長距離以太網(LRE，Long Range Ethernet)技術兼有傳統以太網接入的高帶寬和ADSL接入的長距離特性。Analogix公司的以太網物理層芯片系列ANX58xx可實現創新的LRE，本文詳細描述了該芯片的技術特點，并結合具體的組網實例，重點說明了LRE技術典型的應用方式。

 

　　隨著現代通信技術、微電子技術、計算機技術、網絡技術和多媒體技術的迅速發展，人們對通信業務的需求由原來單一的電話、電視、窄帶數據而發展為包括話音、圖像、文本、視頻和數據的多媒體業務，它主要的特征是需要提供服務質量(QoS)保證、大帶寬且實時性要求高。滿足這些需求的關鍵在于“一公里”問題。目前已經有很多種“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，可以為用戶提供10Mbps或100Mbps的數據接入速率，從帶寬的角度提供了服務質量保證，因而可為用戶提供多媒體業務(如VOD等)所需的帶寬。然而，傳統的以太網接入技術因為傳輸距離短(100Mbps速率的數據在5類線上的傳輸距離不超過100米)造成布線條件苛刻，對于低密度用戶群的接入成本過高，造成投資回收困難。

 

　　與之相比，ADSL以其較長的接入距離、可利用現有的電話線路、安裝簡單、性價比好等特點，得到了大范圍的應用，大有取代以太網接入成為中國主流寬帶接入方式。但是，隨著新業務的不斷增長，如IPTV、可視電話、高質量語音、網絡游戲等，新業務對帶寬的需求不斷增大，ADSL的帶寬局限性勢必成為限制其發展的瓶頸。

 

　　硅谷數模半導體公司成功運用DSP均衡、多電平編碼調制等各項技術，在全面兼容802.3協議的基礎上，克服了傳統以太網芯片傳輸距離短、對傳輸介質性能要求高的局限，大大拓展了以太網的傳輸距離。其ANX58xx系列以太網物理層芯片可使傳輸距離達到10Base-T傳輸距離達到1,000米，100Base-T傳輸距離達到300米。同時，經過測試，ANX58xx驅動的以太網信號可在傳統的HYA音頻電纜上進行收發，10Base-T模式下距離可達900米。這項技術屬于一種LRE技術。

 

　　LRE技術兼有傳統以太網接入的高帶寬和ADSL接入的長距離特性，并且對傳輸信道要求低，為運營商挖掘現有網絡的潛力、開展新的增值業務提供了很大的空間。

 

　　芯片技術特點

 

　　長距離以太網物理層芯片ANX58xx的芯片功能結構如圖1所示。

 

　　ANX58xx完全兼容IEEE802.3協議的物理層部分。通過符合IEEE802.3協議的自協商機制，ANX58xx可以自動選擇10Base-T、100Base-T或100Base-FX的工作速率，可以自動選擇全雙工或是半雙工模式。

 

　　在全面兼容IEEE802.3協議自協商機制的基礎上，ANX58xx為支持多種長距離傳輸模式，對現有的自協商機制進行了合理的擴展。ANX58xx利用IEEE802.3協議第28章規定的相關寄存器組中的預留部分，設置相關的控制信息，使得ANX58xx可以自動識別對端設備是否具有長距離傳輸特性。如果對端設備也支持長距離模式的以太網收發，則雙方設備進行自動協商，并根據線纜的長度和質量，自動選擇適合的傳輸模式和通信速率。如果對端設備是普通的以太網收發器，則ANX58xx自動選擇與之兼容的工作模式。同時，ANX58xx可在普通以太網收發模式的基礎上，將傳輸距離提高30％。

 

　　ANX58xx之所以能夠支持如此長距離的數據傳輸，主要得益于硅谷數模公司將D-PHY 10G系列產品的自適應DSP處理技術和高性能AD/DA成功的引入到以太網物理層傳輸領域，從而使傳輸距離得以大幅度延伸。

 

　　自適應DSP處理技術：在現有的LAN組網中，10M以上速率的基帶信號在3類線、5類線上的數據傳輸達到200米以上的距離之后，由于線纜對不同頻率信號的幅頻響應不一致，對高頻部分信號衰減大于對低頻部分信號的衰減，造成了信號的變形、失真；同時，由于線纜對不同頻率信號的相頻響應不一致，使得信號碼間串擾變得嚴重。在傳輸距離超過200米以上時，普通的以太網物理層芯片已經不能正常地接收和恢復信號。ANX58xx在發送端采用了DSP預加重技術，選擇合適的數字濾波器，加重了在傳輸線纜上衰減較大的高頻部分信號頻譜，相應地，在數據接收端采用了DSP均衡技術，使得ANX58xx能夠在更為惡劣的信道環境中正確檢測并正確恢復信號。同時，ANX58xx使用的DSP技術具有自適應的功能，可以針對不同信道上的信號特點自動進行訓練，自動調整數字濾波器的相關系數，直到達到性能。DSP自適應過程無需用戶介入，極大地方便了用戶使用。

 

　　高性能AD/DA：在1米和1,000米兩個不同的距離上，以太網信號在線纜上的衰減程度相差可達20dB以上。要在1到1,000米距離范圍內正確收發信號，要求芯片具有的AD/DA性能。硅谷數模擁有的AD技術具有低抖動、高分辨率、大動態范圍、高線性度等優勢，這一技術在LRE芯片中的使用，大大提升了以太網信號的傳輸距離。

 

　　另外，ANX58xx提供的自動線纜糾錯功能使得該產品能夠自動識別線纜反接錯誤，包括發送/接收反接(Auto Crossover)和線纜正負反接(Auto Polarity Correction)，并能自動糾正錯誤，無需用戶介入；同時，ANX58xx具備獨有的線纜長度計算功能，為用戶提供線纜故障檢測和定位功能。當線纜出現故障，導致設備不能工作的時候，這一功能可以迅速向用戶報告線纜故障的位置，以及可能導致故障的原因，極大地方便了用戶地故障定位和排除。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，用戶可以通過相應的管腳配置方便地選擇需要的接口形式，以便與各種MAC無縫對接。

 

　　應用方式

 

　　ANX58xx主要有兩種應用方式：長距離以太網設備連接(Direct Connection)和普通以太網設備轉換成長距離連接(Converter Connection)。圖2表示了這兩種典型的應用方式：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LRE到普通以太網轉換功能。

 

　　長距離以太網設備連接應用：這種方式是直接在通信設備中集成ANX58xx芯片，以實現通信設備間長距離以太網連接。典型的通信設備包括局端以太網交換機和客戶以太網接入交換機/網卡。ANX5808提供8端口LRE PHY，適合在局端以太網交換機中集成使用，ANX5802/ANX5801提供2/1端口LRE PHY，適合在客戶以太網接入交換機/網卡中集成使用。

 

　　普通以太網設備轉換成長距離連接應用：這種方式適用于普通以太網設備之間的長距離連接，以保護已有通信設備的投資。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ANX5802工作在中繼器模式時，可以讓數據在普通以太網端口和LRE端口間雙向轉換傳遞。通過增加LRE中繼器，可以實現普通以太網設備的長距離連接。當然，通過中繼器，也可以直接將普通以太網設備與具備LRE功能的以太網設備連接起來。

 

　　ANX58xx主要可以應用于以下方面：以太網交換機、家庭多媒體網關、10/100M網卡、以太網監控設備、工業以太網設備。

 

　　應用實例

 

　　ANX58xx系列芯片可以在多種組網方式中得到廣泛應用。圖3顯示了LRE居民小區寬帶接入方案。

 

　　此方案具有以下特點：

　　1. 簡化了布線結構，節約了布線成本，長距離的傳輸特性解決了樓宇交換機或集線器到小區頭端交換機的級聯問題。

　　2. 節省了設備投入，采用LRE PHY的交換機或集線器代替了高成本的VDSL Modem或光電轉換器。

　　3. 網絡結構、協議和管理簡化。避免了xDSL傳輸協議到以太網協議的轉換，全程全網以太網協議，認證、計費、管理可采用簡單可靠和低成本的解決方案，用戶使用更簡單方便。

　　4. 網絡擴容靈活。對于小區網絡建成初期，用戶不多、分散的特點，可以通過LRE 中繼器方式，LRE直接到用戶，節省初期的樓宇交換設備投入，有利于資金的快速回籠。