HINOC发展现状

【编者按】2012年3月7日的接入网新技术研讨会上，展示了HINOC的发展现状。为此，本刊编辑部在所搜集相关最新资料的基础上组织了本文。

1、HINOC的提出背景

为了给有线电视网络的双向化改造提供技术支持并进行接入技术创新，2005年，在综合考虑技术优势、设备投资、施工难度、同轴接入技术需求、当时各种接入技术优劣势的基础上，HINOC方案被正式提出。

2、简要历程

2008年：完成信道建模、物理层算法设计、MAC层控制流程设计。

2009年：完成物理层硬件逻辑前端设计。

2010年3月，完成《HINOC标准建议书》、PHY与MAC层间控制接口、第一期样机。

2010年10月，第一版基带芯片成功流片。

2010年11月，完成HINOC标准草案修改稿。

2011年3月，在CCBN 2011上展出第一版原型样机。

3、HINOC目前主要的技术特点

1）可同时支持低、高频段

目前，HINOC的工作频段可同时兼顾到低频段与高频段：单信道带宽16MHz，低频段为0~32MHz，高频段为750~1006MHz，中心频点连续可调。

2）频谱利用率较高

HINOC物理层传输效率的理论值大于7b/s/Hz（由于采用了OFDM调制技术（从QPSK到1024QAM调制。且误码率低于1×10-9，从而可实时支持视频传输。在1个信道中可实现最高112Mbps的物理层速率）以及自主创新、基于同轴网络时不变信道特征的分布式信道均衡技术），MAC层频谱利用率的理论值大于4b/s/Hz（实际测试值为3.85b/s/Hz）。

3）支持DBA（动态带宽分配）功能

MAC层采用TDD/基于预约/许可的TDMA工作模式，实现无冲突的信道接入与灵活的带宽分配。通过DBA，设置接入用户的保证带宽与分配带宽，实现对用户接入带宽的控制，可满足有线运营商的带宽分配管理需求。

4）支持流分类功能

HINOC内置了流分类模块（用于处理流分类、流过滤、流标记、QoS等），可确保业务优先级。HINOC的协处理器可根据报文头部的控制信息进行流分类，可完成从第二层到第四层关键元素的过滤，可实现访问控制、报文捕获、QoS处理、IGMP组播、黑/白名单等功能。

5）基于CPU+协处理器实现MAC功能

HINOC采用了基于CPU+ 硬件协处理器来实现MAC 的方案，由于其将原有MAC 部分可以固化的功能硬件化，从而大大降低了对于CPU 的要求，可以低成本的实现原有MAC 功能。MAC 层的设计能够到达媒质接入控制和业务适配技术方案及对物理层的规划控制的要求，另外，物理层硬件结构设计也能够很好的达到HINOC 物理层传输模式技术方案以及与MAC 层交互的要求。

4、HINOC系统关键技术

对于HINOC 同轴电缆宽带传输系统来说，由于系统从整体设计、算法研究、硬件实现等多方面是自主创新的技术，为了实现高达7bit/s/Hz 频带利用率，系统在整体设计过程中考虑了多种影响因素，在系统实现过程中也面临着很大的挑战，具体内容包括：

1）同轴电缆传输特性的研究：目前国内外对同轴电缆传输特性的研究相对来讲比较缺乏，特别是网络中的分支器、分配器、放大器等有源/ 无源器件对同轴电缆传输通道的幅度及相位特性的影响还没有可信的模型，因此系统设计的第一步就是基于我国有线电视网的复杂环境，研究带有分支分配器和中继器的同轴分配网络传输特性，并根据测量和理论分析结果建立同轴电缆信道模型。

2）高阶调制与高性能纠错码的研究：在调制技术方面，由于系统采用1024QAM 等高阶调制技术，因此射频相位噪声、I/Q 不平衡等问题对高阶调制的影响不容忽略，并成为系统特性提高的制约因素之一。在纠错编码方面，由于系统数据传输帧相对较短，而现有高性能纠错编码技术一般在帧长相对较长的场景下能够发挥其优势，因此提高短数据帧业务的纠错能力也是研究的主要内容。另外在家庭使用场景中，其他电气设备的冲击脉冲干扰、强单频干扰对系统的特性具有极大的影响，因此增强系统的抗冲击噪声和抗单频干扰的能力，也是本系统需要着重考虑的。

3）在MAC 协议方面，协议需兼顾性能、效率、业务支持能力和协议复杂度几方面。在性能方面，需要研究多信道体制下的MAC 层联合规划、更灵活的带宽分配方案、各种业务延迟的保证策略、业务可靠性保证的增强方法等问题；效率方面，MAC 协议需要在保证性能的前提下尽量降低系统开销，提高信道利用率；业务承载方面，HINOC 网络支持的业务对QoS 的需求各不相同，MAC 协议需要提供面向业务的高性能QoS 保证；同时还要兼顾协议复杂度。另外还要研究协议分层模型和组网方式，高效的双工多址接入方式，QoS 保证机制，支持HDTV、3DTV 和其他高速业务等。

4）关于宽带数据处理速度问题：为提升MAC 层数据转发速率，HINOC 将采用硬件协处理器来完成数据帧的转发工作。硬件协处理器实现流分类、流量控制、地址学习、队列管理、队列QoS 调度、分组捕获与插入、HINOC 帧的打包与拆包等功能。硬件协处理器设计面临的技术难点是，功能需求复杂多样，性能要求高速可靠，需要各模块以及软硬件之间的紧密配合和衔接。

5）关于芯片研制问题：由于同轴电缆接入系统将采用高性能、低功耗芯片技术，特别是需要研制Gbps 的OFDM 系统芯片，其中涉及接收机的几个关键技术，如高阶调制、信道编解码等，这些关键技术在1Gbps 信号速率下给芯片研制带来了挑战，特别是芯片还要以低功耗、低成本为目标。 [fs:page]

5、HINOC的产业化现状

据悉，HINOC目前已形成集成了CPU、HIMAC、HIPHY、A/D、D/A的单芯片解决方案（如图1所示），以后还将推出HINOC 1.0 130nm芯片、HINOC 1.1 FPGA系统、HINOC 1.5 65nm芯片、HINOC 1.9系统、HINOC 2.0系统（目标是达到1Gbit/s的物理层速率）。今年还会开通大约1000户规模的HINOC接入网示范小区、物理层+MAC层硬件加速模块后端设计与第二版芯片流片。

图1

据悉，HINOC在信道模型、关键技术、实现技术、技术发展等方面的标准化、产业化工作已从之前的封闭走向开放。

立足于现有HINOC 系统的成果，考虑今后宽带接入网络将向居住分散的区域发展，同时对传输速率的要求也将逐步提高，具有更高性能指标的升级版本HINOC 2.0 系统正在研发中。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1000 米、最高物理层传输速率1Gbps、调制方式提升到4096QAM、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、海尔等国内知名企业也积极加入到HINOC 2.0 系统的研发队伍行列，加速了产业化的进程。

6、HINOC的技术需求

1）满足有线电视网络开展现有电视广播、高QoS地承载IP业务的需求；

2）从目前的应用及可预测的新业务来看，未来一定时间内，新一代有线电视电缆宽带接入技术应能满足每个家庭用户30~40Mbps的接入带宽，并将单终端100Mbps接入能力作为远期可实现目标；

3）新一代有线电视电缆宽带接入技术应遵循我国有线电视网络的频率划分原则，而且相邻信道要能够同时使用；

4）有线电视网络逐步进行“光进铜退”，实现每个光节点覆盖20~50户并保留100~200MHz用于同轴双向接入。

7、HINOC的组网方案

HINOC 系统根据光节点距离用户家庭的距离，可以采用以下两种组网方案。

1）FTTB ＋楼内分配网络的组网方案

这种基于光纤到楼（FTTB）的组网方案是当前最为可行的接入方式。其组网结构如

图2 所示。图2 中椭圆圈所括即为一个独立的有线电视楼内分配网络。信息数据信息到达HB结点并被调制到同轴电缆的一个HINOC 信道后进入楼宇分配网络，经后者到达位于同一信道的各HM 结点，并经HM 解调后传送到数字终端设备。

在一个楼内分配网络可以划出多个HINOC 信道，在每个信道都可以单独构建一个HINOC 网络，各信道之间按照FDM 方式分隔。图 3 从信道复用的角度给出了在同一根同轴电缆内构建多个HINOC 信道的组网示意图。

下行链路来自网络侧的以太网信号以FTTB 方式到达小区楼宇门口，经HB 调制到同轴电缆的一个HINOC 信道内，并通过楼内分配网络和电缆终端盒传送到位于住户家内的HM，经HM 解调后（通过HM 的以太网接口）传送给个人电脑（PC）、高清电视接收机（通过IP 机顶盒）等终端设备。上行链路从各终端设备上行的数据信号经对应的HM 调制后进入同轴电缆分配网络到达HB，由HB 解调转换后送到骨干网络。CATV 节目信号在HB 处与以太网信号一起混合进入电缆分配网络，被户内的电视机接收，因此不影响原有电视节目的收看。

HINOC 信道的配置划分灵活，可以是多个用户（家庭）共享一个HINOC 信道，也可以是每个用户（家庭）分配一个HINOC 信道，后者是较为典型的配置模式，这样每个用户可以享有该信道提供的全部用户接入速率。未来，根据用户需要还可以进一步扩展用户接入速率，使一个用户享有多个HINOC 信道的带宽。

2）FTTH ＋户内分配网络

在已经实现光纤到户（FTTH）的情况下，HINOC 技术用以解决户内接入问题。数据信号经过光分路器后到达位于住户家庭入口处的光节点，与光节点连接的HB 将信号调制到同轴电缆某个HINOC 信道，然后送入同轴电缆户内分配网络，再经HM 解调最终到达用户终端。在此方案中，HINOC 技术用于通过同轴电缆构建户内接入网，此时每个用户（的多个HM 设备）最大可以享用整个同轴电缆的所有信道所能提供的接入速率。