HFC宽带接入基础知识(陈柏年)
第2章HFC网络设备管理系统标准小结(陈柏年)
第2章HFC网络设备管理系统标准小结浙江传媒学院陈柏年一、HFC网络设备管理系统国际标准（一）ANSI/SCTE HFC网络设备管理系统规范1、应答器分4类：0类、1类、2类、3类。
2、规定状态监控设备参考结构模型和三种参数测量口。
3、定义的三层协议构件：（1）物理（PHY）层作用：描述中心前端控制器（HEC或HMTS）与被管理的室外设备（网络单元NE）的应答器接口之间通信的物理层协议，即传输字节的规则。
（2）媒体访问控制（MAC）层作用：阐述了网络数据链路层（DLL）所执行的所有信息交换的方法与协议。
（3）报文层作用：规定了管理者（Manager）和代理（Agent）的模型。
管理者和代理之间通过SNMP标准消息包通信。
4、简单网络管理协议SNMP①SNMP支持两种访问方法：轮询（polling）和事件驱动（event driven）。
②SNMPv1支持的三种操作：③SNMPv1具有五种不同类型的协议数据单元（PDU）：4、管理信息库（MIB）：通过网络管理协议可以访问的信息集合，即网管中的被管资源信息集合。
MIB采用树型结构，并用对象表示被管资源某一方面的属性。
MIB规定每一个对象都有一个唯一的对象标识符（OID），该标识由对象在树型结构的MIB树中的位置决定，通过SNMP可以访问MIB的对象。
（二）IEC 60728-7网管标准国际电工委员会（IEC）接纳了ANSI/SCTE 标准作为HFC网络设备管理系统规范标准：1、IEC 60728－7－1《物理层规范》；2、IEC 60728－7－2《媒体访问控制层规范》；3、IEC60728－7－3 《电源到应答器接口母线规范》。
二、国家标准GB/T 20030-2005《HFC网络设备管理系统规范》的要点（一）内容：7大部分、17个附录、33条术语和定义、32条缩略语。
1、正文包括范围，规范性引用文件，术语、定义和缩略语，系统协议，物理层规范，MAC层规范7大部分。
第2章第2节接入网的两大标准和典型技术(陈柏年)
陈 柏 年 浙江传媒学院
一、接入网的两大标准
• 国际电联电信标准部ITU-T制定接入网总体标准 – ITU-T：
• ITU: International Telecommunications Union • TSS: Telecommunication Standardization Sector
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（三）电信接入网结构与定界
• 1、G.902定义的接入网范围 • 由三个接口定界：Access Network boundaries
– 用户网络接口 UNI: User Network Interface – 业务节点接口 SNI：Service Node Interface – 电信管理接口: Q3 电信管理网 UNI
Q3
接入网AN SNI
Q3
业务节点 SN
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三、IP接入网标准
• • • • • （一）Y.1231建议 2000年11月由ITU-T通过 定义了IP接入网的总体框架结构 1、名称IP access network architecture Summary：This Recommendation provides the definitions of terminology regarding IP access, and the high-level IP network architecture and models for the IP services. It describes the access types and interfaces to be supported by the IP access network, the IP access network capabilities and requirements, and the IP access network functional models and possible arrangements.
第三章《HFC网络的基础知识》小结(陈柏年)
第三章《HFC网络的基础知识》小结浙江传媒学院陈柏年一、HFC网络1、HFC：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。
2、HFC的形式①光纤到服务区FTSA （Fiber to the Service Area）②光纤到馈线FTTF （Fiber to the Feeder）③光纤到桥接FTTB （Fiber to the Bridging）④光纤到路边FTTC （Fiber to the Curb）⑤光纤到楼幢FTTB （Fiber to the Building）⑥光纤到最后一级放大器FTTLA（Fiber to the Last Amplifier）⑦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。
3、HFC网频谱安排特点（1）采用副载波频分复用方式SCM，各种图像、数据和语音信号通过调制解调器同时在同轴电缆上传输。
（2）一个非对称的信道，上行很窄（我国用户共享是60MHz），下行很宽，（3）限制每个光节点覆盖的用户不允许超过500个用户。
4、国际上标准化组织对HFC接入网的建议（1）数字视频广播DVB组织的建议：HFC单向分配系统参考配置（2）数字音视频理事会DA VIC组织建议：①以MPEG-2为基础的双向HFC网参考配置②以ATM为基础的HFC网参考配置（3）多媒体电缆网络系统MCNS建议：基于IP的HFC网络配置二、光接入网1、光接入网：由一个共享同样网络侧接口且由光接入传输系统支持的一系列接入链路组成，采用基带数字光纤传输技术、传输双向交互式业务的接入传输网络。
2、接入网（OAN）功能参考配置框图3、OAN 3类接口①.业务节点接口（SNI）：提供用户接入到SN的接口。
②.用户网络接口（UNI）：终端设备与应用接入协议的网络终端之间的接口。
③.Q3接口：网络管理接口。
第2章第1节接入网的产生背景和基本概念(陈柏年)
第2章宽带接入网基础知识
（摘要） 陈 柏 年 浙江传媒学院
讲授内容（6学时）
• （1）接入网的产生背景和基本概念； • （2）接入网的两大标准和典型技术； • （3）EPON技术原理和实际系统。
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具体教学要求
• （1）了解接入网的产生背景和基本概念； • （2）掌握接入网的两大标准和典型技术； • （3）理解掌握EPON结构组成、主要设备、 信号流程、功能作用、主要标准和EPON在 广电城域网中的应用。
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3、公用电信网组成部分
• （1）长途网：长途端局以上部分； • （2）中继网：长途端局与市话局之间以及市话局之间的 部分； • 将长途网和中继网合在一起称为核心网(Core Network)或 转接网(Transit Network)，也称为网路。 • （3）接入网AN （Access Network） ：端局至用户之间的 部分，即核心网余下的部分，主要完成使用户接入到核心 网的任务，也称作接入环路。
• 1、连接用户终端到电话接入端局
– 由各种线缆及其附属设施构成 – 称为本地环路Local loop 、用户线路 Subscriber line
• 2、仅仅是一种专用设施
– 附属于电话网甚至附属于特定程控交换机
• 主要特征：封闭环境，维护复杂，代价增加，阻碍发展
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3、接入网概念的提出
• 英国电信首次提出接入网概念
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（二）接入网基本概念
• 1、接入网名称的变化
– – – – – 本地网(Local Network) 本地环路(Local Loop) 用户网(Subscriber’s Network) 用户环路(Subscriber’s Loop) 接入网(Access Network)
第4章第1节双向HFC的简化结构和基本组网(陈柏年)
CM系统中信道编码技术
• 1、使用RS编码（里德-所罗门编码）：
– 为了纠正T字节的错误，需要加入2T字节冗余纠错码。 例如CM系统中常用T=8，当T=8时，每188个字节的一 组码字中加入16个字节的冗余码，最多可以纠正8个字 节的错误。
• 2、使用交织技术：
– 信号在发送前，先送入一个存储器中，输入的信号序 列按行输入，在读取的时候按列读取。 – 在收端将收到信号按行存储在内存中，再按列读取出 来，从而实现信号的重组。 – 在交织中，存储数据的列数被称为交织深度。
• （3）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。 • （4）上行信道描述符UCD：由CMTS定期 发出描述上行信道特性的信息。
上行数据发送的三个步骤
• 1、CM向CMTS发出申请，
• 2、CMTS响应CM的申请， • 3、CM得到响应后在授权的时刻发送上行数据。
第4章第1节（摘要） 双向HFC的简化结构和基本组网
陈 柏 线 光节点 电缆干线 电缆支线
前端
干线放大器
线路延伸器 光节点
光节点
服务区
200~500家庭用户
分路器
双向HFC的简化结构
二、双向HFC的技术原理
• 系统传输方式：上、下行非对称信道。
– 下行：在111～860MHz之间的电视频道中划分 出一条到多条8MHz带宽信道，用于以广播形 式的下行数据发送。当信号采用256QAM（正 交调幅）调制方式时，每个8MHz带宽信道最 高速率可达40Mbps。 – 上行：数据通过5～65MHz进行回传。
七、相关概念
• （1）“测距”：一种保证CM获得正确的定时偏 移、动态调节CM的传输与正确的微时隙边界对齐 的机制。测距补偿因为CMTS 与CM之间的距离不 同而引起的传输时延差异, 使所有CM 感觉到与 CMTS 的逻辑距离相等。 • （2）大环负反馈电路（长环路AGC）： CMTS 和CM 之间构成的动态AGC大环路。 CMTS将定 时偏移和功率电平调整、频率偏移调整等信息发 送到CM，CM据此信息进行正确调整。
3章广电宽带城域网交互信道技术基础小结(陈柏年)
第3章广电宽带城域网交互信道技术基础小结一、数字通信技术基础（一）模拟信号和数字信号1、模拟信号：时间上和取值上都连续的信号。
特点（1）无限连续性（2）准确比例性。
2、数字信号：时间上和取值上都离散的信号。
特点：（1）有限离散性；（2）近似对应性。
（二）模拟通信系统和数字通信系统1、模拟通信系统：信道中传输模拟信号的系统。
2、数字通信系统：信道中传输二进制或多进制数字信号的系统。
（三）数字调制方式1、基本数字调制方式：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、绝对相移键控（PSK）、相对（差分）相移键控（DPSK）等四种。
2、复合数字调制方式：正交振幅调制（QAM），正交相移键控（QPSK）等。
（四）信源编码和信道编码1、信源编码的主要任务：（1）A/D变换；（2）压缩编码。
2、信道编码的主要任务：（1）码型变换；（2）差错控制。
（五）数字通信系统主要性能指标1、有效性指标（1）码元传输速率：信道每秒钟内所传送的码元（或符号）的数目，单位为波特（Baud）或码元/秒，常用符号“Bd”表示。
（2）信息传输速率：信道每秒钟内所传送的比特数，由单位为比特/秒（bit/s或bps）。
（3）频带利用率：单位时间（秒）、单位频带宽度（Hz）上传输信息量（或码元）的多少。
单位为Bd/ Hz 或bps/ Hz。
2、可靠性指标（1）码元差错率：接收错误的码元数在传输总码元数中所占的比例。
（2）信息差错率：接收错误的信息量（比特数）在传输总信息量（比特数）中所占的比例。
（六）信道容量的概念1、信道容量：信道极限的传输能力，即在给定条件、给定通信路径或信道上的极限传送速度，常用最大速度来表示。
2、香农公式：C=Blog2(1+S/N)[bps]3、奈奎斯特准则：C=2Blog2M [bps]二、数字通信相关技术（一）模拟信号数字化有抽样、量化和编码三个过程。
（二）基带传输技术1、基带传输：编码处理后的数字信号（占据基本频谱的基带信号）不搬移信号频谱的传输方式。
接入网技术学习要点(陈柏年)
接入网技术学习要点浙江传媒学院陈柏年第1章绪论1、电信网的组成2、接入网的原型和特点3、三网及其特点4、NGN基本特征和结构层次第2章接入网体系结构1、制定接入网标准的机构和两种标准规范名称2、G.902建议定义，电信接入网定界结构、接口、功能与特点3、Y.1231建议定义，IP接入网总体结构，接口与定界，功能和特点4、G.902和Y.1231之间的比较5、常用的接入技术的分类和名称第3章以太网接入技术1、局域网定义、特征、取决因素和参考模型2、以太网定义和以太网标准3、以太网MAC层功能、地址4、CSMA/CD工作原理四个特性5、以太网物理层两个子层和四个特性6、802.3两种帧格式7、以太网的发展（FE、GE、10GE）标准和要点8、以太接入网标准802.3ah和协议模型9、以太网远端馈电标准10、接入控制模式（PPP0E和802.1x）以及以太用户接入管理方法11、以太网用户接入控制与管理两种协议和工作机理12、计算机网络层次结构名称、作用、互连设备和协议数据单元第4章光纤接入技术1、光接入网的概念和类型2、光接入网功能参考配置和具体组成3、无源光网络PON的结构、特点和关键技术4、测距和测距基本原理5、EPON定义和上、下行的原理6、EPON协议模型7、MPCP定义和功能，五种类型协议数据单元（MPCP帧）8、ONU的自动发现过程9、EPON+LAN具体结构和特点10、EPON+EOC具体结构和特点第5章电话铜线接入技术1、不同DSL技术的差别2、ADSL系统结构、各部分功能、接入原理、ADSL的频谱划分和调制技术3、ADSL.lite和ADSL的主要区别4、DSLAM主要功能5、ADSL2的改进和ADSL2+特点6、VDSL的基本特点第6章HFC接入技术1、HFC基本结构和频谱划分2、DOCSIS协议栈和CM 、CMTS的功用3、CM与CMTS建立通信步骤4、CM接入带宽分配机制5、MAC帧格式6、UCD和MAP的含义、作用和特点第7章宽带无线接入概论1、影响无线传输的因素2、无线接入技术的特点3、无线接入技术的分类4、无线接入技术的发展5、GEO、LEO、MEO卫星系统的特点和应用场合按照运行轨道高低，卫星可分为GEO、MEO和LEO三种运行轨道。
HFC网正向光纤链路常规设计(陈柏年)
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（三）计算损耗和定分光比
1．根据所设定的光接收机平均输入光功率Pr(dBm)和光 分路器输入光功率Pt(dBm)（若光发射机后不加光放大 器，即为光发射机平均输出光功率；若光发射机后加有 掺铒光纤光放大器EDFA，即EDFA的饱和输出光功率） 以及工作波长， • 确定：
• 一般说来，若采用光纤到路边的FTTC形式，片区的用户
数约为500户，若采用光纤到最后一个放大器的FTTLA （无源同轴网）形式，片区的用户数约为100户。 • 片区范围越小，工作带宽就越宽。光节点原则上应定在片 区的中央。
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（二）确定结构和划定片区
• 3. 在光路结构和光节点确定的基础上，实测出各 段光缆的段长、各光节点至光分路器的距离，并 给各光缆段、各熔接点、各光节点及各片区命名 编号。 • 绘制设计图：
光缆 光分 路器
… …
光接收机
电缆用户 分配网
…
光发射机 前 端
…
光缆
光接收机
电缆用户 分配网
…
图2-3-7 光缆干线传输系统
3
…
光缆干线传输系统
…
光发射机
光分 路器
HFC正向光链路具体设计 一.设计步骤和方法
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HFC光链路具体设计步骤
（一）调查研究和收集资料， （二）确定结构和划定片区， （三）计算损耗和定分光比， （四）归纳整理和计算指标。
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（八）光链路最大允许损耗A（dB）max
工作波长 （nm） 1310 1550 最小接收光功率 Pr(dBm)min -2 0 链路最大允许损耗 A（dB）max Pt(dBm)+2 Pt(dBm)
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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。
Connection
Twisted Pair RJ-11 connection
HFC Plant
双向HFC的基本组网
本地业务 服务器
以太网交换机
Internet
DHCP服务器/ TFTP服务器/ TOD服务器/ 网管服务器
下行中频
上变频器
模拟视频信号
下行射频
100BaseT
路由器
CMTS
上行信号
HFC
Amplifier） 7. 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：
– 一级光链路：SDM – 二级光链路和同轴电
R1
5.0～ 7.4
上行信道MHz R2 R3 R4 R5 R18 R19
7.4～ 10.6～ 13.8～ 17.0～ 58.6～ 61.8～ 10.6 13.8 17.0 20.2 61.8 65.0
下行信道MHz
最低频率 最高频率
108
119
广电宽带城域网定义
• 广 电 宽 带 城 域 网 ： （ Broadband Metropolitan Area Network for Broadcast &Television）
CM HUB
CM CM
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CMTS授权，并根据CMTS传来的
D
DS-56可能受无线固定、移动通信业务干
DS-25 ~ DS-56 606 ~858 扰
DS-57 ~ DS-58可能受无线CDMA直放站 E DS-57 ~ DS-68 862 ~958 干扰， DS-62 ~ DS-63可能受数字电话干
扰， DS-68可能受数字电话基站干扰
网络管理上、下行信道的频率配置建议
2. 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。
Wide-Area Network
CMTS Network Side
Interface
DOCSIS 1.1 增加了 QoS
最早的RF DOCSIS1.0规范
Cable Modem Termination System CMTS
Primary focus of DOCSIS 1.0 RF
Specification
同轴电缆传输网
用户分配接入网
“最后一公里”接入网
铝管同轴电缆
四屏蔽电缆
综合前端示意图
广电宽带城域网的结构
• 广播信道（单向）
1. 前端：前端和分前端 2. 干线：一级和二级光链路干线 3. 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）
1. 骨干网：主中心和分中心之间，连接光缆 （一级光纤链路）
• 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）：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。链路ຫໍສະໝຸດ InternetSH
ON
核心网络
HE
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
上行宽带数据业务
上行窄带数据业务、网络管理 （上行）
过渡带
广播业务 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CATV系统
上限频率 300MHz
标准频道 DS-6～DS-12
增补频道 可传套数(TV)
Z-1～Z-16
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450MHz DS-6～DS-12 Z-1～Z-35
SH
ON
SH
信息 中心
前前端端
一一级级光光链链路路
HE：总前端 SH：分前端
ON
二级光链路
分分配配网网
ON：光节点
城域网广播信道基本结构模型
Internet
SC
MC 核心网络 SC
SC
信息 中心
无线接入 无线接入（公众用户）
CM
HFC 接入（公众用户）
LAN 接入
OU
LAN （集团用户）
LAN 接入 （公众用户）
CM用 户侧设 备接口
CMCI
Customer Premises Equipment
用户 侧设 备
CPE
DOCSIS的参考模型
基于IP的HFC网络配置
本地
前端
CM终 端系统
服务 设备
网络侧
CMTS
接口
(CMTS
-NSI)
调制
数字电视信号
混合器
光发 电缆调制解调 器终端系统下 HFC网 行RF信号接口 络平台
• 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。
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
波段
R
X FM A
频率范围
Ra：5.0-20.2MHz 上
Rb ：20.2-58.6MHz
行 业
Rc ：58.6-65.0MHz 务
65-87 MHz
87-108MHz
下
行
110-1000MHz 业 务
业务内容
上行窄带数据业务、网络管理 （上行）
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
1. 业务控制： CM所有通信经CMTS。 2. 信号控制：信号幅度、调制频率等。 3. 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
223 ~463
备注
Z-1禁用， Z-2~Z-4避用， Z-5~Z-6可能受 固定通信业务干扰
Z-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
C DS-13 ~ DS-24 470 ~556
Z-38~Z-42
556 ~606 Z-38 ~Z-42优用双向数据下行， DS-49 ~
42
550MHz DS-6～DS-22 Z-1～Z-37
54
750MHz DS-6～DS-42 Z-1～Z-42
79
860MHz DS-6～DS-56 Z-1～Z-42
93
有线数字电视下行频道的五个频段
频 段
包括频道
Z-1~Z-7
A
DS-6 ~ DS-12
B Z-8~Z-37
频率范围 （MHz） 111 ~167 167 ~223
• 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；
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
TV