光纖入戶條件下的綜合接入終端的設(shè)計

光纖入戶條件下的綜合接入終端的設(shè)計

與非源光網(wǎng)絡(luò)（epon）是一個寬帶接入網(wǎng)絡(luò)。它可以很好地解決局務(wù)網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)之間的傳輸“瓶頸”，充分解決語音、視頻和數(shù)據(jù)三個業(yè)務(wù)的綜合訪問。這是實現(xiàn)光纖訪問（tph）的最佳技術(shù)。1基于epon的ftth網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)EPON是采用點到多點網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、利用光纖和光無源器件進行物理層傳輸?shù)膶拵Ы尤胂到y(tǒng),它在以太網(wǎng)協(xié)議的基礎(chǔ)上開發(fā)了新的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議來實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的綜合接入。EPON主要由3部分組成:光線路終端(OLT)、光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)和光網(wǎng)絡(luò)單元/光網(wǎng)絡(luò)終端(ONU/ONT)或綜合接入終端?；贓PON的FTTH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。OLT設(shè)備位于局端,ONU或綜合接入終端設(shè)備位于用戶家中,從而實現(xiàn)光纖到戶,ODN由光纖和光分路器/耦合器等無源器件構(gòu)成。在本方案中,1490nm波長傳輸下行語音、數(shù)據(jù)和IPTV業(yè)務(wù),1310nm波長傳輸上行語音、數(shù)據(jù)以及視頻點播(VoD)命令等。下行采用廣播方式,上行采用時分復(fù)用(TDM)技術(shù)來避免發(fā)生信號沖突,實現(xiàn)多用戶對共享傳輸通道的訪問,上、下行速率均達到1.25Gbit/s。利用波分復(fù)用(WDM)技術(shù),復(fù)用1550nm的下行波長,從而實現(xiàn)數(shù)字電視業(yè)務(wù)的接入。數(shù)字視頻廣播(DVB)業(yè)務(wù)采用MPEG-2編碼方式,IP電視(IPTV)業(yè)務(wù)采用更為先進的H.264編碼方式,以提高帶寬利用率。2數(shù)據(jù)、語音、視頻業(yè)務(wù)接入綜合接入終端系統(tǒng)是在面向FTTH接入的條件下,實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音和視頻業(yè)務(wù)的3重接入。特別是在視頻業(yè)務(wù)方面,完成DVB、IPTV兩種視頻業(yè)務(wù)的接入。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。3數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)單元和視頻業(yè)務(wù)單元綜合接入終端的硬件系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)管理控制模塊(圖2中虛框Ⅰ部分)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)單元(圖2中虛框Ⅱ部分)、視頻業(yè)務(wù)單元(圖2中虛框Ⅲ部分)和語音業(yè)務(wù)單元(圖2中虛框Ⅳ部分)組成。3.1serdes網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口PAS6301是一款基于ARM922微處理器的芯片,用于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制和管理,芯片接收前端集成了一個串/并轉(zhuǎn)換器(Serializer-Deserializer,SERDES)的接口,用于實現(xiàn)與光收發(fā)器的連接。PAS6301完成對用戶業(yè)務(wù)的各種適配功能,通過與外部器件的結(jié)合,實現(xiàn)對3種業(yè)務(wù)的處理。在上行接口側(cè),PAS6301芯片內(nèi)部集成了1.25Gbit/s串/并行轉(zhuǎn)換器SERDES,用于與EPON收發(fā)器的連接,實現(xiàn)PAS6301與光收發(fā)組件的接口,SERDES具有時鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)、串/并轉(zhuǎn)換、8B/10B編解碼等功能。SERDES直接與網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口模塊相連,將上行鏈路連接到OLT。在下行方向,PAS6301定位并判別邏輯鏈接標識(LogicalLinkIdentification,LLID),判斷LLID是否與自己的LLID匹配。如果不匹配,則丟棄;如果匹配,則接收并進行前向糾錯(FEC),將802.3ah幀的前導(dǎo)碼換成802.3幀的前導(dǎo)碼,然后用高級加密標準(AES)算法解密,對解密后的幀進行業(yè)務(wù)分流,把操作、管理和維護(Operation、AdministrationandMaintenance,OAM)幀和控制幀送給高級的精簡指令計算機微處理器處理,把數(shù)據(jù)、視頻和語音業(yè)務(wù)按照分發(fā)機制送到對應(yīng)的端口。3.2fpga-mii接口設(shè)計PAS6301內(nèi)集成有一個EMAC+MDIO片上外設(shè),用于為以太網(wǎng)物理層(PHY)器件提供媒體無關(guān)接口(MediaIndependentInterface,MII),其中,EMAC為接口以太網(wǎng)PHY提供數(shù)據(jù)通路,MDIO為接口以太網(wǎng)PHY提供管理信息通路。PAS6301可以通過MDIO接口對外加的交換芯片和PHY芯片進行管理,收集相關(guān)的工作狀態(tài)。本系統(tǒng)使用IP101作為以太網(wǎng)收發(fā)器,它是一款支持IEEE802.3/802.3u的10～100Mbit/s自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸芯片,它的MII與PAS6301的MII對接,另一端通過雙絞線與RJ-45連接器相連,為用戶提供以太網(wǎng)接入服務(wù)。3.3dvb平臺的設(shè)計本系統(tǒng)能夠同時支持DVB電視節(jié)目和IPTV節(jié)目的接收,綜合了兩種技術(shù)的優(yōu)點。IPTV具有先天交互性能,適合各種增值業(yè)務(wù)的開發(fā),滿足個性化需求。DVB的優(yōu)勢在于高清的圖像質(zhì)量和豐富的節(jié)目資源等?，F(xiàn)場可編程門陣列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)在設(shè)計中的地位很重要,因為它既要處理高速傳輸流(TS)信號,又要能接收計算機網(wǎng)絡(luò)上的IPTV音視頻流,其中一個重要的功能是把IPTV音視頻流分成音頻和視頻流兩部分。AC-3編碼的音頻流部分交由AVIA9700-QCK芯片處理,H.264編碼的視頻流部分交由FH8601芯片處理。3.3.1射頻信號解碼本模塊采用MC2045作為有線電視的光接收組件,其接收動態(tài)范圍為50～60dB,接收波長為1550nm,把光信號變成射頻(RF)信號。QAM解調(diào)器可以從RF信號中解調(diào)出MPEG(運動圖像專家組)壓縮成標準的TS,然后采用LSI公司的AVIA9700-QCK芯片進行MPEG-2的解碼。AVIA9700-QCK有兩個ISO7816的SmartCard(智能卡)接口,用于實現(xiàn)與智能卡之間的通信,從而實現(xiàn)有線數(shù)字電視的條件接收。NTSC/PAL/SECAM視頻接口,用于輸出視頻信號。3.3.2h.264與fpga接口FH8601H.264解碼芯片能夠?qū)Ψ直媛蕿闃饲宓腍.264視頻流進行實時解碼。FH8601外部主機接口(HIU)與FPGA相連,外部主機接口用于解碼器與外部系統(tǒng)和FPGA交換信息和數(shù)據(jù),FH8601把H.264視頻壓縮信號處理成CCIR656標準的YUV格式,傳給AVIA9700-QCK,經(jīng)由AVIA9700-QCK處理后再輸出給普通電視,從而實現(xiàn)因特網(wǎng)上H.264編碼的IPTV節(jié)目的接收。3.4pas3010p芯片簡介本系統(tǒng)主要是通過DSP語音壓縮編解碼處理功能來實現(xiàn)VoIP功能。系統(tǒng)選擇了VoicePump公司的VP101語音DSP芯片。VP101通過主機接口(HPI)與PAS6301地址、數(shù)據(jù)總線相連,通過PAS6301的控制來實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的連接。PAS6301內(nèi)部微處理器實時監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)接口傳來的數(shù)據(jù),如果檢測到語音編碼數(shù)據(jù),則根據(jù)協(xié)議把語音數(shù)據(jù)分發(fā)給DSP處理,DSP對語音數(shù)據(jù)進行解碼,通過用戶線接口電路(SLIC)與普通的電話機連接,還原輸出相應(yīng)的語音信號。4系統(tǒng)開發(fā)的平臺接口整個系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。從最底層的硬件層到最高層的應(yīng)用層可以分為以下幾個層次:硬件層:主要包括底層硬件,如存儲系統(tǒng)的接口、以太網(wǎng)設(shè)備接口的選擇以及有線電視網(wǎng)絡(luò)接口和數(shù)據(jù)交換接口等。硬件驅(qū)動層:位于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的底層,是硬件接口和系統(tǒng)之間的橋梁。主要為各硬件模塊提供相應(yīng)的驅(qū)動程序,操作系統(tǒng)通過驅(qū)動程序控制各硬件設(shè)備的工作。硬件抽象層:硬件抽象層隱藏特定平臺的硬件接口細節(jié),為操作系統(tǒng)提供虛擬硬件平臺,提供統(tǒng)一的硬件相關(guān)的服務(wù)接口,使其具有硬件無關(guān)性,能夠為操作系統(tǒng)內(nèi)核的設(shè)計開發(fā)屏蔽硬件平臺的特性,可在多種平臺上進行移植。實時操作系統(tǒng)層:實時操作系統(tǒng)(RTOS)是所有上層程序代碼運行的基礎(chǔ)。主要負責(zé)多任務(wù)調(diào)度,支持多線程操作和多任務(wù)操作、消息隊列、系統(tǒng)資源管理、任務(wù)調(diào)度、中斷處理、存儲管理、通信操作、系統(tǒng)信息管理和反向通道的傳輸及同步處理等。中間件:是將應(yīng)用程序與底層的實時操作系統(tǒng)、硬件實現(xiàn)的技術(shù)細節(jié)隔離開來的軟件部分。中間件支持跨硬件平臺和跨操作系統(tǒng)的軟件運行,使應(yīng)用程序不依賴于特定的硬件平臺和實時操作系統(tǒng),這樣可以大幅度地降低新業(yè)務(wù)、新應(yīng)用程序開發(fā)的復(fù)雜程度,縮短開發(fā)周期。應(yīng)用程序接口(API)層:提供一些較高層的函數(shù),為上層的應(yīng)用程序提供API函數(shù)。它是用戶應(yīng)用與硬件驅(qū)動層的軟件接口,屏蔽了底層的硬件操作,為上層的應(yīng)用程序提供了方便。應(yīng)用層:是用戶應(yīng)用軟件的主體部分,它為應(yīng)用程序提供服務(wù)。應(yīng)用層是軟件開發(fā)的重點,所有上層功能的實現(xiàn)都在這層完成,如關(guān)于用戶界面功能的實現(xiàn)、電子節(jié)目單(EPG)的實現(xiàn)、負責(zé)對軟件提供接口以使程序能享用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、節(jié)目數(shù)據(jù)庫的管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的實現(xiàn)、實現(xiàn)域名系統(tǒng)(DNS)服務(wù)、超文本傳輸協(xié)議(HTTP)服務(wù)、文件傳輸協(xié)議(FTP)服務(wù)、E-mail服務(wù)、VoIP服務(wù)和軟件升級等。5ftth接入的方案設(shè)計EPON接入技術(shù)以其高性價比成為非常具有競爭力的寬帶接入