100Gbps誤碼檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

田園

摘要：文章提出一種100Gbps誤碼檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，可應(yīng)用于100Gbps數(shù)字傳輸系統(tǒng)、光纖通訊系統(tǒng)的誤碼檢測和告警監(jiān)測。該系統(tǒng)支持IEEE 802.3ba 100GE標(biāo)準(zhǔn)和ITU OTL 4.4 OTU4標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)速率，支持被測對象進(jìn)行誤碼告警檢測，誤碼率監(jiān)測以及接收靈敏度測試。本誤碼檢測系統(tǒng)體積小、檢測效率高、操作簡便、成本優(yōu)勢明顯，可用于數(shù)字傳輸系統(tǒng)產(chǎn)品、光纖通信系統(tǒng)產(chǎn)品誤碼檢測和告警監(jiān)測，亦可大量裝配于生產(chǎn)線供產(chǎn)品生產(chǎn)調(diào)試使用。

關(guān)鍵詞：100Gbps；100GE；OTU4；誤碼檢測

隨著運(yùn)營商和企業(yè)網(wǎng)市場對提升網(wǎng)絡(luò)帶寬的迫切需要，市場對100Gbps光通訊產(chǎn)品的需求迎來爆發(fā)式的增長。由于100Gbps光通訊儀表昂貴的價(jià)格，光通訊企業(yè)在產(chǎn)品生產(chǎn)中面臨巨大的成本壓力。文章提出一種100Gbps誤碼檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，可應(yīng)用于數(shù)字傳輸系統(tǒng)、光纖通訊系統(tǒng)的誤碼檢測和告警監(jiān)測的離線測試系統(tǒng)，支持100Gbps IEEE 802.3ba100GE標(biāo)準(zhǔn)和ITU OTL 4.4 OTU4標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)速率?？纱罅垦b配于上述產(chǎn)品的生產(chǎn)線供產(chǎn)品生產(chǎn)調(diào)試使用。

1 100G誤碼檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 誤碼檢測系統(tǒng)方案介紹

誤碼檢測系統(tǒng)由發(fā)送部分、接收部分、控制部分、軟件系統(tǒng)四部分組成。

發(fā)送部分主要由碼型發(fā)生器組成，負(fù)責(zé)4路25Gbps高速PRBS信號生成。

接收部分由碼型檢測模塊、告警監(jiān)測模塊構(gòu)成。碼型檢測模塊執(zhí)行誤碼統(tǒng)計(jì)，在誤碼統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，誤碼檢測軟件系統(tǒng)計(jì)算當(dāng)前誤碼率、產(chǎn)生誤碼告警。告警監(jiān)測提供：接收信號丟失告警（LOS）、接收信號失鎖告警（LOL）。

控制部分完成對發(fā)送、接收、時(shí)鐘CMU控制，并提供系統(tǒng)與終端設(shè)備間通訊接口。

軟件系統(tǒng)包括終端軟件和誤碼檢測裝置嵌入式軟件。終端軟件系統(tǒng)提供人機(jī)交互界面，完成用戶輸入配置和誤碼檢測裝置運(yùn)行狀態(tài)輸出顯示；嵌入式軟件負(fù)責(zé)對誤碼檢測系統(tǒng)發(fā)送、接收部分控制、誤碼計(jì)數(shù)、誤碼率統(tǒng)計(jì)、告警監(jiān)測，與終端軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互。

1.2 誤碼檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用博通BCM84xxx芯片實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收的碼型發(fā)生和檢測功能。BCM84xxx芯片是應(yīng)用于100GMSACFP模塊內(nèi)部的GearBox芯片，其功能是實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙向4×25Gbps到10×10Gbps數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，芯片4×25Gbps側(cè)提供PRBs碼型發(fā)生和檢測模塊，本設(shè)計(jì)將BCM84xxx4～25Gbps側(cè)發(fā)送側(cè)4路高速差分CML信號和接收側(cè)4路高速差分CML信號與CFP2連接器4X25Gbps高速側(cè)相連，PRBS信號通過CFP2/CFP4模塊發(fā)送側(cè)環(huán)回到接收側(cè)，完成對待測模塊通路檢測。

如圖1所示，系統(tǒng)控制部分由MCu和FPGA配合實(shí)現(xiàn)。FPGA實(shí)現(xiàn)SPI總線與MDIO總線協(xié)議轉(zhuǎn)換。MCu通過FPGA實(shí)現(xiàn)對BCM84xxx芯片訪問控制。MCU對外提供網(wǎng)口供終端與本系統(tǒng)交互。

本系統(tǒng)支持IEEE 802.3ba 100GE標(biāo)準(zhǔn)和ITU OTL4.4（OTU4）標(biāo)準(zhǔn)，在100GE和OTU4兩種模式下工作，BCM84xxx需要不同參考時(shí)鐘支持。時(shí)鐘倍頻單元（CMU）提供100GE和OTU4兩種業(yè)務(wù)模式下時(shí)鐘生成，19.44MHz晶振經(jīng)過CMU可以輸出滿足IEEE 802.3ba 100GE標(biāo)準(zhǔn)和ITU OTL 4.4（OTU4）標(biāo)準(zhǔn)的161.1328125MHz和174.7030837MHz參考時(shí)鐘。參考時(shí)鐘生成和切換由系統(tǒng)MCU控制。

用戶配置誤碼檢測系統(tǒng)發(fā)送模式，包括PRBS7，PRBS15，PRBS31，64位用戶編程定義碼型、64位隨機(jī)碼型可選，開啟誤碼檢測。4X25Gbps高速數(shù)據(jù)信號接入被測對象，通過被測系統(tǒng)信道環(huán)回至誤碼檢測系統(tǒng)接收側(cè)。系統(tǒng)接收側(cè)檢測告警（接收信號丟失告警、接收信號失鎖告警），若無告警上報(bào)，則開始誤碼統(tǒng)計(jì)，計(jì)算誤碼率和誤碼告警。若告警檢測部分發(fā)現(xiàn)告警，輸出告警給用戶，用戶可根據(jù)告警信息定位被測對象故障。

1.3 誤碼檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件包括終端軟件（用戶UI部分）和嵌入式軟件兩部分，兩者通過TCP/IP協(xié)議交互。終端軟件提供人機(jī)交互，嵌入式軟件完成本系統(tǒng)的主要工作，包括控制時(shí)鐘單元，PRBS碼型發(fā)生和檢測、告警檢測、誤碼率計(jì)算等。

誤碼檢測系統(tǒng)默認(rèn)工作在100GE模式。MCU驅(qū)動CMU單元生成161.1328125MHz時(shí)鐘提供給BCM84xxx配置100GE業(yè)務(wù)使用，若時(shí)鐘配置失敗，系統(tǒng)對外提示錯(cuò)誤并終止啟動過程。待時(shí)鐘準(zhǔn)備好，初始化BCM84xxx，配置100GE業(yè)務(wù)啟動，若BCM84xxx初始化失敗，系統(tǒng)對外提示錯(cuò)誤并終止啟動過程。

時(shí)鐘和業(yè)務(wù)模式配置完成，系統(tǒng)進(jìn)入等待模式。用戶發(fā)起100GE業(yè)務(wù)測試操作，系統(tǒng)確認(rèn)當(dāng)前是否100GE業(yè)務(wù)模式，否則強(qiáng)行切換100GE模式，OTU4業(yè)務(wù)測試亦同上述操作。業(yè)務(wù)模式配置成功，系統(tǒng)開啟PRBS發(fā)送和檢測，實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，包括告警、誤碼計(jì)數(shù)、誤碼率統(tǒng)計(jì)、被測對象狀態(tài)監(jiān)控等。

接收信號丟失告警（LOS）、接收信號失鎖告警（LOL）優(yōu)先級高于誤碼計(jì)數(shù)、誤碼率統(tǒng)計(jì)，若系統(tǒng)檢測到LOS，LOL告警，則不再更新誤碼計(jì)數(shù)、誤碼率統(tǒng)計(jì)信息，直至LOS，LOL告警消失，如圖2所示。

2 誤碼檢測系統(tǒng)驗(yàn)證

使用某司100GCFP2模塊，在本誤碼檢測系統(tǒng)與某廠家100G誤碼測試儀做長期業(yè)務(wù)可靠性和靈敏度對比測試，結(jié)果如表1-2所示。測試均在100GE業(yè)務(wù)速率進(jìn)行。

長期業(yè)務(wù)可靠性測試中CFP2模塊network側(cè)通過光纖自環(huán)，模塊入光功率為-3dBm。

分析測試數(shù)據(jù)，測試結(jié)果基本與儀表測試一致，驗(yàn)證通過。

3 結(jié)語

本方案設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的100G誤碼檢測系統(tǒng)，已經(jīng)完成工程驗(yàn)證，可以滿足IEEE 802.3ba 100GE標(biāo)準(zhǔn)和ITU OTL 4.4（OTU4）標(biāo)準(zhǔn)的測試要求。