光纖通信系統(tǒng)中數(shù)字復(fù)接芯片的選擇及應(yīng)用

1. 前言

　　在光纖通信系統(tǒng)中，作為終端設(shè)備的光端機必須由光發(fā)射模塊、光接收模塊、數(shù)據(jù)接口、用戶線接口和數(shù)字復(fù)接芯片等幾部分組成。其中的數(shù)字復(fù)接芯片用來將若干個低速數(shù)字信號合并成一個高速數(shù)字信號，以達到擴大傳輸容量和提高傳輸速率的目的。

　　目前，數(shù)字復(fù)接體制主要有準(zhǔn)同步數(shù)字體系(Parasynchronous Digital Hierarchy,簡稱PDH)和同步數(shù)字體系(Synchronous Digital Hierarchy，簡稱SDH)，從長遠看，SDH終將取代PDH。但由于PDH復(fù)接系統(tǒng)信道利用率高，設(shè)備簡單，因此，在一些小規(guī)模、小容量的通信網(wǎng)中，仍具有廣泛的市場和應(yīng)用價值。因此，研究數(shù)字復(fù)接專用芯片在PDH體制中的應(yīng)用亦具有一定的意義。

　　PDH復(fù)接體制包括一次群到二次群復(fù)接、二次群到三次群復(fù)接、一次群到三次群跳群復(fù)接和三次群到四次群復(fù)接等 。其中，最后一種復(fù)接方式已轉(zhuǎn)化為三次群到SDH STM－1的復(fù)接。本文不予討論。

　　2. 各種數(shù)字復(fù)接芯片比較

　　為了滿足上述各種復(fù)接方式的需要，市場上出現(xiàn)了各種型號的數(shù)字復(fù)接專用集成芯片。這些芯片以格林威的GW 
7600、GW7620、GW7680，正有的ZYIC－002，華大的CISCG和清華的MXZW68231為典型。在眾多的芯片中，怎樣選擇滿足科研設(shè)計需要的、性價比最高的復(fù)接芯片呢?表1是上述各芯片的比較。

　　根據(jù)表1，為滿足不同的復(fù)接要求，在保證高性價比的前提下，分不同情況給出幾種說明：

　　(1)一次群至二次群復(fù)分接

　　選CISCG芯片最便宜，但外圍電路中要有2M平滑鎖相、2M和8M時鐘提取電路；選擇GW7600和ZYIC－002在性價比及外圍電路上幾乎一樣，只是后者功耗大一點，但它帶有插座，有利于科研設(shè)計時的插拔。

　　(2)二次群至三次群復(fù)分接

　　選CISCG芯片時，外圍電路中要有8M平滑鎖相、8M和34M時鐘提取電路；選GW7600和ZYIC－002時，外圍電路中要有8M平滑鎖相和34M時鐘提取電路。

　　(3)一次群至三次群復(fù)分接(帶標(biāo)準(zhǔn)34M電接口)

　　若其中要留8M電接口，則用2片GW7620和1片GW7600或ZYIC－002，外加8M平滑鎖相和34M時鐘提取電路；若其中不留8M電接口，則用1片MXZW68231外加34M時鐘提取電路即可。

　　(4)一次群至三次群跳群復(fù)分接

　　最佳方案選GW7680，它有線路編碼電路，具有E1支路16×16交叉連接功能，方便上下電路。

　　3. 復(fù)接芯片的應(yīng)用舉例

　　就目前市場的需求來看，中小容量用戶需求的是2M口且具有相當(dāng)于480路容量的光傳輸出設(shè)備，而不一定是標(biāo)準(zhǔn)34M口；另外，用戶對網(wǎng)絡(luò)的靈活性(比如上下電路、交叉連接功能)、可靠性要求都比較高。正因為如此，筆者認為GW7680芯片的應(yīng)用開發(fā)價值較大。下面就GW7680芯片的功能、特點及應(yīng)用情況作一具體介紹。

　　3.1 GW7680芯片的功能結(jié)構(gòu)及特點

　　GW7680芯片是北京格林威為實現(xiàn)其APDH(Advanced PDH)光纖傳輸方案而設(shè)計的ASIC芯片。該芯片采用數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)和線路編碼技術(shù)實現(xiàn)E1信號(2.048kbit/s)準(zhǔn)同步復(fù)用和E2信號(8.448kbit/s)同步復(fù)用以及光線路傳輸編解碼。GW7680吸收SDH的特點是單片可提供16個E1信號直接上下電路、E1信號通道層(通道速率為2112 kbit/s)交叉連接、E1雙纖環(huán)網(wǎng)通道保護、線路再定時及豐富的開銷。其功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　在圖1中，RA和TB單元構(gòu)成西側(cè)光口，RB和TA構(gòu)成東側(cè)光口。TA和TB實現(xiàn)的功能是同步復(fù)用，以插入碼方式成幀、擾碼；RA和RB實現(xiàn)的功能是：解擾碼、幀同步定位、同步分接。每個基本單元的線路口速率為42.24Mbit/s。

　　E1 MAPPER完成16個2.048kbit/s速率信號的復(fù)接和分接，其輸入輸出構(gòu)成GW7680的第三個端口(即電口)。在每個E1的輸入口設(shè)有一個全數(shù)字的時鐘恢復(fù)電路，輸出口設(shè)有一個全數(shù)字的鎖相環(huán)，這兩個模塊的性能決定了2.048kbit/s通道的抖動特征，由于采用全數(shù)字化技術(shù)進行處理，所以抖動性能非常穩(wěn)定可靠且不受工作電壓和環(huán)境溫度的影響。

　　數(shù)字交叉連接器DXC作為E1通道的控制樞紐，對來自三個方向的信號進行調(diào)度。西向進入的E1可以再從東向發(fā)出或往E1連接器選擇一個物理口下電路，東向進入的E1可以再從西向發(fā)出或往E1連接器選擇一個物理口下電路。從某個物理口插入的E1信號可在DXC控制下發(fā)往西向或東向，或雙向同時發(fā)送。

除以上功能外，GW7680還具有如下功能特點：

　　●線路速率在42.24 Mbit/s(480路)和84.48 Mbit/s(960路)兩者之一任選 。選42.24 Mbit/s時，只需一對光收發(fā)模塊，適合于點到點的傳輸場合；選84.48 Mbit/s時，需兩對光收發(fā)模塊，具有交叉連接功能，在組網(wǎng)應(yīng)用時非常方便;

　　●提供兩路64kbit/s數(shù)字公務(wù)電話接口，可直接連接話音CODEC(編解碼芯片，如MC145503)，且具備公務(wù)電話四音(撥號、回鈴、忙音、催掛)插入控制，該接口不占用2M通道。

　　●提供一條帶有8kHz幀同步信號的2112kbit/s開銷數(shù)據(jù)接口，易于外部合成384kbit/s、192kbit/s、64kbit/s同向數(shù)據(jù)接口；

　　●提供2路2112kbit/s透明數(shù)據(jù)通道(960路設(shè)置條件下)；

　　●提供2路528kbit/s異步采樣數(shù)據(jù)通道；

　　●具有微處理器(MP)接口，支持以MP為核心的設(shè)計，實現(xiàn)告警、監(jiān)控以及系統(tǒng)設(shè)置(如交叉連接設(shè)置)的MP管理；

　　●提供線路幀失步、公務(wù)幀失步、1E－3、1E－6等告警功能以及線路誤碼比特計數(shù)、E1輸入信號消失檢測、通道AIS檢測等功能。

     3.2 GW7680在TM480中的應(yīng)用

　　由GW7680構(gòu)成的光電合一設(shè)備再配合一定的控制軟件，即可支持鏈狀網(wǎng)、環(huán)狀網(wǎng)的應(yīng)用系統(tǒng)。在GW7680芯片外圍配置一對光收發(fā)模塊、一個微處理器、PCM編解碼芯片、42.24MHz時鐘提取電路及2M接口變換電路即可構(gòu)成480路單板光端機。這種單板光端機具有許多獨特的功能，非常適合于中小容量需求的接入網(wǎng)。TM480光端機組成框圖如圖2所示。

　　圖2是GW7680芯片最簡單的應(yīng)用方式。除了這種TM480(終端設(shè)備)外，還可組成ADM480(分插復(fù)用器)；如果使用2片GW7680，則可擴容為960路或1920路的TM和ADM，這主要取決于GW7680的串、并使用及軟件設(shè)置。其中TM1920和ADM1920可廣泛應(yīng)用于干線傳輸網(wǎng)中，它的容量相當(dāng)于SDH的STM－1(1890路)，性能與SDH不相上下，但價格卻比SDH便宜。這種擴容方式如圖3所示。

　　3.2 GW7680芯片的應(yīng)用技巧

　　在光纖傳輸系統(tǒng)中，無論是鏈狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)還是環(huán)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，光信號每經(jīng)過一個中轉(zhuǎn)(中繼)設(shè)備時，必須有一個時鐘提取(也叫線路定時)過程，以實現(xiàn)網(wǎng)同步。實現(xiàn)網(wǎng)同步的目標(biāo)是使網(wǎng)中所有交換節(jié)點的時鐘頻率和相位都控制在預(yù)先確定的容差范圍內(nèi)，以便使網(wǎng)內(nèi)各交換節(jié)點的全部數(shù)字流實現(xiàn)正確有效的交換。否則，在數(shù)字交換機的緩存器中會產(chǎn)生信息比特的溢出和取空，導(dǎo)致數(shù)字流的滑動損傷，從而使數(shù)據(jù)出錯。

　　對一般的PDH傳輸網(wǎng)或SDH傳輸網(wǎng)設(shè)備而言，其發(fā)送定時總是與接收的定時信號有關(guān)，下面以SDH同步網(wǎng)的定時傳輸為例進行說明，其框圖如圖4所示。

　　在SDH系統(tǒng)中，主要采用主從同步方式，PRC(基準(zhǔn)時鐘)為網(wǎng)中的最高一組時鐘，各分級時鐘是從傳輸信號中獲取的，然后向下一級轉(zhuǎn)發(fā)出去，因此每一個SDH網(wǎng)絡(luò)單元都直接地影響了定時信號，即每個SDH網(wǎng)元通過4.6ppm精度的內(nèi)部時鐘跟蹤外定時信號，然后轉(zhuǎn)發(fā)出去。當(dāng)多個4.6ppm的時鐘級聯(lián)時必將造成定時抖動積累。于是，從網(wǎng)同步的角度考慮，為了保證SDH組網(wǎng)后能夠正常運行，同步傳輸鏈路應(yīng)盡量短，整個鏈路的G.812時鐘節(jié)點數(shù)應(yīng)不超過10個，每一個SDH節(jié)點至少應(yīng)有2個獨立的外定時輸入，以保證足夠的定時可靠性。

　　用2片GW7680構(gòu)成的線路定時網(wǎng)同步方式頗具特色，跟 SDH網(wǎng)同步方式相比，它在線路定時提取過程中幾乎沒有任何時鐘抖動積累。線路定時提取原理如圖5所示。

　　當(dāng)接收到上一站傳來的42.24 Mbit/s的線路信號時，1片GW7680(A單元)將其分接成16個2Mbit/s的信號， 再經(jīng)另一片GW7680(B單元)復(fù)接、線路編碼成42.24Mbit/s的信號輸出，這時的時鐘信號不是由定時提取電路提出來的，而是由B單元同步復(fù)接出來的，它不需要參考別的時鐘(如PRC)，也不需作任何頻偏調(diào)整。因此，當(dāng)多個站采用這種本地線路定時提取方式組聯(lián)成鏈狀網(wǎng)或環(huán)網(wǎng)時，每個站的線路定時都獨立，不存在時鐘的轉(zhuǎn)發(fā)問題，因而不會造成整個鏈狀網(wǎng)或環(huán)網(wǎng)的定時抖動積累。這是一般的SDH和PDH設(shè)備無法做到的。

 4. 結(jié)束語

　　綜上所述，根據(jù)不同的設(shè)計要求來選擇復(fù)接芯片時，首先應(yīng)對各種復(fù)接芯片的功能進行分析，然后分析采用該芯片完成電路設(shè)計時的外圍電路實現(xiàn)的難易程度，最后考慮復(fù)接芯片的性價比。這樣設(shè)計的電路既能滿足要求，又能達到事半功倍的效果。另外，在使用某一芯片時，要盡量挖掘該芯片的潛能，進行靈活搭配使用，這樣往往能夠開發(fā)出意想不到的、性能優(yōu)異的電路或設(shè)備，如本文提到的用2片GW7680構(gòu)成一種獨特的本地線路定時提取方案便是如此。