1、引言

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

　　2、新興的全雙工通信技術

　　無論是有線通信技術還是無線通信技術，均使用FDD（頻分復用）或TDD（時分復用）機制來打造雙向的通信系統。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置保護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與上行系統容量比的主要因素。從而，要增大上行網絡的系統容量，就必定要以“犧牲”下行網絡系統容量為代價，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與上行系統容量比的主要因素。從而，要增大上行網絡的系統容量，就必定要以“犧牲”下行網絡系統容量為代價，反之亦然。實現雙向有線電視網絡所采取的經典DOCSIS技術所用的是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1 GHz頻點）。如果要提高DOCSIS接入網絡容量，要么增大頻譜資源利用效率（比如將DOCSIS 3.0技術升級為DOCSIS 3.1技術），要么為 DOCSIS指配/分配更多的可用物理頻段。但是，雙向有線電視網絡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容量。根據上述部分的討論，TDD或FDD這兩種雙工機制的應用目標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生相互干擾。最近，無線通信技術研發所取得的最新進展顯示，高級干擾消除技術使得FDX（全雙工通信）成為可能。在全雙工通信系統之中，上行與下行采取相同的物理頻段進行并發數據傳輸，而上行信號與下行信號之間的干擾則在接收機側消除（采取高級的干擾消除技術），且需要消除自干擾，由于接收機的信號發射端口與信號接收端口的電平隔離度是有限的，處于高電平狀態的發射信號就會干擾處于低電平狀態的所接收到的信號。理想情況是，組合電路應由一個端口隔離度無限大的環形器組成，以防止信號發射端口與信號接收端口之間出現交叉耦合。此外，目前，接收機側的自干擾消除可在RF（射頻）域實現，也可在數字域實現，還可在射頻/數字混合域來實現。