在铜线宽带接入系统中,串扰(Crosstalk)始终是制约带宽的核心瓶颈。当多条双绞线被绑扎在同一线束(Binder)中时,相邻线对之间通过电磁耦合产生干扰,这种被称为 FEXT(远端串扰)的现象会随着频率升高而急剧恶化。G.vector 技术(ITU-T G.993.5)的本质,是在 DSLAM(数字用户线接入复用器)侧对所有绑扎线对进行联合信号处理,通过预编码(Downstream Precoding)和干扰消除(Upstream Cancellation)将串扰从不可预测的噪声源转化为可主动抑制的确定性失真。这一工程实现的成败,取决于信道状态信息(CSI)估计的精度、预编码矩阵的计算效率,以及实时更新算法的收敛速度三个关键环节。
信号处理链路的第一阶段是 CSI 估计。G.vector 系统在每个 DMT(离散多音调制)符号周期内,DSLAM 会向所有 CPE(用户端设备)发送同步训练序列,接收端将误差样本反馈至 DSLAM,DSLAM 据此构建完整的 N×N 互耦矩阵,其中 N 为绑定内的活动线对数量。该矩阵的每个元素代表对应频率点上的串扰系数,其维度随频点数量线性增长。对于支持 106MHz 带宽的 G.fast 系统,仅单个符号周期就需要处理数千个频点的矩阵运算。这种大规模矩阵运算对 DSP 的并行计算能力提出了极高要求 —— 当 N 达到 50 对以上时,矩阵维度将达到 2500×2500 量级,直接矩阵求逆的计算复杂度已超出通用处理器的实时处理能力边界。
预编码矩阵的构建采用迫零(Zero-Forcing)准则,其数学形式为 P = H⁻¹,其中 H 为耦合矩阵与主信道增益的联合矩阵。在理想情况下,经过预编码处理后,每个子载波上的信号在到达 CPE 端时,串扰分量已被完全抵消。然而在实际工程中,H 的估计必然存在误差,且矩阵求逆的数值稳定性会随着条件数恶化而下降。G.993.5 规范引入了对角加载(Diagonal Loading)技术,在矩阵求逆前向主对角元素添加正则化项 η,以牺牲部分噪声容限换取数值稳定性。工程实践中,η 的取值通常在 -20dB 至 -10dB 之间(相对于主信道增益),具体数值需要根据线缆老化程度和环境噪声水平进行现场调优。
实时更新机制是 G.vector 工程实现中最具挑战性的部分。静态预编码矩阵无法应对温度变化导致的线缆参数漂移、以及新用户入网带来的拓扑结构变化,因此必须采用自适应算法持续迭代更新系数。传统的 LMS(最小均方)算法收敛速度与步长参数 μ 直接相关:μ 过大将导致系数震荡甚至发散,μ 过小则使得系统需要数百甚至数千个符号周期才能跟踪信道变化。对于 G.fast 这类超宽带系统,频带扩展至 212MHz 后,串扰耦合路径的数量显著增加,传统 LMS 的收敛时间将大幅延长。Deep-LMS 算法通过引入预处理器矩阵,显著加速了主 LMS 滤波器的收敛过程,在仿真环境中可将收敛周期从数千符号缩减至数百符号量级。
从工程参数视角审视部署边界,当单束绑扎线对超过 100 对时,预编码矩阵的存储开销将达到数百兆字节,矩阵运算的延迟将超过 DMT 符号周期预算。此时运营商需要在 binder occupancy(线束占用率)与服务质量之间做出权衡 —— 降低每束线对中的活动用户数量,或接受部分用户无法获得完整的矢量增益。此外,混合部署场景下(部分 CPE 支持矢量、部分不支持)会引入所谓的 "远端串扰污染",即非矢量用户产生的串扰无法被 DSLAM 消除,这将导致矢量用户的实际性能低于理论值。解决该问题需要在网络规划阶段对用户进行分组隔离,或在 DSLAM 侧部署选择性矢量处理逻辑。
资料来源:ITU-T G.993.5 规范定义了 VDSL2 场景下的 FEXT 消除机制,Deep-LMS 算法研究论文表明其在 G.fast 超宽带场景下可显著加速收敛(Gigabit DSL: a Deep-LMS Approach)。