宽带Cable Modem业务的技术平台

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宽带Cable Modem业务的技术平台(一)
2003-08-04 中国CATV


盛志凡

　　当＠Home企业于 1996年11月在Connecticut州正式推出宽带 Cable Modem（CM）业务的时候，许多人对此项业务的发展前景深表怀疑。那时，为了大规模地向用户提供宽带CM业务，美国的有线电视运营商必须对绝大多数的HFC有线电视网进行升级改造；必须面对来自宽带DSL业务的强大竞争，破除当时人们所持有的DSL技术比CM的技术要优越好的错误观念。他们更需要建立合适的宽带CM业务的技术平台，以向用户提供优质的宽带CM业务和服务，从而让用户喜爱和接受宽带CM业务。

　　时至今日，美国已有1200万宽带CM用户。这个数字是美国宽带DSL业务用户数的两倍。不仅如此，Comscore在今年二月发布的对美国宽带DSL业务和宽带CM业务的调查报告显示，美国有线电视运营商提供的宽带CM业务之平均速率比美国电信运营商提供的宽带DSL业务的平均速率几乎快一倍。

　　美国有线电视运营商的实践证明，他们采用的宽带CM业务的技术平台性能优越稳定，能够出色地向用户大规模地提供宽带CM业务。

　　 本文总结和先容了目前美国各大有线电视运营商所采用的宽带CM业务的技术平台。

1 宽带CM业务的接入网

　　 宽带CM业务的接入网是指从用户家中到有线电视前端的这一段网络。它是由双向HFC有线电视网和建之于其上的CM系统所组成。双向HFC网络为宽带CM业务流提供必要的物理链路。CM系统则实现了基于IP的双向宽带通信的各种功能，使有线电视运营商能够通过有线电视HFC网向用户提供各种宽带业务。

1．1 CM系统

　　 目前美国的有线电视运营商所拥有的CM系统是基于ITU国际标准DOCSIS的系统。DOCSIS的CM系统是由放置于有线电视前端的CMTS和放置在用户处的CM组成，并被使用在频道按6MHz带宽划分的HFC网络上。在频道按8MHz带宽划分的HFC网络，有线电视运营商必须使用ITU国际标准EuroDOCSIS的CM系统。由于DOCSIS 与 EuroDOCSIS仅在下行频道的带宽上有所不同，本文用DOCSIS泛指DOCSIS和EuroDOCSIS。

　　 DOCSIS标准是一个集各种最先进的数字通信技术之大成而又定义得非常好的国际标准。它结合了电话系统采用的时分复用技术和以太网使用的CSMA／CD技术，使DOCSIS的CM系统既可以为用户提供以太网式的“best effort”数据业务，也可以提供保证通信速率的电话业务和音视频流媒体业务。DOCSIS的CM系统不像纯以太网系统那样会因通信量的增加而导致数据包之间的碰撞增加，从而使通信效率发生大幅下降，也不像ADSL系统那样会因通信距离的远近而让通信速率发生显著变化。而且，其通信质量的稳定性并不会因有线电视系统中的电视频道数的增加而变化。

　　 CM系统可按DOCSIS 1．0，DOCSIS 1.1 和 DOCSIS 2．0三种不同版本的标准划分为三种不同的系统，并且他们之间具有后向兼容性。例如，一个 DOCSIS 1.1的CM系统是由DOCSIS 1.1的CMTS和CM产品所组成的系统。DOCSIS 2．0系统兼容1．1系统，而 DOCSIS 1．1系统兼容 1.0系统。实际运营中的CM系统会比上述分类更为复杂。一种可能的情况是，在有线电视前端的CMTS是 DOCSIS 1.1的，而用户所用的CM既有DOCSIS 1．0又有DOCSIS 1.1的。在这种情况下，整个CM系统是DOCSIS 1.0，因为在有线电视前端的 CMTS只能支撑1．0。另一种可能的情况是，在有线电视前端的CMTS是DOCSIS 1.1，而用户所用的 CM则是三种版本的产品俱全。在这种情况下，该CM系统对使用DOCSIS 1．1或DOCSIS 2．0 CM的用户而言是 DOCSIS 1.1的系统，但它对那部分使用 DOCSIS 1.0 CM的用户来说是 DOCSIS 1.0的系统，因为这部分用户只能获得DOCSIS 1.0所能支撑的性能指标。

　　 DOCSIS 1．0的 Cable Modem 系统只能支撑具有“best effort”特性的在线业务，如收发送E－mail和浏览网页等，而不能用来支撑VoIP和音视频流媒体等需要 QoS保证的宽带业务，因为DOCSIS1.0没有定义 QoS功能。如果有线电视运营商要提供宽带音视频流媒体业务，它们则需要采用 DOCSIS1.1 或 DOCSIS2.0的CM系统。

　　 除了 QoS功能外，DOCSIS1.1的 CM系统还具有很强的信道传输和抗HFC网络回传噪声的性能。它既可以让其所属的CMTS对上行信道进行后均衡，以处理对各不同CM所产生的共同的上行信道噪声干扰问题，又可以让各不同的CM对上行信道分别进行预均衡处理，以便处理它们各自因在HFC网络的位置不同而面临的独特的噪声干扰问题。它还有极强的误码前向纠错能力，能给一个255字节的数据包中多达10个字节的传输误码进行纠错。因此，DOCSIS1．1的CM系统能够较好地解决由回传线路多级放大器所引起的群延时失真和微波反射干扰所造成的失真的问题。

　　 DOCSIS2.0的 CM系统在DOCSIS1．1的CM系统的基础上作了的进一步的改进。它显著增强了其预均衡能力，在上行信道引入了信号交织技术，以应付较长时间的脉冲干扰所引起的突发性误码，并采用了S－CDMA技术传输来上行信号，以取得非常强的抗信号干扰和噪声的通信能力。此外，许多厂商还给DOCSIS2.0的CM增加了回传噪声消除（ingress noise cancellation）功能，使得这样的CM具有极佳的抗回传噪声的能力。一般而言，DOCSIS2.0的 CM系统几乎能够在所有已有的HFC网络上运行。DOCSIS2．0的CM系统还增大了上行带宽，使上行速率最高可达30Mbps，从而能够提供上下行基本对称的通信。这使得有线电视运营商能更好地开展具有对称通信特点的业务，如 VoIP、可视电话、会议电视和在线游戏等等。

　　 至今，已有76种不同CM和24种不同CMTS通过了Cable－labs的 DOCSIS1.1认证；17种不同CM和2种不同CMTS通过了Cablelabs的 DOCSIS2.0认证。有线电视运营商大多采用了DOCSIS1.1系统，并正在积极测试2.0的系统。CM的价格也降到50美金左右。

　　 在实际当中，CMTS往往还带有路由器的功能。对于宽带CM业务的接入网，有线电视运营商不仅需要根据其HFC网络的状况确定系统的上行传输的正确参数，如上行调制方式、上行带宽、信号交织深度和均衡器的系数等，而且还要定义IP域，负责IP路由，以及网络的流量的控制和监测等。