宽带接入技术与实践第4章hfc接入技术

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1、2018/9/14,学习目标： 了解HFC概念和HFC设备构成，了解HFC网络结构特点，HFC网络频谱分配方案，HFC网络优势与局限。 了解Cable Modem定义，Cable Modem技术原理，Cable Modem结构与工作过程，Cable Modem标准，Cable Modem应用，Cable Modem优势。 理解有线电视系统的组成，HFC的系统框架结构，Cable Modem用户端结构，双向HFC技术原理及传输实现方法。,第4章 HFC接入技术,2018/9/14,重点知识：HFC网络结构特点，Cable Modem的结构与工作过程，HFC的系统框架结构，Cable Modem用

2、户端结构，双向HFC技术原理及传输实现方法。 难点知识：HFC网络频谱分配方案，Cable Modem的结构与工作过程，双向HFC技术原理及传输实现方法。,第4章 HFC接入技术,2018/9/14,HFC的相关问题 Cable Modem 基于HFC的宽带接入 案例学习,第4章 HFC接入技术,2018/9/14,4.1 HFC的相关问题,利用HFC实现宽带接入，就是众多接入技术中的一种性价比较高的方式。,2018/9/14,4.1.1 HFC的发展过程,HFC用来传输视频信号，俗称有线电视网（Community Antenna Television Network，CATVN）。由于有线电

3、视网络在改造后使用的传输介质既有光纤又有同轴电缆，为了区别早期的全同轴的有线电视网络，人们将这种新型的有线电视网络称为HFC网络。 从网络的拓扑结构来看，HFC通常具有星型与树型结构。 1994年初，美国首先提出HFC的网络结构，其后在全世界掀起了HFC网络多功能开发的热潮。1996年，我国的一些有线电视台也开始进行相关的应用试验 。 在HFC上提供数字通信业务，一般采用Cable Modem（电缆调制解调器）技术。,2018/9/14,具有全业务传输能力的HFC网络，由视频前端（FE）、主数字终端（HDT）、传输线路、光纤节点（FN）、网络接口单元（NIU）以及综合业务单元（ISU）构成 。

4、,4.1.2 HFC网的设备构成,2018/9/14,与传统CATV网相比，HFC网络结构无论从物理上，还是逻辑拓扑上都有重大变化。现代HFC网基本上是星型+总线结构，由3部分组成，即馈线网、配线网和用户引入线。,4.1.3 HFC网络结构与特点,2018/9/14,馈线网。HFC的馈线网指前端至服务区（SA）的光纤节点之间的部分，对应CATV网的干线段。 配线网。配线网指服务区光纤节点与分支点之间的部分，相当电话网中远端节点与分线盒之间的部分。 用户引入线。用户引入线是指分支点到用户之间的线路，与传统CATV网完全相同。 HFC网络是一种双向共享介质系统，包括前端和光纤节点之间的光纤干线，以

5、及从光纤节点到用户驻地的同轴分配网络。,4.1.3 HFC网络结构与特点,2018/9/14,HFC采用频带为860MHz的同轴网络，它既要支持广播信息的传输，又要支持双向信息的传输。根据GY/T106-1999的最新规定，HFC的频带划分 。,4.1.4 HFC网络频带划分,2018/9/14,HFC接入网的业务功能主要有以下几种 。,4.1.5 HFC接入网业务功能与局限,当然HFC接入网也存在着一些缺陷。如树状总线结构的网络拓扑需进一步改进，必须考虑在光节点之间增设光缆线路，以进一步提高网络的可靠性。由于HFC网络是共享资源，当用户增多及每个用户使用量增加时，必须避免拥塞。,2018/9

6、/14,4.2 Cable Modem,Cable Modem 的定义 Cable Modem技术原理 Cable Modem的结构与工作过程 Cable Modem的标准化 Cable Modem 的应用,2018/9/14,4.2.1 Cable Modem的定义,Cable Modem是一种通过有线电视网络实现高速接入Internet的装置。它不仅仅是传统意义上的调制解调器，实际上它更多地是作为网终端接口来连接IP网络。 大多数公司开发的Cable Modem从技术上可划分为动态分配带宽速率（采用以太网介质访问方式的CSMA/CD）和固定带宽速率（采用时分多址访问方式的TDMA，进行以6

7、4kbit/s为基本速率的数字通信业务）。前者适用于Internet的接入、公共信息查询等与有线电视台关系密切的业务，后者适用于普通数字电话、可视电话、数据专线等业务。,2018/9/14,4.2.2 Cable Modem技术原理,Cable Modem的传输机制与普通的Modem相同。不同之处在于它是通过CATV的某个传输频带进行调制解调的，而普通Modem是用户独享传输介质。 Cable Modem的技术实现一般是从108860MHz频道中分离出信道用于下行传输数据。 在Cable Modem系统中，采用了双向非对称技术，在下行方向有多条6MHz的模拟带宽供系统中的用户共享。 影响Cab

8、le Modem传输性能的因素，主要是反向噪声。,2018/9/14,4.2.3 Cable Modem的结构与工作过程,Cable Modem的内部结构如下：,2018/9/14,4.2.3 Cable Modem的结构与工作过程,启动Cable Modem后，Cable Modem扫描所有下行频率，寻找可识别的标准控制信息包。其中有一条命令指定上行发送频率。 Cable Modem取得它的上行频率后开始测距，测距之后，Cable Modem准备接受一个IP地址和其他网络参数。 Cable Modem中的数据传输过程是通过内部的双工滤波器，接收来自HFC网络的视频信号 。,2018/9/14

9、,4.2.4 Cable Modem的标准化,Cable Modem产品有两个国际标准。一个是欧洲标准DVB/DAVIC；另一个是北美及其他国际市场的标准DOC-SIS。,2018/9/14,4.2.5 Cable Modem 的应用,HFC的数字通信系统是通过Cable Modem实现的，为接入Internet，提供了由窄带向宽带的过渡。下面介绍Cable Modem在HFC宽带接入网络中的应用。 Cable Modem是用户端设备，一般的Cable Modem有两种类型：外置式和内置式。 Cable Modem本身不单纯是调制解调器，它集Modem、调谐器、加/解密设备、桥接器、网络接口卡

10、、虚拟专网代理和以太网Hub的功能于一身。Cable Modem可以较好地传输音视频，其共享速率可达10Mbit/s以上。传统的 Modem的带宽远远低于此值。,2018/9/14,4.3 基于HFC的宽带接入,有线电视系统的发展 有线电视系统的组成 HFC组网方案 双向HFC技术原理,2018/9/14,4.3.1 有线电视系统的发展,有线电视（Community Antenna TV，CATV）起源于20世纪40年代的美国山村。 有线电视系统综合运用了广播电视、通信、计算机等多个领域的技术成果，扩大了系统服务功能，逐渐发展成为综合性传输网络系统。随着现代信息社会的发展，人们日常生活中，有线

11、电视的电缆线已经成为继电力线、电话线之后第三条进入普通用户家庭的线路。 总的来说，有线电视系统具有网络带宽较宽、用户覆盖范广的特点。,2018/9/14,4.3.2 有线电视系统的组成,有线电视系统一般是由天线、前端、干线传输和用户分配网络几个部分组成的。,2018/9/14,4.3.3 HFC组网方案,HFC网络由信息接收、编解码及混合，干线传输网络，用户分配网络，同轴分支器及用户等部分组成。,2018/9/14,4.3.4 双向HFC技术原理,双向HFC在下行方向提供广播传输，在上行方向提供多接入共享传输，它的接入原理是在CATV网络的基础上，利用光纤传输的宽带特性，用空余的频带来传输电信

12、话音业务、高速数据业务和个人通信业务，充分利用光纤的频谱资源构成全业务的传输网络。它是在一根或两根光纤上采用通带模拟调制方式，也就是副载波调制和模拟光调制技术进行全业务传输的一种综合业务实现方式。通过对1 000MHz以下频段的合理、规范划分，实现多种业务的上、下行数据传输。所有的交互式数据都需要双向HFC网络。,2018/9/14,有线电视系统的升级改造,传输系统的升级改造 （1）干线升级改造-光缆代替同轴电缆； （2）分配网络升级改造-采用优质同轴电缆。,2018/9/14,网络拓扑的升级改造 （1）星型结构：将用户分为一个个小区，每个小区均用光缆直接与网络中心相连。HFC网络。,2018

13、/9/14,网络拓扑的升级改造 （1）环形结构：（2）改造的第一阶段。,2018/9/14,网络拓扑的升级改造 （3）改造的第二阶段。,2018/9/14,网络拓扑的升级改造 （4）改造的第三阶段。,（5）改造的第四阶段。,单向放大器 双向,前端变交换中心,2018/9/14,4.3.5 双向传输实现方法,有线电视系统升级改造的另一个重要内容，就是将单向信息传输升级为双向信息传输，使有线电视系统具有双向传输和信息交换的能力。如果有线电视系统能实现双向传输，那么用户将不仅仅只是被动地接收信息，还可以把自己的信息传送到前端和其他用户。 在双向传输系统中，人们通常把电视台向用户传播的信号称为下行信号

14、，用户向电视台发送的信号称为上行信号。 从技术上讲，实现信息的双向传输主要有三种方式：空间分离技术 、时间分离方式和频率分离方式 。,2018/9/14,双向传输实现的方法 （1）双向传输应用的五个方面 （2）第一种技术手段：空间分离，上行和下行信号通过不同的物理通道传输。,2018/9/14,双向传输实现的方法 （3）第二种技术手段：时间分离，利用时分复用技术来分离上行和下行信号，系统传输信号分为若干个时间段，分时交替传送上、下行信号。,2018/9/14,双向传输实现的方法 （4）第三种技术手段：频率分离，上行和下行信号安排在不同的频率段上，然后用不同的滤波器来实现上行和下行信号分离。,2

15、018/9/14,双向传输实现的方法 （5）上行和下行信号占用带宽的三种分割方式。低分割：530MHz或42MHz为上行频带；中分割：5100MHz为上行频带；高分割：5200MHz为上行频带。大多数设备均采用低分割。,2018/9/14,4.4 案例学习,案例背景 小区HFC宽带接入工程 HFC工程案例小结,2018/9/14,案例背景,面对PSTN和窄带ISDN不能适应用户访问多媒体业务的状况，国内许多大中型城市的有线电视台推出HFC宽带接入解决方案。例如，重庆、太原、青岛等城市的有线电视台，在本市的一些住宅小区，对现有的CATV系统进行改造升级，为用户提供了通过CATV接入Interne

16、t的解决方案。,2018/9/14,小区HFC宽带接入工程,某市智能小区的HFC宽带接入工程位于该市河西新区。一期建筑面积为80 000m2，为10栋6层住宅楼群，每栋楼有住户24户。该市有线电视台为了建设小区信息高速公路，并节省投资和便于施工管理，决定在该小区内实施HFC宽带接入。,2018/9/14,HFC工程案例小结,从长远来看，HFC计划提供的是全业务网（FSN），即以单个网络提供各种类型的模拟和数字通信业务，包括有线和无线、语音和数据、图像信息业务、多媒体、事务处理业务等。这种由HFC所提供的全业务网将是一种新型的宽带业务网，为我们提供了一种实现宽带通信的良好方法。 HFC接入网采用

17、树型总线结构，这种结构具有成本低、扩展性好的特点。但也存在严重的单点故障，这种树型总线有一处故障，将会导致这一分支的所有用户无法连接到主干网络。,2018/9/14,习题与思考,1.1 什么是宽带接入网，常见的宽带接入技术有哪些？ 1.2 画图描述传输网分层模型，说明支持IP传输的宽带技术有哪几种。 1.3 走访身边的校园网、企业网、电子政务网等宽带接入应用，重点说明一种宽带接入对自己工作、学习、生活带来的变化。 1.4 上网检索与“网络无边界”相关的话题，规划、设计一种“网络无边界”解决方案。说明网络无边界的数字化生存，对未来社会带了的变革。 1.5 走访“电信”或“网通”等固网运营商，了解固网运营商面临哪些挑战。面对这些挑战，简要说明解决问题的对策或技术方案。,