H中STM-16-STM-1解复用的设计及FPGA实现.docx

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H中STM-16/STM-1解复用的设计及FPGA实现-论文网

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论文摘要：三网融合的实行对传输网系统提出了更高的要求，促使传输系统升级、带宽的扩展。硬件升级资金耗费较多，而FPGA器件的有很多优点，采用FPGA设计可以降低成本，缩短设计周期。基于此采用了FPGA技术，设计SDH中解复用模块。介绍了SDH原理以及STM_N帧结构及解复用方式，STM-16／STM-1解复用的设计过程，分模块论述，对每个模的设计方法详细论述，包括原理及实现方法。最终给出了仿真结果，提供了实现平台。

论文关键词：同步数字传输体系,帧定位,并行解码

1引言

SDH作为当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点，其有效地结合了高速大容量光纤传输技术和智能网络技术。而现有的SDH设备体积比较大，本文使用FPGA设计了STM-16解复用过程，简化了设备的体积，可以重复配置，实现比较方便、灵活，突现出SDH的优越性。

2SDH原理

SDH全称叫做同步数字传输体系，是一种传输的体制（协议）。这种传输体制规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级、接口码型等特性。

2.1STM_N帧结构

按照ITU-TG.707的规定，SDH基本信号传输结构等级是同步传输模块-STM_1，相应的网络节点速率是155.52Mbit/s，更高级的STM_N模块是通过将低速率等级的信息模块通过字节间插同步复用而成的，复用的个数是4的倍数，其速率等级是155.52Mbit/s的N倍，目前SDH仅支持N=1、4、16、256。

STM_N的帧结构由3部分组成：段开销（SOH），包括再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）；管理单元指针（AU-PTR）；信息净负荷（PayLoad）。STM_N的帧结构如图一所示。

图一STM_N的帧结构

2.2STM_N复用方式

ITU_T规定了一整套完整的复用结构，此复用结构包括了一些基本单元：C-容器，VC-虚容器，TU-支路单元，TUG-支路单元组，AU-管理单元，AUG-管理单元组。这些复用单元的下标表示此复用单元相应的信号级别。

尽管一种信号复用成SDH的STM_N信号路线有多种，但是对于一个国家或地区则必须复用路线唯一化。我国的光同步传输网技术体制规定了以2Mbit/s为基础的PDH系列作为SDH的有效负荷。

3解复用设计过程

对于一个完整STM_16/STM_1过程：经过光电转换的STM_16信号进入接收端，再经过时钟和数据恢复、串并转换、帧定位、BIP校验、并行解扰码，才能得到按帧格式输出地STM_1信号。此后再经过通道开销处理、指针解释及调整、净负荷定位，就可以获得装载进STM_16中的数据。

3.1模块设计

STM_16/STM_1具体实现过程可划分为9个功能模块，按其在解复用中的先后顺序加以介绍，其中每个功能模块还可以划分若干子功能模块。图二所示为设计结构的流程图。

图二设计流程图

3.2时钟转换模块

由于所用的开FPGA发板的输入时钟是100MHz，而并行16bit的STM-16信号的同步时钟是155.52MHz，需要进行时钟转换。

该模块采用了Xilinx的IP核，例化了一个DCM_ADV和一个PLL_ADV。输入时钟经过DCM_ADV完成100MHz到155.52MHz的转化，在经过PLL_ADV锁相，减少抖动和偏移，得到比较纯净的定时时钟155.52MHz。

3.3STM_16存储器

由于STM_16的串行帧节点速率为2488.32MHz，其同步码组匹配的脉冲宽度近似只有0.4018ns，对于FPGA器件的工艺条件很难达到稳定性能，故而在接收端先经过串并转换装置把串行数据转换成并行16bit数据，在输入到FPGA开发板中，这样得到的数据脉冲识别宽度为串行方式的16倍，即为6.430ns，可以满足FPGA的工艺要求。

串并转换器输出的并行16比特数据通过32位移位寄存器转化为并行32比特数据，得到的数据作为帧定位模块的输入。

3.4帧定位模块

并行帧定位检测模块通过对输入的并行数据进行移位，不断与帧同步码组A1A2以双字节为单位进行匹配比较，至连续两次识别到帧同步码组出现在两帧的同一位置，进行选通帧同步使能信号head_out，该信号作为对帧头的识别，为STM_16帧操作提供保障。根据帧同步使能信号，把并行输入的STM_16信号转换成按帧格式输出，得到的数据可以需要进一步进行奇偶校验。

帧失步处理模块

在接收端，当连续五帧以上收不到正确的A1A2字节，即连续五帧以上无法识别帧头A1A2，那么接收端进入帧失步状态，产生帧失步告警OOF；若OOF持续3ms，则进入帧丢失状态，产生帧丢失告警LOF，下插AIS信号。在LOF状态下，若接收端连续1ms以上又处于定帧状态，即恢复正常工作状态。

3.5BIP奇