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技術 NLP対応回線とNLP非対応回線との混合を用いた非線形プリコーディング

出願人 アルカテル-ルーセント
発明者 マエス,ヨッヘン
出願日 2015年12月8日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2017-531228
公開日 2017年12月28日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2017-539170
状態 特許登録済
技術分野 有線伝送方式及び無線の等化,エコーの低減
主要キーワード 三角構造 リモートトランシーバ クロストーク結合 クロストーク係数 アクセスセグメント 無線周波数干渉 モジュロ演算子 分配点
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図面 (7)

課題・解決手段

本発明は、非線形プリコーダ(21)を通して、複数の加入者回線(L1からL4)の各々の上で送信されるべき信号(U)を合同処理するための方法に関する。非線形プリコーダは、第1の三角プリコーディング行列(L;M;N)に従って動作するように構成され、モジュロユニット(Γ;γ)を含む第1の非線形プリコーディング段(301;301’)と、第2のプリコーディング行列(Q;P)に従って動作するように構成された後続の第2の線形プリコーディング段(302;302’)とを備え、本発明の一実施形態によれば、本方法は、複数の加入者回線を加入者回線の第1のグループ(GA)と加入者回線の第2のグループ(GB)とに編成するステップであって、加入者回線の第1のグループが、少なくとも、非線形プリコーディング動作をサポートしない複数の加入者回線のうちのすべての加入者回線(L2;L4)を備え、加入者回線の第2のグループが複数の加入者回線のうちの残りの加入者回線(L1;L3)を備える、編成するステップと、モジュロユニットの入力においてそれぞれの中間送信パワーレベルを制限し、さらにモジュロユニットの動作をバイパスするかまたはそれを無効にするために、加入者回線の第1のグループの各々の上で送信されるべき第1の信号(UA)をスケーリングするステップと、第1のプリコーディング段と第2のプリコーディング段とを通して、そのようにスケーリングされた第1の信号(UA’)と加入者回線の第2のグループの各々の上で送信されるべき第2の信号(UB)とを処理するステップとを備える。本発明はまた、非線形プリコーダ(21)に関する。

概要

背景

クロストーク(またはチャネル間干渉)は、デジタル加入者線(DSL)通信ステムなど、多入力多出力MIMO)ワイヤード通信システムにとってのチャネル障害の主な原因である。

より高いデータレート需要が増加するにつれて、DSLシステムは、より高い周波数帯域に向かって発展しており、隣接する伝送回線(すなわち、ケーブルバインダ中のツイスト銅線ペアなど、それらの長さの一部または全体にわたって極めて近傍にある伝送回線)間のクロストークはより顕著である(周波数が高いほど、結合が大きくなる)。

クロストークを緩和し、有効スループット到達範囲および回線定性を最大にするために、様々なストラテジーが開発されてきた。これらの技法は、静的または動的スペクトル管理技法からマルチユーザ信号協調(以下、ベクトル化)に徐々に発展している。

チャネル間干渉を低減するための1つの技法は、合同信号プリコーディングであり、すなわち、送信データシンボルは、それぞれの通信チャネル上で送信される前にプリコーダ一緒に通される。プリコーダは、プリコーダと通信チャネルとの連結により、受信機におけるチャネル間干渉がほとんどまたはまったくなくなるようなものである。

チャネル間干渉を低減するためのさらなる技法は、合同信号後処理であり、すなわち、受信データシンボルは、検出される前に、ポストコーダを一緒に通される。ポストコーダは、通信チャネルとポストコーダとの連結により、受信機におけるチャネル間干渉がほとんどまたはまったくなくなるようなものである。ポストコーダは、クロストーク消去フィルタと呼ばれることもある。

ベクトル化は、ベクトル化された回線上で同時に送信されるか、またはベクトル化された回線から同時に受信されるデータシンボル束ねられ、すべて一緒にプリコーダまたはポストコーダを通されることを主に意味するので、信号ベクトル化は、一般にトラフィックアグリゲーションポイントにおいて実行される。たとえば、信号ベクトル化は、中央局(CO:Central office)において、または加入者宅内により近いファーバーがフィードされるリモートユニット(路上キャビネット電柱キャビネット、建造物キャビネットなど)として、配備されるデジタル加入者線アクセスマルチプレクサ(DSLAM:Digital Subscriber Line Access Multiplexer)内で有利に実行される。そのようなリモートユニットは、リモートDSLAM、光ネットワークユニット(ONU:Optical Network Unit)、または分配点ユニットDPU:Distribution Point Unit)と呼ばれることもある。信号プリコーディングは、(顧客宅内に向かう)ダウンストリーム通信に特に適しているが、信号後処理は、(顧客宅内からの)アップストリーム通信に特に適している。

ベクトル化グループ、すなわち、それの信号が合同処理される通信回線のセットの選定は、良好なクロストーク緩和性能を達成するためにかなり重要である。ベクトル化グループ内で、各通信回線は、クロストークをグループの他の通信回線に誘起する妨害側回線(disturber line)と見なされ、同じ通信回線は、グループの他の通信回線からクロストークを受ける被妨害側回線(victim line)と見なされる。ベクトル化グループに属しない回線からのクロストークは外来雑音として扱われ、消去されない。

理想的には、ベクトル化グループは、物理的におよび著しく互いに干渉する通信回線のセット全体に一致すべきである。しかし、国家規制ポリシーnational regulation policy)のためのローカルループアンバンドリングおよび/または限られたベクトル化能力が、そのような網羅的な手法を妨げることがあり、その場合、ベクトル化グループはすべての干渉する回線のサブセットのみを含むことになり、それによって、ベクトル化利得に制限が生じる。

より形式的に、ベクトル化されたシステムは、以下の線形モデルによって記述され得る:
Y(k)=H(k)X(k)+Z(k) (1)、
ここにおいて、N成分複素ベクトルX、Yは、それぞれ、N個のベクトル化されたチャネル上で送信され、それらのチャネルからそれぞれ受信されるシンボルの周波数/キャリアトーンインデックスkに応じての離散周波数表現を示し、ここにおいて、N×N複素行列Hはチャネル行列と呼ばれ、チャネル行列Hの(i,j)番目の成分hijは、通信システムが、信号がj番目のチャネル入力に送信されたことに応答してi番目チャネル出力上でどのように信号を生成するかを記述し、チャネル行列の対角要素は、直接チャネル結合を記述し、(クロストーク係数とも呼ばれる)チャネル行列の非対角要素チャネル間結合を記述し、ここにおいて、N成分複素ベクトルZは、無線周波数干渉RFI:Radio Frequency interference)または熱雑音などのN個のチャネル上の加法雑音を示す。

線形信号プリコーディングおよび後処理は、行列積によって有利に実装される。

ダウンストリームでは、線形プリコーダは、送信ベクトルU(k)とプリコーディング行列P(k)との周波数領域における行列積、すなわち、式(1)中のX(k)=P(k)U(k)を実行し、プリコーディング行列P(k)は、全体チャネル行列H(k)P(k)が対角化されるようなものであり、これは、全体チャネルH(k)P(k)の非対角係数、したがって、チャネル間干渉は大部分が0まで減少することを意味する。

実際に、および1次近似として、プリコーダは、受信機においてそれぞれの妨害側回線からの実際のクロストーク信号と弱め合うように干渉する逆位相クロストーク前置補償信号(anti−phase crosstalk pre−compensation signal)を直接信号とともに、被妨害側回線上に重畳する。

アップストリームでは、線形ポストコーダは、(チャネル等化およびパワー正規化の後に)送信ベクトルU(k)を復元するために、受信ベクトルY(k)とクロストーク消去行列Q(k)との周波数領域における行列積を実行し、クロストーク消去行列Q(k)は、全体チャネル行列Q(k)H(k)が対角化されるようなものであり、これは、全体チャネルQ(k)H(k)の非対角係数、したがって、チャネル間干渉は大部分が0まで減少することを意味する。

信号ベクトル化の性能は、プリコーディングまたは消去行列の成分値に決定的に依存し、その成分値は、実際のおよび変動するチャネル結合に従って計算および更新されるべきである。

様々なチャネル結合は、それぞれのチャネル上で送信されるパイロット(またはプロービング)信号に基づいて、ベクトル化コントローラによって推定される。パイロット信号は、一般に、専用シンボル上でおよび/または専用トーン上で送信される。

たとえば「Self−FEXT Cancellation (Vectoring) For Use with VDSL2 Transceivers」、参照番号G.993.5と題する、2010年4月において国際電気通信連合ITU:International Telecommunication Union)によって採用された勧告(以下、VDSL2)では、トランシーバユニットは、いわゆるSYNCシンボル上でパイロット信号を送る。SYNCシンボルは、あらゆるスーパーフレームの後に周期的に発生し、すべてのベクトル化された回線上で同期的に送信される(スーパーフレームアライメント)。同様の技法が、G.9701 ITU勧告(以下、G.fast)において採用されている。

所与の妨害側回線上で、SYNCシンボルのキャリアのサブセット(以下、パイロットトーン)はすべて、所与のパイロットシーケンスからの同じパイロットデジットによって4QA変調され、2つの複素コンスタレーションポイントのうちの1つ、すなわち、「+1」に対応する「1+j」または「−1」に対応する「−1−j」のいずれかを送信するか(VDSL2)、あるいは3つの複素コンスタレーションポイントのうちの1つ、すなわち、「+1」に対応する「1+j」または「−1」に対応する「−1−j」または「0」に対応する「0+0j」のいずれかを送信する(G.fast)。

所与の被妨害側回線上で、等化の前の受信された周波数サンプル実数部分虚数部分の両方(G.fast)、または受信され適切に等化された周波数サンプルと、この周波数サンプルがデマッピングされるコンスタレーションポイントとの間の差分ベクトルである正規化されたスライサ誤差の実数部分と虚数部分の両方(VDSL2およびG.fast)は、パイロットトーンごとに測定され、さらなるクロストーク推定のために特定のSYNCシンボルについてベクトル化コントローラに報告される。

所与の被妨害側回線上で集められる連続する誤差サンプルは、次に、所与の妨害側回線から所与の被妨害側回線へのチャネル結合の推定値を取得するために、所与の妨害側回線上で使用されるパイロットシーケンスと相関させられる。他の妨害側回線からのクロストーク寄与を除去するために、それぞれの妨害側回線上で使用されるパイロットシーケンスは相互に直交である(たとえば、ウォルシュアダマール(Walsh−Hadamard)シーケンス)。

クロストーク推定値は、一般にゼロフォーシング(ZF)線形プリコーダのためのチャネル行列の1次のまたはより高次の行列反転によって、プリコーディングまたは消去行列の係数を初期化するために最終的に使用される。プリコーディングまたは消去行列が初期化され、有効になると、残留クロストーク(residual crosstalk)を追跡し、ますます正確な推定値を取得するために、プロセスは必要に応じて繰り返される。それらの推定値は、次いで、一般に加法的または乗法的行列更新によって、プリコーディングまたは消去行列の係数を更新するために使用される。

新しい銅線アクセス技術出現、ならびに100MHzまでのおよび100MHzを越えたさらに広いスペクトルの使用とともに、クロストーク結合は実質的に増加する。クロストーク信号のパワーは、直接信号のパワーでさえ上回り得る。したがって、被妨害側回線上のクロストーク前置補償信号の重畳は、周波数に応じて個々のユーザのための信号パワー許容量を定義する送信パワースペクトル密度PSD:Power Spectral Density)マスク違反を引き起こし得、同様に、深刻な信号ひずみを引き起こすデジタルアナログ変換器(DAC)内の信号クリッピングを生じ得る。

従来技術のソリューションは、直接信号と前置補償信号の両方を含む送信信号許容限界内にとどまるように、直接信号の利得、およびしたがって対応する前置補償信号の利得をスケールダウンすることである。PSD低減は回線および周波数依存であり、時間とともに、たとえば、回線がベクトル化グループに加わるかまたはそれから離れるとき、変化し得る。直接信号利得の変化は、適切なチャネル等化のためにそれぞれの受信機に通信されなければならない。この第1のソリューションは、「G.fast:Precoder Gain Scaling」と題する、Alcatel−Lucentからの国際電気通信連合(ITU)への標準投稿、参照番号ITU−T SG15 Q4a 2013−03−Q4−053、2013年3月に記述されている。

別の従来技術のソリューションは、過大なパワーをもつ送信コンスタレーションポイントをシフトしてコンスタレーション境界内に戻すためにモジュロ算術演算を適用する非線形プリコーディングNLP:Non−Linear Precoding)の使用である。受信機において、同じモジュロ演算は、信号をシフトしてそれの元の位置に戻すことになる。

送信信号の値の境界を画定するためにモジュロ算術を採用するアイデアは、最初にTomlinsonおよびHarashimaによって、独立しておよびシングルユーザ等化への適用とほぼ同時に導入された(M.Tomlinson、「New Automatic Equalizer Employing Modulo Arithmetic」、Electronics Letters、7(5−6)、138−139頁、1971年3月、ならびにH.HarashimaおよびH.Miyakawa、「Matched−Transmission Technique for Channels with Inter Symbol Interference」、IEEE Trans. on Communications、20(4)、774−780頁、1972年8月)。GinisおよびCioffiは、クロストーク消去のためにマルチユーザシステムにこの概念を適用した(G.GinisおよびJ.M.Cioffi、「A Multi−User Precoding Scheme Achieving Crosstalk Cancellation with Application to DSL Systems」、Proc.34th Asilomar Conference on Signals,Systems and Computers、2000年)。

しかし、モジュロ演算は送信信号、およびしたがってシステム上に誘起される実際のクロストークに直接影響を及ぼし、「鶏と」問題に帰する、すなわち、第1のユーザのためのモジュロ演算は、第2のユーザのための前置補償を変更し、第2のユーザのための変更された前置補償は、第2のユーザのためのモジュロ演算を変更し、第2のユーザのための変更されたモジュロ演算は、第1のユーザのための前置補償を変更し、第1のユーザのための変更された前置補償は第1のユーザのためのモジュロ演算を変更し、以下同様である。

この問題を克服するために、非線形プリコーダは、いわゆるQR行列分解を使用して構成される。本技法の良好な概観は、機能の段階的説明を用いて、Ikanos(S.Singh、M.Sorbara、「G.fast:Comparison of Linear and Non−Linear Pre−coding for G. fast on 100mBTCable」、ITU−T SG15 Q4a contribution 2013−01−Q4−031、2013年1月)によって与えられる。

より形式的に、チャネル行列Hは、最初に次のように書かれる。
H=DG (2)、
ここにおいて、キャリアインデックスkは随意に省略されており、Dは、直接チャネル係数haを備える対角行列であり、Gは、単位対角線をもつ正規化されたチャネル行列である。

理想的なZF線形プリコーディングは、プリコーディング行列Pが、正規化されたチャネル行列の逆を実装するときに達成され、すなわち:
P=G−1 (3)、
したがって、H・P=Dであり、後者は、受信機におけるシングルタップ周波数等化(FEQ:Frequency EQualization)によって補償されるようになる。

線形ZFプリコーディングの場合、受信機入力における雑音は、直接チャネル周波数応答によって1/hi,i倍に強調される。また、同等の回線がすべてほぼ等しい経路損失hi,iを有することが予想されるので、雑音はそれらの回線について一様に強調されることに留意されたい。

非線形プリコーディングの場合、正規化されたチャネル行列の共役転置は、最初に、2つの行列に因子分解され、すなわち:
G*=QR (4)、
ここにおいて、*は共役転置を示し、RはN×N上三角行列であり、QはN×Nユニタリー行列(すなわち、Q*Q=I)である。

次いで、1つの対角化するプリコーディング行列が、以下によって与えられる:
P=QR*−1 (5)、
HP=DGQR*−1=DR*Q*QR*−1=Dを生じる。

以下のように書くものとする:
L=R*−1S (6)、
ここにおいて、Lは、単位対角線をもつN×N下三角行列であり、Sは、R*の対角要素である要素をもつN×N正規化対角行列である。

対角行列Sは、符号化順序に依存する、回線ごとのプリコーディング利得を示す。Sスケーリングは、それが直接信号のパワーと達成可能なビットレートとに悪影響を及ぼすことになるので、処分されるべきであり、それにより、P=QLおよびHP=DGQL=DR*Q*QR*−1S=DSを生じる。したがって、さらなる等化ステップS−1が、初期送信サンプルを復元するために受信機において必要とされる。利得スケーリング行列Sは、ベクトル化コントローラによって決定され、適切な信号等化のために受信機に送られる。

理想的なZF非線形プリコーディングは、したがって、第1のフィードフォワードフィルタLを用いて達成されるか、または第1のフィードバックフィルタM=I−L−1=I−S−1R*と後続の第2のフィードフォワードフィルタQとを用いて等価的に達成される。フィードバック構造は、フィルタの入力へのモジュロ演算の後の出力サンプルの供給を可能にするが、フィードバックループにおける行列Mの三角構造は、上述の「鶏と卵」問題に対するソリューションであり、すなわち、ユーザiのためのモジュロ出力は、後で符号化されるユーザj(j>i)のための入力として働くが、前に符号化されたユーザk(k<i)の出力に影響を及ぼさない。

したがって、第1のステップでは、送信ベクトルUの各要素iは、前のi−1出力のみに応じたフィードバックフィルタMのi番目の出力に行ごとに加算されるが、次の行に進む前に、要素iのための出力はモジュロ演算を通して適応させられ、それにより、送信パワーを許容限界内に保ち、第2のステップでは、得られたベクトルは行列Qで乗算され、それは、それのユニタリー性質のために初期送信パワーを保持する。

より形式的に、非線形プリコーダX’の出力は、以下によって与えられる:



ここにおいて、ui、xi’、mijおよびrijは、それぞれ、U、X’、MおよびR*の係数を示し、ここにおいて、Γi,kは、キャリアkおよびユーザiのためのコンスタレーションサイズに応じてのモジュロ演算子を示す。

モジュロ演算子Γi,kは、以下によって与えられる:



ここにおいて、xi,kは、キャリアkおよびユーザiのための送信周波数サンプルを示し、Mi,kは、キャリアkおよびユーザiのためのI/Q次元ごとのコンスタレーションポイントの数を示し、dは、1つの次元における隣接するコンスタレーションポイント間の距離を示す。

受信機において、等化された受信信号サンプルは、以下によって与えられる:

さらなる等化ステップS−1が、次いで、初期送信ベクトルUを復元するためにさらなるモジュロ演算とともに必要とされる:





は、コンスタレーション境界内にあることが予想され、したがって、







に等しくなるべきである。次いで、そのサンプルに対して、決定



が行われる。

受信機入力における雑音サンプルが1/rii倍に強調されることに留意されたい。また、同等の回線をもつケーブルに対し、R*行列の対角値が同じ値を有しないことに留意し、したがって、雑音強調は、各回線上で同じでなく、それは、クロストーク結合のレベルに応じた、異なるユーザへのビットレートの不当な分配つながり得る。

非線形プリコーダの代替実装形態は、Alcatel−Lucentによって出願され、公開番号EP2800283をもつ2014年5月11日に発行された「Non−Linear Precoder with Separate Modulo Decision」と題する欧州特許出願において記述されている。この実装形態では、モジュロ演算は別個の連続ループ中で行われ、送信サンプルの部分プリコーディングなしにモジュロユニットによって生じるシフトベクトルΔを計算するにすぎない。シフトベクトルΔを送信ベクトルUに加算した後に、完全プリコーディングステップは、プリコーディング行列P=QLを用いて一度に実行される。この実装形態は、異なる更新ポリシーがモジュロシフトユニットおよびプリコーディング段のために採用され得るという点で特に有利である。たとえば、Lの乗算はデータ経路中になく、シフトベクトルΔを生成する際に働くにすぎず、Δの要素が粗いグリッド上にあるので、モジュロシフトユニットのためのより低い精度の算術を使用することができる。さらに、たとえば、残留クロストークを追跡するための、およびQとLとを独立して追跡することなしにプリコーディング行列Pを更新するための線形プリコーディングのために開発された本技法を活用し得る。

G.fastでは、第1のバージョンは100MHz通信帯域幅上での線形プリコーディング(LP:Linear Precoding)のみをサポートするが、200MHz通信帯域幅上でのNLPの必須のサポートが第2のバージョンにおいて要求されることになる。したがって、G.fast配備はLPのみで開始し、NLPは、第2のバージョンの準備ができ、NLP対応CPE利用可能になったとき、現場で徐々に導入されることになることを予想し得る。これは、NLP非対応CPEとNLP対応CPEとの共存につながることになる。

この問題に対する第1のソリューションとして、NLP対応CPEをレガシーCPEと交換し得るが、それは、実質的な運営費(OPEX)、および組織的問題(もし顧客が顧客のCPEを交換したがらないか、または交換することができないか、あるいは休日中であった場合は?)を表す。

第2のソリューションとして、LPのみを使用し得、それにより、NLP性能利得放棄する。

第3および最後のソリューションとして、NLP非対応CPEを低減された帯域幅fcutoffに制限し、fcutoffを下回るLPと、fcutoffを上回るNLPとを実行し得る。シミュレーションは、一般的なカットオフ周波数が約50MHzになることを示唆する。しかし、これは、NLP非対応回線上での不十分な性能につながる。

概要

本発明は、非線形プリコーダ(21)を通して、複数の加入者回線(L1からL4)の各々の上で送信されるべき信号(U)を合同処理するための方法に関する。非線形プリコーダは、第1の三角プリコーディング行列(L;M;N)に従って動作するように構成され、モジュロユニット(Γ;γ)を含む第1の非線形プリコーディング段(301;301’)と、第2のプリコーディング行列(Q;P)に従って動作するように構成された後続の第2の線形プリコーディング段(302;302’)とを備え、本発明の一実施形態によれば、本方法は、複数の加入者回線を加入者回線の第1のグループ(GA)と加入者回線の第2のグループ(GB)とに編成するステップであって、加入者回線の第1のグループが、少なくとも、非線形プリコーディング動作をサポートしない複数の加入者回線のうちのすべての加入者回線(L2;L4)を備え、加入者回線の第2のグループが複数の加入者回線のうちの残りの加入者回線(L1;L3)を備える、編成するステップと、モジュロユニットの入力においてそれぞれの中間送信パワーレベルを制限し、さらにモジュロユニットの動作をバイパスするかまたはそれを無効にするために、加入者回線の第1のグループの各々の上で送信されるべき第1の信号(UA)をスケーリングするステップと、第1のプリコーディング段と第2のプリコーディング段とを通して、そのようにスケーリングされた第1の信号(UA’)と加入者回線の第2のグループの各々の上で送信されるべき第2の信号(UB)とを処理するステップとを備える。本発明はまた、非線形プリコーダ(21)に関する。

目的

従来技術のソリューションは、直接信号と前置補償信号の両方を含む送信信号が許容限界内にとどまるように、直接信号の利得、およびしたがって対応する前置補償信号の利得をスケールダウンすることである

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

第1の三角プリコーディング行列(L;M;N)に従って動作するように構成され、モジュロユニット(Γ;γ)を含む第1の非線形プリコーディング段(301;301’)と、第2のプリコーディング行列(Q;P)に従って動作するように構成された後続の第2の線形プリコーディング段(302;302’)とを備える非線形プリコーダ(21)を通して、複数の加入者回線(L1からL4)の各々の上で送信されるべき信号(U)を合同処理するための方法であって、方法は、複数の加入者回線を加入者回線の第1のグループ(GA)と加入者回線の第2のグループ(GB)とに編成するステップであって、加入者回線の第1のグループが、少なくとも、非線形プリコーディング動作をサポートしない複数の加入者回線のうちの加入者回線(L2;L4)を備え、加入者回線の第2のグループが複数の加入者回線のうちの残りの加入者回線(L1;L3)を備える、編成するステップと、モジュロユニットの入力においてそれぞれの中間送信パワーレベルを制限し、さらにモジュロユニットの動作をバイパスするかまたはそれを無効にするために、加入者回線の第1のグループの各々の上で送信されるべき第1の信号(UA)をスケーリングするステップと、第1のプリコーディング段と第2のプリコーディング段とを通して、そのようにスケーリングされた第1の信号(UA’)と加入者回線の第2のグループの各々の上で送信されるべき第2の信号(UB)とを処理するステップとを備える、方法。

請求項2

加入者回線の第1のグループが、第1のプリコーディング行列と第2のプリコーディング行列とにおける第1のプリコーディング位置を割り当てられ、加入者回線の第2のグループが、第1のプリコーディング行列と第2のプリコーディング行列とにおける最後のプリコーディング位置を割り当てられる、請求項1に記載の方法。

請求項3

中間パワーレベルが、複数の加入者回線上での信号の送信に適用可能な送信パワーマスク内に制限される、請求項1に記載の方法。

請求項4

加入者回線の第1のグループが、非線形プリコーディング動作をサポートする複数の加入者回線のうちの加入者回線をさらに備える、請求項1に記載の方法。

請求項5

加入者回線の第1のグループへの加入者回線の追加が、非線形プリコーディングが線形プリコーディングと比較してそれについてネットペナルティ誘起する所与キャリアに限定される、請求項4に記載の方法。

請求項6

方法が、所与のキャリアの識別子を示す情報を、加入者回線に結合されたリモートトランシーバに送ることをさらに備える、請求項5に記載の方法。

請求項7

第1の信号のスケーリングが、第1のプリコーディング段の前に先行して適用される、請求項1に記載の方法。

請求項8

第1の信号のスケーリングするステップ、および第1のプリコーディング段を通した第1の信号の処理するステップが、単一の行列乗算段によって実行される、請求項1に記載の方法。

請求項9

第1の信号のスケーリングするステップ、および第1のプリコーディング段と第2のプリコーディング段とを通した第1の信号の処理するステップが、単一の行列乗算段によって実行される、請求項1に記載の方法。

請求項10

第1の信号が、非線形プリコーダを通して一括で処理される、請求項1に記載の方法。

請求項11

第2のプリコーディング行列がユニタリー行列(Q)である、請求項1に記載の方法。

請求項12

第2のプリコーディング行列が完全プリコーディング行列(P)である、請求項1に記載の方法。

請求項13

複数の加入者回線(L1からL4)の各々の上で送信されるべき信号(U)を合同処理するための非線形プリコーダ(21)であって、第1の三角プリコーディング行列(L;M;N)に従って動作するように構成され、モジュロユニット(Γ;γ)を含む第1の非線形プリコーディング段(301;301’)と、第2のプリコーディング行列(Q;P)に従って動作するように構成された後続の第2の線形プリコーディング段(302;302’)とを備え、複数の加入者回線は、加入者回線の第1のグループ(GA)と加入者回線の第2のグループ(GB)とに編成され、加入者回線の第1のグループが、少なくとも、非線形プリコーディング動作をサポートしない複数の加入者回線のうちの加入者回線(L2;L4)を備え、加入者回線の第2のグループが複数の加入者回線のうちの残りの加入者回線(L1;L3)を備え、非線形プリコーダは、モジュロユニットの入力においてそれぞれの第1の中間送信パワーレベルを制限し、さらにモジュロユニットの動作をバイパスするかまたはそれを無効にするために、加入者回線の第1のグループの各々の上で送信されるべき第1の信号(UA)をスケーリングすることと、第1のプリコーディング段と第2のプリコーディング段とを通して、そのようにスケーリングされた第1の信号(UA’)と加入者回線の第2のグループの各々の上で送信されるべき第2の信号(UB)とを処理することとを行うようにさらに構成された、非線形プリコーダ。

請求項14

請求項13に記載の非線形プリコーダ(21)を備える、アクセスノード(20)。

請求項15

アクセスノードが分配点ユニットDPUである、請求項14に記載のアクセスノード(20)。

技術分野

0001

本発明は、ワイヤード通信ステム内のクロストーク緩和に関する。

背景技術

0002

クロストーク(またはチャネル間干渉)は、デジタル加入者線(DSL)通信システムなど、多入力多出力MIMO)ワイヤード通信システムにとってのチャネル障害の主な原因である。

0003

より高いデータレート需要が増加するにつれて、DSLシステムは、より高い周波数帯域に向かって発展しており、隣接する伝送回線(すなわち、ケーブルバインダ中のツイスト銅線ペアなど、それらの長さの一部または全体にわたって極めて近傍にある伝送回線)間のクロストークはより顕著である(周波数が高いほど、結合が大きくなる)。

0004

クロストークを緩和し、有効スループット到達範囲および回線定性を最大にするために、様々なストラテジーが開発されてきた。これらの技法は、静的または動的スペクトル管理技法からマルチユーザ信号協調(以下、ベクトル化)に徐々に発展している。

0005

チャネル間干渉を低減するための1つの技法は、合同信号プリコーディングであり、すなわち、送信データシンボルは、それぞれの通信チャネル上で送信される前にプリコーダ一緒に通される。プリコーダは、プリコーダと通信チャネルとの連結により、受信機におけるチャネル間干渉がほとんどまたはまったくなくなるようなものである。

0006

チャネル間干渉を低減するためのさらなる技法は、合同信号後処理であり、すなわち、受信データシンボルは、検出される前に、ポストコーダを一緒に通される。ポストコーダは、通信チャネルとポストコーダとの連結により、受信機におけるチャネル間干渉がほとんどまたはまったくなくなるようなものである。ポストコーダは、クロストーク消去フィルタと呼ばれることもある。

0007

ベクトル化は、ベクトル化された回線上で同時に送信されるか、またはベクトル化された回線から同時に受信されるデータシンボル束ねられ、すべて一緒にプリコーダまたはポストコーダを通されることを主に意味するので、信号ベクトル化は、一般にトラフィックアグリゲーションポイントにおいて実行される。たとえば、信号ベクトル化は、中央局(CO:Central office)において、または加入者宅内により近いファーバーがフィードされるリモートユニット(路上キャビネット電柱キャビネット、建造物キャビネットなど)として、配備されるデジタル加入者線アクセスマルチプレクサ(DSLAM:Digital Subscriber Line Access Multiplexer)内で有利に実行される。そのようなリモートユニットは、リモートDSLAM、光ネットワークユニット(ONU:Optical Network Unit)、または分配点ユニットDPU:Distribution Point Unit)と呼ばれることもある。信号プリコーディングは、(顧客宅内に向かう)ダウンストリーム通信に特に適しているが、信号後処理は、(顧客宅内からの)アップストリーム通信に特に適している。

0008

ベクトル化グループ、すなわち、それの信号が合同処理される通信回線のセットの選定は、良好なクロストーク緩和性能を達成するためにかなり重要である。ベクトル化グループ内で、各通信回線は、クロストークをグループの他の通信回線に誘起する妨害側回線(disturber line)と見なされ、同じ通信回線は、グループの他の通信回線からクロストークを受ける被妨害側回線(victim line)と見なされる。ベクトル化グループに属しない回線からのクロストークは外来雑音として扱われ、消去されない。

0009

理想的には、ベクトル化グループは、物理的におよび著しく互いに干渉する通信回線のセット全体に一致すべきである。しかし、国家規制ポリシーnational regulation policy)のためのローカルループアンバンドリングおよび/または限られたベクトル化能力が、そのような網羅的な手法を妨げることがあり、その場合、ベクトル化グループはすべての干渉する回線のサブセットのみを含むことになり、それによって、ベクトル化利得に制限が生じる。

0010

より形式的に、ベクトル化されたシステムは、以下の線形モデルによって記述され得る:
Y(k)=H(k)X(k)+Z(k) (1)、
ここにおいて、N成分複素ベクトルX、Yは、それぞれ、N個のベクトル化されたチャネル上で送信され、それらのチャネルからそれぞれ受信されるシンボルの周波数/キャリアトーンインデックスkに応じての離散周波数表現を示し、ここにおいて、N×N複素行列Hはチャネル行列と呼ばれ、チャネル行列Hの(i,j)番目の成分hijは、通信システムが、信号がj番目のチャネル入力に送信されたことに応答してi番目チャネル出力上でどのように信号を生成するかを記述し、チャネル行列の対角要素は、直接チャネル結合を記述し、(クロストーク係数とも呼ばれる)チャネル行列の非対角要素チャネル間結合を記述し、ここにおいて、N成分複素ベクトルZは、無線周波数干渉RFI:Radio Frequency interference)または熱雑音などのN個のチャネル上の加法雑音を示す。

0011

線形信号プリコーディングおよび後処理は、行列積によって有利に実装される。

0012

ダウンストリームでは、線形プリコーダは、送信ベクトルU(k)とプリコーディング行列P(k)との周波数領域における行列積、すなわち、式(1)中のX(k)=P(k)U(k)を実行し、プリコーディング行列P(k)は、全体チャネル行列H(k)P(k)が対角化されるようなものであり、これは、全体チャネルH(k)P(k)の非対角係数、したがって、チャネル間干渉は大部分が0まで減少することを意味する。

0013

実際に、および1次近似として、プリコーダは、受信機においてそれぞれの妨害側回線からの実際のクロストーク信号と弱め合うように干渉する逆位相クロストーク前置補償信号(anti−phase crosstalk pre−compensation signal)を直接信号とともに、被妨害側回線上に重畳する。

0014

アップストリームでは、線形ポストコーダは、(チャネル等化およびパワー正規化の後に)送信ベクトルU(k)を復元するために、受信ベクトルY(k)とクロストーク消去行列Q(k)との周波数領域における行列積を実行し、クロストーク消去行列Q(k)は、全体チャネル行列Q(k)H(k)が対角化されるようなものであり、これは、全体チャネルQ(k)H(k)の非対角係数、したがって、チャネル間干渉は大部分が0まで減少することを意味する。

0015

信号ベクトル化の性能は、プリコーディングまたは消去行列の成分値に決定的に依存し、その成分値は、実際のおよび変動するチャネル結合に従って計算および更新されるべきである。

0016

様々なチャネル結合は、それぞれのチャネル上で送信されるパイロット(またはプロービング)信号に基づいて、ベクトル化コントローラによって推定される。パイロット信号は、一般に、専用シンボル上でおよび/または専用トーン上で送信される。

0017

たとえば「Self−FEXT Cancellation (Vectoring) For Use with VDSL2 Transceivers」、参照番号G.993.5と題する、2010年4月において国際電気通信連合ITU:International Telecommunication Union)によって採用された勧告(以下、VDSL2)では、トランシーバユニットは、いわゆるSYNCシンボル上でパイロット信号を送る。SYNCシンボルは、あらゆるスーパーフレームの後に周期的に発生し、すべてのベクトル化された回線上で同期的に送信される(スーパーフレームアライメント)。同様の技法が、G.9701 ITU勧告(以下、G.fast)において採用されている。

0018

所与の妨害側回線上で、SYNCシンボルのキャリアのサブセット(以下、パイロットトーン)はすべて、所与のパイロットシーケンスからの同じパイロットデジットによって4QA変調され、2つの複素コンスタレーションポイントのうちの1つ、すなわち、「+1」に対応する「1+j」または「−1」に対応する「−1−j」のいずれかを送信するか(VDSL2)、あるいは3つの複素コンスタレーションポイントのうちの1つ、すなわち、「+1」に対応する「1+j」または「−1」に対応する「−1−j」または「0」に対応する「0+0j」のいずれかを送信する(G.fast)。

0019

所与の被妨害側回線上で、等化の前の受信された周波数サンプル実数部分虚数部分の両方(G.fast)、または受信され適切に等化された周波数サンプルと、この周波数サンプルがデマッピングされるコンスタレーションポイントとの間の差分ベクトルである正規化されたスライサ誤差の実数部分と虚数部分の両方(VDSL2およびG.fast)は、パイロットトーンごとに測定され、さらなるクロストーク推定のために特定のSYNCシンボルについてベクトル化コントローラに報告される。

0020

所与の被妨害側回線上で集められる連続する誤差サンプルは、次に、所与の妨害側回線から所与の被妨害側回線へのチャネル結合の推定値を取得するために、所与の妨害側回線上で使用されるパイロットシーケンスと相関させられる。他の妨害側回線からのクロストーク寄与を除去するために、それぞれの妨害側回線上で使用されるパイロットシーケンスは相互に直交である(たとえば、ウォルシュアダマール(Walsh−Hadamard)シーケンス)。

0021

クロストーク推定値は、一般にゼロフォーシング(ZF)線形プリコーダのためのチャネル行列の1次のまたはより高次の行列反転によって、プリコーディングまたは消去行列の係数を初期化するために最終的に使用される。プリコーディングまたは消去行列が初期化され、有効になると、残留クロストーク(residual crosstalk)を追跡し、ますます正確な推定値を取得するために、プロセスは必要に応じて繰り返される。それらの推定値は、次いで、一般に加法的または乗法的行列更新によって、プリコーディングまたは消去行列の係数を更新するために使用される。

0022

新しい銅線アクセス技術出現、ならびに100MHzまでのおよび100MHzを越えたさらに広いスペクトルの使用とともに、クロストーク結合は実質的に増加する。クロストーク信号のパワーは、直接信号のパワーでさえ上回り得る。したがって、被妨害側回線上のクロストーク前置補償信号の重畳は、周波数に応じて個々のユーザのための信号パワー許容量を定義する送信パワースペクトル密度PSD:Power Spectral Density)マスク違反を引き起こし得、同様に、深刻な信号ひずみを引き起こすデジタルアナログ変換器(DAC)内の信号クリッピングを生じ得る。

0023

従来技術のソリューションは、直接信号と前置補償信号の両方を含む送信信号許容限界内にとどまるように、直接信号の利得、およびしたがって対応する前置補償信号の利得をスケールダウンすることである。PSD低減は回線および周波数依存であり、時間とともに、たとえば、回線がベクトル化グループに加わるかまたはそれから離れるとき、変化し得る。直接信号利得の変化は、適切なチャネル等化のためにそれぞれの受信機に通信されなければならない。この第1のソリューションは、「G.fast:Precoder Gain Scaling」と題する、Alcatel−Lucentからの国際電気通信連合(ITU)への標準投稿、参照番号ITU−T SG15 Q4a 2013−03−Q4−053、2013年3月に記述されている。

0024

別の従来技術のソリューションは、過大なパワーをもつ送信コンスタレーションポイントをシフトしてコンスタレーション境界内に戻すためにモジュロ算術演算を適用する非線形プリコーディングNLP:Non−Linear Precoding)の使用である。受信機において、同じモジュロ演算は、信号をシフトしてそれの元の位置に戻すことになる。

0025

送信信号の値の境界を画定するためにモジュロ算術を採用するアイデアは、最初にTomlinsonおよびHarashimaによって、独立しておよびシングルユーザ等化への適用とほぼ同時に導入された(M.Tomlinson、「New Automatic Equalizer Employing Modulo Arithmetic」、Electronics Letters、7(5−6)、138−139頁、1971年3月、ならびにH.HarashimaおよびH.Miyakawa、「Matched−Transmission Technique for Channels with Inter Symbol Interference」、IEEE Trans. on Communications、20(4)、774−780頁、1972年8月)。GinisおよびCioffiは、クロストーク消去のためにマルチユーザシステムにこの概念を適用した(G.GinisおよびJ.M.Cioffi、「A Multi−User Precoding Scheme Achieving Crosstalk Cancellation with Application to DSL Systems」、Proc.34th Asilomar Conference on Signals,Systems and Computers、2000年)。

0026

しかし、モジュロ演算は送信信号、およびしたがってシステム上に誘起される実際のクロストークに直接影響を及ぼし、「鶏と」問題に帰する、すなわち、第1のユーザのためのモジュロ演算は、第2のユーザのための前置補償を変更し、第2のユーザのための変更された前置補償は、第2のユーザのためのモジュロ演算を変更し、第2のユーザのための変更されたモジュロ演算は、第1のユーザのための前置補償を変更し、第1のユーザのための変更された前置補償は第1のユーザのためのモジュロ演算を変更し、以下同様である。

0027

この問題を克服するために、非線形プリコーダは、いわゆるQR行列分解を使用して構成される。本技法の良好な概観は、機能の段階的説明を用いて、Ikanos(S.Singh、M.Sorbara、「G.fast:Comparison of Linear and Non−Linear Pre−coding for G. fast on 100mBTCable」、ITU−T SG15 Q4a contribution 2013−01−Q4−031、2013年1月)によって与えられる。

0028

より形式的に、チャネル行列Hは、最初に次のように書かれる。
H=DG (2)、
ここにおいて、キャリアインデックスkは随意に省略されており、Dは、直接チャネル係数haを備える対角行列であり、Gは、単位対角線をもつ正規化されたチャネル行列である。

0029

理想的なZF線形プリコーディングは、プリコーディング行列Pが、正規化されたチャネル行列の逆を実装するときに達成され、すなわち:
P=G−1 (3)、
したがって、H・P=Dであり、後者は、受信機におけるシングルタップ周波数等化(FEQ:Frequency EQualization)によって補償されるようになる。

0030

線形ZFプリコーディングの場合、受信機入力における雑音は、直接チャネル周波数応答によって1/hi,i倍に強調される。また、同等の回線がすべてほぼ等しい経路損失hi,iを有することが予想されるので、雑音はそれらの回線について一様に強調されることに留意されたい。

0031

非線形プリコーディングの場合、正規化されたチャネル行列の共役転置は、最初に、2つの行列に因子分解され、すなわち:
G*=QR (4)、
ここにおいて、*は共役転置を示し、RはN×N上三角行列であり、QはN×Nユニタリー行列(すなわち、Q*Q=I)である。

0032

次いで、1つの対角化するプリコーディング行列が、以下によって与えられる:
P=QR*−1 (5)、
HP=DGQR*−1=DR*Q*QR*−1=Dを生じる。

0033

以下のように書くものとする:
L=R*−1S (6)、
ここにおいて、Lは、単位対角線をもつN×N下三角行列であり、Sは、R*の対角要素である要素をもつN×N正規化対角行列である。

0034

対角行列Sは、符号化順序に依存する、回線ごとのプリコーディング利得を示す。Sスケーリングは、それが直接信号のパワーと達成可能なビットレートとに悪影響を及ぼすことになるので、処分されるべきであり、それにより、P=QLおよびHP=DGQL=DR*Q*QR*−1S=DSを生じる。したがって、さらなる等化ステップS−1が、初期送信サンプルを復元するために受信機において必要とされる。利得スケーリング行列Sは、ベクトル化コントローラによって決定され、適切な信号等化のために受信機に送られる。

0035

理想的なZF非線形プリコーディングは、したがって、第1のフィードフォワードフィルタLを用いて達成されるか、または第1のフィードバックフィルタM=I−L−1=I−S−1R*と後続の第2のフィードフォワードフィルタQとを用いて等価的に達成される。フィードバック構造は、フィルタの入力へのモジュロ演算の後の出力サンプルの供給を可能にするが、フィードバックループにおける行列Mの三角構造は、上述の「鶏と卵」問題に対するソリューションであり、すなわち、ユーザiのためのモジュロ出力は、後で符号化されるユーザj(j>i)のための入力として働くが、前に符号化されたユーザk(k<i)の出力に影響を及ぼさない。

0036

したがって、第1のステップでは、送信ベクトルUの各要素iは、前のi−1出力のみに応じたフィードバックフィルタMのi番目の出力に行ごとに加算されるが、次の行に進む前に、要素iのための出力はモジュロ演算を通して適応させられ、それにより、送信パワーを許容限界内に保ち、第2のステップでは、得られたベクトルは行列Qで乗算され、それは、それのユニタリー性質のために初期送信パワーを保持する。

0037

より形式的に、非線形プリコーダX’の出力は、以下によって与えられる:



ここにおいて、ui、xi’、mijおよびrijは、それぞれ、U、X’、MおよびR*の係数を示し、ここにおいて、Γi,kは、キャリアkおよびユーザiのためのコンスタレーションサイズに応じてのモジュロ演算子を示す。

0038

モジュロ演算子Γi,kは、以下によって与えられる:



ここにおいて、xi,kは、キャリアkおよびユーザiのための送信周波数サンプルを示し、Mi,kは、キャリアkおよびユーザiのためのI/Q次元ごとのコンスタレーションポイントの数を示し、dは、1つの次元における隣接するコンスタレーションポイント間の距離を示す。

0039

受信機において、等化された受信信号サンプルは、以下によって与えられる:

0040

さらなる等化ステップS−1が、次いで、初期送信ベクトルUを復元するためにさらなるモジュロ演算とともに必要とされる:

0041





は、コンスタレーション境界内にあることが予想され、したがって、







に等しくなるべきである。次いで、そのサンプルに対して、決定



が行われる。

0042

受信機入力における雑音サンプルが1/rii倍に強調されることに留意されたい。また、同等の回線をもつケーブルに対し、R*行列の対角値が同じ値を有しないことに留意し、したがって、雑音強調は、各回線上で同じでなく、それは、クロストーク結合のレベルに応じた、異なるユーザへのビットレートの不当な分配つながり得る。

0043

非線形プリコーダの代替実装形態は、Alcatel−Lucentによって出願され、公開番号EP2800283をもつ2014年5月11日に発行された「Non−Linear Precoder with Separate Modulo Decision」と題する欧州特許出願において記述されている。この実装形態では、モジュロ演算は別個の連続ループ中で行われ、送信サンプルの部分プリコーディングなしにモジュロユニットによって生じるシフトベクトルΔを計算するにすぎない。シフトベクトルΔを送信ベクトルUに加算した後に、完全プリコーディングステップは、プリコーディング行列P=QLを用いて一度に実行される。この実装形態は、異なる更新ポリシーがモジュロシフトユニットおよびプリコーディング段のために採用され得るという点で特に有利である。たとえば、Lの乗算はデータ経路中になく、シフトベクトルΔを生成する際に働くにすぎず、Δの要素が粗いグリッド上にあるので、モジュロシフトユニットのためのより低い精度の算術を使用することができる。さらに、たとえば、残留クロストークを追跡するための、およびQとLとを独立して追跡することなしにプリコーディング行列Pを更新するための線形プリコーディングのために開発された本技法を活用し得る。

0044

G.fastでは、第1のバージョンは100MHz通信帯域幅上での線形プリコーディング(LP:Linear Precoding)のみをサポートするが、200MHz通信帯域幅上でのNLPの必須のサポートが第2のバージョンにおいて要求されることになる。したがって、G.fast配備はLPのみで開始し、NLPは、第2のバージョンの準備ができ、NLP対応CPE利用可能になったとき、現場で徐々に導入されることになることを予想し得る。これは、NLP非対応CPEとNLP対応CPEとの共存につながることになる。

0045

この問題に対する第1のソリューションとして、NLP対応CPEをレガシーCPEと交換し得るが、それは、実質的な運営費(OPEX)、および組織的問題(もし顧客が顧客のCPEを交換したがらないか、または交換することができないか、あるいは休日中であった場合は?)を表す。

0046

第2のソリューションとして、LPのみを使用し得、それにより、NLP性能利得放棄する。

0047

第3および最後のソリューションとして、NLP非対応CPEを低減された帯域幅fcutoffに制限し、fcutoffを下回るLPと、fcutoffを上回るNLPとを実行し得る。シミュレーションは、一般的なカットオフ周波数が約50MHzになることを示唆する。しかし、これは、NLP非対応回線上での不十分な性能につながる。

0048

欧州特許出願公開第2800283号明細書

先行技術

0049

「Self−FEXT Cancellation (Vectoring) For Use with VDSL2 Transceivers」、参照番号G.993.5ITU勧告
G.9701 ITU勧告
「G.fast:Precoder Gain Scaling」、参照番号ITU−T SG15 Q4a 2013−03−Q4−053、2013年3月
M.Tomlinson、「New Automatic Equalizer Employing Modulo Arithmetic」、Electronics Letters、7(5−6)、138−139頁、1971年3月
H.HarashimaおよびH.Miyakawa、「Matched−Transmission Technique for Channels with Inter Symbol Interference」、IEEE Trans. on Communications、20(4)、774−780頁、1972年8月
G.GinisおよびJ.M.Cioffi、「A Multi−User Precoding Scheme Achieving Crosstalk Cancellation with Application to DSL Systems」、Proc.34th Asilomar Conference on Signals,Systems and Computers、2000年
S.Singh、M.Sorbara、「G.fast:Comparison of Linear and Non−Linear Pre−coding for G. fast on 100mBTCable」、ITU−T SG15 Q4a contribution 2013−01−Q4−031、2013年1月

発明が解決しようとする課題

0050

NLP非対応CPEとNLP対応CPEとの存在下で良好なクロストーク緩和性能を達成することが、本発明の目的である。

課題を解決するための手段

0051

本発明の第1の態様によれば、非線形プリコーダを通して、複数の加入者回線の各々の上で送信されるべき信号を合同処理するための方法が提案される。非線形プリコーダは、第1の三角プリコーディング行列に従って動作するように構成され、モジュロユニットを含む第1の非線形プリコーディング段と、第2のプリコーディング行列に従って動作するように構成された後続の第2の線形プリコーディング段とを備える。本方法は、複数の加入者回線を加入者回線の第1のグループと加入者回線の第2のグループとに編成するステップを備える。加入者回線の第1のグループは、少なくとも、非線形プリコーディング動作をサポートしない複数の加入者回線のうちの加入者回線を備え、加入者回線の第2のグループは複数の加入者回線のうちの残りの加入者回線を備える。本方法は、モジュロユニットの入力においてそれぞれの中間送信パワーレベルを制限し、さらにモジュロユニットの動作をバイパスするかまたはそれを無効にするために、加入者回線の第1のグループの各々の上で送信されるべき第1の信号をスケーリングするステップと、第1のプリコーディング段と第2のプリコーディング段とを通して、そのようにスケーリングされた第1の信号と加入者回線の第2のグループの各々の上で送信されるべき第2の信号とを処理するステップとをさらに備える。

0052

本発明の別の態様によれば、複数の加入者回線の各々の上で送信されるべき信号を合同処理するための非線形プリコーダは、第1の三角プリコーディング行列に従って動作するように構成され、モジュロユニットを含む第1の非線形プリコーディング段と、第2のプリコーディング行列に従って動作するように構成された後続の第2の線形プリコーディング段とを備える。複数の加入者回線は、加入者回線の第1のグループと加入者回線の第2のグループとに編成される。加入者回線の第1のグループは、少なくとも、非線形プリコーディング動作をサポートしない複数の加入者回線のうちの加入者回線を備え、加入者回線の第2のグループは複数の加入者回線のうちの残りの加入者回線を備える。本非線形プリコーダは、モジュロユニットの入力においてそれぞれの中間送信パワーレベルを制限し、さらにモジュロユニットの動作をバイパスするかまたはそれを無効にするために、加入者回線の第1のグループの各々の上で送信されるべき第1の信号をスケーリングすることと、第1のプリコーディング段と第2のプリコーディング段とを通して、そのようにスケーリングされた第1の信号と加入者回線の第2のグループの各々の上で送信されるべき第2の信号とを処理することとを行うように構成される。

0053

そのような非線形プリコーダは、一般に、COにおいて、または加入者宅内により近い遠隔ロケーションにおいて配備される加入者回線上でブロードバンド通信サービスを提供するアクセスノードの一部を形成する。

0054

本発明の一実施形態では、加入者回線の第1のグループは、第1のプリコーディング行列と第2のプリコーディング行列とにおける第1のプリコーディング位置を割り当てられ、加入者回線の第2のグループは、第1のプリコーディング行列と第2のプリコーディング行列とにおける最後のプリコーディング位置を割り当てられる。

0055

本発明の一実施形態では、中間パワーレベルは、複数の加入者回線上での信号の送信に適用可能な送信パワーマスク内に制限される。

0056

本発明の一実施形態では、加入者回線の第1のグループは、非線形プリコーディング動作をサポートする複数の加入者回線のうちの加入者回線をさらに備える。

0057

本発明の一実施形態では、加入者回線の第1のグループへの加入者回線の追加は、非線形プリコーディングが線形プリコーディングと比較してそれについてネットペナルティ(net penalty)を誘起する所与のキャリアに限定される。

0058

本発明の一実施形態では、所与のキャリアの識別子を示す情報は、加入者回線に結合されたリモートトランシーバに送られる。

0059

本発明の一実施形態では、第1の信号のスケーリングは、第1のプリコーディング段の前に先行して適用される。

0060

本発明の一実施形態では、第1の信号のスケーリングするステップ、および第1のプリコーディング段を通した第1の信号の処理するステップは、単一の行列乗算段によって実行される。

0061

本発明の一実施形態では、第1の信号のスケーリングするステップ、および第1のプリコーディング段と第2のプリコーディング段とを通した第1の信号の処理するステップは、単一の行列乗算段によって実行される。

0062

本発明の一実施形態では、第2のプリコーディング行列はユニタリー行列である。

0063

本発明の一実施形態では、第2のプリコーディング行列は、正規化されたチャネル行列Gを反転させることを目的とする、ゼロフォーシング(ZF)プリコーディング行列などの完全プリコーディング行列である。

0064

本発明による非線形プリコーダの実施形態は、本発明による方法の上述の実施形態と対応する。

0065

NLP非対応CPEとNLP対応CPEとの共存を保証し、純粋なLPよりも厳密に高い性能をすべてのCPEに、レガシーCPEにも与えるプリコーディング方式およびプリコーダが提案される。

0066

加入者回線は2つのグループに編成され、第1のグループは少なくともすべてのNLP非対応回線を含み、第2のグループは残りのNLP対応回線を含む。

0067

回線の第1のグループは最初にプリコーディングされ、回線の第2のグループは最後にプリコーディングされる。最初および最後は、本明細書では、非線形プリコーダ中の加入者回線のプリコーディング位置を指し、その加入者回線が対応するプリコーディング行列中の行および列インデックス間接的に指す。たとえば、別様に、回線の第1のグループは、プリコーディング行列の最も低いインデックスに対応するが、回線の第2のグループは、最も高いインデックスに対応する。

0068

回線の第1のグループ上で送信されるべき信号サンプルは、第1の非線形プリコーディング段に入力される。これらの信号サンプルは、第1の非線形プリコーディング段を通したそれらの処理中のモジュロユニットの入力における中間送信パワーレベルが限界内にとどまるように、適切にスケーリングされる。このパワー制限のために、モジュロ演算はバイパスされるかまたは無効にされ得、プリコーディングされたサンプルは、さらなるモジュロ演算なしにレガシーCPEによって正しく復元され得る。

0069

これらのレガシー回線が最初に符号化されるので、スケーリング利得およびしたがって達成可能なデータレートは、回線の第1のグループのみが、パワー制限のために対処されなければならないので、第1のプリコーディング行列の三角構造により、ならびにノルムおよびしたがってパワーを保持する第2のプリコーディング行列のユニタリー性質により、純粋なLP演算に必要な一般的な利得調整よりもはるかに高い。

0070

さらにまた、回線の第1のグループは、それが一般にNLPの場合に必要とされるように、順次交互に符号化される必要がないが、むしろ、並列処理パイプを使用して「一括で」符号化され得る。

0071

提案される方式は、すべてのCPEがNLP対応であるときでも使用され得、実際、回線はいくつかのキャリア上のNLPから恩恵を受け得るが、同じ回線は、変調ギャップの増加またはNLPパワーペナルティにより他のキャリア上のネットペナルティを招き得る。そのような回線は、次いで、それらの特定のキャリアのための回線の第1のグループに移動され、グループ定義(およびしたがってプリコーディング位置)が周波数依存であり得ることを意味する。

0072

添付の図面とともに行われる実施形態の以下の説明を参照することによって、本発明の上記および他の目的および特徴はより明らかになり、本発明自体は最も良く理解されるであろう。

図面の簡単な説明

0073

アクセス設備の概観を表す図である。
本発明に従って非線形プリコーダ中で使用され得るプリコーディング行列を表す図である。
本発明に従って非線形プリコーダ中で使用され得るプリコーディング行列を表す図である。
本発明に従って非線形プリコーダ中で使用され得るプリコーディング行列を表す図である。
本発明に従って非線形プリコーダの実装形態を表す図である。
本発明に従って非線形プリコーダの実装形態を表す図である。

実施例

0074

図1では、COにおけるネットワークユニット10と、1つまたは複数の光ファイバーを介してネットワークユニット10に結合され、さらに銅線ループ設備を介して様々なロケーションにおいて顧客宅内機器(CPE:Customer Premises Equipment)30に結合されたアクセスノード20とを備えるアクセス設備1が見られる。伝送媒体は、一般に銅線非シールツイストペアUTP:unshielded Twisted Pair)から構成される。

0075

例示的な例として、ループ設備は、共通アクセスセグメント40を共有し、次いでそれぞれCPE301から304への最終接続のための専用ループセグメント50を通る4つの加入者回線L1からL4を備える。

0076

共通アクセスセグメント40内では、加入者回線L1からL4は、互いに極めて近傍にあり、したがって、互いへのクロストーク(図1ではそれぞれの加入者回線間の矢印を参照)を誘起する。

0077

アクセスノード20は、クロストークを緩和し、それぞれの加入者回線上で達成可能な通信データレートを増加させるために、ループ設備上で送信されているか、またはそれから受信されているデータシンボルを合同処理するためのベクトル化処理ユニット21(またはVPU)を備える。

0078

次に、説明は、ダウンストリーム通信に焦点を当て、さらにダウンストリーム通信信号のプリコーディングに焦点を当てる。

0079

VPU21は、強いクロストークの存在下でベクトル化利得を強化するためにNLPを実装する。しかし、CPE30は必ずしもすべてがNLP対応とは限らず、これは、元の送信サンプルを復元するためのCPE内でのモジュロユニットの使用、ならびに何らかのさらなるスケーリング論理を必要とするからである。したがって、NLP対応CPEとNLP非対応CPEとの混合が仮定される。現在、CPE301および303はNLP対応CPEであり、線形プリコーディング動作と非線形プリコーディング動作の両方をサポートするが、CPE302および304は、線形プリコーディング動作のみをサポートするNLP非対応CPEである。

0080

図2Aでは、本発明に従って非線形プリコーダ中で使用されるプリコーディングおよびスケーリング行列の機能的説明が見られる。

0081

依然として、従来技術の説明のために導入された数学記法は守られる。

0082

加入者回線は、少なくともベクトル化グループのすべてのNLP非対応回線、今回、図1に関する加入者回線L2およびL4を備える加入者回線の第1のグループGAと、ベクトル化グループの残りのNLP対応回線、今回、図1に関する加入者回線L1およびL3を備える加入者回線の第2のグループGBとに編成される。

0083

第1のグループGAは、すべてのキャリア周波数のための、または何らかの特定のキャリア周波数のみのための追加のNLP対応回線をさらに備え得、後者の場合、グループ定義(およびしたがってプリコーディング位置)は周波数依存である。これは、NLP動作が、増加した変調ギャップのために、または増加した平均パワーのためにLP動作と比較してネットペナルティを誘起する場合に起こり、それは、低サイズコンスタレーショングリッドの場合、特に当てはまる

0084

Nをベクトル化グループ中の加入者回線の総数とし、Mを第1のグループGA中の加入者回線の数とする。数Mは、グループ定義がそうである場合、周波数依存であり得る。

0085

第1のグループGAの加入者回線は、最初にプリコーディングされ、1からMまでのプリコーディングインデックスを割り当てられる。第2のグループGBの加入者回線は、最後にプリコーディングされ、M+1からNまでのプリコーディングインデックスを割り当てられる。

0086

行列下付き文字AA、AB、BAおよびBBを、インデックス範囲[1;M]および[M+1;N]に関する、または等価的にグループGAおよびGBに関する行列サブブロック分解とする。

0087

第1のステップにおいて、モジュロユニットの入力におけるそれぞれの送信パワーレベルを送信パワーマスク内に制限するために、およびさらにモジュロ演算をバイパスするかまたはモジュロ演算を無効にする(すなわち、モジュロユニットの出力値がそれの入力値に一致する)ために、利得スケーリングが送信サンプルu1からuMに適用される。送信サンプルuM+1からuNはスケーリングされず、非線形プリコーダを通して連続順序で処理される。

0088

Qはユニタリーであり、したがってノルムおよびパワーを保持するので、P=QR*−1に対して利得スケーリングを適用することは、R*−1=L(diag(R*))−1に対して利得スケーリングを適用することと対応する。利得スケーリングの一例として、列ノルム(CN)スケーリングを適用し得、それにより、行列R*−1のあらゆる列は、実質的に同じノルムを有する。

0089

回線グループ化により、利得スケーリングは行列(R*−1)AA=LAA(diag(R*AA))−1のみに対して適用され、それにより、第1のグループGAの加入者回線上での利得値およびしたがって達成可能なデータレートを増加させる。これは、行列Lを通して処理する前に、それぞれのスケーリングファクタとしてt1からtMを備える第1の対角スケーリング行列TAAと、第2の対角スケーリング行列SAA−1=(diag(R*AA))−1とを生じる。

0090

行列TAAは、(R*−1)AATAA=LAA(diag(R*AA))−1TAAが送信パワーマスク以下の中間出力パワーを有するようなものであり、または等価的に:
||R*−1AA(i,*)ti||=||LAA(i,*)ti/rii||≦TXPSD、1≦i≦M (11)、
ここにおいて、TXPSDは、適用可能な送信パワーマスク(周波数依存kを省略する)を示す。

0091

この利得スケーリングおよび対応するパワー制限のために、モジュロ関数Γは、サンプルu1からuMが非線形プリコーディング段L+Γ(図2中のモジュロ関数Γ中の斜線エリアを参照)を通して処理されるとき、バイパスされるかまたは無効にされ得る。したがって、これらの送信サンプルは、連続する行列TAA、SAA−1およびLAAを通して一括で線形的に処理され得、それにより、部分的に処理された送信サンプルx’1からX’Mを生じる。

0092

第2のステップにおいて、第2のグループGBの送信サンプルuM+1からuNはスケーリングされないままに保たれ、非線形プリコーダにとって一般的である非線形プリコーディング段L+Γを通して連続順序で次々に処理され、それにより、部分的に処理された送信サンプルx’M+1からX’Nを生じる。この第2のステップは、代替的に、第1のステップの前に行われ得る。

0093

第3のおよび最後のステップにおいて、部分的に前処理された送信サンプルx’1からx’Nはすべて、チャネルH上でのさらなる送信のために線形プリコーディング段Qを通される。

0094

2つの代替実施形態が、図2Bおよび図2Cに示されている。

0095

第1の代替実施形態では、スケーリング行列TAAおよびSAA−1は行列Lとマージされ、それにより、新しい下三角プリコーディング行列L’=[(R*−1)AATAA 0;(R*−1)BATAA LBB]を生じる。行列L’のM個の第1の対角要素が利得スケーリングのために1とは異なるが、行列L’のN−M個の最後の対角要素がほぼ1に等しい(実際には、それらは、モジュロ演算が少しのパワーを追加するという事実により、1よりもわずかに小さくなる必要がある)ことは注目すべきである。

0096

第2の代替実施形態では、スケーリング行列TAAおよびSAA−1ならびに三角行列Lの上側部分はすべて行列Qとマージされ、それにより、新しいプリコーディング行列Q’=[(R*−1)AATAAQAA QAB;(R*−1)AATAAQBA QBB]を生じ、送信サンプルu1からuMは線形プリコーディング段Q’に直接入力される。この実装形態では、送信サンプルuM+1からuNは、非線形プリコーディング段L’+Γを通して最初に処理される必要があり、それにより、部分的に処理されたサンプルx’M+1からx’Nを生じ、次に、送信サンプルu1からuMは、部分的に処理されたサンプルx’M+1からx’Nとともに第2の線形プリコーディング段Q’を通して処理される。

0097

この実施形態は、2つのプリコーディングステップのみが必要とされるという点で特に有利であり、それにより、実質的なプリコーディングリソースを節約する。

0098

図3Aでは、本発明に従った非線形プリコーダのための第1の可能な実装形態が見られる。

0099

上部ベクトル係数としての第1のグループGAの送信周波数サンプルUAと、下部ベクトル係数としての第2のグループGBの送信周波数サンプルUBとを備える送信ベクトルUは、スケーリング行列[SAA−1TAA 0;0 I]との乗算のためのスケーリング段308への第1の入力である。スケーリングされた送信ベクトルU’=[UA’;UB]、ここにおいて、UA’=SAA−1TAAUAは、次いで、第1の非線形プリコーディング段301に供給される。

0100

第1の非線形プリコーディング段301は、フィードバックループ中のモジュロ関数Γと第1の下三角プリコーディング行列Mとを使用する。行列Mは、M=I−L−1=I−S−1R*によって与えられ、それの対角線に沿ってゼロ係数を有する。第1のプリコーディング段301は、式(7)および(8)に従って非線形プリコーディングを実装し、部分的にプリコーディングされたベクトルX’=[XA’;XB’]を第2の線形プリコーディング段302に出力する。

0101

第2の線形プリコーディング段302は第2のユニタリー行列またはほぼユニタリーな行列Qを使用し、チャネル行列H=DG=DR*Q*によって表されるMIMOチャネル303上でのさらなる送信のために完全にプリコーディングされたベクトルXを出力する。

0102

雑音の多い受信されたベクトルYは、何らかの加法性白色ガウス雑音源Zによって損なわれたそれぞれの通信チャネルを通して受信される周波数サンプルを備える。ベクトルYのそれぞれの係数は、NLP非対応CPEによって処理されるか、またはNLP対応CPEによって処理されるかのいずれかである。

0103

LP動作(図3A中のLPと呼ばれる上部処理分岐を参照)の場合、受信サンプルyiは、等化段304および305を通る。一般的なFEQに対応する第1の等化段304は、トレーニングフェーズ中に決定される対角行列D−1のそれぞれの対角係数hii−1を使用し、部分的に等化された周波数サンプルyi’を出力する。第2の等化段305は、送信機開始型利得適応(TIGA:Transmitter initiated Gain Adaptation)コマンド(図3A中のti−1矢印を参照)を用いてリモートDPUによって通信される対角行列TAA−1のそれぞれの対角係数ti−1を使用し、完全に等化された周波数サンプルyi”を出力する。第1の等化段304と第2の等化段305とは、1つの単一の等化段にマージされ得る。次いで、適切に等化された周波数サンプルyi”は、決定段307(または復調器)に供給されて、送信サンプルuiの推定値



が生じる。

0104

NLP動作(図3A中でNLPと呼ばれる下部処理分岐を参照)の場合、受信サンプルyiは、等化段304と別の等化段305’とを通る。等化段305’は、対角行列SBB−1のそれぞれの対角係数rjj−1を使用する。この場合も、等化段304と等化段305’とは、1つの単一の等化段にマージされ得る。適切に等化された周波数サンプルyi”は、モジュロ関数Γ306を通って、決定段307による検出のための場合によっては変更される周波数サンプル



を生じる。決定段307は送信サンプルuiの推定値



を出力する。

0105

NLP対応CPEは、第1のグループGAの一部を形成するものとしてプリコーディングされたキャリアのための上部処理分岐に従い得るか、またはブロック305’においてti−1がrii−1と置き換われば、下部処理分岐に従い得る(その場合、モジュロ演算は透過的であることを予想される)。それらのキャリアの識別子はリモートDPUから取得され得、それにより、CPEが特定の変調ギャップを適用し、それらの特定のキャリアのためのより正確なビットローディング値を取得することを可能にする。

0106

図3Bでは、本発明に従った、および上述の特許出願EP2800283の技術教示による非線形プリコーダのための第2の可能な実装形態が見られる。

0107

この実装形態では、2つの新しいプリコーディングブロック301’および302’が、それぞれ、前のプリコーディングブロック301および302と置き換わる。

0108

プリコーディング段301’は、さらなる信号プリコーディングなしに、シフトベクトルΔをスケーリングされた送信ベクトルU’に加算するモジュロシフトユニットである。シフトベクトルΔは、完全にプリコーディングされた信号を許容パワー限界内に保つように設計される。第1のプリコーディング段301’はベクトルX’=U’+Δを第2のプリコーディング段302’に出力する。

0109

プリコーディング段301’はフィードバックループ中に変更されたモジュロ関数γと行列N=L−Iとを含む。モジュロ関数は以下によって与えられる:



およびシフトベクトルΔは以下によって与えられる:



ここにおいて、ui’、δiおよびlijは、それぞれ、U’、ΔおよびL=R*−1Sの係数を示す。

0110

第2のプリコーディング段302’は、完全なZFプリコーディング行列P=QLを利用し、MIMOチャネル303上でのさらなる送信のための完全にプリコーディングされた信号X=PX’を出力する。

0111

図3Aおよび図3Bに示されている実装形態は、(先行スケーリングを除いて)第1のグループGAの送信周波数サンプルUAを処理するための追加のハードウェアまたはソフトウェア論理の必要なしにNLPアーキテクチャを十分に活用する。また、送信周波数サンプルUAは、モジュロユニットがない1つまたは複数のフィードフォワードフィルタを含む別個の分岐を通して、たとえば、図2Aに従った連続するフィードフォワードフィルタTAASAA−1、LおよびQ、または図2Bに従ったL’およびQ、または単に図2Cに従ったQ’を使用することによって代替的に処理され得る。第2のグループGBの送信周波数サンプルUBは、フィードバックフィルタMまたはNとモジュロユニットΓまたはγとを通して通常通り処理され続ける。

0112

提案されたプリコーディング方式を用いると、LP回線とNLP回線の両方が、純粋なLPシステムの性能を超える性能を有する。LP回線の性能は、すべての回線がLPになるときのそれらの性能よりも良好である、というのは、回線のサブセットのみがスケールダウンされる必要があるからである。最後に符号化されるために、NLP回線は理想的なNLP利得を得ないが、それらの送信パワーバジェットが、利得スケーリングされたLP中の平均パワーバジェットよりも大きいので、性能はLPよりも依然として良好である(変調ギャップ増加のためのNLPに固有のパワーペナルティ、またはコンスタレーションポイントの一様分布によるパワー増加のパワーペナルティを無視する)。

0113

「備える」という用語は、その後記載される手段に制限されるものとして解釈されるべきでないことに留意されたい。したがって、「手段AおよびBを備えるデバイス」という表現の範囲は、構成要素AおよびBのみからなるデバイスに限定されるべきでない。それは、本発明に関して、デバイスの関連する構成要素がAおよびBであることを意味する。

0114

「結合された」という用語は、直接接続のみに制限されるものとして解釈されるべきでないことにさらに留意されたい。したがって、「デバイスBに結合されたデバイスA」という表現の範囲は、デバイスAの出力がデバイスBの入力に直接接続されたデバイスまたはシステムに限定されるべきでなく、および/またはその逆も同様である。それは、Aの出力とBの入力との間の経路が存在し、および/またはその逆も同様であり、その経路が他のデバイスまたは手段を含む経路であり得ることを意味する。

0115

説明および図面は、本発明の原理を示すにすぎない。したがって、当業者が、本明細書では明示的に説明されないかまたは示されないにもかかわらず、本発明の原理を実施する様々な構成を考案することが可能であることを諒解されよう。さらに、本明細書で具陳されるすべての例は、主に、当技術分野を促進するための本発明の原理と(1人または複数の)発明者によって与えられた概念とを読者が理解するのを助ける、教育上の目的のためのものにすぎないことが明確に意図されており、そのような詳細に具陳された例および条件に限定されないものとして解釈されるべきである。その上、本発明の原理、態様、および実施形態、ならびにその具体的な例を具陳する本明細書におけるすべての文は、それの均等物を包含するものとする。

0116

図に示されている様々な要素の機能は、専用ハードウェア、ならびに適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することが可能なハードウェアの使用によって提供され得る。プロセッサによって行われるときに、機能は単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、またはそのうちの一部が共有され得る複数の個々のプロセッサによって行われ得る。その上、プロセッサは、ソフトウェアを実行することが可能なハードウェアを排他的に指すと解釈されるべきでなく、限定はしないが、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)ハードウェア、ネットワークプロセッサ特定用途向け集積回路ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイFPGA)などを暗黙的に含み得る。読取り専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、および不揮発性記憶装置など、他の従来および/またはカスタムのハードウェアも含まれ得る。

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