（通信与信息系统专业论文）通过缆桥接入技术实现三网融合的研究.pdf

摘要 随着信息技术的发展，人们对以固话网、电视广播网、i n t e r a c t 互联网为代 表的电信服务有了越来越高的需要，这促进了三网合一和下一代网络的快速发 展。作为重要组成部分，研究新兴起的缆桥接入技术，可以为下一代网络以及家 庭网络的建设做好充分的准备。缆桥接入技术的优点是布网简单、成本低廉，可 以提供满足下一代网络的功能及性能主要研究内容包括接入网拓扑结构、缆桥 物理特性等的研究并完成各个网络接口的驱动以及网络服务；远程网页控制系 统；以、b 口为代表的三网合一的应用也会成为课题的重要研究内容和实现的目 标。 本文首先介绍了三网合一、缆桥接入网的发展情况以及拓扑结构中的地位， 进而对缆桥设备的实现原理、设计方案进行了讨论研究，并且在实践基础上提出 切实可行的软、硬件方案，对研发完成的接入设备置于下一代网络试验床中进行 各项功能、性能测试数据进行了汇总、分析。在以上工作基础上，对缆桥接入和 三网融合提出了可能的改进以及结论。 关键词：三网合一、下一代网络、缆桥技术、网页控制系统、网络电话 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi tt e c h n o l o g y 。p e o p l en e e db e t t e rp e r f o r m a n c e o ff i x e dt e l e p h o n en e t w o r k ，t vb r o a d c a s t i n gn e t w o r k ，i n t e r n e t ，w h i c h a c c e l e r a t e st h ep r o g r e s so ft h ea m a l g a m a t i o no ft h r e en e t w o r k s & n g n a sa ni m p o r t a n ta n da d v a n c e dt e c h n o l o g y ，t h er e s e a r c hi nc a b l e b r i d g ec a n p r e p a r ef o rt h ec o n s t r u c t i o no fn g na n dh o m e n e t w o r ks u f f i c i e n t l y i t s s t r o n g p o i n ti sl o wc o s t ，e a s yd e p l o y m e n ta n ds a t i s f yt h er e q u e s to fn g n i nf u n c t i o na n dp e r f o r m a n c e t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n ti n c l u d e st h e t o p o l o g ys t r u c t u r eo fa c c e s sn e t w o r k ，c a b l e b r i d g ep h y s i c a ls p e c i a l i t y ， t h ed r i v e rp r o g r a mo fn e t w o r ki n t e r f a c ea n dn e t w o r ks e r v i c e s ，w e b l o n g - d i s t a n c ec o n t r o ls y s t e no nt h eo t h e rs i d e ，t h ea p p l i c a t i o no fn g n s u c ha sv o i p 霄i 1 1p l a y 帅i m p o r t a n tr o l ei nt h er e s e a r c h a tf i r s t ，t h ep a p e rw i l li n t r o d u c et h ed e v e l o p m e n to fc a b l e b r i d g e ， t h ec o m b i n a t i o no ft h r e en e t w o r k s i t st o p o l o g ys t r u c t u r e ，a n dm o r e ， d i s c u s st h et h e o r ya n dd e s i g n m e n to fc a b l e b r i d g ee q u i p m e n t p o tf o r w a r d i t sh a r d w a r e s o f t w a r ep r o j e c to nt h eb a s i so fw o r kb e h i n d a tl a s t ，w ec o l l e c t a n da n a l y z et h et e s t i n gd a t a o fc 8 b l e b r i d g e e q u i p m e n ti nt h e n g ne n v i r o n m e n t b a s e do nt h ef o r w a r dw o r k s ，w ep o tf o r w a r d t h ep o s s i b i l i t yo fm o d i f i c a t i o na n dc o n c l u s i o n k e yw o r d s ：c o m b i n a t i o no f t h r e en e t w o r k ，n g n ，c a b l e b d d g et c c l m o l o g y ， 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究 成果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经 发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确说明并表示谢意 作者签名： 奎左日期：丝! z ：6 ： 学位论文使用授权声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版有权 将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅有 权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索有权将学位论文的标题和摘要 学位论文作者签名：霉鹿 导师签名：夕赛碱 m 第一章绪论 第一章绪论 1 1 三网融合的基本概念 三网融合是一种相对笼统的说法，并不意味着电信网、计算机网和有线电视 网三大网络的物理合一，而主要是指高层业务应用的融合。其表现为技术上趋向 一致，网络层上可以实现互联互通，形成无缝覆盖，业务层上互相渗透和交叉， 应用层上趋向使用统一的坤协议，在经营上互相竞争、互相合作，朝着向人类 提供多样化、多媒体化、个性化服务的同一目标逐渐交汇在一起，行业管制和政 策方面也逐渐趋向统一三大网络通过技术改造，能够提供包括语音、数据、图 像等综合多媒体的通信业务这就是所谓的三网融合。 1 2 三网融合的发展历程和趋势 传统上，不同的业务信号需要不同的网络结构来支持，而不同的网络结构也 往往适于传送相应的业务信号。但是，如今因特网业务量的增长己构成数据业务 的主要增长因素，今后，电信网的业务将主要由数据构成。在这种形势下，廿 协议已经成为电信网的绝对主导通信协议。网络逐渐向着对口业务最佳的m 网 的方向演进和融合将是历史的必然 三网融合的发展历程，从国外情况看，美国1 9 9 6 年新电信法在法律上解除了 对三网融合的禁令，英国对英国电信开放电视的禁令也指日可待了，世界性的管 制放开速度正在加速。中国改革开放以来，设备市场已完全放开，业务市场也已 基本放开，但出于非技术因素的慎重考虑，对基本电信业务和基本广电业务的交 叉暂时还未放开，但相信随着改革开放的深入，这道历史鸿沟也将逐渐消失。总 之，市场需求、市场竞争和管制政策的放开已成为三网融合的外部推动力，电信 与信息业将进入全面竞争时代，三网融合的大势已不可阻挡。 从过去的历史看，技术进步一向是三网融合的基本推动力，主要体现在： 1 数字技术的迅速发展和全面采用，把话音、数据和图像信号编码成“1 ”、“符 号进行传输，成为电信、计算机网和有线电视的共同语言。任何一种网络的数据 都可以通过不同的网络来传输、交换、选路处理和提供。 2 大容量光纤通信技术的发展，为传送各种业务提供了必要的带宽和传输质量， 在很大程度上减少了网络容量这一制约因素。具有巨大可持续发展容量的光纤传 输网是三网各类业务的理想传送平台。光通信的发展也使传输成本大幅度下降， 使通信成本最终成为与传输距离几乎无关的事。因而从传输平台上也已经具备了 融合的技术条件。 3 软件技术的发展，使得三大网络及其终端都能通过软件变更，最终支持各种用 户所需的特性、功能和业务。今天的软件技术已经具备三网业务和应用融合的实 第一章绪论 现手段。 4 i p 协议的普遍采用，使得各种以口为基础的业务都能在不同的网上实现互通， 具体下层基础网络是什么已无关紧要。m 协议不仅已经成为占主导地位的通信 协议，而且人们首次有了统一的、为三大网都能接受的通信协议，从而在技术上 为三网融合奠定了最坚实的联网基础。 我们国家也提出了未来的目标，在国家“十五”计划纲中明确提出“要按照应 用主导、面向市场、网络共建、资源共享、技术创新、竞争开放的发展思路”，“促 进电信、电视、计算机三网融合”，“努力实现我国信息产业的跨越式发展，加速 推进信息化” 现行结构的公用电信网和有线电视网分别与计算机网结合，积极推进现有网 络向具有综合业务功能的宽带高速的下一代网络演进，将是发展趋势，技术进步 和产业管制政策的放松以及电信业务多元化竞争下的管理创新正在使三网融合 的这一发展大趋势加快。 1 3 三网合一接入网的关键技术和研究背景 p o n + 高速电缆接入方式是一种光纤+ 电缆的双向改造方式该方式利用 p o n 技术实现f t t n 或f i t b ，将交互数据通道延伸到用户分配网络处，之后通 过调制或非调制技术实现双向数据信号和有线电视广播信号的混合共缆传输，并 在用户侧将信号分离后传给相应的终端设备，从而实现有线电视网的双向改造2 2 l 在家庭接入技术方面，由于用户分配网络的同轴电缆具备高带宽( 0 i g h z ， 并可扩展至2 4 g h z 以上) 、广覆盖( 家家户户都有有线电视同轴电缆入户) 、抗 干扰( 采用四屏蔽电缆性能更佳) 等多种优势，可作为用户宽带接入的首选传输 介质埔 3 1 9 而如何利用同轴电缆入户，则可根据实际情况，采用各具特色的技 术：包括缆桥缆桥技术、b i o c 易线宽技术、h o m e p n a 3 技术、无源e o c 技术 等。 其中最关键的就是信号调制技术，具体是指在入户的同轴电缆网络上，采用 射频调制技术，将以太网信号调制到射频频段，通过同轴电缆传输，在用户家中 再采用对应的解调技术，还原出以太网信号，网络结构见图1 - 1 。 2 第一章绪论 用户一用户= 圈1 - 1 ：调制方式原理示意图 d a t a u t p - 5 i 用户三 此类技术的突出优势在于支持串行分支型的楼道网络拓扑结构，网络改造成 本低；劣势在于网络侧、终端设备成本较高，运行维护复杂。 在整个缆桥设备的软硬件设计过程又涉及到其他一些关键技术，包括： u c l n u x 操作系统、l n e x 脚本、q 画网页技术、l n u x 下的驱动编写( 特别是p d 总线m i n i p c i 卡的驱动编写、以太网接口驱动的编写) 1 4 本文的主要研究工作和章节安排 本文主要的研究工作包括；首先，进行资料搜集和可行性调研，为系统设计 合适的架构，制定需要提供的网络功能和性能要求，确定其在网络中的位置。接 下来，进行硬件设计和制作，如p e t , 板和p c i 卡等；最主要的还是进行软件的开 发，首先按照处理器属性修改r e d b o o t 后，将其作为b o o t l o a d e r ，然后对操作系 统进行剪裁、移植，开发各驱动程序，完成这些低层开发后，就可以对照网络功 能要求，启动相应的各网络服务程序，形成初步的网络功能形态，再用q 匹程序 编写远程w e b 页控制网络设备程序以及完成远程自动配置功能，就完成了基本 的软件功能最后，进行独立测试功能和性能，以及依托3 t n c t 网络环境进行实 测，找出存在的问题，进行分析，尝试解决，或提出可行的改进方案，以备今后 进一步优化系统 本文后续章节安排如下： 第二章讨论缆桥系统的实现原理和具体设计； 第三章阐述了系统的硬件实现； 第四章阐述了系统的软件实现； 第五章对设备进行测试，并对结果进行计分析，提出改进； 第六章结论 第二章缆桥系统的系统原理和设计概述 第二章缆桥系统原理和设计概述 2 1 缆桥技术原理概述 缆桥技术是一种基于同轴电缆的射频调制技术。该技术完全利用现有有线电 视网同轴电缆的网络布线，通过增加c a b l e b r i d g es w i t c h 和c a b l e b r i d g em o d e m 等相关设备，实现高速和高质量多业务接入，可承载包括i p t v 、v o d 、b 口、 高速上网等宽带业务应用埔n 1 使用频段 我国有线电视标准规定，同轴电缆8 6 0 m h z 以下的频带用于广播电视信号 传输。因此，缆桥使用8 6 0 m h z 以上( 主要是1 0 g h z 一1 5 g h z ) 的空余频段进行 以口为主的数据信号传输。缆桥采用1 6 m h z 频带作为一个数据传输信道。 2 缆桥协议构架 整个缆桥协议主要负责t c p i p 协议栈中底下两层的架构，核心网络仍然采 用8 0 2 3 协议规定的以太网协议，因此在物理层以及数据链路层之上还有一个以 太网收敛层，为上层协议提供于普通以太网协议一致的底层接口，屏蔽底层协议 之间两者的差异，其协议构架如下图所示： 以太网协议( 8 0 2 3 ) 收敛层 缆桥协议m a c 层 缆桥协议物理层 图2 - 1 缆桥协议构架图 3 物理层 缆桥物理层主要由射频子系统和基带d s p 数字信号处理子系统组成，如下 图所示： 图2 2 缆桥物理层示意图 4 第二章缆桥系统的系统原理和设计概述 ( 一谢频予系统 射频子系统无论在发送端还是接收端都采用直接积分转换。在接收通道上， 低噪声放大器与多个可变增益控制器耦合，做到了高线性宽带接收，可变增益控 制器可以进行时间，频率追踪。在发送通道上，当需要回送信号时，可变功率放 大器采用快速算法利用追踪到的信息迅速调整r f 子系统到一个合适的增益值， 保证系统的拥有较宽的频率动态范围。当处于最大系统增益时，总体系统噪声参 数大约1 0 d b 本地振荡器来自一个单晶体可编程锁相环p l l ，提供了从8 5 0 m h z 到1 6 g h z 的载波频率范围t r 开关可以在m s 范围内切换，从而改变传输发 送状态。 ( 二) 基带数字信号处理子系统 考虑到缆桥环境的多变性、分支器的衰减和元器件阻抗不匹配，需要对信道 进行估计补偿和信号频率增强，因此基带数字处理系统是很必要的，这可以减轻 网络中变化着的载波环境，并且在高阶q a m 调制时，在解调中能得到较高的还 原正确性。 子系统首先采用了基于r e e d - s o l o m o n 码的前向纠错技术( f e c ) 柚嘲，用 于提高数据传输的可信度，它利用在数据的尾部传输冗余信息的方法，当传输中 出现错误，接收器能够检测处错误比特位，修正数据r s 码可以保证好于l e 6 数据包差错率，且非常灵活，传输的数据包尺寸可变埔晒姗。 为避免多径引发码间干扰，同时考虑到信道利用率，缆桥选择多载波正交频 分复用技术o f d m 来对传输数据进行调制赚晒1 。其主要思想是：将信道分成若 干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信 道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少 子信道之间的相互干扰i c i 每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽， 因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于 每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。 同时在o f d m 的每个子载波上采用o a m 的调制方法埔拍拥，以达到大 码率传送的目的，每个子载波可以根据电缆的信噪比、噪声、衰减等情况自适应 地使用8 种q a m 调制中的一种，包括b p s k ，q p s k ，8 - q a m ，1 6 - q a m ，3 2 - q a m ， 6 4 - q a m ，1 2 8 - q a m ，2 5 a m 。选择q a m 调制是基于o f d m 子载波的信噪 比每个o f d m 予载波大约1 9 2 k h z 宽，在有线电视同轴网络中，这使得适应不 同分散信道状况成为可能。通过o f d m 子载波选择每个子载波上从1 比特到8 比特不同的信息量，信道的调制率是可变的 4 数据链路层技术 缆桥的数据链路层采用以下架构：网络采用中心结点控制的星型拓扑结构2 5 第二章缆桥系统的系统原理和设计概述 t 2 4 1 数据传输采用全协同的t d d t d m a ；采用预约肼可协议的m a c 策略， 保证各结点收发过程中无碰撞发生；支持不同级别的o o s 和各结点灵活的带宽 分配。 缆桥协议的物理层是共享一个媒质，即同轴电缆，而缆桥协议的数据链接层 主要是由网络协调器( n e t w o r kc o o r d i n a t o r ) ，也就是工程所设计的c a b l e b r i d g e s w i t c h 设备来进行调整控制的，它不仅主导了网络节点的接入，通信时隙的分 配，而且它会通过一系列算法来调整网络的系统参数从而达到优化网络的目的 实际上的逻辑网络模型就是网络协调器，以下简称n c 与缆桥其余节点问点对点 连接的一个集合，每一对点对点连接都有独特的信道特征和带宽容量，每一个节 点只能与n c 直接通信。除了这种点对点通信，缆桥协议还支持n c 向客户节点 进行广播通信每一个缆桥网络都必须有一个n c ，其支持与最多3 1 个客户节 点的连接。为了保证在出现当前n c 脱离网络这种罕见情况时，网络能继续运行 下去，当前的n c 会指定一个网络节点作为备用的n c ，其总是处于对网络的监 视状态，当探测到当前n c 脱离了网络，它会迅速担负其n c 的职责，保证网络 运行，由此也提供了一种快速的网络回复机制 4 1 网络时钟 由于缆桥的数据链路层完全是由n c 协调控制的，网络中的每个节点都有一 个参考时钟，必须与系统时钟同步。在缆桥网络中，系统时间的主要参照对象总 是n c ，所有其他节点通过读来自n c 的系统时间戳来使得本地时钟与系统时钟 同步 4 2 传输类型 数据链路层协议需要传输控制与数据两种m a c 帧，控制包用于链接层控制 操作比如同步，网络接入，连接保持，预约请求和传输时隙分配，除了以上所说 的数据包，协议支持探测帧的传送来帮助探测r f 信道，而传输信标是用于新节 点接入 6 第：章缆桥系统的系统原理和设计概述 图2 - 3 链接层传输数据类型 4 , 3 扫描与网络接入 当一个节点上电后，它就会尝试寻找并加入个已经存在的网络，搜寻一个 已经存在的网络的过程称为扫描。如果一个节点不能找到一个存在的网络，那么 它可以尝试在一个可用的频带上自己作为n c 来建立一个新的网络。为了帮助接 入，n c 会以固定时间间隔传送信标( b e a c o m ) ，它包含了此网络运行的基本信 息。在两个相邻信标之间的固定时间间隔称为信标同步间隔。申请加入网络的新 节点会会遵循以下的步骤：1 找到并解码一个信标；2 与n c 进行系统时间的同 步：3 传送一个接入请求；4 与n c 问交换探测帧；5 与n c 建立一个优化连接； 6 请求接收网络密钥；7 优化与其他缆桥网络节点的连接；节点要加入网络首先 要发现并解码信标，一旦一个节点发现了网络，它就会发送一个网络接入请求给 n c ，n c 返回一个包含了给此节点分配的n o d e i d 的回应包，节点和n c 然后就 交互一系列的探测帧，从而在他们问产生一个优化的连接一旦产生了连接，节 点就能与n c 进行正常的通信。在连接建立后，新的节点就会与所有其他节点交 换探测帧，一旦与其他节点的所有连接都建立起来了，新节点就变成此网络的一 个真正成员 4 4 连接管理 n c 完全控制了缆桥网络上的传输，对于数据传输，n c 会向所有的节点传 送信道带宽分配( m a p ) 控制帧来广播传输时隙。m a p 包含了时间域，其中强 制规定了一段时间内的传输时隙的分配。当每次传输开始时，n c 可以识别正在 使用的传输时限，传输类型，物理参数还有源节点和目的节点。在一个b s i 中 间将发送多个m a p s 。当一个节点想要传送数据时，它会等到在m a p 中他的询 问传输时隙期间，向n c 传送一个请求，n c 接收并处理请求，授权请求节点在 7 第二章缆桥系统的系统原理和设计概述 下一个m a p 的传输时隙可以发送数据包，节点就使用下一个传输时隙向目标节 点发送数据包，目标节点也会在广播的m a p 中得知某一节点将向它传输数据， 所以它也知道何时如何去接收这个数据包。n c 本身每两个m a p s 就有机会来传 送数据。对于客户节点，每个m a p 允许六个客户集来提出传输请求如果在缆桥 接入网络中注册用户等于或少于六个，在一个m a p 中所有用户都有机会来提出 请求。如果注册用户多于六个。一个特定客户必须对应于它的客户集的m a p 来 提出传输请求 节点1 6节点7 一1 2节点1 3 一1 8节点1 9 一节点符一节点3 l 允许节点l - - 6 允许发送允许发避允许发送m 允许发允许发发避允许发避 - l m s 卜孟客户磊 ( 一) 连接保持 对于缆桥网络在所有节点间保持点对点和广播连接很重要。由于一个连接信 道环境时时都在改变，必须对连接做一个周期性的保持操作，即前文提到的保持 请求( 心跳) 。每个节点间每隔一段时间都会互相发送和接收探测帧，接收节点 会把探测到的信道情况报告反馈回发送节点，使得发送节点依据是否收到报告以 及报告的情况来决定保持或者拆除与接收节点闻的连接。 ( 二二) 服务质量o o s 缆桥网络支持数据包发送的优先级，它使得高优先级的数据包在低优先级数 据包之前发送，无论他们的发送源处于网络的何处n c 也会保证，每个节点都 会得到公平的机会来发送数据包，这保证了没有节点会被“亏待”或者当其他节 点有数据要发送时他们独享带宽。 ( 三：) 保密机制 由于同轴电缆树在家庭问有限分隔，共享媒介，缆桥信号也许会在家庭外泄 漏出去为了防止泄密，缆桥节点使用d e s 加密来保证链接层的保密性。n c 负 责产生和分配密钥，缆桥节点将密码传输给n c ，n c 通过密码对节点进行鉴权， 并将密钥分配给通过鉴权的节点，从而将不同的缆桥网络分隔开，拥有相同密码 的节点会处于同一个缆桥网络中 5 数据带宽 为了在每个信道上达到更高的速率，可使用多个子载波的o f d m ，每个子 载波上的调制方式可自适应选择b p s k ，q p s k ，8 q a m ，1 6 q a m ，3 2 q a m ， 8 第二章缆桥系统的系统原理和设计概述 6 4 q a m ，1 2 , s q a m ，2 5 6 q a m ，这样每个信遭的最高物理层速率可达8 0 m b p s ， m a c 层速率达到4 4 m b p s ( m a c 层速率与物理层的速率之间的系数取0 5 5 ) 。 6 改造网络结构 对网络进行双向改造，光网络( p o m 系统可以部署在分前端与光节点之间， 并延伸至楼道，提供f m 方式的宽带接入，缆桥可以部署在光网络单元( o n t o 出口和用户终端之间，解决用户分配问题。采用p o n + 缆桥进行双向改造的组 网结构如图2 - 5 所示： 图2 - 5p o n + 缆桥组网示意图 在楼内，缆桥的头端设备h b ( 缆桥b r i d g e ) 与其下带的缆挢终端设备h m ( 缆桥m o d e m ) 通过同轴电缆连接共同组成逻辑上点到多点的缆桥高速通信 网，h b 与p o n 终端o n u 的端口连接，使以太网数据通过h b 进入楼内分配网 络，并被调制到电缆的一个空闲可用信道内，经分配网络到达处于同一信道的缆 桥调制器( h m ) ，经h m 解调后传送到终端设备( p c 或s t b ) 楼内分配网络 也可以使用h s 头端设备，h s 支持多个缆桥信道，各信道之问按照f d m 方式分 隔，每个信道上的所有h m 与i - i s 组成一个逻辑独立的缆桥网络。 7 技术特点 一技术优越性 采用缆桥技术，同一根同轴电缆可以容纳8 6 0 m h z 的c a t v 信号以及缆桥 数据信号；缆桥采用先进的o f d m 调制技术，能够有效增加频谱利用率；缆桥 同时支持多个调制信道，在采用2 5 6 q a m 调制时单信道最高可支持8 0 m b p s 物 理层带宽。 二网络升级便利性 采用缆桥技术，可充分利用现有同轴网络，缆桥对户内现有的有线电视网 络布线改动小，适合网络双向改造需求。 三业务支持能力 缆桥设备在不影响有线电视信号情况下，能够同时支持i f r v 、高速上 9 第二章缆桥系统的系统原理和设计概述 网、口三种业务；缆桥采用1 2 8 位数据加密技术，有效保护用户数据安全性； 缆桥设备能够提供面向高速数据的流量限速和整形，保证业务的o o s 特性；缆 桥设备可控制用户使用带宽，支持用户优先访问设定功能。 四网络管理 缆桥设备提供s n m p 和w e b 两种网络管理接口，供运维人员进行本地和远 程的安装维护。并可提供一种自动配置的方法，方便设备的零配置即插即用。 缆桥采用中心结点控制的星型拓扑管理结构，支持各下联结点灵活可控的双 向带宽分配，支持不同级别的o o s ，各下联结点互通可控制，下联结点通信可 溯源。 五网络可扩展性 缆桥技术在对现有同轴电缆网络结构改动较小情况下，可实现有线网络双向 化。业务需求的变化对缆桥网络结构影响不大。通过增加f d m 方式分割的调制 信道，可以方便地增加缆桥网络带宽。 从综合性能来说，缆桥( m o c a ) 技术能符合主流，性能，价格，大规模商用 的要求，可以成为一个合适的备选接入方案。 8 业务承载能力 缆桥设备能够在一个同轴电缆分支分配网内同时使用4 个以上的信道，每个 信道能为用户提供8 0 m b p s 的共享带宽，在同一个信道内支持一个头端设备接入 3 1 个用户端设备的能力通过缆桥技术在对现有的用户分配网络结构改动小的 情况下，可承载包括高速上网、高清，标清i p t v 、v o d 、b m 等多种业务应用。 9 适用的改造范围 缆桥技术适用于有线电视体系楼宇内的无源同轴电缆网络，可在现有的分 支分配器、屏蔽射频同轴电缆线路上提供高速的数据接入，可以满足有线电视网 络最后1 0 0 米双向改造的需求。 l o 改造注意事项 采用缆桥技术进行双向改造，原有的有线电视网络应该符合g y 5 0 7 3 一屹0 0 5 有线电视网络工程施工及验收规范。缆桥技术适合应用于楼道内无源的同轴电缆 网络，不能跨越有源放大器。无源的同轴电缆网络中需要采用i g h z 的分支分配 器件。 2 2 其余家庭接入方案比较 2 2 1b i o c ( 易线宽) 技术 易线宽( b r o a d c a s t i n gi n t e m c t i v i t yo v e rc a b l e ) 有线电视双向传输技术( 简称 b i o c 技术) 是采用o f d m 与自适应o a m 调制解调原理开发的基于有线电视 网同轴电缆的口包传输( 口o v c r c a b l e ) 技术，将以太网信号经数字调制( 前向 1 0 第二章缆桥系统的系统原理和设计概述 接错编码、自适应q a m 调制、o f d m 调制) 后调制到射频频段( 9 0 0 - 1 1 0 0 m h z ) ， 与电视信号混合，一起通过同轴电缆分配网传输，在用户侧将电视信号和数字信 号分离后，再采用对应的解调技术，把数字调制信号还原为以太网信号。b l o c 技术原理框图如2 - 6 所示 图2 _ 6 系统原理框图 我国有线电视标准规定，同轴电缆8 6 0 m i - i z 以下的频带用于广播电视信号 传输，8 6 0 m i - i z 以上频带均未使用。b i o c 技术的数字信号调制在9 0 0 - 1 1 0 0 m h z 频段，既不影响有线电视信号的传输，又保证了数字调制信号能以较低的衰减在 同轴电缆中传播。 1 适应范围 b i o c 技术的设计思路是在单向有线电视h f c 网的光节点以下同轴电缆分 配网提供双向数据信号传输，数据接入网上联通过光节点光纤连接汇聚层设备， 采用b i o c 技术改造后的双向有线电视网拓扑结构和线路都没有发生改变。矗卸。 该技术及产品可以广泛地用于有线电视运营商、大型企业和宾馆酒店在有线广播 电视网构建宽带数据接入网，以低廉的成本、优异的性能实现广播电视和口宽 带业务接入，并确保有线电视接入网在未来视频、数据、语音三网融合业务上的 竞争力 m 0 c 技术根据聊蛇网的光节点以下同轴电缆分配网的设备和环境要求提 供满足有线电视分配网各种拓扑的双向化解决方案，无须改变线路即可实现有 线电视网系统的双向化改造 在b i o c 技术的有线电视网双向化改造方案中，局端设备部署在h f c 网的 光节点以下将有线电视信号( s 一8 6 0 m i - i z ) 与调制过的数据信号( 9 0 睢1 1 0 0 m 埘混 合输出到电缆分配网上，没有额外的电缆布线和设备更换要求，不影响原有有 线电视信号，在用户家中有线电视接口上连接一个用户终端设备将有线电视信 号与数据信号分离，用户通过该设备既接收广播电视信号又获得数据宽带接入。 1 1 第二章缆桥系统的系统原理和设计概述 通过中继设备跨接线路用户放大器。 2 双向改造的拓扑结构 b l o c 技术双向化改造具有很好的灵活性，便利实用、适应性强，根据数据 网的光节点位置部署b i o c 局端设备，利用有线电视分配网将数据网全面覆盖用 户。以下我们分别对几种网络架构作说明。 f i t p + b i o c 方式指的是数据光节点布设到有线网的干线放大器，光纤到杆 ( h b e t t o1 1 l cp o s t ) 并通过同轴电缆提供双向数据网入户采用这种方式的双 向改造增加数据光节点从有线网的光节点的光缆延伸工程，在干线放大器的输出 端插入b l o c 局端设备，将数据信号混入有线电视干线放大器输出覆盖的电缆 分配网，即可实现干线放大器以下用户的宽带接入的全覆盖，接入用户通过终端 设备分离有线电视信号和数据信号，完成双向网改造。 f i r b + b i o c 方式指的是数据光节点布设到楼栋，光纤到楼( f i b e rt ot h e b u i l d i n g ) 并通过同轴电缆提供双向数据网入户采用这种方式的双向改造增加 数据光节点从有线网的光节点的光缆延伸工程，在楼栋( 1 2 幢楼) 的分配网 插入局端设备，将数据信号混入楼栋有线电视电缆分配网覆盖的用户，即可实现 该楼栋用户宽带接入的全覆盖，接入用户通过终端设备分离有线电视信号和数据 信号，完成双向网改造。f 1 1 b 方式可以满足用户更高的带宽需求 3 承载能力 b i o c 技术为有线电视网承载交互电视、宽带接入和其他增值业务提供了高 性价比的解决方案，通过同轴电缆同时传输广播电视信号和数据网信号，没有改 造双向i - 1 1 7 c 网的成本，实现高速宽带数据接入，在成本、容量、带宽等方面具 有突出的优势。 b l o c 技术提供了对称双向高速宽带接入，按有线电视h f c 网光节点覆盖 3 0 0 5 0 0 户( 端) 计，用户平均设计带宽为0 8 1 s m b p s 速率，根据业务发展 需要可平滑升级带宽。按3 0 并发用户测试实际网络的用户数据吞吐率达到 l _ s m b p s 以上，可以满足音视频流媒体播放、视频通信、高速数据上下载，有线 电视双向化改造后的具备在入户同轴电缆同时提供广播电视传输和数据宽带应 用的承载能力，使有线电视网价值和地位得到了极大的提升从技术而言，有线 电视网将是最具有综合业务承载能力的接入网络。 4 技术特点 引o c 技术参数如下：采用w i f i 中a t h e r o s 芯片技术，将调制好的o f d m 信号，混频到1 g h z 上，4 0 m h z 带宽内，6 4 子载波传输，根据有线网络情况， 改变子载波，实现不同的传输带宽。发射功率- 1 3 d b m ，接收灵敏度：- 6 3 d b m 局端n c 设备上下行总带宽4 0 5 0 m b p s ，终端n o d e 设备支持3 5 0 0 用 第二章缆桥系统的系统原理和设计概述 户。下行组播带宽3 3 m b p s ，单播1 ：1 ( 1 台n c 接1 台n o d e ) 时带宽5 0 m b p s ， 1 ：1 0 时4 8 m b p s = 其优点：将8 0 2 1 1 9 技术用于c a b l e 传输的频率缺陷滤除； 配有网关系统，监控各个n c 节点，终端设备小巧；缺点：价格偏高；技术偏门， 运营方无法找到替代产品，为了大规模商用，并不适用 基于b i o c 技术有线电视网双向传输技术解决了有线电视网双向化改造存 在的瓶颈，其技术特点有：第一，是基于有线电视网络同轴电缆接入的解决方案， 利用现有的同轴电缆资源，在线路上可以不增加工程建设投资；第二，双向改造 设计相当灵活，可以根据有线电视网拓扑灵活部署数据网光节点将数据信号混入 电缆分配网，快速实施双向改造覆盖； 第三，对称高速数据传输，每路可提供t 0 0 m b p s 带宽，达到宽带接入要求；第 四，覆盖成本低，单位带宽成本较其他双向改造方案最具竞争力；第五，设计简 单、施工方便，安装调试容易，双向改造部署、维护十分便利；第六，兼容性强， 适应多种网络拓扑和设备安装部署点，可平滑升级扩容，保护投资 2 2 2 无源e o c 技术( 基带传输技术) 1 无源e o c 技术原理 无源e o c ( e t h e r n e to 、，e rc a b l e ) 是基于有线电视同轴网的特点而设 计的以太网接入系统，是指在用户楼道附近，采用特定的介质转换技术( 主要包 括阻抗变换、平衡不平衡变换等) ，将符合8 0 2 3 系列标准的以太网信号通过同 轴电缆传输，在用户家中，则采用与前述相反的变换予以还原。 无源e o c 传输技术利用了有线电视信号使用4 5 8 6 0 m i - i z 高端频率，以太 网的基带数据信号使用0 - - 2 0 m i - i z 的低端频率，两者可以在同一根电缆中传输 而互不影响。把以太网的数据基带信号与电视信号通过合路器送到原电视网的分 配电缆上，一起送至用户。在用户端，通过分离器将电视信号与数据信号分离开 来，电视信号送入电视机，数据信号送入计算机这样不改变原电视分配网的电 缆系统，又不用另加5 类线，就可以为有线电视同轴网双向改造提供了一种经济 实用的技术方案 无源e o c 技术原理如图狮所示主要由二四变换( 见图2 - 8 ) 、高，低通滤 波两部分实现。由于采用基带传输，无需调制解调技术，无论楼道端、用户侧设 备均是无源设备。由于现有的以太网技术是收发共两对线，而同轴在逻辑上只相 当于一对线，所以在无源滤波器中需要进行四线到两线的转换。整体解决方案简 洁、成本低。如果采用半双工，不用考虑自发自收问题，对无源器件的要求不高。 若实现z o m b p s 全双工，基本原理一致，通过提高收发两端的隔离度和反射损 耗等参数可实现。 第二章缆桥系统的系统原理和设计概述 也一 高高 l 篓1 0 0 再 遢通 以太同h p 一 低 同轴 低不平躺。灯_ = 岫 通通 啤纩1 茹：q 卫iq t 一 图2 - 7 ：无源f o g 技术原理示意图 2 无源e o c 技术特点 延戛霉罂q l234 1 丽i 尸 ：l q ，v 、 1 i 2 l3 ：墨： it x ： 亚* 1 图2 - 8 ：二四变换方案之一 e o c ：e t h e m e to v e rc o a x 把有线电视信号c a l v 的下行传输和i p 数据双 向传输有机地结合在一起，用同一根电缆送入用户，在1 0 2 5 m h z 带宽内直接 传送1 0 b a s e - t 的基带以太网信号，5 0 8 6 0 m h z 仍然传送c a l 、，信号 无源e o c 技术优点在于：可以充分利用现有的同轴网络资源，无需对入户 电缆重新改造；每端口建设费用低，用户端可直接嵌入面板内，不需要其它附加 的室内设备；即插即用，无需在客户端进行复杂的调试；一根同轴电缆把数据和 有线电视信号接入室内；用户端无需有源设备，网络运行稳定、安全；无须考虑 回路中的侵入噪声；简单方便的运营维护，费用低。其缺点在于1 2 个入户下行 链路不能接分支分配器；上行有流量时，下行丢包严重。由于以太网基带传输竞 争性接入的特点，此类技术必须要求全分配的楼道网络拓扑结构( 国内大部分为 串行分支结构) ，对未实现集中分配改造的楼道，会带来二次施工的困难，特别 是有的地方已不具备改造条件，难以成为主流的楼道同轴电缆网络双向改造方 案。 2 3 缆桥方案的系统总体架构 2 3 1 缆桥信道频率分配 1 4 第二章缆桥系统的系统原理和设计概述 普通c a l 、，的上下行频率分别处于5 - - 4 2 m h z 和5 4 - - 8 6 0 m h z ，而 c a b l e b r i d g e 系统要利用处于c a t v 频率之上的1 0 0 0 m ( 实际采用8 5 0 m ) 1 5 0 0 m h z 的频率借用同轴电缆来传送，按照每个信道5 0 m h z ，信道间隔为 2 5 m h z 计算，共有约条业务信道，且业务信道可以灵活配置 图2 - 9 频率信道分布图 2 3 2 同轴电缆传输的物理特性和损耗分析 缆桥系统在c a b l e 线上传输电信号，在c a b l e b r i d g es w i t c h 和c a b l e b r i d g e m o d e m 这两个主要的调制解调设备间，要经过2 0 4 混合器、6 1 2 、6 1 4 、6 1 6 等 分支器、4 0 8 分配器等器件以及大约数十米的同轴电缆，它们都会产生一定的信 号衰减，但是，定制的2 0 4 混合器，4 0 8 分配器的信号衰减对送入用户室内的信 号质量好坏起到了主要作用，是真正体现系统传输性能的部件，其形状、参数如 下： r ” ； 厂一麟s ， l 。l 1 s g 知8 6 2 m h z b a fc 1。” ，| 和，。阮 。啉肫“ 图2 - 1 0 分支器示意图 混合器2 0 4 用于将c _ 信号和缆桥信号进行混合一起在同一条楼道同轴电缆 通道中传输，信号损耗为：1 ，a 到b ：损耗1 6 d b ( 1 1 1 5 g ) ；c 到a ：损耗 的最大值为1 4 d b ( 5 8 6 2 m h z ，频率越大损耗越大) ；分配器4 0 8 用于将同轴电 缆中信号在用户家中进行各个房间的分配，由此完成对整个家庭网络的全面覆 盖，其信号损耗为；1 ，a 到b 在1 0 g 的损耗为8 2 d b ；在1 5 g 的损耗 为9 5d b ：a 到c d e 在1 g 的损耗为8 6 d b ( 频率越低损耗越小，分路越少损耗 越小) ； 将定制的混合器，分配器接入网络中，进行c a t v ，网络数据的试验，其框 图如下所示： 矗器一 第二章缆桥系统的系统原理和设计概述 1 c a b l e 上传送c a t v 数据 图2 - 1 1c a b l e 上传送c 触v 数据测试示意图 如图在分支器一端接入电视机观察c a t v 的传输性能。电视屏幕上比正常 情况多了些雪花点，改变稳压源电压从3 0 v 到0 v ，情况没有改变。去点前端c a b l e 线上连接的4 0 8 分配器，电视画面好转，说明问题是功率损耗引起的。理论上 6 0 m 的c a b l e 也有1 0 d b 左右的损耗。实际的信号损耗在1 0 0 m h z 到8 5 0 m h z 之 间频段损耗介于1 0 - - 2 0 d b 之间，符合预期。 2 ( ：a b l e 上传送以太网数据 如下图，p o r t a 送出五类线，经过缆桥s w i t c h 的转接桥变成c a b l e 线送 入分支器a ，加载上直流电压3 0 v ，经过6 0 mc a b l e 线送入分支器b ，然后同样 步骤反向传输到p o r tb 。 图2 - 1 2c a b l e 上传送以太网数据测试示意图 p o r t a 和p o r t b 以5 0 m 的速度全双工发包，结果丢包严重。改成全双工2 0 m 的速度发包，完全不丢包。改成p o r t a 单工5 0 m 的速度发包，完全不丢包。 可以看出，全双工的速率越大丢包越严重，传输速率一高，有效数据的保持时间 越短，就引起数据丢失。但是试验证明当流量为双工2 0 m b i t 时表现很稳定，可 以满足设计要求。 2 3 3 c a b l e b r i d g e 的网络拓扑结构 1 6 第二