CN102263724A - 一种适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法，该方法基于EOC技术实现，包括：配置采用正交频分复用调制技术的四种带宽模式；基于该四种带宽模式生成前导符号的时域波形、帧控制正交频分复用符号和数据正交频分复用符号；将生成的前导符号的时域波形、帧控制正交频分复用符号和数据正交频分复用符号进行组合，形成完整的LoREOC物理帧；以及利用该LoREOC物理帧进行数据传输，实现适用于有线电视网络双向传输的数据传输。利用本发明，解决了目前相关标准对于我国特有的频谱划分其资源利用率不高及兼容性差的问题。

Description

一种适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法

技术领域

本发明涉及同轴电缆传输以太网数据(Ethernet Over Cable，EOC)技术领域，尤其涉及一种基于EOC技术实现的适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法。

背景技术

有线电视网络同轴电缆的双向传输是三网融合中的一项重要基础内容。近年来，国内各广电运营商将各种各样的技术应用于同轴电缆的双向传输，并将这些技术统称为同轴电缆传输以太网数据(Ethernet Over Cable，EOC)技术。事实上EOC技术中大多数技术并不适合我国的有线电视网络，安全性能也差，研发一个适合我国有线电视网络双向传输的EOC整体方案势在必行。

我国有线电视网络具有多级分配结构以及终端端口匹配情况不理想等特点，这会造成有线电视网络中形成反射信号，造成信道中的多径效应；同时，信道中还可能耦合外界脉冲噪声和窄带噪声形成干扰，这种信道可以看成典型的受干扰多径信道。而正交频分复用(OFDM)技术具有良好的抗多径抗噪特性，并具有很高的频谱利用效率，能够有效对抗有线电视分配网中的多径效应和耦合进入的噪声。因此在有线电视网络中，利用OFDM技术进行调制成为一个最佳选择。

目前采用OFDM调制技术对有线电视网络进行改造时，一般可以将有线电视网络的频段分为高频段(860MHz以上)和低频段(5MHz至65MHz)两种。高频段的优势是频带较宽，便于外扩，干扰较少，其劣势是传输距离短，成本高。低频段的优势是能长距离传输，成本相对较低，其劣势是频带较窄且不便外扩，干扰较多。而我国国土辽阔，大部分家庭居住在农村和郊区，传输距离要求比较长，这就使得我们的三网融合方案除了高频段也应该考虑低频段。但是在低频段，现有的相关国际标准使用的频点和带宽不能充分利用我国现有的5MHz至65MHz的频带，如家庭插电联盟(HomePlug AV)标准针对频率1.8MHz至30MHz设计，IEEEP1901标准针对频率0MHz至50MHz设计，Gpbs家庭网络(G.hn)标准主要考虑50MHz和100MHz两种带宽下的情况。即使这些标准的相关产品成熟，在中国市场的应用也将造成目前日益稀缺的频率资源的极大浪费。

目前种类繁多的EOC技术中，HomePlug AV标准的物理层对国内的5MHz至65MHz的频率资源只能用到5MHz至30MHz，效率为41％。但其性能相对最佳，且已有成熟产品，在设计EOC方案时与现有的主流产品兼容可以减少很多地区前期投入相关资源的浪费。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于EOC技术实现的适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法，以解决目前相关标准对于我国特有的频谱划分其资源利用率不高及兼容性差的问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法，该方法基于EOC技术实现，包括：

配置采用正交频分复用调制技术的四种带宽模式；

基于该四种带宽模式生成前导符号的时域波形、帧控制正交频分复用符号和数据正交频分复用符号；

将生成的前导符号的时域波形、帧控制正交频分复用符号和数据正交频分复用符号进行组合，形成完整的低频长距离EOC(LoREOC)物理帧；以及

利用该LoREOC物理帧进行数据传输，实现适用于有线电视网络双向传输的数据传输。

上述方案中，所述配置采用正交频分复用调制技术的四种带宽模式的步骤包括：配置采用正交频分复用调制技术的30M带宽模式、50M带宽模式、65M带宽模式和100M带宽模式四种带宽模式，其中，30M带宽模式的编号为PHY1，频段划分为5MHz至30MHz，物理层兼容Homeplug AV标准，但去掉其中涉及的子载波屏蔽表(ToneMask)；50M带宽模式的编号为PHY2，频段划分为5MHz至50MHz，物理层兼容IEEE P1901的基于快速傅立叶变换的物理层(FFT-PHY)标准，但去掉其中涉及的ToneMask；65M带宽模式的编号为PHY3，频段划分为5MHz至65MHz，物理层由LoREOC标准自行定义；100M带宽模式的编号为PHY4，频段划分为5MHz至100MHz，物理层由LoREOC标准自行定义。

上述方案中，所述四种带宽模式中，PHY1、PHY2和PHY3均是PHY4的子集，PHY1和PHY2均是PHY3的子集，PHY1是PHY2的子集。

上述方案中，所述基于该四种带宽模式生成前导符号的时域波形的步骤包括：

根据该四种带宽模式确定有效的子载波编号，然后根据该四种带宽模式中不同的带宽模式对选定的子载波加载调制数据；

对调制好的频域数据进行快速傅里叶反变换(IFFT)生成正交频分复用时域波形数据；以及

对得到的前导符号时域数据进行重复处理，得到完整前导波形。

上述方案中，所述根据该四种带宽模式确定有效的子载波编号，然后根据该四种带宽模式中不同的带宽模式对选定的子载波加载调制数据，具体包括：

根据该四种带宽模式将有效子载波分为四个部分：第一部分编号为26～143，对应5MHz～28MHz；第二部份编号为144～251，对应28MHz～49MHz；第三部分编号为252～322，对应49MHz～63MHz；第四部份编号为323～502，对应64MHz～98MHz；

第一部分子载波上的参考相位数据采用与Homeplug AV相同的参考相位数据，第二部分子载波的参考相位数据采用与IEEE P1901标准相同的参考相位数据，第三部分和第四部分子载波的采用LoREOC根据公式

φ_float(9)＝0；

for k＝10：511

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}\left(k\right)=({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}(k-1)-\frac{k-11}{512-11+1}\×2\mathrm{\π})\mathrm{mod}2\mathrm{\π}$

end

                        定义的参考相位数据，

fork＝256：511

end

其中φ(k)为OFDM符号中第k个子载波上的参考相位，φ_float(k)第为获取φ(k)的中间变量。

上述方案中，所述基于该四种带宽模式生成帧控制正交频分复用符号的步骤包括：

根据该四种带宽模式确定有效的子载波编号；

根据有效的子载波编号确定有效子载波数，再根据有效子载波数确定帧控制信息编码比特的复制次数；

采用与Homeplug AV相同的复制方式，将帧控制数据复制该确定的复制次数，然后调制到各个子载波；以及

通过IFFT得到时域样值，然后加入循环前缀并加窗，生成帧控制OFDM符号时域波形，即帧结构中的帧控制符号部分。

上述方案中，所述根据该四种带宽模式确定有效的子载波编号的步骤包括：根据该四种带宽模式将有效子载波可以分为四个部分：第一部分编号为205～1143，对应5MHz～28MHz；第二部份编号为1144～2003，对应28MHz～49MHz；第三部分编号为2004～2580，对应49MHz～63MHz；第四部份编号为2580～4014，对应64MHz～98MHz；

所述采用与Homeplug AV相同的复制方式，将帧控制数据复制该确定的复制次数，然后调制到各个子载波的步骤，包括一映射过程，在该映射过程中映射参考相位的选取遵从如下规则：第一部分子载波与HomeplugAV的205～1128子载波的参考相位相同，第二部分子载波与IEEE P1901中的FFT-PHY物理层相位参考相同，第三部分和第四部分子载波的参考

φ_float(73)＝0；

for k＝74：4095

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}\left(k\right)=({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}(k-1)-\frac{k-74}{4096-74+1}\×2\mathrm{\π})\mathrm{mod}2\mathrm{\π}$

相位LoREOC通过公式end                    进行

for k＝2048：4095

end

定义。

上述方案中，所述基于该四种带宽模式生成数据正交频分复用符号的步骤包括：

根据该四种带宽模式确定有效的子载波编号，并对数据比特采用与Homeplug AV相同的方式进行FEC处理，结合各子载波上的参考相位将FEC处理后的数据通过IFFT调制到各个子载波上；以及

经过IFFT得到的时域样值，加入循环前缀并加窗，生成数据OFDM符号时域波形，即帧结构中的数据符号部分。

上述方案中，所述根据该四种带宽模式确定有效的子载波编号，是根据该四种带宽模式将有效子载波分为四个部分：第一部分编号为205～1143，对应5MHz～28MHz；第二部份编号为1144～2003，对应28MHz～49M；第三部分编号为2004～2580，对应49MHz～63MHz；第四部份编号为2580～4014，对应64MHz～98M；所述对数据比特采用与HomeplugAV相同的方式进行FEC处理的步骤中，包括一映射过程，在该映射过程中映射参考相位的选取遵从如下规则：第一部分子载波与Homeplug AV的205～1128子载波的参考相位相同，第二部分子载波与IEEE P1901中的FFT-PHY物理层相位参考相同，第三部分和第四部分子载波的参考相位

φ_float(73)＝0；

for k＝74：4095

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}\left(k\right)=({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}(k-1)-\frac{k-74}{4096-74+1}\×2\mathrm{\π})\mathrm{mod}2\mathrm{\π}$

LoREOC通过公式end            进行定

for k＝2048：4095

end

义，其中φ(k)为OFDM符号中第k个子载波上的参考相位，φ_float(k)第为获取φ(k)的中间变量。

上述方案中，所述将生成的前导符号的时域波形、帧控制正交频分复用符号和数据正交频分复用符号进行组合，形成完整的LoREOC物理帧，以及利用该LoREOC物理帧进行数据传输，具体包括：

将得到的前导符号的时域波形、帧控制正交频分复用符号和数据正交频分复用符号组成完整LoREOC物理帧并进行发送，首先发送的是前导符号，接着是帧控制正交频分复用符号，然后是数据正交频分复用符号，各部分数据之间由于加窗而产生部分数据重叠。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的基于EOC技术实现的适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法，首先基于目前我国有线电视网络低频段频谱资源的现状，提出了采用OFDM调制技术的四种带宽模式，然后基于这四种带宽模式和目前主流的相关技术标准设计了可以长期平滑演进且与目前主流标准以及模式之间相互兼容的EOC物理层方案，解决了目前相关标准对于我国特有的频谱划分其资源利用率不高及兼容性差的问题。

2、本发明提供的基于EOC技术实现的适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法，通过产生的LoREOC物理帧，不同模式下具有相同的时域帧结构，在充分利用了我国有线电视分配网中的频率资源的情况下，还保证了不同模式间的向下兼容，实现了各种模式之间前导符号可以相互检测，帧控制信息可以相互解调解码，大带宽模式可以对小带宽模式下的数据进行解调解码。

附图说明

图1是本发明提供的基于EOC技术实现的适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法流程图；

图2是LoREOC物理层帧结构图，物理帧的各种时域OFDM符号(前导、帧控制符号和有效数据符号)在各种带宽模式下持续实现相同。

图3是物理帧中带个OFDM符号的时域示意图，图中的各参数在表1中针对各带宽模式定义。

图4是PHY1-30M带宽模式下的子载波分布图，使用频带5MHz～28MHz，从205号子载波到1143号为有用子载波，其余子载波被屏蔽掉。

图5是PHY2-50M带宽模式下的子载波分布图，系统使用频带5MHz～49MHz，从205号子载波到2003号为有用子载波，其余子载波被屏蔽掉。

图6是PHY3-65M带宽模式下的子载波分布图，系统使用频带5MHz～63MHz，从205号子载波到2580号为有用子载波，其余子载波被屏蔽掉。

图7是PHY4-100M带宽模式下的子载波分布图，系统使用频带5MHz～98MHz M，从205号子载波到4014号为有用子载波，其余子载波被屏蔽掉。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提供的基于EOC技术实现的适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法，基于目前我国有线电视网络低频段频谱资源的现状，提出了采用OFDM调制技术的四种带宽模式，然后基于这四种带宽模式和目前主流的相关技术标准设计了可以长期平滑演进且与目前主流标准以及模式之间相互兼容的EOC物理层方案，具体实现原理如下：

1、基于目前我国有线电视网络低频段频谱资源的现状，提出了采用OFDM调制技术的四种带宽模式。其中，3个主要带宽模式包括：

PHY1：30M带宽模式(频段划分为5-30MHz，物理层兼容Homeplug AV标准，但去掉其ToneMask)

PHY2：50M带宽模式(频段划分为5-50MHz，物理层兼容IEEE P1901的FFT-PHY标准，但去掉其ToneMask)

PHY3：65M带宽模式(频段划分为5-65MHz，物理层由LoREOC标准自行定义)

为了增加带宽，在有些地区允许的情况下，LoREOC还定义了一个将低频段向上扩展到100MHz的可选带宽模式供用户选择：

PHY4：100M带宽模式(用户可选模式，频段划分为5-100MHz，物理层由LoREOC标准定义)

四种带宽模式中，PHY2是在PHY1的基础上平滑演进的，PHY3/PHY4在PHY1/PHY2的基础上平滑演进，可以认为，PHY1、PHY2、PHY3是PHY4的子集，PHY1、PHY2是PHY3的子集，PHY1是PHY2的子集。

2、基于这四种带宽模式和目前主流的相关技术标准设计了可以长期平滑演进且与目前主流标准以及模式之间相互兼容的EOC物理层方案，简称LoREOC方案(LoREOC为Low Frequency Long Reach EOC)。主要包括以下几部分内容：

1)、LoREOC物理帧的结构(参见附图帧结构部分)，四种带宽模式在时域采用统一的帧结构，如图2，其前导码、帧控制符号和有效载荷符号都采用相对应的符号持续时间，OFDM示意图参见图3，相关参数参见表1。在频域，保持OFDM符号的子载波间隔恒定，通过增加子载波数进行带宽扩展，对应相应的模式。四种模式下的带宽分配及其对应的子载波分布分别参见图4、图5、图6和图7。

2)、根据带宽模式设计的相关主要参数(表1)：

表1

3)、对于前导OFDM符号，从0到100M带宽均匀分为512个子载波，最大的使用频带为5～100M，其中26～153号子载波的参考相位与Homeplug AV相同，153～255子载波的参考相位与IEEE P1901标准相同，256～511为LoREOC通过以下公式定义：

φ_float(9)＝0；

for k＝10：511

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}\left(k\right)=({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}(k-1)-\frac{k-11}{512-11+1}\×2\mathrm{\π})\mathrm{mod}2\mathrm{\π}$

end

fork＝256：511

end

其中φ(k)为OFDM符号中第k个子载波上的参考相位，φ_float(k)第为获取φ(k)的中间变量。

如此可以保证各模式下具有相同使用频段的信号一致，而不同频段信号是正交的，因此不论是频域相关还是时域相关，除了少量的信噪比损失外，仍然可以获得很好的帧检测效果。

4)、对于帧控制OFDM符号，保留HomePlug AV的分类复制方式，但根据不同带宽下的子载波数量的扩展，进一步增加分类复制次数，增加帧控制信息的鲁棒性。通过此种复制方式，不同带宽模式下在低频段部分的子载波上数据相同，解码时只需根据模式参数选择相应的子载波数重组就能实现帧控制信号的互相解析。，

5)、解决对于帧控制和数据OFDM符号子载波的映射相位参考相的问题，低频段部分从子载波编号205～1128与Homeplug AV的205～1128相同，子载波1129～2047与IEEE P1901中的FFT-PHY物理层相位参考相同，子载波2048～4095采用LoREOC通过以下公式定义：

φ_float(73)＝0；

for k＝74：4095

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}\left(k\right)=({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}(k-1)-\frac{k-74}{4096-74+1}\×2\mathrm{\π})\mathrm{mod}2\mathrm{\π}$

end

for k＝2048：4095

end

其中φ(k)为OFDM符号中第k个子载波上的参考相位，φ_float(k)第为获取φ(k)的中间变量。

通过以上方法，实现了对目前相关标准对于我国特有的频谱划分其资源利用率不高以及兼容性问题的解决。

如图1所示，图1是本发明提供的基于EOC技术实现的适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤101：配置采用正交频分复用调制技术的四种带宽模式；

步骤102：基于该四种带宽模式生成前导符号的时域波形、帧控制正交频分复用符号和数据正交频分复用符号；

步骤103：将生成的前导符号的时域波形、帧控制正交频分复用符号和数据正交频分复用符号进行组合，形成完整的LoREOC物理帧；以及

步骤104：利用该LoREOC物理帧进行数据传输，实现适用于有线电视网络双向传输的数据传输。

本发明提供的PHY1、PHY2、PHY3和PHY4四种带宽模式，为了具有容易实现的很好的互操作性和兼容性，均采用相同的帧结构，如图2，四种带宽模式下，各自的前导符号都具有时域相似的结构和持续时间，对于帧控制OFDM符号和有效数据OFDM符号也一样。四种带宽模式的差异体现在频域，通过从PHY1、PHY、PHY3到PHY4的有用子载波数的依次递增来实现带宽的扩展。为了适应目前我国有线电视分配网中的频率资源分配，各模式下的第一个有用子载波都在5MHz，对应将直流作为0号子载波时的205号子载波。

对于四种带宽模式与Homeplug AV前导和帧控制符号的互操性，本发明通过以下方式实现。对于前导符号，从0到100M带宽均匀分配512个子载波，最大的使用频带为5～100M，其中26～153号子载波的参考相位与Homeplug AV相同，153～255子载波的参考相位与IEEE P1901标准相同，256～511为LoREOC通过以下公式定义：

φ_float(9)＝0；

for k＝10：511

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}\left(k\right)=({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}(k-1)-\frac{k-11}{512-11+1}\×2\mathrm{\π})\mathrm{mod}2\mathrm{\π}$

end

fork＝256：511

end

如此可以保证各模式下具有相同使用频段的信号一致，而不同频段信号是正交的，因此不论是频域相关还是时域相关，除了少量的信噪比损失外，仍然可以获得很好的帧检测效果。对于帧控制信息，保留HomePlug AV的分类复制方式，但根据不同带宽下的子载波数量的扩展，进一步增加分类复制次数，增加帧控制信息的鲁棒性。通过此种复制方式，不同带宽模式下在低频段部分的子载波上数据相同，解码时只需根据模式参数选择相应的子载波数重组就能实现帧控制信号的互相解析。

对于帧控制符号和数据符号中子载波的映射相位参考相，低频段部分从子载波编号205～1128与Homeplug AV的205～1128相同，子载波1129～2047与IEEE P1901中的FFT-PHY物理层相位参考相同，子载波2048～4095采用LoREOC通过以下公式定义：

φ_float(73)＝0；

fork＝74：4095

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}\left(k\right)=({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}(k-1)-\frac{k-74}{4096-74+1}\×2\mathrm{\π})\mathrm{mod}2\mathrm{\π}$

end

for k＝2048：4095

end

本发明提供的基于EOC技术实现的适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法，首先生成前导符号的时域波形：前导符号的有效子载波分为四个部分，第一部分编号为26～143，对应5MHz～28MHz；第二部份编号为144～251，对应28MHz～49MHz；第三部分编号为252～322，对应49MHz～63MHz；第四部份编号为323～502，对应64MHz～98MHz；根据带宽模式确定有效子载波的编号，如PHY1(30M模式)仅使用第一部分子载波，其余部分被掩蔽掉，其它模式类推；选定好有效子载波后对其加载参考相位数据，第一部分子载波上的参考相位数据采用与HomeplugAV的前导符号子载波参考相位数据相同，第二部分与IEEE P1901标准相同，第三部分和第四部分子载波上的参考相位数据LoREOC自行定义；对加载参考相位数据的子载波进行IFFT得到前导符号的时域数据，之后对该时域数据进行重复和加窗处理，得到图2的LoREOC帧结构中确定的完整前导波形。

然后生成帧控制OFDM符号的时域波形：帧控制OFDM符号有效子载波分为四个部分，第一部分编号为205～1143(对应5MHz～28MHz)，第二部份编号为1144～2003(对应28MHz～49MHz)，第三部分编号为2004～2580(对应49MHz～63MHz)，第四部份编号为2580～4014(对应64MHz～98MHz)，根据带宽模式确定有效子载波编号，如PHY1(30M模式)仅使用第一部分子载波，其余部分被掩蔽掉，其它模式类推；选定有效子载波后，确定每个子载波上参考相位数据，第一部分子载波上的参考相位数据采用与Homeplug AV的帧控制及数据符号子载波参考相位数据相同，第二部分与IEEE P1901标准相同，第三部分和第四部分子载波上的参考相位数据LoREOC自行定义；根据有效子载波数确定帧控制信息编码比特的复制次数，如在采取PHY1的30M模式下，有效子载波数为939，帧控制信息编码后比特数为256，每个子载波上承载两个比特(QPSK调制)，部分帧控制比特将被复制8次，另一部分复制7次；确定信息比特复制次数后，采用与Homeplug AV相同的复制方式将帧控制数据复制确定的次数；结合各子载波上的参考相位将复制后的帧控制数据通过IFFT调制到各个子载波上得到帧控制符号时域数据；对得到的时域数据加入循环前缀并加窗，生成帧控制OFDM符号完整时域波形。

接着生成数据OFDM符号的时域波形：数据OFDM符号的有效子载波分为四个部分，第一部分编号为205～1143(对应5～28MHz)，第二部份编号为1144～2003(对应28～49M)，第三部分编号为2004～2580(对应49～63MHz)，第四部份编号为2580～4014(对应64～98M)，如PHY1(30M模式)仅使用第一部分子载波，其余部分被掩蔽掉，其它模式类推；选定有效子载波后，确定每个子载波上参考相位数据，第一部分子载波上的参考相位数据采用与Homeplug AV的帧控制及数据符号子载波参考相位数据相同，第二部分与IEEE P1901标准相同，第三部分和第四部分子载波上的参考相位数据LoREOC自行定义；确定参考相位后，结合各子载波上的参考相位将前向纠错编码后的数据通过IFFT调制到各个子载波上；对得到的时域数据加入循环前缀并加窗，生成数据OFDM符号完整时域波形。

最后将以上三步得到的前导符号的时域波形、帧控制正交频分复用符号和数据正交频分复用符号组成完整LoREOC物理帧并进行发送，首先发送的是前导符号，接着是帧控制正交频分复用符号，然后是数据正交频分复用符号，各部分数据之间由于加窗而产生部分数据重叠。

下面结合具体实施例，详细说明本发明提供的基于EOC技术实现的适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法，具体包括以下步骤：

步骤1：前导符号的时域波形的生成。

步骤1.1：根据带宽模式确定有效的子载波编号。有效子载波可以分为四个部分，第一部分编号为26～143(对应5MHz～28MHz)，第二部份编号为144～251(对应28MHz～49MHz)，第三部分编号为252～322(对应49MHz～63MHz)，第四部份编号为323～502(对应64MHz～98MHz)。如PHY1(30M模式)仅使用第一部分子载波，其余部分被掩蔽掉，其余模式类推。

步骤1.2：根据不同的带宽模式，对选定的子载波加载参考相位数据。第一部分子载波上的参考相位数据采用与Homeplug AV相同，第二部分子载波的参考相位数据与IEEE P1901标准相同，第三部分和第四部分子载波的采用LoREOC根据以下公式定义的参考相位数据：

φ_float(9)＝0；

for k＝10：511

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}\left(k\right)=({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}(k-1)-\frac{k-11}{512-11+1}\×2\mathrm{\π})\mathrm{mod}2\mathrm{\π}$

end

for k＝256：511

end

步骤1.3：通过以下公式描述的变换生成前导OFDM时域波形数据，

$S_{\mathrm{SYNCP}}\left[n\right]=\frac{1}{\sqrt{N_{\mathrm{SYNCP}}}}\underset{{k\∈K}_{\mathrm{ToneMask}-0}}{\mathrm{\Σ}}\cos (\frac{2\·\mathrm{\π}\·k\·n}{N_{\mathrm{SYNCP}}}+\mathrm{\φ}\left(k\right)),\mathrm{for}0\≤n\≤N_{\mathrm{SYNCP}}-1$

这里K_ToneMask-0表示由步骤1.1确定的有效子载波集合，k为集合K_ToneMask-0的索引，k＝0对应D.C(直流)，N_SYNCP在系统采样率100MHz下取512，200MHz下取1024。

步骤1.4：对得到的前导符号时域数据进行重复处理，重复方式通过以下公式描述，

$S_{\mathrm{Preamble}\_r}\left[n\right]=\left\{\begin{array}{cc}{S}_{\mathrm{SYNCP}}\left[(n+\frac{N_{\mathrm{SYNCP}}}{2})\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{SYNCP}}\right]& \mathrm{for}0\≤n\≤7.5\·N_{\mathrm{SYNCP}}-1\\ S_{\mathrm{SYNCM}}\left[(n+\frac{N_{\mathrm{SYNCP}}}{2})\mathrm{mod}{N}_{\mathrm{SYNCP}}\right]& \mathrm{for}7.5\·N_{\mathrm{SYNCP}}\≤n\≤10\·N_{\mathrm{SYNCP}}-1\end{array}\right.$

其中，S_SYNCM[n]＝-S_SYNCP[n]  for0≤n≤N_SYNCP-1。

步骤1.5：对步骤1.4得到的前导时域数据进行加窗，S_Preamble[n]＝S_{Preame_r}[n]·w_Preamble[n] for0≤n≤N_SYNCP-1

其中，

$w_{\mathrm{Preamble}}\text{=}\left\{\begin{array}{cc}{w}_{\mathrm{rise}}\left[n\right]& \mathrm{for}0\≤n\≤\mathrm{RI}-1\\ 1& \mathrm{forRI}\≤n\≤10\·N_{\mathrm{SYNCP}}-\mathrm{RI}-1\\ w_{\mathrm{fall}}[n-(10\·N_{\mathrm{SYNCP}}-\mathrm{RI})]& \mathrm{for}10\·N_{\mathrm{SYNCP}}-\mathrm{RI}\≤n\≤10\·N_{\mathrm{SYNCP}}-1\end{array}\right.$

$w_{\mathrm{rise}}\left[n\right]=\left\{\begin{array}{cc}\frac{0.20}{70\×M}\×n& \mathrm{for}0\≤n\≤70\×M-1\\ 0.20+\frac{0.60}{355\×M}\×(n-70\×M)& \mathrm{for}70\×M\≤n\≤425\×M\\ 0.80+\frac{0.20}{70\×M}\×(n-425\×M)& \mathrm{for}425\×M+1\≤n\≤\mathrm{RI}-1\end{array}\right.$

w_fall＝1-w_rise[n]       for0≤n≤RI-1

在系统采样率100MHz时M值取1，200MHz时M值取2。加窗后得到图2的LoREOC帧结构确定的完整前导波形。

步骤2：帧控制OFDM符号的生成。

步骤2.1：根据带宽模式确定有效的子载波编号。有效子载波可以分为四个部分，第一部分编号为205～1143(对应5MHz～28MHz)，第二部份编号为1144～2003(对应28MHz～49MHz)，第三部分编号为2004～2580(对应49MHz～63MHz)，第四部份编号为2580～4014(对应64MHz～98MHz)。如PHY1(30M模式)仅使用第一部分子载波，其余部分被掩蔽掉，其余模式类推。

步骤2.2：根据步骤2.1确定有效子载波数，再根据有效子载波数确定帧控制信息编码比特的复制次数。如在采取PHY1的30M模式下，有效子载波数为939，帧控制信息编码后比特数为256，每个子载波上承载两个比特，因此，部分帧控制比特将被复制8次，另一部分复制7次。

步骤2.3：采用与Homeplug AV相同的复制方式，将帧控制数据复制根据步骤2.2确定的次数，然后映射到各个子载波，映射过程中，映射参考相位的选取遵从如下规则：步骤2.1中描述的第一部分子载波与HomeplugAV的205～1128子载波的参考相位相同，第二部分子载波与IEEE P1901中的FFT-PHY物理层相位参考相同，第三部分和第四部分子载波的参考相位LoREOC通过以下公式定义：

φ_float(73)＝0；

for k＝74：4095

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}\left(k\right)=({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}(k-1)-\frac{k-74}{4096-74+1}\×2\mathrm{\π})\mathrm{mod}2\mathrm{\π}$

end

for k＝2048：4095

end

步骤2.4：通过IFFT得到时域样值，遵照以下公式，

$S_{\mathrm{FC}}\left[n\right]=\frac{w\left[n\right]}{\sqrt{T}}\underset{{k\∈K}_{\mathrm{BRFFT}}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\α}\left(d\right)\·\cos (\frac{2\·\mathrm{\π}\·k\·(n-{\mathrm{GI}}_{\mathrm{FC}}-\mathrm{RI})}{T}+\mathrm{\φ}\left(k\right)+\mathrm{\θ}\left(d\right))$

for 0≤n≤T+GI_FC+RI-1

$w\left[n\right]\text{=}\left\{\begin{array}{cc}{w}_{\mathrm{rise}}\left[n\right]& \mathrm{for}0\≤n\≤\mathrm{RI}-1\\ 1& \mathrm{forRI}\≤n\≤T+{\mathrm{GI}}_{\mathrm{FC}}-1\\ w_{\mathrm{fall}}[n-\left(T{+\mathrm{GI}}_{\mathrm{FC}}\right)]& \mathrm{forT}{+\mathrm{GI}}_{\mathrm{FC}}\≤n\≤T+{\mathrm{GI}}_{\mathrm{FC}}+\mathrm{RI}-1\end{array}\right.$

参数GI、GI_FC、T参照表1，K_BROFDM步骤2.1确定的所有可用子载波的集合，k是K_BROFDM中值得一个索引，k＝0为D.C.，φ(k)为子载波参考相位，同步骤3.2，α(d)和θ(d)分别为帧控制数据的调制幅度和相位。w[n]为窗函数，参照步骤1.5中的窗函数和表1中的参数。最后获得如图2帧结构中的帧控制符号部分。

步骤3：数据OFDM符号的生成。

步骤3.1：根据带宽模式确定有效的子载波编号。有效子载波可以分为四个部分，第一部分编号为205～1143(对应5～28MHz)，第二部份编号为1144～2003(对应28～49M)，第三部分编号为2004～2580(对应49～63MHz)，第四部份编号为2580～4014(对应64～98M)。如PHY1(30M模式)仅使用第一部分子载波，其余部分被掩蔽掉，其余模式类推。

步骤3.2：对数据比特采用与Homeplug AV相同的方式进行FEC处理，映射过程中，映射参考相位的选取遵从如下规则：步骤3.1中描述的第一部分子载波与HomeplugAV的205～1128子载波的参考相位相同，第二部分子载波与IEEE P1901中的FFT-PHY物理层相位参考相同，第三部分和第四部分子载波的参考相位LoREOC通过以下公式定义：

φ_float(73)＝0；

for k＝74：4095

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}\left(k\right)=({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}(k-1)-\frac{k-74}{4096-74+1}\×2\mathrm{\π})\mathrm{mod}2\mathrm{\π}$

end

for k＝2048：4095

end

结合各子载波上的参考相位将FEC后的数据通过IFFT调制到各个子载波上。

步骤3.3：经过IFFT得到的时域样值，遵照以下公式，

$S_{\mathrm{Data}}\left[n\right]=\frac{w\left[n\right]}{\sqrt{T}}\underset{k\∈K}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\α}\left(d\right)\·\cos (\frac{2\·\mathrm{\π}\·k\·(n-\mathrm{GI}-\mathrm{RI})}{T}+\mathrm{\φ}\left(k\right)+\mathrm{\γ}\left(d\right))$

for 0≤n≤T-1

$w\left[n\right]\text{=}\left\{\begin{array}{cc}{w}_{\mathrm{rise}}\left[n\right]& \mathrm{for}0\≤n\≤\mathrm{RI}-1\\ 1& \mathrm{forRI}\≤n\≤T+\mathrm{GI}-1\\ w_{\mathrm{fall}}[n-\left(T+\mathrm{GI}\right)]& \mathrm{forT}+\mathrm{GI}\≤n\≤T+\mathrm{GI}+\mathrm{RI}-1\end{array}\right.$

参数GI、RI和T参照表1，K为步骤3.1确定的所有可用子载波的集合，k是K中值得一个索引，k＝0为D.C.，φ(k)为子载波参考相位，由骤3.2确定，α(d)和γ(d)分别为有效数据的调制幅度和相位。w[n]为窗函数，参照步骤1.5中的窗函数和表1中的参数。最后获得如图2帧结构中的数据符号部分。

步骤4：将步骤1、2、3得到的前导符号的时域波形、帧控制正交频分复用符号和数据正交频分复用符号组成完整LoREOC物理帧并进行发送，首先发送的是前导符号，接着是帧控制正交频分复用符号，然后是数据正交频分复用符号，各部分数据之间由于加窗而产生部分数据重叠，参照图2和图3。

通过以上步骤产生的LoREOC物理帧，不同模式下具有相同的时域帧结构，在充分利用了我国有线电视分配网中的频率资源的情况下，还保证了不同模式间的向下兼容，实现了各种模式之间前导符号可以相互检测，帧控制信息可以相互解调解码，大带宽模式可以对小带宽模式下的数据进行解调解码。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法，其特征在于，该方法基于EOC技术实现，包括：

配置采用正交频分复用调制技术的四种带宽模式；

基于该四种带宽模式生成前导符号的时域波形、帧控制正交频分复用符号和数据正交频分复用符号；

将生成的前导符号的时域波形、帧控制正交频分复用符号和数据正交频分复用符号进行组合，形成完整的LoREOC物理帧；以及

利用该LoREOC物理帧进行数据传输，实现适用于有线电视网络双向传输的数据传输。

2.根据权利要求1所述的适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法，其特征在于，所述配置采用正交频分复用调制技术的四种带宽模式的步骤包括：

配置采用正交频分复用调制技术的30M带宽模式、50M带宽模式、65M带宽模式和100M带宽模式四种带宽模式，其中，30M带宽模式的编号为PHY1，频段划分为5MHz至30MHz，物理层兼容HomeplugAV标准，但去掉其中涉及的ToneMask；50M带宽模式的编号为PHY2，频段划分为5MHz至50MHz，物理层兼容IEEE P1901的FFT-PHY标准，但去掉其中涉及的ToneMask；65M带宽模式的编号为PHY3，频段划分为5MHz至65MHz，物理层由LoREOC标准自行定义；100M带宽模式的编号为PHY4，频段划分为5MHz至100MHz，物理层由LoREOC标准自行定义。

3.根据权利要求2所述的适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法，其特征在于，所述四种带宽模式中，PHY1、PHY2和PHY3均是PHY4的子集，PHY1和PHY2均是PHY3的子集，PHY1是PHY2的子集。

4.根据权利要求1所述的适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法，其特征在于，所述基于该四种带宽模式生成前导符号的时域波形的步骤包括：

根据该四种带宽模式确定有效的子载波编号，然后根据该四种带宽模式中不同的带宽模式对选定的子载波加载调制数据；

对调制好的频域数据进行IFFT变换生成正交频分复用时域波形数据；以及

对得到的前导符号时域数据进行重复处理，得到完整前导波形。

5.根据权利要求4所述的适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法，其特征在于，所述根据该四种带宽模式确定有效的子载波编号，然后根据该四种带宽模式中不同的带宽模式对选定的子载波加载调制数据，具体包括：

根据该四种带宽模式将有效子载波分为四个部分：第一部分编号为26～143，对应5MHz～28MHz；第二部份编号为144～251，对应28MHz～49MHz；第三部分编号为252～322，对应49MHz～63MHz；第四部份编号为323～502，对应64MHz～98MHz；

第一部分子载波上的参考相位数据采用与HomeplugAV相同的参考相位数据，第二部分子载波的参考相位数据采用与IEEE P1901标准相同的参考相位数据，第三部分和第四部分子载波的采用LoREOC根据公式

φ_float(9)＝0；

for k＝10：511

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}\left(k\right)=({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}(k-1)-\frac{k-11}{512-11+1}\×2\mathrm{\π})\mathrm{mod}2\mathrm{\π}$

end                            定义的参考相位数据。

for k＝256：511

end

6.根据权利要求1所述的适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法，其特征在于，所述基于该四种带宽模式生成帧控制正交频分复用符号的步骤包括：

根据该四种带宽模式确定有效的子载波编号；

根据有效的子载波编号确定有效子载波数，再根据有效子载波数确定帧控制信息编码比特的复制次数；

采用与Homeplug AV相同的复制方式，将帧控制数据复制该确定的复制次数，然后调制到各个子载波；以及

通过IFFT得到时域样值，然后加入循环前缀并加窗，生成帧控制OFDM符号时域波形，即帧结构中的帧控制符号部分。

7.根据权利要求6所述的适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法，其特征在于，

所述根据该四种带宽模式确定有效的子载波编号的步骤包括：根据该四种带宽模式将有效子载波可以分为四个部分：第一部分编号为205～1143，对应5MHz～28MHz；第二部份编号为1144～2003，对应28MHz～49MHz；第三部分编号为2004～2580，对应49MHz～63MHz；第四部份编号为2580～4014，对应64MHz～98MHz；

所述采用与Homeplug AV相同的复制方式，将帧控制数据复制该确定的复制次数，然后调制到各个子载波的步骤，包括一映射过程，在该映射过程中映射参考相位的选取遵从如下规则：第一部分子载波与HomeplugAV的205～1128子载波的参考相位相同，第二部分子载波与IEEE P1901中的FFT-PHY物理层相位参考相同，第三部分和第四部分子载波的参考

φ_float(73)＝0；

for k＝74：4095

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}\left(k\right)=({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}(k-1)-\frac{k-74}{4096-74+1}\×2\mathrm{\π})\mathrm{mod}2\mathrm{\π}$

相位LoREOC通过公式end               进行

for k＝2048：4095

end

定义。

8.根据权利要求1所述的适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法，其特征在于，所述基于该四种带宽模式生成数据正交频分复用符号的步骤包括：

根据该四种带宽模式确定有效的子载波编号，并对数据比特采用与Homeplug AV相同的方式进行FEC处理，结合各子载波上的参考相位将FEC处理后的数据通过IFFT调制到各个子载波上；以及

经过IFFT得到的时域样值，加入循环前缀并加窗，生成数据OFDM符号时域波形，即帧结构中的数据符号部分。

9.根据权利要求8所述的适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法，其特征在于，

所述根据该四种带宽模式确定有效的子载波编号，是根据该四种带宽模式将有效子载波分为四个部分：第一部分编号为205～1143，对应5MHz～28MHz；第二部份编号为1144～2003，对应28MHz～49M；第三部分编号为2004～2580，对应49MHz～63MHz；第四部份编号为2580～4014，对应64MHz～98M；

所述对数据比特采用与Homeplug AV相同的方式进行FEC处理的步骤中，包括一映射过程，在该映射过程中映射参考相位的选取遵从如下规则：第一部分子载波与Homeplug AV的205～1128子载波的参考相位相同，第二部分子载波与IEEE P1901中的FFT-PHY物理层相位参考相同，第三部分和第四部分子载波的参考相位LoREOC通过公式

φ_float(73)＝0；

for k＝74：4095

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}\left(k\right)=({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{float}}(k-1)-\frac{k-74}{4096-74+1}\×2\mathrm{\π})\mathrm{mod}2\mathrm{\π}$

end                     进行定义。

for k＝2048：4095

end

10.根据权利要求1所述的适用于有线电视网络双向传输的数据传输方法，其特征在于，所述将生成的前导符号的时域波形、帧控制正交频分复用符号和数据正交频分复用符号进行组合，形成完整的LoREOC物理帧，以及利用该LoREOC物理帧进行数据传输，具体包括：

将得到的前导符号的时域波形、帧控制正交频分复用符号和数据正交频分复用符号组成完整LoREOC物理帧并进行发送，首先发送的是前导符号，接着是帧控制正交频分复用符号，然后是数据正交频分复用符号，各部分数据之间由于加窗而产生部分数据重叠。

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