论文题目: 基于FPGA的甚短距离高速并行光传输系统研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 通信与信息系统
作者: 贺传峰
导师: 戴居丰,毛陆虹
关键词: 甚短距离传输,转换器集成电路,万兆以太网,同步数字序列,现场可编程门阵列
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 甚短距离传输(VSR)是一种用于短距离(约300 m~600m)内进行数据传输的光传输技术。它主要应用于网络中的交换机、核心路由器(CR)、光交叉连接设备(OXC)、分插复用器(ADM)和波分复用(WDM)终端等不同层次设备之间的互连,具有构建方便、性能稳定和成本低等优点,是光通信技术发展的一个全新领域,逐渐成为国际通用的标准技术,成为全光网的一个重要组成部分。本文深入研究了VSR并行光传输系统,完成了VSR技术的核心部分——转换器子系统的设计与实现,使用现场可编程阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)来完成转换器电路的设计和功能实现。深入研究现有VSR4-1.0和VSR4-3.0两种并行传输标准,在其技术原理的基础上,提出新的VSR并行方案,提高了多模光纤带的信道利用率,充分利用系统总吞吐量大的优势,为将来向更高速率升级提供了依据。根据万兆以太网的技术特点和传输要求,提出并设计了用VSR技术实现局域和广域万兆以太网在较短距离上的高速互连的系统方案,成功地将VSR技术移植到万兆以太网上,实现低成本、构建方便和性能稳定的高速短距离传输。本文所有的设计均在Altera Stratix GX系列FPGA的EP1SGX25F1020C7上实现,采用Altera的Quartus II开发工具和Verilog HDL硬件描述语言完成了VSR4-1.0转换器集成电路和万兆以太网的SERDES的设计和仿真,并给出了各模块的电路结构和仿真结果。仿真的结果表明,所有的设计均能正确的实现各自的功能,完全能够满足10Gb/s高速并行传输系统的要求。
论文目录:
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 甚短距离传输（VSR）技术概述
1.2.1 VSR的定义和标准
1.2.2 VSR在网络体系中的位置
1.2.3 VSR技术的研究现状
1.3 本论文的主要工作
第二章 FPGA与电子设计自动化技术
2.1 FPGA简介
2.2 Altera FPGA的结构和原理
2.2.1 Stratix GX系列FPGA的结构
2.2.2 逻辑单元（LE）
2.2.3 逻辑阵列块（LAB）
2.2.4 时钟网络和锁相环
2.2.5 Stratix GX中的存储器
2.2.6 输入输出单元（IOE）
2.3 FPGA设计流程
2.3.1 设计输入
2.3.2 设计综合
2.3.3 仿真验证
2.3.4 设计实现
2.3.5 时序分析
2.3.6 下载验证
2.4 基于多种EDA工具的FPGA设计
2.5 硬件描述语言（HDL）
2.5.1 HDL简介
2.5.2 Verilog HDL设计方法
2.5.3 Verilog HDL的可综合性
第三章 甚短距离光传输系统
3.1 OIF-VSR的接口分类
3.2 VSR4 系列标准和功能结构
3.2.1 VSR4-1.0 标准
3.2.2 VSR4-2.0 标准
3.2.3 VSR4-3.0 标准
3.2.4 VSR4-4.0 标准
3.2.5 VSR4-5.0 标准
3.3 VSR4-1.0 标准的功能实现
3.3.1 SDH/SONET的速率等级和帧结构
3.3.2 VSR4-1.0 标准的功能实现
3.3.2.1 发射部分
3.3.2.2 接收部分
第四章 VSR转换器子系统的设计
4.1 VSR转换器发射部分设计
4.1.1 串并转换、16/10 映射模块
4.1.2 帧去斜移模块
4.1.3 保护和检错通道产生模块
4.1.4 8B/10B编码和帧定界符插入模块
4.1.5 Transceiver模块
4.2 VSR转换器接收部分设计
4.2.1 VSR帧同步模块
4.2.1.1 帧同步系统性能
4.2.1.1.1 虚漏概率和虚警概率
4.2.1.1.2 帧同步搜捕方法
4.2.1.1.3 同步保护和搜捕校验
4.2.1.1.4 帧同步系统性能参数
4.2.1.1.5 VSR帧同步系统参数选择
4.2.1.2 帧同步系统设计
4.2.1.2.1 单通道帧同步系统设计
4.2.1.2.2 十二通道帧同步系统设计
4.2.2 8B/10B解码和帧定界符去除模块
4.2.3 通道去斜移模块
4.2.4 检错纠错模块
4.2.5 并串转换、10/16 映射模块
4.3 VSR4-1.0 系统硬件实现方案
4.4 FPGA设计中需要注意的一些问题
4.4.1 建立时间和保持时间
4.4.2 数字电路设计中的毛刺
4.4.3 时钟
4.4.4 同步系统的工作速度
4.4.5 有限状态机的设计
4.4.6 可综合设计
第五章 并行VSR传输方案研究及单系统多方案配置
5.1 VSR4-1.0 并行传输方案研究
5.2 VSR4-3.0 并行传输方案研究
5.2.1 VSR4-3.0 标准简介
5.2.2 VSR4-3.0 转换器子系统设计
5.3 6 路并行VSR传输方案
5.4 多传输方案的FPGA配置
第六章 用VSR技术实现万兆以太网物理层的研究
6.1 万兆以太网
6.1.1 万兆以太网协议简介
6.1.2 万兆以太网的应用领域
6.1.3 万兆以太网的功能结构
6.1.4 万兆以太网的分层结构
6.2 万兆以太网物理层的VSR实现
6.2.1 局域万兆以太网的物理层实现
6.2.2 广域万兆以太网的物理层实现
6.3 万兆以太网系统硬件实现方案
6.3.1 局域万兆以太网系统硬件实现方案
6.3.2 广域万兆以太网系统硬件实现方案
结束语
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢
发布时间: 2007-07-10
参考文献
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