基于EOC系統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)

溫一泉

摘要：隨著廣電網(wǎng)絡(luò)雙向?qū)拵ЩM(jìn)程的推進(jìn)，特別是廣電運(yùn)營(yíng)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)深度融合，將傳統(tǒng)的視頻業(yè)務(wù)作為基石，融合雙向的數(shù)據(jù)、點(diǎn)播、互動(dòng)等業(yè)務(wù)的需求牽引，形成廣電特色的雙向?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)（以下簡(jiǎn)稱雙向網(wǎng)）是大勢(shì)所趨。本文簡(jiǎn)要介紹廣電網(wǎng)絡(luò)雙向?qū)拵ЬW(wǎng)現(xiàn)狀，就基于Home Plug AV 技術(shù)的EOC系統(tǒng)的技術(shù)特征、主要工程問(wèn)題、測(cè)試方法進(jìn)行闡述，提供快速、有效、妥善解決EOC常見(jiàn)問(wèn)題的參考。

關(guān)鍵詞：EOC OFDM 信噪比 功率電平 互調(diào) 侵?jǐn)_ 吞吐量

在雙向網(wǎng)建設(shè)中，技術(shù)形態(tài)紛繁復(fù)雜，逐步形成了幾個(gè)重要的技術(shù)流派，主要有基于DOCSIS技術(shù)的HFC網(wǎng)絡(luò)，基于Home Plug AV 技術(shù)的EOC網(wǎng)絡(luò)（EOC種類眾多，本文以Home Plug AV為例說(shuō)明），基于PON技術(shù)的FTTH網(wǎng)絡(luò)等。這三種主流技術(shù)網(wǎng)絡(luò)形態(tài)各有特色。HFC是最傳統(tǒng)的廣電雙向網(wǎng)，采用上行時(shí)分復(fù)用+下行頻分復(fù)用的技術(shù)方案，其大容量數(shù)據(jù)傳送，對(duì)傳統(tǒng)廣電的CALBE網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥m應(yīng)能力強(qiáng)都是其優(yōu)點(diǎn)，但是反向噪聲漏斗造成的通信質(zhì)量弱化和運(yùn)維強(qiáng)度大是其主要缺點(diǎn)。HFC一般部署在人口稠密的大都市，投資效應(yīng)較好。FTTH是最接近電信網(wǎng)絡(luò)的一種新興廣電雙向網(wǎng)，采用上行時(shí)分復(fù)用+下行波分復(fù)用的技術(shù)方案，其設(shè)備通用性帶來(lái)的透明化，與電信網(wǎng)充分融合帶來(lái)的未來(lái)三網(wǎng)融合平滑過(guò)渡以及帶寬優(yōu)勢(shì)，都是其他網(wǎng)絡(luò)難以比擬的。同時(shí)，其良好的傳輸可靠性也大大減輕了運(yùn)維強(qiáng)度，是高滲透率接入網(wǎng)的一個(gè)主要選擇。但是，由于要重新鋪設(shè)光纖網(wǎng)絡(luò)，對(duì)既有網(wǎng)絡(luò)的繼承性、入戶困難等因素是阻礙FTTH發(fā)展的重要瓶頸。EOC網(wǎng)絡(luò)是從家庭駐地網(wǎng)技術(shù)反向衍生到接入網(wǎng)的技術(shù)，采用跳頻的OFDM技術(shù)，有較好的抗干擾能力。其拓?fù)浜?jiǎn)單，成本低，部署簡(jiǎn)便，在低網(wǎng)絡(luò)滲透率、中低帶寬的接入應(yīng)用下有較好的性價(jià)比，在無(wú)雙向網(wǎng)基礎(chǔ)的區(qū)域有很好的補(bǔ)充作用。

本文從三個(gè)角度，對(duì)EOC系統(tǒng)的技術(shù)特征、主要工程問(wèn)題、測(cè)試方法進(jìn)行闡述，以期為EOC網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、運(yùn)維工作技術(shù)人員提供參考。

EOC系統(tǒng)的技術(shù)特性

EOC 是Ethernet Over Coax 的英文縮寫，即基于有線電視同軸電纜使用以太協(xié)議的接入技術(shù)?，F(xiàn)在則將所有的在Cable上傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)都稱為EOC。EOC種類眾多，我們以目前市場(chǎng)主流的Home Plug AV標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行基準(zhǔn)進(jìn)行討論。

2000年3月，由Cisco、HP、Motorola及Intel等數(shù)十家企業(yè)共同成立Home Plug Power Line Alliance（家庭電力線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟），以電力線架設(shè)局域網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)想終于有了一致的標(biāo)準(zhǔn)和具體的進(jìn)度。家庭電力線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟隨后在2001年6月發(fā)表電力線網(wǎng)絡(luò)的第一份標(biāo)準(zhǔn)——Homeplug1.0。2003年2月開(kāi)始Home Plug AV制定工作，2005年8月，家庭電力線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟批準(zhǔn)了新的Home Plug AV標(biāo)準(zhǔn)。①

Home Plug AV的目的是在家庭內(nèi)部的電力線上構(gòu)筑高質(zhì)量、多路媒體流、面向娛樂(lè)的網(wǎng)絡(luò)，專門用來(lái)滿足家庭數(shù)字多媒體傳輸?shù)男枰?。它采用先進(jìn)的物理層和MAC層技術(shù)，提供200Mbps級(jí)的電力線網(wǎng)絡(luò)，用于傳輸視頻、音頻和數(shù)據(jù)。Home Plug AV的物理層使用OFDM調(diào)制方式，它是將待發(fā)送的信息碼元通過(guò)串并變換，降低速率，從而增大碼元周期，以削弱多徑干擾的影響。同時(shí)它使用循環(huán)前綴（CP）作為保護(hù)間隔，大大減少甚至消除了碼間干擾，并且保證了各信道間的正交性，從而大大減少了信道間干擾。當(dāng)然，這樣做也付出了帶寬的代價(jià)，并帶來(lái)了能量損失：CP越長(zhǎng)，能量損失就越大。OFDM中各個(gè)子載波頻譜有1/2重疊正交，這樣提高了OFDM調(diào)制方式的頻譜利用率。在接收端通過(guò)相關(guān)解調(diào)技術(shù)分離出各載波，同時(shí)消除碼間干擾的影響。

基于Home Plug AV的EOC產(chǎn)品去除低頻干擾的頻率后，在7-30MHz頻段使用917個(gè)子載波；功率譜密度可編程，以滿足不同國(guó)家的頻率管制；每個(gè)子載波可以單獨(dú)進(jìn)行BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM、256QAM和1024QAM調(diào)制；采用Turbo FEC錯(cuò)誤校驗(yàn)；物理層線路速率達(dá)到200Mbps，凈荷為150Mbps，前同步碼可被HomePlug1.0設(shè)備檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)兩者共存，但互操作是可選項(xiàng)。同時(shí)，Home Plug AV設(shè)計(jì)了十分高效的MAC層，MAC層都采用Master-Slave結(jié)構(gòu)，支持基于工頻周期同步機(jī)制的TDMA和 CSMA。TDMA面向連接，提供QOS保障，確保帶寬預(yù)留、高可靠性和嚴(yán)格的時(shí)延抖動(dòng)控制。CSMA面向優(yōu)先級(jí)，提供四級(jí)優(yōu)先級(jí)，確保即插即用。工頻周期同步機(jī)制確保良好的抗工頻周期同步噪聲的信道適應(yīng)能力，如調(diào)光燈、充電器等產(chǎn)生的諧波?；?28位AES嚴(yán)格加密。中央?yún)f(xié)調(diào)員CC（Central Coordinator）控制所在電力線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的活動(dòng)，并協(xié)調(diào)同相鄰電力線網(wǎng)絡(luò)的共存，以支持電力線寬帶接入、多電力線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和隱藏節(jié)點(diǎn)服務(wù)。

MAC層的工作方式為CSMA，其工作原理是：發(fā)送數(shù)據(jù)前先監(jiān)聽(tīng)信道是否空閑，若空閑則立即發(fā)送數(shù)據(jù)，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，邊發(fā)送邊繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)，若監(jiān)聽(tīng)到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，等待一段時(shí)間再重新嘗試。由于采用了CSMA機(jī)制，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中Home Plug設(shè)備節(jié)點(diǎn)增加時(shí)，碰撞的幾率會(huì)增加，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾室矔?huì)大大降低。所以在節(jié)點(diǎn)設(shè)備較少的家庭聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)合，它仍是一種很實(shí)用、很方便的技術(shù)。由于Home Plug 技術(shù)是基于電力線傳輸基礎(chǔ)上發(fā)展的，考慮到電力線應(yīng)用的惡劣環(huán)境，其協(xié)議中關(guān)于糾錯(cuò)方面考慮較多，在一定程度影響了其傳輸時(shí)有效數(shù)據(jù)載荷的效率，但同時(shí)也增強(qiáng)了該方案的抗干擾性能。

Home Plug AV在同軸電纜上的傳輸完全采用Home Plug協(xié)議，只是修改了前端耦合等電路設(shè)計(jì)。同軸電纜的傳輸性能要好于電力線，像電磁兼容等原來(lái)在電力線上比較難以處理的問(wèn)題也得到了很好的解決，數(shù)據(jù)流量性能也好于在電力線上傳輸?shù)男阅堋Ｓ捎贖ome Plug AV在同軸電纜上的傳輸為多載波的OFDM有源調(diào)制方式，工作在30MHz以下頻段。雖然抗干擾較強(qiáng)，但當(dāng)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信時(shí)，也是要受到匯聚噪聲的影響。

EOC系統(tǒng)的主要工程問(wèn)題

與任何雙向網(wǎng)絡(luò)類似，EOC系統(tǒng)的主要工程問(wèn)題也可以分為三個(gè)層面。

一、物理層信號(hào)傳輸質(zhì)量問(wèn)題。物理層信號(hào)傳輸質(zhì)量不佳，會(huì)直接影響業(yè)務(wù)的聯(lián)通，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷，是EOC系統(tǒng)首要的工程問(wèn)題，具體講：

（一）物理層信號(hào)的強(qiáng)度不足引起的問(wèn)題。這類問(wèn)題主要是設(shè)備故障、線路異常的損耗引起。Home Plug AV 傳輸?shù)念l段一般在5-65M低頻段，屬于CABLE雙向網(wǎng)絡(luò)比較惡劣的區(qū)段，OFDM本身有很強(qiáng)的抗干擾特性。因此，Home Plug AV物理層電平很高，一般在110dBV左右，信號(hào)的跌落是常見(jiàn)工程問(wèn)題，也是首先要保證的。使用測(cè)試設(shè)備的RF監(jiān)測(cè)功能，是解決這類問(wèn)題的有效手段。

（二）信道的干擾。低頻段是干擾最集中的頻段，除了常見(jiàn)的匯聚噪聲、設(shè)備過(guò)載外的失真外，低頻段還是外部侵入干擾最集中的頻段。Home Plug AV的物理層設(shè)計(jì)和MAC層的特性，其實(shí)都是對(duì)信道干擾的有效抑制機(jī)制，但對(duì)于持續(xù)性的、寬帶覆蓋的、信號(hào)強(qiáng)度大的干擾，還是有直接影響的。例如，如果一個(gè)短時(shí)干擾落在工作頻帶，CSMA機(jī)制就會(huì)起作用；但如果是持續(xù)性的，且信號(hào)強(qiáng)度大，則不僅CSMA，且OFDM的機(jī)制也會(huì)失效，通信質(zhì)量就會(huì)大大受到影響。當(dāng)通信信道受到干擾時(shí)，表現(xiàn)為通信帶寬急劇下降，無(wú)法連線，或者連線后速度慢，甚至完全中斷通信。使用測(cè)試設(shè)備的信噪比、頻譜掃描、比特負(fù)載等測(cè)試工具可以有效協(xié)助這類問(wèn)題的排查。②

二、數(shù)據(jù)、協(xié)議層面的聯(lián)通、交換、速率等能力問(wèn)題。第一類往往是終端設(shè)備的設(shè)置與局端設(shè)置的匹配問(wèn)題。這類問(wèn)題最常見(jiàn)，也最需要運(yùn)維者的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)和能力。EOC設(shè)備本身有很多屬性，如MAC地址、USER HFID、MULTI-MASTER ISOLATION等。各EOC設(shè)備廠家都會(huì)或多或少根據(jù)自己的利益做一些屬性上的限制，例如A廠家的局端設(shè)備可能會(huì)根據(jù)終端的MAC來(lái)判斷終端設(shè)備是否為自家產(chǎn)品，是就允許其連接，不是則禁止其連接。同樣的，B廠家的局端設(shè)備，可能會(huì)根據(jù)USER HFID來(lái)識(shí)別終端設(shè)備是否是自己產(chǎn)品，是就允許其連接，不是就禁止其連接。C廠家可能會(huì)根據(jù)MULTI-MASTER ISOLATION來(lái)判斷是否允許終端連接。D廠家可能會(huì)同時(shí)限制以上幾個(gè)屬性?？傮w而言，不同廠家的設(shè)備兼容性較差。當(dāng)客戶同時(shí)使用多家設(shè)備的時(shí)候，這個(gè)問(wèn)題尤為突出。各廠家之間的設(shè)備交叉使用的時(shí)候最易出問(wèn)題。所以做好互聯(lián)互通尤為重要。前期的互聯(lián)互通測(cè)試必不可少，可靠的測(cè)試儀表必不可少，后期遇到問(wèn)題也必須要求設(shè)備廠家及時(shí)跟進(jìn)。

第二類是局端設(shè)備的故障和互通匹配問(wèn)題，甚至包括前后軟件版本的不一致。設(shè)備使用過(guò)程中出問(wèn)題常見(jiàn)但不可怕，關(guān)鍵是要能快速地解決定位問(wèn)題。使用中局端設(shè)備出故障會(huì)導(dǎo)致該局端下所有的用戶無(wú)法上網(wǎng)，涉及面廣，易引起投訴。所以，一旦出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題，必須快速定位，第一時(shí)間解決，借助測(cè)量?jī)x表是快速定位問(wèn)題的有效手段。局端廠家的軟件版本升級(jí)也可能導(dǎo)致問(wèn)題，所以涉及到局端軟件升級(jí)的，一定要先在小范圍內(nèi)測(cè)試新版本的軟件的可靠性，以及升級(jí)過(guò)程的安全性，避免出現(xiàn)大面積局端故障。

三、EOC本身對(duì)有線電視傳輸?shù)挠绊憜?wèn)題。Home Plug AV 自身為提升抗干擾能力，使用了兩種物理層手段，一是提升自身的傳輸電平，這個(gè)信號(hào)電平極高，比正常的電視射頻信號(hào)高出很多，一般的有線電視終端的平均數(shù)字電平在60dB？V左右。二是OFDM是寬帶信號(hào)，帶寬往往可以覆蓋幾個(gè)數(shù)字電視的頻道。一旦EOC信號(hào)自身的諧波以及互調(diào)產(chǎn)物落入高頻的電視頻段，就會(huì)影響電視傳輸，有時(shí)候由于OFDM、CSMA的作用，諧波和互調(diào)產(chǎn)物是浮動(dòng)的，會(huì)污染電視頻段。使用測(cè)試設(shè)備的數(shù)字電視功能，可有效地測(cè)試這種干擾現(xiàn)象。使用頻譜功能，可協(xié)助排查。

EOC系統(tǒng)的測(cè)試

一、鏈路質(zhì)量測(cè)試。③鏈路質(zhì)量測(cè)試是指測(cè)試從局端到終端這一段同軸線的鏈路質(zhì)量，主要指標(biāo)和意義如圖3，各地可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)制定自己的合格值，總體要求是保證鏈路質(zhì)量合格。

二、噪聲干擾測(cè)試。Home Plug AV采用自適應(yīng)的OFDM調(diào)制，可根據(jù)新的質(zhì)量，自動(dòng)調(diào)整載波的調(diào)制方式，保證信道的帶寬利用率達(dá)到最大，根據(jù)每個(gè)載波的調(diào)制方式，可推斷出該頻點(diǎn)的S/N，據(jù)此判斷噪聲干擾情況。

三、MPDU測(cè)試。用于表征EOC終端之間相互干擾情況的物理量。失敗、碰撞數(shù)量急劇增多時(shí)，表示終端設(shè)備之間干擾嚴(yán)重。

四、EOC屬性設(shè)置。EOC儀表要與各個(gè)局端廠家的設(shè)備連接，所以必須與各個(gè)廠家的局端能夠匹配兼容。儀表不能要求所有廠家兼容自己，所以只能改變自己，適應(yīng)所有局端。

五、EOC頻譜測(cè)試。測(cè)量EOC局端的信號(hào)頻譜。當(dāng)EOC終端無(wú)法上線時(shí)，可用測(cè)量?jī)x表測(cè)試EOC局端頻譜是否正常。因EOC信號(hào)是高速突發(fā)信號(hào)，正常情況下儀表上顯示的會(huì)是尖刺信號(hào)。如果無(wú)法觀測(cè)到如圖所示的信號(hào)，則檢測(cè)EOC頭端工作是否正常，或查看頭端與終端間的連接線纜是否正常。

運(yùn)維人員可根據(jù)EOC系統(tǒng)在工程中出現(xiàn)的不同故障，分別采用相應(yīng)的測(cè)試方式查找、分析問(wèn)題，從而快速、有效地解決好系統(tǒng)問(wèn)題，確保傳輸?shù)陌踩?、順暢?/p>

（作者單位：江西省廣播電視網(wǎng)絡(luò)傳輸有限公司）

注釋：

①田新成，劉獻(xiàn)偉，黃 霞等：《基于Home Plug AV標(biāo)準(zhǔn)的自適應(yīng)電力線modem設(shè)計(jì)》，《電力系統(tǒng)通信》，2007（12）。

②許俊國(guó)：《EPON+EOC寬帶故障原因和排查思路方法》，《中國(guó)有線電視》，2011（11）。

③陳志國(guó)，黎 陽(yáng)，江時(shí)珍：《EOC系統(tǒng)關(guān)鍵性能測(cè)試評(píng)估分析》，《廣播與電視技術(shù)》，2012（10）。