JP6208363B2 - クロストークプロービング信号のランダム化 - Google Patents

Description

本発明は、通信回線間のクロストークを軽減するように構成された、ベクトル化プロセッサを構成するための方法および装置に関する。

クロストーク（またはチャネル間干渉）は、デジタル加入者線（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ：ＤＳＬ）通信システムなど、多入力他出力（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ：ＭＩＭＯ）有線通信システムに関するチャネル障害の主要因である。

より高速なデータ転速度の需要が増すにつれ、ＤＳＬシステムはより高い周波数帯域へと進展しており、隣接する伝送回線（すなわち、ケーブルのバインダー内で撚り合された２本の銅線などの、その線長の全部または部分にわたって密接した伝送回線）相互間でのクロストークは、より顕著なものとなっている（周波数が高くなるほど、この結合は強くなる）。

クロストークを軽減し、実効スループット、距離、および回線の安定性を最大化するため、種々の手法が開発されてきた。これらの技法は、静的または動的なスペクトル管理技法から、マルチユーザ信号調整（またはベクトル化）へと徐々に進展している。

チャネル間干渉を低減するための技法の１つが合同信号プリコーディング（ｊｏｉｎｔ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｅｃｏｄｉｎｇ）であり、この技法では、送信データシンボルが、プリコーダを合同で通過してから、それぞれの通信チャネルを介して送信される。このプリコーダは、通信チャネルと連結することにより、受信機におけるチャネル間干渉を少なく、または無くすようになっている。

チャネル間干渉を低減するための別の技法として合同信号ポストプロセッシングがあり、この技法では、受信データシンボルは、ポストコーダを合同で通過してから検出される。このポストコーダは、通信チャネルと連結することにより、受信機におけるチャネル間干渉を少なく、または無くすようになっている。

ベクトル化グループ、すなわち、信号が合同で処理される通信回線のセットの選択は、良好なクロストーク軽減性能を達成するうえで、決定的といってもよい。ベクトル化グループにおいて、各通信回線は、そのグループの他の通信回線へのクロストークを誘起する妨害回線と見なされるとともに、同通信回線は、そのグループの他の通信回線からクロストークを受ける被妨害回線と見なされる。ベクトル化グループに属さない回線からのクロストークは外来ノイズとして扱われ、キャンセルはされない。

理想としては、ベクトル化グループは、物理的かつ著しく相互作用する、通信回線のセットのまとまりと一致すべきである。しかし、そのような網羅的なアプローチは、ローカルループアンバンドリング（国家的な規制政策によって強制される）、および／またはベクトル化能力の制限によって妨げられることもあり、この場合、ベクトル化グループは、物理的に相互作用している回線全体のうち、あるサブセットのみを含むことになり、それにより、ベクトル化の利得に制限が生じる。

信号のベクトル化はアクセスノード内で実行されるのが通例であり、ベクトル化グループの全ての通信回線を介して同時に送受信された、全てのデータシンボルが利用可能となる。例えば、信号のベクトル化は、中央局（ＣＯ）に配備されるデジタル加入者線アクセスマルチプレクサ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ：ＤＳＬＡＭ）内で実行されるか、加入者宅内により近いファイバフィードリモートユニット（路上型キャビネット、支柱型キャビネット、建物型キャビネットなど）として実行されると有利である。信号のプリコーディングは、特に（顧客宅内に向かう）ダウンストリーム通信に適しており、信号のポストプロセッシングは、特に（顧客宅内からの）アップストリーム通信に適している。

線形信号のプリコーディングおよびポストプロセッシングは、行列積によって実施されると有利である。

例えば、線形プリコーダは、送信周波数サンプルのベクトルと、チャネル行列全体を対角化させるようなプリコーディング行列との行列積を実行する。これは、チャネル全体の非対角係数、したがってチャネル間干渉が、ほぼゼロにまで低減することを意味する。実際には、一次近似式として、プリコーダは被妨害回線上の逆位相クロストーク前置補償信号を、直接信号に重ね合わせる。この直接信号は、それぞれの妨害回線からの実際のクロストーク信号を伴って、受信機において破壊的な干渉を行う。

同様に、線形ポストコーダは、受信周波数サンプルのベクトルと、こちらもチャネル行列全体が対角化される、クロストークキャンセル行列との行列積を実行する。

よって、プリコーディング行列またはクロストークキャンセル行列の係数を適切に初期化や更新するためには、実際のクロストークチャネルを正確に推定することが最重要となる。国際電気通信連合（ＩＴＵ）により２０１０年４月に採択された、参照番号Ｇ．９９３．５、「Ｓｅｌｆ−ＦＥＸＴ Ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ（Ｖｅｃｔｏｒｉｎｇ）Ｆｏｒ Ｕｓｅ ｗｉｔｈ ＶＤＳＬ２ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｓ」と題された勧告において、トランシーバは、２５６個ごとのＤＡＴＡシンボルに続いて周期的に発生する、いわゆるＳＹＮＣシンボルを介して、アップストリームおよびダウンストリームのパイロットシーケンスを送信するよう構成されている。

所与の被妨害回線上のエラーサンプル（特定のＳＹＮＣシンボルについて、トーンまたはトーンのグループごとに測定されたスライサエラー（または受信エラーベクトル）の実数部および虚数部の両方が含まれる）は、更なるクロストーク推定のために、ベクトル化コントローラに報告される。このエラーサンプルは、所与の妨害回線からのクロストーク係数を取得するために、その妨害回線を介して送信された所与のパイロットシーケンスと相関付けられる。他の妨害回線からのクロストーク寄与を排除するには、例えば、「＋１」および「−１」の逆位相シンボルを含む、ウォルシュ−アダマールシーケンスを使用して、パイロットシーケンスを互いに直交させる。クロストーク推定は、プリコーディング行列またはクロストークキャンセル行列の係数を初期化や更新するために使用される。

ひとたび新たな係数がプリコーダまたはポストコーダに入ると、クロストークチャネルの変動、クロストーク推定における残りのエラー、またはプリコーダ係数やポストコーダ係数の決定における近似値のためにも、残留クロストークが追跡され続ける。こうしたことは、通例、最適なプリコーダ係数またはポストコーダ係数に向かって徐々に収束する、反復更新法によって達成される。

理想化された線形モデルにおいて、Ｇ．９９３．５勧告に従った直交パイロットシーケンスは非常に効果的であり、正確かつバイアスのない、クロストークチャネルの推定（初期化）または残留クロストークチャネルの推定（追跡）が常に得られる。しかし、非線形効果のために、クロストーク推定は、プリコーダ係数またはポストコーダ係数を最適値からかけ離れたものにする、望ましくないオフセット（またはバイアス）を持つ可能性がある。

例えば、高クロストーク環境において、全ての妨害回線を介して送信された全てのパイロットシンボルからのクロストークベクトルの合計は、受信周波数サンプルが復調器の決定境界を超えるものとなる可能性がある。そのような場合、不正なコンステレーション点に対してエラーベクトルが報告され、それにより、名目上のクロストークチャネルまたは残留のクロストークチャネルの推定におけるオフセットがもたらされる。

Ｇ．９９３．５勧告では、受信機によって送信ベクトルが推定される。パイロットとして使用可能なベクトルのセットは、通常状態（＋１）と反転状態（−１）との２つの状態に限定される。これは、二位相偏移変調（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＢＰＳＫ）に相当する。受信機は、受信ベクトルがどちらの半平面かを決定することにより、また最も可能性の高い送信ベクトル（最小距離基準）として対応するコンステレーション点を選択することにより、予想送信ベクトルを決定する。この操作はデマッピングと称される。代替として、四位相偏移変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＱＰＳＫまたは４−ＱＡＭ）コンステレーショングリッドを使用してパイロットを検出することもでき（とはいえ、考えられる４つのコンステレーション点のうちの２つが効率的に使用されるだけであるが）、この場合のデマッピングは、最も可能性の高い４点の決定に基づくものとなる。

デマッピングがエラーとなる場合、すなわち、受信機が送信コンステレーション点とは異なるコンステレーション点を選択した場合には、報告されたスライサエラーは、完全に誤りな値を持っている。クロストーク係数の、したがってプリコーダ係数およびポストコーダ係数の計算における不正確さの大半は、このことによって惹起される。ベクトル化コントローラは、受信機内でデマッピングエラーが発生していることに気付かないからである。

デマッピングエラーに対処するために考えられる、知られている解決策は、複数のトーンにわたる複数のデマッピング決定を使用することであろう。特定のＳＹＮＣシンボルにおける全てのプローブトーンが、所与のパイロットシーケンスの同一特定ビットの形態で全て変調されることを考慮すれば、複数のトーンを使用して合同推定を行うことも可能である。この技法は、単純なトーン毎決定よりも堅牢ではあるが、信号対雑音比（ＳＮＲ）が極めて低い環境では、それでもなお受信機が誤判断を下す可能性は残る。周波数依存パイロットシーケンス（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｐｉｌｏｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ：ＦＤＰＳ）が使用されるのであれば、パイロット値が所与のトーン数の後に周期的に循環するという事実を利用して、この技法を適用することは依然として可能である。

しかし、本分野の実験の示すところによると、少なくとも一部の受信機モデルは、ＢＰＳＫまたは４−ＱＡＭ復調グリッドを用いたトーン毎決定を使用し続けており、そのためにデマッピングエラーの可能性を高めている。

非線形効果の別の例として、信号クリッピングがある。やはり高クロストーク環境において、全ての妨害回線を介して送信された全てのパイロットシンボルからのクロストークベクトルの合計は、受信周波数サンプルがデジタル処理ロジックによってサポートされる最大値を超えるものとなる可能性がある。その場合のエラーサンプルは、誤った境界値を持つことになり、この値はクロストーク推定プロセスに深刻な影響を及ぼし、バイアスをかけるものとなる。

非線形効果の別の例として、信号経路内の様々な点の量子化がある。量子化により、これらの信号は一定の値のみを使用できるようになる。このことが、残留クロストークチャネルの推定におけるオフセットをもたらす。

よって、長期にわたり周期的なパイロットを使用するとバイアスを強めるおそれがあり、また時間の経過に伴う性能劣化、および不安定性につながりかねない。

米国特許出願公開第２０１２／０１９５１８３号明細書

ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．９９３．５、「Ｓｅｌｆ−ＦＥＸＴ Ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ（Ｖｅｃｔｏｒｉｎｇ）Ｆｏｒ Ｕｓｅ ｗｉｔｈ ＶＤＳＬ２ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｓ」、２０１０年４月

本発明の目的は、知られている解決策が持つ、上述の短所および欠点を緩和または克服することにある。

本発明の第１の態様によれば、ベクトル化グループの通信回線間のクロストークを軽減するベクトル化プロセッサを制御するためのベクトル化コントローラが、連続するクロストーク捕捉サイクルを反復するように構成され、それらのクロストーク捕捉サイクルのそれぞれにおいて、それぞれの通信回線上で送信するためのクロストークプロービングシンボルのシーケンスを構成し、クロストークプロービングシンボルのシーケンスが送信されている間に、それぞれの通信回線に結合しているそれぞれの受信機によって連続的に測定されたエラーサンプルのシーケンスを受信し、エラーサンプルのシーケンスに基づき、それぞれの通信回線間のクロストーク推定を決定するように構成される。ベクトル化コントローラは更に、連続するクロストーク捕捉サイクルの間に使用されるクロストークプロービングシンボルの連続するシーケンスをランダム化し、連続するクロストーク推定に基づき、ベクトル化プロセッサを反復的に構成するように構成される。

本発明の一実施形態では、クロストークプロービングシンボルの連続するシーケンスが、クロストークプロービングシンボルのそれぞれのシーケンスの変調のために、互いに直交するシーケンスのセット内におけるクロストークプロービングシーケンスの連続する任意選択によってランダム化される。

本発明の一実施形態では、クロストークプロービングシンボルの連続するシーケンスが、クロストークプロービングシンボルのシーケンスの一部または全部の周波数領域における連続する任意回転によってランダム化される。

本発明の一実施形態では、クロストークプロービングシンボルの連続するシーケンスの、回転した送信周波数サンプルが、クロストークプロービングシンボルの変調のために使用される基準コンステレーショングリッドのコンステレーション点に合致し、それにより、許容される回転値の限定されたセットが得られる。

本発明の一実施形態では、ベクトル化コントローラが更に、クロストークプロービングシンボルのシーケンスの回転のために、許容される回転値を、ベクトル化グループのそれぞれの通信回線にわたって均等に分布させるように構成される。

本発明の一実施形態では、基準コンステレーショングリッドが、二位相偏移変調（ＢＰＳＫ）コンステレーショングリッドであり、許容される回転値が１８０°の倍数である。

本発明の一実施形態では、基準コンステレーショングリッドが、４−ＱＡＭコンステレーショングリッドであり、許容される回転値が９０°の倍数である。

本発明の一実施形態では、適用される回転の量が０°から３６０°の間で任意選択され、ベクトル化コントローラが更に、クロストークプロービングシンボルのそれぞれのシーケンスの受信周波数サンプルに適用される連続する回転値を示す連続する回転情報を受信機に送信するように構成される。

本発明の一実施形態では、クロストークプロービングシンボルの連続するシーケンスが、クロストークプロービングシンボルのシーケンスの一部または全部の連続する任意スケーリングによってランダム化される。ベクトル化コントローラは更に、クロストークプロービングシンボルのそれぞれのシーケンスの受信周波数サンプルに適用される連続するスケーリング値を示す連続するスケーリング情報を受信機に送信するように構成される。

本発明の一実施形態では、エラーサンプルが、クロストークプロービングシンボルの受信周波数サンプルと、受信周波数サンプルがデマッピングされる選択されたそれぞれのコンステレーション点との間のエラーベクトルを示す。

そのようなベクトル化コントローラは、通例、アクセス設備を介して加入者デバイスとの有線通信をサポートする、アクセスノードの部分（ＤＳＬＡＭ、イーサネット（登録商標）スイッチ、エッジルータなど）をなし、ＣＯにおいて、または加入者宅内により近いファイバフィードリモートユニット（路上型キャビネット、支柱型キャビネット、建物型キャビネットなど）として配備される。

本発明の別の態様によれば、ベクトル化グループの通信回線間のクロストークを軽減するベクトル化プロセッサを制御するための方法が、連続するクロストーク捕捉サイクルを反復し、この連続するクロストーク捕捉サイクルのそれぞれが、それぞれの通信回線上で送信するためのクロストークプロービングシンボルのシーケンスを構成するステップと、クロストークプロービングシンボルのシーケンスが送信されている間に、それぞれの通信回線に結合しているそれぞれの受信機によって連続的に測定されたエラーサンプルのシーケンスを受信するステップと、エラーサンプルのシーケンスに基づき、それぞれの通信回線間のクロストーク推定を決定するステップとを含む。本方法は更に、連続するクロストーク捕捉サイクルの間に使用されるクロストークプロービングシンボルの連続するシーケンスをランダム化するステップと、連続するクロストーク推定に基づき、ベクトル化プロセッサを反復的に構成するステップとを含む。

本発明による方法の実施形態は、本発明によるベクトル化コントローラの実施形態と対応する。

ベクトル化された回線に割り当てられるパイロット信号を、ショータイムの全持続時間にわたりそのままに保つ代わりに、ベクトル化コントローラは、残留クロストークチャネルを追跡するために使用される、連続するクロストーク捕捉サイクル間のランダム性または擬似ランダム性を導入する。［擬似］ランダム化は、パイロットの所与のセットが、パイロットの異なるセットを有する更なるサイクルが多数発生するまでは、（高い確率で、またはほとんどの場合に）再発生しないようになっている。この意図的な［擬似］ランダム性が、上述のバイアス効果を軽減し、それにより、適切な平滑化を経て、最適なプリコーダまたはポストコーダ係数への収束が達成される。

例えば、連続するクロストーク捕捉サイクルの間のパイロットシンボルの変調のために、ベクトル化される回線に割り当てられるパイロットシーケンスを入れ替えてもよい。その入れ替えは、ランダム、擬似ランダムとすることや、いくつかの周期的または所定のパターンの後に続けることができる。

代替として、またはパイロットシーケンスの入れ替えと組み合わせて、パイロット信号の位相および／または振幅を変化させてもよい。直交条件を満たすために、適用される回転および／またはスケーリングの量は、１つのクロストーク捕捉サイクルの全長にわたって一定のままである必要がある。

適用される回転および／またはスケーリングの量が任意選択される場合、回転および／またはスケーリング情報は、パイロットシンボルの受信周波数サンプルが適切に再等化されるよう、受信機に送信される必要がある。

しかし、結果として得られる回転された送信周波数サンプルが、許容される送信コンステレーション点と依然として合致するようにパイロット信号を回転させてもよい。受信機は、適用される回転の量について通知される必要がなく、したがって現在のＶＤＳＬ２標準に対応するため、本実施形態はかなり有利なものとなる。例えば、パイロットシンボルの復調のためにＢＰＳＫが使用される場合、適用される回転の量は０°か１８０°かのどちらかになるよう選択される。代わりに４−ＱＡＭが使用される場合、適用される回転の量は、０°、９０°、１８０°、または２７０°のいずれかになるよう選択される。

以下に続く、添付の図面に沿った実施形態の説明を参照することにより、本発明が持つ上記およびその他の目的ならびに特徴がより明瞭になるとともに、本発明自体も最適な形で理解されることとなろう。

アクセス設備の概観を示す図である。 本発明による、アクセスノードを示す図である。 同相／直交（Ｉ／Ｑ）平面における、本発明の技術的効果の図解である。 パイロットのランダム化を伴わない、達成されたＳＮＲについてのシミュレーションプロットである。 パイロットのランダム化を伴う、達成されたＳＮＲについてのシミュレーションプロットである。

図１において、以下のことが見て取れる。アクセス設備１は、ＣＯに位置するネットワークユニット１０と、遠方に配備されるアクセスノード２０とを含む。アクセスノード２０は、１本または複数本の光ファイバを介してネットワークユニット１０と結合しており、更に、銅線ループ設備を介して、様々な加入者宅内の顧客宅内機器（ＣＰＥ）３０にも結合している。

銅線ループ設備は、共通アクセスセグメント４０（ここで加入者線は互いに密接し、よって相互にクロストークを誘起する）と、加入者宅内への最終的な接続のための、微弱な相互作用を伴う専用ループセグメント５０とを含む。この送信媒体は、通例、非シールド撚り対（Ｕｎｓｈｉｅｌｄｅｄ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｐａｉｒｓ：ＵＴＰ）銅線で構成される。

共通アクセスセグメント４０内で誘起されるクロストークを軽減するため、そして、それぞれの加入者線上で達成可能な通信データ速度を向上させるため、アクセスノード２０は、ループ設備を介して送受信されるデータシンボルを合同処理するための、ベクトル化プロセッサを備える。

図２において、以下のことが見て取れる。本発明によるアクセスノード１００は、Ｎ基のＣＰＥ２００_１から２００_Ｎに、Ｎ本の伝送回線Ｌ_１からＬ_Ｎのそれぞれを通じて結合している。これらは同一のベクトル化グループの部分を形成するものと仮定される。

アクセスノード１００は以下を備える：
− Ｎ基のＤＳＬトランシーバ１１０_１から１１０_Ｎ
− ベクトル化処理ユニット１２０（またはＶＰＵ）、および
− ＶＰＵ１２０の動作を制御するためのベクトル化制御ユニット１３０（またはＶＣＵ）。

トランシーバ１１０は、ＶＰＵ１２０と、ＶＣＵ１３０とに、個別に結合している。また、ＶＣＵ１３０は、ＶＰＵ１２０と結合している。

トランシーバ１１０は、それぞれが以下を備える：
− デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１１１、および
− アナログフロントエンド（ＡＦＥ）１１２。

ＣＰＥ２００は、それぞれのＤＳＬトランシーバ２１０を備える。

ＤＳＬトランシーバ２１０は、それぞれが以下を備える：
− デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２１１、および
− アナログフロントエンド（ＡＦＥ）２１２。

ＡＦＥ１１２と２１２とは、デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）およびアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）、適切な通信周波数帯域内の信号エネルギーを閉じ込めると同時に帯域外干渉を排除する送信フィルタおよび受信フィルタ、送信信号を増幅し伝送回線を制御するラインドライバ、ならびにノイズを極力抑えながら受信信号を増幅するローノイズアンプ（ＬＮＡ）を、それぞれが備える。

ＡＦＥ１１２と２１２とは更に、低い送信機−受信機カップリング比を達成しながら、送信機出力と伝送回線、そして伝送回線と受信機入力を結合するハイブリッド、伝送回線の特性インピーダンスに適合させるためのインピーダンス整合回路、および分離回路（通常は変圧器）を備える。

ＤＳＰ１１１と２１１とは、ダウンストリームとアップストリームのＤＳＬ通信チャネルを操作するよう、それぞれが構成される。

ＤＳＰ１１１と２１１とは更に、ダウンストリームとアップストリームのＤＳＬ制御チャネルを操作するよう構成される。これらのＤＳＬ制御チャネルは、診断または管理コマンドおよび応答などのＤＳＬ制御トラフィックを転送するために使用される。制御トラフィックは、ＤＳＬチャネル上でユーザトラフィックと多重化される。

より具体的には、ＤＳＰ１１１と２１１とは、ユーザデータおよび制御データをデジタルデータシンボルに符号化および変調するためのものであり、またデジタルデータシンボルからユーザデータおよび制御データを復調および複合するためのものである。

以下の送信ステップは、通常、ＤＳＰ１１１および２１１の内部で実行される：
− データの符号化（データの多重化、フレーム化、スクランブル化、エラー制御符号化、およびデータのインターリーブなど）
− 信号変調（これには、搬送波オーダリングテーブルに従って搬送波をオーダリングするステップと、オーダリングされた搬送波それぞれのビットローディングに従って、符号化されたビットストリームを解析するステップと、おそらくはトレリスコーディングで、ビットの各チャンクを（それぞれの搬送波振幅および搬送波位相を用いて）適切な送信コンステレーション点にマッピングするステップとが含まれる）
− 信号のスケーリング
− 逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）
− サイクリックプレフィックス（ＣＰ）挿入、および
− （場合によっては）時間ウィンドウイング。

以下の受信ステップは、通常、ＤＳＰ１１１および２１１の内部で実行される：
− ＣＰ除去と、場合によっては時間ウィンドウイング
− 高速フーリエ変換（ＦＦＴ）
− 周波数等化（ＦＥＱ）
− 信号復調および検出（これには、それぞれの等化周波数サンプル毎に適切なコンステレーショングリッドを適用するステップと（このパターンはそれぞれの搬送波ビットローディングに依拠する）、おそらくはトレリスデコーディングで、予想送信コンステレーション点および対応する送信ビットシーケンスを検出するステップと、搬送波オーダリングテーブルに従って、検出されたビットのチャンクを全て再オーダリングするステップとが含まれる）、および
− データの複合（データのデインターリーブ、エラー検出および／または訂正、デスクランブル化、フレーム識別（ｆｒａｍｅ ｄｅｌｉｎｅａｔｉｏｎ）、ならびに多重分離化など）。

ＤＳＰ１１１は更に、合同信号プリコーディング向けに、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）ステップの前に送信周波数サンプルをＶＰＵ１２０に供給し、また合同信号ポストプロセッシング向けに、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ステップの後に受信周波数サンプルをＶＰＵ１２０に供給するよう構成される。

ＤＳＰ１１１は更に、更なる送信や検出に向けて、訂正された周波数サンプルをＶＰＵ１２０から受信するよう構成される。代替として、ＤＳＰ１１１は、更なる送信や検出の前に、初期周波数サンプルに加算するための訂正サンプルを受信してもよい。

ＶＰＵ１２０は、伝送回線上で誘起されたクロストークを軽減するよう構成される。これは、予想クロストーク（ダウンストリーム）の推定を前置補償するよう、送信周波数サンプルのベクトルをプリコーディング行列Ｐで乗算するか、被ったクロストーク（アップストリーム）の推定を後置補償するよう、受信周波数サンプルのベクトルをクロストークキャンセル行列Ｑで乗算することによって達成される。

行列ＰまたはＱにおいて、行ｎは特定の被妨害回線Ｌ_ｎを表し、列ｍは特定の妨害回線Ｌ_ｍを表す。交点では、被妨害回線Ｌ_ｎ上で妨害回線Ｌ_ｍからのクロストークを軽減するために、結合係数を、対応する妨害送信周波数サンプルまたは妨害受信周波数サンプルに適用すべきである。例えば、最強のクロストーカーに初めに割り当てられるベクトル化能力の制限のために、または別の例として、一部の回線は相互に与える影響が著しいものとはならないという事実のために、行列の全ての係数を決定する必要はない。未決定の係数は、０に設定するのが好ましい。

また、レガシー回線など、ベクトル化操作がサポートされていないか不可能であって、そのうえ他の通信回線に著しく干渉する通信回線Ｌ_ｎは、ベクトル化グループ内の妨害回線としか見なされない、ということは特筆に値する。よって、行列ＰまたはＱが持つ、対応するｎ番目の行の非対角係数は、全て０に設定される。

ＶＣＵ１３０は、基本的にはＶＰＵ１２０の動作を制御するためのものである。より具体的には、ベクトル化グループの伝送回線相互間のクロストーク係数を推定し、そのようにして推定されたクロストーク係数から、プリコーディング行列Ｐおよびクロストークキャンセル行列Ｑの係数を初期化し、更新するためのものである。

ＶＣＵ１３０は更に、ベクトル化パラメータを適切に構成設定および調整することにより、トランシーバ１１０および２１０のベクトル化操作を制御するためのものでもある。

ＶＣＵ１３０はまず、ダウンストリームパイロットシンボルの変調にトランシーバ１１０が使用する、それぞれのダウンストリームパイロットシーケンスと、アップストリームパイロットシンボルの変調にトランシーバ２１０が使用する、アップストリームパイロットシーケンスとを構成することから開始する。同一のパイロットシーケンスがアップストリームとダウンストリームの両方に使用されるものと仮定するが、別個のパイロットシーケンスが同様に構成される可能性もある。伝送回線Ｌ_１からＬ_Ｎに割り当てられたパイロットシーケンスは｛Ｓ_ｎｔ｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}、と表され、このときｔはパイロットシンボルインデックスを示し、Ｌはパイロットシーケンスの長さを示す。図２において、ダウンストリームパイロットシーケンス（ｋ＝ＤＳは、ダウンストリーム通信に使用される搬送波インデックスのセットを示す）と、アップストリームパイロットシーケンス（ｋ＝ＵＳは、アップストリーム通信に使用される搬送波インデックスのセットを示す）との間には、更なる区別がなされる。

パイロットシーケンス｛Ｓ_ｎｔ｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}は、サイズＭを持つ、互いに直交するパイロットシーケンス｛Ｗ_ｍｔ｝_{ｍ＝１．．Ｍ，ｔ＝０．．Ｌ−１}のセット１３１から選択される。直交条件を満たすために、互いに直交するパイロットシーケンス１３１のセットが持つサイズＭは、ベクトル化された回線の本数Ｎ以上、かつパイロットシーケンスの長さＬ以下とすべきである。

ＶＣＵ１３０は、パイロットシンボルの検出中に測定された、それぞれのスライサエラー｛Ｅ_ｎｔ｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}を収集する。パイロットシンボルの検出は、ダウンストリーム通信についてはリモートトランシーバ２１０が、アップストリーム通信についてはローカルトランシーバ１１０が行う。

妨害回線Ｌ_ｍから被妨害回線Ｌ_ｎへのクロストークまたは残留クロストーク係数を推定するために、ＶＣＵ１３０は、それぞれの被妨害回線Ｌ_ｎ上のエラーサンプル｛Ｅ_ｎｔ｝_{ｔ＝０．．Ｌ−１}を、それぞれの妨害回線Ｌ_ｍを介して送信されたパイロットシーケンス｛Ｓ_ｍｔ｝_{ｔ＝０．．Ｌ−１}と相関させる。

次いで、新たなクロストークまたは残留クロストーク推定が、プリコーディング行列Ｐまたはクロストークキャンセル行列Ｑの係数を初期化や更新するために使用される。

エラーの量子化、エラークリッピング、およびデマッピングエラーなど、クロストーク推定プロセスにバイアスをかける非線形効果を軽減するために、ＶＣＵ１３０は、連続的なクロストーク捕捉サイクルの間に、ある程度の［擬似］ランダム性を導入する。クロストーク捕捉サイクルは、プリコーディング行列Ｐまたはクロストークキャンセル行列Ｑの係数を改良するために使用される。

第１の実施形態では、ＶＣＵ１３０は、伝送回線Ｌ_１からＬ_Ｎに割り当てられたパイロットシーケンスを、連続するクロストーク捕捉サイクルの間で入れ替える。

より具体的には、第１のクロストーク捕捉ラウンドの前に、ＶＣＵ１３０は、伝送回線Ｌ_１からＬ_Ｎへの割り当てのために、セット１３１内で第１の［擬似］ランダム選択｛Ｓ_ｎｔ ^（０）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}を行い、それに従ってトランシーバ１１０および２１０を構成設定する。ＶＣＵ１３０は、第１のパイロットシーケンス｛Ｓ_ｎｔ ^（０）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}で変調された第１のパイロットシンボルが、それぞれの伝送回線Ｌ_１からＬ_Ｎを介して送信される間に、第１のスライサエラー｛Ｅ_ｎｔ ^（０）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}を収集し、それぞれの伝送回線（またはそのサブセット）相互間の第１のクロストーク推定

を、第１のエラーサンプル｛Ｅ_ｎｔ ^（０）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}をそれぞれのパイロットシーケンス｛Ｓ_ｍｔ ^（０）｝_{ｍ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}と相関させることによって決定する。

続く第２のクロストーク捕捉サイクルが実行される前に、ＶＣＵ１３０は、伝送回線Ｌ_１からＬ_Ｎへの割り当てのために、セット１３１内で第２の［擬似］ランダム選択｛Ｓ_ｎｔ ^（１）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}を行い、それに従ってトランシーバ１１０および２１０を構成設定する。ＶＣＵ１３０は、第２のパイロットシーケンス｛Ｓ_ｎｔ ^（１）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}で変調された第２のパイロットシンボルが、それぞれの伝送回線Ｌ_１からＬ_Ｎを介して送信される間に、第２のスライサエラー｛Ｅ_ｎｔ ^（１）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}を収集し、それぞれの伝送回線（またはそのサブセット）相互間の第２のクロストーク推定

を、第１のエラーサンプル｛Ｅ_ｎｔ ^（１）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}をそれぞれのパイロットシーケンス｛Ｓ_ｍｔ ^（１）｝_{ｍ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}と相関させることによって決定する。

このプロセスは、更なるクロストーク推定

を取得するために、更なるランダム選択｛Ｓ_ｎｔ ^（ｉ）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}とともに何度も繰り返されてよい。

パイロットシーケンスの［擬似］ランダム割り当ての代替として、ＶＣＵ１３０は、セット１３１を循環させる（例えば、まずＷ_１＞Ｌ_１ Ｗ_２＞Ｌ_２ ．． Ｗ_Ｎ＞Ｌ_Ｎ、次にＷ_２＞Ｌ_１ Ｗ_３＞Ｌ_２ ．． Ｗ_１＞Ｌ_Ｎ、など）ことや、任意の定義済パターンに従うことも可能である。そのようなパターンは、同じ割り当てを繰り返す前に、比較的多数の循環を経ることが好ましい。

第２の実施形態は、パイロットの入れ替えと組み合わせて使用可能であり、この実施形態では、ＶＣＵ１３０が、連続的なクロストーク捕捉サイクルの間に使用されるパイロットシンボルの位相および／または振幅を変化させる。

より具体的には、第１のクロストーク捕捉ラウンドの前に、ＶＣＵ１３０は、伝送回線Ｌ_１からＬ_Ｎへの割り当てのために、セット１３１内で第１の［擬似］ランダム選択｛Ｓ_ｎｔ ^（０）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}を行い、それに従ってトランシーバ１１０および２１０を構成設定する。ＶＣＵ１３０は、第１のパイロットシーケンス｛Ｓ_ｎｔ ^（０）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}で変調された第１のパイロットシンボルが、それぞれの伝送回線Ｌ_１からＬ_Ｎを介して送信される間に、第１のスライサエラー｛Ｅ_ｎｔ ^（０）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}を収集し、それぞれの伝送回線（またはそのサブセット）相互間の第１のクロストーク推定

を、第１のエラーサンプル｛Ｅ_ｎｔ ^（０）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}をそれぞれのパイロットシーケンス｛Ｓ_ｍｔ ^（０）｝_{ｍ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}と相関させることによって決定する。

続く第２のクロストーク捕捉サイクルが実行される前に、ＶＣＵ１３０は、変化したパイロットシーケンス｛Ｓ_ｎｔ ^（１）＝α_ｎ ^（１）．Ｓ_ｎｔ ^（０）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}を得るために、それぞれのパイロットシーケンス｛Ｓ_ｎｔ ^（０）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}に適用する複素係数のセット｛α_ｎ ^（１）｝_{ｎ＝１．．Ｎ}を決定する。もし｜α_ｎ ^（１）｜＝１であれば、パイロットシンボルは複素平面において、所定量だけ回転しているといってもよい。もしα_ｎ ^（１）が実数であり、かつ｜α_ｎ ^（１）｜≠１であれば、パイロットシンボルは縮小または拡大している。送信機１１０（ダウンストリーム）および２１０（アップストリーム）が対応するパイロットシンボルを適切に変化させることができるよう、初期パイロットシーケンス｛Ｓ_ｎｔ ^（０）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}に適用する複素係数｛α_ｎ ^（１）｝_{ｎ＝１．．Ｎ}、または代替として、変化したパイロットシーケンス｛Ｓ_ｎｔ ^（１）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}が、それらの送信機に伝達される。ＶＣＵ１３０は、変化したパイロットシーケンス｛Ｓ_ｎｔ ^（１）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}で変調された第２のパイロットシンボルが、それぞれの伝送回線Ｌ_１からＬ_Ｎを介して送信される間に、第２のスライサエラー｛Ｅ_ｎｔ ^（１）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}を収集し、それぞれの伝送回線（またはそのサブセット）相互間の第２のクロストーク推定

を、第１のエラーサンプル｛Ｅ_ｎｔ ^（１）｝_{ｎ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}をそれぞれのパイロットシーケンス｛Ｓ_ｍｔ ^（１）｝_{ｍ＝１．．Ｎ，ｔ＝０．．Ｌ−１}と相関させることによって決定する。

このプロセスは、更なるクロストーク推定

を取得するために、更なる複素係数の任意のセット｛α_ｎ ^（１）｝_{ｎ＝１．．Ｎ}を用いて何度も繰り返されてよい。

複素係数のセット｛α_ｎ ^（１）｝_{ｎ＝１．．Ｎ}は、例えば、０°から３６０°の間で均一に分布した位相と単位大きさを用いて、［擬似］ランダム的に決定することができる。その場合、受信機２１０（ダウンストリーム）および１１０（アップストリーム）が、そのようにして変化したパイロットシンボルを適切に等化し、また更なる報告のための重要なスライサエラーを適切に測定できるよう、複素係数α_ｎ ^（ｉ）、または代替としては、変化したパイロットシーケンス｛Ｓ_ｎ ^（ｉ）｝_{ｎ＝１．．Ｎ}が、それらの受信機のそれぞれに伝達される必要がある。

受信機におけるパイロットシンボルのアドホックな等化を回避するために、代替として、複素係数α_ｎ ^（ｉ）は、許される値からなる限定されたセットから選択されてもよい。実際、ＢＰＳＫが使用される場合には、複素係数α_ｎ ^（ｉ）はセット｛＋１；−１｝から選択され、４−ＱＡＭが使用される場合には、複素係数α_ｎ ^（ｉ）はセット｛＋１；＋ｊ；−１；−ｊ｝から選択される。その場合、回転した送信周波数サンプルは、依然として有効な送信コンステレーション点と合致し、アドホックな等化のために複素係数を受信機に伝達する必要はない。

また、許容される回転値は、伝送回線Ｌ_１からＬ_Ｎに均等に分布する必要がある。例えば、ＢＰＳＫが使用される場合、伝送回線の約半分が値＋１に割り当てられ（そのパイロットシグナルが変化しないままであることを意味する）、伝送回線の半分が値−１に割り当てられる（そのパイロットシグナルが１８０°回転することを意味する）のが有益である。４−ＱＡＭが使用される場合、伝送回線の約４分の１が値＋１（０°）に、４分の１が値ｊ（＋９０°）に、４分の１が値−１（＋１８０°）に、そして４分の１が値−ｊ（＋２７０°）に割り当てられるのが有益である。

次いで、連続的クロストーク推定

はＶＰＵ１２０を構成設定するために使用される。各サイクルにおいて非線形効果によって生じた推定エラーは使用されたパイロットシーケンスに依拠するため、また連続的サイクルにおいて使用されたパイロットシーケンスはランダム化されるため、連続的サイクルにおいて取得された推定エラーは、低相関を示すか、無相関であるものと期待される。よって、所定数の反復更新の後、上述した推定エラーの影響は漸次消滅することが期待され、それにより、最終的には、伝送回線Ｌ_１からＬ_Ｎ上で近最適なビットレートを達成する、バイアスのないプリコーダ係数またはポストコーダ係数が得られる。

ＶＣＵ１３０は、ＶＰＵ１２０を構成設定するために、異なる方法を使用してもよい。

例えば、ＶＣＵ１３０は、第１、第２、および更なるクロストーク推定の重み付けされた組み合わせを演算して、平均クロストーク推定を得る。この平均クロストーク推定は、プリコーディング行列Ｐまたはクロストークキャンセル行列Ｑの初期化や改良を行うために次いで使用される。

代替として、ＶＣＵ１３０は、第１のクロストーク推定を取得し、これら第１のクロストーク推定に基づいてプリコーディング行列Ｐまたはクロストークキャンセル行列Ｑを初期化する。その場合、ＶＣＵ１３０は、第２および更なるクロストーク推定を使用して、プリコーディング行列Ｐまたはクロストークキャンセル行列Ｑの係数を連続的に改良してもよい。第１のクロストーク推定は、通常、初期化フェーズ（イニット：ｉｎｉｔ）中に取得されるが、第２および更なるクロストーク推定は、アクティブ通信フェーズ（ショータイム：ｓｈｏｗ ｔｉｍｅ）中に取得される。

更なる代替として、ＶＣＵ１３０は、第１、第２、および更なるクロストーク推定を使用して、プリコーディング行列Ｐまたはクロストークキャンセル行列Ｑの係数を、連続的ステップで、連続的に改良してもよい。第１、第２、および更なるクロストーク推定は、通常、アクティブ通信フェーズ（ショータイム）中に取得される。

パイロット信号は、それぞれのパイロットサイクルの後に毎回変化させる必要はない（１つのパイロットサイクルは、Ｌ個の連続したパイロットシンボルの送信を意味する）。例えば、アップストリームパイロット信号を再構成するために必要な既生の信号伝達過負荷を理由に、ＶＣＵ１３０は、構成された所与のパイロットのセットのまま所定数のパイロットサイクルを待機し、その後、別のパイロットのセットに切り替えてもよい。

また、クロストーク推定のために、全てのパイロットサイクルが使用されるわけではない。例えば、既生の処理負荷を理由に、ＶＣＵ１３０は、少数のパイロットサイクルを残留クロストークを推定することなくスキップしてもよい。

また、ＶＣＵ１３０は、所与のパイロットのセットが構成されている間に、２回以上のクロストーク捕捉サイクルを実行し、２つ以上のクロストーク推定を決定し、そしてこれら全てのクロストーク推定を使用してＶＰＵ１２０を構成設定してもよい。

図２に則したＤＳＬシステムのための数理モデルを以下に示すとともに、クロストークまたは残留クロストーク係数を推定し、適切にＶＰＵ１２０を構成設定するためのアルゴリズムを導き出す。

チャネルモデル
ベクトル化グループ内にＮ本のＤＳＬ回線Ｌ_１からＬ_Ｎを有するシステムを検討する。通信は、Ｋ個のＤＭＴトーン上で行われ、これらは０からＫ−１とラベル付けされる。これらのトーンは独立したチャネルと考えてよく、以下では特定のトーンｋに注目するものとする。総じて、トーンインデックスを示す必要があるときは、下付き文字ｋを使用することになる。アップストリームとダウンストリーム、両方の動作が検討される。

システムの周波数領域モデルにおいて、複素信号Λｘを、回線Ｌ_１からＬ_Ｎのダウンストリームに（特定のトーンｋで）送信される複素信号のベクトルとする。ここで、Λは要素Λ_ｎｎ＝σ_ｎの対角行列、σ_ｎ ^２は回線Ｌ_ｎ上の送信パワー、ｘ_ｎは回線Ｌ_ｎにダウンストリームで送信される単位パワー複素信号である。その場合、ベクトル化がなければ、受信信号は

によって与えられ、上式で、ＨはＮ×Ｎのチャネル行列であり、要素Ｈ_ｎｎは直接チャネル利得を表し、要素Ｈ_ｎｍは回線Ｌ_ｍから回線Ｌ_ｎへのクロストークチャネル利得を表す。また上式で、

はバックグラウンドノイズを表す。

プリコーディング行列Ｐ＝Ｉ＋Ｃでプリコーディングを適用するのであれば、

となり、上式で、

が残留チャネル行列となる。

このチャネル行列を分解すると、
Ｈ＝Ｄ（Ｉ＋Ｇ）
となり、上式で、Ｄは直接利得Ｄ_ｎｎ＝Ｈ_ｎｎの対角行列であり、また上式で、Ｇは、受信機関連の相対クロストークチャネル行列であり、要素はｍ≠ｎに対してはＧ_ｎｍ＝Ｈ_ｎｍ／Ｈ_ｎｎであり、かつＧ_ｎｎ＝０である。

固定グリッド上に受信信号をスライシングする前に、受信信号は周波数領域等化器（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ：ＦＥＱ）を通過し、送信パワーは補償される。これら２つの操作の結果は、正規化された受信信号

となり、このとき、

は正規化された残留チャネル行列、

はバックグラウンドノイズである。またこのとき、Θ＝Ｒ−Ｉ＝Ｇ＋Ｃ＋ＧＣは、正規化された残留クロストークチャネル行列である。

ＳＹＮＣシンボル中、送信された値ｘ_ｎは、受信機により高い信頼性で推定することができ、また受信信号から減算してエラー信号を形成することができる。ベクトル形では、このエラー信号は
ｅ＝ｒ−ｘ＝Λ^−１ΘΛｘ＋ｚ（１）
によって与えられる。

エラーフィードバックが動作可能な場合、これらの複素エラー値はベクトル化コントローラに送り返され、（ゼロにすることが求められる）正規化された残留クロストークチャネル行列Θを推定するために使用可能である。

次いで、複素信号Λｘを、回線Ｌ_１からＬ_Ｎのアップストリームに（特定のトーンｋで）送信される複素信号のベクトルとする。ここで、Λは要素Λ_ｎｎ＝σ_ｎの対角行列、σ_ｎ ^２は回線Ｌ_ｎ上の送信パワー、ｘ_ｎは回線Ｌ_ｎにアップストリームで送信される単位パワー複素信号である。
その場合、ベクトル化がなければ、受信信号は

によって与えられ、上式で、ＨはＮ×Ｎのチャネル行列であり、要素Ｈ_ｎｎは直接チャネル利得を表し、要素Ｈ_ｎｍは回線Ｌ_ｍから回線Ｌ_ｎへのクロストークチャネル利得を表す。また上式で、

はバックグラウンドノイズを表す。

アップストリーム方向では、チャネル行列を

として分解し、上式で、Ｄは直接利得Ｄ_ｎｎ＝Ｈ_ｎｎの対角行列であり、また上式で、

は、送信機関連の相対クロストーク行列であり、要素は、ｍ≠ｎに対しては

であり、かつ

である。

ダウンストリームとアップストリームとで異なる表記法を使用すると有用である。重要な特性の１つは、これらの異なる表記法を用いると、異なる線長の回線が存在していても、１よりも、相対クロストーク係数が、通常はるかに小さくなるということである。ダウンストリームでは、チャネルＨ_ｎｍおよびＨ_ｎｎの両方が同一の伝搬距離を持ち、その距離は受信機に関係する。一方、アップストリームでは、同一の伝搬距離をチャネルＨ_ｎｍおよびＨ_ｍｍがカバーし、この場合その距離は送信機に関係する。

ポストコーディング行列Ｑ＝Ｉ＋Ｃでポストコーディングを適用し、対角行列Ｆで表される周波数等化（ＦＥＱ）、およびパワー正規化がそれに続く。受信機は、Ｆを、ポストコードチャネル（Ｉ＋Ｃ）Ｈの対角線の逆となるように適合させ、クロストークが小さい場合には、

が得られる。したがって、これら３つの操作後の補償信号は、

によって与えられ、上式で、

は正規化された残留チャネル行列であり、上式で、ノイズの項は

である。

ノイズの項はポストコーダの設定に依存するが、係数であるＣが１に対して小さければ、この依存は無視することができ、実際の場合もそうあるべきである。

総じて、Θ＝Ｒ−Ｉを正規化された残留クロストークチャネル行列と定義する。この残留クロストークをゼロにすることが求められる。

ＳＹＮＣシンボル中、送信された値ｘ_ｎは、受信機により高い信頼性で推定することができ、また補償信号ｒから減算してエラー信号を形成することができる。ベクトル形では、このエラー信号は
ｅ＝ｙ−ｘ＝Λ^−１ＦΘＤΛｘ＋ｚ（２）
によって与えられる。

エラーフィードバックが動作可能な場合、これらの複素エラー値はベクトル化コントローラに転送され、残留クロストークチャネル行列Θを推定するために使用可能である。

クロストーク推定アルゴリズム
残留クロストークチャネルΘからエラーサンプルｅへのマッピングはダウンストリーム（１）とアップストリーム（２）とで極めて類似しているため、本説明の残りも、アップストリームとダウンストリームとでほぼ共通である。しかし、アップストリームとダウンストリームとでは、量ｚはわずかに異なる意味を持つことに留意されたい。また、ダウンストリーム通信の説明に際して受信機関連の相対クロストークＧが言及された場合、アップストリーム通信の説明では、送信機関連の相対クロストーク

に置き換えられるべきである。

パイロットベースのクロストーク推定では、パイロットシンボル上のパイロットシーケンスを送信する。すなわち、Ｎ×Ｌのパイロット行列Ｓを定義し、ここでＳ_ｎｔは「＋１」または「−１」の２値であり、時間ｔに回線Ｌ_ｎ上で送信された複素信号を変調することになる。このシーケンスは周期Ｌで繰り返される。すなわち、時間ｔに送信された値は、τ＝ｔ ｍｏｄ Ｌを有するＳ_ｎτである。Ｓを直交として選択するが、これはＳＳ^Ｔ＝ＬＩ_Ｎを意味する。すなわち、Ｌ倍のＮ×Ｎの恒等行列である。

単位パワーにスケーリングされた、４−ＱＡＭコンステレーション点００を、ａ＝（１＋ｊ）／√２によって表し、−ａの場合は点１１を表す。そのとき、ＳＹＮＣシンボル期間ｔ上で送信される値は、ｘ_ｎ（ｔ）＝ａＳ_ｎｔとなる。

所与のパイロットシーケンスのＬ個のパイロットシンボルも、複素係数α_ｎで乗算することにより、回転および／またはスケーリングされてよく、この場合、送信される値はｘ_ｎ（ｔ）＝ａα_ｎＳ_ｎｔとなる。

ダウンストリームについては、全ての回線上で、Ｌ個の連続するＳＹＮＣシンボルを介して受信されたエラーシンボルは、Ｎ×Ｌの行列記法において、
Ｅ＝ａＡ^−１Λ^−１ΘΛＡＳ＋Ｚ
と記述することができ、上式で、Ａは要素Ａ_ｎｎ＝α_ｎの対角行列であり、上式で、Ａ^−１は、受信パイロットシンボルのために受信機において実行されるアドホックな等化である。

α_ｎ＝＋／−１であれば、等化係数Ａ^−１はもはや要求されず、省略することができる。その場合、受信機は、Ａについての情報を使用することなく直接ＡＳを推定し、エラーシンボルは
Ｅ＝ａΛ^−１ΘΛＡＳ＋Ｚ
となる。

各回線で受信したエラーサンプルのシーケンスをパイロットシーケンスのそれぞれと相関させることは、エラー行列Ｅにパイロットシーケンスの転置を右側からかけることによって、行列記法で表現することが可能である。アドホックな等化の場合、結果として得られる正規化されない相関関係は、
Ｕ＝ＥＳ^Ｔ＝ａＡ^−１Λ^−１ΘΛＡＳＳ^Ｔ＋ＺＳ^Ｔ＝ａＬＡ^−１Λ^−１ΘΛＡ＋ＺＳ^Ｔ
の形となる。

なお、この相関付け操作には、複素エラーサンプルの加算および減算のみを伴い、乗算は要求されない。最後に、正規化されない相関関係は、残留クロストーク

についてのバイアスのない推定を取得するために正規化される。上式で、ノイズの項は

である。

簡単な計算により、クロストーク推定の分散は、

であることが明らかになる。

次いで、アップストリームについては、回線Ｌ_１からＬ_ｎ上で、Ｌ個の連続するＳＹＮＣシンボルを介して受信されたエラーシンボルは、Ｎ×Ｌ行列記法において、
Ｅ＝ａＡ^−１Λ^−１ＦΘＤΛＡＳ＋Ｚ
と記述することができる。受信機は、アドホックな等化であるＡを知っており、実行するものと仮定する。

別の方法では、受信機がＡについての情報を使用することなくＡＳを直接推定する場合、エラーフィードバックは
Ｅ＝ａΛ^−１ＦΘＤΛＡＳ＋Ｚ
となる。

各回線で受信したエラーサンプルのシーケンスをパイロットシーケンスのそれぞれと相関させることは、エラー行列Ｅにパイロットシーケンスの転置を右側からかけることによって、行列記法で表現することが可能である。アドホックな等化の場合、結果として得られる正規化されない相関関係は、
Ｕ＝ＥＳ^Ｔ＝ａＡ^−１Λ^−１ＦΘＤΛＡＳＳ^Ｔ＋ＺＳ^Ｔ＝ａＬＡ^−１Λ^−１ＦΘＤΛＡ＋ＺＳ^Ｔ
の形となる。

最後に、正規化されない相関関係は、残留クロストーク

についてのバイアスのない推定を取得するために正規化される。上式で、ノイズの項は

である。

簡単な計算により、クロストーク推定の分散は、

であることが明らかになる。

プリコーダおよびポストコーダ構成
連続したクロストーク捕捉サイクルの間に、式（３）または（４）に従って取得された残留クロストーク推定

は、次いで、プリコーディング行列Ｐまたはクロストークキャンセル行列Ｑを反復更新するために使用される。

Ｐ^（ｉ）は、ｉ番目のクロストーク捕捉サイクル中のプリコーディング行列を示すものとする。

新たなプリコーディング行列Ｐ^{（ｉ＋１）}は、以下の行列反転公式
Ｐ^{（ｉ＋１）}＝Ｉ＋Ｃ^{（ｉ＋１）}＝Ｐ^（ｉ）Ｒ^{（ｉ）−１}＝Ｐ^（ｉ）（Ｉ＋Θ^（ｉ））^−１
を使用して、正規化された残留クロストークチャネル行列の推定

から求められるのが理想的である。

実際、正規化された新たなチャネル行列は、次式
（Ｉ＋Ｇ）Ｐ^{（ｉ＋１）}＝（Ｉ＋Ｇ）Ｐ^（ｉ）Ｒ^{（ｉ）−１}＝（Ｉ＋Ｇ）（Ｉ＋Ｃ^（ｉ））（Ｉ＋Ｃ^（ｉ））^−１（Ｉ＋Ｇ）^−１＝Ｉ
ようになる。

理想のプリコーダ係数は、１回分の反復の後に取得されるが、これには長大な行列の多くを反転させることが伴われる。

一次近似式として、推定された残留クロストークチャネルを、以下のようにプリコーダ係数から減算してもよい。

したがって、次式

が得られる。

正規化されたクロストーク係数が１と比べて低くなることが予想されるので、残留クロストーク

は各反復の後に次第に小さくなり、チャネル行列全体が恒等行列Ｉに向かって収束することが予想される。

代替として、２０１２年８月２日に公開の「Ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｖｅ Ｕｐｄａｔｉｎｇ ｏｆ Ｐｒｅｃｏｄｅｒ ｏｒ Ｐｏｓｔｃｏｄｅｒ Ｍａｔｒｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ａ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」と題された米国特許出願（公開番号ＵＳ２０１２／０１９５１８３）による乗算的更新を使用してもよい。

この着想は、結果として生じるチャネル行列Ｒ^（ｉ）の逆元の近似値である補助行列を使用するというものであり、正規化された残留クロストークチャネル行列の推定

を恒等行列Ｉから減算することによって形成される。したがって、この乗算的更新プロセスは近似値

をもたらし、現在のプリコーダ行列Ｐ^（ｉ）の右からＩ−Θ^（ｉ）で乗算する。更新されたプリコーダ行列Ｐ^{（ｉ＋１）}は、

によって与えられ、よって、更新された、正規化されたチャネル行列全体は、

によって与えられる。

正規化された残留チャネル行列Θの要素は、通常、正規化されたクロストークチャネル行列Ｇの要素よりはるかに小さく、したがって、エラーの項−Θ^２は、典型的な付加的更新−ＧΘのエラーの項よりも、はるかに小さくなることが期待される。

新たに推定された残留クロストーク係数に深刻なバイアスがかかる場合（例えば、デマッピングエラーにより）、収束プロセスを平滑にし、あらゆる瞬間的障害を回避するように、反復更新アルゴリズムに、それぞれの重みを導入してもよい。

最小平均二乗（ＬＭＳ）適応アルゴリズムなど、代替的更新方法も使用可能である。

クロストークキャンセル行列Ｑを更新するための、同様の導出が得られる。

図３では、パイロットシーケンスのランダム化が、クロストーク推定プロセスにバイアスをかける非線形効果を軽減する方法に従う更なる詳細が見て取れる。

回線Ｌ_１を被妨害回線とし、回線Ｌ_２およびＬ_３を、回線Ｌ_１に対する主要な妨害回線と仮定する。

パイロットシーケンスは、長さ４を持つものと仮定する。定数シーケンス［＋１、＋１、＋１、＋１］は、バイアスが絶え間なく存在する場合には粗悪な推定をもたらすため使用されない。残った３つの直交シーケンスは、［＋１、−１、＋１、−１］、［−１、−１、＋１、＋１］、および［＋１、−１、−１、＋１］である。回線Ｌ_１、Ｌ_２、およびＬ_３が、第１のクロストーク捕捉サイクル中、パイロットシーケンスＳ_１ ^（０）＝［＋１、−１、＋１、−１］、Ｓ_２ ^（０）＝［−１、−１、＋１、＋１］、およびＳ_３ ^（０）＝［＋１、−１、−１、＋１］に初めに割り当てられると仮定する。

上部のＩ／Ｑプロットは、所与のトーンｋに関する、所与のクロストーク捕捉サイクル中の、それぞれの回線Ｌ_２およびＬ_３から回線Ｌ_１への、正規化された残留クロストーク係数Θ_１２ｋおよびΘ_１３ｋを示す。この残留クロストークは、いくつかの要因に起因する。この要因としては、式（３）および（４）における推定エラー、プリコーディング行列Ｐまたはクロストークキャンセル行列Ｑの決定に関する非理想的行列反転、デジタル算術に固有の不正確さ、およびクロストーク推定にバイアスをかけかねない、上述の非線形効果のいずれかが挙げられる。

下部のＩ／Ｑプロットは、同一のクロストーク捕捉サイクル中（チャネル等化およびパワーの正規化の後）に、周波数インデックスｋで回線Ｌ_１を介して受信された、パイロットシンボルのシーケンスの周波数サンプルを示す。他にノイズ源がないものと仮定すると、受信周波数サンプルは、＋１と−１のどちらがそれぞれの回線Ｌ_１、Ｌ_２、およびＬ_３を介して送信されたかに依存して、位置Ａ１、Ｃ２、Ｄ１、およびＢ２を通る。見て取れるように、特定の組み合わせによっては（ここでは、回線Ｌ_１上の−１、回線Ｌ_２上の−１、および回線Ｌ_３上の−１）、信号のクリッピングが生じる（位置Ｃ２はＩ／Ｑ信号境界を越えている）。また、受信サンプルは、繰り返し少数の位置のみを通過するため（考えられる位置８つのうちの４つ）、これら特定の点の量子化により、いくらかのアーティファクトが生じる可能性がある。

これらの効果を軽減するために、連続的なクロストーク捕捉サイクルの間に、パイロット信号をランダム化することが可能である。

例えば、１つまたは複数のパイロットシーケンス（被妨害回線を含む）に１８０°回転を適用し、その他のパイロットはそのままに保つ（０°）ことが可能である。ここでは、別のクロストーク捕捉サイクルの間、回線Ｌ_３のパイロットシーケンスが反転させられ、回線Ｌ_１およびＬ_２のパイロットシーケンスはそのままである。これにより、以下のパイロット割り当て、Ｓ_１ ^（１）＝［＋１、−１、＋１、−１］、Ｓ_２ ^（１）＝［−１、−１、＋１、＋１］、およびＳ_３ ^（１）＝［−１、＋１、＋１、−１］が得られる。このとき、受信周波数サンプルは、異なる位置（ここでは、位置Ｃ１、Ａ２、Ｂ１、およびＤ２）を通過し、したがって量子化アーティファクトが軽減される。

位置Ｃ２に到達したときに発生する信号クリッピングを軽減するために、アドホックな回転θ_２を回線Ｌ_２のパイロットシーケンスに適用することでＳ_２ ^（２）＝［−ｅ^ｊθ２、−ｅ^ｊθ２、＋ｅ^ｊθ２、＋ｅ^ｊθ２］を、また回転θ_３を回線Ｌ_３のパイロットシーケンスに適用することでＳ_３ ^（２）＝［＋ｅ^ｊθ３、−ｅ^ｊθ３、−ｅ^ｊθ３、＋ｅ^ｊθ３］を得て、回線Ｌ_１のパイロットシーケンスはそのまま、すなわち、Ｓ_１ ^（２）＝［＋１、−１、＋１、−１］としてもよい。回転されたクロストーク信号は、グレーのベクトルとして描画されており、見て取れるように、信号クリッピングは抑止または少なくとも軽減されている。

本発明は、絶え間ないオフセットを回避しながら、現在のＶＤＳＬ２標準に（部分的に）対応している、単純な機構である。本発明は、デマッピングエラー、クリッピングエラー、または他の非線形アーティファクトによって損なわれたであろう、高クロストークの存在下における良好で安定したベクトル化された性能を取得する助けとなる。デマッピングエラーを識別し、これを正すための複雑な処理に対する要求は、回避されるか、少なくとも減少する。

図４Ａに示すのは、第１のシミュレーションプロットである。本プロットにおいて、達成されたＳＮＲは、各追跡サイクルの終端における２０本のアクティブな回線の各々に対して描画されており、また同一のパイロット割り当てが、全てのクロストーク捕捉サイクルにわたって使用されている。追跡サイクルでは、残留クロストークが推定され、それに従ってプリコーダが更新される。見て取れるように、通信回線は、劣化により徐々に影響を受ける。この劣化は、残留クロストーク推定におけるバイアスを引き起こし、プリコーダ係数を最適値から離れたものにする、ＣＰＥ内のデマッピングエラー、およびその他のアーティファクトによってもたらされる。

図４Ｂに示すのは、第２のシミュレーションプロットである。本プロットにおいて、達成されたＳＮＲは、各追跡サイクルの終端における２０本のアクティブな回線の各々に対して描画されており、また、このときパイロットは、連続的なクロストーク捕捉サイクル間でランダムに入れ替えられている。見て取れるように、全ての回線が今や安定している。初めにデマッピングエラーが発生しているものの、導入されたバイアスは各追跡サイクルで異なり、したがって、システムは正しい解に向かって収束している。

「備える」という語は、その後に挙げられる構成要素に限定するものと解釈されるべきではないことを留意されたい。よって、「構成要素ＡおよびＢを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみからなるデバイスに限定されるべきではない。本発明に関して、これはデバイスの関連構成要素はＡおよびＢである、ということを意味する。

また、「結合している」という語は、直接接続のみに限定するものと解釈されるべきではないことを留意されたい。よって、「デバイスＢに結合しているデバイスＡ」という表現は、デバイスＡの出力がデバイスＢの入力に、および／またはこの関係を逆にして、直接的に接続されているデバイスまたはシステムに限定されるべきではない。Ａの出力とＢの入力との間、および／またはＡの入力とＢの出力との間に経路が存在することを意味し、この経路は、他のデバイスや手段を含むものであってよい。

本記述および図面は、本発明の原理を例示するにすぎない。よって、当業者であれば、本明細書において明示的に記述または説明されていなくとも、本発明の原理を実施する様々な構成を案出し得ることが理解されよう。更に、本明細書に記載された全ての実施例は、主として、本発明の原理、および当該技術を前進させるために本発明者によって寄せられた概念を、読者が理解するのを支援するという、教授のみを目的としたものとなるよう明確に意図されており、そのように具体的に記載された実施例や条件への限定は、伴わないものとして解釈されるべきである。更に、本発明の原理、態様、および実施形態、ならびにそれらの具体的実施例に関わる本明細書の記述の一切は、その均等物を包含するよう意図されている。

図面に示された様々な要素が持つ機能は、専用ハードウェアおよびソフトウェアを実行可能なハードウェアを、適切なソフトウェアと連携させて使用することによって提供され得る。プロセッサによって提供される場合、それらの機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共用プロセッサ、または複数個の個別プロセッサ（その一部が共用であってもよい）によって提供され得る。更に、プロセッサは、ソフトウェアを実行可能なハードウェアのみを指すと解釈されるべきではなく、限定することなく、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などを暗に含んでよい。リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、および不揮発性ストレージなど、従来型および／またはカスタマイズされた他のハードウェアも含まれ得る。

Claims (13)

1. ベクトル化グループの通信回線（Ｌ_１．．Ｌ_Ｎ）間のクロストークを軽減するベクトル化プロセッサ（１２０）を制御するためのベクトル化コントローラ（１３０）であって、連続するクロストーク捕捉サイクルを反復するように構成され、クロストーク捕捉サイクルのそれぞれにおいて、それぞれの通信回線上で送信するためのクロストークプロービングシンボルのシーケンスを構成し、クロストークプロービングシンボルのシーケンスが送信されている間に、それぞれの通信回線に結合しているそれぞれの受信機（１１０、２１０）によって連続的に測定されたエラーサンプルのシーケンスを受信し、エラーサンプルのシーケンスに基づき、それぞれの通信回線間のクロストーク推定を決定するように構成され、
   更に、連続するクロストーク捕捉サイクルの合間にクロストークプロービングシンボルのシーケンスをランダム化し、連続するクロストーク捕捉サイクルにおけるクロストーク推定に基づき、ベクトル化プロセッサを反復的に構成するように構成された、ベクトル化コントローラ。
2. クロストークプロービングシンボルのシーケンスが、クロストークプロービングシンボルのそれぞれのシーケンスの変調のために、互いに直交するシーケンス（１３１）のセット内におけるクロストークプロービングシーケンスの任意選択によってランダム化される、請求項１に記載のベクトル化コントローラ。
3. クロストークプロービングシンボルのシーケンスが、クロストークプロービングシンボルのシーケンスの一部または全部の周波数領域における任意回転によってランダム化される、請求項１または２に記載のベクトル化コントローラ。
4. クロストークプロービングシンボルのシーケンスの、回転した送信周波数サンプルが、クロストークプロービングシンボルの変調のために使用される基準コンステレーショングリッドのコンステレーション点に合致し、それにより、許容される回転値の限定されたセットをもたらす、請求項３に記載のベクトル化コントローラ。
5. クロストークプロービングシンボルのシーケンスの回転のために、許容される回転値を、ベクトル化グループのそれぞれの通信回線にわたって均等に分布させるように更に構成される、請求項４に記載のベクトル化コントローラ。
6. 基準コンステレーショングリッドが二位相偏移変調（ＢＰＳＫ）コンステレーショングリッドであって、
   許容される回転値が１８０°の倍数である、請求項４または５に記載のベクトル化コントローラ。
7. 基準コンステレーショングリッドが４−ＱＡＭコンステレーショングリッドであって、
   許容される回転値が９０°の倍数である、請求項４または５に記載のベクトル化コントローラ。
8. 適用される回転の量が０°から３６０°の間で任意選択され、
   クロストークプロービングシンボルのそれぞれのシーケンスの受信周波数サンプルに適用される回転値を示す回転情報を受信機に送信するように更に構成される、請求項３に記載のベクトル化コントローラ。
9. クロストークプロービングシンボルのシーケンスが、クロストークプロービングシンボルのシーケンスの一部または全部の任意スケーリングによってランダム化され、
   クロストークプロービングシンボルのそれぞれのシーケンスの受信周波数サンプルに適用されるスケーリング値を示すスケーリング情報を受信機に送信するように更に構成される、請求項１から８のいずれか一項に記載のベクトル化コントローラ。
10. エラーサンプルが、クロストークプロービングシンボルの受信周波数サンプルと、受信周波数サンプルがデマッピングされる選択されたそれぞれのコンステレーション点との間のエラーベクトルを示す、請求項１から９のいずれか一項に記載のベクトル化コントローラ。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載のベクトル化コントローラを備える、加入者にブロードバンド通信サービスを提供するための、アクセスノード（１００）。
12. デジタル加入者線アクセスマルチプレクサ（ＤＳＬＡＭ）である、請求項１１に記載のアクセスノード。
13. ベクトル化グループの通信回線（Ｌ_１．．Ｌ_Ｎ）間のクロストークを軽減するベクトル化プロセッサ（１２０）を制御し、連続するクロストーク捕捉サイクルを反復するための方法であって、連続するクロストーク捕捉サイクルのそれぞれが、それぞれの通信回線上で送信するためのクロストークプロービングシンボルのシーケンスを構成するステップと、クロストークプロービングシンボルのシーケンスが送信されている間に、それぞれの通信回線に結合しているそれぞれの受信機（１１０、２１０）によって連続的に測定されたエラーサンプルのシーケンスを受信するステップと、エラーサンプルのシーケンスに基づき、それぞれの通信回線間のクロストーク推定を決定するステップとを含み、
    連続するクロストーク捕捉サイクルの合間にクロストークプロービングシンボルのシーケンスをランダム化するステップと、連続するクロストーク捕捉サイクルにおけるクロストーク推定に基づき、ベクトル化プロセッサを反復的に構成するステップとを更に含む、方法。

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