宽。对一条线路进行预编码/均衡所需的信令带宽与同时活跃的干扰线路的数目成比例。为了减少信令带宽，可以将同时活跃的线路的数目限制于数目L_i<L。这减少了所需带宽bw，如紧接着下面的等式所示出。

需要应对的第四约束是功率消耗。功率消耗是对于分布点的重要的硬件约束，尤其是当使用远端功率馈送时。消耗最多功率的部件是数字前端（DFE）、模拟前端（AFE）和线路驱动器。

DFE的功率消耗与预编码器和均衡器矩阵的大小有关，并且因此与平均矩阵大小L_t×L_r成比例。模拟前端的功率消耗与活跃链路的数目L_i成 比例。因此，为了在AFE中节省功率，可以使用收发器（发射器和接收器两者)的完整能力来应用图6A和图6B中图解说明的方法，或者可以使用减少数目的额外收发器来应用该方法，或者可以根本不应用该方法。在此方法的实施有很大的灵活性，并且因此有包括该方法或根据情况不应用该方法的许多可能的实施例。

线路驱动器的功率消耗不仅仅取决于活跃发射器的数目，而且还取决于发射功率。因此，最小化发射功率是用于频谱优化的额外准则，这将在某些实施例中得到应用。

在一些情况下多个分布点之间的串扰消除将不可行，因为必须实时交换高数据量以便实施串扰消除。如果在多个分布点之间应用串扰消除，则分布点之间的可供使用的带宽是有限的，并且应当实施用于应对这四个系统约束的所描述方法中的一些或全部以便减少所需带宽。

此外当不可能交换实时信号时，可以对多个分布点进行联合频谱优化。仅有的要求是分布点须得到同步。

来自其他分布点连接的未被消除的串扰被认为是噪声，并且因此也需要对消除器系数的调节。

为了实施的目的，在活跃数据发射过程中的用于训练的优化程序和用于重新配置的程序是不同的。初始优化是基于信道估计数据。相比之下，用于重新配置的优化是发生在活跃数据发射过程中，因此优化是基于实际噪声测量和所实现的发射速率来完成的。此外，仅从活跃链路得知动态速率要求，并且因此在重新配置过程中而不在初始化过程中计算这些动态速率要求。图2和图3分别示出了初始化和更新。

在无线系统中，信道特性相对频繁地变化。因此，在无线系统中相对频繁地执行图3中示出的信道估计和更新，甚至在一些情况下达到对于每个发射的帧都进行信道估计和更新的频繁程度。与无线通信相对比，在有线通信中，信道随时间缓慢变化。因此，在有线系统中，不是像每个框这样频繁地重复信道估计，而是通过更新算法来校正现存估计以便适应信道的缓慢变化。

有线通信系统中常常使用的一种算法是LMS算法。这是一种众所周知的算法，其中重复估计并且进行测量，迭代地收敛于最小均方误差。存在一个残余误差，这个残余误差取决于步长，但是在步长较小的情况下，可以获得高精度，这意味着信号质量得到优化。

在LMS的一种实施中，用有限数目的位来存储用于预编码和均衡的系数。因此，步长有一个下限，这个下限是一个位。如果步长太高，那么残余系数噪声将降低系统性能，并且在某一个点，更新将变得不稳定，并且开始发散。因此，调节不佳的信道可能需要大量系数位来运行LMS算法。因此，运行LMS算法可能不切实际，原因在于缓慢收敛和高存储器要求。

紧接着下面的两个等式规定了给定系统的更新规则，其中μ是LMS步长。

P^[t+1]=P^[t]+μ_P·e·x^H

G^[t+1]=G^[t]+μ_G·e·y^H

这两个等式对于预编码器和均衡器矩阵是非方形矩阵的情况也能奏效。对于现有技术系统中使用的方形或对角预编码器和均衡器，使用不同的更新规则。

如果系统中存在预编码器和均衡器并且这两者都经过调适，则需要消除更新的相互影响以便保证系统的稳定性。

在给定设备中，我们建议通过对预编码器输出比例因子s进行独立调适来进行分解。

s^[t+1]=s^[t]+μ_s·(1-max(diag(PP^H)))

在预编码器输入信号符合PSD时的任何情况下这都确保了预编码器输出符合PSD约束，并且这还保持了不同线路的发射功率之间的相对按比例缩放。

于是，通过预编码器矩阵的独立第三分量来限定频谱优化，该第三分量是发射协方差矩阵相对于数据速率要求来独立地调适发射频谱。

为了清楚起见已经在单独的实施例/情况的背景下描述的实施例/情况的某些特征也可以在单一实施例/情况下在各种组合中提供。相反，为了简洁起见已经在单一实施例/情况的背景下描述的实施例/情况的各种特征也可以分别地或在任何合适的子组合中提供。实施例/情况的应用不限于在说明、图式或实例中设置的方法的操作步骤的次序或顺序的细节或装置的实施的细节。另外，图中图解说明的各个框本质上可以是功能性的，并且不必对应于离散的硬件元件。虽然已经参照以特定次序执行的特定步骤描述和示出了本文披露的方法，但是应理解，这些步骤可以组合、再分或重新排列而形成等效方法，而不会脱离这些实施例/情况的传授内容。所以，除非本文中另有具体指示，否则步骤的次序和分组并不是对这些实施例/情况的限制。借助于实例而非限制呈现了配合特定的实例描述的实施例/情况。此外，显然本领域的技术人员将明白许多替代方案、修改和变化。所以，期望包涵所有属于所附权利要求书及其等效物的概念和范围内的这些替代方案、修改和变化。

Claims (12)

1.一种用于在具有多个电子通信连接的通信系统中改进频谱利用的方法，包括：

若干发射器中的每一者向若干接收器发射一个信号；

将每一发射的功率的至少一部分传送到两个或更多个接收器中的每一者；并且

修改对这些接收器的发射的功率分配，从而使得频谱利用大于每一接收器要从来自每一发射器的每一发射接收相同发射功率的情况，

在预编码器活跃时修改一种预编码器配置；以及在该预编码器活跃时修改一种功率谱密度配置；

而该预编码器配置和该功率谱密度配置是彼此独立地修改的。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

修改这些发射器的功率谱密度，其中向一个发射器通知一个接收器在一个特定时间不需要全带宽，这些发射器向该接收器发射小于全功率的功率，这些发射器向其他接收器发射全带宽与在该特定时间发射到所述接收器的带宽之间的差，并且将要接收的信号质量将因发射的更大带宽而提高，或者因发射的更小带宽而降低。

3.如权利要求2所述的方法，进一步包括：

在修改该功率谱密度之前在系统存储器中保存用于所有发射器的该功率谱密度，并且还在修改该功率谱密度之后在系统存储器中保存用于所有发射器的该功率谱密度。

4.如权利要求3所述的方法，进一步包括∶

当系统要求变化时将这些发射器从经过修改的功率谱密度同步切换到未经修改的功率谱密度，从而使得一次切换将提高该频谱利用。

5.如权利要求4所述的方法，进一步包括：

在从这些发射器的一种功率谱密度配置同步切换到这些发射器的另一种功率谱密度配置的过程中，通过仅切换到比这些发射器的该一种功率谱密度配置更稳定的一种配置来维持系统稳定性。

6.如权利要求1所述的方法，其中用一种LMS算法修改预编码器配置，并且用一种LMS算法修改该功率谱密度配置。

7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

一个发射器接收独立于与一种预编码器配置或功率谱密度配置有关的任何内容已重新配置一种活跃均衡器配置的通知。

8.如权利要求7所述的方法，其中向该发射器通知该均衡器配置是用一种LMS算法修改的。

9.一种用于通信系统中的分布点，该分布点包括：第一多个发射器，这些发射器被适配成用于与第二多个接收器通信连接；以及一个预编码器，该预编码器被配置成向这些接收器中的至少两者分配这些发射器中的至少一者的发射功率，

其特征在于，该预编码器被配置成向所述至少两个接收器分配用于来自该发射器的多径信号发射的发射功率，其中，针对预编码器和均衡器执行联合优化，所述接收器向所述发射器提供基于均衡器系数的矩阵分析结果，所述发射器将所述结果用作或提供预编码器系数。

10.如权利要求9所述的分布点，其特征在于该分布点被适配成用于经由多个接合通信连接将该发射器连接到这些接收器，并且其中该分布点进一步被适配成考虑到在接收器侧提供的均衡。

11.如权利要求9和10中任一项所述的分布点，其特征在于由该预编码器分开的一个前面部分和一个后面部分，其中该前面部分将要接口连接到该通信连接上，并且其中该分布点被配置成独立于该前面部分而控制该后面部分。

12.一种具有多个电子通信连接的通信系统，包括：

一个分布点，该分布点包括执行向量预编码和向量发射功率谱密度成形的多个部件；

一个串扰信道；

多个客户驻地设备装置，这些装置包括执行向量均衡的多个部件；

其中服务这些客户驻地设备装置的多条线路是接合的；

其中该系统被配置成允许一个分布点预编码器和一个客户驻地设备均衡器或者一个分布点均衡器和一个客户驻地设备解码器的联合优化，所述联合优化基于描述串扰和上限功率的信道矩阵；并且

其中该分布点控制所述分布点预编码器和客户驻地设备均衡器，或者所述分布点均衡器和所述客户驻地设备解码器。