CN107888322A - 以太网络物理层的解码方法与以太物理层电路 - Google Patents

Abstract

一种以太网络物理层的解码方法与以太物理层电路，所述解码方法包括以下步骤。经由连接缆线接收一接收信号。估计连接缆线的品质因数。依据品质因数决定解码方式解码接收信号。当解码方式为P抽头并行判决反馈解码方式，依据P抽头并行判决反馈解码方式对接收信号解码而产生的不正确次数，决定是否将P抽头并行判决反馈解码方式切换为(P+1)抽头并行判决反馈解码方式，其中P为大于等于0的整数。

Description

以太网络物理层的解码方法与以太物理层电路

【技术领域】

本发明是有关于一种解码技术，且特别是有关于一种以太网络物理层的解码方法与以太物理层电路。

【背景技术】

随着科技的发达，网络乃成为信息交换的必要配置。在各种不同的网络配置中，由于以太网络(Ethernet)具有取得容易、架设方便及传输速度快等特性，使得以太网络有关的设备蓬勃发展，其传输速率亦由10Mbps演进至100Mbps甚至1Gbps。为了满足业界对封包交换网络日益成长的需求，以太网络(Ethernet)技术也不断进化，像是超高速以太网络是被定义在IEEE 802.3标准中。在该多个新世代以太网络标准中，高速以太网络物理层(PHYLayer)电路与元件的研发无疑是关键的一环。

进一步来说，以太网络，例如10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T及更高速以太网络，使用非屏蔽双绞线(UTP)作为传输媒介。当连接速度变得更高时，基于一些限制因素，物理层(PHY)会变得更难设计。例如，有线通道中的符间干扰(ISI)、(近端或远端)通道串音、回音或热噪声。因此为了改善上列问题，以太网络物理层电路也持续的被改良与研发。像是，于十亿比特(gigabit)以太网络中，使用格状编码调变(Trellis-coded modulation，TCM)作为错误控制编码(ECC)。然而，在以太网络物理层中TCM解码器的设计中，若企图得到越佳的解码效能，则解码器可能因为硬件复杂度提升而导致功耗也增加。相反的，若企图降低解码器的功耗或硬件复杂度，则解码器的解码效能却可能因此降低。在硬件功耗与解码效能需要权衡取舍的现实考量下，以太网络物理层电路中TCM解码器的设计实为本领域技术人员所关心的重要议题之一。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供一种以太网络物理层的解码方法与以太物理层电路，其可依据连接缆线的通信品质适应性地决定解码方式，从而适时地降低以太网络物理层中解码器的功耗。

本发明的一实施例提供一种以太网络物理层的解码方法，所述方法包括下列步骤。经由连接缆线接收一接收信号。估计连接缆线的品质因数。依据品质因数决定解码方式解码接收信号。当解码方式为P抽头(P-tap)并行判决反馈解码方式，依据P抽头并行判决反馈解码方式对接收信号解码而产生的不正确次数，决定是否将P抽头并行判决反馈解码方式切换为(P+1)抽头((P+1)-tap)并行判决反馈解码方式，其中P为大于等于0的整数。

于本发明的一实施例中，上述的方法更包括下列步骤。当解码方式为硬式决策解码方式，利用硬式决策解码方式解码接收信号而获取解码信号，并输出解码信号。

于本发明的一实施例中，上述的依据P抽头并行判决反馈解码方式对接收信号解码而产生的不正确次数，决定是否将P抽头并行判决反馈解码方式切换为(P+1)抽头并行判决反馈解码方式的步骤包括下列步骤。判断P抽头并行判决反馈解码方式解码接收信号所产生的状态转移正确或不正确，以统计所述状态转移为不正确的不正确次数。当不正确次数大于门槛值，将P抽头并行判决反馈解码方式切换为(P+1)抽头并行判决反馈解码方式。

于本发明的一实施例中，上述的方法更包括下列步骤。当不正确次数不大于门槛值，输出利用P抽头并行判决反馈解码方式解码接收信号而产生的解码信号。

于本发明的一实施例中，上述的估计连接缆线的品质因数的步骤包括下列步骤。量测接收信号的信号特性。依据信号特性计算连接缆线的品质因数。

于本发明的一实施例中，上述的依据品质因数决定解码方式解码接收信号的步骤包括下列步骤。基于连接缆线的缆线类型，比对品质因数与至少一缆线特性临界值，以决定解码方式。

从另一观点来看，本发明的实施例提出一种以太物理层电路，其包括接收模块、缆线特性估测模块，以及一解码模块。接收模块经由连接缆线接收一接收信号，而缆线特性估测模块，估计连接缆线的品质因数。解码模块耦接接收模块与缆线特性估测模块，依据品质因数决定解码方式以解码接收信号。当解码方式为P抽头并行判决反馈解码，依据P抽头并行判决反馈解码对接收信号解码而产生的不正确次数，决定是否将P抽头并行判决反馈解码方式切换为(P+1)抽头并行判决反馈解码方式，其中P为大于等于0的整数。

基于上述，在本发明的一实施例中，作为信号传输媒介的连接缆线的品质因数可被估测出来，以太网络物理层电路中的解码模块可依据所述品质而适应性决定解码方式。另外，在初步决定解码方式之后，解码结果为异常状态的不正确次数也持续被检测，以借由调整并行判决反馈解码方式的抽头数而切换至最佳的解码方式。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

【附图说明】

图1是根据本发明的一实施例所绘示的以太网络物理层电路的示意图。

图2是根据本发明的一实施例所绘示的以太网络物理层电路的解码方法的流程图。

图3是根据本发明的一实施例所绘示的解码模块的方块示意图。

图4是根据本发明的一实施例所绘示的以太网络物理层电路的解码方法的流程图。

【符号说明】

100：以太网络物理层电路

200：连接缆线

110：接收模块

120：解码模块

130：缆线特性估测模块

121：选择器

122：硬式决策解码单元

123：串行式解码单元

123_1：决策反馈等化器

123_2：维特比解码器

124：并行反馈式解码单元

124_1：加法器

124_2：维特比解码器

124_3：决策反馈单元

124_4：尾部反馈等化器

125：解码检测单元

d1：接收信号

d2：解码进号

C1：品质因数

S201～S204、S410～S490：步骤

【具体实施方式】

现将详细参考本示范性实施例，在附图中说明所述示范性实施例的实例。另外，凡可能的处，在图式及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。

图1是根据本发明的一实施例所绘示的以太网络物理层电路的示意图。请参照图1，以太网络物理层电路100是用以连接至连接缆线200的实体连接介面。在本实施例中，以太网络物理层电路100可实做为千兆位物理层(gigabit physical layer)以太网络(ethernet)芯片。然而，在另一实施例中，以太网络物理层电路100也可是支援其他以太网络速度的实体连接介面。连接缆线200是实体连接线。例如，连接缆线200是用以传递信号的网络线。在本实施例中，连接缆线200的一端连接至以太网络物理层电路100，并且连接缆线200的另一端连接至其他网络装置。于本实施例中，以连接缆线200为非屏蔽双绞线(Twisted Pair)为例，4个通道组的传输媒介可各自为组成双绞线的两条传输缆线，而连接缆线200因此具有八条传输缆线。

在本实施例中，以太网络物理层电路100包括接收模块110、缆线特性估测模块130，以及解码模块120。接收模块110可连接此连接缆线200，而经由连接缆线200接收一接收信号d1。例如，接收模块110可通过一个实体插槽(未绘示)与连接缆线200连接，以接收上述接收信号d1。此外，接收模块110可对接收信号d1进行信号处理，例如接收模块110可将接收信号d1从模拟转成数字。在一实施例中，接收模块110可包括用以从连接缆线200收发信号的混合(hybird)电路、模拟前端(Analog Front End，AFE)电路、可程序增益放大器、基带漂移补偿电路、串音回音消除器，或模拟数字放大器等电路模块。

缆线特性估测模块130可依据接收信号d1的信号特性来估测连接缆线200中通道组的品质因数C1，并可将品质因数C1传送至解码模块120。解码模块120耦接接收模块110与缆线特性估测模块130，可依据品质因数C1决定解码方式以解码接收信号d1。以以太网络物理层电路100支援千兆位以太网络(gigabit Ethernet)标准为例，信号发送端将利用格状编码调变(Trellis-Coded Modulation，TCM)来进行编码，而本实施例的解码模块120将解码通过格状编码调变进行编码而产生的接收信号d1，以获取信号发送端企图传输的原始数据。

值得一提的是，解码模块120所使用的解码方式可基于连接缆线200的品质因数C1而决定，且解码模块120产生的解码结果还可被检测而决定是否切换为效能更高但功耗较大的解码方式。以下将进一步列举实施例以详细说明。

图2是根据本发明的一实施例所绘示的以太网络物理层电路的解码方法的流程图。请同时参照图1及图2，本实施例的方法适用于上述的以太网络物理层电路100，以下即搭配图1中以太网络物理层电路100的各项元件，说明本实施例方法的详细流程。

于步骤S201，接收模块110经由连接缆线200接收此接收信号d1。于步骤S202，缆线特性估测模块130估计连接缆线200的品质因数C1。于步骤S203，解码模块120依据品质因数C1决定用以解码接收信号d1的解码方式。于步骤S204，当解码方式为P抽头平行决策回馈解码(P-tap Parallel Decision Feedback Decoding，P-tapPDFD)方式，依据利用P抽头平行决策回馈解码方式进行解码的不正确次数，解码模块120决定是否将P抽头平行决策回馈解码方式切换为(P+1)抽头平行决策回馈解码((P+1)-tap PDFD)方式。其中，P为大于等于0的整数。

举例而言，假设P等于1的情况，解码模块120可依据品质因数C1决定解码方式为1抽头平行决策回馈解码(1-tap PDFD)方式。之后，解码模块120利用1-tap平行决策回馈解码对接收信号d1进行解码，与此同时，并统计利用1-tap平行决策回馈解码方式进行解码的不正确次数。接着，当解码模块120判断不正确次数过高时，解码模块120决定将1-tap平行决策回馈解码方式切换为2-tap平行决策回馈解码方式。

值得一提的是，于本发明的一实施例中，当传输缆线200的通道品质良好时，解码模块120还可基于品质因数C1决定使用硬式决策解码方式对接收信号d1进行解码。此外，当P等于0时，0-tap平行决策回馈解码方式可视为串行式解码方法。图3是根据本发明的一实施例所绘示的解码模块的方块示意图。请参照图3，解码模块120可包括选择器121、硬式决策解码单元122、串行式解码单元123、并行反馈式解码单元124，以及解码检测单元125。

硬式决策解码单元122可利用硬式决策(hard decision)解码方式对接收信号d1进行解码。串行式解码单元123包括决策反馈等化器(Decision Feedback Equalizer，DFE)123_1与维特比解码器123_2，并可利用串行式解码方法对接收信号d1进行解码。于此，串行式解码方法可视为0-tap平行决策回馈解码方式。并行反馈式解码单元124包括加法器124_1、维特比解码器124_2、尾部反馈等化器124_4，以及决策反馈单元(Decision FeedbackUnit，DFU)124_3，并可利用并行式解码方法对接收信号d1进行解码。于一实施例中，尾部反馈等化器124_4可将接收信号d1，并进行(N-P)混合并行反馈运算，再将运算后的结果通过加法器124_1传送至维特比解码器124_2。维特比解码器124_2再将运算后的结果传送至解码检测单元。上述的N可为总后径个数，在一实施例中，N等于14。于此，并行式解码方法可以为抽头(tap)数目大于1的平行决策回馈解码方式。

于本实施例中，选择器121依据品质因数C1而决定将接收信号d1传送至硬式决策解码单元122、串行式解码单元123，或并行反馈式解码单元124。选择器121例如可利用品质因数C1进行查表，而决定将接收信号d1传送至硬式决策解码单元122、串行式解码单元123，或并行反馈式解码单元124。当解码方式为硬式决策解码方式，硬式决策解码单元122利用硬式决策解码方式解码接收信号d1而获取解码信号d2，并输出解码信号d2。

另一方面，当解码方式为串行式解码方法，串行式解码单元123利用0-tap平行决策回馈解码方式解码接收信号d1而获取解码信号d2，并输出解码信号d2。当解码方式为并行式解码方法，并行反馈式解码单元124利用抽头(tap)数目大于1的平行决策回馈解码方式解码接收信号d1而获取解码信号d2，并输出解码信号d2。

值得一提的是，解码检测单元125可接收串行式解码单元123输出的解码结果或并行反馈式解码单元124输出的解码结果，解码检测单元125可检测解码结果是否发生异常。于一实施例中，解码检测单元125可通过检测解码输出的状态转移正确或不正确，而进一步判定解码结果是否发生异常。当解码检测单元125确认串行式解码单元123输出的解码结果或并行反馈式解码单元124输出的解码结果发生异常，解码检测单元125可通过控制选择器122或并行反馈式解码单元124中的决策反馈单元(DFU)124_3来将P抽头并行判决反馈解码方式切换为(P+1)抽头并行判决反馈解码方式。然而，须特别说明的是，图3所示的实施例仅为示范性说明，并非用以限制本发明。关于解码模块120之内部电路设计可是实际应用与酌以变更调整。

图4是根据本发明的一实施例所绘示的以太网络物理层电路的解码方法的流程图。此外，图4的范例实施例中的各步骤/各流程例如可以搭配图2至图3的范例实施例来使用，但本发明并不限制于此。

于步骤S410，经由连接缆线接收一接收信号。于一实施例中，所述接收信号可包括经由连接缆线所传输的四路中的任一路信号。于步骤S420，估计连接缆线的品质因数。步骤S420可分为子步骤S421～S423而实施。于步骤S421，取得连接缆线的缆线类型。上述的缆线类型可以是五类线(Category 5，cat5)、超五类线(Enhanced Category 5，cat5e)，六类线(Category 6，cat6)等等，但本发明对此不限制。于一实施例中，可通过设计人员外部手动配置连接缆线的缆线类型。另外，于步骤S422，量测接收信号的信号特性，以及依据信号特性计算连接缆线的品质因数。于一实施例中，接收信号的信号特性可以是接收信号的峰均比(peak-to-average ratio)，并可通过式(1)计算连接缆线的品质因数。

品质因数＝coef_A*papr²+coef_B*papr+coef_C 式(1)

其中，papr代表经量测而取得的接收信号的峰均比，coef_A、coef_B、coef_C代表预先储存于寄存器的系数。之后，于步骤S423，依据缆线类型进行查表而决定至少一缆线特性临界值。于步骤S430，基于连接缆线的缆线类型，比对品质因数与至少一缆线特性临界值，以决定解码方式。举例而言，表1为依据本发明一实施例可用以决定缆线特性临界值的查找表(look-up table，LUT)。

表1

从表1的范例可知，当连接缆线的缆线类型为五类线时，可通过查表获取三个缆线特性临界值L1、L2、L3的数值分别为20、40、70。然，表1仅为示范性说明，并非用以限定本发明。

因此，通过比较基于峰均比而得的品质因数与缆线特性临界值L1、L2、L3，以太网络物理层电路所使用的解码方式可据以决定。表2为依据本发明一实施例所列举的依据品质因数与缆线特性临界值决定解码方式的范例。然，表2仅为示范性说明，并非用以限定本发明。

表2

于步骤S440，判断解码方式是否为P抽头平行决策回馈解码方式。若步骤S440判断为否，代表解码方式为硬式决策解码方式。于是，于步骤S490，输出利用硬式决策解码方式解码接收信号而产生的解码信号。若步骤S440判断为是，于步骤S450，当解码方式为P抽头平行决策回馈解码方式，判断P抽头并行判决反馈解码方式解码接收信号所产生的状态转移正确或不正确，以统计状态转移为不正确的不正确次数。

于一实施例中，由于以太网络物理层是利用卷积码进行编码，因此解码结果中的状态转移有特定的规则。详细来说，以3比特的码长度为例，解码结果中下一状态的第一比特与当前状态的最末一比特相同。例如，当前状态‘101’的下一状态必定为‘1XX’，而当前状态‘110’的下一状态必定为‘0XX’。也就是说，属于偶状态的当前状态的下一状态必定为‘000’、‘001’、‘010’、‘011’其中之一。属于奇状态的当前状态的下一状态必定为‘100’、‘101’、‘110’、‘111’其中之一。因此，当解码结果中的状态转移不符合此规则时，代表解码接收信号所产生的状态转移为不正确。借由统计状态转移为不正确的不正确次数，可得知当前的解码方式的效能是良好或不佳。

基此，于步骤S460，判断不正确次数是否大于门槛值。若步骤S460判断为是，于步骤S470，输出利用P抽头并行判决反馈解码方式解码接收信号而产生的解码信号。若步骤S460判断为否，于步骤S480，将P抽头并行判决反馈解码方式切换为(P+1)抽头并行判决反馈解码方式。之后，回到步骤S450，继续判断解码接收信号所产生的状态转移正确或不正确，以统计状态转移为不正确的不正确次数。

综上所述，在本发明的一实施例中，可借由估计连接缆线的品质因数来挑选适当的解码方式，并进一步通过检测解码结果而适应性决定是否缺切换解码方式。换言之，以太网络物理层电路所使用解码方式可依据连接缆线的通信品质而弹性调整。如此，于连接缆线的通信品质佳的情况中，可在解码效能符合期望的条件下使用耗能较低的解码方式进行解码。但是，于连接缆线的通信品质较差的情况中，还是可以切换成使用解码效能高的解码方式来进行解码。除此之外，本发明的一实施例中，若检测到解码结果发生异常时，也可以切换成使用解码效能高的解码方式来进行解码。因此，本发明可在各种不同的环境中同时考量到耗能与解码效能而弹性地使用最佳的解码方式。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，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，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (12)

1.一种以太网络物理层的解码方法，其特征在于，所述方法包括：

经由一连接缆线接收一接收信号；

估计该连接缆线的一品质因数；

依据该品质因数决定一解码方式解码该接收信号；以及

当该解码方式为一P抽头并行判决反馈解码方式，依据该P抽头并行判决反馈解码方式对该接收信号解码而产生的一不正确次数，决定是否将该P抽头并行判决反馈解码方式切换为一(P+1)抽头并行判决反馈解码方式，其中P为大于等于0的整数。

2.根据权利要求1所述的以太网络物理层的解码方法，其特征在于，更包括：

当该解码方式为一硬式决策解码方式，利用该硬式决策解码方式解码该接收信号而获取一解码信号；以及

输出该解码信号。

3.根据权利要求1所述的以太网络物理层的解码方法，其特征在于，其中依据该P抽头并行判决反馈解码方式对该接收信号解码而产生的该不正确次数，决定是否将该P抽头并行判决反馈解码方式切换为该(P+1)抽头并行判决反馈解码方式的步骤包括：

判断该P抽头并行判决反馈解码方式解码该接收信号所产生的状态转移正确或不正确，以统计所述状态转移为不正确的一不正确次数；以及

当该不正确次数大于一门槛值，将该P抽头并行判决反馈解码方式切换为该(P+1)抽头并行判决反馈解码方式。

4.根据权利要求3所述的以太网络物理层的解码方法，其特征在于，更包括：

当该不正确次数不大于该门槛值，输出利用该P抽头并行判决反馈解码方式解码该接收信号而产生的一解码信号。

5.根据权利要求1所述的以太网络物理层的解码方法，其特征在于，其中估计该连接缆线的该品质因数的步骤包括：

量测该接收信号的信号特性；以及

依据该信号特性计算该连接缆线的该品质因数。

6.根据权利要求5所述的以太网络物理层的解码方法，其特征在于，其中依据该品质因数决定该解码方式解码该接收信号的步骤包括：

基于该连接缆线的一缆线类型，比对该品质因数与至少一缆线特性临界值，以决定该解码方式。

7.一种以太物理层电路，其特征在于，所述以太物理层电路包括：

一接收模块，经由一连接缆线接收一接收信号；

一缆线特性估测模块，估计该连接缆线的一品质因数；

一解码模块，耦接该接收模块与该缆线特性估测模块，依据该品质因数决定一解码方式以解码该接收信号，

其中当该解码方式为一P抽头并行判决反馈解码，依据该P抽头并行判决反馈解码对该接收信号解码而产生的一不正确次数，决定是否将该P抽头并行判决反馈解码方式切换为一(P+1)抽头并行判决反馈解码方式，其中P为大于等于0的整数。

8.根据权利要求7所述的以太物理层电路，其特征在于，其中当该解码方式为一硬式决策解码方式，该解码模块利用该硬式决策解码方式解码该接收信号而获取一解码信号，以及输出该解码信号。

9.根据权利要求7所述的以太物理层电路，其特征在于，其中该解码模块判断该P抽头并行判决反馈解码方式解码该接收信号所产生的状态转移正确或不正确，以统计所述状态转移为不正确的该不正确次数，

其中当该不正确次数大于一门槛值，该解码模块将该P抽头并行判决反馈解码方式切换为该(P+1)抽头并行判决反馈解码方式。

10.根据权利要求9所述的以太物理层电路，其特征在于，其中当该不正确次数不大于该门槛值，该解码模块输出利用该P抽头并行判决反馈解码方式解码该接收信号而产生的一解码信号。

11.根据权利要求7所述的以太物理层电路，其特征在于，其中该缆线特性估测模块量测该接收信号的信号特性，以及依据该信号特性计算该连接缆线的该品质因数。

12.根据权利要求11所述的以太物理层电路，其特征在于，其中该解码模块基于该连接缆线的一缆线类型，比对该品质因数与至少一缆线特性临界值，以决定用以解码该接收信号的该解码方式。