長(zhǎng)距離以太網(wǎng)(LRE，Long Range Ethernet)技術(shù)兼有傳統(tǒng)以太網(wǎng)接入的高帶寬和ADSL接入的長(zhǎng)距離特性。Analogix公司的以太網(wǎng)物理層芯片系列ANX58xx可實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的LRE，本文詳細(xì)描述了該芯片的技術(shù)特點(diǎn)，并結(jié)合具體的組網(wǎng)實(shí)例，重點(diǎn)說(shuō)明了LRE技術(shù)典型的應(yīng)用方式。

 

　　隨著現(xiàn)代通信技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)通信業(yè)務(wù)的需求由原來(lái)單一的電話(huà)、電視、窄帶數(shù)據(jù)而發(fā)展為包括話(huà)音、圖像、文本、視頻和數(shù)據(jù)的多媒體業(yè)務(wù)，它主要的特征是需要提供服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證、大帶寬且實(shí)時(shí)性要求高。滿(mǎn)足這些需求的關(guān)鍵在于“一公里”問(wèn)題。目前已經(jīng)有很多種“一公里”的接入方式，其中主要是LAN和ADSL兩種方式。

 

　　LAN的接入方式，可以為用戶(hù)提供10Mbps或100Mbps的數(shù)據(jù)接入速率，從帶寬的角度提供了服務(wù)質(zhì)量保證，因而可為用戶(hù)提供多媒體業(yè)務(wù)(如VOD等)所需的帶寬。然而，傳統(tǒng)的以太網(wǎng)接入技術(shù)因?yàn)閭鬏斁嚯x短(100Mbps速率的數(shù)據(jù)在5類(lèi)線上的傳輸距離不超過(guò)100米)造成布線條件苛刻，對(duì)于低密度用戶(hù)群的接入成本過(guò)高，造成投資回收困難。

 

　　與之相比，ADSL以其較長(zhǎng)的接入距離、可利用現(xiàn)有的電話(huà)線路、安裝簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比好等特點(diǎn)，得到了大范圍的應(yīng)用，大有取代以太網(wǎng)接入成為中國(guó)主流寬帶接入方式。但是，隨著新業(yè)務(wù)的不斷增長(zhǎng)，如IPTV、可視電話(huà)、高質(zhì)量語(yǔ)音、網(wǎng)絡(luò)游戲等，新業(yè)務(wù)對(duì)帶寬的需求不斷增大，ADSL的帶寬局限性勢(shì)必成為限制其發(fā)展的瓶頸。

 

　　硅谷數(shù)模半導(dǎo)體公司成功運(yùn)用DSP均衡、多電平編碼調(diào)制等各項(xiàng)技術(shù)，在全面兼容802.3協(xié)議的基礎(chǔ)上，克服了傳統(tǒng)以太網(wǎng)芯片傳輸距離短、對(duì)傳輸介質(zhì)性能要求高的局限，大大拓展了以太網(wǎng)的傳輸距離。其ANX58xx系列以太網(wǎng)物理層芯片可使傳輸距離達(dá)到10Base-T傳輸距離達(dá)到1,000米，100Base-T傳輸距離達(dá)到300米。同時(shí)，經(jīng)過(guò)測(cè)試，ANX58xx驅(qū)動(dòng)的以太網(wǎng)信號(hào)可在傳統(tǒng)的HYA音頻電纜上進(jìn)行收發(fā)，10Base-T模式下距離可達(dá)900米。這項(xiàng)技術(shù)屬于一種LRE技術(shù)。

 

　　LRE技術(shù)兼有傳統(tǒng)以太網(wǎng)接入的高帶寬和ADSL接入的長(zhǎng)距離特性，并且對(duì)傳輸信道要求低，為運(yùn)營(yíng)商挖掘現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的潛力、開(kāi)展新的增值業(yè)務(wù)提供了很大的空間。

 

　　芯片技術(shù)特點(diǎn)

 

　　長(zhǎng)距離以太網(wǎng)物理層芯片ANX58xx的芯片功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

 

　　ANX58xx完全兼容IEEE802.3協(xié)議的物理層部分。通過(guò)符合IEEE802.3協(xié)議的自協(xié)商機(jī)制，ANX58xx可以自動(dòng)選擇10Base-T、100Base-T或100Base-FX的工作速率，可以自動(dòng)選擇全雙工或是半雙工模式。

 

　　在全面兼容IEEE802.3協(xié)議自協(xié)商機(jī)制的基礎(chǔ)上，ANX58xx為支持多種長(zhǎng)距離傳輸模式，對(duì)現(xiàn)有的自協(xié)商機(jī)制進(jìn)行了合理的擴(kuò)展。ANX58xx利用IEEE802.3協(xié)議第28章規(guī)定的相關(guān)寄存器組中的預(yù)留部分，設(shè)置相關(guān)的控制信息，使得ANX58xx可以自動(dòng)識(shí)別對(duì)端設(shè)備是否具有長(zhǎng)距離傳輸特性。如果對(duì)端設(shè)備也支持長(zhǎng)距離模式的以太網(wǎng)收發(fā)，則雙方設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)協(xié)商，并根據(jù)線纜的長(zhǎng)度和質(zhì)量，自動(dòng)選擇適合的傳輸模式和通信速率。如果對(duì)端設(shè)備是普通的以太網(wǎng)收發(fā)器，則ANX58xx自動(dòng)選擇與之兼容的工作模式。同時(shí)，ANX58xx可在普通以太網(wǎng)收發(fā)模式的基礎(chǔ)上，將傳輸距離提高30％。

 

　　ANX58xx之所以能夠支持如此長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳輸，主要得益于硅谷數(shù)模公司將D-PHY 10G系列產(chǎn)品的自適應(yīng)DSP處理技術(shù)和高性能AD/DA成功的引入到以太網(wǎng)物理層傳輸領(lǐng)域，從而使傳輸距離得以大幅度延伸。

 

　　自適應(yīng)DSP處理技術(shù)：在現(xiàn)有的LAN組網(wǎng)中，10M以上速率的基帶信號(hào)在3類(lèi)線、5類(lèi)線上的數(shù)據(jù)傳輸達(dá)到200米以上的距離之后，由于線纜對(duì)不同頻率信號(hào)的幅頻響應(yīng)不一致，對(duì)高頻部分信號(hào)衰減大于對(duì)低頻部分信號(hào)的衰減，造成了信號(hào)的變形、失真；同時(shí)，由于線纜對(duì)不同頻率信號(hào)的相頻響應(yīng)不一致，使得信號(hào)碼間串?dāng)_變得嚴(yán)重。在傳輸距離超過(guò)200米以上時(shí)，普通的以太網(wǎng)物理層芯片已經(jīng)不能正常地接收和恢復(fù)信號(hào)。ANX58xx在發(fā)送端采用了DSP預(yù)加重技術(shù)，選擇合適的數(shù)字濾波器，加重了在傳輸線纜上衰減較大的高頻部分信號(hào)頻譜，相應(yīng)地，在數(shù)據(jù)接收端采用了DSP均衡技術(shù)，使得ANX58xx能夠在更為惡劣的信道環(huán)境中正確檢測(cè)并正確恢復(fù)信號(hào)。同時(shí)，ANX58xx使用的DSP技術(shù)具有自適應(yīng)的功能，可以針對(duì)不同信道上的信號(hào)特點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行訓(xùn)練，自動(dòng)調(diào)整數(shù)字濾波器的相關(guān)系數(shù)，直到達(dá)到性能。DSP自適應(yīng)過(guò)程無(wú)需用戶(hù)介入，極大地方便了用戶(hù)使用。

 

　　高性能AD/DA：在1米和1,000米兩個(gè)不同的距離上，以太網(wǎng)信號(hào)在線纜上的衰減程度相差可達(dá)20dB以上。要在1到1,000米距離范圍內(nèi)正確收發(fā)信號(hào)，要求芯片具有的AD/DA性能。硅谷數(shù)模擁有的AD技術(shù)具有低抖動(dòng)、高分辨率、大動(dòng)態(tài)范圍、高線性度等優(yōu)勢(shì)，這一技術(shù)在LRE芯片中的使用，大大提升了以太網(wǎng)信號(hào)的傳輸距離。

 

　　另外，ANX58xx提供的自動(dòng)線纜糾錯(cuò)功能使得該產(chǎn)品能夠自動(dòng)識(shí)別線纜反接錯(cuò)誤，包括發(fā)送/接收反接(Auto Crossover)和線纜正負(fù)反接(Auto Polarity Correction)，并能自動(dòng)糾正錯(cuò)誤，無(wú)需用戶(hù)介入；同時(shí)，ANX58xx具備獨(dú)有的線纜長(zhǎng)度計(jì)算功能，為用戶(hù)提供線纜故障檢測(cè)和定位功能。當(dāng)線纜出現(xiàn)故障，導(dǎo)致設(shè)備不能工作的時(shí)候，這一功能可以迅速向用戶(hù)報(bào)告線纜故障的位置，以及可能導(dǎo)致故障的原因，極大地方便了用戶(hù)地故障定位和排除。在MAC層接口方面，ANX58xx支持RMII、SMII、SS-SMII、DDR-SMII四種縮減管腳的MII接口，用戶(hù)可以通過(guò)相應(yīng)的管腳配置方便地選擇需要的接口形式，以便與各種MAC無(wú)縫對(duì)接。

 

　　應(yīng)用方式

 

　　ANX58xx主要有兩種應(yīng)用方式：長(zhǎng)距離以太網(wǎng)設(shè)備連接(Direct Connection)和普通以太網(wǎng)設(shè)備轉(zhuǎn)換成長(zhǎng)距離連接(Converter Connection)。圖2表示了這兩種典型的應(yīng)用方式：ANX5808既可提供8端口LRE PHY功能，也可提供2端口LRE PHY功能，或者4對(duì)LRE到普通以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換功能。

 

　　長(zhǎng)距離以太網(wǎng)設(shè)備連接應(yīng)用：這種方式是直接在通信設(shè)備中集成ANX58xx芯片，以實(shí)現(xiàn)通信設(shè)備間長(zhǎng)距離以太網(wǎng)連接。典型的通信設(shè)備包括局端以太網(wǎng)交換機(jī)和客戶(hù)以太網(wǎng)接入交換機(jī)/網(wǎng)卡。ANX5808提供8端口LRE PHY，適合在局端以太網(wǎng)交換機(jī)中集成使用，ANX5802/ANX5801提供2/1端口LRE PHY，適合在客戶(hù)以太網(wǎng)接入交換機(jī)/網(wǎng)卡中集成使用。

 

　　普通以太網(wǎng)設(shè)備轉(zhuǎn)換成長(zhǎng)距離連接應(yīng)用：這種方式適用于普通以太網(wǎng)設(shè)備之間的長(zhǎng)距離連接，以保護(hù)已有通信設(shè)備的投資。ANX5802可以工作在兩種工作模式：一種是與MAC連接提供LRE PHY功能，一種是提供4路中繼器功能。當(dāng)ANX5802工作在中繼器模式時(shí)，可以讓數(shù)據(jù)在普通以太網(wǎng)端口和LRE端口間雙向轉(zhuǎn)換傳遞。通過(guò)增加LRE中繼器，可以實(shí)現(xiàn)普通以太網(wǎng)設(shè)備的長(zhǎng)距離連接。當(dāng)然，通過(guò)中繼器，也可以直接將普通以太網(wǎng)設(shè)備與具備LRE功能的以太網(wǎng)設(shè)備連接起來(lái)。

 

　　ANX58xx主要可以應(yīng)用于以下方面：以太網(wǎng)交換機(jī)、家庭多媒體網(wǎng)關(guān)、10/100M網(wǎng)卡、以太網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備、工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備。

 

　　應(yīng)用實(shí)例

 

　　ANX58xx系列芯片可以在多種組網(wǎng)方式中得到廣泛應(yīng)用。圖3顯示了LRE居民小區(qū)寬帶接入方案。

 

　　此方案具有以下特點(diǎn)：

　　1. 簡(jiǎn)化了布線結(jié)構(gòu)，節(jié)約了布線成本，長(zhǎng)距離的傳輸特性解決了樓宇交換機(jī)或集線器到小區(qū)頭端交換機(jī)的級(jí)聯(lián)問(wèn)題。

　　2. 節(jié)省了設(shè)備投入，采用LRE PHY的交換機(jī)或集線器代替了高成本的VDSL Modem或光電轉(zhuǎn)換器。

　　3. 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、協(xié)議和管理簡(jiǎn)化。避免了xDSL傳輸協(xié)議到以太網(wǎng)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，全程全網(wǎng)以太網(wǎng)協(xié)議，認(rèn)證、計(jì)費(fèi)、管理可采用簡(jiǎn)單可靠和低成本的解決方案，用戶(hù)使用更簡(jiǎn)單方便。

　　4. 網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容靈活。對(duì)于小區(qū)網(wǎng)絡(luò)建成初期，用戶(hù)不多、分散的特點(diǎn)，可以通過(guò)LRE 中繼器方式，LRE直接到用戶(hù)，節(jié)省初期的樓宇交換設(shè)備投入，有利于資金的快速回籠。