CN111756453A - 通过一对双绞线或两对双绞线来传输的以太网通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以太网通信系统，只通过两对双绞线来传输，该以太网通信系统包括一个第一收发机及恰好两对双绞线。该第一收发机包括一个第一物理编码子层(physical coding sublayer，PCS)、连接至该第一物理编码子层的两个第一物理媒体衔接(physical medium attachment，PMA)、及分别连接至该两个第一物理媒体衔接的两个第一混合电路。该恰好两对双绞线是分别连接至该第一收发机的这两个第一混合电路。

Description

通过一对双绞线或两对双绞线来传输的以太网通信系统
技术领域
本发明是关于通信系统，特别是关于以太网(Ethernet)的应用。
背景技术
以太网收发器(transceiver)系统，适用于例如：IEEE 2.5G BASE-T、5G BASE-T、或10G BASE-T等标准，都需要四对双绞线，以供数据传输。
如图1所示，以太网收发器系统9包括一个第一收发机10及一个第二收发机20。该第一收发机10包括四组收发单元，每组收发单元包括一个第一发送器101、一个第一接收器102、及一个第一混合电路13。该第二收发机20也包括四组收发单元，每组收发单元包括一个第二发送器201、一个第二接收器202、及一个第二混合电路23。在该第一收发机10及该第二收发机20之间存在四对双绞线30，分别连接该第一收发机10的该四个第一混合电路13及该第二收发机20的该四个第二混合电路23。
另外，在1000BASE-T标准中，收发器系统是使用独立的四对五类双绞线(CAT-5)相互连接，而用于单一链路。实际上，这种通信涉及在四对双绞线上的四个数据信号的同时并行传输，且每个数据信号是以250Mbps的位率来传输。1000BASE-T标准更要求以离散五级的脉冲幅度调制(PAM-5)符来表示用于传输的数位数据，并以八种状态(state)的网格编码法来编码。二位的PAM-5符实际上使用大约80MHz的电缆带宽来将CAT-5的数据传输限制于125MBaud。
目前，确实需要针对2.5G BASE-T、5G BASE-T、及10G BASE-T等标准，提供通过非四对双绞线来传输的以太网通信系统。
发明内容
本发明旨在实现一种通过一对双绞线或两对双绞线来传输的通信系统，其可应用于多种以太网，例如：2.5G BASE-T、5G BASE-T、及10G BASE-T。
本发明在设计这种通过一对双绞线或两对双绞线来传输的以太网通信系统时，考量至少下列三个条件：
第一、不变更原先IEEE 802.3bz及IEEE 802.3an的低密度奇偶检查码(lowdensity parity check，LDPC)编码器/解码器的奇偶检查矩阵(parity-check matrix)，以避免增加额外的硬件复杂度。
第二、不变更模拟数字转换器(analog-to-digital converter，ADC)及数字模拟转换器(digital-to-analog converter，DAC)原本的波特率(Baud rate)，例如：200MBaud、400MBaud、或800MBaud，以避免扩大发送(TX)信号/接收(RX)信号的频率带宽(frequencybandwidth)而降低可连线的传输距离(loop-reach)。
第三、不变更离散十六级的脉冲幅度调制(pulse amplitude modulation with16 discrete levels，PAM-16)或双重平方正交幅度调制(double square quadratureamplitude modulation，DSQ-128)的发送/接收符号率(symbol rate)，例如：200MHz、400MHz、或800MHz。
进而，本发明与IEEE 802.3bz及IEEE 802.3an的以太网收发器相比，在使用两对(two pairs)或一对(one pair)双绞线时，在不增加额外的数字信号处理(digital signalprocessing，DSP)下，提供降速的传输量(throughput)，例如：2.5Gbps、1.25Gbps、1.0Gbps、或0.625Gbps。
因此，根据本发明的一种观点，提供一种以太网通信系统，是只通过两对双绞线来传输，该以太网通信系统包括一个第一收发机及恰好两对双绞线。该第一收发机包括使用低密度奇偶检查码编码的一个第一物理编码子层、连接至该第一物理编码子层的二个第一物理媒体衔接、及分别连接至该二个第一物理媒体衔接的二个第一混合电路。该恰好两对双绞线是分别连接至该第一收发机的该二个第一混合电路。
选择性地或优选地，该以太网通信系统的一个媒体独立介面的数据传输速率对于2.5G BASE-T标准而言，应设定成1.25Gbps，对于5G BASE-T标准而言，应设定成2.5Gbps，而对于10G BASE-T标准而言，应设定成5.0Gbps。
选择性地或优选地，该以太网通信系统的一个低密度奇偶检查码编码器每640nsec或每1280nsec将想要传送的数据位编码成2048个或1024个经编码位。
选择性地或优选地，该以太网通信系统的一个位映射器将2048个经编码位映射至512个离散十六级的脉冲幅度调制符，或将1024个经编码位映射至256个离散十六级的脉冲幅度调制符。
选择性地或优选地，该以太网通信系统的一个媒体独立界面的数据传输速率对于2.5G BASE-T标准而言，应设定成1.0Gbps。
选择性地或优选地，该以太网通信系统的一个低密度奇偶检查码编码器聚集1个辅助位、各有65个位的10个数据区块、及附加的1072个零，并将这1723个位编码成2048个经编码位。
选择性地或优选地，该以太网通信系统的一个低密度奇偶检查码编码器聚集1个辅助位、各有65个位的20个数据区块、及附加的422个零，并将这1723个位编码成2048个经编码位。
此外，根据本发明的另一种观点，提供一种以太网通信系统，只通过一对双绞线来传输，该以太网通信系统包括一个第一收发机及恰好一对双绞线。该第一收发机包括一个第一物理编码子层、连接至该第一物理编码子层的一个第一物理媒体衔接、及连接至该第一物理媒体衔接的一个第一混合电路。该恰好一对双绞线是连接至该第一收发机的该第一混合电路。
选择性地或优选地，该以太网通信系统的一个媒体独立界面的数据传输速率对于2.5G BASE-T标准而言，应设定成0.625Gbps，对于5G BASE-T标准而言，应设定成1.25Gbps，而对于10G BASE-T标准而言，应设定成2.5Gbps。
选择性地或优选地，该以太网通信系统的一个低密度奇偶检查码编码器每1280nsec或每2560nsec将1723个数据位编码成2048个经编码位。
附图说明
图1显示现有技术的一例的2.5G/5G/10G BASE-T的以太网收发器系统。
图2显示本发明的实施例4的通过两对双绞线来传输的以太网通信系统。
图3A显示比较例1的通过四对双绞线来传输的以太网通信系统。
图3B显示本发明的实施例1的通过两对双绞线来传输的以太网通信系统。
图4A显示本发明的实施例2的通过两对双绞线来传输的以太网通信系统。
图4B显示图4A的数据、LDPC输入缓冲器、及位映射器的关系。
图5A显示本发明的实施例3的通过两对双绞线来传输的以太网通信系统。
图5B显示图5A的数据、LDPC输入缓冲器、及位映射器的关系。
图6A显示本发明的实施例5(a)的通过一对双绞线来传输的以太网通信系统。
图6B显示本发明的实施例5(b)的通过一对双绞线来传输的以太网通信系统。
附图编号
1 (通过四对双绞线来传输的)以太网通信系统
2 (通过两对双绞线来传输的)以太网通信系统
3 (通过一对双绞线来传输的)以太网通信系统
10 第一收发机
101 第一发送器
102 第一接收器
11 第一物理编码子层(PCS)
12 第一物理媒体衔接(PMA)
13 第一混合电路
14 第一PMA含PCS
20 第二收发机
201 第二发送器
202 第二接收器
21 第二PCS
22 第二PMA
23 第二混合电路
24 第二PMA含PCS
30 双绞线
51 LDPC输入缓冲器(LDPC编码器)
52 位映射器
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
以下提供本发明的不同实施例。这些实施例是用于说明本发明的技术内容，而非用于限制本发明的权利范围。可将本发明的特征进行修饰、置换、组合、分离、或设计，以应用于其他实施例。
值得注意的是，在本发明中，所谓的“第一”或“第二”等序数，只是用于区别具有相同名称的多个元件(element)，并不表示其等的位阶、执行、排列、或工艺的先后顺序。
除了特别指明者之外，各个元件可以适合的方式来实现，可分别是一单独电路，也可整合为一集成电路，且可包括一个或多个主动元件，例如，电晶体或逻辑闸，或一个或多个被动元件，例如，电阻、电容、或电感，但不限于此。各个元件可以适合的方式来彼此连接，例如配合其等各自的输入信号及输出信号，使用一条或多条线路来形成串联或并联。此外，各个元件可允许输入信号及输出信号依序或并列进出。上述设计皆是依照实际应用而定。
在本发明中，所谓的“系统”、“设备”、“装置”、“模组”、或“单元”等用语，是指一电子元件或由多个电子元件所组成的一数位电路、一类比电路、或其他更广义的电路，且除了特别指明者之外，它们不必然有阶层或从属关系。
此外，在本发明中，可能使用“只”(only)、“仅”(merely)、“刚好”(just)、或“恰好”(exactly)等用语，针对一特定目的或一特定效果来限定一元件或一参数的一数目、一数量、一数字、或一数值。高于或低于所限定的数目、数量、数字、或数值可能无法达成期望的特定目的或特定效果。
实施例
比较例1：
以太网2.5G BASE-T/5G BASE-T四对双绞线模式，数据传输速率分别是2.5Gbps/5Gbps。
在下文中，符号“/”左侧的数值是针对2.5G BASE，而其右侧的数值是针对5GBASE-T。
图3A显示比较例1的通过四对双绞线来传输的以太网通信系统1，其适用于以太网2.5G BASE-T/5G BASE-T。
该以太网通信系统1包括一个第一收发机10及一个第二收发机20。该第一收发机10包括一个第一物理编码子层(physical coding sublayer，PCS)11、连接至该第一PCS 11的四个第一物理媒体衔接(physical medium attachment，PMA)12、及分别连接至该四个第一PMA 12的四个第一混合(hybrid)电路13。在图示中，TX表示发送，而RX表示接收。同理，该第二收发机20也包括一个第二PCS 21、四个第二PMA 22、及四个第二混合电路23，其连接方式可参考该第一收发机10。在该第一收发机10及该第二收发机20之间存在四对双绞线30，分别连接该第一收发机10的该四个第一混合电路13及该第二收发机20的该四个第二混合电路23。
在比较例1中，该第一收发机10的各项参数是设定成：进入该第一PCS 11的传输量是2.5Gbps/5Gbps。该第一PCS 11所使用的LDPC的帧率(frame rate)是1562.5kHz/3125kHz。PAM-16的符号率是200MHz/400MHz。任何一对双绞线30的波特率是200MBaud/400MBaud。至于该第二收发器20的各项参数则是以相同于该第一收发机10的方式设定。
实施例1：
以太网2.5G BASE-T/5G BASE-T两对双绞线模式，数据传输速率分别是2.5Gbps/1.25Gbps。
图3B显示本发明的实施例1的通过两对双绞线来传输的以太网通信系统2，其适用于以太网2.5G BASE-T/5G BASE-T。
实施例1相较于比较例1，该第一收发机10除了该第一PCS 11之外，只有二个第一PMA 12、及二个第一混合电路13。该第二收发机20除了该第二PCS 21之外，只有二个第二PMA 22、及二个第二混合电路23。在该第一收发机10及该第二收发机20之间只存在两对双绞线30。
对于通过两对双绞线来传输的以太网通信系统2而言，媒体独立界面(mediumindependent interface，MII)的数据传输速率(data rate)会降低至原本的传输量的50％。例如，对于2.5G BASE-T而言，数据传输速率是1.25Gbps，而对于5G BASE-T而言，数据传输速率是2.5Gbps。
首先，LDPC编码器(图未显示)每640nsec或每1280nsec会将1723个数据位编码成2048个经编码位(在此，LDPC的帧率分别是1562.5kHz或781.25kHz)。
接着，“位映射器”(bit mapper)(图未显示)会将2048个经编码位映射至512个PAM-16符号(symbol)。对于5G BASE-T而言，每640nsec会通过两对双绞线来传送生成的512个PAM-16符，而对于2.5G BASE-T而言，每1280nsec会通过两对双绞线来传送生成的512个PAM-16符号。
通过各对双绞线30，PAM-16符号的符号率对于2.5G BASE-T而言是200MHz，而对于5G BASE-T而言是400MHz。
从而，LDPC解码器(图未显示)会将经接收的512个PAM-16符号加以解码。
因此，本发明可满足下列三个条件：
第一、不变更原先IEEE 802.3bz及IEEE 802.3an的LDPC编码器/解码器的奇偶检查矩阵，以避免增加额外的硬件复杂度。
第二、不变更ADC及DAC原本的波特率，以避免扩大发送信号/接收信号的频率带宽而降低可连线的线长。
第三、不变更PAM-16或DSQ-128的发送/接收符号率。
在上述前提下，本发明提供一种通过两对双绞线来传输的以太网通信系统2。
实施例2：
以太网2.5G BASE-T两对双绞线降低模式1，数据传输速率为1.0Gbps。
图4A显示本发明的实施例2的通过两对双绞线来传输的以太网通信系统2，其适用于以太网2.5G BASE-T。实施例2与实施例1的不同之处在于实施例2的数据传输速率降低成1.0Gbps。关于相同或相似元件的配置及作用，请参考前述实施例。
图4B显示图4A的数据、LDPC输入缓冲器(也即，LDPC编码器)、及位映射器的关系。
对于通过两对双绞线来传输的以太网通信系统2而言，MII的数据传输速率会降低至原本的速度(2.5Gbps)的40％。各个LDPC输入缓冲器51会聚集1个辅助位、各有65个位的10个数据区块(data block)、及附加的1072个零，并将这1723个位编码成2048个经编码位。接着，位映射器52会根据格雷码映射法则(Gray code mapping rule)，将这2048个经编码位映射至512个PAM-16符号。对于2.5G BASE-T而言，每640nsec会通过两对双绞线来传送生成的512个PAM-16符号。从而，LDPC解码器(图未显示)会将经接收的512个PAM-16符号加以解码。
值得注意的是：
第一、实施例2在每个LDPC帧区间(duration)中，减少位在LDPC编码器输入端口处的65位(65B)区块的数目及位在LDPC解码器输出端口处的65B区块的数目。
第二、在本实施例中，640nsec之内的每LDPC帧只传送651个数据位、48个零(或预定模式(pattern))、及325个奇偶检查位给PAM-16调制器。也就是说，640nsec之内的每LDPC帧只传送1024位给位映射编码，使PAM-16调制器生成256个PAM-16符号。
范例说明：IEEE 802.3bz的2.5G BASE-T模式规定640nsec之内的每LDPC帧只传送25个65B区块，而“实施例2”则规定640nsec之内的每LDPC帧只传送10个65B区块，故传输量为2.5Gbps×10/25＝1Gbps。
因此，本发明可在满足上述三个条件的前提下，提供一种通过两对双绞线来传输的以太网通信系统2。
实施例3：
以太网2.5G BASE-T两对双绞线降低模式2，数据传输速率为1.0Gbps。
图5A显示本发明的实施例3的通过两对双绞线来传输的以太网通信系统2，其适用于以太网2.5G BASE-T。实施例3与实施例1的不同之处在于实施例3的数据传输速率降低成1.0Gbps。关于相同或相似元件的配置及作用，请参考前述实施例。
图5B显示图5A的数据、LDPC输入缓冲器(即，LDPC编码器)、及位映射器的关系。
对于通过两对双绞线来传输的以太网通信系统2而言，MII的数据传输速率会降低至原本的传输量(2.5Gbps)的40％。各个LDPC输入缓冲器51会聚集1个辅助位、各有65个位的20个数据区块、及附加的422个零，并将这1723个位(1+65×20+422＝1723)编码成2048个经编码位。接着，位映射器52会根据格雷码映射法则，将这2048个经编码位映射至512个PAM-16符号。对于2.5G BASE-T而言，每1280nsec会通过两对双绞线来传送生成的512个PAM-16符号。从而，LDPC解码器(图未显示)会将经接收的512个PAM-16符号加以解码。
因此，本发明可在满足上述三个条件的前提下，提供一种通过两对双绞线来传输的以太网通信系统2。
实施例4：
以太网10G BASE-T两对双绞线模式，数据传输速率为5.0Gbps。
图2显示本发明的实施例4的通过两对双绞线来传输的以太网通信系统2，其适用于以太网10G BASE-T。
对于通过两对双绞线来传输的以太网通信系统2而言，MII的数据传输速率降低至原本的速度的50％。例如，对于10G BASE-T而言，数据传输速率是5.0Gbps。一旦1723个经编码位准备完成，LDPC编码器(图未显示)就会将数据加以编码。位映射器(图未显示)会根据DSQ-128映射法则，将2048个位的LDPC码字(code word)连同额外的1536个未编码位，映射至512个DSQ-128符号，并区分成2组的256个DSQ-128符号。对于10G BASE-T系统而言，每320nsec会通过两对双绞线来传送生成的512个DSQ-128符号。从而，LDPC解码器(图未显示)会将经接收的512个DSQ-128符号加以解码。
因此，本发明可在满足上述三个条件的前提下，提供一种通过两对双绞线来传输的以太网通信系统2。
实施例5(a)：
以太网2.5G BASE-T/5G BASE-T一对双绞线模式，数据传输速率分别是0.625Gbps/1.25Gbps。
图6A显示本发明的实施例5(a)的通过一对双绞线来传输的以太网通信系统3，其适用于以太网2.5G BASE-T/5G BASE-T。
该以太网通信系统3包括一个第一收发机10及一个第二收发机20。该第一收发机10包括一个第一PCS 11、连接至该第一PCS 11的一个第一PMA 12、及连接至该第一PMA 12的一个第一混合电路13。同理，该第二收发机20也包括一个第二PCS 21、连接至该第二PCS21的一个第二PMA 22、及连接至该第二PMA 22的一个第二混合电路23。在该第一收发机10及该第二收发机20之间只存在一对双绞线30，分别连接该第一收发机10的该第一混合电路13及该第二收发机20的该第二混合电路23。
对于通过一对双绞线来传输的以太网通信系统3而言，MII的数据传输速率会降低至原本的传输量的20％。例如，对于2.5G BASE-T而言，数据传输速率是0.625Gbps，而对于5G BASE-T而言，数据传输速率是1.25Gbps。
首先，LDPC编码器(图未显示)每1280nsec或每2560nsec会将1723个数据位编码成2048个经编码位(在此，LDPC的帧率分别是781.25kHz或390.625kHz)。接着，位映射器(图未显示)会将2048个经编码位映射至512个PAM-16符号。对于5G BASE-T而言，每1280nsec会通过两对双绞线来传送生成的512个PAM-16符号，而对于2.5G BASE-T而言，每2560nsec会通过两对双绞线来传送生成的512个PAM-16符号。
因此，本发明可在满足上述三个条件的前提下，提供一种通过一对双绞线来传输的以太网通信系统3。
实施例5(b)：
以太网10G BASE-T一对双绞线模式，数据传输速率为2.5Gbps。
图6B显示本发明的实施例5(b)的通过一对双绞线来传输的以太网通信系统3，其适用于以太网10G BASE-T。
该以太网通信系统3包括一个第一收发机10及一个第二收发机20。该第一收发机10包括一个第一PMA含PCS 14及连接至该第一PMA含PCS 14的一个第一混合电路13。同理，该第二收发机20也包括一个第二PMA含PCS 24及连接至该第二PMA含PCS 24的一个第二混合电路23。在该第一收发机10及该第二收发机20之间只存在一对双绞线30，分别连接该第一收发机10的该第一混合电路13及该第二收发机20的该第二混合电路23。
对于通过一对双绞线来传输的以太网通信系统3而言，MII的数据传输速率降低至原本的速度的25％。例如，对于10G BASE-T而言，数据传输速率是2.5Gbps。一旦1723个经编码位准备完成，LDPC编码器(图未显示)就会将数据加以编码。位映射器(图未显示)会根据DSQ-128映射法则，将2048个位的LDPC码字连同额外的1536个未编码位，映射至512个DSQ-128符号，并区分成2组的256个DSQ-128符号。对于10G BASE-T系统而言，每640nsec会通过两对双绞线来传送生成的512个DSQ-128符哈哈。从而，LDPC解码器(图未显示)会将经接收的512个DSQ-128符号加以解码。
因此，本发明可在满足上述三个条件的前提下，提供一种通过一对双绞线来传输的以太网通信系统3。
综上所述，本发明与IEEE 802.3bz及IEEE 802.3an的以太网收发器相比，并不增加额外的数字信号处理，而提供降低的传输量，例如：2.5Gbps、1.25Gbps、1.0Gbps、或0.625Gbps，从而实现一种通过一对双绞线或两对双绞线来传输的通信系统，其可应用于多种以太网，例如：2.5G BASE-T、5G BASE-T、及10G BASE-T。
尽管本发明已通过上述多个实施例加以说明，应该理解的是，只要不背离本发明的精神及申请专利范围所主张者，可作出许多其他可能的修饰及变化。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种以太网通信系统，其特征在于，只通过两对双绞线来传输，该以太网通信系统包括：
一个第一收发机，包括：
一个第一物理编码子层(physical coding sublayer，PCS)，其使用低密度奇偶检查码(low density parity check，LDPC)编码；
两个第一物理媒体衔接(physical medium attachment，PMA)，其连接至该第一物理编码子层；及
两个第一混合电路，其分别连接至两个第一物理媒体衔接；及
恰好两对双绞线，其分别连接至该第一收发机的两个第一混合电路。
2.根据权利要求1所述的以太网通信系统，其特征在于，该以太网通信系统的一个媒体独立界面的数据传输速率对于2.5G BASE-T标准而言，设定成1.25Gbps，对于5G BASE-T标准而言，设定成2.5Gbps，而对于10G BASE-T标准而言，设定成5.0Gbps。
3.根据权利要求1所述的以太网通信系统，其特征在于，该以太网通信系统的一个低密度奇偶检查码编码器每640nsec或每1280nsec将想要传送的数据位编码成2048个或1024个经编码位。
4.根据权利要求1所述的以太网通信系统，其特征在于，该以太网通信系统的一个位映射器将2048个经编码位映射至512个离散十六级的脉冲幅度调制符，或将1024个经编码位映射至256个离散十六级的脉冲幅度调制符。
5.根据权利要求1所述的以太网通信系统，其特征在于，该以太网通信系统的一个媒体独立界面(medium independent interface，MII)的数据传输速率对于2.5G BASE-T标准而言，设定成1.0Gbps。
6.根据权利要求1所述的以太网通信系统，其特征在于，该以太网通信系统的一个低密度奇偶检查码编码器聚集1个辅助位、各有65个位的10个数据区块、及附加的1072个零，并将这1723个位编码成2048个经编码位。
7.根据权利要求1所述的以太网通信系统，其特征在于，该以太网通信系统的一个低密度奇偶检查码编码器聚集1个辅助位、各有65个位的20个数据区块、及附加的422个零，并将这1723个位编码成2048个经编码位。
8.一种以太网通信系统，其特征在于，只通过一对双绞线来传输，该以太网通信系统包括：
一个第一收发机，包括：
一个第一物理编码子层；
一个第一物理媒体衔接，其连接至该第一物理编码子层；及
一个第一混合电路，其连接至该第一物理媒体衔接；及
恰好一对双绞线，其连接至该第一收发机的该第一混合电路。
9.根据权利要求1所述的以太网通信系统，其特征在于，该以太网通信系统的一个媒体独立界面的数据传输速率对于2.5G BASE-T标准而言，设定成0.625Gbps，对于5G BASE-T标准而言，设定成1.25Gbps，而对于10G BASE-T标准而言，设定成2.5Gbps。
10.根据权利要求1所述的以太网通信系统，其特征在于，该以太网通信系统的一个低密度奇偶检查码编码器每1280nsec或每2560nsec将1723个数据位编码成2048个经编码位。
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