固定干扰取消使用Turbo-MMSE接收机在上游协调DSL

文摘

我们调查的情况下协调上游DSL传播spatial-correlated噪音的存在。联合信号处理有助于减轻这种噪声,降低内部协调用户之间的干扰效应。我们建议夫妇与均方误差迭代接收机噪声美白方法绑定DSL的协调系统的匹配滤波器。收敛的迭代计划在这个场景中预计在现实传播条件下使用退出图表。

1。介绍

面对住宅和专业的安装需要的客户受益于新的高数据速率的多媒体服务,访问网络运营商提高提供了由于不同的高速技术。高速数字用户线(VDSL2)允许的每秒发送给客户在短距离的铜线。这种技术,与光学相关的终止位置接近客户的前提,可以提供这种需求而节省基础设施成本。在这个配置中,远端串扰(FEXT)铜线之间的耦合可以代表一个主要的性能限制。

相声,对于协调DSL传播,可以分为两类。第一,称为在域相声来自定向系统而第二类的相声,调用范围之外的相声,源于外部协调系统当两个或两个以上的访问网络运营商共享相同的粘结剂(1]。当DSL系统不断传播,串扰噪声可以被认为是静止的。一些技术已经提出了在域相声在上游链接取消。在文献中,吉尼和考非使用零forcing-successive FEXT干扰消除(ZF-SIC)结构取消(2),而Cendrillon等人表明,线性zero-forcing (ZF)附近消除器达到最优性能3]。

范围之外相声或等同于外部干扰提出了一种接收机端的空间相关性。美白滤波器基于柯列斯基分解应用于减轻其影响,紧随其后的是一个连续干扰消除(原文如此)结构以减少固有的干扰等效信道(1]。一种功率分配方法,减轻了外部串扰效应在定向DSL系统提出了4]。

在强劲的外部干扰,先前提出的干扰载体取消计划执行最优。在本文中,我们提出美白滤波器迭代处理后进行基于最小均方误差(MMSE)准则利用先验信息(5- - - - - -7]。的迭代检测多输入多输出(MIMO)使用MMSE检测器信号提出了(8]。

本文的其余部分组织如下。系统模型中描述部分2。最大吞吐量上限为协调DSL系统存在外部干扰是派生的部分3。ZF-SIC和线性迭代MMSE检测器检测4。数值结果进行了分析5和结论部分6。

2。系统模型

协调DSL系统如图1。协调行是托管在相同的光网络单元(ONU)。因为之间的串扰对相同的粘合剂,协调信号相互干扰并接受的干扰不同的外部资源。的协调行可以受益于一个联合信号处理在接收机端上游方向。

比如最近采用标准VDSL2传输是基于离散多频声(DMT)调制前第一编码和交叉应用于数据被映射到复杂的QAM符号。根据已知的DMT调制原理,星座大小是决定每个音调作为其信噪比的函数。假设循环前缀的长度超过了最大延迟的通道和协调传输是完全同步的。因此,传输可在频域进行设计。为每一个音调,接收到的信号因此写成 在哪里是音调的数量。向量包含了复杂的符号传播基调为协调用户。向量包含外部传播信号的频率成分的基调。是向量的加性高斯白噪声(AWGN)在每一行的元素。如果传输功率谱密度(PSD)在每个协调在语气用,传播空间的自相关不相关的信号是一个对角矩阵。以类似的方式,外部空间不相关的和他们的自相关矩阵。白噪声PSD假定等于为不同的协调。因此,噪声自相关矩阵。矩阵是协调MIMO信道的频率响应语气吗。对角线元素的矩阵线的衰减系数吗和非对角元素是FEXT发射机之间耦合系数和接收方在语气。由于电缆的物理性质,是对角占优。这个属性是与生俱来的,直接渠道比串扰耦合通道这意味着对角元素大于信道矩阵的对角元素。的矩阵包含外部资源之间的耦合系数和协调在频域。出于清晰、语气指数下降在接下来的部分。

3所示。噪音缓解和最大吞吐量上限

由此产生的噪音词在(1)是空间相关的。其不同的组件不能直接被接收者但其协方差矩阵可以测量。写如下: 在本节中,多用户的一个上界DSL系统最大吞吐量派生时噪音美白。

3.1。噪音美白

噪音缓解是通过线性滤波接收的信号在频域。噪音产生的增白的一部分信号有一个对角关联矩阵。美白滤波器的计算可以使用不同的方法进行了其中两个。第一种方法是基于噪声相关矩阵的柯列斯基分解。美白的过滤器可以表达的 在哪里和是一个下三角矩阵。美白过滤器允许的上三角结构连续降噪时要进行信道矩阵对角线是提出了(1]。

第二种方法是基于噪声协方差矩阵的逆矩阵的平方根给出的 灵族和奥本海姆显示在[9),这个解决方案之间的均方误差最小化原始和增白的数据。因此,它被用作美白方案,在下一节中描述的迭代接收机。为了避免矩阵求逆的计算噪声美白滤波器可以实现迭代的建议(10]。美白后的接收信号表达 噪音的协方差矩阵它克服了噪声相关性由于外部噪音DSL协调系统。不幸的是,等效信道矩阵失去对角优势属性用于线性相声取消。

3.2。匹配滤波器绑定(地铁消防队)

为了确定的匹配滤波器结合多用户协同DSL接收器,一个用户被认为是传播。在接收端,接收到的信号在直线和其他属于协调系统行到线之间的串扰。由于美白在招待会上,噪声是不相关的,具有相同的功率在不同的行。因此该系统相当于一个通道多样性的分支。(所示11)最大比例组合器(MRC)是这样一个传播的最佳接收机方案。MRC线性结合单独收到分支信号,以最大化考虑用户的信噪比。用户的MRC输出信号可以写成 的假设,即不同的用户协调系统互不干扰,用户的最大吞吐量在给定的语气表示为 在哪里是信噪比的差距是能力。

在实践中,所有的协调用户同时传输和相互干扰。这些干扰必须使用信号处理技术处理,可以提高系统的性能上有界的最大吞吐量(7)。

4所示。多用户检测

美白后节中描述3,不同的传输信号必须估计从白茫茫的信号(表达的5)。在这种情况下,协调上游的线性处理DSL系统提出了(3)自等效信道矩阵不再是有效的不是对角占优。在本节中,我们提出了两种多用户检测方法,将调查在这个传输配置。第一种方法使用连续干扰消除基于ZF准则的建议(2为定向DSL系统)。第二种方法包括迭代MMSE接收机提出了无线MIMO系统在8]。

4.1。ZF-Based原文如此

连续干扰消除器研究的多用户检测是基于美白后的等效信道矩阵的QR分解如下: 在哪里是一个酉矩阵和是上三角。白茫茫的向量乘以矩阵导致下面的输出: 在哪里和。因为矩阵是上三角,连续干扰消除可进行如下: 在哪里表示符号的决定可能包括通道解码。当象征估计,假设决定符号呢与是没有错误的。因此,用户的信噪比表示为 因为矩阵是统一的,每一列向量的规范的矩阵等于它的双列向量规范的矩阵。因此,前面的表达式可以写成 最大吞吐量达到ZF-based SIC的用户在一个给定的基调

4.2。迭代MMSE接收机

这里给出的迭代接收机的DSL传输是基于MMSE多用户检测与先验信息。介绍了这样一个接收器用于turbo-equalization (6,12),然后用于MIMO系统(8]。MMSE接收机之间交换信息和输入soft-output信道译码器的输出是由对数似比率(llr) [13)用。二进制的LLR值被定义为 如图2,MMSE检测提供了柔软的符号使用通道输出柔软和先验信息的形式符号。在每个迭代和为每个用户,增强LLR值从之前的计算由channel-decoding阶段。

解码器需要软输入由每个二进制元素的LLR值表示。因此有必要将复杂的符号来自MMSE检测器LLR值二进制元素。MMSE检测器的输出可以表达的 在哪里是一种偏见,(23),噪声方差的吗。传播的符号选择在QAM-constellations。的条件概率是由 在哪里子集的星座的一些指标等于。

在解调没有先验信息的情况下,所有的符号都是等概率的。因此

解码二进制译码器提供LLR值的元素。这个信息必须转换成等效的复杂符号为了反馈MMSE检测器。根据执行LLR-to-symbol映射 在哪里是先天的LLR值为每个二进制元素包含在传播符号。

窄的集和分别是用来安排LLR值在正确的顺序信道解码和柔软的映射。

MMSE接收机与先验信息的输出可以表示为每个用户的系统14] 在哪里是等效信道矩阵的列。方程(19)对应于干扰取消MMSE均衡,紧随其后 是一个包含均衡系数向量。它考虑先验信息的可靠性通过矩阵与 系数计算如下: 偏差和方差中定义的(15可以表达的

在第一次迭代MMSE接收机,没有先验信息和。这导致传统MMSE接收机。在完美的先验信息的情况下,接收信号中的干扰是完全移除和矩阵变成了零,接收器作为描述的MRC部分3.2。然后,从(7)和考虑收敛的迭代过程,系统的最大吞吐量的迭代MMSE接收机表示为一个给定的基调

5。数值结果

本节首先是专门分析不同最大吞吐量的检测方案提出了部分4。在第二个步骤中,迭代MMSE接收机行为研究在现实的DSL传输条件。

5.1。绩效评估

派生的最大吞吐量ZF-based SIC和迭代MMSE接收机的表达式(13)和(24),分别帮助比较这些结构的预期性能。为了这个目的,一个场景的four-coordinated用户和两个外部相声陷如图1被认为是。传输参数模拟VDSL2设置和报道在表1。

性能结果而言,为每个用户分配位/基调是画在图3。最大吞吐量的不协调上游传输由钻石曲线表示。获得最大吞吐量的ZF-SIC方案是由主演曲线和迭代收敛后MMSE性能描述的交叉曲线。吞吐量之间的协调系统用户的不同是由于渠道结构和铜的位置对粘结剂。此外,吞吐量降低的频率,因为通道衰减。ZF-SIC用户1的性能达到迭代MMSE最大吞吐量(24),已被证明是等于地铁消防队,。相反,用户4不受益于多用户处理ZF-SIC方案,及其性能相当于单用户传输性能。相反,所有用户在多用户迭代MMSE接收机同样得益于地铁消防队的处理方法。

5.2。迭代MMSE收敛分析

前面的结果的最大吞吐量承担患者的收敛迭代处理,达到了匹配滤波器。迭代MMSE收敛性分析的实用方法是使用外部信息传递(退出)图表由十边缘引入[15]。这允许显示的信息交换和转移特征的一个迭代过程表示图。

一个二进制元素之间的互信息及其加权信息是由 它的特点是概率密度函数。这个数量可以接洽的直方图LLR值(14认为遵循一个高斯分布)。

每一块迭代MMSE接收机的特点是一个传递函数将其输入和输出互信息(15]。探测器的互信息传递函数绘制其先天的输入横坐标轴及其外部输出在纵轴上。译码器组件传递函数绘制的先天的输入在纵轴及其外在的输出横坐标轴。解码器是常见的所有协调用户,而每个用户都有自己的探测器传递函数。续集,卷积码是使用最大后验的MAP译码算法实现。数据编码和解码在频域内进行;和每个码字对应一个DMT块。交叉帮助decorrelate探测器和译码器之间的数据。

图4图表显示了一个退出二坐标接收用户提供一个外部串音干扰。互信息传递函数计算使用的一百块DMT符号。相同的参数设置表1除了频带内选择[7.3 - -8.9]MHz。这种频带导致有点分配介于1和6位/基调。

在退出图表表示,解码轨迹将stair-shaped曲线的形式。之间的轨迹是一个探测器互信息传输功能和沿着不同的迭代译码器传递函数。二坐标线和一个外部的线,我们可以证明用户1的MMSE检测器的输出只取决于输入用户的MMSE检测器2,反之亦然,如附件所示。因此,第一个用户轨迹相交,分别的第一个探测器传递函数的迭代和第二个探测器甚至传递函数的迭代。第二个用户轨迹行为相反的方向。这一进步轨迹的迭代如图4。MMSE检测器之间的差异造成的传输功能为用户结构的等效信道矩阵。用户2的出发点很低因为等效信道矩阵对角元素大小是相同的订单直接路径级,而非对角元素大小小于直接路径大小。

相同的场景four-coordinated用户和两个外部相声陷在部分考虑5。1检查关于收敛的迭代来评估过程设置在桌子上吗1。相关的出口图表如图5。结果退出图表和探测器的位置相互信息传递功能表明,该系统在几个迭代收敛,因此绑定性能将获得的匹配滤波器。

6。结论

本文结合外部相声美白和迭代来处理协调上游DSL系统的检查。迭代MMSE接收机实现的假设下地铁消防队的性能完美的先验信息。不同于ZF-SIC,迭代MMSE接收机中的所有用户同样得益于地铁消防队的多用户处理的方法。退出使用图表来分析这个方案上游的行为协调DSL系统相关的外部噪音的存在。收敛的迭代MMSE接收机协调DSL系统在现实的条件下获得。

附录

引理背书的。分布式天线系统对二坐标迭代MMSE检测器用户和软demapper美联储没有先验信息,为用户的输出信息只取决于用户的输入信息。

证明。用户的输出信号与干扰取消可以写成 发展的矩阵计算,我们表明, 与 因此,只取决于用户2的可靠性。

引用

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