M設(shè)備將現(xiàn)代IP骨干網(wǎng)與傳統(tǒng)有線HFC網(wǎng)絡(luò)完美結(jié)合，解決了用傳 統(tǒng)CMTS下行頻道擴容開展視頻點播成本高，帶寬有限的問題。相比較W太網(wǎng)的雙向視頻點 播，IPQAM有W下優(yōu)點；點播信號采用3. 75M的MPEG-2TS流，圖像質(zhì)量大大高于MPEG-4的 傳統(tǒng)W太網(wǎng)IP點播；前端可利用原DVB平臺的MPEG-2信源，無需進行MPEG-2至MPEG-4轉(zhuǎn) 碼；相比全城全網(wǎng)進行IP網(wǎng)絡(luò)升級，更換支持IP組播的交換機，IPQAM方式只需要在需要 開通業(yè)務(wù)的分前端架設(shè)設(shè)備，前期投入小，隨著業(yè)務(wù)的增加，擴容相當(dāng)讓步，只需在分前端 添加IPQAM設(shè)備；點播時為每個用戶開通3. 75M的單獨通道，相比W太網(wǎng)"盡力而為"的點 播機制，Q0S有保證。
[00巧]現(xiàn)在電視廣播網(wǎng)絡(luò)雙向改造的成功，為IPQAM產(chǎn)品的開發(fā)提供了最基本的條件。 幾年后，H網(wǎng)融合將在全國范圍內(nèi)全面實行，那時候，數(shù)字廣播電視運營商會通過IPQAM開 展視頻點播業(yè)務(wù)，該也為IPQAM產(chǎn)品的開發(fā)提供了廣闊的市場空間。
[0026]IPQAM承擔(dān)著介于IP網(wǎng)和HFC網(wǎng)絡(luò)間"網(wǎng)關(guān)"的角色。IPQAM集"復(fù)用，加擾，調(diào)制， 頻率變換"功能為一體，實現(xiàn)將通過IP網(wǎng)傳輸?shù)腡S節(jié)目，通過QAM調(diào)制轉(zhuǎn)換成射頻信號傳 送出去。
[0027] 通過FPGA集成IPQAM和DOCSIS功能，來實現(xiàn)視頻點播的系統(tǒng)流程如下： 下行信號流程；V0D服務(wù)器相應(yīng)點播請求，通過網(wǎng)絡(luò)接口將單節(jié)目傳輸流（SPTS)封裝 成UDP包經(jīng)過IP骨干網(wǎng)絡(luò)傳輸至FPGA的IPQAM功能模塊，IPQAM功能模塊完成解封裝并 將多個SPT流復(fù)用成多節(jié)目傳輸流(MPTS)，MPTS流經(jīng)過IPQAM功能的調(diào)制模塊輸出RF信 號經(jīng)HFC傳輸?shù)絊TB或者CM，STB接收到TS數(shù)據(jù)后對其進行解碼播放。
[0028] 上行信號流程：物理網(wǎng)絡(luò)可W為HFC的上行通道，W太網(wǎng)，AD化等，STB端集成相 應(yīng)的上行模塊；DOCSIS模塊或網(wǎng)卡或AD化解調(diào)模塊。RTSP，DSM-CC等各種協(xié)議通過上行通 道完成與前端服務(wù)器之間的交互。
[0029]MINICMTS是邊緣化CMTS設(shè)備，它更接近用戶，縮短了同軸電纜的長度，提升了帶 寬，降低了噪聲干擾。它是應(yīng)用于廣電系統(tǒng)的同軸電纜協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備。
[0030] 它全面兼容D0CSIS3. 0標(biāo)準(zhǔn)；下行16個通道，速率達800MBPS，上行4個通道，速 率達160MBPS;支持IPV6,AES加密/解密；支持組播，組播Q0S，通道綁定組播：全面兼容 D0CSIS3. 0MIB庫。
[0031] 為了響應(yīng)市場對于IPQAM急切的需求，本發(fā)明實現(xiàn)了基于FPGA來實現(xiàn)DOCSIS和 IPQAM功能，并把它集成在MINICMTS里。它充分利用了FPGA高集成度和可靈活配置等特 點，可W有效降低了分離式IPQAM設(shè)備的硬件成本和運營成本，擴容了DOCSIS管理功能。
[0032] 本發(fā)明的實現(xiàn)原理如圖1所示，設(shè)備MINICMTS介于局端交換機和用戶CM之間， 即安裝在樓道處，完成廣電系統(tǒng)的同軸電纜協(xié)議轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換。
[0033] 交換模塊包括6095F和88E1112W及光口和千兆網(wǎng)口。實現(xiàn)千兆數(shù)據(jù)峽的交換功 能和上行/環(huán)網(wǎng)功能。它與其它模塊連接的接口 ：通過GMII接口與FPGA相連。
[0034]PPC405是化we巧C嵌入式處理器。實現(xiàn)整個設(shè)備的系統(tǒng)配置，告警，管理等功能。 它與其它模塊的連接接口：通過外部總線接口與FPGA相連；I2C接口與溫度傳感器和電源 調(diào)壓器相連；通過網(wǎng)絡(luò)接口與PHY芯片8201相連，實現(xiàn)本地配置管理等等。
[00巧]邏輯可編程模塊由FPGAEP4CE55F和SDRAMMT47冊4M16皿組成，實現(xiàn)IPQAM VOD和DOCSIS等功能。它與其它模塊接口 ：通過GPIO接口與CPUPPC405相連；通過GMII接口與6095F相連；通過GMII接口與BCM3218相連。
[0036]下行處理模塊由BCM3218,AD9737,BCM3219W及AD9737 芯片構(gòu)成。BCM3218 是 DOCSIS主控芯片模塊，它負(fù)責(zé)協(xié)議轉(zhuǎn)換；射頻數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD9737,負(fù)責(zé)下行DA轉(zhuǎn)換，和 對QAM信道調(diào)制的后期處理；BCM3219是管理芯片，管理BCM3218的上下行信號處理等等。 上行處理模塊包括BCM3218芯片和BCM3143芯片。它們與其它模塊接口；通過GMII總線與 FPGA相連，實現(xiàn)上下行報文通信。
[0037] 射頻模塊主要包括射頻信號放大器，分配器和混合器，射頻頭。
[0038]FPGA實現(xiàn)的功能主要包括W下模塊，千兆W太網(wǎng)交換模塊，流復(fù)用模塊，數(shù)據(jù)緩存 模塊，信道編碼模塊，頻道捆綁模塊，DOCSIS定時服務(wù)器，DOCSIS管理擴展模塊，VLAN映射 功能模塊，業(yè)務(wù)流分類，優(yōu)先級功能模塊，Qinq功能模塊，QAM調(diào)制模塊。
[003引其中，流復(fù)用檢測模塊，數(shù)據(jù)緩存模塊，信道編碼模塊，QAM調(diào)制模塊為IPQAM主要 的工作模塊。
[0040]IPQAM功能模塊的工作流程是；交換模塊接口接收標(biāo)準(zhǔn)千兆W太網(wǎng)接口的傳輸流 TS，并把原始的TS流和對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)信息傳遞給復(fù)用器模塊。TS復(fù)用器模塊通過分析該些 TS流所包含信息和對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)信息，把多路TS流進行復(fù)用，并分發(fā)到數(shù)據(jù)緩存器。數(shù)據(jù)緩存 器根據(jù)不同的射頻信息把不同的TS數(shù)據(jù)流發(fā)送給不同的調(diào)制器。調(diào)制器把TS數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化 成可W在CABLE上傳播的廣播信號，通過射頻模塊的混合器把IPQAM調(diào)制的電視信號和有 線電視信號混合后，送到有線電視同軸電纜上。
[0041]DOCSIS的系統(tǒng)業(yè)務(wù)目標(biāo)就是實現(xiàn)CMTS和CM之間的IP透明傳輸。DOCSIS通過 CMTS設(shè)備實現(xiàn)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，將IP信號調(diào)制成RF信號，RF信號通過同軸電纜傳輸至CM，通過 CM解調(diào)為IP信號。交換模塊接收到下行數(shù)據(jù)MPEG數(shù)據(jù)包（DOCSIS的MPEG數(shù)據(jù)包是W太 網(wǎng)類型的峽結(jié)構(gòu)，凈負(fù)荷字段為MAC峽結(jié)構(gòu)，有組播和頻道捆綁的要求；而廣播電視的MPEG 數(shù)據(jù)包，即TS流是沒有尋址功能的)，將數(shù)據(jù)包打開，按業(yè)務(wù)流的要求，加上相應(yīng)的包頭和參 數(shù)要求，重新封裝，根據(jù)組播轉(zhuǎn)發(fā)機制進行轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的CM中去，其中采用了頻道捆綁技 術(shù)。頻道捆綁之后，CM可接收多個頻道的數(shù)據(jù)，該些數(shù)據(jù)在CM組合后發(fā)送給CPE，C陽可 接收的峰值速率大大提局。
[0042] W下對各模塊詳細介紹，
[1]交換模塊 交換模塊采用的芯片是千兆W太網(wǎng)交換芯片88E6095F，它帶有8個FE口和3個GE端 口，W太網(wǎng)接口PHY芯片采用88E1112。
[0043] 交換模塊是接受千兆W太網(wǎng)上的視頻流數(shù)據(jù)，剝離數(shù)據(jù)中的IP包頭和W太網(wǎng)峽 頭信息，最后把數(shù)據(jù)交給TS流復(fù)用模塊。其中，交換模塊需要比較W太網(wǎng)峽頭中的關(guān)于目 的端的MAC地址信息是否正確，然后需要分析IP包中目的IP號和UDP號，是否處WIPQAM 的接收范圍之內(nèi)。最后將合適的數(shù)據(jù)發(fā)送給TS流復(fù)用器。
[0044] 交換模塊還要完成對網(wǎng)口芯片的控制，IP數(shù)據(jù)的接入，交換，過濾等功能。
[0045] 交換模塊接收有W太網(wǎng)信號，也有視頻流信號。W太網(wǎng)信號有包含對IPQAM功能 的管理信號，將管理信號寫入對應(yīng)的寄存器里，并配置IPQAM功能的狀態(tài)；同時也能提供后 續(xù)模塊需要的視頻流配置。
[0046] 交換模塊與FPGA相連的接口是GMII接口 (GMII_RXD[0:7],GMII_RXER，GMII_RXDV，GMII_RXCLK, 6111_1'拙[0:7]，GMII_TXEN，GMII_TXER，GMII_TX化K)，該接口具有較少的數(shù)據(jù)線，而且接口協(xié)議比較簡單。因此不 僅能夠方便的與FPGA相連，在FPGA中設(shè)計接口的時候相對也比較簡單。
[0047]FPGA和交換模塊的GMII接口表：
【主權(quán)項】
1. 一種集成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議正交振幅調(diào)制IPQAM功能和有線電纜數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范DOCSIS 的微型電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)MINI CMTS，其特征在于： 包括用于電連接外部交換機的交換模塊，實現(xiàn)電纜調(diào)制解調(diào)器功能的中央處理器CPU， 現(xiàn)場可編程門陣列FPGA模塊，同步動態(tài)隨機存儲器SDRAM，用于對調(diào)制數(shù)據(jù)進行處理的上 下行處理模塊，以及用于電連接電纜調(diào)制解調(diào)器CM的射頻模塊； 所述現(xiàn)場可編程門陳列FPGA模塊電連接所述交換模塊、中央處理器模塊CPU、同步動 態(tài)隨機存儲器SDRAM和上下行處理模塊； 所述現(xiàn)場可編程陣列FPGA模塊包括用于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議正交振幅調(diào)制IPQAM功能的 IPQAM模塊，以及用于將數(shù)據(jù)按有線電纜數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范DOCSIS處理的DOCSIS模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議正交振幅調(diào)制IPQAM功能和有線電纜數(shù)據(jù)服 務(wù)接口規(guī)范DOCSIS的微型電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)MINI CMTS，其特征在于： 所述IPQAM模塊包括輸送流TS復(fù)用模塊，信道編碼模塊，QAM調(diào)制模塊，以及由同步 動態(tài)隨機存儲器SDRAM完成功能的數(shù)據(jù)緩存模塊；所述DOCSIS模塊包括頻道捆綁模塊， DOCSIS定時服務(wù)器模塊，DOCSIS管理擴展模塊，以及業(yè)務(wù)流分類、優(yōu)先級功能模塊。
【專利摘要】本發(fā)明采用FPGA集成了IPQAM VOD和DOCSIS功能的邊緣設(shè)備MINI CMTS,它將放于頭端的IPQAM設(shè)備功能集成在靠近用戶端的MINI CMTS中，減少了頭端IPQAM設(shè)備的硬件成本，實現(xiàn)IPQAM的下移，充分利用同軸電纜的頻率資源。通過FPGA能實現(xiàn)IPQAM和DOCSIS共享帶寬，提高帶寬利用率，而且可靈活實現(xiàn)功能擴容，包括VLAN映射等功能。同時能充分利用HFC的寬帶資源，也能完全融合IPTV的所有業(yè)務(wù)（視頻點播，電視網(wǎng)站，交互節(jié)目，網(wǎng)絡(luò)游戲，海量信息）。而且能提供有高QOS保障的視頻服務(wù)，圖像質(zhì)量高，傳輸業(yè)務(wù)穩(wěn)定。因為可以實現(xiàn)逐步擴容，投資壓力小，性價比高。
【IPC分類】H04N21-647, H04N21-61, H04N21-2383
【公開號】CN104754423
【申請?zhí)枴緾N201410839014
【發(fā)明人】劉薇薇, 袁訓(xùn)明, 任彩玲, 李月彬
【申請人】深圳鍵橋通訊技術(shù)股份有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2014年12月30日