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4B5B关闭窗口 概念分析随着网络的普及、综合布线的应用日趋广泛，传输等级也愈来愈高，从3类到4类再到5类，到目前已有6类布线产品投 放市场。描述语定义这些等级的主要参数就是传输带宽(MHZ)。与此同时，网络应用也层出不穷。传输介质从10Base5(粗缆)、10Base2(细缆)、10BaseT(双绞线)、10BaseFL(光纤) 到100BaseTX(STP/UTP)、100BaseT4(4/5类UTP)、100BaseFX(光纤)，到目前千兆快速网业已出现。用来描述这些应用得主要 参数则是速率(Mbps)。事实上，申农公式早已概括出带宽B和速率C 之间的关系：C=BLog(1+SNR)式中B为信道带宽，所谓带宽是指能够以适当保真度传输信号的频率范围，其单位似Hz，它是信道本身国有的，与所载信 号无关。SNR为信噪比，它由系统的发收设备以及传输系统所处的电磁环境共同决定。而速率C是一个计算结果，它由B和SNR共同 决定，其单位为bps，在概念上表征为每秒传输的二进制位数。可见，给定信道，则带宽B也随之给定，改变信噪比SNR可得到不同的传输速率C 。MHz与Mbps有着一对多的关系，即同样 带宽可以传输不同的位流速率。同时，Mbps是依赖于应用的；而MHz则与应用无关。技术探讨如果要给与打一个形象的比喻，那么汽车时速与引擎转速恰到好处。当给定旋转速度，在齿轮已知的情况下可以计算出汽 车的速度。在这个类比当中，齿轮起了一个桥梁的作用。事实上，齿轮之于汽车和引擎就如编码系统之于速率和带宽。编码是为计算机进行信息传输而被采用的。通过对信息进行编码，许多技术上的问题，比如同步、带宽受限等都可以得到 解决。编码对于信息的可靠传输是至关重要的。目前有两种基本的编码系列。第一种是每N位添加一个同步位，以使同步成为可能(如当N=1时，为Manchester编码；当N=4时 ，为4B5B编码)，但这需要一个比原来更大的带宽。而且同步位越多，带宽需要越大。为了减小带宽，采用每7位添加一个同步位(即 7B8B编码)的编码系统是可能的，但随之而来的是，当传输较长一串相同类型的位流时，同步就变得非常困难了。另一种编码系列是通过增加电平个数以减小带宽，电平数越多，带宽需要越少。然而，当传输一长串由0 编码后得到的连续 信号时，同步就变得几乎不可能了。如，当我们采用5个电平数的时候就需要4个比较器，而且每个比较器都应该有其合适的公差范 围。这就是说，当我们选择电平总数的时候，我们还应该把信噪比(SNR)考虑进去，以便能识别这几种不同的电平。Manchester、NRZ1以及MLT-3编码是目前主要采用的三种编码系统，。它们的传输因子分别为1、0.5和0.25。这些转变因子可 以被定义为MHz对的比率。表1列出了几种编码系统在同步与带宽方面的概要特征。由此看来，任何一种编码系统都有其技术上的限制。此外，还有一些参数比如直流元件也对编码提出某些限制，在实际应用 中，当前主要几种编码系统都是兼而使用以便对带宽与同步作出折衷，或者有所偏重，比如，一个对同步要求比较高的应用可以选 择Manchester编码系统或者其他能够产生时序的编码方式。又如，采用MLT-3编码的100 Mbps应用，需要25 MHz的带宽；当联合使 用4B5B编码方式时，系统就需增加额外的25 Mbps 开销，整个系统需要31.25 MHz的带宽，其好处是系统在同步方面变得更容易了。 另外，值得一提的是，100快速以太网使用的是5B6B编码系统(IEEE802.13)，这可以说是对带宽与同步折衷的典型范例。表2列出了 当前部分应用及其所采用的编码系统。结论作为用户，最感兴趣的是通信速率。速率是从应用层次对通信作出描述的。为提高通信速率，有两个途径可以考虑：一个是提 高线缆系统的传输性能，由此决定了带宽；另一个是选择合适的编码系统，从而决定了转换因子。布线制造厂家早已开发出能够支持100 MHz以上的5类电缆系统。而且他们还在继续投资研究开发更高性能的电缆系统。国际组 织如EIAAA/TIA，ISO/IEC已经制定出通过带宽来定义局域网组件级别的标准。尽管带宽在物理上受到限制，但是通过合适得编码系统可以获得更高的通信速率。尤其需要指出的是，编码系统是依赖于应用 的，这意味着一个具有相同位流速率但采用不同编码方式的新应用，并不一定能得到原系统的支持，所以在设计的时候，如果仅仅考 虑那些支持目前已有应用系统的布线组件，并且选择位流速率MHz来描述的话，那么这将导致严重错误的决策。从这个角度来说，任何 一个开放系统都应该独立于应用。而且只有使用MHz来描述通信速率，我们才能从当前以及未来广阔应用领域之中作出充分的选择。对 于综合布线系统的性能定级问题，我们只能用带宽而不能用速率进行衡量。表1 几种编码方式比较 编码方式带宽同步Manchester每一个传送的数据位都添加一个同步位，从而建立一个正的或负的前导转换位双倍原带宽。-时钟恢复。+4B5B每四位添加一个附加位，形成一个整体。构成与前四位不同的标志。1.25倍原带宽。-每五位一次时钟同步。+NRZ1遇到1时状态从一个电位转到另一个电位，遇0时则保持原状态不变，共有两个电位保持原带宽当传输一长串0时没有同步的可能性MLT-3遇到1时状态从一个电位转到另一个电位，总共有三个电位，遇到0时则保持原状态不变。原带宽的50%当传输一长串0时没有同步的可能性表2 部分应用及其编码方式 应用位流速率带宽编码Ethernet10Mbps10MHzManchesterToken Ring16Mbps16MHzManchesterTP-PMD100Mbps62.5MHzNRZ1+4B5BTP-PMD100Mbps31.25MHzMLT-3+4B5BATM155Mbps48.4735MHzMLT-3+4B5B5 SONET网元特性5.5 抖动本节主要是描述SONET传输设备的抖动标准。在SONET建议中，抖动被定义为数字信号在一定时间内相对它们理想位置的“短期变化”。而相应的长期变化则定义为漂移（GR253）。 “短期变化”意味频率的相位摆动超过或等于一定频率界限。现在，10Hz则是DS1到DS3北美系列信号的抖动和漂移的界限。【比较】SDH中抖动和漂移的概念与SONET一致。5.5.1 网元抖动标准SONET网元抖动标准可分为：抖动传递（Jitter transfer）抖动容限（Jitter tolerance）抖动产生（Jitter generation）这些部分的内容将SONET网元设备接口分为以下两类： 类别1 SONET网元的异步DSn接口被认为是类别1接口。 类别2 SONET网元的OC-N,STS-N电口信号和同步DS1接口被看作类别2接口。类别1接口的抖动产生和传输协议是控制DSn信号通过SONET“孤岛”时抖动积累的标准。当DSn信号进入或传出SONET孤岛时，抖动将会通过异步映射时使用的填充机制而被映射进下游的设备中去。这将会导致抖动的增强。当信号从一个异步网络传输进SONET网络时，孤岛将是一个很大的问题。而对于一个全SONET网络来说，这些问题则很少。另外，同步网络的性能（SONET网元内部时钟的性能也一样）将影响指针调整的产生速率以及通过SONET孤岛时抖动的积累。什么是“孤岛”？SONET孤岛是指一系列为数字信号提供连续通道的SONET网元，数字信号在入口异步的增大，在出口异步的减小。1 抖动传输抖动传输定义为从实际的输入抖动到输出抖动之间的频率函数关系（GR499，section7）。 特别重要的是当进行抖动的测量时对网元抖动产生的特征和抖动测量系统的背景噪声的确定必须受到重视。大多数情况下，输入抖动的振幅通常需要足够大以致输出抖动的振幅大于测量的系统背景噪声并且不会被产生的相同频率的抖动明显的影响。如果不能达到该频率要求，很多由这些频率得到的结论将是错误的和应该被抛弃的。2 抖动容限对于OC-N接口，抖动容限被定义为输入OC-N信号引起1-dB能量损失时正弦曲线抖动的振幅峰峰值。但对于STS-N电接口，上面的定义并不适用，其抖动容限的定义在Section 7 of GR-499-CORE中详细描述。如果SONET网元使用了降低的OC-48抖动容限，那么必须列出详细文档。【比较】SDH中线路口（STM-N）输入抖动容限定义为能使光设备产生1dB光功率代价的正弦峰峰抖动值。3 抖动产生抖动产生定义为在没有抖动输入时，在一个单独的数字设备或一对复用/解复用器的数出口出现抖动（GR253）。类1和类2接口都存在抖动产生。 类1接口抖动产生标准分别对应两种情况：映射抖动产生，指针调整抖动产生。所有抖动产生的测试在没有抖动或漂移的输入中进行。另外，频带滤波器通常用于将抖动产生的量级限制在抖动频率的引起范围内。类1接口的映射抖动： 映射抖动是固有载荷映射抖动和所有同步DSn映射使用的bit填充机制产生的抖动的总和。 但由于通过SONET孤岛产生的抖动积累，对于DS1和DS3接口的需求将更严格。另外，对于多供应商网络的互通，当接收一个符合填充抖动标准的同步映射DSn信号时，相位调整器必须符合映射抖动产生需求。类1接口的指针调整抖动：包括（1）由于指针调整产生的类1接口的抖动；（2）由于单纯的指针调整产生的类1接口抖动；（3）由于突发指针调整产生的类1接口抖动；（4）由于周期指针调整产生的类1接口抖动；类2接口的抖动产生：类2接口产生的抖动必须小于0.01UIrms以及0.10UIpp（GR253，R5-248）。【比较】SDH中的抖动分为映射抖动和结合抖动。分别对应于上面的类1接口两类抖动。4 抖动增益抖动增益是指抖动在经过一系列复用/解复用器后的积累效应，来源于线性和非线性的抖动转移过程。（GR-253-ILR, Issue ID 253-66）【比较】对应于SDH中的抖动转移函数抖动转移特性。5.6 净负荷信号上的相位变化由于正常的时钟噪声，任何时钟偏差，同步DSn信号到VT或者STS SPE映射中使用的bit填充机制等都会引起SONET网元携载的DSn信号产生相位变化。总的说来，这些相位变化在现存设备的互通过程中都必须被限制。先前可能标记了“净负荷信号的漂移”。术语“漂移”特别定义为低于10Hz的频率相位变化，本节中的以下内容并不被这些频率限制。5.6.1 映射相位变化Bit填充机制导致的SONET网元的DS1和DS3信号产生相位变化，而这些相位变化在与其他网络设备进行互通时必须进行限制。测试映射相位变化重要的是在测试过程中没有STS或VT指针调整发生。在单站测试中，这点可以通过对OC-N或STS-N电口信号进行环回来完成。另外使用符合GR-499-CORE第九章中定义的接口标准的不同DS1和DS3bit速率来进行映射相位变化的测量也是必须的。5.6.2 指针调整相位变化时钟噪声超过网元的缓存能力时将产生指针调整，而指针调整会引起DSn净负荷有效的相位调整。因为VT指针调整的量级远大于STS的