专利名称：有线电视综合服务网数字终端适配器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及通信领域，特别是一种在现有的有线电视网上增加双向数据通信的装置。
作为用户网的相关技术，特别是有线电缆电视数据双向传输技术，国际上已作了大量的工作，由于各种调制系统的特点及所传送信息的不同应用，因而出现了不同类型的网络。但是目前具有双向数据传输功能的计算机网都用于工业企业生产指挥和事业单位办公自动化，其地理范围都限于一个单位所属领域范围，信息也只限于本单位流通，信息传输速率较低，实现通信的技术方案也各不相同，有些网络虽然传输速率较高，但采用双电缆传输线，建网经费很高。
本实用新型的目的在于提供一种在现有的有线电视网上进行双向数据传输的有线电视综合服务网数字终端适配器。
本实用新型的目的是这样实现的一种有线电视综合服务网数字终端适配器，其特征在于是由射频调制解调器和网络适配器组成；其中(1)网络适配器包括以太接口，以太—令牌转换器，令牌接口及收发帧处理器等部分；(2)射频调制解调器包括射频调制器和射频解调器。
收发帧处理器为大规模可编程逻辑器件FPGA芯片XC3042PC84，主要完成收发帧处理功能；发送部分包括并/串转换，附加帧起始和结束标志，附加帧检验序列FCS，加扰处理及差分编码，接收部分包括数字锁相环，解扰处理，识别帧起始和结束标志，计算FCS结果和串/并转换；网络适配器软硬件的主要功能(含以太和令牌二个协议的转换功能)是由微处理器TMS320中四个软件模块共同构成，包括四个功能部分，令牌协议主控制模块ACM，数据接口模块IFM，以太网络控制模块ETM，令牌收发控制模块RxM和TxM；以太接口为粗、细缆或双绞线两种。
网络适配器的以太接口与计算机以太接口连接，以太和令牌转换器与以太接口和令牌接口连接，令牌接口与收发帧处理器连接，收发帧处理器分别与射频调制器的信号输入端及射频解调器的信号输出端连接，射频调制器的输出端及射频解调器的信号输入端与有线电缆电视网CATV连接。完成以太和令牌二个协议转换功能的微处理器的型号可为TMS320系列或AM186EM系列。
由于在有线电视网上对数据、文字、声音、图像要求有双向高速通信的功能，并且能对它们进行存储、复制、编辑和运算处理，因此就决定了它必然具有若干极有相当吸引力的功能。如计算机多媒体通信、影视点播、公共安全(消防、保安)、电视教育、交互式视频游戏(包括卡拉OK等)、电子信箱、信息检索、可视电话、电子购物、股票、房产、期货交易、电视图文、家用系统自动化、家庭医疗等。根据需要还可以增加新的功能。本实用新型不仅能带来巨大的经济效益，而且其社会效益可以从其功能明显地反映出来。它的开发和建设将大大地提高社会生产力，方便人类的生产和生活，节省人力，节约时间，提高效率，降低商业机构经营成本，如果主干线陆续建立起来，全国乃至全世界都将形成这一功能，资源共享，信息共用，彼此交流文化和商业信息，促进共同繁荣。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明
图1系统构成。
图2用户结点设置。
图3数字终端适配器(DTA)。
图4网络系统互连的参考模型。
图5网络适配器(1)。
图6网络适配器(2)。
图7射频调制解调器的原理框图。
图8双向CATV的上下频带划分方式。
图9射频调制解调器主板电路图图10网络适配器主板电路图。
参见图1，有线电视综合服务网是在有线电视技术基础上，利用同轴电缆频分复用系统的二个频道建立的宽带计算机网络系统，其拓扑结构如图1所示。它的物理拓扑是树状结构。
在图1中，发送结点将微机要传送的数据信息，经调制解调转换成载有该信息的高频信号，它沿电缆的上行通道经过若干分支电缆传向网络头端变换为下行的高频信号，通过干线电缆、分配器、分支器、分支电缆解调之后，输入到接收结点的微机。这二个结点还可通过类似的途径进行反向通信(这时结点执行相反的收发功能)。凡是有线电视的用户，都可以通过有线电视接口盒彼此进行数据通信。这样，用户除每天能收看电视外，同时可用一台微机配备一个网卡，外加一个调制解调器就可以同有线电视网上的其它用户、电视台、主计算机交换信息(文字、数据、声音、图象等) 每个用户(结点)配备及其连接方式如图2所示。
由图2中的调制解调器(射频)和网络适配器构成网络用户结点的重要部件数字终端适配器(DTA)。
A.数字终端适配器(DTA)构成DTA的射频调制解调器(RF Modem)是由射频调制器和射频解调器组成，而构成DTA的网络适配器包括以太接口、以太—令牌转换器、令牌接口、收发帧处理器等主要功能部分。它们的连接关系如图3所示。
DTA以及接口和计算机以太接口之间执行以太协议，对于连到以太接口的计算机通过数字终端适配器(DTA)和有线电缆电视网，以以太协议实现端到端的数据通信，构成同以太网兼容的计算机网络。而面向有线电视网的令牌接口之间是执行令牌协议。二个协议之间是通过以太—令牌转换器进行双向变换。
根据国际标准化组织(ISO)关于计算机网络的分层协议，网络系统互连的参考模型如图4表示。
有线电视综合服务网络系统中的任意二台计算机I和II，通过自己的数字终端适配器DTA(I)和DTA(II)，按照以太网协议彼此进行数据通信(双向)，而在DTA(I)和DTA(II)之间的CATV电缆上双向数据的传送是遵照令牌协议。转换器在数据链路层上完成二个协议之间的转换。DTA的令牌协议物理层包含射频调制解调器RF Modem。
数字终端适配器完成如下功能1.目前百分之八十以上的连网计算机都是执行以太协议，DTA正是适合计算机同有线电视网相连的这种要求。另外，不管哪种软硬件平台(PC机、小型机、大型机、Dos、Windows、Unix等)，只要具备标准以太接口都能顺利进入有线电视综合服务网。这就是说，国际上大多数计算机都能接入有线电视综合服务网。
由于连接在综合服务网上的计算机构成的宽带计算机网络是与基带以太计算机网络兼容，因而可延用大量现有技术和标准，使现有的许多产品，甚至不加修改地就可在有线电视服务网上获得应用，如Internet网接入等。
2.当用户数量增加时，由于碰撞延迟，导致以太网的实际数据传输率的下降。由于DTA运行以太和令牌二种协议，当多个以太用户同时发送时，只有获得令牌的用户才能真正向网上传送其数据，从而消除碰撞和由此产生延迟的缺点。
DTA的令牌协议是参照IEEE802.4国际标准令牌传递总线协仪，对它进行简化，修改和补充，并且采用在国内可以买到的价格适宜的DSP芯片完成其协议功能。特别应该提出的有以下三方面功能3.在令牌交接和数据传输方面，增加了重传功能；在环路重组方面，不采取重组入环，而采用新的入环控制方法，因此增加了抗干扰能力。
4.用户可以根据实际需要设置网络的传输距离，从而扩大网络的覆盖范围。最大覆盖半径可达一千多公里，远远地超过一个城市CATV网的覆盖范围。
5.站点地址编码由8位增加到16位，因此站点地址由原255个增加到65535个，完全超过了目前接入CATV网的数据用户数量。由于在一个局限的频带内建立的计算机网络容纳的用户数量增加了，实际上减少对其它频带的占用，因此改善对频率资源的利用。
最后要指出的是，对于在有线电视综合服务网上的前端系统，采用我们公司开发的基带数据再生式的智能前端系统，因此减少系统对信噪比的要求，增加对突发脉冲的抗干扰能力，降低对数据终端指标的要求，从而可简化终端设备，降低设备造价。
B.网络适配器网络适配器的系统结构图如图5和图6所示。其中DSP芯片TMS320C52完成DTA网络适配器软硬件的主要功能，从功能上划分，可分四大软件模块1.令牌协议主控制模块ACMACM是IEEE802.4 Token-Passing Bus令牌协议的主要功能模块，主要用于存取控制，其中包括令牌环的形成、令牌的交换、用户入环和退环等。为适合CATV网的传输和以太网接口的特点，这个模块对IEEE802.4协议作适当的简化和修改。
2.以太网络控制模块ETMETM完成对由UM9007芯片实现以太网络协议控制器的控制，UM9007是ISA总线以太网络控制器，ETM通过对其内部状态和控制寄存器的参数设置，同时，控制数据在令牌收、发数据缓冲区(亦即以太发、收数据缓冲区，它是TMS320的数据存储器RAM)同UM9007芯片内接收数据缓冲环和发送缓冲区之间的交换，并向ACM、IFM、RxM和TxM提供接口控制参数，从而实现以太网络的收发控制，为DTA提供以太接口。
3.令牌收发控制模块RxM & TxM这两个模块通过中断方式接收或发送由FPGA处理后的数据帧和控制帧，并且对接收到的帧进行判断，其中包括FCS采用的CRC校验位判断、数据帧和控制帧的判断、噪声的判断等，然后置相应标志分别通知IFM或ACM。
4.数据接口模块IFMIFM执行由RxM接收的令牌帧从接收数据区(位于TM320内的一个帧缓存)到令牌接收数据缓冲区(亦即以太发送数据缓冲区)的传送。相反地，由IFM和ACM的控制，待发送的令牌数据帧进行相反方向的传送。类似其它模块，IFM也同时协调ETM、ACM、RxM & TxM之间的接口控制参数。
除微处理器芯片TMS320完成以上网络适配器的四大功能外尚有其它接口部件完成网络适配器的其它功能5.收发帧处理器如图3所示网络适配器的收发帧处理器采用大规模可编程逻辑器件(FPCA)芯片XC3042PC84，主要完成收发帧的处理功能。发送部分包括并/串转换、附加帧起始和结束标志、附加帧检验序列FCS、加扰处理以及差分编码。接收部分包括数字锁相环、解扰处理、识别帧起始和结束标志、计算FCS结果和串/并转换(详见图5)。
6.加密器加密器采用单片机PIC54，并通过串口与TMS320通信。利用PIC54可以加密的特点，在其中存储一些经过特定编码的数据。PIC54只有接收到TMS320符合某种数据结构的数据包，才能修改或输出其中的数据，保证TMS320的正常操作。
7.以太收发接口分粗、细缆和双绞线二种供连接到DTA上的以太计算机选用。
8.RS232接口配备常用的RS232接口，是为了方便主机与TMS320之间的通信，这样用户可以在PC平台上，改变TMS320内部程序参数设置和修改调制解调器某些参数。
最后要说明的二个功能9.以太—令牌转换器以太和令牌二个协议的转换功能是由TMS320中四个软件模块共同完成的。
10.网络覆盖范围原以太网的有效覆范围只有几百米，随着距离加长，载波侦听和冲突检测已不反应线路的实际状况。由于DTA采用以太—令牌传递总线的传输方式，解决了在长距离运行以太网络的问题(参考A.4说明)。
C.射频调制解调器(RF Modem)图7表示射频调制解调器的工作原理图。连入有线电视网上的计算机待发送的数据，通过网络适配器，将非归零码变换成差分码、再传送到调制器编码和双向差分相位键控(DPSK)调制，形成DPSK调制信号。由上行锁相本振提供上行通道载波。通过带通滤波器后的载波信号满足有线电视邻频传输特性。再经功率放大，送往分波器。分波器实际上是对上行信号提供单向上行的传送。下行信号经分波器送往前置放大器。混频后，得到36MHZ的中频信号，经带通滤波器滤除邻频信号之后送至解调器。解调器采用延迟相干解调技术解调出基带数字信号，再经低通滤波、整形输出TTL电平的基带数字信号送至网络适配器处理。
在有线电视光纤/同轴电缆分配系统中，为实现双向传输，同轴电缆传输频带划分上、下行频段。划分方式有高、中、低分割方式，如图8所示。在光纤中，是采用二根光纤实现双向回传，而射频调制解调器的射频电气接口是有线视的同轴电缆。射频调制解调器在同轴电缆上的频率复用符合我国有线电视低分割标准。
射频调制解调器的主要技术指标如表一所示。其采用的关键技术有以下几方面
表一射频调制解调器主要技术指标
1.调制采用双相差分位键控(DPSK)，解调采用延迟相干差分。
2.DPSK调制器是用专用集成电路实现的。
3.射频调制解调器大量采用贴片元件，从而缩小设备体积，降低系统功耗，增加可靠性。
4.上、下行信道都分别采用锁相环技术实现捷变频，因此，提高系统的录活性。
5.由于解调器使用快速同步解调技术解决了对突发数据的快速解调问题。
6.采用大动态范围的自动增益控制技术解决了不同终端发送和接收电平不一致而引起的误码问题。
权利要求1.一种有线电视综合服务网数字终端适配器，其特征在于是由射频调制解调器和网络适配器组成；其中(1)网络适配器包括以太接口，以太—令牌转换器，令牌接口及收发帧处理器等部分；(2)射频调制解调器包括射频调制器和射频解调器。
2.根据权利要求1所述的有线电视综合服务网数字终端适配器，其特征在于(1)收发帧处理器为大规模可编程逻辑器件FPGA芯片XC3042PC84，主要完成收发帧处理功能；发送部分包括并/串转换，附加帧起始和结束标志，附加帧检验序列FCS，加扰处理及差分编码，接收部分包括数字锁相环，解扰处理，识别帧起始和结束标志，计算FCS结果和串/并转换；(2)网络适配器软硬件的主要功能(含以太和令牌二个协议的转换功能)是由微处理器TMS320中四个软件模块共同构成，包括四个功能部分，令牌协议主控制模块ACM，数据接口模块IFM，以太网络控制模块ETM，令牌收发控制模块RxM和TxM；(3)以太接口为粗、细电缆或双绞线两种。
3.根据权利要求1、2所述的有线电视综合服备网数字终端适配器，其特征在于网络适配器的以太接口与计算机以太接口连接，以太—令牌转换器与以太接口和令牌接口连接，令牌接口与收发帧处理器连接，收发帧处理器分别与射频调制器的信号输入端及射频解调器的信号输出端连接，射频调制器的输出端及射频解调器的信号输入端与有线电缆电视网CATV连接。
4.根据权利要求1或2所述的有线电视综合服务网数字终端适配器，其特征在于完成网络适配器软硬件主要功能的微处理器的型号可为TMS320系列或AM186EM系列。
专利摘要一种有线电视综合服务网数字终端适配器，是由射频调制解调器和网络适配器组成。其中网络适配器包括以太接口，以太-令牌转换器，令牌接口及收发帧处理器等部分；射频调制解调器包括射频调制器和射频解调器。本实用新型在现有的有线电视网上进行双向数据传输，省去了建网的巨额开支，信息交流范围遍及住宅或企事业单位的整体范围，因而极大地扩展信息资源的共享范围。有线电视综合服务网数字终端适配器DTA，无论在硬件设计，协议编制和软件编程上在国内外均处于领先地位。
文档编号H04N7/10GK2247402SQ9620999
公开日1997年2月12日 申请日期1996年4月10日 优先权日1996年4月10日
发明者聂锋, 罗宣高, 吴晓川 申请人:傲龙科技(深圳)有限公司