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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于COFDM的有线网络双向通信平台的研究 姓名：崔太有 申请学位级别：硕士 专业：半导体芯片系统设计与工艺 指导教师：刘卫忠 20070607 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘 要 随着因特网的迅速发展、IPV6 的应用和新业务的不断出现，导致现代社会对带宽 和综合业务的需求越来越大。一个高度集成化的信息终端可减少用户的投入费用且可 以使人们得到可靠而快速的文字及音视频信息。 CATV 宽带接入技术为解决这一问题提供了一个性价比高的方案。由于此项技术 充分利用了 CATV 的网络带宽，加上传输介质
2、的先天优势，它已成为最具吸引力的技 术之一。CATV 宽带接入网络中，上行信道的接入技术是最关键的技术，是双向数字 电视机顶盒技术的研究热点，也是 CATV 接入网技术的研究重点。接入技术的优劣直 接关系的网络的性能，并且关系到网络的控制。 通过对上行噪声的分析给出可能解决噪声太大的方法，将现有的有线电视网现有 的回传方案进行比较，进而得出各个方案的特点及现阶段最有研究价值的方案。通过 对 RS 码、Viterbi 算法以及 OFDM 编码的研究，给出 COFDM 编码的具体方法，通过 用软件 Matlab 仿真系统的实际性能， 可清楚地看到编码对系统性能提升的影响， 得出 方案的的可行性结论
3、。另外，以一款 ARM 芯片为核心，利用它的各种接口，结合其 它模块加上适当的外围电路，开发了整个有实际意义的硬件平台。采用的编码技术， 使平台可以根据传输介质的不同及噪声的不同方便地进行优化处理，从而达到最好的 效果。当技术进一步提高后完全可以给出商用化的低成本解决方案，本系统可集成应 用到新一代的机顶盒系统中，实现各种交互式功能。 关键词：关键词：有线网络 编码正交频分复用 双向机顶盒 上行回传 交互式 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract The application and new business of
4、 IPV6 appear with the rapid growth of the Internet, which cause the rely on the bandwidth and integrated services in modern society. A integrated terminal with information inside can reduce the cost of users and enable people to receive the reliable text audio and video information in a short time.
5、CATV broadband access technology can show us a high cost-effective scheme to solve this problem. As this technology makes full use of CATV network bandwidth and the inherent merits of the medium for transmission, it has become one of the most attractive technologies over the world. Uplink channel ac
6、cess technologies is the key point of the CATV broadband access network and is also the two-way digital TV set-top-box technology research focus. Access technologies directly relate to the performance and the control of network. By analysising HFC Channel features especially the uplink noise and the
7、 existing traditional schemes used in cable television network, the advantage and disadvantage of them can be see obviously and the most valuable scheme emerged. The research of the RS code, the Viterbi algorithm and OFDM system show that the process of COFDM system that can used for the communicati
8、on in the upload channel. The improve of performance of the coding system can be clearly see by simulation of the actual system performance using Matlab, then got the feasible scheme. Finally, we choose a chip that based on the ARM core, and use its various interface, develop the entire hardware pla
9、tform. The coding techniques used in the platform makes it optimized according to different transmission media and channel noise, so as to achieve the best performace. When technology to be further improved, it is entirely a low-cost business solutions. This platfrom can be integrated in the new gen
10、eration of set-top-box system which can achieve various interactive functions. Keyword: Cable Television COFDM two-way set-top-box uplink interactive 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做 出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。
11、 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许 论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。 保 密，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学
12、 位 论 文 1 1 绪 论 1.1 引言 机顶盒传统的说法是： “置于电视机顶上的盒子” 。它是利用有线电视网络作为传 输平台，电视机为用户终端，以提高现有电视机的性能或增加其功能。实际上 1998 年我国已启动了机顶盒市场，但是这个市场主要是配合“远程教育”和“村村通”两 项工程，机顶盒还都是基于卫星接收的，它与有线机顶盒的区别在于一般不带条件接 收，而且不提供交互式功能。由于功能和用途不同，使得“机顶盒”这个概念有些模 糊不清。 一般可以分为标准清晰（SD）和高清晰度（HD）两种级别。每种级别按照不同 的功能又可以分为基本型、增强型和高级型1。除此以外，根据传输媒体的不同，数 字电视机顶
13、盒又分为数字卫星机顶盒（DVB-S） 、地面数字电视机顶盒（DVB-T）和 有线电视数字机顶盒（DVB-C）三种。 数字电视已成为当今世界电视发展的趋势2，数字电视机顶盒是信息家电之一， 它能够让用户在模拟电视上看到数字电视节目，享受数字电视的交互功能。许多国家 都已经开始电视的模拟转向数字进程3， 我国主要是以应用带动开发的模式4,5。 目前， 市面上绝大多数机顶盒只具备简单的单向接收功能，如果搭配适当的双向电路，这些 机顶盒就可以成为有回传功能的双向交互式机顶盒。 1.2 双向机顶盒发展现状 双向机顶盒是数字电视发展的必由之路，交互式电视技术是正在发展的新技术， 具有较好的经常效益、 社会
14、效益和广阔的应用前景6。 一方面是由于应用服务的推动， 电视需要新功能7； 另一方面是由于 IP 机顶盒的兴起， IP 数据传输越来越成为数字电 视系统研究的重要内容8。目前已有以有线数字电视机顶盒为基础，通过电话线、有 线电视电缆或者以太网等通道进行回传的双向机顶盒， 其主要应用就是电视点播9,10。 目前采用的回传技术主要有下面几种方式：通过 PSTN 网的电话回传、通过以太 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 网回传、通过 Cable Modem 回传和通过 DAVIC/DVB RC 通道回传。 其中通过 PSTN 网电话回传
15、的方式出现的最早也最容易实现，成本当然也最低， 但有明显缺点：速度慢（由于电话线带宽太小） ，且用户体验差。 CATV 网络 CATV 网络 COMPACT PSTN 混合器音频TS 视频TS 。 。 PSTN 混合器音频TS 视频TS 。 。 图图 1-1 PSTN 网电话回传的示意图 以太网回传技术仅借用了传统以太网的帧和接口，网络结构和工作原理完全不一 样。以太网回传速度快，还可以通过互联网来提供视频点播和上网等交互式应用，且 有强大的网管功能。不过要实现这种功能需要在机顶盒内加上以太网卡，这大大增加 了机顶盒的成本，且需要以太网运营商的配合。 PTSN和以太网方式虽然技术上相对简单和成
16、熟， 但由于涉及到不同营运商开户、 收费等问题，实际推广比较复杂，且难以满足用户高带宽的要求。通过 Cable Modem 的回传方式和通过 DAVIC/DVB RC 通道的回传方式，可以实现快捷、方便的交互式 操作。 Cable Modem的技术实现一般是从50 MHz-750MHz电视频道中分离出一条6MHz （EuroDOCSIS 为 8MHz）的信道用于下行传送数据。通常下行数据采用 64QAM（正 交调幅） 调制方式或 256QAM 调制方式。 上行数据一般通过 5 MHz-42 MHz 之间的一 段频谱进行传送， 为了有效抑制上行噪音积累， 一般选用 QPSK 调制 （QPSK 比 64QAM 更适合噪音环境，但速率较低）11,12。 目前，这种方式给用户提供 10Mbps 上行速率和 38Mbps 的下行速率13。CMTS （Cable Modem 的前端设备）与 CM（Cable Modem）的通信过程为：CMTS 从外界 网络接收的数据帧封装
