1、HFC双向数据业务原理及系统结构,赵天元广东有线广播电视网络股份有限公司工程运维部,2,HFC双向数据业务原理及系统结构,第一节概述,3,组网基本设备,CMTS Cable Modem终端系统DHCP服务器 动态主机配置协议服务器TFTP服务器 普通文件传输协议服务器TOD服务器 时间服务器Cable Modem 电缆调制解调器,4,HFC双向数据接入网系统拓扑,Headend,COAX,Hub,Hub,Hub,Internet,CMTS,下行 88-880MHz,上行 5-42 MHz,100 Channels,Tap,Settop TVCable Modem PC,5,各种网络接入方式的比
2、较,服务提供商,用户,POTS,ISP1,ISP2,Wireless,SONET/ATM Backbone,Comp A,Comp B,ISDN,接入服务:Internet接入专线 电话,CableHead-End,Cable,ADSL,LAN,新型数据接入服务,Optical,6,HFC双向数据业务原理及系统结构,第二节有线电视及射频技术基础知识,7,有线电视及射频技术基础知识,基本术语,8,术语,Carrier-to-Noise-C/N(also CNR):载噪比,信号载波与噪声的振幅的差值Signal-to-Noise-S/N(also SNR):信噪比,与C/N(载噪比)相似,是基带信
3、号与噪声的振幅的差值Ingress Noise 侵入噪声,无线电广播信号进入同轴电缆分配网造成干扰QPSK-四相相移键控.一种数字调制方式,用2位二进制表示1个符号,频带利用率：2bits/s/Hz.,QAM-正交幅度调制.数字调制方式,通过载波相位、振幅的状态表示不同的信号.典型的QAM调制有 16-QAM(4 bits per symbol),64-QAM(6 bits per symbol),and 256-QAM(8 bits per symbol)Downstream(DS)下行/正向,信号从前端到用户端Upstream(US)上行/反向,信号从用户端到前端,9,术语,Carrier
4、-or RF carrier.载波.由低频信号调制而成,令低频信号可以作长距离传输FDM 频分复用.将传输信道在频率域上进行分割，形成若干相互独立的子信道，每一子信道单独传输一路数据信号.Headend 头端,所有信号经调制向下传输,接收回传信号,Broadband 宽带,通过频分复用技术使许多不同的信号同时在宽阔的射频频带内传输,从而获得较高速的数据传输能力.FEC 前向纠错.在数据传输过程中,有意地加入部分码字,令接收方检查在传输过程中是否产生误码,甚至能纠正部分的误码.,10,设备和符号,头端,光纤,卫星天线,VHF/UHF天线,射频放大器,双向放大器,分配器,分支器,光发射机,光节点,
5、11,有线电视及射频技术基础知识,有线电视系统组成及拓扑,12,射频频谱,射频(RF)5-1000MHz下行(正向)(DS)从头端到用户48.5-750(860)MHz,上行(反向)(US)从用户到头端5-42(30)MHz,注意:非北美系统会有不同的频率划分,例如有65 MHz,88 Mhz 105 Mhz 等.,模拟及数字广播业务,数字业务,个人通信,上行通道,5,42,48.5,550,750,1000,f(MHz),13,上变频器及光节点,FrequencySynthesizer,ATT,中频（IF）,射频（RF）,上变频器,光节点,光电,双工滤波器,14,上下行接入,uBR-MC16
6、s,64 QAM27 Mbs6 MHz BW44 MHz IFQPSK3.2 Mbs1.6 MHz,TX 1,RX 1,RX 2,RX 3,RX 4,RX 5,RX 6,上变频器,RF50-750 MHz,分光器,750,750,750,uBR-MC16s CMTS板卡支持1个下行6个上行通道(1000终端设备同时在线),#1,#2,#6,节点#1(32 dB CNR),节点#2(32 dB CNR),节点#4(35 dB CNR),混合2个节点,节点#3(34 dB CNR),Frequency F 1,节点#5(35 dB CNR),混合2个通道,15,HFC(光纤同轴混合网)拓扑,节点,
7、N,同轴电缆网络,电视信号通过光纤传输至光节点，经过光电转换，变成电信号由同轴电缆传至用户家双向放大器支持双向数据业务,头端,同轴电缆,光纤,HFC 有线电视网络,一般少于5级放大器级连,16,HFC(光纤同轴混合网)拓扑,可靠性,有线电视网络,80 Channels,CNNHBOESPN,环网结构模拟光纤环网传输电视信号建设分前端提高可靠性数据环网提供可靠的增值业务服务,头端,Hub,Hub,Hub,17,HFC(光纤同轴混合网)拓扑,更好的服务区:通过分前端传至光节点光节点覆盖500用户尽量少的放大器,有线电视网络,COAX,Drop,Settop TV,可靠性,高带宽,Hub,18,HF
8、C双向数据业务原理及系统结构,第三节DOCSIS标准,19,DOCSIS2.0最初的版本早在2001年12就发布，在当时DOCSIS2.0的开发仍很困难。但在2002年的第二季度，CableLabs开始了DOCSIS2.0互用性的测试，并在第三季度开始了DOCSIS2.0的认证。从过去的历史看每一个DOCSIS新规范的发布到实际的应用以及生产通过认证的设备需要两到两年半的时间，因此直到2003年才有设备厂商大量生产具有DOCSIS2.0全部功能的设备。而且在此后的几年内仍有厂商生产只有部分DOCSIS2.0功能的设备，例如CISCO只生产ATDMA的设备。,DOCSIS发展历史,1997,19
9、98,1999,2000,2001,2002,2003,时间,DOCSIS,1.0规范,DOCSIS,1.0认证,DOCSIS,1.1规范,DOCSIS,1.1认证,DOCSIS,2.0规范,DOCSIS,2.0 认证,20,DOCSIS发展历史,基本的电缆传输数据标准不具有保证服务质量的能力“基线保密”,DOCSIS 1.0,DOCSIS 2.0,DOCSIS 1.1,DOCSIS 1.0的全部能力 加提高了针对分层数据的服务质量包分割和包连接用来提高安全性的“基线保密增强”,DOCSIS 1.1的全部能力加上行带宽增加新的上行噪声抑制专有的“下一代”特点，例如：极大改进了上行解码上行入口噪
10、声抑制带有更高QAM调制级别的上行和下行数据,21,DOCSIS 2.0优点,DOCSIS 2.0实现了对称服务。效率为DOCSIS 1.X的1.5倍运行于 64QAM（而不是 16QAM）信道宽度是DOCSIS 1.X信道宽度的两倍新的6.4 MHz 宽信道（而不是 3.2 MHz 宽信道）DOCSIS 2.0 拓宽了用于IP通讯的上行管道，从而使电缆供应商能够在语音、视频和数据方面开发出更多更好的服务。DOCSIS 2.0 是通过使用增强的调制和改进的纠错来实现这一目标的。卓越的入口和脉冲噪声性能。,22,DOCSIS标准,DOCSIS网络标准,23,DOCSIS网络标准,可靠性标准DOC
11、SIS标准规定传输速率不小于100数据包S（1500字节包）可靠性必须大于99%.传输标准DOCSIS规定的传输标准参数：,测量方法由NCTA或CableLabs 2制定,24,DOCSIS网络标准,下行假定模拟电视信号均调制在6MHz带宽内，调制频率高于88MHz.射频带宽 6 MHz传输延时,CMTS 至最远的用户=.800 msecCNR（6 MHz 带宽，参考图象载波)不少于 35 dB（*）CTB 不低于-50 dBc（调制带宽内）CSO 不低于-50 dBc（调制带宽内）,25,DOCSIS网络标准,下行交调电平不大于-40 dBc（调制带宽内）振幅波动0.5 dB（调制带宽内）组
12、延时75 ns（调制带宽内）微反射-10 dBc=0.5 micro sec-15 dBc=1.0 micro sec-20 dBc=1.5 micro sec-30 dBc=1.5 micro sec,26,DOCSIS网络标准,下行哼声调制不大于-26 dBc(5%)突发噪声带宽10 Hz，平均持续时间不大于25 msec 信号电平季（日）变化8 dB信号电平斜率(50-750 MHz)16 dB在CM输入端最大模拟电视信号载波电平17 dBmV（包括以上的信号电平变化）在CM输入端最小模拟电视信号载波电平-5 dBmV（包括以上的信号电平变化）所有性能及参数均在DOCSIS文档详细定义,
13、27,DOCSIS网络标准,上行适用于目前所有地区.频率范围5 to 42 MHz（边界到边界）传输延时,最远的CM到最近的CM或=.800 msec CNR不少于 25 dB 载波与侵入噪声比(所有离散及宽频侵入信号)不少于 25 dB 载波与干扰噪声比(所有噪声、失真、共路失真及交调)不少于 25 dB,28,DOCSIS网络标准,上行 哼声调制不大于-23 dBc(7%)突发噪声带宽1 KHz,平均持续时间不大于10 msec 振幅波动0.5 dB/MHz(5-42 MHz)组延时200 ns/MHz(5-42 MHz)微反射-10 dBc=0.5 micro sec-20 dBc=1.
14、0 micro sec-20 dBc=1.0 micro sec 信号电平季（日）变化不大于 8 dB 所有性能及参数均在DOCSIS文档详细定义,29,DOCSIS标准,DOCSIS设备标准,30,DOCSIS设备标准,频率范围上行:5 to 42 MHz下行:88 to 860 MHz(用户自定)带宽上行:200,400,800,1600,3200 KHz（DOCSIS1.x）6400KHz（DOCSIS2.0）下行:6 MHz调制方式上行:QPSK,or 16 QAM（DOCSIS1.x）8 QAM,32 QAM,64 QAM（DOCSIS2.0）下行:64 or 256 QAM符号率上
15、行:160,320,640,1280,2560 Ksym/sec（DOCSIS1.x）5120 Ksym/sec（DOCSIS2.0）下行:5.056941 or 5.360537 Msym/sec,31,DOCSIS设备标准,CMTS 功率范围上行:200 KHz-16 to+14 dBmV400 KHz-13 to+17 dBmV800 KHz-10 to+20 dBmV1600 KHz-7 to+23 dBmV3200 KHz-4 to+26 dBmV下行:+50 to+61 dBmVCable Modem 功率范围(1 dB 步进)输出:QPSK+8 to+58 dBmV 16 QAM
16、+8 to+55 dBmV输入:64 QAM-15 to+15 dBmV传输电平-6 to-10 dBc,数据信号必须低于电视图象载波6到10 dB,32,DOCSIS数据速率,33,多路复用技术,多路复用:TDM(时分复用)TDMA(时分复接)FDM(频分复用)ATDMA(高级时分多址)SCDMA(同步码分多址),34,多路复用技术,多路复用:TDM(时分复用)多个用户共享同一信道内的时隙传输数据.(用于DOCSIS下行)TDMA(时分多址接入)(用于DOCSIS上行)tnt2FDM(频分复用)信号同时在不同的频率上传输,OneSource,复用器,t0,t1,35,多路复用技术,TDM在同一介质上共享时间帧中继使用 TDMFDM在同一介质上共享频率图象在电缆上传输使用 FDM,Time,Frequency,低速码流 1,FDM 信号,Time,Time,TDM 信号,Frequency,信号 1,Frequency,低速码流 2,信号 2,高速码流,调制信号,36,数字调制,16-QAM,上行:下行:QPSK;16 QAM64 QAM;256 QAM,QPSK,I,I,Q,Q,37
