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Beschreibung[de]
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Ein MIMO-System (Multiple Input Multiple Output) mit mehreren Eingängen und Ausgängen kann die Bearbeitung mehrerer Übertragungsmedien in Form eines einzigen Übertragungskanals umfassen. Ein MIMO-System kann beispielsweise mehrere individuelle paarverseilte Kupferdrähte behandeln, die in einem einzigen Kabel als einzelner Übertragungskanal mit mehren Eingängen und mehreren Ausgängen gebündelt sind. Informationen, die über einen gegebenen Kupferdraht übertragen werden, können jedoch anfällig für Störungen von Informationen, die über einen benachbarten Kupferdraht übertragen werden, sein. Dieser Zustand wird typischerweise als „Crosstalk" (Nebensprechen) bezeichnet. Die Leistung eines MIMO-Systems kann durch Reduzierung des Nebensprechumfangs im MIMO-Kanal reduziert werden. Infolgedessen mag ein Bedarf für Verbesserungen bei solchen Techniken in einer Vorrichtung oder einem Netzwerk bestehen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN

Das Thema, das die Ausführungsformen bildet, wird insbesondere aufgezeigt und merklich im Schlussteil dieser Beschreibung beansprucht. Allerdings lassen sich die Ausführungsformen sowohl aufbaumäßig als auch hinsichtlich des Arbeitsverfahrens nebst Zielen, Merkmalen und Vorteilen leichter unter Bezugnahme der folgenden näheren Beschreibung mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen.

1 zeigt ein MIMO-System, das sich für die praktische Anwendung einer Ausführungsform eignet.

2 zeigt ein Blockdiagramm einer CFM in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform.

3 ist ein Blockablaufdiagramm der programmierten Logik, die von einer CFM gemäß einer Ausführungsform durchgeführt wird, und

4 ist ein Graph, der die Leistung einer CFM gemäß einer Ausführungsform zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Die Ausführungsformen können ein Verfahren und Gerät für die Unterdrückung des Nebensprechens in einem Übertragungssystem umfassen, das ein Medium für die Vollduplexübertragung, wie paarverseilte Kupferdrähte, Hochfrequenzen (HF) und andere Medien verwendet. Beispiele für das Nebensprechen können das Fernnebensprechen (Far End Crosstalk, FEXT) oder das Nahnebensprechen (Near End Crosstalk, NEXT) (die zusammen als „Crosstalk" bezeichnet werden). Die Ausführungsform kann sich in Richtung einer Maßnahme für die Unterdrückung des Nebensprechens orientieren, um das Nebensprechen für ein verdrahtetes oder drahtloses Vollduplexübertragungssystem mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen (MIMO) anhand von Kanälen mit Intersymbolinterferenz (ISI) oder ohne ISI-Effekt zu reduzieren. Diese Ausführungsform kann das Nebensprechen in bandbegrenzten Kanälen unterdrücken und trennt darüber hinaus das Problem der Unterdrückung des Nebensprechens von der Entzerrung, welche die letzte Stufe der Nebensprechunterdrückung bereitstellt. Dementsprechend kann die Ausführungsform denselben Entzerrer für alle Ausgänge des Systems zur Unterdrückung des Nebenprechens verwenden.

Zahlreiche spezifische Einzelheiten können hier genau dargelegt werden, um die Ausführungsformen der Erfindung verständlich zu machen. Der Fachmann weiß jedoch, daß diese erfindungsgemäßen Ausführungsformen ohne diese spezifischen Einzelheiten einsetzbar sind. In anderen Fälle sind bekannte Verfahren, Techniken, Komponenten und Schaltungen nicht näher beschrieben, damit die Ausführungsformen der Verbindung klar bleiben. Man wird verstehen, daß die hier offenbarten spezifischen Einzelheiten in struktureller und funktionaler Hinsicht zwar repräsentativ sind, aber das Gebiet der Erfindung in keiner Weise einschränken.

Erwähnenswert ist auch, daß jede Bezugnahme in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform" darauf hindeutet, daß ein besonderes Merkmal, das in Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben ist, bzw. eine Struktur oder eine Kenngröße, in mindestens eine Ausführungsform eingebunden ist. Das Erscheinen des Satzes „in einer Ausführungsform" an verschiedenen Stellen in der Beschreibung besagt durchaus nicht, daß jeder dieser Sätze dieselbe Ausführungsform betrifft.

Nun soll mit näherem Bezug auf die Zeichnungen, worin gleiche Teile immer mit der gleichen Bezugsnummer bezeichnet sind, anhand von 1 ein System dargestellt werden, das sich für die Anwendung in einer Ausführungsform eignet. 1 ist ein Blockdiagramm eines Systems 100. Das System 100 kann mehrere Netzwerkknoten umfassen. Der Begriff „Netzwerkknoten", wie er hier benutzt wird, kann jeden Netzwerkknoten betreffen, der in der Lage ist, Informationen gemäß einem oder mehreren Protokollen zu übertragen. Beispiele von Netzwerkwerknoten können umfassen einen Computer, Server, Schalter, Router, eine Brücke, einen Gateway, einen Minicomputer, eine mobile Vorrichtung, Rufstation und so weiter. Der Begriff „Protokoll" wie er hier benutzt wird, kann sich auf eine Reihe von Anweisungen beziehen, um zu kontrollieren, wie die Informationen über das Übertragungsmedium übermittelt werden.

In einer Ausführungsform kann das System 100 mit verschiedenen Informationsarten zwischen den verschiedenen Netzwerkknoten kommunizieren. Eine Informationsart kann „Datenträgerinformationen" umfassen. Datenträgerinformationen können sich auf alle Daten, die einen für einen Benutzer bestimmten Inhalt darstellen, beziehen. Inhaltsbeispiele können beispielsweise Daten von einem Gespräch, einer Videokonferenz, eines Strömungsvideos, einer elektronischen Mail („E-Mail"), einer Voicemail, von alphanumerischen Daten, Grafiken, eines Bilds, Videos, Textes und so weiter sein. Daten von einem Gespräch können beispielsweise Redeinformationen, Schweigeperioden, ein Hintergrundgeräusch, Komfortgeräusch, Töne und so weiter sein. Eine andere Informationsart kann „Steuerinformationen" umfassen. Steuerinformationen können jede Angabe, die Befehle, Anweisungen oder Steuerwörter, die für ein automatisiertes System bestimmt sind, betreffen. Steuerinformationen können beispielsweise zur Weiterleitung von Datenträgerinformationen durch ein Netzwerk benutzt werden, oder um einen Netzwerkknoten anzuweisen, die Datenträgerinformationen in einer vorausbestimmten Weise zu verarbeiten. Sowohl die Datenträger- als auch die Steuerinformationen können in einem Datenstrom zwischen zwei oder mehreren Endpunkten übermittelt werden. Der Begriff „Datenstrom", wie er hier benutzt wird, kann sich auf eine Sammlung von Bits, Bytes oder Symbolen beziehen, die hintereinander in einer Datenübertragungssitzung gesendet werden.

In einer Ausführungsform können ein oder mehrere Übertragungsmedien die Knoten koppeln. Der Begriff „Übertragungsmedium", wie er hier benutzt wird, kann sich auf jedes Medium beziehen, der in der Lage ist, Informationssignale zu übertragen. Beispiele von Übertragungsmedien können umfassen Metallanschlüsse, Halbleitermaterial, verdrillte Doppelleitungsdrähte, Koaxialkabel, Lichtwellenleiter, HF-Bandbreiten und so weiter. Der Begriff „Ankopplung" oder „Kopplung" sowie Varianten davon betreffen in diesem Rahmen direktleitende Verbindungen und/oder logische Verbindungen.

In einer Ausführungsform können die Netzwerkknoten beispielsweise durch Übertragungsmedien gekoppelt sein, die HF-Bandbreiten für ein drahtloses Netzwerk, wie ein zellulares oder mobiles System, umfassen. In diesem Fall können die im System 100 gezeigten Netzwerkknoten und/oder Netzwerke ferner Vorrichtungen und Schnittstellen zur Umsetzung der von einem verdrahteten Übertragungsmedium übertragenen Signale in HF-Signale aufweisen. Beispiele solcher Vorrichtungen und Schnittstellen können Rundstrahlantennen und drahtlose HF-Transceiver umfassen. Den Ausführungsformen sind in diesem Zusammenhang keine Grenzen gesetzt.

In einer Ausführungsform können sich die Netzwerkknoten gegenseitig Informationen in Form von Paketen übermitteln. Ein Paket in diesem Zusammenhang kann eine Reihe von Informationen begrenzter Länge betreffen, wobei die typische Länge in Form von Bits oder Bytes dargestellt ist. Ein Beispiel einer Paketlänge könnte 1000 Byte entsprechen. Die Pakete können gemäß einem oder mehrerer Paketprotokollen übertragen werden. In einer Ausführungsform können die Paketprotokolle beispielsweise ein oder mehrere Internetprotokolle umfassen wie das Transmission Control Protocol (TCP) und das Internet Protocol(IP). Die Ausführungsformen beschränken sich aber nicht auf diesen Rahmen.

Unter weiterer Bezugnahme auf 1 umfaßt das System 100 ein verdrahtetes oder drahtloses Übertragungssystem, das einen MIMO-Übertragungskanal verwendet. In einer Ausführungsform kann das System 100 beispielsweise ein lokales Netz (LAN) umfassen, das nach einem oder mehreren Ethernet-basierten Übertragungsprotokollen betrieben wird, so wie sie vom amerikanischen Normungsgremium IEEE (Institute for Electrical and Electronic Engineers) als 802.x-Standards festgelegt wurden, beispielsweise ein 1000Base-T-Übertragungssystem per Gigabit-Ethernet („Gigabit Ethernet"), ein erweitertes 10Gbase-T-Übertragungssystem und so weiter. Man wird verstehen, daß, selbst wenn eine beispielhafte Ausführungsform im Rahmen eines Gigabit-Ethernets dargestellt ist, jede Art von Übertragungssystem mit MIMO-Kanal verwendet werden kann und dabei immer noch in den vorgesehenen Rahmen der Ausführungsformen fällt.

1 kann die Struktur eines Systems 100 für das Gigabit-Ethernet darstellen. Wie in 1 gezeigt, kann das System 100 Netzwerkknoten 120 und 122 umfassen. Die Netzwerkknoten 120 und 122 können jeweils Verarbeitungssysteme mit Gigabit-Ethernet-Vorrichtung(en) aufweisen. Die Gigabit-Ethernet-Vorrichtungen können beispielsweise als Bestandteil einer Netzschnittstellenkarte (NIC) implementiert sein. Insbesondere kann der Netzwerkknoten 120 eine Reihe von Entzerrern (1-N) 102, eine CFM 104, eine Reihe von Sendern/Empfängern („Transceiver") (1-N) 106 und einen Kanalschätzer 116 umfassen. Der Netzknoten 122 kann eine ähnliche Struktur wie das Netzwerk 120 aufweisen und eine Reihe von Entzerrern (1-M) 114, eine CFM 112, eine Reihe Transceiver (1-M) und einen Kanalschätzer 118 umfassen. In einer typischen Implementierung sind M und N normalerweise gleich, obgleich die Ausführungsformen nicht unbedingt auf diesen Rahmen beschränkt sind. Die Netzwerkknoten 120 und 122 können sich anhand eines MIMO-Kanals 108 gegenseitig Informationen übertragen. Man wird verstehen, daß, selbst wenn um der Klarheit willen nur zwei Netzwerkknoten und ein MIMO-Kanal in 1 dargestellt sind, Netzwerkknoten und MIMO-Kanäle in jeder Anzahl verwendet werden können und dabei immer noch in den Bereich der Ausführungsformen fallen.

Das System 100 kann funktionieren, um Informationen zwischen den Netzwerkknoten 120 und 122 bei Übertragungsgeschwindigkeiten von etwa 1000 Megabit/Sekunde (Mbps) zu übertragen. Der Vollduplex-Datendurchsatz von 1000 Mbps kann anhand des MIMO-Kanals 108 erzielt werden. Der MIMO-Kanal 108 kann beispielsweise vier Paare paarverseilter Kupferdrähte umfassen, die in einem Kategorie-5-Kabel (CAT-5) gebündelt sind. Jedes Paar kann einen Datenstrom von 250 Mbps übermitteln, die in einer Signalkonstellation für 4-dimensionale Pulsamplitudenmodulation mit 5 Stufen (4-D PAM-5) kodiert ist. Im wesentlichen können die vier Paare paarverseilter CAT-5-Kabel (UTP) ohne Abschirmung als ein Kanal mit vier Eingängen und vier Ausgängen behandelt werden. Infolgedessen kann jeder Netzwerkknoten vier gleichartige Transceiver – einen für jedes physikalische Kabelpaar – umfassen. Jeder Sender der Transveiver 1-N kann zum Beispiel mit einem entsprechenden Empfänger der Transceiver 1-M gepaart sein. Hybridschaltungen (nicht dargestellt) können die bidrektionale Datenübertragung auf demselben Kabel erleichtern.

Während der Initialisierung von System 100 können die gepaarten Transceiver eine Einarbeitungsphase durchlaufen mit dem Ziel, den MIMO-kanal 108 zu charakterisieren. Die Kanalschätzer 116 und 118 können die Einarbeitungsphase kontrollieren oder sie unterstützen. Signale können zwischen den jeweiligen Sendern und Empfängern übertragen und mindestens eine Kenngröße des MIMO-Kanals 108 gemessen werden, beispielsweise Kanalimpulsantworten, Amplitudenstufen, Signalformen, Signalverzerrung, Nebensprechimpulsantworten, zeitliche Verschiebungen und Verzögerungen und so weiter. Die übertragenen Signale, die von der Empfangsvorrichtung empfangen werden, sind vorbestimmte Signale, und Abweichungen von den erwarteten Werten werden von der Empfangsvorrichtung zur Kenntnis genommen.

Ein Faktor, der zu Abweichungen führen kann, ist ein Nebensprechgeräusch. Ein Nebensprechgeräusch wie ein FEXT-Geräusch kann entstehen, wenn die Energie von einem Signal in einem Übertragungspfad oder Datenstrom störend auf das Signal in einem oder mehreren anderen Übertragungspfaden oder Datenströmen einwirkt. Nebensprechgeräusch stellt nämlich ungewünschtes Koppeln zwischen zwei oder mehr Sendepaaren dar, während sich das Signal vom Sendeende des Paars zum Empfangsende verbreitet. Nebensprechgeräusch kann die Fähigkeit des Empfängers, einen besonderen Datenstrom zu dekodieren, beeinflussen und außerdem die Geschwindigkeit oder Bandbreite für den MIMO-Kanal 108 beeinträchtigen.

In einer Ausführungsform können die Kanalschätzer 116 und 118 zur Durchführung der Kanalcharakterisierung für den MIMO-Kanal 108 benutzt werden mit Ziel, potentielles Nebensprechgeräusch zu schätzen. Die Kanalschätzer 116 und 118 können mehrere Kanalimpulsansprechwerte für den MIMO-Kanal 108 schätzen. Die Kanalschätzer 116 und 118 können einen Kanalimpulsantwortwert zwischen jedem Sender und jedem Empfänger schätzen. Für ein MIMO-System mit N Sendern und M Empfängern, müssten die Impulsantworten N × M folglich nach der Einarbeitungsphase erhalten werden. Diese Werte des Kanalimpulsantworten können dann zum Aufbau einer Matrix der MIMO-Kanalimpulsantwort verwendet werden. Dementsprechend übergeben die Kanalschätzer 116 und 118 die Kanalimpulsantwortwerte jeweils den CFMs 104 und 112. Die CFMs 104 und 112 können die Kanalimpulsantwortwerte verwenden, um die Erstellung eines geeignete Filters für die Unterdrückung von Nebensprechgeräusch zu unterstützen.

In einer Ausführungsform können die CFMs 104 und 112 beispielsweise jeweils die Werte von den Kanalschätzern 116 und 118 empfangen. Jede CFM kann die geschätzten MIMO-Kanalimpulsantworten verwenden, die von den Kanalschätzern bereitgestellt werden für den Aufbau oder die Erstellung eines Filters, um die Reduzierung oder Unterdrückung von Nebensprechgeräusch an einem Empfänger, der an einen MIMO-Kanal 108 gekoppelt ist, zu unterstützen. Somit kann in einer Ausführungsform das Filter nach der Einarbeitungsphase aufgebaut werden. Das Wesen der CFMs 104 und 112 ist näher anhand der 2 erläutert.

2 kann eine CFM gemäß einer Ausführungsform umfassen. 2 kann eine CFM 200 veranschaulichen. Eine CFM kann beispielsweise repräsentativ für die CFMs 104 und 112 sein. In einer Ausführungsform kann die CFM 200 ein oder mehrere Module umfassen. Beispielsweise kann sie in einer Ausführungsform 200 einen Matrixgenerator 202 der Kanalimpulsantwort (CIR) umfassen, ein Filter zu Unterdrückung des Nebensprechens (CSF) und ein Filter 206. Man wird verstehen, daß diese als Beispiel erläuterten Module in größerer oder kleinerer Anzahl verwendet werden können und dabei immer noch in den Bereich dieser Ausführungsformen fallen. Ferner, selbst wenn die Ausführungsformen im Sinne von „Modulen" dargestellt sind, um die Beschreibung zu vereinfachen, können ein oder mehrere Schaltkreise, Komponenten, Register, Prozessoren, Software-Unterprogramme oder jede Kombination davon für ein Modul, mehrere oder alle Module substituiert werden.

Die Ausführungsformen können anhand einer Architektur implementiert werden, die sich je nach der Anzahl von Faktoren ändern kann, beispielsweise die gewünschte rechenbetonte Rate, Leistungspegel, Wärmetoleranzen, das Verarbeitungsablaufbudget, Eingangsdatenraten, Ausgangsdatenraten, Speichermittel, Datenbusgeschwindigkeiten und sonstige Leistungsbedingungen. Eine Ausführungsform kann beispielsweise anhand von Software, die von einem Prozessor ausgeführt wird, implementiert werden. Der Prozessor kann ein Mehrzweck- oder dedizierter Prozessor sein, wie beispielsweise ein von Intel® Corporation hergestellter Prozessor. Die Software kann ein Computerprogramm, Kodesegmente, eine Programmierlogik, Anweisungen oder Daten umfassen. Die Software kann auf einem über eine Maschine, einen Computer oder sonstiges Verarbeitungssystem zugänglichen Träger gespeichert werden. Beispiele akzeptabler Träger können computerlesbare Träger wie Festwertspeicher (ROM), Arbeitspeicher (RAM), programmierbare Nur-Lesespeicher(PROM), elektrisch löschbare programmierbare Festwertspeicher (EEPROM), Magnetplatten, optische Medien und so weiter sein. In einer Ausführungsform kann das Medium Programmieranweisungen in einem komprimierten und/oder verschlüsselten Format speichern sowie Anweisungen, die zu kompilieren oder durch einen Ektroniker zu installieren sind, bevor sie vom Prozessor ausgeführt werden. In einem anderen Beispiel kann eine Ausführungsform als dedizierte Hardware implementiert werden wie ASIC (Application Specific Integrated Circuit = Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung, eine PLD (Programmable Logic Device = Programmierbare logische Schaltung) oder ein DSP (Digital Signal Processor = Digitaler Signalprozessor) und begleitende Hardwarestrukturen. In einem noch anderen Beispiel kann eine Ausführungsform durch jede Kombination programmierter Allzweckcomputerkomponenten und kundenspezifischer Hardwarekomponenten implementiert werden. Die Ausführungsformen beschränken sich aber nicht auf diesen Rahmen.

Wie in 2 gezeigt, kann der CIR-Matrixgenerator 202 einen oder mehrere Messwerte (beispielsweise gemessene Kanalimpulsantworten) von einem Kanalschätzer, wie die Kanalschätzer 116 und 118, empfangen. Der CIR-Matrixgenerator 202 kann den bzw. die Messwerte zum Aufbau einer CIR-Matrix benutzen.

In einer Ausführungsform kann die CIR-Matrix darstellen, wie ein als MIMO-Kanal 108 ausgebildetes Übertragungsmedium das Signal ändert, das zwischen zwei Endpunkten, wie die Netzwerkknoten 120 und 122, übertragen wird. Bei jedem geeigneten Kanal wird der unumgängliche Filtereffekt eine Ausbreitung individueller Datensymbole, die den Übertragungskanal durchströmen, bewirken. Die CIR-Matrix versucht zu schildern oder zu beschreiben, wie die Ausbreitung eines übertragenen Signals ein Signal am Empfänger erzeugt. Es ist möglich, den Kanal im Sinne einer Impulsanwort zu formulieren, das heißt, als ob das Signal, das empfangen werden soll, ein zu übertragender Impuls ist. In einer Ausführungsform kann die CIR-Matrix beispielsweise einen MIMO-Kanal 108 charakterisieren, der als MIMO-System mit N-Eingang und M-Ausgang ausgebildet ist und P-Tap-Filter mit begrenzter Impulsantwort (FIR) umfaßt, die als Matrix ausgedrückt sind. Sobald eine CIR-Matrix generiert ist, kann der CIR-Matrixgenerator 202 die generierte CIR-Matrix zum CSF-Matrixgenerator 204 senden.

In einer Ausführungsform kann der CSF-Matrixgenerator 204 die CIR-Matrix empfangen. Der CSF-Matrixgenerator 204 kann eine CSF-Matrix anhand der empfangenen CIR-Matrix generieren. Die CSF-Matrix kann ein Matrixfilter darstellen, das anhand der durch die FIR-Filter angenäherten CIR-Werte aufgebaut wird. Die CSF-Matrix wird anhand CIR-Matrix aufgebaut, um das Nebensprechen für den MIMO-Kanal 108 zu reduzieren oder zu unterdrücken. Sobald die CSF-Matrix generiert ist, kann der CSF-Matrixgenerator 204 die generierte CSF-Matrix zum Filter 206 senden.

In einer Ausführungsform kann das Filter 206 die CSF-Matrix empfangen. Das Filter 206 kann die CSF-Matrix verwenden, um das Nebensprechgeräusch von einem oder mehreren Datenströmen, die anhand des MIMO-Kanals 108 übertragen werden, zu filtern. Das Wesen der CIR-Matrix, CSF-Matrix und des Filters 206 ist unter Bezugnahme von 3 und 4 näher erläutert.

Auch der Betrieb der Systeme 100 und 200 ist in 3 und 4 und den dargestellten Beispielen näher erläutert. Man wird verstehen, daß selbst wenn 3 und/oder 4 eine besondere Programmierlogik zeigen, diese Programmierlogik nur ein Beispiel für eine mögliche Implementierung der hierin erläuterten allgemeinen Funktionalitäten beschreibt. Sofern nicht anders angegeben, braucht die gegebene Programmierlogik ferner durchaus nicht in der dargestellten Reihenfolge ausgeführt zu werden. Außerdem, selbst wenn die gegebene Programmierlogik hierin so dargestellt ist, als ob sie in den bereits angesprochenen Modulen implementiert ist, wird man zu schätzen wissen, daß die Programmierlogik überall im System implementiert werden kann und dabei immer noch in den Bereich der Ausführungsformen fällt.

3 veranschaulicht eine Programmierlogik 300 für eine CFM gemäß einer Ausführungsform. Wie in der Programmierlogik 300 dargestellt, kann eine CIR-Matrix bei Block 302 geschätzt werden. Eine CSF-Matrix lässt sich auf der Basis einer CIR-Matrix bei Block 304 erstellen. Die CIR-Matrix und CSF-Matrix können eine ähnliche Struktur und Matrixdimension aufweisen. Mehrere Datenströme, die über einen Kanal für ein MIMO-System empfangen werden, können anhand der CSF-Matrix gefiltert werden, um das Nebensprechen bei Block 306 zu reduzieren. Die Datenströme können zum Beispiel jeweils ein Signal mit ISI- oder ohne ISI-Effekt umfassen. Die gefilterten Datenströme können dann durch einen oder mehrere Entzerrer anhand derselben oder ähnlicher Entzerrungsparameter entzerrt werden.

In einer Ausführungsform kann die CIR-Matrix geschätzt werden, indem mindestens eine Kanalkenngröße für den MIMO-Kanal geschätzt wird. Mehrere Kanalimpulsantwortelemente können auf der Basis einer Kanalkenngröße geschätzt werden. Die CIR-Matrix kann anhand der Kanalimpulsantwortelemente erstellt werden.

Der Betrieb der Systeme 100 und 200 und die in 3 und 4 gezeigte Programmierlogik wird durch erläuternde Beispiele besser verständlich. Wie zuvor angesprochen, kann die CFM 200 eine CIR-Matrix schätzen und dann eine CSF-Matrix aufbauen, um ein Nebensprechgeräusch von einem MIMO-Kanal, beispielsweise einem MIMO-Kanal 108, zu filtern. Zum Zwecke dieses Beispiels wird ein bidirektionales Gigabit-Ethernetsystem vorausgesetzt, das einen MIMO-Kanal mit 4 Eingängen und 4 Ausgängen, wie in System 200 gezeigt, aufweist. Berücksichtigt wird der Allgemeinfall eines linearen, dispersiven und lauten MIMO-Systems zur digitalen Übertragung mit m0 Eingängen und m0 Ausgängen. Die Signale am j-th-Kanalausgang (1 ≤ j ≤ m0) haben folgende Standardform:

wobei yi(t) der i-te Kanalausgang ist, hij(t) die Kanalimpulsantwort zwischen dem j-ten Eingang und dem i-ten Ausgang ist, sj(t) das Kanaleingangssignal, ni(t) das Geräusch am i-ten Ausgang.

In diskreter Form kann die mathematische Gleichung (1) auch so geschrieben werden.

wobei hij(m) die Tap-Verstärkungskoeffizienten der begrenzten Impulsantwort des äquivalenten Diskretzeitkanals zwischen dem j-ten Eingang und dem i-ten Ausgang entspricht, dessen Speicher durch Lij gekennzeichnet ist und sj(m) nj(m) yj(m) Abtastversionen von jeweils sj(t), ni(t), &ggr;i(t) sind.

Durch Gruppieren der von allen Kanalausgängen m0 empfangenen Signale in einer Vektorspalte &ggr;(t) wird die mathematische Gleichung (1) als Matrix dargestellt: y(t) = H(t) ⊗ s(t) + n(t),(3) wobei &ggr;(t) der Vektor m0 × 1 der empfangenen Signale ist H(t) die Matrix der MIMO-Kanalimpulsantwort, s(t) – m0 × l der Vektor des übertragenen Signals und n(t) der Geräuschvektor.

In diskreter Form kann die mathematische Gleichung (3) so geschrieben werden:

wobei &ngr; die maximale Länge aller Impulsantworten des Kanals m0 × m0 ist, das heisst &ngr; = maxi,jLij. Es ist zu beachten, daß bei dieser Schreibweise die nicht diagonal verlaufenden Elemente der CIR-Matrix H(t) die ungewünschten Nebensprechimpulsantworten darstellen und die unerwünschte Störung (d.h. das Nebensprechen) in das nutzbare Signal von den benachbarten Paaren (oder den parallelen Raumkanälen beim drahtlosen Übertragungssystem) einführen, wobei diese Störungen über CFM 200 beseitigt werden.

Bei diesem Beispiel wird vorausgesetzt, daß das System 100 Nebensprechgeräusch anhand folgender Operationen reduziert. Zu diesem Zweck sollten zunächst die allgemeinen Kenngrößen des Systems 100 definiert werden. Jede gegebene Kanalschätzungstechnik kann zur Anwendung kommen, um die Kanalkenngrößen zu definieren. Die besondere Kanalschätzungstechnik, die für eine gegebene Implementierung verwendet wird, kann mittels der Stufe der gewünschten Unterdrückung des Nebensprechens definiert werden, welche ihrerseits von den genauen Eigenschaften der Schätzung abhängig ist.

Sobald der Kanalschätzungsablauf verwirklicht ist, kann die vollständige CIR-Matrix H(t) am Empfänger aufgebaut werden. Diese Matrix kann eine Reihe von CIR-Matrixwerten, die über die FIR-Filter angenähert wurden, aufweisen, welche wie folgt dargestellt werden können:

Um Nebensprechen in jedem Kanalausgang zu unterdrücken, kann ein Filter Q(t) für die Unterdrückung des Nebensprechens verwendet werden, um die empfangenen Signale zu verarbeiten. Dieses Filter kann anhand der CIR-Matrix H(t) aufgebaut werden.

Der Algorithmus der Berechnung des Nebensprechfilters Q(t) kann mehrere Stufen umfassen. Die folgenden Operationen können die Elemente qij(t) i,j = 1, ..., m0 des Filters für die Unterdrückung des Nebensprechens berechnen:

  • 1. Die CIR-Matrix H(t) kann transponiert werden. Die Transponierte der CIR-Matrix kann durch Vertauschen von Zeilen und Spalten berechnet werden.
  • 2. Jedes Element der erhaltenen Matrix kann auf seinen Minor substituiert werden. Während der Minorberechnung kommt die Faltungsoperation anstelle der Multiplikationsoperation zur Anwendung.
  • 3. Das Vorzeichen für die Minorwerte kann festgelegt werden. Das Vorzeichen für Minorwerte kann sich bei Minorwerten mit ungerader Indexsumme von +(plus) auf –(minus) ändern. Der Aufbau eines Filters bzw. von Filtern m0 × m0 ergibt sich aus den obigen Operationen. Die auf diese Weise erhaltene Matrix Q(t) umfaßt das Filter für die Unterdrückung des Nebensprechens. Wie zuvor angesprochen, kann die Leistung des Filters für die Unterdrückung des Nebensprechens von den gemessenen Kanalkenngrößen abhängig sein. Unter Voraussetzung perfekter Kanalkenntnisse kann CFM 2300 Nebensprechgeräusch vom MIMO-Kanal vollständig unterdrücken. In dem geräuschfreien Kanal lässt sich der Ausgang des Filters für die Unterdrückung des Nebensprechens so schreiben: x(1) = Q(t) ⊗ y(t) = Q(t) ⊗ H(t) ⊗ s(t) = G(t) ⊗ s(t)(6) wobei das m0 × m0 Matrixfilter G(t) die diagonale Form mit denselben Elementen g(t) auf der Hauptdiagonale aufweist. Aus diesem Grunde sind die Ausgänge des Filters für die Unterdrückung des Nebensprechens der Matrix Nebensprechsignale: xj(t) = g(t) ⊗ sj(t).(7)

Zur weiteren Erläuterung der Operation des Systems 100 wird ein nicht so komplexer Fall eines MIMO-Kanals mit zwei Eingängen und zwei Ausgängen ohne Geräusch betrachtet. In diesem Fall gibt die mathematische Gleichung (1) die Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangssignalen in folgender Form: y1(t) = h11(t) ⊗ s1(t) + h12(t) ⊗ s2(t); y2(t) = h21(t) ⊗ s1(t) + h22(t) ⊗ s2(t);(8)

Die CIR-Matrix kann dargestellt werden als

Unter der Annahme einer perfekten Kanalschätzung kann das Filter zur Unterdrückung des Nebensprechens so dargestellt werden:

Die Ausgangssignale des Filters können mittels folgender mathematische Gleichung beschrieben werden: x1(t) = [h22(t) ⊗ h11(t) – h12(t) ⊗ h21(t)] ⊗ s1(t) x2(t) = [h11(t) ⊗ h22(t) – h21(t) ⊗ h21(t)] ⊗ s2(t)(9)

Aus der Gleichung (9) ergibt sich, daß die Ausgangssignale Signale ohne Nebensprechen sind. Es ist zu beachten, daß die vollständigen Impulsantworten beider Ausgänge annähernd identisch sind. Dies bedeutet, daß dieselben Entzerrer am Ausgang des Filters für die Unterdrückung des Nebensprechens zur Anwendung kommen können.

4 ist ein Graph, der die Leistung einer CFM gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. 4 kann die Leistung einer CFM darstellen, die einen MIMO-Kanal verwendet, der ein paarverseiltes CAT-5-Kupferkabel ohne Abschirmung umfaßt. 4 wurde für ein Ethernet-LAN-System mit 4 Paaren paarverseilter Kabel aufgezeichnet. In solch einem System können freie Sender gleichzeitig Nebensprechen am Empfängerende erzeugen. Eine Kurve 402 veranschaulicht die gesamte Nebensprech- bis zur Nutzsignalrate, bevor eine CFM verwendet wird. Eine Kurve 404 veranschaulicht die gesamte Nebensprech- bis zur Nutzsignalrate, nachdem eine CFM verwendet wurde. 4 zeigt, daß bei Verwendung einer CFM das Nebensprechen derart unterdrückt wird, daß das verbleibende Nebensprechgeräusch niedriger als die Kanalgeräuschuntergrenze ist.

Nachdem bestimmte Merkmale der Ausführungsformen der Erfindung, so wie hier beschrieben, veranschaulicht wurden, können dem Fachmann nun zahlreiche, Änderungen, Ersatzlösungen, Varianten und gleichwertige Lösungen einfallen. Es versteht sich folglich, daß die anhängenden Ansprüche dazu bestimmt sind, alle diese Änderungen und Varianten, die dem getreuen Sinn der Ausführungsformen der Erfindung entsprechen, zu umfassen.

Zusammenfassung

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren eines Nebensprechens (Crosstalk) in einem Kommunikationssystem beschrieben.


Anspruch[de]
Verfahren, welches umfaßt:

Abschätzen einer Matrix einer Kanalimpulsantwort,

Erstellen einer Matrix eines Filters für eine Unterdrückung des Nebensprechens auf der Basis der Matrix einer Kanalimpulsantwort, und

Filtern mehrerer Datenströme, die über einen Kanal für ein System mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen empfangen werden, um Fernnebensprechen zwischen den Datenströmen anhand der Matrix des Filters für die Unterdrückung des Nebensprechens zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Matrix der Kanalimpulsantwort und die Matrix des Filters für die Unterdrückung des Nebensprechens eine im wesentlichen ähnliche Struktur und Matrixdimension aufweisen. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abschätzen umfaßt:

Schätzen mindestens einer Kanalkenngröße für den Kanal,

Annähern mehrer Kanalimpulsantwortwerte auf der Basis der Kanalkenngröße und Erstellen der Matrix der Kanalimpulsantwort anhand der Kanalimpulsantwortwerte.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erstellen umfaßt:

Transponieren der Matrix der Kanalimpulsantwort,

Substituieren jedes Elements der transponierten Matrix der Kanalimpulsantwort mit ihrem Minorelement und Festlegen eines Vorzeichens für jedes Minorelement.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Datenstrom ein Intersymbol-Störsignal umfaßt. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Entzerren jedes gefilterten Datenstroms, der eine Reihe im wesentlichen ähnlicher Entzerrungsparameter verwendet. System mit mehreren Eingängen und Ausgängen, umfassend:

ein Übertragungsmedium,

mehrere Sender für die Ankopplung an das Übertragungsmedium, wobei jeder Sender einen Datenstrom über das Übertragungsmedium, das einen Übertragungskanal verwendet, übermittelt,

mehrere Empfänger für ein Ankoppeln an das Übertragungsmedium, wobei diese Empfänger die Datenströme vom Übertragungskanal empfangen, und

ein Modul zum Filtern des Nebensprechens für ein Ankoppeln der vielfältigen Empfänger, wobei das Modul zum Filtern des Nebensprechens die Datenströme filtert, um Fernnebensprechengeräusche, die während der Übertragung durch die Datenströme anfallen, zu reduzieren.
System mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen nach Anspruch 8, ferner umfassend mehrere Entzerrer für die Ankopplung an das Modul zum Filtern, wobei die Entzerrer die gefilterten Datenströme anhand einer Reihe im wesentlichen ähnlicher Entzerrparameter entzerren. System mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen nach Anspruch 8, ferner umfassend einen Kanalschätzer zur Ankopplung an die Empfänger, wobei der Kanalschätzer mindestens eine Kanalkenngröße für den Kanal schätzt. System mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen nach Anspruch 8, wobei das Modul zum Filtern des Nebensprechens umfaßt:

einen Matrixgenerator der Kanalimpulsantwort, um eine Matrix der Kanalimpulsantwort zu generieren.

einen Matrixgenerator des Filters für die Unterdrückung des Nebensprechens, um eine Matrix des Filters für die Unterdrückung des Nebensprechens zu generieren und

ein Filter zum Filtern der Datenströme anhand der Matrix des Filters für die Unterdrückung des Nebensprechens.
Vorrichtung, die umfasst:

mehrere Empfänger für den Empfang mehrerer Datenströme, die über einen Übertragungskanal übermittelt werden und

ein Modul zum Filtern des Nebensprechens zum Ankoppen an diese Empfänger, wobei das Modul zum Filtern des Nebensprechens die Datenströme filtert, um Fernnebensprechgeräusch zu reduzieren, die während der Übertragung durch die Datenströme anfallen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Modul zum Filtern des Nebensprechens umfaßt:

einen Matrixgenerator der Kanalimpulsantwort, um eine Matrix der Kanalimpulsantwort zu generieren,

einen Matrixgenerator des Filters für ein Unterdrücken des Nebensprechens, um eine Matrix des Filters für ein Unterdrücken des Nebensprechens zu generieren und

ein Filter zum Filtern der Datenströme anhand der Matrix des Filters für die Unterdrückung des Nebensprechens.
Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner umfassend einen Kanalschätzer zur Ankopplung an die Empfänger, wobei der Kanalschätzer mindestens eine Kanalkenngröße für den Kanal schätzt. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Matrixgenerator des Kanalimpulses an den Kanalschätzer anzukoppeln ist und der Matrixgenerator des Kanalimpulses die Matrix des Kanalimpulses anhand mindestens einer Kanalkenngröße für diesen Kanal generiert. Gegenstand, umfassend:

ein Speichermedium,

wobei das Speichermedium Speicheranweisungen umfaßt, die nach der Ausführung durch einen Prozessor zur Folge haben, daß sie eine Matrix der Kanalimpulsantwort schätzen, eine Matrix des Filters für eine Unterdrückung des Nebensprechens auf der Basis der Matrix der Kanalimpulsantwort erstellen und mehrere Datenströme filtern, die sie über einen Kanal für ein System mit mehren Eingängen und mehreren Ausgängen empfangen haben, um Fernnebensprechen zwischen den Datenströmen anhand der Matrix des Filters für die Unterdrückung des Nebensprechens zu reduzieren.
Gegenstand nach Anspruch 15, wobei die gespeicherten Anweisungen nach der Ausführung durch einen Prozessor ferner zur Folge haben, daß sie beim Schätzen mindesten eine Kanalkenngröße für den Kanal schätzen, mehrere Kanalimpulsantwortwerte auf der Basis der Kanalkenngröße annähern und die Matrix der Kanalimpulsantwort anhand der Kanalimpulswerte erstellen. Gegenstand nach Anspruch 15, wobei die gespeicherten Anweisungen nach der Ausführung durch einen Prozessor ferner zur Folge haben, daß sie beim Erstellen durch Transponieren der Matrix der Kanalimpulsantwort jedes Element der transponierten Matrix der Kanalimpulsantwort mit seinem Minorelement substituieren und ein Vorzeichen für jedes Minorelement festlegen. Gegenstand nach Anspruch 15, wobei die gespeicherten Anweisungen nach der Ausführung durch einen Prozessor ferner zur Folge haben, daß sie jeden gefilterten Datenstrom anhand einer Reihe wesentlich ähnlicher Entzerrparameter entzerren.






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