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高 频 和 低 频 EOC 方 案 的 对 比一、 低频方案综述 低频 EOC 方案的芯片供应商有三家: 、 (英特龙) Spidcom Intellon 、 (速比特) Coppergate(浩博)。
Intellon 和 Spidcom 的芯片是基于 HomePlug AV 标准,而 Coppergate 是基于HomePNA 标准。
两种技术各有特点,现分述如下:HomePlug AV 技术 Intellon 和 Spidcom 方案基于 HomePlug AV 标准,影响其线路适应能力的关键技术特点如下: 使用 OFDM 调制方式(OFDM 是正交频分复用的简写,是广泛用于无线通讯的调制方 ,最多支持 式,用多个子载波解决微波多径和单频干扰问题,以适应恶劣的物理信道) 1024 个子载波,每个子载波最高可以达到 1024QAM 的调制密度。
根据每个子载波所 在频点的信噪比,每个子载波的调制密度自动在 2QAM 到 1024QAM 之间变化,以抵 抗单点干扰。
大发送功率。
由于 HomePlug AV 技术的工作频段处于噪声较高的低频段,因此采用了高达 1024 个子载波、1024QAM 的调制密度和较大的发送功率,并结合子载波调制密度自动调整技术来适应物理信道。
高子载波数、高调制密度和高的发送功率,提高了抗干扰性能,使 HomePlug技术可以适应存在汇聚噪声的有线电视网络。
但遗憾的是,事物总是有两面性,复杂调制技术带来抗干扰性能的提高,也同时增加了处理算法的时间复杂度。
较之使用简单调制解调算法的芯片,系统的处理能力较低,传输速率也较低。
同时,大发送功率产生的带外谐波也会对低频段电视信号产生干扰。
HomePNA 技术Coppergate 方案基于 HomePNA 标准,影响其线路适应能力的关键技术特点如下: 使用 FDQAM 调制方式 (FDQAM 是频分正交幅度调制的简写,上行和下行分为不同的 ,根据上行和下行根据线路的信噪比,调制密度在 8QAM 到 128QAM 之间变化。
频段) 大发送功率。
同 HomePlug AV 技术相同,HomePNA 的工作频段也是处于噪声较高的低频段,因此采用了调制密度自动调整技术来抵抗汇聚噪声的影响。
由于未采用能有效抵抗单点干扰的OFDM 技术,在干扰信号较大的环境应用时,会出现整个信道调制密度下降,传输的速率降低的问题。
但由于 FDAQM 调制解调算法简单,带来的好处是芯片处理能力较高,能获得较高的传输速率。
同 HomePlug AV 技术一样,大发送功率产生的带外谐波也会对低频段电视信号产生干扰。
低频方案间的对比 上面的两类低频 EOC 技术中,HomePNA 由于调制解调算法简单,性能最高,在无噪声干扰的环境下,最新一代的产品可以达到 160Mbps 的传输速率。
但由于其调制方式对噪声较为敏感,在有噪声的环境中,性能下降较 HomePlug AV 技术的快得多。
HomePlug AV采用了 OFDM 调制方式,并使用了高达 1024 个子载波和最高达 1024QAM 的调制密度。
在某些子载波受到干扰降低调制密度时,其它的子载波仍然可以工作在高调制密度上,其抗干扰能力明显优于 HomePNA。
因此线路的适应能力较 HomePNA 好,传输距离也更远,更适合在国内的有线电视网络环境使用。
使用 HomePlug AV 标准的 Intellon 和 Spidcom 方案的线路适应能力差距不大,都已在国内较多的地方有较大规模的布署,其主要差别在技术的开放程度、性能和成本方面。
下面将从这几方面对两家公司的产品进行对比: Intellon 公司的软件不向设备制造商提供源代码,仅提供编译过后的固件,设备开发商只能通过二层协议对其芯片芯片进行控制。
而 Spidcom 提供除了调制解调之外的所有代码,方便设备制造商开发新功能来满足用户的需求。
因此,在功能的扩展方面 Intellon 不如Spidcom。
在性能方面,Intellon 的芯片处理能力较 Spidcom 强,可以达到 80Mbps 左右的传输速 ,较 Spidcom 芯片 50Mbps(1518 字节)左右的传输速率高。
率(1518 字节报文) 在成本方面,Intellon 公司的芯片不开放
源码,设备制造商无法使用其内部处理器,为实现网络管理,局端设备需使用附加的处理器对芯片进行控制。
而 Spidcom 公司开放
源码,设备制造商可以利用芯片内的处理器来做自己的应用程序,局端设备不需要外扩处理器,因此设备成本较 Intellon 低。
综上所述,在两种低频 EOC 技术中,以 Intellon 和 Spidcom 公司的 HomePlug AV 技术较适合国内的广电网络。
因此,在选用低频 EOC 对网络进行双向改造时,应优先选用基于这两家公司芯片的 EOC 设备。
建议在性能要求不太高时,优先选用 Spidcom 方案的 EOC设备,方便以后新的业务出现时,通过软件修改扩展设备的功能。
二、 高频方案综述 、Entropic(熵通) 高频 EOC 方案的芯片供应商有三家:Atheros(Intellon 的母公司) 、Broadcom(博通)。
Atheros 是 WIFI 无线局载网芯片的供应商,它是将标准 WIFI 芯片进行降频后用于同轴电缆内的数据传输。
Entropic 和 Broadcom 的芯片是基于 MOCA 标准,Broadcom 公司的芯片和机顶盒芯片集成,所以未在国内的 EOC 产品中应用。
WIFI 降频技术 Atheros 公司的芯片采用的是 802.11 无线局域网标准,因此其技术特点和 802.11 中定义的一致,在此不再进行阐述。
对于高频 EOC 技术, 影响其线路适应能力的主要因素是工作频率。
WIFI 降频技术是将2.4G 的 WIFI 工作频率降到适合在同轴电缆内传输的 950MHz 到 1000MHz 之间的空闲频段。
由于在有线电视网络中,此频段上噪声很低,WIFI 降频技术可以取得比无线应用更为良好的性能。
由于 802.11 协议中规定的 OFDM 调制最大调制密度只有 64QAM,算法的时间复杂度不高,因此 Atheros 公司的芯片提供了一种 Super G 模式,突破了 802.11g 的最大带宽限制,将链路层的传输速率提高到了最大 60Mbps,以满 足 EOC 应用。
当然,天下没有免费的午餐,高工作频率带来的负面影响是广电接入网广泛使用的 75-5 同轴电缆在此频段上的损耗较大,会影响到其传输距离。
MOCA 技术Entropic 方案基于 MOCA 标准,影响其线路适应能力的关键技术特点如下: 使用 OFDM 调制方式,使用 256 个子载波,每个子载波最高可以达到 128QAM 的调制 密度。
根据每个子载波所在频点的信噪比,每个子载波的调制密度自动在 2QAM 到 128QAM 之间变化,以抵抗单点干扰。
工作频率可变。
MOCA 标准中定义的工作带宽是 50MHz,工作的中心频率可以在 800MHz 到 1500MHz 之间以 25MHz 的步距进行调整。
由于 MOCA 技术工作在高频段,与 WIFI 降频技术一样,影响其线路适应能力的主要因素是工作频率。
在有线电视网络中,MOCA 技术工作在低噪声频段,因此不需要象低频方案那么高的子载波数、调制密度来应对单点干扰,其子载波数为 256,每个载波最大可工作在 128QAM。
由于调制解调算法的时间复杂度较低,因此易于取得较高的系统处理能力,传输速率较高。
另外,由于不需通过提高发送功率掩盖汇聚噪声,带外谐波成分较低,对电视信号产生干扰也相对较小。
高频方案间的对比 Atheros 公司的 WIFI 降频方案由于标准和芯片的技术成熟较早,在 2006 年前是唯一可选的高频 EOC 方案,因此成为了国内最先大规模布署的 EOC 技术方案。
近年来,随着Entropic 公司 MOCA 方案的成熟,在全国各地均有了较大规模的应用,的为运营商提供了另外一种可选的 EOC 方案。
下面将从技术的开放程度、线路适应能力、性能和成本方面对两家公司的产品进行对比: 两家公司均提供除调制解调之外的所有代码,技术开放方面不存在问题,设备制造商可以方便地开发新功能来满足用户的需求。
与低频方案不同,高频 EOC 由于其工作频段的原因,抗干扰能力不是影响其可靠传输的主要矛盾。
同样也是由于工作频段的原因,传输信道的损耗较大,因而高频 EOC 都是应用在光纤到楼栋或单元的环境中,在这种环境中,光节点到用户的线路在 1000MHz 附近的线路损耗不会大于 50dB。
Atheros 方案可稳定工作的线路损耗约为 85dB,Entropic 方案可稳定工作的线路损耗约为 75dB,因此都能适应这种环境。
当在线路出现接触不良故障时,Atheros 比 Entropic 更有优势。
在广电行业早期的视频点播业务一般采用 IPQAM 方式,视频数据是通过数字电视信道进行分发,EOC 用于宽带上网和机顶盒点播信息的回传,对带宽要求不高。
近几年随着技术的发展,视频点播业务越来越向三网融合的方向靠拢,视频媒体流也采用 IPTV 的方式从数据网络进行传输,因此对数据网络带宽提出了更高的要求。
Atheros 方案可以提供的最大传输速率为 60Mbps(1518 字节报文),Entropic 方案可以提供的最大传输速率为 102Mbps 。
在带宽上,Entropic 方案占有优势。
另外,WIFI 技术使用的是竞争方式(1518 字节报文)传输报文,在传输报文时会因报文的碰撞产生丢包,特别是在用户终端较多的情况下,丢包现象更为严重。
MOCA 采用的是时分复用方式传输报文,无碰撞现象,带重负荷能力较强。
因此,在开展 IPTV 业务时,具有高传输速率和低丢包的特性的 Entropic 方案占有绝对优势。
由于 Atheros 方案使用的芯片已量产多年,出货量相当巨大,因此在成本比 Entropic 低。
随着近年来 MOCA 技术在欧美的风行,Entropic 芯片的出货量也在不断增加,芯片的售价也在快速下降,现在的成本已经与 Atheros 方案的比较接近。
综上所述,在两种高频 EOC 方案的对比中,采用 Entropic 方案灵敏度较 Atheros 低,但由于应用环境是光纤到楼栋,两公司的芯片都有较大的余量,灵敏度方面不是影响传输的主要因素。
而在性能方面,Entropic 方案具有绝对的优势。
因此,在选用高频 EOC 对网络进行双向改造时,应优先选用基于 Entropic 公司芯片的 EOC 设备。
三、 影响高频和低频方案的线路适应能力的因素 影响有线电视网络上传输数据信号稳定性的因素不外乎以下两点:1、数据信号工作频段的噪声。
2、数据信号工作频段上的线路损耗。
下面将从上述的两方面进行对比,分离出低频和高频 EOC 方案对线路适应能力有影响的各因素。
1、低频方案。
噪声的影响。
低频 EOC 方案的传输信道在 40MHz 以下,在有线电视网络中,此频段正在噪声最为密集的频段。
有线电视网络中的线路噪声由电网噪声、电视机的载频泄漏、外来干扰等组成,有线电视业内将这种噪声定义为汇聚噪声。
前两项为线路中汇聚噪声的主要来源,此两类噪声随着有线电视网络下接用户数量的增多呈线性增长趋势,在用户密集的环境中甚至可以高达 60~80dBuv。
虽然低频 EOC 都采用了较大的发送功率和复杂的调制解调技术来抵抗,但在用户数量较为密集的地方,当汇聚噪声累积到一定的程度时,就会引起调制密度的下降,造成传输速率下降,甚至引起设备不能正常建链。
线路损耗的影响。
在国内的有线电视接入网使用 75-5 同轴电缆进行传输。
有线电视接入网上的线路损耗由以下几方面组成: 分配损耗 电缆损耗 接头损耗 分配损耗是由接入网络中的分支分配器件产生,属于正常损耗。
对于广电接入网中最 《SJ/T11138.1-1997 SYWV-75-5 型电缆分配系统用物理发泡聚乙烯绝缘同常见的 75-5 电缆,轴电缆》标准中规定的各频率下损耗最大值如下: 频率 50MHz 200MHz 550MHz 800MHz损耗(dB/100m) 4.8 9.7 16.8 20.3 可以看到,在 50MHz 处电缆的损耗比 800MHz 处小 15.5dB。
因此,低频 EOC 的信号在电缆上的每百米损耗要小得多,这对传输距离无疑是有积极贡献的。
对于最后一项接头损耗,当接头接触良好时,接头损耗对于高低频损耗都很小,基本可以忽略不计。
但在接头接触不良时,会产生较大的损耗。
从上面的分析可以看出,在低频 EOC 方案的工作频段上,噪声对其稳定传输带来不利影响,而较低的线路损耗对长距离传输有利,连接头接触不良对传输稳定性影响较大。
2、高频方案 噪声的影响。
在有线电视网络中高频 EOC 方案的工作频段,无论是电网还是电视机载波泄漏产生的噪声都很小。
在一个典型的城区网络中的实测值为 25dBuv,在用户较为稀疏的农网中,这一值应该会更小。
由于高频 EOC 方案的工作频段噪声较小,这意味着用较小的发送功率和较为简单的调制解调算法就能取得较好的工作稳定性。
另外,简单的算法也易于实现较高的芯片性能,带来传输速率的提升。
线路损耗的影响。
分配损耗是由接入网络中的分支分配器件产生,属于正常损耗。
在高频 EOC 的工作频段,有线电视接入网中的分支分配器件和电缆的损耗都较大,1000MHz的信号一般会比 50MHz 的信号大 2 至 3dB 的损耗。
在高频 EOC 方案 1000MHz 附近的工作频段上,75-5 的电缆每百米损耗的最大值是 22dB,比 50MHz 处大 17.2dB,对长距离传输不利。
对于接头损耗,当接头接触良好时,接头损耗对于高低频损耗都很小,基本可以忽略不计。
但在接头接触不良时,由于芯线分布电容耦合,损耗较小。
从上面的分析可以看出,在高频 EOC 方案的工作频段上噪声较小,对其稳定传输有利,而较高的线路损耗会对长距离传输带来困难,连接头接触不良对传输稳定性影响较小。
3、结论综合上述分析的结果,可以得到下表: 汇聚噪声的影响 传输距离 接头故障的影响低频方案 较大 较长 较大高频方案 较小 较短 较小四、 高频和低频方案适用的网络环境分析 上节中的分析可以看出,不管是低频还是高频 EOC 方案,都存在影响传输稳定性的不利因素。
因此,在进行应用时会对广电接入网络的环境有所要求。
针对我国的实情,低频 EOC 产品适用于用户较为稀疏的地区,这些地区的同轴电缆网具有以下特点:1、下接的用户少,汇聚噪声较小;2、同轴电缆线路较长,一个光节点覆盖的范围较广;3、同轴电缆接头数量少,发生接触不良的绝对次数较少。
网络特点与低频 EOC 产品具有的优缺点正好互补。
高频 EOC 产品适用于用户较为密集的地区,这些地区的同轴电缆网具有以下特点:1、下接的用户多,汇聚噪声较大;2、同轴电缆线路较短,光纤已到楼栋或单元;3、同轴电缆接头数量多,发生接触不良的绝对次数较多。
网络特点与高频 EOC 产品具有的优缺点正好互补。
综合上面章节的分析对比结果, 在用户密集的城区进行有线电视网络双向改造时,宜于采用基于 MOCA 技术的 Entropic 方案,而在用户较为稀疏的城区或农村地区宜于采用基于HomePlug 技术的 Intellon 或 Spidcom 方案。
五、 总结 在 2010 年 6 月,国务院召开了国家的三网融合协调小组会,会上通过了三网融合试点方案。
试点方案把三网融合进程明确分为两个阶段:2010 年到 2012 年为试点阶段,2012年到 2015 年为推广阶段。
第一批进行试点的城市已提交申请,名单将在近期公布。
对于一个广电网络公司来说,要在传输网中实现三网融合,首先要进行的工作就是网络的双向改造。
数据网络的典型结构分为核心、汇聚、接入三层,在广电数据网络的核心和汇聚层设备选择上,已有众多经电信运营商长期运营验证过的设备备选,已经不存在技术上的问题。
由于广电网络公司已拥有的布署到千家万户的同轴电缆网络资源,采用何种技术在同轴电缆上开展双向数据业务,完成快速覆盖,成为了摆在各广电网络公司面前的一道难题。
下面将在前面各章节的基础上,对我国有线电视网络的情况进行分析,选择出最适合最后300 米双向改造的技术。
至 2009 年底,我国有线电视用户总数为 1.74 亿户,其中绝大多数为城区用户,在接入技术的选择上也应该以满足这部分用户的需求为主。
前面的章节已提到过,城区广电接入网络的特点是:用户多、接头多、汇聚噪声较大、线路较短。
与固话运营商使用的电话线网络不同,广电接入网络使用的同轴电缆不是直接连接到局端设备,中间需要经过多个射频分支分配器件,接头的接触不良是最为常见的故障。
高频 EOC 方案由于先天具备的对接头接触不良的不敏感性,能减少大量的网络维护工作,在实际的网络环境中应用最为稳定。
另外,与低频方案相比,在频率资源上,高频段还有大量可用的频率资源,为以后的升级预留了充足的空间。
国家广电总局广播电视规划院的《有线电视电缆宽带接入技术需求白皮书》的第8 节中也明确提到了频率可扩展性的需求。
由于具有上述的稳定性和扩展性优点,在城区的有线电视网络双向改造中,应优先选择高频 EOC 方案。
对于前面提到的在某些光节点只到小区的应用环境时,各高频 EOC 厂家提供的中继设备完全能解决高频方案遇到的线路损耗较大的问题。
根据上面章节论述,两种可选的高频 EOC 技术中,MOCA 技术由于具有高传输速率、低丢包率的特点,适合宽带上网和视频业务的开展,是广电网络双向改造的最佳选择。
六、 广达电子 EOC 方案简介 成都广达电子是国内最早一批进行 EOC 设备研发的公司之一,公司自 2006 年开始,针对广电网络的光进铜退的发展趋势,开始研发适用于光纤到楼栋的系列产品。
在充分论证现有各芯片供应商 EOC 方案的基础上,与 Entropic 公司达成了战略合作关系,在其提供的芯片基础上开发出了一系列适用于光纤到楼栋的 EOC 产品。
广达公司以 MOCA1.0 作为EOC 产品的物理层传输协议,采用电信级软件架构,充分发挥 MOCA 协议的高带宽、高稳定的特性, 在 为下一代广播电视网的建设提供了良好的设备平台。
MOCA 技术的基础上,广达公司针对中国电缆网络的特点,开发出了符合中国国情的 EOC 接入系统。
广达公司的EOC 系统由集群网管、局端设备(NC)、用户端设备(CPE)以及与之配套的无源射频器件组成,具有良好的可靠性和可用性。
其典型应用方案如下图所示: 网管服务器和工作站布署在运营商的中心机房,用于对 EOC 局端设备进行远程监管。
图中的光接收机和 EOC 局端设备布署到楼栋,在楼栋处将数据网络与 HFC 网络的信号混合后通过同轴电缆分配网络传到用户室内。
广达公司 EOC 产品的主要技术特点是: 广达 EOC 设备典型发送电平 4dBm,接收动态范围 4-84dBm。
采用存贮转发方式 交换报文,典型传发时延为 3ms。
根据国内的有线电视频率划分,选用 950MHz–1500MHz 频段进行传输,默认工 作频率为 1000MHz。
硬件采用优化的射频前端设计,抵抗信号在电缆网络上的传 输衰耗,增强了对电缆和分支分配器的适应能力。
广达 EOC 产品可以在-75dB 链 路损耗下稳定工作。
客户大规模实际应用证明,我公司产品可以良好适应光纤到楼 栋应用环境。
采用能抗微波多径以及强单频干扰的 OFDM(正交频分复用)调制方式。
OFDM 调制的每个子载波最高进行 128QAM 调制。
每个信道理论上最大物理层数据速率 为 270Mbps,理论上可以达到最大 130Mbps 的以太数据速率。
为了抵抗单点干扰, OFDM 调制的每个子载波可以随着链路损耗的加大或链路 SNR(载噪比)的降低, 依次降低为 64QAM、32QAM、16QAM、8QAM、QPSK、BPSK 调制方式。
在实 际的应用环境中,设备在 65dB 链路衰减下,可达到下行 80Mbps、上行 80Mbps、 双向 102Mbps 的以太报文吞吐量。
局端和用户端设备间交换数据采用 TDMA/TDD (时分多址/时分双工)技术。
TDMA 是 Time Division Multiple
Access 的简写,是指分时传送传送数据的方法。
TDD 是 Time Division Duplex 的简写,TDD 是在 TDMA 分时传送数据的基础上, 对下行数 据和上行数据进行分时传送,在单信道上完成双向数据传输。
其它的 EOC 方案一 般是采用 CSMA(Carrier Sense Multiple
Access,载波侦听多路访问)进行数据传 输,各用户设备在发送信息时先侦听线路上的载波,检测到线路空闲时则进行发送, 如果发送失败则重传。
在 CSMA 方式下,存在多个用户设备同时发送造成线路冲 突的现象,在线路负荷加重到一定程度时,吞吐量会急剧下降。
TDMA/TDD 方式 与其相比最大的优点在于各用户设备发送上行数据的时机是由局端设备统一安排, 没有线路冲突发生。
在用户增多,或用户收发大量报文情况下,不会由于冲突造成 性能下降。
可以向用户提供 31 用户和 63 用户版本的软件版本。
31 用户版本的软件强调的是 高性能,在 65dB 链路衰减下,可达到下行 80Mbps、上行 80Mbps、双向 102Mbps 的以太报文吞吐量。
63 用户版本软件强调的是高覆盖能力,在同时接入用户的用 户大于 31 户以后,由于用户设备的管理开销,会有性能降低现象,在 63 用户时, 性能会降到下行 65Mbps、上行 65Mbps、双向 83Mbps 的以太报文吞吐量。
采 用 电 信 级 软 件 架 构 。
广 达 公 司 的.