- Bùi Quang Trung Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ truyền dẫn quang SDH Luận văn thạc sỹ Điện tử Viễn thông Hà nội - 2004 Bộ giáo dục và đào tạo Tr−ờng đại học Bách khoa Hà nội. - Bùi Quang Trung Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ truyền dẫn quang SDH Chuyên ngành: Điện tử – Viễn thông Luận văn thạc sỹ Điện tử Viễn thông Ng−ời h− ớng dẫn khoa học: Ts. - Nguyễn quốc Trung Hà nội – 2004 5 Các ký hiệu, chữ viết tắt sử dụng trong luận văn Adm add Drop Multiplexer ANSI American Nation Standard Institute ATM Asynchronous Transfer Mode AU Administration Unit AUG Administration Unit Group ADC Analog Digital Converter BIST On-chip/in-circuit emulation (ONCE/ICE) BTS Boundary ScanTest C Container CAS Channer Associated Signalling CBGA Ceramic Ball Grid Array CCIT Consultative Committee on International Telegraphy an Telegraphony (now renamed ITU-T) CEPT Conference of European Post and Telegraphs CML Current Mode Logic CPU Central Profressing Unit CRC Cyclic Redudancy Checksum DFB LD Distributed Feed Back Laser Diode DTB Demultiplexer Telecom Bus ECL Emitter Coupled Logic ETSI European Telecommunication Standard Institute 6 FPGA Field Program Gate Array HDB-3 Third Order High Density Bipolar ISP In-system progamming LIU Line Interface Unit LPA Low Order Path Adaptation LQFP Low Profile Quad Flat Pack LVECL Low Voltage Emiter Coupled Logic LVCML Low Voltage Current Mode Logic MIPS Million Instructions Per Second MSA Multiplexer section Adaptation MST Multiplexer section Termination MSP Multiplexer section Protection MSOH Multiplex Section Overhead MTB Multiplexer telecom Bus NECL Negative Emitter Coupled Logic PBGA Plastic Ball Grid Array PECL Postivive Emitter Coupled Logic PDH Plesiochronous Digital Hierachy POH Path OverHead PWM Pulse Width Modulation RISC Reduced Instruction Set Computer RSOH Repeater Section OverHead RST Regenerator Section Termination 7 SAP/RAP Serial Remote Alarm Processing Port SERDES Serializer/Deserializer SDH Synchronous Digital Hierarchy SOH Section OverHead STS Synchronous Transport Signal SONET Synchronous Optical Network STM Synchronous Transport Mode/Module TAP Test Access Port TU Tributary Unit TUG Tributary Unit Group VC Virtual Container VCX Virtual Container Cross- Connect 8 Các bảng sử dụng trong luận văn Bảng 1.1 Một số thiết bị SDH tiêu biểu của 5 nhà cung cấp thiết bị chính Bảng 2.1 Tốc độ bit đ−ợc chuẩn hoá của SDH và SONET Bảng 2.2 Ba đặc tr−ng chính của mạng vòng SDH Bảng 3.1 Các thông số PECL và LVPECL Các hình vẽ, đồ thị sử dụng trong luận văn Hình 2.1 Các thiết bị ghép kênh đầu cuối SDH Hình 2.2 Các thiết bị ghép xen/tách SDH Hình 2.3 Các phần tử trên mạng SDH Hình 2.4 Các cấu hình mạng SDH cơ bản Hình 2.5 Mạng SDH hỗn hợp Hình 2.6 Cấu trúc ghép kênh của STM-N Hình 2.7 Cấu trúc khung của luồng tín hiệu STM-1. - Hình 2.8 Cấu trúc mào đầu của luồng STM Hình 3.1 Sơ đồ khối thiết bị Hình 3.2 Sơ đồ khối chi tiết modul LIU Hình 3.3 Sơ đồ khối chi tiết của Modul OLIU Hình 3.4 Chu trình đọc và cấu trúc dữ liệu Hình 3.5 Chu trình ghi và cấu trúc dữ liệu Hình 3.6 Các chế độ hoạt động của MAPPER Hình 3.7 Tín hiệu bus SAP Hình 3.8 Sơ đồ khối ứng dụng của SAP/RAP Hình 3.9 Cấu hình đấu nối thiết bị trong mạng vòng ring SDH Hình 3.10 Sơ đồ ghép nối PECL-LVPECL Hình 3.11 Mặt cắt của mạch in Hình 3.12 Chân linh kiện PBGA đã đ−ợc bôi keo Hình 3.13 Hình dạng chân PBGA Hình 3.14 Sơ đồ khối mạch FPGA Hình 4.1 Sơ đồ đấu nối thiết bị ADM để kiểm tra hoạt động của bảng mạch Hình 4.2 Sơ đồ đấu nối đo khả năng local loopback quang Hình 4.3 Sử dụng chức năng local loopback để hồi phục vòng ring bị gián đoạn ..83 Hình 4.4 Sơ đồ đấu nối đo chức năng remote loopback của thiết bị Hình 4.5 Sơ đồ đấu nối để đo các chức năng xen/rẽ và bảo vệ Mục lục Bìa Mục lục Danh mục các ký hiêuh, chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị Mở đầu Ch−ơng I Tổng quan về truyền dẫn SDH Chuẩn SDH Một số xu h−ớng phát triển thiết bị truyền dẫn quang SDH Nhà cung cấp và thiết bị SDH tiêu biểu Các ph−ơng án nghiên cứu sản xuất. - 18 Ch−ơng II Cơ sở lý thuyết truyền dẫn SDH Mạng đ−ờng trục quốc gia Mạng truyền dẫn phân bậc số đồng bộ SDH Mô tả phần tử mạng SDH Cấu trúc mạng SDH Cấu trúc ghép kênh. - 31 Ch−ơng III Thiết kế chế tạo thiết bị Lựa chọn linh kiện Thiết kế hệ thống Nguyên lý hoạt động chung Chức năng và nguyên lý hoạt động của từng khối Hoạt động của thiết bị trong mạng SDH Một số công nghệ cần thiết trong quá trình thiết kế chế tạo thiết bị Công nghệ mạch in tần số cao Công nghệ hàn link kiện SMT hiện đại Công nghệ giao diện linh kiện Công nghệ JTAG Thiết kế mạch in Hàn gắn linh kiện lên bo mạch Công nghệ hàn chip BGA Kiểm tra mối hàn. - Thiết kế phần mềm của hệ thống Phần mềm điều khiển thiết bị Firmware của thiết bị. - 76 Ch−ơng IV Đo thử nghiệm thiết bị Đo thử chức năng của thiết bị đơn lẻ Đo thử thiết bị trong cấu hình mạng. - 81 Ch−ơng V Đánh giá kết quả và h−ớng phát triển tiếp theo Đánh giá kết quả H−ớng phát triển tiếp Phát triển các sản phẩm SDH (STM-1) dung l−ợng nhỏ Phát triển sản phẩm truyền dẫn SDH (STM-1) cao cấp. - Phát triển sản phẩm truyền SDH (STM-1) dẫn tầm trung Tài liệu tham khảo Phụ lục. - PL1 10 Mở ĐầU Mạng truyền dẫn là cơ sở hạ tầng quan trọng của mạng Viễn thông. - Trong mạng viễn thông, hai ph−ơng thức truyền dẫn đ−ợc áp dụng rộng rãi là truyền dẫn đồng bộ SDH (Synchronous Digital Hierarchy) và truyền dẫn cận đồng bộ PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy). - Mạng truyền dẫn cận đồng bộ PDH đ−ợc áp dụng rộng rãi trong những thập kỷ đã qua do những −u điểm chính là giá thành thiết thấp so với thiết bị SDH, và vận hành bảo d−ỡng cũng đơn giản hơn, không cần đội ngũ kỹ thuật có kiến thức chuyên môn cao. - Mạng SDH với những đặc tính kỹ thuật −u việt nh− quản lý tập trung, dung l−ợng lớn, cấu hình mạng đa dạng và mềm dẻo với nhiều chức năng giám sát quản lý dịch vụ tiên tiến, lúc này đ−ợc sử dụng trong các trục truyền dẫn chính, mạng x−ơng sống quốc gia cũng nh− trong các mạng liên quốc gia. - Mạng truyền dẫn cận đồng bộ PDH đ−ợc sử dụng trong các trục truyền dẫn cấp thấp hơn. - Ngày nay do nhu cầu thông tin tăng mạnh và với sự tiến bộ về mặt kỹ thuật cho phép chế tạo thiết bị SDH với giá thành chế tạo thấp hơn vì thế các nhà khai thác mạng viễn thông có thể đầu t− có hiệu quả vào mạng SDH ở những nơi mà tr−ớc đây còn sử dụng công nghệ PDH. - Việc tự thiết kế chế tạo thiết bị, nhất là thiết bị truyền dẫn SDH, đã gặp nhiều khó khăn vì phải đối mặt với nhiều công nghệ mới. - Đã có nhiều nghiên cứu lý thuyết về truyền dẫn SDH, nh−ng để đi đến chế tạo thiết bị thì các lý thuyết này là ch−a đủ. - Báo cáo luận văn này mong muốn đ−a ra một ph−ơng án thiết kế chế tạo thiết bị SDH một cách phù hợp, với mục đích đ−a ra thị tr−ờng một sản phẩm tiên tiến, có ý nghĩa thực tế cao, phù hợp với nhu cầu trên mạng, đồng thời góp phần nâng cao năng lực nghiên cứu, sản xuất trong n−ớc. - Luận văn này gồm 5 ch−ơng với những nội dung nghiên cứu cơ bản nh− sau: Ch−ơng I khái quát về mục tiêu và các ph−ơng án tiếp cận nghiên cứu thiết bị và các đánh giá khó khăn, thuận lợi về công nghệ. - 11 Ch−ơng II giới thiệu khái quát về cơ sở lý thuyết truyền dẫn SDH với các cấu trúc ghép kênh cơ sở. - Ch−ơng III trình bày nghiên cứu chế tạo thiết bị và các công nghệ liên quan nh− thiết kế mạch, kỹ thuật hàn linh kiện, kỹ thuật vẽ mạch in tần số cao, kỹ thuật ghép nối linh kiện có chuẩn khác nhau, v.v. - Ch−ơng IV trình bày các ph−ơng pháp tiến hành đấu nối và đo, kiểm tra các tính năng của thiết bị. - Ch−ơng V giới thiệu sơ l−ợc kết quả nghiên cứu, sản xuất thiết bị, đặc tính kỹ thuật, −u nh−ợc điểm của thiết bị, kết luận và kiến nghị tiếp tục nghiên cứu phát triển. - Luận văn này đ−ợc hoàn thành, ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân, còn nhờ giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô và các đồng nghiệp thuộc công ty VITECO. - 12 Ch−ơng I Tổng quan về truyền dẫn SDH 1.1 Chuẩn SDH Môi tr−ờng truyền dẫn Mạng SDH cũng nh− mạng PDH, có thể sử dụng những môi tr−ờng truyền dẫn là cáp đồng (cáp đồng trục hoặc cáp xoắn), cáp quang (đơn mode hoặc đa mode) và truyền trong không trung (dùng sóng radio tần số cao, hoặc sóng ánh sáng). - Cáp quang với những −u điểm nổi bật của nh− không bị ảnh h−ởng bởi nhiễu điện từ, tốc độ truyền dẫn cao, suy hao thấp và giá thành ngày càng hạ, ngày nay đã trở thành môi tr−ờng truyền dẫn chính. - Có thể nói truyền dẫn quang với công nghệ SDH sẽ chiếm −u thế trong t−ơng lai. - Truyền dẫn PDH sẽ đ−ợc ứng dụng ở những nơi dung l−ợng không lớn với cấu hình điểm nối điểm. - Truyền dẫn qua dây đồng hoặc qua không trung sẽ đ−ợc ứng dụng ở những nơi việc kéo cáp quang không thể thực hiện hoặc quá tốn kém . - Các chuẩn truyền dẫn đồng bộ So với PDH luồng tín hiệu SDH chứa rất nhiều thông tin mào đầu (overhead) đ−ợc truyền đi kèm với tr−ờng tin (payload). - Các khuyến nghị đ−a ra những yêu cầu cơ bản thống nhất mà hệ thống truyền dẫn SDH phải tuân theo. - Lý do sử dụng truyền dẫn SDH 13 Việc sử dụng hệ truyền dẫn cáp quang và công nghệ SDH cho mạng đ−ờng trục sẽ đem lại rất nhiều thuận lợi. - Thứ nhất, hệ truyền dẫn cáp quang cho phép truyền dẫn với tốc độ rất cao, độ rộng băng tần rất lớn trên những khoảng cách rất lớn, những −u điểm mà hầu nh− không thể thực hiện đ−ợc trên hệ truyền dẫn khác. - Thứ hai, xuất phát từ đặc điểm của mạng đ−ờng trục là đòi hỏi phải có sự xen tách và ghép các luồng l−u l−ợng rất phức tạp nên việc sử dụng công nghệ SDH sẽ đem lại rất nhiều lợi thế so với công nghệ PDH cũng sử dụng hệ truyền dẫn cáp quang. - Khác với PDH, công nghệ SDH cho phép xen tách và ghép trực tiếp các luồng l−u l−ợng có tốc độ khác nhau, đồng thời nâng cao khả năng quản lý, giám sát và bảo d−ỡng mạng, nâng tốc độ bit đ−ợc tiêu chuẩn hoá v−ợt qua giới hạn của PDH, giảm bớt số l−ợng thiết bị trên mạng. - Ngoài ra, sử dụng công nghệ SDH còn cho phép khắc phục đ−ợc những khó khăn khi kết nối mạng viễn thông quốc gia với mạng viễn thông quốc tế vẫn còn tồn tại hai tiêu chuẩn phân cấp khác nhau là châu Âu và Bắc Mỹ. - Một lợi thế nữa đ−ợc đem lại khi sử dụng công nghệ SDH cho mạng đ−ờng trục là khả năng đồng bộ mạng trên phạm vi toàn quốc và khả năng phân cấp theo các tốc độ bit đã đ−ợc chuẩn hoá. - Cuối cùng, với những cấu hình mạng truyền dẫn khác nhau đặc biệt là cấu hình mạng vòng có khả năng tự hồi phục, có thể nhận xét rằng việc sử dụng công nghệ truyền dẫn SDH là thực sự thích hợp cho mạng đ−ờng trục. - Trong số những cấu hình mạng cơ bản, mạng vòng là cấu hình đặc tr−ng của mạng truyền dẫn sử dụng công nghệ SDH. - Đây là cấu hình mạng đ−ợc sử dụng phổ biến nhất, đặc biệt là cho mạng nội hạt và mạng đ−ờng trục với những −u điểm nổi bật sau. - Có thể kết nối nhiều mạng vòng với nhau theo cấu hình ghép back to back nhờ các bộ nối chéo số DCS. - 14 - Có thể xây dựng các cấu hình mạng vòng tự hồi phục với hai chế độ bảo vệ 1+1 và 1:N, nhờ đó mạng vẫn có thể hoạt động ngay cả khi có sự cố xảy ra. - Ngoài ra, với cấu hình mạng vòng, nhà thiết kế mạng có thể thay đổi các cấu hình bảo vệ (bảo vệ đ−ờng hoặc bảo vệ tuyến) một cách linh hoạt và mềm dẻo. - Cấu hình mạng vòng với hai h−ớng định tuyến l−u l−ợng còn cho phép nhà thiết kế mạng phân bố l−u l−ợng và dịch vụ tới từng nút phục vụ trên mạng một cách linh hoạt và an toàn. - Khi đó, cấu hình BPSR 4 là cấu hình đ−ợc −a thích hơn cả. - 1.2 Một số xu h−ớng phát triển thiết bị truyền dẫn quang SDH Thông th−ờng các thiết bị truyền dẫn đ−ợc các nhà sản xuất thiết bị viễn thông nghiên cứu chế tạo. - Rất hiếm những tr−ờng hợp các công ty chế tạo thiết bị truyền dẫn không sản xuất các thiết bị viễn thông khác. - Về mặt công nghệ ban đầu các thiết bị truyền dẫn đ−ợc chế tạo bởi các linh kiện có độ tích hợp không cao thiết bị đ−ợc chia làm nhiều modul chức năng. - Thiết bị truyền dẫn là thiết bị rời cung cấp các luồng tín hiệu PDH cho các thiết bị viễn thông khác. - Ngày nay, với sự tiến bộ v−ợt bậc của ngành bán dẫn, nhiều hãng viễn thông tên tuổi với tiềm năng kinh tế và công nghệ mạnh đã đầu t− nâng cao độ tích hợp của các vi mạch chuyên dụng. - Cho nên các thiết bị truyền dẫn STM-1, STM-4 đã có thể thu nhỏ lại trên một bo mạch thậm chí trên một con chíp có thể tích hợp vào hệ thống các thiết bị viễn thông khác. - Qua việc tìm hiểu quá trình phát triển của một số hãng viễn thông lớn của Trung Quốc, chúng tôi nhận thấy quá trình phát triển đó mang tính bậc thang vững chắc từ thấp đến cao. - Ban đầu những hãng này cũng phát triển và chế tạo những sản phẩm viễn thông đơn giản không yêu cầu công nghệ cao (những công ty này và công ty 15 chúng tôi lúc ban đầu cũng có năng lực kinh tế và trình độ công nghệ t−ơng đ−ơng nhau). - Song song với quá trình bán hàng tạo tên tuổi và chiếm lĩnh thị tr−ờng ng−ời ta đầu t− để tiếp cận công nghệ mới, trên cơ sở đó chế tạo những thiết bị hiện đại hơn và cứ thế tiếp tục. - Nếu xét về mặt thiết bị truyền dẫn và lấy các công ty viễn thông TQ làm thí dụ thì quá trình phát triển công ty đã lần l−ợt đ−a ra những sản phẩm PDH quang 4 E1, 8 E1, 16 E1, tiếp đến là thiết bị SPDH (84Mbps). - Có thể nói đây là thiết bị mang tính chuyển tiếp giữa PDH và SDH chính thống. - Các sản phẩm kế tiếp là SDH 155MHZ, 622MHZ, 2.5Gbps 10Gbps. - Về mặt công nghệ chế tạo các sản phẩm ban đầu sử dụng chủ yếu linh kiện xuyên lỗ, các modul thu phát quang đ−ợc tạo bởi linh kiện rời, các mạch tách ghép kênh dùng FPGA do hãng khác cung cấp. - Dần dần công ty đã thay thế và chuyển từ linh kiện xuyên lỗ sang linh kiện dán SMT, các modul thu phát tích hợp đã đ−ợc sử dụng, hãng đã làm chủ công nghệ FPGA và tự mình viết các ch−ơng trình tạo mạch ghép kênh cho thiết bị. - Từ các thiết bị đơn lẻ với kích th−ớc là một rack lớn ngày nay các đầu t− phát triển để thiết bị SDM_STM-4 chỉ bằng một chủng IC kích th−ớc lớn. - Cũng nên nêu lên thí dụ của một công ty chế tạo thiết bị truyền dẫn đơn lẻ. - Công ty này chuyên phát triển thiết bị truyền dẫn quang PDH, sản phẩm gồm các thiết bị 4E1, 8E1, 16E1, 32E1. - Sản phẩm đ−ợc bán rộng rãi khắp Trung Quốc. - Công ty đã đầu t− phát triển chip ASIC riêng, nh− thế về mặt công nghệ sản phẩm của công ty là những sản phẩm tiên tiến. - Tuy nhiên điều đặc biệt là công ty vẫn ch−a có sản phẩm SDH. - Có thể do tính đặc thù của thị tr−ờng SDH và do tính phức tạp về mặt kỹ thuật so với công nghệ PDH. - ở Việt Nam hiện nay trình độ công nghệ nghiên cứu và sản xuất nhìn chung còn ở một mức độ thấp so với mặt bằng thế giới. - Công nghệ hàn thông dụng là hàn sóng hoặc hàn nhúng. - Rải rác có một số đơn vị liên doanh có công nghệ hàn dán nh−ng chủ yếu phục vụ cho cho sản xuất một số loại card nhất định, linh kiện sử dụng ch−a phải là loại tiên tiến nh− BGA, MBGA, hoặc LQFP loại 20 mil pitch. - Bên cạnh đó việc liên kết sử dụng nguồn lực của nhau hỗ trợ cho nhau giữa các đơn vị thành viên 16 t−ơng đối yếu, công việc nghiên cứu không đ−ợc định h−ớng một cách bài bản có hệ thống và đồng bộ. - Điều đó lại giảm năng lực nghiên cứu của ngành Viễn thông trong khi đó SDH là một công nghệ phức tạp yêu cầu rất nhiều sự hiểu biết về các công nghệ phụ trợ nh− thiết kế mạch cao tần, FPGA, mạch in nhiều lớp, ghép nối các tín hiệu vi sai, hàn nhiều linh kiện BGA, LQFP, công nghệ test JTAG, v.v. - 1.3 Nhà cung cấp và thiết bị SDH tiêu biểu Nhà cung cấp thiết bị SDH Khi nói đến các nhà cung cấp thiết bị SDH, ta không thể không đề cập đến 5 nhà cung cấp chính. - Bởi sản phẩm của họ chiếm hơn 90% tổng số thiết bị SDH đã bán trên thế giới. - Năm nhà đầu t− là (sắp xếp theo thứ tự chữ cái đầu của tên hãng): công ty hệ thống mạng Alcatel, công ty hệ thống mạng truyền dẫn Fujitsu, công ty công nghệ Lucent ( tr−ớc đây là công ty hệ thống mạng AT&T), công ty thiết bị truyền dẫn NEC và Nortel. - Điều đó không có nghĩa là bỏ qua các nhà cung cấp thiết bị truyền dẫn SDH khác. - Ví dụ DSC, Siemens và Tellabs cũng có những sản phẩm SDH hoàn hảo. - Vấn đề nổi bật của 5 nhà cung cấp thiết bị SDH trên chỉ là đại diện cho cả một thị tr−ờng nói chung và là trọng tâm của phần này. - Sau đây là một số thông tin tổng quát về từng nhà cung cấp thiết bị. - Những thông tin về lịch sử của công ty và tình trạng tài chính hiện nay đều đ−ợc đề cập trên trang Web của mỗi nhà cung cấp thiết bị. - Alcatel Network Systems (www.ans.alcatel.com) đã trở thành hãng sở hữu chính sản phẩm truyền dẫn của Rockwell năm 1991. - Rockwell là hãng đáng tin cậy cung cấp thiết bị và sản phẩm truyền dẫn không đồng bộ, nh−ng lại rất bảo thủ trong việc tiếp nhận công nghệ mới. - Alcatel thừa h−ởng quan điểm bảo thủ của Rockwell và giới thiệu các sản phẩm SDH dựa trên các đơn đặt hàng. - Acatel ngày nay có các sản phẩm SDH bao gồm STM-1, STM-4 và STM-16. - Alcatel đ−ợc biết đến qua các sản phẩm mạng vòng cáp quang cũng nh− hệ thống kết nối chéo số SDH.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt