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双绞线10Gbps以太网规格可望成为IEEE标准
2006年6月23日 10:20  来源:日经BP社  

    IEEE Standards Association(IEEE-SA)标准委员会,日前批准了以太网规格“IEEE802.3an-2006(10GBASE-T)”(使用双绞线,速度为10Gbit/秒,数据传输距离为100m)。这是以太网普及促进团体“以太网联盟”等机构宣布的。IEEE-SA是IEEE中主管标准规格制订的组织,此次的批准为最终决定。该规格将上报至2006年7月的IEEE802委员会总会,成为正式的IEEE规格。

  10GBASE-T主要规定了物理层上的信号处理方式,但除此之外还规定了事实上的双绞线标准。具体而言,调制方式采用的是“16值PAM(pulse amplitude modulation)”和“128-DSQ(double square)”的组合方式,预强调(Preemphasis)方式采用的是“Tomlinson-Harashima Precoding”等。双绞线缆方面,设想采用4对8芯的6e类、6a类、7类共三种。纠错码采用“LDPC(low density parity check)码”。同时还采用了“Traning”技术,在通信前交换低速通信数据、检测传输路径的噪音状况。

从实效角度出发,采用12值多值码

  调制方式中的16值PAM为每码分配4bit的方式,多值度高。多值度高的话,在同样10Gbit/秒的传输速度下就可以把符号传输速率降到800M符号/秒,具有使接收器模拟电路和线缆设计更轻松的优点。而且,所使用的频带较低,电信号的波形不易失真,还具有传输距离可延长的优点。

  但是高多值度也有缺点。由于电信号的波形差异小,A-D转换器需要高精度。另外,接收方读取信号时需要的S/N加大。与低多值度相比,误码率增大,接收灵敏度降低。

  反之,降低多值度时的优缺点刚好与高多值度时相反。为此,在10GBASE-T制订之初,就对8值PAM、10值PAM和12值PAM等调制方式进行了探讨。但各种方式都是各有长短。每个码分配3bit的8值PAM方面,多值度稍低一些。而10值和12值方面,由于信号的映射(Mapping)问题,所以存在的课题是码利用率低。索性用16值PAM来提高利用率,但又出现了多值度过高的问题。

  最近,IEEE802.11an工作组最终还是倾向于码的利用率,采用了16值PAM。不过,与美国Broadcom提议的128-DSQ相结合,选择了实际多值度接近12值PAM的方式。具体而言,就是给16值PAM的2个码分配7bit,相当于每个码分配3.5bit。从码的利用率角度看,这是一种最节省的信号配置。

10-2的比特误码率通过LDPC码降至10-12

  调制方式采用16值PAM后,如果不采取其它措施的话,由于接收端所需的S/N增大,所以信号的传输误码率就会非常大。这一问题通过纠错码LDPC码得到了解决。据参与规格制订的美国Aquantia介绍:“不使用LDPC码时的比特误码率非常低,100m传输时只有10-2,而使用LDPC码之后,可达到10-12。”比特误码率为10-2时,IP数据包事实上无法传输,但如果是10-12的话,就可以准确传输。

  LDPC码将1723bit的数据改为2048bit码组来传输。不过,不是将所有数据都进行编码,而是附在一个码组后,发送1536bit的非编码数据。

线缆采用专用新规格,传输距离终于延长到100m

  之所以设想3种线缆,原因是现有的6类和6e类很难传输100m。6e类的保证传输距离只有55m。1000BASE-T等使用的5e类线等在规格制订之初并没有考虑采用。

  10GBASE-T最初的目标是100m传输,事实上是通过专门为10GBASE-T而制订规格的6a来实现的。6a类的特点是:(1)与6相比“绞数”更多;(2)4对绞线的绞数各不相同;(3)为减小线间的串扰,把线径加大了1.4倍;(4)可覆盖高达625MHz的频带。

  100m传输也可以使用另一线缆规格即7类来实现,但该线缆为屏蔽型双绞线(STP),价格高达到5e类等的3倍左右。

能胜过光纤的10Gbit/秒以太网吗?

  10GBASE-T的问题是亮相稍晚了一些。10Gbit/秒以太网方面,4年前已经出现了光纤版的10GBASE-LR等技术。而且使用同轴线缆的10GBASE-CX4和可实现60Gbit/秒的高速传输的InfiniBand等竞争规格也已开始普及。

  而且,最近使用双绞线的优势也稍稍减弱了一些。因为在光纤1Gbit/秒前后的传输方面,柔性与线差不多的光纤产品已经问世,光电转换元件和接头的小型化趋势也在加快。曾参与过10GBASE-T制订的一位日本国内技术人员认为:“光通信用的各部件的成本今后还会进一步降低。铜线和双绞线就一定便宜这一说法已经不能成立了。”

 
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