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网络物理层基础知识2(PMA/PMD)

网络物理层分为3个子层分别为物理控制子层PCS,物理媒介适配层PMA (Physical Media Attachment)或物理媒介附着层,物理 媒介依赖层PMD( Physical Media Dependent )。PMA的主要功能是将数字信号变换,使得变换后的信号更适合在媒介上传输。

1. 常用的信号变换方法

  • 3阶/5阶编码

    • MLT3是3阶编码:

分别为-1(11),0(00),+1(01)。MLT3的编码效率为1bit/baud,但是每个周期会经过4个状态变化,因此通信线路中的基波分量将为数据波特率的1/4,因此在铜线传输中更易于控制。编码步骤如下:

    • 输入为0,状态保持,为1跳转到下一个状态。例如:

假设初始在零位,从0开始保持,如果下一位为1,电平跳变到+1,下一位为0,保持不变

    • 在三个状态转化过程中,上一个状态会影响下一个状态的跳转,
    • 状态图,假设三个状态分别为S0为0(00)状态,S1为+1(01)状态,S2为-1(11)状态,状态转移如图1所示,

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图1   MLT 状态图

例1  分析图2波形的状态条状过程

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图2 MLT-3编码时序图

    • 0100段,假设初始在零位,从0开始保持,如果下一位为1,电平跳变到+1,下一位为0,保持不变
    • 111段,

第一个1,从+1转换到0,并记住这个转换状态。

第二个1,上个1,是从+1转换到0,因此继续转换到-1。

第三个1,上个1,是从0转换-1,因此继续转换到0

    • 00段,保持不变,
    • 11段

上个1是从-1转到0,本次转到+1

上个1是从0转到+1,本次转到0

2. 脉冲幅度调制PAM

一般常用的脉冲幅度调制PAM(Pulse Amplitude Modulation)有PAM3和PAM5两种,PAM3用在百兆网络通信中,PAM5用在千兆1000BASE-T中,目前是被最广泛使用的调制方式。

1000BASE-T标准采用4对双绞线同时发送与接收数据,在接收端采用算法将自己发送的信号滤除掉,只剩下对方发送的信号,这是一种自适应滤波算法,类似于回声消除的滤波算法,感兴趣的朋友可以关注后续DSP相关课程。虽然增加了编码和解调的复杂性,但是对线缆要求低,5类(cat5)双绞线即可满足。这也是现在最常用的千兆铜缆标准。

千兆网同时利用4对线进行编码传输,采用5介编码方式。-2,-1,0,+1,+2,总共编码方式为54=625种,而8bit编码只需256中,因此完全满足要求。

发送端:数据–>加扰(scramble)–>卷积码(converlution coding)–>PAM5编码(DA)。

接收端:PAM5解码(AD)–>回声消除滤波(Filter)–>Viterbi 解码(Trellis 图)–>解扰(descramble)–>数据

更多内容请参照 https://www.iol.unh.edu/sites/default/files/knowledgebase/ge/pcs.pdf

注:千兆以太网采用4对线统一的5介编码方式,并非对立的每对的分离编码。等效的示意图如图2所示。

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图2 1000BaseT 拓扑图

  • 媒体依赖层PMD

媒体依赖层MDI,Phy芯片在10/100/1000的接口中将线路信号由单端信号转成差分信号进行传输,如图3所示,

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图3 MDI接口

MDI信号在送往网线之前一般会采用两种耦合方式,(1)脉冲变压器的耦合方式(2)电容耦合方式,目前在网络上使用的主要是脉冲变压器的耦合方式。图4,展示了物理层PMD的接口示意图。

%title插图%num 图4. PMD接口示意图

图4中的RJ45接口已经内置了脉冲变压器。

在网络自动协商的过程中,对MDI错误的线序可以起到纠正的作用。例如可以把错误线号调序。

 

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