同步數(shù)字體制(SDH)數(shù)字交連接(SDXC)矩陣的設(shè)計原理

1、同步數(shù)字體制(SDH)數(shù)字交*連接(SDXC)矩陣的設(shè)計原理        摘要： SDH數(shù)字交*連接（SDXC）設(shè)備是SDH光纖傳輸網(wǎng)的重要網(wǎng)元，是一種兼有復(fù)用、配線、保護/恢復(fù)、監(jiān)控和網(wǎng)管的多功能傳輸設(shè)備。SDXC設(shè)備的核心器件是交*連接矩陣，用以實現(xiàn)N條輸入信號中一定等級的各個支路之間任意的交*連接。目前國外進口的SDXC專用集成電路，由于為了兼顧各種不同速率信號間的交*連接，大都結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能冗余、價格昂貴。本文介紹了一種根據(jù)實際傳輸系統(tǒng)需要而設(shè)計的SDXC矩陣，由于功能專一，因而其結(jié)構(gòu)相對簡單，

2、使用現(xiàn)場可編程邏輯陣列（FPGA）即可實現(xiàn)。該SDXC矩陣可以實現(xiàn)2條STM-1輸入信號中126個TU-12支路之間任意的完全無阻塞交*連接，已成功地應(yīng)用于我部研制的SDH光纖傳輸系統(tǒng)（155Mbps）中。1 STM-1的復(fù)用結(jié)構(gòu)本文所介紹的SDXC矩陣是一個雙入雙出交*連接矩陣，輸入輸出碼流為STM-1信號，最小交*連接單位為STM-1幀結(jié)構(gòu)中的1列（4列構(gòu)成1個TU-12）。為了說明該SDXC矩陣交換結(jié)構(gòu)的設(shè)計，有必要先對STM-1的幀結(jié)構(gòu)以及STM-1信號中低階信號向高階信號復(fù)用的過程及結(jié)構(gòu)作一個分析。在我們的設(shè)計中，最小的交換支路單元為TU-12，它在STM-1信號中的復(fù)用過程如圖2所

3、示。我們可以用圖3來說明了63個TU-12映射和復(fù)用到一個STM-1幀（確切地說是VC-4）中的過程以及各個TU-12在VC-4中位置。如圖3所示，每個VC-4所包含的3個TUG-3可以被編號為13，每個TUG-3所包含的7個UTG-2可以被編號為17，而每個TUG-2所包含的3個TU-12又可以被編號為13。注意，由圖可以看出，每個TU-12在STM-1中占4列。我們可以用K、L、M來表示某個TU-12在STM-1中的位置，其中M表示該TU-12的在TUG-2中的編號，L表示它所在的TUG-2號（17），K表示它所在的TUG-3號（13）。則TU-12（K，L，M）在VC-4中的列數(shù)可用下面

4、的公式表示：列數(shù)=10+K-1+3×L-1+21×M-1+63×X-1,其中X=14。例如，TU-12（1，1，1）位于VC-4的第10、73、136、199列；而TU-12（3，7，3）位于VC-4的第72、135、198、261列。由此可以看出，STM-1中的TU-12 交換實際上是STM-1中列的交換。假設(shè)要將TU-12（1，1，1）交換到TU-12（3，7，3）的位置上，只需鈄VC-4的第10、73、136、199列交換到VC-4的第72、135、198、261列。需要注意的是，這種交換的實現(xiàn)必須要保證AU-4的指針調(diào)整要被TU的指針調(diào)整所吸收，使STM-

5、1中的TU處于固定的位置以便進行交換。2 SDXC交*矩陣的設(shè)計原理如圖4所示，我們所設(shè)計的SDXC矩陣是一個雙入雙出交*連接矩陣，它包含兩上交換單元。每個交換單元實現(xiàn)兩路STM-1碼流的單步無阻塞時隙交換。每次時隙交換以STM-1幀中的1行（270字節(jié)）為單位，因此交換幀的速率為STM-1幀速率的9倍。同一個交換單元中的兩個時隙交換器與同一條輸出總線相連，并且由同一個連接存儲器控制。圖5為交換單元的結(jié)構(gòu)框圖。每個交換單元包含一對數(shù)據(jù)存儲器，一個連接存儲器以及一個輸出復(fù)用器。下面分別介紹。2.1 數(shù)據(jù)存儲器如圖5所示，每個數(shù)據(jù)存儲器包含兩頁容量均為270×8bit的雙口RAM，由它們

6、構(gòu)成雙緩存的交換核。在每一個交換幀周期中，輸入STM-1碼流數(shù)據(jù)在時序發(fā)生器產(chǎn)生的寫地址的控制下，被順序地寫入數(shù)據(jù)存儲器的一頁RAM（非激活頁）中。同時按照連接存儲器提供的地址表，將上一個交換幀所寫入的STM-1碼流數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)存儲器的另一頁RAM（激活頁） 中讀出來。這兩頁RAM的功能（讀、寫）將在每個交換幀的邊界翻轉(zhuǎn)，這樣可以使每個交換幀輸出的碼流具有固定的幀延遲（1個交換幀周期，約為14s），以便最終形成完整連續(xù)的STM-1輸出數(shù)據(jù)碼流。每個交換單元所包含的兩個數(shù)據(jù)存儲器，分別對應(yīng)于交換單元的兩個輸入總線。2.2連接存儲器參看圖5，連接存儲器由雙頁容量均為270×13bit的雙口

7、RAM構(gòu)成。在每一個交換幀周期內(nèi)，交換信息在時序發(fā)生器產(chǎn)生的讀地址的控制下，被順序地由連接存儲器的激活頁中讀出來，作為數(shù)據(jù)存儲器的讀地址和輸出復(fù)用器的控制信息。通過一條共同的總線接口，可讀寫連接存儲器，因此連接存儲器具有可編程性。通過編程即可對數(shù)據(jù)存儲器和輸出復(fù)用器的交*動作進行配置，這種配置以時隙為單元。我們可以將預(yù)定的交*連接信息寫入連接存儲器的非激活頁，而后在交換幀的邊界對這兩頁RAM的功能（讀、寫）進行翻轉(zhuǎn)。2.3 輸出復(fù)用器參看圖5，輸出復(fù)用器由選擇邏輯構(gòu)成，這些邏輯由連接存儲器控制，因此也是可編程的。輸出復(fù)用器的功能是選擇交換單元輸出時隙的數(shù)據(jù)源（輸入A、輸入B）。這樣，通過兩個交換單元即可對兩條輸入的STM-1碼流中的TU-12支路進行任意的時隙交換和交*連接，形