小型化SDH綜合設備的研制

摘 要:隨著信息產業技術的發展，多元化的業務需求與日俱增，特別是多業務接入與低成本投入、簡單維護之間的矛盾越來越突出。該方案研制的小型化SDH綜合業務設備較好地解決了這一矛盾。該設備集語音、數據、SDH傳輸和以太網技術于一身，采用國際先進的集成電路、可編程邏輯電路和高速微處理器研制而成，完成光口、E1接口、用戶接口的信號處理，并具有安全可靠、性能穩定、價格低廉、攜帶方便，有較強的移動性、靈活性等特點。該設備已部分應用于電力、高速公路、智能小區等領域，滿足了用戶需要。

關鍵詞:小型化設備; SDH綜合設備; 模塊技術; 單光口STM1模塊; 雙光口STM1模塊

中圖分類號:TN919; TP391文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)15-0128-04

Development of Miniaturized SDH Comprehensive Equipments

LIU Xiao-yun

(Xi’an Railway Vocational and Technical Institute， Xi’an 710014，China)

Abstract: Along with the development of information technology， the diversification business demands keep increasing with each passing day， especially the contradictions between multi-service access and low-cost investment， and multi-service access and simple maintenance are increasingly obvious. However， the contradiction has been solved by the miniaturization SDH comprehensive equipment developed with the scheme. The equipment developed with international advanced integrated circuits， programmable logic circuits and high-speed microprocessors involves voice， data， SDH and Ethernet technology， can complete the signal processing of optical port， E1 interface and user interface， and has such characters as safe， reliable and stable performance， low price， stronger mobility and flexibility. The equipments were applied to power systems， super highways， intelligent community and other fields， and satisfied all the customers.

Keywords: miniaturization equipment; SDH comprehensive device; module technology; single light mouth STM1 module; double light mouth STM1 module

0 引 言

本項目研制的SDH STM1模塊，是一個功能完整、可以獨立工作的小型化SDH綜合設備。該模塊插入現有的電路交換子框中，為子框其他模塊提供E1中繼傳輸電路，同時也為外部系統或設備提供2 Mb/s透明傳輸電路和以太網數據的傳輸，并與在網的主流SDH設備有很好的兼容性。

1 研制目標

1.1 設備功能

(1) 提供16個2 Mb/s電路的透明傳輸，擴展一塊電路板后，可提供32個2 Mb/s電路的透明傳輸;

(2) 提供10M/100M以太網接口，實現以太網數據的傳輸;

(3) 單光口工作在TM模式，雙光口可工作在TM模式或ADM模式;

(4) 可組成環型網、鏈型網，或點對點工作;

(5) 本地振蕩、線路時鐘、2 MHz支路時鐘三種時鐘同步方式。

1.2 兼容性要求

(1) 遵循ITU-T 相關建議;

(2) 采用國際主流供應商提供的專用芯片設計;

(3) 在網絡接口上與在網的主流設備兼容。

2 組成原理

2.1 模塊組成

本次研制的SDH設備有兩種，即單光口STM1模塊和雙光口STM1模塊，分別插入3U機箱和4U機箱使用。每種SDH模塊由兩塊電路板組成，即光接口板和2 Mb/s支路擴展板。其中光接口板本身就是一個完整的SDH STM1系統，可提供2 Mb/s傳輸業務和以太網傳輸業務;而通過2 Mb/s支路擴展板可將模塊的2 Mb/s接入能力從16個擴展到32個。

單光口STM1模塊系統連接框圖如圖1所示。

圖1 單光口模塊組成框圖

雙光口板提供兩路STM1光接口，除增加一路光STM1收發信外，其他組成與單光口完全一樣。

2.2 單元板組成及工作原理

2.2.1 單光口板組成及工作原理

單光口板實現STM1 終端設備功能，主要由光模塊、時鐘提取電路、SDH段開銷處理芯片PM5343 STXC、高階通道開銷處理芯片PM5344 SPTX、交叉控制電路、2 Mb/s映射和低階開銷處理芯片TXC-04222等部分組成。如圖2所示。

主要單元電路的功能如下:

(1) 光模塊:完成光/電和電/光轉換。

(2) 時鐘提取電路:由CY7B952芯片組成，完成接收時鐘的提取、接收時鐘分頻、發信時鐘產生以及數據對齊、發信驅動等功能。

(3) STM1段開銷處理:由PM5343 STXC芯片組成，完成SDH STM1線路數據的串/并轉換和并/串轉換、STM1段開銷處理。

(4) 高階通道開銷處理:由PM5344 SPTX芯片組成，完成高階通道開銷處理，并提供通用的Telebus接口與交叉連接芯片和各種映射芯片接口，為各種時分電路提供數據傳輸服務。

(5) 交叉控制電路:主要由可編成器件FPGA組成。選用Xilinx Sparten 3E的XC3S500E大容量可編成器件，通過軟件設計實現SDH支路信號的交叉和上下電路的調度。通過FPGA將支路映射芯片和以太網映射芯片與SPTX連接起來，可大大加強系統設計的靈活性。

(6) 2 Mb/s映射電路:由2 Mb/s映射和低階通道開銷處理芯片TXC-04222組成。TXC-04222可提供28路2 Mb/s數據的VC-12封裝和映射，本設計使用其中的16路來滿足需求。TXC-04222提供兩組Telebus，可分別從兩個方向上下電路，在FPGA配合下實現分插復用功能。TXC-04222提供HDB3編碼信號的輸入輸出，可方便地與LIU連接，提供G.703的2 Mb/s支路接口。

(7) 2 Mb/s接口電路LIU:由2片IDT82V2058及E1變壓器、保護電路組成，每片IDT82V2058提供8路G703線路接口，總共提供16路G.703線路接口。該電路完成了線路輸出驅動、輸入檢測、接口保護、支路接收時鐘提取等功能。

圖2 單光口板原理框圖

2.2.2 雙光口板組成及工作原理

雙光口板提供兩路STM1光接口，根據設置的工作模式不同分別實現終端設備功能和分插復用設備功能。除增加一路光STM1收發信外，其他組成與單光口完全一樣。

各單元電路組成和工作原理與單光口板相同。

2.2.3 2 Mb/s支路接口擴展板1組成及工作原理

2 Mb/s支路接口擴展板1為系統提供16個2 Mb/s支路接口，從而將SDH模塊的2 Mb/s支路接口擴充到32個。該板主要由2 Mb/s映射芯片TXC-04222、2 Mb/s接口電路LIU芯片IDT82V2058、控制管理MPU、CPLD芯片、總線驅動、電源變換等部分組成。其中CPLD選用Xilinx的XC95144XL，其作用是擴展AT91SAM7S128 MPU的接口，并從16路2 Mb/s支路接收時鐘中選擇1路作為參考時鐘輸出到光接口板。

2 Mb/s支路接口擴展板1框圖如圖3所示。

圖3 2 Mb/s支路接口擴展板1原理框圖

2.2.4 2 Mb/s接口擴展板2組成及工作原理

2 Mb/s支路接口擴展板2完成的功能與2 Mb/s支路接口擴展板1完全相同，因而電路組成也基本相同。

與2 Mb/s支路接口擴展板1不同的是，2 Mb/s支路接口擴展板2有兩組Telebus總線通過系統背板連接到雙光口板的FPGA上，不僅能夠作為TM設備從一個方向上下電路，而且能夠作為ADM設備從兩個方向上下電路。

3 軟硬件設計

3.1 硬件設計

3.1.1 光接口板

(1) 主要專用芯片選擇

光模塊:選擇最常用的1×9的GBIC光模塊，單+5 V供電，PELC電平輸入輸出，考慮實際使用情況，選用短距離光模塊。

CDR:選擇CY7B952實現線路接收時鐘的提取和發信時鐘的產生，并可產生接收信號丟失告警信號。

段開銷處理:選用PM5343STXC完成STM1段開銷處理。PM5343STXC可完成STM1幀同步、串/并轉換、誤塊檢測、數據信道的提取和插入等開銷處理等功能。

高階通道開銷處理:選用PM5344SPTX完成AU4指針調整和VC4高階通道開銷處理。

2 Mb/s支路數據映射:選用TXC-04222完成2 Mb/s支路數據的封裝、低階通道開銷處理和映射。TXC-04222一側提供2組Telebus供上下電路，滿足環網的組網要求;另一端提供HDB3編碼輸入輸出，可直接連接LIU單元。TXC-04222可提供28個2 Mb/s支路的接入，滿足本方案的容量要求。

以太網數據映射:選用TXC-04246完成以太網數據的封裝、低階通道開銷處理和映射。TXC-04246支持GFP，LAPS，LAPF，BCP等多種協議，有較好的兼容性，使用十分普遍。TXC-04246將以太網數據封裝后映射到多個VC12或VC3，VC4上，因而可以靈活使用，提供不同帶寬的服務。TXC-04246外接大容量的存儲器，可有效緩沖數據，減少數據包的丟失。TXC-04246直接外接PHY電路，提供以太網接口。

LIU:選用IDT82V2058芯片作為LIU，對2 Mb/s接口進行驅動和檢測，提取2 Mb/s支路的接收時鐘，并提供接收信號丟示告警信號。每片IDT82V2058可提供8路G.703接口的輸入輸出，支持75 Ω平衡和120 Ω非平衡模式。

(2) 電原理圖設計

采用ORCAD 10.5軟件設計，生成網絡表。

(3) PCB設計

采用PADS2005設計。采用十層板，其中六層為走線層，四層為電源和地層，電源層分割使用。部分元器件需制作封裝。

3.1.2 2 Mb/s支路板

專用芯片選擇與光接口板相同，通過系統背板與光接口板連接，兩塊板之間的信號線有Telebus、串口通信線、時鐘線。前面板有運行指示燈2只、告警指示燈2只。

PCB板采用八層板，設計要求參考光接口板相同部分。

3.1.3 背板

系統背板提供光接口板和2 Mb/s支路板之間的連接，并為這兩塊板供電。3U背板提供1組AddDrop Telebus總線、2組串口通信線、1組2 MHz時鐘線。4U背板提供2組AddDrop Telebus總線，其他與3U背板同。

3.2 軟件設計

3.2.1 光接口板MPU軟件設計

光接口板軟件采用C語言設計，底層采用小型嵌入式實時操作系統μC-OSⅡ。光接口板軟件具有以下主要功能:

(1) 對PM5343，PM5344，TXC-04222，TXC-04246，FPGA，TDT82V2058等芯片進行初試化，設置各芯片的工作模式，按照預先保存的配置數據設置2 Mb/s支路上下電路占用的容器，確定以太網數據封裝協議， 配置以太網數據占用的容器，配置FPGA交叉連接關系。

(2) 實時監測光線路輸入告警信號、2 Mb/s支路輸入告警信號，對STM1誤塊數據進行統計，將告警信息和誤比特信息報告給系統控制板。

(3) 按照預先保存的配置對光模塊時鐘工作方式進行設置，在時鐘工作條件發生變化時，相應地更改時鐘同步方式，并向系統控制板報告。

(4) 接收并保存系統控制板提供的配置信息。

(5) 接受系統控制板的查詢和控制。

3.2.2 2 Mb/s支路接口板MPU軟件設計

與光接口板相同，2 Mb/s支路接口板軟件也采用C語言設計，底層采用小型嵌入式實時操作系統μC-OSⅡ。2 Mb/s支路接口軟件主要功能有:

(1) 對TXC-04222，TDT82V2058等芯片進行初試化。按照光接口板提供的配置數據設置2 Mb/s支路上下電路占用的容器。

(2) 實時監測2 Mb/s支路輸入告警信號，將告警信息報告給光接口板。

(3) 按照光接口板的要求選擇輸出2 MHz接收時鐘。

3.2.3 FPGA軟件設計

采用Xilinx的ISE 9.2(或以上版本)集成開發環境和ModelTech仿真軟件，使用VHDL語言開發。實現的主要功能有:

(1) PM5344與TXC-04222，TXC-0426，背板Telebus的連接;

(2) 支路信號的交叉配置;

(3) 段開銷字節和數據的配置和處理;

(4) 時鐘同步的檢測和相位比較、VCO控制;

(5) MPU接口擴展。

3.2.4 通信

SDH模塊與系統控制板的通信按照系統的要求通過串行異步通信口進行。通信方式為主從方式，系統控制板為主，SDH模塊為從，SDH模塊接受系統控制板的查詢、并按照查詢命令回答相應的信息。

SDH模塊內部的通信之間通過另一組串行異步通信口進行，通信方式為點對點全雙工。

SDH網絡節點間的通信通過STM1數據通道傳送。MPU通過FPGA發送和接收數據，完成節點間的狀態協調和傳送系統控制板的控制命令。

4 結 語

研制中采用能實現所需功能、并提供完善性能的單芯片方案，主芯片完成復接、映射、線路接口和常用業務接口等所有主要功能，只要連接各種業務接口電路、管理CPU和電源等相關電路即可實現低端多業務SDH接入設備的各種功能。業務接口和光路接口采用模塊化插槽形式與主系統連接，滿足多業務可靈活配置的需要。該設備具備性能可靠、集成度高、成本低廉、使用方便等優點，具有良好的應用前景。

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