CN105191180B - 从自计时编码光信号恢复时序 - Google Patents

Abstract

一种编码光接收器包括用于接收编码光的传感器、滤波器以及时序和数据恢复模块。编码光包括其中数据和时序根据自计时编码方案调制到光中的信号。滤波器被布置成对照所接收的信号匹配编码方案的模板波形，从而生成每一个均对应于数据的相应部分的经滤波波形的图案，并且时序和数据恢复模块基于经滤波波形的特征点从信号恢复时序。时序和数据恢复模块被配置成通过取决于数据而将经滤波波形分离成不同的子图案来这样做，并且通过基于每一个子图案的特征点单独处理子图案中的每一个来恢复时序。

Description

从自计时编码光信号恢复时序

技术领域

本公开涉及从编码光信号恢复时序，其中数据根据诸如曼彻斯特型代码或其它行代码之类的自计时编码方案编码。

背景技术

编码光是指其中数据被调制到由光源（例如由基于LED的照明器）发射的可见光照中的技术。因此，除了提供光照（为此目的，光源可能已经存在于环境中）之外，光源还充当能够向编码光的适当接收器传送数据的传送器。调制典型地以对人类视觉而言不可感知的足够高的频率执行，即因此用户仅感知到总体光照而没有感知到数据调制到该光照中的效果。以此方式，数据可以说成是嵌入到来自光源的光中。

编码光可以用在若干应用中。例如，一个应用是在例如作为智能照明系统的部分的照明器之间进行通信。室内或室外环境中的多个照明器中的每一个可以配备有编码光传送器和接收器，并且经由编码光在它们之间进行通信的能力可以用于以至少部分分布式的方式控制环境中的光。例如，每一个照明器还可以配备有存在传感器以检测生命（典型地为人类）的存在，并且信息可以在两个或更多个照明器之间共享以便确定如何取决于所检测到的存在来控制来自不同照明器的光。

在另一示例应用中，编码光可以用于从照明器向远程控制单元提供信息以用于控制该照明器，例如提供将其从远程单元可以控制的其它这样的照明器之中区分开的标识符，或者提供关于照明器的状态信息（例如报告错误、警告、温度、操作时间等）。在一个这样的示例中，远程控制单元可以包括诸如智能电话或平板电脑之类的具有内置相机或其它光传感器的移动用户终端。利用该终端运行适当的应用，用户可以将相机引导在照明器处并且由此检测编码到来自该照明器的光中的标识符。给定其正在看的照明器的标识符，终端然后可以通过（例如经由RF）发送回回波信号来控制该照明器。

在又一应用中，编码光可以用于向用户提供信息，例如提供用在调试中的照明器的标识符，或者使得能够提供位置相关信息。例如，室内和/或室外环境中（例如办公综合楼的房间和走廊中，和/或校园的路径中）的每一个照明器可以布置成发射嵌入有标识其在该环境内的相应标识符的光。如果用户具有配备有相机或其它光传感器的移动终端以及用于检测编码光的相关联的应用，终端可以检测照射其当前位置的照明器的标识符。这然后可以用于通过在将标识符映射到照明器的位置的位置数据库中查找当前位置来帮助用户导航环境。可替换地或此外，这可以用于查找与用户的当前位置相关联的信息，诸如关于博物馆的特定房间中的展览的信息。例如，查找可以经由终端能够访问的因特网或本地网络来执行，或者从用户终端上的本地数据库执行。可替换地，信息可以直接编码到来自一个或多个照明器的光中。一般而言，编码光的适用性不受限。

实现编码光的一种方式是通过振幅键控，通过在离散水平之间切换所发射的光的振幅或功率以便表示信道位（或更一般地，信道符号）。例如在最简单的情况中，当光源接通（发射）时，这表示值1的信道位，并且当光源关断（不发射）时，这表示值0的信道位，或者反之亦然。编码光接收器中的光传感器可以检测光何时接通或关断，或者区分不同的水平，并且从而接收信道位或符号。

为了输送数据，调制典型地涉及将数据位（有时称为用户位）映射到信道符号上的编码方案。示例是常规曼彻斯特代码，其为二进制代码，在该二进制代码中值0的用户位被映射到脉冲断-通或低-高（基本信道位为0并且然后为1）形式的信道符号上并且值1的用户位被映射到脉冲通-断或高-低（基本信道位为1并且然后为0）形式的信道符号上或者反之亦然的。在诸如曼彻斯特编码和许多其它行代码之类的许多编码方案中，时钟和数据能够从相同的信号恢复（否则将必须发送单独的时钟，或者传送器和接收器将必须被假定为是完美同步的）。根据这样的方案编码的信号可以称为自计时。如本文所使用的，这意味着有助于时序的恢复和数据的检测二者的信息被一起编码到每一个（复合）信道符号中，即编码方案的每一个单位脉冲。具有该性质的自计时信号还可以描述为等时的，即用于使用在导出时序和数据中的信息嵌入在每一个信道符号（信息的每一个单位脉冲）的周期中。在每一个信道符号表示用户位的情况下，如在曼彻斯特编码中那样，这意味着时序和数据信息二者嵌入到每一个用户位的周期中。

US2011/154155A1在IEEE802.15.7的背景下公开了一种传送器，其中4 B6 B和8 B10 B行代码被用于实现针对所传送的数据的DC平衡和时钟恢复性质。

图8图示了可以如何从自计时信号恢复时序和数据的示例。图8a示出当通过编码光信道传送时的信号的示例，而在其下面的图8b示出当在编码光接收器处接收时的对应信号。在该示例中，信号中的数据根据常规的曼彻斯特代码进行编码。所接收到的信号经过匹配的滤波器以及诸如低通滤波器之类的一个或多个其它的滤波器。匹配的滤波器使模板脉冲与所接收到的信号相关。模板脉冲是所讨论的编码方案的可能符号之一；例如在曼彻斯特代码的情况中，脉冲通-断或低-高表示值1的用户位。该相关通过匹配的滤波器的输出是非矩形脉冲的序列，如图8c中针对示例曼彻斯特编码信号所图示的。要指出的是，每一个经滤波的脉冲的形状如何不仅取决于对应符号表示的用户位，而且取决于相邻符号表示的相邻位。形状是匹配滤波、低通滤波和符号间干扰的结果。

可以在“眼孔图案”方面考虑时序恢复，其概念对本领域技术人员而言将是熟悉的。经滤波的信号布置到多个窗口中，每一个窗口包括经滤波的脉冲之一或经滤波的脉冲的连续序列（即信道符号中一个或多个）的波形。如果这些窗口中的若干个彼此重叠，就像是同时发生的，即其中不同窗口的符号周期对准，则出现打开“眼睛”的图案。图8d示出针对未经滤波的接收的信号的眼孔图案并且图8e示出针对信号的经滤波的版本的眼孔图案。在经滤波的信号中（图8e），数据检测点对应于眼孔图的正或负峰值（圆圈所示的），例如在匹配滤波器使表示值1的用户位的符号与模板脉冲相关，这输出正峰值，并且在匹配滤波器使表示值0的用户位的接收的符号与模板相关的情况下，这导致负峰值（波谷）。在这些数据检测点之间，眼孔图案的波形具有过零的点。这些过零的时序允许恢复时钟。

图8图示了不存在噪声的理论情形。然而，在现实中，眼孔图案将由于信号中的噪声的缘故而是模糊的，导致所恢复的时钟信号中的抖动。已经例如由Patric G Ogmundson等人的“Zero-Crossing DPLL Bit Synchronizer with Pattern Jitter Compensation”（IEEE Trans-COM, Vol. 39, No. 4, 1991年4月）描述了使用数据相关抖动补偿的操作在过零上的数字锁相环（DPLL）。该方法使用于要求高时钟精度以得到相对高的SNR（高阶QAM数据传送系统或电力系统的同步）的系统的残留时钟抖动最小化。同样典型地，过零在规则网格上，受由符号间干扰（ISI）引起的数据相关抖动和噪声扰动。

发明内容

可能已经考虑了如何应付在存在某个量的噪声的情况下的抖动。然而，仍旧存在潜在问题，因为如果相对噪声太严重，则用于恢复时序的诸如过零之类的特征点可能变得太模糊以至于不能单独处理，至少就期望的可靠性而言。例如参见图10a。

本发明在从诸如过零之类的特征点恢复时序之前将来自匹配滤波器的波形输出分离成两个单独的组或“子图案”。分离基于被分离的波形所表示的用户数据，例如使得如果两个连续数据位相同则向一个子图案分配波形，并且如果两个连续位不同则向第二子图案分配波形。例如参见图10b。因此通过采用数据的知识，可能使过零或其它这样的特征点在每一个单独的子图案中更加可辨别。

根据本文中的公开的一个方面，提供了一种编码光接收器，包括用于接收编码光的传感器、滤波器以及时序和数据恢复模块。编码光包括其中数据和时序根据自计时编码方案调制到光中的信号。滤波器被布置成对照所接收的信号匹配所述编码方案的模板波形，从而生成每一个均对应于所述数据的相应部分的经滤波波形的图案，并且时序和数据恢复模块基于所述经滤波波形的特征点从所述信号恢复时序。它被配置成通过取决于数据而将经滤波波形分离成不同的子图案来这样做，并且通过基于每一个子图案的特征点单独处理每一个子图案来恢复时序。

根据另一方面，提供了一种包括代码的计算机程序产品，所述代码体现在计算机可读介质上并且被配置成以便当在处理器上执行时操作编码光接收器执行依照本文中的公开的时序恢复。

附图说明

为了更好地理解本公开并且示出实施例可以如何付诸实践，通过示例的方式参考附图，在附图中：

图1是包括编码光传送器和接收器的环境的示意性图示；

图2是编码光接收器的示意性框图；

图3是用于编码光接收器的时序和数据恢复模块的示意性框图；

图4是如可以在编码光中传送的数据分组的示意性表示；

图5是三进制编码方案的脉冲波形的示意性表示；

图6是根据三进制编码方案编码的位的样本序列的示意性表示；

图7a-7e示出所接收到的信号、匹配滤波器的对应输出以及对应眼孔图案的理论示例；

图8a-8e示出另一个接收的信号、匹配滤波器的对应输出以及对应眼孔图案的理论示例；

图9a-9b示出在存在某种噪声的情况下模拟的眼孔图案；以及

图10a-10b示出在存在强噪声的情况下另外的模拟的眼孔图案。

具体实施方式

在解码根据诸如曼彻斯特代码或三进制曼彻斯特（参见下文）之类的方案编码的信号中，接收器将使用接收到的信号执行时基再生。为此，数字锁相环（DPLL）被放置在匹配滤波器之后（以减轻干扰和噪声）并且使用经滤波信号的过零来恢复时序。在存在过多噪声的情况下，DPLL可能不能够解决（resolve）数据相关、紧密间隔的过零。然而，DPLL如果使用依照以下实施例的数据相关过零识别，则它可能能够解决过零。

提供了一种用于从自计时数据流共同地恢复数据和时基的方法，在实施例中该自计时数据流为三进制曼彻斯特编码数据流。该方法可以包括（i）利用匹配滤波器对检测到的数据流进行滤波以用于提取数据位；（ii）应用操作在经滤波数据流上的数字锁相环（DPLL）以形成用于检测经滤波数据流中的过零的眼孔图案以恢复时基；以及（iii）取决于两个连续位的值而将眼孔图案子细分成第一子图案和第二子图案，其中如果两个位的值相等则形成第一子图案，并且其中如果两个位的值不等则形成第二子图案。

有利地，将眼孔图案分离成两个子图案允许唯一地确定过零并且将它们指派给对其而言过零数据相关的三进制曼彻斯特编码数据流中的底层信号。对于相等的两个连续位，这导致第一子图案中的两个良好分离的过零。参见例如图9-10，稍后将对其进行更加详细的讨论。

图1图示了其中可以采用本发明的环境的示例，例如办公室、家庭或其它房间或室内空间。环境包括例如安装在天花板或墙壁上的诸如照明器之类的编码光传送器2，其被安装用于照射环境的主要目的，但是也具有提供使用编码光技术嵌入到光照输出中的数据的次要功能。环境进一步包括编码光接收器4。例如，编码光接收器可以包括在另一照明器4a中，例如作为智能照明系统的部分。可替换地，编码光接收器可以是用户终端4b的组件，诸如用于控制传送照明器2的远程控制单元，或者诸如智能电话、平板电脑或膝上型计算机之类的移动用户终端的组件以用于从传送照明器2导出信息（例如位置相关信息或用在调试中的信息）。

在一些情形中，传送照明器2的光经由一个或多个反射从诸如地板或墙壁之类的一个或多个表面8到达接收器4。随着传送照明器2和接收器4的灯之间的距离增加，在接收器4处接收的信号强度减小。例如在编码光通信的极端范围处，可以接收具有大约0.1勒克斯（Lux）的振幅的可见光信号。像这样的微弱地接收的信号可能易受随机噪声影响。在其它情形中，即使信号被直接接收，它可能在大距离之上和/或在贡献相对大量的噪声的环境中被接收。因此，期望的将是，提供在从自计时信号恢复时序中更鲁棒以抵御噪声的编码光接收器。

图2给出编码光接收器4的示例框图，其被配置成依照本公开的实施例执行时序恢复。接收器4包括模拟前端10，其包括光传感器12和模拟低通滤波器（LPF）14。接收器4进一步包括模拟到数字转换器（ADC）16、匹配滤波器18、数字低通滤波器（LPF）20和基带模块32。光传感器12具有耦合到模拟LPF 14的输入的输出。进而，模拟LFP 14具有耦合到ADC 16的输入的输出，ADC 16具有耦合到匹配滤波器18的输入的输出，匹配滤波器18具有耦合到数字LPF 20的输入的输出，数字LPF 20具有耦合到基带模块32的输入的输出。基带模块32包括时序和数据恢复模块27。

数字组件18、20和32中的每一个可以在存储于接收器4的存储设备上并且布置用于在接收器4的处理器上执行的软件中实现。可替换地，这些组件中的一些或全部可以在专用硬件电路或者诸如FPGA之类的可配置硬件电路或软件和硬件的组合中实现。

在操作中，光传感器12从传送器2接收包括包含潜在噪声的编码光信号的入射光。编码光信号包括使用编码方案编码到光中的数据。在实施例中，所使用的编码方案是申请人自己的创造之一并且在本文中被称为三进制曼彻斯特代码。这在图5和图6中图示。

在传送器2处，将要传送的每一个数据位映射到相应单位脉冲形式的信道符号。根据该方案，如图5中所示，存在正和负“帽（hat）”函数的形式的两个可能的单位。映射到值1的数据位的脉冲在图5的左手侧上示出，并且映射到值0的数据位的脉冲在图5的右手侧上示出。数据位是要传送的实际信息的位，有时被称为“用户数据”（即使不是由用户明确创建的）。数据位周期在图5中用T_D标记，其中以竖直虚线示出用户位周期之间的边界。

每一个单位脉冲包括小于用户位周期的时间长度为T_C的基本信道周期的序列。每一个基本信道周期仅传达编码信号可以采取的基本水平中的一个，并且不单独足以在不调制到复合信道符号中的情况下传达数据。因而，这些（长度为T_D的）信道符号中的每一个是可以使用所讨论的编码方案传达的用户信息的最小或最基础的单元。

在三进制曼彻斯特代码中，每一个单位帽函数包括时间长度为T_C的三个基本信道周期的序列，每一个为数据位周期T_D的长度的一半（T_D=2T_C）。用于相应数据位的三个基本周期是邻近的，其中三个基本周期的中间者位于相应数据位周期的中心处，使得相邻的第一和第三基本信道周期分别在任一侧以基本信道周期T_C的一半横跨在数据位周期的开始和结束边界处。

对于值1的数据位，这被映射到图5的左边示出的正帽函数。正帽函数包括：集中在相应数据位周期的开始（较早）边界上的高度为-+1的第二（中间）基本信道周期，随后是集中在相应数据位周期的结束（较晚）边界上的高度为-

对于值0的数据位，这被映射到图5的右边示出的负帽函数。负帽函数包括：集中在相应数据位周期的开始（较早）边界上的高度为+-1的第二（中间）基本信道周期，随后是集中在相应数据位周期的结束（较晚）边界上的高度为+

为了创建要传送的编码位流，相邻用户位的帽函数被添加到彼此，由它们的相应位周期的时间抵消（offset）。由于帽函数跨数据位周期之间的边界重叠，函数添加在相邻数据位之间的重叠区中。也就是说，帽函数沿边界结合，因此一个数据位周期的较早边界A_n与在前的相邻数据位周期的较晚位边界A_n+1结合，其中在两个相邻脉冲重叠的情况下信号的高度被求和。在图6中示出时域中的结果得到的信道符号序列的示例。

在两个相邻数据位为值1的情况下，这意味着高度为--1的高度。在两个相邻数据位为值0的情况下，高度为++1。在两个相邻数据位为不同的值的情况下，高度为+-0。因此在编码流中，每一个用户位周期（或每一个信道符号或单位脉冲）采取在值1的用户位夹在值1的两个相邻用户位之间时的矩形波的正脉冲或者在值0的用户位夹在值0的两个相邻用户位之间时的矩形波的负脉冲或者在相邻用户位中的至少一个不同时具有直边缘的一个或四个可能配置的非均匀脉冲的形式。

在等同变型中，数据位值0和1到正和负帽函数的映射可以是逆向的。

然后将结果得到的信号（例如图6的信号）转换成由传送光源2输出的信号强度的变化（无论是在振幅方面还是功率方面表示）。例如，基本信道符号-1可以通过低光输出水平（例如灯关断）来表示，基本信道符号+1可以由高输出光水平（例如灯接通）来表示，并且基本信道符号0可以由高与低之间的中间光水平（例如灯处于输出功率或振幅的一半处）来表示。

三进制曼彻斯特代码可能是有利的，因为它在数据位改变值时提供了比常规曼彻斯特代码更平滑的过渡，并且导致在其中可能发生诸如电源哼声（mains hum）之类的干扰的低频周围更加被抑制的频域中的频谱。然而，本公开的适用性不限于三进制曼彻斯特并且在其他实施例中可以使用合适的编码方案的其它示例，诸如常规（二进制）曼彻斯特代码，或者其它常规的二进制或三进制行代码。

无论使用什么方案，接收器4处的光传感器12都检测光并且生成表示作为时间的函数的接收的光水平（例如振幅或功率）的电子信号。光传感器通过模拟LPF 14向ADC 16输出该电子信号，ADC 16例如以64kHz对该电子信号采样以产生信号的数字表示。

ADC 14向匹配滤波器18输出信号的数字版本。匹配滤波器18起作用以将模板脉冲与所接收的信号相关联。模板是所检测的编码方案的一个单位脉冲，例如在三进制曼彻斯特代码的情况中，模板可以是在图5的左手侧上示出的正帽函数（或者在可替换的实现方式中它可以是负帽函数）。通过使模板与所接收的事物相关联，这使得匹配滤波器18能够以最小化信噪比的方式基于与该模板相关联的编码方案检测信号的存在。

匹配滤波器18将其输出传递到数字LPF 20，其中应用另外的低通滤波，例如利用4kHz通带，并且数字LPF 20将该输出传递到基带接收器32以用于基带处理。基带处理包括诸如电涌检测的载波侦听、时钟生成、帧同步检测以及联合时钟和数据恢复27之类的功能。

图3给出依照本文所公开的实施例的可以实现为基带模块32的一部分的时序和数据恢复模块27的示意性框图。时序和数据恢复模块27包括数字锁相环（DPLL）29，其包括图案分离器33、过零检测模块35和时钟恢复模块37。时序和数据恢复模块27还包括数据检测模块39。图案分离器33布置在DPLL 29的输入处，具有耦合成接收数字LPF 20的输出（经由其供给来自匹配滤波器18的信号）的输入。图案分离器33具有耦合到过零检测模块35的输入的输出，并且进而过零检测模块35具有耦合到时钟恢复模块37的输入的输出，并且时钟恢复模块37具有耦合到数据检测模块39的输入的输出。数据检测模块39还具有耦合成将所检测的数据位的值反馈到图案分离器33的第二输入的输出。

在操作中，图案分离器33从匹配滤波器18（经由数字LPF 20）取得经滤波的波形输出并且取决于从信号检测到的数据而将这些分离成至少两个不同的子图案，如不久之后将更加详细讨论的那样。过零检测模块35单独在这些子图案中的每一个上操作以检测每一个子图案的波形中的过零。也就是说，它检测排除来自其它子图案的波形的贡献的一个子图案中的过零，并且独立或单独地检测排除来自第一子图案的波形的贡献的其它子图案中的过零。时钟恢复模块37然后通过使用由在前模块35检测的过零来恢复时序，即嵌入在接收的信号中的时钟。恢复的时钟被输出到数据检测模块39，其将它用于寻找要检测的另外的数据位的数据检测点。不仅作为用在数据被用于的无论什么应用中的输出，该新检测到的数据也被反馈到图案分离器33以通知另外的数据相关图案分离和时序检测。

图7图示了在没有噪声的情况下的三进制曼彻斯特数据流的理论示例，以及使该数据流经过匹配滤波器18以用于时序和数据恢复的效果。图7a示出如在编码光信道之上传送的信号示例，并且图7b示出如由编码光接收器4接收的信号。每一个用户位周期包括如以上关于图6讨论的三进制曼彻斯特代码的脉冲（以它们在被求和成编码位流时所采取的形式）的离散集合之一。每一个单位脉冲表示包括与时序和数据二者相关的信息的相应信道符号。

当经过匹配滤波器18时，这生成均由于使模板脉冲与响应的一个用户位周期的实际脉冲相关联引起的经滤波的脉冲序列。这在图7c中图示。时序和数据恢复模块27基于这些经滤波的脉冲的峰值来检测数据（用户位）。正峰值由于在原始编码方案中表示1的模板脉冲（在该情况中，正帽函数）与表示值1的用户位的接收的信号中的脉冲的相关联引起。负峰值（也称为波谷）由于在原始编码方案中表示1的模板脉冲（再次为正帽函数）与表示值0的用户位的接收的信号中的脉冲的相关联引起。因而，时序和数据恢复模块27将正峰值解释为值1的用户位并且将负峰值解释为值0的用户位。

要指出的是，为了获得数据检测点的初始时序，时序和数据恢复模块可以使用接收的信号中的已知前同步码。这然后允许执行数据相关时序检测以继续追踪时序，这进而允许基于所追踪的时序对另外的数据的检测，等等。

可以使用被称为“眼孔图案”的方案来恢复时序。这是指基于所接收的信号的多个窗口的表示，每一个窗口由一个或多个单位脉冲形成，即每一个对应于一个或多个用户位周期。典型地，窗口包括至少两个单位脉冲的连续序列，即至少两个连续用户位周期。这些窗口中的若干个然后在时间上重叠，就像是与彼此同时发生。每一个窗口可以包括整数数目的位周期。窗口根据数据周期在时间上对准，使得一个窗口的一个或多个周期与每一个其它窗口的一个或多个对应周期对准。即，因此每一个窗口的用户位周期的开始被表示为就像与被考虑的每一个其他的窗口的对应位周期的开始同时开始。换句话说，用户数据周期用于触发水平扫描，或者窗口在公共时基上表示。眼孔图的概念本身对本领域技术人员而言将是熟悉的。

图7d示出针对图7b的接收的信号的眼孔图案的示例，并且图7e示出针对在已经经过匹配滤波器18之后的图7c的经滤波信号的示例眼孔图案。

图8示出针对常规（二进制）曼彻斯特编码数据流的理论图线的类似集合。

如从图7e和8e将看到的，眼孔图案之所以如此称谓是因为对应于不同用户位的重叠波形形成打开“眼睛”的图案。峰值对应于可以从其执行用户位检测的点，并且这些用户位检测点之间的过零的图案可以用于恢复时序，即嵌入在信号中的时钟。这就其本身而言将被本领域技术人员理解。

为了最小化由于噪声和干扰所致的扰动，可以在匹配滤波器18之后从所接收的信号恢复嵌入时钟的时序。同样，通过使用过零，可以实现以下附加益处：消除信号振幅对PL的环路增益的影响，通过使用软决策信息和ISI校正来减少相位噪声（时序抖动）和/或通过让PLL仅作用在过零上而不是计算所接收的信号与正弦波的内积来最小化计算复杂度。

对于三进制曼彻斯特，结果是过零不在规则网格上。过零形成过零的数据相关序列。在严重噪声条件之下，从过零唯一地提取针对DPLL的信号并不一定是可能的。

依照本文所公开的实施例，时序和数据恢复模块27允许从使用来自周围位的知识唯一地固定其间的过零的数目和时刻而发现的过零唯一地提取针对DPLL的误差信号。

图9a示出用于相对高的信噪比（即相对低噪声）的三进制曼彻斯特的眼孔图案。用户位检测的时间实例由粗体圆指示。这些时间实例可以由锁定的DPLL递送到所接收到的波形上。

两个连续用户位之间的过零由粗体椭圆形指示。要指出的是存在三个紧密间隔的过零。如果我们根据两个连续位相等或不等而划分眼孔图案，则获得如图9b中所示的两个眼孔图案。对于相等的两个连续位，可能在其间获得良好分离的两个过零。对于不相等的两个连续位，仅存在一个过零。因而，周围数据的知识可以用于分离底层信号的过零的时间实例并且从而增加过零的所允许的偏差。

图10示出类似的眼孔图案，但是现在在相对严重的噪声条件（低SNR）之下。要指出的是，在没有数据知识的情况下（图10a），所接收的信号的过零可能不能够唯一地归因于底层接收信号的第一、第二或第三假设的过零，从而阻止针对DPLL的唯一确定的误差信号的计算。

然而，通过根据相等或不等的两个连续位拆分眼孔图案（图10b），可能获得可以唯一地指派给底层信号的良好分离的过零。还要指出的是，DPLL的更新速率是随机变量（将用户数据视为是有效随机的），如果两个连续位相等则具有两个过零，并且如果两个连续位不等则具有一个过零。

为了采用以上观察结果，其中常规DPLL将简单地在单个眼孔图案的表示上操作，时序和数据恢复模块27的DPLL 29包括配置成取决于数据而生成两个分离眼孔图案的图案分离器33。图案分离器33接收由匹配滤波器18（经由数字LPF 20）输出的经滤波的脉冲序列并且布置到表示两个不同眼孔图案的两个不同的子图案中。

要指出的是，在图7-10中的眼孔图案被图示为将会在示波器上看到。当然，DPLL29或图案分离器33不必实际生成该形式的眼孔图案。在说到它的一些组件的DPLL生成或使用眼孔图案（或类似物）的情况下，这不意味着它必须生成图形表示。在实践中，眼孔图案的生成可以仅包括确定波形的任何相关点以及然后以允许与来自该图案的其它波形的点有关地和/或与公共时基有关地分析这些点的时序的方式来进行表示。

每一个子图案通过在公共时基上覆盖所接收的、经滤波的信号的若干窗口而形成。在图9和图10的示例中，每一个窗口包括两个用户位周期的波形，即所接收的、经滤波的信号的两个符号。这些被表示成好像每一个窗口的两个位周期在时间上与子图案中的每一个其它窗口的两个位周期对准，即因此相应子图案中的每一个窗口的第一用户位周期的开始被视为与该相应子图案的每一个其它窗口的第一用户位周期的开始对准，并且相应子图案中的每一个窗口的第二（最后）用户位周期的结尾被视为与该相应子图案的每一个其它窗口的第二（最后）用户位周期的结尾对准。

对于每一个窗口的波形，图案分离器33确定由该相应窗口的两个用户位周期的两个符号表示的两个用户位。用于这些数据位的检测点在图9和图10中以圆形示出。数据检测点的位置可以由数据检测模块39基于先前确定的时序上的固定来确定（其继续通过后续数据相关时序恢复来追踪）。在这两个检测点之间找到相应波形的一个或多个过零，其有助于后续时序恢复。在相应对的用户位相同（二者为1或二者为0）的条件下，图案分离器33向第一子组分配相应波形；并且在相应对的用户位不同（01或者10）的条件下，图案分离器33向第二子组分配相应波形。将波形分离成组在图9b和图10b中图示。

结果是每一个子图案中的多个重叠波形。每一个单独滤波的波形是单个模板脉冲与从（通过匹配滤波器18的）可能脉冲的离散集合取得的接收的脉冲序列的相关联的结果。这意味着每一个经滤波波形近似为可能的波形形状的离散集合中的一个（要指出的是，由于符号间干扰延伸超过给定用户位的两个相邻位的效果，可能存在比关于图7讨论的可能组合更多的可能波形形状）。

DPLL 29的过零检测模块35被布置成检测每一个子图案中的过零的位置。每一个子图案中的每一个过零给出涉及从所接收的信号恢复的时钟信号的时序的一些信息，例如可以涉及时钟边缘相对于当前时基的位置或者两个或更多过零之间的该空间可以涉及时钟周期或频率。DPLL 29的时钟恢复模块37可以通过将该位置与来自一个或多个当前子图案和/或一个或多个先前的子图案的其它过零位置和/或从先前阶段追踪或同步的时基的当前版本相关来使用该信息追踪时钟信号。时钟恢复模块37可以由此恢复关于诸如时钟边缘的位置、时钟周期和/或时钟频率之类的嵌入时钟的时序的信息。

在理论场景中，对于给定的一个可能的波形形状，该波形的每一个实例将会是等同的，并且如果多个实例重叠，它们将会精确地重合，如图7e中所示。然而，在现实中，噪声将导致不同实例中的变化，使得它们将仅近似于所讨论的形状。因此当许多实际波形窗口在眼孔图案中重叠时，噪声将导致形状伸展或“抹掉”并且每一个过零将具有与其相关联的误差。图9示出针对相对适度量的噪声中的信号的眼孔图案。

在眼孔图案中一起处理信号的多个窗口的原因是使得波形的不同实例的效果可以被取平均。因此过零的位置可以从多个波形（给定形状的波形的多个实例）中的该过零的位置的平均值（例如均值）确定。在此眼孔图案中的过零是指给定交叉点，如通过子图案中的波形的多个实例交叉的那样。可能的每一个离散波形形状具有数据检测点之间的特征过零点，并且一些形状的过零可以重合。例如，参照图9b和图10b，第一子图案（图的左手侧）具有由对应于用户位11和00的波形引起的两个连续数据检测点之间的两个过零。第二子图案具有由对应于用户位10和01的波形引起的两个连续数据检测点之间的一个过零。

在实施例中，时钟恢复模块37被配置成确定与每一个过零相关联的误差，并且根据依照相应误差加权的每一个子图案中的每一个过零的位置（或从根据相应误差加权的位置导出的信息）确定从信号恢复的时钟时序。也就是说，具有较大误差的过零在时序恢复计算中被给予较小权重，而具有较小误差的过零被给予较大权重。

从眼孔图案确定自计时信号的时序的过程本身一般地被本领域技术人员所理解。然而，依照本文所公开的实施例，该确定通过首先将波形拆分成分离的“子”眼孔图案并且单独处理这些子图案中的每一个来执行。因此，参照图9b和图10b的示例，确定第一子图案中的两个过零中的每一个的位置和误差，忽略来自第二子图案的波形的效果；并且分别地，确定第二子图案中的一个过零的位置和误差，忽略来自第一子图案的波形的效果。在分别处理之后，从每一个子图案导出的信息被组合以获得更新的时序固定。例如，更新的时钟周期或频率可以根据均依照其相应误差加权的三个过零中的每一个的位置来确定（因此具有较大误差的过零被给予较小的权重）。

在不分离成子图案的情况下，这在一些噪声条件下将不工作。图10示出高噪声条件下的示例。使用如图10a中的单个眼孔图案，各个过零并未与彼此不同并且不能针对每一个确定单独的误差。因而时钟时序不能被追踪。然而，如果取决于数据而将波形分离成分离的图案，如图10b中那样，来自不同波形形状的过零变成不同的并且可以基于相应过零处的时间轴上的伸展而针对每一个确定单独误差。因而可以恢复时钟时序。

依照本文所公开的附加实施例，指派给过零点中的一些或全部的误差可以取决于一个或多个相应波形形状的斜率而产生。这是基于以下认识：一些过零给出比其它更少的信息，这取决于其中波形与竖直轴交叉的点处的斜率（梯度）。较低（较浅）斜率往往具有更多附加噪声并且因此具有更多时序抖动，并且因此来自具有带有较低斜率的形状的波形的一个或多个过零在时序恢复中被分配比来自具有在这些点处带有较大（较陡）斜率的形状的波形的一个或多个过零更大的误差（更小的权重）。

将指出的是，在以上所公开的数据相关时序恢复的实施例中，这涉及展望尚未从其恢复时序的信号部分中的数据。如所提到的，为了使过程开始，初始同步可以用于获得初始时序固定。在实施例中，编码光数据可以在一个或多个分组中传送，其示例在图8中图示。分组包括包含以上所讨论的用户数据的有效载荷58以及还有包含用在初始同步中的前同步码的报头56。前同步码可以包括时钟信号，包括多个正弦循环，例如2kHz的20个循环。时钟恢复模块38可以被布置成使用该前同步码来获得初始同步，并且数据检测模块39可以被布置成基于该初始同步确定数据检测点的位置以获得一些初始数据读数。然后可以执行第一数据相关时序恢复以基于该初始数据更新时序，并且使用更新的时序获得另外的数据，然后该另外的数据用于通知第二时序确定，等等。

将领会到的是，仅仅作为示例而描述以上实施例。

例如，本文所公开的技术不限于在信号强度的任何特定度量方面实现。例如，信号强度可以在功率或振幅方面表述。另外，领会到的是，在给定时间内累积的信号能量是功率的度量。

另外，分离成子图案不必基于被检测的数据位的相对值，即位相同还是不同。可替换地或此外，子图案可以在位的绝对值的基础上彼此分离，例如用于用户位11的波形可以分离成与表示用户位00的那些不同的分离子图案。

另外，本发明不限于将波形划分成仅两个组，不限于基于仅两个连续位这样做。一般地，所接收的、经滤波的波形可以基于数据的其他图案而分离成多于两个组。例如在实施例中，三个连续位可以用于在长度上划分三个用户位周期的波形，并且这可以允许划分。更多位的使用可以被利用来考虑到扩展超过直接相邻的位的符号间干扰。

另外，时序恢复可以基于与过零不同的其它特征点，例如正和/或负峰值，和/或一阶导数中的峰值或过零，和/或二阶导数等。

给定本文中的公开内容，技术人员可以实现采用数据知识来分离子图案的其它方式。该想法的任何实现方式可以提供以下优点：允许诸如过零之类的特征点在存在某个量的噪声的情况下变得更加明显，其中它们否则将不会足够明显以单独进行标识。

本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现在权利要求中叙述的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，诸如与其它硬件一起提供或者作为其部分的光学存储介质或固态介质，但是还可以以其它形式分发，诸如经由因特网或其它有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应当解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种编码光接收器（4），包括

用于接收编码光的传感器（12），编码光包括其中数据和时序根据自计时编码方案调制到光中的信号；

滤波器（18），其被布置成对照所接收的信号匹配所述编码方案的模板波形，从而生成经滤波波形的图案，每一个经滤波的波形均对应于所述数据的相应部分；以及

时序和数据恢复模块（27），其用于基于所述经滤波波形的特征点从所述信号恢复时序，其中时序和数据恢复模块被配置成取决于数据而将经滤波波形分离成不同的子图案并且通过基于每一个子图案的特征点单独处理每一个子图案来恢复时序。

2.根据权利要求1所述的接收器，时序和数据恢复模块（27）被配置成取决于数据的相应部分而将每个经滤波波形分离成不同的子图案之一。

3.根据权利要求1或2所述的接收器，其中所述部分中的每一个包括至少两个数据位。

4.根据权利要求2所述的接收器，其中所述部分中的每一个包括所述数据的至少两个连续位的相应序列，并且时序和数据恢复模块（27）被配置成取决于相应序列的位的相对值而将每一个经滤波波形分离成不同的子图案之一。

5.根据权利要求4所述的接收器，其中所述部分中的每一个包括相应对的连续位，并且时序和数据恢复模块（27）被配置成在相应对的连续位相同的情况下将每一个经滤波波形分离成第一子图案，并且在相应对的连续位不同的情况下将其分离成第二子图案。

6.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的接收器，其中每一个子图案表示如在时间上根据数据周期对准的该子图案的波形，并且其中时序和数据恢复模块（27）被配置成基于如在每一个子图案内表示的特征点的相对时序执行所述时序的恢复。

7.根据权利要求6所述的接收器，其中所述周期是数据的位周期。

8.根据权利要求1、2、4、5和7中任一项所述的接收器，其中特征点是过零。

9.根据权利要求8所述的接收器，其中时序和数据恢复模块（27）被配置成基于经滤波波形的检测数据点之间出现的过零恢复时序。

10.根据权利要求9所述的接收器，其中数据检测点在经滤波波形的峰值处。

11.根据权利要求1、2、4、5、7、9和10中任一项所述的接收器，其中时序和数据恢复模块（27）被配置成通过以下操作来执行所述时序的恢复：

从所述信号的已知前同步码执行初步同步，

使用初步同步检测来自信号的第一部分的数据，

基于取决于来自信号的第一部分的数据分离成子图案的经滤波波形的特征点执行时序的第一确定，

使用时序的第一确定检测来自信号的第二部分的数据，以及

基于取决于来自信号的第二部分的数据分离成子图案的经滤波波形的特征点执行时序的第二确定。

12.根据权利要求1、2、4、5、7、9和10中任一项所述的接收器，包括布置成对所述信号进行滤波的低通滤波器（20），其中经滤波波形取决于数据、匹配滤波器和低通滤波器。

13.根据权利要求1、2、4、5、7、9和10中任一项所述的接收器，其中时序和数据恢复模块（27）被配置成确定每一个子图案内的每一个特征点的位置以及与每一个特征点相关联的相应误差，并且基于包括来自每一个位置的贡献的函数恢复时序，其中每一个贡献根据相应误差加权。

14.根据权利要求13所述的接收器，其中时序和数据恢复模块（27）被配置成向来自具有在特征点处具有较浅斜率的形状的经滤波波形的特征点分配较高误差，并且向来自具有在特征点处具有较陡斜率的形状的经滤波波形的特征点分配较小误差。

15.一种用于操作编码光接收器（4）的计算机可读存储介质，包括体现在计算机存储介质上的代码，所述代码被配置成以便当被执行时执行以下操作：

经由编码光接收器的传感器（12）接收编码光，该编码光包括其中数据和时序根据自计时编码方案调制到光中的信号；

对照所接收的信号匹配所述编码方案的模板波形，从而生成经滤波波形的图案，每一个经滤波波形对应于所述数据的相应部分；

取决于数据而将经滤波波形分离成不同的子图案；以及

通过基于每一个子图案的特征点单独处理每一个子图案来恢复时序。