VDSL2串音消除的关键技术（2）

　　(2)DSM方案

　　由于静态频谱管理不能很好地适应线路情况的变化，且人工设置效率太低，为了更好地解决上述问题，ANSI提出了DSM[4]方案。DSM方案旨在采用动态频谱平衡的方法来提升线路速率、距离和稳定性，或在满足性能和稳定性要求(速率、噪声容限和误码率)的情况下以最小的功率发送信号，通过一系列的方法集中优化管理各种参数配置和信号发送功率谱密度，甚至协调整个电缆束中信号的发送和接收，使得整个电缆束中的线路传输性能最优化。

　　图2给出了DSM的参考模型，其中SMC是运营商的频谱管理中心，它可能位于网管或DSLAM上，DSM-D是SMC向DSLModem收集信息的接口，DSM-C则是SMC下发控制信息的接口，DSM-S是SMC与运营商网络的接口。

　　图2DSM参考模型

　　根据ANSI的建议，DSM共分为四个层次：

　　Level0：DSLModem没有提供SMC所需要的信息，此时SMC根据标准建议和一些给定方案实施频谱管理，也就是静态频谱管理。

　　Level1：DSM能够通过DSM-D收集线路速率、发送功率以及噪声容限等信息并通过DSM-C协调线路速率，噪声容限(最大、最小和目标)、PSD的平坦增益调整以及发送总功率等参数，但这些都是简单的功率控制等频谱管理方法。

　　Level2：除了Level1的参数外，SMC还能得到更为详细的参数，包括双端测试的数据等，此外还能更为准确地控制端口的发送频谱。由于Level2能够获得更多的信息，而且控制手段更加丰富，能够更精确地控制频谱，因此可以在整个电缆的层次上优化各线对的功率谱密度及相关参数，使得性能最优。Level 2的应用还在研究中，不涉及底层软件和硬件的修改。

　　Level3：Level3又称为串音消除技术(CrosstalkCancellation)，即通过一系列方法，使线路上不出现串音干扰。此时，SMC与DSL-LT在同一位置，SMC能够得到并同时控制DSL-LT中部分或全部的上行和下行发送信息，同时协调LT中的部分或全部端口的发送信号，实现联合发送与联合接收。

　　前面提到的方法本质上都是在线路上存在串音干扰时，避免或减小串音干扰的影响，但不能完全消除串音的影响，且均会带来线路速率的下降，而DSMLevel3则主张通过主动消除串音的技术，使线路上不出现串音干扰，从而使得整个线路的性能达到无串音时的性能。

　　四、串音消除技术

　　1.串音消除技术原理

　　串音消除技术(DSMLevel3)是通过对处于同一个电缆束中的多个线对上的信号进行集中管理以获得相邻线对上的发送信号以及线对间的串音传递函数;在此基础上，每条线对上除发送自身信号外，还发送包含相邻线对信息的信号，以在接收端抵消相邻线对的串音干扰，从而解调出本线对上的信号。此时，每条线对上发送的信号都是一个矢量信号，除了本身的信号分量以外，还包括与其他线对上的信号相关的信号分量，因此叫做VectoredDSL。如果收发两端都采用Vector的方案，就构成了所谓的多入多出(MIMO)系统。

　　以远端串音为例，假定整个电缆束中有3条线对，定义Hij(i=1～3，j=1～3)为线对j对线对i的串音传递函数，Hii(i=1～3)为线对i的线路传递函数，显然这两者都是频率(或子载波)的函数，为了简单这里略去频率自变量。Xi为线对的发送信号，这样在线对i上将会收到的信号为：

　　Y=H×X+H×X+N(3)

　　其中第一项是本线对上的传送信号，第二项为线对j对线对i的远端串音干扰，第三项为串音干扰之外的各种噪声，包括背景噪声、脉冲噪声和射频噪声(RFI)。将上式推广到整个电缆束中，以矢量X=[X1X2X3]表示所有线对上的发送信号矢量，Y=[Y1Y2 Y3]表示所有线对上的接收信号矢量，N=[N1 N2 N3]表示各线对上的噪声，矩阵

　　表示各线对之间的传递函数以及对应的串音传递函数，则各线对上接收到的信号为：

　　或者Y=H×X，[X1X2X3]T，表示对矩阵[X1X2 X3]转置。

　　如果在发送信号中加入适当的串音分量，使得在接收端串音分量刚好能够抵消，这样接收端就只剩下信号：

　　同样地，还可以对各个同步接收用户端发来的信号做联合处理，消除CO近端串音的影响。

　　以上是串音消除技术的原理，其实现主要分为三个步骤：信道估计、串音消除以及信道跟踪与更新，其中信道跟踪与更新是通过重复前两个步骤，来适应不断变化的线路情况。

　　2.信道估计算法

　　信道估计是指在串音消除过程中，如何获取线对间的串音传递函数矩阵，目前已有很多相关的研究报告和论文。信道估计算法可分为频域信道估计和时域信道估计，目前大多数都是针对频域信道估计的，这又主要集中在两个方面，一是通过RLCG一次参数线路模型推导，另一种方法就是通过多用户检测算法来推算。

　　(1)频域信道估计算法及其优缺点

　　以下行信道估计为例，频域信道估计算法中最简单的就是用户端设备(CPE)向CO端周期性发送前导符(PilotSymbol)从而获得CO与CPE之间的下行信道信息，但是该方法会导致占用大量带宽。另外一种方法是在CPE端的频域均衡器(FEQ)中的Slicer消息中提取“SliceErrors”来完成信道估计并将该信息有限制地发回CO端[5]。这两种方法都要求CO端和CPE端之间能进行很紧密的协调，而这种协调非常复杂，有时甚至要求CO端发射机和CPE端接收机根据协商好的协调方式来设计。

　　文献[6]中提出一种称之为“骚扰(Abuse)”的信道估计算法，其信道估计的工作主要是由CPE完成的，这是通过CO端发射机对CPE端接收机的“Abuse”实现的。该算法定义了一个信道估计预编码矩阵(EPM：Estimationprecodingmatrices)，在信道估计期间，信息符号被预编码估计矩阵调制，从而产生微小的失真。因此，CO端发送信号中除了包含自身信息外，还包含对其他线对上的信号乘上一个很小的因子之后的“Abuse”信息。在CPE端将该信号与接收到的其他线对的串音干扰进行比较，即可获得线对间的串音传递函数。从CPE角度来看，它只是对CO端发射机和对应的CPE端接收机之间的传递函数进行估计，而不需要与CO端之间进行协调，因此其系统复杂性远远小于其他算法，但是这种方法需要“Abuse”原来的发送信号，这个信号实际上是一种干扰，因此有可能会导致原来的端口出现误码。此外，文献[7]中还定义了一种递归算法来实现信道估计，该算法将CPE端得到的归一化错误通过回传信道发送回CO端来学习和跟踪串音传递函数矩阵。由于该方法不需要求解逆矩阵，因此对于降低运算量非常有效。