有线宽带接入技术-CableModem.ppt
第 7 章有线宽带接入技术Cable Modem,7.1 CATV网络与HFC7.2 HFC7.3Cable Modem7.4Cable Modem宽带接入网,7.1 CATV网络与HFC,有线电视（CATV）产业大致可包括两个方面，一是有线电视专业频道；二是有线电视网络服务业。将有线电视网升级改造为宽带高速综合信息网，是业内许多人士的共识，但如何进行升级改造，存在着许多不同看法，有线电视网从全电缆网发展到以光缆作干线，电缆作分配网的HFC型有线电视网，在技术上是一次飞跃,HFC有线电视网发展成为宽带高速综合信息网的有利条件，一是有线电视网采用光缆和电线作传输介质，具有丰富的频带资源，是当前各种信息网中的宽带网络，适应了发展的需要；二是有线电视网已经覆盖了全国人口中相当大的部分，入网户数达8000万户，在城市里已超过了电话普及率，有广泛的群众基础，因此在有线电视网的基础上发展综合信息网基础好，受益面广，较其他网都有明显的优势；三是中国加入WTO后，邮电通信市场将开放，有线电视网在经营话音通信方面消除了政策性障碍，而在有线电视网的基础上参与电信市场竞争则处于有利位置。,HFC在网络结构方面存在的问题如下。HFC有线电视网的网络结构在光缆部分多数采用星型网，在电缆部分则采用树型分配网。在电缆分配网的传输通道中，有源器件和无源器件过多，电缆接头过多，严重降低了系统传输的可靠性。宽带高速综合信息网在进行数据通信时，对误码率要求很高，要求电缆有很高的屏蔽性，需使用无电磁泄漏的电缆连接器，而目前有线电视网使用的设备达不到要求。,在有线电视系统中，分支器的使用是按照下行传输广播电视信号，使用户得到满意的电平而选择分支器型号的，而且为了使用户看好电视而不互相干扰，要求分支器有良好的反向隔离度。HFC有线电视网存在的另一个问题是光缆的传输频带很宽，而且上下行传输又是分开使用不同的纤芯，而电缆的传输频带较窄，而且上下行传输又是在一根电缆上进行，这样电缆分配网成了整个传输网的瓶颈。,网管问题。将有线电视网发展成为宽带高速综合信息网改造方案大致可以分为两种类型，一种方案是有线电视网基本不做大的变动，仅利用有线电视的剩余频带资源，增加一些新的功能，这也可以叫多功能网。另一种方案是建设两个传输平台，一个是有线电视传输平台，传输广播电视信号；另一个是利用有线电视网在每个光节点的多余光纤建设数据传输平台。,7.2 HFC,HFC网是指光纤同轴电缆混合网，采用光纤到服务区，而在进入用户的“最后1公里”采用同轴电缆。信息网络的发展方向是数字化、综合化、智能化、宽带化和个人化。HFC网就是目前世界上公认的较好方式，是解决信息高速公路最后1公里宽带接入网的最佳方案。,7.2.1 HFC网络结构HFC接入网的拓扑结构为“星树”型结构或“环星树”型结构。HFC网络结构用先进的光纤传输技术和新型的网络拓扑，有效地利用数字传输技术增加了上下行通道的承载能力，具备了承载双向交互式宽带业务的能力。HFC网络基本传输模式均是城市或区域有线电视网的总前端为中心的多前端传输模式。HFC通常由信号源、前端、分前端（分中心）、光纤主干网、同轴分配网和用户引入线等组成。,图7-1 典型的HFC网络组成,1独立总前端模式同一城市或同一区域的有线电视网共用一个前端，所有信号都汇集在总前端。,图7-2 独立总前端示意图,前端是HFC网络的核心部分，其功能包括调制、解调、频率交换、电平调整、信号编解码、信号处理、低噪声放大、中频处理、信号混合、信号检测与控制、频道配置和信号加密等，相应的前端的设备包括天线放大器、频道转换器、卫星电视接收机、滤波器、Modem、混合器和导频信号发生器等。2HFC网络线路的组成通常HFC线路网由馈线网、配线网和用户引入线3大块组成，,图7-3 HFC线路结构,（1）馈线网HFC的馈线网指前端至服务区（SA）的光纤节点之间的部分，大致对应CATV网的干线段。HFC网的网络拓扑结构，概括起来有4种形式：树型结构、星型结构、星树型结构和环型结构，现在建造的HFC网基本上是星型/总线结构。,图7-4 典型的城市HFC光骨干网,（2）配线网配线网指服务区光纤节点与分支点之间的部分，大致相当于电话网中远端节点与分线盒之间的部分,图7-5 电缆分配网结构,（3）用户引入线用户引入线指分支点至用户之间的线路，与传统CATV网完全相同。,7.2.2 HFC频谱与业务划分HFC网必须具有灵活的、易管理的频段规划，载频必须由前端完全控制并由网络运营者分配。1双向HFC的频带划分低频端的5MHz30MHz共25MHz安排为上行通道，即所谓的回传通道，主要用来传输电话信号。,50MHz1000MHz频带均用于下行通道，其中50MHz550MHz频段用来传输现有的模拟CATV信号，每一通路的带宽为6MHz8MHz，因而总共可以传输各种不同制式的电视信号6080路。550MHz750MHz频段允许用来传输附加的模拟CATV信号或数字CATV信号，但目前倾向用于双向交互型通信业务，特别是电视点播业务。,高端的750MHz1000MHz段已明确仅用于各种双向通信业务，其中两个50MHz频带可用于个人通信业务，其他未分配的频段可以有各种应用以及应付未来可能出现的其他新业务。实际HFC系统所用标称频带为750MHz，860MHz和1000MHz，目前用得最多的是750MHz系统。,2HFC上的视频点播（VOD）系统VOD是一种受用户控制的视频分配业务，它使得每一个用户可以交互地访问远端服务器所储存的丰富节目源，VOD系统是由信源、信道及信宿组成的3HFC网上的电话CATV电话网又称为电缆电话，不仅可以提供普通电话，也可以提供宽带的电信业务。,4HFC网上的双向数据通信在CATV网上进行双向高速数据的传送时，在用户端利用Cable Modem上网。Cable Modem采用先进的调制技术（如64QAM），分为对称和非对称两种。,7.3 Cable Modem,Cable Modem(电缆调制解调器)是在有线电视网络上用来上互联网的设备，它是串接在用户家的有线电视电缆插座和上网设备之间的，而通过有线电视网络与之相连的另一端是在有线电视台（称为头端：Head-End）。HFC网络大部分采用传统的高速局域网技术，但是最重要的组成部分也就是同轴电缆到用户计算机这一段使用了另外的一种独立技术，这就是Cable Modem。,7.3.1 Cable Modem的结构它一般包括调制解调器、调谐器、封包/解包设备、路由器、网络接口卡、SNMP代理和以太网集线器。Cable Modem的参考体系结构包括物理（PHY）层、MAC层和上层。,图7-6 Cable Modem头端分层体系结构,1物理层数字电缆系统的物理接口是普通的同轴电缆，该物理层包括上行和下行通路。2MAC层MAC层规范的复杂性来自共享媒质，加之需要保证每个用户应用的服务质量。Cable Modem的MAC甚至更为复杂，Cable Modem的MAC必须涉及需要很大带宽并具有严格要求的交互式多媒体业务。,3上层Cable Modem应当能操纵管理实体和业务接口。（1）IP接口（2）ATM本原接口Cable Modem类型可以分为内置式和外置式，其中外置式Cable Modem根据接口的不同又可分为以太网接口和USB接口。,7.3.2 Cable Modem的工作原理Cable Modem与普通Modem在原理上都是将数据进行调制后在Cable的一个频率范围内传输，接收时进行解调，传输机理与普通Modem相同，不同之处在于它是通过有线电视（CATV）的某个传输频带进行调制解调的。Cable Modem属于共享介质系统，其他空闲频段仍然可用于有线电视信号的传输。电缆调制解调器提供双向信道，从计算机终端到网络方向称为上行（Upstream）信道，从网络到计算机终端方向称为下行（Downstream）信道。,Cable Modem工作在物理层和数据链路层，下面介绍Cable Modem在这两层的工作原理。1物理层最主要的下行协议是64QAM(正交振幅调制)，调制速率可达36Mbit/s。上行调制采用QPSK(四相移键控调制)，抗干扰性能好，速率可达10Mbit/s。另一个上行协议是S-CDMA(同步码分复用)。,2媒体通路控制层媒体通路控制层（MAC）和逻辑链接控制层（LLC），即OSI七层组织中的数据链路层。这两个协议层规定了不同信号和用户怎样共享公共带宽。在上行方向，Cable Modem从计算机接收数据包，把它们转换成模拟信号，传给网络前端设备。该设备负责分离出数据信号，把信号转换为数据包，并传给因特网服务器。同时该设备还可以剥离出语音（电话）信号并传给交换机。,7.4 Cable Modem宽带接入网,7.4.1 网络结构1数据传输的实现,图7-7 Cable Modem 系统结构,2语音的传输采用IP技术，提供语音业务，可通过VoIP技术来实现。要真正通过HFC网提供语音业务必须与PSTN互通，实现互通的方法有两种。,图7-8 HFC与PSTN互通,一种方法是从因特网通过IP Phone网关来与PSTN相连；另一种方法是从HFC的局端设备CMTS通过IP Phone网关联向PSTN。,7.4.2 设备选用原则1MCNS标准框架2IEEE802.14标准框架3DOCSIS标准如表7-1所示。表7-1DOCSIS1.0技术标准摘要,表7-2DOCSIS标准对下行通道的要求,7.4.3 Cable Modem接入设备安装1分支器的安装2内置式Cable Modem的安装3USB接口的Cable Modem,图7-9 内置式Cable Modem的连接,图7-10 USB接口Cable Modem的连接,4以太网接口的Cable Modem,图7-11 以太网接口Cable Modem的连接,图7-12 以太网接口Cable Modem连接到代理服务器,图7-13 以太网接口Cable Modem连接到集线器,
