基于Homeplug AV技术的接入设备的硬件与驱动设计

摘要

随着三网融合的推进，第二批试点城市名单已经公布，各家电信及广电运营商均向着全业务发展。由于传统的CATV（Cable Television，有线电视）网络属于单向传输网络，造成目前的广电运营商在宽带业务上的发展远远落后于电信运营商，而进行的网络重新铺设不仅会延缓业务的发展，还会造成严重的资源浪费。而使用EoC(Ethemet over Coax，以太网通过同轴电缆传输)技术，则可以在不重新铺设入户网线的前提下，利用原有的同轴资源进行双向传输。因此，EoC设备便应运而生。
　　 EoC设备可以将宽带以太网信号调制到适合在同轴电缆上传输，使调制后的信号频率在电视信号频率范围以外，则可以利用现成的同轴网络，采用频分复用技术，完成CATV电视业务和宽带接入业务在一根同轴线上同时传输。
　　 本文首先介绍了HFC(Hybrid Fiber-Coax，光纤同轴电缆混合)网作为接入网的优势及当前HFC接入方式双向改造面临的问题，分析和比较了现有HFC网接入技术改造的主要方式，结果表明:EPON（Ethernet Passive Optical Network，以太无源光网络）+EoC技术是适合当前HFC网络改造的最佳方案之一。而后对EoC的技术分类进行分析，选择了具有商用前景的Homeplug AV技术作为研究对象。
　　 论文对EoC接入网络进行了组网方式、EoC设备软硬件设计和接入网的网管系统的整体方案设计并选择了法国速比特公司的SPC310芯片作为EoC设备的主处理芯片。随后重点对EoC设备的硬件电路进行分析和设计，完成了SPC310基本系统电路、以太网接入电路、数模互换电路和电源模块的设计，并对在印刷电路板设计过程中对关键问题进行了研究和分析。在完成了硬件的基础上，对各外围器件进行了底层驱动的设计。
　　 最后根据广电运营商的测试标准，对设计的EoC设备进行了物理层及数据链路层的测试并对测试结果进行分析。测试结果显示本文设计的EoC设备符合广电运营商的性能要求。

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摘要

插图目录

缩略语

第一章 绪论

1．1 三网融合背景

1．2 广电有线网络的现状

1．3 课题意义及研究内容

1．4 论文结构安排

第二章 网络改造方案及技术比较

2．1 HFC网络的双向改造方案选择

2．1．1 双向HFC网的CMTS接入

2．1．2 基于IP的LAN接入

2．1．3 EPON+EoC接入

2．1．4 EPON+EoC技术的优势

2．2 EoC技术分类

2．2．1 无源EoC技术

2．2．2 MoCA技术

2．2．3 Wi-Fi over Coax技术

2．2．4 Homeplug AV over Coax技术

2．2．5 技术比较

2．3 小结

第三章 EoC设备总体方案设计

3．1 EoC系统整体设计

3．2 EoC设备需求分析

3．2．1 物理层及数据链路层性能指标

3．2．2 业务质量性能需求

3．3 EoC设备硬件方案设计

3．3．1 硬件总体设计

3．3．2 核心处理芯片选型

3．3．3 核心芯片介绍

3．4 EoC设备软件方案设计

3．4．1 嵌入式操作系统的选择

3．4．2 EoC设备网管系统设计

3．5 小结

第四章 EoC终端硬件设计

4．1 SPC310基本系统电路设计

4．1．1 Flash接口设计

4．1．2 SDRAM接口设计

4．1．3 调试电路设计

4．2 以太网信号处理电路设计

4．2．1 有线以太网设计

4．2．2 无线Wi-Fi接入设计

4．3 数模互换电路设计

4．3．1 转换芯片选择

4．3．2 转换电路设计

4．4 模拟前端电路设计

4．5 电源设计

4．6 EoC设备的PCB设计分析

4．6．1 以太网差分布线及阻抗匹配

4．6．2 SDRAM等长布线

4．7 小结

第五章 EoC终端底层驱动设计

5．1 底层驱动总体设计

5．2 基于SPI的Flash驱动设计

5．2．1 Flash芯片驱动结构

5．2．2 Flash芯片程序的编写

5．3 网卡驱动设计

5．3．1 网络驱动程序的结构

5．3．2 核心数据结构

5．3．3 驱动程序的编写

5．4 小结

第六章 EoC设备性能测试与分析

6．1 硬件功能验证

6．1．1 电源及时钟源测试

6．1．2 硬件基本系统功能验证

6．2 测试平台搭建

6．3 物理层性能测试

6．3．1 系统实际RF带宽测试

6．3．2 接收动态范围和差分链路衰减测试

6．3．3 抗高斯噪声性能

6．3．4 插入损耗与回反射损耗测试

6．4 小结

第七章 结论

7．1 主要成果

7．2 展望

致谢

参考文献

附录A 作者在研究生期间的成果

附录B 电路原理图

附录C 底层驱动主要代码