100Gbps誤碼檢測系統設計與實現

田園

摘要：文章提出一種100Gbps誤碼檢測系統設計方案，可應用于100Gbps數字傳輸系統、光纖通訊系統的誤碼檢測和告警監測。該系統支持IEEE 802.3ba 100GE標準和ITU OTL 4.4 OTU4標準業務速率，支持被測對象進行誤碼告警檢測，誤碼率監測以及接收靈敏度測試。本誤碼檢測系統體積小、檢測效率高、操作簡便、成本優勢明顯，可用于數字傳輸系統產品、光纖通信系統產品誤碼檢測和告警監測，亦可大量裝配于生產線供產品生產調試使用。

關鍵詞：100Gbps；100GE；OTU4；誤碼檢測

隨著運營商和企業網市場對提升網絡帶寬的迫切需要，市場對100Gbps光通訊產品的需求迎來爆發式的增長。由于100Gbps光通訊儀表昂貴的價格，光通訊企業在產品生產中面臨巨大的成本壓力。文章提出一種100Gbps誤碼檢測系統設計方案，可應用于數字傳輸系統、光纖通訊系統的誤碼檢測和告警監測的離線測試系統，支持100Gbps IEEE 802.3ba100GE標準和ITU OTL 4.4 OTU4標準業務速率?？纱罅垦b配于上述產品的生產線供產品生產調試使用。

1 100G誤碼檢測系統設計與實現

1.1 誤碼檢測系統方案介紹

誤碼檢測系統由發送部分、接收部分、控制部分、軟件系統四部分組成。

發送部分主要由碼型發生器組成，負責4路25Gbps高速PRBS信號生成。

接收部分由碼型檢測模塊、告警監測模塊構成。碼型檢測模塊執行誤碼統計，在誤碼統計基礎上，誤碼檢測軟件系統計算當前誤碼率、產生誤碼告警。告警監測提供：接收信號丟失告警（LOS）、接收信號失鎖告警（LOL）。

控制部分完成對發送、接收、時鐘CMU控制，并提供系統與終端設備間通訊接口。

軟件系統包括終端軟件和誤碼檢測裝置嵌入式軟件。終端軟件系統提供人機交互界面，完成用戶輸入配置和誤碼檢測裝置運行狀態輸出顯示；嵌入式軟件負責對誤碼檢測系統發送、接收部分控制、誤碼計數、誤碼率統計、告警監測，與終端軟件系統數據交互。

1.2 誤碼檢測系統硬件設計

本設計采用博通BCM84xxx芯片實現發送和接收的碼型發生和檢測功能。BCM84xxx芯片是應用于100GMSACFP模塊內部的GearBox芯片，其功能是實現收發雙向4×25Gbps到10×10Gbps數據轉換，芯片4×25Gbps側提供PRBs碼型發生和檢測模塊，本設計將BCM84xxx4～25Gbps側發送側4路高速差分CML信號和接收側4路高速差分CML信號與CFP2連接器4X25Gbps高速側相連，PRBS信號通過CFP2/CFP4模塊發送側環回到接收側，完成對待測模塊通路檢測。

如圖1所示，系統控制部分由MCu和FPGA配合實現。FPGA實現SPI總線與MDIO總線協議轉換。MCu通過FPGA實現對BCM84xxx芯片訪問控制。MCU對外提供網口供終端與本系統交互。

本系統支持IEEE 802.3ba 100GE標準和ITU OTL4.4（OTU4）標準，在100GE和OTU4兩種模式下工作，BCM84xxx需要不同參考時鐘支持。時鐘倍頻單元（CMU）提供100GE和OTU4兩種業務模式下時鐘生成，19.44MHz晶振經過CMU可以輸出滿足IEEE 802.3ba 100GE標準和ITU OTL 4.4（OTU4）標準的161.1328125MHz和174.7030837MHz參考時鐘。參考時鐘生成和切換由系統MCU控制。

用戶配置誤碼檢測系統發送模式，包括PRBS7，PRBS15，PRBS31，64位用戶編程定義碼型、64位隨機碼型可選，開啟誤碼檢測。4X25Gbps高速數據信號接入被測對象，通過被測系統信道環回至誤碼檢測系統接收側。系統接收側檢測告警（接收信號丟失告警、接收信號失鎖告警），若無告警上報，則開始誤碼統計，計算誤碼率和誤碼告警。若告警檢測部分發現告警，輸出告警給用戶，用戶可根據告警信息定位被測對象故障。

1.3 誤碼檢測系統軟件設計

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

誤碼檢測系統默認工作在100GE模式。MCU驅動CMU單元生成161.1328125MHz時鐘提供給BCM84xxx配置100GE業務使用，若時鐘配置失敗，系統對外提示錯誤并終止啟動過程。待時鐘準備好，初始化BCM84xxx，配置100GE業務啟動，若BCM84xxx初始化失敗，系統對外提示錯誤并終止啟動過程。

時鐘和業務模式配置完成，系統進入等待模式。用戶發起100GE業務測試操作，系統確認當前是否100GE業務模式，否則強行切換100GE模式，OTU4業務測試亦同上述操作。業務模式配置成功，系統開啟PRBS發送和檢測，實時檢測系統運行狀態，包括告警、誤碼計數、誤碼率統計、被測對象狀態監控等。

接收信號丟失告警（LOS）、接收信號失鎖告警（LOL）優先級高于誤碼計數、誤碼率統計，若系統檢測到LOS，LOL告警，則不再更新誤碼計數、誤碼率統計信息，直至LOS，LOL告警消失，如圖2所示。

2 誤碼檢測系統驗證

使用某司100GCFP2模塊，在本誤碼檢測系統與某廠家100G誤碼測試儀做長期業務可靠性和靈敏度對比測試，結果如表1-2所示。測試均在100GE業務速率進行。

長期業務可靠性測試中CFP2模塊network側通過光纖自環，模塊入光功率為-3dBm。

分析測試數據，測試結果基本與儀表測試一致，驗證通過。

3 結語

本方案設計實現的100G誤碼檢測系統，已經完成工程驗證，可以滿足IEEE 802.3ba 100GE標準和ITU OTL 4.4（OTU4）標準的測試要求。