100 Gb/s通信系统物理层测试应用指南

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。

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

我们将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)。

[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