CN104641427A

CN104641427A - 以太网中的高阶多输入多输出

Info

Publication number: CN104641427A
Application number: CN201380048350.9A
Authority: CN
Inventors: D·张; G·史; W·J·麦克法兰; Y·黄; G·罗莫鲁瓦诺; J·M·辛; K·K·道
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2033-09-11
Also published as: KR101751452B1; US9450644B2; US20150270872A1; CN104641427B; JP2015531565A; KR20150058277A; JP6312684B2; WO2014044138A1; EP2898516A1; EP2898516A4

Abstract

公开了一种在电缆上进行MIMO信号传输的方法。该电缆至少包括第一内部导体、第二内部导体、和外部导电屏蔽。使用该导电屏蔽和第一内部导体来传输第一数据信号。至少使用第二内部导体来传输第二数据信号。第一和第二数据信号可以被并发地传输。对于某些实施例而言，可以使用第一和第二内部导体来传输第二数据信号。由此，第二数据信号可以是差分信号。对于其他实施例而言，可以使用该导电屏蔽和第一内部导体来传输第一数据信号，并且可以使用该导电屏蔽和第二内部导体来传输第二数据信号。

Description

以太网中的高阶多输入多输出

技术领域

本发明实施例一般涉及双轴电缆，并具体涉及使用双轴电缆进行的多输入多输出(MIMO)信号传输。

相关技术背景

双轴电缆(或称“孪轴”电缆)是具有由外部屏蔽包封的两个均衡式内部导体的物理通信介质。这两个均衡式内部导体允许使用该双轴电缆来传输差分信号，而该外部屏蔽将这些内部导体上承载的电信号与外部噪声和干扰隔离。例如，图1示出了双轴电缆110的常规传输配置100。双轴电缆110包括第一内部导体101、第二内部导体102和外部屏蔽103。因为外部屏蔽103将内部导体101和102与外部噪声和干扰隔离，所以外部屏蔽103一般被耦合到地电势。电压源104(耦合在第一内部导体101与第二内部导体102之间)生成用于通过双轴电缆110传输的差分信号。由此，双轴电缆110可以使用差分信号通信来传输单组数据信号。

因为双轴电缆是相对廉价的，所以它们正被更广泛地应用在现代高速差分信号传输应用中。例如，一些10G以太网系统在双轴电缆上传输差分信号。虽然光纤电缆能够提供比铜基介质更快的数据速率，但是光纤电缆较昂贵并且可能要求附加的前端收发机电路以在网络环境内实现。相应地，需要一种高成本效益的方法以提高双轴电缆的数据传输率。

概述

提供本概述以便以简化形式介绍将在以下的详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并非旨在标识出要求保护的主题内容的关键特征或必要特征，亦非旨在限定要求保护的主题内容的范围。

公开了一种用于在单条数据电缆上并发地传输多个数据信号的方法和装置。该数据电缆至少包括第一内部导体、第二内部导体和外部导电屏蔽。对于某些实施例，该电缆可以是双轴(孪轴)电缆。在本发明实施例中，第一数据信号可以是使用该导电屏蔽以及第一或第二内部导体之一来传输的，并且第二数据信号可以是使用未在被用来传输第一数据信号的另一(第一或第二)内部导体来传输的。第一和第二数据信号可以被并发地传输。

对于某些实施例而言，第二信号可以是使用第一和第二内部导体来传输的。可以通过在该导电屏蔽与第一或第二内部导体之一之间施加第一电压来传输第一数据信号。可以通过在第一与第二内部导体之间施加第二电压来传输第二数据信号。对于某些实施例，第一数据信号可以作为差分信号来被传输，并且第二数据信号可以作为单端信号来被传输。

对于其他实施例而言，可以使用该导电屏蔽和第一内部导体来传输第一数据信号，并且可以使用该导电屏蔽和第二内部导体传输第二数据信号。可以通过在该导电屏蔽与第一内部导体之间施加第一电压来生成第一数据信号。可以通过在该导电屏蔽与第二内部导体之间施加第二电压来生成第二数据信号。

进一步，对于某些实施例，编码器可以接收旨在经由第一和第二内部导体传输的数据集。接着，该编码器可以将该数据集划分为第一和第二子集，并且基于第一和第二数据子集分别生成第一和第二数据信号。

相应地，本文中针对示例性实施例所描述的各种信号传输技术可以为数据电缆提供比常规数据传输技术更高的数据速率。此外，至少一些本发明实施例可以允许当在较低数据速率进行传输时，对收发机性能和/或电缆损耗有更宽松的要求。

附图简述

本发明各实施例是作为示例来解说的，且不旨在受附图中各图的限制，其中：

图1是双轴电缆的常规传输配置的横截面解说；

图2是根据一些实施例的双轴电缆的MIMO传输配置的横截面解说；

图3是解说用于在双轴电缆上进行MIMO传输的系统的一个实施例的集总参数模型；

图4是解说采用双轴电缆的MIMO数据传输系统的一个实施例的框图；

图5是根据一些实施例描绘在双轴电缆上传达MIMO信号的示例性操作的解说性流程图；

图6是根据其他实施例的双轴电缆的MIMO传输配置的横截面解说；

图7A-7B根据某些实施例解说了包括一组双绞线对的电缆的MIMO传输配置；

图8是解说采用双绞线对的MIMO数据传输系统的实施例的框图；

图9A-9B是根据一些实施例描绘在包括一组双绞线对的电缆上交换MIMO信号的示例性操作的解说性流程图；

图10是解说图8中所示的MIMO数据传输系统的更详细的实施例的框图；

图11是解说图8中所示的MIMO数据传输系统的另一实施例的框图；以及

图12是根据一些实施例的MIMO收发机的框图。

详细描述

在以下详细描述中，将阐述众多具体细节来提供对本公开的透彻理解。同样，在以下描述中并且出于解释目的，阐述了具体的命名以提供对本发明各实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将明显的是，可以不需要这些具体细节就能实践本发明各实施例。在其他实例中，以框图形式示出公知的电路和设备以避免混淆本公开。如本文所使用的，术语“耦合”意指直接连接到、或通过一个或多个居间组件或电路来连接。本文所描述的各种总线上所提供的任何信号可以与其他信号进行时间复用并且在一条或多条共用总线上提供。另外，各电路元件或软件块之间的互连可被示为总线或单信号线。每条总线可替换地是单信号线，而每条单信号线可替换地是总线，并且单线或总线可表示用于各组件之间的通信的大量物理或逻辑机制中的任一个或多个。

图2是根据某些实施例的双轴电缆210的MIMO传输配置200的横截面解说。双轴电缆210包括第一内部导体201、第二内部导体202和外部导电屏蔽203。第一电压源204耦合在双轴电缆210的第一内部导体201与第二内部导体202之间。第二电压源205耦合在双轴电缆210的第二内部导体202与导电屏蔽203之间。

第一组数据信号(例如，对应于第一数据子集)可以由第一电压源204生成并且使用这两个内部导体201和202在双轴电缆210上传输。更具体而言，第一电压源204可以在第一与第二内部导体201和202之间生成第一电压V₁₂。第一电压V₁₂由此被转译成第一组数据信号。对于某些实施例而言(例如，其中第一和第二内部导体201和202基本上对称)，可以使用第一和第二内部导体201和202上的差分信号通信来在双轴电缆210上传输第一组数据信号。

第二组数据信号(例如，对应于第二数据子集)可以由第二电压源205生成并且使用第二内部导体202和导电屏蔽203在双轴电缆210上传输。更具体而言，第二电压源205可以在第二内部导体202与导电屏蔽203之间生成第二电压V_2S。第二电压V_2S由此被转译成第二组数据信号。对于一些实施例，可以使用单端(即，非差分)信号通信技术经由第二内部导体202和导电屏蔽203来传输第二组数据信号。例如，导电屏蔽203的电压可以被用作施加于第二内部导体202的电压的参考电势。替换地，第二内部导体202的电压可以被用作施加于导电屏蔽203的电压的参考电势。

相应地，图2中解说的双轴传输配置200可以允许使用两个内部导体201和202的差分数据信号通信与使用第二内部导体202和导电屏蔽203的单端数据信号通信并发进行。将导电屏蔽203用作传输介质的能力提供了额外的自由度，例如与同轴电缆和/或常规双轴传输技术相比。

此外，图2的双轴传输配置200也可以放松(特别是在较高数据速率时)对收发机性能和电缆损耗的要求。例如，若双轴电缆210的带宽记为W，总发射功率记为P，并且具有噪声谱密度的加性高斯白噪声记为N₀，那么在使用单流传输技术时可达成的数据速率的上界(R₁)可被表达为R₁＝W log₂(1+P/N₀)。相反，当使用根据一些本发明实施例的双流传输技术时(假定每个数据流是作为一半功率来被传送的并且忽略流间干扰)，那么可达成的数据速率的上界(R₂)可被表达为R₂＝2W log₂(1+P/2N₀)。由此，当信噪比(P/N₀)高时，则有R₂>R₁。替换地，根据一些本发明实施例的传输技术可以达成与具有较低接收机噪声(N₀)和相同总发射功率(P)的、或者具有较低总发射功率和相同接收机噪声的单流传输技术相同的数据速率(例如，R₂＝R₁)。虽然流间干扰可能会降低一些本发明实施例的实际实现的收发机增益，但是干扰抑制和/或消去方案可以被用来保持由一些本发明实施例传输的多组数据信号的完好性。

对于一些实施例而言，图2的双轴电缆210与图1的双轴电缆110之间在架构上的相似性之处可以允许本发明实施例的传输技术更容易地被应用到采用常规双轴电缆的旧式网络。此外，虽然导电屏蔽203可被用于根据本发明实施例的数据传输，但是导电屏蔽203还可以将内部导体201和202从外部噪声和干扰屏蔽。

图3是解说根据一些实施例MIMO传输系统300的集总参数模型。系统300包括双轴电缆210、发射机310和接收机320。双轴电缆210包括第一内部导体201、第二内部导体202和导电屏蔽203。发射机310耦合到双轴电缆210的一端，而接收机320耦合到双轴电缆210的另一端。发射机310包括电压源312和314以向接收机320传送数据信号。接收机320包括检测器电路322和324以检测从发射机310接收的数据信号。

在操作中，发射机310可以通过使得第一电压源312在第一与第二内部导体201和202之间生成第一电压V₁₂来传送第一数据信号。发射机310可以通过使得第二电压源314在第二内部导体202与导电屏蔽203之间生成第二电压V_2S来传送第二数据信号。接收机320通过检测导体201-203上的电压来接收这些数据信号。对于一些实施例(例如，其中这两个内部导体201和202基本上对称)，第一电压源312所传送的数据信号可以是差分信号。相应地，第一检测器332可以检测在第一内部导体201上的电压V₁，并且加上(或者减去)在第二内部导体202上检测到的电压V₂以恢复出第一数据信号。第二检测器324可以通过检测第二内部导体202上相对于导电屏蔽203上的电压V_S而言的电压V₂来恢复出经由第二内部导体202和导电屏蔽203传输的第二数据信号。

注意到，在图3中所示的示例性实施例中，第二内部导体202上的电压V₂可能会受第一内部导体201上的电压V₁和/或导电屏蔽203上的电压V_S的影响。虽然如此，但是使用系统300仍然可以实现至少两个自由度。例如，因为发射机310控制电压源312和314二者，所以电压源314可以被偏置，以使得导电屏蔽203的电压V_S被保持在比第二内部导体202的电压V₂低(或高)的电势以确保在电压信号V₁₂被第一检测器322检测到之时，电压信号V_2S可以被第二检测器324检测到。在一些实施例中，导电屏蔽203可以被接地(例如，V_S＝0)。替换地，发射机310可以选择性地控制每个电压源312和314以确保使用这两个内部导体201和202进行的数据传输不干扰使用第二内部导体202和导电屏蔽203进行的数据传输。

对于一些实施例，可以针对这两组数据信号中的每一组生成不同波形。例如，可以使用这两个内部导体201和202作为旧式基带信号来传输第一数据信号以维持与旧式双轴系统的向后兼容性，而可以运用其他技术(例如，运用OFDM码元)使用第二内部导体202和导电屏蔽203来传输第二数据信号。相应地，对于一些实施例，接收机320可以利用这两组数据信号中不同的特性以消去或者抑制这些信号间的串话和干扰。对于其他实施例，可以使用旧式基带信号来传输这两组数据信号。在任一实施例中，这两个信号流的波形可以共享以下属性：在频域中，该两个信号的能量被允许覆盖DC频率。在一些通信系统(诸如，DSL和电力线通信系统)中，数据信号不应当覆盖DC频率，因为离DC最近的频带一般被用于其他目的，例如，用以携带电话信号和/或功率。在本发明实施例下，整个带宽(包括DC)可以被用于数据信号通信。在实践中，由于来自周围环境可能的严重干扰，可能不希望使用DC频率来携带信息。然而，在本发明实施例下，即使在DC中携带了信号，也不会对其他通信产生较高的干扰。

图4是根据其他实施例的MIMO传输系统400的框图。MIMO传输系统400包括MIMO编码器410、发射机420、接收机430和MIMO解码器440。双轴电缆210(包括内部导体201和202以及导电屏蔽203)耦合在发射机420和接收机430之间。注意到，在一些实施例中，发射机420和接收机430可以由配置成在双轴电缆210上既发射又接收数据信号的收发机来替代。此类配置可以允许经由双轴电缆210进行双向通信。

图5是根据一些实施例描绘在双轴电缆上传达MIMO信号的示例性操作500的解说性流程图。参见例如图4，MIMO编码器410首先接收要发射的数据集401作为输入，并且将该数据集401编码以产生两个数据子集402(1)和402(2)(510)。该数据集401可以旨在例如使用差分信号技术在双轴电缆210的两个内部导体201和202上进行传输。对于一些实施例，MIMO编码器410可以将输入数据401划分成两个数据子集402(1)和402(2)，这两个数据子集可以接着在双轴电缆210上作为两组单独和/或并行的数据信号来传输。

发射机420使用双轴电缆210的两个内部导体201和202来传送经MIMO编码的第一数据子集402(1)(例如，作为第一组数据信号)(520)。如以上所讨论的，针对图2和3，发射机420可以通过在这两个内部导体201与202之间施加电压(V₁₂)来传送第一组数据信号(例如，作为差分信号)。发射机420进一步使用内部导体202和导电屏蔽203来传送经MIMO编码的第二数据子集402(2)(例如，作为第二组数据信号)(530)。例如，如针对图2和3所讨论的，发射机420可以在第二内部导体202与导电屏蔽203之间施加第二电压信号(V_2S)以传送第二数据信号流(例如，作为单端信号)。对于一些实施例，可以并发地传输第一和第二组数据信号。

接收机430经由双轴电缆210的内部导体201和202来接收经MIMO编码的第一数据子集403(1)(例如，作为第一组数据信号)(540)。例如，如以上针对图3所描述的，接收机430可以通过对第一和第二内部导体201和202之间的电压进行采样来接收第一数据子集403(1)。接收机430进一步经由双轴电缆210的内部导体202和导电屏蔽203接收经MIMO编码的第二数据子集403(2)(例如，作为第二组数据信号)(550)。例如，如以上针对图3所描述的，接收机430可以通过对第二内部导体202与导电屏蔽203之间的电压进行采样来接收第二数据子集403(2)。

最终，MIMO解码器440解码这两个经MIMO编码的数据子集403(1)和403(2)来产生输出数据集404(560)。例如，MIMO解码器440可以组合这两个经MIMO编码的数据子集403(1)和403(2)以恢复最初传送的数据。对于一些实施例，MIMO编码器410和MIMO解码器440可以被预配置为使用相同的编码/解码技术。替换地，MIMO编码器410可以在数据传输之前或与之并发地向MIMO解码器440传送解码指令。

MIMO系统400(如以上参照图4和5所描述的)可以通过替换掉许多旧式双轴应用的前端和/或向其添加电路系统来实现。相应地，MIMO系统400可以提供用于提高现有双轴通信系统的数据速率的低成本技术。

图6是根据其他实施例的双轴电缆210的MIMO传输配置600的横截面解说。如以上所描述的，双轴电缆210包括第一和第二内部导体201和202，以及导电屏蔽203。此外，第一电压源604耦合在第一内部导体201与导电屏蔽203之间，并且第二电压源605耦合在第二内部导体202与导电屏蔽203之间。

可以使用第一电压源604，例如通过在第一内部导体201与导电屏蔽203之间施加第一电压V_1S的方式，经由第一内部导体201和导电屏蔽203来传输第一组数据信号。可以使用第二电压源605，例如通过在第二内部导体202与导电屏蔽203之间施加第二电压V_2S的方式，经由第二内部导体202和导电屏蔽203来传输第二组数据信号。

对于一些实施例，导电屏蔽203可以被用作为在第一和第二内部导体201和202每一者上传输的数据信号的共用返回路径。虽然内部导体201和202可能并不关于导电屏蔽203呈对称，但是这两个数据信号流的传输路径仍然是对称的。这使得使用图6的传输配置600在双轴电缆210上传输两个并行数据信号时更易进行阻抗匹配。

此外，经由第一内部导体201和导电屏蔽203传输的数据可以被表示为单端数据信号。类似地，经由第二内部导体202和导电屏蔽203传输的数据也可以被表示为单端数据信号。由此，对于一些实施例，导电屏蔽203上的电压可以被固定到地，因为其可以作为第一和第二内部导体201和202每一者上的电压的参考电势。这可以允许在使用导电屏蔽203进行数据信号传输时有额外的自由度。例如，传输配置600可以并行传送两组实质上对称的数据信号，由此相比于常规双轴电缆传输技术而言提高了通信的数据速率。此外，传输配置600还可以放松对收发机性能和电缆损耗的要求，尤其是在较低数据速率时(例如，如以上针对图2所描述的)。

注意，以上所描述的传输模式的截止频率被假定为零(例如，DC)。可以有利用导电屏蔽和至少一个内部导体201或202在较高频率进行数据传输的多种传输模式。在较高频率，可以在电缆210上在不同电场和磁场方向并发地传送多个数据信号。由此，对于一些实施例，本文中描述的一种或多种数据传输技术可以被应用到同轴(“coax”)电缆。

例如，在同轴电缆中(以及同样对于在双轴电缆210的内部导体201或202之一与导电屏蔽203之间的数据信道)，对于在低频(例如，最多几千兆赫兹)传输的数据而言，对应的信号波主要在横向电磁(TEM)模式中传播。这意味着电场和磁场二者都垂直于传播方向。然而，在一定的截止频率以上，横向电(TE)或者横向磁(TM)模式也可以用类似于波导中的方式来传播。对于常规数据传输技术，一般不希望在截止频率以上传送信号，因为这可能使得具有不同相位速度的多个模式传播并且因此互相干扰。然而，当使用抑制和消去此类干扰的高级接收机技术时，这些较高模式可以被用来可靠地传输数据信号。

应当注意，前述实施例并不限于双轴电缆。例如，本文中描述的MIMO传输技术可以被应用到三轴和/或四轴电缆。此外，假定具有N个内部导体的电缆，本文中描述的传输技术构想了通过利用该电缆的导电屏蔽作为附加的导体(例如，用作传送或返回路径)来传输N个并发数据信号。例如，图2中所示的实施例可以被扩展以使用N个内部导体来传输N-1个并发数据信号，藉此进一步使用第N个内部导体和该导电屏蔽来传输附加的数据信号。类似地，图6中所示的实施例可以被扩展以使用N个内部导体中的相应一个和该导电屏蔽来传输每个数据信号的方式来并发地传输N个数据信号。

在以上所描述的实施例中，双轴电缆210的内部导体201和202可以互相非常靠近。由此，在并行传输两个数据流时，可能会在信道间引入串话。然而，高级接收机和/或发射机技术可以有效地抑制或者甚至消除此类串话。此类接收机侧技术的示例包括逐次干扰消去(SIC)和线性最小均方误差(LMMSE)。此外，发射机可以向接收机提供参考信号。

更具体地，可以从接收机430向发射机420提供关于信道条件和/或这两个信号流的可达成速率的反馈。该反馈可以作为将由发射机420使用的分组格式和/或作为信道质量指示符来提供。该反馈也可以包含关于这两个流之间的相对相位的信息。该恰适地选取的相对相位可以降低流间干扰或即流间串话。在相同信道条件下，具有不同能力的接收机430(例如，SIC接收机和LMMSE均衡器接收机)可能会向发射机420报告不同的可达成速率。甚至对于相同系统和对称数据信号(例如，其中每个数据信号是使用一个内部导体与该导电屏蔽来传输的)，也可能因为SIC接收机执行解码的次序而造成这样的情形。若OFDM波形被用于一个或多个信号流，其中该OFDM波形由多个子带组成，则对于每个子带，该反馈可以包含关于每个流的信道质量和这两个流之间的相对相位的信息。

图7A解说了根据一些实施例的包括一组双绞线对750和760的电缆的MIMO传输配置700A。第一双绞线对750包括导体701和702，而第二双绞线对760包括导体703和704。双绞线对750和760耦合在发射机710与接收机720之间。发射机710包括数个电压源712、714和716。对于一些实施例，第一电压源712耦合到导体701和702，第二电压源714耦合到导体701和703，并且第三电压源716耦合到导体701和704。接收机720包括数个检测器电路722、724和726。对于一些实施例，第一检测器722耦合到导体701和702，第二检测器724耦合到导体701和703，并且第三检测器726耦合到导体701和704。

第一组数据信号(例如，对应于第一数据子集)可以由第一电压源712生成并且在第一双绞线对750上(例如，经由导体701和702)传输。更具体而言，第一电压源712可以跨导体701和702施加第一电压V₁。第一电压V₁由此被转译成第一组数据信号。第一检测器722可以经由导体701和702通过检测跨第一负载阻抗Z₁的电流和/或电压来接收第一组数据信号。第一检测器722可以接着基于检测到的电流和/或电压来恢复出第一数据流。对于一些实施例(例如，其中导体701和702基本上对称)，第一数据子集可以是使用差分信号通信技术在双绞线对750上传输的。

第二组数据信号(例如，对应于第二数据子集)可以由第二电压源714生成，并且经由导体701和703来传输。具体而言，第二电压源714可以跨导体701和703施加第二电压V₂。第二电压V₂由此被转译成第二组数据信号。第二检测器724可以经由导体701和703通过检测跨第二负载阻抗Z₂的电流和/或电压来接收第二组数据信号。第二检测器724可以接着基于检测到的电流和/或电压来恢复出第二数据流。对于一些实施例，第二电压源714使用第一双绞线对750的导体之一(即，导体701)和第二双绞线对760的导体之一(即，导体703)来传输数据信号。

第三组数据信号(例如，对应于第三数据子集)可以由第三电压源716生成，并且经由导体701和704来传输。具体而言，第三电压源716可以跨导体701和704施加第三电压V₃。第三电压V₃由此被转译成第三组数据信号。第三检测器726可以经由导体701和704通过检测跨第三负载阻抗Z₃的电流和/或电压来接收第三组数据信号。第三检测器726可以接着基于检测到的电流和/或电压来恢复出第三数据流。对于一些实施例，第三电压源716使用第一双绞线对750的共享导体(即，导体701)和第二双绞线对760的剩余导体(即，导体704)来传输数据信号。

因为导体701被所有三个电压源712、714和716共享(即，耦合到上述三个电压源)，所以导体701的电压电平可以被每个电压源712、714和716用作共用参考电压来生成它们各自的数据信号。对于一些实施例，导体701可以被接地。对于其他实施例，发射机710可以包括用于选择性地控制每个电压源712、714和716以确保一个电压源所进行的数据传输不干扰任何其他电压源的数据传输的电路系统。

将导体701-704视为个体传输线提供了与例如常规双绞线对传输技术相比而言额外的自由度(例如，允许至多3个数据信号被并行传输)。此外，本文中描述的双绞线对电缆和现有技术实施例之间在架构上的相似之处可以使得本发明实施例能被现成地应用到采用常规双绞线对电缆(例如第5类和/或第6类电缆)的旧式网络。

在以上所描述的实施例中，双绞线对750和760的导体701-704可以互相非常靠近。由此，在并行传输多个数据流时，可能在信道间引入串话。此外，导体701-704与发射机710和/或接收机720之间的连接处也可能引入信号反射。由此，对于一些实施例而言，发射机710和/或接收机720可以包括阻抗匹配电路系统以减轻此类信号干扰源。

例如，如在图7B的配置700B中所示，接收机720可以包括附加负载阻抗727-729，这些附加负载阻抗727-729可以用来减轻导体701-704中的反射和/或串话。具体而言，负载727具有阻抗值Z₁₂，并且耦合在导体702与703之间，负载728具有阻抗值Z₂₃并且耦合在导体703与704之间，并且负载729具有阻抗值Z₁₃并且耦合在导体702与704之间。这些负载阻抗727-729联合与检测器电路722、724和726相关联的阻抗能够被用来使接收机720的阻抗匹配于与导体701-704相关联的输入阻抗。

除了阻抗匹配，高级接收机和/或发射机技术还可以有效地抑制或者甚至消除导体间的串话。此类接收机侧技术的示例包括逐次干扰消去(SIC)和线性最小均方误差(LMMSE)。此外，发射机710可以为了检测和减轻外部噪声或干扰的目的而向接收机720提供参考信号。

应当注意，仅为了简单起见，本发明实施例是针对由两个双绞线对(例如，双绞线对750和760)组成的电缆来描述的。本文中描述的增强型MIMO传输技术可以现成地跨任何数目的(N个)双绞线对来应用。例如，配置700A和700B能够容易地被扩展到跨N个双绞线对传送2N-1个数据流(例如，使用包括这N个双绞线对的2N个个体导体，其中这些导体之一被共享)。此外，这N个双绞线对可以被物理地封装入一个或多个电缆中。

图8是解说采用双绞线对的MIMO数据传输系统800的实施例的框图。系统800包括MIMO编码器810、发射机820、接收机830和MIMO解码器840。双绞线对750和760耦合在发射机820和接收机830之间。图9A-9B是根据一些实施例描绘用于在一组双绞线对上交换增强型MIMO信号的示例性操作900和901的解说性流程图。图9A-9B参考图8的系统800在以下描述。

MIMO编码器810首先接收待经由N个双绞线对传输的输入数据801的N个数据流(910)。在特定示例中，MIMO编码器810可以接收旨在分别在双绞线对750和760上传输的两个数据流801(1)和801(2)。对于一些实施例，这N个数据流中的每一者可以对应于旨在经由这N个双绞线对中对应的一者(例如，使用差分信号通信)来传输的差分数据信号。MIMO编码器810接着将这N个数据流编码(例如，转换)成数个(M个)增强型MIMO(EM)数据流(920)。对于某些实施例，M＝2N-1。例如，MIMO编码器810可以将这两个接收到的数据流801(1)和801(2)编码成三个EM数据流802(1)-802(3)。

发射机820使用共用导体和剩余的2N-1个导体中对应的一个导体来传输该EM数据(930)。更具体而言，发射机820可以通过跨导体701-704施加对应数目的电压来生成代表该EM数据的数据信号。对于一些实施例而言，这些导体701-704之一的电压电平可以被用作用来对剩余的三个导体加偏的共用参考电势。例如，发射机820可以通过在导体701与每个剩余导体702-704之间施加相应各个电压偏置来传送三个EM数据流802(1)-802(3)。

接收机830经由这N个双绞线对来接收数个(M个)EM数据信号(940)。更具体而言，接收机830可以通过检测(例如，采样)跨导体701-704传输的电流和/或电压来恢复数个(M个)EM数据流。对于一些实施例而言，导体701-704之一的电压电平可以被用作用来确定剩余三个导体上的电压的参考电势。例如，接收机830可以通过检测导体701与每个剩余导体702-704之间的相应各个电压差来接收三个EM数据流803(1)-803(3)。

MIMO解码器840将这M个收到数据流解码(转换)到其原始形式，成为数个(N个)数据流(950)，并且输出经解码数据流用于进一步处理(960)。例如，MIMO解码器840可以接收三个并行EM数据流803(1)-803(3)，这三个并行EM数据流代表两个原始数据流804(1)和804(2)。换句话说，这三个EM数据流803(1)-803(3)原始是旨在仅作为两个单独的数据流来传输的。MIMO解码器840可以由此重构出这三个EM数据流803(1)-803(3)据以被编码的两个原始数据流804(1)和804(2)。

注意到，在一些实施例中，发射机820和接收机830可以用配置成在导体701-704上既发射又接收数据信号的收发机(即收发机)来替代。此类配置可以允许经由导体701-704进行双向通信。进一步，以上所描述的系统800可以通过替换掉许多旧式双绞线对电缆(例如第5类和/或第6类)应用的前端或向其添加附加的电路系统来实现。相应地，系统800可以提供用于提高现有的基于双绞线对的通信系统的数据速率的低成本替换方案。

图10是解说图8中所示的MIMO数据传输系统800的更详细的实施例的框图。系统1000包括耦合到双绞线对750和760的一端的数个发射机1012、1014和1016，以及耦合到双绞线对750和760的另一端的数个接收机1022、1024和1026。具体而言，第一发射机1012和第一接收机1022耦合到导体701和702，第二发射机1014和第二接收机1024耦合到导体701和703，并且第三发射机1016和第三接收机1026耦合到导体701和704。

在操作中，发射机1012、1014和1016分别接收数据流Data_1、Data_2和Data_3，并且经由导体701-704输出代表收到数据流的数据信号。例如，数据流Data_1、Data_2和Data_3可以对应于由MIMO编码器(未示出)编码的EM数据流。对于一些实施例，每个发射机1012、1014和1016可以对应于能够将收到数据流转换到一组双绞线对电缆导体上的变换器(例如，平衡-不平衡变换器)。例如，第一发射机1012可以经由导体701和702来传送数据流Data_1，第二发射机1014可以经由导体701和703来传送数据流Data_2，并且第三发射机1016可以经由导体701和704来传送数据流Data_3。

接收机1022、1024和1026配置成通过对导体701-704携带的数据信号进行采样来分别恢复数据流Data_1、Data_2和Data_3。对于一些实施例，每个接收机1022、1024和1026可以对应于能够将在一组双绞线对电缆导体上接收到的数据信号转换成对应的数据流的变换器。例如，第一接收机1022可以从导体701和702恢复数据流Data_1，第二接收机1024可以从导体701和703恢复数据流Data_2，并且第三接收机1026可以从导体701和704恢复数据流Data_3。

图11是解说图8中所示的MIMO数据传输系统800另一实施例的框图。更具体而言，系统1100代表图10中所示的系统1000的替换性配置。例如，系统1100包括耦合到导体701和702的第一发射机1112和第一接收机1122，耦合到导体702和703的第二发射机1114和第二接收机1124，以及耦合到导体703和704的第三发射机1116和第三接收机1126。

如以上所描述的，参见图10，每个发射机1112、1114和1116以及接收机1122、1124和1126可以对应于一变换器。具体而言，第一发射机1112可以经由导体701和702来传送数据流Data_1，第二发射机1114可以经由导体702和703来传送数据流Data_2，并且第三发射机1116可以经由导体703和704来传送数据流Data_3。类似地，第一接收机1122可以从导体701和702恢复数据流Data_1，第二接收机1124可以从导体702和703恢复数据流Data_2，并且第三接收机1116可以从导体703和704恢复数据流Data_3。

应当注意，与图10中的系统1000相反，没有单个导体701-704被用作为系统1100中剩余导体的共用参考电势。

图12是根据一些实施例的MIMO收发机1200的框图。收发机1200包括电缆接口1210、平台接口1220、本地处理器1230和存储器1240。电缆接口1210耦合到处理器1230并且可以被用来在数据电缆上(例如，双轴或双绞线对)用处理器1230指定的方式来传送和/或接收数据信号。平台接口1220也耦合到处理器1230并且可以被用来向和/或从计算平台(例如经由PCIe链路)传达数据。

存储器1240可以包括可以被用来临时缓冲要被编码和/或解码的数据的数据存储1242。此外，存储器1240还可包括非瞬态计算机可读存储介质(例如，一个或多个非易失性存储器元件，诸如EPROM、EEPROM、闪存存储器、硬盘驱动器、等等)，其可存储以下软件模块：

·用以编码在数据电缆上进行基于MIMO的传输的传出数据的MIMO编码模块1244；以及

·用以解码在数据电缆上接收到的经MIMO编码的数据信号的MIMO解码模块1246。

每个软件模块可以包括指令，这些指令在由本地处理器1230执行时可以使收发机1200执行相应的功能。由此，存储器1240的非瞬态计算机可读存储介质可以包括用于执行关于图5和图9A-9B描述的操作的全部或一部分的指令。

本地处理器1230(其耦合到存储器1240)可以是能够执行存储在收发机1200中(例如，存储器1240内)的一个或多个软件程序的指令脚本的任何合适的处理器。例如，处理器1230能够执行MIMO编码模块1244和/或MIMO解码模块1246。

MIMO编码模块1244可以由本地处理器1230执行以编码待在数据电缆上传输的数据信号。例如，MIMO编码模块1244(由本地处理器1230执行)可以接收(例如从计算平台接收)待经由数据电缆传输的数据集，并且编码该数据集以产生多个数据子集。对于一些实施例，处理器1230在执行MIMO编码模块1244时可以将待在数据电缆上传送的收到数据集划分为多个单独的和/或并行的数据信号组。处理器1230在执行MIMO编码模块1244时可以接着在数据电缆上传输这些数据信号，以使得该数据电缆的至少一个导电元件被并发地用在两个或更多个数据信号的传输中(例如，如以上关于图5和9A-9B所描述的)。

MIMO解码模块1246可以由本地处理器1230执行以解码从数据电缆接收到的数据。例如，MIMO解码模块1246(由本地处理器1230执行)可以在数据电缆上并行接收多个数据信号，并且解码这些数据信号以恢复原始发射的数据集。对于一些实施例，处理器1230在执行MIMO解码模块1246时可以通过对跨该数据电缆的每个导电元件的电压进行采样来接收数据信号，其中至少一个导电元件的电压被用作用以确定与两个或更多数据信号相关联的电压的共用参考电势(例如，如以上针对图5和9A-9B所描述的)。处理器1230在执行MIMO解码模块1246时可以接着根据MIMO编码模块1244所使用的编码算法来组合收到数据信号以恢复原始数据集。

本文中针对示例性实施例所描述的各种信号传输技术可以为数据电缆提供比常规数据传输技术更高的数据速率。此外，至少一些本发明实施例可以允许当在以较低数据速率传输时，对收发机性能和/或电缆损耗有更宽松的要求。本发明实施例可以在对现有硬件基础设施几乎不作出多少修改的情况下实现在旧式数据通信系统中。

在说明书前述篇幅中，本发明各实施例已参照其具体示例性实施例进行了描述。然而将明显的是，可对其作出各种修改和改变而不会脱离如所附权利要求中所阐述的本公开更宽泛的范围。相应地，本说明书和附图应被认为是解说性而非限制性的。例如，在图5和9A-9B的流程图中描绘的方法步骤可以其他合适的次序执行，多个步骤可以合并到单个步骤中，和/或一些步骤可以被省略。

Claims

1.一种在电缆上进行数据通信的方法，所述电缆至少包括第一内部导体、第二内部导体和外部导电屏蔽，所述方法包括：

使用所述导电屏蔽和所述第一内部导体来传输第一数据信号；并且

至少使用所述第二内部导体来传输第二数据信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二数据信号是并发地传输的。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，传输所述第二数据信号包括：

使用所述第一和第二内部导体来传输所述第二数据信号。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二数据信号为差分信号，并且其中所述第一数据信号为单端信号。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，传输所述第一数据信号包括：

在所述导电屏蔽与所述第一内部导体之间施加第一电压差分。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，传输所述第二数据信号包括：

在所述第一与第二内部导体之间施加第二电压差分。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，传输所述第二数据信号包括：

使用所述导电屏蔽和所述第二内部导体来传输第二数据信号。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一和第二数据信号是单端信号。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，传输所述第一数据信号包括：

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，传输所述第二数据信号包括：

在所述导电屏蔽与所述第二内部导体之间施加第二电压差分。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

接收旨在经由所述第一和第二内部导体来传输的数据集；

将所述数据集划分为第一数据子集和第二数据子集；并且

分别基于所述第一和第二数据子集来生成所述第一和第二数据信号。

12.一种在电缆上进行数据通信的方法，所述电缆至少包括第一内部导体、第二内部导体和外部导电屏蔽，所述方法包括：

经由所述导电屏蔽和所述第一内部导体来接收第一数据信号；并且

至少使用所述第二内部导体来接收第二数据信号。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述第一和第二数据信号是并发地接收的。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，接收所述第二数据信号包括：

经由所述第一和第二内部导体接收所述第二数据信号。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第二数据信号为差分信号，并且其中所述第一数据信号为单端信号。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，接收所述第一数据信号包括：

在所述导电屏蔽与所述第一内部导体之间检测第一电压差分。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，接收所述第二数据信号包括：

在所述第一与第二内部导体之间检测第二电压差分。

18.如权利要求12所述的方法，其特征在于，接收所述第二数据信号包括：

经由所述导电屏蔽和所述第二内部导体来接收所述第二数据信号。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一和第二数据信号是单端信号。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，接收所述第一数据信号包括：

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，接收所述第二数据信号包括：

在所述导电屏蔽与所述第二内部导体之间检测第二电压差分。

22.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括：

解码所述第一数据信号和所述第二数据信号以分别恢复第一数据子集和第二数据子集；并且

组合所述第一数据子集和所述第二数据子集以产生单个数据流。

23.一种通信设备，包括：

耦合到电缆的编码器，所述电缆至少包括第一内部导体、第二内部导体和外部导电屏蔽，其中所述编码器用以：

至少使用所述第二内部导体来传输第二数据信号。

24.如权利要求23所述的设备，其特征在于，所述编码器用于并发地传输第一和第二数据信号。

25.如权利要求23所述的设备，其特征在于，所述编码器用于使用所述第一和第二内部导体来传输所述第二数据信号。

26.如权利要求25所述的设备，其特征在于，所述第二数据信号为差分信号，并且其中所述第一数据信号是单端信号。

27.如权利要求25所述的设备，其特征在于，所述编码器用于通过在所述导电屏蔽与所述第一内部导体之间施加第一电压差分来传输所述第一数据信号。

28.如权利要求27所述的设备，其特征在于，所述编码器用于通过在所述第一和第二内部导体之间施加第二电压差分来传输所述第二数据信号。

29.如权利要求23所述的设备，其特征在于，所述编码器用于使用所述导电屏蔽和所述第二内部导体来传输所述第二数据信号。

30.如权利要求29所述的设备，其特征在于，所述第一和第二数据信号为单端信号。

31.如权利要求23所述的设备，其特征在于，所述编码器进一步用于：

接收旨在经由所述第一和第二内部导体来传输的数据集；

将所述数据集划分为第一数据子集和第二数据子集；以及

32.一种通信设备，包括：

耦合到电缆的解码器，所述电缆至少包括第一内部导体、第二内部导体以及外部导电屏蔽，其中所述解码器用于：

经由所述导电屏蔽和所述第一内部导体来接收第一数据信号；以及

至少经由所述第二内部导体来接收第二数据信号。

33.如权利要求32所述的设备，其特征在于，所述解码器用于并发地接收所述第一和第二数据信号。

34.如权利要求32所述的设备，其特征在于，所述解码器用于经由所述第一和第二内部导体来接收所述第二数据信号。

35.如权利要求34所述的设备，其特征在于，所述第二数据信号为差分信号，并且其中所述第一数据信号是单端信号。

36.如权利要求34所述的设备，其特征在于，所述解码器用于通过在所述导电屏蔽与所述第一内部导体之间检测第一电压差分来接收所述第一数据信号。

37.如权利要求36所述的设备，其特征在于，所述解码器用于通过在所述第一与第二内部导体之间检测第二电压差分来接收所述第二数据信号。

38.如权利要求32所述的设备，其特征在于，所述解码器用于经由所述导电屏蔽和所述第二内部导体来接收所述第二数据信号。

39.如权利要求38所述的设备，其特征在于，所述第一和第二数据信号为单端信号。

40.如权利要求32所述的设备，其特征在于，所述解码器进一步用于：

解码所述第一数据信号和所述第二数据信号以分别恢复第一数据子集和第二数据子集；以及

41.一种用于在电缆上传输信号的设备，所述电缆至少包括第一内部导体、第二内部导体和外部导电屏蔽，所述设备包括：

用于使用所述导电屏蔽和所述第一内部导体来传输第一数据信号的装置；以及

用于至少使用所述第二内部导体来传输第二数据信号的装置。

42.如权利要求41所述的设备，其特征在于，所述第一和第二数据信号是并发地传输的。

43.如权利要求41所述的设备，其特征在于，所述用于传输所述第二数据信号的装置包括：

用于使用所述第一和第二内部导体来传输所述第二数据信号的装置。

44.如权利要求43所述的设备，其特征在于，所述第二数据信号为差分信号，并且其中所述第一数据信号是单端信号。

45.如权利要求43所述的设备，其特征在于，所述用于传输所述第一数据信号的装置包括：

用于在所述导电屏蔽与所述第一内部导体之间施加第一电压差分的装置。

46.如权利要求45所述的设备，其特征在于，所述用于传输所述第二数据信号的装置包括：

用于在所述第一和第二内部导体之间施加第二电压差分的装置。

47.如权利要求41所述的设备，其特征在于，所述用于传输所述第二数据信号的装置包括：

用于使用所述导电屏蔽和所述第二内部导体来传输所述第二数据信号的装置。

48.如权利要求47所述的设备，其特征在于，所述第一和第二数据信号为单端信号。

49.如权利要求41所述的设备，其特征在于，进一步包括：

用于接收旨在经由所述第一和第二内部导体来传输的数据集的装置；

用于将所述数据集划分为第一数据子集和第二数据子集的装置；以及

用于分别基于所述第一和第二数据子集来生成所述第一和第二数据信号的装置。

50.一种用于在电缆上接收信号的设备，所述电缆至少包括第一内部导体、第二内部导体和外部导电屏蔽，所述设备包括：

用于经由所述导电屏蔽和所述第一内部导体来接收第一数据信号的装置；以及

用于至少使用所述第二内部导体来接收第二数据信号的装置。

51.如权利要求50所述的设备，其特征在于，所述第一和第二数据信号是并发地接收的。

52.如权利要求50所述的设备，其特征在于，所述用于接收所述第二数据信号的装置包括：

用于经由所述第一和第二内部导体来接收所述第二数据信号的装置。

53.如权利要求52所述的设备，其特征在于，所述第二数据信号为差分信号，并且其中所述第一数据信号是单端信号。

54.如权利要求52所述的设备，其特征在于，所述用于接收所述第一数据信号的装置包括：

用于在所述导电屏蔽与所述第一内部导体之间检测第一电压差分的装置。

55.如权利要求54所述的设备，其特征在于，所述用于接收所述第二数据信号的装置包括：

用于在所述第一与第二内部导体之间检测第二电压差分的装置。

56.如权利要求50所述的设备，其特征在于，所述用于接收所述第二数据信号的装置包括：

用于经由所述导电屏蔽和所述第二内部导体来接收所述第二数据信号的装置。

57.如权利要求56所述的设备，其特征在于，所述第一和第二数据信号为单端信号。

58.如权利要求50所述的设备，其特征在于，进一步包括：

用于解码所述第一数据信号和所述第二数据信号以分别恢复第一数据子集和第二数据子集的装置；以及

用于组合所述第一数据子集和所述第二数据子集以产生单个数据流的装置。