CN100514949C - 通信信道的基于快照的均衡方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供补偿与通信信道相关的失真的均衡技术。在本发明的一个方面，均衡从通信信道接收的输入信号的方法/设备包括下述步骤/操作。根据与用于恢复和接收输入信号相关的数据的时钟信号无关的时钟信号，从接收的输入信号产生至少一个采样。随后根据至少一个产生的采样的至少一部分，补偿与通信信道相关的失真。

Description

通信信道的基于快照的均衡方法和设备
技术领域
本发明涉及数字通信领域中的数据信道接收器，更具体地说，涉及补偿与数字通信信道相关的失真的方法和设备。
背景技术
收方均衡是一种修改在通信信道上接收的信号，从而抵消信道导致的失真的技术。可用于均衡信号的装置有许多，例如有限冲激响应(FIR)滤波器，判定反馈均衡器(DFE)，峰值放大器等。
均衡器具有适用于信道，以便抵消尽可能多的失真的许多参数。存在两组不同的技术来计算这些参数：(i)盲均衡；和(ii)自适应均衡。
就盲均衡来说，信道被仔细测量，离线计算最佳参数，随后把其编程写入均衡器中。这种技术允许使用复杂的数学工具来计算参数，但是当信道具有时变特性，或者当制造(production)数如此之大，以致每个信道的单独测量变得不切实际时，这种技术失败。
就自适应均衡来说，接收器电路测量信道的特征，同时检测数据，并且通常在闭环中计算和应用均衡器的参数。这种技术允许补偿时变信道，或者具有大量制造变化的信道。另一方面，利用可用的硬件资源，只能进行粗糙的信道测量和简单的计算。
发明内容
本发明提供补偿与通信信道相关的失真的均衡技术。
在本发明的一个方面，均衡从通信信道接收的输入信号的方法/设备包括下述步骤/操作。根据与用于恢复和接收输入信号相关的数据的时钟信号无关的时钟信号，从接收的输入信号产生至少一个采样。随后根据至少一个产生的采样的至少一部分，补偿与通信信道相关的失真。
采样产生步骤/操作还可包括产生采样时钟信号的多个相位，在采样时钟信号的相应多个相位下，对接收的输入信号采样，从而产生相应的多个样本。失真补偿步骤/操作还可包括根据至少一个产生的采样的至少一部分，设置一个或多个参数值，并把一个或多个参数值应用于接收的输入信号。采样时钟信号可具有低于数据恢复时钟信号的频率。
此外，采样产生步骤/操作还可包括确认至少一个产生的采样。确认步骤/操作还可包括比较至少一个产生的采样的样本和确认阈值。在另一实施例中，确认步骤/操作还可包括从接收的输入信号产生前沿样本和后沿样本，并改变眼中心阈值，从而确定至少一个产生的采样的有效性。确认步骤/操作还可包括丢弃至少一个产生的采样的被确定为无效的样本。
另外，通信信道可以是数字通信信道。可根据与通信信道耦接的数据接收器执行均衡。
在本发明的另一方面，对从通信信道接收的输入信号进行响应的均衡系统包括一个采样模块。采样模块根据与用于恢复和接收输入信号相关的数据的时钟信号无关的时钟信号，从接收的输入信号产生至少一个采样。均衡系统还包括一个滤波器。滤波器根据对采样模块产生的至少一个采样的至少一部分进行响应的均衡算法，补偿与通信信道相关的失真。均衡系统是数据接收器的一部分。均衡系统独立于数据接收器的时钟和数据恢复系统。
从而，根据本发明，数字通信信道的均衡使用与信道相关的快照补偿失真。此外，由于根据本发明的均衡并不依赖于信道的准确计时信息，因此可在不对信道进行时钟和数据恢复的情况下，完成数字通信信道的均衡。
结合附图，根据本发明的例证实施例的下述详细说明，本发明的这些和其它目的、特征及优点将变得显而易见。
附图说明
图1图解说明连续时间模拟均衡；
图2图解说明离散时间模拟均衡；
图3图解说明离散时间数字均衡；
图4图解说明根据本发明一个实施例的基于快照的均衡系统；
图5图解说明根据本发明一个实施例的快照模块；
图6图解说明根据本发明另一实施例的快照模块。
具体实施方式
在说明本发明的基于快照的均衡系统的例证实现之前，先说明现有的一些均衡技术。
首先参见图1，图1表示了接收器的均衡部分100。图1中采用的均衡技术是连续时间模拟均衡。按照自动增益控制(AGC)放大器102，模拟均衡器104，奈奎斯特滤波器106，采样器108和模-数转换器(ADC)110，对接收的模拟信号使用这种技术。显然，在采样和数字转换之前，对模拟信号进行均衡，从而这种均衡被称为连续时间模拟均衡。
现在参见图2，图2表示了接收器的均衡部分200。图2中采用的均衡技术是离散时间模拟均衡。根据AGC放大器202，奈奎斯特滤波器204，采样器206，模拟均衡器208和ADC 210，对接收的模拟信号使用这种技术。显然，在数字转换之前，但是在采样之后，对模拟信号进行均衡，从而这种均衡被称为离散时间模拟均衡。
现在参见图3，图3表示了接收器的均衡部分300。图3中采用的均衡技术是离散时间数字均衡。根据AGC放大器302，奈奎斯特滤波器304，采样器306，ADC 308和数字均衡器310，对接收的模拟信号使用这种技术。显然，在采样和数字转换之后，对模拟信号进行均衡，从而这种均衡被称为离散时间数字均衡。
如同下面详细说明的那样，本发明提供通过获得输入信号的时间“快照”，进行自适应均衡的技术。这里使用的术语“快照”(snapshot)一般指的是输入信号的采样(例如，一组一个或多个样本)。以和数据时钟无关的低频时钟获得快照或采样。与采样时钟相关的“低频”是相对于数据时钟的频率来说的。例如，用于获得快照的采样时钟的频率可以是107MHz，而数据时钟的频率可以是1GHz。
要认识到快照可能多数时间不能捕获完整的脉冲。但是，由于采样时钟和数据时钟无关，快照有时是成功的(例如对于随机数据来说，四次中的一次)。从而，还提供评估快照的有效性的技术。无效快照(或者与之相关的样本)被丢弃，有效快照(或者与之相关的样本)被传递给自动均衡算法。
现在参见图4，图4图解说明根据本发明一个实施例的基于快照的均衡系统。如图所示，均衡系统400包括可编程滤波器402，快照模块404和均衡算法406。
均衡系统400接收来自数据通信信道(未示出)的输入信号。输入信号被提供给其滤波特性由滤波器参数确定的可编程滤波器402。如同将说明的那样，滤波器参数的值由均衡算法406提供。滤波器402的滤波特性被自适应设置，从而，与通信信道相关的失真被补偿，即被抵消，或者至少基本被抵消。即，可编程滤波器402根据均衡算法406计算的滤波器参数，修改输入信号，从而补偿信道失真。
例如，如果滤波器402是线性连续时间放大器，那么参数可以是其极点和零点的复平面中的位置。在300MHz下具有强信道衰减的1Gbit/sec信号将要求在300MHz下增强信号的滤波器，衰减超出600MHz的信号。300MHz增强使信道的频率响应变平，而600MHz及以上的衰减改善了信道的噪声特性。
快照模块404根据与用于恢复数据的时钟无关(例如独立于用于恢复数据的时钟)的时钟(低频采样时钟)，对可编程滤波器402的输出采样，并把输入信号的快照提供给均衡算法406，从而均衡算法406能够根据快照修改滤波器参数，以便补偿由信道导致的输入信号中的失真。
对输入信号采样(借助快照模块404)，调整滤波器参数值(借助均衡算法406)和应用滤波参数值(借助可编程滤波器402)修改输入信号的自适应循环可继续，直到输入信号中的失真等于或小于某一最大可接受的失真阈值为止。
例如，失真通常被定义为由信道的特性(而不是由信道中的噪声)引起的接收信号的“闭眼”。它被测量为闭眼的量和完全睁眼的大小的比值，一般用dB表示。根据存在于信道中的噪声的量，和所需的最大误码率，小于0.6dB的失真阈值是可接受的。
要认识到均衡算法406可实现任意已知的和恰当的均衡方法，例如，最小均方算法，梯度下降算法，递归最小均方算法。有关可采用的各种均衡算法的说明，参见Shahid Qureshi，“AdaptiveEqualization”，Proceedings of the IEEE，vol.73，no.9，1985年9月，pp.1349-1387，该文献的内容作为参考包含于此。当然，本发明并不局限于任意特定的均衡算法。
从而，在已知使用的特定均衡算法和补偿机构(例如可编程滤波器)的情况下，本领域的普通技术人员易于了解特定的均衡算法根据按照本发明产生的一组样本(快照)，如何产生用于均衡输入信号的补偿参数。
现在参见图5，图5图解说明根据本发明一个实施例的快照模块。快照模块500可被看作图4的快照模块404的一个例证实现。如图所示，快照模块500可包括低频采样时钟502，形成细粒(fine grain)延迟线的一组延迟元件504-1～504-N(这里N是代表构成快照或采样的样本的数目的整数)，采样锁存器506-1～506-N，和一个快照确认模块508。
由延迟元件504-1～504-N形成的延迟线接收低频采样时钟502，产生采样时钟的多个相位，所述多个相位间隔一个位时间周期的一小部分(例如位时间周期的1/10，取决于系统的特性)。例如，对于1GHz信号，位周期可以是1纳秒(nsec)，而采样周期可以是100皮秒(psec)。
随后在与延迟元件相关的各个相位下，借助样本锁存器506-1～506-N，在一个位时间周期内对(缓冲的)输入信号采样N次。这些样本可以是简单的二进制样本。这些样本给出脉冲形状的一般印象，其中通过结合多个快照，可产生脉冲的更准确表现。
获得的快照(样本)被提供给快照确认模块508，在快照确认模块508，样本被确认。无效的样本被丢弃，有效的样本被传递给均衡算法406(图4)。可按照多种方法确定样本的有效性。在一个实施例中，可把样本和0或一个恰当的确认阈值进行比较。对于典型的信号值来说，阈值可以是介于100-300毫伏(mV)之间的值。此外，可根据在快照的起点和终点都存在跃迁，得到快照的确认。这图解说明于图6中。
现在参见图6，图6图解说明根据本发明另一实施例的快照模块。更具体地说，图6表示一组采样锁存器如何可被用于查找脉冲的前沿的位置，第二组采样锁存器如何可被用于查找脉冲的后沿的位置，中央的第三组采样锁存器如何可被用于对实际脉冲采样。
即，如图所示，快照模块600包括块610、620和630。快照模块600可被看作图4的快照模块404的一个例证实现。每个块包含延迟元件(方框610中的612-1～612-3，块620中的622-1～622-3，和块630中的632-1～632-3)，和采样锁存器(块610中的614-1～614-3，块620中的624-1～624-3，和块630中的634-1～634-3)。延迟元件和锁存器按照上面参考图5说明的相同方式工作。虽然在图6中，N等于3，但是本发明并不局限于此。
根据延迟线排列，块610产生前沿样本，块620产生眼中心样本，块630产生后沿样本。
更具体地说，块610的三个锁存器检测输入信号的零交叉，指示脉冲的前沿。块630的三个锁存器也检测输入信号的零交叉，指示脉冲的后沿。一旦检测到输入脉冲的前沿和后沿，块620的三个锁存器被用于确定幅度与该脉冲有多相关。改变眼中心阈值，进行多次实验，确定脉冲能够具有的数值的范围。
例如，如果阈值被设置成100mV，那么当前沿和后沿锁存器指示存在脉冲时，中间锁存器上为“1”的值表示脉冲的幅度大于100mV，而为“0”的值表示脉冲的幅度小于100mV。通过从100mV～300mV扫过阈值，能够准确地测量典型脉冲的高度。通过寻找前沿或后沿组中的连续锁存器之间的“0”到“1”或“1”到“0”跃迁，确定前沿和后沿。
有利的是，根据这里描述的发明原理，从对噪声和负载非常敏感的接收器的时钟和数据恢复(CDR)电路取出信道测量。即，根据本发明的均衡器能够独立工作，操作上并不需要来自CDR电路的输入。这样，可使均衡器和许多CDR设计匹配。此外，由于可以极低的占空度操纵快照电路，可使快照电路一直继续工作，而不会导致不得不始终处于工作状态的电路的能量损失。在时钟事件之间，也可关闭快照电路，从而节省能量，并且便于均衡器的连续更新。
要认识到虽然上面提供并说明了本发明的方法的具体电路实施例，不过也可用一个或多个具有相关存储器的数字信号处理器，专用集成电路，一个或多个具有相关存储器的恰当编程的通用数字计算机，来实现本发明的这种包括通信信道接收器执行的其它过程的方法。本领域的普通技术人员可以设想实现本发明的各种其它方式。
虽然这里参考附图说明了本发明的例证实施例，不过要明白本发明并不局限于这些具体实施例，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，本领域的技术人员可做出各种其它变化和修改。

Claims (23)

1、一种均衡从通信信道接收的输入信号的方法，包括下述步骤：
根据与用于恢复和接收的输入信号相关的数据的恢复时钟信号无关的采样时钟信号，从接收的输入信号产生至少一个采样；和
根据产生的至少一个采样的至少一部分，补偿与通信信道相关的失真。
2、按照权利要求1所述的方法，其中产生采样的步骤还包括下述步骤：
产生采样时钟信号的多个相位；和
在采样时钟信号的相应多个相位下，对接收的输入信号采样，从而产生相应的多个样本。
3、按照权利要求1所述的方法，其中补偿失真的步骤还包括下述步骤：
根据产生的至少一个采样的至少一部分，设置一个或多个参数值；和
把所述一个或多个参数值应用于接收的输入信号。
4、按照权利要求1所述的方法，其中采样时钟信号具有低于数据恢复时钟信号的频率。
5、按照权利要求1所述的方法，其中产生采样的步骤还包括确认产生的至少一个采样的步骤。
6、按照权利要求5所述的方法，其中确认步骤还包括比较产生的至少一个采样的样本和确认阈值。
7、按照权利要求5所述的方法，其中确认步骤还包括下述步骤：
从接收的输入信号产生前沿样本和后沿样本；和
改变眼中心阈值，以确定产生的至少一个采样的有效性。
8、按照权利要求5所述的方法，其中确认步骤还包括丢弃产生的至少一个采样的被确定为无效的样本。
9、按照权利要求1所述的方法，其中通信信道是数字通信信道。
10、按照权利要求1所述的方法，其中根据与通信信道耦接的数据接收器执行均衡。
11、一种用于均衡从通信信道接收的输入信号的设备，包括：
根据与用于恢复和接收的输入信号相关的数据的恢复时钟信号无关的采样时钟信号，从接收的输入信号产生至少一个采样的装置；和
根据产生的至少一个采样的至少一部分，补偿与通信信道相关的失真的装置。
12、按照权利要求11所述的设备，其中产生采样的操作还包括产生采样时钟信号的多个相位，和在采样时钟信号的相应多个相位下，对接收的输入信号采样，从而产生相应的多个样本。
13、按照权利要求11所述的设备，其中补偿失真的操作还包括根据产生的至少一个采样的至少一部分设置一个或多个参数值，和把所述一个或多个参数值应用于接收的输入信号。
14、按照权利要求11所述的设备，其中采样时钟信号具有低于数据恢复时钟信号的频率。
15、按照权利要求11所述的设备，其中产生采样的操作还包括确认产生的至少一个采样。
16、按照权利要求15所述的设备，其中确认操作还包括比较产生的至少一个采样的样本和确认阈值。
17、按照权利要求15所述的设备，其中确认操作还包括从接收的输入信号产生前沿样本和后沿样本，和改变眼中心阈值，以确定产生的至少一个采样的有效性。
18、按照权利要求15所述的设备，其中确认操作还包括丢弃产生的至少一个采样的被确定为无效的样本。
19、按照权利要求11所述的设备，其中通信信道是数字通信信道。
20、按照权利要求11所述的设备，其中所述用于均衡从通信信道接收的输入信号的设备根据与通信信道耦接的数据接收器执行均衡。
21、一种对从通信信道接收的输入信号进行响应的均衡系统，包括：
一个采样模块，所述采样模块根据与用于恢复和接收的输入信号相关的数据的恢复时钟信号无关的采样时钟信号，从接收的输入信号产生至少一个采样；和
一个滤波器，所述滤波器根据对采样模块产生的至少一个采样的至少一部分进行响应的均衡算法，补偿与通信信道相关的失真。
22、按照权利要求21所述的均衡系统，其中所述均衡系统是数据接收器的一部分。
23、按照权利要求22所述的均衡系统，其中所述均衡系统独立于数据接收器的时钟和数据恢复系统。
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