CN103493385B - 用于预补偿和后补偿dsl mimo系统中的串扰的方法和设备 - Google Patents

Abstract

通信系统的接入节点被配置为控制系统的信道之间的串扰。接入节点中的矢量化电路系统估计系统信道之间的串扰，基于串扰估计生成补偿矩阵，并且基于补偿矩阵生成补偿信号。补偿矩阵可以是预编码器矩阵或者后编码器矩阵，是使用乘法更新迭代过程而生成的，在该乘法更新过程中，包括一个或者多个非零的非对角线元素的补偿矩阵的先前版本通过如下方式中的至少之一而更新：将同样包括一个或者多个非零的非对角线元素的辅助矩阵中的给定的一个辅助矩阵左乘第一辅助矩阵和将所述给定的一个辅助矩阵右乘第二辅助矩阵。补偿信号可以是预补偿信号或者后补偿信号。

Description

用于预补偿和后补偿DSL MIMO系统中的串扰的方法和设备

技术领域

本发明总体地涉及通信系统，并且更具体地涉及用于减轻、抑制或者以另外的方式控制在这样的系统中的通信信道之间的干扰的技术。

背景技术

多信道通信系统经常易受在各种信道之间的干扰影响，该干扰也称为串扰或者信道间串扰。例如，数字用户线路(DSL)宽带接入系统典型地采用在双绞铜线上的离散多音调(DMT)调制。这样的系统中的主要缺陷之一是在相同键合器(binder)内或者跨越键合器的多个用户线路之间的串扰。因此，在一个用户线路上传输的信号可以耦合进入其它用户线路，从而导致能够使系统的吞吐量性能下降的干扰。更一般地，给定的“受害者”信道可能经历来自多个“扰乱者”信道的串扰，从而再次导致不期望的干扰。

已经开发出不同的技术以减轻、抑制或者以另外的方式控制串扰并且最大化有效吞吐量、到达范围和线路稳定性。这些技术从静态或者动态频谱管理技术向多信道信号协调逐渐演变。

通过示例的方式，预补偿技术允许通过使用预编码器主动消除信道间串扰。在DSL系统中，期望预编码器的使用达到针对中心局(CO)或者另一类型的接入节点(AN)与客户驻地设备(CPE)单元或者其它类型的网络终端(NT)之间的下游通信的串扰消除。也有可能使用由后编码器实施的所谓的后补偿技术，针对从NT到AN的上游通信实施串扰控制。这样的预补偿和后补偿技术也称为“矢量化”，并且包括最近在ITU-T Recommendation G.993.5中标准化的G.矢量技术。

一种用于针对DSL系统中的下游或者上游串扰消除估计串扰系数的已知方法涉及在系统的AN与各个NT之间的各个用户线路之上传输不同导频信号。基于所传输的导频信号的来自NT的误差反馈然后被用来估计串扰。其它已知方法涉及预编码器系数的扰动和信噪比(SNR)或者其它干扰信息的反馈。

经受用于DSL系统中的串扰消除的预补偿或者后补偿的多个用户线路可以称为矢量化组。在常规DSL系统中，矢量化组中的线路数目受制于实际限制，这些实际限制基于为了进行预补偿或者后补偿操作而需要的处理器和存储器资源。这样的操作包括分别使用预编码器矩阵和后编码器矩阵来计算矩阵-矢量乘积。如果在矢量化组中有N个线路，则与特定子载波或者音调关联的预编码器或者后编码器矩阵典型为维度N×N。例如，在预编码器中计算的给定矩阵-矢量乘积可以由y＝Cx给定，这里y是预补偿信号的N×1矢量，x是在预补偿之前的信号的对应N×1矢量，并且C是N×N预编码器矩阵。预编码器矩阵中的条目数目因此随着矢量化组中的线路数目N的平方而增加。

预编码器矩阵C理想地是系统的信道矩阵的逆，并且因此必须例如结合信道激活或者去激活而随着信道串扰特性的改变被更新。理想地，更新应当快速收敛至理想值。此外，瞬态事件，比如激活或者去激活，不应当引起在瞬态事件中未涉及的线路上的问题。例如，活跃线路不应当在邻近线路激活或者去激活时经历错误。

在上面指出的常规技术中，典型地使用加法更新过程来更新预编码器矩阵C，在加法更新过程中基于逐个条目进行更新。该加法过程总体上涉及从当前预编码器矩阵的对应条目减去残值信道矩阵的一个或者多个条目，并且如先前所指出的，针对已更新的预编码器矩阵的每个条目独立地进行这个减法操作。然而，加法更新过程当预编码器矩阵的维度大时，或者在如下条件之下时可能是有问题的，这些条件涉及大量串扰使得对应矩阵元素的量值大。例如，更新序列的收敛可能缓慢，或者更新序列可能完全不收敛。甚至在收敛的情况下，当对另一个线路作出校正时，一些线路仍然可能经历串扰的显著瞬态增加。这能够引起错误或者使重新训练成为必要。

另一种可能的方法是维持实际信道矩阵而不是残值信道矩阵，然后定期计算信道矩阵的逆，以确定适当的预编码器矩阵。无论何时更新任何串扰估计都可以重复逆计算。该方法的问题是计算信道矩阵的逆是计算密集的，并且因此与大型矢量化组一起使用是不切实际的。

因而，对于大的N值，使用常规技术来更新预编码器矩阵能够消耗大量处理和存储器资源，并且还可能需要大量时间来完成。作为结果，使用常规技术，具有大型矢量化组的有效串扰消除的实施方式可能是不切实际的。

发明内容

本发明的示例性实施方式提供了用于生成预补偿或者后补偿信号的改进技术，用于控制通信系统信道之间的串扰。例如，在这些实施方式中的一个或者多个实施方式中，以如下方式更新至少部分由矢量处理器实施的预编码器或者后编码器，该方式展示出相对于常规加法更新方法而言的改进收敛，并且需要相对于常规逆计算方法而言的减少的处理器数量和存储器资源。

在本发明的一个方面中，通信系统的接入节点被配置为控制系统信道之间的串扰。接入节点可以例如包括DSL系统的DSL接入复用器。接入节点中的矢量化电路系统估计系统的信道之间的串扰，基于串扰估计而生成补偿矩阵，并且基于补偿矩阵生成补偿信号。所述补偿矩阵是使用乘法更新过程而生成的，在所述乘法更新过程中，包括一个或者多个非零的非对角线元素的所述补偿矩阵的先前版本通过如下方式中的至少之一而更新：将同样包括一个或者多个非零的非对角线元素的辅助矩阵中的给定的一个辅助矩阵左乘第一辅助矩阵和将所述给定的一个辅助矩阵右乘第二辅助矩阵。补偿信号可以是预补偿信号或者后补偿信号。

如先前所指出的，示例性实施方式中的一个或者多个克服了常规加法更新的收敛问题和瞬态串扰增加的问题，以及常规逆计算更新的过量计算资源需求，由此准许使用比原本可能的矢量化的线路组大得多的矢量化的线路组。实施所公开的技术的DSL系统因此展现出相对于常规布置而言的减少的成本、更低功率消耗和增强的吞吐量性能。

通过附图和以下详细描述，本发明的这些和其它特征以及优点将变得更加明显。

附图说明

图1是本发明的一个说明性的实施例中的多信道通信系统的框图。

图2示出在示例性实施方式中的图1的通信系统的示例性DSL实施。

图3示出图2的系统的DSL接入复用器的一部分的一种可能实施的更详细的视图。

图4图示包括列更新模块的图3的DSL接入复用器中的矢量处理器，该列更新模块用于预编码器矩阵条目的乘法更新。

图5图示包括行更新模块的图3的DSL接入复用器中的矢量处理器，该行更新模块用于后编码器矩阵条目的乘法更新。

具体实施方式

结合示例性通信系统和用于这样的系统中的串扰控制的关联技术，本文将举例说明本发明。可以基本上连续地，或者结合这样的系统中用户线路或者其它通信信道的激活或者去激活，跟踪串扰在时间上的改变，或者在其它线路管理应用中应用串扰控制。然而，应当理解，本发明不限于与所公开的特定类型的通信系统和串扰控制应用一起使用。本发明能够在各种各样的其它通信系统中，以及众多可替换的串扰控制应用中被实施。例如，虽然在基于DMT调制的DSL系统的上下文中被举例说明，但是所公开的技术能够以简明的方式适用于多种其它类型的有线或者无线通信系统，包括蜂窝系统、多输入多输出(MIMO)系统、Wi-Fi或者WiMax系统等。该技术因此可适用于DSL上下文之外的其它类型的正交频分复用(OFDM)系统，以及时域中利用更高阶调制的系统。

图1示出包括接入节点(AN)102和网络终端(NT)104的通信系统100。NT104更具体地包括L个相异NT单元，这些NT单元如图所出那样被分别表示为NT1、NT2、...NTL，并且进一步由各自的参考数字104-1、104-2、...104-L标识。通过示例的方式，给定的NT单元可以包括调制解调器、计算机、或者其它类型的通信设备、或者这些设备的组合。接入节点102经由各自的信道106-1、106-2、...106-L与这些NT单元通信，信道106-1、106-2、...106-L也表示为信道1、信道2、...信道L。

如本文先前所指出的，在其中系统100被实施为DSL系统的一个实施方式中，AN102可以例如包括中心局(CO)，并且NT104可以例如包括，客户驻地设备(CPE)单元的相应实例。在这样的DSL系统中的信道106包括相应的用户线路。每个这样的用户线路可以例如包括双绞铜线连接。该线路可以在相同键合器中或者相邻键合器中，从而串扰可能在线路之间出现。以下描述的部分将假设系统100是DSL系统，但是应当理解这只是示例的方式。

在一个说明性的DSL实施方式中，比106-1至106-L的全部L个线路少的线路可以初始地是活跃线路，并且L个线路中的至少一个线路可以是将被激活并且加入现有活跃线路集合的“加入线路”。这样的加入线路本文也称为“激活线路”。如先前所指出的，经受串扰控制的给定的线路集合本文可以称为矢量化组。

AN102与NT104之间的通信包括用于每个活跃线路的下游和上游通信二者。下游方向是指从AN到NT的方向，并且上游方向是从NT到AN的方向。尽管在图1中没有明确地示出，但是不带限制地假设有与系统100的每个用户线路关联的、用于使用在下游方向通信中的AN发射器和NT接收器；以及用于在上游方向通信中使用的NT发射器和AN接收器。组合AN发射器和AN接收器，或者组合NT发送器和NT接收器的给定模块本文一般称为收发器。能够使用公知的常规技术在AN和NT中实施对应的收发器电路系统，并且本文将不详细描述这样的技术。

在本实施方式中的AN102包括耦合到串扰控制模块112的串扰估计模块110。AN利用串扰估计模块以获得线路106的至少一个子集的相应对之间的串扰估计。串扰控制模块112用于基于串扰估计来减轻、抑制或者另外控制线路106的至少一个子集之间的串扰。例如，可以利用串扰控制模块来提供从AN向NT发射的下游信号的预补偿，并且附加地或者可替换地提供从NT向AN发射的上游信号的后补偿。下面将结合图4和5，描述本发明的示例性实施方式中所实施的相应预补偿和后补偿技术的更多详细示例。

串扰估计模块110可以被配置为根据在AN102中基于从NT104接收的信号生成的错误采样、SNR值或者其它类型的测量，或者根据在NT104中生成的并且从NT104反馈回AN102的测量，来生成串扰估计。应当注意，如本文所用的术语SNR旨在被广义地解释，以便涵盖其它相似测量，比如信号与干扰加噪声比(SINR)。

在其它实施方式中，串扰估计可以在AN102以外生成并且向AN供应以用于进一步处理。例如，这样的估计可以在NT104中生成并且返回至AN以便在预补偿、后补偿或者其它串扰控制应用中使用。串扰估计也可以称为串扰信道系数、串扰消除系数或者简称为串扰系数。

串扰估计模块110可以合并用于生成插值的串扰估计的插值功能。可以与本发明一起利用的插值技术的示例公开在与本申请一起共同转让并且通过引用而结合于本文中的、标题为“Interpolation Method andApparatus for Increasing Efficiency of Crosstalk Estimation”、公开号为2009/0116582的美国专利申请中。

AN102也可以或者可替换地被配置为实施一种用于使用线性模型插值的信道估计的技术。在实施这样的技术时，AN在线路106的相应线路上传输导频信号。对应的测量，比如错误采样或者SNR值，从NT反馈回AN，并且在串扰估计模块110中被利用以生成串扰估计。AN然后基于串扰估计进行预补偿、后补偿或者其他方式控制串扰。关于这些和其它相似布置的附加细节，描述在与本申请一起共同转让并且通过引用而结合于本文中的、于2009年6月29日提交的标题为“Crosstalk Estimation and Power Setting Based on Interpolation in aMulti-Channel Communication System”、申请号为12/493，328的美国专利申请中。

串扰估计模块110可以合并用于生成去噪的串扰估计的去噪功能。适合于与本发明的实施方式一起使用的串扰估计去噪技术的示例，描述在与本申请一起共同转让并且通过引用而结合于本文中的、标题为“Power Control Using Denoised Crosstalk Estimates in a Multi-ChannelCommunication System”、公开号为2010/0177855的美国专利申请中。然而，将理解，本发明没有要求使用任何特定的去噪技术。本文将描述的示例性实施方式可以合并使用频率滤波器作为信道系数估计过程的一部分的去噪功能。

AN102进一步包括耦合到存储器120的处理器115。存储器可以用来存储一个或者多个软件程序，该一个或者多个软件程序由处理器执行以实施本文描述的功能。例如，关联于串扰估计模块110和串扰控制模块112的功能可以至少部分地以这样的软件程序的形式实施。存储器是如下部件的示例，该部件在本文中更一般地称为存储可执行程序代码的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质的其它示例可以包括盘或者其它类型的磁介质或者光学介质。

将理解，在本文中使用术语“接入节点”时，如图1中所示的AN102仅为“接入节点”的一个例子。这样的接入节点可以包括，例如DSL接入复用器(DSLAM)。然而，如本文所用，术语“接入节点”旨在被广义地解释，以例如涵盖CO内的特定元件(比如DSLAM)或者CO本身，以及未包括CO的系统中的其它类型的接入点元件。

在图1的说明性实施方式中，线路106都与相同的AN102关联。然而，在其它实施方式中，可以跨越多个接入节点分配这些线路。这样的多个接入节点中的不同接入节点可以来自不同的销售商。例如，公知的是，在常规系统中，不同销售商的若干接入节点可以连接到同一束DSL线路。在这些和其它条件之下，各种接入节点可能必须相互交互以便实现最优干扰消除。

如在与本申请一起共同转让并且通过引用而结合于本文中的、标题为“Fast Seamless Joining of Channels in a Multi-Channel CommunicationSystem”、公开号为2009/0245081的美国专利申请中描述的，响应于由AN102在控制信号路径上供应的控制信号，每个NT104可以可配置成多个操作模式。这样的操作模式可以包括，例如加入模式和跟踪模式。然而，该类型的多模式操作不是本发明的要求。

参考图2至5，下面将描述配置为进行预补偿和后补偿中的至少一项的图1的系统100的示例性DSL实施。更具体地，该实施包括预编码器，该预编码器针对从AN102到NT104的下游通信，提供主动串扰消除；并且该实施还包括后编码器，该后编码器针对从NT104到AN102的上游通信，提供主动串扰消除。然而，本文公开的技术可应用于涉及对称通信的系统，在这些对称通信中没有特别定义的下游或者上游方向。

现在参考图2，矢量化的DSL系统200代表先前描述的多信道通信系统100的可能实施。运营商接入节点中的DSLAM202经由可以在公共键合器中的相应的双绞铜线206连接到多个CPE单元204。CPE单元204更具体地包括远程VDSL收发器单元(VTU-R)204-1、204-2、...204-L。这些VTU-R与各自的运营商侧VDSL收发器单元(VTU-O)208-1、208-2、...208-L通信。DSLAM202进一步包括矢量控制实体(VCE)210和矢量化信号处理模块212。矢量化信号处理模块212包括预编码器214和后编码器216。VCE210和矢量化信号处理模块212可以被视为一般对应于系统100的串扰估计模块110和串扰控制模块112。这样的元件被认为是本文更一般地称为“矢量化电路系统”的部件的示例。

在图2的实施方式中，不带限制地假设VTU-R204和对应的VTU-O208以符合特定的矢量化标准的方式操作，并且该特定的矢量化标准更具体地是公开在通过引用而结合于本文中的、2010年4月的ITU-T Recommendation G.993.5“Self-FEXT cancellation(vectoring)foruse with VDSL2transceivers”中的G.矢量标准。应当注意，这一特定标准的使用仅为说明性示例的方式，并且本发明的技术能够用简单明了的方式适于AN和NT单元的其它类型和布置，该其它类型和布置适合于进行矢量化或者其它相似串扰控制操作。

图3示出图2的DSLAM202的一部分的一种可能实施的更详细的视图。在该示例性实施中，DSLAM202包括耦合到网络端接板304和矢量处理板310的多个VDSL2线路端接板302。矢量处理板310包括VCE210和矢量化信号处理模块212，并且也可以包括未明确示出的、但是在这样的矢量处理板的常规实施方式中普遍包括的附加矢量化电路系统。矢量化信号处理模块212包括矢量处理器315及其关联外部存储器320。下面将结合图4和5更详细地描述矢量处理器315的操作。

DSLAM202中的矢量化信号处理单元212在VCE210的控制之下被配置为，针对在下游方向传输的信号实施预补偿，以及针对在上游方向接收的信号实施后补偿。这些预补偿和后补偿串扰控制技术的有效实施需要如下操作的执行，比如使用各自的预编码器和后编码器矩阵来计算矩阵-矢量乘积。然而，如先前所指出的，用于预编码器或者后编码器更新的常规加法方式可能展现出收敛问题和串扰的可能显著瞬态增加，而用于预编码器或者后编码器更新的常规逆计算方式可能消耗大量处理和存储器资源，并且也可能需要大量时间来完成。作为结果，使用常规技术，具有大型矢量化组的有效串扰消除的实施方式可能是不切实际的。

本发明的说明性实施方式通过提供特别高效的技术以用于预编码器和后编码器矩阵的乘法更新，来克服与常规预编码器和后编码器更新方法关联的上述问题，其中预编码器和后编码器矩阵分别用于预编码器214和后编码器216中。如将要描述的那样，在这些实施方式中的一个或多个实施方式中，使用乘法更新过程来生成预编码器或者后编码器矩阵。在乘法更新过程中，通过示例的方式，通过左乘第一辅助矩阵来更新预编码器矩阵，并且通过左乘第二辅助矩阵来更新后编码器矩阵，其中辅助矩阵中的给定的一个辅助矩阵包括一个或者多个非零的非对角线元素。预编码器矩阵或后编码器矩阵在更新前具有一个或更多非零的非对角线元素。对预编码器或者后编码器矩阵的更新可以结合指明的事件而出现，这些事件比如是激活加入线路、去激活先前活跃线路或者指定的定期跟踪间隔到期。

将首先参考预编码器矩阵的更新描述乘法更新。在这一情况下，用来左乘预编码器矩阵的辅助矩阵是残值信道矩阵的函数。例如，该辅助矩阵能够是通过从单位矩阵减去残值信道矩阵而形成的合成信道矩阵的逆，或者合成信道矩阵逆的近似。在下文中，合成信道矩阵表示为R并且由未补偿的归一化信道矩阵H与预编码器矩阵C的乘积给定：

R=HC。

未补偿的归一化信道矩阵H可以记为单位矩阵I与串扰系数矩阵G之和，并且因此R可以记为：

R=(I+G)C。

我们假设通过频域均衡器的作用将对角信道元素归一化成一。理想地，预编码器矩阵C将是未压缩的信道矩阵H的逆，从而合成信道矩阵R等于I。相对于这一理想情况的误差称为残值信道并且由表示为E的残值信道矩阵表征而且由下式给定：

E=(I+G)C-I。

本文公开的一个或者多个示例性乘法更新过程可以表征为，通过使用误差矩阵E的噪声测量，对从矩阵X的类中取出的固定的、但是未知的矩阵X求逆的手段。误差矩阵E可以按照未知的矩阵X记为下式：

E=XC-I，

这里预编码器矩阵C可以表征为未知的矩阵X的逆的当前估计。将要有利地描述的一个或者多个乘法更新过程仅需要针对将被求逆的矩阵X的类的最少假设。这样的最少假设的给定集合的示例是条目的量值是有界的，并且类中的所有矩阵的绝对值行列式远离零定界：

$\underset{X\∈X}{\inf }\left|X\right|\≥\mathrm{\η}>0,$

这里η表示指定的边界。

在示例性乘法更新过程中，可以生成更新的预编码器矩阵C′作为当前预编码器矩阵C与合成信道矩阵R的逆给定的辅助矩阵的乘积如下：

C′＝CR^-1，

该式给出新合成的信道矩阵R′＝I、并且因此对应于上述理想情况。如先前指出的，一种可替换的方法是使用辅助矩阵，该辅助矩阵是合成信道矩阵R的逆的近似，并且通过从单位矩阵I减去残值信道矩阵E来形成。这一乘法更新过程因此得出近似R^-1≈(I-E)，并且然后将当前预编码器矩阵C右乘I-E。更新的预编码器矩阵C′然后由下式给定：

C′＝C(I-E)，

并且因此更新的残值信道矩阵E′由下式给定：

E′＝(I+G)C(I-E)-I＝E-(I+G)CE＝-E²。

当前残值信道矩阵E的条目通常比当前串扰系数矩阵G的条目小得多，并且因此近似乘法更新-E²的上述结果通常比典型加法更新的结果小得多，该加法更新由C′＝C-E给定，从而E′＝-GE。

当递增地改变预编码器矩阵大小时，即当添加活跃线路或者从预编码的线路的集合中去除活跃线路时，上面描述的乘法更新过程具有特定优点。在这样的情况下，E的非零元素可以限于单个行或者列的非对角线元素，并且E²＝0。因此，(I-E)证明是(I+E)的确切逆，并且近似乘法更新与理想乘法更新相同。

当残值信道矩阵E由单个非零矩阵元素构成时，那么将预编码器C与矩阵(I-E)相乘的操作能够表达为将C的一列的缩放倍数与C的另一列相加的操作。这说明了如下一般原则，即为了获得这一方法的益处，同时更新C的给定列的多个元素，而不是简单地更新个别矩阵元是有利的。

在上游方向上，系统被类似地、但是关于后编码器而不是预编码器定义。合成信道是：

R＝QC(I+G)D，

这里C是后编码器，(I+G)是未补偿的归一化信道，D是直接增益的对角线矩阵，并且Q是频域均衡器系数的对角线矩阵，而QD＝I。原始残值信道矩阵定义为：

$\tilde{E}=\mathrm{QC}(I+G)D-I,$

并且经调整的残值信道矩阵是：

$E=\widetilde{\mathrm{DEQ}}=C(I+G)-I.$

除非另有指定，当引用上游方向时，残值信道矩阵应当理解为意指经调整的残值信道矩阵E。

先前描述的针对预编码器的乘法更新过程能够用简单明了的方式适配以用于更新后编码器。除了将后编码器矩阵右乘辅助矩阵而不是左乘辅助矩阵之外，操作是相似的。这以与预编码器矩阵的逐列更新类似的方式，对应于后编码器矩阵的逐行更新。

更具体地，预编码器矩阵的列k控制在来自于用户k的数据符号上发生的事情。该列应当总是被更新，使得完整的单位信号在接收器k处被接收，并且尽可能少地出现于其它接收器处。对列k的改变对其他用户的数据符号无影响，并且因此该列能够独立于任何其它列被更新。

类似地，后编码器矩阵的行k控制如下方式，以该方式组合所有线路上的原始接收符号以形成用于用户k的补偿的接收符号。对行k的改变对用于任何其他用户的补偿的接收符号无影响，并且因此行k可以独立于任何其它行而更新。

图4和5分别示出用于针对在预编码器214和后编码器216中利用的预编码器矩阵和后编码器矩阵进行乘法更新过程的矢量化电路系统400和500的示例性实施。

如图4中所示，矢量处理器315包括耦合到列更新模块402的预编码器214。列更新模块被配置为使用辅助矩阵，在逐列基础上进行预编码器214的预编码器矩阵的条目的乘法更新。乘法更新过程更具体地包括：通过将预编码器矩阵左乘辅助矩阵，在逐列基础上进行预编码器矩阵的条目的乘法更新。例如，如先前所指出的，对预编码器矩阵的条目进行的逐列乘法更新可以包括将预编码器矩阵的一列的倍数从预编码器矩阵的另一列减去。

类似地，如图5中所示的矢量处理器315包括耦合到行更新模块502的后编码器216。行更新模块被配置为使用辅助矩阵、在逐行基础上进行后编码器216的预编码器矩阵的条目的乘法更新。乘法更新过程更具体地包括：通过将后编码器矩阵右乘辅助矩阵，在逐行基础上进行后编码器矩阵的条目的乘法更新。例如，对后编码器的条目进行的逐行乘法更新可以包括将后编码器矩阵的一行的倍数从后编码器矩阵的另一行减去。

在图4和5的实施方式中，VCE210耦合到列更新模块402或者行更新模块502，并且提供残值矩阵元素的估计，或者线路去激活的通知。

应当注意，在具有N个输入和N个输出的典型预补偿或者后补偿布置中，通过将每个输入与一些系数相乘，并且然后合计乘积来产生每个输出。在这样的布置中，列一般指代在形成各种输出中与给定的输入相乘的所有系数，而行一般指代在为了获得给定的输出而合计的乘积中使用的所有系数。列和行的可替换的定义可以使用在本发明的其它实施方式中。

也将理解，在逐列基础上针对编码器矩阵进行乘法更新时，一般应当在基本上相同时间更新给定的列中的所有系数。因此，当前的值集合用来预补偿一个发送信号，并且然后更新的值集合用来预补偿下一发送信号。如果代之以在若干步骤中完成更新，使得各种发送信号由一个矩阵预补偿，该矩阵中只有一些列元素已经更新，则那些信号一般将被负面地影响，例如通过使得附加的串扰在接收器处被观测到。类似地，当在逐行基础上为后编码器矩阵进行乘法更新时，一般应当在基本上相同时间更新给定的行中的所有系数。

针对下游和上游方向二者，在示例性的去激活、激活和跟踪场景中，下面将更详细地描述更多详细乘法更新过程。乘法更新过程可以由矢量化电路系统400或者500实施，如图4和5中所示，矢量化电路系统400或者500包括各自的列更新模块402和行更新模块502。

去激活

在这一节中，我们考虑如下示例性去激活场景，其中矢量化组的N个成员是活跃的，并且成员之一去激活。在这一场景中的预编码器矩阵需要从N×N矩阵(该矩阵理想地是N×N信道矩阵的逆)更新成(N-1)×(N-1)矩阵(该矩阵理想地是(N-1)×(N-1)信道矩阵的逆)。

首先假设串扰充分地小，使得一阶近似(I+G)^-1＝I-G很准确。然后，能够看出I+G的(N-1)×(N-1)子矩阵的逆恰好是I+G的逆的(N-1)×(N-1)子矩阵。在这一情况下，为了去激活给定的线路而需要的全部是消除当前预编码器矩阵的适当行和列，从而返回到(N-1)×(N-1)预编码器，该预编码器是先前预编码矩阵的子矩阵。

然而，如果一阶近似是不充分准确的，则上述方法将使活跃线路的SNR在去激活事件期间下降。该下降是因为我们从理想N×N逆预编码器移向非理想的(N-1)×(N-1)逆预编码器。

我们已经认识到，在N×N预编码器中包含移向理想(N-1)×(N-1)逆预编码器所需的所有信息。令∑表示(在去激活之后的)活跃线路集合并且令d表示去激活线路的索引。基于这些集合，我们能够将预编码器C分解成四个子矩阵：(N-1)×(N-1)子矩阵C_∑∑、(N-1)×1子矩阵C_∑d、1×(N-1)子矩阵C_d∑和标量C_dd。如果C是N×N信道矩阵H的逆，则(N-1)×(N-1)信道矩阵H_∑∑的逆由下式给定：

${\left(H_{\mathrm{\Σ\Σ}}\right)}^{-1}=C_{\mathrm{\Σ\Σ}}-C_{\mathrm{\Σd}}{C}_{\mathrm{d\Σ}}{C}_{\mathrm{dd}.}^{-1}$

这一等式对于下游和上游操作二者均成立。仅有的不同在于可以在下游中独立更新每列，而在上游中可以独立更新每行。从N×N预编码器移向(N-1)×(N-1)预编码器的操作能够描述为将N×N预编码器左乘辅助矩阵。在这一情况下，通过取得N×N单位矩阵、用-C_dS/C_dd替换行d的非对角线元素、并且将行d的对角线元素设置成零，来定义辅助矩阵。类似地，上游操作能够描述为右乘辅助矩阵。下面更明确地描述了该操作。由表示在步骤t、在音调k上、对于受害者v、扰乱者d的预编码器或者后编码器系数。下面的过程将用更新的矩阵C[t+1]替换C[t]。

应当注意，活跃线路集合∑实际上依赖于音调，并且可以表示为∑_k。例如，在具有异构线路的场景中，低频将典型地具有比高频更多的活跃线路。这可以例如影响其中实行各种操作的顺序。

在下游方向上，用于去激活线路的情况的乘法更新过程如下：

1.从N个活跃线路∑∪{d}开始。

2.VCE指示线路d正在去激活。

3.对于每个音调k，如下更新预编码器矩阵：

(a)对于每个n∈∑，计算和存储N-1个值可以存储这样的值取代不再需要的系数

(b)对于每个活跃线路m∈∑，更新预编码器矩阵的列m：

i.对于每个线路n∈∑，计算 $C_{n,m}^k[t+1]=C_{n,m}^k\left[t\right]-C_{d,m}^k\left[t\right]v_n.$

ii.设置 $C_{d,m}^k[t+1]=0.$

iii.C[t+1]的列m现在可以变活、即用于预编码。

4.对于所有n∈∑∪{d}设置

在上游方向上，用于去激活线路的情况的乘法更新过程如下：

1.从N个活跃线路∑∪{d}开始。

2.VCE指示线路d正在去激活。

3.对于每个音调k，如下更新后编码器矩阵：

(a)对于每个n∈∑，计算和存储N-1个值可以存储这样的值取代不再需要的系数

(b)对于每个活跃线路m∈∑，更新预编码器矩阵的行m：

i.对于每个线路n∈∑，计算 $C_{m,n}^k[t+1]=C_{m,n}^k\left[t\right]-C_{m,d}^k\left[t\right]v_{n.}$

ii.设置 $C_{m,d}^k[t+1]=0.$

iii.C[t+1]的行m现在可以变活、即用于后编码。

4.对于所有n∈∑∪{d}设置

用于上游方向的最终结果基本上与在下游方向上的最终结果相同。然而，略微不同地对操作排序，因为用于上游方向的更新可以逐行变活。

激活

在这一节中，我们考虑其中矢量化组的N个成员是活跃的，并且新成员激活的示例性激活场景。在这一场景中的预编码器矩阵需要从N×N矩阵更新成(N+1)×(N+1)矩阵。活跃线路的原有集合由∑表示，并且激活线路的索引是a。在音调k上从扰乱者d进入受害者v中的估计的残值串扰将表示为这一估计可以使用公知常规技术，比如，例如将导频信号与接收器误差相关而获得。

在下游方向上，乘法更新在分别与G.矢量初始化的O-P-VECTOR-1阶段和O-P-VECTOR-2阶段对应的两个阶段中继续进行。

在O-P-VECTOR-1期间，我们获得从激活线路进入活跃线路(也称为“放映时间(showtime)”线路)的残值串扰的串扰估计。更新预编码器矩阵以便朝向零驱动这个残值串扰。一旦完成这一步骤，激活线路将能够开始发送正常的初始化信号，而不使放映时间线路的SNR下降。

在这一阶段中，仅更新预编码器矩阵的列a。更具体而言，误差估计的列在从当前预编码器值减去之前，与当前预编码器矩阵相乘C_∑∑如下：

1.将时间计数器设置成t=0。

2.使用单位矩阵的列a或者使用先验估计(例如来自历史信息)来初始化预编码器矩阵的列a。也就是说，在前一种情况下，对于所有n∈∑设置C_n，a[t]=0，并且C_a，a[t]=1。

3.对于所有n∈∑和所有音调k，获得残值串扰估计

4.对于所有音调k和线路n∈∑，计算并且然后递增时间计数器t←t+1。

5.获得新残值串扰估计如果未充分小以避免在放映时间线路上的SNR损耗，则进行步骤4。否则结束。

重复步骤4通常不应当是必需的。然而，在步骤5中的检查仍然是重要的，因为如果未满足这一条件，则可能影响放映时间线路的稳定性。

在O-P-VECTOR-2期间，我们获得从放映时间线路进入激活线路的残值串扰的串扰估计更新预编码器矩阵以便朝向零驱动这个残值串扰，而维持其它线路之间的低残值串扰。一旦完成这一步骤，激活线路应当经历接近无串扰信道，该接近无串扰信道然后在信道分析期间进行表征。

在这一阶段中，预编码器矩阵的乘法更新用以下方式继续进行。

1.将时间计数器设置成t=0。

2.使用零或者使用先验估计(例如来自历史信息)来初始化预编码器矩阵的行a的非对角线元素。也就是说，在前一种情况下，对于所有n∈∑设置C_a，n[t]=0。

3.对于所有n∈∑和所有音调k，获得残值串扰估计

4.对于所有音调k和线路n∈∑，更新预编码器的列n：

(a)对于所有线路m∈∑∪{a}，计算 $C_{m,n}^k[t+1]=C_{m,n}^k\left[t\right]-{\hat{E}}_{m,n}^k{C}_{m,a}^k\left[t\right].$

(b)C[t+1]的列m现在可以变活，即用于预编码。

(c)递增时间计数器t←t+1。

5.可选地，获得新残值串扰估计并且如果新残值不充分小则重复步骤4。

在上游方向上，再次有能够潜在地在G.矢量阶段R-P-VECTOR-1和R-P-VECTOR-2期间发生的两个估计阶段。设计这些使得，在R-P-VECTOR-1期间能够获得来自激活线路的串扰并且更新对应的后编码器元素C_Σa，并且使得在R-P-VECTOR-2期间能够获得进入激活线路中的串扰并且更新对应的后编码器元素C_aΣ。然而，不同于下游情况，在上游中能够在相同时间获得所有相关串扰估计和因为接收器和VCE被共同定位。这意味着能够在R-P-VECTOR-1期间完成所有更新。为了避免能够使得放映时间线路的SNR下降的二阶效应，这样做事实上是有利的。预编码器的乘法更新因此用以下方式继续进行。

1.将时间计数器设置成t=0。

2.使用来自单位矩阵的对应条目，或者使用先验估计(例如来自历史信息)来初始化预编码器矩阵的列a和行a。也就是说，在前一种情况下，对于所有n∈∑设置知并且设置

3.对于所有n∈∑和所有音调k，获得残值串扰估计和假设在这一点已经适当地初始化用于激活线路的频率均衡(FEQ)，从而并且因此

4.对于每个音调k，计算复数标量因子：

$Z^k=1/(1-\underset{p\∈\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\Σ}}{\hat{E}}_{a,p}^k[t\left]{\hat{E}}_{p,a}^k\right[t\left]\right).$

5.对于所有"∑∪闭并且对于所有音调k，更新后编码器的行a：

$C_{a,n}^k[t+1]=z^k\left(C_{a,n}^k\right[t]-\underset{p\∈\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\Σ}}{\hat{E}}_{a,p}^k{C}_{p,n}^k[t\left]\right).$

这保护了激活线路免于放映时间线路的影响。

6.通过从所有其它行减去行a的缩放副本来保护放映时间线路。对于每个n∈∑并且对于所有音调k，更新行n如下：

(a)对于每个m∈∑∪{a}，令 $C_{n,m}^k[t+1]=C_{n,m}^k\left[t\right]-{\hat{E}}_{n,a}^k{C}_{a,m}^k[t+1].$

7.可选地，获得新残值串扰估计并且如果新残值充分小则停止。如果不充分小，则从步骤4重复。

跟踪

在这一节中，我们考虑示例性跟踪场景，其中矢量化组的N个成员是活跃的，且具有较小的残值串扰E，并且我们希望对预编码器或者后编码器矩阵进行有规律的小更新，以便进一步减少残值串扰，或者跟随串扰随时间的缓慢改变。我们引入阻尼因子α∈(0，1]。使用α＝1给出最快收敛，而使用接近零的α给出在面临测量噪声时的更高准确性。如在上面的去激活和激活章节中那样，∑表示放映时间内的线路集合，并且表示与这些线路关联的、在音调k上的预编码器或者后编码器的活跃部分。

在下游方向上，乘法更新用以下方式继续进行：

1.对于所有音调k，获得残值串扰估计的矩阵

2.对于所有n，m∈∑和所有音调k，将预编码器更新为 $C_{n,m}^k[t+1]=C_{n,m}^k\left[t\right]-\mathrm{\α}\underset{p\∈\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\Σ}}{C}_{n,p}^k\left[t\right]{\hat{E}}_{p,m}^k.$

在上游方向上，乘法更新用以下方式继续进行：

1.对于所有音调k，获得残值串扰估计的矩阵。

2.对于所有n，m∈∑和所有音调k，将后编码器更新为 $C_{n,m}^k[t+1]=C_{n,m}^k\left[t\right]-\mathrm{\α}\underset{p\∈\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\Σ}}{\hat{E}}_{n,p}^k\left[t\right]C_{p,m}^k.$

在下行方向上用于跟踪场景的乘法更新过程的另一示例如下。令E_t表示在步骤t的误差。然后将预编码器矩阵左乘：

I+α_tA_t

其等效于修改误差从而变成：

E_t+1＝(I+E_t)(I+α_tA_t)-I。

希望选择A从而减少指定的矩阵范数，比如，例如Frobenius范数。可以定义方阵的Frobenius范数如下：

${\left|\right|A\left|\right|}_F=\sqrt{{\underset{n,m}{\mathrm{\Σ}}\left|a_{n,m}\right|}^2},$

也就是说，定义为A的元素的量值平方之和的平方根。使用通过假设误差估计是确切的而促成的所选择的递推，我们可以用以下方式定义A：

也能够通过使得α_t依赖于当前估计来获得如下改进的跟踪性质：

${\mathrm{\α}}_t={\mathrm{\α}}_t\left({\hat{E}}_t\right),$

或者可替换地通过使得α_t依赖于当前估计和一个或者多个先前估计，来获得改进的跟踪性质。再次，通过考虑其中假设误差估计确切的无噪声情况或者其它情况，可以优化α_t。例如，可以优化α_t从而最小化E_t+1的Frobenius范数。

本示例提供了定义辅助矩阵并且设置更新参数α的不同方式。尽管在这一示例中的乘法更新过程比先前下游跟踪示例的乘法更新过程更复杂，但是如果串扰估计充分准确，则它能够有利地保证误差的Frobenius范数从迭代到迭代而减少。

在其它实施中，可以使用误差程度的可替换的量度。例如，Frobenius范数可以替换为行的平方欧几里得范数的正加权求和。

将理解，上面的示例性去激活、激活和跟踪场景、以及关联的乘法更新过程仅出于举例说明的目的而呈现，并且不应解释为以任何方式限制本发明的范围。可替换的实施方式可以使用不同预编码器或者后编码器更新场景，以及乘法更新过程步骤的不同布置。例如，公开的技术能够适配用于在涉及多个线路的同时去激活或者激活的场景中使用，这些场景可以涉及依次进行上面描述的单线路过程的多个实例。

在上面的实施方式中的乘法更新过程有利地避免了激活和去激活期间的瞬态SNR损耗，并且也有助于改进估计准确性和收敛速度。一般地，定量优点随着系统中的DSL线路数目的增加而增加。

如本领域的技术人员将理解的，矢量处理器315的各种元件能够使用单个FPGA，比如，例如Altera Stratix IV GX或者GT FPGA，以简单明了的方式而被实施。一个或者多个集成电路的其它布置或者其它类型的矢量化电路系统，可以用来根据本发明的实施方式实施矢量处理器。

说明性的实施方式有利地提供了在矢量化的DSL系统中进行预补偿和后补偿操作所需的处理器和存储器资源的明显减少，由此允许使用比原本可能的矢量化的线路组大得多的矢量化的线路组。同样，每个音调的需要的计算时间显著减少。实施所公开的技术的DSL系统展现出相对于常规布置的减少成本、更低功率消耗和增强的吞吐量性能。

本发明的实施方式可以至少部分地以一个或者多个软件程序的形式而实施，该一个或者多个软件程序存储在系统100的AN102的存储器或者其它处理器可读介质中。这样的程序可以由AN中的处理器取回和执行。处理器115可以视为这样的处理器的一个示例。当然，可以在根据本发明实施这些和其它系统元件时利用硬件、软件或者固件在任何组合中的许多可替换布置。例如，本发明的实施方式可以在DSL芯片或者其它相似集成电路器件中实施。因此，例如收发器208、VCE210和矢量化信号处理模块212这样的元件可以在单个集成电路上集总地实施，或者使用多个集成电路来实施。作为另一示例，本发明的说明性实施方式可以使用DSLAM的多个线路卡或者其它接入节点来实施。如本文所用术语“矢量化电路系统”旨在被广义地解释以涵盖集成电路、线路卡或者其它类型的电路系统，集成电路、线路卡或者其它类型的电路系统被利用在实施与通信系统中的串扰消除关联的操作中。

应当再次强调，上面描述的实施方式仅通过说明性示例的方式而呈现。其它实施方式可以依赖于特定通信应用的需要，使用不同的通信系统配置、AN和NT配置、通信信道、或者补偿操作。此外，预编码器或者后编码器矩阵不需要是如在某些说明性实施方式中的方阵。同样，多种不同过程也可以用来实施给定的预编码器或者后编码器矩阵的乘法更新。可替换的实施方式因此可以在其它背景中利用本文描述的计算，在这些背景中希望在通信系统的多个信道之间提供改进的串扰控制。

通过示例的方式，所公开的技术可以应用在无线MIMO系统中，并且特别地在如下的无线MIMO系统中：在这些无线MIMO系统中，信道缓慢变化，从而适合使用多个迭代以学习最优预编码器矩阵。出于举例说明的目的，假设无线MIMO系统包括N个移动站和在基站处的M个发射天线，而每个移动站配备有单个天线。这样的信道中的信道矩阵H可以例如使用从基站发射的导频来估计。导频误差向基站回报，基站有充分时间来调整预编码器矩阵如下：

预编码器矩阵可以归一化以便约束所使用的实际功率。在另一可能的实施中，可以对从移动站接收的导频后编码，并且然后通过与辅助矩阵相乘来迭代地适配后编码器矩阵，这些辅助矩阵是测量的误差的函数。

还应当理解，在描述说明性实施方式的背景中作出的特定假设，不应当解释为本发明的要求。本发明能够实施在其它实施方式中，在这些其它实施方式中，这些特定的假设不适用。

在所附权利要求书的范围内的这些和许多其它可替换实施方式对本领域技术人员将容易是明显的。

Claims (10)

1.一种控制通信系统的信道之间的串扰的方法，包括：

估计所述系统的信道之间的串扰；

基于所述串扰估计生成补偿矩阵；以及

基于所述补偿矩阵生成补偿信号；

其中所述补偿矩阵是使用乘法更新过程而生成的，在所述乘法更新过程中，包括一个或者多个非零的非对角线元素的所述补偿矩阵的先前版本通过如下方式中的至少之一而更新：将同样包括一个或者多个非零的非对角线元素的辅助矩阵中的给定的一个辅助矩阵左乘第一辅助矩阵和将所述给定的一个辅助矩阵右乘第二辅助矩阵。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述乘法更新过程包括：通过将预编码器矩阵左乘所述第一辅助矩阵，在逐列基础上进行所述预编码器矩阵的条目的乘法更新，并且其中在逐列基础上在所述预编码器矩阵的条目上进行的所述乘法更新包括：将所述预编码器矩阵的一列的倍数从所述预编码器矩阵的另一列中减去。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述乘法更新过程包括：通过将后编码器矩阵右乘所述第二辅助矩阵，在逐行基础上进行所述后编码器矩阵的条目的乘法更新，并且其中在逐行基础上在所述后编码器矩阵的条目上进行的所述乘法更新包括：将所述后编码器矩阵的一行的倍数从所述后编码器矩阵的另一行中减去。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述辅助矩阵包括合成信道矩阵的近似逆，所述辅助矩阵通过从单位矩阵减去残值信道矩阵而形成。

5.根据权利要求2所述的方法，其中基于所述补偿矩阵生成补偿信号的所述步骤包括：使用所述预编码器矩阵来生成预补偿信号，所述方法进一步包括如下步骤：在所述信道的相应信道上，从系统的接入节点向所述系统的相应网络终端发送所述预补偿信号。

6.根据权利要求3所述的方法，其中基于所述补偿矩阵生成补偿信号的所述步骤包括，使用所述后编码器来生成后补偿信号，所述方法进一步包括如下步骤：在所述系统的接入节点中，在所述信道中的相应信道上，从所述系统的相应网络终端接收未补偿信号，其中所述后补偿信号是从所接收的未补偿信号中的相应未补偿信号而生成的。

7.一种控制通信系统的信道之间的串扰的装置，包括：

用于估计所述系统的信道之间的串扰的装置；

用于基于所述串扰估计生成补偿矩阵的装置；以及

用于基于所述补偿矩阵生成补偿信号的装置；

其中所述补偿矩阵是使用乘法更新过程而生成的，在所述乘法更新过程中，包括一个或者多个非零的非对角线元素的所述补偿矩阵的先前版本通过如下方式中的至少之一而更新：将同样包括一个或者多个非零的非对角线元素的辅助矩阵中的给定的一个辅助矩阵左乘第一辅助矩阵和将所述给定的一个辅助矩阵右乘第二辅助矩阵。

8.一种被配置为控制通信系统的信道之间的串扰的接入节点，所述接入节点包括：

多个收发器；以及

耦合到所述收发器的矢量化电路系统；

所述矢量化电路系统包括处理器，所述处理器耦合到存储器并且操作用于估计所述系统的所述信道之间的串扰、基于所述串扰估计生成补偿矩阵、并且基于所述补偿矩阵生成补偿信号；

其中所述补偿矩阵是使用乘法更新过程而生成的，在所述乘法更新过程中，包括一个或者多个非零的非对角线元素的所述补偿矩阵的先前版本通过如下方式中的至少之一而更新：将同样包括一个或者多个非零的非对角线元素的辅助矩阵中的给定的一个辅助矩阵左乘第一辅助矩阵和将所述给定的一个辅助矩阵右乘第二辅助矩阵。

9.根据权利要求8所述的接入节点，其中所述处理器包括配置为生成所述补偿信号的矢量处理器，所述矢量处理器包括如下模块中的至少一个：

耦合到预编码器的列更新模块，其中所述补偿矩阵包括所述预编码器用来生成预补偿信号的预编码器矩阵，所述列更新模块被配置为使用所述第一辅助矩阵，在逐列基础上进行所述预编码器矩阵的条目的乘法更新；以及

耦合到后编码器的行更新模块，其中所述补偿矩阵包括所述后编码器用来生成后补偿信号的后编码器矩阵，所述行更新模块被配置为使用所述第二辅助矩阵，在逐行基础上进行所述后编码器矩阵的条目的乘法更新。

10.一种通信系统，包括根据权利要求8所述的接入节点。