DE112019004935T5 - CYCLE RECOVERY DEVICE AND METHOD FOR EQUALIZED SYSTEMS - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Taktextraktion in Systemen, die von starker Intersymbolinterferenz betroffen sind. Insbesondere stellt die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Taktrückgewinnung für einen Empfänger vor. Die Taktrückgewinnungsvorrichtung umfasst einen adaptiven Entzerrer, der so konfiguriert ist, dass er ein digitales Empfangssignal entzerrt, und eine Taktrückgewinnungsschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie Taktinformationen aus dem entzerrten digitalen Empfangssignal zurückgewinnt. Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Berechnungsschaltung, die konfiguriert ist, um: eine erste Phasenkennlinie eines ersten Satzes von Entzerrerkoeffizienten zu berechnen, eine anfängliche Phasenkennlinie eines anfänglichen Satzes von Entzerrerkoeffizienten zu berechnen, einen ersten Phasenverschiebungsparameter zu berechnen, der eine Phasenverschiebung zwischen der ersten und der anfänglichen Phasenkennlinie anzeigt, einen ersten Satz von korrigierten Entzerrerkoeffizienten auf der Grundlage des ersten Satzes von Entzerrerkoeffizienten und des ersten Phasenverschiebungsparameters zu berechnen, und den ersten Satz von Entzerrerkoeffizienten zu aktualisieren.The present invention relates to clock extraction in systems subject to severe intersymbol interference. In particular, the invention presents an apparatus and a method for clock recovery for a receiver. The timing recovery apparatus includes an adaptive equalizer configured to equalize a digital received signal and a timing recovery circuit configured to recover timing information from the equalized digital received signal. The apparatus further comprises a calculation circuit configured to: calculate a first phase characteristic of a first set of equalizer coefficients, calculate an initial phase characteristic of an initial set of equalizer coefficients, calculate a first phase shift parameter which is a phase shift between the first and the initial Phase characteristic, calculate a first set of corrected equalizer coefficients based on the first set of equalizer coefficients and the first phase shift parameter, and update the first set of equalizer coefficients.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Taktextraktion in Systemen, die von starken Intersymbolstörungen betroffen sind. Insbesondere stellt die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Taktrückgewinnung für einen Empfänger vor. Die Taktrückgewinnungsvorrichtung und das Verfahren können für ein entzerrtes System, z.B. einen Empfänger mit einem adaptiven Entzerrer, verwendet werden. Dabei sind die Taktrückgewinnungsvorrichtung und das Verfahren in der Lage, eine Taktrückgewinnung (TR) nach dem adaptiven Entzerrer durchzuführen.The present invention relates to clock extraction in systems affected by severe intersymbol interference. In particular, the invention presents an apparatus and a method for clock recovery for a receiver. The timing recovery apparatus and method can be used for an equalized system, for example a receiver with an adaptive equalizer. The clock recovery device and the method are able to perform a clock recovery (TR) after the adaptive equalizer.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Die nächste Generation von Ultra-Hochgeschwindigkeits-Glasfaserverbindungen mit kurzer Reichweite wird kleine, billige und stromsparende Transceiver verwenden. All diese Anforderungen werden hauptsächlich durch den begrenzten Platz in Rechenzentren gestellt. Die Transceiver sollen Intra- und Inter-Data-Center-Verbindungen von einigen hundert Metern bis zu mehreren zehn Kilometern unterstützen.The next generation of ultra-high-speed, short-range fiber links will use small, cheap, and low-power transceivers. All of these requirements are mainly due to the limited space in data centers. The transceivers should support intra and inter data center connections from a few hundred meters to several tens of kilometers.
Die bevorzugte Lösung ist die Übertragung von 100+ Gbit/s pro Wellenlänge, was eine große Herausforderung darstellt, wenn eine sehr preiswerte Lösung benötigt wird. Der kohärente Ansatz scheidet aus, da er hohe Leistung und teure Geräte erfordert. Daher werden Intensitätsmodulation (IM) und Direktdetektionsverfahren (DD) bevorzugt. Das ausgereifte On-Off-Keying-Modulationsformat, das in nicht-kohärenten Systemen weit verbreitet ist, wurde auch für Anwendungen mit einer Geschwindigkeit von 100+ Gbit/s pro Wellenlänge untersucht. Eine solche Lösung würde jedoch eine teure Optik und Elektronik mit hoher Bandbreite erfordern. Um diesen Nachteil zu überwinden, wurden fortschrittliche Modulationsformate, die durch digitale Signalverarbeitung (DSP) unterstützt werden, als alternative Technologie zur Unterstützung von 100-G untersucht. Die vielversprechendsten Kandidaten sind die duobinäre Pulsamplitudenmodulation (DB-PAM-n), die diskrete Mehrtonmodulation (DMT) und die trägerlose Amplituden- und Phasenmodulation (CAP). Alle vorgenannten Verfahren bieten eine ähnliche Leistung in IM-DD-Systemen. Allerdings sind die DB-PAM-Formate attraktiver, da sie einen einfachen DSP erfordern.The preferred solution is to transmit 100+ Gbit / s per wavelength, which is a major challenge when a very inexpensive solution is required. The coherent approach is ruled out because it requires high performance and expensive equipment. Therefore, intensity modulation (IM) and direct detection methods (DD) are preferred. The sophisticated on-off keying modulation format, which is widely used in non-coherent systems, has also been explored for applications with speeds of 100+ Gbit / s per wavelength. However, such a solution would require expensive, high bandwidth optics and electronics. To overcome this disadvantage, advanced modulation formats supported by digital signal processing (DSP) have been investigated as an alternative technology to support 100-G. The most promising candidates are duobinary pulse amplitude modulation (DB-PAM-n), discrete multi-tone modulation (DMT), and carrierless amplitude and phase modulation (CAP). All of the above methods provide similar performance in IM-DD systems. However, the DB-PAM formats are more attractive because they require a simple DSP.
Optische Transceiver, die für Rechenzentren eingesetzt werden, verwenden sehr billige Komponenten wie direkt modulierte Laser (DML) und Elektroabsorptionsmodulatoren (EML). DSP-Verbrauch und Latenzzeit sind sehr kritisch und nur grundlegende DSP-Funktionen sind in realen Produkten implementiert. Die Leistung des optischen Signals ist nahezu proportional zu dem elektrischen Signal, das den Laser moduliert. Optical transceivers used in data centers use very cheap components such as direct modulated lasers (DML) and electro-absorption modulators (EML). DSP consumption and latency are very critical and only basic DSP functions are implemented in real products. The power of the optical signal is nearly proportional to the electrical signal that modulates the laser.
Taktinformationen können aus dem ADC-Ausgangssignal abgeleitet werden. Der TR-Block umfasst PD, Tiefpassfilter und VCO. Die VCO-Taktphase kann mit einer Schaltung zur Abtastphasenanpassung (SPA) eingestellt werden. Die Abtastphasenoptimierung kann auch durch den FEC-Decoder unterstützt werden, der eine Anzahl von FEC-Eingangsfehlern (Anzahl der korrigierten Fehler) liefert. Die beste Abtastphase sollte diese Anzahl minimieren. IM-DD-Übertragungssysteme können wie in
Die ISI spreizt das Eingangssignal über 2n+1 Symbolintervalle. In der Regel verhält sich die Übertragungsfunktion wie ein Tiefpassfilter, wobei hochfrequente Anteile stark gedämpft werden können. Ein additives Rauschen n stört das Signal x zusätzlich. Der TR-Block erhält ein Signal, das unter ISI und Rauschen leidet. TR-Designer rechnen mit Rauschen, und praktische TR-Lösungen sind unter den vorgegebenen Arbeitsbedingungen weniger empfindlich gegenüber Rauschen. Zum Beispiel steht eine Pre-FEC-BER in direktem Zusammenhang mit der Menge an Rauschen, die das System tolerieren kann. In Systemen, die erweiterte Entzerrungstechniken verwenden, um ISI zu bewältigen, die durch starke Bandbreitenbeschränkungen der optischen und elektrischen Komponenten verursacht wird, enthält das empfangene Signal jedoch nur unzureichende Taktinformationen. In solchen Systemen versagen alle bekannten praktischen TR-Schemata, da der Frequenzinhalt um die Nyquist-Frequenz sehr rein ist.The ISI spreads the input signal over 2n + 1 symbol intervals. As a rule, the transfer function behaves like a low-pass filter, whereby high-frequency components can be strongly attenuated. An additive noise n also interferes with the signal x. The TR block receives a signal that suffers from ISI and noise. TR designers expect noise, and practical TR solutions are less sensitive to noise under the given working conditions. For example, a pre-FEC BER is directly related to the amount of noise the system can tolerate. However, in systems that use advanced equalization techniques to cope with ISI caused by severe bandwidth limitations of the optical and electrical components, the received signal contains insufficient timing information. In such systems all known practical TR schemes fail because the frequency content around the Nyquist frequency is very pure.
In digitalen Kommunikationssystemen ist das Herzstück jedes Empfängers eine Taktrückgewinnungsschaltung, die Frequenz und Phase aus den eingehenden Daten extrahiert und eine lokale Taktquelle erzwingt, um die Abtastrate und die Abtastphase des ADCs zu steuern. Mehrere Phasendetektoren (PD) wurden für digitale Systeme vorgeschlagen.In digital communication systems, the heart of every receiver is a clock recovery circuit that extracts frequency and phase from the incoming data and forces a local clock source to control the sampling rate and phase of the ADC. Several phase detectors (PD) have been proposed for digital systems.
Allen PDs ist gemeinsam, dass die Charakteristik eines Takt-Fehlerdetektors (PD-Ausgang über Symbolintervall) der Sinusfunktion sehr ähnlich ist. Eine Ausnahme ist ein so genannter „Bang-Bang“-PD, der eine Timing-Fehlerdetektor-Charakteristik (TEDC) hat, die bei Vorhandensein von Rauschen sinusförmig ist.All PDs have in common that the characteristics of a clock error detector (PD output over symbol interval) are very similar to the sine function. An exception is a so-called “bang-bang” PD, which has a timing error detector characteristic (TEDC) that is sinusoidal in the presence of noise.
Ein anderes konventionelles PD arbeitet mit einem Sample pro Symbol. Andere PDs werden mit zweifachem Oversampling eingesetzt. Ein konventioneller, sogenannter Gardner-PD TEDC kann z. B. für komplexe Signale beschrieben werden als:
In vielen Implementierungen wird die Taktextraktion vor dem Entzerrer durchgeführt (siehe
- 1. Der Taktton ist sehr schwach und der TR arbeitet mit einer hohen Wahrscheinlichkeit von Taktverschiebungen.
- 2. Der Taktton verschwindet und die Taktextraktion ist unmöglich.
- 3. Der TEDC hat keine Nulldurchgänge. Die Taktextraktion ist unmöglich, weil es keinen Gleichgewichtspunkt gibt.
- 4. Der TEDC hat mehrere Gleichgewichtspunkte und Aufhängungsbereiche. Dies führt zu Zyklusverschiebungen und langer Erfassung.
- 5. Der TEDC hat einen Gleichstromanteil (asymmetrischer TEDC). Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit von Zyklusverschiebungen und macht den TR instabil.
- 1. The clock tone is very weak and the TR operates with a high probability of clock shifts.
- 2. The beat disappears and beat extraction is impossible.
- 3. The TEDC has no zero crossings. The clock extraction is impossible because there is no point of equilibrium.
- 4. The TEDC has several points of equilibrium and suspension areas. This leads to cycle shifts and long acquisition.
- 5. The TEDC has a direct current component (asymmetrical TEDC). This increases the likelihood of cycle shifts and makes the TR unstable.
Die wichtigste Schlussfolgerung ist daher, dass der TR in schweren ISI-Szenarien nach dem Entzerrer durchgeführt werden sollte. Dies kann durch die Verwendung des TR-Entzerrers gelockert werden, der viel einfacher ist als der Haupt-Entzerrer.The main conclusion, therefore, is that in severe ISI scenarios, the TR should be performed after the equalizer. This can be relaxed by using the TR equalizer which is much simpler than the main equalizer.
Mit anderen Worten: Um die Taktleistung zu verbessern, sollte das Signal vor dem TR entzerrt werden. Wenn ein statischer Entzerrer vor dem TR-Block implementiert wäre - wie in
Aber auch bei einem statischen Kanal funktionieren die in
Daher ist eine einfache Implementierung von TR nach der Entzerrung nicht möglich.Therefore, a simple implementation of TR after equalization is not possible.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
In Anbetracht der oben genannten Probleme und Nachteile zielen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darauf ab, die derzeitigen Implementierungen zu verbessern. Ein Ziel ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die die Implementierung von TR nach der Entzerrung ermöglichen. Dabei soll die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung und des Verfahrens hoch sein, und der TR soll stabil sein. Die Vorrichtung und das Verfahren sollen in Szenarien mit hoher ISI einsetzbar sein.In view of the above problems and disadvantages, embodiments of the present invention aim to improve upon current implementations. One aim is to provide an apparatus and method that enable the implementation of TR after equalization. The performance of the device and the method should be high and the TR should be stable. The device and the method should be usable in scenarios with a high ISI.
Das Ziel wird durch die Ausführungsformen der Erfindung, wie sie in den beigefügten unabhängigen Ansprüchen beschrieben sind, erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen weiter definiert. Ausführungsformen der Erfindung basieren im Allgemeinen auf der Taktableitung nach einem adaptiven Entzerrer in z.B. PAM-n-Übertragungssystemen, die durch ISI, verursacht durch Bandbreitenbeschränkungen der elektrischen und optischen Komponenten des Systems, stark beeinträchtigt sind. Die Ausführungsformen der Erfindung basieren ferner auf einer Neuberechnung der Abgriffe, um den TR nach der Entzerrung zu ermöglichen, und haben dadurch die folgenden Vorteile:
- 1. Der Takt wird nach der Entzerrung abgeleitet, d. h. nach einem adaptiven Entzerrer, der den durch ISI verursachten Jitter verringert.
- 2. Die Taktschwankungen sind viel kleiner als die Schwankungen, die durch den vor dem Entzerrer abgeleiteten Takt verursacht werden.
- 3. Ein Takt mit geringem Jitter verbessert die Leistung des Entzerrers, da der Entzerrer keine großen Abtastphasenschwankungen verfolgen muss, die durch Eigenjitter verursacht werden.
- 4. Der Entzerrer kann Kanalvariationen, die durch Systeminstabilitäten und Kanalunvollkommenheiten verursacht werden, leichter nachführen.
- 5. Der Entzerrer wird nicht durch schnellen deterministischen Jitter beeinträchtigt, der von der TR-Schleife verfolgt werden kann, die viel schneller ist als die Aktualisierungsgeschwindigkeit des Entzerrers.
- 6. Die Ausführungsformen der Erfindung sind sowohl in nicht-kohärenten als auch in kohärenten Systemen, z. B. Empfängern, anwendbar.
- 1. The clock is derived after the equalization, ie after an adaptive equalizer that reduces the jitter caused by ISI.
- 2. The clock fluctuations are much smaller than the fluctuations caused by the clock derived before the equalizer.
- 3. A clock with low jitter improves the performance of the equalizer because the equalizer does not have to track large sample phase fluctuations caused by self-jitter.
- 4. The equalizer can more easily track channel variations caused by system instabilities and channel imperfections.
- 5. The equalizer is not affected by fast deterministic jitter that can be tracked by the TR loop, which is much faster than the equalizer's update rate.
- 6. The embodiments of the invention are applicable in both non-coherent and coherent systems, e.g. B. Recipients, applicable.
Ein erster Aspekt der Erfindung stellt eine Taktrückgewinnungsvorrichtung für einen Empfänger bereit, wobei die Vorrichtung umfasst: einen adaptiven Entzerrer, der so konfiguriert ist, dass er ein digitales Empfangssignal entzerrt, eine Taktrückgewinnungsschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie Taktinformationen aus dem entzerrten digitalen Empfangssignal zurückgewinnt, und eine Berechnungsschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie einer erste Phasenkennlinie eines ersten Satzes von Entzerrerkoeffizienten berechnet, die gegenwärtig in dem adaptiven Entzerrer eingestellt sind, eine anfänglichen Phasenkennlinie eines anfänglichen Satzes von Entzerrerkoeffizienten, berechnet, die zuvor bei der Initialisierung in dem adaptiven Entzerrer eingestellt wurden, einen ersten Phasenverschiebungsparameter berechnet, der eine Phasenverschiebung zwischen der ersten und der anfänglichen Phasenkennlinie anzeigt, einen ersten Satzes von korrigierten Entzerrerkoeffizienten auf der Grundlage des ersten Satzes von Entzerrerkoeffizienten und des ersten Phasenverschiebungsparameters berechnet, und den ersten Satzes von Entzerrerkoeffizienten mit dem ersten Satz von korrigierten Entzerrerkoeffizienten in dem adaptiven Entzerrer aktualisiert.A first aspect of the invention provides a timing recovery apparatus for a receiver, the apparatus comprising: an adaptive equalizer configured to equalize a digital received signal, a timing recovery circuit configured to extract timing information from the equalized digital received signal recovers, and a calculation circuit configured to calculate a first phase characteristic of a first set of equalizer coefficients currently set in the adaptive equalizer, an initial phase characteristic of an initial set of equalizer coefficients, calculated previously at initialization in the adaptive equalizer, calculated a first phase shift parameter indicative of a phase shift between the first and initial phase characteristics, a first set of corrected equalizer coefficients based on the er calculates the first set of equalizer coefficients and the first phase shift parameter, and updates the first set of equalizer coefficients with the first set of corrected equalizer coefficients in the adaptive equalizer.
Aufgrund der Berechnungsschaltung der Taktrückgewinnungsvorrichtung des ersten Aspekts und der besonderen Berechnung, die sie durchführt, nämlich zur Aktualisierung der Entzerrerkoeffizienten im adaptiven Entzerrer, wird ein sehr stabiler TR nach der Entzerrung ermöglicht. Die Taktrückgewinnungsvorrichtung eignet sich daher für den Einsatz in Systemen mit hoher ISI, ohne dass die TR-Leistung beeinträchtigt wird. Kanaländerungen können leichter verfolgt werden, und der TR kann sehr schnell durchgeführt werden. Die Vorrichtung kann zum Beispiel vorteilhaft in einem kohärenten Empfänger eingesetzt werden. In einer Implementierungsform des ersten Aspekts ist die Berechnungsschaltung ferner konfiguriert, um: einen zweiten Satz von Entzerrerkoeffizienten aus dem ersten Satz von korrigierten Entzerrerkoeffizienten zu berechnen, basierend auf Kanaländerungen, die durch den adaptiven Entzerrer und einen adaptiven Algorithmus verfolgt werden.Due to the calculation circuit of the timing recovery device of the first aspect and the particular calculation it performs, namely for updating the equalizer coefficients in the adaptive equalizer, a very stable TR after equalization is made possible. The timing recovery device is therefore suitable for use in systems with high ISI without affecting TR performance. Channel changes can be more easily tracked and the TR can be performed very quickly. The device can, for example, advantageously be used in a coherent receiver. In one form of implementation of the first aspect, the calculation circuit is further configured to: calculate a second set of equalizer coefficients from the first set of corrected equalizer coefficients based on channel changes tracked by the adaptive equalizer and an adaptive algorithm.
In einer Implementierungsform des ersten Aspekts ist der adaptive Algorithmus ein Mean-Square-Algorithmus.In one form of implementation of the first aspect, the adaptive algorithm is a mean square algorithm.
In einer Implementierungsform des ersten Aspekts ist die Berechnungsschaltung ferner konfiguriert, um: eine zweite Phasenkennlinie des zweiten Satzes von Entzerrerkoeffizienten zu berechnen, einen zweiten Phasenverschiebungsparameter zu berechnen, der eine Phasenverschiebung zwischen der zweiten Phasenkennlinie und der ersten Phasenkennlinie oder der anfänglichen Phasenkennlinie anzeigt, einen zweiten Satz von korrigierten Entzerrerkoeffizienten auf der Grundlage des zweiten Satzes von Entzerrerkoeffizienten und des zweiten Phasenverschiebungsparameters zu berechnen, und den ersten Satz von korrigierten Entzerrerkoeffizienten mit dem zweiten Satz von korrigierten Entzerrerkoeffizienten in dem adaptiven Entzerrer zu aktualisieren.In one form of implementation of the first aspect, the calculation circuit is further configured to: calculate a second phase characteristic of the second set of equalizer coefficients, calculate a second phase shift parameter indicating a phase shift between the second phase characteristic and the first phase characteristic or the initial phase characteristic, a second Calculate set of corrected equalizer coefficients based on the second set of equalizer coefficients and the second phase shift parameter, and update the first set of corrected equalizer coefficients with the second set of corrected equalizer coefficients in the adaptive equalizer.
In einer Implementierungsform des ersten Aspekts sind die Entzerrerkoeffizienten Koeffizienten für Abgriffe des adaptiven Entzerrers, und ein Satz von Entzerrerkoeffizienten enthält einen Entzerrerkoeffizienten für jeden Abgriff des adaptiven Entzerrers.In one form of implementation of the first aspect, the equalizer coefficients are coefficients for taps of the adaptive equalizer, and a set of equalizer coefficients includes an equalizer coefficient for each tap of the adaptive equalizer.
In einer Ausführungsform des ersten Aspekts ist die Berechnungsschaltung konfiguriert, um: einen Satz von korrigierten Entzerrerkoeffizienten zu berechnen, der weiterhin auf einem Kalibrierungsparameter, insbesondere einem zeitvariablen Kalibrierungsparameter, basiert. Der Kalibrierungsparameter verbessert die BER und die Stabilität der Vorrichtung.In one embodiment of the first aspect, the calculation circuit is configured to: calculate a set of corrected equalization coefficients which is further based on a calibration parameter, in particular a time-varying calibration parameter. The calibration parameter improves the BER and the stability of the device.
In einer Implementierungsform des ersten Aspekts ist die Berechnungsschaltung konfiguriert, um: den Kalibrierungsparameter basierend auf dem ersten Phasenverschiebungsparameter oder dem zweiten Phasenverschiebungsparameter zu berechnen.In one form of implementation of the first aspect, the calculation circuit is configured to: calculate the calibration parameter based on the first phase shift parameter or the second phase shift parameter.
In einer Implementierungsform des ersten Aspekts ist die Berechnungsschaltung konfiguriert, um: eine Phasenverschiebungscharakteristik eines Satzes von Entzerrerkoeffizienten basierend auf einer Fast-Fourier-Transformation der Entzerrerkoeffizienten in dem Satz von Entzerrerkoeffizienten zu berechnen.In one form of implementation of the first aspect, the calculation circuit is configured to: calculate a phase shift characteristic of a set of equalizer coefficients based on a Fast Fourier transform of the equalizer coefficients in the set of equalizer coefficients.
In einer Ausführungsform des ersten Aspekts ist die Berechnungsschaltung ferner konfiguriert, um: eine inverse FFT an einem Satz von korrigierten Entzerrerkoeffizienten durchzuführen, bevor die Entzerrerkoeffizienten in dem adaptiven Entzerrer aktualisiert werden.In an embodiment of the first aspect, the calculation circuit is further configured to: perform an inverse FFT on a set of corrected equalizer coefficients before updating the equalizer coefficients in the adaptive equalizer.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung stellt einen Empfänger, insbesondere einen kohärenten Empfänger, mit einer Taktrückgewinnungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt oder einer seiner Implementierungsformen bereit.A second aspect of the invention provides a receiver, in particular a coherent receiver, with a clock recovery device according to the first aspect or one of its forms of implementation.
In einer Ausführungsform des zweiten Aspekts umfasst der Empfänger ferner: einen Analog-Digital-Wandler, ADC, der konfiguriert ist, um ein analoges Empfangssignal in das digitale Empfangssignal umzuwandeln, wobei die Taktrückgewinnungsvorrichtung konfiguriert ist, um die zurückgewonnene Taktinformation an den ADC zu liefern.In an embodiment of the second aspect, the receiver further comprises: an analog-to-digital converter, ADC, configured to convert an analog received signal into the digital received signal, the clock recovery device configured to provide the recovered clock information to the ADC.
Der Empfänger des zweiten Aspekts genießt die Vorteile und Effekte, die durch die Taktrückgewinnungsvorrichtung des ersten Aspekts bereitgestellt werden.The receiver of the second aspect enjoys the advantages and effects provided by the timing recovery apparatus of the first aspect.
Ein dritter Aspekt der Erfindung stellt ein Taktrückgewinnungsverfahren für einen Empfänger bereit, wobei das Verfahren folgendes umfasst: adaptives Entzerren eines digitalen Empfangssignals, Rückgewinnen von Taktinformationen aus dem entzerrten digitalen Empfangssignal, Berechnen einer ersten Phasenkennlinie eines ersten Satzes von aktuell eingestellten Entzerrerkoeffizienten, Berechnen einer anfänglichen Phasenkennlinie eines anfänglichen Satzes von zuvor bei der Initialisierung eingestellten Entzerrerkoeffizienten Berechnen eines ersten Phasenverschiebungsparameters, der eine Phasenverschiebung zwischen der ersten und der anfänglichen Phasenkennlinie angibt, Berechnen eines ersten Satzes von korrigierten Entzerrerkoeffizienten auf der Grundlage des ersten Satzes von Entzerrerkoeffizienten und des ersten Phasenverschiebungsparameters, und Aktualisieren des ersten Satzes von Entzerrerkoeffizienten mit dem ersten Satz von korrigierten Entzerrerkoeffizienten.A third aspect of the invention provides a timing recovery method for a receiver, the method comprising: adaptive equalization of a digital received signal, recovery of timing information from the equalized digital received signal, calculation of a first phase characteristic curve of a first set of currently set equalization coefficients, calculation of an initial phase characteristic curve an initial set of equalizer coefficients previously set during the initialization, calculating a first phase shift parameter indicating a phase shift between the first and the initial phase characteristic, calculating a first set of corrected equalizer coefficients on the basis of the first set of equalizer coefficients and the first phase shift parameter, and updating the first set of equalizer coefficients with the first set of corrected equalizer coefficients.
In einer Ausführungsform des dritten Aspekts umfasst das Verfahren ferner Berechnen eines zweiten Satzes von Entzerrerkoeffizienten aus dem ersten Satz korrigierter Entzerrerkoeffizienten auf der Grundlage verfolgter Kanaländerungen und eines adaptiven Algorithmus, Berechnen einer zweiten Phasenkennlinie des zweiten Satzes von Entzerrerkoeffizienten, Berechnen eines zweiten Phasenverschiebungsparameters, der eine Phasenverschiebung zwischen der zweiten Phasenkennlinie und der ersten Phasenkennlinie oder der anfänglichen Phasenkennlinie angibt, Berechnen eines zweiten Satzes korrigierter Entzerrerkoeffizienten auf der Grundlage des zweiten Satzes von Entzerrerkoeffizienten und des zweiten Phasenverschiebungsparameters, und Aktualisieren des ersten Satzes korrigierter Entzerrerkoeffizienten mit dem zweiten Satz korrigierter Entzerrerkoeffizienten.In an embodiment of the third aspect, the method further comprises calculating a second set of equalizer coefficients from the first set of corrected equalizer coefficients based on tracked channel changes and an adaptive algorithm, calculating a second phase characteristic of the second set of equalizer coefficients, calculating a second phase shift parameter which is a phase shift between the second phase characteristic and the first phase characteristic or the initial phase characteristic, calculating a second set of corrected equalizer coefficients based on the second set of equalizer coefficients and the second phase shift parameter, and updating the first set of corrected equalizer coefficients with the second set of corrected equalizer coefficients.
In einer Implementierungsform des dritten Aspekts ist der adaptive Algorithmus ein Mean-Square-Algorithmus.In one form of implementation of the third aspect, the adaptive algorithm is a mean square algorithm.
In einer Implementierungsform des dritten Aspekts sind die Entzerrerkoeffizienten Koeffizienten für Abgriffe eines adaptiven Entzerrers zum adaptiven Entzerren des digitalen Empfangssignals, und ein Satz von Entzerrerkoeffizienten enthält einen Entzerrerkoeffizienten für jeden Abgriff des adaptiven Entzerrers.In one form of implementation of the third aspect, the equalizer coefficients are coefficients for taps of an adaptive equalizer for adaptively equalizing the received digital signal, and a set of equalizer coefficients contains an equalizer coefficient for each tap of the adaptive equalizer.
In einer Ausführungsform des dritten Aspekts umfasst das Verfahren ferner: Berechnen eines Satzes korrigierter Entzerrerkoeffizienten auf der Grundlage eines Kalibrierungsparameters, insbesondere eines zeitvariablen Kalibrierungsparameters.In one embodiment of the third aspect, the method further comprises: calculating a set of corrected equalization coefficients on the basis of a calibration parameter, in particular a time-variable calibration parameter.
In einer Ausführungsform des dritten Aspekts umfasst das Verfahren weiterhin: Berechnen des Kalibrierungsparameters basierend auf dem ersten Phasenverschiebungsparameter oder dem zweiten Phasenverschiebungsparameter.In one embodiment of the third aspect, the method further comprises: calculating the calibration parameter based on the first phase shift parameter or the second phase shift parameter.
In einer Ausführungsform des dritten Aspekts umfasst das Verfahren ferner: Berechnen einer Phasenverschiebungscharakteristik eines Satzes von Entzerrerkoeffizienten basierend auf einer Fast-Fourier-Transformation der Entzerrerkoeffizienten in dem Satz von Entzerrerkoeffizienten.In an embodiment of the third aspect, the method further comprises: calculating a phase shift characteristic of a set of equalizer coefficients based on a Fast Fourier transform of the equalizer coefficients in the set of equalizer coefficients.
In einer Ausführungsform des dritten Aspekts umfasst das Verfahren ferner: Durchführen einer inversen FFT an einem Satz von korrigierten Entzerrerkoeffizienten vor dem Aktualisieren der Entzerrerkoeffizienten.In one embodiment of the third aspect, the method further comprises: performing an inverse FFT on a set of corrected equalizer coefficients before updating the equalizer coefficients.
Das Verfahren des dritten Aspekts und seine Implementierungsformen erzielen die gleichen Vorteile und Effekte wie für die Taktrückgewinnungsvorrichtung des ersten Aspekts beschrieben.The method of the third aspect and its forms of implementation achieve the same advantages and effects as described for the clock recovery device of the first aspect.
Es ist zu beachten, dass alle in der vorliegenden Anwendung beschriebenen Vorrichtungen, Elemente, Einheiten und Mittel in Software- oder Hardwareelementen oder einer beliebigen Kombination davon implementiert sein können. Alle Schritte, die von den verschiedenen in der vorliegenden Anwendung beschriebenen Einheiten ausgeführt werden, sowie die Funktionalitäten, die beschrieben werden, um von den verschiedenen Einheiten ausgeführt zu werden, sind so zu verstehen, dass die jeweilige Einheit angepasst oder konfiguriert ist, um die jeweiligen Schritte und Funktionalitäten auszuführen. Auch wenn in der folgenden Beschreibung bestimmter Ausführungsformen eine bestimmte Funktionalität oder ein bestimmter Schritt, der von externen Entitäten ausgeführt werden soll, nicht in der Beschreibung eines bestimmten detaillierten Elements dieser Entität, das diesen bestimmten Schritt oder diese bestimmte Funktionalität ausführt, wiedergegeben wird, sollte es für einen Fachmann klar sein, dass diese Verfahren und Funktionalitäten in entsprechenden Software- oder Hardwareelementen oder einer beliebigen Kombination davon implementiert werden können.It should be noted that all devices, elements, units and means described in the present application can be implemented in software or hardware elements or any combination thereof. All steps carried out by the various units described in the present application, as well as the functionalities which are described in order to be carried out by the various units, are to be understood such that the respective unit is adapted or configured to the respective To carry out steps and functionalities. Even though the following description of certain embodiments does not reproduce a certain functionality or a certain step to be performed by external entities in the description of a certain detailed element of that entity that performs that particular step or functionality, it should it will be clear to a person skilled in the art that these methods and functionalities can be implemented in corresponding software or hardware elements or any combination thereof.
FigurenlisteFigure list
Die oben beschriebenen Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung spezifischer Ausführungsformen in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen folgendes gezeigt ist:
-
1 zeigt eine Taktrückgewinnungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. -
2 zeigt einen Empfänger gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. -
3 zeigt Start-Entzerrer-Abgriffe. -
4 zeigt Entzerrerabgriffe. -
5 zeigt eine Entzerrer-Phasenkennlinie. -
6 zeigt einen Phasenverschiebungsparameter ps im Symbolintervall T. -
7 zeigt einen Entzerrer-Abgriffsverlauf. -
8 zeigt in (a) einen Phasenverschiebungsparameter ps und eine TR-Phase einer herkömmlichen Taktrückgewinnungsvorrichtung und zeigt in (b) einen Phasenverschiebungsparameter ps und eine TR-Phase einer Taktrückgewinnungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. -
9 zeigt ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. -
10 zeigt ein IM-DD-PAM-Übertragungssystem. -
11 zeigt grundlegende Rx-Blöcke einschließlich TR-Blöcke. -
12 zeigt TR in Systemen mit ISI und Rauschen. -
13 zeigt TR vor einem Entzerrer. -
14 zeigt in (a) TR nach einem statischen Entzerrer, zeigt in (b) TR nach einem adaptiven Entzerrer, und zeigt in (c) TR-Abtastphasenschwankungen nach einem adaptiven Entzerrer.
-
1 shows a clock recovery device according to an embodiment of the invention. -
2 Figure 3 shows a receiver according to an embodiment of the invention. -
3 shows start equalizer taps. -
4th shows equalizer taps. -
5 shows an equalizer phase characteristic. -
6th shows a phase shift parameter ps in the symbol interval T. -
7th Figure 11 shows an equalizer tap history. -
8th shows in (a) a phase shift parameter ps and a TR phase of a conventional clock recovery device and shows in (b) a phase shift parameter ps and a TR phase of a clock recovery device according to an embodiment of the invention. -
9 shows a method according to an embodiment of the invention. -
10 shows an IM-DD-PAM transmission system. -
11 shows basic Rx blocks including TR blocks. -
12th shows TR in systems with ISI and noise. -
13th shows TR in front of an equalizer. -
14th shows in (a) TR after a static equalizer, shows in (b) TR after an adaptive equalizer, and shows in (c) TR sample phase fluctuations after an adaptive equalizer.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
Die Berechnungsschaltung
Dabei sind die Entzerrerkoeffizienten im Allgemeinen Koeffizienten für Abgriffe des adaptiven Entzerrers
Der adaptive Entzerrer
Im Folgenden wird das in der Taktrückgewinnungsvorrichtung
Der Entzerrer
Die Abgriffe des Entzerrers
Die Kanalantwort, dargestellt durch die Abgriffskoeffizienten wi, i=o, 1, ..., n-1, liefern Informationen über die Entzerrerphase und -amplitude im Frequenzbereich. Das Startkanalmodell, d. h. die anfänglichen Entzerrerkoeffizienten, werden mit w(o) bezeichnet. Die Fourier-Transformation der durch w(o) dargestellten Kanalantwort ist W(o). Das heißt, W(o)=fft(w(o)). Die Koeffizienten im Frequenzbereich sind W(i), i=o, 1, ..., n-1. Die Koeffizienten können durch Amplitude und Phase (Polarform) dargestellt werden, so dass sie als W(i)=|W(j)|exp(ja(i)) geschrieben werden können. Für die in
Bei einer parallelen Realisierung können mehrere Symbole gleichzeitig verarbeitet werden. Zum Beispiel kann ein CMOS-Takt M=64 Symbole abdecken. Das bedeutet, dass 64 Entzerrer parallel arbeiten können. Die Abgriffe des Entzerrers werden 64-mal neu berechnet, können aber erst nach ihrer Berechnung im Entzerrer verwendet werden. Wenn neue Abgriffe verfügbar sind, können sie im Entzerrer
Die Phasenverschiebung ist in
Die einfachste Realisierung verwendet f(o,j)=f(k,j)=j. Diese Koeffizienten können jedoch optimiert werden, um die beste Leistung zu erzielen. Die Optimierung kann nur um den zentralen Abgriff herum erfolgen. So kann z. B. nur f der fünf wichtigsten Anzapfungen optimiert werden. Der optimale Wert liefert die kleinsten Abtastphasenschwankungen.The simplest implementation uses f (o, j) = f (k, j) = j. However, these coefficients can be optimized for best performance. The optimization can only take place around the central tap. So z. B. only f of the five most important taps can be optimized. The optimal value provides the smallest sampling phase fluctuations.
Die TR-Phase würde konventionell versuchen, den durch den Entzerrer verursachten Abtastphasenänderungen zu folgen. Dies ist in
Der optionale Parameter δ hilft, BER und Systemstabilität zu verbessern. Dieser Parameter kann während der Kalibrierung festgelegt und im Laufe der Zeit geändert werden, um die Leistung des Geräts zu verbessern. Außerdem kann a(o) nach einiger Zeit durch die aktuellen FFE-Taps ersetzt werden. Die neuen Anzapfkoeffizienten W'(j) können direkt im Frequenzbereichs-Entzerrer verwendet werden. Sie können mit w"=ifft(W') in den Zeitbereich übertragen und im Zeitbereichsentzerrer verwendet werden. Der Entzerrer
Die TR-Aktualisierungsgeschwindigkeit ist viel größer als die Aktualisierung des Entzerrers
Ein von der Vorrichtung
- 1. Setzen der Koeffizienten der Start-Entzerrerabgriffe (Startkanalmodell).
- 2. Berechnen der Startkanalmodell-
Phasenkennlinie 107 . - 3. Erfassen eines Taktes. Der TR ist stabil, aber verrauscht.
- 4. Berechnen des neue Kanalmodells (Entzerrer-Abgriffkoeffizienten
104 ). - 5.
Berechnen der Phasenkennlinie 105 des neuen Kanalmodells. - 6.
Berechnen eines Phasenverschiebungsparameter 106 , der durch das neue Kanalmodell verursacht wird. - 7. Neuberechnen der neuen
Entzerrerkoeffizienten 104 , indem die neuen Abgriffe um die berechnete Phasenverschiebung verschieben werden, um die korrigierten Entzerrerkoeffizienten1038 zu erhalten. - 8. Nach der Erfassung des Kanals periodisches Ersetzen des Startkanalmodells durch das aktuelle Kanalmodell. Optionales Ändern des Parameters δ um die durch diese Ersetzung eingeführte Verschiebung.
- 1. Set the coefficients of the start equalizer taps (start channel model).
- 2. Calculate the starting channel model phase characteristic
107 . - 3. Acquisition of a cycle. The TR is stable but noisy.
- 4. Compute the new channel model (equalizer tap coefficients
104 ). - 5. Calculate the
phase characteristic 105 of the new channel model. - 6. Compute a
phase shift parameter 106 caused by the new channel model. - 7. Recalculate the
new equalizer coefficients 104 by shifting the new taps by the calculated phase shift by the corrected equalizer coefficients1038 to obtain. - 8. After the channel has been recorded, the start channel model is periodically replaced by the current channel model. Optionally changing the parameter δ by the shift introduced by this replacement.
Das Verfahren
Die vorliegende Erfindung wurde im Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsformen als Beispiele sowie Implementierungen beschrieben. Andere Ausführungsformen können jedoch von dem Fachmann, der die beanspruchte Erfindung ausführt, anhand der Zeichnungen, dieser Offenbarung und der unabhängigen Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. Sowohl in den Ansprüchen als auch in der Beschreibung schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus und der unbestimmte Artikel „ein“ oder „an“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Ein einzelnes Element oder eine andere Einheit kann die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen aufgeführter Einheiten oder Gegenstände erfüllen. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in den voneinander verschiedenen abhängigen Ansprüchen rezitiert werden, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht in einer vorteilhaften Ausführung verwendet werden kann.The present invention has been described in connection with various embodiments as examples and implementations. However, other embodiments may be understood and carried out by those skilled in the art having the claimed invention based on the drawings, this disclosure, and the independent claims. In both the claims and the description, the word “comprising” does not exclude other elements or steps, and the indefinite article “a” or “to” does not exclude a plurality. A single element or another unit can fulfill the functions of several units or objects listed in the claims. The mere fact that certain measures are recited in the mutually different dependent claims does not mean that a combination of these measures cannot be used in an advantageous embodiment.
Claims (13)
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2019
- 2019-01-18 DE DE112019004935.6T patent/DE112019004935T5/en active Pending
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