EPoC标准的产生背景，介绍了标准的目标应用场景、标准研究范围、标准进展情况、标准讨论的若干重要技术问题；并对EPoC标准与DOCSIS3.1的关系表明了作者的看法。
摘要：本文简述了EPoC标准的产生背景，介绍了标准的目标应用场景、标准研究范围、标准进展情况、标准讨论的若干重要技术问题；并对EPoC标准与DOCSIS3.1的关系表明了作者的看法。最后，作者肯定了EPoC是EPON+EoC的发展方向。
关键词：EPoC 、DOCSIS 3.1、OFDM、 MMP、 FEC、 数字光纤
（作者系中广协会技术工作委员会姚永、华为技术吴广生）
0.背景
中国有线运营商在接入网建设、改造过程中创造了EPON+EoC(Etherenet Passive Optical Network + Ethernet over Coaxial Cable)的模式，目前已经成为我国双向化改造的主流方案之一。EPON+EoC架构由于简单、价廉、采用数字光纤传输替代模拟光纤，不仅在中国得到普遍推广，还引起了国际同行的广泛关注。但长期以来EoC多为借鉴家庭联网技术而来；前期由不同的运营商各自提出不同的需求，由分散的厂商各自开发，较长时间内没有正确引导、没有统一的同轴接入网标准；EPON+EoC也不是端到端的解决方案；实际网络改造和应用中还存在不少问题。因此，业内一直在探索能够实现端到端的、专为同轴接入开发的统一技术。由于整体方案是EPON+EoC，因此从2006年开始，国内就有人提出把EPON协议用于EoC，并把这种技术起名为EPCN（电PON）。同时，还有人提出，采用EPON MAC、OFDM调制。笔者在2009年11月公开提出了这种思路 。在这种背景下，博通提出了EPoC——EPON over Coax,并于2010-9-9同时申请美国、中国和PCT国际专利，2012-5-23中国专利获批公布。还有一些采用EPON MAC的EoC技术也逐步推出，例如ECAN（Ethernet Coax Access Network,即最初的EPCN Ethernet Passive Coaxial Network）、DECO(Data transmission with EPON MAC and Coded OFDM)等等。此外，博通还针对中国广泛采用EPON+EoC方案改造网络的现实，推出了DOCSIS EoC方案——这恰好与中国深圳等地的有线运营商希望CMTS（Cable Modem Termination Systems）边缘化的需求不谋而合——进而诞生了C-DOCSIS方案和标准。
同时，美国MSO(Multi System Operator)也经受越来越大的竞争压力，不得不探索新一代HFC技术——寻求更低成本、IP化、统一管理、统一运营的全业务解决方案；试图在最后1公里以同轴宽带接入抗衡光纤入户，在技术上延长同轴生命周期。CableLabs从2010年起，有计划、有目的地到中国考察、研究EoC，并制定了自己的AMP（Advanced MAC & PHY）项目计划。最初，从纯技术角度，他们认为DOCSIS太复杂、单位带宽成本太高、上行带宽没有扩展余地，而且PHY层技术已经到了必须更新换代的时候。因此AMP计划前期也准备采用EPON MAC、OFDM调制，不考虑兼容DOCSIS，并分别向各大厂商征集EPoC（EPON protocol over Coax PHY）和AMP方案。
1.EPoC与DOCSIS3.1
在这些背景下，2011年11月，IEEE802.3工作组全票通过成立了EPoC标准研究组，EPoC成了下一代HFC接入网国际标准的研究方向之一。EPoC一经提出就引起国内外有线电视业界的广泛关注和赞同——不是因为EPON MAC多么优秀，也不是因为EPON MAC多么适应同轴环境，而是因为端到端——端到端的管理、控制、调度，端到端的QoS；还因为简单、通用、符合端到端的IP/以太网发展方向，以及借助EPON成熟的产业链带来的成本优势。
但是这样的演进方向不符合传统DOCSIS厂商的利益，也不符合资本对MSO网络改造的投资回报要求，因此最终AMP回归DOCSIS——2012.5在NCTA Cable Show上，Cisco /Arris/Moto/Intel联合提出下一代DOCSIS倡议：“Mission is Possible: An Evolutionary Approach to Gigabit-Class DOCSIS（以渐进方式演进千兆级DOCSIS是合理的目标）” 。2012.8 CableLabs正式启动DOCSIS3.1项目，开始DOCSIS3.1标准制定。2012年10月18日SCTE Cable-Tec展会上CableLabs和美国一些最大有线电视运营商的工程师们一起公布了制定DOCSIS 3.1标准的计划。
DOCSIS3.1的主要目标是：1、更高的频谱效率（MAC层下行10 bit/s/Hz和上行8 bit/s/Hz ）；2、低成本：头端带宽提高10倍，成本不变。在终端兼容方面，要求：DOCSIS3.1 CMTS后向兼容DOCSIS1.1版本以上的CM；DOCSIS3.1 CM能应用于现有CMTS系统。
DOCSIS 3.1是DOCSIS技术的发展；EPOC是EPON在同轴上的延伸。两个技术在带宽级别、物理层方案上趋同（见表1、表2）：头端10Gbps级别，在PHY层采用OFDM调制、LDPC编码；尽管DOCSIS3.1在名称上跟DOCSIS3.0只差一点，并以绑定的方式兼容3.0。实际上3.1的PHY跟原来的DOCSIS已经完全不同——实质上是AMP项目的延续，或第4代DOCSIS，但3.1的名称更符合各方的利益。而且DOCSIS3.1加快标准进度，力图抢在EPoC标准之前推出，以取得竞争先机。
目前DOCSIS3.1 MAC/PHY第一版草案已经完成，I01版本计划10月份发布。图1是DOCSIS3.1标准组 5月份会议制定的项目计划。DOCSIS3.1标准已经完成了第二版草案版本（D02）,目前正在进行第三版草案讨论，ATP（Acceptance Test Plan）测试已启动，正在梳理DOCSIS3.0的测试用例，并针对DOCSIS3.1新增测试用例。Comcast等北美MSO积极推动DOCSIS3.1商业化，与电信FTTH抗衡。
如表1、表2所示，尽管EPoC和DOCSIS3.1有许多相同之处，但是DOCSIS3.1主要针对已经采用DOCSIS技术的HFC网络， EPOC主要针对未采用DOCSIS技术、特别是已经采用EPON+EoC方案的场景。
EPoC标准的参与者和支持者主要有北美MSO、芯片供应商和设备供应商，还有中国厂商；最近日本有线运营商也开始积极关注并参与。中国运营商尽管也有不少支持者，但至今没有正式参与。HiNoC研究组北大、西电等成员近期积极参与了EPoC标准电话会议和定期会议，并有提案，可惜晚了一点，错过了最可能产生影响的时机。
北美MSO始终主导EPoC标准的制定：尽管目前DOCSIS3.1已经后来居上，走到了EPoC前边，但他们依然支持EPoC；并在CableLabs 制定EPoC体系架构、DPOE扩展、设备规范内容，与IEEE对EPOC PHY的研究同步，并主张力争统一DOCSIS3.1和EPoC的PHY。他们认为EPoC将比DOCSIS3.1简单、价廉；有EPoC对比、竞争可以打压DOCSIS3.1价格。这是对MSO有利的。而且北美MSO对EPoC的应用定位是商业用户，还要求EPoC支持移动回传业务。
2. EPoC标准目标应用场景
EPoC在技术上把EPON MAC层协议扩展到同轴，实现HFC网络端到端接入。
2.1业务和组网
如图2 所示，EPoC的目标是：能够实现全业务混合组网，包括移动回传这种对时间同步要求极高的应用，还希望能够跟已经部署的FTTH混合组网。这点中国有线运营商跟北美有很大差异：中国有线运营商对EPoC的市场定位是公众服务，商业应用主要采用专线解决；北美MSOs的定位是商业应用。因为北美有许多虚拟移动运营商本身没有网络，有租用网络的需求；而且北美商住楼基本都敷设了同轴电缆。
2.2网络适应性
如图3所示，EPoC的目标是：可以适应所有HFC网络：包括无源同轴网、多级放大同轴网、模拟光纤传输+多级放大同轴网。这点中国有线运营商跟北美也有很大不同：中国主要应用于光纤到楼的场景，也就是N+0或最多N+1的场景；北美MSOs首先考虑多级放大的应用场景，因为北美居住分散。
2.3频谱适应性
EPoC的目标是：符合现有频谱规划（中国广电总局、欧洲、FCC）并适应将来各种不同的规划；不占用、不干扰已有应用频谱，保证与现有EoC、DOCSIS共存；逐步扩展（现有频谱调整、扩展新频谱）；后向兼容（局端变更频谱，终端自适应）；在全频段内灵活配置。这点中外也有许多不同：中国有线运营商频谱应用本身就有很大差异，模拟电视广播、数字电视广播的频道数量、频谱占用各异；双向接入技术又有DOCSIS、EPON+LAN、EPON+高频EoC、EPON+低频EoC、EPON+基带EoC等许多不同，双工方式有FDD，也有TDD，因而频谱占用也各不相同；而且目前正处于模、数同播、标清、高清同播阶段，频谱资源十分紧张；北美MSOs比较统一，基本都是采用DOCSIS标准的。中国目前采用EPON+EoC（TDD）方式进行双向改造的地区如果下一代采用FDD技术将面临频谱规划的挑战。
3.标准研究范围
标准研究组成立的任务是研究同轴物理层、制定同轴PHY的标准；并扩展EPON MPCP协议支持同轴FDD、TDD模式。
EPoC研究讨论两种模型：
第一种模型见图4，是一个典型的EoC模型：CLT通过同轴电缆连接多个CNU。IEEE P802.3bn TF首先将这个模型标准化。
第二种模型见图5，包括光纤、同轴两段和转换装置FCU。在这种模型中，EPON的OLT 通过光纤连接多个ONU或者FCU（Fiber Coax Unit），FCU通过同轴电缆与CNU相连。这个模型超出了IEEE 802.3工作组的研究范畴，目前由CableLabs研究、制定标准，FCU支持中继模式和桥接模式。
IEEE P802.3bn TF的研究范围限制了EPoC技术的最优化，使得一些影响EPoC技术整体的问题只能在标准之外研究，比如体系架构、FCU设备形态等。
4.标准进展
截至2013.9约克会议，已通过104个议案，其中包括6项基线提案。2013年3月会议之后进度明显加快，3月之前的3次会议只通过17个议案，3月、5月、7月、9月4次会议通过了87个议案。
标准进程如图6，预计2013.11完成草案初稿（D01，TF范围、框架性），2014.3完成D02版（WG范围，主要节点）草案，2014.9完成草案（D03）。
预计2015.4完成标准，样机、芯片样片同步推出。2015年底左右发布标准。真正规模商用大约要4-5年之后。制约因素主要是市场需求：是否有超过1Gbps接入的需求？包括DOCSIS3.1同样如此。
此前讨论的重点是频谱规划、信道特征和调制方式，还有FEC。
通过的主要议案有：
（1）EPoC下行采用OFDM
（2）EPoC上行采用OFDMA
（3）上、下行内码采用LDPC，线路码采用64B/66B
（4）支持子载波关断和不连续频谱
（5）最小连续频谱24MHz
（6）支持直到4096 QAM的多种下行调制方式，支持直到1024 QAM的多种上行调制方式
（7）上、下行信道频谱均以192MHz为单位，OFDM采样频率为10.24MHz的整数倍。
（8）支持物理层绑定多个192MHz OFDM信道。
（9）192MHz信道中心频点以1MHz粒度步进。
（10）FDD下行频谱从54MHz直到至少1212MHz，1212MHz-2610MHz作为研究课题。
（11）FDD上行频谱从10MHz直到至少234MHz。
从以上两条可以看出，上、下行分割点是不确定的、逐步演进的。
（12）TDD频谱支持从10MHz直到至少1800MHz，标准要求5-277MHz和750-1800MHz两段。
（13）子载波间隔25kHz/50kHz。
（14）信令传输采用固定16QAM调制的通道。
对信道基准条件、EPoC延迟评价标准、TDD MPCP、导频、循环前缀、FEC、测距、预均衡、节能等技术问题都通过了相应的议案。
5.若干问题
5.1 FDD与TDD
这是前期讨论的热点和焦点，是第一个引起争论的议题。FDD频分对应EPON波分，是最简单、直接的转换；比较容易处理相邻信道干扰（同向电平相当）；双向放大容易实现，可以适应多级放大网络；时延较低。但在FDD条件下较难灵活配置频谱和按需配置双向带宽比例。TDD优缺点正好相反。由于中国有线运营商的努力，目前IEEE P802.3bn 两种双工模式都纳入了标准。从发展看，DOCSIS3.1是FDD的，带宽等级、PHY层技术都与EPoC相同或相似，DOCSIS3.1复杂度高一些，可以包容EPoC。TDD EPoC目前还没有可替代的技术；而且从频谱规划角度，目前采用EoC技术进行双向改造的地区比较合理的演进方向依然是TDD。因此TDD EPoC更值得中国有线运营商关注。
5.2关于标准讨论范围是否只限制在PHY层、透明转换还是桥接
标准的制定是为了应用，PHY和MAC必须匹配，因此只讨论PHY是不可能的。IEEE P802.3bn TF的研究范围是同轴的PHY， 要求重用EPON MAC，将对EPON MAC和OAM的改动限定在最小的范围内（同轴PHY必须适配EPON MAC）。目前CableLabs正在进行EPOC系统规范制定工作，并已明确采用DPoE+EPoC的架构，在DPOE2.0标准基础上扩展，支持同轴电缆接入。FDD采用中继式FCU，TDD采用桥接式FCU。今后不管FCU是什么样子，CNU应该相同。以上问题已经基本达成共识。
DPoE+EPoC的架构不符合大多数中国有线运营商的网络需求。中国有线运营商需要提出适合自己网络和应用需求的体系架构和设备形态。
5.3 MMP（多种调制简表）
已经达成一致的有：TDD模式的上下行和FDD的上行必须支持MMP。但是如何实现MMP还在讨论中。对于如何设置调制简表、是否需要分组、如何分组等问题分歧较多，目前尚未统一。MMP讨论组将会继续开展工作，直到完成MMP的基线提案。
5.4与现有技术兼容问题
如何与现有技术兼容、共存是必须解决的问题。这点对于FDD已经有比较充分和成熟的方案；对于中国采用EPON+EoC改造的地区还存在一些问题；而且IEEE P802.3bn TF尚未考虑：针对中国网络改造的现状如何规划频谱、保证新老技术都有合适的频谱；如何协调上下行同步关系，不增加隔离带；等等。这些问题的解决和多种技术的融合（特别是终端）需要协调各种技术：子载波间隔、上下行切换时间、导频、循环前缀等。新一代技术也许需要把这些参数设置为可调的。比如，如果把子载波间隔设置为12.5kHz的整数倍可调，就可以把EPoC、DOCSIS3.1、HiNoC2.0三种技术的这个参数统一起来。
5.4 FEC（前向纠错编码）
这是EPoC工作组近期讨论较多的问题之一。
原有技术最常用的纠错编码是RS，DVB-C和DOCSIS都采用了RS编码。目前公认的高效编码技术主要是LDPC和Turbo，二者都接近香农限。
Turbo码在低信噪比情况下的性能优于其它各种编码方式。
LDPC码的描述简单，具有较大的灵活性；当码长足够长或高信噪比条件下比Turbo码性能更好，译码复杂度低于Turbo码。根据DVB-C2研究成果：QC-LDPC比RS编码增益高约7dB ；根据松下研究，在高信噪比条件下QC-LDPC比Turbo（DB-CTC）最多有2dB编码增益 。
还有一种BCH编码也常用，适合短码字，结构相对简单。
根据HiNoC小组研究：BCH比RS编码增益高3dB，短码字编码效率与LDPC接近，但相对简单；码字越长、编码越复杂、时延越大，同时，对半导体工艺要求也越高。
RS是多进制BCH码，适合纠正突发性误码。
因此，采用什么编码需要权衡编码效率与实现复杂度。
DOCSIS3.1采用DVB-C2研究成果，选择了QC-LDPC作为内码、BCH作为外码的级
联编码，但是有以下修改：
下行FEC只采用16200bits的短码，64800bits长码未采用；
只采用8/9码率；
支持非正方形的星座映射，增加128QAM/512QAM/2048QAM调制；
支持混合调制的FEC码（DVB-C2 FEC每个码字只包含一种调制方式，DOCSIS3.1做了改进，每个FEC码字内子载波的调制方式可以不一样，以达到频谱效率最优化）；
支持缩短的FEC码；
定义了支持非正方形星座映射、混合调制模式映射和缩短码的比特交织方式；
不支持QPSK调制。
上行FEC定义了三种编码方式，见表3：EPOC FEC采用LDPC，不用BCH-LDPC级联码。表4为EPOC确定的上下行LDPC码：EPoC的的进展目前遇到了一些困难，主要是芯片厂商由于DOCSIS3.1的出现对EPoC的市场产生了一些疑虑。但EPoC的方向无疑是正确的：相对于DOCSIS，更符合端到端的以太网趋势，更简单，也可以预见更价廉；相对于EPON+EoC，解决了端到端的管理、控制、调度、和QoS；代表了EPON+EoC的未来。
6.小结
同轴电缆具有巨大的带宽潜力。通过采用EPOC、DOCSIS3.1等宽带接入新技术，有线运营商可以在相当长一段时间内跟电信宽带业务竞争。DOCSIS 3.1和EPOC可能在一段较长的时间内共存，DOCSIS 3.1适用于传统HFC架构下N+5/3网络的带宽升级，EPOC在HFC单向网络改造和光节点深入N+0/1的场景下更有优势。HFC网络总的趋势是向数字光纤和无源同轴网络演进， 最终发展到FTTH。
中国有线网络在网络架构、应用场景、频谱规划、市场定位、业务需求、政策环境等多方面与国外、特别是美国有很大差异，有些方面甚至是相反的，中国有线运营商需要有自己的发展路线、有自己的CableLabs！
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