雙向CATV網(wǎng)中控制信令的傳送

摘要：介紹基于CATV的雙向FFSK數據通信線(xiàn)程和軟件設計的原理、流程。該裝置實(shí)現簡(jiǎn)單、成本低廉、性能可靠，并在實(shí)際應用中得以成功運用。

有線(xiàn)電視網(wǎng)（CATV）是中國普及最廣的網(wǎng)絡(luò )，在已建的賓館、居民小區中絕大部分都已建成。因此利用已有的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行更廣泛的功能的開(kāi)發(fā)，如：影視點(diǎn)播、安防監控、自動(dòng)抄表及其它的服務(wù)呼叫等，是一個(gè)值得研究的課題。這些功能實(shí)現的關(guān)鍵，是在同軸電纜中控制信令的可靠實(shí)現。

在CATV網(wǎng)中，由于分支較多、用戶(hù)繁雜、線(xiàn)路老化等原因，不可避免地會(huì )造成大量的干擾信號的竄入。在實(shí)際的頻譜測試中，整個(gè)其帶經(jīng)常被噪波干擾抬高，因此，尋找廉價(jià)且可靠的線(xiàn)路和傳送方案變得尤為重要。為此，我們通過(guò)長(cháng)期的試驗和實(shí)驗，研制出一成本極其低廉，性能相當可靠的工作電路和通信方案，并在實(shí)際裝機運行中使用。

1 硬件組成及原理框圖

1.1 傳輸通道

根據國際，數據信息只能在雙向CATV網(wǎng)的低端通過(guò)，允許分布的頻率為65MHz以下。鑒于此，我們采用的通信頻率分別為：上行信號采用無(wú)線(xiàn)信號工作方式，頻點(diǎn)為21.7MHz，采用窄帶方式，帶寬為20kHz；下行信號采用電視信號的工作方式，中心頻率為38MHz，帶寬為8MHz。為加強抗干擾能力，上、下行被調制的信號采用FFSK方式，速率為1.2Kb/s。

圖1 數據中心采集卡的通信線(xiàn)路原理方框圖

采用此種通信方式的另一種考慮是成本及可生產(chǎn)化。數據采集中心與控制終端的通信系統是典型的一對多的通信，控制終端數量眾多，應盡可能地設計得簡(jiǎn)單、低廉、精確；而數據采集心的采集卡則相對可靠即可。因此，在控制終端線(xiàn)路上的窄帶發(fā)射電路，為保證頻點(diǎn)精確且不漂移，舍棄LC振蕩電路采用晶體振蕩，定制晶體頻率為21.7MHz，帶寬為5kHz。通過(guò)對電源的控制來(lái)實(shí)現對振蕩電路起振與否的控制。接收電路采用電視信號解調芯片TA7606，解調出音頻FFSK信號。數據采集中心的采集卡相對應的接收電路采用窄帶接收芯片MC3363。MC3363是一個(gè)由RF放大器到音頻前置放大器輸出的完整的FM窄帶接收機。低電壓雙變換設計產(chǎn)生了用于窄帶音頻和數據鏈路的低功耗、高靈敏度和優(yōu)越的圖像載波抑制功能。MC3363具有較高的靈敏度，對于12dB SINAD（信號對噪聲的先真比）的典型的輸入值為0.3μV。輸入信號先通過(guò)兩級本生振蕩器的差頻輸出到455kHz以下，然后再對信號限幅放大，最后經(jīng)過(guò)正交檢波輸出音頻范圍內的有用信號。雖然CATV網(wǎng)是有線(xiàn)的，但MC3363用在此處可大大提高上行信號的靈敏度，在信噪比較低時(shí)也能接收得很好。發(fā)射電路采用電視信號的中頻電路，即采用芯片MC1374，它的工作頻率也是晶體通過(guò)第6腳輸入的調制FFSK信號，硬件框圖如圖1所示。綜合數據處理中心的采集卡和終端的控制卡，上行和下行信號發(fā)射的工作頻率都是通過(guò)晶體振蕩產(chǎn)生的。這種設計思路將大大方便于調試、生產(chǎn)。上行信號采用窄帶是因為MC3363的接收性能極優(yōu)，同時(shí)節省頻率資源；而下行信號采用電視信號是因為成本低廉且便于調試、生產(chǎn)。圖1是數據中心采集卡的通信線(xiàn)程原理方框圖。

1.2 控制線(xiàn)程

采集卡的主控制芯片采用華邦公司的W77E58，主要出于三方面的考慮：

一是工作頻率高，最高可達40MHz，而且W77E58的機器工作頻率只是晶體振蕩頻率的4分頻，即40MHz的頻率相當于普通MCS-51系列單片機的120MHz。由于數據處理中心的采集卡要接收及處理多個(gè)終端來(lái)的信息，快速處理數據是必需的。二是W77E58擁有2個(gè)全雙工異步串口，給采集卡與數據控制中心的數據交換提供了便利。三是W77E58片內有1KB的SRAM（采用MOVX指令），無(wú)須外擴數據存儲芯片。當然，W77E58不還有其它一些特點(diǎn)也為程序設計帶來(lái)了極大的便利：雙16位的數據指針、WatchDog定時(shí)器等。FFSK調制解調芯片采用Toshiba公司的TC35470。該芯片有極少的外部線(xiàn)程，寬電壓（2.7～5.5V）和低功耗，內部抗電源干擾電路和抗噪聲濾波器。TC35470采用3.58MHz晶體，CPU的5根線(xiàn)相連，分別為：RTM（4腳）FFSK接收解調時(shí)鐘輸出，RDT（5腳）FFSK接收解調數據輸出，TD（11腳）FFSK發(fā)送調制時(shí)鐘輸出，TRD（12腳）FFSK發(fā)送調制數據輸入，MSKE（13腳）FFSK解調允許輸出控制腳。W77E58的雙串口有各自的用途：一串口通過(guò)RS232與控制主機相連，用以數據的通信；另一串口與其它設備相連。

由于終端所在的環(huán)境千變尤化，千差萬(wàn)別，因此終端控制線(xiàn)路最關(guān)心的硬件設計是抗干擾和低功耗。為此，我們采用TI公司的MSP430系列的MSP430F1111芯片。該芯片具有ESD保護，抗干擾能力特別強，低電壓的工作范圍1.8～3.6V和超低功耗。它與TC35470組成終端的控制線(xiàn)路，可將電壓設計成3V，大大節省了耗電，使鋰電池供電成為可能。由于一個(gè)數據處理中心的采集卡要對應于多個(gè)終端，而多個(gè)終端共用一個(gè)上行通道，因此，MSP430F1111除了與TC35470的五根口線(xiàn)相連外，還須提供一口線(xiàn)控制電源以決定窄帶晶體振蕩電路是否工作。這里因為振蕩頻率已達21.7MHz，無(wú)法通過(guò)電子開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現關(guān)斷。MSP430F1111剩下的8個(gè)I/O口線(xiàn)可用做一些開(kāi)關(guān)量的輸入/輸出，可對一些報警信號進(jìn)行檢測，按鈕信號讀取，驅動(dòng)一些控制開(kāi)關(guān)。

2 通信信令方式

由于CATV網(wǎng)絡(luò )系統中眾多的終端用戶(hù)，采用一一“點(diǎn)名”的主從結構通信方式會(huì )使得整個(gè)通信周期太長(cháng)。同時(shí)，在該網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)中，大多通信事件的發(fā)起者應該是終端用戶(hù)而不是數據處理中心，而且在眾多用戶(hù)中，在某一時(shí)刻真正需要傳輸數據的用戶(hù)不可能很多。正因為大多通信事件的發(fā)起者是終端用戶(hù)，我們何不采用隨機信息上行的方案？考慮到以上各種因素，我們決定采用類(lèi)似于無(wú)線(xiàn)集群通信的通信信令——ALOHA方式。

ALOHA信令是Motorola公司專(zhuān)為無(wú)線(xiàn)集群通信設定的控制信道通信協(xié)議，主要是針對于一個(gè)中心控制臺對眾多的手機用戶(hù)且事件發(fā)起者為終端用戶(hù)的情況，其核心內容是隨機訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議。隨機訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議的宗旨是：

*控制解決終端用戶(hù)上行信號的碰撞問(wèn)題；

*使終端用戶(hù)的通信信息最快地上行；

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