第五章_HFC接入技術(shù)

1、寬帶接入網(wǎng)技術(shù)寬帶接入網(wǎng)技術(shù)第第5章章 Cable Modem接入技術(shù)接入技術(shù)教學(xué)重點與要求教學(xué)重點與要求n教學(xué)重點教學(xué)重點n介紹介紹CATV網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及局限性網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及局限性n介紹雙向介紹雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境n重點強(qiáng)調(diào)重點強(qiáng)調(diào)Cable Modem技術(shù)：技術(shù)：n接入結(jié)構(gòu)、工作原理、技術(shù)要點、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)接入結(jié)構(gòu)、工作原理、技術(shù)要點、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)n要求要求n了解了解CATV網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及局限性網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及局限性n掌握掌握HFC網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)以及特點網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)以及特點n掌握掌握Cable Modem接入結(jié)構(gòu)、工作原理及技術(shù)要點接入結(jié)構(gòu)、工作原理及技術(shù)要點n了解了解Cable

2、 Modem技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)展趨勢技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)展趨勢nCATV：community antenna television， 原指共用天線電視，現(xiàn)在通常指有線電視。原指共用天線電視，現(xiàn)在通常指有線電視。利用屏蔽同軸電纜向用戶傳送多路清晰的電利用屏蔽同軸電纜向用戶傳送多路清晰的電視信號；視信號；nHFC：Hybrid Fiber CoaxHybrid Fiber Coax 混合的光纖同軸電纜；混合的光纖同軸電纜；nCable Modem：基于雙向基于雙向HFCHFC網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)高網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)接入的一種共享介質(zhì)的接入技術(shù)。速數(shù)據(jù)接入的一種共享介質(zhì)的接入技術(shù)。nCATV網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)n有線電視運(yùn)營商最重要、

3、最普及的入戶基礎(chǔ)設(shè)施有線電視運(yùn)營商最重要、最普及的入戶基礎(chǔ)設(shè)施n最初只使用最初只使用50550MHz頻段提供單向廣播電頻段提供單向廣播電視業(yè)務(wù)視業(yè)務(wù)n使用新技術(shù)，可使用其他剩余頻段使用新技術(shù)，可使用其他剩余頻段n在在CATV的基礎(chǔ)上進(jìn)行雙向的基礎(chǔ)上進(jìn)行雙向HFC改造改造n保留原有保留原有CATV有線電視業(yè)務(wù)有線電視業(yè)務(wù)n并可提供交互式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并可提供交互式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)nCable modem 技術(shù)技術(shù)一種典型的一種典型的HFC接接入技術(shù)入技術(shù)5、1 CATV與與HFCnCATV的特點的特點 n為特定的業(yè)務(wù)設(shè)計為特定的業(yè)務(wù)設(shè)計n將廣播視頻業(yè)務(wù)傳送到家而設(shè)計將廣播視頻業(yè)務(wù)傳送到家而設(shè)計n通信方式：單向

4、（下行）、廣播式通信方式：單向（下行）、廣播式n介質(zhì)：同軸電纜或以同軸電纜為基礎(chǔ)介質(zhì)：同軸電纜或以同軸電纜為基礎(chǔ)n廣播業(yè)務(wù)使用頻段：廣播業(yè)務(wù)使用頻段：50550MHzn復(fù)用技術(shù)：復(fù)用技術(shù)：FDMn模擬傳輸方式模擬傳輸方式5、1、1 CATV系統(tǒng)系統(tǒng)n組成組成n網(wǎng)絡(luò)組成：頭端、干線網(wǎng)、配線網(wǎng)、下引線網(wǎng)絡(luò)組成：頭端、干線網(wǎng)、配線網(wǎng)、下引線n設(shè)備組成：頭端設(shè)備、放大器、分配器、分支器設(shè)備組成：頭端設(shè)備、放大器、分配器、分支器n拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：樹狀、魚骨狀結(jié)構(gòu)（分支結(jié)構(gòu)）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：樹狀、魚骨狀結(jié)構(gòu)（分支結(jié)構(gòu)）CATV網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)視頻信號視頻信號 接收機(jī)接收機(jī) 合合路路器器 信信號號分分配配器

5、器分支器分支器配線網(wǎng)配線網(wǎng)頭端頭端干線網(wǎng)干線網(wǎng)單向放大器單向放大器15km15km下引線下引線主配線主配線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明n頭端頭端n信號的接收與處理中心信號的接收與處理中心n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）n 將接收到的各路信號調(diào)制到將接收到的各路信號調(diào)制到一個一個6（8）MHz頻道頻道n 通過通過FDM合路器下傳到干線，最終送到千家萬戶合路器下傳到干線，最終送到千家萬戶n干線（網(wǎng)）干線（網(wǎng)）n連接頭端和信號分配點之間的電纜與設(shè)備連接頭端和信號分配點之間的電纜與設(shè)備n（同軸纜、放大器）（同軸纜、放大器）n距離一般為距離一般為15km

6、n信號分配器：信號分配器：將干線信號分成幾路，覆蓋更大范圍將干線信號分成幾路，覆蓋更大范圍n配線：配線：連接信號分配點與分支器，中間有放大器連接信號分配點與分支器，中間有放大器n分支器：分支器：用戶的接入點用戶的接入點n下引線（引入線）：下引線（引入線）：用戶接入線纜用戶接入線纜n放大器：放大器：對信號放大，使信號能達(dá)到更大的范圍對信號放大，使信號能達(dá)到更大的范圍n注：線纜越長，需要使用的放大器越多，但放大器串聯(lián)個數(shù)越多，失真越厲害，故注：線纜越長，需要使用的放大器越多，但放大器串聯(lián)個數(shù)越多，失真越厲害，故放大器的個數(shù)有一定限制。放大器的個數(shù)有一定限制。CATV網(wǎng)絡(luò)的局限性網(wǎng)絡(luò)的局限性n業(yè)務(wù)單

7、一：業(yè)務(wù)單一：視頻視頻n單向通信：單向通信：只能下行通信，不能雙向交互只能下行通信，不能雙向交互n網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)脆弱：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)脆弱：魚骨形結(jié)構(gòu)，只要一個地方或設(shè)魚骨形結(jié)構(gòu)，只要一個地方或設(shè)備故障，可能導(dǎo)致中斷對眾多用戶的服務(wù)備故障，可能導(dǎo)致中斷對眾多用戶的服務(wù)傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的CATVCATV已不能滿足現(xiàn)代業(yè)務(wù)（交互式、綜已不能滿足現(xiàn)代業(yè)務(wù)（交互式、綜合業(yè)務(wù)）的要求，雙向改造勢在必行合業(yè)務(wù)）的要求，雙向改造勢在必行5、1、2 HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)n在原有在原有CATVCATV基礎(chǔ)上進(jìn)行雙向改造基礎(chǔ)上進(jìn)行雙向改造n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，實現(xiàn)雙向

8、傳送。實現(xiàn)雙向傳送。n用戶分配網(wǎng)：仍保留同軸電纜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但放大用戶分配網(wǎng)：仍保留同軸電纜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但放大 器改成雙向的。器改成雙向的。n可提供業(yè)務(wù)可提供業(yè)務(wù)n保留原有保留原有CATV單向電視廣播業(yè)務(wù)單向電視廣播業(yè)務(wù)n利用剩余頻帶提供寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)利用剩余頻帶提供寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)雙向的雙向的HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)頭端頭端電話網(wǎng)電話網(wǎng)因特網(wǎng)因特網(wǎng) 雙向雙向 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(wù)區(qū)服務(wù)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 n光纖到服務(wù)區(qū)結(jié)構(gòu)（光纖到服務(wù)區(qū)結(jié)構(gòu)（FSA)n每個服務(wù)區(qū)物理上為一個獨立的子網(wǎng)，不同的服

9、務(wù)每個服務(wù)區(qū)物理上為一個獨立的子網(wǎng)，不同的服務(wù)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，彼此不干擾結(jié)構(gòu)說明結(jié)構(gòu)說明n頭端頭端n信號的接收與處理中心信號的接收與處理中心n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）n接入到接入到PSTN、Internetn光纖干線網(wǎng)光纖干線網(wǎng)n頭端到服務(wù)區(qū)光節(jié)點之間的部分（光纖）頭端到服務(wù)區(qū)光節(jié)點之間的部分（光纖）n拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星形n配線網(wǎng)和下引線配線網(wǎng)和下引線n完全同完全同CATV（放大器除外）（放大器除外）n配線網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為樹形配線網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為樹形 HFC HFC對對CATVCATV的改進(jìn)的改進(jìn)

10、n主干采用光纖代替同軸電纜和放大器主干采用光纖代替同軸電纜和放大器n 引入光節(jié)點引入光節(jié)點光纖與配線網(wǎng)的接口（光光纖與配線網(wǎng)的接口（光/ /電變換電變換及反變換）及反變換）n 雙向放大器代替原有的單向放大器雙向放大器代替原有的單向放大器n 重建頭端重建頭端n增加接入增加接入PSTNPSTN的設(shè)備（的設(shè)備（DLCDLC或或PSTNPSTN交換機(jī)）交換機(jī)）n增加接入增加接入InternetInternet的設(shè)備（的設(shè)備（RouterRouter或網(wǎng)關(guān)）或網(wǎng)關(guān)）n保留原視頻接收機(jī)保留原視頻接收機(jī)n增加話音、數(shù)據(jù)、視頻合路和分離的設(shè)備增加話音、數(shù)據(jù)、視頻合路和分離的設(shè)備n增加光發(fā)射器和光接收器增加光發(fā)

11、射器和光接收器n增加網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備或接口增加網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備或接口雙向雙向HFC的優(yōu)勢的優(yōu)勢n取消主干上的放大器，提高信號質(zhì)量和可取消主干上的放大器，提高信號質(zhì)量和可靠性。靠性。n在主干上采用光纖，提高了容量，為寬帶在主干上采用光纖，提高了容量，為寬帶接入奠定了基礎(chǔ)。接入奠定了基礎(chǔ)。n為雙向交互式通信提供了網(wǎng)絡(luò)通信條件。為雙向交互式通信提供了網(wǎng)絡(luò)通信條件。n通過通過Cable Modem技術(shù)可實現(xiàn)全業(yè)務(wù)通技術(shù)可實現(xiàn)全業(yè)務(wù)通信（數(shù)、話、圖）信（數(shù)、話、圖）5.1.3 HFC網(wǎng)上常用的幾種業(yè)務(wù)網(wǎng)上常用的幾種業(yè)務(wù)n1 視頻點播（視頻點播（VOD）nVOD是是Video On Demand的縮寫，即視頻的縮

12、寫，即視頻點播的意思。顧名思義，它是一種可以按用點播的意思。顧名思義，它是一種可以按用戶需要點播節(jié)目的交互式視頻系統(tǒng)，或者更戶需要點播節(jié)目的交互式視頻系統(tǒng)，或者更廣義一點講，它可以為用戶提供各種交互式廣義一點講，它可以為用戶提供各種交互式信息服務(wù)。交互式視頻點播系統(tǒng)一般由信息服務(wù)。交互式視頻點播系統(tǒng)一般由VOD前端處理系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、用戶機(jī)頂盒三個前端處理系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、用戶機(jī)頂盒三個部分組成。部分組成。 n2 電話業(yè)務(wù)電話業(yè)務(wù)n不僅可以提供普通電話，也可以提供電信不僅可以提供普通電話，也可以提供電信業(yè)務(wù)包括數(shù)字電話，電視電話。業(yè)務(wù)包括數(shù)字電話，電視電話。n在在HFC網(wǎng)上傳輸電話業(yè)務(wù)需要增加三

13、種設(shè)網(wǎng)上傳輸電話業(yè)務(wù)需要增加三種設(shè)備：連接交換機(jī)和備：連接交換機(jī)和HFC網(wǎng)絡(luò)的前端接口單網(wǎng)絡(luò)的前端接口單元；用戶電話和元；用戶電話和HFC網(wǎng)絡(luò)的用戶接口單元；網(wǎng)絡(luò)的用戶接口單元；計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備。 n3雙向數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)雙向數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)n在用戶端和局端增加在用戶端和局端增加Cable Modem 即可即可進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳送。具有對稱型和非對進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳送。具有對稱型和非對稱型結(jié)構(gòu)，提供不同的速率。稱型結(jié)構(gòu)，提供不同的速率。5、1、4 HFC的頻譜分配的頻譜分配上行信道上行信道CATVCATV業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)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

14、 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 1000歐洲歐洲 5 65 108 550 862 1000中國中國 5 65 87 550 750 1000 日本日本 5 48 88 550 860 1000HFC網(wǎng)絡(luò)特點及面臨的問題網(wǎng)絡(luò)特點及面臨的問題n特點特點n共享介質(zhì)、點到多點結(jié)構(gòu)共享介質(zhì)、點到多點結(jié)構(gòu)n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n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)議）n上行信道多干擾

15、（各種噪聲）上行信道多干擾（各種噪聲）n安全性問題（安全性問題（共享介質(zhì)存在安全隱患）共享介質(zhì)存在安全隱患）n可靠性問題（單點故障）可靠性問題（單點故障）n供電問題（戶外設(shè)備供電）供電問題（戶外設(shè)備供電）5、2 Cable Modem系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理n系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述n系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)n工作原理工作原理n協(xié)議模型協(xié)議模型n物理層物理層nMAC層層5、2、1 Cable Modem技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展nP、151 Cable Modem的標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)nIEEE 802.14n工作組工作組1994年年5月成立，月成立，2000年年3月停止活動月停止活動n制定了標(biāo)準(zhǔn)草案：制定了標(biāo)準(zhǔn)

16、草案：802.14an物理層采用物理層采用ITU-T J.83建議建議nMAC層基于層基于ATM信元，協(xié)議機(jī)制相當(dāng)精致信元，協(xié)議機(jī)制相當(dāng)精致Cable Modem的標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)nDOCSISnMCNS ,1995年年11月由月由4個主要個主要HFC運(yùn)營商發(fā)起運(yùn)營商發(fā)起成立成立nMultimedia Cable Network SystemnDOCSIS 1.0：1998年年3月發(fā)布，月發(fā)布，ITU接受接受nDOCSIS 1.1, DOCSIS 1.2，DOCSIS 2.0n吸取了吸取了802.14的很多協(xié)議機(jī)制的很多協(xié)議機(jī)制n物理層采用物理層采用ITU-T J.83建議建議n承載的高層數(shù)

17、據(jù)為承載的高層數(shù)據(jù)為LLC PDUCable Modem的標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)n802.14與與DOCSIS之爭之爭n802.14n工作組已于工作組已于2000年停止工作年停止工作n標(biāo)準(zhǔn)已從現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)中拆下標(biāo)準(zhǔn)已從現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)中拆下nDOCSISn雖然占了上風(fēng)雖然占了上風(fēng)n但技術(shù)本身發(fā)展緩慢但技術(shù)本身發(fā)展緩慢HFCHFC的傳輸向數(shù)字化方向發(fā)展的傳輸向數(shù)字化方向發(fā)展n今天絕大多數(shù)有線電視信號采用模擬今天絕大多數(shù)有線電視信號采用模擬RF傳輸傳輸n數(shù)字傳輸是發(fā)展方向數(shù)字傳輸是發(fā)展方向n要在要在HFC上實現(xiàn)數(shù)字傳輸，模擬雙向放大器必上實現(xiàn)數(shù)字傳輸，模擬雙向放大器必須改成數(shù)字中繼器須改成數(shù)字中繼器n全部采用

18、數(shù)字傳輸之日，也就是全部采用數(shù)字傳輸之日，也就是CM完全退完全退出市場之日出市場之日n因此，因此，CM是一種過渡技術(shù)是一種過渡技術(shù)InternetHFCRouterRouter5、2、2 Cable Modem系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明nCM: Cable Modemn連接用戶的連接用戶的PC與與HFC網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)n對網(wǎng)絡(luò)和用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制對網(wǎng)絡(luò)和用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)，并傳輸解調(diào)，并傳輸n實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與用戶數(shù)據(jù)的雙向交互實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與用戶數(shù)據(jù)的雙向交互nCMTS: Cable Modem Termination Systemn連接數(shù)據(jù)網(wǎng)與連接數(shù)據(jù)網(wǎng)與HFCn對數(shù)據(jù)的調(diào)制對數(shù)據(jù)的調(diào)制/解調(diào)與

19、傳輸解調(diào)與傳輸n對所有對所有CM的接入進(jìn)行控制（認(rèn)證許可），給的接入進(jìn)行控制（認(rèn)證許可），給CM分配帶分配帶寬并進(jìn)行管理寬并進(jìn)行管理 n1 CMTSnCMTS是個模塊化的局端系統(tǒng)，由多種模塊是個模塊化的局端系統(tǒng)，由多種模塊組成。組成。CMTS主要完成數(shù)據(jù)和射頻信號之間主要完成數(shù)據(jù)和射頻信號之間的轉(zhuǎn)換。的轉(zhuǎn)換。n下行方向：下行方向：CMTS先將來自路由器的數(shù)據(jù)包先將來自路由器的數(shù)據(jù)包分裝成分裝成MPEG2-TS幀的形式，再進(jìn)行幀的形式，再進(jìn)行64-QAM調(diào)制，與有線電視的視頻信號混合，調(diào)制，與有線電視的視頻信號混合，經(jīng)經(jīng)HFC網(wǎng)路傳送給各用戶端網(wǎng)路傳送給各用戶端CM。n上行方向：上行方向：CMT

20、S將接收到得經(jīng)過將接收到得經(jīng)過QPSK/16QAM調(diào)制的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)，轉(zhuǎn)調(diào)制的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)，轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)網(wǎng)幀的形式送給路由器。換成以太網(wǎng)網(wǎng)幀的形式送給路由器。 n2 CMnCM是用戶端的電纜調(diào)制解調(diào)器是用戶端的電纜調(diào)制解調(diào)器n下行方向：下行方向：CM接收來自接收來自CMTS發(fā)送來的信發(fā)送來的信號，并解調(diào)成號，并解調(diào)成MPEG2-TS數(shù)據(jù)幀格式，然數(shù)據(jù)幀格式，然后轉(zhuǎn)化重建以太幀。后轉(zhuǎn)化重建以太幀。n上行方向：上行方向：CM接收來自用戶發(fā)送來的數(shù)據(jù)接收來自用戶發(fā)送來的數(shù)據(jù)經(jīng)經(jīng)QPSK或或QAM調(diào)制，通過調(diào)制，通過HFC網(wǎng)絡(luò)的上網(wǎng)絡(luò)的上行數(shù)據(jù)通道傳送給行數(shù)據(jù)通道傳送給CMTS。CM上行下行線纜頻譜上

21、行下行線纜頻譜 上行：利用上行：利用QAM或或QPSK調(diào)制技術(shù)調(diào)調(diào)制技術(shù)調(diào)制數(shù)據(jù)并將發(fā)送數(shù)據(jù)放入制數(shù)據(jù)并將發(fā)送數(shù)據(jù)放入565MHz頻帶的頻帶的一個一個6MHZ頻道內(nèi)頻道內(nèi)。 下行：在下行：在550750MHz的頻率范圍的頻率范圍內(nèi)解調(diào)，接受，傳送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號。內(nèi)解調(diào)，接受，傳送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號?；陔p向基于雙向HFCHFC的的Cable Modem接入技術(shù)接入技術(shù)n頻分復(fù)用，實現(xiàn)頻分復(fù)用，實現(xiàn)n數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和傳統(tǒng)CATVCATV業(yè)務(wù)共存業(yè)務(wù)共存nCATVCATV：典型頻段：典型頻段：50550MHz50550MHznCMCM上、下行雙向數(shù)據(jù)通信上、下行雙向數(shù)據(jù)通信n典型頻段：典型頻段：

22、565MHz 565MHz（上行）（上行） 550750MHz550750MHz（下行）（下行）n對稱、非對稱速率方式對稱、非對稱速率方式n下行下行 最高最高30Mbps30Mbpsn上行上行 最高最高10M 10M bps(QPSKbps(QPSK 最高最高1.5Mbps)1.5Mbps)n兩種標(biāo)準(zhǔn)兩種標(biāo)準(zhǔn)nIEEE802.14IEEE802.14，基于，基于ATMATM傳輸傳輸nDOCSICDOCSIC，基于，基于IPIP傳輸傳輸 系統(tǒng)必須使用雙向工作的放大器，因而不管系統(tǒng)必須使用雙向工作的放大器，因而不管是上行方向還是下行方向，有效信號將被濾波后是上行方向還是下行方向，有效信號將被濾波后

23、放大。放大。 具有頻率靈活性的具有頻率靈活性的Cable Modem，可以調(diào)可以調(diào)諧到任意一個上行或下行頻率諧到任意一個上行或下行頻率。 Cable Modem實現(xiàn)的功能與普通的實現(xiàn)的功能與普通的Modem基本一致，實現(xiàn)信號的調(diào)制解調(diào)，不基本一致，實現(xiàn)信號的調(diào)制解調(diào)，不同之處在于是在同之處在于是在CATV的某個頻帶內(nèi)進(jìn)行調(diào)制解的某個頻帶內(nèi)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，并且與其他調(diào)，并且與其他CM一起共享介質(zhì)系統(tǒng)一起共享介質(zhì)系統(tǒng)5、2、3 Cable Modem工作原工作原理理m m信道信道n n信道信道上行上行頭端頭端CMTSCMTS下行下行1 11 1Cable Cable ModemModem1 1Cab

24、le Cable ModemModem2 2Cable Cable ModemModemx x 每個每個CMCM都有一個都有一個IDID（4848位，制造商定）位，制造商定） CM CM發(fā)送數(shù)據(jù)前要向發(fā)送數(shù)據(jù)前要向CMTSCMTS申請帶寬（發(fā)送時隙數(shù)）申請帶寬（發(fā)送時隙數(shù)） 下行幀格式為下行幀格式為MPEG-2MPEG-2，封裝，封裝ATMATM信元或可變長分組信元或可變長分組 CM CM的接收器能調(diào)諧到所有的接收器能調(diào)諧到所有M M個下行信道的任何一個接收數(shù)據(jù)個下行信道的任何一個接收數(shù)據(jù) CMCM能在所有能在所有1 1n n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) 上行幀

25、為小時隙流格式上行幀為小時隙流格式Cable Modem工作過程描述工作過程描述n加電初始化加電初始化n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(jìn)行搜索（內(nèi)存保存）首選對上次使用過的頻道進(jìn)行搜索（內(nèi)存保存）n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n注冊認(rèn)可，開始認(rèn)證、密鑰交換、測距、初始化注冊認(rèn)可，

26、開始認(rèn)證、密鑰交換、測距、初始化n預(yù)約帶寬傳送數(shù)據(jù)預(yù)約帶寬傳送數(shù)據(jù)nCM向向CMTS申請帶寬，由申請帶寬，由CMTS分配分配nCM在分配的帶寬里上傳數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的交互在分配的帶寬里上傳數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)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)CM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 TCTC子層子層接收接收PMDPMD發(fā)送發(fā)送PMDPMDTCTC子層子層ATMATMLLCLLC其他其他n模型

27、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nATM信元（信元（802.14標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)）nLLC PDU（ DOCSIC標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)）CM物理層物理層功能功能n兩種標(biāo)準(zhǔn)的物理層都采用兩種標(biāo)準(zhǔn)的物理層都采用J.83標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)n組成：組成：PMDPMD子層、子層、TCTC子層子層nPMDPMD子層：物理介質(zhì)相關(guān)子層子層：物理介質(zhì)相關(guān)子層n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)n提供物理接口、信號的調(diào)制提供物理接口、信號的調(diào)制/ /解調(diào)、比特流同步等解調(diào)、比特流同步等nTCTC子層：傳輸

28、會聚子層子層：傳輸會聚子層n提供與提供與MACMAC的接口，對的接口，對MACMAC幀進(jìn)行分片與重組幀進(jìn)行分片與重組n形成在信道上傳輸?shù)母袷叫纬稍谛诺郎蟼鬏數(shù)母袷絥PDUPDU的定界的定界n完成同步、測距和功率調(diào)整完成同步、測距和功率調(diào)整n同步：同步：定期接收頭端的廣播的參考時鐘，并調(diào)整本地時鐘定期接收頭端的廣播的參考時鐘，并調(diào)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(diào)整：功率調(diào)整：為了使為了使 各各CMCM到到CMTSCMTS的電平基本相同的電平基本相同CM技術(shù)物理層技術(shù)物理層調(diào)制技術(shù)調(diào)制技術(shù)n選擇何種

29、調(diào)制技術(shù)主要從信道利用率和抗干選擇何種調(diào)制技術(shù)主要從信道利用率和抗干擾性能考慮擾性能考慮nCable Modem的調(diào)制方式為的調(diào)制方式為QAM和和QPSKn上行：上行：QPSK、16QAMn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的的抗干擾性更好抗干擾性更好CM技術(shù)物理層技術(shù)物理層上行幀結(jié)構(gòu)上行幀結(jié)構(gòu)n上行幀結(jié)構(gòu)為小時隙流上行幀結(jié)構(gòu)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)）n帶寬請求帶寬請求PDU：Request PDU(miniPDU)，占，占1個個minislotn數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)PDU：d

30、ata PDU，一般占多個，一般占多個minislotn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Request 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CMCM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

31、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(biāo)準(zhǔn)）或標(biāo)準(zhǔn)）或LLC PDULLC PDU（DOCSIS)DOCSIS)nManage PDUManage PDU：用于測距、功率調(diào)整等：用于測距、功率調(diào)整等f.上行信道上行信道.PDUPDURequest PDU去頭端去頭端tminiSlotData PDUPDUManage PDUCM的的MAC層層MAC協(xié)議環(huán)境協(xié)議環(huán)境n共享介質(zhì)共享介質(zhì)n同一服務(wù)區(qū)的用戶共享帶寬同一服務(wù)區(qū)的用戶共享帶寬n需要介質(zhì)訪問控制（需要介質(zhì)訪問控制（MAC）技術(shù)）技術(shù)n無法實現(xiàn)載

32、波偵聽（無法實現(xiàn)載波偵聽（CSMA）n 收發(fā)信道完全分開收發(fā)信道完全分開n很難實現(xiàn)分布式協(xié)調(diào)控制很難實現(xiàn)分布式協(xié)調(diào)控制nCMTS集中仲裁集中仲裁nCMTS對多個對多個CM進(jìn)行集中控制進(jìn)行集中控制CM的的MAC層層功能功能nCM接入的合法性認(rèn)證接入的合法性認(rèn)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nMAC層最核心技術(shù)層最核心技術(shù)CM的的MAC層層運(yùn)行機(jī)制運(yùn)行機(jī)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nminslot為一個最小帶寬單位為一個最小帶寬單位n上行帶寬預(yù)約請求，無競爭傳送數(shù)據(jù)上行帶寬預(yù)約請求，

33、無競爭傳送數(shù)據(jù)n請求帶寬發(fā)生沖突時，進(jìn)行沖突分解請求帶寬發(fā)生沖突時，進(jìn)行沖突分解nIEEE802.14 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nDOCSIS采用二進(jìn)制指數(shù)退避算法采用二進(jìn)制指數(shù)退避算法CM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(jìn)行分配與管理進(jìn)行分配與管理n專門請求捎帶請求相結(jié)合專門請求捎帶請求相結(jié)合nCM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(nèi)

34、發(fā)送在指定上行時隙內(nèi)發(fā)送nCM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CM的的MAC層層 上行帶寬請求與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n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(nèi)內(nèi)發(fā)送一個發(fā)送一個request n如果請求沖突，則按某種算法進(jìn)行沖突分解，并再如

35、果請求沖突，則按某種算法進(jìn)行沖突分解，并再次請求次請求n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)（可能與申請的個數(shù)相同，也可不同）同，也可不同）nCM根據(jù)分配信息，在指定的上行時隙內(nèi)發(fā)送根據(jù)分配信息，在指定的上行時隙內(nèi)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）5.2.4 Cable Modem種類與安裝種類與安裝n1 Cable Modem種類種類n1）從傳輸方式角度分為雙向?qū)ΨQ式傳輸和）從傳輸方式角度分為雙向?qū)ΨQ式傳輸和非對稱式傳輸非對稱式傳輸

36、n對稱式傳輸指上下行信號各占用一個普通頻對稱式傳輸指上下行信號各占用一個普通頻道道68M帶寬，傳輸速率為帶寬，傳輸速率為2-4Mb/s,最高最高達(dá)到達(dá)到10Mb/sn非對稱式傳輸下行速率為非對稱式傳輸下行速率為30Mb/s上行速率上行速率為為500k-2.56Mb/s n2）從數(shù)據(jù)傳輸方向看，有單向和雙向之分）從數(shù)據(jù)傳輸方向看，有單向和雙向之分n3）從網(wǎng)絡(luò)通訊角度看，分為同步（共享）從網(wǎng)絡(luò)通訊角度看，分為同步（共享）和異步（交換）兩種。和異步（交換）兩種。n4）從接入角度看，分為個人）從接入角度看，分為個人Cable Modem和寬帶和寬帶Cable Modem。寬帶。寬帶Modem可以具有網(wǎng)

37、橋的功能，可以將多可以具有網(wǎng)橋的功能，可以將多 個計算機(jī)局域網(wǎng)接入。個計算機(jī)局域網(wǎng)接入。n5）從接口角度分，分為外置式，內(nèi)置式和）從接口角度分，分為外置式，內(nèi)置式和交互機(jī)頂盒交互機(jī)頂盒 n2 Cable Modem的安裝的安裝n安裝前需要的設(shè)備安裝前需要的設(shè)備n分支器，電源線，以太網(wǎng)線，分支器，電源線，以太網(wǎng)線，USB線盒，線盒，配套光盤配套光盤n1）分支器的安裝）分支器的安裝n將有線電視同軸電纜的入戶線接入分支器將有線電視同軸電纜的入戶線接入分支器的輸入端（的輸入端（IN）再將電視機(jī)和）再將電視機(jī)和Cable Modem分別接入分支器的兩個輸出端分別接入分支器的兩個輸出端（OUT）Cable

38、 Modem安裝示意圖安裝示意圖n 圖圖5-10 單用戶單用戶CM的連接示意圖的連接示意圖 n圖圖5-11 多用戶共享多用戶共享CM的連接示意圖的連接示意圖 n2） Cable Modem的安裝的安裝n（1）內(nèi)置式）內(nèi)置式Cable Modem的安裝：的安裝：n將將Cable Modem卡插在計算機(jī)主板的卡插在計算機(jī)主板的PCI插槽上，利用同軸電纜將分支器的一個輸插槽上，利用同軸電纜將分支器的一個輸出分支與出分支與Cable Modem相連即可相連即可n（2）外置式）外置式Cable Modem的安裝：的安裝：n外置式單用戶安裝外置式單用戶安裝n多用戶共享多用戶共享Cable Modem安裝安裝n3） Cable Modem驅(qū)動程序安裝驅(qū)動程序安裝補(bǔ)充補(bǔ)充：Cable Modem的工作配置的工作配置 （1）配置內(nèi)容）配置內(nèi)容 Cable Modem和前端設(shè)備的配置是分別進(jìn)行的。和前端設(shè)備的配置是分別進(jìn)行的。 Cable 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