Hinoc技術(shù)簡介

1、HINOCHINOC技術(shù)及進(jìn)展技術(shù)及進(jìn)展趙翠趙翠國家廣播電影電視總局國家廣播電影電視總局 廣播科學(xué)研究院廣播科學(xué)研究院國家廣播電視網(wǎng)工程技術(shù)國家廣播電視網(wǎng)工程技術(shù)研究中心研究中心2012-07-152012-07-15提提 綱綱HINOC技術(shù)簡介HINOC關(guān)鍵技術(shù)HINOC發(fā)展歷程2HINOCHINOC技術(shù)簡介技術(shù)簡介3基于同軸電纜網(wǎng)絡(luò)解決家庭用戶最后一百米的接入問題終端（HINOC Modem）：用戶家庭接入終端，提供三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)頭端（HINOC Bridge）：光纖到樓（FTTB）情況下，轉(zhuǎn)換為基于同軸電纜的接入FTTB+無源同軸網(wǎng)絡(luò)同軸電纜的信道容量同軸電纜的信道容量 在帶寬為5-100

2、5MHz，信噪比為40dB時，信道容量為：根據(jù)現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，可以接近香農(nóng)限，考慮到工程實現(xiàn)等問題，可以至少達(dá)到該速率的50%。遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)前EPON的接入能力，接近10GPON的接入能力。共享戶數(shù)共享戶數(shù)200200戶戶5050戶戶2020戶戶信噪比(dB)402040204020獨享速率(Mbps)321696483201604HINOC HINOC 技術(shù)簡介技術(shù)簡介技術(shù)特點技術(shù)特點可支持低頻段、高頻段“雙模”工作低頻段：032MHz，中心頻點連續(xù)可調(diào)高頻段：7501006MHz，中心頻點連續(xù)可調(diào)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(dá)3.85bit/s/Hz鄰信道

3、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服務(wù)質(zhì)量和管理DBA、流分類、業(yè)務(wù)優(yōu)先級L2至L4層關(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5HINOCHINOC技術(shù)簡介技術(shù)簡介協(xié)議棧協(xié)議棧6PHY層定義了信號傳輸模式，包括幀結(jié)構(gòu)、信道編碼以及調(diào)制技術(shù)。MAC層實現(xiàn)媒質(zhì)接入控制和業(yè)務(wù)適配功能，分為公共部分子層（CPS）和匯聚子層（CS）兩個子層。CPS實現(xiàn)MAC層的接入控制和信道分配等核心功能CS實現(xiàn)MAC層核心功能與高層功能的適配HINOC系統(tǒng)協(xié)議棧HINOC

4、HINOC技術(shù)簡介技術(shù)簡介物理層參數(shù)物理層參數(shù)使用頻段：750MHz1006MHz，保留更低和更高頻段的可擴展性信道帶寬：16MHzOFDM技術(shù)：總子載波數(shù)目為256，有效子載波數(shù)目為210，循環(huán)前綴長度16（1us/16us)子載波自適應(yīng)調(diào)制：九種數(shù)字調(diào)制方式QPSK、8QAM、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM、512QAM以及1024QAM糾錯碼：采用高編碼速率、實現(xiàn)復(fù)雜度低的BCH截短碼BCH（508,472）、BCH（504,432）、BCH（392,248）7HINOCHINOC技術(shù)簡介技術(shù)簡介物理層幀類型物理層幀類型幀結(jié)構(gòu)：前導(dǎo)序列+負(fù)載段（OFDM符

5、號）前導(dǎo)序列：幀同步8幀類型Pd幀（下行探測幀）Pu幀（上行探測幀）Dd/Du幀（下行/上行數(shù)據(jù)幀）MAC承載信令幀信令幀數(shù)據(jù)幀、控制幀功能結(jié)點接納、退出功率控制下行信道估計載波同步采樣同步結(jié)點接納、退出功率控制上行信道估計傳輸數(shù)據(jù)傳輸信道分配信息調(diào)制與糾錯編碼DQPSKBCH/不編碼DQPSKBCH/不編碼自適應(yīng)OFDM符號數(shù)22可變（最長256）HINOCHINOC技術(shù)簡介技術(shù)簡介物理層子系統(tǒng)物理層子系統(tǒng)9HINOCHINOC技術(shù)簡介技術(shù)簡介MACMAC層層雙工/多址方式：TDD/TDMA信道分配機制：預(yù)約/許可邏輯拓?fù)洳捎命c到多點結(jié)構(gòu)。單信道支持32個HM，可擴展。10HINOC信道物理

6、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) HINOC信道邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) HINOCHINOC技術(shù)簡介技術(shù)簡介MACMAC層幀類型層幀類型信令幀：實現(xiàn)結(jié)點接納、結(jié)點退出和鏈路維護(hù)過程中HB和HM的信令交互。（Pd/Pu幀承載）數(shù)據(jù)幀：承載上層以太網(wǎng)業(yè)務(wù)。（Dd/Du幀承載）控制幀：實現(xiàn)信道預(yù)約和信道分配功能。（Dd/Du幀承載）控制幀包括預(yù)約幀和MAP幀。11幀類型傳送方向，方式功能MAP幀HBHM，廣播方式調(diào)度和發(fā)布（已接納結(jié)點）各幀的發(fā)送時隙預(yù)約幀HMHB，單播方式HM向HB請求安排發(fā)送時隙MAPRRHINOCHINOC技術(shù)簡介技術(shù)簡介MACMAC層結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)12HINOCHINOC技術(shù)簡介技術(shù)簡介HINOCHINOC測試（

7、測試（1 1）樣機MAC數(shù)據(jù)傳輸帶寬測試HINOC技術(shù)方案對短包和長包的傳輸性能接近。1302004006008001000120014001600010203040506070以太網(wǎng)幀長（Byte）MAC層吞吐量（Mbps）不同以太網(wǎng)幀長獲得的MAC層吞吐性能（單下行） 1對11對21對41對81對16020040060080010001200140016000102030405060以太網(wǎng)幀長（Byte）MAC層吞吐量（Mbps）不同以太網(wǎng)幀長獲得的MAC層吞吐量（單上行） 1對 11對 21對 41對 81對 16HINOCHINOC技術(shù)簡介技術(shù)簡介HINOCHINOC測試（測試（2 2

8、）樣機MAC數(shù)據(jù)傳輸帶寬測試隨著HM結(jié)點數(shù)增加，MAC層吞吐性能平滑下降（劣化）140246810121416010203040506070HM結(jié)點數(shù)目MAC層吞吐量（Mbps）不同應(yīng)用場景下的MAC吞吐量（單下行） 包 長 64字 節(jié)包 長 256字 節(jié)包 長 512字 節(jié)包 長 1024字 節(jié)包 長 1518字 節(jié)02468101214160102030405060HM結(jié)點數(shù)目MAC層吞吐量（Mbps）不同應(yīng)用場景下的MAC層吞吐量（單上行） 包 長 64字 節(jié)包 長 256字 節(jié)包 長 1024字 節(jié)包 長 1518字 節(jié)包 長 512字 節(jié)HINOCHINOC技術(shù)簡介技術(shù)簡介HINOC

9、HINOC測試（測試（3 3）電譜圖-3dB帶寬：13.004MHz-40dB帶寬：17.904MHz頻譜利用率15通道通道-40dB RF-40dB RF帶寬帶寬（MHzMHz）最大吞吐量最大吞吐量（MbpsMbps）頻譜利用率頻譜利用率（bit/Hz/sbit/Hz/s）下行通道下行通道17.90469.3753.85上行通道上行通道17.90463.1253.69HINOCHINOC關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)OFDM調(diào)制頻譜適應(yīng)性TDD/TDMA預(yù)約/許可機制16HINOCHINOC關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)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

10、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，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。17HINOCHINOC關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)插入循環(huán)前綴OFDM符號由循環(huán)前綴（CP）和OFDM數(shù)據(jù)體構(gòu)成。循環(huán)前綴長度（TCP ）為1s，OFDM數(shù)據(jù)體長度（TU ）為16 s。將經(jīng)過OFDM調(diào)制輸出的256個時域信號的最后16個（即1 s ）數(shù)據(jù)拷貝至其前端，作為OFDM符號的循環(huán)前綴。18同軸電纜網(wǎng)絡(luò)特性同軸電纜網(wǎng)絡(luò)特性第一個分支器的隔離和第二個分支器的返回構(gòu)成了第一級的反射.回波產(chǎn)生了次級的第二級的反射. 分支器

11、的特性和連線的長度產(chǎn)生了一個多路的環(huán)境.100m延遲大約是 0.4 s（往返0.8 s）反射和隔離造成了非常不規(guī)則的頻率響應(yīng).HINOC支持的延遲是1us19OFDM本質(zhì)上是一種頻分復(fù)用系統(tǒng)（FDM），系統(tǒng)可用的頻帶被分為一組離散的子載波，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)在這些子載波上并行傳輸。但是，與FDM不同的是，在OFDM中，相鄰的子載波相互正交，所以，載波之間無需保護(hù)帶，其頻譜利用率要高于FDM系統(tǒng)。在OFDM系統(tǒng)中，通過插入保護(hù)間隔（循環(huán)前綴CP）來消除碼間干擾的影響，插入的循環(huán)前綴為OFDM符號的后面一部分，而且必須足夠長以消除最大的可能延遲擴展。OFDM系統(tǒng)在發(fā)送端和接收端分別采用IFFT和FFT

12、，由于在每個子載波上，信道為平坦衰落信道，所以，信道均衡簡化為對每個子載波乘以相應(yīng)的系數(shù)即可。隨著數(shù)據(jù)率的增加或者時延擴展的增加，循環(huán)前綴須相應(yīng)增加，以保證其大于信道的沖擊響應(yīng)。所以，為了保持由 CP造成的開銷固定不變，子信道的數(shù)目必須同比增加，結(jié)果FFT的計算復(fù)雜度也會增加。OFDM系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是抵御窄帶干擾，由于OFDM由多個子載波組成，所以，窄帶干擾僅對某些子載波有影響(信號的某些頻率分量)，而對大多數(shù)載波（頻率分量）沒有影響，所以，通過子載波之間的編碼處理，很容易恢復(fù)受影響的數(shù)據(jù)。 20頻譜適應(yīng)性頻譜適應(yīng)性為了減少射頻信號的帶外功率，采用濾波器對射頻信號進(jìn)行濾波。在信道帶寬為16M

13、Hz條件下相對中心頻率8MHz的衰減為-50dB，在相鄰信道有效帶寬（9.40625）處的衰減為-60dB。低頻、高頻適用的技術(shù)方案低中頻已完成測試高頻已完成調(diào)測，正在進(jìn)行系統(tǒng)測試21MACMAC層設(shè)計考慮層設(shè)計考慮22設(shè)計需求：信道特性：不同結(jié)點間不同，且時變業(yè)務(wù)特性：面向接入較高的協(xié)議效率靈活的帶寬分配良好的QoS保證結(jié)點的可管理性，安全性結(jié)點接納、信道訓(xùn)練與維護(hù)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)TDD，基于預(yù)約許可的TDMA，集中式信道分配，優(yōu)先級支持結(jié)點接納TDD/TDMATDD/TDMA物理層幀的發(fā)射時序流程Pd幀周期性發(fā)射，相鄰兩個Pd幀的起始時間間隔為65536s，稱為Pd周期；Pu幀的起始位置處在P

14、d周期的中心時刻，相鄰Pd幀和Pu幀的起始時間間隔為32768s，Pu幀的發(fā)射時隙是預(yù)留的，但Pu幀是否發(fā)射由MAC層協(xié)議規(guī)定；Dd幀和Du幀依照MAC層規(guī)劃在除Pd、Pu幀以外的時隙內(nèi)發(fā)射HINOC系統(tǒng)利用周期性發(fā)送的Pd幀完成全網(wǎng)的時間同步23TDD/TDMATDD/TDMAMAP周期HIMAC協(xié)議中整個信道（物理層Pd、Pu幀除外）被劃分為在時間軸上連續(xù)且互不重疊的MAP周期。每個MAP周期內(nèi)有一個MAP幀。24MAPMAP周期與周期與PdPd幀、幀、PuPu幀幀HINOC網(wǎng)絡(luò)以Pd幀的起始時刻作為網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)，每個MAP周期起止時刻均是相對于所屬Pd周期中Pd幀起始時刻的偏移時間

15、。MAP周期不能跨越Pd、Pu幀。在Pd幀中，指出了其后第一個MAP幀的起止位置。25預(yù)約預(yù)約/ /許可機制許可機制各個HM必須先接納到HINOC 網(wǎng)絡(luò)后，才能訪問信道。HM被接納到網(wǎng)絡(luò)后，其對信道的訪問完全在HB的集中控制下進(jìn)行。HB與HM之間交互MAP幀和預(yù)約幀，實現(xiàn)信道預(yù)約/許可。在每個MAP周期中HB通過發(fā)送一種特定的MAP幀向各結(jié)點發(fā)布下一MAP周期的起止時刻以及該周期內(nèi)的信道分配方案。在每個MAP周期內(nèi)，HM利用各自的預(yù)約時隙向HB預(yù)約信道。HB收到預(yù)約幀后，通過MAP幀發(fā)布信道分配方案。26預(yù)約預(yù)約/ /許可機制許可機制每個MAP周期內(nèi)有一個MAP幀。每個MAP周期的起止時刻以及

16、該周期內(nèi)的信道分配方案，由上一MAP周期的MAP幀進(jìn)行規(guī)劃。如圖37所示，第N個MAP周期內(nèi)的信道如何分配由第（N1）個MAP周期內(nèi)的MAP幀分配。MAP周期規(guī)劃方案，可以在滿足幀間隔的條件下自行設(shè)計，不影響互聯(lián)互通。圖中所示的一種規(guī)劃建議方案，在一個MAP周期內(nèi)，信道上依次發(fā)送上行數(shù)據(jù)幀、預(yù)約幀、下行數(shù)據(jù)幀、MAP幀。27HINOCHINOC發(fā)展歷程發(fā)展歷程282009.6FPGA測試樣機2010.10V0 芯片2010.11第一輪標(biāo)準(zhǔn)建議書完成2011.3V0 原型樣機CCBN展出2011.12原型系統(tǒng)與測試匯報2012.3廣電總局標(biāo)準(zhǔn)編制任務(wù)2012.1HONOC 2.0 技術(shù)方案征集2

17、012.5V1 130nmPhy + MAC2012.6V165nmPhy+MAC+CPU+AD/DA2008“863”預(yù)研任務(wù)HINOC2.0部署2012. Q4工程片2005HIAFEHIAFE芯片芯片初步測試結(jié)果64QAM，OFDM信號發(fā)送側(cè)最大輸出2.6 Vpp測試EVM：-43.4 dB接收側(cè)差分接收0.8 Vpp測試EVM：-42.0 dB292010年8月2日基帶芯片基帶芯片實現(xiàn)功能：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)最高支持1024QAM調(diào)制和100Mbps物理層帶寬302010年6月21日流片基帶基帶+ +協(xié)處理器芯片協(xié)處理器芯片實現(xiàn)功能

18、：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)HINOC硬件協(xié)處理器：數(shù)據(jù)聚合、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移、流分類、DBA、QOS、組播312012年5月18日流片完成系統(tǒng)設(shè)計方案：CPU+協(xié)處理器+PHY架構(gòu)實現(xiàn)HINOC物理層和MAC層協(xié)議32數(shù)據(jù)聚合、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移、DBA、QOS、組播對CPU要求較低HINOCHINOC發(fā)展歷程發(fā)展歷程33HINOCHINOC發(fā)展歷程發(fā)展歷程ITU-T SG9（2012）提出“一種新型的同軸電纜寬帶接入技術(shù)HINOC”標(biāo)準(zhǔn)化提案SG9的Q1與Q7分別獲得立項支持，確定啟動J.HiNoC，形成輸出文件TD 834/835 Rev.1“New work item for high-speed data transmission over coaxial cable system”34HINOC系統(tǒng)是基于同軸電纜信道設(shè)計：實際網(wǎng)絡(luò)中使用的分支分配器、用戶終