融合EPON与DOCSIS的EoC技术与双向网改方案

徐力恒，李建华

广州珠江数码集团有限公司，广东 广州 510010

1 主流有源EoC分析

2009年4月，国家广电总局科技司颁布了《面向下一代广播电视网（NGB）电缆接入技术（EoC）需求白皮书》[1]，描述了基于EoC的有线电视宽带接入网络结构、业务类型和应用场景，从信道带宽需求、物理层需求、MAC层需求、以太网支持能力、接入设备需求等方面对EoC技术进行了规范。目前，EoC标准众多，包括 HomePlugAV，HomePlugBPL，HomeP⁃NA，MoCA和WiFi降频，以及广电总局的广科院研发的HINOC等。除了HINOC还处于标准制定和芯片研制阶段，其他的标准已经商用，技术上各有优劣[2]，在各地广电网络中有一定的应用，但总体来说这几种技术都会带来网络结构复杂化的诸多弊端：

1）上述技术除MoCA外，均是从其他行业或介质转至同轴电缆，MoCA最初也只是用于解决家庭内容互联，使用中同样存在着各厂商兼容与在广电行业中的发展问题。

2）在ONU后必须部署EoC头端设备，由于其工作环境的适应性问题，将会降低网络的安全性和可靠性，且网改成本亦不可低估。另外，PON＋EoC模式在实际部署中，需要在EoC头端即楼道位置部署ONU、EoC头端、放大器等多个有源设备，对楼道机箱要求提高很多，很多老楼盘无法提供理想的安装设施，由于EoC的技术标准不统一，所以目前很少有集成ONU的EoC头端设备，更何况ONU本身也存在与多厂商OLT对接的问题。

3）上述EoC技术大多采用了OFDM调制方式，OFDM的优点是克服了电力线、电话线和无线线路造成的多径干扰，但将其用于同轴电缆线路，传输效率远不如QAM调制方式。OFDM的传输效率在50%左右，而DOCSIS约为80%。

4）将基于双绞线的HomePNA和基于电力线的HomePlug技术移植到有线电视的同轴电缆上，尽管传输特性会比电话线或电线有所改善，但同轴电缆的频谱资源仍未得到充分利用，即便是在DOCSIS里被认为资源紧张的5～65 MHz上行频谱中，也只利用了干扰较多的30 MHz以下频段来进行双向通信，频谱资源浪费，传输速率不高。因此，这两种原本是基于电信和电力固有网络资源开发的技术，要移植到有线电视网上并非网络改造良策。

PON＋EoC方案也面临诸多挑战，最令人担忧的莫过于技术标准不统一，各种EoC技术各自发展、互不兼容，且其MAC层协议没有动态QoS的控制能力，其通信质量和网络可靠性难以保证。随着广电网络的整合，EoC标准不统一对于广电网络的互通、升级和维护以及整个产业链的健康发展带来了较大困扰。

源自广电行业内的DOCSIS可以提供标准化的解决方案，实现不同厂商设备的良好互通，并具备面向话音业务的标准化QoS，因此受到广电有线运营商的青睐。早在1997年，DOCSIS 1.0发布以后，我国利用DOCSIS标准的改造进程几乎与世界同步，并在深圳、江门等少数沿海城市得到较为成功的运用。到目前，北京、上海、深圳、广州等多个重要城市的双向改造正在使用的技术就是DOCSIS。

不过，早期的DOCSIS技术是为大规模用户、大面积覆盖而设计的，对于中国一个光站只带几十上百的用户而言，采用DOCSIS技术的成本是巨大的。将EP⁃ON和DOCSIS结合起来，形成一种集成ONU功能的新的经济实惠的EoC技术，解决以上各类问题，因此诞生了DOC⁃SIS EoC新技术[3-4]。

2 集成EPON ONU与DOCSIS的EoC新技术

2.1 基本设计思路

该方案可在多用户居住单元（Multi⁃ple Dwelling Unit，MDU）中部署DOCSIS，其基本设计思路是，利用OLT引擘实现流量分类和交换功能，DOCSIS EoC同轴缆媒体转换器（CMC）集成光网络单元（ONU）与mini CMTS功能，用更短的电缆走线和简化的MAC和PHY功能，提供从EPON到DOCSIS域的桥接功能，实现DOCSIS CMTS MAC和PHY功能。其网络架构如图1所示[4]。

光网络和有线电视网络协议栈如图2所示[4]。DOCSIS协议终止于用户所处的位置，用户可拥有标准的、通过DOC⁃SIS认证的CM，或含有嵌入式DOCSIS CM的机顶盒。

2.2 DOCSIS EoC上行PHY

DOCSIS EoC使用SCDMA，采用正交码，提供可靠的有线电视调制解调器传输。通过可选择的主动编码（SAC）技术，实现同时检测和避开窄带与宽带侵入噪声，使运营商最大限度地利用DOC⁃SIS EoC应用的上行通道带宽。

2.3 DOCSIS EoC下行PHY

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

2.4 DOCSIS EoC MAC层QoS技术

DOCSIS EoC为端到端的QoS提供了两级解决方案：第一级是在PON上，客户业务被分成组，每组分配有保证的带宽和延迟参数；第二级是在DOCSIS MAC上，针对每个用户、每种业务为其上下行方向提供调度和整形。DOCSIS同轴电缆网和CMC在两个QoS域之间提供桥接，如图3所示[4]。

DOCSIS利用业务流量标识符，针对每个用户和每种业务单独调度数据包，通过该方法，CMC可以针对每个用户和每种业务提供服务级别协议（SLA）。CMC可以针对每种业务监视用户的性能，业务可以通过静态配置建立，这样所有用户共用一个配置，或动态地基于每个用户的要求建立，这样每个用户将使用独立的配置，业务流一旦建立，用户就拥有了最小带宽保证、最大带宽和延时级别等限制。上述CMC所提供的精确的带宽管理能力减少了网络对昂贵的流量管理设备（如BRAS）的需求。

因为DOCSIS在上行和下行方向均采用频分多路复用（FDM），所以通过标准QAM或DOCSIS IP视频提供视频业务都是可能的。不间断的下行FDM和针对组播、单播视频的隔离的业务流为高质量视频入户提供了保障。

3 组网及网络管理方案

3.1 应用场景

集成EPON ONU与DOCSIS的EoC可适应于大、中、小3种HFC网络应用。

1）住户分散的情况

对于住户分散的别墅、城镇的HFC网，或者资金有限，又希望为规模扩展提供基础的运营商，可以按以下组网方案（见图4）进行双向网改。

图4中，由EPON OLT替代中心局的CMTS（原先覆盖500～800户），CMC处于原先光站（optical node）处，CATV光接收机保留。ODN、光站、电放大等不变，CM升级到2.0版，CMC为DOCSIS 3.0，启动下，每用户接入速率增加。

该方案网络改造工程较小，保留了大部分原有的铜缆，双向放大器保留，同时需要抑制信噪。此方案同样适用于农村广电网络升级改造。

2）用户覆盖200户左右

对于城市或者人口密度比较高的地区，用户覆盖接近200户时（典型值为100户），可采用如下改造方案（见图5）。

图5中，由OLT替代中心局的CMTS；ODN改造中，光纤下移到最后一级双向电放大器；CMC处于原先最后一级电放大器处，与CM最远距离＜300 m；CMC尚未进楼，依旧在小区；CM升级到2.0版；CMC为DOCSIS 3.0，启动Channel Bonding下，每个用户的接入速率均增加。

该方案网络改造工程较大，须保留楼内原先的铜缆结构。

3）用户覆盖在100户左右

在人口密度更高的地区（如FTTB），用户覆盖低于100户（典型值为50户），可按如下方案（见图6）进行双向网改。

图6中：由OLT C300替代中心局的CMTS；ODN改造中，光纤下移到楼道；CMC处于楼道，与CM距离不超过100 m；CM升级到2.0版；CMC为DOCSIS 3.0，启动Channel Bonding下，每个用户接入速率均增加。

该方案网络改造工程较大，包括楼内同轴也需要改造，成本相对较高。

3.2 网络管理

DOCSIS EoC系统的一个关键特点是PON和DOCSIS的融合式管理。整个系统可以用常见的界面和定义通过EP⁃ON OAM规则来管理。与其他解决方案不同，该系统不需要对每一个有线电视调制解调器或每一个CMC进行IP管理。集成到单一的管理降低了成本，并简化了网络分析。

CMC在IEEE，CCSA等定义的IEEE 802.3以太网OAM规则和有线电视调制解调器上的DOCSIS管理规则之间提供变换。因为CMC提供管理变换，所以可以用单一网络管理系统（NMS）来控制OLT，ONU和CM。不需要DOCSIS管理系统来管理DOCSIS系统，用PON网络管理系统（NMS）管理PON网络，就很多有线电视运营商而言，对有线电视调制解调器的DOCSIS管理是非常有价值的。DOCSIS媒介层（DML）软件可以添加到EPON光线路终端中，以提供对整个系统的DOCSIS管理。在DOCSIS EoC中，EP⁃ON网络管理系统或具有DML的光线路终端，可用来全面管理所有单元。

4 小结

通过集成ONU功能的DOCSIS EoC技术，标准化、多厂商互操作性、话音业务的QoS保证、终端设备多厂家支持和成本等问题都一一迎刃而解，并且早期部署了大量Cable Modem用户的运营商也能得到充分的投资保护。

目前市场已经开始提供集成EPON ONU的DOCSIS EoC解决方案的完整参考设计，包括原理图、软件和硬件组件，得到了博通、中兴通讯、天威等芯片厂商，以及设备商与运营商的支持，正在形成相应联盟。统一标准与高集成度的DOCSIS EoC将在广电网络运营商实现语音、视频和数据的融合业务方面发挥关键的作用。

[1]国家广播电影电视总局科技司.面向下一代广播电视网（NGB）电缆接入技术（EoC）需求白皮书[EB/OL].[2011-03-03].http：//www.docin.com/p-95479529.html.

[2]金立标，张乃谦，李鉴增.面向NGB的EoC接入网技术分析[J].电视技术，2010，34（6）：57-59.

[3]Broadcom.面向EPON的基于DOCSIS EoC解决方案，推动三网融合[J].广播与电视技术，2010（12）：146.

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