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CN105335315A - 一种多串口数据的远距离传输装置及方法 - Google Patents

一种多串口数据的远距离传输装置及方法 Download PDF

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CN105335315A CN201510726432.5A CN201510726432A CN105335315A CN 105335315 A CN105335315 A CN 105335315A CN 201510726432 A CN201510726432 A CN 201510726432A CN 105335315 A CN105335315 A CN 105335315A
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张亦希
韩宇华
陈晨
马纲
王业芳
常浩宇
张冬玲
王蕴
舒敏
黄思远
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Shaanxi Fenghuo Communication Group Co Ltd
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Abstract

本发明属于计算机通信领域，公开了一种多串口数据的远距离传输装置及方法，能够实现较低的成本、较强的抗干扰能力、双向144kbps的传输速率、和3～5公里的传输距离；所述远距离传输装置包括：一条双绞线，以及分别连接在所述双绞线两端的两个RS232转UNI接口模块；其中，所述RS232转UNI接口模块用于将多个数据串口的RS232串口信号复接成一路UNI接口信号，或者将所述一路UNI接口信号分接成多个RS232串口信号；所述一对双绞线用于传输所述一路UNI接口信号。

Description

一种多串口数据的远距离传输装置及方法
技术领域
本发明涉及计算机通信领域，尤其涉及一种多串口数据的远距离传输装置及方法。
背景技术
在使用大功率电台的场合中，由于电台的发射功率较大，可达数百瓦数量级，因此为了减小电台发射机对其接收机的干扰，通常需要将发射机安放在离接收机3～5公里以外的地点，因此大功率电台就需要一种具备较低成本、较强抗扰能力、方便架设，还要能够同时支持话音、数据等业务，并能实现3～5公里传输距离的多串口传输技术。
目前，能够使串口实现较远传输距离的通信手段主要有：RS485总线技术、xDSL技术和无线数传技术等。RS485总线技术通常需要使用两对双绞线，且其最大传输距离只有1.2公里。xDSL技术由于使用了较为复杂的OFDM通信体制，因此其体积、重量、功耗和成本都较大。无线数传技术体积、重量、功耗和成本通常也较大，同时还存在抗干扰能力较弱、电磁兼容性较差的缺陷。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种多串口数据的远距离传输装置及方法，从而实现了较低的成本、较强的抗干扰能力、双向144kbps的传输速率、和3～5公里的传输距离。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案予以实现。
技术方案一：
一种多串口数据的远距离传输装置，所述远距离传输装置包括：一条双绞线，以及分别连接在所述双绞线两端的两个RS232转UNI接口模块；
其中，所述RS232转UNI接口模块用于将多个数据串口的RS232串口信号复接成一路UNI接口信号，或者将所述一路UNI接口信号分接成多个RS232串口信号；
所述双绞线用于传输所述一路UNI接口信号。
技术方案一的特点和进一步的改进为：
(1)所述RS232转UNI接口模块包含：一个RS232电平转换芯片，与所述RS232电平转换芯片连接的FPGA芯片，与所述FPGA芯片连接的UNI接口芯片；
其中，所述RS232电平转换芯片，用于将RS232电平转换为TTL电平，或者将TTL电平转换为RS232电平；
所述FPGA芯片，用于将多个串口的通讯数据存入UNI接口发送数据帧中，或者从接收数据帧中获取各个串口的通讯数据，同时对UNI接口芯片进行通讯参数配置；
所述UNI接口芯片，用于通过所述双绞线发送或者接收各个串口的通讯数据。
(2)所述RS232电平转换芯片为MAX3232芯片，所述FPGA芯片为Spartan-6FPGA芯片XL6SLX45，所述UNI接口芯片为MT9173芯片。
(3)所述FPGA芯片中包含：MT9173控制器、FIFO缓冲器以及通讯数据的插入和提取模块；
所述MT9173控制器用于通过端口MS0、MS1和MS2设置MT9173芯片工作于主模式或者从模式，以及MT9173芯片物理层的传输速率；
MT9173控制器在主模式通过信号线C4、F0发送时钟信号和帧同步信号给MT9173芯片；
MT9173控制器在从模式通过信号线C4、F0接收MT9173芯片的时钟信号和帧同步信号；
MT9173控制器通过信号线CDSTi给MT9173芯片发送控制指令，并通过信号线CDSTo读取MT9173芯片的工作状态；
所述FIFO缓冲器，用于对来自多个串口的通讯数据进行缓冲存储，其中，多个串口的通讯数据的传输速率满足：
Ri＝16nkbpsn＝1,2,3,4,5,6,7
Σ i = 0 N - 1 R i ≤ 144 k b p s
其中，Ri为第i个串口的传输速率，N为串口的个数。
(4)在发送端，所述通讯数据的插入和提取模块，用于在每个1.5毫秒的时间间隔内依次从第j个串口的FIFO缓冲区中取出第(1.5·Rj/8)个字节，并通过MT9173芯片的信号线DSTo填入发送数据帧中以为起始位置的数据区中；
在接收端，所述通讯数据的插入和提取模块，用于通过MT9173芯片的信号线DSTi从接收数据帧的数据区中取出数据，并将数据写入多个串口的FIFO缓冲区中。
技术方案二：
一种多串口数据的远距离传输方法，所述传输方法包括如下步骤：
接收多个数据串口的RS232串口信号；
将所述多个数据串口的RS232串口信号复接成一路UNI接口信号；
通过一条双绞线传输所述一路UNI接口信号；
将所述一路UNI接口信号转换成多个RS232串口信号；
将所述多个RS232串口信号写入多个数据串口。
本发明采用如上技术方案，主要利用了电信网中的N-ISDNUNI接口技术来实现多个串口的低成本远距离传输，通过在发送端首先将多个串口所要传输的通讯数据放入UNI接口的发送数据帧中，然后将UNI接口信号通过一条双绞线传输到接收端，而在接收端则利用自适应回波抑制技术对UNI接口信号进行正确地接收，并从接收数据帧中提取各个串口所要接收的通讯数据，从而实现了较低的成本、较强的抗干扰能力、双向144kbps的传输速率、和3～5公里的传输距离。
利用RS485总线技术来实现多串口的远距离传输是与本发明最为接近的一种实现方案。与之相比，本发明具有以下优点：(1)RS485总线需要使用两对双绞线才能实现多个串口的全双工通信，而本发明只需要一条双绞线即可，因此使用成本是前者的1/2；(2)RS485总线的最大传输距离为1219米，并且在此距离上只能实现20kbps左右的传输速率，而本发明在使用背负线时的最大传输距离为5公里，并且在3公里的传输距离上可以实现144kbps的传输速率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种多串口数据的远距离传输装置示意图；
图2为本发明实施例提供的RS232转UNI接口模块的结构示意图一；
图3为本发明实施例提供的RS232转UNI接口模块的结构示意图二；
图4为本发明实施例提供的RS232转UNI接口模块的结构示意图三；
图5为本发明实施例提供的一种多串口数据的远距离传输方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出了一种通过借助电信网N-ISDNUNI接口技术，即将多个串口所要传输的通讯数据放入UNI接口的发送数据帧中，然后将发送数据帧通过一条双绞线传输到对端，从而能够实现具备较低成本、较强抗干扰能力等优点、同时支持双向144kbps传输速率和3～5公里传输距离的多串口传输技术。
如图1所示，本发明实施例提供的一种多串口数据的远距离传输装置，所述远距离传输装置包括：两个RS232转UNI接口模块1和2，以及连接所述两个RS232转UNI接口模块的一条双绞线3。
其中，所述RS232转UNI接口模块用于将多个数据串口的RS232串口信号复接成一路UNI接口信号，或者将所述一路UNI接口信号分接成多个RS232串口信号。
所述双绞线用于传输所述一路UNI接口信号。
需要补充的是，所述两个RS232转UNI接口模块通常一个工作于主模式，另一个工作于从模式。
具体的，工作于主模式的RS232转UNI接口模块利用自己的时钟信号和帧同步信号来发送和接收数据帧，并通过双绞线将自己的时钟信号和帧同步信号发送给另一方，工作于从模式的RS232转UNI接口模块则利用这两个信号(即时钟信号和帧同步信号)来发送和接收数据帧，从而实现收、发双方的同步。
其中所述双绞线的特性阻抗为120Ω。
如图2所示，所述RS232转UNI接口模块包括：一个RS232电平转换芯片11，与所述RS232电平转换芯片11连接的FPGA芯片12，与所述FPGA芯片12连接的UNI接口芯片13。
其中，所述RS232电平转换芯片11，用于将RS232电平转换为TTL电平，或者将TTL电平转换为RS232电平。
所述FPGA芯片12，用于将多个串口的通讯数据存入UNI接口发送数据帧中，或者从接收数据帧中获取各个串口的通讯数据。
所述UNI接口芯片13，用于通过双绞线将UNI接口数据帧发送到对端，同时也通过双绞线接收来自对端的UNI接口数据帧。
示例性的，如图3所示，所述RS232电平转换芯片为MAX3232，所述FPGA芯片为Spartan-6FPGA芯片XL6SLX45，所述UNI接口芯片为MT9173。
MT9173及其外围电路主要负责完成UNI接口的非平衡信号与平衡信号的变换、过压过流保护、线路编解码、自适应回波抑制、比特定时、帧同步、2个B信道和1个D信道的承载等功能，在图3中，变压器T1负责完成非平衡信号与平衡信号的变换，电阻R1和两个二极管D1和D2实现过压保护，而芯片MT9173则负责完成线路编解码、自适应回波抑制、比特定时、帧同步以及2B+D承载等功能。
MAX3232则主要负责将串口信号的RS232电平转换为TTL电平，并送给FPGA，以及相反的过程。FPGA则主要负责将多个串口的数据放入UNI接口发送数据帧中相应的位置，同时从接收数据帧中相应的位置取出各个串口的数据，并送给各个串口。
FPGA芯片中主要包含：MT9173控制器、FIFO缓冲器、以及通讯数据的插入和提取等三个部分组成，如图4中所示。MT9173控制器主要负责完成(1)在主模式通过C4、F0信号线发送时钟、帧同步信号给MT9173，在从模式通过C4、F0信号线接收来自MT9173的时钟、帧同步信号；(2)通过MS0～2信号线设置MT9173的主/从模式、以及物理层的传输速率；(3)通过CDSTi信号线给MT9173发送控制指令，如：启动自适应回波抑制、启动UNI接口的同步等，通过CDSTo信号线读取MT9173的工作状态，如：当前的同步状态、自适应回波抑制成功与否等。
FIFO缓冲器主要负责对来自各个串口的通讯数据进行缓冲存储。由于UNI接口的线路传输速率为160bps，帧长为1.5毫秒，包括18个比特的同步字、216比特的数据和6个比特的操作维护信息，如图4中所示。由于各个串口只能在一帧内填入整数个字节，因此各个串口传输速率只能是16、32、48、64、80、96、112kbps，且各个串口的传输速率之和必须小于或等于144kbps，即满足下式：
Ri＝16nkbpsn＝1,2,3,4,5,6,7
Σ i = 0 N - 1 R i ≤ 144 k b p s
式中Ri为第i个串口的传输速率，N为串口的个数。各个串口的传输速率Ri可以由用户通过图3中所示的配置串口进行设置。
在发送端，所述通讯数据的插入和提取模块用于在每个1.5毫秒的时间间隔内依次从第j个串口的FIFO缓冲区中取出第(1.5·Rj/8)个字节，并通过MT9173的信号线DSTo填入发送帧中以为起始位置的数据区中；
在接收端，所述通讯数据的插入和提取模块用于通过MT9173芯片的信号线DSTi从接收数据帧的数据区中取出数据，并将相应的数据写入多个串口的FIFO缓冲区中。
本发明实施例还提供了一种多串口数据的远距离传输方法，所述传输方法应用于如上所述的一种多串口数据的远距离传输装置中，如图5所示，所述传输方法包括如下步骤：
步骤1，接收多个数据串口的RS232串口信号。
步骤2，将所述多个数据串口的RS232串口信号复接成一路UNI接口信号。
步骤3，通过双绞线传输所述一路UNI接口信号。
步骤4，将所述一路UNI接口信号转换成多个RS232串口信号。
步骤5，将所述多个RS232串口信号写入多个数据串口。
本发明提出了一种通过借助电信网N-ISDNUNI接口技术，即发送端将多个串口所要传输的数据放入UNI接口的数据帧中，然后利用UNI接口较为成熟的自适应回波抑制、调制解调、比特定时和帧同步等技术将数据帧通过一条双绞线传输到接收端，接收端则从数据帧中取出各个串口的数据，并发送给各个串口，实现了具备较低成本、较强抗干扰能力、较小体积、重量、功耗和架设方便等优点、同时支持双向144kbps传输速率和3～5公里传输距离的多串口传输技术。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种多串口数据的远距离传输装置，其特征在于，所述远距离传输装置包括：一条双绞线，以及分别连接在所述双绞线两端的两个RS232转UNI接口模块；
其中，所述RS232转UNI接口模块用于将多个数据串口的RS232串口信号复接成一路UNI接口信号，或者将所述一路UNI接口信号分接成多个RS232串口信号；
所述双绞线用于传输所述一路UNI接口信号。
2.根据权利要求1所述的一种多串口数据的远距离传输装置，其特征在于，所述RS232转UNI接口模块包含：一个RS232电平转换芯片，与所述RS232电平转换芯片连接的FPGA芯片，与所述FPGA芯片连接的UNI接口芯片；
其中，所述RS232电平转换芯片，用于将RS232电平转换为TTL电平，或者将TTL电平转换为RS232电平；
所述FPGA芯片，用于将多个串口的通讯数据存入UNI接口发送数据帧中，或者从接收数据帧中获取各个串口的通讯数据，同时对UNI接口芯片进行通讯参数配置；
所述UNI接口芯片，用于通过所述双绞线发送或者接收各个串口的通讯数据。
3.根据权利要求2所述的一种多串口数据的远距离传输装置，其特征在于，所述RS232电平转换芯片为MAX3232芯片，所述FPGA芯片为Spartan-6FPGA芯片XL6SLX45，所述UNI接口芯片为MT9173芯片。
4.根据权利要求3所述的一种多串口数据的远距离传输装置，其特征在于，所述FPGA芯片中包含：MT9173控制器、FIFO缓冲器以及通讯数据的插入和提取模块；
所述MT9173控制器用于通过端口MS0、MS1和MS2设置MT9173芯片工作于主模式或者从模式，以及MT9173芯片物理层的传输速率；
MT9173控制器在主模式通过信号线C4、F0发送时钟信号和帧同步信号给MT9173芯片；
MT9173控制器在从模式通过信号线C4、F0接收MT9173芯片的时钟信号和帧同步信号；
MT9173控制器通过信号线CDSTi给MT9173芯片发送控制指令，并通过信号线CDSTo读取MT9173芯片的工作状态；
所述FIFO缓冲器，用于对来自多个串口的通讯数据进行缓冲存储，其中，多个串口的通讯数据的传输速率满足：
Ri＝16nkbpsn＝1,2,3,4,5,6,7
Σ i = 0 N - 1 R i ≤ 144 k b p s
其中，Ri为第i个串口的传输速率，N为串口的个数。
5.根据权利要求4所述的一种多串口数据的远距离传输装置，其特征在于，
在发送端，所述通讯数据的插入和提取模块，用于在每个1.5毫秒的时间间隔内依次从第j个串口的FIFO缓冲区中取出第(1.5·Rj/8)个字节，并通过MT9173芯片的信号线DSTo填入发送数据帧中以为起始位置的数据区中；
在接收端，所述通讯数据的插入和提取模块，用于通过MT9173芯片的信号线DSTi从接收数据帧的数据区中取出数据，并将数据写入多个串口的FIFO缓冲区中。
6.一种多串口数据的远距离传输方法，其特征在于，所述传输方法包括如下步骤：
接收多个数据串口的RS232串口信号；
将所述多个数据串口的RS232串口信号复接成一路UNI接口信号；
通过一条双绞线传输所述一路UNI接口信号；
将所述一路UNI接口信号转换成多个RS232串口信号；
将所述多个RS232串口信号写入多个数据串口。
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