1、1接入網(wǎng)技術接入網(wǎng)技術第第5章章 HFC接入技術接入技術2有線電視的發(fā)展趨勢有線電視的發(fā)展趨勢n信號數(shù)字化信號數(shù)字化n網(wǎng)絡雙向化網(wǎng)絡雙向化n管理智能化管理智能化n業(yè)務多樣化業(yè)務多樣化3有線電視有線電視HFC系統(tǒng)拓撲結構圖系統(tǒng)拓撲結構圖4信號數(shù)字化信號數(shù)字化n信號數(shù)字化是世界發(fā)展的主潮流，數(shù)信號數(shù)字化是世界發(fā)展的主潮流，數(shù)字電視是有線電視的發(fā)展方向字電視是有線電視的發(fā)展方向 。n我國有線電視向數(shù)字化過渡時間我國有線電視向數(shù)字化過渡時間表表，到，到2006年我國有線數(shù)字電視年我國有線數(shù)字電視用戶超過用戶超過1200萬戶，萬戶，2010年全面實年全面實現(xiàn)數(shù)字廣播電視，現(xiàn)數(shù)字廣播電視，2015年停止模

2、擬年停止模擬廣播電視的播出。廣播電視的播出。5數(shù)字電視的特點數(shù)字電視的特點6數(shù)字電視綜合信息平臺系統(tǒng)框圖數(shù)字電視綜合信息平臺系統(tǒng)框圖 7網(wǎng)絡雙向化網(wǎng)絡雙向化n寬帶網(wǎng)絡已經(jīng)被我們所接受：業(yè)務所迫，寬帶網(wǎng)絡已經(jīng)被我們所接受：業(yè)務所迫，多功能業(yè)務的需要多功能業(yè)務的需要IPTV等機頂盒業(yè)務等機頂盒業(yè)務高速高速Internet接入，數(shù)據(jù)傳送接入，數(shù)據(jù)傳送遠程教育、交互式游戲遠程教育、交互式游戲家庭銀行家庭銀行智能化住宅智能化住宅視頻點播（視頻點播（VOD）Cable電話及個人通信系統(tǒng)電話及個人通信系統(tǒng)PCS8我國有線電視我國有線電視HFC寬帶接入的發(fā)展現(xiàn)狀寬帶接入的發(fā)展現(xiàn)狀n有線電視有線電視HFC網(wǎng)絡具

3、有其他網(wǎng)絡難以比擬的優(yōu)勢網(wǎng)絡具有其他網(wǎng)絡難以比擬的優(yōu)勢: 連接千家萬連接千家萬戶、高帶寬、建網(wǎng)成本低、實現(xiàn)容易簡便，被公認為實現(xiàn)戶、高帶寬、建網(wǎng)成本低、實現(xiàn)容易簡便，被公認為實現(xiàn)“信信息高速公路息高速公路”的最好解決方式，的最好解決方式， n在我國的三大接入方式中，在我國的三大接入方式中，ADSL一枝獨秀，一枝獨秀，ADSL曾經(jīng)因為是曾經(jīng)因為是一種過渡的技術而備受人們鄙棄，但由于它適應了需求，在傳一種過渡的技術而備受人們鄙棄，但由于它適應了需求，在傳統(tǒng)電話業(yè)務的線路基礎上對局端做統(tǒng)電話業(yè)務的線路基礎上對局端做DSLAM改造，即可服務本改造，即可服務本話局地區(qū)，成為撥號上網(wǎng)用戶的升級版本，開展寬

4、帶接入業(yè)務，話局地區(qū)，成為撥號上網(wǎng)用戶的升級版本，開展寬帶接入業(yè)務，所以取得了長足的發(fā)展。所以取得了長足的發(fā)展。 nHFC接入方式，在傳統(tǒng)廣播電視業(yè)務基礎上，開展寬帶業(yè)務，接入方式，在傳統(tǒng)廣播電視業(yè)務基礎上，開展寬帶業(yè)務，與與ADSL有異曲同工之處、且優(yōu)勢遠大過有異曲同工之處、且優(yōu)勢遠大過ADSL，但只因，但只因HFC的現(xiàn)狀太差，才致使廣電的的現(xiàn)狀太差，才致使廣電的HFC的綜合利用未普及開來，的綜合利用未普及開來，9n寬帶：有線電視服務商的天下，這個局面必然來寬帶：有線電視服務商的天下，這個局面必然來臨。只有基于雙向臨。只有基于雙向HFC技術才能真正實現(xiàn)技術才能真正實現(xiàn)“三網(wǎng)三網(wǎng)合一合一” n

5、HFC的高品質雙向網(wǎng)改造，是有線電視網(wǎng)絡開展的高品質雙向網(wǎng)改造，是有線電視網(wǎng)絡開展綜合業(yè)務的基礎條件，改造建設好雙向綜合業(yè)務的基礎條件，改造建設好雙向HFC基礎基礎網(wǎng)，充分發(fā)揮雙向網(wǎng)，充分發(fā)揮雙向HFC網(wǎng)絡的自身資源優(yōu)勢，有網(wǎng)絡的自身資源優(yōu)勢，有線電視服務商可以為用戶連接線電視服務商可以為用戶連接Internet、觀看電、觀看電視節(jié)目甚至電話服務，這將大大提高廣電運營商視節(jié)目甚至電話服務，這將大大提高廣電運營商的競爭能力。的競爭能力。10有線電視數(shù)字化需要優(yōu)質的雙向網(wǎng)絡有線電視數(shù)字化需要優(yōu)質的雙向網(wǎng)絡 n單向網(wǎng)上傳輸數(shù)字電視的潛在危機：單向網(wǎng)上傳輸數(shù)字電視的潛在危機：單向網(wǎng)采用機卡分離的方式發(fā)

6、展數(shù)字電視，數(shù)字電視單向網(wǎng)采用機卡分離的方式發(fā)展數(shù)字電視，數(shù)字電視用戶繁多，自然會出現(xiàn)盜卡現(xiàn)象，就如數(shù)字衛(wèi)星加密用戶繁多，自然會出現(xiàn)盜卡現(xiàn)象，就如數(shù)字衛(wèi)星加密節(jié)目一樣，安全性較差（付費數(shù)字電視最終的方向是節(jié)目一樣，安全性較差（付費數(shù)字電視最終的方向是互動式數(shù)字電視）；互動式數(shù)字電視）；面對網(wǎng)絡電視、衛(wèi)星直播的競爭，現(xiàn)在杭州、寧波網(wǎng)面對網(wǎng)絡電視、衛(wèi)星直播的競爭，現(xiàn)在杭州、寧波網(wǎng)通的網(wǎng)絡電視正與有線爭分天下，衛(wèi)星直播的威脅也通的網(wǎng)絡電視正與有線爭分天下，衛(wèi)星直播的威脅也指日可待，單向的有線網(wǎng)，單向的數(shù)字電視不具備競指日可待，單向的有線網(wǎng)，單向的數(shù)字電視不具備競爭力了，到時用戶將分流；爭力了，到時用

7、戶將分流；單向的的有線電視傳輸網(wǎng)，無法實現(xiàn)網(wǎng)管，對網(wǎng)絡以單向的的有線電視傳輸網(wǎng)，無法實現(xiàn)網(wǎng)管，對網(wǎng)絡以及用戶缺乏有效的管理與監(jiān)控，從長遠看，沒有市場及用戶缺乏有效的管理與監(jiān)控，從長遠看，沒有市場競爭力。競爭力。11個性化、交互式發(fā)展需要優(yōu)質的雙向網(wǎng)絡個性化、交互式發(fā)展需要優(yōu)質的雙向網(wǎng)絡 n有線電視數(shù)字化以后，雖然清晰度可以提高，但是目前絕有線電視數(shù)字化以后，雖然清晰度可以提高，但是目前絕大多數(shù)用戶的模擬電視機本身的清晰度并不高，這個優(yōu)點大多數(shù)用戶的模擬電視機本身的清晰度并不高，這個優(yōu)點用戶并不能夠充分享受到。用戶并不能夠充分享受到。n好的模擬有線電視信號質量，也可以接近標清數(shù)字電視的好的模擬有

8、線電視信號質量，也可以接近標清數(shù)字電視的質量。質量。n數(shù)字電視采用模擬電視機加數(shù)字機頂盒的補充方式，用戶數(shù)字電視采用模擬電視機加數(shù)字機頂盒的補充方式，用戶享受的仍是對用戶來說，改成數(shù)字電視以后，用戶還需要享受的仍是對用戶來說，改成數(shù)字電視以后，用戶還需要承擔購買數(shù)字機頂盒的費用，假如電視臺所提供的節(jié)目內承擔購買數(shù)字機頂盒的費用，假如電視臺所提供的節(jié)目內容和模擬電視差不多，用戶就不會有積極性去收看收費的容和模擬電視差不多，用戶就不會有積極性去收看收費的數(shù)字電視（關鍵是內容區(qū)別，增加業(yè)務種類）。數(shù)字電視（關鍵是內容區(qū)別，增加業(yè)務種類）。12數(shù)字電視的真正閃光點數(shù)字電視的真正閃光點n數(shù)字電視的圖象質

9、量和節(jié)目數(shù)量這兩個優(yōu)勢并不數(shù)字電視的圖象質量和節(jié)目數(shù)量這兩個優(yōu)勢并不足以吸引用戶足以吸引用戶.n數(shù)字電視的真正閃光點在于個性化服務和交互式數(shù)字電視的真正閃光點在于個性化服務和交互式互動節(jié)目，交互式、個性化是數(shù)字電視的發(fā)展方互動節(jié)目，交互式、個性化是數(shù)字電視的發(fā)展方向，網(wǎng)絡必定是朝雙向化發(fā)展，向，網(wǎng)絡必定是朝雙向化發(fā)展，n同時改造成雙向的網(wǎng)絡，同時還可以開展多功能同時改造成雙向的網(wǎng)絡，同時還可以開展多功能數(shù)據(jù)業(yè)務，使有線電視更具有競爭力和吸引力。數(shù)據(jù)業(yè)務，使有線電視更具有競爭力和吸引力。n建設優(yōu)質雙向建設優(yōu)質雙向HFC基礎網(wǎng)，以網(wǎng)絡化帶動數(shù)字化，基礎網(wǎng)，以網(wǎng)絡化帶動數(shù)字化，以多業(yè)務促進數(shù)字化，一

10、定能使有線電視順利實以多業(yè)務促進數(shù)字化，一定能使有線電視順利實現(xiàn)數(shù)字化過度，迅速完成其歷史轉變?，F(xiàn)數(shù)字化過度，迅速完成其歷史轉變。13業(yè)務多樣化業(yè)務多樣化14一、網(wǎng)絡結構一、網(wǎng)絡結構HFCInternet常規(guī)模擬電視數(shù)字電視CMTS本地服務器Router混合/分離PCTVPhoneCM寬帶數(shù)據(jù)網(wǎng)絡15HFC 有線電視網(wǎng)絡有線電視網(wǎng)絡大容量光纖骨干Internet同軸電纜分配網(wǎng)前端分前端光節(jié)點16HFC網(wǎng)絡網(wǎng)絡nHFC HFC ：Hybrid Fiber CoaxHybrid Fiber Coax 混合的光纖同軸電纜混合的光纖同軸電纜n在原有在原有CATVCATV基礎上進行雙向改造基礎上進行雙向

11、改造干線部分：光傳輸系統(tǒng)代替干線部分：光傳輸系統(tǒng)代替CATV中的同軸電纜中的同軸電纜用戶分配網(wǎng)：仍保留同軸電纜網(wǎng)絡結構，但放大用戶分配網(wǎng)：仍保留同軸電纜網(wǎng)絡結構，但放大 器改成雙向的器改成雙向的n可提供業(yè)務可提供業(yè)務保留原有保留原有CATV單向電視廣播業(yè)務單向電視廣播業(yè)務利用剩余頻帶提供寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務利用剩余頻帶提供寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務17雙向的雙向的HFC網(wǎng)絡結構網(wǎng)絡結構n光纖到服務區(qū)結構（光纖到服務區(qū)結構（FSA)n每個服務區(qū)物理上為一個獨立的子網(wǎng)，不同的服務每個服務區(qū)物理上為一個獨立的子網(wǎng)，不同的服務區(qū)可采用相同的頻譜，彼此不干擾區(qū)可采用相同的頻譜，彼此不干擾頭端頭端電話網(wǎng)電話網(wǎng)因特網(wǎng)因特網(wǎng) 雙向

12、雙向 放大器放大器 視頻視頻 信號信號光纖光纖同軸纜同軸纜服務區(qū)服務區(qū)光纖光纖干線網(wǎng)干線網(wǎng)光節(jié)點光節(jié)點50050020002000用戶用戶配線網(wǎng)配線網(wǎng)下引線下引線 18結構說明結構說明n頭端頭端信號的接收與處理中心信號的接收與處理中心接收來自各種信號源的電視信號（衛(wèi)星、本地）接收來自各種信號源的電視信號（衛(wèi)星、本地）接入到接入到PSTN、Internetn光纖干線網(wǎng)光纖干線網(wǎng)頭端到服務區(qū)光節(jié)點之間的部分（光纖）頭端到服務區(qū)光節(jié)點之間的部分（光纖）拓撲結構為星形拓撲結構為星形n配線網(wǎng)和下引線配線網(wǎng)和下引線完全同完全同CATV（放大器除外）（放大器除外）配線網(wǎng)的拓撲結構為樹形配線網(wǎng)的拓撲結構為樹形

13、19雙向雙向HFC的優(yōu)勢的優(yōu)勢n取消主干上的放大器，提高信號質量和可靠性。取消主干上的放大器，提高信號質量和可靠性。n在主干上采用光纖，提高了容量，為寬帶接入在主干上采用光纖，提高了容量，為寬帶接入奠定了基礎。奠定了基礎。n為雙向交互式通信提供了網(wǎng)絡條件。為雙向交互式通信提供了網(wǎng)絡條件。n通過通過Cable Modem可實現(xiàn)全業(yè)務通信（數(shù)、可實現(xiàn)全業(yè)務通信（數(shù)、話、圖）話、圖）20HFC網(wǎng)絡特點及面臨的問題網(wǎng)絡特點及面臨的問題n特點特點共享介質、點到多點結構共享介質、點到多點結構上行信道多干擾環(huán)境上行信道多干擾環(huán)境n面臨問題面臨問題上行信道的分配問題（需要上行信道的分配問題（需要MAC協(xié)議）協(xié)

14、議）上行信道多干擾（各種噪聲）上行信道多干擾（各種噪聲）安全性問題安全性問題可靠性問題（單點故障）可靠性問題（單點故障）供電問題（戶外設備供電）供電問題（戶外設備供電）21二、二、CMTS Cable Modem Termination Systemn1.局端系統(tǒng)局端系統(tǒng)CMTSn作為前端路由器作為前端路由器/交換集線器和交換集線器和CATV網(wǎng)絡之間的網(wǎng)絡之間的連接設備連接設備 ，CMTS一般在有線電視的前端或者在一般在有線電視的前端或者在管理中心的機房；管理中心的機房；n完成數(shù)據(jù)到射頻完成數(shù)據(jù)到射頻RF轉換，并與有線電視的視頻信轉換，并與有線電視的視頻信號混合，送入號混合，送入HFC網(wǎng)絡中。

15、網(wǎng)絡中。n除了與高速網(wǎng)絡連接外，也可以作為業(yè)務接入設除了與高速網(wǎng)絡連接外，也可以作為業(yè)務接入設備，通過備，通過Ethernet網(wǎng)口掛接本地服務器提供本地網(wǎng)口掛接本地服務器提供本地業(yè)務。業(yè)務。 22二、二、CMTS ：n在在方向，來自路由器的數(shù)據(jù)包在方向，來自路由器的數(shù)據(jù)包在CMTS中被中被封裝成封裝成MPEG2-TS幀的形式，經(jīng)過幀的形式，經(jīng)過64QAM調制后調制后與有線電視模擬信號混合輸出與有線電視模擬信號混合輸出RF信號到信號到HFC網(wǎng)絡，網(wǎng)絡，下載給各下載給各CM；n在在方向，方向，CMTS將接收到的經(jīng)將接收到的經(jīng)QPSK調制的調制的數(shù)據(jù)進行解調，轉換成以太網(wǎng)幀的形式傳送給路數(shù)據(jù)進行解調

16、，轉換成以太網(wǎng)幀的形式傳送給路由器。同時，由器。同時，CMTS負責處理不同的負責處理不同的MAC程序，程序，這些程序包括下行時隙信息的傳輸、測距管理以這些程序包括下行時隙信息的傳輸、測距管理以及給各及給各CM分配分配TDMA時隙。時隙。23三、三、 Cable Modem qqqnCable ModemCable Modem：電纜調制解調器（簡稱：電纜調制解調器（簡稱CMCM）n基于雙向基于雙向HFCHFC的寬帶接入技術的寬帶接入技術n頻分復用，實現(xiàn)頻分復用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務和傳統(tǒng)CATVCATV業(yè)務共存業(yè)務共存nCATVCATV：典型頻段：典型頻段：50550MHz50550MHz

17、nCMCM：典型頻段：典型頻段：542MHz542MHz，550750MHz550750MHzCMCM上、下行雙向通信上、下行雙向通信n542MHz542MHz（上行）（上行） 550750MHz550750MHz（下行）（下行）n非對稱速率方式非對稱速率方式下行下行 最高最高42Mbps42Mbps上行上行 最高最高10M bps(QPSK 10M bps(QPSK 最高最高1.5Mbps)1.5Mbps)n兩種標準兩種標準IEEE802.14IEEE802.14，基于，基于ATMATM傳輸傳輸DOCSICDOCSIC，基于，基于IPIP傳輸傳輸24n在上行方向，在上行方向，Cable Mo

18、dem從計算機接收從計算機接收數(shù)據(jù)包，把它們轉換成模擬信號，傳給網(wǎng)數(shù)據(jù)包，把它們轉換成模擬信號，傳給網(wǎng)絡前端設備。該設備負責分離出數(shù)據(jù)信號，絡前端設備。該設備負責分離出數(shù)據(jù)信號，把信號轉換為數(shù)據(jù)包，并傳給因特網(wǎng)服務把信號轉換為數(shù)據(jù)包，并傳給因特網(wǎng)服務器。同時該設備還可以剝離出語音（電話）器。同時該設備還可以剝離出語音（電話）信號并傳給交換機。信號并傳給交換機。25CM協(xié)議參考模型協(xié)議參考模型CMTS MACMACATMATMLLCLLC其他其他接收接收PMDPMD發(fā)送發(fā)送PMDPMDCM MACMACMACMAC層層PHYPHY層層下行下行上行上行CMTSCMTSCMCM TC TC子層子層接

19、收接收PMDPMD發(fā)送發(fā)送PMDPMDTCTC子層子層ATMATMLLCLLC其他其他n模型包括模型包括: 物理層和物理層和MAC層層n承載的高層數(shù)據(jù)主要為兩種承載的高層數(shù)據(jù)主要為兩種ATM信元（信元（802.14標準）標準）LLC PDU（ DOCSIC標準）標準）26CM物理層物理層功能功能n兩種標準的物理層都采用兩種標準的物理層都采用J.83標準標準n組成：組成：PMDPMD子層、子層、TCTC子層子層nPMDPMD子層：物理介質相關子層子層：物理介質相關子層分為上行分為上行PMDPMD（接收（接收PMD)PMD)和下行和下行PMDPMD（發(fā)送（發(fā)送PMD)PMD)提供物理接口、信號的調

20、制提供物理接口、信號的調制/ /解調、比特流同步等解調、比特流同步等nTCTC子層：傳輸會聚子層子層：傳輸會聚子層提供與提供與MACMAC的接口，對的接口，對MACMAC幀進行分片與重組幀進行分片與重組形成在信道上傳輸?shù)母袷叫纬稍谛诺郎蟼鬏數(shù)母袷絇DUPDU的定界的定界完成同步、測距和功率調整完成同步、測距和功率調整n同步：同步：定期接收頭端的廣播的參考時鐘，并調整本地時鐘定期接收頭端的廣播的參考時鐘，并調整本地時鐘n測距：測距：均衡時延（各均衡時延（各CMCM到到CMTSCMTS距離不等），避免時隙重疊距離不等），避免時隙重疊n功率調整：功率調整：為了使各為了使各CMCM到到CMTSCMTS

21、的電平基本相同的電平基本相同27四、系統(tǒng)參數(shù)四、系統(tǒng)參數(shù)標準參數(shù)DOCSIS V1.0Euro DOCSIS V1.1下行上行下行上行調制方式64/256QAMQPSK16QAM64/256QAMQPSK16QAM傳輸速率（Mbit/s）27/380.32/0.64/1.282.56/5.12/10.24*38/520.32/0.64/1.282.56/5.12/10.24*信道帶寬（MHz）60.2/0.4/0.81.6/3.280.2/0.4/0.81.6/3.2/6.4*頻率響應（奈奎斯特）濾波特性64QAM=18%256QAM=12%QPSK=25%64/256QAM=15%QPSK=

22、25%輸入電平（dBV）-1625dBmV*-1525dBmV4486*4373（64QAM）4777（256QAM）輸出電平（dBV）5061dBmV855dBmV（16QAM）858dBmV（QPSK）11012168115（16QAM）68118（QPSK）28HFC的頻譜劃分的頻譜劃分上行信道上行信道CATVCATV業(yè)務業(yè)務數(shù)字下行數(shù)字下行f ff1f1下行信道下行信道數(shù)字上行數(shù)字上行 f2f2 f3f3f4f4f5f5f6f6個人通信個人通信地區(qū)地區(qū) f1（MHz） f2（MHz） f3（MHz） f4（MHz） f5（MHz） f6（MHz）北美北美 5 42 88 550 860

23、 1000歐洲歐洲 5 65 110 550 862 1000中國中國 5 65 65 550 750 1000 日本日本 5 48 88 550 860 100029頻率規(guī)劃頻率規(guī)劃30CM技術物理層技術物理層調制技術調制技術n選擇何種調制技術主要從信道利用率和抗選擇何種調制技術主要從信道利用率和抗干擾性能考慮干擾性能考慮nCable Modem的調制方式為的調制方式為QAM和和QPSK上行：上行：QPSK、16QAM下行：下行：64QAM、256QAMnQAM的信道利用率比的信道利用率比QPSK高，但高，但QPSK的抗干擾性更好（的抗干擾性更好（Cable Modem的上行數(shù)的上行數(shù)字傳輸

24、速率采用字傳輸速率采用542 MHz的頻率范圍，的頻率范圍，此頻率范圍存在很多污染和噪聲）此頻率范圍存在很多污染和噪聲）31CM技術物理層技術物理層上行幀結構上行幀結構n上行幀結構為小時隙流上行幀結構為小時隙流n上行信道承載三種上行信道承載三種PDU（管理、請求、數(shù)據(jù)）（管理、請求、數(shù)據(jù)）帶寬請求帶寬請求PDU：Request PDU(miniPDU)，占，占1個個minislot數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)PDU：data PDU，一般占多個，一般占多個minislot管理信息管理信息PDU：manage PDU，占多個時隙，占多個時隙n不同的不同的PDUPDU在頭部由不同的類型表示在頭部由不同的類型表示Req

25、uest PDU去頭端去頭端Data PDUManage PDU占多個時隙占多個時隙占占1個時隙個時隙占多個時隙占多個時隙CM32CM物理層物理層上行信道劃分上行信道劃分n上行信道劃分：上行信道劃分：FDMA+TDMAFDMA+TDMAn每個小時隙是上行信道帶寬的基本單位每個小時隙是上行信道帶寬的基本單位nRequest PDU:Request PDU:用于用于CMCM請求上行帶寬，含請求上行帶寬，含CM IDCM ID，所需時隙數(shù)等，所需時隙數(shù)等nData PDUData PDU：ATMATM信元（信元（802.14 802.14 標準）或標準）或LLC PDULLC PDU（DOCSIS)

26、DOCSIS)nManage PDUManage PDU：用于測距、功率調整等：用于測距、功率調整等f.上行信道上行信道.PDUPDURequest PDU去頭端去頭端tminiSlotData PDUPDUManage PDU33CM的的MAC層層MAC協(xié)議環(huán)境協(xié)議環(huán)境n共享介質共享介質同一服務區(qū)的用戶共享帶寬同一服務區(qū)的用戶共享帶寬需要介質訪問控制（需要介質訪問控制（MAC）技術）技術n無法實現(xiàn)載波偵聽（無法實現(xiàn)載波偵聽（CSMA）收發(fā)信道完全分開收發(fā)信道完全分開很難實現(xiàn)分布式協(xié)調控制很難實現(xiàn)分布式協(xié)調控制nCMTS集中仲裁集中仲裁CMTS對多個對多個CM進行集中控制進行集中控制34CM的

27、的MAC層層功能功能nCM接入的合法性認證接入的合法性認證n上行信道競爭的沖突分解上行信道競爭的沖突分解nCM帶寬的請求、分配與管理帶寬的請求、分配與管理MAC層最核心技術層最核心技術35CM的的MAC層層運行機制運行機制n上行總帶寬由許多小時隙（上行總帶寬由許多小時隙（minslot）表示）表示minslot為一個最小帶寬單位為一個最小帶寬單位n上行帶寬預約請求，無競爭傳送數(shù)據(jù)上行帶寬預約請求，無競爭傳送數(shù)據(jù)n請求帶寬發(fā)生沖突時，進行沖突分解請求帶寬發(fā)生沖突時，進行沖突分解IEEE802.14 采用基于樹的分解算法和采用基于樹的分解算法和P堅持堅持DOCSIS采用二進制指數(shù)退避算法采用二進制

28、指數(shù)退避算法36CM的的MAC層層上行帶寬請求與分配上行帶寬請求與分配nCM與與CMTS交互實現(xiàn)交互實現(xiàn)nCM向向CMTS請求，由請求，由CMTS進行分配與管理進行分配與管理n專門請求捎帶請求相結合專門請求捎帶請求相結合CM有數(shù)據(jù)要發(fā)時有數(shù)據(jù)要發(fā)時nCM先向頭端先向頭端CMTS申請帶寬（小時隙數(shù)量）申請帶寬（小時隙數(shù)量）nCMTS給給CM指定上行發(fā)送小時隙指定上行發(fā)送小時隙nCM在指定上行時隙內發(fā)送在指定上行時隙內發(fā)送CM在發(fā)送數(shù)據(jù)時有新數(shù)據(jù)要發(fā)時在發(fā)送數(shù)據(jù)時有新數(shù)據(jù)要發(fā)時n直接在發(fā)送數(shù)據(jù)時捎帶對新數(shù)據(jù)發(fā)送帶寬的請求直接在發(fā)送數(shù)據(jù)時捎帶對新數(shù)據(jù)發(fā)送帶寬的請求37CM的的MAC層層上行帶寬請求與

29、分配上行帶寬請求與分配n帶寬請求與分配過程描述帶寬請求與分配過程描述待發(fā)數(shù)據(jù)的待發(fā)數(shù)據(jù)的CM，從下行信道獲取頭端對上行帶寬，從下行信道獲取頭端對上行帶寬分配的廣播信息分配的廣播信息(MAP PDU),從中選取一個空閑的從中選取一個空閑的minislot，CM通過上行信道在選取的通過上行信道在選取的minslot內發(fā)內發(fā)送一個送一個request 如果請求沖突，則按某種算法進行沖突分解，并再如果請求沖突，則按某種算法進行沖突分解，并再次請求次請求請求成功，會收到正確的請求成功，會收到正確的ACK，對，對CM的發(fā)送時刻的發(fā)送時刻及允許發(fā)送的及允許發(fā)送的minislot個數(shù)（可能與申請的個數(shù)相個數(shù)（

30、可能與申請的個數(shù)相同，也可不同）同，也可不同）CM根據(jù)分配信息，在指定的上行時隙內發(fā)送根據(jù)分配信息，在指定的上行時隙內發(fā)送data PDU （發(fā)送數(shù)據(jù)時是不會產(chǎn)生沖突的）（發(fā)送數(shù)據(jù)時是不會產(chǎn)生沖突的）38下行通道下行通道6 MHz 頻道 88 到 860 MHz64 QAM 5.056941 Msym/s (30.3 MB/s) 或256 QAM 5.360537 Msym/s (42.9 MB/s)Cable Modem Termination System (CMTS) 位于前端或分前端用戶端的Cable Modem100 BaseT 連接到Internet和服務器CMTSCM39下行通道

31、廣播式下行通道廣播式n下行數(shù)據(jù)廣播到連接到同一個下行數(shù)據(jù)廣播到連接到同一個CMTSCMTS下行端口上下行端口上的所有的所有Cable modemCable modem所以 Modems 接收同樣的 64 或256 QAM 信號CMTSCMCMCMCMCMCM40上行通道上行通道QPSK或 16 QAM TDMA 160 Ksym/sec 到 2560 Ksym/s320 Kb/s到 10.24 Mb/s CMTSCM100 BaseT 連接到Internet和服務器Cable Modem Termination System (CMTS) 位于前端或分前端位于用戶端的Cable Modem41

32、回傳通道突發(fā)回傳通道突發(fā)TDMAnCMTS CMTS 上行通道時隙映射表控制上行通道時隙映射表控制Cable Cable modemmodem使用上行通道使用上行通道timeCMTS4243四、四、HFCC網(wǎng)絡對網(wǎng)絡對CablCable Mo Modem m的要求的要求n一、上行下行線纜頻譜一、上行下行線纜頻譜 根據(jù)頻分復用（根據(jù)頻分復用（FDMFDM）方案，在上行方向，）方案，在上行方向，Cable ModemCable Modem的的上行數(shù)字傳輸速率采用上行數(shù)字傳輸速率采用5 542 MHz42 MHz的頻率范圍，由于此頻率的頻率范圍，由于此頻率范圍存在很多污染和噪聲，而移相鍵控（范圍存在

33、很多污染和噪聲，而移相鍵控（QPSKQPSK）調制技術）調制技術盡管發(fā)送數(shù)據(jù)的頻帶利用率較低，但在抗噪方面性能比較盡管發(fā)送數(shù)據(jù)的頻帶利用率較低，但在抗噪方面性能比較強，所以利用強，所以利用QPSKQPSK調制技術對數(shù)據(jù)進行調制，并將發(fā)送數(shù)調制技術對數(shù)據(jù)進行調制，并將發(fā)送數(shù)據(jù)放入據(jù)放入5 542MHz42MHz頻帶的一個頻帶的一個6MHz6MHz頻道內。頻道內。n二、數(shù)字線纜網(wǎng)絡二、數(shù)字線纜網(wǎng)絡 雖然雖然HFCHFC網(wǎng)絡在網(wǎng)絡的光纖和同軸部分以模擬格式傳輸視網(wǎng)絡在網(wǎng)絡的光纖和同軸部分以模擬格式傳輸視頻信號，但是只要調制后的信號符合電纜系統(tǒng)傳輸?shù)膸掝l信號，但是只要調制后的信號符合電纜系統(tǒng)傳輸?shù)膸?/p>

34、寬和功率限制要求，并將模擬放大器變?yōu)閿?shù)字中繼器，目前和功率限制要求，并將模擬放大器變?yōu)閿?shù)字中繼器，目前的電纜網(wǎng)絡就可以不加修改的傳送數(shù)字信號，在的電纜網(wǎng)絡就可以不加修改的傳送數(shù)字信號，在6 MHz6 MHz頻帶頻帶內與模擬電視信號共存。內與模擬電視信號共存。44n在在HFC網(wǎng)絡中，分配給網(wǎng)絡中，分配給Cable Modem的頻帶位于十分不的頻帶位于十分不利的噪聲環(huán)境中利的噪聲環(huán)境中n一般說來，網(wǎng)絡噪聲問題來源于三個區(qū)域：用戶家里（占一般說來，網(wǎng)絡噪聲問題來源于三個區(qū)域：用戶家里（占70）、用戶下引線（占）、用戶下引線（占25）、硬同軸設備（占）、硬同軸設備（占5）HFC網(wǎng)絡中的噪聲網(wǎng)絡中的噪聲

35、45上行方向的噪聲特性上行方向的噪聲特性n侵入噪聲（侵入噪聲（Ingress Noise）：外部窄帶射頻信號進入或泄漏到電纜分）：外部窄帶射頻信號進入或泄漏到電纜分配系統(tǒng)中的結果，是不希望產(chǎn)生的窄帶噪聲配系統(tǒng)中的結果，是不希望產(chǎn)生的窄帶噪聲n交流聲調制（交流聲調制（Hum Modulation）：）：50 Hz交流電源經(jīng)過供電設備耦合交流電源經(jīng)過供電設備耦合到信號的包絡中，產(chǎn)生的幅度調制到信號的包絡中，產(chǎn)生的幅度調制n沖擊噪聲：主要是由沖擊噪聲：主要是由50Hz的高壓線和其他電器及大量靜電放電引起的，的高壓線和其他電器及大量靜電放電引起的，例如閃電雷擊、交流電機啟動等，松動的連接器也會產(chǎn)生沖擊

36、噪聲。例如閃電雷擊、交流電機啟動等，松動的連接器也會產(chǎn)生沖擊噪聲。n突發(fā)噪聲：突發(fā)噪聲和沖擊噪聲相似，只是持續(xù)時間更長突發(fā)噪聲：突發(fā)噪聲和沖擊噪聲相似，只是持續(xù)時間更長n微反射（微反射（Micro-reflections）：發(fā)生在傳輸介質的不連續(xù)處，導致部）：發(fā)生在傳輸介質的不連續(xù)處，導致部分信號能量被反射分信號能量被反射n共路失真（共路失真（Common Path Distortion）：是由電纜設施中的無源器件）：是由電纜設施中的無源器件和受腐蝕連接器的非線性造成的和受腐蝕連接器的非線性造成的n熱噪聲：也稱白噪聲，是由熱噪聲：也稱白噪聲，是由75終端阻抗的隨機熱噪聲（電纜和其他網(wǎng)終端阻抗的

37、隨機熱噪聲（電纜和其他網(wǎng)絡設備內的電子運動）產(chǎn)生的絡設備內的電子運動）產(chǎn)生的46下行方向的噪聲特性下行方向的噪聲特性n光纜噪聲：由于光纖內信號的調制頻率很高引起的光纜噪聲：由于光纖內信號的調制頻率很高引起的群遲延，以及高斯白噪聲迭加到電源中，都將影響群遲延，以及高斯白噪聲迭加到電源中，都將影響數(shù)字信號。數(shù)字信號。n設備的頻率響應噪聲：包括傾斜和波紋兩種頻率響設備的頻率響應噪聲：包括傾斜和波紋兩種頻率響應噪聲。應噪聲。n調幅調頻交流聲調制：調幅調頻交流聲調制是因調幅調頻交流聲調制：調幅調頻交流聲調制是因交流電通過供電設備耦合到信號包絡或因頻偏而產(chǎn)交流電通過供電設備耦合到信號包絡或因頻偏而產(chǎn)生的幅

38、度生的幅度/頻率調制。頻率調制。n熱噪聲和互調：熱噪聲以高斯白噪聲作為它的模型，熱噪聲和互調：熱噪聲以高斯白噪聲作為它的模型，但其功率由相對于設備輸出的功率來確定。但其功率由相對于設備輸出的功率來確定。n突發(fā)噪聲：當所有下行通路信號的合成信號超過了突發(fā)噪聲：當所有下行通路信號的合成信號超過了激光器的信號容限時，就會發(fā)生激光限幅，進而產(chǎn)激光器的信號容限時，就會發(fā)生激光限幅，進而產(chǎn)生突發(fā)噪聲。生突發(fā)噪聲。n信道沖浪：主要來源靠近接收器，其頻率響應會有信道沖浪：主要來源靠近接收器，其頻率響應會有大而緩慢變化的波紋出現(xiàn)和消失。大而緩慢變化的波紋出現(xiàn)和消失。4748抑制噪聲的方法抑制噪聲的方法n在反方向

39、合理地調整放大器在反方向合理地調整放大器n安裝或更新時，確保系統(tǒng)在機械和電氣方面都密封良好，以免產(chǎn)生侵安裝或更新時，確保系統(tǒng)在機械和電氣方面都密封良好，以免產(chǎn)生侵入或脈沖噪聲。入或脈沖噪聲。n所有供電設備和電纜設備都必須保證良好的接地。所有供電設備和電纜設備都必須保證良好的接地。n由于侵入噪聲幾乎由于侵入噪聲幾乎70都來源于下引線和用戶家中。解決的有效方法都來源于下引線和用戶家中。解決的有效方法是對住宅同軸線路進行適時升級，添加優(yōu)質的連接器并使接地良好。是對住宅同軸線路進行適時升級，添加優(yōu)質的連接器并使接地良好。n通過減小通路帶寬的方法，來減小群遲延失真并允許使用頻帶利用率通過減小通路帶寬的方

40、法，來減小群遲延失真并允許使用頻帶利用率更高的調制方法，以便增強系統(tǒng)的健壯性。更高的調制方法，以便增強系統(tǒng)的健壯性。n在多頻載波中，使用頻率靈活的在多頻載波中，使用頻率靈活的Cable Modem來減?。ɑ虮荛_）噪聲來減?。ɑ虮荛_）噪聲損害。用這種方法選擇那些在返回路徑上噪聲最小的載波頻率。損害。用這種方法選擇那些在返回路徑上噪聲最小的載波頻率。49五、五、Cable Modem的工作配置的工作配置nCable Modem和和CMTS的配置是分別進行的的配置是分別進行的nCable Modem一般不需要人工配置和操作，它有用于配置的一般不需要人工配置和操作，它有用于配置的Consol接口，可通

41、過接口，可通過VT終端或終端或Win9x的超級終端程序進行設置的超級終端程序進行設置nCMTS的配置內容主要有下行頻率、下行調制方式及下行電平等的配置內容主要有下行頻率、下行調制方式及下行電平等n通道管理：上述設置完成后，如果中間的線路無故障，信號電平的衰通道管理：上述設置完成后，如果中間的線路無故障，信號電平的衰減符合要求，則啟動減符合要求，則啟動DHCP和和TFTP服務器，就可以在服務器，就可以在CMTS和和Cable Modem間建立正常的通信通道間建立正常的通信通道n多臺多臺CMTS設備組成的網(wǎng)絡結構：當用戶數(shù)較多或傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大設備組成的網(wǎng)絡結構：當用戶數(shù)較多或傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大時，

42、必須考慮使用多個下行通道，可將多臺時，必須考慮使用多個下行通道，可將多臺CMTS設備連成網(wǎng)絡設備連成網(wǎng)絡50Cable Modem工作原理工作原理每個每個CM都有一個都有一個ID（48位，制造商定）。位，制造商定）。CM的接收器能調諧到所有的接收器能調諧到所有m個下行信道的任何一個個下行信道的任何一個接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)CM能在所有能在所有1n個上行信道中的任何一個發(fā)送數(shù)據(jù)個上行信道中的任何一個發(fā)送數(shù)據(jù)頭端頭端CMTSCMTSm m信道信道n n信道信道下行下行上行上行1 11 1Cable Cable ModemModem1 1Cable Cable ModemModem2 2Cable Cab

43、le ModemModemx x上行上行51Cable Modem工作過程簡單描述工作過程簡單描述n加電初始化加電初始化與頭端與頭端CMTS同步同步nCM掃描所有下行頻道，尋找有效控制信息（廣播信息）掃描所有下行頻道，尋找有效控制信息（廣播信息）n一般一般CM首選對上次使用過的頻道進行搜索（內存保存）首選對上次使用過的頻道進行搜索（內存保存）獲取上行信道參數(shù)并請求注冊獲取上行信道參數(shù)并請求注冊nCM收到頭端發(fā)來的上行信道傳輸參數(shù)收到頭端發(fā)來的上行信道傳輸參數(shù)nCM根據(jù)參數(shù)中指點的上行通路向頭端發(fā)送注冊請求消息根據(jù)參數(shù)中指點的上行通路向頭端發(fā)送注冊請求消息注冊認可，開始認證、密鑰交換、測距、初始

44、化注冊認可，開始認證、密鑰交換、測距、初始化n預約帶寬傳送數(shù)據(jù)預約帶寬傳送數(shù)據(jù)CM向向CMTS申請帶寬，由申請帶寬，由CMTS分配分配CM在分配的帶寬里上傳數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與網(wǎng)絡的交互在分配的帶寬里上傳數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與網(wǎng)絡的交互 只要不斷電，只要不斷電，CM就一直處于在線狀態(tài)就一直處于在線狀態(tài)52nTuning: Tuning: 鎖定下行頻點鎖定下行頻點, ,獲取上行數(shù)據(jù)獲取上行數(shù)據(jù)nRanging: Ranging: 測距測距nDHCP: DHCP: 獲取獲取IPIP地址地址nTFTP: TFTP: 獲取配置文件獲取配置文件nRegistration: Registration: 注冊注冊nBPI:

45、BPI: 如果打開如果打開BPIBPI還需建立安全連接還需建立安全連接CMCM上線流程上線流程53TuningTuningnCM每隔每隔6MHz頻帶間隔連續(xù)搜索下行信道，鎖定頻帶間隔連續(xù)搜索下行信道，鎖定QAM數(shù)數(shù)據(jù)流，并設置了一個存儲器用于存放上次的操作參數(shù)。據(jù)流，并設置了一個存儲器用于存放上次的操作參數(shù)。CM將首先嘗試重新獲得存儲的那個下行通道，如果嘗試將首先嘗試重新獲得存儲的那個下行通道，如果嘗試失敗，失敗，CM將連續(xù)地對下行信道進行掃描，直到發(fā)現(xiàn)一個將連續(xù)地對下行信道進行掃描，直到發(fā)現(xiàn)一個有效的下行信號。有效的下行信號。CM與下行信號同步的標準為：與與下行信號同步的標準為：與QAM碼元

46、定時同步、與碼元定時同步、與FEC幀同步，與幀同步，與MPEG分組同步并能識分組同步并能識別下行別下行MAC的的SYNC報文。報文。n建立同步之后，建立同步之后， CM必須等待一個從必須等待一個從CMTS周期性地發(fā)送周期性地發(fā)送出來的上行信道描述符（出來的上行信道描述符（UCD），以獲得上行信道的傳輸），以獲得上行信道的傳輸參數(shù)。參數(shù)。54SYNCnCMTSCMTS周期性地發(fā)出周期性地發(fā)出nSYNCSYNC消息包含時間信息消息包含時間信息nCMCM將同步其自身的時間參考時鐘，以便它的上行傳輸落在將同步其自身的時間參考時鐘，以便它的上行傳輸落在正確的時隙（正確的時隙（mini-slotsmini

47、-slots）中）中SYNC MsgHFC55獲取上行參數(shù)獲取上行參數(shù)n獲得上行信道的傳輸參數(shù)：建立同步之后，獲得上行信道的傳輸參數(shù)：建立同步之后，CM必須等待必須等待一個從一個從CMTS發(fā)送出來的上行信道掃描符（發(fā)送出來的上行信道掃描符（UCD），以獲），以獲得上行信道的傳輸參數(shù)。得上行信道的傳輸參數(shù)。CMTS周期性地傳輸周期性地傳輸UCD給所有給所有的的CM，CM必須從其中的信道描述參數(shù)中確定它是否可能必須從其中的信道描述參數(shù)中確定它是否可能使用該上行信道。若該信道不適合，那么使用該上行信道。若該信道不適合，那么CM必須等待，必須等待，直到有一個信道描述符指定的信道適合于它。在找到一個直到

48、有一個信道描述符指定的信道適合于它。在找到一個上行信道后，上行信道后，CM必須從必須從UCD中取出參數(shù)，然后等待下一中取出參數(shù)，然后等待下一個個SYNC報文，并從該報文中取出上行小時隙的時間標記報文，并從該報文中取出上行小時隙的時間標記（time stamp），隨后它可以按照），隨后它可以按照MAC操作和帶寬分配操作和帶寬分配機制在上行信道中傳輸信息。機制在上行信道中傳輸信息。UCD MsgHFC56n校準：CM在獲得上行信道的傳輸參數(shù)后，就可以與CMTS進行通信。CMTS會在MAP中給該CM分配一個初始維護的傳輸機會，用于調整CM傳輸信號的電平、頻率等參數(shù)。另外，CMTS還會周期性地給各個C

49、M發(fā)周期維護報文，用于對CM進行周期性的校準。 57UCDUCDnCMTSCMTS周期性地發(fā)出周期性地發(fā)出n每個個上行通道都有每個個上行通道都有UCDUCDnUCDUCD定義上行通道的特性：定義上行通道的特性：n中心頻率中心頻率n頻道帶寬頻道帶寬n時隙（時隙（mini-slotmini-slot）大?。┐笮上行通道上行通道IDIDn下行通道下行通道IDIDnBurstBurst描述描述(Initial maintenance(Initial maintenance維護參數(shù)，維護參數(shù)，RequestRequest，Request/dataRequest/data， Periodic maint

50、enancePeriodic maintenance，Short dataShort data，Long data)Long data)58n測距的作用測距的作用n電平電平n時間偏差時間偏差n頻點偏差頻點偏差n測距流程測距流程nCMCM發(fā)送初始測距請求發(fā)送初始測距請求(RNG-REQ),CMTS(RNG-REQ),CMTS根據(jù)接收到的電根據(jù)接收到的電平，時間偏差，頻點偏差等給平，時間偏差，頻點偏差等給CMCM回復測距消息回復測距消息(RNG-(RNG-RSP),RNG-RSPRSP),RNG-RSP告訴告訴CMTSCMTS需要調整的時間頻點電平等值需要調整的時間頻點電平等值, ,并要求并要求C

51、MCM繼續(xù)測距繼續(xù)測距. .n一旦一旦CMTSCMTS發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)CMCM的參數(shù)都符合要求，的參數(shù)都符合要求，CMTSCMTS會在會在RNG-RSPRNG-RSP中告訴中告訴CMCM測距成功測距成功RangingRangingMAP MsgRNG-REQHFC59MAPMAPnMAPMAP描述的是上行信道的帶寬使用情況。描述的是上行信道的帶寬使用情況。nMAPMAP周期性的周期性的CMTSCMTS發(fā)出，每個上行都有相應的發(fā)出，每個上行都有相應的MAPMAP消息消息nMAPMAP消息把上行劃分成很多時隙（消息把上行劃分成很多時隙（minislotminislot），然），然后規(guī)定每段時隙歸誰使用后規(guī)

52、定每段時隙歸誰使用n每個每個CMCM都檢查都檢查MAPMAP包尋找可用的時隙包尋找可用的時隙60DHCPnDHCP DHCP 作用：作用：n獲取獲取IPIP地址地址n獲取網(wǎng)關地址獲取網(wǎng)關地址n配置文件服務器和文件名字配置文件服務器和文件名字n時間服務器和時偏時間服務器和時偏DHCP-RSPHFCLAN/WANDHCP-REQ61CMTS CMTS 在在DHCPDHCP過程中的作用過程中的作用nDHCPDHCP過程過程: 4: 4個報文的交互個報文的交互nCM CM 廣播廣播DHCP DISCOVER (DHCP DISCOVER (問那里可以分配一個地址問那里可以分配一個地址) )nDHCP

53、Service DHCP Service 響應響應DHCP OFFER(DHCP OFFER(我這里有地址可分給你我這里有地址可分給你) )nCMCM單播單播DHCP REQUESTDHCP REQUESTnDHCP Service DHCP Service 響應響應DHCP REPLY(DHCP REPLY(包含分配的地址，配置包含分配的地址，配置文件服務器的地址和配置文件名文件服務器的地址和配置文件名) )nCMTS CMTS 作為一個作為一個DHCP Relay agentDHCP Relay agentn將將CMCM的的DHCP DISCOVER DHCP DISCOVER 轉發(fā)轉發(fā)D

54、HCP Service (DHCP Service (單播單播) )n將將DHCP Service DHCP Service 的的OFFEROFFER轉發(fā)轉發(fā)CMCM62獲取配置文件獲取配置文件n在在modemmodem獲得獲得IPIP地址之后，它必須要獲得一些基本的地址之后，它必須要獲得一些基本的n 配置信息配置信息n配置文件名字和位置配置文件名字和位置n 服務器地址在服務器地址在DHCPDHCP的的option 66option 66指定指定n 啟動文件名字在啟動文件名字在DHCPDHCP的的option 67option 67中指定中指定n用用TFTP TFTP 協(xié)議來獲取協(xié)議來獲取n消息交互消息交互nCMCM向向dhcpdhcp中獲得配置文件服務器中獲得配置文件服務器 發(fā)送發(fā)送T Tn文件服務器回復文件服務器回復T Tncm cm 發(fā)送發(fā)送T T確認收到確認收到DHCP-RSPHFCLAN/WANDHCP-