基于以太网的光无线通信系统的设计与实现

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1、基于以太网的光无线通信系统的设计与实现

2、第1内容加载中...摘要：介绍了一种基于以太网的光无线通信系统。该系统以高性能的以太网收发芯片IP113为核心，配以必要的外围器件，结合所研制的调制驱动电路和接收解调电路，实现了以太网借助光波进行远距离通信的系统设计。关键词：以太网IP113PECL以光波为信息载体进行光通信的历史由来已久，大气激光通信是以大气作为传输介质的通信，是激光出现后最先研制的一种通信方式。由于它具有传输距离远、频带宽、发射天线小、保密性好及抗电磁干扰等优点，越来越受到关注，应用也日渐广泛起来。以太网是应用最广的联

3、网技术，它以可靠性高、媒体信息量大、易于扩展和更新等优点，在企业、学校等领域得到广泛的应用。根据ＩＥＥＥ８０２．３Ｅｔｈｅｒｎｅｔ标准规范，以太网每段同轴电缆长度不得超过５００ｍ，通过中继器互联后，网络最大距离也不得超过２．８ｋｍ。在这种情况下，利用激光无线通信技术，超越以太网的地域限制，满足数据通信的需要，具有很强的应用价值。１基于以太网的激光无线通信系统将以太网和激光无线通信结合起来，充分发挥二者的优越性，可以大大提高系统的应用范围和可靠性。图１是基于以太网激光无线通信系统一端的原理框图，另一端的结构和本端呈对称状态。从计算

4、机网卡出来的双极性ＭＬＴ－３数据信号，由ＲＪ４５接口，经过耦合变压器后，变成单极性电平信号，送至以太网收发器，产生的高速ＰＥＣＬ信号通过调制驱动电路对激光器直接强度调制，驱动激光器发光，载有信息的激光通过光学天线发射出去。接收端光学天线将激光信号接收汇聚在光敏管上，通过接收解调电路后，恢复出ＰＥＣＬ高速数据信号，再经过耦合变压器送至计算机，从而完成整个通信过程。由图１可知，系统主要由三部分组成：以太网收发器、调制驱动电路和接收解调电路。下面分别就这三部分的电路设计进行详细说明。２以太网收发电路以太网收发电路由ＲＪ４５接口、耦合变

5、压器、以太网收发器，以及收发器与调制驱动电路、接收解调电路之间的接口组成。其中以太网收发器是核心单元，直接决定了系统的工作性能。２．１以太网收发器ＩＰ１１３本系统采用ＩＣＰＬＵＳ公司出品的以太网至光纤收发器ＩＰ１１３芯片。ＩＰ１１３是二端口（包括ＴＰ端口和ＦＸ端口）１０／１００Ｍｂｐｓ以太网集成交换器，由一个二端口交换控制器和两个以太网快速收发器组成。每个收发器都遵守ＩＥＥＥ８０２．３、ＩＥＥＥ８０２．３μ、ＩＥＥＥ８０２．３ｘ规则。为帧缓冲保留了ＳＳＲＡＭ，可以存储１Ｋ字节的ＭＡＣ地址，全数字自适应调整和时序恢复，基线漂移校正

6、，工作在１０／１００ｂａｓｅＴＸ和１００ｂａｓｅＦＸ的全双工／半双工方式。使用２．５Ｖ单电源，２５ＭＨｚ单时钟源，０．２５μｍ工艺，１２８脚ＰＱＦＰ封装。图２是ＩＰ１１３内部原理框图。ＩＰ１１３工作在存储转发模式，Ｐｏｒｔ１(ＴＰ端口)的速率是自适应调整的结果，因而不需要外加存储器以缓冲数据包。每个端口都有自己的接收缓冲管理、发射缓冲管理、发射排队管理、发射ＭＡＣ和接收ＭＡＣ。各个端口共享一个散列单元、一个存储器接口单元、一个空缓冲管理器和一个地址表。散列单元负责找出和识别地址。发射缓冲管理和接收缓冲管理通过存储器接口负责存储数

7、据或者读出数据。发射ＭＡＣ和接收ＭＡＣ负责完成以太网的各种协议控制。接收ＭＡＣ从收发器收到数据后，被放进接收ＦＩＦＯ，同时为数据传输请求接收缓冲管理。当接收缓冲管理接收到请求后，就从空的缓冲管理区获得一个空的存储块，并通过存储器接口单元将数据包写入。同时接收数据包也进入散列单元。散列单元从数据包里找出地址以建立地址表。ＩＰ１１３依据地址表决定是否转发或者丢弃数据包。两个端口共享一个空的缓冲管理，复位后，空缓冲管理提供两个地址的空存储区。当接收到一个数据包时，就找出一个新的空存储区；当转发一个数据包时，相应的存储区就释放。２．２以

8、太网收发电路设计以太网收发电路如图３所示。主要由以太网收发芯片ＩＰ１１３、专用配置芯片ＥＥＰＲＯＭ９３Ｃ４６、ＬＥＤ显示矩阵，以及ＩＰ１１３的Ｐｏｒｔ１与ＴＰ模块、Ｐｏｒｔ２与ＦＸ模块之间的接口组成。Ｐｏｒｔ１的ＴＸＯＰ和ＴＸＯＭ是ＴＰ发射数据对，ＲＸＩＰ和ＲＸＩＭ是ＴＰ接收数据对。图４的ＴＰ模块电路中，ＲＪ４５接口将ＭＬＴ－３码流以太网信号经过耦合脉冲变压器ＰＥ６８５１５变为单极性信号。Ｐｏｒｔ２的ＦＸＲＤＰ和ＦＸＲＤＭ是ＦＸ的接收数据对，ＦＸＴＤＰ和ＦＸＴＤＭ是ＦＸ的发射数据对。ＦＸＳＤ是光电检测信号，当接收到的光信号经光电

9、转换后电平低于１．２Ｖ时，ＦＸＳＤ输出连续的ＰＥＣＬ电平。图５是ＦＸ模块的电路图，电路中采用标准的ＦＤＤＩ数据接口。由于调制驱动和接收解调电路采用５Ｖ电源，而系统其它部分均使用２．５Ｖ电源，ＦＤＤＩ中的信号均是ＰＥＣＬ电平，因此必须经电平转换(如图５所示)，才能