用于节能和智能回波抵消的技术的制作方法

本发明涉及用于节能和智能回波抵消的技术，具体是具有板载诊断能力，例如用于汽车、工业和消费电子。本发明具体涉及一种用于确定用于减少具有在n个时间间隔上延伸的长脉冲响应的通信信道中的回波信号的回波补偿滤波器的滤波器系数的装置和方法。

背景技术：

1、基于有线的高速串行通信phy(物理接口)110、120通过电缆130交换数据，该电缆的最大长度由标准(例如ieee 802.3cy)定义，如图1所示。电缆130的长度可以从几分之一米到100m和更长。电缆130通常被分成不同的段，并通过图1所示的内嵌连接器131连接。当阻抗在电缆与连接器之间的连接点131、132处改变时，发送信号112作为回波信号123被反射回去。在全双工通信系统中，反射回波信号123叠加在接收信号122的顶部。反射回波信号123需要在接收器处被抵消。

2、基于有限脉冲响应(finite impulse response，fir)的数字回波抵消使用信号处理算法从接收信号122中去除反射信号123。fir滤波器的抽头数取决于电缆130的长度和波特率。信道行为随时间变化，因此需要自适应抵消。随着数据速率的增加，用于回波抵消的fir滤波器抽头数量激增。例如，对于100base-t1和1000base-t1，仍然可以处理回波抵消。但是，对于10g/25gbase-t1，数字回波抵消可能非常复杂，这是因为具有约5600个抽头的回波抵消实现方式是一项非常复杂的任务，当使用等于回波响应完整长度的多个回波抽头时尤其如此。在这种情况下，该实现方式变得比较复杂，而且非常耗电。

技术实现思路

1、本发明提供了一种用于显著减少通信信道(例如图1所示的基于有线的高速串行通信信道)中的回波信号以克服上述问题的方案。

2、具体地，本发明提供了与覆盖全回波响应的回波补偿相比显著减少回波抽头数量的概念。

3、上述和其它目的通过独立权利要求的特征实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中显而易见。

4、本发明的重点在于这样一种技术，该技术减少了覆盖全窗口长度回波抽头以用于回波抵消的需要，从而降低了功耗、复杂性，并且减少了使用硅面积。整个回波响应被分成多个段，并设计了覆盖第一段的回波抵消块。在通信开始时，估计并抵消第一段的回波。一旦系数达到其稳态值，则系数将被冻结，即保持不变，并且过程移动到第二段，以检测是否有任何重要的回波要抵消。类似地，该过程从第一段重复到最后一段，并再次重复。系数是根据已知的自适应算法，例如最小均方(least mean square，lms)算法更新的。第二段不必与回波响应中的第一段相邻，第二段可以是回波响应中除第一段以外的任何段。

5、与覆盖全回波响应时所需的回波抽头数量相比，这种技术显著减少了回波抽头的数量。与全回波响应补偿相比，下文公开的这种新技术可以保持相同的性能。

6、本发明中提出的方案基于以下几点：(1)在信号处理块上不使用全长回波抽头的情况下检测和消除回波的能力。(2)应用一种技术来重用有限数量的回波抽头，以检测和消除在回波响应上传播的回波。(3)应用一种技术来决定检测到的回波需要抵消或可以保留为未抵消的回波。(4)一旦系数达到稳态值，将fir滤波器的窗口从一段移动到另一段的方法。

7、本发明中描述的概念可以应用于使用基于有线的数据通信链路(例如由1000base-t1、10gbase-t1和未来的25gbase-t1定义的以太网电缆)的汽车应用中。由于未来的自动驾驶车辆需要越来越多的带宽来可靠地将传感器数据传输到中央处理单元，根据本发明的技术可以有利地应用于提高数据传输的效率。

8、除了汽车，本文描述的技术还可以应用于工业和自动化应用以及消费电子产品。

9、为详细描述本发明，使用以下术语、缩略语和符号：

10、phy 物理层设备或物理接口

11、mii 媒体独立接口

12、dac 数模转换器

13、lms最小均方(算法)

14、fir有限脉冲响应(滤波器)

15、根据第一方面，本发明涉及一种装置，用于基于接收信号确定用于减少通信信道中的回波信号的回波补偿滤波器的滤波器系数，接收信号是可在通信信道上发送的已知参考信号的可接收版本，参考信号的可接收版本受回波信号的影响，其中，通信信道的脉冲响应在n个时间间隔上延伸，该装置包括：有限脉冲响应滤波器，具有一组m+1个滤波器系数，有限脉冲响应滤波器用于使用m+1个滤波器系数对参考信号的值进行滤波，以获得第一滤波参考信号；间隔选择器，用于选择与n个时间间隔的第k时间间隔关联的参考信号的值；m个延迟元件，用于依次延迟参考信号的选择的值，m个延迟元件设置在间隔选择器之后；m+1个误差估计器，其中，第一误差估计器耦合到间隔选择器的输出端，并且其中，其余m个误差估计器中的每一个误差估计器耦合到相应延迟元件的输出端，其中，m+1个误差估计器用于确定m+1个滤波器系数，使得第一滤波参考信号与接收信号之间的偏差的测量最小化。

16、m可以是任何整数。时间间隔可以包括例如对应于滤波器系数的数量m+1的多个样本值。时间间隔的数量n可以是任何整数，例如大于1。第k时间间隔可以是例如由控制器选择的n个时间间隔中的任何一个时间间隔。

17、这种装置可以降低由于间隔选择器的间隔选择而产生的回波抵消复杂性，从而降低了功耗，并且减少使用的硅面积。

18、当覆盖全回波响应时，与所需的回波抽头数量相比，该装置显著减少了回波抽头的数量。与全回波响应补偿相比，当使用所公开的装置时，可以保持相同的性能。

19、例如，该装置可以有利地应用于有线全双工芯片到芯片通信中。

20、在该装置的示例性实现方式中，m+1个误差估计器是均方误差估计器，具体是最小均方误差估计器或最小均方估计器。

21、这提供了这样的优点，即可以应用众所周知的迭代过程来更新滤波器系数。这种迭代过程在软件库中很容易获得。即使在时变环境中，这些过程也可以保证滤波器系数的快速收敛。

22、在该装置的示例性实现方式中，第一滤波参考信号与接收信号之间的偏差的测量是第一滤波参考信号的值与接收信号的值之间的均方偏差。

23、这提供了这样的优点，即误差信号被最小化。滤波器代表通信信道的精确模型。

24、在该装置的示例性实现方式中，该装置包括存储器，用于存储由间隔选择器选择的参考信号的值的m+1个滤波器系数。

25、这提供了这样的优点，即为脉冲响应的相应时间间隔处理的实际滤波器系数可以存储在存储器中，以便以后使用。因此，可以在不增加计算复杂性的情况下执行通信信道的全脉冲响应的所有滤波器系数的依次确定。

26、在该装置的示例性实现方式中，该存储器用于存储由间隔选择器应用的n个时间间隔中的每个时间间隔的m+1个滤波器系数。

27、通过存储每个时间间隔的滤波器系数，通信信道的全脉冲响应的所有滤波器系数可以存储在存储器中，并且在用整组滤波器系数滤波时提高了补偿精度。但是，芯片尺寸可以设计为一次仅处理完整脉冲响应的一个或两个时间间隔。

28、在该装置的示例性实现方式中，存储器用于将m+1个滤波器系数与由间隔选择器应用的第k时间间隔的值存储在一起。

29、这提供了这样的优点，即每组m+1个滤波器系数以正确的顺序存储。这简化了以后通过全脉冲响应补偿滤波器对滤波器系数的访问。

30、在该装置的示例性实现方式中，m+1个误差估计器用于确定第一滤波参考信号与接收信号之间的偏差的测量低于预定义阈值的m+1个滤波器系数。

31、这提供了这样的优点，即可以调整或预配置滤波精度。通过定义阈值，可以灵活调整滤波器的收敛时间。

32、在该装置的示例性实现方式中，该装置包括减法器，该减法器用于通过从接收信号的数字表示中减去第一滤波参考信号来确定偏差的测量。

33、这提供了这样的优点，即通过从数字接收信号(即接收信号的数字表示)中简单地减去滤波信号(即第一滤波参考信号)，误差信号可以容易地确定。在数字域中执行减法。

34、在该装置的示例性实现方式中，该装置包括具有一组n乘(m+1)个滤波器系数的回波补偿滤波器，该回波补偿滤波器用于通过使用n个时间间隔的每个时间间隔的m+1个滤波器系数对可在通信信道上发送的发送信号的值进行滤波。

35、这提供了这样的优点，即为由间隔选择器选择的每个时间间隔确定的m+1个滤波器系数的不同滤波器组可以用于补偿全回波脉冲响应。因此，可以补偿通信信道的脉冲响应中不同时间间隔位置的回波。

36、在该装置的示例性实现方式中，该装置包括控制器，该控制器用于向间隔选择器发送选择信号，以用于选择由间隔选择器应用的第k时间间隔的值。

37、这提供了这样的优点，即间隔选择器可以由控制器灵活控制。例如，可以执行不同时间间隔或时间段的顺序滤波，或者可以优选对特殊时间间隔(例如，已知回波所在的时间间隔)进行滤波。

38、在该装置的示例性实现方式中，该装置包括多个备用资源，用于增加有限脉冲响应滤波器的滤波器系数的数量。

39、这提供了这样的优点，即fir滤波器的精度可以灵活调整。例如，如果需要高精度的回波补偿，可以通过附加地使用备用资源来增加滤波器系数的数量。如果要求低精度，则通过将m+1个滤波器系数中的一些分配为备用资源，可以使用比上述m+1个滤波器系数少的滤波器系数。

40、在该装置的示例性实现方式中，该备用资源包括至少一个附加滤波器系数；有限脉冲响应滤波器用于使用m+1个滤波器系数和至少一个附加滤波器系数对参考信号的值进行滤波，以获得第一滤波参考信号。

41、这提供了这样的优点，即通过使用大于m+1的滤波器系数进行滤波，可以获得滤波过程的更高的精度。

42、在该装置的示例性实现方式中，该装置包括用于将有限脉冲响应滤波器与多个备用资源组合的组合元件。

43、这提供了这样的优点，即通过组合元件，备用资源可以容易和高效地添加到现有的m+1个滤波器系数中。

44、在该装置的示例性实现方式中，该控制器用于向多个备用资源和组合元件发送使能信号，该使能信号用于使能多个备用资源并使能组合元件。

45、这提供了这样的优点，即备用资源的使用可以由控制器高效地控制。

46、在该装置的示例性实现方式中，该装置包括：模拟前端，用于接收接收信号；模数转换器，用于将由模拟前端处理的接收信号转换为数字表示。

47、这提供了这样的优点，即接收信号可以以数字表示高效地转换，以与数字fir滤波器的数字信号输出(即第一滤波参考信号)组合。

48、根据第二方面，本发明涉及一种方法，用于基于接收信号确定用于减少通信信道中的回波信号的回波补偿滤波器的滤波器系数，接收信号是可在通信信道上发送的已知参考信号的可接收版本，参考信号的可接收版本受回波信号的影响，其中，通信信道的脉冲响应在n个时间间隔上延伸，该方法包括：通过使用具有一组m+1个滤波器系数的有限脉冲响应滤波器对参考信号的值进行滤波，以获得第一滤波参考信号；由间隔选择器选择与n个时间间隔中的第k时间间隔关联的参考信号的值；由m个延迟元件依次延迟参考信号的选择的值，m个延迟元件设置在间隔选择器之后；由m+1个误差估计器确定m+1个滤波器系数，以最小化第一滤波参考信号与接收信号之间的偏差的测量，其中，第一误差估计器耦合到间隔选择器的输出端，并且其中，其余m个误差估计器中的每一个误差估计器耦合到相应延迟元件的输出端。

49、这种方法提供了与以上关于第一方面的所描述的装置相同的优点。即，该方法可以有利地降低了由于间隔选择器的间隔选择而导致的回波抵消复杂性。当覆盖全回波响应时，与所需的回波抽头数量相比，该方法显著减少了回波抽头的数量。与全回波响应补偿相比，当使用所公开的方法时，可以保持相同的性能。

50、根据第三方面，本发明涉及一种计算机程序产品，包括计算机可执行代码或计算机可执行指令，当可执行代码或计算机可执行指令被执行时，使至少一个计算机执行根据第二方面的方法。

51、该计算机程序产品可以包括非瞬态可读存储介质，该非瞬态可读存储介质中存储程序代码以供处理器使用，该程序代码包括用于执行下文描述的方法或计算块的指令。

52、计算机程序产品可以在计算机上运行，例如在使用图1所示的基于有线的数据通信链路130的通信系统的处理器或控制器上运行。

53、使用这种计算机程序产品由于减少了回波抽头的数量，所以提高了回波补偿的效率。

技术特征：

1.一种装置(300)，其特征在于，用于基于接收信号(122)确定用于减少通信信道(130)中的回波信号(123)的回波补偿滤波器的滤波器系数，所述接收信号(122)是可在所述通信信道(130)上发送的已知参考信号(301)的可接收版本，所述参考信号(301)的所述可接收版本受所述回波信号(123)的影响，其中，所述通信信道(130)的脉冲响应(304)在n个时间间隔(342a-d)上延伸，所述装置(300)包括：

2.根据权利要求1所述的装置(300)，其特征在于，

3.根据权利要求1或2所述的装置(300)，其特征在于，所述第一滤波参考信号(315)与所述接收信号(122)之间的所述偏差的所述测量是所述第一滤波参考信号(315)的值与所述接收信号(122)的值之间的均方偏差。

4.根据上述权利要求中任一项所述的装置(300)，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的装置(300)，其特征在于，

6.根据权利要求4或5所述的装置(300)，其特征在于，

7.根据上述权利要求中任一项所述的装置(300)，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的装置(300)，其特征在于，包括：

9.根据上述权利要求中任一项所述的装置(300)，其特征在于，包括：

10.根据上述权利要求中任一项所述的装置(300)，其特征在于，包括：

11.根据权利要求10所述的装置(300)，其特征在于，包括：

12.根据权利要求11所述的装置(300)，其特征在于，

13.根据权利要求11或12所述的装置(300)，其特征在于，包括：

14.根据权利要求11至13中任一项所述的装置(300)，其特征在于，

15.根据上述权利要求中任一项所述的装置(300)，其特征在于，包括：

16.一种方法(500)，其特征在于，用于基于接收信号(122)确定用于减少通信信道(130)中的回波信号(123)的回波补偿滤波器的滤波器系数，所述接收信号(122)是可在所述通信信道(130)上发送的已知参考信号(301)的可接收版本，所述参考信号(301)的所述可接收版本受所述回波信号(123)的影响，其中，所述通信信道(130)的脉冲响应(304)在n个时间间隔(342a-d)上延伸，所述方法(500)包括：

技术总结
本发明涉及一种用于确定回波补偿滤波器的滤波器系数的装置，包括FIR滤波器，所述FIR滤波器具有一组M+1个滤波器系数，用于对参考信号的值进行滤波，以获得第一滤波参考信号。所述装置包括间隔选择器，用于选择与具有N个时间间隔的回波脉冲响应的第k时间间隔关联的参考信号的值。所述装置包括设置在所述间隔选择器之后的M个延迟元件，用于依次延迟所述参考信号的所述选择的值。所述装置包括M+1个误差估计器。第一误差估计器耦合到所述间隔选择器的输出端。其余M个误差估计器中的每一个误差估计器耦合到相应延迟元件的输出端。所述M+1个误差估计器用于确定所述M+1个滤波器系数，使得所述第一滤波参考信号与所述接收信号之间的偏差的测量最小化。

技术研发人员：苏扬·潘迪
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23