[發明專利]一種面向下一代以太網的FEC方案及其解碼器硬件架構

在審

• 申請號: 201910162244.2
• 申請日: 2019-03-04
• 公開（公告）號: CN111654353A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 王中風;嚴增超;李文杰;林軍
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

隨著400G以太網的技術日趨成熟，下一代以太網的研究工作也陸續開展起來，前向糾錯碼(FEC)方案的選取仍然是下一代以太網研究中的一個重要課題。下一代以太網仍然有望采用至少4路光纖的方案實現，為達到高于800Gbps的總吞吐率，FEC解碼器需要在滿足編碼增益的條件下達到200Gbps甚至更高的吞吐率。在保證高吞吐率的同時，盡可能減少解碼器的功耗。本發明公開了一種面向下一代以太網的FEC方案及其解碼器的硬件架構。我們采用Hamming碼作為外碼和RS碼作為內碼的級聯碼方案，外碼采用軟解碼，內碼采用硬解碼。此外，我們還設計了該級聯碼解碼器的硬件架構，經過硬件綜合和分析，該解碼器可以達到200Gbps的吞吐率。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，特別涉及一種面向下一代以太網的高增益FEC方案及其高速低復雜度硬件架構。

背景技術

以太網(ETHERNET)技術由Xerox公司于1973年提出并實現，最初以太網的速率只有2.94Mbp。二十世紀八十年代，以太網成為開始普遍采用的網絡技術，它是采用碰撞檢測的載波偵聽多路訪問(CSMA/CD)介質訪問控制(MAC)機制，并采用電氣和電子工程師協會(IEEE)制訂的802.3LAN標準，管理各個網絡節點設備在網絡總線上發送信息。它是一種世界上應用最廣泛、最為常見的網絡技術，廣泛應用于世界各地的局域網和企業骨干網。

在以太網誕生后的前30年中，產生了從10M-100GE的6種以太網速度：10M、100M、1GE、10GE、40GE、100GE，基本是每10年速率10倍增長的發展趨勢。最近3到5年時間里，以太網新速率開始呈現多維度演進，業界開始對另外新出現的6種速率的以太網感興趣：從2.5GE到400GE，包括2.5GE、5GE、25GE、50GE、200GE、400GE。僅僅在2016年，業界就引入了3種以太網速率(2.5GE、5GE、25GE)，目前標準在進展中的還有3種以太網速率(50GE、200GE、400GE)。

PAM4技術首次應用在以太網中，為未來以太網提供了低成本、大帶寬的可能。對于200GbE和400GbE標準-IEEE 802.3bs-2017^TM的開發過程中，一個關鍵的決定是將電和光學方面的信令都從25Gb/s NRZ信令轉移到50Gb/s PAM4信令。這個決定也影響到了50GbE和100GbE的以太網規范，以及802.3bs標準之外的200GbE和400GbE的物理層解決方案。作為下一代以太網的發展方向，50GE標準業界已經完成802.3cd項目，已經完成標準制定和正式發布；2017年12月6日，IEEE 802.3以太網工作組正式批準了新的IEEE 802.3bs以太網定義標準，包括200G以太網(200GbE)、400G以太網(400GbE)所需要的媒體訪問控制參數、物理層、管理參與。

下一代以太網沿用IEEE 802.3bs/cd邏輯架構，物理編解碼層采用KP4FEC或者更強的FEC，目前已知最新的電氣接口的速度為100GbE，為了達到800GbE或者1TbE的子編碼層吞吐率設計指標，需要8個或者10個lane口并行。這樣的設計對于下一代以太網接口存在嚴重的兼容性問題，并且多個lane口并行也會滋生電氣接口之間的電磁串擾影響。因此，本發明提出一種在滿足下一代以太網編碼增益的條件下，能夠達到200Gbps吞吐率的FEC解碼方案及其高速硬件架構。在單個FEC解碼器可以達到200GbE的電氣速度下，在與上一代以太網保持相同lane口的情況下，即可達到800GbE的速度指標。

本發明設計的一種下一代以太網的前向糾錯碼(FEC)方案為Hamming碼和RS碼的級聯碼方案。在該級聯碼中，(144，136)Hamming碼作為外碼，(544，514)的RS碼作為內碼，外碼采用軟解碼，內碼采用硬解碼。內碼Hamming碼的參數選擇滿足整個級聯碼的overhead約為9％，此外，該參數使得IEEE 802.3bj中的transcoding(TC)方案得以兼容。

發明內容