CN101296229A

CN101296229A - 动态时隙分配tdma实现装置

Info

Publication number: CN101296229A
Application number: CNA2008100619942A
Authority: CN
Inventors: 顾士平; 华晓勤
Original assignee: 顾士平
Current assignee: Hangzhou CNCR-IT Co., Ltd.
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2008-06-10
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2028-06-10
Also published as: CN101296229B

Abstract

本发明涉及一种时隙分配TDMA实现装置，特别是一种动态时隙分配TDMA实现装置。为解决现有编码***效率低的问题。在TDMA通信***上采用动态时隙调度方法。主端发送给从端是主端根据各从端设备需要传送数据的优先级和数据的长度调度，广播给各个从端。上行数据的时隙调度是主端根据从端上一帧上传的优先级和需要上传数据的长度来统一安排给本从端这一帧上传时隙的时间。本从端根据主端给本端的时隙的大小来安排适当的数据进行上传。可广泛应用在EoC***、无线通信***、光纤模拟通信***上。

Description

动态时隙分配TDMA实现装置

一、技术领域

本发明专利涉及一种时隙分配TDMA实现装置，特别是一种动态时隙分配TDMA实现装置。

二、背景技术

在同轴电缆上高速宽带通信现有技术有下面几种：

Cable Modem技术：基于DOCSIS1.1、DOCSIS2.0、DOCSIS 3.0标准的CMTS***在北美、欧洲广泛使用，但在我国“水土不服”。原因是我国的电器设备大多数未经过电磁兼容论证，即使经过电磁兼容性认证的产品在生产时为“节约成本”其产品电磁辐射也大大超标，有线电视同轴电缆网是一个树型网络，会汇聚噪声(漏斗效应)，使噪声淹没了正常的通信信号，使有效带宽大大降低，或者根本无法通信。

Moca技术：同轴电缆多媒体联盟(Multimedia over Coax Alliance)，由松下、科胜讯；Entropic Communications现在提供Moca芯片组，国内有一些用户使用MOCA技术，但这种技术只适用于家庭多媒体接入，不适用于多用户的接入网。但在小规模试验中，发现Moca大量的问题：(1)不能远距离传送(频率900-1500MHz)，此频率在电缆和分支器上损耗大；(2)因为它们使用的频率与手机频率相同，干扰手机的正常通信；(3)不适宜做点对多点的大规模接入网。

WLAN技术：WLAN无线网络采用802.11a/b/g/n等协议，原用于2.4-2.483GHz频率范围内采用无线进行工作，因为2.4GHz的信号，频率太高，不适合在同轴电缆上传输，通常采用降频的方法来实现，现在国内的六合万通和法国汤姆生公司将其发射频率进行降频到860MHz以上的频率在同轴电缆上使用。由于WLAN采用CSMA/CA协议，适用用户端不多的家庭使用，并不适合于多用户并发的接入网，在多用户并发通信时速率急剧下降，无法在大规模的用户接入的***中使用。

解决现有一对多通信时效率低下的问题。

三、发明内容

要解决的问题：

为了解决现有的CMTS技术在干扰大的网络上不能正常使用的问题；解决Moca、WLAN等技术不能应用于大规模用户接入的***中等问题。解决现有技术不能实现三网融合的问题。解决现有编码***效率低的问题。

技术方案：

“动态时隙分配TDMA实现装置”由局端设备、用户端设备和网络管理***组成，在MAC采用TDMA(分时多址)方式实现多用户接入，可实现HFC(同轴电缆光纤混合网)网络在光站下全网覆盖，完成最后1000米用户的宽带接入、安全认证、安全管理，通过EPON、GPON或光纤收发器与核心宽带网相连，协同工作完成有线电视用户的宽带接入，双向电视、IPTV等实现三网融合。

在同轴电缆(CATV)宽带模拟信号2-30MHz的频道上或862MHz-2.5GHz的频率上实现网络数据的双向通信，网络数据中QoS优先级最高的留给语言电话(VoIP)和双向互动电视的点播信令使用，其余的给计算机宽带网使用。实现宽带上网，IPTV。47MHz-862MHz的频段上保留给有线电视网使用，调制模拟电视信号、数字电视信号和IPQAM电视信号。通过高低通滤波器频分来实现，从而实现宽带网、电话网、电视网三网融合于同轴电缆网。

通过局端设备将以太网信号调制为OFDM的模拟信号，再把调制的信号放大后通过同轴电缆传输。用户端设备完成解调，将局端发送过来的模拟信号还原为以太网信号。

具体为：上行信号从用户端的以太网PHY输入的信号，经SOC芯片信号转换为OFDM数字调制信号，经AD9865 D/A转换为OFDM模拟信号，经OP2674放大后，由滤波器滤波后发送到有线电视网上，经有线电视网发送到局端设备上，局端设备将接收的信号，经滤波器滤波后传送到AD9865进行A/D变换转换为数据信号，经过局端设备的解调变为以太网信号，从而实现数据上传。下行信号的与上行信号相同，只不过方向相反。

局端调制：

以太网数据经过PHY芯片(IP101)输入到SOC芯片的MAC的MII接口，经AMBA总线，通过DMA方式直接传送到动态可重构加速引擎→经网络入侵预警与控制加速引擎和加密/解密加速引擎判断数据的合法性，若数据不合法将数据丢弃，若数据合法→MAC层：根据数据的优先级，通过TDMA协议安排时隙和带宽，如果现在不是本用户端的时隙则缓存等待时隙到来后发送，如果是本用户端的时隙则立即发送→PHY层：实现测距、突发传输、前向纠错、信道评估、功率控制→编码层：实现OFDM、QAM、QPSK调制及与AD9865接口，实现将AD9865的数据格式和SOC内部的32位数据格式进行转换，并实现对AD9865芯片的反馈控制→数据传送至AD9865经D/A形成模拟数据输出→经过OPA2674进行放大，形成2-30MHz的调制模拟信号在同轴电缆上传送，送到各个用户端设备。

局端解调：

从用户端传送过来的模拟信号→传送至AD9865经A/D转换为数据输出→编码层：将AD9865的数据格式转换为32bit数据格→PHY层：实现测距、突发传输、前向纠错、信道评估、功率控制，控制AD9865用适当状态的接收数据，使误码率最低→MAC层：将接收的数据还原为原来的数据→经网络入侵预警与控制加速引擎和加密/解密加速引擎判断数据的合法性，若数据不合法将数据丢弃，若数据合法→数据通过AMBA总线DMA方式发送到以太网数据经过PHY芯片(IP101)。

ARM926EJ处理器，在SOC芯片中的ARM926EJ处理器负责处理本***中的管理数据，负责动态配置动态可编程电路。

数据中优先级最高的数据，用于传送语音信号和电视点播的信令信号。

用户端设备的调制：

以太网数据经过PHY芯片(IP101)输入到SOC芯片的MAC的MII接口，经AMBA总线，通过DMA方式直接传送到动态可重构加速引擎→经网络入侵预警与控制加速引擎和加密/解密加速引擎判断数据的合法性，若数据不合法将数据丢弃，若数据合法→MAC层：等待局端设备安排时隙和带宽，如果现在上传不是本用户端的时隙则缓存等待时隙到来后发送，如果是本用户端的时隙则立即发送→PHY层：实现测距、突发传输、前向纠错、信道评估、功率控制，控制AD9865用适当参数将数据发送→编码层：实现OFDM、QAM、QPSK调制及与AD9865接口，实现将AD98 65的数据格式和SOC内部的32位数据格式进行转换，并实现对AD9865芯片的反馈控制→数据传送至AD9865经D/A形成模拟数据输出→经过OPA2674进行放大，形成2-30MHz的调制信号在同轴电缆送传送，送到局端设备。

用户端解调：

从局端传送过来的模拟信号→传送至AD9865经A/D形成数据输出→编码层：实现OFDM、QAM、QPSK解调及与AD986 5接口，实现将AD9865的数据格式和SOC内部的32位数据格式进行转换，并实现对AD9865芯片的反馈控制→PHY层：实现测距、突发传输、前向纠错、信道评估、功率控制，从而控制AD9865用适当状态的接收数据→MAC层：如果是本用户端的数据，则还原为原来的数据；如果不是本用户端的数据，则将它丢弃→经网络入侵预警与控制加速引擎和加密/解密加速引擎判断数据的合法性，若数据不合法将数据丢弃，若数据合法→数据通过AMBA总线DMA方式发送到以太网数据经过PHY芯片(IP101)。

下行数据包括：下行信令和下行数据两部分。下行信令包括同步头(用于主从设备的同步)，下发数据用户端地址(MAC地址号和分配的流水号)，前向纠错码，局端根据所有用户端设备提出的时隙需求、优先级要求统一调度仲裁下发允许本用户端上传时隙的长度；用户端设备根据局端下发的时隙向局端发送数据。

上行数据包括：上行信令、上行数据。上行信令包括：用户端地址(用MAC地址和局端对本用户端分配的流水号)、下一帧需要上传数据净荷的长度、下一帧数据的优先级(注：这一帧的需求、局端下一帧下发时才会响应)，再后面有本帧根据局端命令送过来的数据码的长度，数据净荷等。

用户端设备的登录，是利用CSMA/CA协议实现的。在每个上传和下传的时间间隙，有一段很小的时隙采用CSMA/CA方式。本方式只用于局端设备和用户端设备协商，用户端设备注册于局端设备上，完成新设备的注册。

局端分配给用户端上传的时隙有两种表示方法：(1)时隙为某个单位时隙的整数倍；(2)时隙为任意值。

有益效果：

本应用方案目标产品主要应用在HFC有线电视网络中实现：宽带上网、互动电视点播、IPTV、专网接入等。缩小与国际技术的差距，由“中国制造”到“中国创造”；利用调制、解调加速引擎***功耗低，节省资源、节省能源、实现“绿色上网”；利用调制、解调加速引擎***速度快，***利用率高，提高***的通信效率，实现更高的性能价格比，降低成本，使穷人也能上得起互联网，用得起点播电视，促进社会的和谐发展，缩小“数字鸿沟”，促进社会和谐发展。

四、附图说明

图1组网***框图

图2局端设备、用户端设备原理框图

图3 SOC芯片内部原理框图

图4调制、解调分层结构示意图

图5需分配时隙的TDMA处理帧结构

图6 CSMA/CA握手信号

五、具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述：

基于动态可编程电路加速引擎构成编/解码器；基于动态可编程电路加速引擎构成PHY、MAC层加速器；基于动态可编程电路加速引擎构成网络入侵预警与控制。从而实现***的低功耗、低成本、高效率。

大规模网络入侵预警、控制：利用动态可编程电路组成可信化加速引擎，实现同轴电缆宽带数据网络入侵预警、控制。

三网融合：利用动态可重构电路构成的加速引擎，实现语音通信、网络数据传输，利用频分实现语音通信、网络数据与数字电视、模拟电视共存，从而实现基于CABLE电缆的三网融合***。

工作原理：在同轴电缆(CATV)宽带模拟信号2-30MHz的频道上或862MHz-2.5GHz的频率上实现网络数据的双向通信，网络数据中QoS优先级最高的留给语言电话(VoIP)和双向互动电视的点播信令使用，其余的给计算机宽带网使用。实现宽带上网，IPTV。47MHz-862MHz的频段上保留给有线电视网使用，调制模拟电视信号、数字电视信号和IPQAM电视信号。通过高低通滤波器频分来实现，从而实现宽带网、电话网、电视网三网融合于同轴电缆网。

***由局端设备和用户设备组成，在同轴电缆中利用OFDM正交频分复用，利用QAM和QPSK方式在OFDM的子载波上调制数据，从而实现高效率数字语音、网络宽带数据在同轴电缆上高速传输。

调制于OFDM子载波上的QAM1024、QAM256、QAM16、QPSK的编解码软件，利用动态可编程电路的加速引擎来实现；利用动态可编程电路的加速引擎实现网络数据加/解密，实现网络入侵预警与控制；利用动态可编程电路的加速引擎实现MAC层、PHY层协议等。

在有线电视同轴光纤混合网(HFC)的光站安装局端设备，在用户家中安装用户端设备，一个局端设备可连接64个用户端设备。

本项目***由局端设备、用户端设备、桥接器、网管软件构成实现最后1000米的双向网络接入，实现有线电视网、电话网、计算机通信网三网融合。语音通信采用VoIP方式(本项目中不涉及VoIP，只留了优先级最高的网络通道)。

1、优选实施例1：

本项目***由局端设备、用户设备和跨接器组成。局端设备(Master)、用户端设备(Slave)通过有线电视放大器、分配器、分支器、同轴电缆连接而成。

1)局端设备：

一个局端设备可连接64个用户设备。局端设备将以太网输入数字信号调制为OFDM模拟信号，使用TDMA(时分多址)协议，通过同轴电缆，实现一对多数据通信，将数据传送到用户设备，用户设备将从同轴电缆传送过来的OFDM信号解调为数字信号，若数据是给本用户的，本用户设备将数据信号解调还原成原有的数据，输出到用户的以太网供用户使用。

同样用户输入的以太网数据在轮到本用户端的时隙时，经用户设备调制为OFDM模拟信号，通过同轴电缆将传送到局端，局端将OFDM模拟信号解调为原有数据，通过局端的以太网输出。从而实现了双向通信。

2)用户端设备：

用户端的芯片与局端设备芯片完全相同，只是工作的不同的模式。框图如图所示。用户端设备的调制/解调与局端设备的调制/解调类似，局端设备工作模式为主动方式，用户端设备的工作模式为从方式。

3)跨接器：

作用：将2-30MHz的局端设备和用户端设备的调制、解调模拟信号跳过电视信号放大器直通，47-860MHz的信号仍经过电视信号放大器进行放大。

信号跨接器比较简单，就是一个双高低通滤波器，第一个高低通滤波器先将2-860MHz的信号分离为2-30MHz和47MHz-862MHz两路，47-862MHz的电视信号输出给有线电视放大器进行放大，2-30MHz的信号直接连接到第二个高低通滤波器的2-30MHz的输入口；放大后的47MHz-860MHz有线电视信号连接到第二个高低通滤波器的47-862MHz的输入口，通过第二个高低通滤波器的再混合为一路全频率信号输出2-862MHz。

如图1所示为***架构示意图，101为局端调制解调器，102为桥接器、103为用户端调制解调器、104为另外一个用户端调制解调器、105为电视信号放大器、106为有线电视分配器、107为有线电视分配器、108有线电视机顶盒、109为电视机、110为PC计算机。

2、优选实施例2：

网络管理软件采用SNMP协议，支持SNMP V1.0/V2.0/V3.0协议。完成三网融合网络管理软件设计，实现网络入侵预警与控制。为三网合一提供完善的网管功能。其嵌入式SNMP采用开放源代码的NET SNMP源码修改来实现。

网管软件有下面功能：

1)流量统计功能：对每个用户端的上行和下行的流量进行统计；

2)IGMP协议实现视频组播用于时移电视、视频点播；

3)限制用户端连接电脑的台数：限制在每个用户端下连接PC的台数，保护运营商的利益；

4)广播包、未知包抑制功能：对广播包或其它攻击包进行抑制，避免这些无用的数据对正常数据通信的影响；

5)速率优先、延时优先设置：在数据速率要求高的场所可设置为速率优先；对数据延时要求小的场所可设置为延时优先；

6)QOS实现：业务隔离设置和保证电话、点播命令等数据的优先传输，从而实现三网融合；IEEE 802.1p是流量优先权控制标准，工作在媒体访问控制(MAC)子层。它使得二层交换机能够提供流量优先级和动态组播过滤服务。IEEE 802.1p标准也提供了组播流量过滤功能，以确保该流量不超出第二层交换网络范围。IEEE 802.1p协议头包括一个3位优先级字段，该字段支持将数据包分组为各种流量种类。

7)VLAN实现：IEEE 802.1p是IEEE 802.1q(VLAN标签协议)标准的扩充协议，它们协同工作。IEEE 802.1q标准定义了为以太网MAC帧添加的标签。VLAN标签有两部分：VLAN ID(12比特)和优先级(3比特)。IEEE 802.1q VLAN标准中没有定义和使用优先级字段，而IEEE 802.1p中则定义了该字段。

8)认证服务(802.1x)：802.1x认证***提供了一种用户接入认证的手段，它仅关注端口的打开与关闭。对于合法用户(根据账号和密码)接入时，该端口打开，而对于非法用户接入或没有用户接入时，则使端口处于关闭状态。

9)STP(生成树协议)，防止广播风暴，通过阻塞一个或多个冗余端口，维护一个无回路的网络(IEEE802.1d)；

10)Webserver：利用网页对***进行管理，对传输进行设置。

3、优选实施例3(局端设备、用户端设备原理构成框图)

如图2所示为201为以太网信号；202为RJ45连接以太网信号；203为PHY芯片如IP101、RTL8201等芯片；204为SOC芯片完成主要功能；205为SDRAM芯片存储运行的程序；206为FLASH芯片存储压缩程序；207为AD9865或其它高速AD/DA转换芯片，如AD9868、AD9865等；208为OPA26 74芯片，放大输出的模拟信号；209为高低通滤波器实现频分通信。

调制的工作过程：201输入的以太网信号经过203 PHY芯片变换，将双绞线上的以太网信号变换为MII接口信号，通过204的SOC芯片的MII接口将网络接口信号转换为网络数据，网络数据通过SOC的DMA方式直接送给SOC的加速引擎；经加速引擎进行数据的加密、解密处理，MAC数据的编解码处理，PHY层的编解码处理，调制方式的编解码处理，将调制的数据送到AD9865或AD9868等高速的AD/DA转换器，将数据信号转换为模拟数据，经OPA2 674放大后送到209高低通滤波器，将调制信号和电视信号混合后由同轴电缆输出。

解调的工作过程：211输入的混合信号，经过209高低通滤波器分离出2-30MHz调制信号经过207高速A/D、D/A变换芯片AD9865、AD9868进行A/D转换为并行数据，送给SOC芯片2 04，经过SOC解码电路进行解码形成数据流，由SOC通过DMA将数据发送给203PHY芯片，形成网络数据。

4、优选实施例4，高速宽带SOC芯片(原理框图如图3)：

采用带有DSP指令集和Java加速器的ARM926EJ、ARM946EJ、ARM966EJ或MIPS的IP，在ARM926EJ的AMBA总线上扩展MI I接口、同步通信接口、动态可重构的加密引擎、动态可重构的调制/解调加速引擎、异步串行接口、USB口。在芯片外加上高速的AD/DA转换器。

外部接口采用AMBA总线与接口模块相连，本SOC芯片主要包括以下接口：

●SDRAM接口：用于连接SDRAM(同步动态随机存储器)，操作***、固件程序、应用程序在SDRAM中运行。

●FLASH接口：用于连接FlashROM(快速电擦除只读存储器)，FlashROM用于存放bootloader(使用Uboot)、固件程序、嵌入式应用程序。

●MAC接口：MAC接口内部通过AMBA总线与ARM926EJ连接，外部采用MII、RMII兼容的接口连接PHY芯片或交换芯片；

●USB接口：采用USB2.0标准的接口(向下兼容USB1.1)标准，包括USB Host接口一个，USB Device接口一个。

●UART(异步串行接口)：2个，1个为RXD、TXD(3线)串口，用于linux程序的调试；1个为全功能的串口(9线)，用于通信，其中DTR、DSR、RTS、CTS、DCD、RI即可作为通用GPIO也可作为UART的专用功能控制线。

●GPIO(通用输入/输出控制口)：8个，用于点亮LED，指示芯片的各种状态，GPIO0用于指示调制解调编解码状态，GPIO1用于指示同轴电缆的连接状态，GPIO2-GPIO5用于指示交换芯片的LINK/ACTIVE状态。

●动态可重构加速引擎：与ARM926连接采用AMBA接口，利用动态可重构电路实现高速的编解码加速算法，从而减少CPU的负担，从而大大减少，CPU的功耗，因为专用电路的功耗，比通用电路实现同样的功能功耗要小得多。

●动态可重构加密引擎：内部与ARM926的AMBA总线相连接，外部通过同步接口与AD9865芯片相连接，与AD9865芯片的输入、输出数据为双向信号，其AD9865的采样反馈信号为单向信号5位并行数据，输送给动态可重构加密引擎。

●PLL模块：锁向环时钟控制电路/倍频控制电路，将66MHz的频率倍频CLK_CPU为266MHz供CPU的主频(可通过程序控制，设置其频率)；CLK_SDRAM频率为166MHz为SDRAM提供同步时钟；CLK_MAC为MAC模块提供25MHz的频率；CLK_USB为USB提供48MHz的频率；CLK_UART为串口提供33MHz的频率；CLK_AD9865为AD9865提供66MHz的同步频率；CLK_1为对动态可重构加速引擎提供时钟；CLK_2为动态可重构加密引擎提供时钟等。

●SOC芯片的Firmware固件的设计：物理层采用OFDM信号的调制/解调方式，其子载波采用QAM16、QAM64、QAM256、QAM1024、QPSK，根据信道评估的结果自适应的选择调制/解调方法；数据链路层下行采用广播方式(下行数据采用动态可重构加密/解密引擎，根据每个从设备的MAC地址进行分发数据)，上行采用动态分时模式。在ARM926EJ上运行linux2.6.x操作***，与处理器的程序配合实现其PHY层协议、MAC协议。

●物理层：采用2-30MHz的零中频信号，通过变频芯片可调制到任何频率上，可以在低频0-85MHz频段内正常工作，可以在87MHz-86 0MHz频率范围内正常工作，也可以在860MHz-2500MHz范围内正常工作。在28MHz的频率范围内分成7个独立的子频道，每个子波段内采用OFDM调制方式，每个子载波自适应采用QAM1024、QAM256、QAM64、QAM16、QPSK载波方式。

如图3所示为SOC芯片内部框图，301为SDRAM芯片接口电路，用于SOC芯片连接SDRAM芯片；302为ARM926EJ、ARM946EJ、ARM966EJ或MIPS的处理器，功能：用于网络协议处理；303为Flash接口，用于连接Flash芯片，flash芯片主要存储芯片的执行程序；304为AMBA总线，用于将SDRAM、CPU、Flash接口、MAC接口、UART接口、GPIO接口、动态可重构加速引擎等连接起来；306为MAC，用于处理802.3以太网协议；308为USB接口，为主USB接口和从USB接口，用于连接计算机的USB口，或连接其它设备的带USB接口的产品，如打印机，游戏机等；UART串行接口，用于连接计算机的串口，其它带串口的设备，如串口打印机，485串口等；GPIO接口，用于连接控制LED灯，控制其它设备，或用来模拟I²C总线用于连接EEPROM器件、模拟SPI总线用于控制SPI总线的设备、模拟MDC/MDIO以太网控制接口等；311动态可重构加速引擎，实现网络数据的加密、解密，网络协议的处理，MAC层数据处理、PHY层数据处理、编解码算法等；

312为PLL时钟电路，将输入的时钟经过PLL时钟变换电路将输入时钟变换为各种需要的时钟输出给相应的电路，CLK_CPU将输入的时钟变频后输入给处理器302，供CPU使用，CLK_SDRAM时钟信号经变频后输送给外接的SDRAM芯片使用同时提供给SDRAM接口电路使用，保证外接SDRAM器件与SDRAM接口电路同步；CLK_MAC时钟，时钟提供为SOC芯片内的MAC模块使用同时提供给外接PHY芯片的时钟，保持PHY芯片与MAC模块的同步；CLK_USB给外部的USB物理层芯片提供时钟；CLK_UART为UART模块提供时钟，用以产生UART的时钟信号，为UART产品不同的波特率；CLK_AD98 65为AD9865和SOC内部的加速引擎提供时钟，控制AD9865的AD/DA转换的采样与转换；CLK_1为动态可重构引擎提供的另外一个时钟，供动态可重构引擎的处理。

5、优选实施例5(局端设备结合芯片的数据信号的调制/解调过程，见图4)局端调制：

以太网数据经过PHY芯片(IP101)输入到SOC芯片的MAC的MII接口，经AMBA总线，通过DMA方式直接传送到动态可重构加速引擎→经网络入侵预警与控制加速引擎和加密/解密加速引擎判断数据的合法性，若数据不合法将数据丢弃，若数据合法→MAC层：根据数据的优先级，通过TDMA协议安排时隙和带宽，如果现在不是本用户端的时隙则缓存等待时隙到来后发送，如果是本用户端的时隙则立即发送→PHY层：实现测距、突发传输、前向纠错、信道评估、功率控制→编码层：实现OFDM、QAM、QPSK调制及与AD98 65接口，实现将AD9865的数据格式和SOC内部的32位数据格式进行转换，并实现对AD9865芯片的反馈控制→数据传送至AD9865经D/A形成模拟数据输出→经过0PA2674进行放大，形成2-30MHz的调制模拟信号在同轴电缆上传送，送到各个用户端设备。

局端解调：

数据中优先级最高的数据，用于传送语音信号和电视点播的信令信号。6、优选实施例6(用户端设备的调制/解调过程，芯片内部动态可重构加速引擎原理框图与编码、解码加速引擎框图结合实现，见图4)

用户端设备的调制：

以太网数据经过PHY芯片(IP101)输入到SOC芯片的MAC的MII接口，经AMBA总线，通过DMA方式直接传送到动态可重构加速引擎→经网络入侵预警与控制加速引擎和加密/解密加速引擎判断数据的合法性，若数据不合法将数据丢弃，若数据合法→MAC层：等待局端设备安排时隙和带宽，如果现在上传不是本用户端的时隙则缓存等待时隙到来后发送，如果是本用户端的时隙则立即发送→PHY层：实现测距、突发传输、前向纠错、信道评估、功率控制，控制AD9865用适当参数将数据发送→编码层：实现OFDM、QAM、QPSK调制及与AD9865接口，实现将AD9865的数据格式和SOC内部的32位数据格式进行转换，并实现对AD9865芯片的反馈控制→数据传送至AD9865经D/A形成模拟数据输出→经过OPA2674进行放大，形成2-30MHz的调制信号在同轴电缆送传送，送到局端设备。

用户端解调：

从局端传送过来的模拟信号→传送至AD9865经A/D形成数据输出→编码层：实现OFDM、QAM、QPSK解调及与AD9865接口，实现将AD9865的数据格式和SOC内部的32位数据格式进行转换，并实现对AD9865芯片的反馈控制→PHY层：实现测距、突发传输、前向纠错、信道评估、功率控制，从而控制AD9865用适当状态的接收数据→MAC层：如果是本用户端的数据，则还原为原来的数据；如果不是本用户端的数据，则将它丢弃→经网络入侵预警与控制加速引擎和加密/解密加速引擎判断数据的合法性，若数据不合法将数据丢弃，若数据合法→数据通过AMBA总线DMA方式发送到以太网数据经过PHY芯片(IP101)。

7.优选实施例7(按需分配时隙的TDMA处理过程)

上、下行数据可以是全双工通信方式、也可以是半双工通信方式。

下行数据包括：下行信令和下行数据两部分。下行信令包括同步头(用于主从设备的同步)，下发数据用户端地址(MAC地址号和分配的流水号，流水号是由用户端登录局端时，顺序产生的一个号码)，前向纠错码，局端根据所有用户端设备提出的时隙需求、优先级要求统一调度仲裁下发允许本用户端上传时隙的长度；用户端设备根据局端下发的时隙向局端发送数据。

如图5所示为左侧为局端发送给某一用户端数据格式，右端为某一用户端上传数据格式。

501为局端发送给某一用户端数据的第n帧用户端号，MAC地址，其中用户端号时局端根据用户端登陆上局端的号码，例如第一个用户端登录上局端后的，用户端号为0，第10个登录上的局端的号码为9，以此类推。帧号表示传送的数据为第n帧，就是表示从开始发送到现在的第n次发送给本用户端；MAC地址表示这是那一个用户端的MAC地址。

502为局端根据本用户端上一帧上传过来的请求的优先级及请求数据的长度经仲裁产生的，预留给本用户端的时隙的大小，供用户端下一帧上传数据时根据本标准上传数据。

503为下发给第n帧数据、给501中MAC地址设备的长度码，表示长度码后跟着的数据长度。长度码有两种表示方法：(1)直接用所跟数据的字节数表示。这种表示法的优点是，所跟的数据都是有效数据，没有不需要的填充位。缺点是：表示字长需要的位数多，传输时间比较零碎，调度算法比较复杂；(2)用一个时间片表示。一个时间片可传输多个字节，如用1024字节用1表示，2048字节用2表示等。这种方式的优点：表示字长的数据短，时间按一片、一片的表示，便于处理。缺点：通常最后一帧的末尾总是不是完整的1024字节，不满需要填充，因此效率相对较低。

504为第n帧下发的数据，也就是数据净荷，是真正要传输的数据。

509-513为某一用户端第n帧上传数据格式。

509为用户端的地址包括本包的用户端号和本用户端的MAC地址，以及本帧号。用户端号是局端分配给本用户端的一个顺序号，例如：1个局端，64个用户端的***，用户端的顺序号0-63；MAC地址是用户端设备的MAC地址；本帧是第n帧，因此本帧号为n。

510为本用户端上传下一帧欲传数据的优先级，即下面一帧需要上传数据的优先级，我们预留8位，现有的IPv4的标准为3位。

511为本用户端上传下一帧欲传数据的长度。

510、511均是请求下一帧需要的传送的数据的优先级和欲传输数据的长度，是本用户端根据本设备需要传送数据设置的优先级和本设备需要上传数据的缓存数据的大小传送给局端后，局端根据本***中所有用户端的请求进行统一调度。

若其他用户端需要的资源不多，能满足本用户端的需求。则局端进行仲裁，在下一帧按本用户端的需要给本用户端足够长的时隙来传送本用户端的数据。

若其他用户端也需要资源，则局端根据各个用户端优先级和需要传送数据的大小统一调度，分配给本用户端合适的时隙用于本用户端上传数据。

512为第n帧上传数据的长度，即本用户端上传数据长度，也就是后面紧接着数据的长度。

513为第n帧上传数据数据，即数据净荷。

下行数据：局端数据传送给用户端是局端根据各用户端设备需要传送数据的优先级和数据的长度调度，广播给各个用户端。用户端根据发送给不同用户端的MAC地址，如果是本用户端的数据则接收并解码；如果不是本用户端的数据则将本帧舍弃。

上行数据：上行数据的时隙调度是局端根据用户端上一帧上传的优先级和需要上传数据的长度来统一安排给本用户端这一帧上传时隙的时间。本用户端根据局端给本端的时隙的大小来安排适当的数据进行上传。

对于未初始化的数据，例如局端发送的第一帧数据，局端尚未接收到用户端来的请求数据。则局端根据登录的用户端个数平均分配各个用户端的时隙。

8.优选实施例8(用户端数据的协商)

如图6所示为利用CSMA/CA注册的原理框图，601为局端的MAC地址，6 02为发送的广播命令，603为某一用户端的根据602广播命令回复的本用户端的MAC地址，604为应答的标志位。

登录有两种方式。方式一，点名方式。当局端发送一个点名命令时，局端的MAC地址+0x01(在这里假设0x01为点名登录命令)，已登录的各个用户端按照其登录的顺序依次回答信号。方式二，添加方式。当局端发送一个添加方式时，局端的MAC地址+0x02(在这里假设0x02为添加命令)，已登录过的用户端设备不应答。未登录过的用户端设备延时一个随机时间后，回答本用户端的MAC和应答添加命令关键字0x02，局端根据用户端的回答将用户端设备添加到局端的登录队列中，生成一个新的用户端设备。若应答数据发生碰撞，则重新发送添加命令方式。直到所有的用户端设备都登录为止。

这样就将所有的用户端设备均登录到局端设备中。

虽然结合附图对本发明的实施方式进行说明，但本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内作出各种变形或修改。

Claims

1.动态时隙分配TDMA实现装置，包括局端设备、用户端设备；局端设备、用户端设备由SOC芯片、高速AD/DA转换芯片、PHY芯片、SDRAM芯片、FlashROM芯片等构成；其中，

SOC芯片：由SDRAM接口、FLASH接口、MAC接口、USB接口、UART、GPIO、PLL模块、动态可重构加速引擎；其中，

动态可重构加速引擎其特征在于：包括加密、解密层：加密、解密、网络入侵控制加速引擎；MAC层：信道安排，包括优先级和带宽，时隙安排TDMA等加速引擎；PHY层：测距、突发传输、前向纠错、信道评估、功率控制加速引擎；编码解码层：OFDM、QAM、QPSK调制及与AD9865接口加速引擎；

局端设备、用户端设备之间通信采用主从动态时隙分配的TDMA方式；其特征是：下行数据包括下行信令和下行数据两部分；上行数据包括：上行信令、上行数据；主从设备协商采用点名与添加协商两种模式。

2.根据权利要求1所述的动态时隙分配TDMA实现装置，其特征包括：局端编码，以太网数据经过PHY芯片输入到SOC芯片的MAC的MII接口，经AMBA总线，通过DMA方式直接传送到动态可重构加速引擎→经网络入侵预警与控制加速引擎和加密/解密加速引擎判断数据的合法性，若数据不合法将数据丢弃，若数据合法→MAC层：根据数据的优先级，通过TDMA协议安排时隙和带宽，如果现在不是本用户端的时隙则缓存等待时隙到来后发送，如果是本用户端的时隙则立即发送→PHY层：实现测距、突发传输、前向纠错、信道评估、功率控制→编码层：实现OFDM、QAM、QPSK调制及与AD9865接口，实现将AD9865的数据格式和SOC内部的32位数据格式进行转换，并实现对AD9865芯片的反馈控制→数据传送至AD9865经D/A形成模拟数据输出→经过OPA2674进行放大，形成调制模拟信号在同轴电缆上传送，送到各个用户端设备。

3.根据权利要求1所述的动态时隙分配TDMA实现装置，其特征包括：局端解码，从用户端传送过来的模拟信号→传送至AD9865经A/D转换为数据输出→编码层：将AD9865的数据格式转换为32bit数据格→PHY层：实现测距、突发传输、前向纠错、信道评估、功率控制，控制AD9865用适当状态的接收数据，使误码率最低→MAC层：将接收的数据还原为原来的数据→经网络入侵预警与控制加速引擎和加密/解密加速引擎判断数据的合法性，若数据不合法将数据丢弃，若数据合法→数据通过AMBA总线DMA方式发送到以太网数据经过PHY芯片。

4.根据权利要求1所述的动态时隙分配TDMA实现装置，其特征包括：用户端编码，以太网数据经过PHY芯片输入到SOC芯片的MAC的MII接口，经AMBA总线，通过DMA方式直接传送到动态可重构加速引擎→经网络入侵预警与控制加速引擎和加密/解密加速引擎判断数据的合法性，若数据不合法将数据丢弃，若数据合法→MAC层：等待局端设备安排时隙和带宽，如果现在上传不是本用户端的时隙则缓存等待时隙到来后发送，如果是本用户端的时隙则立即发送→PHY层：实现测距、突发传输、前向纠错、信道评估、功率控制，控制AD9865用适当参数将数据发送→编码层：实现OFDM、QAM、QPSK调制及与AD9865接口，实现将AD9865的数据格式和SOC内部的32位数据格式进行转换，并实现对AD9865芯片的反馈控制→数据传送至AD9865经D/A形成模拟数据输出→经过OPA2674进行放大，形成调制信号在同轴电缆送传送，送到局端设备。

5.根据权利要求1所述的动态时隙分配TDMA实现装置，其特征包括：用户端解码，从局端传送过来的模拟信号→传送至AD9865经A/D形成数据输出→编码层：实现OFDM、QAM、QPSK解调及与AD9865接口，实现将AD9865的数据格式和SOC内部的32位数据格式进行转换，并实现对AD9865芯片的反馈控制→PHY层：实现测距、突发传输、前向纠错、信道评估、功率控制，从而控制AD9865用适当状态的接收数据→MAC层：如果是本用户端的数据，则还原为原来的数据；如果不是本用户端的数据，则将它丢弃→经网络入侵预警与控制加速引擎和加密/解密加速引擎判断数据的合法性，若数据不合法将数据丢弃，若数据合法→数据通过AMBA总线DMA方式发送到以太网数据经过PHY芯片。

6.根据权利要求1所述的动态时隙分配TDMA实现装置，其特征包括：下行数据包括下行信令和下行数据两部分；下行信令包括同步头、下发数据用户端地址MAC地址号和分配的流水号、前向纠错码；局端根据所有用户端设备提出的时隙需求、优先级要求统一调度仲裁下发允许某一用户端上传时隙的长度；用户端设备根据局端下发的时隙向局端发送数据。

7.根据权利要求1所述的动态时隙分配TDMA实现装置，其特征包括：上行数据包括上行信令、上行数据；上行信令包括用户端地址用MAC地址和局端对本用户端分配的流水号、下一帧需要上传数据净荷的长度、下一帧数据的优先级，再后面有本帧根据局端命令送过来允许上传数据码长度，数据净荷等。

8.根据权利要求1所述的动态时隙分配TDMA实现装置，其特征包括：局端分配给用户端上传的时隙有两种表示方法：时隙为某个单位时隙的整数倍；时隙为任意值。

9.根据权利要求1所述的动态时隙分配TDMA实现装置，其特征包括：在每个上传和下传的时间间隙之间，有一段很小的时隙采用CSMA/CA方式实行局端设备和用户端设备之间的握手信号；本方式用于局端设备和用户端设备协商，用于用户端设备主动告诉局端设备，从设备的存在和新加入从设备的MAC地址；本协商有两种方式点名方式、添加方式。

10.根据权利要求1所述的动态时隙分配TDMA实现装置，其特征包括：当局端发送一个添加方式时，已登录过的用户端设备不应答；未登录过的用户端设备延时一个随机长的时间后，回答本用户端的MAC和应答添加命令关键字，局端根据用户端的回答将用户端设备添加到局端的登录队列中，生成一个新的用户端设备；若应答数据发生碰撞，则重新发送添加命令方式；直到所有的用户端设备都登录为止。