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双向CATV网中控制信令的传送

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:介绍基于CATV的双向FFSK数据通信线程和软件设计的原理、流程。该装置实现简单、成本低廉、性能可靠,并在实际应用中得以成功运用。
  关键词:双向CATV窄带FFSK
  
  有线电视网(CATV)是中国普及最广的网络,在已建的宾馆、居民小区中绝大部分都已建成。因此利用已有的网络进行更广泛的功能的开发,如:影视点播、安防监控、自动抄表及其它的服务呼叫等,是一个值得研究的课题。这些功能实现的关键,是在同轴电缆中控制信令的可靠实现。
  
  在CATV网中,由于分支较多、用户繁杂、线路老化等原因,不可避免地会造成大量的干扰信号的窜入。在实际的频谱测试中,整个其带经常被噪波干扰抬高,因此,寻找廉价且可靠的线路和传送方案变得尤为重要。为此,我们通过长期的试验和实验,研制出一成本极其低廉,性能相当可靠的工作电路和通信方案,并在实际装机运行中使用。
  
  1硬件组成及原理框图
  
  1.1传输通道
  
  根据国际,数据信息只能在双向CATV网的低端通过,允许分布的频率为65MHz以下。鉴于此,我们采用的通信频率分别为:上行信号采用无线信号工作方式,频点为21.7MHz,采用窄带方式,带宽为20kHz;下行信号采用电视信号的工作方式,中心频率为38MHz,带宽为8MHz。为加强抗干扰能力,上、下行被调制的信号采用FFSK方式,速率为1.2Kb/s。
  
  图1数据中心采集卡的通信线路原理方框图
  
  采用此种通信方式的另一种考虑是成本及可生产化。数据采集中心与控制终端的通信系统是典型的一对多的通信,控制终端数量众多,应尽可能地设计得简单、低廉、精确;而数据采集心的采集卡则相对可靠即可。因此,在控制终端线路上的窄带发射电路,为保证频点精确且不漂移,舍弃LC振荡电路采用晶体振荡,定制晶体频率为21.7MHz,带宽为5kHz。通过对电源的控制来实现对振荡电路起振与否的控制。接收电路采用电视信号解调芯片TA7606,解调出音频FFSK信号。数据采集中心的采集卡相对应的接收电路采用窄带接收芯片MC3363。MC3363是一个由RF放大器到音频前置放大器输出的完整的FM窄带接收机。低电压双变换设计产生了用于窄带音频和数据链路的低功耗、高灵敏度和优越的图像载波抑制功能。MC3363具有较高的灵敏度,对于12dBSINAD(信号对噪声的先真比)的典型的输入值为0.3μV。输入信号先通过两级本生振荡器的差频输出到455kHz以下,然后再对信号限幅放大,最后经过正交检波输出音频范围内的有用信号。虽然CATV网是有线的,但MC3363用在此处可大大提高上行信号的灵敏度,在信噪比较低时也能接收得很好。发射电路采用电视信号的中频电路,即采用芯片MC1374,它的工作频率也是晶体通过第6脚输入的调制FFSK信号,硬件框图如图1所示。综合数据处理中心的采集卡和终端的控制卡,上行和下行信号发射的工作频率都是通过晶体振荡产生的。这种设计思路将大大方便于调试、生产。上行信号采用窄带是因为MC3363的接收性能极优,同时节省频率资源;而下行信号采用电视信号是因为成本低廉且便于调试、生产。图1是数据中心采集卡的通信线程原理方框图。
  
  1.2控制线程
  
  采集卡的主控制芯片采用华邦公司的W77E58,主要出于三方面的考虑:
  
  一是工作频率高,最高可达40MHz,而且W77E58的机器工作频率只是晶体振荡频率的4分频,即40MHz的频率相当于普通MCS-51系列单片机的120MHz。由于数据处理中心的采集卡要接收及处理多个终端来的信息,快速处理数据是必需的。二是W77E58拥有2个全双工异步串口,给采集卡与数据控制中心的数据交换提供了便利。三是W77E58片内有1KB的SRAM(采用MOVX指令),无须外扩数据存储芯片。当然,W77E58不还有其它一些特点也为程序设计带来了极大的便利:双16位的数据指针、WatchDog定时器等。FFSK调制解调芯片采用Toshiba公司的TC35470。该芯片有极少的外部线程,宽电压(2.7~5.5V)和低功耗,内部抗电源干扰电路和抗噪声滤波器。TC35470采用3.58MHz晶体,CPU的5根线相连,分别为:RTM(4脚)FFSK接收解调时钟输出,RDT(5脚)FFSK接收解调数据输出,TD(11脚)FFSK发送调制时钟输出,TRD(12脚)FFSK发送调制数据输入,MSKE(13脚)FFSK解调允许输出控制脚。W77E58的双串口有各自的用途:一串口通过RS232与控制主机相连,用以数据的通信;另一串口与其它设备相连。
  
  由于终端所在的环境千变尤化,千差万别,因此终端控制线路最关心的硬件设计是抗干扰和低功耗。为此,我们采用TI公司的MSP430系列的MSP430F1111芯片。该芯片具有ESD保护,抗干扰能力特别强,低电压的工作范围1.8~3.6V和超低功耗。它与TC35470组成终端的控制线路,可将电压设计成3V,大大节省了耗电,使锂电池供电成为可能。由于一个数据处理中心的采集卡要对应于多个终端,而多个终端共用一个上行通道,因此,MSP430F1111除了与TC35470的五根口线相连外,还须提供一口线控制电源以决定窄带晶体振荡电路是否工作。这里因为振荡频率已达21.7MHz,无法通过电子开关来实现关断。MSP430F1111剩下的8个I/O口线可用做一些开关量的输入/输出,可对一些报警信号进
  
  
  
  行检测,按钮信号读取,驱动一些控制开关。
  
  2通信信令方式
  
  由于CATV网络系统中众多的终端用户,采用一一“点名”的主从

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