浅谈有线电视双向机顶盒的回传技术

双向机顶盒是数字电视发展的必由之路。一方面是应用服务的推动，另一方面是IP机顶盒的兴起，IP机顶盒本身就是完全双向的产品。如果数字电视行业的人们仍然停留在“单向”、“傻瓜”的层面上，就会丧失与IPTV竞争的机会，最终被IPTV完全取代。今年，双向机顶盒确实已经在机顶盒产业中得到了重视，很多厂商推出了以有线数字电视机顶盒为基础，通过电话线、有线电视电缆或者以太网等通道进行回传的双向机顶盒。目前国内机顶盒双向功能的主要应用就是电视点播。

目前，市面上绝大多数机顶盒只具备简单的单向接收功能，如果搭配适当的双向电路，这些机顶盒就可成为具备回传功能的双向交互式机顶盒。交互电视根据不同的网络平台有不同的技术方式来实现，目前采用的回传技术主要有下面几种方式：通过PSTN网的电话回传、通过以太网回传、通过Cable Modem回传和通过DAVIC/DVB RC通道回传。其中通过PSTN网的电话回传方式最容易实现，且成本最低，因此现有的双向交互式机顶盒大部分是基于这种回传方式，但其缺点是速度慢，用户体验差。以太网回传速度快，还可以通过互联网来提供视频点播和上网等交互式应用，不过要实现这种回传需要在机顶盒中添加以太网卡，这大幅增加了整机成本，而且其应用也受到以太网部署情况的限制。PSTN和以太网方式虽然技术上相对简单和成熟，但由于涉及到不同营运商开户、收费等问题，实际推广比较复杂。 而通过Cable Modem的回传方式和通过DAVIC/DVB RC通道的回传方式，可以实现快捷、方便的交互式操作。这里主要介绍的是通过有线电视网络回传技术中Cable Modem的DOCSIS/EuroDOCSIS技术和DAVIC/DVB RC技术。

DOCSIS/EruoDOCSIS 标准

1995年11月，美国主要的有线电视经营商Comcast、Cox、TCI、时代华纳、MediaOne、Rogers以及研究机构Cable Labs发起组织MCNS（Multimedia Cable Network System，多媒体电缆网络系统）合作组织，目的是建立一整套协议以在HFC网络上进行高速双向数据传输，为用户提供Internet等服务，同时使各个厂家的Cable Modem产品具有充分的互操作性。该组织于1997年3月颁布了HFC网多媒体电缆网络中电缆数据业务接口标准DOCSIS（Data Over Cable Service Interface Specification）。MCNS DOCSIS于1998年3月初获得ITU通过，成为国际标准ITU-TJ.112B。

Cable Modem的技术实现一般是从87 MHz-860MHz电视频道中分离出一条6MHz（EuroDOCSIS为8MHz）的信道用于下行传送数据。通常下行数据采用64QAM（正交调幅）调制方式或256QAM调制方式。上行数据一般通过5 MHz-65 MHz之间的一段频谱进行传送，为了有效抑制上行噪音积累，一般选用QPSK调制（QPSK比64QAM更适合噪音环境，但速率较低）。CMTS（Cable Modem的前端设备）与 CM（Cable Modem）的通信过程为：CMTS从外界网络接收的数据帧封装在MPEG-TS帧中，通过下行数据调制（频带调制）后与有线电视模拟信号混合输出RF信号到HFC网络，CMTS同时接收上行接收机输出的信号，并将数据信号转换成以太网帧给数据转换模块。用户端的Cable Modem的基本功能就是将用户计算机输出的上行数字信号调制成5 -65 MHz射频信号进入HFC网的上行通道，同时，CM还将下行的RF信号解调为数字信号送给用户计算机。

协议结构

标准 DOCSIS/EuroDOCSIS

网络层 IP

数据链路层 IEEE802.2

DOCSIS媒介控制子层

物理层 上行TDMA 下行MPEG-2

5~42MHz 6MHz/8MHz

HFC

帧格式

DOCSIS的上行则直接将以太帧封装成MCNS帧。

下行调制

DOCSIS使用64和 256QAM调制，MPEG-2传送下行数据。

上行调制

DOCSIS使用 QPSK和16QAM传送上行数据

DAVIC/DVB RC标准

DVB是欧洲致力于数字电视标准的组织，该组织一贯积极进行语音、图像和数据在有线系统传输方面的标准制定。DAVIC是个非赢利组织，主要制定Cable Modem和机顶盒的交互式数据业务的标准，它和DVB在这些方面取得了一致。DVB－RC就是它们共同制定的有线数字电视系统的交互信道标准，而且成为欧洲电信联盟的标准协议（ETSI），并获得了国际电信联盟（ITU）的批准。

DAVIC/DVB RC的特点就是着重规定各种数字多媒体系统和子系统的外部接口和信息交流的方式，而对其内部和具体实现方式不作规定，这样就使得不同的厂商可以按各自的技术生产产品。可以说DAVIC/DVB RC是一个系统集成的协议，它将不同的通信系统和通信协议，如Q.2931、DSM-CC、TCP/IP等一个完整的DAVIC系统由5部分组成：节目提供者、服务提供者（服务器）、服务消费者（用户终端）、节目提供者与服务器之间的传送网络、服务器到用户终端的传送网络。

协议结构

标准 DAVIC/DVB RC

网络层 多协议

数据链路层 IEEE802.2

DOCSIS媒介控制子层

物理层 上行TDMA 下行MPEG-2

5~42MHz 6MHz/8MHz

HFC

帧格式

DVB－RC的上行数据使用ATM帧结构，通过AAL5实现高效的IP Over ATM。

下行调制

DVB－RC的带外调制使用DPSK；带内则使用16、64和 256QAM调制，MPEG－2传送。

上行调制

DVB－RC使用 DPSK

DOCSIS/EuroDOCSIS 与DAVIC/DVB RC的对比

１、在IP 传输的性能方面， DOCSIS 直接支持TCP/IP, 而DVB-RC 必须把每一个数据包封装在ATM AAL-5 信元里并承受分割和重组的管理开销， 最常见的上行数据流IP 包（64 字节）需要两个ATM 信元， 这会产生30% 的效率损失（64/128=50% vs. 64/80 =80%）。

２、目前DOCSIS 能够提供10Mbps 的上行传输速率， 假如有更先进的物理层在对称业务上也许可以达到30Mbps 以上的速率。由于DVB-RC 被限制在DPSK ，并且用非常原始的符号率锁定调速， 使得它不能升级到16-QAM-每赫兹。更多的比特总是代表更好的性能。

３、在交互式机顶盒的支持上， 一个2-3Mbps 的带外（Out-of-Band）频道是不适合交互式数据业务的，然而 Cable Modem却可以10BaseT(10Mbps), USB (12Mbps)与个人计算机相连。Cable Modem的下行带宽是被多个用户共享的， 一般实际的配置率是1：8。用于基于DOCSIS 的 Opencable 机顶盒的双QAM 结构被广泛地认为是传统机顶盒加上真正的数据交互能力的最好解决方案，许多QAM 接收器不断地集成其它成本几乎不计的功能， 新的Tuner 架构也会在将来使成本下降。

４、在对VOIP 的支持上， DOCSIS 1.1 是特别设计以支持QoS 和语音的， 而DOCSIS/Euro-DOCSIS 是DOCSIS 1.1 的基础。DVB-RC 也可以支持VOIP, 但是语音要先进入ATM, 然后是AAL-5, 然后到IP然后才回到语音。ATM 没有象DOCSIS那样提供良好的带宽分配粒度， 因而有更高的抖动， 更高的抖动意味着更长的衰竭缓冲区， 更高的延迟， 更坏的回波。

总体来说，Euro-DOCSIS 有更好的性能。DVB-RC 的上行符号率比较低， 没有相当于16QAM 的下行比特率， 由于采用ATM 信元交换而降低了效率。ATM 没有QoS 的优势， DOCSIS 采用分段更具有效率。DVB-RC 的TCP/IP 传输由于AAL-5 而显得比较低效。在对机顶盒的支持上， 第二个QAM频道提供了非常高的、无与伦比的带外性能。

Euro-DOCSIS 具有硬件的集成安全性。在DVB-RC 中MAC 和 PHY 的灵活性受到极大的限制。

有线电视双向

机顶盒在国内的应用状况

利用双向有线机顶盒开展各项增殖业务成为数字电视发展的趋势。根据目前国

内开展的数字电视改造的实际情况，采用DOCSIS/EuroDOCSIS方式是最适合目前国内的有线电视网网络现状。

目前国内已经采用了DOCSIS/EuroDOCSIS作为CableModem的接入标准。因此其作为双向有线机顶盒的回传方式有以下优势：

1、DOCSIS/EuroDOCSIS比较成熟，有成熟的前端系统、计费系统、管理系统，有成熟的芯片、解决方案，实现回传功能的时间快。

２、采用DOCSIS/EuroDOCSIS的机顶盒的成本增加了二十五美元（包括主芯片、Tuner、FLASH等）左右，是可以接受的，而且正呈现下降的趋势。

３、DOCSIS/EuroDOCSIS方式协议成熟、速度快、在安全性和双向认证等方面已经比较成熟，许多有线网络的前端已经有CMTS，因此容易推广。

４、3Com等公司向有线电视业提供了多种经CableLabs认证的CMTS解决方案，其中包括TotalControl1000标准型和增强型两种电缆调制解调器终接系统（CMTS）方案，标准型CMTS满足并且超过了大多数有线电视运营商对因特网宽带访问解决方案的要求；而增强型CMTS，是专门为支持极大规模部署而设计的下一代CMTS系统，并且满足渴望将其服务品种扩展至下一代用户服务的有线电视运营商需求。此外，所有TotalControl1000标准型CMTS系统都完全可以升级至增强型CMTS解决方案。CMTS系统是3Com CommWorks架构的重要构件，它以TotalControl1000

多服务访问平台为基础，是为多种服务提供商(MSO)提供诸如“自适应流播放”等特性的唯一一种业界系统，还允许针对用户服务优化其CMTS配置。3ComCMTS系统可以完全通过软件升级提供DOCSIS1.1的兼容性。它已经通过与其它DOCSIS认证产品的现场互操作性测试，具有业界领先的能力。

有线电视双向机顶盒采用DAVIC/DVB RC 回传方式待解决的问题：

１、DAVIC/DVB RC只规定了物理层，而链路层（MAC）、数据结构如何实现则未作出定义，因此对实际的机顶盒研发、测试缺乏指导意义。各厂家的实现必然存在很多不同，无法形成统一的标准。

２、如采用DAVIC/DVB RC，则没有哪个厂家提供对应的前端接收设备，目前也没有成熟的标准，因此机顶盒的应用、推广都存在一定的问题。

３、目前，国内厂家尚没有研制出成熟的QPSK调制/解调芯片，因此会延迟机顶盒产业的发展。