SDH多业务接入设备的小型化技术

    摘要：本文针对SDH逐渐应用于通信网络末端和用户侧的多业务接入的发展趋势，分析了SDH技术应用边缘化带来的接入系统小型化需求，提出在SDH多业务接入设备研发中采用小型化设计，同时探讨了总体实现方案、多业务集成、系统结构与互连、上下业务接口的简化、元器件选型和降低设计功耗等方面所面临的问题及其对策，并以低端SDH多业务接入设备TOPaccess的设计为例，对小型化设计进行了具体阐述。

    要害词：SDH，接入网，多业务，小型化设计

    一．引言

    SDH在我国的应用已非常成熟，目前SDH技术正在向网络边缘和多业务接入层延伸，已成为光纤接入市场的一种发展趋势。SDH技术所具有的可靠性、灵活性、以及提供多业务接入能力的SDH/MSTP平台的推出使得网络运营商能够快速有效地满足用户多种业务接入需求，SDH的这种优势使其逐渐将自身应用拓展到接入网领域，其功能和接口也不断靠近最终用户。因此，SDH技术的应用边缘化对设备的体积、成本、可靠性等方面提出了新的要求，很多应用（如FTTB、FTTC、FTTH等）要求SDH接入设备尽可能小型化，它比传统SDH设备集成度高，外形小巧、，可以放在桌面、固定在墙壁或者放置于标准的机柜中。目前，业界许多设备开发商都在设法把SDH做小、做精，同时能满足更多业务的需求。

    二．小型化设计的特点

    电子产品小型化设计一般应遵循如下原则：在不影响功能的情况下，通过产品的小型化尽量节约资源的使用量，如采用小型器件、去除多余的功能；简化产品结构,提倡“简而美”的设计原则，如减少产品零部件数量等,采用模块化结构设计和易于拆卸的连结方式，并尽量减少紧固件数量；在保证产品耐用的基础上，赋予产品合理的使用寿命，同时考虑减少产品使用过程中的能量消耗等。因此，在具体设计时需要考虑产品设计面积、所采用的器件厚度、工作效率、系统散热、系统可靠性等因素。

    随着信息与电子技术的不断进步和芯片、制造工艺的不断成熟，小型化设计已经在消费类信息产品中获得广泛应用。如今，SDH技术的应用边缘化使得SDH接入设备在向提供多种业务和降低成本发展的同时，正逐步趋向小型化。

    三．SDH多业务接入设备的小型化设计

    在低端光传输和接入设备领域，PDH光端机和光猫等光纤传输与接入产品，由于在实现技术上相对比较简单，设备的业务容量也不大，很多设备厂商已经采用了小型化技术，以达到降低设备成本、降低功耗和减少体积，为运营商节省机架数、减少机房占地的目的。但是，SDH接入设备的映射、复接比较复杂，传统的方案需要一套集成电路芯片组来完成。例如，通过传统方案设计一套简单的双光口155MADM设备，目前很多厂家都选用诸如PMC的专用集成电路。最简单的设备也需要2片线路接口芯片，2片TUPP芯片，另外还需要专用时钟芯片以及适当的MAPPER芯片等。仅仅把这些集成电路排放在PCB上就要占很大的空间，还要加上光模块、上下2M电路口、网管接口等，设备体积往往做得比较大。

    然而，计算机和超大规模集成电路等技术的高速发展为SDH高度集成、高度灵活的实现提供了可能。近年来，我国政府加大了对软件和集成电路行业的扶持力度。与发达国家相比我国的集成电路业起步相对较晚，这一直是制约着我国SDH高速发展的主要瓶颈，同时也由于我们起步较晚就可以吸取国外的成功经验及教训，取长补短，这样我们就能够少走弯路，我们设计的产品在整体规划、集成度等许多方面都能较国外的产品都有较大的进步。目前，我国的集成电路企业发展十分迅速，一些厂家已经开始致力于高集成度专用集成电路在SDH接入设备领域的应用，推动了SDH接入设备的小型化技术发展，并做出了重要的贡献；还有一些设备制造商则采用低价位的FPGA现场可编程逻辑器件来实现简易的SDH接入设备。我们认为，当前我国城域光网络和接入网的市场前景看好，用于网络边缘的小型化SDH接入设备也将快速增长。因此，我们在新开发的TOPAccess低成本SDH多业务接入设备中采用了小型化设计理念，在满足多业务可灵活配置的前提下，尽可能缩小主板的尺寸和面积，力求产品设计方案简练、功能完善、功耗低、设备体积小，从而使得产品适用于通信网络边缘和末端接入层或用户侧的各种业务的接入和传输。

    1．采用简练的总体设计方案

    为了满足应用于网络边缘的SDH接入设备体积小巧的需要，拟定简练的实现方案对于减小体积和降低成本来说至关重要。设计中我们采用能实现所需功能、并提供完善性能的单芯片方案，主芯片完成复接、映射、线路接口和常用业务接口等所有主要功能，只要连接各种业务接口电路、治理CPU和电源等相关电路即可实现低端多业务SDH接入设备的各种功能。业务接口和光路接口采用模块化插槽形式与主系统连接，满足多业务可灵活配置的需要。这样使得PCB设计更为简单，线路板面积大大减小，功耗也得到降低，同时也因相关周边电路的减少而增强了系统稳定性，简化了生产过程，使设备的调试和维护更加方便。

    简练的单芯片方案示意图

    2．多样化业务高度集成，采用高密度互连构造及零组件重叠技术

    SDH接入设备的网络应用边缘化，要求设备具有多种业务的接入能力。随着因特网的发展和快速普及，城域网和接入网的业务呈现出多样化、宽带化的趋势，视频点播、数据中心互连、VPN以及电子商务等各种业务接踵而来，ip等数据业务逐渐成为发展最快的需求。因此，SDH接入设备的的发展趋势必须能同时支持传输基于TDM的话音业务及IP和以太网业务的接入，并不断融合ATM和交换功能等，构成以SDH为基础的多业务接入平台。多业务接入种类的增加与SDH设备小型化设计是一对矛盾体，小型化设计时我们采用了一种简易的业务接口自动识别方法，并充分利用引脚复用，使多样化业务高度集成，能适应多达8种不同业务接入的需要。业务接口电路采用零组件重叠技术，设备内部的高密度互连构造使得整体结构简洁、灵巧、实用。

    3．简化上下业务的接口电路

    SDH接入设备由于可以为用户提供较大的容量，上下的业务接口数量通常会比PDH设备多。由于采用的主芯片集成了主要业务接口功能，并内置了2M时钟平滑和再定时功能，因而设计上下业务的接口电路时就可以大大简化。例如电信网络中2M电路是目前提供业务的一种主要形式，传统的SDH设备通常需要采用LIU电路，而现在只需要设计简单的电气接口即可，使业务接口插板简单、小巧。

    4．印刷电路板高密度安装

    设计中采用小型贴片式元件，不仅能使SDH接入产品小型化，而且对实现设备整机装配的高度自动化大有帮助。

    5．降低设计功耗，改善散热

    尽可能采用低功耗芯片是实现SDH接入设备小型化的重要环节。设备的小型化意味着集成度提高，体积减小，内部空间有限和空气流通不畅，若元器件尤其是主芯片的功耗太高，那么要解决散热和保持静音都会比较困难，而选择较低功耗的主芯片和业务接口处理器件能较好地避免这些问题。设计中我们采用内核1.2V供电的SDH主芯片，业务接口电路如宽带IP接口亦选用业界功耗较低的快速以太网芯片来实现，使得设备的总功耗与普通PDH设备相当，大大简化了结构和散热设计，降低了设备装配和维修的复杂度。

    四．结束语

    我们通过合理的小型化设计，将具备多业务传送功能的接入层SDH设备TOPAccess设计成能灵活组网；接入业务可根据需要配置；功耗低，可适应多种供电条件；设备体积小、外形和结构能适应在用户端环境的安装条件，如机架、墙挂安装等方式。随着SDH光传输与接入设备逐渐向网络边缘和融合的多业务接入转型，低端SDH多业务接入产品市场需求呈增长趋势，设备小型化带来的生产效率提高，成本降低，功耗减小、加工质量稳定等优点，为成为高端PDH接入设备的最佳替代产品、和市场应用的快速发展奠定了基础。这类低成本SDH多业务接入设备的小型化设计为运营商在城域接入网大规模使用SDH技术提供了契机，具有良好的经济效益和社会效益。

    作者：卢玲杭州天元信息技术有限公司