专利名称：以太网系统、以太网收发器和以太网通信方法
技术领域：
本发明涉及基带以太网系统和方法，更具体地说，涉及用于通过点对多点 共享的单导线信道拓扑提供基带以太网通信的元件、系统和方法。
背景技术：
以太网是在柔性网络系统里将不同的计算机连接在一起的局域网(LAN) 技术。以太网通信通常是指多终端的网络中点对点的通信，即以太网允许网 络中的一个终端访问网络中的另一个终端，反之亦然。
构建基础结构时使用的技术通常是为大众所知且为在构建时可以使用的 技术。例如，图1示出典型的多租户单元(MTU)建筑物102，其提供了众所周 知的有线电视(CATV)技术。通常地，MTU建筑物102包括地下室103和 多个单元104 (例如，单元1 M)。单元104可以是公寓、共管式公寓、办公 室或类似物。单元104可以不同地位于多个楼层(例如，楼层1 N)。为了简 单示意和阐述，图1只示出地下室103、楼层1、 2和N (包括单元1 4、 M-l 和M)，剩余的楼层和单元在结构和功能与示出的楼层和单元类似，故不详述。 每个单元104可包括电视(TV) 106。 TV106可包括简单的连接器，其直接接 收输入信号。可选的，TV 106可具有合适的信号转换器盒，其在信号输入电 视接收器之前，进行解码和/或解扰，这在本领域中已是很熟知的了。 MTU102 通过同轴电缆将CATV发送到MTU建筑物102的不同单元104中的多个 TV106。
MTU建筑物102中的同轴电缆108设置为树状、点对多点拓扑。在该拓 扑中，每个单元104接收支路110，其通过分接头元件112与单一的(公用的) 干路114相连接。为了简单表示，图1中每个单元只示出单一支路110和单一 TV106。然而，本领域的技术人员可以理解的，每个单元104可以接收多个支TV106。然而，本领域的技术人员可以理解的，每个单元104可以接收多个支 路IIO，以分别连接到多个TV。可选的、或附加的，单一支路110可包括分 离器(图中未明示)，为单一单元104中的多个电视提供共同的信号线路。干路 114依次将终端连接到MTU建筑物102的服务提供商入口 116。干路114可 以是任意的适合于传输信号的电缆，例如75QRG-59。干路114进一步可包括 可选择的双向放大器118，其位于服务提供商入口 U6与第一分接头元件112、 以及与服务提供商入口 116远端的终端负载120(例如接地电阻)之间。服务提 供商入口 116虽然可以设置在MTU建筑物102任意位置，但出于便利，如图 l所示，将其设置在MTU建筑物102的地下室103中。以这种方式，同轴电 缆108将CATV信号源例如MTU建筑物102的地下室103中的服务提供商 入口 116输出的公共的CATV信号，分别发送到MTU建筑物102的多个单元 104的多个TV106。因此这种单一信道通信同轴电缆提供了，将单一信号源输 出的公共的CATV信号发送到多个终端/单元的低成本传输。
相关技术说明
IEEE802.3标准定义了用于共享媒介通常称以太网的载波监听多路访问/ 冲突检测(CSMA/CD)算法。IEEE802.3定义两个发送器一接收器(无线收发 器)之间通过不同媒介的连接。例如在1￡￡￡802.3标准下，10BASE5标准 (定义了用于CSMA/CD通信的初始标准)定义了为粗同轴电缆而开发的以 太网通信标准；10BASE2标准定义了为细同轴电缆而开发的后续的标准。基 于这些标准的同轴电缆中，同轴电缆专用于发送一项服#~以太网信号。
在IEEE802.3标准下的后续开发的标准中，可通过双绞线和光纤电缆进 行操作。这些标准包括中继器间光纤链路(FLOIRL)标准，10BROAD36 标准(宽带系统)，1BASE5标准(1Mbps双绞线系统)，10BASE-T标准(10Mbps 双绞线系统)，IOBASE-F标准(基于光纤的系统)和IOBASE-T、 10BASE-T2、 10BASE-T4和10BASE-X标准(以100Mbps进行操作的双绞线和光纤系统)。 在IEEE802.3标准下，最近还开发了很多标准，包括1000BASE-X和 IOOOBASE-T标准(以1000Mbps进行操作的双绞线和光纤系统)。
在以太网点对点通信中， 一个终端(如初始终端)通常称为主机，另一个
终端通常称为客户端或从机。运行时，主机定义并向从机发送主时钟(脉冲信
号)；在向主机发送响应中，从机通过恢复(也是熟知的从属终止(slaviiig off of)
或定时终止(timingoffof))主机所发送的主时钟，实现与主机同步。然而在典
型的以太网系统中，所有终端通常有相同的优先级，每个终端在给定时间内， 可与网络中的多个终端进行点对点通信。
如上所述，最近开发的IEEE802.3标准定义了通过光纤或双绞线的以太 网通信的标准，例如，2个或4个双绞线；这些媒介使得主机与从机之间实现 高速、全双工通信，即主机与从机之间双向连续性通信。在这种方式下，任 何主机或从机的传输通常是顺序的或同步的。
如图l所示的同轴电缆，其只提供树状、点对多点拓扑的单导线信道，这 通常是与IEEE802.3标准的信号发送不兼容。图1所示的树状、点对多点结 构提供由所有用户共享的单一通信信道，即每个用户通过共享的、单一通信 信道，接收广播的公共信号。在该例子中，信号在共享信道中向下行单向广播。 以这种方式，信号可以从单一信号源，连续地向多个终端广播一例如，CATV 信号可经过同轴电缆，从单一信号源(服务提供商入口)，向MTU建筑物内 不同的多个单元的多个电视装置广播。由于至少如下的几点原因，IEEE802.3 标准不能直接实施于图1所示的电缆线路
1) 经过高损耗分接头元件，每个终端都是相互隔离的，不能可靠地探测 到干路上存在/不存在通信流量。例如 一个分接头元件在干路114方向上将 有2dB信号丢失，在干一支路连接中将有30dB信号丢失。
2) 10Mbps以上以太网通信使用连续传输协议。如果数据不存在，那么 终端典型地传送空闲信号。无传送任务终端的空闲信号可能干扰传送终端的信 号。
3) CSMA/CD假设所有终端有相同优先级。然而，如图1所示的拓扑中， 向下行传送(来至'终端)所需的数据率显著地高于向上行传送( <来自'终端) 所需的数据率。特别在己有的应用中，期望保留已有的向下行传输功能，并同 时向所有终端(例如CATV)进行广播。
过去几十年中，许多基础构造没有结合同时期飞速发展的以太网技术。在未预置光纤或数据级双绞线电缆的MTU建筑物，如果不大投入重新布线，就 不能升级，以使用IEEE802.3以太网，为发送到多个不同的单元的宽带服务 提供接口。因此，需要一种用于已有的基础构造的简单的以太网升级。
发明内容
本发明的一些方面涉及通过点对多点共享单一导线信道拓扑，提供基带以 太网通信的系统和方法。在示范性的实施例中，本发明提供用于基带同轴以太 网(E0C)的系统和方法，例如，在多租户单元(MTU)建筑物中现存的CATV 同轴电缆线路。
本发明的另外一些方面涉及发送器/接收器(收发器)，包括根收发器(根 -PHY)和终端收发器(EP-PHY)，通过点对多点共享单一导线信道拓扑，例如 CATV同轴电缆线路，并使用该根-和EP-PHY，用于提供基带以太网通信的系统 和方法。
根据本发明的一个方面，提供一种以太网系统，其包括
单一导线信道线路，包括干路和多个支路；通过所述干路的多个节点，所
述多个支路连接到所述干路；
单一根收发器(根-PHY)，其连接到所述干路的末端；和 多个终端无线收发器(EP-PHY)，其分别连接到所述多个支路的其中一个
支路；
所述根-PHY可接收外部信号源输出的第一信号，并通过所述单一导线信 道线路，将所述第一信号，发送到每一个所述的EP-PHY;所述根-PHY可接收 数据信号，所述数据信号是多个所述EP-PHY经过所述单一导线信道线路，向 上行发送的；所述根-PHY可经过所述单一导线信道线路，向下行将所述数据 信号，再发送到所述多个EP-PHY;和
每一个所述的EP-PHY可接收经过所述单一导线信道线路，向下行发送的 所述第一信号，并将所述第一信号发送到不同的外部终端设备；每一个所述的 EP-PHY进一步可选择地与多个所述的EP-PHY中任意别的EP-PHY进行通信， 其通过所述单一导线信道线路，向上行将数据信号发送到所述根-PHY，所述根 -PHY通过所述单一导线信道线路，向下行将所述数据信号再发送到所述的多个EP-PHY。
优选的，所述第一信号是有线电视(CATV)信号。 优选的，所述第一信号是连续的信号。 优选的，所述数据信号是非连续的信号。
优选的，所述第一信号以第一频率范围进行发送，所述数据信号以不同于 所述第一频率范围的第二频率范围进行发送。
优选的，所述根-PHY定义主时钟，并通过所述线路，以信号方式，将所 述主时钟向上行发送到所述的多个EP-PHY，其中每个EP-PHY恢复所述主时钟， 以与所述根-PHY同步。
优选的，基于时域多路复用(TDM)，所述多个EP-PHY各自向上行将猝发 信号发送到根-PHY。
优选的，基于轮转，所述多个EP-PHY各自向上行将猝发信号发送到根 -PHYo
优选的，所述根-PHY进一步可向外部网络发送数据信号，并接收来自外 部网络的数据信号。
优选的，所述根-PHY进一步包括双工滤波器，其对第一频率范围内的所 述第一信号进行滤波，并对不同于所述第一频率范围的第二频率范围内的所述数据信号进行滤波；
所述系统进一步包括分离器，以集成通过所述干路向下行传输的所述第一 信号和所述数据信号；和
每个EP-PHY进一步包括双工滤波器，其对第一频率范围内的所述第一信号进行滤波并对不同于所述第一频率范围的第二频率范围内的所述数据信号 进行滤波； ，每个EP-PHY可接收来自所述线路的集成的第一信号和数据信号， 并将所述第一信号输出给不同的第一输出终端，且将数据信号输出给以太网端 □。
优选的，每个EP-PHY可检测是否已获得授权，允许通过所述线路进行传 输，如果否，使得关于媒体访问控制(MAC)的载波侦听(CRS)信号起作用； 如果是，使得CRS信号不起作用。
根据本发明的一个方面，提供一种以太网收发器(根-PHY)，其包括
单一导线信道线路输入端口；
单一导线信道线路1/0端口；
第一传输模块，可通过所述单一导线信道线路输入端口，接收外部信号源 输出的第一信号，并经过所述单一导线信道线路I/0端口，通过外部单一导线 信道线路，将所述第一信号向下行发送到多个外部终端收发器(EP-PHY);和
第二传输模块，可通过所述单一导线信道线路I/0端口，接收数据信号， 所述数据信号是多个外部EP-PHY的不同EP-PHY经过所述外部单一导线信道线 路，向上行所发送的；并经过所述单一导线信道线路I/0端口，通过所述外部 单一导线信道线路，向下行将所述接收到的数据信号，发送到多个外部 EP-PHY;所述数据信号表示由所述的多个外部EP-PHY中的一个指定并选择的 外部EP-PHY进行接收该数据信号。
优选的，所述根-PHY还包括
网络I/0端口；
所述的第二传输模块进一步可经过所述网络I/O端口，并通过外部网络， 接收和发送数据信号；其可接收所述数据信号，并可向所述的多个外部EP-PHY 发送所述数据信号。
根据本发明的一个方面，提供一种以太网收发器(EP-PHY)，其包括
单一导线信道线路1/0端口；
单一导线信道线路输出端口；
第一模块，可经过所述的单一导线信道线路I/0端口，接收第一信号，所 述第一信号是外部根无线收发器(根-PHY)，经过外部单一导线信道线路，向 下行发送的；并经过所述的单一导线信道线路输出端口，输出所述第一信号；
第二模块，可经过所述单一导线信道线路1/0端口，通过外部单一导线信 道线路向上行将数据信号发送到根-PHY ，所述数据信号指出该发送的数据信号 中数据的目的地；并进一步可选择地经过所述单一导线信道线路I/0端口，接 收数据信号，所述数据信号是所述根-PHY经过所述外部单一导线信道线路， 向下行发送的；所述接收的数据信号表示由选择的EP-PHY作为目的地，接收和处理所述接收的数据信号中的数据。
优选的，所述的EP-PHY还包括
以太网1/0端口；
所述第二模块进一步可经过所述以太网I/O端口接收数据信号;并经过所 述以太网I/0端口，将数据信号发送到所述外部终端设备。
根据本发明的一个方面，提供一种用于通过点对多点共享单一导线信道拓 扑进行点对点以太网通信的方法，其包括以下步骤
经过所述点对多点拓扑，从所述拓扑的一个终端，向上行将以太网信号发 送到所述拓扑的根；
经过所述点对多点拓扑，从所述以太网的所述根，向下行将所述以太网信 号发送到所述拓扑的所有终端；和
可选择地仅在指定的终端处理在所有终端接收到的所述以太网信号。
优选的，所述的方法进一步包括在以太网信号中包含代码，用于指定拓 扑中的终端来有选择的处理所述以太网信号。
优选的，所述的方法进一步包括在所述数据的数据包中包含代码，用于 指定拓扑中的终端来有选择的处理所述以太网信号。
优选的，所述的方法进一步包括在指定的所述拓扑的终端，处理所述以 太网信号，将所述以太网信号中的数据发送给连接到所述指定的终端的外部用 户接口。
优选的，在外部用户接口输入数据，作为所述以太网信号；所述外部用户 接口连接到所述点对点拓扑的所述一个终端。 优选的，所述方法进一步包括 在所述点对多点拓扑的根，接收外部媒介信号；
从所述拓扑的所述根，通过所述点对多点拓扑，向下行将所述外部媒介信 号，发送到所述拓扑的所有终端；和
在多个所述拓扑的终端，处理在所述拓扑的所有终端接收到的媒介信号。
优选的，所述方法进一步包括
在所述点对多点拓扑的根，接收外部网络信号；
从所述拓扑的根，通过所述点对多点拓扑，向下行将所述外部网络信号，发送到所述拓扑的所有终端；和
选择地，在指定的所述拓扑的根，处理所述外部网络信号。
优选的，所述方法进一步包括-
接收作为所述外部网络信号的互联网信号。
优选的，所述方法进一步包括
从所述拓扑的一个终端，通过所述点对多点拓扑，向上行将以太网/网络 信号，发送到所述拓扑的所述根；和
根据所述以太网/网络信号，选择地，从所述拓扑的所述根，将所述以太 网/网络信号发送到外部网络。
优选的，所述方法进一步包括
在所述拓扑的所述根，处理以太网/网络信号中的代码，并根据所述代码， 选择地，将所述以太网/网络信号发送到所述外部网络。
通过以下的描述和附图，可以更深入地理解本发明的各种优点、各个方面、 创新特征、及其实施例的细节，附图中
图1是具有设置为树状、点对多点拓扑的同轴电缆电视(CATV)线路的 多租户建筑物的结构框图2是通过点对多点共享单一导线信道线路的基带以太网系统的实施例 的结构框图3是用于图2所示的以太网系统的示范性的根一PHY结构的结构框图4是用于图2所示的以太网系统的示范性的EP—PHY结构的结构框
图5是依据本发明的通过点对多点拓扑用于以太网通信的示范性方法的 流程图6是依据本发明的通过点对多点拓扑用于以太网通信的示范性方法的 流程图7是依据本发明的通过点对多点拓扑用于外部网络(例如，互联网)通信的示范性方法的流程图8是依据本发明的通过点对多点拓扑用于外部网络(例如，互联网)通信的示范性方法的流程以下将参照附图结合实施例对本发明进行详细描述。附图中，同一个附图标记在各幅附图中用于表示相同的部件或功能相似的部件。另外，附图标记最 左边的数字用于标识该附图标记首次出现时的那幅附图的编号。
具体实施例方式
本发明的示范性实施例，包括用于通过点对多点的共享单一导线信道提供以太网通信的元件、系统和方法。在一示范性的实施例中，点对多点的共享单一导线信道可为同轴电缆，因此提供同轴以太网(EOC)。该实例的应用，包 括用于通过点对多点拓扑中现有的、内置的同轴电缆例如电视(CATV)线路 来传送以太网的元件、系统和方法，因此，无需昂贵的重新布线，就可实现低 成本的宽带访问的传输。
图2是本发明的在点对多点共享单一导线信道上实现以太网的元件、系统 和方法的示范性实施例的结构框图。特别地，图2是实施本发明的同轴以太网(EOC)的元件、系统和方法的示范性实施例的结构框图。
与如上图1类似，图2是具有同轴电缆线路208的多租户单元(MTU) 建筑物202的结构框图。通常地，MTU建筑物202包括地下室203层和多个单元(例如单元1 M) 204。单元204可以是公寓，共管式公寓、办公室或 类似物。单元204可能分布于多个楼层(例如楼层1 N)。为了简单示意和阐 述，图2只示出地下室203和楼层1、2和N (单元1 4、 M-1和M)，剩余 的楼层和单元的结构和功能与之相似，故不详述。MTU建筑物具有同轴电缆 配线和以太网元件及系统，用于将CATV发送到多个TV，可使以太网接入 MTU建筑物内的多个单元。
如图2所示，示范性的以太网系统通常包括根发送器/接收器(收发器) 和多个终端收发器224,并通过同轴电缆线路208以树状拓扑进行设置。
MTU建筑物202中的同轴电缆线路208设置为树状、点对多点拓扑， 与图l中拓扑大体相似。在该拓扑中，每个单元204接收支路210，支路210 通过分接头元件212与单一的(共同的)干路214相连接。为了简单示意和阐 述，图2中示出每个单元204具有一个单一支路210。然而，本领域的技术人 员可以理解的，每个单元204可以接收多个支路210。可替换或可附加的，单 一支路210可包括分离器(图中未明示)，其将公共信号发送到单一单元204的 多个终端收发器224。干路214可以是任意适合于传输信号的电缆，例如 75QRG-59电缆。干路214进一步包括可选择的双向放大器，其设置在根 -PHY222与第一分接头元件112、以及与根-PHY222的远端的终端负载(如接 地电阻)220之间。
可以理解的，本发明的元件、系统和方法可通过现有的MTU建筑物的同 轴电缆线路进行实施，例如图1所示的CATV同轴电缆线路网络。以下将以 一示范性实施例进行详细讨论，对现有的MTU建筑物内，树状点对多点拓扑 形式的内置的同轴电缆CATV线路进行修改，以提供本发明的以太网元件、 系统和方法，同时仍然能够传送CATV。
如图2所示，在一示范性实施例中，系统可包括单一根收发器(根-PHY) 222和多个终端无线收发器(EP-PHY) 224，其中，根无线收发器(根-PHY) 222设置在服务提供商入口 216附近(例如，在地下室203中)，多个终端无线 收发器(EP-PHY) 224位于MTU建筑物202的不同单元204。
在本应用下，PHY通常是指以太网系统的物理层设备。PHY可选择或可 不同地包括任何已知的或以后开发的适合于所需应用的介质连接单元(MAU)、 连接单元接口 (AUI)、介质相关接口 (MDI)或介质无关接口 (MII)。 PHY 可使用任何已知的或以后开发的适合于所需应用的以太网信号编码设计和媒 体访问控制(MAC)协议。在本应用下，编码包括将时钟和数据信息混合到 自同步信号流。PHY进一步可包括各种模块和/或子模块(每个包括硬件和/ 或软件)，并且可对模块和/或子模块进行不同的组合，以实施以太网编码设计 和MAC，从而执行以太网通信。本领域的技术人员可选择或可修改适合的以 太网硬件、软件、接口、信号编码和媒介访问控制，以用于所需应用。根-PHY
在图2所示的示范性实施例中，根-PHY222可包括外部媒体连接器(例 如，CATV电缆端口) 226，以连接到服务提供商入口 216，并接收服务提供 商入口 216的输入信号。在图2所示的示范性实施例中，输入信号可以是连续 模拟信号，例如CATV信号。然而，该输入信号类型并不限于此，其可以是 任何类型的可转换为适合于通过系统媒介传输的信号类型。例如，可在根-PHY 内部或外部设置适配器或转换器如数模转换器，从而将输入信号转换为所需的 系统信号格式。本领域的技术人员可设置根-PHY元件和系统，以兼容所需应 用的可选择的技术和实施例。
在图2所示的示范性实施例中，根-PHY 222也可包括可选择的外部网络 数据信号连接器228，其连接到外部网络端口 229。阿络数据信号载体媒介可 以是任何已知的或以后发展的载体媒介(例如，光学的或电学的)。适配器或 转换器可将输入或输出网络数据信号转换成所需媒介的所需信号格式。在光信 号的例子中，如图3所示的示范性实施例中(后面进行讨论)，根-PHY222可 包括互联网连接端口，例如100TX以太网RJ-45插座，以通过光缆230和一 光电转换器232，连接到外部光纤网络端口 229。本领域的技术人员可设置根 -PHY元件和系统，以兼容所需应用的其他技术和实施例。
在图2所示的示范性实施例中，根-PHY 222可以是任何常规的、专用的 或以后发展的发送器/接收器,并可提供本发明书所披露的物理层/接口和通信 功能。在图2所示的示范性实施例中，根-PHY 222可接收外部信号源输出的 信号，例如连续的CATV信号，并经过单一导线信道线路，将该信号发送(广 播)到下行的多个EP-PHY224中的每一个。根-PHY222也可接收数据信号， 该数据信号是多个EP-PHY224经过单一导线信道线路，向上行所发送的，并 可将该数据信号，经过单一导线信道线路向下行发送(广播)到多个 EP-PHY224中的每一个，因此可实现任一 EP-PHY224到另一期望的 EP-PHY224之间的以太网通信。
根-PHY222进一步可选择地经过外部网络例如互联网，接收数据信号、 和发送数据信号。在一示范性实施例中，根-PHY222可接收多个EP-PHY224， 经过单一导线信道线路，向上行所发送的信号，然后通过外部网络发送出去-反之亦然，由此可实现外部网络(例如，互联网)对以太网系统上的多个
EP-PHY224的访问。
在图3所示的示范性实施例中，根-PHY222可包括模块/子模块，以实施 IEEE802.3 FDX MAC和头端同轴电缆-PHY，从而处理根-PHY222接收和传 送的信号。
根-PHY222可指定从多个EP-PHY中选择的一个EP-PHY，接收数据信 号中的数据。在一示范性实施例中，根-PHY在经过向下行线路发送连续的信 号时，根-PHY222可在连续的信号中添加控制代码，以指定根-PHY222发送 的数据信号(例如，下一数据包)中的数据，由选定的一个EP-PHY224接收。 该指定的/选定的一个EP-PHY224可接收/处理控制代码，并启动(enabled)。 可选的/附加的，其它的EP-PHY224可接收/处理控制代码，并禁用(disabled)。 在另一示范性实施例中，数据信号本身也可指定(例如，数据包中提供的数据) 和可选择地使得从多个EP-PHY224中选定的一个EP-PHY224，用于接收数 据信号中的数据。
本领域的技术人员可理解可替换的结构、模块/子模块、和类似的用于提 供在此所讨论的实施例中的根-PHY收发器的所需的物理接口和执行所需的通 信功能。
在一示范性实施例中，每个终端收发器224 (EP-PHY)同样可以是任何 常规的、专用的或以后开发的发送器/接收器，并提供本说明书所披露的物理 层/接口和通信功能。在一示范性实施例中，每个EP-PHY224可接收根 -PHY222经过单一导线信道线路208，向下行发送(广播)的信号。每个 EP-PHY224也可通过单一导线信道线路向上行发送信号到根-PHY222，然后 根-PHY222经过单一导线信道线路，向下行再发送(广播)信号到选择的/指 定的多个EP-PHY224中的其他EP-PHY224,从而实现可选择地与多个 EP-PHY224中任意另一个EP-PHY224的通信。如上所讨论，根-PHY222可 发送控制代码(或再发送接收自初始的EP-PHY的控制代码)，以指定数据信 号(例如下一个数据包)的数据的直接发送到选定的EP-PHY224。可选的，数据信号本身也可指定多个EP-PHY224中的一个，并使选定的EP-PHY生效。
在图4所示的示范性实施例中，EP-PHY 224还可包括以太PHY模块， 用于连接以太网端口 240，还可包括CPE同轴PHY模块，用于通过双工滤波 器237和分离器239与同轴电缆208相连。以太网PHY模块和同轴电缆-PHY 模块可互相直接通信，并实现媒介转换功能，例如从同轴电缆到双绞线的转换， 而不需任何外在的MAC。可替换的，可选择地在以太网PHY模块和同轴电 缆-PHY模块之间设置MAC，以实现这种媒介转换/通信功能。如图4所示的 示范性实施例中，EP-PHY224包括IEEE 100TX PHY、 802.3HDXMAC (可 选的)、和CPE同轴电缆-PHY，以处理从1100TX以太网RJ-45端口接收的 或向1100TX以太网RJ-45端口发送的数据信号。当然，EP-PHY224可适应 任何以太网速度(10/100/1000/10000)和端口设置。本领域的技术人员可选择 和配置不同的EP-PHY模块/子模块、以及可选的MAC，以执行任何期望的 以太网应用的相关功能。
在示范性实施例中，可选择地，每个EP-PHY224也可经过根-PHY222， 并通过单一导线信道线路向上行发送数据信号，访问外部网络或与外部网络通 信，例如互联网。反之亦然。本领域的技术人员可理解的，可使用替换结构， 以提供在此的实施例中所讨论的期望的物理层/接口、以及执行EP-PHY收发 器的期望的通信功能。 非对称数据流
在一示范性实施例中，排列和设置网络中的根-PHY222和多个 EP-PHY224,以提供非对称数据流。在该系统和方法中，根-PHY222可为网 络上可识别的每一个EP-PHY224分配一个唯一的PHY地址(唯一的ID)， 根-PHY222可为网络上可识别的每一个EP-PHY224及其各自唯一的PHY地 址，例如在本地存储器中组建和维护一个表。类似的，每一个EP-PHY224也 可为根-PHY222和别的EP-PHY224及其各自唯一的PHY地址维护一个表。 数据可在下行方向上连续地广播一从根一PHY222到多个EP-PHY24中的每 个；以这种方式，下行连接可使用信道上可利用的全部数据带宽。在一实施例 中，多个EP-PHY224可以时域多路复用(TDM)方式，共享对上行信道带宽
的访问。可替换的，在一实施例中，多个EP-PHY224可以轮转方式，共享对 上行信道带宽的访问。在示范性的树状拓扑结构中，多个EP-PHY224即便不 是相互直接连接，也可通过根-PHY222来连接。以这种方式，基带PAM传输 信号编码方案，与IEEE802.3定义的相似或相同，可双向使用，且双向共享 带宽。因此，该实施例可在上下行方向之间提供非对称的数据率一即，经过单 一导线信道线路，向下行发送的数据多于向上行发送的数据。
在一示范性实施例中，根一PHY222和多个EP-PHY224中的每一个可经 过同轴电缆，利用全双工传输一即，可经过相同的单一导线信道，同时双向发 送数据信号，例如，经过系统媒介，使用不同的波长范围，向上行发送信号和 向下行发送信号。
在一示范性实施例中，根一PHY222和多个EP-PHY224中的每一个可轮 流经过系统媒介，传送和接收数据，该系统媒介包括单一导线信道线路(半一 全双工模式)。即，在一示范性实施例中，系统可执行冲突避免协议的设置， 而不是如CSMA/CD IEEE802.3标准所阐明的冲突检测协议。 CATV&网络数据
如图2 4所示，在一示范性实施例中，以太网网络可与有线电视(CATV) 共存，其中，CATV的传输不受增加的以太网/网络数据信号的影响。在一实 施例中，可使用频率选择双向滤波器/分离器，混和(和分离)数据信号和CATV 信号。例如，如图3所示，在一实施例中，根一PHY222可包括双工滤波器 236(如低频滤波器(LPF)-5 24MHz;高频滤波器(HPF) =54 1000MHz) 和分离器238;每个EP-PHY224可包括附加的双工滤波器237 (如低频滤波 器(LPF) =5 24MHz;高频滤波器(HPF) =54 1000MHz)和分离器239。 在一示范性实施例中，CATV信号通常占有大约大于50MHz的频率，以太网 数据信号占有大约小于50MHz的频率。根一PHY222可将LPF数据信号和 HPF CATV信号进行混合，并将混合的信号经过同轴电缆208，向下行广播到 每个EP-PHY224。然后，每个EP-PHY224利用分离器238将混合的信号， 分离成LPF数据信号和HPF CATV信号，然后将信号处理并输出到各个以太 网端口 240 (如100TX以太网RJ-45插座)和TV连接器206。另一面，EP-PHY224可通过单一导线信道线路208的支路210和干路214，并经过双 工滤波器(LPF滤波器)237和分离器239，将数据信号发送到根一PHY222。 在根一PHY222处，经过分离器238和双工滤波器(LPF滤波器)236接收数 据信号，并作进一步处理。以这种方式，可经过系统，继续传送CATV信号 到MTU建筑物202的多个公寓/单元204中的每一个公寓/单元中的多个 TV206,同时实现根一PHY222和EP-PHY224之间的以太网通信。本领域的 技术人员可选择可选的CATV和以太网信号的操作频率或别的不同的传输特 性，以适于期望的应用。
同步性
在示范性实施例中，以回路定时方式，可保持根一PHY222和多个 EP-PHY224中的每一个之间的点对多点同步性。在一实施例中，根一PHY222 可定义主时钟(脉冲信号)，然后将主时钟发送到多个EP-PHY224，例如，以 连续信号。每个EP-PHY224可从根一PHY222信号恢复主时钟，并使用恢复 的主时钟，对其发送器进行定时。以这种方式，网络中的多个EP-PHY224可 与根一PHY222的主时钟同步，从而可实现相互间的同步。可以理解的，这种 同步可实现数字回波消除，并经过单一导线信道，进行全双工数据传输。 快速接收器训练
在示范性实施例中，本发明的网络可提供快速接收器训练。每个 EP-PHY224可使用根一PHY222发送的连续性信号，实现与网络同步。在一 实施例中，基于根一PHY222发送的连续性信号，每个EP-PHY224中的均衡 器和定时相位可应用于传统的数据定向方式。然而，在一示范性实施例中，每 个EP-PHY224和根一PHY222之间的上行方向中，可存在唯一的信道，并且 对每个EP-PHY224，根一PHY222可使用不同的均衡器和定时相位。为实现 这种方式，在一示范性实施例中，根一PHY222可例如，在存储器中保持均衡 器系数和定时相位的表一作为多个EP-PHY224中的每一个的入口，。当上行 控制转换到一特定EP-PHY224时，根一PHY222可为该EP-PHY224，加载预 存均衡器和定时相位。在一实施例中，每个EP-PHY224可使用一短前导信号， 以证明已实现合适的操作，并进一步完善均衡器和定时相位。适合于当前控制上行信道的EP-PHY无线收发器的均衡器和定时相位可依照传统的数据定向 方式来进行。表中初始系数和相位入口可使用新的收敛值更新。这个过程可实 现多个EP-PHY224之间的快速切换，以最小化上行信道的时域多路技术的开 支。
PHY层信号发送
网络可使用特别的PHY层信号发送，以允许在两个终端，使用标准 IEEE802.3媒体访问控制(MAC)协议，从而实现对网络的控制。在一示范 性实施例中，根一PHY222可将非数据字符(如控制字符或代码)，插入到向 下行广播的连续性信号中，其中，多个控制字符或代码分别授权访问选定的/ 指定的对于上行传输的多个EP-PHY224中的一个。在一实施例中，当选定的 /指定的EP-PHY224检测到其已获得授权传输时，其可使得关于其标准的半双 工802.3MAC的CRS (载波侦听)信号不起作用。在CRS起作用时，标准的 IEEE 802.3 HDX MAC可不发送数据到EP-PHY发送器。在CRS起作用时， EP-PHY (传送器)保持静态(而不是发送空闲字符)。根—PHY222可以轮转 方式或任意别的时域多路复用(TDM)方案，授权访问，以共享EP-PHY224 之间的信道。这个过程可使得标准的全双工802.3MAC用于控制根一PHY222。
网络扩展
在示范性实施例中，可扩展本发明的网络。即，可在网络中添加或删除 EP-PHY224。在一实施例中，当网络中接入一个新的EP-PHY224时，通过使 用根一PHY222输出的连续的广播信号，其可获得同步，并收敛其均衡器。根 一PHY222可周期性地显示一个开放的时间间隔，用于建立新的EP-PHY224 连接。 一旦检测到，新的EP-PHY224可等待随机的时间间隔，以避免与其它 新的EP-PHY224冲突，再次确认访问许可，然后开始向根一PHY无线收发器 222进行发送。根一物理层222可对于新的连接，收敛均衡器系数和定时相位， 并将此信息添加到存储在存储器中的EP-PHY地址的表中。根一PHY222也可 为新的EP-PHY224分配PHY地址，表示EP-PHY传输的确认。在一实施例 中，如果新的EP-PHY224未接收到确认，其将继续尝试在下一个可利用的开 放的时间间隔，建立连接。示范性的以太网通信方法
点对点以太网通信。
图5是依据本发明的通过点对多点拓扑用于以太网通信的示范性方法的 流程图；在一实施例中，在步骤501，从网络中一个终端，经过点对多点共享 单一导线信道拓扑，向上行发送以太网信号到网络的根。在一示范性实施例中， 在图2所示的系统中，用户通过连接到系统的EP-PHY204的外部用户接口输 入数据，将封装在以太网信号中通过同轴电缆线路208，从EP-PHY204向上 行发送到根一PHY222。在步骤502中，以太网信号通过点对多点拓扑，从网 络根向下行发送到网络的所有终端。在一示范性实施例中，在图2所示的系统 中，以太网信号可经过同轴电缆线路208，从根一PHY向下行再发送到所有 的EP-PHY204。在步骤503中，在终端接收以太网信号，并可选择地在指定 的终端处理该信号。在一示范性实施例中，在图2所示的系统中，例如，通过 接收到的以太网信号的数据包中的代码，指定选择的EP-PHY224。然后指定 的EP-PHY224可将以太网信号解码，并将以太网信号中的输出数据，发送给 连接到指定的EP-PHY224的外部用户接口 。 混合的以太网通信和媒介传输
图6是依据本发明的通过点对多点拓扑用于混合以太网通信和媒介传输 的示范性方法的流程图。在一实施例中，在步骤601，接收外部媒介信号，并 经过点对多点共享单一导线信道拓扑，从以太网的根，向下行发送到以太网的 所有终端，同时，经过点对多点拓扑，从以太网的一个终端，向上行发送以太 网信号到以太网的根。在一示范性实施例中，在图2所示的系统中，通过根一 PHY222，接收CATV信号，并经过同轴电缆线路208，向下行发送到所有 EP-PHY204，同时，用户通过与一个EP-PHY204连接的用户接口输入数据， 并将该数据作为以太网信号，经过同轴电缆线路208，从一个EP-PHY224向 上行发送到根一PHY222。在步骤602，接收外部媒介信号，并经过点对多点 拓扑，从以太网的根发送到所有以太网终端，在以太网的根处，接收到的以太 网信号，经过点对多点拓扑，从以太网的根向下行再发送到以太网的所有终端。 在一示范性实施例中，在图2所示的系统中，在根-PHY222处，接收到的CATV信号和从一个EP-PHY224接收到的以太网信号，分别经过同轴电缆208，向 下行发送和再发送到系统中所有的EP-PHY224。在步骤603,接收媒介信号， 并在所有的以太网终端进行处理；接收以太网信号，并在指定终端进行处理。 在一示范性实施例中，在图2所示的系统中，接收CATV信号，并在所有的 EP-PHY224进行处理；通过例如接收到的以太网信号的数据包中的代码，指 定选择的EP-PHY224，该指定的EP-PHY224可将以太网信号解码并输出数 据，发送给与指定EP-PHY224连接的外部用户接口。 混合外部网络通信和媒介传输
除提供以太网系统内点对点通信，本发明示范性的方法可提供以太网系统 与外部网络的一个节点的通信，例如互联网。图7和图8示出混合的外部网络 通信和媒介传输的实施例。
图7是依据本发明的通过点对多点拓扑以太网用于与外部网络(例如，互 联网)通信的示范性方法的流程图。在步骤701，在点对多点共享单一导线信 道拓扑以太网的根处，接收外部媒介信号和外部网络信号。在一示范性实施例 中，在图2所示的系统中，通过根一PHY222，接收CATV信号和分离的网络 信号(如互联网信号)。在步骤702，经过点对多点拓扑，将媒介信号和网络 信号向下行发送到以太网的所有终端。在一示范性实施例中，在图2所示的系 统中，经过同轴电缆线路208，从根一PHY222，将CATV信号和网络/以太网 信号一起向下行发送到所有EP-PHY224。在步骤703，接收媒介信号，在所 有的以太网终端处进行处理；可选择地接收网络/以太网信号，并在指定的以 太网终端处进行处理。在本发明的一示范性实施例中，在图2所示的系统中， 接收CATV信号，并在系统的所有EP-PHY224处进行处理(如传送到外部 TV，进行观看)；通过接收到的网络/以太网信号的数据包中的代码，指定选 择的EP-PHY224，该指定的EP-PHY224可将网络/以太网信号解码并输出数 据，发送给与指定EP-PHY224连接的外部用户接口。
图8是依据本发明的通过点对多点拓扑以太网用于与外部网络(例如，互 联网)通信的示范性方法的流程图。在步骤801，在点对多点共享单一导线信 道拓扑以太网的根处，接收外部媒介信号。在一示范性实施例中，在图2所示的系统中，在根-PHY222处，接收CATV信号。在步骤802，经过点对多点 拓扑，从以太网的根，向下行将该媒介信号发送到以太网的所有终端，并且经 过点对多点拓扑，从以太网的一个终端，向上行将以太网/网络信号发送到以 太网的根。在一示范性实施例中，在图2所示的系统中，经过同轴电缆线路 208，从根一PHY222，向下行将CATV信号发送到所有的EP-PHY224，同时， 用户在与一个EP-PHY224连接的外部用户接口处输入的数据，可经过同轴电 缆线路208，从一个EP-PHY224向上行发送到根一PHY222。在步骤803，经 过点对多点拓扑，从以太网的根，向下行将媒介信号发送到以太网的所有终端， 从以太网的根，将以太网信号发送到外部网络(其发送到指定的目标地/终端)。 在一示范性实施例中，在图2所示的系统中，经过同轴电缆线路208，从根 -PHY222,向下行将CATV信号发送到所有EP-PHY224;从根一PHY222， 将以太网信号发送到外部网络(如互联网)。在步骤804，接收媒介信号，并 由所有的终端进行处理。在一示范性实施例中，在图2所示的系统中，接收媒 介信号，并由每个EP-PHY224进行处理(例如，发送到外部TV，进行观看)。
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、一种以太网系统，其特征在于，包括单一导线信道线路，包括干路和多个支路；通过所述干路的多个节点，所述多个支路连接到所述干路；单一根收发器(根-PHY)，其连接到所述干路的末端；和多个终端无线收发器(EP-PHY)，其分别连接到所述多个支路的其中一个支路；所述根-PHY可接收外部信号源输出的第一信号，并通过所述单一导线信道线路，将所述第一信号，发送到每一个所述的EP-PHY；所述根-PHY可接收数据信号，所述数据信号是多个所述EP-PHY经过所述单一导线信道线路，向上行发送的；所述根-PHY可经过所述单一导线信道线路，向下行将所述数据信号，再发送到所述多个EP-PHY；和每一个所述的EP-PHY可接收经过所述单一导线信道线路，向下行发送的所述第一信号，并将所述第一信号发送到不同的外部终端设备；每一个所述的EP-PHY进一步可选择地与多个所述的EP-PHY中任意别的EP-PHY进行通信，其通过所述单一导线信道线路，向上行将数据信号发送到所述根-PHY，所述根-PHY通过所述单一导线信道线路，向下行将所述数据信号再发送到所述的多个EP-PHY。
2、 根据权利要求1所述的系统，其特征在，所述第一信号是有线电视 (CATV)信号。
3、 根据权利要求1所述的系统，其特征在，所述第一信号是连续的信号。
4、 根据权利要求1所述的系统，其特征在，所述数据信号是非连续的信号。
5、 一种以太网收发器(根-PHY)，其特征在于，包括 单一导线信道线路输入端口； 单一导线信道线路IA)端口；第一传输模块，可通过所述单一导线信道线路输入端口，接收外部信号源输出的第一信号，并经过所述单一导线信道线路1/0端口，通过外部单一 导线信道线路，将所述第一信号向下行发送到多个外部终端收发器(EP-PHY); 和第二传输模块，可通过所述单一导线信道线路I/0端口，接收数据信号， 所述数据信号是多个外部EP-PHY的不同EP-PHY经过所述外部单一导线信道 线路，向上行所发送的；并经过所述单一导线信道线路I/O端口，通过所述 外部单一导线信道线路，向下行将所述接收到的数据信号，发送到多个外部 EP-PHY;所述数据信号表示由所述的多个外部EP-PHY中的一个指定并选择的 外部EP-PHY进行接收该数据信号。
6、 根据权利要求5所述的根一PHY，其特征在于，包括 网络1/0端口；所述的第二传输模块进一步可经过所述网络1/0端口，并通过外部网络， 接收和发送数据信号;其可接收所述数据信号，并可向所述的多个外部EP-PHY 发送所述数据信号。
7、 一种以太网收发器(EP-PHY)，其特征在于，其包括 单一导线信道线路IA)端口； 单一导线信道线路输出端口；第一模块，可经过所述的单一导线信道线路I/O端口，接收第一信号， 所述第一信号是外部根无线收发器(根-PHY)，经过外部单一导线信道线路， 向下行发送的；并经过所述的单一导线信道线路输出端口，输出所述第一信 号；第二模块，可经过所述单一导线信道线路1/0端口，通过外部单一导线 信道线路向上行将数据信号发送到根-PHY，所述数据信号指出该发送的数据 信号中数据的目的地；并进一步可选择地经过所述单一导线信道线路I/O端 口，接收数据信号，所述数据信号是所述根-PHY经过所述外部单一导线信道 线路，向下行发送的；所述接收的数据信号表示由选择的EP-PHY作为目的地, 接收和处理所述接收的数据信号中的数据。
8、 根据权利要求7所述的EP-PHY，其特征在于，还包括以太网1/0端口；所述第二模块进一步可经过所述以太网1/0端口接收数据信号；并经过 所述以太网l/0端口，将数据信号发送到所述外部终端设备。
9、 一种用于通过点对多点共享单一导线信道拓扑进行点对点以太网通信 的方法，其特征在于，其包括以下步骤经过所述点对多点拓扑，从所述拓扑的一个终端，向上行将以太网信号 发送到所述拓扑的根；经过所述点对多点拓扑，从所述以太网的所述根，向下行将所述以太网 信号发送到所述拓扑的所有终端；和可选择地仅在指定的终端处理在所有终端接收到的所述以太网信号。
10、 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的方法进一步包括: 在以太网信号中包含代码，用于指定拓扑中的终端来有选择的处理所述以太 网信号。
全文摘要
本发明涉及一种用于通过点对多点共享单一导线信道拓扑进行点对点以太网通信的方法，其包括经过所述点对多点拓扑，从所述拓扑的一个终端，向上行将以太网信号发送到所述拓扑的根；经过所述点对多点拓扑，从所述以太网的所述根，向下行将所述以太网信号发送到所述拓扑的所有终端；和可选择地仅在指定的终端处理在所有终端接收到的所述以太网信号。一种以太网系统，包括具有干路和多个支路的单一导线信道线路(例如，同轴电缆线路)，通过所述干路的多个端口，所述多个支路连接到所述干路；单一根无线收发器(根-PHY)，其连接到所述干路的末端；和多个终端无线收发器(EP-PHY)，其分别连接到所述多个支路的其中一个支路；该系统和方法进一步可经过所述拓扑的根，与外部网络通信，例如互联网。
文档编号H04L12/28GK101202687SQ20071019888
公开日2008年6月18日 申请日期2007年12月11日 优先权日2006年12月11日
发明者斯科特·理查德·鲍威尔, 阿里·阿巴耶 申请人:美国博通公司