100Gbps误码检测系统设计与实现

田园

摘要：文章提出一种100Gbps误码检测系统设计方案，可应用于100Gbps数字传输系统、光纤通讯系统的误码检测和告警监测。该系统支持IEEE 802.3ba 100GE标准和ITU OTL 4.4 OTU4标准业务速率，支持被测对象进行误码告警检测，误码率监测以及接收灵敏度测试。本误码检测系统体积小、检测效率高、操作简便、成本优势明显，可用于数字传输系统产品、光纤通信系统产品误码检测和告警监测，亦可大量装配于生产线供产品生产调试使用。

关键词：100Gbps；100GE；OTU4；误码检测

随着运营商和企业网市场对提升网络带宽的迫切需要，市场对100Gbps光通讯产品的需求迎来爆发式的增长。由于100Gbps光通讯仪表昂贵的价格，光通讯企业在产品生产中面临巨大的成本压力。文章提出一种100Gbps误码检测系统设计方案，可应用于数字传输系统、光纤通讯系统的误码检测和告警监测的离线测试系统，支持100Gbps IEEE 802.3ba100GE标准和ITU OTL 4.4 OTU4标准业务速率。可大量装配于上述产品的生产线供产品生产调试使用。

1 100G误码检测系统设计与实现

1.1 误码检测系统方案介绍

误码检测系统由发送部分、接收部分、控制部分、软件系统四部分组成。

发送部分主要由码型发生器组成，负责4路25Gbps高速PRBS信号生成。

接收部分由码型检测模块、告警监测模块构成。码型检测模块执行误码统计，在误码统计基础上，误码检测软件系统计算当前误码率、产生误码告警。告警监测提供：接收信号丢失告警（LOS）、接收信号失锁告警（LOL）。

控制部分完成对发送、接收、时钟CMU控制，并提供系统与终端设备间通讯接口。

软件系统包括终端软件和误码检测装置嵌入式软件。终端软件系统提供人机交互界面，完成用户输入配置和误码检测装置运行状态输出显示；嵌入式软件负责对误码检测系统发送、接收部分控制、误码计数、误码率统计、告警监测，与终端软件系统数据交互。

1.2 误码检测系统硬件设计

本设计采用博通BCM84xxx芯片实现发送和接收的码型发生和检测功能。BCM84xxx芯片是应用于100GMSACFP模块内部的GearBox芯片，其功能是实现收发双向4×25Gbps到10×10Gbps数据转换，芯片4×25Gbps侧提供PRBs码型发生和检测模块，本设计将BCM84xxx4～25Gbps侧发送侧4路高速差分CML信号和接收侧4路高速差分CML信号与CFP2连接器4X25Gbps高速侧相连，PRBS信号通过CFP2/CFP4模块发送侧环回到接收侧，完成对待测模块通路检测。

如图1所示，系统控制部分由MCu和FPGA配合实现。FPGA实现SPI总线与MDIO总线协议转换。MCu通过FPGA实现对BCM84xxx芯片访问控制。MCU对外提供网口供终端与本系统交互。

本系统支持IEEE 802.3ba 100GE标准和ITU OTL4.4（OTU4）标准，在100GE和OTU4两种模式下工作，BCM84xxx需要不同参考时钟支持。时钟倍频单元（CMU）提供100GE和OTU4两种业务模式下时钟生成，19.44MHz晶振经过CMU可以输出满足IEEE 802.3ba 100GE标准和ITU OTL 4.4（OTU4）标准的161.1328125MHz和174.7030837MHz参考时钟。参考时钟生成和切换由系统MCU控制。

用户配置误码检测系统发送模式，包括PRBS7，PRBS15，PRBS31，64位用户编程定义码型、64位随机码型可选，开启误码检测。4X25Gbps高速数据信号接入被测对象，通过被测系统信道环回至误码检测系统接收侧。系统接收侧检测告警（接收信号丢失告警、接收信号失锁告警），若无告警上报，则开始误码统计，计算误码率和误码告警。若告警检测部分发现告警，输出告警给用户，用户可根据告警信息定位被测对象故障。

1.3 误码检测系统软件设计

本系统软件包括终端软件（用户UI部分）和嵌入式软件两部分，两者通过TCP/IP协议交互。终端软件提供人机交互，嵌入式软件完成本系统的主要工作，包括控制时钟单元，PRBS码型发生和检测、告警检测、误码率计算等。

误码检测系统默认工作在100GE模式。MCU驱动CMU单元生成161.1328125MHz时钟提供给BCM84xxx配置100GE业务使用，若时钟配置失败，系统对外提示错误并终止启动过程。待时钟准备好，初始化BCM84xxx，配置100GE业务启动，若BCM84xxx初始化失败，系统对外提示错误并终止启动过程。

时钟和业务模式配置完成，系统进入等待模式。用户发起100GE业务测试操作，系统确认当前是否100GE业务模式，否则强行切换100GE模式，OTU4业务测试亦同上述操作。业务模式配置成功，系统开启PRBS发送和检测，实时检测系统运行状态，包括告警、误码计数、误码率统计、被测对象状态监控等。

接收信号丢失告警（LOS）、接收信号失锁告警（LOL）优先级高于误码计数、误码率统计，若系统检测到LOS，LOL告警，则不再更新误码计数、误码率统计信息，直至LOS，LOL告警消失，如图2所示。

2 误码检测系统验证

使用某司100GCFP2模块，在本误码检测系统与某厂家100G误码测试仪做长期业务可靠性和灵敏度对比测试，结果如表1-2所示。测试均在100GE业务速率进行。

长期业务可靠性测试中CFP2模块network侧通过光纤自环，模块入光功率为-3dBm。

分析测试数据，测试结果基本与仪表测试一致，验证通过。

3 结语

本方案设计实现的100G误码检测系统，已经完成工程验证，可以满足IEEE 802.3ba 100GE标准和ITU OTL 4.4（OTU4）标准的测试要求。