基于DOCSIS協議的3.5GHz寬帶無線接入系統分析

2019-11-03 09:08:14

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

李藝霞　　DOCSIS（有線電纜數據服務傳輸規范）是為利用有線電視電纜網絡來提供寬帶多媒體接入應用而開發的工業標準，是一種以ip為中心的一點對多點標準。DOCSIS標準旨在支持所有現行的和未來的基于IP的服務。自它發布之日起就得到了業界極大的關注，隨后更得到了眾多芯片廠商、設備制造廠商、運營商、各標準化組織的支持。DOCSIS在支持各種業務，尤其是IP業務方面具有很好的能力，在Qos支持方面也有一定的解決手段。

　　從DOCSIS協議發布到現在的發展趨勢看，很多相關的設備廠家都在自己的3.5GHz MMDS產品中采用DOCSIS協議，原因在于DOCSIS采用了許多已經成熟的技術，可以很好地支持IP業務，適應了目前技術發展的趨勢，并且由于采用了大量在有線電纜MODEM中使用的集成電路，這種器件在全球的需求量大，所以規模的生產使之價格較低。

　　盡管DOCSIS規范最初是針對CATV應用的，但由于上述特點，多家公司已聯合起來成立了無線數字用戶線協會，以便為無線寬帶應用建立一個DOCSIS的增強版應用于寬帶無線領域的趨勢。具體說來，。新標準DOCSIS+基于原有的規范，但增添了一些針對LMDS/MMDS市場的具體擴展規范。這些擴展將包含在一個新的標準(或是現有DOCSIS標準的一個擴展)之中，目前IEEE802.16委員會正在對此進行研究.。目前市場已推出了基于DOCSIS標準的無線接入系統，但是如何保證實時業務以及在無線環境的可靠應用，需要實驗進一步驗證，也是該標準需要進一步完善之處。

　　由于DOCSIS規范最初是針對CATV的數據應用，DOCSIS1.0版本在QOS和對實時業務的支持尚沒有好的保證。如何在DOCSIS實現面向連接的實時業務，在DOCSIS 1.1版本進行了進一步的升級和功能地擴展。對1.0的擴展主要有：增加CBR、VBR、ABR的所有QoS功能；為支持語音業務, 對主動授權業務和實時輪詢業務提供了明確的設置請求策略；對IP多播標準化，增加CMTS對上行碼流控制的劃分，通過使用凈荷頭壓縮（PFS）更有效地利用上行和下行碼流。而這些擴展和對實時業務的支持能力核心體現在MAC層和系統設計的控制單元。

DOCSIS協議在空中接口上可以傳輸4種類型的MAC幀：

　　包數據PDU的MAC幀，支持可變長度的以太網類型的包數據PDU；

　　ATM信元的MAC幀，表示幀中有ATM PDU；

　　為將來的PDU類型保留的MAC幀；

　　用于特定的MAC控制的MAC幀。

　　其中前3類MAC幀主要用于數據傳輸，而特定的MAC幀用于特殊功能，分為定時消息、管理消息、請求消息、級聯消息和分段消息。這些功能可支持下行定時和上行測距/功率調制、終端向基站請求帶寬、基站為終端分配帶寬、分段和多個MAC幀的級聯。

　　對于IP數據業務，傳輸采用包數據PDU的MAC幀。通過配置，系統為每個終端指定最小保證帶寬和最大帶寬，通過空中帶寬的統計復用和動態分配，為數據業務提供一定的QoS保證。

　　由于電路業務的實時性要求比較高，其突出特點是流量恒定。DOCSIS采用了14 bit SID業務類型識別，可以對單個用戶設置寬帶和設置不同級別的業務，并采用主動授權機制對包類型進行擴展和適配，將電路業務封裝至PDU類型保留MAC幀，使用特殊包傳遞機制提供類似TDMA的環境，保證電路業務的延時和抖動指標，同時對電路時鐘進行傳遞，保證上下端網絡的時鐘同步。因此根據指配，基于E1的電路業務可以指配到具體的終端上去，它在空中固定占有2.048Mbps流量。相對而言，由于在上行信道支持分段，可以使非話音授權業務被分段并移至話音授權業務的授權邊界，從而最大程度減小對話音業務的影響，而下行信道對話音業務的保證仍是按照不同隊列的優先級來保證的，因而下行信道對電路實時業務的保證要遜于上行信道。

　　因此基于DOCSIS的電路業務實現本質上仍是通過數據包業務實現的。提供QOS的基本原理就是將在射頻頻帶中傳輸的數據包分類并歸入到一個特定的業務流，所謂業務流是指一個提供特定業務質量的單項數據包流，基站和遠端站通過業務整形、協商或賦予業務流以不同的優先級來提供QOS。通過其在MAC層成幀時具有的主動授權最高級別和控制單元的高速處理控制，達到對電路業務的支持。因而，可能出現的問題是需要同時支持電路業務和VoIP業務時，尤其是下行信道，當VoIP等短幀業務突然增大的時候，可能會造成VOIP對E1電路業務的沖擊，會對電路業務的時延、抖動以及誤碼率造成一定的影響。同時在DOCSIS標準中也提到，一些意外事件，如下行MAP（上行帶寬分配消息）丟失，或上行跳頻，有可能導致抖動超出抖動窗口。所以基于DOCSIS的實時業務與傳統TDM 透明傳輸實時業務的實現，還是有著較大差別。傳統TDM面向連接業務, 無需涉及QOS保證。

　　另外一個值得注意的問題是，傳統TDM電路業務，一旦建立一個連接其分配的時隙將一直保留給該業務使用，直到拆除該連接，因此其時延和抖動是固定的有保證的。而DOCSIS電路業務每一包的傳送可能會在不同的分段不同的路由，因而其時延是不固定的。

　　除此之外，由于無線網絡具有不同特征，將DOCSIS用于寬帶無線接入系統，現有的DOCSIS標準限制了大規模的寬帶無線配置，媒體接入控制(MAC)層和物理(PHY)層的設計都需要進行改進。

　　多徑衰落、頻偏以及無線系統中的干擾問題都是對無線系統不利的因素，因此物理層設計的魯棒性應足以支持無線網絡的可靠工作，設計中需要特別解決SNR和多徑衰落的問題。糾錯編碼的選擇以及射頻單元性能的優劣將直接影響系統的性能，尤其是對電路實時業務的影響。DOCSIS標準規定采用R-S碼，如果采用更有效的糾錯編碼以及均衡將會對DOCSIS標準做較大的改進，其實現的復雜度大大增加，這也就是目前基于DOCSIS標準的設備系統指標較低的原因之一（如接收門限，同/鄰頻載干比等）。

　　盡管如此，DOCSIS標準以其簡單的技術結構，成熟技術的采用，較低的價格，對IP業務的支持等，仍然有著一定的應用環境。但從發展的角度來看DOCSIS標準仍需進一步完善和改進：不斷推出新版本以更好的支持電路業務、應用于無線環境、改進策略提高QOS保證。

由CHINA通信網組稿

上一篇：淺談數字信號處理器

下一篇：支持QoS的下一代網絡結構框架研究