基于EoC的有線無線融合覆蓋模式研究

萬 倩，趙 翠，崔競飛

（國家新聞出版廣電總局 廣播科學研究院，北京 100866）

三網融合趨勢下，有線網絡和無線網絡融合發展，才能實現多種業態運營，不局限于一種業務，從而滿足用戶多樣化需求，提高用戶黏性，減少用戶流失。

隨著視頻服務的多屏時代來臨，除了從有線電視屏幕上獲取視頻內容，人們希望能通過便攜式計算機、平板PC、智能手機等個人智能移動終端隨時隨地獲得視頻服務。作為無線網絡的一種理想技術形態，WiFi能把有線網絡信號轉換成無線信號，通過無線路由器供支持WiFi技術的便攜式計算機、平板PC、智能手機等接收，使用戶獲得有線數字電視廣播和點播等視頻內容的多屏服務，而且WiFi的頻段在世界范圍內無需任何電信運營執照，在頻率資源上不存在限制，在寬帶應用上可以作為高速有線接入技術的重要補充[1-3]。

本文將研究通過雙向接入網EoC結合WiFi的有線無線融合覆蓋模式，實現視頻服務由面向電視機或接收機單一終端到面向電視機、便攜式計算機、平板PC、智能手機等多終端的擴展，支持家庭多種視頻終端實現有線數字電視的多屏互動業務。同時，針對雙向交互數據業務，本文探討性地提出基于EoC無線轉發的有線無線融合技術[1-3]。

1 有線無線融合覆蓋模式系統架構

基于雙向接入網EoC的有線無線融合覆蓋系統架構如圖1所示。

該系統架構中的傳統有線電視系統實現有線數字電視信號的傳輸。有線數字電視前端將信號源輸出的各類信號處理后混合成一路復合射頻信號提供給傳輸系統，傳輸系統中的光發射機把高頻電視信號轉換至紅外光波段，使其沿光導纖維傳輸，到接收端再通過光接收機把紅外波段的光變回高頻電視信號。高頻電視信號通過集成了CATV信號接收模塊的EoC局端與EoC數據混合，通過頻分復用的方式在同軸分配網絡中傳輸，同軸分配網絡把有線數字電視信號高效而合理地分送到戶。用戶端的網關設備將接收到的有線數字電視信號通過STB模塊處理后顯示在電視終端，或通過流媒體打包封裝后將IP數據流輸出給標準無線路由模塊，使移動智能終端能通過WiFi無線方式接收并實現視頻收看。

圖1 基于雙向接入網EoC的有線無線融合覆蓋系統架構

該系統架構中的PON+EoC系統實現雙向交互數據的傳輸。現有同軸電纜電視廣播傳輸系統具有極寬的頻帶資源，而且現有居民小區樓內已敷設有線電視同軸電纜并進行電視業務的傳輸，PON+EoC系統完全匹配廣電有線的HFC網絡，利用原有入戶同軸電纜，無需對入戶電纜重新改造。在當前光纖敷設到樓道的趨勢下，采用PON技術可以節省主干光纖，提供對稱高帶寬，滿足用戶差異化的業務需求。其中PON系統部分由OLT、ONU和光纖鏈路構成，EoC系統包括EoC局端和EoC終端，它們通過同軸電纜分配網絡相連。在下行方向，來自PON網絡的以太網信號通過ONU送到小區樓宇門口，經過EoC局端調制到同軸電纜的一個信道后，通過同軸電纜分配網絡送到位于住戶家中的EoC終端，經EoC終端解調后，傳送給終端設備。在上行方向，用戶端的上行數據信號經過EoC終端調制后進入同軸電纜分配網絡到達EoC局端，由EoC局端解調轉換后，通過ONU送至OLT。以太網信號與CATV和點播節目信號在EoC局端一起混合進入同軸電纜分配網絡，被戶內的網關設備接收，不影響原有電視節目的收看。用戶端網關設備的EoC終端通過對射頻信號的解調得到以太網數據包，輸出給標準無線路由模塊，實現無線雙向數據交互，使移動智能終端能通過WiFi無線方式開展雙向交互數據業務。

2 有線無線融合覆蓋模式業務形態

本系統面向3類業務形態來實現多屏互動業務：面向電視終端的DVB數字電視廣播和點播業務，面向移動智能終端的數字電視廣播和點播業務，雙向交互數據業務。

第一類業務形態即傳統的面向電視終端的DVB廣播和點播業務，用戶可以通過電視終端觀看電視直播和點播業務。本部分的信號處理過程完全與數字電視現有系統相同。對于直播業務，有線數字電視前端完成實時節目內容和增值業務內容復用、加擾后，輸出一路MPEG-2 TS流，送到QAM調制器，完成視音頻節目信號到射頻信號的調制，經過有線電視網絡傳送到用戶家中網關設備的STB模塊，直播節目經過解調、解復用、解擾、解碼等處理后恢復為TS流信號，最終顯示在電視終端上；對于點播業務，上行通道采用PON+EoC作為IP雙向交互通道，用戶點播請求通過IP雙向回傳通道交互，VOD視頻服務器收到用戶的點播請求后將單節目傳輸流封裝成UDP包傳輸至IPQAM，IPQAM完成解封裝并將多個單節目傳輸流復用成多節目傳輸流，調制為RF信號后通過HFC網絡傳輸給網關設備的STB模塊，STB模塊根據頭端返回的PID鎖定對應的音視頻流來進行解調和解碼以實現互動。

第二類業務形態即面向移動智能終端的數字電視廣播和點播業務，利用智能手機、平板PC、便攜式計算機等智能終端為顯示載體，傳輸直播和點播內容。本部分系統采用DVB廣播傳輸技術與無線交互接入技術相結合的方式實現。其中流媒體打包封裝模塊之前的業務流程與第一類業務相同，由于用戶終端類型不同，需要通過網關設備的流媒體打包封裝模塊對數字電視TS流數據進行流媒體打包封裝后將IP數據流輸出給標準無線路由模塊，將相應的直播或點播數字電視節目分發到各個終端，移動智能終端通過WiFi無線方式接收并實現直播或點播的視頻收看。

第三類業務形態即面向電視終端或移動智能終端的雙向交互數據業務，通過PON+EoC系統的雙向交互通道實現，EoC系統可以采用HiNOC、C-HPAV等雙向接入協議。通過雙向交互通道不僅用于傳輸語音、視頻、上網等數據業務，而且還實現交互電視業務的信令回傳。

在上述3類業務形態的描述過程中，STB模塊、流媒體打包封裝模塊、EoC終端可以分別以單獨設備的形態存在，也可以同時集成在網關設備中。

3 有線無線融合覆蓋模式業務模塊

3.1 網關設備

本系統集成的網關設備包含3個功能模塊，分別是STB模塊完成DVB解調，流媒體打包封裝模塊完成轉封裝轉協議，EoC終端完成EoC信號調制解調。網關設備結構如圖2所示。

來自同軸電纜分配網絡的RF信號首先經過分路器（即濾波器）將頻分復用的有線電視信號和EoC信號分開，分別送到相應的解調模塊。

一路信號由STB模塊完成信號的A/D轉換、解調等處理恢復出TS流信號，該信號解復用、解擾、解碼后直接送到電視終端進行顯示，同時還送到流媒體打包封裝模塊進行后續處理。

圖2 網關設備

另一路信號由EoC模塊完成對射頻信號的解調得到以太網數據包，輸出給標準無線路由模塊，建立出無線雙向交互數據通道，為用戶提供無線接入服務，同時網關設備也可為用戶提供以太網接口。

由于移動智能終端自帶WiFi模塊，能夠通過WiFi無線方式實現雙向交互數據業務，該方式用戶不用專門更換移動智能終端設備。

3.2 STB模塊和流媒體打包封裝模塊

STB模塊和流媒體打包封裝模塊結構如圖3所示。

圖3 STB模塊

STB模塊中的調諧模塊接收有線數字電視RF信號并下行變頻為中頻信號，然后進行A/D轉換為數字信號，通過QAM解調輸出MPEG傳輸流，解復用模塊接收MPEG傳輸流，從中抽出一個節目的PES數據，包括視頻PES、音頻PES以及數據PES，對于加擾節目則通過解擾引擎對加擾的數據進行解擾，輸出解擾的PES，最后通過解碼直接顯示在電視終端。

對于移動智能終端，流媒體打包封裝模塊對直播或點播TS流進行RTSP/RTP、HTTP（HLS、MPEG-DASH）等流媒體協議的轉換。流媒體打包封裝模塊將單向廣播的流媒體數據傳輸方式轉換成終端設備支持的雙向交互的流媒體協議傳輸方式后，將IP數據流輸出給標準無線路由模塊，將相應的數字電視節目分發到各個終端，移動智能終端通過WiFi無線方式接收并實現直播或點播的視頻收看。

3.3 EoC終端

EoC終端結構如圖4所示。

圖4 EoC終端

EoC終端用于實現下行數據信號的接收解調和上行數據信號的調制發送。主要包括雙工模塊、RF模塊、模數/數模轉換模塊、物理層信號處理、MAC層協議處理和以太網接口等模塊。接收數據時，來自同軸電纜的RF信號經雙工模塊接收后送給RF模塊做下變頻處理得到基帶或中頻信號，再經DAC轉換為數字信號，經過物理層信號處理和MAC層協議處理后由以太網口輸出給用戶終端或下接的無線路由器。發送數據與接收數據的處理過程相反。對于TDD系統，雙工模塊工作于半雙工狀態，在同一時刻只能發送或接收數據。對于FDD系統，雙工模塊工作于全雙工狀態，可以同時實現發送和接收數據。物理層信號處理和MAC層協議處理單元完成EoC協議的信號處理功能，通常集成在一顆芯片中，是EoC終端的核心部分。

4 EoC無線轉發技術

對于上述的第3類業務形態即雙向交互數據業務的無線覆蓋，是通過EoC+WiFi兩級系統級聯覆蓋，需要EoC和WiFi兩種協議實現，我國自主研發的HiNOC技術屬于高頻EoC技術，本設計探討通過對HiNOC信號進行同頻放大轉換為高頻無線信號來實現無線雙向交互數據業務，即利用HiNOC一種協議實現從樓道同軸分配到家庭內部無線信號深度覆蓋，取代從樓頭到用戶終端通過兩級系統級聯的覆蓋方式。

HiNOC技術作為自主創新的高性能同軸電纜雙向接入EoC技術，實現了基于同軸電纜的在750 MHz以上頻帶的高速數據傳輸，工作頻帶滿足現有及未來有線電視網絡頻率規劃要求，技術上采用16 MHz的單信道頻帶，符合我國廣播電視頻帶規劃的要求，支持單信道業務速率60 Mbit/s以上。

基于HiNOC的有線無線信道融合系統架構如圖5所示。

圖5 基于HiNOC的有線無線信道融合系統架構

本系統中，HB設備（EoC局端）部署在樓頭，HM模塊（EoC終端）則集成在用戶移動智能終端如智能手機、平板PC、便攜式計算機等內部，通過在同軸電纜入戶接口面板處增加HiNOC中繼天線，將同軸電纜中的有線信號轉換為無線信號，實現HB與HM的雙向信號交互。HiNOC系統工作在750 MHz以上頻譜，可以通過對信號同頻放大，轉換為750 MHz以上的無線信號。

對系統本身而言，最大的特點是信號傳輸需要經過同軸有線信道和無線信道，增加了系統設計復雜度。相比EoC+WiFi兩級系統級聯覆蓋的方式，只利用HiNOC一種協議實現了用戶接入和家庭內部無線信號覆蓋，入戶節點處設備簡單。

實現本方式需要重點解決以下問題：

1）HiNOC協議專門針對同軸電纜信道進行了優化設計，但對于本方式的應用場景，即同軸電纜有線信道與家庭內部無線信道的信道模型，其噪聲、干擾、多徑反射、衰減等信道特點并不相同。為了達到預期的傳輸性能和覆蓋要求，需要針對性地建立相關信道模型，對HiNOC協議尤其是物理層相關傳輸機制和參數的設計進行仿真和測試，必要時作相關的改進和優化設計。

2）邏輯上整個系統由HB集中管理，可接入HM終端數目受限于協議能力。在此場景下HM模塊要集成到每個用戶終端里面，意味著每個家庭將部署多個HM，而HB部署在樓頭，需要同時管理同一樓棟內的多個家庭的多個終端。這樣帶來的問題是一個HB頭端模塊僅能覆蓋幾戶家庭，網絡規模受限。為此要求HB設備應具備靈活的模塊可擴展性，或HiNOC協議擴展以支持更多終端。同時可能帶來的好處是原來由一個家庭共享的帶寬現在可以由一臺終端獨享，可以給用戶更好的接入體驗。

3）轉換節點（中繼天線）該如何設計，僅完成信號轉換和放大的功能是否完備，以及如何規避同頻干擾。由于無線頻譜有限，同一樓棟內的不同家庭內不可避免采用相同頻率實現無線覆蓋，為此一方面需要在部署時做好頻率規劃，另一方面需要優化設計中繼天線，能夠實現定向、有效、合理的信號覆蓋。

4）HiNOC系統主要用于解決用戶雙向寬帶數據接入的問題，對于數字電視廣播采用何種方式實現家庭內部無線覆蓋，需要進一步探討。

擴展EoC無線轉發實現有線無線融合覆蓋提供了一種創新性的研究思路，值得進一步深入探究。

5 總結

基于雙向接入網EoC的有線無線融合覆蓋系統提供面向電視終端的DVB數字電視直播和點播業務、面向智能終端的數字電視直播和點播業務、無線雙向交互數據業務，綜合利用了有線無線融合、單向廣播和雙向交互技術，使用戶能夠通過多種終端開展多屏互動業務。本文探討性地提出EoC無線轉發技術也為雙向交互數據業務的有線無線融合覆蓋模式提供了新思路。

[1] 萬倩，歐陽峰，李博，等.有線電視接入網EPON+HiNOC技術探析[J].電視技術，2012，36（18）：70-71.

[2] 姜秀華，張永輝.數字電視廣播原理與應用[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[3]GY/T265—2012，NGB寬帶接入系統HiNOC傳輸和媒質接入控制技術規范[S].2012.