我国有线宽带C-DOCSIS技术成为新一代国际标准

回顾近年来我国广播电视技术领域，中国有线电缆数据服务接口规范（C-DOCSIS）堪称是一项重大的技术创新和产业突破。

C-DOCSIS在保持传统有线电缆数据服务接口规范（DOCSIS）技术精华的基础上，能够实现千兆到楼，百兆入户，承载视频、语音和数据等综合业务，具有大带宽业务承载、多业务服务质量（QoS）保障、可运营、可管理的能力，是有线电视网络承载三网融合业务的新一代宽带接入技术。在技术上，C-DOCSIS获得中、美两国专利授权，不仅是我国下一代广播电视网（NGB）宽带接入系统的技术规范，也是美国有线电视标准组织CableLabs 、国际电联（ITU-T）、欧洲电信标准协会（ETSI）的相关标准，其核心技术分布式有线电缆调制解调器终端系统（CMTS）架构更是成为新一代国际电联和美国有线电缆数据服务接口规范有线宽带接入技术标准DOCSIS4.0的唯一参考架构；在产业上，C-DOCSIS技术国产化实现从零到一的突破，改变了我国没有企业可以生产、销售DOCSIS有线宽带接入系统设备的局面，打破了外国DOCSIS产品垄断我国DOCSIS有线宽带市场的局面，同时推动国产C-DOCSIS产品成功打入了北美、欧洲、拉美、亚太等海外市场，支撑我国C-DOCSIS生产企业实现了技术出海、产品出海和服务出海；在应用上， C-DOCSIS可以根据有线运营商物理网络的基础条件和应用场景需求进行灵活适配，形成针对性强的应用解决技术方案，已被我国绝大多数省级有线电视运营商采用。迄今为止，全球共有多达1亿的有线电视用户受益于分布式电缆数据机终端系统（CMTS）架构等C-DOCSIS核心技术。

C-DOCSIS技术研发的历史时期正逢2010年1月国务院常务会议决定加快推进电信网、广播电视网和互联网三网融合的关键期，并且在当年6月，国务院三网融合工作协调小组审议批准确定了第一批三网融合试点地区（城市）名单，正式启动了三网融合第一阶段试点工作。三网融合意味着电信网、计算机网和有线电视网业务应用和服务的融合，其表现为技术上趋向一致，网络层上可以实现互联互通、无缝覆盖，业务层上互相渗透和交叉，应用层上趋向使用统一的IP协议，为用户提供多样化、多媒体化、个性化服务，最终形成一套网络中兼容多种业务的运维模式。三网融合的正式实施对于有线电视行业而言，意味着其可依托现有网络开展互联网接入、互联网增值业务等，这既是历史性的发展机遇，同时也在技术架构、网络接入、产品运营、客户服务等方方面面考验着广电的能力。其中，为我国光纤同轴电缆混合（HFC）网络寻找可行的电缆宽带技术，促进有线电视宽带网络的良性快速发展，成为进行广电NGB宽带网络建设、推动三网融合发展的一大难点。

2011年，在以原国家广播电影电视总局（国家广电总局）科技司司长王效杰为组长、中国工程院院士邬江兴为总工的下一代广播电视网工作组的领导下，时任国家广电总局科技司科技与标准管理处处长盛志凡，会同时任深圳天威视讯总工秦䶮龙，召集多个国内外系统设备厂家、芯片厂家、研究机构、有线运营商，组建了国际化工作团队，以产学研用相结合的组织机制和共创、开放、共享的技术机制，面向我国有线网络开展宽带业务面临的实际问题，大胆探索创新，为我国广播电视行业针对难点、重点技术问题的联合攻关与科技创新探索出了一条成功路径。

习总书记曾说过：“开放带来进步，封闭导致落后。”当前，一些技术先进国家通过技术先发优势，在一些技术领域对我国高技术产业设立科技壁垒。在这种情况下，如何在这些“卡脖子”技术领域，通过自主科技创新，突破科技壁垒封锁，实现科技自立，成为摆在创新型企业面前的紧迫命题。国务院“十四五”数字经济发展规划也明确提出，要推动创新资源共建共享，促进创新模式开放化演进。借此契机，《科技纵览》编辑部专门采访了当年参与广电C-DOCSIS研发的核心成员，包括中国广播电视科学研究院副院长的盛志凡（时任国家广电总局科技司科技与标准管理处处长）、东广电总工的徐江山（时任深圳天威视讯总工）、中国有线电视网络有限公司副总经理的秦䶮龙（时任总局规划院有线所所长）、深圳天威视讯总工程师徐蓓、鼎点视讯首席执行官汝继刚等，与各位专家一起回忆、复盘了整个C-DOCSIS技术研发、产业实践的历程，发现C-DOCSIS工作组所建立的开放、共创的工作机制竟与当前我国所提倡的创新思路相一致，有着异曲同工之妙。

三网融合背景下，DOCSIS技术国产化势在必行

三网融合实施初期，我国有线网络在双向化基础上完成网络宽带化改造的工程量是巨大的。由于缺乏通过其现有HFC提供宽带接入服务、运营相关业务的能力，再者广播电视接入网双向改造技术混乱，缺乏优质有线宽带技术作为支撑，其时市场存在多种接入网改造方案，而每一种都有明显的缺点，让广播电视运营商无法完全满意地选择使用，没有一个能获得行业普遍的认同。

当时国际上主要采用有线电缆数据服务接口规范（DOCSIS），该规范是CableLabs制定的国际标准，最早诞生于1997年，并且随着市场需求的不断变化与技术的不断演进，经过多年的发展，其产业链、生态链都比较成熟、完善，尤其在北美和欧洲地区应用广泛。曾在中国有线电视网络有限公司工作过的盛志凡，以他对中国有线电视网络的亲身实践经验，结合在美国最大有线电视公司Comcast从事DOCSIS有线宽带网络工作积累的丰富经验，清楚地看到了我国有线电视网络与欧美等国外有线电视网络相比，无论在网络基础条件和已有有线宽带业务基础等方面都存在巨大差别。以美国市场为例，Comcast、Charter、Time Warner Cable等美国有线电视运营商的物理网络在质量上都远高于我国当时的有线电视网络，加之美国的宽带业务所呈现的态势是：有线电视运营商的宽带业务占全美宽带业务市场份额的2/3，是美国电信运营商宽带业务市场份额的2倍。因而在美国宽带业务市场，较大的市场规模为DOCSIS的应用、实施提供了良好的环境，也促进其技术体系愈加成熟，产业链愈加完整。而我国的情况与美国情况相比则正好相反，我国电信运营商的宽带业务所占市场份额是我国有线电视网络运营商的2倍。因而也清醒地认识到，欧美有线宽带用户多，每台CMTS覆盖的用户数量多，尽管每台价格高，但由于所带用户数量多，分摊到每个用户的价格却不高。但欧美有线电视网络质量普遍高，已有的CMTS产品一般只能在质量高的有线电视网络上稳定运行，如果盲目地把由国外厂商生产的CMTS原封不动地“搬到”我国有线电视网络上来用的话，必定行不通。特别是，CMTS主要是面向欧美等发达国家和地区的有线宽带市场设计，也只能由国外厂家提供产品，如果照搬使用这些CMTS产品，将出现“水土不服”，这些产品也难以在我国有线电视网络上稳定运行。经过调研，盛志凡发现，由于国内外在有线电视网络基础层面有较大不同，如果在我国有线电视网络上，直接“照搬”国外DOCSIS技术标准来提供有线宽带业务，从技术的角度来讲，主要存在以下3个方面的挑战：一是噪声干扰大，二是难以保障DOCSIS信号的较长距离传输，三是光节点和HFC网络集线器之间缺乏足够的光纤芯。

有线运营商深圳天威也有着切身的感受。深圳天威是我国有线电视运营商当中较早做宽带业务的，一开始主要采用摩托罗拉、思科等公司CMTS设备实现，然而随着用户带宽和用户规模的进一步提升，业务遇到了技术瓶颈。“采用CMTS技术，天威公司基于同轴电缆网开展宽带业务，带宽从下行1MB、2MB, 持续提升到20MB，但当准备从20MB提升到100MB 时，我们发现机房空间、供电，光缆资源都遇到了严重瓶颈，汇聚噪声严重，影响业务稳定性，投资成本飙升，影响业务经济效益，集中式CMTS设备难以支撑宽带业务的持续发展。而C-DOCSIS的成功研发则完美地突破上述瓶颈，充分继承、保护了已有技术资产，快速提升了用户带宽，使其从20MB 升级为100MB、200MB乃至300MB，提升了宽带业务竞争力，对于既有用户保有和新用户发展起到了非常关键的支撑作用。”深圳天威视讯总工徐蓓这样说。

技术厂商也洞察到行业的技术痛点。成立于2010年的鼎点视讯是数码视讯集团旗下子公司，一直致力于广电宽带双向网改造和宽带通信全系列产品研发和销售。鼎点视讯首席执行官汝继刚也提到当时国内双向网改的主要方式有两种：一是配套大型CMTS设备，执行成本较高的DOCSIS标准；二是部署门槛较低，但数据带宽和QoS保障较弱的无源光纤网络+基于有线电视同轴电缆网、使用以太网协议的接入技术（PON+EoC）。“我们希望贡献我们的技术实力，研发出一个能将二者优势相结合的技术。”汝继刚说。

机制创新：用开放的组织路线、技术路线，组建国际化团队

面对行业需求和瓶颈，大家集中优势资源，跃跃欲试，为DOCSIS技术国产化奠定了基础。在电缆数据机终端系统工作组的指导下，盛志凡本着开放的组织路线、开放的技术路线，以问题为导向，将产学研用相结合，组建了一支由系统设备厂家、芯片厂家、研究机构和国内头部有线运营商组成的NGB C-DOCSIS工作组。盛志凡担任该工作组的组长，徐江山和秦䶮龙分别担任副组长，主要成员由来自总局广科院、总局规划院、总局设计院、天威视讯、歌华有线、华数、广东广电、鼎点视讯、华为、兰联、重庆景宏等，博通、思科、CASA、ARRIS（现为Commscope）、摩托罗拉、Harmonic Inc.、芬兰Teleste、加拿大Vecima（Gainspeed）等外国公司也参与了工作组的工作。

在组织路线方面，C-DOCSIS的研发工作顺利开展的首要条件是用开放、共创的组织机制组建了一支国际化的团队。在这个国际化开放团队中，一些国内厂商抓住机遇，勇挑重担，例如数码视讯集团旗下的鼎点视讯，将公司200多人的团队全部投入其中。美国博通、思科等外国公司也派出了约翰•查普曼（John Chapman）、尼基•潘泰利斯（Niki Pantelias）等世界顶级的DOCSIS专家，全力参加了NGB C-DOCSIS工作组的工作。

开放、协同的组织机制让NGB C-DOCSIS工作组既能充分发挥中国企业成本控制的优势和熟悉国情的长处，也能借鉴外国公司在DOCSIS技术方面的丰富经验，既保证了开发团队充足的人力和工作推进速度，也保证了C-DOCSIS世界级的研发水平和质量，以开放的组织机制，形成优势互补。当时，广电总局科技司组织各方成员签署保密协议和知识产权政策管理协议，也为这个开放讨论环境的建立提供了坚实的支撑和保障。

在技术研发路径层面，DOCSIS本身已拥有比较成熟的产业链和部分相对标准化的模块，配套的生产销售也基本被国外厂商垄断。因此从标准研发的角度，完全可以把比较成熟的标准模块应用起来，只需要围绕一些必要的关键点进行定义。经过研究，C-DOCSIS工作组决定采取产品模块化的思路和办法，首先对已有CMTS功能进行深入、全面的剖析，将其功能进行模块化设计和全面标准化，使其可以通过标准化模块组合集成的方式实现操作。

秦䶮龙也非常赞同这种集成创新式的方法，认为用开放的技术路线集成创新，让各个实施方直接参与标准的研发和制定，不仅确保了C-DOCSIS技术标准的质量和可实施性，同时也大大加快了C-DOCSIS产品的产业化进程。从2011年7月NGB C-DOCSIS工作组召开第一次标准工作会议，到2012年8月《C-DOCSIS广电行业标准（GY/T266—2012 NGB宽带接入系统C-DOCSIS技术规范）》正式颁布，其间仅用了13个月的时间。不仅如此，技术标准的制定与相关设备研发及产业化实现了同频共振，华为、中兴、鼎点视讯、篮联于2013年率先推出了商用产品及商用芯片，成功抢占国内、国际市场。

根据盛志凡的介绍，NGB C-DOCSIS 工作组内的国内企业此前鲜有从事DOCSIS的生产经验，然而团队却能比较高效地运作并不断涌现创新思想，主要得益于组内开放自由的技术交流和讨论环境。团队成员由产业链条的多个角色组成，从运营商提出需求，标准组制定标准，到厂商设计、生产产品，再回到运营商做现网测试和规模化运营，所有环节都由大家一起贡献智慧，充分辩论。同时，国家广电总局科技司协助各方做好保密和知识产权管理，为研发保驾护航。

在开放共享的团队机制、协同创新的技术机制的引领下，C-DOCSIS各团队成员团结奋战、协同攻关，使得C-DOCSIS技术标准的研发和产业化取得重大突破，取得了国际一流的成果，赢得了国际上的支持和赞誉。

技术突破

传统DOCSIS的系统架构由两个层级组成，分别是位于有线电视网络前端的电缆调制解调器终端系统（CMTC）和客户端的电缆调制解调器（CM）。CM将IP数据包转换为DOCSIS射频信号并通过HFC发送给CMTS, CMTS将接收到的DOCSIS射频信号回传为IP数据包。DOCSIS系统对HFC网络质量的要求非常高，如何在不破坏现有网络投资的基础上，以较低的运营成本实现更高的宽带接入服务，是当时工作组面临的重大难题。

考虑到我国有线电视宽带接入的用户量级较为有限，短期内没有必要配备超额的技术资源，因而完全可以根据实际需求，采取弹性化的机制，先以小型化的方式进行部署，即将小型化CMTS（mini CMTS）的位置由前端机房移至光节点位置，并将从光节点到有线电视前端机房之间的有线电视光纤网络信号由DOCSIS射频（RF）信号改为数字光纤基带信号。这样一来，让传统两个层级的DOCSIS系统升级为三个层级，既可以增加覆盖距离，又可以让光节点比集线器更靠近CM，缩短DOCSIS射频信号在同轴电缆传输的距离，从而解决DOCSIS射频信号衰减的问题，还能利用空间复用技术机制，提高单个用户访问带宽，达到10Gbps。

C-DOCSIS创新了DOCSIS系统架构，优化了DOCSIS技术机制，使DOCSIS技术更符合中国的实际，同时也促进了全球DOCSIS技术的升级和完善。在国内，2012年8月17日，C-DOCSIS技术规范作为行业标准正式发布，国家广电总局颁布了广电行业标准（GY/T266—2012《NGB 宽带接入系统C-DOCSIS 技术规范》），明确了分布式CMTS架构可以在保持DOCSIS抗干扰能力的情况下，通过引入高阶调制方案增加DOCSIS的带宽。此外，分布式CMTS比集中式CMTS架构更便宜、更可靠、更灵活，同时可以依靠DOCSIS成熟的生态系统。

在国际上，为了加快推动我国企业生产的C-DOCSIS产品走向国际市场，盛志凡还带领团队积极开展了C-DOCSIS标准国际化的工作。盛志凡介绍：“2012 年底，我们与 DOCSIS 国际标准系列的制定方美国CableLabs沟通协商，达成了共同推动C-DOCSIS标准成为DOCSIS国际标准的共识。紧接着我们还推动C-DOCSIS 成为欧洲电信标准化协会和国际电信联盟的国际标准。为此大家紧锣密鼓地开展了一系列的工作。”

功夫不负有心人。最终，CableLabs、国际电信联盟电信标准分局ITU-T和欧洲电信标准化协会都认可了C-DOCSIS，并根据我国C-DOCSIS行业标准颁布了相应标准。2014年8月29日，CableLabs发布了C-DOCSIS系统规范，作为DOCSIS的最初开发者，CableLabs在其新发布的DOCSIS标准系列中建立了分布式CMTS体系结构标准的层次结构。紧接着，2015年1月，ETSI发布C-DOCSIS系统规范，2016年10月ITU-T发布C-DOCSIS系列标准。

尤其值得一提的是，由于C-DOCSIS技术标准及其核心技术受到世界各国DOCSIS技术产业圈的普遍肯定，CableLabs在将C-DOCSIS技术标准发布为DOCSIS标准系列的独立技术标准后，还特别针对分布式CMTS架构，陆续发布了专门的系列标准，包括灵活MAC体系架构系统规范（标准号：CM-SP-FMA-SYS-I04-221005）和远程物理层规范（CM-SP-R-PHY-I17-220531）等技术标准，将C-DOCSIS的分布式CMTS架构核心技术进一步完善细化。特别是，在最先进的新一代DOCSIS4.0技术标准中，分布式CMTS架构成为了使DOCSIS4.0技术实现10Gbps上下行带宽（与10G PON 技术具有相同上下行带宽，即带宽相等）的唯一参考架构。

产业突破

由于国际上在20世纪90年代末就已开始应用DOCSIS技术，其配套的产业链技术也基本被国外厂商垄断，采用DOCSIS标准的CMTS主流设备厂商都是外国公司，其中以思科、摩托罗拉、ARRIS（现为Commscope）、CASA为代表，行业产品销售价格高，市场需求量大，有很大的产业化空间。于是从C-DOCSIS技术诞生伊始，C-DOCSIS工作组就以推动C-DOCSIS产品国产化、带动国内企业创新发展、切入长期被国际公司把持的CMTS市场为目标。

“我们深知CMTS产业生态太封闭，国内厂商一下子不容易打进去。通过对CMTS技术进行深入的剖析和拆解，将其功能模块进行重定义，意味着我们国内一些一开始可能不具备实现生产全部CMTS功能的厂家，只要具备生产实现CMTS部分功能模块的能力，就可以参与CMTS的产品生产。这么做更符合我国的产业实际，极大地调动了各单位的参与热情，扶持了本土技术公司的发展。”盛志凡介绍。

为了更好地推动C-DOCSIS产业化发展和在不同网络基础条件下针对不同应用场景的宽带应用，时任天威视讯总工徐江山、时任天威视讯总工办主任欧阳世杰带领工作组成员单位，牵头编制了国家广电总局行业技术文件GD/J055—2014《NGB宽带接入系统C-DOCSIS技术应用实施指南》，徐江山介绍说：“该技术文件规定了C-DOCSIS系统的支撑业务类型及需求、组网方式、网络改造方案、业务配置及安全机制、网络管理和运行管理，并进行了典型应用案例分析，适用于有线电视网络运营商使用C-DOCSIS技术的网络规划、设计、安装、运行、维护，适用于C-DOCSIS系统设备商的开发、定型、设计、生产等，极大地推动了C-DOCSIS技术的应用和推广。”

投入了公司几乎全部技术力量的鼎点视讯全程参与了技术研发。“几乎所有模块我们都参与了。”汝继刚介绍说，“DOCSIS定义了物理层、数据链路层、运营维护管理和数据安全等规范，新的公司要想跟成熟的DOCSIS产业链上的公司全面竞争难度比较大。C-DOCSIS标准除了在物理层和传统DOCSIS标准保持一致之外，架构上从集中式架构转向了分布式架构，并对协议层进行了部分改造，以使C-DOCSIS协议层能够支撑分布式架构，我们国内厂家就有了从头开始参与竞争和弯道超车的机会。”

开放的组织机制和技术机制，让我们国内的技术企业通过C-DOCSIS团队的历练，相互取经，贡献智慧，从欠缺实力的“技术小白”变成经验资深的研发者。C-DOCSIS技术的研发，也成功地带领我们国内企业进入了C-DOCSIS技术研发和生产领域，并实现产品国产化，打破了海外公司产业链条持续封闭的局面。华为、鼎点视讯等公司很快就根据标准的要求推出了包含芯片在内的全自主技术的产品，成功打开了国际市场，如丹麦、泰国、美国、日本、菲律宾等。

应用突破

在产品形态和应用层面，针对中国不同有线电视网络环境和条件及应用需求，以提升组网和技术应用的灵活性、优化系统性价比为目标，工作组创新地提出了分布式部署、集中式控制的C-DOCSIS系统架构，引入了全新的有线电缆媒介转换设备控制器（CMC Controller）概念和逻辑功能块，并根据NGB网络建设和业务需求，按此创新的系统架构，定义了3种CMC产品形态，以及3种CMC产品对应的CMC Controller功能。3种CMC产品形态包括功能最为全面的CMC I型设备、功能相对精简也更便宜的CMC II型设备以及仅保留DOCSIS物理层功能的CMC III型设备。3种形态CMC的推出使各有线电视网络运营商能够根据自身网络条件和业务发展需求，在统一的C-DOCSIS系统架构下，选择不同的C-DOCSIS产品形态，进行灵活组网和实际系统部署。这样，C-DOCSIS通过创新DOCSIS系统架构，使C-DOCSIS系统具备了很强的不同网络场景适配能力。

C-DOCSIS标准发布后，相关产品已被我国绝大多数有线电视运营商部署，共服务了超过2000万有线电视用户。除深圳天威外，通过C-DOCSIS的部署，北京歌华有线成功解决了过去北京老建筑内存在的DOCSIS信号不稳定问题，此外广州、南京、厦门、合肥、佛山等一大批城市也从DOCSIS改为采纳C-DOCSIS系统标准。

在国际市场，C-DOCSIS标准也获得了广泛接受，北美、欧洲、拉美、亚太等地的有线电视网络运营商也纷纷跟进，比如丹麦的TDC、沃达丰西班牙、印度Hathway、日本iTSCOM、哈萨克斯坦Alma、菲律宾Converge等都测试和部署了我国企业生产的C-DOCSIS产品，并成功吸引了日本Synclayer、菲律宾Ricklee、德国DEV Systemtechnik GmbH等代理商/集成商的加入。如今，C-DOCSIS技术已经得到了全球有线电视行业的广泛认可，并已经完全采用了分布式CMTS体系架构。迄今为止，全球共有多达1亿的有线电视用户受益于分布式CMTS架构等C-DOCSIS核心技术。