HINOC技術概述和進展

歐陽峰，崔競飛

國家廣播電影電視總局廣播科學研究院，北京

0 引言

三網融合作為國家信息化工作的重要組成部分，已被納入到國家發展戰略。2010年1月21日，國務院頒布了《推進三網融合總體方案》（國發[2010]5號）[1]，標志著三網融合進入了實質性推進階段。

廣播電視網絡是國家重要的信息基礎設施，是三網融合的基礎網絡之一。下一代廣播電視網（Next-Generation Broadcast，NGB）目標是以自主知識產權的關鍵技術與標準為核心，用10年時間構建覆蓋全國3億用戶和連接2億家庭的、平均接入速率100 Mbit/s的、可擴展的、全程全網的、寬帶交互式的、可拓展的、具有業務質量保證的、國際先進水平的網絡平臺。加快下一代廣播電視網的建設對于推動國家信息化發展、滿足人民日益增長的精神文化需求、維護我國信息和文化安全、促進戰略性新興產業發展、加快推進三網融合具有十分重要的意義。

NGB規劃中，網絡建設是重點，需要建設可以支持包括語音、視頻和互聯網等各類數字業務的強大融合性支撐網絡，同時，未來業務的發展將以視頻為主，對網絡帶寬的需求將日益增強。

光纖網絡通信技術已日趨成熟，我國骨干網絡光纖化進程基本達到穩定的階段，在許多地區，光纖已經鋪設到居民小區或樓棟樓頭，而從光節點設備到用戶的“最后一公里”的接入網絡已成為整個寬帶網絡的瓶頸。我國目前的接入網現狀是，大多數的接入寬帶網接入速率為1～2 Mbit/s，這樣的接入速率顯然無法滿足三網融合的業務需求。

因此，對接入網進行建設改造，以提高接入網帶寬是NGB建設的關鍵[2]。目前公認“光纖到樓頭”從技術上和經濟上都是可行的，有線電視用戶接入網建設的關鍵就變成“樓內接入網”的改造和建設，即有線電視網絡的最后100 m。

國內外接入網市場技術種類多樣化，同軸電纜作為有線電視網絡資源的核心，具備資源條件優越、通信質量好、通信容量巨大、不易受干擾、無須重新布線等特點，有著巨大的發展潛力。基于樓內同軸電纜網實現高速接入，已逐漸得到業內的廣泛認同。

1 HINOC技術概述

HINOC（HIgh performance Network Over Coax）系統[3]利用小區樓內已有有線電視同軸電纜構建高速的接入網，其實施方法是在每一戶添加進行調制解調的機頂盒，在不對線路做任何改造的前提下實現百兆甚至更高的信息傳輸速率，進而實現高清數字電視、寬帶數據業務的共纜傳輸，實現全業務承載。

與國際上類似的EoC（Ethernet over Coax）產品相比，HINOC更符合我國的網絡要求與現狀。其帶寬設計為8 MHz的整數倍（n×8 MHz），這樣既符合了我國現有電視頻道的8 MHz的帶寬要求，又能滿足今后寬帶業務不斷增長的需求。系統采用高階調制技術，使系統的頻帶利用率達到7 bit·s-1/Hz，遠遠高于國際上同類產品的水平。更為重要的是HINOC系統是基于我國國情、自主研發的具有我國自主知識產權的系統，這一產品的應用將帶動芯片制造、設備制造直至業務提供商的產業鏈的發展，也為我國正在建設的NGB奠定堅實的基礎。

HINOC系統由頭端設備（HINOC Bridge，HB）和終端設備（HINOC Modem，HM）組成，其解決方案如圖1所示。

其中HB連接在光設備的末端，一方面作為與光設備的唯一接口設備對數據進行傳輸，另一方面也作為整個網絡的中心控制單元對HM進行統一控制。HM終端設備也稱為機頂盒或調制解調器設備，其一端通過樓內有線電視同軸電纜連接到頭端設備HM，另一端直接與家庭的電視、計算機等終端相連。一個HB可同時連接32個HM，多個HB還可以捆綁為一體同時連接一個或多個HM，即根據業務的需求，HB與HM之間可以形成一對多，多對一或多對多的網絡拓撲形式。

圖1 HINOC解決方案示意圖

我國現有有線電視系統的單頻道占用8 MHz帶寬，在模擬電視向數字電視演進的過程中，可能出現單獨的8 MHz空閑電視頻道。為了充分利用空閑的頻帶資源，系統單信道帶寬定為8 MHz的整數倍，同時要求系統對相鄰信道干擾小，信道之間隔離度好，保證相鄰信道能夠同時使用。考慮高清電視等寬帶業務的帶寬需求，HINOC系統采用最高1 024QAM調制，理論上頻帶利用率為10 bit·s-1/Hz。考慮相鄰頻帶間的保護間隔（256個子載波中可用子載波只有210個）、OFDM（正交頻分復用）循環前綴的消耗、糾錯編碼導致的效率降低、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的典型設計參數為：傳輸數據率112 Mbit/s，系統帶寬為16 MHz，頻帶利用率達到7 bit·s-1/Hz，并且保證誤碼率BER在10-9以下，能夠支持實時視頻業務傳輸。

HINOC系統上下行數據采用時分傳輸，系統設計簡單，物理層只包含4種幀結構，分別為上行探測幀（Pd幀）、下行探測幀（Pu幀）和上/下行數據幀（Du/Dd幀）。4種幀均采用OFDM技術進行數據傳輸。考慮到系統頻帶利用率與實現復雜度等制約因素，一個OFDM符號包含256個子載波。

由于同軸電纜傳輸通道具有一定的頻率選擇性衰落，不同的子載波呈現出不同的衰減特性，而且其衰落特性是不隨時間變化的。為了充分利用頻帶資源，系統采用自適應調制技術，調制方式包 括 QPSK，8QAM，16QAM，32QAM，64QAM，128QAM，256QAM，512QAM，1 024QAM共9種，并且自適應調制方式的選擇是對每個子載波獨立進行的。

2 HINOC工作進展

在國家科技部和廣電總局的支持和指導下，自2005年起，HINOC研究團隊投入巨大的人力物力，開始了針對性研究工作，攻克了眾多技術難關，完成了技術分析、原理設計、系統仿真、實驗室測試、芯片研制、標準草案編制等諸多工作任務。

在前期理論分析和技術驗證的基礎上，HINOC研究團隊于2010年1月開始進行基于FPGA的硬件聯試，測試結果達到系統設計指標。在此研究基礎上，于2010年6月成功研制了第一款面向試驗的基帶芯片HI1PHY1P391C，如圖2所示，樣片流片工作的一次成功，充分的驗證了技術原型設計。

圖2 HINOC芯片（北京大學研制）

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（內核）和3.3 V（PAD），封裝形式采用PGA392。該芯片實現了HINOC基帶物理層協議，OFDM調制解調、信道估計、信道編解碼、數據收發功能最高支持1024QAM調制以及大于112 Mbit/s物理層傳輸速率。

在原型仿真系統的基礎上，2010年8月，HINOC研究團隊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標準CMOS工藝進行流片，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試驗證及支持終端設備的研發任務，HINOC研究團隊研制了一款AFE模擬前端芯片，如圖4所示。AFE芯片封裝采用標準100-pin QFP封裝，采用0.25 μm混合信號CMOS工藝技術，芯片包括信號發送通道、信號接收通道、全雙工/半雙工通信，及SPI控制等部分，支持1 024QAM通信，發端發送功率80～110 dBμV，2 dB步階調節，30 dB動態范圍，收端信號支持接收范圍35～95 dBμV，60 dB動態范圍。

圖4HINOC AFE模擬前端芯片

在設備研制方面，HINOC研究團隊也成功研制了HINOC系統設備HB和HM，如圖5所示。該設備支持1∶16的終端連接，頻段使用870～1 500 MHz，單信道帶寬16 MHz，MAC數據吞吐＞50 Mbit/s，業務支持標清/高清、點播VoIP、互聯網業務等，支持QoS、VLAN、組播、流量控制、網管等功能。

圖5HINOC系統設備HM和HB（上海未來寬帶技術及應用研究中心研制）

HINOC技術的標準化工作也在同步開展中，2009年4月，廣電總局科技司發布“面向NGB電纜接入技術（EoC）需求白皮書”，2010年3月初，基于HINOC技術的標準建議書遞交國家廣電總局科技司，同年6月初，國家廣電總局科技司發布《關于對面向下一代廣播電視網的電纜寬帶接入技術方案提案征求意見的通知》（技科字[2010]141號），將HINOC技術作為唯一標準建議下發征求意見。2010年11月，完成標準建議書征求意見回復匯總及回復意見，修訂形成標準草案修改稿，并再次提交修改草案。

為配合標準化測試驗證和大規模應用過程，需要專用的HINOC系統測試設備，由于HINOC作為自主知識產權的創新技術，目前并沒有成型的測試設備。為有效促進HINOC技術的進一步推廣，推動產業發展，HINOC研究團隊正在開展專用測試設備的研制工作，將開發HINOC標準信號源、HINOC解調分析儀、功率測量儀、頻譜分析儀等多種自動化測試設備，以滿足HINOC系統物理層和MAC層的一致性測試以及互操作性測試的相關需求。除此之外，實際系統大規模敷設過程中需要的HINOC手持測試設備也在開發與完善。

在CCBN2011展覽會上，HINOC作為NGB核心技術成果，在NGB官方展臺中作為獨立展區公開展示上述的研發成果在展會上全部展現。以HINOC核心技術研制的終端設備實現了業務支撐的展示任務，現場展示了1路高清2路標清電視的業務演示效果，展臺受到了普遍的關注，形成了NGB主題的熱點。

在現有HINOC技術成果基礎上，結合不同的接入網絡應用場景，考慮高傳輸速率的提升要求，升級版的HINOC2.0系統已開始進入研發階段。該系統指標將在許多方面高于現有系統，如系統最大覆蓋范圍1 000 m，最高物理層傳輸速率1 Gbit/s，調制方式提升到4 096QAM，使用具有更強糾錯能力的編碼等；在MAC協議及組網模式、QoS保證機制、安全機制等方面也將有很大提升。該項目得到國家的大力支持，華為、海爾等知名企業也加入到HINOC2.0系統的研發隊伍行列。

3 展望

HINOC技術方案的關鍵技術、關鍵算法已經成型，相關的標準化工作也在同步開展，支撐這一技術的芯片和終端設備也陸續研制成功，HINOC面向產業應用的優化任務也在進行中，已有數家國內知名企業參與到HINOC的產業化工作中來，預計在2011年底以前，將會收獲多款面向產業化應用的產品并向市場投放，規模化的示范應用推廣也將逐步推進。在NGB專家委員會的指導和推動下，將促進HINOC技術的發展和成熟度提高，加速該技術的產業化進程，推進NGB的全面實施，支撐廣播電視網發展成為重要的國家基礎信息網絡。

[1]推進三網融合總體方案[EB/OL].[2010-12-12].http：//www.36tv.cn/viewnews-98296.

[2]金立標，張乃謙，李鑒增.面向NGB的EoC接入網技術分析[J].電視技術，2010，34（6）：57-59.

[3]楊杰.HINOC技術與標準[R].北京：國家廣播電影電視總局廣播科學研究院，2009.