CN105978658B - 通信***与方法 - Google Patents

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Abstract

一种通信***与方法。该通信***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***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***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。

Description

通信***与方法
技术领域
本发明内容涉及一种通信***与方法，特别涉及一种用缆线传输数据的一种通信***与方法。
背景技术
电机电子工程师学会(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)为提升网络发展，针对不同速率以及不同媒介的网络传输订定标准规格，在无数研究心血的投注下，有线电缆的传输速度已高达十亿比特每秒(Gbps)。
在网络传输架构中，线路编码(line coding)为有线以太网络的物理层(physicallayer,PHY)以及数据链路层(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
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***与方法。本发明内容的一态样为一种通信***，通信***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(IDLEsymbols)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。
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三进制比特流，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，映射闲符号至三进制比特流；将三进制比特流通过一缆线传送至一远端通信装置。
上述的通信***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
图1A是依照本发明内容实施例绘示一种通信***的方块示意图；
图1B是依照本发明内容实施例绘示的侧流搅乱器的方块示意图；以及
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。
其中，附图标记说明：
100 通信***
110 封包流转换单元
112 比特数转换单元
114 数据搅乱器
116 侧流搅乱器
120 映射单元
130 传输单元
200 通信方法
1162 延时器
1164 加法器
S210～S240 步骤
具体实施方式
图1A是依照本发明内容实施例绘示一种通信***的方块示意图。通信***100主要包含开放***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 accesscontrol)部分接收媒体独立接口(media independent interface)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，以免远端通信装置对线路码的比特长度解析发生错误。以下将详细对通信***100所包含的元件与各元件功能做详细的介绍。
通信***100包含封包流转换单元110、映射单元120以及传输单元130。封包流转换单元110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120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130用以将三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120以及传输单元130包括恰当的逻辑、电路和/或编码，以实现上述的功能。在一些实施例中，上述三进制比特包含-1、0、1等三种比特符号。
本发明内容的映射单元120映射六比特封包流至三进制比特流时，多个三进制比特流中各三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三个以上，因此，映射单元120在映射六比特封包流的闲符号至三进制比特流时，对于闲符号所映射到的三进制比特值组合有更多弹性，能选用降低三进制比特流中有连续多个相同的非零逻辑电平的三进制数值组合。亦即，通信***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。
封包流转换单元110包含比特数转换单元112、数据搅乱器(data scrambler)114以及侧流搅乱器(side stream scrambler)116。比特数转换单元112包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用以自媒体独立接口(未绘示于图1A中)接收四比特封包流MII[3:0]，并将其转为六比特数据流6b_stream[5:0]。
于一实施例中，比特数转换单元112将四比特封包流MII[3:0]直接以补零(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]转换为三比特封包流(4b3b)，再以先进先出方式将三比特封包流转换为六比特数据流6b_stream[5:0]。
数据搅乱器114以及侧流搅乱器116包括恰当的逻辑、电路和/或编码，用以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，以让信号具有随机性，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。数据搅乱器114以及侧流搅乱器116在扰乱六比特数据流6b_stream[5:0]时，侧流搅乱器116使用搅乱器多项式(scrambler polynomial)来产生侧扰值Scrn[5:0]，搅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。
于一实施例中，侧流搅乱器116所使用搅乱器多项式为gM(x)＝1+x13+x33。于另一实施例中，侧流搅乱器116所使用搅乱器多项式为gS(x)＝1+x20+x33。图1B是依照本发明内容实施例绘示的侧流搅乱器116的方块示意图，其中侧流搅乱器116包含延时器1162和加法器1164，图1B上半部用于根据搅乱器多项式gM(x)＝1+x13+x33产生侧扰值Scrn[5:0]，图1B下半部用于根据搅乱器多项式gS(x)＝1+x20+x33产生侧扰值Scrn[5:0]。
数据搅乱器114接收来自侧流搅乱器116的侧扰值Scrn[5:0]与六比特数据流6b_stream[5:0]并对其加以处理，以产生六比特受扰数据流Sdn[5:0]。数据搅乱器114首先使用算式g(x)＝x3^x8以及侧扰值Scrn[5:0]中的Scrn[0]以及Scr(n-1)[0]来产生第一受扰中间值流Syn[2:0]，其算式如下：
Syn[0]＝Scrn[0]
Syn[1]＝g(Scrn[0])＝Scrn[3]^Scrn[8]
Syn[2]＝g2(Scrn[0])＝Scrn[6]^Scrn[16]
将上述三式全部的下标n替换成(n-1)，则可得到Sy(n-1)[2:0]。
数据搅乱器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]与数据搅乱器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：
数据搅乱器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]与数据搅乱器114所接收的传送致能信号tx_enable以及本地接收器状态loc_rcvr_status决定六比特受扰数据流Sdn[5:0]，算式如下所示：
上述的六比特数据流6b_stream[5:0]、第二受扰中间值流Scn[5:0]以及六比特受扰数据流Sdn[5:0]中皆以6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]以及传送致能信号tx_enable均为时序信号，以n表示最新信号，而括弧中的数字(如n-6,n-1)表示与最新信号的时间差。
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***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(IDLE 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，将其映射至多个三进制比特流，以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。
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(datasymbol)至四个三进制比特流(6B4T)，其对照表如表格1。
表1六比特封包流中数据符号映射至三进制比特流的对照
映射单元120在映射闲符号至三进制比特流时，根据闲符号的特定比特决定映射至三进制比特流的三进制数值。于一实施例中，映射单元120映射闲符号至三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，决定三进制比特流中第一比特流T1的三进位值。
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T1的三进位值为零，当最低有效比特为非零时，映射单元决定第一比特流T1的三进位值为非零(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。
在又一实施例中，映射单元120映射闲符号至三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用以根据第一中间比特与最大有效比特的二进位值，决定三进制比特流中的第二比特流T2的三进位值，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的三进位值为零，否则第二比特流T2的三进位值为非零。
在又另一实施例中，映射单元120映射闲符号至三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用以根据第一中间比特与第二中间比特的二进位值，决定三进制比特流中的第三比特流T3的三进位值，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，第三比特流T3的三进位值为零，否则第三比特流T3的三进位值为非零。
于一特定实施例中，映射单元120结合上述所有编码规则以将二进制的六比特封包流中的闲符号(IDLE symbol)映射至四个三进制比特流(6B4T)，其对照表如表格2。
表2六比特封包流中闲符号映射至三进制比特流的对照
表格1及表格2中，第一比特流T1～第四比特流T4的编号，是用以区分不同的三进制比特，并非用以限制其顺序。亦即表格1及表格2中，T1～T4的栏位可以互相交换。
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三比特封包流，并直接将三比特封包流映射至两个三进制比特流，但两个三进制比特的所有数值可能组合数量(3的2次方)仅较三比特封包流中的三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，使得映射时三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三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，造成所产生三进制比特流中出现连续多个相同的非零三进制值，进而导致严重基准线飘移现象。
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三进制比特流时，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三进制数值组合数量为81个(3的4次方)，因此，还剩下17个三进制比特数值组合，但其中{0,0,0,0},{1,1,1,1}以及{-1,-1,-1,-1}中有连续四个相同的三进制值，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(start streamdelimiter,SSD)、结束定界符(end stream delimiter,ESD)或错误结束定界符(error endstream delimiter,ERR_ESD)，第一个用于标示封包的起始，第二个用于标示封包的结束，第三个则用于标示封包的结束并提示异常状况的发生。
于一实施例中，映射单元120于三进制比特流中加入定界符，且定界符中所包含连续三个非零三进位值不完全相同，亦即，定界符中不会包含连续三个相同的非零三进位值。因此，根据表2的内容，所有四比特三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三进位值的三进位值组合后，其中{0,1,1,1}和{-1,1,1,1}均有三个连续的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,-1,0,0}作为结束定界符，另外使用连续的{1,-1,0,0},{1,-1,0,0}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。
在又一实施例中，传输单元130自映射单元120接收已编码完成的三进制比特流T[3:0](代表T1,T2,T3,T4所组成的三进制比特流)，并以PAM-3编码方式通过缆线将三进制比特流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将三进制比特流T[3:0]依照{T1,T2,T3,T4}或{T4,T3,T2,T1}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三进制比特流T[3:0]中的一者。
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三进制比特流的作法，通信***100于映射六比特封包流至三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***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三比特二进制转为二比特三进制的表现更佳。
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是以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，以图1A所示的通信***100执行通信方法200为例来进行阐述，但并不以此为限。
首先，通信***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)。
通信***100将所得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至少一闲符号中的至少一特定比特，映射闲符号至三进制比特流(S220步骤)。于一实施例中，通信***100进行映射时所使用的特定比特包含最低有效比特，通信***100根据闲符号中最低有效比特决定三进制比特流中一第一比特流的三进位值。具体而言，当最低有效比特为零时，通信***100决定第一比特流的三进位值为零，当最低有效比特为非零时，通信***100决定第一比特流的三进位值为非零。
于其他实施例中，通信***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***100根据闲符号中第一中间比特和最高有效比特决定三进制比特流中一第二比特流的三进位值。于另一些实施例中，通信***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***100根据闲符号中第一中间比特和第二中间比特决定三进制比特流中一第三比特流的三进位值。
通过使用通信方法200，通信***100将六比特封包流中的数据符号和闲符号均映射至三进制比特流，且于一实施例中，三进制比特流的数量为四个，四比特三进制数值组合数量(3的4次方)高于六比特二进制数值组合数量(2的6次方)，增加映射至四比特三进制数值的选择，提供映射六比特封包流至三进制比特流的弹性。
通信***100在三进制比特流中加入定界符(S230步骤)，选用剩余的三进制比特数值组合不包含三个相同的连续非零三进位值，亦即，通信***100所加入的定界符的任三个连续非零三进位值，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。
通信***100将六比特封包流映射至三进制比特流后，将三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***100使用PAM-3编码方式传送三进制比特流。
上述各步骤的实施细节已如前述，此处不再赘述。
本发明内容所描述通信***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三进制比特流以及根据六比特封包流的特定比特决定三进制比特流的三进位值，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。

Claims (10)

1.一种通信***，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***，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***，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***，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***，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。
6.一种通信方法，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。
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