一種HomePNA調制解調器的設計與實現

1概述

homepna(home phone line networking alliance)是一種利用電話線組網來高速接入intern et互聯網的技術。homepna 主要面向高速internet接入，lan互聯等應用，可用于住宅、酒 店、辦公樓宇等的寬帶接入。他利用原有的電話線，無需重新布線，只需在 電話線路兩端加接簡單的設備，不破壞裝修、不影響電話的使用，即可實現高速接入互聯網 。homepna和xdsl是目前兩項利用現有電話線高速接入互聯網的技術，是一種電話線組網(ph one line networking)的方式。xdsl解決最后幾公里的接入問題，homepna解決最后幾百米 的網絡連接。

homepna調制解調器是homepna的終端設備，他可以把電話線上傳輸的語音和數據信號分離開 來。我們設計的homepna調制解調器主要采用amd公司生產的homepna/10baset phy 芯片a m79c901a和kendin公司生產的3端口10 m/100 m switch芯片ks8993，具有體積小、結構簡單 、成本低等特點,符合homepna 10規范。他提供了1個1 m homepna口，1個電話口，2個1 0 m以太網口，可以連接2臺計算機。

2　homepna技術

1998年6月，由at&t，tut，ibm，amd，3com等11家公司共同發起成立了面向家庭的電話線路 網絡聯盟(home pna聯盟)，目的是為了提供一個統一、標準的使用電話線路組建局域網的規 范，以便盡快地將各個廠家相互兼容的產品推向市場。現在已有100多個公司加入，涉及到 了各個領域，包括：網絡、電信、電腦軟、硬件和其他電子工業。

homepna提供了一個統一的、標準的使用電話線路組建局域網的規范，符合以太網的ieee 80 23 csma/cd通信協議，因此實際上是一個基于電話線的以太網技術。homepna的上 行速率和下行速率是一樣的，這與adsl的不對稱傳輸不同。 homepna規范有1.0/1.1版本和20版本2個。homepna 1.0版本于1998年下半年發布，該規范是在通用電話線上傳 輸速率為1 mb/s，允許25臺pc、外設和其他網絡設備聯網，最大傳輸距離為150 m。homepna 2.0版本于1999年下半年發布，其速率為10 mb/s，最大傳輸距離為300 m。目前，新一代 的homepna 3.0規范已經被提出，他兼容1.0和2.0規范，數據傳輸速率達128 mb/s，并在實驗室中已經實現，傳輸距離也將更遠。當前homepna產品的市場主流為1 mb/s，已有許多國內外廠家在生產符合homepna 10規范的產品，產品的實際傳輸距離一般都達到了300 m，有的甚至可達450 m或更長。homepna技術在國內也已經有了許多商用的實例。另外，一些廠家已開發出了符合homepna 2.0規范的產品，sis等公司在新推出的計算機芯片組中也同時集成了支持10 m/100 m以太網和1 m/10 m homepna的網絡接口。

homepna采用頻分復用（fdm）技術，用一條電話線可同時傳輸數據與語音，不影響正常通話 。傳輸線上的頻帶分布如圖1所示。從圖中可以看到， 電話語音使用20 hz～3.4 khz 頻段，xdsl(如adsl)使用25 khz～1.1 mhz頻段，homepna使用5.5～9.5 mhz頻段。 這樣使一對電話線擁有3個獨立的通道，每個通道業務在固定的頻段內，彼此沒有沖突。從理論上說，homepna與adsl可以同時使用。

homepna技術主要解決的是最后幾百米的互聯網高速接入，這項技術利用住宅、酒店、辦公樓等建筑物中現有的電話線，實現高速接入互聯網，具有高速、簡單、方便、成本低等優點。homepna 1.0的接入速率為1 mb/s，這是撥號上網56 kb/s所根本無法比擬的，他能滿足目前人們最迫切的高速上網要求。homepna屬專線式接入，用戶上網無需拔號，開機即在線。h omepna利用現有電話線，無需重新布線即可快捷組網，實現寬帶接入。homepna的單線成本較低，adsl平均每個端口價格大約是homepna的3倍。目前絕大多數地區開通的adsl速率在2 mb/s以下，有些只有512 kb/s。另外，adsl有選線率的問題，一般在10％左右，而homepna不存在選線率的問題。

homepna技術的提出不僅完全滿足了家庭用戶網絡的需求，而且解決了通過電話線路組建網 絡的技術要求，為家庭、社區、酒店、辦公樓宇的internet寬帶接入和組網提供了一種高速、廉價、簡單、適用的解決方案。

3　電路設計

homepna調制解調器的硬件框圖如圖2所示。

使用時，圖2中左邊的一個rj11插座通過電話線連接到homepna復用器(或稱作homep na集線器)，另一個rj11插座接普通電話機。語音和數據信號共用電話線，在homep na復用器中語音和數據被分別轉到電話交換機和網絡服務器上；右邊的rj45插座通 過雙絞 線連接到計算機的網卡上。計算機接收數據時，數據信號通過homepna變壓器進入am79c901a芯片，該芯 片對homepna數據包進行解碼，然后通過mii接口傳輸到ks8993芯片中，由ks8993將數據再編 碼成以太網數據包，通過以太網變壓器從右邊的rj45插座輸出，經雙絞線傳輸到計 算機的網卡中，被計算機接收；計算機發送數據時，上述過程正好相反，由ks8993芯片將計算機網 卡發出的以太網數據包解碼，通過mii接口傳輸后由am79c901a芯片將數據再編碼成homepna 數據包，然后通過rj11插座經電話線發送出去。

電路中采用的主要器件有：

1) am79c901aamd公司生產的homepna/10baset phy芯片。他內部集成了1個1 mb /s的homepna phy，1個10base-t ethernet phy，1個mii/gpsi接口，3.3 v供電。在這里 只使用他的homepna phy進行1 mb/s homepna信號的收/發，接口采用mii方式與ks8993相連 。

2) ks8993kendin公司生產的3端口10 m/100 m網關芯片。他內部有3個10 m/100 m以 太網物理層收發器，3個完整的第二層mac單元，1個mii/sni接口，另外，還內置了sram幀緩 沖器；內置地址查找機可以存放1 000個mac地址，并具有自動地址學習和更新功能；可支持vlan功能；2.5 v供電。

3) 707437midcom公司生產的homepna變壓器。

4) h1012pulse公司生產的10 m/100 m以太網變壓器。

ks8993有2種應用模式，一種是3個端口都作為10 m/100 m以太網口使用；第二種是2個端口作為10 m/100 m以太網口使用，另1個端口作為mii接口使用。在這里使用的是第二種應用 模式，該homepna調制解調器可以提供2個10 m以太網口，可連接2臺計算機，這2臺計算機 之間可以實現直接互聯，資源共享。由于ks8993內置了sram幀緩沖器，所以，用他設計的ho mepna調制解調器不需要外加價格昂貴的高速sram芯片，因此，本設計與目前市場上的其 他同類產品相比，具有體積小、結構簡單、成本低的特點。

4　傳輸速率測試

對homepna調制解調器進行傳輸速率測試時，計算機通過homepna調制解調器及一臺homepna交換集線器(復用器)進行組網，采用以下2種方法進行測試。

第一種方法是與10 m以太網的傳輸速率進行比較，用“ping”命令在2臺計算機之間傳送不同字節的數據包進行測試，結果見表1。

從表1中可以看出，傳送同樣大小的數據包時，homepna所用的時間基本上是10 m以 太網的10倍，也就是說homepna的傳輸速率是10 m以太網的1/10，即1 mb/s。

第二種方法是在用homepna組網的2臺計算機間拷貝一個較大的文件，文件大小為 5 413 179 b，所用時間約50 s，因此可以計算出homepna的凈傳輸速率為：

如果計入傳輸時的附加開銷，線路的傳輸速率可達1 mb/s。

5　結語

homepna技術的應用在我國才剛開始，但發展比較迅速，目前在北京、上海、廣州等城市 的許多智能小區、大廈、酒店已經使用了該技術，相信隨著我國家庭微機的普及以及互聯網 的高速發展，homepna技術以其高速接入、安裝使用簡單方便、成本低的優點及自身技術的 不斷發展和完善，將得到越來越廣泛的應用。本文介紹的電路具有較好的實用和參考價值。