基于Xilinx FPGA的千兆以太網(wǎng)及E1信號(hào)的光纖傳輸

目前，隨著多媒體應(yīng)用的普及，千兆位以太網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展成為主流網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。大到成千上萬(wàn)人的大型企業(yè)，小到幾十人的中小型企業(yè)，在建設(shè)企業(yè)局域網(wǎng)時(shí)都會(huì)把千兆位以太網(wǎng)技術(shù)作為首選的高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。千兆位以太網(wǎng)技術(shù)甚至正在取代ATM技術(shù)，成為城域網(wǎng)建設(shè)的主力軍。

E1接口采用PCM編碼方式。符合G．703標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)75Ω同軸電纜或120Ω雙絞線進(jìn)行非對(duì)稱或?qū)ΨQ傳輸。在電信網(wǎng)中有著廣泛應(yīng)用。

將高速的千兆位以太網(wǎng)信號(hào)與低速的E1信號(hào)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)與E1信號(hào)的復(fù)用。既滿足了用戶對(duì)大帶寬、高容量數(shù)據(jù)的傳輸要求，又提供了E1信號(hào)接入功能，實(shí)現(xiàn)電話業(yè)務(wù)及其他專用通信系統(tǒng)的接入功能。

系統(tǒng)構(gòu)成
整個(gè)系統(tǒng)主要由E1接口單元、以太網(wǎng)接口單元、FPGA單元以及光接口單元構(gòu)成。E1接口單元主要完成E1信號(hào)的接口轉(zhuǎn)換，以太網(wǎng)接口單元主要通過(guò)外部PHY芯片實(shí)現(xiàn)物理層功能，再通過(guò)GMII接口實(shí)現(xiàn)與FPGA以太網(wǎng)媒體接入控制器對(duì)接。吉比特收發(fā)器通過(guò)用戶接口將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)和經(jīng)過(guò)碼速調(diào)整后的E1信號(hào)形成16b并行數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)16b/20b編碼形成2.5Gb/s的數(shù)據(jù)流送入到光接口單元，光接口單元完成光/電轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的光纖傳輸。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖

E1接口單元的設(shè)計(jì)
在E1信道中，一般每8位組成一個(gè)時(shí)隙，32個(gè)時(shí)隙組成一個(gè)幀，16個(gè)幀組成一個(gè)復(fù)幀。在一個(gè)幀中，TS0主要用于傳送幀定位信號(hào)（FAS）、CRC-4（循環(huán)冗余校驗(yàn)）和對(duì)端告警指示，TS16主要傳送隨路信令（CAS）、復(fù)幀定位信號(hào)和復(fù)幀對(duì)端告警指示，TS1～TS15和TS17～TS31共30個(gè)時(shí)隙則用來(lái)傳送話音或數(shù)據(jù)等信息。如果采用公共信道信令（CCS）模式，TS16就失去了傳送信令等信號(hào)的用途，TS1～TS31共31個(gè)時(shí)隙可傳送話音或數(shù)據(jù)等信息。如果采用無(wú)幀模式，E1信道將不成幀，而作為一個(gè)透明的話音或數(shù)據(jù)等信息傳輸通道。一個(gè)E1信道可傳送N個(gè)64Kb/s的話音或數(shù)據(jù)等信息通道。在隨路信令（CAS）模式，N為1～30；在公共信道信令（CCS）模式，N為1～31，而在無(wú)幀模式時(shí)，N為32。

發(fā)送方向：E1信號(hào)首先經(jīng)過(guò)接口變壓器，然后送入單/雙變換電路，完成單雙變換后送入FPGA芯片。FPGA將E1線路接口單元送來(lái)的HDB3數(shù)據(jù)送入時(shí)鐘提取模塊，提取出E1時(shí)鐘，并且將HDB3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成NRZ數(shù)據(jù)，NRZ數(shù)據(jù)經(jīng)碼速調(diào)整后復(fù)用成一路125Mb/s數(shù)據(jù)流，然后送入RocketIO GTP Transceiver 發(fā)送接口單元中，和千兆位以太網(wǎng)信號(hào)一起進(jìn)行線路編碼，最后形成2.5Gb/s的數(shù)據(jù)流送入到激光器進(jìn)行光線路編碼進(jìn)行傳輸。

接收方向：信號(hào)經(jīng)光纖傳輸后到達(dá)接收端，首先恢復(fù)成電信號(hào)送入到RocketIO GTP Transceiver接收單元中，經(jīng)時(shí)鐘提取、信號(hào)同步、解碼、信號(hào)分接，時(shí)鐘平滑后分接出E1數(shù)據(jù)流，再經(jīng)HDB3編碼后送入到單雙變換電路完成雙/單變化，經(jīng)接口變壓器后進(jìn)行傳輸。原理框圖如圖2所示。

圖2 E1接口原理框圖