博碩士論文 108521057 詳細資訊




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姓名 陳建宏(Jian-Hong Chen)  查詢紙本館藏   畢業系所 電機工程學系
論文名稱 運用改良型混合蛙跳演算法設計之近端串音干擾消除器
(Design of Near-end Crosstalk Canceller with An Improved Shuffled Frog Leaping Algorithm)
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摘要(中) 在有線通訊中,由於傳輸端雙絞線傳送資料時可能因為彼此間空間距離過近,導致與其它線發生電感性或電容性耦合的現象,造成其它對線耦合出電流電壓的訊號,產生串音干擾的現象( crosstalk ),而網路傳輸線裡會有四對的雙絞線,因此在四對線中彼此都會互相干擾,影響其接收訊號的完整,顯示了近端串音干擾消除器( near end crosstalk canceller ) 之必要性。本論依據 IEEE 802.3 bz™-2016[1] 規範標準設計乙太網路之近端串音干擾消除器,處理訊號在接收端受到其它對雙絞線的串音干擾之影響,並消除錯誤的訊號。本論文針對串音干擾通道模型所採用的濾波器以相對於傳統有限脈衝響應濾波器(Finite impulse response filter)成本較低的無限脈衝響應濾波器(infinite impulse response filter)來設計消除器,因為隨著通道效應拉長,有限脈衝響應濾波器需跟著拉長才能達到可接受之串音干擾消除效果,因此需要之乘法器數量也會隨之增長,造成電路成本提高,因此在電路成本越來越受到重視的情形下,無限脈衝響應濾波器將會是效能與成本考量上的最佳解。而演算法部分則參考既有文獻之方法尋找適合實現的演算法,並對演算法部分進行改良,使其演算法效能提升,以達到良好的串音消除效果,消除傳送端傳輸線內部的串音干擾訊號。硬體實現上,使用Verilog HDL描述與模擬,並透過SMIMS VeriEnterprise Xilinx FPGA驗證電路功能,再經由Design compiler與IC compiler來驗證在製程為TSMC-40nm下之電路功能。
摘要(英) In wireline communications, due to the fact that the twisted pair at the transmission end may be too close to each other when transmitting data, other lines may be inductively or capacitively coupled, causing other lines to couple current and voltage signals, resulting in crosstalk interference. phenomenon ( crosstalk ), There are four pairs of twisted pairs in the network transmission line, so the four pairs of lines will interfere with each other, affecting the integrity of the received signal, showing the necessity of a near-end crosstalk canceller. This paper designs a near-end crosstalk canceller for Ethernet networks based on the IEEE 802.3 bz™-2016[1] standard to deal with the influence of crosstalk interference from other pairs of twisted pairs on the signal at the receiving end, and eliminate the wrong signal. The filter used in this paper for the crosstalk interference channel model is an infinite impulse response filter with a lower cost than the traditional finite impulse response filter. Because as the channel effect lengthens, the finite impulse response filter needs to be lengthened to achieve an acceptable crosstalk cancellation effect, so the number of required multipliers will also increase, resulting in an increase in the circuit cost. With increasing attention, an infinite impulse response filter will be the best solution in terms of performance and cost. The algorithm part refers to the method of the existing literature to find a suitable algorithm for implementation, and improves the algorithm part to improve the performance of the algorithm, so as to achieve a good crosstalk cancellation effect and eliminate the crosstalk in the transmission line at the transmitting end.
Regarding the hardware implementation, first the Verilog HDL description is employed and the related simulations ,are conducted, then verify the circuit function through SMIMS VeriEnterprise Xilinx FPGA, and finally verify the circuit function under the TSMC-40nm process through Design Compiler and IC Compiler.
關鍵字(中) ★ 近端串因干擾消除器
★ 無限脈衝響應濾波器
★ 混合蛙跳演算法
★ 改良型混和蛙跳演算法
★ 乙太網路
關鍵字(英) ★ NEXT canceller
★ IIR filter
★ Shuffled Frog Leaping Algorithm
★ Improved Shuffled Frog Leaping Algorithm
★ Ethernet
論文目次 摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 viii
表目錄 xii
第一章 緒論 1
1.1背景 1
1.2 研究動機 1
1.3 論文貢獻 2
1.4 論文架構 2
第二章 近端串音干擾消除器電路介紹 3
2.1近端串音干擾電路系統概要 3
2.2有限脈衝響應電路架構 4
2.3無限脈衝響應電路架構 6
第三章 近端串音干擾消除器演算法介紹 9
3.1混合蛙跳(SFLA)演算法 9
3.2基因演算法(Genetic Algorithm) 12
3.3改良型混和蛙跳演算法 13
3.4多樣性 19
第四章近端串音干擾之通道模型介紹 21
第五章 系統架構與模擬結果 26
5.1 系統架構 26
5.2 自適應濾波器 27
5.3 演算法 28
5.4 成本函數 29
5.5 模擬環境 30
5.5.1 十公尺模擬環境 30
5.5.2 二十公尺模擬環境 30
5.5.3 三十公尺模擬環境 31
5.5.4 四十公尺模擬環境 31
5.5.5 五十公尺模擬環境 32
5.5.6 六十公尺模擬環境 32
5.5.7 七十公尺模擬環境 33
5.5.8 八十公尺模擬環境 33
5.5.9 九十公尺模擬環境 34
5.5.10 一百公尺模擬環境 34
5.6 平均絕對誤差與平均平方誤差模擬結果比較 35
5.6.1 平均絕對誤差與平均平方誤差十公尺模擬比較 35
5.6.2 平均絕對誤差與平均平方誤差二十公尺模擬比較 35
5.6.3 平均絕對誤差與平均平方誤差三十公尺模擬比較 36
5.6.4 平均絕對誤差與平均平方誤差四十公尺模擬比較 36
5.6.5 平均絕對誤差與平均平方誤差五十公尺模擬比較 37
5.6.6 平均絕對誤差與平均平方誤差六十公尺模擬比較 37
5.6.7 平均絕對誤差與平均平方誤差七十公尺模擬比較 38
5.6.8 平均絕對誤差與平均平方誤差八十公尺模擬比較 38
5.6.9 平均絕對誤差與平均平方誤差九十公尺模擬比較 39
5.6.10 平均絕對誤差與平均平方誤差一百公尺模擬比較 39
5.6.11平均絕對誤差與平均平方誤差零到一百公尺數據分析 40
5.7 全時間相位模擬結果 44
5.8 模擬結果 49
5.8.1 十公尺模擬結果 49
5.8.2 二十公尺模擬結果 50
5.8.3 三十公尺模擬結果 51
5.8.4 四十公尺模擬結果 52
5.8.5 五十公尺模擬結果 53
5.8.6 六十公尺模擬結果 54
5.8.7 七十公尺模擬結果 55
5.8.8 八十公尺模擬結果 56
5.8.9 九十公尺模擬結果 57
5.8.10 一百公尺模擬結果 58
第六章 電路架構與晶片實現 59
6.1 電路設計流程 59
6.2硬體設計規格 60
6.3硬體電路介紹 60
6.3.1記憶體( Memory ) 61
6.3.2計算單元( Compute ) 62
6.3.3平均絕對誤差( MAE ) 63
6.3.4無限脈衝響應濾波器 64
6.4模擬驗證 66
6.5晶片設計結果 68
6.5.1佈局圖 68
6.5.2模組分布 69
6.5.3錯誤覆蓋率 72
6.5.4 LVS驗證結果 72
6.5.5 CORE功率消耗分佈 74
6.5.6 IIR功率消耗與面積分佈 76
6.5.7 CHIP 總結 78
第七章 結論與未來展望 79
參考文獻 80
參考文獻 [1] IEEE Standard for Ethernet Amendment 7: Media Access Control Parameters, Physical Layers, and Management Parameters for 2.5 Gb/s and 5 Gb/s Operation, Types 2.5GBASE-T and 5GBASE-T.
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[12] C. Y. Tsai, “Design of Adaptive Equalizer and Timing Recovery Circuit with Particle Swarm Optimization Algorithm,” Jun 2021.
指導教授 薛木添(Muh-Tian Shiue) 審核日期 2022-9-27
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