DOCSIS技术

DOCSIS技术（共7篇）

DOCSIS技术 篇1

1 DOCSIS3.0简介

20 06年8月6日, 美国有线电视实验室 (Cable Labs) 发布了电缆数据服务接口规范 (Data over Cable Service Interface Specifi cations 3.0) , 即DOCSIS V3.0标准, 其适用于我国的欧洲规范 (即Euro DOCSIS V3.0) 亦同时以附件方式发布。DOCSIS3.0采用了信道绑定方式来提高上/下行传输速率、扩展网络节点传输容量, 规定CM应具有同时接收多个绑定的下行信道和发送多个绑定的上行信道的能力, 绑定信道至少在4个以上, 若下行由4个6MHz带宽信道绑定, 采用256QAM调制时, 可以提供160Mb/s下行速率;上行采用64QAM调制时, 其上行带宽可达到120Mb/s, 我国采用下行信道带宽为8 MHz的欧洲规范, 则4个下行信道绑定的下行速率可高达220Mbps (256QAM) 。为适应信道绑定对频带占用的需要, 规范允许对射频频谱作适当扩展, 将HFC网络的下行频率范围从108～862MHz扩展为108～1002MHz, 上行频率范围可从5～42MHz扩展为5～85MHz。

2 DCC (Dynamic Channel Change) 技术原理及实现

标准情况下C M在加电后会扫描CMTS发出的下行信号, 在同步了下行信息后CM会根据UCD信息获得上行信息并进行上行测距以及参数调整。在未启用DCC技术情况下, CM与CMTS经过下行同步、上行测距、IP地址获得、TOD及注册等一系列交互后, 会一直工作在其最初注册的上下行信道中。该种工作方式实现起来比较简单, 现阶段在广电运营商中应用比较广泛。但是这种方式存在着随着在某一个信道上所工作的CM越来越多, 运营商为用户提供的服务质量受到影响的不利情况。启用DCC技术的主要目的就是一旦某上下行信道中CM数量、带宽使用情况等参数达到CMTS设备负载均衡的启动条件时, CMTS可以根据具体设定来引导该信道中的CM改变上行或下行信道或同时改变上下行信道, 以达到平衡流量, 避免噪声及提高用户体验的目的。这个信道跳转的操作叫做动态信道改变, 简称DCC (Dynamic Channel Change) 。CM信道跳转的过程如下图1所示。

图1中US#1和DS#1分别代表CM跳转前所使用的上行信道和下行信道。T11、T12、T13、T14和T15代表不同的定时器。US#2和DS#2分别代表CM跳转后所使用的上行信道和下行信道。CMTS根据预设跳转条件判断DS#1信道参数达到了DCC跳转条件后, 会根据设定好的跳转参数向CM发RSA-RSP命令, 并通知DS#2和US#2为CM跳转做好预留特定资源的准备。CM在收到RSA-RSP信息后会向CMST发出DSA-ACK信息, 表示CM已经做好跳转准备, T14计时器开始计时。在DS#2和US#2在收CMTS资源预留通知后, 也会为即将跳转的CM预留相应的通信资源并打开T15计时器开始计时。在CM正式进行跳转前会同时收到DS#1及DS#2发来的完全相同的下行数据。当所有准备工作完成后CMTS将会向CM发送DCC-REQ信息。DCC-REQ信息中包括CM跳转后在新信道上所需使用的初始化参数, 以及上行或下行中心频点等与DCC相关的参数。CMTS在发送DCC-REQ后会打开T11和T13定时器。CM收到DCC-REQ后会通过US#1信道向CMTS发送DCC-RSP (Depart) (即DCC离开响应报文) , 之后CM就会在DS#2和US#2上根据情况进行初始化操作 (此初始化操作为可选操作, 如物理参数差距在可接受范围, 则不进行此操作) 。CMTS收到DCC-RSP (Depart) 信息后会关闭T11定时器并根据DCC-RSP (Depart) 信息中所包含的参数通过这些参数来为新信道重新设定T15计时器值, 然后重新开启T15定时器。此后, 如果CM没有成功地在T15时间内完成在新信道上的初始化操作, 新信道便会删除为CM预留的所有资源。如果CM能在T15所设定的时间之内完成新信道上的初始化, CM就会向CMTS发送DCC-RSP (Arrive) (即DCC到达响应报文) , 同时打开T12定时器。CMTS接收到DCC-RSP (Arrive) 后, 会向CM发送DCC-ACK即 (DCC响应报文即) 并且停止T15计时器, DCC-ACK报文的成功发送标志着DCC过程完整结束。T15计时器最小值为4s, 最大值为35s。CMTS会在DS#1和US#1上为该CM保留系统资源直到T13计时器超时。

3 DCC技术实现前提

为了CMTS设备能够通过DCC功能根据本头端下在线CM分布情况及信道带宽利用率等参数进行动态负载均衡调整调整, 以达到对CMTS现有带宽及系统资源利用的最大化, 必须满足以下几个前提条件:

(1) CM必须与跳转前后的上下行信道物理连接。

(2) 共享物理连接的不同上下行信道必须使用不同的频点。

(3) 源与目的信道物理参数必须满足DCC初始化条件。

(4) CM必须支持DCC。

DOCSIS3.0环境下DCC物理连接方式如图2所示。

在实际运营过程中, 应尽量避免CM重新测距注册, 减少CM进行DCC过程中所需的时长。因此运营商在实施负载均衡过程中应尽量满足以下条件:

(1) 跳转前后信道物理信道参数应保持一致, 以避免CM重新测距。

(2) 尽量将CM跳转控制在同一MAC域 (MAC Domain) 中。

(3) CMTS应在所有下行信道采用相同的time stamp和SYNC。

(4) DCC前后CM及CPE所使用的路由必须保持一致, 以保证用户CM及CPE的IP地址不变。

4 DCC应用场景

广电运行商需要DCC应用的主要目的是为用户提供高质量宽带接入服务, 如果在地理位置上某个地方集中了一大批CM, 它们都接到同一个光节点, 为了能够保证服务质量, 就需要使用DCC。这时CM所承担的任务是可以在多个上/下行通道之间切换, CMTS的任务是管理与CM间的通信流量, 并且根据每一个CM所需的资源和当前CMTS可用资源情况在上/下行通道之间动态切换来实现负载均衡, 以提高用户体验。广电运营商可以根据其HFC网络状况, CM用户分布情况及所提供的服务类型来具体规划DCC应用。以下是几种常见的DCC应用场景:

(1) 当某信道中CM数量达到启动负载均衡条件时, 进行DCC跳转。

(2) 当某信道SFID (Service Flow Identifier) 数量达到启动负载均衡条件时, 进行DCC跳转。

(3) 当某信道带宽利用率达到启动负载均衡条件时, 进行DCC跳转。

5 结束语

DCC的主要作用是尽量在不中断业务的前提下对CM的上行/下行进行动态调整。DCC技术的广泛应用将提升CMTS系统的负载均衡能力, 在一定程度上保证了广电运营商的服务质量, 提高了用户体验。随着支持DOCSIS3.0技术的高性能CMTS产品的不断面世, DCC技术发展将会上升到一个新的阶段, 广电运营商为用户提供的服务也必将更加丰富多彩。

DOCSIS技术 篇2

关键词：HFC网络,DOCSIS协议,DOCSIS技术特点

1、前言

2007年3月广电总局发布《有线电视网双向化改造指导意见》,其指导思想是:按照广电总局的统一部署,加快有线电视网络双向化改造步伐,推动有线电视网向双向、交互、多功能方向发展。有线电视网络双向化改造是有线电视广播生存和发展的必然要求。

伴随着“光进铜退”的发展趋势以及各种接入网络新技术的出现,有线电视接入网进入一个快速发展阶段。有线电视网双向化改造必须因地制宜,合理利用现有的有线电视同轴电缆,采用多种双向接入技术。通过有线电视网络双向改造以实现包括视频点播,时移电视,视频通讯(包括电视会议电视短讯、远程教学、远程医疗和保安监控等),电缆话音业务(Cable Vo IP),宽带上网(包括网络游戏、电子商务等)等业务,真正实现多种业务融合。本文主要介绍基于DOCSIS的双向HFC技术方案。

2、基于DOCSIS的HFC网络

HFC网络接入技术是以双向HFC网络为基础,遵循DOCSIS协议,使用Cable Modem(电缆调制解调器),实现用户宽带数据的接入和信息的交互。该方案光传输部分采用不同光通讯的空间分割方式实现上下行信号分离,电缆部分采用频分复用方式实现同缆传输。按我国的国家标准,HFC采用65/87MHz的频率分割,5~65MHz用于上行通道,87~860MHz用于下行通道。

HFC网络接入系统是基于DOCSIS标准来设计的,系统主要由前端的电缆调制解调器局端系统(Cable Modem Terminal System,CMTS)和客户端的电缆调制解调器(Cable Modem,CM)组成,CMTS是作为前端路由器、交换集线器与CATV网络之间的连接设备。CMTS作为系统的核心,提供对CM的SNMP接口,对节点内所有CM进行注册登录、管理和控制。可根据带宽实际消耗情况,自动完成上下行数据传输频率间的转换与平衡分配。能基于信道特征自适应的调整下行发送数据和上行接收数据的调制信号及调制方式。CMTS支持TCP/IP、DHCP、THTP、SNMP等协议,CMTS节点内IP地址由头端DHCP服务器动态获得,通过FE或GE接口与骨干网相连,接入Internet。接入管理系统一般由TFTP服务器、DHCP服务器、TOD服务器等设备组成。CM是用户端的接入设备,负责将用户接入到高速的宽带网中。

3、DOCSIS协议

1998年3月国际电信联盟(ITU)批准了由美国有线电视研究所和一些设备供应商共同拟定的基于电缆的数据服务接口规范(Date Over Cable Service Interface Specification即DOCSIS标准)为有线电视网络传送数据的国际标准。随着时间的推移和技术的发展,先后出台了DOCSIS1.0、DOCSIS1.1、DOCSIS2.0、DOCSIS3.0。

·DOCSIS1.0:确定了CMTS-CM的体系结构,制定了基于TDMA(时分多址)的MAC层和物理层协议,支持高速访问因特网。其下行流量速率约27~36Mbps,上行流量速率约320Kbps~10 Mbps;

·DOCSIS1.1:在DOCSIS1.0基础上增加了Qo S动态分配机制和有效负载包头抑制技术,在DOCSIS1.0基础上提高安全性和更快的上行传输速率;

·DOCSIS2.0:引进先进的物理层调制和多址访问技术,即增加了S-CDMA和A-TDMA工作模式,通过运行6.4MHz带宽信道和64QAM调制技术,增加对称服务能力;

·DOCSIS3.0:增加了信道捆绑技术、IPv6技术、强化了安全和运营支撑等,大幅度提高了上下行带宽。

备注:

1、数据通信中带宽指信号的数据速率即比特率,比特率=信号的符号率×每个符号携带的比特数。根据奈奎斯特定理每Hz承载一个符号,考虑滤波器影响,如上行信号传输中使用25%的平方根升余弦滤波,则有效频带宽度=频带宽度/(1+25%)。每个符号携带比特数取决于采用的调制方式。

2、CM的发射功率范围,TDMA:+8~+58d BmV(QP-SK)、+8~+55d BmV(8QAM、16QAM)、+8~+54d BmV(32QAM、64QAM);S-CDMA:+8~+53d BmV(所有调制方式)。

3、CMTS接收电平(信道总功率):-16~+14 dBmV(信道带宽200KHz),信道带宽每增加一倍,接收电平相应增加3dB。

4、CMTS的发射电平:40~61 dBmV,CM接收电平范

4、基于DOCSIS的HFC网络技术特点

4.1 技术优点

从技术层面上看,DOCSIS是有线电视的运营商和供应商发起的,专门针对有线电视网络制定的标准,针对性强,起步早,技术成熟,标准完善。因此,在技术标准、技术系统框架、组网结构、用户接入方式、设备和网络兼容等方面,具有很大的优势。

4.2 技术局限性及对策

从技术体系上分析,HFC网络因为网络结构的原因,存在一些局限性。有线电视HFC网络以环-星-树形为基本的结构形式,因此在数据带宽、噪声汇聚问题、网络调试和工艺要求以及对称业务的支持等方面,不是特别令人满意。

4.2.1 数据带宽

网络模型假设为每台光发射机带4个光节点、每个光节点覆盖200户、20%宽带用户、50%同时在线,1台CMTS对应1台光发射机,采用DOCSIS2.0标准,下行通道采用256QAM调制方式、8MHz通道带宽,上行通道采用64QAM调制方式、6.4MHz通道带宽,可提供50Mbps下行速率、30Mbps上行速率,则每户下行带宽625Kbps、上行带宽375Kbps。目前EPON的数据传输是对称的1250Mbps,带32个ONU,每个ONU带宽为39 Mbps,如果每个光节点配置一个ONU,同样20%宽带用户、50%同时在线,则每户下行、上行带宽各为1950Kbps。因此,从数据带宽上看,EPON比DOCSIS2.0具有一定的优势。但是EPON也有它的局限性,对于传输交互电视、高清电视,其下行带宽也是远远不够,需要增加大量投入已增加有限的带宽,但采用DOCSIS的HFC网络结构就是上下行不对称,下行可以通过IPQAM等方式,可以传输交互电视、高清电视等大容量内容。另外,DOC-SIS3.0采用频道绑定技术,可以大幅度提高上下行的数据带宽。而且从目前情况看,虽然DOCSIS2.0所提供的数据带宽不如EPON,但完全满足大部分数据用户对带宽的需求。

4.2.2 反向噪声汇聚问题

基于DOCSIS的HFC主要采用点对多点的星/树形网络结构,使多点的回传噪声汇聚到CMTS同一个端口,造成底噪声高,信噪比下降,不容易达到DOCSIS对上行信号的信噪比要求。而且随着DOCSIS版本的升级,传输速率越来越快,要求的信噪比越来越高,因此对网络的要求也就越来越高。应从以下五个方面确保HFC网络建设质量,以解决反向噪声汇聚问题:

第一,网络架构和规划的科学化

根据自身业务发展需要,制定合理的网络架构和网络总体技术规范,明确网络系统的频率配置、技术参数、测量方法和安全要求,对规划设计、工程验收及运营维护有指导性的作用。

第二,网络设计的科学化

网络的设计要符合网络总体技术规范的要求。传输数字信号的双向网络和传输模拟信号的单向网络有很大的不同,最基本的信号电平的概念都要改变,改用功率密度,即每Hz功率。另外,数字信号功率要求和模拟不同,不同的数字调试方式其信号功率也不同。所以,网络设计应依据所传输网上信号类别、按照总体技术规范来进行各个节点的信号设置。

同轴干线网设计应遵循单位增益准则,单位增益是指每个站点的增益精确地补偿了站点之间和站点内部的损耗。正、反向路径均采用单位增益设计,单位增益点的位置选择在站点的输出端口的双向滤波器处。所以系统设计应将所有放大器和光站回传的输入端口的功率都调整为同一电平。用户分配网设计原则是遵循30d B准则和6d B准则。即损耗最大的用户的回传路径损耗控制在30d B以下,并且所有用户的回传损耗差异不超过6d B。

第三,器材选型的科学化

从用户端到系统头端整个回传系统所经过的设备种类很多,任何一个环节的设备出现问题,都会影响到整个回传通道传输质量。因此,应该根据当地经济实力状况,结合总体技术规范要求,科学合理地选择网络设备器材。

第四,设备调试和施工的规范化

设备调试和施工的规范化直接影响网络的质量和可靠性。设备调试包括正反向通道的调试,要根据数字信号和反向通道的要求进行正确的调试,严格按照单位增益法来调试并设置参数,注意保持各点回传上一个节点的信号的一致性。施工的规范化更为重要,需要注意细节,包括分支分配器的安装,电缆的敷设,尤其是电缆连接器的制作。

第五,持续维护的规范化

网络的持续维护实际是长期保证网络的质量和可靠性最重要的环节。但由于观念、习惯和资源等原因,这也是容易被忽视和最难实施的环节。对于一个双向网络,有些问题在施工和验收中不一定能及时发现,如反向噪声。一个新建网络,用户少时,测试指标往往很高,但随用户逐步增加,或时间长了,在回传端口会冒出许多噪声。原因是不断增加的噪声源头、隐蔽施工的质量问题和网络老化带来的质量下降等。

可从两个方面进行综合整治,一是链路调试,主要是反向通道。二是工艺状况,性能不好的或老化的分支分配器、电缆连接器、电缆都可能因为阻抗匹配问题、屏蔽问题以及连接的配合问题,对网络造成损伤。可通过对网络底噪声的测试以及调制误差率、误码率的测试,解决以上问题。

5、结语

实践证明,DOCSIS作为有线电视双向网技术方案,不管从技术标准、设备兼容性,还是网络实际组网经验,都具有较强的优势,是有线电视双向网改造建设较为成熟可行的技术方案。

参考文献

[1]、唐明光、金乃辉、周东著:《有线电视宽带HFC网络技术》

[2]、李桂玖、王朔、刘波著:《双向HFC网络设置与调试》

DOCSIS技术 篇3

2009年4月, 国家广电总局科技司颁布了《面向下一代广播电视网 (NGB) 电缆接入技术 (EoC) 需求白皮书》[1], 描述了基于EoC的有线电视宽带接入网络结构、业务类型和应用场景, 从信道带宽需求、物理层需求、MAC层需求、以太网支持能力、接入设备需求等方面对EoC技术进行了规范。目前, EoC标准众多, 包括Home Plug AV, Home Plug BPL, Home P-NA, MoCA和WiFi降频, 以及广电总局的广科院研发的HINOC等。除了HINOC还处于标准制定和芯片研制阶段, 其他的标准已经商用, 技术上各有优劣[2], 在各地广电网络中有一定的应用, 但总体来说这几种技术都会带来网络结构复杂化的诸多弊端:

1) 上述技术除MoCA外, 均是从其他行业或介质转至同轴电缆, MoCA最初也只是用于解决家庭内容互联, 使用中同样存在着各厂商兼容与在广电行业中的发展问题。

2) 在ONU后必须部署Eo C头端设备, 由于其工作环境的适应性问题, 将会降低网络的安全性和可靠性, 且网改成本亦不可低估。另外, PON+EoC模式在实际部署中, 需要在EoC头端即楼道位置部署ONU、EoC头端、放大器等多个有源设备, 对楼道机箱要求提高很多, 很多老楼盘无法提供理想的安装设施, 由于EoC的技术标准不统一, 所以目前很少有集成ONU的EoC头端设备, 更何况ONU本身也存在与多厂商OLT对接的问题。

3) 上述EoC技术大多采用了OFDM调制方式, OFDM的优点是克服了电力线、电话线和无线线路造成的多径干扰, 但将其用于同轴电缆线路, 传输效率远不如QAM调制方式。OFDM的传输效率在50%左右, 而DOCSIS约为80%。

4) 将基于双绞线的Home PNA和基于电力线的HomePlug技术移植到有线电视的同轴电缆上, 尽管传输特性会比电话线或电线有所改善, 但同轴电缆的频谱资源仍未得到充分利用, 即便是在DOCSIS里被认为资源紧张的5~65 MHz上行频谱中, 也只利用了干扰较多的30 MHz以下频段来进行双向通信, 频谱资源浪费, 传输速率不高。因此, 这两种原本是基于电信和电力固有网络资源开发的技术, 要移植到有线电视网上并非网络改造良策。

PON+EoC方案也面临诸多挑战, 最令人担忧的莫过于技术标准不统一, 各种EoC技术各自发展、互不兼容, 且其MAC层协议没有动态QoS的控制能力, 其通信质量和网络可靠性难以保证。随着广电网络的整合, EoC标准不统一对于广电网络的互通、升级和维护以及整个产业链的健康发展带来了较大困扰。

源自广电行业内的DOCSIS可以提供标准化的解决方案, 实现不同厂商设备的良好互通, 并具备面向话音业务的标准化QoS, 因此受到广电有线运营商的青睐。早在1997年, DOCSIS 1.0发布以后, 我国利用DOCSIS标准的改造进程几乎与世界同步, 并在深圳、江门等少数沿海城市得到较为成功的运用。到目前, 北京、上海、深圳、广州等多个重要城市的双向改造正在使用的技术就是DOCSIS。

不过, 早期的DOCSIS技术是为大规模用户、大面积覆盖而设计的, 对于中国一个光站只带几十上百的用户而言, 采用DOCSIS技术的成本是巨大的。将EP-ON和DOCSIS结合起来, 形成一种集成ONU功能的新的经济实惠的EoC技术, 解决以上各类问题, 因此诞生了DOC-SIS EoC新技术[3,4]。

2 集成EPONONU与DOCSIS的EoC新技术

2.1 基本设计思路

该方案可在多用户居住单元 (Multiple Dwelling Unit, MDU) 中部署DOCSIS, 其基本设计思路是, 利用OLT引擘实现流量分类和交换功能, DOCSIS Eo C同轴缆媒体转换器 (CMC) 集成光网络单元 (ONU) 与mini CMTS功能, 用更短的电缆走线和简化的MAC和PHY功能, 提供从EPON到DOCSIS域的桥接功能, 实现DOCSIS CMTS MAC和PHY功能。其网络架构如图1所示[4]。

光网络和有线电视网络协议栈如图2所示[4]。DOCSIS协议终止于用户所处的位置, 用户可拥有标准的、通过DOC-SIS认证的CM, 或含有嵌入式DOCSIS CM的机顶盒。

2.2 DOCSIS EoC上行PHY

DOCSIS EoC使用SCDMA, 采用正交码, 提供可靠的有线电视调制解调器传输。通过可选择的主动编码 (SAC) 技术, 实现同时检测和避开窄带与宽带侵入噪声, 使运营商最大限度地利用DOC-SIS EoC应用的上行通道带宽。

2.3 DOCSIS EoC下行PHY

DOCSIS EoC在6 MHz的下行信道中可提供50 Mbit/s的线路速率, 相比256QAM模式有25%的改进。CMC支持DOCSIS 3.0和DOCSIS 2.0运行。

2.4 DOCSIS EoC MAC层QoS技术

DOCSIS EoC为端到端的Qo S提供了两级解决方案:第一级是在PON上, 客户业务被分成组, 每组分配有保证的带宽和延迟参数;第二级是在DOCSIS MAC上, 针对每个用户、每种业务为其上下行方向提供调度和整形。DOCSIS同轴电缆网和CMC在两个QoS域之间提供桥接, 如图3所示[4]。

DOCSIS利用业务流量标识符, 针对每个用户和每种业务单独调度数据包, 通过该方法, CMC可以针对每个用户和每种业务提供服务级别协议 (SLA) 。CMC可以针对每种业务监视用户的性能, 业务可以通过静态配置建立, 这样所有用户共用一个配置, 或动态地基于每个用户的要求建立, 这样每个用户将使用独立的配置, 业务流一旦建立, 用户就拥有了最小带宽保证、最大带宽和延时级别等限制。上述CMC所提供的精确的带宽管理能力减少了网络对昂贵的流量管理设备 (如BRAS) 的需求。

因为DOCSIS在上行和下行方向均采用频分多路复用 (FDM) , 所以通过标准QAM或DOCSIS IP视频提供视频业务都是可能的。不间断的下行FDM和针对组播、单播视频的隔离的业务流为高质量视频入户提供了保障。

3 组网及网络管理方案

3.1 应用场景

集成EPON ONU与DOCSIS的EoC可适应于大、中、小3种HFC网络应用。

1) 住户分散的情况

对于住户分散的别墅、城镇的HFC网, 或者资金有限, 又希望为规模扩展提供基础的运营商, 可以按以下组网方案 (见图4) 进行双向网改。

图4中, 由EPON OLT替代中心局的CMTS (原先覆盖500~800户) , CMC处于原先光站 (optical node) 处, CATV光接收机保留。ODN、光站、电放大等不变, CM升级到2.0版, CMC为DOCSIS 3.0, 启动Channel Bonding下, 每用户接入速率增加。

该方案网络改造工程较小, 保留了大部分原有的铜缆, 双向放大器保留, 同时需要抑制信噪。此方案同样适用于农村广电网络升级改造。

2) 用户覆盖200户左右

对于城市或者人口密度比较高的地区, 用户覆盖接近200户时 (典型值为100户) , 可采用如下改造方案 (见图5) 。

图5中, 由OLT替代中心局的CMTS;ODN改造中, 光纤下移到最后一级双向电放大器;CMC处于原先最后一级电放大器处, 与CM最远距离<300 m;CMC尚未进楼, 依旧在小区;CM升级到2.0版;CMC为DOCSIS 3.0, 启动Channel Bonding下, 每个用户的接入速率均增加。

该方案网络改造工程较大, 须保留楼内原先的铜缆结构。

3) 用户覆盖在100户左右

在人口密度更高的地区 (如FTTB) , 用户覆盖低于100户 (典型值为50户) , 可按如下方案 (见图6) 进行双向网改。

图6中:由OLT C300替代中心局的CMTS;ODN改造中, 光纤下移到楼道;CMC处于楼道, 与CM距离不超过100 m;CM升级到2.0版;CMC为DOCSIS 3.0, 启动Channel Bonding下, 每个用户接入速率均增加。

该方案网络改造工程较大, 包括楼内同轴也需要改造, 成本相对较高。

3.2 网络管理

DOCSIS EoC系统的一个关键特点是PON和DOCSIS的融合式管理。整个系统可以用常见的界面和定义通过EP-ONOAM规则来管理。与其他解决方案不同, 该系统不需要对每一个有线电视调制解调器或每一个CMC进行IP管理。集成到单一的管理降低了成本, 并简化了网络分析。

CMC在IEEE, CCSA等定义的IEEE802.3以太网OAM规则和有线电视调制解调器上的DOCSIS管理规则之间提供变换。因为CMC提供管理变换, 所以可以用单一网络管理系统 (NMS) 来控制OLT, ONU和CM。不需要DOCSIS管理系统来管理DOCSIS系统, 用PON网络管理系统 (NMS) 管理PON网络, 就很多有线电视运营商而言, 对有线电视调制解调器的DOCSIS管理是非常有价值的。DOCSIS媒介层 (DML) 软件可以添加到EPON光线路终端中, 以提供对整个系统的DOCSIS管理。在DOCSIS Eo C中, EP-ON网络管理系统或具有DML的光线路终端, 可用来全面管理所有单元。

4 小结

通过集成ONU功能的DOCSIS EoC技术, 标准化、多厂商互操作性、话音业务的Qo S保证、终端设备多厂家支持和成本等问题都一一迎刃而解, 并且早期部署了大量Cable Modem用户的运营商也能得到充分的投资保护。

目前市场已经开始提供集成EPON ONU的DOCSIS EoC解决方案的完整参考设计, 包括原理图、软件和硬件组件, 得到了博通、中兴通讯、天威等芯片厂商, 以及设备商与运营商的支持, 正在形成相应联盟。统一标准与高集成度的DOCSIS EoC将在广电网络运营商实现语音、视频和数据的融合业务方面发挥关键的作用。

12试点准备实施“双向进入”北京方案率先获批

日前, 三网融合首批12个试点地区的有线电视网络运营商与电信运营商已经启动“双向进入”的交叉申报并进入准备阶段。北京成为第一个获批的试点城市。天津、上海等试点地区企业提出的业务方案也已进入最后审批程序, 并有可能在北京地区相关方案公示后陆续出台。

事实上, 在等待试点方案获批的过去9个月时间, 歌华有线、北京联通、北京电信等北京市主要三网融合试点单位, 都在为方案获批后的实质性市场推广做准备。北京联通与广电总局指定的播控平台建设者CNTV已经有了长期的接触, 目前各方初步达成的IP-TV推广方案, 就是通过联通的宽带网络, 在CNTV的内容播控总平台与北京电视台的播控分平台对接后, 传输CNTV、北京网络电视台 (筹备中) 提供的IPTV内容, 而三方最终利益分成。

据悉, 此次获得通过的方案是关于北京地区三网融合试点工作的细节性业务方案, 具体来说就是北京联通与CNTV, 以及筹备中的北京网络电视台将在北京合作推广IP-TV业务, 而歌华有线也将获得在有线宽带、固定IP市网电话等电信增值业务领域大规模推广的资格。该方案有望在2011年6月开始正式实施, IPTV业务最早10月开播。

另获悉, 5月31日, 北京市政府专门组织召开了北京市三网融合工作协调小组会议。会议传达了国务院三网融合协调小组办公室对北京市三网融合试点方案的复函, 通报了北京市三网融合工作开展情况, 并对下一步工作进行具体部署。会议强调, 各部门及相关单位要加快完成广电电信企业的双向进入, 积极推进信息基础设施建设, 鼓励广电电信企业相互合作、优势互补, 谋求共同发展, 确保试点工作扎实推进。同时, 监管部门要加强管理、保障安全, 确保播出内容可管可控。

参考文献

[1]国家广播电影电视总局科技司.面向下一代广播电视网 (NGB) 电缆接入技术 (EoC) 需求白皮书[EB/OL].[2011-03-03].http://www.docin.com/p-95479529.html.

[2]金立标, 张乃谦, 李鉴增.面向NGB的EoC接入网技术分析[J].电视技术, 2010, 34 (6) :57-59.

[3]Broadcom.面向EPON的基于DOCSISEoC解决方案, 推动三网融合[J].广播与电视技术, 2010 (12) :146.

DOCSIS技术 篇4

当下,消费者对高质量电视广播内容、高带宽流媒体电视内容、实时交互式游戏以及远程家庭监控的需求越来越大,这就需要双向有线电视网络运营商大幅提高入户带宽[1,2]。在此背景下,欧美有线电视网络运营商加快了对于最新一代双向接入技术DOCSIS 3. 1的现网部署进程[1,3]。相对于DOCSIS 3. 0,DOCSIS 3. 1在接入速率、体验质量、系统容量、CM终端能效等方面均有很大提升[2]。

全球最大的两大有线电视网络运营商Comcast Cable( 美国) 及Liberty Global( 欧洲) 将于2016 年大规模部署DOCSIS 3. 1 技术[1,4]。截至2015 年6 月9 日,至少有10 家欧洲有线电视网络运营商正在将其双向HFC网络升级至1. 2 GHz系统,以为规划中的DOCSIS3. 1 现网部署做前期准备[5]。IHS在2015 年7 月28 日发布的报告中称,通过调研发现: 有线电视网络运营商们希望在2017 年4 月之前,其部署的DOCSIS 3. 1 接入网系统能覆盖到其1 /3 的用户[3]( 笔者注: 大致有1 700万家庭用户) ; 一半的受访有线电视网络运营商表示将在2017 年将其双向有线电视宽带接入网络的上行信道截止频点提升至86 ~ 100 MHz[3]; 甚至,高达1 /4 的受访有线电视网络运营商表示将在2017 年将其双向有线电视宽带接入网络的上行信道截止频点提升至101 ~ 200 MHz[3]。

DOCSIS 3. 1 技术沿用了现有DOCSIS技术的MAC层与物理层,使之与现有物理层后向兼容,从而保证平滑迁移: DOCSIS 3. 1 的CM终端可以无缝地接入DOCSIS 3. 0、2. 0、1. 1 以及1. 0 的CMTS; DOCSIS 3. 1 的CMTS可以支持无缝地接入DOCSIS 3. 0、2. 0 以及1. 1的CM[6]。

此外,DOCSIS 3. 1 还设计了全新的物理层来提高频谱效率与可用物理带宽,同时还对MAC层及管理层进行了相应的更新[6]。

2 功能

2. 1 设备

1) 频率规划

上行系统的截止频率可以是54 MHz、87. 5 MHz、108 MHz或者258 MHz。下行系统典型的截止频率范围是550 ~ 1 002 MHz,未来有望扩展至1 218 MHz、1 794 MHz及更高的频点。

2) 与其他业务的兼容性

DOCSIS 3. 1 的CMTS以及CM必须均能与有线电视网络中其他正常运行的业务共存。

3) 故障隔离

由于DOCSIS 3. 1 的CMTS是点到多点的共享媒质系统,就需要考虑故障对于“海”量数据用户、视频用户等的潜在有害影响,并考虑故障隔离程序。

2. 2 射频信道

按照双向有线电视网络的上下行信道的技术参数配置,DOCSIS 3. 1 系统须至少采用其中一组物理层参数( 比如调制、交织深度等) 。

1) 下行传输

双向有线电视网络下行信道的传输特征见表1[6]。

2)上行传输

双向有线电视网络上行信道的传输特征见表2[6]。

3DOCSIS 3. 1 的单载波QAM调制PHY子层

DOCSIS 3. 1 系统的CM或CMTS在以下两种情况下启动单载波QAM调制PHY子层: 与DOCSIS 3. 0 系统后向兼容时; DOCSIS 3. 1 全新物理层功能出现故障时。主要的区别在于,DOCSIS 3. 1 系统的CM或CMTS至少要支持24 个下行信道绑定及8 个上行信道绑定,而DOCSIS 3. 0 系统的CM或CMTS至少支持4 个下行信道绑定及4 个上行信道绑定。

此处,实施单载波调制的场景包括: DOCSIS 3. 0 系统及更早DOCSIS版本系统的下行信道; DOCSIS 3. 0系统及更早DOCSIS版本系统的上行信道( 采取TDMA、A-TDMA及S-CDMA技术) 。

此时,上行传输与接收、下行传输这两者的技术参数与DOCSIS 3. 0 版本物理层相同。对于前者的相关技术参数,如表3[6]所示。

4 DOCSIS 3. 1 的OFDM调制PHY子层

4. 1 下行频谱规划

1) CMTS的下行频谱规划

CMTS必须要能支持两个独立配置的、下行带宽分别为192 MHz的OFDM信道: CMTS必须支持的最高截止频率为1. 218 GHz,可以支持的最高截止频率为1. 794 GHz; CMTS必须支持的最低截止频率为258 MHz,可以支持的最低截止频率为108 MHz。

2) CM的下行频谱规划

CM必须要能支持两个独立配置的、下行带宽分别为192 MHz的OFDM信道: CM必须支持的最高截止频率为1. 218 GHz,可以支持的最高截止频率为1. 794GHz; CMTS必须支持的最低截止频率为258 MHz,可以支持的最低截止频率为108 MHz( 当CM所配置的上行截至频率为85 MHz或更低时) 。

4. 2 上行频谱规划

1) CM的上行频谱规划

CM必须要能支持两个独立配置的、下行带宽分别为96 MHz的OFDM信道。作为可选项,也可支持多于两个的、下行带宽分别为96 MHz的OFDM信道。

CM调制器必须能支持上行5 ~ 204 MHz ( 最低频点,其余频点还包括42 MHz、65 MHz、85 MHz、117MHz。也可额外支持高于204 MHz的频点———此时,CM必须传输192 MHz的活跃信道) 频段,并在此频段内灵活部署OFDMA信道。

在DOCSIS 3. 1 上行模式之下,CM必须具有同时传输OFDMA信道及传统单载波QAM信道的能力( 在CMTS的控制之下) 。在所有的应用场景之下,当上行信道的截止频率低于85 MHz时,CM无需传输传统的单载波QAM信道。

2) CMTS的上行频谱规划

CMTS必须要能支持两个独立配置的、下行带宽分别为96 MHz的OFDM信道。作为可选项,也可支持多于两个的、下行带宽分别为96 MHz的OFDM信道。

CMTS必须能支持5 ~ 204 MHz( 最低频点,也可额外支持高于204 MHz的频点———此时,CM必须传输192 MHz的活跃信道) 频段的上行传输,并在此频段内灵活部署OFDMA块。

在DOCSIS 3. 1 上行模式之下,CM必须具有同时传输OFDMA信道及传统单载波QAM信道的能力( 在CMTS的控制之下) 。在所有的应用场景之下,当上行信道的截止频率低于85 MHz时,CMTS无需传输传统的单载波QAM信道。

4. 3 信道频带规划原则

为确保DOCSIS 3. 1 CMTS及CM的正常运行,OFDM / OFDMA信道规划应遵循以下的原则:

1) 下行OFDM配置

DOCSIS 3. 1 的下行调制采用OFDM,包括4K FFT及8K FFT两种模式,采样率为204. 8 MHz。详细技术参数如表4[6]所示。

2) 上行OFDMA配置

DOCSIS 3. 1 的上行调制采用OFDM的多用户版本———OFDMA技术,为相关CM分配若干个子载波用于上行通信。包括2K FFT及4K FFT两种模式,采样率为102. 4 MHz。详细技术参数如表5[6]所示。

3) 调制格式

DOCSIS 3. 1 的CMTS调制器必须能支持16QAM、64QAM、 128QAM、 256QAM、 512QAM、 1024QAM、2048QAM以及4096QAM,并可选支持具有更高调制阶数的8192QAM及16384QAM。

DOCSIS 3. 1 的CM解调器必须能支持16QAM、64QAM、 128QAM、 256QAM、 512QAM、 1024QAM、2048QAM以及4096QAM,并可选支持具有更高调制阶数的8192QAM及16384QAM。

5 信道编码

DOCSIS 3. 1 的FEC所采取的是先进的三准循环LDPC编码技术( 与之对比,DOCSIS 3. 0 所采取的是RS编码技术) ,以软、硬件结合的形式来实现,从而可增大噪声环境中的纠错能力,并降低了仅以软件方式来实现LDPC编码时CMTS的工作负荷[1,5]。而且,三准循环LDPC编码的译码复杂度较低,结构灵活,相关的主要技术参数如表6 所示[6]。

6 有线电视网络运营商的部署策略探讨

DOCSIS 3. 1 最新的物理层PHY标准确定了最高的子载波调制格式为16384QAM。但是,在实际的有线电视网络现网之中,由于模拟光纤链路及双向电放大器的长级联链路的存在,CNR的性能很难达到采用1024QAM、512QAM甚至512QAM调制的水平。从而,为获得10 Gbit /s的下行接入速率,就需要对双向HFC系统进行升级( 比如升级至1 794 MHz系统) ,但是扩展现网底层频谱资源存在很大的挑战。

为此,有线电视网络运营商可以采取如下的策略:

首先,可以继续实施模数转换甚至部署全数字电视业务,以“释放”出更多的频谱资源。

其次,通过适当增大发射端的光调制度来提高下行链路的CNR。

再次,可继续“下沉”部署双向光节点,以提高CNR,减小失真,从而提高频谱效率。但是,由于上行链路的CNR性能受限于模拟光纤系统,就无法大幅地提升频谱效率。

因此,第四步可规模部署远端PHY架构,以提高系统CNR,从而进一步减小频谱资源需求。此外,还可在此架构上部署复用/解复用功能,以支持部署双向光节点“下沉”部署,而且不会降低MER性能。于是,上行链路的MER性能就可以不再依赖于光纤链路长度以及双向电放大器的级联数了。

参考文献

[1]NELSON R.DOCSIS 3.1 Enables rapid deployment o gigabit broadband[EB/OL].[2015-07-10].http:/www.infonetics.com/pr/2014/Carrier-SDN-NFV-Market-Highlights.asp.

[2]Cable Euro.DOCSIS and DOCSIS 3.1[EB/OL].[2015-07-10].http://www.cable-europe.eu/wp-content/uploads/2015/04/DOCSIS-document-A4-02.pdf.

[3]Multichannel NEWS.Survey Pinpoints What’s Hot In Cable Tech[EB/OL].[2015-07-28].http://www.multichannel.com/blog/bauminator/survey-pinpoints-what-shot-cable-tech/392545.

[4]Liberty Global.Li LAC Group Presentation[EB/OL].[2015-07-10].http://www.libertyglobal.com/pdf/presentations/Li LAC-Group-Presentation-June-2015-FINAL.pdf.

[5]JULIAN C.Cablenets expanding to 1.2 GHz for DOCSIS 3.1[EB/OL].[2015-07-10].http://www.broadbandtvnews.com/2015/06/09/cablenets-expanding-to-1-2ghz-for-docsis-3-1/.

博通推出DOCSIS2.0 篇5

博通 (Broadcom) 近日宣布面向新兴市场的运营商推出一款新的参考平台, 以便他们能够以更具成本效益的方式部署D O C SI S2.双向高清机顶盒解决方案。继BC M7019H DSo C的成功经验, 这款新的博通平台能够真正满足运营商当今对于更高性能、更低成本机顶盒设备的需求。

随着当今消费者对于各种高清视频点播的需求日益增长, 有线运营商需要一个既具有成本优势又基于成熟标准开发的解决方案, 以便能够部署拥有高附加值的高清双向机顶盒。博通的这项新解决方案采用了双芯片设计, 将BCM3308与B C M 75 8 4结合起来, 成功满足了这一需求。BCM3308是一款以博通业界领先的DOCSIS 2.0产品系列为基础的单芯片有线调制解调器。截至目前, 博通的DOCSIS 2.0 So C出货量已经超过1.5亿颗。BCM7584集成了全频段捕捉技术和IP视频服务技术的低成本高清数字有线机顶盒So C。博通开创性的全频段捕捉技术可以使BCM7584上的四个调制解调器同时访问广播视频和调谐DOCSIS, 具有全频段灵活性, 频带宽度可达1GH z。全频段捕捉技术还使远程网络诊断监控成为可能, 可以大大减少客服上门服务需要, 为有线运营商节省大量的运营开支。

DOCSIS技术 篇6

随着“三网融合”的推进, 广电、电信业务的融合与竞争, 终端产品的日趋变化, 使中国有线市场越来越大, 商机也越来越多。同时, 广电先后出台的6项NGB标准、中国各地双向有线电视网络的部署, 使得设备商更有信心和动力去研发相关产品, 共同推进中国广电的发展。作为全球有线和无线通信半导体创新解决方案的领导者, 博通 (Broadcom) 公司推出了基于C-DOCSIS的有线架构为中国用户提供可靠、快速和互动的三网融合服务, 以及家庭有线解决方案推动中国下一代宽带计划的增长。

C-DOCSIS作为一种宽带数据接入技术, 经中国广电认证成为NGB标准之一。博通公司在杭州ICTC2012会展上展出了基于DOCSIS的EoC有线电视架构。它是一个完整的芯片组合软件解决方案, 包括了同轴电缆媒体转换器 (CMC) 、DOCSIS2.0和3.0电缆调制解调器以及机顶盒系统级芯片解决方案, 利用最新推出的10G EPON光线路终端 (OLT) 产品系列以及GPON芯片组系列, 并采用DOCSIS技术作为“最后100米”的定制解决方案的一部分。该解决方案已经过现场测试, 可以支持下行1 Gbit/s的宽带速度, 符合C-DOCSIS标准。该产品已用于华数集团部署下一代广播电视网。同时该解决方案为多住户单元提供经济实惠的DOCSIS, 且其软件结构让用户更方便操作。

对于EPON, 有些人认为它将会是NGB的未来发展方向, 那么EPON和C-DOCSIS谁会成为赢家呢?博通认为, 现在的市场还无法预测, 但是毕竟C-DOCSIS已经有了标准, 而EPON的标准还未制定完成。C-DOCSIS可以提供如此高的带宽且已通过测试, 这是一个现实, 但是随着技术的演进, EPON也许会和DOCSIS3.1很相近。北美认为, EPON和DOCSIS3.1是一种互补的关系, 它们的物理层相当接近, 可以根据市场需求进行选择。EPON适用于商业区, 而DOCSIS更适用于家庭用户。由于市场的不确定性, 博通在两种技术中均有投资。随着技术的发展、标准的演进, 博通也在不断更新产品以适应技术及市场需求。

C-DOCSIS+EoC在中国已经成为可能, 那么亚洲其他国家或者欧美是否会采用这种方案呢?C-DOCSIS是专门针对中国市场制定的, 中国市场具有其独有的特点, 例如, 中国还处在标清时代, 虽然高清已经发展很快, 但是普及率不是很大;中国用户对节目的回放感兴趣, 而欧美会选择记录节目在;欧美国家很少看到一个运营商有七八个CA在运行等, 如果跟从欧美的标准, 那么代价是巨大的。但是C-DOCSIS对于正在做网络改造的国家来说, 是有一定价值的。博通也正在积极跟越南的运营商洽谈该方案的推广。而对于欧美的一些酒店管理, C-DOCSIS也是比较适合的, 因为酒店模式类似于居民区。当然, 在其他国家也有市场, 博通也有一些推广计划, 但是这个决定权在运营商。

本刊记者在现场参观了博通的产品, 包括博通的样机盒子和博通自己开发的软件平台。在问及是否会自己生产盒子时, 得到了这样的回答:“不会, 博通是半导体公司, 在展览时用芯片做成样机, 提供给合作伙伴做成机顶盒, 没有任何计划做成品”。芯片完全根据标准完成, 那么博通通过什么样的方式与对手竞争呢?首先在技术上, 动作快, 一旦有更新, 博通也会做出相应措施;其次在市场上, 每次参展, 博通都会从顾客、合作伙伴那里预测未来的一些技术发展和功能发展, 使得合作伙伴可以很快地把新功能做到产品中, 更快地使功能产品化。

此外, 博通的家庭有线解决方案功能也非常强大, 支持全系列的家庭连接标准, 包括5G WiFi、MoCA和电力线通讯, 可以将整个家庭内的设备和内容连接起来。在这个多元化发展的时代, 博通专注芯片技术、快速应对市场, 相信这也是引领博通如此成功的一个重要品质, 博通的明天, 让我们拭目以待!

DOCSIS技术 篇7

中国有线运营商在接入网建设、改造过程中创造了EPON+Eo C (Etherenet Passive Optical Network+Ethernet over Coaxial Cable) 的模式, 目前已经成为我国双向化改造的主流方案之一。EPON+Eo C架构由于简单、价廉、采用数字光纤传输替代模拟光纤, 不仅在中国得到普遍推广, 还引起了国际同行的广泛关注。但长期以来, Eo C多借鉴家庭联网技术而, 前期由不同的运营商各自提出不同的需求, 由分散的厂商各自开发, 在较长时间内没有正确引导且没有统一的同轴接入网标准;EPON+Eo C也不是端到端的解决方案;实际网络改造和应用中还存在不少问题。因此, 业内一直在探索能够实现端到端的、专为同轴接入开发的统一技术。由于整体方案是EPON+Eo C, 因此从2006年开始, 国内就有人提出把EPON协议用于Eo C, 并把这种技术起名为EPCN (电PON) 。同时, 还有人提出, 采用EPON MAC、OFDM调制。笔者在2009年11月公开提出了这种思路[1]。在这种背景下, 博通提出了EPo C——EPON over Coax, 并于2010年9月9日同时申请美国、中国和PCT国际专利, 2012年5月23日中国专利获批公布。还有一些采用EPON MAC的Eo C技术也逐步推出, 例如ECAN (Ethernet Coax Access Network, 即最初的EPCN Ethernet Passive Coaxial Network) 、DECO (Data Transmission with EPON MAC and Coded OFDM) 等。此外, 博通还针对中国广泛采用EPON+Eo C方案改造网络的现实, 推出了DOCSIS Eo C方案, 这恰好与中国深圳等地的有线运营商所希望的CMTS (Cable Modem Termination Systems) 边缘化需求不谋而合, 进而诞生了C-DOCSIS方案和标准。

同时, 美国MSO (Multi System Operator) 也经受越来越大的竞争压力, 不得不探索新一代HFC技术——寻求更低成本、IP化、统一管理、统一运营的全业务解决方案, 试图在最后1 km以同轴宽带接入抗衡光纤入户, 在技术上延长同轴生命周期。Cable Labs从2010年起, 有计划、有目的地到中国考察、研究Eo C, 并制定了自己的AMP (Advanced MAC&PHY) 项目计划。最初, 从纯技术角度, 他们认为DOCSIS太复杂、单位带宽成本太高、上行带宽没有扩展余地, 而且PHY层技术已经到了必须更新换代的时候。因此AMP计划前期也准备采用EPON MAC、OFDM调制, 不考虑兼容DOCSIS, 并分别向各大厂商征集EPo C (EPON Protocol over Coax PHY) 和AMP方案。

2 EPo C与DOCSIS3.1

在这些背景下, 2011年11月, IEEE802.3工作组全票通过成立了EPo C标准研究组, EPo C成了下一代HFC接入网国际标准的研究方向之一。EPo C一经提出就引起国内外有线电视业界的广泛关注和赞同, 不是因为EPON MAC多么优秀, 也不是因为EPON MAC多么适应同轴环境, 而是因为端到端——端到端的管理、控制、调度, 端到端的Qo S;还因为简单、通用, 符合端到端的IP/以太网发展方向, 以及借助EPON成熟的产业链带来的成本优势。

但是这样的演进方向不符合传统DOCSIS厂商的利益, 也不符合资本对MSO网络改造的投资回报要求, 因此最终AMP回归DOCSIS——2012年5月在NCTA Cable Show上, Cisco/Arris/Moto/Intel联合提出下一代DOCSIS倡议:“Mission is Possible:An Evolutionary Approach to Gigabit-Class DOCSIS (以渐进方式演进千兆级DOCSIS是合理的目标) ”。2012年8月Cable Labs正式启动DOC-SIS3.1项目, 开始DOCSIS3.1标准制定。2012年10月18日SCTE Cable-Tec展会上, Cable Labs和美国一些有线电视运营商共同公布了制定DOCSIS 3.1标准的计划。

DOCSIS3.1的主要目标是:1) 更高的频谱效率 (MAC层下行10 bit/ (s∙Hz) 和上行8 bit/ (s∙Hz) ) ;2) 低成本:头端带宽提高10倍, 成本不变。在终端兼容方面, 要求:1) DOCSIS3.1 CMTS后向兼容DOCSIS1.1版本以上的CM;2) DOCSIS3.1 CM能应用于现有CMTS系统。

DOCSIS 3.1是DOCSIS技术的发展;EPo C是EPON在同轴上的延伸。两个技术在带宽级别、物理层方案上趋同 (见表1、表2) :头端10 Gbit/s级别, 在PHY层采用OFDM调制、LDPC编码;尽管DOCSIS3.1在名称上跟DOCSIS3.0只差一点, 并以绑定的方式兼容3.0, 但实际上3.1的PHY跟原来的DOCSIS已经完全不同——实质上是AMP项目的延续, 或第4代DOCSIS, 但3.1的名称更符合各方的利益。而且DOCSIS3.1加快标准进度, 力图抢在EPo C标准之前推出, 以取得竞争先机。

目前DOCSIS3.1 MAC/PHY第一版草案已经完成, I01版本计划10月份发布。图1是DOCSIS3.1标准组5月份会议制定的项目计划。DOCSIS3.1标准已经完成了第二版草案版本 (D02) , 目前正在进行第三版草案讨论, ATP (Acceptance Test Plan) 测试已启动, 正在梳理DOC-SIS3.0的测试用例, 并针对DOCSIS3.1新增测试用例。Comcast等北美MSO积极推动DOCSIS3.1商业化, 与电信FTTH抗衡。

如表1、表2所示, 尽管EPo C和DOCSIS3.1有许多相同之处, 但是DOCSIS3.1主要针对已经采用DOCSIS技术的HFC网络, EPo C主要针对未采用DOCSIS技术, 特别是已经采用EPON+Eo C方案的场景。

EPo C标准的参与者和支持者主要有北美MSO、芯片供应商和设备供应商, 还有中国厂商;最近日本有线运营商也开始积极关注并参与。中国运营商尽管也有不少支持者, 但至今尚未正式参与。Hi No C研究组北大、西电等成员近期积极参与了EPo C标准电话会议和定期会议, 并有提案, 可惜时间稍晚, 错过了最可能产生影响的时机。

北美MSO始终主导EPo C标准的制定:尽管目前DOCSIS3.1已经后来居上, 走到了EPo C前边, 但其依然支持EPo C;并在Cable Labs制定EPo C体系架构、DPOE扩展、设备规范内容, 与IEEE对EPo C PHY的研究同步, 并主张力争统一DOCSIS3.1和EPo C的PHY。他们认为EP-o C将比DOCSIS3.1简单、价廉;有EPo C对比、竞争可以打压DOCSIS3.1价格, 这对MSO是有利的。北美MSO对EPo C的应用定位是商业用户, 要求EPo C支持移动回传业务。

3 EPo C标准目标应用场景

EPo C在技术上把EPON MAC层协议扩展到同轴, 实现HFC网络端到端接入。

3.1 业务和组网

如图2所示, EPo C的目标是能够实现全业务混合组网, 包括移动回传这种对时间同步要求极高的应用, 还希望能够跟已经部署的FTTH混合组网。对于这点, 中国有线运营商跟北美有很大差异:中国有线运营商对EPo C的市场定位是公众服务, 商业应用主要采用专线解决;北美MSO的定位是商业应用。因为北美的许多虚拟移动运营商本身没有网络, 有租用网络的需求;而且北美商住楼基本都敷设了同轴电缆。

3.2 网络适应性

如图3所示, EPo C的目标是可以适应所有HFC网络:包括无源同轴网、多级放大同轴网、模拟光纤传输+多级放大同轴网。这点中国有线运营商跟北美也有很大不同:中国主要应用于光纤到楼的场景, 也就是N+0或最多N+1的场景;北美MSO首先考虑多级放大的应用场景, 这是因为北美居住分散。

3.3 频谱适应性

EPo C的目标是符合现有频谱规划 (中国广电总局、欧洲、FCC) 并适应将来各种不同的规划;不占用、不干扰已有应用频谱, 保证与现有Eo C, DOCSIS共存;逐步扩展 (现有频谱调整、扩展新频谱) ;后向兼容 (局端变更频谱, 终端自适应) ;在全频段内灵活配置。这点中外也有许多不同:中国有线运营商频谱应用本身就有很大差异, 模拟电视广播、数字电视广播的频道数量、频谱占用各异;双向接入技术又有DOCSIS、EPON+LAN、EPON+高频Eo C、EPON+低频Eo C、EPON+基带Eo C等多种方式, 双工方式有FDD, TDD, 因而频谱占用也各不相同;而且目前正处于模、数同播, 标清、高清同播阶段, 频谱资源十分紧张;北美MSO比较统一, 基本都是采用DOCSIS标准。中国目前采用EPON+Eo C (TDD) 方式进行双向改造的地区, 如果下一代采用FDD技术将面临频谱规划的挑战。

4 标准研究范围

标准研究组成立的任务是研究同轴物理层、制定同轴PHY的标准;并扩展EPON MPCP协议支持同轴FDD、TDD模式。

EPo C研究讨论两种模型:

1) 第一种模型见图4, 是一个典型的Eo C模型:CLT通过同轴电缆连接多个CNU。IEEEP802.3bn TF首先将这个模型标准化。

2) 第二种模型见图5, 包括光纤、同轴两段和转换装置FCU。在这种模型中, EPON的OLT通过光纤连接多个ONU或者FCU (Fiber Coax Unit) , FCU通过同轴电缆与CNU相连。这个模型超出了IEEE802.3工作组的研究范畴, 目前由Cable Labs研究、制定标准, FCU支持中继模式和桥接模式。

IEEEP802.3bn TF的研究范围限制了EPo C技术的最优化, 使得一些影响EPo C技术整体的问题只能在标准之外研究, 比如体系架构、FCU设备形态等。

5 标准进展

截至2013年9月约克会议, 已通过104个议案, 其中包括6项基线提案。2013年3月会议之后进度明显加快, 3月之前的3次会议只通过17个议案, 3月、5月、7月、9月4次会议共通过了87个议案。

标准进程如图6, 预计2013年11月完成草案初稿 (D01, TF范围、框架性) , 2014年3月完成D02版 (WG范围、主要节点) 草案, 2014年9月完成草案 (D03) 。预计2015年4月完成标准, 样机、芯片样片同步推出, 2015年底左右发布标准。真正规模商用大约要4~5年之后。制约因素主要是市场需求:是否有超过1 Gbit/s接入的需求, 包括DOCSIS3.1也同样如此。此前讨论的重点是频谱规划、信道特征和调制方式, 还有FEC。

通过的主要议案有:

1) EPo C下行采用OFDM;

2) EPo C上行采用OFDMA;

3) 上、下行内码采用LDPC, 线路码采用64 bit/66 bit;

4) 支持子载波关断和不连续频谱;

5) 最小连续频谱24 MHz;

6) 支持直到4 096 QAM的多种下行调制方式, 支持直到1 024 QAM的多种上行调制方式;

7) 上、下行信道频谱均以192 MHz为单位, OFDM采样频率为10.24 MHz的整数倍;

8) 支持物理层绑定多个192 MHz OFDM信道;

9) 192 MHz信道中心频点以1 MHz粒度步进;

10) FDD下行频谱从54 MHz直到至少1 212 MHz, 1 212~2 610 MHz作为研究课题;

11) FDD上行频谱从10 MHz直到至少234 MHz;

12) TDD频谱支持从10 MHz直到至少1 800 MHz, 标准要求5~277 MHz和750~1 800 MHz两段;

13) 子载波间隔25 k Hz/50 k Hz;

14) 信令传输采用固定16QAM调制的通道。

从10) 和11) 可以看出, 上、下行分割点是不确定的、逐步演进的。

对信道基准条件、EPo C延迟评价标准、TDD MPCP、导频、循环前缀、FEC、测距、预均衡、节能等技术问题都通过了相应的议案。

6 若干问题

6.1 FDD与TDD

这是前期讨论的热点和焦点, 是第一个引起争论的议题。FDD频分对应EPON波分, 是最简单、直接的转换, 比较容易处理相邻信道干扰 (同向电平相当) , 双向放大容易实现, 可以适应多级放大网络, 时延较低。但在FDD条件下较难灵活配置频谱和按需配置双向带宽比例, TDD优缺点正好相反。由于中国有线运营商的努力, 目前IEEEP802.3bn两种双工模式都纳入了标准。从发展看, DOCSIS3.1是FDD制式, 其带宽等级、PHY层技术都与EPo C相同或相似, DOCSIS3.1复杂度高一些, 可以包容EPo C。TDD EPo C目前还没有可替代的技术;而且从频谱规划角度, 目前采用Eo C技术进行双向改造的地区比较合理的演进方向依然是TDD。因此TDD EPo C更值得中国有线运营商关注。

6.2 关于标准讨论范围是否只限制在PHY层、透明转换还是桥接

标准的制定是为了应用, PHY和MAC必须匹配, 因此只讨论PHY是不可能的。IEEE802.3bn TF的研究范围是同轴的PHY, 要求重用EPON MAC, 将对EPON MAC和OAM的改动限定在最小的范围内 (同轴PHY必须适配EPON MAC) 。目前Cable Labs正在进行EPo C系统规范制定工作, 并已明确采用DPo E+EPo C的架构, 在DPOE2.0标准基础上扩展, 支持同轴电缆接入。FDD采用中继式FCU, TDD采用桥接式FCU。今后不管FCU是什么样子, CNU应该相同。以上问题已经基本达成共识。

DPo E+EPo C的架构不符合大多数中国有线运营商的网络需求。中国有线运营商需要提出适合自己网络和应用需求的体系架构和设备形态。

6.3 MMP (多种调制简表)

已经达成一致的有:TDD模式的上下行和FDD的上行必须支持MMP。但是如何实现MMP还在讨论中。对于如何设置调制简表、是否需要分组、如何分组等问题分歧较多, 目前尚未统一。MMP讨论组将会继续开展工作, 直到完成MMP的基线提案。

6.4 与现有技术兼容问题

如何与现有技术兼容、共存是必须解决的问题。这点对于FDD已经有比较充分和成熟的方案;对于中国采用EPON+Eo C改造的地区还存在一些问题;而且IEEEP802.3bn TF尚未考虑:针对中国网络改造的现状如何规划频谱、保证新老技术都有合适的频谱, 如何协调上下行同步关系、不增加隔离带等。这些问题的解决和多种技术的融合 (特别是终端) 需要协调各种技术:子载波间隔、上下行切换时间、导频、循环前缀等。新一代技术也许需要把这些参数设置为可调的。比如, 如果把子载波间隔设置为12.5 k Hz的整数倍可调, 就可以把EPo C, DOCSIS3.1, Hi No C2.0三种技术的参数统一起来。

6.5 FEC (前向纠错编码)

这是EPo C工作组近期讨论较多的问题之一。原有技术最常用的纠错编码是RS, DVB-C和DOCSIS都采用了RS编码。目前公认的高效编码技术主要是LDPC和Turbo, 二者都接近香农限。Turbo码在低信噪比情况下的性能优于其他各种编码方式。LDPC码的描述简单, 具有较大的灵活性;当码长足够长或高信噪比条件下比Turbo码性能更好, 译码复杂度低于Turbo码。根据DVB-C2研究成果:QC-LDPC比RS编码增益高约7 d B[3];根据松下研究, 在高信噪比条件下QC-LDPC比Turbo (DB-CTC) 最多有2 d B编码增益[4]。

还有一种BCH编码也常用, 适合短码字, 结构相对简单。根据Hi No C小组研究:BCH比RS编码增益高3 d B, 短码字编码效率与LDPC接近, 但相对简单;码字越长, 编码越复杂、时延越大, 同时, 对半导体工艺要求也越高。RS是多进制BCH码, 适合纠正突发性误码。因此, 采用什么编码需要权衡编码效率与实现复杂度。

DOCSIS3.1采用DVB-C2研究成果, 选择QC-LDPC作为内码、BCH作为外码的级联编码, 但有以下修改:

1) 下行FEC只采用16 200 bit的短码, 64 800 bit长码未采用;

2) 只采用8/9码率;

3) 支持非正方形的星座映射, 增加128QAM/512QAM/2 048QAM调制;

4) 支持混合调制的FEC码 (DVB-C2 FEC每个码字只包含一种调制方式, DOCSIS3.1做了改进, 每个FEC码字内子载波的调制方式可以不一样, 以达到频谱效率最优化) ;

5) 支持缩短的FEC码;

6) 定义了支持非正方形星座映射、混合调制模式映射和缩短码的比特交织方式;

7) 不支持QPSK调制。

上行FEC定义了3种编码方式, 如表3所示。其中EPo C FEC采用LDPC, 不用BCH-LDPC级联码。

表4为EPo C确定的上下行LDPC码编码方式, 表5为其相应配置。

EPo C的的进展目前遇到了一些困难, 主要是芯片厂商由于DOCSIS3.1的出现对EPo C的市场产生了一些疑虑。但EPo C的方向无疑是正确的:相对于DOCSIS, 更符合端到端的以太网趋势, 更简单, 也可以预见更价廉;相对于EPON+Eo C, 解决了端到端的管理、控制、调度和Qo S, 代表了EPON+Eo C的未来。

7 小结

同轴电缆具有巨大的带宽潜力。通过采用EPo C、DOCSIS3.1等宽带接入新技术, 有线运营商可以在相当长一段时间内跟电信宽带业务竞争。DOCSIS 3.1和EP-o C可能在一段较长的时间内共存, DOCSIS3.1适用于传统HFC架构下N+5/3网络的带宽升级, EPo C在HFC单向网络改造和光节点深入N+0/1的场景下更有优势。HFC网络总的趋势是向数字光纤和无源同轴网络演进, 最终发展到FTTH。

中国有线网络在网络架构、应用场景、频谱规划、市场定位、业务需求、政策环境等多方面与国外, 特别是美国有很大差异, 有些方面甚至是相反的, 中国有线运营商需要有自己的发展路线、有自己的Cable Labs。

摘要：简述了EPoC标准的产生背景, 主要针对中国的现状进行了介绍, 介绍了标准的目标应用场景、标准研究范围、标准进展情况、标准讨论等若干重要技术问题。对EPoC标准与DOCSIS3.1的关系表明了作者的看法。最后肯定了EPoC是EPON+EoC的发展方向。

关键词：EPoC,DOCSIS 3.1,OFDM,MMP,FEC,数字光纤

参考文献

[1]姚永.关于下一代广播电视接入网的几点思考续[J].中国数字电视, 2009 (11) :57-59.

[2]IEEE802 plenary session.Operating the EPON protocol over coaxial distribution networks call for interest[EB/OL].[2013-05-10].http://www.ieee802.org/3/epoc/public/nov11/CFI_01_1111.pdf.

[3]ETSI TS 102 991, Digital video broadcasting (DVB) ;implementation guidelines for a second generation digital cable transmission system (DVB-C2) [S].2010.