CN104852779A

CN104852779A - 用于汽车局域网络的多维调制方案的系统及方法

Info

Publication number: CN104852779A
Application number: CN201510024312.0A
Authority: CN
Inventors: 艾哈迈德·奇尼; 穆罕默德·瓦基夫·泰兹贝
Original assignee: Zyray Wireless Inc
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2035-01-16
Also published as: EP2897335A1; EP3509263B1; US20150207539A1; HK1213104A1; EP3509263A1; US9425856B2; CN104852779B; EP2897335B1

Abstract

本发明涉及用于汽车局域网络的多维调制方案的系统及方法。用于汽车局域网络的具有高噪声抗扰度和低发射空闲(LEI)信令的多维调制方案的系统、方法、以及装置。在空闲模式期间可使用附加零星座点并且可将附加星座点分配给控制信号。

Description

用于汽车局域网络的多维调制方案的系统及方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年1月17日提交的临时申请第61/928,493号的权益和优先权，通过引用将其全部内容结合于此。

技术领域

本公开整体涉及数据传输，并且更具体地，涉及用于汽车局域网络的具有高噪声抗扰度(immunity)和低发射空闲(low emission idle)(LEI)信令的多维调制方案的系统、方法以及装置。

背景技术

在IEEE 802.3bp降低双绞线千兆以太网(也被已知为1000BASE-T1)中考虑高速以太网技术。由于汽车环境中的成本和寿命，在汽车应用中对非屏蔽双绞线(UTP)电缆特别感兴趣。在UTP电缆上以千兆速度运行的主要挑战是对无线电干扰的低发射和高抗扰度的电磁兼容(EMC)。

发明内容

根据本发明的实施方式，提供了一种方法，包括：使用多维信号星座将数据从第一设备发送至第二设备；以及在空闲模式期间将多维信号星座中的零星座点从第一设备发送至第二设备。

进一步地，该包括将多维信号星座中的不用于发送数据的星座点从第一设备发送至第二设备，以发送从数据模式转换至空闲模式的信号。

进一步地，多维信号星座是四维17点信号星座。

进一步地，多维信号星座是二维9点信号星座。

进一步地，方法包括将多维信号星座中的非零星座点从第一设备发送至第二设备，以便于接收器的刷新。

根据本发明的另一实施方式，提供了一种方法，包括：在第一设备处接收来自第二设备的一个或多个多维信号星座符号的序列；基于所接收的一个或多个多维信号星座符号的序列识别从数据模式至空闲模式的转换，其中，所接收的一个或多个多维信号星座符号的序列包括多维信号星座中的不用于发送数据的星座点；以及在空闲模式期间接收多维信号星座中的零星座点。

进一步地，该方法包括在空闲模式期间冻结第一设备中的接收的自适应。

进一步地，多维信号星座是4维17点信号星座。

进一步地，多维信号星座是2维度9点信号星座。

进一步地，该方法包括在第一设备处接收来自第二设备的多维信号星座中的非零星座点以便于接收器的刷新。

进一步地，接收的一个或者多个多维信号星座符号的序列由单个多维星座符号构成。

进一步地，所接收的一个或多个多维信号星座符号的序列是两个或更多个多维信号星座符号。

根据本发明的又一实施方式，提供了一种设备，包括：调制器，被配置为将数据分配给多维信号星座中的星座点；以及发送器，被配置为在数据模式下利用被分配给数据的星座点将数据发送至接收器并且在空闲模式期间发送多维信号星座中的零星座点。

进一步地，调制器被配置为将用于从数据模式转换为空闲模式的控制信号分配给多维信号星座中的不用于发送数据的星座点。

进一步地，多维信号星座是4维17点信号星座。

进一步地，多维信号星座是3维9点信号星座。

进一步地，发送器进一步被配置为发送多维信号星座中的非零星座点以便于接收器的刷新。

附图说明

为了描述能够获得上述以及其他优点和特征的方式，将通过参考在附图中示出的其具体实施方式来呈现更具体的描述。应当理解，这些附图仅描述了典型的实施方式并且由此不应被视为限制本发明的范围，本公开通过利用附图描述并且说明了额外的特征和细节，其中：

图1示出了汽车应用中的以太网链路的实例。

图2示出了实例汽车网络应用。

图3示出了用于PAM2和PAM3调制的信号星座的实例。

图4示出了将原点用作附加(extra)星座点的二维信号星座的实例。

图5示出了将原点用作附加星座点的三维信号星座的实例。

图6示出了4D 17点调制器框图的实例。

图7A和图7B示出了2D 9点星座和调制器框图的实例。

图8示出了节能以太网(EEE)空闲模式刷新循环(refresh cycle)的实例。

图9示出了用于低发射空闲(LEI)模式的快速刷新循环的实例。

图10示出了实例过程的流程图的实例。

具体实施方式

下面将详细讨论各种实施方式。尽管讨论了具体实施方式，然而，应当理解，这样做仅出于说明的目的。相关领域技术人员将认识到，在不背离本公开的精神和范围的情况下，可使用其他部件和配置。

在将以太网技术应用到汽车网络中时，应当认识到，汽车网络和应用的独特挑战不同于常规以太网和应用的挑战。更多并且更新的电子设备用于汽车环境中。例如，导航、远程信息处理系统(telematics)、TV/无线电/CD/DVD、后座娱乐(RSE)、摄像机、以及其他电子通信设备汽车中逐渐变成标配。

图1示出了汽车应用中的以太网链路的实例。如图所示，可使用单个双绞线对来支持1000BASE-T1汽车物理层设备(PHY)。这种单个双绞线对PHY的优点在于其可利用(leverage)已在IEEE标准BASE-T PHY中验证的以太网技术。例如，标准媒体访问控制(MAC)千兆媒体独立接口(GMII)可与PHY/媒体独立性(independency)一起使用。其他优点包括支持更高的数据速率、高噪声抗扰度、节省成本的电缆/连接器。

图2示出了实例汽车网络应用。如在该实例中所示的，可使用汽车网络来连接诸如停车辅助和头部单元、一个或者多个摄像机单元、夜视传感器单元、以及远程信息处理单元的各种部件。应当认识到，其他汽车网络应用可包括各种其他电子通信设备以便于控制或者其他信息娱乐目的。

如图所示，停车辅助和头部单元可包括PHY集成开关，PHY集成开关包括均可被配置为与不同单元(例如，摄像机单元)通信的多个PHY。头部单元与多个单元之间的连接可被称为局部网络。

对于汽车应用，存在无线电干扰的多个来源，包括：民用波段无线电、业余无线电、短波发射机、TV发射机、数字音频广播、移动基站、以及紧急车辆上的无线电收发器。显著噪声电压可耦合至以千兆速度运行的UTP电缆。通常，由于电缆与连接器之间的平衡在更高频率下恶化，所以更高速率传输经受更多的无线电干扰。UTP电缆、连接器以及磁性元件被设计成使得最小化接收器处的噪声。期望剩余噪声被PHY收发器和系统设计容忍或者拒绝。

PHY设计希望在控制其自身的无线电发射的同时减少无线电干扰。发射限制不允许发送高于特定电平(level)的信号。为了允许拒绝无线电干扰，使用具有明显大于无线电干扰的带宽的宽带调制技术。然后，可利用适当的自适应信号处理技术则拒绝窄带干扰。可容忍或拒绝的噪声量部分地取决于其调制方案。

给定用于汽车电缆的其最大信号欧式距离，2级脉冲振幅调制(PAM2)提供最高的噪声抗扰度(与诸如PAM4、PAM8等的更高级调制方案相比较)。在本公开中，应当认识到，可使用附加星座点以允许某些控制信令，例如，以指示信号是空闲还是数据信号，或者指示数据流的开始和结束。进一步的，对于本公开，希望在不影响最小欧式距离或者增加信号带宽的情况下，提供星座中的附加信号点。更高的欧式距离产生更高的噪声抗扰度以及由此的更可靠的解决方案。因此，进一步地，对于本公开，希望附加信号点具有零能量，从而允许在空闲模式期间的更低的发射，以及允许从和向其中发送零信号的低发射空闲(LEI)模式的更为平稳的转换。

如下面更为详细描述地，可提出在不影响最小欧式距离的情况下提供附加零信令的实例四维调制方案。调制格式提供高噪声抗扰度同时允许LEI模式。下面还讨论其他调制实例的LEI模式，尽管处于较低噪声抗扰度。

图3示出了具有星座点+1和-1的PAM2信号星座。在本公开中，应当认识到，具有+1、0和-1星座点的PAM3信号可被视为在零处具有附加星座点的PAM2信号星座。如图所示，对于PAM2信号星座，最小信号距离是2个单位，并且对于PAM3信号星座，最小信号距离是1个单位。与PAM2信号星座相比较，PAM3信号星座中的最小欧式距离较低。

图4示出了将星座原点用作附加信号星座点的二维(2D)信号星座的实例。在本实例中，2D调制包括两个连续的符号，分别处于+1、0、或者-1三个电平。然而，由于仅使用9个可用符号组合中的5个星座点，所以并未使用所有的符号组合。该调制方案可被称为2D 5点星座。如示出的，该调制方案具有或者约1.41个单位的最小欧式距离。2D 5点星座中的最小欧式距离1.41仍小于PAM2信号星座中的最小欧式距离2。

根据本公开，可将该构思扩展至图5中所示的实例三维(3D)星座。如示出的，最小欧式距离增加至或者约1.73个单位。此处，应当注意，尽管与2D星座相比较，最小欧式距离提高了，然而，最小欧式距离仍小于PAM2信号星座中的最小欧式距离2。

根据本公开，仍可将该构思进一步扩展至下列表1中所示的实例四维(4D)星座。在该实例4D 17点星座中，最小欧式距离增加至即，2。最小欧式距离是从原点(0 0 0 0)至表1中所示任何其他星座点的距离。在本公开中，应当认识到，4D 17点星座方案提供了与PAM2调制相同的最小欧式距离。

如果使用四个连续的PAM2符号，则总信号空间将具有16个星座点。另一方面，利用4D 17点调制，发送具有+1、0、或者-1的符号电平的四个连续符号。仅使用81个信号星座点中的17种组合。

4D_17点星座
	+1+1+1+1
+1+1+1 -1
	+1+1 -1+1
+1+1 -1 -1
	+1 -1+1+1
+1 -1+1 -1
	+1 -1 -1+1
+1 -1 -1 -1
	0 0 0 0
-1 +1+1+1
	-1 +1+1 -1
-1 +1 -1+1
	-1 +1 -1 -1

-1 -1+1+1
	-1 -1+1 -1
-1 -1 -1+1
	-1 -1 -1 -1

表1

在本公开中，应当认识到，不需要将0000符号用于数据。在一种实施方式中，在空闲模式期间或者需要传递控制信号的任何时候可使用0000符号。在一个实例中，可将两个连续的4D 17点符号组合，从而产生17*17＝28个9星座点的总信号空间。在这些289个星座点之中，256个星座点可被分配用于数据(8位)，一个星座点可用于发送零(0000 0000)，并且32个星座点可用于控制信号。

图6示出了可用于生成4D 17点符号的调制器框图的实例。如示出的，每个数据字中的较低4位可用于映射4D 17点符号(a₃a₂a₁a₀)中的16个非零点的其中一个并且较高的4位用于映射第二符号(b₃b₂b₁b₀)。应当认识到，接收器将包括在对多维调制解码时对应于调制器的解调器。

当考虑多于两个的连续符号时，存在4D 17点符号的更多组合。组合符号可用于区分各种类型的数据、控制、或者空闲信号。

利用4D 17点调制，在静止周期(silent period)期间发送零符号。本公开的特征在于由于零是所定义的4D 17点信号星座的一部分，所以数据模式与空闲模式之间的转换是平稳的。

将认识到，可使用信号星座中具有零的其他调制格式。例如，可使用具有两个连续PAM3符号的2D 9点调制方案。此处，应当注意，2D 9点(或者2D PAM3)调制方案将具有与上述4D 17点调制方案相比降低的噪声抗扰度。

图7A示出了实例2D PAM3星座和相应的调制器框图。如示出的，00符号不用于数据。而是可在空闲模式期间或者需要传递控制信号的任何时候使用00符号。当将两个连续的2D PAM3符号组合时，产生9*9＝81个星座点的总信号空间。在这些81个星座点之中，64个点可被分配用于数据使用(6位)，一个星座点用来发送零(00 00)，并且16个以上的星座点可用于控制信号。

如图7A中的调制器框图所示出的，每个数据字(6位)中的较低3位用于映射2D PAM3符号(a₁a₀)中的8个非零点的其中一个，并且较高3位用于映射第二符号(b₁b₀)。

此处，应当注意，2D 9点星座的最小距离是4D 17点星座的最小距离的一半，从而降低了噪声抗扰度。当使用具有较大带宽的较短电缆时，大体上可实现4D 17点星座的附加噪声裕度(margin)。对于较长的电缆，具有较宽带宽的4D 17点星座的较高电缆损耗可降低噪声裕度。应注意，4D17点星座比2D 9点星座的传输带宽多50％。

当未发送任何数据时，PHY产生空闲信号。当链路上没有任何数据时，空闲信号可用于保持训练接收器。常规以太网技术提供连续的空闲信号。为了减少空闲模式期间的功率，节能以太网(EEE)系统可被配置为在较短时间(其后跟随较长的静止周期)内周期性地产生空闲信号。

图7B示出了实例2D PAM3星座和相应调制器框图的另一实施方式。如再次示出的，00符号不用于数据。如调制器框图所示的，3位用于映射2D PAM3符号中的8个非零点的其中一个。

图8示出了用于具有EEE能力的以太网系统中的具有刷新和静止周期的简化图。此处，应注意，尽管EEE格式提供低功率空闲(LPI)模式，然而，当测量对窄带设备的峰值干扰时，其不一定减少发射。

当测量在30MHz至1000MHz的频带中的发射时，用于汽车网络的标准发射测量使用100KHz分辨率带宽。具有100KHz带宽的测量滤波器将信号平均化(average)约10us。利用这种滤波器，在空闲模式期间测量的峰值发射对应于200us的刷新时间。在这种情况下，20ms的静止周期对于峰值发射不起作用。为了减少峰值发射，刷新和静止周期的完整循环需要小于10us。为了得到在较大带宽(例如，1MHz)上的较低发射，刷新周期理想地是甚至更短。

在本公开中，应认识到，可使用诸如上述的在静止周期期间发送零符号的那些的多维调制方案(例如，4D 17点调制)。本公开的特征在于由于零是所定义的信号星座的一部分，所以数据模式与空闲模式之间的转换是平稳的。

由于零是信号星座的一部分，所以接收器可被配置为自动地进入和转出低发射空闲(LEI)模式，而无需链路的两侧之间的进一步的协作。在一种实施方式中，接收器自适应在零符号到达时可自动地冻结(frozen，中断)并且在接收到非零符号时继续自适应。这允许如图7中示出的刷新信号的非常短的循环，而无需附加信令。

利用快速的刷新循环，在测量滤波器中有效地平均化信号能量。LEI模式期间的峰值发射通过如下来降低：

峰值发射降低(单位为dB)＝10*log(刷新_循环/刷新_时间)

对于图9中所示的实例分配，当在100KHz分辨率带宽上测量时，在空闲模式期间，峰值发射降低10*log(1us/50ns)＝13dB。如将理解的，本公开的原理并不取决于刷新循环和刷新时间的具体值。具体值选择可基于给定的实施方式而变化。

如果其充分短于测量带宽的倒数，则刷新循环被视为较快。该带宽表示可受信号发射影响的窄带设备的带宽。

来自信号星座的特殊未使用字可用于从数据模式至LEI模式以及从LEI模式至数据模式的转换。在使用4D 17点星座的实例中，可使用+1 -1+1 -1 0 0 0 0来指示至LEI模式的转换并且可使用0 0 0 0 -1 +1 -1 +1来指示从LEI模式至数据模式的转换。在2D 9点星座的实例中，可使用+1 -1 00来指示至LEI模式的转换，并且可使用0 0 -1 +1来指示从LEI模式至数据模式的转换。此处，应当注意，4D 17点星座和2D 9点星座中的实例的两个连续符号表示在数据模式中不使用的一个子和组合。

已经描述了使用具有高噪声抗扰度和LEI信令的多维调制方案的整体架构，现参考图10，其示出了实例过程的流程图。如图所示，该过程从其中PHY设备发送/接收一个或多个多维信号星座符号的序列的步骤1002开始。

如上所述，星座点的总信号空间可被划分成用于数据的第一子集、用于控制信号的第二子集、以及在空闲周期期间使用的零星座点。在步骤1004，所发送/接收的一个或多个多维信号星座符号的序列可用于指示需要从数据模式转换至空闲模式。

在步骤1004，当所接收/发送的一个或多个多维信号星座符号的序列并不指示需要转换至空闲模式时，则该过程将继续返回至其中发送/接收一个或多个多维信号星座符号的另外的序列的步骤1002。

在步骤1004，当所发送/接收的一个或多个多维信号星座符号的序列指示需要转换至空闲模式时，则PHY设备可实现至空闲模式的转换。在低功率状态下，PHY设备将随后在步骤1006发送/接收多维信号星座中的零星座点。如将认识到的，一个或多个多维信号星座符号的特定序列还可用于通知(signal)从空闲模式返回至数据模式的转换。

尽管LEI模式的主要目标之一是降低空闲模式期间的发射，然而，可以将数字和模拟模块设计成在发送或者接收零信号时消耗较少的功率。在该情景中，这种设计将确保在进入或者转出LEI模式时不会产生不稳定或者噪杂的转换。

如上所述，可产生具有EMC约束的多维调制方案，其提供非常高的噪声抗扰度以及PHY控制消息和LEI模式的实施所需的附加零星座点。显然，多维调制方案可被设计成使得其并不减小信号的最小欧式距离并且并不增加信号带宽。

应注意，如果包间间隙(IPG)小于刷新循环，则不需要刷新周期。对于全双工链路，可以在一个方向上存在连续的数据流量，而在另一方向上的数据流量较低。这可以例如是如果通过链路连接摄相机的情况。可在一个方向上使用LEI模式，而在另一方向上发送数据。

应注意，尽管以上描述包括4D 17点星座和2D 9点星座的实例，然而，这些实例并不旨在受限制。可使用包括上述本公开的特征的其他多维星座。

本公开的另一实施方式可提供一种机器和/或计算机可读存储器和/或介质，其具有存储在其上的机器代码和/或计算机程序(其具有由机器和/或计算机可执行的至少一个代码段)，从而使机器和/或计算机执行上述步骤。

上述很多特征和应用可被实施为软件过程，软件过程被指定为记录在计算机可读存储介质(可替代地，被称为计算机可读媒介、机器可读媒介、或者机器可读存储媒介)上的指令集合。当由一个或者多个处理单元(例如，一个或多个处理器、处理器的内核、或者其他处理单元)执行这些指令时，这些指令使处理单元执行指令中指示的动作。

本领域技术人员将认识到，本文中所描述的各种说明性方框、模块、元件、部件、方法、以及算法可被实施为电子硬件、计算机软件、或者其组合。为了示出硬件与软件的可交互性，上面已经就其功能整体描述了各个说明性方框、模块、元件、部件、方法、以及算法。该功能被实施为硬件还是软件取决于特定应用和对整个系统所施加的设计约束。对于每种特定的应用，技术人员可以不同方的式实施所描述的功能。在完全不背离主题技术的范围的情况下，可不同地布置各个部件和方框(例如，以不同的顺序布置、或者以不同方式分区)。

通过回顾之前的详细描述，本公开的这些方面以及其他方面将对本领域技术人员变得显而易见。尽管上面已经描述本公开的多个显著的特征，然而，在阅读本公开之后，能够以对本领域普通技术人员显而易见的各种方式实践和执行其他实施方式，因此，上述描述不应被视为排除其他实施方式。此外，应当理解，本文中所采用的措辞和术语仅出于描述的目的并且不应被视为限制。

Claims

1.一种方法，包括：

使用多维信号星座将数据从第一设备发送至第二设备；以及

在空闲模式期间将所述多维信号星座中的零星座点从所述第一设备发送至所述第二设备。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述多维信号星座中的不用于发送数据的星座点从所述第一设备发送至所述第二设备，以发送从数据模式转换至空闲模式的信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多维信号星座是四维17点信号星座。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多维信号星座是二维9点信号星座。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述多维信号星座中的非零星座点从所述第一设备发送至所述第二设备，以便于接收器的刷新。

6.一种方法，包括：

在第一设备处接收来自第二设备的一个或多个多维信号星座符号的序列；

基于所接收的一个或多个多维信号星座符号的序列识别从数据模式至空闲模式的转换，其中，所接收的一个或多个多维信号星座符号的序列包括所述多维信号星座中的不用于发送数据的星座点；以及

在所述空闲模式期间接收所述多维信号星座中的零星座点。

7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括在所述空闲模式期间冻结所述第一设备中的接收的自适应。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所接收的一个或多个多维信号星座符号的序列是两个或更多个多维信号星座符号。

9.一种设备，包括：

调制器，被配置为将数据分配给多维信号星座中的星座点；以及

发送器，被配置为在数据模式下利用被分配给数据的星座点将数据发送至接收器并且在空闲模式期间发送所述多维信号星座中的零星座点。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述调制器被配置为将用于从所述数据模式转换为空闲模式的控制信号分配给所述多维信号星座中的不用于发送数据的星座点。