CN104426818A - 以太网络系统的线缆长度估测方法及其接收器 - Google Patents

Abstract

一种以太网络系统的线缆长度估测方法及其接收器，应用于一以太网络系统。此线缆长度估测方法包括从以太网络系统中的一反馈均衡器的信道信息中取得一信道样本以及根据信道样本、一第一系数以及一常数估算一线缆长度。

Description

以太网络系统的线缆长度估测方法及其接收器

技术领域

本发明是关于一种信道估测技术，特别是关于一种以太网络系统的线缆长度估测方法及其接收器。

背景技术

在以太网络系统中，提供线缆长度信息以及缆线状态有助侦测和了解信道的使用情况。因此，有不少估测线缆长度的方式已被提出了，例如：利用量测接收信号的能量来估测线缆长度、或是通过观察接收信号的频谱与线缆长度的关系来估测线缆长度。虽然目前已有不少方式能够提供超高速以太网络系统的线缆长度信息，但是这些方式并无法同时兼具稳定度、计算简易与高精确度等三项要素。

举例来说：利用量测接收信号的能量来估测线缆长度的方式易受传送端功率大小不同而影响，因此无法在各种环境均维持相同的效能，无法提供良好的稳定度。

通过观察接收信号的频谱与线缆长度的关系来估测线缆长度的方法是利用6MHz与43MHz的信道响应的比率来作为线缆长度估计。根据模拟结果发现其准确度相当高，但是在实际以硬件实现时上却有成本太高的问题。因为要准确的计算出6MHz与43MHz的成分，需要做很多点的DFT（Discrete Fourier Transform，离散傅立叶变换）的计算，这牵涉到大量的乘法及加法，使得IC面积变得庞大而增加成本，而难以符合实际的需求。

发明内容

在一实施例中，一种以太网络系统的线缆长度估测方法，其应用于一以太网络系统。此线缆长度估测方法包括从以太网络系统中的一反馈均衡器的信道信息中取得一信道样本以及根据信道样本、一第一系数以及一常数估算一线缆长度。

在一实施例中，一种以太网络系统的接收器包括：一前端接收装置、一前馈均衡器、一加法器、一反馈均衡器、以及一信道估测器。前馈均衡器电性连接前端接收装置。加法器电性连接前馈均衡器。反馈均衡器电性连接加法器。信道估测器电性连接反馈均衡器，并且用以根据反馈均衡器的信道样本、第一系数以及常数估算线缆长度。

综上，根据本发明的以太网络系统的线缆长度估测方法及其接收器利用联机状态下接收器的反馈均衡器（以及前馈均衡器）的信息来获得对应信道响应的信道信息（以及对应取样相位的差异的信道信息），并据以估测线缆长度，藉以准确且简便地得到线缆长度信息。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的以太网络系统的接收器的概要方块图。

图2是根据本发明一实施例的线缆长度估测方法的概要流程图。

图3是图1中前馈均衡器的信道信息的示意图。

图4是图1中反馈均衡器的信道信息的示意图。

图5是后达成分与前达成分的线性结合与实际线缆长度的关系图。

图6是第二系数与实际线缆长度的关系图。

具体实施方式

参照图1，以太网络系统的接收器10包括一前端接收装置110、一噪声消除装置120、一前馈均衡器（feed-forward equalizer；FFE）130、一加法器140、一反馈均衡器（feedback equalizer；FBE）150、一时序回复器160、一决策反馈序列估测器（decision-feedback sequence estimation；DFSE）170、一信道估测器180及一资料决策器（Slicer，限幅器）190。

前端接收装置110、噪声消除装置120、前馈均衡器130、加法器140以及决策反馈序列估测器170依序电性连接。反馈均衡器150电性连接至加法器140，并且时序回复器160电性连接在前端接收装置110与反馈均衡器150之间。信道估测器180电性连接至前馈均衡器130以及反馈均衡器150。于此，加法器140的两输入端分别电性连接前馈均衡器130以及反馈均衡器150，并且加法器140的输出端电性连接决策反馈序列估测器170。其中，数据决策器190电性连接在加法器140的输出端与反馈均衡器150之间。

前端接收装置110用以接收远程传送的输入信号并将其转换成数字信号。噪声消除装置120用以将信号中的近端干扰消除。前馈均衡器130用以消除信号中码间干扰（inter-symbol interference，ISI）的前达（precursor）成分。加法器140用以依据其它近端接收器的经过近端干扰消除、时序回复及信道等化的数字输入信号将信号中的远程干扰消除。反馈均衡器150用以消除码间干扰的后达（postcursor）成分。时序回复器160用以执行信号时序的回复，以使接收端的频率信号的频率及相位与传输端的频率信号的频率及相位同步。决策反馈序列估测器170用以进行译码并消除信号中的码间干扰的后达成分。信道估测器180是对主/从收送装置之间的信道长度（即，线缆长度L）进行估测，以便预设前馈均衡器130、反馈均衡器150及模拟自动增益控制器等组件的参数，藉以加速系统的收敛。

前端接收装置110可包括一模拟自动增益控制器（auto-gaincontroller）、一低通滤波器（low pass filter，LPF）、一取样/保持电路（S/Hcircuit）、一反相部份响应滤波器（inverse partial response，IPR）与一模拟至数字转换器（analog-to-digital converter，ADC）。噪声消除装置120可包括一回音消除器（echo canceller）、多个近端串音消除器（near-endcrosstalk canceller，NEXT canceller）以及一加法器。模拟自动增益控制器、低通滤波器、取样/保持电路、反相部分响应滤波器、模拟至数字转换器以及加法器的一输入端依序电性连接（串接）。回音消除器以及近端串音消除器电性连接至加法器的另一输入端。加法器的输出端则电性连接至反馈均衡器150。

参照图2，信道估测器180所使用的线缆长度估测方法包括从前馈均衡器130的信道信息中取得一信道样本（步骤S21）、从反馈均衡器150的信道信息中取得一信道样本（步骤S23）、以及根据取得的信道样本、第一系数（a）、第二系数（k）以及一常数（b）估算线缆长度L（步骤S25）。

在一些实施例中，信道估测器180依据下式1进行线缆长度L的估算。

$L=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}a\×({\mathrm{cb}0}_i+{\mathrm{cf}5}_i+k\×{\mathrm{cf}3}_i)+b$     式1

其中，N代表此以太网络系统中联机对数、a为第一系数、cb0_i代表反馈均衡器150的信道样本中的第一个后达成分、k代表第二系数、cf3_i代表前馈均衡器的信道样本中的最后一个前达成分、cf5_i代表前馈均衡器的信道样本中的第一个后达成分以及b代表常数。于此，第一系数以及第二系数亦为常数，并且N为正整数。

前馈均衡器130会依据接收到的信号进行信道量测以依据信道信息建立一信道样本（channel profile，信道特性）。前馈均衡器130所建立的信道样本中包含一主光标（main tap）cf4以及多个回音（secondary tap），如图3所示。在信道样本中，发生在主游标cf4之前的回音称作前达成分cf3，而发生在主游标cf4之后的回音称作后达成分cf5。

反馈均衡器150亦会依据接收到的信号进行信道量测以依据信道信息建立一信道样本。前馈均衡器130所建立的信道样本中包含多个后达成分cb0、cb1、cb2、cb3，如图4所示。

换言之，在联机时，信道估测器180取得前馈均衡器130所建立的信道样本中的最后一个前达成分cf3以及第一个后达成分cf5以及取得反馈均衡器150所建立的信道样本中的第一个后达成分cb0，并依据取得的前达成分cf3以及后达成分cf5、cb0以式1的计算式计算出线缆长度L。

在一些实施例中，当接收器10以1Gbps（Giga-bits per second）的传输速度联机时，N可为1、2、3或4。而当接收器10以100Mbps（Mega-bitsper second）的传输速度联机时，N等于1。亦即线缆长度L可以视使用状况仅以一联机对数计算或以多联机对数的计算结果加以平均。

在一些实施例中，当以1Gbps的传输速度联机时，由于接收器10具有回音消除器以及近端串音消除器，所以前馈均衡器130以及反馈均衡器150只面对信道响应而无其它干扰。此时，接收器10的取样相位的变化不大。换言之，接收器10每次联机都取样到最佳相位附近，因此前达成分cf3也就差异不大。于此，信道估测器180则可改以下式2进行线缆长度L的估算。

$L=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}a\×({\mathrm{cb}0}_i+{\mathrm{cf}5}_i)+b$     式2

此外，在一些实施例中，可将每一路（联机对）中的前馈均衡器130的后达成分cf5均设定为一固定值。于此，信道估测器180则可改以下式3进行线缆长度L的估算。换言之，在进行线缆长度L时，可不考虑前馈均衡器130的信道信息。

$L=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}a\×{\mathrm{cb}0}_i+b$     式3

或者，信道估测器180可改以下式4进行线缆长度L的估算。换言之，在进行线缆长度L时，仅不考虑前馈均衡器130的后达成分cf5。

$L=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}a\×({\mathrm{cb}0}_i+k\×{\mathrm{cf}3}_i)+b$     式4

其中，前述的第一系数（a）、第二系数（k）以及常数（b）都是于以太网络系统架设时，通过量测数据而估测得。例如：利用使用最小平方误差准则搭配实际量测到的前达成分cf3与后达成分cf5、cb0以及实际线缆长度（L）而估测得第一系数（a）、第二系数（k）以及常数（b）。

举例来说，针对100Mbps的传输速度，将N=1代入式1，可得下列式5。

L＝a×(cb0+cf5+k×cf3)+b    式5

针对不同实际线缆长度（L）进行多次联机以实际量后达成分cb0、cf5与前达成分cf3。

将实测得的后达成分cb0、cf5与前达成分cf3带入式5，并采用最小平方误差准则得到k=1.164、a=-181.048498、以及b=133.860567。

于此，可发现后达成分cb0、cf5与前达成分cf3的线性结合（cb0+cf5+1.164×cf3）会与线缆长度L呈线性关系，如图5所示。而且，k=1.164的时候会有最小的线缆长度估测误差，如图6所示。

针对1Gbps的传输速度，将N=4代入式3，可得下列式6。

$L=\frac{1}{4}\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}a\×({\mathrm{cb}0}_i+k\×{\mathrm{cf}3}_i)+b$     式6

针对每一联机信道（联机对），以不同实际线缆长度（L）进行多次联机以实际量测后达成分cb0与前达成分cf3。

将实测得的后达成分cb0与前达成分cf3带入式6，并采用最小平方误差准则找出cb0与线缆长度的线性关系，以得到a=-202.357以及b=113.1339。

综上，根据本发明的以太网络系统的线缆长度估测方法及其接收器利用联机状态下接收器的反馈均衡器（以及前馈均衡器）的信息来获得对应信道响应的信道信息（以及对应取样相位的差异的信道信息），并据以估测线缆长度，藉以准确且简便地得到线缆长度信息。

并且，于根据本发明的以太网络系统的线缆长度估测方法及其接收器的实施例中，在实际线缆长度为150公尺以内，不论是1Gbps的传输速度还是100Mbps的传输速度，线缆长度估测的准确度均可达误差在±3公尺以内。

虽然本发明以前述的实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的权利要求书的限定为准。

符号说明

10   接收器          110   前端接收装置

120   噪声消除装置   130   前馈均衡器

140   加法器         150   反馈均衡器

160   时序回复器     170   决策反馈序列估测器

180   信道估测器     190   资料决策器

cf3   前达成分       cf4   主游标

cf5   后达成分       cb0   后达成分

cb1   后达成分       cb2   后达成分

cb3   后达成分

S21   从前馈均衡器的信道响应中取得至少一信道样本

S23   从反馈均衡器的信道响应中取得一信道样本

S25   根据取得的信道样本、第一系数、第二系数以及一常数估算线缆长度

Claims (17)

1.一种以太网络系统的线缆长度估测方法，应用于一以太网络系统，所述方法包括：

从所述以太网络系统中的一反馈均衡器的信道信息中取得一信道样本；以及

根据所述信道样本、一第一系数以及一常数估算一线缆长度。

2.根据权利要求1所述的以太网络系统的线缆长度估测方法，其中所述估算步骤是依据下列公式计算：其中所述L代表所述线缆长度、所述N代表所述以太网络系统中联机对数、所述a代表所述第一系数、所述cb0_i代表所述信道样本以及所述b代表所述常数。

3.根据权利要求2所述的以太网络系统的线缆长度估测方法，其中所述信道样本为第一个后达成分。

4.根据权利要求1所述的以太网络系统的线缆长度估测方法，还包括：

从所述以太网络系统中的一前馈均衡器的信道信息中取得一信道样本；

其中，所述估算步骤为根据取得的该些信道样本、所述第一系数以及所述常数估算所述线缆长度。

5.根据权利要求4所述的以太网络系统的线缆长度估测方法，其中所述估算步骤是依据下列公式计算：其中所述L代表所述线缆长度、所述N代表所述以太网络系统中联机对数、所述a代表所述第一系数、所述cb0_i代表所述反馈均衡器的所述信道样本、所述cf5_i代表所述前馈均衡器的所述信道样本以及所述b代表所述常数。

6.根据权利要求4所述的以太网络系统的线缆长度估测方法，其中所述反馈均衡器的所述信道样本为第一个后达成分，以及所述前馈均衡器的所述信道样本为第一个后达成分。

7.根据权利要求1所述的以太网络系统的线缆长度估测方法，还包括：

从所述以太网络系统中的一前馈均衡器的信道信息中取得一信道样本；

其中，所述估算步骤为根据取得的该些信道样本、所述第一系数、一第二系数以及所述常数估算所述线缆长度。

8.根据权利要求7所述的以太网络系统的线缆长度估测方法，其中所述估算步骤是依据下列公式计算：其中所述L代表所述线缆长度、所述N代表所述以太网络系统中联机对数、所述a代表所述第一系数、所述cb0_i代表所述反馈均衡器的所述信道样本、所述k代表所述第二系数、所述cf3_i代表所述前馈均衡器的所述信道样本以及所述b代表所述常数。

9.根据权利要求7所述的以太网络系统的线缆长度估测方法，其中所述反馈均衡器的所述信道样本为第一个后达成分，以及所述前馈均衡器的所述信道样本为最后一个前达成分。

10.根据权利要求1所述的以太网络系统的线缆长度估测方法，还包括：

从所述以太网络系统中的一前馈均衡器的信道信息中取得复数个信道样本；

其中，所述估算步骤为根据取得的该些信道样本、所述第一系数、一第二系数以及所述常数估算所述线缆长度。

11.根据权利要求10所述的以太网络系统的线缆长度估测方法，其中所述估算步骤是依据下列公式计算： $L=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}a\×({\mathrm{cb}0}_i+{\mathrm{cf}5}_i+k\×{\mathrm{cf}3}_i)+b,$ 其中所述L代表所述线缆长度、所述N代表所述以太网络系统中联机对数、所述a代表所述第一系数、所述cb0_i代表所述反馈均衡器的所述信道样本、所述k代表所述第二系数、所述cf3_i以及所述cf5_i代表所述前馈均衡器的该些信道样本以及所述b代表所述常数。

12.根据权利要求10所述的以太网络系统的线缆长度估测方法，其中所述反馈均衡器的所述信道样本为第一个后达成分，以及所述前馈均衡器的该些信道样本为最后一个前达成分以及第一个后达成分。

13.一种以太网络系统的接收器，包括：

一前端接收装置；

一前馈均衡器，电性连接该前端接收装置；

一加法器，电性连接该前馈均衡器；

一反馈均衡器，电性连接所述加法器；以及

一信道估测器，电性连接所述反馈均衡器，用以根据所述反馈均衡器的信道样本、一第一系数以及一常数估算一线缆长度。

14.根据权利要求13所述的以太网络系统的接收器，其中所述信道样本为第一个后达成分。

15.根据权利要求13所述的以太网络系统的接收器，其中所述信道估测器电性连接所述前馈均衡器，用以根据所述反馈均衡器的所述信道样本、所述前馈均衡器的至少一信道样本、所述第一系数以及一常数估算一线缆长度。

16.根据权利要求15所述的以太网络系统的接收器，其中所述反馈均衡器的所述信道样本为第一个后达成分，以及所述前馈均衡器的所述信道样本为第一个后达成分。

17.根据权利要求15所述的以太网络系统的接收器，其中所述反馈均衡器的所述信道样本为第一个后达成分，以及所述前馈均衡器的所述信道样本为最后一个前达成分。