Cable Modem 系统设计和实现

有线电视CableModem系统设计与实现北京四达时代通讯网络技术有限公司2001年10月2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司2主要内容一、CableModem系统的工作原理二、CableModem系统的设计三、网络管理与计费系统四、CableModem系统的安装调试2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司3基于有线电视网的数据通信——DataOverCableSystemCableModem是通过有线电视网络进行高速数据接入的设备是有线电视网上的重要增值业务它在双向有线电视网上构建了一个透明的高速IP通道，连接用户端和前端这个系统不仅包含数据通信单元,还需要操作和业务支持单元提供安全配置性能故障和计费管理。2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司4系统构架共享介质树形结构双向非对称数字信号调制在模拟载波上传输标准协议(IP，Ethernet）透明传送HFCInternetCMTS2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司5简化通信图CableModem上行调制发送下行接收解调下行调制CMTS(Headend)上变频NSICMCIHFC网络DpxDpx10Base-T100Base-T网络接口上行接收解调网络接口、路由器2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司6HFC有线电视网络大容量光纤骨干Internet同轴电缆分配网前端分前端光节点2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司7HFC接入网模拟广播电视AM-VSB、FM射频数字电视MPEG/64QAM声音，网页，视频IP/MCNS/64QAMIP业务数字视频模拟电视VideoVideoIPMCNS/MPEGVoiceWebMPEGRF/Optical2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司8CableModem系统的国际标准MCNSDataovercableserviceinterfacespecificationDOCSIS1.0北美标准CableLabs于2000&2001年认证DOCSIS1.1向后兼容1.0CableLabs2001年认证增加了voice-over-IP(VoIP)支持增加qualityofservice(QoS)增强了BPI(BPI+)Euro-DOCSIS欧洲标准，和北美标准相近与北美标准相比，下行带宽和上行频率范围有差别tComLabs2001认证2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司9频率范围上行：5～42MHz(Euro-Docsis：5~65MHz)下行：88～860MHz(Euro-Docsis：108~862MHz)带宽上行：200,400,800,1600,3200KHz下行：6MHz(Euro-Docsis：8MHz)调制方式上行：QPSK或16QAM下行：64或256QAM符号率上行：160,320,640,1280,2560Ksym/sec下行：5.056941或5.360537Msym/sec(Euro-Docsis：6.952Msym/sec)DOCSIS基础2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司10CMTS电平范围上行接收：200KHz-16～+14dBmV400KHz-13～+17dBmV800KHz-10～+20dBmV1600KHz-7～+23dBmV3200KHz-4～+26dBmV下行发送：+50～+61dBmVCablemodem电平范围(1dBsteps)输出：QPSK+8～+58dBmV16QAM+8～+55dBmV输入：64QAM-15～+15dBmV传输电平-6to-10dBc传输线路时延最大0.800ms（相当于160km）DOCSIS基础（续）2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司11DOCSIS1.0和1.1的主要区别DOCSIS1.1建立在1.0的基础上，同时具有以下特性：服务质量（QualityofService）DynamicServicesConcatenationFragmentationPayloadHeaderSuppressionIP组播CM认证SNMPv3View-based接入控制和管理(VACM)CM帐户管理故障管理SecureSoftware2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司12下行通道6MHz频道88到860MHz64QAM5.056941Msym/s(30.3MB/s)或256QAM5.360537Msym/s(42.9MB/s)CableModemTerminationSystem(CMTS)位于前端或分前端用户端的CableModem100BaseT连接到Internet和服务器CMTSCM2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司13下行通道－广播式下行数据广播到连接到同一个CMTS下行端口上的所有Cablemodem所以Modems接收同样的64或256QAM信号CMTSCMCMCMCMCMCM2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司14上行通道QPSK或16QAMTDMA160Ksym/sec到2560Ksym/s320Kb/s到10.24Mb/sCMTSCM100BaseT连接到Internet和服务器CableModemTerminationSystem(CMTS)位于前端或分前端位于用户端的CableModem2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司15回传通道突发TDMACMTS上行通道时隙映射表控制Cablemodem使用上行通道timeCMTS2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司16分前端的结构－下行通道uBR7246混合CHACHBCHCCHD本地射频混合每组用户接收公共的下行载波下行:变频器HFC2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司17分前端的结构－上行通道uBR7246上行:每组用户的上行通道终止于CMTS的接收端口HFC2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司18用户端CableModem系统原理示意图回传光接收机uBR7246+MC14C或uBR7114光发射机分路器US1US0US2US3161410161410161410161410光节点HL用户上变频器DS100M光发射机分路器光发射机分路器光发射机分路器光节点HLQAMMODMODQAMMODIRDIRDVTRMUXMUXEncoderIRDEncoderEncoder模拟、数字节目接收处理…………光传输系统电缆传输分配系统混合器CMTS2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司20用模拟方式传输数字信号——数字调制QPSKQAM-16QAM-64QIQIQI011100102001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司21下行载波NTSC-北美-6MHz-27/36Mbit/secPAL-欧洲-8MHz-36/46Mbit/sec64/256QAM-调制在射频上的射频信号-正交幅度调制2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司22上行载波峰值信号频谱上行频道20.00MHz低频段噪声CMTS接收电平：-10～+10dBmV.QPSK调制需要15dBC/NQAM-16调制需要25dBC/N2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司23上行FDMA/TDMACM-1CM-2CM-1CM-3CM-4CM-5时间,t频率(MHz)425调制方式：QPSK/QAM-16符号率：0.16-2.56Msps频道带宽：0.20-3.20MHz2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司24协议堆栈DataOverCableNetworksOSIHigherLayersTransportNetworkDataLinkPhysicalApplicationsTCPorUDPIPIEEE802.2CellBased(ATM)orPacketBasedHFCUpStreamS-CDMA/TDMADigitalIFModulation(QPSKorQAM-16)DownStreamS-CDMA/TDMADigitalRFModulation(QAM-64orQAM-256)2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司25CableModem初始化过程PrivacyInitializedRegistrationCompleteInitializeBaselinePrivacyRegisterwithCMTSOPERATIONALNOUCD&MAPReceivedSync&SYNCMsg.ReceivedScanforDSChannelScanUCDandMAPMessagesPerformRanging&Adj.IPCompleteTimeofDaySetTransferCompleteEstablishIPConnectivityEstablishTimeofDayCMInternalNetworkLayerManagementMACLayerProtocolBaselinePrivacy?TransferConfig.ParametersRangingAdj.CompleteMACLayerProtocol2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司26数据吞吐量频率范围MHz调制方式QAM-2568b/SymQAM-646b/SymQAM-164b/SymQPSK2b/Sym54-86054-86054-86054-8605-425-425-425-42频道带宽MHz68681.63.21.63.2波特率MSps5.36056.9525.0576.9521.282.561.282.56比特率Mbps42.8855.61630.3441.7125.1210.242.565.12净荷比特率Mbps~38~52~27~38~4.6~9~2.3~4.6二、CableModem系统设计2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司28CableModem系统设计（一）射频通道子系统设计（二）IP网络子系统设计（三）系统容量（四）网络管理系统2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司29CableModem系统的设计要点CableModem系统同时工作在模拟和数字领域，成功的设计者应该熟知两者合理的频谱规划标准化良好的扩展性可靠性（一）射频通道子系统设计2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司31Docsis对射频通道的要求下行C/N35dBC/CTB41dB,C/CSO41dBCM输入端最大模拟载波电平：17dBmV最大模拟载波数量：121上行C/(N+I)25dB（噪声包括底噪声，失真，公共路径失真，交调，汇聚噪声，不包括冲击噪声）2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司32双向模拟HFC网络设计基于HFC的Cablemodem系统对原有的HFC网络的信号传输方式、传输质量和网络设备运行可靠性提出了更高的要求。高可靠性（冗余，网络管理监控，供电）良好的回传通道是关键正确设置调整工作电平，保证信号质量优质的工程质量充足的指标余量适应全天候长期运转2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司33关于回传通道的噪声冲击噪声和侵入电信号干扰加强屏蔽，提高工程质量热噪声10log（噪声带宽）－125.2dBmV放大器的噪声正确设置放大器工作状态噪声漏斗效应减少共享回传通道的用户数量光链路噪声激光器削波避免激光器过载公共路径失真保证线路上设备接头的质量（清洁，牢固，防水）2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司34回传通道的均衡对所有的用户进行路径损耗均衡，将减少外界干扰对系统的影响尽量使每个用户到回传放大器之间回传路径的损耗相等分配网的结构分配－分支结构无源器件串接数量小于6个（二）IP网络子系统设计2001年11月北京四达时代通讯网络技术有限公司36IP网络配置地址规划路由配置VPN设计安全配置服务器配置