CN101488824B - 时序恢复电路及方法 - Google Patents

Abstract

由于在某些实施时序恢复的通信系统中，以剪裁器的输入信号为基准点的模运算会在某些极端的状况下产生明显的误差，因此为了避免这样的误差，在此提供了时序恢复电路及方法，其将模运算所使用的基准点由剪裁器的输入信号变更为模处理器的输入信号，并可将此技术运用于最小均方差算法及强制归零算法等等实施的通信系统。

Description

时序恢复电路及方法

技术领域

本发明提供一种时序恢复电路及方法，尤指一种以模输入信号当作基准点以实施时序恢复的电路及方法。 

背景技术

在某些通信系统中，会在通信系统的传送端中使用一种名为Tomlinson-Harashima预编码(Tomlinson-Harashima precoding，THP)的技术来实施时序恢复，比方说IEEE802.3an的10G Base-T以太网络(10G Base-TEthernet)。Tomlinson-Harashima预编码的技术包含将判断反馈均衡器中反馈均衡器由通信系统中的接收端改设置于传送端，以提早减缓剪裁器(slicer)因自身误差所造成的误差扩散(error propagation)；然而，为了使传送端的信号值控制在一定的范围内以降低误差发生的概率，通信系统的传送端会另外设置一个模(module)处理器来实施该控制机制，其中该模处理器采用加权模值为2M的模值，且M假设为一模值。如此一来，传送端的输出信号值Tx_output可表示如下： 

Tx_output＝(FIR_output+M)mod(2M)-M    (1)； 

其中FIR_output指反馈均衡器中有限脉冲响应(finite impulse response，FIR)的值。以上述10G Base-T以太网络来说，假设该反馈均衡器采用16拍(Tap)的有限脉冲响应，则其模值M即为16，且传送端的输出信号值Tx_output可表示如下： 

Tx_output＝(FIR_output+16)mod(32)-16    (2)。 

由于通信系统的传送端已采用上述模值为2M的模处理器，因此通信系统的接收端也必须在剪裁器之前采用另外一个模值亦为2M的模处理器，以将传送端所传送的信号加以复原。然而，上述采用THP预编码的做法有一个极易发生的错误。因为上述采用THP预编码的通信系统皆是以脉冲振幅调制(pulse amplitude modulation，PAM)以16为基底的方式表示信号(PAM16)，因此信号的码值包含±1、±3、±5、±7、±9、±11、±13、±15。 当某一码值为+15的传送信号因为受到频道中噪声的干扰而使得对应的接收信号的码值变为16.5时，根据等式(2)的计算将会得到码值为-15.5的信号，经过剪裁器的处理后，最后得到的复原码值为-15。换言之，虽然噪声只对传送信号造成了+1.5的码值偏移，但是由于通信系统的传送端与接收端皆采用THP预编码的技术，因此使得复原后的码值偏移遽增为-30。因为信号的码值出现±15的概率为1/8，因此在进行大量通信与时序恢复时，大量的码值误差也会跟着出现。以结论来说，上述以剪裁器的输入信号当作以THP预编码实施时序恢复的做法很容易造成±2·(M-1)的误差，以致于时序恢复无法准确将接收端信号的相位与传送端信号的相位同步。而即使在某些先前技术中，会在模值为2M的模处理器中直接将码值出现±2·(M-1)的信号加以屏除，但是被屏除的信号也会使通信系统面临更大的失真。 

发明内容

本发明揭露一种适用于一通信系统的时序恢复电路。该时序恢复电路包含一模处理器、一剪裁器、以及一反模处理器。该模处理器接收一模输入信号以进行一模运算。该剪裁器耦接至该模处理器，以用来对该模处理器的输出信号进行一整数化运算。该反模处理器耦接至该剪裁器，以用来对该剪裁器的输出信号进行一反模运算，并产生一反模输出信号。该反模运算为该模运算的反运算。 

本发明揭露一种适用于一时序恢复电路的时序恢复方法。该时序恢复方法包含接收一模输入信号以进行一模运算以产生一模输出信号；接收该模输出信号以进行一整数化运算以产生一整数化信号；接收该整数化信号以进行一反模运算以产生一反模输出信号；接收该模输入信号以及该反模输出信号；计算该模输入信号与该反模输出信号的差值并据以输出一误差信号；接收该误差信号，以执行一第一延迟方程式，并产生一第一延迟误差信号；接收该模输入信号或该反模输出信号，以执行一第二延迟方程式，并产生一第二延迟模输入信号或一第二延迟反模输出信号；若是接收该误差信号以及该模输入信号，则将该第一延迟误差信号以及该第二延迟模输入信号实质上相乘，以产生一乘积信号；若是接收该误差信号以及该反模输出信号，则将该第一延迟误差信号以及该第二延迟反模输出信号实质上相乘，以产生该乘积信号；以及根据该乘积信号以实施时序恢复。该反模运算为该模运算的反运 算。 

本发明另揭露一种适用于一通信系统的时序恢复电路。该时序恢复电路包含一剪裁器及一模处理器。该剪裁器接收一输入信号并产生一信号值为±2k+1的一剪裁输出信号，其中k为一非负整数的变量。该模处理器接收该剪裁输出信号以进行一模运算，并产生一模输出信号。 

本发明另揭露适用于一时序恢复电路的一种时序恢复方法。该时序恢复方法包含接收一输入信号并产生一信号值为±2k+1的一剪裁输出信号，k为一非负整数的变量；接收该剪裁输出信号以进行一模运算以产生一模输出信号；接收一剪裁器的一输入信号以及该剪裁输出信号；计算该剪裁器的该输入信号与该剪裁输出信号的差值并据以输出一误差信号；接收该误差信号，以执行一第一延迟方程式，并产生一第一延迟误差信号；接收该剪裁器的该输入信号或该剪裁输出信号，以执行一第二延迟方程式，并产生一第二延迟输入信号或一第二延迟剪裁输出信号；若是接收该误差信号以及该剪裁器的该输入信号，则将该第一延迟误差信号以及该第二延迟输入信号实质上相乘，以产生一乘积信号；若是接收该误差信号以及该反模输出信号，则将该第一延迟误差信号以及该第二延迟剪裁输出信号实质上相乘，以产生该乘积信号；以及根据该乘积信号以实施时序恢复。 

附图说明

图1为根据本发明的一较佳实施例所揭露的以模输入信号当作基准点并以最小均方差算法来实施时序恢复的通信系统的示意图。 

图2为根据本发明的一较佳实施例所揭露的以模输入信号当作基准点并以强迫归零算法来实施时序恢复的通信系统的示意图。 

图3为将图1所示的通信系统中的模处理器改耦接于剪裁器之后所形成的另一通信系统的示意图。 

图4为将图2所示的通信系统中的模处理器改耦接于剪裁器之后所形成的另一通信系统的示意图。 

图5为本发明所揭露用于图1与图2所示的实施例的时序恢复方法的流程图。 

图6为本发明所揭露用于图3与图4所示的实施例的时序恢复方法的流程图。 

【主要组件符号说明】 

400、500、600、700                     通信系统 

402、502、602                          先行滤波器 

404、504、604                          压控震荡器 

406、506、606                          回路滤波器 

412、512、612                          乘法器 

414、416、514、516、614、616           延迟器 

418、518、618                          加总器 

426、526                               剪裁器 

430、530、630、730                     开关 

420、520、720                          模剪裁器 

422、522                               反模处理器 

424、524、624、724                     模处理器 

102、104、106、108、110、112、         步骤 

114、116、118、120、202、204、 

206、208、210、212、214、216、 

218 

具体实施方式

本发明可提供一种以模输入信号当作基准点来实施时序恢复的时序恢复电路与方法，并提供应用该时序恢复电路与方法的通信系统，以解决一般以THP预编码实施时序恢复时，以剪裁器的输入信号当作基准点所造成通信系统中接收端信号产生错误的缺点。 

请参阅图1，其为根据本发明的一较佳实施例所揭露的以模输入信号当作基准点并以最小均方差算法来实施时序恢复的通信系统400的示意图。如图1所示，通信系统400包含先行滤波器402、开关430、压控震荡器404、回路滤波器406、乘法器412、第一延迟器414、第二延迟器416、加总器418、模处理器424、剪裁器426、及反模处理器422。此实施例的通信系统400的耦接方式如图1所揭示，于此将不再另作赘述。如图1所示，接收信号r(t)在经由先行滤波器402的初步滤波后，可经由压控震荡器404所控制的开关430产生软值(soft value)数据信号d_k，意即尚未经由剪裁器426处理的数据 信号。模处理器424接收软值数据信号d_k作为模输入信号，以便进行模运算(modulo operation)，此模运算后的输出信号则经由剪裁器426进行一整数化处理后，输出特定的整数化信号a_k(以PAM16信号为例，即输出±1、±3、±5、±7、±9、±11、±13、±15等整数值)。反模处理器422则根据所输出的特定整数化信号a_k进行反模运算，以产生反模输出信号。此反模输出信号可称为硬值(hard value)数据信号D_k，意即已经由剪裁器426处理过后的数据信号。前述的模处理器424与反模处理器422可使用相同值的模，而反模处理器422的函数则可等效于模处理器424的反函数。加总器418是用来取得软值数据信号d_k与硬值数据信号D_k的差值，以便获得误差信号e_k。第一延迟器414接收误差信号e_k以产生经由第一延迟运算的误差信号e_k-1，而第二延迟器416接收软值数据信号d_k以产生经由第二延迟运算的软值数据信号y_k，其中第一延迟器414采用第一延迟运算子D，以代表一码周期的延迟，而第二延迟器416则使用第二延迟运算子1-D²，以进行延迟运算。乘法器412接收经由第一延迟运算子D产生的误差信号e_k-1及经由第二延迟运算子1-D²产生的软值数据信号y_k，并实质上将所接收信号相乘，以产生乘积信号X_k-1。此乘积信号X_k-1产生方式甚多，若以节省位数为考虑，则使用正余弦函数或对数函数等函数来实施而进行实质上相乘的运算皆应属于本发明的范畴；再者，由于上述的函数皆为熟习本发明所属的领域者所周知，故其数学原理于此将不另作赘述。回路滤波器406以乘积信号X_k-1输入压控震荡器404，以实施时序恢复。 

请参阅图2，其为根据本发明的一较佳实施例所揭露的以模输入信号当作基准点并以强迫归零算法来实施时序恢复的通信系统500的示意图。如图2所示，通信系统500包含先行滤波器502、开关530、压控震荡器504、回路滤波器506、乘法器512、第一延迟器514、第二延迟器516、加总器518、模处理器524、剪裁器526、及反模处理器522。通信系统500耦接方式如图5所揭示，于此将不再另作赘述。图5所示的通信系统500所包含各组件的操作模式与图4所揭露的通信系统400相似，其主要不同处在于图5的第二延迟器516所接收的是硬值数据信号D_k，并产生经由第二延迟运算的硬值数据信号Z_k-1。而乘法器512则同样接收经由第一延迟运算子D所产生的误差信号e_k-1及经由第二延迟运算子1-D²所产生的硬值数据信号Z_k-1，并实质上将其相乘，以产生乘积信号X_k-1。乘积信号X_k-1的各种产生方式已于图4相关叙述中说明，故于此将不再赘述。

通信系统400及500的技术特征主要是在于藉由模处理器424及524、剪裁器426及526、与反模处理器422及522所实施的THP预编码与反馈结构，将THP预编码中的输入基准点由剪裁器426及526的输入端各自移至模处理器424及524的输入端。在本发明的一较佳实施例中，模处理器424/524的输出信号值一般可以±2*M*k表示，其中k可为任意的非负整数。 

除了上述的各实施例以外，在本发明的其它实施例中，亦可将模处理器改耦接于剪裁器之后，并可以使剪裁器的输出直接反馈至加总器，此类实施例的实施方式如图3及图4所示。请参阅图3，通信系统600包含先行滤波器602、开关630、压控震荡器604、回路滤波器606、乘法器612、第一延迟器614、第二延迟器616、加总器618、模剪裁器620、及模处理器624。通信系统600的特征在于当实施于10G Base-T以太网络时，剪裁器620的输出信号值为±2k+1，且k为一非负整数的变量。由于剪裁器620的输出信号值仅跟随变量k的值而改变，因此当实施时序恢复时，仍然同样的可以避免先前技术所可能产生的误差。图4所揭示的通信系统700是相对应于图2所揭示的通信系统500，将模处理器改耦接于剪裁器之后所做的改变，由于其构成组件与耦接方式等特征与图2所述的实施例类似，于此将不再赘述。 

请参阅图5，其为本发明所揭露用于图1与图2所示的实施例的时序恢复方法的流程图。图5所示的时序恢复方法包含以下步骤： 

步骤102：接收一模输入信号以进行一模运算以产生一模输出信号； 

步骤104：接收该模输出信号以进行一整数化运算以产生一整数化信号； 

步骤106：接收该整数化信号以进行一反模运算以产生一反模输出信号； 

步骤108：接收该模输入信号以及该反模输出信号； 

步骤110：计算该模输入信号与该反模输出信号的差值并据以输出一误差信号； 

步骤112：接收该误差信号，以执行一第一延迟方程式，并产生一第一延迟误差信号； 

步骤114：接收该模输入信号或该反模输出信号，以执行一第二延迟方程式，并产生一第二延迟模输入信号或一第二延迟反模输出信号； 

步骤116：若是接收该误差信号以及该模输入信号，则将该第一延迟误差信号以及该第二延迟模输入信号实质上相乘，以产生一乘积信号； 

步骤118：若是接收该误差信号以及该反模输出信号，则将该第一延迟误差信号以及该第二延迟反模输出信号实质上相乘，以产生该乘积信号；以及 

步骤120：根据该乘积信号以实施时序恢复。 

图5所揭露的时序恢复方法为图1及图2的实施例中通信系统运作方式的总结，且其细节已于图1及图2的相关叙述中解说，故此处不再予以赘述。请注意，将图5中所示的各步骤的执行顺序施以简单排列或组合，并不构成脱离本发明的范畴的事实。请注意，图5揭露的方法所述的反模运算为同方法中所述的模运算的反运算。 

请参阅图6，其为本发明所揭露用于图3与图4中所示的实施例的时序恢复方法的流程图。图6所示的方法包含以下步骤： 

步骤202：接收一输入信号并产生一信号值为±2k+1的一剪裁输出信号，k为一非负整数的变量； 

步骤204：接收该剪裁输出信号以进行一模运算以产生一模输出信号； 

步骤206：接收一剪裁器的一输入信号以及该剪裁输出信号； 

步骤208：计算该剪裁器的该输入信号与该剪裁输出信号的差值并据以输出一误差信号； 

步骤210：接收该误差信号，以执行一第一延迟方程式，并产生一第一延迟误差信号； 

步骤212：接收该剪裁器的该输入信号或该剪裁输出信号，以执行一第二延迟方程式，并产生一第二延迟输入信号或一第二延迟剪裁输出信号； 

步骤214：若是接收该误差信号以及该剪裁器的该输入信号，则将该第一延迟误差信号以及该第二延迟输入信号实质上相乘，以产生一乘积信号； 

步骤216：若是接收该误差信号以及该反模输出信号，则将该第一延迟误差信号以及该第二延迟剪裁输出信号实质上相乘，以产生该乘积信号；以及 

步骤218：根据该乘积信号以实施时序恢复。 

图6所示的时序恢复方法为图3与图4所示的通信系统运作方式的总结，故其细节已于图3与图4的相关叙述中揭露，不在此加以赘述。请注意，将图6所示的各步骤的执行顺序加以简单组合或排列，并不构成脱离本发明的范畴的事实。 

本发明提供了一种以模输入信号为基准点所实施的时序恢复电路及方法。该时序恢复电路及方法适用在THP预编码的通信系统，如此将解决在接收端因为以剪裁器输入信号为基准点所导致发生误差或是失真的问题。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 

Claims (14)

1.一种时序恢复电路，适用于通信系统，包含：

模处理器，接收模输入信号以进行模运算；

剪裁器，耦接至该模处理器，用来对该模处理器的输出信号进行整数化运算；

反模处理器，耦接至该剪裁器，用来对该剪裁器的输出信号进行反模运算以产生反模输出信号；

加总器，其一个输入端接收该模输入信号，其另一输入端接收该反模输出信号，用以计算该模输入信号与该反模输出信号的差值并据以输出误差信号；

第一延迟器，接收该误差信号，对其进行第一延迟运算，并输出至该乘法器的第一输入端；

第二延迟器，接收该模输入信号或该反模输出信号，对其进行第二延迟运算，并输出至该乘法器的第二输入端；

乘法器，用以将第一延迟器的输出和第二延迟器的输出实质上相乘，并将其乘积输出；以及

回路滤波器及压控震荡器，耦接至该乘法器的输出端，用以根据该乘法器的乘积以实施时序恢复，

其中，该反模运算为该模运算的反运算。

2.如权利要求1所述的时序恢复电路，其中该剪裁器的输出信号值为±2k+1，且k为一非负整数的变量。

3.如权利要求1所述的时序恢复电路，其中该模处理器的输出信号值为±2*M*k，且M为该模处理器的模值，而k为一非负整数的变量。

4.如权利要求1所述的时序恢复电路，其中该第一延迟器的延迟方程式为延迟变量D，该第二延迟器的延迟方程式为1-D²，且D表示一码周期的延迟。

5.一种时序恢复方法，适用于时序恢复电路，包含下列步骤：

接收模输入信号以进行模运算以产生模输出信号；

接收该模输出信号以进行整数化运算以产生整数化信号；

接收该整数化信号以进行反模运算以产生反模输出信号；

接收该模输入信号以及该反模输出信号；

计算该模输入信号与该反模输出信号的差值并据以输出误差信号；

接收该误差信号，以执行第一延迟方程式，并产生第一延迟误差信号；

接收该模输入信号或该反模输出信号，以执行第二延迟方程式，并产生第二延迟模输入信号或第二延迟反模输出信号；

若是接收该误差信号以及该模输入信号，则将该第一延迟误差信号以及该第二延迟模输入信号实质上相乘，以产生乘积信号；

若是接收该误差信号以及该反模输出信号，则将该第一延迟误差信号以及该第二延迟反模输出信号实质上相乘，以产生该乘积信号；以及

根据该乘积信号以实施时序恢复；

其中该反模运算为该模运算的反运算。

6.如权利要求5所述的时序恢复方法，其中该整数化信号的值为±2k+1，且k为一非负整数的变量。

7.如权利要求5所述的时序恢复方法，其中该模输出信号的值为±2*M*k，M为该模处理器的模值，且k为一非负整数的变量。

8.如权利要求5所述的时序恢复方法，其中该第一延迟方程式为延迟变量D，该第二延迟方程式为1-D²，且D表示一码周期的延迟。

9.一种时序恢复电路，适用于通信系统，包含：

剪裁器，接收输入信号并产生信号值为±2k+1的剪裁输出信号，其中k为非负整数的变量；

模处理器，接收该剪裁输出信号以进行模运算以产生模输出信号；

加总器，其一个输入端耦接至该剪裁器输入端，其另一输入端耦接至该剪裁器的输出端，用以计算该剪裁器的该输入信号与该剪裁输出信号的差值并据以输出误差信号；

第一延迟器，接收该误差信号，对其进行第一延迟运算，并输出至该乘法器的第一输入端；

第二延迟器，接收该剪裁输出信号，对其进行第二延迟运算，并输出至该乘法器的第二输入端；

乘法器，用以将第一延迟器的输出和第二延迟器的输出实质上相乘，并将其乘积输出；以及

回路滤波器及压控震荡器，耦接至该乘法器的输出端，用以根据该乘法器的乘积以实施时序恢复。

10.如权利要求9所述的时序恢复电路，其中该模处理器的该模输出信号值为±2*M*k，且M为该模处理器的模值，而k为一非负整数的变量。

11.如权利要求9所述的时序恢复电路，其中该第一延迟器的延迟方程式为延迟变量D，该第二延迟器的延迟方程式为1-D²，且D表示一码周期的延迟。

12.一种时序恢复方法，适用于时序恢复电路，包含下列步骤：

接收输入信号并产生信号值为±2k+1的剪裁输出信号，k为非负整数的变量；

接收该剪裁输出信号以进行模运算以产生模输出信号；

接收剪裁器的输入信号以及该剪裁输出信号；

计算该剪裁器的该输入信号与该剪裁输出信号的差值并据以输出误差信号；

接收该误差信号，以执行第一延迟方程式，并产生第一延迟误差信号；

接收该剪裁器的该输入信号或该剪裁输出信号，以执行第二延迟方程式，并产生第二延迟输入信号或第二延迟剪裁输出信号；

若是接收该误差信号以及该剪裁器的该输入信号，则将该第一延迟误差信号以及该第二延迟输入信号实质上相乘，以产生乘积信号；以及

根据该乘积信号以实施时序恢复。

13.如权利要求12所述的时序恢复方法，其中该模输出信号值为±2*M*k，且M为该模处理器的模值，而k为一非负整数的变量。

14.如权利要求12所述的时序恢复方法，其中该第一延迟方程式为延迟变量D，该第二延迟方程式为1-D²，且D表示一码周期的延迟。

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