CN103607794A

CN103607794A - 一种集成家庭基站功能的家庭网关设备

Info

Publication number: CN103607794A
Application number: CN201310489254.XA
Authority: CN
Inventors: 冯玮; 赵妮丽; 张毅
Original assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Current assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2014-02-26

Abstract

一种集成家庭基站功能的家庭网关设备，涉及光接入网、3G移动通信和家庭网络技术领域，包括嵌入式处理器，嵌入式处理器分别连接语音模块、USB模块、WiFi模块、HNB模块和以太网模块，嵌入式处理器还连接一个PON MAC模块，PON MAC模块还连接光模块；WiFi模块提供无线通信；HNB模块接收用户设备的3G、LTE或4G无线信号，通过PON网络连接到移动核心网；以太网模块用于实现家庭通信数据的上传和下载；光模块用于PON接口的接入和信号光的转换；语音模块用于实现VoIP电话功能，并提供多路语音输出；本发明集家居通信功能和家庭基站功能于一体，成本较低，避免网络凌乱的缺陷。

Description

一种集成家庭基站功能的家庭网关设备

技术领域

本发明涉及光接入网、3G移动通信和家庭网络技术领域，具体来讲是一种集成家庭基站功能的家庭网关设备。

背景技术

PON（Passive Optical Network，无源光纤网络）技术被认为是未来FTTH（Fiber-To-The-Home，光纤到户）时代的终极解决方案。目前国际上主流的PON技术分为1G EPON（Ethernet Passive OpticalNetwork，以太网无源光网络）和GPON（Gigabit-Capable PON，G比特无源光网络）。随着视频点播、网络游戏、交互式IPTV（InteractivePersonal TV，个性化互动电视）等新业务的发展，人们对于宽带接入性能的要求越来越高，在传统PON技术上又衍生了下一代PON技术，主要包括10G EPON、10G GPON和WDM-PON。相较其它接入方式，PON接入有着大带宽、大分光比特性，更能适应目前宽带数据业务市场。

随着全球3G时代的来临，各种高速无线应用正在不断改变人类的生活方式，大众攫取信息的模式发生了根本性的改变，随时随地沟通咨询正在成为可能。3G赋予信息时代的特性就是大量数据业务的产生，将互联网业务有效延伸到移动通信领域，把手持终端打造成信息交汇的舞台。据相关调研机构调查结果称，70%的3G业务发生在室内环境，因此室内无线覆盖的好坏决定了用户的业务使用感知。HomeNodeB又称家庭基站，是近年来根据3G发展和移动宽带化趋势推出的超小型化移动基站，主要用来解决家庭及办公室等室内覆盖的问题。家庭基站对运营商的价值体现在增加网络的覆盖及容量、节约网络部署成本、增加用户粘性减少用户流失等方面，对电信用户的价值体现在良好的室内覆盖、低廉的资费、高速的数据传输和高质量的通话效果、全新的业务体验等方面。

目前市场上的家庭网关设备和家庭基站设备均为独立形态，家庭网关设备完成基于Internet网的语音、数据和图像的家居通信，家庭基站则专注于改善室内移动通信的覆盖。这种家庭网关和家庭基站分别采用独立设备和专用网络入网的方式，必然导致成本较高、网络凌乱的缺陷。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种集成家庭基站功能的家庭网关设备，集家居通信功能和家庭基站功能于一体，成本较低，避免网络凌乱的缺陷。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种集成家庭基站功能的家庭网关设备，包括语音模块、USB模块、WiFi模块和光模块，还包括嵌入式处理器、HNB模块和以太网模块，嵌入式处理器分别连接语音模块、USB模块、WiFi模块、HNB模块和以太网模块，所述嵌入式处理器还连接一个PON MAC模块，PON MAC模块还连接所述光模块；所述WiFi模块提供无线通信；所述HNB模块接收用户设备的3G、LTE或4G无线信号，通过PON网络连接到移动核心网；所述以太网模块用于实现家庭通信数据的上传和下载；所述光模块用于PON接口的接入和信号光的转换；所述语音模块用于实现VoIP电话功能，并提供多路语音输出。

在上述技术方案的基础上，还包括与嵌入式处理器相连的LED灯按键模块，包括LED灯和按键，LED灯用于指示HNB模块、以太网模块、WiFi模块、语音模块、USB模块和光模块的工作状态，按键用于选择HNB模块和WiFi模块相应功能的配置。

在上述技术方案的基础上，所述嵌入式处理器还连接有FLASH模块、DDR2/3模块、系统调测JTAG模块和异步收发传输器模块。

在上述技术方案的基础上，所述HNB模块通过多种移动通信协议接口实现与嵌入式处理器连接，提供无线信号的调制解调、无线资源管理和功率控制功能。

在上述技术方案的基础上，所述以太网模块提供用于上传、下载家居通信数据的多个以太网接口，以太网接口的MAC和PHY功能由嵌入式处理器内置的芯片提供或独立设置的芯片提供，所述以太网接口还连接多个RJ45接口。

在上述技术方案的基础上，所述PON MAC芯片包括数据通信接口和控制接口，所述光模块分别连接数据通信接口和控制接口，提供多种PON接入。

在上述技术方案的基础上，所述语音模块内嵌VoIP协议，提供多个语音接口，语音模块包括DSP功能部分、SLAC功能部分和SLIC功能部分，DSP功能部分、SLAC功能部分由嵌入式处理器内置芯片提供或者是独立芯片提供，所述SLIC功能部分由独立芯片完成。

在上述技术方案的基础上，还包括一个多路电源模块，用于为家庭网关设备的各模块提供多路电源。

在上述技术方案的基础上，所述USB模块与嵌入式处理器提供的USB2.0接口相连，提供主、从模式的USB2.0接口的外部存储器应用。

本发明的有益效果在于：

1、传统家庭网关设备集成家庭基站功能，集家居通信功能和家庭基站功能于一体，基于PON接入技术，实现光纤到户的PON接入，其高带宽特性可以满足家庭网关用户新业务应用，对带宽越来越高的要求；为用户提供语音、视频、数据和移动通信的全业务服务，克服了传统家庭网关和家庭基站独立入网导致的成本较高、网络凌乱的缺陷。

2、本发明在传统家庭网关设备中集成HNB模块，接收室内用户的无线通信信号，嵌入式处理器和PON MAC模块用来透传HNB模块与核心网交互的信息，能够实现移动通信固网化，改善室内移动通信质量，为用户提供三网合一全业务应用。同时，本发明家庭网关设备支持二层交换和三层路由功能，能够实现语音、数据、视频在各端口的全速转发。

附图说明

图1为本发明集成家庭基站功能的家庭网关设备结构示意图；

图2为图1中家庭网关设备应用的家庭基站系统图；

图3为本发明HNB模块实现家庭基站功能的呼叫处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明集成家庭基站功能的家庭网关设备，包括嵌入式处理器，以及和嵌入式处理器相连的语音模块、USB模块、WiFi模块和光模块；所述光模块通过一个PON MAC模块连接光模块。所述嵌入式处理器还分别连接有LED灯按键模块、FLASH模块、DDR2/3模块、UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，异步收发传输器）模块和系统调测的JTAG模块。所述家庭网关设备还包括一个多路电源模块（图未示），用于对上述模块提供各种输出电平的、高精度、高稳定性、低纹波系数的多路工作电源。所述嵌入式处理器包括各种接口，其中通过USB接口与USB模块连接，通过PCIE接口与WiFi模块连接，通过APM接口与语音模块连接，通过RGMII接口与PON MAC模块连接，通过GPIO接口与LED灯按键模块连接，通过DDR控制器接口连接DDR2/3模块，通过JTAG接口连接JTAG模块，通过UART接口与UART模块连接。

所述HNB模块可以通过各种通信协议接口实现与嵌入式处理器的连接，这些接口形式包括GMII（Gigabit Media IndependentInterface）接口、RGMII（Reduced GMII）接口、SGMII（Serial GMII）接口、PCIE（Peripheral Component Interconnect Express）接口或USB（Universal Serial Bus）接口等，支持的制式包括WCDMA、TD-SCDMA、CDMA EVDO、LTE、TD_LTE、FDD LTE等各种3G和4G无线通信制式；提供无线信号调制解调、无线资源管理和功率控制等功能，用于改善室内无线通信质量；接收用户UE（User Equipment，用户设备）的3G、LTE或4G无线信号，通过PON接入网络连接到移动核心网，实现移动业务应用。

所述WiFi（Wireless Fidelity，无线相容性认证）模块通过嵌入式处理器提供的PCIE2.0接口，连接MiNi PCIE插座，用来扩展WiFi模块，提供支持802.11a/b/g/n/ac协议的2.4GHz频段或5GHz频段WiFi无线应用。

所述USB模块与嵌入式处理器提供的USB2.0接口相连，提供主、从模式的USB2.0接口的外部存储器或其它扩展功能模块的应用，接口供电能力可达1000mA。

所述以太网模块提供用于上传、下载家居通信数据的多个以太网接口，多个以太网接口可以为全千兆以太网接口、全百兆以太网接口，或部分千兆接口部分百兆接口的混合模式。以太网接口的MAC和PHY功能，可以由嵌入式处理器内置的芯片提供，或者由独立设置的芯片提供，以太网接口还连接多个RJ45接口，外部通过变压器连接到RJ45接口，提供以太网有线应用。

所述PON MAC芯片包括Serdes接口和I2C接口，Serdes接口为数据通信接口，I2C接口为控制接口，提供满足IEEE803.ah、G.984、IEEE802.11av、G.987或其它NGPON标准的各种PON接入。所述光模块可以为支持EPON、GPON、10G EPON、10G GPON或NGPON各种协议的带尾纤或无尾纤光模块，分别与Serdes接口和I2C接口相连，实现信号的光电、电光转换。

所述语音模块内嵌VoIP（Voice over Internet Protocol）协议（如SIP协议和H.248协议），实现VoIP电话功能，提供多个语音接口。语音模块包括DSP功能部分、SLAC功能部分和SLIC功能部分，其中DSP功能部分、SLAC功能部分可以由嵌入式处理器内置芯片提供，或者是独立芯片提供；SLIC功能部分由独立芯片完成，外部连接到多口RJ11插座，提供多路语音应用。

所述LED灯按键模块包括LED灯和按键，其中LED灯用于指示HNB模块、以太网模块、WiFi模块、语音模块、USB模块、以及与PONMAC芯片相连的光模块的工作状态，按键用于为用户提供HNB模块和WiFi模块相应功能开启和关闭的可选配置。

本发明集成家庭基站功能的家庭网关设备，具备PON接入功能、核心功能和应用接口功能。核心功能包括OAM（OperationAdministration and Maintenance,操作、管理和维护）和OMCI（Optical Network Unit Management and Control Interface）接口管理功能、QoS功能、安全功能、NAT和地址功能、本地管理功能、TR069远程管理功能、二层交换功能、路由转发功能。应用接口功能包括VoIP语音功能、WiFi功能、联网功能和3G无线接入功能。

如图2所示，为集成家庭基站功能的家庭网关设备所应用的家庭基站系统，包括集成家庭基站功能的家庭网关设备、用户终端UE、SeGW（安全网关）、AAA Server、HNB GW、HMS和移动核心网，其中HMS包括HNB OAM和HNB鉴权设备。所述家庭网关设备具备的HNB模块通过Uu接口与UE互连，提供无线接入功能，并通过新定义的Iuh接口与HNB GW和SeGW相连。HNB GW通过标准Iu接口与移动核心网相连，通过Iuh接口与HNB模块相连，提供HNB汇聚、HNB管理、语音和数据的分流前传、ATM/IP协议的转换以及到核心网的标准接口。SeGW负责HNB鉴权，建立TR069和Iuh的IPsec安全隧道，保证HNB模块到HMS、以及HNB模块到HNB GW的安全接入；AAA Server完成HNB验证、授权和记账功能；HMS为HNB管理系统，采用TR-069协议族，实现HNB GW发现功能，负责为HNB模块提供配置参数，实现HNB模块位置验证功能，并为HNB模块分配合适的服务网元。

如图3所示，本发明集成家庭基站功能的家庭网关设备的HNB模块，实现家庭基站功能的呼叫处理流程为：

S1.集成家庭基站功能的家庭网关设备，HNB模块启动。

S2.HNB模块通过OSS（Operation Support System，运营支持系统，包括SeGW、AAA Server、HNB GW、HMS）接入到移动核心网，完成HNB的注册和认证，嵌入式处理器和PON MAC模块承担注册和认证信息的透传，从而实现HNB模块与OSS系统和移动核心网信息交互。

S3.HNB模块通过OSS在线更新软件版本，接收OSS下发的默认RF参数，包括上下行频率、无线信道带宽、导频参数、发射功率等；构造扰码列表、位置、路由和服务区信息，相邻小区列表、物理小区ID等。

S4.HNB模块开启网络监听功能，进入自优化环节，通过扫描空中接口、接收UE上报的测量报告、与相邻HNB进行信息交互三种方式，进行周围环境无线参数取样，根据取样结果动态调整自身无线参数配置，达到优化服务质量目的。

S5.进入HNB模块覆盖区域的UE，通过用户列表获得授权，与HNB模块建立联系，进入待机状态，可以发起主叫，也可以响应被叫，由HNB模块和HNB GW协同进行无线资源配置，建立主/被叫之间的通话链路。

S6.通话过程中，所述家庭网关设备的嵌入式处理器和PON MAC模块完成HNB模块与移动核心网之间交互的信息的透传。

S7.呼叫完成后，HNB模块和HNB GW分别释放无线资源，HNB模块重新进入待机状态，并周期性进行步骤S4自优化环节操作。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种集成家庭基站功能的家庭网关设备，包括语音模块、USB模块、WiFi模块和光模块，其特征在于：还包括嵌入式处理器、HNB模块和以太网模块，嵌入式处理器分别连接语音模块、USB模块、WiFi模块、HNB模块和以太网模块，所述嵌入式处理器还连接一个PON MAC模块，PON MAC模块还连接所述光模块；所述WiFi模块提供无线通信；所述HNB模块接收用户设备的3G、LTE或4G无线信号，通过PON网络连接到移动核心网；所述以太网模块用于实现家庭通信数据的上传和下载；所述光模块用于PON接口的接入和信号光的转换；所述语音模块用于实现VoIP电话功能，并提供多路语音输出。

2.如权利要求1所述的集成家庭基站功能的家庭网关设备，其特征在于：还包括与嵌入式处理器相连的LED灯按键模块，包括LED灯和按键，LED灯用于指示HNB模块、以太网模块、WiFi模块、语音模块、USB模块和光模块的工作状态，按键用于选择HNB模块和WiFi模块相应功能的配置。

3.如权利要求1所述的集成家庭基站功能的家庭网关设备，其特征在于：所述嵌入式处理器还连接有FLASH模块、DDR2/3模块、系统调测JTAG模块和异步收发传输器模块。

4.如权利要求1所述的集成家庭基站功能的家庭网关设备，其特征在于：所述HNB模块通过多种移动通信协议接口实现与嵌入式处理器连接，提供无线信号的调制解调、无线资源管理和功率控制功能。

5.如权利要求1所述的集成家庭基站功能的家庭网关设备，其特征在于：所述以太网模块提供用于上传、下载家居通信数据的多个以太网接口，以太网接口的MAC和PHY功能由嵌入式处理器内置的芯片提供或独立设置的芯片提供，所述以太网接口还连接多个RJ45接口。

6.如权利要求1所述的集成家庭基站功能的家庭网关设备，其特征在于：所述PON MAC芯片包括数据通信接口和控制接口，所述光模块分别连接数据通信接口和控制接口，提供多种PON接入。

7.如权利要求1所述的集成家庭基站功能的家庭网关设备，其特征在于：所述语音模块内嵌VoIP协议，提供多个语音接口，语音模块包括DSP功能部分、SLAC功能部分和SLIC功能部分，DSP功能部分、SLAC功能部分由嵌入式处理器内置芯片提供或者是独立芯片提供，所述SLIC功能部分由独立芯片完成。

8.如权利要求1所述的集成家庭基站功能的家庭网关设备，其特征在于：还包括一个多路电源模块，用于为家庭网关设备的各模块提供多路电源。

9.如权利要求1所述的集成家庭基站功能的家庭网关设备，其特征在于：所述USB模块与嵌入式处理器提供的USB2.0接口相连，提供主、从模式的USB2.0接口的外部存储器应用。