前向均衡器是一種線形的等化器,發想來源於有限脈衝響應濾波器,常常在發射器端使用,其原理是根據已知的通道失真響應來製造高通響應以補償訊號,減少訊號抵達到接收端的失真。

相關數學式介紹

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考慮離散時間系統, 輸入信號 ,經過具有 項的前向均衡器得到輸出 ,其輸入輸出的關係為:

 

 為各項的權重

其在 領域的系統轉移函式為:

 

因為前向均衡器是有限響應濾波器(FIR),所以會無條件穩定

權重的設計方法

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強制零化(zero-forcing)方法

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以設計 項權重舉例, 針對特定的通道先去量測單脈沖響應(輸入單脈衝訊號,量測通道出來的波形),先輸入一個寬度為 的脈衝

通道輸入波形(示意圖例):

 
通道輸入單脈衝

得到輸出暫態響應後,以 間隔取樣得到暫態響應的一串數列  通常為能量最大的取樣點(依下圖示例即是0.85的位置)

通道輸出波形(示意圖例):

 
通道輸出暫態響應

 權重以下列矩陣式計算出,主要精神在消除通道響應的前驅響應(pre cursors),即 ,和後驅響應(post cursors) ,只保留主響應(main cursors)

    =  

常見的模型實現架構

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下圖為具有三項的前向均衡器模型架構

 
FFE 電路模型示例

均衡效果

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以具有三項權重 的前向均衡器為例,其可以有欲加重或去加重的不同設計取向

欲加重(pre-emphasis)

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  ,此濾波器會放大高頻的訊號成分

轉移函式圖例

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欲加重的系統頻率響應圖

去加重(de-emphasis)

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  ,此濾波器會衰弱低頻的訊號成分

轉移函式圖例

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去加重的系統頻率響應圖

電路模擬的示意結果

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以32G NRZ訊號經過在nyquist frequency(16G)有-11.97dB 損耗的通道情況下演示

未經過前向均衡器的通道響應眼圖

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未經過均衡器的通道響應眼圖

經過前向均衡器的通道響應眼圖

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經過均衡器的通道響應眼圖

逐漸調α權重前向均衡器的波形眼圖展示

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逐漸調製α權重對最後產生的波形影響

參考文獻

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