基于MoCA協議的C.LINK技術功率控制研究與實現

劉 媛，陶智勇

（1．武漢郵電科學研究院 湖北 武漢 430074；2．光纖通信技術和網絡國家重點實驗室 湖北 武漢 430074）

隨著通信技術的高速發展，家庭網絡雙向化改造已經勢在必行，MoCA技術以其優越的QoS特性，明確的發展路線圖，高帶寬、高可靠性和高成熟性在歐美市場得到了廣泛的應用[1]，而且新的1 000Mbps的EoC產品也已經推出，完全滿足雙向化改造的需要，因此，MoCA技術勢必將在EoC中得到更為廣泛的應用。在國內，MoCA接入技術已經普及到成都、天津等地，在其他城市也有著廣闊的發展空間[2]。

1 MoCA接入技術概述

1.1 MoCA技術背景

MoCA同軸電纜多媒體聯盟 （Multimedia over Coax Alliance），成立于2004年 1月，創立者為 Cisco、Comcast、EchoStar、Entropic、Motorola 與 NXP 等[3]。 MoCA 通過同軸電纜（Coax）來實現多媒體視頻信息的傳遞，該技術采用OFDM調制方式和TDMA/TDD技術，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，最大有效數據速率130 Mbps。每個信道可以支持一個NC（局端）設備，一個NC可以支持31個CPE（終端用戶）設備[4]。

1.2 MoCA技術演進

隨著信息技術的發展，MoCA技術也在不斷的改進中，其性能也得到了極大的提高，下面對MoCA不同版本間的關鍵性能進行對比[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速率可以達到700 Mbps；第二種為強化模式，通過信道捆綁，MAC吞吐量可以達到800 Mbps以上，PHY速率可以達到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技術中采用功率控制，降低信道干擾，提高信號傳輸質量就顯得格外重要了。

2 MoCA功率控制

2.1 功率控制算法

節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。開環功率控制算法如圖1所示，在節點認證期間，采用基于分集模式的開環功率控制，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路功率控制來調整功率等級。而內部環路功率控制向節點發送請求消息，請求節點每次增加或減小1 dB的傳輸功率，以保證傳輸數據包的差錯率最小[7]。內部環路功率控制在一個鏈路維護周期中執行多次。閉環功率控制算法如圖2所示。

圖1 開環功率控制算法Fig.1 Open loop power control algorithm

圖2 閉環功率控制算法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發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整網絡協調器（NC）和客戶端之間的初始化功率。當一個客戶端第一次加入網絡中時，需要從NC那里得到一個信標（Beacon）。客戶端根據接收到的信標信號的強度粗略地計算功率控制幅度，然后客戶端向NC發送含有這一控制信息的消息，使得NC在隨后發送的數據包受到控制。這種控制信息是通過堅韌的調制方式進行傳輸，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整發射功率的電平，成為了調制配置過程的擴展部分，直到當前PHY速率與目標PHY速率之間的誤差在+/-10 Mbps以內，而默認的PHY速率為235Mbps。

精確功率控制算法如下：

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

2.3 功率控制參數

2.3.1 發送功率

TxPower是一個相對度量值，其值的范圍為：0-10。在Entropic ECB的設計中，當TxPower的值減少1時，其輸出功率大約減小3 dBm。即當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 信標發送功率

過高的信標發送功率會干擾在同軸電纜上傳輸的視頻信號。據統計，任何設備的任何信道都會受到來自于同軸電纜網絡的干擾。NC設備的信標功率可以實時地減小，而不需要重啟。如果不是NC設備，一旦該設備由于切換而成為NC，那時新的信標功率才會被采用，信標功率對照表如表2所示。

表2 信標功率對照表Tab.2 BeaconPower contrast table

如果節點之間采用不同形式的自動功率控制算法，就可能無法構成網絡。為了符合MoCA的認證，功率控制必須有效，所以節點之間最好采用相同的功率控制算法。

3 功率控制的實現

本文以Entropic芯片為基礎，實現了通過手動調節的方式對發送功率進行控制，用戶可以通過網管軟件MG soft來修改和獲得設備的發送功率和信標功率。實現過程如下：

1）在MIB中添加節點MocaTxPower和MocaBeaconpwrleve；

2）通過 MIB設置節點 MocaTxPower或 Beaconpwrleve為0-10中的某個值；

3）通過MoCA的Feature module將設置的值寫入clink.conf文件中，這時還并沒有與c.LINK驅動進行通信；

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

5）通過 UNIX 域 socket設置當前 SoC（System on a Chip）的配置參數（大多數的參數都是在初始化SoC驅動的時候設置，但是TxPower和Beaconpwrleve是可以動態調整的）；

6）重啟SoC，通過UNIX域socket與本地c.LINK設備進行通信，使設置的值生效。

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家庭網絡用到的主要設備包括頭端NC設備和終端CPE設備，可以通過設置功率參數，控制信道干擾在合理范圍內，實驗測試拓撲圖如圖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 測試拓撲圖Fig.3 Test topology

2）通過網管軟件對NC設備進行參數設置，基本的設置包括修改發送功率 TxPower和Beaconpwrleve，設置 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，得出結論如表3所示。

表3 測試結果Tab.3 Test results

分析實驗結果可知，隨著信標功率的下降，同軸電纜中傳輸的視頻信號受到的干擾逐漸減小。但是在實驗中發現，當信標功率下降到6以下時，設備的發現受到影響，所以信標功率的設置既需要考慮信道干擾問題，也不能影響設備加入到網絡。

5 結束語

家庭網絡作為接入網的一部分，其終端的各種性能直接影響家庭用戶的親身感受，所以家庭網關的性能越來越受到人們的關注[8]。MoCA技術是一種傳輸速率快，組網方便，網絡服務種類多，安全性好，價格便宜的接入方式，有著極大的發展空間。MoCA標準的家庭網絡可以利用原有的有線電視網絡，不需重新布線。MoCA技術使用同軸電纜傳輸信號，安全性較高[9]。可以通過實行功率控制降低設備間的干擾，提高抗干擾性能，增加睡眠及待機模式，有效的減少功耗，到達節能環保的目的[10]。

[1]張中荃.接入網技術[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[2]易斌.天津廣電高頻EoC（MoCA）雙向網絡設計[J].電視技術，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絡標準［J］.行業聚焦，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技術簡述[J].新技術，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標準的同軸接入網絡研究[D].上海：華東師范大學，2009.

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

[7]秦學超.關于MoCA EoC設備互通性的研究[J].世界寬帶網絡，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].世界寬帶網絡，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.家庭網絡互連技術的發展現狀[J].有線網絡，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標準的家庭網絡研究[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.