本文介紹了10Gbps以太網(wǎng)的最新發(fā)展以及10GBASE-LRM開發(fā)中的技術(shù)挑戰(zhàn)藻糖、解決方案仪但、草議規(guī)范和時(shí)限,并深入探討了10G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)未來的發(fā)展趨勢萧状。

10G以太網(wǎng)(IEEE 802.3ae)在2002年完成了標(biāo)準(zhǔn)化的初始階段韩烹。10G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化第一階段規(guī)定了10GBASE-LR/ER/SR和LX4光學(xué)端口,當(dāng)初要求采用這些端口以滿足10G以太網(wǎng)早期市場采用者的需求淑停。但是,為面向更廣闊的市場,10G以太網(wǎng)開始了標(biāo)準(zhǔn)化的第二階段和第三階段。第二階段面向的是基于銅纜的低成本10G以太網(wǎng)酿势。這一階段始于2002年,開發(fā)10GBASE-CX4(針對(duì)機(jī)房中的設(shè)備間互連)和10GBASE-T(交換機(jī)到桌面互連)標(biāo)準(zhǔn)∶搪眨現(xiàn)在10GBASE-CX4已經(jīng)完成,預(yù)計(jì)10GBASE-T將在2006年完成。第三階段需要開發(fā)新型的低成本(大批量)互艾、低功率试和、小型化、通用的多模光纖端口類型,稱為10GBASE-LRM纫普。10GBASE-LRM支持傳統(tǒng)類型和新型多模光纖阅悍。

10GBASE-LRM概述

目前,已有兩種10GE端口支持多模光纖,即10GBASE-SR和10GBASE-LX4。為什么IEEE 802.3創(chuàng)建另一種多模光纖端口類型10GBASE-LRM昨稼？部分原因如下:

1. 只有安裝新型高帶寬OM3(50um纖芯)多模光纖,10GBASE-SR才能支持300米的距離节视。在通常安裝的帶寬較低的多模光纖OM1(62μm纖芯)和OM2(50μm纖芯)上,10GBASE-SR只能用于機(jī)房中的設(shè)備間互連。

2. 10GBASE-LX4是一種昂貴的波分復(fù)用解決方案假栓。對(duì)于早期市場,它是一種具有魯棒性的解決方案寻行。但是,從根本上講,它不能滿足成熟市場的要求,即低成本、大批量匾荆、低功率和小型化拌蜘。

3. OM1和OM2光纖的安裝數(shù)量龐大,而且正在不斷增長,其要求真正經(jīng)濟(jì)的10G以太網(wǎng)解決方案。參見圖1牙丽。

因此,IEEE

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圖1: 10GBASE-LRM確定
鏈路預(yù)算的方法圖简卧。 802.3授權(quán)開發(fā)了10GBASE-LRM,此單波長的串行傳輸規(guī)范兼容低成本、低功率和小型化光端口,支持超過220米鏈路長度的已安裝多模光纖郑舷。

10GBASE-LRM委員會(huì)的目標(biāo)如下:

1. 利用現(xiàn)有的10G以太網(wǎng)串行LAN PHY編碼子層佳跃；

2. 支持好于或等于10^-12的誤碼率；

3. 支持62.5μm纖芯的多模光纖:160/500MHz-km和200/500MHz-km(OM1)俭宁；

4. 支持50μm纖芯的多模光纖:400/400MHz-km, 500/500MHz-km(OM2)和1,500/500MHz-km(OM3)啦别。

5. 提供一個(gè)物理層規(guī)范,支持下述鏈路長度:在已安裝的500MHz.km多模光纖上最低支持220米的鏈路,在選定的多模光纖上最低支持300米的鏈路。

10GBASE-LRM委員會(huì)預(yù)計(jì)將在已安裝的OM1和OM2多模光纖上實(shí)現(xiàn)300米的鏈路距離贷营。

在已有的低帶寬光纖上實(shí)現(xiàn)10GBASE-LRM的挑戰(zhàn)

在已安裝的多模光纖上,實(shí)現(xiàn)10GBASE-LRM,必須克服某些特定的技術(shù)挑戰(zhàn)怯录。這些挑戰(zhàn)包括:

1.非常低的光纖帶寬規(guī)范 - 在此規(guī)范極限上,沒有為10Gbps串行NRZ傳輸提供足夠的帶寬尿欲；

2.帶寬和脈沖響應(yīng)的光纖到光纖統(tǒng)計(jì)分布是非常寬的對(duì)數(shù)正態(tài)分布:低帶寬的光纖占了很大比重,但同時(shí)高帶寬的光纖也占了很大比重；

3.對(duì)特定光纖鏈路,靜態(tài)脈沖響應(yīng)與激光的發(fā)射牡呀、連接器以及鏈路長度相關(guān)溜舷；

4.對(duì)特定光纖鏈路,脈沖響應(yīng)隨著光纖的機(jī)械擾動(dòng)而變化；

5.常見的噪聲可能引起傳輸問題轧黑；

10GBASE-LRM委員會(huì)中,許多光纖領(lǐng)域开摄、電均衡領(lǐng)域和光收發(fā)一體模塊設(shè)計(jì)領(lǐng)域的專家研究了這些問題。委員會(huì)現(xiàn)在已經(jīng)從實(shí)踐和理論上全面了解這些問題,并開發(fā)出解決這些問題的模型或工程設(shè)計(jì)規(guī)則且昭。下面是部分研究結(jié)果:

1. 委員會(huì)已經(jīng)為多模光纖開發(fā)了兩種統(tǒng)計(jì)模型:由5000個(gè)用例組成的Monte-Carlo集合及108光纖集合,其中后者把重點(diǎn)放在大約最壞的5%范圍內(nèi)的光纖上邦马。這些模型擴(kuò)展了千兆位以太網(wǎng)和OM3光纖規(guī)范制訂過程中開發(fā)的模型。

2. 所有非均衡的IEEE 802和光纖通道激光器標(biāo)準(zhǔn)一直采用模式噪聲模型,這一模型已經(jīng)被更新,使其更加準(zhǔn)確,并包括了均衡效應(yīng)宴卖。

3. 委員會(huì)已經(jīng)掌握了光纖由機(jī)械擾動(dòng)而導(dǎo)致的脈沖響應(yīng)變化,并制訂了簡單的設(shè)計(jì)程序,以實(shí)現(xiàn)規(guī)范開發(fā)滋将。

為實(shí)現(xiàn)功率預(yù)算規(guī)范,已經(jīng)協(xié)商確定了理想均衡器使用的一個(gè)品質(zhì)因子,稱為PIE_D3。PIE_D是為了保證均衡器正常的性能而必須分配的最小光功率症昏。

10GBASE-LRM基礎(chǔ)技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)IEEE 802.3確立的10GBASE-LRM目標(biāo),解決已安裝光纖提出的挑戰(zhàn),10GBASE-LRM委員會(huì)已經(jīng)選擇下述基礎(chǔ)技術(shù)方案:

1. 串行随闽、基帶、NRZ傳輸,使用一個(gè)激光器,降低發(fā)射機(jī)的成本肝谭。

2. 在1300nm波長窗口內(nèi)運(yùn)行,提高已安裝的光纖的帶寬潛力掘宪。

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圖2:安捷倫在ECOC 2004上演示的
10GBASE-LRM技術(shù)的示意圖。

3. 激光調(diào)模發(fā)射(Conditioned launch)到多模光纖中(可能會(huì)通過千兆位以太網(wǎng)開發(fā)的調(diào)模跳線(patch cord)實(shí)現(xiàn),10GBASE-LX4也使用這種跳線)攘烛。此技術(shù)同時(shí)穩(wěn)定及最大化了光纖的帶寬潛力魏滚。

4. 具有自動(dòng)增益控制(AGC)功能的線性光學(xué)接收機(jī)。這降低了失真,把信號(hào)電平置于正確的電均衡范圍內(nèi)医寿。

5. 電均衡,補(bǔ)償光纖帶寬不足,恢復(fù)信號(hào)。

10GBASE-LRM規(guī)范的主要方面

1. 光功率預(yù)算

相對(duì)沒采用均衡技術(shù)鏈路而言,采用均衡技術(shù)鏈路的功率預(yù)算較為復(fù)雜蘑斧。這是由于有多種電子技術(shù)可以恢復(fù)信號(hào),每種技術(shù)性能不同靖秩；為實(shí)現(xiàn)某技術(shù)地適當(dāng)?shù)男阅?必須滿足一定光功率輸入,而此輸入光功率水平又與采用的技術(shù)相關(guān)。因此,委員會(huì)必須為均衡器選擇制定性能指標(biāo)堡喳。目前已經(jīng)達(dá)成一致,這一性能指標(biāo)是由理想的件父、復(fù)雜程度無窮大的判定反饋均衡器(DFE)帶來的噪聲增強(qiáng)系數(shù)。這一性能指標(biāo)一直稱為“理想均衡器的代價(jià)”(PIE_D)祸播。這并不意味著在實(shí)際實(shí)現(xiàn)方案中必須采用DFE結(jié)構(gòu)夹它。目前,最低性能水平采用4.5dB的PIE_D。但是,PIE_D并不適用于理想的平衡器,因此進(jìn)行了額外的光學(xué)功率預(yù)算分配,以支持實(shí)現(xiàn)效果,其中對(duì)動(dòng)態(tài)適配是0.7dB,對(duì)交互代價(jià)是0.2dB,對(duì)其它實(shí)現(xiàn)代價(jià)是1dB遭唠。

圖2說明了10GBASE-LRM4目前確定光功率預(yù)算的方法恢儡。規(guī)范的功率水平在圖中用黑色表示。所有其它功率水平(用虛線表示)用于預(yù)算的制定,并不是10GBASE-LRM規(guī)范的一部分颊姻。

2. 一致性測試

委員會(huì)對(duì)現(xiàn)行的10G以太網(wǎng)一致性測試方案進(jìn)行了增加,來包括有均衡鏈路的新特性组莲。新規(guī)范充分利用了已有的測試方案笙亿。例如,發(fā)射機(jī)一致性測試可能會(huì)與當(dāng)前的10G測試非常類似。但是,接收機(jī)靈敏度測試將明顯變化,至少要包括下面的部分功能:

噪聲源,仿真RIN和模式噪聲:因?yàn)榫馄骺赡軙?huì)增強(qiáng)這些噪聲咒饼。

信道仿真:測試均衡器能夠?qū)嶋H均衡邊角情況信道炕烈。

信道變化:檢查均衡器能夠動(dòng)態(tài)適應(yīng)信道。

10GBASE-LRM項(xiàng)目時(shí)限

10GBASE-LRM在2003年11月引起關(guān)注渔硫。IEEE 802.3aq項(xiàng)目于2004年5月被正式批準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目皱坛。預(yù)計(jì)該項(xiàng)目將在2005年底完成。目前正在審核草議的D0.2規(guī)范,項(xiàng)目正在處于規(guī)劃過程中豆巨。

10GBASE-LRM技術(shù)演示

市場上已經(jīng)出現(xiàn)構(gòu)建10GBASE-LRM光學(xué)收發(fā)機(jī)所需的技術(shù),因此可以進(jìn)行原型技術(shù)演示剩辟。圖3是安捷倫在ECOC 2004上展示的10GBASE-LRM演示系統(tǒng)。原型采用XENPAK收發(fā)機(jī)的形式搀矫。本圖還顯示了300米光纖的脈沖響應(yīng)圖抹沪、均衡器輸入的10G以太網(wǎng)信號(hào)眼圖以及均衡器輸出到判決電路的眼圖。

本文小結(jié)

本文回顧了10G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的三個(gè)階段瓤球。10GBASE-LRM將完善10G以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)工作融欧。目前尚不清楚下一個(gè)以太網(wǎng)速率將為多少:人們不時(shí)在討論40Gbps和100Gbps。然而可能速度本身并不是驅(qū)動(dòng)因素,人們正在研究包括骨干網(wǎng)中的以太網(wǎng)卦羡、擁塞管理噪馏、家庭以太網(wǎng)以及以太網(wǎng)供電的升級(jí)版本等技術(shù)和應(yīng)用,這些有可能成為推動(dòng)因素。

作者:David G. Cunningham

安捷倫科技有限公司光纖產(chǎn)品事業(yè)部

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