Hinoc技术简介

1、HINOCHINOC技术及进展技术及进展赵翠赵翠国家广播电影电视总局国家广播电影电视总局 广播科学研究院广播科学研究院国家广播电视网工程技术国家广播电视网工程技术研究中心研究中心2012-07-152012-07-15提提 纲纲HINOC技术简介HINOC关键技术HINOC发展历程2HINOCHINOC技术简介技术简介3基于同轴电缆网络解决家庭用户最后一百米的接入问题终端（HINOC Modem）：用户家庭接入终端，提供三网融合业务头端（HINOC Bridge）：光纤到楼（FTTB）情况下，转换为基于同轴电缆的接入FTTB+无源同轴网络同轴电缆的信道容量同轴电缆的信道容量 在带宽为5-100

2、5MHz，信噪比为40dB时，信道容量为：根据现代通信技术的发展，可以接近香农限，考虑到工程实现等问题，可以至少达到该速率的50%。远远超过当前EPON的接入能力，接近10GPON的接入能力。共享户数共享户数200200户户5050户户2020户户信噪比(dB)402040204020独享速率(Mbps)321696483201604HINOC HINOC 技术简介技术简介技术特点技术特点可支持低频段、高频段“双模”工作低频段：032MHz，中心频点连续可调高频段：7501006MHz，中心频点连续可调频谱利用率高HINOC样机系统实测得到的MAC层频谱利用率可达3.85bit/s/Hz邻信道

3、抑制性能（隔离度）：相邻信道能够同时使用工作模式为TDD/TDMA动态分配信道资源，实现无冲突的信道接入和灵活的带宽分配服务质量和管理DBA、流分类、业务优先级L2至L4层关键元素过滤的功能，可以实现访问控制、报文捕获、QoS处理、IGMP Snooping、黑白名单等功能5HINOCHINOC技术简介技术简介协议栈协议栈6PHY层定义了信号传输模式，包括帧结构、信道编码以及调制技术。MAC层实现媒质接入控制和业务适配功能，分为公共部分子层（CPS）和汇聚子层（CS）两个子层。CPS实现MAC层的接入控制和信道分配等核心功能CS实现MAC层核心功能与高层功能的适配HINOC系统协议栈HINOC

4、HINOC技术简介技术简介物理层参数物理层参数使用频段：750MHz1006MHz，保留更低和更高频段的可扩展性信道带宽：16MHzOFDM技术：总子载波数目为256，有效子载波数目为210，循环前缀长度16（1us/16us)子载波自适应调制：九种数字调制方式QPSK、8QAM、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM、512QAM以及1024QAM纠错码：采用高编码速率、实现复杂度低的BCH截短码BCH（508,472）、BCH（504,432）、BCH（392,248）7HINOCHINOC技术简介技术简介物理层帧类型物理层帧类型帧结构：前导序列+负载段（OFDM符

5、号）前导序列：帧同步8帧类型Pd帧（下行探测帧）Pu帧（上行探测帧）Dd/Du帧（下行/上行数据帧）MAC承载信令帧信令帧数据帧、控制帧功能结点接纳、退出功率控制下行信道估计载波同步采样同步结点接纳、退出功率控制上行信道估计传输数据传输信道分配信息调制与纠错编码DQPSKBCH/不编码DQPSKBCH/不编码自适应OFDM符号数22可变（最长256）HINOCHINOC技术简介技术简介物理层子系统物理层子系统9HINOCHINOC技术简介技术简介MACMAC层层双工/多址方式：TDD/TDMA信道分配机制：预约/许可逻辑拓扑采用点到多点结构。单信道支持32个HM，可扩展。10HINOC信道物理

6、拓扑结构 HINOC信道逻辑拓扑结构 HINOCHINOC技术简介技术简介MACMAC层帧类型层帧类型信令帧：实现结点接纳、结点退出和链路维护过程中HB和HM的信令交互。（Pd/Pu帧承载）数据帧：承载上层以太网业务。（Dd/Du帧承载）控制帧：实现信道预约和信道分配功能。（Dd/Du帧承载）控制帧包括预约帧和MAP帧。11帧类型传送方向，方式功能MAP帧HBHM，广播方式调度和发布（已接纳结点）各帧的发送时隙预约帧HMHB，单播方式HM向HB请求安排发送时隙MAPRRHINOCHINOC技术简介技术简介MACMAC层结构层结构12HINOCHINOC技术简介技术简介HINOCHINOC测试（

7、测试（1 1）样机MAC数据传输带宽测试HINOC技术方案对短包和长包的传输性能接近。1302004006008001000120014001600010203040506070以太网帧长（Byte）MAC层吞吐量（Mbps）不同以太网帧长获得的MAC层吞吐性能（单下行） 1对11对21对41对81对16020040060080010001200140016000102030405060以太网帧长（Byte）MAC层吞吐量（Mbps）不同以太网帧长获得的MAC层吞吐量（单上行） 1对 11对 21对 41对 81对 16HINOCHINOC技术简介技术简介HINOCHINOC测试（测试（2 2

8、）样机MAC数据传输带宽测试随着HM结点数增加，MAC层吞吐性能平滑下降（劣化）140246810121416010203040506070HM结点数目MAC层吞吐量（Mbps）不同应用场景下的MAC吞吐量（单下行） 包 长 64字 节包 长 256字 节包 长 512字 节包 长 1024字 节包 长 1518字 节02468101214160102030405060HM结点数目MAC层吞吐量（Mbps）不同应用场景下的MAC层吞吐量（单上行） 包 长 64字 节包 长 256字 节包 长 1024字 节包 长 1518字 节包 长 512字 节HINOCHINOC技术简介技术简介HINOC

9、HINOC测试（测试（3 3）电谱图-3dB带宽：13.004MHz-40dB带宽：17.904MHz频谱利用率15通道通道-40dB RF-40dB RF带宽带宽（MHzMHz）最大吞吐量最大吞吐量（MbpsMbps）频谱利用率频谱利用率（bit/Hz/sbit/Hz/s）下行通道下行通道17.90469.3753.85上行通道上行通道17.90463.1253.69HINOCHINOC关键技术关键技术OFDM调制频谱适应性TDD/TDMA预约/许可机制16HINOCHINOC关键技术关键技术OFDM调制HINOC采用OFDM调制，单信道内包含256个子载波，子载波间隔为62.5KHz。为了

10、抑制对于相邻信道的干扰，单信道频带两侧的子载波作为空闲子载波，零频处的子载波同样作为空闲子载波，不传输信息。用于传输信息的有效子载波的数目为210个，有效带宽为13.125MHz。17HINOCHINOC关键技术关键技术插入循环前缀OFDM符号由循环前缀（CP）和OFDM数据体构成。循环前缀长度（TCP ）为1s，OFDM数据体长度（TU ）为16 s。将经过OFDM调制输出的256个时域信号的最后16个（即1 s ）数据拷贝至其前端，作为OFDM符号的循环前缀。18同轴电缆网络特性同轴电缆网络特性第一个分支器的隔离和第二个分支器的返回构成了第一级的反射.回波产生了次级的第二级的反射. 分支器

11、的特性和连线的长度产生了一个多路的环境.100m延迟大约是 0.4 s（往返0.8 s）反射和隔离造成了非常不规则的频率响应.HINOC支持的延迟是1us19OFDM本质上是一种频分复用系统（FDM），系统可用的频带被分为一组离散的子载波，需要传输的数据在这些子载波上并行传输。但是，与FDM不同的是，在OFDM中，相邻的子载波相互正交，所以，载波之间无需保护带，其频谱利用率要高于FDM系统。在OFDM系统中，通过插入保护间隔（循环前缀CP）来消除码间干扰的影响，插入的循环前缀为OFDM符号的后面一部分，而且必须足够长以消除最大的可能延迟扩展。OFDM系统在发送端和接收端分别采用IFFT和FFT

12、，由于在每个子载波上，信道为平坦衰落信道，所以，信道均衡简化为对每个子载波乘以相应的系数即可。随着数据率的增加或者时延扩展的增加，循环前缀须相应增加，以保证其大于信道的冲击响应。所以，为了保持由 CP造成的开销固定不变，子信道的数目必须同比增加，结果FFT的计算复杂度也会增加。OFDM系统的另一个优点是抵御窄带干扰，由于OFDM由多个子载波组成，所以，窄带干扰仅对某些子载波有影响(信号的某些频率分量)，而对大多数载波（频率分量）没有影响，所以，通过子载波之间的编码处理，很容易恢复受影响的数据。 20频谱适应性频谱适应性为了减少射频信号的带外功率，采用滤波器对射频信号进行滤波。在信道带宽为16M

13、Hz条件下相对中心频率8MHz的衰减为-50dB，在相邻信道有效带宽（9.40625）处的衰减为-60dB。低频、高频适用的技术方案低中频已完成测试高频已完成调测，正在进行系统测试21MACMAC层设计考虑层设计考虑22设计需求：信道特性：不同结点间不同，且时变业务特性：面向接入较高的协议效率灵活的带宽分配良好的QoS保证结点的可管理性，安全性结点接纳、信道训练与维护星型拓扑结构TDD，基于预约许可的TDMA，集中式信道分配，优先级支持结点接纳TDD/TDMATDD/TDMA物理层帧的发射时序流程Pd帧周期性发射，相邻两个Pd帧的起始时间间隔为65536s，称为Pd周期；Pu帧的起始位置处在P

14、d周期的中心时刻，相邻Pd帧和Pu帧的起始时间间隔为32768s，Pu帧的发射时隙是预留的，但Pu帧是否发射由MAC层协议规定；Dd帧和Du帧依照MAC层规划在除Pd、Pu帧以外的时隙内发射HINOC系统利用周期性发送的Pd帧完成全网的时间同步23TDD/TDMATDD/TDMAMAP周期HIMAC协议中整个信道（物理层Pd、Pu帧除外）被划分为在时间轴上连续且互不重叠的MAP周期。每个MAP周期内有一个MAP帧。24MAPMAP周期与周期与PdPd帧、帧、PuPu帧帧HINOC网络以Pd帧的起始时刻作为网络统一的时间基准，每个MAP周期起止时刻均是相对于所属Pd周期中Pd帧起始时刻的偏移时间

15、。MAP周期不能跨越Pd、Pu帧。在Pd帧中，指出了其后第一个MAP帧的起止位置。25预约预约/ /许可机制许可机制各个HM必须先接纳到HINOC 网络后，才能访问信道。HM被接纳到网络后，其对信道的访问完全在HB的集中控制下进行。HB与HM之间交互MAP帧和预约帧，实现信道预约/许可。在每个MAP周期中HB通过发送一种特定的MAP帧向各结点发布下一MAP周期的起止时刻以及该周期内的信道分配方案。在每个MAP周期内，HM利用各自的预约时隙向HB预约信道。HB收到预约帧后，通过MAP帧发布信道分配方案。26预约预约/ /许可机制许可机制每个MAP周期内有一个MAP帧。每个MAP周期的起止时刻以及

16、该周期内的信道分配方案，由上一MAP周期的MAP帧进行规划。如图37所示，第N个MAP周期内的信道如何分配由第（N1）个MAP周期内的MAP帧分配。MAP周期规划方案，可以在满足帧间隔的条件下自行设计，不影响互联互通。图中所示的一种规划建议方案，在一个MAP周期内，信道上依次发送上行数据帧、预约帧、下行数据帧、MAP帧。27HINOCHINOC发展历程发展历程282009.6FPGA测试样机2010.10V0 芯片2010.11第一轮标准建议书完成2011.3V0 原型样机CCBN展出2011.12原型系统与测试汇报2012.3广电总局标准编制任务2012.1HONOC 2.0 技术方案征集2

17、012.5V1 130nmPhy + MAC2012.6V165nmPhy+MAC+CPU+AD/DA2008“863”预研任务HINOC2.0部署2012. Q4工程片2005HIAFEHIAFE芯片芯片初步测试结果64QAM，OFDM信号发送侧最大输出2.6 Vpp测试EVM：-43.4 dB接收侧差分接收0.8 Vpp测试EVM：-42.0 dB292010年8月2日基带芯片基带芯片实现功能：HINOC基带物理层协议OFDM调制解调、信道估计、信道编解码、数据收发最高支持1024QAM调制和100Mbps物理层带宽302010年6月21日流片基带基带+ +协处理器芯片协处理器芯片实现功能

18、：HINOC基带物理层协议：OFDM调制解调、信道估计、信道编解码、数据收发HINOC硬件协处理器：数据聚合、数据转移、流分类、DBA、QOS、组播312012年5月18日流片完成系统设计方案：CPU+协处理器+PHY架构实现HINOC物理层和MAC层协议32数据聚合、数据转移、DBA、QOS、组播对CPU要求较低HINOCHINOC发展历程发展历程33HINOCHINOC发展历程发展历程ITU-T SG9（2012）提出“一种新型的同轴电缆宽带接入技术HINOC”标准化提案SG9的Q1与Q7分别获得立项支持，确定启动J.HiNoC，形成输出文件TD 834/835 Rev.1“New work item for high-speed data transmission over coaxial cable system”34HINOC系统是基于同轴电缆信道设计：实际网络中使用的分支分配器、用户终