实现下一代同轴以太网技术的系统物理层及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及同轴以太网技术，特别是涉及一种实现下一代同轴以太网技术的系统物理层及其实现方法。
【背景技术】
[0002]同轴电缆是实现有线电视信号接入的主要介质，视频、音频、高清数字电视、3D视频等的融合构成当今家庭有线电视的基本需求，基于有线电视网络构建的宽带服务业务正是同轴以太网网技术的魅力所在。高吞吐率是同轴以太网提供高可靠性和高覆盖率的基础，然而，存在于同轴电缆中的频率选择性信道和各种噪声是实现同轴以太网通信的主要挑战。
[0003]中国广电总局于2013年颁布了有线电视同轴电缆宽带接入E0C标准C-HPAV(标准号GY/T 269—2013)Χ-ΗΡΑν是源于IEEE 1901标准，并进行了扩充。然而，随着服务需求的增加，C-HPAV技术已经很难满足人们的需求。当前，对于下一代C-HPAV标准(C-NGHPAV)的技术愿景已经确定，物理层(PHY)由C-HPAV1.0的PHY与扩展PHY组成。其中，C-HPAV1.0的PHY符合GY/T 269-2013的规定。扩展PHY包括:扩展系统工作频率范围，LDPC前向纠错编码方式，支持增强 OFDM (Orthogonal Frequency Divis1n Multiplexing，正交频分复用)调制模式与传输机制。然而新技术在增强PHY鲁棒性的同时却损失了部分吞吐率。
[0004]图1为现有技术中之基于滤波器的正交频分复用系统架构的示意图，如图1所示，将两路经过CP-0FDM((循环前缀Cyclic Prefix, CP)处理之后的数据相加，相加之后的符号序列实现了固定频段内异构子带填充，实现两路直接相加的条件是CP-0FDM(循环前缀Cyclic Prefix, CP)输出采样率一致。
[0005]C-HPAV 1.0利用基础信道通信，C-NGHPAV利用扩展信道通信。MAC将基础信道和扩展信道的MPDU (Media Protocol Data Unit，媒体协议数据单元)分别送到FECI (ForwardError Correct1n，前向纠错)和FEC2。不同信道根据具体需要采用不同长度的IFFT (快速傅里叶逆变换)实现不同的子载波带宽，利用IFFT符号映射的位置来实现基础信道频带和扩展信道频带的划分。经过0FDM调制后的符号序列利用FIR(Finite Impulse Response，滤波器)对带外进行有效抑制，使得子带之间的干扰最小，以及保证没有子载波功率损失，两路信号相加后耦合到同轴电缆内传输。接收机经过模拟前端以及ABB得到基带信号，利用不同的FIR(Finite Impulse Response，有限脉冲响应滤波器)对基础信道和扩展信道的符号序列进行提取，此处的FIR需要很高的阶数，固采用频域滤波。不同信道的符号序列经过解调处理和译码，最后，将译码结果送回MAC。
[0006]目前，MAC(Media Access Control媒体介入控制层)层多址方式为TDMA(TimeDivis1n Multiple Access，时分多址)，双工方式为 TDD (Time Divis1n Duplexing，时分双工技术)。C-HPAV1.0采用基础信道通信，C-NGHPAV采用扩展信道通信，后者的优先级高。当两代CNU(Coaxial_Cable Network Unit，同轴网络单元)同时对具有扩展信道功能的CLT(Coaxial-cable Line Terminal，同轴线路终端)发出请求的时候，需要通过基于优先级的CSMA(Carrier Sense Multiple Access，载波侦听多路访问)方式竞争初始接入信道。延长了系统响应时间，降低了系统吞吐率。
[0007]另外，现有技术中，FFT (Fast Fourier Transformat1n，快速傅里叶变换)输出符号需要经过加窗处理或者升余弦滤波器成型输出，使得频带开槽处的带外得到抑制。但是，这种成型技术的效果受限于滚降因子，滚降因子增加则带外抑制明显，但是，却以延长符号持续时间为代价，降低了系统吞吐率。
【发明内容】
[0008]为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种实现下一代同轴以太网技术的系统物理层及其实现方法，其利用基于滤波器的正交频分复用技术作为PHY的基础波形，修改MAC在不同版本的CNU在初始接入信道时的逻辑关系，减少了系统响应时间；同时使基础信道和扩展信道在信道间隔为一个子载波间隔时同时通信，提高了物理层吞吐率，使得扩展信道的所有子带并行发送，子带之间的间隔大小和子载波开槽数目相等，提升了系统吞吐率。
[0009]为达上述及其它目的，本发明提出一种实现下一代同轴以太网技术的系统物理层，包括基础信道和扩展信道，发射机的MAC将经过模拟前端和模拟基带处理得到的基础信道和扩展信道的媒体协议数据单元分别送到基础信道的前向纠错处理单元和扩展信道前向纠错处理单元，各自经过基础信道串并转换和扩展信道串并转换后，该基础信道经过IFFT和加窗处理完成CP-0FDM调制，该扩展信道将符号分别映射到不同的IFFT完成F-0FDM调制，经过0FDM调制后的符号序列分别利用基础信道有限脉冲响应滤波器和扩展信道有限脉冲响应滤波器对带外进行有效抑制，两路信号相加后得到基带信号，该基带信号经过模拟前端调制后耦合到同轴电缆内传输；接收机经过模拟前端以及模拟基带处理得到基带信号，利用基础信道有限脉冲响应滤波器和扩展信道有限脉冲响应滤波器对基础信道和扩展信道的符号序列进行提取，该基础信道的符号序列经过FFT完成CP-0FDM解调，扩展信道的符号序列经过相应的FFT完成F-0FDM解调，解调后的信号分别经基础信道和扩展信道并串转换后各自再经过基础信道的前向纠错处理单元和扩展信道前向纠错处理单元后完成译码，将译码结果送回MAC。
[0010]进一步地，C-HPAV 1.0利用基础信道通信，支持7.6MHz?30MHz频带，可选支持7.6MHz?65MHz频带，C-NGHPAV利用扩展信道通信，扩展信道的频段可在65MHz?1GHz内灵活选定。
[0011]进一步地，该系统应用于有线电视网络，该有线电视网络包含同轴线路终端与同轴网络单元。
[0012]进一步地，当同轴线路终端具有扩展信道功能，同轴网络单元中包含两代产品，在进行上行通信的时候，两代同轴网络单元同时对同轴线路终端进行信息回传，该同轴线路终端利用F-0FDM架构中的有限脉冲响应滤波器对基础信道和扩展信道分别提取，无需通过基于优先级的CSMA方式竞争初始接入信道，下一代同轴网络单元可以同时利用基础信道和扩展信道进行通信。
[0013]进一步地，在下行通信的时候，同轴线路终端对上一代同轴网络单元传输数据时，只需使能基础信道链路即可，对下一代同轴网络单元传输数据时，基础信道和扩展信道可以同时工作，此时下一代同轴网络单元可以利用并行原理同时接收基础信道和扩展信道的信号，在MAC处做合并。
[0014]进一步地，当该同轴线路终端不具有扩展信道功能，同轴网路单元中包含两代产品，上行通信时，下一代同轴网络单元仅需使能基础信道，下行通信时，下一代同轴网络单元无需做特殊处理。
[0015]进一步地，该基础信道和扩展信道在信道间隔为一个子载波间隔时同时通信。
[0016]进一步地，该系统使扩展信道的所有子带并行发送，子带之间的间隔大小和子载波开槽数目相等。
[0017]为达到上述目的，本发明还提供一种实现下一代同轴以太网技术的系统物理层的实现方法，包括如下步骤:
[0018]步骤一，发射机的MAC将经过模拟前端和模拟基带处理得到的基础信道和扩展信道的媒体协议数据单元分别送到基础信道的前向纠错处理单元和扩展信道前向纠错处理单元，各自经过基础信道串并转换和扩展信道串并转换；
[0019]步骤二，基础信道经过IFFT和加窗处理完成CP-0FDM调制，扩展信道不同子带经过对应的FIR提取后，经过相应的IFFT处理，完成F-0FDM调制；
[0020]步骤三，经过0FDM调制后的符号序列分别利用基础信道有限脉冲响应滤波器和扩展信道有限脉冲响应滤波器对带外进行有效抑制，使得子带之间的干扰最小，使得基础信道和扩展信道之间的干扰最小，以及保证没有子载