CN101068117A - 一种有线通信方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有线通信方法和系统。通过以太网收发器内的多速率物理(PHY)层操作降低传输速率，可对双绞铜线上以太网收发器的标准连接长度进行范围扩展。该以太网收发器通过铜导线可支持高达1Gbps或高达10Gbps的传输速率。以太网收发器内的多速率PHY层结构可支持信号处理操作，例如，回波消除和/或均衡，用于应用于降低的传输速率以进行范围扩展。降低的传输速率可通过降低多速率PHY层操作所提供的符号速率来实现。降低传输速率也可使用具有标准连接长度但具有较大的插入损失的线缆来实现。

Description

一种有线通信方法和系统
技术领域
本发明涉及高速有线通信，更具体地说，涉及一种扩大范围的铜线收发器。
背景技术
由于连接至数据网络的设备的数量的增加，需要更高的传输速率，在现有的铜导线架构上实现更高的传输速率的新技术逐渐称为新的需要。在这点上，人们作出了很多努力，包括使得传输速率在现有线缆上超过千兆比特/秒(Gbps)的技术。例如，IEEE 802.3标准定义了在100米长的双绞铜线上以10Mbps、100Mbps、1Gbps和10Gbps的速率传输的以太网连接的中介访问控制(MAC)接口和物理层(PHY)。每增加10x的速率，将需要更复杂的信号处理以维持100米标准线缆范围。然而，长于100米的连接将需要使用光纤或在连接中间布置以太网交换机、集线器和/或转发器，以维持所有线缆长度小于100米。
作出的其他努力还包括，发展双绞线上的10Gbps以太网传输标准(10GBASE-T)。新兴的10GBASE-T PHY规范在最多182英尺的现有双绞线上实现10Gbps的连接，并且，在新的线缆上可以最多延伸至330英尺。为了在4对双绞铜线上实现10Gbps的全双工传输，需要精细的数字信号处理技术来移除或降低四对双绞铜线之间的严重的依赖于频率的信号衰减、信号反射、近端和远端串扰，以及来自临近传输链路或其它外部噪音源的接入所述四对双绞线的外部信号。此外，正在开发新的线缆规范，以减少外部电磁干扰的影响。
对支持1Gbps或10Gbps传输率的PHY收发器结构做最小的改变来扩展标准以太网PHY设备的范围，可使得新的以太网PHY设备可应用于宽带接入市场，并很有可能应用于住宅和企业应用中。
比较本发明后续将要结合附图介绍的系统，现有技术的其它局限性和弊端对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。
发明内容
本发明提供了一种扩展范围的铜线收发器系统和/或方法，充分地结合幅图和/或实施例进行描述，并在权利要求中对技术方案进行完整的描述。
根据本发明的一个方面，提供一种有线通信方法，所述方法包括：
将多速率PHY的传输速率从较高传输速率降至较低传输速率；
对所述较低传输速率应用与所述较高传输速率相关的所述多速率PHY支持的信号处理操作。
优选地，所述较低传输速率为铜导线内使用的每个双绞线上的均匀分布速率的总和。
优选地，所述较低传输速率为铜导线内使用的每个双绞线上的非均匀分布速率的总和。
优选地，所述较低传输速率均匀分布在铜导线内的每个双绞线上。
优选地，所述方法进一步包括：将所述传输速率从较高符号率降至较低符号率。
优选地，与所述较高传输速率相关的所述信号处理操作包括ECHO消除操作、NEXT消除操作和FEXT消除操作中至少其一。
优选地，与所述较高通信速率相关的所述信号处理操作包括均衡操作。
优选地，所述多速率PHY支持铜线上高达10Gbps的传输速率。
优选地，所述多速率PHY支持铜线上高达1Gbps的传输速率。
优选地，所述方法进一步包括：以所述较低传输速率通过具有比所述较高通信速率相关的线缆更高的插入损耗(insertion loss)的线缆类型进行通信。
优选地，所述多速率PHY是多速率以太网PHY。
根据本发明的一个方面，提供一种机器可读存储器，其内存储的计算机程序具有至少一个用于有线通信的代码段，所述至少一个代码段由机器执行，使得所述机器执行下述步骤：
将多速率PHY的传输速率从较高传输速率降至较低传输速率；
对所述较低传输速率应用与所述较高传输速率相关的所述多速率PHY支持的信号处理操作。
优选地，所述较低传输速率为铜导线内使用的每个双绞线上的均匀分布速率的总和。
优选地，所述较低传输速率为铜导线内使用的每个双绞线上的非均匀分布速率的总和。
优选地，所述机器可读存储器进一步包括用于将所述传输速率从较高符号率降至较低符号率的代码。
优选地，与所述较高传输速率相关的所述信号处理操作包括ECHO消除操作、NEXT消除操作和FEXT消除操作中至少其一。
优选地，与所述较高通信速率相关的所述信号处理操作包括均衡操作。
优选地，所述多速率PHY支持铜线上高达10Gbps的传输速率。
优选地，所述多速率PHY支持铜线上高达1Gbps的传输速率。
优选地，所述多速率PHY是多速率以太网PHY。
根据本发明的一个方面，提供一种有线通信系统，所述系统包括：
多速率PHY中用于将传输速率从较高传输速率降低至较低传输速率的电路；
所述多速率PHY中用于对所述较低传输速率应用与所述较高传输速率相关的所述多速率PHY支持的信号处理操作的电路。
优选地，所述系统进一步包括所述多速率PHY中用于使所述较低传输速率为铜导线中每个双绞线上的均匀分布速率的总和的电路。
优选地，所述系统进一步包括所述多速率PHY中用于使所述较低传输速率为铜导线中每个双绞线上的非均匀分布速率的总和的电路。
优选地，所述系统进一步包括所述多速率PHY中用于将所述传输速率从较高符号率降低至较低符号率的电路。
优选地，与所述较高传输速率相关的所述信号处理操作包括ECHO消除操作、NEXT消除操作和FEXT消除操作中至少其一。
优选地，与所述较高通信速率相关的所述信号处理操作包括均衡操作。
优选地，所述多速率PHY支持铜线上高达10Gbps的传输速率。
优选地，所述多速率PHY支持铜线上高达1Gbps的传输速率。
优选地，所述系统进一步包括所述多速率PHY中用于以所述较低传输速率通过具有比所述较高通信速率相关的线缆更高的插入损耗的线缆类型进行通信的电路。
优选地，所述多速率PHY是多速率以太网PHY。
本发明的各种优点、各个方面和创新特征，以及其中所示例的实施例的细节，将在以下的说明书和附图中进行详细介绍。
附图说明
图1是根据本发明本地连接方和远程连接方之间的双绞线上以太网连接的模块图；
图2是本发明以太网收发器多速率PHY层架构的一个示例的模块图；
图3是本发明吉比特以太网系统中展示ECHO、NEXT和FEXT信道条件的模块图；
图4A是本发明吉比特以太网中接收到的信号的信号处理模块图；
图4B是本发明图4A中描述的吉比特以太网中均衡和解码操作独立进行的模块图；
图4C是本发明图4A中描述的吉比特以太网中均衡和解码操作联合进行的模块图；
图5A是本发明在4对双绞线上以1000Mbps运行的以太网连接的模块图；
图5B是本发明多速率PHY中回波抵消器的模块图；
图6是本发明在2对双绞线上以100Mbps运行的以太网连接的模块图；
图7是本发明以2对100Mbps扩展范围模式运行的多速率以太网收发器中吉比特信号处理资源的重新使用的模块图；
图8是本发明以4对100Mbps扩展范围模式运行的多速率以太网收发器中吉比特信号处理资源的重新使用的模块图；
图9是本发明降低传输速率以达到以太网收发器扩展范围的方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。本发明包括降低以太网收发器中多速率物理层(PHY)操作所提供的传输速率以扩展通过双绞铜线连接的以太网收发器的连接长度范围，使其长于标准连接长度。该以太网收发器在铜导线上可支持高达1Gbps或高达10Gbps的传输速率。以太网收发器中的多速率PHY层操作的结构可支持信号处理操作，例如，回波消除和/或均衡，例如，其可应用于被降低的通信速率以进行范围扩展。降低传输速率可通过降低以太网收发器中多速率PHY层操作的符号率来实现。降低通信速率也可通过使用具有标准连接长度但插入损失较高的线缆来实现。
图1是本发明本地连接方和远程连接方之间的双绞线以太网连接的模块图。参照图1，展示了系统100，包括本地连接方102和远程连接方104。本地连接方102和远程连接方104通过线缆112通信。线缆112可以是4对无屏蔽双绞(UTP)铜线。UTP铜线的特定的性能和/或规范已被标准化。例如，第三类线缆可提供双绞线上10Mbps以太网传输(10BASE-T)的必要性能。在另一个例子中，第五类线缆可提供双绞线上1000Mbps或1Gbps以太网传输(1000BASE-T)的必要性能。在大多数例子中，较低类别的线缆可通常具有比较高类别的线缆更大的插入损失。
本地连接方102包括计算机系统106a、中介访问控制(MAC)控制器108a和收发器104a。远程连接方104包括计算机系统106b、MAC控制器108b和收发器110b。然而本发明不限于此。
收发器110a包括恰当的逻辑、电路和/或编码，可进行通信，例如，在本地连接方102和连接方例如远程连接方104之间传输和接收数据。同样，收发器110b包括恰当的逻辑、电路和/或编码，可在远程连接方104和连接方例如本地连接方102之间进行通信。收发器110a和110b可进行多速率通信，例如，10Mbps、100Mbps、1000Mbps(或1Gbps)和/或10Gbps。在这点上，收发器110a和110b可支持标准数据速率和/或非标准数据速率。收发器110a和110b可使用多级信令。故而收发器110a和110b可使用不同级别的脉冲幅度调制(PAM)，以表示将被传输的各种符号。例如，对于1000Mbps以太网应用，PAM5传输方案可用于每个双绞线中，其中PAM5指的是具有5个级别{-2，-1，0，1，2}的PAM。
收发器110a和110b发送和/或接收的数据可根据已知的OSI协议标准进行格式化。OSI模型将操作性和功能分割为7个不同且分等级的层。通常，OSI模型中每个层可向直接较高接口层提供服务。例如，第1层或物理(PHY)层，可向第2层提供服务，而第2层可向第3层提供服务。
图1展示的本发明的一个实施例中，计算机系统106a和106b可代表第3层及其之上的层，MAC控制器108a和108b可代表第2层及其之上的层，收发器110a和110b可代表第1层或PHY层的操作性和/或功能。在这点上，计算机系统106a和106b包括恰当的逻辑、电路和/或编码，可为将通过线缆112发送的数据包实现5个最高功能层的操作和/或功能。因为OSI模型中每个层向直接较高接口层提供服务，MAC控制器108a和108b可向计算机系统106a和106b提供必要的服务以确保数据包被恰当地格式化并传输至收发器110a和110b。在发送过程中，每层对从比其高的接口层传来的数据加入其自有的报头。然而，在接收过程中，具有类似OSI堆栈的兼容设备在消息从较低层传输至较高层的过程中去除该报头。
收发器110a和110b可设置为处理所有物理层要求，包括但不限于，在需要的情况中，进行数据包化、数据传输和串连/解串连(SERDES)。收发器110a和110b分别从MAC控制器108a和108b接收的数据包可包括有数据和上述6个功能层中每一个的报头信息。收发器110a和110b可设置为对将通过线缆112传送的数据包进行编码和/或对通过线缆112接收的数据包进行解码。
MAC控制器108a包括恰当的逻辑、电路和/或编码，可处理本地连接方102内的数据链路层、第2层操作和/或功能。同样，MAC控制器108b包括恰当的逻辑、电路和/或编码，可处理远程连接方104内的第2层操作和/或功能。MAC控制器108a和108b可设置为实现以太网协议，例如，基于IEEE 802.3标准的协议。然而，本发明不限于此。
MAC控制器108a可通过接口114a与收发器110a通信，并通过总线控制器接口116a与计算机系统106a通信。MAC控制器108b可通过接口114b与收发器110b通信，并可通过总线控制器接口116b与计算机系统106b通信。接口114a和114b对应以太网接口，包括协议和/或链路管理控制信号。接口114a和114b可以是多速率接口。总线控制器接口116a和116b可对应PCI或PCI-X接口。然而本发明不限于此。
图2是本发明以太网收发器多速率PHY层架构的模块图。参照图2，展示了连接方200，包括收发器202、MAC控制器204、计算机系统206、接口208和总线控制器接口210。收发器202可以是集成设备，包括多速率PHY模块212，多个发送器214a、214c、214e和214g，多个接收器214b、214d、214f和214h，存储器216和存储器接口218。收发器202的操作与图1中描述的收发器110a和110b相同或基本近似。在这点上，收发器202可提供第1层或PHY层操作和/或功能。同样，MAC控制器204、计算机系统206、接口208和总线控制器210的操作可分别与MAC控制器108a和108b、计算机系统106a和106b、接口114a和114b和总线控制器接口116a和116b近似。MAC控制器204可包括有多速率接口204a，其包括恰当的逻辑、电路和/或编码，通过接口208以多个数据传输速率与收发器202的通信。
收发器202中的多速率PHY模块212包括恰当的逻辑、电路和/或编码，可实现PHY层要求的操作和/或功能。多速率PHY模块212通过接口208与MAC控制器204通信。在本发明的一个方面，为了达到较高的操作速率，例如1Gbps或10Gbps，接口208可设置为使用多个串连数据线路，用于从多速率PHY模块212接收数据和/或传输数据至多速率PHY模块212。多速率PHY模块212可设置为运行于一个或多个通信模式，其中每个通信模式执行不同的通信协议。所述通信模式可包括但不限于IEEE 802.3、10GBASE-T和其它近似的协议。在初始化后或运行中，多速率PHY模块212可设置为运行在特定的操作模式。多速率PHY模块212也可设置为运行在扩展范围模式。
在某些例子中，收发器202可使用自动协商方案指示或告知远程连接方，收发器202正运行在扩展范围模式下。然后远程连接方可将其自己设置为适当的扩展范围模式。通过标准的自动协商，网络链路可配置为仅从一端扩展，以确保扩展范围后的以太网收发器和传统设备之间的可操作性。在某些例子中，可对链路进行预设置，并且收发器固定在扩展范围模式内。
多速率PHY模块212可通过存储器接口218连接至存储器216，存储器接口218可以是串行接口或总线。存储器216包括恰当的逻辑、电路和/或编码，可对完成多速率PHY模块212的操作的参数和/或编码等信息进行存储或编程。所述参数包括设置数据，所述编码包括运行编码，例如软件和/或固件，但所述信息不限于此。此外，所述参数可包括自适应性滤波器和/或模块系数，由多速率PHY模块212使用。
发送器214a、214c、214e和214g包括有恰当的逻辑、电路和/或编码，用于实现通过图1中的线缆212从连接方200至远程连接方的数据传输。接收器214b、214d、214f和214h包括有恰当的逻辑、电路和/或编码，可由连接方200从远程连接方接收数据。收发器202中的4对发送器和接收器每对对应于线缆212中4根电线之一。例如，发送器214a和接收器214b用于通过线缆212中的第一电线对与远程连接方通信。近似地，发送器214g和接收器214h用于通过线缆212中的第四对电线与远程连接方通信。在这点上，4对发送器/接收器中的至少一对可提供合适的传输速率。
图3是本发明吉比特以太网系统中展示ECHO、NEXT和FEXT信道条件的模块图。参照图3，展示了吉比特以太网系统300，包括本地连接方301a和远程连接方301b。本地连接方301a和远程连接方301b可以全双工模式通过四对双绞线310通信。四对双绞线310中的每对可支持250Mbps的数据传输率以提供1Gbps的整体数据传输率。本地连接方301a可包括4个混合电路(hybrid)306。本地连接方301a的每个混合电路306可连接至发送器302、接收器304，并连接至4对双绞线310其中之一。同样，本地连接方301b可包括4个混合电路(hybrid)306。本地连接方301b的每个混合电路306可连接至发送器302、接收器304，并连接至4对双绞线310其中之一。图3中展示的本地连接方301a和远程连接方301b的一部分分别对应于本地连接方301a和远程连接方301b所支持的PHY层操作的一部分。
本地连接方301a或远程连接方301b的每个混合电路306可连接至转换器308，或包括有转换器308。混合电路306包括有恰当的逻辑、电路和/或编码，可分离通过双绞线310发送和接收的信号。发送器302包括有恰当的逻辑、电路和/或编码，可通过混合电路306和双绞线310将生成的信号发送至链路另一端的连接方。接收器304包括有恰当的逻辑、电路和/或编码，可处理通过双绞线310和混合电路306从链路另一端的连接方接收的信号。
在运行中，双绞线310的每对中会发生各种情况。例如，频率相关电线衰减会导致符号间干扰(ISI)。如图3所示，双绞线310内接收到ECHO成分，该ECHO成分源自本地发送器302在同一双绞线310上产生的回波(echo)。双绞线310中还可接收到源自同一连接方中对应3个临近的双绞线310的本地发送器302的近端干扰(NEXT)成分。此外，双绞线310内还可接收到源自链路另一端的连接方内的远程发送器302的远端干扰(FEXT)成分。
图4A是本发明吉对比特以太网对接收的信号的信号处理模块图。参照图4A，展示了信号处理系统400，提供以太网收发器中的物理层(PHY)操作所执行的部分信号处理。例如，信号处理系统400可实现在多速率PHY模块212和/或图2中展示的接收器214b、214d、214f和214h内。信号处理系统400可包括模数转换器(A/D)402、自适应前馈均衡器(FFE)404、3 NEXT消除器406、加法器408、ECHO消除器410和均衡器/网格解码器412。
A/D 402可包括恰当的逻辑、电路和/或编码，将通过双绞线接收的模拟信号转换为数字信号。A/D 402的输出可传输至FFE 404。FFE 404可包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用于移除先兆(precursor)ISI，以得到信道最小相位并白化信道噪音。3 NEXT消除器406可包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用于消除双绞线内接收的来自对应于3个临近双绞线的本地发送器的NEXT成分的至少一部分。ECHO消除器410可包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用于消除双绞线内接收的来自同一双绞线上本地发送器的NEXT成分的至少一部分。
加法器408可包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用于将FFE 404、3 NEXT消除器406和/或ECHO消除器的输出相加，以生成后兆(postcursor)信道脉冲响应zn，1。均衡器/网格解码器412可包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用于对因后兆脉冲响应产生的ISI进行均衡，并对网格编码进行解码。均衡器/网格解码器412可接收对应于其它双绞线的后兆信道脉冲响应zn，2、zn，3和zn，4作为输入。均衡器/网格解码器412可生成对应于接收的模拟信号的检测比特。
图4B是本发明图4A中描述的吉比特以太网中均衡和解码操作单独进行的模块图。参照图4B，展示了均衡器/网格解码器412，实现为单独的均衡和网格解码操作。均衡器/网格解码器412包括4个决策-反馈均衡器(DFE)420和一个网格编码调制(TCM)解码器422。DFE 420包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用于移除每个双绞线的后兆ISI。TCM解码器422包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用于可对编码网格执行维特比(Viterbi)算法以对网格编码符号进行解码。TCM解码器422可使用并行决策-反馈解码结构实现。独立的均衡和网格解码方法的实现复杂性较低，并且可轻易地达到1Gbps的数据传输率。
图4C是本发明图4A中描述的吉比特以太网中均衡和解码操作联合进行的模块图。参照图4C，展示了均衡器/网格解码器412，实现为均衡和网格解码操作联合执行。均衡器/网格解码器412包括决策-反馈预滤波器(DFP)模块450和预测并行决策-反馈解码器(LA-PDFD)452。DFP模块450包括4个DFP 454，每个双绞线一个。DFP 454包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用于缩减后兆信道存储器。LA-PDFP 452包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用于以预测方式计算分支度量(branch metrics)。信道系数的训练和适应可用于改善图4D中均衡器/网格解码器412的性能。
图5A是本发明4对双绞线上以1000Mbps运行的以太网连接的模块图。参照图5A，展示了以太网系统500，以1000Mbps或1Gbps的速率运行，包括有本地连接方501a和远程连接方501b。本地连接方501a和远程连接方501b可通过4对双绞线310以全双工操作通信。4个双绞线310中的每个可支持250Mbps的数据传输率，从而提供总共1Gbps的总体数据传输率。本地连接方501a包括4个混合电路502。混合电路502的操作与图3中的混合电路302的操作近似或相同。然而，本发明不限于此，并可支持各种混合电路的实施。本地连接方501a的每个混合电路502可连接至发送器302、接收器304并连接至4个双绞线310其中之一。与本地连接方501a中每个混合电路502相联的还有回波消除器504a和减法器506a。本地连接方501a还包括有解多路复用器(demux)508a、校准器510a和多路复用器(mux)512a。
同样地，远程连接方501b包括4个混合电路502。远程连接方501b的每个混合电路502连接至发送器302、接收器304并连接至4个双绞线310其中之一。与远程连接方501b的每个混合电路502相关联的还有回波消除器504b和减法器506b。远程连接方501b还包括有解多路复用器(demux)508b、校准器510b和多路复用器(mux)512b。图5A中所示的本地连接方501a和远程连接方501b的部分可分别对应于本地连接方501a和远程连接方501b所支持的物理层操作的一部分。
解多路复用器508a和508b包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用于分离1Gbps的信号为4个250Mbps的信号，以便在4个双绞线上传输。校准器510a和510b包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用于对从4个双绞线中每个接收的250Mbps的信号进行校准。多路复用器512a和512b包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用于将来自校准器510的经校准250Mbps信号合并，生成1Gbps的接收信号。
回波消除器504a和504b包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用于处理将通过发送器302传输的信号，以便至少部分地消除对应的通过与同一双绞线相关的接收器304接收的信号内的回波成分。减法器506a和506b包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用于消除接收的信号中的回波成分。
操作中，本地连接方501b通过解多路复用器508a将将要传送的1Gbps信号分离为4个250Mbps的信号。在通过混合电路502传输至对应的双绞线之前，每个将被传送的信号可由发送器302先进行处理。4个发送的信号将到达本地连接方501a，然后在由对应的回波消除器504a和减法器506a进行回波消除之前，其中的每个信号均由接收器304进行处理。接着，在校准器510a中对四个接收的250Mbps信号进行校准，然后再在多路复用器512a中将其合并成1Gbps的接收信号。
图5B是本发明多速率PHY中回波消除器的模块图。参照图5B，展示了1Gbps或10Gbps模式下PHY层操作的回波消除部分，包括发送器520、接收器522、混合电路502和回波消除模块524。回波消除模块524包括由自适应数字滤波器526和减法器528。发送器520包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用于生成信号，该信号将通过混合电路502和对应的双绞线传送给链路另一端的连接方。接收器522包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用于处理通过对应双绞线和混合电路502从链路另一端的连接方接收到的经过回波消除的信号。
自适应数字滤波器526包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用于至少部分地消除接收的信号中的回波成分。在这点上，自适应数字滤波器526可使用关于发送的和接收的信号的信息。自适应数字滤波器526可以是自适应横向数字滤波器，执行相关算法、随机迭代算法和/或符号算法。
操作中，信号通过混合电路502接收。自适应信号滤波器526可使用与通过发送器520发送的信号相关的信息来确定与回波成分相关的噪音成分，以在减法器528中将其从接收的信号中去除。减法器528的输出可传送至接收器522和自适应数字滤波器526以执行反复的回波消除操作。
图6是本发明在2对双绞线上以100Mbps的速率运行的以太网连接的模块图。参照图6，展示了以太网系统600，以100Mbps运行，包括本地连接方601a和远程连接方601b。本地连接方601a和远程连接方601b通过2个双绞线310通信，其中每个双绞线是单向的。发送和接收操作在单独的双绞线上执行。而2个额外的双绞线尚未被使用。使用中的每个双绞线310单向可支持100Mbps的数据传输率，以提供100Mbps的总通信速率。本地连接方601a包括差动发送器(differential transmitter)602a和差动接收器604a。远程连接方601b包括差动发送器602b和差动接收器604b。
差动发送器602a和602b包括有恰当的逻辑、电路和/或编码，实现在双绞线上的传输。差动发送器602a和602b在某些情况下，可通过连接至发送器的转换器308进行传输。差动接收器604a和604b包括有恰当的逻辑、电路和/或编码，用于接收来自双绞线的信号。差动接收器604a和604b在某些情况下可通过连接至接收器的转换器308接收信号。
图7是本发明以两对100Mbps扩展范围模式运行的多速率以太网收发器中吉比特信号处理资源的重新使用的模块图。参照图7，展示了多速率以太网系统700，包括本地连接方701a和远程连接方701b。多速率以太网系统700可支持1000Mbps的传输，近似于图5A中的以太网系统500。多速率以太网系统700也可支持其它操作模式，例如，两对双绞线上100Mbps的传输速率。在这点上，多速率以太网系统700可支持较低的传输速率，例如，100Mbps，同时使用多速率PHY层内可用的用于处理较高传输速率(例如1Gbps或10Gbps)的信号处理操作。
本地连接方701a和远程连接方701b通过两个双绞线310以50Mbps的全双工方式通信，提供100Mbps的总传输速率。本地连接方701a可使用具有对应的回波消除器504a和减法器506a的两个混合电路502。本地连接方701a还可使用解多路复用器508a、校准器510a和多路复用器512a，用于以降低的100Mbps传输速率传送和接收信号。同样，远程连接方701b可使用具有对应的回波消除器504b和减法器506b的两个混合电路502。远程连接方701b也可使用解多路复用器508b、校准器510b和多路复用器512b，用于以降低的100Mbps传输速率发送和接收信号。剩下的两个双绞线尚未被使用。
在使用较高通信速率PHY层信号处理操作的同时，将通信速率从1000Mbps降低至100Mbps，可扩展范围，即，扩展双绞线310的标准长度。较高传输速率的PHY层信号处理操作包括，例如，吉比特回波消除和/或吉比特均衡和网格解码。例如，使用以太网收发器中可用的较高传输速率(1Gbps或10Gbps)信号处理操作的同时，降低多速率以太网收发器提供的传输速率，可以将IEEE 802.3协议所支持的100m标准长度延长。因此，标准吉比特100米PHY可以以100Mbps运行，而实现比100米长的线缆范围。如果该较低数据传输速率是标准IEEE 802.3数据速率，标准以太网MAC接口仍保持不变。然而，本发明不限于此，并可支持任意的数据速率。扩展范围后的PHY消除了需要额外的交换机的成本，可以对较高层透明的方式达到长于100米的铜线以太网连接，以此降低网络总体成本。
多速率以太网系统700不限于通过在使用的两个双绞线上均匀分布数据传输率(即，每个双绞线50Mbps)来达到100Mbps的较低传输速率。在本发明另一个实施例中，多速率以太网系统700可通过在使用的两个双绞线不均匀地分布数据传输率来达到100Mbps的较低传输速率。例如，第一双绞线可支持75Mbps，而第二双绞线支持25Mbps数据传输率，从而达到总的100Mbps数据传输率。在这点上，本地连接方701a和/或远程连接方701b内的各部件可处理不均匀分布的较低传输速率。
图8是本发明以四对100Mbps扩展范围模式运行的多速率以太网收发器中吉比特信号处理资源的重新使用的模块图。参照图8，展示了多速率以太网系统800，包括本地连接方801a和远程连接方801b。多速率以太网系统800可支持1000Mbps或1Gbps通信速率，近似于图5A中展示的以太网系统500。多速率以太网系统800也可支持其它操作模式，例如，4对双绞线上的100Mbps传输速率。在这点上，多速率以太网系统800可支持较低通信速率，例如100Mbps，同时使用多速率PHY层中用于处理较高通信速率(例如，1Gbps或10Gbps)的信号处理操作。
本地连接方801a和远程连接方801b通过4个双绞线310以全双工方式通信，每条线25Mbps的速率，从而提供100Mbps的总体速率。将通信速率从100Mbps降低至25Mbps，同时使用较高传输速率PHY层信号处理操作，可扩展范围，即，扩展双绞线310的标准长度。
吉比特PHY层操作可使用多级信令以在每个时钟周期内发送多个比特。PAM-5可用于在每个符号发送2个比特，并降低每个双绞线310上的符号率。在这点上，多级信令可应用于100Mbps或10Mbps，即，可应用于较低传输速率，从而以允许以降低的符号率来进行操作。例如，25Mbps的传输速率可在单个双绞线上以12.5Msps的符号率实现。降低符号率使得传输可在较长的线缆上进行。吉比特PHY层中可用的信号处理操作可支持2、3、4或5级信令，并且不增加复杂性。
降低传输速率使得可以使用具有较高插入损失的线缆，并同时维持相同的标准长度。例如，对于吉比特操作，可使用第5类线缆。例如，将传输速率降低至100Mbps，便可以使用具有比第5类线缆更高的插入损失的线缆，同时可维持IEEE 802.3标准下的100米长度要求。双绞线线缆的插入损耗以频率的平方根增加。以dB为单位的插入损耗与线缆长度成正比。因此，对于在扩展范围模式下以100Mbps运行的PHY层，使用125Msps符号率的100米线缆，即1000BASE-T，具有与使用12.5Msps符号率、长度为100*sqrt(10)＝316米的线缆大约相同的插入损耗。执行100Mbps数据传输率下的吉比特信号处理操作，可将线缆范围增加3倍。NEXT消除操作也可改善每个接收的信号的SNR，并可应用在100Mbps和10Mbps速率以达到近似的SNR改善，并进一步在这些降低的通信速率下扩展线缆范围。
多速率以太网系统800不限于通过在4个双绞线上均匀地分布数据传输率来达到100Mbps的较低传输速率，即，每个双绞线25Mbps。在本发明另一个实施例中，多速率以太网系统800可通过在4个双绞线上不均运地分布数据速率达到100Mbps的较低传输速率。例如，第一双绞线支持10Mbps，第二双绞线支持20Mbps，第三双绞线支持30Mbps，第四双绞线支持40Mbps，从而达到100Mbps的总传输速率。在这点上，本地连接方801a和/或远程连接方801b中的各部件可适用于处理不均运分布的较低传输速率。
图9是本发明降低传输速率以达到以太网收发器扩展范围的方法的步骤流程图。参照图9，展示了流程图900。在开始步骤902后，步骤904中，激活吉比特以太网收发器。该吉比特以太网收发器可使用多速率PHY层，将传输速率从1Gbps降低至较低传输速率。该较低传输速率可以是但不限于100Mbps或10Mbps。该多速率PHY层也可降低吉比特以太网收发器的符号速率。在降低传输速率或符号率时，多速率PHY层可对该降低后的传输或符号速率应用吉比特信号处理操作。
步骤906中，在吉比特以太网收发器中启用扩展范围模式，借此，多速率PHY层降低传输速率和/或符号率。步骤908中，在范围扩展模式下使用多速率PHY层中可用的至少部分吉比特信号处理操作，从而使得可以使用较长的线缆，或者使用标准长度但具有较高插入损耗的线缆。步骤908后，处理流程进入结束步骤910。
以太网收发器通过其PHY层操作支持范围扩展，可免去对用作网络延长设备的交换机的使用，以此降低成本。此外，使用一对操作，可用较便宜的以太网设备替代VDSL设备。根据本发明的各个实施例，扩展范围的各种特征可内置在标准吉比特PHY层结构内以具有最下的开销。这允许扩展范围的应用节省成本。
本发明的各个实施例可用于扩展IEEE标准速率PHY的范围，例如，10Mbps、100Mbps、1000Mbps等。相同的技术可用于扩展任意速率的范围。扩展以太网PHY范围的应用包括：回程传输(backhaul)、多用户单位(MTU)FTTX+LAN、VDSL替代和任何使用交换机/集线器/转发器的网络，以将点对点连接的长度扩展到超过100米。
使用个发明的各种实施例的扩展范围PHY层操作或系统，可提供特殊的操作和管理消息。例如，一种方法可使用基于IEEE 802.3ah标准或其改进版的OAM条款的方案。这可为服务提供商提供恰当的网络管理和用户付费工具。
因此，在具有最低的成本和附加复杂性的情况下，单个具有多速率PHY层的吉比特以太网收发器，便可实现使用可编程速率、多个双绞线对、聚合和线缆范围的扩展范围操作。虽然多速率PHY层可用于以太网应用中扩展范围，本发明不限于此，其它各种通信应用也可使用多速率PHY进行范围扩展。
本发明可以通过硬件、软件，或者软、硬件结合来实现。本发明可以在至少一个计算机系统中以集中方式实现，或者由分布在几个互连的计算机系统中的不同部分以分散方式实现。任何可以实现所述方法的计算机系统或其它设备都是可适用的。常用软硬件的结合可以是安装有计算机程序的通用计算机系统，通过安装和执行所述程序控制计算机系统，使其按所述方法运行。在计算机系统中，利用处理器和存储单元来实现所述方法。
本发明还可以通过计算机程序产品进行实施，所述程序包含能够实现本发明方法的全部特征，当其安装到计算机系统中时，通过运行，可以实现本发明的方法。本文件中的计算机程序所指的是：可以采用任何程序语言、代码或符号编写的一组指令的任何表达式，该指令组使系统具有信息处理能力，以直接实现特定功能，或在进行下述一个或两个步骤之后实现特定功能：a)转换成其它语言、编码或符号；b)以不同的格式再现。
本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (10)

1、一种有线通信方法，其特征在于，所述方法包括：
将多速率PHY的传输速率从较高传输速率降至较低传输速率；
对所述较低传输速率应用与所述较高传输速率相关的所述多速率PHY支持的信号处理操作。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述较低传输速率为铜导线内使用的每个双绞线上的均匀分布速率的总和。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述较低传输速率为铜导线内使用的每个双绞线上的非均匀分布速率的总和。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述较低传输速率均匀分布在铜导线内的每个双绞线上。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：将所述传输速率从较高符号率降至较低符号率。
6、一种机器可读存储器，其特征在于，其内存储的计算机程序具有至少一个用于有线通信的代码段，所述至少一个代码段由机器执行，使得所述机器执行下述步骤：
将多速率PHY的传输速率从较高传输速率降至较低传输速率；
对所述较低传输速率应用与所述较高传输速率相关的所述多速率PHY支持的信号处理操作。
7、如权利要求6所述的机器可读存储器，其特征在于，所述较低传输速率为铜导线内使用的每个双绞线上的均匀分布速率的总和。
8、一种有线通信系统，其特征在于，所述系统包括：
多速率PHY中用于将传输速率从较高传输速率降低至较低传输速率的电路；
所述多速率PHY中用于对所述较低传输速率应用与所述较高传输速率相关的所述多速率PHY支持的信号处理操作的电路。
9、如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括所述多速率PHY中用于使所述较低传输速率为铜导线中每个双绞线上的均匀分布速率的总和的电路。
10、如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括所述多速率PHY中用于使所述较低传输速率为铜导线中每个双绞线上的非均匀分布速率的总和的电路。
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