專利名稱：具有q監(jiān)控器的數(shù)字信號接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電信領(lǐng)域，并且更特別地涉及一種具有Q監(jiān)控器的數(shù)字 信號接收機(jī)，它能夠用于在很高比特率下操作的光傳輸網(wǎng)絡(luò)中。
背景技術(shù)：
通過引用的方式包含于此的ITU推薦ITU-T 0.201描述了 Q因子測 量設(shè)備， 一般也稱為Q監(jiān)控器。Q監(jiān)控器是一種用于高速光信號性能監(jiān) 控的功能強(qiáng)大的電路，也是用于在基于EDC (電子色散補(bǔ)償)的接收機(jī) 中自適應(yīng)調(diào)節(jié)判決門限、判決相位和如放大增益或均衡器設(shè)置之類的其 他參數(shù)的傳感器。在圖1中示出的從ITU-T O.201中獲得的基本Q監(jiān)控器電路，使用 兩個判決信道，其中一個信道工作于最佳采樣點(再生的輸入信號)， 而另 一個信道在幅度/相位的維度上掃描輸入信號。針對不同的監(jiān)控器門 限和相位來比較(EXOR，異或)和整合(差錯計數(shù)器)兩個判決信道 的輸出。這樣就得到一維或二維的眼圖輪廓。如果使用算法來從這一測 量得到最佳判決門限和相位，接收機(jī)就工作在它的最佳采樣點并且還為 了性能監(jiān)控的目的而計算Q因子。Q因子測量是一種用于光信道特征描述的現(xiàn)有方法。特別地，在低 比特差錯率下，該方法具有比需要在從統(tǒng)計學(xué)上說重要的時間段內(nèi)計算 比特差錯的傳統(tǒng)BER測量耗費的時間更少的優(yōu)勢。Q因子定義為數(shù)字 信號接收機(jī)的判決電路的(電)信噪比。在通過引用的方式包含于此的EP0 923204 A2中也描述了Q監(jiān)控 器。同樣通過引用的方式包含于此的EP 1 445 879 Al以可以交替地工作 于監(jiān)控器和數(shù)據(jù)處理模式下的兩個判決信道的方式修改了基本的Q監(jiān)
控器概念。在兩個判決信道之后的交叉交換為數(shù)據(jù)和監(jiān)控器路徑選擇合 適的判決信道。這樣就能夠有效地補(bǔ)償電路中所有的相位和幅度偏移。但是，現(xiàn)有的Q監(jiān)控器不是很適合遠(yuǎn)大于10Gbit/s的最高比特率應(yīng) 用。此外，對于最高比特率信號的進(jìn)一步處理(也就是開銷處理、FEC 等)，典型地將這樣的信號轉(zhuǎn)換成并行格式。因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種具有Q監(jiān)控器的數(shù)字信號接收 機(jī)，其適合于優(yōu)選地在40Gbit/s及以上的最高比特率應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容這些目的以及以下將要提到的其它目的通過一種用于高比特率數(shù) 字信號的數(shù)字信號接收機(jī)來實現(xiàn)，該數(shù)字信號接收機(jī)具有串行信號輸入 和N個并行數(shù)字信號輸出，其中NM。該接收機(jī)包括至少N+l個數(shù)字 采樣信道、用于對所述采樣信道中的至少兩個信道的輸出信號進(jìn)行比較 的Q監(jiān)控器、以及用于可控地將所述采樣信道中的N個信道連接到所 述輸出端并將所述采樣信道中的至少兩個信道連接到所述Q監(jiān)控器的 交換架構(gòu)。通過這種設(shè)計，可以使用N個采樣信道來提供N個輸出信號，而 同時Q監(jiān)控器使用至少一個其余的采樣信道來掃描眼圖。通過在不同的 測量輪次(measurement run)中使用不同的采樣信道來生成輸出信號和 掃描眼圖，可以一個接一個地掃描所有采樣信道并且可以優(yōu)化諸如判決 相位和/或門限值之類的操作參數(shù)。交換架構(gòu)、采樣信道和Q監(jiān)控器可 以由微控制器控制，該微控制器可以在接收機(jī)內(nèi)部或外部。與現(xiàn)有的實現(xiàn)相比，由于相同級別的性能需要更少的附加硬件，本 發(fā)明更適合40Gbps和其他高比特率的應(yīng)用，這樣就提高了靈敏度，減 小了功耗和在硅上所占用的區(qū)域。由于只需要填充有限數(shù)量的交叉點，所以Z字形或輪循 (round-robin)調(diào)度減小了在判決信道之后的交換矩陣的復(fù)雜性/大小。


現(xiàn)在將參考附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的具有Q監(jiān)控器的判決電路；圖2示出了具有Q監(jiān)控器的由處理器控制的接收機(jī)；圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的具有Q監(jiān)控器的接收機(jī)；圖3b示出了具有備選時鐘生成器的圖3a的接收機(jī)；圖4示出了具有優(yōu)化的判決點的眼圖；以及圖5示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例中所使用的Z字形調(diào)度規(guī)則。
具體實施方式
圖1示出了如上所述的已知的判決電路。將所接收的經(jīng)0/E轉(zhuǎn)換的 模擬輸入信號IO饋送到兩個判決電路11和12,這兩個電路都由恢復(fù)時 鐘信號16提供時鐘。由EXOR門13對兩個判決電路11、 12的輸出進(jìn) 行比較，將EXOR門13的輸出饋送到差錯計數(shù)器14。計數(shù)值表示偽差 錯并且被由軟件驅(qū)動的控制單元15用來調(diào)節(jié)判決門12的門限。這種方法適合于上至10Gbit/s的中等比特率。更高比特率典型地需 要并行處理。圖2示出了具有可變增益放大器(VGA) 21、均衡器(EQ) 22、 時鐘恢復(fù)電路23、 Q監(jiān)控器與解復(fù)用電路的組合24和微控制器25的接 收機(jī)。應(yīng)當(dāng)注意，微控制器25也可以在接收機(jī)外部并能夠例如在網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點中控制更多接收機(jī)。所接收的經(jīng)0/E轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)信號20首先由放大器21放大并被饋送 到均衡器22,該均衡器補(bǔ)償由于光域中的色散效應(yīng)而導(dǎo)致的信號失真。 均衡器22可以實現(xiàn)為例如線性均衡器、判決反饋均衡器或橫向濾波器。 將均衡信號分支到時鐘恢復(fù)電路23和Q監(jiān)控器與解復(fù)用電路24。時鐘 恢復(fù)23將恢復(fù)的時鐘信號發(fā)送到Q監(jiān)控器與解復(fù)用電路24，該Q監(jiān)控 器與解復(fù)用電路24輸出偽差錯信號27和并行格式的恢復(fù)信號26,該偽 差錯信號27由微控制器25讀取。作為對偽差錯信號27的響應(yīng)，微控 制器確定Q監(jiān)控器與解復(fù)用電路24的相位和/或門限的調(diào)節(jié)參數(shù)28。另 夕卜，微控制器優(yōu)選地也能夠生成用于均衡器22和放大器21的調(diào)節(jié)參數(shù)28，、 28"。圖2中的Q監(jiān)控器與解復(fù)用電路24和時鐘恢復(fù)23在圖3a中更詳 細(xì)地示出。將來自于圖2中的可選均衡器22的接收信號20，分支到Q 監(jiān)控器與解復(fù)用電路24和時鐘恢復(fù)23。電路24包括五個采樣信道(SCO 到SC4) 31到35，其并行地接收信號輸入20，、交換矩陣36、 EXOR 電路37、差錯計數(shù)器38、在信號輸出26處的可選D觸發(fā)器40和附加 時鐘輸出的可選的1:16分頻器。標(biāo)注為SCO到SC4的五個采樣信道31-35是具有可調(diào)節(jié)相位和門限 值的判決門。每個釆樣信道包括采樣器、門限/偏移補(bǔ)償和移相器。移相 器具有低于0.5每秒每步長的高精確度并使得可以相對于43Gbit/s時鐘 進(jìn)行全4 UI相移。每個采樣信道使得可以具有覆蓋模擬輸入信號的整 個范圍的門限范圍。實際有用的值是士250mV。在優(yōu)選實施例中，使用簡單的向量相加的方法來實現(xiàn)采樣信道 31-35的移相器時鐘信號具有正弦波的形式。將時鐘信號的分別相互 移相90。的四個副本組合成加權(quán)和。這一加權(quán)和的結(jié)果又是一個時鐘信 號，但是具有依賴于所使用的加權(quán)因子的相移。通過簡單地調(diào)節(jié)移相器 中的加權(quán)因子，可以創(chuàng)建任意期望的相移時鐘。應(yīng)當(dāng)注意，如果允許加權(quán)因子是負(fù)數(shù)，作為對輸入時鐘的四個相互 移相的副本的替代，在0。和90。的兩個副本也可以起作用。通過交換矩陣36,每個采樣信道可以交替地連接到EXOR門37和 四個并行輸出端26中的一個輸出端。交換矩陣36由微控制器25以采 樣信道31-35根據(jù)預(yù)定調(diào)度以交替順序連接到四個輸出端26和EXOR 門37的方式來控制。依賴于所使用的調(diào)度，交換矩陣36的所有交叉點不一定要填充有 交換單元。在優(yōu)選實施例中，使用了圖5所示出的Z字形調(diào)度。因此， 交換矩陣如圖3a所示地填充。特別地，交換矩陣具有以下交換單元-用于將采樣信道31， 33或35連通到EXOR門37的第一輸入的 三個交換單元，-用于將采樣信道32或34連通到EXOR門37的第二輸入的兩個交換單元，-用于將采樣信道31或32連通到第一輸出端的兩個交換單元， -用于將采樣信道32或33連通到第二輸出端的兩個交換單元， -用于將采樣信道33或34連通到第三輸出端的兩個交換單元，以及-用于將采樣信道34或35交換到第四輸出端的兩個交換單元。 在通過引用的方式包含于此的EP 1445863中描述了可用于在交換 矩陣中帶來益處的基本交換單元。每個判決門都接收同一信號輸入20，。但是，應(yīng)當(dāng)清楚，五個判決 門不是全部同時操作而是各自移位與輸入信號的 一個比特對應(yīng)的時間 量。為了完成這一點，采樣信道由作為信號20'的數(shù)據(jù)速率的1/4的激 勵時鐘提供時鐘并工作在激勵時鐘的不同相位值。時鐘移位優(yōu)選地通過 在每個判決門中設(shè)置適當(dāng)?shù)南辔恢祦韺崿F(xiàn)。例如，每次通過交換矩陣36 連接到輸出端的四個采樣信道可以分別具有0°、 90。、 180。和270°的相 位值。在具有N個輸出端的一般情況下，各采樣信道的相位相互移相的 值將是2兀/N。作為替代，采樣信道31 -35可以結(jié)合在時間上相互移位的不同時鐘作。在后一種情況下，例如通過計數(shù)器來實現(xiàn)的時鐘分頻器可以分別連 接在采樣信道的時鐘輸入之前。根據(jù)本發(fā)明的原理，可以同時使用第五采樣信道來掃描另一個采樣 信道的眼圖。這將在下面參考圖5更詳細(xì)地說明。在優(yōu)選實施例中，數(shù)據(jù)速率是針對OTU-3而定義的速率，也就是 43Gbit/s。因此，激勵時鐘是10.75GHz。作為本發(fā)明的可選改進(jìn)，可以在輸出端26提供D ("延遲")觸發(fā) 器(DFF)40。當(dāng)時鐘選通時，DFF將它的輸入傳送到輸出。因此，數(shù) 據(jù)輸出在它到達(dá)輸入處之后的一個時鐘循環(huán)時被送到輸出。DFF 40由 激勵時鐘信號26，提供時鐘，所以所有的四個并行輸出端26以相同的時 鐘相位傳送它們各自的輸出信號。 在時鐘輸出端進(jìn)一步地提供時鐘信號26，。另外，作為激勵時鐘的 1/16的較低速率的時鐘信號來自時鐘分頻器39并在各自的低速時鐘輸 出端被提供以支持接收機(jī)中的附加功能(沒有示出)，這超出了本發(fā)明 的范圍。EXOR門37的輸出被饋送到差錯計數(shù)器38并被計算為偽差錯。微 控制器25可以在預(yù)定的間隔讀出并重新設(shè)置差錯計數(shù)器38，并使用差 錯計數(shù)來根據(jù)調(diào)節(jié)算法調(diào)節(jié)采樣信道31-35的相位和/或門限參數(shù)。用以根據(jù)差錯率來確定調(diào)節(jié)參數(shù)的各種算法同樣是已知的并且可 以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無需過多實驗的情況下實現(xiàn)。 一般原理是調(diào) 節(jié)各自的參數(shù)，諸如判決相位和門限、均衡器參數(shù)或放大率，使得差錯 率最小化。例如，在通過引用的方式包含于此的C. Haslach的題目為 "Method and Apparatus for Controlling the Decision Point of a Receiver for Digital Communication Signals"的未公開的歐洲專利申請05292228中描 述了使得可以設(shè)置初始相位和門限值的算法。圖4中示出了接收機(jī)中對判決點的精確控制的重要性，其示出了在 通過色散光纖鏈路之后接收信號的眼圖。由于色散，相鄰的比特值重疊， 因此如果沒有精確地設(shè)置判決點就會導(dǎo)致錯誤的判決。特別地，眼圖1 和3是"錯誤"的眼圖，而由判決相位DPH和判決門限D(zhuǎn)TH限定的最佳 判決點位于右邊的眼圖2的中間。回到圖3a,時鐘恢復(fù)23的功能是生成并為解復(fù)用器和Q監(jiān)控器電 路24提供恢復(fù)的時鐘。它基本上包括鎖相環(huán)，該鎖相環(huán)包括相位檢測 器43、低通濾波器44和壓控振蕩器(VCO) 42。VCO 42遞送21.5 GHz的時鐘信號。相位檢測器43檢測所接收的 數(shù)據(jù)脈沖與來自VCO 42的時鐘信號之間的相位偏移并提供對應(yīng)的調(diào)節(jié) 電壓，該調(diào)節(jié)電壓在經(jīng)過低通濾波后施加于VC0 42的控制端。分頻器 46將VCO 42的輸出時鐘信號除以2并將4個分別在0。、 90。、 180°和 270°的10.75 GHz的時鐘信號作為激勵時鐘提供給電路24。正如已經(jīng)說明的，采樣信道31-35中的移相器通過簡單的向量相加 根據(jù)這些相互移相的時鐘創(chuàng)建正確移相的時鐘信號。可以通過調(diào)節(jié)所使
用的加權(quán)因子來調(diào)節(jié)相移。作為替代，VCO 42和相位檢測器43可以工作在1:4的時鐘分頻器 所沿循的43 GHz的全速率下，以生成0°、 90。、 180。和270。的時鐘。圖3b示出了時鐘恢復(fù)23的另一個實施例。在這一實施例中，時鐘 恢復(fù)基于四分之一速率(例如10.75 GHz)的正交VCO (QVCO) 45, 該QVCO 45生成四個具有0°、 90°、 180°和270。相位關(guān)系的時鐘。EXOR 門41用于根據(jù)QVCO 45的0°和90。時鐘輸出為在圖3a中工作在半速 率模式下的相位檢測器43生成21.5 GHz的時鐘。基于四分之一速率QVCO 25的備選時鐘恢復(fù)是用四分之一速率 (例如10.75 GHz)的時鐘來操作相位檢測器43。圖5的表格中示出了五個采樣信道31-35的交替操作的示例。表格 的每行與Q監(jiān)控器的測量輪次對應(yīng)。這樣的眼圖測量是用傳統(tǒng)的Q監(jiān) 控器來執(zhí)行的，也就是，通過在測量輪次期間改變第五采樣信道的相位 和/或門限值并對每個相位/門限配置的偽差錯進(jìn)行計數(shù)來執(zhí)行。依賴于控制算法所需要的Q因子測量的精確度， 一次測量的合理時 間在lps和100ps之間。測量次數(shù)需要適應(yīng)于輸入信號的噪聲分布。前四列表明哪一個采樣信道通過交換矩陣36連接到四個并行輸出 端26中的哪一個。五個采樣信道標(biāo)識為SCO、 SC1、 SC2、 SC3和SC4, 并行輸出端標(biāo)識為DSO、 DS1、 DS2和DS3。第五列表示在該測量輪次 期間哪些采樣信道通過EXOR門37被饋送到差錯計數(shù)器38。最后一列 表示五個采樣信道31-35中的哪一個信道在該測量輪次期間被優(yōu)化。這 始終是如下采樣信道，該采樣信道未連接到一個輸出端且在測量輪次期 間改變相位和門限值以掃描它的眼圖。因此，例如在第l行中，SCO連接到DSO, SC1連接到DS2， SC2 連接到DS3,并且SC4連接到DS3。 EXOR 37同時接收采樣信道SC1 和SC2的輸出，該輸出不被用作由微控制器25掃描并優(yōu)化的活動的輸 出。如可以從圖5觀察到的，只有一個輸出信號的分配在一個測量輪次 與下一個測量輪次之間會改變。這一個輸出信號顯示為灰色陰影。例如，
從第1行到第2行，只有分配給輸出端DS2的采樣信道從SC1改變到 SC2，而現(xiàn)在在下一個測量輪次期間優(yōu)化SC1。在圖5中，這產(chǎn)生Z字形圖案，所以這種操作模式稱為Z字形調(diào)度。 應(yīng)當(dāng)清楚，同樣可以使用諸如輪循等其他調(diào)度，這依賴于交換矩陣36 是怎樣設(shè)計的。所描述的接收機(jī)的一個特別的優(yōu)勢是，它可以通過一次只使用一個 采樣信道用于數(shù)據(jù)輸出而針對10 Gbit/s操作也能無需任何修改地用在 HF路徑中。應(yīng)當(dāng)清楚，本發(fā)明并不限于四比特寬的并行數(shù)據(jù)輸出，而是可以用 類似的方式等同地實現(xiàn)任意其他合適的并行格式。例如，當(dāng)所示出的四 比特寬的輸出提供半位元組(半字節(jié))時，兩比特并行輸出將提供"炸 彈(crump)" (2比特)并且八比特寬的輸出將針對每個時鐘循環(huán)發(fā)送整 個字節(jié)。還應(yīng)當(dāng)清楚，對于N比特寬的輸出信號，可以提供多于N+1個采 樣信道。在這種情況下，可以并行測量若千眼圖。因此，例如對于8比 特寬的輸出信號，可以提供10個采樣信道使得8個采樣信道用于生成 并行輸出信號而兩個采樣信道用于Q監(jiān)控器測量。
權(quán)利要求
1.一種用于高比特率數(shù)字信號的數(shù)字信號接收機(jī)，包括串行信號輸入(20，20′)和N個并行數(shù)字信號輸出(26)，其中N＞1，所述接收機(jī)進(jìn)一步包括至少N+1個數(shù)字采樣信道(31-35)；用于對所述采樣信道(31-35)中的至少兩個信道的輸出信號進(jìn)行比較的Q監(jiān)控器電路；以及用于可控地將所述采樣信道(31-35)中的N個信道連接到所述輸出端(26)并將所述采樣信道(31-35)中的至少兩個信道連接到所述Q監(jiān)控器(37，38)的交換架構(gòu)(36)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號接收機(jī)，其中所述Q監(jiān)控器包括 EXOR門(37 )和差錯計數(shù)器(38 )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號接收機(jī)，包括連接在所述交換架構(gòu) (36)和所述輸出端(26)之間的D觸發(fā)器(40)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號接收機(jī)，進(jìn)一步包括微控制器，所述 微控制器用于配置所述交換架構(gòu)，讀出所述Q監(jiān)控器的偽差錯計數(shù)值， 以及為通過所述交換架構(gòu)(36)連接到所述Q監(jiān)控器上的所述采樣信道(31-35)中的至少一個信道確定至少一個優(yōu)化參數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的信號接收機(jī)，進(jìn)一步包括可變增益放大器 (21)和/或電均衡器(22)，其中所述微控制器(25)適合于依賴于由所述Q監(jiān)控器傳送的偽差錯計數(shù)值來調(diào)節(jié)所述可變增益放大器(21 )和 /或電均衡器(22)的至少一個操作參數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號接收機(jī)，其中所述采樣信道都具有同 樣的設(shè)計，包括采樣器、門限/偏移補(bǔ)償(TH)以及移相器(PS)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號接收機(jī)，進(jìn)一步包括用于根據(jù)所述輸 入信號生成恢復(fù)的時鐘信號的時鐘恢復(fù)電路(23)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的信號接收機(jī)，其中所述恢復(fù)的時鐘信號的 時鐘頻率是所述輸入信號的比特率的1/N。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的信號接收機(jī)，包括微控制器(25),所述 微控制器(25)適合于在所述通過所述交換架構(gòu)(36)連接到所述輸出 端(26)的N個釆樣信道(31-35)中調(diào)節(jié)移相器(PS)，使得它們具有 相互移相2兀/N的相位值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的信號接收機(jī)，其中所述移相器(PS)從 所述時鐘恢復(fù)電路(23)接收所述時鐘信號的相互移相90。的至少兩個 副本，其中所述移相器(PS)適合于創(chuàng)建相移時鐘信號作為所述至少兩 個副本的加權(quán)和，其中所述微控制器(25)適合于通過調(diào)節(jié)所述移相器(PS)的加權(quán)因子來調(diào)節(jié)所述移相器(PS)。
11. 一種對高比特率數(shù)字信號進(jìn)行再生并將它轉(zhuǎn)換成N比特寬的并 行輸出信號的方法，其中N〉1,所述方法包括以下步驟提供至少N+l個采樣信道(31-35 );將所述采樣信道(31-35 )中的N個信道連接到并行信號輸出(26 );將所述采樣信道(31-35)中的兩個信道，包括至少一個其余信道 連接到Q監(jiān)控器(37， 38);使用所述Q監(jiān)控器(37， 38)，通過改變至少一個其余采樣信道的 相位和/或門限值，來測量所述至少一個其余采樣信道的一維或二維眼 圖；以及重復(fù)所述使用不同采樣信道(31-35)分配的步驟，直到已經(jīng)測量 了所有采樣信道的眼圖。
全文摘要
一種用于高比特率數(shù)字信號的數(shù)字信號接收機(jī)，其具有串行信號輸入(20，20′)和N個并行數(shù)字信號輸出(26)，其中N＞1。該接收機(jī)包括至少N+1個數(shù)字采樣信道(31-35)、用于對所述采樣信道(31-35)中的至少兩個信道的輸出信號進(jìn)行比較的Q監(jiān)控器(37，38)、以及用于可控地將所述采樣信道(31-35)中的N個信道連接到所述輸出端(26)并將所述采樣信道(31-35)中的至少兩個信道連接到所述Q監(jiān)控器(37，38)的交換架構(gòu)(36)。這就使得可以使用采樣信道中的N個信道來提供N個輸出信號，而同時Q監(jiān)控器可以使用至少一個其余的采樣信道來掃描眼圖。
文檔編號H04L1/20GK101132238SQ20071014771
公開日2008年2月27日 申請日期2007年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日
發(fā)明者H·普賴扎赫 申請人:阿爾卡特朗訊