【精品】DOCSIS 3.1技术在广电网络中的实践

摘要: 本文通过结合佛山广电网络在DOCSIS 3.1技术方面的实网试点案例和经验,阐述了在同轴电缆网络上实现千兆以上宽带接入的可行性,希望能为各广播电视网络运营企业提供技术发展决策参考。

10-10 19:56 首页 广电猎酷

点击标题下「广电猎酷」可快速关注


本文由《广播与电视技术》杂志独家授权。本文刊发于2017年第9期。


作者:邝楚祥,区伟东,冯香菱(广东省广播电视网络股份有限公司佛山分公司)


【摘 要】

广播电视网络拥有大量的传统HFC入户网络线路,在宽带中国和三网融合背景下,是要采用FTTH还是继续发挥同轴电缆的宽频特性实现宽带提速,这是摆在每个广播电视网络运营企业面前的一个极其重要的技术决策问题。本文通过结合佛山广电网络在DOCSIS 3.1技术方面的实网试点案例和经验,阐述了在同轴电缆网络上实现千兆以上宽带接入的可行性,希望能为各广播电视网络运营企业提供技术发展决策参考。

【关键词】

DOCSIS 3.1,HFC同轴光纤混合网,千兆带宽,OFDM




0 背景


2013年8月1日,国务院提出“宽带中国”实施方案。广东省人民政府也据此发布了“宽带广东”发展规划,计划到2020年,全省宽带发展整体水平力争进入世界先进行列,基本建成智慧广东,城市用户固定宽带接入能力达到300Mbps(发达城市部分用户达到1Gbps),农村用户固定宽带接入能力达到20Mbps。


针对此发展规划,三大电信运营商加快了宽带提速的步伐,借助FTTH技术在全国范围内如火如荼的开展接入网络光纤化改造,以实现百兆甚至千兆入户。我国有线电视网自90年代初发展至今,全国覆盖面已达50%,接入网部署多采用HFC同轴光纤混合网络技术和DOCSIS 技术,拥有着大量的传统HFC入户网络线路。截至目前为止,国内DOCSIS技术实际网络最高应用版本为3.1,理论接入速率可达400Mbps及以上,完全具备能力实现“宽带中国”战略到2020年城市宽带接入达到300Mbps的目标,但却未能满足发达城市部分用户实现1Gbps接入速率的规划要求。


在此背景下,广电运营商是否只能放弃原有大量同轴电缆资源的投入而采用FTTH呢? 2013年发布的DOCSIS 3.1技术标准为其指出了另一条出路。此技术目前在中国还未进行过商用,但美国和欧洲一些大规模的运营商早已进行部署商用,美国已有有线电视网络运营商在部分地区推出了2000Mbps入户带宽的宽带接入服务。为突破铜缆宽带的千兆速率瓶颈,佛山广电网络建设了商用试验网络,旨在验证DOCSIS 3.1技术在现有同轴电缆网络上实现千兆以上宽带接入的可行性,为企业宽带业务的后续发展提供技术发展决策参考。

1 DOCSIS技术介绍


1.1 DOCSIS技术概述


DOCSIS为Data Over Cable System Interface Specifications的缩写,即数据在有线电视系统中的接口规范。Cable Labs于1997年发布1.0标准,为有线运营商提供了基本的宽带互联网连接;1999年颁布1.1标准,在服务质量(QoS)、安全机制等方面有了一定完善;2001年12月颁布2.0标准,利用高阶调制技术,提高频谱利用效率,使上行通道内数据效率达30Mbps ;2006年8月颁布3.0标准,通过去耦合设计和通道绑定,大幅提升带宽水平,使其下行可达400Mbps 以上,上行可达120Mbps;2013 年发布3.1标准,核心之处在于采用LDPC编码和OFDM调制体系,使上下行的带宽容量更大(可达上1Gbps/下10Gbps)。


DOCSIS各版本规范最大传送速率能力率见表1所示。从表1 可见,使用DOCSIS 3.0技术已足可支撑广电宽带实现2020年城市宽带接入达到300Mbps远期目标,DOCSIS 3.1技术则能在此基础上进一步突破瓶颈,提供千兆以上宽带速率接入,从而实现千兆入户的最高目标。


1.2 DOCSIS3.1技术


1.2.1 DOCSIS3.1技术简介


DOCSIS 3.1技术与DOCSIS 3.0技术相比,核心之处在于采用了LDPC编码和OFDM调制体系,使上下行的带宽容量更大,突破DOCSIS 3.0带宽水平,达到千兆以上宽带速率接入的能力。同时DOCSIS 3.1被设计为可兼容旧版本,与DOCSIS 3.0/2.0可共存,这对于运营商前期投入的大量2.0、3.0的CM等有巨大的保护作用,使其可根据市场的需求,做到增量存量共同部署。


1.2.2 DOCSIS 3.1关键技术


1. OFDM

OFDM即正交频分复用技术,是一种每频道多载波并行技术,如图1所示。它把一个频道划分为许多子频道,每个子频道安排一个子载波,一个频道内可有几个、成百上千个子载波,在每个子载波上可以调制若干数据比特。通过众多的子载波同时并行发送,一个频道中传输的数据量就会很大,且子载波之间依靠子载波间的正交性来保证互相不串扰,可使其具有较QAM而言更高的抗干扰能力,及更高的频谱效率。


2. LDPC


LDPC即低密度奇偶校验码,是一种具有稀疏校验矩阵的分组纠错码,几乎适用于所有的信道。它比前几代标准所使用的R-S编码具有更好的稳定性,能够提供比RS码高6dB的编码增益,把错误纠正的效率提供离香农极限不到1dB的水平,且描述和实现简单,易于进行理论分析和研究,译码简单且可实行并行操作,适合硬件实现。

2 测试与验证


为验证DOCSIS 3.1版本在技术上和工程上的可行性,以及其对DOCSIS 2.0和DOCSIS 3.0的后向兼容性,我司初步选取了近100户的实际楼盘进行了实网试验。


2.1 试点组网原理


2.1.1 组网方案


在本次试点中,需在试点区域前端机房部署DOCSIS 3.1 CMTS,用户终端设备部分更换为DOCSIS 3.1 CM,部分仍继续使用原有DOCSIS 2.0、DOCSIS 3.0的CM和机顶盒,城域网、HFC接入网及其线缆部分均不作更改。改造完毕后将试点区域的光点接入DOCSIS 3.1 CMTS,将前端信号经CMTS 调制传输到用户CPE 设备,最终通过家庭网关、4K等应用展现出高带宽应用。


具体试点逻辑网络拓扑如图2所示。


2.1.2 频点规划


因我司HFC网络中光平台、光机、放大器、分支分配器等器材均为1.0G器材,所以此次试点可用频率最高为1GHz。我司原部署860M以下的32个频点中有8个用于DOCSIS,24个用于IPQAM,直播频点为111M-606M。此次试点原来606M-670M间8 个频点由DOCSIS 3.0和DOCSIS 3.1共用,670M-734M 间的8个频点由IPQAM 使用,734M之上至1.0G用于DOCSIS 3.1大带宽应用,共可设置两个下行OFDM,分别为734M-870M、870M-1000M。


上行频率扩大设置为5M-102M, 其中40M-65M用于DOCSIS 3.0,5M-40M 及65M-102M配置为两个OFDMA上行通道。具体频谱规划图见图3所示。


2.2 测试结果


2.2.1 上下行速率


本次试点上行配置为两个OFDMA(5M ?40M 及65M-102M),DOCSIS 3.0 设置4个上行通道。下行最多可配置两个OFDM(分别为734M-870M,以及870M-1000M),并绑定DOCSIS 3.0 的8个频道, 目前DOCSIS 3.0技术的调制方式最高可达256QAM,本次将DOCSIS 3.0调制方式均配置为256QAM ;DOCSIS 3.1 技术的调制方式最高可达4096QAM,我们分别设置不同的调制方式,并通过Iperf打流软件测试在配置“一个OFDM(870M-1000M)”及“两个OFDM(730M-1000M)”时的上下行速率,及其上线频点,测试结果如表2、表3所示:


由测试结果表明,DOCSIS 3.1 CM在一个OFDM上线通道输出速率可以达到将近1.7Gbps ;也可在两个OFDM频带时上线,输出速率可以达到3.0Gbps 左右,且可流畅观看4K、全景VR等视频,证明DOCSIS 3.1可达到千兆带宽接入,具有技术可行性;同时本次试点为我市辖下实际网络区域,具有工程可行性。


2.2.2 向后兼容性


本次试点将部分家庭终端更换为DOCSIS 3.1 CM,同时还有大量原有DOCSIS 2.0、3.0的CM和机顶盒在用,在配置两个下行OFDM,DOCSIS 3.1配置4096调制方式情况下,分别检测三种规格CM和机顶盒上线状态,检验其是否能稳定上线通信,测试结果见表4。


在表2、表3中可看出,DOCSIS 3.1 CM在DOCSIS 3.0及DOCSIS 3.1的频点内均可上线,且由表4 可看出,2.0及3.0的终端也可正常通信上线,表明DOCSIS 3.1具有较好的向后兼容性。

3 结束语


通过佛山广电网络本次的实网技术试验,我们成功使用DOCSIS 3.1技术在有线同轴网络上实现了千兆宽带接入,一定程度上验证了在现有HFC网络上应用DOCSIS 3.1技术的技术可行性及工程可行性,从而坚定了继续使用DOCSIS 体系技术支撑业务发展的信心和决心。随着试点技术商用的逐步推进,预计佛山广电网络将形成以DOCSIS 3.0技术提供300Mbps接入和以DOCSIS 3.1技术提供1Gbps接入的宽带业务技术应用模式,并为推动佛山市早日落实“宽带中国”战略及“宽带广东发展规划”总体目标而努力。


参考文献

[1] 马思邈.DOCSIS3.0 标准的研究与应用[J]. 中国有线电视,2009(05):503-505.


[2]高蓉蓉. 从DOCSIS3.1 看未来有线网络IP 化趋势[J]. 有线电视技术,2015(10):59-62.

作者简介


邝楚祥,男,1973年生,工程硕士,广东省广播电视网络股份有限公司佛山分公司副总经理,先后分管佛山广电网络的技术、财务、经营、人力资源管理等工作,对广电网络开展双向业务方面有较深入的研究,曾主持广东广电网络在佛山地区的DOCSIS 3.1技术试点项目和C-DOCSIS技术商用推广工作。





内容不错?点击页面右上角"分享到朋友圈": )

有话要说?关注"广电猎酷",可在文末写留言:)


首页 - 广电猎酷 的更多文章: