CN1289192A - 通信接收机设备 - Google Patents

Abstract

一种在数字通信系统中的接收机,其中数字数据只有若干电平,通过取得这些电平的计数率来均衡各种数据电平的错误计数率,将这些计数率相互比较,并使用该比较结果来调整用于检测该接收数据序列的阈值电平。最好将该差错计数作为前向纠错系统的副产品来获得,可利用这种前向纠错系统对接收数据执行通常纠错。预计该接收机设备的主要应用是在包括逻辑“1”和“0”的两电平系统中,尽管也可将它应用到具有3个或更多电平的系统中。

Description

通信接收机设备

本发明涉及用于接收数字数据的通信接收机设备，特别是，但不是专门的，用于光纤媒体上的数字数据通信。

光传输系统要求在发送端从电信号转换为光信号，在接收端电光信号转换为电信号。要求接收端执行时钟恢复和数据检测过程，其后者提供所包含的逻辑电平之间的鉴别，即在通常所用的两电平系统中的逻辑“1”和“0”之间。为了达到这一目的，需要接收机产生一阈值电平，以便确定在任一时间的输入信号是“1”或“0”。由于在接收端包含的低电平和噪音及失真的影响，很难决定什么阈值电平将是产生可靠的检测。

图1表示这一问题，在左侧表示发送信号的逻辑电平，其中逻辑“1”是在+5v，逻辑“0”是在稍高于0v，即两个电平之间的差几乎为5v。由于噪音在两种情况都将有小量的不确定性，由于非理想的传输条件降低了光链路，在信号到达接收机时很像该图的右侧上的情况，其中两个逻辑电平之间的差值比起发送时的原有差值少很多。由于失真将该差值像200mv那么少。在这些通信系统中通常还明显缺乏在失真影响上的对称性。如果现在接收机具有大约2.5v的固定阈值电平或甚至更高，由于在接收信号上存在大量的噪音，大大减少了逻辑电压电平中的差值，很可能是一些“1”降到这个阈值之下而被动作“0”。还会将少数的“0”错读为“1”。该结果将是数据检测中的差错，而更重要的将是这些差错中的不等性，在给出的例子中，将是错误“0”的读数比错误“1”的读数多。认为理想的系统其中对于两个电平的差错的数目近似相等。

根据本发明的第一方面，提供一种用于数字数据接收的通信接收机设备，包括：用于接收根据多编码电平编码的数字数据的装置；用于建立检测该多编码电平的一个或更多的阈值的装置；和用于确定与每个单独编码电平相联系的差错率的装置；该阈值建立装置包括一阈值最佳化装置，根据所确定的差错率最佳化一个或多个阈值。

该阈值最佳化装置可包括用于比较各种差错率的装置和用于根据该比较结果改变一个或多个阈值的装置。该比较装置可在各种差错率之间形成比率，在这种情况下，在这些差错率之间建立各自的预定比率之前，该阈值改变装置将改变一个或多个阈值；另一方面，该比较装置可形成各种差错率之间的差值，在这种情况下，在这些差错率之间建立各自的预定差值之前，该阈值改变装置将改变一个或更多个阈值。该预定的比率近似为1而该差值可近似为0。

该编码电平的数目可为2。

可以有两个电平之间的单个阈值鉴别。在该阈值中最好提供一个滞后，以便提供控制的稳定性。

最好将该差错率作为纠错系统的副产品来提供，例如前向纠错系统。

在本发明的第二方面，一种在通信接收机中为每个多数据编码电平均衡乱真计数率的方法包括：接收根据多编码电平编码的数据，确定乱真计数率，根据该确定的乱真计数率最佳化一个或更多个阈值，以使检测这些多编码电平。

现在借助于附图仅通过举例来描述本发明的实施例，其中：

图1是表示噪音和失真对光纤发送数字信号和影响的简图；

图2是根据本发明用于减少差错不平衡的通信接收机设备的框图；

图3表示在用于减少差错不平衡的本发明的实施例中所用的已知前向纠错系统；

图4表示采用该前向纠错系统的本发明的第一实施例；

图5表示采用该前向纠错系统的本发明的第二实施例；

图6是以概念形式表示一个3电平数字通信设备的简图；

图7是当应用到图6的3电平设备时本发明的实施例的框图；和

图8是一样本差错计数数字的表，以帮助解释图7的实施例的操作模式。

参看图2，将2电平通信系统的情况说明本发明的原理。图2包括以框图形式的用于接收发送信号的接收机的主要部件，该发送信号包括在2电平编码系统之下编码的数据。将接收的输入信号送给电平检测级20，它将该输入信号与输入端21上的阈值电平比较。将高于该阈值电平的输入电平检测为逻辑“1”，而将低于的检测为逻辑“0”。在输出端22将该数据拿到进一步的处理电路。假定该阈值电平是一个阈值电平产生器23。

本发明将差错计数产生器24，比较级25和减法级26加到了这些基本部件中。该差错计数产生器24监视数据输出，并在假“0”的数目和假“1”的数目(即错误地分别读为“0”和“1”)的两个输出端27、28上提供分开的计数。在操作中，在比较级25将该差错计数进行比较，并从在减法器26的输入端上的希望比较结果中减去该比较的结果。因此减法器26输出差错信号ε，将它用于改变阈值产生器23的输入端29上的阈值电平。调整该系统使在电平检测级20的输入端21上的阈值电平在比如减小差错信号ε到0的方向上变化。从而导致在差错计数产生器24的输出27、28上的基本相等的差错计数。

为了减小ε的稳态值，将安排阈值产生器级23的传递函数具足够高的增益，并记住稳定性的紧急需要。

可以数字形式方便地实现这种图示的设备，因为该差错计数将自动为数字的而不是模拟的。因此，比较级25可是数字的，还有减法级26和阈值产生器23都可是数字的。当然，可将某些电路部件替代为模拟的，例如，减法器26和阈值产生器23，因为在输入端21的阈值电平本身也可是模拟的。在此情况下，将比较级25的输出在被送到减法器26之前送给数-模转换器。在减法器26的另一输入端上希望比较结合将同样是模拟电平。

图2的设备的实际数字实现采用一种已知的纠错系统来提供差错计数。对光传输系统增加位速率导致了在给定距离上增加差错率，或对于同样差错率的较短可达到的距离，这是因为噪音和失真的影响变得更显著了。为了解决这一问题，设计出了称为前向纠错(FEC)的纠错系统。在图3中表示了基本的FEC系统。首先在框50产生包含数字数据的信号。其次，将该信号的每个字加到它的信息中。以包皮形式(在它的两端的字加括号)，或者以填充物形式(将其插在现存数据中的备用位置)(框51)。这种附加的信息使用所建立的纠错方法(例如，汉明码，里法索罗门码)发送与该信号相关的信息。将包含该附加FEC信息的数据加载信号在传输网络52上发送，由接收机53接收。该接收信号是数据检测的，也送给接收FEC级54，它抽出该附加信息，并用它来检测并校正在该接收数字数据流中的差错。该结果在传输媒体的可感差错性能中是一个显著的改善(在这种情况为一种光纤)。

然而，很重要的是，在该接收机中的FEC设备自动地提供在给定期间的检测过程中产生的假“0”和“1”的数目的指示。然后将这些计数用作图2中的比较级25的输入。

图4表示包括所述的FEC方案的使用的本发明的实施例。该接收机包括光-电转换级40，将光纤输入的光信号转换为电信号，然后在电平检测器20中对该信号进行电平检测。阈值产生器23为该电平检测器20提供数字阈值。电平检测器20供给FEC级41，特定的差错计数送给以减法器42形式的比较级的两个输入端A、B。对第三输入端C供给参考值。将该减法器输出用于控制可变阈值产生器23的输入，它的输出为电平检测器20提供阈值电平。减法器42产生在它输入端，即A、B、C上三个量的差值。输入C，参考值，表示在两个差错计数之间希望的差值，它将通常为0，尽管对于任何特殊的系统该希望的差值可以是非0。

图5中表示实现这种设备的另一种方法。在该图中，不是采用减法器作为该比较级，使用一个除法器来产生两个差错计数的比率，即比率A/B。将该除法器连接到减法器43，后者从量A/B减去该希望的比率(通常为1)，并将结果的差错信号ε送给该阈值产生器。

在实际的两电平系统中，可以用滞后的测量来提供单个的阈值，以便增强检测过程的稳定性。将该滞后固定，即在高与低阈值电平之间将有一个固定的差值，当调整平均阈值电平时这些电压电平将上升或下降，以均衡该差错位速率。

本发明不仅可应用于两电平数据传输系统，而对于任何数量的数据电平都可采用。图6表示一个三电平系统，其中数据可假定为两个电压轨道之间的三个离散电平的任何一个：“0”电平在地与第一阈值TH.1之间；“1”电平在第一阈值与第二阈值TH.2.之间；第三电平在第二阈值与第二供电轨道(+v)之间。

在图7中示出了用于处理这种三电平系统的装置。图7是两电平图2的三电平型式，包括两个控制环，用于有关的两个阈值的每一个。每个环路包括一个比较级(减法器或除法器)和一个可变阈值产生器。该用于第一环路的比较级接收“0”和“1”电平的差错计数值，而用于第二环路的比较级接收“1”和“2”电平的差错计数值。

参考图8可说明这个三电平方案的动作。在图8中假设，初始没有差错均衡系统在应有的位置，故三个电平的差错计数是不同的。在所示的例子中(该计数值是不现实的纯粹选为说明的目的)，“1”电平具有20计数值的最多差错，“0”电平具有12计数值，而“2”电平具有为7计数值的最少差错数。这两个控制环路一方面取“2”和“1”计数的差值，另一方面取“1”和“0”计数的差值。这产生了对各个阈值产生器60，61的输入-13和+8计数值。因此将产生器60在一个方向硬驱动，以便显著降低阈值2，而将产生器61在另一方向更轻地驱动，以便将阈值1升高一些。通过观查可知，显著地降低阈值2将有带来十分大量的数据落入“1”类，升到“2”类的影响，而将阈值1升高不多将有带来只少数数据落入“1”类，降到“0”类的影响。最终的结果朝向系统收敛于，每个电平将以三个计数值的平均而终结，即每个为13计数值。在实际上，收敛将产生在几个采样周期上。

作为一个实际考虑，因为许多传输系统在任何调节之后都采取有限的期间来固定，通常必须在一个适当长的时间上积分该减法/比值，以保证收敛。

如上所述，可以采用数字和模拟技术的混合或真正为适当的硬件和软件的混合来实施本发明。因此，以硬件来实施比较(减法/除法)和阈值调整，将这些计数存储在硬件设备中，并在硬件中比较这些值，以便产生所需要的阈值校正。另一方面，可通过软件来搜集这些计数，并以软件实行该比较过程，然后该软件校正这些阈值。除了可能减慢响应时间之外软件方案是可接受的，因为在传输系统上与本发明相关的多数失真都是长期现象，而不是倾向于快速的起伏。

Claims (20)

1.一种用接收数字数据的通信接收机设备，包括：

用于接收根据多编码电平编码的数字数据的装置；

用于为检测该多编码电平建立一个或多个阈值的装置；和

用于确定与每个单独编码电平相关的差错率的装置；

该阈值建立装置包括一个阈值最佳化装置，根据所确定的差错率最佳化该一个或多个阈值。

2.根据权利要求1的设备，其中该阈值最佳化装置包括用于比较各种差错率的装置和用于根据该比较结果改变该一个或多个阈值的装置。

3.根据权利要求2的设备，其中该比较装置产生在各种差错率之间的比率，该阈值改变装置改变该一个或多个阈值，直到在这些差错率之间建立各个预定的比率。

4.根据权利要求3的设备，其中这些预定的比率皆近似为1。

5.根据权利要求2的设备，其中在使用中，该比较装置产生在各种差错率之间的差值，该阈值改变装置改变该一个或多个阈值，直到在这些差错率之间建立各个预定的差值。

6.根据权利要求5的设备，其中这些预定的差值都近似为0。

7.根据前面任一权利要求的设备，其中该编码电平的数量是二。

8.根据权利要求7的设备，其中有一个在该两个电平之间的单一阈值鉴别。

9.根据权利要求8的设备，在所述的阈值中提供滞后，以便提供控制的稳定性。

10.根据前面任一权利要求的设备，其中将这些差错率作为纠错系统的副产品来提供。

11.根据权利要求10的设备，其中该纠错系统是一前向纠错系统。

12.一种用于接收数字数据的通信接收机设备，基本上如附图的3，5，6或8中所示或前面参考这些附图所描述的。

13.一种用于为在通信接收机中的多数据编码电平的每个均衡假计数率的方法，包括：接收根据多编码电平编码的数据；确定假计数率，并根据该确定的假计数率，最佳化用于检测该多编码电平的一个或多个阈值。

14.根据权利要求13的方法，其中该一个或多个阈值的最佳化包括形成各种计数率的比率和改变该一个或多个阈值，直到在这些计数率之间建立各个预定的比率。

15.根据权利要求14的方法，其中这些预定的比率都近似为一。

16.根据权利要求13的方法，其中该一个或多个阈值的最佳化包括形成在各种计数率之间的差值和改变该一个或多个阈值，直到在这些计数率之间建立各个预定的差值。

17.根据权利要求16的方法，其中这些预定的差值皆近似为0。

18.根据权利要求13-17任一个的方法，其中将该假计数率确定为纠错过程的副产品。

19.根据权利要求18的方法，其中该纠错方法是前向纠错方法。

20.一种基本上如前所述的用于为通信接收机的多数据编码电平的每一个均衡假计数率的方法。

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