双向HFC网数据传输标准优化方案

有线电视双向HFC网数据传输标准，目前已形成欧美两大标准体系及相应的国际标准。

1.欧洲标准体系

（1）数字视频（DVB广播）。DVB集团成立于1993年，始于欧洲，但很快在全球有200多个成员参加。DVB长期致力于数字视频的标准化制定，其数字有线电视传输系统标准纳入ETSI（欧洲电信协会）标准发表的有：

1）ETS 300429《有线电视系统的信道编码和调制》（DVB-C）；

2）EN 50083《电视和声音信号的有线电视分配系统》（1997）。

（2）DAVIC（数字视听理事会）。DAVIC成立于1994年，目的是研究、制定与DVB相关的有线电视交互式应用标准，并提供给ISO标准化组织。它在全球也很快拥有200多个成员，在很大程度上取代了DVB的有线电视系统的标准化工作，其发表的有线电视交互系统规范有：

1）DAVIC 1.0《DAVIC系统模型》（1995-12）；

2）DAVIC 1.1中的《有线电视交互信道规范》（1996-03）-DAVIC 1.0的扩展；

3）ETS 300800《有线电视分配系统的DVB交互信道》（1997-08-12）；

4）DAVIC 1.5《DAVIC Cable Modem》技术规范（1998-11），该规范已成为ETS300800 V2。

（3）欧洲有线电视运营商联盟（ECCA）。1996年成立，1997年初与Braunschweig技术大学的通信技术学院合作成立了Euro Cable Labs。

1999年5月，Euro Cable Labs发布了Euro Modem V1.0规范。该规范基于ETS 300800（DVB-RCC），增加了对终端Cable Modem的要求。其中A类Cable Modem为基本版本，满足基本的HFC数据接入功能，B类则为加强版本，提供QoS功能，支持实时业务的开发。

2.北美标准体系

（1）多媒体有线电视网络系统（MCNS）。MCNS是由美国有线电视网的主要运营商TCI、Time Wanner、Comcast、Cox、Media one Roger Cable System等公司组成的“论坛”组织，目的是研究制定HFC网上的数据通信接口规范。在标准制定过程中，又有几家系统设备和芯片供应厂商加入，如GI、Broad com等。

1995年12月以后该组织先后发表了MCNS的8个文件，统称为“Cable上的数据传输射频接口规范”，即后来的“DOCSIS”标准。其中包括了对各类接口、安全协议、CMTS及CM等多方面的规定。

（2）有线电视实验室（Cable Labs）。Cable Labs是北美和南美主要有线电视网运营商于1988年成立的研究机构，主要致力于有线电视技术的研究和标准的制定工作。其发表的标准主要有：

1）Cable Labs 1《有线电视系统的数字传输特性》（1994-11）；

2）Cable Labs 2《双向有线电视系统特性》（1995-04）；

3）在MCNS基础上总承为《有线电视网上的数据传输射频接口规范》，即DOCSIS V1.0版本（1997年发布草案，1998年初正式发布）；

4）1999年发布了DOCSIS V1.1版本，为V1.0的扩展。它增加了：适用于上行和下行带宽的动态QoS，在上行中提供CMTS控制的分段数据包，用有效负载包头抑制提高上行和下行带宽的利用效率及支持VoIP等对时延敏感的多种业务等多方面的规范。该版本经多次修改、完善（如RF接口规范修订了7次），于2002年3月才正式发表；

5）2000年发表了Euro DOCSIS V1.1欧洲规范，其系统的频谱划分、频道带宽、传输特性的规定完全兼容欧洲标准（DVB-C/DAVIC 1.5）；

6）2001年12月发表了DOCSIS 2.0，为DOCSIS V1.1的扩展。增加了基于直接序列扩频系统（DS-SS）的同步码分多址（S-CDMA）接入方式，使上行信号能在更低的C/N的上行信道上传输，从而减少了上行信道会聚噪声的影响，以扩展上行信道的回传容量；

7）在1999～2002年，为适应双向HFC网络多功能业务开发的需求，在DOCSIS V1.1标准的基础上，先后发表了《Open Cable》、《Packet Cable》、《Cable Home》等3个业务应用层面上的技术规范，使DOCSIS V1.1成为一个相当完整的标准体系，其增强的协议功能得以更充分的应用。

3.国际标准(www.xing528.com)

国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）等国际标准的研制机构在20世纪90年代发表了不少相关标准，可视为对现行欧美标准和国际标准的基础和补充。例如，涉及本地网开放系统互联的媒体接入控制（MAC）的规范就发表在ISO/IEC 10038、ISO/IEC 10039文件中，尤其是IEC 60728-10《电视和声音信号的有线电视分配系统》标准第10部分，对回传通道的系统性能测量作了规范（2001年3月发表），这是对有线电视交互系统的最新贡献。

国际电信联盟（ITU）在欧洲、北美及日本等地区工作的基础上，先后发表了3个标准，其基本规范中纳入了欧美两大标准体系。

1）ITU-TJ.83《有线电视的电视、声音和数据分配业务的数字多节目系统》（1998年初）；

2）ITU-TJ.110《提供交互式电视业务的全球共同系统基本原则》；

3）ITU-TJ.112《交互式有线电视业务传输系统》（1999年初）。

J.112标准是J.83的扩展、衍生，其中A、B、C 3个附件分别为欧洲、北美、日本等国家和地区形成的标准——附件A为欧洲ETS 300800（DVB-C/DAVIC）的衍生，即J.83-A的扩展；附件B为美标DOCSIS V 1.0；附件C为日本标准。

4.DOCSIS2.0简介

自1997年DOCSIS标准发布以来，它就逐渐成为有线电视数据传输的全球标准。DOCSIS 2.0于2001年12月宣布推出，其改进的上行通道物理层明显地增强了上一个版本的功能。

DOCSIS 2.0对下行通道PHY基本未做更改，它可以继续在CMTS与CM之间提供速率高达40Mbit/s的数据链路。由DOCSIS 2.0定义的上行物理层可以使单个上行通道内的数据速率达到30Mbit/s。与DOCSIS 1.0相比，它可以使频谱效率提高50%，并使单个载波的吞吐量提高300%。DOCSIS 2.0增强技术提高了系统能力，并减少了CMTS处的上行端口数。

DOCSIS 2.0使各运营商能够提供新的增值应用，如电视会议、VoIP、点对点网络及在线游戏等，这些应用均要求使用强大可靠的上行数据链路。除了提供更广泛的上行链路之外，DOCSIS 2.0上行通道还不容易受诸如加性高斯白噪声（AWGN）、脉冲噪声及突发干扰等通道缺陷的影响。

DOCSIS 2.0上行物理层采用了两种调制技术：高级时分多址（A-TDMA）及同步码分多址（S-CDMA）。这两项技术通过提供更高的吞吐量及改进的可靠性，增强了DOCSIS 1.0与DOC-SIS 1.1上行物理层的性能。A-TDMA是DOCSIS 1.x物理层的延伸，后者采用了TDMA调制。S-CDMA是使用128个正交扩散码同时传输多达128个符号的另一种方法。在有些情况下某一项技术可能在性能上优于另一项技术，但A-TDMA与S-CDMA均可提供同样高的吞吐量。此外，这两项技术还可提供工具来缓解各种通道缺陷。

有线电视网络在双向改造过程中所面临的最大问题就是随机突发脉冲噪声，这些噪声信号通常集中在上行频段的5～50MHz范围内。噪声和干扰主要来自于家庭电器设备，它们通常都是无法控制和避免的，这些脉冲噪声和窄带干扰经上行传输汇集形成的“漏斗噪声”，会严重影响上行业务，针对这种情况，Cable-Labs在DOCSIS 2.0中提出了采用S-CDMA技术的上行物理层调制方式。

扩频技术最早应用于军队，该技术可以有效地减少干扰的影响，同时增强安全性。在DOCSIS 2.0中，上行突发数据信号经过与直接扩频序列相乘（扩频）后，频带变得更宽，信号表现为噪声的特性，其结果就是原始的数据流在频率上被扩散或者说展宽了，扩频改善了噪声的影响能力。

图4-25显示了扩频的过程。一组被传输的符号I₁在频域表示为F（I₁）（见图4-25a），F（I₁）经过一个扩散码序列C₁扩散后形成信号F（S₁），该信号与F（I₁）相比在频域已经被展宽了，该信号表现为连续带宽内的噪声信号特性（见图4-25b）；该信号经过有线电视网络传输后，与混入上行通道中的噪声信号一起形成了图4-25c所示的信号R=S₁+N₁，在接收端该信号通过与扩散码序列C₁进行反扩散后重新形成原始的I₁信号（见图4-25d）。

图4-25解释了单个数据流的扩频过程。通过使用CDMA（Code Divi-sion Multiple Access）技术，可以同时传输多个数据流。CDMA技术将扩频技术应用到了多个数据流，因此多个用户可以同时共享一个上行射频通道。每个数据流用不同的扩散码序列，然后将多个扩散信号混合到一个共享的上行信道中。但是设计系统时，应注意所有用户发送的信号功率之和不应当超过允许的通道功率。在接收端，不同的数据流使用各自的扩散码序列进行反扩散。

图4-25 扩频传输

DOCSIS 2.0中上行物理层增加了S-CDMA技术，在设计时上行系统中各个不同的扩散码序列彼此间是零相关和零时移的。共享同一个上行信道的每个用户必须同步，在此同步系统中由于使用了正交扩散码，因而消除了时间的影响。该系统的容量主要受扩散码序列的数量的影响。

5.DOCSIS 3.0简介

DOCSIS 3.0版本是2006年6月通过，是第三代有线电视数据传输的全球标准。

DOCSIS 3.0主要采用了“频道捆绑（Channel-Bonding）”技术，大大提高了上行和下行速率和带宽，例如四个频道捆绑在一起，下行共享速率可达200Mbit/s以上，上行共享速率可达120Mbit/s以上，增加频道捆绑数可实现更高的传输速率和带宽。如果说DOCSIS 1.0实现了上网要求，DOCSIS 1.1实现了打IP电话的要求，则DOCSIS 3.0则实现了IPTV和VOD的要求。

DOCSIS 3.0采用模块式CMTS即M-CMTS，以及采用Edge QAM调制器，即EQAM。EQAM是从M-CMTS中提出部分功能，首先EQAM具有调制功能，将信号调制到射频（RF）上去、并且一个输出口可以包括几个频道的QAM信号，每个频道的调制方法可以不同，其次EQAM的输入是以太网信号，EQAM具有基带信号的处理能力，例如同步，多信道对M-CMTS同步不像单个CMTS那么容易，EQAM有定时接口（DTI）直接与定时服务器锁定。

同时在DOCSIS 3.0中，数据帧（DOCMAC）和数字视频信号可间插使用，它们之间的不同之处在于交织深度，这一点也可由EQAM来完成。