劉 媛，陶智勇

（1．武漢郵電科學(xué)研究院 湖北 武漢 430074；2．光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國家重點實驗室 湖北 武漢 430074）

隨著通信技術(shù)的高速發(fā)展，家庭網(wǎng)絡(luò)雙向化改造已經(jīng)勢在必行，MoCA技術(shù)以其優(yōu)越的QoS特性，明確的發(fā)展路線圖，高帶寬、高可靠性和高成熟性在歐美市場得到了廣泛的應(yīng)用[1]，而且新的1 000Mbps的EoC產(chǎn)品也已經(jīng)推出，完全滿足雙向化改造的需要，因此，MoCA技術(shù)勢必將在EoC中得到更為廣泛的應(yīng)用。在國內(nèi)，MoCA接入技術(shù)已經(jīng)普及到成都、天津等地，在其他城市也有著廣闊的發(fā)展空間[2]。

1 MoCA接入技術(shù)概述

1.1 MoCA技術(shù)背景

MoCA同軸電纜多媒體聯(lián)盟 （Multimedia over Coax Alliance），成立于2004年 1月，創(chuàng)立者為 Cisco、Comcast、EchoStar、Entropic、Motorola 與 NXP 等[3]。 MoCA 通過同軸電纜（Coax）來實現(xiàn)多媒體視頻信息的傳遞，該技術(shù)采用OFDM調(diào)制方式和TDMA/TDD技術(shù)，MoCA使用800~1 500 MHz頻段。有15個信道，每個信道帶寬為50 MHz，理論上最大的物理速率為270 Mbps，最大有效數(shù)據(jù)速率130 Mbps。每個信道可以支持一個NC（局端）設(shè)備，一個NC可以支持31個CPE（終端用戶）設(shè)備[4]。

1.2 MoCA技術(shù)演進(jìn)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，MoCA技術(shù)也在不斷的改進(jìn)中，其性能也得到了極大的提高，下面對MoCA不同版本間的關(guān)鍵性能進(jìn)行對比[5]，如表1所示。

表1 MoCA版本性能對比Tab.1 MoCA version performance contrast

與MoCA 1.1相比，MoCA 2.0的性能得到了極大的提高。MoCA 2.0有兩種性能模式，第一種為基本模式，MAC吞吐量為400 Mbps以上，PHY速率可以達(dá)到700 Mbps；第二種為強化模式，通過信道捆綁，MAC吞吐量可以達(dá)到800 Mbps以上，PHY速率可以達(dá)到1.4 Gbps[5]。但800 MHz以上的高頻信號在同軸電纜中的傳輸情況并不明朗，信號衰減難以控制[6]，因此在MoCA技術(shù)中采用功率控制，降低信道干擾，提高信號傳輸質(zhì)量就顯得格外重要了。

2 MoCA功率控制

2.1 功率控制算法

節(jié)點之間的信號損耗是可變的，因此需要采用功率控制來降低信噪比。開環(huán)功率控制算法如圖1所示，在節(jié)點認(rèn)證期間，采用基于分集模式的開環(huán)功率控制，在這期間有一個粗略功率控制的過程。隨后，采用基于比特加載的外部環(huán)路功率控制來調(diào)整功率等級。而內(nèi)部環(huán)路功率控制向節(jié)點發(fā)送請求消息，請求節(jié)點每次增加或減小1 dB的傳輸功率，以保證傳輸數(shù)據(jù)包的差錯率最小[7]。內(nèi)部環(huán)路功率控制在一個鏈路維護(hù)周期中執(zhí)行多次。閉環(huán)功率控制算法如圖2所示。

圖1 開環(huán)功率控制算法Fig.1 Open loop power control algorithm

圖2 閉環(huán)功率控制算法Fig.2 Close loop power control algorithm

2.2 自動功率控制算法

通過采用自動功率控制的方法可以實現(xiàn)發(fā)送端和接收端的之間的功率控制。本文將自動功率控制算法分為兩個階段，Coarse（粗略）功率控制和Fine（精確）功率控制。

2.2.1 Coarse功率控制

粗略功率控制的目的是調(diào)整網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器（NC）和客戶端之間的初始化功率。當(dāng)一個客戶端第一次加入網(wǎng)絡(luò)中時，需要從NC那里得到一個信標(biāo)（Beacon）?？蛻舳烁鶕?jù)接收到的信標(biāo)信號的強度粗略地計算功率控制幅度，然后客戶端向NC發(fā)送含有這一控制信息的消息，使得NC在隨后發(fā)送的數(shù)據(jù)包受到控制。這種控制信息是通過堅韌的調(diào)制方式進(jìn)行傳輸，例如QPSK或BPSK。同樣的，在客戶端也可以采用與NC相同的方法。

2.2.2 Fine功率控制

精確功率控制算法通過調(diào)整發(fā)射功率的電平，成為了調(diào)制配置過程的擴展部分，直到當(dāng)前PHY速率與目標(biāo)PHY速率之間的誤差在+/-10 Mbps以內(nèi)，而默認(rèn)的PHY速率為235Mbps。

精確功率控制算法如下：

一臺設(shè)備為了正常地完成調(diào)制配置過程以及與其他所有節(jié)點連接而探測PHY速率。在調(diào)制配置過程的最后，如果調(diào)制配置報告顯示已經(jīng)連接的節(jié)點的PHY速率高于目標(biāo)PHY速率，那么在下一次的調(diào)制配置過程中，發(fā)送功率電平將被減少1 dB，這一過程將持續(xù)到PHY的速率與目標(biāo)PHY速率的誤差保持在+/-10 Mbps以內(nèi)。

2.3 功率控制參數(shù)

2.3.1 發(fā)送功率

TxPower是一個相對度量值，其值的范圍為：0-10。在Entropic ECB的設(shè)計中，當(dāng)TxPower的值減少1時，其輸出功率大約減小3 dBm。即當(dāng)TxPower的值為10時，輸出功率為2 dBm，TxPower的值為0時，輸出功率為-28 dBm。

2.3.2 信標(biāo)發(fā)送功率

過高的信標(biāo)發(fā)送功率會干擾在同軸電纜上傳輸?shù)囊曨l信號。據(jù)統(tǒng)計，任何設(shè)備的任何信道都會受到來自于同軸電纜網(wǎng)絡(luò)的干擾。NC設(shè)備的信標(biāo)功率可以實時地減小，而不需要重啟。如果不是NC設(shè)備，一旦該設(shè)備由于切換而成為NC，那時新的信標(biāo)功率才會被采用，信標(biāo)功率對照表如表2所示。

表2 信標(biāo)功率對照表Tab.2 BeaconPower contrast table

如果節(jié)點之間采用不同形式的自動功率控制算法，就可能無法構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。為了符合MoCA的認(rèn)證，功率控制必須有效，所以節(jié)點之間最好采用相同的功率控制算法。

3 功率控制的實現(xiàn)

本文以Entropic芯片為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了通過手動調(diào)節(jié)的方式對發(fā)送功率進(jìn)行控制，用戶可以通過網(wǎng)管軟件MG soft來修改和獲得設(shè)備的發(fā)送功率和信標(biāo)功率。實現(xiàn)過程如下：

1）在MIB中添加節(jié)點MocaTxPower和MocaBeaconpwrleve；

2）通過 MIB設(shè)置節(jié)點 MocaTxPower或 Beaconpwrleve為0-10中的某個值；

3）通過MoCA的Feature module將設(shè)置的值寫入clink.conf文件中，這時還并沒有與c.LINK驅(qū)動進(jìn)行通信；

4）初始化clink庫的環(huán)境，嘗試通過一個接口與clink設(shè)備建立連接。如果接口為空，且系統(tǒng)中只有一個clink設(shè)備，那么這個設(shè)備就會被選擇；

5）通過 UNIX 域 socket設(shè)置當(dāng)前 SoC（System on a Chip）的配置參數(shù)（大多數(shù)的參數(shù)都是在初始化SoC驅(qū)動的時候設(shè)置，但是TxPower和Beaconpwrleve是可以動態(tài)調(diào)整的）；

6）重啟SoC，通過UNIX域socket與本地c.LINK設(shè)備進(jìn)行通信，使設(shè)置的值生效。

而MocaTxPower和MocaBeaconpwrleve值的獲取過程更為簡單，只需要讀取clink.conf文件中的值即可。

4 性能測試

MoCA家庭網(wǎng)絡(luò)用到的主要設(shè)備包括頭端NC設(shè)備和終端CPE設(shè)備，可以通過設(shè)置功率參數(shù)，控制信道干擾在合理范圍內(nèi)，實驗測試拓?fù)鋱D如圖3所示。

測試步驟：

1）單個NC與CPE相連，CPE后連接一臺TV，可以通過觀察視頻清晰度了解受干擾程度；

圖3 測試拓?fù)鋱DFig.3 Test topology

2）通過網(wǎng)管軟件對NC設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，基本的設(shè)置包括修改發(fā)送功率 TxPower和Beaconpwrleve，設(shè)置 NC和CPE的工作頻段，使其保持一致。

3）禁用組播功能，因為使能組播意味著終端要先申請才能加入組播組，為了省略這一步，使所有終端都能加入到組播組，在測試前先禁掉組播功能。能通過以上測試，得出結(jié)論如表3所示。

表3 測試結(jié)果Tab.3 Test results

分析實驗結(jié)果可知，隨著信標(biāo)功率的下降，同軸電纜中傳輸?shù)囊曨l信號受到的干擾逐漸減小。但是在實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)信標(biāo)功率下降到6以下時，設(shè)備的發(fā)現(xiàn)受到影響，所以信標(biāo)功率的設(shè)置既需要考慮信道干擾問題，也不能影響設(shè)備加入到網(wǎng)絡(luò)。

5 結(jié)束語

家庭網(wǎng)絡(luò)作為接入網(wǎng)的一部分，其終端的各種性能直接影響家庭用戶的親身感受，所以家庭網(wǎng)關(guān)的性能越來越受到人們的關(guān)注[8]。MoCA技術(shù)是一種傳輸速率快，組網(wǎng)方便，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)種類多，安全性好，價格便宜的接入方式，有著極大的發(fā)展空間。MoCA標(biāo)準(zhǔn)的家庭網(wǎng)絡(luò)可以利用原有的有線電視網(wǎng)絡(luò)，不需重新布線。MoCA技術(shù)使用同軸電纜傳輸信號，安全性較高[9]?？梢酝ㄟ^實行功率控制降低設(shè)備間的干擾，提高抗干擾性能，增加睡眠及待機模式，有效的減少功耗，到達(dá)節(jié)能環(huán)保的目的[10]。

[1]張中荃.接入網(wǎng)技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[2]易斌.天津廣電高頻EoC（MoCA）雙向網(wǎng)絡(luò)設(shè)計[J].電視技術(shù)，2013（37）:23-27.YI Bin.High frequency EoC （MoCA）bi-directional network design of Tianjin[J].Television Technology，2013（37）：23-27.

[3]Anton Monk.MoCA-讓視頻無處不在的家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)［J］.行業(yè)聚焦，2013，4:30-35.Anton Monk.MoCA-The Home networking standard make the video ubiquitous[J].Industry Focus，2013（4）:30-35.

[4]許明，朱越，馬壯.下一代家庭寬帶互聯(lián)技術(shù)簡述[J].新技術(shù)，2012（14）:73-77.XU Ming，ZHU Yue，MA Zhuang.Lntroduction of next generation broadband home interworking technologies[J].New Technology，2012（14）:73-77.

[5]王健.基于MoCA標(biāo)準(zhǔn)的同軸接入網(wǎng)絡(luò)研究[D].上海：華東師范大學(xué)，2009.

[6]虞慶一.網(wǎng)絡(luò)中MoCA常見故障淺析[J].有線電視技術(shù)，2013（7）:31-33.YU Qing-yi.MoCA network common faults analysis[J].Cable Television Technology，2013（7）:31-33.

[7]秦學(xué)超.關(guān)于MoCA EoC設(shè)備互通性的研究[J].世界寬帶網(wǎng)絡(luò)，2012（3）：43-47.QIN Xue-chao.Research on interoperability of MoCA EoC equipment[J].World Broadband Network，2012（3）：43-47.

[8]劉可.廣電EoC高頻方案MoCA淺析[J].世界寬帶網(wǎng)絡(luò)，2012（3）：59-61.LIU Ke.Analysis of MoCA in high frequency radio EoC solution[J].World Broadband Network，2012（3）：59-61.

[9]高曉俊.家庭網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].有線網(wǎng)絡(luò)，2011（12）:101-103.GAO Xiao-jun.Development status of home network interconnect technology[J].Wired Network，2011（12）：101-103.

[10]王健，李明.基于MoCA標(biāo)準(zhǔn)的家庭網(wǎng)絡(luò)研究[J].信息通信，2009（4）:64-68.WANG Jian，LI Ming.The study of home network based on MoCA[J].Information&Communications，2009（4）:64-68.