解析布线系统性能及价格的比较

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本文深入分析了布线系统性能及价格的比较,要遵循市场经济的规律,一旦需要的程度超越了价格/支付能力的藩篱,就形成了购买力。

了解布线系统性能及价格的数据还是比较常用的,于是我们给布线系统性能及价格分别做一个比较,在这里拿出来和大家分享一下,希望对大家有用。

今天,我们无法想像未来15年信息科技发展到何种程度,但有一件事是可以确定的:那就是们对于传输带宽的无止境的追求。摩尔定律在今后30年中仍然有效,即每18个月CPU的处理能力将增加一倍。换句话说,每隔5年我们需要在局域网的传输速率数字后面增加一个零。因此,我们必须不断满足带宽增长的需要。

10/100/1000兆 UTP 局域网连接成本的比较

市场经济的规律是:一旦需要的程度超越了价格/支付能力的藩篱,就形成了购买力。我们将使用这一论点对以太网市场进行深入分析,下面以朗讯科技有限公司的产品为例,分析构建办公室水平布线系统的布线系统性能及价格的关系。目前,全世界共安装了大约8500万套10BASE-T 连接设备。10BASE-T水平布线的总价格为每用户247美元。其中并没有包括计算机、服务器和干线局域网电子设备的价格。100BASE-T水平布线的总价格为每用户363美元。由于使用5类电缆来升级3类电缆,因此布线安装成本上升30%。电子设备的成本从82美元上升到148美元。1000BASE-T水平布线的总价格为每用户1620美元。由于布线系统仅使用超5类电缆(Power Sum)来替代5类电缆,因此布线的成本上升12%。目前大多数的布线系统使用的电缆是与超5类电缆相兼容的。其中,电子设备的成本从148美元上升到1380美元。只有那些有强烈需求的用户才可能追加这样大的投资。我们从数据图中可以看出,电子设备的成本是整个1000BASE-T网络投资的主要成本。

对1000BASE-T 网卡成本的深入分析

朗讯公司的1000BASE-T网卡产品,其主要成本集中在称为物理层芯片(PHY芯片)的地方。造成物理层芯片价格昂贵的原因主要有以下三个:

◆芯片尺寸:在PHY芯片上集成了约100万个晶体管,数量大致与486 CPU相当,如此规模的集成电路的制造成本很高。
◆封装形式:由于芯片工作时产生的热量很高,因此必须使用特殊的陶瓷封装来取代传统的塑料封装。这使得每端口的价格增加了约240美元 。
◆复杂程度:实现1000BASE-T PHY芯片采用的基础 DSP技术非常复杂,世界上只有少数几个生产厂商掌握了该技术。这种情况限制了竞争,从而抬高了产品价格。

1000BASE-T 物理层的实现

在关于如何在4线对UTP电缆上实现1000Mbps传输速率这个问题上,IEEE802.3ab委员会存在许多分歧。经过激烈争论后,委员会最终决定采用一种被称为PAM-5的编码来传输数据。在传输带宽不超过100MHz电缆的每个线对上,这种编码可以很容易地实现250Mbps的传输速率。利用双向双工传输技术,我们可以在每个线对两个方向上实现1000Mbps的传输速率。

1000BASE-T 电缆缺陷及补偿技术

1000BASE-T电缆存在一些需要电子设备容忍或补偿的缺陷,包括衰减、反射损耗、近端串音干扰、远端串音干扰和外部串音干扰等。

衰减:以均衡的形式进行简单补偿

当信号在电缆中传播了一定的距离后,它的幅度要减小。因此,现在所有的局域网电子设备都使用了某种均衡技术来补偿衰减失真,例如设计采用4个标准的补偿设置: 0~25米、 25~50米、 50~75米、 75~100米。这种模拟均衡器可以补偿大多数的衰减失真,剩余失真部分可以使用简单的数字均衡器进行补偿。


反射损耗/回波:需要采用复杂的数字抵消电路

当信号在电缆中传输时,最理想的情况是它只沿着一个方向传输。但实际上,一部分信号将反射回信号的发送端,所以我们必须采取有效的措施来降低反射信号的强度 ,而且
需要对抵消的程度进行控制。因此,回波抵消器需要集成度很高的芯片 (大约集成了30万个晶体管)来实现。


克服近端串音干扰需要复杂的数字抵消电路


近端串音干扰噪声将对每个收信端产生相同的影响,因此,在电缆信道的每一端都需要12个近端串音干扰抵消器。这使得设备的复杂程度又增加了 (大约需要集成20万个晶
体管)。


远端串音干扰和外部串音干扰可忽略不计


在超五类电缆中,我们还应该考虑远端串音干扰和外部串音干扰的影响,对于与超5类电缆兼容的信道来说,这两种类型的噪声可以忽略不计。


小结:布线系统性能及价格的比较
在PHY芯片中,有50%的晶体管是用来克服电缆性能缺陷的,如图2所示,其中最多的晶体管是用于反射损耗和回波抵消电路部分,大约需要100万个,其次是用于近端串音干扰抵
消电路。也就是说,在PHY芯片中,只有 50%的晶体管用于实现4线对的基本PAM-5编码、均衡和延迟补偿等功能。

例子:6类电缆简化设备复杂性
在6类电缆上,我们可以采用许多方式实现千兆传输速率。但采用新方法和未经证明的方法的问题在于:它们需要相当长的设计时间和实现标准化。因此,一种更快的方法是尽可能多地"借用"其他标准。这里我们描述的实现方法就是在广泛"借鉴" 1000BASE-T标准,同时又避免采用复杂数字抵消电路的基础上,依靠具有超出250MHz带宽的改进性能的布线电缆而提出的。

我们将每个线对上的数据传输速率增加一倍,以500Mbps速率传输数据,此时传输频谱范围为0~250 MHz。接收器对于最小抖动产生的高于167MHz的频谱分量可以忽略不计 (频谱效率为3bits/Hz),同时6类电缆本身固有的改良性能能够保证信道满足PSNEXT、 FEXT以及外部串音干扰的要求,因此无须使用复杂的数字抵消电路 ,例如不需要近端串音干扰抵消电路。由于发送和接收线对的数量减少了一半,因此用于编码、均衡和延迟补偿电路的数量也相应减少了,减少的数量根据每线对高速数据传输的要求可能会有所不同,然而PHY芯片的晶体管总数将减少50%以上,因此可以采用结构更简单、率更低的塑封PHY芯片设计,降低成本。所以,尽管6类电缆布线的安装成本增加了40美元,但所采用的电子设备的成本降低了380美元,因此这个系统的成本降低了340美元。


结论
CPU的处理能力保持5年增加一个数量级的发展趋势,客户必须不断升级他们的局域网速度以满足对带宽增长的需要。尽管目前100BASE-TX以太网的布线系统性能及价格指标已经被大多数用户所接受,但1000BASE-T将面临电子设备复杂性,特别是PHY芯片的复杂性所带来的挑战。在超5类电缆布线系统中,用于克服电缆的性能局限性的晶体管数量超过了PHY芯片内晶体管总数的50%,而在6类布线系统中由于可以不使用数字补偿电路,因此大大降低了到桌面的千兆以太网的价格。

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责任编辑:王晓东 来源: 朗讯公司
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