光纤通信系统中数字复接芯片的选择及应用

1. 前言

　　在光纤通信系统中，作为终端设备的光端机必须由光发射模块、光接收模块、数据接口、用户线接口和数字复接芯片等几部分组成。其中的数字复接芯片用来将若干个低速数字信号合并成一个高速数字信号，以达到扩大传输容量和提高传输速率的目的。

　　目前，数字复接体制主要有准同步数字体系(Parasynchronous Digital Hierarchy,简称PDH)和同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy，简称SDH)，从长远看，SDH终将取代PDH。但由于PDH复接系统信道利用率高，设备简单，因此，在一些小规模、小容量的通信网中，仍具有广泛的市场和应用价值。因此，研究数字复接专用芯片在PDH体制中的应用亦具有一定的意义。

　　PDH复接体制包括一次群到二次群复接、二次群到三次群复接、一次群到三次群跳群复接和三次群到四次群复接等 。其中，最后一种复接方式已转化为三次群到SDH STM－1的复接。本文不予讨论。

　　2. 各种数字复接芯片比较

　　为了满足上述各种复接方式的需要，市场上出现了各种型号的数字复接专用集成芯片。这些芯片以格林威的GW 
7600、GW7620、GW7680，正有的ZYIC－002，华大的CISCG和清华的MXZW68231为典型。在众多的芯片中，怎样选择满足科研设计需要的、性价比最高的复接芯片呢?表1是上述各芯片的比较。

　　根据表1，为满足不同的复接要求，在保证高性价比的前提下，分不同情况给出几种说明：

　　(1)一次群至二次群复分接

　　选CISCG芯片最便宜，但外围电路中要有2M平滑锁相、2M和8M时钟提取电路；选择GW7600和ZYIC－002在性价比及外围电路上几乎一样，只是后者功耗大一点，但它带有插座，有利于科研设计时的插拔。

　　(2)二次群至三次群复分接

　　选CISCG芯片时，外围电路中要有8M平滑锁相、8M和34M时钟提取电路；选GW7600和ZYIC－002时，外围电路中要有8M平滑锁相和34M时钟提取电路。

　　(3)一次群至三次群复分接(带标准34M电接口)

　　若其中要留8M电接口，则用2片GW7620和1片GW7600或ZYIC－002，外加8M平滑锁相和34M时钟提取电路；若其中不留8M电接口，则用1片MXZW68231外加34M时钟提取电路即可。

　　(4)一次群至三次群跳群复分接

　　最佳方案选GW7680，它有线路编码电路，具有E1支路16×16交叉连接功能，方便上下电路。

　　3. 复接芯片的应用举例

　　就目前市场的需求来看，中小容量用户需求的是2M口且具有相当于480路容量的光传输出设备，而不一定是标准34M口；另外，用户对网络的灵活性(比如上下电路、交叉连接功能)、可靠性要求都比较高。正因为如此，笔者认为GW7680芯片的应用开发价值较大。下面就GW7680芯片的功能、特点及应用情况作一具体介绍。

　　3.1 GW7680芯片的功能结构及特点

　　GW7680芯片是北京格林威为实现其APDH(Advanced PDH)光纤传输方案而设计的ASIC芯片。该芯片采用数字锁相环技术和线路编码技术实现E1信号(2.048kbit/s)准同步复用和E2信号(8.448kbit/s)同步复用以及光线路传输编解码。GW7680吸收SDH的特点是单片可提供16个E1信号直接上下电路、E1信号通道层(通道速率为2112 kbit/s)交叉连接、E1双纤环网通道保护、线路再定时及丰富的开销。其功能结构如图1所示。

　　在图1中，RA和TB单元构成西侧光口，RB和TA构成东侧光口。TA和TB实现的功能是同步复用，以插入码方式成帧、扰码；RA和RB实现的功能是：解扰码、帧同步定位、同步分接。每个基本单元的线路口速率为42.24Mbit/s。

　　E1 MAPPER完成16个2.048kbit/s速率信号的复接和分接，其输入输出构成GW7680的第三个端口(即电口)。在每个E1的输入口设有一个全数字的时钟恢复电路，输出口设有一个全数字的锁相环，这两个模块的性能决定了2.048kbit/s通道的抖动特征，由于采用全数字化技术进行处理，所以抖动性能非常稳定可靠且不受工作电压和环境温度的影响。

　　数字交叉连接器DXC作为E1通道的控制枢纽，对来自三个方向的信号进行调度。西向进入的E1可以再从东向发出或往E1连接器选择一个物理口下电路，东向进入的E1可以再从西向发出或往E1连接器选择一个物理口下电路。从某个物理口插入的E1信号可在DXC控制下发往西向或东向，或双向同时发送。

除以上功能外，GW7680还具有如下功能特点：

　　●线路速率在42.24 Mbit/s(480路)和84.48 Mbit/s(960路)两者之一任选 。选42.24 Mbit/s时，只需一对光收发模块，适合于点到点的传输场合；选84.48 Mbit/s时，需两对光收发模块，具有交叉连接功能，在组网应用时非常方便;

　　●提供两路64kbit/s数字公务电话接口，可直接连接话音CODEC(编解码芯片，如MC145503)，且具备公务电话四音(拨号、回铃、忙音、催挂)插入控制，该接口不占用2M通道。

　　●提供一条带有8kHz帧同步信号的2112kbit/s开销数据接口，易于外部合成384kbit/s、192kbit/s、64kbit/s同向数据接口；

　　●提供2路2112kbit/s透明数据通道(960路设置条件下)；

　　●提供2路528kbit/s异步采样数据通道；

　　●具有微处理器(MP)接口，支持以MP为核心的设计，实现告警、监控以及系统设置(如交叉连接设置)的MP管理；

　　●提供线路帧失步、公务帧失步、1E－3、1E－6等告警功能以及线路误码比特计数、E1输入信号消失检测、通道AIS检测等功能。

     3.2 GW7680在TM480中的应用

　　由GW7680构成的光电合一设备再配合一定的控制软件，即可支持链状网、环状网的应用系统。在GW7680芯片外围配置一对光收发模块、一个微处理器、PCM编解码芯片、42.24MHz时钟提取电路及2M接口变换电路即可构成480路单板光端机。这种单板光端机具有许多独特的功能，非常适合于中小容量需求的接入网。TM480光端机组成框图如图2所示。

　　图2是GW7680芯片最简单的应用方式。除了这种TM480(终端设备)外，还可组成ADM480(分插复用器)；如果使用2片GW7680，则可扩容为960路或1920路的TM和ADM，这主要取决于GW7680的串、并使用及软件设置。其中TM1920和ADM1920可广泛应用于干线传输网中，它的容量相当于SDH的STM－1(1890路)，性能与SDH不相上下，但价格却比SDH便宜。这种扩容方式如图3所示。

　　3.2 GW7680芯片的应用技巧

　　在光纤传输系统中，无论是链状网结构还是环状网结构，光信号每经过一个中转(中继)设备时，必须有一个时钟提取(也叫线路定时)过程，以实现网同步。实现网同步的目标是使网中所有交换节点的时钟频率和相位都控制在预先确定的容差范围内，以便使网内各交换节点的全部数字流实现正确有效的交换。否则，在数字交换机的缓存器中会产生信息比特的溢出和取空，导致数字流的滑动损伤，从而使数据出错。

　　对一般的PDH传输网或SDH传输网设备而言，其发送定时总是与接收的定时信号有关，下面以SDH同步网的定时传输为例进行说明，其框图如图4所示。

　　在SDH系统中，主要采用主从同步方式，PRC(基准时钟)为网中的最高一组时钟，各分级时钟是从传输信号中获取的，然后向下一级转发出去，因此每一个SDH网络单元都直接地影响了定时信号，即每个SDH网元通过4.6ppm精度的内部时钟跟踪外定时信号，然后转发出去。当多个4.6ppm的时钟级联时必将造成定时抖动积累。于是，从网同步的角度考虑，为了保证SDH组网后能够正常运行，同步传输链路应尽量短，整个链路的G.812时钟节点数应不超过10个，每一个SDH节点至少应有2个独立的外定时输入，以保证足够的定时可靠性。

　　用2片GW7680构成的线路定时网同步方式颇具特色，跟 SDH网同步方式相比，它在线路定时提取过程中几乎没有任何时钟抖动积累。线路定时提取原理如图5所示。

　　当接收到上一站传来的42.24 Mbit/s的线路信号时，1片GW7680(A单元)将其分接成16个2Mbit/s的信号， 再经另一片GW7680(B单元)复接、线路编码成42.24Mbit/s的信号输出，这时的时钟信号不是由定时提取电路提出来的，而是由B单元同步复接出来的，它不需要参考别的时钟(如PRC)，也不需作任何频偏调整。因此，当多个站采用这种本地线路定时提取方式组联成链状网或环网时，每个站的线路定时都独立，不存在时钟的转发问题，因而不会造成整个链状网或环网的定时抖动积累。这是一般的SDH和PDH设备无法做到的。

 4. 结束语

　　综上所述，根据不同的设计要求来选择复接芯片时，首先应对各种复接芯片的功能进行分析，然后分析采用该芯片完成电路设计时的外围电路实现的难易程度，最后考虑复接芯片的性价比。这样设计的电路既能满足要求，又能达到事半功倍的效果。另外，在使用某一芯片时，要尽量挖掘该芯片的潜能，进行灵活搭配使用，这样往往能够开发出意想不到的、性能优异的电路或设备，如本文提到的用2片GW7680构成一种独特的本地线路定时提取方案便是如此。