CN101895315A - 以太网信道缺失补强方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及以太网信道缺失补强方法及其装置。在本发明的实施例中，所述高速以太网信道缺失补强方法包含以下步骤：主收发装置向从属收发装置的接收器传送序列；以及在从属收发装置的接收器收敛前，训练主收发器的回波消除器和近端串扰消除器的滤波系数。

Description

以太网信道缺失补强方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种数字通信系统，明确地说涉及一种高速以太网信道缺失补强方法及装置。
背景技术
在高速数据传输系统中，高速以太局域网(LANs)和使用类别5(Category 5)或以上线材的100Base-TX及1000Base-TX等以太网正快速的发展，其中1000Base-TX以太网，又称吉位以太网(Gigabit Ethernet)，使用无屏蔽双绞线(Unshield Twisted Pair，UTP)传输线中的四条线来传送每秒吉位的数据。应用所述网络在通信网络进行通信时，需要极低的位错误率(bit error rate，BER)以传输已编码的信息。然而，在使用多股无屏蔽双绞线和多个收发器的通信系统中，常常面临信道缺失的问题，例如衰减、近端串扰(Near End Cross Talk)、回波(Echo)和噪声等问题，使得信号杂乱而影响编码。
图1显示典型的通信系统10的示意图。所述通信系统10包含多个收发器12、多个混合器14、以及传输线16。所述传输线16包含4股无屏蔽双绞线18。参照图1，所述收发器12包含发射器TX和接收器RX。所述混合器14位于个别的收发器12和其对应的无屏蔽双绞线18之间。所述混合器14控制所述传输线16的进出，以容许位于传输线16每一端的收发器12的全双工式双向操作。所述混合器14还用来隔离发射器TX和与之相邻的接收器RX。
图1所示的NEXT为信道缺失信号，其起因于来自近端的发射器TX到接收器RX输入端之间信号的电容耦合效应。收发器A中的接收器RX所接收的NEXT信道缺失信号显示于图1，所述串音信号由收发器B、C及D产生。类似地，由于通信系统的双向特性，每一发射器会在同一收发器中的接收器上产生Echo信道缺失信号，如图1所示。在通信网络中进行通信时，为了降低位错误率，收发器必须加入回波消除器和近端串扰消除器以抑制所述缺失信号。
假设图1中的收发器A为主收发器，而收发器B、C及D为从属收发器。一开始主收发器会向从属收发器传送空闲序列，并且在从属收发器未发射信号前对其回波消除器和近端串扰消除器进行训练。在此阶段主收发器训练出的回波消除器和近端串扰消除器的滤波系数用以取得回波信号和近端串扰信号的脉冲响应，借此消除所述缺失信号。然而，由于发射器TX和接收器RX两者的时序不会完全相同，因此回波消除器和近端串扰消除器输出的信号和理想的回波和近端串扰消除信号之间存在相位的问题，因此无法有效消除回波和近端串扰缺失问题。据此，有必要提出一种高速以太网信道缺失补强方法及装置，以有效抑制近端串扰和回波等噪声问题，以减少位错误率并提高高速以太网的传输质量。
发明内容
本发明的高速以太网信道缺失补强装置的实施例包含发射器、接收器、加法器、回波消除器、近端串扰消除器、模拟数字转换器以及时钟产生单元。所述发射器具有第一信道和其它信道，而所述加法器经设置用以连接于所述接收器。所述回波消除器经设置用以连接于所述发射器的第一信道与所述加法器之间且其具有回波消除滤波系数。所述近端串扰消除器经设置用以连接于所述发射器的其它信道与所述加法器之间且其具有近端串扰滤波系数。所述模拟数字转换器经设置用以向所述加法器输出信号，且经设置用以接收时钟信号。所述时钟产生单元经设置用以向所述模拟数字转换器选择性地输出时序恢复信号或相位增量信号。所述时钟信号具有预先设定的相位。
本发明的预先训练收发器中回波消除器的回波消除滤波系数及近端串扰消除器的近端串扰消除滤波系数的装置的实施例，其中所述收发器包含接收器和根据时钟信号操作的模拟数字转换器，且所述时钟信号具有预先设定的相位，所述装置包含时钟相位控制器、时序恢复器、多路复用器、存储器、以及写入/读取单元。所述时钟相位控制器用以根据连续相位增量数列来产生相位增量信号。所述时序恢复器用以产生时序恢复信号。所述多路复用器用以选择性地切换所述时序恢复信号和所述相位增量信号以调整所述时钟信号预先设定的相位。所述存储器用以接收所述多路复用器输出的信号。所述写入/读取单元用以控制所述存储器的写入和读取操作。
本发明的高速以太网信道缺失补强方法的实施例包含以下步骤：主收发装置向从属收发装置的接收器传送序列；以及在从属收发装置的接收器收敛前，训练主收发器的回波消除器和近端串扰消除器的滤波系数。
附图说明
图1显示典型的通信系统的示意图；
图2显示结合本发明的实施例的高速以太网信道缺失补强装置的架构示意图；
图3显示根据本发明的实施例的高速以太网信道缺失补强方法的流程图；以及
图4显示步骤S32的详细步骤。
具体实施方式
图2显示结合本发明的实施例的高速以太网信道缺失补强装置20的架构示意图。参照图2，发射器21经由数字模拟转换器(DAC)22将信号传送到信道中，而来自信道的信号经由模拟数字转换器(ADC)23将所述信号数字化后送入加法器24，再由接收器25接收所述信号。回波消除器26跨接于所述发射器21与所述加法器24之间，其用以预估同一收发器同一信道中的回波脉冲响应，再利用加法器24与回波消除器26的输出信号相减。近端串扰消除器27a、27b和27c跨接于所述发射器21与所述加法器24之间，其用以预估同一收发器其它信道之间的近端串扰的脉冲响应，再利用加法器24与近端串扰消除器27a、27b和27c的输出信号相减。
所述模拟数字转换器23根据由多路复用器30控制的时钟信号CLK的周期及相位而进行取样。虽然位于信号接收端的时钟信号CLK的周期可预先控制与信号发射端近似相同，所述时钟信号CLK的相位无法预先控制与信号发射端同步，因此需进行所述时钟信号CLK的相位恢复工作，才能减少接收的数字信号的错误率。所述时钟信号CLK的相位恢复工作由时序恢复器28完成，其完成方法可参考穆勒(Mueller)和穆勒发表的论文期刊文章(“数字同步数据接收器中的时序恢复”，电气电子工程师学会通信学报，卷COM-24，编号5，第516-531页，1976，5月(″Timing Recovery in Digital Synchronous Data Receivers，″IEEE Trans.Comm.，Vol.COM-24，No.5，pp.516-531，May 1976))中所述的方法以得到以时钟信号CLK的相位为变量的函数数值，所述数值随时钟信号CLK相位的变化而改变。当所述数值为零时，此时时钟信号CLK对应的相位即为最佳相位。根据所述最佳相位对模拟数字转换器23进行取样，可最小化所接收的数字信号的位错误率。
利用上述方法所取得的时钟信号CLK的最佳相位与时钟信号CLK预先设定的相位彼此间会存在相位差。因此在习知方式中，如果以时钟信号CLK预先设定的相位对ADC 23进行取样，那么回波消除器26和近端串扰消除器27a、27b和27c所训练出的消除滤波系数在相位变动后将无法使系统收敛。因此，在本发明的实施例中，所述ADC23的相位由时钟产生单元33提供。所述时钟产生单元33包含时钟相位控制器29、时序恢复器28和多路复用器30。所述时钟相位控制器29用以产生特定的相位增量以控制所述ADC 23在从属收发器未传送数据前的取样时序。当从属收发器开始传送数据时，所述多路复用器30将所述时钟相位控制器29的输出信号选择性地切换到所述时序恢复器28的输出信号以产生所述时钟信号CLK的最佳相位。
为更流畅地描述本发明的高速以太网信道缺失补强装置的操作方式，图3是根据本发明的实施例的高速以太网信道缺失补强方法的流程图。在步骤S30，主收发器向从属收发器的接收器传送序列。在步骤S32，在从属收发器的接收器收敛前，训练主收发器的回波消除器和近端串扰消除器的滤波系数。
图4显示步骤S32的详细步骤。在步骤S322，以整数值分割时钟信号预先设定的相位以取得连续相位增量数列。在步骤S324，根据所述连续相位增量数列控制时钟信号的下一相位以训练主收发器的回波消除器和近端串扰消除器的滤波系数。在步骤S326，存储所述滤波系数。
请参照图2、图3及图4，假设高速以太网信道缺失补强装置20为主收发装置，其首先向从属收发装置的接收器(未绘出)传送序列。在从属收发装置的接收器收敛前，主收发装置对其回波消除器26和近端串扰消除器27a、27b和27c进行训练。所述训练步骤包含以所述时钟相位控制器29产生连续相位增量数列。所述连续相位增量数列的取得是利用整数值来分割时钟信号CLK预先设定的相位。举例来说，假如所述时钟信号CLK预先设定的相位可分割为64等分，当所述整数值设定为1时，所述连续相位增量数列为[0，1，2，3，...，62，63]；而当所述整数值设定为4时，所述连续相位增量数列为[0，4，8，...，56，60]，其中数列中的元素代表所述时钟信号CLK预先设定的64个相位中的第n个相位。
在本发明的实施例中，假如所述整数值设定为4，那么主收发装置会由所述时钟信号CLK预先设定的64个相位中的第0个相位开始，训练其回波消除器26和近端串扰消除器27a、27b和27c的消除滤波系数。接着，主收发装置以所述时钟信号CLK预先设定的64个相位中的第4个相位训练其回波消除器26和近端串扰消除器27a、27b和27c的消除滤波系数。依此类推，最后主收发器会以所述时钟信号CLK预先设定的64个相位中的第60个相位训练其回波消除器26和近端串扰消除器27a、27b和27c的消除滤波系数。在训练完成后，所述消除滤波系数通过写入/读取单元32写入到图2所示的存储器31中以供下一阶段使用。
当从属收发装置的接收器收敛后，从属收发装置可向主收发装置传送数据。当所述数据进入主收发装置的接收器25时，为了降低接收的数据的位错误率，主收发装置通过所述时序恢复器28进行时钟信号CLK的相位恢复工作。此时所述多路复用器30将所述时钟相位控制器29的输出信号选择性地切换到所述时序恢复器28的输出信号以控制时钟信号CLK的相位。通过上述穆勒和穆勒所提供的方法或其它相位调整方式，在一定时间长度内所述时钟信号CLK的相位会由预先设定的相位调整到最佳取样相位。
在所述时间长度内，所述接收器25会通过写入/读取单元32读取存储器31内存储的多个消除滤波系数中最接近所述最佳取样相位的回波消除器和近端串扰消除器的滤波系数，并以所述相位作为启始相位，对系统进行收敛运算。或者，存储器31可根据其存储的多个消除滤波系数，使用内插法来得到连续相位增量数列内未包含的其它相位的相关系数。在上述方法中，系统并非由时钟信号CLK预先设定的相位中的第0个相位开始进行运算，且存储器已预先存储多个回波消除器和近端串扰消除器的滤波系数，因此本发明可大幅降低系统收敛的时间并简化运算过程。
以上揭示了本发明的技术内容及技术特点，然而所属领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示内容而作种种不背离本发明精神的替换及修改。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修改，并为以上权利要求书所涵盖。

Claims (18)

1.一种以太网信道缺失补强装置，其特征在于其包含：
发射器，其具有第一信道和其它信道；
接收器；
加法器，其经设置用以连接于所述接收器；
回波消除器，其经设置用以连接于所述发射器的第一信道与所述加法器之间，且其具有回波消除滤波系数；
近端串扰消除器，其经设置用以连接于所述发射器的其它信道与所述加法器之间，且其具有近端串扰滤波系数；
模拟数字转换器，其依据时钟信号用以向所述加法器输出信号；以及
时钟产生单元，其经设置用以选择性地输出时序恢复信号或相位增量信号作为所述时钟信号；
其中，所述时钟信号具有预先设定的相位。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于其中所述时钟产生单元包含：
时钟相位控制器，其经设置用以根据连续相位增量数列来产生所述相位增量信号；
时序恢复器，其经设置用以产生所述时序恢复信号；以及
多路复用器，其经设置用以选择性地切换所述时序恢复信号和所述相位增量信号以调整所述时钟信号预先设定的相位。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于其中所述多路复用器在所述接收器未接收到来自另一收发器的数据时，输出所述相位增量信号，且在所述接收器接收到所述另一收发器的数据后，输出所述时序恢复信号。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于其中所述连续相位增量数列是使用整数值来分割所述时钟信号预先设定的相位而取得的。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于其进一步包含存储器和写入/读取单元，其中所述写入/读取单元根据所述时钟相位控制器的所述相位增量信号而将所述回波消除器的回波消除滤波系数及所述近端串扰消除器的近端串扰消除滤波系数写入到所述存储器。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于其中所述写入/读取单元根据所述时序恢复器的所述时序恢复信号而读取所述存储器中最接近所述调整后的时钟信号的相位的所述回波消除器的回波消除滤波系数及所述近端串扰消除器的近端串扰消除滤波系数。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于其进一步包含内插运算装置，以计算所述连续相位增量数列内未包含的相位的回波消除器的回波消除滤波系数及近端串扰消除器的近端串扰消除滤波系数。
8.一种以太网信道缺失补强装置，其特征在于其可预先训练收发器中回波消除器的回波消除滤波系数及近端串扰消除器的近端串扰消除滤波系数，所述收发器包含接收器和根据时钟信号操作的模拟数字转换器，其中所述时钟信号具有预先设定的相位，所述装置包含：
时钟相位控制器，其用以根据连续相位增量数列来产生相位增量信号；
时序恢复器，其用以产生时序恢复信号；
多路复用器，其用以选择性地切换所述时序恢复信号和所述相位增量信号以调整所述时钟信号预先设定的相位；
存储器，其用以接收所述多路复用器输出的信号；以及
写入/读取单元，其用以控制所述存储器的写入和读取操作。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于其中所述多路复用器在所述接收器未接收到来自另一收发器的数据时，输出所述相位增量信号；且在所述接收器接收到来自所述另一收发器的数据后，输出所述时序恢复信号。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于其中所述连续相位增量数列是利用整数值来分割所述时钟信号预先设定的相位而取得的。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于其中所述写入/读取单元根据所述时钟相位控制器的所述相位增量信号而将所述回波消除器的回波消除滤波系数及所述近端串扰消除器的近端串扰消除滤波系数写入到所述存储器。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于其中所述写入/读取单元根据所述时序恢复器的所述时序恢复信号而读取所述存储器中最接近所述调整后的时钟信号的相位的所述回波消除器的回波消除滤波系数及所述近端串扰消除器的近端串扰消除滤波系数。
13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于其进一步包含内插运算装置，以计算所述连续相位增量数列内未包含的相位的回波消除器的回波消除滤波系数及近端串扰消除器的近端串扰消除滤波系数。
14.一种以太网信道缺失补强方法，其特征在于其包含以下步骤：
主收发装置向从属收发装置的接收器传送序列；以及
在所述从属收发装置的接收器收敛前，训练所述主收发装置的回波消除器和近端串扰消除器的滤波系数。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于其中所述训练步骤进一步包含：
以整数值分割时钟信号预先设定的相位来取得连续相位增量数列；
根据所述连续相位增量数列控制所述时钟信号的下一相位，以训练所述主收发装置的回波消除器和近端串扰消除器的滤波系数；以及
存储所述滤波系数。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于其中所述整数值为1或大于1的整数。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于其进一步包含内插手段，以计算所述连续相位增量数列内未包含的相位的回波消除器和近端串扰消除器的滤波系数。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于其进一步包含：
当数据进入所述主收发装置的接收器时，在一定时间长度内将所述时钟信号预先设定的相位调整到最佳取样相位；
在所述时间长度内，在所述连续相位增量数列中选取最接近所述最佳取样相位的相位来作为启始相位；以及
根据所述启始相位所存储的回波消除器和近端串扰消除器的滤波系数，进行收敛运算。
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