CN102939721B - 用于在通信网络中调节接收器处的符号判定阈值的方法和设备 - Google Patents

Abstract

用于在通信网络中调节接收器处的符号判定阈值的方法和设备使接收器能够适于更正确地接收由发射器所传送的符号。在一个实施例中，所接收的位不平衡在误差校正之前以及在误差校正之后被接收器检测，以确定所接收的信号的误差分量是否含有更大数量的1或更大数量的0。在发射器在传输之前对信号进行扰频处理的情况下，接收器还将在误差校正之后以及在对0或1的数量进行计数之前对信号进行扰频处理。所传送的1或0的数量与所接收的1或0的数量之间的任何不平衡被用作反馈以调节检测器所使用的阈值，从而对接收器解释输入信号的方式进行细调。

Description

用于在通信网络中调节接收器处的符号判定阈值的方法和设备

技术领域

本发明涉及通信网络，并且更具体地，涉及用于在通信网络中调节接收器处的符号判定阈值的方法和设备。

背景技术

数据通信网络可以包括各种路由器和交换机，这些路由器和交换机被耦合在一起并且被构造成将数据传递给彼此。这些装置在本文中将被称为“网络元件”。数据通过利用网络元件之间的一个或多个通信链路在网络元件之间传递诸如因特网协议包、以太网帧、数据单元、数据段或者数据的位/字节的其他逻辑关联的协议数据单元而经数据通信网络被传送。具体的协议数据单元可以被多个网络元件处理并且在其通过网络行进于它的源与它的目的地之间时跨越多个通信链路。

通信网络上的各种网络元件利用预定的规则集合与彼此进行通信，所述预定的规则集合通常被称为协议。不同的协议被用于规定通信的不同方面，诸如信号应如何形成以用于网络元件之间的传输、协议数据单元应看起来如何的各个方面、协议数据单元应如何由网络元件处理或路由通过网络以及诸如路由信息的信息应如何在网络元件之间被交换。

在数字通信网络中，网络元件在物理层传送和接收表示0或1的二元信号。根据被用于传输信号的物理介质的类型，这可有若干种方式来实现。在网络元件例如如图1A所示的那样通过光纤14进行通信的情况下，发射器10可通过打开和关闭激光来传送二元信号。在使用导电物理介质16的情况下，如图1B所示，可通过调节导体上的电压来形成二元信号。在网络元件如图1C所示的那样使用无线协议进行通信的情况下，可将二元信号编码到被网络元件用于与彼此进行通信的载波频率18上。无论被使用的具体物理介质如何，发射器10都将传送一系列的0和1，这一系列的0和1将被接收器12接收，使得发射器能够向接收器传达信息。

当信号在光纤、电缆、无线载波等上被传送时，信号有可能在传输期间失真。因此，当接收器接收信号时，存在所接收的信号将包括误差分量的可能性。同样地，通常要求接收器和发射器在相同的频率上操作，使得接收器以与发射器在信号上传送数据相同的速率从信号读取数据。明确的时钟信号可被用于使发射器和接收器同步，或者备选地，接收器可从所接收的波形中提取同步信息。

图2示出了可被用于通过光学、电气或无线物理介质在发射器10与接收器12之间传送数据的示例发射器/接收器组合。图2所示的示例被设计成使接收器能够校正在传输期间引入的误差并且还能够从所接收的信号中提取时钟信号。

特别地，如图2所示，发射器10将使用编码器20对待传送的信号进行编码。编码器允许信息被添加到信号中，该信息将使接收器能够恢复原始信号而不受可在传输期间出现的误差影响。存在若干已知的这种属性的编码方案，包括Reed-Solomon、Turbo以及Bose, Ray-Chaudhri, Hocquenghem (BCH)编码方案。也可存在其他编码方案。例如，Reed-Solomon误差校正通过对用待传送的数据构建的多项式进行过采样来进行操作。在多个点上对该多项式求值，并且这些值作为信号S被传送。对多项式进行与必要的相比更频繁的采样使得该多项式是过定的。只要接收器正确地接收这些点中的多个，那么即使存在少量坏点，接收器也能够恢复原始多项式。因而，接收器12能够使用RS-8误差校正器24来恢复被编码器20使用的原始多项式，并且因而能够重新产生被用于建立多项式的原始数据而不受可能在传输期间出现的任何误差影响。其他误差校正技术可以使用不同的方法使原始数据能够在接收器处被恢复而不受可能在传输期间出现的误差影响，如本领域公知的那样。

图2所示的发射器/接收器对还被构造成从输入信号中检测时钟定时信息，使得接收器知道从物理介质读取信息的频率。如果接收器不在与发射器相同的频率上操作，那么其可能将误差引入所接收的信号，这是不合需要的。通常，接收器将使用锁相环(PLL)或其他类似的结构来锁定到被发射器10使用的传输频率上。由于PLL及其他同步电路是本领域公知的，所以实际的时钟提取部分没有在图2中示出，以避免对图中其他部分的混淆。

在其中接收器依赖于从输入信号中提取时钟频率的系统中，重要的是输入信号不包括一长串的0或一长串的1，因为这可能导致接收器失去与发射器的同步。特别地，一长串的0或1将被接收器视为导电线上恒定的电压，或者被视为光纤上恒定的明/暗信号。恒定值不具有状态之间的任何转变(例如高/低电压或打开/关闭光)，而PLL正是利用这种转变来确定传输频率。因而，没有状态转变的持续周期不向PLL或其他同步电路提供关于发射器所使用的频率的信息，并且能够使接收器失去与发射器的同步。

因此，为了避免长的0序列或长的1序列的传输，发射器例如使用线性反馈移位寄存器(LFSR)扰频器22对输出信号(S)进行扰频处理是常见的。线性反馈移位寄存器是输入位为其先前状态的线性函数的移位寄存器。Fibonacci LFSR和Galois LFSR是LFSR的两种常见实现。LFSR可以在寄存器中具有设定数量的位置，例如16个，并且在被适当设计的情况下，其将循环经过寄存器的所有可能值，以使输出随机化，使得来自扰频器的输出f(S)不太可能含有长串的全0或全1。如图2所示，接收器将使用相同的扰频器22对信号进行去扰频处理，以在对信号进行解码之前使用误差校正器24去除来自扰频器的影响。如上所述，误差校正器将去除在传输期间可能出现在信号中的误差。

存在可能在发射器与接收器之间的传输期间对信号恶化产生影响的若干误差源。例如，信号可能随时间/距离而变弱。同样地，外部噪声源可被添加到信号中，使得除了发射器所输出的预期数据之外，接收器所接收的信号还可具有其他分量。接收器负责检测信号并且以时钟频率就物理介质上的信号是0还是1进行判定。典型地，接收器将使用阈值来进行这个判定-如果所接收的信号高于阈值，那么该信号被解释为1，而相反地，如果所接收的信号低于阈值，那么该信号被解释为0。如果接收器没有正确地实现这个过程，那么接收器处的阈值处理过程同样可以是误差源。因此，理想的是能够调节接收器处的阈值处理过程以提高接收器在通信网络上所接收的信号的保真度。

发明内容

下面的发明内容以及在本申请末尾处阐述的摘要在本文中被提供以引入在下面的具体实施方式中所论述的某些概念。发明内容和摘要部分不是全面的，并且不是旨在刻划由下面所提供的权利要求阐述的可获得保护的主题的范围。

用于在通信网络中调节接收器处的符号判定阈值的方法和设备使接收器能够适于更正确地接收由发射器所传送的符号。在一个实施例中，所接收的位不平衡在误差校正之前以及在误差校正之后被接收器检测，以确定所接收的信号的误差分量是否含有更大数量的1或更大数量的0。在发射器在传输之前对信号进行扰频处理的情况下，接收器还将在误差校正之后以及在对0或1的数量进行计数之前对信号进行扰频处理。所传送的1或0的数量与所接收的1或0的数量之间的任何不平衡被用作反馈以调节检测器所使用的阈值，从而对接收器解释输入信号的方式进行细调。

附图说明

在所附权利要求中详尽地指出了本发明的各个方面。在下面的附图中通过示例的方式示意了本发明，在附图中相似的标记指示相似的元件。下面的附图仅为了示意的目的公开了本发明的各种实施例，而不是旨在限制本发明的范围。为了清楚起见，并没有在每一幅图中都标出每一个部件。在附图中：

图1A-1C是示出使用不同物理传输介质的若干发射器/接收器对的功能框图；

图2是常规的发射器/接收器对的功能框图；

图3是根据本发明的实施例的发射器/接收器对的功能框图；

图4是根据本发明的实施例在调节判定阈值时使用所接收的位不平衡作为反馈的示例物理接口的功能框图；

图5是根据本发明的实施例在通信网络中调节接收器处的符号判定阈值的过程的流程图；以及

图6A-6C示出了根据本发明的实施例的示例波形以及阈值变化对符号判定的影响。

具体实施方式

图3示出了根据本发明的实施例的发射器/接收器对的示例性实施例。在这个实施例中，发射器与图2所示的发射器相同。然而，接收器以不同方式被构造，以使接收器能够确定在传输期间出现的误差的类型并且使用这个信息来调节接收器接口的阈值，从而平衡每种类型的误差的数量(例如0误差的数量和1误差的数量)。通过使被接收的不正确的0的数量与被接收的不正确的1的数量平衡，由于不适当的阈值处理所引起的误差可以被减少，从而对接收器进行调谐以更正确地感测在物理信道上被接收的信号。

在图3中，发射器10包括Reed-Solomon 8编码器20，以对信号进行编码，从而产生要在光纤14上被传送的信号S。也可以使用其他类型的编码器，并且RS-8编码器仅作为可被发射器使用的可能的编码器的一个示例被示意。编码器接收待传送的数据并且产生要在通信网络上被传送的信号S。接收器12处的误差校正器24将从信号S中去除误差。同样地，尽管图3已被示意为示出将发射器与接收器相互连接的光学信道，但是也可使用其他类型的物理信道，并且本发明不限于与光学实施例一起使用。发射器10还包括扰频器22，扰频器22可被实现为16位LFSR扰频器或其他类型的扰频器。扰频器产生来自误差校正器20的信号S的函数f(S)。在其中光学信号要被用于在发射器与接收器之间传送数据的实施例中，信号f(S)将被发送到电光物理接口26，在电光物理接口26处，电信号将被用于对激光进行调制，以使对应的光信号能够被产生并且被输出到光纤14上。其他类型的物理接口将与其他物理介质一起被使用。

接收器12具有对应的光电物理接口28，光电物理接口28的一个实施例在图4中被示出。将在下面更详细地论述图4。光电物理接口28产生包括发射器所传送的原始信号f(S)加上误差分量e的电信号。误差分量e可以包括由传输介质引入的假象以及由物理接口26和物理接口28引入的假象。如将在下面更详细地描述的那样，根据本发明的实施例，误差分量中的误差类型(例如错误的0和错误的1)的不平衡被检测并且被用于调节光电物理接口28的阈值，从而减小光电接口对包括在信号f(S)+e中的误差的量的影响。

如图3所示，接收器12具有与图2所示的常规接收器相同的一些部件。特别地，在光信号被转换成电信号之后，对信号进行扰频处理以恢复原始信号。由于信号包括误差分量，所以扰频器还将对信号的误差分量进行去扰频处理以形成信号S+f(e)。这个信号进而被传递至误差校正器24以去除误差分量并且恢复原始信号S。在所示意的实施例中，RS-8误差校正器被示意，因为这是发射器所使用的编码器的类型。由于任何类型的误差校正过程都可以被使用，所以本发明不局限于对具体类型的编码器/误差校正器的使用。

如图3所示，接收器还将对光电物理接口28所输出的0或1的数量进行计数，以确定有多少个具体类型的符号被包括在信号f(S)+e中。32位寄存器或其他尺寸的寄存器可以被用于对信号中的0或1的数量进行计数，或者另一种结构可以被用于对0或1的数量进行计数。

为了确定被计数的1或0中有多少个可归因于误差分量e，接收器将重新产生经扰频处理的信号f(S)并且对重新产生的经扰频处理的信号f(S)中的0或1的数量进行计数。注意，从发射器中的解码器输出的信号与从发射器的编码器输出的信号相同。因此，从接收器中的扰频器22输出的经扰频处理的信号将与从发射器10的扰频器22输出的经扰频处理的信号相同。因而，重新产生的经扰频处理的信号33可以被用于确定误差分量的构成。例如，如图3所示，接收器能够对重新产生的经扰频处理的信号33中的0或1的数量进行计数，并且从在所接收的信号f(S)+e中被计数的0或1的数量中减去该计数。这将指示误差信号是否含有比0多的1或比1多的0。

在这点上，注意在接收器对在所接收的信号f(S)+e中含有的1的数量进行计数的情况下，接收器将同样地对在重新产生的信号f(S)中含有的1的数量进行计数。相反地，在接收器对在所接收的信号f(S)+e中含有的0的数量进行计数的情况下，接收器将同样地对在重新产生的信号f(S)中含有的0的数量进行计数。

通过将信号f(S)+ e中的1的数量与原始的经扰频处理的信号f(S)中的1的数量进行比较，接收器12能够确定误差信号是否含有0的数量的不平衡或1的数量的不平衡。由于可以预期基于噪声的误差将在0误差与1误差之间均匀地分布，所以检测到的0误差或1误差的数量的不平衡可以被推断为是由光电物理接口中的不正确的阈值处理过程所导致的。特别地，可以推断出不平衡很可能是由于被光电接口用于解释来自光纤14的输入信号的阈值被不正确地设定而导致的。

例如，如果在线路接口处存在比“错误的0”多的“错误的1”的误差，那么这将指示光电接口正在将所接收的信号不正确地解释为1而不是0。由于光电接口在就所接收的信号是1还是0进行判定时将所接收的信号与阈值进行比较，所以过多数量的“错误的1”将指示这个阈值过低并且应稍微被提高。同样地，如果存在比“错误的1”多的“错误的0”，那么光电接口正在将输入信号不正确地检测为0值。这将指示在光电接口处所使用的阈值过高并且应稍微被降低。

接收器可以对0和1两者进行计数，或者可以仅对这些值中的一个进行计数。在仅符号中的一个被计数的情况下，阈值移动的方式将取决于所计数的值如何被组合以及结果的符号。例如，如果系统对1进行计数并且信号f(S)+e中的1的数量被从信号f(S)中减去，那么负数将指示误差信号中过多数量的1。相反地，如果系统对1进行计数并且信号f(S)中的1的数量被从信号f(S)+e中的1的数量中减去，那么误差信号中过多数量的1将被示出为正数。因此，对符号进行计数的具体方式和两个数量被组合的方式将决定阈值应如何被调节。

图4示出了示例光电物理接口28，以帮助进一步解释这可以如何发生。如图4所示，光电接口在输入40处接收光信号并且在输出42处输出电信号。光电接口是二元的，使得输出42上的信号将或者具有高电压值(1)或者具有低电压值(0)。在操作中，来自光纤14的光(光信号40)被输入到产生电流46的光检测器44。已开发出不同类型的光检测器，但在这个示例中，光检测器输出与输入到光检测器的光的量成比例的电流46。

电流46被输入将电流转换成电压50的跨阻放大器48。电压50被输入限制放大器52，限制放大器52将根据输入电压50是大于阈值54还是小于阈值54而在输出42上或者输出高电压或者输出低电压(0或1)。其他的光电物理接口也可被使用，并且这个接口仅旨在作为在解释来自通信网络的输入信号方面使用阈值的示例接口。也可以根据具体的实现而使用其他接口。

根据一个实施例，0误差的数量的不平衡34(或1误差的数量的不平衡)被用于调节阈值54。如上所述，如果存在过多的“1”误差，那么这指示光电物理接口正在将信号40不正确地解释为1，而其应将信号40解释为0。因此，光电物理接口所使用的阈值54过低并且应被提高。同样地，如果存在过多的“0”误差，那么这指示光电物理接口正在将信号40不正确地解释为0，而其应将信号40解释为1。这指示阈值过高并且应被减小。

图6A-6C示出了可被诸如图4的光电物理接口28的物理接口接收的示例波形。图6A-6C均示出了相同的示例波形，但示出了物理接口可根据阈值解释该波形的不同方式。在图6A中，阈值是正确的并且阈值水平不对误差信号产生影响。在图6B中，阈值过高。如在该图中所记录的那样，如果阈值过高，那么接口将不时地在应输出1时不正确地输出0。在这个示例中，两个0误差已被圈出，在被圈出的地方，高阈值导致两个0误差出现。同样地，在图6C中，阈值被设定得过低。当阈值过低时，接口更有可能输出1，并且因而可不时地在应输出0时不正确地输出1。在这个示例中，三个1误差已被圈出，在被圈出的地方，低阈值导致三个1误差出现。

根据本发明的实施例，通过重新产生原始信号f(S)，接收器能够将原始信号f(S)与所接收的信号f(S)+e进行比较，以确定是否存在0的不平衡或1的不平衡。进而，这可以被用于调节光电物理接口的阈值。

图5示出了根据本发明的实施例的可被使用的示例过程。如图5所示，当输入信号f(S)+e被接收时(100)，输入信号中的1或0的数量将被计数(102)。进而将使用与发射器在传送信号时用于产生信号S+f(e)的扰频器相同的扰频器对输入信号f(S)+e进行扰频处理(104)。经去扰频的信号进而将被处理(106)以去除任何误差并且重新产生发射器所传送的原始信号S。

进而将对原始信号S进行扰频处理(108)以产生f(S)。接收器将对这个经扰频处理的信号f(S)中的1或0的数量进行计数(110)。经扰频处理的信号f(S)中的1的数量将被与输入信号f(S)+e中的1的数量进行比较(112)。等同地，经扰频处理的信号f(S)中的0的数量可被与输入信号f(S)+e中的0的数量进行比较。这两个信号中的1(或0)的数量的任何不平衡34都可以被用于调节光电物理接口28所使用的判定阈值54(114)，以使光电物理接口能够被调谐，从而更可靠地从所接收的光信号产生电信号。

尽管光电物理接口被用作示例阈值处理接口，但本文所描述的技术可以在使用阈值来进行与所接收的信号有关的二元判定的其他接口中被使用。例如，在无线环境中，将对在天线上被接收的无线信号进行阈值处理，以确定信号应被输出为0还是1。因此，本发明并不局限于其中使用光物理层的实施例，而相反地，本发明的实施例也可以使用在接收电信号和无线信号方面的这些技术。

上述功能可被实现为程序指令的集合，这些程序指令被存储在计算机可读存储器中并且在计算机平台上的一个或多个处理器上被执行。然而，将对本领域技术人员显而易见的是，本文所描述的所有逻辑都可使用分立的部件、诸如专用集成电路(ASIC)的集成电路、与诸如现场可编程门阵列(FPGA)或微处理器的可编程逻辑装置结合使用的可编程逻辑、状态机或者包括其任何组合的任何其他装置来实施。可编程逻辑能够暂时地或永久性地固定在诸如只读存储芯片、计算机内存、磁盘的有形介质或者其他存储介质中。所有这样的实施例都旨在落入本发明的范围内。

应理解的是，可在本发明的精神和范围内对在附图中所示出的并且在说明书中所描述的实施例进行各种改变和修改。因此，旨在使在上述说明中所包含的并且在附图中所示出的所有内容都在示意性的而非限制性的意义上被解释。本发明仅如在下面的权利要求及其等同内容中所限定的那样被限制。

Claims (16)

1.一种在通信网络中调节接收器处的符号判定阈值的方法，所述方法包括以下步骤： 

由所述接收器接收信号，所述信号含有数据分量和误差分量； 

对包含所述数据分量和所述误差分量的所接收信号的多个1或0进行计数 ；

对所接收的信号进行误差校正以从所述信号中去除所述误差分量，从而分离所述数据分量； 

对所述数据分量中的多个1或0进行计数；以及 

将所述数据分量中的1或0的数量与所接收的信号的1或0的数量进行比较以确定所述误差分量中的1或0的数量；以及 

利用所述误差分量的被确定的1或0的数量来调节所述接收器处的符号判定阈值。 

2.根据权利要求1所述的方法，其中所接收的信号是经扰频处理的。 

3.根据权利要求2所述的方法，其还包括在执行对所接收的信号进行误差校正以去除所述误差分量的步骤之前对所述信号进行去扰频处理的步骤。 

4.根据权利要求3所述的方法，其还包括在执行对所述数据分量中的多个1或0进行计数的步骤之前对所述数据分量进行扰频处理的步骤。 

5.根据权利要求1所述的方法，其中将所述数据分量中的1或0的数量与所接收的信号的1或0的数量进行比较的步骤包括从所接收的信号的1或0的数量中减去所述数据分量中的1或0的数量。 

6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述数据分量中的1或0的数量与所接收的信号的1或0的数量进行比较的步骤包括从所述数据分量中的1或0的数量中减去所接收的信号的1或0的数量。 

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述比较步骤包括确定所述误差分量的1的数量，并且如果所述误差分量中的所确定的1的数量为正，则利用所述误差分量的所确定的1或0的数量的步骤包括提高所述接收器处的符号判定阈值的步骤。 

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述比较步骤包括确定所述误差分量的1的数量，并且如果所述误差分量中的所确定的1的数量为负，则利用所述误差分量的所确定的1或0的数量的步骤包括减小所述接收器处的符号判定阈值的步骤。 

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述比较步骤包括确定所述误差分量的0的数量，并且如果所述误差分量中的所确定的0的数量为正，则利用所述误差分量的所确定的1或0的数量的步骤包括减小所述接收器处的符号判定阈值的步骤。 

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述比较步骤包括确定所述误差分量的0的数量，并且如果所述误差分量中的所确定的0的数量为负，则利用所述误差分量的所确定的1或0的 数量的步骤包括提高所述接收器处的符号判定阈值的步骤。 

11.一种在通信网络中调节接收器处的符号判定阈值的方法，所述方法包括以下步骤： 

由所述接收器接收经扰频处理的信号，所述信号含有数据分量和误差分量； 

对所接收的信号的多个0或1进行计数； 

对所述信号进行去扰频处理； 

对所述信号执行误差校正以去除所述误差分量，从而分离所述数据分量； 

对所述数据分量进行扰频处理； 

对经扰频处理的数据分量的多个0或1进行计数； 

将所接收的信号的已计数的0或1的数量与经扰频处理的数据分量的已计数的0或1的数量进行比较；以及 

利用将所接收的信号的已计数的0或1的数量与经扰频处理的数据分量的已计数的0或1的数量进行比较的步骤的结果来调节所述接收器处的符号判定阈值。 

12.根据权利要求11所述的方法，其中对所述数据分量进行扰频处理的步骤使用扰频器，所述扰频器与在向所述接收器的传输之前被发射器用于产生经扰频处理的信号的扰频器相同。 

13.根据权利要求11所述的方法，其中如果对所接收的信号的多个0或1进行计数的步骤通过对所接收的信号的多个0进行计数来执行，则对经扰频处理的数据分量的多个0或1进行计数的步骤通过对经扰频处理的数据分量的多个0进行计数来执行。 

14.根据权利要求11所述的方法，其中如果对所接收的信号的多个0或1进行计数的步骤通过对所接收的信号的多个1进行计数来执行，则对经扰频处理的数据分量的多个0或1进行计数的步骤通过对经扰频处理的数据分量的多个1进行计数来执行。 

15.一种接收器，其包括： 

物理接口，所述物理接口使用至少一个阈值来对所接收的信号进行符号判定； 

去扰频器，用于对所接收的信号进行去扰频处理； 

误差校正器，用于从所接收的信号中去除误差分量以提取数据分量； 

扰频器，用于对数据分量进行扰频处理；以及 

比较器，用于将所接收的信号中的多个1或0与经扰频处理的数据分量中的多个1或0进行比较。 

16.根据权利要求15所述的接收器，其中所述至少一个阈值是可调的，并且其中所述物理接口使用所述比较器的结果来调节所述至少一个阈值。