CN101447806B - 一种电力线调制解调器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用宽带电力线路作为传输媒介同时传输网络和电话信号的电力线调制解调器，包括：1)连接外部Internet网或PC机的以太网控制器；2)PHY/MAC收发器；3)与PHY/MAC集成收发器连接的存储器、时钟、INT1200模拟前端模块；4)与模拟前端模块连接的发送滤波器、接收滤波器；5)信号放大器；6)耦合电路；7)网络电话控制器；8)通信接口转换单元；9)音频编解码器、内外存储器、LCD显示模块、键盘电路；10)送受话器。本发明的有益效果：利用宽带电力线路作为传输媒介同时传输网络和电话信号，滤除通信带宽之外的干扰信号，实现与电力线的有效匹配，充分利电力线资源，即插即用。

Description

一种电力线调制解调器

技术领域

本发明涉及一种宽带网络接入设备，具体涉及一种利用宽带电力线路作为传输媒介同时传输网络和电话信号的电力线调制解调器。

背景技术

随着Internet应用的不断扩展和各种新技术的出现，宽带接入市场正在快速发展并日趋成熟，在此背景下，宽带电力线(BroadbandPower Line，BPL)通信以其诱人的前景和潜在的巨大市场成为许多商家研究的热点，该技术将电力网用于网络通信，不仅能节省通信网络的建设成本，而且能充分发挥电力资源优势、发展电力通信产业，为电力企业提供进入电信公共服务的技术手段，实现电话、数据、视频和电力的“四网合一”，具有广阔前景。但是电力线同时又是一种恶劣的通信介质，其上接入了大量的电气设备，存在不同的系统和随机噪声，表现在信道上就是噪声、阻抗、信号衰减特性复杂，且时变性、随机性大，很难成为传统的数据通信载体。而多载波正交频分复用(OFDM)是解决这些问题的有效方法之一，OFDM利用电力线的频谱资源，以多个相互正交的载波对数据进行调制，将串行数据流变换为并行处理，其调制和解调过程利用DFT/IDFT傅里叶变换便可实现。INT5500芯片是Intellon公司推出当今比较完善的OFDM处理芯片，采用带Tuibo芯片组的Homeplug1.0技术标准，传输速率高达85Mbit/s。VoIP是Voice over Internet Protocol的缩写，指的是将模拟的声音讯号经过压缩与封包之后，以数据封包的形式在IP网络的环境进行语音讯号的传输，通俗来说也就是互联网电话、网络电话或者简称IP电话的意思。VoIP技术是目前互联网应用领域的一个热门话题，成为全球互联网与电子商务十大趋势之一。VoIP的基本原理是：通过语音的压缩算法对语音数据编码进行压缩处理，然后把这些语音数据按TCP/IP标准进行打包，经过IP网络把数据包送至接收地，再把这些语音数据包串起来，经过解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到由互联网传送语音的目的。IP电话的核心与关键设备是IP网关，它把各地区电话区号映射为相应的地区网关IP地址。这些信息存放在一个数据库中，数据接续处理软件将完成呼叫处理、数字语音打包、路由管理等功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用宽带电力线路作为传输媒介同时传输网络和电话信号的电力线调制解调器。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

1)连接外部Internet网或PC机的以太网控制器，用于网络信号和MII协议信号间的转换，实现与PHY/MAC收发器之间的通信；

2)通过MII接口与以太网控制器连接、基于INT5500芯片的PHY/MAC收发器，用于对MII协议信号进行正交频分复用调制解调；

3)与PHY/MAC集成收发器连接的存储器、时钟、INT1200模拟前端模块，INT1200模拟前端模块用于实现数字信号与模拟信号的转换，并提供信号增益控制，存储器用于保存PHY/MAC收发器的配置参数及设置的工作模式，时钟是用于给PHY/MAC收发器提供工作频率；

4)与模拟前端模块连接的发送滤波器、接收滤波器，用于将模拟信号的载波信号滤除，提取网络信号；

5)与发送滤波器连接的信号放大器，用于信号的功率放大，提高发送滤器的驱动能力；

6)与接收滤波器、信号放大器及与电力线连接的耦合电路，用于网络信号耦合到电力线上，及耦合从电力线上传送来的网络信号；

7)基于CM5000芯片的网络电话控制器，用于将从音频编解码器输入的串行数字电话信号进行压缩、回音消除、并行转换输送到接口转换单元以及将接口转换单元输入的并行数字音频信号进行解压、串行转换输送到音频编解码器；

8)与PHY/MAC收发器、电话控制器相连的通信接口转换单元，用来将网络电话控制器的并行数字信号与PHY/MAC收发器的MII协议信号的转换，实现网络电话控制器与收发器之间的通信；

9)与网络电话控制器连接的音频编解码器、内外存储器、LCD显示模块、键盘电路，音频编解码器用于语音模拟信号与语音数字信号间的转换，内外存储器为电话控制器的运行提供运行空间，LCD显示模块用来显示数据信息，键盘电路是用于输入数据信息；

10)与音频编解码器连接的送受话器，用于接听音频解码器输出的语音模拟信号或向音频编码器输入语音模拟信号。

本发明与现有技术相具有以下有益效果：利用宽带电力线路作为传输媒介同时传输网络和电话信号，接收滤波器和发送滤波器可滤除通信带宽之外的干扰信号，实现与电力线的有效匹配，充分利电力线资源，节省布网线所需的大量人力和物力，即插即用，接入电源就等于接入了网络。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是两个调制解调器并联到电力线的示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明涉及一种宽带电力线通信MODEM和VOIP(网络电话)，主要包括：

1)连接外部Internet网或PC机的以太网控制器，用于网络信号和MII协议信号间的转换，实现与PHY/MAC收发器之间的通信；

2)通过MII接口与以太网控制器连接、基于INT5500芯片的PHY/MAC收发器，用于对MII协议信号进行正交频分复用(OFDM)调制解调；INT5500是Intellon公司开发的高速电力线IC，能提供85Mbps的数据带宽，遵循HomePlug1.0的标准和向下兼容早期的14Mbps产品。INT5500的MAC采用SCMA/CA方案，并有优先权设置和自动重复请求，通过报文封装，支持EtherNet报文的可靠传输，在保证服务质量的前提下，为多媒体有效载荷提供必须的带宽。

3)与PHY/MAC集成收发器连接的存储器、时钟、INT1200模拟前端模块，INT1200模拟前端模块用于实现数字信号与模拟信号的转换，并提供信号增益控制，模拟前端INT1200，内部集成一个10bit的模拟ADC和一个8bit的DAC，采样频率分别是50MSPS和100MSPS。存储器用于保存PHY/MAC收发器的配置参数及设置的工作模式，时钟是用于给PHY/MAC收发器提供工作频率；PHY/MAC集成收发器包括：I/O接口模块，通过I/O接口与以太网控制器通信的PHY/MAC模块，与PHY/MAC模块相连的ADC/DAC转换模块，所述I/O接口采用MII接口；

4)与模拟前端模块连接的发送滤波器、接收滤波器，用于将模拟信号的载波信号滤除，提取网络信号；

5)与发送滤波器连接的信号放大器，用于信号的功率放大，提高发送滤器的驱动能力；

6)与接收滤波器、信号放大器及与电力线连接的耦合电路，用于网络信号耦合到电力线上，及耦合从电力线上传送来的网络信号，耦合电路实现从电力线上提取信号及与电网隔离起到安全保护作用；

7)基于CM5000芯片的网络电话控制器，用于将从音频编解码器输入的串行数字电话信号进行压缩、回音消除、并行转换输送到接口转换单元以及将接口转换单元输入的并行数字音频信号进行解压、串行转换输送到音频编解码器。CM5000是一个高度集成的VoIP解决方案。它集成了32位RISC CPU、DSP及2个快速以太网地址，CM5000有效的起到控制VoIP网关和IP电话成本的作用。CM5000集成的32位RISCCPU，频率为125MHz，内建了4K字节的指示缓存及4K字节的数据缓存。它支持系统管理、网络管理、协议栈管理及应用程序，CM5000集成的16位Fix-Point DSP，频率为125MHz，支持32K×24的可编程存储器，16K×16的系数存储器，15K×16的数据存储器。它提供2个串行端口支持2个声音通道。DSP支持多个声音压缩模式(G.711，G.723.1，G.729A，G.729B)，回音消除及多种普通电话技术。CM5000提供2个10/100M快速以太网地址支持全/半双工模式，端口基于VLAN，MII接口和2K字节的FIFO封包缓存器。用户能通过MII接口与外部PHY或以太网交换芯片构建VoIP网关和IP电话。当CM5000作为IP电话芯片应用时，也提供对LCD控制、键区、UART串行接口和多个普通I/O接口的支持。

8)与PHY/MAC收发器、电话控制器相连的通信接口转换单元，用来将网络电话控制器的并行数字信号与PHY/MAC收发器的MII协议信号的转换，实现网络电话控制器与收发器之间的通信。

9)与网络电话控制器连接的音频编解码器(Voice Codec)、内外存储器、LCD显示模块、键盘电路，音频编解码器用于语音模拟信号与语音数字信号间的转换，内外存储器为电话控制器的运行提供运行空间，LCD显示模块用来显示数据信息，键盘电路是用于输入数据信息。

10)与音频编解码器连接的送受话器，用于接听音频解码器输出的语音模拟信号或向音频编码器输入语音模拟信号。

电源部分采用开关电源，直接从220V上获得整个电路所需的5V、3.3V、1.8V，同时用滤波电路消除噪声、抑制干扰。

调制解调器控制单元实现数据的交换、数据链路的控制，INT5500具有PHY和Host/DTE两种工作模式。从电力线上过来的OFDM信号经过耦合电路，接收滤波，发送到INT1200模拟前端PGA输出控制信号，通过调节电路，保证ADC输入端的最佳信号电平，A/D转换后进入INT5500，经过数字信号处理后转换成数字信号，通过以太网控制器形成附和计算机接收的网络数据信息，发送与接收过程相反。

在电力VOIP中，CM5000解决VOIP，再通过INT5500传输到电力线上完成通信，通过MII接口与以太网控制器构建与电力MODEM通信。

参见图2，使用时，将两个调制解调器(调制解调器A和调制解调器B)并联到电力线上，来自广域网的上行信号首先到达调制解调器A，经过以太网控制器后，经MII接口转换成为标准的MII码流，MII码流进入MAC/PHY集成收发器，MAC/PHY集成收发器将MII信号调制为正交频分复用(OFDM)信号，再经过模拟前端进行数字/模拟转换器转换为模拟信号，而后通过发送滤波器、信号放大器，最后耦合到电力线上，在同相电力线上传输。电力线将上行信号送入另一调制解调器B，经过耦合器，通过接收滤波器、再经过模拟前端进行模拟/数字转换器转换为数字信号，然后进入MAC/PHY集成收发器，经过MAC/PHY集成收发器解调之后输出MII码流，通过以太网控制器接到PC机等终端设备。

在电力载波电话通信中，首先从送话筒接收到模拟语音信号，经过音频编码器调制成数字语音信号送给网络电话控制器，经过压缩、回声消除和串/并格式转换为并行数据，经通信接口转换单元发送到收发器，经过模拟前端、滤波器、耦合器送到电力线上传输。在另一端完成逆向过程，即可以接收到模拟电话信号，供受话筒接受语音。

Claims (3)

1.一种电力线调制解调器，其特征在于，它包括：

1)连接外部Internet网或PC机的以太网控制器，用于网络信号和MII协议信号间的转换，实现与PHY/MAC收发器之间的通信；

2)通过MII接口与以太网控制器连接、基于INT5500芯片的PHY/MAC收发器，用于对MII协议信号进行正交频分复用调制解调；

3)与PHY/MAC收发器连接的存储器、时钟、INT1200模拟前端模块，INT1200模拟前端模块内部集成一个10bit的模拟ADC和一个8bit的DAC，ADC和DAC的采样频率分别是50MSPS和100MSPS；INT1200模拟前端模块用于实现数字信号与模拟信号的转换，并提供信号增益控制，存储器用于保存PHY/MAC收发器的配置参数及设置的工作模式，时钟是用于给PHY/MAC收发器提供工作频率；

4)与INT1200模拟前端模块连接的发送滤波器、接收滤波器，用于将模拟信号的载波信号滤除，提取网络信号；

5)与发送滤波器连接的信号放大器，用于信号的功率放大，提高发送滤器的驱动能力；

6)与接收滤波器、信号放大器及与电力线连接的耦合电路，用于网络信号耦合到电力线上，及耦合从电力线上传送来的网络信号；

7)基于CM5000芯片的网络电话控制器，用于将从音频编解码器输入的串行数字电话信号进行压缩、回音消除、并行转换输送到接口转换单元以及将接口转换单元输入的并行数字音频信号进行解压、串行转换输送到音频编解码器；

8)与PHY/MAC收发器、网络电话控制器相连的接口转换单元，用来将网络电话控制器的并行数字信号与PHY/MAC收发器的MII协议信号的转换，实现网络电话控制器与PHY/MAC收发器之间的通信；

9)与网络电话控制器连接的音频编解码器、内外存储器、LCD显示模块、键盘电路，音频编解码器用于语音模拟信号与语音数字信号间的转换，内外存储器为电话控制器的运行提供运行空间，LCD显示模块用来显示数据信息，键盘电路是用于输入数据信息；

10)与音频编解码器连接的送受话器，用于接听音频解码器输出的语音模拟信号或向音频编码器输入语音模拟信号。

2.如权利要求1所述的一种电力线调制解调器，其特征在于，其中：PHY/MAC收发器包括I/O接口模块，通过I/O接口与以太网控制器通信的PHY/MAC模块，与PHY/MAC模块相连的ADC/DAC转换模块。

3.如权利要求2所述的一种电力线调制解调器，其特征在于：所述I/O接口采用MII接口。

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