前向均衡器是一种线形的等化器,发想来源于有限脉冲响应滤波器,常常在发射器端使用,其原理是根据已知的通道失真响应来制造高通响应以补偿讯号,减少讯号抵达到接收端的失真。

相关数学式介绍

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考虑离散时间系统, 输入信号 ,经过具有 项的前向均衡器得到输出 ,其输入输出的关系为:

 

 为各项的权重

其在 领域的系统转移函式为:

 

因为前向均衡器是有限响应滤波器(FIR),所以会无条件稳定

权重的设计方法

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强制零化(zero-forcing)方法

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以设计 项权重举例, 针对特定的通道先去量测单脉冲响应(输入单脉冲讯号,量测通道出来的波形),先输入一个宽度为 的脉冲

通道输入波形(示意图例):

 
通道输入单脉冲

得到输出暂态响应后,以 间隔取样得到暂态响应的一串数列  通常为能量最大的取样点(依下图示例即是0.85的位置)

通道输出波形(示意图例):

 
通道输出暂态响应

 权重以下列矩阵式计算出,主要精神在消除通道响应的前驱响应(pre cursors),即 ,和后驱响应(post cursors) ,只保留主响应(main cursors)

    =  

常见的模型实现架构

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下图为具有三项的前向均衡器模型架构

 
FFE 电路模型示例

均衡效果

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以具有三项权重 的前向均衡器为例,其可以有欲加重或去加重的不同设计取向

欲加重(pre-emphasis)

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  ,此滤波器会放大高频的讯号成分

转移函式图例

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欲加重的系统频率响应图

去加重(de-emphasis)

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  ,此滤波器会衰弱低频的讯号成分

转移函式图例

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去加重的系统频率响应图

电路模拟的示意结果

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以32G NRZ讯号经过在nyquist frequency(16G)有-11.97dB 损耗的通道情况下演示

未经过前向均衡器的通道响应眼图

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未经过均衡器的通道响应眼图

经过前向均衡器的通道响应眼图

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经过均衡器的通道响应眼图

逐渐调α权重前向均衡器的波形眼图展示

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逐渐调制α权重对最后产生的波形影响

参考文献

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