基于全双工通信技术的双向有线电视宽带网络技术

DOCSIS标准的双向有线电视终端实现兼容，其就必须能在达到目标KPIs（关键性能指标）的同时，与后者共存于同一张双向有线电视网络。其中的频谱既可以是共享的物理频段，也可以是专用的物理频段——前者可以提高频谱资源利用效率，但是终端设备的实现复杂度较采取后者的方式时更大。例如，在最新一代的DOCSIS 3.1技术中，可通过部署TaFDM（时分及频分复用）机制使得SC-QAM（单载波QAM调制）与OFDMA（正交频分复用多址接入）信道共享使用上行频谱资源，而在下行方向，各个SC-QAMs信道与OFDM信道则使用专用的频谱资源。

（2）性能问题。在双向有线电视宽带网络之中，上行与下行对称型业务的流量在不断增长（尤其是在光纤到户FTTH网络之中）。目前的DOCSIS接入网络在下行方向已能提供1 Gbps的接入，因此，上行方向合理的初期性能目标应该是提供1 Gbps的速率，以使得DOCSIS接入网能像用户提供上行与下行对称1 Gbps的业务。同时，新一代的DOCSIS还应具备按需扩展至更高等级速率的能力。

（3）可扩展性问题。如果要在双向有线电视宽带网络的现网中进行技术的升级/更新换代，就需要考虑如何把对于在网用户的影响降低到最小的程度。那些基于网络容量实际需求的、逐步演进部署的相关解决方案，更利于促进技术升级并减小由此而带来的相关成本。这些解决方案需要能基于用户数量的增长及用户业务需求的提高进行高效扩展，同时保持与上一代技术的后向兼容性。这种可扩展性就使得双向有线电视宽带接入网络运营商无需进行复杂的网络升级、无需更换现有所有用户的终端设备（不会造成业务中断）即可逐步于现网中部署新兴技术。

（4）终端设备实现的复杂度问题。对终端设备实现的复杂度进行管理，直接关系到对新兴技术部署成本的管理。在现有的双向有线电视宽带接入网络架构之中，CMTS（局端/头端设备）被众多CMs（终端设备）共享使用，为此，把CM的复杂度降低到最小程度、将更多的功能集成/上移到CMTS或将是一个可行的解决方案。

基于上述考量，CableLabs（美国有线电视网络实验室）研发出一种基于全双工通信解决方案的DOCSIS 3.1技术来提高双向有线电视宽带网络的上行网络系统容量。相关的全双工技术架构如下描述：

在该解决方案之中，如图4所示，CMTS工作于全双工模式（在DOCSIS信道之中。图1），与此同时，在任何一个时间点，某个CM终端可通过某个特定的信道发送或者接收信号，也可通过不同的信道同时发送或者接收信号（图2）。

图1、CMTS局端的全双工信道视图^[1]

图2、CM终端的全双工信道视图^[1]

采取这种方式时，"干扰消除"就仅在CMTS局端侧进行，从而就可以把CM全双工终端的实现复杂度降低到最小程度。

此外，CMTS局端侧进行干扰消除的性能直接影响到双向有线电视宽带接入网络所能达到的上行系统容量，而CMTS下行信号发射功率（电平）及干扰图样影响下行系统容量。

另外，还需要考虑解决全双工DOCSIS终端设备与传统DOCSIS终端设备的共存问题（尤其是当需要共享下行频谱资源时）。传统DOCSIS终端设备会持续侦听CMTS局端的各个下行信道。全双工DOCSIS终端设备上行发射信号有可能会对临近的传统DOCSIS终端下行接收信号产生潜在的干扰。

全双工CM上行信号对另一CM下行信号的干扰程度，取决于各自的RF（射频）隔离度高低。如果终端设备间的RF隔离度较差，上述这种干扰现象就将会比较显著。CableLabs的实验室测试数据表明：同一RF分配器所连接的CMs终端的上行发送信号会对下行信号产生高电平干扰，从而严重影响其接收下行信号的能力；不同RF分配器所连接的CMs终端则不会为上行传输所影响，或下行SNR（信噪比）数值降低（从而需要这些CMs终端采取更低阶的调制）。

因此，为了把对CM下行接收的影响降低到最小的程度，CMTS局端将需要对终端设备间（设备A到设备B）的干扰进行管理。一种可能的解决途径为：先确定/定位与双工设备相关的干扰组（被全双工CMs上行信号所干扰的CMs终端），CMTS局端再基于干扰组对CMs调度作对齐处理——干扰组之中的CMs终端不会被安排接收数据或者采取低阶调制方式，而全双工终端设备则被调度用于上行数据传输。

可以通过信道探测来测知CMs终端设备之间的隔离度，并以此确定出干扰组。信道探测的具体实现方式为：CMs终端实时测量被全双工终端干扰后的接收功率电平，并将其上报给CMTS局端。

4、全双工DOCSIS接入网络的性能

部署了新兴全双工DOCSIS通信技术之后的双向有线电视宽带接入网络所能具备的潜在系统容