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关于EOC技术选择问题解答
DVBCN数字电视中文网 | 余少波 | 2009-06-05 18:00

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1、高频调制与低频调制EOC技术的优劣比较查看论坛下载
低频噪声和传输距离

低频噪声有多大—60-80dBμν
需要的SNR是多少?--25 dB
现在来计算EOC的传输距离
数字信号对模拟信号的干扰分析
可扩展性
现有低频技术在延迟和抖动上是不能满足要求的
现有低频技术在杂散输出抑制上是不能满足要求的
现有低频技术无法满足大容量视频传输的要求
2、3—5年用户接入带宽规划及5—10年带宽扩展
3、宽带接入与视频业务对网络的要求
4、EOC数据信号对数字电视信号的影响
高频头输入信号过载
与数字电视的共存的要求
与模拟电视的共存的要求
带外杂散输出抑制比的确定
我们使用的杂散输出抑制的主要方法
杂散电平测试方法和测试结果比较
5、EOC设备标准化及产品互换性
6、EOC设备及用户的管理和控制,网管系统与BOSS系统的对接
7、EOC与EPON结合使用及随业务发展时的局端规划
8、MAC层协议对接入用户的影响
9、接入安全控制及二层隔离问题
业务管理:
用户认证管理
二层隔离
10、EOC对多业务的支持性
11、EOC设备对HFC网络的要求
12、一个EOC局端带多少个终端
13、选择EOC技术哪些指标最重要
14、各种EOC技术的成本分析
总体拥有成本的概念
影响建设成本的一些因素
覆盖成本分析
总体拥有成本分析
中数方案的建设成本分析
15、为什么说中数方案的运营成本最低
16、局端带多少终端与什么有关
17、子载波的调制方式,子载波和总的载波的MER 是如何测得的。载波的发送质量如何
18、MoCA的DBA是如何实现的
19、揭开局端可以带200个终端的面纱
20、低频EOC的传输距离远吗?
低频噪声和传输距离
[FS:Page]低频噪声有多大—60-80dBμν
需要的SNR是多少?--25 dB
现在来计算EOC的传输距离
21、低频技术的多通道是什么意思?有什么危害?
22、CSMA协议与TDMA协议比较分析
23、满载测试真的很重要吗?

正文:

1、高频调制与低频调制EOC技术的优劣比较

关于EOC是采用高频还是低频有很多的争论。从总局的需求白皮书来看,是采用高频技术。现在主要的争论是在下面的几个方面。


低频噪声和传输距离


低频噪声有多大—60-80dBμν


低频噪声到底有多大?下面是在一个用-9的电缆搭建的实验网络上进行的测试结果。

从实验的网络上看,低频噪声电平在40-50 dBμν左右。在2005年6期的《广播电视信息》上的文章“双向HFC网络建设中的经验与体会”上说,在实际的网络中,经实际测试,发现干扰产生有两个途径,其一是用户室内的电视机及其他家用电器产生强烈干扰,主要集中在5~20MHz频段(呈单调下降曲线),其频谱能量强度高,一般在70~90dBμν。其二是环境电磁干扰侵入电缆接头而形成,如短波电台信号等,对常用的电缆接头处侵入产生的干扰强度一般在10~60dBμv,电缆呈现了“接收天线”效应。两类干扰中,以电视机输入端口引入的干扰最为严重。

因此,实际网络中的低频干扰噪声大约是60-80 dBμν。


需要的SNR是多少?--25 dB


“关于 HFC接入网中几个关键问题的探讨”AM-VSB模拟电视信号需要52dB的载噪比(CNR)才能获得理想的图像质量,而采用64QAM调制方式的数字信号只需要30dB的信噪比(SNR)就能达到基本无误码传输(误码率BER≤10-9)[5]。

实际上,64QAM的SNR达到25dB就可以了。


现在来计算EOC的传输距离


假定:
发射电平:110dBμν。
低频噪声:60dBμν。
SNR:25dB。

那么,对低频EOC来说,110-60-25=25 dB,也就是说,只计算线路衰减的情况下,传输距离在300-400米左右。

那么,对高频EOC来说,110-25=85 dB,也就是说,只计算线路衰减的情况下,传输距离在400米左右。


从上面的计算来看。高频和底频的EOC的传输距离是一样的。这与实际测试的情况是一致的。问题是,低频EOC的带外抑制不容易做好,基本上现在所有的低频EOC都会干扰电视信号。


数字信号对模拟信号的干扰分析


我们知道,有线电视HFC网除了提供传统的模拟电视节目外,还要提供话音或数据业务,即传输数字信号。因此对数模混合转输的HFC网络的性能进行测试和分析是非常重要的。HFC网络结构引入了服务区(Service Area)的概念,将一个大网分解为许多物理上独立的子网(每个光节点的同轴电缆分配网),每一个子网允许采用相同的频谱安排而互不影响。HFC系统采用频分复用(FDM)方式,按照广电部门的标准,整个频段的划分如图1所示。

图1 HFC同轴电缆频谱分配示意图


  将某频段划分为若干数字信道和模拟信道,便可使数字信号和模拟信号在同一路由上混合传输。原理上,目前用于模拟传输的各频段都可用于数字传输。数模混合传输中要注意的重要问题就是模拟信号与数字信号之间的相互干扰。

  对于只传送模拟视频信号的系统,其失真包括复合二阶失真(CSO)和复合三阶差拍(CTB)。如果系统中增加了数字载波信号,与之相对应,则会产生二阶差拍复合噪声(CIN2)和三阶差拍复合噪声(CIN3),它们的总和就是互调噪声(CIN)。正如许多模拟载波的离散差拍在模拟系统中相加产生CTB一样,各种互调噪声差拍相加将产生复合互调噪声。该噪声电平取决于模拟、数字频道的位置和电平。可以用计算机程序计算出载波产生的所有差拍,这些载波可以是任意的模拟或数字载波的组合,且具有不同的振幅[4]。 图2给出了50~550 MHz的77个NTSC制式模拟载波和550~750 MHz的33个数字载波同时传输,当数字载波电平相对于模拟载波电平降低时,数字载波对模拟频道的影响。从图中可以看出,数字信号电平越低,对模拟信号造成的载噪比(CNR)的劣化越小。


图2 数字载波对模拟频道CNR的影响


  但是如果数字信号电平太低,则模拟信号反过来要影响数字信号的传输,造成误码率上升甚至通信中断。AM-VSB模拟电视信号需要52dB的载噪比(CNR)才能获得理想的图像质量,而采用64QAM调制方式的数字信号只需要30dB的信噪比(SNR)就能达到基本无误码传输(误码率BER≤10-9)[5]。 数字信号电平的高低取值是个重要的问题,它取决于许多参数,与数字信号的调制方式、调制深度、系统的噪声特性、数字信号与模拟信号之间的频带间隔等因素有关。我们对数字信号与模拟视频信号混合传输系统的性能进行了测试,测试系统框图如图3所示。

图3 数模混合传输系统性能测试框图


图中ZBL6860A多源信号发生器输出50~550 MHz的60路PAL/D制式模拟载波信号。E1数字信号发生器输出1个数码率为2.048 Mbps、线路码型为HDB3的数字信号,该数字信号通过射[FS:Page]频调制器和上变频器后,调制变频为710 MHz的射频信号,然后与50~550 MHz的60路PAL/D制式模拟载波信号混合成一路射频信号进行传输。测试结果表明,当数字信号电平比模拟载波电平低15dB以内时,系统能正常工作,数字信号对模拟载波的CNR、CSO、CTB均无明显影响,系统的误码率BER可达10-9。当数字信号电平比模拟载波信号电平低20 dB时,模拟载波信号明显影响了数字信号的传输,系统的误码率BER降至10-4,甚至出现了通信中断的现象(AIS告警)。


可扩展性


由于低频的可用带宽有限,所以在扩展性上非常不好。如果以后要扩展每户的接入速度,就没有可以使用的带宽了。而高频部存在这个问题。有足够的扩展带宽可以使用,符合NGB的要求。


现有低频技术在延迟和抖动上是不能满足要求的


低频现在使用的技术是PLC和PNA技术,主要的厂家有H3C,KT,等等。下面是他们在延迟和抖动上的测试结果。测试时在某广电上市公司做的。

1对32

厂家 包长(byte) 时延(ms) 丢包率(%)
HXX 1024 1954.424 0.22
KXX 1024 142.35753 0
ZXX 1024 239.0425 0
WXX 1024 137.451 0
AXX 1024 3.951 0

研究表明用户的需求是:
100ms 对用户来说可以接受.
1 second = 延迟太大,用户以为是中断了
10 seconds = 无法忍受,用户以为是掉线了
Voice over IP 经验表明最大250ms 延迟
建议的延迟最大 50ms (平均20ms)
最大峰值抖动 40ms(TS 102 034)

也就是说,现有的低频技术是无法满足视频信号传输的要求的。


现有低频技术在杂散输出抑制上是不能满足要求的


参考“4、EOC数据信号对数字电视信号的影响;”


现有低频技术无法满足大容量视频传输的要求


作为广电行业,传输的大部分信号是视频信号,其特点是要求带宽高。而现在的低频技术无法满足压力测试的要求。他们标称的速度可以达到100Mbps,在实际使用的过程中,测试结果为:


从上面的测试结果中可以看出,当一个局端只有一个用户的时候,速度达到90Mbps,当有32个用户的时候,整个系统的速度只有20Mbps了。

这说明两点:
1、不能满足视频传输的要求。
2、所谓的能带60个用户,完全是忽悠。因为带30个用户的时候,每户的速度都不到0.7Mbps。

2、3—5年用户接入带宽规划及5—10年带宽扩展

未来3-5年的用户接入带宽应该达到10Mbps。5-10年的带宽扩展,按照NGB的要求,达到30Mbps以上。

在现有的技术中,低频技术无法获得可用的频率,而不能扩展各个用户的带宽。按照每100户一个光节点来看。

所以,只有MOCA技术可以提供未来带宽的需求,而且是平滑过渡。不浪费以前的投资。只需要增加局端的个数就可以了。

3、宽带接入与视频业务对网络的要求

主要的要求在带宽,延迟和抖动上。

带宽需求:

应用

数量

速度

合计

SDTV (MPEG- 2) 3 4.5Mbps 13.5Mbps
HD TV (MPEG-4) 1 10Mbps 10Mbps
IP 数据 2 1 Mbps 2Mbps
IP 电话 4 0.12Mbps 0.48Mbps
语音 4 0.2Mbps 0.8Mbps
合计 ~27Mbps


延迟需求:
研究表明用户的需求是:
100ms 对用户来说可以接受.
1 second = 延迟太大
10 seconds = 无法忍受.
Voice over IP 经验表明最大250ms 延迟
建议的延迟最大 50ms (平均20ms)
最大峰值抖动 40ms (TS102 034标准)


QOS需求:

[page]


抖动

厂家

包长(byte)

抖动(ms)

HXX(PLC) 1024 1946.84
KXX(PLC) 1024 126
ZXX(PLC) 1024 222
WXX(PLC) 1024 127
AXX 1024 0.5


也就是说,现有的低频技术和WIFI技术是无法满足视频信号传输的要求的。这也是微软选择MOCA技术的主要原因。

4、EOC数据信号对数字电视信号的影响

EOC信号对数字电视信号的干扰主要是杂散发射。

杂散发射是在必要带宽外某个或某些频率上的发射,其发射电平可降低但不影响相应信息传递。包括:谐波发射、寄生发射、互调产物、以及变频产物,但带外发射除外。一般来说,落在中心频率两侧,必要带宽±250%倍处或以外的发射都认为是杂散发射。


高频头输入信号过载


高频头的输入信号过载取决于他的动态范围。动态范围大,抗过载能力强。一般的硅高频头的输入要求是-50dBc。下面是SHARP高频头的指标:

与数字电视的共存的要求


也就是机顶盒的接收电平应该在40-44 dBμV以上。在数字电视中,信号电平应该比噪声电平高20 dB左右,才能保证可靠接收。因此,带外辐射不能超过20dBμV。否则就影响数字电视的收看。


与模拟电视的共存的要求
下面是有线电视的技术规范要求。从规范中可以看出,电平应该在60-80dBμV之间。C/N大于43dB。因此,带外辐射不能超过20dBμV。

带外杂散输出抑制比的确定
带外杂散输出肯定对电视信号由干扰,干扰由EOC头端(终端)在其规定频带外的杂散波引起,将导致电视接收系统信噪比下降,从而使电视系统的视频质量的下降。下面是一个简单的分析模型:


从信号流程上分析:
EOC杂散信号在功率放大器,经过信道外杂散抑制,功率为Ctx+ICR。
经过EOC滤波器,由于带通滤波器的衰减作用,杂散信号将进一步减弱Ltx,为Ctx+ICR-Ltx;
经过路径损耗L0。杂散信号为Ctx+ICR-Ltx-L0;

杂散信号从功率放大器出发,经过信号传输,到达机顶盒接收系统时,功率为:

Im=Ctx+ICR-Ltx-L0

ICR = Im +Ltx+L0-Ctx

其中参数:
Ctx为EOC系统最大发射功率;
ICR为EOC系统输出端带外抑制比;
Ltx滤波器衰减
L0为传播损耗;
Im为到达接收机的杂散电平。

ICR计算:
Ctx为EOC系统最大发射功率;一般为115dBuv
ICR为EOC系统输出端带外抑制比;
Ltx滤波器衰减,确定为50dB。
L0为传播损耗;
Im为到达接收机的杂散电平。不能大于20dBuv

从上面的分析中,我们知道:

在最好的情况下:
ICR = Im +Ltx+L0-Ctx =20+60+30-110=0dBc

在最坏的情况下:
ICR = Im +Ltx+L0-Ctx =20+30+0-130=-80dBc

因此,带外抑制比的确定与设计有很大的关系,考虑到滤波器一般做到50 dB,线路衰减为0 dB(要考虑到最近的用户不能干扰),带外抑制比的确定就主要和发射功率有关系了。按照总局的要求,一般确定发射功率为120 dBuv,带外抑制比应该确定为-50dBc。这是我们确定的抑制比。

我们使用的杂散输出抑制的主要方法


滤波的方法
带外加上对应的滤波器可以抑制,特别要注意的是很多滤波器对你的二次谐波或者三次谐波抑制效果很差,在做系统方案的时候,对于一些关键的频点一定要注意。

屏蔽方法
&nb[FS:Page]sp; 目前对无线数据卡辐射杂散的抑制,除了修改PCB外,另一种有效的方法就是进行屏蔽。屏蔽在很大程度上可以降低辐射杂散的发射电平,很好地抑制辐射杂散;


PCB版的布局方法
抑制辐射杂散的最好方法是对PCB进行布局。 设计RF电路时,电源电路的设计和电路板布局常常被留到了高频信号通路的设计完成之后。对于没有经过认真考虑的设计,电路周围的电源电压很容易产生错误的输出和噪声,这会进一步影响到RF电路的性能。合理分配PCB的板层、采用星型拓扑的Vcc引线,并在Vcc引脚加上适当的去耦电容,将有助于改善系统的性能,获得最佳指标。


杂散电平测试方法和测试结果比较


测试方法:
1.如图连接,仪器开机预热30分钟以上;
2.衰减器及电缆衰减量,记为A;
3.使用AT2500的数字频道分析功能对被测设备标称频带外(65-860 MHz)杂散电平进行测量,寻找最高电平点,并记为B;
4.被测设备带外(65-860 MHz)杂散电平为:P=A+B
测试参数: CF设置在430 MHz ,SPAN设置为标称带宽901MHz,TRACE设置为PEAK HOLD状态,RBW(分辨带宽)1000KHz,VBW(视频带宽)100KHz,SWT(扫描时间)100ms.

测试框图:



HXX公司PLC 带外杂散电平(某地测试)
65 MHz—860 MHz频段范围内:
673.270MHz处有最大杂散电平35.1dBuV;

KXX公司PLC 带外杂散电平(某地测试)
86 MHz—860 MHz频段范围内:91MHz处有最大杂散电平44.4dBuV;


ZXX公司PLC 带外杂散电平(某地测试)
86 MHz—860 MHz频段范围内:668.8MHz处有最大杂散电平18.7dBuV;

WXX公司PLC 带外杂散电平(某地测试)
87 MHz—860 MHz频段范围内:123.4MHz处有最大杂散电平31.8dBuV;

5、中数爱信EOC设备标准化及产品互换性

下表是各种不同方案的标准型和互换性比较

中数爱信网络科技的MOCA产品获得了MOCA组织的互换认证,也是国内唯一一家获得此认证。

6、EOC设备及用户的管理和控制,网管系统与BOSS

系统的对接


通过网管来管理和控制。我们自己也有BOSS系统,有这方面的经验,可以和其他BOSS系统,IPTV系统等对接。

我们的HITV网络管理平台,可以对机顶盒进行管理,是一个完整的包含数字电视系统,EPON系统,EOC系统进行管理的完整的NMS系统。

HiTV网管系统基于我们公司统一的网管平台,可以运行在不同的软硬件平台上。系统采用Client/Server的架构,支持多客户端的维护操作。客户端采用Java Web Start方式启动,不要单独进行安装和配置,而且版本能够自动升级,能够自启动、关闭、备份。能够对参数配置进行保存,重新加载。网管系统提供备份策略和快速恢复策略,宕机不对整个硬件系统的运营造成影响。软件版本更新可在线下载完成,不影响系统运行。软件具备后向兼容性,版本升级后能管理目前网上使用的所有设备。


该网管系统支持标准的网管协议和标准,TMN、SNMP、XML。设计上采用了面向对象的设计方法,具有很强的扩展性。具有标准的Corba/XML的网管接口,能够和第三方网管系统进行对接。

对交互电视平台核心网络的设备提供了全面的管理,全网的逻辑拓扑;软硬件的配置管理,刀片服务器统一机架视图,软件管理(加载,升级等);性能统计分析,QoS 监控等,使交互电视平台的核心网成为可运行可维护的电信级系统。



该网管服务器采用运行在网元设备上的代理管理网络设备,十分简便。网管服务器通过SNMP协议和SFTP协议与代理通讯。网管代理包括主代理和子代理。
主代理:位于内容引擎控制器、媒体服务器或服务器网元设备上。主代理支持1+1 冗余保护
子代理:每个服务器设备包括一个子代理。子代理通过主代理与网管服务器端通讯

7、EOC与EPON结合使用及随业务发展时的局端规划

基本假定:
1、城市用户有10万户
2、用户带宽为5Mbps,10Mbps,20Mbps
3、EPON的一个PON口传输速率为1250Mbps。
4、 开户率为20%
5、并发率为50%
6、每个ONU带100户

在整个发展的过程中,只需要增加OLT的PON口的数量和MOCA局端的数量,就可以满足不同时期的网络发展的需求。

在网络规划上,MOCA物理层可以达到270Mbps,IP层单路MASTER数据吞吐率可以最高达到100Mbps,有效的吞吐量可以达到90Mbps,可支持31个EOC modem同时在线。局端设备最多可配置4个MASTER局端通信模块,有效通信速率可达360Mbps,支持124个EOC modem同时在线。业务开通初期,开通率较低,为了降低成本,可把EOC局端设备放置在光节点,完成对小区的广覆盖。

随着业务推广的深入,用户开通率逐步提高,一个头端不能满足整个小区的需求,可把据端设备向楼头下移。同时随着信息技术的发展和互动业务的不断开展,在HFC网络中同时开展各项双向个人增值业务必然对带宽提出了新的需求,今后每户网络带宽需求分析如下:

高速数据业务 互动游戏业务 视频业务 每户总带宽需求
4Mbps 1Mbps 5Mbps 10Mbps


为了满足每个用户足够的带宽保证,可逐步将EOC局端设备安装于楼栋,如图:


ECB1500作为光节点应用局端设备, 也可以作为放大器或楼栋应用局端设备,通过选择两种局端设备可实现小区宽带接入业务提供和,每个用户的带宽和QOS保证,同时便于EOC改造实施,获得最高的性价比。

8、MAC层协议对接入用户的影响

MAC层协议对用户接入的影响是非常大的。现在的EOC技术有两种MAC层协议,一是MOCA技术采用的TDD/TDMA协议,一个是PLC,PNA,WIFI采用的CSMA协议。总局推荐的是TDD/TDMA协议。

CSMA协议有什么问题吗?

家庭插电联盟(HomePlug Powerline Alliance,HPA)致力于创造共同的电力线网络通信技术标准。2001年6月,HPA发布了其标准的第1个版本HomePlug 1.0,将数据传输速率定为14Mbit/s,采用OFDM调制解调技术,MAC层协议为CSMA/CA。显然这样的数据传输率无法满足高清视频流的传输要求,2005年,HPA又重新制订了全新的HomePlug AV规范,该规范针对住宅电力线上传送的音频和视频流内容进行优化。HomePlug AV的传输速度为200Mbit/秒。为了确保QoS,采用了TDMA(时分多路访问)与CSMA(带有冲突检测机能的载体侦听多重访问)协议。

HomePlug AV设计了十分高效的MAC层,支持基于工频周期同步机制的TDMA和CSMA。TDMA面向连接,提供QoS保障,确保带宽预留、高可靠性和严格的时延抖动控制。CSMA面向优先级,提供四级优先级。

问题就在这里,因为HomePlug AV在MAC层上保持了CSMA方式。

由于MAC层仍然采用CSMA机制,当网络中HomePlug AV设备节点增加时,碰撞的几率会增加,数据传输的速率也会大大降低。延迟也会增加。

那么,为什么HomePlug AV要保持CSMA模式呢?为了兼容。这也是没有办法的事情。它原来就不是为视频设计的,为了视频就增加了TDMA,但又要保留CSMA。

这种情况也会出现在HomePNA3上,也是因为CSMA。WIFI技术也是一样的.

我们来看一下实际的测试数据。在不同的终端用户下的比较

从上面的测试结果中可以看出,当一个局端只有一个用户的时候,速度达到90Mbps,当有32个用户的时候,整个系统的速度只有20Mbps了。这就是MAC层协议对用户接入的影响。当用户数量越多的时候,系统的带宽就越低。甚至到不可以使用的程度。

由于MOCA技术使用的是TDD/TDMA协议,所以,在不同的用户数量的情况下,系统带宽仅仅相差几个Mbps,维持在93Mbps左右。

下面是CSMA技术性能的详细分析。

1、CSMA:它的工作原理是: 发送数据前 先监听信道是否空闲 ,若空闲 则立即发送数据.在发送数据时,边发送边继续监听.若监听到冲突,则立即停止发送数据.等待一段随即时间,再重新尝试 。
2、原理比较简单,技术上易实现,网络中各工作站处于平等地位 ,不需集中控制,不提供优先级控制。但在网络负载增大时,发送时间增长,发送效率急剧下降。
3、CSMA在用户增加时,效率急剧下降

9、接入安全控制及二层隔离问题

业务管理:
VLAN可以用来保证QOS和对用户进行精细管理,通常的做法有两种,一是用来划分业务,另外一种做法是用来划分业务和识别用户,就是精细管理。或者说,是每个业务一个PVC/VLAN(简称PSPV),还是每个用户一个PVC/VLAN(简称PUPV)。

在实际应用中,我们采用PUPSPV或PUPV的组网模式, 实现精细化的网络运营管理。
PSPV VLAN规划:
PSPV的规划方式:小区内所有用户共享业务VLAN, 是属于粗略式的VLAN规划
在业务控制点处VLAN的含义: 业务类型+小区位置:

PUPSPV精确标识:
采用PUPSPV的方式标识定位用户与业务: 每各用户的每种业务都有相应的VLAN标识
业务控制点处VLAN的含义: 内层tag代表用户在小区中的精确位置以及业务类型,外层TAG代表用户所在的小区:

PUPV VLAN规划
PUPV的规划方式:不同OLT端口下用户不同VLAN, 属于精细实用型VLAN规划方式
在业务控制点处VLAN的含义:内层tag代表用户在小区中的位置,外层TAG代表用户所在的小区:

• 电视业务:

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