1000BASE-T千兆以太网双绞线收发技术

   05/09/2005,
Kathy.wang, Andy.xiao,Fiberxon，Inc
1．引言
    目前，1000BASE-T双绞线收发模块已被广泛应用在千兆以太网中。1000BASE-T双绞线收发模块能在现有的第5类双绞线中实现千兆位的传输，将传统的十/百兆位以太网连接平滑升级到千兆位以太网，大大降低了以太网升级成本。光通信模块制造商飞博创公司已在国内领先推出具有自动协商功能的1000BASE-T双绞线收发模块，该收发模块采用世界流行的SFP迷你封装，能广泛应用于国内外著名厂商提供的千兆以太网通信产品中。
2．千兆以太网传输技术简介
    IEEE802.3协议族规范了四种媒质可以承载千兆以太网的传输（见图一），表一则列出了信号在这四种媒质中的传输距离。1000BASE-T技术以其简单和低廉的升级方式而倍受广大网络使用者的亲眯，1000BASE-T接口已成为各大网络设备供应商的必备接口。以下将简要介绍1000BASE-T关键技术。
 
图 1 – 千兆以太网传输协议族

表 1 – 千兆以太网不同传输媒质比较
         
3．1000BASE-T关键技术
    1000BASE-T的承载媒质是第5类双绞线。第5类双绞线由ANSI/EIA//TIA-568-A定义，是现在应用最广泛的以太网传输媒质。在第5类双绞线上传输千兆位的信号，设计者将面临巨大的挑战，这些挑战来自于线缆信号的衰减，回波及串扰（见图二）。衰减是由于线缆阻抗而引起的能量的减少，并随着频率的升高而增大。回波是由于信号的双向传输而引起的，即发射信号和接收信号都在同一对线中进行。我们通常用回波损耗来测量回波带来的影响。串扰是指相邻线对间信号的相互干扰，分为近端串扰和远端串扰。
 
图 2 – 非屏蔽第5类双绞线传输特性

    1000BASE-T使用了第5类双绞线中所有的4对线，并在每对线中实现信号的双向传输（见图三）。这样，每对线中的信号比特率降为1/4，即250bps，从而降低了线缆对信号的衰减。混波电路是实现这种双向传输的核心部分，它将发射信号和接收信号偶合在同一对线缆中传输，并使其不相互干扰。
 
图 3 – 1000BASE-T双向传输技术

    1000BASE-T使用5级PAM制编码方式。5级PAM制编码使用-2、-1、0、+1、+2五种电平，其中四个电平用于信号编码，一个电平用于前向纠错编码（见图四和图五）。5级PAM制编码相对与二进制编码将信道利用率提高了一倍，这样每线对的信号波特率下降为125MB/s，再一次降低了信号所占用的带宽，从而进一步减少线缆对信号的衰减。

图 4 – 二进制编码与PAM-5编码比较

 
图 5 – 通过示波器观察到的PAM-5编码的波形

    1000BASE-T双绞线收发模块内置了一块功能强大的物理层芯片，可以支持1000BASE-X串行（SERDES）接口，即可以与现有的千兆光模块完全兼容，充分体现了其强大的适应力。1000BASE-T双绞线收发模块同时还能支持由思科提出的SGMII接口，该接口能支持模块在10M/100M/1000M多种速率下工作，使得1000BASE-T模块比千兆光模块有更大的生存力。
4．1000BASE-T应用简介
    基于以上技术，1000BASE-T得以在第5类双绞线上传输千兆位的高速信号。目前世界上85%的以太网采用双绞线连接，其中大部分为第5类双绞线。1000BASE-T技术可以利用现有的线缆设施，最大程度的保护客户的现有投资，从而为客户提供最具性价比的千兆连接解决方案。1000BASE-T技术主要应用在以下三个方面（见图6）：

— 高速网络设备的互连
— 高速服务器的访问
— 高速桌面的接入
 
图 6 – 1000BASE-T的应用

5．结论
    本文综述了千兆以太网双绞线传输（1000BASE-T）的关键技术和实现方式，并简单介绍了1000BASE-T技术在实际中的应用。1000BASE-T技术将与千兆以太网其他传输技术长期并存，并为千兆以太网的传输提供了一种极具性价比的解决方案。