【基于以太網的光無線通信系統的設計】基于以太網的光無線通信系統的設計與實現

更新時間:2014-03-27 來源:經驗信息 點擊:

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摘要:介紹了一種基于以太網的光無線通信系統。該系統以高性能的以太網收發芯片IP113為核心,配以必要的外圍器件,結合所研制的調制驅動電路和接收解調電路,實現了以太網借助光波進行遠距離通信的系統設計。

    關鍵詞:以太網 IP113 PECL

以光波為信息載體進行光通信的歷史由來已久,大氣激光通信是以大氣作為傳輸介質的通信,是激光出現后最先研制的一種通信方式。由于它具有傳輸距離遠、頻帶寬、發射天線小、保密性好及抗電磁干擾等優點,越來越受到關注,應用也日漸廣泛起來。

以太網是應用最廣的聯網技術,它以可靠性高、媒體信息量大、易于擴展和更新等優點,在企業、學校等領域得到廣泛的應用。根據IEEE802.3 Ethernet標準規范,以太網每段同軸電纜長度不得超過500m,通過中繼器互聯后,網絡最大距離也不得超過2.8km。在這種情況下,利用激光無線通信技術,超越以太網的地域限制,滿足數據通信的需要,具有很強的應用價值。
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1 基于以太網的激光無線通信系統

將以太網和激光無線通信結合起來,充分發揮二者的優越性,可以大大提高系統的應用范圍和可靠性。圖1是基于以太網激光無線通信系統一端的原理框圖,另一端的結構和本端呈對稱狀態。從計算機網卡出來的雙極性MLT-3數據信號,基于以太網的光無線通信系統的設計與實現由RJ45接口,經過耦合變壓器后,變成單極性電平信號,送至以太網收發器,產生的高速PECL信號通過調制驅動電路對激光器直接強度調制,驅動激光器發光,載有信息的激光通過光學天線發射出去。接收端光學天線將激光信號接收匯聚在光敏管上,通過接收解調電路后,恢復出PECL高速數據信號,再經過耦合變壓器送至計算機,從而完成整個通信過程。由圖1可知,系統主要由三部分組成:以太網收發器、調制驅動電路和接收解調電路。下面分別就這三部分的電路設計進行詳細說明。

2 以太網收發電路

以太網收發電路由RJ45接口、耦合變壓器、以太網收發器,以及收發器與調制驅動電路、接收解調電路之間的接口組成。其中以太網收發器是核心單元,直接決定了系統的工作性能。

2.1 以太網收發器IP113

本系統采用IC PLUS公司出品的以太網至光纖收發器IP113芯片。IP113是二端口(包括TP端口和FX端口)10/100Mbps以太網集成交換器,由一個二端口交換控制器和兩個以太網快速收發器組成。每個收發器都遵守IEEE802.3、IEEE802.3μ、IEEE802.3x規則。為幀緩沖保留了SSRAM,可以存儲1K字節的MAC地址,全數字自適應調整和時序恢復,基線漂移校正,工作在10/100baseTX 和100baseFX的全雙工/半雙工方式。使用2.5V單電源,25MHz單時鐘源,0.25μm工藝,128腳PQFP封裝。
基于以太網的光無線通信系統的設計與實現
    圖2是IP113內部原理框圖。IP113工作在存儲轉發模式, Port1(TP端口)的速率是自適應調整的結果,因而不需要外加存儲器以緩沖數據包。每個端口都有自己的接收緩沖管理、發射緩沖管理、發射排隊管理、發射MAC和接收MAC。各個端口共享一個散列單元、一個存儲器接口單元、一個空緩沖管理器和一個地址表。散列單元負責找出和識別地址。發射緩沖管理和接收緩沖管理通過存儲器接口負責存儲數據或者讀出數據。發射MAC和接收MAC負責完成以太網的各種協議控制。接收MAC從收發器收到數據后,被放進接收FIFO,同時為數據傳輸請求接收緩沖管理。當接收緩沖管理接收到請求后,就從空的緩沖管理區獲得一個空的存儲塊,并通過存儲器接口單元將數據包寫入。同時接收數據包也進入散列單元。散列單元從數據包里找出地址以建立地址表。IP113依據地址表決定是否轉發或者丟棄數據包。兩個端口共享一個空的緩沖管理,復位后,空緩沖管理提供兩個地址的空存儲區。當接收到一個數據包時,就找出一個新的空存儲區;當轉發一個數據包時,相應的存儲區就釋放。

2.2 以太網收發電路設計

以太網收發電路如圖3所示。主要由以太網收發芯片IP113、專用配置芯片EEPROM 93C46、LED顯示矩陣,以及IP113的Port1與TP模塊、Port2與FX模塊之間的接口組成。

圖4 IP模塊電路圖

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