HINOC

同軸電纜寬帶接入技術(shù)（HIgh performance Network Over Coax, HINOC），是“三網(wǎng)融合”方案中光纖網(wǎng)絡(luò)到用戶(hù)家庭網(wǎng)絡(luò)之間的傳輸解決方案。該技術(shù)在光纖到樓(Fiber-to-the-building，F(xiàn)TTB)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，可以利用小區(qū)樓道和戶(hù)內(nèi)已經(jīng)敷設(shè)、分布廣泛的有線電視同軸電纜，構(gòu)建高速的信息接入網(wǎng)。只需在樓道和戶(hù)內(nèi)添加相關(guān)的HINOC調(diào)制解調(diào)設(shè)備頭端(HINOC Bridge, HB)與終端(HINOC Modem, HM），無(wú)需對(duì)入戶(hù)電纜線路進(jìn)行任何改造，就可實(shí)現(xiàn)多種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的雙向傳輸。該技術(shù)為最后100米的寬帶接入提供了一種便捷、實(shí)用的新型解決方案。

HINOC進(jìn)展路線圖
　　HINOC標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)目指日可待，目前報(bào)批稿已經(jīng)完成上交，草案意見(jiàn)稿再進(jìn)行新一輪評(píng)審，樣機(jī)的測(cè)試報(bào)告得到認(rèn)可后，HINOC標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)正式出臺(tái)。
　　HINOC從2005年起步，到現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)即將出臺(tái)，有關(guān)研究單位做出了非常多的努力。2008年，已經(jīng)在部署HINOC2.0的工作；2009年6月，HINOC2.0的工作部署下去后，HINOC1.0的樣機(jī)做完；2010年10月，第一版的芯片出爐；2011年3月，在CCBN正式展出樣片和樣機(jī)；2011年12月舉辦小型的展覽；2012年1月，開(kāi)始第一輪HINOC2.0方案的征集；2012年5月，第一版PHy+MAC 130nm的芯片出爐，同年6月，推出一款PHy+MAC+CPU+AD/DA 65nm芯片，兩款芯片樣機(jī)做小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)；2012年第四季度，將出臺(tái)最終用于商業(yè)化產(chǎn)品的芯片。
HiNOC使用頻域
我國(guó)有線電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，同軸電纜860MHz以下的頻帶用于廣播電視信號(hào)傳輸，860MHz以上頻帶均未使用，稱(chēng)為帶外信道。帶外信道的傳輸特性為：整個(gè)系統(tǒng)的傳輸特性在1.2GHz以下變化不大，在-20dB左右。在16MHz的帶寬內(nèi)，頻譜幾乎為平的。在1.2GHz到1.5GHz之間下降很快，到1.5GHz衰減達(dá)到-50dB以下。在1.5GHz以?xún)?nèi)的頻段，比較有利用價(jià)值。1.5GHz以上頻段衰減較大，而且匹配差，反射大，多徑嚴(yán)重，開(kāi)發(fā)成本較高。因此，HiNOC使用800M-1.5G的頻域，并將其分為等頻寬的多個(gè)信道。

HiNOC調(diào)制技術(shù)
由于同軸電纜在860MHz以上屏蔽效應(yīng)好，用戶(hù)分配網(wǎng)絡(luò)中噪聲的主要來(lái)源是基礎(chǔ)熱噪聲，根據(jù)《有線電視網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，860MHz以下頻段用戶(hù)分配網(wǎng)中的噪聲不得超過(guò)-80dBm/MHz，這里以此為參照，認(rèn)為860MHz以上頻段的噪聲最大為-80dBm/MHz。在這樣的噪聲環(huán)境下，可以使用效率較高的調(diào)制方式，如256QAM，128QAM等。
綜合考慮實(shí)現(xiàn)難度和同軸電纜帶外信道條件比較差、一致性不好的情況，本方案擬采用的最高調(diào)制方式為256QAM。根據(jù)調(diào)制方式和誤碼率、信噪比SNR的計(jì)算公式，得到在誤碼率為1e-9時(shí)，采用256QAM所需要的SNR為40.5dB，在860MHz到1.2GHz之間的大部分頻點(diǎn)可以采用256QAM調(diào)制技術(shù)，并可根據(jù)信道實(shí)際的SNR要求自適應(yīng)地使用128QAM，64QAM，32QAM，16QAM，8QAM直到QPSK，BPSK調(diào)制。
由于分支分配器等器件與電纜在連接處不匹配，會(huì)引起反射從而形成多徑效應(yīng)，在時(shí)域上表現(xiàn)為沖擊響應(yīng)脈沖被展寬。多徑主要是由匹配性能較差的分配器和用戶(hù)終端盒引起，多徑的延遲與反射較大端口相連的電纜長(zhǎng)度成正比。為避免多徑引發(fā)碼間干擾，同時(shí)考慮到信道利用率，HiNOC選擇多載波OFDM體制傳輸數(shù)據(jù)。
HiNOC物理層數(shù)據(jù)幀主要由兩部分組成，訓(xùn)練前導(dǎo)和傳輸數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)部分全部是頻域信號(hào)，通過(guò)OFDM調(diào)制輸出，訓(xùn)練前導(dǎo)分為頻域前導(dǎo)和時(shí)域前導(dǎo)，頻域信號(hào)每個(gè)子載波用BPSK調(diào)制，時(shí)域信號(hào)采用單載波Л/4-BPSK調(diào)制。
物理層結(jié)構(gòu)
物理層定義的信號(hào)傳輸模式包括幀結(jié)構(gòu)、信道編碼以及調(diào)制技術(shù)。


來(lái)自上層的數(shù)據(jù)和信令信息經(jīng)過(guò)加擾、前向糾錯(cuò)信道編碼（可選）、星座映射、OFDM調(diào)制及插入循環(huán)前綴后，組成不同類(lèi)型的幀，再經(jīng)過(guò)幾代到射頻信號(hào)的變換，最后通過(guò)射頻單元發(fā)射。
物理層子系統(tǒng)
（1）擾碼
HiNOC中擾碼序列采用生產(chǎn)多項(xiàng)式序列，生成擾碼序列的移位寄存器的初始相位為“000100”（由Bit5至Bit0），在每個(gè)幀的起始時(shí)刻進(jìn)行初始化。
（2）前向糾錯(cuò)編碼
HiNOC中的信道編碼采用的是前向糾錯(cuò)編碼方式。根據(jù)不同的信道條件，以及對(duì)編碼速率的不同要求，可以選擇不進(jìn)行前向糾錯(cuò)編碼，或在參數(shù)分別為（508,472）和（504，432）的BCH截短碼中選擇一種進(jìn)行前向糾錯(cuò)編碼。
(3) 星座映射
HiNOC中根據(jù)不同的信道狀況，可以在DQPSK、QPSK、8QAM-1024QAM等多種星座映射方式中進(jìn)行選擇。
(4）OFDM調(diào)制
HiNOC采用OFDM調(diào)制，單信道內(nèi)包含256個(gè)子載波，子載波間隔為62.5KHz。為了抑制對(duì)于相鄰信道的干擾，單信道頻帶兩側(cè)的子載波作為空閑子載波，不傳輸信息。零頻處的子載波同樣作為空閑子載波，不傳輸信息。用于傳輸信息的有效子載波的數(shù)目為210個(gè)，有效帶寬為13.125MHz。
（5）循環(huán)前綴
在OFDM系統(tǒng)中，為了最大限度地消除符號(hào)間干擾，在每個(gè)OFDM符號(hào)之間要插入保護(hù)間隔，該保護(hù)間隔長(zhǎng)度一般要大于無(wú)線信道的最大時(shí)延擴(kuò)展，這樣一個(gè)符號(hào)的多徑分量就不會(huì)對(duì)下一個(gè)符號(hào)造成干擾。在這段保護(hù)間隔內(nèi)，可以不插入任何信號(hào)，即保護(hù)間隔是一段空閑的傳輸時(shí)段。然而在這種情況中，由于多徑傳播的影響，會(huì)產(chǎn)生信道間干擾，即子載波之間的正交性遭到破壞，使不同的子載波之間產(chǎn)生干擾。為了消除由于多徑傳播造成的ICI，我們將原來(lái)寬帶為T(mén)的OFDM符號(hào)進(jìn)行周期擴(kuò)展，用擴(kuò)展信號(hào)來(lái)填充保護(hù)間隔。我們將保護(hù)間隔內(nèi)的信號(hào)成為循環(huán)前綴。

MAC層
（1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?BR> HiNOC網(wǎng)絡(luò)由位于樓道的HB和位于戶(hù)內(nèi)的HM構(gòu)成。邏輯拓?fù)洳捎命c(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)果。HB處于中心控制地位，各HM可與HB通信并受其控制，各HM之間不能直接通信。
（2）HiNOC幀類(lèi)型
HiNOC幀分為控制幀、數(shù)據(jù)幀和信令幀三類(lèi)。
控制幀：實(shí)現(xiàn)信道預(yù)約和信道分配功能，包括預(yù)約幀和MAP幀
數(shù)據(jù)幀：承載上層以太網(wǎng)業(yè)務(wù)
信令幀：實(shí)現(xiàn)結(jié)點(diǎn)接納、結(jié)點(diǎn)推出和鏈路維護(hù)過(guò)程中HB和HM的信令交互。
（3）公共部分子層(CPS)
CPS主要實(shí)現(xiàn)信道訪問(wèn)控制與帶寬分配。其信道分配的主要機(jī)制如下：
1、各個(gè)HM必須先接納到HINOC網(wǎng)絡(luò)后，才能訪問(wèn)信道。
2、HM被接納到網(wǎng)絡(luò)后，其對(duì)信道的訪問(wèn)完全在HB的集中控制下進(jìn)行。
3、HB將信道劃分為在時(shí)間軸上連續(xù)且互不重疊的時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段稱(chēng)為一個(gè)MAP周期。在每個(gè)MAP周期中HB通過(guò)發(fā)送一種特定的MAP幀向各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)布下一個(gè)MAP周期的起止時(shí)刻以及該周期內(nèi)的信道分配方案。
4、各HM通過(guò)預(yù)約/許可機(jī)制實(shí)現(xiàn)信道訪問(wèn)。在每個(gè)MAP周期內(nèi)，HB為HM分配預(yù)約幀發(fā)送時(shí)隙，HM利用各自的預(yù)約時(shí)隙向HB預(yù)約信道。HB收到預(yù)約幀后，通過(guò)MAP幀發(fā)布信道分配方案。下行數(shù)據(jù)不需要預(yù)約信道，由HB直接在MAP幀中規(guī)定發(fā)送時(shí)隙。
5、在信道分配的過(guò)程中，協(xié)議支持基于優(yōu)先級(jí)的QoS保障。
6、所有MAC層的預(yù)約幀、MAP幀和數(shù)據(jù)幀，均封裝在PHY層的Dd和Du幀內(nèi)進(jìn)行發(fā)送。
（4）匯聚子層（CS）
CS負(fù)責(zé)接收高層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），并將高層PDU映射到CPS，以及進(jìn)行相反方向的轉(zhuǎn)換操作。高層PDU為以太網(wǎng)MAC幀。CS實(shí)現(xiàn)的具體功能是：地址學(xué)習(xí)與轉(zhuǎn)發(fā)表構(gòu)建、數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)幀打包/拆包，以及優(yōu)先級(jí)映射。地址學(xué)習(xí)與轉(zhuǎn)發(fā)表構(gòu)建就是建立高層PDU地址與HINOC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)地址的映射關(guān)系。數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)就是確定將高層PDU轉(zhuǎn)發(fā)到那一個(gè)HINOC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。地址學(xué)習(xí)與轉(zhuǎn)發(fā)表構(gòu)建、數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)均只涉及HB與HM的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，在標(biāo)準(zhǔn)上沒(méi)有描述，需要獨(dú)立設(shè)計(jì)。
（5）節(jié)點(diǎn)接納
這里，下行信令幀作為信標(biāo)來(lái)使用。偵聽(tīng)下行信令幀。進(jìn)行頻率搜索等操作。節(jié)點(diǎn)接納過(guò)程是指一個(gè)新的HM（NHM）設(shè)備上電（或初始化）后，加入到現(xiàn)有HINOC網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程。
（6）鏈路維護(hù)
當(dāng)形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)或新的節(jié)點(diǎn)加入后，就完成了各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的LM（link maintenance）。LM由HB來(lái)控制，HB制定那個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)完成LM。一個(gè) LM 通常包括，從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送預(yù)先定義好的一定長(zhǎng)度的比特序列檢測(cè)信息，來(lái)估計(jì)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的信道特性，通常是SNR。接收節(jié)點(diǎn)處理接收到的檢測(cè)信息，并確定現(xiàn)在的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的信道損傷�；�于確定的信道損傷，就自適應(yīng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的調(diào)制模式。在這里，比特分配用來(lái)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)制。然后，基于各個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間LM結(jié)果，計(jì)算CMP_REPORT。

技術(shù)特點(diǎn)
(1)可支持低頻段、高頻段“雙模”工作：
低頻段：0-32MHz，中心頻點(diǎn)連續(xù)可調(diào)
高頻段：750-1006MHz，中心頻點(diǎn)連續(xù)可調(diào)
(2)頻譜利用率高：
HiNOC樣機(jī)系統(tǒng)實(shí)測(cè)得到的MAC層頻譜利用率可達(dá)3.85bit/s/Hz
(3)鄰信道抑制性能（隔離度）：相鄰信道能夠同時(shí)使用
工作模式為T(mén)DD/TDMA，動(dòng)態(tài)分配信道資源，實(shí)現(xiàn)無(wú)沖突的信道接入和靈活的帶寬分配
(4)服務(wù)質(zhì)量和管理：
DBA、流分類(lèi)、業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)
L2至L4關(guān)鍵元素過(guò)濾的功能，可以實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)控制、報(bào)文捕獲、QoS處理、IGMP Snooping、黑白名單等功能

HINOC系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
對(duì)于HINOC 同軸電纜寬帶傳輸系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于系統(tǒng)從整體設(shè)計(jì)、算法研究、硬件實(shí)現(xiàn)等多方面是自主創(chuàng)新的技術(shù)，為了實(shí)現(xiàn)高達(dá)7bit/s/Hz 頻帶利用率，系統(tǒng)在整體設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮了多種影響因素，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中也面臨著很大的挑戰(zhàn)，具體內(nèi)容包括：
（1）同軸電纜傳輸特性
目前國(guó)內(nèi)外對(duì)同軸電纜傳輸特性的研究相對(duì)來(lái)講比較缺乏，特別是網(wǎng)絡(luò)中的分支器、分配器、放大器等有源/ 無(wú)源器件對(duì)同軸電纜傳輸通道的幅度及相位特性的影響還沒(méi)有可信的模型，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步就是基于我國(guó)有線電視網(wǎng)的復(fù)雜環(huán)境，研究帶有分支分配器和中繼器的同軸分配網(wǎng)絡(luò)傳輸特性，并根據(jù)測(cè)量和理論分析結(jié)果建立同軸電纜信道模型。
（2）高階調(diào)制與高性能糾錯(cuò)碼
在調(diào)制技術(shù)方面，由于系統(tǒng)采用1024QAM 等高階調(diào)制技術(shù)，因此射頻相位噪聲、I/Q 不平衡等問(wèn)題對(duì)高階調(diào)制的影響不容忽略，并成為系統(tǒng)特性提高的制約因素之一。在糾錯(cuò)編碼方面，由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸幀相對(duì)較短，而現(xiàn)有高性能糾錯(cuò)編碼技術(shù)一般在幀長(zhǎng)相對(duì)較長(zhǎng)的場(chǎng)景下能夠發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，因此提高短數(shù)據(jù)幀業(yè)務(wù)的糾錯(cuò)能力也是研究的主要內(nèi)容。另外在家庭使用場(chǎng)景中，其他電氣設(shè)備的沖擊脈沖干擾、強(qiáng)單頻干擾對(duì)系統(tǒng)的特性具有極大的影響，因此增強(qiáng)系統(tǒng)的抗沖擊噪聲和抗單頻干擾的能力，也是本系統(tǒng)需要著重考慮的。
（3）MAC 協(xié)議
協(xié)議需兼顧性能、效率、業(yè)務(wù)支持能力和協(xié)議復(fù)雜度幾方面。在性能方面，需要研究多信道體制下的MAC 層聯(lián)合規(guī)劃、更靈活的帶寬分配方案、各種業(yè)務(wù)延遲的保證策略、業(yè)務(wù)可靠性保證的增強(qiáng)方法等問(wèn)題；效率方面，MAC 協(xié)議需要在保證性能的前提下盡量降低系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，提高信道利用率；業(yè)務(wù)承載方面，HINOC 網(wǎng)絡(luò)支持的業(yè)務(wù)對(duì)QoS 的需求各不相同，MAC 協(xié)議需要提供面向業(yè)務(wù)的高性能QoS 保證；同時(shí)還要兼顧協(xié)議復(fù)雜度。另外還要研究協(xié)議分層模型和組網(wǎng)方式，高效的雙工多址接入方式，QoS 保證機(jī)制，支持HDTV、3DTV 和其他高速業(yè)務(wù)等。
（4）寬帶數(shù)據(jù)處理速度
為提升MAC 層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)速率，HINOC 將采用硬件協(xié)處理器來(lái)完成數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)工作。硬件協(xié)處理器實(shí)現(xiàn)流分類(lèi)、流量控制、地址學(xué)習(xí)、隊(duì)列管理、隊(duì)列QoS 調(diào)度、分組捕獲與插入、HINOC 幀的打包與拆包等功能。硬件協(xié)處理器設(shè)計(jì)面臨的技術(shù)難點(diǎn)是，功能需求復(fù)雜多樣，性能要求高速可靠，需要各模塊以及軟硬件之間的緊密配合和銜接。
（5）芯片研制
由于同軸電纜接入系統(tǒng)將采用高性能、低功耗芯片技術(shù)，特別是需要研制Gbps 的OFDM 系統(tǒng)芯片，其中涉及接收機(jī)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，如高階調(diào)制、信道編解碼等，這些關(guān)鍵技術(shù)在1Gbps 信號(hào)速率下給芯片研制帶來(lái)了挑戰(zhàn)，特別是芯片還要以低功耗、低成本為目標(biāo)。

HINOC的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀
據(jù)悉，HINOC目前已形成集成了CPU、HIMAC、HIPHY、A/D、D/A的單芯片解決方案，以后還將推出HINOC 1.0 130nm芯片、HINOC 1.1 FPGA系統(tǒng)、HINOC 1.5 65nm芯片、HINOC 1.9系統(tǒng)、HINOC 2.0系統(tǒng)（目標(biāo)是達(dá)到1Gbit/s的物理層速率）。今年還會(huì)開(kāi)通大約1000戶(hù)規(guī)模的HINOC接入網(wǎng)示范小區(qū)、物理層+MAC層硬件加速模塊后端設(shè)計(jì)與第二版芯片流片。HINOC在信道模型、關(guān)鍵技術(shù)、實(shí)現(xiàn)技術(shù)、技術(shù)發(fā)展等方面的標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化工作已從之前的封閉走向開(kāi)放。
立足于現(xiàn)有HINOC 系統(tǒng)的成果，考慮今后寬帶接入網(wǎng)絡(luò)將向居住分散的區(qū)域發(fā)展，同時(shí)對(duì)傳輸速率的要求也將逐步提高，具有更高性能指標(biāo)的升級(jí)版本HINOC 2.0 系統(tǒng)正在研發(fā)中。該系統(tǒng)指標(biāo)將在許多方面高于現(xiàn)有系統(tǒng)，如系統(tǒng)最大覆蓋范圍1000 米、最高物理層傳輸速率1Gbps、調(diào)制方式提升到4096QAM、使用具有更強(qiáng)糾錯(cuò)能力的編碼等；在MAC 協(xié)議及組網(wǎng)模式、QoS 保證機(jī)制、安全機(jī)制等方面也將有很大提升。該項(xiàng)目得到國(guó)家的大力支持，華為、海爾等國(guó)內(nèi)知名企業(yè)也積極加入到HINOC 2.0 系統(tǒng)的研發(fā)隊(duì)伍行列，加速了產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。

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