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10Gbase-T不是简单的光电转换，中间加入复杂的编码和纠错协议，目的是在只有500Mhz频宽的CAT6上实现万兆传输，简单来说就类似硬盘的MLC一样，一个信号传输多个数据位。
10Gbase-T以太网PCS层功能和1000base-T类似，主要完成数据的编解码功能，编码方式为LDPC（低密度奇偶校验）和DSQ128，下面详细展开说明。
10Gbase-T编码原理描述：
从《【以太网硬件六】1000base-T物理层编码究竟是怎么编的？》一文中我们知道，1000Base-T 使用了 PAM5 （ 5 级脉冲调幅技术）调制技术。在 PAM5 模式下，介质中传输的信号不再是简单的 0 和 1 ，而是分成了 5 个级别（ -2 ， -1 ， 0 ， 1 ， 2 ）。这个被分为 5 个级别的电平信号称之为码元， 1 个码元所能携带的多少个 bit 的信息取决于码元的特性和编码的方式。比如 PAM5 ，每个 PAM5 码元最多携带 2.32 个bit（ 2^2.32=5 ），考虑到编码的效率及需要纠错码和同步码，所以最终 1000Base-T 每个码元携带 2 个 bit 的信息。
根据奈氏准则，理想低通信道下的最高码元传输速率＝ 2* 带宽，我们知道 1000Base-T 的码元速率为 125MBd/ 秒，所以要求至少有 62.5Mhz 的传输带宽。如果沿用 1000Base-T 的技术，那 10GBase-T 的码元传输速率为 1250MBd/ 秒，系统最小传输带宽为 625MHz 。这对传输系统的性能提出了很高的要求；但如果提高码元的性能，让一个码元携带更多的 Bit ，降低系统最小带宽，就需要强大的处理器进行编解码处理，那意味着成本的增加，这是一对矛盾。最后经过性能和成本的平衡， 10GBase-T 使用了 PAM16 技术（ 16 级脉冲调幅，采用 （-15 ， -13 ， -11 ， -9 ， -7 ， -5 ， -3 ， -1 ， 1 ， 3 ， 5 ， 7 ， 9 ， 11 ， 13 ， 15 ），800M 每秒的码元速率，最小带宽要求 400Mhz。
为了让 PAM16 能够安全的传输 10Gbps （ BER=10E-12 ），就需要设置一定的编码规则。在 10Gbase-T 系统中， 2 个连续的 PAM16 码元背靠背形成了 16*16 的二维矩阵，选取其中的 128 个点组成 128 双矩阵（ 128 point Double Square ）进行信号编码。相邻 2 个点之间的距离由原来的 D 增加到了√2D ，最大限度的拉开了相邻点之间的距离。此举提高了大约 3 个 dB 的信噪比。
为了能够提高 BER ，还要加入校验码进行前向纠错， 10GBase-T 采用的 LDPC 码 ( 低密度奇偶校验码 ) 是一种线性分组码 , 具有优越的纠错性能和巨大的实用价值 , 被认为是迄今为止性能最好的纠错码。 LDPC 码的性能能够逼近香农极限 , 同时这种逼近又是在不太高的译码复杂度下实现的，硬件实现简单。同样兼顾性能和成本 10GBase-T 在 128DSQ 的上采用了前 3 位无编码保护和后 4 位 LDPC(1723,2048) 编码保护的混合方式。
上图是发送方向的编码过程：
每64个bit信息，加上控制/数据的标志位组成一个65bit的块（block），然后将这个块做扰码，将 50个扰码后的块编成一个组（ Group），每个组加上8bit CRC校验码。一共生成65*50+8=3258个bit，再附加上一个通道附加码一共是3259个bit。
3259个bit分成2个部分，3*512bit （含通道附加码）通过无保护方式传输，另外1723 bit再加上325个校验码，通过LDPC（1723，2048）保护方式传输，这样共需要512个128DSQ编码（ 3*512+4*512=512个7bit标签帧，7bit总共对应有128种编码），也就是1024个PAM16（一个128DSQ由两个PAM16背靠背形成）符号矩阵。最终相当于每个PAM16携带3.125个bit信息（64*50/1024=3.125），双绞线上波特率为800MBd，数据速率为3.125*800M*4=10G bps。
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发表于 2023-12-20 17:52
