融合EPON與DOCSIS的EoC技術與雙向網改方案

徐力恒，李建華

廣州珠江數碼集團有限公司，廣東 廣州 510010

1 主流有源EoC分析

2009年4月，國家廣電總局科技司頒布了《面向下一代廣播電視網（NGB）電纜接入技術（EoC）需求白皮書》[1]，描述了基于EoC的有線電視寬帶接入網絡結構、業務類型和應用場景，從信道帶寬需求、物理層需求、MAC層需求、以太網支持能力、接入設備需求等方面對EoC技術進行了規范。目前，EoC標準眾多，包括 HomePlugAV，HomePlugBPL，HomeP?NA，MoCA和WiFi降頻，以及廣電總局的廣科院研發的HINOC等。除了HINOC還處于標準制定和芯片研制階段，其他的標準已經商用，技術上各有優劣[2]，在各地廣電網絡中有一定的應用，但總體來說這幾種技術都會帶來網絡結構復雜化的諸多弊端：

1）上述技術除MoCA外，均是從其他行業或介質轉至同軸電纜，MoCA最初也只是用于解決家庭內容互聯，使用中同樣存在著各廠商兼容與在廣電行業中的發展問題。

2）在ONU后必須部署EoC頭端設備，由于其工作環境的適應性問題，將會降低網絡的安全性和可靠性，且網改成本亦不可低估。另外，PON＋EoC模式在實際部署中，需要在EoC頭端即樓道位置部署ONU、EoC頭端、放大器等多個有源設備，對樓道機箱要求提高很多，很多老樓盤無法提供理想的安裝設施，由于EoC的技術標準不統一，所以目前很少有集成ONU的EoC頭端設備，更何況ONU本身也存在與多廠商OLT對接的問題。

3）上述EoC技術大多采用了OFDM調制方式，OFDM的優點是克服了電力線、電話線和無線線路造成的多徑干擾，但將其用于同軸電纜線路，傳輸效率遠不如QAM調制方式。OFDM的傳輸效率在50%左右，而DOCSIS約為80%。

4）將基于雙絞線的HomePNA和基于電力線的HomePlug技術移植到有線電視的同軸電纜上，盡管傳輸特性會比電話線或電線有所改善，但同軸電纜的頻譜資源仍未得到充分利用，即便是在DOCSIS里被認為資源緊張的5～65 MHz上行頻譜中，也只利用了干擾較多的30 MHz以下頻段來進行雙向通信，頻譜資源浪費，傳輸速率不高。因此，這兩種原本是基于電信和電力固有網絡資源開發的技術，要移植到有線電視網上并非網絡改造良策。

PON＋EoC方案也面臨諸多挑戰，最令人擔憂的莫過于技術標準不統一，各種EoC技術各自發展、互不兼容，且其MAC層協議沒有動態QoS的控制能力，其通信質量和網絡可靠性難以保證。隨著廣電網絡的整合，EoC標準不統一對于廣電網絡的互通、升級和維護以及整個產業鏈的健康發展帶來了較大困擾。

源自廣電行業內的DOCSIS可以提供標準化的解決方案，實現不同廠商設備的良好互通，并具備面向話音業務的標準化QoS，因此受到廣電有線運營商的青睞。早在1997年，DOCSIS 1.0發布以后，我國利用DOCSIS標準的改造進程幾乎與世界同步，并在深圳、江門等少數沿海城市得到較為成功的運用。到目前，北京、上海、深圳、廣州等多個重要城市的雙向改造正在使用的技術就是DOCSIS。

不過，早期的DOCSIS技術是為大規模用戶、大面積覆蓋而設計的，對于中國一個光站只帶幾十上百的用戶而言，采用DOCSIS技術的成本是巨大的。將EP?ON和DOCSIS結合起來，形成一種集成ONU功能的新的經濟實惠的EoC技術，解決以上各類問題，因此誕生了DOC?SIS EoC新技術[3-4]。

2 集成EPON ONU與DOCSIS的EoC新技術

2.1 基本設計思路

該方案可在多用戶居住單元（Multi?ple Dwelling Unit，MDU）中部署DOCSIS，其基本設計思路是，利用OLT引擘實現流量分類和交換功能，DOCSIS EoC同軸纜媒體轉換器（CMC）集成光網絡單元（ONU）與mini CMTS功能，用更短的電纜走線和簡化的MAC和PHY功能，提供從EPON到DOCSIS域的橋接功能，實現DOCSIS CMTS MAC和PHY功能。其網絡架構如圖1所示[4]。

光網絡和有線電視網絡協議棧如圖2所示[4]。DOCSIS協議終止于用戶所處的位置，用戶可擁有標準的、通過DOC?SIS認證的CM，或含有嵌入式DOCSIS CM的機頂盒。

2.2 DOCSIS EoC上行PHY

DOCSIS EoC使用SCDMA，采用正交碼，提供可靠的有線電視調制解調器傳輸。通過可選擇的主動編碼（SAC）技術，實現同時檢測和避開窄帶與寬帶侵入噪聲，使運營商最大限度地利用DOC?SIS EoC應用的上行通道帶寬。

2.3 DOCSIS EoC下行PHY

DOCSIS EoC在6 MHz的下行信道中可提供50 Mbit/s的線路速率，相比256QAM模式有25%的改進。CMC支持DOCSIS 3.0和DOCSIS 2.0運行。

2.4 DOCSIS EoC MAC層QoS技術

DOCSIS EoC為端到端的QoS提供了兩級解決方案：第一級是在PON上，客戶業務被分成組，每組分配有保證的帶寬和延遲參數；第二級是在DOCSIS MAC上，針對每個用戶、每種業務為其上下行方向提供調度和整形。DOCSIS同軸電纜網和CMC在兩個QoS域之間提供橋接，如圖3所示[4]。

DOCSIS利用業務流量標識符，針對每個用戶和每種業務單獨調度數據包，通過該方法，CMC可以針對每個用戶和每種業務提供服務級別協議（SLA）。CMC可以針對每種業務監視用戶的性能，業務可以通過靜態配置建立，這樣所有用戶共用一個配置，或動態地基于每個用戶的要求建立，這樣每個用戶將使用獨立的配置，業務流一旦建立，用戶就擁有了最小帶寬保證、最大帶寬和延時級別等限制。上述CMC所提供的精確的帶寬管理能力減少了網絡對昂貴的流量管理設備（如BRAS）的需求。

因為DOCSIS在上行和下行方向均采用頻分多路復用（FDM），所以通過標準QAM或DOCSIS IP視頻提供視頻業務都是可能的。不間斷的下行FDM和針對組播、單播視頻的隔離的業務流為高質量視頻入戶提供了保障。

3 組網及網絡管理方案

3.1 應用場景

集成EPON ONU與DOCSIS的EoC可適應于大、中、小3種HFC網絡應用。

1）住戶分散的情況

對于住戶分散的別墅、城鎮的HFC網，或者資金有限，又希望為規模擴展提供基礎的運營商，可以按以下組網方案（見圖4）進行雙向網改。

圖4中，由EPON OLT替代中心局的CMTS（原先覆蓋500～800戶），CMC處于原先光站（optical node）處，CATV光接收機保留。ODN、光站、電放大等不變，CM升級到2.0版，CMC為DOCSIS 3.0，啟動下，每用戶接入速率增加。

該方案網絡改造工程較小，保留了大部分原有的銅纜，雙向放大器保留，同時需要抑制信噪。此方案同樣適用于農村廣電網絡升級改造。

2）用戶覆蓋200戶左右

對于城市或者人口密度比較高的地區，用戶覆蓋接近200戶時（典型值為100戶），可采用如下改造方案（見圖5）。

圖5中，由OLT替代中心局的CMTS；ODN改造中，光纖下移到最后一級雙向電放大器；CMC處于原先最后一級電放大器處，與CM最遠距離＜300 m；CMC尚未進樓，依舊在小區；CM升級到2.0版；CMC為DOCSIS 3.0，啟動Channel Bonding下，每個用戶的接入速率均增加。

該方案網絡改造工程較大，須保留樓內原先的銅纜結構。

3）用戶覆蓋在100戶左右

在人口密度更高的地區（如FTTB），用戶覆蓋低于100戶（典型值為50戶），可按如下方案（見圖6）進行雙向網改。

圖6中：由OLT C300替代中心局的CMTS；ODN改造中，光纖下移到樓道；CMC處于樓道，與CM距離不超過100 m；CM升級到2.0版；CMC為DOCSIS 3.0，啟動Channel Bonding下，每個用戶接入速率均增加。

該方案網絡改造工程較大，包括樓內同軸也需要改造，成本相對較高。

3.2 網絡管理

DOCSIS EoC系統的一個關鍵特點是PON和DOCSIS的融合式管理。整個系統可以用常見的界面和定義通過EP?ON OAM規則來管理。與其他解決方案不同，該系統不需要對每一個有線電視調制解調器或每一個CMC進行IP管理。集成到單一的管理降低了成本，并簡化了網絡分析。

CMC在IEEE，CCSA等定義的IEEE 802.3以太網OAM規則和有線電視調制解調器上的DOCSIS管理規則之間提供變換。因為CMC提供管理變換，所以可以用單一網絡管理系統（NMS）來控制OLT，ONU和CM。不需要DOCSIS管理系統來管理DOCSIS系統，用PON網絡管理系統（NMS）管理PON網絡，就很多有線電視運營商而言，對有線電視調制解調器的DOCSIS管理是非常有價值的。DOCSIS媒介層（DML）軟件可以添加到EPON光線路終端中，以提供對整個系統的DOCSIS管理。在DOCSIS EoC中，EP?ON網絡管理系統或具有DML的光線路終端，可用來全面管理所有單元。

4 小結

通過集成ONU功能的DOCSIS EoC技術，標準化、多廠商互操作性、話音業務的QoS保證、終端設備多廠家支持和成本等問題都一一迎刃而解，并且早期部署了大量Cable Modem用戶的運營商也能得到充分的投資保護。

目前市場已經開始提供集成EPON ONU的DOCSIS EoC解決方案的完整參考設計，包括原理圖、軟件和硬件組件，得到了博通、中興通訊、天威等芯片廠商，以及設備商與運營商的支持，正在形成相應聯盟。統一標準與高集成度的DOCSIS EoC將在廣電網絡運營商實現語音、視頻和數據的融合業務方面發揮關鍵的作用。

[1]國家廣播電影電視總局科技司.面向下一代廣播電視網（NGB）電纜接入技術（EoC）需求白皮書[EB/OL].[2011-03-03].http：//www.docin.com/p-95479529.html.

[2]金立標，張乃謙，李鑒增.面向NGB的EoC接入網技術分析[J].電視技術，2010，34（6）：57-59.

[3]Broadcom.面向EPON的基于DOCSIS EoC解決方案，推動三網融合[J].廣播與電視技術，2010（12）：146.

[4]ZTE中興.面向EPON的DOCSIS EoC解決方案[EB/OL].[2011-03-03].http：//wenku.baidu.com/view/0a9e18030740be1e650e9aa5.html.