DOCSIS

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DOCSIS(Data Over Cable Service Interface Specifications)有线电缆数据服务接口规范，是一个由有线电缆标准组织Cable Labs 制定的国际标准。
Cable Modem的通信和普通Modem一样，是数据信号在模拟信道上交互传输的过程，但也存在差异，普通Modem的传输介质在用户与访问服务器之间是独立的，即用户独享传输介质，而Cable Modem的传输介质是HFC网，将数据信号调制到某个传输带宽与有线电视信号共享介质；另外，Cable Modem的结构较普通Modem复杂，它由调制解调器、调谐器、加/解密模块、桥接器、网络接口卡、以太网集线器等组成，它无须拨号上网，不占用电话线，可提供随时在线连接的全天候服务。目前Cable Modem产品有欧、美两大标准体系，DOCSIS是北美标准，DVB/DAVIC是欧洲标准。

1详细编辑

欧、美两大标准体系的频道划分、频道带宽及信道参数等方面的规定，都存在较大差异，因而互不兼容。北美标准是基于IP的数据传输系统， 侧重于对系统接口的规范，具有灵活的高速数据传输优势；欧洲标准是基于ATM的数据传输系统，侧重于DVB交互信道的规范，具有实时视频传输优势。从目前 情况看，兼容欧洲标准的Euro DOCSIS1.1标准前景看好，我国信息产业部——CM技术要求（征求意见稿）类似于这一标准。
Cable Modem的技术实现一般是从87 MHZ—860MHZ电视频道中分离出一条6MHZ的信道用于下行传送数据。通常下行数据采用64QAM（正交调幅）调制方式或256QAM调制方式。上 行数据一般通过5 MHZ—65 MHZ之间的一段频谱进行传送，为了有效抑制上行噪音积累，一般选用QPSK调制（QPSK比64QAM更适合噪音环境，但速率较低）。 CMTS（Cable Modem的前端设备）与 CM（Cable Modem）的通信过程为：CMTS从外界网络接收的数据帧封装在MPEG—TS帧中，通过下行数据调制（频带调制）后与有线电视模拟信号混合输出RF信号到HFC网络，CMTS同时接收上行接收机输出的信号，并将数据信号转换成以太网帧给数据转换模块。用户端的Cable Modem的基本功能就是将用户计算机输出的上行数字信号调制成5 —65 MHZ射频信号进入HFC网的上行通道，同时，CM还将下行的RF信号解调为数字信号送给用户计算机。
Cable Modem的前端设备CMTS采用10Base—T，100Base—T等接口通过交换型HUB与外界设备相联，通过路由器与Internet连接，或者可以直接联到本地服务器，享受本地业务。CM（Cable Modem）是用户端设备，放在用户的家中，通过10Base—T接口，与用户计算机相联。

2DOCSIS标准编辑

1995 年11月，美国主要的有线电视经营商和研究机构CableLabs发起MCNS（Multimedia Cable Network System，多媒体电缆网络系统）合作组织，目的是建立一整套协议以在HFC网络上进行高速双向数据传输，为用户提供Internet等服务，同时使各 个厂家的CM产品具有充分的兼容性。该组织于1997年3月颁布了应用于HFC网的有线传输数据业务接口规范（Data Over Cable Service Interface Specification，DOCSIS），定义如何通过电缆调制解调器提供双向数据业务。MCNS的DOCSIS1.0标准于1998年3月获得ITU通过，成为国际标准ITU-TJ.112B。为了能够进入欧洲市场，MCNS制订了适应欧洲情况的EuroDOCSIS。该标准的MAC层协议与DOCSIS1.0/1.1是一致的，只是物理层采用了欧洲关于频带划分等方面的规定。DOCSIS1.0和Euro_DOCSIS1.0的后续版本分别是DOCSIS1.1和Euro_DOCSIS1.1，是为IP电话和其他对时间要求苛刻的业务提供标准，并对1.0版本中的QoS的功能进行了扩展，提供极强的误码前向纠错能力，并使Cable Modem系统具有更强的信道传输和抗HFC网络回传噪声的性能。2002年11月又推出了DOCSIS2.0版本，采用了A—TDMA（高级时分复用技术），提高了上行数据速率，但下行速率不变。

3标准组成编辑

SP-CMCI：Cable Modem与CPE之间的接口协议
SP-CMTS-NSI：CMTS与数据网之间的接口协议
SP-RFI：射频接口协议（CMTS和CM与有线电视网之间）
SP-CMTRI：CM与电话回路的接口协议（基于单向传输的有线电视网使用）
SP-OSSI：操作支持系统协议
SP-DBS：数据安全协议
DOCSIS标准主要支持在计算机网与有线电视网之间，以及有线电视前端（或HFC的光节点）与用户之间实现IP数据包的传输。其中，CMTS（Cable Modem Termination System）属于头端（局端）设备，可部署在有线电视网络的前端，也可以部署在双向HFC网络中的光节点。它在数据网与HFC网之间起网关的作用；CM（Cable Modem）是终端设备，介于HFC网与用户端设备（CPE：Customer Premise Equipment）之间；CPE包括PC机、IAD、工作站、网络计算机等。
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第三代有线数据传输系统DOCSIS3.0

 

文章类型：多媒体与网络 文章加入时间：2010年3月11日11:36

 

一、有线电视宽带网概述
　　1 有线电视宽带网建设的目标
　　传统的有线电视系统是一个广播系统，即前端发出的电视和声音节目传输到每一个用户家庭，广播系统是一个没有路由和寻址要求的系统，广播系统也没有传输协议。
　　随着技术的发展和人们对个性化节目要求的提高，在有线电视系统中加入了数据交换业务，即计算机上网业务、网络电话（VOIP）和交互式电视（IPTV）等业务，即有线电视系统最终将成为三网融合的有线电视宽带综合网。数据交换属因特网技术，即IP技术。
　　IP技术与广播技术不同，IP技术有通信协议、路由和寻址等功能。所谓宽带是指IP通道的带宽，因为IP技术存在碰撞和拥塞等问题，上线用户数愈多， 拥塞现象愈严重，必须有一定带宽保证方能收到良好的视听效果。广播则没有拥塞的问题，因此广播不存在宽带的问题，系统有多少带宽就安排多少套节目，不存在 拥塞问题。
　　因此有线宽带网从技术角度讲有两方面的功能，即：
　　①广播，即数字电视 DVB
　　②IP交换，即上网、VOIP和IPTV
　　有线电视系统双向改造的目的即将IP技术引进原来只有广播功能的有线电视系统中，使之成为三网合一的宽带综合网。
　　2 DOCSIS系统
　　DOCSIS即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。
　　DOCSIS 系统的主要设备为Cable Modem，简称CM和CMTS，CMTS为 Cable Modem Termination System的缩写，即电缆调制解调器端接系统，CMTS放置在前端机房，是一个特殊的交换机，与一般 的交换机，如：以太网交换机，不同之处在于：
　　①CMTS是一个射频器件（RF），而以太网交换机则是处理基带信号。
　　②CMTS管理所管辖的所有CM，而以太网交换机没有从属关系。
　　CMTS的管理包括
　　•通信业务的管理，即交换，所有的CM通信均需通过CMTS。
　　•上行时隙管理，每一时刻只允许一个CM发送信号，以避免碰撞。
　　•时延管理，同步。
　　•功率管理，CM与CMTS的距离有远有近，在到达CMTS入口处的功率必须相同。
　　•网络管理， 采用SNMP协议。
　　•信号质量管理QoS。
　　DOCSIS系统亦称为CM系统。Docsis标准是目前唯一的有线电视数据传输国际标准，是真正的三网合一的宽带标准，一根电缆进户按频分复用方法，包含了广播DVB和IP两种信号，而其它的双向方案都是广播和IP两种标准信号在结构上捆绑在一起，没有统一的标准。
　　DOCSIS系统目前是有线电视宽带网的主流技术，在北美占用户数的50%以上。

二、DOCSIS 系列标准的发展
　　1998年3月公布DOCSIS 1.0版本
　　1999年3月公布DOCSIS 1.1版本
　　2002年1月通过DOCSIS  2.0版本 
　　2006年6月通过 DOCSIS 3.0版本
　　DOCSIS 1.0和DOCSIS 1.1  属第一代标准
　　DOCSIS 2.0属第二代标准
　　DOCSIS 3.0 属第三代标准
　　① DOCSIS 1.0 规定了CM和CMTS通信的基本规则体系架构。
　　•在物理层面上，是一连串的突发脉冲，所谓突发脉冲，即在一定时间间隔内发送射频调制的信号，这信号由某一个CM发送，发送完毕接下来可能由其它CM 来发送信号，因此称为突发信号，突发信号与连续信号是相对的。物理层中包括了调制格式、符号率、前向纠错，突发保护间隔、前导码等等规定。
　　•在数据链路层中，从基带信号上看是一连串的微时隙，以便精确定时，数据链路层中包括了MAC帧结构，MAC管理报文结构。同步，下行TDM和上行 TDMA机制，初始化过程，UCD，MAP报文，测距，信道编码，信道识别，间隔使用码IUC以及文件配置和IP连接等规定。
　　•在业务层面，DOCSIS信号采用是业务流型式，每一个信号都有自己的业务流标识。
　　② DOCSIS 1.1，在DOCSIS 1.0的基础上对QoS进行了改进，特别对支持大规模VOIP和其它对延时敏感的应用提供了必要改进，如果说DOCSIS 1.0可以上网，则DOCSIS 1.1不仅可以上网还能打电话。
　　③ DOCSIS 2.0
　　DOCSIS 2.0引入了ATDMA和SCDMA机制。
　　ATDMA为高级时分多址，SCDMA为同步码分多址，两者均用于上行通道信号传输。
两者的引入大大降低了上行信号的信噪比要求，有助于实现上行带宽的增加和上行速率的增加。
　　上行速率增加5.12 Msymbols/s一档，调制方式增加了32 QAM和64 QAM两档，上行信号的信噪比要求降低将大大改进上行噪声免疫能力，或者说一个光节点能容纳更多的用户。
　　④ DOCSIS 3.0
　　DOCSIS 3.0主要采用了“频道捆绑”技术，大大提高了上行和下行速率和带宽，例如四个频道捆绑在一起，下行速率可达213Mb/s，上行速率 可达160Mb/s，今后还可以提高，实现了宽带的要求。如果说DOCSIS 1.0实现了上网要求，DOCSIS 1.1实现了打IP电话的要求，则 DOCSIS 3.0则实现了IPTV和VOD的要求。

三、DOCSIS 3.0的核心技术
　　DOCSIS 3.0采用模块式CMTS即M-CMTS，以及采用Edge QAM调制器，即EQAM。
　　EQAM是从M-CMTS中提出部分功能，首先EQAM具有调制功能，将信号调制到射频（RF）上去、并且一个输出口可以包括几个频道的QAM信号， 每个频道的调制方法可以不同，其次EQAM的输入是以太网信号，EQAM具有基带信号的处理能力，例如同步，多信道对M-CMTS同步不像单个CMTS那 么容易，EQAM有定时接口（DTI）直接与定时服务器锁定。
　　同时在DOCSIS 3.0中，数据帧（DOCMAC）和数字视频信号可间插使用，它们之间的不同之处在于交织深度，这一点也可由EQAM来完成，图1为M-CMTS及其接口的逻辑图。

　　 
　　　　　　图1 模块式CMTS及其接口的逻辑视图
 
　　“频道捆绑”在物理层和MAC层中完成。图2示出了其原理图。例如图中示出了四个频道的捆绑，在物理层，即在DOCSIS Network中需要有四 个8MHz的QAM调制的频道，以保证带宽要求，但信号的分配和调度是在MAC层完成的。流捆绑器（Flow Bonder）用以调度分配信号之用，这样 就不会造成有的频道未填满，而另一频道拥挤不勘的局面，有利于频带利用率的提高。在下面CM方面，Flow Bonder可以让用户识别和接收所需的节 目，因为在MAC帧的报头中有频道符号以资区别。

　　 
　　　　　　图2 “频道捆绑”原理图

 

  文章作者：高宗敏　教授级高级工程师
文章来源：《广电设备与技术》2009年第2期

 

posted @ 2014-04-15 13:30  alxe_yu  阅读(558)  评论(0)    收藏  举报