專利名稱：光通道綁定技術在高速光纖通訊中的應用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光纖通訊光通道綁定技術，具體涉及光通道綁定技術在高速光纖通訊中的實現(xiàn)方法。
背景技術：
隨著靶場對大靶面高幀頻相機的逐步應用，雷達采樣數(shù)據量逐漸增加，諸多使用背景對光纖通訊傳輸速率提出更高要求。目前采用光纖通訊技術無疑是一種可行方案。根據光纖通訊實現(xiàn)原理以及目前光電測控設備對光纖通訊技術的應用情況，提高光纖傳輸速率有兩種途徑，第一種是研制單纖高速率傳輸系統(tǒng)，第二種是升級現(xiàn)有低速率光纖傳輸系統(tǒng)為高速率傳輸系統(tǒng)。對于單纖傳輸系統(tǒng)，該方案研制成本高、周期長、而且須替換原有通訊設備，不利于現(xiàn)已成熟應用的原有系統(tǒng)的升級。升級現(xiàn)有低速率光纖傳輸系統(tǒng)，具有成本低、實現(xiàn)周期短的特點。根據以上分析可知搭建新的通訊系統(tǒng)采用前者方案合理，改造或者升級已有通訊系統(tǒng)，應當采用后者。本發(fā)明利用光通道綁定技術，用于低帶寬光通訊系統(tǒng)快速升級為高帶寬光通訊系統(tǒng)。
發(fā)明內容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有光纖通訊技術的使用中無法實現(xiàn)低帶寬的光通訊系統(tǒng)以及實現(xiàn)低成本、高帶寬快速升級的要求，提出了一種光通道綁定技術在高速光纖通訊中的應用方法。光通道綁定技術在高速光纖通訊中的應用方法，實現(xiàn)步驟如下步驟一、將發(fā)送端的多組大容量數(shù)據流經接口轉換電路轉換為FPGA識別的電平信號后存儲至SDRAM中，實現(xiàn)數(shù)據緩沖；步驟二、將步驟一緩沖后的多組數(shù)據經SDRAM并行讀出后拆分為η路低速率數(shù)據流，并對每路數(shù)據流統(tǒng)一時序并實現(xiàn)串行編碼操作，然后將多組并行數(shù)據流轉換為多組串行數(shù)據流，所述串行數(shù)據流的電平為低壓差分電平；所述η為正整數(shù)，η小于等于8 ；步驟三、步驟二所述的串行數(shù)據流經由電光轉換完成電信號到光信號的轉換，所述轉換的光信號經光纖傳輸至接收端；步驟四、步驟三所述的光信號到達接收端后，經由光電轉換完成光信號到電信號的轉換；所述電信號為低壓差分電平；步驟五、將低壓差分電平信號轉換為FPGA識別的TTL電平信號后進行解串操作， 實現(xiàn)串行數(shù)據流轉換為并行數(shù)據流；步驟六、將步驟五獲得的并行數(shù)據流經SDRAM后傳送至接口轉換電路，所述接口轉換電路將并行數(shù)據流從TTL電平轉換為LVDS電平，同時打包并恢復與發(fā)送端內容相同的大容量數(shù)據流。本發(fā)明的工作原理本發(fā)明采用的光通道綁定技術就是將多路光通道在時序上進行綁定，通信帶寬呈線性增加的同時，統(tǒng)一各路光通道的時延。采用光通道綁定技術可以將多路低帶寬光通道合并為一路高帶寬光信道。整個系統(tǒng)分為光發(fā)送端和光接收端兩個部分，發(fā)送端主要是對高帶寬數(shù)據進行分流，通過多路低速率光通道發(fā)送，在發(fā)送時序上做到統(tǒng)一編碼。接收端通過多路低帶寬光通道收到數(shù)據后，對每路信道的時延進行調整，達到信道時序上再對齊的目的，再對多個數(shù)據流進行合并，恢復出一路同發(fā)送端內容相同的大容量數(shù)據流。光纖布線方式有兩種，分別是光纜布線及干路單根光纖布線方式。采用光纜連接方式，為每路光口分配一根光纖。在干路上只采用一根光纖傳輸多路光信號，這種方式是在發(fā)送端和接收端都采用波分復用器，將多路光復用為1路光信號。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明所述的光通道綁定技術在高速光纖通訊中的應用方法，一、可用帶寬高、易于升級；二、節(jié)約研制成本；三、縮短研制周期，降低系統(tǒng)重新設計風險；本發(fā)明所述的光通道綁定技術應用于高速光纖通訊場合，該方法不僅通過了原理實驗， 同時在實際工程項目中也得到了使用，其可行性和可靠性在實踐中得到了驗證。
圖1為本發(fā)明所述的光通道綁定技術在高速光纖通訊中的系統(tǒng)框圖；圖2為本發(fā)明所述的通道綁定技術在高速光纖通訊中的一個緩沖區(qū)數(shù)據傳輸時序流程圖；圖3為本發(fā)明的具體實施方式
二的示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一、結合圖1和圖2說明本實施方式，光通道綁定技術在高速光纖通訊中的應用方法，該方法由以下步驟實現(xiàn)1、數(shù)據緩沖根據需要傳輸?shù)臄?shù)據不同，將待傳輸數(shù)據電平(高速信號一般為 LVDS電平)通過接口轉換電路轉換為核心控制器——可編程大規(guī)模邏輯電路(FPGA)可以識別的電平標準(TTL電平)，通過存儲器(系統(tǒng)中采用SDRAM)實現(xiàn)數(shù)據的緩沖。數(shù)據緩沖深度根據對傳輸實時性的要求可以調整。2、數(shù)據拆分從緩沖器讀出數(shù)據時，根據后端每路光口傳輸速率，將讀出數(shù)據拆分為η路低速率數(shù)據流。3、編碼操作對每路數(shù)據流在統(tǒng)一時序下完成串行編碼操作，將并行數(shù)據流轉換為單路串行數(shù)據流，繼而完成電光轉換操作。串行編碼操作一般采用8b/10b、64b/66b編碼。數(shù)據串行化后電平標準為低壓差分電平(LVPECL或者CML等)。4、光纖布線方式選擇采用光纜布線或者干路單根光纖布線方式。兩種方式除了線路物理連接形式不同外，其不同點主要體現(xiàn)在對系統(tǒng)調整多路光時延的能力要求也不同。5、解碼操作多路數(shù)據到達接收端后，首先完成光電轉換，轉換為電信號后繼而進行解串操作，將串行數(shù)據流轉換為并行數(shù)據流。6、光通道綁定多路數(shù)據經由編碼、解碼、光電、電光轉換操作后，最后到達接收端后，每路的時延都有差別，通過FPGA內部邏輯結合光纖跳線長度完成光通道綁定操作，即各個通道時序的對齊操作。
7、恢復數(shù)據恢復出同發(fā)送端相同的數(shù)據。對于一個緩沖區(qū)數(shù)據傳輸時序流程圖如圖2所示圖2給出了傳輸一個緩沖區(qū)數(shù)據時序流程圖。整個系統(tǒng)時序是循環(huán)執(zhí)行該時序操作。具實施方式二、結合圖3說明本實施方式，圖3為搭建的試驗平臺對實施方式一所述的光通道綁定技術在高速光纖通訊中的應用方法作進一步的驗證；根據實際工程需要，搭建的試驗平臺，為模擬靶場應用場合，本實施方式的數(shù)據源為高幀頻數(shù)字圖像，接口為Camera Link Medium模式，將數(shù)據拆分為兩路，每路所需傳輸數(shù)據量為66 (MHz) X^ (bits) = 1.848(ibpS。兩路數(shù)據統(tǒng)一編碼、電光轉換、光電轉換、解碼， 光通道綁定后達到時序對齊的目的。在圖像采集端讀取合并后的數(shù)據流，在圖像采集終端可以完成圖像數(shù)據的存儲和事后圖像處理功能。本實施方式中的關鍵技術光通訊綁定實驗中一個重要技術環(huán)節(jié)就是通道間時序對齊工作，這是實現(xiàn)多通道綁定的前提。時序對齊包括的關鍵技術有以下幾方面內容發(fā)送端和接收端印制板的制作，在硬件設計時，就要考慮布局布線方式，硬件上保證通道間時序的一致性，比如多組并行總線線長，總線的讀寫時鐘線等長，高速差分線線寬、線長及阻抗一致性等等。發(fā)送端時序統(tǒng)一，在發(fā)送端要將數(shù)據緩沖，緩沖空間開辟的大小根據FPGA內部資源和系統(tǒng)對數(shù)據實時性的要求而定。在數(shù)據緩沖基礎上，F(xiàn)PGA才能對多個(這里是2個) 獨立的串并轉換器統(tǒng)一時序操作。接收端時序再對齊。即使在發(fā)送端進行了時序統(tǒng)一操作，由于芯片引腳、編解碼操作以及線路延遲等多種原因，在接收端這個統(tǒng)一的時序也會被打亂，接下來要通過再對齊操作消除通道間的延遲，主要包括粗調和細調兩個環(huán)節(jié)。由于實驗中選用的是低速系列 FPGA，所以延遲時間不能通過邏輯計數(shù)測量，實驗中采用的是示波器測量方法。粗調環(huán)節(jié)當通道間時延大于2ns時的調整，我們稱之粗調，測量方法有多種，最簡單是通過增加FPGA內部邏輯時延方法進行調整，如非門或者wire線操作等。細調環(huán)節(jié)由于所選用FPGA器件為低速系列器件，對于Ins以下的時延，要通過調整光纖長度來調整時延。實驗結論通過實驗平臺驗證，采用光通道綁定技術光通信系統(tǒng)達到的技術指標如下。1、傳輸速率傳輸速率單通道2. 5(ibpS(傳輸數(shù)據實際使用為1. 848(ibpS)，兩路通道綁定后傳輸速率為5(ibpS。如果采用8波分復用器的話，系統(tǒng)具備的傳輸速率為20(ibpS。2、傳輸實時性系統(tǒng)測試時，在發(fā)送端以及接收端通過示波器測量脈沖信號，經多次測量，系統(tǒng)信號時延小于300ns。3、綁定能力光通道綁定能力也就是對于多個通道時序對齊的能力。通過上述粗調結合細調的方法，多個通道間的時延可以控制在Ins以內。綜上，光通道綁定技術適用于低帶寬光通訊系統(tǒng)快速升級為高帶寬光通訊系統(tǒng)的場合，具有如下特點1、可用帶寬高、易于升級。2、節(jié)約研制成本。3、縮短研制周期，降低系統(tǒng)重新設計風險。光通道綁定技術應用在高速光纖通訊，該方法不僅通過了原理實驗，同時在實際工程項目中也得到了使用，其可行性和可靠性在實踐中得到了驗證。
權利要求
1.光通道綁定技術在高速光纖通訊中的應用方法，其特征是，該方法由以下步驟實現(xiàn)步驟一、將發(fā)送端的多組大容量數(shù)據流經接口轉換電路轉換為FPGA識別的電平信號后存儲至SDRAM中，實現(xiàn)數(shù)據緩沖；步驟二、將步驟一緩沖后的多組數(shù)據經SDRAM并行讀出后拆分為η路低速率數(shù)據流，并對每路數(shù)據流統(tǒng)一時序并實現(xiàn)串行編碼操作，然后將多組并行數(shù)據流轉換為多組串行數(shù)據流，所述串行數(shù)據流的電平為低壓差分電平；所述η為正整數(shù)，η小于等于8 ；步驟三、步驟二所述的串行數(shù)據流經由電光轉換完成電信號到光信號的轉換，所述轉換的光信號經光纖傳輸至接收端；步驟四、步驟三所述的光信號到達接收端后，經由光電轉換完成光信號到電信號的轉換；所述電信號為低壓差分電平；步驟五、將低壓差分電平信號轉換為FPGA識別的TTL電平信號后進行解串操作，實現(xiàn)串行數(shù)據流轉換為并行數(shù)據流；步驟六、將步驟五獲得的并行數(shù)據流經SDRAM后傳送至接口轉換電路，所述接口轉換電路將并行數(shù)據流從TTL電平轉換為LVDS電平，同時打包并恢復與發(fā)送端內容相同的大容量數(shù)據流。
2.根據權利要求1所述的光通道綁定技術在高速光纖通訊中的應用方法，其特征在于，步驟三所述的光纖傳輸?shù)木唧w方式有兩種一種為光纜布線方式；另一種為干路單根光纖布線方式。
3.根據權利要求2所述的光通道綁定技術在高速光纖通訊中的應用方法，其特征在于，采用干路單根光纖布線方式時，在發(fā)送端與接收端分別采用波分復用器。
全文摘要
光通道綁定技術在高速光纖通訊中的應用方法，涉及光纖通訊光通道綁定技術，它解決現(xiàn)有光纖通訊技術的使用中無法實現(xiàn)低帶寬的光通訊系統(tǒng)以及實現(xiàn)低成本、高帶寬快速升級的要求，本方法為整個系統(tǒng)分為光發(fā)送端和光接收端兩個部分，發(fā)送端主要是對高帶寬數(shù)據進行分流，通過多路低速率光通道發(fā)送，在發(fā)送時序上做到統(tǒng)一編碼。接收端通過多路低帶寬光通道收到數(shù)據后，對每路信道的時延進行調整，達到信道時序上再對齊的目的，再對多個數(shù)據流進行合并，恢復出一路同發(fā)送端內容相同的大容量數(shù)據流。本發(fā)明適用于大容量、高帶寬數(shù)據傳輸場合，如靶場光電設備圖像傳輸，雷達采樣數(shù)據傳輸?shù)取?br>
文檔編號H04B10/12GK102497231SQ20111040909
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權日2011年12月9日
發(fā)明者吳志勇, 崔明, 梁敏華, 陳濤, 高世杰 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所