一种HomePNA调制解调器的设计与实现

一种HomePNA调制解调器的设计与实现

苏州大学 计算机科学与技术学院　陆晓峰

1概述

HomePNA(Home Phone line Networking Alliance)是一种利用电话线组网来高速接入Intern et互联网的技术。HomePNA 主要面向高速Internet接入，LAN互联等应用，可用于住宅、酒 店、办公楼宇等的宽带接入。他利用原有的电话线，无需重新布线，只需在 电话线路两端加接简单的设备，不破坏装修、不影响电话的使用，即可实现高速接入互联网 。HomePNA和xDSL是目前两项利用现有电话线高速接入互联网的技术，是一种电话线组网(Ph one line Networking)的方式。xDSL解决几公里的接入问题，HomePNA解决几百米 的网络连接。

HomePNA调制解调器是HomePNA的终端设备，他可以把电话线上传输的语音和数据信号分离开 来。我们设计的HomePNA调制解调器主要采用AMD公司生产的HomePNA/10BASET PHY 芯片A m79C901A和Kendin公司生产的3端口10 M/100 M Switch芯片KS8993，具有体积小、结构简单 、成本低等特点,符合HomePNA 10规范。他提供了1个1 M HomePNA口，1个电话口，2个1 0 M以太网口，可以连接2台计算机。

2　HomePNA技术

1998年6月，由AT&T，TUT，IBM，AMD，3COM等11家公司共同发起成立了面向家庭的电话线路 网络联盟(Home PNA联盟)，目的是为了提供一个统一、标准的使用电话线路组建局域网的规 范，以便尽快地将各个厂家相互兼容的产品推向市场。现在已有100多个公司加入，涉及到 了各个领域，包括：网络、电信、电脑软、硬件和其他电子工业。

HomePNA提供了一个统一的、标准的使用电话线路组建局域网的规范，符合以太网的IEEE 80 23 CSMA/CD通信协议，因此实际上是一个基于电话线的以太网技术。HomePNA的上 行速率和下行速率是一样的，这与ADSL的不对称传输不同。 HomePNA规范有1.0/1.1版本和20版本2个。HomePNA 1.0版本于1998年下半年发布，该规范是在通用电话线上传 输速率为1 Mb/s，允许25台PC、外设和其他网络设备联网，传输距离为150 m。HomePNA 2.0版本于1999年下半年发布，其速率为10 Mb/s，传输距离为300 m。目前，新一代 的HomePNA 3.0规范已经被提出，他兼容1.0和2.0规范，数据传输速率达128 Mb/s，并在实验室中已经实现，传输距离也将更远。当前HomePNA产品的市场主流为1 Mb/s，已有许多国内外厂家在生产符合HomePNA 10规范的产品，产品的实际传输距离一般都达到了300 m，有的甚至可达450 m或更长。HomePNA技术在国内也已经有了许多商用的实例。另外，一些厂家已开发出了符合HomePNA 2.0规范的产品，SiS等公司在新推出的计算机芯片组中也同时集成了支持10 M/100 M以太网和1 M/10 M HomePNA的网络接口。

HomePNA采用频分复用（FDM）技术，用一条电话线可同时传输数据与语音，不影响正常通话 。传输线上的频带分布如图1所示。从图中可以看到， 电话语音使用20 Hz～3.4 kHz 频段，xDSL(如ADSL)使用25 kHz～1.1 MHz频段，HomePNA使用5.5～9.5 MHz频段。 这样使一对电话线拥有3个独立的通道，每个通道业务在固定的频段内，彼此没有冲突。从理论上说，HomePNA与ADSL可以同时使用。

HomePNA技术主要解决的是几百米的互联网高速接入，这项技术利用住宅、酒店、办公楼等建筑物中现有的电话线，实现高速接入互联网，具有高速、简单、方便、成本低等优点。HomePNA 1.0的接入速率为1 Mb/s，这是拨号上网56 kb/s所根本无法比拟的，他能满足目前人们迫切的高速上网要求。HomePNA属专线式接入，用户上网无需拔号，开机即在线。H omePNA利用现有电话线，无需重新布线即可快捷组网，实现宽带接入。HomePNA的单线成本较低，ADSL平均每个端口价格大约是HomePNA的3倍。目前绝大多数地区开通的ADSL速率在2 Mb/s以下，有些只有512 kb/s。另外，ADSL有选线率的问题，一般在10％左右，而HomePNA不存在选线率的问题。

HomePNA技术的提出不仅完全满足了家庭用户网络的需求，而且解决了通过电话线路组建网 络的技术要求，为家庭、社区、酒店、办公楼宇的Internet宽带接入和组网提供了一种高速、廉价、简单、适用的解决方案。

3　电路设计

HomePNA调制解调器的硬件框图如图2所示。

使用时，图2中左边的一个RJ11插座通过电话线连接到HomePNA复用器(或称作HomeP NA集线器)，另一个RJ11插座接普通电话机。语音和数据信号共用电话线，在HomeP NA复用器中语音和数据被分别转到电话交换机和网络服务器上；右边的RJ45插座通 过双绞 线连接到计算机的网卡上。计算机接收数据时，数据信号通过HomePNA变压器进入Am79C901A芯片，该芯 片对HomePNA数据包进行解码，然后通过MII接口传输到KS8993芯片中，由KS8993将数据再编 码成以太网数据包，通过以太网变压器从右边的RJ45插座输出，经双绞线传输到计 算机的网卡中，被计算机接收；计算机发送数据时，上述过程正好相反，由KS8993芯片将计算机网 卡发出的以太网数据包解码，通过MII接口传输后由Am79C901A芯片将数据再编码成HomePNA 数据包，然后通过RJ11插座经电话线发送出去。

电路中采用的主要器件有：

1) Am79C901AAMD公司生产的HomePNA/10BASET PHY芯片。他内部集成了1个1 Mb /s的HomePNA PHY，1个10BASE-T Ethernet PHY，1个MII/GPSI接口，3.3 V供电。在这里 只使用他的HomePNA PHY进行1 Mb/s HomePNA信号的收/发，接口采用MII方式与KS8993相连 。

2) KS8993Kendin公司生产的3端口10 M/100 M网关芯片。他内部有3个10 M/100 M以 太网物理层收发器，3个完整的第二层MAC单元，1个MII/SNI接口，另外，还内置了SRAM帧缓 冲器；内置地址查找机可以存放1 000个MAC地址，并具有自动地址学习和更新功能；可支持VLAN功能；2.5 V供电。

3) 707437Midcom公司生产的HomePNA变压器。

4) H1012Pulse公司生产的10 M/100 M以太网变压器。

KS8993有2种应用模式，一种是3个端口都作为10 M/100 M以太网口使用；第二种是2个端口作为10 M/100 M以太网口使用，另1个端口作为MII接口使用。在这里使用的是第二种应用 模式，该HomePNA调制解调器可以提供2个10 M以太网口，可连接2台计算机，这2台计算机 之间可以实现直接互联，资源共享。由于KS8993内置了SRAM帧缓冲器，所以，用他设计的Ho mePNA调制解调器不需要外加价格昂贵的高速SRAM芯片，因此，本设计与目前市场上的其 他同类产品相比，具有体积小、结构简单、成本低的特点。

4　传输速率测试

对HomePNA调制解调器进行传输速率测试时，计算机通过HomePNA调制解调器及一台HomePNA交换集线器(复用器)进行组网，采用以下2种方法进行测试。

种方法是与10 M以太网的传输速率进行比较，用“Ping”命令在2台计算机之间传送不同字节的数据包进行测试，结果见表1。

从表1中可以看出，传送同样大小的数据包时，HomePNA所用的时间基本上是10 M以 太网的10倍，也就是说HomePNA的传输速率是10 M以太网的1/10，即1 Mb/s。

第二种方法是在用HomePNA组网的2台计算机间拷贝一个较大的文件，文件大小为 5 413 179 B，所用时间约50 s，因此可以计算出HomePNA的净传输速率为：

如果计入传输时的附加开销，线路的传输速率可达1 Mb/s。

5　结语

HomePNA技术的应用在我国才刚开始，但发展比较迅速，目前在北京、上海、广州等城市 的许多智能小区、大厦、酒店已经使用了该技术，相信随着我国家庭微机的普及以及互联网 的高速发展，HomePNA技术以其高速接入、安装使用简单方便、成本低的优点及自身技术的 不断发展和完善，将得到越来越广泛的应用。本文介绍的电路具有较好的实用和参考价值。