橫向濾波器、發送裝置及接收裝置的製作方法
2023-06-05 01:20:51
專利名稱：橫向濾波器、發送裝置及接收裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及可以改善通信路徑上惡化的特性的橫向濾波器，更加詳細地說是涉及生成合乎通信路徑的特性的信號，並且可以最小化處理時間的橫向濾波器。
背景技術：
為了在兩個裝置之間傳輸信號，使用基於導體的電氣通信路徑和光纖等光通信路徑。這種通信路徑，一般來說，具有某種特定的帶寬W(Hz)，如果使用這個通信路徑來傳輸信號，則被傳輸的信號受這個通信路徑的帶寬W的限制而衰減。因此，這個通信路徑，在由|f|＞W(f是頻率)所表示的頻率範圍裡，被模式化為具有衰減是零的等效低通特性的線形濾波器。
而且，把這種具有帶寬限制的通信路徑稱為「有限帶寬通信路徑」。另外，這個有限帶寬通信路徑的頻率響應特性，記述為C(f)。
如上所述，通信路徑在|f|＞W的範圍裡是衰減為零的低通濾波器。利用這個通信路徑，如果以W以上的符號率傳輸信號，則無論是在時間上還是頻率上在相鄰碼元間相互影響，產生不能正確傳輸信號的問題。把這稱作符號間幹擾(Inter-symbol InterferenceISI)。
為了解決這個ISI的問題，有種方法是事先把要傳輸的信號與頻率響應特性C(f)一致地加強後進行發送。或者還有，在接收方對傳輸的信號補償或減少ISI等處理方法。
這樣，已知的裝置是加強信號、或者補償ISI的均衡器(或者濾波器)。作為這個均衡器的一個形態，廣泛熟悉的是橫向濾波器。
理論上，橫向濾波器由延時器、乘法器、積分器組成。該延時器對輸入的信號只延遲1個碼元時間(最小的時間單位，1個碼元表示1比特或多個比特)進行輸出。延時器全部串聯連接。乘法器輸入抽頭係數。乘法器將輸入的二個值相乘並輸出。積分器輸入來自所有乘法器的輸出，並輸出將所有輸入相加後的值(參照非專利文獻1)。
圖6是表示現有的橫向濾波器的一個例子的方框圖。
該濾波器3』是由多個加法器組成的橫向濾波器的一個實施例。
濾波器3』由乘法器10(10-0至10-N)、延時器11(11-0至11-n)、加法器12(12-1至12-n)，抽頭係數設定部13組成。該濾波器3』將從輸入端子L1輸入的信號，從輸出端子L2輸出。
乘法器10(10-0至10-n)，將兩個輸入值相乘並進行輸出。乘法器10的一輸入端輸入由抽頭係數設定部13設定的抽頭係數C(C0至Cn)，另一輸入端輸入由輸入端子L1輸入的信號。
乘法器10中，第一個乘法器10-0，其輸出連接至延時器11-0的輸入。而且，乘法器10-1至10-n，其輸出分別連接至乘法器12-1至12-n的一個輸入上。
加法器12(12-1至12-n)將兩個輸入值相加後輸出。加法器12-1至12-n的一輸入端，輸入延時器11-0至11-(n-1)的輸出，另一輸入端輸入乘法器10-1至10-n的輸出。加法器12-1至12-n的輸出連接至延時器11-1至11-n的輸入。延時器11-n的輸出，從L2輸出。
該濾波器3』為將上述現有技術的橫向濾波器中的積分器分割成多個加法器的結構。由此，多個加法器象流水線一樣處理，因此濾波器3』可以高速工作。
而且，作為橫向濾波器的應用例子，孤立波寫入部在開始使用裝置之前，通過指定頭號碼和磁軌號碼，在盤媒體的每個磁軌的事先指定的區域裡，寫入指定的孤立波，然後用孤立波讀出部讀出孤立波，用模數轉換器進行量子化，用抽頭係數計算部計算橫向濾波器的抽頭係數。由抽頭係數計算部計算的抽頭係數，根據孤立波寫入時使用的磁軌號碼和頭號碼，存儲在存儲器上。已知的磁碟裝置是，裝置使用中再現時，抽頭係數設定部根據查找指令(seek command)指定的磁軌號碼和頭號碼，從存儲器讀出相應的抽頭係數，設定到橫向濾波器上(參照專利文獻1)。
在該專利文獻1記載的發明中，把不使用的抽頭係數指定為0，由此選擇任意個數的抽頭，來決定濾波器的特性。由此，選擇適合於傳輸路徑的必要的最下限度的抽頭數，並且削減了計算抽頭數的最佳值的所需的時間。
非專利文獻1J.G.Proakis著、坂庭好一·鈴木博他翻譯、《デイジタルコミュニケ一ション》、科學技術出版社、1999年、p.697。
專利文獻1日本專利第3513228號公報這樣，現有的橫向濾波器，為了提高要傳輸的信號的品質，以適應傳輸路徑的特性，增加了延時器和積分器的組數(抽頭數)。但是，並沒有考慮乘法器及積分器的處理所需要的時間。也就是說，理論上為了讓橫向濾波器連續地動作，必須在1個碼元時間內結束乘法器及積分器的處理，而在高速傳輸信號的情況下，1個碼元時間變得非常短，實現起來很困難。
例如，在圖6所示的現有的橫向濾波器中，為了發送信號，要準備符合最大的品質要求的數目的延時器11。為此，在品質惡化小的傳輸路徑上，儘管需要的抽頭數少了，但由於延時器11的處理，產生了延遲時間增加超過了正常需要的問題。
還有，在專利文獻1所記載的發明中，減少抽頭數來縮短計算抽頭係數的最佳值的時間。具體地說，對沒有使用的抽頭係數輸入0，從而將該抽頭事實上無效化。然而，在抽頭運算處理中，即使抽頭係數輸入了0，也發生這個運算處理，因此，無論抽頭數是多少，運算處理所花費的時間是一定的，處理的延遲時間並沒有減少。
發明內容
本發明的目的是提供通過與傳輸路徑的損耗相適應地增減濾波器的抽頭數，減少運算處理所花費的處理延遲時間，並使之最小化，由此適應高速傳輸信號的橫向濾波器。
本發明解決技術問題的手段是，一種橫向濾波器，包括串聯連接的延時器和乘法器，其特徵在於，具備第1乘法器，將由抽頭係數設定部設定的第1抽頭係數和輸入信號相乘後輸出；第1延時器，將上述第1乘法器輸出的值延遲規定時間後輸出；第2乘法器，將輸入信號和由上述抽頭係數設定部設定的第2抽頭係數相乘後輸出；第1加法器，將上一級的延時器輸出的值和第2乘法器輸出的值相加後輸出；第2延時器，將上述第1加法器輸出的值延遲規定時間後輸出；以及選擇器，選擇上述輸入信號、第1延時器輸出的值或者第2延時器輸出的值中的一個而輸出。
本發明的效果為依據本發明，可以實現能高速動作的橫向濾波器，而且可以選擇符合傳輸路徑特性的必要的最小限度的抽頭數，因此可以最小化處理的延遲時間。
圖1是使用本發明實施方式的橫向濾波器的信號傳輸系統的說明圖；圖2是表示本發明實施方式的橫向濾波器的一個例子方框圖；圖3是本發明實施方式的選擇器控制部控制抽頭數的流程圖；圖4是使用本發明實施方式的橫向濾波器的信號傳輸系統的其他例子的說明圖；圖5是使用本發明實施方式的橫向濾波器情況下的信號傳輸系統的其他例子說明圖；圖6是表示現有的橫向濾波器一個例子的方框圖。
具體實施例方式
下面，參照圖示說明本發明的實施方式。
圖1是說明使用本發明的橫向濾波器的信號傳輸系統的圖。
發送機1A和接收機2A通過傳輸路徑4A連接。發送機1A通過傳輸路徑把發送數據6A傳給接收機2A。接收機2A將其作為接收數據7A來接收。
發送機1A具備濾波器3A。該濾波器3A由圖2中說明的橫向濾波器構成。
該濾波器3A，將發送數據6A加強為傳輸路徑的頻率響應特性C(f)上的最佳信號、且是接收機2A在接收信號的時刻的最佳信號，發送到傳輸路徑上。
發送機1A及接收機2A，例如用於計算機和存儲器、路由器、交換機等所具備的網絡接口上。而且，傳輸路徑可以使用乙太網(Ethernet註冊商標)和高速光纖通道(FibreChannel)、光纖等通信路徑。
圖2是表示本發明實施方式的橫向濾波器的一個例子的方框圖。
濾波器3是由輸入端子L1、輸出端子L2、乘法器10(10-0至10-n)、延時器11(11-0至11-n)、加法器12(12-1至12-n)、抽頭係數設定部13、選擇器15、品質測定部17及選擇器控制部19構成的橫向濾波器。
乘法器10(10-0至10-n)，將兩個輸入值相乘後輸出。乘法器10的一輸入端連接至輸入端子L1。而且，乘法器10的另一輸入端連接至抽頭係數設定部13，輸入分別對應的抽頭係數(C0至Cn)。因此，乘法器10將輸入端子L1及抽頭係數的輸入值相乘，輸出到延時器11(11-0至11-n)。
延時器11(11-0至11-n)，對輸入值的傳播只延遲1個碼元時間進行輸出。例如，由與以1個碼元時間間隔為周期的時鐘同步動作的雙穩態多偕振蕩器(flip-flop)構成。
延時器11-0的輸入，連接乘法器10-0的輸出，對它只延遲1個碼元時間，輸出到選擇器15及加法器12-1至12-n。
另外，延時器11-1至11-n的輸入，連接加法器12-1至12-n，對它只延遲1個碼元時間，輸出到選擇器15及加法器12-2至12-n。
加法器12(12-1至12-n)將兩個輸入值相加後輸出。加法器12-1至12-(n-1)將延時器11-0至11-n和乘法器10-1至10-n輸出的輸入值相加，輸出到延時器11-1至11-n。
也就是說，濾波器3構成如下。
乘法器10-k(1≤k≤N)將來自輸入端子L1的輸入信號和抽頭係數Ck相乘。延時器11-1對乘法器10-1的輸出值只延遲1個碼元時間。延時器11-h(2≤h≤N)對加法器12-h的輸出值只延遲1個碼元。加法器12-j(1≤j≤N)將延時器11-(j-1)和乘法器10-j輸出的值相加。所有延時器11-h輸出的值，輸入選擇器15。
抽頭係數設定部13計算抽頭係數的最佳值，設定抽頭係數，輸出給乘法器10。
抽頭係數設定部設定的抽頭係數(C0至Cn)，可以利用上述非專利文獻1的第10章、第698-704頁所記載的ピ一ク歪み規範(峰值失真規範)和平均2乗誤差規範(均方誤差規範)等的最佳值或者準最佳值計算方法進行設定。
選擇器15將來自輸入端子L1的信號和來自延時器11(11-0至11-n)的各輸出的信號作為輸入值，從這些輸入值中選擇一個進行輸出。選擇器15選擇由選擇器控制部19指定的輸入值，輸出到輸出端子L2。
品質測定部17監視來自選擇器15的輸出值，測定其品質，把結果通知給選擇器控制部19。例如，品質測定部17測定輸出端子L2輸出的信號的比特誤碼率(BERBit Error Ratio)。而且，品質測定部17，可以不存在於濾波器3中，只要是能測定濾波器3的輸出信號的品質的結構就可以。例如，存在於發送機1A或者接收機2A中，並測定傳輸路徑上的信號品質或者濾波器3的輸出信號的品質就可以。
選擇器控制部19對選擇器15輸出的信號的選擇進行指示。選擇器控制部19指示選擇器15的輸出，以便品質測定部17所測定的品質結果，可以滿足本濾波器所要求的要求品質。
更具體地說，首先，選擇器控制部19將輸入端子L1的信號或者延時器11-0的輸出選擇為選擇器15的輸出值。之後，如果這個輸出信號沒有滿足要求品質時，把後一級的延時器11-1的輸出選擇為選擇器15的輸出值。在延時器11-n中，增加n也就是意味著增加抽頭數，一般來說如果增加抽頭數就可以增加品質改善率。為此，設定對傳輸路徑4A的要求品質更為合適的抽頭數，由此可以以適宜的品質發送信號。
圖3是選擇器控制部19的抽頭數的控制的流程圖。
在濾波器3的信號發送開始時，開始選擇器控制部19的處理(S0)。而且，這時的抽頭數是初始值(例如0)。
首先，抽頭係數設定部13實施當前抽頭數下的抽頭係數最佳化處理(S1)。在這個處理中，為了能以符合傳輸路徑4A的頻率特性的帶寬發送信號，決定最佳的抽頭數。
然後，在使用了依據S1決定的抽頭數的濾波器3的輸出信號中，通過品質測定部17取得品質(例如BER)(S2)。
之後，將濾波器3的要求品質的規定值和取得的品質測定的結果相比較(S3)。在該比較的結果為品質測定結果滿足要求品質的情況下，就轉入S4，結束本流程的處理。
另一方面，在S3比較的結果為品質測定結果沒有滿足上述要求品質的情況下，則在選擇器控制部19中，控制選擇器15以便增加1個(或者也可以是多個)抽頭數(S5)。該處理結束之後，轉入S1，重複執行S1至S3的處理，在決定了滿足要求品質的抽頭數的時刻結束處理。
通過該流程的處理，設定了滿足要求品質的最小的抽頭數。
如上所述，依據本發明實施方式的橫向濾器，當傳輸路徑的要求品質低時，抽頭數設定得小，把數據所通過的延時器11的個數控制在最低限度，由此可以把處理的延遲控制在最低限度上。由此，可以加強信號以便滿足傳輸路徑的要求品質，而且可以把濾波器3的處理延遲控制在最低程度上。
圖4是使用本發明橫向濾波器的信號傳輸系統的其他例子的說明圖。
發送機1B和接收機2B通過傳輸路徑4B連接。發送機1B通過傳輸路徑4B把發送數據6B傳給接收機2B。接收機2B將其接收為接收數據7B。
接收機2B具備濾波器3B。該濾波器3B由圖2中所述的橫向濾波器構成。
濾波器3B將通過傳輸路徑接收的信號加強為接收機2B上的最佳信號，把它作為接收數據7B。
這樣採取如下結構也可以，即在發送機1B中，對發送數據不進行適應傳輸路徑的頻率響應特性C(f)的補償就發送，在接收方對通過發送路徑衰減的信號進行加強，由此滿足傳輸路徑的品質要求。
圖5是使用了本發明橫向濾波器的信號傳輸系統的其他例子的說明圖。
發送機1C和接收機2C通過傳輸路徑4C連接。發送機1C通過傳輸路徑4C把發送數據6C傳給接收機2C。接收機2C將其接收為接收數據7C。
發送機1C具備濾波器3C，接收機2C具備濾波器3D。該濾波器3C及3D由圖2所述的橫向濾波器構成。
而且，該濾波器3C及3D的品質測定部17，備於接收機2C內。該品質測定部17測定傳輸路徑的信號的品質，把有關測定的品質的信息發給發送機1C的濾波器3C及接收機2C的濾波器3D。而且，有關這個品質的信息，也可以通過傳輸路徑4A發給發送機1C的濾波器3C，也可以傳給其他通信路徑。
濾波器3C將發送數據6C加強為傳輸路徑的頻率響應特性C(f)上的最佳信號、且是接收機2C在接收了信號的時刻的最佳信號，並發送至傳輸路徑。濾波器3D將通過傳輸路徑接收的信號，加強為接收機2C上的最佳信號，並將其作為接收數據7B。
這樣，在發送方，把發送到傳輸路徑上的信號加強為傳輸路徑的頻率響應特性C(f)上的最佳信號、且是接收機2C接收了信號的時刻的最佳信號，並送出。另一方面，也可以採取如下結構，即在接收方，加強通過發送路徑衰減的信號，由此來滿足傳輸路徑的要求品質。
這樣，可以分別將這些發送方的濾波器和接收方的濾波器單一使用或者將雙方組合使用。無論是哪種情況，本發明的本質是不變的。
產業上的可利用性本發明屬於搭載到通信接口上的傳輸路徑特性改善用濾波器，可以在網絡裝置(路由器或交換機、傳輸裝置、媒體轉換器、中繼器、網關等)或個人電腦、伺服器、大型計算機、盤陣列系統、網絡附加存儲器(NAS)等，具有通信接口的所有裝置上利用。
權利要求
1.一種橫向濾波器，包括串聯連接的延時器和乘法器，其特徵在於，具備第1乘法器，將由抽頭係數設定部設定的第1抽頭係數和輸入信號相乘後輸出；第1延時器，將上述第1乘法器輸出的值延遲規定時間後輸出；第2乘法器，將輸入信號和由上述抽頭係數設定部設定的第2抽頭係數相乘後輸出；第1加法器，將上一級的延時器輸出的值和第2乘法器輸出的值相加後輸出；第2延時器，將上述第1加法器輸出的值延遲規定時間後輸出；以及選擇器，選擇上述輸入信號、第1延時器輸出的值或者第2延時器輸出的值中的一個而輸出。
2.一種橫向濾波器，具備N個乘法器、N個延時器、N-1個加法器、抽頭係數設定部、和選擇器，其特徵在於，第1個上述延時器，將上述第1個乘法器輸出的值延遲規定時間；第k個上述乘法器，將由上述抽頭係數設定部指定的抽頭係數與輸入信號相乘，其中1≤k≤N；第j個上述加法器，將第j-1個上述延時器輸出的值和第j個上述乘法器輸出的值相加，其中1≤j≤N-1；第h個上述延時器，將第h-1個上述加法器輸出的值延遲規定時間，其中2≤h≤N；上述選擇器，選擇輸入信號或者上述第N個延時器輸出的值中的一個而輸出。
3.如權利要求1或2所述的橫向濾波器，其特徵在於，具備選擇器控制部，指示上述選擇器選擇的值；以及品質測定部，測定上述選擇器的輸出信號的品質；上述選擇器控制部根據上述品質測定部所測定的信號品質和上述輸出值所要求的品質之間的比較結果，指示上述選擇器選擇的值。
4.如權利要求1或2所述的橫向濾波器，其特徵在於，具備選擇器控制部，指示上述選擇器選擇的值；以及品質測定部，測定上述選擇器的輸出信號的品質；上述抽頭係數設定部設定對應上述乘法器的抽頭係數；上述品質測定部測定上述選擇器的輸出信號的品質；上述選擇器控制部比較上述品質測定部所測定的信號品質和上述輸出值所要求的品質，在上述比較的結果為上述測定的信號的品質沒有滿足上述輸出信號所要求的品質的情況下，指示上述選擇器選擇的值使得抽頭數增加1個。
5.一種發送裝置，通過傳輸路徑對接收裝置發送數據，其特徵在於，具備濾波器，將上述數據轉換為適於上述傳輸路徑的頻率特性的信號；上述濾波器包括串聯連接的延時器和乘法器，並具備第1乘法器，將由抽頭係數設定部設定的第1抽頭係數和輸入信號相乘後輸出；第1延時器，將上述第1乘法器輸出的值延遲規定時間後輸出；第2乘法器，將輸入信號和由上述抽頭係數設定部設定的第2抽頭係數相乘後輸出；第1加法器，將上一級的延時器輸出的值和第2乘法器輸出的值相加後輸出；第2延時器，將第1加法器輸出的值延遲規定時間後輸出；以及選擇器，選擇上述輸入信號、第1延時器輸出的值或者第2延時器輸出的值中的一個而輸出。
6.一種發送裝置，通過傳輸路徑對接收裝置發送數據，其特徵在於，具備濾波器，將上述數據轉換為適於上述傳輸路徑的頻率特性的信號；上述濾波器具備N個乘法器、N個延時器、N-1個加法器、抽頭係數設定部和選擇器，第1個上述延時器，將上述第1個乘法器輸出的值延遲規定時間；第k個上述乘法器，將由上述抽頭係數設定部指定的抽頭係數與輸入信號相乘，其中1≤k≤N；第j個上述加法器，將第j-1個上述延時器輸出的值和第j個上述乘法器輸出的值相加，其中1≤j≤N-1；第h個上述延時器，將第h-1個上述加法器輸出的值延遲規定時間，其中2≤h≤N；上述選擇器，選擇輸入信號或者上述第N個延時器輸出的值中的一個而輸出。
7.如權利要求5或6所述的數據發送裝置，其特徵在於，上述濾波器具備選擇器控制部，指示上述選擇器選擇的值；以及品質測定部，測定上述選擇器的輸出信號的品質；上述選擇器控制部根據上述品質測定部所測定的信號品質和上述輸出值所要求的品質之間的比較結果，指示上述選擇器選擇的值。
8.如權利要求5或6所述的數據發送裝置，其特徵在於，上述濾波器具備選擇器控制部，指示上述選擇器選擇的值；以及品質測定部，測定上述選擇器的輸出信號的品質；上述抽頭係數設定部設定對應上述乘法器的抽頭係數；上述品質測定部測定上述選擇器的輸出信號的品質；上述選擇器控制部比較上述品質測定部所測定的信號品質和上述輸出信號所要求的品質，在上述比較的結果為上述測定的信號的品質沒有滿足上述輸出信號所要求的品質的情況下，指示上述選擇器選擇的值使得抽頭數增加1個。
9.如權利要求7或8所述的發送裝置，其特徵在於，上述品質測定部配置於上述接收裝置內。
10.一種接收裝置，通過傳輸路徑從發送裝置接收數據，其特徵在於，具備濾波器，將上述接收數據轉換為適於上述傳輸路徑的頻率特性的信號；上述濾波器包括串聯連接的延時器和乘法器，並具備第1乘法器，將由抽頭係數設定部設定的第1抽頭係數和輸入信號相乘後輸出；第1延時器，將上述第1乘法器輸出的值延遲規定時間後輸出；第2乘法器，將輸入信號和由上述抽頭係數設定部設定的第2抽頭係數相乘後輸出；第1加法器，將上一級的延時器輸出的值和第2乘法器輸出的值相加後輸出；第2延時器，將上述第1加法器輸出的值延遲規定時間後輸出；以及選擇器，選擇上述輸入信號、第1延時器輸出的值或者第2延時器輸出的值中的一個而輸出。
全文摘要
本發明提供生成符合通信路徑的信號並且可將處理時間最小化的橫向濾波器。該橫向濾波器包括串聯連接的延時器和乘法器，其特徵在於具備第1乘法器，將由抽頭係數設定部設定的第1抽頭係數和輸入信號相乘後輸出；第1延時器，將上述第1乘法器輸出的值延遲規定時間後輸出；第2乘法器，將輸入信號和由上述抽頭係數設定部設定的第2抽頭係數相乘後輸出；第1加法器，將上一級的延時器輸出的值和第2乘法器輸出的值相加後輸出；第2延時器，將上述第1加法器輸出的值延遲規定時間後輸出；以及選擇器，選擇上述輸入信號、第1延時器輸出的值或者第2延時器輸出的值中的一個而輸出。
文檔編號H04L25/03GK1870427SQ200610006899
公開日2006年11月29日 申請日期2006年2月9日 優先權日2005年5月26日
發明者豐田英弘 申請人:株式會社日立製作所