2016 Fiscal Year Annual Research Report
符号化・信号処理に基づく高速信号伝送技術体系の構築とその応用展開
| Project/Area Number |
15H02675
|
|---|
| Research Institution | Gunma University |
|---|
Principal Investigator |
弓仲 康史 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (30272272)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 高速インタフェース / 情報通信工学 / 高速伝送回路設計 / 多値情報処理 / 高速信号伝送 / 波形等化技術 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
近年、データセンター等の大容量データを数十Gbpsオーダーで伝送することを目的とした次世代高速信号伝送規格が策定されているが、配線の激増・伝送波形の劣化等が技術的課題となっている。本研究は、携帯電話等の無線通信で用いられている高度な符号化・信号処理技術がVLSI システムの信号伝送の高性能化に適用可能な点に着目し、符号化・信号処理技術に基づき高速信号伝送を実現する配線主体のVLSI システムの設計理論から回路実装に至る技術体系の構築を目的とする。具体的には、バックプレーンやケーブル等の与えられた伝送路特性、データレート、消費電力等の設計仕様を満たす符号化の種類、波形等化アルゴリズム、回路実装方式を考慮し、ハードウェアの機能配分を行う。さらに、高速信号伝送の統計的テスト技術を考察すると共に、チップ間通信からサーバのバックプレーン等に至る応用展開を検討する。特に、IEEE 802.3bs等の次世代高速信号伝送規格で検討されているPAM-4に基づく多値信号伝送技術に関し、符号の理論的考察から回路実装、波形等化技術およびテスト技術に至る技術体系の構築を本課題の主目標とする。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は特に、高効率な情報伝送方式のための符号化として着目されている多値信号伝送方式であるPAM-4信号の波形等化技術に関し、理論解析、シミュレーション、実測による評価を行った。PAM-4信号は通常の2値信号と比較し、配線による帯域制限の影響を半減可能である特徴を有する一方、受信端におけるアイダイアグラムにおいて、3つの論理レベルの検出が要求される。送信回路や伝送路の非線形性により、非対称となる4値アイダイアグラムの形状の詳細な理論解析とシミュレーションによる評価により、波形劣化の比較を行った。さらに、送信回路の非線形性の劣化を電圧割り当て時にあらかじめ補正するPre-distortion技術およびディジタルリッチな波形等化技術であるTomlinson-Harashima Precoding(THP)に着目し、ハードウェア構成および要求されるビット数などを理論解析すると共に、原理実験による実測評価を行い、THP技術のPAM-4信号の波形整形の有効性と解決すべき課題を明らかにした。研究成果は国際会議発表および、本分野で最も権威のある学会であるIEEE（米国電気電子学会）の論文誌に採録されるなど、計画通り順調に研究が進展している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は、以下の2点に関して研究を推進する予定である。
[1] 4値信号(PAM-4)伝送のためのDigital-rich波形等化回路の考察：伝送路のローパス特性を打ち消すハイパス特性を有する波形等化回路(アナログ回路が主体) の構成において、A/D変換器、D/A変換器を用いてディジタル領域で信号処理する手法の導入がA/D,D/A変換器の高速化により実現可能となっている。特に、近年注目されているのは、送信部のディジタルフィルタで伝送路の逆特性を実現するTomlinson-Harashima Precoding (THP)方式である。THP方式は、等化された伝送波形のダイナミックレンジを低減可能な方式であり、集積回路の信号伝送への適用を本申請者が世界に先駆けて提案している。本研究では、アーキテクチャレベルの新規な提案として、4値信号伝送を指向したアナ・ディジ協調THP Embedded型D/A変換器に基づく送信ドライバの構成を実験的に検証する。さらに、H28年度に購入した可変符号間干渉発生装置を用い、伝送路による波形劣化の動的な変化を模擬し、アイパターンのモニタリングにより動的にフィルタ係数を調整する手法の検討を行う。
[2] PAM-4信号伝送の統計的アイパターン観測による伝送品質の評価とテストへの応用：PAM-4信号は、2値信号と比較し、ノイズ耐性は劣化するが、ジッタ耐性は優れる。これに対して、これらのPAM-4信号伝送のエラーレート等の伝送品質評価、テスト手法は未だ確立していないのが現状である。本研究では、PAM-4信号特有のアイパターン形状の統計的性質に着目したテストアルゴリズムを考察すると共に、アイパターン評価回路を高速FPGAボードに実装し、ノイズ、ジッタに対するPAM-4信号のシンボル誤り率検出の高速テスト技術を新たに検討する。
|
