天津广电高频EoC（MoCA）双向网络设计

易 斌

（天津广播电视网络有限公司，天津 300384）

有线电视网络从单项变为双向，开展增值业务，提高有线电视网络价值，经历了漫长的过程，其中有等待也有煎熬。从当初的DOCSIS标准，到如今的LAN，MoCA，Home Plug AV等方式，可以说是百花齐放，各有优缺点。现在随着MoCA国际标准出台及技术的成熟，高覆盖、低投入、抗噪能力强、网络可靠性高等优点的体现，为该技术的普及推广提供了源动力[1]。

天津广电网络公司采用无源网络EPON+MoCA方式进行网络布局，经过3年的网络改造、网络优化，目前双向网络覆盖用户已达200余万户，每个光节点覆盖用户100～150户（无源分配网结构）；网络运行稳定，用户反映良好，高清互动、宽带等增值业务稳步推进。

1 MoCA技术[2-5]

1.1 MoCA原理

MoCA采用OFDM调制和TDMA/TDD（时分多址/时分双工）数字调制技术后与原有电缆网信号混合在同轴电缆网中进行传输，在用户端经高低通分离后采用终端EoC设备还原数据基带信号，完成数据传输；MAC部分的TDMA是采用软件来实现的。每个载波最高可进行128QAM调制，每个信道理论上最大的物理数据速率为270 Mbit/s，最大的有效数据速率为130 Mbit/s。随着链路损耗的加大或链路SNR的降低，依次降低为64QAM，32QAM，16QAM，8QAM，QPSK，BPSK调制方式，实际有效数据速度就会成倍降低。设备典型发送电平3 dBm；接收电平范围0～-75 dBm；典型时延为3 ms。

由于MoCA采用800～1500 MHz频段，所以对5～1000 MHz的电缆网络来说还是具有相当大的挑战，它对MoCA的实际表现影响很大。

头端原理框图如图1所示，终端原理框图如图2所示。

图2 终端原理框图

1.2 MoCA设备选型

1）MoCA局端设备（NC）。用于控制制MoCA网络中各CPE收发以太报文，并完成网络管理、接入控制等功能，如图3所示。

该设备每个频道最大的物理数据速率为270 Mbit/s，有效数据速率为130 Mbit/s，单信道MAC层速率可达到120 Mbit/s；使用频段为800～1500 MHz，每个频道带宽为50 MHz，步长为25 MHz，共有15个频道，目前采用975～1025 MHz带宽；每个信道可以支持一个NC（局端）设备，每个NC支持31个CPE（终端用户）设备；对用户报文进行VLAN透传，管理接口允许指定到任一个VLAN；支持对用户的接入控制；管理方式为Console，Telnet，SNMP；内置FTP客户端，支持远程升级；发送功率为3 dBm，支持自动功率控制；接收电平范围为0～-75 dBm；调制方式:OFDM（正交频分调制）和TDMA/TDD（时分多址/时分双工）；自动搜索局端设备工作的频点；典型时延为3 ms；接口:2:10/100 Mbit/s以太网网口，2×-5 F座，DC电源插座；功耗小于6 W。

2）多路混合器，如图4所示。

混合器型号:2路混合器、3路混合器、4路混合器。MoCA IN端口为EoC头端数据信号输入端口，2路混合器插损9 dB、3路混合器插损12 dB、4路混合器插损 13 dB；-12 dB端口为外载波（900～1200 MHz）信号输入端口同时也是MoCA NC输出信号测试端口，即从-12 dB端口到RF OUT口衰减12 dB；IN口为光站DVB信号输入端口，混合器插损3.5 dB。

3）MoCA终端设备（CPE）:MoCA网络两端口用户终端设备。部署于用户家庭，在MoCA局端设备的控制下通过同轴电缆网络传输以太报文，如图5所示。设备支持对用户报文进行硬件加去VLAN标签以及标记报文优先级处理，方便多业务的开展。

每个频道最大的物理数据速率为270 Mbit/s，有效数据速率为130 Mbit/s；使用频段为 800～1500 MHz，每个频道带宽为50 MHz，步长为25 MHz，共有15个频道，目前采用975～1025 MHz带宽；支持硬件加、去VLAN标签功能；配置方式:支持局端配置和用户端配置两种模式，局端配置模式优先；典型发送电平为3 dBm；接收电平范围为0～-75 dBm；调制方式为OFDM，TDMA/TDD；典型时延为3 ms；功耗小于6 W。

1.3 天津市MoCA技术组网方案

在HFC最后几百米同轴网络中，利用MoCA方案进行双向网络改造，可获得用户带宽高、业务支持能力强、部署速度快、抗干扰能力强、后续扩容和升级兼容好等诸多优势。

目前天津市有线电视分配网络采用野外光站无源分配方式，覆盖1～3栋楼，用户都在数百户，如图6所示。光站到用户终端采用无源同轴电缆分配网直接覆盖用户，无放大设备。在分配网上可快速实现双向网的覆盖。在小区光节点箱铺设光传输设备和MoCA局端，DVB广播信号和数据射频信号经混合器混合后通过同轴电缆传输到千家万户，用户直接用双向机顶盒和MoCA终端设备即可实现双向互动功能。可满足IPQAM的双向互动数字电视信息化的开展，也能满足用户的带宽、IP电话和需求。

2 网络建设要求

EPON为点到多点的以太网无源光网络系统，简化了光系统的设计难度，OLT向各个ONU广播通信，先将信号时分复用成时隙流，然后经光分路器广播至ONU；各ONU在规定的时隙接收信息。一个OLT端口可覆盖32/64个ONU，上下行速率达1.25 Gbit/s（详见EPON设计方案）。

针对目前天津广电数字电视用户分配网络结构，为满足高频EoC技术对传输网络要求，网络改造采取光进铜退的原则，网络设计具体要求如下:

1）用户电缆分配网为无源网络，光节点覆盖的用户数小于150户；采用野外高输出光站直接驱动用户的网络结构。

2）由于每台MoCA头端在线户数为31户，考虑到满载情况（按4端口光站核算），每个节点最多覆盖4×31=124户，网络覆盖用户在线率可达82.6%。

3）编织网同轴电缆屏蔽衰减必须≥90 dB，铝管同轴电缆屏蔽衰减必须≥110 dB。

4）分支分配器、用户终端盒等无源器件带宽必须满足5～1000 MHz。

5）野外光站箱体必须为落地箱体安装（1150 mm×680 mm×450 mm）；光站若安装在弱电间（弱电竖井）可采取壁挂式箱体（500 mm×500 mm×200 mm）安装，必须采用室内型楼头光站；箱体应设计有散热孔，并保证设备散热良好。

6）光节点具备220 V电源，负荷必须≥500 W；电源线路及取电位置必须安全可靠，电源板统一采用带开关的双排六联插座（子弹头），上联空开，确保设备连接可靠。

7）设备及线路空余端口必须端接75 Ω负载，避免本地空间的杂散电磁波侵入。

8）所有有源设备外壳必须接地，接地电阻≤10 Ω。

9）光站模拟输出电平104/110/114 dBμV/（110/550/860 MHz，DVB信号比同频模拟信号低6 dB）（考虑EoC混合器插损3.5 dB）。

10）用户终端电平（55CH/56CH）:模拟≥68 dBμV，DVB≥62 dBμV。

3 双向EoC设计

3.1 总体设计

天津有线网络光站（接收机）主要是2～4端口，并直接覆盖用户。EoC部分同样考虑到目前用户数及各用户对数据业务实际需求，采用一个MoCA头端同一个光站直接连接的方式，以后随着业务量的增加再增加头端的数量，或采用频率叠加地方式来增加数据带宽。

为了保证头端设备的统一性，同时为保证数据业务在安装、调试、维护时不影响原来的广播业务，建议头端全部采用单路射频输出方式，同2进2出、3进3出、4进4出的无源混合分配器相连。

MoCA设备接入模型:2端口光站（见图7）、3端口光站（见图8）和4端口光站（见图9）。

公司数字电视无源网络采用野外型高输出光站（2端口、3端口、4端口）覆盖用户，考虑到目前用户对数据业务的实际需求，采用1个EoC局端覆盖1个光节点网络用户方式进行设备布局，将来可采用增加局端数量、叠频技术及新版本MoCA技术（目前MoCA为1.0版，将逐步开发1.1版和2.0版，覆盖用户会成倍增加）的方式满足用户需求，以达到系统扩容的目的。

3.2 家庭内网设计

家庭网络连接方式如图10所示。

3.3 系统调试

EoC系统要求保证每户接入速率达2 Mbit/s，并确保用户丢包率，网络调试是保证网络可靠性的关键，保证同轴电缆链路损耗、反射等指标，可通过测试系统数字QAM信号电平、MER及BER指标来评估网络建设质量。

下面以2端口光站为例，说明网络调试步骤和测试数据，其调试图如图11所示。

由于MoCA为基于RF网络的数据传输技术，其信号频谱采用突发调制，调制方式为OFDM，需要高端的频谱仪才能准确测量各项技术参数，工程实施中难以实现。但可以根据MoCA技术的特点，只要控制好网络链路损耗满足传输要求即可，因此网络调试主要是测试无源分配网在MoCA工作频段上的链路损耗，并测量系统DVB信号电平、MER及BER指标来评估系统传输质量。

调试的目的是使系统在点A至点B（MoCA头端OUT端口—EoC终端IN端口）、点E至点C（光站OUT端口—机顶盒IN端口）链路损耗在预定范围之内，确保有线电视信号符合网络传输要求，MoCA设备能够正常稳定通信。

1）系统按图11连接，调试光站输出信号电平与设计值一致。

（1）链路损耗测试方式1:用信号发生器在D点插入一个高频（950 MHz）信号，信号强度120 dBμV，使用频谱仪在用户端点B测试该信号，若电平值≥51 dBμV，表示链路衰减正常，满足EoC链路衰减要求。

注:D端口为混合器MoCA输入端监测端口（内置12 dB分支的双向通路），公式中“12”为内置分支器分支损耗，“3”为内置分支器插入损耗。

（2）链路测试方式2:利用有线电视网络导频信号（55CH或56CH）进行EoC链路衰减估测。

无源分配网衰减主要为电缆衰减和无源器件衰减，其中无源器件在860 MHz和1000 MHz的衰减指标要求一样，而单位长度电缆在860 MHz和1000 MHz的衰减量仅相差1～2 dB（100 m，75-7及以上电缆）。电缆分配网平均传输距离≤200 m（包括-5室内线及外线电缆），电平差值≤4 dB，即可认为:860 MHz链路衰减+4 dB=1 GHz链路衰减。

若光站输出电平E点（860 MHz）为114 dBμV，EoC用户端B点电平为65 dBμV，则有线电视分配网链路衰减LTV=45.5 dB（其中EoC局端对有线电视信号的插损为3.5 dB），EoC链路1 GHz衰减约为LEoC=45.5 dB+4 dB+无源混合器插损:

① 模式1:2混合器1 GHz插损为9 dB，EoC链路1 GHz衰减约为LEoC=58.5 dB。

② 模式2:3混合器1 GHz插损为12 dB，EoC链路1 GHz衰减约为LEoC=61.5 dB。

③ 模式3:4混合器1 GHz插损为13 dB，EoC链路1 GHz衰减约为LEoC=62.5 dB。

④ 模式4:MoCA头端1 GHz插损为2 dB，EoC链路1 GHz衰减约为LEoC=51 dB。

若EoC链路1 GHz衰减≥60 dB，网络结构调整如下:可将模式2调整为模式1或将模式3调整为模式2，如将模式3调整为模式1，即2台MoCA头端和2台2混合器，EoC链路1 GHz衰减约为58.5 dB，满足系统设计要求；每个端口增加1台MoCA头端，EoC链路1 GHz衰减约为51 dB；调整分配结构，降低传输距离，减少光节点覆盖户数。

（3）链路测试方式3:在用户端用MoCA测试终端进行在线测试，利用网管检测工作频率、链路衰减、带宽及上下行流量等参数。

综上所述:方式1，测试指标准确，能判断EoC系统特殊故障，但需要配备高频测试仪器，投资巨大；方式2，测试指标有误差，但基本能估算EoC链路损耗，可采用普通场强仪测试即可，不需要再投资；方式3，需要MoCA测试终端现场安装，并须与机房网管配合实施，测试指标准确、可靠。

2）EoC头端输出信号对DVB信号影响的测试:须用数字场强仪测试混合后用户终端点B处的信号指标，DVB信号指标要求如下:

（1）测试点为光站输出测试口

调制误差率MER≥34 dB；误码率BER纠错前≤1×10-6，纠错后≤1×10-9。

（2）测试点为用户终端输出端口（点B）

无源分配网络用户设计电平为（71±3）dBμV（预留2终端扩容）；调制误差率MER≥32 dB；误码率BER纠错前≤1×10-6，纠错后≤1×10-9。

3）EoC终端在线测试

查看系统传输时延、丢包率等指标。平均丢包率≤0.1%；传输时延≤20 ms。

3.4 业务设计和VLAN划分

根据目前天津有线网络的实际需求，双向改造后可实现有线数字电视业务、交互电视业务、互联网接入业务、IP电话业务以及实时、远程、快捷的各类交互信息服务。

首先将所有业务归结为3种业务模型，即语音（如VoIP）、视频（如IPTV）与数据（如Internet接入，点播回传数据），由于业务自身的特性需求，整个传输系统需要赋予其不同的发送优先级，可以设置3个优先等级，即高、中、低。语音业务归入高优先级，视频业务归入中优先级，数据业务归入低优先级。

在确定业务类型之后，传输系统必须能够识别各类业务，可以采用不同的VLAN ID来实现。设置VLAN ID的工作可在MoCA上完成，即根据不同业务在MoCA终端端口设置不同的VLAN ID即可；业务的优先级采用IEEE 802.1p标签来实现，该标签支持8个优先级队列，即0～7。

MoCA系统可以支持3个优先级，对应IEEE 802.1p的优先级有一个映射关系，即高优先级:6～7；中优先级:4～5；低优先级:0～3。具体的映射关系可以根据用户实际需要来设置。

在实施当中可以将语音业务的IEEE 802.1p标签设为7，视频业务的标签设为5，数据业务的标签设为3。这些设置同时也在OLT上配置。

在业务分发的交换机/路由器的配置时，需要按照上述要求进行，将连接在不同端口上的不同业务配置合适的IEEE 802.1q的VALN ID和IEEE 802.1p标签。MoCA系统需要根据实际网络的情况进行VLAN的配置，优先级的映射可以是自动完成或有用户自己来设定。

3.5 带宽分析

本设计在每个光站（接收机）放置MoCA局端设备（NC），局端设备通过EPON的ONU上联，接入带宽的瓶颈，在MoCA接入系统。本设计中每台NC先配置1个信道卡，每信道卡数据带宽为100 Mbit/s。

以每个光节点覆盖150户，连接一个NC接入计算，每台NC可连接31户，接入率为20.7%，50%并发，设计每用户平均接入带宽为100 Mbit/s/（31×50%）=6.45 Mbit/s。

每用户6.45 Mbit/s完全可满足目前用户业务需求。因此网络完全可以考虑一个MoCA头端带一个光节点，接入率为20%；以后随着用户及数据业务量增加时增加每台MoCA头端上的信道数（或增加头端数量），最多可以增加到4个，达到网络100%连接。

4 双向网络设计注意事项

在进行双向网络设计时，需要注意以下事项:

1）严格控制网络设计指标，不符合设计要求的必须进行网改、设备更换。

2）光站设计输出电平为106/110/114 dB（110/550/860 MHz）—模拟电平，低电平输出可降低输出底噪，减少对MoCA信号的干扰。

3）经测试，EoC链路损耗≥60 dB的网络必须进行调整，否则会影响设备的运行稳定。

4）业务开通时必须通过网管检测设备的工作参数是否达标，并验证设计指标。

5）根据入网用户在线要求，适当控制光节点覆盖户数，满足网络用户增容便捷，不宜超过150户。

6）网络设计中尽可能采用2，3混合器，4混合器避免使用，该设备隔离度指标偏低。

7）在同一个设备箱中，MoCA头端≥2台的，设备频点不能重叠，并且频点设置应预留保护频带，避免相互干扰。

8）入户线缆和设备若不符合要求，必须更换，特别是线缆连接接头和分支分配器。

9）设备安装必须保证箱体通风和设备散热，合理布局，直接关系到MoCA设备的稳定运行。

[1]李远东.省网整合后有线电视网络双向化改造思考[J].电视技术，2012，36（6）:5-9.

[2]李鉴增，焦方性.有线电视综合信息网技术[M].北京:人民邮电出版社，1999.

[3]毛京丽.宽带IP网络[M].北京:人民邮电出版社，2010.

[4]孙学康，张金菊.光纤通信技术[M].北京:人民邮电出版社，2008.

[5]张中荃.接入网技术[M].北京:人民邮电出版社，2009.