基于吉比特收發(fā)器的時(shí)分復用通信系統設計

該系統是在Virtex5LXT平臺上進(jìn)行設計的，最高速率可達3．75 Gb／s。吉比特收發(fā)器在該系統中的連接圖如圖2所示。

在該系統中，吉比特收發(fā)器的時(shí)鐘和數據信號走線(xiàn)全部采用包含源同步時(shí)鐘的差分串行傳輸方式，時(shí)鐘為125 MHz，采用LNDS電平，數據信號為2．5 Gb／s，采用CML電平，差分信號的走線(xiàn)嚴格按照阻抗匹配和信號完整性來(lái)設計。并且采用了8B／10B的編碼方式，以實(shí)現位同步和幀同步，雖然線(xiàn)速率達到了2．5 Gb／s，實(shí)際上只有2 Gbit的帶寬。
2．1 8B／10B編碼
8B／10B編碼機制是由IBM公司開(kāi)發(fā)的，已經(jīng)被廣泛采用。它是lnfiniband，吉比特以太網(wǎng)，FibelChannel以及XAUI10 Gbit／s以太網(wǎng)接口采用的編碼機制。原理上，它是一種數值查找機制，可將8位的字轉化為10位符號。這些符號可以保證有足夠的跳變用于時(shí)鐘恢復。8B／10B編碼具有良好的直流平衡特性，通過(guò)“運行不一致性”的方法來(lái)實(shí)現，即只使用有相同個(gè)數0和1的符號，但這會(huì )限制符號的數量。同時(shí)，8B／10B中的Comma字符(用于表示對齊序列的一個(gè)或兩個(gè)符號)可輔助數據對齊。
8B／10B機制能帶來(lái)字對齊、時(shí)鐘修正機制、通道綁定機制和子通道生成等功能，其唯一的缺陷是開(kāi)銷(xiāo)。為了獲得2．5Gbit的帶寬，它需要3．125Gbit／s的線(xiàn)路速率。

3 時(shí)分復用
時(shí)分復用是把對信道的使用時(shí)間劃分為多個(gè)時(shí)間幀，進(jìn)一步把時(shí)間幀劃分為n個(gè)時(shí)間隙(時(shí)間間隔)，每一個(gè)時(shí)間隙分配給一個(gè)子信道，從而實(shí)現在一個(gè)信道上同時(shí)傳輸多路信號。時(shí)分復用循環(huán)使用時(shí)間幀，各路信號通過(guò)循環(huán)順序插入時(shí)間幀中的時(shí)間隙進(jìn)行傳輸。
時(shí)分復用主要應用在數字通信系統中，它通過(guò)不同信道或時(shí)隙中的交叉位脈沖，可以同時(shí)在同一個(gè)通信媒體上傳輸多個(gè)數字化數據、語(yǔ)音和視頻信號，有效地利用了帶寬資源，提高了信道容量。
時(shí)分復用還可細分為同步時(shí)分復用和統計時(shí)分復用。
同步時(shí)分復用(Synchronization Time-Division Multiplexing，STDM)是指將一個(gè)幀的若干時(shí)隙，按順序編號，標號相同的成為一個(gè)子信道，傳遞同一路話(huà)路信息，速率恒定。這種方法是按照信號的路數劃分時(shí)間片，每一路信號具有相同大小的時(shí)間片，時(shí)間片輪流分配給每路信號，該路信號在時(shí)間片使用完畢以后要停止通信，并把物理信道讓給下一路信號使用，當其他各路信號把分配到的時(shí)間片都使用完以后，該路信號再次取得時(shí)間片進(jìn)行數據傳輸。同步時(shí)分復用的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現。缺點(diǎn)是如果某路信號沒(méi)有足夠多的數據，不能有效地使用它的時(shí)間片，則造成資源浪費；而有大量數據要發(fā)送的信道又由于沒(méi)有足夠多的時(shí)間片可利用，所以要拖很長(cháng)一段的時(shí)間，降低了設備的利用效率。
統計時(shí)分復用(Stafistic Time-Division Multiplexing，STDM)也叫異步時(shí)分復用(Asynchronism Time-Division Multiplexing，ATDM)，它指的是將用戶(hù)的數據劃分為一個(gè)個(gè)數據單元，不同用戶(hù)的數據單元仍按照時(shí)分的方式來(lái)共享信道，但是不再使用物理特性來(lái)標識不同用戶(hù)，而是使用數據單元中的若干比特，也就是使用邏輯的方式來(lái)標識用戶(hù)。這種方法提高了設備利用率，但是技術(shù)復雜性也比較高，所以這種方法主要應用于高速遠程通信過(guò)程中，例如，異步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)。
由于要傳輸的幾路數據速率相差很大，有高速的視頻數據，也有低速的RS422數據，今后還可能增加其他幾路信號，因此，該系統采用了統計時(shí)分復用，動(dòng)態(tài)地給每路信號分配信道，以提高信道的利用率，同時(shí)方便于增加復用信號的路數而不用手動(dòng)更改分配給各路信號的時(shí)隙個(gè)數。但是由于增加了控制碼元的一些比特開(kāi)銷(xiāo)，帶寬的利用率降低了。