100 Gb/s通信系统物理层测试应用指南

2012-10-26 11:45:31来源: 21ic

1. 引言

在过去十年中,大量的带宽密集型应用迅猛增长。影视点播、IP语音、云计算和存储技术对带宽的胃口非常大,这些技术推动了100 Gb/s技术的部署。

高速串行(HSS)技术的强大动力、其抗噪声差分信令及抗抖动嵌入式时钟、外加眼图闭合均衡功能,在以前想象不到的印刷电路板(PCB)长度上实现了25+ Gb/s的速率。把多条并行的HSS链路结合在一起,简化了把100G信号传输到光接口收发机的过程,可以简便地连接到光纤骨干上。其结果,许多数据通信技术和电信技术正在使用100 Gb以太网(100 GbE)传输信号,包括SAS、Infiniband、乃至光纤通道,其甚至正在替代古老的SONET/SDH。

业内正在争相部署100G技术,但在25+ Gb/s速率下整个行业的经验不足,因此更需要了解波形与数字信号误码率(BER)的关系。比如,25 Gb/s下的位周期是40 ps,抖动预算几乎消失,<3 ps的随机抖动使眼图闭合,新兴标准允许的RJ一般低于700 fs。

本应用指南涵盖了装配100G系统必需的发射机和接收机测试。由于每种25+ Gb/s HSS技术都有共同的主题,因此我们将考察100 GbE一致性测试要求,同时指出其它高速系统(如光纤通道的32GFEC)之间的差异。在100 GbE规范存在空白时,如在25-28 Gb/s电接口信令中,我们将采用光学互通论坛公共电接口实现协议(OIF-CEI)。

在执行测试时,我们将遇到抖动、噪声和串扰相互影响等常见问题。在介绍一致性测试后,我们将提供测试建议,以帮助诊断不满足标准的元器件和系统,测量性能余量。

<strong>100 Gb/s通信</strong>系统<strong>物理层测试</strong>应用指南
 

2. 新兴的100 Gb/s和相关标准

许多标准建议执行测试,以保证元器件的互操作能力。在本节中,我们将概括这些技术规范,参见表1。一定要记住,大多数标准还没有出版,我们引用的数字应视为预计的典型值,但在进行一致性测试时,应检查实际标准中的具体数值!

技术规范一般是以类似于法律的工程术语编写的,因此我们编写了这一指南,作为辅助资料,阐明测试本身、测试的作用以及怎样执行测试。

在电气方面,这些技术一般拥有以下特点:均衡性、单向、100欧姆、差分信令并采用嵌入式时钟、低压摆幅、非归零(NRZ)信号、多条通道。

由于同一术语在不同规范之间有不同叫法,因此我们首先要明确可能产生的误解。在本文中,我们要区分数据速率和净荷速率:数据速率是指原始数据传播的速率;净荷数据不包括纠错和编码开销,因此净荷速率≤数据速率。由于我们只讨论NRZ信令,因此我们使用Gb/s而不是Gbaud,并把“符号”和“位”(或码)视为相同的术语。

2.1. 100 GbE – IEEE Std 802.3ba

我们考察两个已经确定的100 GbE光传输规范,参见表一。IEEE Std 802.3ba标准包括这两个规范:远距离光传输规范100GBASE-LR4,扩展距离光传输规范100GBASE-ER4。这两种规范之间的区别主要在接收端。与LR4接收机相比,ER4接收机的灵敏度更高,必须能够通过更难的压力容限测试。

在本应用指南编写时,短距离传输规范100GBASE-SR4、4×25 Gb/s低成本多模(MM)标准及通过电缆和背板传输的电接口标准100GBASE-CR4和100GBASEKR4都正在开发之中。在这些规范完成时,100GBASE规范将提供一套完整的光学互连系统。

图1. 2000年与2015年光传输收入比较(图片版权:2012年Heavy Reading版权所有)。

100 Gb/s通信系统物理层测试应用指南

[图示内容:]

The Shifting Trends in Optical Spend: 光学开支转移趋势

Worldwide Optical Transport Revenue, 2000 and 2015 (%): 全球光学传输收入,2000年和2015年(%)

OTN Ethernet: OTN以太网

30 billion: 300亿

18 billion: 180亿

Source: Heavy Reading, 2012: 资料来源:Heavy Reading, 2012年

SONET/SDH

在过去十年中,以太网已经成为所有网络的首选技术,包括数据通信网络和电信网络。图1预测到2015年,ONET/SDH在光学传输收入中的占比将从70%下跌到不到15%。

2.2. 100 OIF CEI

OIF-CEI实现协议(IAs)没有像IEEE的802.3ba 100 GbE或光纤通道规范那样规定一致性测试。相反,其重点放在了信息性测试和标准化测试上,试图保证元器件在不同标准之间的互操作能力。从某种意义上来说,“标准化”测试与一致性测试类似,委员会规定标准化测试的目是保证互操作能力;而“信息化”测试则是推荐性的,以更深入地了解性能和余量。在本指南中,我们摘录了两个OIF-CEI IA,参见表1。

短距离IA、OIF-28G-SR在300 mm的PCB上由19.90-28.05 Gb/s差分对的多条通路组成,最多有一条连接在BER < 10-15下工作。

超短距离IA、OIF-28G-VSR还没有出版,但我们摘取了初步版本中的指引信息。它由19.60-28.05 Gb/s的多条电通路组成,用来在Serdes (在IA中叫作主机)和收发机(在IA中叫作模块)之间传送信号。Serdes和收发机可以相距大约100 mm的PCB到连接器距离,外加50 mm左右的传导轨迹;系统的工作BER必须< 10-15。

2.3. 光纤通道32GFC

高速率光纤通道标准32GFC的数据速率为28.05 Gb/s。32GFC实现了28.05 Gb/s技术,之所以出现这种名称上的混淆,是因为每一代技术的名称都希望表示净荷速率(而不是数据速率)比上一代技术翻了一番。这一混淆始于从8GFC转向16GFC时开销大幅度下降,数据速率从8.5 Gb/s提高到14.025 Gb/s,但净荷速率从6.4 Gb/s翻番到12.8 Gb/s。32GFC的净荷速率是25.6 Gb/s,是16GFC的两倍;而数据速率是28.05 Gb/s,远远低于32GFC缩写暗示的速率。

在本指南编写时,32GFC还没有出版,初步版本的参考值很少。

图2. 图a) 4×25 Gb/s 100G Serdes-收发机WDM光学系统,图(b) 4×25 Gb/s 100G Serdes-收发机光学系统,图(c) 4×25 Gb/s 100G Serdes到Serdes电接口系统。图中没有显示对称返回路径。

100 Gb/s通信系统物理层测试应用指南

[图示内容:]

Transceiver: 收发机

3. 100G系统测试

图2是典型的100G系统的构成部分图。Serdes串行化信号,传送四个25+ Gb/s差分对。可以集成Serdes,也可以每个输出包括多个不同组件。25+ Gb/s电信号从Serdes传送到光接口收发机。收发机对信号再定时,在单模(SM)或多模(MM)光纤上传送光学版本信号。第二台收发机接收光信号,把信号转换成电信号,然后传送到另一个Serdes进行解串行化。纯电信号采用相同的方式,而没有收发机驱动的中间光学信令。

100 Gb/s通信系统物理层测试应用指南
 

不管是发射机测试还是接收机测试,不管是光接口还是电接口,我们都使用测试码型,把元器件的每个方面和系统的每个组件投入测试。伪随机二进制序列(PRBSn)是标准化的码型,拥有n位的每个置换。OIF CID抖动容限码型旨在拥有PRBS31最激进的元素,外加连续相同(CID)位的72位序列,但采用的是可管理的长度。

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关键字:100Gb  通信系统  物理层测试

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/1026/article_6176.html
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