第5章-Cable-Modem接入技术

第4章CableModem接入技术接入网技术

CATV的发展背景:

CATV是由共享天线的收讯系统演变而来。当初设立CATV的目的，是为了改善山区接收不良等偏远地区的电视收视效果而设立的。一般的电视广播都是利用电波来传送讯息，因此很容易受到地形或高楼大厦等建筑物的阻挡，而造成电波干扰、收视效果不佳的现象。为了解决某些地区因地形上的限制而无法得到良好收视效果的问题，于是在适当地点装设高性能的共享天线，再以电缆线将电波送到各用户去。CATV概述

CATV系统基本组成是信号源接收部分、前端部分、干线传输部分和分配网络组成，系统的供电、防雷等均分散在上述各部分内。

信号源接收部分的主要任务是前端提供系统欲传输的各种信号。单元定向天线来接收VHF，UHF频段的电视信号。

系统的前端部分的主要任务是对送入前端的各种信号进行技术处理，将它们变成符合系统传输要求的高频电视信号，最后将各种电视信号混合成一路，馈送给系统的干线传输部分。

系统的干线传输部分主要任务是将系统前端部分所提供的高频电视信号通过传输媒体不失真地送到系统所属的分配网络输入端口，且其信号电平需满足系统分配网络的要求。

CATV系统的光纤传输，实际上是把CATV系统前端部分输出的高频电视信号调制成波长为1310nm的激光信号，这个任务由光发送机完成，经过光纤传送后，由光接收机接收并还原来的高频电视信号后馈送给系统的分配网络。

CATV组成

1）信号源接收系统VHF/UHF天线卫星接收机微波接收机自办视频节目音频节目源

2）前端系统只要作用是接收和处理信号。将不同制式的信号，统一成同一种形式，再按照频分复用的方式将其转换成预定频道的射频电视信号，最后混合成一路宽带信号输出。

3）干线传输系统干线传输系统是一个传输网，主要作用是把前端输出地高频电视信号高质量的传输给用户分配网。主要设备：干线放大器，起到放大，均衡的作用。

4）用户分配系统用户分配系统主要作用是将干线传输系统送来的信号合理地分配给各个用户。包括支线放大器，分配器，分支器，用户终端插座。CATV网络的特点1）优点技术成熟，成本低，非常适合传送单向的广播电视业务。2）缺点不适合传输双向业务网络可靠性差对用户提供的业务质量不一致网络的监控和管理差5.1.2HFC网络结构HFC即HybridFiber－Coaxial的缩写，是混合光纤同轴电缆网。是一种发展前景广阔的通信技术，电信服务商现在对HFC表现出浓厚的兴趣。对有些电信服务供应商来说，采用HFC技术向居民住宅和小型商务机构提供融合了数据和视频服务的综合服务具有相当大的诱惑力。与此同时，HFC还为网络营造企业提供了众多的发展机会。但是，这一技术目前还存在一些设计缺陷，网络的建设和部署成本也比较昂贵。

HFC网络组成1）馈线网馈线网指前端至服务区的节点之间部分前端设备负责完成信号的采集，交换及信号的调制和混合。光节点完成信号的光电转换，并将电信号放大传输至同轴电缆网络。

2）配线网配线网值得是服务区光节点到分支点之间的部分。这部分设计的好坏决定整个HFC网络的业务量和业务类型。引入服务区的概念，每个子网采用同样的频谱安排

3）用户引入线指分至点到用户端设备的部分。引入线负责将射频信号从分支器经引入线送给用户。传输距离为几十米。采用软电缆，方便铺设。5.1.3HFC网上常用的几种业务1视频点播（VOD）VOD是VideoOnDemand的缩写，即视频点播的意思。顾名思义，它是一种可以按用户需要点播节目的交互式视频系统，或者更广义一点讲，它可以为用户提供各种交互式信息服务。交互式视频点播系统一般由VOD前端处理系统、传输网络、用户机顶盒三个部分组成。

2电话业务不仅可以提供普通电话，也可以提供电信业务包括数字电话，电视电话。在HFC网上传输电话业务需要增加三种设备：连接交换机和HFC网络的前端接口单元；用户电话和HFC网络的用户接口单元；计算机网络管理设备

3双向数据通信业务在用户端和局端增加CableModem即可进行高速的数据传送。具有对称型和非对称型结构，提供不同的速率。5.1.4HFC系统频谱分配共分4个频段：上行信号频段、下行模拟电视频段、下行数字电视频段、个人通信频段。表l给出了不同地区和国家各频段的具体划分。

5.2CableModem系统原理5.2.1CableModem技术产生与发展1993年美国时代华纳公司成功的在有线电视上进行了模拟和数字电视，数据的双向传输。1994年5月，IEEE802.14工作组建立，目的是建立一个基于HFC的城域网。1995年11月，MCNS成立，目的是在有线网络上传输可变长度IP数据包5.2.2CableModem系统结构CableModem系统结构主要有两部分构成前端端接系统(CMTS)和CableModem(CM)

1CMTSCMTS是个模块化的局端系统，由多种模块组成。CMTS主要完成数据和射频信号之间的转换。下行方向：CMTS先将来自路由器的数据包分装成MPEG2-TS帧的形式，再进行64-QAM调制，与有线电视的视频信号混合，经HFC网路传送给各用户端CM。上行方向：CMTS将接收到得经过QPSK/16QAM调制的饿数据进行解调，转换成以太网网帧的形式送给路由器。

2CMCM是用户端的电缆调制解调器下行方向：CM接收来自CMTS发送来的信号，并解调，然后转化成MPEG2-TS数据帧格式下行方向：CM接收来自CMTS发送来的QAM调制信号并解调，通过HFC网络的上行数据通道传送给CMTS。

3CMTS和CM间通讯的建立CM和CMTS协同工作原理

1）确定下行信道CM首先尝试重新获取存储的下行信道。2）确定上行信道CM等待CMTS发送来的上行信道描述符（UCD），以获取上行信道参数。3）注册CM通过指定的上行信道向头端发送注册请求，在收到头端的注册相应后，表示注册成功。

4）测距，认证和初始化注册成功后，CM向CMTS发送测距请求，再根据CMTS相应来调制CM自身的传输信号电平。根据DHCP获得IP地址，使用TFTP建立本地时间。5.2.3CableModem工作原理CableModem实现的功能与普通的Modem基本一致，实现信号的调制解调，不同之处在于是在CATV的某个频带内进行调制解调。属于共享介质系统5.2.4CableModemCM系统协议模型CM系统协议分为物理层和MAC层

1物理层CM物理层只要负责实现比特的传输、同步、定向、和调制解调等功能。分为物理介质相关子层（PMD）和传输汇聚（TC）子层1)PMD子层PMD子层主要的功能是对线缆上的射频载波进行调制解调，同时实现比特流同步编码和差错校验.分为上行PMD和下行PMD

大部分CM物理层上下行信道还采用频分多址（FDMA）技术和时分多址（TDMA）技术。目前在上行信道也采用码分多址（S-CDMA）技术。为了解决冲突，减少带宽的浪费，采用TDMA技术，将上行信道分为若干个时隙，每个时隙称为miniSlot,它是上行信道带宽分配的基本单位。

上行信道存在两种类型打miniSlot

RequestminiSlot

和DataminiSlotRequestminiSlot容纳的是RequestPDURequestPDU是CM向头端提出分配多个miniSlot

来传输数据的请求信息。DataminiSlot容纳的是DataPDU

DataPDU是CM向头端传输的数据信息，占多个miniSlot

2）TC子层TC子层提供MAC层和下行PMD子层的通讯接口，主要功能是对头端来的数据进行处理，实现同步并定界，保证数据正确传输。

2MAC层5.2.4CableModem种类与安装1CableModem种类1）从传输方式角度分为双向对称式传输和非对称式传输对称式传输指上下行信号各占用一个普通频道8M带宽，传输速率为2-4Mb/s,最高达到10Mb/s非对称式传输下行速率为30Mb/s上行速率为500k-2.56Mb/s

2）从数据传输方向看，有单向和双向之分3）从网络通讯角度看，分为同步和异步两种。4）从接入角度看，分为个人CableModem和宽带CableModem5）从接口角度分，分为外置式，内置式和交互机顶盒

2CableModem的安装安装前需要的设备分支器，电源线，以太网线，USB线盒配套光盘1）分支器的安装将有线电视同轴电缆的入户线接入分支器的输入端（IN）再将电视机和CableModem分别接入分支器的两个输出端（OUT）

2）CableModem的安装（1）内置式CableModem的安装：将CableModem卡插在计算机主