一种同轴传输IPTV4K的设备的制作方法

本实用新型属于室内同轴数据通信领域，涉及一种同轴传输IPTV4K高清数据流的设备。

背景技术：

伴随着视频编解码技术的不断进步，原来的1080P的高清节目已经无法满足客户对高质量画面的要求，能支持更高清晰度、分辨率和更多像素的4K视频技术已经从2015年开始在国内规模化普及。

国内三大运营商接入网络的100M带宽光纤接入已经普及，这样就对IPTV4K业务的普及提供了接入带宽的支持。IPTV4K视频数字信号采用最新的H.265技术对视频图像压缩后进行网络直播需要40M的带宽，由于视频的图像有动态多变性建议用户需要50M以上的带宽能更流畅观看4K视频。

现有的IPTV机顶盒有无线和有线两种IPTV视频流的接入方式。出于成本考虑IPTV机顶盒都是采用单天线的802.11n无线接入技术，这种无线接入方案的机顶盒设备在屏蔽房中最大支持带宽40M左右，家庭内部使用会有干扰、距离、衰减等因素导致实际家中使用时带宽能稳定在10M左右，无法满足传输IPTV4K视频的带宽要需。这样就必须使用有线传输的方案，家庭内部有线传输方案有“电力线、同轴线、以太网线”这3种，一些历史原因老房子室内的以太网线未铺设到电视机摆放处，所以老房子只有“电力线、同轴线”2种有线传输方案，电力线传输受制于老房子的“电线质量、电力网内部和外部噪声干扰、阻抗匹配、非线性电力负荷、插头质量”等因素，实际带宽非常不稳定，经常在20M～70M之间波动，特别是在用电高峰期，带宽就在20M～40M之间，也无法支持IPTV4K视频的流畅观看，而同轴线出于传输数字电视等原因都会铺设到电视机摆放处，同时同轴线由广电统一铺设，规格一致传输特性优良，所以同轴线传输IPTV4K视频是老房子内部传输IPTV4K视频的最佳传输方案。

同轴传输需要使用同轴猫设备，同轴猫设备采用Homeplug AV的技术方案，此技术方案使用5MHz～65MHz的传输频带，并把这个传输频带分为2116个子载波，每个子载波采用BPSK～1024QAM调整方式进行数据传输，功率密度可编程的技术以满足和广电数字电视的共网传输。传输的物理层速率可以达到500M，实际使用时在硬件以太网口进行100M的传输限速。物理层采用高级前向纠错，通道预估和自适应能力的OFDM技术，在MAC层则综合使用具有QoS保证的TDMA时分多址有序接入和CSMA竞争接入两种方式，并通过快速自动重发请求保证传输的可靠性，同时提高QoS的连接和并发性能。

现有国内三大运营商IPTV4K机顶盒有3000万台以上，从2017年开始三大运营商开始规模化推出4K视频有偿播放的服务，国内大概有20％的机顶盒用户都是老房子，这样就有600万对的同轴猫的市场销售空间。

技术实现要素：

本实用新型的目的是使用HomePlug AV传输技术来传输IPTV4K数字信号，满足IPTV4K数字信号在室内稳定的传输，并达到老房子内部无需装修拉线就能稳定看IPTV4K视频的目标。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案为：

本实用新型包括微局端系统、终端系统和同轴频分复用系统。

所述的微局端系统负责把IPTV4K数字信号进行调制，即把接入的IPTV4K数字信号从ePHY模块传输进来并向下传输到同轴调制解调模块中，同轴调制解调模块把IPTV4K数字信号调制成模拟调制信号后传输到同轴频分复用系统，同轴频分复用系统把模拟调制信号和数字电视信号进行频分复用后传输到家庭同轴网络中。

所述的微终端系统是微局端系统的信号可逆系统，模拟调制信号通过同轴频分复用系统后进入到同轴调制解调模块中；同轴调制解调模块把模拟调制信号解调成IPTV4K数字信号，并通过ePHY模块后下传给IPTV机顶盒。

所述的同轴频分复用系统通过有线电视-5F头传输到家庭同轴传输网中，由低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器组成，其中低通滤波器频率为5MHz～65MHz，高通滤波器频率为87MHz～862MHz，带通滤波器频率为5MHz～862MHz。高通滤波器和低通滤波器之间相互隔离，带通滤波器让模拟调试信号和数字电视信号进行耦合并通过。

所述的ePHY模块由MII接口、网络监控和传输电路、网络隔离耦合电路和LED控制器组成。MII接口连接网络监控和传输电路。从主控处理器出来的IPTV4K数字信号进入到网络监控和传输电路，在网络监控和传输电路中完成编码后发送到网络隔离耦合电路，网络隔离耦合电路规范从网络监控和传输电路输出的IPTV4K数字信号；LED控制器与网络监控和传输电路连接，提供IPTV4K数字信号的传输状态的状态信号给LED灯。反向的IPTV4K数字信号从运营商IPTV接入网中传入网络隔离耦合电路，再传输到网络监控和传输电路，最后通过MII接口传输到主控制器处。

本发明利用HomePlug AV技术来传输IPTV4K数字信号，利用频分复用的基本原理使模拟调制信号和数字电视信号能在同一张家庭同轴网上共线传输，安装方便，即插即用的设备，使老房子不做装修也可以流畅观看IPTV4K视频节目。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中微局端系统或终端系统的结构示意图；

图3为本实用新型的ePHY模块结构示意图；

图4为本实用新型的同轴调制解调模块结构示意图；

图5为本实用新型的同轴频分复用系统A或同轴频分复用系统B结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，同轴传输IPTV4K的设备，包括微局端系统1、终端系统4、同轴频分复用系统A(图中标号2)和同轴频分复用系统B(图中标号3)。微局端系统1和同轴频分复用系统A相连接，把IPTV4K数字信号进行调制后通过同轴频分复用系统A传输到家庭同轴网中。同轴频分复用系统A和同轴频分复用系统B通过家庭同轴网连接，家庭同轴网内部主要传输模拟调制信号和数字电视信号；终端系统4和同轴频分复用系统B相连接，同轴频分复用系统B中输出的模拟调制信号输入到终端系统中，终端系统解调模拟调制信号后传输给IPTV机顶盒，从而完成IPTV4K数字信号在家庭同轴网内的有效传输。

如图2所示，微局端系统1和终端系统4的系统结构完全相同，均包括主控处理器5及与主控处理器分别进行数据交互的flash存储芯片6(型号为MX25LV3206EM21-12G)、SDRAM缓存芯片7和UART接口8；主控处理器5采用MSE510CE芯片。固件通过UART接口下载至flash存储芯片6保存，微局端系统1或终端系统4启动后主控处理器将固件解压到SDRAM缓存芯片7里运行，执行调制或解调功能。主控处理器由电源9供电；主控处理器内置ePHY模块5-1和同轴调制解调模块5-2，完成IPTV4K数字信号到模拟调制信号的调制或解调功能。

微局端系统1中下行信号的传输过程：

如图3所示，ePHY模块由MII接口5-1-1、网络监控和传输电路5-1-2、网络隔离耦合电路5-1-3和LED控制器5-1-4组成。MII接口5-1-1连接主控处理器5与网络监控和传输电路5-1-2。从主控处理器5出来的IPTV4K数字信号进入到网络监控和传输电路5-1-2，在网络监控和传输电路5-1-2中通过寄存器控制IPTV4K数字信号的学习和老化的时间，实现VLAN过滤和转发，广播包未知包的控制，STP生成树协议，数据包优先级，端口流量控制，单播和组播包控制和管理，并在网络监控和传输电路中完成编码后发送到网络隔离耦合电路，网络隔离耦合电路5-1-3功能是规范从网络监控和传输电路输出的IPTV4K数字信号，并以802.3电器特性和无失真的要求传输到运营商IPTV接入网中，网络隔离耦合电路5-1-3有防高压、静电等作用。LED控制器5-1-4与网络监控和传输电路5-1-2连接，提供IPTV4K数字信号的传输状态的状态信号给LED灯。反向的IPTV4K数字信号从运营商IPTV接入网中传入网络隔离耦合电路5-1-3，再传输到网络监控和传输电路5-1-2，最后通过MII接口传输到主控制器处。

如图4所示，同轴调制解调模块5-2包括DSP处理器(数字信号处理器)5-2-1、模拟MAC电路5-2-2、模拟PHY电路5-2-3、模数/数模转换电路5-2-4、滤波电路5-2-5和运放芯片5-2-6(型号ISL15100IRZ)。DSP处理器5-2-1把ePHY模块的网络监控和传输电路传来的IPTV4K数字信号进行正交傅里叶变换后通过模拟MAC电路5-2-2，模拟MAC电路5-2-2功能是确定模拟调制信号传输目标设备和调制信号的调制类型，满足市场应用的要求。从模拟MAC电路5-2-2出来的信号输入到模拟PHY电路5-2-3中，并在模拟PHY电路5-2-3完成IPTV4K数字信号的调制和发送功能；模拟PHY电路5-2-3将调制信号发送给模数/数模转换电路5-2-4，模数/数模转换电路5-2-4把调制信号转换成模拟调制信号后输入到滤波电路5-2-5，滤波电路5-2-5对模拟调制信号进行滤波后输入到运放芯片5-2-6，运放芯片5-2-6把这些模拟调制信号的功率放大后传输给频分复用系统，保证模拟调制信号能在长距离的家庭同轴网内传输。

终端系统4中下行信号的传输过程：终端系统的下行信号的过程就是微局端系统的上行信号的过程，即下行的模拟调制信号从同轴频分复用系统传输到同轴调制解调模块；同轴调制解调模块把模拟调制信号解调成IPTV4K数字信号，并通过ePHY模块后下传给IPTV机顶盒。IPTV机顶盒在通过内部解压、解码等动作把IPTV4K视频传输给电视机播放。

如图5所示，同轴频分复用系统A和同轴频分复用系统B的系统结构完全相同，均由低通滤波器10、高通滤波器11和带通滤波器12组成，其中低通滤波器10频率为5MHz～65MHz，高通滤波器频率11为87MHz～862MHz，带通滤波器频率12为5MHz～862MHz。高通滤波器11和低通滤波器10之间相互隔离，带通滤波器12让模拟调试信号和数字电视信号进行耦合并通过。同轴频分复用系统A中，模拟调制信号通过低通滤波器10传输到带通滤波器12，数字电视信号通过高通滤波器11传输到带通滤波器12。带通滤波器12把模拟调制信号和数字电视信号耦合到家庭同轴网中。反之，同轴频分复用系统B中，带通滤波器12接收到来自家庭同轴网的模拟调制信号和数字电视信号，带通滤波器12将这两种信号传输给高通滤波器11和低通滤波器10模拟调制信号最终通过低通滤波器10给终端系统4的同轴调制解调模块。

本实施例的主要技术参数如下：

1、本实用新型设备指在同轴电缆上传输以太网数据的传输设备。

2、微局端系统是本实用新型设备数据发送设备，终端系统是本实用新型设备数据接受设备。

3、模拟调制信号是按照HomePlug AV技术要求进行调制的模拟载波信号，载波频带范围5MHz-65MHz，数字电信信号是数字电视的载波信号，载波频带范围在87MHz-862MHz。

4、HomePlug AV电路线家庭网络传输规范，物理层采用的是具有高级前向纠错、通道预估和自适应能力的OFDM调制方式，而在MAC层则综合使用具有QoS保证的TDMA时分多址有序接入和CSMA竞争接入两种方式，并通过快速自动重发请求ARQ可靠传送。HomePlug AV支持TDMA和FDMA，即兼容时分多址和频分多址。

5、IPTV4K数字信号是带4K视频内容的以太网信号。

6、低通滤波器10、高通滤波器11和带通滤波器12可以对网络中特殊频带的载波进行有效的过滤和整形。