CN102055530A - 一种充分消除以太网系统中emi影响的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种充分消除以太网系统中EMI脉冲噪声影响的方法和系统。该方法包括计算并存储滤波器系数以适应于EMI的频率范围的步骤。该方法还包括接收信号并检测接收信号中的EMI频率的步骤。该方法还包括选择与所确定的EMI频率相对应的滤波器系数及采用所选择的滤波器系数调整一个或多个滤波器的频率响应，以充分消除接收信号中的EMI影响。该方法还包括向链路伙伴发送与所检测的EMI频率相对应的滤波器系数的步骤。

Description

一种充分消除以太网系统中EMI影响的方法和系统
技术领域
本发明涉及通信领域，具体涉及一种通信系统中检测和消除干扰影响的方法和系统。
背景技术
干扰信号如电磁干扰(EMI)通常包括以一个或多个频率为中心的窄频信号。这个频率可低至几MHz也可高至几GHz。业余无线电台、无线电话机和急救车都是产生阻碍通讯的EMI的设备的例子，这类信号是瞬时的且可在通信系统中造成链路断开(link drop)或误码率(Bit Error Rate，BER)不可接受。例如，10GBASE-T系统对频率在其工作频带(接近直流到400MHz)的EMI信号敏感。10GBASE-T系统对EMI更敏感，是因为在10GBASE-T的系统中，链路和链路伙伴之间的通信信道通常运行在非常接近信道容量的状况下，以获得高的数据率。如果突然发生EMI，众所周知这些敏感的信道将会使链路和链路伙伴间的通信链路质量下降。
因此需要一种克服上述缺陷的方法和系统。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种充分消除以太网系统中EMI影响的方法，包括：
计算并存储与EMI频率范围相对应的滤波器系数；
接收信号；
检测接收信号中的EMI；
确定所检测到的EMI的频率；
选择与所确定的EMI频率相对应的滤波器系数；及
采用所选择的滤波器系数调整一个或多个滤波器的频率响应，以充分消除接收信号中的EMI影响。
优选地，该方法还包括向链路伙伴发送EMI存在的信号。
优选地，发送信号的步骤包括：在多个连续帧中发送预定的比特序列以向链路伙伴指示EMI存在。
优选地，该方法还包括：采用辅助比特(auxiliary bit)发送预定的比特序列。
优选地，该方法还包括：通过发送频率等于所检测到的EMI频率的正弦波，来向链路伙伴发送EMI存在的信号。
优选地，该方法还包括：通过发送基于所检测到的EMI的频率的正弦波，来向链路伙伴发送EMI存在的信号。
优选地，该方法还包括：向链路伙伴发送与EMI的频率相对应的判决反馈均衡器滤波器系数。
优选地，该方法还包括：通过将判决反馈均衡器滤波器系数编码在高级数据链路控制(HDLC)数据分组中，来发送判决反馈均衡器系数。
优选地，该方法还包括：通过将频率编码在高级数据链路控制(HDLC)数据分组中，来向链路伙伴发送所检测到的EMI的频率。
优选地，检测步骤包括：通过使用接收信号的功率谱密度(Power Spectraldensity，简称PSD)将EMI从接收信号中辨别出来。
优选地，检测步骤包括：根据模数转换器的输出来检测EMI。
优选地，检测步骤包括：根据前馈均衡器(Feed Forward Equalizer，简称FFE)的输入来检测EMI。
优选地，检测步骤包括：根据切片器(slicer)输出和切片器输入之间的差别来检测EMI。
优选地，确定步骤包括：根据模数转换器的输出、前馈均衡器(FFE)的输入、切片器的输出中的一个或多个确定EMI的频率。
优选地，该方法还包括：检测、确定、选择和调整步骤在小于预设时间内执行。
优选地，所述预设时间为10ms。
优选地，滤波器系数是前馈均衡器和判决反馈均衡器(Decision FeedbackEqualizer，简称DFE)的滤波器系数。
优选地，滤波器系数是陷波滤波器的滤波器系数。
根据本方面的一个方面，提供一种充分消除以太网系统中EMI脉冲噪声影响的系统，包括：
最小均方(LMS)模块和处理器中的至少一个，用于计算并存储与预定的EMI频率范围相对应的滤波器系数；
检音器，用于检测接收信号中的EMI及确定所检测到的EMI的频率；
前馈均衡器(FFE)，用于采用与所检测到的EMI频率相对应的滤波器系数调整其频率响应，以充分消除接收信号中的EMI影响；及
判决反馈均衡器(DFE)，用于采用与所检测到的EMI频率相对应的滤波器系数调整其频率响应，以充分消除接收信号中的EMI影响。
优选地，该系统还包括处理器，用于通过在多个LDPC码块(LDPC blocks)中发送预定的辅助比特序列，向链路伙伴发送EMI存在的信号。
优选地，该系统还包括：还包括直接数字频率合成器(DDFS)，用于通过向链路伙伴发送幅值和频率与所检测到的EMI的幅值和频率相等的正弦波，来向链路伙伴发送EMI存在的信号。
优选地，该系统还包括处理器，用于通过将滤波器系数编码在高级数据链路控制(HDLC)数据分组中，来向链路伙伴发送与EMI频率相对应的滤波器系数。
优选地，该系统还包括处理器，用于通过将频率编码在高级数据链路控制(HDLC)数据分组中，来向链路伙伴发送所检测到的EMI的频率。
优选地，所述检音器配置为根据模数转换器的输出来检测EMI和EMI的频率。
优选地，所述检音器配置为根据前馈均衡器(FFE)的输入来检测EMI和EMI的频率。
优选地，所述检音器配置为根据切片器的输出来检测EMI和EMI的频率。
优选地，所述前馈均衡器包括可配置的陷波滤波器，使能在所检测到的频率处移除EMI。
优选地，所述处理器用于选择与所检测的EMI的确定频率相对应的滤波器系数。
根据本发明一个方面，提供一种减小以太网系统中EMI脉冲噪声影响的方法，包括：
从链路伙伴接收指示EMI存在的信号；
从链路伙伴接收与所检测到的EMI信号的频率相对应的滤波器系数，用于可编程的预编码器；及
采用所接收的滤波器系数调整预编码器的频率响应，以充分地消除接收信号中的EMI影响。
优选地，所述可编程的预编码器为汤姆林森-原岛(Tomlinson-Harashima)预编码器。
根据本发明一个方面，提供一种存储有计算机可执行指令的可机读媒介，计算机装置执行这些指令，可使计算机装置执行的方法包括：
计算并存储与EMI频率范围相对应的滤波器系数；
接收指示EMI存在及EMI的频率的信号；
选择与所确定的EMI频率相对应的滤波器系数；及
采用所选择的滤波器系数调整一个或多个滤波器的频率响应，以充分消除接收信号中的EMI影响。
附图说明
所包括的附图用于进一步理解本发明，并且附图纳入并构成说明书的一部分。附图及其描述解释本发明的实施例，以解释本发明的实质，在附图中：
图1A示出了典型的双向通信系统；
图1B进一步示出了图1A中的双向通信系统；
图2示出了物理层(PHY)收发器；
图3根据典型实施例示出了物理层收发器检测和充分消除EMI干扰影响以允许无间断的通信；
图4A示出了前馈均衡器(FFE)的频率响应的曲线图；
图4B示出了EMI的功率谱密度(PSD)的曲线图；
图4C根据典型实施例示出了前馈均衡器的修正后的频率响应的曲线图，频率响应的修正充分消除了接收信号中的EMI影响；
图5A、5B和5C示出了发射到链路伙伴的典型比特序列模式以表明EMI存在与否；
图6根据典型的实施例示出了由PHY层接收器执行的、用以充分消除EMI影响的示例性步骤的流程图；
图7根据典型实施示出了PHY层接收来自链路伙伴指示EMI时所执行的示例性步骤的流程图；
图8根据典型实施示出了由PHY层收发器执行的、用以充分消除接收信号中EMI影响的示例性步骤的流程图；
以下将结合附图对本发明进行详细描述。附图中，同样的附图标记可表示相同的部件或功能相似的部件。
具体实施方式
图1A示出了典型的双向通信系统100。通信系统100包括链路102和通过导线对160a-n连接的链路伙伴104。
在一个例子中，链路102和链路104都是以太网系统的一部分，例如10GBase-T以太网系统。导线对106中的每一个可为平衡双绞线导体。应体会到，在此所提供的实施例并不限定于以太网或双绞线导体，可应用于任何通信系统。链路102和链路伙伴104可以为计算装置，例如个人电脑、笔记本电脑、移动通信设备或服务器，例如因特网服务器。术语“链路伙伴”表示在通信链路另一端的设备。例如，链路102是链路伙伴104的“链路伙伴”，链路伙伴104是链路102的“链路伙伴”。链路102和链路伙伴104将会在下面参考图1B进一步说明。
图1B进一步示出了图1A中的双向通信系统。链路102和链路伙伴104都包括接口114、PHY 108、混合模块(hybrid)110和计算装置116，计算装置116包括处理器118和存储器120。
在链路102中，计算装置116a与接口114a连接。PHY 108a-d与接口114a连接。PHY 108a-d与相应的混合模块110a-d连接。混合模块110a-d通过导线对106a-d与链路伙伴104中的混合模块110e-h连接。混合模块110e-h与相应的PHY 108e-f连接。PHY 108e-f与接口114b连接。接口114b与计算装置116b连接，其中计算装置116b包括与存储器120b连接的处理器118b。
高级应用层在例如计算装置116的处理器118上运行。接口114将物理层108连接到更高级层，如介质访问控制(MAC)层和运行在计算装置中的应用层。PHY 108(在此也指“PHY收发器”)将链路层(例如MAC层)连接到物理媒介层(例如导线对)。在一个例子中，在此所提供的实施例是在PHY108中实现。PHY 108将在下面参考图2-3进一步详细介绍。混合模块110确保在全双工模式下PHY 108中的接收器212(参见图2)不清楚发射器200(参见图2)通过每一个导线对106同时发送了什么。换言之，每个混合模块110为每个PHY108分离开发射信号和接收信号。
链路102和链路伙伴104之间的通信可能受电磁干扰(EMI)112的阻碍。在使用铜缆物理层以太网系统的较早版本中，例如10/100/1000BASE-T系统，信道容量比系统数据率要高很多。这些系统在EMI存在时具有相对的稳健性(robust)。然而EMI对10GBASE-T以太网系统中的通信极其不利。典型的10GBASE-T系统的数据率非常接近可用信道容量，因此，相比10/100/1000BASE-T系统的信噪比极限，明显地降低了信噪比(SNR)极限。当前10GBASE-T系统甚至在中度EMI信号(例如由无线电话机产生的)存在时也非常容易导致链路断开。
网络供应商通常在通信系统上强加一个误块率。例如，对于以太网系统，网络供应商在EMI存在时一般容许10-2的误块率，以使链路102和链路伙伴104之间的通信链路不会断开。误块率是使用1秒的移动窗口计算的，通过在1s的移动窗口期间计数出错码块的数量。在这个例子中，出错码块的比例应不高于1％。就这个约定而言，对于EMI出现后的第一个1秒窗口有1％的错误率，如果剩下的99％的码块都没有错误，通信系统的误块率可以完全保持在1％以内，且仍然在以太网系统的标准内。因此，在EMI出现后的第一个10ms可用于检测和采取纠错的措施来抑制EMI。第一个10ms内产生的错误不会违反上述在EMI存在时可接受的系统性能的约定。
可通过使用足够长、适当调谐的前馈和反馈均衡器来消除稳态窄带EMI的影响。然而，这些均衡器不能抑制瞬态的干扰，如EMI峰值(例如见图4B中的EMI峰值414)。尤其是，在EMI从不存在到存在的转变中，或EMI从一个频率到另一个不同频率的转变中，可观察到EMI峰值，如峰值414。通常直到PHY收发器中的均衡器有时间调整时才能抑制EMI峰值的干扰。然而，在调整以适应EMI峰值所需要的时间内，接收器有可能接收到数量不可接受的错误，因此导致通信链路断开，例如链路102和链路104之间的通信链路。自适应判决控制可导致高的错误率，从而产生均衡器的收敛失败。此外，如果高错误状态持续到延长的时间段，更高级层也可断开通信链路。因此需要一个方案使其在EMI存在时能快速地检测EMI和EMI峰值的出现并且稳健地确定合适的均衡响应，以防止高能层断开通信链路。在此所提出的实施例在预定的时间段(例如10ms的时间段)内检测EMI峰值及调整系统以消除EMI峰值的影响，该预定的时间段对于使用的通信标准是可以接受的。应理解的是，误块率及检测EMI和进行调整的时间窗是一个设计要求，并且基于通信系统的实现和种类会有所不同。应指出的是，在此所提出的实施例适用于任何通信系统。
为满足长期以来的需求，使稳健的通信系统能检测和消除EMI影响，本发明在此提供多个实施例以检测和消除EMI脉冲噪声的影响。根据一个实施例，在给定频率(或一系列频率)的EMI出现之前，为假定的EMI频率范围确定最优滤波器系数和均衡响应。均衡器的频率响应是基于滤波器系数，该滤波器系数可针对一定频率范围预先计算并存储在均衡频率响应的表(如下面的表1)中。在一个实施例中，计算滤波器系数所用的EMI的频率范围是在通信系统所选带宽范围内，例如对于10GBASE-T以太网为0MHz-400MHz。这是因为运行带宽范围外的EMI不可能明显影响通信系统的性能。对于多个EMI频率，每个表项可包括物理信道的滤波器系数或其它均衡器参数。在另一替代实施例中，均衡器响应和滤波器系数是在运行中或实时计算的。使用基于信道反分析的方法可明显减少计算均衡器所需要的时间。系数和均衡器表可以根据物理信道的变化(如导线对106的变化)实时更新。
一旦检测到EMI和它的频率，便可使用表中与所检测到的EMI频率最接近的频率相对应的系数更改一个或多个滤波器的频率响应。如果信道均衡的一部分是在链路伙伴的发射器中(在10GBASE-T的情况下)，则在不可抑制的EMI出现时使用稳健的信令方案将检测到的EMI频率和/或滤波器系数传送给链路伙伴。在此所提出的实施例可在物理层108中充分地实施，下面将结合图2和图3进一步描述。
图2示出了典型的物理层(PHY)108。物理层108包括发射器200和接收器212。
发射器200的输入与接口114连接且其输出与混合模块110连接。接收器212的输入与混合模块110的输出连接，接收器212的输出与接口114的输入连接。发射器200包括成帧和扰码器(framer and scrambler)202、低密度奇偶校验(LDPC)编码器204、预编码器206、数模转换器(DAC)208和线路驱动器210。LDPC编码器204的输入连接成帧和扰码器202。预编码器206的输入连接LDPC编码器204的输出。数模转换器208的输入连接预编码206的输出，线路驱动器210的输入连接数模转换器208的输出。混合模块110的输入连接线路驱动器210的输出。在一个例子中，发射器200从运行在计算装置116中的应用层接收数据以进行发射。
在运行中，运行于处理器118上的应用层程序通过链路274向接口114发送发射数据。接口114向成帧和扰码器202发送数据272。成帧和扰码器202对信号272进行加扰，并根据使用的通信协议在数据272上添加帧以产生帧数据236。LDPC编码器204产生奇偶校验位并添加奇偶校验比特到帧数据236上，以产生编码数据238。预编码器206对编码数据238进行预成形(pre-shape)处理，以解决传输中的符号间干扰(Inter-symbol Interference，简称ISI)问题，使得链路伙伴侧的接收器不会受到ISI对信道的影响。在一个例子中，预编码器206是汤姆林森-原岛(tomlinson-harashima)预编码器。预编码器206对编码数据238进行预成形处理以产生预成形数据240。数模转换器208将预成形数据240转换成模拟信号242。线路驱动器210放大模拟信号242以产生发射信号244。混合模块110将发射信号和接收信号246分离开。
接收器212包括去帧和解扰器214、LDPC解码器216、判决反馈均衡器(DFE)220、切片器(slicer)218、前馈均衡器(FFE)222、回声消除器230、3倍近端串扰(NEXT)消除器232、模数转换器224、接收滤波器226和可变增益放大器(VGA)228。可变增益放大器228通过混合模块110接收导线对106上的数据。接收滤波器226的输入连接可变增益放大器228的输出。模数转换器224的输入连接接收滤波器226的输出。前馈均衡器222的输入连接回声消除器230、3倍NEXT消除器232和模数转换器224的输出。切片器218的输入连接判决反馈均衡器220的输出和前馈均衡器222的输出。LDPC解码器216的输入连接切片器218的输出。去帧和解扰器214的输入连接LDPC解码器216的输出。接口114的输入连接去帧和解扰器214的输出。接收器212将所接收的来自链路伙伴的数据发送至计算装置116进行处理。接收器212还包括最小均方(LMS)单元234，其连接于切片器218、模数转换器224、前馈均衡器222、判决反馈均衡器220、回声消除器230和3倍NEXT消除器232。
在运行中，接收器212通过混合模块110从导线对106中接收信号246。可变增益放大器228放大所接收的信号246以产生放大信号248。接收滤波器226对放大信号248进行滤波以去除噪声，并且产生滤波信号250。模数转换器224将滤波信号250转换成数字信号252。回声消除器230根据预成形信号240产生回声消除信号254，以去除发射器200的发射信号244所引入的干扰。3倍NEXT消除器232产生3倍NEXT消除信号256，以消除相邻导线对上发射和接收的干扰影响，例如，导线对106b-d上的发射和接收将会影响任何一个在导线对106a上接收的信号，这些影响由3倍NEXT消除信号256来消除。合并回声消除信号254和3倍NEXT消除信号256以形成消除信号258。消除信号258与数字信号252合并以形成调整信号260，该调整信号260输入至前馈均衡器222。前馈均衡器222去除调整信号260中的前体(pre-cursor)ISI，以产生成形信号262。
在启动过程中，判决反馈均衡器220根据切片信号264或训练序列(training sequence)292输出反馈信号266。判决反馈均衡器220从切片信号264中移除后体(post-cursor)ISI。DFE系数280由最小均方(LMS)单元234产生。在一个实施例中，判决反馈均衡器220只在启动时运行，在启动后是无效的(deactivated)。然后，在链路伙伴侧的预编码器206使用DFE系数280来移除后体ISI。DFE系数280可用于预编码器206是因为DFE 220和预编码器206在算术上是等价的。
反馈信号266与成形信号262合并以产生切片器输入信号263，切片器输入信号263被切片器(slicer)218切片，使信号263分离成多个数字电平而产生切片信号(sliced signal)264。LDPC解码器216使用切片信号264中的奇偶校验比特来纠错，并且从切片信号264中去除奇偶校验位以形成解码信号268。去帧和解扰器214解扰解码信号268并且从解码信号268的帧中提取出数据，以产生数据信号270。数据信号270通过接口114发送到计算装置116的处理器118中以进行处理。
接收器212还包括LMS单元234。LMS单元234接收错误信号246、预成形信号240和数字信号252作为输入。在一个实施例中，可使用数据信号252而不是数字信号。在一个例子中，错误信号246是切片信号264和切片器输入信号263之间的差。在另一个实施例中，错误信号可能是另一个信号。LMS单元234产生前馈均衡器(FFE)系数278、判决反馈均衡器(DFE)系数280、回声消除器系数282和3倍NEXT消除器系数284。前馈均衡器系数278、判决反馈均衡器系数280、回声消除器系数282和3倍NEXT消除器系数284分别确定了前馈均衡器222、判决反馈均衡器220、回声消除器230和3倍NEXT消除器的频率响应。正如下面结合图3进一步描述的，在此所提出的实施方案可以：(1)在实际的EMI出现前，为多个潜在的EMI频率预计算和存储前馈均衡器系数278和判决反馈均衡器系数280；(2)检测EMI和调整FFE和DFE(例如调整FFE和DFE系数)；(3)向链路伙伴发送存在EMI的信息；(4)向链路伙伴发送DFE系数和/或EMI频率。
图3根据典型实施例示出了一个PHY 108′例子。PHY 108′除了包括上面图2中有关PHY 108所描述的部件，还包括检音器302和直接数字频率合成器(DDFS)310。
1.预计算滤波器系数
在一个实施例中，在频率范围内的EMI出现之前的启动过程中，LSM单元234计算FFE系数278和DFE系数280，并将FFE系数278和DFE系数280存储在LMS单元234的存储器(未示出)或存储器120中。在另一个实施例中，在频率范围内的EMI出现之前的启动过程中，处理器118计算FFE系数和DFE系数，并将FFE系数278和DFE系数280存储在存储器120中或其它可用的存储器中。在另一个的实施例中，LSM单元234或处理器118实时计算与所确定的EMI频率相对应的FFE系数278和DFE系数280。
在一个例子中，为多个频率槽(Frequency Bin)计算FFE系数278和DFE系数280。如果F是通信系统的频率带宽，且N是期望的EMI频率槽的数量，则每个频率槽的带宽(W)是：W＝F/N。例如，在有400MHz带宽的10GBase-T的系统中，如果期望128个槽，则每个频率槽的带宽可通过400/128＝3.125MHz给定。在这种情况下，每个频率槽的带宽W要比任何潜在的EMI信号的带宽要宽得多。在此提出的实施例中，为削减(notch out)任何检测到的EMI并从接收信号充分消除EMI影响，一旦检测到EMI便将FFE 222和DFE 280的频率响应修正为包括带有单个或多个频率槽的带宽的陷波(notch)。DFE和FFE系数可根据检测到的EMI的频率来选择。例如，如果在151MHz检测到EMI，可选择其陷波在150MHz和153.125MHz范围的频率槽中的FFE和DFE系数以削减EMI。
在一个实施例中，在系统启动的过程中并且在EMI出现前，FFE系数和DFE系数的计算是以假设EMI信号位于第一频率槽的中心为前提的，根据该假设，计算(例如使用信道反分析法(analytical channel inversionmethod))FFE系数和DFE系数并存储在存储器例如存储器120中。然后，假设EMI位于第二频率槽的中心，计算并存储FFE系数和DFE系数。对每个频率槽都重复这个过程。计算得到的FFE系数和DFE系数可存储在如下面表1所示的以EMI频率槽为索引的表中。
  EMI频率槽   DFE系数   FFE系数
  0到3MHz   A   B
  3到6MHz   C   D
  ..   ..   ..
  150到153.125MHz   L   M
  ..   ..   ..
  396.875到400MHz   X   Y
表1
在上面的表1中，频率槽的带宽是相同的。应当指出的是，可选择地，当频率槽的带宽不相同时，在此所提出的实施例也是适用的。
在上面的表1中，每一条目代表滤波器的系数，例如，A可代表16个系数，其是调整DFE 220以削减(notch out)0到3MHz范围内的EMI所需要的。系数的数量与滤波器端口(tap)的数量相同。相似地，B可代表，例如，128个系数，其是调整FFE 222以削减0到3MHz范围内的EMI所需要的。在一个例子中，如果频率槽的数量是128且每个频率槽的系数的数量是144(FFE 222有128个，DFE 220有16个)，则对于N＝128，系数存储至多需要4*128*(128+6)＝73728个字。为减少所需要的存储量，一个可行方法是：仅保存DFE系数并且当检测到EMI信号112的频率时根据与检测到的EMI频率相对应的已知DFE系数计算/调整FFE系数。在一个例子中，需要的存储器将会减少到能容纳4*128*16＝8192个字。考虑到时间漂移或链路102和链路伙伴104之间的信道的其它变化，可周期性地再计算FFE系数和/或DFE系数。
2.EMI检测、FFE和DFE调整
根据数字信号252、调整信号260和切片信号264中一个或多个，检音器302检测电磁干扰112和电磁干扰112的频率。检音器产生指示检测到的EMI112的频率的信号304。在一个实施例中，一个LDPC码块持续320ns，因此，在1ms内出现有3125个LDPC码块，使得在上述的10ms时间窗内有足够的时间检测EMI及确定EMI的频率。
如果EMI 112非常强，则检音器302使用数字信号252的功率谱密度(PSD)来估算所检测到的EMI的PSD及其近似频率。为确定数字信号252的PSD，计算数字信号252的快速傅氏变换(FFT)，对FFT进行平均处理以克服噪声，FFT的幅值就是数字信号252的PSD。瞬时EMI信号通常被检测为PSD中的峰值。例如，如图4B所示，瞬时EMI可产生峰值414，该峰值414可从数字信号252的PSD中突显出来。
如果EMI 112的强度适中，则可使用在回声消除和3倍NEXT消除后产生的调整信号260。检音器302检查调整信号260的PSD以确定EMI的存在及其近似频率。
如果EMI 112的强度相对较弱，则检音器302可使用切片信号264和切片器输入信号263之间的差的PSD来检测EMI的存在并确定其频率。
在一个实施例中，一旦检测到EMI，检音器302产生指示检测到的EMI 112的频率的信号304。根据检测到的EMI的频率，从存储在存储器120中的预计算的FFE系数和DFE系数中选择与检测到的频率相对应的FFE系数278和DFE系数280。所选择的FFE系数被用于前馈均衡器222。所选择的DFE系数280被发送至链路伙伴104，如下面所描述的那样。链路伙伴104的预编码器206使用这些DFE系数280进行可靠地通信，例如通过双正交振幅平方(DoubleSquared Quadrature，DSQ128)的模式。
考虑如图4A所示的前馈均衡器222有频率响应400的例子。图4A中的X轴是频率，Y轴是频率响应400的幅值。图4B示出了电磁干扰408的曲线图。图4B的X轴是频率412，Y轴是EMI的功率谱密度(PSD)。在这个例子中，在频率406处检测到EMI峰值414。在图4C中，前馈均衡器222的调整后的频率响应400′包括在频率406处的陷波416，以削减接收信号中的EMI信号414的影响。在一个实施例中，陷波416是FEE系数278修改的结果。在一个可替代实施例中，陷波416是陷波滤波器(未示出)应用于成形信号262的结果。在前馈均衡器222的频率响应400′中，陷波416的带宽418相当于覆盖频率416的频率槽的带宽W。在上面的例子中，如果频率416为151MHz，陷波416的带宽约为3.125MHz，其范围在150MHz到153.125MHz之间。因为10GBASE-T是宽带的，所以在FFE 222的频率响应上陷波削减一个或甚至几个频率槽不会明显减小接收信号的功率。
频率响应400中的陷波416可产生ISI，下面进一步描述，为解决ISI问题，与频率406的频率槽相对应的DFE系数280将会发送到链路伙伴104。例如，链路102可向链路伙伴104发送与覆盖EMI频率406的频率槽相对应的DFE系数，由于如上所述DFE 220和预编码器206在数学上是等价的，所以链路伙伴104将该DFE系数280应用于预编码器206。由于陷波416的存在，修改后预编码器206的响应移除了ISI。
在一个例子中，如果EMI源改变了位置(如带着无线电话机的人在行走)，EMI频率保持不变，因为陷波416依然是可用的。如果在多普勒效应(例如在EMI是来自急救车上的警报器的情况下)改变了EMI频率的情况下，对于陷波416，这个改变相比频率槽的带宽W是非常小的。例如，如果EMI的频率从151MHz变化到150MHz或152MHz，带宽为3.125MHz的陷波416仍然可移除EMI。因此，即使EMI源改变了位置，针对特定EMI位置所调整好的系统也能抑制EMI。
在一个实施例中，陷波416的幅值可根据EMI峰值414来调整，例如，如果EMI峰值比较高，则可使用一个合适深度的陷波416，反之亦然。
在一个实施例中，如果在预定的时间段内没有在相同的频率406处再次观察到之前检测到的EMI，则可移除与频率406相对应的陷波416以阻止信道SNR不必要的恶化。
3.通知链路伙伴存在EMI
在一个实施例中，可使用预定的比特序列来通知链路伙伴存在EMI。例如，10GBASE-T的标准定义了未使用的3.125Mbps副通道(side channel)到10Gbps数据通道。这个副通道包括每个LDPC码块中的“辅助比特(auxiliary bit)”.可使用连续的LDPC码块中的辅助比特来向链路伙伴发送信息，以指示EMI的存在与否。例如，在四个连续的LDPC码块的辅助比特中，交错序列“1010”可指示EMI不存在。可认为四个LDPC码块构成一“帧”。为向链路伙伴指示存在EMI，链路改变了辅助比特以使3个连续帧中的其中2个(2 out of 3consecutivc frames)帧中不出现交错序列“1010”。使用了3个帧(如12个连续的LDPC码块)中的2个是因为在EMI存在时估计包括辅助比特的大多数比特都会出错。在信令机制中万一辅助比特错误，使用3个帧中的2个提供了额外的稳健性。例如，在图5A中，3个帧中全都出现交替模式才指示链路伙伴EMI不存在。在图5B中，帧3中没有出现交替模式，然而，这并不能作为存在EMI的指示，因为3个帧中只有1个缺失这种交替模式。破坏模式(broken pattern)可能是错误，因为辅助比特是它本身是非常少有的情况。然而，在3个连续帧中的其中2个帧中，在不存在EMI时，2个或更多的辅助比特错误的可能性是相当低的，例如，在图5C中，帧2和帧3由于缺失了交替模式，所以可指示EMI的存在，使用交替的辅助比特是因为它无需按照辅助比特的值同步链路的两端。应指出的是，其它模式和除了辅助比特外的其它比物也可用于向链路伙伴指示EMI的存在。
在另外的实施例中，直接数字频率合成器310产生向链路伙伴通知EMI存在的信号312。例如，直接数字频率合成器310可产生并发送预定幅值和频率的正弦波，以向链路伙伴指示存在EMI。
4.向链路伙伴发送最新计算的、调整后的或预存储的系数
除了指示EMI的存在，链路102还可向链路伙伴发送DFE系数。链路伙伴104的预编码器206使用DFE系数来消除EMI 112和调整链路102的FFE 222的频率响应。
当EMI作用于系统时，如果使用DSQ128模式，则要发送到链路伙伴的DFE系数有可能不能可靠地到达链路伙伴，因此，在一个实施例中，当EMI存在时，链路102和链路伙伴104都转变到脉冲幅度调制2(PAM2)信令模式，这种信令模式在EMI存在时更稳健。因为需要改变的DFE系数的大小相对较小，所以链路伙伴可使用低复杂度的代码，例如重复码。例如，假设向链路伙伴发送16个DFE系数，每个代码有8比特宽，则发送的总数据为128比特。每一个LDPC码块包括在800MHz处采样所得到的256个样本。如果每一个样本都代表一个PAM 2信号，则在每一个LDPC帧中可以发送256个比特。如果使用重复10次的接收码，则需要5个LDPC帧来发送DFC系数，这要花费1.6μs。在上述的10ms时间窗内检测和纠正系统100的EMI影响，这个发送DFE系数的时间是非常良好的。在另一个实施例中，除了重复码，还可用LDPC代码进一步提高传输的可靠性。
在另一个实施例中，通过在高级数据链路控制(HDLC)数据分组中编码DFE系数260，链路102中的处理器118可向链路伙伴104发送与检测到的EMI的确定频率相对应的DFE系数。在另一个实施例中，只有检测到的EMI的频率才会通过编码在HDLC数据分组中来转发到链路伙伴104。链路伙伴104使用EMI的编码频率产生与EMI频率相对应的DFE系数。在另一个实施例中，链路伙伴104使用从链路102接收到的频率来索引预计算的表，如表1，以确定与接收频率相对应的DFE系数。链路伙伴104将DFE系数应用于预编码器206来调整其响应，以解决EMI 112问题，及调整链路102的FFE 222和DFE 220的响应。
在另一个实施例中，直接数字频率合成器310所产生的信号312的频率和所检测到的EMI的频率是一样的，因此可向链路伙伴指示EMI频率。在另一个实施例中，正弦波信号312的幅值可表示EMI 112的幅值，链路伙伴104可使用正弦波信号312的频率来选择和/或计算相对应的DFE系数。链路伙伴104可使用信号312的幅值来相应地调整应用于预编码器206的DFE系数的幅值。
在改变DFE系数后，链路伙伴就可使用调整/计算后的FFE系数278和接收的DFE系数280。在此阶段所期望的是，在允许误包率低于1％的10ms的时间窗内，只使用其中的1-2ms。10ms时间窗剩下的部分可用于：在返回DSQ 128发射模式前，调整/微调3倍NEXT消除器系数284、调整/微调回声消除器系数282和微调物理层108′的其他部件。在一个例子中，一旦检测到EMI存在，所有的自适应滤波器(例如回声消除器230和3倍NEXT消除器232)和定时恢复积分回路一样可被延时延或被锁定，并且在DFE系数改变后才被解除锁定，这样可加快自适应滤波器的收敛。
较高层也能完成向链路伙伴104发送DFE系数。例如，在EMI不存在的情况下，可使用链路层发现协议(Link Layer Discovery Protocol，LLDP)来向链路伙伴104发送并实时维护所计算的DFE系数的表1。这种更新系数的方法的好处是，在EMI存在的情况下，为传输DFE系数，传输模式无需从DSQ128转换到PAM2，并再转换回DSQ128。在这个例子中，足以向链路伙伴104传输EMI频率或表的索引，该表包括与不同EMI频率相对应的DFE系数。
图6根据典型的实施例示出了一个PHY层收发器执行步骤以充分消除EMI的流程图600。流程图600将会继续参考图1-5所示出的运行环境的例子进行描述。然而，流程图不限于这些实施例。还需要指出的是流程图600中的一些步骤没有必要以所示的顺序出现。
在步骤602中，在EMI出现之前，预计算并存储滤波器系数。例如，处理器118或LSM单元234计算前馈均衡器系数278和判决反馈均衡器系数280，并将所计算在系数存储在存储器中，例如存储器120。在一个例子中，对于多个EMI频率槽的前馈均衡器系数278和判决反馈均衡器系数280在被计算后可存储在上面所示的表1中。在一个替代实施例中，步骤602是可选步骤，处理器118或LSM单元234可实时产生前馈均衡器系数278和判决反馈均衡器系数280。
在步骤604中，在接收信号中检测电磁干扰，例如，图4B所示的功率谱密度的峰值414可由检音器302检测到。在一个替代实施例中，LDPC解码器216的解码输出268的错误或循环冗余校验(Cyclical Redundancy Check，CRC)的错误都可用于检测EMI。在另一个例子中，信噪比(Signal to NoiseRatio，SNR)和/或信噪比突然跌落可用于检测EMI。
在步骤605中，所有的自适应滤波器和定时恢复积分回路一样可被延时延或被锁定，并且在DFE系数改变后才被解除锁定或重启，这样可加快自适应滤波器的收敛。
在步骤606中，确定步骤604所检测到的EMI的频率，例如，检音器302可检测EMI峰值414的频率406。
在步骤608中，选择或计算与步骤606所确定的EMI频率相对应的前馈均衡器系数和判决反馈均衡器系数，例如，LMS单元234计算前馈均衡器系数，从步骤602所确定的表中选择判决反馈均衡器系数。在一个替代实施例中，处理器118根据步骤606所检测到的频率选择步骤602所确定的前馈均衡器系数和判决反馈均衡器系数。在另一个实施例中，处理器118和LMS单元234实时计算前馈均衡器系数和判决反馈均衡器系数。
在步骤610中，将步骤608所选择的前馈均衡器系数应用于前馈均衡器以充分消除接收信号中的EMI影响，例如，将前馈均衡器系数278应用于前馈均衡器222，通过产生陷波而改变前馈均衡器222的频率响应，例如，图4C中的所检测到的EMI的频率406处的陷波416。
在步骤612中，向链路伙伴发EMI存在的信号，例如，如上所述，直接数字频率合成器310可产生信号312以向链路伙伴指示EMI存在。在一个替代实施例中，可将多个LDPC帧的比特序列发送至链路伙伴以指示EMI存在。
在步骤614中，将与所检测到的EMI频率相对应的DFC系数和/或EMI频率发送至链路伙伴。例如，链路102的处理器118可在HDLC帧中将步骤602所计算的DFE系数发送至链路伙伴。在另一个实施例中，直接数字频率合成器310可产生频率等于EMI的频率的正弦波信号312并向链路伙伴104发送信号312，以指示EMI信号的频率。一旦接收到DFE系数，链路伙伴104可将接收到的滤波器系数应用于预编码器206，以补偿链路102在前馈均衡器222的频率响应中所产生的陷波。在另一个例子中，一旦接收到指示检测到的EMI的频率的信号312，链路伙伴104可从预存储的DFE系数中选择与信号312指示的频率相对应的DFE系数。
图7根据典型的实施例示出了PHY层在从链路伙伴接收到EMI的指示后执行步骤以充分消除EMI的流程图700。流程图700将会继续参考图1-5所示出的运行环境的例子进行描述。然而，流程图不限于这些实施例。需要指出的是流程图700中的一些步骤没有必要以所示的顺序出现。
在步骤702中，从链路伙伴接收指示EMI存在的信号，例如，如上所述，从链路伙伴接收多个连续LDPC码块中的指示EMI存在的比特序列。在另一个例子中，从直接数字频率合成器310接收指示EMI存在的正弦波。
在步骤704中，接收DFE系数和/或检测到的EMI的频率。例如，从链路伙伴的HDLC帧或LLDP帧中为预编码器206接收DFE系数。在一个替代实施例中，来自链路伙伴的直接数字频率合成器310的正弦波的频率可以代表链路伙伴检测到的电磁干扰的频率。
在步骤705中，根据步骤704所接收的DFE系数和/或EMI的频率计算或查表得到FFE系数。将FFE系数应用于FFE。例如，将FFE系数应用于FFE 278。
在步骤706中，将DFE系数应用于预编码器，以补偿步骤704发送DFE系数的链路伙伴的前馈均衡器中的陷波的影响。例如，将步骤704所接收的DFE系数应用于预编码器206。在一个实施例中，处理器118根据步骤704接收的频率，计算DFE系数280并将它们应用于预编码器206。在一个替代实施例中，根据步骤704接收的频率，LMS单元234实时计算DFE系数280并将这些DFE系数应用于预编码器206。在一个替代实施例中，处理器118计算实时DFE系数并将这些DFE系数应用于预编码器206。
在一个替代实施例中，链路102一旦检测到EMI就可调整它的FFE222的频率响应，但不向链路伙伴104发送DFE系数，相反地，链路102可激活它自己的DFE 220并且将与所检测到的EMI的频率相对应的DFE系数应用到DFE 220中，以得到FFE 222调整后的频率响应。在链路伙伴104是由不同于链路102的供应商制造的情况下，使用替代的实施例，因此不用实施在此描述的EMI消除方法，参考图8描述这个实施例的执行步骤。
图8根据典型的实施例示出了PHY收发器为从接收信号中充分消除EMI所执行步骤的流程图800。流程图800将会继续参考图1-5所示出的运行环境的例子进行描述。然而，流程图不限于这些实施例。应当指出的是流程图800中的一些步骤没有必要以所示的顺序出现。
在步骤802中，在EMI出现之前，预计算并存储与EMI的多个频率槽相对应的滤波器系数。例如，处理器118或LSM单元234为多个EMI频率计算前馈均衡器系数278和判决反馈均衡器系数280，并将所计算在系数存储在存储器中，例如存储器120。在一个例子中，对于多个EMI频率槽的前馈均衡器系数278和判决反馈均衡器系数280在被计算后可存储在上面所示的表1中。在一个替代实施例中，步骤802是可选步骤，处理器118或LSM单元234可实时产生前馈均衡器系数278和判决反馈均衡器系数280。
在步骤804中，在接收信号中检测电磁干扰，例如，图4B所示的功率谱密度的峰值414可由检音器302检测到。对于强的EMI信号，检音器302可采用数字信号252进行检测。对于中等强度的EMI信号，检音器302可采用调整信号260进行检测。对于弱的EMI信号，检音器302可通过切片信号264和切片器输入信号263的差来检测。
在步骤806中，确定步骤804所检测到的EMI的频率，例如，检音器302可检测EMI峰值414的频率406。
在步骤808中，选择与步骤806所确定的EMI频率相对应的前馈均衡器系数和判决反馈均衡器系数。例如，LMS单元234根据步骤806所检测到的频率，为前馈均衡器222和判决反馈均衡器220选择步骤602所确定的前馈均衡器系数和判决反馈均衡器系数。在一个替代的实施例中，处理器118根据步骤806所检测的频率，计算步骤802所确定的前馈均衡器系数和判决反馈均衡器系数。前馈均衡器系数和判决反馈均衡器系数也可从上述的表1中选择。
在步骤810中，将步骤808所选择的前馈均衡器系数和判决反馈均衡器系数应用于前馈均衡器222和判决反馈均衡器220。例如，将步骤808所选择/确定的FFE系数278和DFE系数280分别应用于前馈均衡器222和判决反馈均衡器220。一般地，判决反馈均衡器220在启动序列之后将关闭。然而，在这个特殊的实施例中，DFE 220打开且没有信号发送至链路伙伴以表明存在EMI。
本发明所提供的实施例或其中的部分可采用硬件、固件、软件和/或其组合来实施。
本发明所提供的实施例可用于任何可遭受EMI有害影响的通信系统，或应用于任何已知信道状态或在发射和接收时可估计信道状态的通信系统。
本发明所描述的典型的信号处理功能(如PHY 108′的部分)可采用硬件、软件或组合来实施。例如，信号处理功能可采用计算机处理器(如处理器118)、计算机逻辑、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器等来实施，本领域的技术人员根据给出的论述应能理解。相应地，任何执行信号处理功能的处理器都在本发明实施方案的范围和精神内。
另外，本发明的信号处理功能可由计算机程序代码来体现，这些计算机代码可由计算机处理器执行，例如，由处理器118或上面所列的任何一个硬件装置来执行。计算机程序代码使处理器执行所述信号处理功能，计算机程序代码(如软件)可存储在计算机的可用介质、计算机的程序介质或任何能被计算机或处理器读取的存储介质中，这些媒介包括存储器装置(如存储器120)、RAM或ROM、其它类型的计算机存储介质(如计算机硬盘或CDROM)或等同物。相应地，任何带有使处理器执行信号处理功能的计算机程序代码的存储介质都在本发明实施方案的范围和精神内。
结论
虽然以上描述了本发明的各种实施例，应当理解，其目的仅在于举例说明，而没有限制性。本领域的技术人员知悉，在不离开本发明的精神和范围情况下，在形式上和细节上还可做各种的改变。
以上借助于说明指定的功能和关系的方法步骤对本发明进行了描述。为了描述的方便，这些功能组成模块和方法步骤的界限和顺序在此处被专门定义。然而，只要给定的功能和关系能够适当地实现，界限和顺序的变化是允许的。任何上述变化的界限或顺序应被视为在权利要求保护的范围内。以上还借助于说明某些重要功能的功能模块对本发明进行了描述。为了描述的方便，这些功能组成模块的界限在此处被专门定义。当这些重要的功能被适当地实现时，变化其界限是允许的。类似地，流程图模块也在此处被专门定义来说明某些重要的功能，为广泛应用，流程图模块的界限和顺序可以被另外定义，只要仍能实现这些重要功能。上述功能模块、流程图功能模块的界限及顺序的变化仍应被视为在权利要求保护范围内。
本领域技术人员也知悉此处所述的功能模块可由分立元件、特殊功能的集成电路、带有适当软件的处理器及类似的装置组合而成。因此，本发明的保护范围不应仅局限于以上描述的任一实施例，而应该依照权利要求及其等同来限定。

Claims (10)

1.一种充分消除以太网系统中EMI影响的方法，其特征在于，包括：
计算并存储与EMI频率范围相对应的滤波器系数；
接收信号；
检测接收信号中的EMI；
确定所检测到的EMI的频率；
选择与所确定的EMI频率相对应的滤波器系数；及
采用所选择的滤波器系数调整一个或多个滤波器的频率响应，以充分消除接收信号中的EMI影响。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括向链路伙伴发送EMI存在的信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，发送信号的步骤包括：在多个连续帧中发送预定的比特序列以向链路伙伴指示EMI存在。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：采用辅助比特发送预定的比特序列。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：通过发送频率等于所检测到的EMI频率的正弦波，来向链路伙伴发送EMI存在的信号。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：通过发送基于所检测到的EMI的频率的正弦波，来向链路伙伴发送EMI存在的信号。
7.一种充分消除以太网系统中EMI脉冲噪声影响的系统，其特征在于，包括：
最小均方(LMS)模块和处理器中的至少一个，用于计算并存储与预定的EMI频率范围相对应的滤波器系数；
检音器，用于检测接收信号中的EMI及确定所检测到的EMI的频率；
前馈均衡器(FFE)，用于采用与所检测到的EMI频率相对应的滤波器系数调整其频率响应，以充分消除接收信号中的EMI影响；及
判决反馈均衡器(DFE)，用于采用与所检测到的EMI频率相对应的滤波器系数调整其频率响应，以充分消除接收信号中的EMI影响。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：
处理器，用于通过在多个LDPC码块中发送预定的辅助比特序列，来向链路伙伴发送EMI存在的信号。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：
直接数字频率合成器(DDFS)，用于通过向链路伙伴发送幅值和频率与所检测到的EMI的幅值和频率相等的正弦波，来向链路伙伴发送EMI存在的信号。
10.一种减小以太网系统中EMI脉冲噪声影响的方法，包括：
从链路伙伴接收指示EMI存在的信号；
从链路伙伴接收与所检测到的EMI信号的频率相对应的滤波器系数，用于可编程的预编码器；及
采用所接收的滤波器系数调整预编码器的频率响应，以充分地消除接收信号中的EMI影响。
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