具有分離的模決定的非線性預(yù)編碼器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及有線通信系統(tǒng)內(nèi)的串?dāng)_緩解。
【背景技術(shù)】
[0002] 串?dāng)_(或者信道間干擾)是針對(duì)多輸入多輸出(Mnro)有線通信系統(tǒng)(諸如數(shù)字 訂戶線路DSL通信系統(tǒng))的信道損害的主要來源。
[0003] 隨著對(duì)于更高數(shù)據(jù)速率的需求增長(zhǎng),DSL系統(tǒng)正在朝向更高頻帶進(jìn)行演進(jìn),其中相 鄰傳輸線路(也就是說,在它們長(zhǎng)度的部分或全部上處于緊鄰的傳輸線路,諸如電纜捆束 (cablebinder)中的雙絞銅線對(duì))之間的串?dāng)_更為顯著(頻率越高,耦合越多)。
[0004] MHTO系統(tǒng)能夠由以下的線性模型來描述:Y(k) =H(k)X(k)+Z(k) (1),其中N-分 量的復(fù)數(shù)矢量X、Y分別標(biāo)示通過N個(gè)信道傳輸?shù)姆?hào)的作為頻率/載波/音調(diào)索引k的函 數(shù)的離散頻率表示以及從N個(gè)信道接收的符號(hào)的作為頻率/載波/音調(diào)索引k的函數(shù)的離 散頻率表示,其中NXN的復(fù)數(shù)矩陣H被稱為信道矩陣:信道矩陣H的第(i,j)個(gè)分量Ill,描 述了通信系統(tǒng)如何響應(yīng)于正在向第j個(gè)信道輸入進(jìn)行傳輸?shù)男盘?hào)而在第i個(gè)信道輸出上產(chǎn) 生信號(hào);信道矩陣的對(duì)角線元素描述了直接信道耦合,以及信道矩陣的非對(duì)角線元素(也 被稱為串?dāng)_系數(shù))描述了信道間耦合,并且其中N-分量的復(fù)數(shù)矢量Z標(biāo)示N個(gè)信道上的加 性噪聲,諸如射頻干擾(RFI)或者熱噪聲。
[0005] 已經(jīng)開發(fā)了不同的策略來緩解串?dāng)_并且最大化有效吞吐量、范圍和線路穩(wěn)定性。 這些技術(shù)正在逐漸地從靜態(tài)或動(dòng)態(tài)頻譜管理技術(shù)向多用戶信號(hào)協(xié)調(diào)(或者矢量化)進(jìn)行演 進(jìn)。
[0006] 用于減少信道間干擾的一種技術(shù)是聯(lián)合信號(hào)預(yù)編碼:傳輸數(shù)據(jù)符號(hào)在相應(yīng)的通信 信道上被傳輸之前聯(lián)合地被傳遞通過預(yù)編碼器。預(yù)編碼器使得預(yù)編碼器與通信信道的級(jí)聯(lián) 在接收器處導(dǎo)致很少的或者沒有信道間干擾。
[0007]用于減少信道間干擾的另一技術(shù)是聯(lián)合信號(hào)后處理:接收數(shù)據(jù)符號(hào)在被檢測(cè)之前 聯(lián)合地被傳遞通過后編碼器。后編碼器使得通信信道與后編碼器的級(jí)聯(lián)在接收器處導(dǎo)致很 少的或者沒有信道間干擾。
[0008] 對(duì)其信號(hào)聯(lián)合地被處理的矢量化組(也就是說,通信線路的集合)的選擇對(duì)于實(shí) 現(xiàn)良好的串?dāng)_緩解性能而言是相當(dāng)關(guān)鍵的。在矢量化組內(nèi),每個(gè)通信線路被考慮為是引起 進(jìn)入到該組的其他通信線路中的串?dāng)_的擾亂者線路(disturberline),并且相同的通信線 路被考慮為是從該組的其他通信線路接收到串?dāng)_的受害者線路(victimline)。來自不屬 于該矢量化組的線路的串?dāng)_被視為外來噪聲并且沒有被消除。
[0009] 理想地,矢量化組應(yīng)當(dāng)匹配于物理地且明顯地彼此相互作用的通信線路的整個(gè) 集合。但是,歸因于國(guó)家法規(guī)政策和/或有限的矢量化能力的本地環(huán)路開放(localloop unbundling)可能阻止了這種詳盡的方法,在該情況中,矢量化組將包括所有物理地相互作 用的線路的僅子集,由此產(chǎn)生有限的矢量化增益。
[0010] 信號(hào)矢量化通常在分發(fā)點(diǎn)單元(DHJ)內(nèi)執(zhí)行,其中通過矢量化組的所有訂戶線路 并發(fā)傳輸?shù)幕蛘邚氖噶炕M的所有訂戶線路接收的所有數(shù)據(jù)符號(hào)都是可用的。例如,信號(hào) 矢量化有利地在位于中心局(CO)處或者作為更接近于訂戶駐地(街道機(jī)柜、桿機(jī)柜等)的 光纖饋送遠(yuǎn)程單元所部署的數(shù)字訂戶線路接入復(fù)用器(DSLAM)內(nèi)加以執(zhí)行。信號(hào)預(yù)編碼特 別適合用于(朝向客戶駐地的)下游通信,而信號(hào)后處理特別適合用于(來自客戶駐地的) 上游通信。
[0011] 線性信號(hào)預(yù)編碼有利地借助于矩陣乘積而被實(shí)施:線性預(yù)編碼器執(zhí)行傳輸矢量 u(k)與預(yù)編碼矩陣P(k)在頻域中的矩陣乘積,預(yù)編碼矩陣P(k)使得總信道矩陣H(k)P(k) 被對(duì)角化,意味著總信道H(k)P(k)的非對(duì)角線系數(shù)大多減少為零,并且因此信道間干擾大 多減少為零。
[0012] 在實(shí)踐中,并且作為一階近似,預(yù)編碼器將反相位的串?dāng)_預(yù)補(bǔ)償信號(hào)連同直接信 號(hào)一起疊加在受害者線路上,這些反相位的串?dāng)_預(yù)補(bǔ)償信號(hào)在接收器處與來自相應(yīng)擾亂者 線路的實(shí)際串?dāng)_信號(hào)相消地進(jìn)行干涉。
[0013] 更正式地,讓我們將信道矩陣H寫為:H=D? (I+G) (2),其中已經(jīng)主動(dòng)地省略了載 波索引k,D是包括直接信道系數(shù)Illl的對(duì)角矩陣,I是單位矩陣,并且G是包括歸一化的串 擾系數(shù)Ii1 ,A11的非對(duì)角串?dāng)_信道矩陣。
[0014] 當(dāng)預(yù)編碼矩陣P實(shí)施對(duì)歸一化的串?dāng)_耦合信道的求逆時(shí),S卩:P= (I+G) 1 (3),理 想的迫零(ZF)線性預(yù)編碼被實(shí)現(xiàn),從而H*P=D,后者由接收器處的單抽頭(single-tap) 頻率均衡(FEQ)來補(bǔ)償。利用線性ZF預(yù)編碼,接收器輸入處的噪聲被直接信道頻率響應(yīng)以 因子IAlil增強(qiáng)。我們還注意到噪聲針對(duì)相同的線路而均勻地被增強(qiáng),因?yàn)樗鼈內(nèi)勘活A(yù) 期具有等同的路徑損耗hu。
[0015] 隨著新的銅線接入技術(shù)的出現(xiàn)以及對(duì)高至并超越IOOMHz的甚至更寬的頻譜的使 用,串?dāng)_功率增加并且可能超過直接信號(hào)功率,而產(chǎn)生負(fù)的信噪比(SNR)。串?dāng)_預(yù)補(bǔ)償信號(hào) 在受害者線路上的疊加可能因此引起對(duì)傳輸功率譜密度(PSD)掩模(其將用于個(gè)體用戶的 所允許的信號(hào)功率額定義為頻率的函數(shù))的違反,并且還可能導(dǎo)致數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)芯片 組內(nèi)的信號(hào)削波而引起嚴(yán)重的信號(hào)失真。
[0016] -種現(xiàn)有技術(shù)解決方案是按比例縮小直接信號(hào)增益,使得傳輸信號(hào)(包括直接 信號(hào)和預(yù)補(bǔ)償信號(hào)兩者)保持在所允許的限度內(nèi)。PSD減少是取決于線路和頻率的,并且 可能隨著時(shí)間改變,例如當(dāng)線路加入或離開矢量化組時(shí)。直接信號(hào)增益上的改變必須被 傳達(dá)給接收器以避免FEQ問題。這個(gè)第一解決方案已經(jīng)被描述在2013年3月的標(biāo)題為 "G.fast:PrecoderGainScaling"、參考編號(hào)為ITU-TSG15Q4a2013-03-Q4-053 的來自 Alcatel-Lucent的對(duì)國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)的標(biāo)準(zhǔn)貢獻(xiàn)中。
[0017]另一現(xiàn)有技術(shù)解決方案是使用非線性預(yù)編碼(NLP),其應(yīng)用模算術(shù)運(yùn)算在星座界 限(constellationboundary)內(nèi)以過量的功率回退(powerback)使傳輸星座點(diǎn)移位。在 接收器處,相同的模運(yùn)算將會(huì)使信號(hào)移位回到它的所意圖的位置。
[0018] 采用模算術(shù)來約束傳輸信號(hào)的值的思想首先由Tomlinson和Harashima 獨(dú)立地并且?guī)缀跏峭瑫r(shí)地通過對(duì)單用戶均衡的應(yīng)用而引入(M.Tomlinson,"New AutomaticEqualizerEmployingModuloArithmetic"Electronics Letters, 7 (5-6),pp. 138-139, 1971 年 3 月;以及H.Harashima和H.Miyakawa, "Matched-T ransmissionTechniqueforChannelswithInterSymbolInterference',IEEETrans. onCommunications, 20(4),pp. 774-780, 1972 年 8 月)。Ginis和Cioffi將該概念應(yīng)用 到具有用于串?dāng)_消除的預(yù)編碼的多用戶系統(tǒng)(G.Ginis和J.M.Cioffi,"AMulti-User PrecodingSchemeAchievingCrosstalkCancellationwithApplicationtoDSL systems',,Proc.34thAsilomarConferenceonSignals,SystemsandComputers, 2000 年)。
[0019] 但是,模運(yùn)算直接地影響傳輸信號(hào)并且因此直接地影響向系統(tǒng)上引起的實(shí)際串 擾,最終進(jìn)入到"雞與蛋"的問題:針對(duì)第一用戶的模運(yùn)算變更了針對(duì)第二用戶的預(yù)補(bǔ)償; 針對(duì)第二用戶的經(jīng)變更的預(yù)補(bǔ)償變更了針對(duì)第二用戶的模運(yùn)算;針對(duì)第二用戶的經(jīng)變更的 模運(yùn)算變更了針對(duì)第一用戶的預(yù)補(bǔ)償;并且針對(duì)第一用戶的經(jīng)變更的預(yù)補(bǔ)償變更了針對(duì)第 一用戶的模運(yùn)算;等等。
[0020] 為了克服這個(gè)問題,非線性預(yù)編碼器是使用QR矩陣分解來構(gòu)造的。利用對(duì)多 個(gè)函數(shù)的逐步描述的對(duì)該技術(shù)的良好概述由Ikanos所給出(S.Singh,M.Sorbara, "G. fast:ComparisonofLinearandNon-LinearPre-codingforG.faston100mBT Cable",ITU-TSG15Q4a貢獻(xiàn) 2013-01-Q4-031, 2013 年I月)。
[0021]歸一化的信道矩陣的共輒轉(zhuǎn)置首先被因式分解為兩個(gè)矩陣,S卩:(I+Gr=QR(4), 其中*標(biāo)示共輒轉(zhuǎn)置,R是NXN的上三角矩陣,Q是保持功率的NXN酉矩陣(S卩,Q*Q= I),并且N標(biāo)示矢量化組中的訂戶線路的數(shù)目。
[0022] -個(gè)對(duì)角化的預(yù)編碼矩陣然后由下式給出T=QIf1 (5),得出HP=D(RG)QIf1 = DR*Q*QR* '=D0
[0023] 讓我們寫出:R*1=LS1 (6),其中L是具有單位對(duì)角線的NXN下三角矩陣,并且S 是NXN的歸一化對(duì)角矩陣,它的元素是的對(duì)角線元素。
[0024] 對(duì)角矩陣S指示了取決于編碼順序的每線路的預(yù)編碼增益。S縮放將被處理, 因?yàn)槟?