（物理电子学专业论文）sdh中msa功能的fpga硬件实现.pdf

摘要 瞄7 7 8 9 s 匣垄墼主笠丕( s d h ) 和嗵垄堂红圈鳖( s o n e t ) 在世界范围 r 。泛应用于城域主干网，长途通信网和广域网。s d h 是一种结合了 高速大容量光纤传输技术和智能网络技术的传输体制。它能提供方 便有效的数据复用和解复用功能，并能可靠地传输数据。 复用段适配功能块( m s a ) 在s d h 系统中起着重要的作用。它 提供高阶通道进入a u 适配、a u g 的组合和分解、字节间插复用和 解复用、以及指针的产生、解释和处理等多种功能。但是，很多电 信芯片生产商提供的m s a 功能芯片不但价格昂贵，而且结合了高 阶通道终端功能( h p t ) ，而h p t 在杭州东方通信的s d h 产品中经 常不需要使用，造成了很大浪费。 本论文提供了了用f p g a 实现m s a 功能数字系统的解决方案。 整个系统分为几个功能模块。论文对每一个模块的工作原理和仿真 结果都进行了说明。并且，在详细地分析了输入的s t m 数据流波动 情况之后，提出了一个能进行数据量监测的异步时钟f i f o 的实现 - 。- _ _ - _ _ _ _ _ - 。一 方法。该f i f o 被用作m s a 的缓存器。最后，对整个系统做了总结。 a b s t r a c t s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ( s d h ) a n ds y n c h r o n o u s o p t i c a l n e t w o r k ( s o n e t ) a r e n o w d e p l o y e d w o r l d w i d eb o t hi nc a r r i e rb a c k b o n e n e t w o r k s ，b ym e t r o p o l i t a ns e r v i c ep r o v i d e r sa n d i nl a r g es c a l ew a n s b y e n d - u s e ro r g a n i z a t i o n s s d hi sa no p t i c a l b a s e dc a r r i e rn e t w o r ku s i n g s y n c h r o n o u so p e r a t i o n s b e t w e e n c o m p o n e n t s i tp r o v i d e sh i g h a v a i l a b i l i t ya n dv e r yr e l i a b l et r a n s p o r tw i t hp o w e r f u lm u l t i p l e x i n ga n d d e m u l t i p l e x i n gc a p a b i l i t i e s t h e m u l t i p l e xs e c t i o na d a p t a t i o n ( m s a ) f u n c t i o np l a y s a n i m p o r t a n t r o l ei ns d h s y s t e m i tp r o v i d e sa d a p t a t i o n o fh i g h e ro r d e rp a t h si n t o a d m i n i s t r a t i v eu n i t s ( a u s ) ，a s s e m b l ya n dd i s a s s e m b l yo fa ug r o u p s ， b y t ei n t e r l e a v e dm u l t i p l e x i n ga n dd e m u l t i p l e x i n g ，a n dp o i n t e rg e n e r a t i o n ， i n t e r p r e t a t i o na n dp r o c e s s i n g h o w e v e r ，t h et e l e c o m m u n i c a t i o ni t so f m s af u n c t i o np r o v i d e db ym i c r o c h i ps u p p l i e r sa r ev e r ye x p e n s i v ea n d c o m b i n e dh p t ( h i g h e ro r d e rp a t ht e r m i n a t i o n ) f u n c t i o nw h i c hi sn o t u s e di n m a n y c i r c u m s t a n c e si nt h es d h p r o d u c t s o fe a s t e r n c o m m u n i c a t i o n c o r p l t d ，c h i n a t h ew o r kp r e s e n t e dh e r ep r o v i d e sas o l u t i o nt ot h em s af u n c t i o n w i t hf p g a ，w h i c hc a nb ed i v i d e di n t os e v e r a lf u n c t i o n a lm o d u l e s t h e w o r k i n gp r i n c i p l e sa n dc o n s e q u e n c eo fe v e r yf u n c t i o n a lm o d u l eo f t h e d e s i g n a r e e l a b o r a t e d m o r e o v e r , a f t e r a t h o r o u g ha n a l y s i s o ft h e f l u c t u a t i o n so ft h e i n c o m i n gs t md a t as t r e a m ，a n e wa l g o r i t h mf o r i m p l e m e n t i n g a d a t a m o n i t o r i n g f i f ow i t h a s y n c h r o n o u st i m i n g i s d e v e l o p e d ，w h i c hi st h ek e m e lo fm s a f u n c t i o n t h er e s u l to ft h ew h o l e p r o j e c ti st h e ds u m m a r i z e d 塑兰查兰堡! 兰竺笙苎 ，_ - j 一 s d h 中m s a 功能的f p g a 硬件实现 第一章绪论 1 概述“ 8 0 年代中期以来，光纤通信在电信网中获得了大规模应用。其应用场合 已逐步从长途通信、市话局问中继通信转向用户网。光纤通信的廉价、优良 的宽带特性使之成为电信网的主要传输手段。 在我国的电信网中，原来是以p d h ( p l e s i o c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ) 为 主导。而在实际使用中p d h 逐步体现出它的不足。p d h 考虑的主要业务对象 是普通的电话业务，它在很多方面已不能适应现代通信向业务多样化和宽带 化发展的要求。而且p d h 主要应用于点对点连接，缺乏网络拓扑的灵活性， 又没有统一标准，互通困难。传统的电话网由传输系统( 链路) 和交换机( 节 点) 组成，交换机之间用模拟传输系统连接构成一个通信网络。p d h 所代表 的数字传输技术的早期发展只不过是用来取代模拟传输，仍然是单纯的传输 系统”。s d h 提出了一整套传送网的国际性标准，它不光是规定了复用方法， 还描述了组网原则。可以说s d h 的本质是网络或联网，这是一个重要的概念。 到1 9 9 3 年，在世界范围内就s d h 的基本软件、硬件问题都达成了一致协议。 s d h 成了一种通用的传输体制标准，不仅适用于光纤通信，也同样适用于微 波和卫星通信。s d h ( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ) 是一种全新的传输体系， 它的各方面的优越性使它成为p d h 的替代品。 s d h 的优点主要表现在： 1 采用世界统一的数字传输体系和网络节点接口，有利于国际、国内通 信的互联。 2 适应光通信的发展，为研究开发和推广应用1 0 g b i t s 以上高速光纤数 字通信系统提供了可能。 3 简化了复用解复用过程和设备，需要时可以从高速多路信号中直接 取出或接入低速支路信号，而不必逐级复用整个信号。上、下电路灵 塑兰查兰竺! 兰些堡兰 活方便。 4 应用交叉连接技术，可使电路( 群) 整体进行转接和交换，增强通信 网路由动态调动能力，极大提高了通信网的灵活性和对各种通信业务 的适应性。 5 s d h 传送网在物理上或逻辑上采用环行结构时，不仅可以在各个节 点之间实现综合灵活的路由安排，而且可以为自愈网提供迅速自动的 通信保护功能。 6 s d h 帧结构中有充足的开销比特( 约占信号的5 ) ，大大增强了网 络的o a m 能力，可实现故障检测、区段定位、端到端性能检测、单 端维护等多种功能。有扩展o a m 的能力，可以满足未来网管和监控 的需求。 7 由于将标准接口综合进各种不同的网络单元，减少了将传输和复用分 开的需要，从而简化了硬件构成。同时由于此接口为开放型接口，系 统具有横向兼容性，设备可在多供应商环境下互通，节约相互转换和 运营等成本及性能的损伤。 8 s d h 网不仅与现有的p d h 网络完全兼容，可容纳p d h 的各种速率， 而且还能容纳各种新的业务信号，例如局域网中的光纤分布式数据接 口( f d d i ) 信号、城域网的分布排队双总线( d q d b ) 信号，以及宽 带i s d n 中的异步转移模式( a t m ) 信元等。总之，就现在及未来信 息传送服务的需求，s d h 网有完全的兼容性。 s d h 的最核心的特点有三条：同步复用，标准光接口和强大的网管能力。 将低速的支路信号复用成高速信号传统的方法有正比特塞入法和固定位 置映射法。s d h 的同步复用吸收了这两种复用方法的优点，在实际应用中有 非常好的效果。1 3 1 正比特塞入法利用位于固定位置的比特塞入指示来显示塞入的比特是载 有真实数据还是伪数据。这种方法的优点是可以容许被复用净负荷有较大的 频率差异( 异步方式) 。但是，f 比特塞入法要求在高速信号中去掉塞入比特， 识别净负荷的定帧图案。这是非常难以做到的。 固定位置映射法利用低速支路信号在高速信号中的特殊固定比特位置来 浙江大学硕士学位论义 携带低速同步信号。这种方法在数字交换机用得较多时比较可行，这时可以 将传输信号同步于网络时钟。这种方法允许比较方便地接入和取出传送支路 净负荷，但不能保证高速信号与支路的相位对准，以及由于同步网故障或工 作于准同步网环境而产生的两者之间的小频率差， 固定位置映射法在复用设 备接v i 处需要用1 2 5 u s 的缓存器，从而导致信号延时和滑动性能损伤。 s d h 引入了净负荷指针技术，既可以避免采用1 2 5 u s 缓存器和在复用设 备接口的滑动，又允许容易地接入同步净负荷。比较完满地结合了正比特塞 入法和固定位置映射法的特点，是一重要革新。这也是本文主要讨论的问题。 净负荷指针指示了净负荷在帧内第一个字节的位置，因而净负荷在帧内 是可以浮动的。对于净负荷的不大的频率变化，只需增加或减小指针值即可。 这种方法可以避免滑动带来的数据丢失，只需阅读一下指针值即可知道同步 净负荷的相位。付出的代价是必须处理指针，需要使用超大规模集成电路技 术。s d h 中的m s a 就是实现这功能的模块( 见附图) 。净负荷指针技术 的缺点是对于过大的异步频差无法调整。好在现在的电子技术可以将频差做 得非常小，在数据传输的过程中很少会进行指针的调整。 在光纤数字传输系统中，各式各样的a s i c 、f p g a 、c p l d 芯片是实现各 种功能的主要硬件元素。集成电路技术的发展已经为在一个芯片上集成一个 系统创造了条件。有了可编程专用集成电路( a s i c ) 之后，设计的实现变得 更加方便。近年来发展迅速的可编程a s i c 包括复杂可编程逻辑器件( c p l d ) 和现场可编程门阵列( f p g a ) 等。f p g a 是由掩膜可编程门阵列和可编程逻 辑器件二者演变而来的，并将它们的特性结合在一起。f p g a 在实现小型化、 集成化和高可靠性的同时，减少了风险，减低了成本，缩短了周期。a s i c 的 设计者常采用f p g a 作为产品的样本进行硬件仿真。 一些大型的芯片公司( 如x i l i n x ) 提供了数字系统大批量应用的全套解 决方案。首先用f p g a 快速高效地完成原形设计、系统开发及小批量生产， 而后转换成可与f p g a 完全互换的固定连线掩膜编程门阵列，将f p g a 的每 一个可配置逻辑块映射到固定连线器件中相同的对应位置；使用与原f p g a 相同的设计文件；原f p g a 的布局和布线也同样保留。这样，就轻松地实现 了f p g a 向a s i c 的低风险转换。为成本降低，后续设计的修改，以及系统 一一 塑兰查茎堡兰些笙兰 ，一一 的后端维护提供了灵活性。 2 本设计的任务 中国国内电信网络的p d h 传输设备将会被逐步由s d h 传输设备完全取 代。随着中国高科技产业的蓬勃生长，国内若干家大型企业都已经具有了全 套s d h 设备的开发生产能力，如华为技术公司，中兴公司，武汉邮科所，大 唐公司等。国内的s d h 设备的生产能力不但可以基本满足本国的需求，并且 还可以向世界范围销售，与国际上的大型通信企业竞争。s d h 技术已经非常 成熟，各厂商在以质量和服务相互竞争的同时，价格也是相当重要的因素。 因为s d h 中应用的芯片大多都依靠进口，很多芯片价格十分昂贵。这成为s d h 价格战中的一个需要重点突破的环节。现在国内的s d h 提供商的竞争力，在 很大程度上取决于企业自身的芯片开发能力。 杭州东方通信有限公司在1 9 9 6 年丌始立项，与江南计算技术研究所合作， 联合进行s d h 传输设备的开发工作。于1 9 9 8 年年底在浙江海盐首次成功地 开通1 5 5 m 实验局。并于1 9 9 9 年1 1 月获得了入网认证，准备进行批量生产。 杭州东方通信有限公司开发的s d h 系列产品中使用了p m c s e r r i a 公司的 p m 5 3 4 4 1 5 1 ，该芯片把m s a 的指针处理部分和h p t 的功能结合在一起，给使 用者带来较大的便利，但在某些场合，并不需要把这两种功能放在一起，用 了p m 5 3 4 4 反而造成很大浪费。p m 5 3 4 4 芯片每片价格在1 0 0 0 元人民币以上， 如果能用廉价的f p g a 或者用a s i c 芯片取代之，必然会有相当不错的经济 效益。为此，希望能用f p g a 实现m s a 的指针处理功能，以期减少成本。将 来也可以做a s i c 掩膜。作成a s i c 芯片后，可以更大限度的降低成本。 该设计于9 8 年1 1 月份开始，到今年1 0 月份基本完成。最终的实现和模 拟仿真是在x 1 l i n x 公司提供的f o u n d a t i o nc a d 6 1 软件平台上完成的。 该设计实现了杭州东方通信公司的s d h 产品中所需要的m s a 功能的子集， 基本包括了i t u t 建议的m s a 功能。为高通路信号映射进管理单元( a u ) 提供适配功能，并进行指针解释和处理及指针生成。在s d h 产品中使用，可 以将原来价格在1 0 0 0 圆人民币以上的m s a 功能a s i c 芯片替换为1 0 0 2 0 0 6 一 塑兰查兰竺主堂些笙三! ! ； 圆的f p g a 芯片。在f i f o 模块的设计里，提出了一种对e l a s t i c s t o r e 中 数据状态监测的解决方法。 到现在为止，尚未听说国内有其它s d h 设备研发企业有m s a 功能的硬 件实现的先例。该芯片的开发在国内尚属于较先进水平。 3 论文结构 本论文共分五章， 第一章为绪论，概述了s d h 的特点，a s i c 芯片设计的一些背景和本 文所论述设计的内容。 第二章简单介绍了s d h 的传输原理，m s a 的基本功能定义和a u 指 针的具体操作。 第三章分析了m s a 功能数据流的波动，提出了总体的设计框架，并 根据不同的逻辑功能将其分成几个模块。然后，对每个模块的设计进行 了详细了说明。 第四章给出了各个模块和整体m s a 下行方向的仿真结果，并加以解 释。 第五章为结束语，总结设计过程及论文期间的感受。 塑垩查兰竺：! 竺竺笙苎 第二章s d h 帧结构和m s a 原理 帧结构和基本复用原理川“8 1 1s 1 ) i t ( 同步数字体系) 的速率 从原理上看，传输网是由两种基本设备构成的，即传输设备和网络节点。 传输设备可以是光缆线路系统，也可以是微波接力系统。网络节点则有多种， 如6 4 k b p s 电路节点、宽带节点等。简单的节点只有复用功能，复杂的节点则 包含网络节点的全部功能，即终结、交叉连接、复用和交换功能。网络节点 接1 3 ( n n i ) 从概念上讲是网络节点之间的接v i ，从具体实现上看就是传输 设备和网络节点之间的接口。规范一个标准的n n i ，它就可以不受限于特定 的传输媒质，也不局限于特定网络节点，而能结合所有上述这些不同的传输 设备和网络节点，构成一个统一的传输、复用、交叉连接和交换接口。标准 的n n l 对将来网络的演变和发展将具有很强的适应性和灵活性。要在网络中 规范一个统一的n n i ( 网络节点接口) ，首先要做的工作就是统一接口速率等 级和帧结构的安排。 s d h 信号以同步传送模块( s t m ) 的形式传输。s t m 是用以支持s d h 内的断层连接的信息结构。s d h 信号最基本，也最重要的模块信号是s t m 一1 ， 其速率为1 5 5 5 2 0 m b i t s ，或1 9 4 4 m b y t e s 。相应的光接口线路信号只是s t m l 信号经扰码后的电光转换结果，传输速率不变。更高等级的s t m n 信号是 将基本模块信号s t m 1 按同步复用，经字节交错间插后的结果，其中n 的值 规范为4 的整数次幂。目前，s d h 能支持的n 为1 ，4 ，1 6 ，6 4 。i t u t 建议 规范的s d h 传输设备标准速率值为： 同步数字系列等级比特率( k b i t s ) 一1 5 5 ms l m 一11 5 5 5 2 0 6 2 2 ms t m 一46 2 2 0 8 0 2 5 gs q l m 1 62 4 8 8 3 2 0 1 0 【js ，j m 6 49 9 5 3 2 8 0 注：高于6 4 级别的规范需进一步研究 i t u t 采纳了一种以字节结构为基础的矩形块状帧结构。如图2 - 1 1 。由 2 7 0 n 列和9 行8 比特字节组成。 s o i v s t m - b 睁直看 p t t ( 曹i d o l l ) s 0 _ - + _ 叫 9 一 2 6 1 * i i 传方自 图2 1 1 对于s t m 1 而言，帧长度为2 4 3 0 个字节，相当于1 9 4 4 0 比特，用时 间来表示即为1 2 5 u s 。帧结构中字节传输是从左到右进行的，首先由左上 角第1 个字节开始，由左向右；由上而下按顺序传送，直至9 * 2 7 0 个字 节都送完再转入下一帧。这样一帧一帧的传送，每秒共传送8 0 0 0 帧。 帧结构大体上可以分为三个主要区域： 一段开销( s o h ) 区域 段开销是指s t m 帧结构中为了保证信息净负荷正常灵活传送所 必须的附加字节，主要是提供网络运行，管理和维护使用的字节。图 2 1 1 中横向为第1 至第9 列，纵向为第1 至第3 行和第5 至第9 行的 7 2 ( 5 7 6 比特) 个字节分配给段开销。由于每秒8 0 0 0 帧的传输速率， 所以s t m 1 有4 6 0 8 m b i f f s 可用于网络管理，运行，维护目的。 二信息净负荷( p a y l o a d ) 区域 净负荷区域是帧结构中存放各种信息容量的地方。图2 一1 1 中横 向第1 0 至第2 7 0 ，纵向第l 至第9 行2 3 4 9 个字节都属于净负荷区域。 其中还含有少量用于通道性能监视，控制和管理的通道开销字节 9 卜 i 3 4 5 ， 浙江大学硕上学位论文 ( p o h ) 。通常，p o h 作为净负荷的一部分并与其一起在网络中传送。 三管理单元指针( a up t r ) 区域 a up t r 是一种指示符，主要用来指示信息净负荷的第1 个字节 在s t m n 帧内的准确位置，以便在接收端j 下确地分解。图2 1 1 中横 向第1 至第9 * n 字节是保留给a up t r 用的。采用指针方式是s d h 的重要创新，可以使之在准同步环境中完成复用同步和s t m n 信号 的帧定位。这一方法消除了常规准同步系统中滑动缓存器引起的延时 和性能损伤。 1 2 同步信号复用和映射 s d h 的具体复用过程是由一些基本复用单元组成若干中间复用步骤进行 的，复用结构示意如图2 - 1 2 所示。 刁p o i n t e rp 一a - 一m u l t i p l e x i n g a l i g n i n g 一m a p p i n g 1 3 92 6 4k b i t s ( n o t e ) c - nc o n t a i n e r - n n o t eg7 0 2t r i b u t a r i e sa s s o c i a t e dw i t hc o n t a i n e r sc - xa r es h o w no t h e r s i g n a l s e ga t m c a na l s ob ea c c o m m o d a t e d 图2 - 1 2 一般复用结构 各种速率等级的数字流先进入相应的不同接口容器c 。这些容器是一种信 息结构，主要完成适配功能( 如速率调整) ，让那些最常使用的准同步数字体 系信号能够进入有限数目的标准容器。i t u t 建议g 7 0 9 规定了5 种标准容 器：c 一1 1 ，c 一1 2 ，c 一3 ，c 4 ，比特率如图所示。由标准容器出来的数字流加上通道 丌销( p o h ) 后就构成了虚容器( v c ) 。v c 在s d h 网中传输时总是保持完 0 w 州 ：耋 ；耋 姗 洲呲耐 撕嘲 嘞 似哟一 鬟描。 浙江大学硕士学位论义 整不变的，因而可以作为一个独立的实体在通道中任一点取出或插入，进行 同步复用和交叉连接处理。由v c 出来的数字流再图2 1 2 中的路线进入管理 单元( a u ) 或支路单元( t u ) 。 a u 是一种为高阶通道层和复用层提供适配功能的信息结构，由高阶v c 和a u p t r 组成。其中a up t r 用来指明高阶v c 在s t m n 帧内的位置，因而允许高阶 v c 在s t m - n 帧内的位置是浮动的，但a up t r 本身在s t m n 帧内位置是固定的。 一个或多个在s t m 帧内占有固定位置的a u 组成管理单元组( a u g ) ，它由若干 a u 3 或单个a u 一4 按字节间插方式均匀组成。a u 一4 组成a u g 的示意图2 一l - 3 。 v c - 4p o h 1 a i i1 sb y t e y1 0 0 1s s l1 ( sb i t sa r eu n s p e c i f i e d l 图2 1 3 p h a s e 最后，在n 个a u g 的基础上再附加段开销( s o h ) 便形成了最终的 s t m n 。见图2 1 - 4 f i x e d p h a s e a u g 浙江丈学硕上学位论文 n2 6 1 s t m - n 图2 - 1 4n 个a u g 复用进s t m n 2 m s a ( 复用段适配功能) 功能简介 m s a ( m u l t i p l e xs e c t i o na d a p t a t i o nf u n c t i o n ) 提供了高阶通道进入a u ( a d m i n i s t r a t i v eu n i t ) 的适配，a u g ( a d m i n i s t r a t i v eu n i tg r o u p 、的组合和分解， 字节间插复用和解复用，以及指针的产生，解释和处理等多种功能。m s a 在 s d h 设备逻辑框架中所处的位置见附图一。有关m s a 功能块的信号流程见 图2 - 2 1 。 p bp d n t e r b u 忏e r 指引缓存 p g p o j n t e r g e n e r a t o r 指“产生 p ip o i n t e ri n t e r p r e t e r 指针解释 p pp o i n t e rp c o c e s s o r 指针处理 m u l t i p l e xs e c t i o na d a p t a t i o nf u n c t i o n 图2 - 2 1 塑兰查兰竺! ：兰些丝兰 _ _ 一 2 1信号流从f 到e 首先，在参考点f 的高阶通道被映射进a u ，多个a u 再结合进a u g ，最 后n 个这样的a u g 经字节间插形成参考点e 的s t m - n 信号与t o 参考点来 的定时信号是同步的。如果参考点f 出现全”l ”信号，则在参考点e 将在2 帧 f 2 5 0 u s ) 内出现全”1 ”信号( a ua i s ) 。一旦f 点的全”l ”信号消失，则e 点的 全”1 ”信号也将在2 帧( 2 5 0 u s ) 去掉。 2 2信号流从e 到f 在参考点e 对收到的s t m n 净负荷进行去间插( d e i n t e r l e a v e ) 再利用a u 指针恢复v c 3 4 。在接收到的s t m n 信号来源于与本地时钟准同步的数据 源时，恢复过程必须要能容忍连续变化的帧偏移量。指针处理器( p p ) 功能 应能容纳接收信号相对设备定时基准的漂移和准同步偏移量。在环路定时应 用情况，即定时基准由进来的s t m n 信号中提取时，该功能无效。 p p 的功能可以用一个数据缓存器来模拟。首先用接收的v c 时钟将数据写 入，再由取自参考点t o 的v c 时钟将数据读出。当写时钟速率超过读时钟速 率时，缓存器逐渐充满。反之，缓存器就逐渐取空。缓存器占有门限的上限 和下限决定了什么时候发生指针调整。为了减少网中指针调整的频次，缓存 器是十分必要的。对于v c 一4 ，当缓存器中的数据超过上限时，有关的帧偏移 量减少3 个字节，相应的字节数由缓存器读出。对于v c 3 ，则是1 个字节。 对于v c 4 ，当缓存器中的数据超过下限时，有关的帧偏移量增加3 个字节， 相应字节的读操作就会被取消。对于v c 3 ，则是1 字节。 如果指针丢失( l o p ) 或a u 通道告警这两种失效条件中的任一种被检测 出来，在参考点f 将在2 帧内去掉。同时，这些缺陷将经参考点s 4 报告给s e m f 功能块用作告警过滤。指针调整事件( p j e ) 也经参考点s 4 报告给s e m f 功 能块用作性能监视过滤，只是s t m n 中仅需选择一个a u 一3 4 报告p j e 即可。 指针值的增加和减少应分别报告。最后还应指出，当供给的a u 类型与接收 的a u 类型持续不一致时也将产生l o p 缺陷。 浙江大学顾士学位论文 由以上介绍可以看出m s a 功能的实现主要是依靠指针操作来完成的。在 s d h 的帧结构中a u 4 指针使用的是a up t r 即h 1 ，h 2 和h 3 字节。 3 a u 指针 s d h 中的指针作用有三条：第一，当网络处于同步工作状态时，指针用来 进行同步信号间的相位校准。第二，当网络失去同步时，指针用作频率和相 位校准。当网络处于异步工作时，指针用作频率跟踪校准。第三，指针还可 以用来容纳网络中的频率抖动和漂移。 设置a u 指针可以为v c 在a u 帧内的定位提供一种灵活和动态的方法。 因而a u 指针不仅能够容纳v c 和s o h 在相位上的差别，而且能够容纳帧速 率上的差异。见图2 - 3 、1 。 3 1a u 指针位置 图2 - 3 1 a u 4 指针包含在s o h 第四行的h i ，h 2 和h 3 字节中( h 1 ，h 2 字节确定v c d 位置) 。见图2 - 3 2 。 塑兰查兰竺主兰竺笙兰 12345678 91 0a u g 2 7 0 一 pp“veity(s(tij0 0 r t u n 3 ”b y t “e o s ? f ! s i t i s j j o p p o r t u n ! i t y 3 嚣3 c a b y ”t e 备 lh yyh 3h3h 3 1 5 2 1 | | 5 2 2 | - l 口8 2 l h lyy i i 图2 - 3 2 3 2a u 指针值 在分给a u 指针使用的h i ，h 2 和h 3 字节中，h 1 和h 2 字节是结合使用 的，可以看作1 个码字，如图2 3 3 所示 h 1h 2h 3 可1 r 彳1 舌_ n 百1 矿广广节1 彳而 巴! ! ! ! ! 二! ! 二工二二二 1 0b i tp o i n t e rv a l u e ll n c r e m e n t dd e c r e m e n t n n e w d a t a f l a g n e w d a t a f l a g e n a b l e dw h e na tl e a s t3o u to f 4b i t sm a t c h ”1 0 0 1 ” d i s a b l e d w h e na t l e a s t 3o u t o f 4b i t s m a t c h 0 1 1 0 “ i n v a l i dw i t ho t h e rc o d e s n e g a t i v e j u s t i f i c a t i o n l n v e r t5d b i t s a c c e p tm s j o d t yv o t e ls sb i t sp 、u n n u nt y p e 卜 a u _ 4 a u - 3t u 一3 n o t et h ep o i n t e r i ss e t t oa l l “1 “s w h e n a i so c c u r s 图2 3 3 n e g a t i v e l u s t i f i s a t i o ni u s t i f i c a t i o n o p p o r t u n i t y o p p o r t u n i t y p o i n t e rv a u e ( b 7 一b 1 6 ) n o r m a ir a n g ei s ： f o ra u 一4a u - 30 - 7 8 2d e d m a l f o rt u - 30 7 6 4d e c i m a p o s i t i v e j u s t i f i c a t i o n i n v e r t5l - b i t s a c c e p tm a j o r i t yv o t e c o n c a t e n a t i o ni n d i c a t i o n 1 0 0 1 s s l ”1 1 1 1f s sb i t sa r eu n s p e c i f i e d ) 1 5 浙江人学硕士学位论文 其中码字的最后1 0 个比特携带具体指针值。h 3 字节用于v c 帧速率调整， 负调整时可携带额外的v c 字节。 a u 。4 指针值是二进制数，用十进制数表示的范围为0 - 7 8 2 ，这个数值显 示了指针与v c 一4 第一个字节间的偏移。a u 一4 按3 个字节为单位调整，因而 有效范围为0 到( 2 7 0 9 ) * 9 3 = 7 8 2 。h 1 ，h 2 的1 6 个比特还可组成一个 附加的有效指针，即级联指示c i 。当若干a u 4 需要级联起来以便传送大于 单个c 4 容量的净负荷时，则除了第一个a u 4 以外的其余a u - 4 指针都设 置为c i ，其内容为1 0 0 1 s s l l l l l l l l l l ，即第一至第四比特为1 0 0 1 ，第五和第 六比特没有规定，最后1 0 个比特皆为1 。 3 3指针调整 如果a u g 与v c 的帧速率不同，即有频率偏移，则指针值将按照需要增 加或减少，同时还伴随有相应的正调整字节或负调整字节的出现或变化。当 频率偏移较大，需要连续多次指针调整操作时，相临两次的操作必须至少分 开3 帧，即每个第4 帧才能进行指针调整操作，两次操作之间的指针值保持 为常数不变。 当v c 的帧速率比a u g 的帧速率慢时，需提高v c 帧速率，此时可以在 v c 前插入3 个填充伪信息的空闲字节( 正调整字节) ，从而增加了v c 帧速 率。但由于插入了正调整字节，实际v c 在时间上向后推移，因而用来指示 其起始位置的指针要增加l 。进行这一操作的指示是将指针码字的5 个增加比 特( i 比特) ，即第7 ，9 ，1 1 ，1 3 和1 5 比特进行反转，并在接收机中按5 比 特多数表决准则作出决定。此后，将在a u 一4 帧内最后一个h 3 字节后出现3 个正调整字节，于是，下一个指针将包含新的偏移值。见图2 3 4 。 1 6 浙江人学硕士学位论文 234567891 0 a u g 2 7 0 i r 。i l p o i n t e rv a l u em i_ nt f t a m e2 p o i n t e r v a l u ef i - ti t si n v e r t e d ) r 。r 。i _ 。1 p o ! ；i t i v e j u s t i f i c a t i o nb y t e s ( 3b y t e s ) nnn ln 十1n 十1 f 怕m e3 p o i n t e r v a l u e ( r l 1 1 ，t ”、- ，2 if h 。 l ”o oo i ，1 f r a m ed 图23 4 a u4 指针正调整 当v c 的帧速率比a u g 的帧速率快时，需降低v c 帧速率，此时可以利 用a u 指针区的3 个h 3 字节来存放实际v c 信息( 负调整字节) ，从而降低 了v c 帧速率。由于插入了负调整字节，实际v c 在时间上向前推移3 字节， 因而用来指示其起始位置的指针要增减1 。进行这一操作的指示是将指针码字 的5 个减少比特( d 比特) ，即第8 ，1 0 ，1 2 ，1 4 和1 6 比特进行反转，并在 接收机中按5 比特多数表决准则作出决定。此后，将在a u 一4 帧内h 3 字节内 出现3 个负调整字节，随后的下一个指针将包含新的偏移值。见图2 - 3 5 。 浙江人学颁j + 学位论文 a u g2 7 0 s t a r to f v c _ 4 p it i r 一“” l f r a m e l p o i n t e rv a l u e ( 1 ) i n 11 1 p ”o n2 ，n1 n1 n1 f r a m e2 l，_ p o i n t e r v a l u e d 。b i t si rv e r t e d l l i n l - 。i +n e g a t i v ej u s t i f i c a t i o l b y t e s ( d a t a ) l “1 ，n 1 - n 1 f r a m e3 p o i n t e rv a l u e ( 几1 ) _ 卜而。 n 2 ln1 ，n 1n1nr tnn + 1n + 1 f r a m e4 图2 - 3 5 a u 一4 指针负调整 3 4 新数据标志( n d f ) 所谓n d f 表示允许由净负荷变化所引起的指针值的任意变化。n d f 由指 针码字的第l 至第4 比特( n 比特) 携带。这样，只要净负荷发生了变化，n d f 允许由此引起的任何指针值的相应变化。 正常状态n 比特显示”0 1 1 0 ”码，将上述码反码反转为”1 0 0 1 ”码即表示 n d f 。由于n d f 有4 个比特，因而有误码校正功能，即只要其中至少有3 个 比特是符合规定要求的就认为n d f 有效，可以执行解码操作。余下的n d f 值( 即为“0 0 0 0 ”，“0 0 1 l ”，“0 1 0 1 ”，“l o l o ”，“1 1 0 0 ”，“1 1 l l ”) 应被解释为 非法值。最后，新的定位状态由伴随n d f 的新指针值表示。 3 5 a u 指针的产生 a u 指针的产生规则如下 浙江大学硕l 学位论义 1 在正常工作时，指针确定了v c 在a u 帧内的起始位置，n d f 设置 为”0 1 1 0 ”状态。 2 指针值的改变只能靠下述3 种操作( 即3 ，4 或5 ) 。 3 如果需要正调整，则送出的当前指针中的i 比特需要反转，其后的正 调整机会用伪信息填充。随后的指针值是是先前指针值加1 。如果先前 的指针值处于最大值，则其后的指针值设置为0 。而且其后至少3 帧内 不允许进行任何指针增减操作。 4 如果需要负调整，则送出的当前指针中的d 比特需要反转，其后的 负调整机会用实际数据重写。随后的指针值是是先前指针值减1 。如果 先前的指针值已为0 ，则其后的指针值设置为最大值。而且其后至少3 帧内不允许进行任何指针增减操作。 5 如果除上述第3 和第4 条规则以外的其他原因引起v c 定位的变化， 则应送出新的指针值，同时n d f 设置为”1 0 0 1 ”。n d f 只在含有新数值 的第1 帧出现，v c 的新位置将由新指针标明的偏移首次出现时开始。 同样，其后至少3 帧内不允许进行任何指针增减操作。 3 6a 0 指针的解释 a u 指针的解释规则可以总结如下： 1 在正常工作时，指针确定了v c 在a u 帧内的起始位置。 2 除了连续3 次收到前后一致的新指针值，或者在此之前有符合规则3 ， 4 和5 的情况出现以外，其他偏离当前指针值的任何变化都将忽略不计。 而且，连续3 次收到前后一致的新指针值将优先于本解释规则的第3 或 第4 条。 3 如果指针码字的i 比特已经反转，将出现正调整操作指示，随后的指 针值加1 。 4 如果指针码字的d 比特已经反转，将出现负调整操作指示，随后的 指针值减l 。 5 如果n d f 设置为”1 0 0 1 ”，那么除了接收机处于指针丢失状态外，符 合新情况的指针值都将取代当前的指针值。 1 9 浙江大学顶i ：学位论文 m s a 功能实现的一些要求 4 1 磁滞域值间隔( p o i n t e rh y s t e r e s i st h r e s h o l ds p a c i n g ) 8 1 当由高阶通道v c 从一个s t m - n 到另一个不同时钟产生的s t m n 时，a u 指针必须要进行处理。指针首先经解码产生帧相位和时钟用以写入a u 指针 处理缓存器。读时钟由同步设备的时钟源产生。缓存器的数据注入时刻被监 控，当超过上域值或下域值时，调整帧相位。指针调整是按照单字节或3 字 节为单位进行调整的，这种相位跃变会在s d h p d h 边界处产生可观的漂移 和抖动。为了s d h 系统性能的稳定，应该减少指针调整的次数。 对于a u 一4 ，指针缓存器磁滞域值间隔( p o i n t e r h y s t e r e s i s t h r e s h o l ds p a c i n g ) 应该至少为1 2 字节。( 对应于t o 参考点和输入的s t m - n 信号间6 4 0 n s 的最 大相对时间间隔错误m a x i m u mr e l a t i v et i m ei n t e r v a l ( m r t i e ) ) m a x i m u mr e l a t i v et i m ei n t e r v a l ( m r t l e ) 定义为：在测量时期(