通信系统与方法
【专利摘要】一种通信系统与方法。该通信系统包含封包流转换单元、映射单元以及传输单元。封包流转换单元用以接收四比特封包流并转换四比特封包流为六比特封包流。映射单元用以将六比特封包流映射至多个三进制比特流，并根据六比特封包流中闲符号(IDLE symbols)的至少一特定比特，映射闲符号至三进制比特流。传输单元用以将三进制比特流通过一缆线传送至远端通信装置。该通信系统能改善接收端远端通信装置所经历的基准线漂移现象。此外，该通信系统所采用的编码规则能够有效率地锁定线路码中的时脉信息，并正确解读线路码，使有线网络通信的错误率下降，并提高传输效率。
【专利说明】
通信系统与方法
技术领域
[0001] 本
【发明内容】
设及一种通信系统与方法，特别设及一种用缆线传输数据的一种通信 系统与方法。
【背景技术】
[0002] 电机电子工程师学会（Insti1:ute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)为提升网络发展，针对不同速率W及不同媒介的网络传输订定标准规格，在无数研究 屯、血的投注下，有线电缆的传输速度已高达十亿比特每秒(Gbps)。
[0003] 在网络传输架构中，线路编码（line coding)为有线W太网络的物理层(physical layer, PHY)W及数据链路层(data link layer)中的重要技术，原始数据数据经过线路编 码后始通过缆线传送，另外，线路编码亦可针对传输媒介等特性设计，对于网络传输品质十 分关键。
【发明内容】
[0004] 为因应有线网络的通信需求，本
【发明内容】
提供改善线路编码的通信系统与方法。 本
【发明内容】
的一态样为一种通信系统，通信系统包含封包流转换单元、映射单元W及传输 单元。封包流转换单元用W接收四比特封包流并转换四比特封包流为六比特封包流。映射 单元用W将六比特封包流映射至多个S进制比特流，并根据六比特封包流中闲符号（ULE symbols)的至少一特定比特，映射闲符号至S进制比特流。传输单元用W将S进制比特流 通过一缆线传送至远端通信装置。
[0005] 本
【发明内容】
的一态样为一种通信方法，包含下列步骤:转换一四比特封包流为一 六比特封包流;将六比特封包流映射至多个=进制比特流，并根据六比特封包流中至少一 闲符号中的至少一特定比特，映射闲符号至=进制比特流;将=进制比特流通过一缆线传 送至一远端通信装置。
[0006] 上述的通信系统与通信方法能改善接收方的基准线漂移(baseline wander)的现 象，使有线网络通信的错误率下降，并提高传输效率。
【附图说明】
[0007] 图IA是依照本
【发明内容】
实施例绘示一种通信系统的方块示意图；
[000引图IB是依照本
【发明内容】
实施例绘示的侧流揽乱器的方块示意图；W及 [0009]图2依照本
【发明内容】
实施例绘示的一种通信方法的流程图。
[0010]其中，附图标记说明：
[0011] 100通信系统
[0012] 110封包流转换单元
[0013] 112比特数转换单元
[0014] 114数据揽乱器
[0015] 116侧流揽乱器
[0016] 120映射单元
[0017] 130传输单元 [001引 200通信方法
[0019] 1162 延时器
[0020] 1164 加法器
[0021] S210~S240 步骤
【具体实施方式】
[0022] 图IA是依照本
【发明内容】
实施例绘示一种通信系统的方块示意图。通信系统100主 要包含开放系统互连模型（open system interconnection reference model)中物理层 (PHY)的部分，物理层由数据链路层(data link layer)中的媒体接入控制(media access 。〇]1化〇1)部分接收媒体独立接口（111日(11日；[]1(1邱日]1(1日]11：；[]11日计日。日）数据，并对其进行线路 编码（line encoding)而产生线路码（line code),并通过缆线将所产生的线路码传送至远 端通信装置(未绘示于图中）。为提升远端通信装置解读线路码的正确率，所产生线路码中 应尽量避免有多个连续的相同逻辑电平，W免远端通信装置对线路码的比特长度解析发生 错误。W下将详细对通信系统100所包含的元件与各元件功能做详细的介绍。
[0023] 通信系统100包含封包流转换单元110、映射单元120W及传输单元130。封包流转 换单元110用W接收四比特封包流并转换四比特封包流为六比特封包流。映射单元120用W 将六比特封包流映射至多个=进制比特流，并根据六比特封包流中闲符号（IDLE symbols) 的至少一特定比特，映射闲符号至=进制比特流。传输单元130用W将=进制比特流通过一 缆线传送至远端通信装置。封包流转换单元110、映射单元120W及传输单元130包括恰当的 逻辑、电路和/或编码，W实现上述的功能。在一些实施例中，上述=进制比特包含-1、〇、1等 =种比特符号。
[0024] 本
【发明内容】
的映射单元120映射六比特封包流至=进制比特流时，多个=进制比 特流中各=进制比特可能数值的组合数量较六比特封包流中每六比特中所有二进比特可 能数值组合的数量大=个W上，因此，映射单元120在映射六比特封包流的闲符号至=进制 比特流时，对于闲符号所映射到的=进制比特值组合有更多弹性，能选用降低=进制比特 流中有连续多个相同的非零逻辑电平的=进制数值组合。亦即，通信系统100能够降低基准 线飘移(baseline wander)现象，进一步提升了远端通信装置解读线路码的成功率，达到更 佳的通信品质。
[00巧]封包流转换单元110包含比特数转换单元112、数据揽乱器(data scrambler) 114 W及侧流揽乱器(S ide Strearn ScrambIer) 116。比特数转换单元112包括恰当的逻辑、电路 和/或编码，用W自媒体独立接口（未绘示于图IA中）接收四比特封包流MII[3:0]，并将其转 为六比特数据流化_stream[5:0]。
[0026]于一实施例中，比特数转换单元112将四比特封包流MII [3:0]直接W补零 (padding)方式转为六比特数据流6b_stream[5:0]。于另一实施例中，封包流转换单元110 中的比特数转换单元112将四比特封包流MII[3:0]转换为=比特封包流(4b3b)，再W先进 先出方式将S比特封包流转换为六比特数据流化_stream[5:0]。
[0027]数据揽乱器114W及侧流揽乱器116包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用W将二进 制的六比特数据流6b_stream[5:0]中零与一的数量打乱，使经扰乱过的六比特受扰数据流 Sdn[5:0]中零与一的数量几乎相同，W让信号具有随机性，加快接收端的远端通信装置取 出所接收信号中时脉频率的速度。数据揽乱器114W及侧流揽乱器116在扰乱六比特数据流 6t)_stream[5:0]时，侧流揽乱器116使用揽乱器多项式（scrambler polynomial)来产生侧 扰值Scrn[5:0]，揽乱器多项式的次数越高，则经扰乱过的六比特受扰数据流Sdn[5:0]中随 机程度也越高。
[002引于一实施例中，侧流揽乱器116所使用揽乱器多项式为卵(x) = l+xU+x33。于另一实 施例中，侧流揽乱器116所使用揽乱器多项式为邑5片）=1+^2<^+^33。图^是依照本
【发明内容】
实 施例绘示的侧流揽乱器116的方块示意图，其中侧流揽乱器116包含延时器1162和加法器 1164，图IB上半部用于根据揽乱器多项式卵(X) = l+x"+x33产生侧扰值Scrn[5:0]，图IB下半 部用于根据揽乱器多项式gs(x) = l+x2D+x33产生侧扰值Scrn[5:0]。
[0029] 数据揽乱器114接收来自侧流揽乱器116的侧扰值Scrn[5:0]与六比特数据流6b_ stream[5:0]并对其加W处理，W产生六比特受扰数据流Sdn[5:0]。数据揽乱器114首先使 用算式g(X)=X3~X8W及侧扰值Sc；Tn[5:0]中的Sc；Tn[0] W及Sc；r(n-1)[0]来产生第一受扰中间 值流Syn[2:0]，其算式如下：
[0030] Syn[0] = Scrn[0]
[0031 ] Syn[l] = g(Scrn[0]) = Scrn[3]'Scrn[8]
[00 创 Syn[2] = g2 (ScrJo]) =ScrJ6 r ScrnU6]
[0033] 将上述S式全部的下标n替换成(n-1)，则可得到Sy(n-i) [2:0]。
[0034] 数据揽乱器114在产生第一受扰中间值流Syn[2:0]后，再利用第一受扰中间值流 Syn[ 2:0]与数据揽乱器114所接收的传送模式信号tx_mode决定第二受扰中间值流Scn[ 5: 0]，算式如下所示：
[0035]
[0036]
[0037]
[00；3 引 [0039]
[0040] 数据揽乱器114在产生第二受扰中间值流Scn[5:0]后，再利用第二受扰中间值流 Scn[5:0]与数据揽乱器114所接收的传送致能信号tx_enableW及本地接收器状态loc_ rcvr^status決吿'六比据巧扰掛据流Sdn「5:0~1,當击血下所TK;
[0041]
[0042]
[0043] 上述的六比特数据流6b_stream[5:0]、第二受扰中间值流Scn[5:0]W及六比特受 扰数据流Sdn[5:0]中皆W6个二进制比特为单位，因此均属于六比特封包流。另外，六比特 数据流6b_stream[5:0]、第二受扰中间值流Scn[5:0]、六比特受扰数据流Sdn[5:0] W及传送 致能信号tx_enable均为时序信号，Wn表示最新信号，而括弧中的数字(如n-6，n-l)表示与 最新信号的时间差。
[0044] 封包流转换单元110输出被扰乱与随机化过的六比特受扰数据流Sdn[5:0]，通信 系统100中映射单元120接收六比特受扰数据流Sdn[5:0]，且六比特受扰数据流Sdn[5:0]中 包含至少一闲符号（H)LE symbol),每一闲符号包含6个二进制比特，映射单元120对六比特 受扰数据流Sdn[5:0]作进一步的处理，将其映射至多个=进制比特流，W通过缆线将六比 特受扰数据流Sdn[ 5:0 ]传送至远端通信装置。
[0045] 于一实施例中，映射单元120映射六比特受扰数据流Sdn[5:0]中数据符号（data symbo 1)至四个S进制比特流(6B4T)，其对照表如表格1。
[0046]
[004引
[0049] 表1六比特封包流中数据符号映射至=进制比特流的对照
[0050] 映射单元120在映射闲符号至=进制比特流时，根据闲符号的特定比特决定映射 至=进制比特流的=进制数值。于一实施例中，映射单元120映射闲符号至=进制比特流时 依据的特定比特包含最低有效比特（least significant bit)，亦即，映射单元120根据最 低有效比特的二进位值，决定=进制比特流中第一比特流Tl的=进位值。
[0051] 具体而言，于另一实施例中，在最低有效比特为零时，映射单元120决定第一比特 流Tl的=进位值为零，当最低有效比特为非零时，映射单元决定第一比特流Tl的=进位值 为非零（1或-1)。通过上述编码规则，接收端的远端通信装置锁定所接收线路码内时脉的效 率与正确率均会上升。
[0052] 在又一实施例中，映射单元120映射闲符号至=进制比特流时依据的特定比特包 含第一中间比特与最大有效比特(most significant bit),映射单元120用W根据第一中 间比特与最大有效比特的二进位值，决定=进制比特流中的第二比特流T2的=进位值，具 体而言，映射单元120使用六比特受扰数据流Sdn[5:0]中的Sdn[3]作为第一中间比特，当第 一中间比特和最大有效比特同时为零时，第二比特流T2的=进位值为零，否则第二比特流 T2的=进位值为非零。
[0053] 在又另一实施例中，映射单元120映射闲符号至S进制比特流时依据的特定比特 包含第一中间比特与第二中间比特，映射单元120用W根据第一中间比特与第二中间比特 的二进位值，决定=进制比特流中的第=比特流T3的=进位值，具体而言，映射单元120使 用六比特受扰数据流Sdn[5:0]中的Sdn[3]作为第一中间比特，并使用六比特受扰数据流Sdn [5:0]中的Sdn[4]作为第二中间比特，当第一中间比特和第二中间比特同时为1时，第S比 特流T3的=进位值为零，否则第=比特流T3的=进位值为非零。
[0054]于一特定实施例中，映射单元120结合上述所有编码规则W将二进制的六比特封 包流中的闲符号（IDLE symbo 1)映射至四个S进制比特流(6B4T)，其对照表如表格2。
[0化5]
[0化6]
[0057] 表2六比特封包流中闲符号映射至=进制比特流的对照
[0058] 表格1及表格2中，第一比特流Tl~第四比特流T4的编号，是用W区分不同的=进 制比特，并非用W限制其顺序。亦即表格I及表格2中，Tl~T4的栏位可W互相交换。
[0059] 传统线路编码多将自媒体独立接口接收的四比特封包流转为=比特封包流，并直 接将=比特封包流映射至两个=进制比特流，但两个=进制比特的所有数值可能组合数量 (3的2次方)仅较=比特封包流中的=个二进制比特的所有数值可能组合数量(2的3次方） 多出一个，使得映射时=进制比特的数值组合的选择有限，使得传统线路编码电路欲在= 进制比特流中增加符号（如用于标示的定界符)时，没有足够的数值组合可选择，造成所产 生=进制比特流中出现连续多个相同的非零=进制值，进而导致严重基准线飘移现象。
[0060] 另一方面，由上述的对照表格1与表格2可知，将二进制的六比特封包流转为四个 S进制比特流时，所有可能的六比特二进制数值组合数量为64个(2的6次方），而所有可能 的四比特=进制数值组合数量为81个(3的4次方），因此，还剩下17个=进制比特数值组合， 但其中{〇,〇,〇,〇}，{1，1，1，1}^及{-1，-1，-1，-1}中有连续四个相同的^进制值，会造成基 准线漂移的问题，因此映射单元120不予使用，剔除上述组合后，剩下14种组合用来作于置 于不同封包（packet)之间的定界符（delimiter)。定界符可为起始定界符（sta;rt stream delimiter,SSD)、结束定界符（end stream delimiter,ESD)或错误结束定界符（error end stream delimiter ,邸3_650)，第一个用于标示封包的起始，第二个用于标示封包的结束， 第=个则用于标示封包的结束并提示异常状况的发生。
[0061] 于一实施例中，映射单元120于=进制比特流中加入定界符，且定界符中所包含连 续=个非零=进位值不完全相同，亦即，定界符中不会包含连续=个相同的非零=进位值。 因此，根据表2的内容，所有四比特=进位值组合扣除映射闲符号已使用的组合，再扣除连 续四个相同S进位值的S进位值组合后，其中{0，1，1，1}和均有S个连续的1 或-1，映射单元120不将上述组合作为定界符。具体而言，于其中一些实施例中，映射单元 120使用连续的{1，1，0，0}，{1，1，0，0}作为起始定界符，而使用连续的{-1，-1，0，0}，{-1，- 1，〇,〇}作为结束定界符，另外使用连续的{1，-1，〇,〇}，{1，-1，〇,〇}作为错误结束定界符。如 此一来，可避免接收端远端通信装置发生基准线漂移的问题，成功解读所传送的线路码。
[0062] 在又一实施例中，传输单元130自映射单元120接收已编码完成的=进制比特流T [3:0](代表Tl, 12,13,?所组成的=进制比特流），并WPAM-3编码方式通过缆线将=进制 比特流T[3:0]传送至远端通信装置。于一实施例中，缆线为一对双绞线，而传输单元130将 S进制比特流T[3:0]依照{Tl，T2，T3，T4}或{T4，T3，T2，Tl}的顺序排列，通过该双绞线传送 至远端通信装置。于另一实施例中，缆线为4对双绞线，传输单元130通过每一双绞线分别传 送S进制比特流T[3:0]中的一者。
[0063] 通过先将四比特封包流转为六比特封包流，再将六比特封包流转为=进制比特流 的作法，通信系统100于映射六比特封包流至=进制比特流时有较高的弹性，因此可避免所 传送线路码中有连续相同的比特值，大大改善了基准线飘移的现象，更提升了远端通信装 置解读线路码的成功率，另外，通信系统100中的映射单元120更通过编码规则，使接收端的 远端通信装置快速有效率地取得所传送线路码中的时脉信息，进一步达到更佳的通信品 质。实验数据亦显示就传输数据的功率频谱密度(power spectral density)而言，采用本
【发明内容】
的技术方案较传统将=比特二进制转为二比特=进制的表现更佳。
[0064] 图2依照本
【发明内容】
实施例绘示的一种通信方法的流程图。虽然流程图中对于通 信方法200是W特定顺序的步骤来做描述，然此并不限制本发明所提及步骤的前后顺序。为 了方便及清楚说明，W图IA所示的通信系统100执行通信方法200为例来进行阐述，但并不 W此为限。
[0065] 首先，通信系统100由媒体独立接口接收一四比特封包流，并将四比特封包流转换 为六比特封包流(S210步骤）。
[0066] 通信系统100将所得六比特封包流映射至多个=进制比特流，并根据六比特封包 流中至少一闲符号中的至少一特定比特，映射闲符号至S进制比特流(S220步骤）。于一实 施例中，通信系统100进行映射时所使用的特定比特包含最低有效比特，通信系统100根据 闲符号中最低有效比特决定=进制比特流中一第一比特流的=进位值。具体而言，当最低 有效比特为零时，通信系统100决定第一比特流的=进位值为零，当最低有效比特为非零 时，通信系统100决定第一比特流的=进位值为非零。
[0067] 于其他实施例中，通信系统100进行映射时所使用的特定比特包含第一中间比特 和最大有效比特，通信系统100根据闲符号中第一中间比特和最高有效比特决定=进制比 特流中一第二比特流的=进位值。于另一些实施例中，通信系统100进行映射时所使用的特 定比特包含第一中间比特和第二中间比特，通信系统100根据闲符号中第一中间比特和第 二中间比特决定=进制比特流中一第=比特流的=进位值。
[0068] 通过使用通信方法200,通信系统100将六比特封包流中的数据符号和闲符号均映 射至=进制比特流，且于一实施例中，=进制比特流的数量为四个，四比特=进制数值组合 数量(3的4次方)高于六比特二进制数值组合数量(2的6次方），增加映射至四比特=进制数 值的选择，提供映射六比特封包流至=进制比特流的弹性。
[0069] 通信系统100在S进制比特流中加入定界符(S230步骤），选用剩余的S进制比特 数值组合不包含=个相同的连续非零=进位值，亦即，通信系统100所加入的定界符的任= 个连续非零=进位值，均不会完全相同。如此一来，可增进基准线漂移的表现，提升数据传 输正确率。
[0070] 通信系统100将六比特封包流映射至S进制比特流后，将S进制比特流通过缆线 传送至远端通信装置(S240步骤）。于一实施例中，通信系统100使用PAM-3编码方式传送= 进制比特流。
[0071] 上述各步骤的实施细节已如前述，此处不再寶述。
[0072] 本
【发明内容】
所描述通信系统与通信方法能改善接收端远端通信装置所经历的基 准线漂移现象，另外，本
【发明内容】
描述的编码规则包括将六比特封包流转换为至少四个的 =进制比特流W及根据六比特封包流的特定比特决定=进制比特流的=进位值，采用上述 编码规则后，远端通信装置能够有效率地锁定线路码中的时脉信息，并正确解读线路码，使 有线网络通信的错误率下降，并提高传输效率。
【主权项】
1. 一种通信系统，其特征在于，包含： 一封包流转换单元，用以接收一四比特封包流并转换该四比特封包流为一六比特封包 流； 一映射单元，用以将该六比特封包流映射至多个三进制比特流，并根据该六比特封包 流中至少一闲符号中的至少一特定比特，映射该至少一闲符号至所述多个三进制比特流； 以及 一传输单元，用以将所述多个三进制比特流通过一缆线传送至一远端通信装置。2. 如权利要求1所述的通信系统，其中该至少一特定比特包含一最低有效比特，该映射 单元用以根据该最低有效比特的二进位值，决定所述多个三进制比特流中一第一比特流的 三进位值。3. 如权利要求1所述的通信系统，其中该至少一特定比特包含一第一中间比特与一最 大有效比特，该映射单元用以根据该第一中间比特与该最大有效比特的二进位值，决定所 述多个三进制比特流中的一第二比特流的三进位值。4. 如权利要求1所述的通信系统，其中该至少一特定比特包含一第一中间比特与一第 二中间比特，该映射单元用以根据该第一中间比特与该第二中间比特的二进位值，决定所 述多个三进制比特流中的一第三比特流的三进位值。5. 如权利要求1所述的通信系统，其中该映射单元于所述多个三进制比特流中加入至 少一定界符，且该至少一定界符中连续三个非零三进位值不完全相同。6. -种通信方法，其特征在于，包含： 转换一四比特封包流为一六比特封包流； 将该六比特封包流映射至多个三进制比特流，并根据该六比特封包流中至少一闲符号 中的至少一特定比特，映射该至少一闲符号至所述多个三进制比特流；以及 将所述多个三进制比特流通过一缆线传送至一远端通信装置。7. 如权利要求6所述的通信方法，其中根据该至少一特定比特映射该至少一闲符号至 所述多个三进制比特流的步骤包含： 根据一最低有效比特的二进位值，决定所述多个三进制比特流中一第一比特流的三进 位值，其中该至少一特定比特包含该最低有效比特。8. 如权利要求6所述的通信方法，其中根据该至少一特定比特映射该至少一闲符号至 所述多个三进制比特流的步骤包含： 根据一第一中间比特与一最大有效比特的二进位值，决定所述多个三进制比特流中的 一第二比特流的三进位值，其中该至少一特定比特包含该第一中间比特与该最大有效比 特。9. 如权利要求6所述的通信方法，其中根据该至少一特定比特映射该至少一闲符号至 所述多个三进制比特流的步骤包含： 根据一第一中间比特与一第二中间比特的二进位值，决定所述多个三进制比特流中的 一第三比特流的三进位值，其中该至少一特定比特包含该第一中间比特与该第二中间比 特。10. 如权利要求6所述的通信方法，还包含： 于所述多个三进制比特流中加入至少一定界符，且该至少一定界符中连续三个非零三 进位值不完全相同。
【文档编号】H04L1/00GK105978658SQ201610096099
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年2月22日
【发明人】刘庆昌, 曾达钦, 郭协星, 庄胜富
【申请人】瑞昱半导体股份有限公司