CN101150470B - 有线通信方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有线通信方法及系统，特别涉及用于超长距离以太网链路发现信令的方法及系统。本地物理层可以检测超长距离应用中远端物理层中一个或多个双绞线线对。本地物理层可以基于检测到的线对确定是作为主设备操作还是作为从设备操作。当本地物理层作为主设备操作时，在将编码后的链路长度值发送到远端物理层之前，本地物理层可以纠正从远端物理层接收到的双绞线交换信息。当本地物理层作为从设备操作时，在对来自远端物理层的链路长度信息进行恢复操作前，本地物理层可以向远端物理层发送编码的双绞线交换信息。本地物理层可以将基于链路长度所确定的操作模式发送到远端物理层。另外，本地物理层能够与远端物理层建立全双工操作模式。

Description

有线通信方法及系统
技术领域
本发明涉及高速有线通信，更具体地说，涉及一种用于超长距离以太网链路发现信令的方法及系统。
背景技术
由于与数据网络相连的设备在数量上增加以及对较高的数据速率的需求，目前需要一种能够在现有的铜缆布线系统中进行更高速率传输的新的传输技术。业界为此已做了很多努力，包括开发新传输技术，使其能够在现有的布线系统中传输超过每秒千兆(Gbps)数据速率。例如，IEEE 802.3标准为在100米长的双绞线铜缆布线上传输10Mbps、100Mbps、1Gbps数据速率的以太网连接，定义了MAC(介质访问控制层)接口和物理层(PHY)。数据速率每提高10倍，为保持100米标准电缆长度下信号的传输质量，信号处理的复杂性要求也大大提高。然而，长于100米的连接可能会需要采用光缆，或在链路的中点安装以太网交换机、集线器和/或中继器以使所有的电缆长度短于100米。
另外，业界还开发了在双绞线布线上每秒10千兆的以太网传输(10GBASE-T)标准。10 GBASE-T PHY规范试图使双绞线布线上的10Gbps连接在现有的布线系统中传输距离能够达到182英尺，而在新的布线系统中传输距离可达例如330英尺。为了能够在4对双绞线铜缆布线上进行10Gbps的全双工传输，需要对数字信号处理技术方案进行精心设计，以去除或减少以下不良影响：基于频率的严重的信号衰减、信号反射、4对线之间的近端串扰和远端串扰、来自相邻传输链路或其它外部噪声源的外部信号耦合到4对线缆中。此外，新的布线规范的开发还考虑了减小外部电磁干扰影响的问题。
在对支持例如1Gbps或10Gbps数据速率的物理层收发器几乎不做改动的情况下，对标准以太网物理层设备工作的范围或距离进行扩展，能够实现在宽带接入市场和可能的新住宅和企业应用中使用和部署新以太网物理层设备。另外，还有可能使单独一个物理层设备既能够在标准距离下又能够在扩展(超长)距离的模式下运行。
比较本发明后续将要结合附图介绍的系统和方法，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
本发明提供一种用于超长距离以太网链路发现信令的系统和/或方法。
根据本发明的一方面，提供一种有线通信的方法，包括
在本地物理层检测远端物理层的一对或多对双绞线是否处于活跃状态，其中所述本地物理层与远端物理层通过所述一对或多对双绞线通信相连；
经由所述检测到的一对或多对活跃双绞线在所述本地物理层与远端物理层之间建立一致的全双工操作模式。
作为优选，所述在本地物理层检测远端物理层的一对或多对双绞线是否处于活跃状态是基于脉冲信号(burst)而进行，其中所述脉冲信号包括由所述远端物理层产生的多个音频信号(tone)。
作为优选，所述包括多个音频信号的脉冲信号在链路发现信令和/或自协商操作持续期间内由静音间隔分隔开。
作为优选，所述方法还包括当检测到一对或多对活跃双绞线时，将对所述本地物理层操作的控制转移到自协商操作。
作为优选，所述一对或多对活跃双绞线包括1、2或4对活跃双绞线。
作为优选，所述全双工操作模式以多个数据速率操作。
作为优选，所述方法还包括在与所述检测到的活跃双绞线相连的本地物理层内调整发射器产生的信号的相位。
作为优选，所述方法还包括禁止(disabling)与非活跃双绞线相连的本地物理层的发射器工作。
作为优选，所述方法还包括基于所述检测到的一对或多对活跃双绞线，确定所述本地物理层相对于远端物理层是主设备还是从设备。
作为优选，在检测到第一对活跃双绞线之后，在所述本地物理层继续进行检测。
根据本发明的另一方面，提供一种有线通信方法，包括：
在本地物理层检测远端物理层的一对或多对双绞线是否处于活跃状态，其中所述本地物理层与远端物理层通过所述一对或多对双绞线通信相连；
基于所述检测到的一对或多对活跃双绞线，确定所述本地物理层相对于远端物理层是主设备还是从设备；
当所述本地物理层是主设备，在将链路长度值传送给所述远端物理层之前，纠正(correcting)从所述远端物理层接收的双绞线交换信息；
当所述本地物理层是从设备，在恢复从远端物理层接收到的链路长度值之前，向远端物理层发送双绞线交换(swap)信息；
基于所述链路长度值将本地物理层支持的操作模式传送给远端物理层；
在所述本地物理层与远端物理层之间建立一致的全双工操作模式。
作为优选，所述方法包括在所述本地物理层内的一个或多个发射器中产生信号，发送到所述远端物理层，以指示(indicate)本地物理层的哪一个线对是活跃线对。
作为优选，所述方法还包括在本地物理层内的接收机中检测由所述远端物理层传来的信号，以指示(indicate)所述远端物理层中相应的线对为活跃线对。
作为优选，所述方法还包括当所述本地物理层是从设备，对所述双绞线交换信息进行编码以进行传送。
作为优选，所述方法还包括当所述本地物理层是主设备，对所述链路长度值进行编码以进行传送。
根据本发明的一方面，提供一种有线通信系统，包括：
本地物理层，其能够检测远端物理层的一对或多对双绞线是否处于活跃状态，其中所述本地物理层与远端物理层通过所述一对或多对双绞线通信相连；
所述本地物理层能够经由所述检测到的一对或多对活跃双绞线在所述本地物理层与远端物理层之间建立一致的全双工操作模式。
作为优选，所述本地物理层能够基于脉冲信号(burst)检测远端物理层的一对或多对双绞线是否处于活跃状态，其中所述脉冲信号包括由所述远端物理层产生的多个音频信号(tone)。
作为优选，所述包括多个音频信号的脉冲信号在链路发现信令和/或自协商操作持续期间内由静音间隔分隔开。
作为优选，所述本地物理层能够在检测到一对或多对活跃双绞线时，将对所述本地物理层操作的控制转移到自协商操作。
作为优选，所述一对或多对活跃双绞线包括1、2或4对活跃双绞线。
作为优选，所述全双工操作模式以多个数据速率操作。
作为优选，所述本地物理层能够在与所述检测到的活跃双绞线相连的本地物理层内调整发射器产生的信号的相位。
作为优选，所述本地物理层能够禁止(disabling)与非活跃双绞线相连的本地物理层的发射器工作。
作为优选，所述本地物理层能够基于所述检测到的一对或多对活跃双绞线，确定所述本地物理层相对于远端物理层是主设备还是从设备。
作为优选，所述本地物理层能够在检测到第一对活跃双绞线之后，在所述本地物理层继续进行检测。
根据本发明的一方面，提供一种有线通信系统，包括：
本地物理层，其能够检测远端物理层的一对或多对双绞线是否处于活跃状态，其中所述本地物理层与远端物理层通过所述一对或多对双绞线通信相连；
所述本地物理层能够基于所述检测到的一对或多对活跃双绞线，确定所述本地物理层相对于远端物理层是主设备还是从设备；
当所述本地物理层是主设备，所述本地物理层能够在将链路长度值传送给所述远端物理层之前，纠正(correcting)从所述远端物理层接收的双绞线交换信息；
当所述本地物理层是从设备，所述本地物理层能够在恢复从远端物理层接收到的链路长度值之前，向远端物理层发送双绞线交换(swap)信息；
所述本地物理层能够基于所述链路长度值将本地物理层支持的操作模式传送给远端物理层；
所述本地物理层能够在所述本地物理层与远端物理层之间建立一致的全双工操作模式。
作为优选，所述本地物理层能够在所述本地物理层内的一个或多个发射器中产生信号，发送到所述远端物理层，以指示(indicate)本地物理层的哪一个线对是活跃线对。
作为优选，所述本地物理层能够在本地物理层内的接收机中检测由所述远端物理层传来的信号，以指示(indicate)所述远端物理层中相应的线对为活跃线对。
作为优选，当所述本地物理层是从设备，所述本地物理层能够对所述双绞线交换信息进行编码以进行传送。
作为优选，当所述本地物理层是主设备，所述本地物理层能够对所述链路长度值进行编码以进行传送。
根据本发明的另一方面，提供一种有线通信系统，包括：
本地物理层，其能够检测远端物理层中活跃的同轴电缆传输介质，其中所述本地物理层与远端物理层通过所述同轴电缆传输介质通信相连；
所述本地物理层能够经由所述检测到的活跃的同轴电缆传输介质在所述本地物理层与远端物理层之间建立一致的全双工操作模式。
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，将在以下的具体实施方式和附图中进行详细介绍。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是根据本发明实施例的以双绞线布线链路为基础的以太网结构示意图，图中本地链路伙伴通过双绞线布线链路与远端链路伙伴相连接；
图2是根据本发明实施例的示例性以太网收发器多速率物理层架构的示意图；
图3是根据本发明实施例的在千兆以太网系统中的ECHO、NEXT和FEXT信道状态的示意图；
图4A是根据本发明实施例的在千兆以太网中对接收信号进行信号处理操作的示意图；
图4B是根据本发明实施例的在图4A所示的千兆以太网中，均衡和解码操作分开进行的示意图；
图4C是根据本发明实施例的在图4A所示的千兆以太网中，均衡和解码操作一起进行的示意图；
图5A是根据本发明实施例的在4对双绞线布线上以1000Mbps进行连接操作的示意图；
图5B是根据本发明实施例的多速率物理层中的回波消除器的示意图；
图6是根据本发明实施例的在两对双绞线布线上以100Mbps进行全双工以太网连接操作的示意图；
图7是根据本发明实施例的LDS信令方案(scheme)的示意图；
图8是根据本发明实施例的LDS信令方案(scheme)的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
本发明涉及用于超长(extended)以太网链路发现信令的方法和系统。本发明的一方面包括本地以太网物理层(PHY)设备，可以基于从远端PHY传送出的信号在该远端PHY检测到一对或多个活跃的双绞线。有关这一点，本地和远端PHY都支持标准和/或超长距离操作。基于检测到的活跃双绞线，本地PHY可以确定其是作为主设备操作还是作为从设备操作。当本地PHY作为主设备操作时，在将编码后的链路长度值发送到远端PHY之前，本地PHY可以纠正(correct)从远端PHY接收到的双绞线交换(swap)信息。例如，该链路长度值可对应于本地PHY和远端PHY之间链路长度的估算值。当地PHY作为从设备操作时，在对来自远端PHY的链路长度信息进行恢复操作前，本地PHY可以向远端PHY发送编码的双绞线交换信息。
本地PHY可以将基于链路长度值所确定的操作模式发送到远端PHY。有关这一点，所支持的操作模式可以分为使用标准距离操作的模式或超长距离操作的模式。另外，本地PHY能够与远端PHY建立一致的(common)全双工以太网连接的操作模式。有关这一点，即使在本地和远端PHY之间只存在一对活跃双绞线的情况下，也可建立全双工操作。还有，能够支持超长距离操作的点对点以太网收发器可以在1对、2对或4对双绞线中、多种链路长度下、以多种数据速率支持全双工操作模式。
图1是根据本发明实施例的以双绞线布线链路为基础的以太网结构示意图，图中本地链路伙伴通过双绞线布线链路与远端链路伙伴相连接。如图1所示，系统100包括本地链路伙伴102和远端链路伙伴104。本地链路伙伴102和远端链路伙伴104通过电缆112通信。例如电缆112可包括多达4对非屏蔽双绞线(UTP)铜缆。本地链路伙伴102和远端链路伙伴104可通过电缆112中的一对或多对双绞线通信。当本地链路伙伴102和远端链路伙伴104之间可能采用单独传输介质时，电缆112可能对应于例如同轴电缆。UTP铜缆布线系统的一些性能和/或规范标准已经是标准化的。例如，3类(category 3)线可以提供在双绞线布线上的10Mbps以太网传输(10BASE-T)的必需性能。在另一例子中，5类线可以提供在双绞线布线上的1000Mbps(或1Gbps)以太网传输(1000BASE-T)的必需性能。在大多数情况下，与高类别电缆相比，低类别电缆的插入损耗更大。
本地链路伙伴102包括计算机系统106a、介质访问控制(MAC)控制器108a和收发器110a。远端链路伙伴104包括计算机系统106b、介质访问控制(MAC)控制器108b和收发器110b。尽管如此，以上仅是举例，本发明不受其限制。
收发器110a可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于在本地链路伙伴102与链路伙伴(例如远端链路伙伴104)之间通信，例如发送和接收数据。同理，收发器110b可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于在远端链路伙伴104与链路伙伴(例如本地链路伙伴102)之间通信。收发器110a和110b可支持以太网操作。收发器110a和110b可以以多种速率进行通信，诸如10Mbps、100Mbps、1000Mbps(或1Gbps)和/或10Gbps。有关这一点，收发器110a和110b可支持标准的数据速率和/或非标准的数据速率。此外，收发器110a和110b可支持标准以太网链路长度(或操作距离)和/或超长操作距离。收发器110a和110b可以利用链路发现信令(link discovery signaling，LDS)操作在本地链路伙伴102与远端链路伙伴104之间进行通信，该链路发现信令使能检测到另一链路伙伴的活跃操作状态。有关这一点，LDS操作可适用于支持标准以太网操作和/或超长距离以太网操作。
例如收发器110a和110b可使用多级信令。有关这一点，收发器110a和110b可使用不同级的脉冲幅度调制(PAM)来表征将要发射的各种符号。例如，对于1000Mbps以太网应用，在每一对双绞线中可使用PAM5发射方案，该PAM5为5级{-2，-1，0，1，2}脉冲幅度调制。
收发器110a和110b发射和/或接收的数据是按照已知的OSI协议标准格式化的。OSI模型将操作功能划分为七层。通常在OSI模型中，每一层都可以为直接相邻的上层提供服务。例如，1层或物理(PHY)层可以为2层提供服务，2层可以为3层提供服务。
在图1所示的本发明的实施例中，计算机系统106a和106b可代表3层及以上的各层，MAC控制器108a和108b可代表2层及以上的各层，收发器110a和110b可代表1层或物理层的操作和/或功能。有关这一点，收发器110a和110b可以称为例如PHY设备或PHY收发器。计算机系统106a和106b可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于实现将要通过电缆112发送的数据分组的五个最高功能层的操作和/或功能。由于OSI模型中的每一层都为直接相邻的上层提供服务，MAC控制器108a和108b可以为计算机系统106a和106b提供必要的服务，以确保数据分组能够适当格式化并传送到收发器110a和110b。在发送过程中，每一层都将自己的报头添加到从相邻上层传递过来的数据中。而在接收过程中，具有相同OSI栈的兼容设备在将信息从低层向高层传递时，会将这些报头去掉。
可以对收发器110a和110b进行配置，以在某些需要这类操作的情况下处理全部物理层需求，包括但不限于数据打包、数据传送和串行/解串行(SERDES)。收发器110a和110b分别从MAC控制器108a和108b接收到的数据分组可以包括数据和对应于六个上层功能层中的每一层的报头信息。收发器110a和110b的配置使得可以对将要通过电缆112发送的数据分组进行编码和/或对通过电缆112接收到的数据分组进行解码。
MAC控制器108a包括适当的逻辑、电路和/或代码，使得能够处理本地链路伙伴102中数据链路层(2层)的操作和/或功能。类似地，MAC控制器108b包括适当的逻辑、电路和/或代码，使得能够处理远端链路伙伴104中2层的操作和/或功能。可以对MAC控制器108a和108b进行配置，使其遵循以太网协议，诸如那些基于IEEE 802.3标准的协议。前述标准仅为举例，本发明不受其限制。
MAC控制器108a可以通过接口114a与收发器110a通信，通过总线控制器接口116a与计算机系统106a通信。MAC控制器108b可以通过接口114b与收发器110b通信，通过总线控制器接口116b与计算机系统106b通信。接口114a和114b对应于以太网接口，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可对应于PCI或PCI-X接口。前述接口类型仅为举例，本发明不受其限制。
图2是根据本发明实施例的示例性以太网收发器多速率物理层架构的示意图。如图2所示，链路伙伴200包括收发器或PHY设备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202、多个发射器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的操作可以与图1所公开的收发器110a和110b相同或相似。有关这一点，收发器202可以提供1层或物理层操作和/或功能，使得能够与远端PHY设备通信。类似地，MAC控制器204、计算机系统206、接口208和总线接口控制器210可以与图1中所示的MAC控制器108a和108b、计算机系统106a和106b、接口114a和114b、总线控制器接口116a和116b相同或相似。MAC控制器204可包括多速率接口204a，该多速率接口204a包括适当的逻辑、电路和/或代码，使得能够通过接口208以多种数据速率与收发器202通信。
收发器202中的多速率PHY模块212包括适当的逻辑、电路和/或代码，使得能够满足PHY层的操作和/或功能需求。有关这一点，多速率PHY模块212能够产生适当的链路发现信令，用于与远端链路伙伴中的远端收发器或PHY设备建立通信。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，为了获得较高的操作速度如1Gbps或10Gbps，可对接口208进行配置，以利用多个串行数据路径(lanes)接收来自多速率PHY模块212的数据和/或向多速率PHY模块212发送数据。多速率PHY模块212可以配置在多个通信模式中的一个或多个模式下操作，每一种通信模式都遵循不同的通信协议。这些通信模式包括但不限于，IEEE 802.3、10BASE-T和其它类似的协议。在进行初始化时或操作过程中，多速率PHY模块212可以配置在特定的操作模式下操作。多速率PHY模块212还可以配置成在超长距离模式下操作。
一些情况下，收发器202可以采用自协商方案(scheme)向远端链路伙伴指明或表明：收发器202正在以超长距离模式进行操作。自协商方案(scheme)可以在链路发现信令操作之后发生或作为链路发现信令操作结果而发生。随后远端链路伙伴将自身配置为适当的超长距离模式。通过标准自协商，网络链路可以仅从链路的一端配置超长距离模式，确保具有超长距离模式操作功能的以太网收发器和老版本设备之间的互操作性。有关这一点，链路发现信令可以用于在具有超长距离模式操作功能的以太网收发器和老版本设备之间建立通信。在某些情况下，链路可以预配置，收发器固定在超长距离模式。
多速率PHY模块212可以通过存储器接口218连接到存储器216，该存储器接口218可以是串行接口或总线。存储器216包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于存储或编程信息，该信息包括可以执行多速率PHY模块212操作的参数和/或代码。这些参数可以包括配置数据，这些代码可以包括操作代码，诸如软件和/或固件，但是所述信息不必局限于此。此外，参数可包括例如多速率PHY模块212所使用的自适应滤波和/或阻塞(block)系数。
发射器214a、214c、214e和214g可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于通过例如图1中的电缆112从链路伙伴200向远端链路伙伴发送数据。接收器214b、214d、214f和214h可包括适当的逻辑、电路和/或代码，使得链路伙伴200能够接收来自远端链路伙伴的数据。收发器202的四对发射器和接收器中的每一对与电缆112中包含的四对线中的每一对相对应。例如，使用发射器214a和接收器214b通过电缆112中的第一线对与远端链路伙伴通信。类似地，可使用发射器214g和接收器214h通过电缆112中的第四线对与远端链路伙伴通信。有关这一点，四对发射器/接收器中有至少一对能够提供合适的通信速率。当四对双绞线中至少有一对是活跃的情况下，链路发现信令操作使得能在超长距离模式下通信。
图3是根据本发明实施例的在千兆以太网系统中的ECHO、NEXT和FEXT信道状态的示意图。如图3所示，千兆以太网系统300包括本地链路伙伴301a和远端链路伙伴301b。本地链路伙伴301a和远端链路伙伴301b可通过四对双绞线310以全双工操作模式通信。四对双绞线310中的每一对可支持250Mbps的数据速率，这样在四对双绞线上合计的数据速率为1Gbps。本地链路伙伴301a可包含四个混合器(hybrid)306。本地链路伙伴301a中的每个混合器306可以通信连接至发射器302、接收器304及四对双绞线310中的一对。类似地，远端链路伙伴301b可包含四个混合器306。远端链路伙伴301b中的每个混合器306可以通信连接至发射器302、接收器304及四对双绞线310中的一对。图3所示的本地链路伙伴301a和远端链路伙伴301b部分分别与本地链路伙伴301a和远端链路伙伴301b所支持的物理(PHY)层操作部分相对应。
本地链路伙伴301a或远端链路伙伴301b中的每一个混合器306可通信连接至变压器(transformer)308或包含变压器308。混合器306可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于分解由/从双绞线310发射/接收的信号。发射器302可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于产生将要发送的信号，该信号将经由混合器306和双绞线310发往位于链路另一端的链路伙伴。接收器304可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于对经由双绞线310和混合器306接收到的来自位于链路另一端的链路伙伴的信号进行处理。
在运行过程中，双绞线310的每一线对中会发生几种情况。例如，由于基于频率的线路衰减而出现码间干扰。如图3所示，双绞线310中会接收到回波(ECHO)成分，其由同一对双绞线310线对上的本地发射器302产生的回波所带来。双绞线310中还会接收到近端串扰(NEXT)成分，其来自与同一链路伙伴中的三个相邻双绞线310线对相对应的本地发射器302。此外，双绞线310中还会接收到远端串扰(FEXT)成分，其来自位于链路另一端的链路伙伴中的远端发射器302。图3中只是给出了千兆以太网系统的一个例子，本发明不局限于此。
图4A是根据本发明实施例的在千兆以太网中对接收信号进行信号处理操作的示意图。如图4A所示的信号处理系统400可以进行一部分由以太网收发器的PHY层所执行的信号处理任务。例如，信号处理系统400可以在图2所示的多速率PHY模块212和/或接收器214b、214d、214f和214h中实施。信号处理系统400可包括模数转换器(A/D)402、自适应前向均衡器(FFE)404、3NEXT消除器406、加法器408、ECHO消除器及均衡器/格栅解码器412。
A/D 402可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于将通过双绞线接收到的模拟信号转换成数字信号。A/D 402的输出传送到FFE 404。FFE 404可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于消除前达码间干扰(precursor ISI)，使信道相位最小化，并使信道噪声白化。3NEXT消除器406可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于消除从双绞线中接收到的至少一部分NEXT成分(来自三个相邻线对所对应的本地发射器)。ECHO消除器410可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于消除从双绞线中接收到的至少一部分ECHO成分(来自同一线对上本地发射器)。
加法器408可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于将FFE 404、3NEXT消除器406和/或ECHO消除器的输出相加，生成后达(postcursor)信道冲激响应Zn，1。均衡器/格栅解码器412可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于均衡由后达冲激响应产生的码间干扰(ISI)并对栅格码进行解码。均衡器/格栅解码器412可以接收与其它线对对应的Zn，2、Zn，3和Zn，4作为输入。均衡器/格栅解码器412可以产生与接收模拟信号相对应的检测到的比特位。
图4B是根据本发明实施例的在图4A所示的千兆以太网中，均衡和解码操作分开进行的示意图。如图4B所示，均衡器/栅格解码器412设置为将均衡和栅格解码操作分开进行。均衡器/栅格解码器412可包括四个判决反馈均衡器(DFE)420和栅格编码调制(TCM)解码器422。DFE420可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于消除每一对双绞线中的后达码间干扰。TCM解码器422可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于对编码栅格进行Viterbi算法处理，从而解码栅格编码的字符。TCM解码器422例如可以使用并行判决反馈解码结构来实现。将均衡和栅格解码操作分开的方案可以减小方案实施的复杂性，并使得1Gbps的数据速率容易达到。
图4C是根据本发明实施例的在图4A所示的千兆以太网中，均衡和解码操作一起进行的示意图。如图4C所示，均衡器/栅格解码器412设置为均衡和解码操作一起。均衡器/栅格解码器412可包括判决反馈预滤波(DFP)模块450和前瞻并行判决反馈解码器(look-ahead parallel decision-feedbackdecoder，LA-PDFD)452。DFP 450可包括四个DFP 454，每一对双绞线连接一个DFP 454。DFP 454包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于缩减(shortening)后达信道存储器。LA-PDFP 452可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于以前瞻方式计算分支度量值(metrics)。可以采用信道系数训练及自适应技术来改善图4C中的均衡器/栅格解码器412的性能。
图5A是根据本发明实施例的在四对双绞线布线上以1000Mbps进行连接操作的示意图。如图5A所示，以1000Mbps(或1Gbps)的速率运行的以太网系统500包括本地链路伙伴501a和远端链路伙伴501b。本地链路伙伴501a和远端链路伙伴501b最多可以通过四对活跃双绞线310以全双工模式进行通信。四对双绞线310中的每一对都可以支持250Mbps的数据速率，当全部四对双绞线都处于活跃状态时，总的数据速率为1Gbps。在某些情况下，可能一对或两对双绞线处于活跃状态，这时以太网系统500所支持的数据速率分别为250Mbps和500Mbps。混合器(hybrid)502的操作可以与图3中的混合器302的操作相同或相似。尽管如此，本发明不受此限制，并可采用各种不同的混合器电路。本地链路伙伴501a中的每一个混合器502可以通信连接至发射器302、接收器304和四对双绞线310中的一对。本地链路伙伴501a中的每一个混合器502还连接有回波消除器504a和减法器506a。本地链路伙伴501a还可包括解复用器(demux)508a、排列器(aligner)510a和复用器(mux)512a。
类似地，远端链路伙伴501b可包括四个混合器502。远端链路伙伴501b中的每一个混合器502可以通信连接至发射器302、接收器304和四对双绞线310中的一对。远端链路伙伴501b中的每一个混合器502还连接有回波消除器504b和减法器506b。远端链路伙伴501b还可包括解复用器(demux)508b、排列器(aligner)510b和复用器(mux)512b。图5A所示的本地链路伙伴501a和远端链路伙伴501b部分可分别对应于本地链路伙伴501a和远端链路伙伴501b所支持的物理(PHY)层操作功能部分。
解复用器508a和508b可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于将1Gbps的信号分解成四个250Mbps的信号在四对双绞线上传输。排列器510a和510b可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于排列来自每一对双绞线的250Mbps信号。复用器512a和512b可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于组合来自排列器510的排列(aligned)250Mbps信号，生成1Gbps的接收信号。
回波消除器504a和504b可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于处理将要通过发射器302发射的信号，以至少部分地从同一对双绞线所连接的接收器304接收的信号中消除ECHO成分。减法器506a和506b可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于从接收信号中消除ECHO成分。
在运行过程中，本地链路伙伴501a通过解复用器508a将要发射的1Gbps信号分解成四个250Mbps信号。每一个要发射的信号在通过混合器502发送到相应的线对之前，都要经过发射器302处理。四个发射信号到达远端链路伙伴501b，在这里接收器304对每一个信号进行处理，之后由相应的回波消除器504b和减法器510b进行回波消除操作。四个接收到的250Mbps信号在排列器510b中进行排列，然后在复用器512b中组合成1Gbps的接收信号。
类似地，远端链路伙伴501b可通过解复用器508b将要发射的1Gbps信号分解成四个250Mbps信号。每一个要发射的信号在通过混合器502发送到相应的线对之前，都要经过发射器302处理。四个发射信号到达本地链路伙伴501a，在这里接收器304对每一个信号进行处理，之后由相应的回波消除器504a和减法器510a进行回波消除操作。四个接收到的250Mbps信号在排列器510a中进行排列，然后在复用器512a中组合成1Gbps的接收信号。
图5B是根据本发明实施例的多速率物理层中的回波消除器的示意图。图5B示出了对于Gbps或10Gbps模式下的物理层操作的回波消除部分，包括发射器520、接收器522、混合器502及回波消除模块524。回波消除模块524可包括自适应数字滤波器526和减法器528。发射器520可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于生成信号，该信号将通过混合器502和对应的双绞线线对发射给位于链路另一端的链路伙伴。有关这一点儿，发射器520可用于发射例如与链路发现信令操作相关的信号。接收器522可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于处理经由对应的双绞线线对和混合器502接收到的来自位于链路另一端的链路伙伴的信号。有关这一点儿，接收器522可用于接收例如与链路发现信令操作相关的信号。
自适应数字滤波器526可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于至少部分地消除掉接收信号中的回波成分。有关这一点儿，自适应数字滤波器526可使用发射和接收信号相关的信息。自适应数字滤波器526可以是自适应横向数字滤波器，可以使用例如关联算法、随机迭代算法和/或符号算法(signalgorithm)。
在运行过程中，通过混合器502接收信号。自适应数字滤波器526可利用将要通过发射器520发射的信号中相关的信息来确定回波成分的噪声分量，以便在减法器528中从接收信号中减去该噪声分量。减法器528的输出可传送到接收器522及自适应数字滤波器526，进行迭代回波消除操作。
图6是根据本发明实施例的在两对双绞线布线上以100Mbps进行全双工以太网连接操作的示意图。图6示出的以太网系统600在全双工模式下操作，数据速率为100Mbps。以太网系统600包括本地链路伙伴601a和远端链路伙伴601b。本地链路伙伴601a和远端链路伙伴601b通过两对双绞线310在相互之间进行通信，其中每对双绞线都工作在全双工模式，且数据速率为50Mbps。在每一对双绞线上都要进行收、发操作。在一实施例中，如图所示另外的两对双绞线未被使用。当所使用的每一对双绞线都支持全双工50Mbps时，整体通信数率为100Mbps。本地链路伙伴601a包括PHY收发器602。远端链路伙伴601b包括PHY收发器604。PHY收发器602和604可包括适当的逻辑、电路和/或代码，用于在双绞线线对上发射信号。在某些情况下，PHY收发器602和604可通过通信连接到发射器的变压器308来发射信号。PHY收发器602和604还能够从双绞线线对上接收信号。在某些情况下，PHY收发器602和604可通过通信连接到接收器的变压器308来接收信号。
例如，以太网系统600可用于超长距离操作。有关这一点，以太网系统600可利用链路发射信令(LDS)方案(scheme)来进行扩展(超长)距离操作。例如，当远端链路伙伴601b与本地链路伙伴601a的链路距离在标准链路长度范围内时，LDS方案可用于检测远端链路伙伴601b的活跃操作，并确定当链路长度符合标准以太网规范的要求时所支持的操作模式。在另一例子中，当远端链路伙伴601b与本地链路伙伴601a的链路距离超过标准链路长度范围，且远端链路伙伴601b支持超长距离操作时，LDS方案可用于检测远端链路伙伴601b的活跃操作，并确定超长距离链路长度情况下所支持的操作模式。
在本发明的另一实施例中，本地链路伙伴601a和远端链路伙伴601b可通过单独一对双绞线进行通信，且该双绞线支持100Mbps下的全双工操作模式。有关这一点，当本地链路伙伴601a和远端链路伙伴601b之间可支持在单独的通信或传输介质上进行通信时，可采用同轴电缆来代替单独一对双绞线310。当然，本发明不局限于此。
LDS方案可以在例如上电、复位时启用，作为一种机制用于确定链路两端的PHY层一致的合适操作模式。有关这一点，LDS可以是在超长距离操作中使用的信令方案或协议，用于确定连接两个超长距离PHY的双绞线线对号、线对连接排序、指定两个扩展(超长)距离PHY中的主/从PHY，和/或用于确定两个PHY的至少一种一致的操作模式，例如可使数据呑吐量最大的操作模式。
图7是根据本发明实施例的LDS信令方案(scheme)的示意图。如图7所示，LDS信号700包括时段(period)702，其处于在LDS方案的初始阶段。在时段702中包括音频脉冲时段704和静音时段706。对于LDS信号700的音频脉冲时段704，例如1MHz载波可由例如12.5％占空比的逻辑信号进行选通(gated)或调制，产生大约2ms的音频脉冲时段704，并由大约14ms的静音时段706隔开。1MHz的载波信号被以太网物理层拒绝，其不支持超长距离操作，例如那些支持IEEE 802.3标准14.3.1.3.2项的以太网物理层。有关这一点，还可利用不能被遵循IEEE的以太网物理层接收的其它载波频率。图中还示出了1MHz方波载波信号音频脉冲时段704的一个周期708。尽管如此，本发明不受此处所述的限制，根据操作需要还可利用其它的载波频率和波形，只要能够进行超长距离操作。
在LDS方案的随后阶段，1MHz的载波可由最长伪随机数(PN)序列(例如从11次多项式(11-bit polynomial)导出)替代。此外，在LDS方案的最后阶段，1MHz的载波可由重复的16比特数据模型替代，该数据模型编码PHY，由11次最长PN序列来扰码。
图8是根据本发明实施例的LDS信令方案(scheme)的示例性步骤的流程图。图8示出了流程图800。在开始步骤802，每一个支持通信的线对以全双工配置连接到PHY的发射器和接收器。在步骤804，例如在上电或复位操作中，在所有支持线对上的发射器开始发送如图7所示的周期的音频脉冲串。例如周期的音频脉冲串也可称为信标(beacon)信号。当本地发射器静止时，本地接收器在音频脉冲之间大约14ms的间隔期间是激活(enabled)的。每一PHY可以通过随机去掉所选的音频脉冲来产生额外的静音间隔。例如，可以通过禁止发射器发射来实现。支持通信的每一线对上，当本地发射器处于静音状态时，接收器可以从链路伙伴处检测到1MHz的音频脉冲。对于遵循IEEE 802.3标准且不支持超长距离以太网模式的PHY，接收器可以拒绝接收信标信号，因为这些信标信号的频率低于IEEE 802.3标准14.3.1.3.2项所规定的中止线(cutoff)。
在步骤806，当PHY检测到标准以太网链路脉冲而不是图7所示的音频脉冲时，PHY可将控制转换为IEEE 802.3标准28项的自协商操作。当本地PHY中的一接收器在与其对应的一对双绞线上检测到图7所示的远端音频脉冲，PHY会继续在其余的双绞线线对上检测远端音频脉冲，并持续特定的一段时间。例如，可以设置PHY使其继续在例如在100ms时段内尚未检测到远端音频脉冲的其余线对上检测远端音频脉冲。未检测到远端音频脉冲的接收器可以认为是连接到未使用或非活跃双绞线线对。一旦基于检测到的远端音频脉冲确定出活跃的以绞线线对，PHY可禁止或关闭与未使用或非活跃双绞线线对相连的发射器。
在步骤810，在检测到音频脉冲的情况下，与被检测到音频脉冲的线对相连的发射器可将在本地产生的音频脉冲的相位调整到以接收音频脉冲为中心以避免发生冲突。例如，可在LDS方案的全过程中持续进行对本地产生的音频脉冲相位的调整。在本发明的一实施例中，当本地PHY首先在双绞线线对中检测到音频脉冲时，相对于远端PHY来说，本地PHY可以作为主设备操作。有关这一点，本地PHY可以停止向远端设备发送音频脉冲，并开始发送例如最长序列或11次伪随机数(PN-11)序列。在本发明的另一实施例中，当本地PHY检测到的远端音频脉冲包括有PN-11序列，相对于远端PHY来说，本地PHY可以作为从设备操作。尽管如此，本发明不局限于上述实施例。
在步骤812，当本地PHY作为主设备操作时，本地PHY可用于以重复的模型对每一对活跃双绞线线对号相关的信息进行编码。例如，对于第一对双绞线，重复模型可以是000100010001……；对于第二对双绞线，重复模型可以是001100110011……；对于第三对双绞线，重复模型可以是011101110111……；对于第四对双绞线，重复模型可以是111111111100……。本地PHY设备可以基于从远端设备接收到的PN-11序列利用自同步扰码技术，对所对应的双绞线线对号的重复模型进行扰码处理。本地PHY可向远端设备发送编码信息。本地PHY还可以从远端设备接收电缆或链路长度值。有关这一点，电缆或链路长度值可以由作为主设备操作的远端设备确定，例如利用时域反射计(TDR)或基于会聚(convergence)的电缆诊断，在静音间隔期间估算双绞线的长度。
当本地PHY作为主设备操作时，本地PHY可以从远端设备发送过来的有关线对号的编码信息中恢复双绞线线对号信息。本地PHY可以根据接收到的信息纠正或交换双绞线线对。本地PHY可以利用接收到的音频脉冲之间的静音间隔来估算电缆或链路长度值。本地PHY可以将所估算长度在重复模型下编码为例如16比特字段，带8比特CRC，且前4比特设为零。以下为编码电缆或链路长度估算的示例模型：
Figure S071F2942120071010D000191
由PN-11序列构造的自同步扰码可用于对长度估算值进行扰码。然后，作为主设备操作的本地PHY可以在音频间隔期间发送扰码后的长度估算值，将该长度值传送给链路伙伴。
在步骤814中，每一个PHY都可使用估算的电缆或链路长度值和检测到的线对号来确定可利用的操作模式的子集，并告知相应的链路伙伴所“支持”的模式。可以采用包括例如带有8比特CRC的16比特字段的重复模型对所支持的操作模式进行编码。可由自同步配置的PN-11序列对24比特的字段进行划界、重复和/或扰码。在本发明的一实施例中，16比特字段中有至少一个比特可用于表示链路伙伴所支持的模式的有效接受。以下是将要告知链路伙伴的编码后的所支持操作模式的示例模型：
Figure S071F2942120071010D000192
其中能力字段表示与发送方链路伙伴目前所支持的模式相关的信息。在本发明的一实施例中，例如可采用8比特来表示字段号。PHY之间最多可以交换256个16比特的字段。在一些情况下，最后的字段可用零表示。在本发明的一实施例中，在连续接收3个16比特的字段而没出现CRC错误之后，PHY可生成一个确认(AWK)比特。一旦从链路伙伴处得到对指定字段确认的成功识别，可对字段号解扰码并传送下一个能力字段。由PN-11序列构造的自同步扰码可用于对所支持的操作模式进行扰码。当远端链路伙伴成功接收到最后的能力字段(可由AWK比特表示)时，并且本地链路伙伴成功地从远端链路伙伴接收到最后的能力字段时，流程进入步骤816。
在步骤816中，当一PHY确定已成功地接收到链路伙伴所支持的模式(通过接收到3个相同的无错最后字段)，并且检测到链路伙伴也成功接收到本地PHY所支持的模式(通过接收到3个相同的带有确认比特集的无错最后字段)时，该PHY可以禁止发射器工作，并控制转移到启动阶段以对接收器进行会聚(convergence)和/或训练。在步骤816之后，流程进行结束步骤818。
在本发明的一实施例中，每一PHY可支持多达4对双绞线线对。应当理解，本发明不局限于此，还可利用多于4对的双绞线线对。
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。本申请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，a)转换成其它语言、编码或符号；b)以不同的格式再现，实现特定功能。
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，包括：
在本地物理层检测远端物理层的一对或多对双绞线是否处于活跃状态，其中所述本地物理层与远端物理层通过所述一对或多对双绞线通信相连；
经由所述检测到的一对或多对活跃双绞线在所述本地物理层与远端物理层之间建立一致的全双工操作模式；
还包括：
将通过双绞线接收到的模拟信号转换成数字信号；
消除前达码间干扰；
消除从双绞线中接收到的至少一部分近端串扰成分；
消除从双绞线中接收到的至少一部分回波成分；
将消除前达码间干扰后的输出、消除近端串扰成分后的输出以及消除回波成分后的输出相加，生成后达信道冲激响应；
均衡由后达冲激响应产生的码间干扰并对栅格码进行解码。
2.根据权利要求1所述的有线通信方法，其特征在于，所述在本地物理层检测远端物理层的一对或多对双绞线是否处于活跃状态是基于脉冲信号(burst)而进行，其中所述脉冲信号包括由所述远端物理层产生的多个音频信号(tone)。
3.根据权利要求2所述的有线通信方法，其特征在于，所述包括多个音频信号的脉冲信号在链路发现信令和/或自协商操作持续期间内由静音间隔分隔开。
4.一种有线通信方法，其特征在于，包括
在本地物理层检测远端物理层的一对或多对双绞线是否处于活跃状态，其中所述本地物理层与远端物理层通过所述一对或多对双绞线通信相连；
基于所述检测到的一对或多对活跃双绞线，确定所述本地物理层相对于远端物理层是主设备还是从设备；
当所述本地物理层是主设备，在将链路长度值传送给所述远端物理层之前，纠正(correcting)从所述远端物理层接收的双绞线交换(swap)信息；
当所述本地物理层是从设备，在恢复从远端物理层接收到的链路长度值之前，向远端物理层发送双绞线交换信息；
基于所述链路长度值将本地物理层支持的操作模式传送给远端物理层；
在所述本地物理层与远端物理层之间建立一致的全双工操作模式；
还包括：
将通过双绞线接收到的模拟信号转换成数字信号；
消除前达码间干扰；
消除从双绞线中接收到的至少一部分近端串扰成分；
消除从双绞线中接收到的至少一部分回波成分；
将消除前达码间干扰后的输出、消除近端串扰成分后的输出以及消除回波成分后的输出相加，生成后达信道冲激响应；
均衡由后达冲激响应产生的码间干扰并对栅格码进行解码。
5.一种有线通信系统，其特征在于，包括：
本地物理层，其能够(enables使能)检测远端物理层的一对或多对双绞线是否处于活跃状态，其中所述本地物理层与远端物理层通过所述一对或多对双绞线通信相连；
所述本地物理层能够经由所述检测到的一对或多对活跃双绞线在所述本地物理层与远端物理层之间建立一致的全双工操作模式；
还包括：
模数转换器，用于将通过双绞线接收到的模拟信号转换成数字信号；
自适应前向均衡器，用于消除前达码间干扰；
近端串扰消除器，用于消除从双绞线中接收到的至少一部分近端串扰成分；
回波消除器，用于消除从双绞线中接收到的至少一部分回波成分；
加法器，用于将消除前达码间干扰后的输出、消除近端串扰成分后的输出以及消除回波成分后的输出相加，生成后达信道冲激响应；
均衡器/格栅解码器，用于均衡由后达冲激响应产生的码间干扰并对栅格码进行解码。
6.根据权利要求5所述的有线通信系统，其特征在于，所述本地物理层能够基于脉冲信号(burst)检测远端物理层的一对或多对双绞线是否处于活跃状态，其中所述脉冲信号包括由所述远端物理层产生的多个音频信号(tone)。
7.根据权利要求6所述的有线通信系统，其特征在于，所述包括多个音频信号的脉冲信号在链路发现信令和/或自协商操作持续期间内由静音间隔分隔开。
8.一种有线通信系统，其特征在于，包括：
本地物理层，其能够检测远端物理层的一对或多对双绞线是否处于活跃状态，其中所述本地物理层与远端物理层通过所述一对或多对双绞线通信相连；
所述本地物理层能够基于所述检测到的一对或多对活跃双绞线，确定所述本地物理层相对于远端物理层是主设备还是从设备；
当所述本地物理层是主设备，所述本地物理层能够在将链路长度值传送给所述远端物理层之前，纠正(correcting)从所述远端物理层接收的双绞线交换(swap)信息；
当所述本地物理层是从设备，所述本地物理层能够在恢复从远端物理层接收到的链路长度值之前，向远端物理层发送双绞线交换信息；
所述本地物理层能够基于所述链路长度值将本地物理层支持的操作模式传送给远端物理层；
所述本地物理层能够在所述本地物理层与远端物理层之间建立一致的全双工操作模式；
还包括：
模数转换器，用于将通过双绞线接收到的模拟信号转换成数字信号；
自适应前向均衡器，用于消除前达码间干扰；
近端串扰消除器，用于消除从双绞线中接收到的至少一部分近端串扰成分；
回波消除器，用于消除从双绞线中接收到的至少一部分回波成分；
加法器，用于将消除前达码间干扰后的输出、消除近端串扰成分后的输出以及消除回波成分后的输出相加，生成后达信道冲激响应；
均衡器/格栅解码器，用于均衡由后达冲激响应产生的码间干扰并对栅格码进行解码。
9.根据权利要求8所述的有线通信系统，其特征在于，所述本地物理层能够在所述本地物理层内的一个或多个发射器中产生信号，发送到所述远端物理层，以指示(indicate)本地物理层的哪一个线对是活跃线对。
10.一处有线通信系统，其特征在于，包括：
本地物理层，其能够检测远端物理层中活跃的同轴电缆传输介质，其中所述本地物理层与远端物理层通过所述同轴电缆传输介质通信相连；
所述本地物理层能够经由所述检测到的活跃的同轴电缆传输介质在所述本地物理层与远端物理层之间建立一致的全双工操作模式；
还包括：
模数转换器，用于将通过双绞线接收到的模拟信号转换成数字信号；
自适应前向均衡器，用于消除前达码间干扰；
近端串扰消除器，用于消除从双绞线中接收到的至少一部分近端串扰成分；
回波消除器，用于消除从双绞线中接收到的至少一部分回波成分；
加法器，用于将消除前达码间干扰后的输出、消除近端串扰成分后的输出以及消除回波成分后的输出相加，生成后达信道冲激响应；
均衡器/格栅解码器，用于均衡由后达冲激响应产生的码间干扰并对栅格码进行解码。
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