同軸電纜千兆速率接入物理層同步和信道技術研究

摘 要：同軸電纜常用于設備之間的連接和總線型網絡拓撲，具有高抗干擾性、屏蔽性能優越、傳輸數據穩定安全的優點。但同軸電纜接入物理層速率過低，數據無法高速傳輸是限制互聯網發展的一個重要原因。本文以同軸電纜為主要研究對象，圍繞近幾年物理層同步和通信技術發展情況展開，分析這一問題。

關鍵詞：同軸電纜；物理層；同步和信道技術；EoC

中圖分類號：TN911.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 18-0000-01

在政府的大力提倡和正確引導下，近幾年互聯網正在迅速發展和全面普及。當下，廣播電視網、電信網和互聯網逐漸融合，互聯網在人民生活、工業生產等各方面扮演著舉足輕重的角色。

一、同軸電纜、物理層等基本概念解析

（一）物理層。物理層位于OSI模型的底層，單位比特（bit）。它并不是指具體的實體設備，而是連接相關物理媒體（即通信通道），為數據鏈路層提供原始比特流的傳輸功能。主要作用是DTE和DCE之間的比特流傳輸，有效消除網絡中物理設備和傳輸媒體的規格、技術上的差異對于鏈路層的影響。它具有機械特性、電器特性、功能特性和規程特性等四個特性。

（二）同軸電纜。又稱Coaxtal Cable，是信號傳播的媒介，常用于設備與設備之間的連接和總線型網絡拓撲中。主要由中心銅線、絕緣體、網狀導電層和電線外皮四部分組成，不同的材料、傳輸距離和工作頻率會造成其衰減特性的不同。與傳統雙絞線相比，它的抗干擾能力和屏蔽性能都遙遙領先，無需中繼器也能支持高帶寬通信。但是直徑大體積大、抗形變能力差、成本高昂等缺點大大限制了同軸電纜的推廣普及。

（三）信道。又稱頻道，由信道傳輸的媒體介質和相關設備所構成，可分為有線信道、無線信道和存儲信道三大類。用“信道容量”參數衡量能傳輸的信息最大值。信道帶寬限定了信號的下限頻率和上限頻率，可有效消除信號失真現象。

（四）同軸電纜網絡信道。由同軸電纜和分支支配器兩部分組成，同軸電纜是數據傳輸媒介，分支支配器負責饋送和分派信號到不同的支線，過程中存在分支損耗、隔離損耗和插入損耗問題。

信道傳輸有以下幾個特點：（1）噪音小：高頻段（860MHz及其以上）的基礎熱噪聲較低，可用高階調制發放解決。（2）頻域差別大：低頻段容易產生噪聲漏斗效應和窄帶短波干擾問題，高頻段在1.5GHz附近存在明顯的頻率選擇性衰落，系統缺少信道檢測和適應能力。（3）多徑效應（multipatheffect）：時延不同的傳輸路徑引起合成波長的隨機變化，造成數據衰落（4）少數用戶的終端接口規格不一致，與電纜無法匹配，分支分配器無法耦合；在接口處存在反射現象。

二、EoC接入技術簡介

EoC，即Ethernet over Coax。在雙向網建設中，它以簡單、安全、穩定等優勢成為一項熱門技術。EoC技術種類多種多樣，比如MoCA、PLC和BIOC等，劃分標準也有多種。在廣電總局12年確立的NGB寬帶接入系統技術規范標準中，提出了C-DOCSIS、C-Home Plug和HINOC。下面將重點介紹著三大技術。

（一）C-DOCSIS（Data Over Cable Service Interface Specifications）。有線電纜標準組織Cable Modem制定的國際標準，由ETSI EN 302 878系列標準演變而來，現已擁有大量用戶。可分為頭端、終端和配置系統、網絡管理系統等幾大功能模塊。主要支持計算機網絡與有線電視之間、電視前端與用戶之間的數據傳輸。支持大帶寬入戶和信道捆綁，采用上下行非對稱信道傳輸，但大規模使用時上行帶寬過小，且難以測距。

（二）C-Home Plug（Home Plug PowerLine Alliance，家庭插電聯盟）。采用家庭電力線標準，屬于家庭網絡技術。主要在低頻段工作，采用DFDM正交頻分多路復用技術，擁有大量子載波。從2002年開始了一系列PLC技術規范制定，到現在已基本覆蓋所有通信技術的應用領域。從1.0 Turbo版本到AV、BPL版本，數據率有了明顯的提高，可提供以太網的高速互相連接，但延遲、抖動問題依舊沒有得到根本解決。

（三）HINOC（High performance Network Over Coax，高性能同軸網絡）。由我國自主創新的基于同軸電纜的射頻調制技術，采用點到多點星型拓撲結構，擁有流分類和DBA功能，在高低頻段均能工作。利用有線電視網同軸電纜的網絡布線，可提供4個以上信道，理論上物理層傳輸速度可達7b/s/Hz，可應用于IPTV、VOD、VOIP、高速上網等寬帶業務。實際操作中可采用FTTB+樓內分配網絡、FTTH+戶內分配網絡這兩種方案。

三、物理層核心技術分析

（一）OFDM技術（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用技術）。多載波調制的一種，基本原理為將高速數據信號轉化為低速子數據流，分別在不同正交子信道傳輸。與單載波相比，它每個子載波的符號持續長度增加，信道間干擾大大減少，接收機簡單化，充分利用頻率分集和多用戶分集，使系統性能達到最佳狀態。相比于CDMA，OFDM抵御多徑干擾能力強。但另一方面，OFDM在實施中也存在著系統定時和頻偏問題，在信道估計、導頻設計和同步方面有嚴格要求。同步技術中，時間同步技術用于確定OFDM符號窗口位置和定時采樣位置，頻率同步技術解決子載波之間的干擾問題。可用盲估計、數據輔助估計和基于循環前綴等估計方法。

（二）OFDMA技術（Orthogonal Frequency Division Multiple Access，正交頻分多址技術。由OFDM技術進一步發展得到，有效子載波分為不同子集后，使用不同子信道加載傳輸數據的技術。分為集中式和分布式兩種，集中式調度快捷方便，但用戶分集增益受影響；分布式子信道交織排列，用戶頻率分集增益高，但頻域調度能力差。在電子部分，FFT和FEC較復雜，同信道干擾問題嚴重，分集增益的優勢無法凸顯。

四、結束語

在廣播電視網全面普及的科技時代，人們對于互聯網的需求向著更高速穩定、更安全、更方便快捷的方向發展。對同軸電纜混合網寬帶化和推進雙向化的改造工作顯得尤為重要。但同軸電纜接入物理層速率過低，數據傳輸效率低制約了網絡發展，造成了瓶頸階段。本文從物理層、同軸電纜等基本概念解析作為切入點，進一步整理近幾年中物理層同步和通道技術的演變和現狀，分析比較C-DOCSIS、C-Home Plug和HINOC三種技術的相似、不同之處，致力于尋找解決辦法，實現高速傳輸。現代化進程中，科技發展高低程度是決定生活質量和工業發展高低水平的重要因素。只有技術人員的不斷探討發現，注重中外交流合作，從實際出發解決問題，互聯網才能蓬勃發展。

參考文獻：

[1]余玲玲.同軸電纜千兆速率接入物理層數字信號處理關鍵技術[D].電子科技大學，2013.

[2]顏丹丹.千兆速率同軸電纜接入編碼調制技術研究[D].電子科技大學，2012.