（信号与信息处理专业论文）基于hfc网的plc技术设备的研究.pdf

上海大学硕士学位论文 摘要 当今，基于h f c 网的双向改造，实现h f c 网宽带多业务接入技术是通信研 究领域的热点之一，各种基于h f c 网实现最后一百米接入技术是数不胜数，有 传统的c t m s ，v l a n ，a d s l 等，并且新的技术不断出现，如：无源e o c ( e t h e r n e t o v e rc o a x ) 、w i - f i 、m o c a ( m u l t i - m e d i ao v e rc o a x ) 、h o m e p l u ga v 等。 本论文完成了h o m 印l u ga vo v e rc o a x 技术设备的理论与实验研究。 h o m e p l u ga v 技术原为电力线通信标准，具有先进的o f d m 物理层调制方式和 强大的噪声处理算法，能在噪声严重、强反射衰减环境下实现通信的超强能力， 论文工作的关键和创新点在于将该h o m e p l u ga v 的先进的o f d m 物理层调制方 式移植到同轴电缆接入网中，实现高速接入设备的研制。 论文首先介绍了h f c 网作为接入网的优势及当前h f c 接入方式双向改造面 临的问题，分析了h f c 网接入技术的主要类型，比较分析表明：e p o n + e o c 技 术是适合当前h f c 网改造的最佳方案之一。 论文对有源e o c 技术中采用o f d m 调制方式的峰均比和在同轴电缆中传输 性能进行了深入的分析和讨论。结果表明：在同等信道条件下，o f d m 调制方 式在同轴电缆里的性能要优于q a m 调制方式。可以很好的降低o f d m 系统的 p a r ，不会影响到电路中的放大器、a d 转换器的线性。 论文的重要内容是完成h o m e p l u ga vo v e rc o a x 系统的m l t ( m a s t e rl i n e t e r m i n a l ) 和s n u ( s l a v en e t w o r ku n i t ) 设备的硬件电路设计与整体系统调试。 论文中首先对设备的电路设计思路及实现的功能做了详细的分析。完成硬件系统 后，对h o m e p l u g a v o v e rc o a x 设备做了实际测试。测试指标包括：衰减与带宽 的关系、i ：n 连接的带宽、h o m 印l u ga vo v e rc o a x 设备在传输数据时对有线电 视频带的干扰等，并对测试结果进行了讨论和分析。 作为同类技术的比较，论文对m o c a 、无源e o c 实现的h f c 双向系统的 指标进行了测试分析，结果表明：当前的m o c a 设备性能不是很稳定，技术还 很不成熟；无源e o c 虽然可以达到8 m b p s 的独享带宽，但是接入距离比m o c a 、 v 上海大学硕士学位论文 h o m e p l u g a vo v e r c o a x 设备差，带宽进一步扩展比较困难。 最后对本论文的工作进行了归纳总结，分析了本文的创新点与设计中的不足 之处及后续工作应该注意的问题。 关键词：h f c 网；电力线通信；h o m e p l u ga vo v e rc o a x 设备；m o c a ：e o c v i 上海大学硕士学位论文 a b s t r a c t n o w a d a y st h eb i d i r e c t i o n a lt r a n s m i t i n gr e f o r m a t i o no nh f cn e t w o r kf o rb r o a d b a n d a n dm u l t i s e r v i c ea c c e s s i n gi so n eo ft h eh o t t e s ts p o ti nt h ec o m m u n i c a t i o nr e s e a r c h a r e a v a r i t yo ft e c h n o l o g i e sf o rt h el a s t10 0 m e t e ra c c e s s i n gb a s e do nh f ch a v eb e e n p r o p o s e d ，i n c u d i n gt h el e n g e n tt e c h n o l o g i e s ，l i k ec t m s ，v l a n ，a d s l ，e t c ，a n dt h e l a t e s t ，l i k ee o c ，w i f i ，m o c a ，h o m e p l u ga v ，a n ds oo n i np a p e r , an o v e lt e c h n o l o g yc a l l e dh o m e p l u ga vo v e rc o a xi ss t u d i e da n dt h e c o r r e s p o n d i n go l t o n ue q u i p m e n ti sd e v e l o p e d h o m e p l u ga vt e c h n o l o g y ， o r i g i n a l l yd e v e l o p e df o rp o w e r l i n ec o m m u n i c a t i o n s ，e m p l o y sa d v a n c e do f d m p h y s i c a ll a y e rm o d u l a t i o na n dp o w e r f u ln o i s ep r o c e s s i n ga l g o r i t h ma tp h y s i c a ll a y e r ， i no r d e rt o g a i ng o o dc o m m u n i c a t i o n sp e r f o r m a n c ei nt r a n s m i s s i o nm e d i aw i t h s e r i o u sn o i s e ，r e f l e c t i o na n da t t e n u a t i o n , l i k ep o w e r l i n e t h ei n n o v a t i o na n dt h em i a n w o r ko ft h et h e s i si st h es t u d yt h et r a n s p l a n ta d v a n c e do f d mt e c h n o l o g yo ft o w i d e r l y - e x s i t i n gc o a x i a lc a b l ea c c e s sn e t w o r k s ，s oa st og a i ns u p e r i o rp e r f o r m a n c eo f b r o a d b a n da c c e s s i n go v e rh f c t h et h e s i si so r g a n i z e da sf o l l o w s f i r s t l y , t h ea d v a n t a g e so fh f cn e t w o r ka sa c c e s sn e t w o r ki si n t r o d u c e d ，a n dt h e p r o b l e m sm e ti nt h en e t w o r kr e f o r m a t i o nf r o mu n i d i r e c t i o nt ob i d i r e c t i o na r ea l s o d e s c r i b e d a c c o r d i n gt oo b l a n a l y s i s ，a m o n ga l lt h en e w l y - p r o p o s e da c c e s s t e c h n o l o g i e s ，e p o n + e o cp e r f o r m st h em o s te f f i c i e n t l yi nt h ea s p e c t so fb o t h p e r f o r m a n c ea n dc o s t s e c o n d l y ，as i m u l a t i o np l a t f o r mf o rs t u d yt h eo v e r a l lp e r f o r m a n c eo fo f d mi s b u i l ti nm a t l a be n v i r o n m e n t ，o nw h i c h ，t h em a i np e r f o r m a n c e so fh o m e p l u ga vo v e r c o a x ，l i k et h ep a rr e d u c t i o n ，o f d ma n dt r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c ea r es i m u l a t e d a n dd i s c u s s e d t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tu n d e rt h es a m ec h a n n e lc o n d i t i o n s ， t h ep e r f o r m a n c eo fo f d mm o d u l a t i o n ，i sb e t t e rt h a nq a mm o d u l a t i o ni nt h ec o a x i a l c a b l e a n db yp r o p e rm e t h o dt h ep a ro fo f d ms y s t e mc a nb ee f f e c t i v e l yr e d u c e d a n dw i l ln o th a r mt h el i n e a r i t yo fe q u i p m e n t su s e di nh f c t h i r d l y ，t h eh e a v i e s tw o r ko ft h et h e s i s t h ed e v e l o p i n go ft h em l t s n u e q u i p m e n to fh o m e p l u ga vo v e rc o a xs y s t e mi sg i v e n ，i n c l u d i n gt h ec i r c u i td e s i g n ， v i l 上海大学硕士学位论文 p r o t o t y p ec o m p l e t i o na n ds y s t e md e b u g g i n g m o r e o v e r ，t h ep e r f o r m a n c e so ft h e d e v e l o p e d sa l ee s t i m a t e da n dt e s t e de x p e r i m e n t a l l y t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e a t t e n u a t i o na n db a n d w i d t h ，s y s t e mb a n d w i d t h ，i n t e r f e r e n c ew i t ha n a l o gt v s i g n a l si s t e s t e da n dd i s c u s s e d t h e n ，嬲f o rt h ec o m p a r i s o n ，t h ep e r f o r m a n c eo ft w oc o m p e t i n gt e c h n i q u e s - m o c a ， p a s s i v ee o ca l ea l s os t u d i e de x p e r i m e n t a l l yi nt h e i rb a n d w i d t ha n da t t e n u a t i o n a s p e c t s t h et s e tr e s u l t ss h o wt h a tm o c aw o r k sn o tv e r yw e l li nt h es y s t e r ns t a b i l i t y , w h i l ea l t h o u g hp a s s i v ee o cc a np r o v i d e da n8 - m b p sd e d i c a t e da c c e s sr a t e ，b u tt h e a c c e s sd i s t a n c ew a sn o t 嬲g o o d 鹤m o c aa n dh o m e p l u ga vo v e rc o a xd o ，a n d s o u n d sl i m i t e dp o t e n t i a li nb a n d w i d t h p r o m o t i o n f i n a l l y ，as u m m a r ya b o u tt h ew o r ki nt h et h e s i si sp r e s e n t e d ，t h ei n n o v a t i o n sa n d d r a w b a c k so ft h et h e s i sa l el i s t e da n da n a l y z e d f u t h e r m o r et h et h e s i sp o i n t so u tt h e n e x tw o r kn e e d e df o rd e v e l o p m e n t b yt h i sw o r k ，i ti si l l u s t r a t e dt h a th o m e p l u ga v o v e rc o a xs h o w sb r i l l e n tp o t e n t i a li nt h eh f cb i d i r e c t i o n a lr e f o r m a t i o n k e y w o r d s ：h f cn e t w o r k ；p l c ；h o m e p l u ga vo v e rc o a xe q u i p m e n t ；m o c a ；e o c 上海大学硕士学位论文 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己发表 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 日期：砌毋，2 上海大学硕士学位论文 第一章绪论 i n t e m e t 的问世使信息共享成为现实，人们对信息需求的日益增长推动着 信息技术的快速发展。线速路由器和d w d m 等技术出现，极大地满足了核心 网对传输和交换的需求。相比之下，接入网的发展较慢，成为i n t e m e t 进一步发 展的瓶颈，如图1 1 所示。现代通信正在向宽带化、数字化、智能化、个人化 和综合业务化的方向发展，使得宽带接入技术已经成为当前通信界的研究热 点之一，也是业界竞争的焦点之一。 图1 1 宽带接入网瓶颈示意图 目前，接入技术主要有四种：以电信网络为传输平台的a d s l 接入技术，以 电力网实现数据接入的p l c 接入方式，以有线电视网为接入平台的h f c 接入技 术有线方式和w i f i 无线接入方式。以上技术得到广泛应用的主要原因是：它们 都无需重新布线，为实际实施提供极大便利。 然而，a d s l 接入方式的接入速率理论上的上行速度可达1 5 m b p s ，下行速 度可达1 4 9 m b p s 。实际上，受线路质量的影响，目前的产品的传输速率与计算 值存在很大的差距，而且其速率会随着接入距离的增加而严重下降( 一般为 3 5 k i n ) 。接入速度受线路质量和传输距离的限制、建网成本较高使得a d s l 不 能成为主力接入技术【l 】。p l c 是基于电力线网络的接入技术，电力线不是数据通 信的良好传输介质，在实际应用中用受到多径散射衰减、噪声等影响【2 】。在电力 线上实现接入需要很高的技术要求，虽然致力于电力线通信的国际组织已经出台 了一系列实现电力线通信的标准【3 1 ，但是到目前为止还没有令人十分满意的效 果，所以p l c 接入技术至少在未来几年内不可能成为宽带接入的主力技术。w i f i 上海大学硕士学位论文 无线接入技术已有广泛的实践应用，但它只是在家庭内部实现接入比较理想，用 于宽带接入的效果相对较差，究其原因，主要是受到距离的约束( 一般距离不得 超出2 0 0 m ) ，而且其使用的2 4 g h z 频段很容易与其它的无线设备形成干扰，这 些缺陷限制了其在接入网领域的广泛应用。 h f c 接入技术是综合了模拟、数字、调制、射频技术的综合性网络【4 】。h f c 网络由光纤和同轴电缆组成，光缆是铺设n d , 区，然后通过光电转换节点，利用 有线电视的树型同轴电缆网络连到终端用户，作为宽带综合业务的接入平台。光 纤传输具有频带宽、损耗低、电磁干扰小、传输距离远等优点，因此，利用 光纤作为主干线的h f c 网通信的质量较高。h f c 不仅支持全部现存的和发 展的窄带和宽带业务，而且还为用户提供了廉价的以电为基础的终端设备。 h f c 网有很好的数模兼容性【5 】。h f c 网不仅能满足我国市场的近期需求，还 能满足平滑过渡到全数字化、全光纤化的远期需求。由于h f c 接入技术具有 提供高信息传输带宽，用户普及率高，实现接入无需重新布线，得到了广泛 应用。 h f c 接入技术可充分利用有线电视的原有网络，建网快、造价低。h f c 宽带接入网比其他接入网占有明显优势，更适合于作为综合信息传输的平 台，具有更高的性价比，适合我国目前的国情。因此，h f c 宽带接入网是目 前解决信息高速公路“最后一公里”相对比较理想的方案之一。 1 1h f c 网双向改造 h f c 是在单向的基础上进行双向的改造来进行传输数据信号的，h f c 接入 技术就是在h f c 网络中加入了电缆调制解调器，在网络中统一提供所有的模拟 有线电视频道，互联网高速接入，话音业务和高质量的交互式视频业务等【6 】。图 1 2 给出了h f c 接入技术原理图，图中在h f c 网络前端通过h f c 接入局端设备 加入了i n t e m e t 数据，通过频率复用器将数据信号和模拟电视信号复用到同一电 缆上，由h f c 网络传输到用户端，在经h f c 接入终端设备分离解调或滤波出数 字信号，实现数据与电视信号的接入。 2 上海大学硕士学位论文 频h 有线电视系统 盔f h f c 接入 复 cj l h f c 接入局 用 网 终端设备 端设备 器 络 图1 - 2h f c 双向接入技术原理图 实现h f c 网的双向改造就是要对现有网络实现数据接入，就是将数据信号 与有线电视信号在同一传输介质光纤和同轴电缆上传输。所谓的h f c 双向改造 技术就是应用于图1 2 中h f c 接入局端设备和h f c 接入终端设备的各种技术， 例如，如果局端和终端应用w i f i 技术，那么就是w i f io v e rc o a x 技术，同类 的还有m o c a ，h o m e p l u ga vo v e rc o a x 等。其中m o c a 技术是专门针对同轴 电缆传输特性而提出的传输技术，而其他的技术则是应用了各种现有的网络的传 输技术，实则将其他技术的优良特性在c o a x 上实现的嫁接技术。 1 2 h f c 双向改造技术分类 实现h f c 网络双向化改造的技术方案有多种，如c m t s ( c a b l em o d e m t e r m i n a t i o ns y s t e m ) 、l a n 、e p o n + l a n 、e p o n + e o c ，以上技术方案各有技术 优势，下面对以上各种技术方案进行分析，主要是对它们的技术优势、应用场合 及其利弊进行分析。 1 2 1c a b l em o d e m 技术 c a b l em o d e m 技术是一种完全基于有线电视网络双向传输的一种宽带接入 技术，称为电缆调制解调器。利用c a b l em o d e m 系统，用户可在有线电视网络 内实现国际互联网的访问、电话、视频会议、视频点播、远程教育、网络游 戏等功能。 1 、c a b l em o d e m 系统工作原理 c a b l em o d e m 与前端c m t s ( 下行3 0 - - 4 0 m b p s ，支持2 0 4 8 个用户) 构成了 一个数据传输通道【刀，如图1 3 所示。图中，c m t s 用以太网接口通过以太网交 上海大学硕士学位论文 换机相连接，然后通过路由器接入i n t e m e t ，或接入本地服务器。在用户端，由 c a b l em o d e m 提供的以太网接口与用户计算机或l a n 连接。 h l t e m e t 图1 - 3c a b l em o d e m 原理框图 有线电视网的电缆划分为三个宽带，分别用于c a b l em o d e r n 数字信号上传、 数字信号下传及电视节目模拟号下传。5 m h z - 5 0 m h z 用于普通电话业务，其中 上行传输业务也占用此区间的一个一段频谱；由于这段区间内噪声严重，通常采 用抗干扰能力强的q p s k 对信号进行调制，速率可以达到1 0 m b p s 。 5 0 m h z 5 5 0 m h z 范围内用于模拟电视信号的传输。5 5 0 m h z 7 5 0m h z 频段内用于 传输压缩的数字信号，这段区间信道条件比较好，一般利用6 4 q a m 或2 5 6 q a m 调制技术。c a b l em o d e m 实现i n t e m e t 接入，一般从5 5 0 m h z 8 6 0 m h z 之间电视频 道中分离出一条6 m h z 的信道用于下行传送数据。有线电视网采用的模拟传输协 怕毗 咖形山呲爪勰需l 强噪声下的高衰减凹槽 a，、。，r h l c h 4 c h l l 6 r h 1 7 偷仰队瓢 中心频率 图1 - 4c a b l em o d e m 在有线电视网络中频道示意图 议，c a b l em o d e m 用来完成数字数据的转换。具体频道示意图如图1 4 【引。 c a b l em o d e m 将数据进行调制后在c a b l e 的一个频率范围内传输，接收时进 4 上海大学硕士学位论文 行解调。通常下行数据采用6 4 q a m 调制方式，最高速率可达2 7 m b p s ，若采用 2 5 6 q a m ，最高速率可达3 6 m b p s 。上行数据一般通过5 m h z - - - 4 2 m h z 之间的一段 频谱进行传送，为了有效抑制上行噪声积累，一般选用q p s k 调制或1 6 q a m 调 制，由于q p s k 或1 6 q a m 比6 4 q a m 更适合噪声环境，但速率较低。上行速率 最高可达1 0 m b p s 。c a b l em o d e m 属于共享介质系统，其他空闲频段仍然可用于 有线电视信号的传输。 2 、c a b l em o d e m 不能适应h f c 双向改造的原因 从技术和标准上看c a b l em o d e m 系统是成熟的，d o c s i s 标准已经成为了国 际标准，而且c a b l em o d e m 技术经过多年来的应用已经发展很成熟，它基本上 可以满足高速接入而又不占用电话线路的要求，但由于c a b l em o d e m 模式采用 的是相对落后的总线型网络结构【9 】，这就意味着网络用户共同分享有限的带宽， 因此会造成数据传输不够稳定；“汇聚噪声”的漏斗效应，“汇聚均衡”的电平差异 等技术问题使c a b l e m o d e m 的发展受到了很大的制约。c a b l e m o d e m 技术在h f c 网的双向改造中投入很大、效果不佳并且日常维护困难【1 0 】。 1 2 2e p o n 技术在h f c 网中的应用 h f c 网中的光纤资源是非常丰富的，目前大多数网络除下传电视节目占用1 芯光纤外，每个光节点还剩余2 3 芯光纤，而且这些光纤一般都是与前端中心直 通的星型结构，保证了在h f c 网上实现e p o n 的可能性【1 1 1 。e p o n 在h f c 中的 应用可以采用两种方式：一是共缆不共纤的空分复用方式，两种系统各走各的路 由。有线电视h f c 网不用进行双向改造，只要单向广播网好就可以。数据业务 通过e p o n 技术可实现i p t v 、v o d 、i p 电话，i n t e m e t 宽带接入等业务。二是 共缆共纤的波分复用方式，即用w d m 技术将电视信号、数据信号等复用到同一 光缆中传输。e p o n 技术的应用不但解决了在h f c 网实现数据接入，又解决了 h f c 网中光纤闲置不用的资源浪费。e p o n 充分利用光纤宽带资源的优势，传送 多功能业务。本文介绍第二种共缆共纤波分复用方式，即采用w d m 方式将数据 信号与电视信号复用到一根光纤中进行传输，其中下行广播电视用1 5 5 0a m 波 长，数据信号用1 4 9 0n n l 波长，用w d m 把两个波长耦合在一根光纤中传输，用 5 上海大学硕士学位论文 p o n 技术分线到户，一般一个p o n 分线为8 、1 6 、3 2 ，目前最高可达6 4 ，可多 级接连，在o l t 与o n u 之间最大传输距离2 0k m 。回传采用1 3 1 0n m 波长，仍 用同一根光纤传送，具体实施结构图如图1 5 所示。目前，e p o n 技术在h f c 网中主要的网络结构有以下三种：l ：1 6 p o n 结构，可覆盖2 0 k m 以内的用户； 1 ：3 2 p o n 结构，可覆盖1 0 k m 以内的用户；而1 ：6 4 p o n 结构，可覆盖5 k m 以内 的用户。以1 ：6 4 p o n 结构为例，6 4 p o n 就可以提供每户1 9 5m b p s 带宽，完成 电视、电话、宽带接入，数据通信，v o d 点播等多功能综合信息业务【1 1 】。 在h f c 网络中应用e p o n 技术相比于c a b l em o d e m 接入技术而言有较大的 优势，( 1 ) 充分利用光纤资源；( 2 ) 具有较高的用户接入速率。( 3 ) 该技术的应 用使光纤到户的理想可以逐步变为现实，1 0 m b p s 甚至1 0 0 m b p s 带宽可以进入家 庭。因此，e p o n 技术在h f c 网中的发展应用为有线电视网络宽带化提供了良 好的解决方案。 1 、e p o n + l a n 技术 在h f c 网中应用e p o n 接入，用户端接入可以有两种方法，一是双线入户， 即电视信号用集中分配器方式分送到用户家中，而数据业务，由以太网h u b ， 把o n u 输出的带宽再分配，用五类线把信号送到用户家中，即e p o n + l a n 的 实现方式，如图1 5 所示。 公网 一1 4 9 0 r i m 兮一h 以 虻三 臣j p o n 传输分配 图1 5e p o n + l a n 技术在h f c 网双向改造应用结构 这是一种纯粹的以太网接入方式，利用了h f c 网中现有的剩余光纤资源而 已，适应于新建的、条件比较好的接入用户，可以说e p o n + l a n 方式不能很好 地应用于h f c 网的双向改造，不能解决为数众多的老式小区的宽带数据接入问 题。 2 、e p o n + e o c 技术 6 上海大学硕士学位论文 针对老式的小区，不方便敷设5 类线的情况下，可利用原有有线电视的同轴 网实现数据接入，这就是e p o n + e o c ( e t h e r n e to v e rc o a x ) 技术方案，即利用 原有的同轴电缆或加以适当的改进，就可以实现宽带接入。这种方案在h f c 网 中应用最合适【1 2 】，也实现了h f c 网双向平台建设的最终目的。e p o n + e o c 网络 结构如图1 - 6 所示。 公网 网络中心 i o n 传输分配； o n u 终端再分配系统 用户 图1 - 6e p o n + e o c 在h f c 网双向改造用的应用结构 如图中所示，e p o n + e o c 结构是在o n u 终端再分配系统中加入了能够实现 将数据与电视信号混合的同轴电缆网桥就可以将电视信号与数据信号在同轴电 缆中传输( c o a x ) ，在用户端用相应的同轴终端设备将电视信号与数据信号分离， 完成数据接入。 1 2 3e p o n + e o c 技术的优势 通过以上h f c 网双向改造的几种技术方案对比介绍，我们得知c m t s 由于 其落后的网络结构，难以解决的技术等问题，使其难以成为h f c 网双向改造的 主力技术。e p o n 技术由于其独特的技术优势使其成为h f c 网双向数据接入的 主要技术，其中由于e p o n + l a n 技术较适用新建的小区，而e p o n + e o c 技术 不仅能充分利用h f c 网的光纤资源，更能充分利用原有的同轴入户网络资源， 因此不仅具有技术上的优势，而且具有广泛的市场空间。并且，由于e p o n + e o c 技术在h f c 网中的应用，使得光纤到户( f t t h ) 成本的下降的很快，也使 f t t h 变得越来越容易现实。所以e p o n + e o c 技术的应用对h f c 网络的影 响与光纤被引入到同轴c a t v 网络上的影响，可以说具有同等的重要性，特 别是e p o n + e o c 技术的应用对h f c 双向接入网络的构建提供了一个更好的 全新选择。可便于利用有线电视网络的同轴电缆将户外光纤网络升级改造为 7 上海大学硕士学位论文 双向网络。 1 3 课题来源及研究背景 1 3 1 课题来源 课题来源：国家科技部企业创新基金项目，项目编号：0 6 0 1 h 1 1 8 2 。 1 3 2 课题研究背景与内容 1 、研究背景 由于e p o n 技术在h f c 网中应用使得h f c 网双向改造更加充满活力，在 h f c 网中应用e p o n 给h f c 双向接入网络的构建提供了一个全新的、更好的选 择。针对不同地域、不同施工环境提出了两种实施e p o n 双向改造的方案：即 e p o n + l a n 与e p o n + e o c ，而e p o n + e o c 是现在h f c 双向改造的重点技术方 案，本论文的主要工作就是完成e p o n + e o c 技术方案中的e o c 设备的研究与 实现。 2 、研究内容的提出 e o c 设备在h f c 网双向改造中是一种十分重要的网络设备，e o c 设备分为 有源e o c ( e o c 又称调制e o c ) 和无源e o c ，无源e o c 产品在h f c 网双向改 造中已经得到了广泛的应用。在中国，有线电视网络的用户分配网的拓扑结构有 两种，一种是点对点的星型结构，这种结构一开始是为了针对用户收费问题而设 计的，一根电缆连接一个用户，布线很多，需要很大的线缆资源。另一种是树型 级联结构，用缆比较少。然而无源e o c 技术只适应点对点的星型结构，但是在 h f c 的双向改造中树型网络结构比例很大，必须利用其他技术解决树型网络结 构的h f c 数据接入问题，为此有源e o c 即调制e o c 应运而生。 有源e o c 技术主要有：基于w i f i 技术的w i f io v e rc o a x 技术、m o c a ( m u l t i - m e d i ao v e rc o a x ) 和基于h o m e p l u g a 、，技术的h o m e p l u ga vo v e rc o a x 技术，其中：w i f io v e rc o a x 技术已经出现很久了，但是由于载波频率过高 ( 2 4 g h z ) 在同轴电缆中的衰减太大，并且目前尚无统一的实现标准，因此一 直没能得以广泛应用。m o c a 是在2 0 0 4 年提出的，专门针对同轴电缆实现多媒 上海大学硕士学位论文 体数据传输接入的技术，但是该技术目前尚未成熟，实际使用性能效果与标准理 想存在很大的差距，有待于进一步的发展。 本论文采用了应用于电力线通信的h o m e p l u ga v 技术标准作为实现h f c 网 双向改造技术，h o m e p l u ga v 标准是由家庭电源线网络联盟于2 0 0 5 年8 月批准 的新的电力线通信标准。该标准旨在：在家庭内部的电力线上构筑高质量、多路 媒体流、面向娱乐的网络，专门用来满足家庭数字多媒体传输的需要。 h o m e p l u g a v 技术为了能够克服电力线恶劣的信道条件，内含了复杂的噪声 算法，物理层采用了先进的o f d m 多载波调制方式。它具有强大的抗噪声、抗 衰减能力。根据h o m e p l u g 联盟将h o m e p l u ga v 技术应用于同轴电缆上实现数据 通信的测试报告证明，h o m e p l u ga vo v e rc o a x 技术性能比电力线更佳，为 h o m e p l u g a vo v e rc o a x 技术的研究提出提供了现实依据。 1 4 本文创新之处与结构安排 1 4 1 论文创新点 本论文的创新之处在于： 1 )通过理论研究与实验仿真分析，确定了采用o f d m 调制方式的信号在 同轴电缆中的传输性能要优于现在的q a m 调制方式；还分析了o f d m 调制方式的自适应子载波调制方式的方法、各种子载波调制的性能等； 2 ) 完成了基于h o m e p l u g a v 技术的同轴电缆数据设备的研制工作，并完 成了其在实际组网中的性能测试，主要指标包括：链路衰减与带宽、组 网能力与带宽、与有线电视信号干扰等。为该类设备的实用与推广奠定 了良好的基础。 3 )完成了h o m e p l u g a vo v e rc o a x 系统的工作性能与m o c a 、无源e o c 的系统性能试验比较，为同类技术在h f c 网双向改造中提供了客观的、 具体的参考依据。 9 上海大学硕士学位论文 1 4 2 论文的结构安排 第一章总体上介绍了目前最新的宽带接入技术及其应用现状与发展情况，并 简要的介绍了h f c 网双向改造技术，比较了各中h f c 双向改造技术的优缺点， 最后得出了e p o n + e o c 技术的优势与特点，由此引出了本文的课题来源、研究 背景以及研究内容，并指出了本文的创新点与主要的工作内容。 第二章主要讲述了e o c 实现h f c 网双向接入的原理，对e o c 的实现原理 ( e t h e m e to v e rc o a x ) 进行了较为详细的阐述，然后对现在普遍采用的无源e o c ( e t h e m e to v e rc o a x ) 、m o c a ( m u l t i - m e d i ao v e rc o a x ) 、h o m e p l u ga vo v e rc o a x 等技术进行了分析，包括在同轴电缆上实现数据传输的原理、在h f c 网中所占 频道等，这些内容为本课题提供了理论支持与指导。 第三章工作是对各种调制e o c 技术中被普遍采用的调制方式o f d m ，分析 了o f d m 调试方式的实现过程。本章着重研究分析o f d m 调制方式的降低峰均 比( p a r ) 方法、多载波调试方式，在文中给出了几种方法实现的仿真图，本章最 后给出了o f d m 调制方式在同轴电缆c o a x 中传输性能的分析与仿真，结果表明， 在c o a x 中采用o f d m 调制方式的信号传输性能要优于比现存的q a m 调制。该 结论为本课题设计提供了理论依据。 第四章是h o m e p l u g a vo v e rc o a x 设备的设计与完成，主要内容包括：设备 实现原理及芯片选择，各个部分实现电路设计图、p c b 电路板图及产品样机的 完成。 第五章就h o m e p l u ga vo v e rc o a x 设备在实际应用中，与有线电视频道干扰、 链路衰减、带宽、1 ：n 网络连接带宽关系等的测试，并对测试结构进行了分析。 本章同时对m o c a 、无源e o c 设备也做了测试与分析，最后与本文所设计的 h o m e p l u ga v o v e rc o a x 设备性能作了客观的比较分析。 第六章是对全文的总结部分，概述了本文研究的现实意义，总结了本课题中 作者的个人工作，指出了本文中的一些有待于进一步深入研究的地方，并对基于 本课题的后继研究做了展望。 l o 上海大学硕士学位论文 第二章e o c 技术原理 在第一章中讲述了e p o n + e o c 技术在h f c 网双向改造中的作用，那么究竟 什么是e o c 呢? 本章将从e o c 技术实现的原理、频谱划分进行全面的分析说明， 对现在应用比较广泛的几种e o c 技术：无源e o c 、w i f io ve ：i c o a x 、m o c a 进 行分析说明。最后，对本文将要研究的h o m e p l u g o v e r c o a x 技术从课题的出发 点到系统设计的原理进行了探讨和说明。 2 1e o c ( e r t h e r n e to v e rc o a x ) 实现数据接入的原理 e o c 技术是在同轴电缆上，实现i p 数据信号和有线电视信号( t vr f ) 的 频分复用传输，即在楼宇内利用h f c 网络的入户的同轴电缆将i pd a t a 和t v r f 混合信号传送至用户端，再在用户端分离出t v 射频信号连接至电视机；分 离出i p 数据信号连接至计算机。也可以直接将i pd a t a 和t vr f 混合信号直 接连接至双向机顶盒，用户可以通过双向机顶盒实现p t v 、v o d 等交互电视业 务，同时在机顶盒上另外提供一个以太网r j 4 5 接口外接计算机提供宽带上网业 务，具体实现原理图如图2 1 所示【1 2 】。 在图中，t v 电视信号通过分配器将电视信号多路接入e o c 数据接入前端 设备，而以太数据信号则是通过前端光口( 0 1 州) 接入，通过以太网交换机将 以太信号分成多路数据信号分别接到e o c 数据接入设备，然后将数据、电视信 号混合后通过共缆方式传输到各个用户，在用户端，通过e o c 用户终端设备分 离出t v 电视信号和数据信号实现接入。 在e o c 技术上另外一个需要考虑的就是它在h f c 网中，采用哪些频带来传 输数据信号呢? 下面做说明。 h f c 网中频谱划分为大家所共知，传统的h f c 频带划分为上行、上下行隔 离带、下行、保留频段。在中国上行频段划分为：5 m h z 6 5m h z 。6 5 m h z 一8 5m h z 为上行和下行频段之间的过渡带。8 7 m h z 8 6 0 m h z 为下行信道，其中 l10 m h z 5 5 0 m h z 用来传输模拟电视信号，5 5 0 m h z 一8 6 0 m h z 打算用来传输数字 上海大学硕士学位论文 电视信号。8 6 0 m h z 以上为保留频段，为了未来业务发展的需要准备，如卫星频 道等。e o c 技术是利用了有线电视网的上行( o m h z 一6 5 m h z ) 或是预留频段 ( 8 6 0 m h z 一1 5 0 0 m h z ) 来实现与电视信号频分复用共缆传输的，图2 2 给出了有 线电视网频谱的安排结构图。 d a t a e o c 数据接入前端设备 图2 1e o c 技术实现原理 t v r a d i of u t u r e 卜叫卜- 叫 二二二二二二盈囱- o m h z6 5 m h z8 7 m h z8 6 0 m h zm h z 图2 2e o c 技术在有线电视中传输数据所用频带示意图 2 2e o c 技术的分类 h f c 双向数据接入中的e o c 设备有很多种，如：无源e o c 、h o m e p l u go v e r c o a x 、w i f io v e rc o a x 、m o c a ( m u l t i m e d i ao v e rc o a x ) 等，这些技术的主要 区别就在于它们对以太网口信号的处理和调制方式和应用的网络结构上。在对 i p 数据信号处理上：无源e