oPTICALV01.24No.4COMMUNICATIONTECHNOLOGY
中目无线电电子学、电信技术类核心期刊
波分复用技术及其在通信中的应用
甘朝钦谢斌孙小菡
(东南大学电子工程
摘要波分复用(wDM)技术以其优异特征成对现有光纤传输系统进行扩容、扭改造及建设新的高、大容量通信网络的优选
关曩词波分复用区域网接入网自愈网
中图分类号TN929.1l文献标识码A
的机会并不多}(3)
光信号的合流与分流,
根据光纤通信线路沿线
出或插入光信号。
随着wDM技术日
wDM器件价格不断下
于通信各个领域。本
长途通信干线传输中的应用,第三部分阐述wDM1弓l言近年,随着通信业务量的激增,原有通信系统的低容已成为当前和未来信息业务发的“瓶颈”,急需对原有光纤传输系行扩容、升级改造,以及建设新的高速、大容量通信络。wDM技术以其优异特征,成为最佳的技术选择;(1)wDM器件是光无源器件,结构简单,体积小,稳定可靠,在网络设计和施工中有很大的灵活性}(2)
带宽资源,使同一根光
倍,甚至几百倍。在大
纤;(3)wDM通道
可承载多种格式的“业务”信号(如;ATM、IP或将来
可能出现的信号),满
引入宽带新业务的有效
中,wDM技术给系统
技术支持,是理想的扩
选路实现网络交换和恢
具有高度生存性的全光网络。
wDM系统有3种常
复用传输,目前大多采
单纤双向多路复用传输。亦称单纤全双工通信,但双
向wDM系统设计比
只适用于光缆对比较紧
甘朝戗男.1963年生,在读博士生
2000-03-27收藕技术在区域网中的应用,第四部分阐述wDM技术在接入网的应用,第五部分述wDM技术在我国的应用,最后,对wDM技术的未来发展和应用进行了分析展望。2wDM术在长途信干线传输中的应用wDM系统在长途通信干线传输中的模块结构如图1所示。在发端,Ⅳ信道的光发射机发出Ⅳ束不同波长的光载波,经合波器复用后进入一根光纤,考虑到距离传输的实际,需再经掺铒光纤放大器(EDFA)对其进行功率放大,然后进入光纤中传输。在传输途中,若距离过长,中途须分段设置EDFA进行线路放大;在接收端,由EDFA接收到的光信号进行前置放大(或不用),再经分波器将不同的波长分开,最后分别送
万方数据
2000年第4期甘朝饮等;渡分复用技术及其在通信中的应用
}巍l爵妻苔卜\笞
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线路放大
中继部分
发射部分蓬
圈1干线传输wDM系统模块结构
当用EDFA作功率放大器和前置放大器时,传wDM技术发展非常迅猛。1996、1997年8×输系统自身的控信道就可用于对它们的控I但当2.5Gb/swDM系统开始实用化,1998年16波长系用EDFA作线路放大器时,由于EDFA上业务信号统已大量商用化。世界各大设备生产厂商营运商都不进行上/下,无电口接入,只有光号的放大,且对这一技术的商用化表出极大的热情,wDM系统业务信号的开销(如sDH)上也没有对EDFA进行监在全球范围内有较广泛应用。前,利用wDM控的字节,因而必须增加一电信号对EDFA的运行技术实现干线传输扩容几十倍、几百倍的效果是显而状态进行控制。常采的是使用一个外的光信传易见的。现在,2、4、8、16和32路wDM系统都已商输监控管理信号;通过这个光信道,利用分/插复用用。目前,大部公司的wDM系统都以2.5Gb/s器,使监控管理号能在每个线路放大器处进行上/基本速率,但以loGb/s为基本率更为理想。加拿下
带外波长监控。根据ITU—T建议,采用一个特×10Gb/swDM系统开通际业务的运营公司。泛定波长传送监控管理信号,可选131ollm、1480nm或欧运营商HER司将采用ciena公司的40×1510nm。们位于EDFA增益带宽(1530~1565nm)2.5Gb/swDM系统。williams公司也将为Frontier之外,监控信号不能通过EDFA,而必须在EDFA之在休士顿、亚特兰大等地的络提供16×2.5Gb/s前下光路.在EDFA之后再上光路,
外监控信道的光信号得不到EDFA的放
监控信息速率低,一般为2Mb/s。现在wDM技术应用于陆地干线传辖已取得了
带内波长监控。若选EDFA增益带宽之内的波巨大的成功,其系统结构图1所示。途中点与干长(如1532nm)传送监控号,就能利用EDFA增线的连接采用分/插复用结构。对线路大系统的监,且控系统的率可提高到155Mb/s;但监控信控管理,一般采用带外波长监控方法,根据情况可须在EDFA之后下光路,再在EDFA之前上光路。采用带内波长监控。wDM技术在陆地干传输的具可见,采用带外波长监控,wDM器件简单、廉价,且体应用可分为两方面:(1)对原有常规光纤传输系统不占用当前可用于通信的波长。我国通信规范中所用进行扩容、升级改造,(2)新的高速系统的建设。的正是带外波长监控法,且规定采用1510nm波长。“在线升
常规光纤传输系统进行
到已建G.652光纤
利用了光纤的1310nm窗口,且早期铺设的干线光缆
纤芯数量少,扩容时无
原有常规光纤传输系统
便是wDM技术。利用
线增加一套1550m相应的光传输设备和wDM器田2带外波长监控
万 方数据
光通信技术2000年第4期
统作太大的改动,且能
容改造,实现平滑过渡
造后传输容量的增加仍然有限。
近两年来,IP业务
巨大需求导致了新一轮
著名新兴公司Qwest
总长为2.5×10‘km的光缆,覆盖全美,它的特点是
全部采用最新的G.655光纤,并具有120芯的光纤
密度。world,GlobalLlnk和Level三公司都在
建全国性的骨干网,且全
光纤在1550nm波长
效地抑制色散受限和四
可方便地进行色散管理,保证了loGb/s系统无中继
传输距离达300km
统,现在和今后建设
新光纤都将是G.655光纤.
目前,应用最多的wDM系统为:4、8、16×
2.5Gb/s和4、8×5Gb/s系统。这些系统已在美国、
日本、欧洲等许多国家
球实际铺设的wDM系
系统的最大容量已达160Gb/s(16×10Gb/s),美国
朗讯公司前不久刚推出80个波长wDM系统,其总
容量可达200Gb/s(80×2.5Gb/s)或400Gb/s(40×
10Gb/3)。在我
设。另外,32×10Gb/sDwDM系统长途干线总距离
可达640km,也已开
公司已成功地进行了无中
波长信道,总传输速率为2.64Tb/s的DwDM系统
传输实验。贝尔实验室
DwDM系统实验。Lucent公司最新推出了一种被命
名为“waveStarOLsAOOG”的超高密度wDM系
统,该系统的最大容量达3.2Tb/s,AT&T公司则即
将这种wavestarDwDM系统投放市场。
(a)(b)
田3海底光纤啊典型拓扑结构
万 方数据2.2wDM技术在海底光缆传输中的应用wDM技术现正应用于国际海底光网,以增大网络容量和增强网络的灵活性。海底光缆所含光纤对数较少,长度却很,因此,在底wDM系统中,也要使用EDFA进行功、线路和前置放大。干线与途中陆站点的连接通海底wDM分支单元实现,采分/插复用结构。对线路放大系的控管理和陆地线一样,可根据具体情况采用带外波长监控或内波长监控。海底光纤网典型拓扑结构如图3所示n】。图3(a)中,光缆主干线处于深海区,wDM分支单元线路经浅海区将主线与登陆站点相连,网络自愈性能的实现,通过wDM分支单元或登陆点完成。wDM技术应用于海底光纤网分两方面:增加网络量和增强网络性能。从过去的技术展看,海缆系统一般总是最先采用新技术,首先应用wDM技术进行扩容、升改造的海底光纤网是TAT一12/13和TPc-5。以TAT一12/13为例,每光纤对原来仅有一个运行在5Gb/s的信道,第一次容、升级改造每光纤对增加了一个5Gb/s信道,第次升级改造又加了一个5Gb/s信道,TAT一12/13的逐步扩容、升级改造,使其容量成倍增长,达到每光纤对15Gb/s,满足了通信务不断发展的需要。此外,东南、中欧、西欧和南大西洋等海底光缆.也都将加装wDM系统。wDM技术使网络性得到显著增强,它主要有以下3个特点:(1)强了海底(或岸)光波长的/插性能。在保持系统纤对数不变或最的情况下,通过在海底分支单元的波长层分出/插入光波长,可方便地设置更多的登陆点。如图3(a)所示}(2)增强了信息流寻径的灵活性。由于光波长能独立寻径和重新配置,使得网络性能不再受海底光缆中物理光路径的约束;(3)过分/插光波长的重新配置,增强了海底纤网的带宽和光中继理以及网络自性能。网络带宽的分配可根据各登点(各国)信息流量的大小,通过分出/插入光波长的重新配置来实现,网络有自动恢复功能——自愈能。在实应用中,首先实现规模自愈(如图3(b)所示)的海底光缆网是TAT—12/13和TPC一5。wDM技术的应用,给设计具有多登陆点和更具灵活性的复杂海底网络创造了条件。新的海底光缆网建设,将充分利用wDM技术来实现。如:1998年完成的sEA—ME—wE.3网是第一个使用wDM技术实现的海底光纤网,其拓扑结构如图3(a)所
2000年第4期甘朝钦等;渡分复用技术及其在通信中的应用
10多个国家相连;每
荷2.5Gb/s。目前
底光缆包含4对光纤,
荷8x5Gb/s,一根光
达12oookm。同时
西洋海底光缆,沿海岸
据报道,一个32×5Gb/swDM实验系统,已成功传
输9300km?另一个64×10Gb/swDM实验系统传
输距离也已达7200km。作者认为.随着wDM技术
的快速发展,这些实验
络。另据报道,到1999年底,几个国际海底光缆网的
wDM技术扩容、升级
缆总长达10万km、
而所有这些,仅仅
从目前商用化的水平
长的系统相继投入使用,但是干线系统的传输很难突
破100个波长。这是
率一定的情况下,每路
间的中继距离缩短。超
在对中继距离要求较低的城域网中。
3wDM技术在区域网中的应用
wDM技术在点到
用,其巨大优势显而易
区域网中,这已成为当
具有良好的经济性和
域网中的应用大都针对
未来的区域网将是具
网。
wDM环形网分为单
节点,若同一通道中来、去业务波长传输方向相同,则
该环称为单向环;若传
图4所示[。】。但若
环形网又可分为单纤环、双纤环、四纤环和多纤环。目
前,wDM的应用研究主要为双纤环。
双纤环结构也分为
示)。在单向环中.一
保护,在光缆被切断时,光缆切断的邻近两节点执行
倒换指令,完成环回。
单,控制方便,但提供
整个环路的一个波长,
双向环中,两根光纤都
针方向,一根是逆时针
来传送业务,另一半
务。双向环结构的特点
间的通信通道只占用
万
方数据(b)-叫双纤双向环圈4wDM双纤环结构源,在其他区段.该波长可重用,所以波长分配当灵,使用效率大大提高。现许多公司都在开WDM双环系统方面的产品,不久就可商用化。另外,为了适应未来通信发展的需要,们致力于研究wDM双纤环的同时,也在进行wDM四纤环的研究。wDM愈性环形网络不仅具有良好的经济性.具有强大功能,这些功主要表现在:网络的生存性、互性和组网的灵活性。为提高环形网络可靠性和用性,可采用1t1的光线路保护,也可采用较经济的1zⅣ光线路保护。利用光分/插复用(ADM)和光交叉连接(Oxc)等新的网元,既可组成2光纤或4光纤双向自动保护转换环,又可提供灵活多样的网络互通功能(包括:环形网与线形网、环形网与环形网、环间单节点或双节点的互通等)。并给组网以极大灵活性。这利用波长选择光路由,既有光信道的自动保护转换,又有光信道的最佳路由选择;且通过光ADM和光oxc处理传送最高容量信息流的级;它既是网络容、升级的有效段,又迈向透明全光通信络的第一步。此外,wDM系统组成的光纤通信网络除可迅速增加网络的容量外,还具有对数据格式的透性;并因多个光信道共光放大器而将显著降低成本,据评估,由此可使网络成本下降50“~80%,网络容量则提高40倍。据AT&.T估计,在未来3到5年内,大容量wDM光自愈环网
光通信技术2000年第4期
4WDM技术在接人网中的应用
wDM技术的飞速发展使刺用的波长数目量(2)光纤/同轴电混合型wDM接
如图6所示[1“,在
数字信道和模拟信道分
直接采用现有双绞线
速数字业务,其他宽带
晰度电视等)则通过调
电视综合在一起,以波
系统中进行双向传输和
充分利用了目前较为成
可分期投入,逐步升级
电视业务,以后将
4.2增加,有可能对每种业务采用一个长传输‘,特别是接入网中,采用wDM低速接口可以很容易区分每一个用户,而且wDM身的业务透明,允许用户根据自需要选择业务类型和速率。考虑到接入网建设点多线,结构杂,投资大,必须采取逐步过渡的办法,扩容、升级改造,分区、分阶段的实现接入网的最终目标:基于wDM技术的全光接入网,wDM技术在
铺设新光缆,建设新
传输,能较好的顾及将
投资很大。目前,主要
户内缆上传输cATv信
低。利用wDM技术,在原有电信光纤阿引入光纤
cATV,不影响原有
光纤传辕系统两端按
现电话和电视的同向、反向或双向传输。
(1)电话、电视的同
电信光纤传输系统两
实现电话、电视的同向(或反向)传输,原有电话改为
1550nm载波。电
示‘1“。
(2)电话和电视的双
纤同向(或反向)传输
行,没有上行,如此做
段是可行的,但以后必
传输系统引入电视信号
端分别接入一对wDM器,使原有电信光纤传输系
统两根光纤都传输两
示‘1”。田5wDM无蔫双量网络结构4.1wDM接人网系统构当前,实的wDM接入网统主要有以下几种类型:(1)无源双星形wDM接入网系统。其结构如图5所示口5]。无网络系统,一根光缆可分成Ⅳ分支光缆(Ⅳ=2、4、6、8、16、32),不同光配有不同的光衰减,故传输距离随光分配比而变化,适合市话网的应用。无源设备应环境的能较强,既可置于室外,维护管理容易}又可升级发展成光纤到户,适应宽带业务。目前,各国都在积极引进光接入网系统,研究重点是wDM无源星形网。根据欧、日本的研究和试验现状,采用无源双星形结构及wDM传输技术可以实现经济
的最佳途径。
圉6HF℃用结结构
万方数据
2000年第‘期甘朝铁等。渡分复用技术及其在通信中的应用
如在“南昌一九江”
AT8LT公司的设备
652光纤的1310nm、1550nm两个低损耗工作窗口分
别运行一个系统。这样
PDH设备的情况下,利
开SDH2.5Gb/s
图7电话、电视同纤同向传输大容
要,在部分干线采用wDM技术的工作已全面展开。
6结束语
当前,wDM技术仍处
长的应用只是第一步。近期内,许多厂商的32×
2.5Gb/swDM系统
wDM技术也发展很快。从现有的应用来看,wDM
圈8电话、电攫双向传输系统只用
信号都是SDH信号。
wDM技术在光纤cATv系统中的应用,可根出现,以承载各种格的信号,满足城域和接入网据实际需要成各种结构,但它们的基本结构
的价格正不断快速下
5wDM技术在我国的应用统的
我国首先在长途干线上采用wDM技术进行点wDM系统不能保证系改造完成后满足实需到点扩容,紧接着将在节点上采用oADM、oxc技要,而能适应未来通业务发展的新趋势,给系统进行上/下话路。我国于1997年引进第一套8波的改造提供“在线升级、平滑过渡”的技术支持。随wDM系统,并安装西安至武汉干线上。1998着时代的发展,wDM技术特别是全光网络技术的进年,我国开始大规模引进8×2.5Gb/swDM系统,步,核心网被基于wDM的光网络所取代,实现全对总长达2万多km的12条省
改造。同时,各省内干
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G口,zC^口ogi咒,X搪Bi咒,S越,2XinoAn,z,Z^n咒g』l靠咒gd已
(DepartmentofElectronicE“gineeri“g,SoutheastUniversity,Nan豇ng210096)
AhtnctWDMTechn0109yhasbeethebestselectionoftechn0109yeniargi“gthecapacityofcurrentfibertransportsystemsandconstructingthenewhigh—speedandhuge—capacitymunicationnetworkbe—causeofitsoutstandi“gfeatures.InthisPaPer,themainfeauresof
areWDMtechnologyaresummarizedbriefly.Itsapplicationsinthef01lowingregionsofmunication
networkandaccesselaboratedindetail:long—haultransport10calare
—+斗—■—十……?+-■——●—■-?■—-■——■——+——h-■——’-—●——}—_—‘+卅呻—●—…¨
敬告作者
l_为适应我国信息化建设需要,扩大作者学术交流道,本刊已
2.为适应我国信息化建设需求,扩大作者学术交流渠道,本刊已和《北极星》网站合作,从2000年起,将本刊所有
若作者不同意将文章编入上述数据库或不意在网站发
(本刊编辑部)
中国移动通信联合会在京成立
据悉,今年9月16日,中国移动通信联会在北京宣布成立。参联合会的会员有中
大会通过了一份宣言。宣言提出:在中加入世贸组织之后,合会会员将发挥
据介绍,今后联合会将开展多种活动:对将代表中国参加国组织的交流活动,参与通信技术标准的研究,内则组织制定行约、行规,实行业自律;组织业内与政府主管的交流与沟通,配合政府的行业管理,成为政府、企及消费之间的桥梁;促进提高技术水平和服务质量,保护国家利益和消费者利益,保障国家信息安全,促进移动通信与金融和手段的结合,推动我国通信制
万方数据
波分复用技术及其在通信中的应用
作者:
作者单位:
刊名:
英文刊名:
年,卷(期):
引用次数:甘朝钦, 谢斌, 孙小菡, 张明德东
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CWDM(粗波分复用)技术以其在统成本、性能及维护性等方面的优势,正逐渐成为城域网主流技术.文中在对比和析DWDM(密集波分复用)CWDM技术特点的基础上,提出了采用CWDM替代基于DWDM实现远程备份的新方法,并设计了CWDM接口和基于CWDM远程备份应用的体系结构,对CWDM链路的可靠性和数据
7.学位论文 苏彦君 基于弹
随着网络技术应用的不断发展和普及,互联网上数据量正在呈爆炸式的增长,需要越来越大的存储设备。相对于直连存储言,网络储技术在可靠性、扩展性和能等方面具有明显的优,因此得了广泛的应用。同时,为了防止由于人为或自害对数据造成的破坏,提高数据的可用性,往借助于广域网技术把分布在异地的存储连接起来,并通过广域网络将数据备份到异地存放。 在分析网络存储技术特点的基础上,对目前常见的基于IP、基SONET(SynchronousOpticalNetwork,同步光纤网)和基于WDM(WavelengthDivisionMultiplexing,波分复用)的三种存储扩展的工作原理和技术特点进行了析。结表明,于长距离的储扩展应用而言,基于IP、基于SONET和基于WDM的存储扩展均不是理想的高性能价格比的解决方案,于是人们开始从新的广域网络技术中探求适合于存储展的网络技术。 弹性组环(ResilientPacketRing,简称RPR)是一项新兴的城域网二层接入标准。它集合以太网的高效性、经济性和SONET/SDH光纤环网的可靠性于其一身,以分组网络为基础,是新一代城域组网的发展趋势,用以平地向光网络过渡,RPR这些技术特点非常适合长离的存储扩展应用需求。 对RPR的协议和网络体系结构、工作原理、队列技、环网护机制以及以及带宽利用率方面进行分析和研究,在此基础上,设计了基于RPR的存储扩展方案,并利用网络仿真软件OPNET对基于RPR的存储扩展行了仿真。仿真果表明,RPR能为存储扩展提供基于网络流量的动态
8.会议论文 曹梓楠. 李新碗. 刘婷. 卢加林. 周俊鹤. 建平 一种基于SOA的可调增益2×2光开关的计与实现 2006 本文绍了一种基于半导体光放大器(SOA)密集波分复用(DWDM)窄带滤光膜片的2×2光开关的计,设并实现了SOA可调增益高速数字驱动电路,使得光开关增益可调.对光开关进行了实验测试,结果表明本文设计的光开关具有开关速度快,温度稳定性良好,可调增益补
9.期刊论文 黄志刚. 郭玉东. HUANG Zhi-gang. GUO Yu-dong 基于CWDM和IP网的多层次网络存储容灾体系结构 -计算机工程与设计2008,29(1)
随着数据信息渐渐成为核心资源以及社会数据存储安全的迫需求,高保障的存储容灾系统成为了大家关注热点和迫切的需要.提出一种于CWDM和IP网的多层次网络容灾体系结构,根据不同的灾难程度,采用了三层容来分别对解决,分别通过本地集群以及相关冗余备份,同城容灾中心和远程备份中心来实现,从而在灾难发生后,能够保证数据的完整,可靠、安全以及各项
10.期刊论文 秦磊华. 苏彦君. 张宗平. QIN Lei-hua. SU Yan-jun. ZHANG Zong-pin 光纤通道存储区域网扩展研究 -计算机工程2007,33(24)
存储扩展是建立数据容灾的基础.章分析了基于特网、同步光纤网/同步数字序列(SONET/SDH)和分复用技术(WDM)的存展工作原理以及它们的流控机制,对存储
引证文献(1条)
1. 张立毅. 王华奎. 沙定国 光波分复用统及其应用[
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波分复用技术在电网通信中的应用
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
波分复用技术在电网通信中的应用
作者:张华琛
来源:《科技创新与
摘 要: 文章基于波分复用技术(Wavelength Division Multiplexing,WDM )在工程实中作了研究与应用,首先简要绍WDM 技术的基本原理及特点,然后重要点描了WDM 技术在500kV 惠茅甲线单改双工程中的应用,从中得到了大量的一手现场数据,为WDM 技术以后广泛应用于电网通信中进行了
关键词:波分复用技术(WDM );电网通信;光传输;工程应用
1 引言
WDM技术问世时间不长,但由于具有许多著的优点迅
在电力系统通信中,对通信要求高靠性,高稳定性高安全性,对WDM 技术的应用还为少见。本文作者针对WDM 技术的特点,结合工程对其进行充分的论证和实验,在广东电网
2 波分复用技术基本原理及特点
波分复用是将两种或多种不同波长的光载波号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器,Multiplexer )汇合在一起,并耦到光线路的同一根光纤中进行传输术;在接收端,经解复用器(亦称分波器或称去复用器,Demultiplexer )将各种波长的光载波分离,然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的
WDM技术充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源,根每一信道光波频率不同可以将纤的低损耗窗口划分成若干个信道,把光波作为信号的载波,在发送端采合波器将不同规波长的号光载波合并起来送一根光纤进行传输。在接收端,再由分波器将这些不同长载同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立(不考虑纤非线性时),从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可实现双向传输。根据波分复用器的不同,可以复用的波长也不同,从2个至几十个不等,一般商用化是8波长和16波长系统,这取决于
3 波分复用技术在工程中的应用
波分复用技术及其在通信中的应用
N o. 4 O P T ICA L COM M U N ICA T IO N T ECHN O L O GY
中国无线电电子学、电信技术类核心期刊
α 波分复用技术及其在通信中的应用
甘朝钦谢 斌孙小菡 张明德
)( 210096东南大学电
() 摘要波分复用 技术其优异特征成为对现有光纤传输系统进行扩容、升级改
的高速、大容量通信网络的优选技术方案。 文中阐述它的主要技术特点, 着重论述了它在信领域中的应用: 长途通信干线传输、区域网、接入网等, 并对技术未来发
展望。
关键词 波分复用 区域网接入
中图分类号TN 929. 11 文献
() ; 3光分?插复用传输。 通过各种波长 的机会
光信号的合流与分流, 实现信息的上?下光路, 由此可 近来, 随着通信业务量的激增, 原有通信系 根据光纤通信线路沿线务量分布情况, 合理安排分 的低容量已成为当前和来信息业
急需对原有光纤传输系统进行
建设新的高速、大容量通信网络。技术以其优 W DM 器件价格不断下降, 它将全面、深入地应用W DM 器件是光无 ( ) 异特, 成
技术在于通信各个领域。 本
( ) 施工中有很大的灵活性; 2可充分利用光纤的巨大 , 第三部分阐述长途通信干
带宽资源, 使同一根光纤的输容量增加几倍至几十 技术在区域网中的应用, 第四
倍, 甚至几百倍。在大容量长途传输中, 可节省大光 技术在我在接入网中的应用, 第五部分阐述 W DM()纤; 3通道对数据格式是透明的。系统 W DM W DM 国的应用, 最后, 对技术的未来发展应用进 W DM ( 可承载多种格式的“业务”信号 如: 、或将来 A TM IP 行了分析与
( ) 引入宽带新业务的有效方法; 4在网
2 技术在长途通信干线传输中的应
系统在长途通信干线传输中模块结构W DM 技术给系统提供“在线升级、平滑
如图 1 所示。在发射端, 个信的光发射机发出 N N ( ) 技术支持, 是理想的扩
束不同波长的光载波, 经
考虑到长距离传输的实际, 需再经掺铒光纤放大器 具有高度
() ( ) 对其进行功率放大, 然后进入光纤中传输。系统有 3 种常规结构: 1单纤单向多
( ) 复用传输, 目前大多采用纤单向系统; 2W DM , 若距离过长, 中途须分段设
单纤双向多路复用传输。 亦称单纤全双工通信, 但双 对接收到的光信号进线路放大; 收端, 由 ED FA向系统设计比较复杂。 单纤双向系 W DM W DM () 行置放大或不用, 再经分波器将不同的波长分开,只适用于光缆对比较紧张的情况, 在通信干线中用 最后分别送往N 个信道的接收机进行
α 甘朝钦 男, 1963 年生, 在读博士生
2000 年第 4 期甘朝钦等: 波分复用技术及其在通信
图 1 干线传输系统模块结构 W DM
当用 作功率放大器和前置放大器
215系统开始实用化, 1998 年 16 波长系 ?
用 作线路放大器时, 由于
不进行上下, 无电接口接入, 只有光信号的放大, 且 ?, 系统对这一技术的商用化
() 业务信号的开销 如 上也有对 进行监SD H ED FA 在全球范围内有了较广泛的应
, 因而必须增加一电信号 的运行技术实现干线传输扩容几十倍、几百倍的效果是显
状态进行控制。常采用的是使用一个额外的光信道易见的。 现在, 2、4、8、16 和 32 系统都已商W DM 输监控管理信号; 通过这个光信道, 用分插复用 ? 用。目前, 大部分公司的统都以 215?为W DM Gb s 器, 使监控管理信号能在每个线路放大处进行上? 基本
下光路。使用单独光信道传输监控管理信号有两种方 大北方电公司的 8×10?系统已用于美国Gb s M C I 17 : 带外波长监控法和带内波长监控法。 公司的网络。 据称公
带外波长监控。根据 建议, 采
定波长传送监控管理信号, 可选 1310、1480或nm nm 公 司 将 采 用 公 司 的 40 ×欧 运 营 商 H ER C ien a
() 1510。它们位于 增益带宽 1530, 1565nm ED FA nm 215?系统。公司也将 Gb sW DM W illiam s F ro n t ie r外, 监控信号不能通过 而必须在 之 , ED FA ED FA 在休士顿、亚特兰大等地的网络提供 16 ×215 ?Gb s前下路, 在 之后再
外监控信道的光信号得不到 , 传送的 的放大ED FA 2. 1 W DM 技
监控信息速率低, 一般 2?。 M b s现在技术应用于陆地干线传
带内波长监控。 若选 增益带
( ) 长 如 1532传送监控号, 就能利用 增 nm ED FA 线的连接采用分插复用结
益, 且监控系统的速率可提高到 155但监控信 ?; M b s控管理, 一般采用带外波长监控方法, 根情况亦可 号须在 之后下光, 再在 之前上光路。 ED FA ED FA 技术在陆地
可见, 采用带外波长监控, 器
不占用当前可用于通信的波长。我国通信规范中所用() “在进行扩容、升级改造; 2新的高速系的建设。 的正是带外波监控法, 且规定采用 1510波长。nm 升级、平
常规光纤传输系统进行扩容、升级改造的
到已建 光纤上开通的 光纤传输系统只 . 652 GPD H
利用了光纤的 1310窗口, 且早期铺设的干
纤芯数量少, 扩容时无空余纤芯可直接利
原有常规光纤传输系统的扩容、升级改造, 最佳选择
便是技术。 利用尚未使用的 1550窗口, 在W DM nm
线增加一套 1550相应的光传输设和 器nm W DM 2 带外波长监控原理 件, 这样既有效
306 光 通 信技 术2000 年
统作太大的改动, 且能较易、快捷地实现对系统扩2. 2 技术在海底光缆传
容改造, 实现平滑过渡的级目标。尽管如此, 系统改 技术现正应用于国际海底光
造后传输容量的增加仍然有限。 网络容量和增强网络的灵活性。
数较少, 长度却很长, 因此, 在海底系统中, 也W DM 近两年来, 业务激增所
巨大需求导致了新一轮的干光缆建设高潮。以美国 进行功率、线路和前置放大。干线
著名新兴公司为例, 在 1998 年底前就新建了 中登陆站点的连接通过海底分支单元实现, Q w e st W DM
4 总长为 2. 5 ×10的缆, 覆盖全美, 它特点是 采用分插复用结构。 对线路放大
全部采用最新的 光纤, 并具有 120 芯的光纤. 655 陆地干线一样, 可根据具体情
带内波长监控。 海底光纤网典型拓扑结构如 3 所 密度。和三公司都
1 建全国性的骨干网, 且全采用 光纤。. 655 . 655 () GG示。图 3 中, 光缆主干线处深海区, 分支aW DM光纤 1550波长附近传输窗口宽达 100, 可有 nm nm 单元线
效地抑制色散受限和四波混等非线性效应问题, 又 愈性能的实现, 通过分支单元
可方便地进行色散管理, 保证了 10系统无中继 ?Gb s 技术应用于海底光纤网也分两方面: 增加成。 W DM传输距离达 300以, 非常适用于速系 km W DM 网络容量和增强网络性能。统, 在和今后建设新的高速系统所设的 W DM 从过去的技术发展看, 海缆系统一般总是最先采 新光纤都将是 光纤。. 655 G 用新技, 先应用技术进行扩容、升级造 W DM 目 前, 应 用 最 多 的 系 统 为: 4、8、16 ×W DM 的海底光纤网是 212?13 和 25。以 212?TA T T PC TA T 215?和 4、8×5?系统。 这些系统已在美国、 Gb s Gb s 13 为例, 它每光纤对原来仅有一运行在 5的 ?Gb s 日本、欧洲等许多国家和地得到大量应用。现在, 全 信道, 第一次扩容、升级改造每
5?信道, 第二次升级改造又增加了一个 5?Gb s Gb s 系统超过 2000 个, 而实用化实际铺设的 W DM信道, 21213 逐步扩容、升级改造, 使其量 ?TA T ( ) 系统的最大容量已达 160×10美国 ?16 ?, Gb s Gb s成倍增长, 达到每光纤对 15满足信业务不?, Gb s 朗讯公司前不久刚推出 80 个波长系统, 其总 W DM 断发展的需要。 此外, 东南亚、中
)10。 在我国也已开
设。另外, 32×10系统长途线总距离 ?技术使网
() () 可达 640, 也已开投入商用。 据报道, 本以下 3 个特点: 1增强了海底 或岸光
公司已成功地进行了无中继传输离 120、132 个 性能。 在保持系统光纤对数不变或
波长信道, 总传输速率为 2. 64的 系统?过在海底
传输实验。贝尔实验室则成功地进
系统实验。公司最新推出了一种
配置, 使得网络性能不再受海底光中物理光纤路径 系”的
( ) 统, 该系统的最大容量达 3. 2公司则即 的约束; 3通过分插光波长的重新配置, 增强了海 ?, ?T b sA T &T
将这种系统投放市场。底光纤
( ) 络带宽的分配可根据各登陆点 各国
小, 通过分出插入光波长的重新配置来实现, 网络有 ?
自动恢复功能——自愈性能。 在实际应用
() () 现大规模自愈环网 如图 3 所示的
21213 和 25。?TA T T PC
技术的应用, 给设计具有更多登陆点和更 W DM
具灵活性的复杂海底网络创造了条件。新
网建设, 将充分利用技术来实现。 如: 1998 年 W DM
技术完成的 2223 网是第一个使用 SEA M E W E W DM () 实现的海底光纤网, 拓扑结构如图 3 所示: 它的 a 图 3 海底光纤网典型拓扑结主干光缆
加坡, 途中通过使用海底波长分插复用分
2000 年第 4 期甘朝钦等: 波分复用技术及其在通信
10 多个国家相连; 每光纤对复用 8 个波
荷 2. 5。目前在设计建设进程中的中美太平洋
底光缆包含 4 对光纤, 采用系统且每对光纤载 W DM
荷 8×5?一根光缆的总容量为 80?总距离 , , Gb sGb s
达 12 000。同时设计的还有连接美、德、英、荷的大 km
西洋海底光缆, 沿海岸环绕整个非洲的海
据报道, 一个 32×5实验系统, 已成功传 ?Gb s W DM
输 9 300; 另一个 64×10?实验系统传km Gb s W DM
技术输距离也已达 7200。 作者认为, 随着 km W DM
的快速发展, 这些实验系统将很快应用
络。 另据报道, 到 1999 年底, 几个
技术扩容、升级改造将被完成, 那时, 将形
缆总长达 10 万 、连接 90 多个国家的全球
而所有这些, 仅仅在几年前都是不可想
前商用化的水平来看, 虽然 40 长和 80 波 长的系统相投入使用, 但是干线系统的传输很难突 破 100 个波长。 这是因为随着通道的增加, 在总功 双纤环结构 图 4W DM 率一定情况下,
间的中继距离缩短。超过 100 波长的系统将主要应 源, 在其他区段, 该波长可重, 所以波长分配相当灵在对中继距离要求较低的城域网中。 活, 用效率大
双纤环系统方面的产品, 不久就可商用化。 另 W DM
外, 为了适应未来通信发展的需要, 人
3 技术在区域网中的应用W DM 双环的同时, 也在进行 四纤环的研W DMW DM 技术在点到点的线性系统已得到广泛应W DM 究。 用, 其巨大优势显易见, 人们自然要将其应用推向 ,自愈性环形网络不仅具有良好的经济W DM 区
具有良好的经济性和生存性, 而技术在区 W DM 更具有强大功能, 这些功能
域网中的应用大都针对环形网
和可用性, 可采用 1?1 的光线路保护, 也采用较经 未来的区域网将是具有度自愈性的 环形W DM() 济的 1?光线路保护。利用光插复用
() 光交叉连接 等新的光网, 既可组成 2 光纤O XC 环形网分为单向环和双
或 4 光纤双向自动保护转环, 又可提供灵活多样的 节点, 若同一通道中来、去业
(网络互通功能包括: 环形网
2 ) 网、环间单节点或双点的互通等, 并给组网以极大 图 4 所示。 但若按连接
的灵活性。 这种利用波长选光路由, 既有光信道的 环形网又可分为单纤环、双
自动保护转换, 又有光信道
光 和光 处理传送 最 高 量 信 息 流 的A DM O XC ( 也分为单向
W DM , 不但容量大而易于平滑升光自愈环形网)示。 在单向环中, 一根光纤承
级; 它既是网络扩容、升级有效手段, 又是迈向透明保护, 在光缆被切断时, 光
全光通信网络的第一步。此外, 由系统组成的 W DM倒换指令, 完成环回。 单向环
光纤通信网络除可迅速增加网
数据格式的透明性; 并因多光信道共用光放大器而 整个环路的一个波长, 所以波
将显著降低成本, 据评估, 由此可使网络成本下降 双向环中, 两根光纤都用来传
针方向, 一根是逆时针方向。
来传送业务, 另一半波长用
务。双向环结构的特点是: 制较复杂, 但一对节点之 投入使用。间的通信通道只占用
308 光通信技 术2000 年
( ) 2光纤?同轴电缆合型接入网系统。 W DM 4 技术在接
()光纤同轴电缆混合型 接入网系统结构?H FC W DM技术的飞速发展使利用的波长数目大量 W DM 18 6 所, 在光信号通路上通过技术将 如图 W DM 加, 有可
() 数字信道和模拟信道分开, 在光网络单元 处 ON U , 采用低速接口可以很容
直接采用现有双绞线电缆到用
( 速数字业务, 其他宽带数业务 如: 视频点播、高清 户根据自己的需要选择业务
) 晰度电视等则通过调制形成射频信号和模拟有线 网建设点多线长, 结构复杂, 投
电视综合在一起, 以波分拟方式在光缆和同轴电缆渡的办法, 扩容、升级改造,
接入系统2系统中进行双向传和分配。 H FC W DM 网的最终目标: 基于技术
充分利用了目前较为成熟的光电技术,
可分期投入, 逐步升级的优势。 目前可
电视业务, 以后将逐步开通数据及
4. 2 技术在光纤 中的应用 W DM CA TV
铺设新光缆, 建设新的系统用于 W DM CA TV
传输, 能较好的顾及将来扩容和网络升
投资很大。目前, 主要是利用技术在已铺
缆上传输 信号, 这样, 建设网络时间短, 费用 CA TV
低。 利用技术, 在原有电信光纤网引入光
不影响原有电信业务, 不须添加设备, 需在, CA TV 光传输系统两端按要求接入器件, 就可实 W DM图 5 无
现电话和电视的同向、反向或双向传输。
() () 1电话、电视的纤同向 或反向传输。在原有 4. 1 接入网
器件, 就可电信光纤传输统两端同时接入 W DM当前, 实用的接入网系统主
( ) 实现电话、电视的同向 或反向传输, 原有电
1550载 波。 电 话、电 视 的 同 向 传 输, 如 图 7 所nm () 1无源星形接入网系统。其结构如W DM 19 18 示。 5 所。无源网
() 2电话和电视的双向传输。上述电话、电视的同 ) ( = 支光缆 2、4、6、8、16、32, 不同分配比有不N ( ) 纤同向 或反向传输中, 电视传输均是单向, 只下 同的光衰减, 故传输距离随光分配比而变化, 适合市行, 没有上行, 如此做法在光纤 的初始发展阶 CA TV 话网的应用。 无源备适应环境的能力较, 既可置 段是可行的, 但以后必将要有上行。 在原有
于室外, 维护管理容易; 又升级发展成光纤到户, 适 传输系统引入电视信号的双向
应宽带业务。目前, 各国都在积极引进
研究重点是无源星形网。根据西、日本的研 W DM 器, 使原有电信光纤传输系
究和试验现状, 采用无源双星形结构及传输 W DM 统两根光纤都传输两个波长的波即可, 如图 8 所技术可以实现经济的光接入, 是解决本地接
网络结构 图 6H FC
2000 年第 4 期甘朝钦等:波分复用技术及其在通信
如在“南昌- 九江”光缆扩容工程中, 采用的就是
公司的设备和双窗口系统, 即在 .A T &T W DM G
652 光纤的 1310、1550两个低损耗工作窗口
别运行一个系统。 这样可在不拆除 1310窗
窗口, 加设备的情况下, 利用未使用的 1550 PD H nm
开 系统。 为保证我国干线网的高速率、 2. 5?SD H Gb s 图 7 电话、电视同纤同向传输大容量并有足的余量
要, 在部分干线采用技术的工作已全面展开。W DM
6 结束语
( ) 当前, W DM技术仍处于快速发展阶
长 的应用只是第一步。 近期内, 许多厂
215?系统都将投入商用, ×10?的Gb s W DM N Gb s 技术也发展很快。 从现有应用来看, W DM W DM 图 8 电话、电视双向传输 系统只用 2.5?
信号都是 信号。但未来低速接口将大量 SD H W DM
技术在光纤 系统中的应用, 可根 W DM CA TV 出现, 以承种格式的信号, 满足城域网和接入网据实际需要形成各结构, 但它们的基本结构大同小 系统的工程造价还的需求。从价格上看, 现在 W DM异。 比高, 但随着
的价格正不断快速下降, 可望在近几年内系 W DM
5 技术在我国的应W DM 统 的工程造价达到正常水平。
我国首先在长途干线上采用技进行点 W DM 系统不仅能保证系统改造完成
到点扩容, 紧接着将在节点上采用 、技 OA DM O XC 要, 而且能适应未来通信业务发展的新势, 给系统术进行上?下路。我国于 1997 年引进第一套 8 波长
系统, 并安装在西安至武汉干线上。 1998W DM 着时代的发展, 技术特别
年, 我国开始大规模引进 8 ×2. 5系统, ?Gb s W DM 步, 核心网将被基于,
对总长达 2 万多 的 12 条省际光缆干线进行扩容 km 光通信网。
改造。同时, 各省内干线也相继采用技术扩容,W DM
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948, 964 13
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310 光 通 信 技 术2000 年
( ) , . . . . . , 1996, 14 5: 764, 779 15 P au l E G reen J rO p t ica l ne tw o rk ing up da teIE E E JSe lec tA rea s Comm un( ) , . 22, 799. . . . , 1996, 14 5: 780Kam inow P et a lA w ideband a llop t ica l W DM ne tw o rkIE E E JSe lec tA rea s Comm un 16 ( ) 柱. 密集光波分复用系统及其发展趋势. 电信科学, 1998, 4: 1, 5 17 ( ) 彭连和. 光纤接入网组网结构优选及分步发展技术构思. 电信科学, 1998, 12: 43, 46 18 ( ) 胡台光. 在光纤 系统中的应用. 光通信技术, 1997, 21 1: 30, 33W DM CA TV 19 ( ) 张成良, 韦
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A pp l ica t ion s of W DM Techn o logy in Comm un ica t ion s
, , , G a n C h a oq in X ie B in S u n X ia oh a n Z h a n g M in g d e
(), , 210096D ep a r tm en t o f E lec t ro n ic E n g in ee r in gSo u th ea st U n ive r sityN an jin g A bstra c t W DM T ech no lo gy h a s b ecom e th e b e st se lec t io n o f tech no lo gy en ia rg in g th e cap ac ity o f cu r ren t
22f ib e r t ran spo r t sy stem s an d co n st ru c t in g th e n ew h igh sp eed an d h u gecap ac ity comm u n ica t io n n e tw o rk
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敬 告 作 者
( ) 1. 为适应我国信化建设需要, 扩大作者学术交流渠道, 本刊已加入《中国学
刊网”。
2. 为适应我国信息化建设需
() 刊所有文章全文在《北极星》
若作者不同意将文章编入
()本刊编辑部
中国移动通信联合会在京成立
据悉, 今年 9 月 16 日, 中国移动通信联合会在北京宣布成立。参加联合会的会
唐电信、深圳华为等近 200 个
大会通过了一份宣言。 宣提出: 在中国加入世贸组织之后, 联合会会员将发挥整
实现移动通信事业快速、健康地发展。
据介绍, 今后联合会将开展多种活动: 对外将代表中参加国际组织的交流活动, 参与通信技术标准的研 , 对内则组织制定行约、行规, 实现行业自律; 组织业内与政府主管部门交流与沟通, 配合政府的行业管理, 成为政府、企业及消费者之间的桥梁; 促进提高技术水平和服务质量, 保护国家利益和消费者利益, 障国家信 息安全, 促进移动通信与金融和手段的结合, 推动我国通信制造业
()南德
通信中波分复用技术的实用性
通信中波分复用技术的实用性
; 1纤通信系统中的波分复用技术应用; 1.1光纤中传输的信号; 光纤对信号进行传输的过程中,可以利用波分复用技术对各种光源信号进行同时传输并且完整的保存每一光信号信息,有利于后转变为对应的电信号。这一传输方法有效利用了大容量光纤传输的特点。; 1.2对复用器与解复器提出的计要求; 基于系统角度分析,对复用级解复用器的评价除包含一般造价、可靠性之外,还必须考:1入产生的损耗,越低会越好,每端允许的容许量大是几个dB;2波导的宽度,当前提出的激二极频率具有的稳定与重复性的宽度要求是百埃,假如使用的光源是发光二极管,波导则需要更大的宽度;3波导间的话,波导之间出现了变化的串话电平技术,较小的体积,良好的可靠性,不会受到设备振动与温造成的影响并且直接连接机器设备。原则上任何的无源复用器都可以作为解复用器,反之也可以。可是对二者提出了不的细节要求,需要使用的设计方法与制造技术都是不同的。在系统设计一般对解复用器提出了较为苛刻的要求,它除了应当具有与用器类似的低损耗之外还需要拥有良的波导隔离来应对不同波长,此外还达到系统提出的串话电方面的要求。因为在很多情况下,波导产生的波光对于检测器
1.3择光源; 光源使用的激光二极管或者发光二极管都存在着不足。发光二极管的不足就是具有比较宽的发射光谱。典型发光二极管发出光的波长宽度相较于激光二极管宽。这问题产生的后是复用的波导仅是两个,过这个数量则会出现较大的导串话,也会对选择复用器与解复用器造成影响。发光二极管另一不足就是较小的功率。的功率相于激光二极管的10%,对传输信号距离造成限制。对于激光二极管说,它的波长发射与输出功率都与温度发了关系。设计系统的过程中需要提供稳定的温度为激光二极管;或者使系统具有余量,允许温度发生变化。; 2纤通信统中波分复用技术应用需要注意的问题; 2.1造价费用问题; 波分复用技术在应用中需要的设备造价费用比较高,虽然对传距离的降低节省了成本,是却不得不对线路进行延长,其产生的价格受到了铺设光纤商家的普遍关注,未来一段间内,设计人员应重点研究减少使用这一技术所需的费用,只有这样才能够进一步推广波分复用技术的应用。; 2.2相关技术问; 城域网中应用WDM,为了确保配置的灵活性,需要拥有一定数量的光分插复器,由于当前OADM技术缺乏成熟性,商用化没有大量普及。所以怎样制造出更加经济有效的OADM是WDM逐渐在城域网中获得应用的重要问。伴随着迅速发展的技术及不断进步的工艺,相信在不远的将来能够解决这一问题。; 2.3
波分复用技术属于一种新兴起的创新技术,因此,各个信息企业为了能够占有更好的市场份额从而获得高额利润,纷纷行了科学自主研发,因为企业之间交流合作非常少,所以在应用同种技术的过程中产生了比较大的差异,设备的应型也不同,未来企业应当在技术流与合作方面积进行加强,促进技术的普及发展,以便可以尽量扩大应用领域。; 3结束语; 光纤通信的重要优势就比快的速度,其在信息传输领域获得了广泛的应用,可是伴随着其不断延伸了应用领域,人们开始发现,一传输信息的方法出现了耗能高等负面影响,增加了资金入,因此,研究人员经过大量分析,提出了新兴的波分复用技术,这一技术对耗尽光纤问可以有效解决,在通信领域已经获得了积极的应用。然波分复用技术具有一定的优势,但是当前分缺乏这一技术的应用实践,因此技术人员在推广这一技的过程中还需不研究,通过实践证明这一技术是一项具有优良发
SOC中的IP复用技术
SOC 中的 IP 复用技术
孟庆安
电子科学与技术系 0809
U2817551
IP 核是指用于产品应用专用集成电路(ASIC )或可编辑逻辑器件(FPGA )的逻辑块 或数据块。一在数字电路中常用但比较复杂的功能块,如 FIR 滤波器, SDRAM 制器, PCI 接口等等设计成可修改参数的模, 让其他用户可以直接调用这些模块, 避免重复劳动, 这样就大大减轻了工程师的负担。 随 CPLD/FPGA的规模越来越大, 设计越来越复杂, 使用 IP 核是一
IP核的知识产权核心分为三大种类:硬核,固核和软核。
软核通常在抽象的、 较高层次的功能描述 , 用硬件描述语 HDL 或 C 语言成 , 是对设 计的算法级功级描述 , 包括逻辑描述、 网表和用于功能仿真的行为模拟以及用于测试的 文 , 软核需要综合、 进行布局布线等。 它的特点灵活性大、 可移植性好 , 用户能方便地 把 RTL 和门级 HDL 表达的软核 修改为应用所要的设计 , 综合选定的加工工艺上。但与 硬核 相比 , 可预测性差 ,
硬核的电路布局及其与特定工艺相联系的物理版是固定的 , 包括全部的晶体管和互 连膜息 , 完成了全部的前端和后端设计并已被投片验证正确 , 特点是提供可预测的性 能和快速的设 , 可以被其他设计作为特定的功能模块直接调用,硬核 给用户提供的是封 装好的行为模型,用户只能从外部测试硬件的特性,无法得到真正
固核在软核基础上开发 , 是介于硬 IP 和软 IP 之间的 IP, 是一种可综合的、 并带时序信 息以及布局布规划的设计 , 以 RTL 代和对应具体工艺网表混合形式提供。 固核可以根 据用户的需要进行修改 , 他适合某种可实现的工艺过程。 允用户重新确定关的性能 参数。 软核与硬核比具有最大的灵活性, 用户能把 RTL 和门级 HDL 表达的软核修改为自 所要的设计, 综合到选定的厂工艺上通过布局布线实现具体电路。 硬核的功能最容易测 定 , 具有工关性 , 灵活性最小, 知识产权的保护比较简单, 但是用不灵活。 软核的实 用性最低 , 软核的质量以及硬件实现效率较难评估。 固核具有定的工艺独立性 , 由于在设 计中考虑了时序等关键问 , 因此能保证设计源码的可综合性和物理现效率。从完成 IP 模块计所花费的代价来看, 硬核价最高; 从使的灵活性来看, 软核的可重复使用性能 最高。
随着集成电路深亚微米设计技术、制造技术的迅发展, SoC 技术已成为 21世纪集 路设计的主流, 成为当今超大规模集成电路的发展趋势, 为全球半导体产业的发展带来了前 所有的广阔市场和发展机遇。 SoC 以其高速、高集成度和低功耗的显著特点仅大大降低 了
基于 IP 复用技术的 SoC 设计会提高 SoC 的效率和可靠性 , 可以有效提高设计能力 , 节省 设计人员 , 缩短产品上市的期 , 能够充分利用现有的资源 , 降产品的成本 , 给 SoC 带来 了很大的灵活性 , 使芯片的设计从以硬件为中心转向以软为中心 , 芯片设计不再是门级 的设计 , 而是在 IP 核 和接口的设计以及 IP 核的复用计 IP 核复用技术大大降低了 SoC 模块 设的难度。 IP 核作为 SoC 的重支撑部,其质量的好坏、数量的多少、系统合的难易、 保护是否得力以及成本等因素越来越成为影响 SoC 展的重要因素。在国, IP 核专营公司 日见增多。 目前自主开发和经营 IP 核的公有 ARM 、 MIPS Technologies、 Rambus 及 Virage Log等。以 ARM 公司为例,从 1985年设计开发出第一块 RISC 处器 IP 核模块,到 1990年首次将其 IP
赛迪顾问数据显示, IP 核作为在集成电
中国对 SoC/IP产业非常重视, 信息产业部于 2002年批准成立了“信息产业部集成电路 IP 标准工作组(IPCG)”, 负责制定中国的 IP 核技术标准, 来又成立了“信息产业部软件与集 成电路促中心(CSIP)”和“上海硅知识产权交易中心(SSIPEX)”, 表明中国的 IP 核交易基 础机已经逐步建立起来,为 IP 核标准的应用和推广奠
2004年, 由 CSIP 筹建的国家 IP 核库正式建成, 并始正式向集成电路 /SoC设商、 制造 商提供服务。 2005年 8月由信息产业部软件与集电路促进中心 (CSIP ) 、 大唐微电子、神州 龙芯、苏国芯、中芯国际等 8家单位发起的“中国硅知识产权产业联”(简称中国 IP 联 盟) 在北京正式成立。 首批加入联盟的企事业单位有 51家, 包括国内各地集成电路设计业、 科研机构、国内外硅识产权(IP 核)提供商,世界名 EDA 工具提供商以及集成电路
“十五”计划期间,我国已完成了上海、京、西安、无锡、成都、杭州、深圳等 7个国 家集成电路设计产业化基地建设,给众多中小集成路设计企业搭建 SoC 技术平,购进了 大量 EDA 设计工具,并低价租给各地的集成电路设公司使用,这
目前国内购买的 IP 核产品, 18%来境外代工厂, 29%来自境内代工厂, 35%来自境外 IP 核供应商, 11%来自境内 IP 供应商,只有 7%是共享交换 IP 核。由此可见,本土 IP 核的发展 还远远不能满足中国需求。 中国的 IP 核产业
经过验证的 IP 核寥寥无几等问题,对 SoC 设计和产业化形成了瓶颈。截止到目前为止,国内 纯粹依靠 IP 核经营的司屈指可数, 数公司在涉足 IP 核行业时极为谨慎, 经常 ASIC 经营、 IP 核营、 设计服经营同时进行。 南山之桥、苏州国芯、神州龙芯和登颠微电子等国内企 业成为第一批以 IP 核为主要方向的公司正处起步发展阶段。 目前, 中国 IP 核已经有了一些 成功用的先例:从 2005年开始,神州龙芯已开始外提供 IP 核产品,目前在 AVS 测试芯片 已经采用了 2个龙芯 IP 软核, 一个用于控制, 另一个用于码; 上海富瀚 H.264的高清码器 IP 核已经被全球著名的芯片设计公司购
由此可以看出 SOC 中的 IP 复用技在当今世界所占分量,这里我具体事例说明,因条 件限制,我只能使用已有的设计实
嵌入式处理器是嵌入式系统的核心, 有硬核和软之分。 其中, 嵌入式处理器软核以其 更使用灵活性,更低廉的成本,受到了研发人员和市场的广泛欢迎。 Altera 公司最新推 出的嵌入式理器软核 Nios II更是软核处理器中的先进代表,它已经快速的渗透到教、科 研以及生
二十世纪九十年代末,可编程逻辑器件(PLD )的复杂度已能够在单个可编程器件内 实现整个系统,可程片上系统(SOPC )已成为现实。 Altera 将可编程器件的优势拓到嵌 入
2000年, Altera 发布了 Nios 处理器, 这是 Altera Excalibur嵌入处理器计划中的第一个产品, 是第一款于可编
2004年 6月, Altera 公司在第一代 Nios 取巨大成功的基础上,又推出更加强大的 Nios II 嵌式理器。它采用 32位的 RISC 指令集, 32位数据通道, 5级流水线技术,在一个时钟 周期内完成一条指令的处理。与 Nios 比, Nios II处理器拥有更高的性能和更小的 FPGA 占用 率,并且提供了强大的软件集成开发环 Nios II IDE,所有软件开发任务包括编辑、编译、 调试程序和下载都可以在该
Altera 公司将 Nios II处理器以 IP (Intellectual Property识权) 核的方式提供给设计者, 有快速型 (Nios II/f)、经型 (Nios II/e)和标准型 (Nios II/f)三种处理器内核,每种内核都对应不 同的性能范围和资源成本。 设计者可根据实际的情况来
Nios II系统的开发要可以分为两大步:搭建硬件平台和针对目标平台
Altera 公司设计的开发工具 SOPC Builder, 将所有和处理器子系统相关底详细资料集 中到这个工具中,让用户完全置身于直观的图形界面添加和配置所需的处理器和功能部 件, 自动完成包含定义存储器映射、 中断控制和总线控制在内的系统配置工作, 使得发 工作简单化,设计者能够更加着眼于系统的功能而无须拘泥于过
集成于 SOPC Builder中的 Nios II IDE,采用绝部分设计者非常熟悉的标准 GNU 环境, 能够让设
搭建硬件平台所需的工作如下:
(1) 硬件开发的主要工作是构建 Nios II系统模。在 SOPC Builder中选取合适的 CPU 、 存储器以及外围器件(如片内存储器、 PIO 、 UART 和片外存储器接),并通过参数的设 计定制它们的功能。部件选成后,使用 Quartus II软件选取具体的 Altera 可编程器件系 列,并对 SOPC Builder
(2) 将生成的 Nios II系统模块加入到 Quartus II工程下的顶层设计文件,为 Nios II系统 模块的 I/O端口分配管脚或者连接 FPGA 内部逻辑。 I/O管脚
(3) 使用 Quartus II编程器和 Altera 下载电缆,下配置文件到开发板。当硬件设计 校验完成后,可以将配置件下载
下载完硬件配置文件后,软件
软件开发流程归纳如下:
(1) 在用 SOPC Builder进行硬件设的同时,就可以开始编写独立于器件 C/C++软件, 比如算法或控制程序, 并可以使用现成的软件和开放
(2) 在 NIOS II IDE中建立新的件工程,这时, IDE 会针对标硬件平台自动生 成一个定制 HAL 系统库,这个库能为序和底
(3) 使用 NIOS II IDE对软件工程进行编
具体应用如下:Nios II 在汽车行驶
汽车行驶记录仪是对车辆行驶速度、 时、 里程以及有关车辆行的其它状态信息进行记录、 存储并可通过接口实现
采用基于嵌入式处理器 Nios II的 SOPC 技术来设计汽车行
(1) 汽车行驶记录仪需要存储、传输数据,必要时还具备显示和警报功能,系统接 口较多, SOPC Builder提供了大量的接口 IP 核供用户选择,得设计方
(2) 汽车行驶记录仪因其特殊的工作环境, 要求尽可的减小产品体积并提高系统的 可靠性, SOPC 的特点就是在 FPGA 上高度集成,尽量减少芯片外部连线,分符合汽
(3) 汽车行驶记录仪应该具备适应用户需求变化的能, 具备良好的可扩展性和升级 特性。可编程逻辑器件 FPGA 以及 Nios II的特点使得通过对软代码的
具体系统如图:
Nios II系统模块:中央控制单元。包含 Nios II处理器, Avalon 总线,中断时钟以与外设 的接口。控制程序运行在 Nios II CPU上的软件完成,负责信号的采
信号输入部分:接收外部传感器和开量信号,并进行处理,处理后的数据送到 Nios II系统模块
存储器部分:存储采集的数据;
通信模块:采用 RS-232,负责与分析
根据各个部分的功能和开发板的配置 (本项目所用的开发板 Stratix 1s10, FPGA 的型号为: EP1S10F780C6),需要用到的外围器件有:对模拟输入信号进行模数转换的 ADC0809;用 于试验中存储数据的 SRAM 存储器; 用于试验数据备份的 Flash 存储器; 装载软件程序、 异 常处理的 SDRAM 存储器;记录仪与
按照系统的硬件规划,在 SOPC Builder需要添加
l Nios II 32位 CPU 软核处理器;
l Interval_timer 中断时钟,每 0.2秒发出中断;
l Keydoor_pio 接收钥
l Power_off_pio 接收
l Vehicle_speed_pio 连接车速传感器输
l Over_speed_alarm_pio 连 接
l Rotate_speed_pio 连接曲轴传感器输
l Initial_pio
l Adc_control_pio ADC 0809控制端口;
l Adc_eoc_pio 连接 ADC 0809转换结束指示引脚;
l Adc_data_pio 连接 ADC 0809的 8个数据输出引脚;
l Switch_input_pio
l Sdram 软件程序,异
l Ext_ram_bus 外
l Ext_ram 外部 RAM 接口;
l Ext_flash 外部 flash 接口;
l Uart 通用异步接收发送器,实现 RS_232接口;
l Jtag_uart 调试用接口
行驶记录仪的各种应用功能是由 C/C++语言编写的软件序来完成。在 Nios II IDE中建 一个工程时, 系统针对目标硬件平台自动生成硬件抽象层的应用程序接
汽车行驶记录仪的工作过程如下:
1. 汽车行驶过中,记录仪每 0.2秒采
2. 汽车停驶,记录仪并没有停止工作,
3. 车辆,驾驶员基本信息采取系统初始化时
4. 记录仪是否集数据用钥匙门控制,接到钥匙门启动车辆的信号,记录仪开始记 录;接收
5. 记录仪掉电,备份
具体如图:
这个汽车行驶记录仪,采用了基于嵌入式处器 Nios II的 SOPC 设术,能够更完整, 更精确,更多样化的记录汽车在行驶程中的各种数据。在设计过程中大复用成熟的 IP 软核, 很大程度上提高了系统的稳定性, 大大省了系统开发
参考文献:
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6 司利增 . <>
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