混合型判决反馈均衡器设计与FPGA实现

摘 要： 针对1000BASE-T中的均衡解码结构，从信噪比与误码率、速度及硬件复杂度等方面比较了该判决反馈均衡解码器的几种形式，并设计了一种满足速度与误码率要求而硬件复杂度更低的混合型结构，该结构将部分残留后馈干扰级数移除，同时应用流水线及重定时技术优化其性能。
关键词： 判决反馈均衡；1000BASE-T；混合结构；网格译码

1 判决反馈均衡解码器的结构
　许多数字通信系统中都使用了网格编码和脉冲幅度调制，1000BASE-T中使用4维8状态网格编码及5电平调制，每对双绞线上有5种符号{-2，-1，0，1，2}，分为A={-1，1}，B={-2，0，2}两组。4对双绞线组合的16种结果分为图1（a）所示的8个子集，属于相同子集的不同符号间的欧氏距离为4。图1（b）为其网格编码[1]图，每个状态均有4条进出路径，偶状态ρ0、ρ2、ρ4、ρ6出发路径对应的输出判决符号取自偶子集S0、S2、S4、S6；奇状态ρ1、ρ3、ρ5、ρ7出发路径输出判决符号取自奇子集S1、S3、S5、S7，相同起止点的编码路径间最小距离为4，即网格编码在理想条件下可以获取6 dB编码增益。
　由于噪声和串扰的存在，译码使用了基于最大似然估计（MLSE）的维特比算法，该算法的复杂度随着信道数和译码深度呈指数增长，因此，硬件复杂度是算法设计重点。一种是串联式均衡解码器结构，即将4个DFE（判决反馈均衡器）与一个维特比译码器串联，如图2所示。其中，4路DFE用于消除后馈干扰，维特比译码器则用于进行网格译码，两部分组成串联式结构。

　串联分离式结构[2]电路简单、硬件开销小、可流水线操作且速度快。但其中DFE输入直接来自硬判决，当存在误判时，会引起错误传递[3]，导致误码率升高。抑制误差传递的一种方法是使用并联式结构，如图3所示。DFE与Viterbi译码器形成环路，后馈干扰补偿嵌入Viterbi译码器中，DFU输入不采用硬判决而采用各状态幸存信号，这种结构能取得很好的误码率性能。

　并联式结构针对8状态都进行了DFU计算，需8倍的DFU单元数、8倍的1D-BMU单元数以及4倍的4D-BMU的单元数，大大增加了硬件开销。并且由于n时刻的码间干扰计算需要此前的多级判决值，因此，后馈码间干扰的补偿、一维及4维分支度量计算、加比选单元以及幸存信号的选择形成了一个关键回路，路径延迟大，系统工作速率低。
串联式结构硬件简单且能达到较高的速度，而并联式结构拥有较好的误码率性能，可以综合这两种结构设计一种折衷的混合型结构。
2 混合式结构设计与实现