基于吉比特收發(fā)器的時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)是在Virtex5LXT平臺(tái)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，最高速率可達(dá)3．75 Gb／s。吉比特收發(fā)器在該系統(tǒng)中的連接圖如圖2所示。

在該系統(tǒng)中，吉比特收發(fā)器的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號(hào)走線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(shù)據(jù)信號(hào)為2．5 Gb／s，采用CML電平，差分信號(hào)的走線嚴(yán)格按照阻抗匹配和信號(hào)完整性來設(shè)計(jì)。并且采用了8B／10B的編碼方式，以實(shí)現(xiàn)位同步和幀同步，雖然線速率達(dá)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(jī)制是由IBM公司開發(fā)的，已經(jīng)被廣泛采用。它是lnfiniband，吉比特以太網(wǎng)，F(xiàn)ibelChannel以及XAUI10 Gbit／s以太網(wǎng)接口采用的編碼機(jī)制。原理上，它是一種數(shù)值查找機(jī)制，可將8位的字轉(zhuǎn)化為10位符號(hào)。這些符號(hào)可以保證有足夠的跳變用于時(shí)鐘恢復(fù)。8B／10B編碼具有良好的直流平衡特性，通過“運(yùn)行不一致性”的方法來實(shí)現(xiàn)，即只使用有相同個(gè)數(shù)0和1的符號(hào)，但這會(huì)限制符號(hào)的數(shù)量。同時(shí)，8B／10B中的Comma字符(用于表示對(duì)齊序列的一個(gè)或兩個(gè)符號(hào))可輔助數(shù)據(jù)對(duì)齊。
8B／10B機(jī)制能帶來字對(duì)齊、時(shí)鐘修正機(jī)制、通道綁定機(jī)制和子通道生成等功能，其唯一的缺陷是開銷。為了獲得2．5Gbit的帶寬，它需要3．125Gbit／s的線路速率。

3 時(shí)分復(fù)用
時(shí)分復(fù)用是把對(duì)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(xiàn)在一個(gè)信道上同時(shí)傳輸多路信號(hào)。時(shí)分復(fù)用循環(huán)使用時(shí)間幀，各路信號(hào)通過循環(huán)順序插入時(shí)間幀中的時(shí)間隙進(jìn)行傳輸。
時(shí)分復(fù)用主要應(yīng)用在數(shù)字通信系統(tǒng)中，它通過不同信道或時(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(shù)字化數(shù)據(jù)、語音和視頻信號(hào)，有效地利用了帶寬資源，提高了信道容量。
時(shí)分復(fù)用還可細(xì)分為同步時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用。
同步時(shí)分復(fù)用(Synchronization Time-Division Multiplexing，STDM)是指將一個(gè)幀的若干時(shí)隙，按順序編號(hào)，標(biāo)號(hào)相同的成為一個(gè)子信道，傳遞同一路話路信息，速率恒定。這種方法是按照信號(hào)的路數(shù)劃分時(shí)間片，每一路信號(hào)具有相同大小的時(shí)間片，時(shí)間片輪流分配給每路信號(hào)，該路信號(hào)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(hào)使用，當(dāng)其他各路信號(hào)把分配到的時(shí)間片都使用完以后，該路信號(hào)再次取得時(shí)間片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。同步時(shí)分復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是如果某路信號(hào)沒有足夠多的數(shù)據(jù)，不能有效地使用它的時(shí)間片，則造成資源浪費(fèi)；而有大量數(shù)據(jù)要發(fā)送的信道又由于沒有足夠多的時(shí)間片可利用，所以要拖很長(zhǎng)一段的時(shí)間，降低了設(shè)備的利用效率。
統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用(Stafistic Time-Division Multiplexing，STDM)也叫異步時(shí)分復(fù)用(Asynchronism Time-Division Multiplexing，ATDM)，它指的是將用戶的數(shù)據(jù)劃分為一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)單元，不同用戶的數(shù)據(jù)單元仍按照時(shí)分的方式來共享信道，但是不再使用物理特性來標(biāo)識(shí)不同用戶，而是使用數(shù)據(jù)單元中的若干比特，也就是使用邏輯的方式來標(biāo)識(shí)用戶。這種方法提高了設(shè)備利用率，但是技術(shù)復(fù)雜性也比較高，所以這種方法主要應(yīng)用于高速遠(yuǎn)程通信過程中，例如，異步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)。
由于要傳輸?shù)膸茁窋?shù)據(jù)速率相差很大，有高速的視頻數(shù)據(jù)，也有低速的RS422數(shù)據(jù)，今后還可能增加其他幾路信號(hào)，因此，該系統(tǒng)采用了統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用，動(dòng)態(tài)地給每路信號(hào)分配信道，以提高信道的利用率，同時(shí)方便于增加復(fù)用信號(hào)的路數(shù)而不用手動(dòng)更改分配給各路信號(hào)的時(shí)隙個(gè)數(shù)。但是由于增加了控制碼元的一些比特開銷，帶寬的利用率降低了。