有線寬帶接入技術—cable-modem-2

1、第 7 章　有線寬帶接入技術—Cable Modem,7.1 CATV網絡與HFC　　7.2　 HFC　7.3　Cable Modem7.4　Cable Modem寬帶接入網,7.1 CATV網絡與HFC,有線電視（CATV）產業(yè)大致可包括兩個方面，一是有線電視專業(yè)頻道；二是有線電視網絡服務業(yè)。將有線電視網升級改造為寬帶高速綜合信息網，是業(yè)內許多人士的共識，但如何進行升級改造，存在著許多不同看法，有線電視網從全電纜網發(fā)展到

2、以光纜作干線，電纜作分配網的HFC型有線電視網，在技術上是一次飛躍,HFC有線電視網發(fā)展成為寬帶高速綜合信息網的有利條件，一是有線電視網采用光纜和電線作傳輸介質，具有豐富的頻帶資源，是當前各種信息網中的寬帶網絡，適應了發(fā)展的需要；二是有線電視網已經覆蓋了全國人口中相當大的部分，入網戶數(shù)達8000萬戶，在城市里已超過了電話普及率，有廣泛的群眾基礎，因此在有線電視網的基礎上發(fā)展綜合信息網基礎好，受益面廣，較其他網都有明顯的優(yōu)勢；三是中國加入

3、WTO后，郵電通信市場將開放，有線電視網在經營話音通信方面消除了政策性障礙，而在有線電視網的基礎上參與電信市場競爭則處于有利位置。,HFC在網絡結構方面存在的問題如下。① HFC有線電視網的網絡結構在光纜部分多數(shù)采用星型網，在電纜部分則采用樹型分配網。② 在電纜分配網的傳輸通道中，有源器件和無源器件過多，電纜接頭過多，嚴重降低了系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃?。?寬帶高速綜合信息網在進行數(shù)據(jù)通信時，對誤碼率要求很高，要求電纜有很高的屏蔽性，需使

4、用無電磁泄漏的電纜連接器，而目前有線電視網使用的設備達不到要求。,④ 在有線電視系統(tǒng)中，分支器的使用是按照下行傳輸廣播電視信號，使用戶得到滿意的電平而選擇分支器型號的，而且為了使用戶看好電視而不互相干擾，要求分支器有良好的反向隔離度。⑤ HFC有線電視網存在的另一個問題是光纜的傳輸頻帶很寬，而且上下行傳輸又是分開使用不同的纖芯，而電纜的傳輸頻帶較窄，而且上下行傳輸又是在一根電纜上進行，這樣電纜分配網成了整個傳輸網的瓶頸。,⑥ 網管問題

5、。將有線電視網發(fā)展成為寬帶高速綜合信息網改造方案大致可以分為兩種類型，一種方案是有線電視網基本不做大的變動，僅利用有線電視的剩余頻帶資源，增加一些新的功能，這也可以叫多功能網。另一種方案是建設兩個傳輸平臺，一個是有線電視傳輸平臺，傳輸廣播電視信號；另一個是利用有線電視網在每個光節(jié)點的多余光纖建設數(shù)據(jù)傳輸平臺。,7.2 　 HFC,HFC網是指光纖同軸電纜混合網，采用光纖到服務區(qū)，而在進入用戶的“最后1公里”采用同軸電纜。信

6、息網絡的發(fā)展方向是數(shù)字化、綜合化、智能化、寬帶化和個人化。HFC網就是目前世界上公認的較好方式，是解決信息高速公路最后1公里寬帶接入網的最佳方案。,7.2.1 HFC網絡結構HFC接入網的拓撲結構為“星—樹”型結構或“環(huán)—星—樹”型結構。HFC網絡結構用先進的光纖傳輸技術和新型的網絡拓撲，有效地利用數(shù)字傳輸技術增加了上下行通道的承載能力，具備了承載雙向交互式寬帶業(yè)務的能力。HFC網絡基本傳輸模式均是城市或區(qū)域有線電視網的

7、總前端為中心的多前端傳輸模式。HFC通常由信號源、前端、分前端（分中心）、光纖主干網、同軸分配網和用戶引入線等組成。,,圖7-1 典型的HFC網絡組成,1．獨立總前端模式同一城市或同一區(qū)域的有線電視網共用一個前端，所有信號都匯集在總前端。,,圖7-2 獨立總前端示意圖,前端是HFC網絡的核心部分，其功能包括調制、解調、頻率交換、電平調整、信號編解碼、信號處理、低噪聲放大、中頻處理、信號混合、信號檢測與控制、頻道配置和信號加密等

8、，相應的前端的設備包括天線放大器、頻道轉換器、衛(wèi)星電視接收機、濾波器、Modem、混合器和導頻信號發(fā)生器等。2．HFC網絡線路的組成通常HFC線路網由饋線網、配線網和用戶引入線3大塊組成，,,圖7-3 HFC線路結構,（1）饋線網HFC的饋線網指前端至服務區(qū)（SA）的光纖節(jié)點之間的部分，大致對應CATV網的干線段。HFC網的網絡拓撲結構，概括起來有4種形式：樹型結構、星型結構、星—樹型結構和環(huán)型結構，現(xiàn)在建造的HFC網基

9、本上是星型/總線結構。,,圖7-4 典型的城市HFC光骨干網,（2）配線網配線網指服務區(qū)光纖節(jié)點與分支點之間的部分，大致相當于電話網中遠端節(jié)點與分線盒之間的部分,,圖7-5 電纜分配網結構,（3）用戶引入線用戶引入線指分支點至用戶之間的線路，與傳統(tǒng)CATV網完全相同。,7.2.2 HFC頻譜與業(yè)務劃分HFC網必須具有靈活的、易管理的頻段規(guī)劃，載頻必須由前端完全控制并由網絡運營者分配。1．雙向HFC的頻帶劃分低頻端

10、的5MHz～30MHz共25MHz安排為上行通道，即所謂的回傳通道，主要用來傳輸電話信號。,50MHz～1000MHz頻帶均用于下行通道，其中50MHz～550MHz頻段用來傳輸現(xiàn)有的模擬CATV信號，每一通路的帶寬為6MHz～8MHz，因而總共可以傳輸各種不同制式的電視信號60～80路。550MHz～750MHz頻段允許用來傳輸附加的模擬CATV信號或數(shù)字CATV信號，但目前傾向用于雙向交互型通信業(yè)務，特別是電視點播業(yè)務。,高端的

11、750MHz～1?000MHz段已明確僅用于各種雙向通信業(yè)務，其中兩個50MHz頻帶可用于個人通信業(yè)務，其他未分配的頻段可以有各種應用以及應付未來可能出現(xiàn)的其他新業(yè)務。實際HFC系統(tǒng)所用標稱頻帶為750MHz，860MHz和1?000MHz，目前用得最多的是750MHz系統(tǒng)。,2．HFC上的視頻點播（VOD）系統(tǒng)VOD是一種受用戶控制的視頻分配業(yè)務，它使得每一個用戶可以交互地訪問遠端服務器所儲存的豐富節(jié)目源，VOD系統(tǒng)是由信源、

12、信道及信宿組成的3．HFC網上的電話CATV電話網又稱為電纜電話，不僅可以提供普通電話，也可以提供寬帶的電信業(yè)務。,4．HFC網上的雙向數(shù)據(jù)通信在CATV網上進行雙向高速數(shù)據(jù)的傳送時，在用戶端利用Cable Modem上網。Cable Modem采用先進的調制技術（如64QAM），分為對稱和非對稱兩種。,7.3 Cable Modem,Cable Modem(電纜調制解調器)是在有線電視網絡上用來上互聯(lián)網的設備，它是串接在

13、用戶家的有線電視電纜插座和上網設備之間的，而通過有線電視網絡與之相連的另一端是在有線電視臺（稱為頭端：Head-End）。HFC網絡大部分采用傳統(tǒng)的高速局域網技術，但是最重要的組成部分也就是同軸電纜到用戶計算機這一段使用了另外的一種獨立技術，這就是Cable Modem。,7.3.1 Cable Modem的結構它一般包括調制解調器、調諧器、封包/解包設備、路由器、網絡接口卡、SNMP代理和以太網集線器。Cable Mod

14、em的參考體系結構包括物理（PHY）層、MAC層和上層。,,圖7-6 Cable Modem頭端分層體系結構,1．物理層數(shù)字電纜系統(tǒng)的物理接口是普通的同軸電纜，該物理層包括上行和下行通路。2．MAC層MAC層規(guī)范的復雜性來自共享媒質，加之需要保證每個用戶應用的服務質量。Cable Modem的MAC甚至更為復雜，Cable Modem的MAC必須涉及需要很大帶寬并具有嚴格要求的交互式多媒體業(yè)務。,3．上層Cabl

15、e Modem應當能操縱管理實體和業(yè)務接口。（1）IP接口（2）ATM本原接口Cable Modem類型可以分為內置式和外置式，其中外置式Cable Modem根據(jù)接口的不同又可分為以太網接口和USB接口。,7.3.2 Cable Modem的工作原理Cable Modem與普通Modem在原理上都是將數(shù)據(jù)進行調制后在Cable的一個頻率范圍內傳輸，接收時進行解調，傳輸機理與普通Modem相同，不同之處在于它是通過有線電視

16、（CATV）的某個傳輸頻帶進行調制解調的。Cable Modem屬于共享介質系統(tǒng)，其他空閑頻段仍然可用于有線電視信號的傳輸。電纜調制解調器提供雙向信道，從計算機終端到網絡方向稱為上行（Upstream）信道，從網絡到計算機終端方向稱為下行（Downstream）信道。,Cable Modem工作在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，下面介紹Cable Modem在這兩層的工作原理。1．物理層最主要的下行協(xié)議是64QAM(正交振幅調制)，調制速率

17、可達36Mbit/s。上行調制采用QPSK(四相移鍵控調制)，抗干擾性能好，速率可達10Mbit/s。另一個上行協(xié)議是S-CDMA(同步碼分復用)。,2．媒體通路控制層媒體通路控制層（MAC）和邏輯鏈接控制層（LLC），即OSI七層組織中的數(shù)據(jù)鏈路層。這兩個協(xié)議層規(guī)定了不同信號和用戶怎樣共享公共帶寬。在上行方向，Cable Modem從計算機接收數(shù)據(jù)包，把它們轉換成模擬信號，傳給網絡前端設備。該設備負責分離出數(shù)據(jù)信號，把信號轉換

18、為數(shù)據(jù)包，并傳給因特網服務器。同時該設備還可以剝離出語音（電話）信號并傳給交換機。,7.4 Cable Modem寬帶接入網,7.4.1 網絡結構1．數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn),,圖7-7 Cable Modem 系統(tǒng)結構,2．語音的傳輸采用IP技術，提供語音業(yè)務，可通過VoIP技術來實現(xiàn)。要真正通過HFC網提供語音業(yè)務必須與PSTN互通，實現(xiàn)互通的方法有兩種。,,圖7-8 HFC與PSTN互通,一種方法是從因特網通過IP Ph

19、one網關來與PSTN相連；另一種方法是從HFC的局端設備CMTS通過IP Phone網關聯(lián)向PSTN。,7.4.2 設備選用原則1．MCNS標準框架2．IEEE802.14標準框架3．DOCSIS標準如表7-1所示。表7-1DOCSIS1.0技術標準摘要,表7-2DOCSIS標準對下行通道的要求,7.4.3 Cable Modem接入設備安裝1．分支器的安裝2．內置式Cable Modem的安裝3．USB