专利名称：全速率有线远传模块的制作方法
技术领域：
本技术涉及SHDSL技术标准，尤其涉及一种全速率有线远传模块。
背景技术：
在一些特定的应用中，DSL技术不仅仅解决业务的接入，同时也为中继传输提供手段， 这就需要选择能够提供双向对称载荷速率的DSL技术。在4Mbit/s以下速率，SHDSL技术是 最好的选择。当用户提出4Mbit/s以上8Mbit/s以下速率的需求时，由于ITU G.991.2协议及 其附录中标定的最高传输载荷速率为5696kbit/s，大多数解决方案采用VDSL技术。VDSL采 用多载波调制技术的MCM-DMT或是单载波调制技术的SCM-QAM，而SHDSL采用网格编 码的脉冲幅度调制技术(TC-PAM)。相比而言，SHDSL技术能够实现更远的传输距离，而 VDSL技术则能够达到更高的传输速率。传统的远传模块采用SHDSL和VDSL两种技术来实 现128kbit/s至8192kbit/s双向对称载荷速率的双绞线传输，但采用这两种技术需要两套实现 电路，从而在系统的集成度、功耗以及成本方面存在不足。
本发明采用SHDSL标准实现全速率双绞线传输，既解决了上述传统远传模块的不足， 并且在传输距离方面，以相同速率传输时，相比传统远传模块也有较大程度的提升。
发明内容
本发明所公开的全速率有线远传模块，主要由SOPC (可编程片上系统)和SHDSL处理 器两大部分构成，SOPC通过CPU软核NIOS II负责完成与SHDSL处理器的交互，负责处理 转发管理信息，以及控制整个远传模块从启动状态到同步状态之间的逻辑，并为用户提供三 种业务数椐接口和一路管理信息接口； SHDSL处理器在数字前端负责完成基于ITU组织的 G.991.2、 G.994.1、 G.997.1协议规定扩展的TC-PAM调制，实现128kbit/s至8192kbit/s双向 对称载荷速率的双绞线传输。
SOPC中央处理器主要由CPU软核NIOSII、UART(异步串行数据)收发、以太网MAC、 AAL5适配、AAL2适配以及接口处理等硬件程序组成CPU软核NIOS II负责完成与SHDSL 处理器的交互，负责处理转发管理信息，以及控制整个远传模块从启动状态到同步状态之间 的逻辑；UART完成异步串行数据的收发；以太网MAC完成以太网接入的MAC层功能； AAL5完成以太网数据的信元适配;AAL2完成话音比特流的信元适配。通过这些程序的处理， 为用户提供三种数据接口透明的比特流接口、以太网接口、话音接口。比特流接口直接通 过SHDSL处理器的TDM接口实现透明传输；以太网接口既可以直接通过SHDSL处理器的 Mil接口实现接入，也可以适配成信元通过SHDSL处理器的UTOPIA接口实现接入；话音接 口经过数字编码后适配成ATM信元通过SHDSL处理器的UTOPIA接口实现接入。管理信息通过DSP嵌入式处理通道EOC进行传输。
SHDSL处理器部分主要由内嵌微处理器、数据接口、时钟单元、数字前端、模拟前端、 线路驱动等单元组成内嵌微处理器负责完成对CPU命令的解析，EOC消息的处理、对其 它处理单元的配置，并与NIOS处理器配合完成线路握手、预启动、核启动到同步数据模式 的过程。数据接口单元负责管理数据发送速率、帧同步信号来源、数据环回模式，采样电平 及采样时钟沿，滑动缓冲区的读写延时等。DSL成/解帧单元依据ITU G991.2协议规定，将 数据和EOC消息映射到SHDSL帧，反之从SHDSL帧分解出数据流和EOC消息。数字前端 包含了 Trellis编码器、Viterbi解码器、倒频器、预编码器、频谱整形器、回波抵消算法单元、 近端串扰算法单元等，数字前端负责完成SHDSL帧的编解码及调制解调。时钟单元依据内 嵌微处理器的配置，来控制参考符号时钟的来源，以及向数据接口单元、成帧解帧单元、数 据处理单元提供时钟源；在本模块的应用中，CO端及CPE端的符号收发时钟均同步于CO 端的本地晶振时钟上，但最终送往数据接口的时钟锁相于远端数据接口的收时钟，其鉴相信 息来源于动态填充比特信息。模拟前端完成自动增益控制、滤波器、模数/数模转换器、线路 驱动、合成器。通过这些功能模块，数字调制信号被数模转换器高度线性的转换成模拟信号， 再经过具有强驱动能力和低失真特性的线路驱动模块，最后通过合成器送至DSL双绞线上。 在接收端，模拟输入经过自动增益控制器后，由模数转换器转换成数字信号。
为了实现全速率有线远传，本发明采用基于ITU组织的G.991.2、 G.994.K G.997.1协议 规定扩展的TC-PAM调制方式，将调制电平扩展到64TC-PAM:此时每个信息符号承载5个 比特数据；同时依据ITU-T G99L2协议中对握手方式、时钟模式、线路增益、功率谱密度等 技术参数的规定，建立了G.991.2协议扩展的8192kbit/s速率的传输。其中在握手环节，利用 G-994.1协议中定义的性能清单中的扩展单元，来完成主从端设定的传输速率、每个信息符号 承载比特数等数据的交互。
下面以发送方向为例，对本模块的数据处理流程作进一步的说明，数据处理部份需要处 理的数据类型包括管理信息数据和业务信息数据，其中业务信息数据可能有比特流数据、以 太网数据和话音数据信号管理信息通过UART接口接入，经过CPU总线到达SHDSL处理 器，然后被送至DSL成帧器，管理信息作为EOC消息嵌入到DSL帧中的EOC通道；当业 务为比特流形式时，直接接入到SHDSL处理器的串行数据接口，在DSL成帧器中，根据比 特流的时钟将数据分配到DSL帧的每个时隙中；以太网数据经过FPGA中以太网MAC层， 再适配成AAL5信元，然后通过UTOPIA接口送到SHDSL处理器，SHDSL处理器将信元中 的载荷分配到DSL帧时隙中；而话音数据经过编码后适配成AAL2信元，通过UTOPIA接口 送到DSL成帧器，载荷由DSL时隙承载。
在SHDSL处理器中，DSL帧经过扰码器使其随机化，然后送到TCM编码器中完成 TC-PAM调制，接着通过预编码器来平衡信号在线路中的损耗，然后经过频谱整形器完成对信号频率参数的重整形，最后送到线路上。
接收方向的数据处理为发送方向的逆运算。
本模块的软件控制流程为，软件部分，依据ITU G.991.2对SHDSL启动步骤的规定， SHDSL处理器经历初始化、预启动、启动一系列状态，最后达到稳定的数据模式首先，NIOS II作为主控制器，控制SHDSL处理器的固件下载及启动过程，通过固件中的CRC校验码， 来检测下载固件的完整性，当DSP顺利启动后，主控制器发送命令通知DSP进入初始化状 态，然后以消息的形式发送对DSP的配置参数，其中主要包括数据接口的类型、特性，时钟 方式，DSL成帧解帧参数，调制单元的参数，主从端的选择等等；随后，NIOS II通知DSP 进入预启动状态，此时，DSP将配置的参数，依据ITUG.994.1协议与对端沟通，如果两端在 传输速率、时钟方式、调制模式等参数配置一致，握手就能顺利的完成；然后DSP在发送握 手成功消息到主控制器后，进入核启动状态核启动过程中，主从端的DSP以握手沟通得到 的数据速率，在数据接口的时钟驱动下，以2-PAM调制方式来交互ITU G.991.2协议中规定 的激活信号，主从端都正确的完成核启动过程后，DSP将正式进入数据模式首先通过之前 配置的数据接口参数和时钟模式同步对端的时钟，继而一直按照汀1)&991.2的规定，完成对 数据的成帧、调制、解调、解帧的工作；从DSP的预启动至数据模式过程中，如果出现错误， DSP将报告主控制器错误原因，NIOS II接收后，将DSP置回到初始化状态，重新完成上述 启动过程操作。
在线路稳定传输时，NIOS II将轮询UART 口的输入，当有输入信息时，将输入数据以 消息的形式传递给DSP，然后DSP将这些数据通过EOC通道发送至对端，在接收到对端接 收成功的消息后，DSP也将以消息形式告知主控制器；同时，在DSP也会从接收的SHDSL 帧中检测是否有EOC数据，如果有就将其发送给NIOS II ， NIOS II将这些数据发送至UART 输出给上位机。
本发明的有益技术效果是本发明采用SHDSL单标准实现的全速率有线远传模块，不 仅解决了传统远传模块需要采用SHDSL和VDSL两种技术所存在的不足以及线路干扰和传 统远传模块较难完成主从两端时钟的互锁等问题，而且在传输距离方面，在以相同速率传输 时，其传输距离相比传统远传模块也有较大程度的提升，使本模块通过轻型被复线就能达到 1 10km的传输距。
图l、全速率有线远传模块构成图2、数据处理流程图3、软件控制流程图；
具体实施例方式
下面结合相关附图，对本发明所公开的全速率有线远传模块做进一歩的详细介绍本发明所述的全速率有线远传模块主要由SOPC和SHDSL处理器两大部分构成SOPC通过CPU 软核NIOSII负责完成与SHDSL处理器的交互，负责处理转发管理信息，以及控制整个远传 模块从启动状态到同步状态之间的逻辑，并为用户提供三种业务数椐接口和一路管理信息接 口； SHDSL处理器在数字前端负责完成基于ITU组织的G.991.2、 G.994.1、 G.997.1协议规定 扩展的TC-PAM调制，实现128kbit/s至8192kbit/s双向对称载荷速率的双绞线传输。
SOPC中央处理器主要由CPU软核NIOSII 、 UART收发、以太网MAC、 AAL5适配、 AAL2适配以及接口处理等硬件程序组成CPU软核NIOSII负责完成与SHDSL处理器的交 互，负责处理转发管理信息，以及控制整个远传模块从启动状态到同步状态之间的逻辑； UART完成异步串行数据的收发；以太网MAC完成以太网接入的MAC层功能；AAL5完成 以太网数据的信元适配；AAL2完成话音比特流的信元适配。通过这些程序的处理，本模块 为用户提供三种数据接口透明的比特流接口、以太网接口、话音接口和一路管理信息接口。 比特流接口直接通过SHDSL处理器的TDM接口实现透明传输；以太网接口既可以直接通过 SHDSL处理器的Mil接口实现接入，也可以适配成信元通过SHDSL处理器的UTOPIA接口 实现接入；话音接口经过数字编码后适配成ATM信元通过SHDSL处理器的UTOPIA接口实 现接入；管理信息通过DSP的处理通道EOC进行传输。
SHDSL处理器部分主要由内嵌微处理器、数据接口、时钟单元、数字前端、模拟前端、 线路驱动等单元组成内嵌微处理器负责完成对CPU命令的解析，EOC消息的处理、对其 它处理单元的配置，并与NIOS处理器配合完成线路握手、预启动、核启动到同歩数据模式 的过程；数据接口单元负责管理数据发送速率、帧同步信号来源、数据环回模式，采样电平 及采样时钟沿，滑动缓冲区的读写延时等；DSL成/解帧单元依据ITU &991.2协议规定，将 数据和EOC消息映射到SHDSL帧，反之从SHDSL帧分解出数据流和EOC消息；数字前端 包含了 Trellis编码器、Viterbi解码器、倒频器、预编码器、频谱整形器、回波抵消算法单元、 近端串扰算法单元等，负责完成SHDSL帧的编解码及调制解调；时钟单元依据内嵌微处理 器的配置，来控制参考符号时钟的来源，以及向数据接口单元、成帧解帧单元、数据处理单 元提供时钟源，在本模块的应用中，CO端及CPE端的符号收发时钟均同步于CO端的本地 晶振时钟上，但最终送往数据接口的时钟锁相于远端数据接口的收时钟，其鉴相信息来源于 动态填充比特信息；模拟前端完成自动增益控制、滤波器、模数/数模转换器、线路驱动、合 成器；通过这些功能模块，数字调制信号被数模转换器高度线性的转换成模拟信号，再经过 具有强驱动能力和低失真特性的线路驱动模块，最后通过合成器送至DSL双绞线上；在接收 端，模拟输入经过自动增益控制器后，由模数转换器转换成数字信号。
为了实现全速率有线远传，本发明采用基于ITU组织的G.991.2、 G.994.1、 G.997.1协议
规定扩展的TC-PAM调制方式，将调制电平扩展到64 TC-PAM:此时每个信息符号承载5个
比特数据；同时依据ITU-T G,991.2协议中对握手方式、时钟模式、线路增益、功率谱密度等技术参数的规定，建立了0.991.2协议扩展的8192版1/5速率的传输；其中在握手环节，利用 &994.1协议中定义的性能清单中的扩展单元，来完成主从端设定的传输速率、每个信息符号 承载比特数等数据的交互。
为了便于说明问题，本实施例以发送方向为例，对本模块的数据处理流程说明如下数
据处理部份需要处理的数据类型包括管理信息数据和业务信息数据，其中业务信息数据可能
有比特流数据、以太网数据和话音数据信号管理信息通过UART接口接入，经过CPU总线 到达SHDSL处理器，然后被送至DSL成帧器，管理信息作为EOC消息嵌入到DSL帧中的 EOC通道；当业务为比特流形式时，直接接入到SHDSL处理器的串行数据接口，在DSL成 帧器中，根据比特流的时钟将数据分配到DSL帧的每个时隙中；以太网数据经过FPGA中以 太网MAC层，再适配成AAL5信元，然后通过UTOPIA接口送到SHDSL处理器，SHDSL 处理器将信元中的载荷分配到DSL帧时隙中；而话音数据经过编码后适配成AAL2信元，通 过UTOPIA接口送到DSL成帧器，载荷由DSL时隙承载。
在SHDSL处理器中，DSL帧经过扰码器使其随机化，然后送到TCM编码器中完成 TC-PAM调制，接着通过预编码器来平衡信号在线路中的损耗，然后经过频谱整形器完成对 信号频率参数的重整形，最后送到线路上。
对于接收方向的数据处理部分，简单的说也就是发送过程的逆运算。
本模块的软件控制流程如图3所示，软件部分，依据ITUG.991.2对SHDSL启动步骤的 规定，SHDSL处理器经历初始化、预启动、启动一系列状态，最后达到稳定的数据模式首 先，NIOS II作为主控制器，控制SHDSL处理器的固件下载及启动过程，通过固件中的CRC 校验码，来检测下载固件的完整性，当DSP顺利启动后，主控发送命令通知DSP进入初始 化状态，然后以消息的形式发送对DSP的配置参数，其中主要包括数据接口的类型、特性， 时钟方式，DSL成帧解帧参数，调制单元的参数，主从端的选择等等；随后，NIOS n通知 DSP进入预启动状态，此时，DSP将配置的参数，依据ITU G.994.1协议与对端沟通，如果 两端在传输速率、时钟方式、调制模式等参数配置一致，握手就能顺利的完成；然后DSP在 发送握手成功消息到主控制器后，进入核启动状态核启动过程中，主从端的DSP以握手沟 通得到的数据速率，在数据接口的时钟驱动下，以2-PAM调制方式来交互ITU G991.2协议 中规定的激活信号，主从端都正确的完成核启动过程后，DSP将正式进入数据模式首先通 过之前配置的数据接口参数和时钟模式同步对端的时钟，继而一直按照ITUG.991.2的规定， 完成对数据的成帧、调制、解调、解帧的工作；从DSP的预启动至数据模式过程中，如果出 现错误，DSP将报告主控制器错误原因，NIOS II接收后，将DSP置回到初始化状态，重新 完成上述启动过程操作。
在线路稳定传输时，NIOS II将轮询UART 口的输入，当有输入信息时，将输入数据以 消息的形式传递给DSP，然后DSP将这些数据通过EOC通道发送至对端，在接收到对端接收成功的消息后，DSP也将以消息形式告知主控制器；同时，在DSP也会从接收的SHDSL 帧中检测是否有EOC数据，如果有就将其发送给NIOS II ， NIOS II将这些数据发送至UART 输出给上位机。
权利要求
1，一种全速率有线远传模块，其特征在于本模块包括SOPC和SHDSL处理器两大部份，SOPC通过CPU软核NIOS II负责完成与SHDSL处理器的交互，负责处理转发管理信息，以及控制整个远传模块从启动状态到同步状态之间的逻辑，并为用户提供三种业务数据接口和一路管理信息接口；SHDSL在数字前端负责完成基于ITU组织的G.991.2、G.994.1、G.997.1协议规定扩展的TC-PAM调制，实现128kbit/s至8192kbit/s双向对称载荷速率的双绞线传输。
2，根据权利要求1所述的全速率有线远传模块，其特征在于SOPC中央处理器主要由 CPU软核NIOS II 、 UART收发、以太网MAC、 AAL5适配、AAL2适配以及接口处理等硬 件程序组成CPU软核NIOSII负责完成与SHDSL处理器的交互，负责处理转发管理信息， 以及控制整个远传模块从启动状态到同步状态之间的逻辑；UART完成异步串行数据的收发； 以太网MAC完成以太网接入的MAC层功能；AAL5完成以太网数据的信元适配；AAL2完 成话音比特流的信元适配；通过这些程序的处理，为用户提供三种业务数据接口透明的比 特流接口、以太网接口、话音接口，比特流接口直接通过SHDSL处理器的TDM接口实现透 明传输；以太网接口既可以直接通过SHDSL处理器的Mil接口实现接入，也可以适配成信 元通过SHDSL处理器的UTOPIA接口实现接入；话音接口经过数字编码后适配成ATM信元 通过SHDSL处理器的UTOPIA接口实现接入；管理信息通过DSP的嵌入式处理通道EOC 传输。
3，根据权利要求1所述的全速率有线远传模块，其特征在于SHDSL处理器部分主要 由内嵌微处理器、数据接口、时钟单元、数字前端、模拟前端、线路驱动等单元组成内嵌 微处理器负责完成对CPU命令的解析，EOC消息的处理、对其它处理单元的配置，并与NIOS处理器配合完成线路握手、预启动、核启动到同步数据模式的过程；数据接n单元负责管理数据发送速率、帧同步信号来源、数据环回模式，采样电平及采样时钟沿，滑动缓冲区的读 写延时；DSL成/解帧单元依据ITU G.991.2协议规定，将数据和EOC消息映射到SHDSL帧， 反之从SHDSL帧分解出数据流和EOC消息；数字前端包含了 Trellis编码器、Viterbi解码器、 倒频器、预编码器、频谱整形器、回波抵消算法单元、近端串扰算法单元，完成SHDSL帧 的编解码及调制解调；时钟单元依据内嵌微处理器的配置，来控制参考符号时钟的来源，以 及向数据接口单元、成帧解帧单元、数据处理单元提供时钟源；模拟前端完成自动增益控制、 滤波器、模数/数模转换器、线路驱动、合成器，通过这些功能模块，数字调制信号被数模转 换器高度线性的转换成模拟信号；再经过具有强驱动能力和低失真特性的线路驱动模块，最 后通过合成器送至DSL双绞线上；在接收端，模拟输入经过自动增益控制器后，由模数转换 器转换成数字信号。
4，根据权利要求1所述的全速率有线远传模块，其特征在于采用基于ITU组织的 G.991.2、 G.994.K G.997.1协议规定扩展的TC-PAM调制方式为将调制电平扩展到64 TC-PAM，此时每个信息符号承载5个比特数据，同时依据ITU-T G.991.2协议中对握手方式、 时钟模式、线路增益、功率谱密度等技术参数的规定，建立了 G.991.2协议扩展的8192kbit/s 速率的传输；其中在握手环节，利用0.994.1协议中定义的性能清单中的扩展单元，来完成主 从端设定的传输速率、每个信息符号承载比特数等数据的交互。
5，根据权利要求1所述的全速率有线远传模块，其特征在于该模块发送方向的数据处 理流程为数据处理部份需要处理的数据类型包括管理信息数据和业务信息数据，其中业务 信息数据分为比特流数据、以太网数据和话音数据信号管理信息通过UART接口接入，经 过CPU总线到达SHDSL处理器，然后被送至DSL成帧器，管理信息作为EOC消息嵌入到 DSL帧中的EOC通道；当业务为比特流形式时，直接接入到SHDSL处理器的串行数据接口， 在DSL成帧器中，根据比特流的时钟将数据分配到DSL帧的每个时隙中；以太网数据经过 FPGA中以太网MAC层，再适配成AAL5信元，然后通过UTOPIA接口送到SHDSL处理器， SHDSL处理器将信元中的载荷分配到DSL帧时隙中；而话音数据经过编码后适配成AAL2 信元，通过UTOPIA接口送到DSL成帧器，载荷由DSL时隙承载。在SHDSL处理器中，DSL帧经过扰码器使其随机化，然后送到TCM编码器中完成 TC-PAM调制，接着通过预编码器来平衡信号在线路中的损耗，然后经过频谱整形器完成对 信号频率参数的重整形，最后送到线路上；对于接收方向的数据处理流程为传送方向数据处理流程的逆运算。
6，根据权利要求1所述的全速率有线远传模块，其特征在于该模块的软件控制流程为 软件部分，依据ITU G.991.2对SHDSL启动步骤的规定，SHDSL处理器经历初始化、预启动、 启动一系列状态，最后达到稳定的数据模式首先，NIOS II作为主控制器，控制SHDSL处 理器的固件下载及启动过程，通过固件中的CRC校验码，来检测下载固件的完整性，当DSP 顺利启动后，主控发送命令通知DSP进入初始化状态，然后以消息的形式发送对DSP的配 置参数，其中主要包括数据接口的类型、特性，时钟方式，DSL成帧解帧参数，调制单元的 参数，主从端的选择；随后，NIOS II通知DSP进入预启动状态，此时，DSP将配置的参数， 依据ITUG,994.1协议与对端沟通，如果两端在传输速率、时钟方式、调制模式等参数配置一 致，握手就能顺利的完成；然后DSP在发送握手成功消息到主控制器后，进入核启动状态 核启动过程中，主从端的DSP以握手沟通得到的数据速率，在数据接口的时钟驱动下，以 2-PAM调制方式来交互ITU G.991.2协议中规定的激活信号，主从端都正确的完成核启动过 程后，DSP将正式进入数据模式首先通过之前配置的数据接口参数和时钟模式同步对端的时钟，继而一直按照汀110.991.2的规定，完成对数据的成帧、调制、解调、解帧的工作；从 DSP的预启动至数据模式过程中，如果出现错误，DSP将报告主控制器错误原因，NIOS II 接收后，将DSP置回到初始化状态，重新完成上述启动过程操作。在线路稳定传输时，NIOS II将轮询UART 口的输入，当有输入信息时，将输入数据以 消息的形式传递给DSP，然后DSP将这些数据通过EOC通道发送至对端，在接收到对端接 收成功的消息后，DSP也将以消息形式告知主控制器；同时，在DSP也会从接收的SHDSL 帧中检测是否有EOC数据，如果有就将其发送给NIOS II ， NIOS II将这些数据发送至UART 输出给上位机。
全文摘要
本发明公开了一种全速率有线远传模块，它包括SOPC和SHDSL处理器两大部份，SOPC通过CPU软核NIOS II负责完成与SHDSL处理器的交互，负责处理转发管理信息，以及控制整个远传模块从启动状态到同步状态之间的逻辑，并为用户提供三种业务数据接口和一路管理信息接口；SHDSL在数字前端负责完成基于ITU组织的G.991.2、G.994.1、G.997.1协议规定扩展的TC-PAM调制，实现128kbit/s至8192kbit/s双向对称载荷速率的双绞线传输。本发明的有益技术效果是不仅解决了传统远传模块需要采用SHDSL和VDSL两种技术所存在的不足以及线路干扰和传统远传模块较难完成主从两端时钟的互锁等问题，而且在传输距离方面，在以相同速率传输时，其传输距离相比传统远传模块也有较大程度的提升，使本模块通过轻型被复线就能达到1～10km的传输距。
文档编号H04L29/10GK101594363SQ20091010383
公开日2009年12月2日 申请日期2009年5月13日 优先权日2009年5月13日
发明者波 王, 邓康明 申请人:重庆金美通信有限责任公司