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] 隨著對于更高數(shù)據(jù)速率的需求增長，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）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個信道傳輸?shù)姆柕淖鳛轭l率/載波/音調(diào)索引k的函 數(shù)的離散頻率表示以及從N個信道接收的符號的作為頻率/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)個分量Ill,描 述了通信系統(tǒng)如何響應(yīng)于正在向第j個信道輸入進(jìn)行傳輸?shù)男盘柖诘趇個信道輸出上產(chǎn) 生信號；信道矩陣的對角線元素描述了直接信道耦合，以及信道矩陣的非對角線元素（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)或動態(tài)頻譜管理技術(shù)向多用戶信號協(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)合信號預(yù)編碼：傳輸數(shù)據(jù)符號在相應(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)合信號后處理：接收數(shù)據(jù)符號在被檢測之前 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聯(lián)在接收器處導(dǎo)致很 少的或者沒有信道間干擾。
[0008] 對其信號聯(lián)合地被處理的矢量化組（也就是說，通信線路的集合）的選擇對于實 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 集合。但是，歸因于國家法規(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] 信號矢量化通常在分發(fā)點單元（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)符號都是可用的。例如，信號 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（街道機柜、桿機柜等）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。信號預(yù)編碼特 別適合用于（朝向客戶駐地的）下游通信，而信號后處理特別適合用于（來自客戶駐地的） 上游通信。
[0011] 線性信號預(yù)編碼有利地借助于矩陣乘積而被實施：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) 被對角化，意味著總信道H(k)P(k)的非對角線系數(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)補償信號連同直接信 號一起疊加在受害者線路上，這些反相位的串?dāng)_預(yù)補償信號在接收器處與來自相應(yīng)擾亂者 線路的實際串?dāng)_信號相消地進(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)主動地省略了載 波索引k，D是包括直接信道系數(shù)Illl的對角矩陣，I是單位矩陣，并且G是包括歸一化的串 擾系數(shù)Ii1 ,A11的非對角串?dāng)_信道矩陣。
[0014] 當(dāng)預(yù)編碼矩陣P實施對歸一化的串?dāng)_耦合信道的求逆時，S卩：P= (I+G) 1 (3)，理 想的迫零（ZF)線性預(yù)編碼被實現(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。我們還注意到噪聲針對相同的線路而均勻地被增強，因為它們?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功率，而產(chǎn)生負(fù)的信噪比（SNR)。串?dāng)_預(yù)補償信號 在受害者線路上的疊加可能因此引起對傳輸功率譜密度（PSD)掩模（其將用于個體用戶的 所允許的信號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)的信號削波而引起嚴(yán)重的信號失真。
[0016] -種現(xiàn)有技術(shù)解決方案是按比例縮小直接信號增益，使得傳輸信號（包括直接 信號和預(yù)補償信號兩者）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 可能隨著時間改變，例如當(dāng)線路加入或離開矢量化組時。直接信號增益上的改變必須被 傳達(dá)給接收器以避免FEQ問題。這個第一解決方案已經(jīng)被描述在2013年3月的標(biāo)題為 "G.fast:PrecoderGainScaling"、參考編號為ITU-TSG15Q4a2013-03-Q4-053 的來自 Alcatel-Lucent的對國際電信聯(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)運算在星座界 限（constellationboundary)內(nèi)以過量的功率回退（powerback)使傳輸星座點移位。在 接收器處，相同的模運算將會使信號移位回到它的所意圖的位置。
[0018] 采用模算術(shù)來約束傳輸信號的值的思想首先由Tomlinson和Harashima 獨立地并且?guī)缀跏峭瑫r地通過對單用戶均衡的應(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，模運算直接地影響傳輸信號并且因此直接地影響向系統(tǒng)上引起的實際串 擾，最終進(jìn)入到"雞與蛋"的問題：針對第一用戶的模運算變更了針對第二用戶的預(yù)補償； 針對第二用戶的經(jīng)變更的預(yù)補償變更了針對第二用戶的模運算；針對第二用戶的經(jīng)變更的 模運算變更了針對第一用戶的預(yù)補償；并且針對第一用戶的經(jīng)變更的預(yù)補償變更了針對第 一用戶的模運算；等等。
[0020] 為了克服這個問題，非線性預(yù)編碼器是使用QR矩陣分解來構(gòu)造的。利用對多 個函數(shù)的逐步描述的對該技術(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] -個對角化的預(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是具有單位對角線的NXN下三角矩陣，并且S 是NXN的歸一化對角矩陣，它的元素是的對角線元素。
[0024] 對角矩陣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， 因為模