CN107210780A - 经由稳定的向量化控制来减少串扰的方法和系统 - Google Patents

Abstract

在一个示例实施例中，一种方法包括：获得串扰信道和信道矩阵并确定功率控制矩阵，功率控制矩阵用于调节与多个活动通信线路相对应的功率。该方法还包括：基于将功率控制矩阵应用于串扰信道来确定向量化矩阵，并使用该向量化矩阵来生成经向量化的信号，用于在该多个活动通信线路上的数据的通信。

Description

经由稳定的向量化控制来减少串扰的方法和系统

背景技术

数字订户线路(DSL)在容量方面的性能取决于许多因素，如衰减和噪声环境。DSL传输系统的性能受到从一个双绞线对到具有相同绑定器(binders)的另一个双绞线对的串扰干扰的影响，并且在较小程度上受到相邻绑定器中的双绞线对的影响。

因此，串扰干扰可能影响多个双绞线对的数据速率。

例如，两条通信线路，诸如彼此处于同一位置的两个超高比特率数字订户线路(VDSL2)线，在彼此之中引起(induce)信号。由于来自通信线路周围的其他源的引起的串扰和噪声，这些线路上传输的数据可能会受到串扰和噪声的影响或损坏。通过减少在通信线路上引起的串扰或补偿在通信线路上引起的串扰，损坏的数据量可以减少，并且可以可靠地传送信息的速率得以增加。

用于减少串扰和噪声的现有解决方案包括利用预编码控制机制，其对于对角主导(dominant)串扰信道矩阵具有最优性能。

预编码(也称为预补偿)技术基于发送附加到数据信号的附加信号，该附加信号用于补偿来自外部源的在受害线路上的串扰。因此，代替通过以适当的方式配置通信线路来减少串扰的影响或避免串扰影响，可以使用预编码来补偿串扰对通信信道的影响。预编码技术基于包括幅度和相位信息两者的串扰信道信息。这样的信息可以从诸如限幅器误差或信噪比(SNR)的测量中获得。用于预编码的这种测量的特定示例是使用导频序列和误差反馈。G.vector中的导频序列的使用在2010年4月ITU G.993.5的G系列：传输系统和媒体、数字系统和网络的“用于VDSL2收发机的自FEXT消除(向量化)”(“Self-FEXT cancellation(vectoring)for use with VDSL2 transceivers,”Series G:Transmission Systems andMedia,Digital Systems and Networks,ITU G.993.5,April 2010)中描述，其全部内容通过引用并入本文。

串扰信道矩阵可以指代指示噪声和由每个活动通信线路在其他活动通信线路上引起的串扰干扰的电平的矩阵(在上述两条通信线路的情况下，对应的串扰矩阵是2×2矩阵)。

对角主导矩阵是以下矩阵：该矩阵的每一行中的对角条目的幅度大于或等于该矩阵的相同行中所有其他条目的幅度之和。

发明内容

示例实施例涉及用于减少具有高串扰水平的DSL系统中的串扰的方法和系统。

根据一个示例实施例，一种方法包括获得串扰信道和信道矩阵，并确定功率控制矩阵，所述功率控制矩阵用于调节与多个活动通信线路相对应的功率。该方法还包括基于将功率控制矩阵应用于串扰信道来确定向量化矩阵，并使用向量化矩阵来生成经向量化的信号，用于在多个远程收发器与至少一个设备之间在多个活动通信线路上的数据的通信。

在一个示例实施例中，信道矩阵是非对角主导矩阵。

在一个示例实施例中，向量化矩阵是对角主导矩阵。

在一个示例实施例中，该方法包括确定功率控制矩阵，使得功率控制矩阵和串扰信道的乘积的强度的测量小于阈值，其中向量化矩阵是预编码矩阵，并且串扰信道是下游串扰信道。

在一个示例实施例中，功率控制矩阵是对角矩阵，与活动通信线路的一部分相对应的对角矩阵的条目小于1，并且与多个活动通信线路的剩余部分相对应的对角矩阵的条目等于1。

在一个示例实施例中，该方法包括约束与活动通信线路的部分相对应的功率。

在一个示例实施例中，该方法包括通过迭代地更新功率控制矩阵的对角条目来确定功率控制矩阵。

在一个示例实施例中，功率控制矩阵的对角条目的迭代更新包括：确定服从阈值的初始补偿矩阵。对于迭代更新的每次迭代，对角条目的迭代更新包括基于对应的补偿矩阵来确定误差矩阵，对于对应的补偿矩阵的每一行确定行功率，基于每个确定的行功率来确定功率控制矩阵的对角条目，以及基于所确定的功率控制矩阵来更新对应的补偿矩阵，所更新的补偿矩阵在迭代更新中被用作下一次迭代的补偿矩阵。

在一个示例实施例中，该方法包括确定功率控制矩阵，使得功率控制矩阵和串扰信道的乘积的强度的度量小于阈值，其中向量化矩阵是后编码矩阵，并且串扰信道是上游串扰信道。

在一个示例实施例中，功率控制矩阵是对角矩阵，与多个活动通信线路的一部分相对应的对角矩阵的条目小于1，并且与多个活动通信线路的剩余部分相对应的对角矩阵的条目等于1。

在一个示例实施例中，该方法包括约束与活动通信线路的部分相对应的功率。

在一个示例实施例中，设备包括处理器，该处理器被配置为：获得串扰信道和信道矩阵并且确定功率控制矩阵，功率控制矩阵用于调节与多个活动通信线路相对应的功率。处理器还被配置为：基于将功率控制矩阵应用于串扰信道来确定向量化矩阵，并且使用向量化矩阵来生成经向量化的信号，用于在多个远程收发器与设备之间在该多个活动通信线路上的数据的通信。

在一个示例实施例中，信道矩阵是非对角主导矩阵。

在一个示例实施例中，向量化矩阵是对角主导矩阵。

在一个示例实施例中，处理器被配置为：确定功率控制矩阵，使得功率控制矩阵和串扰信道的乘积的强度的测量小于阈值，其中向量化矩阵是预编码矩阵，并且串扰信道是下游串扰信道。

在一个示例实施例中，功率控制矩阵是对角矩阵，与活动通信线路的一部分相对应的对角矩阵的条目小于1，并且与活动通信线路的剩余部分相对应的对角矩阵的条目等于1。

在一个示例实施例中，处理器被配置为：约束与活动通信线路的部分相对应的功率。

在一个示例实施例中，处理器被配置为：通过迭代地更新功率控制矩阵的对角条目来确定功率控制矩阵。

在一个示例实施例中，处理器被配置为：通过确定服从阈值的初始补偿矩阵来迭代地更新功率控制矩阵的对角条目。对于迭代更新的每次迭代，处理器被配置为基于对应的补偿矩阵来确定误差矩阵，针对对应的补偿矩阵的每一行确定行功率，基于每个确定的行功率来确定功率控制矩阵的对角条目，并且基于所确定的功率控制矩阵来更新对应的补偿矩阵，经更新的补偿矩阵在迭代更新中被用作下一次迭代的补偿矩阵。

在一个示例实施例中，处理器被配置为：确定功率控制矩阵，使得功率控制矩阵和串扰信道的乘积的测量小于阈值，其中向量化矩阵是后编码矩阵，并且串扰信道是上游串扰信道。

在一个示例实施例中，功率控制矩阵是对角矩阵，与多个活动通信线路的一部分相对应的对角矩阵的条目小于1，并且与多个活动通信线路的剩余部分相对应的对角矩阵的条目等于1。

在一个示例实施例中，处理器被配置为：约束与活动通信线路的部分相对应的功率。

附图说明

从结合附图的以下详细描述中将更清楚地理解示例实施例。图1-5表示本文所述的非限制性示例实施例。

图1示出了根据示例实施例的通信系统；

图2示出了根据示例实施例的包括预编码器的控制器；

图3描述了根据一个示例实施例的用于确定功率控制矩阵的过程；

图4描述根据一个示例实施例的用于功率控制矩阵的直接确定的过程；并且

图5描述根据一个示例实施例的使用迭代更新算法来确定功率控制矩阵的过程。

具体实施方式

现在将参照附图更全面地描述各种示例实施例，在附图中示出了一些示例实施例。

因此，虽然示例实施例能够进行各种修改和替代形式，但是其实施例通过示例的方式在附图中示出，并且将在本文中详细描述。然而，应当理解，并不旨在将示例实施例限制于所公开的特定形式，而是相反，示例实施例将覆盖落入权利要求范围内的所有修改、等同物和替代方案。在整个附图的描述中，相同的附图标记指代相同的元件。

应当理解，尽管本文可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元素与另一个元素区分开。例如，在不脱离示例实施例的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

应当理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，其可以直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间关系的其他词语应当以类似的方式来解释(例如，“在…之间”与“直接在…之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不旨在限制示例实施例。如本文所用的单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解，术语“包括”、“包括”、和/或“包含”，在本文中使用时，指定所述特征、整件、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整件、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。

还应当注意，在一些替代实现中，所标注的功能/动作可以不按图中所示的顺序进行。例如，取决于所涉及的功能/动作，连续示出的两个附图实际上可以基本上同时执行，或者有时可以以相反的顺序执行。

除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本实施例所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。还将进一步理解，例如在通常使用的字典中定义的那些术语应被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过度正式的意义来解释，除非明确如此定义。

示例实施例和对应的详细描述的部分以软件或算法和对计算机存储器中的数据位的操作的符号表示来呈现。这些描述和表示是本领域普通技术人员借以有效地将其工作的实质传达给本领域普通技术人员的描述和表示。算法，如该术语在本文所使用的以及如其通常被使用的，被认为是导致期望结果的自相一致的步骤序列。这些步骤是需要物理量的物理操作的步骤。通常，虽然不一定，这些量采取能够被存储、传送、组合、比较和以其他方式操纵的光、电或磁信号的形式。已经证明有时，主要是出于普遍使用的原因，将这些信号称为比特、值、元素、符号、字符、项、数字等是方便的。

在下面的描述中，将参考动作和操作的符号表示(例如，以流程图的形式)来描述示意性实施例，操作可被实现为包括例程、程序、对象、组件、数据结构等的程序模块或功能处理，其执行特定任务或实现特定抽象数据类型，并且可以使用现有网络元件或控制节点处的现有硬件来实现。这样的现有硬件可以包括一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)计算机等。

除非另有说明，或者从讨论中显而易见的是，诸如“处理”或“计算”或“估算”或“确定”或“显示”等术语指代计算机系统或类似的电子计算设备的动作和过程，其将表示为计算机系统寄存器和存储器内的物理、电子量的数据操纵和变换为类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。

还要注意，示例实施例的软件实现的方面通常被编码在某种形式的有形(或记录)存储介质上。有形存储介质可以是磁性的(例如，软盘或硬盘驱动器)或光学(例如，光盘只读存储器或“CD ROM”)的，并且可以是只读或随机访问的。示例实施例不受任何给定实现的这些方面的限制。

图1示出了根据示例实施例的通信系统。如图1所示，系统500包括分配点或接入节点100以及客户驻地设备(CPE)200-1至200-m，其中m可以是大于1的整数。

接入节点100可以在运营商的控制之下。接入节点100包括被配置为与网络处理器(NP)120进行通信的光网络单元(ONU)115。众所周知，ONU 115通过光纤光信道向位于中心局中的光线路终端(OLT)提供高带宽数据连接。ONU 115将所接收的下游数据帧或分组传递到NP 120，NP 120然后确定帧或分组的目的地，并相应地将它们转发到适当的接口(例如DSL、ADSL、VDSL、VDSL2等接口)。类似地，在上游方向，NP 120将帧或分组从接口转发到ONU115。

NP 120向处理设备125-1至125-m提供信号。处理设备125被配置用于点对点通信。

接入节点100还包括控制器130。控制器130被配置为从处理设备125接收统称为信号向量的信号数据。信号数据可以包括旨在由CPE 200中的对应处理设备260-1至260-m接收的信号值。在下游方向上，控制器130还被配置为对信号向量进行预编码，并且将所得到的数据返回给处理设备125以便传输到CPE 200。然后，处理设备125经由相应的模拟前端(AFE)135-1至135-m在相应线路300上发送预编码的信号数据。

在上游方向上，处理设备125从AFE 135接收受串扰污染的信号。控制器130从处理设备125接收受串扰污染的信号(统称为接收信号向量)，对所接收的信号向量进行后编码，并且向处理设备125提供经后补偿的信号数据。处理设备125然后继续处理信号数据以解调针对的上游信息。

通常，处理设备之间交换的数据将是频域采样，但是替代地也例如可以将数据表示为时域样本。

如上所述，控制器130与处理设备125通信。替代地，控制器130可以在处理设备125和AFE 135-1至135-m之间。因此，控制器130的位置不限于图1所示的位置。

此外，应当理解，接入节点100可以包括存储器140或多个存储器。NP 120、控制器130和/或处理设备125执行存储在存储器140上的程序和/或程序模块，以执行它们各自的功能和接入节点100的功能。存储器可以在NP 120、控制器130和/或处理设备125的外部和/或内部。为了简化说明的目的，仅示出了与控制器130相关联的存储器140。

如上所述，处理设备125中的每一个可以通过相关联的AFE 135通过通信线路300与CPE 200中的相应一个通信。线路300(也称为链路)可以是电话线路(例如，双绞线对)，并且CPE 200-1至200-m可以是调制解调器或根据用于通过电话线发送数据的通信标准来操作的其他接口设备。CPE 200-1至200-m可以位于各种客户驻地中。CPE200-1至200-m中的每一个包括AFE 255-1至255-m以及相应的处理设备260-1至260-m。AFE 255中的每一个可以与AFE 135相同或基本相同。

图2示出了根据示例实施例的包括预编码器的控制器130。虽然图2被描述为预编码器，但是应当理解，相同的结构适用于后编码器。控制器130具有与处理设备125-1至125-m中的每个的通信接口270。进入(incoming)通信接口270从处理设备125-1至125-m接收数据和控制信号。进入通信接口270将符号数据x从要被预编码的相应处理设备125-1至125-m转发到子集选择器275。

处理设备125-1至125-m可以维护包含要在m线路中的每一线路上发送的信息的分组的单独队列。在任何时间点，一些队列可能有等待发送的分组，而其他队列为空。

活动线路可能有也可能没有要发送的数据。没有数据发送的活动线路称为空闲线路。在向量化系统中，所有活动的空闲线路发送由预编码器285生成的补偿信号，而不管它们是否具有要发送的数据。进入通信接口270指定用于传输的活动线路。

子集选择器275接收信号x。基于信号x，子集选择器275确定多个信号值x_s(符号)。多个信号值x_s是通过从与活动线路相对应的x中取符号而获得的向量。

虽然图2示出了子集选择器275，但是应当理解，示例实施例不限于此，并且包括没有子集选择器的系统。例如，在某些系统中，如果没有要发送的用户数据，则系统填充虚拟(dummy)数据。在这样的系统中，所有线路始终处于活动状态，并且没有子集选择器。

子集选择器275将符号数据x_S转发到预编码器285。

进入通信接口270还将诸如串扰特性的接收机反馈转发到子集选择器275以及向量控制实体(VCE)280。

串扰特性可以是由接收机收集的误差反馈样本或DFT输出样本(然后样本通过相关等被处理以得出串扰系数的估计)。替代地，串扰特性可以是在其他地方计算的串扰系数的估计，然后被转发到VCE280。另外，串扰特性可以是其他形式的反馈(例如受串扰影响的SNR测量)，并且可以用于学习关于串扰的一些东西。

预编码器285将从VCE280接收的系数应用于从子集选择器275所接收的符号数据，以产生经补偿的数据符号y_s(预编码数据)，经补偿的数据符号y_s被转发到流出(outgoing)通信接口290。流出通信接口290将经补偿的数据符号发送到处理设备125-1至125-m。此外，进入通信接口270周期性地接收接收机反馈数据，该数据被转发到VCE280。

在图2中，进入通信接口270、子集选择器275、预编码器285和流出通信接口290可以被认为是数据路径元素，而向量化控制实体280可以被认为是控制路径元素，其指示数据路径元素该怎么做。

进入通信接口270、子集选择器275、预编码器285、流出通信接口290和向量控制实体280中的每一个可以例如在硬件、被配置为执行软件的处理器、固件或其任何组合中实现。当进入通信接口270、子集选择器275、预编码器285、流出通信接口290和向量控制实体280中的至少一个是硬件时，这种现有硬件可以包括一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)计算机等被配置为专用机器以执行进入通信接口270、子集选择器275、预编码器285、流出通信接口290和向量控制实体280中的至少一个的功能。CPU、DSP、ASIC和FPGA通常可以被称为处理器和/或微处理器。

在进入通信接口270、子集选择器275、预编码器285、流出通信接口290和向量控制实体280中的至少一个是执行软件的处理器的情况下，处理器被配置为专用机器用以执行存储在存储介质(例如，存储器140)中的软件，以执行进入通信接口270、子集选择器275、预编码器285、流出通信接口290和向量控制实体280中的至少一个的功能。在这样的实施例中，处理器可以包括一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)计算机。

在背景技术部分讨论的上述预编码控制机制的性能对于经历高串扰水平的信道和/或在使用高于特定频率(例如高于17MHz)的频率的系统中可能恶化，因为在这样的系统中，串扰信道矩阵可能不再是对角主导的信道矩阵。例如，VDSL2系统中的通信线路在通信线路的物理特性可能改变(例如由于铜缆的温度变化)和/或频繁地接合和离开单独通信线路的事件的情况下可能经历高串扰。此外，直接的对角化预编码器(例如，背景技术部分和下面的等式(4b)中讨论的预编码控制机制)的使用也可能导致在高串扰水平处的功率谱密度(PSD)约束的违反。

现有的解决方案包括缩减(scale down)或削减(clip)预编码系数，以便于实施PSD约束。然而，缩减预编码矩阵的一行或削减预编码矩阵的相对较大的值将不利地影响所有通信线路的性能。

增益缩放是另一个现有的解决方案。根据增益缩放，将功率控制矩阵Λ应用于(I+G)的逆，以产生预编码矩阵C(即，C＝(I+G)^-1Λ，其中I是单位矩阵，并且G作为串扰信道矩阵)。这样做理论上可以实现串扰干扰的完全消除。然而，当串扰信道矩阵G是非对角主导时，则所得到的预编码矩阵C也将是非对角主导的，这会导致当通过迭代过程来改善预编码矩阵或跟踪信道中的变化时系统的慢收敛。另外，由于通信线路之一的用户经历的端到端信道增益受功率控制矩阵的影响，功率控制矩阵中的一些变化(例如，大的变化)应当与接收机协调，以避免误差。在G.fast系统中，提供了一种被称为发射机发起的增益自适应的机制。但是在没有发射机发起的增益自适应机制的系统(诸如VDSL或VDSL2系统)中，增益缩放必须是静态的或者替代地缓慢地自适应，这指示在动态系统中实施PSD约束将是困难的。

因此，发明人已经发现用于解决具有高串扰水平和/或可以在较高频率(例如高于17MHz)处操作的系统的经修改的预编码控制机制。

接下来，引入一系列符号，其将用于描述本申请的示例实施例。

H是信道矩阵，信道矩阵的确定可以取决于串扰信道矩阵G和直接信道增益矩阵D。串扰信道矩阵G的系数表示每条通信线路(例如，线路300，如图1所示)经历的串扰水平。I是单位矩阵，其中1为对角条目，而单位矩阵I的所有其他条目均为零。下标U和D分别表示上游和下游信道/操作。

因此，上游和下游信道矩阵可以分别由下面所示的等式(1)和(2)表示，

H_U＝(I+G_U)D_U (1)

H_D＝D_D(I+G_D) (2)

应当理解，上游和下游信道是多输入多输出(MIMO信道)。

在一个示例实施例中并且为了消除串扰和噪声，控制器130可以确定向量化矩阵C。对于下游操作，向量化矩阵C可以被称为预编码矩阵C_D。对于上游操作，向量化矩阵C可以被称为后编码矩阵C_U。控制器130可以基于串扰信道的估计和激活/去激活事件来确定预编码矩阵C_D和后编码矩阵C_U。此外，控制器130可以周期性地和/或动态地确定预编码矩阵C_D和后编码矩阵C_U。

理想地，控制器130根据下面所示的等式(3a)确定后编码矩阵C_U。理想地，控制器130根据下面所示的等式(4a)来确定预编码矩阵。上游和下游的补偿矩阵Ω分别在下面的等式(3a)和(4a)中定义。

C_U–I＝Ω_U (3a)

C_D–I＝Ω_D (4a)

其中C_D是预编码器，C_U是后编码器。等式(3a)和(4a)分别表示后编码和预编码矩阵的一般形式。

后编码矩阵和预编码矩阵的特定选择分别示于下面的等式(3b)和(4b)中。

C_U＝(I+G_U)^-1 (3b)

C_D＝(I+G_D)^-1 (4b)

如果如上述等式(3b)和(4b)所示的后编码矩阵C_U或预编码矩阵C_D是归一化信道矩阵(I+G_U)和(I+G_D)中的相应一个的逆，则当所得到的后编码矩阵C_U或预编码矩阵C_D应用于归一化信道矩阵(I+G_U)和(I+G_D)中的该相应一个时，产生一个单位矩阵I，这指示所有的串扰和噪声被消除。这由以下分别针对上游信道和下游信道的数学关系(5)和(6)示出。

R_U＝C_U(I+G_U) (5)

R_D＝(I+G_D)C_D (6)

在VDSL系统中，预编码和后编码矩阵C_D和C_U可由控制器130直接确定或使用以下形式的反馈控制来确定：

其中n表示反馈控制回路中的迭代次数，是当前误差矩阵的估计，A[n]是具有在0和1之间的权重的对角噪声减小矩阵。E是误差矩阵(也可能是被称为残余串扰矩阵)，其在一个示例实施例中可以表示为：

E＝R-I (8)

用等式(5)或(6)代替等式(8)中的R，分别产生上游信道和下游信道的残余串扰矩阵，如下面的等式(9)和(10)所示。

E_U＝G_U+Ω_U+Ω_UG_U (9)

E_D＝G_D+Ω_D+G_DΩ_D (10)

从现在开始，为了便于描述，将关于下游信道/操作来描述示例实施例，并且将省略用于下游和上游信道的下标符号。然而，本领域普通技术人员也可以容易地将示例实施例修改并应用于上游信道。

在上述等式(10)中，当G小时(即，当G的所有特征值在幅度上小于1并且G是对角主导的时)，由式(7)定义的预编码矩阵的序列可以收敛到期望的预编码矩阵C(例如，C＝(I+G)^-1)，如上所述。此外，通信线路300中的一个或多个可以具有与其相关联的PSD约束。据此，当G小时，可以实施通信线路中的一个或多个的PSD约束。然而，当G太大时(例如，当G是非对角主导的时，这指示具有高串扰的DSL系统)时，使用等式(7)，预编码矩阵序列到预编码矩阵C＝(I+G)^-1的收敛不能被保证，并且另外PSD约束可能不会被适当地被实施。

为了保证预编码矩阵的收敛和PSD约束的实施，在一个示例实施例中，功率控制矩阵可以由控制器130确定并由控制器130使用。具体而言，代替将C设计为C＝(I+G)^-1，预编码矩阵C可以由控制器130获得，如下：

C＝(I+Ω)＝(I+ΛG)^-1 (11)

其中Λ是功率控制矩阵。在一个示例实施例中，Λ是具有等于或大于0且等于或小于1的对角条目的对角矩阵。Λ的条目可以被称为功率控制参数，而泄漏矩阵I-Λ的条目是泄漏的参数。

在一个示例实施例中，功率控制参数可以由控制器130确定，以确保乘积ΛG小，使得乘积ΛG的特征值在幅度上小于1。因此，所确定的功率控制矩阵Λ实现了预编码矩阵的收敛以及PSD约束的实施。

在下文中，将描述用于确定功率控制矩阵Λ的示例实施例。图3描述了根据一个示例实施例的用于确定功率控制矩阵的过程。作为提醒，参考下游信道描述了图3的过程。然而，图3的所描述的过程可以被修改并且也可以应用于上游信道。

在S300，控制器130确定下游串扰矩阵G和下游信道矩阵H。如上所述，可以获得下游串扰信道矩阵G。如上所述，可以使用等式(2)获得下游信道矩阵H。

在S305，控制器130确定功率控制矩阵Λ。功率控制矩阵Λ可以以几种方式之一确定。在一个示例实施例中，可以直接从下游串扰信道矩阵G确定功率控制矩阵。将参考下面的图4描述功率控制矩阵的直接确定。在另一个示例实施例中，功率控制矩阵Λ的参数可以基于等式(7)的修改版本使用用于预编码矩阵的迭代更新算法来确定，如下面将描述的。将参考以下图5来描述基于迭代更新算法的功率控制矩阵Λ的参数的确定。

一旦在S305处确定了功率控制矩阵，则在S310处，控制器130确定向量化矩阵，其在下游操作中与预编码矩阵相同。在一个示例实施例中，控制器130根据等式(11)通过将所确定的功率控制矩阵Λ应用于下游串扰信道G来确定预编码矩阵。

此后，在S315处，控制器130将所得到的预编码矩阵应用于下游信道矩阵H。然后，得到的矩阵R用于在图1所示的分配中心110和多个CPE 150₁至150_n之间在多个活动通信线路上传送数据。

现在将描述在S305处的功率控制矩阵的直接确定。图4描述了根据一个示例实施例的用于功率控制矩阵Λ的直接确定的过程。

在S401，控制器130获得阈值β。在一个示例实施例中，β可以是基于经验研究确定的设计参数。阈值β可以由系统的操作者来选择。阈值β越小，系统将越快收敛到最终解决方案(例如在加入或离开操作之后)。一旦系统收敛到最终解决方案，阈值β的较大值可能导致具有更好性能的预编码器。因此，在一个示例实施例中，阈值β可以由控制器130基于收敛速度与预编码器的性能的质量之间的折衷来获得。

在S403中，控制器130将变量k初始化为1。变量k表示功率控制矩阵Λ的行的索引，并且在1和通信线路300的最大数量(如图1所示的m)之间。

在S406中，控制器130检查在S300处获得的下游串扰信道矩阵G的第k行，如参考图3所描述的。在一个示例实施例中，控制器130确定下游串扰信道矩阵G的第k行是否为自然小(例如，|G_kj|对j的求和小于β)。

如果在S406中，控制器130确定下游串扰信道矩阵G的第k行自然小，则在S411，控制器130将λ_k＝1指派给功率控制矩阵Λ的第k个对角功率控制参数。

如果在S406中，控制器130确定下游串扰信道矩阵G的第k行不是自然小，则在S416处，控制器130将小于1的值指派给λ_k。对于λ_k的小于1的值导致针对第k个受害线路的串扰通过(1-λ_k)的因子被抑制。

在一个示例实施例中，对于非自然小的下游串扰信道矩阵G的第k行，控制器130将λ_k确定为β其中β是在S401处获得的以上定义的阈值，并且是对于下游串扰信道矩阵G的第k行的绝对行总和的逆。

总之，控制器130可以根据以下表达式确定Λ的功率控制参数：

此后，在S421处，在检查下游串扰信道矩阵G的第k行之后，控制器130确定是否检查/分析了串扰信道矩阵G的所有行。如果在S421处，控制器130确定没有检查/分析串扰信道矩阵G的所有行，则处理进行到S423，其中变量k增加1，然后该处理返回到S406，并且控制器130重复S406至S421，直到下游串扰信道矩阵G的所有行被检查/分析。

如果在S421，控制器130确定已经检查/分析了下游串扰信道矩阵G的所有行，则在确定了功率控制矩阵Λ的情况下，处理在S426处返回S305。

在图4的示例实施例中，控制器130确定功率控制矩阵Λ具有以下特性。首先，功率控制矩阵Λ被确定为使得功率控制矩阵Λ和下游串扰信道矩阵G的乘积的强度(例如，范数)的测量小于阈值β。这种强度的测量可以是谱半径ρ(ΛG)的上限的测量，在这种情况下，所选择的矩阵使得ρ(ΛG)小于β。确定功率控制矩阵Λ，使得ρ(ΛG)将小于β，确保收敛补偿矩阵Ω小，并且因此预编码矩阵C快速收敛。换句话说，预编码矩阵C收敛于等式(11)的右侧的表达式(当迭代地应用下面提供的等式(20)或(21))时。快速性与预编码矩阵C足够地(在阈值内)接近满足等式(11)之前所需的迭代次数有关。预编码矩阵C和理想预编码矩阵之间的“距离”基本上遵循几何级数，与n次迭代之后的βⁿ成比例。因此，选择较小的β会使收敛更快。然而，较小的β使用较小的功率控制矩阵Λ，这使得等式(11)更远离理想等式(4b)。

如果功率控制矩阵Λ不是单位矩阵，则可能不能实现完全消除串扰的目的，因为预编码矩阵C_D可能不再具有等式(4)中表示的理想形式。对于非单位的Λ，存在残余串扰矩阵E，其可以表示为：

E＝(I+G)C-I＝(I+ΛG)C+(I-Λ)GC-I＝(I-Λ)G(I+ΛG)^-1 (13)

假设预编码矩阵已经收敛到C＝(I+ΛG)^-1。

等式(13)中最后一个表达式的左侧的主要项(I-Λ)指示可以逐行地(即，逐受害者线路地)控制残余干扰，其中每个受害者线路可以是多个通信线路(例如，图1中的线路300)中的经历由通信线路中剩余的一些引起的串扰的任意一个。具体地，对于具有λ_k＝1的任何受害线路k，误差矩阵E的对应行收敛到零。然而，对于具有λ_k<1的任何受害线k，误差矩阵E的对应行可能不会收敛到零，这意味着线路将被部分地保护，并且串扰将被部分地抑制(例如，由因子(1-λ_k))。对于给定的下游串扰信道矩阵G，诸如在S300处获得的，可以通过确保每行小而使得ΛG的范数小。

虽然参考下游信道/操作描述了图4的方法，但是所描述的方法也可以被修改并应用于上游信道/操作。

确定上游信道上的功率控制矩阵和随后的后编码矩阵的过程与上面参考图4所描述的对于下游信道的过程相似。

例如，后编码矩阵C_U可以由控制器130获得，如下：

C_U＝(I+Ω)＝(I+GΛ)^-1 (14)

其中在等式(14)中，当与用于下游信道的等式(11)相比时，功率控制矩阵Λ出现在上游串扰信道矩阵G_U的右侧，而不是左侧。

此外，用于上游信道的等式(12)的等价式如下：

其中在等式(15)中，当与等式(12)相比时，交换索引k和j，以确保上游串扰信道矩阵G_U与功率控制矩阵Λ的乘积(G_UΛ)的绝对列和低于阈值β。

因此，用于上游信道的误差矩阵的等式(13)的等价式为：

E＝C(I+G)-I＝(I+GΛ)^-1[(I+GΛ)+G(I-Λ)]-I＝(I+GΛ)^-1G(I-Λ) (16)

其中矩阵C和G分别代表后编码矩阵C_U和上游串扰信道矩阵G_U。

在等式(16)中，因为如在等式(13)中的情况一样，项(I-Λ)在右侧而不是左侧，所以功率控制参数直接控制不同干扰源(例如，在受害线路上引起串扰干扰的通信线路)的影响。例如，如果λ_k＝1，则所有其他线路上的第k条通信线路的串扰被完全消除，而如果λ_k<1，则来自第k条通信线路的串扰可能会影响所有线路。

因此，也实现了跟踪更新的快速收敛和/或对上游信道中的功率控制参数的大小的控制。

作为上述功率控制矩阵Λ的直接确定的替代方案，可以实施迭代更新算法以不断地更新功率控制矩阵Λ的功率控制参数。

图5描述根据一个示例实施例的使用迭代更新算法来确定功率控制矩阵的过程。作为提醒，参考下游信道来描述图5的过程。

在S502处，控制器130将变量n初始化为0以及初始化对于n＝0的补偿矩阵Ω[n]，其中n指示迭代更新算法在确定功率控制矩阵并更新预编码器285所利用的预编码矩阵C中的迭代步骤。换句话说，图5示出了控制器130作为更新预编码器285所利用的预编码矩阵C的一部分而修改功率控制参数的示例实施例。

在一个示例实施例中，控制器130确定Ω[0]，使得所有通信线路300的功率约束被满足。控制器130通过确定Ω[0]使得r_k(Ω[0])≤β²来实施功率约束，其中k是在0和Ω[0]的最大行数之间的变量(例如，Ω[0]的最大行数可以对应于通信线路300的最大数量，其在图1中等于m)。

在一个示例实施例中，r_k被定义为由以下公式给出的行求和运算符：

r_k(B)＝∑_j|B_kj|² (17)

其中变量B可以用Ω的特定迭代(例如，Ω[0])代替。此外，j是从1增加到Ω[0]的最大列数的变量(例如，Ω[0]的最大列数可以对应于通信线路的最大数量，其在图1中等于m，假定G为方阵)。

在S507，并且在功率控制矩阵Λ的迭代更新的每次迭代期间，控制器130确定残余串扰矩阵E[n](例如，对于n＝0的E[n])的估计，其可以表示为在一个示例实施例中，控制器130使用任何已知的方法，基于发送探测信号、收集误差反馈和处理误差反馈来确定残余串扰矩阵的估计

在S512，控制器130针对Ω矩阵的每一行k确定经调整的行功率。在一个示例实施例中，第k行的经调整的行功率可以表示为：

其中k＝1，...，m(其中m是通信线路的最大数量)。

在S517，控制器130确定功率控制矩阵Λ的第k个参数。在一个示例实施例中，控制器130根据以下表达式确定功率控制矩阵的第k个参数：

λ_k[n]＝min(1,βθ_k ^-1/2) (19)

在S522中，控制器130使用在S517处确定的功率控制参数来更新用于下一次迭代的补偿矩阵Ω。在一个示例实施例中，控制器130根据以下表达式来更新补偿矩阵：

等式(20)可以重写为：

其中等式(21)示出了在迭代更新的每次迭代期间，Ω[n+1]是上次迭代的补偿矩阵(例如，Ω[n])和第二矩阵的凸组合，上次迭代的补偿矩阵(例如，Ω[n])和第二矩阵两者均满足PSD约束，这意味着Ω[n+1]满足PSD约束。在S522处，控制器还在确定了补偿矩阵Ω[n+1]之后，使用等式(4a)来确定预编码矩阵C_D。

在S527，控制器130确定在S507处确定的残余矩阵的估计是否已经收敛。在一个示例实施例中，如果对于多个迭代，残余矩阵的估计的值不变或仅经历小的变化，则控制器130确定残余矩阵的估计已经收敛。

如果控制器130在S527处确定残余矩阵的估计未收敛，则在S529处，控制器130将n增加1。之后，该处理返回到S507，并且控制器130重复S507至S527直到控制器130确定已经收敛。此后，在S532处，控制器130结束迭代。

在上面参考图5描述的迭代更新的替代示例实施例中，在迭代更新算法的每次迭代期间，控制器130可以不在S335处确定更新的功率控制参数。相反，控制器130保留先前确定的功率控制参数，直到补偿功率离开指定范围。例如，如果功率控制矩阵Λ固定为某个值Λ[1]，并且等式(21)被一致地应用，则预编码矩阵C[n]将会朝向(I+Λ[1]G)^-1收敛，(I+Λ[1]G)^-1可能具有太高或太低的行功率。由于预编码矩阵C[n]朝向可能具有太高的行功率的(I+Λ[1]G)^-1收敛，则随着n增加，预编码矩阵C[n]将具有更高的行功率。此时，控制器130不使用预编码矩阵C[n]，而是将功率控制矩阵更新为如下面的等式(24)所反映的新值。在一个示例实施例中，可以基于如下面的等式(23)和(24)所反映的阈值β和参数ε来确定指定的范围。

因此，可以修改图5的S512，使得控制器130基于以下表达式在迭代更新算法的每次迭代期间确定第k行功率：

此外，图5的S517可以被修改如下：

如果(1-2ε)²β²λ_k[n-1]²≤θ_k≤β²λ_k[n-1]²,则λ_k[n]＝λ[n-1] (23)

否则,λ_k[n]＝min(1,(1-ε)βθ_k ^-1/2λ[n-1]) (24)

其中ε是指定具有与其相关联的受约束功率的通信线路的目标值的范围的宽度的参数。换句话说，控制器130不是确定每个受控行的行总和恰好等于β²，而是确定每行的行总和在(1-2ε)²β²和β²之间。

在一个示例实施例中，可以不使用精确/最佳功率控制参数，因为λ_k中的相对小的改变可能不会转换为通信线路k上的向量化增益的显著变化。例如，线路k的功率控制参数将线路k上的向量化增益限制为大约-20*log₁₀(1-λ_k)。因此，使用Λ_k＝0.0不会转换为针对第k个通信线路的向量化增益，而Λ_k＝0.2转换为第k个通信线路上的仅2dB的向量化增益，这意味着第k个通信线路上的性能对于λ_k接近0对λ_k不是很敏感。

虽然上述观察值对于接近0的λ_k的值仍然为真，但当λ_k接近1时，λ_k的小变化可能转化为向量化增益的大变化。

因此，在一个示例实施例中，可以仅使用固定数量的λ_k的代表性值(例如λ_k∈{0,0.25,0.5,0.75,1})。因此，代替等式(23)和(24)，可以修改图5的S517，使得第k个功率控制参数被确定为来自代表性值中的λ_k的最大值，使得其中λ_k、θ_k和β是与以上定义的相同。

尽管已经关于在几个实例中提到的下游信道的操作描述了以上示例实施例，但是可以容易地修改下游过程并将其应用于上游信道操作。在一些示例实施例中，可以实施PSD约束，用于诸如避免噪声放大(例如，取决于功率控制参数的大小，在接收机侧的后编码器的输入处的噪声在后编码器输出被放大)、避免量化误差或后编码器的动态范围引起的问题、以及简化离开和加入事件时的计算要求。

在上游信道中应用迭代更新算法的过程与上面参考图5针对下游信道所描述的相似。

例如，代替行总和运算(17)，使用列总和运算符，其由下式给出：

c_k(B)＝∑_j|B_jk|² (25)

其中在等式(25)中，使用列的标记“c”，而不是等式(17)中针对行的“r”。此外，与等式(17)相比，在等式(25)中索引j和k被互换。

第二，等式(18)被修改为基于等式(25)的列总和运算符，而不是等式(17)的行总和运算符。因此，上游信道的等式(18)的修改版本由以下等式(26)给出。

第三，下游信道的等式(20)和(21)可以分别由以下用于上游信道的等式(27)和(28)替代。

最后，下游信道的等式(22)可以被修改用于上游信道，如下所示。

在上述示例实施例中，功率控制矩阵被确定为限制预编码器输出功率(即，实施通信线路中的每一个的PSD约束)或后编码器。然而，在替代示例实施例中，功率控制矩阵被确定不仅用于限制预编码器输出功率，而且还用于限制所谓的消除深度。此外，在一个示例实施例中并且在上游信道上，功率控制矩阵被确定为限制后编码器输出功率。在替代示例实施例中和上游信道上，功率控制矩阵被确定为不仅限制后编码器输出功率，而且还限制上游信道中的消除深度。

消除深度(CD)是指系统可能降低串扰干扰的程度。例如，30dB的消除深度意味着-10dB的原始串扰可以通过向量化进一步降低到-40dB(即-10dB-30dB＝-40dB)。消除深度受到应用预编码系数的底层硬件的精度以及预编码系数被估计的准确度的限制。虽然具有尽可能高的值的抵消深度是理想的，但是在某些情况下，可能期望限制抵消深度用于系统稳定性目的。

例如，系统可能会经历某种外部波动噪声，并且这种外部波动噪声可能在有用信号之下的-40dB和-30dB之间波动。VDSL系统可能不能足够好地处理波动的噪声，这可能进而导致系统不稳定。因此，如果消除深度被有意地限制在20dB，则与上述的-40dB相比，串扰干扰仅被减小到仅-30dB。在这种情况下，在-30dB和-40dB之间波动的外部噪声可能不会对VDSL系统的性能产生不利影响。

向量化系统的消除深度可以表示为无向量化情况下所观测的干扰水平与向量化有效的情况下所观测的干扰之间的差，以dB表示。

在一个示例实施例中，对于具有误差矩阵E的系统，由第k个通信线路经历的干扰等级由下式给出：

其中w_k表示第k个通信线路所经历的干扰等级。在等式(30)中，假设所有通信线路具有相等的发射功率。

对于非向量化系统(即，其中所应用的预编码矩阵是单位矩阵C＝I的系统)，误差矩阵E与下游串扰信道矩阵G相同。换句话说，非向量化系统的干扰电平由下式给出：

然而，对于其中使用被应用了功率控制矩阵Λ的预编码矩阵C(即，C＝(I+ΛG)^-1)的向量化系统，向量化系统的误差矩阵E由下式给出：

因此，向量化系统的干扰由下式给出：

因此，基于上面给出的消除深度的定义，消除深度为：

已经关于下游信道描述了上述消除深度。然而，在上游信道上，与逐受害线路深度消除相反，相同的消除深度可以应用于所有受害线路。换句话说，在上游信道上，对于所有受害线路，λ_k可以被替换为λ，并且因此针对上游信道公式(34)可以被修改，如下面的等式(35)所示。

根据等式(35)，如果Λ＝λI，则所有通信线路在上游信道上经历相同的消除深度。

在上述示例实施例中，相同的功率控制参数由控制器130应用于预编码矩阵C_D的一行中的所有元素或后编码矩阵C_U的列中的所有元素。

在替代示例实施例中，预编码矩阵或后编码矩阵中的每个系数可以由控制器130用不同的功率控制参数来更新。

因此，代之以功率控制参数的单个对角功率控制矩阵Λ，由控制器130确定m个不同的功率控制矩阵Λ⁽¹⁾,…,Λ^(m)。m个不同的功率控制矩阵的对角元素定义m²个不同的功率控制参数。

对应的预编码矩阵C_D被逐列地定义为：

C_D u^(k)＝(I+Λ^(k)G_D)^-1u^(k)对于每一个k (36)其中u^(k)是第k个分量为1的列向量，所有其他元素为零，使得对于任何矩阵B，乘积B u^(k)表示B的第k列。

类似地，在上游方向，后编码矩阵C_U被逐行地定义为：

u^(k)TC_U＝u^(k)T(I+G_UΛ^(k))^-1对于每一个k (37)其中u^(k)T是第k个分量为1的行向量，所有其他元素为零，使得对于任何矩阵B，乘积u^(k)T B表示B的第k行。

因此，在下游方向，误差矩阵E的第k列由以下等式(38)给出。

E u^(k)＝(I-Λ^(k))G(I+Λ^(k)G_D)^-1u^(k) (38)

在上游方向，误差矩阵E的第k行由以下等式(39)给出。

u^(k)E＝u^(k)T(I+G_UΛ^(k))^-1G(I-Λ^(k)) (39)

在下游方向，控制器130将功率控制参数Λ^(k) _jj应用于补偿矩阵Ω的补偿系数Ω_jk。在上游方向，控制器130将功率控制参数Λ^(k) _jj应用于补偿矩阵Ω的补偿系数Ω_kj。因此，补偿矩阵Ω的每个系数可以由控制器130单独控制。

将不同的控制参数应用于预编码矩阵或后编码矩阵的系数的一个示例应用是将更积极的功率控制方案用于最近发起会话的用户的更快的收敛，并且将较不积极的功率控制方案用于比其他用户更长地处于活动的用户的更好的性能。将不同的控制参数应用于预编码矩阵或后编码矩阵的系数的另一示例应用可以是：例如在预编码矩阵或后编码矩阵的对角元素被硬连线为单位元素的向量化系统中，使补偿矩阵Ω的对角元素为零。这可以通过针对每个k设置Λ^(k) _kk＝0来实现。尽管这导致非零对角误差项E_kk，但是误差项可以在实践中通过接收机中均衡器系数的自适应来补偿。

如此描述了示例实施例，将明显的是，这些示例实施例可以以许多方式变化。这样的变化不被认为是脱离示例实施例的精神和范围，并且对于本领域技术人员显而易见的所有这样的修改旨在被包括在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种方法，包括：

获得(S300)串扰信道和信道矩阵；

确定(S305)功率控制矩阵，所述功率控制矩阵用于调节与多个活动通信线路相对应的功率；

基于将所述功率控制矩阵应用于所述串扰信道来确定(S310)向量化矩阵；以及

使用所述向量化矩阵来生成经向量化的信号，用于在所述多个活动通信线路上的数据的通信。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述信道矩阵是非对角主导矩阵。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述向量化矩阵是对角主导矩阵。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定所述功率控制矩阵，使得所述功率控制矩阵和所述串扰信道的乘积的强度小于阈值，其中所述向量化矩阵是预编码矩阵，并且所述串扰信道是下游串扰信道。

5.根据权利要求4所述的方法，其中

所述功率控制矩阵是对角矩阵，并且

与所述活动通信线路的一部分相对应的所述对角矩阵的条目小于1，并且

与所述多个活动通信线路的剩余部分相对应的所述对角矩阵的条目等于1。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

约束与所述活动通信线路的所述部分相对应的所述功率。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：

通过迭代地更新所述功率控制矩阵的对角条目来确定所述功率控制矩阵。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述功率控制矩阵的所述对角条目的所述迭代更新包括：

确定服从阈值的初始补偿矩阵，以及

对于所述迭代更新中的每次迭代，

基于对应的补偿矩阵来确定误差矩阵，

对于所述对应的补偿矩阵的每一行，确定行功率，

基于每个所确定的行功率来确定所述功率控制矩阵的所述对角条目，以及

基于所确定的功率控制矩阵来更新所述对应的补偿矩阵，所更新的补偿矩阵在所述迭代更新中被用作下一次迭代的补偿矩阵。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定功率控制矩阵，使得所述功率控制矩阵和所述串扰信道的乘积的强度小于阈值，其中所述向量化矩阵是后编码矩阵，并且所述串扰信道是上游串扰信道。

10.一种设备(500)，包括：

处理器(130)，被配置为，

获得串扰信道和信道矩阵；

确定功率控制矩阵，所述功率控制矩阵用于调节与所述多个活动通信线路相对应的功率；

基于将所述功率控制矩阵应用于所述串扰信道来确定向量化矩阵；以及

使用所述向量化矩阵来生成经向量化的信号，用于在所述多个活动通信线路上的通信。