基于嵌入式构架的有线上行接入系统

论文摘要

目前，数字电视国家标准正在紧急制定当中，数字电视技术在国内迅速推广，各种基于数字电视网络的增值业务层出不穷。新业务的开展必然导致数字电视网络朝交互式方向发展，因此，必须对传统的单向HFC网络进行双向改造，为用户提供上行接入通道。本文研究的基于HFC的上行接入系统应用于数字电视网络中，为交互式操作提供上行通道。 接入系统的关键在于接入控制和信号传输。在交互式电视应用中，上行接入系统传输的数据具有用户数量多，单个用户数据量少的特点，因此，采用P-ALOHA和S-ALOHA算法作为接入控制算法既可以在很大程度上降低系统复杂度，又可以满足接入控制的要求。在HFC网络中，5～40MHz的频段划分给上行接入通道工作，因此系统的传输部分采用调制传输方式。由于HFC信道中存在大量放大器，非线性问题比较严重，而恒包络的调制方式对非线性并不敏感。本文所述系统选用的CPFSK就是一种恒包络调制方式。 在本文讨论的上行接入系统中，接收端的接入控制由嵌入式系统完成。该嵌入式系统分别采用嵌入式微处理器MPC860和嵌入式操作系统VxWorks作为硬件和软件平台。MPC860采用PowerPC+CPM的双内核结构，接口丰富，具有强大的通信处理能力，因此一直被广泛应用于通信领域；而VxWorks的高可靠性和实时性，使其成为复杂通信系统中嵌入式操作系统的首选。 文章首先详细介绍了接入系统的基本原理和关键技术，包括调制技术、差错控制技术、多址接入技术、嵌入式系统技术。 其次，本文对CPFSK调制技术、多址接入技术和嵌入式操作系统VxWorks进行了较为深入的研究，着重分析了基于VxWorks的软件系统体系结构，包括内核机制、I／O系统、BSP系统、网络系统。 最后，本文实现了一个基于HFC网络的上行接入系统，详细讨论了发送端和接收端的设计方法。发送端由基于软件的接入控制模块和基于FPGA的CPFSK调制模块组成，实现用户数据的接入和传输。接收端基于嵌入式系统构建，采用ASIC进行信号解调，得到的数据经过MPC860做协议处理后，通过以太网送给控制服务器。本章给出了具体的系统软硬件设计方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 接入系统的基本结构
• 1.2 信号传输技术
• 1.2.1 调制技术
• 1.2.1.1 单载波调制体系
• 1.2.1.2 多载波调制体系
• 1.2.1.3 两种调制体系的融合
• 1.2.1.4 调制技术的选择
• 1.2.2 差错控制技术
• 1.2.2.1 差错控制编码
• 1.2.2.2 自动重传
• 1.3 用户接入技术
• 1.3.1 固定接入
• 1.3.2 随机接入
• 1.4 嵌入式系统
• 1.4.1 嵌入式系统的硬件平台
• 1.4.1.1 嵌入式处理器
• 1.4.1.2 硬件平台的确定
• 1.4.2 嵌入式软件系统
• 1.4.2.1 嵌入式操作系统
• 1.4.2.2 嵌入式应用软件系统
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 接入体制和系统结构
• 2.1 CPFSK调制技术
• 2.1.1 CPFSK基本原理
• 2.1.2 CPFSK性能分析
• 2.1.2.1 CPFSK信号的相位轨迹
• 2.1.2.2 CPFSK的频谱特性
• 2.1.2.3 CPFSK的抗噪声性能
• 2.2 差错控制技术
• 2.3 接入控制技术
• 2.3.1 P-ALOHA基本原理和性能分析
• 2.3.2 S-ALOHA基本原理和性能分析
• 2.4 嵌入式系统
• 2.4.1 基于MPC860的硬件平台
• 2.4.1.1 MPC860的体系结构
• 2.4.1.2 MPC860的外围电路构成
• 2.4.2 基于VxWorks的软件系统
• 2.4.2.1 VxWorks的体系结构
• 2.4.2.2 VxWorks内核分析
• 2.4.2.3 VxWorks的设备驱动机制
• 2.4.2.4 VxWorks的BSP
• 2.4.2.5 VxWorks的网络系统
• 2.5 本章小结
• 第三章 系统实现
• 3.1 系统结构
• 3.1.1 技术要求
• 3.1.2 方案选择
• 3.2 发送端的实现
• 3.2.1 发送端的总体考虑
• 3.2.2 硬件设计
• 3.2.2.1 MCU模块
• 3.2.2.2 调制器模块
• 3.2.2.3 D／A模块
• 3.2.2.4 滤波模块
• 3.2.3 基于FPGA的调制器实现
• 3.2.3.1 复位和时钟管理
• 3.2.3.2 MCU接口
• 3.2.3.3 CPFSK调制
• 3.2.3.4 输出控制
• 3.2.4 软件设计
• 3.3 接收端的实现
• 3.3.1 接收端的总体考虑
• 3.3.2 硬件设计
• 3.3.2.1 基于ASIC的解调模块
• 3.3.2.2 基于MPC860的嵌入式系统硬件平台
• 3.3.3 软件设计
• 3.3.3.1 VxWorks的BSP构建
• 3.3.3.2 VxWorks内核定义
• 3.3.3.3 VxWorks网络设备配置
• 3.3.3.4 VxWorks驱动程序设计
• 3.3.3.5 基于VxWorks的应用程序设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 总结与展望
• 附录
• 参考文献
• 作者在硕士期间公开发表的论文
• 致谢