HINOC

詞語解釋

HINOC是High-speed Inter Network Of China的縮寫，是中國電信公司于1999年推出的一種高速互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。它是中國電信公司投資建設的全國性的高速網(wǎng)絡，用于支持寬帶接入，以及支持其他業(yè)務的網(wǎng)絡基礎設施。 HINOC是由中國電信公司負責建設和維護的，具有較高的可靠性，全國范圍內(nèi)覆蓋面廣，可以支持全國范圍內(nèi)的寬帶接入，支持多種業(yè)務，如視頻會議、視頻監(jiān)控、視頻直播等，還可以支持多種應用服務，如網(wǎng)絡存儲、在線游戲、在線購物等。 HINOC可以支持多種網(wǎng)絡技術(shù)，如以太網(wǎng)、光纖、ADSL等，可以支持多種協(xié)議，如TCP/IP、IPX/SPX等，支持多種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，如星型結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)、樹型結(jié)構(gòu)等，還可以支持多種網(wǎng)絡服務，如FTP、SMTP、HTTP等。 HINOC的應用非常廣泛，它可以支持寬帶接入，可以支持視頻會議、視頻監(jiān)控、視頻直播等，還可以支持網(wǎng)絡存儲、在線游戲、在線購物等，為用戶提供更加便捷的網(wǎng)絡服務。此外，HINOC還可以支持網(wǎng)絡安全，可以檢測和防止網(wǎng)絡攻擊，確保網(wǎng)絡的安全性。

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)絡到用戶家庭網(wǎng)絡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)絡結(jié)構(gòu)基礎上，可以利用小區(qū)樓道和戶內(nèi)已經(jīng)敷設、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)。只需在樓道和戶內(nèi)添加相關(guān)的HINOC調(diào)制解調(diào)設備頭端(HINOC Bridge, HB)與終端(HINOC Modem, HM），無需對入戶電纜線路進行任何改造，就可實現(xiàn)多種高速數(shù)據(jù)業(yè)務的雙向傳輸。該技術(shù)為最后100米的寬帶接入提供了一種便捷、實用的新型解決方案。

HINOC進展路線圖
　　HINOC標準的出臺目指日可待，目前報批稿已經(jīng)完成上交，草案意見稿再進行新一輪評審，樣機的測試報告得到認可后，HINOC標準就會正式出臺。
　　HINOC從2005年起步，到現(xiàn)在標準即將出臺，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；2011年12月舉辦小型的展覽；2012年1月，開始第一輪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，兩款芯片樣機做小規(guī)模網(wǎng)絡試驗；2012年第四季度，將出臺最終用于商業(yè)化產(chǎn)品的芯片。
HiNOC使用頻域
我國有線電視標準規(guī)定，同軸電纜860MHz以下的頻帶用于廣播電視信號傳輸，860MHz以上頻帶均未使用，稱為帶外信道。帶外信道的傳輸特性為：整個系統(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衰減達到-50dB以下。在1.5GHz以內(nèi)的頻段，比較有利用價值。1.5GHz以上頻段衰減較大，而且匹配差，反射大，多徑嚴重，開發(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信道。

HiNOC調(diào)制技術(shù)
由于同軸電纜在860MHz以上屏蔽效應好，用戶分配網(wǎng)絡中噪聲的主要來源是基礎熱噪聲，根據(jù)《有線電視網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，860MHz以下頻段用戶分配網(wǎng)中的噪聲不得超過-80dBm/MHz，這里以此為參照，認為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的計算公式，得到在誤碼率為1e-9時，采用256QAM所需要的SNR為40.5dB，在860MHz到1.2GHz之間的大部分頻點可以采用256QAM調(diào)制技術(shù)，并可根據(jù)信道實際的SNR要求自適應地使用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，會引起反射從而形成多徑效應，在時域上表現(xiàn)為沖擊響應脈沖被展寬。多徑主要是由匹配性能較差的分配器和用戶終端盒引起，多徑的延遲與反射較大端口相連的電纜長度成正比。為避免多徑引發(fā)碼間干擾，同時考慮到信道利用率，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，訓練前導和傳輸數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)部分全部是頻域信號，通過OFDM調(diào)制輸出，訓練前導分為頻域前導和時域前導，頻域信號每個子載波用BPSK調(diào)制，時域信號采用單載波Л/4-BPSK調(diào)制。
物理層結(jié)構(gòu)
物理層定義的信號傳輸模式包括幀結(jié)構(gòu)、信道編碼以及調(diào)制技術(shù)。

來自上層的數(shù)據(jù)和信令信息經(jīng)過加擾、前向糾錯信道編碼（可選）、星座映射、OFDM調(diào)制及插入循環(huán)前綴后，組成不同類型的幀，再經(jīng)過幾代到射頻信號的變換，最后通過射頻單元發(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），在每個幀的起始時刻進行初始化。
（2）前向糾錯編碼
HiNOC中的信道編碼采用的是前向糾錯編碼方式。根據(jù)不同的信道條件，以及對編碼速率的不同要求，可以選擇不進行前向糾錯編碼，或在參數(shù)分別為（508,472）和（504，432）的BCH截短碼中選擇一種進行前向糾錯編碼。
(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行選擇。
(4）OFDM調(diào)制
HiNOC采用OFDM調(diào)制，單信道內(nèi)包含256個子載波，子載波間隔為62.5KHz。為了抑制對于相鄰信道的干擾，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，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間干擾，在每個OFDM符號之間要插入保護間隔，該保護間隔長度一般要大于無線信道的最大時延擴展，這樣一個符號的多徑分量就不會對下一個符號造成干擾。在這段保護間隔內(nèi)，可以不插入任何信號，即保護間隔是一段空閑的傳輸時段。然而在這種情況中，由于多徑傳播的影響，會產(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，我們將原來寬帶為T的OFDM符號進行周期擴展，用擴展信號來填充保護間隔。我們將保護間隔內(nèi)的信號成為循環(huán)前綴。

MAC層
（1）網(wǎng)絡拓撲
HiNOC網(wǎng)絡由位于樓道的HB和位于戶內(nèi)的HM構(gòu)成。邏輯拓撲采用點到多點結(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幀類型
HiNOC幀分為控制幀、數(shù)據(jù)幀和信令幀三類。
控制幀：實現(xiàn)信道預約和信道分配功能，包括預約幀和MAP幀
數(shù)據(jù)幀：承載上層以太網(wǎng)業(yè)務
信令幀：實現(xiàn)結(jié)點接納、結(jié)點推出和鏈路維護過程中HB和HM的信令交互。
（3）公共部分子層(CPS)
CPS主要實現(xiàn)信道訪問控制與帶寬分配。其信道分配的主要機制如下：
1、各個HM必須先接納到HINOC網(wǎng)絡后，才能訪問信道。
2、HM被接納到網(wǎng)絡后，其對信道的訪問完全在HB的集中控制下進行。
3、HB將信道劃分為在時間軸上連續(xù)且互不重疊的時間段，每個時間段稱為一個MAP周期。在每個MAP周期中HB通過發(fā)送一種特定的MAP幀向各個節(jié)點發(fā)布下一個MAP周期的起止時刻以及該周期內(nèi)的信道分配方案。
4、各HM通過預約/許可機制實現(xiàn)信道訪問。在每個MAP周期內(nèi)，HB為HM分配預約幀發(fā)送時隙，HM利用各自的預約時隙向HB預約信道。HB收到預約幀后，通過MAP幀發(fā)布信道分配方案。下行數(shù)據(jù)不需要預約信道，由HB直接在MAP幀中規(guī)定發(fā)送時隙。
5、在信道分配的過程中，協(xié)議支持基于優(yōu)先級的QoS保障。
6、所有MAC層的預約幀、MAP幀和數(shù)據(jù)幀，均封裝在PHY層的Dd和Du幀內(nèi)進行發(fā)送。
（4）匯聚子層（CS）
CS負責接收高層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），并將高層PDU映射到CPS，以及進行相反方向的轉(zhuǎn)換操作。高層PDU為以太網(wǎng)MAC幀。CS實現(xiàn)的具體功能是：地址學習與轉(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)先級映射。地址學習與轉(zhuǎn)發(fā)表構(gòu)建就是建立高層PDU地址與HINOC網(wǎng)絡節(jié)點地址的映射關(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HINOC網(wǎng)絡節(jié)點。地址學習與轉(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)部實現(xiàn)，在標準上沒有描述，需要獨立設計。
（5）節(jié)點接納
這里，下行信令幀作為信標來使用。偵聽下行信令幀。進行頻率搜索等操作。節(jié)點接納過程是指一個新的HM（NHM）設備上電（或初始化）后，加入到現(xiàn)有HINOC網(wǎng)絡的過程。
（6）鏈路維護
當形成一個網(wǎng)絡或新的節(jié)點加入后，就完成了各個節(jié)點之間的LM（link maintenance）。LM由HB來控制，HB制定那個節(jié)點來完成LM。一個 LM 通常包括，從一個節(jié)點到另外一個節(jié)點發(fā)送預先定義好的一定長度的比特序列檢測信息，來估計兩個節(jié)點之間的信道特性，通常是SNR。接收節(jié)點處理接收到的檢測信息，并確定現(xiàn)在的兩個節(jié)點之間的信道損傷�；诖_定的信道損傷，就自適應兩個節(jié)點之間的調(diào)制模式。在這里，比特分配用來進行自適應調(diào)制。然后，基于各個點對點之間LM結(jié)果，計算CMP_REPORT。

技術(shù)特點
(1)可支持低頻段、高頻段“雙模”工作：
低頻段：0-32MHz，中心頻點連續(xù)可調(diào)
高頻段：750-1006MHz，中心頻點連續(xù)可調(diào)
(2)頻譜利用率高：
HiNOC樣機系統(tǒng)實測得到的MAC層頻譜利用率可達3.85bit/s/Hz
(3)鄰信道抑制性能（隔離度）：相鄰信道能夠同時使用
工作模式為TDD/TDMA，動態(tài)分配信道資源，實現(xiàn)無沖突的信道接入和靈活的帶寬分配
(4)服務質(zhì)量和管理：
DBA、流分類、業(yè)務優(yōu)先級
L2至L4關(guān)鍵元素過濾的功能，可以實現(xiàn)訪問控制、報文捕獲、QoS處理、IGMP Snooping、黑白名單等功能

HINOC系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
對于HINOC 同軸電纜寬帶傳輸系統(tǒng)來說，由于系統(tǒng)從整體設計、算法研究、硬件實現(xiàn)等多方面是自主創(chuàng)新的技術(shù)，為了實現(xiàn)高達7bit/s/Hz 頻帶利用率，系統(tǒng)在整體設計過程中考慮了多種影響因素，在系統(tǒng)實現(xiàn)過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
目前國內(nèi)外對同軸電纜傳輸特性的研究相對來講比較缺乏，特別是網(wǎng)絡中的分支器、分配器、放大器等有源/ 無源器件對同軸電纜傳輸通道的幅度及相位特性的影響還沒有可信的模型，因此系統(tǒng)設計的第一步就是基于我國有線電視網(wǎng)的復雜環(huán)境，研究帶有分支分配器和中繼器的同軸分配網(wǎng)絡傳輸特性，并根據(jù)測量和理論分析結(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 不平衡等問題對高階調(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。在糾錯編碼方面，由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸幀相對較短，而現(xiàn)有高性能糾錯編碼技術(shù)一般在幀長相對較長的場景下能夠發(fā)揮其優(yōu)勢，因此提高短數(shù)據(jù)幀業(yè)務的糾錯能力也是研究的主要內(nèi)容。另外在家庭使用場景中，其他電氣設備的沖擊脈沖干擾、強單頻干擾對系統(tǒng)的特性具有極大的影響，因此增強系統(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)務支持能力和協(xié)議復雜度幾方面。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)務延遲的保證策略、業(yè)務可靠性保證的增強方法等問題；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)開銷，提高信道利用率；業(yè)務承載方面，HINOC 網(wǎng)絡支持的業(yè)務對QoS 的需求各不相同，MAC 協(xié)議需要提供面向業(yè)務的高性能QoS 保證；同時還要兼顧協(xié)議復雜度。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 保證機制，支持HDTV、3DTV 和其他高速業(yè)務等。
（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)處理器來完成數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)工作。硬件協(xié)處理器實現(xiàn)流分類、流量控制、地址學習、隊列管理、隊列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)處理器設計面臨的技術(shù)難點是，功能需求復雜多樣，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，其中涉及接收機的幾個關(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 信號速率下給芯片研制帶來了挑戰(zhàn)，特別是芯片還要以低功耗、低成本為目標。

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)（目標是達到1Gbit/s的物理層速率）。今年還會開通大約1000戶規(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計與第二版芯片流片。HINOC在信道模型、關(guān)鍵技術(shù)、實現(xiàn)技術(shù)、技術(shù)發(fā)展等方面的標準化、產(chǎn)業(yè)化工作已從之前的封閉走向開放。
立足于現(xiàn)有HINOC 系統(tǒng)的成果，考慮今后寬帶接入網(wǎng)絡將向居住分散的區(qū)域發(fā)展，同時對傳輸速率的要求也將逐步提高，具有更高性能指標的升級版本HINOC 2.0 系統(tǒng)正在研發(fā)中。該系統(tǒng)指標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、使用具有更強糾錯能力的編碼等；在MAC 協(xié)議及組網(wǎng)模式、QoS 保證機制、安全機制等方面也將有很大提升。該項目得到國家的大力支持，華為、海爾等國內(nèi)知名企業(yè)也積極加入到HINOC 2.0 系統(tǒng)的研發(fā)隊伍行列，加速了產(chǎn)業(yè)化的進程。

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