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(homephonelinenetworkingalliance)是一种利用电话线组网来高速接入internet互联网的技术。homepna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(phonelinenetworking)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。homepna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/10basetphy芯片am79c901a和kendin公司生产的3端口10m/100mswitch芯片ks8993,具有体积小、结构简单、成本低等特点,符合homepna10规范。他提供了1个1mhomepna口,1个电话口,2个10m以太网口,可以连接2台计算机。2homepna技术1998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(homepna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。homepna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ieee8023csma/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20版本2个。homepna1.0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1mb/s,允许25台pc、外设和其他网络设备联网,最大传输距离为150m。homepna2.0版本于1999年下半年发布,其速率为10mb/s,最大传输距离为300m。目前,新一代的homepna3.0规范已经被提出,他兼容1.0和2.0规范,数据传输速率达128mb/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1mb/s,已有许多国内外厂家在生产符合homepna10规范的产品,产品的实际传输距离一般都达到了300m,有的甚至可达450m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homepna2.0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10m/100m以太网和1m/10mhomepna的网络接口。homepna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20hz～3.4khz频段,xdsl(如adsl)使用25khz～1.1mhz频段,homepna使用5.5～9.5mhz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adsl可以同时使用。homepna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。homepna1.0的接入速率为1mb/s,这是拨号上网56kb/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。homepna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2mb/s以下,有些只有512kb/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。homepna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。3电路设计homepna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homepna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homepna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homepna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：1)am79c901aamd公司生产的homepna/10basetphy芯片。他内部集成了1个1mb/s的homepnaphy,1个10base-tethernetphy,1个mii/gpsi接口,3.3v供电。在这里只使用他的homepnaphy进行1mb/shomepna信号的收/发,接口采用mii方式与ks8993相连。2)ks8993kendin公司生产的3端口10m/100m网关芯片。他内部有3个10m/100m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1000个mac地址,并具有自动地址学习和更新功能;可支持vlan功能;2.5v供电。3)707437midcom公司生产的homepna变压器。4)h1012pulse公司生产的10m/100m以太网变压器。ks8993有2种应用模式,一种是3个端口都作为10m/100m以太网口使用;第二种是2个端口作为10m/100m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10m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homepna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。4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10m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10m以太网的10倍,也就是说homepna的传输速率是10m以太网的1/10,即1mb/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5413179b,所用时间约50s,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1mb/s。5结语homepna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。