YD/T 1947-2009
基本信息
标准号： YD/T 1947-2009
中文名称：基于 2D-PAM3 和 4D-PAM5 编码方法的距离增强型以太网物理层技术要求
标准类别：通信行业标准(YD)
标准状态：现行
出版语种：简体中文
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下载大小：2489230
标准分类号
关联标准
出版信息
相关单位信息
标准简介
YD/T 1947-2009.Technical Requirement of Physical Layer for Extended Reach Ethernet based on 2D-PAM3 and 4D-PAM5.
1范围
YD/T 1947规定了基于2D-PAM3和4D-PAM5编码方法的距离增强型以太网物理层接口的技术要求，包括功能要求、性能指标、电气特性、机械特性和环境要求等。
YD/T 1947仅适用于在1对或2对三类/五类双绞线上，采用2D-PAM3编码方法;在4对五类双绞线上，采用4D-PAM5编码方法，以10Mbit/s/100Mbit/s速率传输数据的距离增强型以太网接口。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准。然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
ANSIT1.417-2003环路传输系统的频谱管理
EN 61000-4-3-2002电磁兼容性(EMC)第4部分:试验和测量技术第3节:辐射，辐射频率和电磁场抗扰试验
EN 61000-4-6-2001电磁兼容性(EMC)第4~6部分:试验和测量技术射频场引起的抗来自电源的干扰
FCC Docket 20780-1980 (Part15) 计算设备的技术标准第15部分:重新界定和澄清了限制辐射设备以及低功率通信设备的管理规则
IEC 60060-1994高压测试技术
EC 60603-7-4- 2005电子设备连接器第4~7部分:数据传输频率250 MHz及以下的无屏蔽、活动和固定式8路连接器的详细规范
1范围
YD/T 1947规定了基于2D-PAM3和4D-PAM5编码方法的距离增强型以太网物理层接口的技术要求，包括功能要求、性能指标、电气特性、机械特性和环境要求等。
YD/T 1947仅适用于在1对或2对三类/五类双绞线上，采用2D-PAM3编码方法;在4对五类双绞线上，采用4D-PAM5编码方法，以10Mbit/s/100Mbit/s速率传输数据的距离增强型以太网接口。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准。然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
ANSIT1.417-2003环路传输系统的频谱管理
EN 61000-4-3-2002电磁兼容性(EMC)第4部分:试验和测量技术第3节:辐射，辐射频率和电磁场抗扰试验
EN 61000-4-6-2001电磁兼容性(EMC)第4~6部分:试验和测量技术射频场引起的抗来自电源的干扰
FCC Docket 20780-1980 (Part15) 计算设备的技术标准第15部分:重新界定和澄清了限制辐射设备以及低功率通信设备的管理规则
IEC 60060-1994高压测试技术
EC 60603-7-4- 2005电子设备连接器第4~7部分:数据传输频率250 MHz及以下的无屏蔽、活动和固定式8路连接器的详细规范
标准图片预览
标准内容
ICS35.100.10
中华人民共和国通信行业标准
YD/T 1947-2009
基于2D-PAM3和4D-PAM5编码方法的距离增强型以太网物理层技术要求Technical Requirement of Physical Layer for Extended Reach Ethernetbasedon2D-PAM3and4D-PAM5
2009-06-15 发布
2009-09-01实施
中华人民共和国工业和信息化部发布前言
1范围·
2规范性引用文件·
3缩略语·
4物理层总体要求
5物理编码子层（PhysicalCodingSublayer）次
6物理介质连接子层（PhysicalMediumAttachmentSubiayer）7管理功能与链路协商功能
8 PMA电气特性
9链路特性
10介质相关接口（MDI）规范
11环境要求．…
附录A（规范性附录）LDS管理寄存器定义·附录B（规范性附录）发送器失真测试峰谱畸变指标测试中算法代码TKAONTKACa
YD/T 1947-2009
YD/T1947-2009
本标准在制定过程参考了IEEESLd802.3-2002的内容组织结构，测试方法等。标准的有些内容直接引用EEE802.3-2002，如：MI接口、TDI接口、一些状态图变量定义、RJ45连接器的触点分布等，特别是4D-PAM5编码方法基本等同于IEEEStd802.3-2002中的第40章。同时通过链路协商保持了与现有IEEE以太网标准的兼容。
本标准的附录A和附录B均为规范性附录。本标准由中国通信标准协会提出并归口。本标准由工业利信息化部电信研究院、杭州华三通信技术有限公司负责起草，华为技术有限公司参加起草。
本标推主要起草人：卜哲、王明辉、于洋、魏初舜本标准为首次发布。
1范围
基干2D-PAM3和4D-PAM5编码方法的距离增强型以太网物理层技术要求YD/T 1947-2009
本标准规定了基于2D-PAM3和14D-PAM5编码方法的距离增强型以太网物理层接口的技术要求，包括功能要求、性能指标、电气特性、机械特性和环境要求等。本标谁仅适用于准1对或2对三类/五类双绞线上，采用2D-PAM3编码方法；在4对五类双绞线上，采用4D-PAM5编码方法，以10Mbit/s/100Mbit/s速率传输数据的距离增强型以太网接口。2规范性引用文件
下列文件的条款通过本标推的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内穿）或修订版均不适用下本标准。然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。ANSI T1.417-2003
EN 61000-4-3-2002
EN 6J000-4-6-2001
环路传输系统的频谱管埋
电磁兼容性（EMC）第4部分：试验和量技术第3节：辐射，辐射频率和电磁场抗扰试验
电磁兼容性（FMC）第4~6部分：试验和测量技术射频场引起的抗来自电源的下扰
FCCDocket20780-1980（Part15）计算设备的技术标准第15部分：重新界定和澄清了限制辐射设备以及低功率通信设备的管理规则JEC 60060-1994
TEC 60603-7-4-2005
TEC 60950-1-2001
IEC/CISPR 22-2006
IEEE Stl 802.3-2002
ISO/IEC 11801-2002
3缩略语
高压测试技术
电子设备连接器第4~7部分：数据传输频率250MHz及以下的无屏蔽、活动和固定式8路连接器的详细规范信息技术设备的安企性第1部分：一般要求信息技术设备射频强扰特性限值和测鼠方法带碰撞检测的载波监听多重访问方式及物理层定义信息技术用户建筑群的通用布缆下列缩略语适用于本标准。
Bit Error Radio
End of Stream Delimiter
Fast Link Pulse
Gigahit Media Independent InterfaceLink Discover Signalling
LinearFecdback Shift RegisterLogical Link Control
TIKAONiKa-
比特错误率
数据流结束标示符
快速连接脉冲
千兆比特介质无关接口
链路发现信令
线性反馈位移寄存器
辑链路控制
YD/T 1947-2009
Long Reach Ethernet
Media Access Control
Medium Dependent Interface
Medjum Independent InterfaceNear-End Crosstalk
Pulse Amplitude Modulalion
Physical Coding Suhlayer
Physical Layer
Physical Medium Attachment
Physical Medium Dependent
Power Spectral Density
Ront Mean Square
Start Frame Delimiter
Start of Stream Delimiter
物理层总体要求
在OSI分层参考模型中的位置
长距离以太网
介质访问控制
介质相关接口
介质无关接口
近端串扰
脉冲幅度调制
物理编码了层
物理层
物理介质连接了层
物理介质相关子层
功率谱密度
均方根
顿开始定界符
数据流开始标示符
距离增强型以太网物理层位于OSI参考模型的最底层，实现设备之间的物理接口。它为建立、维护和释放数据链路实体之间的二进制比特传输的物理连接提供机械的、电气的、功能的和规程的特性。其功能包括建立、维护和拆除物理电路，实现物理层比特（bit）流的透明传输等。物理层包括3个功能层和2个层接口。2个层接口为物理介质无关层接口（MI）和物理介质相关层接口（MDI），在MII的上层是逻辑数据链路层，而MDI的下层则直接与传输介质相连，如图1所示。OSI分屋
整考模型
应用层
表示层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
史高层
LLC层
MAC控制层（可选）
MAC层
适配层
MEDILM
图1距离增强型以太网物理层与OSI参考模型的关系2
4.2总体要求
4.2.1概述
YD/T 1947-2009
本标准规定了两种不同的距离增强型以太网物理层接口，一种采用3B2T变换编码与2D-PAM3线路编码方法：在:1对/2对双绞线基带介质上，以10Mbit/s/100Mbit/s速率传输。另种采用8B1Q4变换编码与4D-PAM5线路编码方法，在4对双绞线基带介质上，以100Mbit/s速率传输。这两种物理层接口应支持CSMA/CD的MAC层，符合介质无关接口（MI）要求，支持链路协商，支持企双工模式，传输的误码率（BER）应小于10，传输距离达500m。这两种物理层接在每一对双绞线上都应使用混合器（hybtil）与抵消器（canceller）来实现信号的全双工基带传输，如图2所示。在多对双绞线的情况下，分别采用二维三级信号向量或四维五级信号向量的方式同时收发信号。物理层接口应采用连续信号方式，当没有数据发送时，就传送空闲（IDLE）信号，该信号传递了本地物理层的可靠性信息，有利于对端设备同步其接收解扰器。1对效绞线 采用PAM-3
2对效较线采用PAM-3
HY8RID
4对效绞线采用4D-PAN5
TYBRID
图2不同线对的拓扑情况
HY日R
FYBRID
这两种物理层接口应可以配置成Master或Stave两种模式，链路两侧的inasler-slave关系通过链路发现（LSD）过程建立。作为Mastcr的方应使用本地时钟来进行数据发送，作为Slave的一方应从接收信号中恢复时钟，并将它作为发送数搭的时钟。PCS子层与PMA子层将在以下各节详细描述，图3所示是物理层的整体功能示意。4.2.2适配子层（ReconciliationRs）和介质无关接口（MediumIndependentinterfaceMll）介质无关接口（MI）提供MAC-层与物理层（PHY）之间，站管理实体与物理层（PHY）之间的接口。它以4比特（nibble）为单位，可以提供10Mbit/s和100Mbit/s的数据传输速率。适配子层则提供了MII与MAC子层的信号唤射关系。
4.2.3物理编码子层（Physical Coding Sublayer PCs）距离增强型以太网物理编码子层连接介质无关接口（MII）与物理介质连接子层（PMA），其功能主要是产生要发送的连续码组（code-group），并处理收到的码组。这种从数据比特到码组的转换分别称为3
TKAONiKca-
YD/T1947-2009
2D-PAM3或4D-PAM5，即二维三级脉冲幅度调制技术或四维五级脉冲幅度调制技术。前者将3个比特转换为2个3级符号，后者将8个比特转换为4个5级符号。技术相关接口
TXD<3:0>
TX CLK
RX_CLK
RXD<3:0>
PCS发送
PCS数据传
输使能
FCS载波
介质无关接口此内容来自标准下载网
PMA_UNITDATAroqueat
(tx_symb_vectar)
tx_moda
aonfig
link_otatus
rem_Favr_stalu
0o_ravt_ate
scr Btaiug
PMA ENITDATA.indicate
(rx_aymb_veclur)
PMA服务接口
图3物理层功能框示意
PMA发送
PHA接收
(ooa\yu
eeapupyn
BI A +
BI DA -
BI_DB +
received_clock
时钟恢复
介质相关接口
在开始发送每-顿时，M设置TX_EN=TRUE，PCS应在恢前捕入表示数据流初始标示符（start-of-streamdelimiter）的码组：在每一恢结束时，MI设臂TXEN=FALSE，PCS应在顿后插入表示数据流结束标示符（end-of-streamdelimiter）的码组。顿与帧之间，应将发送一个特殊码组子集中的符号称为空闲模式（IDLEmode）码组。空闲模式编码蕴含着本地PHY的可靠性信息，可以向远端设备通告本地PHY的工作状态。此外，还有一些特殊的码组用来表示传输错误或其他控制功能。PCS接收功能处理从PMA提供的码组，检测数据帧的初始标示符和结束标示符，解码并解扰，将码组符号转换为4比特（nibble）数韬传送给MII，这种从码组到4比特（nibble）数据的转换，分别称为3B1T2或8B1Q4。PCS接收功能还从接收序列中检测错误并通告给M1l。此外，Pcs还包含载波监听（carriersense）功能以及一个管理接[]。PCS功能和状态图见图5，MII的定义描述见IEEEstd802.3-2003中第22章。4
4.2.4物理介质连接子层（PhysicalMediumAttachmentSublayer PMA）YD/T 1947-2009
物理介质连接子层将PMA服务接口的消息映射到双绞线物理介质上，并提供链路管理和PHY控制功能。PMA可以支持数据在每一个双绞线对上的全双工传输。PMA发送功能应在每：个双绞线对上包含一个独立.的发送器（transmitter），接收功能应在每一个双绞线对上包含一个独立的接收器（receiver）。接收功能应获取时钟，并将接收的码组通过PMA_UINTDATA.indicate消息传送给PCS了层。此外，PMA还可以包括链路监控功能（inkmonitar）PMA的PHY控制功能应产生PCS和PMA子层的控制信号，它在链路协商完成时开始，并启动正常的数据传输操作。PHY控制功能应决定PHY是工作在正常状态（normalstate）下，使能链路上的数据传输，还是在链路一端PHYT作不可靠时发送空闲模式（idle mode）码组。PMA功能与状态图在第6章十捕述，电气特性在第8章中描述。4.2.5各物理子层间接口（Inter-sublayer Interfaces）所有的实现都应与MDI兼容，在满足MDI与MII（如果实现了MI）的前提下，设计者可以自由实现PCS与PMA的电路。实际上当PHY使用在单端口或多端口设备_上时，MI也是可选的。4.2.6标准中的些约定
本标准包含了状态图以及变量、常量和函数的定义。在两者发生冲突的情况下，应以状态图为准。状态图中所使用的各种记号和标记遵照IEEEstd802.3-2002中1,2的规定。4.3服务原语与服务接口
4.3.1服务原语与服务接口概述
距离增强型以太网物理层通过以下4个服务接口传送数据和控制信息：（1）介质无关接口（MII），邯EEStd802.3-2002中第22章定义；（2）PMA服务接口，在下面4.3.3中定义：（3）介质相关接口（MDI）；
（4）技术相关接口（TDI），正EEStd802.3-2002中第28章定义。4.a.2技术相关接口（Technofogy-Dependent Interface）4.3.2.1技术相关接口概述
使用如下两个原语在链路协商与PMA之间交换状态和控制信息：(1) PMA_LINK.request (link-control) :(2）PMA_LINK.indicate（link-status）。4.3.2.2PMA_LINK.request
链路协商算法应使用该原语使能或禁止PMA操作。其语义如下：(1）PMA_LINK.request （link-control），其中link-control参数可以取值SCAN_FOR_CARRIER、DISABLE或ENABLE：
（2）SCAN_FOR_CARRIER，应在链路协商接收到连接信号之前使用，这种模式下，PMA应通告link_status=FALSE，并禁PHY操作：（3）DISABLE，在链路协商检测到连接信号时设置，这种模式下，应禁止PHY操作，但允许链路协商功能确定如何配置链路：
（4）ENABLE，口协商应将控制转到PHY，开始正常数据传输过程。5
AoNiKAca-
YD/T 1947-2009
4.3.2.3PMA LINK.indicate
PMA应使用该原语向PCS、PMAPHY控制功能以及链路协商算法指示下面物理介质的状态变化。其语义如下：
（1）PMA_LINK.indicate（link-status），其中link-status参数可以取值FAIL、READY或OK；（2）FAIⅡL，表示还没有建立起有效的链路：（3）READY，表示链路监控功能指示链路是完整的，准备建立链路：（4）OK，表示链路监控功能指示已经建立有效链路，有可能从远端PHY接收可靠信号：（5）PMA，应按照图19所示的连续生成该原语，指示链路状态。4.3.3PMA服务接口
4.3.3.1PMA服务接口概述
可以使用如下原语在服务接口交换符号向量、状态指示和控制信息：(1) PMA TXMODE.indicate (tx_mode) :(2）PMA_CONFIG.indicate（canfig）;（3）PMA_UNITDATA.request（x_symb_vector）：（4）PMA_UNITDATA.indicate（rx_symb_vector）(5）PMA_SCRSTATUS.request（scr.status）:(6) PMA_RXSTATUS.indicate (loc_rcvr_status) :(7) PMA.REMRXSTATUS.request (rem_fcvr_stalus) 图4说明了上述原语的使用方式。技术相关接口
TXD
介质无关接口
管理功能
PMA TXMODE ndkata
PMA_CONFIG.ndkcate
PMA LITDATA indicate
PMA UNETDATA,rOUOS
PMA RXSTATUS.IkcaR6
PMA REMRXSTATUS.[Ous
PMA SCRSTATUS.requet
PMA_RESETindicate
PHA服务接口
图4物理层服务接口
wanbal NN d
aruin17 Yhd
BI_DA+
BL D +
BI DB -
BIDO +
介质相关接口
4.3.3.2 PMA_TXMODE.indicate
YD/T 1947-2009
PMAPHY控制功能应使用该原语连续产生PMATXMODE.indicate消息，指示PCS需要发送什么样的码组序列，其语义为
PMA_TXMODE.indicate (tx_mode).其中tx_mode参数可以取以下3种值：（1）SEND_N，指示PCS可以进行正常的数据发送：（2）SEND_I，PCS只能发送空闲模式下的码组序列；（3）SEND_Z，PCS只能发送零序列。4.3.3.3PMA_CONFIG.indicate
在自协商过程完成PHY的MASTER-SLAVE配置之后，PMA应使用该原语连续产生PMA_CONFIG.indicate消息，指示PCS当前PHY的工作模式。其语义为：PMA_CONFIG.indicate (config）。其中config参数可以取以下两个值之一（1）MASTER，表示PHY工作在MASTER模式下：(2）SLAVE，表示PHY工作在SLAVE模式下。MASTERISLAVE模式与PCS和PMA时钟恢复功能有密切关系。4.3.3.4 PMA_UNITDATA.requestPCS发送功能应使用该原评，将变换得到的码组以tx_syrnbol_vector参数的形式传递给PMA。其语义如下：
PMA_UNFIDATA.request (tx_symb_vector)在发送过程中，参数tx_symb_vectar所代表的符号，在多个发送双绞线对上同时传输。其中tx_symb_vector参数可以取以下两种形式：（1）SYMB_2D表示三级符号的二维间尾，可以在一个或两个双绞线对上同时发送。每一个三级符号可以取值-1、0或1，在基于2D-PAM3线路编码的情说使用（2）SYMB_4D表示五级衍号的四维向量，可以在线对BI_DA、BI DB、BIDC、BI DD上同时发送。每一个五级符号可以取值一2、一1、0、1、+1或+2，在基于4D-PAM5线路编码的情况使用。PCS在每个时钟发送周期，应同步产生一·个PMA_UNTTDATA.request消息，PMA接收之后应将与衍号对应的信号发送到MDI上去。4.3.3.5PMA_UNITDATA.indicatePMA应使用该原语，将从介质上接收到的码组以rx_symbol_vector参数的形式传递给PCS。其语义如下：
PMA_UNITDATA.indicate (rx_symb_vector) :在接收过程中，把多个接收双绞线对上得到的符号，以参数r_symb_vector的形式传递给PCS。其中Ix_symb_vcctor参数可以取以下两种形式，（1）SYMB_2D表示·一个三级符号的一维向量，在一个或两个双绞线对上同时接收。每一个三级符号可以取值一1、0或1。在基丁2D-PAM3线路编码的情况使用。-TIKAONIKAca
YD/T1947-2009
（2）SYMB_4D表示一个力级符号的四维向量，在线对BIDA、BIDB、BIDC、BI_DD上同时接收。每一个五级符号可以取值一2、一1、0、1、+1或+2。在基于4D-PAM5线路编码的情况使用。PMA接收功能应从接收信号中恢复时钟：每一个时钟周期，在从MDI接收信号的同时，应同步产生个PMA_UNITDATA.indicate消息传送给PCS.4.3.3.6 PMA_SCRSTATUS.requestPCS接收功能应使用该原语来传递本地PHY解扰器的问步状态，参数scr_status表示本地解扰器的状态。其语义如下：
PMA_SCRSTATUS.request(scr_status）其中sct_status参数可以取以下两种形式：（1）OK，表示本地解扰器已经达到同步状态；（2）NOT_OK，表示本地解扰器还没有同步。4.3.3.7PMA_RXSTATUS.indicatePMA接收功能应根据从MDI接收的信号，使用该原语米指示本地PHY接收链路的状态情况。其中参数loc_rcvr_status传递了整个接收链路状态好坏的信息。loc_revr_status的判别标准由实现者白行规定。该原语的语义如下：
PMA_RXSTATUS.indicate (loc_rcvr_status) .其中loc_rcvr_stalus参数可以取以下两种形式：（1）OK表示本地PHY的接收链路是可靠的：（2）NOT_OK表示本地PHY的接收链路不可靠。4.3.3.8 PMA REMRXSTATUS.requestPCS接收功能应使用该原语来指示远端PHY接收链路的状态情况。其中参数rem_rcvr_status向PMA的PHY控制功能传递了远端PHY的而靠性信息。rcm_cvr_status的判别标准出实现者自行规定。该原语的语义如下：
PMA_REMRXSTATUS.request (rem_revr_status）。其中rem_rcvr_status参数可以取以下两种形式：（1）OK表示远端PHY的接收链路是可靠的：（2）NOT_OK表示远端PHY的接收链路不可靠。4.3.3.9PMA_RESET.indicate
当允许复位时，PMA应使用该原语通知PCS复位。PMA_RESETindicate原语可以取以下两个值：（1）TRUE使能复位功能时：
（2）FALSE禁止复位功能时。
5物理编码子层（PhysicalCodingSublayer）5.t基于2D-PAM3编码物理层接口的物理编码子层PCS应包括·个复位功能和四个问步、异步操作功能，这几个操作功能分别是PCS传送使能功能、PCS发送功能、PCS载波监听和IPCS接收功能。这些操作功能应在PCS成功复位后立即开始工作。PCS参考图如图5所示，显示了上述操作功能与jPCS-PMA接口消息的相互关系。B
I_CLR
TXE<3:0
RX_CLK
RXD-3:0> 4
介质无关接口
5.1.1 PCS功能
5.1.1.1PCS复位功能
PCS发送
PCS传输
PCS裁波
receiving
YD/T1947-2009
tr_made
PMA_UNFTDATA.roquost (tx_aymb_vecdor)tx_enable
Hink_stariua
koo_ ncuF_ s+tut
rem_rcv_tatua
config
PCs接收
PCS子局
PMA_UNITDATA.indicate (trx_symb_vexdor)ecr_status
图5PCS参考图
在满足下列条件之一时，应执行PCS复位功能：(1）t电：
（2）接收到管理实体的复位需求。+
介质相关接口
此时，PCs复位功能应设置pcs_resct=ON，并初始化PCS所有操作功能。5.1.1.2PCS数据传输使能功能
PCS数据传输使能功能产生tx_enable和tx_error信号，指示Pcs发送功能进行数据编码。该过程涉及对tx_mode、TX_ER、TX_EN、TXD<3:0>进行逻辑操作，如图13所示，相关的状态变量在5.1.2中定义。5.1.1.3PCS发送功能
5.1.1.3.1PCS发送功能概述
PCS发送功能状态图如图14所示。从MI接收的数据以4比特（nibble）为单位，首先做4B3B转换，变为以3比特为单位的数据：经过旁流扰码，最后映射为三级符号的二维向量。在每一个符号周期，PCS发送功能应产生一个码组（An、Bn），并通过原语PMA_UNITDATA.request传递给PMA。PMA应把符号An、Bn分别在双绞线对BI_DA、BI_DB上发送。这里整数n作为时间索引，表示不同符号周期的时间次序。当tx_enable=TRUE时，PCS应将前导码前9个比特对应的3个符号向量用数据流初始标示符（SSD）码组代替：并对随后的3比特数据流进行编9
-TIKAMIKAca-
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中华人民共和国通信行业标准
YD/T 1947-2009
基于2D-PAM3和4D-PAM5编码方法的距离增强型以太网物理层技术要求Technical Requirement of Physical Layer for Extended Reach Ethernetbasedon2D-PAM3and4D-PAM5
2009-06-15 发布
2009-09-01实施
中华人民共和国工业和信息化部发布前言
1范围·
2规范性引用文件·
3缩略语·
4物理层总体要求
5物理编码子层（PhysicalCodingSublayer）次
6物理介质连接子层（PhysicalMediumAttachmentSubiayer）7管理功能与链路协商功能
8 PMA电气特性
9链路特性
10介质相关接口（MDI）规范
11环境要求．…
附录A（规范性附录）LDS管理寄存器定义·附录B（规范性附录）发送器失真测试峰谱畸变指标测试中算法代码TKAONTKACa
YD/T 1947-2009
YD/T1947-2009
本标准在制定过程参考了IEEESLd802.3-2002的内容组织结构，测试方法等。标准的有些内容直接引用EEE802.3-2002，如：MI接口、TDI接口、一些状态图变量定义、RJ45连接器的触点分布等，特别是4D-PAM5编码方法基本等同于IEEEStd802.3-2002中的第40章。同时通过链路协商保持了与现有IEEE以太网标准的兼容。
本标准的附录A和附录B均为规范性附录。本标准由中国通信标准协会提出并归口。本标准由工业利信息化部电信研究院、杭州华三通信技术有限公司负责起草，华为技术有限公司参加起草。
本标推主要起草人：卜哲、王明辉、于洋、魏初舜本标准为首次发布。
1范围
基干2D-PAM3和4D-PAM5编码方法的距离增强型以太网物理层技术要求YD/T 1947-2009
本标准规定了基于2D-PAM3和14D-PAM5编码方法的距离增强型以太网物理层接口的技术要求，包括功能要求、性能指标、电气特性、机械特性和环境要求等。本标谁仅适用于准1对或2对三类/五类双绞线上，采用2D-PAM3编码方法；在4对五类双绞线上，采用4D-PAM5编码方法，以10Mbit/s/100Mbit/s速率传输数据的距离增强型以太网接口。2规范性引用文件
下列文件的条款通过本标推的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内穿）或修订版均不适用下本标准。然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。ANSI T1.417-2003
EN 61000-4-3-2002
EN 6J000-4-6-2001
环路传输系统的频谱管埋
电磁兼容性（EMC）第4部分：试验和量技术第3节：辐射，辐射频率和电磁场抗扰试验
电磁兼容性（FMC）第4~6部分：试验和测量技术射频场引起的抗来自电源的下扰
FCCDocket20780-1980（Part15）计算设备的技术标准第15部分：重新界定和澄清了限制辐射设备以及低功率通信设备的管理规则JEC 60060-1994
TEC 60603-7-4-2005
TEC 60950-1-2001
IEC/CISPR 22-2006
IEEE Stl 802.3-2002
ISO/IEC 11801-2002
3缩略语
高压测试技术
电子设备连接器第4~7部分：数据传输频率250MHz及以下的无屏蔽、活动和固定式8路连接器的详细规范信息技术设备的安企性第1部分：一般要求信息技术设备射频强扰特性限值和测鼠方法带碰撞检测的载波监听多重访问方式及物理层定义信息技术用户建筑群的通用布缆下列缩略语适用于本标准。
Bit Error Radio
End of Stream Delimiter
Fast Link Pulse
Gigahit Media Independent InterfaceLink Discover Signalling
LinearFecdback Shift RegisterLogical Link Control
TIKAONiKa-
比特错误率
数据流结束标示符
快速连接脉冲
千兆比特介质无关接口
链路发现信令
线性反馈位移寄存器
辑链路控制
YD/T 1947-2009
Long Reach Ethernet
Media Access Control
Medium Dependent Interface
Medjum Independent InterfaceNear-End Crosstalk
Pulse Amplitude Modulalion
Physical Coding Suhlayer
Physical Layer
Physical Medium Attachment
Physical Medium Dependent
Power Spectral Density
Ront Mean Square
Start Frame Delimiter
Start of Stream Delimiter
物理层总体要求
在OSI分层参考模型中的位置
长距离以太网
介质访问控制
介质相关接口
介质无关接口
近端串扰
脉冲幅度调制
物理编码了层
物理层
物理介质连接了层
物理介质相关子层
功率谱密度
均方根
顿开始定界符
数据流开始标示符
距离增强型以太网物理层位于OSI参考模型的最底层，实现设备之间的物理接口。它为建立、维护和释放数据链路实体之间的二进制比特传输的物理连接提供机械的、电气的、功能的和规程的特性。其功能包括建立、维护和拆除物理电路，实现物理层比特（bit）流的透明传输等。物理层包括3个功能层和2个层接口。2个层接口为物理介质无关层接口（MI）和物理介质相关层接口（MDI），在MII的上层是逻辑数据链路层，而MDI的下层则直接与传输介质相连，如图1所示。OSI分屋
整考模型
应用层
表示层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
史高层
LLC层
MAC控制层（可选）
MAC层
适配层
MEDILM
图1距离增强型以太网物理层与OSI参考模型的关系2
4.2总体要求
4.2.1概述
YD/T 1947-2009
本标准规定了两种不同的距离增强型以太网物理层接口，一种采用3B2T变换编码与2D-PAM3线路编码方法：在:1对/2对双绞线基带介质上，以10Mbit/s/100Mbit/s速率传输。另种采用8B1Q4变换编码与4D-PAM5线路编码方法，在4对双绞线基带介质上，以100Mbit/s速率传输。这两种物理层接口应支持CSMA/CD的MAC层，符合介质无关接口（MI）要求，支持链路协商，支持企双工模式，传输的误码率（BER）应小于10，传输距离达500m。这两种物理层接在每一对双绞线上都应使用混合器（hybtil）与抵消器（canceller）来实现信号的全双工基带传输，如图2所示。在多对双绞线的情况下，分别采用二维三级信号向量或四维五级信号向量的方式同时收发信号。物理层接口应采用连续信号方式，当没有数据发送时，就传送空闲（IDLE）信号，该信号传递了本地物理层的可靠性信息，有利于对端设备同步其接收解扰器。1对效绞线 采用PAM-3
2对效较线采用PAM-3
HY8RID
4对效绞线采用4D-PAN5
TYBRID
图2不同线对的拓扑情况
HY日R
FYBRID
这两种物理层接口应可以配置成Master或Stave两种模式，链路两侧的inasler-slave关系通过链路发现（LSD）过程建立。作为Mastcr的方应使用本地时钟来进行数据发送，作为Slave的一方应从接收信号中恢复时钟，并将它作为发送数搭的时钟。PCS子层与PMA子层将在以下各节详细描述，图3所示是物理层的整体功能示意。4.2.2适配子层（ReconciliationRs）和介质无关接口（MediumIndependentinterfaceMll）介质无关接口（MI）提供MAC-层与物理层（PHY）之间，站管理实体与物理层（PHY）之间的接口。它以4比特（nibble）为单位，可以提供10Mbit/s和100Mbit/s的数据传输速率。适配子层则提供了MII与MAC子层的信号唤射关系。
4.2.3物理编码子层（Physical Coding Sublayer PCs）距离增强型以太网物理编码子层连接介质无关接口（MII）与物理介质连接子层（PMA），其功能主要是产生要发送的连续码组（code-group），并处理收到的码组。这种从数据比特到码组的转换分别称为3
TKAONiKca-
YD/T1947-2009
2D-PAM3或4D-PAM5，即二维三级脉冲幅度调制技术或四维五级脉冲幅度调制技术。前者将3个比特转换为2个3级符号，后者将8个比特转换为4个5级符号。技术相关接口
TXD<3:0>
TX CLK
RX_CLK
RXD<3:0>
PCS发送
PCS数据传
输使能
FCS载波
介质无关接口此内容来自标准下载网
PMA_UNITDATAroqueat
(tx_symb_vectar)
tx_moda
aonfig
link_otatus
rem_Favr_stalu
0o_ravt_ate
scr Btaiug
PMA ENITDATA.indicate
(rx_aymb_veclur)
PMA服务接口
图3物理层功能框示意
PMA发送
PHA接收
(ooa\yu
eeapupyn
BI A +
BI DA -
BI_DB +
received_clock
时钟恢复
介质相关接口
在开始发送每-顿时，M设置TX_EN=TRUE，PCS应在恢前捕入表示数据流初始标示符（start-of-streamdelimiter）的码组：在每一恢结束时，MI设臂TXEN=FALSE，PCS应在顿后插入表示数据流结束标示符（end-of-streamdelimiter）的码组。顿与帧之间，应将发送一个特殊码组子集中的符号称为空闲模式（IDLEmode）码组。空闲模式编码蕴含着本地PHY的可靠性信息，可以向远端设备通告本地PHY的工作状态。此外，还有一些特殊的码组用来表示传输错误或其他控制功能。PCS接收功能处理从PMA提供的码组，检测数据帧的初始标示符和结束标示符，解码并解扰，将码组符号转换为4比特（nibble）数韬传送给MII，这种从码组到4比特（nibble）数据的转换，分别称为3B1T2或8B1Q4。PCS接收功能还从接收序列中检测错误并通告给M1l。此外，Pcs还包含载波监听（carriersense）功能以及一个管理接[]。PCS功能和状态图见图5，MII的定义描述见IEEEstd802.3-2003中第22章。4
4.2.4物理介质连接子层（PhysicalMediumAttachmentSublayer PMA）YD/T 1947-2009
物理介质连接子层将PMA服务接口的消息映射到双绞线物理介质上，并提供链路管理和PHY控制功能。PMA可以支持数据在每一个双绞线对上的全双工传输。PMA发送功能应在每：个双绞线对上包含一个独立.的发送器（transmitter），接收功能应在每一个双绞线对上包含一个独立的接收器（receiver）。接收功能应获取时钟，并将接收的码组通过PMA_UINTDATA.indicate消息传送给PCS了层。此外，PMA还可以包括链路监控功能（inkmonitar）PMA的PHY控制功能应产生PCS和PMA子层的控制信号，它在链路协商完成时开始，并启动正常的数据传输操作。PHY控制功能应决定PHY是工作在正常状态（normalstate）下，使能链路上的数据传输，还是在链路一端PHYT作不可靠时发送空闲模式（idle mode）码组。PMA功能与状态图在第6章十捕述，电气特性在第8章中描述。4.2.5各物理子层间接口（Inter-sublayer Interfaces）所有的实现都应与MDI兼容，在满足MDI与MII（如果实现了MI）的前提下，设计者可以自由实现PCS与PMA的电路。实际上当PHY使用在单端口或多端口设备_上时，MI也是可选的。4.2.6标准中的些约定
本标准包含了状态图以及变量、常量和函数的定义。在两者发生冲突的情况下，应以状态图为准。状态图中所使用的各种记号和标记遵照IEEEstd802.3-2002中1,2的规定。4.3服务原语与服务接口
4.3.1服务原语与服务接口概述
距离增强型以太网物理层通过以下4个服务接口传送数据和控制信息：（1）介质无关接口（MII），邯EEStd802.3-2002中第22章定义；（2）PMA服务接口，在下面4.3.3中定义：（3）介质相关接口（MDI）；
（4）技术相关接口（TDI），正EEStd802.3-2002中第28章定义。4.a.2技术相关接口（Technofogy-Dependent Interface）4.3.2.1技术相关接口概述
使用如下两个原语在链路协商与PMA之间交换状态和控制信息：(1) PMA_LINK.request (link-control) :(2）PMA_LINK.indicate（link-status）。4.3.2.2PMA_LINK.request
链路协商算法应使用该原语使能或禁止PMA操作。其语义如下：(1）PMA_LINK.request （link-control），其中link-control参数可以取值SCAN_FOR_CARRIER、DISABLE或ENABLE：
（2）SCAN_FOR_CARRIER，应在链路协商接收到连接信号之前使用，这种模式下，PMA应通告link_status=FALSE，并禁PHY操作：（3）DISABLE，在链路协商检测到连接信号时设置，这种模式下，应禁止PHY操作，但允许链路协商功能确定如何配置链路：
（4）ENABLE，口协商应将控制转到PHY，开始正常数据传输过程。5
AoNiKAca-
YD/T 1947-2009
4.3.2.3PMA LINK.indicate
PMA应使用该原语向PCS、PMAPHY控制功能以及链路协商算法指示下面物理介质的状态变化。其语义如下：
（1）PMA_LINK.indicate（link-status），其中link-status参数可以取值FAIL、READY或OK；（2）FAIⅡL，表示还没有建立起有效的链路：（3）READY，表示链路监控功能指示链路是完整的，准备建立链路：（4）OK，表示链路监控功能指示已经建立有效链路，有可能从远端PHY接收可靠信号：（5）PMA，应按照图19所示的连续生成该原语，指示链路状态。4.3.3PMA服务接口
4.3.3.1PMA服务接口概述
可以使用如下原语在服务接口交换符号向量、状态指示和控制信息：(1) PMA TXMODE.indicate (tx_mode) :(2）PMA_CONFIG.indicate（canfig）;（3）PMA_UNITDATA.request（x_symb_vector）：（4）PMA_UNITDATA.indicate（rx_symb_vector）(5）PMA_SCRSTATUS.request（scr.status）:(6) PMA_RXSTATUS.indicate (loc_rcvr_status) :(7) PMA.REMRXSTATUS.request (rem_fcvr_stalus) 图4说明了上述原语的使用方式。技术相关接口
TXD
介质无关接口
管理功能
PMA TXMODE ndkata
PMA_CONFIG.ndkcate
PMA LITDATA indicate
PMA UNETDATA,rOUOS
PMA RXSTATUS.IkcaR6
PMA REMRXSTATUS.[Ous
PMA SCRSTATUS.requet
PMA_RESETindicate
PHA服务接口
图4物理层服务接口
wanbal NN d
aruin17 Yhd
BI_DA+
BL D +
BI DB -
BIDO +
介质相关接口
4.3.3.2 PMA_TXMODE.indicate
YD/T 1947-2009
PMAPHY控制功能应使用该原语连续产生PMATXMODE.indicate消息，指示PCS需要发送什么样的码组序列，其语义为
PMA_TXMODE.indicate (tx_mode).其中tx_mode参数可以取以下3种值：（1）SEND_N，指示PCS可以进行正常的数据发送：（2）SEND_I，PCS只能发送空闲模式下的码组序列；（3）SEND_Z，PCS只能发送零序列。4.3.3.3PMA_CONFIG.indicate
在自协商过程完成PHY的MASTER-SLAVE配置之后，PMA应使用该原语连续产生PMA_CONFIG.indicate消息，指示PCS当前PHY的工作模式。其语义为：PMA_CONFIG.indicate (config）。其中config参数可以取以下两个值之一（1）MASTER，表示PHY工作在MASTER模式下：(2）SLAVE，表示PHY工作在SLAVE模式下。MASTERISLAVE模式与PCS和PMA时钟恢复功能有密切关系。4.3.3.4 PMA_UNITDATA.requestPCS发送功能应使用该原评，将变换得到的码组以tx_syrnbol_vector参数的形式传递给PMA。其语义如下：
PMA_UNFIDATA.request (tx_symb_vector)在发送过程中，参数tx_symb_vectar所代表的符号，在多个发送双绞线对上同时传输。其中tx_symb_vector参数可以取以下两种形式：（1）SYMB_2D表示三级符号的二维间尾，可以在一个或两个双绞线对上同时发送。每一个三级符号可以取值-1、0或1，在基于2D-PAM3线路编码的情说使用（2）SYMB_4D表示五级衍号的四维向量，可以在线对BI_DA、BI DB、BIDC、BI DD上同时发送。每一个五级符号可以取值一2、一1、0、1、+1或+2，在基于4D-PAM5线路编码的情况使用。PCS在每个时钟发送周期，应同步产生一·个PMA_UNTTDATA.request消息，PMA接收之后应将与衍号对应的信号发送到MDI上去。4.3.3.5PMA_UNITDATA.indicatePMA应使用该原语，将从介质上接收到的码组以rx_symbol_vector参数的形式传递给PCS。其语义如下：
PMA_UNITDATA.indicate (rx_symb_vector) :在接收过程中，把多个接收双绞线对上得到的符号，以参数r_symb_vector的形式传递给PCS。其中Ix_symb_vcctor参数可以取以下两种形式，（1）SYMB_2D表示·一个三级符号的一维向量，在一个或两个双绞线对上同时接收。每一个三级符号可以取值一1、0或1。在基丁2D-PAM3线路编码的情况使用。-TIKAONIKAca
YD/T1947-2009
（2）SYMB_4D表示一个力级符号的四维向量，在线对BIDA、BIDB、BIDC、BI_DD上同时接收。每一个五级符号可以取值一2、一1、0、1、+1或+2。在基于4D-PAM5线路编码的情况使用。PMA接收功能应从接收信号中恢复时钟：每一个时钟周期，在从MDI接收信号的同时，应同步产生个PMA_UNITDATA.indicate消息传送给PCS.4.3.3.6 PMA_SCRSTATUS.requestPCS接收功能应使用该原语来传递本地PHY解扰器的问步状态，参数scr_status表示本地解扰器的状态。其语义如下：
PMA_SCRSTATUS.request(scr_status）其中sct_status参数可以取以下两种形式：（1）OK，表示本地解扰器已经达到同步状态；（2）NOT_OK，表示本地解扰器还没有同步。4.3.3.7PMA_RXSTATUS.indicatePMA接收功能应根据从MDI接收的信号，使用该原语米指示本地PHY接收链路的状态情况。其中参数loc_rcvr_status传递了整个接收链路状态好坏的信息。loc_revr_status的判别标准由实现者白行规定。该原语的语义如下：
PMA_RXSTATUS.indicate (loc_rcvr_status) .其中loc_rcvr_stalus参数可以取以下两种形式：（1）OK表示本地PHY的接收链路是可靠的：（2）NOT_OK表示本地PHY的接收链路不可靠。4.3.3.8 PMA REMRXSTATUS.requestPCS接收功能应使用该原语来指示远端PHY接收链路的状态情况。其中参数rem_rcvr_status向PMA的PHY控制功能传递了远端PHY的而靠性信息。rcm_cvr_status的判别标准出实现者自行规定。该原语的语义如下：
PMA_REMRXSTATUS.request (rem_revr_status）。其中rem_rcvr_status参数可以取以下两种形式：（1）OK表示远端PHY的接收链路是可靠的：（2）NOT_OK表示远端PHY的接收链路不可靠。4.3.3.9PMA_RESET.indicate
当允许复位时，PMA应使用该原语通知PCS复位。PMA_RESETindicate原语可以取以下两个值：（1）TRUE使能复位功能时：
（2）FALSE禁止复位功能时。
5物理编码子层（PhysicalCodingSublayer）5.t基于2D-PAM3编码物理层接口的物理编码子层PCS应包括·个复位功能和四个问步、异步操作功能，这几个操作功能分别是PCS传送使能功能、PCS发送功能、PCS载波监听和IPCS接收功能。这些操作功能应在PCS成功复位后立即开始工作。PCS参考图如图5所示，显示了上述操作功能与jPCS-PMA接口消息的相互关系。B
I_CLR
TXE<3:0
RX_CLK
RXD-3:0> 4
介质无关接口
5.1.1 PCS功能
5.1.1.1PCS复位功能
PCS发送
PCS传输
PCS裁波
receiving
YD/T1947-2009
tr_made
PMA_UNFTDATA.roquost (tx_aymb_vecdor)tx_enable
Hink_stariua
koo_ ncuF_ s+tut
rem_rcv_tatua
config
PCs接收
PCS子局
PMA_UNITDATA.indicate (trx_symb_vexdor)ecr_status
图5PCS参考图
在满足下列条件之一时，应执行PCS复位功能：(1）t电：
（2）接收到管理实体的复位需求。+
介质相关接口
此时，PCs复位功能应设置pcs_resct=ON，并初始化PCS所有操作功能。5.1.1.2PCS数据传输使能功能
PCS数据传输使能功能产生tx_enable和tx_error信号，指示Pcs发送功能进行数据编码。该过程涉及对tx_mode、TX_ER、TX_EN、TXD<3:0>进行逻辑操作，如图13所示，相关的状态变量在5.1.2中定义。5.1.1.3PCS发送功能
5.1.1.3.1PCS发送功能概述
PCS发送功能状态图如图14所示。从MI接收的数据以4比特（nibble）为单位，首先做4B3B转换，变为以3比特为单位的数据：经过旁流扰码，最后映射为三级符号的二维向量。在每一个符号周期，PCS发送功能应产生一个码组（An、Bn），并通过原语PMA_UNITDATA.request传递给PMA。PMA应把符号An、Bn分别在双绞线对BI_DA、BI_DB上发送。这里整数n作为时间索引，表示不同符号周期的时间次序。当tx_enable=TRUE时，PCS应将前导码前9个比特对应的3个符号向量用数据流初始标示符（SSD）码组代替：并对随后的3比特数据流进行编9
-TIKAMIKAca-
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