具体实施方式
在下文中,将详细地描述实施例。应当注意的是,这些实施例不被解释为限制,而仅仅被给出为实施示例。例如,尽管实施例可以被描述为包括多个具体的特征,但是在其它实施例中,这些特征中的一些可以被省略,或者可以由替换的特征替代。在另外其它实施例中,可以出现额外地或替换地附加的特征。
在下文中描述的一些实施例涉及信道估计,所述信道估计例如可用于确定在通信信道之间的远端串扰(FEXT),所述通信信道如是有线线路连接、无线连接或者在这样的连接上的特定载波。基于这些确定,可以通过用于不同连接或在不同连接上的信号的共同处理来执行串扰降低,有时,例如在DSL的上下文中,也被称作向量化。
为了图示这个,在图1中示意性地示出了根据实施例的通信***。在图1的通信***中,通信设备10与通过多个通信连接12A-12D与多个通信设备13A-13D进行通信,所述通信设备10可以是中心局装备的一部分或者分布点(DP)的一部分,但也可以用于其他目的或在其它环境中。通信设备13A-13D将全体地被称作通信设备13。通信连接12A-12D将全体地被称作通信连接12。在实施例中的通信连接12可以例如是如铜线的有线线路连接或者可以是无线连接。在一些实施例中,通信连接12可以是双绞铜线。在一些实施例中,通信设备10和13可以是经由基于导线的通信连接12进行通信的通信设备,所述通信连接12使用如xDSL技术(ADSL、ADSL2、VDSL等等)的离散多音调制(DMT)技术或者其它基于DMT的技术。然而,也可以使用其它技术和调制方案。在实施例中,可以为了在串扰降低布置11中进行串扰降低而集中处理在通信设备10与通信设备13之间的信号交换,所述串扰降低布置11可以在通信设备10中以硬件,软件或者两者的组合来实施。其它的实施也是可能的。
在本申请的上下文中,作为本领域常见的,从装备朝向终端用户的通信方向将被称作下游方向,而相反的通信方向将被称作上游方向,所述装备由如中心局装备或分布点的服务提供者提供。可以采用针对下游方向和针对上游方向两者的本文中公开的技术,除非专门另外注释。例如,在图1的实施例中,下游方向对应于从通信设备10到通信设备13的通信,而上游方向对应于从通信设备13到通信设备10的通信。
为了执行在下游方向的信道估计,可以例如经由通信连接12从通信设备10到通信设备13发送测试信号序列,在该上下文中也被称作信号估计序列。通信设备13可以将已知的所接收测试序列与标称值(即,原始测试序列)进行比较并将误差值报告回给通信设备10。通信设备10可以例如基于所接收信息来确定均衡器系数,所述均衡器系数可以用来更新所使用的均衡器(未示出)。可替换地或额外地,所接收信息可以用来确定描述例如远端串扰(FEXT)的串扰系数,并且由此更新串扰降低布置11。在操作中,然后,串扰降低布置11共同处理将经由通信连接12发送的信号以降低串扰。因为在串扰实际发生之前为了串扰降低而处理信号,所以在下游方向上的该共同处理也被称作串扰预补偿。
相反地,对于上游方向,通信设备13可以发送已知的测试序列到通信设备10。然后,通信设备可以将所接收测试序列与期望的或标称的测试序列进行比较,并且计算误差值,所述误差值可以再次被用于信道估计并因此例如用于确定均衡器系数或用于确定FEXT系数。这样的FEXT系数可以再次被用来更新串扰降低布置11。因为信号在例如经由通信连接12被发射的同时已经经历串扰之后发生用于串扰降低的共同处理,所以在上游方向上的串扰降低也被称作串扰消除。
常规地,例如,由-1和+1的值组成的沃尔什-哈达玛(Walsh-Hadamard)序列有时用于信道估计。然而,在本文中讨论的实施例中,采用这样的测试序列,其中该测试序列的每个元素具有三个可能的值(例如,+1、0或-1)中的一个。在实施例中,如将在下文中进一步更详细描述的,与如沃尔什-哈达玛(Walsh-Hadamard)序列的常规序列相比,这样的测试序列提供了额外的可能性。用于不同通信连接(如通信连接12中的不同通信连接)的测试序列在一些实施例中可以彼此正交。
应当注意的是,四个通信设备13的数量仅仅用作示例,并且可以采用任何数量的通信设备。也可以采用其它种类的***配置,其中的一些将在下文中进一步详细地进行描述。
转到图2,示出了根据实施例的方法。图2的方法可以以硬件,软件,固件或其组合来实施,例如,以与通信***或设备相关的硬件,软件或固件来实施。例如,图2的方法可以在如上文关于图1描述的或如下文参考图3和4进一步描述的设备和***中实施,但不限于此。
在20处,在多个通信连接上发送测试序列,例如,在下游方向上或在上游方向上。用于如有线线路连接或无线连接的不同通信连接的测试序列可以彼此正交。在实施例中,使用这样测试序列,其中该测试序列的元素从三个可能的值(例如-1、0和+1)中选择。
在21处,获得关于测试序列的接收的信息,例如表征在所接收测试序列与期望的(标称的)测试序列之间的差异的误差值。
在22处,该信息例如用来确定用于串扰预补偿或串扰消除的串扰系数,或者用来获得用于优化或建立通信信道的其它信息,例如均衡器设置。
为了进一步图示这个,在图3中示出了图示在下游方向上的信道估计的***的稍微更详细的示意图。在图3中,发射信号向量u包含作为它的元件的将在多个通信线路上被发射的发射信号,在图3中示意性地示出了所述发射信号中的三个。与第一示出传输线路有关的元件在附图标记后添加有A,与第二传输线路有关的元件添加有B,并且与第三传输线路有关的元件添加有C。然而,值得注意的是,示出的三个传输线路的数量仅仅用作示例,并且可以存在任何数量的传输线路,例如在两个传输线路与数百个传输线路之间。
在不同的传输线路中存在的类似元件可以由它们的没有字母的附图标记来全体地指代。例如,元件30A、30B和30C将通过使用附图标记30来全体地指代。
在带有三个通信连接的图3的示例中,向量u可以具有三个分量,一个针对每个连接。在其它实施例中,在每个通信连接上,可以使用例如用于DMT调制技术的多个载波,也被称作音调。在这种情况下,u可以具有针对每个通信连接的每个载波的分量,尽管不必须是这种情况。
在按比例放大元件30中,发射信号向量u的分量按比例因子进行按比例放大,其可以通过将向量u与对角矩阵S相乘来表示,并且其可以构成增益调整或功率频谱密度(PSD)的调整。此后,执行串扰预补偿,其耦合发射器侧的信道,并且在一些实施方式中,其可以通过与在串扰预补偿器33中的预编码器矩阵P相乘来表示。
在传输期间,如由33指示的,发射信号可能遭受如远端串扰(FEXT)的串扰,其可以通过与信道矩阵H相乘来表示,所述信道矩阵H例如表征在非对角元素中的串扰耦合。通过信道估计,该矩阵H实质上可以至少被近似地确定,并且用于P的计算,使得串扰被降低或除去,即,使得该P实质上补偿了H的效应。
此外,如由加法器34表示的,所发射的信号可能遭受加入的噪声,所述噪声可以由噪声向量n表示。在接收器侧,所接收信号可以在放大器35中以相应的增益因子进行放大,所述增益因子可以由对角矩阵G表示。噪声也被放大。所以,所接收信号向量û在该***模型中可以被书写为û = G∙H∙P∙S∙u+G∙n。
在接收器部件36中,处理所接收信号以恢复额外地发送的数据。如由部件36的减法器表示的,可以确定误差并经由反馈路径37将其反馈,以便例如更新矩阵P。如上文提及的,这特别通过发送已知的测试序列来完成,其中,在实施例中,测试序列包含选自三个值(例如,(-1、0、+1))的元素。然后,基于信道估计的对矩阵P的确定可以由如最小均方算法(LMS)或迫零算法的常规算法执行。
在图4中,示出了根据可以采用本文中公开的技术的实施例的通信***的更详细的示意图。在图示了用于接入网络拓扑的示例的图1的***中,中心局40经由光纤连接为分布点42A、42B(全体被称作分布点42)服务。为了实现这个,分别地,中心局40包括光网络单元(ONU)41A、41B,并且分布点42包括光网络单元43A、43B。分布点通常位于要服务的消费者场所附近,并可以例如被安装在街道橱柜等等中。中心局40可以包括中央优化器,其优化并协调至不同分布点的传输。每个分布点42为若干远程终端收发器46A至46D服务。在示出的简单示例中,分布点42为远程终端收发器46A、46B服务,并且分布点42B为远程终端收发器46C、46D服务。对于每个分布点,两个收发器46的数量仅仅用作示例并已经被选定以便容易的表示,并且可以服务更多的收发器,例如通常在一个终端与二十个终端之间,尽管该数量不受特别的限制,并且可以由不同的分布点服务不同数量的收发器。在分布点42与收发器46之间的通信连接通常是铜线或其它基于有线线路的通信连接,尽管不限于这方面。如由图4中的47指示的,分配给一个分布点的通信连接有如远端串扰(FEXT)的串扰的倾向。如由图4中的44指示的,分配给不同分布点的通信连接也可以经由如FEXT的串扰彼此影响,例如,如果它们位于相同的结合器中,尽管分配给不同分布点的通信连接之间的串扰在许多情况下将比分配给相同分布点的通信连接之间的串扰更弱,因为分配给相同分布点的连接通常物理地彼此更接近,这使得它们更倾向于串扰。然而,在所有的场景中,这不是必然的情况。
在一些实施例中使用用于信道估计的测试序列(使用如-1、0和+1的三个可能的值)允许为了信道估计的目的而部分停用一些信道连接,使得可以将估计修整至相应的部署场景。现在将更详细地描述这样的测试序列的构建的各种可能性以及它们在各种场景中和用于各种目的的使用。
在下文中,将根据一些实施例给出关于可能的构建和用于信道估计的测试序列的使用的更详细的解释,所述测试序列包括来自例如-1、0和+1的三个可能的值的所选定元素。
通常,在一些实施例中,对于宽带有线传输,缓慢时间变化的信号的优点用来实现信道估计随着时间的过去的高精确度。在一些实施例中,因为动态***重新配置的要求,也要求针对串扰和直达信道两者执行信道矩阵的快速估计。此外,带有高于所接收信号的串扰的操作在一些情况中是所要求的,并且在一些实施例中解决多个分布点共享相同的电缆结合器的场景,其导致例如在图4中44处指示的串扰。在实施例中,只要没有在特别的一个或多个线路上以特别的一个或多个音调发射信号,这通过使用导频序列(测试序列)来实现,所述导频序列除了如沃尔什-哈达玛(Walsh-Hadamard)(WH)序列的+1和-1值外还包括0(零)值。该序列在一些实施例中是专门设计的,以降低传输时间并增加精确度。
首先,将描述用于创建带有元素+1、-1和0的正交序列。要注意的是,这些实施例仅仅用作示例,并且在其它实施例中可以采用其它技术以用于生成用作测试序列的序列,例如信道估计序列,例如以导频序列的形式。
存在用来创建带有元素+1和-1的正交序列的不同方法。基于所生成的方法,存在长度是2的幂的序列,例如,对于如(1.1)示出的WH-序列,(1.1)示出了在矩阵Wwh的每一行或每一列中具有长度2的正交序列。
也存在基于其它构建规则的具有四的倍数的长度的正交序列。
正交序列的另一个类型使用零(0)和非零(1)符号。存在基于1和0的具有任何长度的正交序列。构建非常简单,因为单位向量可以用在实施例中,例如用于长度3的序列的(1.2)。
基于+1和-1的代码的好处在于使用了所发送信号的全能量摆幅。在另一方面,通常有必要在全序列长度上进行相关以得到信道估计。如果存在影响一个或多个训练符号的脉冲噪声,则可能毁坏完整的信道估计。
利用基于1和0的代码,在每个符号的传输之后,在一些情况下,一部分信道估计是可用的。如果一个符号由脉冲噪声毁坏,则仅这部分的信道估计被毁坏。由于可用发射功率的仅一小部分用于信道估计的事实,与基于+1和-1的代码相比,用这种类型的代码对噪声影响的抑制花费了更多的时间。
在实施例中,通过使用基于+1、-1和0的代码,可以组合两种方法两者的优点。为了构建合适的序列,在一些实施例中,使用如下的事实:可以将任何类型的正交序列组合至更高维度的正交序列,可以组合序列类型(使用零的那些和没有使用它们的那些)两者。在上文示例的情况下,在(1.3)中示出了包含元素+1、0和-1的长度6的对应序列。
下文是按矩阵形式的构建规则。通过规则(1.4)用维度为
的内矩阵W
in和维度为
的外矩阵W
out构建维度为
的全矩阵W
full。矩阵的每一行对应于一个传输线路,并且每一列对应于时间实例。
换句话说,当在实施例中如上文提及地构建序列时,提供了例如值为1的包括+1和-1的正交序列的第一矩阵以及包括使用零和非零的正交序列的第二矩阵,并且带有零和非零的元素的第二矩阵的每个矩阵元素由与第二矩阵的相应的替代矩阵元素相乘的带有+1和-1的矩阵来替代。
在下文中,将更详细地描述用于在各种应用中使用这样的序列的各种可能性。
取决于序列的期望的应用和部署场景,不同地构建由+1、-1和0组成的组合正交序列。零的使用例如允许在特定时间处并针对特定频率从信道估计过程排除一些线路,并且由此在一些实施例中可以允许在信道估计过程的速度和精确度上的强有力的控制。换句话说,零允许创建虚拟的线路组以用于串扰信道估计。
在实施例中,对于具有如例如图4所示的多个分布点的***,可以延伸上文描述的构建方法,因为不要求内正交矩阵
是相同的类型或相同的大小。然而,在实施例中,每个内矩阵自身是正交的。所以,在实施例中,构建方法可以用来虚拟地分开不同分布点的信道估计过程,使得每个分布点(例如,在图4处的42A、42B)使用用于内部分布点信道估计的它的WH-序列(例如以确定在43处的串扰),并且与添加的额外0、1代码点一起生成用于分布点间的信道估计的矩阵(例如,以确定在44处的串扰)。
一些实施例中的另一个应用可能是一些串扰方(crosstalker)非常强,并且由于受限的动态范围,将它们分开为不同的一个或多个组是有益的。代码0、1的使用允许创建多个组并由此将整体串扰降低入各个线路。在每个组内,可以使用WH-序列或其它+1/-1正交序列。
存在仅仅需要估计一部分信道矩阵的情况。一个示例是新的线路加入有效线路的组中,并且仅仅需要估计来自进入有效线路的加入线路的串扰。在这种情况下,在实施例中,新的线路可以发射信号,而其它的线路发射0,并且信道的所感兴趣部分是立即可用的。
类似地,部分信道估计可有助于在如果当成对的一部分(例如,在不同的结合器中)生成相当低的串扰时,则减小估计时间。
在一些实施例中,可以实施序列重新配置协议。由于传输的激活与停用,可以要求的是,改变用于在所有线路中的信道估计的正交序列。为了保持正交,在实施例中,所有线路同时从老的序列切换到新的序列。序列重新配置协议定义该时间,并且也定义序列的开始。在所选定的重新配置时间处,在给定传输方向上的所有收发器开始发射新的正交序列,所述所选定的重新配置时间被传送到向量化组的所有收发器,即参与串扰降低的所有设备。
接下来,将更详细地解释用于信道估计的可能性,例如,用于通过使用包含+1、0或-1的序列来计算对于图3如上文提及的信道矩阵H的估计。要注意的是,也可以使用用于信道估计的其它技术。
在实施例中,测试序列,即信道估计序列用来计算信道矩阵H的估计
。所以对于每个时间实例t,将信道估计序列矩阵W(其可以如上文解释那样被构建)的一个列的元素分配给发射器。发射器
中的每一个(例如分配给图1中通信连接12的每一个或者在所讨论的其它实施例中的通信连接的每一个的发射器)在时间实例t处发送发射信号
。所有发射器的发射信号在时间实例t处根据等式(1.5)给出发射信号向量
。
对于每个时间实例,接收器接收接收信号向量
,如上文参考图3解释的,所述接收信号向量
是由信道H和添加的噪声n使其失真的发射信号向量u。在一个完整的序列的传输之后,在实施例中根据等式(1.6)计算信道估计。
在一些情况下,根据等式(1.7)使用接收信号误差取代用于信道估计的接收信号是有益的。
在实施例中,基于接收误差的信道估计由等式(1.8)给出。
对于带有包括零的序列的部分信道估计,用对角矩阵
而非
来使实施例中的相关总和按比例变化,因为
的对角元素仅仅用于与该序列长度相等的沃尔什-哈达玛(Walsh-Hadamard)序列。这给出了修改后的等式(1.9)。
由于实施例中的包含0、-1和+1的序列的结构,信道估计
的一部分不要求在完整的序列长度
上的相关性,而仅仅要求在序列的一小部分上的相关性。对于(1.3)的示例,在前两个符号上的相关性给出了对于
的结果,在符号3和4上的相关性给出了
,等等。
在多载波***中,一些实施例中的信道估计在不同的载波上完成,所述不同载波也被称作具有不同频率的子载波,有时也被称作音调。用于这样的***的示例包括使用离散的多音调制(DMT)的***。
在实施例中,可能的是,在不同子载波上使用不同的信号估计序列。此外,可以考虑的是,在一些情况下采用额外的加扰以避免在时域中的高信号幅度,其可能导致非线性失真。
为了使信道估计更快,在一些实施例中,可以在不同的(相邻的)子载波上估计信道的不同部分。一个示例是在一个子载波n上,使用序列(1.10),在接下来的子载波
和
上,使用序列(1.11)和(1.12)。
在每个相邻子载波上,在实施例中,在整体正交序列的每个部分处估计信道矩阵的另一个部分。通过在音调上进行插值,完整信道估计的近似值在更短的时间之后是可得的。可以以下文的符号调整近似值。
尽管对于频率独立信道估计序列,***零降低了用于信道估计的整体能量,但是这对于取决于频率的信道估计序列却不必要是这样。因为发射沃尔什-哈达玛(Walsh-Hadamard)序列的音调是均匀地分布在频率上且零在其间,时域信号是没有***零的时域信号的插值版本。所以,在实施例中允许按比例放大时域信号,从而使用全发射功率和最大发射功率频谱密度(PSD)。
在带有强烈串扰的信道上,可以在实施例中对于接收器的受限动态范围施加时域中的按比例放大。
在另一个实施例中,导频音可以与用于数据的音调交错。这种方式的信道估计可以用每符号m音调连续地执行。用于导频序列的音调可以在每个或特定数量的导频经过后偏移。
在向量化多载波传输的另一个实施例中,音调间隔不允许使用频率插值。在这种情况下,在实施例中可以发送带有导频的更多的符号。如果通过使用所提及的序列将填充电缆结合器的线路划分为数个向量组,则可以在不同的时间中估计不同的向量组,即,使用不同的导频符号/探针符号组。
上文描述的实施例仅仅当作一些应用示例,其中由+1、-1和0组成的序列可以用于信道估计,但不被解释为限制。例如,这样的信道估计序列(测试序列)也可以针对不同的应用被不同地构建。