TW201507402A - 乙太網路系統之線長估測方法及其接收器 - Google Patents

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Abstract

一種乙太網路系統之線長估測方法及其接收器，應用於一乙太網路系統。此線長估測方法包括從乙太網路系統中之一回授等化器的通道資訊中取得一通道樣本以及根據通道樣本、一第一係數以及一常數估算一線長。

Description

乙太網路系統之線長估測方法及其接收器
本發明是關於一種通道估測技術，特別是關於一種乙太網路系統之線長估測方法及其接收器。
在乙太網路系統中，提供線長資訊與纜線狀態有助偵測與瞭解通道的使用情況。因此，有不少估測線長的方式已被提出了，例如：利用量測接收信號的能量來估測線長、或是透過觀察接收信號的頻譜與線長的關係來估測線長。雖然目前已有不少方式能夠提供超高速乙太網路系統的線長資訊，但是這些方式並無法同時兼具穩定度、計算簡易與高精確度等三項要素。
舉例來說：利用量測接收信號的能量來估測線長的方式易受傳送端功率大小不同而影響，因此無法在各種環境均維持相同的效能，無法提供良好的穩定度。
透過觀察接收信號的頻譜與線長的關係來估測線長的方法是利用6MHz與43MHz的通道響應之比率來作為線長估計。根據模擬結果發現其準確度相當高，但是在實際以硬體實現時上卻有成本太高的問題。因為要準確的計算出6MHz與43MHz的成分，需要做很多點的DFT(Discrete Fourier Transform，離散傅立葉轉換)的計算，這牽涉到大量的乘法及加法，使得IC面積變得龐大而增加成本，而難以符合實際之需求。
在一實施例中，一種乙太網路系統之線長估測方法，其應用於一乙太網路系統。此線長估測方法包括從乙太網路系統中之一回授等化器的通道資訊中取得一通道樣本以及根據通道樣本、一第一係數以及一常數估算一線長。
在一實施例中，一種乙太網路系統之接收器包括：一前端接收裝置、一前饋等化器、一加法器、一回授等化器、以及一通道估測器。前饋等化器電性連接前端接收裝置。加法器電性連接前饋等化器。回授等化器電性連接加法器。通道估測器電性連接回授等化器，並且用以根據回授等化器的通道樣本、第一係數以及常數估算線長。
綜上，根據本發明之乙太網路系統之線長估測方法及其接收器利用連線狀態下接收器的回授等化器(以及前饋等化器)的資訊來獲得對應通道響應之通道資訊(以及對應取樣相位的差異之通道資訊)，並據以估測線長，藉以準確且簡便地得到線長資訊。
10‧‧‧接收器
110‧‧‧前端接收裝置
120‧‧‧雜訊消除裝置
130‧‧‧前饋等化器
140‧‧‧加法器
150‧‧‧回授等化器
160‧‧‧時序回復器
170‧‧‧決策回授序列估測器
180‧‧‧通道估測器
190‧‧‧資料決策器
cf3‧‧‧前游標成分
cf4‧‧‧主游標
cf5‧‧‧後游標成分
cb0‧‧‧後游標成分
cb1‧‧‧後游標成分
cb2‧‧‧後游標成分
cb3‧‧‧後游標成分
S21‧‧‧從前饋等化器的通道響應中取得至少一通道樣本
S23‧‧‧從回授等化器的通道響應中取得一通道樣本
S25‧‧‧根據取得之通道樣本、第一係數、第二係數以及一常數估算線長
第1圖是根據本發明一實施例之乙太網路系統之接收器的概要方塊圖。
第2圖是根據本發明一實施例之線長估測方法的概要流 程圖。
第3圖是第1圖中前饋等化器的通道資訊的示意圖。
第4圖是第1圖中回授等化器的通道資訊的示意圖。
第5圖是後游標成分與前游標成分的線性結合與實際線長的關係圖。
第6圖是第二係數與實際線長的關係圖。
參照第1圖，乙太網路系統之接收器10包括一前端接收裝置110、一雜訊消除裝置120、一前饋等化器(feed-forward equalizer；FFE)130、一加法器140、一回授等化器(feedback equalizer；FBE)150、一時序回復器160、一決策回授序列估測器(decision-feedback sequence estimation；DFSE)170、一通道估測器180及一資料決策器(Slicer)190。
前端接收裝置110、雜訊消除裝置120、前饋等化器130、加法器140以及決策回授序列估測器170依序電性連接。回授等化器150電性連接至加法器140，並且時序回復器160電性連接在前端接收裝置110與回授等化器150之間。通道估測器180電性連接至前饋等化器130以及回授等化器150。於此，加法器140的二輸入端分別電性連接前饋等化器130以及回授等化器150，並且加法器140的輸出端電性連接決策回授序列估測器170。其中，資料決策器190電性連接在加法器140的輸出端與回授等化器150之間。
前端接收裝置110用以接收遠端傳送之輸入訊號 並將其轉換成數位訊號。雜訊消除裝置120用以將信號中之近端干擾消除。前饋等化器130用以消除訊號中碼際干擾(inter-symbol interference，ISI)之前游標(precursor)成分。加法器140用以依據其他近端接收器之經過近端干擾消除、時序回復及通道等化的數位輸入訊號將信號中之遠端干擾消除。回授等化器150用以消除碼際干擾之後游標(postcursor)成分。時序回復器160用以執行訊號時序的回復，以使接收端之時脈訊號的頻率及相位與傳輸端之時脈訊號的頻率及相位同步。決策回授序列估測器170用以進行解碼並消除訊號中的碼際干擾之後游標成分。通道估測器180係對主/從收送裝置之間的通道長度(即，線長L)進行估測，以便預設前饋等化器130、回授等化器150及類比自動增益控制器等元件的參數，藉以加速系統的收斂。
前端接收裝置110可包括一類比自動增益控制器(auto-gain controller)、一低通濾波器(low pass filter，LPF)、一取樣/保持電路(S/H circuit)、一反相部份響應濾波器(inverse partial response，IPR)與一類比至數位轉換器(analog-to-digital converter，ADC)。雜訊消除裝置120可包括一迴音消除器(echo canceller)、多個近端串音消除器(near-end crosstalk canceller，NEXT canceller)以及一加法器。類比自動增益控制器、低通濾波器、取樣/保持電路、反部分響應濾波器、類比至數位轉換器以及加法器的一輸入端依序電性連接(串接)。迴音消除器以及近端串音消除器電性連接至加法器的另一輸入端。加法器的輸出端則電性連接至 回授等化器150。
參照第2圖，通道估測器180所使用的線長估測方法包括從前饋等化器130的通道資訊中取得一通道樣本(步驟S21)、從回授等化器150的通道資訊中取得一通道樣本(步驟S23)、以及根據取得之通道樣本、第一係數(a)、第二係數(k)以及一常數(b)估算線長L(步驟S25)。
在一些實施例中，通道估測器180依據下式1進行線長L的估算。
其中，N代表此乙太網路系統中連線對數、a為第一係數、cb0 i 代表回授等化器150的通道樣本中之第一個後游標成分、k代表第二係數、cf3 i 代表前饋等化器的通道樣本中之最後一個前游標成分、cf5 i 代表前饋等化器的通道樣本中之第一個後游標成分以及b代表常數。於此，第一係數以及第二係數亦為常數，並且N為正整數。
前饋等化器130會依據接收到之信號進行通道量測以依據通道資訊建立一通道樣本(channel profile)。前饋等化器130所建立的通道樣本中包含一主游標(main tap)cf4以及多個回音(secondary tap)，如第3圖所示。在通道樣本中，發生在主游標cf4之前的回音稱作前游標成分cf3，而發生在主游標cf4之後的回音稱作後游標成分cf5。
回授等化器150亦會依據接收到之信號進行通道量測以依據通道資訊建立一通道樣本。前饋等化器130所建 立的通道樣本中包含多個後游標成分cb0、cb1、cb2、cb3，如第4圖所示。
換言之，在連線時，通道估測器180取得前饋等化器130所建立的通道樣本中之最後一個前游標成分cf3以及第一個後游標成分cf5以及取得回授等化器150所建立的通道樣本中之第一個後游標成分cb0，並依據取得之前游標成分cf3以及後游標成分cf5、cb0以式1的計算式計算出線長L。
在一些實施例中，當接收器10以1Gbps(Giga-bits per second)的傳輸速度連線時，N可為1、2、3或4。而當接收器10以100Mbps(Mega-bits per second)的傳輸速度連線時，N等於1。亦即線長L可以視使用狀況僅以一連線對數計算或以多連線對數的計算結果加以平均。
在一些實施例中，當以1Gbps的傳輸速度連線時，由於接收器10具有迴音消除器以及近端串音消除器，所以前饋等化器130以及回授等化器150只面對通道響應而無其他干擾。此時，接收器10的取樣相位的變化不大。換言之，接收器10每次連線都取樣到最佳相位附近，因此前游標成分cf3也就差異不大。於此，通道估測器180則可改以下式2進行線長L的估算。
此外，在一些實施例中，可將每一路(連線對)中之前饋等化器130的後游標成分cf5均設定為一固定值。於此，通道估測器180則可改以下式3進行線長L的估算。換 言之，在進行線長L時，可不考慮前饋等化器130的通道資訊。
或者，通道估測器180可改以下式4進行線長L的估算。換言之，在進行線長L時，僅不考慮前饋等化器130的後游標成分cf5。
其中，前述之第一係數(a)、第二係數(k)以及常數(b)都是於乙太網路系統架設時，透過量測數據而估測得。例如：利用使用最小平方誤差準則搭配實際量測到的前游標成分cf3與後游標成分cf5、cb0以及實際線長(L)而估測得第一係數(a)、第二係數(k)以及常數(b)。
舉例來說，針對100Mbps的傳輸速度，將N=1代入式1，可得下列式5。
L=a×(cb0+cf5+k×cf3)+b 式5
針對不同實際線長(L)進行多次連線以實際量後游標成分cb0、cf5與前游標成分cf3。
將實測得的後游標成分cb0、cf5與前游標成分cf3帶入式5，並採用最小平方誤差準則得到k=1.164、a=-181.048498、以及b=133.860567。
於此，可發現後游標成分cb0、cf5與前游標成分cf3的線性結合(cb0+cf5+1.164×cf3)會與線長L呈線性關係， 如第5圖所示。而且，k=1.164的時候會有最小的線長估測誤差，如第6圖所示。
針對1Gbps的傳輸速度，將N=4代入式3，可得下列式6。
針對每一連線通道(連線對)，以不同實際線長(L)進行多次連線以實際量測後游標成分cb0與前游標成分cf3。
將實測得的後游標成分cb0與前游標成分cf3帶入式6，並採用最小平方誤差準則找出cb0與線長的線性關係，以得到a=-202.357以及b=113.1339。
綜上，根據本發明之乙太網路系統之線長估測方法及其接收器利用連線狀態下接收器的回授等化器(以及前饋等化器)的資訊來獲得對應通道響應之通道資訊(以及對應取樣相位的差異之通道資訊)，並據以估測線長，藉以準確且簡便地得到線長資訊。
並且，於根據本發明之乙太網路系統之線長估測方法及其接收器的實施例中，在實際線長為150公尺以內，不論是1Gbps的傳輸速度還是100Mbps的傳輸速度，線長估測的準確度均可達誤差在±3公尺以內。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專 利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
S21‧‧‧從前饋等化器的通道響應中取得至少一通道樣本
S23‧‧‧從回授等化器的通道響應中取得一通道樣本
S25‧‧‧根據取得之通道樣本、第一係數、第二係數以及一常數估算線長

Claims (17)

  1. 一種乙太網路系統之線長估測方法，應用於一乙太網路系統，包括：從該乙太網路系統中之一回授等化器的通道資訊中取得一通道樣本；以及根據該通道樣本、一第一係數以及一常數估算一線長。
  2. 如請求項1所述之乙太網路系統之線長估測方法，其中該 估算步驟是依據下列公式計算：，其中該L 代表該線長、該N代表該乙太網路系統中連線對數、該a代表該第一係數、該cb0 i 代表該通道樣本以及該b代表該常數。
  3. 如請求項2所述之乙太網路系統之線長估測方法，其中該通道樣本為第一個後游標成分。
  4. 如請求項1所述之乙太網路系統之線長估測方法，更包括：從該乙太網路系統中之一前饋等化器的通道資訊中取得一通道樣本；其中，該估算步驟為根據取得之該些通道樣本、該第一係數以及該常數估算該線長。
  5. 如請求項4所述之乙太網路系統之線長估測方法，其中該 估算步驟是依據下列公式計算：，其 中該L代表該線長、該N代表該乙太網路系統中連線對數、該a代表該第一係數、該cb0 i 代表該回授等化器的該 通道樣本、該cf5 i 代表該前饋等化器的該通道樣本以及該b代表該常數。
  6. 如請求項4所述之乙太網路系統之線長估測方法，其中該回授等化器的該通道樣本為第一個後游標成分，以及該前饋等化器的該通道樣本為第一個後游標成分。
  7. 如請求項1所述之乙太網路系統之線長估測方法，更包括：從該乙太網路系統中之一前饋等化器的通道資訊中取得一通道樣本；其中，該估算步驟為根據取得之該些通道樣本、該第一係數、一第二係數以及該常數估算該線長。
  8. 如請求項7所述之乙太網路系統之線長估測方法，其中該估算步驟是依據下列公式計算： ，其中該L代表該線長、該N代 表該乙太網路系統中連線對數、該a代表該第一係數、該cb0 i 代表該回授等化器的該通道樣本、該k代表該第二係數、該cf3 i 代表該前饋等化器的該通道樣本以及該b代表該常數。
  9. 如請求項7所述之乙太網路系統之線長估測方法，其中該回授等化器的該通道樣本為第一個後游標成分，以及該前饋等化器的該通道樣本為最後一個前游標成分。
  10. 如請求項1所述之乙太網路系統之線長估測方法，更包括：從該乙太網路系統中之一前饋等化器的通道資訊中 取得複數個通道樣本；其中，該估算步驟為根據取得之該些通道樣本、該第一係數、一第二係數以及該常數估算該線長。
  11. 如請求項10所述之乙太網路系統之線長估測方法，其中該估算步驟是依據下列公式計算： ，其中該L代表該線長、該 N代表該乙太網路系統中連線對數、該a代表該第一係數、該cb0 i 代表該回授等化器的該通道樣本、該k代表該第二係數、該cf3 i 以及該cf5 i 代表該前饋等化器的該些通道樣本以及該b代表該常數。
  12. 如請求項10所述之乙太網路系統之線長估測方法，其中該回授等化器的該通道樣本為第一個後游標成分，以及該前饋等化器的該些通道樣本為最後一個前游標成分以及第一個後游標成分。
  13. 一種乙太網路系統之接收器，包括：一前端接收裝置；一前饋等化器，電性連接該前端接收裝置；一加法器，電性連接該前饋等化器；一回授等化器，電性連接該加法器；以及一通道估測器，電性連接該回授等化器，用以根據該回授等化器的通道樣本、一第一係數以及一常數估算一線長。
  14. 如請求項13所述之乙太網路系統之接收器，其中該通道 樣本為第一個後游標成分。
  15. 如請求項13所述之乙太網路系統之接收器，其中該通道估測器電性連接該前饋等化器，用以根據該回授等化器的該通道樣本、該前饋等化器的至少一通道樣本、該第一係數以及一常數估算一線長。
  16. 如請求項15所述之乙太網路系統之接收器，其中該回授等化器的該通道樣本為第一個後游標成分，以及該前饋等化器的該通道樣本為第一個後游標成分。
  17. 如請求項15所述之乙太網路系統之接收器，其中該回授等化器的該通道樣本為第一個後游標成分，以及該前饋等化器的該通道樣本為最後一個前游標成分。
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