一種HomePNA調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1概述

homepna(home phone line networking alliance)是一種利用電話線組網(wǎng)來高速接入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(yīng)用，可用于住宅、酒 店、辦公樓宇等的寬帶接入。他利用原有的電話線，無需重新布線，只需在 電話線路兩端加接簡單的設(shè)備，不破壞裝修、不影響電話的使用，即可實(shí)現(xiàn)高速接入互聯(lián)網(wǎng) 。homepna和xdsl是目前兩項(xiàng)利用現(xiàn)有電話線高速接入互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，是一種電話線組網(wǎng)(ph one line networking)的方式。xdsl解決最后幾公里的接入問題，homepna解決最后幾百米 的網(wǎng)絡(luò)連接。

homepna調(diào)制解調(diào)器是homepna的終端設(shè)備，他可以把電話線上傳輸?shù)恼Z音和數(shù)據(jù)信號分離開 來。我們設(shè)計(jì)的homepna調(diào)制解調(diào)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(jié)構(gòu)簡單 、成本低等特點(diǎn),符合homepna 10規(guī)范。他提供了1個1 m homepna口，1個電話口，2個1 0 m以太網(wǎng)口，可以連接2臺計(jì)算機(jī)。

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線路 網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟(home pna聯(lián)盟)，目的是為了提供一個統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的使用電話線路組建局域網(wǎng)的規(guī) 范，以便盡快地將各個廠家相互兼容的產(chǎn)品推向市場?，F(xiàn)在已有100多個公司加入，涉及到 了各個領(lǐng)域，包括：網(wǎng)絡(luò)、電信、電腦軟、硬件和其他電子工業(yè)。

homepna提供了一個統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的使用電話線路組建局域網(wǎng)的規(guī)范，符合以太網(wǎng)的ieee 80 23 csma/cd通信協(xié)議，因此實(shí)際上是一個基于電話線的以太網(wǎng)技術(shù)。homepna的上 行速率和下行速率是一樣的，這與adsl的不對稱傳輸不同。 homepna規(guī)范有1.0/1.1版本和20版本2個。homepna 1.0版本于1998年下半年發(fā)布，該規(guī)范是在通用電話線上傳 輸速率為1 mb/s，允許25臺pc、外設(shè)和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(guī)范已經(jīng)被提出，他兼容1.0和2.0規(guī)范，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)128 mb/s，并在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，傳輸距離也將更遠(yuǎn)。當(dāng)前homepna產(chǎn)品的市場主流為1 mb/s，已有許多國內(nèi)外廠家在生產(chǎn)符合homepna 10規(guī)范的產(chǎn)品，產(chǎn)品的實(shí)際傳輸距離一般都達(dá)到了300 m，有的甚至可達(dá)450 m或更長。homepna技術(shù)在國內(nèi)也已經(jīng)有了許多商用的實(shí)例。另外，一些廠家已開發(fā)出了符合homepna 2.0規(guī)范的產(chǎn)品，sis等公司在新推出的計(jì)算機(jī)芯片組中也同時集成了支持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(fù)用（fdm）技術(shù)，用一條電話線可同時傳輸數(shù)據(jù)與語音，不影響正常通話 。傳輸線上的頻帶分布如圖1所示。從圖中可以看到， 電話語音使用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。 這樣使一對電話線擁有3個獨(dú)立的通道，每個通道業(yè)務(wù)在固定的頻段內(nèi)，彼此沒有沖突。從理論上說，homepna與adsl可以同時使用。

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(xiàng)技術(shù)利用住宅、酒店、辦公樓等建筑物中現(xiàn)有的電話線，實(shí)現(xiàn)高速接入互聯(lián)網(wǎng)，具有高速、簡單、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所根本無法比擬的，他能滿足目前人們最迫切的高速上網(wǎng)要求。homepna屬專線式接入，用戶上網(wǎng)無需拔號，開機(jī)即在線。h omepna利用現(xiàn)有電話線，無需重新布線即可快捷組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)寬帶接入。homepna的單線成本較低，adsl平均每個端口價格大約是homepna的3倍。目前絕大多數(shù)地區(qū)開通的adsl速率在2 mb/s以下，有些只有512 kb/s。另外，adsl有選線率的問題，一般在10％左右，而homepna不存在選線率的問題。

homepna技術(shù)的提出不僅完全滿足了家庭用戶網(wǎng)絡(luò)的需求，而且解決了通過電話線路組建網(wǎng) 絡(luò)的技術(shù)要求，為家庭、社區(qū)、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、簡單、適用的解決方案。

3　電路設(shè)計(jì)

homepna調(diào)制解調(diào)器的硬件框圖如圖2所示。

使用時，圖2中左邊的一個rj11插座通過電話線連接到homepna復(fù)用器(或稱作homep na集線器)，另一個rj11插座接普通電話機(jī)。語音和數(shù)據(jù)信號共用電話線，在homep na復(fù)用器中語音和數(shù)據(jù)被分別轉(zhuǎn)到電話交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上；右邊的rj45插座通 過雙絞 線連接到計(jì)算機(jī)的網(wǎng)卡上。計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)信號通過homepna變壓器進(jìn)入am79c901a芯片，該芯 片對homepna數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼，然后通過mii接口傳輸?shù)絢s8993芯片中，由ks8993將數(shù)據(jù)再編 碼成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，通過以太網(wǎng)變壓器從右邊的rj45插座輸出，經(jīng)雙絞線傳輸?shù)接?jì) 算機(jī)的網(wǎng)卡中，被計(jì)算機(jī)接收；計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時，上述過程正好相反，由ks8993芯片將計(jì)算機(jī)網(wǎng) 卡發(fā)出的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包解碼，通過mii接口傳輸后由am79c901a芯片將數(shù)據(jù)再編碼成homepna 數(shù)據(jù)包，然后通過rj11插座經(jīng)電話線發(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(nèi)部集成了1個1 mb /s的homepna phy，1個10base-t ethernet phy，1個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(nèi)部有3個10 m/100 m以 太網(wǎng)物理層收發(fā)器，3個完整的第二層mac單元，1個mii/sni接口，另外，還內(nèi)置了sram幀緩 沖器；內(nèi)置地址查找機(jī)可以存放1 000個mac地址，并具有自動地址學(xué)習(xí)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(yīng)用模式，一種是3個端口都作為10 m/100 m以太網(wǎng)口使用；第二種是2個端口作為10 m/100 m以太網(wǎng)口使用，另1個端口作為mii接口使用。在這里使用的是第二種應(yīng)用 模式，該homepna調(diào)制解調(diào)器可以提供2個10 m以太網(wǎng)口，可連接2臺計(jì)算機(jī)，這2臺計(jì)算機(jī) 之間可以實(shí)現(xiàn)直接互聯(lián)，資源共享。由于ks8993內(nèi)置了sram幀緩沖器，所以，用他設(shè)計(jì)的ho mepna調(diào)制解調(diào)器不需要外加價格昂貴的高速sram芯片，因此，本設(shè)計(jì)與目前市場上的其 他同類產(chǎn)品相比，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低的特點(diǎn)。

4　傳輸速率測試

對homepna調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行傳輸速率測試時，計(jì)算機(jī)通過homepna調(diào)制解調(diào)器及一臺homepna交換集線器(復(fù)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(jì)算機(jī)之間傳送不同字節(jié)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行測試，結(jié)果見表1。

從表1中可以看出，傳送同樣大小的數(shù)據(jù)包時，homepna所用的時間基本上是10 m以 太網(wǎng)的10倍，也就是說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(jì)算機(jī)間拷貝一個較大的文件，文件大小為 5 413 179 b，所用時間約50 s，因此可以計(jì)算出homepna的凈傳輸速率為：

如果計(jì)入傳輸時的附加開銷，線路的傳輸速率可達(dá)1 mb/s。

5　結(jié)語

homepna技術(shù)的應(yīng)用在我國才剛開始，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(qū)、大廈、酒店已經(jīng)使用了該技術(shù)，相信隨著我國家庭微機(jī)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，將得到越來越廣泛的應(yīng)用。本文介紹的電路具有較好的實(shí)用和參考價值。