用於減小串擾的方法和設備的製作方法
2023-11-06 22:15:47
專利名稱：用於減小串擾的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及在利用經過頻率轉換的信號的傳輸系統中、特別是在其中調製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)調製的傳輸系統或OFDM(正交頻分復接)傳輸系統中用於減小串擾的方法和設備。本發明還涉及傳輸系統本身、以及所述傳輸系統的收發信機。
相關技術描述數字數據雙工傳輸系統當前被開發用於高速通信。已被開發的、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(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，該系統規定離散多音(DMT)系統的使用，後者在下遊方向使用256載波或子信道，每個信道4.3125kHz寬。在本文中，下遊方向被規定為從中央局(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。該標準還規定相反方向(即，上遊方向)的信號的使用是以16到800kbit/s的速率，這大大地低於下遊方向的速率。
相應的VDSL標準打算在下遊方向上提供高達25.96Mbit/s、優選地高達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。類似於VDSL的另一個系統被稱為「到分發站(Curb)的光纖」(FTTC)。
幾種調製方案被建議使用於以上提到的標準，其中大多數使用上遊和下遊方向的頻分復接。被建議使用於VDSL和FTTC系統的其它調製系統包括諸如DMT的多載波傳輸方案和諸如正交幅度調製(QAM)的單載波傳輸系統，使用由靜寂時間間隔分開的非重疊周期同步上遊和下遊通信周期。
所有上述的系統的共同特性是，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，線扎提供對於外部電磁幹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，互相感應電磁幹擾。這種類型的電磁幹擾被稱為串擾。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。
傳統的串擾抵消器被使用來減小串擾。使用這樣的傳統的串擾抵消器的困難在於，它們非常複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(通過線性預濾波和後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(發明者J.F.Cioffi)提出了一種用於去除串擾的系統，通過自適應估值由其它幹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複雜性有關的問題。
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)的問題在於，串擾(特別是來自線扎中其它線的NEXT(近端串擾))，變成為對於正確地接收發送的數據信號的很大的阻礙。傳統的NEXT抵消器是複雜的，以及確實需要相當大的處理功率來用於進行減小。
另外，在正交頻分復接(OFDM)傳輸系統中，可能發生串擾，該系統因此也需要大量的處理功率來對付串擾。
發明概要因此，本發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中、特別是在離散多音(DMT)調製傳輸系統或OFDM(正交頻分復接)傳輸系統中用於減小串擾的方法，它與已知的方案相比較，使用較少的計算功率。
本發明的另一個目的是快速地提供估值的串擾。
本發明的再一個目的是，當至少部分地以特定的硬體實施時，能夠提供減小的串擾。
按照本發明的一個方面，這些目的具體是通過用於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。對一個用於串擾的複數耦合因子進行估值，該複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、定標以及與一個複數相乘，把複數耦合因子與第二條線上的信號相乘，由此，該複數從預定的一組複數中選擇，以便有可能得到最好的近似。最後，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。
在複數庫中提供的複數的數目可以根據在計算中的最大可接受的誤差來計算。
按照本發明的第二方面，提供了用於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相關聯的，所述耦合因子α』j_N(1、＜j、＜N-1)是一個複數，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，此後，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*與單個複數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。
按照本發明的第三方面，提供了用於減小由在第一條線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複數，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與單個複數βN相乘，產生乘積D**N，此後，乘積D**N被複製，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，最後，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°軸上鏡像反射而執行的。
複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)矢量旋轉方法來執行。
定標優選地通過乘以從預定的實數庫中選擇的實數而被執行，以便得到可能的最好近似。
而且，本發明包括適用於執行按照本發明的頭三個方面的方法的設備和發射機，以及包括上述種類的設備和發射機的傳輸系統。
本發明的一個優點在於，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，以便適應發送條件的改變。
本發明的另一個優點在於，通過使用可改進速度的專用硬體，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和下面給出的本發明的實施例的詳細說明，將更全面地了解本發明，這些實施例僅僅作為說明給出的，因此不限制本發明。
圖1顯示適合於實施本發明的示例性通信網絡的方框圖。
圖2顯示由幾條幹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明的定標和旋轉的效果。
圖6顯示按照本發明的擾動矢量的分組的原則。
圖7顯示按照本發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，諸如特定的硬體、應用、技術等，以便提供對本發明的透徹的了解。然而，本領域技術人員將會看到，本發明可以在不同於這些特定的細節的其它實施例中被實施。在其它事例中，熟知的方法、協議、設備和電路的詳細說明被省略，以免用不必要的細節遮蔽本發明的說明。
參照圖1，圖1是適用於實施本發明的、示例的基於DMT的通信網100的方框圖，中央局(CO)102服務於多個分布站，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，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包括基於DMT的數字收發信機，例如數據機(未示出)，它服務於多個分離的用戶線112-1到112-n，每條用戶線典型地服務於單個最終用戶。具體地，第一116和第二120最終用戶分別具有遠端單元114、118，適用於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，諸如用於電話、電視、監視器、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時被綁紮在屏蔽的線扎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幹擾。然而，屏蔽對於防止線扎122內的線間的內部幹擾是無效的。在這種緊密的綁紮的位置處，大多數串擾(諸如NEXT幹擾)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的下遊傳輸進行同步，以及把它及時地與相對較弱的上遊發送信號分開。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送的收發信機的幹擾。然而，這個方案不是對兩個進行發送的收發信機之間的幹擾的解決方案。另外，在那些提供不同的業務級別給顧客的系統中，下遊和上遊傳輸可能重疊。通常，為了減小幹擾，對於用戶線路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，描述傳統的串擾抵消的概念。例如，遠端單元中的收發信機202在線路或信道N上沿上遊方向把信號發送到位於處理與分布單元中的正在接收的收發信機N 204，所述信號在由位於處理與分布單元中的發送的收發信機1，...，N-1沿下遊方向被發送時，被在幾條幹擾線路1，...，N-1上的信號幹擾。
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，本發明也很適合於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個音調發送的DMT符號。在線1，...，N-1上的傳輸造成對於在線N上接收的信號的NEXT(近端串擾)幹擾。雖然串擾幹擾也在線1，...，N-1上被感應，但為了簡明起見，這裡不考慮這樣的串擾。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幹擾可以被一個NEXT抵消器(由軟體或硬體實施)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。這些估值的幹擾在加法器206中被相加，並且硬體加法器/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幹擾。
詳細地說，串擾抵消是如下地執行的。在線1，...，N-1上沿下遊方向的信號被表示為D1，i，，...，DN-1，i，以及在線N上沿上遊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。由於串擾，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幹擾被表示為I1_N，i，...，IN-1_N，i，其中符號_應當解譯為「幹擾」或「打擾」。沿上遊方向的受幹擾信號被表示為TN，i，被確定為TN，i＝SN，i+I1_N，i+...+IN-1_N，i串擾幹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。
本發明然後對受幹擾信號TN，i，起作用，以便減小對信號的幹擾。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是各個估值的幹擾的和值I』1_N，i+...+I』N-1_N，i206，然後把它從受幹擾的信號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是由於不完全的串擾抵消而導致的剩餘的小誤差。
本發明並不關心耦合因子的估值，而是關心在給定估值的耦合因子後的補償信號S』N，i的計算。
在DMT(或OFDM)系統中，濾波(即估值的串擾的計算)可以在頻域中通過對於每個載波或音調和對於每個擾動的線或信號執行複數乘法而被完成。估值的耦合因子在這裡是一個複數，以及由於與其本身被認為是複數的擾動的信號相乘，因此必須執行四次實數乘法。
在且有若干條互相干擾的線的系統中，必須執行大量的濾波運算。例如，如果有N條互相干擾的線，需要對於每個載波進行N*(N-1)次濾波運算或複數乘法，這在計算上是很花費時間的。對於非常高速度的系統，這幾乎不可能通過使用當前的技術來實施。
本發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幹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)優選地可在302(即在發射機N處)在傳輸編碼304後、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。這樣的多音調製的原理的詳細描述可以在J.A.C.Bingham，「Multicarrier modulation for data transmissionanidea whose time has come(用於數據傳輸的多載波調製當代的一種構想)」，IEEE Communications Magazine，May 1990，pp.5-14，中找到，在這裡作為參考。
本發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)來減少複數乘法的次數。在圖3上，對於每個載波或音調，在310處對於所有的N-1個擾動的信號D1，D2，...，DN-1隻執行一次複數乘法。注意，在這裡為了簡明起見，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，然後，對線N上的信號SN的總串擾幹擾是通過在310處把得到的和值與一個濾波函數(即一個複數)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。
與一個複數(例如耦合因子)相乘可被看作為旋轉加上定標。在本發明中，旋轉操作被分成預旋轉和主旋轉。預旋轉優選地這樣被執行，以使得主旋轉總是變為小於45°。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，將導致複數矢量410以45°軸作鏡像反射，因此導致產生414。
通過執行所描述的各種適當的預旋轉，可以確保只需要執行在0與45°之間的主旋轉。
對於位於各個區域中的信號矢量的適當的預旋轉是通過採取如下面的表1中加標記的步驟而被執行的。每個象限的前半部分是指每個象限的第一個45°區。
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，為了使得由於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(即幹擾源矢量)通過旋轉矢量504來近似。因此，所述幹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餘弦來調整。
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幹擾源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，希望減去一個等於v的矢量。但如果在角度θ上有失配，正如可以是本發明中的情形，則剩餘串擾或誤差e按照下式得出e-=aejH(ej)-aejH^(ej)=aejhej-aejh^ej^=]]>aej(hej-hej^)]]>誤差矢量的幅度於是為|e-|=aej(hej-h^ej^)ae-j(he-j-h^e-j^)=]]>a2(h2-hh^ej(-^)-hh^e-j(-^)+h^2)=]]>a2(h2+h^2-2hh^cos(-^))]]>搜索最小值可給出ddh^(|e-|2)=2a2h^-2a2hcos(-^)=0]]>h^=hcos(-^)]]>所以，為了使得誤差矢量最小化，定標係數被選擇為^h＝hcos(Δθ)，其中Δθ是角度差。誤差的絕對值然後變為|e-|=a2(h2+(hcos(-^))2-2hhcos(-^)cos(-^))=]]>a2h2(1+cos2(-^)-2cos2(-^))=]]>a2h2(1-2cos2(-^))=ahsin(-^)]]>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，每個幹擾信號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幹擾信號D*j(j＝1，...，N-1)在主旋轉中仍舊與對應的剩餘矢量相乘，所述剩餘矢量具有單位長度以及處在0-45°的角度範圍內，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，本發明概念是減少不同的剩餘矢量(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幹擾信號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來近似的剩餘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，特別是如果在剩餘矢量之間的角度被發現為非均勻地分布時。
在本發明的更一般化的形式中，提供了多個主矢量以及將其使用於主旋轉。它們優選地(但不是必要地)均勻地分布在第一象限的前半個區，以及主矢量的數目優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。這裡，預旋轉和定標的幹擾信號D*1，D*2，...，D*N-1，按照它們的剩餘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幹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。最後，在各個組中的信號被相加，然後將其和值與該組有關的主旋轉矢量相乘。
圖6顯示按照本發明的這個方面的幹擾矢量的分組的例子。與全都位於22.5°和45°之間的幹擾源或剩餘主旋轉矢量1，3，m 602有關的預旋轉和定標的幹擾信號被相加，以及把該和值與第一主矢量ei33.75π/180(未示出)相乘，以及與全都位於0°和22.5°之間的幹擾源或剩餘主旋轉矢量2，4，m+1604有關的預旋轉和定標的幹擾信號被相加，以及把該和值與第二主矢量ei11.25π/180(未示出)相乘。
對於不同數目的主旋轉矢量所得到的最大誤差被顯示於表2(假定主矢量在第一象限的前半個區中均勻分布)。
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是在各個剩餘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°。為了覆蓋等於線N上的信號TN的所有的剩餘矢量，我們必須執行的旋轉的最大次數於是優選地為nβ＝φ/(2*5.7°)＝45°/(2*5.7°)≤4，因為當與預旋轉組合時，φ小於或等於45°。
對於每條其它的線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，我們對於每個幹擾的線以及對於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，以便減小傳輸系統中所有的串擾。
對於50條線路，複數乘法的數目從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(或約一半的複數乘法)的複雜性的定標步驟。總共地，我們具有50*49定標步驟，產生運行次數從40*50＝2450次複數乘法到4*50+50*49/2＝1425的減小，或42％減小(忽略簡單的、容易以硬體實施的預旋轉)。
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，複數乘法可以通過在預旋轉後面跟隨主旋轉和定標而被執行。但是，這等價於在預旋轉之前執行主旋轉。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上的單個幹擾信號Dj來執行按照本發明的第二實施例的共用。在線j上的這個信號Dj具有用於在線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)，以及針對每個組把幹擾信號與相關的主旋轉矢量相乘，則複數乘法次數可被減小。每個主旋轉幹擾信號現在按照在該組中的耦合因子的個數而被複製、預旋轉、定標和從各個幹擾信號中被減去。
在某些環境下，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，如果本發明的近似方案要被應用於定標步驟，本發明的這個實施例優選地可被使用，見下面的討論。
圖7和8顯示按照本發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複數乘法(或主旋轉)、預旋轉、定標、和相加/相減分別被表示為*， ，和+。現在假定用於把串擾從信道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，其每個具有一組複數，即主旋轉矢量，其中的四個複數被表示，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，用於分別耦合從信道j到信道l和k的串擾的耦合因子)被編組在一起，對於減小這兩個串擾只需要執行一個複數乘法。主旋轉的幹擾信號然後如圖所示地被預旋轉和定標。
第三實施例CORDIC旋轉按照本發明的第三實施例(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於主旋轉的、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是一種用於執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，取決於進行旋轉的方向。
在硬體上，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(而不是完全的複數計算)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。小於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°)。於是計算的誤差小於sin3.6°＝0.06或6％。對於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複數乘法的複雜性。
對於50個信道，複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，圖上顯示在不同的幹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幹擾信號906-1、906-2、...進行相加904以後，通過使用單個定標因子被執行。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幹擾源之間被共用，完全要取決於幹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，後面再進行乘法是有益的，因為在不同的幹擾源之間的耦合可以很大地變化，以及必須支持高的動態範圍。
也應當指出，如果應用按照本發明的第四實施例的定標近似方法，則更優選地是使它與按照第二實施例的旋轉近似方法(在單個幹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(對幹擾單個信號的不同幹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。回顧第二實施例，首先執行已減小了數目的複數乘法，此後，得到的主旋轉的幹擾信號可被發送到各個被幹擾的線上，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幹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，則對單個信號產生幹擾的幹擾信號被預旋轉和定標，此後，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。這裡，在每個子集內只可能執行共用的定標，給出對於同一個近似程度的增加的計算。
這樣描述的本發明當然可被應用到採用經過頻率轉換的信號的任何的通信應用。它可在進行發送的收發信機，進行接收的收發信機或其它地方中被實施。給出的關於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，本發明可以以多種方式進行變化。這樣的變化並不認為離本發明的範圍。對於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範圍內。
權利要求
1.在利用經過頻率轉換的信號的傳輸系統中、特別是在具有多條線路和其中調製可通過使用快速富立葉逆變換(IFFT)實施的離散多音(DMT)調製的傳輸系統或OFDM(正交頻分復接)傳輸系統中，用於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，包括對對於串擾的複數耦合因子進行估值，該複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，其特徵在於，通過作用在第二條線上的信號的近似方法把該複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、定標和與一個複數相乘，所述複數從預定的一組複數中選擇，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，其特徵在於，按照在所述近似中的最大可接受的誤差提供在該組複數中的複數總量。
3.如權利要求1或2中要求的方法，其特徵在於，提供該組複數中的相等間隔的複數。
4.如權利要求1或2中要求的方法，其特徵在於，提供在該組複數中的不相等間隔的複數。
5.如權利要求1-4的任一項中要求的方法，其特徵在於，提供在該組複數中的相等幅度的所有的複數。
6.如權利要求1中要求的方法，其特徵在於，通過使用迭代矢量旋轉方法來執行與複數的複數乘法。
7.如權利要求6中要求的方法，其特徵在於，通過使用CORDIC矢量旋轉方法來執行與複數的複數乘法。
8.如權利要求1-7的任一項中要求的方法，其特徵在於，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行預旋轉。
9.如權利要求1-8的任一項中要求的方法，其特徵在於，通過把第二條線上的信號與一個實數相乘來執行定標。
10.如權利要求9中要求的方法，其特徵在於，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，其特徵在於，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，其特徵在於，選擇該實數為耦合因子的幅度乘以一個角度的餘弦，該角度是所選擇的複數與一個產生精確估值的感應的串擾的複數相比較的角度差值。
13.如權利要求9中要求的方法，其特徵在於，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，其特徵在於，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，其特徵在於，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複數耦合因子進行估值的另一個步驟，當該複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複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、定標和與所選擇的複數相乘。
16.如權利要求1-15的任一項中要求的方法，其特徵在於，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複數耦合因子進行估值的另一個步驟，當該複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複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、定標和與所選擇的複數相乘。
17.在利用經過頻率轉換的信號的傳輸系統中、特別是在其中調製可通過使用快速富立葉逆變換(IFFT)實施的離散多音(DMT)調製的傳輸系統或OFDM(正交頻分復接)傳輸系統中，用於減小由在各個線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，所述耦合因子α』j_N(1＜j＜N-1)是一個複數，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，其特徵在於以下步驟(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*與單個複數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，其特徵在於，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，其特徵在於，通過使用迭代矢量旋轉方法、特別是CORDIC矢量旋轉方法，來執行對該和值∑D*與單個複數βN的乘法。
20.如權利要求17-19的任一項中要求的方法，其特徵在於，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中、特別是在其中調製可通過使用快速富立葉逆變換(IFFT)實施的離散多音(DMT)調製的傳輸系統或OFDM(正交頻分復接)傳輸系統中，用於減小由第一條線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，每個所述耦合因子是一個複數，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，其特徵在於，另外的步驟為(iii)把第一條線N上的信號DN與單個複數βN相乘，以產生乘積D**N，(iv)複製乘積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，其特徵在於，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，其特徵在於，通過使用迭代矢量旋轉方法、特別是CORDIC矢量旋轉方法，執行第一條線上的信號DN與單個複數βN的乘法。
24.如權利要求21-23的任一項中要求的方法，其特徵在於，按照各個耦合因子α』N_1，...，α』N_N-1來執行各個乘積D**N_1，...，D**N_N-1的定標，並且把各個乘積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中、特別是在其中調製可通過使用快速富立葉逆變換(IFFT)實施的離散多音(DMT)調製傳輸系統或OFDM(正交頻分復接)傳輸系統中，一種配備有用於執行如權利要求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中、特別是在其中調製可通過使用快速富立葉逆變換(IFFT)實施的離散多音(DMT)調製的傳輸系統或OFDM(正交頻分復接)傳輸系統中，一種包括如權利要求25中要求的設備的收發信機。
27.一種利用頻率轉換信號的系統、特別是在其中調製可通過使用快速富立葉逆變換(IFFT)實施的離散多音(DMT)調製傳輸系統或OFDM(正交頻分復接)傳輸系統，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中,一種用於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:對對於串擾的複數耦合因子進行估值(當該複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。本發明包括作用在第二條線上的信號的近似方法,用於把該複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、定標和與一個複數相乘,所述複數是從預定的一組複數中選擇的,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 優先權日1999年3月29日
發明者M·赫傑姆, M·卡爾森魯德伯格 申請人:艾利森電話股份有限公司