降低反饋開銷的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種包括接收器的裝置，該接收器耦合至交換點與用戶端設(shè)備(customer?premise?equipment；CPE)之間的數(shù)字用戶線(digital?subscriber?line；DSL)并用以接收反饋誤差消息以訓(xùn)練耦合至交換點的預(yù)編碼器，其中該反饋誤差消息包括多個誤差分量以及對每誤差分量的比特數(shù)量和/或每誤差分量的量化精度的指示。本發(fā)明包括一種方法，該方法包括確定導(dǎo)頻信號的多個誤差分量的誤差范圍，確定表示整個誤差范圍所需的比特數(shù)和/或使用固定反饋比特數(shù)表示的誤差范圍的量化精度(或者這兩者均基于誤差分量的誤差范圍)，發(fā)送包含誤差分量并指示比特數(shù)和/或量化精度的誤差反饋信號。
【專利說明】降低反饋開銷的方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字用戶線（digital subscriber line ;DSL)技術(shù)，更進一步的，涉及 一種用于降低DSL反饋開銷的方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字用戶線（digital subscriber line ;DSL)技術(shù)可為現(xiàn)有用戶線上的數(shù)字通信 提供大的帶寬。當(dāng)在用戶線上傳送數(shù)據(jù)時，可能對相鄰雙絞線電話線（例如在相同的或鄰 近的一捆線中）上所傳送的信號產(chǎn)生串?dāng)_干擾。串?dāng)_會限制某些DSL技術(shù)的性能，例如第 二代甚高速數(shù)字用戶線（VDSL2)?？墒褂么?dāng)_預(yù)編碼器消除或減少用戶線中的串?dāng)_，例如在 調(diào)制解調(diào)器端。使用預(yù)編碼器可修改信號并將信號從交換點從下行方向傳送至多個用戶端 設(shè)備（customer premise equipment ;CPE)。以確定的方式使信號預(yù)失真，從而使信號中的 預(yù)失真與線路中的串?dāng)_相抵消。這樣就可在另一端接收到實質(zhì)上未受串?dāng)_影響的未失真信 號。
[0003] 利用來自CPE的反饋信號對預(yù)編碼器進行訓(xùn)練或初始化，這些反饋信號指示CPE 處接收到的信號中的誤差。導(dǎo)頻符號序列從下行方向發(fā)送至CPE處的VDSL收發(fā)器遠端單 元（VTU-R)。VTU-R將誤差反饋信號返回至位于交換點的VDSL收發(fā)器局端單元（VTU-0)。 使用這些誤差反饋信號訓(xùn)練預(yù)編碼器從而調(diào)整預(yù)失真信號，直到收斂。通過反向信道將誤 差反饋信號從CPE發(fā)送給交換點，并且對于多個用戶線通常需要一定的數(shù)據(jù)傳輸率。如果 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準無法提供較高的數(shù)據(jù)傳輸率，則僅能以較低的速率向預(yù)編碼器提供反饋信息，例 如使用用戶線中導(dǎo)頻符號的部分子載波。當(dāng)使用部分子載波發(fā)送反饋信號時，將延長預(yù)編 碼器的初始化時間，導(dǎo)致預(yù)編碼器收斂速度緩慢，并降低性能。
[0004] 在某些系統(tǒng)中，為縮短預(yù)編碼器的初始化時間，可僅為預(yù)編碼器提供反饋信號的 樣本，例如利用誤差頻率范圍中較少的頻率。例如，CPE可從N個子載波中每第η個子載波 信號形成反饋信號，其中Ν為子載波的數(shù)量。其余子載波或是頻率上的信號可通過對所接 收端的采樣反饋信號進行插值的方式獲得。然而，使用誤差反饋信號的樣本獲得完整的誤 差反饋信號會降低精度及性能。在其它系統(tǒng)中，可能使用較少的量化比特表示所反饋的誤 差，當(dāng)將導(dǎo)致誤差收斂的速度減慢并降低性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在一個實施例中，本發(fā)明包括一種降低反饋開銷的裝置，該接收器耦合至交換點 與CPE之間的數(shù)字用戶線（DSL)，并發(fā)送反饋誤差消息以訓(xùn)練耦合至交換點的預(yù)編碼器，其 中反饋誤差消息包括多個誤差分量，并指示每個誤差分量的比特數(shù)量和/或每個誤差分量 的量化精度。
[0006] 在另一實施例中，本發(fā)明包括一種降低反饋開銷的方法，該方法包括：確定導(dǎo)頻信 號多個誤差分量的誤差范圍；確定可表示整個誤差范圍內(nèi)所有誤差的比特數(shù)或通過固定 的反饋信息比特數(shù)所表示的整個誤差范圍的量化精度，或基于誤差分量的誤差范圍獲得二 者；以及發(fā)送誤差反饋信號，該誤差反饋信號包括誤差分量，并且指示比特數(shù)量和/或量化 精度。
[0007] 在又一實施例中，本發(fā)明包括一種方法，發(fā)送誤差反饋消息給數(shù)字用戶線（DSL) 串?dāng)_預(yù)編碼器以訓(xùn)練串?dāng)_預(yù)編碼器，其中所述誤差反饋消息包括誤差向量以及所述誤差向 量的量化比例因子。
[0008] 結(jié)合附圖及權(quán)利要求書閱讀以下詳細說明，將更清楚地理解這些及其它特征。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 為更加全面地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將結(jié)合附圖及【具體實施方式】來參照以下簡要說 明，其中相同參考編號表不相同部件。
[0010] 圖1為DSL系統(tǒng)實施例的示意圖。
[0011] 圖2為預(yù)編碼器訓(xùn)練期間最大誤差反饋的實施例的圖示。
[0012] 圖3為預(yù)編碼器訓(xùn)練期間最大誤差反饋的另一實施例的圖示。
[0013] 圖4為不同誤差反饋比特數(shù)下預(yù)編碼器收斂的圖示。
[0014] 圖5為信噪比（SNR)提高的實施例的圖示。
[0015] 圖6為數(shù)據(jù)傳輸率提高的實施例的圖示。
[0016] 圖7為數(shù)據(jù)傳輸率提高的另一實施例的圖示。
[0017] 圖8為誤差反饋消息的實施例的示意圖。
[0018] 圖9為誤差反饋消息的另一實施例的示意圖。
[0019] 圖10為誤差反饋消息的另一實施例的示意圖。
[0020] 圖11為誤差反饋信號發(fā)送方法的實施例的流程圖。
[0021] 圖12為通用計算機系統(tǒng)的一個實施例的示意圖。

【具體實施方式】
[0022] 首先，應(yīng)理解，盡管下文中提出了一個或多個實施例，然而可利用其他的技術(shù)（無 論是目前已知技術(shù)還是現(xiàn)有技術(shù)）來實施所揭露的系統(tǒng)及/或方法。本發(fā)明不應(yīng)僅限于下 文中所述的例示性實施方式、圖式以及技術(shù)，包括本文所例示和說明的實例性設(shè)計及實施 方式，而是可在隨附權(quán)利要求書的范圍及其等效內(nèi)容的全部范圍內(nèi)作出修改。
[0023] 本文揭露一種用于在DSL系統(tǒng)中縮短串?dāng)_預(yù)編碼器初始化時間并提高性能的系 統(tǒng)和方法。每一線路將為預(yù)編碼器提供誤差反饋信號，其中使用確定數(shù)量的比特來表示誤 差反饋信號。在第一實施例中，可基于所期望的誤差反饋信號精度及線路的誤差范圍確定 比特數(shù)量。在另一實施例中，比特數(shù)量為固定的，誤差反饋信號的量化精度可基于線路的誤 差范圍而變化。作為另外一種選擇，比特數(shù)量和量化精度二者可隨誤差范圍而變化。在串 擾預(yù)編碼器的初始化或訓(xùn)練期間，反饋信號的誤差范圍可縮小，并且串?dāng)_預(yù)編碼器逐步收 斂。隨著預(yù)編碼器逐漸收斂，可用較少的比特在降低精度的情況下表示誤差反饋信號，或在 不增加比特數(shù)的情況下表示誤差反饋信號從而提供更高的量化精度?？蛇x擇的，可使用較 少的比特表示誤差反饋信號但提供較高的量化精度。這樣，可在不損失預(yù)編碼器的收斂速 度和降低系統(tǒng)性能的情況下使用較低的數(shù)據(jù)傳輸率訓(xùn)練串?dāng)_預(yù)編碼器。
[0024] 圖1給出了 DSL系統(tǒng)100的一個實施例。DSL系統(tǒng)100可以是VDSL或VDSL2系 統(tǒng)、ADSL或ADSL2系統(tǒng)、或任何其它的DSL系統(tǒng)。DSL系統(tǒng)100可包括交換點102以及多個 用戶端設(shè)備（CPE) 104,這些CPE104可通過用戶線106耦合至交換點102。在一捆線107中 包含了某些用戶線106。DSL系統(tǒng)100還可包括串?dāng)_預(yù)編碼器108,串?dāng)_預(yù)編碼器108可耦 合至交換點102與CPE104之間的用戶線106。另外，DSL系統(tǒng)100還可包括網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng) (匪5)110以及公共開關(guān)電話網(wǎng)絡(luò)郵了沁112，匪5110和？5了附12這二者耦合至交換點102。 在其它實施例中，DSL系統(tǒng)100可包括分離器、過濾器、管理實體、以及各種其它硬件、軟件、 及功能體。
[0025] 匪S110可以是處理與交換點102所交換的數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)管理基礎(chǔ)設(shè)施，并可耦合至 一個或多個寬帶網(wǎng)絡(luò)，例如因特網(wǎng)。PSTN112可以是產(chǎn)生、處理及接收聲音或其它音頻信號 的網(wǎng)絡(luò)。在實施例中，交換點102可以是位于局端的服務(wù)器，可包括耦合匪S110、PSTN112 以及用戶線106的交換機和/或分離器。例如，分離器可以是將從用戶線106接收到的數(shù) 據(jù)信號轉(zhuǎn)發(fā)至匪S110及PSTN112并將從匪S110及PSTN112接收到的數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)發(fā)至用戶 線106的2:1耦合器。此外，分離器可包括一個或多個濾波器，從而在匪S110、PSTN112與 用戶線106之間進行數(shù)據(jù)信號處理。另外，交換點102可包括至少一個DSL收發(fā)器（例如 VTU-0)，該收發(fā)器可在匪S110、PSTN112與用戶線106間交換信號。使用DSL收發(fā)器（例如 調(diào)制解調(diào)器）接收及發(fā)送信號。
[0026] 在實施例中，DSL收發(fā)器可包括產(chǎn)生前向糾錯（FEC)數(shù)據(jù)的FEC碼編碼器。DSL收 發(fā)器還可包括將導(dǎo)頻符號（或同步符號）的多個子載波上所承載的數(shù)據(jù)進行交織的交織器 (interleaver)。例如，DSL收發(fā)器可使用離散多音調(diào)（DMT)線路編碼技術(shù)為每一個符號中 的每一個子載波分配多個比特。DMT適應(yīng)用戶線上不同的信道環(huán)境。在實施例中，位于交換 點102的DSL收發(fā)器可用類似或不同的速率為每一用戶線106傳送數(shù)據(jù)。
[0027] 在實施例中，CPE104可位于用戶端設(shè)備處，其中CPE104可耦合至電話機114和/ 或計算機116。電話機114可以是產(chǎn)生、處理及接收聲音或其它音頻信號的硬件、軟件、固 件、或其組合。CPE104可包括可耦合用戶線106、電話機114以及計算機116的交換機和/ 或分離器。CPE104還可包括DSL收發(fā)器（例如VTU-R)用以通過用戶線106在CPE104與 交換點102之間交換數(shù)據(jù)。例如，分離器可以是將從用戶線106接收到的數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)發(fā)至 電話機114及DSL收發(fā)器并將從電話機114及DSL收發(fā)器接收到的數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)發(fā)至用戶線 106的2:1耦合器。分離器可包括一個或多個濾波器，從而對電話機114和DSL收發(fā)器所收 發(fā)的數(shù)據(jù)進行處理。
[0028] CPE104中的DSL收發(fā)器（例如調(diào)制解調(diào)器）可通過用戶線106傳送及接收信號。 例如，DSL收發(fā)器處理所接收到的信號從而獲得交換點102所發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將所接收到的 數(shù)據(jù)發(fā)送給電話機114和/或計算機116。CPE104可通過用戶線106直接耦合至交換點 102。例如，任一 CPE104可耦合至與交換點102相連的用戶線106。CPE104可通過與交換 點102相連的用戶線106對匪S110、PSTN112、和/或其它連接的網(wǎng)絡(luò)進行訪問。
[0029] 在實施例中，用戶線106可以是交換點102與CPE104之間和/或串?dāng)_預(yù)編碼器108 與CPE104之間的通信路徑，并且可包括一個或多個銅電纜雙絞線。在連接至交換點102的 用戶線106 (例如在同一捆線107中）的子載波或是信號間可能存在串?dāng)_干擾。串?dāng)_干擾 可能與信號的發(fā)送功率、頻率以及傳輸距離相關(guān)，限制網(wǎng)絡(luò)的通信性能。例如，當(dāng)發(fā)送信號 的功率譜密度（PSD)在一定的頻率范圍上增大時，相鄰用戶線106間的串?dāng)_可能增大從而 導(dǎo)致數(shù)據(jù)速率減小。在下行方向上從交換點102傳播至CPE104的信號可表示為：
[0030] y = Hx+z, (1)
[0031] 其中y為向量，表示CPE104處的信號；Η為矩陣，表示線路中的串?dāng)_信道；x為向 量，表不交換點102輸出的信號；ζ為向量，表不隨機誤差或噪聲。
[0032] 在實施例中，串?dāng)_預(yù)編碼器108可用以減小或限制線路中的串?dāng)_。串?dāng)_預(yù)編碼器 108在用戶線106中發(fā)送預(yù)失真信號，以抵消或減小線路中的串?dāng)_誤差。串?dāng)_預(yù)編碼器108 從交換點102 (例如從多個VTU-0)接收信號，向這些信號中增加失真，并通過用戶線106將 多個對應(yīng)的預(yù)失真信號發(fā)送至CPE104。因此可基于來自CPE104的多個誤差反饋信號配置 預(yù)失真信號。例如，位于CPE104的VTU-R測量從交換點102接收到的導(dǎo)頻符號的誤差，并 將對應(yīng)的誤差反饋信號發(fā)送給交換點102。位于交換點102的VTU-0接收誤差反饋信號，利 用這些信號識別線路中的串?dāng)_信道，并初始串?dāng)_預(yù)編碼器108的預(yù)編碼矩陣?？苫谧赃m 應(yīng)算法獲得預(yù)編碼矩陣，例如最小均方（LMS)算法，遞歸最小乘方（RLS)算法等。串?dāng)_預(yù)編 碼器108利用預(yù)編碼矩陣來為線路產(chǎn)生預(yù)失真信號。使用失真信號來抵消串?dāng)_可表示為：
[0033] y = HPx+z
[0034] = diag {Η} χ+ζ, (2)
[0035] 其中Ρ = tdiagm}，是預(yù)編碼矩陣，用以抵消或消除線路中的串?dāng)_信道。
[0036] 可在一時間段內(nèi)可能會重復(fù)的進行發(fā)送導(dǎo)頻符號（如至VTU-R)并接收對應(yīng)的誤 差反饋信號（在VTU-0處）的過程，以提高串?dāng)_抵消的能力。此時間段可被稱為串?dāng)_預(yù)編 碼器108的訓(xùn)練或初始化時間。例如，在初始化時間期間，發(fā)送一系列的導(dǎo)頻符號，并且順 序的接收一系列的誤差反饋信號（例如對于每一用戶線106)，直至串?dāng)_預(yù)編碼器108輸出 的預(yù)失真信號收斂成一個樣板或值。
[0037] 配置一個具有預(yù)定帶寬的反饋信道，將誤差反饋信號從CPE104傳輸至交換點102 或串?dāng)_預(yù)編碼器108。誤差反饋信號可對應(yīng)于多個導(dǎo)頻符號，每個導(dǎo)頻符號可分別包括多個 子載波。每一子載波可表示為信號中的幾個比特。所用的比特數(shù)量可決定誤差范圍（如位 于CPE104的VTU-R所測量的）的量化精度。根據(jù)量化精度，可使用固定數(shù)目的反饋比特表 示整個誤差范圍。另外，比特數(shù)量可決定可被測量的誤差的范圍。通常，可需要較大的帶寬 或數(shù)據(jù)速率，以提供精確的誤差反饋并最小化或限制串?dāng)_預(yù)編碼108的初始化時間。
[0038] 例如，當(dāng)每個導(dǎo)頻符號包含3000個子載波且每個子載波的實部使用16比特表示 時，誤差反饋信包含48000比特。其中，每個子載波的比特總數(shù)目包括8比特的實部和8比 特的虛部。因此，如果在訓(xùn)練期間每64. 25毫秒（ms)提供一次此種誤差反饋信號，則反饋 信道需要至少747千比特每秒（kbps)，這將超過某些DSL系統(tǒng)的帶寬限制。例如，在VDSL2 中，反饋信道或特殊操作信道（S0C)可支持約64kbps，而無法支持每個導(dǎo)頻符號48, 000比 特的數(shù)據(jù)傳輸。通常，在此種情形中，可使用較少比特表示誤差反饋信號以降低反饋信道的 數(shù)據(jù)傳輸率，但也延長了訓(xùn)練時間并降低了性能。在實施例中，為縮短訓(xùn)練時間并提高性 能，在不損失精度或增加開銷的情況下，調(diào)整誤差反饋信號中比特數(shù)量和/或量化精度，細 節(jié)如下。
[0039] 圖2給出了一種在預(yù)編碼器訓(xùn)練期間最大誤差反饋200的實施例，最大誤差反饋 200可在交換點或串?dāng)_預(yù)編碼器處獲得。最大誤差反饋200可由曲線210表示。曲線210 包括了預(yù)編碼器訓(xùn)練期間導(dǎo)頻符號i的多個接收到的最大誤差反饋值e max(i)。接收到的誤 差反饋信號以復(fù)數(shù)的形式表示為：
[0040]

【權(quán)利要求】
1. 一種降低反饋開銷的裝置，其包括： 應(yīng)用于交換點中的數(shù)字用戶線收發(fā)器，用于通過數(shù)字用戶線在所述用戶端設(shè)備CPE和 交換點之間交換數(shù)據(jù)，并用以接收誤差反饋消息以訓(xùn)練預(yù)編碼器，所述預(yù)編碼器耦合至所 述交換點與所述CPE之間的數(shù)字用戶線； 其中所述誤差反饋消息包括多個誤差分量，以及每個誤差分量的比特數(shù)量的指示和/ 或每個誤差分量的量化精度的指示，所述多個誤差分量對應(yīng)于接收到的導(dǎo)頻符號中的多個 子載波。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，每個誤差分量包含子載波的誤差分量的實 部和虛部。
3. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)頻符號為交換點中包含的甚高速數(shù) 字用戶線收發(fā)器局端單元VTU-0向CPE發(fā)送的導(dǎo)頻符號。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述預(yù)編碼器為串?dāng)_預(yù)編碼器，并且其中所 述誤差分量描述DSL中的串?dāng)_誤差。
5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述的串?dāng)_預(yù)編碼器是基于誤差反饋消息 和最小均方算法進行訓(xùn)練。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，基于所述誤差反饋消息并利用最小均方算 法訓(xùn)練所述串?dāng)_預(yù)編碼器。
7. -種降低反饋開銷的方法，其包括： 接收誤差反饋消息，所述誤差反饋消息包括多個誤差分量，以及每個誤差分量的比特 數(shù)量的指示和/或每個誤差分量的量化精度的指示，所述多個誤差分量對應(yīng)于接收到的導(dǎo) 頻符號中的多個子載波； 使用所述誤差反饋消息訓(xùn)練串?dāng)_預(yù)編碼器。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，以復(fù)數(shù)形式表示所述誤差反饋消息： E (k, i) = ex (k, i) +j. ey (k, i), 其中E(k，i)為導(dǎo)頻符號i的子載波k的誤差反饋消息，ex(k，i)為所述誤差反饋消息 的實部，并且ey(k，i)為所述誤差反饋消息的虛部。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述誤差反饋消息中的最大誤差確定 所述比特數(shù)量和/或所述量化精度，所述誤差反饋消息中的最大誤差對應(yīng)于所述導(dǎo)頻符號 中的最大誤差。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述誤差反饋消息中的最大誤差通過以下 方程式從實部ex(k，i)以及虛部e y(k，i)中獲得：
其中emax⑴為所述導(dǎo)頻符號i的最大誤差，max {}指示用于從集合中選擇最大樣本的 函數(shù)。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述量化精度為固定的，比特數(shù)量通過以 下方程式確定：
其中隊(i)為所述導(dǎo)頻符號i的比特數(shù)量，d為量化精度。
12. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述比特數(shù)量為固定的，所述量化精度通 過以下方程式確定：
其中隊(i)為所述導(dǎo)頻符號i的比特數(shù)量，d為所述量化精度。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述量化精度通過縮放所述誤差反饋消 息的每個誤差分量的誤差向量來調(diào)節(jié)，其中使用比例因子縮放所述誤差向量：
其中SQ(i)為所述比例因子，&為所述誤差反饋消息的實部縮放后的誤差向量，^為所 述誤差反饋消息的虛部縮放后的誤差向量。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，誤差反饋消息使用如下量化格式表示： Ex (k, i) = max {-2^1. min {SQ (i). ex (k, i). 2^1 - 1}}, Ey (k，i) = max {-2' min {SQ (i) · ey (k，i) · 2' 2h - 1}}， 其中Ex(k，i)為所述誤差反饋消息的實部，Ey(k，i)為所述誤差反饋消息的虛部，N為 所述比特數(shù)量； 其中SQ(i)為比例因子。
15. -種降低反饋開銷的方法，其包括： 應(yīng)用于交換點的數(shù)字用戶線收發(fā)器機接收誤差反饋消息以訓(xùn)練串?dāng)_預(yù)編碼器， 其中所述誤差反饋消息包括誤差向量以及所述誤差向量的量化比例因子，所述誤差向 量的誤差分量對應(yīng)于接收到的導(dǎo)頻符號中的多個子載波。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，量化比例因子用于在量化誤差向量之前 將誤差向量的誤差分量進行縮放。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述量化比例因子等于2、4、8、16、32、64、 128 或 256。
18. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述誤差反饋消息為基于國際電信聯(lián)盟 電信標(biāo)準部 ITU-T 標(biāo)準 G. vector 的 R-ERROR_FEEDBACK 消息，其中所述 R-ERROR_FEEDBACK 消息包括誤差向量、量化比例因子、消息描述符、以及頻帶標(biāo)識符。
【文檔編號】H04B3/32GK104143998SQ201410394835
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2009年1月30日
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