专利名称：串扰控制方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及通信系统，并且更具体地，涉及用于减轻、抑制或者以其他方式控制这种系统中的通信信道之间的干扰的技术。
背景技术：
多信道通信系统常常易受各种信道之间的干扰(亦称作串扰或者信道间串扰)的影响。例如，数字用户线(DSL)宽带接入系统通常在双绞铜线上使用离散多音(DMT)调制。这种系统中的主要损害之一是同一线缆束内的多个用户线之间或者跨线缆束的串扰。因此，通过一条用户线传输的信号可被耦合到其他用户线中，这导致可使系统的吞吐性能劣化的干扰。更一般地，给定的“受害”信道可经历来自多个“干扰”信道的串扰，这再次导致不期望的干扰。已经开发出不同技术以减轻、抑制或者以其他方式控制串扰并且以使有效吞吐量、到达率和线路稳定性最大化。这些技术正逐渐从静态或者动态频谱管理技术演进为多信道信号协调。举例来说，上面提到的技术中的某些允许通过使用预编码器对信道间串扰进行主动消除。在DSL系统中，预编码器的使用预计实现针对中心局(CO)或者另一类接入节点(AN)与用户端设备(CPE)单元或者其他类型网络终端(NT)之间的下行通信的串扰消除。利用由后编码器(postcoder)实现的所谓后期补偿技术，还可能实现针对从NT到AT的上行通信的串扰控制。这种预先补偿和后期补偿技术也被称作“向量化(vectoring) ”，并且包括最近在ITU-T推荐规范G.993.5中标准化的G.vector技术。针对DSL系统中的下行或上行串扰消除来估计串扰系数的一种已知方法涉及通过系统的AN与相应NT之间的相应用户线来传输不同的导频信号。基于传输的导频信号的来自NT的误差反馈然后被用于估计串扰。其他已知方法涉及对预编码器系数的摄动(perturbation)以及对信噪比(SNR)或其他干扰信息的反馈。串扰估计通常用于正在DSL系统中被激活一个或多个不活动线路的情形。正被激活的线路被称作“激活线路”或者“加入线路”。例如，可能变得有必要激活已经包括多个活动线路的同步群组中的一个或多个不活动线路，其中该情形下的同步指代不同线路的DMT符号的时间对准。这种对附加线路的激活可能需要相应调整串扰补偿以优化系统性能。用于控制与加入线路相关联的串扰的示例性技术在通过引用结合于此的题为“A TransientCrosstalk Controlling Device”的公开号为EP 1936825A1的欧洲专利申请中得到公开。串扰估计也用于其他情形，例如作为跟踪随时间变化的串扰的手段。在传统的DSL系统中，在存在脉冲噪声的情况下可能难以生成足够精确的串扰估计。已经知道脉冲噪声对数据接收具有不利影响，并且诸如里德-所罗门(Reed-Solomon)码之类的标准化信道码通常被用于减轻该不利影响。尽管如此，脉冲噪声在对串扰的导频信号辅助估计中仍是重要问题。例如，即使是在串扰估计期间出现的单个脉冲，也可以严重地使估计劣化，以使得在将估计用于向量化时存在显著的SNR损失。基于误差反馈技术的串扰估计特别易受这种脉冲噪声的影响。标准的误差反馈技术利用每秒发生16次的同步符号来传输上面提到的不同的导频信号。即使单个同步符号被脉冲噪声损坏，由此产生的串扰估计也可能是及其不佳的。
发明内容
本发明的例示性提供了用于在存在脉冲噪声的情况下生成串扰估计的改进技术。在本发明的一个方面，通信系统的接入节点被配置为控制该系统中的信道之间的串扰。一组L个不同且线性无关的导频信号被生成，每个导频信号具有长度n，其中η > L，以使得L-n个线性无关的η元组可用于对脉冲噪声的检测和校正。这L个导频信号是通过信道中的相应信道传输的，并且随着导频信号中的一个或多个被相应信道接收，处理导频信号中的一个或多个，以检测脉冲噪声的存在。针对检测到的脉冲噪声校正过的串扰估计被生成，并且被用于控制信道中的两个或更多个之间的串扰。该接入节点例如可包括DSL系统中的DSL接入复用器。在一个例示性实施例中，该组L个不同且线性无关的导频信号包括一组L个互相正交的导频信号，以使得L-n个正交η元组可用于对脉冲噪声的检测和校正。因此，这L个线性无关的导频信号可以，但无需，互相正交。有利地，例示性实施例在利用向量化的DSL系统中提供了实质的脉冲噪声免疫。这种脉冲噪声免疫可被在加入、跟踪或者其他串扰控制应用中提供。所公开的用于脉冲噪声的检测和校正的技术简单有效，在生成串扰估计时不造成任何显著的附加延迟，并且在诸如G.vector之类的现有标准的结构中可被容易地实现。仿真结果表明通过利用所公开技术来检测和校正脉冲噪声可以实现预期估计误差的可观改善。本发明的这些以及其他特征和优点将从附图以及以下具体描述变得更加明显。
图1是本发明的例示性实施例中的多信道通信系统的框图。图2示出了图1系统在例示性实施例中的一种可能的DSL实现方式。图3示出了图2的DSL系统中的多个活动线路和加入线路之间的干扰。图4是示出了图2的DSL系统中利用对脉冲噪声的检测和校正的串扰估计过程的流程图。图5示出了在使用和不使用图4的串扰估计过程的情况下作为脉冲幅度的函数的预期估计误差的曲线图。
具体实施例方式在此将结合示例性通信系统以及这种系统中相关联的串扰控制技术来例示本发明。该串扰控制可以被基本连续地应用，或者可以结合针对这种系统中的用户线或者其他通信信道的激活、跟踪随着时间变化的串扰而被应用，或者可以被应用于其他线路管理应用。然而应当明白，本发明不限于与所公开的特定类型的通信系统和串扰控制应用一起使用。本发明可被实现在各种其他通信系统中，以及许多替代串扰控制应用中。例如，尽管是在基于DMT调制的DSL系统的环境下例示的，所公开的技术可被以直接方式适配于各种其他类型的有线或者无线通信系统，包括蜂窝系统、多输入多输出(MMO)系统、W1-Fi或WiMax系统，等等。这些技术因而适用于DSL环境之外的其他类型的正交频分复用(OFDM)系统，以及利用更高阶时域调制的系统。图1示出了包括接入节点(AN) 102和网络终端(NT) 104的通信系统100。NT 104更具体地包括分别表示为NT 1、NT 2、…NT L并且通过如所示出的相应参考标号104-1、104-2、…104-L进一步标识的L个不同的NT元件。给定的NT元件例如可包括调制解调器、计算机或者其他类型的通信设备，或者这种设备的组合。接入节点102经由亦表示为信道1、信道2、…信道L的相应信道106-1、106-2、...106-L与这些NT元件通信。如在此先前指出的，在其中系统100被实现为DSL系统的实施例中，AN 102例如可包括中心局(CO)，并且NT 104例如可包括用户端设备(CPE)单元的各个实例。这种DSL系统中的信道106包括各条用户线。每条这种用户线例如可包括双绞铜线连接。这些线路可以在相同线缆束中或者在邻近线缆束中，使得串扰可以在线路之间发生。说明书的以下部分将假定系统100是DSL系统，但是应当明白，这仅是作为示例。在例示性的DSL实施例中，少于全部L条线路106-1至106-L的线路初始为活动线路，并且L条线路中的至少一条是将被激活并加入活动线路的现有活动线路组的“加入线路”。这种加入线路在此也被称作“激活线路”。线路的给定组例如可以是还可被称作预编码群组或者向量化群组的同步群组，或者活动线路和/或不活动线路的任何其他组合。AN 102与NT 104之间的通信包括每个活动线路的下行和上行通信两者。下行方向指从AN到NT的方向，上行方向是从NT到AN的方向。尽管未在图1中明确示出，但是没有限制地假定，与系统100的每条用户线相关联的有用于下行方向通信的AN发射器和NT接收器，以及用于上行方向通信的NT发射器和AN接收器。将AN发射器和AN接收器结合或者将NT发射器和NT接收器结合的给定模块在此一般被称作收发器。对应的收发器电路可被利用公知的传统技术实现在AN和NT中，并且这种技术在此将不被详细描述。本实施例中的AN 102包括与串扰控制模块112相耦合的串扰估计模块110。AN利用串扰估计模块来获取针 对线路106的至少一个子集的各线路的串扰估计。串扰控制模块112被用于基于串扰估计来减轻、抑制或者以其他方式控制线路106的至少一个子集之间的串扰。例如，串扰控制模块可被用于提供对从AN传输到NT的下行信号的预先补偿，以及另外的或者作为替代的，对从NT传输到AN的上行信号的后期补偿。在本发明的例示性实施例中实现的预先补偿技术的更详细示例将在下面结合图3和图4得到描述。串扰估计模块110可被配置为根据误差样本、SNR值或者基于从NT 104接收到的信号在AN 102中生成的其他类型的测量、或者在NT 104中生成并被从NT 104反馈给AN102的测量来生成串扰估计。应当注意到，这里所使用的术语SNR旨在被广义地解释，以涵盖其他类似测量，例如信号干扰噪声比(SINR)。在其他实施例中，串扰估计可被在AN 102外面生成并被提供给AN以供进一步处理。例如，这种估计可被在NT 104中生成并被返回到AN，以用于预先补偿、后期补偿、或者其他串扰控制应用。这里所使用的术语“串扰估计”应当被理解为例如包括串扰信道系数，其还可被称作串扰抵消系数或者简称为串扰系数。串扰估计模块110可融合用于生成插值串扰估计的差值功能。可与本发明一起使用的插值技术的示例在与此一道共同转让并且通过引用结合于此的题为“InterpolationMethod and Apparatus for Increasing Efficiency of Crosstalk Estimation，，的公开号为2009/0116582的美国专利申请中得到公开。AN 102可以同样或者可替代地配置为实现一种利用线性模型插值进行信道估计的技术。在实现这种技术时，AN通过线路106中的各条线路来传输导频信号。诸如误差样本或者SNR值之类的对应测量被从NT反馈回AN，并且被用于在串扰估计模块110中生成串扰估计。AN然后基于串扰估计来执行预先补偿、后期补偿或者以其他方式控制串扰。关于这些以及其他类似布置的另外细节在与此一道共同转让并且通过引用结合于此的题为 “Crosstalk Estimation and Power Setting Based on Interpolation in aMult1-Channel Communication System”的序号为12/493，328的美国专利申请中得到描述。串扰估计模块110可融合用于生成去噪串扰估计的去噪功能。适合与本发明的实施例一起使用的串扰估计去噪技术的示例在与此一道共同转让并且通过引用结合于此的题为 “Power Control Using Denoised Crosstalk Estimates in a Mult1-ChannelCommunication System”的公开号为2010/0177855的美国专利申请中得到描述。然而将会认识到，本发明不需要使用任何特定去噪技术。这里将要描述的例示性实施例可以融合使用滤频器作为信道系数估计过程一部分的去噪功能。AN 102还包括与存储器120相耦合的处理器115。该存储器可被用于存储被该处理器执行以实现这里描述的功能的一个或多个软件程序。例如，与串扰估计模块110和串扰控制模块112相关联的功能可被至少部分地以这种软件程序的形式实现。存储器是这里更一般地称作存储可执行程序代码的计算机可读存储介质者的一个示例。计算机可读存储介质的其他示例可包括盘或者其他类型的磁性或者光学介质。将会认识到如在图1中示出的AN 102只是这里使用的术语“接入节点”的一种例示。这种接入节点例如可包括DSL接入复用器(DSLAM)。然而，这里使用的术语“接入节点”旨在被广义地解释，以涵盖例如CO内的特定元件，诸如DSLAM，或者CO本身，以及不包括CO的系统中的其他类型的接入点元件。在图1的例示性实施例中，线路106都与同一 AN 102相关联。然而，在其他实施例中，这些线路可被跨多个接入节点分布。这多个接入节点中的不同接入节点可以来自不同的厂商。例如，众所周知，在传统的系统中，不同厂商的若干接入节点可被连接到同一束DSL线路。在这些以及其他情况下，各种接入节点可能必须互相交互以实现最佳的干扰抵消。NT 104中的每一个可以响应于由AN 102通过控制信号路径提供的控制信号而可配置为多个操作模式，如在与此一道共同转让并且通过引用结合于此的题为“FastSeamless Joining of Channels in a Mult1-Channel Communication System，，的公开号为2009/0245081的美国专利申请中描述的。这些操作模式例如可包括加入模式和跟踪模式。然而，这类多模式操作不是本发明的必要条件。被配置为执行预先补偿和后期补偿中的至少一种的图1的系统100的一种实现方式将在下面参考图2至图4得到描述。更具体而言，该实现方式包括针对从AN 102到NT104的下行通信提供主动串扰抵消的预编码器，并且可以同样或者可替代地包括针对从NT104到AN 102的上行通信提供主动串扰抵消的后编码器。然而，这里公开的技术适用于涉及其中没有特别定义的下行或上行方向的对称通信的系统。现在参考图2，向量化的DSL系统200表示先前描述的多信道通信系统100的一种可能实现方式。运营商接入节点中的DSLAM202经由线缆束206中的各个铜双绞线连接到多个CPE单元204。CPE单元204更具体地包括远程VDSL收发器单元(VTU-R) 204-1、204-2、204-3和204-4。这些VTU-R与相应运营商侧VDSL收发器单元(VTU-0) 208-1、208-2、208-3和208-4通信。DSLAM 202还包括向量控制实体(VCE) 210和向量化信号处理模块212。VCE210和向量化信号处理模块212可被视为一般地对应于系统100的串扰估计模块110和串扰控制模块112。这些元件被看作这里称作“向量化电路”者的示例。在图2的实施例中，没有限制地假定VTU-R 204和对应的VTU-0 208以遵循特定向量化标准的方式操作，并且更具体地，为在ITU-T推荐规范G.993.5中公开的G.vector标准，“SeIf-FEXT cancellation (vectoring) for use with VDSL2 transceivers”，2010年4月，其通过引用而结合于此。应当注意到，该特定标准的使用只是作为例示性示例，并且本发明的技术可以以直接方式适配为遵循向量化的AN和NT元件的其他类型和布置。DSLAM 202中的向量化信号处理单元212在VCE 210的控制下被配置为实现针对在下行方向上传输的信号的预先补偿以及针对在上行方向上接收到的信号的后期补偿。这些以及其他串扰控制技术的有效实现方式需要精确的串扰估计。然而，如先前指出的，用于生成这些串扰估计的传统技术可能过于易受脉冲噪声影响。本发明的例示性实施例通过提供用于在存在脉冲噪声和其他类似劣化的情况下生成精 确串扰估计的技术来克服该问题。这里使用的术语“脉冲噪声”旨在被广义地解释，以涵盖例如影响给定DSL传输的仅单个音调或者有限数目音调的噪声的脉冲或者其他短突发。在本发明的例示性实施例中，可以作出关于脉冲噪声的各种假定。例如，可以假定脉冲可被看作在给定音调和与该给定音调相邻的至少一个音调中相等，或者只是对于这种相邻音调在幅度上相等。作为另一示例，可以假定脉冲在导频信号的传输期间仅发生一次，或者多个脉冲影响同一导频信号。这里公开的技术因而不需要对脉冲噪声的复杂建模。图3示出了将在本发明的一个实施例中被用于例示可以在存在脉冲噪声的情况下生成精确串扰估计的方式的示例串扰场景。该特定串扰场景涉及分别与图2的系统200中的VTU-R 204-1、204-2、204-3和204-4相关联的线路1、2、3和4，其中线路I是加入线路，即正转变为活动状态的不活动线路，并且线路2、3和4是活动线路。该场景中的VCE 210被配置为生成对从三个活动线路2、3和4到加入线路I中的由干扰300表示的串扰的估计。为了在存在脉冲噪声的情况下以足够高精度生成这些估计，VCE 210被配置为确定其中出现脉冲的时刻并且被配置为以将在下面更详细描述的方式针对那些脉冲进行校正。将与DSL系统中的标准实践一致地假定图3的线路1-4的单独导频信号分量是在同一 DSL符号时间同时传输的。仅存在η个互相正交的η元组是公知的事实。例如，以下4元组V1 = (I, I, I, I), V2 = (I, -1, I, -1), V3 = (I, I, -1, -1), V4 = (I, -1, -1, I)是互相正交的并且无法添加将与V1,…，V4正交的另一 4元组。通过L来表示我们将为之估计串扰信道系数的DSL线路的数目。为此我们必须具有L个不同导频。因此导频应当是具有n-L的η元组。我们称参数η为导频长度。为了在本实施例中执行对脉冲噪声的检测和校正，我们加入冗余，就是说，我们使用大于L的值η。相应地，如将被描述的，在n个正交n元组中，其中的L个被用作导频，并且剩余的n-L个被用于对脉冲的检测和校正。应当注意到本发明的替代实施例可以更一般地利用一组L个不同且线性无关的导频信号，每个导频信号具有长度n，其中n > L，以使得L-n个线性无关的η元组可用于对脉冲噪声的检测和校正。然而，仅为了例示目的，在后续描述中没有限制地假定L个线性无关的导频信号互相正交。让A= {a1, ---,aL}是一组L个具有长度n (n > L)的正交导频,其中向量aj被看作列向量，故A是nXL矩阵。通过
权利要求
1.一种控制通信系统中的信道之间的串扰的方法，包括: 生成一组L个不同且线性无关的导频信号，每个导频信号具有长度n，其中η > L，以使得L-n个线性无关的η元组可用于对脉冲噪声的检测和校正； 通过所述信道中的相应信道传输所述L个导频信号； 随着所述导频信号中的一个或多个导频信号通过其相应信道被接收，处理所述导频信号中的所述一个或多个导频信号，以检测脉冲噪声的存在； 生成针对检测到的脉冲噪声而校正的串扰估计；以及 利用所述校正的串扰估计来控制所述信道中的两个或更多信道之间的串扰。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述一组L个不同且线性无关的导频信号包括一组L个互相正交的导频信号，以使得L-n个正交η元组可用于对脉冲噪声的检测和校正。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述一组L个互相正交的长度为η> L的导频信号是由nXL矩阵A= {&1,…，aj给出的 ，并且接收到的用于所述信道中的给定信道的导频信号是由nX I向量X1 = Ahjz+s,给出的,其中z是加性噪声,s是脉冲噪声的向量,并且Ii1是串扰系数的向量。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述一组可用于对脉冲噪声的检测和校正的L-n个正交η元组是由nX (n-L)矩阵B = Ib1,…，bn_L}给出的，其中对于所有的1，，j，，n_L和
5.如权利要求4所述的方法，其中，随着所述导频信号中的一个或多个导频信号通过其相应信道被接收，处理所述导频信号中的所述一个或多个导频信号，以检测脉冲噪声的存在的所述步骤还包括以下步骤: 针对给定信道计算向量
6.如权利要求1所述的方法，其中，随着所述导频信号中的一个或多个导频信号通过其相应信道被接收，处理所述导频信号中的所述一个或多个导频信号，以检测脉冲噪声的存在的所述步骤还包括以下步骤: 将其中传输所述导频信号的音调划分为各自包括第一音调和第二音调的对； 针对来自所述对中的每一对的相应的第一音调和第二音调，使用不同组互相正交的长度为η > L的导频信号，其中第一组和第二组由nXL矩阵A1和A2给出的矩阵给出； 确定nX (L-n)矩阵B1和B2，其中B1的列互相正交并且还与A1的所有列正交，并且其中B2的列互相正交并且还与A2的所有列正交； 在第一音调和第二音调中分别接收向量X1 = A^+z+s和X2 = A2h2+w+r,其中向量z和w分别是音调和f2中的加性噪声，向量s和r分别是影响音调和f2的脉冲噪声向量，并且h和h2是串扰系数的向量；
7.如权利要求6所述的方法，其中，利用所述加性噪声的已知统计数据来确定是否有所述脉冲噪声向量中的任何项指示脉冲噪声的存在的所述步骤还包括以下步骤: 使用I1和y2来标识脉冲的时刻j1;…，Ji ；以及 获取对所述脉冲的值的估计& 气和.^，...&; 其中生成针对检测到的脉冲噪声而校正的串扰估计的所述步骤包括: 通过从X1的对应项中减去所述估计&来从X1计算nX I向量全i; 通过从X2的对应项中减去估计& 1-,4来从X2计算nX I向量女2; 使用向量七和^来估计h和h2。
8.如权利要求6所述的方法，其中，利用已知统计数据来确定是否有所述脉冲噪声向量中的任何项指示脉冲噪声的存在的所述步骤还包括以下步骤: 计算向量u和g，其中
9.如权利要求1所述的方法，其中，随着所述导频信号中的一个或多个导频信号通过其相应信道被接收，处理所述导频信号中的所述一个或多个导频信号，以检测脉冲噪声的存在的所述步骤还包括以下步骤: 将用于传输所述导频信号的音调对划分为两组T1和T2 ； 针对来自T1的音调对使用由矩阵ApA2给出的正交导频信号，并且针对来自T2的音调对使用由矩阵A3、A4给出的不同的正交导频信号； 计算针对组T1中的音调对的第一向量P以及针对组T2中的音调对的第二向量q ;以及 处理所述向量q和P以标识其中有可能已经出现脉冲噪声的时间段。
10.一种装置，包括: 接入节点，被配置为控制通信系统的信道之间的串扰； 其中所述接入节点包括: 多个收发器；以及与所述收发器相耦合的向量化电路； 其中所述收发器在所述向量化电路的控制下被配置为传输一组L个不同且线性无关的导频信号，所述L个导频信号中的每一个导频信号具有长度n，其中η > L，以使得L_n个线性无关的η元组可用于对脉冲噪声的检测和校正，所述L个导频信号是通过所述信道中的相应信道传输的； 其中随着所述导频信号中的一个或多个导频信号通过其相应信道被接收，处理所述导频信号中的所述一个或多个导频信号，以检测脉冲噪声的存在； 所述向量化电路可操作为生成针对检测到的脉冲噪声而校正的串扰估计，并且可操作为利用所述校正的串扰估计来控制所述信道中的两个或更多信道之间的串扰。
11.一种包括如权利要求10所述的`接入节点的通信系统。
全文摘要
通信系统的接入节点被配置为控制该系统的信道之间的串扰。一组L个不同且线性无关的导频信号被生成，每个导频信号具有长度n，其中n＞L，以使得L-n个线性无关的n元组可用于对脉冲噪声的检测和校正。在示例性实施例中，该L个导频信号是互相正交的。该L个导频信号是通过信道中的相应信道传输的，并且随着导频信号中的一个或多个被相应信道接收，处理导频信号中的一个或多个，以检测脉冲噪声的存在。针对检测到的脉冲噪声校正过的串扰估计被生成，并且被用于控制信道中的两个或更多个之间的串扰。
文档编号H04L25/02GK103190127SQ201180052708
公开日2013年7月3日 申请日期2011年9月27日 优先权日2010年10月29日
发明者A·E·阿希基明, P·A·怀廷 申请人:阿尔卡特朗讯