基于DOCSIS協(xié)議的3.5GHz寬帶無線接入技術(shù)

從DOCSIS協(xié)議發(fā)布到現(xiàn)在的發(fā)展趨勢看，很多相關(guān)的設(shè)備廠家都在自己的3.5GHz MMDS產(chǎn)品中采用DOCSIS協(xié)議，原因在于DOCSIS采用了許多已經(jīng)成熟的技術(shù)，可以很好地支持IP業(yè)務(wù)，適應(yīng)了目前技術(shù)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(chǎn)使之價格較低。

盡管DOCSIS規(guī)范最初是針對CATV應(yīng)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(yīng)用建立一個DOCSIS的增強(qiáng)版應(yīng)用于寬帶無線領(lǐng)域的趨勢。具體說來，新標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)展規(guī)范。這些擴(kuò)展將包含在一個新的標(biāo)準(zhǔn)（或是現(xiàn)有DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)的一個擴(kuò)展）之中，目前IEEE802.16委員會正在對此進(jìn)行研究。目前市場已推出了基于DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)的無線接入系統(tǒng)，但是如何保證實時業(yè)務(wù)以及在無線環(huán)境的可靠應(yīng)用，需要實驗進(jìn)一步驗證，也是該標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)一步完善之處。

由于DOCSIS規(guī)范最初是針對CATV的數(shù)據(jù)應(yīng)用，DOCSIS1.0版本在QOS和對實時業(yè)務(wù)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(wù)，在DOCSIS 1.1版本進(jìn)行了進(jìn)一步的升級和功能地擴(kuò)展。對1.0的擴(kuò)展主要有：增加CBR、VBR、ABR的所有QoS功能；為支持語音業(yè)務(wù)， 對主動授權(quán)業(yè)務(wù)和實時輪詢業(yè)務(wù)提供了明確的設(shè)置請求策略；對IP多播標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)展和對實時業(yè)務(wù)的支持能力核心體現(xiàn)在MAC層和系統(tǒng)設(shè)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(wǎng)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(diào)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(wù)，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(fù)用和動態(tài)分配，為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供一定的QoS保證。

由于電路業(yè)務(wù)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(wù)類型識別，可以對單個用戶設(shè)置寬帶和設(shè)置不同級別的業(yè)務(wù)，并采用主動授權(quán)機(jī)制對包類型進(jìn)行擴(kuò)展和適配，將電路業(yè)務(wù)封裝至PDU類型保留MAC?，使用特殊包傳遞機(jī)制提供類似TDMA的環(huán)境，保證電路業(yè)務(wù)的延時和抖動指標(biāo)，同時對電路時鐘進(jìn)行傳遞，保證上下端網(wǎng)絡(luò)的時鐘同步。因此根據(jù)指配，基于E1的電路業(yè)務(wù)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(quán)業(yè)務(wù)被分段并移至話音授權(quán)業(yè)務(wù)的授權(quán)邊界，從而最大程度減小對話音業(yè)務(wù)的影響，而下行信道對話音業(yè)務(wù)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(wù)的保證要遜于上行信道。

因此基于DOCSIS的電路業(yè)務(wù)實現(xiàn)本質(zhì)上仍是通過數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)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(wù)流，所謂業(yè)務(wù)流是指一個提供特定業(yè)務(wù)質(zhì)量的單項數(shù)據(jù)包流，基站和遠(yuǎn)端站通過業(yè)務(wù)整形、協(xié)商或賦予業(yè)務(wù)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(quán)最高級別和控制單元的高速處理控制，達(dá)到對電路業(yè)務(wù)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(wù)和VoIP業(yè)務(wù)時，尤其是下行信道，當(dāng)VoIP等短幀業(yè)務(wù)突然增大的時候，可能會造成VOIP對E1電路業(yè)務(wù)的沖擊，會對電路業(yè)務(wù)的時延、抖動以及誤碼率造成一定的影響。同時在DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)致抖動超出抖動窗口。所以基于DOCSIS的實時業(yè)務(wù)與傳統(tǒng)TDM 透明傳輸實時業(yè)務(wù)的實現(xiàn)，還是有著較大差別。傳統(tǒng)TDM面向連接業(yè)務(wù)， 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(wù)，一旦建立一個連接其分配的時隙將一直保留給該業(yè)務(wù)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(wù)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(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)計都需要進(jìn)行改進(jìn)。

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(shè)計的魯棒性應(yīng)足以支持無線網(wǎng)絡(luò)的可靠工作，設(shè)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(wù)的影響。DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)做較大的改進(jìn)，其實現(xiàn)的復(fù)雜度大大增加，這也就是目前基于DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備系統(tǒng)指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)以其簡單的技術(shù)結(jié)構(gòu)，成熟技術(shù)的采用，較低的價格，對IP業(yè)務(wù)的支持等，仍然有著一定的應(yīng)用環(huán)境。但從發(fā)展的角度來看DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)仍需進(jìn)一步完善和改進(jìn)：不斷推出新版本以更好的支持電路業(yè)務(wù)、應(yīng)用于無線環(huán)境、改進(jìn)策略提高QOS保證。