第5章-Cable-Modem接入技術(shù)

第4章CableModem接入技術(shù)接入網(wǎng)技術(shù)

CATV的發(fā)展背景:

CATV是由共享天線的收訊系統(tǒng)演變而來(lái)。當(dāng)初設(shè)立CATV的目的，是為了改善山區(qū)接收不良等偏遠(yuǎn)地區(qū)的電視收視效果而設(shè)立的。一般的電視廣播都是利用電波來(lái)傳送訊息，因此很容易受到地形或高樓大廈等建筑物的阻擋，而造成電波干擾、收視效果不佳的現(xiàn)象。為了解決某些地區(qū)因地形上的限制而無(wú)法得到良好收視效果的問(wèn)題，于是在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)裝設(shè)高性能的共享天線，再以電纜線將電波送到各用戶(hù)去。CATV概述

CATV系統(tǒng)基本組成是信號(hào)源接收部分、前端部分、干線傳輸部分和分配網(wǎng)絡(luò)組成，系統(tǒng)的供電、防雷等均分散在上述各部分內(nèi)。

信號(hào)源接收部分的主要任務(wù)是前端提供系統(tǒng)欲傳輸?shù)母鞣N信號(hào)。單元定向天線來(lái)接收VHF，UHF頻段的電視信號(hào)。

系統(tǒng)的前端部分的主要任務(wù)是對(duì)送入前端的各種信號(hào)進(jìn)行技術(shù)處理，將它們變成符合系統(tǒng)傳輸要求的高頻電視信號(hào)，最后將各種電視信號(hào)混合成一路，饋送給系統(tǒng)的干線傳輸部分。

系統(tǒng)的干線傳輸部分主要任務(wù)是將系統(tǒng)前端部分所提供的高頻電視信號(hào)通過(guò)傳輸媒體不失真地送到系統(tǒng)所屬的分配網(wǎng)絡(luò)輸入端口，且其信號(hào)電平需滿(mǎn)足系統(tǒng)分配網(wǎng)絡(luò)的要求。

CATV系統(tǒng)的光纖傳輸，實(shí)際上是把CATV系統(tǒng)前端部分輸出的高頻電視信號(hào)調(diào)制成波長(zhǎng)為1310nm的激光信號(hào)，這個(gè)任務(wù)由光發(fā)送機(jī)完成，經(jīng)過(guò)光纖傳送后，由光接收機(jī)接收并還原來(lái)的高頻電視信號(hào)后饋送給系統(tǒng)的分配網(wǎng)絡(luò)。

CATV組成

1）信號(hào)源接收系統(tǒng)VHF/UHF天線衛(wèi)星接收機(jī)微波接收機(jī)自辦視頻節(jié)目音頻節(jié)目源

2）前端系統(tǒng)只要作用是接收和處理信號(hào)。將不同制式的信號(hào)，統(tǒng)一成同一種形式，再按照頻分復(fù)用的方式將其轉(zhuǎn)換成預(yù)定頻道的射頻電視信號(hào)，最后混合成一路寬帶信號(hào)輸出。

3）干線傳輸系統(tǒng)干線傳輸系統(tǒng)是一個(gè)傳輸網(wǎng)，主要作用是把前端輸出地高頻電視信號(hào)高質(zhì)量的傳輸給用戶(hù)分配網(wǎng)。主要設(shè)備：干線放大器，起到放大，均衡的作用。

4）用戶(hù)分配系統(tǒng)用戶(hù)分配系統(tǒng)主要作用是將干線傳輸系統(tǒng)送來(lái)的信號(hào)合理地分配給各個(gè)用戶(hù)。包括支線放大器，分配器，分支器，用戶(hù)終端插座。CATV網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)1）優(yōu)點(diǎn)技術(shù)成熟，成本低，非常適合傳送單向的廣播電視業(yè)務(wù)。2）缺點(diǎn)不適合傳輸雙向業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)可靠性差對(duì)用戶(hù)提供的業(yè)務(wù)質(zhì)量不一致網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和管理差5.1.2HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)HFC即HybridFiber－Coaxial的縮寫(xiě)，是混合光纖同軸電纜網(wǎng)。是一種發(fā)展前景廣闊的通信技術(shù)，電信服務(wù)商現(xiàn)在對(duì)HFC表現(xiàn)出濃厚的興趣。對(duì)有些電信服務(wù)供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，采用HFC技術(shù)向居民住宅和小型商務(wù)機(jī)構(gòu)提供融合了數(shù)據(jù)和視頻服務(wù)的綜合服務(wù)具有相當(dāng)大的誘惑力。與此同時(shí)，HFC還為網(wǎng)絡(luò)營(yíng)造企業(yè)提供了眾多的發(fā)展機(jī)會(huì)。但是，這一技術(shù)目前還存在一些設(shè)計(jì)缺陷，網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和部署成本也比較昂貴。

HFC網(wǎng)絡(luò)組成1）饋線網(wǎng)饋線網(wǎng)指前端至服務(wù)區(qū)的節(jié)點(diǎn)之間部分前端設(shè)備負(fù)責(zé)完成信號(hào)的采集，交換及信號(hào)的調(diào)制和混合。光節(jié)點(diǎn)完成信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換，并將電信號(hào)放大傳輸至同軸電纜網(wǎng)絡(luò)。

2）配線網(wǎng)配線網(wǎng)值得是服務(wù)區(qū)光節(jié)點(diǎn)到分支點(diǎn)之間的部分。這部分設(shè)計(jì)的好壞決定整個(gè)HFC網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量和業(yè)務(wù)類(lèi)型。引入服務(wù)區(qū)的概念，每個(gè)子網(wǎng)采用同樣的頻譜安排

3）用戶(hù)引入線指分至點(diǎn)到用戶(hù)端設(shè)備的部分。引入線負(fù)責(zé)將射頻信號(hào)從分支器經(jīng)引入線送給用戶(hù)。傳輸距離為幾十米。采用軟電纜，方便鋪設(shè)。5.1.3HFC網(wǎng)上常用的幾種業(yè)務(wù)1視頻點(diǎn)播（VOD）VOD是VideoOnDemand的縮寫(xiě)，即視頻點(diǎn)播的意思。顧名思義，它是一種可以按用戶(hù)需要點(diǎn)播節(jié)目的交互式視頻系統(tǒng)，或者更廣義一點(diǎn)講，它可以為用戶(hù)提供各種交互式信息服務(wù)。交互式視頻點(diǎn)播系統(tǒng)一般由VOD前端處理系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、用戶(hù)機(jī)頂盒三個(gè)部分組成。

2電話業(yè)務(wù)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。在HFC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HFC網(wǎng)絡(luò)的前端接口單元；用戶(hù)電話和HFC網(wǎng)絡(luò)的用戶(hù)接口單元；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備

3雙向數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)在用戶(hù)端和局端增加CableModem即可進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳送。具有對(duì)稱(chēng)型和非對(duì)稱(chēng)型結(jié)構(gòu)，提供不同的速率。5.1.4HFC系統(tǒng)頻譜分配共分4個(gè)頻段：上行信號(hào)頻段、下行模擬電視頻段、下行數(shù)字電視頻段、個(gè)人通信頻段。表l給出了不同地區(qū)和國(guó)家各頻段的具體劃分。

5.2CableModem系統(tǒng)原理5.2.1CableModem技術(shù)產(chǎn)生與發(fā)展1993年美國(guó)時(shí)代華納公司成功的在有線電視上進(jìn)行了模擬和數(shù)字電視，數(shù)據(jù)的雙向傳輸。1994年5月，IEEE802.14工作組建立，目的是建立一個(gè)基于HFC的城域網(wǎng)。1995年11月，MCNS成立，目的是在有線網(wǎng)絡(luò)上傳輸可變長(zhǎng)度IP數(shù)據(jù)包5.2.2CableModem系統(tǒng)結(jié)構(gòu)CableModem系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有兩部分構(gòu)成前端端接系統(tǒng)(CMTS)和CableModem(CM)

1CMTSCMTS是個(gè)模塊化的局端系統(tǒng)，由多種模塊組成。CMTS主要完成數(shù)據(jù)和射頻信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。下行方向：CMTS先將來(lái)自路由器的數(shù)據(jù)包分裝成MPEG2-TS幀的形式，再進(jìn)行64-QAM調(diào)制，與有線電視的視頻信號(hào)混合，經(jīng)HFC網(wǎng)路傳送給各用戶(hù)端CM。上行方向：CMTS將接收到得經(jīng)過(guò)QPSK/16QAM調(diào)制的餓數(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。

2CMCM是用戶(hù)端的電纜調(diào)制解調(diào)器下行方向：CM接收來(lái)自CMTS發(fā)送來(lái)的信號(hào)，并解調(diào)，然后轉(zhuǎn)化成MPEG2-TS數(shù)據(jù)幀格式下行方向：CM接收來(lái)自CMTS發(fā)送來(lái)的QAM調(diào)制信號(hào)并解調(diào)，通過(guò)HFC網(wǎng)絡(luò)的上行數(shù)據(jù)通道傳送給CMTS。

3CMTS和CM間通訊的建立CM和CMTS協(xié)同工作原理

1）確定下行信道CM首先嘗試重新獲取存儲(chǔ)的下行信道。2）確定上行信道CM等待CMTS發(fā)送來(lái)的上行信道描述符（UCD），以獲取上行信道參數(shù)。3）注冊(cè)CM通過(guò)指定的上行信道向頭端發(fā)送注冊(cè)請(qǐng)求，在收到頭端的注冊(cè)相應(yīng)后，表示注冊(cè)成功。

4）測(cè)距，認(rèn)證和初始化注冊(cè)成功后，CM向CMTS發(fā)送測(cè)距請(qǐng)求，再根據(jù)CMTS相應(yīng)來(lái)調(diào)制CM自身的傳輸信號(hào)電平。根據(jù)DHCP獲得IP地址，使用TFTP建立本地時(shí)間。5.2.3CableModem工作原理CableModem實(shí)現(xiàn)的功能與普通的Modem基本一致，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制解調(diào)，不同之處在于是在CATV的某個(gè)頻帶內(nèi)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)。屬于共享介質(zhì)系統(tǒng)5.2.4CableModemCM系統(tǒng)協(xié)議模型CM系統(tǒng)協(xié)議分為物理層和MAC層

1物理層CM物理層只要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)比特的傳輸、同步、定向、和調(diào)制解調(diào)等功能。分為物理介質(zhì)相關(guān)子層（PMD）和傳輸匯聚（TC）子層1)PMD子層PMD子層主要的功能是對(duì)線纜上的射頻載波進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)比特流同步編碼和差錯(cuò)校驗(yàn).分為上行PMD和下行PMD

大部分CM物理層上下行信道還采用頻分多址（FDMA）技術(shù)和時(shí)分多址（TDMA）技術(shù)。目前在上行信道也采用碼分多址（S-CDMA）技術(shù)。為了解決沖突，減少帶寬的浪費(fèi)，采用TDMA技術(shù)，將上行信道分為若干個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙稱(chēng)為miniSlot,它是上行信道帶寬分配的基本單位。

上行信道存在兩種類(lèi)型打miniSlot

RequestminiSlot

和DataminiSlotRequestminiSlot容納的是RequestPDURequestPDU是CM向頭端提出分配多個(gè)miniSlot

來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的請(qǐng)求信息。DataminiSlot容納的是DataPDU

DataPDU是CM向頭端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，占多個(gè)miniSlot

2）TC子層TC子層提供MAC層和下行PMD子層的通訊接口，主要功能是對(duì)頭端來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)同步并定界，保證數(shù)據(jù)正確傳輸。

2MAC層5.2.4CableModem種類(lèi)與安裝1CableModem種類(lèi)1）從傳輸方式角度分為雙向?qū)ΨQ(chēng)式傳輸和非對(duì)稱(chēng)式傳輸對(duì)稱(chēng)式傳輸指上下行信號(hào)各占用一個(gè)普通頻道8M帶寬，傳輸速率為2-4Mb/s,最高達(dá)到10Mb/s非對(duì)稱(chēng)式傳輸下行速率為30Mb/s上行速率為500k-2.56Mb/s

2）從數(shù)據(jù)傳輸方向看，有單向和雙向之分3）從網(wǎng)絡(luò)通訊角度看，分為同步和異步兩種。4）從接入角度看，分為個(gè)人CableModem和寬帶CableModem5）從接口角度分，分為外置式，內(nèi)置式和交互機(jī)頂盒

2CableModem的安裝安裝前需要的設(shè)備分支器，電源線，以太網(wǎng)線，USB線盒配套光盤(pán)1）分支器的安裝將有線電視同軸電纜的入戶(hù)線接入分支器的輸入端（IN）再將電視機(jī)和CableModem分別接入分支器的兩個(gè)輸出端（OUT）

2）CableModem的安裝（1）內(nèi)置式CableModem的安裝：將CableModem卡插在計(jì)算機(jī)主