TWI768967B

TWI768967B - 設定等化器的方法

Info

Publication number: TWI768967B
Application number: TW110121866A
Authority: TW
Inventors: 陳彥豪
Original assignee: 英業達股份有限公司
Priority date: 2021-06-16
Filing date: 2021-06-16
Publication date: 2022-06-21
Also published as: TW202301846A

Abstract

設定等化器的方法包含產生未等化脈衝響應，將連續時間線性等化器的N個轉移函數從頻域轉換至時域以產生N個連續時間線性等化器脈衝響應，將N個連續時間線性等化脈衝響應分別與未等化脈衝響應進行迴旋積分運算以產生N個初始等化脈衝響應，依據N個初始等化脈衝響應中的每個初始等化脈衝響應及前饋等化器的M個目標輸出值產生一組抽頭係數，依據該每個初始等化脈衝響應及該組抽頭係數產生完整等化脈衝響應的訊號品質，及依據對應N個初始等化脈衝響應及N組抽頭係數的N個訊號品質中之最佳訊號品質設定連續時間線性等化器及前饋等化器。

Description

設定等化器的方法

本發明關於通訊系統，特別是一種設定等化器的方法。

等化器(Equalizer)普遍應用於積體電路傳送端與接收端，用以改善訊號因衰減、反射、串音干擾所導致的符碼間干擾(inter-symbol interference，ISI)問題。然而相關技術分別在傳送端及接收端執行等化器最佳化，因而無法獲得傳送端及接收端之最佳設定值的組合，也無法獲得最佳的訊號品質。

本發明實施例提供一種設定等化器的方法，包含產生未使用傳送裝置之前饋等化器及接收裝置之連續時間線性等化器的未等化脈衝響應，將連續時間線性等化器的N個轉移函數從頻域轉換至時域以產生N個連續時間線性等化器脈衝響應，將N個連續時間線性等化脈衝響應分別與未等化脈衝響應進行迴旋積分運算以產生N個初始等化脈衝響應，依據N個初始等化脈衝響應中的每個初始等化脈衝響應及前饋等化器的M個目標輸出值，產生對應組抽頭係數，該組抽頭係數包含M個抽頭係數，依據每個初始等化脈衝響應及該組抽頭係數，產生完整等化脈衝響應的訊號品質，從對應N個初始等化脈衝響應及N組抽頭係數的N個訊號品質選定最佳訊號品質，及依據最佳訊號品質設定連續時間線性等化器及前饋等化器。

1:通訊系統

10:傳送裝置

100:前饋等化器

12:通訊通道

14:接收裝置

140:連續時間線性等化器

200:方法

S202至S214:步驟

30,401至415,50,52,70至76,80:波形

601至603:延遲元件

621至624:乘法器

64:加法器

C(-1)至C(2):抽頭係數

N:雜訊功率

P:訊號功率

Stx:傳送訊號

Srx:接收訊號

t0至t3:時間

V(-1)至V(2):電壓

X(k+1):輸入訊號

X(k),X(k-1),X(k-2):延遲等化脈衝響應

Yk:輸出訊號

第1圖係為本發明實施例中一種通訊系統之方塊圖。

第2圖係為設定第1圖中等化器的方法之流程圖。

第3圖顯示未等化脈衝響應的波形圖。

第4圖顯轉移函數的頻率響應。

第5圖顯示連續時間線性等化器脈衝響應及初始等化脈衝響應的波形圖。

第6圖係為第1圖中前饋等化器之示意圖。

第7圖顯示第6圖中前饋等化器的訊號波形圖。

第8圖顯示完整等化脈衝響應的波形圖。

第1圖係為本發明實施例中一種通訊系統1之方塊圖。通訊系統1包含傳送裝置10、通訊通道12及接收裝置14。傳送裝置10通過通訊通道12耦接於接收裝置14。傳送裝置10可傳送傳送訊號Stx，傳送訊號Stx通過通訊通道12時其訊號品質可能會衰減而產生接收訊號Srx，接收裝置14可接收接收訊號Srx。通訊通道12可為有線通道、無線通道或其結合，及可由光纖、纜線或空氣等傳輸媒介實現。通訊通道12可傳輸語音資料、影像資料及其他資料。

傳送裝置10包含前饋等化器(feed-forward equalizer，FFE)100，接收裝置14包含連續時間線性等化器(continuous time linear equalizer，CTLE)140。前饋等化器100可為有限脈衝響應(finite impulse response，FIR)濾波器或最小均方(least mean square，LMS)濾波器。連續時間線性等化器140可為主動及/或被動連續時間線性等化器。前饋等化器100及連續時間線性等化器140皆可降低符碼間干擾(inter-symbol interference，ISI)，提升訊號品質。

本發明提出一種設定前饋等化器100及連續時間線性等化器140的方法200，同時考慮前饋等化器100之抽頭係數的最佳化及連續時間線性等化器140之設定值的最佳化，藉以提升通訊系統1的訊號品質。相較於相關技術，由於相關技術中的通訊系統分別執行前饋等化器之抽頭係數最佳化及連續時間線性等化器之設定值最佳化，因此可能無法獲得前饋等化器之最佳抽頭係數及連續時間線性等化器之最佳設定值的組合，也無法獲得最佳的訊號品質。

第2圖係為設定前饋等化器100及連續時間線性等化器140的方法200之流程圖。方法200包含步驟S202至S214。步驟S202至S210用以同時考慮前饋等化器100及連續時間線性等化器140而產生完整等化脈衝響應的訊號品質，步驟S212及S214用以依據最佳訊號品質來設定前饋等化器100及連續時間線性等化器140的方法200。步驟S202至S214於電腦上使用軟體進行。任何合理的技術變更或是步驟調整都屬於本發明所揭露的範疇。以下說明步驟S202至S214：步驟S202：產生未使用傳送裝置10之前饋等化器100及接收裝置14之連續時間線性等化器140的未等化脈衝響應；步驟S204：將連續時間線性等化器140的N個轉移函數從頻域轉換至時域以產生N個連續時間線性等化器脈衝響應；步驟S206：將N個連續時間線性等化脈衝響應分別與未等化脈衝響應進行迴旋積分運算以產生N個初始等化脈衝響應；步驟S208：依據N個初始等化脈衝響應中的每個初始等化脈衝響應及前饋等化器100的M個目標輸出值，產生對應組抽頭係數；步驟S210：依據每個初始等化脈衝響應及該組抽頭係數，產生完整等化脈衝響應的訊號品質；步驟S212：從對應N個初始等化脈衝響應及N組抽頭係數的N個訊號品質選定最佳訊號品質；步驟S214：依據最佳訊號品質設定連續時間線性等化器140及前饋等化器100。

在步驟S202，模擬軟體使用傳送裝置10中未使用前饋等化器100之等效模型、通訊通道12之等效模型及接收裝置14中未使用連續時間線性等化器140之等效模型，來模擬未等化脈衝響應(impulse response)。第3圖顯示未等化脈衝響應30的波形圖，其中橫軸表示時間，縱軸表示訊號振福。

在步驟S204，N個轉移函數可為符合各協會(如PCI-SIG,IEEE,SNIA,OIF-CEI)規範之連續時間線性等化器轉移函數預先定義於模擬軟體，及利用反傅立葉變換(Inverse Fourier Transform；IFT)將N個轉移函數轉換為N個連續時間線性等化器脈衝響應。第4圖顯示轉移函數401至415的頻率響應，其中橫軸表示頻率，縱軸表示增益。

接著，在步驟S206，N個初始等化脈衝響應分別表示考慮連續時間線性等化器140的設定值而未考慮前饋等化器100之N個設定值所產生的各個等化脈衝響應。每個連續時間線性等化器脈衝響應都可與未等化脈衝響應進行迴旋積分運算以產生初始等化脈衝響應。例如，15個連續時間線性等化器脈衝響應可產生15個初始等化脈衝響應。第5圖顯示連續時間線性等化器脈衝響應50及初始等化脈衝響應52的實施例波形圖，其中橫軸表示時間，縱軸表示訊號振福。

第6圖顯示一種4抽頭前饋等化器100之示意圖。前饋等化器100包含延遲元件601至603、乘法器621至624及加法器64。前饋等化器100可接收輸入訊號X(k+1)及產生輸出訊號Yk。輸入訊號X(k+1)可為初始等化脈衝響應52。延遲元件601至603可對輸入訊號X(k+1)進行3次延遲以產生3延遲等化脈衝響應X(k)，X(k-1)，X(k-2)。延遲元件601至603之延遲時間可相同或不同。延遲等化脈衝響應X(k)係為主標(main-cursor)，輸入訊號X(k+1)係為前標(pre-cursor)，且延遲等化脈衝響應X(k-1)及X(k-2)係為後標(post-cursor)。每個乘法器621至624各自具有可設定之抽頭係數C(-1)、C(0)、C(1)及C(2)。乘法器621可將輸入訊號X(k+1)及抽頭係數C(-1)相乘以產生乘法輸出X(k+1)*C(-1)。相似地，乘法器622可將延遲等化脈衝響應X(k)及抽頭係數C(0)相乘以產生乘法輸出X(k)*C(0)，乘法器623可將延遲等化脈衝響應X(k-1)及抽頭係數C(1)相乘以產生乘法輸出X(k-1)*C(1)，且乘法器624可將延遲等化脈衝響應X(k-2)及抽頭係數C(2)相乘以產生乘法輸出X(k-2)*C(2)。加法器64可將乘法輸出X(k+1)*C(-1)，X(k)*C(0)，X(k-1)*C(1)及X(k-2)*C(2)相加以產生輸出訊號Yk，如公式(1)所示：

由於前饋等化器100的輸入訊號X(k-1)為初始等化脈衝響應52，因此輸出訊號Yk為同時考慮前饋等化器100及連續時間線性等化器140的完整等化脈衝響應。

在步驟S208，可將每個初始等化脈衝響應X(k+1)進行(M-1)個延遲以產生(M-1)個延遲等化脈衝響應，依據每個初始等化脈衝響應、(M-1)個延遲等化脈衝響應及M個目標輸出值產生M條公式，及依據M條公式計算對應組抽頭係數之M個抽頭係數，M為抽頭個數且M為大於1之正整數。例如，在第6圖之4抽頭前饋等化器100中，M等於4，延遲元件601至603可將每個初始等化脈衝響應X(k+1)進行3延遲以產生3延遲等化脈衝響應，依據每個初始等化脈衝響應X(k+1)、3延遲等化脈衝響應及4目標輸出值產生4條公式，及依據4條公式計算對應組抽頭係數之4抽頭係數。

第7圖顯示第6圖中4抽頭前饋等化器100的訊號波形圖，其中橫軸表示時間，縱軸表示訊號振福，波形70至76分別表示乘法輸出X(k+1)*C(-1)，X(k)*C(0)，X(k-1)*C(1)及X(k-2)*C(2)。在步驟S208，使用者可預先將前饋等化器100在時間t0至t3的4目標輸出值分別設定為0，1，0，0。

在時間t0，波形70的電壓為V(0)C(-1)，波形72的電壓為V(-1)C(0)，波形74及76的電壓約為0，因此可依據公式(1)得到公式(2)。在時間t1，波形70的電壓為V(1)C(-1)，波形72的電壓為V(0)C(0)，波形74的電壓為V(-1)C(1)，波形76的電壓約為0，因此可依據公式(1)得到公式(3)。在時間t2，波形70的電壓為V(2)C(-1)，波形72的電壓為V(1)C(0)，波形74的電壓為V(0)C(1)，波形76的電壓為V(-1)C(2)，因此可依據公式(1)得到公式(4)。在時間t3，波形70的電壓約為0，波形72的電壓為V(2)C(0)，波形74的電壓為V(1)C(1)，波形76的電壓為V(0)C(2)，因此可依據公式(1)得到公式(5)。

V(0)C(-1)+V(-1)C(0)=0 公式(2)

V(1)C(-1)+V(0)C(0)+V(-1)C(1)=1 公式(3)

V(2)C(-1)+V(1)C(0)+V(0)C(1)+V(-1)C(2)=0 公式(4)

V(2)C(0)+V(1)C(1)+V(0)C(2)=0 公式(5)

因此，可經由公式(2)至(5)求解各個抽頭係數C(-1)、C(0)、C(1)及C(2)，得出之抽頭係數C(-1)、C(0)、C(1)及C(2)即為使用連續時間線性等化器140後之各個初始等化脈衝響應X(k+1)對應的一組抽頭係數。例如，15個初始等化脈衝響應X(k+1)可產生15組抽頭係數。

雖第7圖顯示波形70至76的形狀相同，在一些實施例中波形70至76的形狀亦可不同。此外，雖然實施例中使用4抽頭前饋等化器100說明步驟S208，熟習此技藝者亦可使用其他抽頭數量的前饋等化器100依據相似的原則來執行步驟S208。

接著在步驟S210可依據公式(1)使用初始等化脈衝響應X(k+1)及該組抽頭係數產生完整等化脈衝響應Yk，及依據完整等化脈衝響應Yk產生訊號品質。例如，15個初始等化脈衝響應X(k+1)及15組抽頭係數可產生15個完整等化脈衝響應Yk及15個訊號品質。訊號品質可由訊噪比表示，第8圖顯示完整等化脈衝響應Yk的波形圖，其中橫軸表示時間，縱軸表示訊號振福，波形80為完整等化脈衝響應Yk。模擬軟體可對預定時間區間之內的完整等化脈衝響應Yk進行積分以產生訊號功率P，如公式(6)所示：

在第8圖中，預定時間區間介於時間下限t1及時間上限t2之間。此外，模擬軟體可對預定時間區間之外之第一時間區間及第二時間區間之完整等化脈衝響應Yk進行積分以產生雜訊功率N，如公式(7)所示：

在第8圖中，第一時間區間介於最小時間t0及時間下限t1之間，第二時間區間介於時間上限t2及最大時間t3之間，最小時間t0小於時間下限t1，及最大時間t3大於時間上限t2。最後，模擬軟體可依據訊號功率P及雜訊功率N產生訊噪比SNR，如公式(8-1)或(8-2)所示：SNR=P-N 公式(8-1)

SNR=P/N 公式(8-2)

在步驟S212，可從N個訊噪比SNR中選定最大訊噪比SNR作為最佳訊號品質。在步驟S214，依據該最佳訊號品質判定該連續時間線性等化器140的一組最佳連續時間線性等化器設定值及前饋等化器100的一組最佳抽頭係數，依據該組最佳連續時間線性等化器設定值設定連續時間線性等化器140，及依據組最佳抽頭係數設定值設定前饋等化器100。例如，一組最佳連續時間線性等化器設定值設可包含直流增益設定值、低頻增益設定值、零點頻率設定值、極點頻率設定值及/或其他設定值，一組最佳抽頭係數設定值可包含抽頭係數C(-1)至C(2)。

方法200同時最佳化前饋等化器100之抽頭係數及連續時間線性等化器140之設定值，藉以提升通訊系統1的訊號品質。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

200:方法

S202至S214:步驟

Claims

一種設定等化器的方法，包含：產生未使用一傳送裝置之一前饋等化器及一接收裝置之一連續時間線性等化器的一未等化脈衝響應；將該連續時間線性等化器的N個轉移函數從頻域轉換至時域以產生N個連續時間線性等化器脈衝響應，N係正整數；將該N個連續時間線性等化脈衝響應分別與該未等化脈衝響應進行迴旋積分運算以產生N個初始等化脈衝響應；依據該N個初始等化脈衝響應中的每個初始等化脈衝響應及該前饋等化器的M個目標輸出值，產生一對應組抽頭係數，該組抽頭係數包含M個抽頭係數，M係大於1的正整數；依據該每個初始等化脈衝響應及該組抽頭係數，產生一完整等化脈衝響應的一訊號品質；從對應該N個初始等化脈衝響應及N組抽頭係數的N個訊號品質選定一最佳訊號品質；及依據該最佳訊號品質設定該連續時間線性等化器及該前饋等化器。
如請求項1所述之設定等化器的方法，其中依據該N個初始等化脈衝響應中的該每個初始等化脈衝響應及該前饋等化器的該M個目標輸出值，產生該對應組抽頭係數包含：將該每個初始等化脈衝響應進行(M-1)個延遲以產生(M-1)個延遲等化脈衝響應；依據該每個初始等化脈衝響應、該(M-1)個延遲等化脈衝響應及該M個目標輸出值，產生M條公式；及依據該M條公式計算該M個抽頭係數。
如請求項1所述之設定等化器的方法，其中該訊號品質係為一訊噪比。
如請求項3所述之設定等化器的方法，其中依據該每個初始等化脈衝響應及該組抽頭係數，產生該完整等化脈衝響應的該訊號品質包含：對一預定時間區間之內的該完整等化脈衝響應進行積分以產生一訊號功率；對該預定時間區間之外之該完整等化脈衝響應進行積分以產生一雜訊功率；及依據該訊號功率及該雜訊功率產生該訊噪比。
如請求項4所述之設定等化器的方法，其中對該預定時間區間之外之該完整等化脈衝響應進行積分以產生該雜訊功率包含：對該預定時間區間之外之一第一時間區間及一第二時間區間的該完整等化脈衝響應進行積分以產生該雜訊功率；其中該預定時間區間介於一時間下限及一時間上限之間；該第一時間區間介於一最小時間及該時間下限之間；該第二時間區間介於該時間上限及一最大時間之間；該最小時間小於該時間下限；及該最大時間大於該時間上限。
如請求項1所述之設定等化器的方法，其中依據該最佳訊號品質設定該連續時間線性等化器及該前饋等化器包含：依據該最佳訊號品質判定該連續時間線性等化器的一組最佳連續時間線性等化器設定值及該前饋等化器的一組最佳抽頭係數；依據該最佳連續時間線性等化器設定值設定該連續時間線性等化器；及依據該組最佳抽頭係數設定值設定該前饋等化器。