歐陽(yáng)峰，崔競(jìng)飛

國(guó)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(guó)家信息化工作的重要組成部分，已被納入到國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略。2010年1月21日，國(guó)務(wù)院頒布了《推進(jìn)三網(wǎng)融合總體方案》（國(guó)發(fā)[2010]5號(hào)）[1]，標(biāo)志著三網(wǎng)融合進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性推進(jìn)階段。

廣播電視網(wǎng)絡(luò)是國(guó)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(shí)產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)為核心，用10年時(shí)間構(gòu)建覆蓋全國(guó)3億用戶和連接2億家庭的、平均接入速率100 Mbit/s的、可擴(kuò)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(guó)際先進(jìn)水平的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。加快下一代廣播電視網(wǎng)的建設(shè)對(duì)于推動(dòng)國(guó)家信息化發(fā)展、滿足人民日益增長(zhǎng)的精神文化需求、維護(hù)我國(guó)信息和文化安全、促進(jìn)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展、加快推進(jìn)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(diǎn)，需要建設(shè)可以支持包括語(yǔ)音、視頻和互聯(lián)網(wǎng)等各類數(shù)字業(yè)務(wù)的強(qiáng)大融合性支撐網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，未來(lái)業(yè)務(wù)的發(fā)展將以視頻為主，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求將日益增強(qiáng)。

光纖網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)已日趨成熟，我國(guó)骨干網(wǎng)絡(luò)光纖化進(jìn)程基本達(dá)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(diǎn)設(shè)備到用戶的“最后一公里”的接入網(wǎng)絡(luò)已成為整個(gè)寬帶網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。我國(guó)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(wú)法滿足三網(wǎng)融合的業(yè)務(wù)需求。

因此，對(duì)接入網(wǎng)進(jìn)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(jì)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(guó)內(nèi)外接入網(wǎng)市場(chǎng)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(wú)須重新布線等特點(diǎn)，有著巨大的發(fā)展?jié)摿??；跇莾?nèi)同軸電纜網(wǎng)實(shí)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(shí)施方法是在每一戶添加進(jìn)行調(diào)制解調(diào)的機(jī)頂盒，在不對(duì)線路做任何改造的前提下實(shí)現(xiàn)百兆甚至更高的信息傳輸速率，進(jìn)而實(shí)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(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)承載。

與國(guó)際上類似的EoC（Ethernet over Coax）產(chǎn)品相比，HINOC更符合我國(guó)的網(wǎng)絡(luò)要求與現(xiàn)狀。其帶寬設(shè)計(jì)為8 MHz的整數(shù)倍（n×8 MHz），這樣既符合了我國(guó)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(zhǎng)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(dá)到7 bit·s-1/Hz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)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(guó)國(guó)情、自主研發(fā)的具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系統(tǒng)，這一產(chǎn)品的應(yīng)用將帶動(dòng)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(guó)正在建設(shè)的NGB奠定堅(jiān)實(shí)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，另一方面也作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中心控制單元對(duì)HM進(jìn)行統(tǒng)一控制。HM終端設(shè)備也稱為機(jī)頂盒或調(diào)制解調(diào)器設(shè)備，其一端通過(guò)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(jì)算機(jī)等終端相連。一個(gè)HB可同時(shí)連接32個(gè)HM，多個(gè)HB還可以捆綁為一體同時(shí)連接一個(gè)或多個(gè)HM，即根據(jù)業(yè)務(wù)的需求，HB與HM之間可以形成一對(duì)多，多對(duì)一或多對(duì)多的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问健?/p>

圖1 HINOC解決方案示意圖

我國(guó)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(jìn)的過(guò)程中，可能出現(xiàn)單獨(dú)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(shí)要求系統(tǒng)對(duì)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(shí)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(hù)間隔（256個(gè)子載波中可用子載波只有210個(gè)）、OFDM（正交頻分復(fù)用）循環(huán)前綴的消耗、糾錯(cuò)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(jì)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(dá)到7 bit·s-1/Hz，并且保證誤碼率BER在10-9以下，能夠支持實(shí)時(shí)視頻業(yè)務(wù)傳輸。

HINOC系統(tǒng)上下行數(shù)據(jù)采用時(shí)分傳輸，系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，物理層只包含4種幀結(jié)構(gòu)，分別為上行探測(cè)幀（Pd幀）、下行探測(cè)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?？紤]到系統(tǒng)頻帶利用率與實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度等制約因素，一個(gè)OFDM符號(hào)包含256個(gè)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(shí)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(duì)每個(gè)子載波獨(dú)立進(jìn)行的。

2 HINOC工作進(jìn)展

在國(guó)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(tuán)隊(duì)投入巨大的人力物力，開(kāi)始了針對(duì)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(jì)、系統(tǒng)仿真、實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(yàn)證的基礎(chǔ)上，HINOC研究團(tuán)隊(duì)于2010年1月開(kāi)始進(jìn)行基于FPGA的硬件聯(lián)試，測(cè)試結(jié)果達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yàn)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(yàn)證了技術(shù)原型設(shè)計(jì)。

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(shí)現(xiàn)了HINOC基帶物理層協(xié)議，OFDM調(diào)制解調(diào)、信道估計(jì)、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(tuán)隊(duì)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(jìn)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(cè)試驗(yàn)證及支持終端設(shè)備的研發(fā)任務(wù)，HINOC研究團(tuán)隊(duì)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(hào)CMOS工藝技術(shù)，芯片包括信號(hào)發(fā)送通道、信號(hào)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(dòng)態(tài)范圍，收端信號(hào)支持接收范圍35～95 dBμV，60 dB動(dòng)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(tuán)隊(duì)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(diǎn)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(lái)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(kāi)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(shū)”，2010年3月初，基于HINOC技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)建議書(shū)遞交國(guó)家廣電總局科技司，同年6月初，國(guó)家廣電總局科技司發(fā)布《關(guān)于對(duì)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(jiàn)的通知》（技科字[2010]141號(hào)），將HINOC技術(shù)作為唯一標(biāo)準(zhǔn)建議下發(fā)征求意見(jiàn)。2010年11月，完成標(biāo)準(zhǔn)建議書(shū)征求意見(jiàn)回復(fù)匯總及回復(fù)意見(jiàn)，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(cè)試驗(yàn)證和大規(guī)模應(yīng)用過(guò)程，需要專用的HINOC系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備，由于HINOC作為自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)，目前并沒(méi)有成型的測(cè)試設(shè)備。為有效促進(jìn)HINOC技術(shù)的進(jìn)一步推廣，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，HINOC研究團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)展專用測(cè)試設(shè)備的研制工作，將開(kāi)發(fā)HINOC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源、HINOC解調(diào)分析儀、功率測(cè)量?jī)x、頻譜分析儀等多種自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備，以滿足HINOC系統(tǒng)物理層和MAC層的一致性測(cè)試以及互操作性測(cè)試的相關(guān)需求。除此之外，實(shí)際系統(tǒng)大規(guī)模敷設(shè)過(guò)程中需要的HINOC手持測(cè)試設(shè)備也在開(kāi)發(fā)與完善。

在CCBN2011展覽會(huì)上，HINOC作為NGB核心技術(shù)成果，在NGB官方展臺(tái)中作為獨(dú)立展區(qū)公開(kāi)展示上述的研發(fā)成果在展會(huì)上全部展現(xiàn)。以HINOC核心技術(shù)研制的終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)支撐的展示任務(wù)，現(xiàn)場(chǎng)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(tái)受到了普遍的關(guān)注，形成了NGB主題的熱點(diǎn)。

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(chǎng)景，考慮高傳輸速率的提升要求，升級(jí)版的HINOC2.0系統(tǒng)已開(kāi)始進(jìn)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(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、海爾等知名企業(yè)也加入到HINOC2.0系統(tǒng)的研發(fā)隊(duì)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(kāi)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(jìn)行中，已有數(shù)家國(guó)內(nèi)知名企業(yè)參與到HINOC的產(chǎn)業(yè)化工作中來(lái)，預(yù)計(jì)在2011年底以前，將會(huì)收獲多款面向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的產(chǎn)品并向市場(chǎng)投放，規(guī)模化的示范應(yīng)用推廣也將逐步推進(jìn)。在NGB專家委員會(huì)的指導(dǎo)和推動(dòng)下，將促進(jìn)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(jìn)程，推進(jìn)NGB的全面實(shí)施，支撐廣播電視網(wǎng)發(fā)展成為重要的國(guó)家基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)。

[1]推進(jìn)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(guó)家廣播電影電視總局廣播科學(xué)研究院，2009.