决策反馈均衡器介绍

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决策反馈均衡器介绍

2023-05-19 13:20| 来源: 网络整理| 查看: 265

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DFE全称为Decision Feedback Equalizer,即决策反馈均衡器。它是一种电信通信系统中常用的均衡器,在接收信号端实现等化器、滤波器和解调器的功能。DFE均衡器主要通过对接收信号进行反响(feedback)处理来避免多径干扰的影响。具体来说,DFE均衡器可以根据先前的决策信息,尝试预测下一个输入样本的信号状态,并使用其来提高接收信号的质量和稳定性。其运作的步骤如下:

输入信号的采集:接收信号是通过天线采集到,并通过ADC转换为数字信号。前向均衡器:输入信号通过前向均衡器进行均衡,以消除来自多径干扰的影响。决策器:输入信号进入决策器中,依据已决策的信息来计算下一个输入样本的状态,并做出相应的判决。反向均衡器:由于来自决策器的判定仅准确到一定程度,因此需要通过反向均衡器进行反馈处理,来消除决策误差及抑制干扰信号。信号输出:通过输出端口输出均衡后的信号。 DFE均衡器常用于高速数据传输系统中,以消除多径干扰,并提高信号的可靠性和稳定性。

判决反馈均衡器(Decision Feedback Equalier, DFE),是目前SerDes中常见于于RX部分的一种均衡方式,能够有效提升RX的接收性能。

DFE 通常用于 SERDES 接收器 (RX),以消除由有损信道引起的信号间干扰 (ISI)。 DFE 包括一个有限脉冲响应 (FIR) 滤波器、一个加法器和一个用于信号决策的切片器。 图 1 显示了一个三抽头 DFE 示例。 DFE 的优点是它可以在不放大噪声的情况下消除 ISI。 缺点是它无法纠正前向 ISI。 在这里插入图片描述 首先,使用 FIR 计算来自先前面信号的 ISI。 然后从输入信号中减去干扰。 最后,切片器做出符号判决并将信号输出回 FIR。 选择抽头值以最小化 ISI。 在此示例中,抽头值为 -0.223、-0.073 和 -0.033。 图 2 显示后信号采样点的干扰被去除。

在如图 3 所示的通道仿真中, Rx_Diff 组件中对DFE 启用“优化的初始抽头计算”,如图 4 所示。当仿真结束时,最佳抽头值将被写入文本文件。 图 5 的左图显示了禁用 DFE 的眼图,图 5 的右图显示了启用 DFE 的眼图。 我们可以看到 DFE 改善了眼图。 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 DFE的功能本质上是降低了码间干扰,减少了每个信号的拖尾,使每1bit的信号响应都比较集中,进而增强了接收端信号的质量。

先前我们在讲 中提到了信道的时域响应存在拖尾现象,拖尾会影响到下一个码元,也就是常说的码间干扰(ISI),当然信道的非理想还包含串扰,反射等现象。对于比较高的信道插损,线性均衡CTLE的效果存在上限,需要进一步的均衡机制。

图1

如图1,时域上,一种最直接原始的想法是,如果能够根据当前码元的判决结果,将该码元的后续影响依次全部消减,就可以把当前码元ISI的影响降到最低,甚至消除。这也是DFE作用最直观的描述。

基于上述思路,那么重点就是该如何实施和实现,如何做到对信道的自适应,系统的鲁棒性如何提高,算法如何设计的高效等一些列问题?本系列将试着研究回答这些问题。

图2

图2单脉冲冲激响应包含了3个后标(postcursor)量,1011的数据经过信道后的波形是对应脉冲移位叠加的结果。其中第二个数据0很容易出现误判。如果能够准确的判断第一个码元的话,将结果延迟反馈到输入信号处,并适当减掉部分量,则第二个码元0就更容易判断准确。这也是判决反馈均衡器(Decision-Feedback Equalier)的字面含义。

实现时,对于连续输入数据Din,通过时钟Clk控制的采样器Sampler,得到采样数据Dout,经过Td的延迟,通过权重h1和h2与输入数据相加。合适的延迟时间td和权重h1,h2就能保证将输入数据的码间干扰降低或完全消除,如图3。

图3

图3结构,需要考虑如下两个问题:

第一,Dout如果仅仅是采样输入数据Din,会存在量化精度的问题,比如用多少位表示。量化后的信号,需要决定反馈的权重h1和h2的大小及符号,对于NRZ编码的信号,采样后可用1bit的量化器量化为逻辑信号0和1。对于PAM4编码的信号,采用后通常会采用多bit的量化器(比如用ADC实现)。方便后续的数据处理。

图4

第二,延迟时间Td。如图4所示,全速率的RX结构,假如用上升沿采样数据,需要在一个采样时钟周期,也就是需要1个UI的时间内,将前一个UI的影响体现到后续的采样数据上。这里可以简单的理解Td



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