基于soc低成本低功耗可信同軸電纜三網融合系統的制作方法

專利名稱：基于soc低成本低功耗可信同軸電纜三網融合系統的制作方法
技術領域：
本發明專利涉及一種寬帶數據傳輸系統，特別是一種支持語音通信網、計算 機寬帶網、有線電視網三網融合的系統。
二背景技術：
在同軸電纜上高速寬帶通信現有技術有下面幾種
Cable Modem技術:基于DOCSISl. 1、 D0CSIS2. 0、 D0CSIS3. 0標準的CMTS 系統在北美、歐洲廣泛使用，但在我國"水土不服"。原因是我國的電器設備大 多數未經過電磁兼容論證，即使經過電i茲兼容性認證的產品在生產時為"節約成 本"其產品電磁輻射也大大超標，有線電視同軸電纜網是一個樹型網絡，會匯聚 噪聲(漏斗效應)，使噪聲淹沒了正常的通信信號，使有效帶寬大大降低，或者 根本無法通信。
Moca^支術同軸電纜多媒體聯盟(Multimedia over Coax Alliance),由 松下、科勝訊；Entropic Communications現在提供Moca芯片組，國內有一些 用戶使用M0CA技術，但這種技術只適用于家庭多媒體接入，不適用于多用戶的 接入網。但在小規模試驗中，發現Moca大量的問題(l)不能遠距離傳送(頻 率900-1500MHz),此頻率在電纜和分支器上損耗大；(2)因為它們使用的頻率 與手機頻率相同，干擾手機的正常通信；(3)不適宜做點對多點的大規模接入網。
WLAN技術WLAN無線網絡采用802. lla/b/g/n等協議，原用于2. 4-2. 483GHz 頻率范圍內采用無線進行工作，因為2.4GHz的信號，頻率太高，不適合在同軸 電纜上傳輸，通常釆用降頻的方法來實現，現在國內的六合萬通和法國湯姆生公 司將其發射頻率進行降頻到860MHz以上的頻率在同軸電纜上使用。由于WLAN 采用CSMA/CA協議，適用用戶端不多的家庭使用，并不適合于多用戶并發的接入 網，在多用戶并發通信時速率急劇下降，無法在大規模的用戶接入的系統中使用。
三、 發明內容
要解決的問題
為了解決現有的CMTS技術在干擾大的網絡上不能正常使用的問題；解 決Moca 、 WLAN等技術不能應用于大規模用戶接入的系統中等問題。解決現有 技術不能實現三網融合的問題。
技術方案
"基于SOC低成本低功耗可信同軸電纜三網融合系統"由局端設備、用 戶端設備和網絡管理系統組成，在MAC采用TDMA (分時多址)方式實現多用 戶接入，可實現HFC (同軸電纜光纖混合網)網絡在光站下全網覆蓋，完成 最后1000米用戶的寬帶接入、安全認證、安全管理，通過EP0N、 GP0N或光纖 收發器與核心寬帶網相連，協同工作完成有線電視用戶的寬帶接入，雙向電 視、IPTV等實現三網融合。
在同軸電纜(CATV)寬帶模擬信號2-30MHz的頻道上或862MHz-2. 5GHz的 頻率上實現網絡數據的雙向通信，網絡數據中QoS優先級最高的留給語言電 話(VoIP)和雙向互動電視的點播信令使用，其余的給計算機寬帶網使用。 實現寬帶上網，IPTV。 47MHz-862MHz的頻段上保留給有線電視網使用，調制 模擬電視信號、數字電視信號和IPQAM電視信號。通過高低通濾波器頻分來 實現，從而實現寬帶網、電話網、電視網三網融合于同軸電纜網。
通過局端設備將以太網信號調制為0F面的模擬信號，再把調制的信號 放大后通過同軸電纜傳輸。用戶端設備完成解調，將局端發送過來的模擬信 號還原為以太網信號。
具體為上行信號從用戶端的以太網PHY輸入的信號，經S0C芯片信號 轉換為OF畫數字調制信號，經AD9865 D/A轉換為0FDM模擬信號，經OP2674 放大后，由濾波器濾波后發送到有線電視網上，經有線電視網發送到主端設 備上，主端設備將接收的信號，經濾波器濾波后傳送到AD9865進行A/D變 換轉換為數據信號，經過局端設備的解調變為以太網信號，從而實現數據上 傳。下行信號的與上行信號相同，只不過方向相反。
局端調制
以太網數據經過PHY芯片(IP101 )輸入到S0C芯片的MAC的Mil接口 ， 經AMBA總線，通過鹿A方式直接傳送到動態可重構加速引擎^經網絡入
侵預警與控制加速引擎和加密/解密加速引擎判斷數據的合法性，若數據不 合法將數據丟棄，若數據合法■> MAC層根據數據的優先級，通過TDMA協議 安排時隙和帶寬，如果現在不是本用戶端的時隙則緩存等待時隙到來后發 送，如果是本用戶端的時隙則立即發送PHY層實現測距、突發傳輸、 前向糾錯、信道評估、功率控制"^編碼層實現0FDM、 QAM、 QPSK調制及 與AD9865接口 ，實現將AD9865的數據格式和S0C內部的32位數據格式進 行轉換，并實現對AD9865芯片的反饋控制今數據傳送至AD9865經D/A形 成模擬數據輸出^經過OPA2674進行放大，形成2-30MHz的調制模擬信號在 同軸電纜上傳送，送到各個用戶端設備。 局端解調
從用戶端傳送過來的模擬信號^傳送至AD9865經A/D轉換為數據輸出 今編碼層將AD9865的數據格式轉換為32bit數據格^ PHY層實現測距、 突發傳輸、前向糾錯、信道評估、功率控制，控制AD9865用適當狀態的接 收數據，使誤碼率最低今MAC層將接收的數據還原為原來的數據^經網絡 入侵預警與控制加速引擎和加密/解密加速引擎判斷數據的合法性，若數據 不合法將數據丟棄，若數據合法+數據通過扁BA總線DMA方式發送到以太網 數據經過PHY芯片(IPIOI)。
ARM926EJ處理器，在SOC芯片中的ARM926EJ處理器負責處理本系統中 的管理數據，負責動態配置動態可編程電路。
數據中優先級最高的數據，用于傳送語音信號和電視點播的信令信號。
用戶端設備的調制
以太網數據經過PHY芯片(IP101 )輸入到SOC芯片的MAC的Mil 4妻口 ， 經AMBA總線，通過麗A方式直接傳送到動態可重構加速引擎■>經網絡入 侵預警與控制加速引擎和加密/解密加速引擎判斷數據的合法性，若數據不 合法將數據丟棄，若數據合法》MAC層等待局端設備安一非時隙和帶寬，如 果現在上傳不是本用戶端的時隙則緩存等待時隙到來后發送，如果是本用戶 端的時隙則立即發送^ PHY層實現測距、突發傳輸、前向糾錯、信道評 估、功率控制，控制AD9865用適當參數將數據發送^編碼層實現0F麵、
Q細、QPSK調制及與AD9865接口 ，實現將AD9865的凝:據格式和S0C內部的 32位數據格式進行轉換，并實現對AD9865芯片的反饋控制^數據傳送至 AD9865經D/A形成模擬數據輸出+經過0PA2674進朽-;故大，形成2-30MHz的 調制信號在同軸電纜送傳送，送到局端設備。 用戶端解調
從局端傳送過來的模擬信號^傳送至AD9865經A/D形成數據輸出+編 碼層實現0FDM、 QAM、 QPSK解調及與AD9865接口 ，實現將AD9865的數據 格式和SOC內部的32位數據格式進行轉換，并實現對AD9865芯片的反饋控 制》PHY層實現測距、突發傳輸、前向糾錯、信道評估、功率控制，從而 控制AD9865用適當狀態的接收數據+ MAC層如果是本用戶端的數據，則 還原為原來的數據；如果不是本用戶端的數據，則將它丟棄^經網絡入侵 預警與控制加速引擎和加密/解密加速引擎判斷數據的合法性，若數據不合 法將數據丟棄，若數據合法^數據通過AMBA總線DMA方式發送到以太網數據 經過PHY芯片(IP101 )。
有益效果
本應用方案目標產品主要應用在HFC有線電視網絡中實現寬帶上網、 互動電視點播、IPTV、專網接入等。縮小與國際技術的差距，由"中國制造'， 到"中國創造"；利用調制、解調加速引擎系統功^4氐，節省資源、節省能 源、實現"綠色上網"；利用調制、解調加速引擎系統速度快，系統利用率 高，實現更高的性能價格比，降低成本，使窮人也能上得起互聯網，用得起 點播電視，促進社會的和諧發展，縮小"凄t字鴻溝"，促進社會和諧發展。
四

圖l組網系統框圖
圖2局端設備、用戶端設備原理框圖 圖3 S0C芯片內部原理框圖 圖4調制、解調分層結構示意圖 圖5需分配時隙的TDMA處理幀結構
圖6 CSMA/CA握手信號
五具體實施方式
以下結合附圖對本發明的實施方式進行詳細描述
基于動態可編程電路加速引擎構成編/解碼器；基于動態可編程電路加 速引擎構成PHY、 MAC層加速器；基于動態可編程電路加速引擎構成網絡入 侵預警與控制。從而實現系統的低功耗、低成本、高效率。
大規模網絡入侵預警、控制利用動態可編程電路組成可信化加速引擎， 實現同軸電纜寬帶數據網絡入侵預警、控制。
三網融合利用動態可重構電路構成的加速引擎，實現語音通信、網絡 數據傳輸，利用頻分實現語音通信、網絡數據與數字電視、才莫擬電護u共存， 從而實現基于CABLE電纜的三網融合系統。
工作原理在同軸電纜(CATV)寬帶模擬信號2-30MHz的頻道上或 862MHz-2. 5GHz的頻率上實現網絡數據的雙向通信，網絡數據中QoS優先級 最高的留給語言電話(VoIP)和雙向互動電視的點播信令使用，其余的給計 算機寬帶網使用。實現寬帶上網，IPTV。 47腿z-862MHz的頻段上保留給有線 電視網使用，調制模擬電視信號、數字電視信號和IPQAM電視信號。通過高 低通濾波器頻分來實現，從而實現寬帶網、電話網、電視網三網融合于同軸 電纜網。
系統由局端設備和用戶設備組成，在同軸電纜中利用OFDM正交頻分復 用，利用QAM和QPSK方式在OFDM的子載波上調制數據，從而實現高效率數 字語音、網絡寬帶數據在同軸電纜上高速傳輸。
調制于OFDM子載波上的QAM1024、 QAM256、 Q扁6、 QPSK的編解碼l欠件， 利用動態可編程電路的加速引擎來實現；利用動態可編程電路的加速引擎實 現網絡數據加/解密，實現網絡入侵預警與控制；利用動態可編程電i^各的加 速引擎實現MAC層、PHY層協議等。
在有線電視同軸光纖混合網(HFC)的光站安裝局端設備，在用戶家中安 裝用戶端設備， 一個局端設備可連接64個用戶端設備。
本項目系統由局端設備、用戶端設備、橋接器、網管軟件構成實現最后 1000米的雙向網絡接入，實現有線電視網、電話網、計算機通信網三網融合。
語音通信采用VoIP方式(本項目中不涉及VoIP,只留了優先級最高的網絡通 道)。
1、優選實施例1:
本項目系統由局端設備、用戶設備和J爭接器組成。局端設備(Master)、 用戶端設備(Slave)通過有線電視放大器、分配器、分支器、同軸電纜連 接而成。
1 )局端設備
一個局端設備可連接64個用戶設備。局端設備將以太網輸入數字信號調 制為0F畫模擬信號，使用TDMA (時分多址)協議，通過同軸電纜，實現一對 多數據通信，將數據傳送到用戶設備，用戶設備將從同軸電纜傳送過來的 OFDM信號解調為數字信號，若數據是給本用戶的，本用戶設備將數據信號解 調還原成原有的數據，輸出到用戶的以太網供用戶使用。
同樣用戶輸入的以太網數據在輪到本用戶端的時隙時，經用戶設備調制 為OFDM模擬信號，通過同軸電纜將傳送到局端，局端將OFDM模擬信號解調 為原有數據，通過主端的以太網輸出。^v而實現了雙向通信。
2 )用戶端設備
用戶端的芯片與局端設備芯片完全相同，只是工作的不同的模式。框圖 如圖所示。用戶端設備的調制/解調與局端設備的調制/解調類似，局端設備 工作模式為主動方式，用戶端設備的工作;漢式為從方式。
3 )跨接器
作用將2-30MHz的局端設備和用戶端設備的調制、解調模擬信號跳過 電視信號放大器直通，47-860MHz的信號仍經過電視信號放大器進行放大。
信號^爭接器比較簡單，就是一個雙高低通濾波器，第一個高低通濾波器 先將2-860MHz的信號分離為2-30MHz和47MHz-862MHz兩路，47-862MHz的 電視信號輸出給有線電視放大器進行放大，2-30MHz的信號直接連接到第二 個高低通濾波器的2-30MHz的輸入口；；故大后的47MHz-860MHz有線電視信
號連接到第二個高低通濾波器的47-862MHz的輸入口 ，通過第二個高低通濾 波器的再混合為 一路全頻率信號輸出2-8 6 2MHz 。
如圖1所示為系統架構示意圖，101為局端調制解調器，102為橋接器、 103為用戶端調制解調器、104為另外一個用戶端調制解調器、105為電視信 號放大器、106為有線電視分配器、107為有線電視分配器、108有線電視機 頂盒、109為電視機、IIO為PC計算機。
2、優選實施例2:
網絡管理軟件采用SNMP協議，支持S畫P VI. 0/V2. 0/V3. 0協議。完成 三網融合網絡管理軟件設計，實現網絡入侵預警與控制。為三網合一提供完 善的網管功能。其嵌入式S羅P采用開放源代碼的NET S麗P源碼修改來實現。
網管軟件有下面功能
1) 流量統計功能對每個用戶端的上行和下行的流量進行統計；
2) IGMP協議實現視頻組播用于時移電視、視頻點播；
3) 限制用戶端連接電腦的臺數限制在每個用戶端下連接PC的臺 數，保護運營商的利益；
4) 廣播包、未知包抑制功能對廣播包或其它攻擊包進行抑制，避 免這些無用的數據對正常數據通信的影響；
5) 速率優先、延時優先設置在數據速率要求高的場所可設置為速 率優先；對數據延時要求'J、的場所可設置為延時優先；
6) QOS實現業務隔離設置和保證電話、點播命令等數據的優先傳 輸，從而實現三網融合；IEEE 802. lp是流量優先權控制標準， 工作在媒體訪問控制(MAC)子層。它使得二層交換機能夠提供 流量優先級和動態組播過濾服務。IEEE 802. lp標準也提供了組 播流量過濾功能，以確保該流量不超出第二層交換網絡范圍。 IEEE 802. lp協議頭包括一個3位優先級字段，該字段支持將數 據包分組為各種流量種類。
7) VLAN實現IEEE 802. lp是IEEE 802. lq ( VLAN標簽協議)標準 的擴充協議，它們協同工作。IEEE 802. lq標準定義了為以太網
MAC幀添加的標簽。VLAN標簽有兩部分VLAN ID ( 12比特)和 優先級(3比特)。IEEE 802. lq VLAN標準中沒有定義和使用優 先級字段，而IEEE 802. lp中則定義了該字段。
8) 認證服務(802. lx ): 802. lx認證系統提供了 一種用戶接入認證 的手段，它僅關注端口的打開與關閉。對于合法用戶(才艮據賬號 和密碼)接入時，該端口打開，而對于非法用戶接入或沒有用戶 接入時，則使端口處于關閉狀態。
9) STP(生成樹協議)，防止廣播風暴，通過阻塞一個或多個冗余端 口，維護一個無回J各的網絡(IEEE802. Id);
10) Webserver:利用網頁對系統進行管理，對傳輸進行設置。
3、優選實施例3 (局端設備、用戶端設備原理構成框圖)
如圖2所示為201為以太網信號；202為RJ45連接以太網信號；203為 PHY芯片如IP101、 RTL8201等芯片；204為SOC芯片完成主要功能；205為 SDRAM芯片存儲運行的程序；206為FLASH芯片存儲壓縮程序；207為AD9865 或其它高速AD/DA轉換芯片，如扁86S、 AD9865等；208為OPA2674芯片， 放大輸出的模擬信號；209為高低通濾波器實現頻分通信。
調制的工作過程201輸入的以太網信號經過203 PHY芯片變換，將雙 絞線上的以太網信號變換為Mil —接口信號，通過204的SOC芯片的Mil接口 將網絡接口信號轉換為網絡數據，網絡數據通過SOC的DMA方式直接送給SOC 的加速引擎；經加速引擎進行數據的加密、解密處理，MAC數據的編解碼處 理，PHY層的編解碼處理，調制方式的編解碼處理，將調制的數據送到ADM65 或AD9868等高速的AD/DA轉換器，將數據信號轉換為模擬數據，經OPA2674 放大后送到209高低通濾波器，將調制信號和電視信號混合后由同軸電纜輸 出。
解調的工作過程211輸入的混合信號，經過209高低通濾波器分離出 2-3謹Hz調制信號經過207高速A/D、 D/A變換芯片AD9865、 AD9868進行A/D 轉換為并行數據，送給S0C芯片204,經過SOC解碼電路進行解碼形成數據 流，由SOC通過DMA將數據發送給203PHY芯片，形成網絡數據。
4、優選實施例4，高速寬帶SOC芯片(原理框圖如圖3):
采用帶有DSP指令集和Java加速器的ARM926EJ、 ARM946EJ、 ARM966EJ
或MIPS的IP，在ARM926EJ的AMBA總線上擴展MII接口 、同步通信接口 、
動態可重構的加密引擎、動態可重構的調制/解調加速引擎、異步串行接口、
USB 口 。在芯片外加上高速的AD/DA轉換器。
外部接口采用AMBA總線與接口模塊相連，本S0C芯片主要包括以下接
c :
* SDRAM接口 用于連接SDRAM (同步動態隨機存儲器)，操作 系統、固件程序、應用程序在SDRAM中運行。
* FLASH接口 用于連接FlashR0M (快速電擦除只讀存儲器)， F丄ashROM用于存力丈boot loader (使用Uboot )、固件程序、 嵌入式應用程序。
* MAC接口 MAC接口內部通過AMBA總線與ARM926EJ連接， 外部采用MI I 、 RMII兼容的接口連接PHY芯片或交換芯片；
* USB接口采用USB2. 0標準的接口 (向下兼容USBl. 1 )標 準，包括USB Host接口一個，USB Device接口一個。
* UART(異步串行接口) 2個，1個為RXD、 TXD ( 3線)串口， 用于linux程序的調試；l個為全功能的串口 (9線)，用于 通信，其中DTR、 DSR、 RTS、 CTS、 DCD、 RI即可作為通用GPIO 也可作為UART的專用功能控制線。
* GPIO(通用輸入/輸出控制口) 8個，用于點亮LED,指示芯 片的各種狀態，GPIOO用于指示調制解調編解碼狀態，GPI01 用于指示同軸電纜的連接狀態，GPI02-GPI05用于指示交換 芯片的LINK/ACTIVE狀態。
* 動態可重構加速引擎與A腿926連接釆用AMBA接口 ，利用 動態可重構電路實現高速的編解碼加速算法，從而減少CPU 的負擔，從而大大減少，CPU的功耗，因為專用電i 各的功耗， 比通用電路實現同樣的功能功耗要小得多。
* 動態可重構加密引擎內部與ARM926的AMBA總線相連接， 外部通過同步接口與AD9865芯片相連接，與AD9865芯片的 輸入、輸出數據為雙向信號，其AD9865的采樣反饋信號為 單向信號5位并行數據，輸送給動態可重構加密引擎。
* PLL模塊鎖向環時鐘控制電路/倍頻控制電路，將66MHz 的頻率倍頻CLK —CPU為266MHz供CPU的主頻(可通過程序控 制，設置其頻率)；CLK—SDRAM頻率為166MHz為SDRAM提供 同步時鐘；CLK一MA(:.為MAC模塊提供2 5MHz的頻率；CLK一USB 為USB提供4畫z的頻率；CLK—UART為串口提供33MHz的頻 率；CLK_AD9865為AD9865提供66隨z的同步頻率；CLK —1 為對動態可重構加速引擎提供時鐘；CLK-2為動態可重構加 密引擎提供時鐘等。
* SOC芯片的Firmware固件的設計物理層采用OFDM信號的 調制/解調方式，其子載波采用QAM16、 QAM64、 QAM"6、 QAM1024、 QPSK,根據信道評估的結果自適應的選擇調制/解 調方法；數據鏈路層下行采用廣播方式(下行數據采用動態 可重構加密/解密引擎，根據每個從設備的MAC地址進行分 發數據)，上行采用動態分時模式。在A腹926EJ上運行 linux2. 6. x^喿作系統，與處理器的程序配合實現其PHY層協 議、MAC協議。
* 物理層采用2-30MHz的零中頻信號，通過變頻芯片可調制 到任何頻率上，可以在低頻0-85MHz頻^:內正常工作，可以 在87MHz-860MHz頻率范圍內正常工作，也可以在 860MHz-25OOMHz范圍內正常工作。在28MHz的頻率范圍內分 成7個獨立的子頻道，每個子波段內釆用OFDM調制方式， 每個子載波自適應采用QAM1024、 QAM256、 QAM64、 QAM16、 QPSK載波方式。
如圖3所示為SOC芯片內部框圖，301為SDRAM芯片接口電路，用
于S0C芯片連接SD謹芯片;302為ARM926EJ、 ARM946EJ、 ARM966EJ或 MIPS的處理器，功能用于網絡協議處理；303為Flash接口，用于連 接Flash芯片，flash芯片主要存儲芯片的執行程序；304為AMBA總線， 用于將SDRAM、 CPU、 Flash接口、 MAC才妾口、 UART才姿口、 GPI(U妄口、動 態可重構加速引擎等連接起來；306為MAC，用于處理802. 3以太網協議； 308為USB接口 ，為主USB接口和從USB接口 ，用于連接計算機的USB 口，或連接其它設備的帶USB接口的產品，如打印機，游戲機等；UART 串行接口，用于連接計算機的串口，其它帶串口的設備，如串口打印機， 485串口等；GPIO接口，用于連接控制LED燈，控制其它設備，或用來 模擬總線用于連接EEPROM器件、模擬SPI總線用于控制SPI總線的 設備、模擬MDC/MDI0以太網控制接口等；311動態可重構加速引擎，實 現網絡數據的加密、解密，網絡協議的處理，MAC層數據處理、PHY層數 據處理、編解碼算法等；
312為PLL時鐘電3各，將輸入的時鐘經過PLL時鐘變換電if各將輸入 時鐘變換為各種需要的時鐘輸出給相應的電路，CLK—CPU將輸入的時鐘 變頻后輸入給處理器302，供CPU使用，CLK-SDRAM時鐘信號經變頻后輸 送給外接的SDRAM芯片使用同時提供給SDRAM接口電路使用，保證外接 SDRAM器件與SDRAM接口電路同步；CLK—MAC時鐘，時鐘提供為SOC芯片 內的MAC模塊使用同時提供給外接PHY芯片的時鐘，保持PHY芯片與MAC 模塊的同步；CLK-USB給外部的USB物理層芯片提供時鐘；CLK—UART為 UART模塊提供時鐘，用以產生UART的時鐘信號，為UART產品不同的波 特率；CLILAD9865為AD9865和SOC內部的加速引擎提供時鐘，控制 AD9865的AD/DA轉換的采樣與轉換；CLK—1為動態可重構引擎提供的另 外一個時鐘，供動態可重構引擎的處理。
5、優選實施例5 (局端設備結合芯片的數據信號的調制/解調過程，見圖4) 局端調制
以太網數據經過PHY芯片(IP101 )輸入到SOC芯片的MAC的Mil接口 ， 經AMBA總線，通過DMA方式直接傳送到動態可重構加速引擎^經網絡入
侵預警與控制加速引擎和加密/解密加速引擎判斷數據的合法性，若數據不 合法將數據丟棄，若數據合法^MAC層根據數據的優先級，通過T畫A協議 安排時隙和帶寬，如果現在不是本用戶端的時隙則緩存等待時隙到來后發 送，如果是本用戶端的時隙則立即發送^ PHY層實現測距、突發傳輸、 前向糾錯、信道評估、功率控制^編碼層實現0FDM、 QAM、 QPSK調制及 與AD9865接口 ，實現將AD9865的數據格式和S0C內部的32位數據格式進 行轉換，并實現對AD9865芯片的反饋控制^數據傳送至AD9865經D/A形 成模擬數據輸出+經過0PA2674進行放大，形成2-30MHz的調制模擬信號在 同軸電纜上傳送，送到各個用戶端設備。 局端解調
從用戶端傳送過來的模擬信號+傳送至AD9865經A/D轉換為數據輸出 ^編碼層將AD9865的數據格式轉換為32bit數據格+ PHY層實現測距、 突發傳輸、前向糾錯、信道評估、功率控制，控制AD9865用適當狀態的接 收數據，使誤碼率最低今MAC層將接收的數據還原為原來的數據^經網絡 入侵預警與控制加速引擎和加密/解密加速引擎判斷數據的合法性，若數據 不合法將數據丟棄，若數據合法+數據通過AMBA總線DMA方式發送到以太網 數據經過PHY芯片(IP101 )。
ARM926EJ處理器，在SOC芯片中的ARM926EJ處理器負責處理本系統中 的管理數據，負責動態配置動態可編程電路。
數據中優先級最高的數據，用于傳送語音信號和電視點播的信令信號。
6、優選實施例6 (用戶端設備的調制/解調過程，芯片內部動態可重構加速引 擎原理框圖與編碼、解碼加速引擎框圖結合實現，見圖4) 用戶端設備的調制
以太網數據經過PHY芯片(IP101 )輸入到SOC芯片的MAC的Mil接口 ， 經AMBA總線，通過DMA方式直接傳送到動態可重構加速引擎■>經網絡入 侵預警與控制加速引擎和加密/解密加速引擎判斷數據的合法性，若數據不 合法將數據丟棄，若數據合法 > MAC層等待局端設備安排時隙和帶寬，如 果現在上傳不是本用戶端的時隙則緩存等待時隙到來后發送，如果是本用戶
端的時隙則立即發送PHY層實現測距、突發傳輸、前向糾錯、信道評 估、功率控制，控制AD9865用適當參數將數據發送"^編碼層實現0FDM、 QAM、 QPSK調制及與AD9865接口 ，實現將AD9865的數據格式和S0C內部的 32位數據格式進行轉換，并實現對AD9865芯片的反饋控制"> 數據傳送至 AD9865經D/A形成模擬數據輸出^經過OPA2674進行放大，形成2-30MHz的 調制信號在同軸電纜送傳送，送到局端設備。 用戶端解調
從局端傳送過來的模擬信號"^傳送至AD9865經A/D形成數據輸出+編 碼層實現0FDM、 QAM、 QPSK解調及與AD9865接口 ，實現將AD9865的數據 格式和SOC內部的32位數據格式進行轉換，并實現對AD9865芯片的反饋控 制+PHY層實現測距、突發傳輸、前向糾錯、信道評估、功率控制，從而 控制AD9865用適當狀態的接收數據^ MAC層如果是本用戶端的數據，則 還原為原來的數據；如果不是本用戶端的數據，則將它丟棄^經網絡入侵 預警與控制加速引擎和加密/解密加速引擎判斷數據的合法性，若數據不合 法將數據丟棄，若數據合法^數據通過AMBA總線DMA方式發送到以太網數據 經過PHY芯片(IP101 )。
7.優選實施例7 (按需分配時隙的TDMA處理過程)
上、下行數據可以是全雙工通信方式、也可以是半雙工通信方式。 下行數據包括下行信令和下行數據兩部分。下行信令包括同步頭(用 于主從設備的同步)，下發數據從端地址(MAC地址號和分配的流水號)，前向 糾錯碼，主端根據所有從端設備提出的時隙需求、優先級要求統一調度仲裁 下發允許本從端上傳時隙的長度；從端設備根據主端下發的時隙向主端發送 數據。
上行數據包括上行信令、上行數據。上行信令包括從端地址(用MAC 地址和主端對本從端分配的流水號)、下一幀需要上傳數據凈荷的長度、下 一幀數據的優先級(注這一幀的需求、主端下一幀下發時才會響應)，再后 面有本幀根據主端命令送過來的數據碼的長度，數據凈荷等。
如圖5所示為左側為主端發送給某一從端數據格式，右端為某一從端上 傳數據格式。
501為主端發送給某一從端數據的第n幀從端號，MAC地址，其中從端 號時主端根據從端登陸上主端的號碼，例如第一個從端登錄上主端后的，從 端號為0，第IO個登錄上的主端的號碼為9,以此類推。幀號表示傳送的數 據為第n幀，就是表示從開始發送到現在的第n次發送給本從端；MAC地址 表示這是那一個從端的MAC地址。
502為主端根據本從端上一幀上傳過來的請求的優先級及請求數據的長 度經仲裁產生的，預留給本從端的時隙的大小，供從端下一幀上傳數據時根 據本標準上傳數據。
503為下發給第n幀數據、給501中MAC地址設備的長度碼，表示長度 碼后跟著的數據長度。長度碼有兩種表示方法(1 )直接用所跟數據的字節 數表示。這種表示法的優點是，所跟的數據都是有效數據，沒有不需要的填 充位。缺點是表示字長需要的位數多，傳輸時間比較零碎；(2)用一個時 間片表示。 一個時間片可傳輸多個字節，如用1024字節用1表示，2048字 節用2表示等。這種方式的優點表示字長的數據短，時間按一片、 一片的 表示，便于處理。缺點通常最后一幀的末尾總是不是完整的1024字節， 不滿需要填充，因此效率相對較低。
504為第n幀下發的數據，也就是數據凈荷，是真正要傳輸的數據。
509-513為某一從端第n幀上傳數據;f各式。
509為從端的地址包括本包的從端號和本從端的MAC地址，以及本幀號。 從端號是主端分配給本從端的一個順序號，例如l個主端，64個從端的系 統，從端的順序號0-63; MAC地址是從端設備的MAC地址；本幀是第n幀， 因此本幀號為n。
510為本從端上傳下一幀欲傳數據的優先級，即下面一幀需要上傳數據 的優先級，我們預留8位，現有的IPv4的標準為3位。 511為本從端上傳下一幀欲傳數據的長度。
510、 511均是請求下一幀需要的傳送的數據的優先級和欲傳輸數據的長 度，是本從端根據本設備需要傳送數據設置的優先級和本設備需要上傳數據
的緩存數據的大小傳送給主端后，主端根據本系統中所有從端的請求進行統 一調度。
若其他從端需要的資源不多，能滿足本從端的需求。則主端進行仲裁， 在下 一 幀按本從端的需要給本從端足夠長的時隙來傳送本從端的數據。
若其他從端也需要資源，則主端根據各個從端優先級和需要傳送數據的 大小統一調度，分配給本從端合適的時隙用于本從端上傳數據。
512為第n幀上傳數據的長度，即本從端欲上傳數據長度，也就是后面 緊接著數據的長度。
513為第n幀上傳數據數據，即數據凈荷。
下行數據主端數據傳送給從端是主端根據各從端設備需要傳送數據 的優先級和數據的長度調度，廣播給各個從端。從端根據發送給不同從端 的MAC地址，如果是本從端的數據則接收并解碼；如果不是本從端的數據 則將本幀舍棄。
上行數據上行數據的時隙調度是主端根據從端上一幀上傳的優先級 和需要上傳數據的長度來統一安排給本從端這一幀上傳時隙的時間。本從 端根據主端給本端的時隙的大小來安排適當的數據進行上傳。
對于未初始化的數據，例如主端發送的第一幀數據，主端尚未接收到 從端來的請求數據。則主端根據登錄的從端個數平均分配各個從端的時 隙。
8.優選實施例8 (從端數據的協商)
從端設備的登錄，是利用CSMA/CA協議實現的。在每個上傳和下傳的 時間間隙，有一段很小的時隙采用CSMA/CA方式。本方式只用于主端設備 和從端設備協商，從端設備注冊于主端設備上，完成新設備的注冊。
如圖6所示為利用CSMA/CA注冊的原理框圖，601為主端的MAC地址， 602為發送的廣播命令，603為某一從端的根據602廣播命令回復的本從 端的MAC地址，604為應答的標志位。
登錄有兩種方式。方式一，點名方式。當主端發送一個點名命令時，
主端的MAC地址+ 0x01 (在這里假設0x01為點名登錄命令)，已登錄的各 個從端按照其登錄的順序依次回答信號。方式二，添加方式。當主端發送 一個添加方式時，主端的MAC地址+ 0x02 (在這里假設0x02為添加命令)， 已登錄過的從端設備不應答。未登錄過的從端設備延時一個隨機長的時間 后，回答本從端的MAC和應答添加命令關鍵字0x02,主端根據從端的回答 將從端設備添加到主端的登錄隊列中，生成一個新的從端設備。若應答數 據發生碰撞，則重新發送添加命令方式。直到所有的從端設備都登錄為止。 這樣就將所有的從端設備均登錄到主端設備中。 雖然結合附圖對本發明的實施方式進行說明，但本領域普通技術人員可 以在所附權利要求的范圍內作出各種變形或修改。
權利要求1. 基于SOC低成本低功耗可信同軸電纜三網融合系統，包括局端設備、用戶端設備、橋接器；局端設備、用戶端設備由SOC芯片、高速AD/DA轉換芯片、PHY芯片、SDRAM芯片、FlashROM芯片等構成；SOC芯片SDRAM接口、FLASH接口、MAC接口、USB接口、UART、GPIO、PLL模塊、動態可重構加速引擎；其中，動態可重構加速引擎其特征在于:包括加密、解密，網絡入侵控制加速引擎電路層；MAC層信道安排，包括優先級和帶寬，時隙安排TDMA等；PHY層:測距、突發傳輸、前向糾錯、信道評估、功率控制；編碼層OFDM、QAM、QPSK調制及與AD9865接口；在同軸電纜(CATV)寬帶模擬信號2-30MHz的頻道上或862MHz-2.5GHz的頻率上實現網絡數據的雙向通信，網絡數據中QoS優先級最高的留給語言電話VoIP和雙向互動電視的點播信令使用，其余的給計算機寬帶網使用；實現寬帶上網，IPTV；47MHz-862MHz的頻段上保留給有線電視網使用，調制模擬電視信號、數字電視信號和IPQAM電視信號；通過高低通濾波器頻分來實現，從而實現寬帶網、電話網、電視網三網融合于同軸電纜網。
2. 根據權利要求1所述的基于S0C低成本低功耗可信同軸電纜三網 融合系統，其特征包括局端編碼，以太網邀:據經過PHY芯片輸 入到S0C芯片的MAC的Mil接口 ，經AMBA總線，通過DMA方式直 接傳送到動態可重構加速引擎^經網絡入侵預警與控制加速引 擎和加密/解密加速引擎判斷數據的合法性，若數據不合法將數據丟棄，若數據合法^ MAC層根據數據的優先級，通過T讓A協議 安排時隙和帶寬，如果現在不是本用戶端的時隙則緩存等待時隙 到來后發送，如果是本用戶端的時隙則立即發送^ PHY層實 現測距、突發傳輸、前向糾錯、信道評估、功率控制^編碼層 實現0FDM、 QAM、 QPSK調制及與AD9865接口 ，實現將AD9865的 數據格式和SOC內部的32位數據格式進行轉換，并實現對AD9865 芯片的反饋控制^數據傳送至AD9865經D/A形成模擬數據輸出 ^經過OPA2674進行放大，形成2-3謹Hz的調制模擬信號在同軸 電纜上傳送，送到各個用戶端設備。
3. 根據權利要求1所述的基于SOC低成本低功耗可信同軸電纜三網 融合系統，其特征包括局端解碼，從用戶端傳送過來的模擬信 號+傳送至AD9865經A/D轉換為數據輸出^編碼層將AD9865 的數據格式轉換為32bit數據格^PHY層實現測距、突發傳輸、 前向糾錯、信道評估、功率控制，控制AD9865用適當狀態的接收 數據，使誤碼率最低MAC層將接收的數據還原為原來的數據 》經網絡入侵預警與控制加速引擎和加密/解密加速引擎判斷數 據的合法性，若數據不合法將數據丟棄，若數據合法^數據通過 AMBA總線DMA方式發送到以太網數據經過PHY芯片。
4. 根據權利要求1.所述的基于SOC低成本低功耗可信同軸電纜三網 融合系統，其特征包括用戶端編碼，以太網數據經過PHY芯片 輸入到S0C芯片的MAC的Mil接口 ，經AMBA總線，通過DMA方式 直接傳送到動態可重構加速引擎—經網絡入侵預警與控制加速 引擎和加密/解密加速引擎判斷數據的合法性，若數據不合法將數據丟棄，若數據合法^ MAC層等待局端設備安排時隙和帶寬， 如果現在上傳不是本用戶端的時隙則緩存等待時隙到來后發送， 如果是本用戶端的時隙則立即發送^ PHY層實現測距、突發 傳輸、前向糾錯、信道評估、功率控制，控制AD9865用適當參數 將數據發送^編碼層實現0F謹、QAM、 QPSK調制及與AD9865 接口 ，實現將AD9865的數據格式和SOC內部的32位數據格式進 行轉換，并實現對AD9865芯片的反饋控制^數據傳送至AD9865 經D/A形成模擬數據輸出+經過OPA2674進行放大，形成2-3謹Hz的調制信號在同軸電纜送傳送，送到局端設備。
5.根據權利要求i所述的基于SOC低成本低功耗可信同軸電纜三網 融合系統，其特征包括用戶端解碼，從局端傳送過來的模擬信 號^傳送至AD9865經A/D形成數據輸出^編碼層實現OFDM、 QAM、 QPSK解調及與AD9865接口 ，實現將AD9865的數據格式和 SOC內部的32位數據格式進行轉換，并實現對AD9865芯片的反 饋控制~> PHY層實現測距、突發傳輸、前向糾錯、信道評估、 功率控制，從而控制AD9865用適當狀態的接收數據^ MAC層 如果是本用戶端的數據，則還原為原來的數據；如果不是本用戶 端的數據，則將它丟棄^經網絡入侵預警與控制加速引擎和加 密/解密加速引擎判斷數據的合法性，若數據不合法將數據丟棄， 若數據合法^數據通過AMBA總線DMA方式發送到以太網數據經過PHY芯片。
6.根據權利要求1所述的基于S0C低成本低功耗可信同軸電纜三網 融合系統，其特征包括在同軸電纜寬帶模擬信號2-3畫Hz的頻 道上或862MHz-2. 5GHz的頻率上實現網絡數據的雙向通信，網絡 數據中QoS優先級最高的留給語言電話VoIP和雙向互動電視的點 播信令使用，其余的給計算機寬帶網使用；實現寬帶上網，IPTV; 47匪z-862MHz的頻段上保留給有線電視網使用，調制模擬電視信 號、數字電視信號和IPQAM電視信號；通過高低通濾波器頻分來 實現，從而實現寬帶網、電話網、電視網三網融合于同軸電纜網。
專利摘要基于SOC低成本低功耗可信同軸電纜三網融合系統涉及一種寬帶傳送系統，特別是一種支持通信網、計算機寬帶網、有線電視網三網融合的系統。為了解決現有的CMTS技術在干擾大的網絡上不能正常使用的問題；解決Moca、WLAN等技術不能應用于大規模用戶接入的系統中等問題。利用動態可重構電路構成的加速引擎，實現語音通信、網絡數據傳輸，利用頻分實現語音通信、網絡數據與數字電視、模擬電視共存，從而實現基于CABLE電纜的三網融合系統，廣泛應用于EOC系統中。
文檔編號H04Q11/04GK201204644SQ20082008822
公開日2009年3月4日 申請日期2008年6月10日 優先權日2008年6月10日
發明者華曉勤, 顧士平 申請人:顧士平