一種HomePNA調制解調器的設計與實(shí)現

1概述

homepna(home phone line networking alliance)是一種利用電話(huà)線(xiàn)組網(wǎng)來(lái)高速接入intern et互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)。homepna 主要面向高速internet接入，lan互聯(lián)等應用，可用于住宅、酒 店、辦公樓宇等的寬帶接入。他利用原有的電話(huà)線(xiàn)，無(wú)需重新布線(xiàn)，只需在 電話(huà)線(xiàn)路兩端加接簡(jiǎn)單的設備，不破壞裝修、不影響電話(huà)的使用，即可實(shí)現高速接入互聯(lián)網(wǎng) 。homepna和xdsl是目前兩項利用現有電話(huà)線(xiàn)高速接入互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，是一種電話(huà)線(xiàn)組網(wǎng)(ph one line networking)的方式。xdsl解決最后幾公里的接入問(wèn)題，homepna解決最后幾百米 的網(wǎng)絡(luò )連接。

homepna調制解調器是homepna的終端設備，他可以把電話(huà)線(xiàn)上傳輸的語(yǔ)音和數據信號分離開(kāi) 來(lái)。我們設計的homepna調制解調器主要采用amd公司生產(chǎn)的homepna/10baset phy 芯片a m79c901a和kendin公司生產(chǎn)的3端口10 m/100 m switch芯片ks8993，具有體積小、結構簡(jiǎn)單 、成本低等特點(diǎn),符合homepna 10規范。他提供了1個(gè)1 m homepna口，1個(gè)電話(huà)口，2個(gè)1 0 m以太網(wǎng)口，可以連接2臺計算機。

2　homepna技術(shù)

1998年6月，由at&t，tut，ibm，amd，3com等11家公司共同發(fā)起成立了面向家庭的電話(huà)線(xiàn)路 網(wǎng)絡(luò )聯(lián)盟(home pna聯(lián)盟)，目的是為了提供一個(gè)統一、標準的使用電話(huà)線(xiàn)路組建局域網(wǎng)的規 范，以便盡快地將各個(gè)廠(chǎng)家相互兼容的產(chǎn)品推向市場(chǎng)?，F在已有100多個(gè)公司加入，涉及到 了各個(gè)領(lǐng)域，包括：網(wǎng)絡(luò )、電信、電腦軟、硬件和其他電子工業(yè)。

homepna提供了一個(gè)統一的、標準的使用電話(huà)線(xiàn)路組建局域網(wǎng)的規范，符合以太網(wǎng)的ieee 80 23 csma/cd通信協(xié)議，因此實(shí)際上是一個(gè)基于電話(huà)線(xiàn)的以太網(wǎng)技術(shù)。homepna的上 行速率和下行速率是一樣的，這與adsl的不對稱(chēng)傳輸不同。 homepna規范有1.0/1.1版本和20版本2個(gè)。homepna 1.0版本于1998年下半年發(fā)布，該規范是在通用電話(huà)線(xiàn)上傳 輸速率為1 mb/s，允許25臺pc、外設和其他網(wǎng)絡(luò )設備聯(lián)網(wǎng)，最大傳輸距離為150 m。homepna 2.0版本于1999年下半年發(fā)布，其速率為10 mb/s，最大傳輸距離為300 m。目前，新一代 的homepna 3.0規范已經(jīng)被提出，他兼容1.0和2.0規范，數據傳輸速率達128 mb/s，并在實(shí)驗室中已經(jīng)實(shí)現，傳輸距離也將更遠。當前homepna產(chǎn)品的市場(chǎng)主流為1 mb/s，已有許多國內外廠(chǎng)家在生產(chǎn)符合homepna 10規范的產(chǎn)品，產(chǎn)品的實(shí)際傳輸距離一般都達到了300 m，有的甚至可達450 m或更長(cháng)。homepna技術(shù)在國內也已經(jīng)有了許多商用的實(shí)例。另外，一些廠(chǎng)家已開(kāi)發(fā)出了符合homepna 2.0規范的產(chǎn)品，sis等公司在新推出的計算機芯片組中也同時(shí)集成了支持10 m/100 m以太網(wǎng)和1 m/10 m homepna的網(wǎng)絡(luò )接口。

homepna采用頻分復用（fdm）技術(shù)，用一條電話(huà)線(xiàn)可同時(shí)傳輸數據與語(yǔ)音，不影響正常通話(huà) 。傳輸線(xiàn)上的頻帶分布如圖1所示。從圖中可以看到， 電話(huà)語(yǔ)音使用20 hz～3.4 khz 頻段，xdsl(如adsl)使用25 khz～1.1 mhz頻段，homepna使用5.5～9.5 mhz頻段。 這樣使一對電話(huà)線(xiàn)擁有3個(gè)獨立的通道，每個(gè)通道業(yè)務(wù)在固定的頻段內，彼此沒(méi)有沖突。從理論上說(shuō)，homepna與adsl可以同時(shí)使用。

homepna技術(shù)主要解決的是最后幾百米的互聯(lián)網(wǎng)高速接入，這項技術(shù)利用住宅、酒店、辦公樓等建筑物中現有的電話(huà)線(xiàn)，實(shí)現高速接入互聯(lián)網(wǎng)，具有高速、簡(jiǎn)單、方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)。homepna 1.0的接入速率為1 mb/s，這是撥號上網(wǎng)56 kb/s所根本無(wú)法比擬的，他能滿(mǎn)足目前人們最迫切的高速上網(wǎng)要求。homepna屬專(zhuān)線(xiàn)式接入，用戶(hù)上網(wǎng)無(wú)需拔號，開(kāi)機即在線(xiàn)。h omepna利用現有電話(huà)線(xiàn)，無(wú)需重新布線(xiàn)即可快捷組網(wǎng)，實(shí)現寬帶接入。homepna的單線(xiàn)成本較低，adsl平均每個(gè)端口價(jià)格大約是homepna的3倍。目前絕大多數地區開(kāi)通的adsl速率在2 mb/s以下，有些只有512 kb/s。另外，adsl有選線(xiàn)率的問(wèn)題，一般在10％左右，而homepna不存在選線(xiàn)率的問(wèn)題。

homepna技術(shù)的提出不僅完全滿(mǎn)足了家庭用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )的需求，而且解決了通過(guò)電話(huà)線(xiàn)路組建網(wǎng) 絡(luò )的技術(shù)要求，為家庭、社區、酒店、辦公樓宇的internet寬帶接入和組網(wǎng)提供了一種高速、廉價(jià)、簡(jiǎn)單、適用的解決方案。

3　電路設計

homepna調制解調器的硬件框圖如圖2所示。

使用時(shí)，圖2中左邊的一個(gè)rj11插座通過(guò)電話(huà)線(xiàn)連接到homepna復用器(或稱(chēng)作homep na集線(xiàn)器)，另一個(gè)rj11插座接普通電話(huà)機。語(yǔ)音和數據信號共用電話(huà)線(xiàn)，在homep na復用器中語(yǔ)音和數據被分別轉到電話(huà)交換機和網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器上；右邊的rj45插座通 過(guò)雙絞 線(xiàn)連接到計算機的網(wǎng)卡上。計算機接收數據時(shí)，數據信號通過(guò)homepna變壓器進(jìn)入am79c901a芯片，該芯 片對homepna數據包進(jìn)行解碼，然后通過(guò)mii接口傳輸到ks8993芯片中，由ks8993將數據再編 碼成以太網(wǎng)數據包，通過(guò)以太網(wǎng)變壓器從右邊的rj45插座輸出，經(jīng)雙絞線(xiàn)傳輸到計 算機的網(wǎng)卡中，被計算機接收；計算機發(fā)送數據時(shí)，上述過(guò)程正好相反，由ks8993芯片將計算機網(wǎng) 卡發(fā)出的以太網(wǎng)數據包解碼，通過(guò)mii接口傳輸后由am79c901a芯片將數據再編碼成homepna 數據包，然后通過(guò)rj11插座經(jīng)電話(huà)線(xiàn)發(fā)送出去。

電路中采用的主要器件有：

1) am79c901aamd公司生產(chǎn)的homepna/10baset phy芯片。他內部集成了1個(gè)1 mb /s的homepna phy，1個(gè)10base-t ethernet phy，1個(gè)mii/gpsi接口，3.3 v供電。在這里 只使用他的homepna phy進(jìn)行1 mb/s homepna信號的收/發(fā)，接口采用mii方式與ks8993相連 。

2) ks8993kendin公司生產(chǎn)的3端口10 m/100 m網(wǎng)關(guān)芯片。他內部有3個(gè)10 m/100 m以 太網(wǎng)物理層收發(fā)器，3個(gè)完整的第二層mac單元，1個(gè)mii/sni接口，另外，還內置了sram幀緩 沖器；內置地址查找機可以存放1 000個(gè)mac地址，并具有自動(dòng)地址學(xué)習和更新功能；可支持vlan功能；2.5 v供電。

3) 707437midcom公司生產(chǎn)的homepna變壓器。

4) h1012pulse公司生產(chǎn)的10 m/100 m以太網(wǎng)變壓器。

ks8993有2種應用模式，一種是3個(gè)端口都作為10 m/100 m以太網(wǎng)口使用；第二種是2個(gè)端口作為10 m/100 m以太網(wǎng)口使用，另1個(gè)端口作為mii接口使用。在這里使用的是第二種應用 模式，該homepna調制解調器可以提供2個(gè)10 m以太網(wǎng)口，可連接2臺計算機，這2臺計算機 之間可以實(shí)現直接互聯(lián)，資源共享。由于ks8993內置了sram幀緩沖器，所以，用他設計的ho mepna調制解調器不需要外加價(jià)格昂貴的高速sram芯片，因此，本設計與目前市場(chǎng)上的其 他同類(lèi)產(chǎn)品相比，具有體積小、結構簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)。

4　傳輸速率測試

對homepna調制解調器進(jìn)行傳輸速率測試時(shí)，計算機通過(guò)homepna調制解調器及一臺homepna交換集線(xiàn)器(復用器)進(jìn)行組網(wǎng)，采用以下2種方法進(jìn)行測試。

第一種方法是與10 m以太網(wǎng)的傳輸速率進(jìn)行比較，用“ping”命令在2臺計算機之間傳送不同字節的數據包進(jìn)行測試，結果見(jiàn)表1。

從表1中可以看出，傳送同樣大小的數據包時(shí)，homepna所用的時(shí)間基本上是10 m以 太網(wǎng)的10倍，也就是說(shuō)homepna的傳輸速率是10 m以太網(wǎng)的1/10，即1 mb/s。

第二種方法是在用homepna組網(wǎng)的2臺計算機間拷貝一個(gè)較大的文件，文件大小為 5 413 179 b，所用時(shí)間約50 s，因此可以計算出homepna的凈傳輸速率為：

如果計入傳輸時(shí)的附加開(kāi)銷(xiāo)，線(xiàn)路的傳輸速率可達1 mb/s。

5　結語(yǔ)

homepna技術(shù)的應用在我國才剛開(kāi)始，但發(fā)展比較迅速，目前在北京、上海、廣州等城市 的許多智能小區、大廈、酒店已經(jīng)使用了該技術(shù)，相信隨著(zhù)我國家庭微機的普及以及互聯(lián)網(wǎng) 的高速發(fā)展，homepna技術(shù)以其高速接入、安裝使用簡(jiǎn)單方便、成本低的優(yōu)點(diǎn)及自身技術(shù)的 不斷發(fā)展和完善，將得到越來(lái)越廣泛的應用。本文介紹的電路具有較好的實(shí)用和參考價(jià)值。