快速、高带宽（精选6篇）
快速、高带宽 篇1
数字全息使用ccd或者cmos图像传感器来记录全息图,通过计算机来数字重构物体复振幅,可以用来显示透明的物体,如细胞形状等。由于ccd或者cmos图像传感器的像素尺寸大且数量少,分辨率和大小都远远不如传统的全息干板。为了能够同时实现高分辨率和高重构速度,研究重构算法是非常重要的,特别在一些需要实时动态测量的领域,如活体细胞的观察测量。
从空间带宽积的角度出发,得到了可以使用傅里叶快速再现待测物体复振幅的系统配置。还有,为了快速高分辨再现物体,分别比较了细分菲涅尔再现算法和细分卷积再现算法在同等条件下的重构质量和速度。具体来说,无论记录距离长短,只要满足待测物体的空间带宽积不大于图像传感器的空间带宽积的条件,就可以用快速傅里叶算法来重构待测物体的全息图。重要的是,文中研究结果拓展了快速傅里叶算法的使用范围,为数字全息的再现提供了一个实用的方法。
1 理论
1.1 数字全息分辨率与记录光路
在数字全息中,系统的成像能力,从阿贝定律或者瑞利判据[1]的观点来看,取决于系统的分辨率,有下式
其中,λ是波长;NA是系统的数值孔径。该定律指出了系统分辨细节的能力与波长成正比,与数值孔径成反比,然而很少研究把注意力放在保证这一分辨率的同时,能对多大的物体进行成像。在数字全息记录再现系统中,一方面,作为记录全息图和数字再现载体的图像传感器,由于其固有的缺陷(如像素大,尺寸小),描述其信息容量的空间带宽积受到限制。因此,在记录和再现的过程中,如何充分利用这个有限的空间带宽积来记录待测物体的信息是关键。另一方面,在再现过程中,由于菲涅尔全息再现算法的数学描述跟傅里叶变换有形式相似的性质,可以借助FFT算法来快速重构物体,解决数字全息再现速度的问题,然而菲涅尔全息再现算法需要满足记录距离比较大的条件,因而阻碍了系统分辨率的提高。在图像传感器不能大幅度提像素高分辨率的情况下,如果需要提高记录系统的分辨率,通常可以采用增加数值孔径的方法来实现:近距离记录[2]和合成孔径[3],然而这种情况下,菲涅尔近似的条件不再满足,所得的全息图只能用卷积再现算法来重构,如基尔霍夫-菲涅尔积分公式[4]或者索末菲积分公式[5]来重构物体复振幅。然而,这种方法会消耗大量的内存,使运算量大大增加,运算速度减慢。因此,如何提高系统分辨率和再现速度,成为研究的热点问题[4,6,7]。
空间带宽积一方面可以用来度量待测物体的信息量,另一方面,对于记录系统来说,也可以衡量系统接收信息量的能力,具体到显微数字全息中,可以用来衡量系统成像能力,即系统可以测量物体的大小和细节的能力。为简单化,仅考虑空间坐标一维的情况,待测物体的空间带宽积NI可以表示为
其中,xo表示待测物体的大小;Δvo为物体最小分辨距离Δxo对应的带宽。在一定程度上表示了需要获取的信息容量。同样,在显微数字全息系统中,对获取信息的图像传感器而言,代表空间带宽积的像素数可以表示为
其中,xH是图像传感器的尺寸大小;ΔvH是像素大小ΔxH对应的带宽。上述空间带宽积用魏格纳表(wigner chart)来描述,它们的wigner chart是具有一定大小的矩形[8],然而物光经过各种干涉光路与参考光干涉作用后,从原来的长方形变为与干涉光路有关的各种形状[8,9],使得其不再是规则的矩形。因此,干涉图的非矩形wigner chart通过矩形的wigner chart时,超出矩形wigner chart部分的信息将被丢失,不能被测量系统所获取。为了最大限度地利用测量系统的空间带宽积,可以通过配置不同的记录光路,来最大限度地匹配图像传感器的空间带宽积。当采用同轴无透镜傅里叶变换光路来记录时,物体的wigner chart可以保持长方形的形状[10],对图像传感器的空间带宽积要求最低[11],也就是说,对于空间带宽积一定的图像传感器,使用此光路能获得最多的信息量,此时,有下式
从得知xo与Δvo成反比,利用图像传感器上获得的NY来重构物体复振幅时,可以通过减小记录物体尺寸来提高分辨率,即减小系统对于记录物体的有效视场范围(FOV)来满足wigner chart的大小不超过图像传感器的wigner chart。当满足采样定理的条件,并且图像传感器像素尺寸一定时,由文献[11]得知,同轴记录光路的FOV(即待测物体大小范围)为
其中,ZOH为待测物体到图像传感器之间的记录距离;λ为测量使用的激光波长。为了获得较小的FOV,必须减小记录距离ZOH。
假设要求系统能够分辨的细节为Δx,根据信号与系统,其对应的带宽为π/Δx,在已知图像传感器的空间带宽积为NY的情况下,根据式(4),在能最大利用图像传感器的空间带宽积的条件下,待测物体最大范围为
在此条件,图像传感器记录到的衍射光场表示为
其中,U0(x0,yo)为物光场;rOH为物面点到记录面任一点的距离,作泰勒级数展开取出第三项后面的高次项后为
记录面上的参考球面波可以表示为
其中,rRH为参考光平面到记录平面的距离,同样,用泰勒级数展开为
此时,在记录平面上记录的全息图包含了物体的再现像、共轭像和背景项,可以使用相移方法将共轭项与背景项去除,得到只包含了物体信息的相移全息图Ips。
1.2 数字全息的再现与再现速度
根据全息原理,当再现光与参考光相同时,即可完整地再现原来记录的物体,其再现光场表示如下
其中,xI,yI为再现像所在平面。
将式(8)、式(10)代入式(11)可得再现光场为
如果直接用卷积再现算法计算式(12),将非常困难。当再现光与参考相同时,再现像与待测物体一样,因此式(12)中的第二个相位因子可以表示为
当物体的尺寸满足式(5)时,式(13)中相位因子的影响可以忽略不计,此时,式(12)中的再现光场表示为
从式(14)中的傅里叶变换形式可以看出,该式可以使用快速傅里叶变换的方式来提高计算速度。
因此,当配置系统光路为同轴无透镜傅里叶变换光路并且缩短记录距离时,在图像传感器上获得的满足上述空间带宽积要求的干涉图就是傅里叶全息图,更为重要的是,物面和图像传感器记录面之间是傅里叶变换关系,在使用菲涅尔再现算法再现物体的过程中,通过数值模拟参考光,可以只用一次快速傅里叶变换,就再现出物体的复振幅,从而避免了使用卷积再现算法带来的计算量巨大和计算速度慢的问题。
2 实验证明
根据空间带宽积要求设计的短记录距离同轴无透镜傅里叶变换光路如图1所示。
其中,xoyo面表示物体所在物平面;xHyH表示图像传感器所在的记录平面。
实验测量了1951 USAF分辨率板,为了获得短的记录距离,设置记录距离ZOH为13.78 mm,所用的图像传感器像素数NY为300×300,像素大小ΔxH为10μm,为了获得较小的FOV,在分辨率板上贴上限制物体大小Δx的直径为0.5 mm的透光圆形掩膜,阻止在此圆孔外的光通过。实验所获得的干涉图之一如图2所示。
在实验中,采集了四幅相移干涉图,通过相移技术[12]消除零级像和共轭像后的再现像如图3所示。
同时采用了细分再现算法[13]来更精细地显示全息图的细节,如图4所示。
从图4可以看到,分辨率板的第七组第三个元素已经清晰地再现出来,其分辨率为161.3 lp/mm,对应的Δx约为3μm,接近根据式(1)定义的极限分辨率。根据式(6),理论上能再现的物体大小Δx为0.573 mm,与实验中使用的0.5 mm直径的圆孔基本符合。
卷积算法由于没有作近似,通常被认为是在近距离记录时的无误差再现算法,因此,为了作对比,用卷积再现的算法再现了分辨率板,如图5所示。
从图4、图5的对比可知,使用FFT快速算法来再现满足空间带宽积要求的物体,其再现效果跟使用卷积再现的方法几乎是一样的。在相同条件下,从计算时间上看,前者只需要1 s,后者需要22 s,只要由于卷积算法至少需要进行4次傅里叶变换运算,直接用傅里叶变换的菲涅耳再现算法则只需要进行一次傅里叶变换运算。因此卷积细分再现算法的运算量和计算机存储资源的占用量都远大于傅里叶细分再现算法。
3 结论
利用空间带宽积的概念,从信息容量的角度,指出在数字全息中系统中,图像传感器规格一定的条件下,其获得的信息量由图像传感器的空间带宽积决定,能够再现的物体大小范围跟细节是成反比的,可以通过减小待测物体的范围来换取更高的分辨率。在这个基础上,指出了短记录距离下的傅里叶全息光路是一种能够高效满足图像传感器空间带宽积的光路,此光路可以通过减小待测物体范围来获得高分辨率的同时提高再现物体复振幅的速度。最后,从实验上证明了记录光路采用短记录距离下的傅里叶全息光路来记录全息图,用快速傅里叶变换来再现物体复振幅,能够获得与使用传统卷积再现算法几乎一样的效果。总之,只要满足空间带宽积的要求,不论记录距离能否满足菲涅尔近似条件,都可以使用快速傅里叶变换算法来实现待测物体的高分辨率快速重构。
高带宽传输网络搭建探讨 篇2
为满足市场需求, 各地广电运营商已经开始了互动电视和高带宽接入的建设。广州珠江数码集团有限公司作为广州地区最大的有线电视网络运营商, 已经明确把互动电视和高带宽接入定位为未来的主营业务, 至今已经发展了18万互动用户, 并全网开展6M和10M的高带宽接入。本文结合广电网络现状, 从业务需求入手, 对构建能支持高带宽业务发展的网络展开探讨。
1 互动平台概况
互动前端平台作为系统网络搭建的第一核心要素, 其传输模式、编码格式、节目内容和双向网络建设的通道容量息息相关。珠江数码建立了基于Mediaroom的互动电视平台, 平台根据广州实际情况开发集成业务, 再通过IP网络进行分发, 以实现交互式数字电视服务, 给用户提供多种高质量业务服务。互动的流媒体业务包含节目时移、回看、点播和各类应用。这些数据通过城域网传输到各分前端, 通过本地CMTS按用户需求分发到各机顶盒。目前系统已经提供高清直播频道19套、标清直播频道90套的直播服务、45套节目4小时时移及72小时频道回看服务。节目内容采用H.264的编码格式, 高清节目带宽9M, 标清节目带宽4M。
在互动电视中, 直播节目采用了组播的模式, 目前采用DOCISIS 3.0技术进行覆盖, 全网采用了一台CMTS进行节目分发, 配置16个直播 (组播) 专用频点, 广播至全网用户;点播业务经部署在各分前端的分散CMTS上联至城域网, 用户共享点播CMTS带宽。整个互动平台的架构如图1所示。
2 用户行为分析
互动电视打破了传统的单向视频服务传输模式, 提供以用户为中心的多种交互性业务, 如点播、时移和回看等。在双向数字网络传输中, 各类交互性业务均单独占用网络资源, 用户行为直接影响网络建设。
为更好了解用户行为, 笔者通过互动电视平台实施全网数据采集, 提取上线用户数量、开机时间、收视内容、占用流量和出口负荷等数据, 整理出用户开机率、开机并发率和户均占用带宽这三个关键数据, 如表1所示。
用户开机率反映了互动用户收看电视的比例, 由数据来看用户开机集中在每晚的八点至十点, 周日晚上为收视高峰, 周平均开机率为59.75%, 季度峰值曾达到69.85%, 建议选择70%作为开机率的设计模型参数。
开机并发率代表了在线用户点播节目单独占用带宽的机率, 本周的峰值为10.77%, 该数据和市场策略及节目内容密切相关, 在免费试看推广期间, 并发率曾一度上升到30%, 建议选择正常推广时期的峰值15%作为设计模型参数。
户均带宽是全网点播高清和标清节目的带宽平均值, 从表1可以得出峰值为4.25M, 考虑到高清内容视频点播的逐步增加, 建议每户分配5M作为设计模型参数。
除高清业务外, 高带宽接入和三屏融合等业务也在全面开展。为满足业务需求, 网络建设需有一定的超前性, 向户均带宽30M发展。
3 基于DOCSIS技术的解决方案
在全国各地的有线电视网络中, 同轴电缆仍是信号传输的承载主体, 鉴于充分发掘利用同轴网络资源, DOCSIS技术是主流选择。目前DOCSIS技术已经进入了V3.0时代, DOCSIS 3.0的最大亮点是数据传输带宽的扩充, 通过上下行多个信道的捆绑技术, 已具备直接与FTTH竞争的带宽优势。新一代的DOCSIS 3.1标准已在讨论和制定中, 大数据量和高密度仍将是趋势。对于已部署CMTS的网络, 建议可通过以下三种方式进行网络优化。
3.1 宽带和互动双业务共用一台CMTS
为确保业务的稳定开展, 在珠江数码早期的网络建设中, 宽带和互动业务分别部署在不同的CMTS上。随着用户量的增加和用户习惯的改变, 宽带CMTS上行带宽资源不足, 而互动CMTS的下行带宽资源也不足, 为提高频点资源利用率, 同时满足单一终端 (CM3.0) 发放的市场需求, 对全网CMTS可实施融合改造, 如图2所示。首先完成CMTS双业务融合系统的配置, 再对前端射频分配网络进行逐步改造, 并完成单台CMTS割接。
3.2 增加原有光发射机分配CMTS频点
在广电传统的网络结构中, 一个光发射机覆盖4个光站, 每个光站覆盖用户规模各地略有区别, 珠江数码多数光站已按覆盖400户规划改造, 部分未改造光站仍保留在1000户。在这样的网络环境下, 一个光发射机覆盖用户至少1600户, 互动业务下, 分配CMTS下行频点2个或4个, 能最高支持100Mbps或200Mbps的下行流量, 支持互动业务40户同时点播, 满足互动业务400户报装, 即不超出25%的互动报装率。对于双向业务发展较好的楼盘, 报装率已达30%或者更高, 在此情况下, 快速扩容的方式便是增加CMTS下行频点资源。
利用目前现有机房CMTS机框, 快速更换高密度板块进行改造升级, 可使得单一物理口对应频点升至32个, 鉴于频率资源有限, 一般能使用到12个下行频点, 可使得互动报装率提升至75%, 改造模式如图3所示。
3.3 减少发射机所带光站数量
从固定资产的折旧来看, 前端设备一般在10年左右, 无论是从设备性能还是资产保值的角度来看, 原有的CMTS仍有很大的利用价值。使用低密度的CMTS, 可通过降低单位频点覆盖的双向用户数量来实现。
方案一, 可通过光站分配网络的分割改造, 降低单位光机覆盖用户规模, 如把原有光机覆盖400户的分配网络分割至200户, 或者100户乃至更低, 但改造周期长、改造成本高;方案二, 调整前端单台光发射机所带光机数量, 如将1:4改造为1:1, 可使得网络支持能力提升4倍, 方案如图4所示。
4 基于C-DOCSIS技术的网络解决方案
随着高带宽业务的全面展开, 特别是用户渗透率的逐步提高, 网络支持要尽快从广覆盖提升到单位地域内高带宽覆盖。在这种情况下, 现有的DOCSIS技术出现了两个困境:一方面是网络投资大幅度增加, 当双向业务渗透率超出25%时, CMTS硬件投入在大幅度增加, 而CMTS的生产一直被少数国外厂家垄断, 价格居高不下;另一方面是现有机房资源紧张, 面对不断增加的CMTS及射频分配设备, 原有分前端机房无论是空间还是电力容量都较难有太大的扩容空间, 而新建机房寻址难度大且建设周期较长。
为此, 我们在寻求一种迅速提升接入带宽, 无需增加机房负荷, 成本相对较低, 并且能兼容原有终端产品的双向解决方案。在2012年8月, 广电总局正式发布了《NGB宽带接入系统C-DOCSIS技术规范》 (GY/T 266-2012) , 给双向网络的建设提供了一个新的解决方案。
4.1 C-DOCSIS部署规划
C-DOCSIS系统由C-DOCSIS头端、C-DOCSIS终端、配置系统和网管系统组成, 并根据模块组成的不同, 分成集成式和分布式。在考虑到光纤资源不够丰富和网络FTTH演变的发展, 我们按照分布式搭建, C-DOCSIS接入技术将ITU-T J.222的物理层与数据链路层的接口 (即为C-CMTS) 从分中心机房下移至有线电视光节点处, 向下通过射频接口与同轴电缆分配网络相连, 向上通过PON或以太网与汇聚网络相接。接口下移后的组网模式, 由于C-CMTS所在的位置, 决定了它和光节点设备的融合方式, 整个系统由OLT、C-CMTS和终端CM组成, OLT与C-CMTS之间通过EPON光分配网 (ODN) 连接, C-CMTS与终端之间通过同轴电缆分配网连接, C-CMTS兼容所有DOCSIS2.0/3.0规格的CM。
从2012年12月开始, 珠江数码开始规模部署C-CMTS, OLT一般安装在分前端机房内, 上链三层汇聚交换机, 通过三层汇聚交换机接入城域网。对覆盖400户以内的光机改造, 采用C-CMTS模式在光机同地部署, 如图5所示。
对于覆盖用户仍较多的光机, 如部分光机覆盖仍在1000户左右, 在网络改造时, 实施一次到位改造方式, 在光机处安装光分路, C-CMTS部署点进一步延伸至下一级放大器, 确保C-CMTS覆盖用户在400户以内, 如图6所示。对于大型小区, 建议设立本地接入间机房或野外综合地箱, 就近安装OLT、交换机和EDFA等设备, 进一步降低对骨干光纤网络的占用。
4.2 C-CMTS在测试和应用中的优化部分
C-CMTS设备采用模块化设计 (如上联模块、内置光机模块、射频放大模块等) , 支持灵活的功能配置以及关键模块的维修、升级。
C-CMTS设备的供电方式可采用60V或220V供电, 考虑到C-CMTS下一级仍较多使用双向放大器, 设备应提供向下馈电能力。基于C-CMTS系统每个射频端口的下连射频放大器级联一般不超过2级, 每端馈电的最大电流通过能力达到3A或6A即可, 同时, 每路主输出应支持单独跳线馈电、自恢复保险、防雷接闪器, 不采用单独供电输出口。
C-CMTS的每一路射频端口均应具备独立的上行、下行信号测试口, 设备内C-DOCSIS信号与DVB信号混合前, 均应具备独立的信号测试口, 所有测试口按-20d B衰减设计。
C-CMTS产品16个连续频道带宽为128MHz。光接收机在全频段范围内输出信号的预均衡量一般在12d B以内, 如果全频段 (862MHz或1GHz) 预均衡量为12d B, 则任意128MHz连续频段的预均衡量则不会超过2d B (128MHz连续频段放置在低端110~238MHz时均衡量最大) , 因此建议C-CMTS系统应规划为16个连续频道, 这样不必为每路射频通道设置C-CMTS信号均衡器。
整机产品应该具有一定的浪涌防护能力 (通常指标为:5k V、10/700μs) , 以适应雷雨季节的可靠使用。
C-CMTS产品基本上属于野外安装的类型, 宜使用全密封铸铝外壳以加强其散热能力, 并实现对雨、盐雾、酸雾等外部环境的防护 (内部接头需要密闭环境的防护) 。
为方便C-CMTS产品野外安装及维护, 单边RF射频信号口 (输出或输入) 按合计不超过2路设计。内置光接收机C-CMTS设备, RF射频信号输出最多4路, 外挂光站的C-CMTS设备, RF射频信号输出最多2路。
C-CMTS设备应采用光缆引入口能适配尾纤和尾缆设计, 并在内部配置小型的盘纤盒。
4.3 C-CMTS仍然存在的不足
任何一种技术解决方案都有自身的局限性和不足, C-CMTS也不例外, 特别是在没有经过大规模应用和部署的情况下, 还有很多方面需要调整改进。珠江数码在实施和应用过程中, 主要遇到的问题有:
(1) 产品的稳定性和实用性有待提高。作为一款新产品, C-CMTS在硬件设计、性能测试、稳定性等方面没有经过大规模应用的考验, 珠江数码从实验室测试, 到试点小区推广, 再到全网部署了900台, 在一年多的实施中, 不断向厂家提出改进建议和需求。例如射频端口间距过密、输出电平偏低、缺乏内置光接收模块、业务流处理能力偏低等问题, 以及增加测试端口、匹配多品牌CM等建议。目前这些均一一得到解决, 但随着大规模的推进, 发现新问题和解决难题的工作仍将会同步推进。
(2) 产品配套的运维管理手段有待完善。C-CMTS方案将原机房内CMTS设备下移到光机位置, 改变了原有的以CMTS设备为核心的集中维护方式, 在CMTS上的检测仪表和网管软件均需做同步调整。目前是对CMTS的管理模式移植到C-CMTS上来完善运维管理, 检测仪表采用了9581SST的监控管理模式下移至光站, 网管软件同步完善对终端CM的管理, 并实施了综合网管建设。
(3) 单台C-CMTS支持并并发流过低。C-CMTS的分布式下移的部署降低了前端机房压力, 大幅提高了单个接入点带宽, 16个下行频点可达800M。但在目前实际应用中, 仅支持300个终端上线, 对于双向业务未能全面发展的区域, 频点带宽利用率偏低, 造成一定程度上的投资浪费。
5 结束语
高带宽传输网络搭建技术研究 篇3
搭建系统网络的关键在于建设可靠的互动前端平台, 这主要是因为互动前端平台的编码格式、传输模式和节目内容与双向网络建设的通道容量密不可分。笔者以我国广东珠江某数码集团建设的互动电视平台-Mediaroom为例进行了互动前端平台的详细建设过程。该集团根据自身的实际发展情况开发了一系列的集成业务, 并通过IP网络将这些集成业务以交互式数字电视服务的模式提供给用户。这些业务主要包含以下几种:第一, 回看;第二, 时移;第三, 点播。该集团将这些数据通过城域网传送至不同的分前端, 再按照各用户的不同需求通过本地的CMTS分发至各用户的机顶盒。至今, 该互动前端平台已为用户提供了如下服务:第一, 标清直播频道90套的直播;第二, 高清直播频道19套直播;第三, 72小时频道回看;第四, 45套的节目4小时时移。该平台的节目内容的基本参数如下:第一, 高清节目带宽为9M;第二, 编码格式为H.264;第三, 标清节目带宽为4M。而在该互动前端平台中, 直播节目则采用了全新的组播模式, 并采用先进的DOCISIS 3.0技术对区域进行全覆。该平台在全网采用了CMTS对全网节目进行分发, 并通过配置16个直播专用频点将广播分发至全网的所有用户。
2 用户行为分析
众所周知, 互动电视的出现给用户提供了诸如回看和点播等在内的丰富多彩的交互性便利功能, 从而改变了单向视频服务的传统传输模式, 这是传输网络发展质的飞跃。而这些交互性功能在双向数字网络的传输过程中均单独占用一定的网路资源, 这种用户的行为直接关系到网路的建设过程。笔者通过调查各不同层次的用户的户均占用带宽、开机并发率和用户开机率等关键性的基础数据, 得出了如下基本结论:第一, 大多数用户习惯在晚上八点至十点之间开机, 星期天晚上为收视高峰时段, 每周平均开机率接近60%, 单季度的开机峰值接近70%, 因此, 笔者建议选择70%的开机率作为设计模型的基本参数。第二, 开机并发率在一定程度上显示了在线用户的点播节目占用带宽的几率, 如单周峰值接近11%, 而在免费试看的推广时段内, 该数据一度攀升至30%, 因此, 笔者建议选择15%的开机并发率作为设计模型的基本参数。第三, 户均带宽在一定程度上显示了全网点播标清或高清节目的带宽平均值, 而当前我国高清内容视频点播的数量在逐年增加, 因此, 笔者建议选择户均带宽5M作为设计模型的基本参数。
3 基于DOCSIS技术的解决方案
众所周知, 同轴电缆仍然是当前我国有限网路电视的信号传输的主要承载体。而DOCSIS技术是当前发同轴网络资源的主流技术选择。当前, DOCSIS 3.0技术的主要创新点在于扩充了数据传输带宽, 并通过采用上下行多信道捆绑技术, 具备了与FTTH技术直接竞争的带宽优势。笔者认为, 对于已经部署的CMTS的网络, 可通过如下三种方式对网路进行优化。第一, 尽可能的使发射机所带光站的数量降低。已有经验表明, 前端设备的固定资产的折旧期为10年, 因而原有的CMTS的资产保值和设备性能均有较大价值。而可以通过减少单位频点覆盖的双向用户数来降低CMTS密度。主要的解决方案如下:首先, 将前端单台光发射机所带光机数量由1:1调整为1:1;其次, 降低原单位光机覆盖的用户数量, 将原光站分配网络进行分割改造, 这种方案的成本和周期均不甚理想。第二, 使互动双业务和宽带共享CMTS。为了保证业务的可持续发展, 该数码集团在早期网路建设过程中奖互动双业务和宽带分别部署在不同的CMTS上, 而伴随着用户数量和习惯的不断改变, 出现了CMTS上的互动双业务的下行带宽资源和宽带业务的上行带宽资源均不足的现象。因此, 为使频点资源利用率进一步提高, 并使单一终端进行发放的市场基本要求得到满足, 该数码集团对全网的CMTS进行了融合改造, 具体的改造流程如下:首先, 尽力外传CMTS的双向业务融合系统的配置;其次, 逐步改造前端射频分配网络;最后, 对单台CMTS进行割接。第三, 使原有光发射机分配CMTS频点得到增加。众所周知, 传统的广电网络结构中, 单个光发射最多可覆盖4个光站。虽然不同光站的覆盖用户数量有所不同, 但该数码集团的多数光站仍然按照400户进行了规划改造。在此网路环境内, 一个光发射机覆盖用户可提高至最少1600户, 而在互动业务基础上, 分配CMTS的下行频点可提高至2个, 最多可支持200Mbps的下行流量, 而在支持互动业务40户进行同时点播, 对满足互动业务的务400户报装, 因此, 使得互动报装率降至25%。而在区域内双向业务发展较好的小区, 报装率高至30%。在此背景下, 增加CMTS的下行频点资源是进行快速扩容的有效措施。利用目前现有机房CMTS机框, 快速更换高密度板块进行改造升级, 可使单一物理口对应频点升至32个, 鉴于频率资源有限, 一般能使用到12个下行频点, 可使得互动报装率提升至75%。
4 结论
综上所述, 当前我国政府正在大力推进三网融合, 在此背景下, 建设双向传输网络通道已成为我国宽带业务发展的基础。将市场规律和我国网路现状结合起来, 将DOCSIS技术覆盖至我国双向网路业务发展较薄弱的地区。而在我国双向网路业务发展较好的地区, 用光传输和C-DOCSIS技术来不断提升宽带质量。
参考文献
[1]钟远强.广东电网长距离高带宽光传输技术的研究与实现[J].中国高新技术企业, 2012 (21) .
[2]王照.企业无线网络搭建技术研究[J].信息系统工程, 2013 (02) .
快速、高带宽 篇4
传统的知识版权保护技术仅仅能够保护已经存储在某种介质上的数据,但是高清视频信号仍然能够通过DVIHDMI之类的数字接口进行传输[1],为了解决这个问题,HDCP就应运而生[2]。HDCP是一个基于数据加密和授权验证的内容保护系统。图1描述了HDCP在数字视频信号的发射端和接收端系统中的角色。
为解决速度和功耗的问题,使用最小差分信号传输(Transition Minimized Differential Signaling,TMDS)来传输信号[2]。在DVI和HDMI里都有一个为控制在发送端与接收端信息交换的通道,这个通道类似于显示器数据通道(Display Data Channel,DDC)。
1 HDCP接收端的结构
图2描述了HDCP接收端的基本结构。HDCP接收端有2个通信模块:HDCP发送端位于HDMIDVI接收端芯片的外部;而接收端位于HDMIDVI接收端芯片的内部。
HDCP发送端通过I2C总线发送授权认证信号给接收端。HDMI接收端接口通过HDCP控制寄存器的更新来发出操作指令,从而控制HDCP接收端的状态,以及提供必要的信息HDCP接收端知道工作在视频传输的阶段,从HDMI接口接收到解密信息并发送回去。
HDCP接收端由4个模块组成:I2C从机接口,控制寄存器,HDCP控制器以及数据加密机。应该注意图2描述的是HDCP接收端的工作环境,不能把它理解成HDCP发送端和HDMI接收端输入或输出信号的最终传输示意图。文中的最终目标是设计一个同时能够支持DVI和HDMI的HDCP接收端。
当打包数据或视频数据是逻辑高电平时,数据从HDMI输入到HDCP接收端的解密才有效。数据的输入与输出必须在2个时钟周期内完成。HDMI只有在这个时间内才能够接收到数据。图3描述了数据输入与输出之间的时序关系。
2 子模块的设计
2.1 数据加密模块
数据加密是为了将数字内容进行加密,防止不合法的传输和复制,它是内容保护的核心逻辑模块。HDCP加密好的数据是由HDCP加密机产生的24位伪随机数据流与HDCP保护内容的数据按逐位异或的结果。HDCP加密是一种能同时为身份授权认证和高速传输非压缩视频数据的特殊加密设计[4]。
数据加密模块采用流加密方法实现,流加密的结构如图4所示,主要由3部分组成[3]:
(1)线性反馈移位寄存器(Linear Feedback Shift Register,LFSR)模块。包括4个不同长度的线性反馈移位寄存器和一个混叠网络。
(2)分组模块。由2个结构非常类似的轮函数B和轮函数K模块组成。
(3)输出功能模块。由基于异或的组合电路组成,在每个时钟脉冲里产生一个24位的伪随机数据。
HDCP控制器根据不同的数据流通方式,分为以下几种不同加密的操作模式:hdcpBlockCipher,hdcpSteamCipher,hdcpRekeyCipher,HDCPRngCipher。在HDCP的协议中对上述几种操作模式都有详细的介绍。HDCPRngCipher操作模式仅为用在发送端中,所以在此不需要支持该种操作模式。
2.2 HDCP接收端控制器
HDCP控制模块控制HDCP接收端的所有操作,它通过个状态机来实现以下功能:
(1)HDCP接收端的状态的控制。
(2)计算Km值,HDCP接收端把Key存储到控制器中。
(3)接收端授权认证状态的转换。
(4)HDCP加密状态的转换:OESS,EESS,两种加密方式[5]。
图5描述了授权认证的4个状态之间的关系。状态A0:未授权认证状态;状态A1:计算;状态A2:授权认证完成;状态A3:更新Ri'的值。
在Aksv更新信号获得确认后,HDCP控制器根据HDCP发送端的KSV值使用56位二进制的加法来计算Km'值。
在一个时钟内进行20次56位的加法操作可能会产生不能接受的延迟。为了解决这个问题在此提出两种方法来实现该操作。方法一:采用流水线结构,在每个周期里完成一次56位的加法操作,然后在20个周期里完成Km'的最终计算;方法二:使用节约加法器来压缩从2～20的算子,然后执行最终的加法操作。方法二比方法一具有更高的可执行性,但是需要占用更多的资源;方法一相对能节约更多的资源但是延时大。
根据HDCP协议的要求HDCP接收端必须在100 ms内完成Km'、Ks'、M0'、R0'值的计算并把有效的R0'值传给HDCP的发送端,该过程是在HDCP发送端的读操作到HDCP发送端完成把Aksv写到视频接收端的操作之后进行,这就意味着延迟在这不是问题,所以在此选择方法一来进行计算Km'值。
接收端授权状态机是控制器模块的核心部分。其他所有的状态机操作指令都是由这个状态机发出的。授权状态的转换是以Aksv完成接收为标志,当HDCP发送端完成把Aksv写到HDCP接收端寄存器0x14位置时,控制寄存器模块将产生这个标志信号。
2.3 控制器寄存器
当HDCP接收端是第一连接器件时,控制寄存器根据HDCP协议中定义的,除了0x20～0x30,0x43地址位,这些是HDCP中继器的控制寄存器;当HDCP接收端是第二连接器件时,仅仅是控制寄存器的子集才允许进入的。I2C接口子模块会发出一个从HDMI接收端接口连接到第一还是第二的指示信号。
所有的寄存器只有一个能进行写操作的源信号。源信号可能来自3个地方:HDCP发送端,HDMI接口以及HDCP接收端。HDCP发送端能够往寄存器中的0x10地址中写入Aksv,0x15地址中写入Ainfo,0x18地址中写入An;HDCP接收端能够往寄存器中的0x08地址中写入Ri,在0x0A地址中写入pj;HDMI能够往寄存器中的0x00地址中写入Bksv,0x40地址中写入Bcpas,0x41地址中写入Bstatus。写操作的时钟信号不是系统时钟而是像素时钟。当最后一位Aksv写入到寄存器的时候Aksv,Ainfo寄存器复位到零,用复写寄存器机制来实现。
2.4 I2C从机接口
Philips开始开发总线用来在器件内部和电视设备进行通信[6]。HDCP里面定义I2C作为控制通道接口。有3种操作模式:读(read)、写(write)和短读(short read)。读与短读之间的区别是看读取数据过程是在Start(S)还是Repeated Start(RS)条件下初始化的。在短读模式中,在实际的读操作前不需要写入寄存器的偏移地址。
在此HDCP接收端里面必须有一个能够支持I2C总线的逻辑器件。I2C与第一连接器件的8位的二进制的地址是0111 010x;或者是16进制的0x74作为I2C地址,读写位置零。与第二连接器件的地址是0x76。I2C从机接口逻辑在决定与控制寄存器的哪部分连接根据HDCP发送端指示的从机地址来确定。这个子模块需注意以下几点:
(1)仅有4个寄存器支持该写操作即Aksv、Ainfo、An、dbg。
(2)必须有一个写操作先于Aksv到来。
(3)第一连接器件、第二连接器件与HDCP连接的端口不一样。
(4)地址自动增加必须由I2C接口实现。
(5)ksv FIFO读操作行为地址的增加不同于其他地址增加方法。
(6)授权触发条件:寄存器更新Aksv、Ainfo、An值,最后写入到寄存器中的0x14地址中用以触发HDCP接收端的授权认证序列。
在现代设计中,设计人员一直在寻求一种速度更快,面积更小的电路,以在提高可执行性的同时能减少成本。目前物理层的设计是解决这一问题的重要手段。用全定制设计方法来设计I2C从机接口可以达到减少芯片的面积和功耗。所有的逻辑门和时序元素,如锁存器、D触发器是使用静态的方式来提高电路的可靠性。最常见的方式就是使用主从结构的D触发器设计I2C从机接口。
3 结束语
讨论了HDCP接收端的结构,分析了具体的实现方法。其中包括I2C从机接口、控制寄存器、接收端控制器、加密机等子模块的设计。此HDCP接收端根据HDCP协议设计,符合HDCP协议的要求。
摘要：研究了高带宽数字内容保护技术的接收端设计。分析讨论了HDCP接收端的基本结构以及实现接收端的设计方法,其中包括数据加密、控制器、寄存器、I2C接口共4个子模块的设计。HDCP是一个内嵌在数字电视接口或高清晰度多媒体接口芯片中的IP核模块。将HDCP集成在DVIHDMI接口芯片中,可以保证视频数据在视频设备间传输的合法性、保密性且不被窃取。
关键词：HDCP,接收端,高带宽
参考文献
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[3]Microsoft Word.HDCP Specification Rev1_4.8[M].USA:Microsoft Word2,009.
[4]宋亚平,周玉洁.基于HDCP协议的流加密IP设计[J].通信技术,2007,40(11):314-315,318.
[5]Microsoft Word.HDCP Specification Rev1_1.9[M].USA:Microsoft Word2,003.
快速、高带宽 篇5
目前, 广州珠江数码的HFC网络都是采用CMTS的方式覆盖并进行双向改造。但在网络改造中, 一些陈旧的城中村有线电视网络往往环境复杂, 若用传统的CMTS方式进行改造, 势必要进行全网络改造, 投入与产出差距较大, 且改造起来十分费时费劲[1,2,3]。但这些区域的用户对宽带网络的需求非常集中, 商业潜力不可低估。因此, 为了满足市场需求, 快速完成双向网络覆盖, 改造后的网络支持户均接入带宽20 Mbit/s的高带宽业务, 尝试采用HFC+EPON+LAN的组网方式来完成双向网改。
1 网络现状和业务需求
瑞宝村是这次网络改造的试点。瑞宝村原使用单向光站和楼放, 接入网较为陈旧, 但可满足传统数字电视需求。分前端机房到光站有2芯光缆, 1芯在用, 1芯备用。光站覆盖约800户, 共16个楼放, 每个楼放覆盖最多50户。用户较为集中, 用户终端到楼放不超过100 m。改造前瑞宝村网络拓扑如图1。
业务需求分析:此次网络改造必须满足现有和未来业务的需要, 目前珠江数码共有3类主营业务, 包括DVB数字电视、宽带以及互动电视。DVB数字电视可利用原有HFC网传输, 网络改造主要针对宽带和互动电视业务。根据市场发展需要, 每户宽带接入带宽最高10 Mbit/s;互动电视采用微软Mediaroom平台方案, 现有1 080 i高清点播、高清直播等电视节目, 每户需要带宽约10 Mbit/s, 改造后的网络需满足两种业务同时开展, 即每户接入带宽20 Mbit/s。按照光机覆盖800户, 最终宽带接入率30%, 每户带宽10 Mbit/s, 在线率70%, 并发率20%计算, 宽带业务下行需要的总带宽为336 Mbit/s。互动电视业务最终接入率15%, 每户带宽10 Mbit/s, 在线率50%, 并发率100%, 下行需要带宽为600 Mbit/s, 总业务下行带宽需要936 Mbit/s。上行以宽带为主, 按照每户1 Mbit/s带宽, 需要上行总带宽33.6 Mbit/s。
2 EPON+LAN网改方案
2.1 网络设计方案
从前端到光机的距离大约是10 km, 使用原备用纤芯。OLT采用20 km的GEPON口, 输出光功约4 dBm, ODN部分选用分路1∶16, 光衰减约13.5 dB, 按照1 310 nm每公里连直熔点衰减约0.4 dB/km, 法兰头衰减0.5 dB/个, 链路总衰减约为20 dB。ONU接收灵敏度最少约-24 dBm, 网络设计预留了光功率变化±4 dB的裕量。为了节约成本、充分利用资源, 接入网按需布放, 开通业务的用户使用超5类线接入。
2.2 EPON+LAN改造后网络结构
网络改造后, ODN+LAN和原来HFC网络并行。在原光站附近安装室外光纤配线箱, 箱内采用1∶16光分路器, 在原楼放附近安装ONU综合接入箱及ONU共16台。光纤配线箱到ONU综合接入箱采用2芯光缆连接, 1芯使用, 1芯备用。接入网使用室外超5类线按需拉放。网络改造后如图2所示。
2.3 用户端配置
在EPON网络上承载两种业务, 两种业务既要同时传送又要互不干扰。在OLT上把两种业务分别划分到两个不同的VLAN, OLT的GEPON口和ONU的FE口均支持Hybrid端口能转发不同VLAN的报文。当有用户报装, 需要在用户终端安装小型4口交换机, 该交换机支持自定义VLAN, 最终VLAN报文在小型交换机终结, 交换机4个端口可分别对应不同VLAN, 开通多种业务。管理人员可以在ONU上分别对每用户每种业务进行2层QOS管理。
2.4 EPON+LAN改造完成后的网络特点
EPON+LAN改造完成后网络特点如下:1) 网络改造不影响原有网络, 不影响原有业务。2) 无源光网络没有入侵噪声, 网络稳定。3) 减少不同环节的协议转换, 减少网络时延。4) 接入带宽大, 能满足长期业务需要。5) 有源设备都支持SNMP协议, 减少现场维护工作量。6) 接入网按需布放, 能缩短建设周期和降低建设成本。
3 网络改造投入对比
下面比较EPON+LAN网络改造和基于DOCSIS 3.0CMTS的HFC双向改造的主要投入对比。投入对比分外线投入成本、前端设备投入成本、机房资源投入3部分。
3.1 外线投入成本对比
基于DOCSIS 3.0 CMTS的HFC双向改造, 外线部分需采取一次性全网改造, 改造范围从光站到入户终端, 改造内容包括光站、主支干电缆、楼放、接入网电缆、分支分配等。
对于EPON+LAN改造, 用户接入网部分按需布放, 覆盖率对成本影响比较大。而HFC网络改造, 一次全网改造到位, 但CABLE MODEM所占成本也相对比较高, 为了准确地比较EPON+LAN和DOCSIS 3.0 CMTS的改造成本, 要把业务发展分为初期和后期。业务初期业务开通率5%, 业务后期业务开通率30%, 统计结果详见表1。
从表1中得出, 在业务发展初期, EPON+LAN成本为54 060.00元, DOCSIS 3.0成本成本为73 263.20元, 2种组网成本相差26.2%;在业务发展后期, EPON+LAN成本为93 460元, DOCSIS 3.0成本为123 263.2元, 成本相差24.1%, 变动较少。因此, EPON+LAN方式外线投入成本较低。
3.2 前端设备投入成本对比
基于DOCSIS 3.0 CMTS下行每频点带宽约50 Mbit/s (8 MHz, 256QAM) , 上行每频点带宽约为10 Mbit/s (3.2 MHz, 16QAM) 。上下行带宽需求随业务增加而增加, 成本差异较大, 因此也分为业务初期和业务后期2种情况进行比较。CMTS上行和下行频点用量如表2所示。
而EPON+LAN改造方案内线部分中, OLT采用高密度机箱式GEPON系统, 最多支持下行GEPON口44个。每个GEPON口最多支持64个ONU接入。采用1个GE-PON可满足800用户到业务发展后期的使用。ONU选用1个GEPON口和16个全双工FE接口。
设备投入成本见表3, 在业务初期, EPON+LAN成本为15 000.00元, DOCSIS 3.0成本为71 000.00元;在业务后期, EPON+LAN成本为15 000.00元, DOCSIS 3.0成本为222 000.00元。EPON无论在业务初期还是业务后期, 都比CMTS要便宜许多, 带宽越大, 成本差距也越大, 一次性投入1个GEPON口可解决业务发展初期到后期的过渡。而CMTS在业务发展初期投入较少, 但随着带宽需求增大, 所需要增加的下行和上行也成倍增加。因此, EP-ON+LAN方式前端设备投入成本较低。
3.3 机房资源投入对比
EPON+LAN改造对比于DOCSIS 3.0 CMTS改造的另一优点在于使前端的结构变得简单, 减少了射频系统部分建设, 并且能减少设备占位及机房功耗, 在目前倡议绿色环保的时代, 机房功耗的降低以及机柜数量的减少, 必定能减少机房的基础建设费用, 同时在机房选址定位方面也会更加灵活。
由于此次试点覆盖用户数较少, 单就此进行对比, 结果不具备代表性。因此, 下面将业务模型按比例扩大, 基于CMTS方式组网。前端必要设备有光发射平台、正向射频分配平台、光接收平台、反向射频混合平台、回传噪声监测平台, 5个平台缺一不可。机房正向射频系统采用2级分配结构, 回传采用2级混合结构, 所有平台都采用高密度模块式设备。按照业务需求模型, 在正向不变情况下, 覆盖120个光节点约48 000用户的互动和宽带业务大概需要4个满配42U机柜。而采用EPON的方式, 只需要60个GEPON口模块, 合共2台机箱式OLT, 合共1个机柜即可。另两种方式下的设备功耗详见表4。因此, 无论在机房使用空间还是设备功耗方面, EPON+LAN方式均占优。
因此, 综合上述3方面对比, EPON+LAN方式在各类投入方面有较大优势。
4 EPON+LAN组网的不足
EPON+LAN组网的优势是明显的, 从成本上和带宽上来看, 都比使用DOCSIS 3.0的CMTS要更优。但也要清楚的看到, EPON+LAN也有明显的不足, 在带宽的扩展方面, 由于GEPON-ODN-ONU-LAN网络是纯分配的网络, 要继续扩展带宽需要再增加GEPON口, 这样等于从GEPON-ODN-ONU再建立1个网络。这个缺点对于光纤资源不足的地方显得尤为突出。而对于CMTS组网来说, 增加频点即可增加带宽, 特别是采用M-CMTS方式, 使用EAGEQAM以后, CMTS下行成本能有效降低。
5 小结
EPON和DOCSIS 3.0 CMTS都是非常成熟的系统, 技术上两者各有优点, 实现上也可互为补充。在今后高带宽业务需求下, 如何快速推进业务, 并降低业务成本, 通过以上对建设成本和资源投入等方面的对比结果来看, 应针对不同网络特点, 不同资源情况, 从而选取合适的双向网络改造方式。
参考文献
[1]徐力恒, 李建华.融合EPON与DOCSIS的EoC技术与双向网改方案[J].电视技术, 2011, 35 (12) :4-6.
[2]余自强.基于DOCSIS3.0的双向HFC网络规划方案[J].电视技术, 2011, 35 (14) :35-36.
快速、高带宽 篇6
关键词：GPON,FTTH,TD-LTE,网络接入,光缆资源
随着移动互联网的发展和光纤宽带的普及, 各种人口稠密区域, 特别是大学校园对高带宽、高速率互联网的接入需求异常旺盛, 同时也是投诉的重点区域。针对上述情况, 拟探索采用GPON FTTH在高校等人口稠密区进行有线宽带覆盖, 同时引入室内分布系统进行无线TD-LTE部署的有线、无线协同混合组网模式, 满足用户需求, 提升业务质量。
同时, 也创新性的采用对数周期天线来降低室分天线密度、减少馈线长度;使有线和无线接入共享传输光缆资源, 有效降低建设成本, 在提升学生客户体验和感知的基础上, 进行高效低成本地网络快速部署建设。
1 组网与方案设计
该方案设计针对拟建设高校进行有线和无线接入组网 (入室布置设备) , 力争实现100Mbps级的有线和无线互补覆盖宽带。在组网和设计阶段, 有线方面, 需要克服部署和装机时间长、涉及故障环节多、就近取电不容易等问题, 故选择FTTH方式接入;无线方面, 需要充分考虑室外高频段无线信号 (TD-LTE D/F频段) 衰减和穿透能力差的问题, 故选择部署室内分布系统, 但考虑到建设成本过大, 引入对数周期天线, 从而在不影响覆盖质量的前提下, 大幅度降低室内天线密度和馈线长度, 在不牺牲覆盖质量的同时达到高效、快速建设的目的。有线和无线接入的主要承载资源——光缆全部采用共享方式, 即在组网初期充分预估当期和后续业务、技术发展需要, 共享传输资源, 通过光交箱进行灵活地业务承载调度。
1.1 有线接入部分
力求做到结构简单、方便易行。考虑到带宽需求 (至少10~100Mbps接入) , 并且要满足易于部署、减少装机和维护环节、降低故障点等要求, 另外要兼顾就近取电安全性及交流电接入点较少等问题, 故选择FTTH方式接入。采用GPON实现FTTH接入, 仅涉及OLT、光交接箱、光配箱/光分器、用户ONU四个环节, 结构相对简单, 由于光交接箱、光配箱/光分器为无源器件, 稳定性较高, 故障点相对较少。另外, 仅OLT和ONU需要供电, OLT则放置在临近基站机房, OUN在学生用户寝室内, 供电有保障, 中间环节无需另接入交换机等有源设备, 从而减少供电接入点, 有利于安全和管理。另外, 由于结构相对简单, 利于后期装机和维护, 特别是针对新生报到时期的集中大批量开户, 可提前预约、快速开通。
1.2 无线接入部分
力求做到减少投资、快速部署。首先, 由于TD-LTE室外宏基站频段较高, 穿透损耗较大, 无法形成室内有效覆盖, 故采用TD-LTE室内新建分布系统进行覆盖, 并力求下行速率达到40~100Mbps;其次, 采用传统方式新建室分系统需要较大投资, 故针对学生寝室较为封闭的特点, 引入方向性较好的对数周期天线, 通过信号的传播特性, 实现对寝室内部的全面覆盖;再次, 采用超级小区支持灵活的扩容;最后, 实施反向升级快速支持TD-SCDMA, 并可根据具体情况合路GSM信号增强2G覆盖。
1.3 传输承载部分
力求做到共建共享, 灵活调度。统筹考虑有线和无线接入对光纤资源的需求, 使用光交接箱进行灵活地业务调度。结合后期技术发展, 特别是femeto技术 (基于宽带接入的家庭微蜂窝) 发展, 实现新技术平台的快速部署。
基于上述考虑, 对拟建设区域进行设计, 如图1所示。
2 实施与效果验证
根据上述规划和设计, 现场同步进行有线和无线接入部分施工, 统筹光缆资源安排, 集中在光交接箱进行调度。
2.1 有线接入方面
有线接入部分主要是对各楼栋到用户端的FTTH接入光纤进行铺设, 实施难度相对不大, 需要注意纤芯的使用情况和施工质量 (确保布线规范和光衰达标) , 做好资料。GPON总体接入系统如图2所示。
开通后进行测试, 证实各OUN光功率达到相关要求, 业务承载正常 (测试速率可以达到设计要求, 即<=100Mbps接入带宽) 。
2.2 无线接入方面
无线接入部分主要借用已经铺设的一、二级汇聚光缆资源, 在光交接箱进行灵活地业务调度。由于TD-LTE RRU的光衰耗要求比GPON FTTH接入更严格, 故对纤芯资源质量要求更高 (有线和无线业务开通纤芯光衰要求如表1所示) , 需要特别注意。
室内无线接入最重要的组成部分是分布系统。按照传统方式, 需要在各楼层布置大量吸顶天线及长距离馈线系统, 这将导致建设投资过高、馈线超长、信号衰减严重、故障点多、RRU的使用数量增加等问题。本方案采用对数周期天线, 在不牺牲覆盖质量的情况下, 在各楼层仅需要布置1~2个 (视拟覆盖区域楼道距离而定) 对数周期天线, 大大降低了天馈密度, 同时减少了故障点, 节约了RRU的使用, 也减少了对一、二级汇聚纤芯的需求, 易于快速部署, 高效经济。传统吸顶天线和对数周期天线方案的比较如表2所示。
TD-LTE室分无线设备开通后进行对比测试 (以其中部分楼层为例) , 比较RSRP (参考信号强度) 和SINR (信噪比) 指标, 改善显著, 其他网络运行指标正常:
开通前RSRP基本在-110d Bm以下, 多数区域拖网, 开通后基本在-60~-70d Bm左右, 信号覆盖情况很好, 如图3所示。
开通前由于覆盖较差, SNIR多数区域无法评估, 开通后SNIR基本>15d B, 信号质量很好, 如图4所示。
对网管指标进行统计分析, 其中信令和业务建设成功率、接通率、切换成功率均达到100%, 无掉线情况发生, 如表3所示。
2.3 传输承载方面
实施过程中, 充分考虑规划要求, 设立一、二级光缆汇聚, 有线 (FTTH) 接入和无线 (TD-LTE) 室分系统接入光缆在一、二级汇聚段全部共用, 通过光交接进行资源的灵活调度。具体调度方式和光缆纤芯分配如表4所示。
一级光缆汇聚:由机房到光交接箱光缆采用其中48芯作为FTTH业务, 汇聚各楼栋各层光配箱业务, 采用二级分光模式;另外, 通过光交接箱实现纤芯资源调度, 无线方面使用同缆的不同纤芯, 将TD-LTE BBU与RRU之间的纤芯在光交接箱进行调度。
二级光缆汇聚:在光交接箱实现统一调度, FTTH接入光缆到各楼栋或各楼层光配箱;无线RRU连接纤芯资源借用同缆实现, 使用FTTH预留光缆中的部分资源。
3 结语
在互联网高速发展的背景下, 用户对高速、高带宽固定和移动互联网业务接入的个性化、差异化需求愈发强烈。本方案通过在高校这种特定人口稠密区进行有线和无线混合方式组网, 快速有效地解决了学生用户个性化的业务需求, 并且实现了有线和无线接入在主干光纤资源上的共享、覆盖互补, 达到了高质量、高效率、快速的建设目标, 另具备以下几点优势: