HINOC技术概述和进展

欧阳峰，崔竞飞

国家广播电影电视总局广播科学研究院，北京

0 引言

三网融合作为国家信息化工作的重要组成部分，已被纳入到国家发展战略。2010年1月21日，国务院颁布了《推进三网融合总体方案》（国发[2010]5号）[1]，标志着三网融合进入了实质性推进阶段。

广播电视网络是国家重要的信息基础设施，是三网融合的基础网络之一。下一代广播电视网（Next-Generation Broadcast，NGB）目标是以自主知识产权的关键技术与标准为核心，用10年时间构建覆盖全国3亿用户和连接2亿家庭的、平均接入速率100 Mbit/s的、可扩展的、全程全网的、宽带交互式的、可拓展的、具有业务质量保证的、国际先进水平的网络平台。加快下一代广播电视网的建设对于推动国家信息化发展、满足人民日益增长的精神文化需求、维护我国信息和文化安全、促进战略性新兴产业发展、加快推进三网融合具有十分重要的意义。

NGB规划中，网络建设是重点，需要建设可以支持包括语音、视频和互联网等各类数字业务的强大融合性支撑网络，同时，未来业务的发展将以视频为主，对网络带宽的需求将日益增强。

光纤网络通信技术已日趋成熟，我国骨干网络光纤化进程基本达到稳定的阶段，在许多地区，光纤已经铺设到居民小区或楼栋楼头，而从光节点设备到用户的“最后一公里”的接入网络已成为整个宽带网络的瓶颈。我国目前的接入网现状是，大多数的接入宽带网接入速率为1～2 Mbit/s，这样的接入速率显然无法满足三网融合的业务需求。

因此，对接入网进行建设改造，以提高接入网带宽是NGB建设的关键[2]。目前公认“光纤到楼头”从技术上和经济上都是可行的，有线电视用户接入网建设的关键就变成“楼内接入网”的改造和建设，即有线电视网络的最后100 m。

国内外接入网市场技术种类多样化，同轴电缆作为有线电视网络资源的核心，具备资源条件优越、通信质量好、通信容量巨大、不易受干扰、无须重新布线等特点，有着巨大的发展潜力。基于楼内同轴电缆网实现高速接入，已逐渐得到业内的广泛认同。

1 HINOC技术概述

HINOC（HIgh performance Network Over Coax）系统[3]利用小区楼内已有有线电视同轴电缆构建高速的接入网，其实施方法是在每一户添加进行调制解调的机顶盒，在不对线路做任何改造的前提下实现百兆甚至更高的信息传输速率，进而实现高清数字电视、宽带数据业务的共缆传输，实现全业务承载。

与国际上类似的EoC（Ethernet over Coax）产品相比，HINOC更符合我国的网络要求与现状。其带宽设计为8 MHz的整数倍（n×8 MHz），这样既符合了我国现有电视频道的8 MHz的带宽要求，又能满足今后宽带业务不断增长的需求。系统采用高阶调制技术，使系统的频带利用率达到7 bit·s-1/Hz，远远高于国际上同类产品的水平。更为重要的是HINOC系统是基于我国国情、自主研发的具有我国自主知识产权的系统，这一产品的应用将带动芯片制造、设备制造直至业务提供商的产业链的发展，也为我国正在建设的NGB奠定坚实的基础。

HINOC系统由头端设备（HINOC Bridge，HB）和终端设备（HINOC Modem，HM）组成，其解决方案如图1所示。

其中HB连接在光设备的末端，一方面作为与光设备的唯一接口设备对数据进行传输，另一方面也作为整个网络的中心控制单元对HM进行统一控制。HM终端设备也称为机顶盒或调制解调器设备，其一端通过楼内有线电视同轴电缆连接到头端设备HM，另一端直接与家庭的电视、计算机等终端相连。一个HB可同时连接32个HM，多个HB还可以捆绑为一体同时连接一个或多个HM，即根据业务的需求，HB与HM之间可以形成一对多，多对一或多对多的网络拓扑形式。

图1 HINOC解决方案示意图

我国现有有线电视系统的单频道占用8 MHz带宽，在模拟电视向数字电视演进的过程中，可能出现单独的8 MHz空闲电视频道。为了充分利用空闲的频带资源，系统单信道带宽定为8 MHz的整数倍，同时要求系统对相邻信道干扰小，信道之间隔离度好，保证相邻信道能够同时使用。考虑高清电视等宽带业务的带宽需求，HINOC系统采用最高1 024QAM调制，理论上频带利用率为10 bit·s-1/Hz。考虑相邻频带间的保护间隔（256个子载波中可用子载波只有210个）、OFDM（正交频分复用）循环前缀的消耗、纠错编码导致的效率降低、Pd/Pu帧以及同步序列所占的资源等，在16 MHz带宽上信息传输速率为112 Mbit/s的典型设计参数为：传输数据率112 Mbit/s，系统带宽为16 MHz，频带利用率达到7 bit·s-1/Hz，并且保证误码率BER在10-9以下，能够支持实时视频业务传输。

HINOC系统上下行数据采用时分传输，系统设计简单，物理层只包含4种帧结构，分别为上行探测帧（Pd帧）、下行探测帧（Pu帧）和上/下行数据帧（Du/Dd帧）。4种帧均采用OFDM技术进行数据传输。考虑到系统频带利用率与实现复杂度等制约因素，一个OFDM符号包含256个子载波。

由于同轴电缆传输通道具有一定的频率选择性衰落，不同的子载波呈现出不同的衰减特性，而且其衰落特性是不随时间变化的。为了充分利用频带资源，系统采用自适应调制技术，调制方式包 括 QPSK，8QAM，16QAM，32QAM，64QAM，128QAM，256QAM，512QAM，1 024QAM共9种，并且自适应调制方式的选择是对每个子载波独立进行的。

2 HINOC工作进展

在国家科技部和广电总局的支持和指导下，自2005年起，HINOC研究团队投入巨大的人力物力，开始了针对性研究工作，攻克了众多技术难关，完成了技术分析、原理设计、系统仿真、实验室测试、芯片研制、标准草案编制等诸多工作任务。

在前期理论分析和技术验证的基础上，HINOC研究团队于2010年1月开始进行基于FPGA的硬件联试，测试结果达到系统设计指标。在此研究基础上，于2010年6月成功研制了第一款面向试验的基带芯片HI1PHY1P391C，如图2所示，样片流片工作的一次成功，充分的验证了技术原型设计。

图2 HINOC芯片（北京大学研制）

这款芯片采用SMIC CMOS 0.13 μm 1P8M工艺，面积为5 mm×8.5 mm，功耗为734 mW，工作电压为1.2 V（内核）和3.3 V（PAD），封装形式采用PGA392。该芯片实现了HINOC基带物理层协议，OFDM调制解调、信道估计、信道编解码、数据收发功能最高支持1024QAM调制以及大于112 Mbit/s物理层传输速率。

在原型仿真系统的基础上，2010年8月，HINOC研究团队成功研制了第二款基带芯片BW7800，如图3所示。该芯片采用UMC 0.13 μm 1P6M标准CMOS工艺进行流片，采用LQFP-176的封装，芯片面积为5.3 mmx5.3 mm，功耗（不包括AD/DA）为77.6 mW。

图3 HINOC芯片（上海明波通信公司研制）

为配合模拟信道的测试验证及支持终端设备的研发任务，HINOC研究团队研制了一款AFE模拟前端芯片，如图4所示。AFE芯片封装采用标准100-pin QFP封装，采用0.25 μm混合信号CMOS工艺技术，芯片包括信号发送通道、信号接收通道、全双工/半双工通信，及SPI控制等部分，支持1 024QAM通信，发端发送功率80～110 dBμV，2 dB步阶调节，30 dB动态范围，收端信号支持接收范围35～95 dBμV，60 dB动态范围。

图4HINOC AFE模拟前端芯片

在设备研制方面，HINOC研究团队也成功研制了HINOC系统设备HB和HM，如图5所示。该设备支持1∶16的终端连接，频段使用870～1 500 MHz，单信道带宽16 MHz，MAC数据吞吐＞50 Mbit/s，业务支持标清/高清、点播VoIP、互联网业务等，支持QoS、VLAN、组播、流量控制、网管等功能。

图5HINOC系统设备HM和HB（上海未来宽带技术及应用研究中心研制）

HINOC技术的标准化工作也在同步开展中，2009年4月，广电总局科技司发布“面向NGB电缆接入技术（EoC）需求白皮书”，2010年3月初，基于HINOC技术的标准建议书递交国家广电总局科技司，同年6月初，国家广电总局科技司发布《关于对面向下一代广播电视网的电缆宽带接入技术方案提案征求意见的通知》（技科字[2010]141号），将HINOC技术作为唯一标准建议下发征求意见。2010年11月，完成标准建议书征求意见回复汇总及回复意见，修订形成标准草案修改稿，并再次提交修改草案。

为配合标准化测试验证和大规模应用过程，需要专用的HINOC系统测试设备，由于HINOC作为自主知识产权的创新技术，目前并没有成型的测试设备。为有效促进HINOC技术的进一步推广，推动产业发展，HINOC研究团队正在开展专用测试设备的研制工作，将开发HINOC标准信号源、HINOC解调分析仪、功率测量仪、频谱分析仪等多种自动化测试设备，以满足HINOC系统物理层和MAC层的一致性测试以及互操作性测试的相关需求。除此之外，实际系统大规模敷设过程中需要的HINOC手持测试设备也在开发与完善。

在CCBN2011展览会上，HINOC作为NGB核心技术成果，在NGB官方展台中作为独立展区公开展示上述的研发成果在展会上全部展现。以HINOC核心技术研制的终端设备实现了业务支撑的展示任务，现场展示了1路高清2路标清电视的业务演示效果，展台受到了普遍的关注，形成了NGB主题的热点。

在现有HINOC技术成果基础上，结合不同的接入网络应用场景，考虑高传输速率的提升要求，升级版的HINOC2.0系统已开始进入研发阶段。该系统指标将在许多方面高于现有系统，如系统最大覆盖范围1 000 m，最高物理层传输速率1 Gbit/s，调制方式提升到4 096QAM，使用具有更强纠错能力的编码等；在MAC协议及组网模式、QoS保证机制、安全机制等方面也将有很大提升。该项目得到国家的大力支持，华为、海尔等知名企业也加入到HINOC2.0系统的研发队伍行列。

3 展望

HINOC技术方案的关键技术、关键算法已经成型，相关的标准化工作也在同步开展，支撑这一技术的芯片和终端设备也陆续研制成功，HINOC面向产业应用的优化任务也在进行中，已有数家国内知名企业参与到HINOC的产业化工作中来，预计在2011年底以前，将会收获多款面向产业化应用的产品并向市场投放，规模化的示范应用推广也将逐步推进。在NGB专家委员会的指导和推动下，将促进HINOC技术的发展和成熟度提高，加速该技术的产业化进程，推进NGB的全面实施，支撑广播电视网发展成为重要的国家基础信息网络。

[1]推进三网融合总体方案[EB/OL].[2010-12-12].http：//www.36tv.cn/viewnews-98296.

[2]金立标，张乃谦，李鉴增.面向NGB的EoC接入网技术分析[J].电视技术，2010，34（6）：57-59.

[3]杨杰.HINOC技术与标准[R].北京：国家广播电影电视总局广播科学研究院，2009.