CN101998450A - 用于通讯系统的接收器的初始化方法与时序回复器 - Google Patents

Abstract

本发明披露了用于通讯系统的接收器的初始化方法与时序回复器。其中用于一通讯系统中初始化接收器的方法，包含有训练该接收器的一干扰消除器；于该干扰消除器收敛后，将该干扰消除器保持于一追踪状态；以及启动训练该接收器的一时序回复器。

Description

用于通讯系统的接收器的初始化方法与时序回复器

技术领域

本发明涉及一种用于通讯系统的接收器的初始化方法与时序回复器，特别是涉及一种可有效提高收敛能力和降低收敛时间的初始化方法与时序回复器。

背景技术

在超高速以太网络(Gigabit Ethernet，或译为千兆位以太网络)系统中，接收器在初始化程序(Start-up Procedure)中，必须采用决策导向(decision-directed)的方式，渐进地收敛自动增益控制器、近端串音消除器、回音消除器、时序回复器、均衡器等功能块的运作参数。然而，在初始化程序中，由于没有可用的训练序列(Training Sequence)，且回音的干扰相当严重，导致收敛时间无法有效减短。同时，各个功能块间又会互相影响，很容易造成初始化失败，亦即误差扩散(Error Propagation)，而无法得到适当的参数。例如，时序回复器的运作结果会改变模拟至数字转换器的取样相位，进而改变近端串音消除器及回音消除器的取样相位。因此，必需通过一套有效的初始化程序，才能确保各个功能块能正确地在短时间内收敛。

除了收敛问题外，在超高速以太网络系统中，建立通讯连结的两收发装置其一是操作于主模式(Master Mode)，另一是操作于辅模式(Slave Mode)，以下分别简称主装置及辅装置。主装置的传送器是使用一自由运作频率(Free Running Clock)来传送讯号至辅装置，当辅装置的接收器接收到主装置所传送的讯号后，辅装置会进行频率回复的动作，以产生相同于自由运作频率的一回复频率。接着，辅装置的传送器及接收器分别根据回复频率来传送或取样讯号。当主装置的接收器收到辅装置根据回复频率所传送的讯号，主装置的接收器会进行同步，使其取样相位最佳化。简单来说，主装置的传送器所传送讯号的频率不需从其接收器所接收的信号复得而来，但辅装置所传送讯号的频率则必需从其接收器所接收的信号复得而来。在此情形下，由于主装置及辅装置在频率回复的运作不相同，造成初始化程序的复杂度增加。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供用于通讯系统的接收器的初始化方法与时序回复器。

本发明揭示一种用于一通讯系统中初始化一接收器的方法，包含有训练该接收器的一干扰消除器；于该干扰消除器收敛后，将该干扰消除器保持于一追踪状态；以及启动训练该接收器的一时序回复器。

本发明还揭示一种用于一通讯系统的一接收器的时序回复器，包含有一时序误差检测模块，用来检测该接收器所接收的讯号的时序误差，以产生一检测结果；一回路滤波模块，用来滤除该检测结果的噪声，以产生一滤波结果；一数值控制振荡模块，用来根据该滤波结果，产生一振荡讯号至该接收器的一模拟至数字转换器；以及一初始化控制模块，用来于该接收器操作于一初始化程序时，调整该数值控制振荡模块所产生的该振荡讯号。

附图说明

图1为超高速以太网络系统的一收发装置中一接收器的示意图。

图2为本发明实施例一初始化流程的示意图。

图3为本发明实施例一时序回复控制流程的示意图。

图4为本发明实施例一初始化控制模块的示意图。

附图符号说明

10  接收器

100 模拟自动增益控制器

102 模拟至数字转换器

104 先进先出寄存器

106 前馈均衡器

108 回音消除器

110 近端串音消除器

112 数字自动增益控制器

114 回授均衡器

116 时序回复器

118 时序误差检测模块

120 回路滤波模块

122 数值控制振荡模块

400 统计单元

402 选择单元

20  初始化流程

200、202、204、206、208、210、212、214、300、302、304、306、308、310、312 步骤

具体实施方式

为改善现有的超高速以太网络系统的初始化程序，本发明是通过特定的训练顺序，提高收敛效率。首先，请参考图1，图1为一接收器10的示意图。接收器10用于超高速以太网络系统的一收发装置中，用来接收一双绞线的讯号，其包含有一模拟自动增益控制器100、一模拟至数字转换器102、一先进先出寄存器104、一前馈均衡器106、一回音消除器108、一近端串音消除器110、一数字自动增益控制器112、一回授均衡器114及一时序回复器116。接收器10的运作为本领域的技术人员所熟知，因此以下仅简述之。模拟自动增益控制器100可调整接收讯号的振幅，以符合模拟至数字转换器102的操作范围。模拟至数字转换器102根据时序回复器116所输出的振荡讯号，将模拟的接收讯号转换为数字讯号，并输出至先进先出寄存器104。前馈均衡器106用来消除符号间干扰(inter-symbol interference)的前游标(pre-cursor)成分，而回授均衡器114则用来消除符号间干扰的后光标(post-cursor)成分，两者的组合实现完整的均衡功能。回音消除器108及近端串音消除器110分别用来消除回音及近端串音的干扰。时序回复器116用来回复频率讯号的频率及相位，其包含有一时序误差检测模块118、一回路滤波模块120及一数值控制振荡模块122。时序误差检测模块118可检测接收讯号的时序误差，经回路滤波模块120滤除噪声后，由数值控制振荡模块122据以产生振荡讯号，使模拟至数字转换器102可以正确的取样相位进行模拟至数字转换运作。

接着说明本发明的初始化方式，请参考图2。图2为本发明实施例一初始化流程20的示意图。初始化流程20用来初始化接收器10，其包含以下步骤：

步骤200：开始。

步骤202：调整模拟自动增益控制器100的增益。

步骤204：训练回音消除器108。

步骤206：将回音消除器108操作于追踪状态，并训练近端串音消除器110。

步骤208：将回音消除器108及近端串音消除器110操作于追踪状态，并训练数字自动增益控制器112、前馈均衡器106、回授均衡器114及时序回复器116。

步骤210：以决策导向方式，决定回音消除器108、近端串音消除器110、数字自动增益控制器112、前馈均衡器106及回授均衡器114的价值方程式。

步骤212：根据步骤210所决定价值方程式，判断接收器10是否收敛。若是，则进行步骤214；若否，则回到步骤202。

步骤214：结束。

根据初始化流程20，本发明先调整模拟自动增益控制器100的增益，使得模拟至数字转换器102可有效率地取样接收信号。完成模拟自动增益控制器100的调整后，接着对干扰消除器进行训练，其方式是先对回音消除器108进行训练，当回音消除器108收敛后，将回音消除器108保持在追踪状态，然后再对近端串音消除器110进行训练。详细来说，回音干扰是由接收器10所属的收发装置的传送讯号引起，而近端串音干扰则是由其它双绞线的讯号所引起。因此，在长缆线的通讯条件下，由其它收发装置所传送来的讯号其能量衰减幅度相较短缆线条件下为高，但回音干扰仍维持相同能量。换言之，长缆线的通讯条件下，回音干扰所造成讯杂比较短缆线条件为低，所以本发明先用回音消除器108将回音消除。而训练回音消除器108的参数的价值方程式，可较佳地采用消除回音后的最小输出能量(Minimum Output Energy，MOE)，而且可用最小均方根(Least Mean Square，LMS)算法实现。

此外，在训练回音消除器108的过程中，由于无法得知传送讯号与接收器10间的延迟时间，所以一开始可用比较长的响应长度(taps)来训练参数。当回音消除器108收敛后，即可由响应长度的绝对值的最大值，得出延迟时间，并减少响应长度，以增加回音消除器108的追踪与收敛的能力。完成回音消除器108的收敛后，接着训练近端串音消除器110，其训练的方法与回音消除器108相同。

接下来，当回音消除器108与近端串音消除器110收敛后，本发明是将两者保持在追踪状态，再训练数字自动增益控制器112、前馈均衡器106、回授均衡器114及时序回复器116。数字自动增益控制器112的增益较佳地可于训练的初采盲判决(blind decision)方式进行，确保数字自动增益控制器112的输出值不会太小，以利决策导向算法的正常运作。当盲判决方式收敛后，随即可用决策导向的方式训练，提高收敛性。

均衡器的部分，包含前馈均衡器106及回授均衡器114，则是用决策导向的方式训练。而时序回复器116的训练较为复杂，于后详述。当所有功能块均完成训练后，为了使整个系统的收敛误差更小，本发明会采用决策导向方式，决定回音消除器108、近端串音消除器110、数字自动增益控制器112、前馈均衡器106及回授均衡器114的追踪算法的价值方程式。若确定无法收敛，则再重新开始训练过程。

由于时序回复器118的运作结果会改变模拟至数字转换器102的取样相位，进而改变回音消除器108及近端串音消除器110的取样相位。因此，本发明是先进行回音消除器108及近端串音消除器110的训练，然后才进行时序回复器118的训练。

更进一步地，当进行时序回复器118的训练时，虽然回音消除器108及近端串音消除器110都维持在追踪状态，但时序回复器118在撷取(Acquisition)阶段，相位变化速度很快，会使得回音消除器108及近端串音消除器110的追踪能力赶不上模拟至数字转换器102的取样相位变化，而造成回音和近端串音的干扰无法消除，甚至造成无法收敛的情形。为了改善上述情形，本发明于进行时序回复器118的训练时，同时会根据相位变化的情形，决定是否暂停时序回复器118的时序回复运作，以避免回音消除器108及近端串音消除器110无法追踪取样相位的变化。

另一方面，由于接收器10所属的收发装置可能操作在主模式或辅模式，而这两种模式下，时序回复器118的训练方式亦有些许不同，详述以下。

针对主模式的接收器10，由于时序回复器118仅用来锁住接收讯号的相位，其所得的频率不需供传送器使用，因此回路滤波模块120可简化成一阶的回路滤波器，即KI＝0。接着，如前所述，为了确保回音消除器108及近端串音消除器110的追踪能力可赶上模拟至数字转换器102的取样相位变化，当模拟至数字转换器102在预设时段中的相位累计变化超过一预设程度(如一阈值)时，本发明会暂停时序回复器118的时序回复运作一预设时间，亦即，使回路滤波模块120的输出为0(表示接收讯号无时序误差)，或以0取代回路滤波模块120的输出结果。在此情形下，由于回路滤波模块120为一阶的回路滤波器，所以当回路滤波模块120的输入为0时，数值控制振荡模块122会维持前一阶段的输出结果，表示模拟至数字转换器102的取样相位会维持同一相位。如此一来，回音消除器108及近端串音消除器110就有时间追踪的前的相位改变，以维持收敛。通过适时保持相位不变(即停止时序回复器118的时序回复运作)，同样可使接收器10锁住接收讯号的相位，更重要的是，不会让回音消除器108及近端串音消除器110丧失追踪能力。

另一方面，针对辅模式的接收器10，由于四对双绞线中，需通过其中一对双绞线复得所有传送器所需的时钟，因此又可分两种情形说明。第一种情形是接收器10需由所接收的讯号复得所有传送器所需的频率，换言之，对应于接收器10的传送器是使用时序回复器118所得的时钟进行数字至模拟转换。因此，回音消除器108及近端串音消除器110不会因模拟至数字转换器102的取样相位改变，而改变了响应长度的参数。所以，针对辅模式下，所复得的频率需供传送器使用的接收器10，可忽略模拟至数字转换器102的取样相位变化对回音消除器108及近端串音消除器110的追踪能力的影响。

第二种情形即接收器10不需提供传送器所需的频率，换言之，接收器10只需校正其相位即可，则回路滤波模块120亦可简化成一阶的回路滤波器。在此情形下，当模拟至数字转换器102的相位发生改变时，会如同主模式的情况一样，影响了回音消除器108及近端串音消除器110的取样相位，进而影响回音消除器108及近端串音消除器110的收敛性。因此，解决方法与主模式下相同，就是当模拟至数字转换器102在预设时段中的相位累计变化超过一阈值时，暂停时序回复器118的时序回复运作一预设时间，等待回音消除器108及近端串音消除器110的收敛。

因此，不论主模式或辅模式，若接收器10不需提供传送器所需的频率，则本发明根据相位变化的情形，决定是否暂停时序回复器118的时序回复运作，以避免回音消除器108及近端串音消除器110无法追踪取样相位的变化。亦即，若模拟至数字转换器102在预设时段中的相位累计变化超过一预设程度(如一阈值)，则暂停时序回复器118的时序回复运作一预设时间，等待回音消除器108及近端串音消除器110的收敛。这种运作方式可进一步归纳为一控制流程30，用来于初始化流程中，控制时序回复器118的时序回复运作，如图3所示。时序回复控制流程30包含以下步骤：

步骤300：开始。

步骤302：判断模拟至数字转换器102的相位累计变化是否超过一阈值。若是，则进行步骤304；若否，则继续判断。

步骤304：暂停时序回复器118的时序回复运作。

步骤306：启动计时。

步骤308：判断计时期间是否超过一预设时间。若是，则进行步骤310；若否，则进行步骤312。

步骤310：重新启动时序回复器118的时序回复运作。

步骤312：结束

需注意的是，要实现时序回复控制流程30，可于时序回复器118中增加一初始化控制模块，用来于接收器10操作于初始化程序时，统计相位累计变化，并据以调整数值控制振荡模块122所产生的振荡讯号。当然，初始化控制模块的实现方式不限于特定规则或软、硬件等，只要能执行前述运作即可。另外，时序回复控制流程30仅针对不需提供传送器复得的频率的接收器，换言之，辅模式的接收器可能需执行时序回复控制流程30，也可能不需执行时序回复控制流程30。对应地，初始化控制模块的设置亦需做适当的改变。

举例来说，图4所示为初始化控制模块的一实施例的示意图。在图4中，RX_1表示需复得所有传送器T1～T4所需频率的双绞线，而其它三对双绞线仅显示其中之一，并标示为RX_2。此外，初始化控制模块是由一统计单元400及一选择单元402所组成。统计单元400可统计模拟至数字转换器的相位累计变化，若统计结果显示相位变化在一预设时段中超过一预设程度时，则统计单元400会控制选择单元402以0取代时序误差检测模块的输出，使相位维持不变。

需注意的是，图4仅显示为实现控制流程30的一可能实施例，实际上，除了以取代方式设定时序误差检测模块的输出，亦可通过控制时序误差检测模块的运作达成，且不限于此。

在现有技术中，时序回复器的运作结果会改变模拟至数字转换器的取样相位，进而改变近端串音消除器及回音消除器的取样相位，造成近端串音消除器及回音消除器无法在短时间内收敛，甚至是收敛失败。相较之下，本发明是先调整模拟自动增益控制器的增益，再对干扰(回音及近端串音)消除器进行训练；干扰消除器收敛后，将之保持于追踪状态，并训练数字自动增益控制器、均衡器及时序回复器；最后，再以决策导向方式，决定价值方程式，以降低收敛误差。其中，在训练时序回复器时，若接收器所得的频率不需供传送器使用，则本发明会统计其模拟至数字转换器在预设时段中的相位变化，并于相位累计变化超过阈值时，暂停时序回复器的时序回复运作，以维持相位不变，使得干扰消除器有时间追踪的前的相位改变，确保其追踪能力，并避免收敛失败。

综上所述，本发明通过适当的训练顺序，提高收敛的效率，并通过适时维持相位不变，确保干扰消除器的追踪能力。因此，本发明的初始化程序可有效提高收敛能力和降低收敛时间，同时，主模式及辅模式的初始化程序几乎相似，因而可简化复杂度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的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 (13)

1.一种用于一通讯系统中初始化一接收器的方法，包含有：

训练该接收器的一干扰消除器；

于该干扰消除器收敛后，将该干扰消除器保持于一追踪状态；以及

启动训练该接收器的一时序回复器。

2.如权利要求1所述的方法，其中该干扰消除器是一回音消除器。

3.如权利要求1所述的方法，其中该干扰消除器是一近端串音消除器。

4.如权利要求1所述的方法，其还包含根据训练该时序回复器所造成的相位变化，控制该时序回复器的时序回复运作。

5.如权利要求4所述的方法，其中根据训练该时序回复器所造成的相位变化，控制该时序回复器的时序回复运作的步骤，包含有于训练该时序回复器所造成的相位变化在一预设时段中超过一预设程度时，停止该时序回复器的时序回复运作，使操作于该追踪状态的该干扰消除器追踪该时序回复器所造成的相位变化。

6.如权利要求5所述的方法，其还包含于停止该时序回复器的时序回复运作后一预设时间，重新启动该时序回复器的时序回复运作。

7.如权利要求4所述的方法，其中该接收器操作于一主模式。

8.如权利要求4所述的方法，其中该接收器操作于一辅模式，且该时序回复器所回复的时序仅用于该接收器处理接收讯号。

9.一种用于一通讯系统的一接收器的时序回复器，包含有：

一时序误差检测模块，用来检测该接收器所接收的讯号的时序误差，以产生一检测结果；

一回路滤波模块，用来滤除该检测结果的噪声，以产生一滤波结果；

一数值控制振荡模块，用来根据该滤波结果，产生一振荡讯号至该接收器的一模拟至数字转换器；以及

一初始化控制模块，用来于该接收器操作于一初始化程序时，调整该数值控制振荡模块所产生的该振荡讯号。

10.如权利要求9所述的时序回复器，其中该初始化控制模块包含有：

一统计单元，用来于该接收器操作于该初始化程序时，统计该振荡讯号的相位变化，以产生一统计结果；以及

一选择单元，用来于该统计结果显示该振荡讯号的相位变化在一预设时段中超过一预设程度时，以一零时序误差的检测结果取代该时序误差检测模块所产生的该检测结果，使该振荡讯号维持不变。

11.如权利要求10所述的时序回复器，其中该选择单元还用来以该零时序误差的检测结果取代该时序误差检测模块所产生的该检测结果后一预设时间，重新将该时序误差检测模块所产生的该检测结果传送至该回路滤波模块。

12.如权利要求9所述的时序回复器，其中该接收器系操作于一主模式。

13.如权利要求9所述的时序回复器，其中该接收器系操作于一辅模式，且该数值控制振荡模块所产生的该振荡讯号仅用于该模拟至数字转换器处理接收讯号。

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