4HFC接入基础知识

HFC接入基础知识陈柏年CATV机线员大赛培训之32014年12月北京双向HFC系统结构图双向HFC的简化结构Ethernet

ConnectionTwistedPairRJ-11connectionPCTVHFCPlantHFC接入的家庭设备连接基本体系结构BasicArchitecture

FIBRENODESERVICEAREATYPICALLY500HOMESAREPAST光节点服务区域典型传递500个用户SPLITCOMBINEVIDEOFEEDCOMBINEFORWARDPATHORDOWNSTREAMREVERSEPATHORUPSTREAMModemTVVIDEOCOAXIALCABLEFORWARDPATHREVERSEPATH5MHz42MHz88MHz860MHz5MHz65MHz108MHz862MHzTYPICALLY50dBLOSS典型损耗为50dBTYPICALLY60dBLOSS典型损耗为60dBHFC技术原理系统传输方式：上、下行非对称信道。下行：在111～860MHz之间的电视频道中划分出一条到多条8MHz带宽信道，用于以广播形式的下行数据发送。当信号采用256QAM（正交调幅）调制方式时，每个8MHz带宽信道最高速率可达40Mbps。上行：数据通过5～65MHz进行回传。系统组成：CMTS：作为前端路由器、交换集线器与CATV网络之间的连接设备，CM：通过CMTS与广域网（Internet）实现连接。HFC网络的形式光纤到服务区FTTSA

（FibertotheServiceArea）光纤到馈线FTTF

（FibertotheFeeder）光纤到桥接FTTB

（FibertotheBridging）光纤到路边FTTC

（FibertotheCurb）光纤到楼幢FTTB

（FibertotheBuilding）光纤到最后一级放大器FTTLA（FibertotheLastAmplifier）光纤到家庭FTTH

（FibertotheHome）比较明确的表示方法：N+x，其中，N为光节点，x是光节点后串接放大器的级数。HFC中模拟和数字信道的融合

多种复用、多址方式综合使用广播信道和交互信道之间：一级光链路：SDM二级光链路和同轴电缆网：FDM模拟电视、数字电视和数据业务之间：FDM模拟电视频道和模拟电视频道之间：FDM模拟电视频道和数字电视频道之间：FDM同一数字电视频道内各套节目之间：TDM数据业务中各个用户之间：上行：TDMA下行：TDMCMTS上变频器本地业务服务器Internet模拟视频信号CMCMCMHUB上行信号下行中频下行射频以太网交换机100BaseT路由器HFCDHCP服务器/TFTP服务器/TOD服务器/网管服务器双向HFC的基本组网双向“一下四上”光传输网络有线宽带网络接入系统实际组网结构图CM系统辅助设备动态主机配置协议DHCP（DynamicHostConfigurationProtocol）：protocolforautomatingtheconfigurationofcomputersthatuseTCP/IP。DHCP（动态主机配置协议）服务器：在CM和CMTS通信的时候，都要对每个CM和CM所带的CPE都需要分配一个IP地址作为网络上的唯一标识，因此需要DHCP（动态主机配置协议）服务器为每个设备分配一个IP地址。CM系统辅助设备小文件传输协议TFTP（TrivialFileTransferProtocol）服务器：CM在获得IP地址后，仅具有网络中的唯一标识，为能够正常运行，还要一些配置文件，包括分配的带宽、优先权、SNMP的设置、提供的服务类型等，所有的这些都必须从TFTP（小文件传输协议）服务器上获得。日期时间TOD（TimeOfDay）服务器：CM会保存一部分日志信息，例如加电时间，工作的频率点，通信中发生的错误等，这些日志文件需要时间标记，便于对错误进行诊断，需要一个TOD（日期时间）服务器，这个服务器不是必须的。CMTS设备典型外观后面板交流电源直流电源RF输入6RF输入1RF输出控制口报警接口闪存中频输出FE0端口FE1端口未来扩展光千兆接口接地保险丝CMTS的主要功能（1）上连：直接与相关的服务器连接；并可通过网络与远端服务器相连接。（2）下连：通过HFC网与用户的CM连接。（3）管理：给每个CM授权、分配带宽，解决信道竞争，并根据不同需求提供不同的服务质量。CM的主要功能（1）上连：通过HFC网与前端CMTS连接。（2）受管：接受CMTS授权，并根据CMTS传来的参数，实现对自身的配置。（3）下连：在用户侧可与用户设备（CPE）连接，包括用户计算机、HUB或局域网；部分地完成网桥、路由器、网卡和集线器的功能。CMTS对CM的三种控制业务控制：CM所有通信经CMTS。信号控制：信号幅度、调制频率等。网络管理：管理协议为SNMP，运行在UDP之上。HFC网络管理的原理是：下行寻址设备并执行命令，应答器代理相应的设备作轮询（上行应答）或自陷Trap（主动报告）。通信模式：1）轮询（Polling）：通过状态请求和状态响应事务来支持后台轮询和告警通知，实现对网络设备的持续监测。2）竞争（Contention）:在竞争状态下，NE设备主动上报告警请求。（举手机制）3）查询(Inquery):查询NE设备的自发类消息。DOCSIS的基本框架Wide-AreaNetworkCableNetworkTransparentIPTrafficThroughtheSystemCableModem(CM)CMTSNetworkSideInterfaceCableModemTerminationSystemCMTSCMCustomerPremisesEquipmentInterfaceCustomerPremisesEquipmentPrimaryfocusofDOCSIS1.0RFSpecificationDOCSIS1.1增加了QoS广域网WAN用户侧设备CPECMTS最早的RFDOCSIS1.0规范CMCMTS网络侧接口CMTS-NSICM用户侧设备接口CMCI通过系统透明传送IP分组DOCSIS规范相关名词CMTS--线缆调制解调器头端系统CM--线缆调制解调器DOCSIS--电缆数据业务接口规范（DataOverCable

ServiceInterfaceSpecification

），是在Cable上传输数据的接口协议Cablelab--美国有线电视实验室，代表MCNS,开发并管理DOCSIS标准MCNS--多媒体Cable网络系统,

主要包括北美有线电视运营商及一些设备供应商CMTSCMHFC网络的协议栈DOCSIS系统的协议模型

DHCPTFTPSNMP

SMTPTODHTTPFTPTelnet物理层UDPTCP下行

传输

汇聚子层

(MPEG-2)IP

协议数据链路加密媒质接入控制通用的网络协议DOCSIS制定的协议数据链路层LLC子层：屏蔽MAC子层的不同实现，形成统一的界面向网络层提供服务。链路安全子层：在MAC子层和LLC子层之间提供对上层数据的加密功能，用以保护用户数据不受恶意侵害。MAC子层：负责介质访问控制机制的实现，主要是数据封装和介质传输管理。物理层PHY

只存在于下行方向的传输会聚TC子层

：将上层协议的MAC帧封装成188字节的MPEG-2帧格式，使其能与其它业务的MPEG流复接起来并在同一载波上传输。物理媒质相关PMD子层

：规定上/下行信道的参数、CMTS和CM的传输规则和互操作性，负责HFC网上数据的调制和解调。DOCSIS规范网络层：采用IP协议，传送IP分组。媒体访问控制层（MAC）：下行通道：为所有的下行数据流传输定义了一个发射设备—CMTS，每个CableModem都侦听下行传输的所有数据帧，只有地址与之匹配的注册CM才能接收数据，CM之间的通信也只能通过CMTS进行。上行通道：多个CM对一个CMTS，整个通道被分成很多时隙进行时分复用，CMTS提供时间参考并控制每个时间间隔的使用。DOCSIS规范MAC层的主要特性由前端的CMTS控制带宽的分配；将回传信道划分为微时隙（Mini-Slot）；采用可变长度数据分组和MPEG帧结构；支持多等级业务；支持宽范围内的数据速率；前端控制器动态提供支持基于竞争和独享的上行数据流传输；可以扩展，以支持未来的ATM或其它数据PDU。DOCSIS三类接口

1、CMTS—NSI接口：前端的CMTS与数据网络边界NSI（NetworkSideInterface）之间的接口。2、DOCS—OSSI接口：前端CMTS与操作支持系统OSS间的接口。3、射频RFI接口：（1）CMTS与HFC网络间的上下行射频接口；（2）HFC与CM间的射频接口；（3）安全及接入控制系统接口。作用：通过对三类接口概念的描述，即与外部边界的接口和内部各系统间的RF接口及网络管理系统接口的描述，奠定了在CMTS与各CM之间的交互式数据通信系统的规范。

HFCMAC下行基本原理采用点对多点方式连续的广播发送，所有帧打包到MPEG数据码流中，用户数据信道内时分复用。下行传输形态由4BytesMPEG头和144BytesMPEG数据组成。相关概念和术语

1、“测距”：一种保证CM获得正确的定时偏移、动态调节CM的传输与正确的微时隙边界对齐的机制。测距补偿因为CMTS与CM之间的距离不同而引起的传输时延差异,使所有CM感觉到与CMTS的逻辑距离相等。2、大环负反馈电路（长环路AGC）：CMTS和CM之间构成的动态AGC大环路。CMTS将定时偏移和功率电平调整、频率偏移调整等信息发送到CM，CM据此信息进行正确调整。相关概念和术语3、上行带宽分配映射MAP：由CMTS发出的可变长度的MAC管理信息，用来定义上行通道每个时间单位（可能是多个时隙）的使用参数和用途。4、上行信道描述符UCD：由CMTS定期发出描述上行信道特性的信息。上行带宽分配映射MAP上行带宽分配映射MAP：由CMTS发出的可变长度的MAC管理信息，用来定义上行通道每个时间单位（可能是多个时隙）的使用参数和用途。通俗地讲MAP对每个CM在传输数据时使用什么频点，何时可以传输数据作了规定。它包括固定长度的标头，后面跟着可变长度的IE（信息单元），IE包括请求IE、请求/数据IE、初始维护IE、站维护IE、短数据和长数据授权IE、数据确认IE、空IE（用来结束IE列表中所有实际分配操作）等。SYNC和UCD同步SYNC：由CMTS定期发出，里面包含一个时间戳，精确地标识了CMTS是何时发出此信息的，CM同步它的时基参考时钟，使上行传输的数据正好能够与分配给它的微时隙相吻合。上行信道描述符UCD（UpstreamChannel

Descriptor）

：由CMTS定期发出描述上行信道特性的信息，如微时隙的大小、上行信道ID、下行信道ID、上行信道带宽、突发描述符等，CM只有知道这些信息后，才可能正确地发送它的请求和数据信息。HFCMAC上行基本原理采用多点对一点时分多址方式，先由CM请求时隙，再由CMTS分配时隙，上行数据以突发包的形式传输。发送机制包括三个过程：1）申请，2）分配，3）发送。上行传输形态由前导、MACFrame和保护时间组成。CM上电启动流程HFC网络改造方案的设计①反向为主，兼顾正向：电缆接头的质量和接头制作工艺；把好设备及器件选材关。提出在实施设计过程中，不能只考虑下行信号，而要上、下行信号一并考虑，并且当二者出现矛盾时应优先考虑上行信号的要求。②回传光发射机的选取：由于双向HFC网络支持宽带数据接入，网络管理、小区智能化等多业务接入，宽带数据接入也出现了多回传通道捆绑技术及高阶调制技术，因此，回传光发射机应具备较宽的NPR窗口，建议选用DFB激光器的光端机。网络改造方案的设计③电平参数的设计：建议采用0dB增益法，光发射机的反向输入采用每赫兹（Hz）功率法计算，在用户终端到最近的有源设备之间的反向