传统同轴缆线有线电视网络（Cable Television Network；CATV）已经逐渐被光纤同轴（Hybrid Fiber and Coaxial；HFC）混合系统取代。不过一般而言，HFC系统的光线节点（node）前段还是同轴缆线，光线节点则设置在距离客户约一英哩处，如此便可以提供2400个住户（600住户×4cell）相关有线电视服务，如(图一)所示。

《图一 HFC/FTTC/FTTH网络的基本结构》

由于同轴缆线的衰减幅度在770MHz（ψ12mm）频率时高达39dB/km，因此光线节点与客户之间必须设置2～5段的增幅器。

利用CATV进行数据传输服务仍然相当普遍，因此上传埠（port）便成为兵家必争之地，加上xDSL与FTTH的强力威胁，因此CATV业者无不以提高用户的比特率（bit rate）为方式，大规模进行cell微型化与深化HFC的系统革新工程。

虽然目前CATV都是以频率分割方式进行双向数据传输，不过一般来说数据上传的部分并未被纳入管理系统，因此业者陆续制定可以落实高速数据服务的架构规范，包括有线调制解调器（Cable Modem）DOCSIS1.x／2.0标准、次世代DOCSIS3.0超高速调制解调器、使用Last 300m的同轴网络、以及可以达到250Mbps传输速度的c.LINK（Coaxial LINK）标准等等。

DOCSIS发展经纬

1995年美国有线电视公司MSO针对CATV双向网络系统服务，制定标准规范DOCSIS（Data Over Cable System Interface Specification；DOCSIS），其发展经纬如(表一)所示，目前DOCSIS标准已成为业界的主流规范。

／？

DOSCIS系统技术概要

DOSCIS系统具有上传兼容性（Backward Compatible）的技术特性。从(图二)来看有线网络系统的基本架构，各用户必须先设置Cable Modem，接着再以PC等10／100BASE-T缆线连接，最后藉由CATV与中心调制解调器（Cable Modem Termination System；CMTS）进行连接。DOSCIS系统最长的传输距离为15英哩，管理服务器（Provision Server）利用CATV的初期登录，再与动态主机架构协议（Dynamic Host Configuration Protocol；DHCP）进行IP地址分配。

《图二 有线网络系统的基本结构》

DOSCIS系统能够支持的网络类别分别是传统CATV网络、同轴缆线网络以及HFC网络。DOCSIS1.0的整体共通规范与基本架构特征分别如下：

• ●非连接通讯（connectionless）。





• ●保证CM／CMTS的相互连接性。





• ●上传兼容性：尤其是DOCSIS1.1／2.0以后的升级版，可以轻易兼容旧型的Cable Modem。





• ●软件下载：可以透过中心端进行软件版本的升级更新作业。





• ●安全性：例如Pocket可以利用DES的56位，键交换可以利用RSA的768位，巩固安全性。





• ●QoS：可以限制上传与下传的速度。





• ●可以限制PC的连接数量。





• ●建档：可以在IP与LLC层进行描述，避免Cable Modem的PC端安全确认、以及RF端不必要的流量（traffic）爆增等问题。





• ●利用SNMP（Simple Network Management Protocol）进行管理。





• ●丰富的变复调模式：可以支持多样的传输路径。





• ●自动设定：尤其是针对特定与不特定的modem，只要透过预定结构档案（configuration file）自动下载，就能够设定规范频率与变调模式，同时还能利用输出强度（level）的自动最适宜设定功能，大幅节省繁琐的事前登录与现场设置等调整作业。

DOCSIS2.0规范之特征

(表三)是DOCSIS各版本的功能差异对照一览表。DOCSIS1.1版主要追加内容，是使QoS可以作复数设定，因此可以同时使用数据与VoIP。

(表四)是已经成为业界主流的DOCSIS2.0版相关规范一览表，其中终端传输规定主要内容与RFI（Radio Frequency Interface）规范有关，至于RFI规范如（表四）所示已经进入第8版。

发布日期

传输速度一般DOCSIS规范是指ITU-T J.112 AnnexB，(表五)便是DOCSIS支持Cable Modem的Annex B规格范例。若与DOCSIS.x规范比较，在使用64 QAM正交振幅调幅法（Quadrature Amplitude Modulation）、利用6.4MHz带宽时，其最高上传速度为30Mbps。在下传频道方面，Annex B可以使用64或256QAM调变方式，在64QAM时，可以用 传送6b／symbol的信息量。

多重存取模式

如（表五）所示，Annex B具备2种多重存取模式（access mode）、6种变调模式和5阶段带宽，因此可以根据传输路径的噪讯状况，操作时可多样变更设定。2种多重存取模式分别是A-TDMA（Advanced Time Division Multiple Access）以及S-CDMA（Synchronous Code Division Multiple Access）。

S-CDMA亦即利用扩散码的多重化，要求严苛的频率同步特性，因此DOCSIS2.0版除了强化上传错误更正功能之外，还追加互生层（Interleave），同时大幅强化突发错误（Burst error）的耐性。

补正方式的租借功能

DOCSIS2.0版亦可补正上传传输路径反射特性与倾斜（tilt）的送讯补偿器（Transmit Equalizer），在DOCSIS1.1版以后的终端应用上成为必要设备之一，因此其补偿段数从1.1版的8段，提升至2.0版的24段。

有关补正的运作，以收讯端的中心调制解调器（CMTS）位计算的补正系数，会被送至数额进行租借（lending）动作。此外与DOCSIS1.X／2.0 modem在相同上传埠混合，只要带宽相同就能够作时间分割多重化（TDM）。

～114dBμV (32/64QAM)

所谓「租借」是DOCSIS规范规定的功能之一，CMTS能够从Cable Modem进行信号强度、频率、时序的控制。

(图三)是开启modem的电源之后，从租借一直到上传层设定为止的动作顺序。开启电源后modem立即开始搜寻下传QAM频道，一旦捕捉到可以支持DOCSIS格式的下传QAM频道时，就逐渐提高上传的送讯强度，并等待来自CMTS的响应。此时CMTS会从Cable Modem的租借功能中要求检测信号，会量测Cable Modem和CMTS距离之间以外的原因所造成基准时序的偏差，再将此偏差通知Cable Modem，后者会依此补正上传信号时序的偏差，调整送讯时序，并进行上述送讯补偿器的补正作业。结束以上PHY与MAC的租借后，最后在动态主机架构协议（Dynamic Host Configuration Protocol Server；DHCP）、供应服务器（Provisioning Server）之间进行上传层的各项设定。取得IP-Address后，接着再取得QoS、过滤（filtering）条件，等描述可以联机之PC台数的架构档案，并结束作业。如果该描述包含Cable Modem应该动作的上传和下传频率时，立即修正指定频率时的捕捉（capture）与租借。

此外与前半段的CMTS的物理租借动作，除了呈周期性进行之外，它还支持温度造成的强度变动。

《图三 租借动作范例》

微细孔送讯功能来自Cable Modem的上传送出要求，会变成触发器（trigger）进行一般通讯，此处只针对上传通讯顺序的TDMA方式进行说明。首先上传取得与下传频道同步，再以16μs左右的微细孔（mini-slot）单位控制。此slot相当于编号／随机预约／特定调制解调器指定微细孔的属性，此时Cable Modem端会对随机预约微细孔提出「送出要求」，接着通知必要数据量，CMTS会指定预期连续微细孔，进行Cable Modem的邮包（packet）送讯。

若随机细孔（random slot）发生冲突时，则以所谓的back off顺序送出「再度要求」，这个功能特别是在VoIP服务、尤其是成为上传数据带宽时的保证。因此DOCSIS1.1版以后的版本，该结构会依照以下顺序进入：亦即要求最初的上传带宽时，包含最低保证要求在内，会依照该数据速度，一次预约周期性地送出细孔。至于在VoIP的应用上，则有其它邮包有线（PacketCable）的规范可供参考，其与CMS（Call Management Server）一样，呈动态性赋予动态（Dynamic）的QoS。

传输汇集次层功能

传输汇集次层（Transmission Convergence SubLayer；TC），主要是为了利用MPEG进行影像数据（Video Data）与数据通讯而设。TC层的主结构，是以ITU-T Rec.H.222.0为平台，再以188b MPEG概括（packet）与4b MPEG顶部（header），指定184位有效负载（payload）的型式，MAC frame会横跨其中一个或是复数有效负载传送。

增加量测端FTP功能

最近由于xDL与同等级规范的强力威胁，因此连带使得量测端的FTP（File Transfer Protocol）功能与调制解调器的芯片供应（chip vendor）性能更加重要，因此DOCSIS规范特别追加以下功能。

(图四)是一般FTP时的数据传输操作顺序；(图五)是改善数据传输速度的范例。在量测端，通常是以档案下载时间推测数据传送速度，然而在FTP则是接收来自PC的收取确认邮包（Acknowledgment packet；ACK）之后，才会送出下个一连串的数据。

《图四 数据传输的一般操作顺序》

《图五 改善数据传输速度的范例》

如上所述，一般上传会先送出每次的「送出要求」，收到来自CMTS的细孔要求之后，才会进行送出作业。该机一般只有大约2ms的时间，因此产生的等待时间，会造成FTP的速度降低。此时若捆绑（concatenation）复数ACK邮包（packet）再送出，或是拉开途中的ACK只送出最后的ACK，就能够缩短等待时间，结果便可使速度大幅提升。

虽然本功能的前身已经在DOCSIS规范内有详细规定，不过实际上CMTS的处理量却截然不同。虽然后者除了DOCSIS规范以外，还要求Cable Modem端一直到上传层为止都必须经过稽核处理，不过CMTS的处理量与流量并未因此增加。由于它的增速效应非常大，加上最近有线数额用芯片的处理能力大幅提高，因此上述增速效应更加明显。

DOCSIS3.0的特征

一直到DOCSIS2.0版为止，DOCSIS属于视野（scope）内的上传兼容线路规范。DOCSIS3.0版则是全新大幅改良的版本，尤其是随着数字技术的进化，造成空频道与Cable Modem专用芯片的开发风险增加，加上模块化CMTS（Modular Cable Modem Termination System；M-CMTS）的问世，因此2005年4月以后，DOCSIS3.0版规范，便采用以既有物理层的上传层捆绑频率固定（channel bonding）方式。

M-CMTS是NGNA（Next Generation Network Architecture）中心端（cent side）的延伸，外置VoD低价而且常用的下传QAM调变器（Edge QAM），因此系统整体非常有效率。(图六)是M-CMTS的基本架构，能够维持与既有数额兼容性，是捆绑频率固定方式的最大特征。

《图六 Cable Laboratory的M-CMTS架构》

(图七)是混合运用时的基本架构，如图所示，DOCSIS2.0与3.0两种调制解调器，可以共享相同下传频道与上传频道。

(表六)是DOCSIS3.0的主要规格摘要；(表七)是2006年8月所公布的DOCSIS3.0接口规范摘要。一般认为，因为认证的商品会延宕到2008年左右，目前则要求调制解调器端可以支持4频道的下传与上传。

《图七 DOCSIS 1.x与Pre3.0、3.0调制解调器的共存》

页数

DOCSIS3.0的最大传输速度上传为120Mbps，下传为160Mbps，未来block可以直接转换100MHz带宽的芯片问世时，下传最大传输速度可望达到640Mbps1／16频道。

上述邮包有线（PacketCable）规范，已经有数种商业化整合型终端机器（Embedded Multimedia Terminal Adaptor；eMTA）问世。此外有线家庭（Cable Home）内建路由器（Router）、无线局域网络（WLAN）、防火墙（Fire Wall）的Modem，可以透过中心端进行设定、变更、缆线更新等服务。

目前美国MSO正在主导NGNA计划，打算将包含DOCSIS在内VoD、VoIP、家庭网络等各种服务进行效率性的整合，试图建构包含上传在内的全新中心端系统。

c.LINK系统的发展

2004年松下、东芝、Motolar等8家公司共同设立MoCA（Multimedia over Coax Alliance），计划以Entropic公司的e.LINK技术为平台，利用既有的同轴缆线网络，开发高速通讯技术。

(图八)是c.LINK存取系统结构的应用范例，而MoCA公司所发表的c.LINK通讯规格如下：

• ●频率范围：800MHz～1.5GHz；





• ●占有带宽：50MHz／ch；





• ●物理层速度：250Mbps（50dB衰减时）；





• ●变调方式：128QAM。

c.LINK的主要特征分别如下：

• ●最大物理层速度高达250Mbps，可作高速通讯；





• ●不需要修改传统同轴缆线网的分配器；





• ●与VDSL比较，c.LINK属于1对N的通讯系统，主机端的占用空间相对变小；





• ●自动补正分配器衰减、反射的途中，即使条件改变造成暂时性速度降低，也能够维持正常通讯联机。

反面缺点是因为:c.LINK属于TDMA通讯，相同带宽上传与下传采用时间分割技术，如果超越增幅器的容量时，就必需使用特殊的带宽滤波器。

《图八 c.LINK存取系统结构范例》

网状网络（mesh network）如果建置正确，应能大幅增加今日IEEE 802.11网络的涵盖面和容错能力。然而，无线网状网络标准，例如IEEE802.11s和IEEE 802.16f，数年后才会出现。在此同时，虽然有数种专属性方案可供采纳，不过这些方案设定过于复杂而且可能没有解决QoS问题。于是，在目前网状网络技术仍为专属性情况下，除了在校园或企业内部等封死循环境以外的领域，成长将极为有限。

《图八 c.LINK存取系统结构范例》