第07章-有线宽带接入技术—Cable-Modem

第7章有线宽带访问技术-有线调制解调器、7.1CATV网络和HFC 7.2 HFC 7.3有线调制解调器7.4有线调制解调器宽带访问网络、7.1 CATV网络和HFC，有线电视(CATV)行业通常包括两个方面：有线专业频道。第二，有线网络服务。将有线网络升级为宽带高速集成信息网络是业界很多人的共识，但是升级方法有很多不同的看法，有线网络是将有线从整个有线网络发展为干线，有线是分配网络基于HFC的有线电视网络，技术上的一次飞跃，HFC有线网络是发展为宽带高速集成信息网络的有利条件，使用光缆和电缆作为传输介质的有线网络，是目前各种信息网络的宽带网络，具有丰富的频带资源。第二，有线电视网已经复盖了全国人口的很大一部分，人口达8000万家庭，城市已经超过电话普及率，拥有广泛的大众基础，因此，以有线电视网为基础开发综合信息网基础是好的，优惠范围广，比其他网络有明显的优势；第三，中国加入WTO后，邮政和通信市场将开放。有线电视网络有利于消除语音通信运营中的政策障碍，以有线电视网络为基础参与通信市场竞争。HFC网络结构问题包括：HFC有线网络的网络结构在光缆部分使用星型网络，在有线部分使用基于树的分配网络。有线分配网络的传输通道中主动和被动元件太多，电缆连接器太多，系统传输的可靠性严重下降。宽带高速集成信息网在数据通信中必须使用比特错误率要求高、电缆屏蔽度高、无电磁泄漏的电缆连接器，目前电缆网络没有必要的设备。在有线电视系统中，分支应选择分支模式，通过向下传输广播和电视信号，使用户获得满意的水平，为使用户对电视乐观，分支应具有良好的反向分离力。HFC电缆网络的另一个问题是光缆的传输带宽，上行链路传输单独使用其他内核，而电缆的传输带窄，上行链路传输在另一根电缆上进行，因此电缆分配网络成为整个传输网络的瓶颈。网络管理问题。将有线网络开发为宽带高速集成信息网络的方案大致可分为两种类型。一是有线电视基本上没有太大变化的变化，也可以说是利用有线电视的其馀波段资源增加部分新功能的方案。另一种情形是建立两个传输平台。一个是有线电视传输平台，传输广播电视信号。另一种是使用有线电视网络在每个光纤节点的冗馀结构上构建数据传输平台。7.2HFC，HFC网络是指光纤同轴电缆混合网络，将光纤用于复盖区域，将同轴电缆用于用户进入的“最后一公里”。信息网络的发展方向是数字化、一体化、智能化、宽带化、个性化。HFC网络是解决信息高速公路上最后一公里宽带接入网络的最佳方法，是世界上最知名的。7.2.1HFC网络结构HFC访问网络拓扑为“星形”或“环形-星形”。HFC网络结构使用先进的光纤传输技术和新的网络拓扑，有效利用数字传输技术，提高上行链路信道承载双向交互式宽带服务的能力。HFC网络默认传输模式是以城市或区域有线网络的整个前端为中心的多前端传输模式。HFC通常包括信号源、前端、分割前端(子中心)、光纤主干、同轴分配网络和用户输入线。图7-1典型HFC网络配置，1 .独立的总前端模式同一城市或同一地区的有线电视网络共享一个前端，所有信号聚集在总前端。，图7-2独立总前图，前端是HFC网络的核心部分，其功能包括调制、解调、频率切换、电平调节、信号编解码器、信号处理、低噪声放大、if处理、信号混合、信号检测和控制、信道配置和信号加密。2.HFC网线的配置通常由三个大块组成：馈线网络、配线网络和用户输入线。图7-3HFC线路结构，(1)馈线网络HFC馈线网络表示服务区域(SA)的光纤节点之间的部分，通常对应于CATV网络的中继段。HFC网络的网络拓扑分为四种形式：树结构、星形结构、星形树结构和环形结构，目前，HFC网络基本上是星形/总线结构。图7-4典型的城市HFC光主干网络，(2)配线网络配线网络表示与电话网络的远程节点和配线箱之间的部分相对应的服务区域光纤节点和分支之间的部分，图7-5有线分配网络结构，(3)用户输入线用户输入线表示从与现有CATV网络完全相同的点到用户的线路。7.2.2HFC频谱和服务分区HFC网络必须有灵活、易于管理的频带计划，载波频率必须在前端完全控制，并且必须由网络操作员分配。1.双向HFC的频率是低频侧的5 MHz到30 MHz，共25MHz，上行放置。也就是说，所谓的环回通道主要用于传输电话信号。50MHz到1000MHz频带和用于传输现有模拟CATV信号的50m Hz到550mhz频带，以及每个通路的带宽6MHz到8MHz，使各种标准电视信号可以传输60到80次。使用550MHz到750MHz频带，可以用于传输额外的模拟CATV信号或数字CATV信号，但目前倾向于使用双向交互通信服务，尤其是按需电视业务。高级750MHz到1000MHz段仅明确用于各种双向通信业务，双50MHz频带可用于个人通信业务，其他未分配的频带可以有多种应用程序，并可以应对未来可能发生的其他新业务。实际的HFC系统使用750MHz、860MHz和1000MHz的标称频率，目前最常用的是750MHz系统。2 .HFC的视频点播(VOD)系统VOD是用户控制的视频分发业务，允许所有用户交互访问存储在远程服务器上的丰富程序源，包括源、通道和新宿3。HFC网络的电话CATV电话网络也称为有线电话，不仅提供普通电话，还提供宽带通信业务。4 .HFC网络上的双向数据通信在CATV网络上执行双向高速数据传输时，客户端使用电缆调制解调器连接到internet。电缆调制解调器使用高级调制技术(如64QAM)，分为对称和不对称。7.3有线调制解调器、有线调制解调器(有线调制解调器)是有线电视网络中用于连接internet的设备，位于连接到用户家的有线插座和internet装置之间，通过有线电视网络连接的另一端位于有线电视(称为磁头-端点)上。HFC网络大多使用现有的高速LAN技术，但最重要的部分是使用同轴电缆到用户计算机的另一种独立技术-电缆调制解调器。7.3.1有线调制解调器通常包含调制解调器、调谐器、数据包/解包设备、路由器、网卡、SNMP代理和以太网集线器。CableModem的参考体系结构由物理(PHY)层、MAC层和更高层组成。图7-6CableModem标头末端分层体系结构，1 .物理层数字电缆系统的物理接口是典型的同轴电缆，包括上行链路和下行路径。2.MAC层MAC层规范的复杂性来自共享介质，必须保证每个用户应用程序的服务质量。有线调制解调器的MAC要复杂得多，有线调制解调器的MAC需要大量带宽，并需要具有严格要求的交互式多媒体工作。3 .父电缆调制解调器必须能够操作管理实体和业务接口。(1)IP接口(2)ATM原始接口电缆调制解调器类型可分为内部和外部电缆，外部电缆调制解调器可根据接口分为以太网接口和USB接口。7.3.2CableModem工作原理CableModem和常规Modem与常规Modem相同，但通过电缆(CATV)的一个传输频带进行调制和解调，在电缆调制后电缆的一个频率范围内进行传输时解调、接收时解调和传输机制。有线调制解调器属于共享媒体系统，其他空闲频带仍可用于有线电视信号传输。电缆调制解调器从计算机终端向网络方向提供双向通道(称为上行通道)，从网络到计算机终端方向称为下行通道。CableModem在物理层和数据链路层上工作，下面介绍CableModem在两层上的工作方式。1.物理层最主要的下行协议是64QAM(正交幅度调制)，调制速度可达到36 mbit/秒。上行链路调制使用四相移键控调制(QPSK)实现高达10 mbit/秒的抗干扰性能。另一种上行链路协议是S-CDMA(同步代码分配多任务)。2 .介质通道控制层(MAC)和逻辑链接控制层(LLC)是OSI 7层组织的数据链路层。这两个协议层规定了不同的信号和用户共享公共带宽的方式。在上行链路方向，电缆调制解调器从计算机接收数据包，将其转换为模拟信号，并传送到网络前端设备。这个设备的作用是分离数据信号，将信号转换成包，然后传递给互联网服务器。该设备还可以拉出语音(电话)信号并转发到交换机。7.4电缆调制解调器宽带访问网络，7.4.1网络结构1。实施数据传输，图7-7电缆调制解调器系统结构，2 .语音传输使用通过voIP技术可用的IP技术提供语音服务。要通过HFC网络提供语音服务，必须与PSTN互操作，并且有两种互操作的方法。图7-8HFC与PSTN交互，一种方法是通过IPPhone网关从internet连接到PSTN。另一种方法是从HFC的本地设备CMTS通过IPPhone网络连接到PSTN。7.4.2设备选择原则1。MCNS标准帧2。IEEE802.14标准框架3。DOCSIS标准见表7-1。表7-1DOCSIS1.0技术标准摘要，表7-2DOCSIS标准下游