CN118282523A - 接收机、通信设备及系统 - Google Patents
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Abstract
一种接收机、通信设备及系统,属于通信技术领域。接收机通过线缆与发射机连接,接收机还与解串器连接。接收机用于从线缆接收带通信号,并将带通信号的第二分量的导数与第一分量同步后相加或相减,得到单通道的基带信号后,将该基带信号输出至解串器。其中,带通信号的第一分量和第二分量中,一个分量为正交分量,另一个分量为同相分量;第一分量携带有第一信号成分,第二分量携带有第二信号成分;基带信号携带有第一信号成分和第二信号成分。本申请可以解决接收机恢复出的基带信号的准确度较低的问题,本申请用于提升接收机恢复出的基带信号的准确度。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域,特别涉及一种接收机、通信设备及系统。
背景技术
随着通信技术的发展,利用电磁波进行通信的线缆传输系统得到了广泛的应用。该线缆传输系统中的发射机和接收机之间通过线缆连接,发射机和接收机之间传输的带通信号可以在线缆上以电磁波的形式传输,实现发射机和接收机之间的通信。
示例地,发射机可以根据待传输的基带信号调制带通信号,并将该带通信号通过线缆传输至接收机。接收机在接收到该带通信号后,可以对该带通信号进行解调,以恢复出该基带信号。这样一来,便实现了发射机和接收机之间的通信。
但是,带通信号在以电磁波的形式在线缆上传输的过程中,电磁波会受到线缆的影响,导致接收机接收到的带通信号失真,接收机恢复出的基带信号的准确度较低,影响发射机和接收机之间的有效通信。
发明内容
本申请提供了一种接收机、通信设备及系统,可以解决接收机恢复出的基带信号的准确度较低的问题,所述技术方案如下:
第一方面,本申请提供了一种接收机,所述接收机通过线缆与发射机连接,所述接收机还与解串器连接。所述接收机用于:从所述线缆接收带通信号,并将该带通信号的第二分量的导数与第一分量同步后相加或相减,得到单通道的基带信号后输出至解串器。其中,所述带通信号的第一分量和第二分量中,一个分量为正交分量,另一个分量为同相分量;所述第一分量携带有第一信号成分,所述第二分量携带有第二信号成分;所述基带信号携带有所述第一信号成分和所述第二信号成分。
本申请实施例提供的接收机能够将接收到的带通信号的第二分量的导数与第一分量同步后相加或相减,得到能够传输至解串器的单通道的基带信号。其中,将第二分量的导数与第一分量同步后相加或相减这一操作,能够将因线缆色散而分散至第一分量和第二分量中的信号成分均调整至基带信号中。从而减少了接收机传输至解串器的基带信号携带的信号成分的缺失,提升了接收机恢复出的基带信号的准确度,保证了发射机和接收机之间的有效通信,使得该接收机所在的线缆传输系统能够用于长距、大带宽、大色散的通信场景。并且,将第二分量的导数与第一分量同步后相加或相减,还可以至少部分抵消t<0或t>0的区间内带通信号受到的信道的影响,进一步提升接收机恢复出的基带信号的质量。
可选地,接收机的实现方式多种多样,以下将以其中的一种可选实现方式为例进行讲解。示例地,所述接收机包括:第一获取模块、第二获取模块、延时模块和处理模块。其中,第一获取模块用于获取所述第一分量;第二获取模块用于获取第二分量的导数;延时模块用于对所述第一分量进行第一延时,得到与所述导数同步的延时信号;处理模块,用于对所述延时信号与所述导数相加或相减,得到所述基带信号。此处以对第一分量进行延时为例,可以理解的是,也可以不对第一分量进行延时,而是对第二分量的导数进行延时后,将延时得到的信号与第一分量相加或相减,得到上述单通道的基带信号。
进一步地,上述第一获取模块的可实现方式多种多样,第二获取模块的可实现方式也多种多样。以下将分别对第一获取模块和第二获取模块的可实现方式进行讲解。
(1)第一获取模块的可实现方式。
(1.1)在第一获取模块用于获取的第一分量为同相分量时,第一获取模块可以是包络检波模块,包络检波模块可以对带通信号进行包络检波,得到该同相分量。
在第一获取模块用于获取的第一分量为同相分量时,第一获取模块可以包括:混频单元;混频单元可以将带通信号与另一信号进行混频,得到该同相分量。该另一信号可以是第一获取模块中的信号源生成的信号,也可以是第一获取模块接收到的信号,本申请对此不作限定。可选地,混频单元可以在将带通信号与另一信号进行混频前,对该另一信号进行同步处理,以使带通信号与另一信号同步。
(1.2)在第一获取模块用于获取的第一分量为正交分量时,第一获取模块可以包括混频单元和相位调整单元,其中,相位调整单元用于将带通信号的载波相位改变90度,得到参考信号,混频单元用于将带通信号与参考信号混频,得到正交分量。或者,相位调整单元用于将上述另一信号的载波相位改变90度,得到参考信号,混频单元用于将带通信号与该参考信号混频,得到正交分量。可选地,混频单元可以在将带通信号与另一信号进行混频前,对该另一信号进行同步处理,以使带通信号与另一信号同步。
(2)第二获取模块的可实现方式。
(2.1)在第二获取模块的一种可实现方式中,第二获取模块可以先获取第二分量,再对第二分量进行求导,得到第二分量的导数。示例地,第二获取模块可以包括:第一获取子模块和求导子模块。第一获取子模块用于获取上述带通信号的第二分量;求导子模块用于对第二分量求导,得到第二分量的导数。
在第二分量为同相分量时,第一获取子模块获取上述带通信号的同相分量的方式,可以参考前述(1.1)中第一获取模块获取同相分量的方式。在第二分量为正交分量时,第一获取子模块7021获取上述带通信号的正交分量的方式,可以参考前述中第一获取模块获取正交分量的方式。
可选地,求导子模块用于通过差分的方式对第二分量求导,得到第二分量的导数。示例地,在求导子模块用于通过差分的方式对第二分量求导时,求导子模块包括:第一获取单元、第二获取单元和求差单元。第一获取单元用于获取第一目标信号,第一目标信号由对第二分量进行第二延时得到。第二获取单元,用于获取第二目标信号,第二目标信号为第二分量;本申请实施例中以第二目标信号为第二分量为例,可选地,第二目标信号也可以由对第二分量进行第三延时得到。求差单元,用于对第一处理信号和第二处理信号进行求差,得到第二分量的导数。
当然,求导子模块也可以不通过差分的方式对第二分量求导,比如求导子模块可以通过微分的方式对第二分量进行求导,此时求导子模块可以通过微分电路实现,本申请对此不作限定。
(2.2)在第二获取模块的另一种可实现方式中,第二获取模块可以无需获取第二分量。
示例地,在第二分量为正交分量时,第二获取模块包括:第二获取子模块、第三获取子模块和混频子模块。第二获取子模块用于获取第三目标信号,第三目标信号由对带通信号进行第四延时得到;第三获取子模块用于获取第四目标信号,所述第四目标信号为所述带通信号,或者所述第四目标信号为对所述带通信号进行载波相位调整得到的信号,所述第四目标信号与所述第三目标信号的载波相位差的绝对值为90度或0度;混频子模块用于对第三处理信号和第四处理信号进行混频,得到第二分量的导数。
可选地,第三获取子模块可以通过将带通信号进行第五延时,实现上述载波相位调整。
进一步地,根据前述内容可知,将第二分量的导数与第一分量同步后相加或相减,可以至少部分抵消t<0的区间内带通信号受到的信道的影响。当无法使用第二分量的一个导数对t<0的区间内带通信号受到的信道的影响进行很好的抵消时,还可以通过将第二分量的多个不同导数进行组合,来增强对t<0的区间内带通信号受到的信道的影响的抵消能力。比如,本申请中第二获取模块获取的第二分量的导数有多个,且多个导数互不相同,多个导数均同步。相应地,第二获取模块可以包括:多个获取部分,所述多个获取部分用于一一对应地获取多个导数。
第二方面,本申请提供了一种通信设备,包括:解串器,以及第一方面中任一设计所述的接收机;接收机用于从线缆接收带通信号,并将该带通信号转换处理为基带信号后传输至解串器。所述解串器用于接收所述接收机输出的基带信号,并解调所述基带信号。
第三方面,提供了一种线缆传输系统,包括:发射机、接收机和线缆,所述接收机为第一方面中任一设计所述的接收机,所述发射机和所述接收机通过所述线缆连接,所述发射机还连接串行器,所述接收机还连接解串器;所述串行器用于调制单通道的第一基带信号,并向所述发射机传输所述第一基带信号;所述发射机用于根据所述第一基带信号调制第一带通信号,并向所述线缆传输所述第一带通信号;所述接收机用于从所述线缆接收第二带通信号,并对所述第二带通信号进行转换处理,得到单通道的第二基带信号后,将所述第二基带信号输出至所述解串器,所述第二带通信号为经过所述线缆传输的所述第一带通信号;所述解串器用于解调所述第二基带信号。
第四方面,本申请提供了一种通信系统,包括:第三方面提供的线缆传输系统,以及串行器和解串器;所述线缆传输系统中的发射机连接所述串行器,所述线缆传输系统中的接收机连接所述解串器;所述串行器用于调制单通道的第一基带信号,并向所述发射机传输所述第一基带信号;所述发射机用于根据所述第一基带信号调制第一带通信号,并向所述线缆传输所述第一带通信号;所述接收机用于从所述线缆接收第二带通信号,并对所述第二带通信号进行转换处理,得到单通道的第二基带信号后,将所述第二基带信号输出至所述解串器,所述第二带通信号为经过所述线缆传输的所述第一带通信号;所述解串器用于解调所述第二基带信号。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种通信系统的结构示意图;
图2为本申请实施例提供的一种通信系统的应用场景示意图;
图3为本申请实施例提供的另一种通信系统的应用场景示意图;
图4为本申请实施例提供的另一种通信系统的应用场景示意图;
图5为相关技术提供的一种接收机的结构示意图;
图6为相关技术提供的另一种接收机的结构示意图;
图7为本申请实施例提供的一种接收机的结构示意图;
图8为本申请实施例提供的一种信号成分的示意图;
图9为本申请实施例提供的另一种接收机的结构示意图;
图10为本申请实施例提供的一种脉冲包络信号的波形图;
图11为本申请实施例提供的一种信道冲击响应的波形图;
图12为本申请实施例提供的一种基带信号的波形图;
图13为本申请实施例提供的另一种接收机的结构示意图;
图14为本申请实施例提供的另一种接收机的结构示意图;
图15为本申请实施例提供的另一种接收机的结构示意图;
图16为本申请实施例提供的另一种接收机的结构示意图;
图17为本申请实施例提供的另一种接收机的结构示意图;
图18为本申请实施例提供的另一种接收机的结构示意图;
图19为本申请实施例提供的另一种接收机的结构示意图;
图20为本申请实施例提供的另一种接收机的结构示意图;
图21为本申请实施例提供的另一种接收机的结构示意图;
图22为本申请实施例提供的另一种接收机的结构示意图;
图23为本申请实施例提供的另一种接收机的结构示意图;
图24为本申请实施例提供的另一种接收机的结构示意图;
图25为本申请实施例提供的另一种接收机的结构示意图;
图26为本申请实施例提供的另一种接收机的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的原理和技术方案更加清楚,下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
本申请实施例提供了一种通信系统,如图1所示,该通信系统包括:第一通信设备01、第二通信设备02和线缆03。通信系统中第一通信设备01和第二通信设备02的数量不作限定。线缆03可以是聚合物线缆,线缆03能够传输电磁波,如太赫兹信号(太赫兹频率的电磁波)、光信号等。在电磁波为太赫兹信号时,线缆03可以是太赫兹有源线缆(terahertzactive cable,TAC)。
本申请实施例提供的通信系统的应用场景多种多样。比如,数据中心、高性能计算、板内芯片互联等应用场景。
例如,如图2所示,本申请实施例提供的通信系统可以是数据中心。该通信系统中的第一通信设备和第二通信设备均可以位于机柜中,第一通信设备和第二通信设备中的一个通信设备为机柜中的交换机或服务器,另一个通信设备也为该机柜中的交换机或服务器。或者,该通信系统中的第一通信设备和第二通信设备中,一个通信设备为机柜中的交换机或服务器,另一个通信设备为机柜外的汇聚交换机。
又例如,如图3所示,本申请实施例提供的通信系统可以是音视频数据传输系统,该通信系统中的第一通信设备可以是多媒体中心,第二通信设备可以是会议室(或娱乐场所)中的显示器或投影仪。或者,该通信系统中的第一通信设备可以是多媒体中心,第二通信设备可以是主会场(如大型会议场所、娱乐场所等)中的大屏幕。又或者,该通信系统中的第一通信设备可以是主会场中的摄像机,第二通信设备可以是多媒体中心。第一通信设备中串行器和第二通信设备中解串器的通信接口可以是高清多媒体接口(high definitionmultimedia interface,HDMI)、显示接口(display port,DP)等标准的多媒体显示接口。
再例如,如图4所示,本申请实施例提供的通信系统可以是车载有线网络系统,车载有线网络系统包括:车体、至少一个分布式网关(gateway,GW)(图4中以两个GW为例)、集中式车辆控制中心和至少一个传感器(图4中以四个传感器为例),传感器可以是高清摄像头、激光雷达等。其中,集中式车辆控制中心包括至少一个电子控制单元(electroniccontrol unit,ECU)(图4中以两个ECU为例)。第一通信设备和第二通信设备中的一个通信设备可以是ECU,另一个通信设备可以是GW;或者,第一通信设备和第二通信设备为不同的GW;或者,第一通信设备为传感器,第二通信设备为GW。第一通信设备中串行器和第二通信设备中解串器的通信接口可以是移动行业处理器接口(mobile industry processorinterface,MIPI)等。
进一步地,在本申请实施例提供的通信系统中,第一通信设备01和第二通信设备02之间可以通过线缆03通信。
示例地,请继续参考图1,第一通信设备01包括:相连接(如通过金手指连接)的串行器011和发射机012;第二通信设备02包括:相连接(如通过金手指连接)的解串器021和接收机022;发射机012和接收机022通过线缆03连接。发射机012可以固定或可插拔的设置在第一通信设备01中,接收机022也可以固定或可插拔的设置在第二通信设备02中。发射机012和接收机022中的通信接口可以是四通道小型可插拔(quad small form-factorpluggable,QSFP)接口、小型可插拔(small form-factor pluggable,SFP)接口、CXP接口(一种传输速率为12×10千兆比特每秒的接口)、CX4接口(一种传输速率为10千兆比特每秒的接口)等标准接口。
在第一通信设备01中,串行器011用于根据待传输的数据,调制携带该数据的基带信号,并向发射机012传输该基带信号。发射机012用于根据该基带信号调制带通信号,并将该带通信号通过线缆03传输至第二通信设备02中的接收机022。接收机022在从线缆接收带通信号后,可以对该带通信号进行解调,恢复出基带信号,并将该基带信号传输至解串器021。解串器021用于对该基带信号进行解调,得到基带信号携带的数据。上述基带信号为单路信号,串行器011和解串器021能够通过该基带信号实现点对点的通信。基带信号可以是任一种串行的信号,比如,脉冲幅度调制(pulse amplitude modulation,PAM)信号、二进制启闭键控(on-off keying,ook)信号或不归零(not return to zero,NRZ)信号等。
如图5所示,发射机012包括:信号源0121和第一混频器0122,接收机022包括:第二混频器0221a。其中,来自串行器011的基带信号和来自信号源0121的辅助信号可以在第一混频器0122中混频,得到上述带通信号,之后该带通信号再传输至线缆。来自线缆的带通信号在第二混频器0221a中进行自混频后,会恢复出基带信号,之后该基带信号再传输至解串器021。
可以理解的是,本申请中以第一通信设备01向第二通信设备02发送信号为例,在此基础上,第二通信设备02也可以向第一通信设备01发送信号,这种情况下,第一通信设备01和第二通信设备02均具有串行器、解串器、发射机和接收机,其中,在一个通信设备中的串行器和解串器也可以称为串行器/解串器(serializer/deserializer,SerDes)。
上述实施例中以通信系统中的串行器和发射机属于第一通信设备,以及解串器和接收机属于第二通信设备为例。可以理解的是,串行器和发射机也可以属于不同的通信设备,解串器和接收机也可以属于不同的通信设备。所以,该通信系统包括:依次连接的串行器、发射机、线缆、接收机和解串器,但本申请实施例不对该通信系统中各个部件所在的设备进行限定。另外,该通信系统中依次连接的发射机、线缆和接收机也可以组成线缆传输系统,该线缆传输系统独立于串行器和解串器之外,该线缆传输系统中的发射机和接收机能够通过线缆通信。
需要注意的是,上述基带信号是单通道信号,带通信号具有同相分量和正交分量,并且,发射机调制的带通信号的信号成分均携带在同相分量中(这种带通信号携带实信号,实部I代表同相分量)。带通信号在以电磁波的形式在线缆中传输时会受到群延时色散的影响,使得不同频率的电磁波在线缆中具有不同的传播速度,进而使得带通信号的同相分量携带的一部分信号成分泄露至带通信号的正交分量中(此时带通信号携带的信号由实信号变为复数信号,实部I代表同相分量,虚部Q代表正交分量)。但是,接收机按照上述方式(如图5所示的方式)解调带通信号只能对带通信号中的同相分量进行解调,使得接收机解调得到的基带信号仅携带有该同相分量携带的信号成分,而泄露至正交分量中的信号成分无法被解调,造成一定的信号丢失,导致该基带信号的准确度较低,妨碍了通信设备之间的有效通信。并且,还会导致解串器解调基带信号得到的数据的准确度较低。
并且,上述群延时色散还会使带通信号出现较为严重的码间串扰(inter symbolinterference,ISI)。解串器在解调基带信号的过程中,可以对基带信号进行均衡处理,以降低基带信号受到该ISI的程度。但由于解串器接收到的基带信号存在信号丢失,因此,解串器对基带信号进行解调得到的数据的准确度仍然较低。
为了保证解串器接收到的基带信号的准确度较高,通常有以下两种做法:
1、降低带宽或限制线缆的长度,以减少色散导致的接收机恢复出的基带信号的准确度较低,以及解串器解调得到的数据的准确度较低的问题。但是,这种方式却大大限制了通信距离和通信速率。
2、在接收机中对接收到的带通信号中的同相分量和正交分量分别进行解调(包括均衡、同步和判决),得到基带信号携带的数据,之后,再根据该数据调制基带信号,并将该基带信号传输至解串器。示例地,如图6所示,在图5的基础上,接收机022发生变化,接收机022包括混频单元0221b、解调单元0222b和调制单元0223b。其中,混频单元0221b用于根据从线缆03上接收的带通信号,得到该带通信号中的同相分量和正交分量。解调单元0222b用于分别对该同相分量和该正交分量进行解调,得到基带信号携带的数据。调制单元0223b用于根据该数据重新调制基带信号,并将该基带信号传输至解串器。但是,这种做法会使得接收机的复杂度、功耗和数据传输的延迟均较高,限制了通信系统在高能效比和低延迟应用场景中的部署。
基于此,本申请实施例提供了一种接收机,该接收机能够通过对接收到的带通信号进行处理,以使得到的基带信号的信号成分缺失程度降低,从而提升了接收机恢复出的基带信号的准确度,提升解串器解调基带信号得到的数据的准确度。并且,由于基带信号携带的信号成分缺失较少,因此通过解串器对基带信号的均衡处理,能够降低基带信号受到该ISI的程度,使得解串器对基带信号进行解调得到的数据的准确度较高。另外,该转换处理不包括解调带通信号得到基带信号携带的数据,因此,该接收机的复杂度、功耗和数据传输的延迟均较低。
示例地,图7为本申请实施例提供的一种接收机的结构示意图,如图7所示,该接收机70通过线缆03与发射机012连接,接收机70还与解串器021连接。
接收机70用于从线缆03接收带通信号,并将该带通信号的第二分量的导数与第一分量同步后相加或相减,得到单通道的基带信号后输出至解串器021。其中,该带通信号的第一分量和第二分量中,一个分量为正交分量,另一个分量为同相分量。第一分量携带有第一信号成分,第二分量携带有第二信号成分。
可以理解的是,带通信号由多个信号成分组成,信号成分可以理解为频谱分量,不同信号成分对应的频率可以相同也可以不同;该多个信号成分中,一部分信号成分分布在该带通信号的同相分量(也称同相空间)中,另一部分信号成分分布在该带通信号的正交分量(也称正交空间)中。第一分量中分布的信号成分可以称为第一信号成分,第二分量中分布的信号成分可以称为第二信号成分。
举例来说,假设带通信号携带的信号成分可以用图8中的矩形A表示。如果将该矩形A划分为区域B1和区域B2,区域B1表示第一信号成分,区域B2表示第二信号成分,此时第一信号成分和第二信号成分对应的频率不同。如果将该矩形A划分为区域C1和区域C2,区域C1表示第一信号成分,区域C2表示第二信号成分,此时第一信号成分和第二信号成分对应的频率相同。
接收机70从线缆03接收的带通信号可以是经过线缆03传输的带通信号(发射机012发出的带通信号)。发射机012发出的带通信号也携带有第一信号成分和第二信号成分,且该第一信号成分和第二信号成分均携带在该带通信号的同相分量中。但该带通信号在线缆03上传输的过程中,受到色散的影响,使得第一信号成分和第二信号成分中的某一信号成分泄露至正交分量中,从而使得接收机70接收到的带通信号中,第一分量和第二分量均携带有信号成分。
接收机70将第二分量的导数与第一分量同步后相加或相减得到的单通道的基带信号携带有第一信号成分和第二信号成分。可见,接收机70通过将第二分量的导数与第一分量同步后相加或相减,能够将第一分量中的第一信号成分和第二分量中的第二信号成分均整合至单通道的基带信号中,从而减少了该基带信号的信号缺失。
接收机70用于将得到的基带信号输出至解串器021,以便于解串器021对该基带信号进行解调,得到该基带信号携带的数据。解串器021在对基带信号进行解调的过程中,还可以对该基带信号进行均衡处理,以降低该基带信号受ISI的影响程度,提升解调该基带信号得到的数据的准确度。并且,由于基带信号的信号缺失较少,因此,解串器021在对基带信号进行均衡处理后,得到的数据的准确度较高。
综上所述,本申请实施例提供的接收机中,接收机能够将接收到的带通信号的第二分量的导数与第一分量同步后相加或相减,得到能够传输至解串器的单通道的基带信号,以将因线缆色散而分散至第一分量和第二分量中的信号成分均调整至基带信号中。从而减少了接收机传输至解串器的基带信号携带的信号成分的缺失,提升了接收机恢复出的基带信号的准确度,保证了发射机和接收机之间的有效通信,使得该接收机所在的线缆传输系统能够用于长距、大带宽、大色散的通信场景。并且,将第二分量的导数与第一分量同步后相加或相减,还可以至少部分抵消t<0的区间内带通信号受到的信道的影响,进一步提升接收机恢复出的基带信号的质量。
可选地,本申请实施例中接收机70的实现方式多种多样,以下将以其中的一种可选实现方式为例进行讲解。
示例地,如图9所示,在图7的基础上,接收机70可以包括:第一获取模块701、第二获取模块702、延时模块703和处理模块704。其中,第一获取模块701、延时模块703、处理模块704、解串器021依次连接,第二获取模块702与处理模块704连接,且第一获取模块701和第二获取模块702还均与线缆03连接。第一获取模块701用于获取接收到的带通信号的第一分量,第二获取模块702用于获取第二分量的导数。延时模块703用于对第一获取模块701获取的第一分量进行第一延时,得到与第二获取模块702获取的第二分量的导数同步的延时信号。处理模块704用于对延时模块703得到的延时信号与第二获取模块702获取的第二分量的导数相加或相减,得到上述基带信号,并将该基带信号传输至解串器021。
此处以对第一分量进行延时为例,可以理解的是,也可以不对第一分量进行延时,而是对第二分量的导数进行延时后,将延时得到的信号与第一分量相加或相减,得到上述单通道的基带信号。
本申请实施例中用于对信号进行延迟的部分(如上述延时模块)可以是延时线(可调或不可调)、滤波器(可调或不可调,可以是全通滤波器)或者其他对输入电信号的波形具有低失真和延时能力的电路结构。处理模块704可以是运算放大器电路、信号合路器等,本申请实施例对此不做限定。
根据以上内容可知,接收机70可以第二分量的导数与第一分量同步后相加或相减后得到基带信号。下面将对这种方式的原理进行介绍。
假设发射机通过线缆向接收机发送的带通信号为脉冲包络信号g(t),其波形可以如图10所示,图10中的横轴表示时间t,纵轴表示信号的幅度,横轴上与纵轴交叉的位置表示0时刻。那么,线缆的色散特性对该信号g(t)在信道的冲击响应(可以理解为接收机接收到的带通信号)可以表示为S(t)=g(t)·exp(1j·2π·α·t2),-P/2<t<P/2。其中,α是由线缆固有的色散系数所决定的常量,P则是脉冲包络信号的持续时长,exp(1j·2π·α·t2)表示以e的1j·2π·α·t2次方,e表示自然常数。S(t)表现为一个复数的啁啾波形,其波形如图11所示。由于S(t)是一个复数,因此图11中用两根曲线表示了S(t)的时域波形,其中实线是S(t)的实部分量的时域波形,虚线是S(t)的虚部分量的时域波形。可见,色散在信道的冲击响应的实部分量和虚部分量上均产生了啁啾形式的ISI。
S(t)=g(t)·exp(1j·2π·α·t2)中的exp(1j·2π·α·t2)是由色散引起的复数啁啾,根据欧拉公式,可以将exp(1j·2π·α·t2)进一步分解为实部r(t)和虚部i(t),其中,r(t)=cos(2π·α·t2),i(t)=sin(2π·α·t2),sin表示正弦,cos表示余弦。当信道色散逐渐增大时,脉冲持续时间会变长,r(t)和i(t)均波动加剧,泄露到正交分量中的信号能量开始增大。并且,受到信道色散的影响,正交分量和同相分量均出现大量的ISI。
同时,S(t)也可以分解为余弦形式的实部分量和正弦形式的虚部分量,其中实部分量为同相分量,虚部分量为正交分量。
由于sin函数的导数为cos函数,因此,若将带通信号的正交分量(即信道的冲击响应的虚部分量)进行求导(或者近似求导),再将求导得到的导数与带通信号的同相分量同步后相加或相减,便能够将带通信号的正交分量携带的信号成分叠加至同相分量,从而得到单通道的信号。这相当于是将带通信号的同相分量携带的信号成分和正交分量携带的信号成分融合至一路单通道的信号,减少了信号成分的损失。
同理,cos函数的导数为sin函数,因此,若将带通信号的同相分量(即信道的冲击响应的实部分量)进行求导(或者近似求导),再将求导得到的导数与带通信号的正交分量同步后相加或相减,便能够将带通信号的同相分量携带的信号成分叠加至正交分量,从而得到单通道的信号。这相当于是将带通信号的同相分量携带的信号成分和正交分量携带的信号成分融合至一路单通道的信号,减少了信号成分的损失。
所以,将第二分量的导数与第一分量同步后相加或相减,得到的基带信号能够携带第一分量携带的第一信号成分,以及第二分量携带的第二信号成分。
可选地,第二获取模块702可以通过差分的方式对带通信号的第二分量进行求导。示例地,以第二分量为正交分量为例。若将t时刻前后△t时刻的虚部i(t)求差,可以得到虚部i(t)的近似导数△i(t)=i(t+△t)-i(t-△t)=2sin(4παt·△t)·cos(2παt2+2πα△t2)=A(t)cos(2παt2+ε)。其中,2sin(4παt·△t)=A(t),ε=2πα△t2。△i(t)中的cos函数项cos(2παt2+ε)与实部r(t)近似相同,并且,在t<0时,A(t)<0,因此,在t<0范围内,△i(t)与r(t)的波形相似但符号相反。若将r(t)同步后与△i(t)相加,那么△i(t)可以至少部分抵消t<0的区间内的r(t)。若将r(t)同步后与△i(t)相减,那么△i(t)可以至少部分抵消t>0的区间内的r(t)。所以,若将带通信号的同相分量与第二分量的导数同步后相加或相减,那么便可以至少部分抵消t<0或t>0的区间内带通信号的同相分量受到的信道的影响,进一步提升接收机恢复出的基带信号的质量。示例地,以图11所示的信道冲击响应为例,若将该信道冲击响应的同相分量与正交分量的导数同步后相加,那么便可以得到图12所示的基带信号(实信号)的波形。从图12中可以明显看出,t<0的区间内带通信号的同相分量受到的信道的影响被至少部分抵消。
同理,若将带通信号的正交分量与同相分量的导数同步后相加或相减,那么也可以至少部分抵消t<0或t>0的区间内带通信号的正交分量受到的信道的影响,进一步提升接收机恢复出的基带信号的质量。
另外,△i(t)=A(t)cos(2παt2+ε),r(t)=cos(2π·α·t2),延时模块703对第一分量进行第一延时后,得到的延时信号中的cos函数项中与t相关的部分(如2π·α·t2)与第二分量的导数中的cos函数项中与t相关的部分(2π·α·t2)相同。
进一步地,上述第一获取模块的可实现方式多种多样,第二获取模块的可实现方式也多种多样。以下将分别对第一获取模块和第二获取模块的可实现方式进行讲解。
(1)第一获取模块的可实现方式。
(1.1)在第一获取模块用于获取的第一分量为同相分量时,第一获取模块可以包括包络检波单元,包络检波单元可以对带通信号进行包络检波,得到该同相分量。包络检波单元对带通信号进行包络检波得到的结果主要由该同相分量与带通信号中的载波拍频得到,包络检波得到的结果主要携带同相分量。包络检波单元可以是二极管整流单元或自混频单元(如吉尔伯特(gilbert)自混频单元)。示例地,在包络检波单元为自混频单元时,如图13所示,第一获取模块701可以包括:混频单元7011;混频单元7011可以对带通信号进行自混频,得到该同相分量。
在第一获取模块用于获取的第一分量为同相分量时,第一获取模块也可以不是包络检波模块如图14所示,第一获取模块701可以包括:混频单元7011;混频单元7011可以将带通信号与另一信号进行混频,得到该同相分量。该另一信号可以是第一获取模块701中的信号源7012生成的信号(图14中以此为例),也可以是第一获取模块701接收到的与带通信号不同的另一信号,本申请实施例对此不作限定。可选地,在混频单元7011将带通信号与另一信号进行混频前,第一获取模块701还可以对该另一信号进行同步处理,以使带通信号与另一信号同步。
(1.2)在第一获取模块用于获取的第一分量为正交分量时,如图15所示,第一获取模块701可以包括混频单元7011和相位调整单元7013,其中,相位调整单元7013用于将带通信号的载波相位改变90度,得到参考信号;混频单元7011用于将带通信号与参考信号混频,得到正交分量。或者,如图16所示,相位调整单元7013用于将上述另一信号的载波相位改变90度,得到参考信号,混频单元7011用于将带通信号与该参考信号混频,得到正交分量。可选地,在混频单元7011将带通信号与另一信号进行混频前,第一获取模块701还可以对该另一信号进行同步处理,以使带通信号与另一信号同步。
第一获取模块的这些可实现方式中,图14和图16所示的可实现方式采用相干的方式获取第一分量,而除图13和图15所示的可实现方式是采用非相干的方式获取第一分量。
(2)第二获取模块的可实现方式。
(2.1)在第二获取模块的一种可实现方式中,第二获取模块可以先获取第二分量,再对第二分量进行求导,得到第二分量的导数。示例地,如图17所示,第二获取模块702可以包括:第一获取子模块7021和求导子模块7022。第一获取子模块7021用于获取上述带通信号的第二分量;求导子模块7022用于对第二分量求导,得到第二分量的导数。
在第二分量为同相分量时,第一获取子模块7021获取上述带通信号的同相分量的方式,可以参考前述(1.1)中第一获取模块获取同相分量的方式。在第二分量为正交分量时,第一获取子模块7021获取上述带通信号的正交分量的方式,可以参考前述(1.2)中第一获取模块获取正交分量的方式。
可选地,求导子模块7022用于通过差分的方式对第二分量求导,得到第二分量的导数。示例地,在求导子模块7022用于通过差分的方式对第二分量求导时,如图18所示,求导子模块7022包括:第一获取单元70221、第二获取单元70222和求差单元70223。第一获取单元70221用于获取第一目标信号,第一目标信号由对第二分量进行第二延时得到。第二获取单元70222,用于获取第二目标信号,第二目标信号为第二分量。本申请实施例中以第二目标信号为第二分量为例,可选地,第二目标信号也可以由对第二分量进行第三延时得到。求差单元70223,用于对第一处理信号和第二处理信号进行求差,得到第二分量的导数。
当然,求导子模块也可以不通过差分的方式对第二分量求导,比如求导子模块可以通过微分的方式对第二分量进行求导,此时求导子模块可以通过微分电路实现,本申请对此不作限定。
本申请实施例中用于对信号进行延迟的部分(如第一获取单元70221、第二获取单元70222)可以是延时线(可调或不可调)、滤波器(可调或不可调,可以是全通滤波器)或者其他对输入电信号的波形具有低失真和延时能力的电路结构。求差单元70223可以是运算放大器电路、反号后求和的电路或一对差分转单端的传输线,本申请实施例对此不做限定。
进一步地,本申请实施例中不对第二延时和第三延时的延时量进行限定。比如,在图18中延时模块703的第一延时的延时量是τ时,第一获取单元70221的第二延时的延时量可以是2τ,τ可以是基带信号中一个符号周期的分数倍(例如1/2倍或1/4倍等)。
(2.2)在第二获取模块的另一种可实现方式中,第二获取模块可以无需获取第二分量。
示例地,如图19所示,第二获取模块702包括:第二获取子模块7023、第三获取子模块7024和混频子模块7025。第二获取子模块7023用于获取第三目标信号,第三目标信号由对带通信号进行第四延时得到;第三获取子模块7024用于获取第四目标信号,第四目标信号为对带通信号进行载波相位调整得到的信号。第四目标信号与第三目标信号的载波相位差的绝对值为90度或0度。比如,在第二分量为正交分量时,第四目标信号与第三目标信号的载波相位差的绝对值为90度;在第二分量为同相分量时,第四目标信号与第三目标信号的载波相位差为0度。混频子模块7025用于对第三处理信号和第四处理信号进行混频,得到第二分量的导数。
本申请实施例中用于对信号进行延迟的部分(如第二获取子模块7023)可以是延时线(可调或不可调)、滤波器(可调或不可调,可以是全通滤波器)或者其他对输入电信号的波形具有低失真和延时能力的电路结构。
可选地,第三获取子模块7024可以通过将带通信号进行第五延时,实现上述载波相位调整。
本申请实施例中不对第四延时和第五延时的延时量进行限定。比如,若图19中的延时模块703的第一延时的延时量是τ,那么第二获取子模块7023的第四延时的延时量可以是2τ,图19中第三获取子模块7024的第五延时的延时量可以是σ。延时量σ的选择是为了使第三获取子模块输出的第四目标信号与第二获取子模块输出的第三目标信号的载波相位差的绝对值为90度或0度。由于该载波的频率高周期短,因此延时量σ是一个极小值。在第四目标信号与第三目标信号的载波相位相差90度时,混频子模块7025输出的第二分量的导数主要由带通信号的正交分量与载波拍频得到。在第四目标信号与第三目标信号的载波相位相差0度时,混频子模块7025输出的第二分量的导数主要由带通信号的同相分量与载波拍频得到。
可选地,第四目标信号也可以是带通信号。并且,可以通过设计第二获取子模块7023中第四延时的延时量,使得混频子模块7025能够得到第二分量的导数。比如,在图19中的延时模块703的第一延时的延时量是τ时,第二获取子模块7023的第四延时的延时量可以是2τ±σ。延时量σ的选择还是为了使第四目标信号与第三目标信号的载波相位相差90度或0度。可选地,图19中第二获取子模块7023也可以拆分为串联的两个部分,这两个部分均用于对带通信号进行延时,且延时量分别为2τ和±σ。
在本申请实施例中,第一获取模块的任一种可实现方式与第二获取模块的任一种方式可以结合。以下将以几个示例对本申请实施例提供的接收机进行举例说明。以下几个示例均以第一分量为同相分量,且第二分量为正交分量为例。
示例1,第一获取模块采用图14中第一获取模块的实现方式,第二获取模块中的第一获取子模块采用图16中第一获取模块的实现方式,第二获取模块中的求导子模块采用图18中求导子模块的实现方式。接收机除了包括第一获取模块和第二获取模块之外,还包括图9中的延时模块和处理模块。这种情况下的接收机70如图20所示,图20中以处理模块用于对来自延时模块的延时信号与来自第二获取模块的导数相加为例。
示例2,第一获取模块采用包络检波模块,第二获取模块采用图19中第二获取模块的实现方式。接收机除了包括第一获取模块和第二获取模块之外,还包括图9中的延时模块和处理模块。这种情况下的接收机70如图21所示,图21中以处理模块用于对来自延时模块的延时信号与来自第二获取模块的导数相加为例。
示例3,第一获取模块采用包络检波模块,第二获取模块中的第一获取子模块采用图15中第一获取模块的实现方式,第二获取模块中的求导子模块采用图18中求导子模块的实现方式。接收机除了包括第一获取模块和第二获取模块之外,还包括图9中的延时模块和处理模块。这种情况下的接收机70如图22所示,图22中以处理模块用于对来自延时模块的延时信号与来自第二获取模块的导数相加为例。
根据前述内容可知,将第二分量的导数与第一分量同步后相加或相减,可以至少部分抵消t<0的区间内带通信号受到的信道的影响。当无法使用第二分量的一个导数对t<0或t>0的区间内带通信号受到的信道的影响进行很好的抵消时,还可以通过将第二分量的多个不同导数进行组合,来增强对t<0或t>0的区间内带通信号受到的信道的影响的抵消能力。所以,在本申请实施例中,第二获取模块获取的第二分量的导数有多个,且第二分量的多个导数互不相同,第二分量的多个导数均同步。
示例地,第二获取模块包括:多个获取部分,多个获取部分用于一一对应地获取该多个第二分量的导数。在第二获取模块采用上述(2.1)中的可实现方式实现时,多个获取部分中的每个获取部分包括第一获取子模块和求导子模块,且多个获取部分的第一获取子模块可以相互独立,或者,该多个获取部分可有共用一个第一获取子模块。在第二获取模块采用上述(2.2)中的可实现方式实现时,多个获取部分中的每个获取部分包括第二获取子模块、第三获取子模块和混频子模块。
根据前述信道冲击响应的公式△i(t)=i(t+△t)-i(t-△t)=2sin(4παt·△t)·cos(2παt2+2πα△t2)=A(t)cos(2παt2+ε)可知,不同时间间隔△t对应的△i(t)不同。因此,第二分量的不同的导数可以通过调整差分计算的延迟量△t来实现。在第二获取模块采用上述(2.1)中的可实现方式实现时,多个获取部分中第一获取单元输出的第一目标信号相对第二获取单元输出的第二目标信号的时延不同。在第二获取模块采用上述(2.2)中的可实现方式实现时,多个获取部分中第二获取子模块输出的第三目标信号相对第三获取子模块输出的第四目标信号的时延不同。
示例地,假设上述示例1中图20所示的接收机包括两个获取部分,那么接收机可以如图23所示。其中,一个获取部分中第一获取单元70221输出的第一目标信号相对第二获取单元70222输出的第二目标信号的时延为2τ1,另一个获取部分中第一获取单元70221输出的第一目标信号相对第二获取单元70222输出的第二目标信号的时延为2τ2。若τ1大于τ2,那么延时模块703中的第一延时可以是τ1。
又示例地,假设上述示例2中图21所示的接收机包括两个获取部分,那么接收机可以如图24所示。其中,一个获取部分中第一获取单元70221输出的第一目标信号相对第二获取单元70222输出的第二目标信号的时延为2τ1-σ1,另一个获取部分中第一获取单元70221输出的第一目标信号相对第二获取单元70222输出的第二目标信号的时延为2τ2-σ2。若τ1大于τ2,那么延时模块703中的第一延时可以是τ1。
可以理解的是,图23和图24中也可以只有一个处理模块704,用于将第一分量的延时信号与多个第二分量的导数进行相加或相减,得到基带信号。
又进一步地,接收机还可以包括每个第二分量的导数对应的增益模块,该增益模块用于对该第二分量的导数进行增益处理后传输至处理模块。该增益处理用于降低信道冲击响应对接收机得到的基带信号的影响,进一步提升接收机得到的基带信号的准确度。增益模块执行的增益处理固定或可调,增益模块可以是驱动电路、固定/可调放大器、或固定/可调衰减器等。在增益处理可调时,接收机可以自适应的调节增益处理,以尽量降低信道冲击响应对接收机得到的基带信号的影响。
在第二分量的导数有一个时,增益模块连接在第二获取模块与处理模块之间。
在第二分量的导数有多个时,增益模块也有多个,且多个增益模块与多个获取部分一一对应,每个增益模块连接在对应的获取部分与处理模块之间,用于对该获取部分获取的第二分量的导数进行增益处理后传输至处理模块。示例地,在图23所示的接收机包括两个增益模块(g1和g2)时,接收机可以如图25所示;在图24所示的接收机包括两个增益模块(g1和g2)时,接收机可以如图26所示。
基于本申请实施例提供的接收机,本申请还提供了一种通信设备,包括:解串器,以及本申请实施例提供的任一种接收机;解串器用于接收接收机输出的基带信号,并解调基带信号,得到该基带信号携带的数据。解串器在对基带信号进行解调的过程中,还可以对该基带信号进行均衡处理,以降低该基带信号受ISI的影响程度,提升解调该基带信号得到的数据的准确度。并且,由于基带信号的信号缺失较少,因此,解串器在对基带信号进行均衡处理后,得到的数据的准确度较高。由于接收机对带通信号进行转换处理得到的单通道的基带信号保留了串行器中基带信号的调制格式,因此,接收机可以将转换处理得到的基带信号直接输出给解串器,实现高速数据通信。
基于本申请实施例提供的接收机,本申请还提供了一种线缆传输系统,包括:依次连接的发射机、接收机和线缆。接收机为上述实施例提供的任一种接收机,接收机与解串器连接,发射机与串行器连接。串行器用于调制单通道的第一基带信号,并向发射机传输第一基带信号;发射机用于根据第一基带信号调制第一带通信号,并向线缆传输第一带通信号;接收机用于从线缆接收第二带通信号(也即前述实施例中接收机接收到的带通信号),并对第二带通信号进行转换处理,得到单通道的第二基带信号(如前述接收机得到的基带信号)后,将该第二基带信号输出至解串器,第二带通信号为经过线缆传输的第一带通信号;解串器用于解调第二基带信号。
可以理解的是,线缆传输系统可以包括多个传输模块。每个传输模块包括依次连接的发射机、线缆和接收机,不同的传输模块的信号传输速率可以相同也可以不同,比如,多个传输模块的信号传输速率分别为50千兆比特每秒(giga bits per second,G)、200G、400G等。
基于本申请实施例提供的接收机,本申请还提供了一种通信系统,包括:串行器、线缆传输系统和解串器,线缆传输系统为本申请实施例提供的上述线缆传输系统,串行器与该线缆传输系统中的发射机连接,解串器与该线缆传输系统中的接收机连接。串行器用于调制单通道的第一基带信号,并向发射机传输第一基带信号;发射机用于根据第一基带信号调制第一带通信号,并向线缆传输第一带通信号;接收机用于从线缆接收第二带通信号(也即前述实施例中接收机接收到的带通信号),并对第二带通信号进行转换处理,得到单通道的第二基带信号(如前述接收机得到的基带信号)后,将该第二基带信号输出至解串器,第二带通信号为经过线缆传输的第一带通信号;解串器用于解调第二基带信号。
可选地,上述串行器和发射机可以属于第一通信设备,接收机和解串器可以属于第二通信设备。
可以理解的是,通信系统可以包括多个通信模块。每个通信模块包括依次连接的发射机、线缆传输系统和接收机,不同的通信模块的信号传输速率可以相同也可以不同,比如,多个通信模块的信号传输速率分别为50G、200G、400G等。
在本申请中,术语“第一”和“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“至少一个”指一个或多个,“多个”指两个或两个以上,除非另有明确的限定。在本申请提供的相应实施例中,应该理解到,所揭露的结构可以通过其它的构成方式实现。例如,以上所描述的实施例仅仅是示意性的。
以上所述,仅为本申请的可选实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种接收机,其特征在于,所述接收机通过线缆与发射机连接,所述接收机还与解串器连接,所述接收机用于:
从所述线缆接收带通信号,所述带通信号具有第一分量和第二分量,所述第一分量和所述第二分量中,一个分量为正交分量,另一个分量为同相分量,所述第一分量携带有第一信号成分,所述第二分量携带有第二信号成分;
将所述第二分量的导数与所述第一分量同步后相加或相减,得到单通道的基带信号,所述基带信号携带有所述第一信号成分和所述第二信号成分;
将所述基带信号输出解串器。
2.根据权利要求1所述的接收机,其特征在于,所述接收机包括:
第一获取模块,用于获取所述第一分量;
第二获取模块,用于获取所述导数;
延时模块,用于对所述第一分量进行第一延时,得到与所述导数同步的延时信号;
处理模块,用于对所述延时信号与所述导数相加或相减,得到所述基带信号。
3.根据权利要求2所述的接收机,其特征在于,所述第二获取模块包括:
第一获取子模块,用于获取所述第二分量;
求导子模块,用于对所述第二分量求导,得到所述导数。
4.根据权利要求3所述的接收机,其特征在于,所述求导子模块包括:
第一获取单元,用于获取第一目标信号,所述第一目标信号由对所述第二分量进行第二延时得到;
第二获取单元,用于获取第二目标信号,所述第二目标信号由对所述第二分量进行第三延时得到,或者,所述第二目标信号为所述第二分量;
求差单元,用于对所述第一处理信号和所述第二处理信号进行求差,得到所述导数。
5.根据权利要求2所述的接收机,其特征在于,所述第二获取模块包括:
第二获取子模块,用于获取第三目标信号,所述第三目标信号由对所述带通信号进行第四延时得到;
第三获取子模块,用于获取第四目标信号,所述第四目标信号为所述带通信号,或者所述第四目标信号为对所述带通信号进行载波相位调整得到的信号,所述第四目标信号与所述第三目标信号的载波相位差的绝对值为90度或0度;
混频子模块,用于对所述第三处理信号和所述第四处理信号进行混频,得到所述导数。
6.根据权利要求2至5任一所述的接收机,其特征在于,所述接收机中用于获取所述正交分量的部分包括:
相位调整单元,用于将所述带通信号的载波相位改变90度,得到参考信号;
混频单元,用于将所述带通信号与所述参考信号混频,得到所述正交分量。
7.根据权利要求1至6任一所述的接收机,其特征在于,所述导数有多个,且多个所述导数不同,多个所述导数均同步;
所述第二获取模块包括:多个获取部分,所述多个获取部分用于一一对应地获取多个所述导数。
8.一种通信设备,其特征在于,包括:解串器,以及权利要求1至7任一所述的接收机;
所述解串器用于接收所述接收机输出的基带信号,并解调所述基带信号。
9.一种线缆传输系统,其特征在于,包括:发射机、接收机和线缆,所述接收机为权利要求1至7任一所述的接收机,所述发射机和所述接收机通过所述线缆连接,所述发射机还连接串行器,所述接收机还连接解串器;
所述串行器用于调制单通道的第一基带信号,并向所述发射机传输所述第一基带信号;
所述发射机用于根据所述第一基带信号调制第一带通信号,并向所述线缆传输所述第一带通信号;
所述接收机用于从所述线缆接收第二带通信号,并对所述第二带通信号进行转换处理,得到单通道的第二基带信号后,将所述第二基带信号输出至所述解串器,所述第二带通信号为经过所述线缆传输的所述第一带通信号;
所述解串器用于解调所述第二基带信号。
10.一种通信系统,其特征在于,包括:权利要求9所述的线缆传输系统,以及串行器和解串器;所述线缆传输系统中的发射机连接所述串行器,所述线缆传输系统中的接收机连接所述解串器;
所述串行器用于调制单通道的第一基带信号,并向所述发射机传输所述第一基带信号;
所述发射机用于根据所述第一基带信号调制第一带通信号,并向所述线缆传输所述第一带通信号;
所述接收机用于从所述线缆接收第二带通信号,并对所述第二带通信号进行转换处理,得到单通道的第二基带信号后,将所述第二基带信号输出至所述解串器,所述第二带通信号为经过所述线缆传输的所述第一带通信号;
所述解串器用于解调所述第二基带信号。
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