歐陽峰，崔競飛

國家廣播電影電視總局廣播科學(xué)研究院，北京

0 引言

三網(wǎng)融合作為國家信息化工作的重要組成部分，已被納入到國家發(fā)展戰(zhàn)略。2010年1月21日，國務(wù)院頒布了《推進三網(wǎng)融合總體方案》（國發(fā)[2010]5號）[1]，標(biāo)志著三網(wǎng)融合進入了實質(zhì)性推進階段。

廣播電視網(wǎng)絡(luò)是國家重要的信息基礎(chǔ)設(shè)施，是三網(wǎng)融合的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)之一。下一代廣播電視網(wǎng)（Next-Generation Broadcast，NGB）目標(biāo)是以自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)為核心，用10年時間構(gòu)建覆蓋全國3億用戶和連接2億家庭的、平均接入速率100 Mbit/s的、可擴展的、全程全網(wǎng)的、寬帶交互式的、可拓展的、具有業(yè)務(wù)質(zhì)量保證的、國際先進水平的網(wǎng)絡(luò)平臺。加快下一代廣播電視網(wǎng)的建設(shè)對于推動國家信息化發(fā)展、滿足人民日益增長的精神文化需求、維護我國信息和文化安全、促進戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展、加快推進三網(wǎng)融合具有十分重要的意義。

NGB規(guī)劃中，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是重點，需要建設(shè)可以支持包括語音、視頻和互聯(lián)網(wǎng)等各類數(shù)字業(yè)務(wù)的強大融合性支撐網(wǎng)絡(luò)，同時，未來業(yè)務(wù)的發(fā)展將以視頻為主，對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求將日益增強。

光纖網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)已日趨成熟，我國骨干網(wǎng)絡(luò)光纖化進程基本達到穩(wěn)定的階段，在許多地區(qū)，光纖已經(jīng)鋪設(shè)到居民小區(qū)或樓棟樓頭，而從光節(jié)點設(shè)備到用戶的“最后一公里”的接入網(wǎng)絡(luò)已成為整個寬帶網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。我國目前的接入網(wǎng)現(xiàn)狀是，大多數(shù)的接入寬帶網(wǎng)接入速率為1～2 Mbit/s，這樣的接入速率顯然無法滿足三網(wǎng)融合的業(yè)務(wù)需求。

因此，對接入網(wǎng)進行建設(shè)改造，以提高接入網(wǎng)帶寬是NGB建設(shè)的關(guān)鍵[2]。目前公認(rèn)“光纖到樓頭”從技術(shù)上和經(jīng)濟上都是可行的，有線電視用戶接入網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵就變成“樓內(nèi)接入網(wǎng)”的改造和建設(shè)，即有線電視網(wǎng)絡(luò)的最后100 m。

國內(nèi)外接入網(wǎng)市場技術(shù)種類多樣化，同軸電纜作為有線電視網(wǎng)絡(luò)資源的核心，具備資源條件優(yōu)越、通信質(zhì)量好、通信容量巨大、不易受干擾、無須重新布線等特點，有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。基于樓?nèi)同軸電纜網(wǎng)實現(xiàn)高速接入，已逐漸得到業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)同。

1 HINOC技術(shù)概述

HINOC（HIgh performance Network Over Coax）系統(tǒng)[3]利用小區(qū)樓內(nèi)已有有線電視同軸電纜構(gòu)建高速的接入網(wǎng)，其實施方法是在每一戶添加進行調(diào)制解調(diào)的機頂盒，在不對線路做任何改造的前提下實現(xiàn)百兆甚至更高的信息傳輸速率，進而實現(xiàn)高清數(shù)字電視、寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的共纜傳輸，實現(xiàn)全業(yè)務(wù)承載。

與國際上類似的EoC（Ethernet over Coax）產(chǎn)品相比，HINOC更符合我國的網(wǎng)絡(luò)要求與現(xiàn)狀。其帶寬設(shè)計為8 MHz的整數(shù)倍（n×8 MHz），這樣既符合了我國現(xiàn)有電視頻道的8 MHz的帶寬要求，又能滿足今后寬帶業(yè)務(wù)不斷增長的需求。系統(tǒng)采用高階調(diào)制技術(shù)，使系統(tǒng)的頻帶利用率達到7 bit·s-1/Hz，遠遠高于國際上同類產(chǎn)品的水平。更為重要的是HINOC系統(tǒng)是基于我國國情、自主研發(fā)的具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的系統(tǒng)，這一產(chǎn)品的應(yīng)用將帶動芯片制造、設(shè)備制造直至業(yè)務(wù)提供商的產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，也為我國正在建設(shè)的NGB奠定堅實的基礎(chǔ)。

HINOC系統(tǒng)由頭端設(shè)備（HINOC Bridge，HB）和終端設(shè)備（HINOC Modem，HM）組成，其解決方案如圖1所示。

其中HB連接在光設(shè)備的末端，一方面作為與光設(shè)備的唯一接口設(shè)備對數(shù)據(jù)進行傳輸，另一方面也作為整個網(wǎng)絡(luò)的中心控制單元對HM進行統(tǒng)一控制。HM終端設(shè)備也稱為機頂盒或調(diào)制解調(diào)器設(shè)備，其一端通過樓內(nèi)有線電視同軸電纜連接到頭端設(shè)備HM，另一端直接與家庭的電視、計算機等終端相連。一個HB可同時連接32個HM，多個HB還可以捆綁為一體同時連接一個或多個HM，即根據(jù)業(yè)務(wù)的需求，HB與HM之間可以形成一對多，多對一或多對多的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问健?/p>

圖1 HINOC解決方案示意圖

我國現(xiàn)有有線電視系統(tǒng)的單頻道占用8 MHz帶寬，在模擬電視向數(shù)字電視演進的過程中，可能出現(xiàn)單獨的8 MHz空閑電視頻道。為了充分利用空閑的頻帶資源，系統(tǒng)單信道帶寬定為8 MHz的整數(shù)倍，同時要求系統(tǒng)對相鄰信道干擾小，信道之間隔離度好，保證相鄰信道能夠同時使用?？紤]高清電視等寬帶業(yè)務(wù)的帶寬需求，HINOC系統(tǒng)采用最高1 024QAM調(diào)制，理論上頻帶利用率為10 bit·s-1/Hz?？紤]相鄰頻帶間的保護間隔（256個子載波中可用子載波只有210個）、OFDM（正交頻分復(fù)用）循環(huán)前綴的消耗、糾錯編碼導(dǎo)致的效率降低、Pd/Pu幀以及同步序列所占的資源等，在16 MHz帶寬上信息傳輸速率為112 Mbit/s的典型設(shè)計參數(shù)為：傳輸數(shù)據(jù)率112 Mbit/s，系統(tǒng)帶寬為16 MHz，頻帶利用率達到7 bit·s-1/Hz，并且保證誤碼率BER在10-9以下，能夠支持實時視頻業(yè)務(wù)傳輸。

HINOC系統(tǒng)上下行數(shù)據(jù)采用時分傳輸，系統(tǒng)設(shè)計簡單，物理層只包含4種幀結(jié)構(gòu)，分別為上行探測幀（Pd幀）、下行探測幀（Pu幀）和上/下行數(shù)據(jù)幀（Du/Dd幀）。4種幀均采用OFDM技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸?？紤]到系統(tǒng)頻帶利用率與實現(xiàn)復(fù)雜度等制約因素，一個OFDM符號包含256個子載波。

由于同軸電纜傳輸通道具有一定的頻率選擇性衰落，不同的子載波呈現(xiàn)出不同的衰減特性，而且其衰落特性是不隨時間變化的。為了充分利用頻帶資源，系統(tǒng)采用自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)，調(diào)制方式包 括 QPSK，8QAM，16QAM，32QAM，64QAM，128QAM，256QAM，512QAM，1 024QAM共9種，并且自適應(yīng)調(diào)制方式的選擇是對每個子載波獨立進行的。

2 HINOC工作進展

在國家科技部和廣電總局的支持和指導(dǎo)下，自2005年起，HINOC研究團隊投入巨大的人力物力，開始了針對性研究工作，攻克了眾多技術(shù)難關(guān)，完成了技術(shù)分析、原理設(shè)計、系統(tǒng)仿真、實驗室測試、芯片研制、標(biāo)準(zhǔn)草案編制等諸多工作任務(wù)。

在前期理論分析和技術(shù)驗證的基礎(chǔ)上，HINOC研究團隊于2010年1月開始進行基于FPGA的硬件聯(lián)試，測試結(jié)果達到系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)。在此研究基礎(chǔ)上，于2010年6月成功研制了第一款面向試驗的基帶芯片HI1PHY1P391C，如圖2所示，樣片流片工作的一次成功，充分的驗證了技術(shù)原型設(shè)計。

圖2 HINOC芯片（北京大學(xué)研制）

這款芯片采用SMIC CMOS 0.13 μm 1P8M工藝，面積為5 mm×8.5 mm，功耗為734 mW，工作電壓為1.2 V（內(nèi)核）和3.3 V（PAD），封裝形式采用PGA392。該芯片實現(xiàn)了HINOC基帶物理層協(xié)議，OFDM調(diào)制解調(diào)、信道估計、信道編解碼、數(shù)據(jù)收發(fā)功能最高支持1024QAM調(diào)制以及大于112 Mbit/s物理層傳輸速率。

在原型仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，2010年8月，HINOC研究團隊成功研制了第二款基帶芯片BW7800，如圖3所示。該芯片采用UMC 0.13 μm 1P6M標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝進行流片，采用LQFP-176的封裝，芯片面積為5.3 mmx5.3 mm，功耗（不包括AD/DA）為77.6 mW。

圖3 HINOC芯片（上海明波通信公司研制）

為配合模擬信道的測試驗證及支持終端設(shè)備的研發(fā)任務(wù)，HINOC研究團隊研制了一款A(yù)FE模擬前端芯片，如圖4所示。AFE芯片封裝采用標(biāo)準(zhǔn)100-pin QFP封裝，采用0.25 μm混合信號CMOS工藝技術(shù)，芯片包括信號發(fā)送通道、信號接收通道、全雙工/半雙工通信，及SPI控制等部分，支持1 024QAM通信，發(fā)端發(fā)送功率80～110 dBμV，2 dB步階調(diào)節(jié)，30 dB動態(tài)范圍，收端信號支持接收范圍35～95 dBμV，60 dB動態(tài)范圍。

圖4HINOC AFE模擬前端芯片

在設(shè)備研制方面，HINOC研究團隊也成功研制了HINOC系統(tǒng)設(shè)備HB和HM，如圖5所示。該設(shè)備支持1∶16的終端連接，頻段使用870～1 500 MHz，單信道帶寬16 MHz，MAC數(shù)據(jù)吞吐＞50 Mbit/s，業(yè)務(wù)支持標(biāo)清/高清、點播VoIP、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)等，支持QoS、VLAN、組播、流量控制、網(wǎng)管等功能。

圖5HINOC系統(tǒng)設(shè)備HM和HB（上海未來寬帶技術(shù)及應(yīng)用研究中心研制）

HINOC技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作也在同步開展中，2009年4月，廣電總局科技司發(fā)布“面向NGB電纜接入技術(shù)（EoC）需求白皮書”，2010年3月初，基于HINOC技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)建議書遞交國家廣電總局科技司，同年6月初，國家廣電總局科技司發(fā)布《關(guān)于對面向下一代廣播電視網(wǎng)的電纜寬帶接入技術(shù)方案提案征求意見的通知》（技科字[2010]141號），將HINOC技術(shù)作為唯一標(biāo)準(zhǔn)建議下發(fā)征求意見。2010年11月，完成標(biāo)準(zhǔn)建議書征求意見回復(fù)匯總及回復(fù)意見，修訂形成標(biāo)準(zhǔn)草案修改稿，并再次提交修改草案。

為配合標(biāo)準(zhǔn)化測試驗證和大規(guī)模應(yīng)用過程，需要專用的HINOC系統(tǒng)測試設(shè)備，由于HINOC作為自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)，目前并沒有成型的測試設(shè)備。為有效促進HINOC技術(shù)的進一步推廣，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，HINOC研究團隊正在開展專用測試設(shè)備的研制工作，將開發(fā)HINOC標(biāo)準(zhǔn)信號源、HINOC解調(diào)分析儀、功率測量儀、頻譜分析儀等多種自動化測試設(shè)備，以滿足HINOC系統(tǒng)物理層和MAC層的一致性測試以及互操作性測試的相關(guān)需求。除此之外，實際系統(tǒng)大規(guī)模敷設(shè)過程中需要的HINOC手持測試設(shè)備也在開發(fā)與完善。

在CCBN2011展覽會上，HINOC作為NGB核心技術(shù)成果，在NGB官方展臺中作為獨立展區(qū)公開展示上述的研發(fā)成果在展會上全部展現(xiàn)。以HINOC核心技術(shù)研制的終端設(shè)備實現(xiàn)了業(yè)務(wù)支撐的展示任務(wù)，現(xiàn)場展示了1路高清2路標(biāo)清電視的業(yè)務(wù)演示效果，展臺受到了普遍的關(guān)注，形成了NGB主題的熱點。

在現(xiàn)有HINOC技術(shù)成果基礎(chǔ)上，結(jié)合不同的接入網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景，考慮高傳輸速率的提升要求，升級版的HINOC2.0系統(tǒng)已開始進入研發(fā)階段。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1 000 m，最高物理層傳輸速率1 Gbit/s，調(diào)制方式提升到4 096QAM，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、海爾等知名企業(yè)也加入到HINOC2.0系統(tǒng)的研發(fā)隊伍行列。

3 展望

HINOC技術(shù)方案的關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵算法已經(jīng)成型，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作也在同步開展，支撐這一技術(shù)的芯片和終端設(shè)備也陸續(xù)研制成功，HINOC面向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的優(yōu)化任務(wù)也在進行中，已有數(shù)家國內(nèi)知名企業(yè)參與到HINOC的產(chǎn)業(yè)化工作中來，預(yù)計在2011年底以前，將會收獲多款面向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的產(chǎn)品并向市場投放，規(guī)?；氖痉稇?yīng)用推廣也將逐步推進。在NGB專家委員會的指導(dǎo)和推動下，將促進HINOC技術(shù)的發(fā)展和成熟度提高，加速該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進程，推進NGB的全面實施，支撐廣播電視網(wǎng)發(fā)展成為重要的國家基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)。

[1]推進三網(wǎng)融合總體方案[EB/OL].[2010-12-12].http：//www.36tv.cn/viewnews-98296.

[2]金立標(biāo)，張乃謙，李鑒增.面向NGB的EoC接入網(wǎng)技術(shù)分析[J].電視技術(shù)，2010，34（6）：57-59.

[3]楊杰.HINOC技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)[R].北京：國家廣播電影電視總局廣播科學(xué)研究院，2009.