接入网技术配套课件教学课件-蒋清泉-第07章-有线宽带接入技术-Cable-Modem

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或者直接输入下面地址：在线教务辅导网：http://www.shangfuwang第7章有线宽带接入技术—CableModem7.1CATV网络与HFC

7.2

HFC

7.3

CableModem7.4

CableModem宽带接入网

第7章有线宽带接入技术—CableModem7.17.1CATV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7.1CATV网络与HFC 有线电视（CATV）产业大致 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HFC在网络结构方面存在的问题如下。①HFC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。②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。③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。HFC在网络结构方面存在的问题如下。④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。⑤HFC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。④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⑥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。⑥网管问题。7.2HFCHFC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。7.2HFCHFC网是指光纤同轴电缆混合网，7.2.1HFC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。7.2.1HFC网络结构图7-1典型的HFC网络组成图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。1．独立总前端模式图7-2独立总前端示意图图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。2．HFC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， 前端是HFC网络的核心部分，其功能包括调制、解调、频率交换图7-3HFC线路结构图7-3HFC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。（1）馈线网图7-4典型的城市HFC光骨干网图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（2）配线网图7-5电缆分配网结构图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。（3）用户引入线7.2.2HFC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5MHz～30MHz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。7.2.2HFC频谱与业务划分 50MHz～1000MHz频带均用于下行通道，其中50MHz～550MHz频段用来传输现有的模拟CATV信号，每一通路的带宽为6MHz～8MHz，因而总共可以传输各种不同制式的电视信号60～80路。 550MHz～750MHz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。

50MHz～1000MHz频带均用于下行通道，其中50MH 高端的750MHz～1 000MHz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1 000MHz，目前用得最多的是750MHz系统。 高端的750MHz～1 000MHz段已明确仅用于各种双向2．HFC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3．HFC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。2．HFC上的视频点播（VOD）系统4．HFC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CableModem上网。CableModem采用先进的调制技术（如64QAM），分为对称和非对称两种。4．HFC网上的双向数据通信7.3CableModem CableModem(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CableModem。7.3CableModem CableModem(电7.3.1CableModem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。 CableModem的参考体系结构包括物理（PHY）层、MAC层和上层。7.3.1CableModem的结构图7-6CableModem头端分层体系结构图7-6CableModem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。2．MAC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。 CableModem的MAC甚至更为复杂， CableModem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。1．物理层3．上层 CableModem应当能操纵管理实体和业务接口。（1）IP接口（2）ATM本原接口 CableModem类型可以分为内置式和外置式，其中外置式CableModem根据接口的不同又可分为以太网接口和USB接口。3．上层7.3.2CableModem的工作原理 CableModem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。CableModem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。7.3.2CableModem的工作原理 CableModem工作在物理层和数据链路层，下面介绍CableModem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)。 CableModem工作在物理层和数据链路层，下面介绍C2．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，CableModem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。2．媒体通路控制层7.4CableModem宽带接入网7.4.1网络结构1．数据传输的实现7.4CableModem宽带接入网图7-7CableModem系统结构图7-7CableModem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。2．语音的传输图7-8HFC与PSTN互通图7-8HFC与PSTN互通 一种方法是从因特网通过IPPhone网关来与PSTN相连；另一种方法是从HFC的局端设备CMTS通过IPPhone网关联向PSTN。 一种方法是从因特网通过IPPhone网关来与PSTN相连7.4.2设备选用原则1．MCNS标准框架2．IEEE802.14标准框架3．DOCSIS标准如表7-1所示。表7-1 DOCSIS1.0技术标准摘要7.4.2设备选用原则数据下行数据调制64/256QAM(国际电信联合会TJ.83AnnexB)载波频宽6MHz数据速率27Mbit/s或36Mbit/s数据结构MPEG-II正向差错校正里氏·所罗门（ReedSolomon）加密/解密56位国际标准局数据密码标准（DES）数据上行数据调制QPSK/16QAM载波频宽变量，200kHz～3.2MHz数据速率320kbit/s～10Mbit/s正向差错校正里氏·所罗门（ReedSolomon）加密56位国际标准局数据密码标准（DES）访问控制MCNS分组基准，争用和备用频槽，多媒体服务质量标准（QoS）管理程序SNMP提供管理信息库定义用户界面10Base-TUSB/IEEE1394标准制定中网络界面10/100Base-T，ATM，FDDI数据下行数据调制64/256QAM(国际电信联合表7-2 DOCSIS标准对下行通道的要求参数

频率范围

RF信道间隔DOCSIS标准

88MHz～860MHz

6MHzCATV图标

85MHz～1GHz

8MHz最大传输延时设计带宽内<0.8ms载噪比>35dB>43dBCSQ(模拟调制载波的组合二次失真)

CTB(模拟调制载波的组合三次差拍失真)

载波幅度波动<−50dB

<−50dB

0.5dB/6MHz<−55dB

<−55dB

CMTS所用带宽内的最大群延时波动75ns/6MHz交流哼声−26dBc(<5%)<3%突发噪声以10Hz平均值不长于25ms信号电平倾斜

CM输入端的最大模拟电平50～750MHz：16dB

17dBmV(77dBmV)±1.5dB

用户电平67+5dBmVCM输入端的最小模拟电平−5dBmV(55dBmV)用户电平67−5dBmV表7-2 DOCSIS标准对下行通道的要求参数

频率范围

R7.4.3CableModem接入设备安装 1．分支器的安装 2．内置式CableModem的安装 3．USB接口的CableModem7.4.3CableModem接入设备安装图7-9内置式CableModem的连接图7-9内置式CableModem的连接图7-10USB接口CableModem的连接图7-10USB接口CableModem的连接4．以太网接口的CableModem4．以太网接口的CableModem图7-11以太网接口CableModem的连接图7-11以太网接口CableModem的连接图7-12以太网接口CableModem连接到代理服务器图7-12以太网接口CableModem连接到代理服务图7-13以太网接口CableModem连接到集线器图7-13以太网接口CableModem连接到集线器在线教务辅导网：教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187

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7.2

HFC

7.3

CableModem7.4

CableModem宽带接入网

第7章有线宽带接入技术—CableModem7.17.1CATV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7.1CATV网络与HFC 有线电视（CATV）产业大致 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HFC在网络结构方面存在的问题如下。①HFC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。②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。③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。HFC在网络结构方面存在的问题如下。④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。⑤HFC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。④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⑥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。⑥网管问题。7.2HFCHFC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。7.2HFCHFC网是指光纤同轴电缆混合网，7.2.1HFC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。7.2.1HFC网络结构图7-1典型的HFC网络组成图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。1．独立总前端模式图7-2独立总前端示意图图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。2．HFC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， 前端是HFC网络的核心部分，其功能包括调制、解调、频率交换图7-3HFC线路结构图7-3HFC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。（1）馈线网图7-4典型的城市HFC光骨干网图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（2）配线网图7-5电缆分配网结构图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。（3）用户引入线7.2.2HFC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5MHz～30MHz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。7.2.2HFC频谱与业务划分 50MHz～1000MHz频带均用于下行通道，其中50MHz～550MHz频段用来传输现有的模拟CATV信号，每一通路的带宽为6MHz～8MHz，因而总共可以传输各种不同制式的电视信号60～80路。 550MHz～750MHz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。

50MHz～1000MHz频带均用于下行通道，其中50MH 高端的750MHz～1 000MHz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1 000MHz，目前用得最多的是750MHz系统。 高端的750MHz～1 000MHz段已明确仅用于各种双向2．HFC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3．HFC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。2．HFC上的视频点播（VOD）系统4．HFC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CableModem上网。CableModem采用先进的调制技术（如64QAM），分为对称和非对称两种。4．HFC网上的双向数据通信7.3CableModem CableModem(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CableModem。7.3CableModem CableModem(电7.3.1CableModem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。 CableModem的参考体系结构包括物理（PHY）层、MAC层和上层。7.3.1CableModem的结构图7-6CableModem头端分层体系结构图7-6CableModem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。2．MAC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。 CableModem的MAC甚至更为复杂， CableModem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。1．物理层3．上层 CableModem应当能操纵管理实体和业务接口。（1）IP接口（2）ATM本原接口 CableModem类型可以分为内置式和外置式，其中外置式CableModem根据接口的不同又可分为以太网接口和USB接口。3．上层7.3.2CableModem的工作原理 CableModem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。CableModem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。7.3.2CableModem的工作原理 CableModem工作在物理层和数据链路层，下面介绍CableModem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)。 CableModem工作在物理层和数据链路层，下面介绍C2．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，CableModem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。2．媒体通路控制层7.4CableModem宽带接入网7.4.1网络结构1．数据传输的实现7.4CableModem宽带接入网图7-7CableModem系统结构图7-7CableModem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。2．语音的传输图7-8HFC与PSTN互通图7-8HFC与PSTN互通 一种方法是从因特网通过IPPhone网关来与PSTN相连；另一种方法是从HFC的局端设备CMTS通过IPPhone网关联向PSTN。 一种方法是从因特网通过IPPhone网关来与PSTN相连7.4.2设备选用原则1．MCNS标准框架2．IEEE802.14标准框架3．DOCSIS标准如表7-1所示。表7-1 DOCSIS1.0技术标准摘要7.4.2设备选用原则数据下行数据调制64/256QAM(国际电信联合会TJ.83AnnexB)载波