CN101174915B - 一种以太网传输装置及一种以太网信号的传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以太网传输装置，包括纠错码编/解码单元，用于对待传输的以太网信号进行纠错码编码或纠错码解码。本发明还公开了一种以太网信号的传输方法，步骤一：将需要通过传输媒介传输的物理层以太网信号进行纠错码编码；步骤二：将完成纠错码编码的信号通过媒介传输至对端。通过本发明公开的技术方案，使得传输的以太网数据具有较强的抗干扰能力，增强了其与其他信号共线传输的效果。
Description
技术领域
本发明涉及以太网通信领域，尤其涉及一种以太网传输装置及一种以太网信号的传输方法。
背景技术
基于本申请人提出的低于千兆传输速率的两线以太网技术以及现有GE以太网技术，经PHY芯片的物理层处理单元处理过的以太网数据和普通语音信号，能够采用基带方式在一对或多对差分线(Cat3或其它双绞线等)上以两线方式进行共线传输。从频谱占用的角度看，普通话音信号一般占用4k以下的频谱资源，而以太网数据一般占用300k以上的频谱资源，因此接收端可以通过带通滤波器将两者予以区分。例如，在接收端通过带通滤波器将低于
4k以下的信号作为语音信号提供给电话，将其余信号作为以太网数据提供给计算机。
本领域技术人员知道，在语音信号到达之前会先出现电话的振铃信号，振铃信号一般为方波，其占用的频谱资源通常高于300k，即与以太网数据的频谱接近，因此在通过带通滤波器过滤后无法将其完全与以太网数据分离。与以太网数据混合在一起的振铃信号幅度又通常较高，因此对以太网数据造成干扰，导致数据丢包。如果在振铃期间传输的是比较重要的业务(如IPTV)，那么丢包就会造成图像的马赛克现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种以太网传输装置，通过该装置处理过的物理层以太网信号对于传输过程中受到的干扰具有较强抵抗能力，特别是在以太网数据和话音信号共线传输时，能够在较大程度上消除振铃信号对以太网数据的干扰。
为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种以太网传输装置，包括纠错码编/解码单元，用于对待传输的以太网信号进行纠错码编码或纠错码解码。
优选的，所述纠错码编/解码单元耦合于MAC层接口。
优选的，与所述纠错码编/解码单元耦合的交织/解交织单元，用于对纠错码编/解码单元的输出进行交织或者对其输入进行解交织。
优选的，所述纠错码编/解码单元为前向纠错FEC码编/解码单元或Turbo码编/解码单元。
优选的，所述FEC码编/解码单元具体包括里德-所罗门RS码编/解码子单元和卷积码编/解码子单元。
优选的，所述以太网传输装置与传输线相连，所述传输线为一对差分线。
优选的，所述一对差分线为电话线。
优选的，所述以太网传输装置与传输线相连，所述传输线上共线传输以太网信号和语音信号，还有在传输语音信号之前先传输振铃信号。
一种以太网信号的传输方法，步骤一，将需要通过传输媒介传输的物理层以太网信号进行纠错码编码；步骤二，将完成纠错码编码的信号通过媒介传输至对端；
优选的，还包括步骤三，将对端传过来的信号进行纠错码解码。
优选的，对物理层以太网信号进行标准物理层处理之前进行纠错码编码。
优选的，完成纠错码编码的信号在通过媒介传输至对端之前还包括交织处理；对端在进行纠错码解码之前还包括解交织处理。
优选的，述纠错码编码为FEC码编码或Turbo码编码。
优选的，所述FEC码编码包括RS码编码和卷积码编码。
优选的，所述传输媒介为一对差分线。
优选的，所述一对差分线为电话线。
优选的，所述传输媒介上共线传输以太网信号和语音信号，在传输语音信号之前先传输振铃信号。
以上技术方案可以看出，在本发明的以太网传输装置中增设了纠错码编/解码单元，用于对待传输的以太网信号进行纠错码编码或纠错码解码，纠错码编码和解码使得信号具有较强的抗干扰能力，进而，经过本发明以太网传输装置处理的以太网数据即使传输过程中受到其余信号(如与其共线的电话振铃信号)干扰，在经过对接收信号进行纠错解码后，也能够消除或降低干扰对以太网数据造成的影响。
附图说明
图1为本发明公开的一种物理层PHY芯片第一实施例的结构示意图；
图2为本发明公开的一种物理层PHY芯片第二实施例的结构示意图；
图3为交织原理示意图；
图4为本发明公开的以太网信号传输方法的优选实施方式流程图。
具体实施方式
下面通过几个本发明公开的物理层PHY芯片实施例结构示意图，对本发明技术方案进行详细说明。就本发明而言，所述物理层PHY芯片对应于以太网传输装置。由于各优选实施例的主要区别之处在于内部组成部分之间的连接关系，因此为了叙述方便，首先结合附图介绍各实施例中内部组成部分之间的连接关系，然后再一并具体介绍本发明新增加的内部逻辑单元：纠错码编/解码单元和交织/解交织单元。
请参阅图1，其为本发明公开的一种物理层PHY芯片第一实施例的结构示意图。本实施例所示的PHY芯片主要包括依次相互耦合的纠错码编/解码单元12、交织/解交织单元13、4b/5b编解码子单元11、随机扰码子单元14以及媒介有关处理子单元15。其中，4b/5b编解码子单元11、随机扰码子单元14以及媒介有关处理子单元15对应于现有一种PHY芯片中的物理层处理单元，根据IEEE国际标准规定的PHY芯片层次，所述4b/5b编解码子单元11和随机扰码子单元14可以位于PCS层(Physical Coding Sublayer)，媒介有关处理子单元15可以位于PMA(Physical Media Attachment)和PMD(Physical MediaDependent)层。
本优选实施例的实质在于，在现有PHY芯片的物理层处理单元之中耦合纠错码编/解码单元12和交织/解交织单元13，这两个新增加的单元可以位于PHY的PCS层之上。
具体而言，在输出方向上，自MAC层进入物理层的码流首先由纠错码编/解码单元12和交织单元12依次进行纠错码编码和交织处理，然后通过4b/5b编解码子单元11和随机扰码子单元14进行相应的4b/5b编码以及随机扰码处理，最后通过媒介有关处理子单元15进行处理后发送至传输媒介(Cat3s双绞线)上；在输入方向上，进行对应的反向处理，就纠错码编/解码单元12和交织/解交织单元13而言，主要依次进行解交织和纠错码解码。
请参阅图2，其为本发明公开的一种物理层PHY芯片第二实施例的结构示意图。本实施例与第一实施例的主要区别之处在于，由于PHY芯片中物理层处理单元的具体组成不同导致新增加的纠错码编/解码单元12和交织/解交织单元13与其他子单元的连接关系有所差异。本实施例所示的PHY芯片主要包括依次相互耦合的纠错码编/解码单元12、交织/解交织单元13、曼彻斯特编解码子单元21以及媒介有关处理子单元15。其中，曼彻斯特编解码子单元21和媒介有关处理子单元15对应于现有另外一种PHY芯片中的物理层处理单元，如10M以太网PHY芯片。
综合上述各优选实施例可以看出，本发明的实质是在PHY芯片中增加与现有物理层处理单元耦合的纠错码编/解码单元和交织单元，一般情况下，可以耦合于现有物理层处理单元之外，如串接在所述物理层处理单元的各子单元之前。当然，也不排除直接耦合于所述物理层处理单元之中的情况，如串联在现有物理层处理单元的各子单元之间，具体串联的位置依物理层处理单元的具体情况而定。总而言之，只要纠错码编/解码单元和交织单元耦合于MAC层接口即可。所述耦合可以是直接耦合，即从MAC侧接口进入PHY芯片的信号先进入纠错码编/解码单元和交织单元，然后再进入现有PHY芯片物理层处理单元处理；所述耦合还可以指间接耦合，即从MAC侧接口进入PHY芯片的信号先进入现有PHY芯片物理层处理单元中进行处理，然后再进入纠错码编/解码单元和交织单元进行处理。下面详细本发明PHY芯片与现有PHY芯片的主要区别之处：新增加的纠错码编/解码单元12和交织单元13。
纠错码编/解码单元12通过对发送的数字信号进行纠错码编码以及在接收端进行对应的纠错码解码，使得系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力(例如振铃信号对以太网数据的干扰)，可极大地避免码流传送中误码的发生，进而减少接收端产生图象跳跃、不连续、出现马赛克等现象。纠错码编码的本质是增加通信的可靠性，当然，纠错码编码会使有用的信息数据传输减少，纠错码编码的过程是在源数据码流中加插一些码元，从而达到在接收端进行判错和纠错的目的，这就是常说的开销。将有用比特数除以总比特数就等于编码效率，不同的编码方式对应的编码效率有所不同。
优选的，所述纠错码编/解码单元12是前向纠错(FEC)编码单元。FEC码编/解码单元具体包括里德-所罗门RS码编/解码子单元和卷积码编/解码子单元，其中RS码编/解码子单元主要是对输入信号进行RS码编码或者对应的解码，所述RS码编码可以是在188个有效字节后附加16字节的RS码，构成(204，188)RS码，又称外编码；卷积码编/解码子单元主要是对输入信号进行卷积码编码或者对应的解码，所述卷积码编码又称内编码。外编码和内编码结合一起，又称之为级联编码。前向纠错码(FEC)的码字是具有一定纠错能力的码型，在接收端进行对应解码后，不仅可以发现错误，而且能够判断错误码元所在的位置，并自动纠错。这种纠错码信息不需要储存，不需要反馈，实时性好。下面详细介绍RS码和卷积码。
(1)RS里德-所罗门码。
RS码是能够纠正多个错误的纠错码，RS码为(204，188，t＝8)，其中t是可抗长度字节数(即能够纠正8个字节的错误)，188是对应的有效符号，校验段为16字节(开销字节段)。实际中实施(255，239，t＝8)的RS编码，在204字节(包括同步字节)前添加51个全“0”字节，产生RS码后丢弃前面51个空字节，形成截短的(204，188)RS码。RS的编码效率是：188/204。
(2)卷积码
卷积码非常适用于纠正随机错误，但是，解码算法本身的特性却是：如果在解码过程中发生错误，解码器可能会导致突发性错误。为此在卷积码的上部采用RS码块，RS码适用于检测和校正那些由解码器产生的突发性错误。所以卷积码和RS码结合在一起可以起到相互补偿的作用。卷积码一般分为两种：
(1)基本卷积码：基本卷积码编码效率为，η＝1/2，编码效率较低，优点是纠错能力强。
(2)收缩卷积码：如果传输信道质量较好，为提高编码效率，可以采样收缩截短卷积码。编码效率为：η＝1/2、2/3、3/4、5/6、7/8这几种编码效率的收缩卷积码。
另一优选实施方式，所述纠错码编/解码单元12是Turbo码编/解码器，其性能和传统的RS外码和卷积内码的级联一样好。所以Turbo码是一种先进的信道编码技术，由于其不需要进行两次编码，所以其编码效率比传统的RS+卷积码要好。
经过发送端PHY芯片的纠错码编/解码单元对需要发送的码流进行相应纠错码编码后，传输的以太网数据便具有了一定抗干扰能力，即使传输过程中受到其他信号(如振铃信号)干扰，在经过接收端PHY芯片的纠错码编/解码单元进行对应解码后，即可纠正受干扰的以太网数据，降低甚至防止误码的发生。
进一步，在实际应用中，比特差错经常成串发生，这是由于持续时间较长的干扰会影响到几个连续的比特，而信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才最有效。例如，RS只能纠正连续8个字节的错误，如果其他信号对以太网数据的连续干扰在8个字节之内，则可以通过在PHY芯片内部增设的RS码编/解码单元予以解决。但是，如果干扰信号持续时间过长，对以太网数据的连续干扰超过8个字节长度，则仅通过RS码编/解码单元就无法解决了。
为了纠正上述成串发生的比特差错及一些突发错误，优选的，PHY芯片内部还包括与纠错码编/解码单元耦合的交织/解交织单元。运用交织技术来分散这些误差，使长串的比特差错变成短串差错，进而再用各种纠错码的编/解码对其纠错，例如：RS(204,188)的纠错能力是8个字节，如果进行交织深度为12的处理，那么纠可抗长度为8×12＝96个字节的突发错误。
实现交织和解交织一般使用卷积方式。交织技术对已编码的信号按一定规则重新排列，解交织后突发性错误在时间上被分散，使其类似于独立发生的随机错误，从而纠错码可以有效的进行纠错，纠错码加交积的作用可以理解为扩展了纠错的可抗长度字节，如图3所示的交织原理示意图。原码序列经过交织后形成与原序列具有不同排列顺序的新序列，形成的新序列继续通过传输媒介传输至接收端，假设在传输过程中有连续4个码片被扰，如图中所示的2、7、12以及17四个码片，接收端要通过交织/解交织单元对此接收序列进行对应的解交织处理，还原出原码序列具有的本来排列顺序。从图中可以看出，经过解交织处理后的上述4个连续被扰码片被分散，使其类似于独立发生的随机错误，进而可以使用一般的纠错码编/解码技术予以纠错。纠错能力强的编码一般要求的交织深度相对较低。纠错能力弱的则要求更深的交织深度。
如果为了达到较强纠错的目的，在PHY芯片内部同时增设纠错码编/解码单元和与其耦合的交织/解交织单元。通常而言，在发端先对以太网数据通过纠错码编/解码单元进行纠错码编码(如FEC编码)，然后再通过交织/解交织单元进行交积处理。在接收端的处理次序和发端相反，先通过交织/解交织单元做去交积处理完成误差分散，再通过纠错码编/解码单元实现数据纠错。另外，从图5还可以看出，交积不会增加信道的数据码元，换而言之，不影响数据的传输速率。
当然，如果其他信号对以太网数据的干扰通过纠错码编/解码单元的处理，基本可以消除干扰影响，那么也可以不设置交织/解交织单元，这主要是看干扰程度而定。例如，假设电话的振铃信号周期是25Hz，振铃信号为方波，且90V的高电平持续时间是2us。这段时间电话振玲信号可以干扰2us/147.5ns＝13.5593个码元的传输。一般而言，每个码元可以承载3至4个比特，而8个比特为一个字节，经过换算可知，所述电话振玲信号相当于可以干扰6至9个字节的以太网数据；如果PHY内部的纠错码编/解码单元具体是RS码编/解码单元，RS码只能纠正8个字节的错误。对比可知，如果振铃信号持续干扰以太网数据小于8个字节，则单纯通过RS码编/解码单元即可基本纠正过来；但是如果振铃信号持续干扰以太网数据大于8个字节，则最好再耦合使用交织/解交织单元来增加纠错能力，假设实现的交织为12，那么就可以完成12*8＝96个字节的纠错能力。由此可见，通过在现有标准PHY芯片中添加纠错以及交织技术，可以基本消除传输过程中其他信号对以太网数据的干扰，从而增强整个系统的抗干扰能力。
由于在PHY芯片中设置了纠错码编/解码单元和交织/解交织单元，因此可以消除或减少传输过程中，语音信号之前的振铃信号对以太网数据的干扰。进而，优选的，电信局就可以利用现有已经入户的电话线共线传输以太网数据和语音信号，即本发明各实施例所述的PHY芯片外接的线缆为电话线，这样，不但节省了线缆资源还增加了传输距离。
以上公开了本发明以太网传输装置的优选实施方式和具体实施例，对本发明与现有技术区别的主要技术特征纠错码编/解码单元和交织/解交织单元进行了详细介绍。下面继续公开本发明的一种以太网信号的传输方法，通过该方法进行传输的以太网信号具有较强的抗干扰能力，请参考图4所示的以太网信号传输方法优选实施方式的流程图。需要说明，由于本发明的以太网信号传输方法与上述公开的以太网传输装置基于同一个发明构思，因此两者涉及了一些相同的基本概念，为叙述简洁，对已经介绍过的相同概念此处不再赘述，如纠错编/解码概念、原理以及交织/解交织概念、原理等。
步骤610：将需要通过传输媒介传输的物理层以太网信号进行纠错码编码。纠错码编码有多种，如前向纠错码编码或Turbo编码等等，而且进行纠错码编码的次数也没有限制，例如前向纠错码编码可以包括两次编码，即作为内编码的RS编码和作为外编码的卷积编码。不同纠错码编码的可抗长度字节一般不同，例如RS码的可抗长度字节是8个字节。优选的，所述传输媒介为一对差分线，例如电话线。在所述传输媒介上不但传输有以太网数据，还传输有语音信号，当然在传输语音信号之前先传输振铃信号。
步骤620：对经过纠错码编码后的以太网信号进行交织处理。在实际应用中，比特差错经常成串发生，这是由于持续时间较长的衰落谷点会影响到几个连续的比特，而信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才最有效。因此为了纠正上述成串发生的比特差错及一些突发错误，优选的，使用交织技术来分散这些误差，使长串的比特差错变成短串差错，进而再用各种纠错码的相关处理对其纠错，例如：RS码(204,188)的纠错能力是8个字节，如果进行交织深度为12的处理，那么纠可抗长度为8×12＝96个字节的突发错误。
步骤630：完成交织处理的以太网信号通过媒介传输至对端。需要注意，所述完成交织处理的以太网信号通过媒介传输至对端，是针对现有以太网信号传输之前没有纠错码编码以及交织而言的，对于本发明和现有以太网信号传输具有的相同处理部分，如常规PMA和PMD层次上进行的物理层处理予以省略，此部分的相关内容可以参考现有标准以太网传输方法。
至于本发明与现有以太网传输方法的区别之处：新增加的纠错码和交织处理步骤，与现有物理层处理步骤之间的先后顺序并不是本发明的实质，其根据具体实际情况可以有多种不同的处理方式，如设置在现有4b/5b编码或曼彻斯特编码步骤之后，随机扰码编码之前；或者直接设置在4b/5b编码或曼彻斯特编码之前等。
步骤640：对端将其接收到的信号进行依次进行对应的解交织和纠错码解码。经过发送端的纠错码编码和交织，以及接收端对应的解交织和纠错码解码处理，增强了以太网数据传输的抗干扰能力。例如在语音信号与以太网数据进行共线并传的情况下，即使电话的振铃信号对以太网数据造成了一定干扰，也可以通过对以太网数据进行纠错码编/解以及交织/解交织处理予以降低甚至消除影响。
以上对本发明所提供的一种以太网传输装置和一种以太网信号的传输方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种以太网传输装置，其特征在于，包括纠错码编/解码单元以及与所述纠错码编/解码单元耦合的交织/解交织单元；其中，所述纠错码编/解码单元用于对待传输的以太网信号进行纠错码编码或纠错码解码，所述交织/解交织单元用于对纠错码编/解码单元的输出进行交织或者对其输入进行解交织；所述以太网传输装置与电话线相连，所述电话线上共线传输以太网信号和语音信号，并在传输语音信号之前先传输振铃信号。
2.如权利要求1所述的以太网传输装置，其特征在于，所述纠错码编/解码单元耦合于MAC层接口。
3.如权利要求1所述的以太网传输装置，其特征在于，所述纠错码编/解码单元为前向纠错FEC码编/解码单元或Turbo码编/解码单元。
4.如权利要求3所述的以太网传输装置，其特征在于，所述FEC码编/解码单元具体包括里德-所罗门RS码编/解码子单元和卷积码编/解码子单元。
5.一种以太网信号的传输方法，其特征在于，
步骤一，将需要通过传输媒介传输的物理层以太网信号进行纠错码编码；所述传输媒介为电话线，所述电话线上共线传输以太网信号和语音信号，并在传输语音信号之前先传输振铃信号；
步骤二，将完成纠错码编码的信号进行交织处理后通过媒介传输至对端，对端在进行纠错码解码前进行解交织处理。
6.如权利要求5所述以太网信号的传输方法，其特征在于，还包括步骤三，将对端传过来的信号进行纠错码解码。
7.如权利要求5所述以太网信号的传输方法，其特征在于，对物理层以太网信号进行标准物理层处理之前进行纠错码编码。
8.如权利要求5所述以太网信号的传输方法，其特征在于，所述纠错码编码为FEC码编码或Turbo码编码。
9.如权利要求8所述以太网信号的传输方法，其特征在于，所述FEC码编码包括RS码编码和卷积码编码。
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