CN102611529A - 双绞线上实现百米以上无误码传输的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双绞线上实现百米以上无误码传输的方法,其特征在于:在使用双绞线作为传输媒介的数据传输系统中,使用千兆以太网PHY芯片作为物理底层,采用FPGA作为协议处理器,将上层CPRI协议的基本帧长度从16变成40,每个基本帧的帧头控制字部分由2个字节改为4个字节,然后每128个基本帧组成一个超帧,以伪装成IEEE802.3数据包实现数据传输系统中主控端与客户端的数据传输。本发明利用PHY芯片实现抗干扰能力强,传输距离远的脉冲幅度调制(PAM-5)的编码,在CAT-5双绞线上实现百米以上的无误码传输。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域,特别是一种双绞线上实现百米以上无误码传输的方法。
背景技术
以太网双绞线的布线资源随着有线互联网的不断发展,至今已经如同电话线一般普及,但光纤资源在一些比较早期的社区建筑物内并没有预先布置,使得多业务无线覆盖系统的布局受到很多限制,需要增加光纤布线的投入,减缓了布网速度并提高了布网成本。而利用已经布局完成的备用以太网双绞线资源,可以在不做大的修改就能实现多种无线通讯的信号覆盖。即能迅速组网,又能合理利用其备用的资源,减少资源浪费。然而传统的serdes+驱动增强芯片放大传输信号来满足远距离传输,1是产品因为阻抗匹配等问题,其生产一致性比较差,生产成本高;2是产品的性能也无法满足百米的千兆无误码传输要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种双绞线上实现百米以上无误码传输的方法。
本发明采用以下方案实现:一种双绞线上实现百米以上无误码传输的方法,其特征在于:在使用双绞线作为传输媒介的数据传输系统中,使用千兆以太网PHY芯片作为物理底层,采用FPGA作为协议处理器,将上层CPRI协议的基本帧长度从16变成40个字节,每个基本帧的帧头控制字部分由2个字节改为4个字节,然后每128个基本帧组成一个超帧,以伪装成IEEE802.3数据包实现数据传输系统中主控端与客户端的数据传输。
在本发明一实施例中,进一步包括将系统的工作基准时钟修改成符合IEEE802.3标准的结构。
在本发明一实施例中,还包括客户端的时钟恢复与同步,通过独立的时钟芯片将PHY从接收数据中恢复出一个稳定的时钟作为参考,控制压控晶振输出相位一致的时钟,并且通过分频器输出各种频率的同源时钟信号,驱动客户端系统中的各个组成部分。
在本发明一实施例中,所述的协议处理器和PHY芯片之间采用SGMII或者GMII接口连接。
在本发明一实施例中,还包括对所述PHY芯片的供电电路进行独立分割。
本发明利用PHY芯片实现抗干扰能力强,传输距离远的脉冲幅度调制(PAM-5)的编码,在CAT-5双绞线上实现百米以上的无误码传输。
附图说明
图1是本发明系统架构原理框图。
图2是802.3以太网帧结构示意图。
图3是CPRI协议的数据包结构示意图。
图4是CPRI伪装成IEEE802.3数据包的结构示意图。
图5是图1中近端机时钟电路原理示意图。
图6是图1中主控端时钟电路原理示意图。
图7是图1中客户端时钟电路原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本实施例提供一种双绞线上实现百米以上无误码传输的方法,在使用双绞线作为传输媒介的数据传输系统中,使用千兆以太网PHY芯片作为物理底层,采用FPGA作为协议处理器,将上层CPRI协议的基本帧长度从16变成40个字节,每个基本帧的帧头控制字部分由2个字节改为4个字节,然后每128个基本帧组成一个超帧,以伪装成IEEE802.3数据包实现数据传输系统中主控端与客户端的数据传输。
千兆PHY芯片目前不论从技术,生产工艺还是成本上都已经发展的相当成熟,用于双绞线做无误码传输非常合适。又由于PAM-5编码,使得千兆数据的传输实际产生的信号变化速率只有125MHz左右,对线缆的阻抗匹配,抗干扰设计都大大的简化,PAM-5编码,区别于4B/5B串行编码,每一个时钟周期只存在两种可能电平,只能表示0和1。PAM-5编码是一种5电平编码方式,每一个时钟周期可能存在5种电平,可以传输2个比特的有效数据。再加上4对线同时传输,所以能把时钟速率降低到125MHz。而信号在传输线上传输的衰减强度与信号的频率关系非常密切,频率越高衰减越厉害,传输距离就越短。这就是为什么千兆PHY能在普通双绞线上轻松完成百米无误码传输的主要原因。请参照图1,图1是本发明系统架构原理框图,图中主控端采用VSC8634芯片,而客户端采用VSC8641芯片,前者是一颗4通道PHY芯片,可以有效减小PCB面积,提高集成度,降低成本。而客户端采用的是一颗单通道PHY芯片,因为客户端只需要一个通道即可。而协议处理器,主控单元采用的是lattice ECP3 70EA FPGA,客户端则使用Xilinx Spartan 6系列的FPGA。FPGA的主要工作就是完成符合IEEE802.3协议标准的系统传输数据包的生成,并连接控制PHY工作,还有就是完成一些数字信号的处理工作。
本发明协议处理使用一块FPGA芯片编程实现,协议架构根据CPRI协议修改成符合GMII接口标准的结构。PHY芯片的传输接口是根据IEEE802.3协议定制的,通过比对IEEE802.3数据包结构(如图2所示)和CPRI协议数据包结构(如图3所示,图中W表示一个基本帧的长度,W=0的部分用于放置控制字;Y表示宽度,Y值可以根据传输速率1、2、4可变,一般取2;X是一个超帧中的基本帧个数,一个超帧包含256个基本帧;Z是超帧的统计个数,150个超帧组成一个射频帧)可知,CPRI协议数据包是不能直接被PHY芯片所接受,为了让PHY芯片能识别FPGA所发出的数据包,就需要将原来的CPRI协议数据包结构做一定的修改,以符合PHY芯片的传输规则。PHY芯片是IEEE802.3协议中的最底层部分,IEEE802.3协议中,只识别前导码,用于定位和恢复数据,同时为了满足CPRI协议所传输的IQ数据具有周期性的特点,本发明将CPRI协议的基本帧长度从16变成40,每个基本帧的帧头控制字部分由2个字节改为4个字节,因为千兆PHY做串并转换同步的时候需要多个连续的8’h55标志符(该标志符为:8位的一个数据用16进制描述,其内容是55)来定位。然后每128个基本帧组成一个超帧。而这个超帧就是一个伪装的IEEE802.3数据包。伪装后的数据包结构如图4所示,其中,协议控制字部分容量相比CPRI标准协议扩大了一倍,原因就是千兆PHY的串并转换过程中需要更多的同步特征码来定位。这样每一个超帧,必须使用3个以上的8’h55标志符。DATA部分则是有效传输数据,主要用于传输IQ数据以及其他类型的数据。最后是12个idle标志字节。因为IEEE802.3协议中规定,每个数据包之间至少需要12个字节的间隔时间。所以我们在每一个超帧的最后12字节作为无效数据标志。以上128个这样的基本帧组成一个超帧,也就是伪装的IEEE802.3数据包。要是说明的是,本发明的这个传输结构主要用于服务IQ数据的传输,而IQ数据是实时数据流,传输延时要求很高,所以需要除了超帧最后一个基本帧的最后12个字节不能传输数据外,其他基本帧的最后12个字节也不能用于传输IQ数据。
这里值得一提的是,在IEEE802.3协议中,千兆PHY的基准工作频率是125MHz,而CPRI协议中,千兆速率传输的工作时钟是122.88MHz。因此需要将CPRI数据包格式和工作基准时钟修改成符合IEEE802.3标准的结构。图5至图7分别近端机、主控端、客户端的时钟电路示意图,因为是用在通讯系统上,对时钟的频率,相噪,抖动等非常敏感,需要使用一颗专门的时钟芯片来处理这个问题。本发明客户端的时钟芯片将PHY从接收数据中恢复出一个稳定的时钟作为参考,控制压控晶振输出相位一致的时钟。并且通过分频器输出各种频率的同源时钟信号,驱动该客户端系统中的各个组成部分。
此外,还需注意的是:PCB设计时对串行走线部分需要做好抗干扰以及阻抗匹配工作。抗干扰主要就是对信号线做包地处理,并对PHY芯片的供电电路进行独立分割,降低电源噪声。阻抗匹配主要是差分线对做等长处理,以及线宽符合传输阻抗。
本发明不仅在CAT-5双绞线上实现百米以上的无误码传输,而且利用已有的以太网传输线布线资源,布局多业务无线覆盖系统。多业务包括,WCDM、GSM、TDSCDMA、CDMA数字蜂窝通讯系统信号覆盖,WIFI热点信号覆盖等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (5)
1.一种双绞线上实现百米以上无误码传输的方法,其特征在于:在使用双绞线作为传输媒介的数据传输系统中,使用千兆以太网PHY芯片作为物理底层,采用FPGA作为协议处理器,将上层CPRI协议的基本帧长度从16变成40个字节,每个基本帧的帧头控制字部分由2个字节改为4个字节,然后每128个基本帧组成一个超帧,以伪装成IEEE802.3数据包实现数据传输系统中主控端与客户端的数据传输。
2.根据权利要求1所述的双绞线上实现百米以上无误码传输的方法,其特征在于:进一步包括将系统的工作基准时钟修改成符合IEEE802.3标准的结构。
3.根据权利要求2 所述的双绞线上实现百米以上无误码传输的方法,其特征在于:还包括客户端的时钟恢复与同步,通过独立的时钟芯片将PHY从接收数据中恢复出一个稳定的时钟作为参考,控制压控晶振输出相位一致的时钟,并且通过分频器输出各种频率的同源时钟信号,驱动客户端系统中的各个组成部分。
4.根据权利要求1所述的双绞线上实现百米以上无误码传输的方法,其特征在于:所述的协议处理器和PHY芯片之间采用SGMII或者GMII接口连接。
5.根据权利要求1所述的双绞线上实现百米以上无误码传输的方法,其特征在于:还包括对所述PHY芯片的供电电路进行独立分割。
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