（通信与信息系统专业论文）sdh专用分接器的stm1与ds3模块的设计与实现.pdf

摘要 摘要 2 0 世纪8 0 年代戳来，光纤邋傣在遂髅嘲中获褥了大觏模豹应用，它淼价魏逛 戆带宽特禚正菠之成为逶傣霹蛉主要接竣手段。光圈步数字转送隧( s o 捌强7 s ) 妻疆以光纤为传输媒质，它随着光嘲络的发展不断壮大，成为现代传输蹦络的主 要传送体制。s d 爨其有全球统一熬鼹终节点接墨，标准纯靛售息铸缀结橡，够 兼容p d h 准同步数字系列，使得余世界传输系统能够在s t m - n 级别上实现氨联 互邋。 本论文研究了s t m 1 6 信号终端复用嚣“s d h 专用分接器”中s t m 1 模 块昶d s 3 模块螅软硬件设计与实现。这掰个模块燧分是4 将s t m 1 绩号和d s 3 铸 号复用剖s t m 1 6 信号，墩能从s t m 1 6 俗号中分蕺j 矾s t m 1 信号和d s 3 信号。 其中s t m 。1 6 信号嗣s t m - l 信号怒光接口，d s 3 楼号是电接墨。 论文首先介绍了s d h 的原理，然后分祈技术指标，在确定了s d h 专用分接 嚣的逻辑功自块缀成后，提出了硬件的总体架构和予模块划分，并对s t m 1 模块 帮d s 3 稷浃韵实现可彳亍後进行分析。第强章硬件设计是本论文静麓点，主要觚潦 理网、信号完整性分析、齑速p c b 设计三个方面详细阐述。第五章介绍了p m 5 3 2 0 扮驱动穗廖设计，羧嚣溺试部分毽怒重煮之一，谂文详缨奔绥了测试方豢、溺试 环境、测试步骤，并对测试结果进行了分析。 为了洚低设备静裁本巍俸积、篱铯配纛，本论文健黉了不嚣予大婆遢债设备 提供商研发s d h 设备的恩路，可以做到低成本、小体积、配置简便，因此s d h 专麓分接器在菜黧环境登熊褥至受裔效静应蠲。瑟蒋许多攘入溺设各帮要求爨备 s t m 1 光接口，因此本论文研究的s t m 1 模块设汁与实现，对s d h 接入网设备 稠关禳琰鹣磷菱其有一定参考徐餐。d s 3 信号主要麓子传遴鋈橡娩务，我蘑繇将 普及的数字电视潮要使用s d h 网络运载视颗信息，图此需骚设备轿接d s 3 信号秘 s d h 鞠络，本论文疆究豹d s 3 模块为这类浚釜懿开发捷謇冬了餐鍪。弱对髫癌关予 d s 3 信号骥牛电潞没诗的论文很少，因此本文也燕这方霞文献豹享 充。 现我诲多鼗字系统静时痔在皮移量缀，信号完整蛙是不褥不蕊对熬阉题，戳 前低速设计中可行的办法已经面临失效，本论文采用的高遮数字设计方法为广大 硬停工疆露籍决信号完整梭惩题爨 共了一定麓参考经验。 关键词：s d h ，s t m 1 ，d s 3 ，信号完整性，、驱动程序 a b s t r a c t a b s t r a c t s i n c e19 8 0 s ，f i b e rc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yh a sb e e n a p p l i e d i n t h e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ki nal a r g es c a l e 。i th a sb e c o m et h em a i nw a yo ft r a n s m i s s i o n o w i n g t oi t sl o w p r i c ea n df i n ec h a r a c t e r i s t i co f b a n d w i t h t h em a i nt r a n s m i s s i o nm e d i a o fs o n e t s d hi sf i b e r s d hi sd e v e l o p e dw i t ho p t i c a ln e t w o r k sa n dh a sb e c o m et h e m a i nh i e r a r c h yo ft o d a y st r a n s m i s s i o nn e t w o r k s d hp o s s e s s e st h eu n i f i e dn e t w o r k n o d ei n t e r f a c eq l n ) a n ds t a n 2 t a r d i z e di n f o r m a t i o nc l a s ss t r u c t u r ei nt h ew o r l d s d h c a l lb ec o m p a t i b l ew i t hp d h i tm a k e sa l lt h et r a n s m i s s i o nn e t w o r ks y s t e m sc a r l c o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e ro nt h el e v e lo f s t m _ n ， 司嫦d e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo fs 羽m 一1m o d u l ea n d d s 3m o d u l ei nt h ep r o j e c to f t h es p e c i f i cd e m u l t i p l e x e ro fs d h ”i sr e s e a r c h e di nt h i s d i s s e r t a t i o n s t m - ia n dd s 3s i g n a lc a nb ea d d e da n dd r o p e di n t os t m - 1 6s i g n a li n t h e s et w om o d u l e s s t m - 1 6a n ds t m - ls i g n a l sa r et r a n s m i t t e df r o mo p t i c a li n t e r f a c e d s 3s i g n a li st r a n s m i t t e df r o me l e c t r o n i ci n t e r f a c e i n 协i sd i s s e r t a t i o n t h ep r i n c i p l eo fs d hi si n t r o d u c e da tf i r s t t h e nt h ef u n c t i o no f t h es p e c i f i cd e m u l t i p l e x e ro fs d h ”i sa n a l ) z e d 。a f t e rc o n f i r m i n gt h el o g i cf u n c t i o n b l o c k s 、t h eh a r d w a r ea r c h i t e c t u r ea n dt h es t m lm o d u l ea n dd s 3m o d u l ea r ed e s i g n e d 。 n 摊4 t hc h a p t e ri st h ee m p h a s i so f t h i sd i s s e r t a t i o n , w i t hi t sc o n t e n t o f s c h e m a t i c 。s i g n a l i n t e g r i t ya n a l y s i sa n dh i g hs p e e dp c bd e s i g n t h ed e s i g no f d e v i c ed r i v e ro f p m 5 3 2 0i s i n t r o d u c e di nt h e5 t hc h a p t e nt h e6 t hc h a p t e ri s 越s ot h ee m p h a s i si n c l u d et h ec o n t e n to f m e t h o d ，s e t t i n ga n dr e s u l to f t h et e s t i no r d e rt or e d u c et h ec o s ta n dc u b a g e ，t h er e a l i z a t i o nm e t h o do f t h es p e c i f i c d e m u l t i p l e x e ro fs d h i sd i f f e r e n c ef r o mo t h e rs d hf a c i l i t i e s s oi tc a nb ea p p l i e di n s o m es i t u a t i o n t o d a ym a n ya c c e s sn e t w o r kf a c i l i t i e sh a v es t i v l l o p t i c a li n t e r f a c e s o t h i sd i s s e r t a t i o ni sh e l p f u lt od e s i g nt h es 硼镰1m o d u l eo fa c c e s sn e t w o r kf a c i l i t i e s d s 3s i g n a li su s e dt ot r a n s m i tv e d i oi n f o r m a t i o n i no u r c o l 3 , n t l t y ，s d hn e t w o r kw i l la l s o b eu s e dt ot r a n s m i td i g i t a lt vs i g n a l ，s ot h ef a c i l i t yt oc o n n e c tt h ed s 3 s i g n a la n ds d i t n e s v o r ki sn e e d f u l aw a yt od e s i g nt h ed s 3m o d u l ei sg i v e do u ti nt h i sd i s s e r t a t i o n 。 f u r t h e r m o r e ，t h e r ea r el i t t l e1 i t e r a t u r ea b o u td 8 3m o d u l eh a r d w a r ed e s i g ni no 砒c o u n t r y , l a b s 廿a c t s ot h i sd i s s e r t a t i o ni st h es u p p l e m e n ti nt h i sf i e l d t o d a ym a n yd i g i t a ls y s t e m sw o r k i nt h es p e e do fg b i tp e rs e c o n d s i g n a li n t e g r i t y i st h ek e yq u e s t i o n 。t h em e t h o di nl o ws p e e dd i g i t a ld e s i g nw i l lb ei n v a l i d a t i o n t h e e x p e r i e n c eo fs o l v i n gt h eq u e s t i o no fs i g n a li n t e g r i t yf o rh a r d w a r ee n g i n e e ri sb r i n g e d o u tb yt h em e t h o do fh i g hs p e e dd i g i t a ld e s i g ni nt h i sd i s s e r t a t i o n k e y w o r d s ：s d h ，s t m - 1 ，d s 3 ，s i g n a li n t e g r i t y , d e v i c ed r i v e r i i i 图目录 图2 - 1 图2 - 2 图2 3 图2 - 4 图2 5 图2 - 6 图2 7 图3 1 图3 - 2 图3 3 图3 - 4 图3 5 图3 - 6 图3 7 图3 8 图3 - 9 图4 1 图4 2 图4 3 图4 - 4 图4 5 图4 - 6 图4 7 图4 8 图4 - 9 图4 1 0 图4 1 1 图4 1 2 图目录 s t m - n 帧结构图二 i t u t 规定的复用路线图 d s 3 e 3 信号复用进s t m 1 信号的路径一 终端复用器模型 分插复用器模型 再生中继器模型 数字交叉连接设备功能图 s d h 专用分接器 终端复用器的逻辑功能块组成图 s d h 专用分接器的逻辑功能块组成一 大型s d h 设备硬件结构图 系统硬件总体架构图 系统主板模块连接图 各个芯片完成的逻辑功能块示意图 p m 5 3 2 0 内部s t m l 信号处理模块图 p m 5 3 2 0 内部d s 3 信号处理模块图 p m 5 3 2 0 的t e l e c o m b u s 总线信号连接图 s t m 。1 线路侧接口信号连接图 d s 3 线路侧接口信号连接图 微处理器接口的主要信号连接图一 m i c 2 9 3 0 2 b u 的外部电路示意图 s d h 专用分接器时钟网络图 l 、，p e c l 的交流耦合连接方式a 一 l v p e c l 的交流耦合连接方式b 终端并联端接 终端戴维南端接一 终端r c 端接 源端串联端接一 0 0 0，9一u他”b m”插曲加拐m弱卯捞孔砣驺弘卯” 图目录 图4 1 3 图4 1 4 图4 1 5 图5 1 图5 2 图5 3 图6 1 图6 2 图6 3 图6 - 4 图6 5 图6 6 图6 7 图6 8 图6 - 9 图6 1 0 图6 1 1 图6 1 2 c d c v f 2 5 0 8 1 和c d c v f 2 5 0 8 4 的输出电阻示意图 3 3 v 电源层的分割 信号层4 的模拟电源区 驱动程序外部接口 p m 5 3 2 0 驱动程序的结构 p m 5 3 2 0 驱动程序的主要处理流程 d s 3 模块测试方案信号流图 s t m 一1 模块测试方案信号流图 p m 5 3 2 0 的时隙配置结构图“ 测试设备连接图 p r g d 工作模式配置i d a t ap a t h 配置 时隙配置 重复序列是o l 的波形 重复序列是1 1 0 0 的波形 待测设备源时隙是8 的波形 s t m 1 的帧头 s t m 一1 的眼图 v i u 一3 8 4 3 4 4 4 6 6 4 7 7 4 9 5 1 5 2 5 3 一5 5 一5 6 5 7 5 8 6 0 一6 0 6 1 一6 l 6 2 表目录 表4 一l 表4 2 表4 3 表4 4 表4 5 表4 6 表4 7 表4 8 表6 1 表6 2 表6 3 表目录 p m 5 3 2 0 的t e l e c o m b u s 总线信号 p m 5 3 2 0 的s 1 m 一1 线路侧接口信号 d s 3 线路侧接口信号 7 8 p 7 2 0 0 l 工作模式说明表 p m 5 3 2 0 微处理器接口信号表 m c f 5 2 4 9 微处理器接口主要信号表 时钟说明表， 5 0q 和1 0 0q 特性阻抗测试报告 电源电压测试记录 测试仪器设备 i p 地址分配 2 2 2 4 2 5 2 5 2 6 2 7 3 0 3 5 5 0 5 4 5 5 缩略语表 a d m a i s a m i a u a u g b 3 z s c p u d s 3 d x c h p a h p c h p t t u t l p a l p c l p t l v p e c l m s a m s o h m s p m s t o a m o c p c b p d h p o h p p i 缩略语表 a d d d r o pm u l t i p l e x e r 分插复用器 a l a r mi n d i c a t i o ns i g n a l 告警指示信号 a l t e r n a t em a r ki n v e r s i o n传号交替反转码 a d m i n i s t r a t i o nu n i t管理单元 a d m i n i s t r a t i o nu n i tg r o u p管理单元组 b i p o l a rw i t ht h r e e z e r os u b s t i t u t i o n 3 连o 取代双极性码 c e n t r a lp r o c e s su n i t 中央处理器 d i 百t a ls i g n a ll e v e l3 数字信号第三层 d i 西t a lc r o s s c o n n e c t 数字交叉连接 m g h o r d e rp a t ha d a p t a t i o n高阶通道适配 h i g ho r d e rp a t hc o n n e c t i o n 高阶通道连接 m g ho r d e rp a t ht e r m i n a t i o n高阶通道终端 i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n 国际电信联盟一电信标准 t e l e c o m m u n i c a t i o ns e c t o r部 l o wo r d e rp a t ha d a p t a t i o n 低阶通道适配 l o wo r d e rp a t hc o n n e c t i o n 低阶通道连接 l o wo l d e rp a t ht e r m i n a t i o n 低阶通道终端 l o wv o l t a g ep o s i t i v ee m i t t e r - c o u p l e dl o g i c 低正电压发射极耦合逻辑 m u l t i p l e xs e c t i o na d a p t a t i o n 复用段适配 m u l t i p l e xs e c t i o no v e r h e a d 复用段开销 m u l t i p l e xs e c t i o np r o t e c t i o n 复用段保护 m u l t i p l e xs e c t i o nt e r m i n a t i o n 复用段终端 o p e r a t i o n ，a d m i n i s t r a t i o n ，m a i n t e n a n c e 运行，管理和维护 o p t i c a lc a r r i e r 光载波 p r i n t e dc i r c u i tb o a r d 印刷电路板 p l e s i o c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y准同步数字系列 p a t ho v e r h e a d通道开销 p d h p h y s i c a li n t e r f a c e p d h 物理接口 x 缩略语表 r e g r s o h r s t s d h s o h s o n e t s p i s t m t i m t m v c r e g e n e r a t o r r e g e n e r a t o rs e c t i o no v e r h e a d r e g e n e r a t o rs e c t i o nt e r m i n a t i o n s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y s e c t i o no v e r h e a d s y n c h r o n o u so p t i c a ln e t w o r k s d h p h y s i c a li n t e r f a c e s y n c h r o n o u st r a n s p o r tm o d u l e t r a c ei d e n t i f i e rm i s m a t c h t e r m i n a t i o nm u l t i p l e x e r v i r t u a lc o n t a i n n c r 再生中继器 再生段开销 再生段终端 同步数字系列 段开销 同步光网络 同步物理接口 同步传递模式 追踪识别符失配 终端复用器。 虚容器 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 日期：“年矿月名日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：蟹燧导师签名：箜幽 日期：抄6 年j 月名日 第一章引言 1 1s d h 技术产生背景 第一章引言 进入2 1 世纪以来，电信产业的变化令人瞩目，引起这些变化的原因有许多， 首先最重要的是持续增长的网络扩容需求，基本上每隔4 到6 个月，网络流量就 会翻一倍【“。高度发达的信息社会要求通信网能提供多种多样的电信业务，通过通 信网传输、交换、处理的信息量将不断增大，这就要求现代化的通信网向数字化、 综合化、智能化和个人化方向发展。 传输系统是通信网的重要组成部分，传输系统的好坏直接制约着通信网的发 展。当前世界各国大力发展的信息高速公路，其中一个重点就是组建大容量的传 输光网络，不断提高传输线路上的信号速率，扩宽传输频带。光网络提供了巨大 的带宽资源，通用的底层结构可提供各种各样的服务，并且能以更灵活的方式， 更好的为随时随地提出带宽需求的用户服务。 传统的由p d h 传输体制组建的传输网，由于其复用方式很明显不能满足大容 量传输的要求，并且p d h 体制的地区性规范也使网络互连增加了难度，因此p d h 的传输体制已经愈来愈成为现代通信网的瓶颈，制约了传输网向更高的速率发展。 美国贝尔通信研究所首先提出了用一整套分等级的标准数字传递结构组成的 同步光网络( s o n e t ) 体制。c c i t t 于1 9 8 8 年接受了s o n e t 概念，并重命名为 同步数字体系( s d h ) ，使其成为不仅适用于光纤传输，也适用于微波和卫星传输 的通用技术体制。 s d h 传输体制是由p d h 传输体制进化而来的，因此它具有p d h 体制所无可 比拟的优点，它是不同于p d h 体制的全新的一代传输体制，与p d h 相比在技术 体制上进行了根本的变革【2 】。 1 2s d h 技术现状 随着电信业务的发展和网络规模的扩大，s d h 经过十多年的发展，已经相当 成熟，目前s d h 已经取代p d h 成为国内外通信网的主要传送体制。上个世纪九 十年代，s d h 还仅仅作为语音业务的中继传输网络，而现在它已经成为电信运营 电子科技大学硕士学位论文 商重要的综合业务传送网络之一。虽然相对其他传送技术而言，s d h 技术存在着 一些缺陷，但在现实中，无论是传统电信企业，还是新兴电信运营商和无线运营 商都不约而同地建设了自己的s d h 传送网络或基于s d h 技术与d w d m d x c 技 术结合的集成型网络，且建设规模不断扩大。 目前国内外厂商的s d h 产品已经很完善，主要向高速、大容量、高可靠性、 低成本和小体积等方向发展。在s d h 高端设备上，目前大容量的2 5 g b i t s 、高端 的1 0 g b i t ss d h 系统已经基本成熟商用。比如中兴通讯股份有限公司自主研发了 z ) 【s m 2 5 1 0 增强型大容量2 5 g b i t s 综合业务传输设备，具有s d h 传输产品的一般 特征，而且具有强大的数据业务的接入和传送功能，具有升级到1 0 g b i t s 的能力， 主要应用于传输骨干网、发达地区的本地网以及部分本地传输网的核心调度节点， 借助于m s t p 技术，它还可以广泛应用于城域网核心层和汇聚层【3 l 。 由于w d m 的出现和发展，s d h 的角色正开始向网络边缘转移。鉴于网络边 缘存在复杂的客户层信号的特点，s d h 必须从纯传送网转变为传送隰和业务网一 体化的多业务平台，即融合的多业务节点。其出发点是充分利用s d h 技术，并且 加以改造来适应多业务应用，支持第二层至第三层的数据智能。而s d h 设备与第 二层至第三层分组设备在物理上集成为一个实体，构成业务层和传送层一体化的 s d h 节点，这就是融合的多业务节点或多业务平台，它主要定位于网络边缘【4 】。 1 3 本论文的研究价值 s d h 设备是在p d h 系统已经大量使用的基础上推出的产品，因而实用的s d h 设备必须能在p d h 环境下生存和发展。通信网需要那些具有s d h 特性( 比如至 少有一个s t m n 传送接口) 同时又能在p d h 环境下工作的s d h 产品【5 1 。本课题 研究的s d h 专用分接器就是这样的s d h 设备，它拥有标准的s d h 线路接口： s t m 1 6 和s t m 1 光口，又具备p d h 的支路电接口：d s 3 和e 1 。因此s d h 专用 分接器能确保从准同步数字传输逐渐过渡到一个灵活和智能的宽带网络。 目前国内外的s d h 设备一般体积大、功能复杂，并且通常采用背板加予板的 硬件结构，所以成本高昂。然而对于某些应用却并不需要如此复杂的功能，反而 要求体积小、成本低，市场上的s d h 设备一般不满足这个要求。因此需要用全新 的思路针对这种需求设计性能价格比最优且体积小巧的设备。s d h 专用分按器就 是基于这种理念设计的新型终端复用器。它能从s t m 1 6 信号中分插复用出s t m 1 信号、d s 3 信号、e 1 信号，可以通过以太网或者因特网在任何地方对其进行控制 2 第一章引言一 和探作，并且体积小、成本低，在市场上具有一定的需求。 s t m 1 是s d h 信号中最基本也是最重要的等级，目前蓬勃发展的s d h 接入 网技术中，它就是最主要的信号。更高等级的s t m - n 信号是将s t m 一1 信号按同 步复用，经过字节间插后的结果，因此对它的研究具有代表性。 d s 3 信号主要用于传送图像业务，广播产业中传统的传输方式就是卫星加上 陆地的a t m 以及d s 3 。通常，卫星是作现场直播最便捷的途径。但是，现有的卫 星传送能力事实上已经基本饱和，发射新卫星又极其昂贵。在宽带h d t v 应用即 将到来的今天，卫星传输能力的有限性必将带来更多的问题。如果在两个主要网 络节点之间传送大量数字视频做个成本比较，光纤e b 卫星具有很大优势。任意两 个大城市之间，花费同样多的资金，使用光纤传输可以获得1 0 倍于卫星的带宽。 并且由于光纤可以提供很大的传输容量，因此视频可以更少地被压缩，从而提高 了图像的质量。这对于体育节目来说尤为重要，因为当摄像机拍摄非常快的动作 时，就必须降低压缩比率。所以s d h 技术也被应用于广电产业中，这就要求s d h 设备具有b s 3 接口。本论文研究的d s 3 模块能将d s 3 信号分插复用到s t m 一1 6 信 号中，因此实现了d s 3 帧与s d h 网络的连接，为利用s d h 技术传送数字电视提 供了一种实现方式。 当前数字系统的信号速率越来越高，上升沿的跳变时间越来越短。以前低速 设计中可行的方法，到高速设计中就变得寸步难行，导线的行为不再象简单的理 想导线，而会呈现出高频效应，信号完整性问题已经在硬件设计中占据关键位置， 因此高速数字设计方法就是现代电子系统设计必须采用的方法。由于s d h 专用分 接器的信号速率高( 最高为2 5 g b i t s ) ，芯片多( 引脚数为2 0 0 以上的有5 个) ， 所以针对信号完整性问题进行了特别设计，经过测试表明效果良好，能为其它高 速数字系统设计提供一定的经验。 1 4 本人在项目中的任务 本人在课题中所做的工作有以下几个部分： 1 s t m 1 模块、d s 3 模块以及整个项目的电源模块、时钟模块、转接板模块 的方案设计、论证、器件选型、原理图设计。 2 整个项目的信号完整性分析和设计。 3 整个项目的p c b 设计( 包括系统主板和转接板) 。 4 项目的硬件调试。 电子科技大学硕士学位论文 5 设计了p m 5 3 2 0 驱动程序( 不包含操作系统接口函数和中断函数) 。 6 s t m 1 模块和d s 3 模块的测试。 1 5 本论文内容 本论文研究s d h 专用分接器中s t m 1 模块和d s 3 模块的设计，其中包括s d h 原理分析、方案的提出和分析、原理图设计、信号完整性设计、高速p c b 设计、 p m 5 3 2 0 的驱动程序设计、调试步骤、测试方案设计和结果分析。后面的章节将分 别详细论述。 4 第二章s d h 原理 2 1s d h 技术的优势 第二章s d h 原理 s d h 概念的核心是从统一的国家电信网和国际互通的高度来组建数字通信 网，是构成综合业务数字网的重要组成部分。与传统的p d h 体制不同，按s d h 技术组建的网络是一个高度统一的、标准化的、智能化的网络。它采用全球统一 的接口以实现设备多厂家的兼容，在全程全网范围内实现高效的协调一致的管理 和操作，实现灵活的组网与业务调度，实现网络自愈功能。提高网络资源利用率， 并且由于维护功能的加强大大降低了设备的运行维护费用【2 j 。与p d h 相比，s d h 主要在四个方面具有优势：a j 2 1 1 兼容性 s d h 有很强的兼容性，也就意味着当组建s d h 网时，原有的p d h 网不会作 废，两种传输网可以共同存在。可以用s d h 网传送p d h 业务，a t m 信号、f d d i 信号等其他体制的信号也可以用s d h 网来传输。 2 1 2 复用方式 由于低速s d h 信号是以字节间插的方式复用进高速s d h 帧结构中的，这样 就使低速s d h 信号在高速s d h 帧中的位置是固定的。这样就能从高速s d h 信号 中直接分插出低速s d h 信号。由于采用了同步复用方式和灵活的映射结构，可将 p d h 支路信号复用进s d h 帧中去，这样使低速支路信号在s t m n 帧中的位置也 是可预见的，于是可以从s t m - n 信号中直接分插出p d h 支路信号。这样节省了 大量的复接分接设备，增加了可靠性，减少了信号损伤、设备成本、功耗、复杂 性等。s d h 的这种复用方式使数字交叉连接功能更易于实现，使网络具有了很强 的自愈功能，便于用户按需要动态组网，实现灵活的业务调配。 2 1 3 接口 s d h 体制对网络节点接口作了统一的规范。规范的内容有数字信号速率等级、 电子科技大学硕士学位论文 帧结构、复用方法、线路接口、监控管理等。这就使s d h 设备容易实现多厂家互 连，体现了横向兼容性。s d h 在光纤线路接口采用世界统一的标准规范，线路编 码仅对信号进行扰码，不再进行冗余码的插入，这样就不会增加发送端激光器的 光功率。 2 1 4 运行维护 s d h 的帧结构中安排了丰富的用于运行维护功能的开销字节，使网络的自动 化程度大大加强。而p d h 信号中开销字节不多，以致于在对线路进行性能监控时， 还要通过在线路编码时加入冗余比特来完成。 s d h 信号丰富的开销占整个帧所有比特的1 2 0 ；大大加强了运行维护功能。 这样就使系统的维护费用大大降低，而在通信设备的综合成本中，维护费用占相 当大的一部分，于是s d h 系统的综合成本要比p d h 系统的综合成本低。 2 2s t m 。n 的帧结构 不o r r u - t 规定了s t m n 的帧是以字节为单位的矩形块状帧结构【6 】，如图2 - 1 所 图2 - 1s t m n 帧结构图 s t m n 的帧结构由三部分组成：段开销，包括再生段开销( r s o h ) 和复用 段开销( m s o h ) ：管理单元指针( a u - p t r ) ：信息净负荷( p a y l o a d ) 。 段开销是为了保证信息净负荷正常、灵活传送所必须附加的供网络运行、管 理和维护使用的字节。再生段开销和复用段丌销分别对再生段和复用段进行监控， 第二章s d h 原理 二者的区别在于监管的范围不同。管理单元指针是用来指示信息净负荷的第一个 字节在s t m - n 帧内的位置的指示符，以便接收端能根据这个指针值正确分离出信 息净负荷。这样s d h 才能从高速信号中直接分插出低速支路信号。信息净负荷是 在s t m - n 帧结构中存放将由s t m - n 传送的各种信息码块的地方。 s t m n 的信号是9 行2 7 0 n 列的帧结构。此处的n 与s t m n 的n 相一致， 取值范围：l ，4 ，1 6 ，6 4 ，表示此信号是由n 个s t m 1 信号通过字节间插复 用而成。 i t u t 规定对于任何级别的s t m - n 帧，帧频是8 0 0 0 帧秒，即帧周期为固定 的1 2 5l - ts 。s d h 帧传输的原则是：帧结构中的字节从左到右，从上到下一个字节 一个字节( 一个比特个比特) 的传输，传完一行再传下行，传完一帧再传下 一帧。 2 3s d h 的复用方式 s d h 的复用包括两种情况：一种是低阶的s d h 信号复用成高阶s d h 信号； 另一种是低速支路信号( 例如d s 3 ) 复用成s d h 信号s t m - n 。 2 3 1 低阶s d h 信号复用成高阶s d h 信号 第一种情况主要通过字节问插复用来完成的，复用的个数是4 合一，即4 x s t m 1 一s t m 4 ，4 s t m 4 一s t m 1 6 。在复用过程中保持帧频不变( 8 0 0 0 帧秒) ， 那么高一级的s t m - n 信号速率是低一级的s t m - n 信号速率的4 倍。在进行字节 间插复用过程中，各帧的信息净负荷和指针字节按原值进行间插复用，而段开销 则会有些取舍，去掉了一些低阶帧中的段开销。 2 - 3 2 低速支路信号复用成s d h 信号 各种低速支路信号复用进s t m - n 帧的过程分为映射、定位、复用三个步骤。 r r u tg 7 0 7 协议规定了一整套完整的复用路线，通过这些路线可将p d h 的支路 信号以多种方法复用成s t m - n 信号t t l 。i t u t 规定的复用路线如图2 - 2 。 电子科技大学硕士学位论文 图2 - 2r r u _ t 规定的复用路线图 但是不同国家采用的复用路线不完全相同，我国的光同步数字传送网选用 a u - 4 的复用路线，其中d s 3 e 3 信号复用进s t m - 1 信号的路径如图2 - 3 所示。 x 1l31 巨日巫征互随互銎垣互对亘球赶亘n 丑。$ 3 e 3 图2 - 3d s 3 f 3 信号复用进s t m 1 信号的路径 2 4s d h 网络的常见网元 s d h 传输网是由不同类型的网元通过光纤线路连接组成的，从而完成光同步 数字传送功能：上厂f 业务、交叉连接业务、网络故障自愈等。s d h 网中常见网元 有四种，它们的特点和基本功能如下： 2 4 1 终端复用器( 1 m ) 终端复用器用在s d h 网络的终端站点上，是一个双端1 2 1 器件，如图2 4 所示。 它的作用是将支路端口的低速信号复用到线路端口的高速信号s t m n 中，或者从 s t m n 信号中分出低速支路信号。终端复用器的线路端口输入，输出一路s t m n 信号，而支路端口却可以输入输出多路低速支路信号。它还具有交叉的功能，能 够将低速支路信号复用到s t m n 帧内的任意位置。 第二章s d h 原理 1 4 0 s t m m 2 4 2 分插复用器( a d m ) 图2 4 终端复用器模型 s t m n n 分插复用器用于s d h 网络的转接站点处，是使用最多、最重要的一种网元， 它是一个三端口的器件，如图2 5 所示。a d m 有两个线路端口和一个支路端口， 两个线路端口是独立的，各接收发两根光纤。a d m 的作用是将低速支路信号交叉 复用进s t m - n 线路上去，或者从s t m - n 线路信号中分出低速支路信号，并且还 可以将两个线路侧的s t m - n 信号进行交叉连接。 2 4 3 再生中继器( r e g ) 图2 - 5 分插复用器模型 s t m n m n w f e s t m - n 卜囝卜_ ir e g 卜s m n 图2 - 6 再生中继器模型 再生中继器是双端口器件，只有两个线路端口，模型如图2 - 6 所示。它的作用 是将一个线路端口的光信号经过光电转换、电信号抽样、判决、再生整形、电光 电子科技大学硕士学位论文 转换后在另一个线路端口输出，从而不积累线路噪声，保证线路上信号波形的完 整性。 2 4 4 数字交叉连接设备( d x c ) 数字交叉连接设备的主要作用是s t m n 信号的交叉连接，它是一个多端口器 件，等效为一个交叉矩阵，将输入的m 路s t m n 信号交叉连接到输出端的n 路 s t m n 信号上，如图2 7 所示。 等效为 入线：m 图2 7 数字交叉连接设备功能图 出线：n 、 第三章s d h 专用分接器的- 方案分析 第三章s d h 专用分接器的方案分析 3 1s d h 专用分接器的指标分析 本项目要求设计一个s d h 专用分接器，它能从s t m 1 6 信号中分插复用出 s t m 1 信号、d s 3 信号、e 1 信号。其中s t m 1 6 信号和s t m 1 信号通过光接口输 入和输出，d s 3 信号和e 1 信号通过电接1 2 输入和输出。 由于本项目的高阶s d h 线路端口只有一个，即s t m 1 6 信号，而剩下的s t m 一1 信号、d s 3 信号、e 1 信号都可以看作支路信号。因此通过对比技术指标和2 4 1 节的叙述可以得出，本项目实现了一个终端复用器的功能，如图3 1 所示。 3 2 逻辑功能块分析 图3 - 1s d h 专用分接器 s d h 网络要求不同厂家的产品实现横向兼容，这就必然要求设备的实现要按 照统一的规范，因此通过对终端复用器的标准逻辑功能块的分析，就能得出本项 目的基本实现方法。 3 2 1 终端复用器的逻辑功能块 i t u t 采用功能参考模型的办法对s d h 设备进行规范，它将设备应该完成的 功能分解为各种标准的功能块，功能块的实现与设备的物理实现方式无关，不同 的设备由这些基本的功能块灵活组合，以完成不同的功能。终端复用器的逻辑功 能构成见图3 2 。 电子科技大学硕士学位论文 图3 - 2 终端复用器的逻辑功能块组成图 图中功能块的名称说明如下： 传送终端功能( t r f ) 传送终端功能块包括s d h 物理接口( s p i ) 、再生段终端( r s t ) 、复用段终端 ( m s t ) 、复用