10Gbps/40Gbps光纤通信技术研究与系统实现

目前,随着科技的迅猛发展,数字传输技术的不断提高,对数据传输通道的高带宽要求明显增加,光纤因为具有大数据量传输能力,良好的保密性等优点,使得光纤通信具有高信道容量的优势,被广泛应用于数据通信中。光电经纬仪正不断的朝着高速数字化的方向发展,高速、大面阵的数字相机和高速传感器开始使用,数据通信分系统是光电经纬仪的重要分系统,完成机上、机下高速数据的传输,但现有光纤通信系统数据传输能力有限,凸显矛盾。因此,研究高速光纤通信技术和系统实现也尤为重要。 本文结合经纬仪的数据传输的特点和需求,旨在提高其数据通讯系统的传输带宽,通过对数据链路传输协议和现有技术的研究之后,根据网络通信协议中网络接口层模型和协议规范,研究了10Gbps/40Gbps光纤通信技术,研究设计了8.5Gbps的光纤通信系统,将图像数据和伺服数据等附加信息,由一根光纤线路传输。系统最大可支持500帧、1280x1024分辨率、8x8bit输出的相机。根据输入输出数据要求,系统由full模式Camera Link接口完成相机和采集卡的数据采集和传输,以Altera公司Stratix IV GX系列FPGA为核心处理器,自定义数据传输协议,实现低速宽位数的接口数据到高速窄位数的高速收发器的数据传输,配置8.5Gbps的高速收发器,输出LVPECL高速差分信号,驱动SFP光收发模块实现光／电、电／光转换。 主要完成以下工作： 1.深入研究现有10Gbps/40Gbps高速数据传输系统的设计实例和实现方案,对各个传输协议和设计方案进行研究和比较,拟定8.5Gbps光纤传输系统实现方案,提出10Gbps/40Gbps光纤通信系统设计方案。 2.完成芯片选型,模块选择,硬件电路设计。包括FPGA最小系统(配置电路、时钟电路、复位电路)、电源供电电路、Camera Link接口电路、UART RS422电路和光模块参考电路。 3.分析各单元电路工作原理,根据系统数据流向,实现软件编程和调试。包括数据源(相机和串口)数据量和时序的研究、Camera Link接口三种模式配置、内部数据传输协议制定、串口附加信息到视频数据的融合传输和对高速Transceiver的配置仿真。