一种HomePNA调制解调器的设计与实现

一种HomePNA调制解调器的设计与实现发布时间:2007年2月2日点击次数:72
来源:《E代电子》作者:苏州大学计算机科学与技术学院陆晓峰
1概述
homepna(home phone line networking alliance)是一种利用电话线组网来高速接入intern et互联网的技术omepna 主要面向高速internet接入,lan互联等应用,可用于住宅、酒店、办公楼宇等的宽带接入。

他利用原有的电话线,无需重新布线,只需在电话线路两端加接简单的设备,不破坏装修、不影响电话的使用,即可实现高速接入互联网。

homepna和xdsl是目前两项利用现有电话线高速接入互联网的技术,是一种电话线组网(ph one line networking)的方式。

xdsl解决最后几公里的接入问题,homepna解决最后几百米的网络连接。

omepna调制解调器是homepna的终端设备,他可以把电话线上传输的语音和数据信号分离开来。

我们设计的homepna调制解调器主要采用amd公司生产的homepna/10baset phy 芯片79c901a和kendin公司生产的3端口10 m/100 m switch芯片ks8993,具有体积小、结构简单、成本低等特点,符合homepna 1 0规范。

他提供了1个1 m homepna口,1个电话口,个 1 0 m 以太网口,可以连接2台计算机。

homepna技术
998年6月,由at&t,tut,ibm,amd,3com等11家公司共同发起成立了面向家庭的电话线路网络联盟(home pna联盟),目的是为了提供一个统一、标准的使用电话线路组建局域网的规范以便尽快地将各个厂家相互兼容的产品推向市场。

现在已有100多个公司加入,涉及到了各个领域,包括：网络、电信、电脑软、硬件和其他电子工业。

omepna提供了一个统一的、标准的使用电话线路组建局域网的规范,符合以太网的ieee 80 23 csma/cd通信协议,因此实际上是一个基于电话线的以太网技术。

homepna的上行速率和下行速率是一样的,这与adsl的不对称传输不同。

homepna规范有1.0/1.1版本和2 0版本2个。

homepna 1.0版本于1998年下半年发布,该规范是在通用电话线上传输速率为1 mb/s 允许25台pc、外设和其他网络设备联网,最大传输距离为150 m。

homepna 2.0版本于1999年下半年发布,其速率为10 mb/s,最大传输距离为300 m。

目前,新一代的homepna 3.0规范已经被提出,他兼容1.0和2.0规范,数据传输速率达128 mb/s,并在实验室中已经实现,传输距离也将更远。

当前homepna产品的市场主流为1 mb/s,已有许多国内外厂家在生产符合homepn 0规范的产品,产品的实际传输距离一般都达到了300 m,有的甚至可达450 m或更长。

homepna技术在国内也已经有了许多商用的实例。

另外,一些厂家已开发出了符合homepna 2.0规范的产品,sis等公司在新推出的计算机芯片组中也同时集成了支持10 m/100 m以太网和1 m/10 m homepna的网络接口。

omepna采用频分复用（fdm）技术,用一条电话线可同时传输数据与语音,不影响正常通话。

传输线上的频带分布如图1所示。

从图中可以看到, 电话语音使用20 hz～3.4 khz 频段,xdsl(如dsl)使用25 khz～1.1 mhz 频段,homepna使用5.5～9.5 mhz频段。

这样使一对电话线拥有3个独立的通道,每个通道业务在固定的频段内,彼此没有冲突。

从理论上说,homepna与ads 可以同时使用。

omepna技术主要解决的是最后几百米的互联网高速接入,这项技术利用住宅、酒店、办公楼等建筑物中现有的电话线,实现高速接入互联网,具有高速、简单、方便、成本低等优点。

homepn .0的接入速率为1 mb/s,这是拨号上网56 kb/s所根本无法比拟的,他能满足目前人们最迫切的高速上网要求。

homepna属专线式接入,用户上网无需拔号,开机即在线。

h omepna利用现有电话线,无需重新布线即可快捷组网,实现宽带接入。

homepna的单线成本较低,adsl平均每个端口价格大约是homepna的3倍。

目前绝大多数地区开通的adsl速率在2 mb/s以下,有些
只有512 kb/s。

另外,adsl有选线率的问题,一般在10％左右,而homepna不存在选线率的问题。

omepna技术的提出不仅完全满足了家庭用户网络的需求,而且解决了通过电话线路组建网络的技术要求,为家庭、社区、酒店、办公楼宇的internet宽带接入和组网提供了一种高速、廉价、简单、适用的解决方案。

电路设计
omepna调制解调器的硬件框图如图2所示。

使用时,图2中左边的一个rj11插座通过电话线连接到homepna复用器(或称作homep na集线器),另一个rj11插座接普通电话机。

语音和数据信号共用电话线,在homep na复用器中语音和数据被分别转到电话交换机和网络服务器上;右边的rj45插座通过双绞线连接到计算机的网卡上。

计算机接收数据时,数据信号通过homepna变压器进入am79c901a芯片,该芯片对omepna数据包进行解码,然后通过mii接口传输到ks8993芯片中,由ks8993将数据再编码成以太网数据包,通过以太网变压器从右边的rj45插座输出,经双绞线传输到计算机的网卡中被计算机接收;计算机发送数据时,上述过程正好相反,由ks8993芯片将计算机网卡发出的以太网数据包解码,通过mii接口传输后由am79c901a芯片将数据再编码成homepna 数据包,然后通过rj11插座经电话线发送出去。

电路中采用的主要器件有：
) am79c901aamd公司生产的homepna/10baset phy芯片。

他内部集成了1个1 mb /s的homepna phy,1个10base-t ethernet phy,1个mii/gpsi接口,3.3 v供电。

在这里只使用他的omepna phy进行1 mb/s homepna信号的收/发,接口采用mii方式与ks8993相连。

) ks8993kendin公司生产的3端口10 m/100 m网关芯片。

他内部有3个10 m/100 m以太网物理层收发器,3个完整的第二层mac单元,1个mii/sni接口,另外,还内置了sram帧缓冲器;内置地址查找机可以存放1 000个mac地址,并具有自动地址学习和更新功能;可支持vlan功能;2.5 v供电。

) 707437midcom公司生产的homepna变压器。

) h1012pulse公司生产的10 m/100 m以太网变压器。

s8993有2种应用模式,一种是3个端口都作为10 m/100 m以太网口使用;第二种是2个端口作为10 m/100 m以太网口使用,另1个端口作为mii接口使用。

在这里使用的是第二种应用模式,该homepna调制解调器可以提供2个10 m以太网口,可连接2台计算机,这2台计算机之间可以实现直接互联,资源共享。

由于ks8993内置了sram帧缓冲器,所以,用他设计的ho mepn 调制解调器不需要外加价格昂贵的高速sram芯片,因此,本设计与目前市场上的其他同类产品相比,具有体积小、结构简单、成本低的特点。

传输速率测试
对homepna调制解调器进行传输速率测试时,计算机通过homepna调制解调器及一台homepna交换集线器(复用器)进行组网,采用以下2种方法进行测试。

第一种方法是与10 m以太网的传输速率进行比较,用“ping”命令在2台计算机之间传送不同字节的数据包进行测试,结果见表1。

从表1中可以看出,传送同样大小的数据包时,homepna所用的时间基本上是10 m以太网的10倍,也就是说homepna的传输速率是10 m以太网的1/10,即1 mb/s。

第二种方法是在用homepna组网的2台计算机间拷贝一个较大的文件,文件大小为 5 413 179 b,所用时间约50 s,因此可以计算出homepna的净传输速率为：
如果计入传输时的附加开销,线路的传输速率可达 1 mb/s。

结语
omepna技术的应用在我国才刚开始,但发展比较迅速,目前在北京、上海、广州等城市的许多智能小区、大厦、酒店已经使用了该技术,相信随着我国家庭微机的普及以及互联网的高速发展,homepna技术以其高速接入、安装使用简单方便、成本低的优点及自身技术的不断发展和完善,将得到越来越广泛的应用。

本文介绍的电路具有较好的实用和参考价值。