CN110138507A - 使用有限重传从差动干扰中快速恢复 - Google Patents

使用有限重传从差动干扰中快速恢复 Download PDF

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Abstract

一种用于快速减轻严重差动干扰的方法和系统，包括通过差分通信信道耦合到第二收发器的收发器。当没有严重的差动干扰时，收发器将重传前的分组丢失率保持在1％以下。有限资源重传模块(LRRM)为延迟传输存储以高于500Mbps的数据速率在小于1毫秒期间累积的最大错误分组量。在距离接收到严重差动干扰已发生的指示不到1ms内，快速自适应模式转换消除器(FA‑MCC)减轻严重差动干扰的影响，使效果达到使得通信系统以高于500Mbps的速率成功传输数据的水平。

Description

使用有限重传从差动干扰中快速恢复
本申请为2017年01月24日提交的、申请号为201780013595.6、发明名称为“快速自适应数字消除器”的申请案的分案申请。
背景技术
差分信令是在两个导体(例如成对的导线)上传输具有两个互补信号的信息的方法。差分信号通常会改善对电磁干扰(EMI)的抵抗力，因为信息是通过导线上的电压之间的差传递的。然而，如果两个导体之间存在不平衡或不对称，即使两个导体被差动驱动，也可能出现共模分量。在电缆上存在共模电流并不会固有地降低差分信令的完整性，但是如果能量可以从共模转移到差模，则共模电流可以成为显著干扰信号，在已知现象中作为模式转换或模式耦合。
模式转换可导致显著的性能下降。虽然内部干扰源通常为链路伙伴所知，并且可以利用消除器和均衡器有效地减轻，但是模式转换干扰在其发生之前是未知的，因此给实现高带宽通信系统的期望性能带来了困难。链路伙伴已知的这种内部干扰源的示例包括符号间干扰(ISI)、回声、远端串扰(FEXT)和近端串扰(NEXT)。
发明内容
在一个实施例中，收发器包括：耦合到差分通信信道的接收器模拟前端(Rx-AFE)和共模传感器AFE(CMS-AFE)，差分通信信道耦合到第二收发器；CMS-AFE被配置为提取接收的差分信号的共模信号的数字表示，并将其转发到快速自适应模式转换消除器(FA-MCC)，其被配置为生成补偿信号以减轻差动干扰；Rx-AFE被配置为将接收的差分信号馈送到以下中的至少一个：数字均衡器和数字消除器(DEDC)；响应于接收到已发生严重差动干扰的指示，收发器被配置为向第二收发器指示发送已知数据；并且收发器被配置为利用已知数据来提高其限幅错误的准确性，这使得能够使FA-MCC快速自适应到将严重的差动干扰减轻到使重传模块能够足够快地请求重传错误的分组、以在2毫秒的窗口内保持固定的数据传输速率的程度的水平。
可选地，固定的数据传输速率是指小于以下值之间的差的2％：(i)在严重差动干扰发生前100微秒结束的第一2毫秒窗口期间通过信道成功传输的第一数量的唯一数据，以及(ii)在与第一窗口相邻的第二2毫秒窗口期间通过信道成功传输的第二数量的唯一数据。可选地，固定的数据传输速率是指小于以下值之间的差的1％：(i)在发生严重差动干扰之前50微秒结束的第一500微秒窗口期间通过信道成功传输的第一数量的唯一数据，(ii)在与第一窗口相邻的第二500微秒窗口期间通过信道成功传输的第二数量的唯一数据。可选地，数字均衡器是自适应数字均衡器，数字消除器是自适应数字消除器，DEDC包括自适应数字均衡器和自适应数字消除器(ADEC)。可选地，FA-MCC和ADEC被配置为重建原始发送信号(ROS)的表示，并且将ROS馈送到限幅器，该限幅器被配置为向物理编码子层(PCS)馈送限幅符号；PCS被配置为从限幅符号中提取比特流，并且馈送链路层组件，该链路层组件被配置为将限幅符号解析成分组；链路层组件包括重传模块。可选地，差分通信信道的参数不是完全已知的，并且收发器被配置为在没有严重的差动干扰时以第一分组丢失率操作；并且其中差分通信信道有时会遭受严重的差动干扰，该差动干扰将收发器的分组丢失率增加到第二分组丢失率，该第二分组丢失率是第一分组丢失率的至少十倍。可选地，严重的差动干扰是由共模信号的模式转换引起的，并且在遭受严重的差动干扰时，收发器不能满足其预期的性能。可选地，FA-MCC还被配置为在短时间内收敛，使得响应于严重差动干扰的重传仍然使收发器能够在低于1毫秒的分组延迟变化内转发分组。可选地，FA-MCC还被配置为在短时间内收敛，使得响应于严重差动干扰的重传仍然使收发器能够在低于50微秒的分组延迟变化内转发分组。可选地，响应于接收到已发生严重差动干扰的指示，FA-MCC将其自适应步长(ADSS)增加至少50％，以便快速减轻严重差动干扰的影响。可选地，FA-MCC还被配置为在消除严重差动干扰的影响之后减小其ADSS。
在另一实施例中，一种方法包括：提取由收发器发送的接收差分信号的共模信号的数字表示，并通过快速自适应模式转换消除器(FA-MCC)生成补偿信号以减轻差动干扰；将接收的差分信号馈送到以下中的至少一个：数字均衡器和数字消除器(DEDC)；其中FA-MCC和DEDC供给限幅器；响应于接收到已发生严重差动干扰的指示，指示收发器发送已知数据；利用所接收的已知数据来提高限幅器错误的准确性，这使得FA-MCC能够快速自适应到减轻严重差动干扰的水平，并且能够足够快地请求重传错误分组以在2毫秒窗口内维持固定的数据传输速率。
可选地，固定的数据传输速率是指小于以下值之间的差的2％：(i)在发生严重差动干扰之前100微秒结束的第一2毫秒窗口期间成功发送的第一数量的唯一数据，和(ii)在与第一窗口相邻的第二2毫秒窗口期间成功发送的第二数量的唯一数据。可选地，固定的数据传输速率是指小于以下值之间的差的1％：(i)在发生严重差动干扰之前50微秒结束的第一500微秒窗口期间成功传输的第一数量的唯一数据，并且(ii)在与第一窗口相邻的第二500微秒窗口期间成功发送的第二数量的唯一数据。可选地，该方法还包括当没有严重的差动干扰时以第一分组丢失率工作，并且响应于严重差动干扰的发生，将分组丢失率增加到至少为第一分组丢失率的十倍的第二分组丢失率。可选地，FA-MCC在短时间内收敛，使得响应于严重差动干扰的重传仍然能够在低于200微秒的分组延迟变化内进行数据传输。可选地，响应于接收到已经发生严重差动干扰的指示，将FA-MCC的自适应步长(ADSS)增加至少50％，以便快速地减轻严重差动干扰的影响。可选地，该方法还包括在FA-MCC减轻严重差动干扰的影响之后减少ADSS。
在又一个实施例中，收发器被配置为帮助第二收发器从第二收发器的操作点的质量下降中快速恢复，该收发器包括：接收器，被配置为从第二收发器接收发送已知数据的指示；其中利用已知数据使第二收发器能够在不到1毫秒的时间内从质量下降中恢复；发送器，被配置为发送已知数据；其中，已知数据包括空闲序列的按位补码码字，并且每个按位补码码字出现在空闲序列中；发送器还被配置为在从开始发送已知数据的时刻起小于1毫秒内并且在发送数据帧之前发送空闲序列。
可选地，基于由收发器的加扰器生成的序列来确定空闲序列。可选地，至少50％的已知数据是收发器的加扰器的按位补码码字。可选地，收发器还包括重传模块，被配置为发送在第二收发器尚未从共模信号的模式转换恢复时不能发送的分组。可选地，质量下降由共模信号的模式转换产生，并且在遭受质量下降的同时第二收发器不满足其预期性能。
在又一个实施例中，一种用于从操作点中的质量下降中快速恢复的方法，包括：由接收器从收发器接收发送已知数据的指示；其中利用已知数据使收发器能够在不到1毫秒的时间内从收发器操作点的质量下降中恢复；由发送器发送已知数据；其中，已知数据包括空闲序列的按位补码码字，并且每个按位补码码字出现在空闲序列中；并且在从开始发送已知数据的时刻起小于1毫秒内并且在发送数据帧之前由发送器发送空闲序列。
可选地，该方法还包括基于发送器的加扰器的序列来确定空闲序列。可选地，该方法还包括发送在收发器尚未从共模信号的模式转换恢复时不能发送的分组。
在又一个实施例中，第一收发器被配置为帮助第二收发器从严重干扰中快速恢复，第一收发器包括：接收器、发送器和缓冲器；发送器被配置为通过差分通信信道以高于100兆比特每秒(Mbps)的固定数据速率将正在进行的数据发送到第二收发器；接收器被配置为从第二收发器接收指示第二收发器正在经历严重干扰的指示；响应于接收到该指示，发送器被配置为降低其向第二收发器发送数据的数据速率；从而降低数据速率提高了第二收发器的信噪比，使第二收发器能够在不到1毫秒的时间内从严重干扰中恢复；缓冲器被配置为存储在数据速率降低时发送器无法传输的过量数据；发送器还被配置为将其数据速率增加到使其能够在从降低数据速率的时刻起不到1毫秒内以固定数据速率发送存储的过量数据和正在进行的数据的水平。
可选地，第一收发器被配置为以高于1千兆位/秒(Gbps)的固定数据速率进行发送，并且严重干扰是严重的共模到差模干扰。可选地，第一收发器至少部分地在具有有限资源的集成电路(IC)上实现，并且缓冲器具有足以存储在第一收发器的最高通信速率下发送的高达100微秒的业务量的容量。可选地，第一收发器还用于从第二收发器接收增加数据速率的指示。可选地，固定数据速率是指小于以下值之间的差的2％：(i)在严重干扰之前100微秒结束的第一2毫秒窗口期间通过差分通信信道成功传输的第一数量的唯一数据，(ii)在与第一窗口相邻的第二2毫秒窗口期间通过差分通信信道成功发送的第二数量的唯一数据。
在又一个实施例中，一种用于从严重干扰中快速恢复的方法，包括：通过差分通信信道向收发器以高于100兆比特每秒(Mbps)的固定数据速率发送正在进行的数据；接收器从收发器接收指示收发器正在经历严重干扰的指示；响应该指示，降低发送器发送的数据速率；其中降低的数据速率改善了收发器的信噪比，使收发器能够在不到1毫秒的时间内从严重干扰中恢复；存储在降低数据速率期间无法发送的过量数据；并且将发送器发送的数据速率提高到使其能够在从降低数据速率的时刻起不到1毫秒内以固定数据速率发送存储的过量数据和正在进行的数据的水平。
可选地，该方法还包括从收发器接收增加数据速率的指示。
在又一个实施例中，一种收发器，被配置为利用动态编码进行快速恢复，包括：数字消除器，其经由快速自适应模式转换消除器(FA-MCC)耦合到接收器模拟前端(Rx-AFE)和共模传感器AFE(CMS-AFE)；Rx-AFE和CMS-AFE耦合到差分通信信道，该差分通信信道耦合到第二收发器；响应于接收到已发生严重差动干扰的指示，速率控制器被配置为：命令第二收发器将分组的码率降低至少50％，并且更新FA-MCC关于码率的降低；响应于被告知码率的降低，FA-MCC被配置为将其自适应步长(ADSS)增加至少50％，以便在不到1毫秒内减轻严重差动干扰的影响；在减轻严重差动干扰的影响之后，速率控制器被配置为：命令第二收发器增加码率，并且更新FA-MCC关于码率的增加；并且FA-MCC还被配置为在减轻严重差动干扰的影响之后减小其ADSS。
可选地，FA-MCC被配置为在小于100微秒内减轻严重差动干扰的影响。可选地，FA-MCC还被配置为利用大ADSS，其能够在小于20微秒内减轻严重差动干扰的影响并且将收发器的分组丢失率恢复到第一分组丢失率。可选地，FA-MCC还被配置为在从增加码率的10毫秒内将ADSS减小至少50％。可选地，差分通信信道的参数不是完全已知的，并且当没有严重的差动干扰时，期望收发器以第一分组丢失率工作；差分通信信道不时遭受严重的差动干扰，该干扰将收发器的分组丢失率提高到第二分组丢失率，该第二分组丢失率至少是第一分组丢失率的十倍；并且消除严重差动干扰的影响导致收发器返回到第一分组丢失率。可选地，速率控制器还被配置为命令第二收发器进一步增加码率，直到第二收发器返回到在检测到严重差动干扰之前使用的码率。可选地，数字消除器被配置为馈送限幅器，该限幅器被配置为将量化结果馈送到物理编码子层(PCS)；并且PCS被配置为从量化结果中提取分组。可选地，速率控制器还用于更新数字消除器和限幅器关于码率的降低；并且在减轻严重差动干扰的影响之后，速率控制器还被配置为更新数字消除器和限幅器关于码率的增加。可选地，收发器还包括重传模块，被配置为基于PCS提取的分组，请求重传有错误的分组；其中，FA-MCC被配置为在小于500微秒内减轻严重差动干扰的影响，并且重传模块被限制为支持在500微秒期间接收的分组的高达100％的重传。可选地，发生严重差动干扰的指示基于从PCS接收的以下值的一个或多个：丢失分组的百分比、丢失分组的速率、丢失和成功接收分组的函数、与检测到的差动干扰成比例的分数、与由限幅器提供的限幅错误成比例的分数、以及与PCS检测到的错误数量成比例的分数。可选地，速率控制器对限幅器的更新包括对限幅器的指示，以将其限幅器函数改变为适合于降低的码率的限幅函数。可选地，速率控制器被配置为命令第二收发器将分组的码率降低至少90％。可选地，使用脉冲幅度调制(PAM)调制分组，并且速率控制器命令第二收发器从使用PAM16切换到PAM4，直到FA-MCC消除严重差动干扰的影响。可选地，丢弃在码率降低时由于带宽不足而不能发送的至少一个分组，而不尝试延迟传输或重传；并且其中，所述至少一个丢弃的分组包括视频像素数据，并且不包括视频控制。
在又一个实施例中，一种利用动态编码实现快速恢复的方法，包括：响应于接收到第一收发器遭受严重差动干扰的指示，命令第二收发器将发送到第一收发器的分组的码率减少至少50％；响应于由第一收发器中包括的快速自适应模式转换消除器(FA-MCC)接收关于码率降低的指示，将FA-MCC的自适应步长(ADSS)增加至少50％；其中，增加ADSS使得FA-MCC能够在小于1毫秒内减轻严重差动干扰的影响；在减轻严重差动干扰的影响之后：命令第二收发器增加码率，并更新FA-MCC关于码率的增加；并且在减轻严重差动干扰的影响之后减少FA-MCC的ADSS。
可选地，FA-MCC利用大ADSS使其能够在小于100微秒内减轻严重差动干扰的影响并将收发器的分组丢失率恢复到第一分组丢失率。可选地，FA-MCC在从增加码率的时间起的10毫秒内将ADSS降低至少50％。可选地，该方法还包括命令第二收发器进一步增加码率，直到返回到在检测到严重差动干扰之前使用的码率。可选地，第一收发器遭受严重差动干扰的指示基于从第一收发器中包括的物理编码子层(PCS)接收的以下值的一个或多个：丢失分组的百分比、丢失分组的速率、丢失和成功接收分组的函数、与检测到的差动干扰成比例的分数、与由限幅器提供的限幅错误成比例的分数、以及与PCS检测到的错误数量成比例的分数。
在又一实施例中，一种被配置为从共模干扰的模式转换中快速恢复的收发器，包括：限幅器，被配置为基于以高于500Mbps的速率发送的差分信号生成限幅决策和限幅错误，该差分信号是从第二收发器接收的；共模传感器模拟前端(CMS-AFE)，被配置为感测差分信号的共模分量；CMS-AFE耦合到快速自适应模式转换消除器(FA-MCC)，其被配置为生成补偿与共模分量相关的差动干扰的补偿信号；并且在发生由于模式转换导致分组丢失超过10％的差动干扰的不到1毫秒内，收发器被配置为利用限幅错误使FA-MCC适应将分组丢失率降至1％以下的水平。
可选地，收发器还包括接收器模拟前端(Rx-AFE)，其被配置为接收差分信号，并将其馈送到包括以下中的至少一个的模块：均衡器和消除器；其中模块产生均衡信号。可选地，在导致分组丢失率超过10％的差动干扰发生后，收发器被配置为指示第二收发器降低传输数据的速率，以提高收发器的检测率，从而提高限幅错误的准确度，使FA-MCC能够在不到1毫秒的时间内快速自适应。可选地，收发器在具有有限资源的集成电路上实现；第二收发器包括有限大小的缓冲器，其容量足以存储在以最高传输速率发送持续不超过40,000个符号的周期时发送的所有分组。可选地，在由于模式转换导致分组丢失率超过50％的差动干扰发生的不到100微秒内，收发器被配置为利用限幅错误来使FA-MCC适应到将分组丢失率降低到1％以下的水平。
在又一个实施例中，一种用于实现从共模干扰的模式转换的快速恢复的方法，包括：通过限幅器，基于以高于500Mbps的速率发送的差分信号产生限幅决策和限幅错误，该差分信号从收发器接收；通过共模传感器模拟前端(CMS-AFE)感测差分信号的共模分量；通过耦合到CMS-AFE的快速自适应模式转换消除器(FA-MCC)产生补偿信号，该补偿信号补偿与共模分量相关的差动干扰；并且在发生差动干扰的不到1毫秒内，这导致模式转换导致的分组丢失率超过10％，利用限幅错误使FA-MCC适应将分组丢失率降低到低于1％的水平。
可选地，在发生导致分组丢失率超过10％的差动干扰之后，指示收发器降低传输数据的速率以提高限幅错误的准确性，这使得能够在不到1毫秒的时间内完成FA-MCC的快速自适应。可选地，利用限幅错误将FA-MCC适应到将分组丢失率降低到1％以下的水平发生在从导致分组丢失率超过10％的差动干扰的发生起不到100微秒内。
在又一个实施例中，一种被配置为以高于500Mbps的速率发送数据的通信系统，包括：通过差分通信信道耦合到第二收发器的收发器；该收发器被配置为在没有严重的差动干扰时保持重传前的分组丢失率低于1％；因此，差分通信信道有时会遭受严重的差动干扰，导致分组丢失率超过5％；有限资源重传模块(LRRM)，被配置为在延迟传输时存储在小于1毫秒期间以高于500Mbps的数据速率累积的最大错误分组量；在接收到严重差动干扰已发生的指示后不到1毫秒内，配置快速自适应模式转换消除器(FA-MCC)以减轻严重差动干扰的影响，使效果达到使通信系统能够以高于500Mbps的速率成功传输数据的水平。
可选地，FA-MCC还被配置为在短时间收敛，使得响应于严重差动干扰的重传仍然使收发器能够在短于500微秒的预定分组延迟变化内转发分组。可选地，FA-MCC被配置为通过将其自适应步长(ADSS)增加至少50％来在小于100微秒内减轻严重差动干扰的影响。可选地，LRRM被配置为存储在最大吞吐量下在小于20微秒期间累积的最大错误分组量。可选地，LRRM在具有有限资源的集成电路(IC)上实现，该集成电路不能支持在FA-MCC减轻严重差动干扰的影响期间接收的超过300％的分组的重传。可选地，收发器包括耦合到接收器模拟前端(Rx-AFE)和共模传感器AFE(CMS-AFE)的数字消除器；Rx-AFE和CMS-AFE被耦合到不完全已知的差分通信信道。可选地，数字消除器被配置为馈送限幅器，该限幅器被配置为将量化结果馈送到物理编码子层(PCS)；PCS被配置为从量化结果中提取分组数据；重传模块还被配置为接收分组数据，并根据分组数据请求重传有错误的分组。可选地，FA-MCC还被配置为从在LRRM完成重传在FA-MCC取消严重的差动干扰的影响所花费的时间期间丢失的有错误的分组的时间起1秒内将其自适应步长减小至少50％。可选地，数据包括与以下中的一个或多个相关的信息：分组报头、分组有效载荷和分组尾部。
在又一个实施例中，一种用于快速减轻严重差动干扰的方法，包括：通过差分通信信道以高于500Mbps的速率从第二收发器向第一收发器发送数据；其中，当没有严重的差动干扰时，第一收发器保持重传前的分组丢失率低于1％；因此，差分通信信道有时会遭受严重的差动干扰，导致分组丢失率超过5％；存储和重传在小于1毫秒内以500Mbps以上的数据速率累积的最大错误分组量；并且在距离接收到严重差动干扰已发生的指示不到1毫秒的时间内，利用快速自适应模式转换消除器(FA-MCC)减轻严重差动干扰的影响，并使效果达到使第二收发器能够以高于500Mbps的速率成功传输数据的水平。
可选地，严重的差动干扰导致分组丢失率超过20％，并且还包括在短时间内收敛FA-MCC，使得响应于严重差动干扰的重传仍然使收发器能够以小于100微秒的延迟变化转发分组。可选地，该方法还包括通过将FA-MCC的自适应步长(ADSS)增加至少50％，在小于100微秒内由FA-MCC减轻严重差动干扰的影响；然后在从增加ADSS的时间起的1秒内将FA-MCC的ADSS降低至少50％。
附图说明
这里，参考附图仅通过示例的方式描述了实施例。没有尝试比对实施例的基本理解所必需的更详细地示出实施例的结构细节。在附图中：
图1A示出了快速收敛的收发器的一个实施例；
图1B示出了快速收敛的收发器的替代实施例；
图1C示出了利用已知数据进行快速收敛的模式转换消除器的一个实施例；
图1D示出了帮助第二收发器从质量下降中快速恢复的收发器的一个实施例；
图2A示出了在差分通信信道上操作的通信系统的一个实施例，该差分通信信道可能遭受严重的共模到差模干扰；
图2B示出了在差分通信信道上操作的通信系统的另一实施例，该差分通信信道可能遭受严重的共模到差模干扰；
图3A示出了在差分通信信道上操作的通信系统的又一实施例，该差分通信信道可能遭受严重的共模到差模干扰；和
图3B示出了帮助第二收发器从严重干扰中快速恢复的第一收发器。
具体实施方式
图1A示出了快速收敛的收发器的一个实施例。收发器100包括以下元件：共模传感器模拟前端(CMS-AFE 710)、快速自适应模式转换消除器(FA-MCC 712)、接收器模拟前端(Rx-AFE 716)、自适应数字均衡器和消除器(ADEC 718)、限幅器735(包括软决策元件730、选择器732和错误生成器734)、物理编码子层(PCS 740)、链路层742、控制器752、选择器750、发送器PCS(Tx PCS 760)、发送器数字采样器(Tx dig smp 762)和发送器AFE(Tx AFE764)。
软决策730通过对原始发送信号728的重构表示进行限幅来做出决策。在一个实施例中，当差动干扰的水平太高时，这在本文中称为严重的差动干扰(为了简洁起见这里也可以称之为“严重干扰”)，软决策单元730做出准确判定的能力可能不够好，和/或收发器100的收敛时间可能太长。因此，控制器752可以请求收发器102发送已知数据，并且还配置选择器732以输出从PCS 740接收的已知决策，而不是从软决策元件730接收的可能不正确的决策。作为配置选择器732以输出已知决策的结果，错误生成器734能够基于原始发送信号728的重建表示和从PCS 740接收的已知决策741产生正确的错误。正确的错误使ADEC 718和FA-MCC 712快速收敛，因为它们的收敛速度是错误的噪声的函数，因此接收正确的错误可以加速它们的收敛。使用已知决策741还减少了ADEC 718的错误传播，因为正确的决策通过线719从选择器732馈送到ADEC 718。因此，通过注入已知决策741而具有正确的错误支持快速自适应，减少了错误传播。并且，即使差分通信信道遭受严重的差动干扰，也能使收发器100进入稳定状态。发送已知数据的示例包括基于空闲序列发送序列(诸如发送空闲序列本身或空闲序列的修改)、和/或基于加扰器发送序列。
在一个实施例中，以预定平均速率并且直到预定分组延迟变化来转发时间敏感数据的第一和第二收发器包括以下元件：
Rx模拟前端(AFE)和共模传感器AFE(CMS-AFE)，其将第二收发器耦合到被耦合到第一收发器的差分通信信道。差分通信信道不是完全已知的，并且当没有严重的差动干扰时，期望第一和第二收发器以第一分组丢失率工作。有时，差分通信信道可能遭受严重的差动干扰，该干扰将分组丢失率显著增加到第二分组丢失率，该第二分组丢失率是第一分组丢失率的至少十倍。
CMS-AFE提取接收的差分信号的共模信号的数字表示，并将其转发到快速自适应模式转换消除器(FA-MCC)，其产生补偿信号以减轻通过共模信号的模式转换引起的差动干扰。在此，减轻干扰(例如减轻差动干扰)涉及将干扰的至少一些影响消除到使通信系统能够满足其预期性能的程度。
FA-MCC可以利用大的自适应步长来快速地减轻严重差动干扰的影响。
Rx-AFE提取接收的差分信号并将其馈送到自适应数字均衡器和消除器(ADEC)。ADEC包括一个或多个均衡器，例如决策反馈均衡器(DFE)和/或前馈均衡器(FFE)，以及一个或多个消除器，例如远端串扰(FEXT)消除器。
FA-MCC和ADEC重建原始发送信号的表示，并将原始发送信号的表示馈送到限幅器，限幅器将限幅符号馈送到物理编码子层(PCS)。在一个示例中，原始发送信号是在整形之前从第一收发器发送的信号。
PCS从限幅符号中提取比特流，并馈送将限幅符号解析成分组的链路层组件。注意，比特流可以包括字节流和其他类似的等同物。
链路层组件可以包括重传模块，其请求重传具有错误的分组，并且在接收到重传的分组之后转发分组(可选地以正确的顺序)。注意，具有错误的分组可能包括丢失分组和可能需要重传的任何其他分组。
该实施例使得FA-MCC能够快速收敛，使得响应于严重的差动干扰，重传仍然使收发器能够以预定的平均速率并且在预定的分组延迟变化内转发分组。
图1B示出了快速收敛的收发器的替代实施例。收发器101不包括FA-MCC组件，尽管ADEC 717可以包括FA-MCC 712的功能。控制器753可以类似于控制器752，不同之处在于控制器753可以被设计为在没有FA-MCC组件的情况下操作。。
图1C示出了模式转换消除器的一个实施例，其利用已知数据进行快速收敛。该实施例包括收发器130，其包括以下元件：耦合到差分通信信道210的接收器模拟前端(Rx-AFE222)和共模传感器AFE(CMS-AFE 230)，差分通信信道210耦合到第二收发器138。Rx-AFE222将接收的差分信号馈送到数字均衡器和/或数字消除器(DEDC 131)。CMS-AFE 230提取接收的差分信号的共模信号的数字表示，并将其转发到快速自适应模式转换消除器(FA-MCC 132)，其产生补偿信号以减轻差动干扰。注意，当补偿信号消除差动干扰的至少一些影响到使收发器能够满足其预期性能的程度时，补偿信号减轻了差动干扰。例如，如果希望收发器支持高于200Mb/s的吞吐量，那么当收发器能够支持200Mb/s吞吐量时，补偿信号可以减轻差动干扰，并且当收发器无法支持200Mb/s的吞吐量时，不能减轻差动干扰。
响应于接收到已发生严重差动干扰的指示，收发器130指示第二收发器138发送已知数据。收发器130利用已知数据来提高其限幅错误的准确性(在某些情况下，意味着减少限幅错误)，这使得能够快速地将FA-MCC 132适应到减轻严重差动干扰到使重传模块136能够足够快地请求重新发送错误分组以在2毫秒窗口内维持固定速率的数据传输的程度的水平。在一个示例中，固定的数据传输速率是指小于以下值之间的差的2％：(i)在严重差动干扰发生之前100微秒结束的第一2毫秒窗口期间通过信道成功传输的第一数量的唯一数据，以及(ii)在与第一窗口相邻的第二2毫秒窗口期间通过信道成功发送的第二数量的唯一数据。在另一个示例中，固定的数据传输速率是指小于以下值之间的差的1％：(i)在严重差动干扰发生之前50微秒结束的第一500微秒窗口期间通过信道成功传输的第一数量的唯一数据，以及(ii)在与第一窗口相邻的第二500微秒窗口期间通过信道成功发送的第二数量的唯一数据。
可选地，数字均衡器可以是自适应数字均衡器，数字消除器可以是自适应数字消除器，DEDC可以包括自适应数字均衡器和自适应数字消除器(ADEC)。在这种情况下，FA-MCC和ADEC可以重建原始发送信号的表示(ROS)，并且将ROS馈送到限幅器133，限幅器133将限幅符号馈送到物理编码子层(PCS 135)。PCS 135可以从限幅符号中提取比特流，并且馈送将限幅符号解析成分组的链路层组件。可选地，链路层组件包括重传模块136。
通常，差分通信信道的参数不是完全已知的，并且当没有严重的差动干扰时，收发器130以第一分组丢失率操作。有时，差分通信信道遭受严重的差动干扰，并且严重的差动干扰将收发器130的分组丢失率增加到第二分组丢失率，该第二分组丢失率是第一分组丢失率至少十倍、一千倍和/或百万倍。附加地或替代地，严重的差动干扰可能由共模信号的模式转换引起，并且在遭受被认为是严重的差动干扰的干扰时，收发器不满足其预期性能。
可选地，FA-MCC 132在短时间内收敛，使得响应于严重差动干扰的重传仍然使收发器130能够在低于1毫秒或甚至低于50微秒的分组延迟变化内转发分组。另外，响应于接收到已经发生严重差动干扰的指示，FA-MCC 132可以将其自适应步长(ADSS)增加至少50％，以便快速减轻严重差动干扰的影响。可选地，在减轻严重差动干扰的影响之后，FA-MCC 132可以减少其ADSS。
在一个实施例中，一种用于快速收敛的方法包括以下步骤：在步骤1中，提取由收发器发送的接收差分信号的共模信号的数字表示，并通过快速自适应模式-转换消除器(FA-MCC)生成用于减轻差动干扰的补偿信号。在步骤2中，将接收的差分信号馈送到数字均衡器和/或数字消除器(DEDC)，其中FA-MCC和DEDC馈送限幅器。在步骤3中，响应于接收到已发生严重差动干扰的指示，指示收发器发送已知数据。并且在步骤4中，利用所接收的已知数据来提高限幅器错误的准确性，这使得FA-MCC能够快速自适应到减轻严重差动干扰的水平，并且能够足够快地请求重传错误分组以在2毫秒窗口内维持固定的数据传输速率。
该方法可以以各种选项为特征。可选地，固定的数据传输速率是指小于以下值之间的差的2％：(i)在严重差动干扰发生之前100微秒结束的第一2毫秒窗口期间通过信道成功传输的第一数量的唯一数据，和(ii)在与第一窗口相邻的第二2毫秒窗口期间通过信道成功发送的第二数量的唯一数据。或者，固定的数据传输速率是指小于以下值之间的差的1％：(i)在严重差动干扰发生之前50微秒结束的第一500微秒窗口期间通过信道成功传输的第一数量的唯一数据，(ii)在与第一窗口相邻的第二500微秒窗口期间通过信道成功传输的第二数量的唯一数据。
该方法还可以包括步骤：当没有严重的差动干扰时以第一分组丢失率工作，并且响应于严重差动干扰的发生，将分组丢失率增加到第二分组丢失率，其至少是第一分组丢失率的十倍。可选地，FA-MCC可以在短时间内收敛，使得响应于严重差动干扰的重传仍然能够在低于200微秒的分组延迟变化内进行数据传输。可选地，响应于接收到已经发生严重差动干扰的指示，该方法将FA-MCC的自适应步长(ADSS)增加至少50％，以便快速地减轻严重差动干扰的影响。然后，该方法还可以包括在FA-MCC减轻严重差动干扰的影响之后减小ADSS的步骤。
图1D示出了收发器150的一个实施例，其协助第二收发器154从第二收发器154的操作点的质量下降中快速恢复。收发器150包括接收器151、发送器152、可选的加扰器156和可选的重传模块158。接收器151从第二收发器154接收发送已知数据的指示，并发送已知数据。第二收发器154使用已知数据在距离质量下降不到1毫秒内恢复。可选地，已知数据包括空闲序列的按位补码码字，并且每个按位补码码字出现在空闲序列中。并且在发送已知数据之后，发送器在从开始发送已知数据的时刻起小于1毫秒内并且在发送数据帧之前发送空闲序列。
在一个示例中，可以基于由收发器的加扰器生成的序列来确定空闲序列。在另一个例子中，至少50％的已知数据可以是收发器150的加扰器156的按位补码码字；在这种情况下，已知数据可以是加扰器的按位补码码字。收发器150还可以包括重传模块158，用于在第二收发器154尚未从共模信号的模式转换恢复时发送不能发送的分组。可选地，质量下降由共模信号的模式转换产生，并且在遭受质量下降的同时第二收发器不满足其预期性能。
在一个实施例中，一种用于从操作点中的质量下降中快速恢复的方法，包括以下步骤：在步骤1中，由接收器从收发器接收发送已知数据的指示；其中利用已知数据使收发器能够在不到1毫秒的时间内从其操作点的质量下降中恢复。在步骤2中，由发送器发送已知数据；其中，已知数据包括空闲序列的按位补码码字，并且每个按位补码码字出现在空闲序列中。并且在步骤3中，在从开始发送已知数据的时刻起小于1毫秒内并且在发送数据帧之前，由发送器发送空闲序列。
该方法还可以包括基于发送器的加扰器的序列来确定空闲序列的步骤。附加地或替代地，该方法可以进一步包括在收发器尚未从共模信号的模式转换恢复时发送不能发送的分组的步骤。
返回参考图1A，在一个实施例中，从共模干扰的模式转换中快速恢复的收发器100至少包括以下元件：共模传感器模拟前端(CMS-AFE 710)、快速自适应模式-转换消除器(FA-MCC 712)和限幅器735。限幅器基于从第二收发器102接收的以高于500Mbps的速率发送的差分信号生成限幅决策和限幅错误。CMS-AFE 710感测差分信号的共模分量，并且耦合到FA-MCC 712，FA-MCC 712生成用于补偿与共模分量相关的差动干扰的补偿信号。其中，在从发生由于模式转换导致分组丢失率超过10％的差动干扰起的不到1毫秒内，收发器100利用限幅错误使FA-MCC 712适应将分组丢失率降至1％以下的水平。
可选地，收发器100还包括接收器模拟前端(Rx-AFE 716)，其接收差分信号，并将其馈送到包括均衡器和/或消除器的模块。模块基于差分信号生成均衡信号。
在一个示例中，在发生导致分组丢失率超过10％的差动干扰之后，收发器100指示第二收发器降低传输数据的速率以便提高其检测率，这提高了限幅错误的准确性(可选地意味着减少限幅器的错误)，这使得FA-MCC 712能够在不到1毫秒的时间内快速自适应。在另一示例中，收发器100在具有有限资源的集成电路上实现，并且第二收发器102包括有限大小的缓冲器，其具有足以存储在以最高传输速率发送持续不超过40,000个符号的周期时发送的所有分组的容量。在又一示例中，在从由于模式转换导致分组丢失率超过50％的差动干扰的发生起不到100微秒内，收发器100利用限幅错误来适应FA-MCC 712达到将分组丢失率降至1％以下的水平。
在一个实施例中，一种用于实现从共模干扰的模式转换的快速恢复的方法，包括以下步骤：在步骤1中，通过限幅器，基于以高于500Mbps的速率发送的差分信号生成限幅决策和限幅错误，该差分信号是从第二收发器接收的。在步骤2中，通过共模传感器模拟前端(CMS-AFE)感测差分信号的共模分量。在步骤3中，通过耦合到CMS-AFE的快速自适应模式转换消除器(FA-MCC)生成补偿信号，该补偿信号补偿与共模分量相关的差动干扰。并且在步骤4中，在发生差动干扰的不到1毫秒内，这导致模式转换导致的分组丢失率超过10％，利用限幅错误使FA-MCC适应降低分组丢失率低于1％的水平。
可选地，在导致分组丢失率超过10％的差动干扰发生之后，该方法进一步推断出步骤：指示第二收发器降低传输数据的速率，以提高限幅错误的准确性，其使得FA-MCC的快速自适应可以在不到1毫秒的时间内。根据另一种选择，利用限幅错误将FA-MCC适应到将分组丢失率降低到1％以下的水平发生在从导致分组丢失率超过10％的差动干扰的发生起不到100微秒内。
图2A示出了通过差分通信信道210操作的通信系统的一个实施例，该差分通信信道210不是完全已知的并且可能遭受严重的共模到差模干扰。通信系统以高于500Mbps的速率发送数据，并且至少包括以下元件：收发器260、第二收发器262、有限资源重传模块(LRRM264)和快速自适应模式转换消除器(FA-MCC 232)。收发器260通过差分通信信道210耦合到第二收发器262。收发器260被配置为当没有严重的差动干扰时将重传前的分组丢失率保持在1％以下，由此，不时地，差分通信信道可能遭受严重的差动干扰，导致分组丢失率超过5％。对于延迟传输，LRRM 264存储在高于500Mbps的数据速率下在小于1毫秒期间累积的最大错误分组量。在接收到严重差动干扰已发生的指示后不到1毫秒内，FA-MCC 232减轻了严重差动干扰的影响，使效果达到使通信系统能够以超过500Mbps的速率成功传输数据的水平。
可选地，LRRM 264在具有有限资源的集成电路(IC)上实现。附加地或替代地，收发器260包括耦合到接收器模拟前端(Rx-AFE 222)和共模传感器AFE(CMS-AFE 230)的数字消除器225；并且Rx-AFE和CMS-AFE耦合到不完全已知的差分通信信道210，并且数字消除器可以包括均衡器224和基于决策的滤波器(DBF 228)。可选地，数字消除器225馈送限幅器226，该限幅器226向物理编码子层(PCS 234)馈送量化结果；PCS 234从量化结果中提取分组数据；重传模块270接收分组数据，并基于分组数据请求重传具有错误的分组。可选地，数据包括与以下中的一个或多个相关的信息：分组报头、分组有效载荷和分组尾部。
可选地，FA-MCC 232在短时间收敛，使得响应于严重差动干扰的重传仍然使收发器260能够在短于500微秒的预定分组延迟变化内或者甚至在短于50微秒的预定分组延迟变化内转发分组。
在一个示例中，FA-MCC 232能够通过将其自适应步长(ADSS)增加至少50％来在小于100微秒内减轻严重差动干扰的影响。在另一示例中，FA-MCC 232能够通过将其自适应步长(ADSS)增加至少50％来在小于20微秒内减轻严重差动干扰的影响。
可选地，LRRM 264存储在最大吞吐量下在小于20微秒期间累积的最大的错误分组量。附加地或替代地，LRRM 264在具有有限资源的IC上实现，其不能支持在FA-MCC减轻严重差动干扰的影响所花费的时间期间接收的超过100％的分组的重传。可选地，LRRM 264还包括缓冲器265，其容量足以存储所接收的分组，直到成功接收到所有分组。或者，LRRM 264还包括缓冲器265，其容量限于存储在分组丢失率高于5％时在高达20微秒期间接收的所有分组。
可选地，FA-MCC 232不会最佳地收敛，并且即使在1秒之后也不会达到最佳解决方案。附加地或替代地，FA-MCC 232在从LRRM 264完成重传在FA-MCC 232减轻严重的差动干扰的影响所花费的时间期间丢失的具有错误的分组的时间起1秒内，将其自适应步长减小至少50％。
在一个实施例中，一种用于快速减轻严重差动干扰的方法，包括以下步骤：在步骤1中，通过差分通信信道以高于500Mbps的速率从第二收发器向第一收发器发送数据。当没有严重的差动干扰时，第一收发器保持重传前的分组丢失率低于1％，并且有时差分通信信道可能遭受严重的差动干扰，导致分组丢失率增长并超过5％。在步骤2中，存储和重传在小于1毫秒期间累积的最大的错误分组量，同时以高于500Mbps的数据速率传输。并且在步骤3中，在接收到已发生严重差动干扰的指示的不到1毫秒内，利用快速自适应模式转换消除器(FA-MCC)减轻严重差动干扰的影响。可选地，这将严重差动干扰的影响带到使第二收发器能够以至少500Mbps的速率成功传输数据的水平。
在一个示例中，严重的差动干扰可能导致分组丢失率超过20％，并且上述方法还包括在短时间内收敛FA-MCC的步骤，使得响应于严重的差动干扰的重传仍然使收发器能够转发具有短于100微秒的延迟变化的分组。附加地或替代地，该方法可以进一步包括通过增加FA-MCC的自适应步长(ADSS)至少50％，通过利用FA-MCC，在小于100微秒内，减轻严重差动干扰的影响的步骤。附加地或替代地，该方法可以进一步包括以下步骤：在从LRRM完成重传在FA-MCC减轻严重的微分干扰的影响花费的时间期间丢失的具有错误的分组的时间起1秒内，将FA-MCC的自适应步长减小至少50％。
图2B示出了在差分通信信道上操作的通信系统的一个实施例，其不是完全已知的并且可能遭受严重的共模到差模干扰(在某些情况下可以简称为“严重的差动干扰”和/或“严重干扰”)。该通信系统包括第一收发器200和第二收发器201，能够以高吞吐量通信，通信速率可能超过120Mbps、1.2Gbps或10Gbps。
通信系统至少部分地在具有有限资源的一个或多个集成电路(IC)上实现。通信系统还在IC上实现重传模块。在一个实施例中，第二收发器201利用重传模块204，其使用缓冲器205来存储可能必须重传的分组。在一个实施例中，第一收发器200利用重传模块236，其使用缓冲器237来存储所接收的分组，直到所有分组被成功接收，然后缓冲器可以以正确的顺序(不必要以它们到达的顺序)转发所接收的分组到客户端238。附加地或替代地，重传模块236可以使用缓冲器237将所接收的分组存储一段短的周期，直到可以将它们转发到客户端238。
可以限制重传模块使用的缓冲器(205,237)的大小以便节省成本。在一个示例中，第二收发器201的缓冲器205可以存储以最高通信速率发送的最多20微秒的业务量。在另一示例中，第一收发器200以正确的顺序将分组转发到客户端238，并且缓冲器237可以存储以最高通信速率发送的最多30微秒的业务量。在又一个示例中，第一和第二收发器使用的缓冲器中的至少一个可以存储以最高通信速率发送的高达100微秒的业务量。
在检测到新的严重干扰时，第一收发器200利用快速自适应模式转换消除器(FA-MCC 232)来产生补偿信号，以消除由共模信号的模式转换引起的差动干扰。可选地，在干扰被取消之前，第二收发器201重传丢失的分组。FA-MCC可能不具有关于高级干扰的属性的信息，因此FA-MCC可以使用能够快速收敛的大自适应步长。尽管大自适应步长的实际大小取决于具体实现，但是本领域技术人员应该能够计算大自适应步长的值以支持足够短的收敛时间以使通信系统满足其设计目标和/或实时要求。设计目标的一个示例是不超过重传模块使用的缓冲器205和237中的一个或多个的有限容量。实时要求的一个示例是不超过分配给通信信道的最大允许延迟。由于大的自适应步长，在严重干扰之后FA-MCC 232的收敛可能不是最佳的。
在一个示例中，严重干扰导致第一收发器200处的分组丢失超过50％，并且FA-MCC232被设计为在小于20微秒内收敛到在第一收发器200处减少分组丢失到小于5％的水平。可选地，分组丢失计算为丢失分组的数量除以发送分组的数量。
在另一个示例中，严重干扰导致第一收发器200处的分组丢失超过10％，并且FA-MCC 232被配置为在小于10微秒内收敛到在第一收发器200处减少分组丢失到小于1％水平。
在又一示例中，严重干扰导致第一收发器200处的分组丢失超过2％，并且FA-MCC232被配置为在小于20微秒内收敛到在第一收发器200处减少分组丢失到小于0.1％的水平。
在一个实施例中，通信信道相对较短(例如，短于10米，或短于3米)，因此不被认为是困难的。在这样的信道中，通信系统可以在FA-MCC的非最佳会聚的情况下运行良好，因为未被消除的剩余干扰不会妨碍通过信道的成功通信。
可以被称为数字消除器的元件225可以以各种方式实现。图2B示出了其中元件225至少包括均衡器224和基于决策的滤波器(DBF)228的一个示例。术语“均衡器”，例如均衡器224，可以是前馈均衡器(FFE)。术语“基于决策的滤波器”，例如DBF 228，是指至少由限幅器的输出馈送的滤波器，例如限幅结果和/或限幅错误。在一个示例中，DBF包括由限幅结果馈送的非自适应决策反馈均衡器(DFE)或非自适应FEXT消除器。在另一个例子中，DBF包括由限幅结果和/或限幅错误馈送的自适应DFE或自适应FEXT消除器。在又一个示例中，DBF包括由限幅错误馈送的自适应前馈均衡器(FFE)以用于自适应目的。
术语“限幅器”和/或“限幅器功能”，例如限幅器226，被定义为输出量化结果的一维或多维量化器。可选地，限幅器可以包括用于不同调制的不同限幅器。可选地，限幅器可以输出以下指示中的一个或多个：接收信号和量化结果之间的错误的指示、用于产生限幅结果的限幅器函数的指示、限幅错误的方向的指示和/或其他指示。
限幅结果被馈送到物理编码子层(PCS)，例如PCS 234，其解析数据分组并提取诸如分组报头、分组有效载荷、分组尾部和/或错误检测码之类的信息。注意，这里“错误检测码”也可用于指代“错误校正码”。
在一个实施例中，重传模块236从PCS 234接收经解析的分组，并且基于所接收的经解析的分组，它可以请求重传具有错误的分组。可选地，为了促进FA-MCC 232和重传模块236之间的适当协作，在限制制造成本的同时，缓冲器237足够大以存储接收的分组，直到FA-MCC 232消除严重干扰的影响。可选地，FA-MCC 232和重传模块236的组合使得系统也能够在通信信道上操作时利用小的重传缓冲器，该通信信道不是完全已知的并且可能遭受严重的共模到差模干扰。例如，缓冲器237的容量可以低于以下值中的较小者：(i)低于存储分组所需容量的两倍的容量，直到FA-MCC 232消除严重干扰的影响，并且(i)使用最高吞吐量在1ms内传输的数据量。
返回参考图2A示出了在差分通信信道上操作的通信系统的一个实施例，该差分通信信道不是完全已知的并且可能遭受严重的共模到差模干扰。所示的通信系统包括第一收发器260和第二收发器262，它们能够以高吞吐量通信，通信速率可能超过100Mbps、1Gbps或10Gbps。第一收发器260在具有有限资源的集成电路(IC)上实现。第一收发器260包括至少第一和第二AFE(222,230)，其通过不完全已知的差分通信信道210耦合到第二收发器262。有时，差分通信信道可能遭受妨碍正常操作的严重干扰。CMS-AFE 230提取接收的差分信号的共模信号的数字表示，并将其转发到快速自适应模式转换消除器(FA-MCC 232)，其产生补偿信号以减轻由共模信号的模式转换引起的差动干扰。FA-MCC 232可以利用大的自适应步长来快速减轻严重干扰的影响。在一个示例中，大的自适应步长使其能够在小于20微秒内减轻严重的共模到差模干扰的影响，并使其达到能够正常操作的水平。元件225馈送限幅器226，限幅器226向PCS 234馈送量化结果。PCS 234从量化结果中提取分组数据，并驱动重传模块270，该重传模块270基于分组数据请求重传具有错误的分组。在一个实施例中，重传模块270被限制为支持在FA-MCC 232减轻严重干扰的影响所花费的时间期间接收的分组的高达200％的重传。
可选地，重传模块270在具有有限资源的IC上实现，其不能支持在FA-MCC 232减轻严重干扰的影响所花费的时间期间接收的超过200％的分组的重传。可选地，重传模块包括重传缓冲器271，其能够存储在FA-MCC 232用于减轻严重干扰的影响所花费的时间期间接收的分组中多达200％的分组。附加地或替代地，重传模块270被限制为支持在FA-MCC 232减轻严重干扰的影响所花费的时间期间接收的分组的高达200％的重传，以便实现以下一个或多个要求：最大允许抖动、最大丢包数量、以及与通过通信信道传输的时间敏感数据相关的要求。
在一个示例中，重传模块270还包括用于存储所接收的分组的缓冲器，直到成功接收到所有分组。附加地或替代地，可以限制缓冲器的大小以存储在正常操作的最多20微秒期间接收的分组的数量。附加地或替代地，重传模块270还包括缓冲器271，用于存储所接收的分组，直到它们被客户端274请求为止。在另一个示例中，分组数据包括与分组头部、分组有效载荷、分组尾部、和/或错误检测码。附加地或替代地，FA-MCC 232可能不会最佳地收敛，因此，即使在1秒之后它也可能达不到最佳解决方案。附加地或替代地，数字消除器225可以包括均衡器224和基于决策的滤波器(DBF 228)。附加地或替代地，均衡器224可以是前馈均衡器(FFE)。附加地或替代地，DBF 228可以是由限幅器226的输出馈送的滤波器。
在一些实施例中，在检测到严重干扰时，通信系统降低码率，直到FA-MCC减轻严重干扰的影响。在FA-MCC减轻严重干扰的影响之后，通信系统增加码率，可选地直到返回到在检测到严重干扰之前使用的码率。降低码率可提高分组对噪声的鲁棒性，从而使收发器能够成功接收至少一些分组。除了利用上述重传模块之外，还可以实现降低码率。
可以通过诸如动态调制编码(DMC)、添加纠错码(ECC)和/或发送已知序列(将码率降低到几乎为零)的各种技术来降低码率。在一个实施例中，通过使用动态调制编码(DMC)降低调制阶数来降低码率。例如，在名称为“Devices for transmitting digital videoand data over the same wires(通过相同导线传输数字视频和数据的设备)”的美国专利号8,565,337中描述了DMC，该专利的全部内容通过引用合并于此。在一个示例中，在检测到严重干扰时，脉冲幅度调制(PAM)收发器可以从使用PAM16切换到PAM4，直到FA-MCC减轻严重干扰的影响，然后从PAM4切换到PAM8，以及当通道属性允许时从PAM8切换返回PAM16。在另一个实施例中，通过添加ECC来降低码率，或者通过在没有ECC时添加ECC，或者通过增加ECC开销的量来提高信噪比(SNR)。例如，可以通过将ECC开销连续地添加到流来添加ECC，可选地以与卷积码类似的方式。附加地或替代地，可以通过将ECC开销添加到固定长度数据段来加强ECC，可选地以与块码类似的方式。
在又一个实施例中，通过发送已知序列将码率降低到几乎为零。已知序列可以基于加扰器序列，例如发送加扰器，或发送加扰器的按位补码码字。附加地或替代地，已知序列可以基于空闲序列，例如发送空闲序列，或发送空闲序列的按位补码码字。发送空闲序列的按位补码字的发送器的一个示例包括编码第一帧\基本空闲序列和第二帧的编码器；其中第一帧\基本空闲序列和第二帧包括代码字。发送器还可以包括空闲序列修改器，其通过用M个按位补码码字替换基本空闲序列的某些M个码字来产生空闲序列(其中，可选地，每个按位补码码字出现在基本空闲序列中)。按位补码(也称为按位NOT)对每个位应用逻辑否定，形成给定二进制值的补码。对于无符号整数，数字的按位补码是基本上穿过无符号整数范围的中间点的数字的镜像反射。
图3A示出了在差分通信信道310上操作的通信系统的一个实施例，该差分通信信道不是完全已知的并且可能遭受严重的共模到差模干扰。该通信系统包括第一收发器300和第二收发器301，它们能够以高吞吐量通信，通信速率可能超过100Mbps、1Gbps或10Gbps。通信系统可以至少部分地在具有有限资源的一个或多个集成电路(IC)上实现。在一个实施例中，第二收发器301利用重传模块304，其使用缓冲器305来存储可能必须重传的分组。在一个实施例中，第一收发器300利用重传模块342，其使用缓冲器343来存储所接收的分组，直到成功接收到所有分组。在一个实施例中，可以限制重传模块使用的缓冲器(305、343)的大小以便节省成本。在一个示例中，第二收发器301的缓冲器305可以存储以最高通信速率发送的最多20微秒的流量。在另一示例中，第一收发器300以正确的顺序转发分组，并且缓冲器343可以存储以最高通信速率发送的最多30微秒的业务量。在又一个示例中，缓冲器(305、343)中的至少一个可以存储以最高通信速率发送的最多100微秒的业务量。
在检测到新的严重干扰时，FA-MCC 332可以利用大的自适应步长来快速减轻严重干扰的影响。在干扰的影响达到期望的水平之前，速率控制器346可以降低分组的传输速率，以便改善分组对噪声的鲁棒性。
可选地，响应于从PCS 340接收到关于严重干扰的指示，速率控制器346命令第二收发器301降低其码率，并且更新第一收发器300关于码率的降低。响应于从PCS 340接收到FA-MCC 332成功减轻严重干扰的影响的进一步指示，速率控制器346命令第二收发器301增加其码率，并且更新第一收发器300关于码率的增加。从PCS 340到速率控制器346的指示可以是以下值中的一个或多个的函数：丢失分组的百分比、丢失分组的速率、丢失和成功接收的分组的函数、与检测到的干扰成比例的分数、与由限幅器326提供的限幅错误成比例的分数、和/或与PCS 340检测到的错误数量成比例的分数。
在一个示例中，从速率控制器346到第一收发器300关于码率降低的命令使得限幅器326将其限幅器函数改变为适合于降低的码率的限幅函数。可选地，速率控制器346和/或重传模块342可以实现为第一收发器300的一部分，和/或可以实现为耦合到第一收发器300的硬件模块。
在检测到FA-MCC 332已经减轻了严重干扰的影响时，速率控制器346增加了发送分组的码率。在一个实施例中，丢弃在码率降低时由于带宽不足而不能发送的至少一个分组，而不尝试延迟传输或重传。在一个示例中，通过通信信道310发送的业务量包括在系统使用较低码率的时间期间被丢弃的视频像素数据。在另一个实施例中，在码率降低时不能发送的至少一些分组被存储，可选地在第二收发器301的缓冲器305中，并且在码率恢复到允许额外的数据的传输的水平之后被发送。在一个示例中，通过通信信道310发送的业务量包括时间敏感数据(例如，视频同步数据)和时间不敏感数据(例如，以太网数据)。当以较低码率操作时，系统可以继续发送时间敏感数据，并且可选地在缓冲器305中存储时间不敏感数据。在减轻干扰的影响并将码率恢复到支持更高带宽的水平之后，系统并行发送存储的时间不敏感数据以发送正在进行的数据。
在一个示例中，从速率控制器346到第一收发器300关于增加码率的命令使得限幅器326将其限幅器函数改变为适合于更高码率的一个。
在一个实施例中，在严重干扰之后FA-MCC 332的收敛不是最佳的，因为可能无法足够快地获得最佳收敛。在一个示例中，严重干扰导致第一收发器300处的分组丢失超过50％，并且FA-MCC 332在小于20微秒内收敛到将第一收发器300处的分组丢失减少到小于5％的水平。在另一示例中，严重干扰导致第一收发器300处的分组丢失超过10％，并且FA-MCC 332在小于10微秒内收敛到将第一收发器300处的分组丢失减少到小于1％的水平。在又一示例中，严重干扰导致第一收发器300处的分组丢失超过2％，并且FA-MCC 332在小于20微秒内收敛到将第一收发器300处的分组丢失减少到小于0.1％的水平。
数字消除器325可以以各种方式实现。图3A示出了数字消除器325至少包括均衡器324和DBF 328的一个示例。在一个示例中，均衡器324和/或DBF 328可以针对不同的数据速率具有不同的函数。例如，在标题为“Methods for slicing dynamic modulated symbols”的美国专利号8,930,795中描述了针对不同数据速率使用不同函数，该专利的全部内容通过引用合并于此。在一个示例中，限幅结果被馈送到PCS 340，PCS 340解析数据分组并提取诸如分组报头、分组有效载荷、分组尾部和分组调制信息之类的信息。PCS 340确定第二收发器301使用的调制，并向限幅器236提供要使用的限幅函数的指示。然后，限幅器326可以使用指示的限幅函数向DBF 328馈送限幅结果。可选地，限幅器326可以另外提供与限幅结果相关联的限幅错误。之后，DBF 328生成适当的输出并将其添加到来自均衡器324的输入信号。
在一个实施例中，第一收发器300包括可选的重传模块342，其从PCS 340接收经解析的分组，并且基于所接收的经解析的分组，它可以请求重传具有错误的分组。在一个实施例中，为了促进FA-MCC 332和重传模块342之间的适当协作，重传模块342使用的缓冲器343足够大以存储到达的分组，直到FA-MCC 332减轻严重干扰的影响为止。快速收敛的FA-MCC332和重传模块342的组合使得两个收发器也能够在通信信道上操作时使用小的重传缓冲器(343和305)，该通信信道不是完全已知的并且可能遭受严重的共模到差模干扰。
作为降低码率的结果，由于有效通信带宽减小，一些分组甚至可能不被发送一次。这些分组可以存储在第二收发器301处的重传缓冲器305中，其必须足够大以存储在系统以较低的码率工作时不能传输的分组(通常直到严重的共模到差模干扰的影响被减轻并使其达到足够的水平)。
图3B示出了帮助第二收发器370从严重干扰中快速恢复的第一收发器360。第一收发器360包括接收器361、发送器362和缓冲器364。发送器361通过差分通信信道368以高于100Mbps的固定数据速率将数据发送到第二收发器370。响应于接收器361从第二收发器370接收到第二收发器370正在经历严重干扰的指示，发送器362降低其向第二收发器370发送数据的数据速率。可选地，减少数据速率改善了第二收发器370处的信噪比，这使得第二收发器370能够在小于1毫秒内从严重干扰中恢复。缓冲器364被配置为存储在数据速率降低时不能由发送器362发送的过量数据。并且发送器362将其数据速率增加到使其能够在从降低数据速率的时刻起不到1毫秒内以固定数据速率发送存储的过量数据和正在进行的数据的水平。
可选地，第一收发器360以高于1Gbps的固定数据速率进行发送。附加地或替代地，超过80％的固定数据速率用于传输以下中的至少一个：未压缩视频和低于4：1压缩比的轻度压缩视频。可选地，严重干扰是严重的共模到差模干扰。可选地，第一收发器360至少部分地在具有有限资源的集成电路(IC)上实现，并且缓冲器364具有足以存储以最高通信速率发送的高达100微秒的业务量的容量。可选地，第一收发器360从第二收发器接收增加数据速率的指示。并且可选地，固定数据速率是指小于以下值之间的差的2％：(i)在严重干扰之前100微秒结束的第一2毫秒窗口期间通过差分通信信道成功传输的第一数量的唯一数据，和(ii)在与第一窗口相邻的第二2毫秒窗口期间通过差分通信信道成功发送的第二数量的唯一数据。
在一个实施例中，一种用于从严重干扰中快速恢复的方法，包括以下步骤：在步骤1中，通过差分通信信道由发送器到收发器以高于100Mbps的固定数据速率进行发送。在步骤2中，接收器从收发器接收指示收发器正在经历严重干扰的指示。在步骤3中，响应于该指示，降低发送器发送的数据速率。降低数据速率可提高收发器的信噪比，从而使收发器能够在不到1毫秒的时间内从严重干扰中恢复。在步骤4中，存储在降低的数据速率期间无法发送的过量数据。并且在步骤5中，将发送器发送的数据速率提高到使其能够在从降低数据速率的时刻起不到1毫秒内发送存储的过量数据和正在进行的数据的水平。
可选地，该方法还包括从收发器接收增加数据速率的指示的步骤。可选地，严重干扰是严重的共模到差模干扰。
在一个实施例中，例如图3A所示的实施例，利用动态编码进行快速恢复的收发器包括：数字消除器，通过快速自适应模式转换消除器耦合到接收器模拟前端(Rx-AFE)和共模传感器AFE(CMS-AFE)(FA-MCC)。Rx-AFE和CMS-AFE耦合到差分通信信道，该差分通信信道耦合到第二收发器。响应于接收到已经发生严重差动干扰的指示，速率控制器命令第二收发器将分组的码率降低至少50％并且更新FA-MCC关于码率的降低。响应于被告知减少，FA-MCC将其自适应步长(ADSS)增加至少50％，以便在不到1毫秒内减轻严重差动干扰的影响。在减轻严重差动干扰的影响之后，速率控制器：命令第二收发器增加码率，并且更新FA-MCC关于码率的增加。并且在减轻严重差动干扰的影响之后，FA-MCC可以减少其ADSS。
可选地，FA-MCC在小于100微秒内减轻严重差动干扰的影响。附加地或替代地，FA-MCC利用大的ADSS，其能够在小于20微秒内减轻严重差动干扰的影响，并且能够将收发器的分组丢失率恢复到第一分组丢失率。可选地，FA-MCC还被配置为在从增加码率的10毫秒内将ADSS减小至少50％。附加地或替代地，FA-MCC还被配置为在增加码率的1秒内将ADSS减小至少50％。
可选地，差分通信信道的参数不是完全已知的，并且期望收发器以第一分组丢失率工作(当没有严重的差动干扰时这是可行的)。有时，差分通信信道可能遭受严重的差动干扰，该干扰将收发器的分组丢失率增加到第二分组丢失率，该第二分组丢失率是第一分组丢失率的至少十倍。另外，减轻严重差动干扰的影响可能导致收发器返回到第一分组丢失率。可选地，速率控制器命令第二收发器进一步增加码率，直到第二收发器返回到在检测到严重差动干扰之前使用的码率。
可选地，数字消除器馈送限幅器，该限幅器向物理编码子层(PCS)馈送量化结果；并且PCS从量化结果中提取分组。附加地或替代地，速率控制器可以更新数字消除器和限幅器关于码率的降低；并且在减轻严重差动干扰的影响之后，速率控制器更新数字消除器和限幅器关于码率的增加。该实施例还可以包括重传模块，其被配置为基于由PCS提取的分组来请求重传具有错误的分组。可选地，FA-MCC在小于500微秒内减轻严重差动干扰的影响，并且重传模块被限制为支持在500微秒期间接收的分组的高达100％的重传。可选地，发生严重差动干扰的指示基于从PCS接收的以下值的一个或多个：丢失分组的百分比、丢失分组的速率、丢失和成功接收分组的函数、与检测到的差动干扰成比例的分数、与由限幅器提供的限幅错误成比例的分数、以及与PCS检测到的错误数量成比例的分数。可选地，速率控制器对限幅器的更新包括对限幅器的指示，以将其限幅器函数改变为适合于降低的码率的限幅函数。
附加地或替代地，在速率降低时不能发送的至少一些分组被存储在第二收发器的缓冲器中，并且在速率恢复到允许存储的数据的传输以及正在进行的传输并行的水平之后被发送。附加地或替代地，通过差分通信信道发送的业务量包括时间敏感数据和时间不敏感数据，并且当以较低码率操作时，第二收发器发送时间敏感数据，并将时间不敏感数据存储在缓冲器中。可选地，在减轻严重差动干扰的影响并将码率恢复到具有更高带宽的水平之后，第二收发器还被配置为在发送存储在缓冲器中的时间不敏感数据之前发送存储在缓冲器中的时间敏感数据。
可选地，速率控制器命令第二收发器将分组的码率降低至少90％。可选地，收发器和第二收发器利用动态调制编码以降低码率。可选地，使用脉冲幅度调制(PAM)调制分组，并且速率控制器命令第二收发器从使用PAM16切换到PAM4，直到FA-MCC减轻严重差动干扰的影响。可选地，通过向分组添加纠错码来降低码率。附加地或替代地，在码率降低的情况下由于带宽不足而不能发送的至少一个分组被丢弃而不尝试延迟传输或重传。可选地，分组携带视频数据，并且至少一个丢弃的分组包括视频像素数据，并且不包括视频控制数据。
在一个实施例中，一种利用动态编码实现从严重差动干扰中快速恢复的方法，包括以下步骤：在步骤1中，响应于接收到第一收发器遭受严重差动干扰的指示，命令第二收发器将发送到第一收发器的分组的码率降低至少50％。在步骤2中，响应于由第一收发器中包括的快速自适应模式转换消除器(FA-MCC)接收关于码率降低的指示，增加FA-MCC的自适应步长(ADSS)至少50％；其中，增加ADSS使FA-MCC能够在小于1毫秒内减轻严重差动干扰的影响。在步骤3中，在减轻严重差动干扰的影响之后：命令第二收发器增加码率，并且更新FA-MCC关于码率的增加。并且在步骤4中，在减轻严重差动干扰的影响之后减小FA-MCC的ADSS。
该方法还可以包括命令第二收发器进一步增加码率直到返回到在检测到严重差动干扰之前使用的码率的步骤。可选地，FA-MCC利用大的ADSS，使其能够在不到100微秒的时间内减轻严重差动干扰的影响，并将收发器的分组丢失率恢复到第一分组丢失率(这在没有严重的差动干扰存在时是可行的)。可选地，FA-MCC在从增加码率的时间起10毫秒内将ADSS降低至少50％。并且可选地，第一收发器遭受严重差动干扰的指示基于从第一收发器中包括的物理编码子层(PCS)接收的以下值中的一个或多个：丢失分组的百分比、丢失分组的速率、丢失和成功接收的分组的函数、与检测到的差动干扰成比例的分数、与限幅器提供的限幅错误成比例的分数、以及与PCS检测到的错误数量成比例的分数。
实施例使用的元件可以以各种方式实现。模拟前端(例如Rx-AFE、Tx-AFE和CMS-AFE)可以使用模拟元件和/或模拟和数字元件来实现。缓冲器使用存储器来存储数据、并且处理器通过通信通道(例如并行总线或串行总线)访问数据来实现。诸如数字消除器、均衡器、DBF、FA-MCC、ADEC、DEDC、限幅器、选择器、错误生成器、扰码器、PCS、链路层模块、重传模块，控制器和/或速率控制器之类的元件可以利用以下组合来实现：包括以下硬件、固件和软件元件中的一个或多个：ASIC、FPGA、处理器、存储器块、分立电路、集成电路、至少一个执行存储在至少一个存储器块中的命令的处理器、包括当在计算设备上执行时使计算设备执行某些操作的计算机可执行指令的非暂时性计算机可读介质、包括可由处理器执行的指令的程序的处理器和计算机可读存储介质(其中当执行指令时处理器执行某些操作)、包括一个或多个处理单元和存储配置为由一个或多个处理器单元执行的一个或多个程序的存储器的计算机系统(其中一个或多个程序包括用于某些操作的指令)、包括数据处理装置和存储可由数据处理装置执行的指令的非暂时性计算机可读介质、并且在这样的执行时导致数据处理设备执行某些操作的系统。
在本说明书中，对“一个实施例”的引用意味着所引用的特征可以包括在本发明的至少一个实施例中。此外，在本说明书中对“一个实施例”或“一些实施例”的单独引用不一定指代相同的实施例。另外，对“一个实施例”和“另一个实施例”的引用可能不一定是指不同的实施例，而是有时可以使用的术语来说明实施例的不同方面。
本发明的实施例可包括本文所述实施例的特征的任何种类的组合和/或整合。尽管一些实施例可以描绘串行操作，但是实施例可以并行地和/或以与所描绘的那些不同的顺序执行某些操作。此外，在文本和/或附图中使用重复的附图标记和/或字母是出于简化和清楚的目的，并且其本身并不表示所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。实施例的应用不限于方法的操作步骤的顺序或序列的细节，或者在说明书、附图或示例中设置的设备的实现的细节。此外，图中所示的各个块本质上可以是功能性的，因此可以不必对应于分立的硬件元件。
尽管已经参考以特定顺序执行的特定步骤描述和示出了本文公开的方法，但应理解，这些步骤可以组合、细分和/或重新排序以形成等同的方法而不背离实施例的教导。因此，除非在此具体指出，否则步骤的顺序和分组不是对实施例的限制。此外，为了清楚起见，有时将以单数形式描述实施例的方法和机制。然而，除非另有说明，否则一些实施例可包括方法的多次迭代或机制的多次实例化。例如，当在一个实施例中公开处理器时，该实施例的范围也旨在涵盖多个处理器的使用。为了清楚起见，在单独的实施例的上下文中描述的实施例的某些特征也可以在单个实施例中以各种组合提供。相反，为了简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的实施例的各种特征也可以单独提供或以任何合适的子组合提供。结合具体示例描述的实施例是作为示例而非限制来呈现的。而且，很明显，许多替换、修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。应当理解，在不脱离实施例的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构改变。因此，本公开旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的精神和范围内的所有这些替代、修改和变化。

Claims (12)

1.一种被配置为以高于500Mbps的速率传输数据的通信系统，包括：
收发器，通过差分通信信道耦合到第二收发器；该收发器被配置为在没有严重的差动干扰时保持重传前的分组丢失率低于1％；因此，差分通信信道有时会遭受严重的差动干扰，导致分组丢失率超过5％；
有限资源重传模块(LRRM)，被配置为在延迟传输时存储在小于1毫秒内以高于500Mbps的数据速率累积的最大错误分组量；和
在接收到已发生严重差动干扰的指示后不到1毫秒内，配置快速自适应模式转换消除器(FA-MCC)以减轻严重差动干扰的影响，使效果达到使得通信系统以高于500 Mbps的速率成功传输数据的水平。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其中，FA-MCC还被配置为在短时间内收敛，使得响应于严重差动干扰的重传仍然使收发器能够在低于50微秒的预定分组延迟变化内转发分组。
3.根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述FA-MCC被配置为通过将其自适应步长(ADSS)增加至少50％来在小于100微秒内减轻严重差动干扰的影响。
4.根据权利要求1所述的通信系统，其中，所述LRRM被配置为存储在最大吞吐量下在小于20微秒期间累积的最大错误分组量。
5.根据权利要求1所述的通信系统，其中所述LRRM在具有有限资源的集成电路(IC)上实现，该集成电路不能支持在FA-MCC减轻严重差动干扰的影响期间接收的超过300％的分组的重传。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的通信系统，其中，所述收发器包括耦合到接收器模拟前端(Rx-AFE)和共模传感器AFE(CMS-AFE)的数字消除器；Rx-AFE和CMS-AFE被耦合到不完全已知的差分通信信道。
7.根据权利要求6所述的通信系统，其中，所述数字消除器被配置为馈送限幅器，该限幅器被配置为将量化结果馈送到物理编码子层(PCS)；PCS被配置为从量化结果中提取分组数据；重传模块还被配置为接收分组数据，并根据分组数据请求重传有错误的分组。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的通信系统，其中，FA-MCC还被配置为从在LRRM完成重传在FA-MCC取消严重的差动干扰的影响所花费的时间期间丢失的有错误的分组的时间起1秒内将其自适应步长减小至少50％。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的通信系统，其中，所述数据包括与以下中的一个或多个相关的信息：分组报头、分组有效载荷和分组尾部。
10.一种快速减轻严重差动干扰的方法，包括：
通过差分通信信道以高于500Mbps的速率从第二收发器向第一收发器发送数据；其中，当没有严重的差动干扰时，第一收发器保持重传前的分组丢失率低于1％；因此，差分通信信道有时会遭受严重的差动干扰，导致分组丢失率超过5％；
存储和重传在小于1毫秒内以高于500 Mbps的数据速率累积的最大错误分组量；和
距离接收到严重差动干扰已发生的指示不到1毫秒内，利用快速自适应模式转换消除器(FA-MCC)减轻严重差动干扰的影响，并使效果达到使得第二收发器以高于500 Mbps的速率成功传输数据的水平。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述严重的差动干扰导致分组丢失率超过20％，并且还包括在短时间内收敛FA-MCC，使得响应于严重差动干扰的重传仍然使收发器能够以小于100微秒的延迟变化转发分组。
12.根据权利要求10和11中任一项所述的方法，还包括通过将FA-MCC的自适应步长(ADSS)增加至少50％，在小于100微秒内由FA-MCC减轻严重差动干扰的影响；然后在从增加ADSS的时间起的1秒内将FA-MCC的ADSS降低至少50％。
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