CN104009949A - 一种提高数字基带信号传输质量的解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高数字基带信号传输质量的解码方法，在接收端对数字基带信号进行过采样，多值量化采样的信号，对量化后的数字基带信号使用时间同步、信道均衡、软判决译码等手段充分利用信号的多值信息，降低信号的误码率，提高传输距离。本发明利用高速模数转换器取代传统的接收芯片，通过过采样和对接收数据的多值量化，来获得信道的有效信息，进而可以得到信道当前的状况。在得到信道有效信息的基础上，在算法上通过时间同步、信道均衡、信道解码等多个闭环操作，达到递归收敛，算法上可以保证高可靠性。在得到信道有效信息后，可以实时分析信道的状况，根据信道的特点进行算法优化，信道传输的灵活度更大。

Description

一种提高数字基带信号传输质量的解码方法

技术领域

本发明属于有线网络信号传输技术领域，涉及一种提高数字基带信号传输质量的解码方法。

背景技术

使用有线网络传输数字基带信号时，当传输线路过长时，码间干扰、链路衰减、环境噪声都会对信号质量造成影响，导致接收端误码率抬升，因此线缆传输数字信号受到传输距离的制约。

高速数字信号传输中物理层普遍使用发射端加扰、预加重，接收端均衡的方法，此功能由收、发专用芯片完成，用户简单配置，便可发送、接收数字信号。但数字信号传输中与信道相关的有效信息用户并不可见，因此无法获得信道状况，定位信道中出现的问题，也不能利用此信息优化信道接收情况，提高传输效果的自由度大大降低。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种提高数字基带信号传输质量的解码方法，在接收端对数字基带信号进行过采样，多值量化采样的信号，对量化后的数字信号使用时间同步、信道均衡、软判决译码等手段充分利用信号的多值信息，降低信号的误码率，提高传输距离。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种提高数字基带信号传输质量的解码方法，包括以下步骤：

第一步，接收端通过模数转换器对信号进行过采样，将包含失真的数字基带信号进行多位量化，由多位数值代替0/1两位；

第二步，经过模数转换输出的多位数据，送至时间同步模块，使发送端与接收端数据同步，在数据中心位置采集；所述的时间同步模块由内插滤波器、误差检测模块和环路滤波器构成一个环路，通过递归操作，使最终的插值输出与发送端中心位置同步；

第三步，通过信道均衡器对时间同步后的数据进行信道均衡，得到信道的冲激响应模型，消除传输过程中的码间干扰；所述的信道均衡器由均衡滤波器、判决器、反馈滤波器构成一个环路，通过判决器及反馈滤波器递归修正均衡滤波器的信道估计系数，最终达到收敛；

第四步，经过信道均衡后的数据，再通过信道解码操作纠正信道噪声带来的误码；采用适合软输入软输出译码的信道编码，以软判决的方式将多值信息通过多个分量译码器迭代传递先验信息，充分利用多值量化的数据，最终输出解码后数据；

第五步，经过信道解码后的数据通过叠加在数据末端的校验位进行正确性校验，作为算法效果的评判，若校验错误，则通知信道均衡器重新进行均衡处理，直至校验正确为止。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明利用高速模数转换器取代传统的接收芯片，通过过采样和对接收数据的多值量化，来获得信道的有效信息，进而可以得到信道当前的状况。在得到信道有效信息的基础上，在算法上通过时间同步、信道均衡、信道解码等多个闭环操作，达到递归收敛，算法上可以保证高可靠性。在得到信道有效信息后，可以实时分析信道的状况，根据信道的特点进行算法优化，信道传输的灵活度更大。

附图说明

图1为本发明的解码方法发送端和接收端的结构功能框图；

图2为本发明的过采样多值量化示意图；

图3为本发明的时间同步模块的结构示意图；

图4为本发明的信道幅频相频响应曲线图；

图5为本发明的均衡器幅频相频响应曲线图；

图6为本发明的信道均衡器的结构示意图；

图7为本发明的软判决信道解码示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的提高数字基带信号传输质量的解码方法做进一步说明。下述各实施例仅用于说明本发明而并非对本发明的限制。

图1为本发明的解码方法发送端和接收端的结构功能框图。从图1的功能框图可以看出，发送端生成数据校验信息，供接收端利用此信息评判接收结果的正确性，采用软判决的信道编码处理数据及校验位，增加帧头组成完整的数据帧，经过直流平衡及预加重等均衡处理后输出，直流平衡及预加重处理可采用专用驱动芯片，不在本文所述范围内。

数据在有线信道传输过程中，受信道传输特性和环境噪声影响，如公式1。x(t)为信道输入信号，h(t)为信道时域冲激响应，n(t)为环境噪声，符合白噪声特性，y(t)为信道输出信号。

                                                                                          

接收端采用高采样率模数转换器替代专用接收芯片，对接收信号进行采集，采样率和位宽决定算法性能，采样率越高，每位发送数据获得的信道信息越多，时钟同步和信道均衡的性能越高，灵活度越大，同时对模数转换器的要求也越高，后续处理也越复杂。位宽越多，有线传输信道包含的信息越准确，信道解码性能越好，同时对模数转换器的要求也越高。因此性能与复杂度和成本需要折中考虑，且采样率和位宽达到一定程度后，系统性能将主要受制于算法，因此根据传输需要，选择合适且合理的模数转换器。

接收端的解码方法如下：

第一步，接收端通过模数转换器对信号进行过采样，将包含失真的数字基带信号进行多位量化，由多位数值代替0/1两位。

通过模数转换器对信号进行过采样后，得到多位数据，送至后级时间同步模块，根据定时恢复算法的不同，对采样率的要求也不同。图2为本发明的过采样多值量化示意图，如图2所示，以8次过采样为例，在一个信号周期内，进行8次采样（t0—t7），采样结果由多位数值代替0/1两位。

第二步，经过模数转换输出的多位数据，送至时间同步模块，使发送端与接收端数据同步，在数据中心位置采集。

图3为本发明的时间同步模块的结构示意图。如图3所示，时间同步模块由内插滤波器、误差检测模块和环路滤波器构成一个环路，通过递归操作，使最终的插值输出与发送端中心位置同步。误差检测模块检测当前采样点与理想采样点的时间偏差，常规的定时恢复算法需要至少单倍采样率，且定时恢复性能与信号特征有关，与采样率成正比，基本方法都是通过每位数据的多个采样值计算出与理想采样模型的偏差。偏差值经过环路滤波器滤除噪声干扰后，送至插值滤波器重新计算插值系数，调整插值点位置后再重新进行时间偏差检测，经过多次递归操作后，时间偏差基本消除，经过重新采样后的数据即为理想采样点。对于有线信道传输，多数情况下传输环境恒定，时间偏差非时变，时间同步初次完成后即不会发生大幅度变化。

第三步，通过信道均衡器对时间同步后的数据进行信道均衡，得到信道的冲激响应模型，消除传输过程中的码间干扰。

信道均衡是为了消除传输过程中的码间干扰，信道畸变引起的符号间干扰通常由期望信号两边有限个信号产生，如式2所示，y(nTs)表示当前采样时刻的信道的输出，x(nTs)表示当前采样时刻信道的输入，x((n+i)Ts)表示当前采样时刻前后信道的输入，h(0)表示当前输入点的冲激响应幅度，h(i)表示当前点前后输入点对当前点的冲激响应幅度。

通过信道均衡可以得到信道的冲激响应模型，通过均衡滤波器产生信道冲激响应的反变换，抵消码间干扰的影响。图4为本发明的信道幅频相频响应曲线图；图5为本发明的均衡器幅频相频响应曲线图。如图4和图5所示，有线信道的幅频相频响应与均衡滤波器的幅频相频响应，二者叠加可以消除码间干扰。信道均衡采用判决反馈均衡器结构，如图6所示，由均衡滤波器、判决器、反馈滤波器构成一个环路，通过判决器、及反馈滤波器递归修正均衡滤波器的信道估计系数，最终达到收敛。

                        

第四步，经过信道均衡后的数据，可以认为已抵消了大部分码间干扰带来的影响，但信号仍叠加了传输过程中的环境噪声，存在一定误码，通过信道译码操作可以纠正信道噪声带来的误码。采用适合软输入软输出译码的信道编码，如图7所示，以软判决取代硬判决，将多值信息通过多个分量译码器迭代传递先验信息，充分利用多值量化的数据，最终输出解码后数据。

第五步，经过信道解码后的数据通过叠加在数据末端的校验位进行正确性校验，作为算法效果的评判，若校验错误，则通知前级信道均衡器重新进行均衡处理，直至校验正确为止。

本发明的提高数字基带信号传输质量的解码方法，通过在网络接收端对接收数据进行过采样和多值量化，将发送端的二值数字信号“0”、“1”在接收端转变为多位数字信号，过采样的多位信息中包含信道的有效信息，可以利用此信息对信道进行同步、估计、均衡。对于信道编码，数字信号解码过程中的硬判决可以替换为软判决，从而提高编码增益。

本发明适用于复杂和特殊的环境，如当前传输情况超出了收发专用芯片的适用范围，可以使用该方法，根据信道状况调整接收算法。因此本发明的解码方法可以作为传统收发方式的补充。

有线信道由于位置固定，材质均匀，外层存在屏蔽保护层，信道的特征往往时间上变化较小，且近似线性，可以认为是线性时不变信道，利用信道冲击响应函数进行时域均衡，抵消掉部分信道多径、码间的影响，而后进行滤波、均值处理，滤除环境噪声影响，再通过软判决的纠错处理，可以很大程度上恢复原始信号。

本发明具有如下的优点：

1. 本发明利用高速模数转换器取代传统的接收芯片，通过过采样和对接收数据的多值量化，来获得信道的有效信息，进而可以得到信道当前的状况。而接收芯片往往屏蔽信道处理过程，用户仅对处理结果可见。

2. 在得到信道有效信息的基础上，在算法上通过时间同步、信道均衡、信道解码等多个闭环操作，达到递归收敛，算法上可以保证高可靠性。

3. 在得到信道有效信息后，可以实时分析信道的状况，根据信道的特点进行算法优化，信道传输的灵活度更大。而传统的接收芯片是以简洁方便为主，用户可以配置的空间较小。

Claims (3)

1.一种提高数字基带信号传输质量的解码方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

第一步，接收端通过模数转换器对到达的基带信号进行过采样，将包含失真的数字信号进行多位量化，由多位数值代替0/1两位；

第二步，经过模数转换输出的多位数据，送至时间同步模块，使发送端与接收端数据同步，在数据中心位置采集；

第三步，通过信道均衡器对时间同步后的数据进行信道均衡，得到信道的冲激响应模型，消除传输过程中的码间干扰；

第四步，经过信道均衡后的数据，再通过信道解码操作纠正信道噪声带来的误码；采用适合软输入软输出译码的信道编码，以软判决的方式将多值信息通过多个分量译码器迭代传递先验信息，充分利用多值量化的数据，最终输出解码后数据；

第五步，经过信道解码后的数据通过叠加在数据末端的校验位进行正确性校验，作为算法效果的评判，若校验错误，则通知信道均衡器重新进行均衡处理，直至校验正确为止。

2.根据权利要求1所述的提高数字基带信号传输质量的解码方法，其特征在于：时间同步模块由内插滤波器、误差检测模块和环路滤波器构成一个环路，通过递归操作，使最终的插值输出位于数据中心位置。

3.根据权利要求1所述的提高数字基带信号传输质量的解码方法，其特征在于：信道均衡器由均衡滤波器、判决器、反馈滤波器构成一个环路，通过判决器及反馈滤波器递归修正均衡滤波器的信道估计系数，最终达到收敛。