CN103117908A - 一种适用于同轴宽带多业务接入的局端设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于同轴宽带多业务接入的局端设备，它包括SWITCH交换芯片、物理层芯片、MAC层芯片、网络管理模块、双工滤波器、同轴数据接收端口、同轴数据发送端口、第一～第三RJ-45接口和电源供给接口，所述物理层芯片通过标准GMII接口与SWITCH交换芯片连接，所述SWITCH交换芯片通过RMII接口与MAC层芯片连接，所述MAC层芯片与双工滤波器连接，所述双工滤波器高频端与同轴数据接收端口连接，所述双工滤波器公共端与同轴数据发送端口连接，所述网络管理模块与SWITCH交换芯片连接。本发明配合入户的用户端设备，可以充分利用现有有线电视同轴网，实现低成本而高性能的点对多点宽带接入。

Description

一种适用于同轴宽带多业务接入的局端设备

技术领域

本发明涉及一种适用于同轴宽带多业务接入的局端设备。该局端设备采用IEEE802.3ah协议，通过五类线上连EPON系统的ONU，混合宽带接入数据业务信号与有线电视业务信号，利用同轴电缆发送混合信号。该设备属于宽带同轴接入网技术领域。

背景技术

进入21世纪以来，通信系统的应用得到了突飞猛进的发展，数字技术、网络技术得到了普及应用，随着IPTV、HDTV、VoIP等宽带因特网业务的推出，使得用户对于数据、语音、图像等多媒体通信的宽带接入需求日益旺盛，“三网融合”的趋势也越来越明显。

有资料显示，用户线的投资占整个接入网投资的40%~50%，若能利用现有网络实现宽带网络接入，那么就能避免铺设造价昂贵的新通信网络。有线电视网络（CATV）作为覆盖范围最广的网络之一，具有频带宽、资源丰富等特点，同时CATV光纤/同轴混合网络也是未来信息高速公路的基础设施之一，如果能对其进行改造，用来实现用户与通信传输网之间的连接，那么必然会为用户提供经济高效的宽带接入服务。这样在实现有线电视网络双向化改造的同时，为下一代广播网（NGB）提供了一个可盈利的运营商级宽带电缆入户方案。

目前，比较成熟的双向改造技术主要有：CMTS+CM、无源EOC技术、有源EOC技术。

(1) CMTS(Cable Modem Termination System)+CM(Cable Modem)即电缆调制解调技术。其中CMTS是核心，采用国际电信联盟的DOCSIS协议；用户终端CM通过CMTS与Internet连接，可以在有线电视网络内实现IP电话、视频点播等功能。该技术发展已比较成熟，它的主要技术缺点是采用了总线型网络拓扑结构，用户共享带宽造成数据传输不稳定，加上汇聚噪声的漏斗效应，其在国内的应用规模有限。

(2) 无源EOC技术。无源EOC，是指一种采用无源器件的基于同轴电缆的以太网传输技术。它采用基带编码方式，只将用于双绞线传输的双极性信号转换成便于同轴电缆传输的单极性信号。无源EOC技术通过在楼道头端放置接入网桥，隔离用户端的噪声，从而解决了有线电视网络存在的最普遍也最难解决的问题——漏斗噪声。但无源EOC只适用于点对点的拓扑结构，不能支持用户分布比较散的有线电视网络。

(3) 有源EOC 技术。目前主要的有源调制EOC技术有HomePlug AV、MoCA、WiFi over Coax等技术。HomePlug AV技术使用2MHz~28 MHz频段，MOCA技术的载波频率使用800 MHz-1500 MHz频段，WiFi over Coax技术采用802.11b，将无线的高频段2.5GHz载波，搬移到coax的750-950MHz频段，可提供108Mbps的物理层速率。HomePlug AV和MOCA均采用OFDM调制，抗干扰能力强，HomePlug AV物理层接入速率可达200Mbps，MOCA可达270Mbps。

这些有源调制技术虽然能够高速连接家庭里的双向终端设备，无需重新铺设缆线，然而高速率的接入是在1518Byte理想包长时测得。当前的有源EOC 调制技术主要存在以下两个方面的问题：

1. 系统接入的总带宽会随用户接入数量增加而急剧下降，所能提供的接入带宽很难满足NGB的要求，以上技术所采用的CSMA机制在用户接入数量增加时性能将明显下降。

2. 实际业务中的很多数据业务，如语音电话和网络游戏等实时业务，是以短包形式出现。当64Byte短包频繁出现时，以上技术的系统吞吐量将急剧下降，时延、抖动均有增加。

当前这些技术都需要在局端放置一个对应技术的局端设备CLT（Coax Line Terminal），实现对EPON ONU下行网络信号的接收以及对数据信号进行调制解调。现有的局端设备CLT上输出端口需要两种接口，一种是数据接口，一种是射频接口，不适合采用同轴电缆同时传输有线电视信号和因特网信号的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可充分利用现有的有线电视网络，方便经济地实现有线电视用户的高速数据接入，适合使用同轴电缆同时传输有线电视信号和宽带数据信号的同轴接入局端设备。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种适用于同轴宽带多业务接入的局端设备，它包括SWITCH交换芯片、物理层芯片、MAC层芯片、网络管理模块、双工滤波器、同轴数据接收端口、同轴数据发送端口和第一～第三RJ-45接口，所述物理层芯片通过标准GMII接口与SWITCH交换芯片连接，所述SWITCH交换芯片通过RMII接口与MAC层芯片连接，所述MAC层芯片连接与双工滤波器连接，所述双工滤波器高频端与同轴数据接收端口连接，所述双工滤波器公共端与同轴数据发送端口连接，所述网络管理模块与SWITCH交换芯片连接，所述第一、二RJ-45接口与物理层芯片连接，第三RJ-45接口与MAC层芯片连接。

优选的，在该适用于同轴宽带多业务接入的局端设备中有线电视信号与数据信号频分复用，其中数据信号频带占用5～65MHz，有线电视信号频带占用65～860MHz。

尤为优选的，所述网络管理模块采用IEEE802.3ah媒体接入控制协议，且上行信号与下行信号采用TDD时分双工方式。

优选的，所述设备物理层采用n-VSB多电平残留边带调制方式。

优选的，所述第一、二RJ-45接口为千兆网口。

优选的，所述第三RJ-45接口为LCI接口。

优选的，所述局端设备还包括用于与电源连接的电源供给接口，所述电源供给接口产生1.8V或3.3V直流电，为设备的所有芯片包括：SWITCH交换芯片、物理层芯片、MAC层芯片以及网络管理模块供电。

上述设备中，所述SWITCH交换芯片负责数据交换，对各个逻辑端口的数据进行转发和广播，实现划分VLAN和管理用户端设备MAC地址功能，数据通过RMII接口发送到MAC层芯片；SWITCH交换芯片受网络管理模块控制，接收从物理层芯片下发的以太网数据，经交换后由MAC层芯片进行信号转换，向下行广播发出。 

所述物理层芯片用于接收从上联千兆网口传来的符合IEEE 802.3ah媒体接入协议的宽带以太网数据，通过标准GMII接口将数据传输给SWITCH交换芯片。

所述MAC层芯片用于处理从SWITCH交换芯片传来的宽带以太网数据，实现RMII数字信号与适合同轴电缆上传输的模拟信号之间转换，并将模拟信号变压后传输到双工滤波器。

所述网络管理模块采用IEEE802.3ah媒体接入控制协议，具有读取和改写SWITCH交换芯片配置文件执行管理的功能；并通过与用户端设备的通信，实现与用户端的时序同步，以及分配用户端带宽等功能。

所述同轴数据接收端口负责连接有线电视网络和双工滤波器高频端，接收来自有线电视网络的数据；所述同轴数据发送端口连接双工滤波器公共端，负责发送有线电视信号和宽带以太网信号的混合信号至用户端设备；且同轴数据发送端口，向下扩展连接最多64个用户端设备，可实现对多个用户端进行基于优先级的上行动态带宽分配，在用户端优先级相同时能够保障公平稳定的带宽。

其中第一、二个RJ-45接口均为千兆网口，用于向物理层芯片传输宽带以太网数据；第三RJ-45接口为LCI接口，用于同MAC层芯片通信，实施对SWITCH交换芯片的网管软件管理。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：配合入户的同轴网络用户端设备，可以充分利用现有有线电视同轴网，实现低成本而高性能的宽带点到多点接入。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例中适用于同轴宽带多业务接入的局端设备的内部电路结构图；

图2是图1实施例中SWITCH交换芯片与其他芯片的数据交换的流程图；

图3是图1实施例中MAC层芯片内部数据处理的流程图

具体实施方式

参阅图1，该适用于同轴宽带多业务接入的局端设备包括SWITCH交换芯片、物理层芯片、MAC层芯片、网络管理模块、双工滤波器、同轴数据接收端口、同轴数据发送端口、RJ-45-1接口、RJ-45-2接口、RJ-45-3接口和电源供给接口，物理层芯片通过标准GMII接口与SWITCH交换芯片连接，SWITCH交换芯片通过RMII接口与MAC层芯片连接，MAC层芯片连接与双工滤波器连接，双工滤波器高频端与同轴数据接收端口连接，双工滤波器公共端与同轴数据发送端口连接，网络管理模块与SWITCH交换芯片连接， RJ-45-1接口、RJ-45-2接口与物理层芯片连接，RJ-45-3接口与MAC层芯片连，电源供给接口产生3.3V直流电，为SWITCH交换芯片、物理层芯片、MAC层芯片以及网络管理模块供电。其中电源供给接口与12V直流电源连接，RJ-45-1接口和RJ-45-2接口为千兆网口，RJ-45-3接口为LCI接口。

自ONU下行发送的宽带以太数据经由五类线输入本实施例RJ-45-1接口和RJ-45-2接口并传输至物理层芯片；物理层芯片接收宽带以太网数据后通过GMII物理接口传送至SWITCH交换芯片，在网络管理模块的控制下，SWITCH交换芯片将交换后的宽带以太数据由RMII接口输出到MAC层芯片，由MAC层芯片对以太网数据进行编码和加密等一系列处理后，将数字信号转换为同轴模拟信号传送给双工滤波器；双工滤波器通过同轴数据接收端口接收有线电视信号，混合有线电视信号和宽带以太网信号后，将混合信号通过同轴数据发送端口向下行广播到用户端设备。

参阅图2，本实施例SWITCH交换芯片与其他芯片的数据交换流程入下：

⑴宽带以太网数据的接收与发送：该局端设备通过同轴数据接收端口和同轴数据发送端口与用户端设备和有线电视网络相连；从用户端由同轴电缆上行传送的以太网请求数据，通过同轴数据接收端口传到双工滤波器，经数模转换后到达MAC层芯片的MAC接收模块，并将相应数据传输到SWITCH交换芯片；网络管理模块对来自不同用户端设备的以太网数据按照SLA服务等级分级，控制SWITCH交换芯片进行逻辑端口间的数据交换；SWITCH交换芯片向物理层芯片发送数据，物理层芯片完成以太数据的接收，并经由RJ-45-1接口和RJ-45-2接口通过五类线向上行ONU发送。本实施例数据为双向传输，下行同理。 

⑵网络管理模块控制信号的发送与接收：网络管理模块采用IEEE802.3ah媒体接入控制协议实现点对多点宽带接入，通过与用户端设备的通信，实现用户端的注册上线，以及响应用户端动态带宽请求等功能；上行信号与下行信号传送频分复用，上下行通信采用TDD时分双工方式，可实现对多个用户端进行基于优先级的上行动态带宽分配，在用户端优先级相同时能够保障公平稳定的带宽，实现稳定QoS保障的宽带数据接入。

参见图3，本实施例MAC层芯片内部数据处理流程如下：

下行方向，从SWITCH交换芯片传输的以太网宽带数据，首先进入MAC层芯片内部的MAC模块，经过FEC前向纠错编码，调制模块的信号调制，然后将调制数据信息转换为适合同轴传输的模拟信号，通过低通滤波器滤除信号中的带外无用信息和噪声，最后通过放大器放大并将信号传送到双工滤波器。

上行方向，从同轴线缆上传送来的模拟信号经低噪声放大器接收并放大，通过低通滤波模块滤除带外信号和噪声，然后在调幅模块控制下调整模拟信号的幅值，经过数模转换后，对数字信号进行自动增益控制，并通过均衡器进行信道解调成基带信号。将解调后的信号经过前向纠错解码器解码后，输出到MAC层芯片内部的MAC模块。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于同轴宽带多业务接入的局端设备，它包括SWITCH交换芯片、物理层芯片、MAC层芯片、网络管理模块、双工滤波器、同轴数据接收端口、同轴数据发送端口和第一～第三RJ-45接口，所述MAC层芯片与双工滤波器连接，所述双工滤波器高频端与同轴数据接收端口连接，所述双工滤波器公共端与同轴数据发送端口连接，所述第一、二RJ-45接口与物理层芯片连接，第三RJ-45接口与MAC层芯片连，其特征在于，所述物理层芯片通过标准GMII接口与SWITCH交换芯片连接，所述SWITCH交换芯片通过RMII接口与MAC层芯片连接，所述网络管理模块与SWITCH交换芯片连接。

2.根据权利要求1所述的适用于同轴宽带多业务接入的局端设备，其特征在于，所述网络管理模块采用IEEE802.3ah媒体接入控制协议，且上行信号与下行信号采用TDD时分双工方式。

3.根据权利要求1所述的适用于同轴宽带多业务接入的局端设备，其特征在于，在该适用于同轴宽带多业务接入的局端设备中有线电视信号与数据信号频分复用，其中数据信号频带占用5～65MHz，有线电视信号频带占用65～860MHz。

4.根据权利要求1所述的适用于同轴宽带多业务接入的局端设备，其特征在于，所述设备物理层采用n-VSB多电平残留边带调制方式。

5.根据权利要求1所述的适用于同轴宽带多业务接入的局端设备，其特征在于，所述第一、二RJ-45接口为千兆网口。

6.根据权利要求1所述的适用于同轴宽带多业务接入的局端设备，其特征在于，所述第三RJ-45接口为LCI接口。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的适用于同轴宽带多业务接入的局端设备，其特征在于，它还包括用于与电源连接的电源供给接口，所述电源供给接口产生1.8V或3.3V直流电，为设备的所有芯片包括：SWITCH交换芯片、物理层芯片、MAC层芯片以及网络管理模块供电。

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