发布时间 : 星期三 文章XAUI XLAUI CAUI 40GE 100GE更新完毕开始阅读
在以太网标准中，MAC层与PHY层之间的10Gbps/40Gbps/100Gbps速率等级所对应的接口分别为XGMII/XLGMII/CGMII，由于XGMII/XLGMII是并行总线，而且采用的是单端信号，HSTL电平，最大传输距离只有7cm。所以在实际应用中，XGMII/XLGMII基本上被XAUI/XLAUI替代。XAUI/XLAUI是四通道串行总线，采用的差分信号，CML逻辑传输，并且进行了扰码，大大增强了信号的抗扰性能，使得信号的有效传输距离增加到50cm。
XAUI/XLAUI总线的的物理结构如下图所示。
XAUI/XLAUI在物理结构上是一样的，收发通道独立，各四对差分信号线。对于XAUI总线，每对差分线上的数据速率为3.125Gbps，总数据带宽为12.5Gbps，有效带宽为12.5Gbps*0.8=10Gbps （因为XAUI总线数据在传输前进行了8B/10B变换，编码效率为80%）。对于XLAUI总线，每对差分线上的数据速率为10.3125Gbps，总数据带宽为41.25Gbps，有效带宽为41.25Gbps*(64/66)=40Gbps（因为XLAUI总线数据在传输前进行了64B/66B变换，编码效率为96.97%）。
超高速光通信的新技术及应用(上)
吕建新
2012-4-11 9:08:37 来源：《现代电信科技》 2011年第10期
摘要：文章介绍了40 Gbit/s、100Gbit/s及以上速率超高速光通信中将会用到的新技术，包括相位调制、正交幅度调制、多电平调制等新型调制技术；偏振复用和正交频分复用这两种新型复用技术；相干接收技术原理、优点和应用必要性；光子集成技术的应用和技术发展。最后介绍了这些新技术在400 Gbit/和1Tbit/s等超高速光通信上的应用。
关键词：相位调制，正交幅度调制，多电平调制，偏振复用，正交频分复用，相干接收，光子集成
无线3G、高清视频、高速宽带上网和云计算等业务的需求推动了网络IP流量的快速增长，人们对通信带宽的需求也在不断增长，提高传输速率是提高传输带宽的一项重要技术。目前通信网大规模应用的最高单通道商用传输速率是40 Gbit/s，100 Gbit/s光传输也即将投入商用，400 Gbit/s和1 Tbit/s超高速光传输也正在如火如荼地进行中，国际上不断有新的传输记录产生，目前的传输试验已经达到了单光源32 Tbit/s光传输的传输记录。本文对40 Gbit/s，100 Gbit/s及以上速率的超高速光传输将会应用的新技术进行介绍，同时介绍烽火通信在超高速光通信方面的一些研究进展，最后对新技术的应用、发展作一个展望。
1 40GE/100GE以太网技术
40GE/100GE以太网是当前最大带宽、最高速率的以太网接口，2010年6月国际标准化组织IEEE正式发布了40GE/100GE以太网标准IEEE 802.3ba。该标准已经明确了40G/100G以太网仍然使用802.3媒体访问控制(MAC)标准的以太网帧格式，保留了802.3标准的最小和最大帧长度，只支持全双工工作。
在物理层(PHY)实现方面，由于40GE/100GE速率高，40GE/100GE的物理媒质附属(PMA)子层和物理媒质依赖(PMD)子层与10GE相比有较大变化，其复杂度和规模要大得多。与10GE相比，40GE/100GE的MAC与物理层的接口由原来的XGMII接口演变成XLGMI接口(40GE)和CGMII(100GE)，XLGMII/CGMII接口容量由10 Gbit/s提高到40 Gbit/s和100 Gbit/s，数据通道位宽由32 bit增加到64 bit，同时PHY的层次结构上多了前向纠错(FEC)功能子层。
40GE/100GE的PMA层采用并行多通道处理方式，采用多通道分配(MLD)的架构。该架构在对MAC数据流进行物理编码子层(PCS)64B/66B编码后，按照66B块进行分发。40GE分发到4路VL上，100GE分发到20路VL上。针对不同的物理通道数量，再对VL进行比特复用。例如，20路VL通过2∶1比特复用器复用成10路物理通道，通过5∶1比特复用器复用成4路物理通道，如图1所示。
多通道并行处理方式在降低了高速数据处理难度的同时，也带来了多通道数据的对齐问题。对100GE来说，20路VL并行数据在经过不同的波长和线路的传输后的延时不尽相同，在接收端必须进行延时校正，数据对齐才能实现信号的重新装配和还原。IEEE 802.3ba规范中定义了一套多路延时校正机制：发送侧在经过加扰
后的数据分配到20个VL的时候，为每路PCS VL每隔16 383个66比特块周期(即216μs发送一次同步对齐字节，约占0.006%带宽)，加上一个具有标示该路ID号和对齐功能的对齐控制块。接收侧移去该对齐控制块，并根据该对齐控制块识别每路VL，实现20个VL的对齐，恢复数据的原来顺序。对齐码块不占用额外的带宽空间，采用删除IPG空间的方法获得。
在子层接口方面，40GE/100GE PMA与PMD子层之间接口为XLAUI/CAUI，即与40GE/100GE MAC/PCS层与光模块之间互连接口为XLAUI/CAUI，该接口为4×10 Gbit/s(对40GE)和10×10 Gbit/s(对100GE)，可允许约25 cm的PCB连接距离(包含一个接头)。
40GE/100GE PMD采用并行接口，40GE主要有4×10 Gbit/s，100GE主要有10×10 Gbit/s和4×25 Gbit/s两种并行接口，传输媒质有铜线、多模光纤、单模光线等。IEEE 802.3ba规范的40GE和100GE接口主要有表1所示的几种。从表1可以看出，40GE主要定位于10 km以下的短距离互连，100GE定位于更长距离的应用。
100G以太网的实现，受到电路规模大和标准发布时间不长等因素影响，目前还未有商用芯片推出，不过已经有些厂家的交换芯片和包处理(PP)芯片规划了40GE/100GE接口，相信在不久的将来将会规模商用。
图1 40GE/100GE MLD架构
烽火通信科技股份有限公司在国家863课题——100GE光以太网关键技术研究与系统传输试验平台研制的支持下，对100G以太网关键技术及实现进行了深入研究，取得了较大进展，圆满完成了课题任务目标，即自主设计开发出了100G以太网成帧处理芯片，研制成功100GE光以太网设备样机，实现了符合IEEE 802.3ba标准的100GE以太网接口和功能，并与基于分组的包传送(PTN)设备一起进行了100GE业务组网试验。
2 新型调制技术
高速率光传输受到了光纤色度色散、偏振模色散(PMD)以及非线性效应的影响，传输距离受到严重限制。理论上，色散容限随着传输速率的平方而减少，40 Gbit/s系统色散容限只有10 Gbit/s系统的1/16，100 Gbit/s系统色散容限只有10 Gbit/s系统的1/100。因此，为了实现40G/100G超高速光传输，必须降低系统对光信噪比(OSNR)以及色散容限的要求，克服非线性效应的影响。
从100G的应用来看，要使100 Gbit/s波分复用(WDM)光传输能够得到规模商用，必须满足以下条件：
·达到10G/40G光传输已有的传输距离和频谱效率，支持50G/100G波长间隔，至少达到1 500 km传输距离。
·兼容现有光网络中已有的10G/40G波长业务，支持40G到100G的平滑升级，以及10G/40G/100G多种速率的混传。
·与网络中已有的设备能够混合组网－穿通光分插复用(OADM)、可重构的光分