專利名稱：用于減小串擾的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在利用經過頻率轉換的信號的傳輸系統(tǒng)中、特別是在其中調制可以通過使用快速富立葉逆變換(IFFT)而被實施的離散多音(DMT)調制的傳輸系統(tǒng)或OFDM(正交頻分復接)傳輸系統(tǒng)中用于減小串擾的方法和設備。本發(fā)明還涉及傳輸系統(tǒng)本身、以及所述傳輸系統(tǒng)的收發(fā)信機。
相關技術描述數字數據雙工傳輸系統(tǒng)當前被開發(fā)用于高速通信。已被開發(fā)的、在雙絞線對電話線上高速數據通信的標準包括異步數字用戶線(ADSL)和甚高速數字用戶線(VDSL)。
標準的ADSL系統(tǒng)(ANSI TI/413-1995，ATIS委員會T1E1.4)提供在雙絞線對電話線上高達8Mbit/s的速率的傳輸，該系統(tǒng)規(guī)定離散多音(DMT)系統(tǒng)的使用，后者在下游方向使用256載波或子信道，每個信道4.3125kHz寬。在本文中，下游方向被規(guī)定為從中央局(一般電話公司擁有)到遠端站諸如最終用戶(即，居所或辦公用戶)的傳輸。該標準還規(guī)定相反方向(即，上游方向)的信號的使用是以16到800kbit/s的速率，這大大地低于下游方向的速率。
相應的VDSL標準打算在下游方向上提供高達25.96Mbit/s、優(yōu)選地高達51.92Mbit/s的傳輸，以及通常需要比使用ADSI時許可的電話線更短的電話線。類似于VDSL的另一個系統(tǒng)被稱為“到分發(fā)站(Curb)的光纖”(FTTC)。
幾種調制方案被建議使用于以上提到的標準，其中大多數使用上游和下游方向的頻分復接。被建議使用于VDSL和FTTC系統(tǒng)的其它調制系統(tǒng)包括諸如DMT的多載波傳輸方案和諸如正交幅度調制(QAM)的單載波傳輸系統(tǒng)，使用由靜寂時間間隔分開的非重疊周期同步上游和下游通信周期。
所有上述的系統(tǒng)的共同特性是，雙絞線對電話線至少被用作為連接中央局(例如，電話公司)到用戶(例如，居所或辦公室)的傳輸媒介的一部分。在互聯(lián)傳輸媒介的所有部分很難避免雙絞線對連線。即使從中央局到用戶附近的分發(fā)站可以提供光纖的情形下，雙絞線對電話線仍被使用來把信號從分發(fā)站傳送到用戶居所或辦公室。
雙絞線對被編組為一個線扎。當雙絞線對電話線處在線扎內，線扎提供對于外部電磁干擾的相當良好的保護。然而，在線扎內，雙絞線對電話線靠得很近，互相感應電磁干擾。這種類型的電磁干擾被稱為串擾。隨著傳輸頻率提高，串擾變得很嚴重。結果，在雙絞線對電話線上以高速傳輸的數據信號會被由線扎內的其它雙絞線對電話線造成的串擾大大地惡化。隨著數據傳輸速度提高，問題變得越壞。
傳統(tǒng)的串擾抵消器被使用來減小串擾。使用這樣的傳統(tǒng)的串擾抵消器的困難在于，它們非常復雜以及消耗大量資源。例如，在M.L.Honig等的“Suppression of Near-and Far-end Crosstalk byLinear Pre-and Post-filtering(通過線性預濾波和后濾波抑制近端和遠端串擾)”，IEE Journal on Selected Areas inCommunications，Vol.10，No.3，pp.614-629，April 1992，中描述的方法需要太多的處理來實施濾波，這樣，它的好處都被處理負擔遮蓋了。
PCT專利申請WO 98/10528(發(fā)明者J.F.Cioffi)提出了一種用于去除串擾的系統(tǒng)，通過自適應估值由其它干擾線感應的串擾以及通過使用估值的串擾來抵消串擾。該自適應方案避免了那些處理成本看起來是不合理的處理。然而，該文件沒有解決那些與這樣減小的計算復雜性有關的問題。
所以，在高頻數據傳輸速率時使用雙絞線對電話線(諸如使用ADSL和VDSL時可供使用的雙絞線對電話線)的問題在于，串擾(特別是來自線扎中其它線的NEXT(近端串擾))，變成為對于正確地接收發(fā)送的數據信號的很大的阻礙。傳統(tǒng)的NEXT抵消器是復雜的，以及確實需要相當大的處理功率來用于進行減小。
另外，在正交頻分復接(OFDM)傳輸系統(tǒng)中，可能發(fā)生串擾，該系統(tǒng)因此也需要大量的處理功率來對付串擾。
發(fā)明概要因此，本發(fā)明的一個目的是提供在利用經過頻率轉換的信號的傳輸系統(tǒng)中、特別是在離散多音(DMT)調制傳輸系統(tǒng)或OFDM(正交頻分復接)傳輸系統(tǒng)中用于減小串擾的方法，它與已知的方案相比較，使用較少的計算功率。
本發(fā)明的另一個目的是快速地提供估值的串擾。
本發(fā)明的再一個目的是，當至少部分地以特定的硬件實施時，能夠提供減小的串擾。
按照本發(fā)明的一個方面，這些目的具體是通過用于減小在第一條線上的信號中被第二條線上的信號感應的串擾的方法完成的，該方法包括以下步驟。對一個用于串擾的復數耦合因子進行估值，該復數耦合因子在與第二條線上的信號相乘時對感應的串擾進行估值，通過作用在第二條線上的信號的近似方法，其中包括按照該耦合因子進行預旋轉、定標以及與一個復數相乘，把復數耦合因子與第二條線上的信號相乘，由此，該復數從預定的一組復數中選擇，以便有可能得到最好的近似。最后，從第一條線上的信號中減去所得到的該乘積，即，所估值的感應的串擾。
在復數庫中提供的復數的數目可以根據在計算中的最大可接受的誤差來計算。
按照本發(fā)明的第二方面，提供了用于減小由在各個有關線1，...，N-1上的信號D1，...，DN-1對第一條線上的信號SN感應的串擾的方法。
該方法包括以下步驟。耦合因子α’1_N，...，α’N-1_N是與各個線1，...，N-1相關聯(lián)的，所述耦合因子α’j_N(1、＜j、＜N-1)是一個復數，以及當與在相關的線j(1≤j≤N-1)上的信號Dj(1、＜j、＜N-1)相乘時，估值由在它的相關的線j上的信號Dj對第一條線N上的信號SN感應的串擾Ij_N。在第一條線N上的信號SN的串擾IN通過從在第一條線N上的信號SN中減去估值的串擾I’N而被減小，所述估值的串擾I’N根據所述的耦合因子α’1_N，...，α’N-1_N和在各個線1，...，N-1上的所述的信號D1，...，DN-1以下面描述的方式進行計算。
在各個線1，...，N-1上的每個信號D1，...，DN-1按照與各個線有關的耦合因子α’1_N，...，α’N-1_N被預旋轉和定標，此后，所得到的所有的預旋轉的和定標的信號D*1，...，D*N-1被相加。得到的總和∑D*與單個復數βN相乘，以及所得到的乘積在以上所述的減法中被用作為估值的串擾I’N。
按照本發(fā)明的第三方面，提供了用于減小由在第一條線N上的信號DN對在各個線1，...，N-1上的信號S1，...，SN-1感應的串擾的方法，它包括以下步驟。
耦合因子α’N_1，...，α’N_N-1與第一條線N-1相關；每個所述耦合因子是一個復數，以及當與在第一條線N上的信號DN相乘時，它估值由在第一條線N上的信號DN對各個線1，...，N-1上的每個信號S1，...，SN-1感應的串擾IN_1，...，IN_N-1。在各個線1，...，N-1上的每個信號S1，...，SN-1的串擾IN_1，...，IN_N-1通過從在各個線1，...，N-1上的每個信號S1，...，SN-1中減去各個估值的串擾I’N_1，...，I’N_N-1而被減小，所述各個估值的串擾I’N_1，...，I’N_N-1是根據所述的耦合因子α’N_1，...，α’N_N-1和在第一條線N上的信號DN以下面描述的方式被計算的。
在第一條線N上的信號DN與單個復數βN相乘，產生乘積D**N，此后，乘積D**N被復制，以便得到N-1個相等的乘積D**N_1，...，D**N_N-1。各個乘積D**N_1，...，D**N_N-1按照各個耦合因子α’N_1，...，α’N_N-1被預旋轉和定標，最后，得到的各個預旋轉的和定標的乘積在各個減法中被用作為各個估值的串擾I’N_1，...，I’N_N-1。
優(yōu)選地，預旋轉是通過在實軸和/或虛軸和/或45°軸上鏡像反射而執(zhí)行的。
復數乘法可以通過使用矢量旋轉法、具體地是CORDIC(坐標旋轉數字計算機)矢量旋轉方法來執(zhí)行。
定標優(yōu)選地通過乘以從預定的實數庫中選擇的實數而被執(zhí)行，以便得到可能的最好近似。
而且，本發(fā)明包括適用于執(zhí)行按照本發(fā)明的頭三個方面的方法的設備和發(fā)射機，以及包括上述種類的設備和發(fā)射機的傳輸系統(tǒng)。
本發(fā)明的一個優(yōu)點在于，估值的串擾的計算是簡單和快速的，因此，允許實時自適應地減小串擾，以便適應發(fā)送條件的改變。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于，通過使用可改進速度的專用硬件，允許至少部分地實施簡化的程序過程。
附圖簡述從附

圖1-9和下面給出的本發(fā)明的實施例的詳細說明，將更全面地了解本發(fā)明，這些實施例僅僅作為說明給出的，因此不限制本發(fā)明。
圖1顯示適合于實施本發(fā)明的示例性通信網絡的方框圖。
圖2顯示由幾條干擾線在電纜線扎中一條線上感應的串擾和在所述的線上串擾的減小的概念圖。
圖3顯示按照本發(fā)明的第一實施例的在一條線上串擾減小的概念圖。
圖4顯示通過在實軸、虛軸和45°軸上進行鏡像反射而預旋轉的概念，它被作為本發(fā)明的串擾減小方案的一個組成部分。
圖5顯示對得到的誤差信號進行本發(fā)明的定標和旋轉的效果。
圖6顯示按照本發(fā)明的擾動矢量的分組的原則。
圖7顯示按照本發(fā)明的第二實施例的串擾減小的概念圖的例子。
圖8顯示按照本發(fā)明的第二實施例的串擾減小的概念圖的另一個例子。
圖9顯示按照本發(fā)明的第四實施例的共用定標算子的概念。
實施例詳細描述在以下說明中，為了說明而不是限制，闡述特定的細節(jié)，諸如特定的硬件、應用、技術等，以便提供對本發(fā)明的透徹的了解。然而，本領域技術人員將會看到，本發(fā)明可以在不同于這些特定的細節(jié)的其它實施例中被實施。在其它事例中，熟知的方法、協(xié)議、設備和電路的詳細說明被省略，以免用不必要的細節(jié)遮蔽本發(fā)明的說明。
參照圖1，圖1是適用于實施本發(fā)明的、示例的基于DMT的通信網100的方框圖，中央局(CO)102服務于多個分布站，諸如處理與分布單元104，以便提供從中央局102到各個遠端單元的數據傳輸和從各個遠端單元到中央局102的數據傳輸。中央局102和處理與分布單元104通過高速復接傳輸線106(例如光纖線路)被互聯(lián)，在這種情形下，處理與分布單元104典型地被稱為光網絡單元(ONU)。線108和110表示中央局102也可以被連接到其它處理與分布單元(未示出)。
處理與分布單元104包括基于DMT的數字收發(fā)信機，例如調制解調器(未示出)，它服務于多個分離的用戶線112-1到112-n，每條用戶線典型地服務于單個最終用戶。具體地，第一116和第二120最終用戶分別具有遠端單元114、118，適用于以高比特速率與處理與分布單元104的雙工或全雙工通信。遠端單元114和118可以在各種設備中被提供，諸如用于電話、電視、監(jiān)視器、計算機等等。應當指出，幾個遠端單元可被連接到單個用戶線。
由處理與分布單元104提供服務的用戶線112在它們離開所述單元104時被綁扎在屏蔽的線扎122中。所述線扎112的屏蔽通常用作為良好的隔離體，以防止來自外部源的電磁干擾。然而，屏蔽對于防止線扎122內的線間的內部干擾是無效的。在這種緊密的綁扎的位置處，大多數串擾(諸如NEXT干擾)會通過這樣的電容耦合出現。當數據在某些用戶線112上被傳輸，而其它線正在接收數據時，串擾可能成為正確接收數據的重大障礙。
當前被使用來減小這個問題的一個技術是對來自處理與分布單元104的下游傳輸進行同步，以及把它及時地與相對較弱的上游發(fā)送信號分開。這樣，來自遠端單元的相對較弱的信號至少不受在處理與分布單元中正在發(fā)送的收發(fā)信機的干擾。然而，這個方案不是對兩個進行發(fā)送的收發(fā)信機之間的干擾的解決方案。另外，在那些提供不同的業(yè)務級別給顧客的系統(tǒng)中，下游和上游傳輸可能重疊。通常，為了減小干擾，對于用戶線路112需要有串擾抵消器。
現在參照圖2，這是串擾減小的近端串擾(NEXT)的概念圖，描述傳統(tǒng)的串擾抵消的概念。例如，遠端單元中的收發(fā)信機202在線路或信道N上沿上游方向把信號發(fā)送到位于處理與分布單元中的正在接收的收發(fā)信機N 204，所述信號在由位于處理與分布單元中的發(fā)送的收發(fā)信機1，...，N-1沿下游方向被發(fā)送時，被在幾條干擾線路1，...，N-1上的信號干擾。
感應的近端串擾(NEXT)將會通過在線扎中的各條線之間的耦合而發(fā)生。將會看到，有另一種被稱為遠端串擾(FEXT)的串擾模型，它不太成問題，所以在本例中不作描述。然而，本發(fā)明也很適合于對付這種類型的串擾。
串擾和串擾抵消可以被建模，正如下面參照圖2描述的那樣。在線1，...，N上傳輸的信號是以256個音調發(fā)送的DMT符號。在線1，...，N-1上的傳輸造成對于在線N上接收的信號的NEXT(近端串擾)干擾。雖然串擾干擾也在線1，...，N-1上被感應，但為了簡明起見，這里不考慮這樣的串擾。被表示為附加到205處的信號上的、線1，...，N-1上的各個相應信號的轉移函數H1，...，HN-1的NEXT干擾可以被一個NEXT抵消器(由軟件或硬件實施)抵消或至少加以減小，該抵消器使用轉移函數H1，...，HN-1的估值的轉移函數^H1，...，^HN-1。這些估值的干擾在加法器206中被相加，并且硬件加法器/減法器208從接收的信號中減去估值的串擾，由此消除或減緩NEXT干擾。
詳細地說，串擾抵消是如下地執(zhí)行的。在線1，...，N-1上沿下游方向的信號被表示為D1，i，，...，DN-1，i，以及在線N上沿上游方向的信號被表示為SN，i，數值i表示抵消所指的DMT音，以及在圖2上被省略。由于串擾，每個傳輸的信號的一部分耦合到第N’線，以及打擾對應的信號SN，i。來自擾動信號的串擾干擾被表示為I1_N，i，...，IN-1_N，i，其中符號_應當解譯為“干擾”或“打擾”。沿上游方向的受干擾信號被表示為TN，i，被確定為TN，i＝SN，i+I1_N，i+...+IN-1_N，i串擾干擾可通過各個擾動信號D1，i，...，DN-1，i的轉移函數H1，...，HN-1建模，以及可被計算為Ij_N，i＝αj_N，i*Dj，ij＝1，...，N-1其中αj_N，i是從第j’線到第N’線的耦合因子。
本發(fā)明然后對受干擾信號TN，i，起作用，以便減小對信號的干擾。耦合因子α1_N，i，...，αN-1_N，i被估值，以及由α’1_N，i，...，α’N-1_N，i，表示的估值被使用來產生估值的串擾I’j_N，i＝α’j_N，i*Dj，ij＝1，...，N-1這在圖2上由轉移函數^H1，...，^HN-1表示。估值的串擾I’N，i是各個估值的干擾的和值I’1_N，i+...+I’N-1_N，i206，然后把它從受干擾的信號IN，i中減去208，以便產生補償的信號S’N，i。這個補償的信號可被表示為SN，i+EN，i，EN，i是由于不完全的串擾抵消而導致的剩余的小誤差。
本發(fā)明并不關心耦合因子的估值，而是關心在給定估值的耦合因子后的補償信號S’N，i的計算。
在DMT(或OFDM)系統(tǒng)中，濾波(即估值的串擾的計算)可以在頻域中通過對于每個載波或音調和對于每個擾動的線或信號執(zhí)行復數乘法而被完成。估值的耦合因子在這里是一個復數，以及由于與其本身被認為是復數的擾動的信號相乘，因此必須執(zhí)行四次實數乘法。
在且有若干條互相干擾的線的系統(tǒng)中，必須執(zhí)行大量的濾波運算。例如，如果有N條互相干擾的線，需要對于每個載波進行N*(N-1)次濾波運算或復數乘法，這在計算上是很花費時間的。對于非常高速度的系統(tǒng)，這幾乎不可能通過使用當前的技術來實施。
本發(fā)明通過使串擾減小的效果稍差為代價，提供一種基本上需要較少的處理功率(達到50％)的近似計算方法以尋求克服這個問題。
第一實施例在與單條干擾線路有關的耦合因子之間共用主旋轉圖3相應地顯示按照本發(fā)明的第一實施例的、在一條線上的串擾減小的概念圖。
在一條線或信道N上的信號的補償(即串擾減小)優(yōu)選地可在302(即在發(fā)射機N處)在傳輸編碼304后、但在被快速富立葉逆變換(IFFT)306和模擬-數字變換308之前被引入，其中，信號仍舊是在頻域中。這樣的多音調制的原理的詳細描述可以在J.A.C.Bingham，“Multicarrier modulation for data transmissionanidea whose time has come(用于數據傳輸的多載波調制當代的一種構想)”，IEEE Communications Magazine，May 1990，pp.5-14，中找到，在這里作為參考。
本發(fā)明的概念是通過使用有限的數目的濾波器(即預定的固定的或自適應的濾波器)來減少復數乘法的次數。在圖3上，對于每個載波或音調，在310處對于所有的N-1個擾動的信號D1，D2，...，DN-1只執(zhí)行一次復數乘法。注意，在這里為了簡明起見，音調下標i被去掉。如果不是這樣表示，則假定討論只是指單個音調。
擾動的信號D1，D2，...，DN-1中的每個經受簡單的運算312-1，312-2，...，312-N-1，例如，簡化的45°步進旋轉(也稱為預旋轉)，以及按照與各個信號Dj和線j有關的各個耦合因子α’j_N(1≤j≤N-1)(在下面詳細描述)的適當的定標，這些擾動的信號在314處進行相加，然后，對線N上的信號SN的總串擾干擾是通過在310處把得到的和值與一個濾波函數(即一個復數)相乘而被計算的。把該串擾在302處從信號TN中減去。
下面將看到操作312(即預旋轉和定標)的詳細說明，以及如何選擇濾波函數。
與一個復數(例如耦合因子)相乘可被看作為旋轉加上定標。在本發(fā)明中，旋轉操作被分成預旋轉和主旋轉。預旋轉優(yōu)選地這樣被執(zhí)行，以使得主旋轉總是變?yōu)樾∮?5°。預旋轉可以以非常簡單的方式通過交換實部與虛部和/或交換實部和/或虛部的正負號而達到。
轉到圖4，圖上顯示作為本發(fā)明的串擾減小方案的組成部分的、通過以實軸、虛軸和45°軸鏡像反射而進行預旋轉的概念，在圖的左手部分可以看到交換信號402的實部的正負號，將使得信號以虛軸作鏡像反射，導致產生404；交換信號402的虛部的正負號，將使得矢量以實軸作鏡像反射，導致產生406。交換信號402的實部和虛部的正負號，導致產生408。在圖4的右手部分顯示交換實部和虛部，將導致復數矢量410以45°軸作鏡像反射，因此導致產生414。
通過執(zhí)行所描述的各種適當的預旋轉，可以確保只需要執(zhí)行在0與45°之間的主旋轉。
對于位于各個區(qū)域中的信號矢量的適當的預旋轉是通過采取如下面的表1中加標記的步驟而被執(zhí)行的。每個象限的前半部分是指每個象限的第一個45°區(qū)。
表1

定標因子在一級近似下可以是耦合因子矢量的長度。然而，為了使得由于由非理想的旋轉造成的角度失配引起的誤差最小化，定標因子必須被適當地調整。
在圖5上顯示了定標與非理想旋轉對誤差的影響。需要的旋轉矢量502(即干擾源矢量)通過旋轉矢量504來近似。因此，所述干擾源矢量被補償矢量506補償。由此引入的誤差被表示為508。為了使得最終得到的誤差矢量508最小化，定標因子由近似的補償旋轉與理想的旋轉的相差的角度的余弦來調整。
該調整可以在以下的討論中找到。考慮在頻率平面上來自一個干擾源aejω的串擾v。
v＝aejωH(ejω)＝aejωhejB＝ah(ω)ej(ω+B)其中H是串擾的富立葉變換，h(ω)是幅度以及θ是在給定的頻率ω下的旋轉角度。當想要減小串擾時，希望減去一個等于v的矢量。但如果在角度θ上有失配，正如可以是本發(fā)明中的情形，則剩余串擾或誤差e按照下式得出e-=aejωH(ejω)-aejωH^(ejω)=aejωhejθ-aejωh^ejθ^=]]>aejω(hejθ-hejθ^)]]>誤差矢量的幅度于是為|e-|=aejω(hejθ-h^ejθ^)×ae-jω(he-jθ-h^e-jθ^)=]]>a2(h2-hh^ej(θ-θ^)-hh^e-j(θ-θ^)+h^2)=]]>a2(h2+h^2-2hh^cos(θ-θ^))]]>搜索最小值可給出ddh^(|e-|2)=2a2h^-2a2hcos(θ-θ^)=0]]>h^=hcos(θ-θ^)]]>所以，為了使得誤差矢量最小化，定標系數被選擇為^h＝hcos(Δθ)，其中Δθ是角度差。誤差的絕對值然后變?yōu)閨e-|=a2(h2+(hcos(θ-θ^))2-2hhcos(θ-θ^)cos(θ-θ^))=]]>a2h2(1+cos2(θ-θ^)-2cos2(θ-θ^))=]]>a2h2(1-2cos2(θ-θ^))=ahsin(θ-θ^)]]>正如在圖5上幾何地顯示的。在該圖的底部顯示未定標的補償矢量510如何使誤差矢量512變得更大。
現在轉到圖3，按照以上的討論，每個干擾信號Dj，j＝1，...，N-1根據它的相關的耦合因子α’j_N(j＝1，...，N-1)被預旋轉和定標，給出信號D*j，j＝1，...，N-1。這樣，每個被預旋轉和定標的干擾信號D*j(j＝1，...，N-1)在主旋轉中仍舊與對應的剩余矢量相乘，所述剩余矢量具有單位長度以及處在0-45°的角度范圍內，以便得到各個估值的串擾I’j_N(j＝1，...，N-1)，見以上參照圖2的討論，本發(fā)明概念是減少不同的剩余矢量(或主矢量)的數目，在按照圖3的實施例中，只使用一個主矢量。由此，所有的被預旋轉和定標的干擾信號D*1，D*2，...，D*N-1被相加，以及得到的和值∑D*1(j＝1，...，N-1)與單個主旋轉矢量βN相乘。矢量βN可以按照幾種方式中的一種適當的方式被選擇。例如，它可被選擇為βN＝eiπ22.5/180或βN＝eiπ0.5*φ/180，其中φ是在要由βN來近似的剩余矢量中間找到的最大角度。βN可替換地能以其它方式來選擇，特別是如果在剩余矢量之間的角度被發(fā)現為非均勻地分布時。
在本發(fā)明的更一般化的形式中，提供了多個主矢量以及將其使用于主旋轉。它們優(yōu)選地(但不是必要地)均勻地分布在第一象限的前半個區(qū)，以及主矢量的數目優(yōu)選地由最大接受的計算誤差決定的；矢量數目越大，達到的誤差越小，但以計算增加為代價。這里，預旋轉和定標的干擾信號D*1，D*2，...，D*N-1，按照它們的剩余主旋轉被編為不同的組，即，與不同的主旋轉矢量有關的組，也就是，把每個預旋轉和定標的干擾信號放置在那個與可以使得誤差最小的主旋轉矢量有關的組中。最后，在各個組中的信號被相加，然后將其和值與該組有關的主旋轉矢量相乘。
圖6顯示按照本發(fā)明的這個方面的干擾矢量的分組的例子。與全都位于22.5°和45°之間的干擾源或剩余主旋轉矢量1，3，m 602有關的預旋轉和定標的干擾信號被相加，以及把該和值與第一主矢量ei33.75π/180(未示出)相乘，以及與全都位于0°和22.5°之間的干擾源或剩余主旋轉矢量2，4，m+1604有關的預旋轉和定標的干擾信號被相加，以及把該和值與第二主矢量ei11.25π/180(未示出)相乘。
對于不同數目的主旋轉矢量所得到的最大誤差被顯示于表2(假定主矢量在第一象限的前半個區(qū)中均勻分布)。
表2

上述的在不同的旋轉之間的等間隔分布的方法只是一種可能性；另一種方法例如是使用一種可使得測量的串擾矢量的均方誤差最小的不等間隔方案。
當線路的數目變得很大時，仍舊是要進行大量必須執(zhí)行的濾波。在實際應用中，我們將具有10和50個之間的互相干擾的信道。我們將具有0和φ之間主旋轉角度，其中φ是在各個剩余矢量中間的最大主旋轉。
假定我們能夠接受10％的計算誤差，旋轉時許可的角度失配將是arcsin(0.1)＝5.7°。為了覆蓋等于線N上的信號TN的所有的剩余矢量，我們必須執(zhí)行的旋轉的最大次數于是優(yōu)選地為nβ＝φ/(2*5.7°)＝45°/(2*5.7°)≤4，因為當與預旋轉組合時，φ小于或等于45°。
對于每條其它的線1，...，N-1也具有N-1條線或多或少會寄生地耦合到該線路上。結果，我們對于每個干擾的線以及對于線上的每個音頻實際上具有一組主矢量或耦合濾波器。合在一起，得到一個大組的耦合濾波器，或濾波器庫，這些濾波器被同步，以便減小傳輸系統(tǒng)中所有的串擾。
對于50條線路，復數乘法的數目從50×49＝2450減小到4×50＝200(仍舊假定可接受的10％的計算誤差)。但是我們引入了一個帶有實數的兩次乘法(或約一半的復數乘法)的復雜性的定標步驟?？偣驳?，我們具有50*49定標步驟，產生運行次數從40*50＝2450次復數乘法到4*50+50*49/2＝1425的減小，或42％減小(忽略簡單的、容易以硬件實施的預旋轉)。
第二實施例在與單條串擾感應線路有關的耦合因子之間共用主旋轉如上所述，復數乘法可以通過在預旋轉后面跟隨主旋轉和定標而被執(zhí)行。但是，這等價于在預旋轉之前執(zhí)行主旋轉。因此，作為共用單條分布線的主矢量的替代，可以通過考慮在線j上的單個干擾信號Dj來執(zhí)行按照本發(fā)明的第二實施例的共用。在線j上的這個信號Dj具有用于在線1，2，...，j-1，j+1，...，N上感應的串擾的N-1個不同的相關耦合因子α’j_1，α’j_2，...，α’j_j-1，α’j_j+1，...，α’j_N。
通過把所述的耦合因子(按照它們的相位)編組為不同的組(每個組與單個特定的主旋轉矢量有關)，以及針對每個組把干擾信號與相關的主旋轉矢量相乘，則復數乘法次數可被減小。每個主旋轉干擾信號現在按照在該組中的耦合因子的個數而被復制、預旋轉、定標和從各個干擾信號中被減去。
在某些環(huán)境下，例如當假定耦合因子α’j_1，α’j_2，...，α’j_j-1，α’j_j+1，...，α’j_N的相位比起耦合因子α’j_N，α’2_N，......，α’N-1_N的相位互相更近似時，這個方案可能是有利的。另外，如果本發(fā)明的近似方案要被應用于定標步驟，本發(fā)明的這個實施例優(yōu)選地可被使用，見下面的討論。
圖7和8顯示按照本發(fā)明的第二實施例的串擾減小的概念圖。
圖7上顯示通過串擾而互相干擾的三條線或信道1、2、3的簡單的例子。四種串擾減小操作即復數乘法(或主旋轉)、預旋轉、定標、和相加/相減分別被表示為*， ，和+。現在假定用于把串擾從信道1耦合到信道2和從信道1耦合到信道2的耦合因子的主旋轉角度可以用單個矢量來近似，則這些操作(圖7上陰影部分)是相同的以及計算量可被減小。
圖8上顯示另一個略微更一般化的例子。顯示了三個信道l、j、k，其每個具有一組復數，即主旋轉矢量，其中的四個復數被表示，以及耦合因子要被分布在它們中間。在本例中，耦合因子α’j_l’和α’j_k(即，用于分別耦合從信道j到信道l和k的串擾的耦合因子)被編組在一起，對于減小這兩個串擾只需要執(zhí)行一個復數乘法。主旋轉的干擾信號然后如圖所示地被預旋轉和定標。
第三實施例CORDIC旋轉按照本發(fā)明的第三實施例(圖上未示出)，前面描述的兩個實施例中的任一個實施例可以與用于主旋轉的、被稱為CORDIC(坐標旋轉數字計算機)的矢量旋轉法的使用相組合。
CORDIC是一種用于執(zhí)行矢量旋轉的迭代方法，例如，參閱J.E.Volder，“The CORDIC trigonometric computingtechnique(CORDIC三角學計算技術)”，IRE Trans.on Electron.Computers EC-8，pp.330-334，Sep.1959。在本方法中，使用可由兩次加法/減法執(zhí)行的多個簡單的旋轉。CORDIC旋轉角是+/-arctan(2-i)，其中i是正整數。一個旋轉可寫為REn+1＝REn-sj2-iIMnIMn+1＝IMn+sj2-iREn其中RE是旋轉的矢量的實部和IM是虛部，以及si是+1或-1，取決于進行旋轉的方向。
在硬件上，CORDIC旋轉很容易通過使用兩個加法器/減法器和兩個移位器來完成。如果我們具有固定的旋轉角，移位可通過硬連線而形成結構，因此，可以認為它不消耗任何額外的計算資源。
被旋轉的的矢量的幅度可通過使用這個算法而被改變。然而，在本事例中，這無關緊要，因為這種定標可以在按照前兩個實施例的建議解決方案中我們已具有的同一個定標步驟中進行。
如果再次許可10％的最大誤差，則主旋轉可以通過使用CORDIC(而不是完全的復數計算)來達到。在給出10％的誤差的不同的旋轉之間的間隔變成為2*arcsin(0.1)＝11.5。小于11.5的第一CORDIC旋轉角是7.1＝arctan(2-3)。為了覆蓋在0和45°之間的間隔，我們需要6次旋轉(0，1*7.1，2*7.1，...，6*7.1＝42.6°)。于是計算的誤差小于sin3.6°＝0.06或6％。對于這些旋轉所需要的資源是6次CORDIC旋轉，它們合在一起具有約半個復數乘法的復雜性。
對于50個信道，復數乘法的數目現在從精確計算時的50*49＝2450減小到0.5*50＝100。我們仍舊具有定標步驟，所以總共我們具有運算數目0.5*50+50*49/2＝1250，或49％的減小，但現在只有6％的誤差。
第四實施例共用定標因子按照本發(fā)明的第四實施例，前面描述的三個實施例中的任一個實施例可以與應用定標步驟的本發(fā)明的近似方案的使用相組合。
參照圖9的右手部分，圖上顯示在不同的干擾源中間共用定標算子與第二實施例的組合，定標運算902是在一組具有幾乎相等大小的預旋轉的干擾信號906-1、906-2、...進行相加904以后，通過使用單個定標因子被執(zhí)行。圖9的左手部分顯示圖8的概念圖的一部分。
有多少定標算子可以在干擾源之間被共用，完全要取決于干擾源實際上是怎樣的，所以，我們不能估計通過使用這個方法我們能夠得益多少。利用移位運算進行定標，后面再進行乘法是有益的，因為在不同的干擾源之間的耦合可以很大地變化，以及必須支持高的動態(tài)范圍。
也應當指出，如果應用按照本發(fā)明的第四實施例的定標近似方法，則更優(yōu)選地是使它與按照第二實施例的旋轉近似方法(在單個干擾信號的耦合因子之間共用主旋轉)相組合而不是與按照第一實施例的旋轉近似方法(對干擾單個信號的不同干擾信號的耦合因子之間共用主旋轉)相組合，因為在前一種情形下所需要的計算的減小是更大的。
這可以通過以下理由來理解?；仡櫟诙嵤├紫葓?zhí)行已減小了數目的復數乘法，此后，得到的主旋轉的干擾信號可被發(fā)送到各個被干擾的線上，以便進行預旋轉、定標和相加。由此，要按近似相等大小的因子進行定標的所有的主旋轉的干擾信號可以在實施定標以前被相加。
另一方面，如果按照第一實施例實施旋轉近似，則對單個信號產生干擾的干擾信號被預旋轉和定標，此后，形成要被主旋轉大約相同的量的那些信號的子集，以及每個子集的信號在進行主旋轉之前被相加。這里，在每個子集內只可能執(zhí)行共用的定標，給出對于同一個近似程度的增加的計算。
這樣描述的本發(fā)明當然可被應用到采用經過頻率轉換的信號的任何的通信應用。它可在進行發(fā)送的收發(fā)信機，進行接收的收發(fā)信機或其它地方中被實施。給出的關于可以如何進行濾波的例子和實施例只打算顯示通過使用近似濾波得到良好結果的潛力。
顯然，本發(fā)明可以以多種方式進行變化。這樣的變化并不認為離本發(fā)明的范圍。對于本領域技術人員是很明顯的，所有的這樣的修改將要被包括在附屬權利要求的范圍內。
權利要求
1.在利用經過頻率轉換的信號的傳輸系統(tǒng)中、特別是在具有多條線路和其中調制可通過使用快速富立葉逆變換(IFFT)實施的離散多音(DMT)調制的傳輸系統(tǒng)或OFDM(正交頻分復接)傳輸系統(tǒng)中，用于減小由在所述多條線的第二條線上的信號感應在所述多條線的第一條線上的信號上的串擾的方法，包括對對于串擾的復數耦合因子進行估值，該復數耦合因子當與第二條線上的信號相乘時可對感應的串擾進行估值；以及從在第一條線上的信號中減去估值的感應的串擾，其特征在于，通過作用在第二條線上的信號的近似方法把該復數耦合因子與第二條線上的信號相乘，所述近似方法包括按照耦合因子進行預旋轉、定標和與一個復數相乘，所述復數從預定的一組復數中選擇，以便有可能得到最好的近似。
2.如權利要求1中要求的方法，其特征在于，按照在所述近似中的最大可接受的誤差提供在該組復數中的復數總量。
3.如權利要求1或2中要求的方法，其特征在于，提供該組復數中的相等間隔的復數。
4.如權利要求1或2中要求的方法，其特征在于，提供在該組復數中的不相等間隔的復數。
5.如權利要求1-4的任一項中要求的方法，其特征在于，提供在該組復數中的相等幅度的所有的復數。
6.如權利要求1中要求的方法，其特征在于，通過使用迭代矢量旋轉方法來執(zhí)行與復數的復數乘法。
7.如權利要求6中要求的方法，其特征在于，通過使用CORDIC矢量旋轉方法來執(zhí)行與復數的復數乘法。
8.如權利要求1-7的任一項中要求的方法，其特征在于，通過把第二條線上的信號在實軸和或虛軸和或45°軸上進行鏡像反射來執(zhí)行預旋轉。
9.如權利要求1-8的任一項中要求的方法，其特征在于，通過把第二條線上的信號與一個實數相乘來執(zhí)行定標。
10.如權利要求9中要求的方法，其特征在于，移位運算是在相乘以前進行的。
11.如權利要求9中要求的方法，其特征在于，選擇該實數以便有可能得到最好的近似。
12.如權利要求9中要求的方法，其特征在于，選擇該實數為耦合因子的幅度乘以一個角度的余弦，該角度是所選擇的復數與一個產生精確估值的感應的串擾的復數相比較的角度差值。
13.如權利要求9中要求的方法，其特征在于，選擇該實數為耦合因子的幅度。
14.如權利要求9中要求的方法，其特征在于，從預定的一組實數中選擇該實數以便有可能得到最好的近似。
15.如權利要求1-14的任一項中要求的方法，其特征在于，對由在所述多條線中的第三條線上的信號感應在第一條線上的信號上的串擾的第二個不同的復數耦合因子進行估值的另一個步驟，當該復數耦合因子與第三條線上的信號相乘時可估值由第三條線上的信號感應的串擾，從在第一條線上的信號中減去估值的、由第三條線上的信號感應的串擾，通過作用在第三條線上的信號的近似方法把第二復數耦合因子與第三條線上的信號相乘，該近似方法包括預旋轉、定標和與所選擇的復數相乘。
16.如權利要求1-15的任一項中要求的方法，其特征在于，對由在第二條線上的信號感應在所述多條線中的第四條線上的信號上的串擾的第三個不同的復數耦合因子進行估值的另一個步驟，當該復數耦合因子與第二條線上的信號相乘時可估值在第四條線上的信號上感應的串擾，從第四條線上的信號中減去估值的、在第四條線上的信號上感應的串擾，通過作用在第二條線上的信號的近似方法把第三復數耦合因子與在第二條線上的信號相乘，該近似方法包括預旋轉、定標和與所選擇的復數相乘。
17.在利用經過頻率轉換的信號的傳輸系統(tǒng)中、特別是在其中調制可通過使用快速富立葉逆變換(IFFT)實施的離散多音(DMT)調制的傳輸系統(tǒng)或OFDM(正交頻分復接)傳輸系統(tǒng)中，用于減小由在各個線1，...，N-1上的信號D1，...，DN-1在第一條線N上的信號SN上感應的串擾的方法，包括以下步驟(i)使耦合因子α’1_N，...，α’N-1_N與各個線1，...，N-1相關聯(lián)，所述耦合因子α’j_N(1＜j＜N-1)是一個復數，以及當它與在相關的線j上的信號Dj(1＜j＜N-1)相乘時，估值由與它相關的線j上的信號Dj(1＜j＜N-1)在第一條線N上的信號SN上感應的串擾Ij_N，以及(ii)通過從第一條線N上的信號SN中減去估值的串擾I’N而減小第一條線N上的信號SN上的串擾IN，所述估值的串擾I’N是根據所述的耦合因子α’1_N，...α’N-1_N和各個線1，...，N-1上所述的信號D1，...，DN-1而被計算的，其特征在于以下步驟(iii)按照與各個線有關的耦合因子α’1_N…，α’N-1_N，預旋轉和定標在各個線1，...，N-1上的每個信號D1，...，DN-1，(iv)相加在(iii)中得到的所有預旋轉的和定標的信號D*1，...，D*N-1，以及(v)把在(iv)得到的和值∑D*與單個復數βN相乘，該乘積被用作為在步驟(ii)中的估值的串擾I’N。
18.如權利要求17中要求的方法，其特征在于，通過把每個信號D1，...，DN-1在實軸和/或虛軸和/或45°軸進行鏡像反射，從而按照與各個線有關的耦合因子α’1_N，…，α’N-1_N執(zhí)行在各個線1，...，N-1上的每個信號D1，...，DN-1的預旋轉。
19.如權利要求17或18中要求的方法，其特征在于，通過使用迭代矢量旋轉方法、特別是CORDIC矢量旋轉方法，來執(zhí)行對該和值∑D*與單個復數βN的乘法。
20.如權利要求17-19的任一項中要求的方法，其特征在于，通過把每個信號D1，...，DN-1與從預定的一組實數中選擇的各個實數相乘，從而按照與各個線有關的耦合因子α’N_1，...，α’N_N-1來執(zhí)行各個線1，...，N-1上的每個信號D1，...，DN-1的定標，以便有可能得到最好的近似。
21.在利用經過頻率轉換的信號的系統(tǒng)中、特別是在其中調制可通過使用快速富立葉逆變換(IFFT)實施的離散多音(DMT)調制的傳輸系統(tǒng)或OFDM(正交頻分復接)傳輸系統(tǒng)中，用于減小由第一條線N上的信號DN在各個線1，...，N-1上的信號S1’...，SN-1上感應的串擾的方法，包括以下步驟(i)使耦合因子α’N_1，...，α’N_N-1與第一條線N-1相關聯(lián)，每個所述耦合因子是一個復數，以及當該耦合因子與第一條線上的信號DN相乘時，可估值由第一條線N上的信號DN在各個線1，...，N-1上的每個信號S1，...，SN-1上感應的串擾IN_1，...，IN_N-1，以及(ii)通過從各個線1，...，N-1上的每個信號S1，...，SN-1中減去各個估值的串擾I’N_1，...，I’N_N-1從而減小在各個線1，...，N-1上的每個信號S1，...，SN-1的各個串擾IN_1，...，IN_N-1，所述各個估值的串擾I’N_1，...，I’N_N-1是根據各個耦合因子α’N_1，...，α’N_N-1和第一條線N上的信號DN而被計算的，其特征在于，另外的步驟為(iii)把第一條線N上的信號DN與單個復數βN相乘，以產生乘積D**N，(iv)復制乘積D**N，以便得到N-1個相等的乘積D**N_1，…，D**N_N-1，(v)按照各個耦合因子α’N_1，...，α’N_N-1預旋轉和定標各個乘積D**N_1，...，D**N_N-1，以及(vi)使用在(v)中得到的、各個預旋轉的和定標的乘積作為在步驟(ii)中的各個估值的串擾I’N_1，...，I’N_N-1。
22.如權利要求21中要求的方法，其特征在于，通過把各個乘積D**N_1，...，D**N_N-1在實軸和/或虛軸和/或45°軸進行鏡像反射，從而按照各個耦合因子α’1_N，...，α’N-1_N來執(zhí)行各個乘積D**N_1，...，D**N_N-1的預旋轉。
23.如權利要求21或22中要求的方法，其特征在于，通過使用迭代矢量旋轉方法、特別是CORDIC矢量旋轉方法，執(zhí)行第一條線上的信號DN與單個復數βN的乘法。
24.如權利要求21-23的任一項中要求的方法，其特征在于，按照各個耦合因子α’N_1，...，α’N_N-1來執(zhí)行各個乘積D**N_1，...，D**N_N-1的定標，并且把各個乘積D**N_1，...，D**N_N-1與從預定的一組實數中選擇的各個實數相乘，以便有可能得到最好的近似。
25.在利用經過頻率轉換的信號的系統(tǒng)中、特別是在其中調制可通過使用快速富立葉逆變換(IFFT)實施的離散多音(DMT)調制傳輸系統(tǒng)或OFDM(正交頻分復接)傳輸系統(tǒng)中，一種配備有用于執(zhí)行如權利要求1-24的任一項中要求的方法的裝置以便減小串擾的設備。
26.在利用經過頻率轉換的信號的系統(tǒng)中、特別是在其中調制可通過使用快速富立葉逆變換(IFFT)實施的離散多音(DMT)調制的傳輸系統(tǒng)或OFDM(正交頻分復接)傳輸系統(tǒng)中，一種包括如權利要求25中要求的設備的收發(fā)信機。
27.一種利用頻率轉換信號的系統(tǒng)、特別是在其中調制可通過使用快速富立葉逆變換(IFFT)實施的離散多音(DMT)調制傳輸系統(tǒng)或OFDM(正交頻分復接)傳輸系統(tǒng)，包括如權利要求25中要求的設備或如權利要求26中要求的收發(fā)信機。
全文摘要
在利用經過頻率轉換的信號的、具有多條線路的傳輸系統(tǒng)中,一種用于減小由在所述多條線的第二條線上的信號感應在所述多條線的第一條線上的信號上的串擾的方法,包括:對對于串擾的復數耦合因子進行估值(當該復數耦合因子與第二條線上的信號相乘時它可對感應的串擾進行估值),以及從在第一條線上的信號中減去估值的感應的串擾。本發(fā)明包括作用在第二條線上的信號的近似方法,用于把該復數耦合因子與在第二條線上的信號相乘,該近似方法包括按照耦合因子進行預旋轉、定標和與一個復數相乘,所述復數是從預定的一組復數中選擇的,以便有可能得到最好的近似。
文檔編號H04B3/06GK1353891SQ00808256
公開日2002年6月12日 申請日期2000年3月13日 優(yōu)先權日1999年3月29日
發(fā)明者M·赫杰姆, M·卡爾森魯德伯格 申請人:艾利森電話股份有限公司