第5章-Cable-Modem接入技術

第4章CableModem接入技術接入網技術

CATV的發(fā)展背景:

CATV是由共享天線的收訊系統(tǒng)演變而來。當初設立CATV的目的，是為了改善山區(qū)接收不良等偏遠地區(qū)的電視收視效果而設立的。一般的電視廣播都是利用電波來傳送訊息，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法得到良好收視效果的問題，于是在適當?shù)攸c裝設高性能的共享天線，再以電纜線將電波送到各用戶去。CATV概述

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

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

系統(tǒng)的前端部分的主要任務是對送入前端的各種信號進行技術處理，將它們變成符合系統(tǒng)傳輸要求的高頻電視信號，最后將各種電視信號混合成一路，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是將系統(tǒng)前端部分所提供的高頻電視信號通過傳輸媒體不失真地送到系統(tǒng)所屬的分配網絡輸入端口，且其信號電平需滿足系統(tǒng)分配網絡的要求。

CATV系統(tǒng)的光纖傳輸，實際上是把CATV系統(tǒng)前端部分輸出的高頻電視信號調制成波長為1310nm的激光信號，這個任務由光發(fā)送機完成，經過光纖傳送后，由光接收機接收并還原來的高頻電視信號后饋送給系統(tǒng)的分配網絡。

CATV組成

1）信號源接收系統(tǒng)VHF/UHF天線衛(wèi)星接收機微波接收機自辦視頻節(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。將不同制式的信號，統(tǒng)一成同一種形式，再按照頻分復用的方式將其轉換成預定頻道的射頻電視信號，最后混合成一路寬帶信號輸出。

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

4）用戶分配系統(tǒng)用戶分配系統(tǒng)主要作用是將干線傳輸系統(tǒng)送來的信號合理地分配給各個用戶。包括支線放大器，分配器，分支器，用戶終端插座。CATV網絡的特點1）優(yōu)點技術成熟，成本低，非常適合傳送單向的廣播電視業(yè)務。2）缺點不適合傳輸雙向業(yè)務網絡可靠性差對用戶提供的業(yè)務質量不一致網絡的監(jiān)控和管理差5.1.2HFC網絡結構HFC即HybridFiber－Coaxial的縮寫，是混合光纖同軸電纜網。是一種發(fā)展前景廣闊的通信技術，電信服務商現(xiàn)在對HFC表現(xiàn)出濃厚的興趣。對有些電信服務供應商來說，采用HFC技術向居民住宅和小型商務機構提供融合了數(shù)據(jù)和視頻服務的綜合服務具有相當大的誘惑力。與此同時，HFC還為網絡營造企業(yè)提供了眾多的發(fā)展機會。但是，這一技術目前還存在一些設計缺陷，網絡的建設和部署成本也比較昂貴。

HFC網絡組成1）饋線網饋線網指前端至服務區(qū)的節(jié)點之間部分前端設備負責完成信號的采集，交換及信號的調制和混合。光節(jié)點完成信號的光電轉換，并將電信號放大傳輸至同軸電纜網絡。

2）配線網配線網值得是服務區(qū)光節(jié)點到分支點之間的部分。這部分設計的好壞決定整個HFC網絡的業(yè)務量和業(yè)務類型。引入服務區(qū)的概念，每個子網采用同樣的頻譜安排

3）用戶引入線指分至點到用戶端設備的部分。引入線負責將射頻信號從分支器經引入線送給用戶。傳輸距離為幾十米。采用軟電纜，方便鋪設。5.1.3HFC網上常用的幾種業(yè)務1視頻點播（VOD）VOD是VideoOnDemand的縮寫，即視頻點播的意思。顧名思義，它是一種可以按用戶需要點播節(jié)目的交互式視頻系統(tǒng)，或者更廣義一點講，它可以為用戶提供各種交互式信息服務。交互式視頻點播系統(tǒng)一般由VOD前端處理系統(tǒng)、傳輸網絡、用戶機頂盒三個部分組成。

2電話業(yè)務不僅可以提供普通電話，也可以提供電信業(yè)務包括數(shù)字電話，電視電話。在HFC網上傳輸電話業(yè)務需要增加三種設備：連接交換機和HFC網絡的前端接口單元；用戶電話和HFC網絡的用戶接口單元；計算機網絡管理設備

3雙向數(shù)據(jù)通信業(yè)務在用戶端和局端增加CableModem即可進行高速的數(shù)據(jù)傳送。具有對稱型和非對稱型結構，提供不同的速率。5.1.4HFC系統(tǒng)頻譜分配共分4個頻段：上行信號頻段、下行模擬電視頻段、下行數(shù)字電視頻段、個人通信頻段。表l給出了不同地區(qū)和國家各頻段的具體劃分。

5.2CableModem系統(tǒng)原理5.2.1CableModem技術產生與發(fā)展1993年美國時代華納公司成功的在有線電視上進行了模擬和數(shù)字電視，數(shù)據(jù)的雙向傳輸。1994年5月，IEEE802.14工作組建立，目的是建立一個基于HFC的城域網。1995年11月，MCNS成立，目的是在有線網絡上傳輸可變長度IP數(shù)據(jù)包5.2.2CableModem系統(tǒng)結構CableModem系統(tǒng)結構主要有兩部分構成前端端接系統(tǒng)(CMTS)和CableModem(CM)

1CMTSCMTS是個模塊化的局端系統(tǒng)，由多種模塊組成。CMTS主要完成數(shù)據(jù)和射頻信號之間的轉換。下行方向：CMTS先將來自路由器的數(shù)據(jù)包分裝成MPEG2-TS幀的形式，再進行64-QAM調制，與有線電視的視頻信號混合，經HFC網路傳送給各用戶端CM。上行方向：CMTS將接收到得經過QPSK/16QAM調制的餓數(shù)據(jù)進行解調，轉換成以太網網幀的形式送給路由器。

2CMCM是用戶端的電纜調制解調器下行方向：CM接收來自CMTS發(fā)送來的信號，并解調，然后轉化成MPEG2-TS數(shù)據(jù)幀格式下行方向：CM接收來自CMTS發(fā)送來的QAM調制信號并解調，通過HFC網絡的上行數(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的下行信道。2）確定上行信道CM等待CMTS發(fā)送來的上行信道描述符（UCD），以獲取上行信道參數(shù)。3）注冊CM通過指定的上行信道向頭端發(fā)送注冊請求，在收到頭端的注冊相應后，表示注冊成功。

4）測距，認證和初始化注冊成功后，CM向CMTS發(fā)送測距請求，再根據(jù)CMTS相應來調制CM自身的傳輸信號電平。根據(jù)DHCP獲得IP地址，使用TFTP建立本地時間。5.2.3CableModem工作原理CableModem實現(xiàn)的功能與普通的Modem基本一致，實現(xiàn)信號的調制解調，不同之處在于是在CATV的某個頻帶內進行調制解調。屬于共享介質系統(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物理層只要負責實現(xiàn)比特的傳輸、同步、定向、和調制解調等功能。分為物理介質相關子層（PMD）和傳輸匯聚（TC）子層1)PMD子層PMD子層主要的功能是對線纜上的射頻載波進行調制解調，同時實現(xiàn)比特流同步編碼和差錯校驗.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）技術和時分多址（TDMA）技術。目前在上行信道也采用碼分多址（S-CDMA）技術。為了解決沖突，減少帶寬的浪費，采用TDMA技術，將上行信道分為若干個時隙，每個時隙稱為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型打miniSlot

RequestminiSlot

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

來傳輸數(shù)據(jù)的請求信息。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，主要功能是對頭端來的數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)同步并定界，保證數(shù)據(jù)正確傳輸。

2MAC層5.2.4CableModem種類與安裝1CableModem種類1）從傳輸方式角度分為雙向對稱式傳輸和非對稱式傳輸對稱式傳輸指上下行信號各占用一個普通頻道8M帶寬，傳輸速率為2-4Mb/s,最高達到10Mb/s非對稱式傳輸下行速率為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）從網絡通訊角度看，分為同步和異步兩種。4）從接入角度看，分為個人CableModem和寬帶CableModem5）從接口角度分，分為外置式，內置式和交互機頂盒

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

2）CableModem的安裝（1）內置式CableModem的安裝：將CableModem卡插在計算機主