基于EoC的有线无线融合覆盖模式研究

万 倩，赵 翠，崔竞飞

（国家新闻出版广电总局 广播科学研究院，北京 100866）

三网融合趋势下，有线网络和无线网络融合发展，才能实现多种业态运营，不局限于一种业务，从而满足用户多样化需求，提高用户黏性，减少用户流失。

随着视频服务的多屏时代来临，除了从有线电视屏幕上获取视频内容，人们希望能通过便携式计算机、平板PC、智能手机等个人智能移动终端随时随地获得视频服务。作为无线网络的一种理想技术形态，WiFi能把有线网络信号转换成无线信号，通过无线路由器供支持WiFi技术的便携式计算机、平板PC、智能手机等接收，使用户获得有线数字电视广播和点播等视频内容的多屏服务，而且WiFi的频段在世界范围内无需任何电信运营执照，在频率资源上不存在限制，在宽带应用上可以作为高速有线接入技术的重要补充[1-3]。

本文将研究通过双向接入网EoC结合WiFi的有线无线融合覆盖模式，实现视频服务由面向电视机或接收机单一终端到面向电视机、便携式计算机、平板PC、智能手机等多终端的扩展，支持家庭多种视频终端实现有线数字电视的多屏互动业务。同时，针对双向交互数据业务，本文探讨性地提出基于EoC无线转发的有线无线融合技术[1-3]。

1 有线无线融合覆盖模式系统架构

基于双向接入网EoC的有线无线融合覆盖系统架构如图1所示。

该系统架构中的传统有线电视系统实现有线数字电视信号的传输。有线数字电视前端将信号源输出的各类信号处理后混合成一路复合射频信号提供给传输系统，传输系统中的光发射机把高频电视信号转换至红外光波段，使其沿光导纤维传输，到接收端再通过光接收机把红外波段的光变回高频电视信号。高频电视信号通过集成了CATV信号接收模块的EoC局端与EoC数据混合，通过频分复用的方式在同轴分配网络中传输，同轴分配网络把有线数字电视信号高效而合理地分送到户。用户端的网关设备将接收到的有线数字电视信号通过STB模块处理后显示在电视终端，或通过流媒体打包封装后将IP数据流输出给标准无线路由模块，使移动智能终端能通过WiFi无线方式接收并实现视频收看。

图1 基于双向接入网EoC的有线无线融合覆盖系统架构

该系统架构中的PON+EoC系统实现双向交互数据的传输。现有同轴电缆电视广播传输系统具有极宽的频带资源，而且现有居民小区楼内已敷设有线电视同轴电缆并进行电视业务的传输，PON+EoC系统完全匹配广电有线的HFC网络，利用原有入户同轴电缆，无需对入户电缆重新改造。在当前光纤敷设到楼道的趋势下，采用PON技术可以节省主干光纤，提供对称高带宽，满足用户差异化的业务需求。其中PON系统部分由OLT、ONU和光纤链路构成，EoC系统包括EoC局端和EoC终端，它们通过同轴电缆分配网络相连。在下行方向，来自PON网络的以太网信号通过ONU送到小区楼宇门口，经过EoC局端调制到同轴电缆的一个信道后，通过同轴电缆分配网络送到位于住户家中的EoC终端，经EoC终端解调后，传送给终端设备。在上行方向，用户端的上行数据信号经过EoC终端调制后进入同轴电缆分配网络到达EoC局端，由EoC局端解调转换后，通过ONU送至OLT。以太网信号与CATV和点播节目信号在EoC局端一起混合进入同轴电缆分配网络，被户内的网关设备接收，不影响原有电视节目的收看。用户端网关设备的EoC终端通过对射频信号的解调得到以太网数据包，输出给标准无线路由模块，实现无线双向数据交互，使移动智能终端能通过WiFi无线方式开展双向交互数据业务。

2 有线无线融合覆盖模式业务形态

本系统面向3类业务形态来实现多屏互动业务：面向电视终端的DVB数字电视广播和点播业务，面向移动智能终端的数字电视广播和点播业务，双向交互数据业务。

第一类业务形态即传统的面向电视终端的DVB广播和点播业务，用户可以通过电视终端观看电视直播和点播业务。本部分的信号处理过程完全与数字电视现有系统相同。对于直播业务，有线数字电视前端完成实时节目内容和增值业务内容复用、加扰后，输出一路MPEG-2 TS流，送到QAM调制器，完成视音频节目信号到射频信号的调制，经过有线电视网络传送到用户家中网关设备的STB模块，直播节目经过解调、解复用、解扰、解码等处理后恢复为TS流信号，最终显示在电视终端上；对于点播业务，上行通道采用PON+EoC作为IP双向交互通道，用户点播请求通过IP双向回传通道交互，VOD视频服务器收到用户的点播请求后将单节目传输流封装成UDP包传输至IPQAM，IPQAM完成解封装并将多个单节目传输流复用成多节目传输流，调制为RF信号后通过HFC网络传输给网关设备的STB模块，STB模块根据头端返回的PID锁定对应的音视频流来进行解调和解码以实现互动。

第二类业务形态即面向移动智能终端的数字电视广播和点播业务，利用智能手机、平板PC、便携式计算机等智能终端为显示载体，传输直播和点播内容。本部分系统采用DVB广播传输技术与无线交互接入技术相结合的方式实现。其中流媒体打包封装模块之前的业务流程与第一类业务相同，由于用户终端类型不同，需要通过网关设备的流媒体打包封装模块对数字电视TS流数据进行流媒体打包封装后将IP数据流输出给标准无线路由模块，将相应的直播或点播数字电视节目分发到各个终端，移动智能终端通过WiFi无线方式接收并实现直播或点播的视频收看。

第三类业务形态即面向电视终端或移动智能终端的双向交互数据业务，通过PON+EoC系统的双向交互通道实现，EoC系统可以采用HiNOC、C-HPAV等双向接入协议。通过双向交互通道不仅用于传输语音、视频、上网等数据业务，而且还实现交互电视业务的信令回传。

在上述3类业务形态的描述过程中，STB模块、流媒体打包封装模块、EoC终端可以分别以单独设备的形态存在，也可以同时集成在网关设备中。

3 有线无线融合覆盖模式业务模块

3.1 网关设备

本系统集成的网关设备包含3个功能模块，分别是STB模块完成DVB解调，流媒体打包封装模块完成转封装转协议，EoC终端完成EoC信号调制解调。网关设备结构如图2所示。

来自同轴电缆分配网络的RF信号首先经过分路器（即滤波器）将频分复用的有线电视信号和EoC信号分开，分别送到相应的解调模块。

一路信号由STB模块完成信号的A/D转换、解调等处理恢复出TS流信号，该信号解复用、解扰、解码后直接送到电视终端进行显示，同时还送到流媒体打包封装模块进行后续处理。

图2 网关设备

另一路信号由EoC模块完成对射频信号的解调得到以太网数据包，输出给标准无线路由模块，建立出无线双向交互数据通道，为用户提供无线接入服务，同时网关设备也可为用户提供以太网接口。

由于移动智能终端自带WiFi模块，能够通过WiFi无线方式实现双向交互数据业务，该方式用户不用专门更换移动智能终端设备。

3.2 STB模块和流媒体打包封装模块

STB模块和流媒体打包封装模块结构如图3所示。

图3 STB模块

STB模块中的调谐模块接收有线数字电视RF信号并下行变频为中频信号，然后进行A/D转换为数字信号，通过QAM解调输出MPEG传输流，解复用模块接收MPEG传输流，从中抽出一个节目的PES数据，包括视频PES、音频PES以及数据PES，对于加扰节目则通过解扰引擎对加扰的数据进行解扰，输出解扰的PES，最后通过解码直接显示在电视终端。

对于移动智能终端，流媒体打包封装模块对直播或点播TS流进行RTSP/RTP、HTTP（HLS、MPEG-DASH）等流媒体协议的转换。流媒体打包封装模块将单向广播的流媒体数据传输方式转换成终端设备支持的双向交互的流媒体协议传输方式后，将IP数据流输出给标准无线路由模块，将相应的数字电视节目分发到各个终端，移动智能终端通过WiFi无线方式接收并实现直播或点播的视频收看。

3.3 EoC终端

EoC终端结构如图4所示。

图4 EoC终端

EoC终端用于实现下行数据信号的接收解调和上行数据信号的调制发送。主要包括双工模块、RF模块、模数/数模转换模块、物理层信号处理、MAC层协议处理和以太网接口等模块。接收数据时，来自同轴电缆的RF信号经双工模块接收后送给RF模块做下变频处理得到基带或中频信号，再经DAC转换为数字信号，经过物理层信号处理和MAC层协议处理后由以太网口输出给用户终端或下接的无线路由器。发送数据与接收数据的处理过程相反。对于TDD系统，双工模块工作于半双工状态，在同一时刻只能发送或接收数据。对于FDD系统，双工模块工作于全双工状态，可以同时实现发送和接收数据。物理层信号处理和MAC层协议处理单元完成EoC协议的信号处理功能，通常集成在一颗芯片中，是EoC终端的核心部分。

4 EoC无线转发技术

对于上述的第3类业务形态即双向交互数据业务的无线覆盖，是通过EoC+WiFi两级系统级联覆盖，需要EoC和WiFi两种协议实现，我国自主研发的HiNOC技术属于高频EoC技术，本设计探讨通过对HiNOC信号进行同频放大转换为高频无线信号来实现无线双向交互数据业务，即利用HiNOC一种协议实现从楼道同轴分配到家庭内部无线信号深度覆盖，取代从楼头到用户终端通过两级系统级联的覆盖方式。

HiNOC技术作为自主创新的高性能同轴电缆双向接入EoC技术，实现了基于同轴电缆的在750 MHz以上频带的高速数据传输，工作频带满足现有及未来有线电视网络频率规划要求，技术上采用16 MHz的单信道频带，符合我国广播电视频带规划的要求，支持单信道业务速率60 Mbit/s以上。

基于HiNOC的有线无线信道融合系统架构如图5所示。

图5 基于HiNOC的有线无线信道融合系统架构

本系统中，HB设备（EoC局端）部署在楼头，HM模块（EoC终端）则集成在用户移动智能终端如智能手机、平板PC、便携式计算机等内部，通过在同轴电缆入户接口面板处增加HiNOC中继天线，将同轴电缆中的有线信号转换为无线信号，实现HB与HM的双向信号交互。HiNOC系统工作在750 MHz以上频谱，可以通过对信号同频放大，转换为750 MHz以上的无线信号。

对系统本身而言，最大的特点是信号传输需要经过同轴有线信道和无线信道，增加了系统设计复杂度。相比EoC+WiFi两级系统级联覆盖的方式，只利用HiNOC一种协议实现了用户接入和家庭内部无线信号覆盖，入户节点处设备简单。

实现本方式需要重点解决以下问题：

1）HiNOC协议专门针对同轴电缆信道进行了优化设计，但对于本方式的应用场景，即同轴电缆有线信道与家庭内部无线信道的信道模型，其噪声、干扰、多径反射、衰减等信道特点并不相同。为了达到预期的传输性能和覆盖要求，需要针对性地建立相关信道模型，对HiNOC协议尤其是物理层相关传输机制和参数的设计进行仿真和测试，必要时作相关的改进和优化设计。

2）逻辑上整个系统由HB集中管理，可接入HM终端数目受限于协议能力。在此场景下HM模块要集成到每个用户终端里面，意味着每个家庭将部署多个HM，而HB部署在楼头，需要同时管理同一楼栋内的多个家庭的多个终端。这样带来的问题是一个HB头端模块仅能覆盖几户家庭，网络规模受限。为此要求HB设备应具备灵活的模块可扩展性，或HiNOC协议扩展以支持更多终端。同时可能带来的好处是原来由一个家庭共享的带宽现在可以由一台终端独享，可以给用户更好的接入体验。

3）转换节点（中继天线）该如何设计，仅完成信号转换和放大的功能是否完备，以及如何规避同频干扰。由于无线频谱有限，同一楼栋内的不同家庭内不可避免采用相同频率实现无线覆盖，为此一方面需要在部署时做好频率规划，另一方面需要优化设计中继天线，能够实现定向、有效、合理的信号覆盖。

4）HiNOC系统主要用于解决用户双向宽带数据接入的问题，对于数字电视广播采用何种方式实现家庭内部无线覆盖，需要进一步探讨。

扩展EoC无线转发实现有线无线融合覆盖提供了一种创新性的研究思路，值得进一步深入探究。

5 总结

基于双向接入网EoC的有线无线融合覆盖系统提供面向电视终端的DVB数字电视直播和点播业务、面向智能终端的数字电视直播和点播业务、无线双向交互数据业务，综合利用了有线无线融合、单向广播和双向交互技术，使用户能够通过多种终端开展多屏互动业务。本文探讨性地提出EoC无线转发技术也为双向交互数据业务的有线无线融合覆盖模式提供了新思路。

[1] 万倩，欧阳峰，李博，等.有线电视接入网EPON+HiNOC技术探析[J].电视技术，2012，36（18）：70-71.

[2] 姜秀华，张永辉.数字电视广播原理与应用[M].北京：人民邮电出版社，2013.

[3]GY/T265—2012，NGB宽带接入系统HiNOC传输和媒质接入控制技术规范[S].2012.