HiNOC

HiNOC是“三網融合”方案中光纖網路到用戶家庭網路之間的傳輸解決方案。該技術在光纖到樓(Fiber-to-the-building，FTTB)的網路結構基礎上，可以利用小區樓道和戶內已經敷設、分布廣泛的有線電視同軸電纜，構建高速的信息接入網。

基本介紹

• 中文名：HiNOC
• 外文名：HiNOC
• 低頻段：0-32MHz，中心頻點連續可調
• 高頻段：750-1006MHz，中心頻點連續可調
• 使用頻域：HiNOC使用800M-1.5G的頻域

簡介

只需在樓道和戶內添加相關的HINOC調製解調設備頭端(HINOCBridge, HB)與終端(HINOC Modem, HM），無需對入戶電纜線路進行任何改造，就可實現多種高速數據業務的雙向傳輸。該技術為最後100米的寬頻接入提供了一種便捷、實用的新型解決方案。

進展路線圖

HINOC標準的出台目指日可待，目前報批稿已經完成上交，草案意見稿再進行新一輪評審，樣機的測試報告得到認可後，HINOC標準就會正式出台。

HINOC從2005年起步，到現在標準即將出台，有關研究單位做出了非常多的努力。2008年，已經在部署HINOC2.0的工作；2009年6月，HINOC2.0的工作部署下去後，HINOC1.0的樣機做完；2010年10月，第一版的晶片出爐；2011年3月，在CCBN正式展出樣片和樣機；2011年12月舉辦小型的展覽；2012年1月，開始第一輪HINOC2.0方案的徵集；2012年5月，第一版PHy+MAC130nm的晶片出爐，同年6月，推出一款PHy+MAC+CPU+AD/DA65nm晶片，兩款晶片樣機做小規模網路試驗；2012年第四季度，將出台最終用於商業化產品的晶片。

使用頻域

我國有線電視標準規定，同軸電纜860MHz以下的頻帶用於廣播電視信號傳輸，860MHz以上頻帶均未使用，稱為帶外信道。帶外信道的傳輸特性為：整個系統的傳輸特性在1.2GHz以下變化不大，在-20dB左右。在16MHz的頻寬內，頻譜幾乎為平的。在1.2GHz到1.5GHz之間下降很快，到1.5GHz衰減達到-50dB以下。在1.5GHz以內的頻段，比較有利用價值。1.5GHz以上頻段衰減較大，而且匹配差，反射大，多徑嚴重，開發成本較高。因此，HiNOC使用800M-1.5G的頻域，並將其分為等頻寬的多個信道。

調製技術

由於同軸電纜在860MHz以上禁止效應好，用戶分配網路中噪聲的主要來源是基礎熱噪聲，根據《有線電視網系統技術規範》，860MHz以下頻段用戶分配網中的噪聲不得超過-80dBm/MHz，這裡以此為參照，認為860MHz以上頻段的噪聲最大為-80dBm/MHz。在這樣的噪聲環境下，可以使用效率較高的調製方式，如256QAM，128QAM等。

綜合考慮實現難度和同軸電纜帶外信道條件比較差、一致性不好的情況，本方案擬採用的最高調製方式為256QAM。根據調製方式和誤碼率、信噪比SNR的計算公式，得到在誤碼率為1e-9時，採用256QAM所需要的SNR為40.5dB，在860MHz到1.2GHz之間的大部分頻點可以採用256QAM調製技術，並可根據信道實際的SNR要求自適應地使用128QAM，64QAM，32QAM，16QAM，8QAM直到QPSK，BPSK調製。

由於分支分配器等器件與電纜在連線處不匹配，會引起反射從而形成多徑效應，在時域上表現為衝擊回響脈衝被展寬。多徑主要是由匹配性能較差的分配器和用戶終端盒引起，多徑的延遲與反射較大連線埠相連的電纜長度成正比。為避免多徑引發碼間干擾，同時考慮到信道利用率，HiNOC選擇多載波OFDM體制傳輸數據。

HiNOC物理層數據幀主要由兩部分組成，訓練前導和傳輸數據，其中數據部分全部是頻域信號，通過OFDM調製輸出，訓練前導分為頻域前導和時域前導，頻域信號每個子載波用BPSK調製，時域信號採用單載波Л/4-BPSK調製。

物理層結構

物理層定義的信號傳輸模式包括幀結構、信道編碼以及調製技術。

HiNOC發射機的功能模組構成如圖所示：

來自上層的數據和信令信息經過加擾、前向糾錯信道編碼（可選）、星座映射、OFDM調製及插入循環前綴後，組成不同類型的幀，再經過幾代到射頻信號的變換，最後通過射頻單元發射。

（1）擾碼

HiNOC中擾碼序列採用生產多項式序列，生成擾碼序列的移位暫存器的初始相位為“000100”（由Bit5至Bit0），在每個幀的起始時刻進行初始化。

（2）前向糾錯編碼

HiNOC中的信道編碼採用的是前向糾錯編碼方式。根據不同的信道條件，以及對編碼速率的不同要求，可以選擇不進行前向糾錯編碼，或在參數分別為（508,472）和（504，432）的BCH截短碼中選擇一種進行前向糾錯編碼。

(3) 星座映射

HiNOC中根據不同的信道狀況，可以在DQPSK、QPSK、8QAM-1024QAM等多種星座映射方式中進行選擇。數據比特流進入映射單元的順序如下圖所示：

(4）OFDM調製

HiNOC採用OFDM調製，單信道內包含256個子載波，子載波間隔為62.5KHz。為了抑制對於相鄰信道的干擾，單信道頻帶兩側的子載波作為空閒子載波，不傳輸信息。零頻處的子載波同樣作為空閒子載波，不傳輸信息。用於傳輸信息的有效子載波的數目為210個，有效頻寬為13.125MHz。

（5）循環前綴

在OFDM系統中，為了最大限度地消除符號間干擾，在每個OFDM符號之間要插入保護間隔，該保護間隔長度一般要大於無線信道的最大時延擴展，這樣一個符號的多徑分量就不會對下一個符號造成干擾。在這段保護間隔內，可以不插入任何信號，即保護間隔是一段空閒的傳輸時段。然而在這種情況中，由於多徑傳播的影響，會產生信道間干擾，即子載波之間的正交性遭到破壞，使不同的子載波之間產生干擾。為了消除由於多徑傳播造成的ICI，我們將原來寬頻為T的OFDM符號進行周期擴展，用擴展信號來填充保護間隔。我們將保護間隔內的信號成為循環前綴。

MAC層

（1）網路拓撲

HiNOC網路由位於樓道的HB和位於戶內的HM構成。邏輯拓撲採用點到多點結果。HB處於中心控制地位，各HM可與HB通信並受其控制，各HM之間不能直接通信。

HiNOC網路的邏輯拓撲結構

（2）HiNOC幀類型

HiNOC幀分為控制幀、數據幀和信令幀三類。

控制幀：實現信道預約和信道分配功能，包括預約幀和MAP幀

數據幀：承載上層乙太網業務

信令幀：實現結點接納、結點推出和鏈路維護過程中HB和HM的信令互動。

（3）公共部分子層(CPS)

CPS主要實現信道訪問控制與頻寬分配。其信道分配的主要機制如下：

1、各個HM必須先接納到HINOC網路後，才能訪問信道。

2、HM被接納到網路後，其對信道的訪問完全在HB的集中控制下進行。

3、HB將信道劃分為在時間軸上連續且互不重疊的時間段，每個時間段稱為一個MAP周期。在每個MAP周期中HB通過傳送一種特定的MAP幀向各個節點發布下一個MAP周期的起止時刻以及該周期內的信道分配方案。

4、各HM通過預約/許可機制實現信道訪問。在每個MAP周期內，HB為HM分配預約幀傳送時隙，HM利用各自的預約時隙向HB預約信道。HB收到預約幀後，通過MAP幀發布信道分配方案。下行數據不需要預約信道，由HB直接在MAP幀中規定傳送時隙。

5、在信道分配的過程中，協定支持基於優先權的QoS保障。

6、所有MAC層的預約幀、MAP幀和數據幀，均封裝在PHY層的Dd和Du幀內進行傳送。

（4）匯聚子層（CS）

CS負責接收高層的協定數據單元（PDU），並將高層PDU映射到CPS，以及進行相反方向的轉換操作。高層PDU為乙太網MAC幀。CS實現的具體功能是：地址學習與轉發表構建、數據幀轉發、數據幀打包/拆包，以及優先權映射。地址學習與轉發表構建就是建立高層PDU地址與HINOC網路節點地址的映射關係。數據幀轉發就是確定將高層PDU轉發到那一個HINOC網路節點。地址學習與轉發表構建、數據幀轉發均只涉及HB與HM的內部實現，在標準上沒有描述，需要獨立設計。

（5）節點接納

這裡，下行信令幀作為信標來使用。偵聽下行信令幀。進行頻率搜尋等操作。節點接納過程是指一個新的HM（NHM）設備上電（或初始化）後，加入到現有HINOC網路的過程。

（6）鏈路維護

當形成一個網路或新的節點加入後，就完成了各個節點之間的LM（linkmaintenance）。LM由HB來控制，HB制定那個節點來完成LM。一個LM 通常包括，從一個節點到另外一個節點傳送預先定義好的一定長度的比特序列檢測信息，來估計兩個節點之間的信道特性，通常是SNR。接收節點處理接收到的檢測信息，並確定現在的兩個節點之間的信道損傷。基於確定的信道損傷，就自適應兩個節點之間的調製模式。在這裡，比特分配用來進行自適應調製。然後，基於各個點對點之間LM結果，計算CMP_REPORT。

技術特點

(1)可支持低頻段、高頻段“雙模”工作：

(2)頻譜利用率高：

HiNOC樣機系統實測得到的MAC層頻譜利用率可達3.85bit/s/Hz

(3)鄰信道抑制性能（隔離度）：相鄰信道能夠同時使用

工作模式為TDD/TDMA，動態分配信道資源，實現無衝突的信道接入和靈活的頻寬分配

(4)服務質量和管理：

DBA、流分類、業務優先權

L2至L4關鍵元素過濾的功能，可以實現訪問控制、報文捕獲、QoS處理、IGMP Snooping、黑白名單等功能

關鍵技術

對於HINOC 同軸電纜寬頻傳輸系統來說，由於系統從整體設計、算法研究、硬體實現等多方面是自主創新的技術，為了實現高達7bit/s/Hz 頻帶利用率，系統在整體設計過程中考慮了多種影響因素，在系統實現過程中也面臨著很大的挑戰，具體內容包括：

（1）同軸電纜傳輸特性

目前國內外對同軸電纜傳輸特性的研究相對來講比較缺乏，特別是網路中的分支器、分配器、放大器等有源/ 無源器件對同軸電纜傳輸通道的幅度及相位特性的影響還沒有可信的模型，因此系統設計的第一步就是基於我國有線電視網的複雜環境，研究帶有分支分配器和中繼器的同軸分配網路傳輸特性，並根據測量和理論分析結果建立同軸電纜信道模型。

（2）高階調製與高性能糾錯碼

在調製技術方面，由於系統採用1024QAM 等高階調製技術，因此射頻相位噪聲、I/Q 不平衡等問題對高階調製的影響不容忽略，並成為系統特性提高的制約因素之一。在糾錯編碼方面，由於系統數據傳輸幀相對較短，而現有高性能糾錯編碼技術一般在幀長相對較長的場景下能夠發揮其優勢，因此提高短數據幀業務的糾錯能力也是研究的主要內容。另外在家庭使用場景中，其他電氣設備的衝擊脈衝干擾、強單頻干擾對系統的特性具有極大的影響，因此增強系統的抗衝擊噪聲和抗單頻干擾的能力，也是本系統需要著重考慮的。

（3）MAC 協定

協定需兼顧性能、效率、業務支持能力和協定複雜度幾方面。在性能方面，需要研究多信道體制下的MAC層聯合規劃、更靈活的頻寬分配方案、各種業務延遲的保證策略、業務可靠性保證的增強方法等問題；效率方面，MAC 協定需要在保證性能的前提下儘量降低系統開銷，提高信道利用率；業務承載方面，HINOC 網路支持的業務對QoS 的需求各不相同，MAC 協定需要提供面向業務的高性能QoS 保證；同時還要兼顧協定複雜度。另外還要研究協定分層模型和組網方式，高效的雙工多址接入方式，QoS 保證機制，支持HDTV、3DTV和其他高速業務等。

（4）寬頻數據處理速度

為提升MAC 層數據轉發速率，HINOC將採用硬體協處理器來完成數據幀的轉發工作。硬體協處理器實現流分類、流量控制、地址學習、佇列管理、佇列QoS 調度、分組捕獲與插入、HINOC 幀的打包與拆包等功能。硬體協處理器設計面臨的技術難點是，功能需求複雜多樣，性能要求高速可靠，需要各模組以及軟硬體之間的緊密配合和銜接。

（5）晶片研製

由於同軸電纜接入系統將採用高性能、低功耗晶片技術，特別是需要研製Gbps 的OFDM 系統晶片，其中涉及接收機的幾個關鍵技術，如高階調製、信道編解碼等，這些關鍵技術在1Gbps 信號速率下給晶片研製帶來了挑戰，特別是晶片還要以低功耗、低成本為目標。

產業化現狀

據悉，HINOC目前已形成集成了CPU、HIMAC、HIPHY、A/D、D/A的單晶片解決方案，以後還將推出HINOC 1.0 130nm晶片、HINOC 1.1 FPGA系統、HINOC 1.5 65nm晶片、HINOC 1.9系統、HINOC 2.0系統（目標是達到1Gbit/s的物理層速率）。今年還會開通大約1000戶規模的HINOC接入網示範小區、物理層+MAC層硬體加速模組後端設計與第二版晶片流片。HINOC在信道模型、關鍵技術、實現技術、技術發展等方面的標準化、產業化工作已從之前的封閉走向開放。

立足於現有HINOC 系統的成果，考慮今後寬頻接入網路將向居住分散的區域發展，同時對傳輸速率的要求也將逐步提高，具有更高性能指標的升級版本HINOC 2.0 系統正在研發中。該系統指標將在許多方面高於現有系統，如系統最大覆蓋範圍1000 米、最高物理層傳輸速率1Gbps、調製方式提升到4096QAM、使用具有更強糾錯能力的編碼等；在MAC 協定及組網模式、QoS 保證機制、安全機制等方面也將有很大提升。該項目得到國家的大力支持，華為、海爾等國內知名企業也積極加入到HINOC 2.0 系統的研發隊伍行列，加速了產業化的進程。

2016年3月18日，HINOC2.0 SoC晶片正式發布，同一天，HINOC2.0廣電行業標準正式頒布，標準號GY/T297-2016。