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EOC技术介绍 路通光电 2 概述 2010年1月13日国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议 决定加快推进电信网 广播电视网和互联网三网融合 2010年至2012年广电和电信业务双向进入试点 2013年至2015年 全面实现三网融合发展 对于广电网络来说 要实现三网融合 目前迫切需要解决的是网络的双向化改造 而广电网络进行双向化改造 目前有几种技术可选 针对各有线网络的特点 如何选择适合自己网络发展的双向网改造技术就显得非常关键 3 CMTS CM传统HFC双向网改造技术EPON EOC改造技术 现有主流的HFC双向网改造技术 4 数据通信模型 所有EOC协议 都是在MAC层与物理层上进行定义 5 什么是 EoC EoC EthernetoverCoax 也就是以太网信号在同轴电缆上的一种传输技术 6 EoC分类 无源 基带 有源 7 无源EOC 8 无源EoC 9 无源EoC采用的是将基带的以太数据流信号直接混入或分离的技术 没有经过调制 其实质就是一种基于同轴的以太局域网 其最大的特点是通过无源器件的处理就可实现 它适合于集中分配型同轴网络 不适合树型 也不能过分支分配器 从改造情况看 无源EoC改造必须具备两个条件 首先 局端数据信号必须到楼道 其次 EoC下行通道不能有分支分配器 且不能有额外干扰源 这两个条件 导致采用无源EoC技术的广电双向网络改造成本非常大 无法适用于广电的树型拓扑网络结构 除了利用电缆入户外 等于重建网络 另外 这一技术在技术上还有一定的缺陷 从实际的应用来看 还存在太多的问题 所以现在这一技术不推荐使用 10 有源EoC不同于无源EoC 它是采用频分复用技术将预先调制的以太IP数据信号与CATV信号混合在一起 然后通过同轴分配网传输至用户端分离出CATV信号和IP数据信号 IP数据信号进行解调还原成原始以太数据信号 有源EoC由于采取了一些适应CATV网络特性的处理技术 所以能克服无源EoC的缺点 能适应树型 星型以及混合型网状网 能够过分支分配器 具有传输距离远 带宽高 支持QoS 支持集中网管等优点 能够很好的满足HFC同轴分配网络结构特点 有源EoC 11 有源EOC 12 有源EOC技术种类 HomePNAWiFi降频MoCA MultimediaoverCoaxAllianceHomePlug BPL AV ECANDOCSISEOC 13 HomePNAoverCoax 14 HomePNAHomePNA是HomePhonelineNetworkingAlliance 家庭电话线网络联盟 的简称 该组织于1998年成立 致力于开发利用电话线架设局域网络的技术 其创始会员包括Intel IBM HP AMD Lucent Broadcom及3Com等知名公司 15 HomePNA技术可以利用家庭已有的电话线路 快速 方便 低成本地组建家庭内部局域网 利用家庭内部已经布设好的电话线和插座 不需要重新布设5类线 增加数据终端如同增加话机一样方便 目前 该组织共发布了三个技术标准 1998年秋天发布HomePNAV1 0版本 传输速度为1 0Mbit s 传输距离为150米 1999年9月发布V2 0版本 并可兼容V1 0版本 HomePNA2 0传输速度为10Mbit s 传输距离为300米 16 2003年所推出的3 0版规格 2005年成为世界标准 ITUG 9954 将传输速率大幅提升到240Mbps HomePNA3 0提供了对视频业务的支持 除了可以使用电话线为传输媒体外 也可使用同轴电缆 为HomePNAoverCoax奠定了基础 它可与大部份的家庭网络设备 如Ethernet 802 11及IEEE1394等设备联接使用 支持Synchronous与Asynchronous两种媒体存取协议 即SMAC与AMAC 17 HomePNA使用的频谱 18 MAC层协定HomePNA3 0的MAC层协议为CSMA CD 为提供QoS服务 它采取八种不同优先等级 0 7 7代表最高优先等级 的帧传送方式 由测量帧确认否有碰撞发生 一个正常帧传送时间须介于92 5us 3 122us之间 因此 当传送数据的工作站侦测到网络上发生碰撞时 必须在70us内停止传送数据 换言之 当帧传送时间小于92 5us或大于3122us 就表示网络上有碰撞发生 若网络上发生碰撞 则每部工作站 含先前未传送数据的工作站 必须执行分布公平优先级排队DFPQ DistributedFairPriorityQueuing 算法 以便决定由那一部工作站取得传输媒体的使用权 19 名词解释CSMA CD CSMA CD CarrierSenseMultipleAccess CollisionDetect 即载波监听多路访问 冲突检测方法是一种争用型的介质访问控制协议 原理比较简单 技术上易实现 网络中各工作站处于平等地位 不需集中控制 不提供优先级控制 但在网络负载增大时 发送时间增长 发送效率急剧下降 CSMA CD控制规程 控制规程的核心问题 解决在公共通道上以广播方式传送数据中可能出现的问题 主要是数据碰撞问题 控制过程包含四个处理内容 侦听 发送 检测 冲突处理 20 控制规程的核心问题 解决在公共通道上以广播方式传送数据中可能出现的问题 主要是数据碰撞问题 控制过程包含四个处理内容 侦听 发送 检测 冲突处理 1 侦听 通过专门的检测机构 在站点准备发送前先侦听一下总线上是否有数据正在传送 线路是否忙 若 忙 则进入后述的 退避 处理程序 进而进一步反复进行侦听工作 若 闲 则一定算法原则 X坚持 算法 决定如何发送 2 发送 当确定要发送后 通过发送机构 向总线发送数据 3 检测 数据发送后 也可能发生数据碰撞 因此 要对数据边发送 边接收 以判断是否冲突了 4 冲突处理 当确认发生冲突后 进入冲突处理程序 21 当网络中HomePNA设备节点增加时 碰撞的几率大大增加 数据传输的速率也大大降低 在试验中发现 以一条电话线或同轴线上连接6台以上的电脑时 电脑之间复制文件的速度会变得很慢了 因此HomePNA比较适合节点数较少的家庭联网场合 如果用于点到多点的 数据流量要求较高的接入时 难免有点力不从心 22 HomePNAoverCoax借用整个HomePNA协议 只是修改原HomePNA传输介质的耦合接口部分的设计 由于同轴电缆的传输性能好于电话线 数据流量性能略好于HomePNA在电话线上传输的性能 主要取决于同轴电缆接入网络的性能 包括分支和分配器 因为最低端的频点4MHz已经超过分支分配器的下限频率5MHz 实际我们测试发现 一些劣质的分支分配器可能连在7MHz 或10MHz时其指标还达不到国家标准要求 此时HomePNAoverCoax的性能要打些折扣 23 由于HomePNAoverCoax是采用4 28MHz频段 当1点对多点通信时 也是要受到汇聚噪声的影响 再加上HomePNA的 层采用的是 技术 通迅方式又是半双工方式 在接入用户多时 容易产生冲突碰撞 所以实际网络使用时性能比理论宣称的要低很多 HomePNA供应商是美国CooperGate 24 WiFioverCoax 25 WiFioverCoax WiFi概述无线局域网技术是无线通信领域最有发展前景的技术之一 目前 WLAN技术已经日渐成熟 应用日趋广泛 国内无线局域网市场将有十分广阔的发展空间 国内多家运营实体已纷纷看好无线局域网的市场机会 希望以此为契机跻身无线互联服务市场 26 WiFioverCoax IEEE的802 11标准IEEE的802 11标准由很多子集构成 它详细定义了WLAN中从物理层到MAC层 媒体访问控制 的通信协议 在业界有广泛的影响 相关标准经历了802 11b 802 11a和802 11g 802 11n标准 802 11n使用2 4GHz 5GHz两种通用频段 互通性高 被看好是新一代的WLAN标准 27 WiFioverCoax 为了实现高带宽 高质量的WLAN服务 使无线局域网达到以太网的性能水平 推出了802 11n标准 802 11n可以将WLAN的传输速率由目前802 11a及802 11g提供的54Mbps提高到150Mbps 这得益于将MIMO 多入多出 与OFDM 正交频分复用 技术相结合而应用的MIMOOFDM技术 28 WiFioverCoax WiFioverCoax采用变频解决方案 将2 4GHz下变频到1GHz左右的频段 这虽然减小了电缆和无源分支分配器的损耗 但是带来了新的问题 标准化较差 不同厂家之间的设备不能互通 增加新的器件和设备 增加了成本 减低了可靠性 同时由于WIFI协议是针对无线网络要求设计 所以协议开销大 再加上其协议采用的是CSMA CA方式 所以随着用户数的增加 碰撞机率也随之增加 数据的实际吞吐量大大降低 29 WiFioverCoax 结论802 11g标准理论上最高数据传输速率可达到54Mbps 实际吞吐率也仅能达到最高传输速率的一半甚至更低 约为20至26Mbps 802 11n物理层速率可达150Mbps 但由于其MAC层效率较低 MAC层速率只能达到60Mbps 70Mbps 主要芯片提供商ATHEROS 30 MoCA 31 MoCA MoCA概述MoCA是同轴电缆多媒体联盟 MultimediaoverCoaxAlliance 的缩写 MoCA成立于2004年1月 创立者为Cisco Comcast EchoStar Entropic Motorola与Toshiba等 MoCA希望能够以同轴电缆 Coax 来提供多媒体视频信息传递的途径 它们利用Entropic的技术 c link 作为MoCA1 0规范的依据 MoCA的成员认为 美国的家庭里同轴电缆的普及率高达70 整个基础设施十分完整 加上同轴电缆传输多媒体视频资料的技术已经相当成熟稳定 适合利用它来传输多媒体视频资料 32 MoCA MoCA技术介绍MoCA1 0规范的技术基础是基于美国Entropic公司的c link技术 该技术使用800MHz 1500MHz频段 可选2 38MHz 如果系统中将来考虑传输卫星直播信号 则MoCA可用信道大大减少 MoCA每个信道带宽为50MHz 总共有15个频道 每个信道可以支持一个NC 局端 设备 每个NC支持31个CPE 终端用户 设备 33 MoCA MoCA系统的频谱图 34 MoCA MoCA采用OFDM调制和TDMA TDD 时分多址 时分双工 技术 MAC部分的TDMA是采用软件来实现的 每个载波最高可进行128QAM调制 每个信道理论上最大的物理数据速率为270Mbps和最大的有效数据速率为130Mbps 随著链路损耗的加大或链路SNR的降低 依次降低为64QAM 32QAM 16QAM 8QAM QPSK BPSK调制方式 实际有效数据速率就会成倍降低 设备典型发送电平3dBm 接收电平范围0to 75dBm 典型时延 3ms 35 MoCA 物理层采用先进的自适应星座图多载波调制 ACMTAdaptiveConstellationMultitone 方式 即正交频分调制 OFDM 子载波上的调制制式在BPSK QPSK 16 256QAM自动选择 而且子载波频率以25MHz步长捷变 故抗干扰能力极强 MOCA频道带宽为50MHZ 分为256个子载波 数据由大量的窄带调制的载波来携带 因此 子通道的频率响应是非常平的 频率范围 875to1525MHz动态范围 70dB在每对节点之间创建调制简表 modulationprofile 的过程称为调制简表化 modulationprofiling 调制简表在特定的时间特别适合对应的节点对 MOCA设备不断地更新调制简表 使其最适合特定的情况 采用预均衡 Pre Equlization 和多音调制 multi tonemodulation 预均衡可以用于补偿发射机中的线性和非线性失真 以获得优化发射信号质量 这样一来 使用简单的FEC forwarderrorcorrection RS 就可以得到视频质量的BER biterrorrate 36 MoCA 由于MoCA工作带宽在高端 对于需要使用在级联的场合 成本会大幅增加 效果会大大降低 在实际测试及使用中还存在很多问题 因此MoCA在实际网络中的使用效果还需等待验证 MOCA的芯片供应商是美国Entropic 熵通科技 37 HomePLUGoverCoax 38 HomePLUGoverCoax HomePLUG概述电力线高速数据通信技术 简称PLC PowerlineCommunication或PLT PowerlineTelecommunication 是一种利用中 低压配电网作为通信介质 实现数据 话音 图像等综合业务传输的通信技术 不仅可以作为解决宽带末端接入瓶颈的有效手段 而且可以为电力负荷监控 远程抄表 配用电自动化 需求侧管理 企业内部网络 智能家庭以及数字化社区提供高速数据传输平台 39 HomePLUGoverCoax 第一个HomePlug标准HomePlug1 0在2001年1月得到批准 其理论数据率最高为14Mbit s HomePlug1 0Turbo版于2004年推出 其最大理论数据率提高到85Mbit s 2005年12月通过认证的HomePlugAV AV AUDIO Vidio 标准支持高达200Mbit s的数据率 并支持所有多媒体业务和电信应用所需的QoS级别 为了确保QoS 采用了TDMA 时分多路访问 与CSMA 带有冲突检测的载波侦听多路访问 协议 40 HomePLUGoverCoax HomePlug技术还能够实现家庭与外网联接 直接使用电力线路接入Internet 实施宽带联网的应用 此技术称为HomePlugBPL BPL BroadbandPowerLine 41 HomePLUGoverCoax 现阶段 厂家采用的 标准主要有HomePlugAV和HomePlugBPL 芯片厂商分别是英特龙 INTELLON 和速比特 SPIDCOM 42 HomePLUGoverCoax HomePlugAV规范概览HomePlugAV的目的是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 它采用先进的物理层和MAC层技术 提供200Mbps级的电力线网络 用于传输视频 音频和数据 43 HomePLUGoverCoax HomePlugAV频谱特性图 44 HomePlugAV的物理层使用OFDM调制方式 它是将待发送的信息码元通过串并变换 降低速率 从而增大码元周期 以削弱多径干扰的影响 同时它使用循环前缀 CP 作为保护间隔 大大减少甚至消除了码间干扰 并且保证了各信道间的正交性 从而大大减少了信道间干扰 当然 这样做也付出了带宽的代价 并带来了能量损失 CP越长 能量损失就越大 OFDM中各个子载波频谱有1 2重叠正交 这样提高了OFDM调制方式的频谱利用率 在接收端通过相关解调技术分离出各载波 同时消除码间干扰的影响 HomePLUGoverCoax 45 HomePLUGoverCoax HomePlugAV去除无线电爱好者使用的频率后 在2 28MHz频段使用917个子载波 功率谱密度可编程 以满足不同国家的频率管制 每个子载波可以单独进行BPSK QPSK 8QAM 16QAM 64QAM 256QAM和1024QAM调制 采用TurboFEC错误校验 物理层线路速率达到200Mbps 净荷为150Mbps 接近电力线信道的通信容量 前同步码可被HomePlug1 0设备检测 从而实现两者共存 但互操作是可选项 46 HomePLUGoverCoax HomePlugAV的MAC层HomePlugAV设计了十分高效的MAC层 支持基于工频周期同步机制的TDMA和CSMA TDMA面向连接 提供QoS保障 确保带宽预留 高可靠性和严格的时延抖动控制 CSMA面向优先级 提供四级优先级 工频周期同步机制确保良好的抗工频周期同步噪声的信道适应能力 如调光灯 充电器等产生的谐波 基于128位AES严格加密 中央协调者CCo CentralCoordinator 控制所在电力线网络设备的活动 并协调同相邻电力线网络的共存 以支持电力线宽带接入 多电力线网络运行和隐藏节点服务 47 HomePLUGoverCoax HomePlugAVoverCoaxHomePlugAVoverCoax同样是完整地借用HomePlugAV协议 只是修改前端耦合等电路设计来实现 HomePlugAVoverCoax使得原来HomePlug比较难以处理的问题得到很好的解决 如 电磁兼容等 同样同轴电缆的传输性能要好于电力线 数据流量性能也会好于HomePlug在电力线上传输的性能 当然最终得性能主要取决于同轴电缆接入网络的性能 包括分支和分配器 因为最低端的频点2MHz已经超过分支分配器的下限频率5MHz 对于某一些劣质的分支分配器 此时HomePlugAVoverCoax的性能比宣称的指标要低 AV的芯片供应商是美国Intellon 48 HomePLUGoverCoax 速比特芯片组 BPL 速比特BPL芯片组的MAC层数据接入方式完全采用TDMA方式 仅留少量时间段采用CSMA方式 用于终端初始化时连接使用 从而降低了多用户时产生碰撞的机率 保证较高的数据吞吐量 49 HomePLUGoverCoax 50 HomePLUGoverCoax 在不同用户数时网络的吞吐量比较图 51 HomePLUGoverCoax 从上图可知 速比特芯片组由于采用TDMA接入方式 降低了多用户时数据的碰撞机率 所以在用户数发生变化时 它的总数据吞吐量基本保持不变 从而有效地保证了接入网的稳定性 这对于数据网来说是非常重要的 但由于芯片厂商在芯片设计和生产时过多地考虑成本因素 很多内部功能通过软件实现 所以降低了实际产品的数据速率 并使得通讯时延大大增加 BPL的芯片供应商是法国SpidCom 52 ECAN ECAN EthernetOverCaoxAccesssNetwork基于同轴电缆接入网的以太网 技术没有简单地采用CSMA机制 而是将IEEE802 3ah的EPONMAC协议移植到了无源同轴电缆用户分配网中 实现点对多点的以太到家的宽带接入 53 ECAN协议模型 54 ECAN的传输原理 MPCP 由CLT统一分配CNU的上行时隙 同时CNU周期性地上报上行需求 而CLT周期性告知CNU的上行时隙 CNU只能在属于自已的上行时隙发上行数据 CLT保证在上行时段不发送任何下行数据 数据从CLT到多个CNU以广播式下行 每个数据帧的帧头包含LLID 该标识表明本数据帧时给某个特定的CNU 数据帧到达CNU时 CNU根据LLID判断是否接收 55 ECAN物理层技术 信道带宽 32 48MHz调制方案 2 4VSB符号率 60 80MHz最大物理层带宽 160Mbps信道编码 RS 56 ECAN总结 ECAN采用了EPON的MAC层 成熟度较高 支持DBA 但由于ECAN是TDD双工方式 DBA的效率如何有待观察 再则ECAN采用了2 4VSB调制方式 在实际网络使用中有什么问题有待观察 所以其物理层性能 与其它技术相比 有较大差距 ECAN的芯片供应商是美国OpuLAN 57 DOCSISEOC 58 EPON DoCSISEoC架构 DoCSISEoC为FTTB的解决方案 一般应用于最后三百米接入Centraloffice的CMTS由OLT代理 与DoCSISOSS BSS软件由OLT仿真实现 OSS BBS不要发生任何变化 ODN改造成P2MP ONU侧出现一款特殊的ONU CMC 内置微型CMTS CM 兼容2 0 3 0 保留 保护投资相同PON端口下CMC与其他ONU可以并行工作 因此可以支持多种业务场景 彼此之间不会干扰 59 整体方案简介 CM STBHG OLT 59 CMC DML BroadcomProprietary Confidential 2009BroadcomCorporation Allrightsreserved 1 OLT CMC CM形成DoCSIS宽带接入解决方案2 CMC频段可选支持IPQAM模式与DoCSIS接入模式 一款产品完成接入与DVB C播放 最大限度减低网络设备种类3 兼容DoCSIS3 0 频谱扩展1000MHz 支持下行16个channelbinding 60 EPON DoCSISEoC协议架构 61 DOCSISEOC性能 全双工优势明显下行大字节净荷流量达到759Mbps 小字节480M字节 上行大字节114Mbps 小字节55M时延稳定下行小于1ms 上行小于4 8 5ms同时连接CM数量有优势理论达511 目前实验室实际测试过100台同时在线QOS有保证CMC与CM之间基于SFID机制 对每条流进行动态配置 OLT CMC通过VLAN映射 使得PON系统内保证优先级支持组播OLT支持L3 L2组播 CMC支持L2IGMPSnooping 62 选择EOC的关键点 1 所有EOC技术都是在MAC层与物理层上做文章 所以这两层协议的优劣 直接影响到EOC产品的优劣 2 对于MAC层 TDMA方式比CSMA方式要更好一点 3 对于HFC接入网来说 物理层的好坏 会直接影响到网络的稳定性 所以采用什么样的调制技术就显得相当关键 从抗干扰性上来看 OFDM调制方式是一种比较好的调制技术 4 信道编码的好坏 同样会影响到网络的抗干扰性能 63 2020 3 24 EoC技术应用注意事项 每户内在一个二分配的两个输出口下安装一台EOC终端和一台STB EOC终端下连一台STB 64 2020 3 24 EoC终端的RF输出之间隔离度较高 在40 50DB左右 所以终端对STB1不会有影响 是否对STB2和STB3有影响会取决于分配器和分支器的分支之间的隔离度大小 如果隔离度太小 EoC终端发出的低频信号会导致机项盒调频头过载 电视受干扰 所以对于新布的机顶盒 建议采用内置高通滤波器的机顶盒 如果机顶盒没有内置高通滤波器 建议在机顶盒的RF输入口加高通滤波器 带外抑制可达40dB以上 这样就可以避免EOC对有线电视信号的影响 65 2020 3 24 广播电视规划