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FEC,即前向纠错,是一种重要的数据传输技术。它主要解决在噪声干扰的物理信道中,数据传输容易出错的问题。FEC的工作原理是在发送端添加冗余校验信息,使接收端能够检测和纠正传输过程中产生的错误,从而降低误码率,提高数据传输的可靠性。当然,这种技术也带来了一定的代价,包括编码解码过程增加的延时,以及冗余信息占用的额外带宽。
10GBASE-R FEC的发送侧处理流程包含多个关键步骤。首先从PCS接收连续的64B/66B码块,每个码块包含2位同步头和64位载荷。接着进行同步头压缩,利用同步头两位比特始终相反的特性,仅保留第二位比特作为转码比特,将66B码块转换为65B字。然后对T-bit进行扰码处理,与对应64B码块载荷中的第8个比特进行异或操作,以保证直流平衡。接下来将32个65B字聚合成2080位的消息块,使用循环码编码器生成32位奇偶校验位,构建完整的2112位FEC块。最后对整个FEC块进行PN-2112扰码处理,确保信道传输时的DC均衡,然后送往PMA子层进行串行化发送。
同步头压缩是10GBASE-R FEC的关键创新技术。在传统的64B/66B编码中,每个码块包含2位同步头和64位载荷数据。同步头的值固定为01表示数据块,或10表示控制块。压缩技术巧妙地利用了同步头两位比特始终相反的特性,即一位是另一位的取反。因此,只需保留第二位比特作为转码比特T-bit,第一位比特可以被丢弃。通过这种方式,每个66B码块被转换为65B字,32个码块就能节省出32位宝贵的带宽空间,为FEC校验位的添加创造了条件。为了进一步保证传输信号的直流平衡,生成的T-bit还需要与对应64B码块载荷中的第8个比特进行异或操作,有效防止出现长连0或长连1的序列。
FEC编码与块构建是整个处理流程的核心环节。首先,32个经过压缩和扰码处理的65位字被聚合成一个2080位的消息块。接着,这个消息块被送入(2112,2080)循环码编码器进行处理。该编码器采用先进的循环码算法,对2080位的输入消息计算生成32位的奇偶校验位,这些校验位具有强大的纠错能力。然后将生成的32位校验位附加到2080位消息块之后,形成一个完整的2112位FEC块。为了确保整个FEC块在信道上传输时保持良好的直流均衡特性,还需要对这个2112位的FEC块进行PN-2112伪随机序列扰码处理,优化其频谱特性。最终,扰码后的2112位FEC块被送往PMA子层进行串行化处理并发送到物理信道。
10GBASE-R FEC技术具有显著的技术优势。首先是零带宽开销,这是其最大的创新点。通过巧妙的同步头压缩技术,在不增加任何传输带宽的情况下,为FEC校验位腾出了空间,实现了真正意义上的零开销前向纠错。其次是强大的纠错能力,采用(2112,2080)循环码算法,能够检测和纠正传输过程中的多位错误,显著降低误码率。第三是良好的兼容性,该技术与现有以太网标准完全兼容,FEC处理对上层协议完全透明,不会影响现有网络架构。最后是实用价值,特别适用于长距离光纤传输和工业级应用场景,为高可靠性数据传输提供了有力保障。总的来说,10GBASE-R FEC在不牺牲带宽的前提下,大幅提升了数据传输质量,是一项非常实用的技术创新。