FPGA在波分復用系統光監控信道中的應用

摘要：在波分復用系統中，光監控信道用來(lái)傳送網(wǎng)管信息，包括系統的狀態(tài)信息和控制命令信息。本文介紹了1種WDM光監控信道的設計方法，使用Altera FPGA完成光監控信道板的核心功能，通過(guò)采用TOP-DOWN設計方法，在FPGA中完成E1和HDLC功能。該設計已經(jīng)成熟應用在實(shí)際的波分復用系統中。
關(guān)鍵詞：波分復用　FPGA 光監控信道　E1 畢業(yè)論文 論文網(wǎng)
波分復用(WDM)是利用單模光纖低損耗區的巨大帶寬，將不同速率（波長(cháng)）的光混合在1起進(jìn)行傳輸，這些不同波長(cháng)的光信號所承載的數字信號可以是相同速率、相同數據格式，也可以是不同速率、不同數據格式�？梢酝ㄟ^(guò)增加新的波長(cháng)特性，按用戶(hù)的要求確定網(wǎng)絡(luò )容量。對于2。5Gb/s以下的速率的WDM，目前的技術(shù)可以完全克服由于光纖的色散和光纖非線(xiàn)性效應帶來(lái)的限制，滿(mǎn)足對傳輸容量和傳輸距離的各種需求。
WDM系統的構成如圖1所示。發(fā)送端的光發(fā)射機發(fā)出波長(cháng)不同而精度和穩定度滿(mǎn)足1定要求的光信號，經(jīng)過(guò)光波長(cháng)復用器復用在1起送入摻鉺光纖功率放大器（摻鉺光纖放大器主要用來(lái)彌補合波器引起的功率損失和提高光信號的發(fā)送功率），再將放大后的多路光信號送入光纖傳輸，中間可以根據情況決定有或沒(méi)有光線(xiàn)路放大器，到達接收端經(jīng)光前置放大器（主要用于提高接收靈敏度，以便延長(cháng)傳輸距離）放大以后，送入光波長(cháng)分波器分解出原來(lái)的各路光信號。
WDM系統可以增加1個(gè)波長(cháng)信道專(zhuān)用于對系統的管理，這個(gè)信道就是所謂的光監控信道（Optical Supervising Channel－OSC）對于采用摻鉺光纖放大器（EDFA）技術(shù)的光線(xiàn)路放大器，EDFA 的增益區為 1530 nm ~1565 nm， 光監控通路必須位于EDFA有用增益帶寬的外面（帶外OSC），為1510 nm。監控通路采用信號翻轉碼 CMI 為線(xiàn)路碼型。
按照ITU-T的建議，WDM系統的光監控信道應該與主信道完全獨立。在OTM站，在發(fā)方向，監控信道是在合波、放大后才接入監控信道的；在收方向，監控信道是首先被分離的，之后系統才對主信道進(jìn)行預放和分波。同樣在OLA站點(diǎn)，發(fā)方向，是最后才接入監控信道；收方向，最先分離出監控信道。在整個(gè)傳送過(guò)程中，監控信道沒(méi)有參與放大，但在每1個(gè)站點(diǎn)，都被終結和再生了。這點(diǎn)恰好與主信道相反，主信道在整個(gè)過(guò)程中都參與了光功率的放大，而在整個(gè)線(xiàn)路上沒(méi)有被終結和再生，波分設備只是為其提供了1個(gè)個(gè)通明的光通道。
監控通路接口參數
監控通路的接口參數如表1-4。
表1-1 監控通路的接口參數
監控波長(cháng)  1510nm
監控速率  2Mbit/s
信號碼型  CMI
信號發(fā)送功率  (0~-7dBm)
光源類(lèi)型
  光譜特性    MLM  LD
    *
最小接收靈敏度  -48dBm
1。1。1 監控通路的幀結構
監控通路的2Mbit/s系統物理接口應符合G。703要求。其幀結構和比特率符合G。704的規定，如圖1-23所示。
0 1 2 3 。。。。。。。。 16 17 。。。。。。。 29 30 31
圖1-2 監控通路的幀結構
時(shí)隙0 ：幀同步字節。
幀結構中至少有2個(gè)時(shí)隙作為公務(wù)聯(lián)絡(luò )通路，1個(gè)作為光中繼段公務(wù)聯(lián)絡(luò )，可在光放大器中繼站上接入。另1個(gè)作為光復用段之間的業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò )，可在WDM系統終端站接入。
幀結構中至少有 1 個(gè)時(shí)隙供使用者(通常為網(wǎng)絡(luò )提供者)使用，可以在光線(xiàn)路放大器中繼站上接入。
幀結構中必須有4 個(gè)字節作為光中繼段的 DCC 通道， 8個(gè)字節作為光復用段的DCC 通道，以傳送有關(guān) WDM 系統的網(wǎng)絡(luò )管理信息。終端設備有公務(wù)聯(lián)絡(luò )和使用者通路兩個(gè)接口。
至少有空閑字節，以準備擴容時(shí)采用。
系統設計
本文討論的光監控信道電路板電路由單片機，FPGA，光收/發(fā)模塊，及相關(guān)附屬電路組成，其中，FPGA完成系統的主要功能，是本電路板的核心。
光監控信道電路板電路原理框圖如圖2所示：

其中，光收發(fā)模塊為武漢郵電科學(xué)院生產(chǎn)的2M光/電，電/光轉換模塊，工作波長(cháng)為1510nm。 兩對光收發(fā)模塊可以完成光監控信道兩個(gè)方向上的光/電， 電/光轉換。光收模塊將輸入的1510nm光信號光電轉換為4M CMI編碼電信號，送入FPGA，在FPGA中完成CMI/NRZ解碼，E1的幀同步，HDLC處理，將從其他站點(diǎn)傳送來(lái)的監控信息取出到FPGA中的雙口RAM中，通過(guò)單片機讀出，由單片機通過(guò)串口送到管理板，監控信息最終可以顯示到網(wǎng)管計算機上�！�對于從管理板發(fā)出的本站需要傳送到其他站的監控信息，由管理板通過(guò)串口發(fā)給單片機，單片機將需傳送的信息寫(xiě)到FPGA內的RAM中，FPGA將需傳送的信息進(jìn)行HDLC與E1的成幀處理，CRC處理及NRZ/CMI編碼，然后送到光發(fā)送模塊進(jìn)行電/光轉換，傳送到光纖線(xiàn)路中。
FPGA設計
FPGA選用Altera公司Cyclone系列EP1C12。Cyclone系列器件是低價(jià)格，中等密度的FPGA，內部有12060個(gè)邏輯單元，52個(gè)4Kbit的RAM塊和2個(gè)內部鎖相環(huán)。
通過(guò)VHDL實(shí)現系統功能，系統采用自頂向下的EDA設計流程，利用VHDL語(yǔ)言編程實(shí)現系統功能。
FPGA原理框圖如圖3：
發(fā)送部分主要由時(shí)鐘模塊、HDLC和E1時(shí)序產(chǎn)生及成幀模塊、NRZ/CMI編碼、公務(wù)電話(huà)處理模塊和單片機時(shí)序發(fā)生模塊組成。當有監控數據需要發(fā)送時(shí)，單片機向FPGA的雙口RAM寫(xiě)入數據，數據寫(xiě)完后單片機時(shí)序發(fā)生模塊將產(chǎn)生請求處理信號通知HDLC和E1時(shí)序產(chǎn)生及成幀模塊進(jìn)行處理，HDLC和E1時(shí)序產(chǎn)生及成幀模塊將雙口RAM中的待傳送數據取出并進(jìn)行處理，包括并/串轉換，HDLC標志位添加與成幀，E1的成幀與CRC產(chǎn)生等，同時(shí)將兩路公用電話(huà)插入到E1的相應時(shí)隙中，最后將E1送到NRZ/CMI編碼模塊進(jìn)行編碼，編碼后送給電路板的光發(fā)模塊發(fā)送到線(xiàn)路中。
接收部分包括時(shí)鐘模塊、E1幀同步檢測與HDLC標志字檢測處理模塊、NRZ/CMI解碼模塊、公務(wù)電話(huà)處理模塊、單片機時(shí)序產(chǎn)生模塊。對于由光收模塊來(lái)的碼流，先由CMI/NRZ解碼模塊進(jìn)行解碼，然后進(jìn)行E1幀同（失）步檢測，HDLC標志字檢測，CRC檢測等。1旦發(fā)現是發(fā)送給本站的數據，則進(jìn)行相應的HDLC處理，串/并轉換，將數據存入到雙口RAM并通知單片機收取。如果不是發(fā)給本站的數據，則由發(fā)送部分的HDLC，E1時(shí)序產(chǎn)生，成幀模塊繼續向下1個(gè)站點(diǎn)傳輸�！�
本系統由FPGA完成光監控信道板的核心功能。FPGA選用Altera公司Cyclone系列EP1C12，采用Top-down設計方法，用VHDL完成各功能模塊。兩路發(fā)送/接收邏輯共占FPGA75%的資源， 該系統已應用在Wavexpress城域網(wǎng)波分復用設備中，工作狀態(tài)良好�！�
1、 ITU-T Recommendation G。692
2、 郵電技術(shù)規定YDN120-1999 《光波分復用系統總體技術(shù)要求》（暫行規定）
3、 孫學(xué)軍等《DWDM 傳輸系統原理與測試》北京：人民郵電出版社2000。2
4、 紀越峰《光波分復用系統》北京：北京郵電大學(xué)出版社 2001。11
5、 吳繼華，王誠《Altera FPGA/CPLD設計》北京：人民郵電出版社2005。7
6、 姜立東《VHDL語(yǔ)言程序設計及應用》北京：北京郵電大學(xué)出版社 2004。6  畢業(yè)論文 論文網(wǎng)

【FPGA在波分復用系統光監控信道中的應用】相關(guān)文章：

Openprocess在熱網(wǎng)監控系統中的應用01-11

CAN總線(xiàn)在樓宇監控系統中的應用03-07

談Openprocess在熱網(wǎng)監控系統中的應用01-14

探析Openprocess在熱網(wǎng)監控系統中的應用01-07

關(guān)于安全監控系統在長(cháng)輸管線(xiàn)中的應用03-18

OSD技術(shù)在A(yíng)TM數字視頻監控系統中的應用03-18

新一代超高速光纖通信 -光波分復用WDM系統11-19

OFDM系統的信道估計03-07

帶有電網(wǎng)諧波分析功能的智能多電源監控系統03-19