交互式有線電視系統的兼容性及網絡支持的探討

　　 

 
　　1　引言

　　交互式有線電視系統，是在原有的有線電視廣播網絡上建立的，國外稱之為有線電視網上的雙向數據傳輸系統，或簡稱電纜數據傳輸系統（DOCS）。其目的是使有線電視網絡能適應急劇增長的交互式數據業務傳輸的需要，使之有能力開發現有用戶的潛在數據業務市場，并參與未來數據業務市場的競爭，以改善社會信息化的網絡環境。

　　有線電視網絡，無論是全用同軸電纜構筑局域分配網，還是用光纖電纜混合（HFC）結構組建的城域網，均可視為點對多點的、樹枝型結構的模擬電視傳輸系統。即，是一個共享介質的電視多節目實時廣播系統。因而，要適應交互式數據業務的傳輸，必須對網絡進行升級改造。這一升級改造過程，其意應認為是一個有線電視網絡的變革過程，它體現在三個方面：

　　*使網絡由模擬向數字技術體制過渡；

　　*使網絡由單向廣播向以向交互傳輸方式轉變；

　　*使網絡由單一業務向多業務功能拓展。

　　建立交互式有線電視系統的技術標準研制工作已歷時近十年，近五、六年內已見有各種標準版本發布。目前見到的國際標準中，最有影響的是國際電聯（ITU）在1998年初到1999年初先后發布的ITU-TJ.83/J.112標準，它是在歐洲、北美及日本地區工作基礎上形成的技術規范，其基本文件是歐洲的DVB-C/DAVIC.2和北美的DOCSIS1.0版本。最新的標準版本，有1998年11月6日通過的DAVICI.5版本，它在1999年作為ETS300800V2發布；它是在DVB-C/DAVIC1.2基礎上的衍生和擴展，對原版本中的交互信道特征，尤其是通信協議做了大量補充和完善，也被稱之為“DAVIC Cable Modem”。還有，在1999-2000年陸續發表的DOCSIS V1.1版本。其中僅“射頻接口規范”就修訂了6次（1999年3次，2000年3次），目前見到的是2000年12月15日發布的“SP-RFI V1.1-106-001215”版本。同樣，DOCSIS V1.1也是DOCSIS V1.0的衍生和擴展，其增加的動態帶寬分配機制，提供的增強型QoS機理及其有效負載標頭抑制規定，及擴展的歐洲規范（附錄N）和VOIP功能，對提高系統的傳輸效率及其適用性的擴展，無疑都頗有貢獻。

　　應該看到，近五、六年間發表的交互式有線電視系統標準，是全球數據業務市場興起并急劇增長對網絡帶寬追求的一種反映。因而，這些標準的研制、發布，應是一個在市場需求推動下的網絡技術進步過程，也是一個在實踐基礎上的理論提高過程。系統標準的衍生、擴展、升級，其目的是使系統的信道利用率更高、傳輸速率更快、通信質量更好、信息安全性更強，而系統造價則可望更低。

　　兼容性，是建立交互式有線電視系統及其標準的制定、采用過程中必然要考慮的問題，也是上述變革過程中必須解決的問題。例如，在有線電視網上建立數據業務交互式系統，必須考慮和/或適應模擬電視向數字電視技術體制過渡的要求；即數據交互式系統的建立不能影響現行模擬電視的傳輸，而這一過渡過程的終止，在全球大致尚需10年（約2010年），我國大致在2015年。這是否應視為系統的建立及其標準的制定、采用過程中要考慮的后向兼容性問題。又例如，交互式系統的建立，必須考慮對急劇增長的通信容量和日趨提高的通信質量的適應性要求，即系統必須具有開放性、擴展性的特性。這是否應看作是前向兼容性問題。

　　兼容性是上述變革過程中帶來的問題，它往往帶來技術實現上的復雜性，同時會涉及到系統及及標準的適應性。然而，它又是有線電視業必須考慮的問題，妥善的解決，將使行業發展長期受益。

　　2　標準兼容性

　　由于有線電視發展的歷史原因，及前述有線電視業務的后向兼容性問題，勢必使全球各地區采用的交互系統標準的相互兼容受到一定牽制。例如，DVB-C/DAVIC標準是基于歐洲DVB的廣播系統標準制定的，它適用于PAL制的有線電視網絡，因而能與PAL制模擬電視傳輸共存于HFC有線電視網絡；亦即，它適用于PAL制標準的歐洲市場及相應市場。而DOCSIS V1.0標準是基于北美MCNS標準制定的，它適用于NTSC制的有線電視網絡，因而能與NTSC制模擬電視共存于HFC網絡。亦即，它適用于NTSC制的北美市場及相應市場。由此可見，兩者不兼容。其最直接的原因就是交互系統的建立必須考慮的模擬電視傳輸過渡問題，因而在下行數據信道的設置上必須遵循原有模擬制式的頻譜結構（PAL制為7/8MHz，NTSC制為6MHz）。否則，很可能使問題復雜化：信道帶寬設定過寬（例如N制網絡中采用DVB-C/DAVIC系統），可能要重新計算和測試諧波干擾的影響；信道帶寬設定過窄（例如PAL制網絡采用DOCSIS系統），則可能造成頻譜資源的浪費。當然，兩者不兼容還有傳輸的特性參數、信道參數、通信協議等多方面的規定不同。這種系統標準的不兼容，是完全可以理解的，既有發展歷史上的原因，更有市場上的利益問題。

　　交互式有線電視系統標準的擴展或升級版本，一般都具有該系統標準的后向兼容性，亦即，該系統標準新的（修訂）版本應兼容舊的（原有）版本。例如，DAVIC 1.5應兼容DAVIC1.2，DOCSIS V1.1應兼容DOCSIS V1.0；其意指符合該系統標準新版本的頭端設備（INA/CMTS）應能兼容舊版本的終端設備（STB/CM）的互操作。維持其舊版本的系統性能，例如，DOCSIS V1.1的CMTS，可以兼容V1.0的CM，使之與V1.1的共存于同一HFC網絡。當然，要達到新版本所規定的系統性能，則必須采用符合新版本的終端設備。

　　3　DOCSIS V1.1的歐洲規范EuroDOCSIS

　　DOCSIS V1.1標準的附錄N，描述了符合歐洲規范的DOCSIS系統，被稱為“EuroDOCSIS”規范。它將射頻頻譜結構和射頻信道傳輸特性的規定修改為適用于PAL制有線電視網絡的地區。其RF頻譜結構從DOCSIS的“低分割”（上行5-42MHz，下行88-860MHz）修改為“擴展低分割”（上行5-65MHz，下行88-860MHz）；下行RF信道帶寬從6MHz修改為7/8MHz，并設定了基于PAL制模擬電視傳輸的下行信道傳輸特性。其余則完全保留了DOCSIS系統的特性，因而可視為符合歐洲規范的DOCSIS系統。

　　DOCSIS V1.1的兼容性規范EuroDOCSIS，是一種優勢互補的兼容。它既保持了DOCSIS高速數據傳輸的特性，又利用了PAL制網絡的RF帶寬特性。不僅增加了DOCSIS標準的適用性范圍，還提高了數據系統的傳輸容量，因而頗具商業價值。例如：

　　*將DOCSIS V1.0/V1.1的上行頻譜從5-42MHz擴展到5-65MHz，所增加的43-65MHz頻帶就是頗具商業價值。原因是5-42MHz頻譜內受窄帶和寬帶干擾的因素較多，尤其是5-25MHz帶內。而擴展的43-65MHz帶內的噪聲和干擾情況會相對好得多，甚至可以在不用FEC的情況下通信，采用16QAM上行可暢通無阻。因而此舉對增加上行通道的資源、提高傳輸速率，很有貢獻。

　　*將DOCSIS V1.0/V1.1的下行信道從6MHz修改為適用8MHz帶寬，在采用64QAM時的有效數據容量從27Mbps增加到38Mbps，采用25QAM時，則從38Mbps提高到52Mbps。因而，也是一種極有價值的兼容。

　　EuroDOCSIS V1.1保持了DOCSIS V1.1的通信協議和擴展功能（VOIP），因而其CMTS和CM要做相應的性能/功能擴展。如若市場的響應積極，則系統設備的成本未必增加多少，其成本下降的趨勢應與DOCSIS V1.1一樣?！　uroDOCSIS與DOCSIS V1.1可以共存于PAL制的HFC網絡。這種情況發生在先于DOCSIS V1.1的試驗，爾后采用EuroDOCSIS運行的有線電視網中。這種共存方式其實是在保留DOCSIS V1.1系統的情況下，增加EuroDOCSIS系統，兩個系統各有自己的用戶群（CM）；兩者的CM不兼容，不能在同一系統中混用。

　　在PAL制有線電視網中，4個DOCSIS V1.1的CMTS，正好占用3個8MHz下行信道（4×6MHz=24MHz），不致造成下行頻譜資源的浪費；或將1個DOCSIS V1.1的CMTS與2個鄰頻道的EuroDOCSIS的CMTS相鄰，其間隔開2MHz帶寬（也屬于資源浪費）。然后，測試下行傳輸中的干擾特性，使數據業務與模擬電視的傳輸不致相互干擾。

　　4　雙向HFC網絡的支持

　　在有線電視網上建立交互式數據傳輸系統，無論采用哪一種系統標準，它都會對HFC網絡的雙向傳輸特性作出規定；且由于是在保證原有模擬電視傳輸的基礎上增加數據業務，所以對上/下行傳輸特性的規定總是在假定模擬電視傳輸的情況下作出的。

　　換言之，HFC網絡的雙向系統升級改造，其結果只要能滿足系統標準規定的傳輸特性要求，就能實施該系統標準規定的雙向數據傳輸。

　　HFC網絡作為數據交互系統的物理底層支持，無論是“環-星-樹”型結構的城域網，或是“星-樹”型結構的局域網，其物理層雙向通道的建立，通常的做法是：在光路上采用空分結構，即上/下行光纖路由分開；在電路上采用頻分結構，即一根同軸電纜上的上/下行RF頻譜分割。由此實現的雙向數據業務傳輸，由于同軸電纜分配系統的非對稱頻譜結構，其業務流量也是非對稱的。亦即，在模擬向數字技術體制的過渡階段，在雙向HFC網絡上建立的數據交互系統，下行可滿足點對多點的小容量通信，這也就是其業務的適應范圍。

　　然而，從提高接入率和傳輸容量的角度考慮，在雙向HFC網絡的升級改造中，要注意真正結構性變動的因素，是光節點后移（向用戶群）。即光節點所帶的用戶數應根據業務量和接入率來確定，通常應按500戶進行規劃設計，特定情況下可能更少。

　　考慮到HFC網絡回傳通道的噪聲匯聚，為減少窄帶（固定頻率）干擾而采取的頻率回避措施及為減少寬帶（脈沖）干擾而采取的屏蔽措施，往往使電纜分配系統的改造和上行信道的設置變得復雜，致使成本加大。一種可以選擇的方案，是在滿足業務需求的前提下，不妨舍棄上行頻譜中入侵干擾（包括窄帶和寬帶干擾）最嚴重的5-15MHz頻段。這樣，將使HFC網絡雙向改造的成本大為降低，抑或還是一種盡快建立雙向系統并獲取效益的選擇。

　　5　結束語

　　在數據業務市場推動下的交互式有線電視系統技術，在歐美等發達國家已廣泛應用。隨系統標準的相繼發布，其系統產品的商品化程度也越來越高，性價比亦隨市場的拓展越來越好。新世紀的社會信息化將隨數字化進程而加快，有線電視網絡的龐大用戶市場也許是推進其數字化進程的最大動力，因而很可能是廣播電視地面網絡中最先數字化的網絡。其標志是交互系統的技術在不斷更新，標準在不斷升級。

　　交互式有線電視系統的兼容性，是系統的技術更新和標準升級過程中必須考慮和解決的問題，因為它關系到技術的適用性和標準的擴展性，最終仍取決于市場。例如，DOCSIS　V1.1版本剛發布不久，美國Cable Labs又將發表DOCSIS V2.0。這無疑是一種技術上的進步動向。例如，若將下行速率提高到1024QAM，上行速率提高到64QAM；或者再增加諸如S-CDMA和OFDM抗干擾能力更強的調制方式。然而從兼容性角度考慮，V2.0必須兼容V1.1，正像V1.1兼容V1.0一樣。另外，系統的建立，取決于市場，轉而取決于眾多系統設備廠商的支持。這也是系統運行商最為關心的兩個問題。

　　交互式有線電視系統的終端，是Cable Modem，或是有上行功能的STB，這完全取決于用戶需求，目前的芯片已能支持這種需求。

　　交互式有線電視系統的試驗，在我國已有不少地區取得經驗。本文的探討，僅供參考。

原文轉自：http://www.anti-gravitydesign.com