CableModem接入技术应是在HFC网上建立数据业务系统的首选

鲍炜

摘要：随着科学技术的不断进步与发展，各种网络技术应用而生，本文重点介绍了Cable Modem和HFC网络，结合Cable Modem和HFC网络的相关特点，分析了基于HFC 网络的Cable Modem技术优势，证明了Cable Modem接入技术应是在HFC网上建立数据业务系统的首选。

关键词：Cable Modem接入技术 HFC 数据业务系统

中图分类号：TN943.6 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）09-0034-02

1 Cable Modem和HFC网络介绍

1.1 Cable Modem

Cable Modem，即为电缆调制解调器接入技术，是典型的HFC 网络升级的有线电视系统。Cable Modem与传统的技术不同，它不必采用拨号方法就可以实现上网的目的，无需电话线，可以不受时间约束进行连接。使用者采用Cable Modem进行数字信号的转换，将上行数字信号转换成RF信号，将下行的RF信号转换成数字信号。HFC网络是利用分频信道进行数据传输的，使用者的数量是相当庞大的，导致某一频率上的信道往往是同时被诸多个使用者使用的。想要掌握在Cable Modem在HFC网络中的使用情况，状态和流量情况等，引入网络管理系统对其进行监管。

Cable Modem技术的一个创新点在于摒弃了传统的双向对称技术，采用了双向非对称技术。利用6MHz模拟带宽使得下行传输时用户能够共享信息，不会对数据传输速度造成不良影响。传统的利用具体线路的数据交换业务，使用者在连接时是占用带宽的，而采用了Cable Mode技术以后，因为使用者之间是能够共享的，除了在发送和接收数据的瞬间使用网络资源，其他时间几乎是不占用网络资源的。当很多使用者同时使用网络时，有可能造成网络传输速度降低，此时，可以根据实际情况增加附加带宽来缓解传输速度降低的问题。

DOCSIS是除了欧洲以外的北美及其他国际市场的Cable Modem标准，DOCSIS有效的保证了不同厂家生产的产品具备兼容性。1998年，国际电信联盟正式将DOCSIS标准，作为Cable Modem的标准协议。执行DOCSIS标准的有线电视网在50MHz至750MHz的频段里下传到户6MHz带宽的通信速率，在50MHz至750MHz的频段里上传5MHz至42MHz波段。各个国家的有线电视实验室负责Cable Modem相关产品的认证工作，确保不同Cable Modem生产厂家的产品能够统具备相同的标准，相互之间能够兼容。通常，很多Cable Modem生产厂家为了拓宽市场，会进行DOCSIS标准相关测试，相关测试合格后，达到了DOCSIS标准的要求，就可以在产品的外包装上印上“有线电视实验室认定”的标志。凡是带有“有线电视实验室认定”的标志的产品都符合DOCSIS标准，能够与其他符合标准的产品通用。DOCSIS提供了高质量的宽带和语音业务，商业级的数据服务，以及利用网络共享Cable Modem提供多媒体服务。DOCSIS标准正在不断完善，可以说是兼容性的进步，能够使符合DOCSIS相关标准的Cable Modem在相同的网络及相同的频段中工作。

1.2 HFC网络

HFC网络为Hybrid Fiber Coaxial的缩写。随着科学技术的发展，通信网络和计算机网络均取得了非常大的进步，网络管理系统由此产生了。目前，网络管理系统已经成为电信网络建设的重要部分。HFC网络具备很多优点，例如：高带宽、大容量、用户利用率高等。HFC已经普遍被广大使用者所接收，正逐步成为最具有价值，且改造成本最低的入户平台。

HFC是一种经济实用的综合数字服务宽带网接入技术，目前，在全球范围内，已经有超过9.5亿的有线电视网使用者。我国的有线电视网虽然起步比较晚，不过，随着科学技术的迅猛发展，从90年代初发展至今，我国的有线电视网覆盖率已经超过了一半。电视家庭用户数有将近8500多万，是世界上排名第一邮箱电视网。随着人们对生活水平要求的不断提高，以及各种科学技术的发展，特别是在Internet的推动下，使用者对信息交换和网络传输方面均提出了更高的要求。使用者希望将CATV网络、计算机网络和电信网融为一体。利用HFC网络结构，建立一种经济实用的宽带综合信息服务网的方案也由此而生。

2 基于HFC 网络的Cable Modem技术优势

2.1 DOCSIS/HFC网络结构优势

（1）典型结构。广域网或者干线网结构是比较灵活的，如果城市的规模比较小，可以选择单一的星型结构，如果城市的规模比较大，可以选择多星型结构。广域网或者干线网包括多个中心布局方式，可以是一个总前端和多个分前端结合，总前端和分前端通过光系统进行链接，也可以是一个主中心和多个分中心结合的方式，主中心和分中心通过光系统链接。分前端和分中心设置有CMTS，CMTS通过1550nm的下行光链路与光纤支干线链接，通过1310nm上行光链路与光纤支干线链接。正是因为上行光链路和下行光链路的作用，使得20km以下的光纤支干线不需要使用中继。将光节点的数据与用户端之间的传输，利用树型同轴分配系统，光节点的数据传输到用户端为5MHz至65MHz，用户端的数据传输到光节点为87MHz至1000MHz；当光节点采用FTTB时，光接收机的输出的高电平不需要借助其他结构直接进入同轴电缆分配系统。（2）结构优势。按照一个光节点能够带动500户用户计算，HFC网络的可用性将近百分之百。HFC网络将上行光路和下行光路进行分离，避免了传统的网络系统将上行光路和下行光路混在一起导致数据传输质量无法保障和数据传输损耗严重的问题。将上行光路和下行光路分离还带来了一个非常重要的好处，就是在光缆成本不断降低的现实状况之下，为数据的储备和系统的扩展提供方便条件。这种结构的优点在实时电视广播业务方面体现的非常明显，结构简单的同时，能够满需用户需求，实用性高，安全可靠。

树型结构的同轴电缆分配系统，有利于系统中接入用户，同时方便施工。按频谱分割方式构成非对称的双向传输系统，几乎不会对其对网络业务造成负面影响。对于电视、电话和宽度业务，电视和宽度业务要求容量相对比较大，在数据传输上采用的是非对称的方式，即：下行要大于上行容量。话音业务采用的是对称的传输方式，上行和下行传输的数据容量都比较小，所以，在进行数据传输时不会使得传输负担加重。对于电视、电话和宽度业务，采用传统的对称结构成本高。通过上面的分析可以看出，在电视、电话和宽度业务中，使用DOCSIS/HFC网络结构的效果最佳，它满足了使用要求和成本要求，要比其他网络系统性能好，特别是在宽带业务市场中具备相当大的潜力。

2.2 DOCSIS 标准支持

（1）专为有线电视业研制的系列标准。美国Cable Labs 在1998年开始，先后颁布了DOCSISV1.0、DOCSIS V1.1、DOCSISV2.0、DOCSISV3.0；美国Cable Labs的射频信道与欧洲制式的EuroDOCSIS DOCSISV1.1、DOCSIS V2.0、DOCSISV3.0的通信协议相同，可以说DOCSISV1.0、DOCSIS V1.1、DOCSISV2.0、DOCSISV3.0是为了HFC网络业务应用在有线电视业务中的制定的专项标准。不断升级的DOCSIS标准，实现了HFC在模拟电视与数据业务的同网传输。目前，最新版本的DOCSIS标准已经非常完善，使HFC网络能适应电视、电话和数据业务的同时传输。在DOCSISV1.1中，上行宽带和下行宽带的动态QoS机制，使得电视、电话和数据业务能够得到QoS的支持。引入有效负载包头抑制技术，使得上行宽带和下行宽带的利用效率较之传统有了非常大的提升。所以，DOCSIS V1.1系统在保证传输质量的同时，使得传输效率达到82%以上，还适用于对时延敏感的多种业务。在DOCSIS V1.1规范的基础上，还发布了相应的商用平台接口规范、多媒体业务应用平台的接口规范和家庭网络的接口规范。DOCSIS V2.0属于V1.1的补充与扩展，DOCSIS V2.0在QPSK和16QAM上行的基础上增加了同步码分多址接入方式，使上行信道的回传容量变大，提高了上行通道的频谱利用率。DOCSIS V3.0进一步完善了DOCSIS V1.1和DOCSIS V2.0，它使得HFC网络传输容量变得更大，适应未来很长一段时间的使用需求。通过DOCSIS的相关标准，提升了兼容性。即采用新标准制造的头端设备能够兼容与采用旧标准制造的终端设备，使得新设备和旧设备之间具备互操作性，不至于因为新设备的推广使用导致旧版设备无法继续运行，达到了可持续发展的目的。

（2）HFC网络作为DOCSIS协议栈的物理底层进行规范。DOCSIS标准的不断升级，是适应市场发展需求的一个过程。HFC 网络始终作为通信协议栈的物理底层来规范，对网络的上行通道和下行通道传输特性进行规范。例如：它规范了上行通道和下行通道的频率范围、带宽，载噪比和载干比等。通过规范各种参数，为HFC 网络的建设和改造提供方便条件，只有同时满足了上述各种参数的规定，才能保证DOCSIS标准的可靠运行，多年的经验表明，DOCSIS 协议和HFC网络属于相辅相成的关系，DOCSIS协议标准的不断深入，促进了HFC网络的发展与进步，传输质量不但提升、传输容量不断扩大、传输成本不断降低。而HFC网络的发展与进步，进步一促进了DOCSIS协议的标准化。在有线电视网络的改造过程中，应该坚持DOCSIS协议和HFC网络的关联性，损害DOCSIS协议和HFC网络任何一方，都将阻碍网络整体发展。例如：我国的很多地区，将源EoC技术加入到HFC网络中，而完全不顾DOCSIS协议，导致HFC网络失去其原有的价值，不能长远的发展。有一些国家的厂商在DOCSIS协议引入到EPON系统中，希望达到具备多传输特性的目的，但是，从目前的情况来看，在电信业和有线电视业是不被看好的。

2.3 DOCSIS/HFC网络的后发优势

（1）网络结构优化。伴随着发展的需要，城域HFC网络随光节点逐步后移，实现FTTB结构布局。HFC网络的光链路和同轴电缆分配网都能够构成无源系统，有利于扩展传输网络的网络容量，提升传输网络的传输质量，降低传输网络的传输成本，为HFC网络的发展奠定了坚实的基础。（2）DOCSIS V3.0继续升级。随着DOCSIS V3.0的应用范围不断扩大，其设备成本下降指日可待。在市场的驱动下，DOCSIS V3.0一定不会停留在现阶段，让然会继续完善与升级。例如，可以在三方面进行重点研究：第一方面，频谱向上扩展。目前的下行有效频谱上限是860MHz，上行有效频谱上限从65MHz，通过扩展和升级，可以将下行的有效频谱扩展到1000MHz或者更高，将上行有效频谱 扩展至85MHz或者更高。第二方面，信道速率提高。下行调制采用1024QAM，上行调制采用256QAM。第三方面，带宽成本下降。视频采用MPEG-4或者H.264压缩编码。（3）建立统一的网管系统。DOCSIS协议能在HFC网上建立透明的IP数据传输系统，并且因为HFC网络兼容简单网络管理协议，加之在DOCSIS V3.0的网络层能够实现对CM和CPE的IPv4/IPv6管理，所以，有利于网络管理系统的建立。

3 结语

本文首先介绍了Cable Modem和HFC网络，Cable Modem，又称电缆调制解调器接入技术，是典型的HFC网络升级的有线电视系统。Cable Modem具备多种功能作用，使其适于HFC网络的使用。HFC网络具备高带宽、大容量、用户利用率高等特点。HFC已经普遍被广大使用者所接收，正逐步成为最具有价值，且改造成本最低的入户平台。然后，结合Cable Modem和HFC网络的相关特点，重点分析了基于HFC网络的Cable Modem技术优势，希望通过本文的介绍能够说明Cable Modem接入技术应是在HFC网上建立数据业务系统的首选。

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