專利名稱：一種多業務雙向傳輸光端機的制作方法
技術領域：
本發明涉及光傳輸設備，特別涉及一種在光纖網絡中進行多種業務傳輸的設備，其將視音頻信號、10/100M以太網信號和RS485/232信號通過數字復接技術復接在一根光纖上進行雙向傳輸。
傳統廣電傳輸網主要傳輸的是模擬視音頻信號，為了實現數字復接，首先需將模擬視音頻信號抽樣、量化和編碼以轉換成用二進制碼表示的數字視音頻信號。與模擬信號相比，數字信號更加適合于經光纖傳輸，這是因為數字光纖傳輸系統的抗干擾能力強，接收機靈敏高，傳輸距離長，對激光器的線性要求低，可降低系統成本，并且可實現無損傷中繼。這使系統具有更高的傳輸質量和可靠性，很容易使視頻指標超過廣播甲級的要求。
高速以太網信號可以作為廣電網建立IP數據的B平臺，也可在公安、交通監控等專用領域內用于傳送基于IP的壓縮視頻流等數據。低速RS485/232通道則可用于傳輸云臺控制等信號。
為達到上述目的，本發明采用下述技術方案一種多業務雙向傳輸光端機，包括將多種業務信號復接為串行碼流的發送部分、調制串行碼流的光發送模塊、合波處理調制信號和分波處理接收信號的波分復用器、解調分波信號以獲得串行碼流的光接收模塊以及解復接處理串行碼流的接收部分，其中，發送部分包含將數字音頻信號與低速數據信號復接為預復接信號的預復接器、將以太網信號轉換為以太網并行信號的以太網接口發送部分和將并行輸出的預復接信號、數字視頻并行信號和以太網并行信號復接為串行碼流的復接器，預復接器、以太網接口發送部分和復接器同步于同一時鐘信號；接收部分包含恢復出與發送端同步的時鐘信號并將串行碼流解復接為并行輸出信號的解復接器、將以太網并行信號轉換為以太網信號的以太網接口接收部分和從預復接信號中解復接出數字音頻信號和低速數據信號的解預復接器，解預復接器、以太網接口接收部分和復接器同步于發送端的時鐘信號。
在上述多業務雙向傳輸光端機中，所述以太網信號為10/100M以太網信號，以太網接口發送部分和接收部分由一塊MII接口芯片實現，并且所述時鐘信號的頻率為25MHz。
在上述多業務雙向傳輸光端機中，所述MII接口芯片將復接器和解復接器作為MII接口的物理層，并且所述以太網并行信號為5位并行信號，其中4位為數據信號，1位為數據有效信號。
在上述多業務雙向傳輸光端機中，所述MII接口芯片還包含交換核心和緩存單元以實現自適應地工作于10/100M以太網信號。
在上述多業務雙向傳輸光端機中，所述數字音頻信號為I2S格式信號，所述低速數據信號為RS485/232信號，所述數字視頻并行信號為10位并行信號，所述串行碼流的速率為500Mbps并包含4比特同步信息。
在上述多業務雙向傳輸光端機中，所述數字視頻信號通過在所述時鐘信號頻率下對復合視頻信號進行采樣和模數轉換獲得，所述數字音頻信號通過在48.83KHz頻率下對模擬音頻信號進行采樣和模數轉換獲得，并且所述低速數據信號預復接時的采樣頻率為16倍于所述時鐘信號的頻率。
在上述多業務雙向傳輸光端機中，所述預復接器和解預算接器由可編程邏輯陣列(CPLD)實現。
在上述多業務雙向傳輸光端機中，所述波分復用器為普通的1310nm/1550nm粗波分復用器。
圖1為本發明多業務雙向傳輸光端機的總體框圖。
圖2為圖1所示多業務雙向傳輸光端機中發送部分的框圖。
圖3為圖1所示多業務雙向傳輸光端機中接收部分的框圖。
圖4為快速以太網MII接口的示意圖。
圖5為實現圖2和圖3中以太網接口發送和接收部分的接口芯片功能框圖。
圖2為圖1所示光端機發送部分1一個較佳實施例的電路框圖。如圖2所示，模擬復合視頻信號(VIDEO)經鉗位后輸入A/D(模數)變換器，由其變換為10位數字視頻信號后并行輸出至復接器6。兩路音頻信號(AUDIO)經A/D后變換為20位數字音頻信號并按照一位I2S格式的串行碼流輸出至預復接器7，這樣可大大簡化布線。低速的RS485和RS232信號經接口變換為TTL電平后也輸出至預復接器7。預復接器7由可編程邏輯陣列(CPLD)實現，其將輸入的數字音頻信號和低速RS385/RS232TTL電平信號復接為高速的一位串行信號并送至復接器6。以太網變壓器將經RJ45端口輸入的10/100M以太網信號轉換為合適電平的信號并送至以太網接口發送部分8，由其將這些合適電平的信號變換為4位數據(TXD
)和一位數據有效信號(TXEN)后并行輸出至復接器6。復接器6可由可編程門陣列(FPGA)實現，其將并行輸出的10位數字視頻信號、5位以太網數據信號和1位預復接器輸出信號復接為高速串行數據流，并輸出至光發送模塊2發送。光端機的視頻信號采用10比特采樣可確保視頻信號的信噪比超過65dB，而音頻信號采用20比特采樣可確保音頻信號的信噪比達到70dB，這樣的視音頻指標都已經超過廣播甲級的水平。
圖3為圖1所示光端機中接收部分5一個較佳實施例的電路框圖，如圖3所示，光接收模塊4輸出的高速串行信號經解調處理后輸出至解復接器9。解復接器9將輸入的串行信號解復接為16位并行數據并輸出至相應的后續處理單元。并行信號中的10位為數字視頻信號，其直接進入視頻D/A(數模)轉換器以恢復為復合視頻信號；一位信號經解預復接器10進行解預復接處理后輸出I2S格式的串行數字音頻信號及低速數據信號，前者經音頻D/A轉換器轉換為模擬音頻信號輸出，后者經接口變換后輸出RS485、RS232信號，解預復接器10也由可編程邏輯陣列(CPLD)實現；其余5位并行數據分別為4位數據RXD
和1位數據有效信號RXDV，它們被輸入以太網接口發送部分11，由其變換為串行輸出信號并由以太網變壓器轉換為10/100Base-Tx信號后經RJ45輸出。值得指出的是，為了簡化結構，以太網接口發送部分8及接收部分11可由同一芯片實現。
在上述發送部分1中，復接器6的復接過程實際上是以參考時鐘為基準，將并行輸入的16位數據線上的信號依次讀出，并且變換為速率為參考時鐘整數倍(這里為20倍)的高速串行數據信號，即頻率為500Mbps的串行信號，這里的其余4位信號被用于同步。因此為了保證各種業務的同步，必須使復接前各部分的工作時鐘都同步于參考時鐘。
在上述接收部分3中，解復接器9的解復接過程實際上是恢復出與發送端同步的參考時鐘信號并以該參考時鐘為基準，將串行輸入的信號變換為16位數據線上并行輸出的信號，并且解復接后各部分的工作時鐘都同步于恢復出來的與發送端同步的參考時鐘。
在本發明的該實施例中，采用媒質無關接口(MII)來完成以太網信號與并行信號之間的轉換。考慮到100M快速以太網的接口速率，復接和解復接過程的參考時鐘信號頻率被選擇為25MHz。具體而言，對于MII接口，如圖4所示，其接口信號分為發送及接收兩組，其中，MII接口將100Mbps串行數據流變為25M的并行4位碼組傳輸，所以以太網接口需要的時鐘信號頻率為25MHz。
標準MII接口雖然也提供發送時鐘TXCLK及接收時鐘RXCLK(TXCLK即25MHz外時鐘，RXCLK由數據流中恢復)，但是都由物理層提供，由于物理層接口芯片輸出的數據流RXD
同步于RXCLK，因此如果直接將以太網物理層芯片通過MII接口接到復接器上，則其與復接器的參考時鐘并不同步，所以無法實現同步復接。
為此本發明采用具有下述特殊結構的芯片來實現以太網接口的輸出數據流與參考時鐘的同步。如圖5所示，該芯片包含以太網物理層接口功能和MAC層功能，并且包含一個交換核心和數據緩存單元。在這種實現方式中，復接器6及解復接器9均被視為MII接口的物理層，MAC層的功能由該接口芯片實現，因此該芯片的時鐘信號都由復接器6及解復接器9提供，由此實現了時鐘同步。采用這種芯片后，光端機外部的以太網接口仍然是RJ45，數據進入光端機后將經過緩存及交換，這里的交換核心可以起到隔離內部網的作用，而大容量緩存則可實現速率變換。由于MAC層和復接器/解復接器的MII接口為全雙工工作，因此可省去TXER、RXDV、CRS、RXER、COL等半雙工作時需要的信號線，使需要傳送的信號線簡化為TXD
、TXEN、RXD
和RXDV等10位。此外，由于包含交換和緩存單元，所以可以自適應地工作于10/100M以太網信號。
以上確定了復接的主參考時鐘為25MHz，由這個參考時鐘可以得到各部分的工作時鐘。復合視頻的采樣可以直接采用25MHz參考時鐘，注意應選用采樣率大于25Mz的視頻A/D轉換器。本發明采用Δ-∑雙聲道音頻A/D變換器，芯片內部將輸入時鐘256分頻作為采樣時鐘，在預復接器中將25MHz參考時鐘2分頻之后作為音頻A/D的輸入時鐘，這樣音頻采樣頻率約為48.83KHz，滿足采樣定律的要求。低速數據的復接是直接在預復接器中對輸入低速數據進行16倍采樣，采樣時鐘也是由主參考時鐘分頻得來。
由以上的分析，在發送部分1內，所有功能模塊的時鐘都同步于25MHz主參考時鐘，這樣在復接器中就可以完成所有功能的同步復接。同樣，接收部分5內各功能模塊都工作于解復接器恢復出的25MHz時鐘，因此接收和發送的時鐘同步可以確保各部分正確恢復出原始信號。
為了實現同步，視音頻的采樣可采用滿足采樣定理的非標準采樣頻率，由于本發明實現的多業務雙向傳輸光端機可以獨立構成一個系統，因此采樣率及量化位數的選取只要滿足采樣定理及視音頻指標即可。
雖然在上述較佳實施例中，以太網信號為10/100M以太網信號，并且所述時鐘信號的頻率為25MHz。但是本發明也可以應用于其他的以太網信號，而且時鐘信號的頻率也可根據實際的應用采用取其他數值，這些都是本領域內普通技術人員在閱讀上述說明書中很容易預見到的，因此不作贅述。
在上述較佳實施例中，以太網并行信號為5位并行信號，其中4位為數據信號，1位為數據有效信號，數字視頻并行信號為10位并行信號，串行碼流的速率為500KHz并包含4比特同步信息，視頻信號的采樣頻率為25MHz，音頻信號的采樣頻率為48.83，低速數據信號預復接時的采樣頻率為16倍于所述時鐘信號的頻率。上述這些具體數值的選取取決于具體的應用場合并且如何選取對于本領域內普通技術人員也是顯而易見的，因此具體數值不應理解為對本發明精神和保護范圍的限定。
權利要求
1.一種多業務雙向傳輸光端機，包括將多種業務信號復接為串行碼流的發送部分、調制串行碼流的光發送模塊、合波處理調制信號和分波處理接收信號的波分復用器、解調分波信號以獲得串行碼流的光接收模塊以及解復接處理串行碼流的接收部分，其特征在于，發送部分包含將數字音頻信號與低速數據信號復接為預復接信號的預復接器、將以太網信號轉換為以太網并行信號的以太網接口發送部分和將并行輸出的預復接信號、數字視頻并行信號和以太網并行信號復接為串行碼流的復接器，預復接器、以太網接口發送部分和復接器同步于同一時鐘信號；接收部分包含恢復出與發送端同步的時鐘信號并將串行碼流解復接為并行輸出信號的解復接器、將以太網并行信號轉換為以太網信號的以太網接口接收部分和從預復接信號中解復接出數字音頻信號和低速數據信號的解預復接器，解預復接器、以太網接口接收部分和復接器同步于發送端的時鐘信號。
2.如權利要求1所述的多業務雙向傳輸光端機，其特征在于，所述以太網信號為10/100M以太網信號，以太網接口發送部分和接收部分由一塊MII接口芯片實現，并且所述時鐘信號的頻率為25MHz。
3.如權利要求2所述的多業務雙向傳輸光端機，其特征在于，所述MII接口芯片將復接器和解復接器作為MII接口的物理層，并且所述以太網并行信號為5位并行信號，其中4位為數據信號，1位為數據有效信號。
4.如權利要求3所述的多業務雙向傳輸光端機，其特征在于，所述MII接口芯片還包含交換核心和緩存單元以實現自適應地工作于10/100M以太網信號。
5.如權利要求3或4所述的多業務雙向傳輸光端機，其特征在于，所述數字音頻信號為I2S格式信號，所述低速數據信號為RS485/232信號，所述數字視頻并行信號為10位并行信號，所述串行碼流的速率為500Mbps并包含4比特同步信息。
6.如權利要求5所述的多業務雙向傳輸光端機，其特征在于，所述數字視頻信號通過在所述時鐘信號頻率下對復合視頻信號進行采樣和模數轉換獲得，所述數字音頻信號通過在48.83KHz頻率下對模擬音頻信號進行采樣和模數轉換獲得，并且所述低速數據信號預復接時的采樣頻率為16倍于所述時鐘信號的頻率。
7.如權利要求1或6所述的多業務雙向傳輸光端機，其特征在于，所述預復接器和解預復接器由可編程邏輯陣列(CPLD)實現。
8.如權利要求1或7所述的多業務雙向傳輸光端機，其特征在于，所述波分復用器為普通的1310nm/1550nm粗波分復用器。
全文摘要
本發明提供一種多業務雙向傳輸光端機，它將視音頻信號、以太網信號和低速信號等多種業務信號在同一平臺上傳輸。該光端機的發送部分包含將數字音頻信號與低速數據信號復接為預復接信號的預復接器、將以太網信號轉換為以太網并行信號的以太網接口發送部分和將上述信號復接為串行碼流的復接器，預復接器、以太網接口發送部分和復接器同步于同一時鐘信號；接收部分包含恢復出與發送端同步的時鐘信號并將串行碼流解復接為并行輸出信號的解復接器、將以太網并行信號轉換為以太網信號的以太網接口接收部分和從預復接信號中解復接出數字音頻信號和低速數據信號的解預復接器，解預復接器、以太網接口接收部分和復接器同步于發送端的時鐘信號。
文檔編號H04B10/24GK1458751SQ03116880
公開日2003年11月26日 申請日期2003年5月13日 優先權日2003年5月13日
發明者李迎春, 宋英雄, 陳健, 李力, 張瑞鋒, 許志榮 申請人:上海大學, 上海天博光電科技有限公司