CN101044731A - 用于执行通信系统的均衡和解码的方法和设备 - Google Patents

Abstract

描述一种用于执行通信系统的均衡和解码的方法和设备。

Description

用于执行通信系统的均衡和解码的方法和设备

背景技术

多输入多输出(MIMO)系统可以涉及将多个通信介质作为单个通信信道来处理。例如，MIMO系统可以将捆绑成单根电缆的多根单独的双绞铜线作为具有多输入和多输出的单个通信信道来处理。但是，在给定铜线上传送的信息可能容易受到来自相邻铜线上传送的信息的干扰。这种状况通常称为“串音”。

可以通过减少MIMO信道中的串音量来大大地增加MIMO系统的性能。一种协助减少串音的技术是执行MIMO信道的信道均衡和解码。改进的信道均衡和解码可以产生改进的MIMO系统性能。因此，可能需要在装置或网络中对此类技术进行改进。

附图说明

图1示出适于实施一个实施例的MIMO系统。

图2示出根据一个实施例的MIMO判决反馈均衡器和解码器的框图。

图3示出根据一个实施例的MIMO判决反馈均衡器和解码器。

图4是示出根据一个实施例的MIMO系统的性能的图。

图5是根据一个实施例的编程逻辑的流程框图。

具体实施方式

这些实施例可以涉及一种用于执行通信系统的多输入多输出(MIMO)信道的信道均衡和解码的方法和设备。可以使用信道均衡和解码技术以例如抑制利用诸如双绞铜线、射频(RF)和其他介质的全双工通信介质的通信系统中的串音。串音的示例可以包括近端串音(NEXT)和远端串音(FEXT)。例如，在一个实施例中，可以在使用符号间干扰(ISI)或非ISI信道的MIMO全双工有线或无线通信系统中同时执行信道均衡和解码技术以提供联合的多信道均衡、FEXT消除和格形解码。

在一个实施例中，信道均衡和解码技术提供一种用于同时均衡、FEXT消除和格形编码调制的解码的方案。在一个实施例中，信道均衡和解码技术提供一种用于10GBase-T通信系统的同时均衡、FEXT消除和格形编码调制的解码的方案。例如，可以将信道均衡和解码技术用于使用在由4对非屏蔽双绞线(UTP)构成的电缆上的基带脉冲调幅(PAM)传输的10GBase-T通信系统，与1000Base-T通信系统相似。虽然在1000Base-T装置中，因为无需FEXT消除也可达到所需的SNR，所以FEXT消除可以是可选的，但是在10GBase-T系统中，可能需要相当大的FEXT消除才能在解码器达到必需的SNR。在一个实施例中，可以使用MIMO判决反馈均衡器-解码器技术来达到10GBase-T系统中的FEXT消除。

判决反馈均衡(DFE)和格形解码一般可能不能独立执行。这部分地是由于DFE中的差错传播的现象，这可能因大大地降低编码增益而影响解码器的性能。但是，例如，在一个实施例中，可以与解码器和均衡器联合实施MIMO信道的判决反馈均衡器-解码器，以提供MIMO信道的联合的多信道均衡、FEXT消除和格形解码。

在一个实施例中，可以使用两个反馈环路执行MIMO信道响应的判决反馈均衡。解码器内部的第一反馈环路和解码器外部的第二反馈环路。第一反馈环路可以包括MIMO并行判决反馈解码器，以对短期MIMO信道响应补偿比维特比算法幸存路径的对应符号的长度N_V小的时间延迟。第二(外部)反馈环路可以包括反馈滤波器以对长期MIMO信道响应补偿N_V至N_b之间的时间延迟，其中N_b约等于MIMO信道的响应延迟。利用第一(内部)和第二(外部)反馈环路可以提供整体降低了复杂性而不降低MIMO信道的性能的实用MIMO系统通信方案。例如，这种实施可以提供MIMO信道的联合的多信道均衡、FEXT消除和格形解码。

图1是系统100的框图。系统100可以包括多个网络节点。如本文使用的术语“网络节点”可以指能够根据一个或多个协议传送信息的任何节点。网络节点的示例可以包括计算机、服务器、交换机、路由器、网桥、网关、个人数字助理、移动装置、呼叫终端等。如本文使用的术语“协议”可以指一组用于控制如何在通信介质上传送信息的指令。

在一个实施例中，系统100可以在多种网络节点之间传送多种类型的信息。例如，一种类型的信息可以包括“媒体信息”。媒体信息可以指表示用于用户的内容的任何数据。内容的示例可以包括例如来自语音通话的数据、视频会议、流传输视频、电子邮件(“email”)消息、语音邮件消息、字母数字符号、图形、图像、视频、文本等。来自语音通话的数据可以是例如语音信息、静默期、背景噪声、舒适噪声、音调等。另一种类型的信息可以包括“控制信息”。控制信息可以指表示用于自动化系统的命令、指令或控制字的任何数据。例如，控制信息可以用于通过网络路由媒体信息，或命令网络节点以预定方式处理媒体信息。媒体和控制信息都可以在两个或两个以上的端点之间的数据流中传送。如本文使用的术语“数据流”可以指数据通信会话期间以串行方式发送的位、字节或符号的集合。

在一个实施例中，一个或多个通信介质可以连接网络节点。如本文使用的术语“通信介质”可以指能够承载信息信号的任何介质。通信介质的示例可以包括金属导线、半导体材料、双绞线、同轴电缆、光纤、RF频谱等。本文上下文中的术语“连接”或“互连”及其变体可以指物理连接、逻辑连接、有线连接和/或无线连接。

例如，在一个实施例中，可以通过包括RF频谱的通信介质连接网络节点来实现无线网络，如蜂窝或移动系统。在此情况中，系统100中所示的网络节点和/或网络还可以包括用于将有线通信介质承载的信号转换成RF信号的装置和接口。此类装置和接口的示例可以包括全向天线和无线RF收发信机。但是，这些实施例并不限于本文上下文的情况。

在一个实施例中，网络节点可以以分组的形式彼此传送信息。本文上下文中的分组可以指一组有限长度的信息，其中长度一般以位或字节表示。分组长度的示例可能是1000个字节。可以根据一个或多个分组协议来传送分组。例如，在一个实施例中，分组协议可以包括一个或多个因特网协议，如传输控制协议(TCP)和因特网协议(IP)。但是，这些实施例并不限于本文上下文的情况。

再次参考图1，通信系统100可以包括使用MIMO通信信道的有线或无线通信系统。例如，在一个实施例中，系统100可以包括根据如电气及电子工程师协会(IEEE)802.3系列标准定义的一个或多个基于以太网的通信协议工作的局域网(LAN)，如吉位以太网1000Base-T通信系统、高级10GBase-T通信系统等。虽然可能作为示例在10GBase-T系统的情况中示出了一个实施例，但是可以认识到，可以使用采用MIMO通信信道的任何类型的通信系统，并且仍落在这些实施例的预期范围内。

图1可以示出通信系统100的结构。如图1所示，通信系统100可以包括第一网络节点130和第二网络节点132。例如，第一网络节点130和第二网络节点132分别可以表示具有布置为根据如IEEE802.3系列标准定义的10GBase-T工作的物理层实体(PHY)的处理系统。在IEEE体系结构中，10GBase-T PHY可以例如与10G介质访问控制(MAC)和吉位介质无关接口(XGMII)实现接口。例如，10GBase-T PHY可以包括网络接口卡(NIC)的一部分。节点130、132可以包括适于供10GBase-T装置使用的任何处理系统和/或通信装置，如先前描述的任何节点。例如，节点130、132可以作为一对交换机、一对路由器、一对服务器、交换机和路由器、交换机和服务器、服务器和路由器等来实施。此外，节点130、132还可以是模块化系统的一部分，其中，10GBase-T是系统的高速连接。节点130、132的其他示例可以包括高端服务器、超级计算机、计算机集群、网格计算、工作组交换上行链路、聚合上行链路、存储系统等。每个节点130、132可以包括例如主机系统和其他功能组件。在一个实施例中，主机系统可以包括一个或多个计算机平台(例如，芯片组、主板及诸如此类)，以提供主机系统和/或其他功能组件与接收机136之间的相互通信。例如，在一个实施例中，接收机136可以是10GBase-T接收机。这些实施例并不限于本文上下文的情况。

更具体地，例如，第一网络节点130可以包括编码器102模块，而第二网络节点132可以包括均衡器-解码器106模块。例如，第一网络节点130和第二网络节点132可以彼此之间经MIMO信道104传送信息。为了简明的目的，图1示出两个网络节点130、132和一个MIMO信道104，不过，本领域技术人员将认识到，可以使用任何数量的网络节点和MIMO信道，并且仍落在这些实施例的范围内。

通信系统100可以操作以约每秒10吉位(Gbps)的通信速度在第一网络节点130和第二网络节点132之间传送信息。10Gbps的速率可以包括全双工数据吞吐量并且可以使用MIMO信道104来实现。在一个实施例中，MIMO信道104可以包括例如捆绑在第5类(CAT-5)电缆中的四对双绞铜线。例如，每对可以传送每秒2500兆位(Mbps)的数据流，该数据流被编码成4维(4-D)5级脉冲调幅(PAM-5)的信号星座以及4-D 10级(PAM-10)和20级(PAM-20)的信号星座。一般，例如，这四对CAT-5非屏蔽双绞线(UTP)的布线连接可以看作具有四个输入和四个输出的一个信道。因此，每个网络节点130、132可以含有四个相似的收发信机(未示出)，每个物理导线对一个。例如，每个收发信机的每个发射机(未示出)可以与每个收发信机的对应接收机(未示出)成对。还可以提供混合电路(未示出)以利于相同导线上的双向数据传输。

例如，在一个实施例中，编码器102模块可以配置成接收要在第一网络节点130与第二网络节点132之间传送的、用I[n]表示的信息符号108。例如，信息符号108可以包括m位的信息。例如，可以在波特间隔期间向编码器102模块提供这m位。在一个实施例中，编码器102模块可以包括在MIMO信道104两端使用多状态码的格形编码器。例如，在一个实施例中，格形编码器可以在成对UTP电缆两端使用4-D八状态格形码。例如，每个波特间隔期间传送的m位的数量取决于波特率(m位×波特率＝10Gbps)。m位的数量还可以定义用于实施特定脉冲调幅(PAM)方案(例如，PAM-5、PAM-10、PAM-20等)所需的级数。下表1中示出了PAM方案的几个示例和在特定波特率下所需的m位的数量。但是，本领域技术人员将认识到，这些实施例并不一定限于本文上下文的情况。

           表1

m	波特率	调制
			8	1250MHz	PAM5
12	833MHz	PAM10
			16	625	PAM20

编码器102模块可以包括子集编码器114以从给定信号星座中选择多个信号子集。例如，编码器102模块还可以包括符号映射器116。例如，在一个实施例中，构成每个信息符号108的这m位中的一位或多位可以构成子集索引112，子集索引112可以用作子集编码器114的输入以从信号星座中选择多个信号子集之一。例如，在一个实施例中，子集编码器114可以是2/3卷积编码器，其中，例如，可以将这m位中的两位提供到2/3卷积编码器以从信号星座中选择八个信号子集之一。但是，将认识到，这些实施例并不一定限于本文上下文的情况，因为子集索引112的大小取决于通信系统100中实施的特定调制方案。余下未编码的m位可以构成子集110中的点以在编码器114所选的选定子集内选择要在第一网络节点130和第二网络节点132之间传输的多个符号118S＝[S₀，S₁，S₂，...S_N之一，其中N是包括MIMO信道104的通信介质中的连接的数量。例如，在使用这m位中的两位作为2/3卷积编码器114的输入的一个实施例中，可以使用其他未编码的“m-2”位以在选定子集内选择一个4-D符号S＝[S₀，S₁，S₂，S₃]。然后可以通过MIMO信道104传输所选的4-D符号。例如，在一个实施例中，可以通过四对的UTP电缆来传输所选的4-D符号。

在一个实施例中，可以通过MIMO信道104中构成通信介质的多种连接(例如，四对的UTP电缆)来将多个符号118S＝[S₀，S₁，S₂，...S_N]从第一网络节点130传送到第二网络节点132。多个符号118S＝[S₀，S₁，S₂，...S_N]从第一网络节点130中的一个或多个发射机134传播到第二网络节点132中对应的一个或多个接收机136。例如，在一个实施例中，MIMO信道104包括作为通信介质的四个双绞对的UTP电缆。因此，通信系统100可以包括在第一网络节点130的四个发射机134和在第二网络节点132的四个对应的接收机136。例如，还可以将沿这四个双绞对之一传播的信号耦合到其余的三个双绞对，以便可以将所有传送的信号提交到每个对应的接收机。因此，每个传送的信号可以存在于所有接收机处。

通过包括例如这四个双绞对的UTP电缆的MIMO信道104传送这些信号可以由等效的离散时间模型来描述，该模型包括外加MIMO信道中可能存在的噪声信号的多维(例如，4×4)线性滤波器。根据该等效离散时间模型，可以根据公式(1)将在时刻n从MIMO信道104出现的输出信号120定义为例如：

$x_i\left(n\right)=\underset{j=0}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\Σ}}}{S}_j(n-k)h_{\mathrm{ij}}\left(k\right)+v_i\left(n\right),i=0,...,3---1)$

其中S_j是从第一网络节点130传送的符号108，x_i是在120的在第二网络节点132接收的MIMO信道104的输出信号，h_ij＝[h_ij(0)...h_ij(L-1)]是从第j个发射机到第i个接收机的MIMO信道104的冲激响应，L是所有冲激响应h_ij的最大长度，以及v_i是例如MIMO信道104中可能存在的加性噪声分量。

仍是在一个实施例中，可以将在120的MIMO信道104输出信号x_i(n)传送到均衡器-解码器106模块以根据实施例执行均衡和解码。均衡器-解码器106模块处理MIMO信道104输出信号x_i(n)并在输出端口122提供接收的数据 可以认识到，在从第一网络节点130传送的多个符号118S＝[S₀，S₁，S₂，...S_N]从输出端口122作为接收的数据

出现时，它们可能被延迟了D个样本。虽然均衡器-解码器106模块可能需要延迟D以便处理输入信号x_i(n)，但是多种实施例应该不限于本文上下文的情况。

图2是可以示出均衡器-解码器106模块的一个实施例的结构的框图200。在一个实施例中，均衡器-解码器106模块可以包括通信信道均衡部分201和通信信道解码器206部分。例如，信道均衡部分201和通信信道解码器206部分经第一反馈环路232和第二反馈环路234通信，下文对此予以更详细的描述。

在一个实施例中，均衡部分201可以包括多维滤波器202模块和第一减法器229模块。例如，在一个实施例中，多维滤波器202模块可以是前馈滤波器。第一减法器229模块将来自前馈滤波器202模块的输出信号y_i(n)与来自解码器部分206的补偿的解码信号212比较。

均衡器-解码器106模块的解码器206部分可以是MIMO并行判决反馈解码器(PDFD)，不过多种实施例应该不限于本文上下文的情况，因为可以对它们替换其他结构。解码器206部分可以包括例如第一多维反馈滤波器204模块、度量计算218模块、加/比较选择(ACS)220模块以及第二减法器230模块，例如，可以如图2所示地布置它们。在一个实施例中，第一多维反馈滤波器204模块可以是MIMO反馈滤波器。解码器206部分还可以包括第一反馈环路232，第一反馈环路232包括例如第一反馈滤波器204模块以从ACS 220模块接收维特比算法幸存路径的符号并将补偿的幸存符号提供到第二减法器230模块。

均衡器-解码器106模块还可以包括第二反馈环路234，第二反馈环路234包括例如第二反馈滤波器210模块，可以如图2所示地布置它们。第二反馈滤波器210模块补偿从解码器206模块接收的解码的符号。然后将补偿的解码的符号提供到第一减法器229。例如，在一个实施例中，可以在第一反馈滤波器204模块将补偿的幸存符号提供到第二减法器230模块时基本同时地将补偿的解码的符号提供到第一减法器229。因此，例如，在一个实施例中，均衡器-解码器106模块可以利用第一反馈环路232和第二反馈环路234联合地将MIMO通信信道104中传送的信号均衡和解码。

例如，可以实施具有相似的冲激响应特征的第一反馈滤波器204模块和第二反馈滤波器210模块。第一反馈滤波器204模块可以使用[b_ij(1)，...，b_ij(N_v)]来单独对解码器206的每个状态补偿后兆(postcursor)ISI，其中N_v是维特比算法幸存路径的长度。第二反馈滤波器210模块可以使用[b_ij(N_v+1)，...，b_ij(N_B-1)]来补偿解码器206的所有状态所共有的后兆ISI，其中N_B是后兆ISI冲激响应。例如，在一个实施例中，N_v可以远短于N_B。在一个实施例中，第二反馈滤波器210模块可以使用维特比算法幸存路径的符号来单独对解码器206的多个状态补偿任何余下ISI。

在一个实施例中，可以将在120处接收的信号x_i(n)提供到多维前馈滤波器202模块。在一个实施例中，多维前馈滤波器202模块可以部分地补偿MIMO信道104的响应函数(例如，MIMO信道104传递函数h_ij的极点)。在包括四对的UTP电缆的MIMO信道104实施例中，多维前馈滤波器202模块可以实施为4×4前馈滤波器，且具有例如根据公式(2)的特征：

$y_i\left(n\right)=\underset{j=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=0}{\overset{N_F-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_j(n-k)w_{\mathrm{ij}}\left(k\right),i=0,...,3---\left(2\right)$

其中y_i(n)是多维前馈滤波器202在208处的输出信号，w_ij是前馈滤波器202模块从第j个输入到第i个输出的冲激响应，以及N_F是前馈滤波器202模块的长度。例如，在一个实施例中，可以将前馈滤波器202模块的冲激响应w_ij选择为与MIMO判决反馈均衡响应的最小均方误差(MMSE)相同。例如，前馈滤波器202模块的判决延迟可以由D_E表示。

例如，一旦由多维前馈滤波器202模块至少部分地将输入端口120处的输出信号x_i(n)均衡，则可以对均衡的输出信号y_i(n)执行后兆符号间干扰(ISI)消除和格形解码。例如，在一个实施例中，可以由解码器206和第一反馈滤波器204模块联合地补偿后兆ISI，并且可以由解码器206来执行格形解码功能。例如，在一个实施例中，第一反馈滤波器204模块可以是多维反馈滤波器，该多维反馈滤波器处理对应于解码器206的所有状态的幸存符号以补偿MIMO信道104冲激响应函数w_ij的短期部分。例如，解码器206可以将均衡功能与格形解码功能组合以提供10GBase-T的格形编码调制的同时均衡、FEXT消除和解码。在一个实施例中，格形解码功能可以至少部分地通过执行维特比算法来实施。如本领域技术人员将认识到的，将维特比算法应用于通信信道中的接收的信号序列，并且维特比算法沿着对应的格形图查找具有期望度量(例如，最大似然路径)的路径。因此，可以通过采取对应的维特比算法幸存路径的符号作为第一反馈滤波器204模块的反馈判决输入来单独地对每个码状态消除后兆ISI。例如，可以由卷积编码器来定义应用于格形解码方案的维特比算法幸存路径的长度N_V。

解码器206还在224将解码的符号S_i(n-D)提供到第二反馈滤波器210模块。例如，在一个实施例中，第二反馈滤波器210模块可以是多维反馈滤波器，该多维反馈滤波器补偿MIMO信道104冲激响应函数w_ij的长期部分。在一个实施例中，可以将幸存路径的长度N_V选择为远短于后兆ISI冲激响应N_b(例如，N_v～10和N_b～100)。因此，例如，虽然在224的解码的符号S_i(n-D)仍可能引入一些ISI到检测到的符号S_i(n-D_E)中，但是可以由第二反馈滤波器210模块补偿检测到的符号S_i(n-D_E)引入的后兆ISI的部分。第二反馈滤波器210模块可以将补偿的检测的信号提供到第一减法器229模块，在第一减法器229模块中，可以将补偿的检测的信号与在208的输出信号y_i(n)比较。

可以由第一减法器229模块从在208的输出信号y_i(n)减去第二反馈滤波器210的输出212以在214提供z_i(n)。z_i(n)信号是解码器206的输入，并且可以根据例如公式(3)将其表示为：

$z_i\left(n\right)=y_i-\underset{j=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=\mathrm{Nv}+1}{\overset{N_B-1}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{S}}_j(n-k-D_F)b_{\mathrm{ij}}\left(k\right),i=0,...,3---\left(3\right)$

其中

是解码的符号，以及b_ij＝[b_ij(1)，...，b_ij(N_B-1)]是第二反馈滤波器210模块的冲激响应特征。

将第一减法器229模块输出的z_i(n)信号提供到第二减法器230模块230。然后由第二减法器230模块将z_i(n)信号与第一反馈滤波器204模块的输出信号比较。第二减法器230模块的输出是u_j ^l(n)，并且这是度量计算218模块的输入。u_j ^l(n)信号是无ISI的，并且对于解码器206的多个状态可在216获取。例如，在一个实施例中，在度量计算218模块的输入处，对于解码器206的八个状态可以有八个4-D无ISI信号u_j ^l(n)可在216获取。

例如，在一个实施例中，度量计算218模块计算所有可能的编码器转换(coder transition)的度量并选择对应于这些转换的4-D符号。如先前论述的，本文上下文中的“度量”可以指解码器206的最大似然路径。例如，对于解码器206的八个状态，可以根据公式4表示度量计算218模块的输入处的信号u_j ^l(n)：

$u_j^l\left(n\right)=z_i-\underset{j=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{N_v}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{S}}_j^l(n-k-D_F)b_{\mathrm{ij}}\left(k\right),i=0,...,7---\left(4\right)$

其中j是对的数量，l是码状态号，以及

是维特比算法幸存路径的符号。

在一个实施例中，度量计算单元218还可以计算解码器206的32个可能的转换的4-D度量(例如，八个码状态中的每一个允许4个转换)，并且可以获得与这些转换对应的4-D符号。例如，这些操作可以采用与1000BASE-T中执行的操作相似的方式在10BASE-T中执行，具有更多可能的PAM调制级。

例如，可以在222将计算的度量和对应的符号提供到ACS 220模块。在一个实施例中，ACS 220模块可以更新编码器状态，可以作出最终判决，并且还可以在输出端口122提供例如接收的数据

ACS 220模块还可以对离开解码器206的解码的符号[S₀，S₁，S₂，...S_N]执行逆映射，并可以在224将解码的符号[S₀，S₁，S₂，...S_N]提供到第二反馈滤波器210模块以实施补偿。例如，ACS 220模块还可以在输出122提供接收的数据

在更新解码器206的状态之后，ACS 220模块还可以将维特比算法幸存路径的符号连同4-D符号的幸存路径一起提供到第一反馈滤波器204模块。维特比算法幸存路径的符号可以采用例如矩阵(5)的形式表示为：

如先前论述的，将第一反馈滤波器204模块的输出提供到第二减法器230模块，在第二减法器230模块，将这些输出信号与来自第一减法器229模块的z_i(n)信号比较。如先前论述的，所得到的信号u_j ^l(n)成为度量计算218模块的输入。

图3是可以示出均衡器-解码器106模块的一个实施例的结构的框图300。均衡器-解码器106模块可以包括例如第一反馈环路320和第二反馈环路322。均衡器-解码器106模块还可以包括例如前馈滤波器202模块、第一反馈滤波器204模块、解码器310模块、第一映射器312模块以及MIMO信道响应估计和滤波器权重计算314模块，例如可以如图3所示地布置它们。在一个实施例中，第一反馈滤波器204模块可以是MIMO反馈滤波器，并且解码器310模块可以是MIMO并行判决反馈解码器(PDFD)，不过这些实施例应该不限于本文上下文的情况，因为可以对它们替换其他结构。在一个实施例中，解码器310模块可以包括例如第二反馈滤波器210模块、度量计算218模块、ACS 220模块、第二映射器316模块以及减法器318模块，例如可以如图3所示地布置它们。

先前解释了前馈滤波器202模块、第一反馈滤波器204模块、第二反馈滤波器210模块、度量计算218模块和ACS 220模块的功能，为了简明，框图300的下文描述将限于解释解码器310模块、第一映射器312模块和第二映射器316模块、MIMO信道响应估计和滤波器杈重计算314模块以及减法器318模块。

因此，例如，第二映射器316模块将来自ACS 220模块的维特比算法幸存路径的符号映射到解码器310模块的每个状态的N_V组多个符号。例如，在一个实施例中，将多个符号映射到N_V组4-D符号。减法器318模块从4-D信号z_i(n)减去由第一反馈滤波器204模块滤波的解码器310模块的所有状态的维特比算法幸存路径的符号，这可以经第一反馈环路320来处理。减法器318模块的输出216可以表示例如解码器310模块的每个状态的4-D均衡的信号u_j ^l(n)。第一映射器312模块将输出端口122处的最终解码的输出数据

映射到4-D符号，可以将其提供到第一反馈环路320。可以使用MIMO信道响应估计和滤波器权重计算314模块来确定所有三个滤波器202、204、210的最优权重，并在324将优化的权重提供到前馈估计滤波器202模块，在326将其提供到第一反馈滤波器204模块以及在328将其提供到第二反馈滤波器210模块。最初还可以使用MIMO信道响应估计和滤波器权重计算314模块作为训练阶段，例如，在此训练阶段期间可以生成MIMO信道104的响应函数的估计。在一个实施例中，例如，基于这些估计，MIMO信道响应估计和滤波器权重计算314模块可以使用最小均方误差(MMSE)准则技术计算最优滤波器权重。

图4是示出例如MIMO通信系统100的性能的图400。图400示出三个调制方案的均衡器-解码器106的模拟的一个示例的结果：(1)曲线410示出的在1250MHz的PAM5；(2)曲线420示出的在833MHz的PAM10；以及(3)曲线430示出的在625MHz的PAM20。例如，这些调制方案可以对应于第6类UTP电缆的波特率。曲线410、420、430表示相对于有关发射机的以dB为单位的信噪比(SNR)的误码率(BER)。

下文参考附图和所附示例可进一步描述的上述系统和子系统的操作。这些附图中的一些可能包括编程逻辑。虽然本文给出的此类附图可能包括特定编程逻辑，但是可以认识到该编程逻辑仅仅提供可以如何实施本文描述的一般性功能的示例。而且，除非另行指出，否则给出的编程逻辑不一定需要按所示的顺序来执行。此外，给出的编程逻辑可以由硬件单元、处理器执行的软件单元或它们的任何组合来实施。这些实施例并不限于本文上下文的情况。

图5示出编程逻辑500。编程逻辑500可以是本文描述的一个或多个系统执行的操作的表示。如编程逻辑500中框510处所示的，系统将第一信号均衡。将第一信号均衡可以包括例如从通信信道接收第一信号，并使用前馈滤波器将第一信号滤波。在一个实施例中，编程逻辑根据公式(6)将第一信号滤波：

$y_i\left(n\right)=\underset{j=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=0}{\overset{N_F-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_j(n-k)w_{\mathrm{ij}}\left(k\right),i=0,...,N---\left(6\right)$

其中，例如，x_i(n-k)是所述输入信号，y_i(n)是所述前馈滤波器的输出信号，w_ij是所述前馈滤波器从第j个输入到第i个输出的冲激响应，N_F是所述前馈滤波器的长度，以及N是所述通信信道中通信介质的数量。

在框512，系统将第二信号解码。在解码第二信号时，系统可以将第二信号与第一反馈模块的输出信号比较。而且，将第二信号解码还可以包括例如计算与编码器转换对应的度量并选择与所述转换对应的多个符号。将第二信号解码还可以包括例如更新编码器状态，将多个符号幸存路径提供到映射器模块，将幸存路径映射到多组的多个符号，并将符号幸存路径提供到第一反馈模块。此外，将第二信号解码还可以包括例如使用第一反馈模块处理多个解码器状态的多个幸存的符号以补偿通信信道响应函数的短期部分。在一个实施例中，第一反馈模块可以包括由如下表达式定义的冲激响应特征：

                [b_ij(1)，...，b_ij(N_v)]            (7)

其中，例如，N_v是维特比算法幸存路径的长度。

在框514，系统使用第二反馈模块补偿解码的第二信号。在一个实施例中，使用第二反馈模块补偿解码的第二信号可以包括例如补偿通信信道响应函数的长期部分。在一个实施例中，第二反馈模块可以包括由如下表达式定义的冲激响应特征：

               [b_ij(N_v+1)，...，b_ij(N_B-1)]        (8)

其中，例如，N_v是维特比算法幸存路径的长度，以及N_B是后兆ISI冲激响应。

以及，在框516，系统将第二反馈模块的输出信号与均衡的第一信号比较以计算所述第二信号。在一个实施例中，将第二反馈模块的输出信号与均衡的第一信号比较以计算第二信号可以包括例如从均衡的第一信号减去第二反馈模块的输出信号，并根据如下公式计算第二信号：

$z_j\left(n\right)=y_i-\underset{j=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=\mathrm{Nv}+1}{\overset{N_B-1}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{S}}_j(n-k-D_F)b_{\mathrm{ij}}\left(k\right),i=0,...,3---\left(9\right)$

其中，例如， 表示解码的第二信号，b_ij＝[b_ij(1)，...，b_ij(N_B-1)]是第二反馈模块的冲激响应特征，y_i是均衡的第一信号，以及N是通信信道中通信介质的数量。在一个实施例中，将第二信号与第一反馈模块的输出信号比较包括根据如下公式定义的输出信号：

$u_j^i\left(n\right)=z_i-\underset{j=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{N_v}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{S}}_j^l(n-k-D_F)b_{\mathrm{ij}}\left(k\right),i=0,...,N,l=0,...,L---\left(10\right)$

其中，例如，j是对的数量，l是码状态号，N是通信信道中通信介质的数量，以及

是维特比算法幸存路径的符号。

本文可能阐述许多特定细节以提供对本发明实施例的透彻理解。但是对于本领域人员来说，将理解本发明实施例可以在没有这些特定细节的情况下实施。在其他情况中，不对公知的方法、过程、组件和电路作详细描述，以免使本发明实施例难以理解。可以认识到，本文公开的特定结构和功能细节可能是代表性的，而不一定限定本发明的范围。

值得注意的是，在本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的任何引用意指结合该实施例描述的特定的功能特征、结构或特征包含在至少一个实施例中。本说明书中多个不同位置中出现的短语“在一个实施例中”不一定全指同一个实施例。

而且，虽然这些实施例可以通过举例方式描述为包括一个或多个模块，但是可以认识到，可以使用更多或更少数量的模块，并且仍落在这些实施例的范围内。而且，虽然该实施例可以依据“模块”来描述以便于说明，但是可以采用一个或多个电路、组件、寄存器、处理器、软件子例行程序或它们的任何组合来替代一个、几个或全部模块。

这些实施例可以使用可能因如下任何数量的因素而有所不同的体系结构来实施：诸如期望的计算速率、功率电平、耐热性、处理周期预算、输入数据速率、输出数据速率、存储器资源、数据总线速度和其他性能约束。例如，可以使用处理器执行的软件来实施一个实施例。例如，处理器可以是通用或专用处理器，如Intel公司制造的处理器。软件可以包括计算机程序代码段、编程逻辑、指令或数据。可以将软件存储在机器、计算机或其他处理系统可访问的介质上。可接受的介质的示例可以包括计算机可读介质，如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、磁盘、光盘等。在一个实施例中，介质可以采用压缩和/或加密格式来存储编程指令，以及存储在由处理器执行之前可能需要编译或由安装程序安装的指令。在另一个示例中，一个实施例可以作为专用硬件来实施，如专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑装置(PLD)或数字信号处理器(DSP)和附带的硬件结构。在再一个示例中，可以由编程的通用计算机组件和定制的硬件组件的任何组合来实施一个实施例。这些实施例并限于本文上下文的情况。

虽然如本文所述已说明了了本发明实施例的某些功能特征，但是马上本领域技术人员将设想到许多修改、替代、更改和等效物。因此，要理解所附权利要求书旨在涵盖属于本发明实施例的真实范围的所有此类修改和更改。

Claims (33)

1.一种方法，包括：

将第一信号均衡；

将第二信号解码，其中，将所述第二信号解码包括将所述第二信号与第一反馈模块的输出信号比较；

使用第二反馈模块补偿所述解码的第二信号；

将所述第二反馈模块的输出信号与所述均衡的第一信号比较以计算所述第二信号。

2.如权利要求1所述的方法，其中，将第一信号均衡包括：

从通信信道接收所述第一信号；以及

使用前馈滤波器对所述第一信号滤波。

3.如权利要求2所述的方法，其中，对所述第一信号滤波包括：

根据如下公式对所述第一信号滤波：

$y_i\left(n\right)=\underset{j=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=0}{\overset{N_F-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_j(n-k)w_{\mathrm{ij}}\left(k\right)$ i＝0，...，N

其中，x_j(n-k)是所述输入信号，y_i(n)是所述前馈滤波器的输出信号，w_ij是所述前馈滤波器从第j个输入到第i个输出的冲激响应，N_F是所述前馈滤波器的长度，以及N是所述通信信道中通信介质的数量。

4.如权利要求1所述的方法，其中，将所述第二信号解码包括：

计算与编码器转换对应的度量；以及

选择与所述转换对应的多个符号。

5.如权利要求4所述的方法，其中，将所述第二信号解码还包括：

更新编码器状态；

将多个符号幸存路径提供到映射器模块；

将所述幸存路径映射到多组所述多个所述符号；以及

将所述符号幸存路径提供到所述第一反馈模块。

6.如权利要求5所述的方法，其中，将所述第二信号解码还包括：

使用所述第一反馈模块处理多个解码器状态的多个幸存的符号，以补偿通信信道响应函数的短期部分；

其中，所述第一反馈模块包括由如下表达式定义的冲激响应特征：

                    [b_ij(1)，...，b_ij(N_v)]

其中，N_v是维特比算法幸存路径的长度。

7.如权利要求1所述的方法，其中，使用第二反馈模块补偿所述解码的第二信号包括：

补偿通信信道响应函数的长期部分；

其中，所述第二反馈模块包括由如下表达式定义的冲激响应特征：

               [b_ij(N_v+1)，...，b_ij(N_B-1)]

其中，N_v是维特比算法幸存路径的长度；以及

其中，N_B是后兆ISI冲激响应。

8.如权利要求1所述的方法，其中，将所述第二反馈模块的输出信号与所述均衡的第一信号比较以计算所述第二信号包括：

从所述均衡的第一信号减去所述第二反馈模块的输出信号；以及

根据如下公式计算所述第二信号：

$z_i\left(n\right)=y_i-\underset{j=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=\mathrm{Nv}+1}{\overset{N_B-1}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{S}}_j(n-k-D_F)b_{\mathrm{ij}}\left(k\right)$ i＝0，...，N

其中，

表示解码的第二信号，b_ij＝[b_ij(1)，...，b_ij(N_B-1)]是所述第二反馈模块的冲激响应特征，y_i是均衡的第一信号，以及N是通信信道中通信介质的数量。

9.如权利要求1所述的方法，其中，将所述第二信号与第一反馈模块的输出信号比较包括根据如下公式定义的输出信号：

${u^l}_j\left(n\right)=z_i-\underset{j=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{N_v}{\mathrm{\Σ}}}{{\hat{S}}^l}_j(n-k-D_F)b_{\mathrm{ij}}\left(k\right)$ i＝0，...，N        l＝0，...，L

其中，j是对的数量，l是码状态号，N是通信信道中通信介质的数量，以及

是维特比算法幸存路径的符号。

10.一种系统，包括

至少一个发射机；

连接所述发射机的MIMO信道；以及

连接到所述MIMO信道的至少一个接收机，所述接收机包括：

信道解码器部分，所述信道解码器部分包括第一反馈环路中的第一反馈模块；

信道均衡部分，所述信道均衡部分包括第二反馈环路中的第二反馈模块；以及

其中，所述信道均衡部分和所述信道解码器部分经所述第一反馈环路和所述第二反馈环路通信以将通信信道均衡和解码。

11.如权利要求10所述的系统，其中，所述信道均衡部分包括：

前馈滤波器，所述前馈滤波器从通信信道接收输入信号并将所述输入信号均衡；以及

第一减法器模块，所述第一减法器模块将所述第二反馈环路的第二反馈模块的输出信号与所述信道均衡部分的输出信号比较。

12.如权利要求11所述的系统，其中，所述前馈滤波器根据如下公式对所述输入信号滤波：

$y_i\left(n\right)=\underset{j=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=0}{\overset{N_F-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_j(n-k)w_{\mathrm{ij}}\left(k\right)$ i＝0，...，N

其中，x_j(n-k)是所述输入信号，y_i(n)是所述前馈滤波器的所述输出信号，w_ij是所述前馈滤波器从第j个输入到第i个输出的冲激响应，N_F是所述前馈滤波器的长度，以及N是所述通信信道中通信介质的数量。

13.如权利要求10所述的系统，其中，所述信道解码器部分还包括：

度量计算模块，所述度量计算模块计算与编码器转换对应的度量并选择与所述转换对应的多个符号。

14.如权利要求13所述的系统，其中，所述信道解码器部分还包括：

与所述度量计算模块通信的加比较选择模块，所述加比较选择模块更新编码器状态以提供多个符号幸存路径；以及

与所述加比较选择模块通信的第一映射器模块，所述第一映射器模块接收所述多个符号幸存路径。

15.如权利要求14所述的系统，其中，所述信道解码器还包括：

与所述第一映射器通信的所述第一反馈环路的第一反馈模块，所述第一反馈模块接收所述多个符号幸存路径并处理所述信道解码器的多个状态的所述多个符号幸存路径的幸存的符号以补偿所述通信信道的响应函数的短期部分。

16.如权利要求15所述的系统，其中，所述反馈模块包括：

由如下表达式定义的冲激响应特征：

              [b_ij(1)，...，b_ij(N_v)]

其中，N_v是维特比算法幸存路径的长度。

17.如权利要求14所述的系统，其中，所述第二反馈环路包括：

与所述加比较选择模块通信的第二反馈模块，所述第二反馈模块补偿所述通信信道响应函数的长期部分；

其中，所述第二反馈模块包括由如下表达式定义的冲激响应特征：

              [b_ij(N_v+1)，...，b_ij(N_B-1)]

其中，N_v是维特比算法幸存路径的长度；以及

其中，N_B是后兆ISI冲激响应。

18.如权利要求17所述的系统，其中，所述第二反馈环路包括：

与所述第二反馈模块通信的第二映射器，所述第二映射器将解码的数据映射到符号以提供到所述第二反馈模块。

19.如权利要求10所述的系统，其中，所述信道解码器部分还包括：

减法器模块，所述减法器模块根据如下公式将所述信道解码器部分的输入信号与所述第一反馈模块的输出信号比较：

${u^l}_j\left(n\right)=z_i-\underset{j=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{N_v}{\mathrm{\Σ}}}{{\hat{S}}^l}_j(n-k-D_F)b_{\mathrm{ij}}\left(k\right)$ i＝0，...，N    l＝0，...，L

其中，j是对的数量，l是码状态号，N是通信信道中通信介质的数量，以及 是维特比算法幸存路径的符号。

20.一种产品，包括：

存储介质；

所述存储介质包括存储的指令，当所述指令被处理器执行时，促使通过将第一信号均衡、将第二信号解码来执行信道均衡和解码，其中，将所述第二信号解码包括将所述第二信号与第一反馈模块的输出信号比较，使用第二反馈模块补偿所述解码的第二信号，将所述第二反馈模块的输出信号与所述均衡的第一信号比较以计算所述第二信号。

21.如权利要求20所述的产品，其中，所述存储的指令在被处理器执行时还促使从通信信道接收所述第一信号，并使用前馈滤波器对所述第一信号滤波。

22.如权利要求21所述的产品，其中，所述存储的指令在被处理器执行时还促使根据如下公式对所述第一信号滤波：

$y_i\left(n\right)=\underset{j=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=0}{\overset{N_F-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_j(n-k)w_{\mathrm{ij}}\left(k\right)$ i＝0，...，N

其中，x_j(n-k)是所述输入信号，y_i(n)是所述前馈滤波器的输出信号，w_ij是所述前馈滤波器从第j个输入到第i个输出的冲激响应，N_F是所述前馈滤波器的长度，以及N是所述通信信道中通信介质的数量。

23.如权利要求20所述的产品，其中，所述存储的指令在被处理器执行时还促使计算与编码器转换对应的度量并选择与所述转换对应的多个符号。

24.如权利要求23所述的产品，其中，所述存储的指令在被处理器执行时还促使更新编码器状态，将多个符号幸存路径提供到映射器模块，将所述幸存路径映射到多组所述多个所述符号，并将所述符号幸存路径提供到所述第一反馈模块。

25.如权利要求24所述的产品，其中，所述存储的指令在被处理器执行时还促使使用所述第一反馈模块处理多个解码器状态的多个幸存的符号，以补偿通信信道响应函数的短期部分；

其中，所述第一反馈模块包括由如下表达式定义的冲激响应特征：

              [b_ij(1)，...，b_ij(N_v)]

其中，N_v是维特比算法幸存路径的长度。

26.如权利要求20所述的产品，其中，所述存储的指令在被处理器执行时还促使补偿通信信道响应函数的长期部分；

其中，所述第二反馈模块包括由如下表达式定义的冲激响应特征：

             [b_ij(N_v+1)，...，b_ij(N_B-1)]

其中，N_v是维特比算法幸存路径的长度；以及

其中，N_B是后兆ISI冲激响应。

27.如权利要求20所述的产品，其中，所述存储的指令在被处理器执行时还促使从所述均衡的第一信号减去所述第二反馈模块的输出信号，并根据如下公式计算所述第二信号：

$z_i\left(n\right)=y_i-\underset{j=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=\mathrm{Nv}+1}{\overset{N_B-1}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{S}}_j(n-k-D_F)b_{\mathrm{ij}}\left(k\right)$ i＝0，...，N

其中，

表示解码的第二信号，b_ij＝[b_ij(1)，...，b_ij(N_B-1)]是所述第二反馈模块的冲激响应特征，y_i是均衡的第一信号，以及N是通信信道中通信介质的数量。

28.如权利要求20所述的产品，其中，所述存储的指令在被处理器执行时还促使将所述第二信号与第一反馈模块的输出信号比较包括根据如下公式定义的输出信号：

${u^l}_j\left(n\right)=z_i-\underset{j=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{N_v}{\mathrm{\Σ}}}{{\hat{S}}^l}_j(n-k-D_F)b_{\mathrm{ij}}\left(k\right)$ i＝0，...，N      l＝0，...，L

其中，j是对的数量，l是码状态号，N是通信信道中通信介质的数量，以及 是维特比算法幸存路径的符号。

29.一种系统，包括

MIMO信道；

连接到所述MIMO信道的至少一个接收机，所述接收机包括：

信道解码器部分，所述信道解码器部分包括第一反馈环路中的第一反馈模块；以及

信道均衡部分，所述信道均衡部分包括第二反馈环路中的第二反馈模块；

其中，所述信道均衡部分和所述信道解码器部分经所述第一反馈环路和所述第二反馈环路通信以将通信信道均衡和解码；以及

连接到所述接收机的主机系统。

30.如权利要求29所述的系统，其中，所述至少一个接收机要连接到网络接口卡。

31.如权利要求30所述的系统，其中，所述网络接口卡包括10GBase-T装置。

32.如权利要求29所述的系统，其中，所述主机系统包括处理系统。

33.如权利要求29所述的系统，其中，所述主机系统包括计算机、交换机、路由器和服务器中的至少之一。

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