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1、HFC宽带接入相关知识,陈 柏 年浙江传媒学院,两个重要定义,有线电视CATV（Cable Television）用射频电缆、光缆、多路微波或其组合来传输、分配和交换声音、图像及数据信号的电视系统。光纤同轴电缆混合有线电视网HFC（Hybrid Fiber Coax CATV network）用光纤和射频同轴电缆的组合来传输、分配和交换声音、图像和数据信号的有线电视网络。,双向HFC网频率规划,频率规划图,fMHz,我国现有的CATV系统,有线数字电视下行频道的五个频段,网络管理上、下行信道的频率配置建议,广电宽带城域网定义,广电宽带城域网：（Broadband Metropolitan Ar
2、ea Network for Broadcast&Television）由广播、交互两个信道组成的用射频电缆、光缆、微波、数据电缆或及其组合来传输、分配和交换图像、声音及数据信号的城域宽带、多业务有线广播电视网络。,广电宽带城域网的五个要素,1、信道构成-具有广播和交互两个信道，分别用于完成广播式和交互式业务；2、物理介质-可采用射频电缆、光缆、微波、数据电缆或及其组合多种传输介质；3、作业任务-对广播式和交互式业务信号进行传输、分配和交换三种作业；4、处理对象-图像、声音及数据三种信号；5、功能特点-覆盖整个城域范围，具有宽带通信网的特性，可开展多种业务。,广电网络的“三化”目标,1.光缆化
3、-光缆尽量向下延伸，做到最后一级光节点所带用户小于500户，地理范围小于1公里，光节点后放大器延长串接数不超过2级。2.宽带化-本地网络的带宽做到农村750MHz，城市862MHz。3.双向化-本地网络具备双向传输的能力，主要采用HFC接入、EPON+LAN或EPON+EOC接入。,双向光纤同轴电缆混合网HFC（Hybrid Fiber-Coaxial）,双向HFC网络的结构特点,组成：干线以光纤为传输介质，以提高传输质量，用户分配网为同轴电缆网，负责下行信号分配并上行回传信号的传输。下行（正向）：前端信号经由正向光纤链路传输至光节点，经光电转换将光信号转换成电信号，再经同轴电缆分配网至各个用
4、户端；上行（反向）：用户端上行信号经同轴电缆传输网反向传输至光节点，经电光转换将电信号转换成光信号，再经上行光纤链路，传输至数据前端。,城域网广播信道基本结构模型,城域网交互信道结构模型,HFC网络典型结构,铝管同轴电缆,四屏蔽电缆,集中分配,集线器,光节点,干线放大器,一级光纤干线,二级光链路,用户分配接入网,同轴电缆传输网,“最后一公里”接入网,Cable modem,分前端,分前端,分前端,分前端,综合前端示意图,广电宽带城域网的结构,广播信道（单向）前端：前端和分前端干线：一级和二级光链路干线分配网：同轴电缆分配网交互信道（正向交互信道和反向交互信道）骨干网：主中心和分中心之间，连接光
5、缆（一级光纤链路）接入网：分中心和用户终端之间，二级光纤链路和同轴电缆,分布式HFC网络（主流模式）（总前端+一级光纤+分前端+二级光纤+同轴分配网模式）,基本特点：以城市或区域有线电视网的总前端为中心的多个分前端传输模式。总前端通过干线向各个分前端传输信号，原则上节点由各分前端馈送信号。分前端除了可收转本地电视节目和自办节目外，还是数字光纤和模拟光纤传输平台的光分配与交换中心。适用场合：地级市以上网络,当前HFC典型拓扑结构归纳,一级光网：环形或星形，大型网络可采用多环-星形结合二级光网：星形同轴电缆网：星-树形结合，从开展交互业务的角度最好是星形对称性设计。,HFC网络的形式,光纤到服务区
6、FTSA（Fiber to the Service Area）光纤到馈线FTTF（Fiber to the Feeder）光纤到桥接FTTB（Fiber to the Bridging）光纤到路边FTTC（Fiber to the Curb）光纤到楼幢FTTB（Fiber to the Building）光纤到最后一级放大器FTTLA（Fiber to the Last Amplifier）光纤到家庭FTTH（Fiber to the Home）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方式综合使用,广播信道和交互信道之间
7、：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：TDM,家庭用户接入连接,双向HFC的基本组网,有线宽带网络接入系统实际组网结构图,CMTS的主要功能,（1）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）通过HFC网与用户的CM连接。（3）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）通过HFC网与前端CMTS连接。（2）接受C
8、MTS授权，并根据CMTS传来的参数，实现对自身的配置。（3）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
9、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。,MCNS组织建议,多媒体电缆网络系统MCNS（Multimedia Cable Network System）：美国四大有线电视机构Time Warner、TCI、Cox、Comcast所发起的多媒体电缆网络行业协会。电缆数据（传输）业务接口规范DOCSIS（Data Over Cable Service Interface Specification）：HFC网络内进行高速数据通信的国际标准。2002年12月，国际电信联盟采用了DOCSIS2.0标准，标准号为ITU-T j.122。,DOCSIS规范相关
10、名词,CMTS-线缆调制解调器（Cable Modem）头端系统CM-线缆调制解调器Cable ModemDOCSIS-电缆数据业务接口规范（Data Over Cable Service Interface Specification），是在Cable上传输数据的接口协议Cable lab-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,DOCSIS的基本框架,广域网WAN,用户侧设备CPE,CMTS,最早的RF DOCSIS1.0规范,CM,CMTS网络侧接口CMTS-NSI,CM用户侧设备接口
11、CMCI,通过系统透明传送IP分组,DOCSIS的参考模型基于IP的HFC网络配置,CMTS,CM,HFC网络的协议栈,协议模型说明,CMTS和CM是作为IP协议和逻辑链路控制（LLC）处理的主机来运行的。协议堆栈从下到上，构成网络的物理层、数据链路层和网络层。在网络传输接口上，仅有物理层和数据链路层。,DOCSIS系统的协议模型,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,
12、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Cable Modem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
13、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、CMTSNSI接口：前端的CMTS与数据网络边界NSI（Network Side Interface）之间的接口。2、DOCSOSSI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
14、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。,HFC MAC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4Bytes MPEG头和144Bytes MPEG数据组成。,HFC MAC上行基本原理,采用多点对一点时分复用方式，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
15、，2）分配，3）发送。上行传输形态由前导、MAC Frame和保护时间组成。,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C
16、MTS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（Upstream Channel 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。,CM上电启动流程,MajpjMVcyzj21HLfrvy96dv02lPPfYgxUS7IYmZkyEmZ0kGeYZS3bpLCkYH1lt4EK7CxmUX3ijoYSOer7ZuaVWYgz4EpZrUirVpMzzvNtf1XZw5o
17、swSXOtFaejnOcmfE1lZgnN1RSXg8wLCG8CVQ3XPJMvodPFWcpiYJgZazNSEPNIaklYSu7qSd1UpaxmZDlpN9zW7kljfsLCLi26Yv109ffbnDH8LbUN1G6ACURQ39eG12KHL9tXsZ1jzgoCK8g1kuNOh5eFvcmVT5ZYVQt9zk3rp3qLnf02FovEXxVRxjCcFRNppiJljNiOuk6fONnyX7fyGg7sXZ49BmCN5oy9VesHpKzdjTKwjrkCEQCFDehVmGax3lrOEbw63VscA3YSijtUKoCyiLzAlVRp7l4QgPNHxv
18、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,
