CN103354574A - Sdh勤务电话嵌入式板卡 - Google Patents

Abstract

本发明的SDH勤务电话嵌入式板卡，包括可编程器件FPGA及与其连接的话音厚膜电路、DTMF收发器、驱动电路、时钟电路、连接器；话音厚膜电路分别与DTMF收发器和连接器连接，连接器还和驱动电路连接，话音厚膜电路的电话线通过保护电路后与外部话机连接。由于应用可编程器件FPGA，集成度高、适应SDH网络中发送和接收路径不一致的情况、响应迅速、光路中截取切换话音数据无延迟。自适应所有网络结构、占用带宽小、配置灵活、升级方便、低功耗、体积小，且可以对当前状态实时监控和自恢复，作为勤务电话装置，可以很方便地嵌入到不同类型的SDH设备中。

Description

SDH勤务电话嵌入式板卡

技术领域

本发明涉及通信，具体是光同步数字传输网中的联系方式，更具体是SDH设备勤务电话嵌入式板卡。

背景技术

用户对通信不断变化的需求，加快了光同步数字传输网的应用，它是一种有机地结合了高速大容量光纤传输技术和智能网络技术的新体制，由一些SDH网元组成的，在光纤上进行同步信息传输、复用和交叉的网络。在野外铺设及调试SDH网络过程中，操作人员之间需要一种联系方式进行通信。因此，SDH设备自带的勤务电话功能就变得很必要。该勤务电话应满足“光纤到，电话到”和可靠性高的特点。同时，勤务电话要能够适应SDH网络中网元之间不同的连接方式。另外，它还应该具备从异常状态中自恢复的功能。

传统的勤务电话集成度不高， CN2082049公开了一种勤务监控复用器，由接口电路、缓冲存储器、帧分频器、锁相环路构成的发端复接器，和由帧头检出器、帧同步保护电路、本地帧分频器、缓冲存储器、锁相环路、插入比特检出器、接口电路构成的收端分接器组成。CN2150680Y公开了一种远端勤务监视装置，它由勤务接口电路、发电路、音频电缆芯线、勤务电路、接收电路、电压变换模块等部分组成，能够在５公里以内实现对信道机等设备工作状态的监视，并能对故障发出声、光告警，还能实现与本站及其它站之间的远端勤务联络，以达到无人值守的目的。但上述勤务装置都存在一个缺点：不方便维修及升级且集成度不高。另外，传统勤务电话占用较大带宽，当网络结构较为复杂或网络结构发生改变的时候，勤务电话的响应变得迟钝甚至劣化。

发明内容

本发明是为了解决现有SDH设备勤务电话电路集成度不高、难以适应于不同网络、响应迟钝等缺陷。为此，本发明利用SDH设备自带的开销资源，提供一种基于FPGA技术的高集成、自适应所有网络结构、占用带宽小、灵活可配置(FPGA内部有默认配置)、升级方便、低功耗、体积小，且可以对当前状态实时监控和自恢复的勤务电话装置，可以很方便地嵌入到不同类型的SDH设备中。

本发明的SDH勤务电话嵌入式板卡，包括可编程器件FPGA及与其连接的话音厚膜电路、DTMF收发器、驱动电路、时钟电路、连接器；话音厚膜电路分别与DTMF收发器和连接器连接，连接器还和驱动电路连接，话音厚膜电路的电话线通过保护电路后与外部话机连接。   

其中，所述的可编程器件FPGA，内部包括话音处理模块、呼叫处理模块、提示音处理模块、信令处理模块、路由处理模块、监控模块和开销处理模块，呼叫处理模块分别连接话音处理模块、提示音处理模块和信令处理模块，监控模块分别连接话音处理模块、呼叫处理模块、提示音处理模块、信令处理模块和路由处理模块，话音处理模块还分别连接提示音处理模块、路由处理模块和开销处理模块，信令处理模块还分别连接提示音处理模块、路由处理模块和开销处理模块；话音厚膜电路分别连接话音处理模块和呼叫处理模块，DTMF收发器连接呼叫处理模块，驱动电路分别连接监控模块和开销处理模块。

所述的呼叫处理模块，包括拨号控制模块和与其连接的号码译码模块、延时判断模块；拨号控制模块分别连接话音处理模块、提示音处理模块、信令处理模块和监控模块；DTMF收发器连接号码译码模块，话音厚膜电路连接拨号控制模块。

所述的话音处理模块包括话音控制模块和与其上行连接的片内RAM1、话音上开销模块，与其下行连接的片内RAM2、话音下开销模块；话音控制模块分别连接呼叫处理模块、提示音处理模块、路由处理模块和监控模块；话音上开销模块与话音下开销模块均连接开销处理模块；话音厚膜电路连接话音控制模块。

所述的提示音处理模块包括提示音控制模块以及与其连接的提示音产生模块、延时判断模块；提示音控制模块与延时判断模块均连接监控模块，提示音控制模块连接呼叫处理模块和信令处理模块，提示音产生模块连接话音处理模块。

所述的信令处理模块包括信令发送模块和通过开销处理模块连接的通道解析模块及其后连接的信令控制模块；呼叫处理模块连接信令发送模块，信令控制模块分别连接路由处理模块、提示音处理模块和监控模块。为了避免同一个信令多次触发相同的事件，信令控制模块采用状态机设计，防止误触发。

所述的路由处理模块包括最小发送路由解析模块和通过开销处理模块连接的最小接收路由解析模块；最小发送路由解析模块和最小接收路由解析模块均连接监控模块和话音处理模块，最小发送路由解析模块连接信令处理模块。

本发明的SDH勤务电话嵌入式板卡中，驱动电路涵盖了包含8路 SDH的STM-N开销总线信号以及访问总线信号。其中访问总线接口模式包括spi接口、intel接口和moto接口。

本发明的SDH勤务电话嵌入式板卡，总体包括话音收发电路、DTMF收发电路和信令收发电路。

话音收发电路，由可编程器件FPGA及与其连接的话音厚膜电路、驱动电路、连接器组成。FPGA从话音厚膜电路获取话音数据后，经过内部处理后将其输出至驱动电路，再通过与驱动电路连接的连接器发送出去。同理，当驱动电路从连接器获取到话音数据后再输入到与其连接的FPGA，FPGA再经过内部处理后将数据输出到话音厚膜电路。

DTMF收发电路，由可编程器件FPGA及与其连接的DTMF收发器、驱动电路、连接器组成。FPGA从DTMF收发器获取到数据后，经过内部处理以及查询网络信道状态后，输出提示音数据到话音厚膜电路，同时输出信令数据到驱动电路。驱动电路再将数据输出到与其连接的连接器，进而发送出去。

信令收发电路，由编程器件FPGA与其连接的驱动电路、连接器组成。FPGA根据当前摘挂机动作和当前网络信道状态，将数据组帧后发送到驱动电路，驱动电路再将其数据输出到与其连接的连接器，进而发送出去。

本发明中，话音厚膜电路的数字PCM端信号（时钟、帧同步、话音输入、话音输出等信号）、摘挂机信号、振铃等控制信号与FPGA电路连接；DTMF 收发器的数据总线和使能控制信号与FPAG电路连接；驱动电路的8路SDH的STM-N开销总线信号（时钟、帧定位、开销输入、开销输出等）和访问总线信号与FPGA电路连接；访问总线接口模式可以选择spi接口、intel接口或moto接口，由软件设定。

本发明的SDH勤务电话嵌入式板卡在工作时，FPGA在上电之初根据访问总线接收到的指令对自身及其外部器件进行初始化。初始化后，每次通话FPGA会按照以下的步骤进行：

第一，FPGA如果检测到电话摘机，首先查询其当前网络状态是忙还是空闲，即检测信道是否被占用。如果信道被占用，则FPGA给出忙音，提示用户挂机。

第二，如果信道没有被占用，则FPGA输出拨号音至话机，提示用户可以进行拨号，并开始计时。

·       当用户拨号超时或者拨的号码不存在，FPGA给出忙音，提示用户挂机。

·       用户拨号完毕后，FPGA开始计时，同时发出信令通知其他设备信道被占用。拨号后一段时间 (该时间长度由 “拨号计时长度”寄存器设定，见表1。) 后没有收到应答，或者被叫振铃一段时间 (该时间长度由 “振铃计时长度”寄存器设定，见表1。) 后仍然没有摘机，则FPGA给出忙音，提示主叫挂机。挂机后FPGA发出信令清零信道。

 

表 1 FPGA寄存器设置表

                                                 

 

·       当用户完成拨号后，FPGA收到应答后，则给出回铃音，并等待对方摘机。当FPGA确认对方已经摘机后，停止输出回铃音，开始通话。

第三，当FPGA接收到信令提示振铃后，开始输出振铃控制信号，提示用户摘机。摘机后停止振铃，开始通话。通话双方任意一方挂机，则FPGA会发出信令将信道清零。

通话过程中FPGA的动作依赖于信令。信令的传输采用多备份设计，以防止信令在传输的过程中发生误码，破坏信令帧结构，导致整个SDH网络中所有的网元不能状态同步，从而影响后续通话。通话过程中信令帧的传播既要保证可以将其覆盖到SDH网络中每一个网点，又要保证信令的传播满足收敛的性质。这样可以保证通话过程中所有SDH网元的状态同步，又可以保证信令不会在网点之间来回振荡。信令的传输占用一个SDH开销字节。

通话过程中存在主叫、被叫和中间节点三种角色。主叫和被叫作为通话终端需要对信令进行解析并发出相应的信令或者执行相应的动作。而中间节点负责转发所有的信令，同时在通话结束后清除本地的状态信号。如果主叫和被叫之间存在物理上直接的连接，则网络中可以不依赖于中间节点的参与。反之，通话的建立、保持以及拆除则一定需要中间节点的参与，而且中间节点的个数由SDH网络结构所决定。

在通话过程中，如果SDH网络中网元与网元之间存在多种连接方式，则需要确定最小路由。主叫在发起呼叫的同时，主叫将本地发送路由值设置为某个特定初始值(默认为1)。同理，被叫在响应主叫呼叫的同时，被叫将本地发送路由值也设置为某个特定初始值(默认为1)。中间节点接收到主叫或者被叫的路由信息后，分析所有光路的路由值，并从中截取出其最小值，且将该最小值累加1后作为本地最小接收路由值，并将该值发送到所有光路上。这样，主叫或者被叫就可以知道本地所有光路中哪个光路的路由值最小。路由值的判断是实时更新的。如果在通话过程中SDH网元之间的连接方式发生了改变，则每个网元的最小路由值也会随着发生改变。如果在检测的过程中发现有几路光路的路由值相同，则按照一定的优先级选择光路。发送和接收的路由相互独立，且各占64K带宽，即各占1个SDH开销字节。这样做事为了适应SDH网络中发送和接收路径不一致的情况，比如SDH网络单纤成环。

选择路由值最小的光路可以减小主叫与被叫之间话音的延迟。主叫和被叫将本地话音发送到本地所有光路中，但是只从本地路由值最小的光路中截取话音数据。如上所述，每个SDH网元的本地最小路由值随着SDH网络改变而改变，因此主叫和被叫的话音接收光路也会自动切换到当前路由值最小的光路，并从该光路中截取话音数据。话音接收光路的切换是实时的，用户在使用过程中不会感觉到话音异常。和路由同理，话音也占用了2个开销字节的带宽。

本发明由于应用可编程器件FPGA ，集成度高、适应SDH网络中发送和接收路径不一致的情况、响应迅速、 光路中截取切换话音数据无延迟。自适应所有网络结构、占用带宽小、配置灵活、升级方便、低功耗、体积小，且可以对当前状态实时监控和自恢复，作为勤务电话装置，可以很方便地嵌入到不同类型的SDH设备中。

附图说明

图 1为本发明的系统框图；

图 2为FPGA模块内部逻辑连接关系图；

图 3为呼叫处理模块逻辑连接关系图；

图 4为话音处理模块逻辑连接关系图；

图 5为提示音处理模块逻辑连接关系图；

图 6为信令处理模块逻辑连接关系图；

图 7为路由处理模块逻辑连接关系图。

具体实施方式

见图1～图7。

1）摘挂机信号的处理

在图 1中，可编程器件1和话音厚膜电路3一起组成话机摘挂机检测电路。话音厚膜电路2的摘挂机信号、振铃控制信号等连接到可编程器件1。摘挂机信号通过可编程器件1内部的时间窗检测模块后得到一个可编程器件1内部的摘挂机信号。时间窗检测模块内部的第一个窗宽度默认200ms，第二个窗宽度默认为50ms。当摘挂机信号连续为高200ms后，可编程器件1才认为已经真正摘机；当摘挂机信号连续为低50ms后，可编程器件1才认为已经真正挂机。时间窗的设置可以有效过滤掉摘挂机信号中的毛刺、杂波等，防止系统误动作。

2）提示音及话音的处理

在图 1中，可编程器件1和话音厚膜电路3一起完成提示音及话音处理。当话机中需要提示音的时候，可编程器件1向话音厚膜电路3芯片的时钟引脚输出提示音，向其发送帧同步引脚FST和接收帧同步引脚FSR输出周期为8K的时钟。提示音的声音数据来自于FPGA内部构建的数据库中。可编程器件1将数据库中读取出来的数据与FPGA内部的提示音选择控制器输出信号进行逻辑操作后得到的数据输出话音厚膜电路3。

提示音模块内部结构如图 5所示。不同拨号音的声音特质通过可编程器件1内部的提示音选择控制器来实现。当需要生成拨号音的时候，可编程器件1内部的提示音模块的输出信号恒为高；当需要生成忙音的时候，模块的输出信号为0.3s为高、0.3s为低并依次循环的信号；当需要产生回铃音的时候，模块的输出为1s高、4s低并依次循环的信号。采用可编程器件1来实现提示音的设计，简化了外部模拟电路的设计。

下面情况下提示音模块会输出忙音：

·       当前信道正被占用，网络中的节点摘机欲拨号。

·       当前信号空闲，且用户摘机10s后仍未拨号。

·       用户相邻两次拨号的间隔超过了10s。

·       用户拨的号码无效。

·       拨号完毕，且号码有效，但是主叫在拨完号1s后仍未收到被叫的应答。

·       被叫振铃60s后仍未摘机。

·       双方通话结束后，其中一方已经挂机，但是另一方未挂机，未挂机一方会给出忙音。

话音处理模块如图 4所示。话音处理模块的输出和提示音处理模块的输出都能连接到话音厚膜电路3，通过呼叫处理模块来进行切换。当且仅当处于通话双方的通话保持期间内，话音厚膜电路3由话音处理模块驱动。可编程器件1先将写入其内部的存储区，内部处理后，再在话音控制模块的控制下读取出来输出至话音厚膜电路3。

3）信令的处理

上电初始化之后，可编程器件1内部呼叫处理模块会首先检测话音厚膜电路3的摘挂机信号。

呼叫处理模块内部结构如图 3所示。当摘挂机信号满足检测门限后且当前信号空闲可用的前提下，可编程器件1给出拨号音，提示用户拨号。当用户在摘机后10s内拨号，相邻拨号间隔不超过10s，且拨的号码有效，呼叫处理模块则通知  信令处理模块发出呼叫信令帧。并将目的地址发送给信令处理模块。    

信令处理模块内部结构如图 6所示。信令控制模块接收到发送命令后，开始将呼叫信令帧的各个字节段发送给信令发送模块。后者在一定的速率下将呼叫信令帧按照字节流的形式发送到开销处理模块。发送完毕后，信令发送模块通知信令控制模块开始计时，如果在发送1s后仍然没有收到被叫的应答信息，则将该信息反馈到监控模块，后者则通知提示音处理模块开始输出忙音。如果在发送1s后收到了被叫的应答信息，此时通过同样的方式有监控模块同时提示音处理模块输出回铃音。在此前提下，如果信令显示被叫在60s内没有摘机，则60s后由上述同样的方式输出忙音。当被叫在60s内摘机，则结束输出提示音，此时通话双方开始通话。

信令帧结构如表2所示，信令帧操作码码表如表 3所示。每个信令帧会连续发送3次，以降低由于线路传输误码导致的帧结构破坏所引起的网元状态死锁概率。同时，中间节点对同一个帧会转发3次。主叫会转发被叫的应答信令帧、摘机信令帧和通话结束帧。被叫也会转发主叫的呼叫信令帧和通话结束帧。总之，要保证每个信令都要覆盖到网络中的每个节点。这样可以保证网络帧所有的网元都保持状态同步。同时，因为转发的次数是有限的，所以上述处理也可以避免信令帧在网络中来回震荡。为了避免同一个信令多次触发相同的事件，信令控制模块采用状态机设计，防止误触发。

本发明还具备信道强拆和话音广播功能。信道强拆的优先级要高于话音广播和点对点通话功能，其权限可以由外部CPU通过访问总线接口授予，内部默认不具备该权限。信道强拆功能的特征如下：

A）强行获得信道使用权。若当前网络中信道已被占用，即已经有两个节点正在通话时，如果这个时候网络中某个节点有更紧急的事情需要立即取得信道的使用权，那么该节点则可以使用强拆功能。该节点的可编程器件1解析到该号码后，马上发出一个通话结束帧，强行清除当前信道，并将相关状态信号重新置位。当信道被清除后，该节点的话筒出现拨号音，此时就可以直接拨号了。同时，之前通话的双方的话筒开始发出忙音，催促挂机。

B）重新置位网络中所有节点的状态。当网络中由于发生意外使得网络中个个别节点出现状态死锁的时候，网络中任意一个节点可以通过拨打强拆号码将网络中信道清空，即相当于复位所有节点状态。

广播功能的优先级高于点对点对话。当发起广播时，只存在一个主叫，网络中其余所有的用户都是被叫，且被叫只能接听，不能对话。

4）路由处理

主叫与被叫采用独立的开销字节传输路由，是为了适应收发路径不一致的网络，比如说单纤成环。

主叫在发出呼叫帧的时候，将本地的路由值设置为1，并通过开销处理模块将其向所有的光口发送出去。中间节点通过不同的光口接收到不同的路由值后，从这些路由值里面选出最小值，并将该最小值累加1后向节点的所有光口发送出去。因为不同的光路所走的路径不一样，所以到达被叫节点的时候，每个光口的路由值也就不一样。被叫从所有光口的路由值中选取最小值，并将最小值对应的光口通知话音处理模块。后者则从该光口提取话音并将话音数据送至话音厚膜电路3。如果所有光口的路由值相同，则按照预设的优先级从优先级最高的光口提取话音数据。如果在主被叫通话的过程中光纤的连接方式发生了改变，或者某根光纤断了（断了的光纤对应的开销值为0xFF或者0x00，由SDH成帧芯片而定，本发明判定路由值0x00无效），则被叫的所有光口的路由值也会发生相应改变，从而新的最小路由值也会跟着改变，这样话音处理模块就会自动从新的最小路由值对应的光口提取话音数据。整个切换的过程很快，人耳感觉不出异常。同理，被叫在接收到主叫的呼叫信令帧后，将本地的路由值设置为0x01后，并通过开销处理模块将其向所有的光口发送出去。主叫对最小路由值的判定原理和上述相同。路由的处理是本发明的重要特征之一，也是本发明的优势所在。

 表 2 信令帧结构

帧头Frame。head	源节点地址Sour。addr	目的节点地址Dest。addr	操作码Op。code	校验Crc16
					AAAAH	2B	2B	1B	2B

表 3 信令帧操作码码表

Claims (9)

1.SDH勤务电话嵌入式板卡，其特征在于：包括可编程器件FPGA及与其连接的话音厚膜电路、DTMF收发器、驱动电路、时钟电路、连接器；话音厚膜电路分别与DTMF收发器和连接器连接，连接器还和驱动电路连接,话音厚膜电路的电话线通过保护电路后与外部话机连接。

2.根据权利要求1所述的板卡，其特征在于：可编程器件FPGA内部，包括话音处理模块、呼叫处理模块、提示音处理模块、信令处理模块、路由处理模块、监控模块和开销处理模块，呼叫处理模块分别连接话音处理模块、提示音处理模块和信令处理模块，监控模块分别连接话音处理模块、呼叫处理模块、提示音处理模块、信令处理模块和路由处理模块，话音处理模块还分别连接提示音处理模块、路由处理模块和开销处理模块，信令处理模块还分别连接提示音处理模块、路由处理模块和开销处理模块；话音厚膜电路分别连接话音处理模块和呼叫处理模块，DTMF收发器连接呼叫处理模块，驱动电路分别连接监控模块和开销处理模块。

3.根据权利要求2所述的板卡，其特征在于：呼叫处理模块包括拨号控制模块和与其连接的号码译码模块、延时判断模块；拨号控制模块分别连接话音处理模块、提示音处理模块、信令处理模块和监控模块；DTMF收发器连接号码译码模块，话音厚膜电路连接拨号控制模块。

4.根据权利要求2所述的板卡，其特征在于：话音处理模块包括话音控制模块和与其上行连接的片内RAM1、话音上开销模块，与其下行连接的片内RAM2、话音下开销模块；话音控制模块分别连接呼叫处理模块、提示音处理模块、路由处理模块和监控模块；话音上开销模块与话音下开销模块均连接开销处理模块；话音厚膜电路连接话音控制模块。

5.根据权利要求2所述的板卡，其特征在于：提示音处理模块包括提示音控制模块以及与其连接的提示音产生模块、延时判断模块；提示音控制模块与延时判断模块均连接监控模块，提示音控制模块连接呼叫处理模块和信令处理模块，提示音产生模块连接话音处理模块。

6.根据权利要求2所述的板卡，其特征在于：信令处理模块包括信令发送模块和通过开销处理模块连接的通道解析模块及其后连接的信令控制模块；呼叫处理模块连接信令发送模块，信令控制模块分别连接路由处理模块、提示音处理模块和监控模块。

7.根据权利要求2或6所述的板卡，其特征在于：信令控制模块采用状态机设计。

8.根据权利要求2所述的板卡，其特征在于：路由处理模块包括最小发送路由解析模块和通过开销处理模块连接的最小接收路由解析模块；最小发送路由解析模块和最小接收路由解析模块均连接监控模块和话音处理模块，最小发送路由解析模块连接信令处理模块。

9.根据权利要求1所述的板卡，其特征在于：驱动电路包含开销总线以及访问总线，开销总线包含8路SDH的STM-N开销信号，访问总线接口模式包括spi接口、intel接口和moto接口。

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