同轴控制器（精选7篇）
同轴控制器 篇1
同轴串联的双电机主要应用于以下两种情况,:(1)负载重且负载跨度大。参考文献[1]中,将该装置应用于拦河坝闸门控制系统,提到闸门负载一般跨度都在10 m以上,其重量往往高达几十吨甚至数百吨。(2)对转速同步性要求高。参考文献[2]中的双向拉伸薄膜成套设备中,同轴串联双电机的使用大大提升了拉膜设备的生产速度,降低了传动机械的转动惯量和振动幅度。同轴串联的双电机在上述特殊场合和单电机驱动相比有着明显优势,但是因为制造方面的原因,即使同型号、同精度的两台电机,其机械特性也无法达到完全相同,所以如何使两台同功率电机达到负载平衡是必须面对的新问题。本文希望从矢量控制的原理出发,找到解决该问题的可行方案。
1 系统总体方案设计
按照主从控制和交叉耦合控制的原理[3]:即将一台电机作为主电机,主电机及其控制回路作为主回路,另外一台电机及其回路作为从回路,通过一个耦合器将主电机的某一输出信号变换为从电机的输入,在这里是将主电机的转矩信号输入从电机,达到从电机跟踪主电机转矩的目的,系统框图见图1。
图1中,交叉耦合控制器采用速度调节器,作用为将给定的速度信号ω*与反馈的速度信号ω变换为转矩信号T*;控制器采用转矩调节器,作用为将T*转换为定子电流转矩分量i*T1、i*T2。控制环路包括逆变器、控制单元等部分,作用是将控制信号定子电流转矩分量及定子电流励磁分量i*M1、i*M2转换为控制电机的三相电流iA1、iB1、iC1和iA2、iB2、iC2。
2 系统数学模型建立
在图1的主回路中,速度调节器采取P I调节器,即式(1)。KP为比例系数,TI为积分系数,p为微分算子。
转矩调节器为式(2):
K=ΨrconCIM,其中:Ψrcon为转子磁链定值即Ψrcon=constant(常数);CIM为转矩系数,等于npLmd/Lrd,其中np为电机磁极对数,Lrd为转子一相绕组的等效自感,Lmd为定、转子一相绕组之间的等效互感[4]。
以上各个系数由两方面因素决定:一是控制系统的设计,二是所使用电机的各参数。两个电机的参数不同导致负载不平衡,因此对两个不同的电机采用不同的系数,使得两者实现负载平衡。
控制回路包括Park逆变换(即反旋转变换)和Clark逆变换两部分,作用是将转矩电流分量ir*和励磁电流分量iM*转换为用于控制电机的三相电流。该处可以将控制环路和电机两部分用三相异步电机的等效直流电动机模型来代替。另外,因为两个电机是通过一根刚性主轴连接的,等效直流电动机模型中的运动部分应有相应体现,整个系统如图2所示。图中K1、K2为转矩调节器系数,Tr1、Tr2为电机1和2转子电路的时间常数,CIM1、CIM2分别为电机1和2的转矩系数,TL为外加负载转矩,J为机电系统转动惯量,p为微分算子。
3 Matlab仿真
对系统在Matlab中进行仿真,仿真图如图3所示,参数设定在图上标出。图中Te1、Te2为电机1和2的转矩,ωr为实际转速,s为一个复数变量,称为复频率。
两台电机的转矩输出波形如图4所示,在负载转矩TL为20 N·m时,两台电机功率相同,参数略有差异的电机转矩Te1、Te2都非常接近10 N·m,完全实现了负载平衡,达到了设计目的。如果不使用转矩调节器进行耦合,即两台电机采用相同的转矩电流,电机1转矩在10 N·m以上,电机2转矩在10 N·m以下,两台电机的负载有明显的差异,如图5所示。
4 结语
对于同轴串联的双电机,由于制造上的差异,即使同型号、同批次的电机,其参数也不可能完全相同。本文将矢量控制理论应用于同轴串联的双电机的负载平衡,通过Matlab仿真证明了理论上的可行性。由仿真结果看出,采用矢量控制理论的系统中,两台电机可实现承担相同负载的设计目的;而对于只含单个转矩调节器的系统中,两台电机承担的负载有明显差异。在仿真的过程中发现,要实现双电机的负载平衡,测算出准确的电机参数是必需的,这将是在接下来的研究工作的重点和难点。
参考文献
[1]刘希喆，吴捷，皮佑国，等.硬联接双电机的变频同步驱动方案研究[J].中国农村水利水电,2003(7).
[2]龙成忠.变频控制技术在双电机同步驱动同一负载中的应用[J].Equipment Manufacturing Technology,2008(9).
[3]杨晨娜,张怡.双电机同步控制系统的设计与仿真[J].工业控制计算机,2009,22(1):36-37.
[4]李华德.交流调速控制系统[M].北京:电子工业出版社,2003.
同轴控制器 篇2
关键词：大功率短波发射机,天线场地交换开关,平衡/不平衡转换器,同轴开关矩阵控制系统
1 概述
随着科学技术的发展与成熟, 各地广播电台在大功率短波发射机中陆续改造使用了同轴开关矩阵式天线交换控制系统, 它对传统设计进行革新, 创造性的全部采用不平衡的同轴开关组成交换矩阵, 实现了天线的全交换功能。本文主要介绍我单位维护的一副同轴开关矩阵控制系统, 它是与6部短波发射机、1部假负载、10副天线相连接的, 由75Ω 同轴开关组成6×11室内开关矩阵。每部发射机射频输出经过同轴开关矩阵, 到10副平衡 / 不平衡转换器之后, 输出经室外场地1×3偏向开关联接到天线。
同轴开关矩阵用于切换6部发射机射频信号输出到指定的10副平衡转换器上。天线场地交换开关现装有1X3偏向开关, 偏向开关用于切换天线发射的覆盖方向。
2 同轴开关矩阵式天线交换控制系统在大功率短波发射机中的应用
同轴开关矩阵式交换控制系统包括同轴开关交换矩阵和天线交换控制系统。天线交换控制系统承担着从发射机输出端到天馈线输入端的连接和交换作用, 是整个发射传输系统中重要的一环。目前我单位使用的同轴开关矩阵式天线交换控制系统主要由同轴开关矩阵控制及平衡 / 不平衡转换器控制两部分组成, 平衡 / 不平衡转换器控制主要由各继电器接点组成逻辑矩阵。同轴开关交换矩阵由多个同轴开关组成 (见图1) , 它的主要功能是用于切换发射机射频输出信号到设定的天线或假负载, 从而保证将节目信号有效地传输发射到目的地。同轴开关能够实现两部发射机分别连接到假负载和天线的操作, 两条射频通路互不影响。同时, 同轴开关设备体积小, 可以组成立体的墙式开关矩阵, 并且安装方便、维修简易, 遇到紧急故障可在短时间内更换。
天线交换控制系统实现了对室外场地交换开关, 平衡转换器的自动控制。交换开关的控制包括手动操作、电动控制和自动控制三种模式。在紧急情况 (例如自动控制故障) 下可进行人为干预, 达到切换的目的, 保证设备正常运行。
控制系统的上位机采用高可靠的工业控制计算机为系统功能实现的硬件基础。上位机所装载的人机对话控制软件功能丰富, 操作界面简单直观, 有利于操作人员很快的熟练掌握相关的操作。下位机采用高可靠、稳定、抗干扰性强的可编程逻辑控制器PLC作为核心, 采集开关状态, 发射机高压状态及假负载连锁状态, 并接受面板操作信号或工控机指令对射频开关进行操作, 以实现发射机输出信号到指定的天线或假负载。上、下位机之间则通过串行通讯口数据协议进行通讯。
控制系统硬件部分包括天线控制机柜和一台工控机, 软件部分包括了安装于下位机PLC中的控制软件和安装于工控机的人机交互软件。
上位机 (工控机) 上开发了很好的人机界面, 与下位机 (PLC) 进行串口通讯, 实现天线交换的自动控制。在自动控制界面上显示了发射机上天线情况及报警信息, 另外还具有用户管理, 运行时刻表管理, 操作日志, 故障日志, 临时播音, 时间校正等功能, 自动控制界面图如图2。
同轴开关矩阵控制系统由继电器接点组成等同于射频开关矩阵的逻辑矩阵, 并由射频开关的到位信号进行控制。平转控制矩阵实现不同发射机马达板到10部平衡 / 不平衡转换器之间信号通路的切换,
3 同轴开关矩阵式的天线交换开关控制柜
同轴开关矩阵式天线交换开关控制柜主要由PLC、同轴开关控制电路、平转矩阵、场地程式开关电源控制回路、场地偏向开关电源控制及行程开关接点控制回路、面板显示和手动控制组成。开关柜图3所示。
天线交换开关控制柜面板显示了各个射频开关的位置状态和发射机的高压状态, 同轴开关面板显示图4中所示同轴开关的A位置表示同轴开关处于垂直位置, B位置表示同轴开关处于水平位置。
其中同轴开关控制由11块电路板组成, 每个控制板控制6个同轴开关, 电路板的基本原理如图5。
开关控制柜面板上具有自动或手动单个开关的控制旋钮, 当某路开关工作于手动模式时波段开关打在手动位置, 当某一路开关工作于自动模式下时, 所在的波段开关打在自动位置。
偏向开关用于改变天线方向, 如图6所示, 当开关处于2位置时, 天线方向为主向, 当开关处于1位置或3位置时, 天线方向会减小或增大角度。
4 平衡 / 不平衡转换器控制信号
平衡 / 不平衡转换器控制交换矩阵用于切换指定的发射机平转控制信号 (如:行程开关控制接点、电机电源信号等) 到指定的平衡转换器。平转控制交换矩阵由开关控制柜的10块电路板组成, 平转交换矩阵与同轴开关矩阵相同, 由继电器接点组成矩阵, 继电器控制信号来自同轴开关到位信号。
平转矩阵采用继电器接点组合成与射频开关相同的平转信号矩阵, 射频开关到位的同时控制继电器接点到位, 以保证射频信号与平转信号同步, 因此, 只要射频信号有通路, 平转信号就会有相同的通路。平转控制信号矩阵框图如图7。
5 未来发展方向
同轴开关矩阵式天线交换控制系统, 经过机房几年来系统的运行情况, 各项技术指标和性能参数均能符合技术要求。能够达到响应快速、切换准确、节省空间、便于维护等功能, 尤其适合应用在快速应急播出发射台站。而且有效的降低了维护人员工作的工作量, 降低了人为误操作带来的影响播出效果的行为。说明同轴开关矩阵式天线交换控制系统是一套性能稳定、操作灵活、维护方便、自动化程度高、简洁实用的天线交换控制系统, 具有很强的实用性和推广性。作为无线电通信重要手段的大功率短波发射机来说, 同轴开关矩阵及控制系统的进一步应用是其发展的方向。
参考文献
[1]刘洪才, 李天德编著.广播发射与传输理论基础[M].北京:中国广播电视出版社, 2002.
[2]GY/T 179-2001广播电视发射台运行维护规程.
[3]GY/T 225-2007中、短波调幅广播发射机技术要求和测量方法.
漏泄同轴电缆测试系统 篇3
关键词：VISA,LabVIEW 8.20,Access,漏泄同轴电缆测试系统
0 引言
随着我国移动通信建设的发展, 尤其是其在3G (3rd-generation) 、4G市场巨大的发展潜力, 使得我国的漏泄电缆市场不断扩展。漏泄同轴电缆不但可用于铁路隧道中的列车无线通信, 而且地下铁道、地下街道、大楼、煤矿以及日益增加的高速公路汽车隧道内的无线通信和一些遥控测试系统中, 都需要应用漏泄同轴电缆。伴随着应用领域的不断扩大, 漏泄电缆的技术标准也在不断革新。本文介绍的漏泄同轴电缆测试系统, 针对IEC61196-4中关于自由空间法、地平法的要求, 控制频谱仪获取指定频率的信号功率的耦合损耗 (50%、95%) 测试, 并借助Access数据库和Lab VIEW 8.20开发环境, 完成数据存储、数据分析、报表生成等工作。
1 虚拟仪器软件架构
虚拟仪器软件架构[1]VISA (Virtual Instrument Software Architecture) 是VXIplug&play系统联盟的最重要的成果之一。VISA定义了新一代I/O接口的软件规范, 该规范不仅适用于VXI接口, 还可用于GPIB、串口和其他接口。VXIplug&play系统联盟的VPP-4.3规范提供了VISA库的标准。各个仪器生产厂商根据该标准实现自己的VISA版本。NI Lab VIEW向其用户提供了NI-VISA模块。本系统通过与R&S (Rohde&Schwarz) FSL 3以及SMB100A的GPIB接口相连接, 进行信号源的设定和耦合损耗测量工作。
2 系统硬件设计
系统硬件整体结构如图1所示, 可分为三大部分。
(1) 监控部分即人机交互界面, 运行面向测试人员所需的应用程序, 主要包括新建测试任务、测试环境配置、测试仪表配置、天线信息设置、样品信息设置、数据实时刷新、数据分析、数据保存、数据载入、设备状态显示、报表生成以及日志查看等功能。
(2) 控制与采集部分:
(1) NI USB-9162数字采集卡与便携机的USB接口相连, 占用两个数字输入口分别是:
脉冲信号接口, 由小车车轮编码器发送, 用来标志小车前进的距离。
测试控制信号接口, 为一门信号, 门信号的上升沿标志测试开始, 门信号下降沿标志测试结束。
(2) R&S FSL 3:由频谱分析仪的FSL-B10接口与NI公司的IEEE 488卡的GPIB接口相连。接收Host对其发送的设置信息, 并在测试过程中接收Host对其发送的采集命令。
(3) R&S SMB 100A:由信号源的IEEE 488接口与NI公司的IEEE 488卡的GPIB接口相连。接收Host对其发送的设置信息, 用于向待测试的漏泄电缆提供信号源。
系统在接收到测试控制信号后开始每过一个测试取样点进行耦合损耗测试, 完成Radial, Orthogonal以及Parallel三个方向的测试任务后保存进数据库并生成测试报表。
(3) 测试小车部分, 整个系统搭载于电缆测试小车之上, 测试小车由西门子S7 200控制, 向USB-9162小车车轮编码器脉冲信号以及测试控制信号, 提供可触摸面板进行小车行进速度设置, 并提供紧急制动按钮防止突发情况。
3 系统软件设计
系统的软件模块框图如图2所示, 共5个大模块。
数据采集模块, 本系统为保证用户可以在小车编码器发生故障时继续进行测试, 加入了内部脉冲触发采集方式, 在指定的延迟时间后, 进行测试工作;外部脉冲触发采集方式由小车编码器提供。
测试数据存储模块, 提供文本文件和数据库存储两种方式。数据库存储方式记录详细测试信息数组、数据文件路径以及数据图像路径。文本文件方式记录详细测试信息数组、数据comma串以及数据文件路径。
报表生成模块, 鉴于有两种存储方式, 同样支持两种方式的报表生成。
测试管理模块, 支持单样品和多样品的两种不同处理方式。
其他模块, 包括日志记录模块、Log Flash播放模块、数据分析模块以及提示音模块。日志记录模块可以方便开发人员及时从测试人员的日常工作中找出错误的原因;Log Flash播放模块标记该系统的所有单位, 防止盗用;数据分析模块用于方便测试人员查询所测试的同轴电缆是否存在缺陷;提示音模块及时提醒测试人员系统当前遇到的故障, 起警报功能。
4 用户界面及Lab VIEW实现
Lab VIEW具备一个较丰富的图形用户界面库, 由NI公司出品[1]。与传统的图像界面编程工具Visual Basic和Visual C++相比, 其利用计算机强大的图形处理能力, 向其开发人员提供了与实际仪器相似的旋钮、开关、指示灯、波形显示器、树形控件及其他控制部件。
测试系统的主界面如图3所示。
主界面主要分为菜单栏、测试任务树、测试控制台、信息栏以及数据波形显示五个部分。在测试任务树部分, 通过简单的按钮新建一个测试任务, 较快地帮助完成一次测试任务的配置。在信息栏部分, 通过多个标签完整地记录了一次测试过程中, 所需的全部环境配置, 当用户重新进入测试系统进行相同测试时, 可以简单地导入上一次的测试环境, 避免了操作人员重复输入导致的错误。在波形显示部分, 将每次测试中同轴漏缆的耦合损耗以波形的形式呈现, 通过局部放大, 较好地帮助测试操作人员发现测试漏缆的缺陷。在菜单栏部分, 如数据导出、报表制作菜单功能, 很好地将测试人员从繁琐的测试任务中释放出来, 减少了出现纰漏的可能性。
图4和图5为整个系统中核心的两个部件 (FSL3和NI-9162) 的控制代码。
5 结语
本文利用NI公司提供的Lab VIEW 8.20开发平台, 实现了一个漏泄同轴电缆耦合损耗测试系统。该系统具有友好的人机交互界面以及良好的易用性。用户可以根据实际测试需求通过保存测试环境、导入测试任务等方法, 极大地降低测试人员的工作强度。本系统的整体架构设计遵循了开放式系统的理念, 使得该系统具有较强的可扩展性, 如可以引入Real-Time系统, 进一步提升系统的性能。本系统也经过实际测试、应用验证了其具有较强的鲁棒性。在江苏一知名漏缆制造工厂中的应用也验证了该系统的可行性。
参考文献
[1]侯国屏, 王坤.LabVIEW 7.1编程与虚拟仪器设计[M].北京:清华大学出版社, 2005.
[2]TRAVIS Jeffrey, KRING Jim.LabVIEW大学生实用教程[M].北京:电子工业出版社, 2008.
[3]孙悦红, 孙继红, 司慧琳, 等.面向用户的软件界面设计[M].北京:清华大学出版社, 2009.
[4]IEC Central Office.IEC 61196-4同轴通信电缆第4部分:辐射电缆分规范[S].北京:中国标准化研究院, 2004.
[5]SCHWARZ Rohde.Operating manual FSL v12[DB/OL].[2010-02-01].http://ebookbrowsee.net/operating-manual-fsl-v12.
[6]National Instruments.G programming reference manual[DB/OL].[1996-10-01].http://www.ni.com/pdf/manuals.
同轴膜片加载圆波导耦合特性研究 篇4
行波管的发展趋势之一是向着大功率和宽频带的方向发展, 而寻找新型的慢波结构则是解决该问题的关键技术之一.在常规行波管中, 普遍使用的两大类慢波结构 (螺旋线和耦合腔) 已难以满足需要, 探索新型全金属慢波线是目前行波管发展的一个重要方向, 周期加载波导作为一种传统的慢波线, 特别是应用在相对论行波管[1]、返波管[2]中, 其中得到最广泛应用的是圆盘加载波导[3]和波纹波导.文章对同轴膜片加载圆波导慢波结构进行了分析, 得到其耦合方程.
2. 同轴膜片加载圆波导慢波结构
同轴膜片加载圆波导慢波结构的示意图如图2-1所示, 为了分析方便, 将此结构分为两个区域:槽区I () 、中心互作用区II () .是内导体半径, 和分别表示两个区域的半径, 表示I区域的宽度, 表示模片的宽度, L表示周期.这里, I和II区在z轴上具有共同的中心线, 各区相对中心线左右对称.
2.1耦合阻抗
耦合阻抗是慢波系统的一个重要工作参数, 它表征了系统中传输的功率与纵向电场之间的关系, 决定了电磁波与电子注之间的耦合状况。按照Pierce的定义, 第n次空间谐波的耦合阻抗为:
其中, Ezn是第n次空间谐波在电子注所在位置处的纵向电场分量幅值, 是其共轭分量, P是系统总的功率流。
利用色散关系, 就可以计算某一具体结构的耦合阻抗值。如果取内、外半径分别为、的圆环电子注, 则需计算在电子注截面上的平均耦合阻抗, 如下式:
利用HFSS仿真, 下面我们讨论结构尺寸对慢波结构高频性能的影响时, 互作用区的平均耦合阻抗的积分上、下限分别为和。
3. 结论
利用场论的方法, 获得了该类慢波结构的耦合方程。另外还用三维电磁仿真软件HFSS对该结构进行模拟, 得到的值与以上结果十分吻合, 从而证明耦合方程的推导过程无误。在此基础上, 通过数值模拟计算, 详细分析了系统结构参数对色散特性的影响。研究结果表明:内槽深度加大对色散影响明显, 可以降低相速, 减小带宽, 同时提高耦合阻抗。H
参考文献
[1]王文祥, 余国芬, 宫玉彬.行波管慢波系统的新进展—全金属慢波结构[J].真空电子技术, 1995 (5) :30-36.
[2]Minami K, Carmel Y, Granastein V L, et al.Linear theory of electromagnetic wave generation in a plasma-loaded corrugated-wall resonator[J].IEEE Trans.PS, 1990, 18:537-545.
提高采煤机电机同轴度检测精度 篇5
在对采煤机电机进行同轴度检测时, 发现电机同轴度不稳定, 检测结果差别较大, 客户也多次反映同轴度不符合标准, 以致影响使用, 造成电机返修。
目前, 同轴度的测量方法有指示器法、壁厚差法、三点坐标法, 我们采用的是指示器法, 使用的指示器就是百分表, 即以轴作为基准轴心线, 测量时百分表调零, 测头放在所测截面上转动, 用百分表看圆跳动值, 并记录下不同位置的数据, 如图1所示。
1.电机机座2.百分表3.轴
2 测量方法的改进
一般情况下测量的电机同轴度是指端盖、机座相对于轴的同轴度。实际测量出来的数据误差在0.03~0.04mm, 并且由于使用的测量工具—百分表杆较短, 检测位置有限, 而且数据浮动较大。为了提高采煤机同轴度的检测精度, 需要在现有的测量基础上对测量工具及测量方法进行改进, 使采煤机电机同轴度的测量误差减小到0.01~0.02mm。
通过查阅有关资料和对现状的调查分析, 同轴度一方面与电机零部件加工及组装有关, 另一方面就是受到仪器及测量方法的限制, 测量结果可信度不高, 为此我们设计制做V型夹块 (如图2) 及可调支架杆 (即伸缩杆) , 在测量时, 夹块固定在轴上, 将支架杆与百分表连接, 百分表测头与所测面接触, 转动轴进行检测。
3 结语
这种方法测量的数据较稳定, 对同轴度误差的判定提供了可靠的依据, 能够根据图纸及标准要求判定电机同轴度是否达到要求, 给检测工作带来了很大的帮助, 提高了同轴度检测的准确性和精度。
摘要：针对电机同轴度检测精度低的问题, 在提高零件加工质量及电机组装质量的同时, 改进了采煤机电机同轴度的检测方法, 可以提供一个直观的精确检测结果。
关键词：同轴度,百分表,夹块
参考文献
广电下一代同轴接入技术展望 篇6
广电运营商要实现自身的业务发展目标,关键在于如何在所拥有的广大有线电视群体用户的基础上拓展新的业务。发展业务的前提和基础是对现有的广电网络通过选择合适的接入网技术实现网络的双向改造,为互动电视,IP话音以及未来的大客户专线等高附加值业务的开展提供可靠的网络支撑。多业务发展是目标,网络双向改造是基础。“内容的运营+带宽的运营”是广电运营商实现战略目标的必由之路,如图1所示。
与电信等运营商不同的是,适合广电的三网合一建设思路是:首先,以单向业务创新为重点,同时积极推进双向交互业务应用;然后,规模推进VOD、互动电视、电子商务业务,试点VoIP;最后,全面整合各项业务,重点发展付费电视、VOD、电子商务、网络游戏、VoIP、高清电视等。
因此,广电的业务平台发展需要以视频业务为基础,通过接入网络的双向化改造,逐步从视频SinglePlay走向视频+数据的Bi-Play,最终实现下一代广播电视网络(NGB)规划的Multiplay全业务运营,实现客户价值的最大化[1]。广电未来的宽带双向接入网络需要满足Multiplay的全业务承载需求,包括双向视频业务、基于标清和高清的IP VOD业务、基于Cable的宽带上网业务(Cable BB)、基于Cable的VoIP业务(Cable VoIP)、P2P业务等,在带宽能力和电信级QoS接入能力等方面都需要满足NGB的相关要求。
经过数年的努力,中国广电行业的数字化演进和双向化改造取得了显著的进展。据业内权威研究公司格兰研究统计:截至2012年2月底,中国有线数字电视用户达到11 588.5万户,有线数字化程度约为57.51%(有线电视用户基数为20 152万户,数据来源于国家广电总局)。据保守预测,到2012年底,全国广电的覆盖用户和渗透用户将分别达到8 000万户和2 000万户。由此不难判断,随着三网融合的逐步推进,广电网络正在以视频业务为基础向多业务经营发展,广电运营商当前正处于从Double Play到Triple Play乃至Multiplay演进的的关键阶段。针对这一发展趋势,作为广电网络三网融合双向化演进的关键的广电同轴接入网技术也需要相应的向下一代同轴接入技术演进,以满足Multiplay阶段SD/HD IP VOD,VOIP,Media Video,P2P等大带宽、高等级业务的传输承载需求。
2 广电下一代同轴接入技术的几个关键问题
2.1 N+X问题
在广电接入网的双向化演进过程中,曾经出现过关于N+X问题的一些争论,争论的主要焦点包括:光进铜退是广电必然的趋势吗?光进铜退发展到FTTH网络之后还需要同轴接入段吗?光进到哪里竞争优势最大、同轴在哪一段发挥优势最大?关于这些问题需要结合中国广电网络的特点和用户的实际需求来分析。
首先,光进铜退是中国广电网络发展的必然趋势。2007年7月,国家广播电影电视总局科技司发布了《有线电视双向化改造指导意见》,明确定义了中国有线电视网络双向化改造的任务目标之一是通过光进铜退的演进使得广电有线接入网适应FTTx的演进路线,以实现Multiplay的全业务接入[2]。此后,在中国广电的NGB建设总体规划中,更进一步明确提出了广电光进铜退的目标是实现PON网络随HFC网络同步光进铜退后FTTB光纤到楼栋,HFC网络实现小光站覆盖50户用户的具体目标[3]。这一目标的提出是合理的:其一,在当前“光进铜退”的大趋势下,广电HFC网络采用光进铜退方案,能够在接入层光网络部分充分与采用相同树形网络拓扑的x PON技术结合起来,从而节省主干光纤,提供对称高带宽,在以太网标准框架下解决广电HFC网络中光部分双向改造中的所有难题。其二,光进铜退到楼道之后,HFC网络通过同轴不出楼的方式能够去除原有线同轴网中的有源电放大器,从而大大改进同轴网络的网络质量,减小维护难度。
其次,与欧美国家不同,中国的有线网络具有用户密集分布的特征,因此为实现光纤和同轴段分别发挥最大优势,采用N+0方式将光纤部署到原HFC网络的最后一个放大器甚至楼道中,综合性能价格比最高。
最后,应该指出的是,受到各种实际条件的限制,国内广电在较长的时间内不具备规模部署FTTH网络的能力。因此,虽然中国广电的光进铜退是总体趋势,但是同轴线仍有很长的生命周期,中间节点设备是必不可少的。与此对应的是,国内其他电信运营商的FTTH部署过于迅速,广电在此竞争阶段如果没有一种面向未来的下一代同轴接入技术将是十分不利的。为与FTTH进程已经走在前面的电信运营商竞争而利用或改造现有HFC网络,通过创新挖掘HFC的潜力以面对未来业务需求,将是国内广电长期需要面对的问题。
2.2 带宽需求
如图2所示,与电信运营商的电话双绞线相比,广电同轴电缆的可利用频率资源可以高达3 000 MHz以上,因此理论上广电的同轴接入网传输速率是可以达到10 Gbit/s级别的。
那么,广电同轴接入网的传输速率应该如何选择呢?即广电N+0方案中的同轴段汇聚的带宽应选择100 Mbit/s,N×100 Mbit/s,1 Gbit/s,还是10 Gbit/s呢?回答这个问题需要从实际的业务承载需求来进行具体分析。
如前所述,面向三网融合全业务运营的广电接入网需要满足未来Multiplay阶段的多种业务IP化接入的需求。各种业务的典型带宽需求如图3所示。
在近期,典型的广电接入网是FTTC模式,光节点典型覆盖200户左右。按照每户1路4 Mbit/s的宽带上网业务,1路100 kbit/s的VOD业务,1路2 Mbit/s的视频通信业务,1路2 Mbit/s的标清IP OTT业务和1路8 Mbit/s的高清IP VOD业务来计算,考虑一定的用户渗透率和并发率,则户均带宽为4 Mbit/s,户动态突发带宽约为16 Mbit/s。在光节点处需要汇聚的总带宽为4 Mbit/s×200=800 Mbit/s左右。类似地,可以分析得出未来远期业务渗透率提高之后的总汇聚带宽需求为1 Gbit/s左右。总汇聚带宽没有本质变化的原因是,虽然每户的入户带宽随着新业务渗透而提高到30 Mbit/s左右(广电总局NGB总体设计目标中提出的相应需求是40 Mbit/s),但是未来光进铜退之后每光节点覆盖的用户数也会相应下降到50户以内。
因此,NGB提出的百兆入户、千兆到楼的目标是有现实依据的。能够与电信FTTH竞争的下一代同轴接入网的目标带宽应达到同轴汇聚1 Gbit/s的双向接入速率需求。应该看到,广电同轴网络上的频率资源是各种业务实现共享的。同轴接入端支持到1 Gbit/s的双向接入速率是最合适的。其他频段可以留给广播和单向数据传播等。
2.3 参数化的QoS需求
与广电传统的视频业务甚至传统的双向VOD回传和宽带上网业务相比,在Multiplay充分发展的阶段,广电接入网需要承载更为丰富的业务类型。这些业务的一个共同发展趋势是IP化(分组化),各种业务对承载网络典型的性能要求如图4所示。
因此,从面向未来的Multiplay全业务接入的角度,广电的下一代双向接入网应该具备可提供区分服务的电信级业务承载能力。主要表现在:
1)参数化QoS能力。对不同业务能够提供不同的服务能力,在网络拥塞时能够保证关键业务的带宽、时延、抖动等传输参数需求。
2)高效灵活的带宽利用能力。ALL IP或Everything over IP之所以成为业界的一个统一发展趋势,其原因之一正是通过分组化的报文转发和业务调度实现灵活的带宽收敛和统计复用能力,有效应对用户端带宽的日益增长。
3 向下一代同轴接入网演进
图5给出了广电接入网可能的主要技术演进路线。与广电总局NGB推荐的两类主要的广电双向接入网技术EPON+EoC和CMTS方案相对应,总体而言,广电接入网可以经由xPON,EoC和CMTS三类技术路线演进。其中xPON的FTTN/C到FTTH演进方式与电信运营商类似,以下主要讨论与广电同轴接入相关的EoC技术和基于DoCSIS的下一代同轴接入技术。
当前关于同轴接入的广电下一代接入网技术的讨论比较多,可能的选择包括IEEE P1901,HiNOC,DoCSIS EoC,DPoE,EPoC等。其中在当前阶段产品和技术已经成熟且适合中国广电建设需求的主要可用方案是IEEE P1901和DoCSIS EoC,而尚处于前期论证阶段的EPoC方案则有可能代表未来的融合发展方向。例如,如果标准化进展顺利,中国的HiNOC未来也有可能并入EPoC架构中成为最终NG EoC EPoC技术标准的一部分。从远期看,EPON和EoC的进一步融合是一个总体发展趋势。采用基于EPON的EPON To The Home(ETTH)演进的EP-oC方案正在被IEEE 802.3工作组批准成立相关研究组,以探索采用电信级的EPON MAC层、能够与同轴接入技术端到端融合的远景目标。EPoC架构的特点是把部分或全部光分路器转换为同轴介质入户,OLT侧则可以放入DoCSIS适配层(DML),把基于DoCSIS建立的OSS,BSS,OAM体系移植到PON,在CMC侧则单纯进行物理介质转换,从而使得光纤和同轴融为一体,由OLT直接管理CNU。EPoC技术目前讨论的重心在于具体的Cable PHY技术。EPoC的提出体现了国际标准向中国的靠拢,而中国的EoC也在向PON靠拢、向DoCSIS靠拢。
3.1 下一代EoC技术IEEE P1901和HiNOC
经过长期的技术论证和综合分析,广电总局推荐的高低频EoC技术分别是中国自主知识产权的HiNOC技术和Homeplug AV技术。经过多年的实际网络建设,基于Homeplug方案的广电EoC建设实际部署占到所有EoC方案的74%,已经成为事实上的低频EoC建设标准。而高频的HiNOC技术采用了860～1 006 MHz的频段,预计在2012年内带为100 Mbit/s的HiNOC1.0能够完成工程化版本;而带宽达到1 Gbit/s的HiNOC2.0也已经成立了相关的技术专家委员会,有望在未来一年内完成试验样机。相信随着HiNOC技术和方案的成熟,未来广电高频EoC解决方案会最终统一到HiNOC路线上来。
基于Homeplug AV技术体系的低频EoC技术正在向IEEE P1901发展,以更好地满足带宽、高并发能力和电信级全业务接入的三网融合接入需求。IEEE P1901统一了Homeplug Powerline联盟、HDPLC、UPA及Opera等标准厂家的技术分歧,并于2011年2月推出了正式的IEEE P1901标准定稿。目前已有多家上游芯片厂商推出或正在推出符合IEEE P1901标准的SoC系统。
与Homeplug AV相比,IEEE P1901技术吸收了Homeplug的技术特点,继承了其优越的低频抗干扰能力,同时在以下方面有本质的提升:
1)频段扩展。IEEE P1901定义的工作频率小于100 MHz,考虑到与CATV系统的共存,实际芯片工作能力可扩展到68 MHz。
2)后向兼容。IEEE P1901 FFT OFDM在物理层与Homeplug AV兼容;同时IEEE P1901的工作频段可以划分为3个子频段,且7.5～30 MHz的部分与传统的Homeplug AV兼容,因此基于IEEE P1901的EoC系统能够与已经部署的Homeplug AV EoC互操作和共存,从Homeplug AV到IEEE P1901系统的演进将是平滑的。
3)强化QoS能力。IEEE P1901定义了完善的MAC机制,能够支持TDMA模式,能够实现动态带宽分配(DBA),因此能够实现对高等级业务的可靠支持。
4)高带宽能力。IEEE P1901通过扩展通信频段,提供增强的QAM调制方式,提升了FEC编码效率等方式,将物理层带宽提升到700 Mbit/s,MAC层带宽提升到350 Mbit/s,是Homeplug AV带宽能力的3倍,这就为未来满足广电IP化视频业务等高带宽业务的部署提供了技术保障。
因此,在技术选择时,从技术标准先进性、标准商用时间、产业链成熟度、产品的互操作性等方面考虑,IEEE P1901都是低频EoC方案的一个合理的后续技术演进方向。
3.2 下一代CMTS技术DoCSIS EoC/C-DOCSIS
DoCSIS EoC是指局端采用EPON OLT,远端采用ONU+DoCSIS头端设备,用户端沿用DoCSIS的Cable Modem的广电EPON+DoCSIS解决方案,业内也称之为C-CMTS,CMC,C-DOCSIS,DoCSIS MDU或mini CMTS等。DoCSIS EoC技术通过融合EPON和CMTS技术的优势,具备以下特点:
1)基于DoCSIS的CMTS在中国广电现网有实际部署的场景下,采用EPON+DoCSIS组合能有效保护广电运营商的投资。
2)远端采用了ONU+DoCSIS头端设备,使得原先的CMTS设备下移,节省了上行光纤资源。通过免除上行光发射机,减低了接入网的复杂度、节省了网络投资。
3)更高的抗噪声能力。通过先进的侵入噪声和线路噪声减轻技术能够在现有CMTS产品技术的基础上大大提高DoCSIS EoC系统同轴部分的抗噪声能力,由此也实现了最大限度地利用反向带宽,提供可靠高速的业务接入能力。
4)高带宽。与现有CMTS技术相比,DoCSIS EoC解决方案的同轴传输部分上下行通路可以分别通过支持先进的256QAM和1 024QAM模式使得反向通路速率提高33%,下行速率提高25%。同时,CMTS的上下行通路频分复用实现了全双工并发,下行达到800 Mbit/s,上行160 Mbit/s。这样,用户接入带宽有了质的突破,用户接入带宽可以承诺提供30 Mbit/s。
5)局端的EPON OLT,具有大容量、高带宽、分层QoS、组播等业务功能,解决了CMTS设备的端口、速率等容量相对较低的业务发展瓶颈。
6)远端光节点上ONU+DoCSIS头端设备,具有1 Gbit/s及以上的带宽、分层QoS、组播等业务能力,为广电运营商发展业务提供了有效保证。
7)支持参数化的电信级多业务QoS:采用DoCSIS的QoS机制,CMC根据每个客户或业务对上行和下行方向的延迟,最小带宽保证和最大带宽进行限制。
4 结束语
从接入网建设的角度,三网融合的核心是Multiplay全业务的高效灵活接入。面对NGB的全业务承载需求,广电运营商需要及时将下一代同轴接入网建设问题提上议事日程。与当前阶段主要考虑互动信令回传和宽带上网业务不同,下一代同轴接入技术需要解决高达1 Gbit/s级别的同轴汇聚带宽和多业务有QoS保障的接入承载问题,以满足未来NGB百兆入户的全业务承载需求。广电同轴接入网正在与PON技术融合,EPoC是一个可能的未来发展方向。就当前的实际网络建设而言,能够满足广电三网融合大容量和高QoS等级业务承载建设需求的成熟方案是IEEE P1901 EoC和DoCSIS EoC方案。
参考文献
[1]国家广播电影电视总局科技司.有线电视双向化接入网改造指导意见[S].2007.
[2]国家广播电影电视总局科技司.下一代广播电视网(NGB)示范区总体实施方案[S].2009.
同轴控制器 篇7
此次IEEE宣布成立EPOC研究组, 将有望使EPOC技术的标准实现国际化统一, 从根本上保证同轴接入技术的规范化。而且从目前的厂商支持阵营来看, 从博通、高通等芯片厂商, 到阿尔卡特朗讯、华为、烽火等设备提供商都有支持该技术标准, 确保了该技术的发展空间。目前广电网络中所广泛采用同轴接入技术, 标准多样化, 不同厂商有不同的技术标准, 严重制约了广电网络的规模化发展, EPOC技术如能实现标准化, 将打破现状, 促进广电一张网的建设。
EoC技术首次规范化
目前电信运营商正在大规模建设FTTH网络, 在网络带宽、可靠性、传输质量方面都形成较大优势, 在三网融合的发展背景下, 广电运营商面临较大的网络改造压力。如何基于现有的网络基础, 最大化发展同轴网络, 成为广电迫切需要解决的课题。
从技术演进路线上来看, 为达到FTTH的高带宽速率, 广电也在积极探讨自己的宽带升级策略。除了发展FTTH以外, ETTH (EPON To The Home) 方案也成为广电运营商考虑的重点。现如今广电HFC双向网络改造中多数以EPON+EoC、EPON+LAN为主要的方式, 符合了ETTH的改造思路。ETTH的突出特点是在同轴电缆上直接运行EPON协议, 让光通信和同轴电缆通信直接运行同一种协议, 实现ETTH业务。在同轴电缆之下, 为应对目前的困境, 业内也提出了多种接入技术的演进方向。而EPOC正是下一代接入技术的重要演进方向。
EPOC的出现符合同轴接入技术的发展趋势, 它追求同轴上的高带宽, 物理层使用更高效率的调制技术, MAC层采用电信级的EPON MAC技术, 同时电信级的QoS保障支持多业务。
EPOC技术MAC层以上采用EPON技术, 目前讨论的重心在于Coax PHY, 博通公司提出采用SDM小波调制方式, 在100MHz或120MHz的频宽内提供最多5GB的下行和1GB的上行带宽, 大幅提升了上下行带宽速率, 而EPOC的芯片初步预计2012年下半年出样片。EPOC的架构特点是从MAC层来看真正实现了ETTH, 可以把部分或者全部光分支路转换为同轴介质入户;OLT侧可以放入DML (DOCSIS适配层) , 把基于DOCSIS建立的OSS、BSS、OAM体系移植到EPON。CMC侧, 单纯进行物理介质转换, 光纤同轴RF, 使光纤和同轴融为一体, OLT直接管理CNU。
有专家指出, EPOC技术的标准化体现了国际标准向中国的靠拢, 而中国的EoC也在向PON靠拢、向DOCSIS靠拢。
烽火网络EoC产品主管邹素雯告诉记者, EPOC技术仍然处于标准制定和芯片研发阶段, 实际应用情况尚无法确定, 然而如果其实现标准化后, 国内的广电运营商也会考虑引入。
双向网改的积极探索
三网融合的形势令广电的双向改造变得愈发重要, 广电总局一直致力于开发自主知识产权的EoC标准, 但技术尚不成熟, 业界迫切需要满足NGB的解决方案。邹素雯表示, 如今广电的双向网改方案仍主要以EPON+EoC/LAN模式为主, 甚至在部分区域EPON+LAN的模式应用更为广泛, 然而相比有线电视用户总数仍有较大差距, EoC终端全国的出货量目前仅几百万台。各地进行HFC网络改造和招标的广电运营商较多, 实际达到双向网络应用的偏少。今年以来EoC技术也衍生出了多种新形态, 包括DOCSISEoC、ECAN、DECO、EPOC等技术。
今年国内的各地方广电运营商已经开始积极跟踪双向网改的发展思路, 一方面发展高开通率的基础业务, 追求高ARPU值的多项增值业务, 同时积极推动EoC技术的标准化, 关注高带宽、QoS、高效率MAC的接入技术标准, 吸引更多的芯片、设备商参与到产业中来。邹素雯透露, 目前陕西、江苏、浙江、河南、湖南、山东等地方广电都已经大范围实施双向化改造进程, 并且启动了相关招标工作, 烽火网络均已入围。
目前国务院已经启动三网融合专家组的第二次研讨, 三网融合有望获得进一步的推动力, 在此背景下, 广电双向网络改造规模亦将扩大化。
EPOC产业阵营
在全球有线运营商均面临电信大规模FTTH的严峻形势与巨大压力之下, 我国有线运营商所坚持的“在最后100m同轴上进行技术创新, 打造高速率、高性能、高可靠同轴接入网”的技术路线得到了全球同行的认可。“有源调制EoC”和“EPON MAC+同轴OFDM”是我国有线运营商、供应商在HFC接入网改造过程中探索出来的创新方案。EPOC代表了下一代HFC接入网的发展方向, 是全球有线电视技术工作者的智慧结晶, 得到了行业组织 (中国广播电视协会技术工作委员会、Cable Labs) 、有线运营商 (Comcast、时代华纳、Cox、Cogeco) 、芯片商 (Broadcom、QCA、PMC) 、设备供应商 (阿朗、Aurora、PMC、华为、烽火、中兴、长光等) 的大力支持。EPOC在我国、日本、美国、加拿大、欧洲、东南亚等地区有着广阔的市场前景。