CN107454995A - 用于数字用户线的多用户多输入多输出 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种在网元(NE)中实施的方法，包括：通过所述NE的处理器获得与网络中的多个下游(DS)信道相关联的多个编码信号，其中所述多个DS信道形成多个DS多输入多输出(MIMO)组；根据所述多个DS MIMO组，通过所述处理器对所述多个编码信号执行MIMO预编码；在执行所述MIMO预编码之后，通过所述处理器对所述多个编码信号联合地执行串音预编码以产生多个输出信号；以及通过所述NE的发送器通过所述多个DS信道将所述多个输出信号同步地发送到多个远程NE。

Description

用于数字用户线的多用户多输入多输出

相关申请案的交叉参考

本发明要求2016年5月6日递交的发明名称为“用于数字用户线的多用户多输入多输出(Multi-User Multiple-Input And Multiple-Output For Digital SubscriberLine)”的第15/148,698号美国非临时专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容又要求2015年5月11日由阿密H.法兹罗拉伊(Amir H.Fazlollahi)递交的发明名称为“用于数字用户线的多用户多输入多输出(Multi-User Multiple-Input And Multiple-OutputFor Digital Subscriber Line)”的美国临时专利申请案62/159,560以及2015年6月16日由阿密H.法兹罗拉伊(Amir H.Fazlollahi)和王湘(Xiang Wang)递交的发明名称为“用于数字用户线的多用户多输入多输出(Multi-User Multiple-Input And Multiple-OutputFor Digital Subscriber Line)”的美国临时专利申请案62/180,457的在先申请优先权，该在先申请的内容均以引用的方式并入本文。

背景技术

双绞铜线最初设计成载送低带宽语音电话信号。如今，双绞铜线广泛用于在数字用户线(digital subscriber line，DSL)系统中将高带宽数据信号从中心局(centraloffice，CO)、远程终端(remote terminal，RT)或配线点(distribution point，DP)载送到客户终端设备(customer premises equipments，CPE)。以引用的方式并入本文的1999年的国际电信联盟电信标准化部门(International Telecommunications Union-Telecommunication Standardization Sector，ITU-T)文件G.992.1“非对称数字用户线(Asymmetric digital subscriber line，ADSL)收发器(Asymmetric digital subscriberline(ADSL)transceivers)”、2002年的ITU-T文件G.992.3“非对称数字用户线收发器2(Asymmetric digital subscriber line transceivers 2，ADSL2)(Asymmetric digitalsubscriber line transceivers 2(ADSL2))”以及2003年的ITU-T文件G.992.5“非对称数字用户线(ADSL)收发器-扩展带宽ADSL2(ADSL2+)(Asymmetric digital subscriber line(ADSL)transceivers-Extended bandwidth ADSL2(ADSL2+))”中描述的非对称数字用户线(ADSL)/ADSL2/ADSL2+使用高达几兆赫(MHz)的带宽。以引用的方式并入本文的2005年7月的ITU-T文件G.993.2“超高速数字用户线收发器2(VDSL2草案)(Very-high speed DigitalSubscriber Line Transceivers 2(VDSL2draft))”中描述的超高速数字用户线(VDSL)/VDSL2使用几十MHz的带宽。以引用的方式并入本文的2014年12月的ITU-T文件G.9701“快速接入用户终端(Fast Access to Subscriber Terminal)”这一ITU标准中描述的快速接入用户终端(G.fast)使用约100MHz或更高的带宽。

发明内容

DSL通信会经历各种形式的干扰，包含远端串音(far-end crosstalk，FEXT)。在矢量化系统中，CO侧的收发器并置，而客户终端处的收发器是分布式的。因此，仅可以在CO侧进行协调以消除或减小FEXT。然而，在客户终端处的收发器也并置的系统中，可使用多输入多输出(multiple-input and multiple-output，MIMO)处理来利用FEXT而非消除FEXT，从而提高性能。另外，多用户MIMO(multi-user-MIMO，MU-MIMO)处理可用于预编码或消除跨越MIMO组的FEXT。然而，归因于大型矩阵的分解，MU-MIMO处理的计算复杂性很高，并且因此可能不适合在DSL系统中实施。为了解决这些问题和其它问题，并且如将在下文充分解释，对每个MIMO组信道子矩阵分别执行矩阵对角化，而非对整个大型信道矩阵执行矩阵对角化，并且基于矩阵对角化来对MIMO预编码和消除矩阵进行计算。

在一个实施例中，本发明包含一种在网元(network element，NE)中实施的方法，包括：通过所述NE的处理器获得与网络中的多个下游(downstream，DS)信道相关联的多个编码信号，其中所述多个DS信道形成多个DS MIMO组；根据所述多个DS MIMO组，通过所述处理器对所述多个编码信号执行MIMO预编码；在执行所述MIMO预编码之后，通过所述处理器对所述多个编码信号联合地执行串音预编码以产生多个输出信号；以及通过所述NE的发送器通过所述多个DS信道将所述多个输出信号大体上同步地发送到多个远程NE。在一些实施例中，本发明还包含所述多个DS信道的第一子集，其形成所述多个DS MIMO组中的第一DSMIMO组，其中所述方法进一步包括通过所述NE的接收器接收用于第一子载波下的所述第一DS MIMO组的MIMO预编码矩阵，其中所述MIMO预编码矩阵是从DS MIMO信道矩阵分解的，所述DS MIMO信道矩阵包括所述第一子载波下的所述多个DS信道的第一子集的直接信道估计和所述第一子载波下的所述多个DS信道的第一子集的FEXT信道估计，且其中执行所述MIMO预编码包括将与所述第一DS MIMO组相关联的所述多个编码信号的第二子集乘以所述MIMO预编码矩阵；和/或进一步包括：通过处理器获得表示为H的第一DS信道矩阵，所述第一DS信道矩阵包括表示第一子载波下的所述多个DS信道的第一直接信道估计的第一对角项和表示第一子载波下的所述多个DS信道的第一FEXT信道估计的第一非对角项，其中所述第一DS信道矩阵的第一对角块表示所述多个DS MIMO组的第一DS MIMO组中的MIMO信道；通过处理器生成表示为H_M的DS MIMO信道矩阵，所述DS MIMO信道矩阵包括第二对角块和非对角块，其中所述第二对角块对应于所述第一DS信道矩阵的第一对角块，且其中所述非对角块包括零值；以及通过处理器根据第一DS信道矩阵H的逆矩阵与DS MIMO信道矩阵H_M的乘积来计算表示为P的FEXT预编码矩阵，其中所述乘积表达为P＝H^-1×H_M，其中执行串音预编码包括在执行MIMO预编码之后将所述多个编码信号乘以所述FEXT预编码矩阵；和/或进一步包括：在执行MIMO预编码之后且在执行串音预编码之前，通过处理器获得第一子载波下的所述多个DS信道的第二直接信道估计、第一子载波下的所述多个DS MIMO组中的每个组内的第二FEXT信道估计和跨越第一子载波下的多个DS MIMO组的第三FEXT信道估计，其中所述第二直接信道估计和所述第二FEXT信道估计是MIMO预编码和MIMO后编码的信道估计；通过处理器生成第二DS信道矩阵，所述第二DS信道矩阵包括表示第二直接信道估计的第二对角项、表示所述多个DS MIMO组中的每个组的对应第二FEXT信道估计的各自包括第二非对角项的第二对角块以及表示第三FEXT信道估计的第二非对角块；以及通过处理器对所述第二DS信道矩阵求逆以产生FEXT预编码矩阵，其中执行所述串音预编码包括在执行所述MIMO预编码之后将所述多个编码信号乘以所述FEXT预编码矩阵；和/或进一步包括在对所述第二DS信道矩阵求逆之前通过处理器指派零值到所述第二对角块的第二非对角项；和/或进一步包括通过所述NE的接收器通过第二子载波下的多个上游(upstream，US)信道大体上同步地从所述多个远程NE接收多个调制后信号，其中所述多个US信道形成多个US MIMO组；通过处理器对所述多个调制后信号执行离散傅里叶变换(Fourier transform，DFT)以产生多个解调后信号；通过处理器对所述多个解调后信号执行频域均衡以产生多个均衡的解调后信号；通过处理器对所述多个均衡的解调后信号联合地执行串音消除；以及在执行所述串音消除之后根据所述多个US MIMO组通过处理器对所述多个均衡的解调后信号执行MIMO后编码；和/或所述多个US信道的第一子集形成所述多个US MIMO组中的第i个US MIMO组，其中i是正整数，其中所述方法进一步包括：通过处理器获得表示为H_i,i的US MIMO信道子矩阵，所述US MIMO信道子矩阵包括表示第二子载波下的所述多个US信道的第一子集的第一直接信道估计的对角项和表示第二子载波下的所述多个US信道的第一子集的第一远端串音(far-end crosstalk，FEXT)信道估计的非对角项；通过处理器将所述US MIMO信道子矩阵H_i,i分解成表示为A_i,i的第一矩阵、表示为W_i,i的第二矩阵和表示为B_i,i的第三矩阵，其中H_i,i＝A_i,i×W_i,i×B_i,i ^-1；以及通过发送器将第三矩阵B_i,i发送到对应的远程NE以促进US方向上的MIMO预编码；且其中执行所述MIMO后编码包括将与所述多个US信道的第一子集相关联的所述多个均衡的解调后信号的第二子集乘以第一矩阵的第一逆矩阵且在将所述多个均衡的解调后信号的第二子集乘以第一矩阵的第一逆矩阵之后将所述多个均衡的解调后信号的第二子集乘以第二矩阵的第二逆矩阵W_i,i ^-1，和/或通过将奇异值分解(singular-valuedecomposition，SVD)应用于US MIMO信道子矩阵H_i,i来分解US MIMO信道子矩阵H_i,i，和/或通过将几何均值分解(geometric mean decomposition，GMD)应用于US MIMO信道子矩阵H_i,i来分解US MIMO信道子矩阵H_i,i；和/或进一步包括：通过处理器获得表示为H的第一US信道矩阵，所述第一US信道矩阵包括表示第二子载波下的所述多个US信道的第一直接信道估计的第一对角项和表示第二子载波下的所述多个US信道的第一FEXT信道估计的第一非对角项，其中所述第一US信道矩阵H的第一对角块表示所述多个US MIMO组的第一US MIMO组中的MIMO信道；通过处理器生成表示为H_M的US MIMO信道矩阵，所述US MIMO信道矩阵包括对应于所述第一US信道矩阵的第一对角块的第二对角块和包括零值的非对角块；以及根据US MIMO信道矩阵H_M与第一US信道矩阵H的逆矩阵的乘积通过处理器计算表示为C的FEXT消除矩阵，其中所述乘积表达为C＝H_M×H^-1，其中执行串音消除包括将所述多个均衡的解调后信号乘以所述FEXT消除矩阵；和/或进一步包括：在执行MIMO预编码之后且在执行串音预编码之前，通过处理器获得第二子载波下的所述多个US信道的第二直接信道估计、第二子载波下的所述多个US MIMO组中的每个组内的第二FEXT信道估计和跨越所述多个US MIMO组的第三FEXT信道估计，其中所述第二直接信道估计和所述第二FEXT信道估计是MIMO预编码和MIMO后编码的信道估计；通过处理器生成第二US信道矩阵，所述第二US信道矩阵包括表示第二直接信道估计的第二对角项、表示所述多个US信道的每个信道中的对应第二FEXT信道估计的各自包括第二非对角项的第二对角块以及表示第三FEXT信道估计的第二非对角块；以及通过处理器对所述第二US信道矩阵求逆以产生FEXT消除矩阵，其中执行所述串音消除包括将所述多个均衡的解调后信号乘以所述FEXT消除矩阵。

在另一实施例中，本发明包含一种通信系统局侧装置，其包括：处理器，用于获得与网络中的多个DS信道相关联的多个编码信号，其中所述多个DS信道形成多个DS MIMO组，根据所述多个DS MIMO组对所述多个编码信号执行MIMO预编码，且在执行所述MIMO预编码之后对所述多个编码信号联合地执行串音预编码以产生多个输出信号；以及多个发送器，耦合到所述处理器且用于通过所述多个DS信道将所述多个输出信号大体上同步地发送到多个远程NE。在一些实施例中，所述多个DS信道的第一子集形成所述多个DS MIMO组的第一DS MIMO组，其中所述通信系统局侧装置进一步包括接收器，所述接收器耦合到所述处理器并且用于接收第一子载波下的所述第一DS MIMO组的MIMO预编码矩阵，其中所述MIMO预编码矩阵是从DS MIMO信道矩阵分解的，所述DS MIMO信道矩阵包括所述第一子载波下的所述多个DS信道的第一子集的直接信道估计和所述第一子载波下的所述多个DS信道的第一子集的FEXT信道估计，且其中所述处理器进一步用于通过将与所述多个DS信道的第一子集相关联的所述多个编码信号的第二子集乘以所述MIMO预编码矩阵来执行所述MIMO预编码；和/或其中所述处理器进一步用于：在执行所述MIMO预编码之后且在执行所述串音预编码之前，获得第一子载波下的所述多个DS信道的第二直接信道估计、第一子载波下的所述多个DS MIMO组中的每个组内的第二FEXT信道估计，以及跨越所述多个DS MIMO组的第三FEXT信道估计，其中所述第二直接信道估计和所述第二FEXT信道估计是MIMO后编码的信道估计；生成第二DS信道矩阵，所述第二DS信道矩阵包括表示第二直接信道估计的第二对角项、表示所述多个DS MIMO组中的每个组的对应第二FEXT信道估计的各自包括第二非对角项的第二对角块以及表示第三FEXT信道估计的第二非对角块；对所述第二DS信道矩阵求逆以产生FEXT预编码矩阵；并且在执行所述MIMO预编码之后通过将所述多个编码信号乘以所述FEXT预编码矩阵来执行所述串音预编码；和/或进一步包括多个接收器，所述多个接收器耦合到所述处理器并且用于通过多个US信道耦合到所述多个远程NE，其中所述多个US信道形成多个US MIMO组，并且通过第二子载波下的所述多个US信道从所述多个远程NE接收多个US信号，其中所述处理器进一步用于对所述多个US信号联合地执行串音消除，并且在执行所述串音消除之后根据所述多个US MIMO组对所述多个US信号执行MIMO后编码；和/或所述多个US信道的第一子集形成所述多个US MIMO组的第i个US MIMO组，其中i是正整数，其中所述处理器进一步用于：获得表示为H_i,i的US MIMO信道子矩阵，所述US MIMO信道子矩阵包括表示第二子载波下的所述多个US信道的第一子集的直接信道估计的对角项和表示所述多个US信道的第一子集的FEXT信道估计的非对角项；将所述US MIMO信道子矩阵H_i,i分解成表示为A_i,i的第一矩阵、表示为W_i,i的第二矩阵和表示为B_i,i的第三矩阵，其中H_i,i＝A_i,i×W_i,i×B_i,i ^-1；以及通过将与所述多个US信道的第一子集相关联的所述多个US信号的第二子集乘以所述第一矩阵的第一逆矩阵且在将与所述多个US信道的第一子集相关联的所述多个US信号的第二子集乘以所述第一矩阵的第一逆矩阵之后将所述多个US信号的第二子集乘以所述第二矩阵的第二逆矩阵W_i,i ^-1来执行所述MIMO后编码；且其中所述发送器进一步用于将所述第三矩阵B_i,i发送到对应的远程NE以促进US方向上的MIMO预编码；和/或其中所述处理器进一步用于：在执行所述MIMO预编码之后且在执行所述串音预编码之前，获得第二子载波下的所述多个US信道的第二直接信道估计、第二子载波下的所述多个US MIMO组中的每个组内的第二FEXT信道估计以及跨越所述多个US MIMO组的第三FEXT信道估计，其中所述第二直接信道估计和所述第二FEXT信道估计是MIMO预编码和MIMO后编码的信道估计；生成第二US信道矩阵，所述第二US信道矩阵包括表示所述第二直接信道估计的第二对角项、表示所述多个US MIMO组中的每个组的对应第二FEXT信道估计的各自包括第二非对角项的第二对角块和表示所述第三FEXT信道估计的第二非对角块；对所述第二US信道矩阵求逆以产生FEXT消除矩阵；以及通过将所述多个US信号乘以所述FEXT消除矩阵来执行所述串音消除。

在又一实施例中，本发明包含一种DSL远程侧装置，其包括：多个接收器，所述多个接收器用于通过形成DS MIMO组的多个DS信道的子集从DSL局侧装置接收多个DS信号，其中根据与第一子载波下的所述DS MIMO组相关联的DS MIMO预编码矩阵且根据与第一子载波下的所述多个DS信道的DS FEXT信道相关联的DS FEXT预编码矩阵对所述多个DS信号进行预编码；以及处理器，所述处理器耦合到所述多个接收器并且用于根据与所述DS MIMO组相关联的DS MIMO后编码矩阵来对所述多个DS信号执行MIMO后编码。在一些实施例中，本发明还包含发送器，所述发送器耦合到所述处理器并用于将所述DS MIMO预编码矩阵发送到所述DSL局侧装置以促进DS方向上的MIMO预编码，其中所述处理器进一步用于：获得表示为H_i,i的DS MIMO信道子矩阵，所述DS MIMO信道子矩阵包括表示第一子载波下的所述多个DS信道的第一直接信道估计的对角项和表示所述多个DS信道的FEXT信道估计的非对角项；将所述DS MIMO信道子矩阵H_i,i分解成表示为A_i,i的第一矩阵、表示为W_i,i的第二矩阵和表示为B_i,i的第三矩阵，其中H_i,i＝A_i,i×W_i,i×B_i,i ^-1，其中所述DS MIMO预编码矩阵对应于所述第三矩阵，且其中所述DS MIMO后编码矩阵表达为以及通过将所述多个DS信号乘以所述第一矩阵的第一逆矩阵且在将所述多个DS信号乘以所述第一矩阵的第一逆矩阵之后将所述多个DS信号乘以所述第二矩阵的第二逆矩阵W_i,i ^-1来执行所述MIMO后编码；和/或其中所述接收器进一步用于接收US MIMO预编码矩阵，其中所述处理器进一步用于获得与第二子载波下的形成US MIMO组的多个US信道相关联的多个编码信号且将所述多个编码信号乘以所述US MIMO预编码矩阵以产生多个输出信号，其中所述DSL远程侧装置进一步包括多个发送器，所述多个发送器耦合到所述处理器并且用于通过第二子载波下的所述多个US信道将所述多个输出信号发送到所述DSL局侧装置，且其中所述US MIMO预编码矩阵是从US MIMO信道子矩阵分解的，所述US MIMO信道子矩阵包括表示第二子载波下的所述多个US信道的直接信道的对角项和表示第二子载波下的所述多个US信道的US FEXT信道的非对角项。

为清晰起见，任一前述实施例可与其它前述实施例中的任何一个或多个实施例组合以产生本发明范围内的新实施例。

根据以下结合附图以及权利要求书进行的详细描述，将更清楚地理解这些特征以及其它特征。

附图说明

为了更透彻地理解本发明，现参考结合附图和具体实施方式而进行的以下简要说明，其中相同参考标号表示相同部分。

图1是DSL系统的实施例的示意图。

图2是矢量化DSL系统的实施例的示意图。

图3是MIMO DSL系统的实施例的示意图。

图4是MU-MIMO DSL系统的实施例的示意图。

图5A和5B说明用于由两个铜线对产生三个信道的铜线对配置的实施例。

图6是MU-MIMO DSL系统在DS方向的实施例的示意图。

图7是MU-MIMO DSL系统在US方向的实施例的示意图。

图8是执行DS MU-MIMO DSL处理的方法的实施例的流程图。

图9是执行US MU-MIMO DSL处理的方法的实施例的流程图。

图10是确定用于MU-MIMO DSL系统的MU-MIMO矩阵系数的方法的实施例的流程图。

图11是确定用于MU-MIMO DSL系统的FEXT缓解矩阵系数的方法的实施例的流程图。

图12是确定用于MU-MIMO DSL系统的FEXT缓解矩阵系数的方法的另一实施例的流程图。

图13是执行DS MU-MIMO DSL处理的方法的另一实施例的流程图。

图14是执行US MU-MIMO DSL处理的方法的另一实施例的流程图。

图15是NE的实施例的示意图。

具体实施方式

首先应理解，尽管下文提供一个或多个实施例的说明性实施方案，但所公开的系统和/或方法可使用任何数目的技术来实施，无论该技术是当前已知还是现有的。本发明决不应限于下文所说明的说明性实施方案、附图和技术，包含本文所说明并描述的示例性设计和实施方案，而是可在所附权利要求书的范围以及其等效物的完整范围内修改。

图1是DSL系统100的实施例的示意图。系统100可以是由ITU-T限定的任何DSL系统。系统100包括通过多个用户线121耦合到多个CPE 130的配线点单元(distributionpoint unit，DPU)110，其中用户线121中的至少一些捆绑在缆线绑带120中。DPU 110位于CO、交换机、机柜或配线点等系统100的运营商端，所述运营商端通过一个或多个中间网络连接到互联网等骨干网。中间网络可包含光分配网络(optical distribution network，ODN)。CPE 130展示为CPE 1到CPE K，且位于分布式客户终端或用户位置处，并且可以进一步连接到电话、路由器和计算机等设备。用户线121是示为线1到线K的双绞铜线或非双绞铜线。系统100可如所示配置或替代地如本领域的普通技术人员所确定地配置以实现类似功能。

DPU 110是用于与CPE 130通信的任何设备。DPU 110终止并聚集来自CPE 130的DSL信号，并将所聚集的DSL信号传送到其它网络传输。在DS方向，DPU 110将从骨干网接收的数据转发到CPE 130。在US方向，DPU 110将从CPE 130接收的数据转发到骨干网上。在一些实例中，DPU 110包括多个xDSL局侧收发器单元(xDSL office-side transceiverunits，xTU-O)111，其中‘x’指示任何DSL标准。例如，‘x’表示ADSL2或ADSL2+系统中的‘A’、VDSL或VDSL2系统中的‘V’以及G.fast系统中的‘F’。xTU-O 111示为xTU-O₁到xTU-O_K。每个xTU-O 111包括用于使用离散多频音(discrete multi-tone，DMT)调制在对应用户线121上发送和接收信号的发送器和接收器。DMT调制将用户线的信号频谱划分为多个离散频带，并且根据用户线的每个频带的信道条件来将多个位指派到每个频带。所述频带也称为频音或子载波。

在DMT调制中，发送器使用前向纠错(forward error correction，FEC)来编码数据位，并将编码后数据位映射到正交振幅-相位调制(quadrature amplitude-phasemodulation，QAM)星座。每个QAM星座映射到子载波。因此，QAM星座处于频域中。发送器执行快速傅里叶逆变换(inverse fast Fourier transform，IFFT)以将所述频域QAM星座转换为时域信号，所述时域信号称为DMT符号。发送器将循环前缀(cyclic prefix，CP)前附加到每个DMT符号以避免接收器处的符号互干扰(inter-symbol-interference，ISI)和载波互干扰(inter-carrier-interference，ICI)。发送器将携载前附加CP的DMT符号的DMT信号发送到CPE 130处的对应接收器。

在收到DMT信号之后，接收器即刻搜索DMT符号的开始、舍弃CP并执行快速傅里叶变换(fast Fourier transform，FFT)以将DMT符号转换到频域信号。接收器逐个样本地将频域信号乘以频域均衡器(frequency-domain equalizer，FEQ)。例如，FEQ系数可以是每FFT输出或频音的单触复值。接收器对解调后和均衡后的信号执行FEC解码以恢复DMT发送器所传送的原始数据位。

DPU 110可进一步包括用于执行物理(PHY)层信号处理、开放式系统互连(opensystem interconnection，OSI)模型层2(L2)和更高层(L2+)处理、CPE 130的激活、资源分配以及与系统100的管理相关联的其它功能的其它功能单元。

CPE 130是用于与DPU 110通信的任何设备。CPE 130充当DPU 110与所连接设备之间的中间设备以向所连接设备提供互联网接入。在DS方向，CPE 130将从DPU 110接收的数据转发到对应的所连接设备。在US方向，CPE 130将从所连接设备接收的数据转发到DPU110。每个CPE 130包括xDSL远程侧收发器单元(xTU-R)131。所述xTU-R 131示为xTU-R₁到xTU-R_K。每个xTU-R 131包括用于使用DMT调制在对应用户线121上发送和接收信号的接收器和发送器。CPE 130可进一步包括用于执行PHY层处理和其它与管理相关的功能的其它功能单元。

在系统100中，在已知为showtime的相位期间发送信息数据之前，DPU 110和CPE130在已知为初始化或训练的相位期间协商用于在US和DS两个方向上发送数据的配置参数。US是指从CPE 130到DPU 110的发送方向，而DS是指从DPU 110到CPE 130的发送方向。配置参数的一些实例是信道信息和位分配。信道信息与不同频音下的用户线121的信道条件相关联。位分配可包含基于信道条件将在DMT符号的每个频率频音下分配或加载的多个位。

系统100可能受到各种干扰，例如近端串音(near-end crosstalk，NEXT)和FEXT。NEXT是指发生在接收器处的从发送信号的发送器产生的干扰，所述发送器位于缆线绑带120内的用户线121等缆线的同一端处。FEXT是指向下传播并且发生在缆线的相对(远)端处的干扰。在一个实施例中，系统100使用频分双工(frequency-division duplexing，FDD)来在不同频带中同时发送US和DS信号以避免NEXT。在图1中，实线箭头表示从给定xTU-O 111到对应xTU-R 131的直接信道，且虚线箭头表示xTU-O 111与xTU-R 131之间的FEXT信道。在此种实施例中，定时提前技术用于使系统100中的所有发送同步并且使所接收信号与所发送信号的回波正交化以避免进入接收器的NEXT频谱泄漏。当在用户线121中同步每个US和DS方向上的发送时，NEXT在每个方向上与接收到的信号正交。在另一实施例中，系统100使用时分双工(time-division duplexing，TDD)在不同时隙发送US和DS信号，从而消除NEXT的影响。然而，无论系统100是以FDD模式还是以TDD模式操作，系统100中总存在FEXT。另外，用户线121当中的FEXT耦合随着频率增大而增大，因此在数据速率和稳定性方面可能降低系统性能。

图2是矢量化DSL系统200的示意图。系统200与系统100类似，但执行矢量化，如以引用的方式并入本文的2010年1月的ITU-T文件G.993.5(G.vector)“适用于VDSL2收发器的自身FEXT消除(矢量化)(Self-FEXT Cancellation(Vectoring)for use withVDSL2transceivers)”以及ITU-T文件G.9701中所描述。矢量化是协调用户线121等线组当中的信号以减小FEXT水平而使系统性能得以改进的技术。系统200包括矢量引擎(vectorengine，VE)212、类似于xTU-O 111的多个xTU-O 211和类似于xTU-R 131的多个xTU-R 231。xTU-O211通过类似于用户线121的用户线221耦合到XTU-R 231，用户线221捆绑在类似于缆线绑带120的缆线绑带220中。xTU-O 211展示为xTU-O₁到xTU-O_K并且并置在类似于DPU 110的DPU 210处。VE 212位于DPU 210处并且耦合到xTU-O 211。xTU-R 231展示为xTU-R₁到xTU-R_K并且位于不同住宅230。住宅230也称为用户位置或客户终端或用户。并置的xTU-O211和非并置的xTU-R 231形成矢量化组240。实线箭头表示从给定xTU-O 211到对应xTU-R231的直接信道。虚线箭头表示xTU-O 211与xTU-R 231之间的FEXT信道。VE 212用于在DS和US两个方向上执行FEXT消除。DS方向上的FEXT消除由FEXT预编码器执行。

当xTU-O 211的所有发送器同步时，xTU-R 231处接收的每个DS频音仅经受来自相邻线的相同频音的FEXT。类似地，当xTU-R 231的所有发送器同步时，xTU-O 211处接收的每个US频音仅经受来自相邻线的相同频音的FEXT。因此，对于每个DS和US方向，频域信道矩阵H_c可按频音定义如下：

其中对角元素h_ii表示给定xTU-O 211与对应xTU-R 231之间的直接信道。非对角元素h_ij表示FEXT信道并且是指从第j个发送器进入第i个接收器的信道，其中i≠j。对于1≤i≤K和1≤j≤K，所有元素h_ij为复数标量值。应注意，每个频音存在不同信道矩阵，并且如在xTU-R231处所见，对于DS FEXT信道，存在不同信道矩阵，且如在xTU-O 211处所见，对于USFEXT信道，存在不同信道矩阵。

ITU-T文件G.vector和G.fast描述用于执行信道矩阵H_c的矢量化和估计的过程。在训练或初始化相位期间，xTU-O 211在DS方向发送DS训练信号，且每个第i个xTU-R 231针对1≤j≤K以及针对来自接收到的DS训练信号的所有DS频音来估计和计算DS h_i,j。xTU-R231通过所述标准中定义的反向信道将DS h_i,j估计发送到xTU-O 211。在收到所有DS h_i,j估计之后，xTU-O 211将所述DS h_i,j估计提供到VE 212，并且VE 212根据接收到的DS h_i,j估计构造用于每个DS频音的如方程式(1)中所示的DS信道矩阵。类似地，在训练或初始化相位期间，xTU-R 231在US方向发送US训练信号，且xTU-O 211针对1≤j≤K以及针对来自接收到的US训练信号的所有US频音来估计和计算US h_i,j。在获得所有US h_i,j估计之后，xTU-O211将所述US h_i,j估计提供到VE 212，并且VE 212根据所述US h_i,j估计构造用于每个US频音的如方程式(1)中所示的US信道矩阵。随后，VE 212基于对应的DS信道矩阵执行逐频音DS FEXT预编码且基于对应的US信道矩阵执行逐频音US FEXT消除。

如系统200中所示，xTU-O 211并置，而xTU-R 231未并置。由此，仅在并置的xTU-O211处而不在非并置的xTU-R 231处执行针对FEXT处理的协调。因此，就FEXT来说，系统200仅执行消除和去除不合需要的FEXT。然而，在一些例如G.fast部署的DSL部署中，至少一个用户住在可包括连接到CO或DPU的两个或更多个用户线。因此，至少一些xTU-R并置在单个用户住宅处。除并置的xTU-O之外，至少一些xTU-R的并置可允许MIMO处理等更高级信号处理技术以进一步改善FEXT下的系统性能。

在MIMO系统中，所有xTU-R并置。在此情况下，因为在DPU和用户或住宅位置处均可执行协调，因此MIMO信号处理可用于利用FEXT而非消除FEXT。当FEXT信号强时，MIMO处理可显著地增强性能，例如几分贝(dB)的信号增强。强FEXT发生在较高频率(例如，高于50MHz到100MHz)下的DSL线上。

MIMO系统可通过预编码器和后编码器或为酉矩阵的后滤波器矩阵使用SVD方法或SVD的变型并且节约电力。另外，此类MIMO系统得益于信道分集，因为利用而非缓解从发送器到另一接收器的FEXT信号。当将N个铜线对提供到单个用户时，可使用除普通的差分模式之外的替换模式或幻象模式，其中N为正整数。通过N个铜线对，可得到N个差分模式和N-1个幻象模式，由此将可用信道的数目增大到2N-1。由此，替换模式和幻象模式显著地增大DPU与用户之间的信道容量，如下文较全面描述。

MIMO处理常用在无线系统中以获得信道分集。在各自具有多个天线的基站与移动站之间使用专用频带。N个发送天线和N个接收天线产生具有N×N信道矩阵的MIMO系统。具有M个移动站、每个移动站具有与基站通信的N个天线、基站具有相同频带内的M×N个发送天线的无线系统是MU-MIMO系统。可利用每个MIMO组内的干扰，但必须缓解跨越MIMO组的干扰。DSL中的类似MU-MIMO系统是DSL系统，其中至少一个用户由两个或更多个线服务。

MU-MIMO处理常用于无线通信系统中以获得信道分集，如蔡赖U(Lai-U Choi)和罗斯D.默奇(Ross D.Murch)在2004年1月电气和电子工程师学会(Institute of Electricaland Electronics Engineers，IEEE)无线通信事务第3卷第1号(蔡)“用于使用分解方法的多用户MIMO系统的发送预处理技术(A transmit Preprocessing Technique forMultiuser MIMO Systems Using a Decomposition Approach)”以及昆丁H.斯潘塞(Quentin H.Spencer)、A.李斯温德赫斯特(A.Lee Swindlehurst)和马丁哈尔特(MartinHaardt)在2004年2月IEEE信号处理事务第52卷第2号(斯潘塞)“用于多用户MIMO信道中的下行空分复用的迫零法(Zero-Forcing Methods for Downlink Spatial Multiplexingin Multiuser MIMO Channels)”中所描述，所述文件以引用的方式并入本文。归因于大信道矩阵的块对角化，蔡和斯潘塞的方法计算量很大。祖科科(Keke Zu)等人在2013年10月IEEE通信事务第61卷第10号(祖)“用于多用户MIMO系统的低复杂性块对角化类型预编码算法的一般化设计(Generalized Design of Low-Complexity Block DiagonalizationType Precoding Algorithms for Multiuser MIMO Systems)”描述了一种格基约减辅助的简化的一般化最小均方误差信道求逆(lattice reduction aided simplifiedgeneralized minimum mean squared error channel inversion，LR-S-GMI-MMSE)方法，所述方法在与斯潘塞的方法相比时会减小MIMO计算复杂性。然而，LR-S-GMI-MMSE方法仅适用于发送预编码，但不接收后编码。因此，LR-S-GMI-MMSE方法可能仅适用于DS而不适用于US，且因此可能不适合在DSL系统中实施。

本文公开在MIMO信道组内利用FEXT同时预编码和消除跨越MIMO组的FEXT的各种实施例。所公开的实施例适合用在DSL系统中，所述DSL系统包括耦合到至少一些并置的xTU-R的并置xTU-O。位于相同住宅的xTU-R与对应xTU-O形成MIMO组。在DS方向，并置的xTU-O执行MIMO预编码且并置的xTU-R执行MIMO后编码以利用MIMO组内的MIMO信道当中的FEXT。并置的xTU-O执行FEXT预编码以消除跨越MIMO组的FEXT。类似地，在US方向，并置的xTU-R执行MIMO预编码且并置的xTU-O执行MIMO后编码以利用MIMO组内的MIMO信道当中的FEXT。并置的xTU-O执行FEXT消除以消除跨越MIMO组的FEXT。在US方向和DS方向中的每个方向，所公开的实施例首先分别对角化每个MIMO组信道子矩阵或块，并且基于所述矩阵对角化而确定MIMO预编码和后编码矩阵。在确定MIMO预编码和MIMO后编码矩阵之后，所公开的实施例确定用于DS方向的FEXT预编码矩阵和用于US方向的FEXT消除矩阵以缓解跨越MIMO组的FEXT。由于矩阵对角化分别应用于每个MIMO组子信道矩阵而非应用于全部信道的具有较大维度的整个信道矩阵，因此所公开的实施例计算效率较高。例如，在具有5个MIMO组、每个组具有2对线的DSL系统中，所公开的实施例在相比于斯潘塞和LR-S-GMI-MMSE方法时分别减小约18倍和约2.5倍的计算复杂性，同时具有与斯潘塞的方法相当的性能和比LR-S-GMI-MMSE方法更好的性能。

图3是MIMO DSL系统300的实施例的示意图。系统300类似于2000年第5届国际OFDM研讨会中G和W汉高(W Henkel)的“用户线网络中的MIMO系统(MIMO systems inthe subscriber-line network)”中所描述的MIMO DSL系统，所述文件以引用的方式并入本文。不同于系统100和200，系统300服务并置在单个住宅320处的类似于xTU-R 131和231的多个xTU-R 321。系统300包括类似于xTU-O 111和211的多个xTU-O 311，且进一步包括类似于xTU-R 231的多个xTU-R 321。xTU-O 311通过类似于用户线121的用户线耦合到XTU-R321，所述用户线捆绑在类似于缆线绑带120的缆线绑带中。xTU-O 311展示为xTU-O₁到xTU-O_K并且并置在类似于DPU 110和210的DPU 310处。xTU-R 321展示为xTU-R₁到xTU-R_K。实线表示从给定xTU-O 311到对应xTU-R 321的直接信道。虚线表示xTU-O 311与xTU-R 321之间的FEXT信道。系统300经受如系统200中的类似FEXT。然而，如更全面地描述，xTU-O 311的并置和xTU-R 321的并置使得在xTU-O 311和xTU-R 321处均能够使用MIMO处理来利用FEXT而非消除FEXT。并置的XTU-O 311和并置的xTU-R 321称为MIMO组330。MIMO组330内1≤i≤K且1≤j≤K的信道h_ij称为MIMO信道。相邻用户线当中的FEXT通常在高于50MHz到100MHz的高频率下更强。当FEXT强时，MIMO处理可显著地提高系统性能，例如提高几分贝(dB)。应注意，MIMO处理可结合基于矢量化的FEXT消除使用，如下文较全面描述。

图4是MU-MIMO DSL系统400的实施例的示意图。系统400类似于系统300，但服务多个住宅430和440，每个住宅具有类似于用户线121的多个用户线。系统400包括类似于xTU-O111、211和311的多个xTU-O 411和类似于xTU-R 131、231和321的多个xTU-R 421。xTU-O411并置在类似于DPUs 110、210和310的DPU 410处。展示为xTU-R₁到xTU-R_m的xTU-R 421的第一群组并置在第一住宅430处，每个xTU-R由展示为xTU-O₁到xTU-O_m的对应xTU-O 411服务。因此，xTU-R 421的第一群组和对应xTU-O 411形成包括m数目个信道的MIMO组450。展示为xTU-R_m+1到xTU-R_m+n的xTU-R 421的第二群组并置在第二住宅440处，每个xTU-R由展示为xTU-O_m+1到xTU-O_m+n的对应xTU-O 411服务。类似地，xTU-R421的第二群组和对应xTU-O 411形成包括n数目个信道的MIMO组460。为了使图4简单且可理解，未以虚线示出FEXT信道的所有互连。然而，每个xTU-O 411连接到每个xTU-R421。MIMO组内的FEXT通常强于跨越MIMO组的FEXT。因此，利用MIMO组内的FEXT而非消除所述FEXT可以提高系统性能，如下文较全面描述。应注意，系统400可进一步包括类似于xTU-R 421的额外的并置和/或非并置xTU-R。

图5A和5B说明用于由两个铜线对产生三个信道的铜线对配置500和510的实施例。配置500和510可由系统100、200、300和400使用。每个铜线对与用户线121对应。美国和一些其它国家的大部分住宅和企业通过两个或更多个铜线对连接到所谓的“服务终端”或“基架”，但仅一对可起作用。通过使用两个对，有三个信道可供使用。一般来说，在N个对的情况下，存在2N条电线。假设一条电线用作参考或共同接地，则存在2N-1个可用的信道。如图5A和5B中所示，存在从N个对产生2N-1个信道的不同方式。例如，如图5A中所示，对于N＝2，可通过保持N个差分模式(differential modes，DM)并且产生N-1个替换模式(alternativemode，AM)来从N个对产生2N-1个信道。替换模式是通过将耦合变压器的二次侧连接到每个铜线对中的一条电线而产生。在另一方法中，产生N个差分模式和N-1个幻象模式(phantommodes，PM)。幻象模式是从两个铜线对的共模产生的差分模式信道，如图5B中所示。在图5B中，耦合变压器的二次侧的中心抽头用于产生幻象模式(PM1)。对于N＞2，N-1个幻象模式可从N个对产生，类似于图5A和5B中所展示的方法。实际缆线中进入差分模式和其它替换模式或幻象模式的替换模式或幻象模式的FEXT出入水平很高。然而，MIMO处理可以利用此强烈的FEXT并且获得信道分集以提高系统性能，如下文较全面描述。由于N个电线对(线)可表示2N-1个信道，以下实施例在信道而非线的方面来描述MIMO处理和FEXT缓解。

图6是MU-MIMO DSL系统600在DS方向的实施例的示意图。系统600类似于系统400，且说明并置的xTU-O 411和并置的xTU-R 421处的MU-MIMO处理的详细视图以及并置的xTU-O 411处的矢量化FEXT缓解的详细视图。系统600包括通过缆线束620耦合到多个DS接收器630的DS发送器610。缆线束620包括类似于用户线121的用户线。缆线束620生成从DS发送器610到DS接收器630的多个DS信道，其中服务用户的DS信道可以仅处于差分模式或呈配置500和510中的任一配置。DS发送器610形成并置的xTU-O的发送部分。每个DS接收器630形成共置在住宅320、430和440等单个住宅处的xTU-R的接收部分。DS发送器610包括多个MIMO预编码器611、DS FEXT预编码器612和多个IFFT单元613。MIMO预编码器611展示为表示MIMO预编码矩阵系数的[V_1,1]到[V_n,n]，如下文较全面描述。每个DS接收器630包括多个FFT单元631、多个FEQ 632、多个MIMO后编码器633和多个削波器634。每个DS接收器630和DS发送器610的对应部分形成类似于MIMO组330、450和460的MIMO组640。每个MIMO后编码器633包括耦合到第二子块636的第一子块635。第一子块635展示为[U_1,1 ^H]到[U_n,n ^H]，且第二子块636展示为[S_1,1 ^-1]到[S_n,n ^-1]，其中[U_1,1 ^H]到[U_n,n ^H]和[S_1,1 ^-1]到[S_n,n ^-1]表示MIMO后编码矩阵系数，如下文较全面描述。

系统600进一步包括n数目个MIMO组640。例如，每个第i个MIMO组640包括m_i数目个信道。接着，系统600中表示为K的信道总数目展示如下：

应注意，为了应用MIMO处理，具有K个信道的系统最多可服务K-1个用户，使得至少一个用户由多于一个信道服务。

DS发送器610用于接收携载K个信道的DS调制符号或频域星座(表示为X₁到X_K)的编码信号。在数字实施方案中，X₁到X_K可以是复数。每个MIMO预编码器611用于联合地预编码对应MIMO组640内的所有信道的DS调制符号以用于MIMO处理。K个信道或n个MIMO组形成类似于矢量化组240的矢量化组650。DS FEXT预编码器612耦合到MIMO预编码器611并用于联合地预编码所有MIMO组640的所有MIMO预编码符号以用于矢量化DS FEXT预补偿。IFFT单元613耦合到DS FEXT预编码器612。IFFT单元613用于对对应MIMO组640内的m_i个信道信号执行IFFT。下文较全面描述MIMO预编码器611和DS FEXT预编码器612的操作。

DS接收器630用于接收由DS发送器610发送的信号。每个DS接收器630接收并处理对应MIMO组640内的m_i个信道的信号。在每个DS接收器630处，FFT单元631耦合到FEQ 632，FEQ 632耦合到MIMO后编码器633，并且MIMO后编码器633耦合到削波器634。FFT单元631用于对对应的MIMO组640内的m_i个信道信号执行FFT。FEQ 632用于对对应的MIMO组640内的m_i个信道信号执行频域信道均衡。每个MIMO后编码器633用于对对应的MIMO组640内的m_i个信道信号执行MIMO后编码。在实施例中，对于每个线i，FEQ632可包含在MIMO后编码器633的[S_i,i ^-1]中。在此种实施例中，FEQ 632包括值为一的FEQ系数。削波器634用于从对应的MIMO组640内的m_i个信道信号恢复所发送的调制符号或星座X_i。下文较全面描述MIMO后编码器633的操作。

使用奇异值分解(singular-value decomposition，SVD)等矩阵分解方法来确定MIMO预编码器611和MIMO后编码器633。假设同步和矢量化，通过使用具有长度足以避免ISI和ICI的CP的DMT调制，DMT的频音彼此正交，并且因此可独立地处理每个频音。DS信道矩阵H如下定义为表示系统600中在给定频音下的DS信道：

其中对于1≤i≤n和1≤j≤n，每个分量H_i,j是如下文所示大小m_i×m_j的子矩阵：

其中m_i是第i个MIMO组640中的信道或线的数目，且表示i和j的所有值，例如，1≤i≤n且1≤j≤n。H的对角块H_i,i,各自表示第i个MIMO组640的MIMO信道，其中所述MIMO信道包含第i个MIMO组640内的内部串音和线的直接信道。所述对角块也称为MIMO信道子矩阵。H的非对角块H_i,j,i≠j各自表示第i个MIMO组640与第j个MIMO组640之间的相互MIMO串音信道。

SVD如下应用于每个MIMO信道子矩阵H_i,i：

其中U_i,i和V_i,i是节省功率的酉矩阵，S_i,i是对角矩阵，且上标H表示共轭转置操作。

DS MIMO信道矩阵H_M如下定义为表示所有MIMO组640的MIMO信道子矩阵H_i，i：

且矩阵U_i,i、V_i,i和S_i如下文所示从SVD获得：

矩阵V用于构造DS发送器610处的MIMO预编码器611。每个MIMO预编码器611将编码信号或DS调制符号乘以对应的V_i,i。矩阵S和U用于构造MIMO后编码器633。每个MIMO后编码器633将对应的FEQ 632输出信号乘以S_i,i ^-1×U_i,i ^H，其中上标-1表示矩阵逆运算。FEQ 632输出信号与S_i,i ^-1×U_i,i ^H的此相乘等效于将FEQ 632输出信号乘以U_i,i ^H随后乘以S_i,i ^-1。

DS FEXT预编码器612是由表示为P的DS FEXT预编码矩阵构成，其中DS FEXT预编码器612将所有MIMO组640的MIMO预编码器611输出信号乘以DS FEXT预编码矩阵P。为了使在DS接收器630处接收的信号等于DS发送器610所发送的信号，由MIMO预编码器611、DSFEXT预编码器612和MIMO后编码器633执行的运算以及由缆线束620生成的信道满足以下条件：

S^-1×U^H×H×P×V＝I_K×K (8)

其中I_K×K是单位矩阵。因此，DS FEXT预编码矩阵P如下所示表达为：

应注意，方程式(8)和(9)并未考虑信道中的噪声。

系统600的端对端模型如下所示：

Y＝S^-1×U^H×(H×P×V×X+F×N) (10)

其中Y是表示削波器634处的输出的列向量[Y₁,Y₂,…Y_K]，X是表示DS发送器610处的输入的列向量[X₁,X₂,…X_K]，F表示FEQ 632的FEQ系数，且N表示加性高斯白噪声(additive white Gaussian noise，AWGN)。

在信道的数目K较大时，如方程式(9)中所示的DS FEXT预编码矩阵P的计算可能较密集。在实施例中，使用两步法来减小计算复杂性。在两步法中，在确定MIMO预编码矩阵V_i,i和MIMO后编码矩阵S_i,i ^-1U_i,i ^H并且应用DS发送器610处的MIMO预编码器611和DS接收器630处的MIMO后编码器633之后，重新估计方程式(3)中所展示的信道矩阵H。为了说明简化的矩阵P计算，将K设置成指示8个DS信道的值8，且将n设置成指示3个MIMO组640的值3。例如，信道1到3形成第一MIMO组640，信道4和5形成第二MIMO组640，信道6和7形成第三MIMO组640，且信道8是单个非MIMO信道。方程式(3)中所展示的原始信道矩阵H重写如下：

其中对于1≤i≤3和1≤j≤3，m_ij表示第一MIMO组640中的直接信道和内部串音，对于4≤i≤5和4≤j≤5，n_ij表示第二MIMO组640中的直接信道和内部串音，对于6≤i≤7和6≤j≤7，l_ij表示第三MMO组640中的直接信道和内部串音，h₈₈表示最后一个信道的直接信道，且对于1≤i≤8和1≤j≤8，其余h_ij表示跨越所有MIMO组640的FEXT信道。方程式(11)中的虚线矩形说明所述三个MIMO组640。

MIMO信道子矩阵是针对每个MIMO组640而定义，且如下类似于方程式(5)将SVD应用于每个MIMO信道子矩阵：

其中M、N和L分别表示第一、第二和第三MIMO组640的MIMO信道矩阵。第一、第二和第三MIMO组640中的MIMO预编码器611将对应的DS符号分别乘以VM、V_N和VL。第一、第二和第三MIMO组640中的MIMO后编码器633将对应的FEQ 632的输出信号分别乘以和

在应用MIMO预编码器611和MIMO后编码器633之后，在xTU-O和xTU-R使用上文所描述的类似机制发送训练信号时对信道矩阵H进行重新估计。重新估计的信道矩阵表示为H₂，如下所示：

其中针对1≤i≤3和1≤j≤3的m'_ij、针对4≤i≤5和4≤j≤5的n'_ij以及针对6≤i≤7和6≤j≤7的l'_ij是第一、第二和第三MIMO组640的重新估计的信道，且针对1≤i≤8和1≤j≤8的h'_ij是MIMO组640当中重新估计的FEXT信道。如所示出，在应用MIMO预编码和MIMO后编码之后，MIMO信道子矩阵M、N和L的对角分量(例如，针对1≤i≤3和1≤j≤3的m'_ij，针对4≤i≤5和4≤j≤5的n'_ij,以及针对6≤i≤7和6≤j≤7的l'_ij)包括值1。在应用MIMO预编码和MIMO后编码之后，MIMO信道子矩阵M、N和L的非对角分量(例如，针对1≤i≤3和1≤j≤3的m'_ij，针对4≤i≤5和4≤j≤5的n'_ij，以及针对6≤i≤7和6≤j≤7的l'_ij)可包括零或接近零的值。非零值是因H₂中的噪声或信道估计误差所致。

通过将MIMO组640的非对角元素m'_ij、n'_ij和l'_ij设置为零值，其中i≠j，且对重新估计的信道矩阵H₂求逆以如下重新计算DS FEXT预编码矩阵P：

P＝H₂ ^-1 (14)

比较方程式(9)与方程式(14)，方程式(14)计算不那么密集。应注意，方程式(11)到(14)可以扩展成包含任何数目的信道和任何数目的MIMO组。一般来说，H₂的对角块是单位矩阵，且H₂的非对角块是从H的非对角块改变而来。

在实施例中，DS接收器630计算DS方向的直接信道和FEXT信道的信道估计(例如，H_i,j)，根据方程式(5)执行SVD以确定MIMO预编码矩阵(例如，V_i,i)和MIMO后编码矩阵(例如，S_i,i ^-1×U_i,i ^H)，并且将MIMO预编码矩阵和信道估计发送到DS发送器610。DS发送器610根据方程式(9)或(14)而基于从DS接收器630接收到的信道估计来计算FEXT预编码矩阵(例如，p)。

图7是MU-MIMO DSL系统700在US方向的实施例的示意图。系统700类似于系统400，且说明并置的xTU-O 411和并置的xTU-R 421处的MIMO处理的详细视图以及并置的xTU-O411处的矢量化FEXT缓解的详细视图。系统700包括与系统600类似的结构。然而，由于US发送器730未并置，系统700执行FEXT消除而非执行FEXT预编码。系统700包括通过类似于缆线束620的缆线束720耦合到US发送器730的US接收器710。缆线束720生成从US发送器730到US接收器710的多个US信道，其中US信道可以呈差分模式或配置500和510中的任一配置形式。US接收器710形成并置的xTU-O的接收部分。每个US发送器730形成并置在住宅230、320、430和440等单个住宅处的xTU-R的发送部分。

US接收器710包括多个削波器711、多个MIMO后编码器712、US FEXT消除器713、多个FEQ 714和多个FFT单元715。削波器711、FEQ 714和FFT单元715分别类似于削波器634、FEQ 632和FFT单元631。MIMO后编码器712类似于MIMO后编码器633，每个MIMO后编码器712包括类似于第一子块635的第一子块717和类似于第二子块636的第二子块716。第一子块717展示为[U_1,1 ^H]到[U_n,n ^H]，且第二子块716展示为[S_1,1 ^-1]到[S_n,n ^-1]。削波器711、MIMO后编码器712、FEQ 714和FFT单元715按类似于DS接收器630的次序布置。额外US FEXT消除器713定位于FEQ 714与MIMO后编码器712之间。每个US发送器730包括类似于IFFT单元613的多个IFFT单元731和类似于MIMO预编码器611的MIMO预编码器732，且展示为[V_1,1]到[V_n,n]。IFFT单元731和MIMO预编码器732按类似于DS发送器610的次序布置。然而，在非并置US发送器730处不存在US FEXT预编码。每个US发送器730和US接收器710的对应部分形成类似于MIMO组330、450、460和640的MIMO组740。跨越所有MIMO组740的US信道形成类似于矢量化组240和650的矢量化群750。US FEXT消除器713用于对FEQ 714所输出的频域均衡信号执行矢量化US FEXT消除。

类似于方程式(3)中所展示的DS信道矩阵H的US信道矩阵H定义为表示系统700中的US信道。系统700如系统600执行类似MIMO处理，并且使用与系统600类似的机制确定用于MIMO预编码器732的MIMO预编码矩阵和用于MIMO后编码器712的MIMO后编码矩阵。如方程式(6)中所示来定义US MIMO信道矩阵H_M，且如方程式(5)中所示执行SVD以获得如方程式(7)中所示的酉矩阵U和V以及对角矩阵S。每个MIMO预编码器732将表示为X₁到X_K的编码信号或US调制符号乘以对应的V_i,i。针对整个MU-MIMO系统的这个运算表示为V×X，其中V按方程式(7)定义。每个MIMO后编码器712将表示为z₁到z_K的对应US FEXT消除器713输出信号乘以S_i,i ^-1×U_i,i ^H，所述输出信号形成向量Z_F。针对整个MU-MIMO系统的这个运算表示为S^-1×U^H×Z_F，其中S和U按方程式(7)定义。

US FEXT消除器713由表示为C的US FEXT消除矩阵构成，其中US FEXT消除器713将所有信道的FEQ 714输出信号乘以US FEXT消除矩阵C。为了使US接收器710所恢复的信号等于US发送器730所发送的信号，由MIMO预编码器732、US FEXT消除器713、MIMO后编码器712执行的运算以及由缆线束720生成的US信道应满足以下条件：

S^-1×U^H×C×H×V＝I_K×K (15)

因此，US FEXT消除矩阵C如下所示表达为：

应注意，方程式(16)并未考虑信道中的噪声。

系统700的端对端模型如下所示：

Y＝S^-1×U^H×C×(H×V×X+F×N) (17)

其中Y是表示削波器711处的输出的列向量[Y₁,Y₂,…Y_K]，X是表示US发送器730处的输入的列向量[X₁,X₂,…X_K]，F表示FEQ 714的FEQ系数，且N表示AWGN噪声。

在实施例中，应用上文所描述的两步法以减小方程式(16)中所展示的US FEXT消除矩阵C的计算复杂性。在此种实施例中，在应用MIMO预编码器732和MIMO后编码器712之后，重新估计US信道矩阵H，如方程式(11)到(14)中所示。因此，US FEXT消除矩阵C计算如下：

C＝H₂ ^-1 (18)

在实施例中，US接收器710计算US方向的直接信道和FEXT信道的信道估计(例如，H_i,j)，根据方程式(5)执行SVD以确定MIMO预编码矩阵(例如，V_i,i)和MIMO后编码矩阵(例如，S_i,i ^-1×U_i,i ^H)，将MIMO预编码矩阵发送到US发送器730，并且根据方程式(16)或(18)计算FEXT消除矩阵(例如，C)，且将MIMO预编码矩阵发送到US发送器730。

在实施例中，系统300、400、600和700等MIMO DSL系统使用GMD方法来确定用于MIMO预编码器611和732等MIMO预编码器、MIMO后编码器633和712等MIMO后编码器、DS FEXT预编码器612等DS FEXT预编码器和US FEXT消除器713等US FEXT消除器的矩阵系数。例如，系统包括多个信道和由所述多个信道形成的类似于MIMO组330、450、460、640和740的多个MIMO组。在此种实施例中，信道矩阵H定义为表示类似于方程式(3)的系统中的信道，所述信道可以是US信道或是DS信道，且MIMO信道子矩阵H_i,i定义为表示类似于方程式(4)的MIMO组内的信道。每个MIMO信道子矩阵H_i,i如下使用GMD分解：

其中Q_i,i和T_i,i是包括标准正交列的矩阵，且G_i,i是实数上三角矩阵，其中对角项等于正奇异值H_i,i的几何平均值。类似于SVD方法，每个MIMO组的发送器，例如DS发送器610和US发送器730，通过将编码信号乘以T_i,i来执行MIMO预编码，且每个MIMO组的接收器，例如DS接收器630和US接收器710，通过将频域均衡信号乘以来执行MIMO后编码。如方程式(9)或(14)中所示计算DS FEXT预编码器矩阵P，且如方程式(16)或(18)中所示计算USFEXT消除器矩阵C。应注意，由于G_i,i是三角形矩阵，代替直接计算G_i,i ^-1，可使用回代方法来实施MIMO后编码以进一步减小计算复杂性。

在另一实施例中，使用一般化矩阵分解方法来计算MIMO预编码矩阵和MIMO后编码矩阵。例如，如下分解MIMO信道子矩阵：

其中A_i,i、W_i,i和B_i,i是非奇异矩阵。可选择矩阵A_i,i、W_i,i和B_i,i，使得可以很容易地执行矩阵求逆。例如，矩阵A_i,i和B_i,i可以是酉矩阵，且W_i,i可以是对角矩阵、三角形矩阵或海森伯格(Hessenberg)矩阵。类似于SVD和GMD方法，每个MIMO组的发送器，例如DS发送器610和US发送器730，通过将所发送信号乘以B_i,i来执行MIMO预编码，且每个MIMO组的接收器，例如US接收器710和DS接收器630，通过将FEQ 632和714输出等FEQ输出处接收到的信号乘以A_i,i ^-1且接着将结果乘以W_i,i ^-1,来执行MIMO后编码。如方程式(9)或(14)中所示计算DSFEXT预编码器矩阵P，且如方程式(16)或(18)中所示计算US FEXT消除器矩阵C。

在第一实施例中，方程式(20)中的矩阵W_i,i是具有非零对角项的上三角矩阵。在此种实施例中，DS发送器610和US发送器730等发送器将汤姆林森-哈拉希玛预编码(Tomlinson-Harashima precoding，THP)等非线性方法应用于方程式(20)。例如，矩阵分解进一步分解如下：

其中diag(W_i，i)表示具有对角项W_i,i的对角矩阵。方程式(21)中的项((diag(W_i，i))^-1×W_i,i是上三角矩阵，其可表示为W_i,i，其中对角项如下所示包括值一：

所述非线性方法公式化为由矩阵定义的y＝N(x)，其中N表示非线性函数，y表示非线性函数N的输出，且x表示非线性函数N的输入。可通过选择正值范围来计算所述非线性方法，如下所示：

其中和分别表示x₁的实数和虚数分量。随后，可从表示为y_n的最后一项到表示为y₁的第一项迭代地计算y，其中1,…,m_i表示样本下标，如下所示：

其中j和k表示样本下标，u表示上述选定正值范围，且amodu表示取模运算，如下所示：

当应用方程式(21)时，发送器通过以下方式执行MIMO预编码：将上文在方程式(23)和(24)中所描述的非线性方法应用于例如调制符号X₁到X_K等输入信号以产生中间信号、随后将所述中间信号乘以矩阵B_i,i以产生预编码信号。在接收器侧，每个MIMO组，例如US接收器710和DS接收器630通过以下方式执行MIMO后编码：将方程式(25)中所展示的取模运算应用于FEQ(例如，FEQ 632和714)输出处接收到的信号、随后将取模运算输出信号乘以当采用非线性方法时，如方程式(9)或(14)中所示计算DS FEXT预编码器矩阵，且如方程式(16)或(18)中所示计算US FEXT消除器矩阵C。

在第二实施例中，方程式(21)中的矩阵W_i,i是下三角矩阵。在此种实施例中，方程式(22)中的如下所示：

接着如下迭代地获得所述非线性方法的输出：

在第三实施例中，方程式(21)中的矩阵W_i,i是具有非零对角项的上三角矩阵或下三角矩阵。在此种实施例中，DS接收器630和US接收器710等接收器应用一般化判决反馈均衡等非线性方法以用于MIMO后编码。DS发送器610和US发送器730等发送器通过将输入信号乘以B_i,i来执行MIMO预编码。在接收器侧，每个MIMO群组，例如US接收器710和DS接收器630，通过首先将FEQ(例如，FEQ 632和714)输出信号乘以A_i,i ^-1且接着将W_i,i用于判决反馈均衡来执行MIMO后编码。如方程式(9)或(14)中所示计算DS FEXT预编码器矩阵P，且如方程式(16)或(18)中所示计算US FEXT消除器矩阵C。

在又一实施例中，使用一般化矩阵分解方法来计算MIMO预编码矩阵和MIMO后编码矩阵。例如，如下分解MIMO信道子矩阵：

其中A_i,i、W_i,i ^A、W_i,i ^B和B_i,i是非奇异矩阵，且矩阵W_i,i ^A和W_i,i ^B是所有对角项等于一的上三角矩阵和下三角矩阵的任何组合。汤姆林森-哈拉希玛预编码(Tomlinson-Harashima precoding，THP)等非线性方法可应用在DS发送器610和US发送器730等发送器处。一般化判决反馈均衡等非线性方法应用在DS接收器630和US接收器710等接收器处。发送器侧MIMO预编码包括使用对应于W_i,i ^B的非线性方法来预编码输入信号，且接着使用矩阵B_i,i来通过将非线性方法的输出信号乘以B_i,i而预编码所述输出信号。在接收器侧，每个MIMO组，例如US接收器710和DS接收器630通过以下方式执行MIMO后编码：首先将如方程式(25)中所示的取模运算应用于FEQ(例如，FEQ 632和714)输出处接收到的信号、且接着将取模运算输出信号乘以A_i,i ^-1、然后进一步将W_i,i ^A用于判决反馈均衡。如方程式(9)或(14)中所示计算DS FEXT预编码器矩阵P，且如方程式(16)或(18)中所示计算US FEXT消除器矩阵C。

图8是执行DS MU-MIMO DSL处理的方法800的实施例的流程图。由DS发送器610以及并置的xTU-O 311和411、或DPU 310和410等任何其它DSL局侧设备在与系统300和400等网络中的xTU-R 321和421以及DS接收器630等并置的远程NE通信时实施方法800。在步骤810，获得与网络中的多个DS信道相关联的多个编码信号。所述多个DS信道形成多个DSMIMO组，例如MIMO组330、450、460和640。所述多个DS信道可仅根据差分模式生成或根据配置500和510中的任一配置生成。所述多个DS信道由方程式(3)中所示的信道矩阵表示。在步骤820，根据所述多个MIMO组，例如通过采用MIMO预编码器611等MIMO预编码器来对所述多个编码信号执行MIMO预编码。例如，所述多个DS信道的第一子集形成所述多个DS MIMO组的第一DS MIMO组，且MIMO预编码通过将与所述多个DS信道的第一子集相关联的所述多个编码信号的第二子集乘以根据方程式(5)计算出的MIMO预编码矩阵来执行。在步骤830，在执行MIMO预编码之后，例如通过采用DS FEXT预编码器612等DS FEXT预编码器来对所述多个编码信号联合地执行串音预编码以产生多个输出信号。通过将所述多个编码信号乘以根据方程式(9)或(14)计算出的FEXT预编码矩阵来执行串音预编码。在步骤840，通过所述多个DS信道将所述多个输出信号大体上同步地发送到多个远程NE。可以针对系统中的每个子载波重复方法800。

图9是执行US MU-MIMO DSL处理的方法900的实施例的流程图。由US接收器710以及并置的xTU-O 311和411，或DPU 310和410等任何其它DSL局侧设备在与系统300和400等网络中的xTU-R 321和421以及US接收器710等并置或非并置的远程NE通信时实施方法900。在步骤910，通过多个US信道从所述多个远程NE接收多个调制后信号，其中所述多个US信道形成多个US MIMO组，例如MIMO组330、450、460和740。所述多个调制后信号进行MIMO预编码，例如通过使用MIMO预编码器732和方法1400而生成，如下文较全面描述。所述多个US信道可仅根据差分模式生成或根据配置500和510中的任一配置生成。所述多个US信道由方程式(3)中所示的信道矩阵表示。从第一US信道接收第一调制后信号，且从第二US信道接收第二调制后信号。在步骤915，对所述多个调制后信号执行FFT以产生多个解调后信号。在步骤920，通过采用FEQ 714等FEQ来对所述多个解调后信号执行频域均衡以产生多个均衡的解调后信号。在步骤930，例如通过使用US FEXT消除器713等US FEXT消除器来对所述多个均衡的解调后信号联合地执行串音消除。通过将所述多个均衡的解调后信号乘以根据方程式(16)或(18)计算出的FEXT消除矩阵来执行所述串音消除。在步骤940，在执行串音消除之后，根据所述多个US MIMO组，例如通过使用MIMO后编码器712等MIMO后编码器来对所述多个均衡的解调后信号执行MIMO后编码。例如，所述多个US信道的第一子集形成所述多个USMIMO组的第一US MIMO组，且MIMO后编码通过将与所述多个US信道的第一子集相关联的所述多个均衡的解调后信号的第二子集乘以根据方程式(4)到(7)计算出的MIMO后编码矩阵来执行。可以针对系统中的每个子载波重复方法900。

图10是确定用于系统300和400等MU-MIMO DSL系统的MIMO矩阵系数的方法1000的实施例的流程图。由DS发送器610、US发送器730、或DPU 310和410等任何其它DSL局侧设备在与系统300和400等网络中的xTU-R 321和421以及DS接收器630和US接收器等并置的远程NE通信时实施方法1000。方法1000适合用于US和DS两个方向。当确定用于MIMO预编码器611和732的MIMO预编码矩阵以及用于MIMO后编码器633和712的MIMO后编码矩阵时实施方法1000。在例如根据方程式(3)中所展示的信道矩阵估计由缆线束620和720生成的信道等信道之后，方法1000开始。例如，所述信道的第一子集形成第一MIMO组。在步骤1010，获得用于第一子载波的表示为H_i,i的MIMO信道子矩阵，其中i是标识信道矩阵中的MIMO组的正整数。MIMO信道子矩阵H_i,i包括表示第一子载波下的信道的第一子集的第一直接信道估计的对角项，以及表示第一子载波下的信道的第一子集的第一FEXT信道估计的非对角项。在步骤1020，根据方程式(20)将MIMO信道子矩阵H_i,i分解成表示为A_i,i的第一矩阵、表示为W_i,i的第二矩阵和表示为B_i,i的第三矩阵。还可通过使用方程式(5)中所示的SVD或方程式(19)中所示的GMD来执行所述矩阵分解。可以针对系统中的每个子载波重复方法1000。

图11是确定用于系统300和400等MU-MIMO DSL系统的FEXT缓解矩阵系数的方法1100的实施例的流程图。由xTU-O 311和411等并置的xTU-O、DS发送器610、US接收器710、或DPU 310和410等任何其它DSL局侧设备在与系统300和400等系统中的xTU-R 321和421等并置的xTU-R、DS接收器630和US发送器730通信时实施方法1100。方法1100适合用于US和DS两个方向。当确定用于DS FEXT预编码器611的DS FEXT预编码矩阵或用于US FEXT消除器713的US FEXT消除矩阵时实施方法1100。在获得由缆线束620和720生成的信道等多个信道的直接信道估计和FEXT信道估计之后，方法1100开始。在步骤1110，获得表示为H的第一信道矩阵，所述第一信道矩阵包括表示第一子载波下的所述多个信道的直接信道估计的对角项和表示第一子载波下的所述多个信道的FEXT信道估计的第一非对角项。第一信道矩阵H如方程式(3)中所示。第一信道矩阵H的表示为H_i,i的第一对角块表示所述多个信道内的MIMO组330、450、460、640和740等MIMO组中的MIMO信道，其中i是标识信道矩阵中的MIMO组的正整数。在步骤1120，例如根据方程式(6)生成MIMO信道矩阵H_M，其包括第一信道矩阵的第一对角块和包括零值的非对角块。在步骤1130，对第一信道矩阵求逆以产生第一逆信道矩阵H^-1。在步骤1140，MIMO信道矩阵与第一逆信道矩阵相乘以产生FEXT缓解矩阵。在DS方向，根据方程式(9)进行所述乘法，且FEXT缓解矩阵用作DS FEXT预编码矩阵。在US方向，根据方程式(16)进行所述乘法，且FEXT缓解矩阵用作US FEXT消除矩阵。在替代实施例中，组合步骤1130和1140。在DS方向，根据与MIMO信道矩阵H_M相乘的第一信道矩阵H的逆矩阵来计算FEXT预编码矩阵，例如其中在例如不通过采用矩阵分解来计算H的逆矩阵的情况下来计算所述乘法。在US方向，根据与第一信道矩阵H的逆矩阵相乘的MIMO信道矩阵H_M来计算FEXT消除矩阵，例如其中在例如不通过采用矩阵分解来计算H的逆矩阵的情况下来计算所述乘法。

图12是确定用于系统300和400等MU-MIMO DSL系统的FEXT缓解矩阵系数的方法1200的另一实施例的流程图。由xTU-O 311和411等并置的xTU-O、DS发送器610、US接收器710、或DPU 310和410等任何其它DSL局侧设备在与系统300和400等系统中的xTU-R321和421等并置的xTU-R、DS接收器630和US发送器730通信时实施方法1200。方法1200适合用于US和DS两个方向。方法1200是方法1100的替代方法。当确定用于DS FEXT预编码器612的DSFEXT预编码矩阵或用于US FEXT消除器713的US FEXT消除矩阵时实施方法1200。在通过采用方法1000确定MIMO预编码矩阵和MIMO后编码矩阵之后且在执行MIMO预编码和MIMO后编码时但在执行FEXT预编码或FEXT消除之前，方法1200开始。在步骤1210，在执行MIMO处理之后且在执行串音处理之前，获得第一子载波下的多个信道的第二直接信道估计、第一子载波下的多个MIMO组中的每个组内的第二FEXT信道估计以及跨越第一子载波下的所述多个MIMO组的第三FEXT信道估计。例如，在发送器执行MIMO预编码且对应的接收器执行MIMO后编码时计算第二直接信道估计和第二FEXT信道估计。因此，第二直接信道估计和第二FEXT信道估计是MIMO预编码和MIMO后编码信道估计。在步骤1220，如方程式(13)中所示生成第二信道矩阵，所述第二信道矩阵包括表示第二直接信道估计的第二对角项、表示每个MIMO组内的对应第二FEXT信道估计的各自包括第二非对角项的第二对角块以及表示跨越MIMO组的第三FEXT信道估计的第二非对角块。在步骤1230，将零值指派给每个第二对角块的第二非对角项。例如，MIMO组内的第二非对角项对应于方程式(13)中的m'_ij、n'_ij和l'_ij。在步骤1240，对第二DS信道矩阵求逆以产生FEXT缓解矩阵。在DS方向，FEXT缓解矩阵用作DSFEXT预编码矩阵。在US方向，FEXT缓解矩阵用作US FEXT消除矩阵。

图13是执行DS MU-MIMO DSL处理的方法1300的另一实施例的流程图。由并置在住宅320、430或440等单个住宅处的xTU-R 321和421等DSL远程侧设备和DS接收器630在与系统300和400等系统中并置的xTU-O 311和411等DSL局侧设备、DPU 310和410通信时实施方法1300。方法1300采用与DS接收器630类似的机制。并置的xTU-R和对应的并置xTU-O形成DSMIMO组，例如MIMO组330、450、460和640。在获得用于所述DS MIMO组的根据方程式(5)计算出的S_i,i ^-1×U_i,i ^H、根据方程式(19)计算出的或根据方程式(20)计算出的等MIMO后编码矩阵之后，方法1300开始。在步骤1310，通过形成所述DS MIMO组的多个DS信道的子集从DSL局侧设备接收多个DS信号。根据与第一子载波下的DS MIMO组相关联的方程式(5)中的V_i,i、方程式(19)中的T_i,i和方程式(5)中的B_i,i等DS MIMO预编码矩阵且根据与第一子载波下的多个DS信道中的DS FEXT信道相关联的DS FEXT预编码矩阵来对所述多个DS信号进行预编码。在步骤1320，根据与DS MIMO组相关联的DS MIMO后编码矩阵来对所述多个DS信号执行MIMO后编码。在接收器处执行频域均衡之后执行所述MIMO后编码。

图14是执行US MU-MIMO DSL处理的方法1400的另一实施例的流程图。由并置在住宅320、430或440等单个住宅处的xTU-R 321和421等DSL远程侧设备和US接收器710在与系统300和400等系统中并置的xTU-O 311和411等DSL局侧设备、DPU 310和410通信时实施方法1400。方法1400采用与US发送器730类似的机制。并置的xTU-R和对应的并置xTU-O形成USMIMO组，例如MIMO组330、450、460和740。在获得用于US MIMO组的方程式(5)中的V_i,i、方程式(19)中的T_i,i或方程式(20)中的B_i,i等MIMO预编码矩阵之后，方法1400开始。在步骤1410，获得与形成US MIMO组的多个US信道相关联的多个编码信号。在步骤1420，将所述多个编码信号乘以根据方程式(5)计算出的V_i,i、根据方程式(19)计算出的T_i,i或根据方程式(20)计算出的B_i,i等US MIMO预编码矩阵以产生多个输出信号。

图15是NE 1500的实施例的示意图。NE 1500可以是DPU 110、210、310、410等DPU、xTU-O 111、211、311、411等并置的xTU-O、DS发送器610等DS发送器和US接收器710等US接收器。NE 1500还可以是DSL系统300和400等DSL系统中的DS接收器630等DS接收器和US发送器730等US发送器。NE 1500可以用于实施和/或支持本文所描述的FEXT利用和缓解机制和方案。NE 1500可以在单个节点中实施，或NE 1500的功能可以在多个节点中实施。所属领域的技术人员将认识到，术语NE涵盖宽广范围的设备，其中NE 1500仅仅是个实例。出于清楚地论述的目的包含NE 1500，但所述NE决不意欲将本发明的应用限于一个特定NE实施例或一类NE实施例。

本发明中描述的至少一些特征/方法在NE 1500等网络装置或组件中实施。例如，本发明中的特征/方法可以使用硬件、固件和/或安装成在硬件上运行的软件来实施。NE1500是通过网络传输包的任何设备，例如DSL接入模块(DSL access module，DSLAM)、DSL路由器、网桥、服务器、客户端等。如图15中所示，NE 1500包括收发器(Tx/Rx)1510，所述收发器可以是发送器、接收器或这两个的组合。Tx/Rx 1510耦合到多个端口1520以供发送帧和/或从其它节点接收帧。例如，NE 1500在DPU处充当DSLAM，通过一组端口1520与远程DSL CPE传送信号，并且通过另一组端口1520与骨干网传送信号。在另一实例中，NE 1500充当DSLCPE路由器，通过一组端口1520与DPU处的DSLAM传送信号，并且通过另一组端口与住宅内部的笔记本电脑等本地设备通信。

处理器1530耦合到每个Tx/Rx 1510以处理帧和/或确定将帧发送到哪些节点。处理器1530可以包括一个或多个多核心处理器和/或存储设备1532，所述存储设备可以充当数据存储装置、缓冲器等。处理器1530可以实施为通用处理器或可以是一个或多个专用集成电路(application specific integrated circuits，ASIC)和/或数字信号处理器(digital signal processor，DSP)的一部分。处理器1530可包括FEXT利用和缓解模块1533。

取决于本文中论述的方法800、900、1000和1100、1200、1300以及1400和/或任何其它流程图、方案和方法中所描述的实施例，FEXT利用和缓解模块1533实施MIMO预编码、MIMO后编码、FEXT预编码和FEXT消除。由此，包含FEXT利用和缓解1533以及相关联方法和系统提高了NE 1500的功能。此外，FEXT利用和缓解1533实现特定物品(例如，DSL系统)转变到不同状态。在替代实施例中，FEXT利用和缓解1533可实施为存储在存储设备1532中的可由处理器1530执行的指令。

存储器1532包括一个或多个磁盘、磁带机和固态驱动器，且可用作溢流数据存储设备以在选择程序以供执行时存储此类程序且存储在程序执行期间读取的指令和数据。存储器1532可以是易失性的和非易失性的，且可以是只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random-access memory，RAM)、三态内容寻址存储器(ternary content-addressable memory，TCAM)以及静态随机存取存储器(static random-access memory，SRAM)。

在实例实施例中，NE 1500包含：获得模块，其通过NE的处理器获得与网络中的多个下游(downstream，DS)信道相关联的多个编码信号，其中所述多个DS信道形成多个DS多输入多输出(multiple-input and multiple-output，MIMO)组；MIMO预编码模块，其根据所述多个DS MIMO组，通过所述处理器对所述多个编码信号执行MIMO预编码；串音预编码模块，其在执行所述MIMO预编码之后，通过所述处理器对所述多个编码信号联合地执行串音预编码以产生多个输出信号；以及发送模块，其通过所述NE的发送器通过所述多个DS信道将所述多个输出信号大体上同步地发送到多个远程NE。在一些实施例中，NE 1500可包含用于执行实施例中所描述的步骤中的任一步骤或组合的其它或额外模块。

虽然是在DSL系统的上下文中描述所公开的实施例，其中FEXT是将用于每个MIMO组内的干扰和将跨越MIMO组消除的干扰，但所公开的实施例适合用于任何MU-MIMO通信系统，例如无线系统和IEEE 802.11无线局域网(wireless local area network，WiFi)系统。例如，采用MU-MIMO同时与多个MIMO设备通信的WiFi系统可以得益于所公开的MU-MIMO处理机制。在无线系统中，FEXT是指同频干扰，并且是在接收器处从非既定发送天线接收到的信号。在无线系统中，DS称为下行链路(downlink，DL)，且US称为上行链路(uplink，UL)。

尽管已在本发明中提供若干实施例，但应理解，所公开系统和方法可在不脱离本发明的精神或范围的情况下以许多其它特定形式实施。本发明实例应视为说明性而非限制性的，且并非意在限于本文中给定的细节。例如，各种元件或组件可在另一系统中组合或整合，或某些特征可省去或不予以实施。

在实施例中，NE包含：用于获得与网络中的多个DS信道相关联的多个编码信号的构件，其中所述多个DS信道形成多个DS MIMO组；用于根据所述多个DS MIMO组通过处理器对所述多个编码信号执行MIMO预编码的构件；用于在执行所述MIMO预编码之后通过处理器对所述多个编码信号联合地执行串音预编码以产生多个输出信号的构件；以及用于通过NE的发送器通过所述多个DS信道将所述多个输出信号大体上同步地发送到多个远程NE的构件。

在实施例中，通信系统局侧装置包含：用于获得与网络中的多个DS信道相关联的多个编码信号的构件，其中所述多个DS信道形成多个DS MIMO组；用于根据所述多个DSMIMO组对所述多个编码信号执行MIMO预编码的构件；用于在执行所述MIMO预编码之后对所述多个编码信号联合地执行串音预编码以产生多个输出信号的构件；以及用于通过所述多个DS信道将所述多个输出信号大体上同步地发送到多个远程NE的构件。

在实施例中，DSL远程侧装置包含：用于通过形成DS多输入多输出(multiple-input multiple-output，MIMO)组的多个DS信道的子集从DSL局侧装置接收多个下游(downstream，DS)信号的构件，其中根据与第一子载波下的DS MIMO组相关联的DS MIMO预编码矩阵且根据与第一子载波下的所述多个DS信道的DS FEXT信道相关联的DS远端串音(far-end crosstalk，FEXT)预编码矩阵来对所述多个DS信号进行预编码；以及用于根据与所述DS MIMO组相关联的DS MIMO后编码矩阵来对所述多个DS信号执行MIMO后编码的构件。

此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦合或直接耦合或通信的其它项可以采用电方式、机械方式或其它方式通过某一接口、设备或中间组件间接地耦合或通信。其它变化、替代和改变的实例可以由所属领域的技术人员在不脱离本文所公开的精神和范围的情况下确定。

Claims (20)

1.一种在网元(NE)中实施的方法，其特征在于，包括：

通过所述NE的处理器获得与网络中的多个下游(DS)信道相关联的多个编码信号，其中所述多个DS信道形成多个DS多输入多输出(MIMO)组；

根据所述多个DS MIMO组，通过所述处理器对所述多个编码信号执行MIMO预编码；

在执行所述MIMO预编码之后，通过所述处理器对所述多个编码信号联合地执行串音预编码以产生多个输出信号；以及

通过所述NE的发送器通过所述多个DS信道将所述多个输出信号大体上同步地发送到多个远程NE。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个DS信道的第一子集形成所述多个DS MIMO组的第一DS MIMO组，其中所述方法进一步包括通过所述NE的接收器接收用于第一子载波下的所述第一DS MIMO组的MIMO预编码矩阵，其中所述MIMO预编码矩阵是从DS MIMO信道矩阵分解的，所述DS MIMO信道矩阵包括所述第一子载波下的所述多个DS信道的所述第一子集的直接信道估计和所述第一子载波下的所述多个DS信道的所述第一子集的远端串音(FEXT)信道估计，其中执行所述MIMO预编码包括将与所述第一DS MIMO组相关联的所述多个编码信号的第二子集乘以所述MIMO预编码矩阵。

3.根据权利要求1到2中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括：

通过所述处理器获得表示为H的第一DS信道矩阵，所述第一DS信道矩阵包括表示第一子载波下的所述多个DS信道的第一直接信道估计的第一对角项和表示所述第一子载波下的所述多个DS信道的第一远端串音(FEXT)信道估计的第一非对角项，其中所述第一DS信道矩阵的第一对角块表示所述多个DS MIMO组的第一DS MIMO组中的MIMO信道；

通过所述处理器生成表示为H_M的DS MIMO信道矩阵，所述DS MIMO信道矩阵包括第二对角块和非对角块，其中所述第二对角块对应于所述第一DS信道矩阵的所述第一对角块，其中所述非对角块包括零值；以及

根据所述第一DS信道矩阵H的逆矩阵与所述DS MIMO信道矩阵H_M的乘积，通过所述处理器计算表示为P的FEXT预编码矩阵，

其中所述乘积表达为P＝H^-1×H_M，

其中执行所述串音预编码包括在执行所述MIMO预编码之后将所述多个编码信号乘以所述FEXT预编码矩阵。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括：

在执行所述MIMO预编码之后且在执行所述串音预编码之前，通过所述处理器获得第一子载波下的所述多个DS信道的第二直接信道估计、所述第一子载波下的所述多个DS MIMO组中的每个组内的第二远端串音(FEXT)信道估计和跨越所述第一子载波下的所述多个DSMIMO组的第三FEXT信道估计，其中所述第二直接信道估计和所述第二FEXT信道估计是MIMO预编码和MIMO后编码信道估计；

通过所述处理器生成第二DS信道矩阵，所述第二DS信道矩阵包括表示所述第二直接信道估计的第二对角项、表示所述多个DS MIMO组中的每个组的对应第二FEXT信道估计的各自包括第二非对角项的第二对角块以及表示所述第三FEXT信道估计的第二非对角块；以及

通过所述处理器对所述第二DS信道矩阵求逆以产生FEXT预编码矩阵，

其中执行所述串音预编码包括在执行所述MIMO预编码之后将所述多个编码信号乘以所述FEXT预编码矩阵。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括在对所述第二DS信道矩阵求逆之前通过所述处理器将零值指派到所述第二对角块的所述第二非对角项。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括：

通过所述NE的接收器通过第二子载波下的多个上游(US)信道大体上同步地从所述多个远程NE接收多个调制后信号，其中所述多个US信道形成多个US MIMO组；

通过所述处理器对所述多个调制后信号执行离散傅里叶变换(DFT)以产生多个解调后信号；

通过所述处理器对所述多个解调后信号执行频域均衡以产生多个均衡的解调后信号；

通过所述处理器对所述多个均衡的解调后信号联合地执行串音消除；以及

在执行所述串音消除之后，根据所述多个US MIMO组通过所述处理器对所述多个均衡的解调后信号执行MIMO后编码。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多个US信道的第一子集形成所述多个US MIMO组的第i个US MIMO组，其中i是正整数，其中所述方法进一步包括：

通过所述处理器获得表示为H_i,i的US MIMO信道子矩阵，所述US MIMO信道子矩阵包括表示所述第二子载波下的所述多个US信道的所述第一子集的第一直接信道估计的对角项和表示所述第二子载波下的所述多个US信道的所述第一子集的第一远端串音(FEXT)信道估计的非对角项；

通过所述处理器将所述US MIMO信道子矩阵H_i,i分解成表示为A_i,i的第一矩阵、表示为W_i,i的第二矩阵和表示为B_i,i的第三矩阵，其中H_i,i＝A_i,i×W_i,i×B_i,i ^-1；以及

通过所述发送器将所述第三矩阵B_i,i发送到对应的远程NE以促进US方向上的MIMO预编码，

其中执行所述MIMO后编码包括：

将与所述多个US信道的所述第一子集相关联的所述多个均衡的解调后信号的第二子集乘以所述第一矩阵的第一逆矩阵以及

在将所述多个均衡的解调后信号的所述第二子集乘以所述第一矩阵的所述第一逆矩阵之后，将所述多个均衡的解调后信号的所述第二子集乘以所述第二矩阵的第二逆矩阵W_i,i ^-1。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，分解所述US MIMO信道子矩阵H_i,i包括将奇异值分解(SVD)应用于所述US MIMO信道子矩阵H_i,i。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，分解所述US MIMO信道子矩阵H_i,i包括将几何均值分解(GMD)应用于所述US MIMO信道子矩阵H_i,i。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：

通过所述处理器获得表示为H的第一US信道矩阵，所述第一DS信道矩阵包括表示所述第二子载波下的所述多个US信道的第一直接信道估计的第一对角项和表示所述第二子载波下的所述多个US信道的第一远端串音(FEXT)信道估计的第一非对角项，其中所述第一US信道矩阵H的第一对角块表示所述多个US MIMO组的第一US MIMO组中的MIMO信道；

通过所述处理器生成表示为H_M的US MIMO信道矩阵，所述US MIMO信道矩阵包括对应于所述第一US信道矩阵的所述第一对角块的第二对角块和包括零值的非对角块；以及

根据所述US MIMO信道矩阵H_M与所述第一US信道矩阵H的逆矩阵的乘积，通过所述处理器计算表示为C的FEXT消除矩阵，

其中所述乘积表达为C＝H_M×H^-1，

其中执行所述串音消除包括将所述多个均衡的解调后信号乘以所述FEXT消除矩阵。

11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：

在执行所述MIMO预编码之后且在执行所述串音预编码之前，通过所述处理器获得所述第二子载波下的所述多个US信道的第二直接信道估计、所述第二子载波下的所述多个USMIMO组中的每个组内的第二远端串音(FEXT)信道估计和跨越所述多个US MIMO组的第三FEXT信道估计，其中所述第二直接信道估计和所述第二FEXT信道估计是MIMO预编码和MIMO后编码信道估计；

通过所述处理器生成第二US信道矩阵，所述第二US信道矩阵包括表示所述第二直接信道估计的第二对角项、表示所述多个US信道的每个信道中的对应第二FEXT信道估计的各自包括第二非对角项的第二对角块以及表示所述第三FEXT信道估计的第二非对角块；以及通过所述处理器对所述第二US信道矩阵求逆以产生FEXT消除矩阵，

其中执行所述串音消除包括将所述多个均衡的解调后信号乘以所述FEXT消除矩阵。

12.一种通信系统局侧装置，其特征在于，包括：

处理器，用于：

获得与网络中的多个下游(DS)信道相关联的多个编码信号，其中所述多个DS信道形成多个DS多输入多输出(MIMO)组；

根据所述多个DS MIMO组，对所述多个编码信号执行MIMO预编码；以及

在执行所述MIMO预编码之后，对所述多个编码信号联合地执行串音预编码以产生多个输出信号；以及

多个发送器，耦合到所述处理器且用于通过所述多个DS信道将所述多个输出信号大体上同步地发送到多个远程网元(NE)。

13.根据权利要求12所述的通信系统局侧装置，其特征在于，所述多个DS信道的第一子集形成所述多个DS MIMO组的第一DS MIMO组，其中所述通信系统局侧装置进一步包括耦合到所述处理器并用于接收用于第一子载波下的所述第一DS MIMO组的MIMO预编码矩阵的接收器，其中所述MIMO预编码矩阵是从DS MIMO信道矩阵分解的，所述DS MIMO信道矩阵包括所述第一子载波下的所述多个DS信道的所述第一子集的直接信道估计和所述第一子载波下的所述多个DS信道的所述第一子集的远端串音(FEXT)信道估计，其中所述处理器进一步用于通过将与所述多个DS信道的所述第一子集相关联的所述多个编码信号的第二子集乘以所述MIMO预编码矩阵来执行所述MIMO预编码。

14.根据权利要求12到13中任一项所述的通信系统局侧装置，其特征在于，所述处理器进一步用于：

在执行所述MIMO预编码之后且在执行所述串音预编码之前，获得第一子载波下的所述多个DS信道的第二直接信道估计、所述第一子载波下的所述多个DS MIMO组中的每个组内的第二远端串音(FEXT)信道估计，以及跨越所述多个DS MIMO组的第三FEXT信道估计，其中所述第二直接信道估计和所述第二FEXT信道估计是MIMO后编码信道估计；

生成第二DS信道矩阵，所述第二DS信道矩阵包括表示所述第二直接信道估计的第二对角项、表示所述多个DS MIMO组中的每个组的对应第二FEXT信道估计的各自包括第二非对角项的第二对角块以及表示所述第三FEXT信道估计的第二非对角块；

对所述第二DS信道矩阵求逆以产生FEXT预编码矩阵；以及

在执行所述MIMO预编码之后，通过将所述多个编码信号乘以所述FEXT预编码矩阵来执行所述串音预编码。

15.根据权利要求12到14中任一项所述的通信系统局侧装置，其特征在于，进一步包括多个接收器，所述多个接收器耦合到所述处理器并且用于：

通过多个上游(US)信道耦合到所述多个远程NE，其中所述多个US信道形成多个USMIMO组；以及

通过第二子载波下的所述多个US信道从所述多个远程NE接收多个US信号，

其中所述处理器进一步用于：

对所述多个US信号联合地执行串音消除；以及

在执行所述串音消除之后，根据所述多个US MIMO组对所述多个US信号执行MIMO后编码。

16.根据权利要求15所述的通信系统局侧装置，其特征在于，所述多个US信道的第一子集形成所述多个US MIMO组的第i个US MIMO组，其中i是正整数，其中所述处理器进一步用于：

获得表示为H_i,i的US MIMO信道子矩阵，所述US MIMO信道子矩阵包括表示所述第二子载波下的所述多个US信道的所述第一子集的第一直接信道估计的对角项和表示所述多个US信道的所述第一子集的远端串音(FEXT)信道估计的非对角项；

将所述US MIMO信道子矩阵H_i,i分解成表示为A_i,i的第一矩阵、表示为W_i,i的第二矩阵和表示为B_i,i的第三矩阵，其中H_i,i＝A_i,i×W_i,i×B_i,i ^-1；以及

通过以下操作执行所述MIMO后编码：

将与所述多个US信道的所述第一子集相关联的所述多个US信号的第二子集乘以所述第一矩阵的第一逆矩阵以及

在将与所述多个US信道的所述第一子集相关联的所述多个US信号的第二子集乘以所述第一矩阵的所述第一逆矩阵之后，将所述多个US信号的所述第二子集乘以所述第二矩阵的第二逆矩阵W_i,i ^-1，

其中所述发送器进一步用于将所述第三矩阵B_i,i发送到对应的远程NE以促进US方向上的MIMO预编码。

17.根据权利要求15所述的通信系统局侧装置，其特征在于，所述处理器进一步用于：

在执行所述MIMO预编码之后且在执行所述串音预编码之前，获得所述第二子载波下的所述多个US信道的第二直接信道估计、所述第二子载波下的所述多个US MIMO组中的每个组内的第二远端串音(FEXT)信道估计和跨越所述多个US MIMO组的第三FEXT信道估计，其中所述第二直接信道估计和所述第二FEXT信道估计是MIMO预编码和MIMO后编码信道估计；

生成第二US信道矩阵，所述第二US信道矩阵包括表示所述第二直接信道估计的第二对角项、表示所述多个US MIMO组中的每个组的对应第二FEXT信道估计的各自包括第二非对角项的第二对角块以及表示所述第三FEXT信道估计的第二非对角块；

对所述第二US信道矩阵求逆以产生FEXT消除矩阵；以及

通过将所述多个US信号乘以所述FEXT消除矩阵来执行所述串音消除。

18.一种数字用户线(DSL)远程侧装置，其特征在于，包括：

多个接收器，用于通过形成DS多输入多输出(MIMO)组的多个DS信道的子集从DSL局侧装置接收多个下游(DS)信号，其中根据与第一子载波下的所述DS MIMO组相关联的DS MIMO预编码矩阵且根据与所述第一子载波下的所述多个DS信道的DS FEXT信道相关联的DS远端串音(FEXT)预编码矩阵来对所述多个DS信号进行预编码；以及

处理器，耦合到所述多个接收器并且用于根据与所述DS MIMO组相关联的DS MIMO后编码矩阵来对所述多个DS信号执行MIMO后编码。

19.根据权利要求18所述的DSL远程侧装置，其特征在于，进一步包括发送器，所述发送器耦合到所述处理器并且用于将所述DS MIMO预编码矩阵发送到所述DSL局侧装置以促进DS方向的MIMO预编码，其中所述处理器进一步用于：

获得表示为H_i,i的DS MIMO信道子矩阵，所述DS MIMO信道子矩阵包括表示所述第一子载波下的所述多个DS信道的第一直接信道估计的对角项，以及表示所述多个DS信道的远端串音(FEXT)信道估计的非对角项；

将所述DS MIMO信道子矩阵H_i,i分解成表示为A_i,i的第一矩阵、表示为W_i,i的第二矩阵和表示为B_i,i的第三矩阵，其中H_i,i＝A_i,i×W_i,i×B_i,i ^-1，其中所述DS MIMO预编码矩阵对应于所述第三矩阵，其中所述DS MIMO后编码矩阵表达为以及

通过以下操作执行所述MIMO后编码：

将所述多个DS信号乘以所述第一矩阵的第一逆矩阵以及

在将所述多个DS信号乘以所述第一矩阵的所述第一逆矩阵之后，将所述多个DS信号乘以所述第二矩阵的第二逆矩阵W_i,i ^-1。

20.根据权利要求18到19中任一项所述的DSL远程侧装置，其特征在于，所述多个接收器进一步用于接收US MIMO预编码矩阵，其中所述处理器进一步用于：

获得与形成第二子载波下的US MIMO组的多个上游(US)信道相关联的多个编码信号；以及

将所述多个编码信号乘以所述US MIMO预编码矩阵以产生多个输出信号，

其中所述DSL远程侧装置进一步包括多个发送器，所述多个发送器耦合到所述处理器并且用于通过所述第二子载波下的所述多个US信道将所述多个输出信号发送到所述DSL局侧装置，

其中所述US MIMO预编码矩阵是从US MIMO信道子矩阵分解的，所述US MIMO信道子矩阵包括表示所述第二子载波下的所述多个US信道的直接信道的对角项和表示所述第二子载波下的所述多个US信道的US FEXT信道的非对角项。