一种数字复接器的制作方法

本发明涉及数字通信技术领域，特别涉及一种数字复接器。

背景技术：

某型飞机通信系统主要由机载通信系统和地面通信系统组成。由ddn设备和信道设备承担机-地间数据传输任务。机载ddn设备选用minilink/2+系列产品，它包括ddn节点设备和监控终端两部分。其中，监控终端为一台式计算机，通过操作系统自带的超级终端与ddn设备进行通信，对ddn节点设备进行远程控制；节点设备内部为插片式结构，通过内部总线连接至网络控制模块，各模块完成相应的功能，机载ddn节点设备主要配置有：两块网络控制模块ncl(主、备各一块)、四块中继链路模块ilc.2(主、备各两块分别接保密机)、两块四通道异步模块qam.2(主、备各一块，传输数据和网管数据)，两块增强型语音模块evm.3(主、备各一块，传输调度语音)、一块越区交换站模块fxs.3(完成话机的馈电和馈铃流功能，传输勤务话)及三块电源模块等。

该设备于目前存在以下问题：

(1)设备老化严重，性能下降，故障率高

机载ddn设备长期在高低温环境下工作，加剧了设备老化速度，高低温冲击引起电子器件的结构和电气性能发生变化，甚至失效，性能下降，设备稳定性变差。

(2)备件短缺，购买、维修困难

该设备已成为完成试验任务的重大设备隐患。因此需要针对新的数据传输要求，研制一种新型多功能数字复接器，替代原有的ddn设备。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，设计并实现了一种新型多功能数字复接器，满足任务数据、调度、电话的传输需要。软件界面友好，配置简单，全系统设备工作稳定，已经圆满完成多次试验任务的数据传输。

为实现上述目的，本发明提供了一种数字复接器，所述数字复接器包括一个机箱和机箱内设置6块板卡，6块板卡包括：模拟用户板、异步数据板、2块主控单元板和2块中继单元板；1块主控单元板主用，另一块主控单元板备用；1块中继单元板主用，另一块中继单元板备用；

所述模拟用户板，用于分别对模拟二线语音的编码和模拟四线语音进行编码，编码完成后发送至主控单元板，还用于接收主控单元板的语音数据，完成二线语音的解码和四线语音的解码；

所述异步数据板，用于将接收到的异步数据转化ttl电平后发送至主控单元板，用于接收主控单元板发送的异步数据，发送到系统数据终端；

所述主控单元板，用于将二线语音和四线语音复接成语音总线，进行语音压缩编码，然后将压缩后的语音数据和异步数据复接成中继信号，发送至中继单元板；还用于将接收到的其它设备的中继信号分接为异步数据和语音数据，将异步数据发送至异步数据板，将语音数据进行语音解压缩，把解压缩后的语音数据恢复成pcm码流，处理后分解为二线语音数据和四线语音数据，发送至模拟用户板；

所述中继单元板包含四个中继接口，每个中继接口独立工作，中继接口用于将主控单元板发送的中继信号发送至信道设备，还用于将接收到的其它设备的中继信号发送至主控单元板。

作为上述装置的一种改进，所述模拟用户板包括：二线slic接口电路、四线slic接口电路和pga；

所述二线slic接口电路包括4路fxs接口；用于完成模拟二线语音的64kb/spcm编码并发送至pga，还用于接收pga转发的二线语音，完成二线语音的64kb/spcm解码，发送至二线话机；

所述四线slic接口电路包括四线slic接口，用于完成模拟四线语音的64kb/spcm编码并发送至pga，还用于接收pga转发的四线语音，完成四线语音的64kb/spcm解码，发送至调度单机；

所述pga，用于接收对解码后的二线语音和四线语音进行预处理，送入主控单元板；用于接收来自主控单元板的语音数据，将其中的二线语音数据分接至二线slic接口电路、将其中的四线语音数据分接至四线slic接口电路；用于完成本地自检；还用于实现二线slic接口电路和四线slic接口电路的状态上报。

作为上述装置的一种改进，所述异步数据板包括：多个异步数据接口、以太网交换模块和调试网口；

所述异步数据接口采用rs422接口转换芯片，用于将rs422转化为ttl电平；每一路异步数据的传输速率为4.8kbps、9.6kbps或19.2kbps；

所述以太网交换模块，用于实现与两个主控单元板的连接；

所述调试网口，用于实现设备调试和软件升级。

作为上述装置的一种改进，所述主控单元板包括：fpga、处理器、语音压缩模块和时钟电路；

所述fpga，用于实现抗衰落帧同步；当群路接口失步时产生告警信号；用于将接收到的压缩后的语音信号与4路×3异步串行数据进行复接，生成中继信号并发送至中继接口，支持与中继接口间传输速率32kbps、64kbps、128kbps、256kbps、512kbps、1024kbps或2048kbps的数据传输；用于将接收到的其它设备的中继信号分接为异步数据和语音数据，将异步数据发送至异步数据板，将语音数据发送至语音压缩模块；还用于产生处理器接口信号，接收处理器的设置信号与向处理器汇报状态信息；

所述处理器，用于实现数字复接器的参数配置、自检控制与状态查询；用于实现主控单元板之间的通信，包括配置信息的同步、心跳信号的互通和主控单元板主备切换的控制；还用于实现中继单元板的状态查询与主备切换控制；

所述语音压缩模块，用于将模拟用户班发送的64kbps语音数据进行压缩，将压缩后的语音数据发送至fpga，还用于对其它设备的语音数据进行压缩解码；将解压缩后的语音数据恢复成pcm码流，处理后分解为二线语音数据和四线语音数据发送至用户模拟板；

所述时钟电路，用于温补晶振实现，实现本地高稳时钟。

作为上述装置的一种改进，所述中继接口采用rs422接口转换芯片；所述中继接口增加帧失步告警信号线，用于实现与保密机的适配。

作为上述装置的一种改进，所述数字复接器还包括：测试接口，用于完成与本地和对端业务的互通测试。

作为上述装置的一种改进，所述6块板卡以可插拔的方式设置在机箱内。

作为上述装置的一种改进，所述机箱内还设置两个电源模块，任何一个电源模块可以独立为设备供电。

本发明的优势在于：

本发明的数字复接器能够提高数据传输的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明的复接器工作框图；

图2为本发明的本地数据接口环回示意图；

图3为本发明的本地四线接口环回示意图；

图4为本发明的中继环回示意图；

图5为本发明的异步数据测试接口与本地互通测试；

图6为本发明的异步数据测试接口与对端互通测试；

图7为本发明的四线调度测试接口与本地互通测试；

图8为本发明的四线调度测试接口与对端互通测试；

图9为本发明的二线语音测试接口与本地互通测试；

图10为本发明的二线语音测试接口与本地互通测试；

图11为本发明的中继链路质量测试；

图12为本发明的数字复分接器硬件原理框图；

图13为本发明的机载数字复分接器硬件组成图；

图14为本发明的主控单元板工作原理框图；

图15为本发明的模拟用户板工作原理框图；

图16为本发明的异步数据板工作原理框图；

图17为本发明的中继单元板工作原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

在数字通信系统中，为了提高信道的利用率，使多路信号在同一条信道上传输时互相不产生相干的方式称为多路复用。在时分复用中，将时间划分为若干时隙，各路信号在时间上占用各自的时隙，即多路信号在不同时间内被传送，各路信号在时域内互不重叠。而数字复接终端的作用是将低速数据码流变换成高速数据码流，将两个或两个以上的支路数字信号按时分复用方式合并成单一的合路数字信号的过程称为数字复接；完成数字复接功能称为数字复接器；在接收端将一路复合数字信号分离成各支路信号的过程称为数字分接，完成数字分接功能称为数字分接器。数字复接器、数字分接器和传输通道共同构成了数字复接系统。

本发明的数字复接器采用系列化设计，通过软件配置，该数字复接器可适用于机载环境(机载数字复接器)和车载环境(车载数据复接器)，满足不同的任务需求。数字复接器采用多中继设计，中继模块实现1:1热备的同时，通过软件配置，每个中继可适应连接多个不同类型的信道设备，只需要对中继信道连接进行合理规划，既可实现一台数字复接器与多方同时通信。

数字复接器具有以下功能：

(1)业务接入能力：模拟二线语音、模拟四线语音和rs-422-a异步数据。

(2)中继接口：rs-422-a接口，速率支持32kbps、64kbps、128kbps、256kbps、512kbps、1024kbps、2048kbps；

(3)复用方式：tdm，支持64kbps、128kbps、256kbps几种速率上下行不对称工作方式；

(4)语音压缩编码方式：2.4kbpsambe、8kbpsg.729和16kbpscvsd编解码方式可选，其中ambe编解码方式每台设备支持不少于4路；

(5)管理控制：监控计算机通过监控接口(网口)与数字复接器通信，实现设备工作状态的显示、控制、在线设备参数的查询和配置(无须重启生效)；

(6)配置参数存储具有掉电保护功能，配置数据可导出导入；

(7)具备抗衰落帧同步功能；

(8)与保密机之间的适配功能：提供帧失步告警信号；

(9)具有中继接口、用户接口的自环功能。

1、系统设计

1.1复分接功能

设备的主要功能是实现2线语音业务、四线语音业务、异步数据业务的接入，复接成中继信号，通过卫通信道或vhf信号传输。设备的复分接工作原理如图1所示。

1)采用抗衰落帧同步技术，适合卫星与散射等无线信道传输

抗衰落帧同步保证在无线信道深衰落期间继续正确分接各时隙的信息。帧同步电路的主要参数为α＝3，β＝4，即连续3次捕捉到帧定位信息后，认为帧同步；连续4次未捕捉到帧定位时，认为帧失步，失步时仍保持失步前帧状态进行分接，同步标志不变，电路时序不变，并且继续捕捉帧定位信息，当捕捉到新的帧状态时，设备进入新的同步状态。

2)中继速率可变，适合接入到各种不同的信道设备

设备的中继速率支持32kbps、64kbps、128kbps、256kbps、512kbps、1024kbps、2048kbps可选，支持上下行不对称，适和接到vhf、卫通等不同的信道设备。

3)采用低速语音编码技术，节约信道带宽

语音业务支持2.4kbps的ambe、8kbps的g.729和16kbps的cvsd等语音压缩编解码技术，节约信道带，提高信道利用率。

4)中继信道带宽动态占用，提高信道利用率

由于无线传输信道的带宽有限，设备的中继信号的带宽采用根据各个业务的设置动态占用的方式。即给设置为启用的业务分配中继带宽，设置为不启用的业务不分配信道带宽；分配的带宽根据设置的业务中继传输速率确定。

5)多种时钟同步方式，适合点到点传输和组网的要求

设备支持内部时钟和线路时钟两种时钟同步工作方式。

6)失步告警信号

群路接口失步时产生告警信号，用于与保密机互连。在确定中继失步到送给保密机的失步告警信号之间的延时时间长度可设。

7)各业务的信道带宽占用情况

表1：各业务占用带宽情况

1.2自检与测试功能

设备具有完备的自检和测试功能，主要包括自检功能、环回功能、测试功能以及中继链路评估功能。

1.2.1自检功能

设备自检功能是设备cpu完成设备相关电平、slic工作状态等状态信息采集，并根据采集结果判断是否工作正常。

1.2.2环回功能

设备可实现接口环回和中继环回测试，通过接口和中继的环回测试可检测设备的异步数据和模拟四线业务工作状况，确定各单元部件是否正常。

a)本地数据接口环回

本地数据接口环回如图2所示，本地数据接口环回测试可以测试异步数据接口电路是否正常。

b)本地四线接口环回

本地四线接口环回如图3所示，本地四线接口环回测试可以测试四线接口电路是否正常。

c)中继环回

中继环回如图4所示，实现本地中继接口环回和对端中继环回。

本地中继环回时，对于异步数据业务，可以测试接口电路、复分接是否正常；对于四线语音业务，可以测试四线slic电路、语音压缩编解码、复分接是否正常。

1.2.3测试接口功能

设备前面板设计有测试接口，测试接口包括异步数据接口、四线语音接口、二线话机接口，测试接口可完成与本地和对端业务的互通测试。

a)异步数据测试接口与本地互通测试

异步数据测试接口与本地数据业务互通测试如图5所示。异步数据测试接口替代数字复接器2的对应接口与本地异步数据接口互通，测试本端异步数据业务的接口是否正常。

b)异步数据测试接口与对端互通测试

异步数据测试接口与对端数据业务互通测试如图6所示。异步数据测试接口替代数字复接器1的异步数据接口与对端对应接口互通，测试对端异步数据业务的与本端互通是否正常。

c)四线调度测试接口与本地互通测试

四线调度测试接口与本地调度单机互通测试如图7所示，调度单机2可以替代调度单机1’与本端调度单机1互通，可以测试本端四线语音业务的接口和语音压缩是否正常。

d)四线调度测试接口与对端互通测试

四线调度测试接口与对端调度互通测试如图8所示，调度单机2可以替代调度单机1与对端调度单机1’互通，测试对端四线语音业务的接口、语音压缩和复分接是否正常。

e)二线语音测试接口与本地互通测试

二线语音测试接口与本地语音互通测试如图9所示，话机3可以替代话机1’与本端话机1互通，可以替代话机2’与本端接口连接的程控交换机的话机2互通，测试本端二线语音业务的接口和语音压缩是否正常。

f)二线语音测试接口与对端互通测试

二线语音测试接口与对端语音互通测试如图10所示，话机3可以替代话机1与对端话机1’互通，可以替代话机2与对端程控交换机的话机2’互通，测试对端二线语音业务的接口、语音压缩和复分接是否正常。

1.2.4中继链路质量测试

数字复接器内部的测试码流产生模块产生测试码流，测试码流检测模块进行检测，实现中级链路的传输质量测试，中继链路质量测试原理如图11所示。中继接口环回时，可以实现单端测试。

1.3设备接口

表2机载设备外部接口

2、硬件设计

2.1、工作原理

硬件工作原理如图12所示。

在复接方向，模拟二线数据和模拟四线数据经过语音预处理，复接成语音总线，送至语音压缩模块进行语音压缩编解码，然后送至复分接模块进行复分接处理；异步数据送至复分接单元进行复分接处理。复分接后的群路数据由中继接口发送至信道设备。

在分接方向由信道设备来的群路数据经过复分接单元分接成数据业务和语音业务，数据业务送至异步数据接口，发送到系统数据终端；语音业务经过语音压缩模块，把压缩后的数据恢复成pcm码流，然后送到语音预处理模块，再分别送至语音接口模块。

两种设备的插板和模块统一设计，主要包括主控单元板、中继单元板、模拟用户板、异步数据板、背板和电源模块。

2.2、设备组成

a)机载数字复接器硬件组成

机载数字复分接器的硬件组成如图13所示，设备配置见表3。

表3机载数字复接器配置表

2.3、各单元板工作原理

2.3.1电源模块

电源模块的设计充分考虑载机供电特性和要求，电源方案要安全、高效、可靠。因此，电源的设计如下：

1)电源采用1:1冗余设计，任何一个电源可以独立工作为设备供电，两个电源模块同时工作时为负载分担工作模式；

2)电源采用隔离电源；

3)电源前端加装滤波器，提高设备电源的电磁兼容性；。

经过预估，机载数字复接器和车载数字复接器的功耗不大于100w，电源模块进行统一设计。

电源设计是应满足以下要求：

1)功率因数：功率大于100va时，不具有超前功率因数。

2)电流畸变：不应引入足以影响其他设备的过大的电流畸变，电流畸变系数不大于10％。

3)冲击电流：功率大于200w时，在突然施加额定电压时，产生的冲击电流峰值应不大于额定电流的5倍，并在0.1s内回到额定电流。

2.3.2主控单元板

主控单元板的工作原理如图14所示。

1)fpga

fpga是主控单元板的核心器件，主要实现以下功能：

a)实现tdm方式的数据复分接；

b)实现抗衰落帧同步；

c)群路接口失步时产生告警信号；

d)实现cvsd语音压缩编解码；

e)支持4路同步串行中继接口

·传输速率支持32kbps、64kbps、128kbps、256kbps、512kbps、1024kbps、2048kbps可选；

·传输方式为同步数据串行传输；

·时钟方式：113和115时钟；

·中继接口增加帧失步告警信号线，用于实现与保密机的适配。

f)支持4路×3异步串行数据的复分接，每一路异步数据的传输速率为4.8kbps、9.6kbps、19.2kbps可选；

g)支持4路×3模拟二线用户数据压缩编码的复分接；

h)支持4路×3模拟四线用户数据压缩编码的复分接；

i)产生处理器接口信号，支持接收处理器的设置信号与向处理器汇报状态信息；

2)处理器

a)提供监控接口监控接口设计为网口，100/1000mbps以太网接口。监控计算机通过监控接口与数字复接器通信实现设备的参数配置、自检控制与状态查询；

b)完成主控单元板之间的通信，主要包括配置信息的同步、心跳信号的互通，主控单元板主备切换的控制；

c)完成对中继接口模块的状态查询与主备切换控制；

d)设备工作参数具有主备主控单元板自动同步功能，具有掉电保护功能，配置参数可通过监控接口导入导出，配置参数无须重启设备参数配置信息即可生效；

e)实现g.729语音压缩编解码。

3)语音压缩模块实现64kbps语音数据的压缩编解码功能，可2.4kbps低速语音压缩编解码；

4)时钟电路，温补晶振实现，实现本地高稳时钟。

2.3.3模拟用户板

模拟用户板的工作原理如图15所示：

1)二线slic接口电路

二线slic接口电路完成二线语音的64kb/spcm编解码等功能，两路设计为自动话机接口(fxs接口)，两路设计为自动话机接口(fxs接口)和交换机用户接口(fxo接口)可选。自动话机接口的主要技术指标如下：

a)接口阻抗：600ω；

b)接口电平：发送0dbr，接收-3.5dbr；

c)频率带宽：300～3400hz；

d)电平偏差容限：±0.8db；

e)反射损耗：≥12db；

f)振铃频率：25±5hz；

g)振铃电压：符合yd/t751-1995公用电话网局用数字电话交换设备进网检测方法中铃流源技术指标要求75±15v；

h)线路电压：48v；

i)环路电阻：1310ω；

j)环路信令：双音多频和脉冲拨号。

2)四线slic接口电路

四线slic接口电路完成四线语音的64kb/spcm编解码等功能。主要技术指标如下：

a)接口阻抗：600抗；

b)接口电平：发送-14dbr，接收+4dbr；

c)频率带宽：300～3400hz；

d)电平偏差容限：±0.6db；

e)反射损耗：≥20db；

3)pga

pga主要完成以下功能：

a)完成语音数据的预处理，送入主控单元板，接收来自主控单元板的数据流，分接至各slic电路；

b)自动话机接口完成摘挂机检测、振铃控制等功能；

c)交换机用户接口完成振铃检测、摘挂机控制等功能；

d)完成单元自检功能；

e)完成与主控单元板的接口，实现二线slic接口电路的状态上报和主控单元板对接口的控制。

2.3.4异步数据板

异步数据板工作原理如图16所示，实现异步数据接口rs-422-a与ttl电平的电平转换，异步接口采用rs422接口转换芯片实现，满足以下技术指标：

a)驱动方式：平衡驱动；

b)传输距离：不小于50米。

以太网交换模块实现以太网二层交换功能，对于车载数字复接器，以太网交换模块实现主备主控单元板的互连以及设备与网管监控系统的互连；对于机载数字复接器，以及以太网交换模块实现主备主控单元板互连、两台机载复接器之间的互连以及设备与网管监控系统的互连。

调试网口位于前面板，用于设备调试和软件升级。

2.3.5中继单元板

中继单元板的工作原理如图17所示。每个中继单元板包含四个rs-422接口电路，每个rs-422接口电路各自独立工作，实现中继接口rs-422-a与ttl电平的电平转换，中继接口采用rs422接口转换芯片实现，中继接口转换芯片满足以下技术指标：

a)驱动方式：平衡驱动；

b)传输距离：传输距离不小于50米。

2.3.6指示灯单元板

指示灯单元是数字复接器的一个重要人机接口，用于数字复接器各部分的运行状态指示，主要包括：

a)电源正常工作指示；

b)主控工作状态指示；

c)中继工作状态指示。

机载数字复接器指示灯定义见表4。

表4：机载数字复接器指示灯定义

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。