用于有线通信的方法与系统的制作方法

专利名称：用于有线通信的方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及高速有线通信，更具体地说，本发明涉及一种用于远距离(extended reach)以太局域网中非对称物理层(PHY)的方法与系统。
技术背景随着连接到数据网络的设备的数量的增加和对高速数据传输率的要求， 通过现有的电缆基础设施来进行高速率数据传输的新技术的需求在增加。在这 方面，各种技术都有，包括在现有电缆上传输率超过吉比特每秒的技术。例如， IEEE 802.3标准定义了为在100米长的双绞线铜缆上以10Mbps、 100Mbps、 1Gbps和10Gbps的数据率传输的以太网连接的媒体接入控制(MAC)接口和 物理层(PHY)。数据率每增加10倍，就需要更复杂的信号处理方法来维持 100米长的标准电缆的范围。然而，超过100米长的连接可能需要用光纤或在 连接的中点布置以太网交换机、集线器和/或中继器来使所有的电缆长度小于 100米。另外的研究包括为10Gbps的在双绞线电缆上的以太网传输开发标准 (10GBASE-T)。正在出现的IOGBASE-T物理层规范目的在于使在距离达182 英尺的现有双绞线上和新的长达330米电缆上可以达到10Gbps的数据传输 率。为了达到在4对双绞线铜缆上的10Gbps全双工传输，需要精心设计的数 字信号处理技术来消除或减少频率相关的信号衰减、信号反射、在4个线对之 间的近端和远端串扰和从邻近的传输链路或者其它外部噪声源耦合到4个线 对中的外部信号。虽然，新的电缆标准规范正在被开发出来减少对外部电磁干 扰的易感性，现存的系统可能由于各种用来减少上述作用的信号处理方法而变 得昂贵。即便使用这些技术，当前的对更远的运行距离的需求仍然未得到满足。可能有这种情况，在一个方向上的数据率比在相反方向上的数据率的需
求要大，例如，从中央局到消费者的互动视频的传输就是如此。在此种情况下， 用于一个方向上的视频数据传输率比反方向上传输互动命令的数据传输率要大很多。当前的IEEE 802.3以太网标准只定义了可支持在两个方向有相同数 据率的对称链路。结果，具有低数据率的接收器可能支持比需要用来接收低数 据率的接收器更高的计算复杂性。对所属领域的技术人员来说，在本说明书中余下部分结合附图的实施例 的描述中，通过将具有本发明的某些特征的系统与传统的一般方法做比较，后 者的局限性和缺点会很明显。发明内容一种用于远距离以太局域网中非对称物理层的系统/方法，如在至少附图 中的一幅所示和/或描述的，在权利要求中给出更完整地描述。本发明一方面提出一种用于有线通信的方法，所述方法包括将非对称多数据率物理层的通信率从较高通信率降低到较低通信率；将所述非对称多数据率物理层支持的与所述较高通信率相关的信号处理操作应用于所述较低通信率。优选地，所述非对称多数据率物理层是非对称以太网多数据率物理层。 优选地，所述方法进一步包括将所述降低的通信率分配在以下至少之一上所述较低通信率的上行部分和下行部分。优选地，戶开述方法进一步包括通过在铜缆中使用的每一双绞线上平均分配 所述上行部分的方式来聚合所述较低通信率的上行部分。优选地，所述方法进一步包括通过在铜缆中使用的每一双绞线上平均分配 所述下行部分的方式来聚合成所述较低通信率的下行部分。优选地，所述方法进一步包括通过在铜缆中使用的每一双绞线上非均匀地 分配所述上行部分的方式来聚合成所述较低通信率的上行部分优选地，所述方法进一步包括通过在铜缆中使用的每一双绞线上非均匀地 分配所述下行部分的方式来聚合成所述较低通信率的下行部分。优选地，所述方法进一步包括将所述通信率从较高符号率降低到较低符号率。优选地，所述与较高通信率相关的信号处理操作包括回声(ECHO)消除操作、NEXT消除操作、FEXT消除中的至少一个。优选地，所述与较高通信率相关的信号处理操作包括均衡操作。 优选地，所述方法进一步包括用比与所述较高通信率有关的电缆具有更高插入损耗(insertionloss)的电缆来以所述较低通信率进行通信。根据本发明的另一方面，本发明提出一种机器可读的存储器，其上存储的计算机程序至少有一个代码段用于有线通信，所述至少一个代码段被机器执行使机器执行如下的步骤将非对称多数据率物理层的通信率从较高通信率降低到较低通信率； 将所述非对称多数据率物理层支持的与所述较高通信率相关的信号处理操作应用于所述较低通信率。优选地，所述非对称多数据率物理层是非对称以太网多数据率物理层。 优选地，所述机器可读存储进一步包括用于将所述降低的通信率分配在以下至少之一上的代码所述较低通信率的上行部分和下行部分。优选地，所述机器可读存储进一步包括用于通过在铜缆中使用的每一双绞 线上平均分配所述上行部分的方式来聚合所述较低通信率的上行部分的代码。优选地，所述机器可读存储进一步包括用于通过在铜缆中使用的每一双绞 线上平均分配所述下行部分的方式来聚合成所述较低通信率的下行部分的代 码。优选地，所述机器可读存储进一步包括用于通过在铜缆中使用的每一双绞 线上非均匀地分配所述上行部分的方式来聚合成所述较低通信率的上行部分 的代码。优选地，所述机器可读存储进一步包括用于通过在铜缆中使用的每一双绞 线上非均匀地分配所述下行部分的方式来聚合成所述较低通信率的下行部分 的代码。优选地，所述机器可读存储进一步包括用于将所述通信率从较高符号率降 低到较低符号率的代码。
优选地，所述与较高通信率相关的信号处理操作包括ECHO消除操作、NEXT消除操作、FEXT消除中的至少一个。优选地，所述与较高通信率相关的信号处理操作包括均衡操作。 根据本发明的另一方面，本发明还提出一种用于有线通信的系统，所述系统包括将非对称多数据率物理层的通信率从较高通信率降低到较低通信率的电路；将所述非对称多数据率物理层支持的与所述较高通信率相关的信号处理操作应用于所述较低通信率的电路。优选地，所述非对称多数据率物理层是非对称以太网多数据率物理层。 优选地，所述系统进一步包括将所述降低的通信率分配在以下至少之一上的电路所述较低通信率的上行部分和下行部分。优选地，所述系统进一步包括通过在铜缆中使用的每一双绞线上平均分配 所述上行部分的方式来聚合所述较低通信率的上行部分的电路。优选地，所述系统进一步包括通过在铜缆中使用的每一双绞线上平均分配 所述下行部分的方式来聚合成所述较低通信率的下行部分的电路。优选地，所述系统进一步包括通过在铜缆中使用的每一双绞线上非均匀地 分配所述上行部分的方式来聚合成所述较低通信率的上行部分的电路。优选地，所述系统进一步包括通过在铜缆中使用的每一双绞线上非均匀地 分配所述下行部分的方式来聚合成所述较低通信率的下行部分的电路。优选地，所述系统进一步包括将所述通信率从较高符号率降低到较低符号 率的电路。优选地，所述与较高通信率相关的信号处理操作包括ECHO消除操作、 NEXT消除操作、FEXT消除中的至少一个。优选地，所述与较高通信率相关的信号处理操作包括均衡操作。优选地，所述系统进一步包括用比与所述较高通信率有关的电缆具有更高 插入损耗的电缆来以所述较低通信率进行通信的电路。这些和另外本发明的优势、方面和新颖性特征，如在说明书中所述的那样，
将会在以下的描述和附图中得到更充分的理解。


图1是结合本发明一个实施例的多用户单元(MTU)的局域网配置的结 构示意图；图2是根据本发明一个实施例用于具有非对称数据传输的多用户单元的 远距离局域网配置的结构示意图；图3是结合本发明一个实施例用于范围扩展的远距离非对称数据传输的 上行链接方和下行链接方之间双绞线铜缆连接的以太网系统的示意图；图4是本发明一个实施例的包括非对称多数据率物理层的以太网收发器 的结构图；图5是本发明一个实施例的在以太网中的ECHO、 NEXT、 FEXT信道条 件的示意图；图6A是根据本发明一个实施例在用于非对称数据传输的以太网系统内为 接收到的信号进行吉比特信号处理操作的示意图；图6B是根据本发明一个实施例的分开均衡和解码信号处理操作的示意图；图6C是本根据本发明一个实施例的联合均衡和解码信号处理操作的示意图；图7是根据本发明一个实施例在4线对扩展模式下使用吉比特信号处理资 源进行非对称数据传输的多数据率以太网系统的示意图；图8是结合本发明一个实施例的下行数据率为10Mbps且上行数据率为 2Mbps的上行非对称多数据率物理层中的回声消除器的示意图；图9是根据本发明一个实施例在2线对扩展模式下使用吉比特信号处理资 源进行非对称数据传输的多数据率以太网系统的示意图；图10是根据本发明一个实施例的降低通信率以实现使用非对称多数据率 物理层的远距离以太网系统的步骤流程图。 ，具体实施方式
本发明涉及一种用于远距离以太局域网中非对称物理层的方法和系统。本发明包括在用户驻地设备(customer premises equipment, CPE)位于多用户 单元中的情况下，降低以太网收发器中的非对称以太网多数据率物理层提供的 通信率，进而扩展在双绞线对上传输的标准距离。铜电缆中的每一双绞线上， 上行和下行数据率可以平均或非平均地聚合。在以较通信率运行时，非对称以 太网多数据率物理层可支持信号处理操作，如回声消除和/或均衡，将这些操 作应用于降低的通信率以扩展范围。可以通过降低非对称以太网多数据率物理 层提供的符号率来达到降低通信率的目的。降低通信率也可以实现对比用于标 准连接距离具有更大的插入损耗的电缆的使用成为可能。当用来并部署到在宽带接入的市场中和在新的民用和企业应用中，如提供 中央局(CO)服务给位于多用户单元(MTU)中的用户驻地设备(CPE)的情况下，实现超出标准距离的远距离工作范围的新以太网应用物理层设备的成本 大大降低。图1是结合本发明一个实施例的用于多用户单元的局域网配置的结构示 意图。参考图l，此图示意了MTU100内的局域网配置，该MTU100包括入 口点交换机(entry point switch) 102、点对点(PP)网桥104、多个中跨交换 机/中继器106a、 ...、 106b和106c以及多个CPE 108。入口点交换机102可包括合适的逻辑、电路、和/或代码，用来在中央局(CO)和MTU 100内的局域网中的多个CPE 108之间进行数据通信。就此而 言，入口点交换机102可通过因特网服务供应商使用如吉比特无源光网络(GPON)或以太网无源光网络(EPON)这样的宽带接入链接或连接来与中 央局进行通信。PP网桥104可包括合适的逻辑、电路、和/或代码，用于实现 入口点交换机102和多个中跨交换机/中继器106a、 ...、 106b和106c之间的通信。每个中跨交换机/中继器106a..... 106b和106c都包括合适的逻辑、电路、和/或代码，用于实现PP网桥104和多个CPE 108之间的通信。每个 CPE 108可包括合适的逻辑、电路、和/或代码，以使与CPE 108相关的客户 设备如计算机通过配置在MTU 100中的局域网来与中央局通信。就此而言， CPE 108可为客户提供有插入其设备的端口，用于与服务供应商通信和/或为 服务提供商提供监视与客户端的连接的能力。在图1所示的实施例中，中跨交换机/中继器106a可以与多个CPE 108 连接。每个连接到中跨交换机/中继器106a的CPE 108均包括有单元交换机 (unit switch) 110，其包括合适的逻辑、电路、和/或代码，实现用户或客户 设备如计算机112和中跨交换机/中继器106a之间的通信。除了图1中描述的 局域网配置外，另外的局域网配置也可在MTU 100中使用。入口点交换机102、 PP网桥104、多个中跨交换机/中继器106a,…，106b 和106c和多个CPE 108可通过4线双绞线电缆进行通信连接。就此而言，标 准以太网应用中，入口点交换机102和中跨交换机/中继器106a,..., 106b和106c 中的一个之间的距离可一般延伸到大约100米。而且，CPE 108和一个中跨交 换机/中继器106a,…，106b和106c之间的距离也通常可延伸到大约100米。扩 展用于以太网应用的双绞线电缆的范围和距离，可使MTU IOO中的局域网配 置实现入口点交换机102到CPE 108的连接而不需要中跨交换机/中继器。此 方法可减少在MTU 100中实现局域网配置的成本。在一些情况下，从中央局传送到MTUIOO内的CPE (称为下行数据传输 方向)的数据比从CPE传送到中央局(称为上行数据传输方向)的数据要多， 或者比从一个CPE到另一个CPE的数据要多。例如，中央局的服务如点播视 频或因特网协议电视(IPTV)可能导致在如MTUIOO中的局域网这样的局域 网中的非对称数据模式或者传输。就此而言，MTU IOO的CPE 108可从入口 点交换机102接收高数据率传输，同时入口点交换机102可从CPE 108接收低 数据率传输。在这种情况下，为了减少总成本和/或MTU100中的局域网配置 中的功率消耗，可用更简单的入口点交换机102，使用较少的信号处理操作和 /或在较低的速度运行。针对非对称数据传输的入口点交换机设计的简化，例如像入口点交换机 102，源自用于双绞线对铜缆上数据通信的收发器的发送器端与接收端相比具 有更低的复杂性。就此而言，较简单的发送器部分可处理高数据率传输，而较 复杂的接收器端可以处理较较低数据率传输。因为高数据传输率可得到处理，
而无需增加收发器的复杂性，用于非对称数据传输应用的收发器与那些用于对 称数据传输的应用比较，能够减少集成电路面积并降低功率消耗。用于入口点交换机的收发器简单设计，可使大量的端口集成到一个集成电路中，使之具有更高的端口密度，更进一步减少MTU 100中的局域网的成本和/或运行。标准以太网局域网一般用于对称数据传输并且可能不能从许多MTU和企业局域网配置中的非对称数据传输得到益处。此外，非对称的数据传输也可在上行方向用与在下行方向的所用的不同的 前向纠错(FEC)方法。 一般情况下，FEC编码器的实现要比相应的FEC解 码器简单得多。当下行方向上使用较强的编码方法以允许较高的和/或较可靠 的下行数据率时，使用较强编码方法的大部分复杂度都可在CPE收发器的解 码器中实现。入口点交换机收发器，包括编码方法的编码器，仍然可相对比较 简单地实现。这也可使大量的端口集成到入口点交换机内的一个单独的收发器 集成电路中，提高更高的端口密度并且进一步减少局域网的成本。图2是根据本发明一个实施例的用于进行非对称数据传输的多用户单元 的远距离局域网配置的结构示意图。参考图2，此处示出了 MTU 200中的局 域网配置，包括入口点交换机202、点对点(PP)网桥204、多个PP网桥 206a，…,206b、 206c禾Q 206d、 CPE208。入口点交换机202可包括合适的逻辑、电路、和/或代码，用于在CO和 MTU 200中局域网内的多个CPE 208之间非对称地传输数据。例如，从入口 点交换机202到CPE 208的方向上的下行数据传输比从CPE 208到入口点交 换机202的方向上的上行数据传输有更高的数据率。而且，入口点交换机202 可调节多数据率操作，以扩展在4线双绞线铜缆上通信的范围或者距离。入口 点开关202也可通过ISP利用宽带接入链接或者连接如吉比特无源光网络 (GPON)或者以太网无源光网络(EPON)与中央局通信。PP网桥204可包括合适的逻辑、电路、和/或代码，用于入口点交换机102 和多个PP网桥206a、 206b、 206c和206d之间的非对阵数据通信。每个 PP网桥206a、…、206b、 206c和206d都包括合适的逻辑电路和/或代码，用 于PP网桥204和多个CPE 208之间的非对称数据通信。每个CPE 208可包括
合适的逻辑、电路、和/或代码，用于与CPE 208相连的客户设备如计算机与 中央局通过MTU 200内配置的局域网来进行非对称地通信数据。就此而言， CPE 208可为客户提供端口以插入他们的设备，与服务提供商进行通信和/或 还可为服务提供商提供监视与客户端的连接的能力。在参考图2所示的实施例中，PP网桥206a可以与多个CPE 108通信连 接。每个与PP网桥206a相连的CPE 108均包括有单元交换机210，其可包括 合适的逻辑、电路、和/或代码，用于用户或客户设备如计算机212和PP网桥 206ad之间的非对称通信。就此而言，到CPE208的下行数据率比到PP'网桥 的上行数据率更高。入口点交换机202、 PP网桥204、多个PP网桥206a、…、206b、 206c和 206d以及多个CPE 208可通过4线双绞线电缆来通信耦合。就此而言，PP网 桥204和用于非对称以太网应用中的多个CPE 208中的一个之间的距离可扩展 到超过100米远，使入口点交换机202连接到CPE208，而不需要中跨交换机 /中继器。图3是结合本发明一个实施例用于远距离非对称数据传输的上行链接方 和下行链接方之间双绞线铜缆链路上的以太网系统的示意图。参考图3，示出 的系统300包括上行链接方302和下行链接方304。上行链接方302和下行链 接方304通过电缆312通信。例如，电缆312可以是4对非屏蔽双绞线铜缆 (UTP)。关于UTP铜缆的某些性能和域者规范已经被标准化了。例如，第3 类缆线可提供在双绞线上的10Mbps以太网传输(10BASE-T)所需的性能。 在另外的例子中，第5类电缆可提供在双绞线上的1000 Mbps即1Gbps的以 太网传输(1000BASE-T)所需的性能。在大多数例子中，较低类的电缆一般 具有比较高类的电缆更高的插入损耗。上行链接方302可包括计算机系统306a、媒体接入控制(MAC)控制器 308a、收发器304a。下行链接方304可包括计算机系统306b、 MAC控制器 308b、收发器304b。尽管如此，本发明并不限于此点。收发器310a可包括合适的逻辑、电路、和/或代码，用于非对称以太网通 信，如在上行链接方302和下行链接方304之间发送和接收数据。就此而言，12
收发器310a可实现到下行链接方304的高数据率传输，同时还实现自下行链 接方304的低数据率接收。类似地，收发器310b可包括合适的逻辑、电路和/ 或代码，实现下行链接方304和上行链接方302之间的非对称以太网通信。就 此而言，收发器310b可以低数据率传送到上行链接方302同时也可以高数据 率从上行链接方302接收数据。收发器310a和310b所发送和/或接收的数据可遵从己知的OSI协议标准 进行格式化。OSI模型把操作和功能分成7个不同的分级别的层。 一般，OSI 的模型中的每一层可以提供服务给相邻的较高中间层。例如，第一层即物理层 可提供服务给第二层，并且第二层可提供服务给第三层。就此而言，收发器 310a可实现与下行链接方304进行非对称数据通信所用的物理层操作。此外， 收发器310a可实现与上行链接方302进行非对称数据通信所用的物理层操作。收发器310a和310b可以实现非对称多数据率通信。就此而言，上行方 向的数据率和/或下行方向的数据率可为〈10Mbps、 10Mbps、 100Mbps、 1000Mbps(即1Gbps)和/或10Gbps。收发器310a和310b可支持基于标准的非 对称数据率和/或非标准的非对称数据率。收发器310a和310b可在其操作时 使用多电平信令(multilevel signaling)。就此而言，收发器310a和310b可用 具有不同电平的脉冲幅度调制(PAM)来代表发送的各种符号。例如，在 1000Mbps的以太网应用中，每个双绞线电缆中可使用PAM5传输方案，此时， PAM5就表示有5个电平{-2,-1，0,1,2}的PAM。在图3所示的本发明的实施例中，计算机系统306a和306b代表第三层和 更高的层。MAC控制器308a和308b可代表第二层和更高的层，收发器310a 和310b可代表第一层或物理层的可操作性和功能性。就此而言，计算机系统 306a和306b包括了合适的逻辑、电路、和/或代码，可实现用于将通过线缆 312发送的数据包的5个最高功能层的操作和功能。因为OSI模型中的每个层 提供服务给其相邻的更高一级中间层，MAC控制器308a和308b可提供必要 的服务给计算机系统306a和310b，以确保数据包被合适格式化并且传送到收 发器310a和310b。在传送时，每个层给从其上更高中间层传送来的数据加上 本层自己的报头。然而，在接收过程中，具有相似的OSI协议栈的兼容设备
在消息从较低层传到较高层时去掉报头。收发器310a和310b可经配置来处理所有的物理层需求，其包括但不限于: 在需要此操作的情形下的数据分组、数据传送和串行化/去串行化(SERDES)。 收发器310a和310b分别从MAC控制器308a和308b接收的数据包可包括有 数据和针对上述6个功能层的报头信息。收发器310a和310b可对将通过电缆 312传送的数据包进行编码和/或对从电缆312接收到的数据包进行解码。MAC控制器308a可包括合适的逻辑、电路、和/或代码，用于处理上行 链接方302中的数据链路层即第二层的操作性和功能性。相似地，MAC控制 器308b可包括合适的逻辑、电路、和/或代码，用于处理下行链接方304中的 数据链路层即第二层的操作性和功能性。MAC控制器308a和308b可实现以 太网协议，如基于IEEE 802.3标准的协议。尽管如此，本发明并不限于此点。MAC控制器308a可通过接口 314a与收发器310a通信，并且还可通过总 线控制接口 316a与计算机系统306a通信。MAC控制器308b可通过接口 314a 与收发器310b，并且还可通过总线控制接口 316b与计算机系统306b通信。 接口 314a和314b对应于包括协议和/或链接管理控制信号的以太网接口。接 口 314a和314b可以是多数据率接口。总线控制器接口 316a和316b可对应于 PCI或PCI-X接口。尽管如此，本发明并不限于此点。图4是本发明一个实施例的包括非对称多数据率物理层的以太网收发器 结构图。参考图4，示出了链接方400，其包括收发器402、 MAC控制器404、 计算机系统406、接口 408和总线控制接口 410。收发器402可是一个集成化的器件，包括非对称多数据率PHY模块412、 多个发送器414a、 414c、 414e、和414g、多个接收器414b、 414d、 414f、和 414h、存储器416和存储器接口 418。收发器402的操作很大程度上相似于图 3中已经描述过的收发器310a和310b。例如，当收发器402用于上行链接方 时，收发器402能以高数据率发送和以低数据率接收。在另一个例子中，当收 发器402用于下行链接方时，收发器402能以低数据率发送和以高数据率接收。 就此而言，收发器402可提供第一层或物理层操作和/或功能，实现非对称数 据传输。
类似地，MAC控制器404、计算机系统406、接口 408和总线控制器410 的操作分别与图3中示意的MAC控制器308a和308b、计算机系统306a和 306b、接口314a和314b、总线控制接口 316a和316b相同或基本相似。就此 而言，MAC控制器404、计算机系统406、接口 408、总线控制器410可在上 行链接方或下行链接方中实现不同数据率的传送和/或不同数据率的接收。 MAC控制器404可包括多数据率接口 404a，其包括合适的逻辑、电路、和/ 或代码，用于通过接口 408以多个数据率与收发器402通信。收发器402中的非对称多数据率物理层模块412可包括合适的逻辑、电路、 和/或代码，实现非对称数据传输所需要的物理层操作和功能。非对称多数据 率物理层模块402可通过接口 408与MAC控制器404通信。根据本发明的一 方面，接口 408使用多个串行数据通道来从非对称多数据率物理层模块412 接收数据和/或发送数据给非对称多数据率物理层模块412，以得到更高的运行 速度，如Gbps或10Gbps。非对称多数据率物理层模块412可运行在一个或多 个通信模式下，其中的每个通信模式实现不同的通信协议。这些通信协议包括 但不限于IEEE 802.3、 10GBASE-T以及其它相似的协议禾n/或能实现非对称数 据通信的非标准通信协议。非对称多数据率物理层模块412可被配置为在初始 化时或在运行过程中以特定操作模式工作。非对称多数据率物理层模块412 也可配置为运行在扩展范围模式下。在某些情况下，收发器402可使用自动协商方案来指示或者与远程链接方 通信，指示收发器正在以扩展范围模式运行。远程链接方然后将自己配置为合 适的扩展范围模式。通过自动协商，网络链路可以配置为从链路的一个末端的 扩展范围，确保在支持扩展范围的以太网收发器和传统设备之间的互操作性。 在某些情况下，可对该链路进行预先配置，并且收发器固定在扩展范围模式。非对称多数据率物理层模块412可以通过存储器接口 418与存储器416 相连。存储器接口 418实现为串行接口或总线。存储器416可包括合适的逻辑、 电路、和/或代码，用于信息的存储或者程序化，包括实现非对称多数据率物 理层模块412的操作的参数和/或代码。该参数可包括配置数据，该代码包括 操作码如软件和/或固件，但是信息不限于此。而且，该参数也可包括由非对
称多数据率物理层模块412所使用的自适应滤波器和/或模块系数。发送器414a、 414c、 414e、 414g包括合适的逻辑、电路、和/或代码，实 现数据通过图3所示的电缆312从发送链接方发送到远程链接方。就此而言， 当发送链接方是上行链接方时，发送器414a、 414c、 414e、 414g可以比从下 行链接方接收的数据率更高的数据率运行。类似地，当发送链接方是下行链接 方时，发送器414a、 414c、 414e、 414g能以比从上行链接方接收到的数据率低的数据率运行。接收器414b、 414d、 414f、 414h可包括合适的逻辑、电路、和/或代码， 可使接收链接方通过电缆312从远程链接方接收数据。就此而言，当接收链接 方是上行链接方时，接收器414b、 414d、 414f、 414h能以比发送给下行链接 方的数据率更低的数据率运行。类似地，当接收链接方是下行链接方时，接收 器414b、 414d、 414f、 414h能以比发送给下行链接方的数据率更高的数据率 运行。收发器402内的4对发送器和接收器中的每一对可对应于电缆312中的4 根线之一。例如，发送器414a和接收器414b能用来通过电缆312中的第一线 对与远程链接方进行非对称数据通信。类似地，发送器414g和接收器414h 能用来通过电缆312中的第4线对与远程链接方进行非对称数据通信。就此而 言，4对发送/接收器对中至少有一对可用来提供合适的通信率。例如，以上揭 示的方案可用于更少或更多的线对。图5是根据本发明一个实施例在以太网中的ECHO、 NEXT、 FEXT信道 条件的示意图。参考图5，显示了非对称以太网系统500，它可包括上行链接 方501a和下行链接方501b。上行链接方501a和下行链接方501b能以全双工 运行的方式通过4根双绞线电缆510进行非对称数据通信。4根双绞线电缆510 中的每根双绞线可支持提供总的上行和下行数据通信量所需的一部分数据通 信率。就此而言，4根双绞线中的每根可支持总的上行和下行数据通信中的一 部分相等的或平均的或不等的或非平均的数据通信率。上行链接方501a可包括4个混合器506。上行链接方501a中的每个混合 器506通信连接至发送器502a、接收器504a和4根双绞线电缆510中的一根。 类似地，下行链接方501b可包括4个混合器506。下行链接方501b中的每个 混合器506通信连接至发送器502b、接收器504b和4根双绞线电缆510中的 一根。图5中所示的上行链接方501a和下行链接方501b的一部分分别对应于 上行链接方501a和下行链接方501b所支持的部分物理层操作。上行链接方501a或下行链接方501b中的每个混合器506可与变压器508 通信耦合或其本身就包括变压器508。混合器506包括合适的逻辑、电路、和 /或代码，用来将通过双绞线电缆510发送和接收的数据分离。发送器502a和 502b可包括合适的逻辑、电路和/或代码，用来产生信号通过混合器506和双 绞线电缆510发送给位于链路另一端的链接方。就此而言，发送器502a能以 比发送器502b更高的数据率运行。接收器304可包括合适的逻辑、电路、禾口/ 或代码，用于处理从通过双绞线电缆510和混合器506从链路另一端的链接方 接收到的信号。就此而言，接收器504a能以比接收器504b较低的数据率运行.工作过程中，在双绞线电缆510的每根双绞线上都会发生几种情况。例如， 由于与频率有关的缆线衰减，会发生符号间干扰(ISI)。如图5所示，双绞线 电缆510上会收到因同一双绞线电缆510上的上行链接方510a内的发送器 502a产生的回声所造成的ECHO成分。双绞线电缆510上还会收到来自本地 发送器502a的近端串扰(NEXT)成分，该本地发送器502a即对应于上行链 接方501a中的3个相邻的双绞线510。此外，双绞线电缆510中还会收到远 端串扰(FEXT)成分，其源自位于链路另一端的下行链接方501b内的发送器 501b。例如，下行链接方501b中还会发生类似的其它情况。图6A是根据本发明一个实施例在以用于非对称数据传输的以太网系统内 为接收到的信号进行吉比特信号处理操作的示意图。参考图6A，示出了信号 处理系统600，其提供了支持非对称多数据率操作的以太网收发器内的物理层 操作所执行的一部分信号处理功能。例如，信号处理系统600可以在图4中的 非对称多数据率物理层模块412和/或在接收器414b、 414d、 414f、 414h中实 现。信号处理系统600可包括模数转换器(A/D) 602、自适应前向反馈均衡 器(FFE) 604、 3 NEXT消除器606、加法器608、 ECHO消除器610和均衡 器/网格解码器(trellis decoder) 612。
A/D 602可包括合适的逻辑、电路、和/或代码，用来将通过双绞线电缆接 收到的模拟信号转换成数字信号。A/D 602的输出传送给FFE 604。 FFE 604 可包括合适的逻辑、电路、和/或代码，用于消除前导ISI，使信道具有最小的 相位并且使信道中的噪声白化(whiten)。 3NEXT消除器606可包括合适的逻 辑、电路、和/或代码，用来消除至少一部分在双绞线电缆中接收到的来自对 应于3个相邻的双绞线电缆的本地发送器的NEXT成分。ECHO消除器610 可包括合适的逻辑、电路、和/或代码，用于消除至少一部分在双绞线电缆上 接收到的来自同一双绞线电缆上的本地发送器的ECHO成分。加法器608可包括合适的逻辑、电路、和/或代码，用于将FFE 604、3 NEXT 消除器606、禾口/或ECHO消除器的输出相加，产生后向(postcursor)信道脉 冲响应Z:U。均衡器/网格解码器612可包括合适的逻辑、电路和/或代码，用于 均衡化源自后向脉冲响应的ISI并对网格码进行解码。均衡器/网格解码器612可接收对应于其它双绞线电缆的后向信道脉冲响应Zn,2、 Z。和Zn,4作为输入。均衡器/网格解码器612可产生对应于接收到的模拟信号的检测比特(detected bit)。图6B是根据本发明一个实施例的分开均衡和解码信号处理操作的示意 图。参考图6B，示出了在图6A中所描述的均衡器/网格解码器612，实现为 进行分开均衡化和网格解码操作。均衡器/网格解码器612包括4个决策反馈 均衡器(DFE) 620和一个网格码调制解码器(TCM) 622。 DFE 620可包括 合适的逻辑、电路和/或代码，用于为每根双绞线消除后向ISI。 TCM解码器 622可包括合适的逻辑、电路和/或代码，用于在码格上运行Viterbi (维特比) 算法来解码经网格编码的符号。例如，TCM解码器622可用平行决策反馈解 码结构来实现。分开均衡和网格解码的方法可提供低的实现复杂性和更高的数 据率，例如达到Gbps的数据率可以很容易实现。图6C是根据本发明一个实施例的联合均衡和解码信号处理操作的示意 图。参考图6C，示出了如在图6A中描述的均衡器/网格解码器612，其中均 衡和网格解码操作联合实现。均衡器/网格解码器612可包括决策反馈预滤波 (DFP)模块650和预见平行决策反馈解码器(LA-PDFD) 652。 DFP模块650
可包括4个DFP 654，每一个DFP用于每根双绞线电缆。DFP654包括合适的逻 辑、电路和/或代码，用于縮减后向信道存储器。LA-PDFP 652可包括合适的 逻辑、电路和/或代码，用于以预见(look ahead)的方式计算分支度量值(branch metrics)。信道系数的训练和适应可用于提高均衡器/网格解码器612的性能。图7是根据本发明的一个实施例的在4线对扩展模式下利用吉比特信号处 理资源进行非对称数据传输的多数据率以太网系统的示意图。参考图7，示出 的非对称多数据率以太网系统700包括上行链接方701a和下行链接方701b。 例如，上行链接方701a可对应于图2中的入口点交换机202，同时，下行链 接方701b对应于例如CPE 20。非对称多数据率以太网系统700可支持4对双 绞线电缆上的各种非对称数据率或运行模式，例如，包括提供1Gbps或10Gbps 数据率。在参考图7的实施例中，非对称多数据率以太网系统700可在扩展范 围模式下运行，例如，提供下行方向10Mbps的数据率和上行方向的2Mbps 数据率。就此而言，扩展范围操作可通过使用2Mbps和10Mbps的较低通信 数据率来实现，就是说，使用在上行链接方701a或下行链接方701b中的信 号处理操作达到的低于1Gbps或10Gbps的数据率。如结合图5所述，上行链接方701a包括4个混合器506。尽管如此，本 发明不限于此，并且本发明可以支持各种混合器电路的实现。在上行链接方 701a中的每个混合器506都可通信连接至发送器502a、接收器504a以及也在 图5中描述了的4根双绞线电缆中的一根。与上行链接方701a中的每个混合 器506相连的还有回声消除器702a和减法器704a。上行链接方701a还可包括 解复用器(demux) 706a、校准器(aligner) 708a和多路复用器(mux) 710a。类似地，下行链接方701b包括4个混合器506。下行链接方701b中的每 个混合器506都通信连接至发送器502b、接收器504b以及也在图5中描述了 的4根双绞线电缆510中的一根。与下行链接方701b中的每个混合器506相 连的还有回声消除器702b和减法器704b。下行链接方701b还包括解复用器 (demux) 706b、校准器708b和多路复用器(mux) .710b。在图7中展示的上 行链接方和701a和下行链接方701b可对应于上行链接方701a和下行链接方 701b分别所支持的物理层的部分操作。 解复用器706a可包括合适的逻辑、电路和/或代码，用于将10Mbps的下 行信号分离成4个2.5Mbps的信号来通过4根双绞线电缆来传输。类似地，解 复用器706b可包括合适的逻辑、电路和域代码，用于将2Mbps的上行信号分 离成4个500kbps的信号来通过4根双绞线电缆来传输。校准器708a可包括 合适的逻辑、电路和/或代码，用于校准由上行链接方701a从4根双绞线中的 每根接收到的500kbps的信号。类似地，校准器708b可包括合适的逻辑、电 路和/或代码，用于校准由下行链接方701b从4根双绞线中的每根接收到的 2.5Mbps的信号。复用器710a可包括合适的逻辑、电路和/或代码，用于将从 校准器708a得到的校准后的500kbps信号进行合并，产生接收到的2Mbps的 上行信号。类似地，复用器710b可包括合适的逻辑、电路和/或代码，用于将 从校准器708a得到的校准后的2.5Mbps的信号进行合并，产生接收到的 10Mbps的下行信号。回声消除器702a和702b可包括合适的逻辑、电路和/或代码，用于至少 部分消除分别通过与同一双绞线连接的接收器504a和504b接收到的相应信号 的ECHO成分。减法器704a和704b可包括合适的逻辑、电路和/或代码，用 于消除接收到的信号中的ECHO成分。工作过程中，上行链接方701a可通过解复用器706a把要传送的10Mbps 的信号分成4个2.5Mbps的信号。每个要传送的信号由发送器502a在通过混 合器506传给相应的双绞线之前对之进行处理。4个传送的信号可由下行链接 方701b收到，在此每个信号都由接收器504b进行处理，然后由对应的回声消 除器702b和减法器704b进行回声消除操作。4个接收到的2.5Mbps在校准器 708b内进行校准，然后在复用器710b内合并成10Mbps接收到的下行信号。类似地，下行链接方701b可通过解复用器706b把要传送的2Mbps的信 号分成4个500kbps的信号。每个要传送的信号用发送器502b在通过混合器 506传给相应的双绞线之前进行处理。4个传送的信号可由上行链接方701a接 收，在此每个信号先由接收器504a进行处理，然后由对应的回声消除器702a 和减法器704a执行回声消除操作。4个接收到的500kbps信号在校准器708a 中进行校准，然后在复用器710a内合并成2Mbps接收到的下行信号。
上行链接方701a和下行链接方701b可通过4根双绞线电缆510以全双工 方式进行通信，提供总的2Mbps上行数据率和总的10Mbps下行数据率。将通 信率从100Mbps或更高减少到2Mbps和10Mbps，同时用较高的通信率物理层 信号处理操作，就可以扩展范围，也就是，延长双绞线电缆510的标准长度。 就此而言，上行链接方701a和下行链接方701b的非对称多数据率操作可支持 吉比特物理层操作，使用多电平信令在每个时钟周期发送多个比特。PAM-5 可用于每符号传送2比特，将符号率减少来在每根双绞线上传送。就此而言， 多电平信令可应用于lOOMbps、 10Mbps或小于10Mbps的数据率，也就是说， 使用较低的数据率，来允许以降低的符号率进行操作。例如，单根双绞线上以 12.5Msps的符号率可以实现25Mbps的数据率。降低符号率就可以在较长的电 缆范围上传输。例如，吉比特物理层可用的信号处理操作可支持2、 3、 4或5 个电平的信令而不增加复杂性。降低通信率也可允许使用具有较高插入损耗的电缆，同时又能保持同样的 标准长度。例如，对于吉比特操作，可使用第5类电缆。把一个方向上的通信 率减少到100Mbps，就可用比第5类电缆有更高插入损耗的电缆，同时保持在 IEEE 802.3标准下的100米长的需求。双绞线电缆的插入损耗会随着频率的平 方根增加而增加。以dB计的插入损耗与电缆的长度成正比。以100Mbps的数 据率应用吉比特信号处理操作，可增大电缆的长度范围。NEXT消除操作也可 改善每个接收到的信号的SNR，并且可应用于100Mbps和10Mbps的数据率 来达到对SNR同样的改善，并且可迸一步扩大在那些降低的通信率下的电缆 长度范围。非对称多数据率以太网系统700并不局限于在任何一方向通过在使用的 每根双绞线上均匀地分配数据率来达到较低的通信率。在本发明的另外的实施 例中，非对称多数据率以太网系统700可通过在使用的4根双绞线上不均匀地 分布数据率来达到较低的通信率。例如，为达到10Mbps的下行数据率，第一 根双绞线对可支持1Mbps的数据率，第二根双绞线对可支持2Mbps的数据率， 第三根双绞线对可支持3Mbps的数据率，第四根双绞线对可支持4Mbps的数 据率，这样就达到了 10Mbps的总的数据率。相似的方法也可用于在使用的4
根双绞线上不均匀地分配数据率来产生总的上行数据率。就此而言，上行链接方701a和/或下行链接方701b内的部件可适用于处理不均匀分布的低通信率。 图8是结合本发明一个实施例的下行数据率为10Mbps同时上行数据率为 2Mbps的上行非对称多数据率物理层中的回声消除器的示意图。参考图8，示 出了支持10Mbps的下行数据率和2Mbps的上行数据率的运行模式的上行链接 方中的非对称多数据率收发器的一部分中的回声消除器806。例如，回声消除 器806可采用具有N个分接头(tap)的回声消除器结构，使用N/5个乘法器。 就此而言，回声消除器806可使用多个寄存器810、多个乘法器814、多个延 迟分接头812、多个加法器816、输出寄存器818和开关820。回声消除器806可使用基于发送时钟FTX的数字下行信号来产生输出信 号，通过开关820传送给加法器808，此处该输出信号是基于接收时钟 Frx=Ftx/5的。该数字下行信号可由数模转换器(DAC) 802转换为模拟下行 信号，以通过双绞线铜缆822传送。模拟上行信号可由模数转换器804接收， 将其转换成数字上行信号给上行链接方。该数字上行信号和回声消除器806 产生的输出信号在加法器808中相加，减少接收到的数字上行信号的ECHO 成分。图9是根据本发明一个实施例的在2线对扩展模式中使用吉比特信号处理 资源进行非对称数据传输的多数据率以太网系统的示意图。参考图9，示出了 非对称多数据率以太网系统900，包括上行链接方901a和下行链接方901b。 例如，非对称以太网系统900可支持高达1Gbps或高达10Gbps的非对称数据 传输。非对称多数据率以太网系统900也可支持其它的运行模式，如两根双绞 线电缆上的较低非对称传送数据率。就此而言，非对称多数据率以太网系统 900可支持较低的通信率，如10Mbps的下行数据率和2Mbps的上行数据率， 同时可使用非对称多数据率物理层中可用的用于处理较高通信率如1Gbps或 10Gbps的信号处理操作。上行链接方卯la和下行链接方901b可通过2根双绞线电缆510以全双工 的方式以每根双绞线上5Mbps的下行数据率来进行通信，提供10Mbps的总的 下行数据率，并在每根双绞线上以1Mbps的上行数据率进行通信，从而提供2Mbps的总的上行数据率。上行链接方901a可提供2个混合器506以及对应 的回声消除器902a和减法器904a。上行链接方901a也可用解复用器906a、 校准器908a、复用器910a来以降低的非对称通信率发送和接收数据。同样地， 下行链接方901b可提供2个混合器506以及对应的回声消除器卯2b和减法器 904b。下行链接方901b也可用解复用器906b、校准器908b、复用器910b来 以降低的非对称通信率发送和接收数据。剩下的双绞线对在非对称以太网系统 900中没有得到使用。非对称多数据率以太网系统900不限于通过在使用的双绞线中均匀地分 配数据率的方法来得到较低的数据率。在本发明的另外的实施例中，非对称多 数据率以太网系统可通过在每根双绞线上不均匀地分配上行和下行的数据率 来达到较低的数据率。例如，第一根双绞线可支持4Mbps的下行数据率，同 时第二根双绞线可支持6Mbps的下行数据率来达到10Mbps的总下行数据率。 类似地，第一根双绞线可支持800kbps的上行数据率，同时第二根双绞线可支 持1.2Mbps的上行数据率，来达到总的2Mbps的总上行数据率。就此而言， 上行链接方901a和/或下行链接方卯lb内的各部件可适用于处理以不均匀分 配的较低通信率进行的非对称数据率通信。图10是根据本发明一个实施例的降低通信率以实现使用非对称多数据率 物理层的以太网系统内范围的扩展的步骤流程图。参考图10，显示了流程图 1000。在开始步骤1002之后，在步骤1004中，启用非对称吉比特以太网收发 器。吉比特以太网收发器可使用非对称多数据率物理层来将通信率从例如 lGbps降低到较低的通信率。例如，该较低的通信率可以是10Mbps的下行数 据率和2Mbps的上行数据率，但并不局限于此。非对称多数据率物理层也可 降低非对称吉比特以太网收发器的符号率。在降低通信率或符号率时，非对称 多数据率物理层将吉比特信号处理操作应用于降低后的通信率或符号率。在步骤1006中，在非对称吉比特以太网收发器中启用扩展范围模式，在 其中非对称多数据率物理层降低了至少一个方向上的通信率和/或符号率。在 步骤1008中，在扩展范围模式下使用非对称多数据率物理层内可用的至少一 部分非对称吉比特信号处理操作，以实现使用较长的电缆，或在标准长度下使 用具有较高插入损耗的电缆。在步骤1008之后，处理流程进入结束步骤1010。 本发明的各种实施例可用于在以太网收发器中来扩展非对称多数据率物 理层的范围，例如，小于10Mbps、 10Mbps、 100Mbps和1000Mbps。同样的 方法可以用来扩展任何任意的数据率的范围。扩展非对称多数据率物理层的应 用包括回程、多用户单元(MTU) FTTX+LAN、 VDSL替换、和/或用交换 机、集线器和/或中继器来扩展点到点的连接到超过100米距离的一般网络。 此外，例如，非对称以太网链路的两端的以太网收发器内的非对称多数据率物 理层可有不同的速度、纠错编码、均衡复杂性、串扰消除复杂性、和/或线性 编码。非对称以太网收发器通过其非对称物理层操作支持扩展范围，可便于省去 纯粹用作网络扩展器的交换机，所以节约了成本。另外，单对操作可用来用更 便宜的以太网设备代替DSL设备。根据本发明的各种实施例，扩展范围内的 各种特征可花费最小的费用建成为非对称吉比特物理层结构。这使得扩展范围 的应用使用大容量的部件也能享受低成本的优点。因此，本发明可以通过硬件、软件，或者软、硬件结合来实现。本发明可 以在至少一个计算机系统中以集中方式实现，或者由分布在几个互连的计算机 系统中的不同部分以分散方式实现。任何可以实现所述方法的计算机系统或其 它设备都是可适用的。常用软硬件的结合可以是安装有计算机程序的通用计算 机系统，通过安装和执行所述程序控制计算机系统，使其按所述方法运行。在 计算机系统中，利用处理器和存储单元来实现所述方法。本发明还可以通过计算机程序产品进行实施，所述程序包含能够实现本发 明方法的全部特征，当其安装到计算机系统中时，通过运行，可以实现本发明的方法。本文件中的计算机程序所指的是可以采用任何程序语言、代码或符号编写的一组指令的任何表达式，该指令组使系统具有信息处理能力，以直接实现特定功能，或在进行下述一个或两个步骤之后实现特定功能a)转换成其 它语言、编码或符号；b)以不同的格式再现。本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在 不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，
针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。 因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求 范围内的全部实施方式。
权利要求
1、一种用于有线通信的方法，其特征在于，所述方法包括将非对称多数据率物理层的通信率从较高通信率降低到较低通信率；将所述非对称多数据率物理层支持的与所述较高通信率相关的信号处理操作应用于所述较低通信率。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非对称多数据率物理 层是非对称以太网多数据率物理层。
3、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将所 述降低的通信率分配在以下至少之一上所述较低通信率的上行部分和下行部 分。
4、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括通过 在铜缆中使用的每一双绞线上平均分配所述上行部分的方式来聚合所述较低 通信率的上行部分。
5、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括通过 在铜缆中使用的每一双绞线上平均分配所述下行部分的方式来聚合成所述较 低通信率的下行部分。
6、 一种机器可读的存储器，其上存储的计算机程序至少有一个代码段用 于有线通信，所述至少一个代码段被机器执行使机器执行如下的步骤将非对称多数据率物理层的通信率从较高通信率降低到较低通信率； 将所述非对称多数据率物理层支持的与所述较高通信率相关的信号处理 操作应用于所述较低通信率。
7、 根据权利要求6所述的机器可读的存储器，其特征在于，所述非对称 多数据率物理层是非对称以太网多数据率物理层。
8、 一种用于有线通信的系统，其特征在于，所述系统包括 将非对称多数据率物理层的通信率从较高通信率降低到较低通信率的电路；将所述非对称多数据率物理层支持的与所述较高通信率相关的信号处理 操作应用于所述较低通信率的电路。
9、 根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述非对称多数据率物理层是非对称以太网多数据率物理层。
10、 根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括将所述降低的通信率分配在以下至少之一上的电路所述较低通信率的上行部分和 下行部分。
全文摘要
本发明涉及一种用于有线通信的方法和系统。用户驻地设备处于多用户单元内时，通过非对称以太网多数据率物理层降低通信率可以扩展双绞线电缆的标准距离。上行数据率和下行数据率可在铜缆中的双绞线上均匀地或不均匀地分配。非对称以太网多数据率物理层支持信号处理操作，如回声消除和/或均衡，这些操作可应用于降低后的通信率来扩展范围。降低的通信率可通过降低由非对称以太网多数据率物理层提供的符号率来实现。降低通信率，还使得可使用具有较高插入损耗的电缆来用于标准的连接距离。
文档编号H04L29/08GK101166196SQ200710148839
公开日2008年4月23日 申请日期2007年8月29日 优先权日2006年9月6日
发明者斯科特·鲍威尔, 阿里·阿巴耶 申请人:美国博通公司