CN104205713A - 发射器噪声注入 - Google Patents

Abstract

包括噪声信号发生器的发射器和耦合至所述噪声信号发生器的一路输出的传输驱动器。

Description

发射器噪声注入

相关申请案的交叉参考

本发明要求2012年3月28日由Hiroshi Takatori等人递交的发明名称为“噪声注入方法(Noise Injection Method)”的第61/616741号美国临时专利申请案，以及2013年3月13日由Hiroshi Takatori等人递交的发明名称为“发射器噪声注入(Transmitter Noise Injection)”的第61/780796号美国临时专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中，如全文再现一般。

关于由联邦政府赞助的

研究或开发的声明

不适用。

参考缩微胶片附录

不适用。

技术领域

无

背景技术

误码率(BER)是一种用于评估通信设备中传输系统的质量的指标。通信设备可以制造成具有目标BER的设备，参见最差噪声条件下的BER。由于设备需要制造成具有噪声容限，所述噪声容限是指为达到目标BER噪声噪声所需的超过标称噪声功率级别的额外噪声，因此需要在比最差的运行噪声环境更糟的噪声环境下测试设备。

在通信设备的传统受控测试中，数据信号从通信设备发出，在数据信号被接收之前可以在所述数据信号上添加噪声信号，以生成含噪信号。可以接收含噪信号和测量BER。在此场景中增加噪声信号的过程，可以相对于设备所要经历的领域，改变数据信号所遇到的信道。对于速度相对较低的数据而言，与加性噪声相比，受控测试造成的信道的变化对BER的影响微乎其微。

然而，在非常高速的系统中，例如，在比几千兆比特每秒(Gbps)更快的系统中，测量加性噪声的影响是不切实际的。因此，上述用来测试噪声容限的测试场景在非常高速的系统中不受欢迎。这主要是由于噪声注入电路本身对信道造成了额外的损害，例如，增加了损耗、反射、不受控制的串音和电磁干扰(EMI)。相对于加性噪声造成的BER，这些损害造成的BER可能更重要。而且，由于任何添加的噪声级别都不易控制，因此难以进行准确的噪声容限测试。最终，一旦为高密度背板建立设备，就有可能没有可用于辅助设备的用于噪声生成的物理空间。尽管存在这些困难，在实验室中已经对专门建造的测试板进行过噪声耐受测试，但是实验室中和所属领域实际部署的系统中的测试板的噪声环境具有显著差异，这些差异导致此实验室测试的结果在准确的产品验证中使用无效。因此，需要对数据速率超过几Gbps的系统进行有效并准确的噪声容限测试。

发明内容

在一项实施例中，本发明包括发射器，包括噪声信号发生器和耦合至所述噪声信号发生器的一路输出的传输驱动器。

在另一项实施例中，本发明包括一种从传输驱动器传输信号的方法。所述方法包括在传输驱动器处接收包括噪声信号的信号，并基于所述信号从所述传输驱动器生成一路输出。

在又一项实施例中，本发明包括一种为发射器校准信噪比(SNR)的方法，所述方法包括传输具有关闭的噪声信号的数据信号、捕捉传输的数据信号、传输具有关闭的数据信号的噪声信号、捕捉传输的噪声信号、以及确定对应于传输的数据信号和传输的噪声信号的SNR，其中发射器通过将噪声信号经过传输驱动器来传输噪声信号。

结合附图和权利要求书，可从以下的详细描述中更清楚地理解这些和其他特征。

附图说明

为了更完整地理解本发明，现在参考以下结合附图和详细描述进行的简要描述，其中相同参考标号表示相同部分。

图1是发射器的一项实施例的示意图。

图2是发射器的另一项实施例的示意图。

图3是发射器的另一项实施例的示意图。

图4是发射器的另一项实施例的示意图。

图5是一种用于向传输的信号中注入噪声信号的方法的实施例的流程图。

图6示出了检测和表征传输器的噪声振幅和输出SNR的例程的实施例。

图7A示出了伪随机二进制序列(PRBS)数据源的捕捉的波形的示例。

图7B示出了为噪声振幅控制的两种设置的捕捉的波形的示例。

图8是一种用于为SNR校准发射器的方法的一项实施例的流程图。

具体实施方式

首先应该了解的是，尽管下文提供了一种或多种实施例的说明性实施方案，本发明公开的系统和/或方法可通过多种其他已知的或存在的技术实现。本发明决不应限于下文所说明的所述说明性实施方案、附图和技术，包括本文所说明并描述的示范性设计和实施方案，而是可以在所附权利要求书的范围以及其均等物的完整范围内修改。

本文所公开的是在高速通信系统中进行噪声容限测试的系统、方法和装置。在提出的结构中，噪声源嵌入通信设备中的发射器，以使能通信设备测试。根据本文所示的实施例添加噪声源可能有以下优势。首先，噪声源对通信信道本身几乎没有或者没有影响。因此，当噪声注入时，很少或者不发生额外无用系统降级。其次，噪声源使用例如，BER测量，在部署的系统中向系统提供系统容限测量。最终，所述结构提供控制、检测和表征噪声级别的能力。

图1是发射器100的一项实施例的示意图。所述发射器包括噪声信号发生器110、求和元件或求和设备120和传输驱动器130，这些元件如图1所示进行配置。如图1所示，可以使用求和元件120将来自噪声信号发生器110的信号添加到传输数据信号上。通过使用调制器(未示出)，通信设备100可以生成所述传输数据信号。所述传输数据信号可以是任意携带数字数据的信号，包括脉冲幅度调制(PAM)信号、离散多频音(DMT)调制信号、或所属领域的普通技术人员所知的任意其它数字调制形式。

求和元件120可以是模拟求和元件120，用于添加模拟输入以产生模拟输出。求和元件120的输出提供给传输驱动器130。所述传输驱动器130可生成差分信号，所述信号将在双绞铜线上传输。即，传输驱动器130可以直接连接到传输信道(例如，双绞铜线、同轴电缆、电路板走线、光缆或无线信道)。差分信号示为来自传输驱动器130的两路输出。尽管示为差分信号，本文所公开的实施例同等应用于生成单端输出的传输驱动器。进一步地，如图1所示，传输驱动器130为基带传输驱动器，但如果传输驱动器130为通带驱动器，也可以应用本文的实施例的情况。传输驱动器130为所属领域普通技术人员所熟知的部件。传输驱动器130可执行，例如，放大、过滤、数模转换、频率变换(通带生成)和/或阻抗匹配。

噪声信号发生器110可用于允许使用发射器100的通信系统的测试。在未测试发射器100的情况下，例如，发射器100传输数据的情况下，可关闭或断开噪声信号发生器110。在需要测试发射器100的情况下，可开启噪声信号发生器110。噪声信号发生器110包括噪声源112和增益和相位控制元件114。所述噪声和相位控制元件114控制由噪声源112生成的信号的振幅和相位。所述噪声源可以是随机图形发生器或本领域普通技术人员所知的任意类型的噪声源。所述增益和相位控制元件114可接收设置控制元件114的增益和相位的噪声振幅和相位控制信号。即，可调整或可编程元件114的增益和相位。噪声振幅和相位控制信号可由硬件生成，例如，处理器或硬件和软件的组合(未示出)。相位控制可指控制相对于传输数据信号，噪声源112生成的信号的时移。可以开启噪声振幅和相位控制信号来设置特定传输场景中增益以及增益和相位控制元件114的延迟，然后可以关闭或停用用于传输的噪声振幅和相位控制信号，因而可以固定用于所述传输的增益和相位控制元件114的增益和相位。

图2是发射器200的另一项实施例的示意图。所述发射器200包括噪声信号发生器210、求和元件220、传输驱动器230和有限脉冲响应(FIR)滤波器240，这些元件的如图2所示进行配置。噪声信号发生器210和传输驱动器230可分别与图1中的噪声信号发生器110和传输驱动器130相同，因此没有必要进一步描述这些元件。求和元件220处的来自FIR滤波器240的输出总和可视为传输数据信号。FIR滤波器240包括图示的延迟元件242和增益244。FIR滤波器可根据本领域普通技术人员所知的原理执行前馈均衡。尽管使用了三个延迟元件242和四个增益244用于说明，实际可使用任意数量的延迟元件242和增益244。每个延迟元件242用于接收传输时钟(CLK)信号并将数据信号延迟一个时钟周期。如图1所示，可在求和元件220中计算数据信号的四个版本以产生传输数据信号。进一步地，可以使用求和元件220将来自噪声信号发生器210的噪声信号添加至FIR滤波器240。求和元件220可用于接收模拟输入并产生模拟输出。FIR滤波器，例如，FIR滤波器240，可能在高速通信系统中常用于补偿信道失真。当测试包括发射器200的通信系统，可以开启噪声信号发生器210。在发射器200传输数据的情况下，可以关闭噪声信号发生器210。

图3是发射器300的另一项实施例的示意图。所述发射器包括噪声信号发生器310、求和元件320、传输驱动器330和FIR滤波器340，这些元件如图3所示进行配置。FIR滤波器340可能与图2中的FIR滤波器240相同，因此，出于简洁考虑，此处没有进行进一步描述。噪声信号发生器310包括伪随机二进制序列(PRBS)发生器312、增益控制元件314和相位控制元件316，这些元件如图3所示进行配置。PRBS发生器312生成伪随机二进制序列模型。所述PRBS发生器312是易于实施的传统噪声源的示例。相位控制元件316控制传输CLK的时移。如图所示，PRBS发生器312按供给FIR滤波器340的时钟进行计时。时移控制根据输入到相位控制元件316中的相位控制信号进行。所述相位控制信号可由硬件生成，例如，处理器或硬件和软件的组合(未示出)。增益控制元件314可以控制PRBS发生器312的输出的增益。在未测试发射器300的情况下，例如，在发射器300传输数据的情况下，可以关闭噪声信号生成器310。在需要测试发射器300的情况下，可开启噪声信号生成器310。

图4是发射器400的另一项实施例的示意图。发射器400包括噪声信号生成器410、求和元件420、传输驱动器430和FIR滤波器440，这些元件如图4所示进行配置。噪声信号生成器410包括PRBS发生器412和增益控制元件414(例如，可变的或可编程的增益)。PRBS发生器412的相位可由传输CLK控制。PRBS发生器412可与传输CLK同步。FIR滤波器440包括延迟元件442和增益444。FIR滤波器440进一步包括求和元件446，用于接收传输数据信号和噪声信号发生器410的输出作为输入并且将这两种信号加在一起以产生供给求和元件420的一路输出。在发射器400中使用数字/逻辑操作而不是模拟计算电路或设备进行噪声注入。求和元件446处的求和在离散时间符号上完成(每波特时间发生一次)。还可在连续时间使用模拟电路，尤其是块440和420(图4)、块240和220、以及块340和320(图3)的FIR结构，来实施部分实施例(和图2至4中的先前实施例)。对于连续时间实施方案而言，块214(图2)、块314(图3)和块414(图4)将会包括数模转换器。

图5是向传输的信号中注入噪声信号的方法的一项实施例的流程图500。流程图500开始于块510。在块510中，噪声信号可以和一种或多种版本的传输数据信号组合以生成一种可称为组合信号的信号。可以使用噪声信号发生器110、210、310或410生成噪声信号。所述噪声信号可以分别根据图1至图4中发射器结构100、200、300或400与一种或多种版本的传输数据信号进行组合。前置放大信号可经过传输驱动器，例如，传输驱动器130、230、330或430，以生成传输信号。在块520中，组合信号可经过传输驱动器，例如，传输驱动器130、230、330或430，以生成传输信号。

图6示出了检测和表征传输器的噪声振幅和输出信噪比(SNR)的例程的实施例600。所述例程可以通过使用具有内置噪声源的发射器执行，如发射器100、200、300或400。在第一阶段610中，传输伪随机二进制序列(例如，长度为27-1的伪随机二进制序列PRBS7)，首先停用噪声源，例如噪声源110、210、310或410，且通过示波器捕捉序列。阶段620中，所有噪声控制设置中只有噪声源(此次数据源被停用)重复此步骤。在第三阶段630中，后处理软件用于为各噪声控制设置计算发射器输出处的SNR。此步骤执行发射器的块级校准，其更正通过发射器实现的信号和噪声信号路径的不足。

注意还可以使用不同的例程来执行所述校准。

(1)仅使用数据源来执行波形捕捉。

(2)在数据源和噪声源启用时执行波形捕捉。

(3)为所有噪声控制设置的值重复(2)。

(4)处理此数据以计算发射器-输出SNR。

此外，存在多种使用直接计算来处理此数据的方法以确定SNR。

图7A所示为PRBS数据源的捕捉的波形的示例。即，数据信号通过PRBS源生成并从噪声信号发生器已关闭的发射器传输，例如，发射器100。图7B所示为噪声振幅控制的两种设置的捕捉的波形的示例。即，可调整的增益元件在用于这些结果的噪声信号发生器中具有两种设置，并且当各设置中都没有数据信号的情况下传输和捕捉噪声信号。存在多种使用直接计算来从捕捉的数据中计算SNR的方法。

图8是一种用于为SNR校准发射器的方法的一项实施例的流程图800。流程图800开始于块810。在块810中，可以关闭噪声信号发生器，例如，噪声信号发生器110、210、310或410，并且可以传输数据信号。当噪声发生器110、220、320或420分别被关闭时，数据信号可以是求和元件120、220、320或420的输出。在块820中，通过例如，示波器捕捉传输的信号，并且将其存储以用于将来的后处理。在块825中，设置整数i为1。在块830中，为第i个噪声设置传输信号，该信号包括噪声信号。使用一个发射器，例如，发射器100、200、300或400，的一台通信设备可能具有N种噪声设置使能测试N个SNR值，其中N是大于1的整数。块830中传输的信号还可以包括数据信号，例如在块810中传输的数据信号。或者，在块830中传输的信号可能不包括除噪声信号之外的其它信号。下一步在块840中，通过例如示波器捕捉传输的噪声信号，并且将其存储以用于将来的后处理。在块850中，确定i是否等于N。如果不相等，则步骤855中增加i，并且流程图800中，重复步骤830和840。如果i等于N，在N种噪声设置处，传输噪声信号，并且流程图继续至块860。在块860中，传输的数据信号的存储结果和各种噪声设置的传输的信号以确定N种噪声设置的SNR。注意根据不同的实施例，可能以不同的顺序执行块。如果各种噪声设置的传输信号包括数据信号，那么数据信号的功率可以通过在计算SNR中，从传输信号中减去数据信号的功率来计算。例如，在涉及块825、830、840，850和855的回路后，执行块810和820。可以结合采用流程图800中的过程和本文所呈现的传输器以有效地在数据速率超过1Gbps的高速数据通信设备中进行噪声容限测试。

本发明公开至少一项实施例，且所属领域的普通技术人员对所述实施例和/或所述实施例的特征作出的变化、组合和/或修改均在本发明公开的范围内。因组合、合并和/或省略所述实施例的特征而得到的替代性实施例也在本发明的范围内。在明确陈述数值范围或限制的情况下，应将此类表达范围或限制理解为包含属于明确陈述的范围或限制内的类似量值的迭代范围或限制(例如，从约为1到约为10包含2、3、4等；大于0.10包含0.11、0.12、0.13等)。例如，每当公开具有下限Rl和上限Ru的数值范围时，具体是公开落入所述范围内的任何数字。具体而言，特别公开所述范围内的以下数字：R＝Rl+k*(Ru-Rl)，其中k是从1％到100％以1％增量递增的变量，即，k是1％、2％、3％、4％、5％、……、50％、51％、52％、……、95％、96％、97％、98％、99％或100％。此外，还特此公开了，上文定义的两个R值所定义的任何数值范围。除非另有说明，否则术语“约”是指随后数字的+/–10％。相对于权利要求的某一要素，术语“可选择”的使用表示该要素可以是“需要的”，或者也可以是“不需要的”，二者均在所述权利要求的范围内。除非另有说明，本文中参数或活动后的术语“基于”，分别表示部分或非排他性地基于所述参数或所述活动。例如，除非另有说明，如果第一数量被描述为“基于”第二数量，所述第一数量可能不限于单独或排他性地基于第二数量。即，第一数量还有可能基于其它未提及名称的要素或数量。例如包括、包含和具有等较广义的术语，应被理解为用于支持较狭义的术语，例如组成、所组成、以及实质上组成等。因此，保护范围不受上文所述的限制，而是由所附权利要求书定义，所述范围包含所附权利要求书的标的物的所有等效物。每项和每条权利要求作为进一步公开的内容并入说明书中，且权利要求书是本发明的实施例。所述揭示内容中的参考的论述并不是承认其为现有技术，尤其是具有在本申请案的在先申请优先权日期之后的公开日期的任何参考。本发明中所引用的所有专利、专利申请案和公开案的揭示内容特此以引用的方式并入本文本中，其提供补充本发明的示例性、程序性或其他细节。

虽然本发明多个具体实施例，但应当理解，所公开的系统和方法也可通过其他多种具体形式体现，而不会脱离本发明的精神或范围。本发明的实例应被视为说明性而非限制性的，且本发明并不限于本文本所给出的细节。例如，各种元件或部件可以在另一系统中组合或合并，或者某些特征可以省略或不实施。

此外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其他系统、模块、技术或方法进行组合或合并。展示或论述为彼此耦接或直接耦接或通信的其他项也可以采用电方式、机械方式或其他方式通过某一接口、装置或中间部件间接地耦接或通信。其他变更、替换、更替示例对本领域技术人员而言是显而易见的，均不脱离此处公开的精神和范围。

Claims (20)

1.一种发射器，其特征在于，包括：

噪声信号发生器；以及

耦合至所述噪声信号发生器的一路输出的传输驱动器。

2.根据权利要求1所述的发射器，其特征在于，进一步包括：

求和元件，用于生成一种信号，所述信号为噪声信号发生器的输出和传输数据信号的总和，其中所述传输驱动器用于接收所述总和。

3.根据权利要求2所述的发射器，其特征在于，所述噪声信号发生器包括：

在增益和相位控制元件之后的噪声源，其中增益和相位控制元件具有可调整增益和可调整相位。

4.根据权利要求1所述的发射器，其特征在于，进一步包括：

有限脉冲响应(FIR)滤波器，用于过滤传输数据信号；以及

求和元件，用于生成一种信号，所述信号为来自FIR滤波器的至少一路输出和噪声信号发生器的输出的总和，其中所述传输驱动器用于接收所述总和。

5.根据权利要求1所述的发射器，其特征在于，所述噪声信号发生器包括：

在增益和相位控制元件之后的噪声源，其中所述增益和相位控制元件具有可调整增益，并且其中所述噪声源为具有可调整相位的伪随机二进制序列(PRBS)发生器。

6.根据权利要求5所述的发射器，其特征在于，进一步包括：

数字求和元件，用于生成和信号，所述和信号作为所述噪声信号发生器的输出和传输数据信号的总和；

有限脉冲响应(FIR)滤波器，用于过滤所述传输数据信号；以及

模拟求和元件，用于生成第二和信号，所述第二和信号作为来自FIR滤波器的至少一路输出和所述和信号的总和，其中所述传输驱动器用于接收所述第二和信号。

7.根据权利要求6所述的发射器，其特征在于，FIR滤波器和PRBS发生器用相同的时钟信号进行计时。

8.根据权利要求2所述的发射器，其特征在于，所述传输驱动器还用于：

基于所述总和生成一路输出；和

将所述输出耦合至传输信道

9.一种从传输驱动器传输信号的方法，其特征在于，所述方法包括：

在传输驱动器处接收包括噪声信号的信号；和

基于所述信号从所述传输驱动器生成一路输出。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述信号进一步包括传输数据信号。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括：

使用在增益和相位控制元件之后的噪声源生成噪声信号。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述噪声信号添加到所述传输数据信号以生成所述信号，其中所述传输驱动器接收所述信号以生成所述输出。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述噪声源是具有可调整相位的伪随机二进制序列(PRBS)发生器。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述传输数据信号由有限脉冲响应(FIR)滤波器生成。

15.一种为发射器校准信噪比(SNR)的方法，其特征在于，包括：

传输包括数据信号但不包括噪声信号的第一信号；

捕捉所述第一信号；

传输包括噪声信号的第二信号；

捕捉所述第二信号；以及

确定所述第一信号和所述第二信号对应的所述SNR，其中所述发射器使用传输驱动器传输所述第二信号。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述发射器通过将所述数据信号经过所述传输驱动器传输所述第一信号。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述噪声信号由噪声信号发生器生成，并且所述噪声信号生成器包括耦合至增益和控制元件的噪声源。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述噪声源为伪随机二进制序列(PRBS)发生器。

19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第二信号不包括数据信号。

20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第二信号进一步包括所述数据信号。