基于EoC的有線無線融合覆蓋模式研究

萬 倩，趙 翠，崔競(jìng)飛

（國家新聞出版廣電總局 廣播科學(xué)研究院，北京 100866）

三網(wǎng)融合趨勢(shì)下，有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展，才能實(shí)現(xiàn)多種業(yè)態(tài)運(yùn)營，不局限于一種業(yè)務(wù)，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(wù)的多屏?xí)r代來臨，除了從有線電視屏幕上獲取視頻內(nèi)容，人們希望能通過便攜式計(jì)算機(jī)、平板PC、智能手機(jī)等個(gè)人智能移動(dòng)終端隨時(shí)隨地獲得視頻服務(wù)。作為無線網(wǎng)絡(luò)的一種理想技術(shù)形態(tài)，WiFi能把有線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)轉(zhuǎn)換成無線信號(hào)，通過無線路由器供支持WiFi技術(shù)的便攜式計(jì)算機(jī)、平板PC、智能手機(jī)等接收，使用戶獲得有線數(shù)字電視廣播和點(diǎn)播等視頻內(nèi)容的多屏服務(wù)，而且WiFi的頻段在世界范圍內(nèi)無需任何電信運(yùn)營執(zhí)照，在頻率資源上不存在限制，在寬帶應(yīng)用上可以作為高速有線接入技術(shù)的重要補(bǔ)充[1-3]。

本文將研究通過雙向接入網(wǎng)EoC結(jié)合WiFi的有線無線融合覆蓋模式，實(shí)現(xiàn)視頻服務(wù)由面向電視機(jī)或接收機(jī)單一終端到面向電視機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、平板PC、智能手機(jī)等多終端的擴(kuò)展，支持家庭多種視頻終端實(shí)現(xiàn)有線數(shù)字電視的多屏互動(dòng)業(yè)務(wù)。同時(shí)，針對(duì)雙向交互數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，本文探討性地提出基于EoC無線轉(zhuǎn)發(fā)的有線無線融合技術(shù)[1-3]。

1 有線無線融合覆蓋模式系統(tǒng)架構(gòu)

基于雙向接入網(wǎng)EoC的有線無線融合覆蓋系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

該系統(tǒng)架構(gòu)中的傳統(tǒng)有線電視系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有線數(shù)字電視信號(hào)的傳輸。有線數(shù)字電視前端將信號(hào)源輸出的各類信號(hào)處理后混合成一路復(fù)合射頻信號(hào)提供給傳輸系統(tǒng)，傳輸系統(tǒng)中的光發(fā)射機(jī)把高頻電視信號(hào)轉(zhuǎn)換至紅外光波段，使其沿光導(dǎo)纖維傳輸，到接收端再通過光接收機(jī)把紅外波段的光變回高頻電視信號(hào)。高頻電視信號(hào)通過集成了CATV信號(hào)接收模塊的EoC局端與EoC數(shù)據(jù)混合，通過頻分復(fù)用的方式在同軸分配網(wǎng)絡(luò)中傳輸，同軸分配網(wǎng)絡(luò)把有線數(shù)字電視信號(hào)高效而合理地分送到戶。用戶端的網(wǎng)關(guān)設(shè)備將接收到的有線數(shù)字電視信號(hào)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(shù)據(jù)流輸出給標(biāo)準(zhǔn)無線路由模塊，使移動(dòng)智能終端能通過WiFi無線方式接收并實(shí)現(xiàn)視頻收看。

圖1 基于雙向接入網(wǎng)EoC的有線無線融合覆蓋系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)架構(gòu)中的PON+EoC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙向交互數(shù)據(jù)的傳輸?，F(xiàn)有同軸電纜電視廣播傳輸系統(tǒng)具有極寬的頻帶資源，而且現(xiàn)有居民小區(qū)樓內(nèi)已敷設(shè)有線電視同軸電纜并進(jìn)行電視業(yè)務(wù)的傳輸，PON+EoC系統(tǒng)完全匹配廣電有線的HFC網(wǎng)絡(luò)，利用原有入戶同軸電纜，無需對(duì)入戶電纜重新改造。在當(dāng)前光纖敷設(shè)到樓道的趨勢(shì)下，采用PON技術(shù)可以節(jié)省主干光纖，提供對(duì)稱高帶寬，滿足用戶差異化的業(yè)務(wù)需求。其中PON系統(tǒng)部分由OLT、ONU和光纖鏈路構(gòu)成，EoC系統(tǒng)包括EoC局端和EoC終端，它們通過同軸電纜分配網(wǎng)絡(luò)相連。在下行方向，來自PON網(wǎng)絡(luò)的以太網(wǎng)信號(hào)通過ONU送到小區(qū)樓宇門口，經(jīng)過EoC局端調(diào)制到同軸電纜的一個(gè)信道后，通過同軸電纜分配網(wǎng)絡(luò)送到位于住戶家中的EoC終端，經(jīng)EoC終端解調(diào)后，傳送給終端設(shè)備。在上行方向，用戶端的上行數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過EoC終端調(diào)制后進(jìn)入同軸電纜分配網(wǎng)絡(luò)到達(dá)EoC局端，由EoC局端解調(diào)轉(zhuǎn)換后，通過ONU送至OLT。以太網(wǎng)信號(hào)與CATV和點(diǎn)播節(jié)目信號(hào)在EoC局端一起混合進(jìn)入同軸電纜分配網(wǎng)絡(luò)，被戶內(nèi)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備接收，不影響原有電視節(jié)目的收看。用戶端網(wǎng)關(guān)設(shè)備的EoC終端通過對(duì)射頻信號(hào)的解調(diào)得到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，輸出給標(biāo)準(zhǔn)無線路由模塊，實(shí)現(xiàn)無線雙向數(shù)據(jù)交互，使移動(dòng)智能終端能通過WiFi無線方式開展雙向交互數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

2 有線無線融合覆蓋模式業(yè)務(wù)形態(tài)

本系統(tǒng)面向3類業(yè)務(wù)形態(tài)來實(shí)現(xiàn)多屏互動(dòng)業(yè)務(wù)：面向電視終端的DVB數(shù)字電視廣播和點(diǎn)播業(yè)務(wù)，面向移動(dòng)智能終端的數(shù)字電視廣播和點(diǎn)播業(yè)務(wù)，雙向交互數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

第一類業(yè)務(wù)形態(tài)即傳統(tǒng)的面向電視終端的DVB廣播和點(diǎn)播業(yè)務(wù)，用戶可以通過電視終端觀看電視直播和點(diǎn)播業(yè)務(wù)。本部分的信號(hào)處理過程完全與數(shù)字電視現(xiàn)有系統(tǒng)相同。對(duì)于直播業(yè)務(wù)，有線數(shù)字電視前端完成實(shí)時(shí)節(jié)目內(nèi)容和增值業(yè)務(wù)內(nèi)容復(fù)用、加擾后，輸出一路MPEG-2 TS流，送到QAM調(diào)制器，完成視音頻節(jié)目信號(hào)到射頻信號(hào)的調(diào)制，經(jīng)過有線電視網(wǎng)絡(luò)傳送到用戶家中網(wǎng)關(guān)設(shè)備的STB模塊，直播節(jié)目經(jīng)過解調(diào)、解復(fù)用、解擾、解碼等處理后恢復(fù)為TS流信號(hào)，最終顯示在電視終端上；對(duì)于點(diǎn)播業(yè)務(wù)，上行通道采用PON+EoC作為IP雙向交互通道，用戶點(diǎn)播請(qǐng)求通過IP雙向回傳通道交互，VOD視頻服務(wù)器收到用戶的點(diǎn)播請(qǐng)求后將單節(jié)目傳輸流封裝成UDP包傳輸至IPQAM，IPQAM完成解封裝并將多個(gè)單節(jié)目傳輸流復(fù)用成多節(jié)目傳輸流，調(diào)制為RF信號(hào)后通過HFC網(wǎng)絡(luò)傳輸給網(wǎng)關(guān)設(shè)備的STB模塊，STB模塊根據(jù)頭端返回的PID鎖定對(duì)應(yīng)的音視頻流來進(jìn)行解調(diào)和解碼以實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。

第二類業(yè)務(wù)形態(tài)即面向移動(dòng)智能終端的數(shù)字電視廣播和點(diǎn)播業(yè)務(wù)，利用智能手機(jī)、平板PC、便攜式計(jì)算機(jī)等智能終端為顯示載體，傳輸直播和點(diǎn)播內(nèi)容。本部分系統(tǒng)采用DVB廣播傳輸技術(shù)與無線交互接入技術(shù)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)。其中流媒體打包封裝模塊之前的業(yè)務(wù)流程與第一類業(yè)務(wù)相同，由于用戶終端類型不同，需要通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備的流媒體打包封裝模塊對(duì)數(shù)字電視TS流數(shù)據(jù)進(jìn)行流媒體打包封裝后將IP數(shù)據(jù)流輸出給標(biāo)準(zhǔn)無線路由模塊，將相應(yīng)的直播或點(diǎn)播數(shù)字電視節(jié)目分發(fā)到各個(gè)終端，移動(dòng)智能終端通過WiFi無線方式接收并實(shí)現(xiàn)直播或點(diǎn)播的視頻收看。

第三類業(yè)務(wù)形態(tài)即面向電視終端或移動(dòng)智能終端的雙向交互數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，通過PON+EoC系統(tǒng)的雙向交互通道實(shí)現(xiàn)，EoC系統(tǒng)可以采用HiNOC、C-HPAV等雙向接入?yún)f(xié)議。通過雙向交互通道不僅用于傳輸語音、視頻、上網(wǎng)等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而且還實(shí)現(xiàn)交互電視業(yè)務(wù)的信令回傳。

在上述3類業(yè)務(wù)形態(tài)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(dú)設(shè)備的形態(tài)存在，也可以同時(shí)集成在網(wǎng)關(guān)設(shè)備中。

3 有線無線融合覆蓋模式業(yè)務(wù)模塊

3.1 網(wǎng)關(guān)設(shè)備

本系統(tǒng)集成的網(wǎng)關(guān)設(shè)備包含3個(gè)功能模塊，分別是STB模塊完成DVB解調(diào)，流媒體打包封裝模塊完成轉(zhuǎn)封裝轉(zhuǎn)協(xié)議，EoC終端完成EoC信號(hào)調(diào)制解調(diào)。網(wǎng)關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖2所示。

來自同軸電纜分配網(wǎng)絡(luò)的RF信號(hào)首先經(jīng)過分路器（即濾波器）將頻分復(fù)用的有線電視信號(hào)和EoC信號(hào)分開，分別送到相應(yīng)的解調(diào)模塊。

一路信號(hào)由STB模塊完成信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換、解調(diào)等處理恢復(fù)出TS流信號(hào)，該信號(hào)解復(fù)用、解擾、解碼后直接送到電視終端進(jìn)行顯示，同時(shí)還送到流媒體打包封裝模塊進(jìn)行后續(xù)處理。

圖2 網(wǎng)關(guān)設(shè)備

另一路信號(hào)由EoC模塊完成對(duì)射頻信號(hào)的解調(diào)得到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，輸出給標(biāo)準(zhǔn)無線路由模塊，建立出無線雙向交互數(shù)據(jù)通道，為用戶提供無線接入服務(wù)，同時(shí)網(wǎng)關(guān)設(shè)備也可為用戶提供以太網(wǎng)接口。

由于移動(dòng)智能終端自帶WiFi模塊，能夠通過WiFi無線方式實(shí)現(xiàn)雙向交互數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，該方式用戶不用專門更換移動(dòng)智能終端設(shè)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(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 STB模塊

STB模塊中的調(diào)諧模塊接收有線數(shù)字電視RF信號(hào)并下行變頻為中頻信號(hào)，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過QAM解調(diào)輸出MPEG傳輸流，解復(fù)用模塊接收MPEG傳輸流，從中抽出一個(gè)節(jié)目的PES數(shù)據(jù)，包括視頻PES、音頻PES以及數(shù)據(jù)PES，對(duì)于加擾節(jié)目則通過解擾引擎對(duì)加擾的數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)于移動(dòng)智能終端，流媒體打包封裝模塊對(duì)直播或點(diǎn)播TS流進(jìn)行RTSP/RTP、HTTP（HLS、MPEG-DASH）等流媒體協(xié)議的轉(zhuǎn)換。流媒體打包封裝模塊將單向廣播的流媒體數(shù)據(jù)傳輸方式轉(zhuǎn)換成終端設(shè)備支持的雙向交互的流媒體協(xié)議傳輸方式后，將IP數(shù)據(jù)流輸出給標(biāo)準(zhǔn)無線路由模塊，將相應(yīng)的數(shù)字電視節(jié)目分發(fā)到各個(gè)終端，移動(dòng)智能終端通過WiFi無線方式接收并實(shí)現(xiàn)直播或點(diǎn)播的視頻收看。

3.3 EoC終端

EoC終端結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 EoC終端

EoC終端用于實(shí)現(xiàn)下行數(shù)據(jù)信號(hào)的接收解調(diào)和上行數(shù)據(jù)信號(hào)的調(diào)制發(fā)送。主要包括雙工模塊、RF模塊、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、物理層信號(hào)處理、MAC層協(xié)議處理和以太網(wǎng)接口等模塊。接收數(shù)據(jù)時(shí)，來自同軸電纜的RF信號(hào)經(jīng)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(hào)，再經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過物理層信號(hào)處理和MAC層協(xié)議處理后由以太網(wǎng)口輸出給用戶終端或下接的無線路由器。發(fā)送數(shù)據(jù)與接收數(shù)據(jù)的處理過程相反。對(duì)于TDD系統(tǒng)，雙工模塊工作于半雙工狀態(tài)，在同一時(shí)刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。對(duì)于FDD系統(tǒng)，雙工模塊工作于全雙工狀態(tài)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。物理層信號(hào)處理和MAC層協(xié)議處理單元完成EoC協(xié)議的信號(hào)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(zhuǎn)發(fā)技術(shù)

對(duì)于上述的第3類業(yè)務(wù)形態(tài)即雙向交互數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的無線覆蓋，是通過EoC+WiFi兩級(jí)系統(tǒng)級(jí)聯(lián)覆蓋，需要EoC和WiFi兩種協(xié)議實(shí)現(xiàn)，我國自主研發(fā)的HiNOC技術(shù)屬于高頻EoC技術(shù)，本設(shè)計(jì)探討通過對(duì)HiNOC信號(hào)進(jìn)行同頻放大轉(zhuǎn)換為高頻無線信號(hào)來實(shí)現(xiàn)無線雙向交互數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，即利用HiNOC一種協(xié)議實(shí)現(xiàn)從樓道同軸分配到家庭內(nèi)部無線信號(hào)深度覆蓋，取代從樓頭到用戶終端通過兩級(jí)系統(tǒng)級(jí)聯(lián)的覆蓋方式。

HiNOC技術(shù)作為自主創(chuàng)新的高性能同軸電纜雙向接入EoC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于同軸電纜的在750 MHz以上頻帶的高速數(shù)據(jù)傳輸，工作頻帶滿足現(xiàn)有及未來有線電視網(wǎng)絡(luò)頻率規(guī)劃要求，技術(shù)上采用16 MHz的單信道頻帶，符合我國廣播電視頻帶規(guī)劃的要求，支持單信道業(yè)務(wù)速率60 Mbit/s以上。

基于HiNOC的有線無線信道融合系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示。

圖5 基于HiNOC的有線無線信道融合系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)中，HB設(shè)備（EoC局端）部署在樓頭，HM模塊（EoC終端）則集成在用戶移動(dòng)智能終端如智能手機(jī)、平板PC、便攜式計(jì)算機(jī)等內(nèi)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(hào)轉(zhuǎn)換為無線信號(hào)，實(shí)現(xiàn)HB與HM的雙向信號(hào)交互。HiNOC系統(tǒng)工作在750 MHz以上頻譜，可以通過對(duì)信號(hào)同頻放大，轉(zhuǎn)換為750 MHz以上的無線信號(hào)。

對(duì)系統(tǒng)本身而言，最大的特點(diǎn)是信號(hào)傳輸需要經(jīng)過同軸有線信道和無線信道，增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度。相比EoC+WiFi兩級(jí)系統(tǒng)級(jí)聯(lián)覆蓋的方式，只利用HiNOC一種協(xié)議實(shí)現(xiàn)了用戶接入和家庭內(nèi)部無線信號(hào)覆蓋，入戶節(jié)點(diǎn)處設(shè)備簡單。

實(shí)現(xiàn)本方式需要重點(diǎn)解決以下問題：

1）HiNOC協(xié)議專門針對(duì)同軸電纜信道進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，但對(duì)于本方式的應(yīng)用場(chǎng)景，即同軸電纜有線信道與家庭內(nèi)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(diǎn)并不相同。為了達(dá)到預(yù)期的傳輸性能和覆蓋要求，需要針對(duì)性地建立相關(guān)信道模型，對(duì)HiNOC協(xié)議尤其是物理層相關(guān)傳輸機(jī)制和參數(shù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真和測(cè)試，必要時(shí)作相關(guān)的改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2）邏輯上整個(gè)系統(tǒng)由HB集中管理，可接入HM終端數(shù)目受限于協(xié)議能力。在此場(chǎng)景下HM模塊要集成到每個(gè)用戶終端里面，意味著每個(gè)家庭將部署多個(gè)HM，而HB部署在樓頭，需要同時(shí)管理同一樓棟內(nèi)的多個(gè)家庭的多個(gè)終端。這樣帶來的問題是一個(gè)HB頭端模塊僅能覆蓋幾戶家庭，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受限。為此要求HB設(shè)備應(yīng)具備靈活的模塊可擴(kuò)展性，或HiNOC協(xié)議擴(kuò)展以支持更多終端。同時(shí)可能帶來的好處是原來由一個(gè)家庭共享的帶寬現(xiàn)在可以由一臺(tái)終端獨(dú)享，可以給用戶更好的接入體驗(yàn)。

3）轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)（中繼天線）該如何設(shè)計(jì)，僅完成信號(hào)轉(zhuǎn)換和放大的功能是否完備，以及如何規(guī)避同頻干擾。由于無線頻譜有限，同一樓棟內(nèi)的不同家庭內(nèi)不可避免采用相同頻率實(shí)現(xiàn)無線覆蓋，為此一方面需要在部署時(shí)做好頻率規(guī)劃，另一方面需要優(yōu)化設(shè)計(jì)中繼天線，能夠?qū)崿F(xiàn)定向、有效、合理的信號(hào)覆蓋。

4）HiNOC系統(tǒng)主要用于解決用戶雙向?qū)拵?shù)據(jù)接入的問題，對(duì)于數(shù)字電視廣播采用何種方式實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部無線覆蓋，需要進(jìn)一步探討。

擴(kuò)展EoC無線轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)有線無線融合覆蓋提供了一種創(chuàng)新性的研究思路，值得進(jìn)一步深入探究。

5 總結(jié)

基于雙向接入網(wǎng)EoC的有線無線融合覆蓋系統(tǒng)提供面向電視終端的DVB數(shù)字電視直播和點(diǎn)播業(yè)務(wù)、面向智能終端的數(shù)字電視直播和點(diǎn)播業(yè)務(wù)、無線雙向交互數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，綜合利用了有線無線融合、單向廣播和雙向交互技術(shù)，使用戶能夠通過多種終端開展多屏互動(dòng)業(yè)務(wù)。本文探討性地提出EoC無線轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)也為雙向交互數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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(wǎng)EPON+HiNOC技術(shù)探析[J].電視技術(shù)，2012，36（18）：70-71.

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