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HFC宽带接入相关知识宽带接入相关知识陈陈 柏柏 年年浙江传媒学院浙江传媒学院两个重要定义•有线电视有线电视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•光光纤纤同同轴轴电电缆缆混混合合有有线线电电视视网网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双向双向HFCHFC网频率规划网频率规划 波段频率范围业务内容RRa：5.0-20.2MHz上行业务上行窄带数据业务、网络管理（上行）Rb ：20.2-58.6MHz上行宽带数据业务Rc ：58.6-65.0MHz上行窄带数据业务、网络管理（上行）X65-87 MHz过渡带FM87-108MHz下行业务 广播业务A110-1000MHz模拟电视及数字电视广播网络管理控制（下行）下行宽带数据业务我国现有的我国现有的CATV系统系统上限频率上限频率标准频道标准频道 增补频道增补频道可传套数可传套数(TV)300MHzDS-6～DS-12Z-1～Z-1623450MHzDS-6～DS-12Z-1～Z-3542550MHzDS-6～DS-22Z-1～Z-3754750MHzDS-6～DS-42Z-1～Z-4279 860MHzDS-6～DS-56Z-1～Z-4293有线数字电视下行频道的五个频段有线数字电视下行频道的五个频段频段包括频道频率范围（MHz）备注AZ-1~Z-7111 ~167Z-1禁用， Z-2~Z-4避用， Z-5~Z-6可能受固定通信业务干扰DS-6 ~ DS-12167 ~223BZ-8~Z-37223 ~463Z-21避用， Z-15、 Z-22 ~Z-27可能受固定通信业务干扰， Z-35 ~Z-37优用双向数据下行CDS-13 ~ DS-24470 ~556DZ-38~Z-42556 ~606Z-38 ~Z-42优用双向数据下行， DS-49 ~ DS-56可能受无线固定、移动通信业务干扰DS-25 ~ DS-56606 ~858EDS-57 ~ DS-68862 ~958DS-57 ~ DS-58可能受无线CDMA直放站干扰， DS-62 ~ DS-63可能受数字干扰， DS-68可能受数字基站干扰网络管理上、下行信道的频率配置建议上行信道上行信道MHzR1R2R3R4R5R18R195.0～7.47.4～10.610.6～13.813.8～17.017.0～20.258.6～61.861.8～65.0下行信道下行信道MHz最低频率 最高频率108119广电宽带城域网定义广电宽带城域网定义•广广电电宽宽带带城城域域网网： （（Broadband Metropolitan Area Network for Broadcast &Television））•由由广广播播、、交交互互两两个个信信道道组组成成的的用用射射频频电电缆缆、、光光缆缆、、微微波波、、数数据据电电缆缆或或及及其其组组合合来来传传输输、、分分配配和和交交换换图图像像、、声声音音及及数数据据信信号号的的城城域域宽宽带带、、多多业业务务有有线线广播电视网络广播电视网络。

广电宽带城域网的五个要素1、、信道构成信道构成-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、、处理对象处理对象-图像、声音及数据三种信号；5、、功能特点功能特点-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广电网络的广电网络的“三化三化”目标目标•1.光光缆缆化化-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.宽宽带带化化-本地网络的带宽做到农村750MHz，城市862MHz•3.双双向向化化-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：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）：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户端；•上行（反向）：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广播信道基本结构模型 InternetInternet信息信息中心中心核心网核心网络络SC无线接入CMOUHFC接入（公众用户） 图2城域网交互信道结构模型 （骨干环型，多种接入方式）无线接入（公众用户）LANLAN接入（集团用户）LAN接入（公众用户）SCSCMC MC：主中心 SC：分中心 CM：线缆调制解调器OU：光接收单元城域网交互信道结构模型城域网交互信道结构模型HFC网络典型结构 00:451 2 3 4 56 7 8 9 0集中分配集中分配集线器集线器光节点光节点干线放大器干线放大器一级光纤干线一级光纤干线二级光链路二级光链路用户分配接入网用户分配接入网同轴电缆传输网同轴电缆传输网““最后一公里最后一公里””接入网接入网Cable modemCable modem分前端分前端分前端分前端分前端分前端分前端分前端综合前端示意图综合前端示意图 广电宽带城域网的结构广电宽带城域网的结构•广播信道广播信道（单向单向）1.前端前端：前端和分前端2.干线：干线：一级和二级光链路干线3.分配网：分配网：同轴电缆分配网•交互信道交互信道（正向交互信道和反向交互信道正向交互信道和反向交互信道）1.骨干网：骨干网：主中心和分中心之间，连接光缆（一级光纤链路）2.接入网：接入网：分中心和用户终端之间，二级光纤链路和同轴电缆分布式分布式HFC网络网络（主流模式主流模式） （总前端（总前端+一级光纤一级光纤+分前端分前端+二级光纤二级光纤+同轴分配网模式）同轴分配网模式）•基基本本特特点点：以以城城市市或或区区域域有有线线电电视视网网的的总总前前端端为为中中心心的的多多个个分分前前端端传传输输模模式式。

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：适用场合：地级市以上网络当前当前HFC典型拓扑结构归纳典型拓扑结构归纳•一级光网一级光网：环形或星形，大型网络可采用多环-星形结合•二级光网二级光网：星形•同轴电缆网同轴电缆网：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1.光纤到服务区光纤到服务区FTSA （ Fiber to the Service Area）2.光纤到馈线光纤到馈线FTTF （ Fiber to the Feeder）3.光纤到桥接光纤到桥接FTTB （ Fiber to the Bridging）4.光纤到路边光纤到路边FTTC （ Fiber to the Curb）5.光纤到楼幢光纤到楼幢FTTB （ Fiber to the Building）6.光纤到最后一级放大器光纤到最后一级放大器FTTLA（ Fiber to the Last Amplifier）7.光纤到家庭光纤到家庭FTTH （ Fiber to the Home）•比较明确的表示方法：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多种复用方式综合使用•广播信道和交互信道广播信道和交互信道之间之间：–一级光链路：SDM–二级光链路和同轴电缆网：FDM•模拟电视、数字电视模拟电视、数字电视和数据业务之间和数据业务之间：FDM•模拟电视频道和模拟电视模拟电视频道和模拟电视频道之间频道之间：FDM•模拟电视频道和数字电视模拟电视频道和数字电视频道之间频道之间：FDM•同一数字电视频道内各套同一数字电视频道内各套节目之间节目之间：TDM•数据业务中各个用户之间数据业务中各个用户之间：–上行：TDMA–下行：TDMEthernet ConnectionTwisted PairRJ-11 connectionPCTVHFC Plant家庭用户接入连接家庭用户接入连接CMTS上变频器上变频器本地业务本地业务服务器服务器Internet模拟视频信号模拟视频信号CMCMCMHUB上行信号下行中频下行射频以太网交换机以太网交换机100BaseT路由器路由器HFCDHCP服务器服务器/TFTP服务器服务器/TOD服务器服务器/网管服务器网管服务器双向双向HFCHFC的基本组网的基本组网有线宽带网络接入系统实际有线宽带网络接入系统实际组网组网结构结构图图CMTSCMTS的主要功能的主要功能（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 CMCM的主要功能的主要功能（1）通过HFC网与前端CMTS连接2）接受CMTS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 CMTSCMTS对对CMCM的三种控制的三种控制1.业务控制业务控制： CM所有通信经CMTS2.信号控制信号控制：信号幅度、调制频率等3.网络管理网络管理：•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设备主动上报告警请求举制） 3）查询( Inquery) :查询NE设备的自发类消息MCNS组织建议组织建议•多多媒媒体体电电缆缆网网络络系系统统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。

•电电缆缆数数据据（（传传输输））业业务务接接口口规规范范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规范相关名词•CMTS --线缆调制解调器（线缆调制解调器（ Cable Modem ））头端系统头端系统•CM --线缆调制解调器线缆调制解调器Cable Modem•DOCSIS --电缆数据业务接口规范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，美国有线电视实验室，代表 MCNS, 开发并管理DOCSIS标准•MCNS -- 多媒体多媒体Cable 网络系统网络系统, 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Wide-AreaNetworkCableNetworkTransparent IP Traffic Through theSystemCable Modem(CM)CMTSNetwork SideInterfaceCableModemTerminationSystemCMTSCM Customer PremisesEquipment InterfaceCustomerPremisesEquipmentPrimary focus of DOCSIS 1.0 RF SpecificationDOCSIS 1.1 增加了增加了 QoS广域广域网网WAN用户用户侧设侧设备备CPECMTS最早的最早的RF DOCSIS1.0规范规范CMCMTS网络侧网络侧接口接口CMTS-NSICM用用户侧设户侧设备接口备接口CMCI通过系统通过系统透明传送透明传送IP分组分组Internet 骨干网骨干网本地服务设备LANCMTS网络终端调制解调混合器分路器光发光收光节点安全和接入控制器前端CPE数字电视信号上行信号电缆网络远程服务设备操作支持服务器HFC网络平台CM下行 = >54 MHz上行 = <42 MHzCable Modem 到到 CPE 接口接口 (CMCI)电缆调制解调器电缆调制解调器射频端接口射频端接口操作支持操作支持接口系统接口系统 (OSSI)基线加密系统基线加密系统(BPI)电缆调制解电缆调制解调器终端系调器终端系统统 上行上行RF信信号接口号接口电缆调制解调电缆调制解调器终端系统下器终端系统下行行RF信号接口信号接口CM终终端系统端系统网络侧网络侧接口接口(CMTS-NSI)DOCSIS的参考模型基于IP的HFC网络配置CMTSCMHFC网络的协议栈协议模型说明协议模型说明1.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。

2.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3.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 DHCP TFTP SNMP SMTPTOD HTTP FTP Telnet物理层物理层UDPTCP下行下行 传输传输 汇聚子层汇聚子层 (MPEG- 2)IP 协议协议数据链路加密数据链路加密媒质接入控制媒质接入控制通通用用的的网网络络协协议议DOCSIS制制定定的的协协议议数据链路层数据链路层①①LLC子子层层：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②②链链路路安安全全子子层层：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③③MAC子子层层：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物理层物理层PHY ①①只只存存在在于于下下行行方方向向的的传传输输会会聚聚TC子子层层 ：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②②物物理理媒媒质质相相关关PMD子子层层 ：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规范规范•网络层网络层：采用IP协议，传送IP分组•媒体访问控制层（媒体访问控制层（MAC））：•下下行行通通道道：：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，只只有有地地址址与与之之匹匹配配的的注注册册CM才才能能接接收收数数据据，，CM之之间的通信也只能通过间的通信也只能通过CMTS进行进行•上上行行通通道道：：多个CM对一个CMTS，整个通道被分成很多时隙进行时时分分复复用用，，CMTS提提供供时时间间参参考考并并控控制制每每个个时时间间间间隔的使用隔的使用DOCSIS规范MAC层的主要特性1.由前端的CMTS控制带宽的分配；2.将回传信道划分为微时隙（Mini-Slot）；3.采用可变长度数据分组和MPEG帧结构；4.支持多等级业务；5.支持宽范围内的数据速率；6.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；7.可以扩展，以支持未来的ATM或其它数据PDUDOCSIS三类接口三类接口 •1、、CMTS—NSI接口：接口：前端的CMTS与数据网络边界NSI（Network Side Interface）之间的接口。

•2、、DOCS—OSSI接口：接口：前端CMTS与操作支持系统OSS间的接口•3、射频、射频RFI接口：接口：–（1）CMTS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：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，奠定奠定了在了在CMTS与各与各CM之间的交互式数据通信系统的规范之间的交互式数据通信系统的规范 HFC MACHFC MAC下行基本原理下行基本原理•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 MACHFC MAC上行基本原理上行基本原理•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三个过程：1）申请，2）分配，3）发送上行传输形态由前导、MAC Frame和保护时间组成上行带宽分配映射上行带宽分配映射MAPMAP•上行带宽分配映射上行带宽分配映射MAP：由由CMTS发出的可变发出的可变长度的长度的MAC管理信息管理信息，用来定义上行通道每个定义上行通道每个时间单位（可能是多个时隙）的使用参数和用时间单位（可能是多个时隙）的使用参数和用途途。

•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（（信信息单元），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 SYNCSYNC和和UCDUCD•同步同步SYNC：由CMTS定期发出，里面包含一个时间戳，精确地标识了CMTS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使上行传输的数据正好能够与分配给它的微时隙相吻合好能够与分配给它的微时隙相吻合 •上行信道描述符上行信道描述符UCD （Upstream Channel Descriptor ） ：由由CMTS定期发出描述上行信道特定期发出描述上行信道特性的信息性的信息，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MajpjMVcyzj21HLfrvy96dv02lPPfYgxUS7IYmZkyEmZ0kGeYZS3bpLCkYH1lt4EK7CxmUX3ijoYSOer7ZuaVWYgz4EpZrUirVpMzzvNtf1XZw5oswSXOtFaejnOcmfE1lZgnN1RSXg8wLCG8CVQ3XPJMvodPFWcpiYJgZazNSEPNIaklYSu7qSd1UpaxmZDlpN9zW7kljfsLCLi26Yv109ffbnDH8LbUN1G6ACURQ39eG12KHL9tXsZ1jzgoCK8g1kuNOh5eFvcmVT5ZYVQt9zk3rp3qLnf02FovEXxVRxjCcFRNppiJljNiOuk6fONnyX7fyGg7sXZ49BmCN5oy9VesHpKzdjTKwjrkCEQCFDehVmGax3lrOEbw63VscA3YSijtUKoCyiLzAlVRp7l4QgPNHxvJFFDyjUVN3oHlMah0XBd4uTbkfPIhHtw0evPmYOrdhEDoPwvYhzlGplU1AU9mpyiCXH8gpPCBRYjq77VcnbXumNE1yGfyTsbSj89J63kRTKDkKUg3mdS5sJ4X5cQ8dK7oW9IkScssECQdz2O9UTlpRjAFPChjhLdzopQzwxQf8ozdzOhogwAooXpUF83BX4C3jRgjDJiiXEUDMaNz4vQ4n164vspddHvOIVuBBdMA4xp1YhiHk0vOJ8TL1BxogzVlMpmod6ianYGmksQq6NWCEd56hZF4wfaNyZcrGfNxnPiG6ZAxSkfmhJAKtNmCqbRmppeXp8inz4eq3HkWCMSORyMMX522xpHG6basNr6KQfbZsFbHjzyNlJrruLolKFcC84dqfijBO5Dy2NaBcNEBPgQrT12PgpcKx2or2YChN5DPjs80zzdtdAdTKuW4uVv9bbZu3K2SZ2aEhTlIC1UqrIWibkzwHh6p8gLv26zr01mJybfOzFc4T7kQH1IpPwOzMDnAKPLsLrznXGjFNIA9bSWWms6ibKZwQIKrMzalwbFrQJvOP1rPH8rx2KkyYqrtQk5VRwM1HSX。