有線寬帶接入技術(shù)—cable-modem-2

1、第 7 章　有線寬帶接入技術(shù)—Cable Modem,7.1 CATV網(wǎng)絡(luò)與HFC　　7.2　 HFC　7.3　Cable Modem7.4　Cable Modem寬帶接入網(wǎng),7.1 CATV網(wǎng)絡(luò)與HFC,有線電視（CATV）產(chǎn)業(yè)大致可包括兩個(gè)方面，一是有線電視專業(yè)頻道；二是有線電視網(wǎng)絡(luò)服務(wù)業(yè)。將有線電視網(wǎng)升級改造為寬帶高速綜合信息網(wǎng)，是業(yè)內(nèi)許多人士的共識，但如何進(jìn)行升級改造，存在著許多不同看法，有線電視網(wǎng)從全電纜網(wǎng)發(fā)展到

2、以光纜作干線，電纜作分配網(wǎng)的HFC型有線電視網(wǎng)，在技術(shù)上是一次飛躍,HFC有線電視網(wǎng)發(fā)展成為寬帶高速綜合信息網(wǎng)的有利條件，一是有線電視網(wǎng)采用光纜和電線作傳輸介質(zhì)，具有豐富的頻帶資源，是當(dāng)前各種信息網(wǎng)中的寬帶網(wǎng)絡(luò)，適應(yīng)了發(fā)展的需要；二是有線電視網(wǎng)已經(jīng)覆蓋了全國人口中相當(dāng)大的部分，入網(wǎng)戶數(shù)達(dá)8000萬戶，在城市里已超過了電話普及率，有廣泛的群眾基礎(chǔ)，因此在有線電視網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展綜合信息網(wǎng)基礎(chǔ)好，受益面廣，較其他網(wǎng)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(wǎng)在經(jīng)營話音通信方面消除了政策性障礙，而在有線電視網(wǎng)的基礎(chǔ)上參與電信市場競爭則處于有利位置。,HFC在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面存在的問題如下。① HFC有線電視網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在光纜部分多數(shù)采用星型網(wǎng)，在電纜部分則采用樹型分配網(wǎng)。② 在電纜分配網(wǎng)的傳輸通道中，有源器件和無源器件過多，電纜接頭過多，嚴(yán)重降低了系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃?。?寬帶高速綜合信息網(wǎng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，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(wǎng)使用的設(shè)備達(dá)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(wǎng)存在的另一個(gè)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(jìn)行，這樣電纜分配網(wǎng)成了整個(gè)傳輸網(wǎng)的瓶頸。,⑥ 網(wǎng)管問題

5、。將有線電視網(wǎng)發(fā)展成為寬帶高速綜合信息網(wǎng)改造方案大致可以分為兩種類型，一種方案是有線電視網(wǎng)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(wǎng)。另一種方案是建設(shè)兩個(gè)傳輸平臺，一個(gè)是有線電視傳輸平臺，傳輸廣播電視信號；另一個(gè)是利用有線電視網(wǎng)在每個(gè)光節(jié)點(diǎn)的多余光纖建設(shè)數(shù)據(jù)傳輸平臺。,7.2 　 HFC,HFC網(wǎng)是指光纖同軸電纜混合網(wǎng)，采用光纖到服務(wù)區(qū)，而在進(jìn)入用戶的“最后1公里”采用同軸電纜。信

6、息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向是數(shù)字化、綜合化、智能化、寬帶化和個(gè)人化。HFC網(wǎng)就是目前世界上公認(rèn)的較好方式，是解決信息高速公路最后1公里寬帶接入網(wǎng)的最佳方案。,7.2.1 HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)HFC接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為“星—樹”型結(jié)構(gòu)或“環(huán)—星—樹”型結(jié)構(gòu)。HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)用先進(jìn)的光纖傳輸技術(shù)和新型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，有效地利用?shù)字傳輸技術(shù)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(wù)的能力。HFC網(wǎng)絡(luò)基本傳輸模式均是城市或區(qū)域有線電視網(wǎng)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(wǎng)、同軸分配網(wǎng)和用戶引入線等組成。,,圖7-1 典型的HFC網(wǎng)絡(luò)組成,1．獨(dú)立總前端模式同一城市或同一區(qū)域的有線電視網(wǎng)共用一個(gè)前端，所有信號都匯集在總前端。,,圖7-2 獨(dú)立總前端示意圖,前端是HFC網(wǎng)絡(luò)的核心部分，其功能包括調(diào)制、解調(diào)、頻率交換、電平調(diào)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(yīng)的前端的設(shè)備包括天線放大器、頻道轉(zhuǎn)換器、衛(wèi)星電視接收機(jī)、濾波器、Modem、混合器和導(dǎo)頻信號發(fā)生器等。2．HFC網(wǎng)絡(luò)線路的組成通常HFC線路網(wǎng)由饋線網(wǎng)、配線網(wǎng)和用戶引入線3大塊組成，,,圖7-3 HFC線路結(jié)構(gòu),（1）饋線網(wǎng)HFC的饋線網(wǎng)指前端至服務(wù)區(qū)（SA）的光纖節(jié)點(diǎn)之間的部分，大致對應(yīng)CATV網(wǎng)的干線段。HFC網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，概括起來有4種形式：樹型結(jié)構(gòu)、星型結(jié)構(gòu)、星—樹型結(jié)構(gòu)和環(huán)型結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在建造的HFC網(wǎng)基

9、本上是星型/總線結(jié)構(gòu)。,,圖7-4 典型的城市HFC光骨干網(wǎng),（2）配線網(wǎng)配線網(wǎng)指服務(wù)區(qū)光纖節(jié)點(diǎn)與分支點(diǎn)之間的部分，大致相當(dāng)于電話網(wǎng)中遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)與分線盒之間的部分,,圖7-5 電纜分配網(wǎng)結(jié)構(gòu),（3）用戶引入線用戶引入線指分支點(diǎn)至用戶之間的線路，與傳統(tǒng)CATV網(wǎng)完全相同。,7.2.2 HFC頻譜與業(yè)務(wù)劃分HFC網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)運(yùn)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(wù)，特別是電視點(diǎn)播業(yè)務(wù)。,高端的

11、750MHz～1?000MHz段已明確僅用于各種雙向通信業(yè)務(wù)，其中兩個(gè)50MHz頻帶可用于個(gè)人通信業(yè)務(wù)，其他未分配的頻段可以有各種應(yīng)用以及應(yīng)付未來可能出現(xiàn)的其他新業(yè)務(wù)。實(shí)際HFC系統(tǒng)所用標(biāo)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(diǎn)播（VOD）系統(tǒng)VOD是一種受用戶控制的視頻分配業(yè)務(wù)，它使得每一個(gè)用戶可以交互地訪問遠(yuǎn)端服務(wù)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(wǎng)上的電話CATV電話網(wǎng)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(wù)。,4．HFC網(wǎng)上的雙向數(shù)據(jù)通信在CATV網(wǎng)上進(jìn)行雙向高速數(shù)據(jù)的傳送時(shí)，在用戶端利用Cable Modem上網(wǎng)。Cable Modem采用先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)（如64QAM），分為對稱和非對稱兩種。,7.3 Cable Modem,Cable Modem(電纜調(diào)制解調(diào)器)是在有線電視網(wǎng)絡(luò)上用來上互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備，它是串接在

13、用戶家的有線電視電纜插座和上網(wǎng)設(shè)備之間的，而通過有線電視網(wǎng)絡(luò)與之相連的另一端是在有線電視臺（稱為頭端：Head-End）。HFC網(wǎng)絡(luò)大部分采用傳統(tǒng)的高速局域網(wǎng)技術(shù)，但是最重要的組成部分也就是同軸電纜到用戶計(jì)算機(jī)這一段使用了另外的一種獨(dú)立技術(shù)，這就是Cable Modem。,7.3.1 Cable Modem的結(jié)構(gòu)它一般包括調(diào)制解調(diào)器、調(diào)諧器、封包/解包設(shè)備、路由器、網(wǎng)絡(luò)接口卡、SNMP代理和以太網(wǎng)集線器。Cable Mod

14、em的參考體系結(jié)構(gòu)包括物理（PHY）層、MAC層和上層。,,圖7-6 Cable Modem頭端分層體系結(jié)構(gòu),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(fù)雜性來自共享媒質(zhì)，加之需要保證每個(gè)用戶應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量。Cable Modem的MAC甚至更為復(fù)雜，Cable Modem的MAC必須涉及需要很大帶寬并具有嚴(yán)格要求的交互式多媒體業(yè)務(wù)。,3．上層Cabl

15、e Modem應(yīng)當(dāng)能操縱管理實(shí)體和業(yè)務(wù)接口。（1）IP接口（2）ATM本原接口Cable Modem類型可以分為內(nèi)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(wǎng)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(jìn)行調(diào)制后在Cable的一個(gè)頻率范圍內(nèi)傳輸，接收時(shí)進(jìn)行解調(diào)，傳輸機(jī)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(gè)傳輸頻帶進(jìn)行調(diào)制解調(diào)的。Cable Modem屬于共享介質(zhì)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(diào)制解調(diào)器提供雙向信道，從計(jì)算機(jī)終端到網(wǎng)絡(luò)方向稱為上行（Upstream）信道，從網(wǎng)絡(luò)到計(jì)算機(jī)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(diào)制)，調(diào)制速率

17、可達(dá)36Mbit/s。上行調(diào)制采用QPSK(四相移鍵控調(diào)制)，抗干擾性能好，速率可達(dá)10Mbit/s。另一個(gè)上行協(xié)議是S-CDMA(同步碼分復(fù)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(gè)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(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)包，把它們轉(zhuǎn)換成模擬信號，傳給網(wǎng)絡(luò)前端設(shè)備。該設(shè)備負(fù)責(zé)分離出數(shù)據(jù)信號，把信號轉(zhuǎn)換

18、為數(shù)據(jù)包，并傳給因特網(wǎng)服務(wù)器。同時(shí)該設(shè)備還可以剝離出語音（電話）信號并傳給交換機(jī)。,7.4 Cable Modem寬帶接入網(wǎng),7.4.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1．?dāng)?shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn),,圖7-7 Cable Modem 系統(tǒng)結(jié)構(gòu),2．語音的傳輸采用IP技術(shù)，提供語音業(yè)務(wù)，可通過VoIP技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。要真正通過HFC網(wǎng)提供語音業(yè)務(wù)必須與PSTN互通，實(shí)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(wǎng)通過IP Ph

19、one網(wǎng)關(guān)來與PSTN相連；另一種方法是從HFC的局端設(shè)備CMTS通過IP Phone網(wǎng)關(guān)聯(lián)向PSTN。,7.4.2 設(shè)備選用原則1．MCNS標(biāo)準(zhǔn)框架2．IEEE802.14標(biāo)準(zhǔn)框架3．DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)如表7-1所示。表7-1DOCSIS1.0技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)摘要,表7-2DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)對下行通道的要求,7.4.3 Cable Modem接入設(shè)備安裝1．分支器的安裝2．內(nèi)置式Cable Modem的安裝3．USB