HFC网上行信道传输方案设计
发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:932
1 引言
hfc网传输损耗小、可靠性高、抗干扰能力强、频带宽，成为多媒体综合业务接入的最佳途径，但是，从目前hfc网的运行情况分析，hfc网也存在一些严重的缺陷。首先，hfc网上行信道的频谱资源有限，上行信道为5~65 mhz，下行信道可达到750 mhz甚至1 ghz，这种上窄下宽的特性将使交互式的语音、视频等业务的发展受到限制；其次，hfc网的上行信道存处理响应客户端的点播要求，建立通信通道，一方面进行预读，一方面将视频压缩数据发送给客户端，客户端进行视频压缩数据的解压，显示在显示器上或电视机上。
在严重的噪声汇聚效应。因此，要实现hfc网络的双向通信，关键在于如何降低上行信道的噪声和增加信道容量。
2 hfc网上行信道性能指标分析
hfc网提供的多媒体业务包括：internet接入、高速数据传输、远程教育、远程诊断、视频点播（vod）、ip电话、电话会议、网上购物及网上游戏等，这些业务对上行信道的要求随业务不同而变化很大，例如：网上购物、vod等业务在上行信道传输的信息量少，对信道的容量要求小，而且每个用户并不需要一直占用信道；但对于电视会议及一些交互图像类业务，则要求上下行信道速率对称，具有很好的实时性；对于ip电话 与可视电话，则允许上行信道有一定的误码，如误码率为10-3或10-4,而对于数据传输其误码率则要求小于10-8。因此，各种多媒体业务同时存在对上行信道的性能要求是：
（1）有一定的容量。由于上行信道用户较多，通常总容量应达到几十mb/s以上。
（2）高速。为使每个用户都可以传送宽带高速信息，用户可得到的最高传输速率应达到几 mb/s甚至几十mb/s。
（3）低误码率。误码率<10-8。
（4）可统计复用，以保证信道利用率高。
（5）时延小，支持实时信道传送。
（6）对下行信道影响小。
3 hfc上行信道传输方案
目前，hfc网采用树—星型拓扑结构，上行信道带宽较小，是多对一的共享信道，即一个总前端对应多个用户接入点，这种特殊的结构决定上行信道不可避免地受到汇聚噪声的影响。基于网络结构变换的传输方案，使用户之间采用串行方式，能消除上行信道噪声的漏斗效应，传输速度高，可适应于宽带业务的要求。
3.1 串行网络结构传输方式
在这种结构中，同一根电缆的用户设备之间相互串联，用户的通信设备对下行信道仍是并行，而对上行信道则相当于串联，共用同一个频带，采用时分复用方式。上行信号每经过一个用户设备，均进行一次再生，这样可消除噪声的积累，提高上行信道的传输质量。另外，采用串联方式，考虑到我国居民住房比较集中，用户之间距离较短的特点，两次再生之间的距离短，感应噪声小，调制方式采用64 qam，如果使用8 mhz的带宽，数据速率可达41.7 mb/s。下行信道仍采用64 qam或256 qam， 物理层采用docsis物理层标准，这种网络结构若使用atm（异步转移模式）协议，则更有利于实时信号的传送。其用户端的设备如图2所示。用户端除了完成调制、解调功能外，还要完成再生和中继功能。
3.2 cm功能设计
cm的设计以docsis的协议分层为基础，分为物理层、mac层以及外围接口部分。其中物理层设计分为调谐部分和收发部分。
3.2.1 物理层设计
物理层的调谐部分采用broadcom公司的bcm3415数字调谐器，具有低功耗、线性宽等特点，专用于cm和机顶盒上的cmos调谐。物理层收发部分又分为上行发射机和下行接收机两个模块。上行发射机采用级联编码、scdma等技术，以克服恶劣的汇聚噪声影响。上行信道采用tdma/scdma多址接入方式，即同一微时隙内允许有多个cm同时传输数据，但cm必须在cmts为其分配了时隙后才能传输。其上行发射机的框图如图4所示。从mac层交给物理层的分组数据分块后，输入rs编码器，rs编码方法简单，叠代译码快速和纠错能力强，在此，主要用来克服hfc网络中脉冲噪声的影响。rs编码后的数据送入扰码器，扰码器将反馈序列与输入比特流模相加，起加密作用。扰码后的比特流输入交织器中，交织后进行截短卷积编码，然后加上同步头，再映射成16/64 qam的符号。这里，将截短卷积编码和qam调制结合成特殊的ptcm编码调制，编译码简单，抗噪性能好。同步头cmts上行接收机在处理同步头的过程中，快速地获取载波同步、位同步、扩频同步以及载波相位的
跟踪。经符号映射的信号送入同步直扩模块，直接序列扩频具有很好的抗干扰能力，且由于hfc网上行延时相对稳定，扩频问题容易解决，因此，本方案采用scdma方式。直扩后的信号输入预均衡器中，其作用主要是抵消由信道的微反射等引起的码间串扰(isi)。预均衡以后的信号，通过nyquist滤波和16/64 qam调制，输出中频信号，经射频放大，输入调谐部分的双工滤波而传入电缆中。
3.2.2 mac层设计
对于下行接收机解调输出的比特流，若是数据，则输入下行数据处理单元，经数据解密
1 引言
hfc网传输损耗小、可靠性高、抗干扰能力强、频带宽，成为多媒体综合业务接入的最佳途径，但是，从目前hfc网的运行情况分析，hfc网也存在一些严重的缺陷。首先，hfc网上行信道的频谱资源有限，上行信道为5~65 mhz，下行信道可达到750 mhz甚至1 ghz，这种上窄下宽的特性将使交互式的语音、视频等业务的发展受到限制；其次，hfc网的上行信道存处理响应客户端的点播要求，建立通信通道，一方面进行预读，一方面将视频压缩数据发送给客户端，客户端进行视频压缩数据的解压，显示在显示器上或电视机上。
在严重的噪声汇聚效应。因此，要实现hfc网络的双向通信，关键在于如何降低上行信道的噪声和增加信道容量。
2 hfc网上行信道性能指标分析
hfc网提供的多媒体业务包括：internet接入、高速数据传输、远程教育、远程诊断、视频点播（vod）、ip电话、电话会议、网上购物及网上游戏等，这些业务对上行信道的要求随业务不同而变化很大，例如：网上购物、vod等业务在上行信道传输的信息量少，对信道的容量要求小，而且每个用户并不需要一直占用信道；但对于电视会议及一些交互图像类业务，则要求上下行信道速率对称，具有很好的实时性；对于ip电话 与可视电话，则允许上行信道有一定的误码，如误码率为10-3或10-4,而对于数据传输其误码率则要求小于10-8。因此，各种多媒体业务同时存在对上行信道的性能要求是：
（1）有一定的容量。由于上行信道用户较多，通常总容量应达到几十mb/s以上。
（2）高速。为使每个用户都可以传送宽带高速信息，用户可得到的最高传输速率应达到几 mb/s甚至几十mb/s。
（3）低误码率。误码率<10-8。
（4）可统计复用，以保证信道利用率高。
（5）时延小，支持实时信道传送。
（6）对下行信道影响小。
3 hfc上行信道传输方案
目前，hfc网采用树—星型拓扑结构，上行信道带宽较小，是多对一的共享信道，即一个总前端对应多个用户接入点，这种特殊的结构决定上行信道不可避免地受到汇聚噪声的影响。基于网络结构变换的传输方案，使用户之间采用串行方式，能消除上行信道噪声的漏斗效应，传输速度高，可适应于宽带业务的要求。
3.1 串行网络结构传输方式
在这种结构中，同一根电缆的用户设备之间相互串联，用户的通信设备对下行信道仍是并行，而对上行信道则相当于串联，共用同一个频带，采用时分复用方式。上行信号每经过一个用户设备，均进行一次再生，这样可消除噪声的积累，提高上行信道的传输质量。另外，采用串联方式，考虑到我国居民住房比较集中，用户之间距离较短的特点，两次再生之间的距离短，感应噪声小，调制方式采用64 qam，如果使用8 mhz的带宽，数据速率可达41.7 mb/s。下行信道仍采用64 qam或256 qam， 物理层采用docsis物理层标准，这种网络结构若使用atm（异步转移模式）协议，则更有利于实时信号的传送。其用户端的设备如图2所示。用户端除了完成调制、解调功能外，还要完成再生和中继功能。
3.2 cm功能设计
cm的设计以docsis的协议分层为基础，分为物理层、mac层以及外围接口部分。其中物理层设计分为调谐部分和收发部分。
3.2.1 物理层设计
物理层的调谐部分采用broadcom公司的bcm3415数字调谐器，具有低功耗、线性宽等特点，专用于cm和机顶盒上的cmos调谐。物理层收发部分又分为上行发射机和下行接收机两个模块。上行发射机采用级联编码、scdma等技术，以克服恶劣的汇聚噪声影响。上行信道采用tdma/scdma多址接入方式，即同一微时隙内允许有多个cm同时传输数据，但cm必须在cmts为其分配了时隙后才能传输。其上行发射机的框图如图4所示。从mac层交给物理层的分组数据分块后，输入rs编码器，rs编码方法简单，叠代译码快速和纠错能力强，在此，主要用来克服hfc网络中脉冲噪声的影响。rs编码后的数据送入扰码器，扰码器将反馈序列与输入比特流模相加，起加密作用。扰码后的比特流输入交织器中，交织后进行截短卷积编码，然后加上同步头，再映射成16/64 qam的符号。这里，将截短卷积编码和qam调制结合成特殊的ptcm编码调制，编译码简单，抗噪性能好。同步头cmts上行接收机在处理同步头的过程中，快速地获取载波同步、位同步、扩频同步以及载波相位的
跟踪。经符号映射的信号送入同步直扩模块，直接序列扩频具有很好的抗干扰能力，且由于hfc网上行延时相对稳定，扩频问题容易解决，因此，本方案采用scdma方式。直扩后的信号输入预均衡器中，其作用主要是抵消由信道的微反射等引起的码间串扰(isi)。预均衡以后的信号，通过nyquist滤波和16/64 qam调制，输出中频信号，经射频放大，输入调谐部分的双工滤波而传入电缆中。
3.2.2 mac层设计
对于下行接收机解调输出的比特流，若是数据，则输入下行数据处理单元，经数据解密
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