基于DOCSIS協(xié)議的3.5GHz寬帶無線接入技術

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從DOCSIS協(xié)議發(fā)布到現(xiàn)在的發(fā)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(xié)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(yè)務,適應了目前技術發(fā)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(guī)模的生產使之價格較低。

盡管DOCSIS規(guī)范最初是針對CATV應用的,但由于上述特點,多家公司已聯(lián)合起來成立了無線數(shù)字用戶線協(xié)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(guī)范,但增添了一些針對LMDS/MMDS市場的具體擴展規(guī)范。這些擴展將包含在一個新的標準(或是現(xiàn)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(tǒng),但是如何保證實時業(yè)務以及在無線環(huán)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(guī)范最初是針對CATV的數(shù)據(jù)應用,DOCSIS1.0版本在QOS和對實時業(yè)務的支持尚沒有好的保證。如何在DOCSIS實現(xiàn)面向連接的實時業(yè)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(yè)務, 對主動授權業(yè)務和實時輪詢業(yè)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(yè)務的支持能力核心體現(xiàn)在MAC層和系統(tǒng)設計的控制單元。 DOCSIS協(xié)議在空中接口上可以傳輸4種類型的MAC幀:

包數(shù)據(jù)PDU的MAC幀,支持可變長度的以太網類型的包數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(lián)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(lián)。

對于IP數(shù)據(jù)業(yè)務,傳輸采用包數(shù)據(jù)PDU的MAC幀。通過配置,系統(tǒng)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(tǒng)計復用和動態(tài)分配,為數(shù)據(jù)業(yè)務提供一定的QoS保證。

由于電路業(yè)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(yè)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(yè)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(yè)務封裝至PDU類型保留MAC?,使用特殊包傳遞機制提供類似TDMA的環(huán)境,保證電路業(yè)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(jù)指配,基于E1的電路業(yè)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(yè)務被分段并移至話音授權業(yè)務的授權邊界,從而最大程度減小對話音業(yè)務的影響,而下行信道對話音業(yè)務的保證仍是按照不同隊列的優(yōu)先級來保證的,因而下行信道對電路實時業(yè)務的保證要遜于上行信道。

因此基于DOCSIS的電路業(yè)務實現(xiàn)本質上仍是通過數(shù)據(jù)包業(yè)務實現(xiàn)的。提供QOS的基本原理就是將在射頻頻帶中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包分類并歸入到一個特定的業(yè)務流,所謂業(yè)務流是指一個提供特定業(yè)務質量的單項數(shù)據(jù)包流,基站和遠端站通過業(yè)務整形、協(xié)商或賦予業(yè)務流以不同的優(yōu)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(yè)務的支持。因而,可能出現(xiàn)的問題是需要同時支持電路業(yè)務和VoIP業(yè)務時,尤其是下行信道,當VoIP等短幀業(yè)務突然增大的時候,可能會造成VOIP對E1電路業(yè)務的沖擊,會對電路業(yè)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(yè)務與傳統(tǒng)TDM 透明傳輸實時業(yè)務的實現(xiàn),還是有著較大差別。傳統(tǒng)TDM面向連接業(yè)務, 無需涉及QOS保證。

另外一個值得注意的問題是,傳統(tǒng)TDM電路業(yè)務,一旦建立一個連接其分配的時隙將一直保留給該業(yè)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(yè)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(tǒng),現(xiàn)有的DOCSIS標準限制了大規(guī)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(tǒng)中的干擾問題都是對無線系統(tǒng)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(yōu)劣將直接影響系統(tǒng)的性能,尤其是對電路實時業(yè)務的影響。DOCSIS標準規(guī)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(xiàn)的復雜度大大增加,這也就是目前基于DOCSIS標準的設備系統(tǒng)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(yè)務的支持等,仍然有著一定的應用環(huán)境。但從發(fā)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(yè)務、應用于無線環(huán)境、改進策略提高QOS保證。

作者:斯蒂芬   來源:賽迪網-技術社區(qū)
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