摘要：為了充分利用光信號的寬帶寬資源和提高信道利用率，完成線速率為2．5 Gb／s的多路信號高速傳輸，在FPCA上設計并實現(xiàn)了一種時分復用通信系統(tǒng)，并對其功能和性能進行了測試與驗證。為了克服普通FPGA傳輸速率低于1 Gb／s的性能缺陷，選用了Xilinx內(nèi)嵌了支持3．75 Gb／s最高傳輸速率的吉比特收發(fā)器的高速FPGA。最終測試結果表明，在短距離有線傳輸條件下，該系統(tǒng)成功實現(xiàn)了線速率為2．5 Gb／s的無誤碼的時分復用通信。
關鍵詞：高速傳輸；時分復用通信；FGPA；吉比特收發(fā)器；先傳輸

在高速串行通信中，很多基于吉比特收發(fā)器的系統(tǒng)已經(jīng)設計出來，并且解決光纖通信中若干技術上的關鍵問題。
本文在此基礎上，提出了將吉比特收發(fā)器高速串行傳輸方式和時分復用方式結合起來，采用統(tǒng)計時分復用，設計出了一種線速率為2．5 Gb／s的多路信號的高速傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)為星地之間需要傳輸大量數(shù)據(jù)，如視頻圖像、語音、控制指令等的激光通信實驗方案的實現(xiàn)提供了依據(jù)。
該系統(tǒng)在FFGA平臺上進行設計的。由于要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較大，對帶寬的要求很高。因此，選用了Xilinx公司嵌入了吉比特收發(fā)器的FPGA，使該系統(tǒng)的線速率能夠達到2．5 Gb／s，實現(xiàn)高速通信。
該系統(tǒng)的主要難點在于如何實現(xiàn)吉比特高速信號的傳輸，這就要考慮到吉比特高速串行技術、阻抗匹配和信號反射、信號完整性等問題。以下將對本系統(tǒng)的一些主要模塊進行簡要介紹。

1 系統(tǒng)總體設計
系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。在發(fā)送端，多路電信號先各自通過FIFO(先入先出)緩存，再通過TDM復用器復用后通過MGT Tx(吉比特收發(fā)器發(fā)送端)進行并串轉(zhuǎn)換，再通過SFP(光收發(fā)器，Small Form Pluggable)轉(zhuǎn)換成光信號，然后在光纖信道中傳輸。在接收端，接收到的光信號先通過SFP轉(zhuǎn)換成電信號，再通過MGT Rx(吉比特收發(fā)器接收端)進行串并轉(zhuǎn)換，再通過TDM解復用器解復用，然后得到每一路的數(shù)據(jù)并送入FIFO進行緩存，再恢復出各路電信號。這樣就完成了多路信號的高速復用傳輸。

2 吉比特收發(fā)器
由于現(xiàn)代通信以及各類多媒體技術對帶寬的需求迅猛增長，促使一系列基于差分、源同步、時鐘數(shù)據(jù)恢復(Clockand Data Recovery，CDR)等先進技術的互連方式應運而生。在傳統(tǒng)設計中，單端互連方式易受干擾、噪聲的影響，傳輸速率最高只能達到200～250Mbit／s／ Line；在更高速率的接口設計中，多采用包含源同步時鐘的差分串行傳輸方式(如LVDS、LVPECL等)。但由于在傳輸過程中時鐘與數(shù)據(jù)分別發(fā)送，傳輸過程中各信號瞬時抖動不一致，破壞了接收數(shù)據(jù)與時鐘之間的定時關系，因而傳輸速率很難超越1 Gbit／s／通道。因此迫切需要新的高速數(shù)據(jù)傳輸技術。
基于高速的需求和傳統(tǒng)技術的弊端，Xilinx公司推出了嵌入到FPGA的用于吉比特收發(fā)的Rocket I／O模塊。RocketI／O通過采用CDR(時鐘數(shù)據(jù)恢復，Clock and Data Recovery)、8B／10B編碼、預加重等可在線配置技術，減少了信號衰減和線路噪聲的影響，最高速率可達10 Gbit／s以上，可用于實現(xiàn)吉比特以太網(wǎng)、PCI—Express等常用接口。
Rocket I／O作為Xilinx FPGA芯片中內(nèi)嵌的硬件模塊，并不是任何一款FPGA都提供的，只有在Virtex2 Pro以上的部分高端FPGA內(nèi)部才具備。支持Rocket I／O的FPGA型號如表1所示。