基于EOC系统的测量技术
温一泉
摘要：随着广电网络双向宽带化进程的推进，特别是广电运营传统业务与数据业务深度融合，将传统的视频业务作为基石，融合双向的数据、点播、互动等业务的需求牵引，形成广电特色的双向宽带网络（以下简称双向网）是大势所趋。本文简要介绍广电网络双向宽带网现状，就基于Home Plug AV 技术的EOC系统的技术特征、主要工程问题、测试方法进行阐述，提供快速、有效、妥善解决EOC常见问题的参考。
关键词：EOC OFDM 信噪比 功率电平 互调 侵扰 吞吐量
在双向网建设中，技术形态纷繁复杂，逐步形成了几个重要的技术流派，主要有基于DOCSIS技术的HFC网络，基于Home Plug AV 技术的EOC网络（EOC种类众多，本文以Home Plug AV为例说明），基于PON技术的FTTH网络等。这三种主流技术网络形态各有特色。HFC是最传统的广电双向网，采用上行时分复用+下行频分复用的技术方案，其大容量数据传送，对传统广电的CALBE网络拓扑适应能力强都是其优点，但是反向噪声漏斗造成的通信质量弱化和运维强度大是其主要缺点。HFC一般部署在人口稠密的大都市，投资效应较好。FTTH是最接近電信网络的一种新兴广电双向网，采用上行时分复用+下行波分复用的技术方案，其设备通用性带来的透明化，与电信网充分融合带来的未来三网融合平滑过渡以及带宽优势，都是其他网络难以比拟的。同时，其良好的传输可靠性也大大减轻了运维强度，是高渗透率接入网的一个主要选择。但是，由于要重新铺设光纤网络，对既有网络的继承性、入户困难等因素是阻碍FTTH发展的重要瓶颈。EOC网络是从家庭驻地网技术反向衍生到接入网的技术，采用跳频的OFDM技术，有较好的抗干扰能力。其拓扑简单，成本低，部署简便，在低网络渗透率、中低带宽的接入应用下有较好的性价比，在无双向网基础的区域有很好的补充作用。
本文从三个角度，对EOC系统的技术特征、主要工程问题、测试方法进行阐述，以期为EOC网络规划、运维工作技术人员提供参考。
EOC系统的技术特性
EOC 是Ethernet Over Coax 的英文缩写，即基于有线电视同轴电缆使用以太协议的接入技术。现在则将所有的在Cable上传输数据的技术都称为EOC。EOC种类众多，我们以目前市场主流的Home Plug AV标准进行基准进行讨论。
2000年3月，由Cisco、HP、Motorola及Intel等数十家企业共同成立Home Plug Power Line Alliance（家庭电力线网络联盟），以电力线架设局域网络的构想终于有了一致的标准和具体的进度。家庭电力线网络联盟随后在2001年6月发表电力线网络的第一份标准——Homeplug1.0。2003年2月开始Home Plug AV制定工作，2005年8月，家庭电力线网络联盟批准了新的Home Plug AV标准。①
Home Plug AV的目的是在家庭内部的电力线上构筑高质量、多路媒体流、面向娱乐的网络，专门用来满足家庭数字多媒体传输的需要。它采用先进的物理层和MAC层技术，提供200Mbps级的电力线网络，用于传输视频、音频和数据。Home Plug AV的物理层使用OFDM调制方式，它是将待发送的信息码元通过串并变换，降低速率，从而增大码元周期，以削弱多径干扰的影响。同时它使用循环前缀（CP）作为保护间隔，大大减少甚至消除了码间干扰，并且保证了各信道间的正交性，从而大大减少了信道间干扰。当然，这样做也付出了带宽的代价，并带来了能量损失：CP越长，能量损失就越大。OFDM中各个子载波频谱有1/2重叠正交，这样提高了OFDM调制方式的频谱利用率。在接收端通过相关解调技术分离出各载波，同时消除码间干扰的影响。
基于Home Plug AV的EOC产品去除低频干扰的频率后，在7-30MHz频段使用917个子载波；功率谱密度可编程，以满足不同国家的频率管制；每个子载波可以单独进行BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM、256QAM和1024QAM调制；采用Turbo FEC错误校验；物理层线路速率达到200Mbps，净荷为150Mbps，前同步码可被HomePlug1.0设备检测，从而实现两者共存，但互操作是可选项。同时，Home Plug AV设计了十分高效的MAC层，MAC层都采用Master-Slave结构，支持基于工频周期同步机制的TDMA和 CSMA。TDMA面向连接，提供QOS保障，确保带宽预留、高可靠性和严格的时延抖动控制。CSMA面向优先级，提供四级优先级，确保即插即用。工频周期同步机制确保良好的抗工频周期同步噪声的信道适应能力，如调光灯、充电器等产生的谐波。基于128位AES严格加密。中央协调员CC（Central Coordinator）控制所在电力线网络设备的活动，并协调同相邻电力线网络的共存，以支持电力线宽带接入、多电力线网络运行和隐藏节点服务。
MAC层的工作方式为CSMA，其工作原理是：发送数据前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据，在发送数据时，边发送边继续监听，若监听到冲突，则立即停止发送数据，等待一段时间再重新尝试。由于采用了CSMA机制，当网络中Home Plug设备节点增加时，碰撞的几率会增加，数据传输的速率也会大大降低。所以在节点设备较少的家庭联网场合，它仍是一种很实用、很方便的技术。由于Home Plug 技术是基于电力线传输基础上发展的，考虑到电力线应用的恶劣环境，其协议中关于纠错方面考虑较多，在一定程度影响了其传输时有效数据载荷的效率，但同时也增强了该方案的抗干扰性能。
Home Plug AV在同轴电缆上的传输完全采用Home Plug协议，只是修改了前端耦合等电路设计。同轴电缆的传输性能要好于电力线，像电磁兼容等原来在电力线上比较难以处理的问题也得到了很好的解决，数据流量性能也好于在电力线上传输的性能。由于Home Plug AV在同轴电缆上的传输为多载波的OFDM有源调制方式，工作在30MHz以下频段。虽然抗干扰较强，但当一点对多点通信时，也是要受到汇聚噪声的影响。
EOC系统的主要工程问题
与任何双向网络类似，EOC系统的主要工程问题也可以分为三个层面。
一、物理层信号传输质量问题。物理层信号传输质量不佳，会直接影响业务的联通，严重的甚至导致业务中断，是EOC系统首要的工程问题，具体讲：
（一）物理层信号的强度不足引起的问题。这类问题主要是设备故障、线路异常的损耗引起。Home Plug AV 传输的频段一般在5-65M低频段，属于CABLE双向网络比较恶劣的区段，OFDM本身有很强的抗干扰特性。因此，Home Plug AV物理层电平很高，一般在110dBV左右，信号的跌落是常见工程问题，也是首先要保证的。使用测试设备的RF监测功能，是解决这类问题的有效手段。
（二）信道的干扰。低频段是干扰最集中的频段，除了常见的汇聚噪声、设备过载外的失真外，低频段还是外部侵入干扰最集中的频段。Home Plug AV的物理层设计和MAC层的特性，其实都是对信道干扰的有效抑制机制，但对于持续性的、宽带覆盖的、信号强度大的干扰，还是有直接影响的。例如，如果一個短时干扰落在工作频带，CSMA机制就会起作用；但如果是持续性的，且信号强度大，则不仅CSMA，且OFDM的机制也会失效，通信质量就会大大受到影响。当通信信道受到干扰时，表现为通信带宽急剧下降，无法连线，或者连线后速度慢，甚至完全中断通信。使用测试设备的信噪比、频谱扫描、比特负载等测试工具可以有效协助这类问题的排查。②
二、数据、协议层面的联通、交换、速率等能力问题。第一类往往是终端设备的设置与局端设置的匹配问题。这类问题最常见，也最需要运维者的网络调试经验和能力。EOC设备本身有很多属性，如MAC地址、USER HFID、MULTI-MASTER ISOLATION等。各EOC设备厂家都会或多或少根据自己的利益做一些属性上的限制，例如A厂家的局端设备可能会根据终端的MAC来判断终端设备是否为自家产品，是就允许其连接，不是则禁止其连接。同样的，B厂家的局端设备，可能会根据USER HFID来识别终端设备是否是自己产品，是就允许其连接，不是就禁止其连接。C厂家可能会根据MULTI-MASTER ISOLATION来判断是否允许终端连接。D厂家可能会同时限制以上几个属性。总体而言，不同厂家的设备兼容性较差。当客户同时使用多家设备的时候，这个问题尤为突出。各厂家之间的设备交叉使用的时候最易出问题。所以做好互联互通尤为重要。前期的互联互通测试必不可少，可靠的测试仪表必不可少，后期遇到问题也必须要求设备厂家及时跟进。
第二类是局端设备的故障和互通匹配问题，甚至包括前后软件版本的不一致。设备使用过程中出问题常见但不可怕，关键是要能快速地解决定位问题。使用中局端设备出故障会导致该局端下所有的用户无法上网，涉及面广，易引起投诉。所以，一旦出现这个问题，必须快速定位，第一时间解决，借助测量仪表是快速定位问题的有效手段。局端厂家的软件版本升级也可能导致问题，所以涉及到局端软件升级的，一定要先在小范围内测试新版本的软件的可靠性，以及升级过程的安全性，避免出现大面积局端故障。
三、EOC本身对有线电视传输的影响问题。Home Plug AV 自身为提升抗干扰能力，使用了两种物理层手段，一是提升自身的传输电平，这个信号电平极高，比正常的电视射频信号高出很多，一般的有线电视终端的平均数字电平在60dB？V左右。二是OFDM是宽带信号，带宽往往可以覆盖几个数字电视的频道。一旦EOC信号自身的谐波以及互调产物落入高频的电视频段，就会影响电视传输，有时候由于OFDM、CSMA的作用，谐波和互调产物是浮动的，会污染电视频段。使用测试设备的数字电视功能，可有效地测试这种干扰现象。使用频谱功能，可协助排查。
EOC系统的测试
一、链路质量测试。③链路质量测试是指测试从局端到终端这一段同轴线的链路质量，主要指标和意义如图3，各地可以根据实际情况来制定自己的合格值，总体要求是保证链路质量合格。
二、噪声干扰测试。Home Plug AV采用自适应的OFDM调制，可根据新的质量，自动调整载波的调制方式，保证信道的带宽利用率达到最大，根据每个载波的调制方式，可推断出该频点的S/N，据此判断噪声干扰情况。
三、MPDU测试。用于表征EOC终端之间相互干扰情况的物理量。失败、碰撞数量急剧增多时，表示终端设备之间干扰严重。
四、EOC属性设置。EOC仪表要与各个局端厂家的设备连接，所以必须与各个厂家的局端能够匹配兼容。仪表不能要求所有厂家兼容自己，所以只能改变自己，适应所有局端。
五、EOC频谱测试。测量EOC局端的信号频谱。当EOC终端无法上线时，可用测量仪表测试EOC局端频谱是否正常。因EOC信号是高速突发信号，正常情况下仪表上显示的会是尖刺信号。如果无法观测到如图所示的信号，则检测EOC头端工作是否正常，或查看头端与终端间的连接线缆是否正常。
运维人员可根据EOC系统在工程中出现的不同故障，分别采用相应的测试方式查找、分析问题，从而快速、有效地解决好系统问题，确保传输的安全、顺畅。
（作者单位：江西省广播电视网络传输有限公司）
注释：
①田新成，刘献伟，黄 霞等：《基于Home Plug AV标准的自适应电力线modem设计》，《电力系统通信》，2007（12）。
②许俊国：《EPON+EOC宽带故障原因和排查思路方法》，《中国有线电视》，2011（11）。
③陈志国，黎 阳，江时珍：《EOC系统关键性能测试评估分析》，《广播与电视技术》，2012（10）。
摘要：随着广电网络双向宽带化进程的推进，特别是广电运营传统业务与数据业务深度融合，将传统的视频业务作为基石，融合双向的数据、点播、互动等业务的需求牵引，形成广电特色的双向宽带网络（以下简称双向网）是大势所趋。本文简要介绍广电网络双向宽带网现状，就基于Home Plug AV 技术的EOC系统的技术特征、主要工程问题、测试方法进行阐述，提供快速、有效、妥善解决EOC常见问题的参考。
关键词：EOC OFDM 信噪比 功率电平 互调 侵扰 吞吐量
在双向网建设中，技术形态纷繁复杂，逐步形成了几个重要的技术流派，主要有基于DOCSIS技术的HFC网络，基于Home Plug AV 技术的EOC网络（EOC种类众多，本文以Home Plug AV为例说明），基于PON技术的FTTH网络等。这三种主流技术网络形态各有特色。HFC是最传统的广电双向网，采用上行时分复用+下行频分复用的技术方案，其大容量数据传送，对传统广电的CALBE网络拓扑适应能力强都是其优点，但是反向噪声漏斗造成的通信质量弱化和运维强度大是其主要缺点。HFC一般部署在人口稠密的大都市，投资效应较好。FTTH是最接近電信网络的一种新兴广电双向网，采用上行时分复用+下行波分复用的技术方案，其设备通用性带来的透明化，与电信网充分融合带来的未来三网融合平滑过渡以及带宽优势，都是其他网络难以比拟的。同时，其良好的传输可靠性也大大减轻了运维强度，是高渗透率接入网的一个主要选择。但是，由于要重新铺设光纤网络，对既有网络的继承性、入户困难等因素是阻碍FTTH发展的重要瓶颈。EOC网络是从家庭驻地网技术反向衍生到接入网的技术，采用跳频的OFDM技术，有较好的抗干扰能力。其拓扑简单，成本低，部署简便，在低网络渗透率、中低带宽的接入应用下有较好的性价比，在无双向网基础的区域有很好的补充作用。
本文从三个角度，对EOC系统的技术特征、主要工程问题、测试方法进行阐述，以期为EOC网络规划、运维工作技术人员提供参考。
EOC系统的技术特性
EOC 是Ethernet Over Coax 的英文缩写，即基于有线电视同轴电缆使用以太协议的接入技术。现在则将所有的在Cable上传输数据的技术都称为EOC。EOC种类众多，我们以目前市场主流的Home Plug AV标准进行基准进行讨论。
2000年3月，由Cisco、HP、Motorola及Intel等数十家企业共同成立Home Plug Power Line Alliance（家庭电力线网络联盟），以电力线架设局域网络的构想终于有了一致的标准和具体的进度。家庭电力线网络联盟随后在2001年6月发表电力线网络的第一份标准——Homeplug1.0。2003年2月开始Home Plug AV制定工作，2005年8月，家庭电力线网络联盟批准了新的Home Plug AV标准。①
Home Plug AV的目的是在家庭内部的电力线上构筑高质量、多路媒体流、面向娱乐的网络，专门用来满足家庭数字多媒体传输的需要。它采用先进的物理层和MAC层技术，提供200Mbps级的电力线网络，用于传输视频、音频和数据。Home Plug AV的物理层使用OFDM调制方式，它是将待发送的信息码元通过串并变换，降低速率，从而增大码元周期，以削弱多径干扰的影响。同时它使用循环前缀（CP）作为保护间隔，大大减少甚至消除了码间干扰，并且保证了各信道间的正交性，从而大大减少了信道间干扰。当然，这样做也付出了带宽的代价，并带来了能量损失：CP越长，能量损失就越大。OFDM中各个子载波频谱有1/2重叠正交，这样提高了OFDM调制方式的频谱利用率。在接收端通过相关解调技术分离出各载波，同时消除码间干扰的影响。
基于Home Plug AV的EOC产品去除低频干扰的频率后，在7-30MHz频段使用917个子载波；功率谱密度可编程，以满足不同国家的频率管制；每个子载波可以单独进行BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM、256QAM和1024QAM调制；采用Turbo FEC错误校验；物理层线路速率达到200Mbps，净荷为150Mbps，前同步码可被HomePlug1.0设备检测，从而实现两者共存，但互操作是可选项。同时，Home Plug AV设计了十分高效的MAC层，MAC层都采用Master-Slave结构，支持基于工频周期同步机制的TDMA和 CSMA。TDMA面向连接，提供QOS保障，确保带宽预留、高可靠性和严格的时延抖动控制。CSMA面向优先级，提供四级优先级，确保即插即用。工频周期同步机制确保良好的抗工频周期同步噪声的信道适应能力，如调光灯、充电器等产生的谐波。基于128位AES严格加密。中央协调员CC（Central Coordinator）控制所在电力线网络设备的活动，并协调同相邻电力线网络的共存，以支持电力线宽带接入、多电力线网络运行和隐藏节点服务。
MAC层的工作方式为CSMA，其工作原理是：发送数据前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送数据，在发送数据时，边发送边继续监听，若监听到冲突，则立即停止发送数据，等待一段时间再重新尝试。由于采用了CSMA机制，当网络中Home Plug设备节点增加时，碰撞的几率会增加，数据传输的速率也会大大降低。所以在节点设备较少的家庭联网场合，它仍是一种很实用、很方便的技术。由于Home Plug 技术是基于电力线传输基础上发展的，考虑到电力线应用的恶劣环境，其协议中关于纠错方面考虑较多，在一定程度影响了其传输时有效数据载荷的效率，但同时也增强了该方案的抗干扰性能。
Home Plug AV在同轴电缆上的传输完全采用Home Plug协议，只是修改了前端耦合等电路设计。同轴电缆的传输性能要好于电力线，像电磁兼容等原来在电力线上比较难以处理的问题也得到了很好的解决，数据流量性能也好于在电力线上传输的性能。由于Home Plug AV在同轴电缆上的传输为多载波的OFDM有源调制方式，工作在30MHz以下频段。虽然抗干扰较强，但当一点对多点通信时，也是要受到汇聚噪声的影响。
EOC系统的主要工程问题
与任何双向网络类似，EOC系统的主要工程问题也可以分为三个层面。
一、物理层信号传输质量问题。物理层信号传输质量不佳，会直接影响业务的联通，严重的甚至导致业务中断，是EOC系统首要的工程问题，具体讲：
（一）物理层信号的强度不足引起的问题。这类问题主要是设备故障、线路异常的损耗引起。Home Plug AV 传输的频段一般在5-65M低频段，属于CABLE双向网络比较恶劣的区段，OFDM本身有很强的抗干扰特性。因此，Home Plug AV物理层电平很高，一般在110dBV左右，信号的跌落是常见工程问题，也是首先要保证的。使用测试设备的RF监测功能，是解决这类问题的有效手段。
（二）信道的干扰。低频段是干扰最集中的频段，除了常见的汇聚噪声、设备过载外的失真外，低频段还是外部侵入干扰最集中的频段。Home Plug AV的物理层设计和MAC层的特性，其实都是对信道干扰的有效抑制机制，但对于持续性的、宽带覆盖的、信号强度大的干扰，还是有直接影响的。例如，如果一個短时干扰落在工作频带，CSMA机制就会起作用；但如果是持续性的，且信号强度大，则不仅CSMA，且OFDM的机制也会失效，通信质量就会大大受到影响。当通信信道受到干扰时，表现为通信带宽急剧下降，无法连线，或者连线后速度慢，甚至完全中断通信。使用测试设备的信噪比、频谱扫描、比特负载等测试工具可以有效协助这类问题的排查。②
二、数据、协议层面的联通、交换、速率等能力问题。第一类往往是终端设备的设置与局端设置的匹配问题。这类问题最常见，也最需要运维者的网络调试经验和能力。EOC设备本身有很多属性，如MAC地址、USER HFID、MULTI-MASTER ISOLATION等。各EOC设备厂家都会或多或少根据自己的利益做一些属性上的限制，例如A厂家的局端设备可能会根据终端的MAC来判断终端设备是否为自家产品，是就允许其连接，不是则禁止其连接。同样的，B厂家的局端设备，可能会根据USER HFID来识别终端设备是否是自己产品，是就允许其连接，不是就禁止其连接。C厂家可能会根据MULTI-MASTER ISOLATION来判断是否允许终端连接。D厂家可能会同时限制以上几个属性。总体而言，不同厂家的设备兼容性较差。当客户同时使用多家设备的时候，这个问题尤为突出。各厂家之间的设备交叉使用的时候最易出问题。所以做好互联互通尤为重要。前期的互联互通测试必不可少，可靠的测试仪表必不可少，后期遇到问题也必须要求设备厂家及时跟进。
第二类是局端设备的故障和互通匹配问题，甚至包括前后软件版本的不一致。设备使用过程中出问题常见但不可怕，关键是要能快速地解决定位问题。使用中局端设备出故障会导致该局端下所有的用户无法上网，涉及面广，易引起投诉。所以，一旦出现这个问题，必须快速定位，第一时间解决，借助测量仪表是快速定位问题的有效手段。局端厂家的软件版本升级也可能导致问题，所以涉及到局端软件升级的，一定要先在小范围内测试新版本的软件的可靠性，以及升级过程的安全性，避免出现大面积局端故障。
三、EOC本身对有线电视传输的影响问题。Home Plug AV 自身为提升抗干扰能力，使用了两种物理层手段，一是提升自身的传输电平，这个信号电平极高，比正常的电视射频信号高出很多，一般的有线电视终端的平均数字电平在60dB？V左右。二是OFDM是宽带信号，带宽往往可以覆盖几个数字电视的频道。一旦EOC信号自身的谐波以及互调产物落入高频的电视频段，就会影响电视传输，有时候由于OFDM、CSMA的作用，谐波和互调产物是浮动的，会污染电视频段。使用测试设备的数字电视功能，可有效地测试这种干扰现象。使用频谱功能，可协助排查。
EOC系统的测试
一、链路质量测试。③链路质量测试是指测试从局端到终端这一段同轴线的链路质量，主要指标和意义如图3，各地可以根据实际情况来制定自己的合格值，总体要求是保证链路质量合格。
二、噪声干扰测试。Home Plug AV采用自适应的OFDM调制，可根据新的质量，自动调整载波的调制方式，保证信道的带宽利用率达到最大，根据每个载波的调制方式，可推断出该频点的S/N，据此判断噪声干扰情况。
三、MPDU测试。用于表征EOC终端之间相互干扰情况的物理量。失败、碰撞数量急剧增多时，表示终端设备之间干扰严重。
四、EOC属性设置。EOC仪表要与各个局端厂家的设备连接，所以必须与各个厂家的局端能够匹配兼容。仪表不能要求所有厂家兼容自己，所以只能改变自己，适应所有局端。
五、EOC频谱测试。测量EOC局端的信号频谱。当EOC终端无法上线时，可用测量仪表测试EOC局端频谱是否正常。因EOC信号是高速突发信号，正常情况下仪表上显示的会是尖刺信号。如果无法观测到如图所示的信号，则检测EOC头端工作是否正常，或查看头端与终端间的连接线缆是否正常。
运维人员可根据EOC系统在工程中出现的不同故障，分别采用相应的测试方式查找、分析问题，从而快速、有效地解决好系统问题，确保传输的安全、顺畅。
（作者单位：江西省广播电视网络传输有限公司）
注释：
①田新成，刘献伟，黄 霞等：《基于Home Plug AV标准的自适应电力线modem设计》，《电力系统通信》，2007（12）。
②许俊国：《EPON+EOC宽带故障原因和排查思路方法》，《中国有线电视》，2011（11）。
③陈志国，黎 阳，江时珍：《EOC系统关键性能测试评估分析》，《广播与电视技术》，2012（10）。
