鮑煒

摘要：隨著科學技術的不斷進步與發(fā)展，各種網(wǎng)絡技術應用而生，本文重點介紹了Cable Modem和HFC網(wǎng)絡，結(jié)合Cable Modem和HFC網(wǎng)絡的相關特點，分析了基于HFC 網(wǎng)絡的Cable Modem技術優(yōu)勢，證明了Cable Modem接入技術應是在HFC網(wǎng)上建立數(shù)據(jù)業(yè)務系統(tǒng)的首選。

關鍵詞：Cable Modem接入技術 HFC 數(shù)據(jù)業(yè)務系統(tǒng)

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(wǎng)絡介紹

1.1 Cable Modem

Cable Modem，即為電纜調(diào)制解調(diào)器接入技術，是典型的HFC 網(wǎng)絡升級的有線電視系統(tǒng)。Cable Modem與傳統(tǒng)的技術不同，它不必采用撥號方法就可以實現(xiàn)上網(wǎng)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(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，將上行數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成RF信號，將下行的RF信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。HFC網(wǎng)絡是利用分頻信道進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，使用者的?shù)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(wǎng)絡中的使用情況，狀態(tài)和流量情況等，引入網(wǎng)絡管理系統(tǒng)對其進行監(jiān)管。

Cable Modem技術的一個創(chuàng)新點在于摒棄了傳統(tǒng)的雙向?qū)ΨQ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(shù)據(jù)傳輸速度造成不良影響。傳統(tǒng)的利用具體線路的數(shù)據(jù)交換業(yè)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(fā)送和接收數(shù)據(jù)的瞬間使用網(wǎng)絡資源，其他時間幾乎是不占用網(wǎng)絡資源的。當很多使用者同時使用網(wǎng)絡時，有可能造成網(wǎng)絡傳輸速度降低，此時，可以根據(jù)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(chǎn)的產(chǎn)品具備兼容性。1998年，國際電信聯(lián)盟正式將DOCSIS標準，作為Cable Modem的標準協(xié)議。執(zhí)行DOCSIS標準的有線電視網(wǎng)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(chǎn)品的認證工作，確保不同Cable Modem生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品能夠統(tǒng)具備相同的標準，相互之間能夠兼容。通常，很多Cable Modem生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品都符合DOCSIS標準，能夠與其他符合標準的產(chǎn)品通用。DOCSIS提供了高質(zhì)量的寬帶和語音業(yè)務，商業(yè)級的數(shù)據(jù)服務，以及利用網(wǎng)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(wǎng)絡及相同的頻段中工作。

1.2 HFC網(wǎng)絡

HFC網(wǎng)絡為Hybrid Fiber Coaxial的縮寫。隨著科學技術的發(fā)展，通信網(wǎng)絡和計算機網(wǎng)絡均取得了非常大的進步，網(wǎng)絡管理系統(tǒng)由此產(chǎn)生了。目前，網(wǎng)絡管理系統(tǒng)已經(jīng)成為電信網(wǎng)絡建設的重要部分。HFC網(wǎng)絡具備很多優(yōu)點，例如：高帶寬、大容量、用戶利用率高等。HFC已經(jīng)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(jīng)濟實用的綜合數(shù)字服務寬帶網(wǎng)接入技術，目前，在全球范圍內(nèi)，已經(jīng)有超過9.5億的有線電視網(wǎng)使用者。我國的有線電視網(wǎng)雖然起步比較晚，不過，隨著科學技術的迅猛發(fā)展，從90年代初發(fā)展至今，我國的有線電視網(wǎng)覆蓋率已經(jīng)超過了一半。電視家庭用戶數(shù)有將近8500多萬，是世界上排名第一郵箱電視網(wǎng)。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(fā)展，特別是在Internet的推動下，使用者對信息交換和網(wǎng)絡傳輸方面均提出了更高的要求。使用者希望將CATV網(wǎng)絡、計算機網(wǎng)絡和電信網(wǎng)融為一體。利用HFC網(wǎng)絡結(jié)構，建立一種經(jīng)濟實用的寬帶綜合信息服務網(wǎng)的方案也由此而生。

2 基于HFC 網(wǎng)絡的Cable Modem技術優(yōu)勢

2.1 DOCSIS/HFC網(wǎng)絡結(jié)構優(yōu)勢

（1）典型結(jié)構。廣域網(wǎng)或者干線網(wǎng)結(jié)構是比較靈活的，如果城市的規(guī)模比較小，可以選擇單一的星型結(jié)構，如果城市的規(guī)模比較大，可以選擇多星型結(jié)構。廣域網(wǎng)或者干線網(wǎng)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(jié)合，總前端和分前端通過光系統(tǒng)進行鏈接，也可以是一個主中心和多個分中心結(jié)合的方式，主中心和分中心通過光系統(tǒng)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(jié)點的數(shù)據(jù)與用戶端之間的傳輸，利用樹型同軸分配系統(tǒng)，光節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩舳藶?MHz至65MHz，用戶端的數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦夤?jié)點為87MHz至1000MHz；當光節(jié)點采用FTTB時，光接收機的輸出的高電平不需要借助其他結(jié)構直接進入同軸電纜分配系統(tǒng)。（2）結(jié)構優(yōu)勢。按照一個光節(jié)點能夠帶動500戶用戶計算，HFC網(wǎng)絡的可用性將近百分之百。HFC網(wǎng)絡將上行光路和下行光路進行分離，避免了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡系統(tǒng)將上行光路和下行光路混在一起導致數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量無法保障和數(shù)據(jù)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(xiàn)實狀況之下，為數(shù)據(jù)的儲備和系統(tǒng)的擴展提供方便條件。這種結(jié)構的優(yōu)點在實時電視廣播業(yè)務方面體現(xiàn)的非常明顯，結(jié)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(jié)構的同軸電纜分配系統(tǒng)，有利于系統(tǒng)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(tǒng)，幾乎不會對其對網(wǎng)絡業(yè)務造成負面影響。對于電視、電話和寬度業(yè)務，電視和寬度業(yè)務要求容量相對比較大，在數(shù)據(jù)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(yè)務采用的是對稱的傳輸方式，上行和下行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)容量都比較小，所以，在進行數(shù)據(jù)傳輸時不會使得傳輸負擔加重。對于電視、電話和寬度業(yè)務，采用傳統(tǒng)的對稱結(jié)構成本高。通過上面的分析可以看出，在電視、電話和寬度業(yè)務中，使用DOCSIS/HFC網(wǎng)絡結(jié)構的效果最佳，它滿足了使用要求和成本要求，要比其他網(wǎng)絡系統(tǒng)性能好，特別是在寬帶業(yè)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(yè)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(xié)議相同，可以說DOCSISV1.0、DOCSIS V1.1、DOCSISV2.0、DOCSISV3.0是為了HFC網(wǎng)絡業(yè)務應用在有線電視業(yè)務中的制定的專項標準。不斷升級的DOCSIS標準，實現(xiàn)了HFC在模擬電視與數(shù)據(jù)業(yè)務的同網(wǎng)傳輸。目前，最新版本的DOCSIS標準已經(jīng)非常完善，使HFC網(wǎng)絡能適應電視、電話和數(shù)據(jù)業(yè)務的同時傳輸。在DOCSISV1.1中，上行寬帶和下行寬帶的動態(tài)QoS機制，使得電視、電話和數(shù)據(jù)業(yè)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(tǒng)有了非常大的提升。所以，DOCSIS V1.1系統(tǒng)在保證傳輸質(zhì)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(yè)務。在DOCSIS V1.1規(guī)范的基礎上，還發(fā)布了相應的商用平臺接口規(guī)范、多媒體業(yè)務應用平臺的接口規(guī)范和家庭網(wǎng)絡的接口規(guī)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(wǎng)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(xù)運行，達到了可持續(xù)發(fā)展的目的。

（2）HFC網(wǎng)絡作為DOCSIS協(xié)議棧的物理底層進行規(guī)范。DOCSIS標準的不斷升級，是適應市場發(fā)展需求的一個過程。HFC 網(wǎng)絡始終作為通信協(xié)議棧的物理底層來規(guī)范，對網(wǎng)絡的上行通道和下行通道傳輸特性進行規(guī)范。例如：它規(guī)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(guī)范各種參數(shù)，為HFC 網(wǎng)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(shù)的規(guī)定，才能保證DOCSIS標準的可靠運行，多年的經(jīng)驗表明，DOCSIS 協(xié)議和HFC網(wǎng)絡屬于相輔相成的關系，DOCSIS協(xié)議標準的不斷深入，促進了HFC網(wǎng)絡的發(fā)展與進步，傳輸質(zhì)量不但提升、傳輸容量不斷擴大、傳輸成本不斷降低。而HFC網(wǎng)絡的發(fā)展與進步，進步一促進了DOCSIS協(xié)議的標準化。在有線電視網(wǎng)絡的改造過程中，應該堅持DOCSIS協(xié)議和HFC網(wǎng)絡的關聯(lián)性，損害DOCSIS協(xié)議和HFC網(wǎng)絡任何一方，都將阻礙網(wǎng)絡整體發(fā)展。例如：我國的很多地區(qū)，將源EoC技術加入到HFC網(wǎng)絡中，而完全不顧DOCSIS協(xié)議，導致HFC網(wǎng)絡失去其原有的價值，不能長遠的發(fā)展。有一些國家的廠商在DOCSIS協(xié)議引入到EPON系統(tǒng)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(yè)和有線電視業(yè)是不被看好的。

2.3 DOCSIS/HFC網(wǎng)絡的后發(fā)優(yōu)勢

（1）網(wǎng)絡結(jié)構優(yōu)化。伴隨著發(fā)展的需要，城域HFC網(wǎng)絡隨光節(jié)點逐步后移，實現(xiàn)FTTB結(jié)構布局。HFC網(wǎng)絡的光鏈路和同軸電纜分配網(wǎng)都能夠構成無源系統(tǒng)，有利于擴展傳輸網(wǎng)絡的網(wǎng)絡容量，提升傳輸網(wǎng)絡的傳輸質(zhì)量，降低傳輸網(wǎng)絡的傳輸成本，為HFC網(wǎng)絡的發(fā)展奠定了堅實的基礎。（2）DOCSIS V3.0繼續(xù)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(qū)動下，DOCSIS V3.0一定不會停留在現(xiàn)階段，讓然會繼續(xù)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(diào)制采用1024QAM，上行調(diào)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(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)。DOCSIS協(xié)議能在HFC網(wǎng)上建立透明的IP數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，并且因為HFC網(wǎng)絡兼容簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議，加之在DOCSIS V3.0的網(wǎng)絡層能夠?qū)崿F(xiàn)對CM和CPE的IPv4/IPv6管理，所以，有利于網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的建立。

3 結(jié)語

本文首先介紹了Cable Modem和HFC網(wǎng)絡，Cable Modem，又稱電纜調(diào)制解調(diào)器接入技術，是典型的HFC網(wǎng)絡升級的有線電視系統(tǒng)。Cable Modem具備多種功能作用，使其適于HFC網(wǎng)絡的使用。HFC網(wǎng)絡具備高帶寬、大容量、用戶利用率高等特點。HFC已經(jīng)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(jié)合Cable Modem和HFC網(wǎng)絡的相關特點，重點分析了基于HFC網(wǎng)絡的Cable Modem技術優(yōu)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(wǎng)上建立數(shù)據(jù)業(yè)務系統(tǒng)的首選。

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