新興的全雙工通信技術(shù)的應(yīng)用資料詳細(xì)說明

　　1、引言

　　最新一代的DOCSIS技術(shù)（DOCSIS 3.1）極大程度地提高了雙向有線電視寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)容量——非對稱的DOCSIS 3.1 可達(dá)下行10 Gbps/上行1 Gbps，對稱的DOCSIS 3.1可達(dá)下行10 Gbps/上行10 Gbps。為了支撐通過雙向有線電視網(wǎng)絡(luò)向用戶提供上行/下行對稱的Gbps接入速率，就需要增大上行網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)容量。而“全雙工 DOCSIS通信技術(shù)”（基于DOCSIS 3.1接入技術(shù)）可以在不“犧牲”（這是該技術(shù)的最大亮點）下行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量的情況下來提高上行網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)容量，并將從2016年7月起進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化階段（該標(biāo)準(zhǔn)被稱為DOCSIS 3.1標(biāo)準(zhǔn)的“incremental evolution（增量式演進(jìn)）”）。 Nokia已于2016年5月末首次演示全雙工DOCSIS 3.1技術(shù)的概念驗證（相關(guān)原型解決方案的名稱為“XG-CABLE”），實現(xiàn)了在具有100米長度的雙向有線電視寬帶接入網(wǎng)絡(luò)（其上限截至頻率為1.2 GHz）上/下行對稱10 Gbps速率。目前，Nokia正聯(lián)合北美及歐洲的一些主流的雙向有線電視寬帶網(wǎng)絡(luò)運營商研究于現(xiàn)網(wǎng)部署全雙工通信技術(shù)的可行性。另外，Cisco（思科）公司也在2016年5月發(fā)布首份相關(guān)的白皮書。本文就介紹基于雙向有線電視網(wǎng)絡(luò)的全雙工DOCSIS技術(shù)及其所能帶來的潛在的容量增益——相關(guān)全雙工通信解決方案綜合考慮了雙向有線電視寬帶接入網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)不斷向前演進(jìn)背景之下的后向兼容性問題、性能問題、可擴展性問題、終端設(shè)備實現(xiàn)的復(fù)雜度問題。

　　2、新興的全雙工通信技術(shù)

　　無論是有線通信技術(shù)還是無線通信技術(shù)，均使用FDD（頻分復(fù)用）或TDD（時分復(fù)用）機制來打造雙向的通信系統(tǒng)。采取FDD時，可用的頻譜資源被分成US（上行）信道及DS（下行）信道（在無線通信中分別為上行鏈路與下行鏈路信道），且相互間不重疊或通過設(shè)置保護(hù)帶來防止上行信號與下行信號相互干擾。于是，下行信道與上行信道的頻段分割比就成為決定下行系統(tǒng)與上行系統(tǒng)容量比的主要因素。從而，要增大上行網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)容量，就必定要以“犧牲”下行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量為代價，反之亦然。采取TDD時，上行信道與下行信道使用相同的頻譜資源，但在不同的時間段發(fā)送信號以避免上行信號與下行信號的相互干擾。于是，下行信道與上行信道的時間分割比就成為決定下行系統(tǒng)與上行系統(tǒng)容量比的主要因素。從而，要增大上行網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)容量，就必定要以“犧牲”下行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量為代價，反之亦然。實現(xiàn)雙向有線電視網(wǎng)絡(luò)所采取的經(jīng)典DOCSIS技術(shù)所用的是FDD這種雙工機制：上行信道所在的頻段有3種配置（5~42 MHz、5~65 MHz、5~85 MHz），下行信道與電視/視頻廣播共享使用高端部分的物理頻頻段（最高可達(dá)1 GHz頻點）。如果要提高DOCSIS接入網(wǎng)絡(luò)容量，要么增大頻譜資源利用效率（比如將DOCSIS 3.0技術(shù)升級為DOCSIS 3.1技術(shù)），要么為 DOCSIS指配/分配更多的可用物理頻段。但是，雙向有線電視網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源是有限的（無法延伸最高頻點），從而，增大 DOCSIS上行信道的容量就必然要“犧牲”一部分下行信道的系統(tǒng)容量。根據(jù)上述部分的討論，TDD或FDD這兩種雙工機制的應(yīng)用目標(biāo)在于通過防止上行頻譜與下行頻譜在時域或頻域的重疊來防止上行信號與下行信號產(chǎn)生相互干擾。最近，無線通信技術(shù)研發(fā)所取得的最新進(jìn)展顯示，高級干擾消除技術(shù)使得FDX（全雙工通信）成為可能。在全雙工通信系統(tǒng)之中，上行與下行采取相同的物理頻段進(jìn)行并發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，而上行信號與下行信號之間的干擾則在接收機側(cè)消除（采取高級的干擾消除技術(shù)），且需要消除自干擾，由于接收機的信號發(fā)射端口與信號接收端口的電平隔離度是有限的，處于高電平狀態(tài)的發(fā)射信號就會干擾處于低電平狀態(tài)的所接收到的信號。理想情況是，組合電路應(yīng)由一個端口隔離度無限大的環(huán)形器組成，以防止信號發(fā)射端口與信號接收端口之間出現(xiàn)交叉耦合。此外，目前，接收機側(cè)的自干擾消除可在RF（射頻）域?qū)崿F(xiàn)，也可在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)，還可在射頻/數(shù)字混合域來實現(xiàn)。