·...

26
1 范围.................................................................. 1 2 参考文献.............................................................. 1 3 缩略语................................................................ 1 4 Cable 网络现状 ........................................................ 2 4.1 网络建设现状........................................................ 2 4.2 频率配置............................................................ 3 4.3 HFC 网络结构 ........................................................ 3 4.4 有线电视网络发展趋势................................................ 4 5 MoCA .................................................................. 5 5.1 MoCA 联盟介绍 ....................................................... 5 5.2 MoCA 技术特征 ....................................................... 6 5.3 MoCA 产业现状 ....................................................... 8 6 无源 EOC 技术.......................................................... 9 6.1 EoC 技术原理 ........................................................ 9 6.2 EoC 组网及应用 ..................................................... 11 6.3 EoC 技术总结 ....................................................... 12 7 Wi-Fi over Cable 技术 ................................................ 12 7.1 Wi-Fi 技术 ......................................................... 12 7.2 Wi-Fi over Cable ................................................... 13 7.3 Wi-Fi over cable 技术总结 .......................................... 16 8 HomePlug over Coax 技术 .............................................. 16 8.1 标准情况........................................................... 16 8.2 技术特征........................................................... 17 8.3 HomePlug over Coax ................................................. 18 9 DOCSIS ............................................................... 18 9.1 DOCSIS 技术特征 .................................................... 18 9.2 DOCSIS 产业现状 ………………………………………………… 21 10 几种技术的比较...................................................... 22 11 应用............................................................... 23 电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Transcript of  ·...

Page 1:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

目 录

1 范围 .................................................................. 1

2 参考文献 .............................................................. 1

3 缩略语 ................................................................ 1

4 Cable 网络现状 ........................................................ 2

4.1 网络建设现状 ........................................................ 2

4.2 频率配置 ............................................................ 3

4.3 HFC 网络结构 ........................................................ 3

4.4 有线电视网络发展趋势 ................................................ 4

5 MoCA .................................................................. 5

5.1 MoCA 联盟介绍 ....................................................... 5

5.2 MoCA 技术特征 ....................................................... 6

5.3 MoCA 产业现状 ....................................................... 8

6 无源 EOC 技术 .......................................................... 9

6.1 EoC 技术原理 ........................................................ 9

6.2 EoC 组网及应用 ..................................................... 11

6.3 EoC 技术总结 ....................................................... 12

7 Wi-Fi over Cable 技术 ................................................ 12

7.1 Wi-Fi 技术 ......................................................... 12

7.2 Wi-Fi over Cable ................................................... 13

7.3 Wi-Fi over cable 技术总结 .......................................... 16

8 HomePlug over Coax 技术 .............................................. 16

8.1 标准情况 ........................................................... 16

8.2 技术特征 ........................................................... 17

8.3 HomePlug over Coax ................................................. 18

9 DOCSIS ............................................................... 18

9.1 DOCSIS 技术特征 .................................................... 18

9.2 DOCSIS 产业现状 ………………………………………………… 21 10 几种技术的比较 ...................................................... 22

11 应用 ............................................................... 23 电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 2:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 3:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

1

利用同轴电缆组网的高速家庭网络

联网技术研究

1 范围 本研究报告重点对采用同轴电缆作为物理媒质进行家庭内部联网和 后一段接入的

技术进行研究,包括 MoCA 技术、EoC 技术、Wi-Fi over Cable、HomePlug over Coax 和

DOCSIS 技术。

2 参考文献 GYT 106-1999 有线电视广播系统技术规范

DOCSIS 3.0 有线电缆数据服务接口规范 3.0

HomePlug AV 家庭电力线联盟规范 HomePlug AV

MoCA 1.1 支持多媒体业务的同轴电缆组网联盟 1.1

IEEE 802.11 系列 无线局域网媒质接入控制层(MAC)和物理层规范

国家广播电影电视总局 有线电视网双向化改造指导意见

3 缩略语 下列缩略语适用于本研究报告。

ADSL Asymmetric Digital Subscriber 不对称数字用户线

AN Access Network 接入网

AP Access Point 接入点

CATV Cable Television 有线电视

CM Cable Modem 电缆调制解调器

CMTS Cable Modem Termination System 电缆调制解调器端接系统

CoS Class of Service 业务分类

CSMA Carrier Sense Multiple Access 载波侦听多址接入

DBS Direct Broadcasting Satellite 直播卫星业务

DDN Digital Data Network 数字数据网

DOCSIS Data Over Cable Service Interface 有线电缆数据服务接口规范

简介:家庭内部联网可以采用多种方式,如 Wi-Fi、UWB、电力线、同轴电缆、以太网 5 类

线等。

本研究报告对采用同轴电缆作为物理媒质进行家庭内部互连和 后一段接入的技术进行研

究,包括 MoCA 技术、EoC 技术、Wi-Fi over Cable、HomePlug over Coax 和 DOCSIS 技术。这些

技术利用已有同轴电缆,实现家庭内部互连或 后一段接入,提供高速数据传输能力。

本研究报告分析了CABLE网络的现状,对五种现有技术的技术特征、业务应用进行了归纳总

结,并对五种技术进行了分析比较。

本研究报告由传送网与接入网技术工作委员会接入网工作组提出,传送网与接入网技术工作

委员会通过。

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 4:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

2

DSL Digital Subscriber Line 数字用户线

DVR Digital Video Recorder 数字录像机

EoC Ethernet Over Coax 以太同轴网络

EPON Ethernet Passive Optical Network 以太无源光网络

FM Frequency Modulation 调频

HDTV High-Definition Television 高清晰度电视

HFC Hybrid Fiber Coaxial 光纤同轴电缆混合

IP Internet Protocol 互联网协议

MAC Media Access Control 媒质接入控制层

MIMO Multiple Input Multiple Output 多输入多输出

MoCA Multimedia over Coax Alliance 支持多媒体业务的同轴电缆

OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing 正交频分复用

OLT Optical Line Terminal 光线路终端

ONT Optical Network Termination 光网络终端

ONU Optical Network Unit 光网络单元

PHY PHYsical layer 物理层

QAM Quadrature Amplitude Modulation 正交幅度调制

QPSK Quadrature Phase Shift Keying 正交相移键控

QoS Quality of Service 服务质量

SDTV Standard-Definition Television 标准清晰度电视

STB Set-top Box 机顶盒

TDD Time Division Duplex 时分双工

TDMA Time Division Multiple Access 时分多址接入

UWB Ultra WideBand 超宽带(无线通信)

VoIP Voice over IP IP 语音

Wi-Fi Wireless Fidelity 无线保真

4 Cable 网络现状

4.1 网络建设现状

目前我国拥有世界上用户规模 大的有线电视网络。我国有线电视网络为HFC网络,

2007年底,全国拥有1.43亿有线广播电视用户,其中农村用户约4600多万户,近3300个有

线电视前端。国家级光缆线路4万公里,省级及地市光缆线路超过10万公里,地市、县分

配网近300万公里。百余家有线网络公司开始播出有线数字网络。到2008年底,全国有线

电视用户已经达到1.6亿多。

自2003年启动有线数字电视以来,全国有线数字电视发展迅猛。截至到2008年底,全

国有线数字电视用户数为4528万户,全国有229个城市进行了数字化整体转换。近年来,

我国有线电视双向化改造步伐加快,有线双向网络覆盖用户超过2400万。

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 5:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

3

4.2 频率配置

有线电视系统的频率配置如表 1所示:

表 1 频率配置 波段 频率范围 业务内容

R 5MHz~65MHz 上行业务

X 65MHz ~87MHz 过渡带

FM 87MHz ~108MHz 广播业务

A 110MHz~1000GHz 模拟电视、数字电视、数字业务

其中,下行频带:

87MHz ~108MHz,作为调频广播下行信道,FM载频之间的间隔为400kHz。

110MHz~1000MHz,用于模拟电视、数字电视、数字业务。每个电视频道占8MHz带宽。

4.3 HFC 网络结构

HFC网络一般由前端、光缆干线网络、电缆分配网络和用户线组成。前端接收的开路

信号、卫星电视信号、DVD信号等,经调制解调后,形成射频信号混合成一路输出,由分

配器均等地分配给各主干线光发射机,然后通过光分路器,由光缆把光信号传输到光节点

或分前端,每一光节点为一光接收机,再经延长放大器、分配器、楼宇放大器等分配给各

用户。HFC的网络拓扑结构概括起来有四种形式,即树形结构、星形结构、星-树形结构和

环形结构。

(1) 树形网络拓扑结构

树形网络拓扑结构有两种形式,其一:干线采用星形网络拓扑结构的光纤传输,

后一级的同轴电线分配网采用树枝形网络拓扑结构,既克服了电缆干线由于多级放大器引

起指标下降的缺点,又提高了指标、可靠性和降低了成本,可以非常经济而有效地为用户

服务,普遍为有线电视经营者所接受。其二:光纤主干树枝形结构形式。在光纤主干中采

用多路光分路器级联,优点是光纤量较省,缺点是光纤主干经多次光分路器分配后插入损

耗较大,浪费光功率,而且由各光分路器和各熔接点造成的多重反射将使光链路的噪声增

加,非线性失真变大,劣化了系统指标。另外,树枝形结构的光纤主干断裂,或光分路器

损坏,都会影响后续分支光纤的光接收,导致网络的可靠性较低,一般多用在小型光纤系

统中。

(2) 星形网络拓扑结构

从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各

小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

端呈星形状分布,点到点传输。其主要优点是:光分配一次到位,覆盖面广、传输容量大、

可靠性高、易于实现双向多功能业务的传输。缺点是光缆需求量大。此外,在超大规模系

统网络中,利用光缆超干线将总前端信号传送到与之联网的县市或其他独立网络的分前

端,可以构成双星形网络拓扑结构形式。

(3) 星-树形网络拓扑结构

星-树形是星型网络与树枝形网络相结合的结构形式。总前端与各光节点之间为光纤

主干,采用星形网络结构,小区用户同轴电组分配网络采用树枝形网络结构,整个系统为

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 6:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

4

星一树形结构形式。这种结构的特点是干线采用光纤传输,用户分配网使用同轴电缆,既

能满足网络的技术性能要求,又能保证其经济效益和实用价值。它集星形结构和树枝形结

构两者的优点于一身,是目前通用流行的一种网络拓扑结构形式。

(4) 环形网络拓扑结构

环形网络具有一主一备两条相反方向传输的双数字光纤环作为整个网络的光纤主

干,故可靠性更高、覆盖面更大。当双光纤环中的某一环发生断裂时,可自动倒换到另一

环上,信号不会中断。这种环形光纤网一般多用于特大型有线电视宽带综合信息网中,特

别是数字光纤环上采用SDH的高速信息传输平台中。

HFC网络传输的基本形式有两种:

(1) 独立总前端模式

同一城市或同一区域的有线电视网共用一个前端,所有信号都汇集于总前端。汇集于

总前端的广播电视信号通过光发射机以VSB-AM方式转换为光信号(即E/O转换)从总前端

输出后,通过星形或星-树形结构的光纤网络传输到各小区光节点,各光节点的光接收机

将接收到的信号还原为射频电信号(即O/E转换),再经同轴电缆分配网络,将信号传送

到各家各户的用户终端。这种模式是有线电视HFC网中 基本的传输模式。

(2) 分前端模式

以城市或区域有线电视网的总前端为中心的多前端传输模式。总前端的信号经星形辐

射的数字光纤网络或模拟光纤网络馈送到各分前端的光节点。在有线电视宽带综合信息网

络中,分前端除可收转本地电视节目和自办节目外,还是数字光纤和模拟光纤的光分配与

交换中心。这种系统采用星形或星-树形结构的传输网络,超大规模的有线电视宽带综合

信息网大都采用这种模式。

总结起来,目前我国有线电视网络具有以下特点:

(1) 覆盖广泛,规模庞大。但是地域差异大,网络结构不同,业务模式不一。同时

处于条块分割状态,全国有数千家有线电视运营商。

(2) 以单向传输为主,目前正在进行双向化改造,且改造步伐加快。

(3) 以传输模拟电视信号为主。目前正在进行数字化转换。现阶段数字电视用户约

在总用户数的1/4。

(4) 采用同轴电缆传输,每500m需要设置一个放大器。

(5) 用户到光节点采用树形、总线形的拓扑。

(6) 网络中存在有源/无源器件,包括分支分配器、放大器等。

4.4 有线电视网络发展趋势

2008 年 12 月 4 日,国家广电总局与科技部签署了《国家高性能信息网暨中国下一代

广播电视网自主创新合作协议书》。

中国下一代广播电视网(NGB)将以有线电视网数字化整体转换和移动多媒体广播 CMMB

的成果为基础,以“高性能宽带信息网(3TNet)”自主创新的核心技术为支撑,创新有

线无线相结合的网络技术体系,扩展和提升 3TNet 核心技术的应用范围,形成 NGB 的技术

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 7:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

5

体制。计划用三年左右的时间在重点城市建设规模试验网络,用十年左右的时间在全国建

成下一代广播电视网,可以向用户提供高清、标清、数字视音频、高速数据接入和话音等

“三网融合”的“一站式”服务,使家家户户的电视机成为多媒体信息终端。

NGB 核心传输带宽将超过 1万兆 bit/s,每户接入带宽超过 60Mb/s。NGB 将以 3TNet

为基础,支持高速宽带、双向交互、全程全网、可管可控。

随着国家信息化建设的深入和用户对交互电视业务的需求日益增加,推进“三网融

合”,建设双向、交互、多功能的新一代数字电视网络成为有线电视网络发展的必然要求。

充分利用现有庞大的 HFC 基础网络来拓展双向传输业务,面临很多技术上的选择,包括

MoCA、EoC、Wi-Fi over cable、HomePlug over Coax 以及 DOCSIS 等。这些技术有些是

原本为高速家庭网络联网而设计的,有些则是工作于其他有线或无线介质上,但经过一定

的技术改造可用于有线电视网络双向化改造的 后 100 米接入。

5 MoCA

5.1 MoCA 联盟介绍

支持多媒体业务的同轴电缆组网联盟(MoCA)成立于2004年,其目标是利用室内已有

的同轴电缆,采用开放的工业接口向家庭用户提供高速宽带连接,传送数字视频和娱乐节

目。2006年3月28日, MoCA宣布,批准发布MoCA MAC/PHY v1.0标准。2007年底,MoCA联

盟批准通过了MoCA 1.1,把有效数据速率提高到175Mbps,为多媒体业务提供更好的QoS。

除技术标准之外,MoCA还发布了认证测试计划和程序,用于设备互操作认证。目前,已经

有来自Actiontec、Alcatel、Entropic、D-LINK、Hitachi、Linksys、Motorola、Mototech、

Netgear、Panasonic、Spirent、Tellabs、2Wire和Westell的30款产品通过了MoCA认证。

产品类型主要有机顶盒、路由器、网关、网桥和ONT等。

MoCA技术提供了室内有线、无线产品的互连。对于有线产品,直接提供Cable接口。

对于无线产品,则通过Wireless over Cable的方式。

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 8:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

6

图 1 家庭室内联网示意图

5.2 MoCA 技术特征

5.2.1 PHY Layer

MoCA传输主要利用800MHz~1550MHz之间的频段进行。

MoCA每信道工作带宽50MHz,采用OFDM调制和自适应调制。50MHz带宽被分成256个子

载波。对于每个激活的ACMT子载波,根据每个子信道的特性决定传输的比特数,每个子信

道支持的比特数为2bit ~8bit,即QPSK~256QAM。

为了优化发送功率,系统采用了动态发送功率控制(DTPC)。

MoCA物理层还支持分集调制:每个比特采用BPSK调制,同时在7个不同的子信道传输。

系统主要物理层参数如表 2所示。

表 2 MoCA 物理层参数 参数 含义 值

Fs 载波带宽 50MHz NFFT 子载波数 256 NSC 可用子载波数 224 NCP 循环前缀 20-64 之间的偶数值 ΔF 子载波间隔 195.3125kHz TFFT 1/ΔF 5.12us TS 采样时间 20ns TCP 循环前缀时间 0.2us – 1.28us TSYM 符号间隔 5.32us – 6.4us TPRE PHY 前导长度 13.08us – 33.48us

Kitchen Family Room

Master Bedroom Kids Bedroom Office / Den

MMeeddiiaa CCeenntteerr PPCC

WWeebbPPaadd

CClliieenntt SSTTBB

880022..1111 WWiirreelleessss

AAPP

Broadband Multimedia

CCooaaxx CCooaaxx

CClliieenntt SSTTBB

880022..1111 WWiirreelleessss

HHoommee SSeerrvveerr -- DDVVRR

CCaabbllee,, TTeellccoo

DDBBSS

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 9:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

7

物理层报文包含两种类型,如表 3所示。两种类型的报文发送框图分别见图2、图3。

表 3 物理层报文类型 特性 组成

数 据 报 文 PHY Data Packets

承载 MAC 数据帧,采用

ACMT 调制 由前导和紧随其后的净荷

组成。 PHY Probe Packets 承载 PHY 净荷,采用

ACMT 调制或时域调制

图 2 物理层数据报文发送框图

图 3 物理层 Probe 报文发送框图

表4规范定义了四种前导P1、P2、P3和P4。

表 4 四种前导报文的定义 前导类型 用途 特性

Type P1 链路接入控制报文,例如Beacon和MAP 鲁棒性 强,传输效率不高

Type P2 网络管理报文,例如Probe、分集模式报文、网络

控制报文

鲁棒性优于P2

Type P3 广播和单播数据报文 鲁棒性优于P3

Type P4 高吞吐量的单播数据报文 传输效率 高

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 10:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

8

5.2.2 MAC Layer

MoCA的双工方式为时分双工TDD,采用时分多址TDMA方式。

MAC层的主要功能如下:

扫描;

同步;

接入控制;

流量控制;

链路维护;

网络节点NC(Network Coordinator,网络协调器)负责整个网络的定时同步和资源

分配。在MoCA网络中,NC处于中心地位,信道接入完全由NC控制,NC根据每个节点的请求

来为其分配传输的时隙。NC还负责新节点的加入、密钥管理等功能。NC由网络中的节点根

据一定的原则自动选举产生,并支持备用NC以便在当前NC出现故障时进行快速切换。NC 以

信标( Beacon ) 方式为网络提供基本定时功能,Beacon中包括时间戳。所有Node(节点)

通过读取NC发送的Beacon中的时间戳,使自己与NC保持同步。

每个MAC帧中都包含Beacon。

图 4 Beacon 帧

MAC层功能还包括:管理QoS请求、功率节省模式、接入控制、信道时隙分配、启动和

结束Piconet等功能。

目前,在每个信道上,每个NC可以支持31或63个CPE设备, 大传输距离可达600m。

若要支持更多的用户及更高的速率,则需要在同一段物理Cable链路上进行信道叠加。

5.3 MoCA 产业现状

MoCA联盟定义的规范主要应用于家庭网络内部互联,如图 5所示。Node Device均为

家庭内部的终端设备。MoCA规范定义了在不同节点设备(Node Device)之间的通信,网

络拓扑为Full Mesh的网络。

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 11:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

9

图 5 MoCA Full Mesh 网络

目前开发符合MoCA规范的芯片供应商主要有Entropic,Broadcom和Conexant。其中

Entropic是目前唯一提供批量商用化芯片的厂商。Entropic目前提供两个系列的产品:

C.link Home Networking(EN2XXX系列)和C.link Access(EN3XXX系列),分别应用于

家庭互联和 后几百米接入(Last Mile)。Broadcom也发布了支持MoCA 1.1的高清机顶

盒SoC。

MoCA MAC/PHY v1.0标准是针对家庭互联推出的标准,网络拓扑为Full mesh结构。若

将其应用于 后几百米接入,则网络拓扑为星形拓扑,不同Node Device分别与Master

Device进行通信。因此,必须在修改现有MoCA MAC/PHY标准的MAC接入协议后才可以将该

技术应用于更远距离的接入。在面向 后几百米接入应用时,除了MAC/PHY规范外,还应

该涉及用户安全、QoS、网络维护管理等相关技术内容。目前,MoCA联盟并没有计划将适

用于 后几百米接入场景的技术进行标准化。

6 无源 EOC 技术

6.1 EoC 技术原理

EoC是指通过同轴电缆传输以太网信号的技术,可分为基带EoC(无源EoC)和调制EoC

(有源EoC)两大类。基带EoC不改变原有以太网信号的帧格式,而只是将便于双绞线传输

的双极性(差分)信号转换为便于同轴电缆传输的单极性信号。而调制EoC技术繁多,除

了前面的MoCA技术,下面将要介绍的HomePlug over Coax、Wi-Fi over Cable等都属于这

一类。调制EoC技术将以太网信号经过调制解调等复杂处理后再通过同轴电缆传输,但所

Node Device

WANPoint Of Entry

NORMAL 2-WAY CATV

PATH

SSPPLLIITTTTEERR JJUUMMPPIINNGG

3:1 Splitter 2:1 Splitter

3:1 Splitter

SSPPLLIITTTTEERR JJUUMMPPIINNGG

Node Device

Node Device

Node Device

Node Device

Node Device

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 12:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

10

传输的信号不再保持以太网信号的帧格式。本报告中未加特别说明的地方,出现的EoC均

指基带EoC技术。

EoC技术采用频分复用技术,将以太网数据信号和有线电视信号混合在同一根同轴电

缆进行传输。CATV信号在87MHz以上频段传输,以太网信号在65MHz或45MHz以下频段传输,

两种信号共缆传输,工作频段不同所以互不影响。EoC技术的频带利用情况如图 6所示。

图 6 EoC 技术频带利用

EoC技术原理如图 7所示,主要由二四变换、高/低通滤波两部分实现。由于采用基带

传输,无需调制解调技术,楼道端、用户端设备均是无源设备。由于现有的以太网技术是

收发共两对线,而同轴电缆在逻辑上只相当于一对线,所以在无源滤波器中需要进行四线

到两线的转换,如图 8所示。

图 7 EoC 技术原理图

图 8 二四线变换原理示意图

无源EoC技术的主要特点如下:

1)以太网信号采用基带传输;

2)原有以太网信号的帧格式和MAC层都没有改变,仍然基于IEEE 802.3相关系列协议;

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 13:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

11

3)以太网信号从双绞线传输的双极性(差分)信号转换成了单极性信号,以便于同

轴电缆传输;

4)通过无源器件的处理可实现是其 大的特点。

但是,由于以太网信号传输的特点与CATV信号相差较大,因此同轴电缆在支持普通

CATV和10Base-T以太网信号同时传输时,需要注意以下问题:

1)CATV系统采用F型或者IEC射频连接器,而以太网系统采用RJ-45连接器;

2)CATV信号属于不平衡信号,采用同轴电缆传输,而以太网信号属于平衡信号,采

用两对双绞线传输,一对用以发送数据,另外一对用来接收数据;

3)CATV系统的特性阻抗为75Ω,而以太网系统双绞线阻抗为100Ω;

4)CATV系统占用40MHz~862MHz,以太网信号的功率谱则主要集中在0.5MHz~15MHz范

围内;

5)接头处,以太网数据信号的电平比CATV系统标准电平值要高100万倍。

6.2 EoC 组网及应用

EoC技术多用于 后100m接入,实现有线电视网络的双向改造。目前很多地区通过EPON

或点到点光纤实现光纤到大楼(FTTB),完成从网络头端到大楼的双向化。但从大楼到

终用户的双向改造,大部分楼宇管道狭窄,物业公司和业主不希望改变已有布线,很难再

重新敷设光纤或五类线等设施。而利用EoC技术可以解决楼内同轴电缆网络的双向接入。

图 9是利用EPON+EoC技术进行组网完成有线电视网络双向改造的网络结构示意图,EPON

OLT利用分前端光纤到园区机房分光器,分光器分光接入各个ONU,然后以EoC方式下行。

EoC合成器部署在小区楼道,将CATV信号和数据信号进行合成,通过原有HFC线缆传送到用

户侧, 终通过用户侧的EoC终端分离出CATV信号和数据信号,用户数字电视点播信号通

过EoC方式上行。

图 9 EPON+EoC 组网结构图

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 14:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

12

EoC技术在传送标准CATV信号的同时,传送基带10Base-T以太网信号。利用HFC网络已

有入户同轴电缆,将以太网数据业务和有线电视信号直接传送至用户端,再在用户端实现

混合信号的无源分离。EoC传输由局端设备和用户端设备组成。局端设备负责实现数据信

号的交换以及与电视信号的混合,用户端设备实现混合信号的分离。图 10为利用EoC实现

后100m接入的示意图,其中,楼内局端设备完成数据信号的交换和电视信号的混合,可

以保留楼内原有的集中分配器然后连接到局端设备上,也可在局端设备集成分配器的功能

而完全替换掉现有的集中分配器。家庭内部的插座同时提供RJ-45接口和CATV接口,实现

混合信号的分离。

图 10 EoC 在最后 100m 接入的应用

目前提供EoC技术解决方案的厂家主要包括傲蓝通信、科学亚特兰大、六合万通等。

6.3 EoC 技术总结

基带EoC技术的优点是每线价格成本低,生产厂商较多,在国内有一定规模的应用。

能够实现即插即用,无需在客户端进行复杂的调试。并且由于采用无源设备,网络运行较

为稳定、安全,维护成本也较低。

其缺点是不能通过分支分配器,只支持点对点的星型分配网络,每线带宽是固定的

10M,改造的时候必须一次投入到位,不能实现滚动式投资。

7 Wi-Fi over Cable 技术

7.1 Wi-Fi 技术

Wi-Fi是一种基于IEEE 802.11系列标准的无线网络技术,它可使用户实现无线接入和

共享网络资源。IEEE 802.11第一个版本发表于1997年,其中定义了媒质访问接入控制层

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 15:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

13

(MAC层)和物理层。物理层定义了工作在2.4GHz的ISM频段上的两种无线调频方式和一种

红外传输的方式,总数据传输速率设计为2Mbit/s。两个设备之间的通信可以采用ad hoc

的方式进行,也可以在AP的协调下进行。1999年加上了两个补充版本: 802.11a定义了一

个工作在5GHz频段数据传输速率可达54Mbit/s的物理层,802.11b定义了工作在2.4GHz的

ISM频段上数据传输速率为11Mbit/s的物理层。2.4GHz的ISM频段为世界上绝大多数国家通

用,因此802.11b得到了 为广泛的应用。1999年工业界成立了Wi-Fi联盟,致力解决符合

802.11标准的产品生产和设备兼容性问题。此后,802.11标准系列不断发展,对物理层、

MAC层以及组网和应用方面进行扩充和规范,例如802.11g、802.11e、802.11n等。802.11

系列标准组成如图 11所示。

802.11n是为实现更高带宽、更高质量的WLAN服务而设计的。它采用双频工作模式,

可支持2.4GHz和5GHz两个频段,与已有的802.11a/b/g均保持兼容。在传输速率方面,

802.11n可以将WLAN的传输速率由目前802.11a及802.11g提供的54Mbps、108Mbps,提高到

300Mbps甚至高达600Mbps。802.11n技术将MIMO与OFDM技术相结合,提高了无线传输质量,

也使传输速率得到极大提升。在覆盖范围方面,802.11n采用智能天线技术,通过多组独

立天线组成的天线阵列,可以动态调整波束,保证让WLAN用户接收到稳定的信号,并可以

减少其它信号的干扰。在兼容性方面,802.11n采用了软件无线电技术使得不同系统的基

站和终端都可以通过同一平台的不同软件实现互通和兼容。

802.11n标准于2009年9月由IEEE正式发布。在802.11n标准发布之前,基于802.11n

Draft2.0草案的认证早已开展,市场上已经有大量产品。例如D-Link,Airgo、Bermai、

Broadcom以及杰尔系统、Atheros、思科、Intel等等,产品包括无线网卡、无线路由器等,

而且已经大量在PC、笔记本电脑中应用。

2.4 GHz物理层

5 GHz

802.11(IR,FHSS,DSSS)

802.11b(DSSS, 11M max)

802.11g(OFDM, 54M max)

TGn/802.11n(OFDM, MIMO,

>100M)

802.11a(OFDM, 54M max)

802.11e(QoS)

802.11i(安全) 802.11

(CSMA/CA)MAC层

802.11F(IAPP)

TGr / 802.11r(快速漫游快速切换)

TGk(无线资源测量)

TGp(车辆环境下的接入)

TGs(Mesh网络)

TGt(无线性能评估)

TGu(与外部网络的互通)

TGv(无线网络管理)

TGw(对管理帧的保护)

TGy(美国3650-3700 MHz操作)

应用和组

图 11 802.11 系列标准

7.2 Wi-Fi over Cable

由于同轴电缆的传输性能优异,在较高频段也具有高速数据传输的潜力,因此人们提

出了Wi-Fi与有线电视cable网络结合,即Wi-Fi over Cable技术。与空中传输相比,尤其

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 16:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

14

在穿墙的情况下,Wi-Fi信号在cable中传输损耗小,覆盖范围大,不存在干扰和被干扰问

题,同时具有较高的安全性。因此,利用Wi-Fi同时在cable和空中进行数据传输,可以作

为家庭网络联网的一种技术方案,在不同的场合既保持了无线连接的方便易用,又可通过

cable保持高速率的情况下增大覆盖范围。

Wi-Fi使用2.4GHz频段,而现有有线电视网络设备主要针对1000MHz以下的信号传输,

因此直接传输2.4GHz信号,电缆和无源分支分配器的损耗较大。由表 5可以看出,Wi-Fi

的传输速率与接收灵敏度密切相关,随着链路损耗增加,实际数据传输速率也会下降。

表 5 802.11b/g 接收灵敏度与传输速率的关系 调制方式 OFDM OFDM OFDM OFDM CCK CCK DQPSK DBPSK

传输速率(Mb/s) 54 48 36 24 11 5.5 2 1

接收灵敏度

(dBm)(BER=10-5)

-68 -69 -75 -79 -83 -87 -91 -94

如果在家庭内部利用Wi-Fi over cable技术进行联网覆盖,由于传输距离通常较短,

所需分支分配器的数量也较少,传输2.4GHz信号时按照(0.5~1)dB/m的线路损耗和

20dB~30dB的分支分配器损耗考虑,也基本能够保持较高的数据传输速率。因此,有些公

司的产品直接用cable承载2.4GHz的Wi-Fi信号,比如TI。Wi-Fi over cable技术同时可用

于有线电视网络的双向化改造,此时线路距离较长,分支分配器数量增加,因此该技术不

适合在国内5MHz~1000MHz带宽的电缆分配网络中工作。为了克服这一问题,一种解决方案

是更换已有设备,采用5MHz~2500MHz的分支分配器,可以满足Wi-Fi信号在同轴电缆中高

速传输时的衰耗要求。该方案更换设备工作量大,会造成成本上升和器材浪费。因此,有

的厂家采用变频解决方案,即将2.4GHz信号下变频到900MHz~1GHz左右的频段,这一方案

的主要支持厂家为Atheros。进行信号下变频后,大大减小了电缆和无源分支分配器的损

耗,从而可以利用现有有线电视网络进行数据传输,无需更换现有网络设备。变频解决方

案的缺点是标准化程度差,不同厂家的设备存在互通问题;支持Cable接口的用户端设备

也需要定制。

以802.11g/n over cable为例,物理层采用OFDM,这是一种多载波的高速扩频传输技

术。调制方式为自适应BPSK、QPSK、M-QAM调制。Wi-Fi over cable的频带利用情况如图 12

所示。若采用标准的非变频方案,工作频率为2.4GHz;若采用下变频方案,工作频率为

900MHz左右,视不同厂家具体实现方案而定。每信道带宽为20/40MHz,可支持13个信道。

图 12 Wi-Fi over cable 频带利用

图 13为采用Wi-Fi over cable技术的家庭网络互联示意图。图中,家庭内部采用

802.11g进行数据和视频分发,传输速率可达54Mb/s。家中两台电脑共享一个基于cable

的宽带Internet连接,一楼的笔记本电脑通过无线直接连接到STB/AP,而二楼的电脑由于

墙壁的阻隔,无法与STB/AP建立高质量的无线连接。利用Wi-Fi over cable技术,在二楼

通过一个分离器连接了STB和Wi-Fi中继器,扩大了高速Wi-Fi信号的覆盖范围,二楼的电

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 17:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

15

脑由中继器接入网络。此外,二楼的电脑如果具备相应接口的网卡,也可直接以cable的

方式接入。

图 13 Wi-Fi over cable 家庭联网示意图

Wi-Fi over cable技术也可与EPON技术结合,进行有线电视网络双向化改造,如图 14

所示。其中EPON用于接入网光传输改造,Wi-Fi over cable用于 后100m接入。楼宇内,

Wi-Fi over cable的连接如图 15所示。在入户的 后100m,将Wi-Fi AP的2.4GHz射频信

号经阻抗变换后,送入同轴电缆传输。接入端既可使用专用的接收设备,也可使用市场上

普遍销售的802.11系列无线网卡,无线网卡接收既可以使用无线方式,也可用同轴电缆有

线连接。

Cable

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 18:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

16

图 14 EPON+Wi-Fi over Cable 网络结构

图 15 Wi-Fi over cable 最后 100m 接入连接示意图

7.3 Wi-Fi over cable 技术总结

Wi-Fi over cable的优势在于以下几个方面:

1)不增加新的缆线。利用了家庭内部已有cable电缆,结合Wi-Fi技术本身可实现有

线、无线对家庭的联合覆盖。在需要穿墙等无线信号衰减较大的地方,利用cable电缆传

输Wi-Fi射频信号,衰减小,可有效延长传输距离,增大覆盖范围。

2)技术成熟。Wi-Fi技术已被广泛使用,即使是尚未完全标准化的802.11n,也已经

有大量芯片厂商提供相关产品。

3)速率高。802.11g可提供54Mb/s的物理层传输速率,而802.11n可确保108Mb/s,目

前 高可达300Mb/s。虽然物理层开销需要占用大量带宽,但仍可为家庭内部提供数十兆

至上百兆的带宽。

4)成本低廉。将Wi-Fi信号送入cable传输,只需经过阻抗变换,采用无源器件,大

大降低了成本。Wi-Fi over cable的成本是有源EoC技术中 低的,与无源EoC技术相比,

具备滚动式投资的优势。

Wi-Fi over cable技术的主要不足之处在于,2.4GHz信号在当前的有线电视分配网络

中传输衰减较大,不适合应用于有线电视网络双向化改造的场合。若更换现有器件则工作

量太大且造成成本上升和不必要的浪费;如果采用降频,由于是非标准方式,带来不同厂

家产品的互通问题。

8 HomePlug over Coax 技术

8.1 标准情况

2000 年 3 月,由 Cisco、HP、Motorola 及 Intel 等数十家企业共同成立 HomePlug

Powerline Alliance (家庭电力线联盟)。家庭电力线网络联盟随后在 2001 年 6 月发表

电力线网络的第一份标准-HomePlug 1.0。2003 年 2 月开始 HomePlug AV 制定工作。2005

年 8 月,家庭电力线网络联盟批准了新的 HomePlug AV 标准。

HomePlug AV 的目的是在家庭内部的电力线上构筑高质量、多路媒体流、面向娱乐的

网络,专门用来满足家庭数字多媒体传输的需要。它采用先进的物理层和 MAC 层技术,提

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 19:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

17

供 200Mbps 级的电力线网络,用于传输视频、音频和数据。但 HomePlug AV 不兼容 HomePlug

1.0,必须增加桥接设备(Bridge)才能够互通。

HomePlug AV 应用如图 16 所示,包括 VoIP、Set-Top Box、网络游戏、以及视频监控

等。

图 16 HomePlug 应用

8.2 技术特征

8.2.1 HomePlug AV 的物理层

HomePlug AV 的物理层使用 OFDM 调制方式。电力线网络传输质量不稳定,采用 OFDM

可提高传输质量提供高带宽,在配电网受到严重干扰的情况下也可以提高传输效率,同时

采用适当的纠错技术可以进一步确保可靠的数据传输。

HomePlug AV 工作在 2MHz-28MHz 频段;功率谱密度可编程,以满足不同的功率要求;

每个子载波可以单独进行 BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM、256QAM 和 1024QAM 调制;

采用 Turbo 卷积编码;物理层线路速率达到 200Mbps,净荷为 150Mbps。

图 17 HomePlug AV 物理层发送器

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 20:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

18

图 18 HomePlug AV 物理层接收器

8.2.2 HomePlug AV 的 MAC 层

HomePlug AV 设计了十分高效的 MAC 层,支持基于工频周期同步机制的 TDMA 和 CSMA

机制。TDMA 面向连接,提供 QoS 保障,确保带宽预留、高可靠性,具备严格的时延抖动

控制。CSMA 机制提供四个等级的优先级。工频周期同步机制确保良好的抗工频周期同步

噪声的信道适应能力,如调光灯、充电器等产生的谐波。MAC 层支持 128 位 AES 加密。

MAC 层设计,由中央协调者 CCo(Central Coordinator)控制所在电力线网络设备的

活动,并协调同相邻电力线网络的共存,以支持电力线宽带接入、多电力线网络运行和隐

藏节点服务。

由于 MAC 层仍然采用 CSMA 机制,当网络中 HomePlug 设备节点增加时,碰撞的概率会

增加,数据传输的速率也会大大降低。所以在节点设备较少的家庭联网场合,它仍是一种

很实用、很方便的技术,特别是在家庭场合,电力线无处不在,比电话线、同轴电缆更为

普遍。电力线接入方便,但缺点也较明显,比如用电高峰、线路附近有较强的噪声干扰源

或天气情况较恶劣、线路串扰等都会严重影响其传输速度。

8.3 HomePlug over Coax

HomePlug over Coax 同样是完整地借用 HomePlug 协议,只是修改前端耦合等电路设

计来实现。HomePlug over Coax 使得原来 HomePlug 比较难以处理的问题得到很好的解决,

如:电磁兼容等。同样同轴电缆的传输性能要好于电力线,数据流量性能也会好于

HomePlug 在电力线上传输的性能。当然 终性能主要取决于同轴电缆接入网络的性能(包

括分支和分配器)。因为 低端的频点 2MHz 已经超过分支分配器的下限频率 5MHz。对于

某一些劣质的分支分配器,此时 HomePlug over Coax 的性能比宣称的指标要低。

由于HomePlug over Coax是采用2MHz-28 MHz频段。当一点对多点通信时,也是要受

到汇聚噪声的影响,因此实际网络使用时性能往往比理论值要低。当网络中的节点较少时,

受汇聚噪声的影响较小。

9 DOCSIS

9.1 DOCSIS 技术特征

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 21:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

19

DOCSIS是基于HFC网络完成用户接入的一种技术,DOCSIS标准能够在以下HFC网络中应

用:

CMTS与CM之间的 大距离为100miles

CM之间的 大距离差为100miles

DOCSIS规范是一系列接口的规范,它包括如下接口:

CMTS和Cable Modem之间的射频接口规范

CMTS与核心数据网络的接口规范

Cable Modem与用户计算机之间的接口规范

维护运行的接口规范

DOCSIS体系架构如图 19所示。

图 19 DOCSIS 体系架构

DOCSIS系列标准见表6:

表6 DOCSIS系列标准 SP-BPI Baseline Privacy Interface Specification SP-CMCI Cable Modem-to-Customer Premises Equipment Interface Specification SP-CMTRI Cable Modem Telephony Return Interface Specification SP-CMTS-NSI

Cable Modem Termination System Network Side Interface Specification

SP-OSSI Operations Support System Interface Specification SP-RFI Radio Frequency Interface Specification

到目前为止,DOCSIS一共发布了如下4个版本:

DOCSIS 1.0

DOCSIS 1.1

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 22:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

20

DOCSIS 2.0

DOCSIS 3.0。

DOCSIS在标准制定过程中非常注意标准的兼容性,这样使得高版本的CMTS能够与低版

本的CM进行通信,也能使高版本的CM与低版本的CMTS进行通信。即:

DOCSIS 3.0标准支持所有DOCSIS 2.0标准规定的功能和技术指标,同时增加了一

些功能;

DOCSIS 2.0标准支持所有DOCSIS 1.1标准规定的功能和技术指标,同时增加了一

些功能;

DOCSIS 1.1标准支持所有DOCSIS 1.0标准规定的功能和技术指标,同时增加了一

些功能。

DOCSIS 3.0对比DOCSIS 2.0增加的功能包括:

信道绑定,提高了上下行速率,绑定数量≥4

支持IPv6

增强的加密功能

支持IPTV

增强的管理

增强的检测设备问题的工具

DOCSIS 2.0对比DOCSIS 1.1增加的功能包括:

较大提升了上行带宽能力

上行 大带宽可达6.4 MHz

上行 大速率可达30.72 Mbps

引入S-CDMA

提高了上行抗噪声和抗信道衰减的能力

增强的Reed-Solomon

采用Trellis 编码调制

提供信道利用率的统计功能

DOCSIS 1.1对比DOCSIS 1.0增加的功能包括:

增加了QoS机制

支持动态业务

支持串联

支持数据包分段技术

支持净荷头压缩技术

支持IP组播

支持CM认证

支持SNMPv3

支持CM 帐号管理

支持故障管理

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 23:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

21

各版本的DOCSIS标准针对射频接口的主要技术特征参见表 7。

表 7 各版本的 DOCSIS 标准针对射频接口的主要技术特征 DOCSIS 1.0/1.1 DOCSIS 2.0 DOCSIS 3.0

标准版本 SP-RFI-I06-010829

/SP-RFIv1.1-I09-020830

CM-SP-RFIv2.0-I12-0

71206

CM-SP-PHYv3.0-I05-0

70803

频带 上行 5 to 42 MHz 5 to 42 MHz

5 to 42 MHz

5 to 85 MHz

下行 50 to 860 MHz 50 to 860 MHz 50 to 1002 MHz

上行多址

接入技术 TDMA

A-TDMA

S-CDMA

FDMA/TDMA

FDMA/TDMA/S-CDMA

调制技术

上行 QPSK and 16QAM

TDMA: QPSK and 16 QAM

TDMA 和S-CDMA: QPSK, 8 QAM, 16 QAM, 32 QAM, and 64 QAM S-CDMA: QPSK, 8 QAM, 16 QAM,

32 QAM, 64 QAM and 128

QAM TCM

TDMA:

QPSK and 16 QAM

TDMA 和S-CDMA:QPSK,

8 QAM, 16 QAM, 32 QAM,

and 64 QAM

S-CDMA:

QPSK, 8 QAM, 16 QAM,

32 QAM, 64 QAM and 128

QAM TCM

下行 64QAM and 256QAM 64QAM and 256QAM 64QAM and 256QAM

物理层速

上行

QPSK :

160, 320, 640, 1,280,

and 2,560 ksym/sec

16QAM :

160, 320, 640, 1,280,

and 2,560 ksym/sec.

TDMA: 160, 320, 640, 1280, 2560 and 5120 ksym/sec S-CDMA : 1280, 2560 and 5120 ksym/sec.

1280, 2560 and 5120 ksym/sec

下行

64QAM:

5.056941 Msym/sec

256QAM:

5.360537 Msym/sec

64QAM:

5.056941 Msym/sec

256QAM:

5.360537 Msym/sec

64QAM:

5.056941 Msym/sec

256QAM:

5.360537 Msym/sec

信道带宽 上行

调制速率

(kHz)

信道带宽

(kHz)

160 200

320 400

640 800

1,280 1,600

2,560 3,200

调制速率

(kHz)

信道带宽

(kHz)

160 200

320 400

640 800

1,280 1,600

2,560 3,200

5,120 6,400

调制速率

(kHz)

信道带宽

(kHz)

1,280 1,600

2,560 3,200

5,120 6,400

下行 6 MHz 6 MHz 6 MHz

大速率 上行 10Mb/s 30Mb/s N*30Mb/s (N>=4)

下行 42Mb/s 42Mb/s N*42Mb/s (N>=4)

9.2 DOCSIS产业现状

9.2.1 设备

目前,支持DOCSIS 1.1的设备 多,支持DOCSIS 2.0的设备次之,而支持DOCSIS 3.0

的设备寥寥无几,这点可以从Cable-lab公布的设备认证数据看出:

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 24:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

22

目前同时支持DOCSIS 3.0、DOCSIS 2.0、DOCSIS 1.1的设备不多,只有3款CMTS

经过了认证,没有经过认证的CM;

目前同时支持DOCSIS 2.0、DOCSIS1.1的设备比较多,有5款CMTS经过了认证,有

52款CM经过了认证;

目前只支持DOCSIS 1.1的设备 多,有28款CMTS经过了认证,有101款CM经过了认

证。

9.2.2 应用

截至到2008年第三季度,全球Cable Modem用户达84.7百万,占全球宽带用户数的

21.3%。与上一季度82百万用户相比,增长约2.7百万。其中,Cable Modem 大的用户群

来自美国。北美Cable Modem用户为47.22百万,其中42.3百万在美国,其余不到5百万用

户在加拿大。西欧地区Cable Modem用户数为14.9百万,其中主要用户来自英国(3.6百万)、

荷兰(2.22百万)、西班牙(1.71百万)和德国(1.6百万)。亚太地区韩国Cable Modem

用户数为5.05百万。

在国内,目前所属于广电总局的各地有线网络正在积极的投入Cable Modem的试运营

和开发,在北京、广州、深圳等地开始试运营。总体来看,国内采用Cable Modem上网的

用户数较少。

10 几种技术的比较 上述五种技术的详细技术比较见表8。

表 8 技术比较

技术 MoCA 基带EoC Wi-Fi over

Cable

HomePlug (AV)

over Coax DOCSIS

标准 MoCA 1.0 IEEE 802.3 IEEE

802.11b/g/n HomePlug AV DOCSIS 3.0

传输

频带

800MHz

~1500MHz 基带传输

2.4GHz或

950MHz 2-28MHz 5 MHz ~1000MHz

信道

带宽 50MHz N/A 20/40MHz 26MHz

6MHz

多信道可以绑定

可用信道 29 1 13 1

调制方式 OFDM,自适应

m-QAM N/A

OFDM,自适应

m-QAM

OFDM,自适应

m-QAM

OFDM,自适应

m-QAM

MAC层协议 CSMA/CA,TDMA CSMA/CD CSMA/CA,TDMA CSMA/CA,TDMA TDMA,S-CDMA

物理层速率 270Mb/s 10Mb/s

(独享) 108Mb/s 200Mb/s

下行160Mb/s,上

行120Mb/s

MAC层速率 130Mb/s 9.6Mb/s ( 独

享)

50 Mb/s

~60Mb/s 150Mb/s --

支持客户端

数量 63 无限制 无限制 253 无限制

网络拓扑 适用于星形和

树形同轴网络

适用于星形同

轴网络(不能

通过分支分配

器)

适用于星形和

树形同轴网络

适用于星形和

树形同轴网络

适用于星形和树

形同轴网络

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 25:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

23

技术 MoCA 基带EoC Wi-Fi over

Cable

HomePlug (AV)

over Coax DOCSIS

传输距离 600m 100m 1km 300m 100mile

终端 有源设备 无源设备 有源设备 有源设备 有源设备

标准化程度 高 ---

不同厂商的移

频(降频)方

案不能互通

较高 高

网络结构更

改难度 基本无需调整

仅能用于集中

型接入网

高频段传输对

分支分配器要

求较高

基本无需调整 无需调整

设备

Entropic

Communication

(C.Link产品)

Broadcom

傲蓝、科学亚

特兰大、六合

万通

Atheros,

Broadcom,

Conexant,TI

Intellon,

Conexant 很多厂商支持

应用 北美有规模应

用,如Verizon

国内有一定应

用 少量应用 少量应用

全球尤其是美国

有较大规模应用

总体看来,以上技术可以分为两大类:一类是基带传输(Ethernet Over Cable),

另一类是调制传输。基带传输将基带以IP 信号直接混入同轴电缆,而调制传输是将IP 信

号通过调制和解调完成在同轴电缆上的传输。国内很多公司目前推出有源EoC解决方案,

一般是指非基带EoC的解决方案,或者在以上方案基础上的改进方案。

上述几种技术的选择,有以下几点值得说明:

1)除了基带EoC技术之外,其他都需要在用户端安装有源设备,这在成本上会有所提

高,但网络性能和服务质量会有所提升。

2)基带EoC技术只能基于星形的同轴网络,其他各项技术可以支持树形网络。

3)基带EoC和HomePlug(AV) over Coax都采用低频段来传输数据,噪声干扰仍然是一

个问题,调制可以缓解但并不能完全解决这个问题。这个问题在采用DOCSIS规范的Cable

Modem网络中也存在,噪声的漏斗效应是阻碍其应用的关键因素。

4)Wi-Fi over Cable和MoCA技术采用的频率较高,在使用时可能需要更换原网络的

分支分配器以支持这一频段。HomePlug(AV) over Coax 频段 低为2MHz,若采用某些性

能不好的分支分配器,其传输速率也会收到影响。

11 应用

随着网络技术和业务的发展,视频、数据等高带宽业务和应用日益丰富。预计到 2010 年左右,主要宽带业务将包括高清电视、标清电视、视频通信、网络游戏、高速上网及 IP 话音业务。各类业务的上下行带宽需求如表 9 所示。

表 9 典型业务带宽需求 业务类型 下行带宽 上行带宽

高清电视(HDTV) 6 Mb/s~10Mb/s 50kb/s 标清电视(SDTV) 2 Mb/s~3Mb/s 50kb/s

网络游戏 256kb/s~1Mb/s 256kb/s~1Mb/s 视频通信 256kb/s-2Mb/s 256kb/s-2Mb/s IP 话音 100kb/s 100kb/s 高速上网 2 Mb/s -6Mb/s 512kb/s~1Mb/s

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn

Page 26:  · 从城市或区域有线电视总前端输出的广播电视信号,经辐射状的光纤干线传送到各 小区光节点,再经星形结构的同轴电缆分配网送到用户终端;各光节点的位置相对于总前

24

根据对用户需求的分析,除高速上网、IP 话音、视频通信、网络游戏等业务外,高

速率家庭用户在未来将有 2 路高清电视 IPTV+2 路标清 IPTV 电视的业务需求,下行带宽

将在 30Mb/s 左右;中低速率家庭用户将有 1 路高清 IPTV 电视 或 2 路标清 IPTV 电视 的

业务需求,下行带宽在 8-12Mb/s 左右。

带宽的需求主要来自以高清、标清电视为主的视频业务,这些业务要求高带宽、实时

性、较高的 QoS 保证。因此,要求接入网技术和家庭联网技术能够保证以上的业务需求。

家庭联网技术可以利用各种有线和无线物理媒质,包括五类线、电力线、同轴电缆、

Wi-Fi、UWB等。考虑到我国有线电视网络较普及,已经拥有上亿用户,因此基于 Cable

的高速家庭网络技术引起越来越多的关注。基于 Cable的高速家庭网络技术呈现多样化特

性,包括MoCA、EoC、Wi-Fi over Cable、HomePlug over Coax、DOCSIS技术等。

从本研究报告的分析可以看出,如果利用这些基于Cable的联网技术进行家庭互联,

可以提供足够的带宽满足家庭用户多媒体视听节目流的传输。部分技术可提供数百兆的共

享接入带宽,通过控制共享用户数量,也可以满足但家庭用户的基本需求。此外,在有线

电视网络双向化改造和“三网融合”的驱动下,有线电视网络运营商利用EPON等光接入网

技术实现“光进铜退”,将光纤推进至小区或楼道,然后再充分利用入户线路的Cable资

源,为用户提供宽带接入。现有的Cable联网技术基本可支持300m以上的传送距离,能提

供足够的网络覆盖范围以满足网络末端的用户接入。因此,现有的Cable联网技术不仅可

以实现家庭内部设备互联,也可以在接入网建设到楼道后用于 后100m接入,实现有线电

视网双向化改造。

本研究报告编写单位:工业和信息化部电信研究院、上海贝尔股份有限公司

本研究报告编写人:党梅梅

本研究报告项目参加人:敖立、陆洋、刘谦、葛坚、程强、李云洁、陈洁、周惠琴、陈晓

电话:82054513 http://www.ptsn.net.cn