时钟恢复方法、装置、电子设备及计算机存储介质与流程

1.本技术涉及通信技术领域，具体涉及一种时钟恢复方法、装置、电子设备及计算机存储介质。


背景技术：

2.在高速光纤通信系统中，发射端的信号发生器与接收端模数转换器的工作时钟通常是非同源的，需要时钟恢复算法恢复出最佳采样时刻的信号。当前在时钟恢复算法中使用传统的插值滤波器进行插值运算，而传统插值滤波器的设计会影响信号的整体性能，使接收到的信号遭受严重的符号间干扰，进而导致信号偏差大。当前可以采用信道均衡算法以减少符号间干扰，但是，采用信道均衡算法来减少符号间干扰会增大算法的复杂度。因此，使得当前进行时钟恢复时效率低。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供一种时钟恢复方法、装置、电子设备及计算机存储介质，用以解决采用传统的插值滤波器进行时钟恢复需要同时采用信道均衡算法，而采用信道均衡算法又会增大算法复杂度，因此导致当前进行时钟恢复时效率低的技术问题。
4.第一方面，本技术实施例提供一种时钟恢复方法，包括：
5.根据时钟信号对模拟信号进行采样，得到采样信号；
6.根据所述采样信号确定目标抽头系数；
7.基于所述采样信号与所述目标抽头系数进行卷积运算，得到目标信号，所述目标信号为对所述采样信号进行时钟恢复后的信号。
8.在一个实施例中，所述根据所述采样信号确定目标抽头系数的步骤包括：
9.根据所述采样信号确定目标插值间隔；
10.根据所述目标插值间隔从预设查找表中确定目标抽头系数，所述预设查找表中包括多个插值间隔及分别与各所述插值间隔对应的抽头系数。
11.在一个实施例中，所述根据时钟信号对模拟信号进行采样，得到采样信号的步骤包括：
12.确定时钟信号的采样频率；
13.根据所述采样频率对模拟信号进行采样，得到采样信号。
14.在一个实施例中，所述基于所述采样信号与所述目标抽头系数进行卷积运算，得到目标信号的步骤之后，还包括：
15.基于所述目标信号进行抽头系数更新与插值间隔更新。
16.在一个实施例中，所述基于所述目标信号进行抽头系数更新的步骤包括：
17.根据所述目标信号与标准参考信号确定误差信号；
18.根据所述目标信号、所述误差信号、所述采样信号、所述目标抽头系数与预设步长系数，对所述目标抽头系数进行数据更新。
19.在一个实施例中，所述根据所述目标信号与标准参考信号确定误差信号的步骤包括：
20.将所述目标信号的平方值与标准参考信号的平方值进行差值运算，得到误差信号。
21.在一个实施例中，基于所述目标信号进行插值间隔更新的步骤包括：
22.根据所述目标信号与预设步长系数进行定时误差计算，得到定时误差；
23.根据所述定时误差与所述目标插值间隔，对所述目标插值间隔进行数据更新。
24.第二方面，本技术实施例提供一种时钟恢复装置，包括：
25.采样模块，用于根据时钟信号对模拟信号进行采样，得到采样信号；
26.确定模块，用于根据所述采样信号确定目标抽头系数；
27.卷积模块，用于基于所述采样信号与所述目标抽头系数进行卷积运算，得到目标信号，所述目标信号为对所述采样信号进行时钟恢复后的信号。
28.第三方面，本技术实施例提供一种电子设备，包括处理器和存储有计算机程序的存储器，所述处理器执行所述程序时实现第一方面或第二方面所述的时钟恢复方法的步骤。
29.第四方面，本技术实施例提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质为计算机可读存储介质，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面或第二方面所述的时钟恢复方法的步骤。
30.本技术实施例提供的时钟恢复方法、装置、电子设备及计算机存储介质，通过由时钟信号对模拟信号进行采样得到的采样信号确定出目标抽头系数，并基于采样信号与目标抽头系数进行卷积运算，得到对采样信号进行时钟恢复后的信号作为目标信号，由于通过确定的抽头系数对采样信号进行卷积运算，可以在对模拟信号进行插值运算的同时实现信道均衡，避免采用传统的插值滤波器进行时钟恢复需要同时采用信道均衡算法而增大算法复杂度的问题，有效提高进行时钟恢复时的效率。
附图说明
31.为了更清楚地说明本技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是本技术实施例提供的时钟恢复方法的流程示意图之一；
33.图2是本技术实施例提供的时钟恢复方法的流程示意图之二；
34.图3是本技术实施例提供的时钟恢复方法的流程示意图之三；
35.图4是本技术实施例提供的时钟恢复方法的整体流程示意图；
36.图5是本技术时钟恢复装置实施例的功能模块示意图；
37.图6是本技术实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
38.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附
图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
39.图1为本技术实施例提供的时钟恢复方法的流程示意图之一。参照图1，本技术实施例提供一种时钟恢复方法，可以包括：
40.步骤s100，根据时钟信号对模拟信号进行采样，得到采样信号；
41.本实施例中时钟恢复方法可以通过可存储于电脑、平板电脑、服务器、智能手机及其他智能终端等电子设备中的芯片的时钟恢复程序实现。具体地，电子设备可以通过执行其芯片中存储的时钟恢复程序来实施时钟恢复方法，对由时钟信号对模拟信号进行采样得到的采样信号进行时钟恢复，由于对采样信号进行时钟恢复时通过确定的抽头系数对采样信号进行卷积运算实现，可以在对模拟信号进行插值运算的同时实现信道均衡，避免采用传统的插值滤波器进行时钟恢复需要同时采用信道均衡算法而增大算法复杂度的问题，有效提高进行时钟恢复时的效率。
42.可以理解地，在高速光纤通信系统的实际通信过程中，由于收发端时钟不匹配容易导致采样时刻偏移现象。当这种现象发生时，需要恢复出最佳采样时刻的信号。本实施例中预先将最优插值滤波器以查找表的形式进行储存，并且每一个插值间隔对应一组滤波器的抽头系数。使得在时钟恢复算法中，可以插值间隔作为查找表的索引，选取特定的滤波器的抽头系数。
43.在对模拟信号进行时钟恢复时，由于高速通信系统都是数字的，所以必须要对模拟信号进行采样才能进一步处理。因此电子设备可以将模拟信号与时钟信号输入至模数转换器中，通过模数转换器根据时钟信号对模拟信号进行采样，得到数字信号形式的采样信号。其中，模拟信号可从传输链路获取，也可以从光纤链路通过光电转换器获取并输出至模数转换器；时钟信号是一个时钟源提供的，可以来自于电路板上的一个小芯片。模拟信号用于进行信息传输，例如光纤中的光信号、wifi天线发射的无线信号。时钟信号用于使整个模数转换器工作起来，模数转换器以一个固定频率对模拟信号进行采样，采样的频率即为时钟信号的频率。通过对模拟信号进行采样，以便于后续根据采样信号确定目标抽头系数；以及基于采样信号与目标抽头系数进行卷积运算，得到目标信号。
44.进一步地，所述根据时钟信号对模拟信号进行采样，得到采样信号的步骤包括：
45.步骤s1001，确定时钟信号的采样频率；
46.步骤s1002，根据所述采样频率对模拟信号进行采样，得到采样信号。
47.在将模拟信号与时钟信号输入至模数转换器后，对时钟信号进行识别，由于时钟信号为具有对应频率的正弦信号或方波信号，以此可以通过对时钟信号进行识别得到该时钟信号的采样频率。在得到时钟信号的采样频率后，可以通过模数转换器以时钟信号的采样频率对模拟信号进行采样，将模拟信号转换成数字信号形式的信号，得到采样信号。例如，本实施例中模拟信号为s(t)、时钟信号为s
clk
(t)，若确定时钟信号的采样频率为fs，则有：
48.s`(n)＝s(n/fs δt)
49.其中，s`(n)为采样信号，δt为采样相位误差，是一个随时间变化的随机值；fs为时钟信号的采样频率；s(t)为模拟信号，n为时间，具体n＝1，2，3，...。
50.步骤s200，根据所述采样信号确定目标抽头系数；
51.在得到采样信号后，从多个插值间隔中确定出与采样信号对应的插值间隔作为目标插值间隔，并进一步根据查找表中各插值间隔与各组抽头系数之间的关联关系，从各组抽头系数中确定与目标插值间隔对应的一组抽头系数作为目标抽头系数。以便于后续基于采样信号与目标抽头系数进行卷积运算，得到对采样信号进行时钟恢复后的信号并作为目标信号。由于通过采样信号从多组抽头系数中确定出目标抽头系数以使得可以进一步基于采样信号与目标抽头系数进行卷积运算，得到对采样信号进行时钟恢复后的信号，可以在对模拟信号进行插值运算的同时实现信道均衡，避免采用传统的插值滤波器进行时钟恢复需要同时采用信道均衡算法而增大算法复杂度的问题，有效提高进行时钟恢复时的效率。
52.步骤s300，基于所述采样信号与所述目标抽头系数进行卷积运算，得到目标信号，所述目标信号为对所述采样信号进行时钟恢复后的信号。
53.在得到采样信号与目标抽头系数后，本实施例可以将采样信号与目标抽头系数输入至卷积运算模块，通过卷积运算模块对采样信号与目标抽头系数进行卷积运算。需要说明的是，在进行卷积运算时，需要多个输入的采样信号，例如在计算y(100)时，可能需要s`(99)，s`(98)，
…
，s`(90)等采样信号同时参与计算。其中，进行卷积运算时具体可以通过如下公式实现：
[0054][0055]
其中，y(n)为目标信号，s`(n)为采样信号，h(k)为目标抽头系数，k＝1,2,3，...，nh。
[0056]
本技术实施例提供的时钟恢复方法，通过由时钟信号对模拟信号进行采样得到的采样信号确定出目标抽头系数，并基于采样信号与目标抽头系数进行卷积运算，得到对采样信号进行时钟恢复后的信号作为目标信号，由于通过抽头系数对采样信号进行卷积运算，可以在对模拟信号进行插值运算的同时实现信道均衡，避免采用传统的插值滤波器进行时钟恢复需要同时采用信道均衡算法而增大算法复杂度的问题，有效提高进行时钟恢复时的效率。
[0057]
图2为本技术实施例提供的时钟恢复方法的流程示意图之二。参照图2，在一个实施例中，所述根据所述采样信号确定目标抽头系数的步骤包括：
[0058]
步骤s2001，根据所述采样信号确定目标插值间隔；
[0059]
步骤s2002，根据所述目标插值间隔从预设查找表中确定目标抽头系数，所述预设查找表中包括多个插值间隔及分别与各所述插值间隔对应的抽头系数。
[0060]
在得到采样信号后，本实施例可以根据采样信号从各插值间隔中确定相应的插值间隔作为目标插值间隔。例如：若当前插值间隔包括δt`(1)-δt`(100)，若采样信号为s`(100)，则根据该采样信号可以从δt`(1)-δt`(100)确定目标插值间隔为δt`(100)；若采样信号为s`(1)，则根据该采样信号可以从δt`(1)-δt`(100)确定目标插值间隔为δt`(1)。
[0061]
在得到目标插值间隔后，由于已经预先将最优插值滤波器以查找表的形式进行储
存，并且每一个插值间隔对应一组滤波器的抽头系数。因此可以目标插值间隔作为预设的查找表的索引，根据查找表中各插值间隔与各组抽头系数之间的关联关系，从各组抽头系数中确定与目标插值间隔对应的一组抽头系数作为目标抽头系数。
[0062]
本实施例通过根据采样信号确定目标插值间隔，再根据目标插值间隔从预设查找表中确定目标抽头系数。以便于后续基于采样信号与目标抽头系数进行卷积运算，得到对采样信号进行时钟恢复后的信号并作为目标信号。由于通过采样信号从多组抽头系数中确定出目标抽头系数以使得可以进一步基于采样信号与目标抽头系数进行卷积运算，得到对采样信号进行时钟恢复后的信号，可以在对模拟信号进行插值运算的同时实现信道均衡，避免采用传统的插值滤波器进行时钟恢复需要同时采用信道均衡算法而增大算法复杂度的问题，有效提高进行时钟恢复时的效率。
[0063]
图3为本技术实施例提供的时钟恢复方法的流程示意图之三。参照图3，在一个实施例中，所述基于所述采样信号与所述目标抽头系数进行卷积运算，得到目标信号的步骤之后，还包括：
[0064]
步骤s400，基于所述目标信号进行抽头系数更新与插值间隔更新。
[0065]
在经过时钟恢复得到目标信号后，本实施例还可以根据目标信号、其他进行时钟恢复后的信号以及预设步长系数一同确定目标信号与最优采样时刻的偏离程度，并将该偏离程度作为定时误差进一步对当前的插值间隔即目标插值间隔进行更新，并通过更新后的插值间隔更新查找表。
[0066]
本实施例中还可以根据目标信号与标准参考信号的比较确定出误差信号，并进一步根据误差信号与目标信号、采样信号、目标抽头系数与预设步长系数等信息对目标抽头系数进行更新，并通过更新后的抽头系数更新查找表。其中，预设步长系数可通过改变其大小控制定时误差的跟踪速度。
[0067]
通过时钟恢复后的信号不断对查找表中的插值间隔与抽头系数进行更新，使得后续根据采样信号确定的抽头系数更加准确，进一步使得基于抽头系数与采样信号进行卷积运算得到的信号与最优采样时刻更加接近，可以在对模拟信号进行插值运算的同时实现信道均衡，避免采用传统的插值滤波器进行时钟恢复需要同时采用信道均衡算法而增大算法复杂度的问题，有效提高进行时钟恢复时的效率。
[0068]
进一步地，所述基于所述目标信号进行抽头系数更新的步骤包括：
[0069]
步骤s40011，根据所述目标信号与标准参考信号确定误差信号；
[0070]
步骤s40012，根据所述目标信号、所述误差信号、所述采样信号、所述目标抽头系数与预设步长系数，对所述目标抽头系数进行数据更新。
[0071]
具体地，在得到目标信号后，可以将目标信号与标准参考信号进行比较，将比较结果作为误差信号。进一步地，将预设步长系数与误差信号进行乘法运算，将运算结果与目标信号进行乘法运算，将与采样信号的进行乘法运算的结果与采样信号的复共轭数进行乘法运算，得到系数误差。进一步地，将系数误差与目标抽头系数进行加和运算，得到新的抽头系数并通过新的抽头系数对目标抽头系数进行数据更新，通过更新后的抽头系数更新查找表中与目标抽头系数对应的抽头系数值。具体计算过程可通过如下公式实现：
[0072]hi,k
μen×
y(n)
×
conj[s
′
(n-k)]
→hi,k
[0073]
其中，公式左边的h
i,k
为更新前的目标抽头系数，具体为查找表第i行第k列的抽头
系数；右边的h
i,k
为更新后的目标抽头系数；μ为步长系数；conj为复共轭函数；y(n)为目标信号；en为当前的误差信号，s`(n)为采样信号，其中包括n-k个采样信号，k＝1,2,3，...。
[0074]
上述抽头系数的更新过程即为最优插值滤波器的训练过程，本实施例可以利用梯度下降法不断更新查找表中储存的最优插值滤波器的抽头系数，使插值(即卷积运算)后信号的质量趋于最优。
[0075]
进一步地，所述根据所述目标信号与标准参考信号确定误差信号的步骤包括：
[0076]
步骤s400111，将所述目标信号的平方值与标准参考信号的平方值进行差值运算，得到误差信号。
[0077]
在根据目标信号与标准参考信号确定误差信号时，可以对目标信号进行求平方，得到目标信号的平方值。以及，对标准参考信号进行求平方，得到标准参考信号的平方值。进一步地，将目标信号的平方值与标准参考信号的平方值进行差值运算，具体为将目标信号的平方值减去标准参考信号的平方值，得到的差值即为误差信号。具体地，计算误差信号的过程可通过如下公式实现：
[0078][0079]
其中，en为当前的误差信号，r
ref
为标准信号幅度即标准参考信号，y(n)为目标信号。
[0080]
进一步地，基于所述目标信号进行插值间隔更新的步骤包括：
[0081]
步骤s40021，根据所述目标信号与预设步长系数进行定时误差计算，得到定时误差；
[0082]
步骤s40022，根据所述定时误差与所述目标插值间隔，对所述目标插值间隔进行数据更新。
[0083]
在得到目标信号后，本实施例还可以将目标信号输入至定时误差计算模块，其中该模块中设置有gardner算法，可以通过gardner算法计算目标信号与最优采样时刻的偏离程度，得到定时误差，其中，gardner算法为一种定时误差检测算法。具体地，计算定时误差的过程可通过如下公式实现：
[0084]
te(n)＝μ
·
[y(n)-y(n-2)]
·
y(n-1)
[0085]
其中，te(n)为当前的定时误差，μ为步长系数，y(n)为目标信号，y(n-1)为目标信号的前一经时钟恢复的信号，y(n-2)为y(n-1)的前一经时钟恢复的信号。
[0086]
在定时误差后，将定时误差与目标插值间隔(即当前的插值间隔)输入至插值间隔计算模块，通过插值间隔计算模块将定时误差与目标插值间隔进行加和运算，得到新的插值间隔。其中，计算新的插值间隔的过程可通过如下公式所示：
[0087]
δt`(n 1)＝δt`(n) te(n)
[0088]
其中，δt`(n 1)为新的插值间隔，δt`(n)为目标插值间隔，te(n)为当前的定时误差。
[0089]
进一步地，通过新的插值间隔对目标插值间隔进行数据更新，通过更新后的插值间隔更新查找表中与目标插值间隔对应的插值间隔。
[0090]
本实施例通过时钟恢复后的信号不断对查找表中的插值间隔与抽头系数进行更新，使得后续根据采样信号确定的抽头系数更加准确，进一步使得基于抽头系数与采样信
号进行卷积运算得到的信号与最优采样时刻更加接近，可以在对模拟信号进行插值运算的同时实现信道均衡，避免采用传统的插值滤波器进行时钟恢复需要同时采用信道均衡算法而增大算法复杂度的问题，有效提高进行时钟恢复时的效率。
[0091]
参照图4，图4为本技术实施例提供的时钟恢复方法的整体流程示意图。具体地，本实施例中将接收端时钟的时钟信号与模拟信号输入至模数转换器中，通过模数转换器根据时钟信号对模拟信号进行采样得到采样信号。进一步地，将采样信号与最优插值滤波器抽头系数查找表(即上述的预设查找表)中查找到的插值滤波器的抽头系数(即上述的目标抽头系数)进行卷积(即插值运算)，得到卷积输出信号作为目标信号。进一步地，可以根据卷积输出信号进行定时误差计算得到定时误差，根据定时误差与当前的插值间隔进行新的插值间隔计算，得到新的插值间隔，通过新的插值间隔对最优插值滤波器抽头系数查找表中的相应插值间隔进行更新。其中，插值间隔用于在查找表中作为索引查找相应的抽头系数。并且，还可以将卷积输出信号与标准参考信号进行比较，具体为将卷积输出信号的平方值与标准参考信号的平方值进行差值运算，得到误差信号，进一步根据误差信号、卷积输出信号、采样信号等信息计算出抽头系数的系数误差，并将系数误差与当前的抽头系数(即上述的目标抽头系数)进行加和运算得到新的抽头系数，并根据新的抽头系数对最优插值滤波器抽头系数查找表中的相应抽头系数进行抽头系数更新。
[0092]
进一步地，本技术还提供一种时钟恢复装置。
[0093]
参照图5，图5为本技术时钟恢复装置实施例的功能模块示意图。
[0094]
所述时钟恢复装置包括：
[0095]
采样模块100，用于根据时钟信号对模拟信号进行采样，得到采样信号；
[0096]
确定模块200，用于根据所述采样信号确定目标抽头系数；
[0097]
卷积模块300，用于基于所述采样信号与所述目标抽头系数进行卷积运算，得到目标信号，所述目标信号为对所述采样信号进行时钟恢复后的信号。
[0098]
本技术实施例提供的时钟恢复装置，通过由时钟信号对模拟信号进行采样得到的采样信号确定出目标抽头系数，并基于采样信号与目标抽头系数进行卷积运算，得到对采样信号进行时钟恢复后的信号作为目标信号，由于通过确定的抽头系数对采样信号进行卷积运算，可以在对模拟信号进行插值运算的同时实现信道均衡，避免采用传统的插值滤波器进行时钟恢复需要同时采用信道均衡算法而增大算法复杂度的问题，有效提高进行时钟恢复时的效率。
[0099]
在一个实施例中，采样模块100具体用于：
[0100]
确定时钟信号的采样频率；
[0101]
根据所述采样频率对模拟信号进行采样，得到采样信号。
[0102]
在一个实施例中，确定模块200具体用于：
[0103]
根据所述采样信号确定目标插值间隔；
[0104]
根据所述目标插值间隔从预设查找表中确定目标抽头系数，所述预设查找表中包括多个插值间隔及分别与各所述插值间隔对应的抽头系数。
[0105]
在一个实施例中，卷积模块300具体用于：
[0106]
基于所述目标信号进行抽头系数更新与插值间隔更新。
[0107]
在一个实施例中，卷积模块300包括第一更新模块(图中未示出)，所述第一更新模
flash)、固态硬盘(ssd))等。
[0125]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0126]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0127]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。