交互式有线电视系统的兼容性及网络支持的探讨

金国钧
　　1　引言

　　交互式有线电视系统，是在原有的有线电视广播网络上建立的，国外称之为有线电视网上的双向数据传输系统，或简称电缆数据传输系统（DOCS）。其目的是使有线电视网络能适应急剧增长的交互式数据业务传输的需要，使之有能力开发现有用户的潜在数据业务市场，并参与未来数据业务市场的竞争，以改善社会信息化的网络环境。

　　有线电视网络，无论是全用同轴电缆构筑局域分配网，还是用光纤电缆混合（HFC）结构组建的城域网，均可视为点对多点的、树枝型结构的模拟电视传输系统。即，是一个共享介质的电视多节目实时广播系统。因而，要适应交互式数据业务的传输，必须对网络进行升级改造。这一升级改造过程，其意应认为是一个有线电视网络的变革过程，它体现在三个方面：

　　*使网络由模拟向数字技术体制过渡；

　　*使网络由单向广播向以向交互传输方式转变；

　　*使网络由单一业务向多业务功能拓展。

　　建立交互式有线电视系统的技术标准研制工作已历时近十年，近五、六年内已见有各种标准版本发布。目前见到的国际标准中，最有影响的是国际电联（ITU）在1998年初到1999年初先后发布的ITU-TJ.83/J.112标准，它是在欧洲、北美及日本地区工作基础上形成的技术规范，其基本文件是欧洲的DVB-C/DAVIC.2和北美的DOCSIS1.0版本。最新的标准版本，有1998年11月6日通过的DAVICI.5版本，它在1999年作为ETS300800V2发布；它是在DVB-C/DAVIC1.2基础上的衍生和扩展，对原版本中的交互信道特征，尤其是通信协议做了大量补充和完善，也被称之为“DAVIC Cable Modem”。还有，在1999-2000年陆续发表的DOCSIS V1.1版本。其中仅“射频接口规范”就修订了6次（1999年3次，2000年3次），目前见到的是2000年12月15日发布的“SP-RFI V1.1-106-001215”版本。同样，DOCSIS V1.1也是DOCSIS V1.0的衍生和扩展，其增加的动态带宽分配机制，提供的增强型QoS机理及其有效负载标头抑制规定，及扩展的欧洲规范（附录N）和VOIP功能，对提高系统的传输效率及其适用性的扩展，无疑都颇有贡献。

　　应该看到，近五、六年间发表的交互式有线电视系统标准，是全球数据业务市场兴起并急剧增长对网络带宽追求的一种反映。因而，这些标准的研制、发布，应是一个在市场需求推动下的网络技术进步过程，也是一个在实践基础上的理论提高过程。系统标准的衍生、扩展、升级，其目的是使系统的信道利用率更高、传输速率更快、通信质量更好、信息安全性更强，而系统造价则可望更低。

　　兼容性，是建立交互式有线电视系统及其标准的制定、采用过程中必然要考虑的问题，也是上述变革过程中必须解决的问题。例如，在有线电视网上建立数据业务交互式系统，必须考虑和/或适应模拟电视向数字电视技术体制过渡的要求；即数据交互式系统的建立不能影响现行模拟电视的传输，而这一过渡过程的终止，在全球大致尚需10年（约2010年），我国大致在2015年。这是否应视为系统的建立及其标准的制定、采用过程中要考虑的后向兼容性问题。又例如，交互式系统的建立，必须考虑对急剧增长的通信容量和日趋提高的通信质量的适应性要求，即系统必须具有开放性、扩展性的特性。这是否应看作是前向兼容性问题。

　　兼容性是上述变革过程中带来的问题，它往往带来技术实现上的复杂性，同时会涉及到系统及及标准的适应性。然而，它又是有线电视业必须考虑的问题，妥善的解决，将使行业发展长期受益。

　　2　标准兼容性

　　由于有线电视发展的历史原因，及前述有线电视业务的后向兼容性问题，势必使全球各地区采用的交互系统标准的相互兼容受到一定牵制。例如，DVB-C/DAVIC标准是基于欧洲DVB的广播系统标准制定的，它适用于PAL制的有线电视网络，因而能与PAL制模拟电视传输共存于HFC有线电视网络；亦即，它适用于PAL制标准的欧洲市场及相应市场。而DOCSIS V1.0标准是基于北美MCNS标准制定的，它适用于NTSC制的有线电视网络，因而能与NTSC制模拟电视共存于HFC网络。亦即，它适用于NTSC制的北美市场及相应市场。由此可见，两者不兼容。其最直接的原因就是交互系统的建立必须考虑的模拟电视传输过渡问题，因而在下行数据信道的设置上必须遵循原有模拟制式的频谱结构（PAL制为7/8MHz，NTSC制为6MHz）。否则，很可能使问题复杂化：信道带宽设定过宽（例如N制网络中采用DVB-C/DAVIC系统），可能要重新计算和测试谐波干扰的影响；信道带宽设定过窄（例如PAL制网络采用DOCSIS系统），则可能造成频谱资源的浪费。当然，两者不兼容还有传输的特性参数、信道参数、通信协议等多方面的规定不同。这种系统标准的不兼容，是完全可以理解的，既有发展历史上的原因，更有市场上的利益问题。

　　交互式有线电视系统标准的扩展或升级版本，一般都具有该系统标准的后向兼容性，亦即，该系统标准新的（修订）版本应兼容旧的（原有）版本。例如，DAVIC 1.5应兼容DAVIC1.2，DOCSIS V1.1应兼容DOCSIS V1.0；其意指符合该系统标准新版本的头端设备（INA/CMTS）应能兼容旧版本的终端设备（STB/CM）的互操作。维持其旧版本的系统性能，例如，DOCSIS V1.1的CMTS，可以兼容V1.0的CM，使之与V1.1的共存于同一HFC网络。当然，要达到新版本所规定的系统性能，则必须采用符合新版本的终端设备。

　　3　DOCSIS V1.1的欧洲规范EuroDOCSIS

　　DOCSIS V1.1标准的附录N，描述了符合欧洲规范的DOCSIS系统，被称为“EuroDOCSIS”规范。它将射频频谱结构和射频信道传输特性的规定修改为适用于PAL制有线电视网络的地区。其RF频谱结构从DOCSIS的“低分割”（上行5-42MHz，下行88-860MHz）修改为“扩展低分割”（上行5-65MHz，下行88-860MHz）；下行RF信道带宽从6MHz修改为7/8MHz，并设定了基于PAL制模拟电视传输的下行信道传输特性。其余则完全保留了DOCSIS系统的特性，因而可视为符合欧洲规范的DOCSIS系统。

　　DOCSIS V1.1的兼容性规范EuroDOCSIS，是一种优势互补的兼容。它既保持了DOCSIS高速数据传输的特性，又利用了PAL制网络的RF带宽特性。不仅增加了DOCSIS标准的适用性范围，还提高了数据系统的传输容量，因而颇具商业价值。例如：

　　*将DOCSIS V1.0/V1.1的上行频谱从5-42MHz扩展到5-65MHz，所增加的43-65MHz频带就是颇具商业价值。原因是5-42MHz频谱内受窄带和宽带干扰的因素较多，尤其是5-25MHz带内。而扩展的43-65MHz带内的噪声和干扰情况会相对好得多，甚至可以在不用FEC的情况下通信，采用16QAM上行可畅通无阻。因而此举对增加上行通道的资源、提高传输速率，很有贡献。

　　*将DOCSIS V1.0/V1.1的下行信道从6MHz修改为适用8MHz带宽，在采用64QAM时的有效数据容量从27Mbps增加到38Mbps，采用25QAM时，则从38Mbps提高到52Mbps。因而，也是一种极有价值的兼容。

　　EuroDOCSIS V1.1保持了DOCSIS V1.1的通信协议和扩展功能（VOIP），因而其CMTS和CM要做相应的性能/功能扩展。如若市场的响应积极，则系统设备的成本未必增加多少，其成本下降的趋势应与DOCSIS V1.1一样。
　　EuroDOCSIS与DOCSIS V1.1可以共存于PAL制的HFC网络。这种情况发生在先于DOCSIS V1.1的试验，尔后采用EuroDOCSIS运行的有线电视网中。这种共存方式其实是在保留DOCSIS V1.1系统的情况下，增加EuroDOCSIS系统，两个系统各有自己的用户群（CM）；两者的CM不兼容，不能在同一系统中混用。

　　在PAL制有线电视网中，4个DOCSIS V1.1的CMTS，正好占用3个8MHz下行信道（4×6MHz=24MHz），不致造成下行频谱资源的浪费；或将1个DOCSIS V1.1的CMTS与2个邻频道的EuroDOCSIS的CMTS相邻，其间隔开2MHz带宽（也属于资源浪费）。然后，测试下行传输中的干扰特性，使数据业务与模拟电视的传输不致相互干扰。

　　4　双向HFC网络的支持

　　在有线电视网上建立交互式数据传输系统，无论采用哪一种系统标准，它都会对HFC网络的双向传输特性作出规定；且由于是在保证原有模拟电视传输的基础上增加数据业务，所以对上/下行传输特性的规定总是在假定模拟电视传输的情况下作出的。

　　换言之，HFC网络的双向系统升级改造，其结果只要能满足系统标准规定的传输特性要求，就能实施该系统标准规定的双向数据传输。

　　HFC网络作为数据交互系统的物理底层支持，无论是“环-星-树”型结构的城域网，或是“星-树”型结构的局域网，其物理层双向通道的建立，通常的做法是：在光路上采用空分结构，即上/下行光纤路由分开；在电路上采用频分结构，即一根同轴电缆上的上/下行RF频谱分割。由此实现的双向数据业务传输，由于同轴电缆分配系统的非对称频谱结构，其业务流量也是非对称的。亦即，在模拟向数字技术体制的过渡阶段，在双向HFC网络上建立的数据交互系统，下行可满足点对多点的小容量通信，这也就是其业务的适应范围。

　　然而，从提高接入率和传输容量的角度考虑，在双向HFC网络的升级改造中，要注意真正结构性变动的因素，是光节点后移（向用户群）。即光节点所带的用户数应根据业务量和接入率来确定，通常应按500户进行规划设计，特定情况下可能更少。

　　考虑到HFC网络回传通道的噪声汇聚，为减少窄带（固定频率）干扰而采取的频率回避措施及为减少宽带（脉冲）干扰而采取的屏蔽措施，往往使电缆分配系统的改造和上行信道的设置变得复杂，致使成本加大。一种可以选择的方案，是在满足业务需求的前提下，不妨舍弃上行频谱中入侵干扰（包括窄带和宽带干扰）最严重的5-15MHz频段。这样，将使HFC网络双向改造的成本大为降低，抑或还是一种尽快建立双向系统并获取效益的选择。

　　5　结束语

　　在数据业务市场推动下的交互式有线电视系统技术，在欧美等发达国家已广泛应用。随系统标准的相继发布，其系统产品的商品化程度也越来越高，性价比亦随市场的拓展越来越好。新世纪的社会信息化将随数字化进程而加快，有线电视网络的庞大用户市场也许是推进其数字化进程的最大动力，因而很可能是广播电视地面网络中最先数字化的网络。其标志是交互系统的技术在不断更新，标准在不断升级。

　　交互式有线电视系统的兼容性，是系统的技术更新和标准升级过程中必须考虑和解决的问题，因为它关系到技术的适用性和标准的扩展性，最终仍取决于市场。例如，DOCSIS　V1.1版本刚发布不久，美国Cable Labs又将发表DOCSIS V2.0。这无疑是一种技术上的进步动向。例如，若将下行速率提高到1024QAM，上行速率提高到64QAM；或者再增加诸如S-CDMA和OFDM抗干扰能力更强的调制方式。然而从兼容性角度考虑，V2.0必须兼容V1.1，正像V1.1兼容V1.0一样。另外，系统的建立，取决于市场，转而取决于众多系统设备厂商的支持。这也是系统运行商最为关心的两个问题。

　　交互式有线电视系统的终端，是Cable Modem，或是有上行功能的STB，这完全取决于用户需求，目前的芯片已能支持这种需求。

　　交互式有线电视系统的试验，在我国已有不少地区取得经验。本文的探讨，仅供参考。

摘自《广播电视信息》2002.2