MHz vs Mbits 与编码
- MHz：频率单位，描述电信号。与物理介质相关
- Mbits：数据速率，描述系统的吞吐量（电子、软件和介质）
故事时间
很久很久以前，如果我的调制解调器能可靠地在 4800 bps 速度下运行，我就很高兴了，实际上，如果连接速度达到 9600 或 9.6 kbps，我会欣喜若狂的。现在我使用 56 kbps 调制解调器，似乎运行正常（虽然永远不会达到严格的 56k）。我房间的电话线没有改变，仍然是与以前相同的铜线。信号编码（标准 V.90）结合错误纠正代码和压缩功能实现了更快的数据传输速度，并且提高了可靠性。Cat 5 千兆以太网正在兴起类似的场景。
数字信号编码
第二条线中的 "Man" 表示 "Manchester" 编码，适用于标准以太网。底部的线写着 "Differential Manchester" 编码，它与上一条线非常相似（但如您所见，两者还是有区别的），被令牌环采用。在两个 Manchester 系统中，信号在每个二进制时隙中间都经过从高到低或相反的转换。这个转换可以保证发送方与接收方之间稳定同步。因此，人们有时候会将 10BASE-T 形容为在“行李索”上运行。事实上它的确采用了非常稳定的信号编码技术。但也需要注意的是，与上面的 NRZ 信号相比，Manchester 信号编码每次大约需要两倍的电平变化。因此，在带宽方面，Manchester 编码效率非常低。要传输 10 Mbps，线缆上信号至少要有 10MHz 的带宽。（这是一个绝对最小值。幸运的是，Cat 3 在 16 MHz 以下运行良好。）
很明显，要在双绞线布线上获得更高的数据速率，我们就必须找到同样能稳定同步的其他信号编码系统。此类系统之一就是 4 位- 5 位编码。将每四个位的数据转译成一个 5 位的序列进行传输。五个比特位提供 32 种不同的组合。在这 32 种组合中，只需选择 16（一半）进行数据编码。我们可以选择那些 5 位序列，从而提供最高数量的“转换”，以提高同步质量。例如，00000 和 11111 肯定会被排除在外。
部分其他优势包括：我们可以使用剩余的 16 个代码作为分隔符或空闲模式，如果显示“非法”模式，我们就可检测到线缆错误地传输了一些东西。但数据流增长了 25%。要传输 1 亿位数据，我们需要在线缆上传输 125 个信号，信号电平有效时间为 8 ns。将此信号传输速率的带宽要求纳入其中。信号传输使用“伪三元”编码。这不是三级逻辑信号，相反，我们会为代表逻辑 0 的信号选择 0 伏特。逻辑 1 信号将在 +1V 和 -1V 之间切换。见以下内容。很明显，每单位时间需要转换的信号减少。信号带宽要求也有数学证明。
100BASE-TX 信号编码
我们将对一个四级信号编码进行解释。千兆以太网实际采用 PAM-5，这是一种五级编码模式。第“五”级用于额外的同步，以及错误检测/错误纠正。请注意信号定时为 8 ns，这与我们在快速以太网 4B-5B 编码中遇到的完全相同。
线缆上的信号分五级，从最小到最大的电压摆动仍然是相同的 2V 摆动（从 -1V 到 +1V）。信号电平不再间隔 2V，而是 0.5 V。 这个间隔的直接结果就是，如果一个 0.25V 的噪音尖峰命中线缆，则接收器很可能无法确定传输的是哪个信号电平。这个情况可通过错误检测/错误纠正编码电平缓解。
四级信号编码
这是一个四级编码模式的示例。请记住，它展示的是 1000BASE-T 中使用的信号编码类型。真实的编码系统称为 PAM-5，是一种五级系统。
适用于无噪音通道的奈奎斯特定理
这里需要一些理论。您可能听说过奈奎斯特频率。这里简单介绍一下。Shannons 定律用于根据预期信噪比预测奈奎斯特最小值以上可用的带宽。
信号带宽 R=2Wlog2M 决定的限制
其中 R 是数据传输速率，W 是最高频率，M 是编码级数
示例 1：10BASE-T
这是一种两级编码，所以 M=2，
因此带宽 (W) = R / log22 * 2 ，结果为 10MHz（请注意，10BASE-T 的吞吐量是 20Mbits）
示例 2：1000BASE-T
这是一种四级编码，所以 M=4（第 5 级仅用于同步）
所以带宽 (W) = R / log24 * 2，结果为 62.5MHz (R = 250Mbits/s)
这是理论值，在实际生活中，1000BaseT 的协议所需值较高一些，通常是 80MHz，所以 IEEE 规定所有线对的线缆测试最高 100MHz。
Cat 6 组件和安装系统的传输性能要验证到 250 MHz。使用 ACR 带宽型号，安装系统的正值余量预计与 Cat 5 安装系统（100 MHz）的相似。在 250 MHz，安装系统将有负 ACR 余量。由于考虑到 DSP 技术的持续发展可能会使得传输超出 ACR 带宽，所以 IEEE 一直鼓励测试到 250 MHz。回想一下，这项技术原本是为 100BASE-T2 开发的，但从未实施。1000BASE-T 标准严重依赖于这些 DSP 技术来保证在 Cat 5 上实现可靠的传输。MHz Mbits MHz Mbits MHz Mbits MHz Mbits MHz Mbits MHz Mbits MHz Mbits
One-Gbps 以太网在 IEEE 802.3 委员会内作为 IEEE 802.3z 项目开始开发。但是，很明显 1000BASE-T（100 m，Cat 5）的开发需要付出更多工作，而且相对于光纤和短程 (25 m) 铜缆解决方案而言会有延期。由于千兆以太网会首先在以光纤为主要介质的主干中寻找应用，所以最好是将工作分成两部分，先加速完成光纤解决方案。
所以建立了一个单独的项目 IEEE 802.3ab，具体解决 1000BASE-T 的开发。
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1000BASE-LX（长波长：>1300 nm）
MM 光纤最长 550 m
SM 光纤最长 2,500 m -
1000BASE-SX（短波长：850 nm）
MM 光纤 62.5 m，最长 220 m
MM 光纤 50 m，最长 300 m -
1000BASE-CS
短程铜缆 (25 m)
短程铜缆解决方案使用 (IBM) 三同轴线缆，只用于设备室内的主干应用 -- 连接设备室中的集线器或其他网络电子设备。可以肯定的是，从未将该解决方案作为综合布线解决方案的组成部分。预期这些短距离铜缆将会在工厂按固定长度生产。
这部分 One-Gbps 以太网在 1998 年 6 月获得批准。光纤标准在制定过程中遇到了模态带宽方面的一些会导致多模光纤抖动过量的遗留问题，从而产生了如上所述的关于 MM 光纤最大距离的定义。模态色散及导致的抖动是纤维芯直径和光源波长（及频谱）共同作用的结果。
IEEE 802.3ab 现在完全致力于 Cat 5 双绞线布线中的 One-Gbps 以太网。标准四对线缆中的全部 4 个线对都被使用，且全部 4 个线对上都采用全双工传输。另外还实施了 NEXT 消除技术。此技术最初是为提议的 100BASE-T2 开发的（但从未实施）。后者被定义为快速以太网（100 Mbps 数据速率）Cat 3 双线对解决方案。采用了一种五级编码系统；称为 PAM-5，在下文将对此详细介绍。IEEE 802.3 委员会的最初目标是在 1998 年末完成完整的标准；回波损耗方面的延迟导致了该标准的延迟。但是，该问题在 1999 年 8 月得到解决并达成一致。
IEEE 802.3ab 工作组请求 TIA TR41.8.1 UTP 任务组帮助完成 One-Gbps 在 Cat5 布线系统中运行所需的要求。（请注意，1998 年 12 月该 TIA 小组的名称更改为 TR.42。）
此任务组通过一个“快”车道项目完成此任务，目标是赶上 1000BASE-T 的时间线。两个项目“碰”到了一起。他们通过各种可能的方式不断强调现有的 -- 和当前安装的 -- Cat 5 布线正常应该满足之前未规定的额外要求。因此，TIA 仍将新合规线缆称为 "Cat5"，而不是 "Cat 5e" 或者 "Cat 6" 之类的任何分类。Cat 5 规范使用推荐的性能级别和新测试参数（FEXT 相关测量和回波损耗）进行了修订。这些建议是在通信系统报告 (TSB95) 中指定的。TSB 没有“标准”般的份量；它们只是建议。（TSB67 是例外；它具有和标准一样重的份量。）
我们要说的是，数据传输成功的最终标准是能成功地传输帧。没有位错误（没有 FCS 错误），也没有重新传输。要在数据链接层中实现无错误地传输，物理层发挥着非常关键的作用。物理层的带宽特性必须符合网络中使用的物理信号编码的要求。
(1) 我们需要解释我们在对标准进行讨论时要使用的所有“频率”图的基本规则，特别是要对随 NEXT 和衰减等频率变化的性能参数进行说明。在频域中，我们沿水平轴绘制频率，在垂直轴显示该频率信号相关的“一些东西”。下面的简单示例在左侧展示了纯正弦频率信号随时间的变化。如果假定期限是 1 毫秒，则信号每秒会重复一百万次，或称为一兆赫 (MHz)。在右侧的时域图中，显示的是该信号的幅度。
Fourier 分析开端
(2) 我们有第二个目标。为说明数字信号含有多种频率且传输介质需要为所有目标频率做“足够的工作” -- 由标准定义 -- 打下基础。
最后，这组绘图可用于介绍数字测试技术。Fluke 的 DSP 系列测试仪可发送含有多种频率的脉冲。
添加两个正弦信号以获得左侧图中显示的时域信号。我们在前一张幻灯片中的 1 MHz 信号中添加了一个 3 MHz 振幅为 1 MHz 信号的 1/3 的信号。上面的频域图显示了两个频率各有自己的幅值。
我们现在一共添加了 4 个信号。频率较高的信号称为谐频，振幅依次减小：1/3、1/5、1/7 等.. 您可看到时域图接近数字信号，即两个完全不同的电压水平。
最后，我们准备将整体调整到另一个方向。理论上讲，我们是在发射时域图中显示的数字信号，这是一个完美的方波。频域显示此类数字信号含有多个频率。实际上，包含介于 0 和某个上限值之间的所有频率。对于二级数字信号，该上限值是与数据速率相等的频率。
示例：使用 ATM 155 的 NRZ 编码时，此 null 点位于 155 MHz 处。我们难道不应该测试到 155 MHz 吗？发射器创建的信号不会展现您在理论模型中看到的完美的上升和下降次数。从一个电压电平变为另一个需要有限的时间（表示为上升和下降次数）。对于“实际” ATM NRZ 信号的频谱，频域图中的“尾巴”会急剧下降。很多人辩论过 100 MHz 以上实际会存在多少能量。第二个要记住的问题是接收器不一定需要或预期接收高于 100MHz 的频率，也能正确地解码发射的数字信号。
千赫 (MHz) 不等于兆位每秒 (Mbps)
