光纤多路传输系统的设计与实现

在实际的工程设计中 , 常常需要实现多路信号 的传输, 往往对信号的传输质量、 线径等都有较高 的要求. 在传输手段中光纤有其绝对的优势 : 传输 容量大, 误码率低, 不易受到干扰等 , 沿一根光纤可 以传输速率很高的数字信号或很宽频带的信号[ 1] ; 这些特点对信号的传输极为有利, 这也正是光纤通 信技术迅速发展及其被广泛应用的主要原因 . 可编程逻辑器件 CPL D 在逻辑电路处理设计 中具有开发周期短, 现场灵活性好 , 可靠性高 , 体积 小, 成本低等优点 , 再加上有快速、 高效、 易于操作 的 EDA 开发软件的支持, 极大的缩短了产品的设 计周期 . 应用 CP L D 器件将多路 信号时分复用 [ 2] 为高速数据流, 利用性能优良的光纤进行传输 , 这 样可以大大提高光纤线路的利用率 , 充分发挥光纤 线路的优势. 光信号在传输过程中不易受到外界信 号的干扰 , 再加上光纤传输误码率极低, 这样就保 证了传输信号的性能 . 光纤重量轻、 线径细, 能大大 减小传输线径 . 因此, 采用可编程逻辑器件 CPL D 及时分复用技术实现模拟和数字信号的光纤多路 传输系统的设计 .
图1
系统框图
F ig. 1 Config uration of system
系统将 4 路模拟信号经过调理、 模数转换与经 过光电隔离处理后的 8 路数字信号送给时分复用 模块复用 ; 复用模块按照传输的帧格式进行复用 , 形成串行数据输出; 再经过光纤发送模块的放大、 电光转换经由光纤传输[ 3] ; 接收部分首先由光纤接 收模块实现光电转换, 再经解时分复用模块实现解 复用 [ 4] ; 对于传输的模拟信号经过数模转换、 信号 处理恢复输出 , 传输的数字信号光电隔离后输出 . 在传输系统中所采用的帧格式至关重要, 与信 号的传输过程密切相关 . 为简化硬件电路设计及综 合考虑设计任务, 系统采用帧结构 [ 5] 如图 2 所示. 系统采用了异 步通 信的方 式, 一 帧有 32bit :
的设计中采用了模块化设计方法, 各模块可以独立 进行设计 , 每一个子模块完成后生成一个宏单元供 上层调用 , 提高了工作效率 . 设计完成后在 M ax pluwenku.baidu.comII 的开发环境下进行仿真 , 验证系统的功能 . 为了验证系统的发送和接收整体功能, 在仿真时将 发送模块的输出和接收模块的输入直接相连 , 通过 对比输入和输出就可以验证系统的设计效果 . 系统 仿真图如图 5 所示.
光纤传过来的时分复用串行数据由器件 H F BR 2528 实现 光 电 转换 , 送 给可 编 程 逻 辑 器件 EPM7128A , 由 CP LD 实现解复用和相应的逻辑处 理. 首先由 CP LD 进行数据帧头的检测, 一旦发现 有效帧头 10000 说明有一帧数据到来, 通过串并转 换实现解时分复用 , 将该帧传过来的数据锁存 , 对 数据进行奇偶校验 , 通过校验的数据输出 , 校验错
第 30 卷第 4 期 2010 年 08 月
西 安 工 业 大 学 学 报 Jo urnal o f Xi an T echnolo g ical U niver sity
Vo l. 30 No . 4 A ug. 2010
文章编号 :
1673 9965( 2010) 04 383 04
光纤多路传输系统的设计与实现
[ 1] 季晓飞 , 迟泽英 , 游明 俊 , 等 . 光 纤双向传 输系统 中数 字 光 端机 的 研 制 [ J] . 南 京 理工 大 学 学 报 , 2001, 25 ( 2) : 182. JI X iao fei, CH I Ze y ing, YO U M in jun, et al. Devel opment o f Dig ital O pt ical T erm inat ion in Bi direction al Fiber O ptica l T r ansmit ting Sy stem [ J] . Jo ur nal of N anjing U niv ersit y of Science and T echnolo gy , 2001, 25( 2) : 182. ( in Chinese) [ 2] 刘莉莉 , 郑 建生 , 代 永红 . 基 于 FP GA 的数 字复 接系 统的设计与实现 [ J] . 电讯技术 , 2005( 6) : 101. L IU L i li, ZH EN G Jian sheng, DA I Yo ng hong . De sig n and Implementation of Dig ital M ult iplex System w ith FP GA [ J] . T eleco mmunicatio n Engineering , 2005 ( 6) : 101. ( in Chinese) [ 3] 张贝 , 曹家年 . 基于 CP LD 的 32 路数据光纤传输系统 [ J] . 应用科技 , 2005, 32( 3) : 11. ZH A N G Bei, CA O Jia nian. T hirt y tw o Channel Data T ransmission in F iber O ptic Communicat ion System Based on CPL D[ J] . A pplied Science and T echno lo gy , 2005, 32( 3) : 11. ( in Chinese) [ 4] 生安财 , 孟克 . 基 于 CP LD 的数 字光端 机的设 计与实 现 [ J] . 应用科技 , 2007, 34( 11) : 43. SH EN G An cai, M EN G Ke. Desig n and Realizatio n o f Dig ital Optical T erminal Based on CP LD [ J] . A p plied Science and T echno lo gy , 2007, 34( 11) : 43 45. ( in Chinese) [ 5] 李铁 , 徐润华 . 基于 FPG A 的车 载光端 机的设 计与应 用 [ J] . 兵工自动化 , 2008, 27( 4) : 53. L I T ie, XU Run hua. Desig n and Application o f V e hicle O pt ical T er minal Based o n F PGA [ J] . Or dnance Industr y A utomatio n, 2008, 27( 4) : 53. ( in Chinese) [ 6] 赵森 . CPL D 在数 字光端 机中的 应用 [ D] . 长 春 : 吉林 大学 , 2007. ZHA O Sen. T he Application o f CP LD in the Digital O pt ical T ransceiv er[ D] . Chang chun: Jilin U niv ersity , 2007. ( in Chinese)
第4期
任安虎 等 : 光 纤多路传输系统的设计与实现
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系统软件仿真及分析
在 Max plusII 的开发环境下编程实现 , 在系统
用, 实现了四路模拟、 八路数字信号的时分复用光 纤多路传输. 设计时尽量简化硬件 , 更多的功能由 软件实现 , 增强 了系统的灵活性 . 在 EDA 开 发环 境下进行了软件仿真, 验证了软件设计的正确性 . 该设计在某军用多路数据传输系统中得到了成功 的应用, 工作稳定、 性能良好 . 为进一步增加数据传 输的路数及提高每一路数据传输的速率, 可以通过 提高光纤信道的传输速率实现. 参 考 文 献:
任安虎1 , 张 燕2
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( 1. 西安工业大学 电子信息工程学院 , 西安 710032; 2. 陕西工业职业技术学院 电气工程系 , 咸阳 712000)
摘 要: 为实现模拟和数字信号的光纤多路传输, 采用复杂可编程逻辑器件( Complex Pr o gramm able L og ic Dev ice, CPL D) 和时分复用技术, 设计了光纤多路传输系统. 利用 EPM 7128 对传输的数字信号按照设计的帧格式进行时分复用发送, 接收端将接收的光信号经光电转换 之后解复用, 恢复出传输的各路信号. 实验测试表明 : 系统可稳定的实现四路模拟信号和八路 数字信号的时分复用光纤传输. 关键词: 光纤通信 ; 复杂可编程逻辑器件( CPL D) ; 时分复用; 帧格式 中图号: T P391 文献标志码 : A 框图如图 1 所示.
误的数据被抛弃; 同时依照帧标志产生多路分配器 的控制信号和 D/ A 的控制信号. 传输的模拟信号 数据经 D/ A 转换器件 DAC1210 实现数模转换, 在 多路分配控制信号的控制下由 M AX382 完成到输 出端口的分配 , 在此恢复的模拟信号由于呈现阶梯 状, 因 此采用 滤波器 进行平 滑处理 , 最 后放大 输 出[ 8] ; 传输的数字信号经光电隔离之后直接输出.
1
系统总体结构
系统由发送部分、 光纤和接收部分组成 , 总体
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收稿日期 : 2010 04 14 作者简介 : 任安虎 ( 1974 ) , 男, 西安工业大学讲师 , 主要研究方向为通信与信息处理技术 . E mail: rahmail@ 126. com.
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第 30 卷
5bit 的帧起始标志位标志一帧的开始, 使用的码字 是 10000. 2bit 的帧标 志位, 用以标 志该帧中传输 的是哪一路模拟信号 . 当帧标志位为 00 时, 选择第 一路模拟信号 A1; 当帧标志位为 01 时, 选择第二 路模拟信号 A2; 当帧标志位为 10 时, 选择第三路 模拟信号 A3; 当帧标志位为 11 时, 选择第四路模 拟信号 A4. 8bit 的模数转换位是选定的模拟信号 经 A/ D 转换后的 8 位数据 . 8bit 的 D1 D8 位该字 段的每一位对应 8 路数字信号的数据. 奇偶校验位 实现对传输数据的奇偶校验, 用以接收端判断接收 的数据是否正确 . 停止位标志该帧数据的结束 ; 空 闲位是为了给硬件预留相应的处理时间 , 同时使该 帧的总长度为 8 的倍数 , 以方便后续处理 , 所以在 此空闲位为 7bit . 由 4 个单帧构成一个复帧 , 在一 个复帧周期里实现所有模拟信号和数字信号的传 输. 这样设计帧格 式的好处可以大 大简化硬件电 路, 更多的由软件实现, 使系统变得灵活 .
心[ 6] , 将模拟信号数字化后与数字信号一起按照系 统传输的帧格式复用, 经过电光转换后经由光纤传 输. 具体的发送部分的原理示意图如图 3 所示.
图 3 发送部分原理示意图 F ig. 3 P rinciple o f transmitting pa rt
要传送的四路模拟信号的 V pp = 10V, 经过电 平调理之后, 由多路选择器 CD4051 选择一路模拟 信号 , 放大后由 A / D 转换器 A D7821 转换为 8 位 并行数据送给 CP LD; 八路数字信号经光电隔离并 行送给 CP L D. 逻辑处理及时分复用运用 Alt era 公 司的复杂可编程逻辑器件 EPM 7128A 实现[ 7] . 复 用之后的串行数据采用安捷伦公司的 H FBR 1528 完成电光转换经光纤传输.
3
图 2 帧结构 F ig . 2 F rame fo rmat
接收部分设计
经过光纤传过来的时分复用串行数据由接收
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发送部分设计
发送部分以复杂可编程逻辑器件 CPL D 为核
端实现解复用、 恢复输出传输的各路信号, 接收部 分的原理示意图如图 4 所示 .
图 4 接收部分原理示意图 F ig . 4 Pr inciple of receiv ing part