1000BASE-T物理层关键技术的研究与FPGA实现

论文摘要

1000BASE-T是现在广泛使用的10/100M以太网100BASE-TX的平滑升级,它能在现有的五类非屏蔽双绞线及网络设备条件下实现千兆位速率的传输,是千兆到桌面的最佳技术方案。本文对1000BASE-T千兆以太网物理层的编解码及数字均衡等关键技术进行了研究和FPGA实现,完成了1000BASE-T信道干扰模型的建立及仿真,1000BASE-T物理层编码调制的设计与FPGA实现,包括发送,接收状态机、加扰及网格编码调制模块的设计和实现；1000BASE-T接收均衡及维特比译码算法的实现,接收均衡由前向滤波、回波消除、近端串扰消除及后向均衡组成,本文在现有算法的基础上,充分考虑1000BASE-T信道的非理想特性,设计了性能更好的判决反馈均衡和维特比译码方案。论文在对现有几种均衡解码结构深入研究的基础上,设计了一种预均衡器与流水线判决反馈均衡译码结合的混合式均衡解码结构,其将部分后馈干扰的去除提出判决反馈环路,并采用流水线设计方法和集合切割技术进一步提高速率。该结构相对未编码系统能获取4dB的信噪比增益,能够满足误码率要求。FPGA实现结果表明采用该结构的硬件复杂度为传统全并行结构的一半,且能满足125MHz速率要求,系统使用Verilog语言实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 1000BASE-T千兆以太网概述
• 1.3 1000BASE-T物理层国内外研究现状
• 1.4 本文的内容和结构安排
• 第二章 1000BASE-T物理层概述
• 2.1 1000BASE-T物理层结构和功能概述
• 2.1.1 1000BASE-T发送端
• 2.1.2 1000BASE-T接收端
• 2.2 1000BASE-T传输信道研究
• 2.2.1 1000BASE-T信道分析
• 2.2.2 1000BASE-T信道仿真
• 2.3 1000BASE-T均衡技术
• 2.3.1 线性自适应均衡器
• 2.3.2 判决反馈均衡器
• 2.4 编解码与调制技术
• 2.4.1 网格编码调制技术
• 2.4.2 维特比译码原理
• 2.5 本章小结
• 第三章 1000BASE-T物理层编解码及调制的实现
• 3.1 编码调制的实现
• 3.1.1 扰码器的实现
• 3.1.2 网格编码调制的实现
• 3.1.3 低复杂度符号映射
• 3.2 控制状态机的设计
• 3.2.1 发送状态机实现
• 3.2.2 接收状态机实现
• 3.3 PCS同步
• 3.4 编码调制部分实现结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 1000BASE-T物理层均衡解码结构设计与实现
• 4.1 前置线性均衡器的设计
• 4.1.1 阶数和步长选取
• 4.1.2 字长和精度选取
• 4.1.3 算法设计结果
• 4.2 数据对齐电路设计与实现
• 4.2.1 数据对齐算法
• 4.2.2 数据对齐结构设计
• 4.3 传统均衡解码器结构
• 4.3.1 串联式均衡与译码
• 4.3.2 并行判决反馈译码
• 4.3.3 传统结构均衡解码器性能分析
• 4.4 改进型均衡解码器设计与实现
• 4.4.1 改进型均衡解码器设计
• 4.4.2 改进型均衡解码器实现
• 4.5 系统联合仿真与实现
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.1.1 全文内容总结
• 5.1.2 设计经验总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果