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FPGA在波分复用系统光监控信道中的应用
毕业论文摘要：在波分复用系统中，光监控信道用来传送网管信息，包括系统的状态信息和控制命令信息。本文介绍了1种WDM光监控信道的设计方法，使用Altera FPGA完成光监控信道板的核心功能，通过采用TOP-DOWN设计方法，在FPGA中完成E1和HDLC功能。该设计已经成熟应用在实际的波分复用系统中。
关键词：波分复用 FPGA 光监控信道 E1 毕业论文 论文网
波分复用(WDM)是利用单模光纤低损耗区的巨大带宽，将不同速率（波长）的光混合在1起进行传输，这些不同波长的光信号所承载的数字信号可以是相同速率、相同数据格式，也可以是不同速率、不同数据格式。可以通过增加新的波长特性，按用户的要求确定网络容量。对于2。5Gb/s以下的速率的WDM，目前的技术可以完全克服由于光纤的色散和光纤非线性效应带来的限制，满足对传输容量和传输距离的各种需求。
WDM系统的构成如图1所示。发送端的光发射机发出波长不同而精度和稳定度满足1定要求的光信号，经过光波长复用器复用在1起送入掺铒光纤功率放大器（掺铒光纤放大器主要用来弥补合波器引起的功率损失和提高光信号的发送功率），再将放大后的多路光信号送入光纤传输，中间可以根据情况决定有或没有光线路放大器，到达接收端经光前置放大器（主要用于提高接收灵敏度，以便延长传输距离）放大以后，送入光波长分波器分解出原来的各路光信号。
WDM系统可以增加1个波长信道专用于对系统的管理，这个信道就是所谓的光监控信道（Optical Supervising Channel－OSC）对于采用掺铒光纤放大器（EDFA）技术的光线路放大器，EDFA 的增益区为 1530 nm ~1565 nm， 光监控通路必须位于EDFA有用增益带宽的外面（带外OSC），为1510 nm。监控通路采用信号翻转码 CMI 为线路码型。
按照ITU-T的建议，WDM系统的光监控信道应该与主信道完全独立。在OTM站，在发方向，监控信道是在合波、放大后才接入监控信道的；在收方向，监控信道是首先被分离的，之后系统才对主信道进行预放和分波。同样在OLA站点，发方向，是最后才接入监控信道；收方向，最先分离出监控信道。在整个传送过程中，监控信道没有参与放大，但在每1个站点，都被终结和再生了。这点恰好与主信道相反，主信道在整个过程中都参与了光功率的放大，而在整个线路上没有被终结和再生，波分设备只是为其提供了1个个通明的光通道。
监控通路接口参数
监控通路的接口参数如表1-4。
表1-1 监控通路的接口参数
监控波长 1510nm
监控速率 2Mbit/s
信号码型 CMI
信号发送功率 (0~-7dBm)
光源类型
光谱特性 MLM LD
*
最小接收灵敏度 -48dBm
1。1。1 监控通路的帧结构
监控通路的2Mbit/s系统物理接口应符合G。703要求。其帧结构和比特率符合G。704的规定，如图1-23所示。
0 1 2 3 。。。。。。。。 16 17 。。。。。。。 29 30 31
图1-2 监控通路的帧结构
时隙0 ：帧同步字节。
帧结构中至少有2个时隙作为公务联络通路，1个作为光中继段公务联络，可在光放大器中继站上接入。另1个作为光复用段之间的业务联络，可在WDM系统终端站接入。
帧结构中至少有 1 个时隙供使用者(通常为网络提供者)使用，可以在光线路放大器中继站上接入。
帧结构中必须有4 个字节作为光中继段的 DCC 通道， 8个字节作为光复用段的DCC 通道，以传送有关 WDM 系统的网络管理信息。终端设备有公务联络和使用者通路两个接口。
至少有空闲字节，以准备扩容时采用。
系统设计
本文讨论的光监控信道电路板电路由单片机，FPGA，光收/发模块，及相关附属电路组成，其中，FPGA完成系统的主要功能，是本电路板的核心。
光监控信道电路板电路原理框图如图2所示：
其中，光收发模块为武汉邮电科学院生产的2M光/电，电/光转换模块，工作波长为1510nm。 两对光收发模块可以完成光监控信道两个方向上的光/电， 电/光转换。光收模块将输入的1510nm光信号光电转换为4M CMI编码电信号，送入FPGA，在FPGA中完成CMI/NRZ解码，E1的帧同步，HDLC处理，将从其他站点传送来的监控信息取出到FPGA中的双口RAM中，通过单片机读出，由单片机通过串口送到管理板，监控信息最终可以显示到网管计算机上。 对于从管理板发出的本站需要传送到其他站的监控信息，由管理板通过串口发给单片机，单片机将需传送的信息写到FPGA内的RAM中，FPGA将需传送的信息进行HDLC与E1的成帧处理，CRC处理及NRZ/CMI编码，然后送到光发送模块进行电/光转换，传送到光纤线路中。
FPGA设计
FPGA选用Altera公司Cyclone系列EP1C12。Cyclone系列器件是低价格，中等密度的FPGA，内部有12060个逻辑单元，52个4Kbit的RAM块和2个内部锁相环。
通过VHDL实现系统功能，系统采用自顶向下的EDA设计流程，利用VHDL语言编程实现系统功能。
FPGA原理框图如图3：
发送部分主要由时钟模块、HDLC和E1时序产生及成帧模块、NRZ/CMI编码、公务电话处理模块和单片机时序发生模块组成。当有监控数据需要发送时，单片机向FPGA的双口RAM写入数据，数据写完后单片机时序发生模块将产生请求处理信号通知HDLC和E1时序产生及成帧模块进行处理，HDLC和E1时序产生及成帧模块将双口RAM中的待传送数据取出并进行处理，包括并/串转换，HDLC标志位添加与成帧，E1的成帧与CRC产生等，同时将两路公用电话插入到E1的相应时隙中，最后将E1送到NRZ/CMI编码模块进行编码，编码后送给电路板的光发模块发送到线路中。
接收部分包括时钟模块、E1帧同步检测与HDLC标志字检测处理模块、NRZ/CMI解码模块、公务电话处理模块、单片机时序产生模块。对于由光收模块来的码流，先由CMI/NRZ解码模块进行解码，然后进行E1帧同（失）步检测，HDLC标志字检测，CRC检测等。1旦发现是发送给本站的数据，则进行相应的HDLC处理，串/并转换，将数据存入到双口RAM并通知单片机收取。如果不是发给本站的数据，则由发送部分的HDLC，E1时序产生，成帧模块继续向下1个站点传输。
本系统由FPGA完成光监控信道板的核心功能。FPGA选用Altera公司Cyclone系列EP1C12，采用Top-down设计方法，用VHDL完成各功能模块。两路发送/接收逻辑共占FPGA75%的资源， 该系统已应用在Wavexpress城域网波分复用设备中，工作状态良好。
1、 ITU-T Recommendation G。692
2、 邮电技术规定YDN120-1999 《光波分复用系统总体技术要求》（暂行规定）
3、 孙学军等《DWDM 传输系统原理与测试》北京：人民邮电出版社2000。2
4、 纪越峰《光波分复用系统》北京：北京邮电大学出版社 2001。11
5、 吴继华，王诚《Altera FPGA/CPLD设计》北京：人民邮电出版社2005。7
6、 姜立东《VHDL语言程序设计及应用》北京：北京邮电大学出版社 2004。6 毕业论文 论文网
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