千兆以太網(wǎng)早期主要是用在高速主干網(wǎng)和某些特定的工作組，傳輸介質(zhì)以光纖為主。過去兩年中802.3z工作組在基于光纖和基于STP短距離屏蔽式跳線的千兆以太網(wǎng)方面做了大量工作，并在1998年6月通過了正式標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3z。但光纖的價(jià)格畢竟較為昂貴，而且隨著桌面機(jī)處理速度的提高和局域網(wǎng)業(yè)務(wù)模式的改變，千兆以太網(wǎng)必然要向桌面機(jī)延伸，這就意味著千兆以太網(wǎng)將用于已經(jīng)廣泛鋪設(shè)的銅線系統(tǒng)。
　　眾所周知，一幢辦公大樓內(nèi)的各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以很方便地從一個(gè)房間搬到另一個(gè)房間，而對(duì)樓內(nèi)現(xiàn)存錯(cuò)綜復(fù)雜的布線進(jìn)行改裝升級(jí)卻非易事。因此升級(jí)到更高速網(wǎng)絡(luò)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)管理者都會(huì)認(rèn)真考慮現(xiàn)有布線的適用性。 目前以太網(wǎng)布線大多為第5類UTP布線，因此都關(guān)注現(xiàn)存CAT－5的1000Base－T千兆以太網(wǎng)技術(shù)。 1997年3月成立IEEE802.3ab工作組，其任務(wù)是研究5類UTP在千兆以太網(wǎng)上的應(yīng)用，要求網(wǎng)絡(luò)長度最大到100米。1998年12月28日千兆以太網(wǎng)聯(lián)盟宣布對(duì)1000Base－T進(jìn)行開放投票，1999年3月正式通過了1000Base－T的標(biāo)準(zhǔn)。
1 基本原理
　　傳統(tǒng)快速以太網(wǎng)(100Base－TX)使用5類UTP四對(duì)線中的兩對(duì)，一對(duì)用于發(fā)送數(shù)據(jù)，一對(duì)用于接收數(shù)據(jù)。由于100Base－TX的編碼方式為4B/5B，故實(shí)際傳輸碼速為125Mbaud。1000Base－T中的傳輸碼速也是125Mbaud，但它要使用CAT－5中全部四對(duì)線，并在每一對(duì)線上同時(shí)實(shí)現(xiàn)收發(fā)操作，編碼方式改為5電平編碼PAM5后，才能在每個(gè)信號(hào)脈沖內(nèi)并行傳送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，即125Msymbols/s×8bit/symbol＝1Gb/s。當(dāng)然，實(shí)際應(yīng)用時(shí)要考慮CAT－5中四對(duì)線高速并行傳輸數(shù)據(jù)會(huì)帶的回波和串音等問題。
　　1000Base－T規(guī)定了全雙工和半雙工模式下1000Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸，在一個(gè)碰撞域內(nèi)只允許一個(gè)中繼器，網(wǎng)絡(luò)直徑為200米，采用與100Base－TX相同的自動(dòng)協(xié)商方式，并與傳統(tǒng)以太網(wǎng)更好地兼容。許多廠商都宣稱將生產(chǎn)在100Mb/s和1000Mb/s下都能工作的“雙速”千兆以太網(wǎng)設(shè)備，對(duì)于系統(tǒng)升級(jí)來說，可能提供一種靈活的解決方案。
2 布線問題
　　通常，在銅線上傳輸1000Mb/s高速的碼流，布線系統(tǒng)的支持是最主要的問題。即在CAT－5的四對(duì)線上傳輸1000Mb/s的數(shù)據(jù)流，所面臨的信號(hào)衰減、回波、返回?fù)p耗、串音和電磁干擾等問題。
　　·信號(hào)衰減(attenuation)
　　衰減是發(fā)送過程中信號(hào)的損失，它隨信號(hào)頻率的提高而增加。因此在保證數(shù)據(jù)傳輸速率的前提下，應(yīng)盡量使用較低的頻段。
　　·回波(echo)
　　如圖1所示，回波是因?yàn)榘l(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備比較靠近而產(chǎn)生的干擾。全雙工通信模式下的千兆以太網(wǎng)，信號(hào)的收發(fā)都使用同一對(duì)線，因電纜的返回?fù)p耗和轉(zhuǎn)接器損耗引起的泄漏發(fā)送信號(hào)，將與接收信號(hào)相混，并對(duì)性能造成負(fù)面影響。通常，對(duì)由阻抗不匹配造成的反射能量可用返回?fù)p耗(return loss)來度量。

　　·串音(crosstalk)
　　串音是鄰近線對(duì)中信號(hào)的相互干擾。1000Base－T使用了5類UTP中所有的四對(duì)線，每一對(duì)線都可能被鄰近的其它3對(duì)線干擾而產(chǎn)生串音。串音以發(fā)送端作為參考，近端串音(NEXT)為某線對(duì)受發(fā)送端的其它線對(duì)的干擾，遠(yuǎn)端串音(FEXT)是某線對(duì)受發(fā)送電纜遠(yuǎn)端其它線對(duì)的干擾，等效遠(yuǎn)端串音(ELFEXT)為不考慮電纜衰減情況下的等效的FEXT。若遠(yuǎn)端串音與接收信號(hào)電平能比擬時(shí)，接收端進(jìn)行信號(hào)恢復(fù)應(yīng)充分考慮串音的影響并采取相應(yīng)的措施。
　　·返回?fù)p耗(return loss)
　　返回?fù)p耗是由于在鏈路中阻抗不匹配引起的反射信號(hào)能量，它對(duì)千兆以太網(wǎng)1000Base－T產(chǎn)生很重要的影響。
　　·抗電磁干擾
　　在無屏蔽雙絞線上以1000Mb/s這樣的極高速率傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，必須考慮電磁干擾、包括AM、CB、短波段廣播等的影響。一些標(biāo)準(zhǔn)如EN50082－1和IEC 1000－4－3要求抗高于25MHz頻率，場強(qiáng)為3V/m的連續(xù)電磁波干擾。
　　·抗噪性能
　　1000Base－T還需要能抗背景噪聲和突發(fā)噪聲的干擾。實(shí)際情況中由于電力開關(guān)快速切換產(chǎn)生電弧或靜電荷放電等都會(huì)引起突發(fā)噪聲。在1000Mb/s的高速數(shù)據(jù)中突發(fā)噪聲的危害性很大。
　　IEEE802.3ab工作組制定1000Base－T的目標(biāo)就是使千兆以太網(wǎng)能夠在符合ANSI/TIA/EIA－568A(1995)規(guī)范的5類UTP上運(yùn)行，并使支持100Base－TX的鏈路很容易地轉(zhuǎn)到支持1000Base－T。IEEE對(duì)需要升級(jí)到千兆以太網(wǎng)的CAT－5增加了兩項(xiàng)測試參數(shù)，返回?fù)p耗(return loss)和遠(yuǎn)端串音(Far－End Crosstalk)。返回?fù)p耗定義了鏈路中因阻抗不匹配引起的反射信號(hào)能量。遠(yuǎn)端串音(FEXT)則是某線對(duì)受發(fā)送電纜遠(yuǎn)端其它線對(duì)的干擾，實(shí)際測試中常用等效遠(yuǎn)端串音(ELFEXT)和總功率等效遠(yuǎn)端串音(PSELFEXT)來表示。在10Base－T中返回?fù)p耗和遠(yuǎn)端串音的影響可以忽略不計(jì)，但在100Base－TX和1000Base－T中它們對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能將有重要影響。原有ANSI/TIA/EIA568－A標(biāo)準(zhǔn)的5類布線沒有指定返回?fù)p耗和ELFEXT及PSELFEXT的測試(1995年制定此規(guī)范時(shí)這些問題沒有引起人們的重視)。1998年新標(biāo)準(zhǔn)ANSI/TIA/EIA－TSB－95，在原有規(guī)范基礎(chǔ)上加了這兩項(xiàng)參數(shù)測試，并稱其為增強(qiáng)型5類布線。
　　按1000Base－T工作組和布線公司估計(jì)，現(xiàn)有5類布線中大約有不到10%不符合安裝規(guī)范，不能支持1000Base－T。不符合ANSI/TIA/EIA－TSB－95規(guī)范的連接設(shè)備也要進(jìn)行升級(jí)。須知，布線系統(tǒng)非標(biāo)準(zhǔn)化并非大規(guī)模鋪設(shè)CAT－5電纜本身所引起，往往問題出在連接端口和零星小段電纜。ANSI/TIA/EIA568A－1995在5類布線連接中允許使用4種連接器，而返回?fù)p耗和遠(yuǎn)端串音主要就是由連接器引起的。圖2顯示了一個(gè)符合ANSI/TIA/EIA－568－A(1995)的典型5類UTP布線系統(tǒng)。

　　ANSI/TIA/EIA TSB－95(1998)定義了五項(xiàng)改進(jìn)措施以提高電纜在返回?fù)p耗和遠(yuǎn)端串音方面的性能：
　　·如果鏈路有一個(gè)交叉連接，把交叉連接重新配置為互連型。
　　·把轉(zhuǎn)接點(diǎn)連接器換為符合增強(qiáng)型5類規(guī)范的轉(zhuǎn)接點(diǎn)連接器。
　　·在工作區(qū)出口使用符合增強(qiáng)型5類規(guī)范的互連器。
　　　　·把互連器都換為符合增強(qiáng)型5類規(guī)范的互連器。
　　·把零星的散線(patch cord)換為符合增強(qiáng)型5類規(guī)范的電纜。
　　圖3示出了改進(jìn)后的5類布線系統(tǒng)。

3 關(guān)鍵技術(shù)
　　數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)的發(fā)展使在5類布線系統(tǒng)及增強(qiáng)型5類布線系統(tǒng)中傳輸1000Mbps數(shù)據(jù)成為可能。1000Base－T采用了下列一些關(guān)鍵的技術(shù)保證數(shù)據(jù)的高速傳輸:
　　· 采用符合ANSI/TIA/EIA TSB－95(1995)標(biāo)準(zhǔn)的5類布線。
　　·使用電纜中的所有4對(duì)線并使波特率達(dá)到125Mbaud。
　　·全雙工傳輸方式
　　1000Base－T在5類UTP的四對(duì)線上同時(shí)雙向傳輸數(shù)據(jù)，相對(duì)于單向發(fā)送和接收數(shù)據(jù)來說，能夠在每一對(duì)線上把傳輸波特率減小為原來的一半，大大提高了可靠性。通常使用混合電路(hybrid)在一對(duì)線上同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收功能，它使用不同頻段的濾波器分別得到發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)，這在很大程度上減小了回波，當(dāng)要完全濾除回波信號(hào)時(shí)，還需在每一線對(duì)中加入回波抵消器。

　　·5電平PAM編碼：
　　由于每個(gè)傳送碼元表示5電平(－2，－1，0，1，2)中的一個(gè)電平(圖4)， 故每波特碼代表2比特信息(4電平代表2位，還有一個(gè)前向糾錯(cuò)碼)，這比二電平編碼提高了帶寬利用率，并能把波特率和所需信號(hào)帶寬減為原來的一半。多電平編碼需要用多位A/D、D/A轉(zhuǎn)換，采用更高的傳輸信噪比和更好的接收均衡性能，技術(shù)實(shí)現(xiàn)相對(duì)較復(fù)雜。
　　·前向糾錯(cuò)編碼(FEC)
　　前向糾錯(cuò)編碼為二級(jí)編碼，在強(qiáng)干擾和串音影響下能糾正接收信號(hào)中的誤碼。1000Base－T采用的是4維8態(tài)網(wǎng)格的前向糾錯(cuò)編碼，具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力。
　　·脈沖平滑技術(shù)
　　脈沖平滑技術(shù)通過發(fā)送信號(hào)的頻譜特性與傳輸信道特征匹配，增大信噪比，達(dá)到最佳傳輸效果，它通過在收、發(fā)兩端采用數(shù)字和模擬濾波器來實(shí)現(xiàn)。脈沖平滑技術(shù)可減小在干擾嚴(yán)重頻段的發(fā)送信號(hào)功率，減小低頻和高頻的信號(hào)功率，以及濾除外來的高頻噪聲。通過脈沖平滑技術(shù)，1000Base－T的傳輸頻譜能夠與100Base－T的頻譜接近一致。
　　·信號(hào)均衡技術(shù)
　　信號(hào)均衡技術(shù)用于補(bǔ)償傳輸信道中引入的信號(hào)失真。線性數(shù)字均衡采用一系列有限沖激響應(yīng)(FIR)濾波器，而非線性均衡采用判決反饋均衡(DFE)，在傳輸媒體引起某些頻段衰減較大的情況采用DFE比線性均衡性能好，但應(yīng)注意DFE易于產(chǎn)生錯(cuò)誤擴(kuò)展(單個(gè)錯(cuò)誤在反饋?zhàn)饔孟乱鹁馄鬟B續(xù)錯(cuò)誤)，導(dǎo)致誤碼率急劇上升。可采用多個(gè)判決反饋濾波器的辦法解決。
　　·擾碼(scrambling)
　　用來產(chǎn)生隨機(jī)傳輸碼序列，避免出現(xiàn)特殊頻譜信號(hào)。
　　總之，僅僅在幾年前許多專家還認(rèn)為10Mbps以太網(wǎng)將不可能在雙絞線上使用，100Mbps以太網(wǎng)出現(xiàn)時(shí)也有類似的看法，今天許多廠商仍對(duì)基于銅線的1000Mbps以太網(wǎng)表示懷疑。現(xiàn)在，IEEE802.3ab工作組已經(jīng)解決了所有相關(guān)的技術(shù)問題，1999年3月IEEE公布了1000Base－T的正式標(biāo)準(zhǔn)802.3ab，現(xiàn)有基于100Base－T的5類布線將能很容易地轉(zhuǎn)而支持1000Base－T。可以預(yù)見，千兆以太網(wǎng)的應(yīng)用即將進(jìn)入一個(gè)新的紀(jì)元。
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