專利名稱：一種多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光傳輸設(shè)備，特別涉及一種在光纖網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行多種業(yè)務(wù)傳輸?shù)脑O(shè)備，其將視音頻信號、10/100M以太網(wǎng)信號和RS485/232信號通過數(shù)字復(fù)接技術(shù)復(fù)接在一根光纖上進(jìn)行雙向傳輸。
傳統(tǒng)廣電傳輸網(wǎng)主要傳輸?shù)氖悄M視音頻信號，為了實現(xiàn)數(shù)字復(fù)接，首先需將模擬視音頻信號抽樣、量化和編碼以轉(zhuǎn)換成用二進(jìn)制碼表示的數(shù)字視音頻信號。與模擬信號相比，數(shù)字信號更加適合于經(jīng)光纖傳輸，這是因為數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的抗干擾能力強，接收機(jī)靈敏高，傳輸距離長，對激光器的線性要求低，可降低系統(tǒng)成本，并且可實現(xiàn)無損傷中繼。這使系統(tǒng)具有更高的傳輸質(zhì)量和可靠性，很容易使視頻指標(biāo)超過廣播甲級的要求。
高速以太網(wǎng)信號可以作為廣電網(wǎng)建立IP數(shù)據(jù)的B平臺，也可在公安、交通監(jiān)控等專用領(lǐng)域內(nèi)用于傳送基于IP的壓縮視頻流等數(shù)據(jù)。低速RS485/232通道則可用于傳輸云臺控制等信號。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)，包括將多種業(yè)務(wù)信號復(fù)接為串行碼流的發(fā)送部分、調(diào)制串行碼流的光發(fā)送模塊、合波處理調(diào)制信號和分波處理接收信號的波分復(fù)用器、解調(diào)分波信號以獲得串行碼流的光接收模塊以及解復(fù)接處理串行碼流的接收部分，其中，發(fā)送部分包含將數(shù)字音頻信號與低速數(shù)據(jù)信號復(fù)接為預(yù)復(fù)接信號的預(yù)復(fù)接器、將以太網(wǎng)信號轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)并行信號的以太網(wǎng)接口發(fā)送部分和將并行輸出的預(yù)復(fù)接信號、數(shù)字視頻并行信號和以太網(wǎng)并行信號復(fù)接為串行碼流的復(fù)接器，預(yù)復(fù)接器、以太網(wǎng)接口發(fā)送部分和復(fù)接器同步于同一時鐘信號；接收部分包含恢復(fù)出與發(fā)送端同步的時鐘信號并將串行碼流解復(fù)接為并行輸出信號的解復(fù)接器、將以太網(wǎng)并行信號轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)信號的以太網(wǎng)接口接收部分和從預(yù)復(fù)接信號中解復(fù)接出數(shù)字音頻信號和低速數(shù)據(jù)信號的解預(yù)復(fù)接器，解預(yù)復(fù)接器、以太網(wǎng)接口接收部分和復(fù)接器同步于發(fā)送端的時鐘信號。
在上述多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)中，所述以太網(wǎng)信號為10/100M以太網(wǎng)信號，以太網(wǎng)接口發(fā)送部分和接收部分由一塊MII接口芯片實現(xiàn)，并且所述時鐘信號的頻率為25MHz。
在上述多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)中，所述MII接口芯片將復(fù)接器和解復(fù)接器作為MII接口的物理層，并且所述以太網(wǎng)并行信號為5位并行信號，其中4位為數(shù)據(jù)信號，1位為數(shù)據(jù)有效信號。
在上述多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)中，所述MII接口芯片還包含交換核心和緩存單元以實現(xiàn)自適應(yīng)地工作于10/100M以太網(wǎng)信號。
在上述多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)中，所述數(shù)字音頻信號為I2S格式信號，所述低速數(shù)據(jù)信號為RS485/232信號，所述數(shù)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(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)中，所述數(shù)字視頻信號通過在所述時鐘信號頻率下對復(fù)合視頻信號進(jìn)行采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得，所述數(shù)字音頻信號通過在48.83KHz頻率下對模擬音頻信號進(jìn)行采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得，并且所述低速數(shù)據(jù)信號預(yù)復(fù)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(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)中，所述預(yù)復(fù)接器和解預(yù)算接器由可編程邏輯陣列(CPLD)實現(xiàn)。
在上述多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)中，所述波分復(fù)用器為普通的1310nm/1550nm粗波分復(fù)用器。


圖1為本發(fā)明多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)的總體框圖。
圖2為圖1所示多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)中發(fā)送部分的框圖。
圖3為圖1所示多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)中接收部分的框圖。
圖4為快速以太網(wǎng)MII接口的示意圖。
圖5為實現(xiàn)圖2和圖3中以太網(wǎng)接口發(fā)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(jī)發(fā)送部分1一個較佳實施例的電路框圖。如圖2所示，模擬復(fù)合視頻信號(VIDEO)經(jīng)鉗位后輸入A/D(模數(shù))變換器，由其變換為10位數(shù)字視頻信號后并行輸出至復(fù)接器6。兩路音頻信號(AUDIO)經(jīng)A/D后變換為20位數(shù)字音頻信號并按照一位I2S格式的串行碼流輸出至預(yù)復(fù)接器7，這樣可大大簡化布線。低速的RS485和RS232信號經(jīng)接口變換為TTL電平后也輸出至預(yù)復(fù)接器7。預(yù)復(fù)接器7由可編程邏輯陣列(CPLD)實現(xiàn)，其將輸入的數(shù)字音頻信號和低速RS385/RS232TTL電平信號復(fù)接為高速的一位串行信號并送至復(fù)接器6。以太網(wǎng)變壓器將經(jīng)RJ45端口輸入的10/100M以太網(wǎng)信號轉(zhuǎn)換為合適電平的信號并送至以太網(wǎng)接口發(fā)送部分8，由其將這些合適電平的信號變換為4位數(shù)據(jù)(TXD
)和一位數(shù)據(jù)有效信號(TXEN)后并行輸出至復(fù)接器6。復(fù)接器6可由可編程門陣列(FPGA)實現(xiàn)，其將并行輸出的10位數(shù)字視頻信號、5位以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號和1位預(yù)復(fù)接器輸出信號復(fù)接為高速串行數(shù)據(jù)流，并輸出至光發(fā)送模塊2發(fā)送。光端機(jī)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(dá)到70dB，這樣的視音頻指標(biāo)都已經(jīng)超過廣播甲級的水平。
圖3為圖1所示光端機(jī)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(jīng)解調(diào)處理后輸出至解復(fù)接器9。解復(fù)接器9將輸入的串行信號解復(fù)接為16位并行數(shù)據(jù)并輸出至相應(yīng)的后續(xù)處理單元。并行信號中的10位為數(shù)字視頻信號，其直接進(jìn)入視頻D/A(數(shù)模)轉(zhuǎn)換器以恢復(fù)為復(fù)合視頻信號；一位信號經(jīng)解預(yù)復(fù)接器10進(jìn)行解預(yù)復(fù)接處理后輸出I2S格式的串行數(shù)字音頻信號及低速數(shù)據(jù)信號，前者經(jīng)音頻D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號輸出，后者經(jīng)接口變換后輸出RS485、RS232信號，解預(yù)復(fù)接器10也由可編程邏輯陣列(CPLD)實現(xiàn)；其余5位并行數(shù)據(jù)分別為4位數(shù)據(jù)RXD
和1位數(shù)據(jù)有效信號RXDV，它們被輸入以太網(wǎng)接口發(fā)送部分11，由其變換為串行輸出信號并由以太網(wǎng)變壓器轉(zhuǎn)換為10/100Base-Tx信號后經(jīng)RJ45輸出。值得指出的是，為了簡化結(jié)構(gòu)，以太網(wǎng)接口發(fā)送部分8及接收部分11可由同一芯片實現(xiàn)。
在上述發(fā)送部分1中，復(fù)接器6的復(fù)接過程實際上是以參考時鐘為基準(zhǔn)，將并行輸入的16位數(shù)據(jù)線上的信號依次讀出，并且變換為速率為參考時鐘整數(shù)倍(這里為20倍)的高速串行數(shù)據(jù)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(yè)務(wù)的同步，必須使復(fù)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(fù)接器9的解復(fù)接過程實際上是恢復(fù)出與發(fā)送端同步的參考時鐘信號并以該參考時鐘為基準(zhǔn)，將串行輸入的信號變換為16位數(shù)據(jù)線上并行輸出的信號，并且解復(fù)接后各部分的工作時鐘都同步于恢復(fù)出來的與發(fā)送端同步的參考時鐘。
在本發(fā)明的該實施例中，采用媒質(zhì)無關(guān)接口(MII)來完成以太網(wǎng)信號與并行信號之間的轉(zhuǎn)換?？紤]到100M快速以太網(wǎng)的接口速率，復(fù)接和解復(fù)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(fā)送及接收兩組，其中，MII接口將100Mbps串行數(shù)據(jù)流變?yōu)?5M的并行4位碼組傳輸，所以以太網(wǎng)接口需要的時鐘信號頻率為25MHz。
標(biāo)準(zhǔn)MII接口雖然也提供發(fā)送時鐘TXCLK及接收時鐘RXCLK(TXCLK即25MHz外時鐘，RXCLK由數(shù)據(jù)流中恢復(fù))，但是都由物理層提供，由于物理層接口芯片輸出的數(shù)據(jù)流RXD
同步于RXCLK，因此如果直接將以太網(wǎng)物理層芯片通過MII接口接到復(fù)接器上，則其與復(fù)接器的參考時鐘并不同步，所以無法實現(xiàn)同步復(fù)接。
為此本發(fā)明采用具有下述特殊結(jié)構(gòu)的芯片來實現(xiàn)以太網(wǎng)接口的輸出數(shù)據(jù)流與參考時鐘的同步。如圖5所示，該芯片包含以太網(wǎng)物理層接口功能和MAC層功能，并且包含一個交換核心和數(shù)據(jù)緩存單元。在這種實現(xiàn)方式中，復(fù)接器6及解復(fù)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(xiàn)，因此該芯片的時鐘信號都由復(fù)接器6及解復(fù)接器9提供，由此實現(xiàn)了時鐘同步。采用這種芯片后，光端機(jī)外部的以太網(wǎng)接口仍然是RJ45，數(shù)據(jù)進(jìn)入光端機(jī)后將經(jīng)過緩存及交換，這里的交換核心可以起到隔離內(nèi)部網(wǎng)的作用，而大容量緩存則可實現(xiàn)速率變換。由于MAC層和復(fù)接器/解復(fù)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(yīng)地工作于10/100M以太網(wǎng)信號。
以上確定了復(fù)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(fù)合視頻的采樣可以直接采用25MHz參考時鐘，注意應(yīng)選用采樣率大于25Mz的視頻A/D轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明采用Δ-∑雙聲道音頻A/D變換器，芯片內(nèi)部將輸入時鐘256分頻作為采樣時鐘，在預(yù)復(fù)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(shù)據(jù)的復(fù)接是直接在預(yù)復(fù)接器中對輸入低速數(shù)據(jù)進(jìn)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(fā)送部分1內(nèi)，所有功能模塊的時鐘都同步于25MHz主參考時鐘，這樣在復(fù)接器中就可以完成所有功能的同步復(fù)接。同樣，接收部分5內(nèi)各功能模塊都工作于解復(fù)接器恢復(fù)出的25MHz時鐘，因此接收和發(fā)送的時鐘同步可以確保各部分正確恢復(fù)出原始信號。
為了實現(xiàn)同步，視音頻的采樣可采用滿足采樣定理的非標(biāo)準(zhǔn)采樣頻率，由于本發(fā)明實現(xiàn)的多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)可以獨立構(gòu)成一個系統(tǒng)，因此采樣率及量化位數(shù)的選取只要滿足采樣定理及視音頻指標(biāo)即可。
雖然在上述較佳實施例中，以太網(wǎng)信號為10/100M以太網(wǎng)信號，并且所述時鐘信號的頻率為25MHz。但是本發(fā)明也可以應(yīng)用于其他的以太網(wǎng)信號，而且時鐘信號的頻率也可根據(jù)實際的應(yīng)用采用取其他數(shù)值，這些都是本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員在閱讀上述說明書中很容易預(yù)見到的，因此不作贅述。
在上述較佳實施例中，以太網(wǎng)并行信號為5位并行信號，其中4位為數(shù)據(jù)信號，1位為數(shù)據(jù)有效信號，數(shù)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(shù)據(jù)信號預(yù)復(fù)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(shù)值的選取取決于具體的應(yīng)用場合并且如何選取對于本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員也是顯而易見的，因此具體數(shù)值不應(yīng)理解為對本發(fā)明精神和保護(hù)范圍的限定。
權(quán)利要求
1.一種多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)，包括將多種業(yè)務(wù)信號復(fù)接為串行碼流的發(fā)送部分、調(diào)制串行碼流的光發(fā)送模塊、合波處理調(diào)制信號和分波處理接收信號的波分復(fù)用器、解調(diào)分波信號以獲得串行碼流的光接收模塊以及解復(fù)接處理串行碼流的接收部分，其特征在于，發(fā)送部分包含將數(shù)字音頻信號與低速數(shù)據(jù)信號復(fù)接為預(yù)復(fù)接信號的預(yù)復(fù)接器、將以太網(wǎng)信號轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)并行信號的以太網(wǎng)接口發(fā)送部分和將并行輸出的預(yù)復(fù)接信號、數(shù)字視頻并行信號和以太網(wǎng)并行信號復(fù)接為串行碼流的復(fù)接器，預(yù)復(fù)接器、以太網(wǎng)接口發(fā)送部分和復(fù)接器同步于同一時鐘信號；接收部分包含恢復(fù)出與發(fā)送端同步的時鐘信號并將串行碼流解復(fù)接為并行輸出信號的解復(fù)接器、將以太網(wǎng)并行信號轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)信號的以太網(wǎng)接口接收部分和從預(yù)復(fù)接信號中解復(fù)接出數(shù)字音頻信號和低速數(shù)據(jù)信號的解預(yù)復(fù)接器，解預(yù)復(fù)接器、以太網(wǎng)接口接收部分和復(fù)接器同步于發(fā)送端的時鐘信號。
2.如權(quán)利要求1所述的多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)，其特征在于，所述以太網(wǎng)信號為10/100M以太網(wǎng)信號，以太網(wǎng)接口發(fā)送部分和接收部分由一塊MII接口芯片實現(xiàn)，并且所述時鐘信號的頻率為25MHz。
3.如權(quán)利要求2所述的多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)，其特征在于，所述MII接口芯片將復(fù)接器和解復(fù)接器作為MII接口的物理層，并且所述以太網(wǎng)并行信號為5位并行信號，其中4位為數(shù)據(jù)信號，1位為數(shù)據(jù)有效信號。
4.如權(quán)利要求3所述的多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)，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(xiàn)自適應(yīng)地工作于10/100M以太網(wǎng)信號。
5.如權(quán)利要求3或4所述的多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)，其特征在于，所述數(shù)字音頻信號為I2S格式信號，所述低速數(shù)據(jù)信號為RS485/232信號，所述數(shù)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(quán)利要求5所述的多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)，其特征在于，所述數(shù)字視頻信號通過在所述時鐘信號頻率下對復(fù)合視頻信號進(jìn)行采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得，所述數(shù)字音頻信號通過在48.83KHz頻率下對模擬音頻信號進(jìn)行采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得，并且所述低速數(shù)據(jù)信號預(yù)復(fù)接時的采樣頻率為16倍于所述時鐘信號的頻率。
7.如權(quán)利要求1或6所述的多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)，其特征在于，所述預(yù)復(fù)接器和解預(yù)復(fù)接器由可編程邏輯陣列(CPLD)實現(xiàn)。
8.如權(quán)利要求1或7所述的多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)，其特征在于，所述波分復(fù)用器為普通的1310nm/1550nm粗波分復(fù)用器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多業(yè)務(wù)雙向傳輸光端機(jī)，它將視音頻信號、以太網(wǎng)信號和低速信號等多種業(yè)務(wù)信號在同一平臺上傳輸。該光端機(jī)的發(fā)送部分包含將數(shù)字音頻信號與低速數(shù)據(jù)信號復(fù)接為預(yù)復(fù)接信號的預(yù)復(fù)接器、將以太網(wǎng)信號轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)并行信號的以太網(wǎng)接口發(fā)送部分和將上述信號復(fù)接為串行碼流的復(fù)接器，預(yù)復(fù)接器、以太網(wǎng)接口發(fā)送部分和復(fù)接器同步于同一時鐘信號；接收部分包含恢復(fù)出與發(fā)送端同步的時鐘信號并將串行碼流解復(fù)接為并行輸出信號的解復(fù)接器、將以太網(wǎng)并行信號轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)信號的以太網(wǎng)接口接收部分和從預(yù)復(fù)接信號中解復(fù)接出數(shù)字音頻信號和低速數(shù)據(jù)信號的解預(yù)復(fù)接器，解預(yù)復(fù)接器、以太網(wǎng)接口接收部分和復(fù)接器同步于發(fā)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(yōu)先權(quán)日2003年5月13日
發(fā)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(xué), 上海天博光電科技有限公司