数字光纤通信系统在通信中的应用设计

数字光纤通信系统在通信中的应用设计 目录摘要IABSTRACTII第一章前言11.1课题背景11.2课题研究目的11.3光纤通信发展史2第二章 数字光纤通信系统设计方案32.1数字光纤通信系统的基本构成32.1.1光纤32.1.2光源32.1.3光发射机42.1.4光中继器52.1.5光接收机52.2数字光纤通信系统的通信62.2.1数字光纤通信系统简介62.2.2数字光纤通信系统通信原理6第三章 数字光纤通信系统实现方案83.1方案概述83.2 实现方案83.2.1 PowerPC 405 处理器结构特性和集成开发环境EDK83.2.2 硬件总体设计93.2.3 EDK 模块设计结果103.2.4 光纤通信模块设计113.2.5 SFP 光收发模块143.2.6 性能分析14第四章 光纤通信技术的发展与展望164.1 光纤通信技术的发展及现状164.2 光纤通信技术的趋势及展望164.2.1 向超高速系统的发展164.2.2 向超大容量WDM系统的演进174.2.3 实现光联网174.2.4 开发新代的光纤184.2.5 IPoverSDH与IpoverOptical184.2.6 解决全网瓶颈的手段一光接入网184.2.7 FTTH19第五章 结束语22参考文献23致谢24摘要光纤通信的诞生与发展是电信史上的一次重要革命。近几年来，随着技术的进步，电信管理体制的改革以及电信市场的逐步全面开放，光纤通信的发展又一次呈现了蓬勃发展的新局面，本文旨在对光纤通信领域的主要发展热点作一简述与展望。通过对光纤通信几个发展趋势进行的学习以及实际工作的了解，发现传统的通信网络无论从业务量设计、容量安排、组网方式，以及交换方式上来讲都已无法适应这些新的发展趋势，各大公司都在设计未来网络的蓝图，诸如可持续发展的网络、一体化网和新的公用网等等，其基本思路都是相同的，即具有统一的通信协议和巨大的传输容量，能以最经济的成本，灵活可靠持续地支持一切已有和将有的业务和信号。关键词：光纤 通信 设计 发展ABSTRACTThe birth and development of optical fiber communication is a major revolution in telecommunications history. In recent years, advances in technology, telecommunications management system reform and full liberalization of the telecommunications market gradually, the development of optical fiber communication flourish once again presents a new situation, this article seeks to optical fiber communications for a major development focus Description and Prospect. This paper describes the historical development of optical fiber communication, optical fiber through the basic components: fiber, light source, light detector characteristics of the introduction, that the development of optical communication technology is inseparable from the development of optical devices, and text around the capacity and speed optical fiber communication and the practical application of several trends are described in detail, and the world a more cutting-edge communications technology are introduced briefly. Optical fiber communications by learning a few trends and practical understanding of the work, found that the traditional communication network design in terms of traffic, capacity arrangements, networking mode, and the way in terms of exchange have been unable to adapt to these new trends major companies in the design of a blueprint for future networks, such as sustainable development, networks, integrated network and the new public network, etc. The basic idea is the same, that is a unified communication protocols and huge transmission capacity, can the most economical cost, flexible and reliable support for all existing and ongoing business and signals to others.KEY WORDS:FPGA TMN SDH/SONET ASON FTTH前言1.1课题背景随着人们生活水平的提高，人们对信息量的需求增大，对信息传输的速率、安全等要求提高。而光纤通信可以满足通信的这一需求。光纤是通信网络的优良传输介质，光纤通信是以很高频率 1014hz数量级 的光波作为载波、以光纤作为传输介质的通信，光纤通信的问世使高速率、大容量的通信成为可能目前它已成为最主要的信息传输技术。虽然光纤通信研制时间不长，但其应用已相当普遍。我国光通信领域已掌握了光纤、器件、系统等各方面的关键技术，逐渐走进了国际光通信的先进行列。尤其在主要技术上，都有了自己的特色和创新。1.2课题研究目的数字光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。随着国际互联网业务和通信业的飞速发展，信息化给世界生产力和人类社会的发展带来了极大的推动。光纤通信作为信息化的主要技术支柱之一，必将成为21世纪最重要的战略性产业。光纤通信技术和计算机技术是信息化的两大核心支柱，计算机负责把信息数字化，输入网络中去；光纤则是担负着信息传输的重任。当代社会和经济发展中，信息容量日益剧增，为提高信息的传输速度和容量，光纤通信被广泛的应用于信息化的发展，成为继微电子技术之后信息领域中的重要技术。随着人们生活水平的提高，人们对信息量的需求增大，对信息传输的速率、安全等要求提高。而光纤通信可以满足通信的这一需求。数字光纤通信系统在通信系统中的应用越来越广泛。其有很大的市场前景。1.3光纤通信发展史80年代一项最重要的技术发展是光纤通信成为一个主要的国际性产业。用光纤敷设的总长度可以表明其发展的程度。据估计，截止2001年底，全世界敷设的光纤总长度就达3.81亿英里。1955年，英国科学家卡帕尼，发明了玻璃光导纤维。1960年被称为光纤之父的华人高锟等人首先提出了用低吸收的光纤做光通信。1970年，美国的柯林公司做出了每公里20分贝的低损耗光纤，贝尔实验室研制成功室温连续运转的半导体激光器，这奠定了光纤通信的基础。七八年以后，美国在芝加哥市首先开辟了第一条光纤通信线路。再过10年左右，1.55微米波长的光纤损耗率低到0.2个分贝每公里，这样低的损耗就可以传输很远。在同年，英国的南安普敦大学，发明了掺铒光纤放大器。1989年美国首次进行了波分复用的光通信实验，是四个频道的，四个通道。1998年，美国实现了密集波分复用的长途光通信，它的传输速率达到每秒一个太比特，从此，我们就进入了这样一个高速的时代，太比特的时代。中国光通信的历史是在20世纪80年代的上海首先铺设了一条1.8公里的数字光通信线路。20世纪80年代投资的武汉邮电研究院，研制光纤的器件和光纤本身，现在也成为光纤器件的一个最大的研究单位。1995年到1998年，上海交大完成了九五项目，四个节点的全光城域网、实验网。20世纪90年代起，全国各地都普遍铺设和使用单路的光纤通信线路，截止到2004年底，全国敷设光纤总长度已超过350万公里。 2000年底中国网通公司建成了3400公里的波分复用的光纤通信网；2001年完成了863项目，中国高速示范网；2000年，国家自然科学基金资助了一个项目，中国高速互联研究实验网。现在，我们国内有很多的公司可以批量生产光纤通信的系统和器件。第二章 数字光纤通信系统设计方案2.1数字光纤通信系统的基本构成2.1.1光纤 光纤由纤芯、包层与涂层三大部分组成。光纤按模式分为多模光纤和单模光纤，对于公用通信网的骨干网，包括市内骨干网、接入网的光纤线路，需要使用单模光纤；专用的局域网和其它短距离光纤线路使用多模光纤。光纤的工作波长有短波长和长波长，短波长是0.85m，长波长则是1.31m和1.55m两种。光纤的损耗在1.31m为0.35dB/km，在1.55m为0.20dB/km。波长1.31m光纤的色散为零，而波长1.55m光纤有最低损耗却有不小的色散（Chromaticdispersion，简写dispersion ，对长距离、高速率脉冲信号传输有限制。经重新设计的光纤，使零色散波长从1.31m移位至1.55m，这样的单模光纤就称为色散移位光纤，简写DSF（dispersionshiftedfiber）m存在小量的色散恰恰足够抵消FWM（四波混频）的影响，称为非零色散光纤，简写NZDF（non-zerodispersionfiber）。2.1.2光源 光源是光纤通信系统中的关键光子器件。光纤通信对光源器件的要求工作寿命长（光源器件寿命的终结是指其发光功率降低到初始值的一半或者其阈值电流增大到其初始值的二倍以上）、体积小、重量轻。常见的光源器件有激光二极管（LD）m短波长光源常采用GaAlA/ GaAs双异质结构，而长波长1.31.55m则采用InGaAsPlnp隐理式异质结构。而WDM系统须利用长波长光源器件，它不仅要求激光管的发射波长高度稳定，保证器件与波导之间实现最佳耦合，插入损耗小，同时要求能把多路激光管和必要的附属电路集成在同一芯片上，使得多路光载波信号能够在一根光纤中加以传输。近年来研制的多波长光源器件主要是把多路激光管排成阵列，连同一个导形耦合器，利用硅的“平面光路”平台技术制成混合集成光组件，其结构趋于采用光纤光栅的外腔激光管结构。2.1.3光发射机 光发射机中最重要的光器件就是半导体激光器，实际上它是一只激光二极管 Laser Diode，LD ，当然也有不使用激光二极管，而是使用半导体发光二级管 Light Emitting Diode，LED 的。 1310nm光发射机一般采用直接调制方式 残留边带幅度调制，VSB-AM方式 ，它的功能是把电信号转换成光信号，它通过外部电路改变注入激光器的 电源来实现。它设置的偏置电路能为激光器提供最佳偏置工作电源，偏置电流不同，激光器就会有不同的功率输出，为确保稳定的输出光功率，应设计光功率和激光 器温度的自动控制电路，如采用微电脑达到自动控制光发射机的最佳工作状态。 激光器正在广泛地用作光振荡器 即发光器件 ，它是依靠本身所成的激光器媒质材料的能量状态与光的相互作用工作。 为使激光器工作，必须有一定大小的电流，这一电流的大小与光强度之间有一定关系，当增加电流时，光的强度急剧增加，这一点说明激光器已开始工作，这个使激 光器开始工作的电流叫门限电流，它越小越好，因为这已经能使激光器开始工作，如再继续增加门限电流，就会形成输出的饱和区，饱和区的电流达到一定值后，就 会使传输信号的质量下降甚至损坏激光二极管，对于光纤传输所需功率来讲，在线性区域有数兆瓦的输出功率满足远距离传输信号和信息的要求。光的传输质量除光 强的量以外，还与光谱和噪声等问题有一定关系。 多波长的光谱对高质量的模拟信号的传输是不太适合的，即使以单模方式来工作，它的发光谱线也有宽度，宽度越窄，光波变得越纯，越会成为时间相干，即相干性好的光波。相干性好的光波不需用透镜和其它器件将它会聚成小的光点，也越适合入射。图2.1数字光发射机发射图2.1.4光中继器光中继器是在长距离的光纤通信系统中补偿线路光信号的损耗和消除信号畸变及噪声影响的设备。是光纤通信设备的一种。其作用是延长通信距离。通常由光接收机、定时判决电路和光发送机三部分及远供电源接收、遥控、遥测等辅助设备组成。光中继器将从中接收到弱光信号经光检测器转换成电信号，再生或放大后，再次激励光源，转换成较强的光信号，送入光纤继续传输。光接收机的主要部件是光检测器，也就是高灵敏度的光电二极管 PIN ，光电二极管利用半导体的光电效应完成对光信号的检测工作，使光信号还原成RF电视信号，然后对RF信号进行放大，以及AGC电平控制等处理后输出合格的RF信号供网络分配。 光接收机的主要技术是C/N、C/CTB、C/CSO。这三大技术指标又都是由光电转换模块的性能所确定，在相同光功率输入的情况下，转换输出的RF电平 就有大小之分，当光电模块转换效率高时，它的输出电平高，所带来的C/N值指标也好，反之，C/N值指标变差。而C/CSO、C/CTB两项技术指标由光 电模块的线性度而定，高质量的光电模块在C/CSO、C/CTB指标相同的情况下，允许更宽的接收功率范围。图2.2光接收机原理图2.2数字光纤通信系统的通信2.2.1数字光纤通信系统简介数字光纤通信系统就是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。光导纤维通信简称光纤通信。可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。光纤由内芯和包层组成，内芯一般为几十微米或几微米，比一根头发丝还细；外面层称为包层，包层的作用就是保护光纤。实际上光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。 光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式。发射机接收到电信号，通过对信号进行处理控制光源发出光信号通过光纤传输，经过光中继器对光信号的放大可实现远距离传输，光接收机接收到光信号对信号进行处理转换成电信号，传输给设备，实现通信。原理图如下所示图2.3光纤通信原理图第三章 数字光纤通信系统实现方案3.1方案概述/ 复杂可编程逻辑器件 FPGA/ CPLD 设计灵活，在不改变外围电路的情况下，设计不同片内逻辑就能实现不同的电路功能。FPGA/CPLD 开发工具种类繁多，功能强大，应用各种工具可以完成从输入、综合、实现到配置芯片等一系列功能，还有很多工具可以完成对设计的仿真、优化、约束、在线调试等功能。新型FPGA 内嵌CPU 或DSP 内核，支持软硬件协同设计，可以作为片上可编程系统 SOPC 的硬件平台，它正逐步成为复杂数字硬件电路设计的理想首选。Virtex II Pro 系列产品是Xilinx 公司推出的高端FPGA 产品，它嵌入了32 位的IBM Pow erPC405RISC 处理器内核和RocketIO 高速串行收发器。Virtex II Pr o 内部具有丰富的可编程资源，能完成复杂的组合与时序逻辑设计，满足可编程片上系统的应用设计需求，可为网络和通信系统提供极高的带宽。我们的设计采用了Virtex II Pro 系列产品中的XC2V P4FF672C器件作为数据处理平台，该器件内含1 个IBM Pow erPC405 处理器内核，28 个容量为18 kB 的片上块RAM，块RAM 总量达504 kB，348 个IO 引脚。 3.2 实现方案 PowerPC 405 处理器结构特性和集成开发环境EDK在Virtex II Pro 系列器件中嵌入的32 位的IBMPow erPC 405 处理器硬核是一种32 位哈佛结构的RISC 核，最高可以工作在400 MHz 下。支持Pow erPC用户指令集，提供32 个32 位的通用寄存器、累加器和乘/ 除运算功能，16 kB 的高速指令缓存和16 kB的高速数据缓存，支持专用的IBM CoreConnect 总线结构和专用的片上存储器接口。在Virtex II Pro 器件中，Pow er PC 405 处理器内核采用IBM 的CoreConnect 总线技术和其他模块连接。CoreConnect 总线架构是由IBM 开发的一种片上总线通信连接技术。它能够将FPGA 内各种不同的IP核连接到一起构成一个完整的系统，它是一个总线标准的集合，包括处理器局部总线PLB、片上外设总线OPB 和设备控制寄存器总线DCR。开发中，我们采用了Xilinx 的EDK EmbeddedDevelopment Kit 设计工具，它是一个专门用于FPGA内部32 位嵌入式处理器的集成化开发工具包，并能提供硬件和软件的协同设计能力， 可以极大地缩短设计周期。在EDK 工具包中集成了硬件平台产生器 Platgen 、硬件仿真模型产生器 SimGen 、软件平台产生器 Libgen 、应用软件编译工具 GNU Compiler 软件调式工具 GNU Debugger 等等。此外，EDK 也提供了各种丰富的IP 核，包括总线接口、外部存储控制器、通用IO、中断控制等等。利用这些现有的资源，用户可以非常方便地构造自己的嵌入式平台。如果已有的IP核不能满足用户的特定需求, 用户也可以开发自己的IP 核。3.2.2 硬件总体设计通信卡采用3. 3 V 信号环境下的32 位PCI 接口与主机进行数据通信，通信卡之间通过光纤进行通信，光纤数据传输速率可达1. 25 Gbit / s。通信卡主要由VirtexII Pro FPGA 、SFP 光收发模块、时钟产生模块、电源模块、ISP 配置PROM 和CPCI 接口等几个功能模块组成。图3.1 所示为通信卡各模块之间的逻辑关系和信号流程。图3.1通信卡硬件组成3.2.3 EDK 模块设计结果设计中，主要是在V irtex II Pro 器件内部构建一个以Power PC 405 处理器硬核为中心的嵌入式计算机应用系统，在FPGA 内部实现系统的总线架构、数据存储、地址译码、外设接口等系统部件和功能。各功能部件在FPGA 内部都以IP 核的形式构建并连接，如下图3.2。图3.2 FPGA内部处理系统的结构在FPGA 内部，JT AG 调试接口连接Pow er PC405 处理器核和JT AG 链，用于JTA G 调试，复位模块控制FPGA 内各模块的复位信号的输入输出，Pow erPC处理器通过PLB 总线和OPB 总线与各外设IP 核相连，PLB 总线和OPB 总线之间通过PLB-OPB 桥相连，OPB-PCI 桥实现了OPB 总线和CPCI 总线之间的通信，为了存储用户程序，系统使用了16 kB PLB总线块RAM，UART 通用异步收发器 用于连接PC机RS232 串口实现串口通信，此外还有两个8 kB 的OPB 总线块BRAM 用于存储通信数据，其中，接收存储器用于存储光纤通信模块接收到的数据，而发送存储器则用于存储光纤通信模块待发送的数据。 这两块RAM 都使用了双端口RAM 模块，一头挂在OPB 总线上，一头接串行通信模块。主机通过OPB-PCI 桥直接访问这两块RAM 里面的数据。OPB-PCI 桥有两种应用方式: 主桥方式和从桥方式。作为从桥时，当系统上电后，主机系统将扫描PCI总线上连接的PCI 总线设备，然后配置OPB-PCI 桥的配置寄存器，来完成初始化配置过程。作为主桥时，则由PCI 桥完全控制PCI 总线，片上系统将作为主机负责连接到PCI 总线上的PCI 设备的初始化配置过程。我们可以通过修改参数来改变OPB-PCI 桥的操作方式。由于本设计是应用于PCI 总线上的一张插卡，因此本文采用OPB-PCI 桥的从桥工作方式。PCI 总线地址和OPB 总线地址之间的转换过程:作为从桥时，PCI 桥作为一个PCI 设备挂在总线上。主机可以给它分配BAR0 到BAR2 三个缓冲区，然后通过向缓冲区地址读写数据来实现和Pci 设备的数据传输。在OPB-PCI 桥上就设置了针对三个缓冲区的地址变换寄存器。当一个PCI 地址到来时，其低位地址部分保持不变，而高位地址部分会被寄存器内的地址替换掉，从而形成OPB 总线侧的地址，最终访问OPB 总线上RAM 或者其他设备。反之也一样。主机发出的数据从PCI 总线经过桥后直接写到发送存储器，待发送的数据可以直接经过光纤通信模块发出，也可以由Pow erPC 读出处理后再发出。光纤通信模块接受到的数据可以直接被主机读出，也可以先经Pow er PC 读出处理后在传给主机。如果需要进行的处理速度要求很高，也直接利用FPGA 里面的可编程资源将处理在硬件上实现。3.2.4 光纤通信模块设计光纤通信是通过Virtex II Pro FPGA 器件内嵌的Rocket IO 来实现的。Rocket IO 是采用成熟的Mindspeed SkyRail 技术开发的高速串行收发器，是具有时钟数据恢复功能的全双工Gbps 串行I/ O 收发器。每个Rocket IO 可支持622 Mbit / s 到3. 125 Gbit/s 的数据传输速率，并可利用通道绑定功能来实现更高的传输速率。Rocket IO 通道模块包括物理编码子层PCS Phy sical Coding Sublayer ，物理介质接入层PMA Physical Media At tachment ，集成了20 1 串化器/ 解串器 Serializer/ Deserializer 功能，8 b/ 10 b编码/ 解码、输出预校正、通道绑定以及逗点 comma 检测功能，并提供了可编程能力。Aurora IP 核是Xilinx 公司提供的基于Aurora协议和Rocket IO 多吉比特收发器的高速串行接口IP核。该IP 核内嵌了Rocket IO 模块，在内部实现了Aurora协议，并提供了简单灵活的用户接口。使用该IP核，用户可以将Rocket IO 复杂的控制结构转换为简单的用户接口，通过Rocket IO 多吉比特收发器收发数据。Aurora IP 核由LocalLink 接口、NFC 流控制、UFC 流控制、时钟输入和时钟修正模块、状态控制信息、Rocket IO 多吉比特 MGT 收发器等几个基本部分组成。其中LocalLink 接口用来实现以流方式或帧方式传输数据，NFC 流控制和用户流控制模块可以用来实现链路层传输的流控制，时钟输入和时钟修正模块为Aurora IP 核提供了必需的时钟，并对输入时钟进行修正，可以防止因时钟误差而产生的传输错误，状态信息显示了Aurora IP 核的工作状态，控制信息可以用来对Aurora IP 核进行控制，RocketIO 模块则提供了Rocket IO 多吉比特收发器的接口。本设计中的光纤通信模块主要实现将发送存储器中的数据帧通过Aurora 核发送出去，并将Aurora 核接收到的数据帧存储到接收存储器，光纤通信模块由发送存储器控制器、接收存储器控制器、发送状态机、接收状态机和Aurora 核组成，如图3.3。图3.3 光纤通信模块结构发送/ 接收存储器控制器主要是产生满足发送/ 接收存储器要求的读写时序，实现对发送/ 接收存储器的读写。发送/ 接收状态机判断发送/ 接收的状态，实现发送或接收一帧数据的状态转换，Aurora 核的功能是将待发送的数据封装为Aurora 协议的数据包，通过Rocket IO 发送出去，并把Rocket IO 接收到的数据通过接收存储器控制器写入接收存储器，两台主机通过通信卡进行通信的过程，分为发送数据和接收数据两个过程。在数据传输过程中，发送存储器和接收存储器充当了数据缓冲区的功能，如图3.4和3.5。图3.4 发送数据状态机图3.5 接收数据状态机发送数据时，主机首先通过PCI 总线读取发送存储器偏移地址0X04 中的内容。若其值为1，表示设备忙，主机必须等待设备空闲再发送数据，否则若为0，表示设备空闲可以发送数据，此时, 主机进行如下的操作: 主机将要发送的数据长度X 写入发送存储器偏移地址0X0C，接着把要发送的一帧数据写入发送存储器从偏移地址0X10 开始的X 个位置，待数据全部写入后，通过把数值1 写到发送存储器偏移地址0X04通知光纤通信模块发送数据。之后，光纤通信模块从发送存储器偏移地址0X04 读到值1，得知有一帧数据等待发送，便进行如下操作: 首先，读取发送存储器偏移地址0X0C 获得要发送的数据长度X。然后按照取得的长度，从偏移地址0X10 处读取X 个数据，与数据长度合在一起组成一帧数据通过Aurora 核发送出去。待全部数据发送完成后，光纤通信模块向发送存储器偏移地址0X04 写入数值0 通知主机发送已完成，可以继续发送下一帧数据。由于光纤通信模块内部没有数据缓冲区，因此当接收到数据时，必须马上将数据写入接收缓冲器。否则，此帧数据将全部丢失。通过读取接收存储器偏移地址0X00 的内容可以知道是否允许接收数据，当其值为1 时，表示允许接收数据；值为0 则不允许接收数据。此时可能是主机不允许接收数据或接收存储器内有数据，应忽略所有接收到的数据。因此，当光纤通信模块接收到对方发送来的帧头信息时，首先读取接收存储器偏移地址0X00 中的内容，若其值为1。则进行如下的操作: 将接收到的第一个数据Y Y 为发送的数据长度 写入接收存储器偏移地址0X0C，接着依次将接收到的数据写入接收存储器偏移地址0X10 起始的Y 个位置，直到接收到帧尾信息才停止接收数据。接收完一帧数据后，光纤通信模块将值0 写入接收存储器偏移地址0X00 通知主机已接收到一帧数据。之后，主机通过PCI 总线查询到接收存储器偏移地址0X00 内容为0 得知已接收到一帧数据，便可将数据取走。3.2.5 SFP 光收发模块由于采用光纤通信，因此必须选择一种光收发器件作为系统通信的接口， 以实现光电、电光信号转换。当前，光模块技术不断走向成熟，并向智能化、高速度和高密度互联发展。小型封装插拔式光纤收发模块 Small Form-Factor Pluggable Optical Transceiver，以下简称SFP 光模块 是新一代的光收发器件， 具有小型化、可热插拔和自诊断功能。在设计中， 我们选用了Inf ineon 公司的V23848-M305-C56 智能SFP iSFP 光模块。 ISFP 光模块是具有数字诊断功能的SFP 光模块，通过数字诊断功能，可以实时监测光模块的温度、供电电压、激光偏置电流以及发射和接收的光功率。通过这些参数的测量可以简化维护工作，提高系统的可靠性。该光模块采用850nm 激光器，可支持155 Mbit / s 2. 67 Gbit / s 的数据传输速率，最大传输距离为500 m。3.2.6 性能分析设计中通信卡采用Rocket IO 进行光纤通信，其传输速率为1. 25 Gbit / s。由于RocketIO 采用8 b/ 10b 进行编码，因而实际上传输数据的最高速率应为125MB/ s。本部分主要从硬件角度分析光纤通信模块的传输速率。假设共有n 个字节数据的一帧数据需要传送，光纤通信模块传输过程中， 发送帧头、帧尾信息需要4 个字节，每10 000 字节中有12 字节为时钟修正信息。因此，可以得出Aurora 模块的数据传输效率。当Rocket IO 传输速率为1. 25 Gbit / s 时，数据宽度为32 位 4 字节 时， 用户参考时钟为31. 25 MHz.假设要发送的一帧数据大小为X 字节，则发送一帧数据所需的时间T 为如果发送的数据大小为7 kB 时，可以得出发送的时间。以上只是光纤传输部分理论传输速率，整个系统的传输速率很难达到这个数值。在整个系统工作时，数据要经过PCI 总线。因此PCI 总线的数据传输速度在本系统中就起着至关重要的作用，如需达到一个比较高的速度，PCI 总线必须使用猝发方式进行传输数据。本次设计中使用的OPB-PCI 桥、OPB 总线以及连接光纤通信模块的两块RAM 均支持猝发读写方式。另外，数据传输时的握手过程，PCI 和OPB 总线的争用都会对整个系统的数据传输率造成影响。第四章 光纤通信技术的发展与展望4.1 光纤通信技术的发展及现状 FTTH 是光纤接入网发展的一种最终形式光纤接入网统称FTTx以光网络单元ONU） 的位置所在,分为FTTH、光纤到大楼FTTB）、光纤到驻地FTTP）和光纤到路边FTTC）等几种情况。现在广泛采用的ADSL技术提供宽带业务有一定优势。与FTTH相比价格便宜利用原有铜线网使工程建设简单，对于目前1Mbps-500kbps影视节目的传输可满足需求。对于不久的将来要发展的宽带业务，如：网上教育，网上办公，会议电视，网上游戏，远程诊疗等双向业务和HDTV高清数字电视，上下行传输不对称的业务，ADSL就难以满足。尤其是HDTV，目前其传输速率需19.2Mbps。通常认为对QoS有所保证的ADSL的最高传输速率是2Mbps，难以传输HDTV。可以认为HDTV是FTTH的主要推动力。即HDTV业务到来时，非FTTH不可。光纤接入网的正式名称是光纤用户环路FITL , Fiber inthe loop），各种光纤接入技术都可能用作FTTH 的解决方案。根据技术体制,则可分为PDH 光接入技术、SDH 光接入技术、ATM 光接入技术和以太网光接入技术等。对于住宅或者建筑物来讲用光纤连接用户主要有两种方式一种是用光纤直接连接每个家庭或大楼;另一种是采用无源光网络 PON 技术用分光器把光信号进行分支一根光纤为多个用户提供服务。有源光网络技术和产品有初期的SLIC SubscriberLine Interface Circuit）和后来的DLCDigital LoopCarrier）、IDLC Integrated Digital Loop Carrier）等,国际电信联盟提出的基于PDH的灵活复用和基于SDH的灵活复用也属于有源光接入技术。现在也有把波分复用WDM）技术用于光接入网的实际上包括目前应用较广泛的点到点PTP）的MC都属于有源光纤接入。近来无线接入技术发展迅速。可用作WLAN的IEEE802.11g协议，传输带宽可达54Mbps，复盖范围达100米以上，目前已可商用。采用光纤的FTTH主要是解决HDTV宽带视频的下行传输，形成光纤到家庭+无线接入（FTTH +无线接入）的家庭网络。因PON无上行信号，不需要测距的电子模块，成本大大降低，维护简单。如果，所属PON的用户群体，被无线城域网Wi（IEEE802.16）复盖而可利用，那么可不必建设专用的WLAN。接入网采用无线是趋势， 但无线接入网仍需要密布于用户临近的光纤网来支撑，与FTTH相差无几。FTTH+无线接入是未来的发展趋势。从中心局到每个用户都用一根光纤.点到点系统避免了复杂的上行同步技术和终端自动识别技术。另外上行的全部带宽可被一个终端所用,这非常有利于带宽的扩展. 但这些优点远不能抵消它在器件和光纤成本方面的劣势。以以太网为载体,采用点到多点结构、无源光纤传输方式,下行速率目前可达到10 Gbit/s 上行以突发的以太网包方式发送数据流；消除ATM和SDH层，降低初始成本和运行成本；大量采用以太网技术成熟的芯片，实现较简单，提供一定的运行维护和管理OAM）功能及多层安全机制。EPON技术和现有的设备具有很好的兼容性。而且EPON 还可以轻松实现带宽到10 Gbit/s的平滑升级。新发展的服务质量QoS）技术使以太网对语音、数据和图像业务的支持成为可能。这些技术包括全双工支持、优先级p802. lp ）和虚拟局域网VLAN）、VPN、闭合用户群。 GPON支持高速率,高效率支持多种业务,提供丰富的OAM&P功能和良好的扩展性。大多数先进国家运营商的代表,提出一整套“吉比特业务需求” GSR 文档,在GSR 文档中要求 ： 1 支持全方位服务 2 物理覆盖至少20 km ,协定内逻辑支持范围60 km 3 支持同一种协定下的多种速率模式 4 针对点对点的服务管理需提供OAM&P Operation、Administ ration、Provisioning 的能力。 5 针对PON 下行流量是以广播传送之特点,提供协定层的安全保护机制。发达国家对FTTH的看法不完全相同：美国AT&T认为FTTH市场较小，在OFC2003宣称：FTTH在20-50年后才有市场。美国运行商Verizon和Sprint比较积极，要在1012年内采用FTTH改造网络。但FTTH是信息社会的需求困扰FTTH 大规模推广的主要问题之一就是FTTH的费用从目前的情况来看FTTH 的建设成本已降到100?/户以下日本的NTT公司对FTTH使用100Mbit/s以太网接口的用户所收取的月租费是11000日元,而日本东京电力公司的FTTH用户每月只须交9800日元这种资费对于日本的家庭来说是相当便宜的了。据调查我国大部分家庭的承受能力在80100元之间。因此FTTH的推广开始受到许多国家的政府和许多运营公司的重视将逐步形成建设的高潮。中国城市每年的旧城改造和新建房屋达到了20多亿平方米，至少可以容纳2000万户新居或数百万个企业，为宽网建设提供了几乎海量的物理条件。中国拥有亚洲最多的宽带用户及最低的家庭宽带普及率3%），以及6500多万窄带用户群，为FTTH的快速发展提供了丰富的人口资源。人们随时随地办公、学习、生活、购物、娱乐的需求是必然趋势，建设安全的全光信息网络已经可以提升为国家战略；IPTV产业的兴起给一味萧条的固网运营注入了一针强心剂；借助北京奥运圣火与上海世博会的东风等等，都给FTTH的规模商用带来了前所未有的市场机遇和现实需求。2007-2008年在中国FTTH开始推广。不过也有些大城市的所谓中心商业区CBD，有比较强的经济力量，现在已经采用光纤到住地FTTP来建设。总的来说，目前中国的FTTH处于试点阶段。广播商为加快发展数字电视的进程，发展VOD点播电视，需要对电缆电视网双向改造，如果采用光纤网，可更充分地适应未来的技术发展和市场需求。FTTH可向用户提供极丰富的带宽，所以一直被认为是理想的接入方式。FTTH所需要的光纤可能是现有已敷光纤的2-3倍。过去由于FTTH成本高，缺少宽带视频业务和宽带内容等原因，使FTTH还未能提到日程上来，只有少量的试验。近来，由于光电子器件的进步，光收发模块和光纤的价格大大降低，加上宽带内容有所缓解，都加速了FTTH的实用化进程。21世纪以来，光通信技术取得了长足的进步，但这些进步的取得，是包括光传输媒质、光电器件、光通信系统，以及网络应用等多方面技术共同进步的结果。随着光通信技术进一步发展，必将对21世纪通信行业的进步，乃至整个社会经济的发展产生巨大影响。21世纪是知识经济时代，信息产业则是知识经济时代的支柱产业，信息产业的发展与光电子技术的发展有着紧密的联系。刚刚过去的20世纪是微电子的时代，微电子技术推动了以计算机、因特网、光纤通信等为代表的信息技术的高速发展，随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用。美国商务部指出：90年代，全世界的光子产业以比微电子产业高得多的速度发展，谁在光电子产业方面取得主动权，谁就将在21世纪的尖端科技较量中夺魁。日本呼声月刊也有类似的评论：21世纪具有代表意义的主导产业，第一是光电子产业，第二是信息通信产业，第三是健康和福利产业，可以断言，光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。有专家预测，世纪将是光子世纪，十年内，光子产业可能会全面取代传统电子工业，形成亿美元的产值，成为本世纪最大的产业。如此巨大的市场吸引了众多的商家以及政府机构的极大兴趣和关注，必然引来光纤通信技术更大的发展。参考文献1、杨世平，张引发等.SDH光同步数字传输设备与工程应用.人民邮电出版社.2005年4月2、韦乐平，李英灏.SDH及其新应用.人民邮电出版社.2005年2 月3、韦乐平.光同步数字传送网.人民邮电出版社，20054、纪越峰等.现代通信技术.北京邮电大学出版社.2002年3月5、杨淑雯.全光光纤通信网.科学出版社.2004年1月6、顾生华.光纤通信技术.北京邮电大学出版社.2005年1月 7、金明晔8、纪越峰.接入网. 人民邮电出版社.2006年3月9、张杰.自动交换光网络ASON.人民邮电出版社.2004年2月10、李乐民种预约式波分复用网信道分配方法. 电子科技大学学报, 1998, 27 3 : 256260邱昆, 邱琪. 一种基于波分复用的ATM光交换结构. 电子科技大学学报, 1998, 27 4 : 371374明光. 从 ECOC94看光通信的发展. 电子科技大学学报, 1994, 23 增刊 : 3540贺铨. 中国光纤传送网的发展.电信科学, 1999, 10 : 14 1998致谢本次毕业论文是在老师的悉心指导下完成的。老师以严谨的治学作风、精深的学术水平及细致负责的态度，教育和引导我不断进步，我由衷的钦佩他的高尚品德和敬业精神。他对我的教导和帮助，我将铭记终生。为此，我向他致以最诚挚的谢意！在我学习和研究课题的过程中，因为没有经验而遇到了很多困难，本班的同学热心帮助，使我克服了困难。在我四年的学习生活即将结束之际，我向所有曾教导、关心、帮助和支持过我的领导、老师、同学、家人和朋友表示最真诚的感谢！毕业设计III III潍坊学院本科毕业设计（论文）24RS-232PCI接收端口发送端口Rocket I0Rocket I0J P A GUARTPLB BRAMPowerPC 405复位模块PLB OPB Bridge接收缓存发送缓存OPB PCIJPAG