基于Xilinx FPGA的千兆以太网及E1信号光纤传输技术详解（上）

E1信号简介

E1接口采用PCM编码方式。符合G.703标准，通过75Ω同轴电缆或120Ω双绞线进行非对称或对称传输。在电信网中有着广泛应用。将高速的千兆以太网信号与低速的E1信号结合起来，实现以太网与E1信号的复用。既满足了用户对大带宽、高容量数据的传输要求，又提供了E1信号接入功能，实现电话业务及其他专用通信系统的接入功能。

系统构成

整个系统主要由E1接口单元、以太网接口单元、FPGA单元以及光接口单元构成。E1接口单元主要完成E1信号的接口转换，以太网接口单元主要通过外部PHY芯片实现物理层功能，再通过GMII接口实现与FPGA以太网媒体接入控制器对接。吉比特收发器通过用户接口将以太网数据和经过码速调整后的E1信号形成16b并行数据，再经过16b/20b编码形成2.5Gb/s的数据流送入到光接口单元，光接口单元完成光/电转化，实现信号的光纤传输。系统框图如图1所示。

基于Xilinx FPGA的千兆以太网及E1信号的光纤传输

图1 系统构成框图

E1接口单元的设计

在E1信道中，一般每8位组成一个时隙，32个时隙组成一个帧，16个帧组成一个复帧。在一个帧中，TS0主要用于传送帧定位信号（FAS）、CRC-4（循环冗余校验）和对端告警指示，TS16主要传送随路信令（CAS）、复帧定位信号和复帧对端告警指示，TS1～TS15和TS17～TS31共30个时隙则用来传送话音或数据等信息。

如果采用公共信道信令（CCS）模式，TS16就失去了传送信令等信号的用途，TS1～TS31共31个时隙可传送话音或数据等信息。如果采用无帧模式，E1信道将不成帧，而作为一个透明的话音或数据等信息传输通道。一个E1信道可传送N个64Kb/s的话音或数据等信息通道。在随路信令（CAS）模式，N为1～30;在公共信道信令（CCS）模式，N为1～31，而在无帧模式时，N为32。

发送方向：

E1信号首先经过接口变压器，然后送入单/双变换电路，完成单双变换后送入FPGA芯片。FPGA将E1线路接口单元送来的HDB3数据送入时钟提取模块，提取出E1时钟，并且将HDB3数据转换成NRZ数据，NRZ数据经码速调整后复用成一路125Mb/s数据流，然后送入RocketIO GTP Transceiver 发送接口单元中，和千兆位以太网信号一起进行线路编码，最后形成2.5Gb/s的数据流送入到激光器进行光线路编码进行传输。

接收方向：

信号经光纤传输后到达接收端，首先恢复成电信号送入到RocketIO GTP Transceiver接收单元中，经时钟提取、信号同步、解码、信号分接，时钟平滑后分接出E1数据流，再经HDB3编码后送入到单双变换电路完成双/单变化，经接口变压器后进行传输。原理框图如图2所示。

基于Xilinx FPGA的千兆以太网及E1信号的光纤传输