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本文由《廣播與電視技術》雜誌獨家授權。 本文刊發於2017年第9期。
作者：鄺楚祥， 區偉東， 馮香菱（廣東省廣播電視網路股份有限公司佛山分公司）
【摘 要】
廣播電視網路擁有大量的傳統HFC入戶網路線路， 在寬頻中國和三網融合背景下， 是要採用FTTH還是繼續發揮同軸電纜的寬頻特性實現寬頻提速， 這是擺在每個廣播電視網路運營企業面前的一個極其重要的技術決策問題。 本文通過結合佛山廣電網路在DOCSIS 3.1技術方面的實網試點案例和經驗， 闡述了在同軸電纜網路上實現千兆以上寬頻接入的可行性，
【關鍵字】
DOCSIS 3.1， HFC同軸光纖混合網， 千兆頻寬， OFDM
0 背景
2013年8月1日， 國務院提出“寬頻中國”實施方案。 廣東省人民政府也據此發佈了“寬頻廣東”發展規劃， 計畫到2020年， 全省寬頻發展整體水準力爭進入世界先進行列， 基本建成智慧廣東， 城市用戶固定寬頻接入能力達到300Mbps（發達城市部分使用者達到1Gbps）， 農村用戶固定寬頻接入能力達到20Mbps。
針對此發展規劃， 三大電信運營商加快了寬頻提速的步伐， 借助FTTH技術在全國範圍內如火如荼的開展接入網路光纖化改造， 以實現百兆甚至千兆入戶。 我國有線電視網自90年代初發展至今， 全國覆蓋面已達50％， 接入網部署多採用HFC同軸光纖混合網路技術和DOCSIS 技術，
在此背景下， 廣電運營商是否只能放棄原有大量同軸電纜資源的投入而採用FTTH呢？ 2013年發佈的DOCSIS 3.1技術標準為其指出了另一條出路。 此技術目前在中國還未進行過商用， 但美國和歐洲一些大規模的運營商早已進行部署商用， 美國已有有線電視網路運營商在部分地區推出了2000Mbps入戶頻寬的寬頻接入服務。 為突破銅纜寬頻的千兆速率瓶頸， 佛山廣電網路建設了商用試驗網路，
1 DOCSIS技術介紹
1.1 DOCSIS技術概述
DOCSIS為Data Over Cable System Interface Specifications的縮寫， 即資料在有線電視系統中的介面規範。 Cable Labs於1997年發佈1.0標準， 為有線運營商提供了基本的寬頻互聯網連接；1999年頒佈1.1標準， 在服務品質（QoS）、安全機制等方面有了一定完善；2001年12月頒佈2.0標準， 利用高階調製技術， 提高頻譜利用效率， 使上行通道內資料效率達30Mbps ；2006年8月頒佈3.0標準， 通過去耦合設計和通道綁定， 大幅提升頻寬水準， 使其下行可達400Mbps 以上， 上行可達120Mbps；2013 年發佈3.1標準， 核心之處在於採用LDPC編碼和OFDM調製體系， 使上下行的頻寬容量更大（可達上1Gbps/下10Gbps）。
DOCSIS各版本規範最大傳送速率能力率見表1所示。
1.2 DOCSIS3.1技術
1.2.1 DOCSIS3.1技術簡介
DOCSIS 3.1技術與DOCSIS 3.0技術相比， 核心之處在於採用了LDPC編碼和OFDM調製體系， 使上下行的頻寬容量更大， 突破DOCSIS 3.0頻寬水準， 達到千兆以上寬頻速率接入的能力。 同時DOCSIS 3.1被設計為可相容舊版本， 與DOCSIS 3.0/2.0可共存， 這對於運營商前期投入的大量2.0、3.0的CM等有巨大的保護作用， 使其可根據市場的需求， 做到增量存量共同部署。
1.2.2 DOCSIS 3.1關鍵技術
1. OFDM
OFDM即正交頻分複用技術， 是一種每頻道多載波並行技術， 如圖1所示。 它把一個頻道劃分為許多子頻道，
2. LDPC
LDPC即低密度同位碼， 是一種具有稀疏校驗矩陣的分組改錯碼， 幾乎適用於所有的通道。 它比前幾代標準所使用的R-S編碼具有更好的穩定性， 能夠提供比RS碼高6dB的編碼增益， 把錯誤糾正的效率提供離香農極限不到1dB的水準， 且描述和實現簡單， 易於進行理論分析和研究， 解碼簡單且可實行平行作業， 適合硬體實現。
2 測試與驗證
為驗證DOCSIS 3.1版本在技術上和工程上的可行性，以及其對DOCSIS 2.0和DOCSIS 3.0的舊版相容性，我司初步選取了近100戶的實際樓盤進行了實網試驗。
2.1 試點組網原理
2.1.1 組網方案
在本次試點中，需在試點區域前端機房部署DOCSIS 3.1 CMTS，使用者終端設備部分更換為DOCSIS 3.1 CM，部分仍繼續使用原有DOCSIS 2.0、DOCSIS 3.0的CM和機上盒，都會區網路、HFC接入網及其線纜部分均不作更改。改造完畢後將試點區域的光點接入DOCSIS 3.1 CMTS，將前端信號經CMTS 調製傳輸到使用者CPE 設備，最終通過家庭閘道、4K等應用展現出高頻寬應用。
具體試點邏輯網路拓撲如圖2所示。
2.1.2 頻點規劃
因我司HFC網路中光平臺、光機、放大器、分支分配器等器材均為1.0G器材，所以此次試點可用頻率最高為1GHz。我司原部署860M以下的32個頻點中有8個用於DOCSIS，24個用於IPQAM，直播頻點為111M-606M。此次試點原來606M-670M間8 個頻點由DOCSIS 3.0和DOCSIS 3.1共用，670M-734M 間的8個頻點由IPQAM 使用，734M之上至1.0G用於DOCSIS 3.1大頻寬應用，共可設置兩個下行OFDM，分別為734M-870M、870M-1000M。
上行頻率擴大設置為5M-102M， 其中40M-65M用於DOCSIS 3.0，5M-40M 及65M-102M配置為兩個OFDMA上行通道。具體頻譜規劃圖見圖3所示。
2.2 測試結果
2.2.1 上下行速率
本次試點上行配置為兩個OFDMA（5M 〜40M 及65M-102M），DOCSIS 3.0 設置4個上行通道。下行最多可配置兩個OFDM（分別為734M-870M，以及870M-1000M），並綁定DOCSIS 3.0 的8個頻道， 目前DOCSIS 3.0技術的調製方式最高可達256QAM，本次將DOCSIS 3.0調製方式均配置為256QAM ；DOCSIS 3.1 技術的調製方式最高可達4096QAM，我們分別設置不同的調製方式，並通過Iperf打流軟體測試在配置“一個OFDM（870M-1000M）”及“兩個OFDM（730M-1000M）”時的上下行速率，及其上線頻點，測試結果如表2、表3所示：
由測試結果表明，DOCSIS 3.1 CM在一個OFDM上線通道輸出速率可以達到將近1.7Gbps ；也可在兩個OFDM頻帶時上線，輸出速率可以達到3.0Gbps 左右，且可流暢觀看4K、全景VR等視頻，證明DOCSIS 3.1可達到千兆頻寬接入，具有技術可行性；同時本次試點為我市轄下實際網路區域，具有工程可行性。
2.2.2 向後相容性
本次試點將部分家庭終端更換為DOCSIS 3.1 CM，同時還有大量原有DOCSIS 2.0、3.0的CM和機上盒在用，在配置兩個下行OFDM，DOCSIS 3.1配置4096調製方式情況下，分別檢測三種規格CM和機上盒上線狀態，檢驗其是否能穩定上線通信，測試結果見表4。
在表2、表3中可看出，DOCSIS 3.1 CM在DOCSIS 3.0及DOCSIS 3.1的頻點內均可上線，且由表4 可看出，2.0及3.0的終端也可正常通信上線，表明DOCSIS 3.1具有較好的向後相容性。
3 結束語
通過佛山廣電網路本次的實網技術試驗，我們成功使用DOCSIS 3.1技術在有線同軸網路上實現了千兆寬頻接入，一定程度上驗證了在現有HFC網路上應用DOCSIS 3.1技術的技術可行性及工程可行性，從而堅定了繼續使用DOCSIS 體系技術支撐業務發展的信心和決心。隨著試點技術商用的逐步推進，預計佛山廣電網路將形成以DOCSIS 3.0技術提供300Mbps接入和以DOCSIS 3.1技術提供1Gbps接入的寬頻業務技術應用模式，並為推動佛山市早日落實“寬頻中國”戰略及“寬頻廣東發展規劃”總體目標而努力。
參考文獻
［1］ 馬思邈.DOCSIS3.0 標準的研究與應用[J]. 中國有線電視，2009(05):503-505.
［2］高蓉蓉. 從DOCSIS3.1 看未來有線網路IP 化趨勢[J]. 有線電視技術，2015(10):59-62.
作者簡介
鄺楚祥，男，1973年生，工程碩士，廣東省廣播電視網路股份有限公司佛山分公司副總經理，先後分管佛山廣電網路的技術、財務、經營、人力資源管理等工作，對廣電網路開展雙向業務方面有較深入的研究，曾主持廣東廣電網路在佛山地區的DOCSIS 3.1技術試點項目和C-DOCSIS技術商用推廣工作。
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2 測試與驗證
為驗證DOCSIS 3.1版本在技術上和工程上的可行性，以及其對DOCSIS 2.0和DOCSIS 3.0的舊版相容性，我司初步選取了近100戶的實際樓盤進行了實網試驗。
2.1 試點組網原理
2.1.1 組網方案
在本次試點中，需在試點區域前端機房部署DOCSIS 3.1 CMTS，使用者終端設備部分更換為DOCSIS 3.1 CM，部分仍繼續使用原有DOCSIS 2.0、DOCSIS 3.0的CM和機上盒，都會區網路、HFC接入網及其線纜部分均不作更改。改造完畢後將試點區域的光點接入DOCSIS 3.1 CMTS，將前端信號經CMTS 調製傳輸到使用者CPE 設備，最終通過家庭閘道、4K等應用展現出高頻寬應用。
具體試點邏輯網路拓撲如圖2所示。
2.1.2 頻點規劃
因我司HFC網路中光平臺、光機、放大器、分支分配器等器材均為1.0G器材，所以此次試點可用頻率最高為1GHz。我司原部署860M以下的32個頻點中有8個用於DOCSIS，24個用於IPQAM，直播頻點為111M-606M。此次試點原來606M-670M間8 個頻點由DOCSIS 3.0和DOCSIS 3.1共用，670M-734M 間的8個頻點由IPQAM 使用，734M之上至1.0G用於DOCSIS 3.1大頻寬應用，共可設置兩個下行OFDM，分別為734M-870M、870M-1000M。
上行頻率擴大設置為5M-102M， 其中40M-65M用於DOCSIS 3.0，5M-40M 及65M-102M配置為兩個OFDMA上行通道。具體頻譜規劃圖見圖3所示。
2.2 測試結果
2.2.1 上下行速率
本次試點上行配置為兩個OFDMA（5M 〜40M 及65M-102M），DOCSIS 3.0 設置4個上行通道。下行最多可配置兩個OFDM（分別為734M-870M，以及870M-1000M），並綁定DOCSIS 3.0 的8個頻道， 目前DOCSIS 3.0技術的調製方式最高可達256QAM，本次將DOCSIS 3.0調製方式均配置為256QAM ；DOCSIS 3.1 技術的調製方式最高可達4096QAM，我們分別設置不同的調製方式，並通過Iperf打流軟體測試在配置“一個OFDM（870M-1000M）”及“兩個OFDM（730M-1000M）”時的上下行速率，及其上線頻點，測試結果如表2、表3所示：
由測試結果表明，DOCSIS 3.1 CM在一個OFDM上線通道輸出速率可以達到將近1.7Gbps ；也可在兩個OFDM頻帶時上線，輸出速率可以達到3.0Gbps 左右，且可流暢觀看4K、全景VR等視頻，證明DOCSIS 3.1可達到千兆頻寬接入，具有技術可行性；同時本次試點為我市轄下實際網路區域，具有工程可行性。
2.2.2 向後相容性
本次試點將部分家庭終端更換為DOCSIS 3.1 CM，同時還有大量原有DOCSIS 2.0、3.0的CM和機上盒在用，在配置兩個下行OFDM，DOCSIS 3.1配置4096調製方式情況下，分別檢測三種規格CM和機上盒上線狀態，檢驗其是否能穩定上線通信，測試結果見表4。
在表2、表3中可看出，DOCSIS 3.1 CM在DOCSIS 3.0及DOCSIS 3.1的頻點內均可上線，且由表4 可看出，2.0及3.0的終端也可正常通信上線，表明DOCSIS 3.1具有較好的向後相容性。
3 結束語
通過佛山廣電網路本次的實網技術試驗，我們成功使用DOCSIS 3.1技術在有線同軸網路上實現了千兆寬頻接入，一定程度上驗證了在現有HFC網路上應用DOCSIS 3.1技術的技術可行性及工程可行性，從而堅定了繼續使用DOCSIS 體系技術支撐業務發展的信心和決心。隨著試點技術商用的逐步推進，預計佛山廣電網路將形成以DOCSIS 3.0技術提供300Mbps接入和以DOCSIS 3.1技術提供1Gbps接入的寬頻業務技術應用模式，並為推動佛山市早日落實“寬頻中國”戰略及“寬頻廣東發展規劃”總體目標而努力。
參考文獻
［1］ 馬思邈.DOCSIS3.0 標準的研究與應用[J]. 中國有線電視，2009(05):503-505.
［2］高蓉蓉. 從DOCSIS3.1 看未來有線網路IP 化趨勢[J]. 有線電視技術，2015(10):59-62.
作者簡介
鄺楚祥，男，1973年生，工程碩士，廣東省廣播電視網路股份有限公司佛山分公司副總經理，先後分管佛山廣電網路的技術、財務、經營、人力資源管理等工作，對廣電網路開展雙向業務方面有較深入的研究，曾主持廣東廣電網路在佛山地區的DOCSIS 3.1技術試點項目和C-DOCSIS技術商用推廣工作。
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