以太網絡自動協商與信號鏈路訓練對于 NRZ及PAM4的應用-凯发国际
以太網是過去 40 年來凯发k8官方旗舰店一直依賴的通信主力。從高速交易數據中心到本地的 Wi-F i熱點，以太網的結構都是凯发国际所使用的技術的基礎。消費者已經期望著實時，不間斷地訪問基于云端的服務，例如社交媒體，串流影音視頻，電子商務，在線銀行等。而實際上，”云”即代表著一個數據中心的全球網絡，不斷努力以提供更多的帶寬和更少的中斷，以便執行更多的業務來可以為更多的客戶提供更多的服務。
自從2002年批準了 IEEE 802.3ae10Gb/s 規格以來，以太網領域迅速擴展，成功地部署了 25G/s 和 100Gb/s 的數據速率（IEEE 802.3by – 2016），現在成功利用脈沖幅度實現了50GbE 調制 x4（PAM4），聚合后為 100/200 和 400Gb/s（IEEE 802.3cd – 2018）。采用已廣泛應用于生態系統的各個方面，IEEE 標準組織繼續擴展以實現更高的數據速率，以支持以更少的端口數來實現更大帶寬的需求.
這些進步帶來了在 #NextEraEthernet 生態系統中建立物理鏈接的一系列新挑戰。在開始任何通信之前，必須使用匹配的配置來設置鏈接端點。這可以是固定設置來進行，但是在某些情況下，端點間相互 “協商” 以找到兩端均支持的最佳配置，這動作稱為“自動協商”.
對于數據中心中大多數設置于機架內的通信應用，銅電纜線 – 直接連接電纜（DAC）– 為事實上的標準應用，因為它們是在短距離，高速通信中最為經濟及高效率的解決方案。當使用DAC時，最重要的是要微調發送信號端的特性以通過鏈路進行傳輸。為此，端點通過交換訓練序列 (Training) 數據包執行“鏈接訓練 (Link Training)”。
正如 AN (Auto-Negotiation) 的過程所指出的那樣，鏈路訓練有許多重要的新功能，可以實現最佳的幀 (Frame) 傳輸。今天觀察到的一個常見問題為 : 從 AN 完成到 TS 開始的過渡中 , 存在簡單的時序不匹配。如果經過了太多時間，則鏈接將超時并再次恢復為 AN。為了確定這些交互符合相關的規范 , 這需要新的方法和工具。
NRZ和PAM4線路代碼
許多以太網連接都基于不歸零（NRZ）線路代碼，該代碼每個時鐘符號傳送1位。到目前為止，此速度已用于高達25 Gbps的SerDes速度。當前標準定義的100 Gbps以太網連接聚合在四個25 Gbps SerDes上，甚至更老的標準也定義了在10 Gbps SerDes上發送100GbE。通過以更多25 Gbps SerDes的較高倍數發送信號，可以實現更高的傳輸速率。
但是減少頻譜帶寬和減少用于信號的SerDes數量的愿望為高速信號帶來了新的線路代碼：PAM4（脈沖幅度調制），它通過使用4個信號電平在單個符號中編碼兩位。這樣可以提供53.125 Gbps的SerDes，其符號率（或波特率）為26.5625 GBaud。為簡單起見，這些通常稱為50 Gbps或25 GBaud SerDes。圖1說明了NRZ和PAM行代碼之間的區別。
使用PAM4信令，可以用八個50 Gbps SerDes實現400GbE接口，可以用四個50 Gbps SerDes實現200GbE接口。也定義了具有兩個50 Gbps SerDes的新版本100GbE接口和具有一個50 Gbps SerDes的50GbE接口。
圖2表示新的IEEE標準802.3bs和802.3cd中定義的接口。大部分基于PAM4線路代碼；但是，還定義了一個400GE接口，該接口使用帶有NRZ線路代碼的16-25 Gbps SerDes。該配置適用于光學互連，并未被廣泛采用。
使用 PAM4 線路代碼傳輸 50 Gbps 的信息所需的帶寬大約與 NRZ 線路代碼發送的 25 Gbps 的帶寬相同。但是，如圖 1 所示，PAM4 信號電平是 NRZ 信號電平的三分之一。這意味著 PAM4 信噪比（SNR）顯著降低，這將導致比 NRZ 編碼信號更多的錯誤。
為了對此進行補償，在指定 PAM4 信令的標準中，必須使用強大的前向糾錯（FEC）。必須與 PAM4 線路代碼一起使用的 FEC 是 Reed-Solomon RS（5440、5140）“ KP ” RS-FEC。RS-FEC 和 BASE-R FE C變體可能會或可能不會應用于基于傳統 NRZ 的信號，具體取決于 AN 期間表示的適用支持操作。
Auto negotiation – AN 自動協商功能
自動協商最初是為高達 1G 的雙絞線以太網設計的。除了為鏈路參與者交換速度功能外，AN 還演變為當今的以太網，其中包括用于建立可靠且一致的連接的其他配置信息。AN 允許鏈路末端的設備協商通用的傳輸參數功能，例如速度和雙工模式，交換擴展的頁面信息和媒體信令支持。以更高的速度發出信號，可能需要選擇 FEC。
IEEE 已為基于 NRZ 的 25/50/100GbE 定義了自動協商，以包括許多配置參數，如圖 3 所示。對于基于 PAM 4 的 200GE，100GE 和 50GE 電接口，只有速度本身可以自動協商，因為 KP RS-FEC 是強制性的，而雙工模式則無關。電接口由相應的 IEEE 802.3 和以太網技術聯盟規范定義，其中包括自動協商的擴展定義。
自動協商在 IEEE 802.3 條款 73 中定義，該條款在 IEEE 802.3cd 和以太網協會 400GBASE-CR8 / KR8 規范中進行了更新。他們將以下基于 PAM4 的速率添加到可以自動協商的速率中：
• 400 G，8通道：400GBASE-KR8或400GBASE-CR8
（最高優先級）–僅以太網聯盟
• 200 G，4通道：200GBASE-KR4或200GBASE-CR4
• 100 G，2通道：100GBASE-KR2或100GBASE-CR2
• 50 G，1通道：50GBASE-KR或50GBASE-CR R
如上所述，并未為光接口定義自動協商。僅針對銅纜( -CR）和電氣背板（-KR）定義。這適用于IEEE 802.3條款73（范圍從 1G 到 200G）和以太網協會 400GBASE-CR8 / KR8 規范中定義的所有速率.
使用傳統的物理層檢查工具和技術，凯发国际官网首页可以確定 SERDES 是否驅動正確的電信號并在規格參數之內，進行時序計算并大致了解被檢查設備的物理健康狀況。但是，傳統的信號完整性測試工具無法 “顯示” 基本和擴展頁面信息的內容（如圖5所示），這些信息在鏈接啟動期間由組件共享。如果存在建立鏈接的問題，而這些問題是 AN 不一致的結果，則工程師實際上是盲目的，并且無法確定原因.