HFC接入网技术课件

2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity1第2章HFC接入网技术

2.1HFC接入网技术2.2CableModem技术2.3EoC及其组网2.4IPTV及其组网2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity22.1HFC接入网技术

一、

HFC网络组成#

1、什么是HFC网？

HFC:HybridFibercoaxialcable

,HFCisasharedbroadcastmedium

它是利用光纤进行干线传输、用户网络采用同轴电缆，可以实现CATV、Internet、数据、电话/视频等业务双向传输的网络。2、模拟数字HFC网络结构（图见黄孝建P146）2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity3外网（核心网）外网（模拟网）解调解调2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity4(1)前端

连接PSTN的设备：PBX、CO等连接电视设备：模拟电视设备、数字电视设备（IPTV服务器）

连接Internet/数据网：路由器、集线器等

内容服务器：视频会议服务器（MCU：MultipointControlUnit）、VoD服务器

网管系统：SNMP（SimpleNetworkManagementProtocol)

基带处理设备：调解器MODEM、复用器MultiplexerCMTS＃：CableModemTerminationSys.，电缆调解器端局系统，是HFC的核心设备（2）光纤传输设备光纤及传输设备组成 下行50～750MHZ

上行5～200MHZ3.网元及其功能2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity5用户服务区（配线网+用户引入线）A.

光纤结点分支器

(射频)

B.

分支器将下行信号分配到用户单元

C.

引入线一般使用软电缆D.

用户设备：机顶盒（SetTop）：连接电视设备线缆调解器（CableModem）：连接计算机、话机设备2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity64.实用网络实例东方有线网络有线公司网络示意图

和IP骨干网上联光接收机射频分配(包括射频放大重新分配)光发送机光分路器1:4分前端光节点放大器用户端：电视端口以及各种数据业务端口（CM或者STB等）用户分配网光收机射频分配组合CMTS供电器TV信号2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity71)

回传（上行）信道：5~30（42）MHz一般5~30MHZ传输上行电话30~42MHz传输上行数据（VoD点播信令）2)

广播、电视频率段(MHZ)：48.5~92

模拟广播电视87.0~108FM广播111~550模拟广播电视（450~550也可以用于数字电视）550~710VoD数字电视710~750非广播电视750~1000个人通讯二、HFC接入网中的频率分配－同轴电缆中的频谱分配2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity8三、基于IP的HFC网络1、网络结构CATV电信网PSTNComput.NetCMTS结点用户设备ADMADMADMADMSwitch/网关2网关1RouterADM#:Add&DropMultiplexer分插复用器（detailedinCh5）模拟PCM语音IP语音模拟不同位置语音体制HFCInternet2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity9提供业务：IP电话、IP视频会议、IP电视、Internet；网关1完成模拟电视与数字化IP电视的转换；网关2完成传统PCM数字语音与数字化IP语音的转换；Router、网关1、网关2与CableModem传输机即可分开，也可合为一体。2、IP传送协议结构

模拟数字数据语音、视频电视电视RTP/RTCP

TCP/UDP/IPPPPSDHDWDM

物理光纤2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity10RTP(实时传送协议)：Real-timeTransportProtocol，提供实时传送机制，如分组丢失、时戳（timestamp，用于收端时延波动处理）RTCP（实时传送控制协议）：Real-timeTransportControlProtocol，提供传输质量测控，如分组丢失率等2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity113.分组传送技术简记（分层网嵌套式连接）XoverY(overZ)(X分组在Y分组中传送，Y

分组在Z分组中传送，studiedindetailinthechapterNo.8；例如，左图的R1～R5链路的提供有3种方式：

1）SDH层的直连链路2）R1-D1,D1-D5,D5-R5构成链路

3）R1-O1,O1-O7，O7-O8,O8-O5，O5-R5构成链路VoiceoverDSL (VoDSL)VoiceoverIP (VoIP)#PacketoverSDH (PoS)#PPPoverEthernet (PPPoE)#IPoverATMoverSDH (IPoA/SDH)IPoverFiber (IPoF)2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity12分层网嵌套式连接的注解:如果我们将SDH、OTN、DWDM分别比作人、汽车、火车，则分层网嵌套式连接可表示如下：

1）人走路，R1R5；2）人/汽车，人坐汽车，R1(D1D5)R5；R1-D1,D1-D5,D5-R5构成链路

3）人坐火车，R1-O1,O1-O7，O7-O8,O8-O5，O5-R5构成链路4)人/汽车/火车，R1-D1,D1-O1,（O1-O2，O2-O3,O3-O4，O4-O5,其中O1O5包含若干(1~n)光路

)，O5-D5,

D5-R5构成链路2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity13多层多域混合光网络组成及其相邻层/隔层承载关系示意图

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NationalKeyLabonISN,XidianUniversity142.1HFC接入网技术2.2CableModem技术2.3EoC及其组网2.4IPTV及其组网2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity152.2CableModem技术

一、设备类型1、机顶盒(STB:Set-TopBox)：早期：增加视道、收费控制、按次计费等现今：STB具备1）模拟电视接收（解扰）2）数字视频接收解码3）交互通信（VoD、WWW、FTP、微博）2、线缆调解器：

与信息处理平台(PC)相连，提供音/视频、上网业务等2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

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二、CableModem原理1、工作原理框图调制FEC/交织组帧扰码MAC处理传输接口解调帧同步FEC/去交织载荷解扰控制PDU处理传输接口：ATM接口，10/100MEthernet网口，USB扰码：保证/降低错误帧同步的概率，一般使用g(x)=x43+1

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NationalKeyLabonISN,XidianUniversity172、MAC工作原理

(CableModemConnection

)CATV电信网PSTNComput.NetCM结点HFC用户设备用户设备用户设备2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity182、MAC工作原理

1）CMTS(CableModemTerminationSystem）CMTS与CMs是Server/clients结构;请求冲突后，CMs采用退避机制;CMTSCMiReqConfirm

2)

信道获得：channelacquisition搜索下行信道，获得QAM数据，寻找MPEG-2分组，找到DOCSIS(DataOverCableServiceInterfaceSpecification)规定PID（PacketIDentifier)分组。2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

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3）获得上行参数：obtainupstreamparametersCM搜索三种MAC消息（message）

A)

Sync:acommontimereferencetoallmodems

B)

UCD：UpstreamChannelDescriptor

C)MAP（上行小时隙指派图）：upstreamallocationMAP（图形）mini-slotinformationthatindicateswhenaModemcantransmitandhowlongtotransmit4)测距-Ranging

测距用于调整：timereference,transmitter(frequency,power)CMTSCMiReqConfirm2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity20CMTSCMi图注：1）由于测距的不准确，达到CMTS的小时隙间的空隙在变化；2）CMTS的小时隙帧间留有保护时隙；3）每一个CM需测量到CMTS的距离，以确定发送时刻；4）即使分配给CMi的小时隙超前于CMj，CMi可能在CMj发送之后，才开始发送其数据。CMj上行大时隙1上行大时隙2上行大时隙3

t

t

t2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

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过程结束后，同步误差<1ms,发送频率<10HZ,发送功率误差1/4db

5)建立IP连接使用DHCP为CM分配临时IP地址。

6）注册（Registration）

a)DHCP#(DynamicHostConfigurationProtocol,specifiedbyanIETFRFC)响应中包括配置参数文件名、配置文件服务器的IP地址;

b)

CM采用Tprotocol－普通文件传送协议)下载配置文件;

c)

CM发送注册消息，CMTS比较CM的注册消息与配置服务器获得的配置文件一致后，发出注册响应，允许CM入网.2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity22三、CableModem的标准体系

(自学了解(1),(2),(3),仅讲（4））Proprietarysystems(1stgeneration)MCNS(MultimediaCableNetworkSystem,USAmainly).DevelopedforCableModemonly.SpecifiesexternalCableModemonly,butmayaddinternal.DAVIC.DVB(DigitalAudioVideoInteractiveCouncil-数字音视频联盟,DigitalVideoBroadcast，Europemainly)Usedforset-topboxandnowalsoCableModem.IEEE802.14lost1stround,buttriestoleapfrog(leap跳跃leapfrog，跃过)andbethestandardofthefuture(3rdgenerationsystems).2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity23目前CableModem产品有欧、美两大标准体系，DOCSIS(DataOverCableServiceInterfaceSpecification)是北美标准，DVB/DAVIC是欧洲标准。（1）北美标准体系北美标准体系包括MCNS（多媒体有线电视网络系统）和CableLabs（有线电视实验室）两大组织。在1998年3月，国际电信联盟接受DOCSIS标准，作为CableModem的标准，称为ITU―J.112―《交互式有线电视业务传输系统》。1999年4月有线电视实验室发表了第二代标准，即DOCSIS1.1，其功能比以前有很多改进，2000年又发表了EuroDOCSIS1.1欧洲规范，其系统在频道划分、频道带宽、信道参数的规定上完全兼容欧洲标准。2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

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（2）欧洲标准体系欧洲标准体系包括DVB（数字视频广播）、DAVIC以及ECCA（欧洲有线电视运营商联盟）三个组织。DVB和DAVIC组织长期致力于数字视频标准的制订。DVB/DAVIC是DOCSIS标准在欧洲的强有力的挑战者。EuroCableLabs(欧洲有线电视实验室)在欧洲有线电视联盟的指导下，一直支持以DVB/DAVIC的为基础的“欧洲调制解调器”1999年5月欧洲有线电视实验室发布了基于DVB/DAVIC的EuroModem规范，DVBCableModem是欧洲经营者的首选。2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

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(3)差别上述两大标准体系的频道划分、频道带宽及信道参数等方面的规定，都存在较大差异，因而互不兼容。北美标准是基于IP的数据传输系统，侧重于对系统接口的规范，具有灵活的高速数据传输优势；欧洲标准是基于ATM的数据传输系统，侧重于DVB交互信道的规范，具有实时视频传输优势。从目前情况看，兼容欧洲标准的EuroDOCSIS1.1标准前景看好，我国信息产业部―CM技术要求（征求意见稿）类似于这一标准。

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NationalKeyLabonISN,XidianUniversity26(4)DOCSIS，Euro-DOCSIS和DVB-RC(ReturnChannel)差别

特性DOCSIS1.xEuro-DOCSISDVB-RC下行传输流速率64QAM调制:27Mbps256QAM调制/42MbpsITUJ83AnnexBFEC6MHz通道64QAM调制:38Mbps256QAM调制/52MbpsITUJ83AnnexAFEC8MHz通道64-QAM调制:38Mbps256QAM调制

/52MbpsITUJ83AnnexAFEC8MHz通道上行传输流速率.320,.640,1.280,2.560and5.120MbpsQPSK

.640,1.280,2.560,5.120,10.24Mbps16-QAM5-42MHz.320,.640,1.280,2.560and5.120MbpsQPSK

.640,1.280,2.560,5.120,10.24Mbps16-QAM

5-65MHz1.544Mbps;3.088Mbps差分QPSK5-65MHz2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity27(4)DOCSIS，Euro-DOCSIS和DVB-RC(ReturnChannel)差别

特性DOCSIS1.xEuro-DOCSISDVB-RC性能在3.2Mhz频带、最高速率10.24Mbps下混合声音、数据服务的效率大于80%在3.2Mhz频带、最高速率10.24Mbps下混合声音、数据服务的效率大于80%在2Mhz频带、速率3.088Mbps下效率为50-72%业务Internet接入、交互式机顶盒，VOIPInternet接入、交互式机顶盒，VOIPInternet接入、交互式机顶盒基本协议带QoS功能的可变长度、本地IP带QoS功能的可变长度、本地IPIP适配层传输ATM信元交换2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity282023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity282.1同轴电缆接入

2.2CableMODEM2.3EoC及其组网2.4IPTV及其组网2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity292023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity29家居(HFC)网络的若干新动向：1）全数字化；2）可能采用Ethernet，可能的网络体制包括：

CMTS+CableModem；EPON+EoC（EthernetoverPassiveOpticalNetwork，EthernetoverCable）；采用GPON（GigabitPON）；采用FTTH。2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity302023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity301.什么是EoC？EthernetoverCable---在“电缆”上传输以太网数据电缆:狭义上仅指“同轴电缆”，广义上指同轴电缆、电力线powerline、电话线phoneline、双绞线(网线UTP-5)twistedPairs。EoC是同轴电缆网络和IP网络的网桥EoC是同轴电缆和以太网的介质转换器EoC是RF信号和IP信号的加减复用器EoC是特定RF频带的调制解调器2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity312023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity31EoC原理：2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity322023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity32EoC组网原理：2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity332023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity332.EoC分类2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity342023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity34无源EoC：也称基带EoC，就是将双绞线以太网信号在75Ω铜电缆中传输。基带EOC特点：

链路层完全遵循802.3x，点对点连接，各电气特性与LAN方式接近

双极性差分信号/单极性信号、100Ω/75Ω的转换

IP数据工作带宽：0.5～65MHz基带EOC优点：每线价格成本低，生产厂商较多，在国内有一定规模的应用基带EOC缺点：

不能通过分支分配器，只支持点对点的星型分配网络，每线带宽是固定的10M，改造的时候必须一次投入到位，不能实现滚动式投资

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NationalKeyLabonISN,XidianUniversity352023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity35有源EoC：就是传输数据需要经过调制/解调在75Ω铜电缆中传输。全频段捷变频调制,可以使同轴电缆网络整个频宽可以得到充分利用，其中在模拟CATV中，87～108MHz用于FM广播，频道4～68对应167~958MHz。2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity362023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity36高频MoCA：MoCA-MultimediaoverCoaxAlliance，多媒体数据电缆联盟。MoCA特点：

使用频带800MHz－1500MHz，选择1GHz以下布线方便

每个信道带宽50MHz，15个信道可选，物理层速率可达270Mbps，数据链路层速率可达130Mbps

采用OFDM调制，TDMA/TDDMoCA优点：

有联盟标准，高带宽，能够通过分支分配器，在北美有较大规模的应用MoCA缺点：

芯片价格偏高，产品不够成熟

MOCA设备的价格下降比较快，生产的厂商也比较多

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NationalKeyLabonISN,XidianUniversity372023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity37高频WiFi：降频同轴WI-FI特点：

将频率降低到900MHz，不用更换现有的网络设备

与MOCA一样，能够通过分支分配器，不能够通过放大器

由于带宽比MOCA低，为保证带宽，因此一个WIFI的头端一般带12个有线电视用户，一个ONU下带4个WI-FI头端降频同轴WI-FI优点：

技术成熟，价格低廉，是所有有源EOC技术中成本最低的，与无源EOC相比，具备滚动式投资的优势降频同轴WI-FI缺点：

降频是非标准方式，不同厂商的降频芯片不能互通

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NationalKeyLabonISN,XidianUniversity382023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity38低频HomePNA技术：HomePhonelineNetworkingAlliance，家庭电话线联网联盟

HPNA3.0特点：

使用频带12MHz－28MHz，与现有有线电视网络结构完全相同物理层速率128Mbps，数据链路层速率可达80Mbps

采用多载波MCQAM调制，在频率轴上设置2-8个不同频率的载波同时传送同样数据，比传统QAM调制抗干扰能力更强，性能更优HPNA3.0优点：

ITU的国际标准，带宽较高，能够通过分支分配器，还能通过放大器HPNA3.0缺点：

芯片厂商不多，目前价格还偏高2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity392023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity39低频HomePlug技术：HomePlug特点：

2001年，HomePlug1.014Mbps2004年，HomePlugTurbo85Mbps2005年，HomePlugAV200Mbps2006年，HomePlugBPL220Mbps（BroadbandPowerLine）HomePlug优点：

技术成熟，价格低廉，有联盟标准，并且抗噪声、抗多径网络改造要求极低，网络适应性好；带宽足够，并且方案本身的带宽在快速提高；调制系统先进，信号汲取能力强，符号率高，抗噪声能力强；不占用广播电视频道，符合国家有线电视频带分割方案；信号传输损耗小，信号传输距离远，价格相当2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity402023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity403.六种技术比较2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity412023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity41比较项目HomePNAWiFiHomePlugMoCA/C-LINK无源EoC通信方式半双工半双工半双工半双工全双工/半双工标准化ITUG.9954802.11/g/nHomePlugAVMoCA1.0802.3调制方式FDQAM/QAMOFDM/BPSK,QPSK,QAMOFDM/子载波QAM自适应OFDM/子载波QAM自适应基带Manchester编码占用频段4-28MHz2400MHz或变频2-28MHz800-1500MHz0.5-25MHz信道带宽24MHz20/40MHz26MHz50MHz25MHz可用信道1131151物理层速率(Mbps)128共享54/108共享200共享270共享10独享MAC层速率(Mbps)80共享25共享100共享135共享9.6独享MAC层协议CSMA/CACSMA/CACSMA/CA，TDMACSMA/CA，TDMACSMA/CD客户端数量16或32/6432左右16或3231不受限制/由交换端口数确定QoSHPNA3RQoS+GQoSWiFiWME(多媒体扩展)QoS－>802.1dAnnexH.28个802.1D优先级映射到2-3个优先级

802.1dAnnexH.2时延<30ms<30ms<30ms<5ms<1ms备注速率与接入节点数成反比，节点越多性能越低。只有1家芯片厂，风险较大。技术成熟度高，后续发展快；频率高、损耗大，降低速率。速率与接入节点数成反比，节点越多性能越低。支持的芯片厂家较多。较新的技术，在VLAN和QoS等很多方面待完善；.速率与接入节点数成反比，节点越多速率越低;

频率高损耗大。速率恒定；无源可靠性极高；利用最完善和成熟的Ethernet技术,有保障。2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity422023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity424.组网原理2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity432023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity43无源EoC组网2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity442023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity44无源EoC组网2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity452023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity混合EoC组网STB：SetTopBox，机顶盒同轴+EoC，单线入户同轴+LAN，双线入户同轴五类线2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity462.1同轴电缆接入

2.2CableMODEM2.3EoC及其组网2.4IPTV及其组网2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4472023/1/4471.IPTV网络与平台结构IPTV(IPTV(InternetProtocolTVorInteractivePersonalTV)也叫交互式网络电视，它利用宽带网络，采用DSL或以太网等接入方式，通过网络机顶盒(STB)或PC向用户提供多种交互式的宽带视频业务，包括视频直播、视频点播、游戏、视频会议等。IPTV平台在总体结构上分为运营支撑层、业务应用层、承载层(承载网、汇聚和用户接入3个子层)。2022/12/26472022/12/26471.IPT2023/1/4482023/1/448IPTV网络－分层结构2022/12/26482022/12/2648IPTV网络2023/1/4492023/1/449

运营支撑层为IPTV平台提供运营支撑，是IPTV平台的运营支撑系统，它包括:用户管理、认证授权、计费支付及结算、统计分析、平台系统管理、机顶盒管理和数字版权管理等模块。

业务应用层为IPTV平台提供业务应用服务，包括:内容处理、内容管理、增值应用管理、点播、广播、流媒体服务、电子节目单以及通信服务、互动游戏和信息服务等增值应用。

承载层为IPTV平台提供网络承载，包括:内容分发网络、运营支撑层承载网络、业务应用层承载网络、汇聚层和ADSL、LAN、WLAN宽带接入。

用户终端是机顶盒加电视，IPTV用户使用机顶盒，通过电信运营商的ADSL,LAN,WLAN等宽带接入方式接入，在电视机上实现IPTV业务。

2022/12/26492022/12/26492023/1/4502023/1/450IPTV网络－平台结构2022/12/26502022/12/2650IPTV网络2023/1/4512023/1/4512.IPTV业务类型1)视频点播业务(VoD:VideoonDemand)：交互式视频业务2)电视直播业务(LiveTV)：类似于现有广电系统的实况转播3)其它业务：增值业务

a)上网业务b)可视电话业务c)电子广告业务d)网络游戏2022/12/26512022/12/26512.IPT2023/1/4522023/1/4523.IPTV主要技术1)业务编码：MPEG-4，H.2642)控制协议HTTPRTSPIGMPRequestResponseplaypauserecordFirefox,InternetExplorerRealPlayer,WindowsMediaPlayer(streamedvideo)(hyoer-text-transfer-protocol)(realtimestreamingprotocol)-connectingtomulticaststream(TVchannel)-changingfromonechanneltoanother(internetgroupManagementprotocol)2022/12/26522022/12/26523.IPT2023/1/4532023/1/4533.IPTV主要技术3)内容分发网(CDN：contentdistributionnetwork)CDN的一般体系结构图所示，一般有中心媒体存储和边缘分发节点两大部分，中心存储一般负责媒体的入库和内容存储，不向用户提供服务，只负责向边缘节点分发媒体内容，边缘分发节点的流媒体服务器向最终用户提供服务。节目存储：a)完整节目；

b)节目的多个片段segments2022/12/26532022/12/26533.IPT2023/1/4542023/1/4543.IPTV主要技术4)数据数字版权管理(DigitalRightsManagement，简称DRM)技术 为内容提供者保护他们的私有视频、音乐或其他数据的版权提供了一种技术手段，其原理是媒体制作者在节目制作阶段将版权信息嵌入到媒体内容之中，并通过加密方式对其加以保护。当需要验证媒体合法性的信息时，再通过技术方法或手段从媒体之中将版权信息读取出来，这样就可以进行版权信息的比对。使用最为普遍的数字版权技术是数字水印(DigitalWatermark)2022/12/26542022/12/26543.IPT2023/1/4552023/1/4554.IPTV网络结构Distributed/regionalCDSstreamerarray(CDN：contentdistributionnetwork，CDS：ContentDeliverySystem

)DCM:数字内容管理器，CA/DRM:条件接入(conditionalaccess)/数字版权管理；3级媒体流服务器体系：超级头端SHE，视频头端局VHO，视频交换局VSO2022/12/26552022/12/26554.IPT2023/1/4562023/1/4564.IPTV网络结构不同层次的视频服务器站点数2022/12/26562022/12/26564.IPT2023/1/4572023/1/4574.IPTV网络结构典型IPTV组网结构－传统星型每一层设备面向端口复制组播流量通过DiffServ区分单播（VOD)和组播BTVMA5200GNE80/40L2城域CS(CS电路交换）城域业务支撑平台DSLAM上网OpenEyeBTVRTUESESHomeGatewayNE80E/40ENE80E/40E上网VoD大客户2022/12/26572022/12/26574.IPT2023/1/4582023/1/458IPTV组网结构－

环形+

星型城域网MA5200GNE80/40L2总部CS城域CS总部业务支撑平台城域业务支撑平台DSLAM上网OpenEyeBTVRTUESESHomeGatewayNE80E/40ENE80E/40E国干网上网VoD大客户星型承载单播（VoD），环形承载组播（BTV）环形组网的好处是无需复制多份拷贝，且提供50ms倒换2022/12/26582022/12/2658IPTV组网2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity59第2章HFC接入网技术

2.1HFC接入网技术2.2CableModem技术2.3EoC及其组网2.4IPTV及其组网2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity602.1HFC接入网技术

一、

HFC网络组成#

1、什么是HFC网？

HFC:HybridFibercoaxialcable

,HFCisasharedbroadcastmedium

它是利用光纤进行干线传输、用户网络采用同轴电缆，可以实现CATV、Internet、数据、电话/视频等业务双向传输的网络。2、模拟数字HFC网络结构（图见黄孝建P146）2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity61外网（核心网）外网（模拟网）解调解调2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity62(1)前端

连接PSTN的设备：PBX、CO等连接电视设备：模拟电视设备、数字电视设备（IPTV服务器）

连接Internet/数据网：路由器、集线器等

内容服务器：视频会议服务器（MCU：MultipointControlUnit）、VoD服务器

网管系统：SNMP（SimpleNetworkManagementProtocol)

基带处理设备：调解器MODEM、复用器MultiplexerCMTS＃：CableModemTerminationSys.，电缆调解器端局系统，是HFC的核心设备（2）光纤传输设备光纤及传输设备组成 下行50～750MHZ

上行5～200MHZ3.网元及其功能2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity63用户服务区（配线网+用户引入线）A.

光纤结点分支器

(射频)

B.

分支器将下行信号分配到用户单元

C.

引入线一般使用软电缆D.

用户设备：机顶盒（SetTop）：连接电视设备线缆调解器（CableModem）：连接计算机、话机设备2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity644.实用网络实例东方有线网络有线公司网络示意图

和IP骨干网上联光接收机射频分配(包括射频放大重新分配)光发送机光分路器1:4分前端光节点放大器用户端：电视端口以及各种数据业务端口（CM或者STB等）用户分配网光收机射频分配组合CMTS供电器TV信号2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity651)

回传（上行）信道：5~30（42）MHz一般5~30MHZ传输上行电话30~42MHz传输上行数据（VoD点播信令）2)

广播、电视频率段(MHZ)：48.5~92

模拟广播电视87.0~108FM广播111~550模拟广播电视（450~550也可以用于数字电视）550~710VoD数字电视710~750非广播电视750~1000个人通讯二、HFC接入网中的频率分配－同轴电缆中的频谱分配2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity66三、基于IP的HFC网络1、网络结构CATV电信网PSTNComput.NetCMTS结点用户设备ADMADMADMADMSwitch/网关2网关1RouterADM#:Add&DropMultiplexer分插复用器（detailedinCh5）模拟PCM语音IP语音模拟不同位置语音体制HFCInternet2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity67提供业务：IP电话、IP视频会议、IP电视、Internet；网关1完成模拟电视与数字化IP电视的转换；网关2完成传统PCM数字语音与数字化IP语音的转换；Router、网关1、网关2与CableModem传输机即可分开，也可合为一体。2、IP传送协议结构

模拟数字数据语音、视频电视电视RTP/RTCP

TCP/UDP/IPPPPSDHDWDM

物理光纤2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity68RTP(实时传送协议)：Real-timeTransportProtocol，提供实时传送机制，如分组丢失、时戳（timestamp，用于收端时延波动处理）RTCP（实时传送控制协议）：Real-timeTransportControlProtocol，提供传输质量测控，如分组丢失率等2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity693.分组传送技术简记（分层网嵌套式连接）XoverY(overZ)(X分组在Y分组中传送，Y

分组在Z分组中传送，studiedindetailinthechapterNo.8；例如，左图的R1～R5链路的提供有3种方式：

1）SDH层的直连链路2）R1-D1,D1-D5,D5-R5构成链路

3）R1-O1,O1-O7，O7-O8,O8-O5，O5-R5构成链路VoiceoverDSL (VoDSL)VoiceoverIP (VoIP)#PacketoverSDH (PoS)#PPPoverEthernet (PPPoE)#IPoverATMoverSDH (IPoA/SDH)IPoverFiber (IPoF)2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity70分层网嵌套式连接的注解:如果我们将SDH、OTN、DWDM分别比作人、汽车、火车，则分层网嵌套式连接可表示如下：

1）人走路，R1R5；2）人/汽车，人坐汽车，R1(D1D5)R5；R1-D1,D1-D5,D5-R5构成链路

3）人坐火车，R1-O1,O1-O7，O7-O8,O8-O5，O5-R5构成链路4)人/汽车/火车，R1-D1,D1-O1,（O1-O2，O2-O3,O3-O4，O4-O5,其中O1O5包含若干(1~n)光路

)，O5-D5,

D5-R5构成链路2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity71多层多域混合光网络组成及其相邻层/隔层承载关系示意图

2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity722.1HFC接入网技术2.2CableModem技术2.3EoC及其组网2.4IPTV及其组网2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity732.2CableModem技术

一、设备类型1、机顶盒(STB:Set-TopBox)：早期：增加视道、收费控制、按次计费等现今：STB具备1）模拟电视接收（解扰）2）数字视频接收解码3）交互通信（VoD、WWW、FTP、微博）2、线缆调解器：

与信息处理平台(PC)相连，提供音/视频、上网业务等2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity74

二、CableModem原理1、工作原理框图调制FEC/交织组帧扰码MAC处理传输接口解调帧同步FEC/去交织载荷解扰控制PDU处理传输接口：ATM接口，10/100MEthernet网口，USB扰码：保证/降低错误帧同步的概率，一般使用g(x)=x43+1

2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity752、MAC工作原理

(CableModemConnection

)CATV电信网PSTNComput.NetCM结点HFC用户设备用户设备用户设备2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity762、MAC工作原理

1）CMTS(CableModemTerminationSystem）CMTS与CMs是Server/clients结构;请求冲突后，CMs采用退避机制;CMTSCMiReqConfirm

2)

信道获得：channelacquisition搜索下行信道，获得QAM数据，寻找MPEG-2分组，找到DOCSIS(DataOverCableServiceInterfaceSpecification)规定PID（PacketIDentifier)分组。2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity77

3）获得上行参数：obtainupstreamparametersCM搜索三种MAC消息（message）

A)

Sync:acommontimereferencetoallmodems

B)

UCD：UpstreamChannelDescriptor

C)MAP（上行小时隙指派图）：upstreamallocationMAP（图形）mini-slotinformationthatindicateswhenaModemcantransmitandhowlongtotransmit4)测距-Ranging

测距用于调整：timereference,transmitter(frequency,power)CMTSCMiReqConfirm2022/12/26Dr.ZhanqiXU,Natio2023/1/4Dr.ZhanqiXU,

NationalKeyLabonISN,XidianUniversity78CMTSCMi图注：1）由于测距的不准确，达到CMTS的小时隙间的空隙在变化；2）CMTS的小时隙帧间留有保护时隙；3）每一个CM需测量到CMTS的距离，以确定发送时刻；4）即使分配给CMi的小时