基于M28945和M28927的G.SHDSL传输设备的设计

SHDSL(single-pair high-speed digital subscriber line) 是单线对高比特率数字用户线，国际电信联盟(ITU)的ITU-TG991.2标准完整地规范了这项技术。它的主要特点有：可在单线对、混合线径、双绞线上全双工高速对称地传送数据，采用TC-PAM)trellis code-pulse amplitudemodulation)编码方式，传输容量可在192kbit／s至2312kbit／s范围内变化，支持8kbit／s步长变化，改进了频谱兼容性，允许与其他DSL一起共缆部署，并做到干扰少。

基本的SHDSL线路传输系统由局端收发器STU-C和远端收发器STU-R组成。通常，局端STU-C集中放置并提供网络侧上行接口形成局端接入复用器DSLAM设备。而根据系统所采用传送模式的不同，DSLAM设备提供的上行接口要求应有所不同。对于TDM传送系统，DSLAM设备通常采用TDM-E1-G.703电接口，远端STU-R和用户侧数据接口构成了用户端CPE设备。同样根据系统所采用传送模式的不同，CPE设备提供的用户侧数据接口也有所不同。对于TDM传送系统，CPE设备通常提供E1-G.703(或V.35)接口。本文设计的SHDSL线路传输设备提供E1接口与CPE设备相连。

M28945、M28927是美国敏迅(Mindspeed)公司开发的芯片组，支持G.SHDSL、HDSL、HDSL2及IDSL标准；同时，支持PCM和ATM传输接口。本文介绍该芯片组的性能、结构特点，及基于该芯片组的带E1接口的G.SHDSL设备软硬件设计方案。

M28945、M28927芯片组支持一套完整的API命令集，并有预激活、时钟模式、多速率应用、性能监测、诊断和测试模式、处理器通信等多项功能。M28945内部集成8051内核，使用API命令与主机进行通信，大大简化了用户软件的开发过程。芯片组功能模块如所示。M28945为DSL成帧芯片，M28927为AFE(模拟前端)芯片。

M28945由以下三大功能模块组成：DSL成帧器模块、采用16TC-PAM构DSP模块以及8051微处理器内核。DSL成帧器是一个高性能的比特流处理引擎，支持G.SHDSL、HDSL、HDSL2等DSL成帧模式。通过PCM接口将原始速率的T1／E1成帧和非成帧模式信号作经过有效载荷比特的插入和提取、数据的加扰处理、比特填充等操作，输出相应的DSL帧数据流。DSP模块主要完成数据的编／解码，产生发送端码元定时和恢复提取接收端码元定时、线路均衡、回波抵消、根据对线路功率衰减的探测，调整发送功率电平等。它接收来自AFE的串行数据和比特泵发送的经过预编码的符号，同时将这些符号送到回波抵消器(EC)，然后由回波抵消器对回波响应进行评估，从AFE发来的信号中减去回波响应。同时，回波处理后的信号再通过前馈均衡和判决反馈均衡，由格栅编码调制译码器恢复出信息比特。M28945芯片内嵌有8051微处理器内核、256B直接和间接访问RAM，2kB不可编程ROM，内部为系统初始化的启动代码。外部CPU通过主机口或RS232接口将API底层操作码至M28945内部RAM，并通过API消息对系统进行配置和状态信息读取。为简化系统外围走线，本方案CPU通过RS232接口配置M28945。

M28927为系统模拟前端芯片，主要完成数字信号与SHDSL信号的转换，即D／A和A／D变换、信号滤波、增益控制和线路驱动。数字接口同M28945相连，与DSP芯片进行数字通信；模拟接口通过外围线路驱动反馈电阻、阻抗匹配电阻、平衡混合电路、变压器和保护电路与双绞线相连。

系统架构如所示，在基于M28945、M28927芯片组的基础上，方案选用了Philips公司32位ARM7处理器LPC2124作为外部主处理器，负责整个系统的协调控制；使用DALLAS公司的专用E1收发芯片DS2153Q来实现E1信号的收发功能。首先通过配置DS2153Q专用E1芯片，使其与M28945进行通信；然后，通过将API底层操作码加载到
M28945，再对M28945进行配置，从而完成E1信号在双绞线上的传输。此外，为了保证信号的传输距离，还应该考虑线路变压器的选择以及混合平衡电路的布线设计。

LPC2124是基于一个支持实时仿真和跟踪的16／32位ARM7TDMI-STM CPU的微控制器，128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在时钟速率下运行；对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumh模式将代码规模降低30％以上，而性能的损失却很小。内置16kB静态RAM，并带有256kB嵌入的高速闪存，M28945的API底层操作码可以直接存放在片内闪存中，无需外接闪存单元，减少了外围器件连接。片内Boot装载程序实现在系统编程(ISP)和在应用中编程(IAP)。嵌入式跟踪宏单元(ETM)支持对执行代码进行无干扰的高速实时跟踪。并且通过片内的PLL可以实现为60MHz的CPU操作频率。

DS2153Q是DALLAS公司生产的E1收发器，能完成E1 PCM30／ISDN-PRI收发器功能，可自动产生告警信息，记录双极编码错、帧定位错、CRC4码错。线路接口符合ITU-T
G.703、G.704、G.706、G.823及ETSI300011和300233标准。

DS2153Q内部结构分为两大部分：E1线路接口和E1成帧器。线路接口完成时钟提取和脉冲形成，成帧器完成帧定界、信令提取和插入、HDB3编译码、同步等功能。接收的线路信号先经过滤波、峰值检测及时钟和数据恢复，再送往成帧器，进行HDB3解码、同步、告警检测、帧定界和信令提取，缓冲后的串行数据送入网络。发送时，网络输出信号经缓冲存储后送到成帧器发送部分，在这里插入TS0、E-bit、sa位、TS16信令、空闲码、生成CRC4(可选)，组成，PCM群帧，经HDB3编码、线路驱动后送线路发送。此外DS2153Q能提供帧失步、复帧失步、信号丢失、远端帧失步和复帧失步、滑码等告警指示，还能实现远端、本地、成帧器回环。

由于LPC2124自身没有数据地址总线，所以采用IO口模拟读写控制总线的方式对DS2153Q进行配置，模拟总线接口连接如所示。P0口的P0.16～P0.23管脚模拟地址数据总线，P0.10～P0.13管脚模拟控制信号。

为了保证良好的传输距离，平衡混合电路的设计及线路变压器的选取都极为关键。混合电路的PCB布线采用类似差分线的布线规则，电阻的允许误差控制在±1％以内，电容控制在±5％以内。变压器采用Midcom公司生产的EP13型变压器Midcom50722，该变压器适中的Lp值使其具有良好的滤波特性，且工作频率范围较宽，信号通过后能保持较高的信噪比。

系统的软件没计包括对DS2153Q、M28945的初始化和配置及系统状态监测两部分。系统软件流程如所示。

系统上电后，等待电源电压稳定后，通过模拟总线初始化并配置DS2153Q，使其工作于透明传输状态，此时须注意在模拟总线进行数据通信时，LPC2124关闭所有中断。

M28945芯片组的初始化工作是由已经写在其内部ROM的启动码来完成的。当系统上电时，启动码启动，完成芯片的初始化，同时准备接收CPU发送的底层操作码。数据发送接收要严格按照API消息格式进行，否则视为无效数据流，API消息格式如表1和表2所示。

成功操作码后，依旧使用API消息进行配置，M28945的内部寄存器配置决定系统的接口方式、传输速率、时钟模式等。具体配置过程如表3所示。

系统配置完成后，CPU定时轮询M28945及DS2153Q的内部状态寄存器及监测外部配置开关的状态，并且使用指示灯指示当前的工作状态及告警。根据本设备在3.5km双绞线上传输时线路信号的频谱分析示意图显示频谱特性完全符合ITU-TG991.2规定的标准。

本文设计的E1信号G.SHDSL传输设备，可在一对双绞线上实现对称的、全双工2.048Mbit／s的速率传输信号，传输距离可达3.5km。它既能满足中小型企业的需求，尤其适合上行带宽要求高的应用，比如视频会议，又可以面向SDH，PDH传送网直接提供E1速率专线用户的透明传输通道。可广泛适用于金融、电信、教育、证券、事业、企业等单位接入网的构建。

  

参考文献:

[1]. HDSL2 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/HDSL2_1521963.html.
[2]. ROM datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/ROM_1188413.html.
[3]. RS232 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/RS232_585128.html.
[4]. LPC2124 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/LPC2124_844644.html.
[5]. DS2153Q datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/DS2153Q_266909.html.
[6]. PCB datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/PCB_1201640.html.
[7]. EP13 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/EP13_2343083.html.