HFC网络技术.

1有线电视双向网技术中国传媒大学宽带网络研究所金立标博士2总前端IP网络核心路由、交换、传输分前端IP汇聚路由交换光节点OLT/分光器/其他设备用户电缆分配网CPE设备/终端设备广播STB交互STB/PC/智能终端接入分配网单向HFC网有线电视双向网用户端ONU/交换机/其他设备回传电缆网络双向光站CMTS分前端总前端广播STB一二级传输网光节点用户分配网城域网接入网用户端有线电视网络基本结构3一、有线电视网络的结构从功能上划分，我国的有线广播电视网络结构分为两大部分：干线网（含国家级广播电视干线网和省级广播电视干线网）城域网（含地区级广播电视网以及县级广播电视网）。41.干线网干线网分成两个平台：广播电视传输平台（A平台）和数据传输平台（B平台）。广播电视传输平台采用DVB（HDTV、SDTV）overSDH技术体制。干线网上的接口标准为符合ITU-TG.703标准的DS3（45Mbps）接口。数据传输平台主要为基于IPoverSDH的传输体制。5使用MPEG-2压缩技术，每套节目一般常压缩到4.5Mbps，6-8套节目信号复用适配成一个DS3（45Mps），3个DS3复用成一个STM-1，用SDH的STM-16（2.5Gbps）可传输300多套MPEG-2压缩的数字电视信号。采用DS3适配器完成数据格式和接口的转换。DS3适配器与SDH网之间采用DS3接口，上传或下载数据信号；与广电网络的前端设备之间采用ASI接口，完成数据信号与TS流的转换。DS3适配器的形式可以是单独的设备也可以作为一个功能部件集成到其它的设备中。6B地市电视台机房A编码器DS3网络适配器SDH设备市到县光缆干线A地区县回传模拟信号V解码器DS3网络适配器SDH设备再编辑处理区县机房A地机房72、城域网广电宽带城域网是广电网络的重要组成部分，在地理位置上位于同一城市行政区划范围；在网络层次上位于广电骨干网之下，是广电骨干网在城域内部的延伸和扩展；在网络功能上主要实现用户业务的接入、传输与汇聚；起着广电上下网络互连和基础服务平台的作用，不仅是我国广电事业发展的基础，也是我国广电产业开发的基础。广电综合业务城域网承载模拟电视、数字电视、模拟声音、数字声音等广播业务和交互数字电视业务以及互联网接入服务、专线数据通信业务、IP电话等数据通信业务。82.1基本结构模型通常它由一个总前端（HE）和若干分前端（SE）、一级和二级光链路干线、用户分配网络三大部分组成。一级光链路采用“路由走向环型、物理连接星型”拓扑结构；二级光链路一般采用星型拓扑结构，按需也可组成环型拓扑。9Internet信息中心图1-2-2城域网广播信道基本结构模型SHSHSHHEONONON前端一级光链路二级光链路分配网分配网HE：前端SH：分前端ON：光节点102.2骨干网的A/B平台多中心的城域骨干网是一种A/B双平台结构。A平台为广播平台，将总前端收集到的无论是来自于卫星，还是来自于国家干线/省级干线的信号，以模拟的方式或数字的方式，分发到各个分前端。广播平台的总前端（HE）和分前端（SE）之间的连接的光传输也叫做“一级光链路”，采用的技术多以AM的模拟1550nm技术为主，也有较小的城域网络采用1310nm传输技术。11承载数据业务的平台是人们常说的B平台。目前多数城域网络大都采用IP技术组成宽带数据骨干网。骨干网是由主中心（MC）和多个分中心（SC）组成的能完成宽带城域网核心层加汇聚层功能构件的集合。骨干网通常采用环型拓扑结构，也可采用双星型、网状拓扑结构。B平台的主中心（MC）和分中心（SC）与A平台的总前端（HE）和分前端（SE）的物理位置往往是一致的。12InternetInternet信息信息中心中心核心网络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）SCSCMCMC：主中心SC：分中心CM：线缆调制解调器OU：光接收单元132.3城域网的接入网无论是A平台还是B平台，分前端，或分中心与用户家里的设备之间的接入还要依赖一个接入网络。这就是广电宽带城域网的接入网。对A平台的信号而言，该接入网络需要将从总前端过来的广播信号网络优质高效地传送到用户家里的电视机或机顶盒上。对B平台而言，接入网的功能是指从分中心（SC）至用户数据终端之间完成宽带城域网接入层功能构件的集合。14由前端设备、光节点和同轴分配网络组成的双向HFC网络，可以同时完成上述A平台和B平台的接入功能。是一种具备广电特征的宽带接入网络和多业务应用网络。从分前端至光节点的这部分光链路通常也成为“二级光链路”，以星型拓扑结构为主。同轴分配网络则以树枝型结构为主，放大器的级联不超过三级。最近，广电网络的接入除了双向HFC的方式以外，还出现了“单向HFC”+PON+五类线或EoC的方式的方案。152.4广电城域网的实际结构不同的城市，由于覆盖的区域大小不同，实际网络分为以下几大类：a）主前端/主中心+一级光网+同轴分配网/双绞线网+CM(STB)/网卡b）主前端/主中心+一级光网+分前端/分中心+二级光网+同轴分配网/双绞线网+CM(STB)/网卡c）主前端/主中心+一级光网+分前端/分中心+二级光网+三级光网+同轴分配网/双绞线网+CM(STB)/网卡162.5广电城域网的核心技术（1）IP（InternetProtocol）技术基于IP的宽带城域网技术有：千兆以太网技术GE（GigabitEthernet）、基于裸光纤的POS技术POS（PacketoverSDH，orIPoverSDH）技术（2）IPoverATM技术在异步转送模式ATM（AsynchronousTransferMode）上传送IP包17二、HFC网络基础1、基本定义国际上标准化组织对HFC网络有三种建议：DVB建议、DAVIC建议、MCNS建议。a）DVB建议：单向分配系统，以MPEG-2传送数据流（TS）为基础，不包括上行传输。b）DAVIC建议：双向HFC网络，以MPEG-2为基础的HFC网络和以ATM为基础的HFC网络。c）MCNS组织建议:HFC网络上的CMTS/CableModem系统。182.HFC网络存在的问题上行带宽过窄，只能够使用5MHz-65MHz，由于外界因素的干扰，一般只能使用20MHz-65MHz，因此，上行带宽实际可利用的频带只有45MHz。回传通道汇聚噪声，形成漏斗效应。网络噪声的来源有三个方面：用户家庭的噪声：70%电缆接入：25%设备：5%193.HFC网络的拓扑结构3.1、“星－树”型一般小型城镇可采用这种结构。3.2、“多星－树”型一般中小型城市可采用这种结构。3.3、“环－星－树”型一般大中型城市可采用这种结构。204.HFC频率配置波段频率范围（MHz）业务内容Ra5.0～20.2上行窄带数据业务、网络管理（上行）Rb20.2～58.6上行宽带数据业务Rc58.6～65.0上行窄带数据业务、网络管理（上行）ITU-TJ.112EuroDOCSIS1.1GY-T106-1999DVB-C/DAVIC1.0~1.2DOCSIS1.0日本上行5~655~4210~555~655~65下行70~130300~86288~86090~770108~862FM87~108TV110~1000215、HFC光链路设计HFC网络光链路中的光纤都采用G.652单模（SM）光纤，光链路的工作波长有1550nm和1310nm两种波长可供选择。第二、三级光链路中应采用1310nm波长，在第一级光链路中可采用1550nm或1310nm波长；在地域覆盖较大的城市可优先采用1550nm波长，在地域覆盖较小的城市可优先采用1310nm波长。226、HFC共享带宽根据现有HFC网络分析，一台下行光发射机经分光后大致可以服务2000到3000个用户，上行可用45MHz频段共享的用户数不超过500户。目前在数据业务不足的情况下，采用一台下行光发射机经分光后带多个光节点，采用“一下四上”或“一下六上”方式开展数据业务。随着反向业务量增加，下行光发射机的分光路数应逐渐减少，直至采用“一下一上”方式，以增加用户可用带宽。237、HFC光节点规模为了更好地开展交互业务，建议新建网络可采用500或250户建立一个光节点。如果仍采用2000户建立一个光节点，采用多端电输出口，采用星形分配，每个电平输出口服务用户数尽量相等，以方便今后平滑升级到每光节点500或250户。这样做一方面可以减少反向噪声的汇聚，另一方面也可以增加每个用户的平均可用带宽。248、HFC电缆分配网结构建议光节点用户数在200至300户的采用光节点输出高电平的电信号，然后通过分支、分配器无源送到用户。但是，要注意采用相应方式将回传电平损耗控制在一定范围之内，如30dB以内，以保障回传通道满足要求。也可以采用低输出电平的电信号，再加上1至2级分配放大器送到用户。259、数字电视与HFC网络HFC网主要是为模拟射频信号的传输设计的，它的主要技术指标是C/N、CSO、CTB。这三大指标是衡量网络能否传好模拟信号的检验标准。数字电视信号是离散的信号，衡量其质量的标准有误码率、载噪比、MER等指标。（1）技术指标26序号项目单位技术要求备注1数字频道输出电平dBμV50～75建议一般不超过65dBμV。2频道间电平差任意数字频道间dB≤10相邻数字频道间dB≤33数字频道与模拟频道电平差dB-10～0见GY/T170-20014调制误差率（MER）dB≥24（64QAM，均衡关闭）5误码率(BER)--≤1×10E-11(24h，RS解码后)短期测量可采用15min，应不出现误码6数字射频信号与噪声功率比（SD,RF/N）dB≥26（64QAM）7载波复合三次差拍比(CTB)dB≥54见GY/T106-19998载波复合二次差拍比(CSO)dB≥54见GY/T106-199927（2）HFC网络系统出现的故障现象也不同模拟信号的故障，一般是雪花点，网纹干扰等。数字信号出现的故障是码赛克或黑屏。有时模拟信号还可以看，而数字信号是黑屏。造成这种现象的主要原因是，HFC网络系统反射波，时延、抖动等引起数字信号严重误码，C/N下降产生黑屏。这些故障对模拟信号影响不大，对于数字信号则影响比较大，且查找起来很困难。28三、CTMS/CableModem系统HFCInternet常规模拟电视数字电视CMTS本地服务器Router混合/分离PCTVPhoneCM宽带数据网络29CMTS与CM的通信过程为：在下行方向，来自路由器的数据包在CMTS中被封装成MPEG2-TS帧的形式，经过64QAM调制后与有线电视模拟信号混合输出RF信号到HFC网络，下载给各CM；在上行方向，CMTS将接收到的经QPSK调制的数据进行解调，转换成以太网帧的形式传送给路由器。同时，CMTS负责处理不同的MAC程序，这些程序包括下行时隙信息的传输、测距管理以及给各CM分配TDMA时隙。30系统参数标准参数DOCSISV1.0EuroDOCSISV1.1下行上行下行上行调制方式64/256QAMQPSK16QAM64/256QAMQPSK16QAM传输速率（Mbit/s）27/380.32/0.64/1.282.56/5.12/10.24*38/520.32/0.64/1.282.56/5.12/10.24*信道带宽（MHz）60.2/0.4/0.81.6/3.280.2/0.4/0.81.6/3.2/6.4*频率响应（奈奎斯特）滤波特性64QAMα=18%256QAMα=12%QPSKα=25%64/256QAMα=15%QPSKα=25%输入电平（dBμV）-16~25dBmV**-15~25dBmV44~86**43~73（64QAM）47~77（256QAM