CN101778025B - 一种适用低于千兆传输速率的以太网传输装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用低于千兆传输速率的以太网传输装置，所述装置包括至少一个单对差分线接口、与同一个单对差分线接口耦合的本地发送器及本地接收器，其中，本地发送器，用于向所述单对差分线接口发送本地信号；本地接收器，用于接收来自所述单对差分线接口的对端信号。由于本发明技术方案通过同一对差分线实现信号收和发，使得1000M以下速率的以太网传输线数目降低，节约了成本。

Description

一种适用低于千兆传输速率的以太网传输装置及方法

技术领域

本发明涉及以太网通信领域，尤其涉及一种适用低于千兆传输速率的以太网传输装置及方法。

背景技术

现有市场上的物理层接入芯片主要规格有10/100M自适应、千兆以太网(GE，Gigabit Ethernet)和10GE等多种。这类芯片的主要功能是完成以太网信号的物理层处理，对外形态包括对传输线的接口和对MAC层的接口。

现有10/100M自适应物理层芯片的每个对外物理端口需要使用4根传输线，即两对差分线，其中，一对差分线专门作发送使用，另外一对差分线专门用作接收使用，如图1所示。所述物理层芯片的通信状态可以是全双工模式，也可以是半双工模式。当10/100M自适应物理层芯片工作于全双工通信模式时，作为发送使用的差分线对和作为接收使用的差分线对同时工作；当10/100M自适应物理层芯片工作于半双工通信模式时，作为发送使用的差分线对和作为接收使用的差分线对分时工作，即物理层处理芯片接收数据时，两根发送线处于空闲状态，物理层处理芯片发送数据时，两根接收线处于空闲状态。

由此可知，无论10/100M自适应物理层芯片处于全双工还是半双工通信模式下，每个对外物理端口都需要使用4根传输线。在使用以太网的技术中，例如利用以太网进行小区的宽带接入时，由于小区用户数目非常多，从局端到用户端之间的接入距离从几米、几十米到几公里不等，而现有每个10/100M物理层芯片的对外物理端口都需要4根传输线，基于传输线的自身制造成本以及传输线在局端和用户端之间的架设成本都导致现有10/100以太网宽带接入的成本比较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用低于千兆传输速率的以太网传输装置及方法，以降低现有10/100M以太网宽带接入中所需的传输线数目，进而减少布线成本。

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：一种适用低于千兆传输速率的以太网传输装置，包括至少一个单对差分线接口、与上述同一个单对差分线接口耦合的本地发送器及本地接收器，其中，

本地发送器，用于向所述单对差分线接口发送本地信号；

本地接收器，用于接收来自所述单对差分线接口的对端信号。

所述本地接收器包括通道分离单元，用以分离发送和接收通道。

优选的，当所述单对差分线接口工作于全双工通信模式时，所述通道分离单元为回波抵消单元，用于根据自所述单对差分线接口获得的信号和本地发送器提供的本地信号还原出对端信号。

优选的，当所述单对差分线接口工作于半双工通信模式时，所述通道分离单元为冲突检测单元，用于检测所述单对差分线接口连接的一对差分线上是否存在信号冲突；如果存在冲突，则所述本地发送器暂停向单对差分线接口发送本地信号。

优选的，还包括控制单元，用于配置2线/4线传输方式、全双工/半双工工作模式和/或单位时间内的最大发送流量。

优选的，当两个以上单对差分线接口隶属于一个对外物理端口时，该对外物理端口的各单对差分线接口并行工作。

一种适用低于千兆传输速率的以太网传输方法，所述方法包括以下步骤：

a通过至少一个单对差分线将本地信号发送至对端；b通过发送本地信号所使用的单对差分线接收对端传输过来的对端信号。

优选的，采用分离发送和接收通道的方式，通过发送本地信号所使用的单对差分线接收对端传输过来的对端信号。

优选的，如果工作于半双工通信模式下，所述分离发送和接收通道的方式具体包括：检测所述单对差分线上是否存在信号冲突；如果存在冲突，则暂停向所述单对差分线发送本地信号。

优选的，如果工作于全双工工作模式下，所述分离发送和接收通道的方式具体包括：根据自发送本地信号所使用的单对差分线上接收的信号和所述本地信号还原出对端信号。

优选的，还包括配置2线/4线传输方式、全双工/半双工工作模式和/或单位时间内的最大发送流量。

优选的，如果两个以上单对差分线服务于一个对外物理端口，则所述各单对差分线并行工作。

以上技术方案可以看出，在本发明适用低于千兆传输速率的以太网传输装置中，包括至少一个单对差分线接口，而且每个单对差分线接口都对应有与其耦合的本地发送器及本地接收器，其中，本地发送器用于向所述单对差分线接口发送本地信号；本地接收器用于接收来自所述单对差分线接口的对端信号。由此，每个差分线接口既可以向外发送数据，又可以自对端接收数据，从而使得进行1000M速率以下的以太网物理层传输时，每个对外物理端口只需要一个单对差分线接口(一对差分线)，进而降低了现有10/100M以太网宽带接入中所需的传输线数目，减少运营成本。

附图说明

图1为现有10/100M物理层芯片的传输结构示意图；

图2为本发明一种以太网传输装置的第一实施例结构示意图；

图3为本发明一种以太网传输装置的第二实施例结构示意图；

图4为本发明一种以太网传输装置的第三实施例结构示意图；

图5为本发明一种以太网传输装置第四实施例结构示意图；

图6为本发明一种以太网传输方法第一实施例流程图；

图7为本发明一种以太网传输方法第二实施例流程图。

具体实施方式

请参阅图2，其为本发明公开的一种以太网传输装置第一实施例结构示意图，所述装置适用于1000M以下传输速率，而且工作于全双工通信模式下，即收、发同时进行。

所述传输装置包括一个与一对差分传输线10相连的单对差分线接口11，与单对差分线接口11耦合的第一本地发送器13及第一本地接收器12，第一本地接收器12中包含回波抵消单元121。其中，第一本地发送器13用于向单对差分线接口11发送本地信号；第一本地接收器12用于接收来自单对差分线接口11的对端信号。

在本实施例中，单对差分线接口11主要是指第一本地接收器12、第一本地发送器13与一对差分传输线10之间的接口。需要说明，当本发明的传输装置为芯片级别时，该接口可以被视为一个逻辑接口，仅用于表明与其连接的是一对差分传输线。

因为单对差分线接口11既与第一本地发送器13耦合，又与第一本地接收器12耦合，所以本实施例的传输装置通过同一对差分传输线10进行信号传输。下面结合本实施例传输装置的工作原理，进一步介绍其内部结构。

在发送方向上，第一本地发送器13将需要传输到对端的本地物理层信号发送到单对差分线接口11。

在接收方向上，第一本地接收器12自单对差分线接口11接收对端信号。前面提过，本实施例中的传输装置工作于全双工通信模式，因此所述一对差分传输线10上在承载着对端到本地的对端信号同时，也承载着本地发送到对端的本地信号，即差分传输线10上传输的是本地信号和对端信号叠加在一起的混合信号。

由此，第一本地接收器12自单对差分线接口11获得的信号是对端信号和本地信号叠加在一起的混合信号。为了从所述混合信号中获得实际的对端信号，在第一本地接口中设置了回波抵消单元121。回波抵消单元121不但自单对差分线接口10获得混合信号，还自第一本地发送器13获得发送到单对差分线接口11的本地物理层发送信号。

根据现有数字信号处理(DSP)技术，如果可以获知信号A和信号B叠加在一起混合信号，又知道上述两个信号中的任意一个信号，那么就可以通过DSP处理还原出另外一个未知信号。对应于本发明中的回波抵消单元121，其在获知对端信号和本地信号叠加在一起的混合信号以及本地信号的情况下，可以通过现有DSP技术还原出原始的对端信号。

通过上述叙述可知，当本发明以太网物理层传输装置工作于全双工通信模式时，仅通过一对差分线即可实现双方物理层信号的传输。

请参阅图3，其为本发明公开的一种以太网传输装置第二实施例结构示意图，所述装置适用于1000M以下传输速率，而且工作于半双工通信模式，即只收不发或只发不收(收、发不同时)。

本实施例的传输装置包括一个与一对差分传输线10相连的单对差分线接口11，与单对差分线接口11耦合的第二本地发送器23及第二本地接收器22，第二本地接收器22中包含冲突检测单元221。其中，第二本地发送器23用于向单对差分线接口11发送本地信号；第二本地接收器22用于接收来自单对差分线接口11的对端信号。

通过上段描述即可看出，本实施例与第一实施例的主要区别之处在于，第二本地接收器22中的冲突检测单元替代了第一实施例中第一本地接收器12中的回波抵消单元121。上述变化是由传输装置的通信模式发生变化导致的，第一实施例的通信模式为全双工，而本实施例的通信模式为半双工。

设置冲突检测单元221的主要目的是保证在通过差分传输线10接收对端信号时，不会向该差分传输线10发送本地信号，进而满足半双工通信模式的要求。在实际应用中，冲突检测实现方案很多，例如根据电压信号的幅度进行冲突检测，因为如果差分线10上存在叠加的混合信号，那么电压信号的幅度和正常信号的幅度有较大差别；又例如将自单对差分线接口11接收的信号和第二本地发送器23发送到单对差分线接口11的本地信号进行比较，判别是否一致。若一致，证明没有冲突，说明差分线10上不存在对端传输过来的对端信号；若不一致，说明差分传输线10上有对端传输过来的对端信号或其他发送器正在传输信号(指传统的总线情况)，即差分线10上存在冲突。

总之，如果冲突检测单元221检测到差分传输线10上存在冲突，则第二本地发送器23停止向单对差分线接口11发送数据，并作随机化的延迟发送处理，以减少再次发送时，两端又发生发送冲突的可能性。换而言之，第二本地发送器23的发送与否受冲突检测单元221的影响，这点与第一实施例中的第一本地发送器13不同。

由此可知，在本发明以太网物理层传输装置工作于半双工通信模式时，同样仅通过一对差分线即可实现双方物理层信号的传输。

请参阅图4，其为本发明公开的以太网传输装置的第三实施例结构示意图，本实施例的传输装置既可以工作于全双工通信模式，也可以工作于半双工通信模式。本实施例中的传输装置包括多个单对差分线接口11，以及每个单对差分线接口11都对应有第三本地接收器32和第三本地发送器33，其中每两个差分线接口构成一个对外物理端口，并且每个对外物理端口都配置有一个控制寄存器41，所述控制寄存器可以对隶属于该物理端口的各第三本地接收器32和第三本地发送器33进行控制。为了叙述方便，在图4中只示出了一个对外物理端口对应的传输装置内部结构，并据此进行必要说明，其他未示出的对外物理端口与其相同。

第三本地接收器32可以看作是第一本地接收器12和第二本地接收器22的集成，同理，第三本地发送器33相当于第一本地发送器13和第二本地发送器23的集成，进而，第三本地接收器32和第三本地发送器33既可以工作于全工作通信模式(此时相当于第一实施例)，也可以工作于半双工通信模式(此时相当于第二实施例)。至于工作在哪个通信模式下，可以通过控制寄存器41中的一位控制比特进行设置，例如，控制比特为“0”，表明该对外物理端口工作于全双工通信模式；控制比特为“1”表明该对外物理端口工作于半双工通信模式。应当理解，即使每个物理端口只有一个单对差分线接口，也可以为其设置表明通信模式的控制比特。

此外，控制寄存器41还可以用于设置该对外物理端口的2线/4线传输方式。实质是通过设置某个传输方式控制比特的值，来决定用于发送的单对差分线接口和用于接收的单对差分线接口是否相同，更进一步，决定用于对外发送本地信号的差分线是否和接收对端信号的差分线相同。以图4中所示的包含两个单对差分线接口11的对外物理端口为例，假设传输方式控制比特值为“1”表明采用2线传输方式，那么就会通过两个单对差分线接口11中的一个既进行接收又进行发送；如果传输方式控制比特值为“0”表明采用4线传输方式，那么两个差分线接口11中的一个用于接收对端信号，另外一个用于对外发送本地信号。

假设采用4线传输方式时，选择图4上层单对差分线接口11用作对外发送本地信号，下层单对差分线接口11用作接收对端信号。那么，与上述两个单对差分线接口11相耦合的收、发器也相应发生变化。

具体而言，与上层单对差分线接口11相耦合的第三本地发送器33被关闭，与上层单对差分线接口11相耦合的第三本地接收器32中的回波抵消单元121也被关闭；与下层单对差分线接口11相耦合的第三本地接收器32被关闭。另外，与上层单对差分线接口11相耦合的第三本地接收器32中的冲突检测单元221，转为控制与下层单对差分线接口11相耦合的第三本地发送器33。

此外需要说明，前文描述每个单对差分线接口11都对应于一套本地收/发器，是从逻辑上讲的。在具体实现时，可以采用一套收/发器控制两个(两个以上也可以)单对差分线接口11，如图5所示。

当图5中的对外物理端口工作于2线传输方式时，控制寄存器41为第三本地接收器32和第三本地发送器33只选择一个单对差分线接口11进行信号传输。如果选择使用上层单对差分线接口11进行信号传输，那么第三本地发送器33与下层单对差分线接口11的耦合链路52，以及第三本地接收器32与下层单对差分线接口11的耦合链路53都相当于断路状态；反之亦然。

当图5中的对外物理端口工作于4线传输方式时，假设选择下层单对差分线接口11专用于对外发送本地信号，上层单对差分线接口11专用于接收对端信号。那么，第三本地发送器33与下层单对差分线接口11的耦合链路52，以及第三本地接收器32与上层单对差分线接口11的耦合链路50都相当于通路状态；而第三本地发送器33与上层单对差分线接口11的耦合链路51，以及第三本地接收器32与下层单对差分线接口11的耦合链路53都相当于断路状态。此外，第三本地接收器32中的回波抵消单元121被关闭。

由于现有10/100M以太网物理层芯片的每个对外物理端口都是采用两对差分线(4根线)进行传输，因此本实施例中所示2线/4线可选的传输装置可以很好的兼容现有的4线传输技术。

更进一步，通过控制寄存器41还可以设置每个对外物理端口单位时间内的最大发送流量。例如，设置所述对外物理端口单位时间内的最大发送流量是30M，那么就意味着允许对端传输到本地的对端信号单位流量是70M(假设单位时间内的最大总流量为100M)，进而可以得到不对称的上下行流量。使用上述方法，可以做到两个物理端口在一对一半双工通信时，两侧能够发送和接收的流量不同。尤其对于以太网宽带接入用户而言非常有意义，运营商可以根据用户流量统计结果及时调整各物理端口的单位最大发送流量，进而合理分配线缆(差分线传输线)的最大传输能力，达到优化配置的目的。

优选的，为了提高传输效率，当两个以上单对差分线接口隶属于一个对外物理端口时，该对外物理端口包含的各单对差分线接口可以并行工作。例如，假设本发明以太网物理层传输装置的某个对外物理端口包含2个单对差分线接口，其在进行1000M速率以下的以太网信号传输时，所述2个单对差分线接口同时工作(全双工或半双工均可)，并行传输信号，其中每个单对差分线接口既用于接收信号又用于发送信号。当然，每个物理端口中并行工作的单对差分线接口数目不仅仅限于2个，可以根据实际通信质量、速率的要求合理设置。

需要说明，虽然上述控制寄存器41可以具有多个控制比特位，进而实现多种功能模式的选择控制，但是不应理解所述各控制比特必须同时存在。在实际应用中，可以根据应用环境需要任意选择其中的一个或几个控制比特，甚至在应用环境单一的情况下可以也不设置控制寄存器。

以上通过三个实施例详细的介绍了本发明的适用低于千兆传输速率的以太网传输装置，针对所述几个实施例有几点需要说明：

(1)为了兼容现有10/100M物理层芯片的4线传输技术，可以将本发明以太网传输装置的每个对外物理端口设计为包含两个单对差分线接口，在传输时根据控制寄存器的配置选择2线或4线的传输方式，即选择使用一个单对差分线接口或两个单对差分线接口进行传输。

例如在利用以太网技术进行宽带接入用户时，如果用户和局端之间有已经布设好的电话线(其内部包含一对差分线)，那么就可以在用户和局端分别使用本发明的适用于1000M速率以下的以太网传输装置(替代现有10/100M物理层芯片)，并在控制寄存器中配置2线模式，进而运营商就可以利用上述电话线直接进行以太网宽带接入，无需重新铺设包含两对差分线的线缆。即使没有可用的电话线，需要重新铺设线缆，由于采用本发明传输装置的两线技术，可以使得进行1000M以下速率以太网传输时的传输线数目减半，同样达到了降低成本的目的。

当然，本发明的以太网传输装置也可以不考虑对现有10/100M传输技术的兼容，每个物理端口都设计为2线(一对差分线)传输方式，在这种情况下每个物理端口可以只包含一个单对差分线接口。

(2)由于本发明适用低于千兆传输速率的以太网传输装置与现有10/100M物理层芯片的主要区别之处，在于发送和接收的前端部分，而对于发送本地物理层信号之前具体进行了哪些处理(如物理层编码、传输编码等)，以及接收到对端信号后又进行了哪些物理层处理都不是本发明关心的内容，该部分的具体实现不应理解为对本发明的限制。也是基于上述原因，本发明以太网传输装置中的本地发送器和本地接收器是一个广义的概念。

以发送器为例，可以认为其具有现有物理层芯片对外发送之前的多种信号处理功能，例如扰码编码、物理层编码以及传输编码等，将其进行的上述处理统称为物理层发送处理单元。当所述物理层发送处理单元对来自MAC层的码流进行相应物理层处理后，发送到单对差分线接口。如果所述以太网传输装置处于半双工通信模式，所述发送器还要受冲突检测单元的控制，当所述冲突检测单元检测出线上有冲突时，发送器就停止发送。如果所述以太网传输装置处于全双工通信模式，则在发送方向上没有限制，即使单对差分线传输线上承载着对端信号，也照常发送。

接收器也类似，可以认为其包含现有物理层芯片接收到对端信号之后的多种信号处理功能，例如传输解码、扰码解码、物理层解码等，可以将其进行的上述处理统称为物理层接收处理单元。当接收器自单对差分线口获得对端传输过来的对端信号后，所述物理层接收处理单元进行后续的物理层处理，如传输解码、扰码解码、物理层解码等。需要说明，如果所述接收器工作于半双工通信模式，那么接收器自单对差分线接收到信号后可以直接进行后续各种物理层处理；如果所述接收器工作于全双工通信模式，则需要经过回波抵消单元还原出原始的对端信号后再进行后续物理层处理。

此外，基于现有MAC层芯片和物理层芯片可以集成为一个芯片的技术，本发明以太网传输装置中的发送器和接收器甚至可以包含MAC层的处理部分。总而言之，可以将发送器看作一个发送通道，而接收器看作一个接收通道，至于发送通道和接收通道中具体包含了哪些信号处理单元，并没有限制。只要在发送前端和接收前端采用了本发明公开的收发共线技术方案即可。

本发明还公开了一种适用低于千兆传输速率的以太网传输方法。请参阅图6，其为本发明以太网传输方法的第一实施例流程图，在本实施例中采用的是半双工通信模式。

步骤610：检测至少一个单对差分线上是否存在对端信号，如果不存在对端信号，则进入步骤620；如果存在对端信号，则进入步骤640。

由于传输过程采用半双工通信模式，即只收不发或只发不收，因此在对外发送本地信号的同时，要检测单对差分传输线上是否有对端传输过来的信号(对端信号)，以此保证接收对端信号的同时不对外发送本地信号。此外，为了提供传输速率，如果两个以上的差分线服务于一个物理端口，这几个单对差分线可以并行工作，前面有过详细介绍，此处不再赘述。

步骤620：通过上述单对差分线将本地信号发送至对端。假设只采用一个单对差分线进行传输，则将待发送的物理层信号通过该单对差分线传输到对端。

步骤630：通过发送时使用的单对差分线接收对端传输过来的对端信号。由于信息交互是双方的，因此对端也需要向相本地传输信号，为了与本地信号相区别将其称为对端信号。发送时使用的单对差分线也用于接收对端信号。

步骤640：停止对外发送本地信号，并做随机延迟发送处理，间隔一定时间再执行步骤610的操作。

请参阅图7，其为本发明公开的以太网传输方法第二实施例流程图，在本实施例中采用的是全双工通信模式。

步骤710：通过至少一个单对差分线将本地信号发送至对端。假设只采用一个单对差分线进行传输，则将待发送的物理层信号通过该单对差分线传输到对端。优选的，为了提供传输速率，如果两个以上的差分线服务于一个物理端口，可以采用并行工作的方式，前面有过详细介绍，此处不再赘述。

步骤720：根据自发送本地信号所使用的单对差分线上接收的信号，以及所述本地信号还原出对端信号。由于信息交互是双方的，因此对端也需要向相本地传输信号，将其称为对端信号。由于本实施例在传输过程中采用全双工通信模式，因此单对差分传输线上既承载着本地信号又承载着对端信号，进而上述两种信号叠加在一起形成混合信号。于是，本地需要从单对差分线上的混合信号中还原出对端信号，这样才能进行后续的物理层处理。根据现有DSP技术，在既知道对端信号和本地信号组成的混合信号，又知道发送出去的本地信号情况下，可以从混合信号中还原出对端信号。

优选的，为了兼容现有10/100M以太网4线传输技术，可以预先配置2线/4线传输方式，2线传输方式比4线传输方式使用的传输线数据减少了一半，节约了成本。当然，还可以为每个对外物理端口配置全双工/半双工工作模式以及单位时间内的最大发送流量，此部分内容请参考前文的描述。

从以上介绍可以知道在以太网接入利用本发明可以收到十分显著的降低成本的效果；比如说对于城市各个小区的应用来说，由于小区房屋建设的过程中，电信服务提供商已经为每户人家铺设了两根电话线，而事实上绝大部分的家庭只使用其中一根，另外一根闲置。而利用本发明的共线收发技术，可以将这一根闲置的电话线利用起来作为宽带接入之用，从而省去了巨额的布线成本。对于部分乡村居民来说，虽然其家中并不存在闲置的电话线，然而即便是新铺设一根电话线远比铺设光缆和网线要便宜很多。而且随着长距离以太网收发技术上的进步，目前以太网的传输距离得到了很大的提高；因此基于本发明的以太网接入应用相对于现有流行的接入方式具有非常高的性价比。

以上对本发明所提供的一种适用低于千兆传输速率的以太网传输装置及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 (6)

1.一种适用低于千兆传输速率的以太网传输装置，其特征在于，包括至少一个单对差分线接口、与上述同一个单对差分线接口耦合的本地发送器及本地接收器，所述单对差分线接口工作于半双工通信模式；其中，

本地发送器，用于向所述单对差分线接口发送本地信号；

本地接收器，用于接收来自所述单对差分线接口的对端信号；

所述本地接收器包括冲突检测单元，用于检测所述单对差分线接口连接的一对差分线上是否存在信号冲突；如果存在冲突，则所述本地发送器暂停向单对差分线接口发送本地信号。

2.如权利要求1所述的以太网传输装置，其特征在于，还包括控制单元，用于配置2线/4线传输方式和/或单位时间内的最大发送流量。

3.如权利要求1所述的以太网传输装置，其特征在于，当两个以上单对差分线接口隶属于一个对外物理端口时，该对外物理端口的各单对差分线接口并行工作。

4.一种适用低于千兆传输速率的以太网传输方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a通过至少一个单对差分线将本地信号发送至对端，所述单对差分线接口工作于半双工通信模式；

b通过发送本地信号所使用的单对差分线接收对端传输过来的对端信号；

检测所述单对差分线上是否存在信号冲突；如果存在冲突，则暂停向所述单对差分线发送本地信号。

5.如权利要求4所述的以太网传输方法，其特征在于，还包括配置2线/4线传输方式和/或单位时间内的最大发送流量。

6.如权利要求4所述的以太网传输方法，其特征在于，如果两个以上单对差分线服务于一个对外物理端口，则所述各单对差分线并行工作。

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