CN101453217B - 数字切割装置 - Google Patents

Abstract

一种数字切割装置，用以对输入的调制符号进行数值判断，以输出对应的符号，该调制符号和与其邻接的另一调制符号是两个相邻的数字信号同时经过调制演算法转换所产生；该数字切割装置的解调制单元收集前后相邻的两个调制符号后，再根据该调制演算法对该二调制符号进行解调制，以产生两个解调制符号，并以切割单元对该二解调制符号进行四舍五入后，由再调制单元以该调制演算法对经过四拾五入的该二解调制符号进行再调制，以输出对应该二调制符号的两个再调制符号。以此，使输出的再调制符号最接近于发送端的调制符号。

Description

数字切割装置

技术领域

本发明有关于一种切割器，特别是指一种应用在通信系统中的数字切割器。

背景技术

在通信系统中，为了减少位错误率(bit error rate)，传送端会将要传送的信息经过通道编码后再送出，如图1所示，传送端100将7位的信息(u1-u3，c1-c4)经过DSQ128转换单元10转换成两个4位信号x1、x2后，再经过调制单元11将各个4位信号x1、x2分别调制成具有{±1、±3、±5、...、±15}共16种电平其中一种电平的调制符号a1、a2，最后再转成模拟的16-PAM符号传送出去。

因此，如图2所示，当接收端200收到信号时，信号会先经由自动增益控制器(automatic gain controller)201适度放大，再经由低通滤波器202滤除高频噪声后，送至模数转换器203转成数字信号(即相当于传送端100的调制符号)，并分别经过近端串音(near end crosstalk，简称NEXT)消除器204、回音消除器205及远端串音(far end crosstalk，简称FEXT)消除器206消除调制符号中的近端串音、回音以及远端串音后，送入向前馈入均衡器207(feed forward equalizer)消除前一调制符号的影响后，再经由数字自动增益控制器208适度放大后，送至通道解码器209进行通道解码，以便从调制符号中解出传送端100送出的7位信息(u1-u3，c1-c4)。

同时，在接收端200会使用一切割器(slicer)211与一误差产生器212根据数字自动增益控制器208的输出实时产生误差(error term)供上述NEXT消除器204、回音消除器205、FEXT消除器206、向前馈入均衡器204、数字自动增益控制器208以及校正模数转换器203的时序的时序恢复电路210等进行实时的更新。

切割器211通常以传送端100的调制单元102所使用的调制电平，例如{±1、±3、±5、...、±15}等共16种电平依序对每一个输入的调制符号进行数值判断。若当切割器211收到的调制符号是1.5，切割器211根据{±1、±3、±5、...、±15}等16种电平判断1.5较接近电平1而输出判断结果为1。此时，连接在切割器211输入端和输出端之间的误差产生器212即可根据切割器211的输入与输出结果计算出误差为0.5。

然而，当调制信号在传送过程中遭受严重的噪声干扰，而从1变成2.5时，切割器211就会误判为3，以致误差产生器212产生错误的误差-0.5(即2.5-3，实际应该是2.5-1＝1.5)，而导致根据误差进行更新的NEXT消除器204、回音消音器205、FEXT消除器206、向前馈入均衡器207、数字自动增益控制器208和时序恢复电路210不能正确工作，并使得通道解码器209的解码效能受到影响而无法有效降低位错误率。

发明内容

因此，本发明的目的，即在提供一种可以降低位错误率的数字切割装置。

于是，本发明的数字切割装置，用以对输入的一调制符号进行数值判断，以输出一对应的符号，该数字切割装置包括一解调制单元、一第一切割单元及一再调制单元。该解调制单元收集前后相邻的两个调制符号，再根据一调制演算法对该二调制符号进行解调制，以产生两个解调制符号。该第一切割单元对该二解调制符号进行整数化处理。该再调制单元以该调制演算法对经过整数化处理的该二解调制符号进行再调制，以输出对应该二调制符号的两个再调制符号。其中，该二调制符号是同时由该调制演算法转换所产生。

较佳地，该调制演算法是将两个调制符号相加后除以N取余数乘以M再减去P而得到其中一调制符号，其中另一调制符号是将后一调制符号减去前一调制符号后除以N取余数乘以M再减去P。

较佳地，该解调制单元是将前一个调制符号加上P并除以Q后，再减去后一个调制符号加上P并除以Q之后的结果，而得到前一个解调制符号，而后一个解调制符号则是后一个调制符号加上P并除以Q后，再加上前一个调制符号加上P并除以Q之后的结果。

较佳地，该再调制单元是将经过整数化处理的前一个解调制符号和后一个解调制符号相加后除以N取余数并乘以M再减P，即得到前一个再调制符号，并且将经过整数化处理之后一个解调制符号减去前一个解调制符号后除以N取余数并乘以M再减P，即得到后一个再调制信号。

较佳地，上述N等于16，M等于2，P等于15以及Q等于4。

较佳地，上述该二相邻的调制符号是两个以2进位表示的4位信息。

较佳地，上述该调制演算法是利用一2维矩阵调制及再调制。

较佳地，上述的整数化处理为四舍五入。

较佳地，上述的乘、除法由位移器实现。

附图说明

图1是通信系统中的发送端的电路结构示意图；

图2是通信系统中的传送端的电路结构示意图；

图3是本发明数字切割装置的一较佳实施例应用在通信系统中的传送端的电路结构示意图；

图4是本实施例的数字切割装置的详细电路方块图；及

图5是说明本实施例可以一除4除法器取代图4的两个除2除法器。

主要元件符号说明

300接收端            301自动增益控制器

302低通滤波器        303模数转换器

304时序恢复电路      305NEXT消除器

306音消除器          307FEXT消除器

308向前馈入均衡器    309数字自动增益控制器

310通道解码器        311数字切割装置

312向后馈入均衡器    313误差产生器

314解调制单元        315切割单元

316再调制单元

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一个较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

请参考图3，系绘示本发明一较佳实施例，此实施例可应用在如同10GBase-T(IEEE802.3an)等通信系统的接收端电路中。如图3所示，当接收端300接收到信号时，接收端300的自动增益控制器301会先适度放大收到的信号，再将经过放大的信号送入低通滤波器302以去除高频噪声，并将经过低通滤波的信号送至模数转换器303转换成调制符号，随后，由时序恢复电路304产生时序以校正模数转换器303的时序。除此之外，再经由NEXT消除器305、回音消除器306以及FEXT消除器307消除调制符号中的近端串音、回音以及远端串音后，接着调制符号被送入向前馈入均衡器308中以消除前一个调制符号对目前的调制符号的影响。最后，调制符号被数字自动增益控制器309适度放大后，便可送入通道解码器310进行解码。

本实施例的数字切割装置311可设置在接收端300的数字自动增益控制器309的输出端，用以接受由数字自动增益控制器309输出的调制符号，并对该调制信号进行电平分析判断，以输出判断结果。数字切割装置311的输出端连接向后馈入均衡器(Feed Back Equalizer)312，其对数字切割装置311输出的判断结果进行处理后，馈入数字切割装置311的输入端中，用以消除下一个调制符号对目前输入的调制符号的影响。

在数字切割装置311的输入端与输出端之间更可连接误差产生器313，其根据数字切割装置311的输入信号与输出信号计算两者的差值以产生误差以供上述时序恢复电路304、NEXT消除器305、回音消除器306、FEXT消除器307、向前馈入均衡器308、数字自动增益控制器309及向后馈入均衡器312等进行更新。

而为了提供最接近于发送端的调制符号的判断结果给误差产生器313，使产生正确的误差供上述电路进行实时且正确的更新，本实施例的数字切割装置311包括依序串接的解调制单元314、切割单元315及再调制单元316。

发送端要将例如图1的7位的信息传送出去的前，会为了避免通道受到噪声干扰，而将该7位的信息先经过DSQ128转换器10转成两个4位的信息x1、x2，然后再将每个4位信息x1、x2经过调制电路11，以如下所示的调制演算法(公式1和公式2)转换成{±1、±3、±5、...、±15}等16种电平，并以其中一种电平表示的数字信号a1、a2，例如5和1，再转成模拟的16-PAM符号后传送出去。

公式1

$\left[\begin{array}{c}{a}_1\\ a_2\end{array}\right]=2\left[\begin{array}{c}{y}_1\\ y_2\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}15\\ 15\end{array}\right]$

公式2

因此，当图3的接收端300依序获得先后传来的两个16-PAM符号后，则利用自动增益控制器301、低通滤波器302、模数转换器303，以及NEXT消除器305、回音消除器306、FEXT消除器307消除通道中的噪声干扰。且经过向前馈入均衡器308及数字自动增益控制器309处理后输出时，该二16-PAM符号已被转变成两个数字化的调制符号s1、s2(下称调制符号s1、s2)，但由于信号传输通道中仍存在接收端电路所无法消除的噪声，例如加成性白高斯噪声(additive white gaussian noise，简称AWGN)，因此，接收端300收到的信号可能受到干扰而使得数字自动增益控制器309输出的前、后两个调制符号s1、s2分别变成错误的数值，例如3和1。

为使得数字切割装置311的判断结果较为准确，数字切割装置311的解调制单元314可先收集两个输入的调制符号s1、s2(以3和1为例)，然后根据如图1的调制电路11的调制演算法，以下列公式3的计算方式对该二调制符号s1、s2进行解调制。该解调制单元314可实现公式3的电路结构，如图4所示，亦即先将前一个调制符号s1加上15再经过两个除2除法器(即除4)之后，再减去后一个调制符号s2加上15，并依序经过两个除2除法器(即除4)之后的值，即得到解调制信号x1。而另一解调制信号x2则是将后一个调制符号s2加上15并依序经过两个除2除法器(即除4)之后再加上前一个调制符号s 1加上15再经过两个除2除法器(即除4)之后的值。

……..公式3

因此，二调制符号s1、s2经过解调制单元314之后，可以得到对应的两个解调制符号x1、x2，其分别为0.5和8.5。接着将解调制符号x1、x2(0.5和8.5)送进切割单元315进行整数化处理，本实施例是以四舍五入为例，使分别输出解调制符号x1’＝1、x2’＝9后，再将解调制符号x1’＝1、x2’＝9送至再调制单元316，以相同于上述的调制演算法(公式4和公式5)对解调制信号x1，＝1、x2，＝9进行再调制，且再调制单元316可实现上述公式4及公式5的电路结构，如图4所示，亦即将前一个解调制符号x1’加x2’经过mod16除法器取余数后，再经乘2乘法器乘2后减去15，即得到前一个再调制信号a1，＝5，而令解调制信号x2’减去x1’并经过mod16除法器取余数后，再经乘2乘法器乘2后减去15，即得到后一个再调制信号a2’＝1，如此将获得与发送端100的调制电路11相同内容的调制符号a1、a2。

当然，图4的两个除2除法器亦可由图5所示的一个除4除法器取代。且上述的乘法或除法皆可由移位器(shifting component)实现的。

……..公式4

$\left[\begin{array}{c}{a}_1\\ a_2\end{array}\right]=2\left[\begin{array}{c}{y}_1\\ y_2\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}15\\ 15\end{array}\right]$

…..…公式5

由于数字切割装置311根据发送端100的调制电路11的调制机制，精由对输入的调制符号进行解调制后再四舍五入的方式，可以有效排除输入的调制符号中产生误差的部分，使输出的结果可以更接近于发送端的调制符号，而使得误差产生器313可以根据数字切割装置311的输入端及输出端的信号产生正确的误差供上述时序恢复电路304、NEXT消除器305、回音消除器306、FEXT消除器307、向前馈入均衡器308、数字自动增益控制器309及向后馈入均衡器312等进行实时更新，如此则接收端便得以有效降低位错误率。于此领域中具有通常知识者可利用同样原理应用于N个调制符号，此时矩阵R及R-1将从二维矩阵改为N维矩阵，其相对应变化将不另进行赘述。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。任何所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种更动与修改。因此，本发明的保护范围以所提出的权利要求的范围为准。

Claims (7)

1.一种数字切割装置，用以对输入的一调制符号进行数值判断，以输出一对应的符号，该数字切割装置包括：

一解调制单元，收集前后相邻的两个调制符号，再根据一调制演算法对该两个调制符号进行解调制，以产生两个解调制符号；

一第一切割单元，对该两个解调制符号进行整数化处理；及

一再调制单元，以该调制演算法对经过整数化处理的该两个解调制符号进行再调制，以输出对应该两个调制符号的两个再调制符号；

其中，该两个调制符号是同时由该调制演算法转换所产生，

其中该调制演算法是将两个调制符号相加后除以N取余数乘以M再减去P而得到其中一调制符号，其中另一调制符号是将后一调制符号减去前一调制符号后除以N取余数乘以M再减去P，

其中该解调制单元是将前一个调制符号加上P并除以Q后，再减去后一个调制符号加上P并除以Q之后的结果，而得到前一个解调制符号，而后一个解调制符号则是后一个调制符号加上P并除以Q后，再加上前一个调制符号加上P并除以Q之后的结果，

其中该再调制单元是将经过整数化处理的前一个解调制符号和后一个解调制符号相加后除以N取余数并乘以M再减P，即得到前一个再调制符号，并且将经过整数化处理之后一个解调制符号减去前一个解调制符号后除以N取余数并乘以M再减P，即得到后一个再调制信号，其中N、M、P和Q为正整数，其中N等于调制电平的数量，P等于N-1，M为乘法运算中乘法器的乘数，而Q为除法运算中除法器的除数。

2.如权利要求1所述的数字切割装置，其中该调制演算法利用一2维矩阵调制及再调制。

3.如权利要求1所述的数字切割装置，其中乘除皆由位移器实现的。

4.如权利要求1所述的数字切割装置，其中所进行的整数化处理为四舍五入。

5.一种数字切割装置，用以对输入的一调制符号进行数值判断，以输出一对应的符号，该数字切割装置包括：

一解调制单元，收集前后相邻的N个调制符号，再根据一调制演算法对该N个调制符号进行解调制，以产生N个解调制符号；

一第一切割单元，对该N个解调制符号进行整数化处理；及

一再调制单元，以该调制演算法对经过整数化处理的该N个解调制符号进行再调制，以输出对应该N个调制符号的N个再调制符号；

其中，该N个调制符号同时由该调制演算法转换所产生，且N大于2，

其中该调制演算法是将两个调制符号相加后除以N取余数乘以M再减去P而得到其中一调制符号，其中另一调制符号是将后一调制符号减去前一调制符号后除以N取余数乘以M再减去P，

其中该解调制单元是将前一个调制符号加上P并除以Q后，再减去后一个调制符号加上P并除以Q之后的结果，而得到前一个解调制符号，而后一个解调制符号则是后一个调制符号加上P并除以Q后，再加上前一个调制符号加上P并除以Q之后的结果，

其中该再调制单元是将经过整数化处理的前一个解调制符号和后一个解调制符号相加后除以N取余数并乘以M再减P，即得到前一个再调制符号，并且将经过整数化处理之后一个解调制符号减去前一个解调制符号后除以N取余数并乘以M再减P，即得到后一个再调制信号，其中N、M、P和Q为正整数。

6.如权利要求5所述的数字切割装置，其中该调制演算法利用一N维矩阵调制及再调制。

7.如权利要求5所述的数字切割装置，其中所进行的整数化处理为四舍五入。

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