CN1290087A - 宽带用户板与窄带用户板的混插装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种宽带ADSL和窄带用户板混插的装置,通过在ATUC板和WAN板上提供相应的LVDS收发器和板上连接器,高速宽带ADSL数据通过背板外LVDS走线方式,可以在普通窄带话音交换机或接入网光网络单元ONU的机框上,方便地实现宽带ADSL与普通模拟用户板之间的混插,这种方法不需要对窄带话音POTS的背板和机框作任何改动,即可实现窄带到宽带的平滑过渡,对已有窄带设备可提供随时升级为宽带数据接入功能的方法及设备。

Description

宽带用户板与窄带用户板的混插装置

本发明涉及电信通讯领域，尤其是涉及程控交换机的用户单元或接入网远端用户接入单元的电信通讯设备的设计。

现有通讯设备在解决宽带非对称数字用户线ADSL用户板与窄带用户板混插时，一般采用背板板内总线复用方式，在统一机框内实现高速宽带数据用户单元ADSL(Asymmeritic Digital subscriber Line)和窄带模拟话音POTS(PlainOrdinary Telephone Service)的用户板的混插。背板内部分为高速总线和低速话音总线。如美国朗讯公司的AnyMedium宽带窄带一体化方案和诺基亚宽带窄带一体化解决方案，都属于通过在背板内高速走线方式来实现高速宽带数据用户单元ADSL和普通模拟用户板的混插。

这种方案的缺点在于：

1)由于内部高速数据总线走线和话音低速PCM(Pulse CodeModulation)总线走线同时采用背板上走线，由此造成背板上的连接线数量较多；同时高速与低速走线混合，而需要增加背板的布线层数从而造成线路的成本(主要指PCB，其布板一般要求至少4层以上)提高。对于无宽带数据ADSL业务要求的接入网光网络用户单元ONU或交换机用户单元来说，会造成系统成本的提高。例如对于384线普通模拟用户的成本，由于系统需要兼容宽带业务ADSL业务，平均每户成本需要提高2-3元人民币，这无疑是对资源的浪费。

2)对于已经安装运行的设备，当需要提供宽带ADSL接入时，必须更换原先的背板，施工和安装成本较大，设备升级改造费用高，不便于窄带系统平滑向宽带系统过渡。

此外，美国朗讯公司专利US 5，991，140，Technique for effectively re-arrangingcircuitry to realize a communications service，提供了一种对于ADSL宽带用户和窄带PSTN在用户馈线段(即在交换机的内线通过一级线路保护和配线架与ADSL的高速数据线的连接)连接的方法。该发明内容属于在通过用户线与ADSL用户线有效连接的专利方法，并不涉及用户单元背板的改进和ADSL与POTS电话用户混插的内容。

本发明的目的就是提供一种宽带用户板与窄带用户板的混插装置，利用低压差分串行总线LVDS(Low Voltage Differential Signal)，可以在普通窄带话音交换机或接入网光网络用户单元ONU的机框上，方便地实现宽带ADSL与普通模拟用户板之间的混插。不需要对窄带话音POTS的背板和机框作任何改动，即可实现窄带到宽带的平滑过渡。

本发明提供了一种宽带用户板与窄带用户板的混插装置，其特征在于在局端宽带用户ATUC板和广域网WAN板上分别增加：

LVDS收发器，用来发送和接收高速LVDS数据；

物理连接器，用来连接板上高速信号和板外LVDS高速总线，实现高速总线从单板到板外的连接；

高速宽带ADSL数据通过背板外LVDS走线方式，实现ATUC板与WAN板之间的高速总线连接，并通过WAN板与宽带数据网连接。

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1是一个典型的LVDS接口结构图

图2是附加信元头比特的ATM信元结构图

图3是通常窄带与宽带混插ATUC板和WAN板及背板设计图

图4是本发明提供的WAN板和ATUC板及背板设计图

图5是LVDS利用双绞线实现背板外高速走线连接示意图

图6是ADSL与ONU的用户电路混插原理图。

图7是ADSL与SLC混插的DSLAM的板位图

图8是DSLAM信号连接图

本发明利用低压差分串行总线LVDS，能够将高速的宽带的数据总线脱离背板，直接通过每块ADSL的板的外部高速连线连接至宽带复用集中接口板上。

下面简单介绍一下低压差分串行总线LVDS。

本发明所使用的LVDS接口一般为热交换适配口，连接和松开LVDS电缆都不会导致系统侧不可控制的数据混乱，在高速接收侧LVDS的发送单元(PM7350)和接收单元(PM7351))能够丢弃无效的信元，信元混乱可以从LOS(信号丢失Lose of Signal)告警灯显示出来。在ADSL的局端系统DSLAM(DigitalSubscriber Line Access Multiplexer)的设计中，可以利用加拿大PMC-Sierra公司提供的用于DSLAM的芯片之间的低压差分串行数据接口，在板间采用普通4芯无屏蔽的双绞线实现最高200Mbps高速数据接口，传输最大距离可达10m。该技术通常纯粹用于ADSL的DSLAM的接入方案中，目前，尚没有人采用该技术用于窄带与宽带混合接入的方案中。

LVDS接口为DSLAM的应用提供了很大的灵活性。它是一个速度可达200Mbps(Bit Per Second)的高速串行通讯连接口，具有400mV的信号摆幅和1．2V的偏移电压；与之相比，ECL和PECL信号具有800mV的信号摆幅并且相对更加依赖于电源电压。图1是一个典型的LVDS接口，每一对差分连接是一个点到点连接，包括驱动部分，线路部分和接收部分。Voa和Vob是一对差分输出信号，信号参考点为A和B，在通过线路部份后，差分信号到达A’和B’点，在接收端需要经过线路匹配阻抗100欧姆的电阻终结，从而在接收端形成Via和Vib输入电压信号。Vgpd表示差分信号允许的对地潜在差分电压。IEEEP1596．3-1995规定了两种LVDS的技术规范：通用链路和短距离链路，二者的不同点即在于Vgpd在通用链路中为925mV，在短距离链路中为50mV。在本发明中，由于采用背板外走线，需要采用通用链路的标准。

串行LVDS连接载送带有附加信元头比特的ATM信元，其结构如图2所示。在数据结构中，固定的前3个字节Byte为系统预留，其中第一个字节定义上下行数据流的控制信息，第2个字节定义了用于ADSL接入的不同的物理表示号PHYID，第3个字节表示LVDS的时钟信号和操作维护信号，用户定义字节可选用1或2个字节，用户数据包头4-6个字节和头校验序列HCS，然后为48字节的ATM负荷字节。在LVDS的发送单元和接收单元把系统附加的4字节Byte信元头以及头1检测序列字节Byte放在LVDS发送方向的数据结构中；在接收侧，高速信元被剥去附加字节Byte，剩下的结构数据继续透明传输。高速发送数据从最高位起串行化处理。发送侧插入正确的8位循环冗余校验码保护HCS的字节Byte中异步传输模式ATM信元头和附加的字节byte；错误的信元被统计并扔掉。接收侧利用HCS的byte决定信元定界，不能建立信元调整时，导致信元定界警告。

ADSL的局端设备由DSLAM与384ONU系统结合组成，可实现局端宽带用户板ATUC与SLC、DLC的混插。在目前采用的宽带与窄带混插方案中，ATUC板、WAN板及背板的设计如图3所示，采用的是背板上走类似高速ATM的信元总线Cell Bus板上走线方式。此时ATUC板200对于从ADSL的双绞线线路获得的信号首先经过混合电路206，混合电路206分离ADSL的上行和下行数据，对于上行数据提供低通滤波，对于上行数据采用高通滤波方式。同时，混合电路206通过集电极耦合方式完成数据的双工传送。然后经过对应的接收(RX)和发送(TX)的线路驱动电路205，提供发送数据的经过线路运放的信号及ADSL的模拟前端的接收信号。模拟前端204完成系统必须的高速A／D和D／A转换。接收的数据在ADSL的数字信号处理部份DSP 203(digital SignalProcessing)进行ADSL的离散多音调制和解调DMT(Discrete Multi ToneModulation)，然后数据流通过ATM的物理层接口Utopia 2复接形成宽带的高速数据ATM总线，通常情况下采用类似于ATM信元宽带总线Cell Bus(X)总线复接方式。这种总线方式下，所有高速数据总线必须在背板300上布线，因此系统已有的窄带模拟接入或交换机POTS电话用户，如果要实现宽带用户升级或混插时必须更改已有系统的背板，由于背板具有大量宽带高速数据总线和窄带PCM总线，使得布板在普通2层PCB上已经不可能，必须采用至少4层PCB布板技术，大大增加系统的成本。这种方式可以应用于完全纯粹的ADSL中。但在需要ADSL和普通窄带模拟用户板混插的系统中，就不太合适。

本发明所提供的一种宽带ADSL与窄带用户板的混插装置，将LVDS的收发器和物理连接器置于ATUC板200和WAN板100上，利用LVDS低压差分串行总线方式实现宽带ADSL板与窄带模拟用户板的混插。从而解决了普通背板难以走高速总线和在已有窄带通信设备如交换机和接入网设备中平滑过渡升级为宽带ADSL接入用户单元的问题。本发明提供的WAN板和ATUC板及背板的设计如图4所示。改进的ATUC和WAN板都增加相应的LVDS的收发器110、210，这样，在ATUC板200出来的宽带高速数据总线(Z)可以直接通过ATUC板200的后走线(图4所示为后走线方式)或前走线方式(只需调整电路PCB布板设计时相应的LVDS的收发器及物理连接器的器件布放位置，即可在ATUC板的前面板走线)连接到WAN板100，再通过LVDS总线处理器104、ATM层处理102及广域网接口103连接到宽带数据网。普通的话音总线走线仍然通过常规的话音PCM高速总线HW(Y)在背板300上接入外围中继处理单元PT板400实现话音64Kb／s链路的连接和交换。改进的WAN板需要增加一定数量的LVDS的收发器110和100欧姆匹配阻抗电路140及物理连接器120，如选用12路收发器、100欧姆匹配阻抗电路和物理连接器。在WAN板100的设计中，具有相对独立性，只需要在10m双绞线连接可达的物理区域内即可。

改进的ATUC板200和WAN板100的LVDS的总线之间包括物理连接器的连接参照图5所示的LVDS的具体连接图。如图5所示，ATUC板200的收发器为210，其中211为TX发送端口，212为RX接收端口；WAN板100的收发器为110，其中111为TX发送端口，112为RX接收端口。高速的宽带ADSL数据流通过LVDS的数据成帧器(可采用PMC7350)形成高速LVDS数据，最高速率可达200Mbps，首先通过LVDS的线路驱动，通过LVDS相应的收发器端口211、212，通过板上跳线区230，接至符合IEEE1394标准的位于ATUC板的6芯板上连接器220的插座3’和插座4’，然后通过超5类无屏蔽双绞线UTP5(Z)在板外，接至上述的1U结构的WAN板的符合IEEE1394的6芯板上连接器120的插座5和插座6上，通过跳线区130接至LVDS相应的收发器端口111、112，最后连接至WAN板100的LVDS的数据成帧器(PM7351)上，由此实现高速数据总线的板外高速走线。相应的，WAN板100的插座3和ATUC板200的插座5’，WAN板的插座4和ATUC的插座6’对应WAN板100的LVDS的发送的两条低压差分总线的连接。在IEEE1394标准的插座上的插座1(或1’)和2(或2’)，作为板间电源供电的一种可选方式，可以在板间提供冗余备份的供电，该板提供48V电源供电，其中插座1(或1’)作为电源输入端或接收端，ATUC板的插座1’和WAN的插座1互联，ATUC的插座2’和WAN的插座2作为LVDS系统连接的公共屏蔽地GND，二者连接，作为板间系统的公共地。

具体的实现中，系统联线方式可以采用前走线或后走线两种方式。前走线：即通过ATUC板200对应面板上的高密度插座引出双绞线，利用LVDS信号在双绞线上传送到广域网WAN板100上的对应LVDS高速串行总线信号接口。

后走线：即通过ATUC板200对应背板上的高密度LVDS插座引出双绞线，然后再利用LVDS信号在双绞线上而不是在背板上的传送实现高速数据总线在背板外走线的方式实现，在ATUC200的后面板位上连接LVDS的双绞线从而接至WAN板100的相应的LVDS的收发器110上。

图6示出了ADSL与ONU的用户电路混插原理图。话音SLC与窄带业务如DDN通过窄带的PCM HW(High Way)总线通过各板相应的96芯插座连接至背板，在板内采用板内走线方式，连接至外围处理中继PT板的96芯背板插座上，然后PCM信号经由背板插座连接至PT板，完成低速信号的交换和接续工作，所有的窄带PCM HW总线走向为：窄带用户板-96芯插座-背板-96芯插座-PT板，背板作为板间总线信号的连接枢纽。在宽带数据用户接入ADSL单元中，基于ATM(Asynchronous Transform Mode)或IP(Internet Protocol)的高速信号通过ATUC板的复用后形成的宽带高速数据总线，利用上述LVDS信号线的差分信号驱动总线，将宽带高速数据总线信号通过符合IEEE1394物理标准的连接，直接从ATUC板的高密度插座引出，连接至4根LVDS的电缆上，其中收发信号各为2根差分信号。宽带高速数据总线不是通过通常的高速背板连接板间信号方式，而是采用在背板外高速LVDS的走线方式，实现在宽带ADSL的接入中ATUC板与WAN板的板间高速总线连接，同样的，在WAN板上相应的LVDS的收发器电路，将需要接入的ATUC板的信号通过板外物理电缆接至WAN板的对应收发端口上。由此实现的所有宽带高速总线的走线为：宽带数据用户板(ATUC)-LVDS收发器-4芯LVDS双绞线-LVDS收发器-WAN板。

WAN板根据宽带用户接入的需要，可对ADSL的ATUC端提供4×12=48路LVDS高速串行接口，对广域宽带的网络节点接口上NNI(Network NetworkInterface)提供ATM信元的高速复接至155M、34M或8E1或4E1的高速骨干数据网的接口。WAN板独立于用户单元采用1U(1U的长度单位=44．54mm)插箱结构。图7示出了ADSL与SLC混插的DSLAM的板位关系，图8示出了DSLAM信号连接关系。参照图7和图8示出的DSLAM的板位插图和机框间的联线，就可以实现ADSL的局端宽带用户板ATUC和光纤接入网ONU(Optical NetworkUnit)的普通窄带用户SLC混插。在图7中，ATUC／SLC表示在此插板位置，即可以插入普通电话SLC板，也可更换为宽带的ADSL的用户板。利用该发明设计实现的窄带宽带一体化或平滑过渡无需更改系统的背板和以前的窄带走线。这在实际的应用安装过程中可以降低大量的安装和升级费用，减少额外施工的大量费用。在该系统中，系统采用19英寸标准机架结构，每个窄带和宽带的用户单元为6U，每个单元17个槽位，其中，电源POWER占用2个槽位(1-2)，外围中继处理单元PT占用2个槽位(9-10)，用户线112测试板占用一个槽位(17)，其他12个槽位均可用于窄带或宽带用户的接入(3-8，11-16)，系统可以灵活配置，具有接入宽带窄带一体的功能。

上述LVDS总线的板外连接方式，只需在标准机架内再增加新设计1U的插箱WAN板，即可在原先设备不作很大变化时方便地在原先系统的背板插板处接插高速用户单元ATUC板，实现ADSL宽带接入系统的接入。在ATUC板解决了高速走线问题后，其余的电源线和必要的操作维护线，可采用背板解决或通过LVDS的电缆接口把多余的电缆连接至WAN板来解决，由此可以实现SLC、DLC、ATUC、DDN的SDM板位混插。

本发明采用的ATUC板的接口提供LVDS高速串行差分信号接口，该信号速率为200M高速信号，该接口电路采用PMC的复接接口芯片PMC7350／DUPLEX，ADSL套片采用直接出ATM的UTOPIA L2(ATM物理层接口标准)的芯片，所有G．lite(不带分离器的不对称数字用户线)和G．DMT(带分离器的不对称数字用户线)的控制软件均固化在芯片内部的只读存储器ROM(Read Only Memory)，对外部提供控制管理总线(CTRL BUS)接口。

WAN板提供同广域宽带数据网的网络侧的接口，通过背板高速LVDS总线完成48路ADSL(G．DMT)或192路ADSL(G．lite)的复用。WAN板包括三种类型：WAN1、IAM1及IAM2。

WAN1：在WAN1板上采用LVDS的物理和线路驱动接口，可提供48路LVDS的ATUC板的宽带高速信号总线的背板外复接功能，在本板采用LVDS的驱动接收电路PMC7351和用于前端的变压器耦合电路，同时在WAN板和ATUC板的任何点对点的连接上提供100欧姆的线路终端匹配阻抗。提供155M的基于ATM信元的STM-1的物理光接口。光收发接口在机架前端出接口，光环路保护参照ITU 155．52Mbit／s光接口(STM1)G．957和邮电部部颁GB／T15941-1995技术标准。

IAM1板提供34M E3的接口。

IAM2板提供8×2M和4×2M板IAM的接口。

WAN板(包括WAN1、IAM1和IAM2)均提供RS232串口与ONU的集中外围处理单元板PT板连接，实现对ADSL系统的集中维护管理。ATUC和WAN板间采用RS232总线轮循令牌环通信方式。在ATUC板和WAN板上均有CPU101、201和LVDS的收发器和总线复接器提供接口信号，通过CPU可以配置各个LVDS的速率和监控LVDS系统的工作状态，一旦LVDS信号丢失或失步，都会通过CPU点亮相应的告警灯或者采用自动闭塞链路的方式终止该LVDS链路的通信。

对于本发明所采用LVDS的高速外部总线，由于系统连接和连接LVDS电缆而导致损坏的主要原因是过大的地环路电压及过大的共模噪声，主要是来自于交流AC电源的50Hz及其谐波频率。机架之间地电位的不同构成一个压差，在雷击时可能达到10倍甚至更高的电压差，这个电压容易导致数据混乱。这一问题可以通过使用LVDS技术中的物理接口采用高速脉冲变压器来解决。另外，LVDS物理接口可使用串联电容抑制50Hz共模噪声干扰。LVDS数据用扰码的方式避免了可能产生基本线路抖动的长连0或长连1的情况。

本发明提供的技术方案，兼容普通话音和高速数据业务于一体。极大的降低系统的成本，系统由普通的窄带接入升级为宽带接入无需额外的更换背板，大大提高了系统的组网灵活性和弹性化。

采用本发明，可以在通常窄带的话音POTS(Plain Ordinary Telephone Service)的设备上，平滑提供宽带数据业务，特别适用于高速数字用户环路XDSL(xSerials Digital Subscriber Line)系统与普通模拟POTS用户板或ISDN(IntegratedService Digital Network)的用户板的混插。无需对现有系统的背板或接插件作任何修改，可同时兼顾设备购买方已有的投资利益。ADSL中除了电源板PWR(POWER)和外围处理中继单元PT(Periphery Processing Trunk)之外的板位，都可以实现宽带与窄带用户的混插。同时，无需改动目前已有设备的背板总线和接插件，对于384线的用户可以大大降低成本。

本发明与板内总线方式相比：在成本方面，不会因为增加ADSL的用户而造成整个系统的额外成本上升；在现场安装施工方面，减少高速用户对低速用户的干扰，便于安装。该发明适用于接入网和交换机的设备升级改造，对于已有窄带设备可提供随时升级为宽带数据接入功能的多功能设备，因此具有极好的市场前景。

Claims (5)

1、一种宽带用户板与窄带用户板的混插装置，其特征在于在局端宽带用户ATUC板(200)和广域网WAN板(100)上分别增加：

LVDS收发器(210)、(110)，用来发送和接收高速LVDS数据；

物理连接器(220)、(120)，用来连接板上高速信号和板外LVDS高速总线，实现高速总线从单板到板外的连接；

高速宽带ADSL数据通过背板外LVDS走线方式，实现ATUC板(200)与WAN板(100)之间的高速总线连接，并通过WAN板(100)与宽带数据网连接。

2、如权利要求1所述的宽带用户板与窄带用户板的混插装置，其特征在于所述的物理连接器(220)、(120)的连接关系如下：

高速的宽带ADSL数据流通过LVDS的数据成帧器形成高速LVDS数据首先通过LVDS的线路驱动，通过LVDS相应的收发器端口，通过板上跳线区(230)，接至ATUC板(200)的6芯板上连接器(220)的插座(3’)和插座(4’)上，然后通过超5类无屏蔽双绞线UTP5在板外，接至WAN板(100)的符合IEEE1394的6芯板上连接器(120)的插座(5)和插座(6)上，其中插座(3’)连接插座(5)，插座(4’)连接插座(6)，通过跳线区(130)接至LVDS相应的收发器端口，最后连接至WAN板的LVDS的数据成帧器；

WAN板(100)的插座(3)和ATUC板(200)的插座(5’)，WAN板的插座(4)和ATUC(200)的插座(6’)对应WAN板(100)的LVDS的发送的两条低压差分总线的连接；

ATUC板的插座(1’)和WAN的插座(1)连接，作为电源输入端或接收端；

ATUC板的插座(2’)和WAN的插座(2)连接，作为板间系统的公共屏蔽地。

3、如权利要求1或2所述的宽带用户板与窄带用户板的混插装置，其特征在于所述的背板外LVDS走线方式为前走线方式，即通过ATUC板(200)对应面板上的高密度LVDS插座和双绞线，利用LVDS信号在双绞线上传送到WAN板(100)上的对应LVDS高速串行总线信号接口。

4、如权利要求1或2所述的宽带用户板与窄带用户板的混插装置，其特征在于所述的背板外LVDS走线方式为后走线方式，即通过ATUC板(200)对应背板上的高密度LVDS插座引出双绞线，然后再利用LVDS信号在双绞线上而不是在背板(400)上的传送实现高速数据总线在背板外走线，在ATUC板(200)的后面板位上连接LVDS的双绞线从而接至WAN板(100)的相应的LVDS的收发器(110)上。

5、如权利要求1或2所述的宽带用户板与窄带用户板的混插装置，其特征在于所述的WAN板(100)采用1U的插箱结构。