CableModem接入技術應是在HFC網上建立數據業務系統的首選

鮑煒

摘要：隨著科學技術的不斷進步與發展，各種網絡技術應用而生，本文重點介紹了Cable Modem和HFC網絡，結合Cable Modem和HFC網絡的相關特點，分析了基于HFC 網絡的Cable Modem技術優勢，證明了Cable Modem接入技術應是在HFC網上建立數據業務系統的首選。

關鍵詞：Cable Modem接入技術 HFC 數據業務系統

中圖分類號：TN943.6 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0034-02

1 Cable Modem和HFC網絡介紹

1.1 Cable Modem

Cable Modem，即為電纜調制解調器接入技術，是典型的HFC 網絡升級的有線電視系統。Cable Modem與傳統的技術不同，它不必采用撥號方法就可以實現上網的目的，無需電話線，可以不受時間約束進行連接。使用者采用Cable Modem進行數字信號的轉換，將上行數字信號轉換成RF信號，將下行的RF信號轉換成數字信號。HFC網絡是利用分頻信道進行數據傳輸的，使用者的數量是相當龐大的，導致某一頻率上的信道往往是同時被諸多個使用者使用的。想要掌握在Cable Modem在HFC網絡中的使用情況，狀態和流量情況等，引入網絡管理系統對其進行監管。

Cable Modem技術的一個創新點在于摒棄了傳統的雙向對稱技術，采用了雙向非對稱技術。利用6MHz模擬帶寬使得下行傳輸時用戶能夠共享信息，不會對數據傳輸速度造成不良影響。傳統的利用具體線路的數據交換業務，使用者在連接時是占用帶寬的，而采用了Cable Mode技術以后，因為使用者之間是能夠共享的，除了在發送和接收數據的瞬間使用網絡資源，其他時間幾乎是不占用網絡資源的。當很多使用者同時使用網絡時，有可能造成網絡傳輸速度降低，此時，可以根據實際情況增加附加帶寬來緩解傳輸速度降低的問題。

DOCSIS是除了歐洲以外的北美及其他國際市場的Cable Modem標準，DOCSIS有效的保證了不同廠家生產的產品具備兼容性。1998年，國際電信聯盟正式將DOCSIS標準，作為Cable Modem的標準協議。執行DOCSIS標準的有線電視網在50MHz至750MHz的頻段里下傳到戶6MHz帶寬的通信速率，在50MHz至750MHz的頻段里上傳5MHz至42MHz波段。各個國家的有線電視實驗室負責Cable Modem相關產品的認證工作，確保不同Cable Modem生產廠家的產品能夠統具備相同的標準，相互之間能夠兼容。通常，很多Cable Modem生產廠家為了拓寬市場，會進行DOCSIS標準相關測試，相關測試合格后，達到了DOCSIS標準的要求，就可以在產品的外包裝上印上“有線電視實驗室認定”的標志。凡是帶有“有線電視實驗室認定”的標志的產品都符合DOCSIS標準，能夠與其他符合標準的產品通用。DOCSIS提供了高質量的寬帶和語音業務，商業級的數據服務，以及利用網絡共享Cable Modem提供多媒體服務。DOCSIS標準正在不斷完善，可以說是兼容性的進步，能夠使符合DOCSIS相關標準的Cable Modem在相同的網絡及相同的頻段中工作。

1.2 HFC網絡

HFC網絡為Hybrid Fiber Coaxial的縮寫。隨著科學技術的發展，通信網絡和計算機網絡均取得了非常大的進步，網絡管理系統由此產生了。目前，網絡管理系統已經成為電信網絡建設的重要部分。HFC網絡具備很多優點，例如：高帶寬、大容量、用戶利用率高等。HFC已經普遍被廣大使用者所接收，正逐步成為最具有價值，且改造成本最低的入戶平臺。

HFC是一種經濟實用的綜合數字服務寬帶網接入技術，目前，在全球范圍內，已經有超過9.5億的有線電視網使用者。我國的有線電視網雖然起步比較晚，不過，隨著科學技術的迅猛發展，從90年代初發展至今，我國的有線電視網覆蓋率已經超過了一半。電視家庭用戶數有將近8500多萬，是世界上排名第一郵箱電視網。隨著人們對生活水平要求的不斷提高，以及各種科學技術的發展，特別是在Internet的推動下，使用者對信息交換和網絡傳輸方面均提出了更高的要求。使用者希望將CATV網絡、計算機網絡和電信網融為一體。利用HFC網絡結構，建立一種經濟實用的寬帶綜合信息服務網的方案也由此而生。

2 基于HFC 網絡的Cable Modem技術優勢

2.1 DOCSIS/HFC網絡結構優勢

（1）典型結構。廣域網或者干線網結構是比較靈活的，如果城市的規模比較小，可以選擇單一的星型結構，如果城市的規模比較大，可以選擇多星型結構。廣域網或者干線網包括多個中心布局方式，可以是一個總前端和多個分前端結合，總前端和分前端通過光系統進行鏈接，也可以是一個主中心和多個分中心結合的方式，主中心和分中心通過光系統鏈接。分前端和分中心設置有CMTS，CMTS通過1550nm的下行光鏈路與光纖支干線鏈接，通過1310nm上行光鏈路與光纖支干線鏈接。正是因為上行光鏈路和下行光鏈路的作用，使得20km以下的光纖支干線不需要使用中繼。將光節點的數據與用戶端之間的傳輸，利用樹型同軸分配系統，光節點的數據傳輸到用戶端為5MHz至65MHz，用戶端的數據傳輸到光節點為87MHz至1000MHz；當光節點采用FTTB時，光接收機的輸出的高電平不需要借助其他結構直接進入同軸電纜分配系統。（2）結構優勢。按照一個光節點能夠帶動500戶用戶計算，HFC網絡的可用性將近百分之百。HFC網絡將上行光路和下行光路進行分離，避免了傳統的網絡系統將上行光路和下行光路混在一起導致數據傳輸質量無法保障和數據傳輸損耗嚴重的問題。將上行光路和下行光路分離還帶來了一個非常重要的好處，就是在光纜成本不斷降低的現實狀況之下，為數據的儲備和系統的擴展提供方便條件。這種結構的優點在實時電視廣播業務方面體現的非常明顯，結構簡單的同時，能夠滿需用戶需求，實用性高，安全可靠。

樹型結構的同軸電纜分配系統，有利于系統中接入用戶，同時方便施工。按頻譜分割方式構成非對稱的雙向傳輸系統，幾乎不會對其對網絡業務造成負面影響。對于電視、電話和寬度業務，電視和寬度業務要求容量相對比較大，在數據傳輸上采用的是非對稱的方式，即：下行要大于上行容量。話音業務采用的是對稱的傳輸方式，上行和下行傳輸的數據容量都比較小，所以，在進行數據傳輸時不會使得傳輸負擔加重。對于電視、電話和寬度業務，采用傳統的對稱結構成本高。通過上面的分析可以看出，在電視、電話和寬度業務中，使用DOCSIS/HFC網絡結構的效果最佳，它滿足了使用要求和成本要求，要比其他網絡系統性能好，特別是在寬帶業務市場中具備相當大的潛力。

2.2 DOCSIS 標準支持

（1）專為有線電視業研制的系列標準。美國Cable Labs 在1998年開始，先后頒布了DOCSISV1.0、DOCSIS V1.1、DOCSISV2.0、DOCSISV3.0；美國Cable Labs的射頻信道與歐洲制式的EuroDOCSIS DOCSISV1.1、DOCSIS V2.0、DOCSISV3.0的通信協議相同，可以說DOCSISV1.0、DOCSIS V1.1、DOCSISV2.0、DOCSISV3.0是為了HFC網絡業務應用在有線電視業務中的制定的專項標準。不斷升級的DOCSIS標準，實現了HFC在模擬電視與數據業務的同網傳輸。目前，最新版本的DOCSIS標準已經非常完善，使HFC網絡能適應電視、電話和數據業務的同時傳輸。在DOCSISV1.1中，上行寬帶和下行寬帶的動態QoS機制，使得電視、電話和數據業務能夠得到QoS的支持。引入有效負載包頭抑制技術，使得上行寬帶和下行寬帶的利用效率較之傳統有了非常大的提升。所以，DOCSIS V1.1系統在保證傳輸質量的同時，使得傳輸效率達到82%以上，還適用于對時延敏感的多種業務。在DOCSIS V1.1規范的基礎上，還發布了相應的商用平臺接口規范、多媒體業務應用平臺的接口規范和家庭網絡的接口規范。DOCSIS V2.0屬于V1.1的補充與擴展，DOCSIS V2.0在QPSK和16QAM上行的基礎上增加了同步碼分多址接入方式，使上行信道的回傳容量變大，提高了上行通道的頻譜利用率。DOCSIS V3.0進一步完善了DOCSIS V1.1和DOCSIS V2.0，它使得HFC網絡傳輸容量變得更大，適應未來很長一段時間的使用需求。通過DOCSIS的相關標準，提升了兼容性。即采用新標準制造的頭端設備能夠兼容與采用舊標準制造的終端設備，使得新設備和舊設備之間具備互操作性，不至于因為新設備的推廣使用導致舊版設備無法繼續運行，達到了可持續發展的目的。

（2）HFC網絡作為DOCSIS協議棧的物理底層進行規范。DOCSIS標準的不斷升級，是適應市場發展需求的一個過程。HFC 網絡始終作為通信協議棧的物理底層來規范，對網絡的上行通道和下行通道傳輸特性進行規范。例如：它規范了上行通道和下行通道的頻率范圍、帶寬，載噪比和載干比等。通過規范各種參數，為HFC 網絡的建設和改造提供方便條件，只有同時滿足了上述各種參數的規定，才能保證DOCSIS標準的可靠運行，多年的經驗表明，DOCSIS 協議和HFC網絡屬于相輔相成的關系，DOCSIS協議標準的不斷深入，促進了HFC網絡的發展與進步，傳輸質量不但提升、傳輸容量不斷擴大、傳輸成本不斷降低。而HFC網絡的發展與進步，進步一促進了DOCSIS協議的標準化。在有線電視網絡的改造過程中，應該堅持DOCSIS協議和HFC網絡的關聯性，損害DOCSIS協議和HFC網絡任何一方，都將阻礙網絡整體發展。例如：我國的很多地區，將源EoC技術加入到HFC網絡中，而完全不顧DOCSIS協議，導致HFC網絡失去其原有的價值，不能長遠的發展。有一些國家的廠商在DOCSIS協議引入到EPON系統中，希望達到具備多傳輸特性的目的，但是，從目前的情況來看，在電信業和有線電視業是不被看好的。

2.3 DOCSIS/HFC網絡的后發優勢

（1）網絡結構優化。伴隨著發展的需要，城域HFC網絡隨光節點逐步后移，實現FTTB結構布局。HFC網絡的光鏈路和同軸電纜分配網都能夠構成無源系統，有利于擴展傳輸網絡的網絡容量，提升傳輸網絡的傳輸質量，降低傳輸網絡的傳輸成本，為HFC網絡的發展奠定了堅實的基礎。（2）DOCSIS V3.0繼續升級。隨著DOCSIS V3.0的應用范圍不斷擴大，其設備成本下降指日可待。在市場的驅動下，DOCSIS V3.0一定不會停留在現階段，讓然會繼續完善與升級。例如，可以在三方面進行重點研究：第一方面，頻譜向上擴展。目前的下行有效頻譜上限是860MHz，上行有效頻譜上限從65MHz，通過擴展和升級，可以將下行的有效頻譜擴展到1000MHz或者更高，將上行有效頻譜 擴展至85MHz或者更高。第二方面，信道速率提高。下行調制采用1024QAM，上行調制采用256QAM。第三方面，帶寬成本下降。視頻采用MPEG-4或者H.264壓縮編碼。（3）建立統一的網管系統。DOCSIS協議能在HFC網上建立透明的IP數據傳輸系統，并且因為HFC網絡兼容簡單網絡管理協議，加之在DOCSIS V3.0的網絡層能夠實現對CM和CPE的IPv4/IPv6管理，所以，有利于網絡管理系統的建立。

3 結語

本文首先介紹了Cable Modem和HFC網絡，Cable Modem，又稱電纜調制解調器接入技術，是典型的HFC網絡升級的有線電視系統。Cable Modem具備多種功能作用，使其適于HFC網絡的使用。HFC網絡具備高帶寬、大容量、用戶利用率高等特點。HFC已經普遍被廣大使用者所接收，正逐步成為最具有價值，且改造成本最低的入戶平臺。然后，結合Cable Modem和HFC網絡的相關特點，重點分析了基于HFC網絡的Cable Modem技術優勢，希望通過本文的介紹能夠說明Cable Modem接入技術應是在HFC網上建立數據業務系統的首選。

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