VDSL2串音消除的關(guān)鍵技術(shù)

1、VDSL2串音消除的關(guān)鍵技術(shù)隨著帶寬的增加和環(huán)路距離的減小，串音(Crosstalk)已經(jīng)成為VDSL2系統(tǒng)中的主要干擾因素。介紹了目前ITU-T提出的幾種主流的針對(duì)串音問(wèn)題的解決方案，尤其重點(diǎn)描述了近來(lái)的研究熱點(diǎn)串音消除技術(shù)，并對(duì)其中的關(guān)鍵算法進(jìn)行了歸納和分析。一、VDSL2技術(shù)簡(jiǎn)介及其串音問(wèn)題繼第一代VDSL之后，ITU-T于2006年2月份通過(guò)了VDSL2的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為G.993.2；同時(shí)在2006年11月份的會(huì)議上完成了G.993.2Amendment1&Corrigendum1，標(biāo)準(zhǔn)已相對(duì)成熟。VDSL2通過(guò)擴(kuò)展頻譜至30MHz，能實(shí)現(xiàn)雙向?qū)ΨQ的100Mbit/s高速數(shù)據(jù)傳送，可為

2、高速上網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)游戲以及視頻等業(yè)務(wù)提供充足的帶寬；同時(shí)它還實(shí)行靈活的Profile配置方案，可針對(duì)不同業(yè)務(wù)對(duì)丟包、時(shí)延的要求提供相應(yīng)服務(wù)，從而更好地滿足將來(lái)用戶對(duì)高帶寬、新業(yè)務(wù)的需求，因此具有良好的應(yīng)用前景。但是和其他DSL技術(shù)相比，VDSL2由于使用很寬的頻段，受到的線路噪聲干擾也更為嚴(yán)重；而且高頻信號(hào)本身的衰減很大，對(duì)線路噪聲非常敏感，因此噪聲已經(jīng)成為制約VDSL2系統(tǒng)傳輸性能和穩(wěn)定性的主要因素。VDSL2線路噪聲主要包括串音干擾、脈沖噪聲、射頻噪聲等，文章主要論述串音干擾的影響及其相應(yīng)的解決方案。二、串音的特性和影響串音簡(jiǎn)單地說(shuō)就是由于DSL所使用的雙絞線各線對(duì)之間是非屏蔽的，線對(duì)間的電

3、磁干擾會(huì)導(dǎo)致一對(duì)雙絞線上的信號(hào)對(duì)另外一對(duì)雙絞線上的信號(hào)產(chǎn)生影響。通常認(rèn)為串音存在于同一電纜束中的各線對(duì)之間，且一條雙絞線會(huì)受到來(lái)自多條線對(duì)的干擾。串音按其特性通常分為“近端串音(NEXT)”和“遠(yuǎn)端串音(FEXT)”。NEXT是干擾線對(duì)的發(fā)射機(jī)與被干擾線對(duì)的接收機(jī)位于同一端，此時(shí)干擾信號(hào)沿著干擾線對(duì)出發(fā)，耦合到被干擾線對(duì)，然后傳回到被干擾線對(duì)的接收機(jī)；FEXT是干擾線對(duì)的發(fā)射機(jī)遠(yuǎn)離被干擾線對(duì)的接收機(jī)，此時(shí)干擾信號(hào)沿著干擾線對(duì)傳播，耦合到被干擾線對(duì)，然后產(chǎn)生的串音信號(hào)沿著被干擾線對(duì)傳送到其接收機(jī)。目前已有較為成熟的解析方式或數(shù)值方式來(lái)表征DSL串音，如北美標(biāo)準(zhǔn)ANSICommitteeTlSta

4、ndardT1.417l中給出了NEXT和FEXT的計(jì)算方法，如下所示：NEXT伽嘰(1)FEXTM二XS(f卜屮(2)其中XN/XF表示統(tǒng)計(jì)得到的NEXT/FEXT的近端/遠(yuǎn)端串音耦合系數(shù)，ANSICommitteeTlStandardT1.417中規(guī)定XN=8.536X10-15,XF=7.74X10-21；S（f）為干擾信號(hào)在串音耦合點(diǎn)處的信號(hào)功率譜密度（PSD）；H（f,l）是線路傳遞函數(shù)；l是線路長(zhǎng)度；n是干擾源的數(shù)目?？梢钥闯?，隨著頻率f的增大，NEXT與FEXT均增大（其中NEXT與頻率f3/2成正比），同時(shí)FEXT還與線路長(zhǎng)度l成反比。也就是說(shuō)，頻率越高，NEXT/FEXT越大

5、；線路越短，F(xiàn)EXT越大。由于VDSL2系統(tǒng)采用FDM方式，因此大部分NEXT與接收端的被干擾信號(hào)在頻段上是分開(kāi)的，其影響可通過(guò)濾波器消除或大大降低；但是FEXT與接收端的被干擾信號(hào)一般無(wú)法在頻段上分開(kāi)，不能用濾波器消除，同時(shí)VDSL2傳輸距離較短（一般不大于1.5km），導(dǎo)致線路上的FEXT較其他DSL技術(shù)更為嚴(yán)重，因此FEXT是VDSL2系統(tǒng)中主要的串音來(lái)源，會(huì)導(dǎo)致信噪比下降而降低線路傳輸速率或增大誤碼率，甚至產(chǎn)生重訓(xùn)練從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三、針對(duì)串音問(wèn)題的解決方案為了避免串音干擾導(dǎo)致的性能?chē)?yán)重下降，ITU-T提出了多種解決或降低串音影響的技術(shù)方案，主要包括虛擬噪聲（VirtualNoi

6、se）方案2和頻譜管理方案。1.虛擬噪聲方案由式（1）、（2）可知，串音干擾的大小是隨著串音干擾源的數(shù)目而變化的。實(shí)際應(yīng)用中如果訓(xùn)練時(shí)某些干擾源不存在，此時(shí)盡管可以得到較高的速率，但是當(dāng)這些干擾源用戶上線時(shí)，整個(gè)串音也有可能大大上升，甚至超過(guò)噪聲容限（Margin）的范圍從而產(chǎn)生大量誤碼，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致重訓(xùn)練。若預(yù)先設(shè)置很大的噪聲容限，雖然可以保證數(shù)據(jù)傳送的穩(wěn)定性，但事實(shí)上串音是一個(gè)與頻率有關(guān)的非平坦的函數(shù)，如果對(duì)所有子載波（Tone）都設(shè)置相同的平坦的噪聲容限，就會(huì)造成由于有些子載波的噪聲容限過(guò)大帶來(lái)的不必要的性能損失。采用虛擬噪聲方案可以避免這種情況。虛擬噪聲方案是對(duì)以往的串音干擾進(jìn)行統(tǒng)計(jì)

7、得到一個(gè)預(yù)設(shè)的虛擬噪聲模板，收發(fā)器根據(jù)此模板訓(xùn)練，得到滿足要求的噪聲容限、速率等參數(shù)；也就是根據(jù)預(yù)期的虛擬的串音干擾，為不同的子載波設(shè)置相應(yīng)大小的噪聲容限，只有那些預(yù)期會(huì)出現(xiàn)很大串音干擾的子載波才留有很大的噪聲容限。對(duì)于每個(gè)子載波，只要設(shè)置合適的虛擬噪聲（當(dāng)然，在每個(gè)子載波上，虛擬噪聲都是按照預(yù)期的有可能的最大串音情況來(lái)設(shè)計(jì)的）就可以保證數(shù)據(jù)傳送的穩(wěn)定性。但是虛擬噪聲方案存在的一個(gè)問(wèn)題是，虛擬噪聲在每個(gè)子載波上都是按照預(yù)期的可能的最大串音情況來(lái)設(shè)計(jì)的，當(dāng)串音不存在時(shí)，這種虛擬噪聲依然作為每個(gè)子載波的噪聲容限的設(shè)計(jì)依據(jù)，從而造成性能損失。因此，雖然效果優(yōu)于設(shè)置平坦的噪聲容限的方法，但從某種意義上

8、說(shuō)，虛擬噪聲方案仍是一種通過(guò)犧牲性能來(lái)減小串音干擾的影響，從而獲得低誤碼率和穩(wěn)定性的。2.頻譜管理方案頻譜管理方案的主要思想是根據(jù)以往的線路環(huán)境和串音干擾情況，在初始化階段或Showtime時(shí)間內(nèi)調(diào)整信號(hào)發(fā)送PSD,以消除、規(guī)避或減小串音干擾的影響，主要分為靜態(tài)頻譜管理方案和動(dòng)態(tài)頻譜管理(DSM)方案。1)靜態(tài)頻譜管理方案COcovi)sr.2TrI?owerPowerFrequencyPowerFrequencyCO：中心易KT：遠(yuǎn)端局FnetjuencyCO-b書(shū)sedd)弘2|x|圖1靜態(tài)頻譜管理示例靜態(tài)頻譜管理方案是通過(guò)在初始化階段來(lái)選擇合適的功率譜密度和相應(yīng)的參數(shù)配置，以避免線路上的

9、串音干擾。一旦訓(xùn)練過(guò)程中確定了發(fā)送信號(hào)的功率譜密度，則在整個(gè)Showtime時(shí)間內(nèi)都不允許更改，直至下次重訓(xùn)練。靜態(tài)頻譜管理方案可通過(guò)如下示例加以說(shuō)明1。圖1給出了一種常見(jiàn)的VDSL2部署方案，并針對(duì)中心局(CentralOffice)和遠(yuǎn)端局(RT)之間的發(fā)送信號(hào)頻譜，提出了三種不同的靜態(tài)頻譜管理方案。其中，方案a是將RT發(fā)送信號(hào)平坦地削減一定的幅度以降低串音的影響，即相當(dāng)于ADSL2+中的功率回調(diào)(PowerCutback)和最大功率譜密度(MaximumPSD)，會(huì)大幅度降低線路速率。方案b中，由于局端設(shè)備(CO)與其對(duì)應(yīng)的Modem之間距離較長(zhǎng)，而長(zhǎng)線上的高頻部分不可利用，因此將RT的

10、頻帶放在較高頻段，而CO占據(jù)低頻段，這樣由于相互之間頻譜不重疊，串音干擾可以通過(guò)濾波器消除。方案b可通過(guò)頻譜整形(PSDshaping)技術(shù)，設(shè)置開(kāi)始和終止頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是會(huì)降低頻譜利用率。方案c的情況相對(duì)復(fù)雜，可看作是方案a和方案b的合成，其原則是使得RT發(fā)送信號(hào)與CO發(fā)送信號(hào)的頻譜重疊部分在RT處基本相當(dāng)，這相當(dāng)于RT在CO距離Modem等同長(zhǎng)度的位置，發(fā)送與CO大小相當(dāng)?shù)男盘?hào)。方案c避免了RT由于距離Modem較近而可能帶來(lái)的過(guò)大的FEXT，因此可以保證RT對(duì)CO的串音的影響不至于超過(guò)CO的發(fā)送信號(hào)，這個(gè)方案實(shí)際上就是G.997.1中的下行功率調(diào)整（DPBO：DownstreamPowe

11、rBackoff）。文獻(xiàn)3給出了方案c的實(shí)現(xiàn)方法。（2）DSM方案由于靜態(tài)頻譜管理不能很好地適應(yīng)線路情況的變化，且人工設(shè)置效率太低，為了更好地解決上述問(wèn)題，ANSI提出了DSM4方案。DSM方案旨在采用動(dòng)態(tài)頻譜平衡的方法來(lái)提升線路速率、距離和穩(wěn)定性，或在滿足性能和穩(wěn)定性要求（速率、噪聲容限和誤碼率）的情況下以最小的功率發(fā)送信號(hào)，通過(guò)一系列的方法集中優(yōu)化管理各種參數(shù)配置和信號(hào)發(fā)送功率譜密度，甚至協(xié)調(diào)整個(gè)電纜束中信號(hào)的發(fā)送和接收，使得整個(gè)電纜束中的線路傳輸性能最優(yōu)化。圖2給出了DSM的參考模型，其中SMC是運(yùn)營(yíng)商的頻譜管理中心，它可能位于網(wǎng)管或DSLAM上,DSM-D是SMC向DSLModem收集

12、信息的接口，DSM-C則是SMC下發(fā)控制信息的接口，DSM-S是SMC與運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的接口。nNTDSLDSM-DjraidslSen/it，eProv（tkr一胡驚.：ICenter）g葉圖2DSM參考模型根據(jù)ANSI的建議，DSM共分為四個(gè)層次：LevelO：DSLModem沒(méi)有提供SMC所需要的信息，此時(shí)SMC根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建議和一些給定方案實(shí)施頻譜管理，也就是靜態(tài)頻譜管理。Levell：DSM能夠通過(guò)DSM-D收集線路速率、發(fā)送功率以及噪聲容限等信息并通過(guò)DSM-C協(xié)調(diào)線路速率，噪聲容限（最大、最小和目標(biāo)）、PSD的平坦增益調(diào)整以及發(fā)送總功率等參數(shù)，但這些都是簡(jiǎn)單的功率控制等頻譜管理方法。Le

13、vel2：除了Level1的參數(shù)外，SMC還能得到更為詳細(xì)的參數(shù)，包括雙端測(cè)試的數(shù)據(jù)等，此外還能更為準(zhǔn)確地控制端口的發(fā)送頻譜。由于Level2能夠獲得更多的信息，而且控制手段更加豐富，能夠更精確地控制頻譜，因此可以在整個(gè)電纜的層次上優(yōu)化各線對(duì)的功率譜密度及相關(guān)參數(shù)，使得性能最優(yōu)。Level2的應(yīng)用還在研究中，不涉及底層軟件和硬件的修改。Level3：Level3又稱為串音消除技術(shù)（CrosstalkCancellation），即通過(guò)一系列方法，使線路上不出現(xiàn)串音干擾。此時(shí)，SMC與DSL-LT在同一位置，SMC能夠得到并同時(shí)控制DSL-LT中部分或全部的上行和下行發(fā)送信息，同時(shí)協(xié)調(diào)LT中的部分

14、或全部端口的發(fā)送信號(hào)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合發(fā)送與聯(lián)合接收。前面提到的方法本質(zhì)上都是在線路上存在串音干擾時(shí)，避免或減小串音干擾的影響，但不能完全消除串音的影響，且均會(huì)帶來(lái)線路速率的下降，而DSMLevel3則主張通過(guò)主動(dòng)消除串音的技術(shù)，使線路上不出現(xiàn)串音干擾，從而使得整個(gè)線路的性能達(dá)到無(wú)串音時(shí)的性能。四、串音消除技術(shù)串音消除技術(shù)原理串音消除技術(shù)（DSMLevel3）是通過(guò)對(duì)處于同一個(gè)電纜束中的多個(gè)線對(duì)上的信號(hào)進(jìn)行集中管理以獲得相鄰線對(duì)上的發(fā)送信號(hào)以及線對(duì)間的串音傳遞函數(shù)；在此基礎(chǔ)上，每條線對(duì)上除發(fā)送自身信號(hào)外，還發(fā)送包含相鄰線對(duì)信息的信號(hào)，以在接收端抵消相鄰線對(duì)的串音干擾，從而解調(diào)出本線對(duì)上的信號(hào)。此時(shí)，每

15、條線對(duì)上發(fā)送的信號(hào)都是一個(gè)矢量信號(hào)，除了本身的信號(hào)分量以外，還包括與其他線對(duì)上的信號(hào)相關(guān)的信號(hào)分量，因此叫做VectoredDSL。如果收發(fā)兩端都采用Vector的方案，就構(gòu)成了所謂的多入多出（MIM0）系統(tǒng)。以遠(yuǎn)端串音為例，假定整個(gè)電纜束中有3條線對(duì)，定義Hij（i=l3,j=l3）為線對(duì)j對(duì)線對(duì)i的串音傳遞函數(shù)，Hii（i=l3）為線對(duì)i的線路傳遞函數(shù)，顯然這兩者都是頻率（或子載波）的函數(shù)，為了簡(jiǎn)單這里略去頻率自變量。Xi為線對(duì)的發(fā)送信號(hào)，這樣在線對(duì)i上將會(huì)收到的信號(hào)為：Y=HXX+HXX+N（3）其中第一項(xiàng)是本線對(duì)上的傳送信號(hào)，第二項(xiàng)為線對(duì)j對(duì)線對(duì)i的遠(yuǎn)端串音干擾，第三項(xiàng)為串音干擾之外的

16、各種噪聲，包括背景噪聲、脈沖噪聲和射頻噪聲（RFI）。將上式推廣到整個(gè)電纜束中，以矢量X=X1X2X3表示所有線對(duì)上的發(fā)送信號(hào)矢量，Y=Y1Y2Y3表示所有線對(duì)上的接收信號(hào)矢量，N=N1N2N3表示各線對(duì)上的噪聲，矩陣HnHi2Hl3H=H2H筮甩H31h33,表示各線對(duì)之間的傳遞函數(shù)以及對(duì)應(yīng)的串音傳遞函數(shù)，則各線對(duì)上接收到的信號(hào)為：或者Y=HXX,X1X2X3T,表示對(duì)矩陣X1X2X3轉(zhuǎn)置。如果在發(fā)送信號(hào)中加入適當(dāng)?shù)拇舴至浚沟迷诮邮斩舜舴至縿偤媚軌虻窒?，這樣接收端就只剩下信號(hào)：Hl(0000 xXX；X.r00%(6)此時(shí)的發(fā)送信號(hào)矢量為:HnH1：2HE5Hn00h21屜屜X0ffe

17、0屜H?3.00甩xX.X2XJT同樣地，還可以對(duì)各個(gè)同步接收用戶端發(fā)來(lái)的信號(hào)做聯(lián)合處理，消除CO近端串音的影響。以上是串音消除技術(shù)的原理,其實(shí)現(xiàn)主要分為三個(gè)步驟：信道估計(jì)、串音消除以及信道跟蹤與更新,其中信道跟蹤與更新是通過(guò)重復(fù)前兩個(gè)步驟，來(lái)適應(yīng)不斷變化的線路情況。信道估計(jì)算法信道估計(jì)是指在串音消除過(guò)程中，如何獲取線對(duì)間的串音傳遞函數(shù)矩陣，目前已有很多相關(guān)的研究報(bào)告和論文。信道估計(jì)算法可分為頻域信道估計(jì)和時(shí)域信道估計(jì)，目前大多數(shù)都是針對(duì)頻域信道估計(jì)的，這又主要集中在兩個(gè)方面，一是通過(guò)RLCG一次參數(shù)線路模型推導(dǎo)，另一種方法就是通過(guò)多用戶檢測(cè)算法來(lái)推算。1）頻域信道估計(jì)算法及其優(yōu)缺點(diǎn)以下行信道

18、估計(jì)為例，頻域信道估計(jì)算法中最簡(jiǎn)單的就是用戶端設(shè)備（CPE）向CO端周期性發(fā)送前導(dǎo)符（PilotSymbol）從而獲得CO與CPE之間的下行信道信息，但是該方法會(huì)導(dǎo)致占用大量帶寬。另外一種方法是在CPE端的頻域均衡器（FEQ）中的Slicer消息中提取“SliceErrors”來(lái)完成信道估計(jì)并將該信息有限制地發(fā)回CO端5。這兩種方法都要求CO端和CPE端之間能進(jìn)行很緊密的協(xié)調(diào)，而這種協(xié)調(diào)非常復(fù)雜，有時(shí)甚至要求CO端發(fā)射機(jī)和CPE端接收機(jī)根據(jù)協(xié)商好的協(xié)調(diào)方式來(lái)設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)6中提出一種稱之為“騷擾（Abuse）”的信道估計(jì)算法，其信道估計(jì)的工作主要是由CPE完成的，這是通過(guò)CO端發(fā)射機(jī)對(duì)CPE端接收

19、機(jī)的“Abuse”實(shí)現(xiàn)的。該算法定義了一個(gè)信道估計(jì)預(yù)編碼矩陣（EPM：Estimationprecodingmatrices），在信道估計(jì)期間，信息符號(hào)被預(yù)編碼估計(jì)矩陣調(diào)制，從而產(chǎn)生微小的失真。因此，CO端發(fā)送信號(hào)中除了包含自身信息外，還包含對(duì)其他線對(duì)上的信號(hào)乘上一個(gè)很小的因子之后的“Abuse”信息。在CPE端將該信號(hào)與接收到的其他線對(duì)的串音干擾進(jìn)行比較，即可獲得線對(duì)間的串音傳遞函數(shù)。從CPE角度來(lái)看，它只是對(duì)CO端發(fā)射機(jī)和對(duì)應(yīng)的CPE端接收機(jī)之間的傳遞函數(shù)進(jìn)行估計(jì)，而不需要與CO端之間進(jìn)行協(xié)調(diào)，因此其系統(tǒng)復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他算法，但是這種方法需要“Abuse”原來(lái)的發(fā)送信號(hào)，這個(gè)信號(hào)實(shí)際上是

20、一種干擾，因此有可能會(huì)導(dǎo)致原來(lái)的端口出現(xiàn)誤碼。此外，文獻(xiàn)7中還定義了一種遞歸算法來(lái)實(shí)現(xiàn)信道估計(jì)，該算法將CPE端得到的歸一化錯(cuò)誤通過(guò)回傳信道發(fā)送回CO端來(lái)學(xué)習(xí)和跟蹤串音傳遞函數(shù)矩陣。由于該方法不需要求解逆矩陣，因此對(duì)于降低運(yùn)算量非常有效。（2）時(shí)域算法及其優(yōu)缺點(diǎn)上述算法的共同特點(diǎn)就是都是在頻域來(lái)處理信號(hào)和消除噪聲的，考慮到OFDM的特性，在頻域處理的方法利用了OFDM各子載波之間的這種正交性。但是如果正交性被破壞，那么這種處理方案會(huì)因?yàn)榉钦欢a(chǎn)生誤差，這種誤差有時(shí)候還很大。不正交有兩種情況，一種是因?yàn)闀r(shí)延，CPE發(fā)送的信號(hào)和CO的信號(hào)之間不同步，還有一種是不同端口之間的不同步，包括時(shí)鐘不同步

21、以及幀不同步。為解決上述問(wèn)題，VDSL2定義了一些手段來(lái)保證同步，一種是時(shí)間優(yōu)先（TA：TimingAdvance），一種是同步模式（SynchronousMode）。前者通過(guò)在CPE的發(fā)送信號(hào)上引入一個(gè)與傳輸時(shí)延相同的提前量，使得發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)同步。后者是所有工作在同步模式的CO端收發(fā)器采用同一個(gè)時(shí)鐘源，并且使用同樣的循環(huán)前綴和循環(huán)后綴以及窗口的長(zhǎng)度，這樣CO發(fā)送的信號(hào)的子載波之間是正交的，再加上TA，CPE端也能達(dá)到同步狀態(tài)。不過(guò)幀同步依舊不能保證，因而仍然存在不正交的問(wèn)題。還有一種可能的方案是在時(shí)域識(shí)別串音干擾并進(jìn)行串音消除處理，同樣也可以分為預(yù)補(bǔ)償和聯(lián)合接收。由于避免了時(shí)域到頻域的

22、轉(zhuǎn)換需要的去循環(huán)前綴和后綴的處理，因此時(shí)域處理不需要各端口之間同步，直接對(duì)每一個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行處理，時(shí)域串音消除無(wú)論是理論還是實(shí)現(xiàn)方案目前還很少有論文涉及，因此是一個(gè)很新的領(lǐng)域。串音消除算法1）下行預(yù)編碼算法信道估計(jì)得到線對(duì)間串音傳遞函數(shù)矩陣后即可開(kāi)始串音消除，實(shí)現(xiàn)方法之一就是下行預(yù)編碼。在下行方向，由于CPE設(shè)備不屬于同一個(gè)用戶，因此相互之間不能互相共享信息，而且也為了降低CPE的成本，在下行方向，一般采用預(yù)編碼（也叫預(yù)補(bǔ)償）的方式，也就是說(shuō)在CO端先將每一個(gè)其他端口的信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)濾波器后加到原來(lái)發(fā)送的信號(hào)中，這個(gè)濾波器的設(shè)計(jì)使得加進(jìn)去的信號(hào)在接收端正好和串音信號(hào)相互抵消，達(dá)到消除下行串音干擾的

23、目的。如圖3所示是通過(guò)下行預(yù)編碼來(lái)實(shí)現(xiàn)串音消除的原理圖。圖3下行預(yù)編碼原理圖4所示是通過(guò)下行預(yù)編碼支持FEXTCancellation的系統(tǒng)參考模型8，其中FEXTCancellation預(yù)編碼放在星座映射圖和IFFT模塊之間。wwwxttlxnLine#1FEXTCancellationPrecodergN)IFFT#1Data.ChannelMatrix(x,V)IFFTfif2Mapper#2,JFFT卵+Mapper*Mapper#1圖4通過(guò)下行預(yù)編碼實(shí)現(xiàn)FEXTCancellation的參考模型對(duì)于用戶線的管理組，假設(shè)CO端已經(jīng)通過(guò)信道估計(jì)獲得了串音傳遞函數(shù)矩陣H,則FEXT預(yù)編碼矩

24、陣可應(yīng)用于補(bǔ)償組中各個(gè)線路上的主要干擾源。在參考模型中，NXN的矩陣模塊代表了組中要通過(guò)預(yù)編碼來(lái)補(bǔ)償?shù)闹饕蓴_源的數(shù)目。在知道每個(gè)干擾信道發(fā)送符號(hào)的情況下，預(yù)編碼可以預(yù)補(bǔ)償實(shí)際的發(fā)送符號(hào)，這樣遠(yuǎn)端接收機(jī)輸出中，串音就得到了消除（至少是極大地減少了）。在該架構(gòu)中，假定信道估計(jì)是在CO端完成和維持的，而信道估計(jì)算法和下行預(yù)編碼算法則可由設(shè)備廠家自己定義，通常定義為四個(gè)工作狀態(tài)：訓(xùn)練狀態(tài)；局部預(yù)編碼設(shè)計(jì)狀態(tài)；跟蹤狀態(tài)；增加和刪除用戶狀態(tài)。當(dāng)要建立一個(gè)串音消除組時(shí)，組內(nèi)的端口首先要進(jìn)行訓(xùn)練，獲得串音傳遞函數(shù)矩陣H,在得到H之后就可以進(jìn)行串音消除的預(yù)補(bǔ)償或者聯(lián)合接收了。完成信道估計(jì)后，CO端即可以確定并

25、啟用一個(gè)簡(jiǎn)化的FEXT預(yù)編碼器，以針對(duì)每個(gè)接收機(jī)中最強(qiáng)的干擾源進(jìn)行FEXT消除，我們將第二個(gè)狀態(tài)稱為“局部預(yù)編碼設(shè)計(jì)狀態(tài)”。由于信道會(huì)隨時(shí)間變化，因此訓(xùn)練階段得到的預(yù)編碼矢量需要跟蹤這種變化并進(jìn)行修正，這就是所謂的跟蹤狀態(tài)，由于信道是緩變的，因此跟蹤階段可以不用太頻繁以降低運(yùn)算量和回傳信號(hào)帶來(lái)的開(kāi)銷(xiāo)。當(dāng)有新用戶激活時(shí)，就會(huì)在新用戶和現(xiàn)存用戶之間引入新的串音耦合，因此串音傳遞函數(shù)矩陣需要進(jìn)行更新，這同樣適用于有用戶下線時(shí)的情況，串音消除算法應(yīng)能適應(yīng)這種用戶的加入或者退出，該狀態(tài)就是“增加和刪除用戶狀態(tài)”，其要求更新簡(jiǎn)化的預(yù)編碼器，并觸發(fā)相關(guān)聯(lián)的跟蹤過(guò)程。為了學(xué)習(xí)、跟蹤和管理串音傳遞函數(shù)矩陣，要求

26、CO和CPE之間進(jìn)行消息互通，這通常是由一個(gè)低速的回傳信道完成。該算法的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)就是將現(xiàn)存的普通SISO升級(jí)為FEXTCancellation系統(tǒng)時(shí)，可以只單獨(dú)升級(jí)CO端設(shè)備，而不需替換CPE設(shè)備，因此可大大節(jié)約現(xiàn)有資源，具有很好的可實(shí)現(xiàn)性。（2）上行聯(lián)合接收在上行方向，接收器之間能夠互相共享接受到的信息，因此可在得到串音傳遞函數(shù)矩陣的情況下，采用聯(lián)合接收的方法處理串音干擾。由于不涉及到定義標(biāo)準(zhǔn)接口和協(xié)議，因此上行串音消除一般都是采用私有技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖59給出了上行聯(lián)合接收的參考模型。在單信道OFDM解調(diào)后的信號(hào)經(jīng)過(guò)多信道聯(lián)合解調(diào)后得到消除串?dāng)_后的信號(hào)再輸出到解碼器。圖5上行聯(lián)合接收參考

27、模型串音消除技術(shù)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)鑒于目前串音消除技術(shù)是VDSL2中的一個(gè)研究熱點(diǎn)，文獻(xiàn)10提出了串音消除技術(shù)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，在綜合考慮了電纜束中的線對(duì)數(shù)、對(duì)原信號(hào)的干擾大小、要求的設(shè)備內(nèi)存和每秒操作數(shù)等參數(shù)后，提出了一些評(píng)價(jià)指標(biāo)，主要包括信道估計(jì)時(shí)間、信道估計(jì)誤差以及實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性等，可作為串音消除技術(shù)研究、開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的評(píng)價(jià)依據(jù)。五、結(jié)語(yǔ)串音是影響VDSL2系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性的主要因素之一，目前業(yè)界提出了多種針對(duì)串音問(wèn)題的解決方案，其思路分為兩種：第一種是通過(guò)對(duì)整個(gè)電纜束中線對(duì)上的信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合發(fā)送和接收來(lái)主動(dòng)消除串音，使得線路上不存在串音的影響，對(duì)應(yīng)的方案有DSMLevel3。這種方法能使整個(gè)電纜性能

28、得到最優(yōu)化，是未來(lái)的發(fā)展方向。但由于各線對(duì)之間的協(xié)調(diào)同步涉及到大量的矩陣運(yùn)算，算法復(fù)雜性比較高，且對(duì)CPE的底層軟件和硬件有很多新的要求，因此目前實(shí)現(xiàn)方面還不成熟。第二種是在線路上存在串音的情況下，通過(guò)對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行頻譜調(diào)整來(lái)規(guī)避或減小串音干擾，對(duì)應(yīng)的方案有DSMLevel1&Level2以及靜態(tài)頻譜管理方案。其中，對(duì)發(fā)送信號(hào)的頻譜調(diào)整基本分為兩種方式：對(duì)發(fā)送信號(hào)功率譜密度進(jìn)行平坦削減的“PowerCutback/MaximumPSD方法可減小串音，而對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行頻譜隔離的頻譜整形方法，由于能防止信號(hào)間的頻譜重疊，因此可實(shí)現(xiàn)串音的規(guī)避。此外，虛擬噪聲方案的提出是為了應(yīng)對(duì)靜態(tài)頻譜管理無(wú)法適應(yīng)線

29、路環(huán)境變化而造成系統(tǒng)穩(wěn)定性下降的情況。這幾種算法本質(zhì)上都是通過(guò)犧牲線路性能來(lái)規(guī)避或減小串音，無(wú)法達(dá)到線路上無(wú)串音時(shí)的性能，但均不涉及CPE底層軟件和硬件的修改，在現(xiàn)有設(shè)備上也已有部分甚至全部實(shí)現(xiàn)。綜上所述，目前多種針對(duì)串音問(wèn)題的解決方案，各有優(yōu)缺點(diǎn)。在實(shí)際研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用中，要考慮線路和噪聲環(huán)境、性能、系統(tǒng)復(fù)雜性等綜合因素的影響，選擇適合的算法，以滿足VDSL2設(shè)備各方面的性能要求。參考文獻(xiàn)1SpectrumManagementforLoopTransmissionSystems，CommitteeT1StandardT1.417-20032ITU-TRecommendationG.993-2.Veryhigh-