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SDH多業(yè)務(wù)接入設(shè)備的小型化技術(shù) |
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摘要： 本文針對SDH逐漸應(yīng)用于通信網(wǎng)絡(luò)末端和用戶側(cè)的多業(yè)務(wù)接入的發(fā)展趨勢，分析了SDH技術(shù)應(yīng)用邊緣化帶來的接入系統(tǒng)小型化需求，提出在SDH多業(yè)務(wù)接入設(shè)備研發(fā)中采用小型化設(shè)計，同時探討了總體實現(xiàn)方案、多業(yè)務(wù)集成、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與互連、上下業(yè)務(wù)接口的簡化、元器件選型和降低設(shè)計功耗等方面所面臨的問題及其對策，并以低端SDH多業(yè)務(wù)接入設(shè)備TOPAccess的設(shè)計為例，對小型化設(shè)計進行了具體闡述。
關(guān)鍵詞： SDH，接入網(wǎng)，多業(yè)務(wù)，小型化設(shè)計
一．引言
SDH在我國的應(yīng)用已非常成熟，目前SDH技術(shù)正在向網(wǎng)絡(luò)邊緣和多業(yè)務(wù)接入層延伸，已成為光纖接入市場的一種發(fā)展趨勢。SDH技術(shù)所具有的可靠性、靈活性、以及提供多業(yè)務(wù)接入能力的SDH/MSTP平臺的推出使得網(wǎng)絡(luò)運營商能夠快速有效地滿足用戶多種業(yè)務(wù)接入需求，SDH的這種優(yōu)勢使其逐漸將自身應(yīng)用拓展到接入網(wǎng)領(lǐng)域，其功能和接口也不斷靠近最終用戶。因此，SDH技術(shù)的應(yīng)用邊緣化對設(shè)備的體積、成本、可靠性等方面提出了新的要求，很多應(yīng)用（如FTTB、FTTC、FTTH等）要求SDH接入設(shè)備盡可能小型化，它比傳統(tǒng)SDH設(shè)備集成度高，外形小巧、，可以放在桌面、固定在墻壁或者放置于標準的機柜中。目前，業(yè)界許多設(shè)備開發(fā)商都在設(shè)法把SDH做小、做精，同時能滿足更多業(yè)務(wù)的需求。
二．小型化設(shè)計的特點
電子產(chǎn)品小型化設(shè)計一般應(yīng)遵循如下原則：在不影響功能的情況下，通過產(chǎn)品的小型化盡量節(jié)約資源的使用量，如采用小型器件、去除多余的功能；簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),提倡“簡而美”的設(shè)計原則，如減少產(chǎn)品零部件數(shù)量等,采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計和易于拆卸的連結(jié)方式，并盡量減少緊固件數(shù)量；在保證產(chǎn)品耐用的基礎(chǔ)上，賦予產(chǎn)品合理的使用壽命，同時考慮減少產(chǎn)品使用過程中的能量消耗等。因此，在具體設(shè)計時需要考慮產(chǎn)品設(shè)計面積、所采用的器件厚度、工作效率、系統(tǒng)散熱、系統(tǒng)可靠性等因素。
隨著信息與電子技術(shù)的不斷進步和芯片、制造工藝的不斷成熟，小型化設(shè)計已經(jīng)在消費類信息產(chǎn)品中獲得廣泛應(yīng)用。如今，SDH技術(shù)的應(yīng)用邊緣化使得SDH接入設(shè)備在向提供多種業(yè)務(wù)和降低成本發(fā)展的同時，正逐步趨向小型化。
三． SDH多業(yè)務(wù)接入設(shè)備的小型化設(shè)計
在低端光傳輸和接入設(shè)備領(lǐng)域，PDH視頻視頻光端機和光貓等光纖傳輸與接入產(chǎn)品，由于在實現(xiàn)技術(shù)上相對比較簡單，設(shè)備的業(yè)務(wù)容量也不大，很多設(shè)備廠商已經(jīng)采用了小型化技術(shù)，以達到降低設(shè)備成本、降低功耗和減少體積，為運營商節(jié)省機架數(shù)、減少機房占地的目的。但是，SDH接入設(shè)備的映射、復(fù)接比較復(fù)雜，傳統(tǒng)的方案需要一套集成電路芯片組來完成。例如，通過傳統(tǒng)方案設(shè)計一套簡單的雙光口155M ADM設(shè)備，目前很多廠家都選用諸如PMC的專用集成電路。最簡單的設(shè)備也需要2片線路接口芯片，2片TUPP芯片，另外還需要專用時鐘芯片以及適當(dāng)?shù)腗APPER芯片等。僅僅把這些集成電路排放在PCB上就要占很大的空間，還要加上光模塊、上下2M電路口、網(wǎng)管接口等，設(shè)備體積往往做得比較大。
然而，計算機和超大規(guī)模集成電路等技術(shù)的高速發(fā)展為SDH高度集成、高度靈活的實現(xiàn)提供了可能。近年來，我國政府加大了對軟件和集成電路行業(yè)的扶持力度。與發(fā)達國家相比我國的集成電路業(yè)起步相對較晚，這一直是制約著我國SDH高速發(fā)展的主要瓶頸，同時也由于我們起步較晚就可以吸取國外的成功經(jīng)驗及教訓(xùn)，取長補短，這樣我們就能夠少走彎路，我們設(shè)計的產(chǎn)品在整體規(guī)劃、集成度等許多方面都能較國外的產(chǎn)品都有較大的進步。目前，我國的集成電路企業(yè)發(fā)展十分迅速，一些廠家已經(jīng)開始致力于高集成度專用集成電路在SDH接入設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了SDH接入設(shè)備的小型化技術(shù)發(fā)展，并做出了重要的貢獻；還有一些設(shè)備制造商則采用低價位的FPGA現(xiàn)場可編程邏輯器件來實現(xiàn)簡易的SDH接入設(shè)備。我們認為，當(dāng)前我國城域光網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)的市場前景看好，用于網(wǎng)絡(luò)邊緣的小型化SDH接入設(shè)備也將快速增長。因此，我們在新開發(fā)的TOPAccess低成本SDH多業(yè)務(wù)接入設(shè)備中采用了小型化設(shè)計理念，在滿足多業(yè)務(wù)可靈活配置的前提下，盡可能縮小主板的尺寸和面積，力求產(chǎn)品設(shè)計方案簡練、功能完善、功耗低、設(shè)備體積小，從而使得產(chǎn)品適用于通信網(wǎng)絡(luò)邊緣和末端接入層或用戶側(cè)的各種業(yè)務(wù)的接入和傳輸。
1．采用簡練的總體設(shè)計方案
為了滿足應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)邊緣的SDH接入設(shè)備體積小巧的需要，擬定簡練的實現(xiàn)方案對于減小體積和降低成本來說至關(guān)重要。設(shè)計中我們采用能實現(xiàn)所需功能、并提供完善性能的單芯片方案，主芯片完成復(fù)接、映射、線路接口和常用業(yè)務(wù)接口等所有主要功能，只要連接各種業(yè)務(wù)接口電路、管理CPU和電源等相關(guān)電路即可實現(xiàn)低端多業(yè)務(wù)SDH接入設(shè)備的各種功能。業(yè)務(wù)接口和光路接口采用模塊化插槽形式與主系統(tǒng)連接，滿足多業(yè)務(wù)可靈活配置的需要。這樣使得PCB設(shè)計更為簡單，線路板面積大大減小，功耗也得到降低，同時也因相關(guān)周邊電路的減少而增強了系統(tǒng)穩(wěn)定性，簡化了生產(chǎn)過程，使設(shè)備的調(diào)試和維護更加方便。
簡練的單芯片方案示意圖
2．多樣化業(yè)務(wù)高度集成，采用高密度互連構(gòu)造及零組件重疊技術(shù)
SDH接入設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用邊緣化，要求設(shè)備具有多種業(yè)務(wù)的接入能力。隨著因特網(wǎng)的發(fā)展和快速普及，城域網(wǎng)和接入網(wǎng)的業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出多樣化、寬帶化的趨勢，視頻點播、數(shù)據(jù)中心互連、VPN以及電子商務(wù)等各種業(yè)務(wù)接踵而來，IP等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)逐漸成為發(fā)展最快的需求。因此，SDH接入設(shè)備的的發(fā)展趨勢必須能同時支持傳輸基于TDM的話音業(yè)務(wù)及IP和以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的接入，并不斷融合ATM和交換功能等，構(gòu)成以SDH為基礎(chǔ)的多業(yè)務(wù)接入平臺。多業(yè)務(wù)接入種類的增加與SDH設(shè)備小型化設(shè)計是一對矛盾體，小型化設(shè)計時我們采用了一種簡易的業(yè)務(wù)接口自動識別方法，并充分利用引腳復(fù)用，使多樣化業(yè)務(wù)高度集成，能適應(yīng)多達8種不同業(yè)務(wù)接入的需要。業(yè)務(wù)接口電路采用零組件重疊技術(shù)，設(shè)備內(nèi)部的高密度互連構(gòu)造使得整體結(jié)構(gòu)簡潔、靈巧、實用。
3．簡化上下業(yè)務(wù)的接口電路
SDH接入設(shè)備由于可以為用戶提供較大的容量，上下的業(yè)務(wù)接口數(shù)量通常會比PDH設(shè)備多。由于采用的主芯片集成了主要業(yè)務(wù)接口功能，并內(nèi)置2M時鐘平滑和再定時功能，因而設(shè)計上下業(yè)務(wù)的接口電路時就可以大大簡化。例如電信網(wǎng)絡(luò)中2M電路是目前提供業(yè)務(wù)的一種主要形式，傳統(tǒng)的SDH設(shè)備通常需要采用LIU電路，而現(xiàn)在只需要設(shè)計簡單的電氣接口即可，使業(yè)務(wù)接口插板簡單、小巧。
4．印刷電路板高密度安裝
設(shè)計中采用小型貼片式元件，不僅能使SDH接入產(chǎn)品小型化，而且對實現(xiàn)設(shè)備整機裝配的高度自動化大有幫助。
5．降低設(shè)計功耗，改善散熱
盡可能采用低功耗芯片是實現(xiàn)SDH接入設(shè)備小型化的重要環(huán)節(jié)。設(shè)備的小型化意味著集成度提高，體積減小，內(nèi)部空間有限和空氣流通不暢，若元器件尤其是主芯片的功耗太高，那么要解決散熱和保持靜音都會比較困難，而選擇較低功耗的主芯片和業(yè)務(wù)接口處理器件能較好地避免這些問題。設(shè)計中我們采用內(nèi)核1.2V供電的SDH主芯片，業(yè)務(wù)接口電路如寬帶IP接口亦選用業(yè)界功耗較低的快速以太網(wǎng)芯片來實現(xiàn)，使得設(shè)備的總功耗與普通PDH設(shè)備相當(dāng)，大大簡化了結(jié)構(gòu)和散熱設(shè)計，降低了設(shè)備裝配和維修的復(fù)雜度。
四．結(jié)束語
我們通過合理的小型化設(shè)計，將具備多業(yè)務(wù)傳送功能的接入層SDH設(shè)備TOPAccess設(shè)計成能靈活組網(wǎng)；接入業(yè)務(wù)可根據(jù)需要配置；功耗低，可適應(yīng)多種供電條件；設(shè)備體積小、外形和結(jié)構(gòu)能適應(yīng)在用戶端環(huán)境的安裝條件，如機架、墻掛安裝等方式。隨著SDH光傳輸與接入設(shè)備逐漸向網(wǎng)絡(luò)邊緣和融合的多業(yè)務(wù)接入轉(zhuǎn)型，低端SDH多業(yè)務(wù)接入產(chǎn)品市場需求呈增長趨勢，設(shè)備小型化帶來的生產(chǎn)效率提高，成本降低，功耗減小、加工質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，為成為高端PDH接入設(shè)備的最佳替代產(chǎn)品、和市場應(yīng)用的快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。這類低成本SDH多業(yè)務(wù)接入設(shè)備的小型化設(shè)計為運營商在城域接入網(wǎng)大規(guī)模使用SDH技術(shù)提供了契機，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
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