有线数字电视网络双向改造技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,有线数字电视双向网络及EPON技术,中国传媒大学,信息工程学院,金立标 博士,Email：,TEL：,1,第一局部三网融合与数字电视网络,2,1、三网融合的背景,1999年9月，国办发布199982 号文件,“电信部门不得从事播送电视业务，播送电视部门不得从事通信业务，对此必须坚决贯彻执行 。,坚决制止重复建设：从中央到县一级的播送电视传输光缆干线，播送电视部门未建的原那么上不得再建。,2001年3月，“十五开展纲要：“大力促进电信、电视和计算机三网融合。,2006年3月，“十一五开展纲要：“加强宽带通信网、数字电视网、下一代互联网等信息根底设施建设，推进三网融合。,一、三网融合与有线电视网络,3,一、三网融合与有线电视网络,2021年1月1号，?国务院办公厅转发开展改革委等部门关于鼓励数字电视产业开展假设干政策的通知?称“1 号文指出：,鼓励播送电视机构利用国家公用通信网和播送电视网等信息网络提供数字电视效劳和增值电信业务；,在符合国家有关投融资政策的前提下，支持包括国有电信企业在内的国有资本参与数字电视接入网络建设和电视接收端数字化改造。,4,一、三网融合与有线电视网络,2021年1月13日，国务院决定推动电信网广电网及互联网三网融合。,阶段目标：,2021年至2021年重点开展广电和电信业务双向进入试点，探索形成保障三网融合标准有序开展的政策体系和体制机制。,2021年至2021年，总结推广试点经验，全面实现三网融合开展，普及应用融合业务，根本形成适度竞争的网络产业格局。,5,一、三网融合与有线电视网络,重点工作：,符合条件的播送电视企业可以经营增值电信业务和局部根底电信业务、互联网业务；,符合条件的电信企业可以从事局部播送电视节目生产制作和传输。,鼓励广电企业和电信企业加强合作、优势互补、共同开展 。,全面推进有线电视网络数字化和双向化升级改造，提高业务承载和支撑能力。整合有线电视网络，培育市场主体。,加快电信宽带网络建设，推进城镇光纤到户，扩大农村地区宽带网络覆盖范围。充分利用现有信息根底设施，积极推进网络统筹规划和共建共享。,6,2、融合的趋势,业务融合、技术融合、网络融合、终端融合,“三网融合的实质是业务融合，不是物理网络的合并。,“三网融合是网络和业务的替代，并不是说以后有线电视就全由电信来做，或者说电信所有的业务都由有线来做，这是不可能的，要发挥各自的优势逐步来做。引自杜百川,对广电来说，将VoIP 语音、宽带接入业务与数字电视业务捆绑运营是最正确的。,一、三网融合与有线电视网络,7,一、三网融合与有线电视网络,3、业务融合,播送电视业务：模拟、数字,交互式数字电视业务,VOD,网络电视,时移电视,数据业务,Internet,下载、邮件等。,增值业务,视频 、视频会议,VoIP,8,第二局部 有线数字电视网络,9,TS,切,换,矩,阵,信号处理部分,复用器,传输流处理器,复用器,复用器,复用器,备份,复用器,复用器,加扰器,备份,加扰器,加扰器,加扰器,CA,系统,SMS,交,换,机,播控服务器,交,换,机,节目库,视频,服务器,VOD,服务器,SI/EPG,发生器,节目采编,工作站,数据广播系统,节目磁盘阵列,系统管理部分,信号输出部分,QAM,调制器,QAM,调制器,QAM,调制器,QAM,调制器,QAM,调制器,备,份,QAM,调制器,模,拟,电视频道,混,和,器,信号输入部分,解扰器,卫星,接收机,备份,备份,MPEG-2,编码器,MPEG-2,编码器,MPEG-2,编码器,编码器备份,DS-3,适配器,适配器备份,SDH,A,V,A,V,A,V,A,V,数字电视前端系统,10,MPEG-2编码器,为什么编码？,标准清晰度数字电视SDTV：,在ITU-R601标准中，采用10bit量化时，,亮度信号的码率为,取样频率 X 量化比特数 = 13.5MHz X 10bit = 135Mbps,2个色差信号的码率为,2 X 6.75MHz X 10bit = 135Mbps,SDTV的总码率为,亮度信号码率 + 2个色差信号码率 = 135Mbps + 135Mbps,= 270Mbps,11,MPEG-2编码器,视频,A/D,数据,处理,音频,A/D,AV,S-Video,视频编码器,打包器,ES,PES,节,目,复,用,器,音频编码器,打包器,ES,PES,定时/同步,输,出,接,口,单路,节目,TS流,模拟,音频,ASI,SPI,E1,E3,DS3,编码结构,12,MPEG-2编码器,TS流结构,包头,净荷,包头,净荷,包头,净荷,适应字段,8,1,1,13,包,同步,误码指示,开始指示,传送优先级,PID,加扰控制,适应字段控制,连续性计数器,1,2,2,4,可变长,188字节,13,卫星节目接收,节目速率举例,上星的节目采用QPSK调制方式，假设采用的符号率为，以及RS (204，188)、3/4卷积码、QPSK调制方式 。,其中为符号率；由于采用QPSK，所以一个符号需要用2个比特来表示；RS编码为204，188，表示有效数据为188个字节，有20418816个字节用于冗余纠错。卷积码的效率为3/4。,由此可以算出节目的传输速率：4.4223/4188/204 =6.11 Mbps,14,卫星节目接收,星座间的距离越大，信号的抗干扰能力就越强，接收端判决再生时就越不容易出现误码。,QPSK在一个符号内可传两比特，对相同的带宽，数码率提高了一倍。实际上,为防止码间干扰，要对波形进行均衡，带宽略有扩展，提高不了一倍。,QPSK(4QAM)星坐图,11,01,I,轴,同向轴,00,10,=45,=135,=225,=315,Q,轴,正交轴,15,节目复用,节目特定信息-PSI,使用了四个表来定义码流的结构,节目关联表PAT：描述多路节目的复用信息；,节目映射表PMT：描述单路节目的复用信息；,网络信息表NIT：描述网络传输的物理信息；,条件访问表CAT：描述条件接收系统的信息。,16,节目复用,表格重复间隔,序号,检测项目,单位,技术要求,1,PAT,ms,25500,2,PMT,ms,25500,3,NIT,ms,2510000,4,SDT,ms,252000,17,节目调制,调制速率,16QAM调制中，一个符号用4个比特来表示；64QAM调制中，一个符号用6个比特来表示；256QAM调制中，一个符号用8个比特来表示。,64QAM的符号率在8MHz最高可以到达，那么最高数据传输速率为,6,其中有RS编码，去掉冗余，有效传输数据速率为,188/204。,18,利用星座图分析故障,1理想星座图,符号点均在决策边框内的中心点，说明有良好的相位噪声、热噪声等，因此MER值好。,19,2热噪声引起的损伤,现象：符号点随机的向外扩展相对于中心点,20,3相位噪声引起的损伤上下变频器,现象：四个边角的符号向内旋转，使方形的星座图变为圆,21,4相干干扰如CTB、CSO等互调失真、侵入噪声产物,现象：符号云的中心被掏空，形成圆串,22,5I/Q不平衡前端I/Q调制器、基带放大器、滤波器造成,现象：星座图不成方形，I、Q轴即宽、高不等,23,节目加扰,加扰可以置于复用器中，也可以独立于复用器之外。一般功能包括：,对指定的节目或根本传输流进行DVB加扰,处理与CA有关的PSI信息和SI信息,在TS流中插入EMM授权管理信息和ECM授权控制信息的数据流,生成加扰控制字CW,24,有线数字电视传输网络,1传输网结构,国家干线网：北京到各省会城市,环网+网状网+支线网,SDH + DWDM2.5Gb/s+4/8/16/32波分复用,省干线网：省会到地市县,环网+支线网,地市-县干线网,或光纤射频副载调制,接入网：HFC网 750、860MHz,25,有线数字电视传输网络,网络结构,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,26,有线数字电视传输网络,2、四大平台,1节目平台：集成播出数字电视节目,2传输平台：负责节目传输,3效劳平台：直接面向最终用户提供效劳。,4监管平台：协调、监管有线数字电视运营秩序。,27,有线数字电视传输网络,3.地市县有线数字电视传输方式,通过SDH网传输,64QAM载波传输方式,传输方式,SDH系统,64QAM载波传输,占用信道,45Mbps（DS3）,8MHz,县前端增加设备,DS3适配器、码流分配器、QAM调制器,无需增加设备,传输距离,无限制,200Km,价格,高,低,28,采用,SDH,系统：一个,DS3,信道可传,7,套,SDTV,M,PEG2编码器,卫,星接收机,SDH网络适配器,复用、加扰,网络适配器,地市前端,SDH系统,网络适配器,码流分配器,QAM调制器,QAM调制器,混合器,模拟光发射机,县乡村HFC网,模拟频道 县前端,有线数字电视传输网络,29,64QAM,载波传输：,将多路数字电视信号采用,QAM,方式调制到模拟载波上，通过频分复用实现多频道传输。,M,PEG2编码器,卫,星接收机,SDH网络适配器,复用、加扰,QAM调制器,QAM调制器,混合器,1550nm光发射机,EDFA,地市前端,EDFA,市县光纤链路,光接收机,本地模拟电视,混合器,模拟光发射机,县前端,县乡村HFC网,有线数字电视传输网络,30,有线数字电视传输网络,全数字电视信号传输时，系统技术指标要求比模拟电视信号传输时低得多。,光纤干线网的传输距离比模拟电视信号传输要远得多。,指标,系统口,标准,指标,系统口,设计,指标,前端,干线,分配网,C/N,=26dB,= 30dB,= 35dB,= 32dB,= 40dB,MER,= 24dB,= 27dB,= 39dB,= 33dB,= 32dB,4、系统指标分配,31,第三局部 HFC网络技术,32,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,33,一、网络结构,HFC,Internet,常规模拟电视,数字电视,CMTS,本地,服务器,Router,混,合,/,分,离,PC,TV,Phone,CM,宽带数据网络,34,系统参数,标准,参数,DOCSIS V1.0,Euro DOCSIS V1.1,下行,上行,下行,上行,调制方式,64/256QAM,QPSK,16QAM,64/256QAM,QPSK,16QAM,传输速率,（Mbit/s）,27/38,0.32/0.64/1.28,2.56/5.12/10.24*,38/52,0.32/0.64/1.28,2.56/5.12/10.24*,信道带宽,（MHz）,6,0.2/0.4/0.8,1.6/3.2,8,0.2/0.4/0.8,1.6/3.2/6.4*,频率响应,（奈奎,斯特）,滤波特性,64QAM,=18%,256QAM,=12%,QPSK,=25%,64/256QAM,=15%,QPSK,=25%,输入电平,（dBV）,-16,25dBmV,-1525dBmV,4486,4373（64QAM）,4777（256QAM）,输出电平,（dBV）,5061dBmV,855dBmV,（16QAM）,858dBmV,（QPSK）,110121,68115（16QAM）,68118（QPSK）,35,DOCSIS1.0/1.1,Additional Capabilities with DOCSIS 2.0,调制方式,频道带宽,(MH,Z,),数据速率,(Kbps),调制方式,频道带宽,(MH,Z,),数据速率,(Kbps),QPSK,16 QAM,QPSK,16 QAM,1.6,1.6,3.2,3.2,2,2560,5,120,5,120,10,240,32 QAM,64 QAM,16 QAM,32 QAM,64 QAM,3.2,3.2,6.4,6.4,6.4,12,800,15,360,20,480,25,600,30,720,36,回传噪声抑制技术,是专门针对有线电视网络产业所关注的受容量限制和易受噪声侵害的上行而设计的。,它根本上是建立在的根底之上，通过实现对两种物理层(PHY)技术的支持而完成的，这两种技术分别是同步码分复用(S-CDMA)和高级时分复用(ATDMA)。,S-CDMA和ATDMA都提供大体上相同的数据速率，但是它们在处理数据的方式和降低噪声干扰方面采用了不同的方法。,37,标准规定绑定在一起的频道不能低于,4,个，,的下行速率起点规定为,160Mbps,，而上行速率为,120Mbps,，并且还可以通过增加绑定的频道数量来提高上、下行的传输速率。,38,CMTS设计,考虑问题：,CMTS调制方式：64QAM、256QAM,提供给用户的带宽，是否高于ADSL,上网用户比例同时上网；,网络使用比例同时下载,39,举例：,下行每信道8M带宽，采用64QAM调制方式，每个下行信道实际数据率36Mbps ；,预计提供给用户的最低并发数据速率BW在1Mbps以上 ；,使用情况以顶峰期上网用户比例RB为50%，网络使用比例UF为20%预计 。,按照1000户计算：1000*50%*20%*1Mbps/36Mbps 2.7,即需要3台CMTS；,假设提供400kbps的速率，那么需1台CMTS。,40,2、HFC光链路设计,HFC网络光链路中的光纤都采用单模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。,41,3、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，每个电平输出口效劳用户数尽量相等，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会聚，另一方面也可以增加每个用户的平均可用带宽。,42,4、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。,43,5、数字电视与HFC网络,HFC网是光电缆混合的单向播送传输网，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。,而数字电视的指标那么不同。数字电视信号是离散的信号，衡量其质量的标准只能用被传送数字电视信号的取值或状态判断的正确与否来评价，因此把误码率、载噪比、MER等指标作为系统的主要指标。,不会形成象模拟频道之间的CSO、CTB。而是呈白噪声性质，在被干扰的频道内弥散分布。,由于数字信号与模拟信号本质上的区别，在HFC模拟传输网中传输数字信号就出现了不匹配的问题，它表现在：,1技术指标,44,序号,项目,单位,技术要求,备注,1,数字频道输出电平,dBV,5075,建议一般不超过65dBV。,2,频道间,电平差,任意数字频道间,dB,10,相邻数字频道间,dB,3,3,数字频道与模拟频道电平差,dB,-100,见GY/T170-2001,4,调制误差率,（MER）,dB,24（64QAM，均衡关闭）,5,误码率,(BER),-,110E-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（S,D,RF,/N）,dB,26（64QAM）,7,载波复合三次差拍比,(CTB),dB,54,见GY/T 106-1999,8,载波复合二次差拍比,(CSO),dB,54,见GY/T 106-1999,45,2HFC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，对于数字信号那么影响比较大，且查找起来很困难。,46,6、回传电平设计,所有Cable Modem的信号必须以相同的信号电平到达前端。,如果其电平差异过大，即使管理Cable Modem的 CMTS发出电平调整指令，试图使Cable Modem受控地调整输出电平，也难以使各用户电平上行到CMTS时一致，结果会出现某些用户上行信号CN很低，而另一些用户上行信号产生过载失真。,为保证各支路上行路径的总损耗近似相等，要求从各用户端至光节点的回传路径损耗差值小于5dB。,47,光接收机回传输入电平设计,每HZ固定功率法：,首先分析激光器上到底可以加上多大的射频功率，然后将总功率分配给各个信道；,回传激光机在满载时一般为60MHZ带宽所能加载的总功率电平往往都由厂家提供的，我们以厂家提供的这个参数，再根据每个信道所要求的带宽将总功率分配给各个数据信道。,首先把厂家给出的总功率以1HZ的步长划分，然后以各自信道的占有带宽分配功率。,每HZ的步长电平算法如下：,激光器输入的总功率-10 Lg总带宽,48,以SG2000为例，根据SG2000设备手册，它的回传光发射模块为SG2-IFPT/DFBT，建议的总输入功率为15dBmV。,对于回传通道，频率范围为065MHz：,每Hz功率1510lg60MHz63dBmV/Hz,假设目前开展的CM业务的信号带宽为，那么该业务对于回传激光器的输入功率为：,63dBmV/Hz+10lg2dBmV,49,7、HFC回传链路损耗,50,A块：CM至楼放输出口，反向损耗一般设定为255db。,B块：电缆干线网局部包括干放、延放与楼放至光站具有双向传输功能的光节点的输出端口，反向损耗设定0db采用单位增益设计。,51,C块：光站至光接收机局部，损耗与光设备的选择有关，一但光设备选定了，损耗也就确定了。,D块：光接收机输出端至CMTS的输入端口局部，这块的作用是将多条光链路输出的信号混合成一路输入CMTS，此块的插入损耗按下公式计算：,插入损耗业务带宽上行通道的每Hz功率CMTS要求的输入电平值,52,假设CM的工作带宽为，并且接收机输出口的总功率为108dBuV。,根据每Hz功率法的公式，此时CM的实际工作电平应该为,108dBuV 10 log (60MHz/3.2MHz) = 95dBuV,一般将,CMTS,的端口接收电平设为,0dBmV,即,60dBuV,。这样从上行接收机的输出到,CMTS,上行端口的总衰减应控制为精确等于,95dBuV 60dBuV = 35dB,53,8、上行信号调整,用户回传上行信号时，由于路由各不相同，各路由的上行传输损耗各不相同，必然出现不同用户信号上行到各级会聚点的电平不一致。,如果其电平差异过大，即使管理CM的CMTS发出电平调整指令试图使CM受控调整输出电平，也难以到达各用户电平上行到中心一致的目的。这就要求对上行信号电平进行会聚均衡。,54,传统有线电视系统是按下向需求设计的。,下行信号电平：,A 100dBV,B 73dBV： 73=100-2727为分支损耗,C 75dBV： 75=100-5-20,D 74dBV： 74=100-5-7-14,E 73dBV ：73=100-5-7-11-4,结论:下行设计合理,55,对于上行信号，如果每个CM输出电平为100dBV。上行频率的衰减分别为、和。那么：,B A 100-27=73 dBV,C A 100-20-1.2=78.8 dBV,D A 100-14-1.6-1.2=83.2 dBV,E A 100-4-2.5-1.6-1.2=90.7 dBV,结果:B、C、D、E到达A的电平差最大为17.7dB,56,考虑CMTS-CM测距自动确定CM发射电平，假设A点会聚电平均衡为75dB，那么有:,B A 75+27=102 dBV,C A 75+1.2+20=96.2 dBV,CM发射电平差有，那么E点到达A点的CNR将会下降,57,上行均衡,离A越远，上行损耗越低。按正向电缆损耗值各分支端加衰减器，称为会聚均衡或各分支端口路径损耗归一化。,B A 75+27=102 dBV,C A 75+1.2+20 dBV,D A 75+1.2+1.6+14+10= dBV,E A 75+1.2+1.6+2.5+4+18=dBV,结论:会聚电平差仅,58,树型分配结构,优点：,1、楼栋电缆出线少.,2、节省入户电缆.,缺点:,1、接头太多，器材管理困难.,2、回传电平差大,不易均衡,系统CNR低,59,集中分配高通,采用大小分配器搭配，可以有效地堵塞用户噪声，,大量节省高通滤波器,60,集中分配,集中分配方式有以下优点：,1、减少了大量的接头，提高了网络的可靠性，减少从接头引入的噪声干扰。,2、分配器的接头集中在一个金属箱内，既容易做到高质量的屏蔽，又方便管理和维护。,3、每个终端到双向放大器的反向链路损耗大致相等，从而提高整个系统的CNR。,61,9、上行链路调试,1往返信使法,首先应准备一个多路信号发生器，产生均匀分布在整个上行频带内的多个等幅的载波；,将该“多路信号注入到系统中，信号注入到了位于光站的端口的上行信号注入点。,该多路信号会沿着上行通路返回到前端的光接收机，并转变为射频信号。,此处可用一个频谱仪测量上行回来的多路信号，并在屏幕上显示出其电平和平坦度。,频谱仪的显示可以由其背后的video输出到一台设置在空闲可用频道上的调制器上，并沿下行通道发送下去。,在现场的工程师可以用一台普通的电视机观看到频谱仪的显示。现场工程师根据电视机屏幕同时也是频谱仪的显示，进行上行通路的调试。,这样的调试方法被称为“往返信使法。,62,9、上行链路调试,2调试要点,在上行通道的调整中，应遵循上行光接收机上行光发射机光站桥接放大器延长放大器楼栋放大器的顺序原那么。,主要包括以下几点：,上行光链路的调整。,电缆线路的上行通道调整。,上行光接收机到CMTS之间的调整,63,、上行光链路的调试,1确定参考链路,将本区域的所有光链路的长度列出来，比方最近的为2km，最远的为15km。采用的是1310nm的上行发射机，所以链路损耗为最小，最大6dB。,选取中间偏远的长度为参考链路，例如选择10km，即4dB的链路作为参考。另外考虑到光接头的损耗，我们选择以5dB为参考链路的总损耗。,64,以常用的SG2-IFPT上行发射模块为例，参照下表得到参考链路在接收机的输出电平为48dBmV，即108dBuV为统一的上行光接收机输出电平该值是总功率。,65,、上行光链路的调试,2给上行光发模块注入信号,按照厂家给定值注入。,下面是Motorola的各种上行光发射模块所要求的注入电平总功率。,66,、上行光链路的调试,上行调试时，应该按照上面所要求的电平值注入到上行光发射模块中，进行上行光链路的调测。,注意到在上文中提到的多路信号发生器同时发射多个载波的信号，因此该多路信号的总功率为：,多路信号总功率 = 单路信号电平 + 10 log N,其中N为载波数量。,中选用的是6载波发生器时，10 log N = 8dB。,将单路载波电平67dBuV的6载波信号即总功率为 75dBuV注入到SG-IFPT激光模块中，才能对上行光链路进行下一步的调整。,67,、上行光链路的调试,3节点内部增益调整,光站外壳的端口也叫做“单位增益点，其电平应该统一为88dBuV。,将光站端口的“单位增益点电平转换成上行光发射模块的“驱动电平，节点内部的电路或者提供适宜的衰减，或者提供适宜的增益，这叫做“节点内部增益的调整。,68,、上行光链路的调试,例如对于SG2000和SG1000型光站而言，由于不能直接给上行光发射模块进行信号的注入，所以应首先进行节点内部增益的调整。,从光站端口一般选择右上角的主端口注入88dBuV的上行测试多路信号，验证在发射模块前的信号是不是所要求的75dBuV，如果不符，更换发射模块之前的衰减器以得到正确的驱动电平。,69,、上行光链路的调试,4调整光链路,在上行光接收机的RF输出端接上频谱仪测量现场传回的多路信号，调整接收机的内部增益，得到所期望的108dBuV总功率的输出。,注意：由于108dBuV指的是多路信号的总功率，所以每一单个载波的幅度应该为100dBuV。,70,、上行放大器的调试,上行光接收机与光站调整好后，上行光接收机的输出电平将不再做任何调整。,放大器的调试必须按照从光站到楼放的顺序依次而行，绝不允许中间跳过任何一个放大器。,每一个上行放大器的调整方法完全相同，上行调试的目的是实现上行通道的单位增益。,由于当前所调试的站点和它的前一级站点之间存在着电缆和许多无源的器件，所以带来一定的损耗和斜率。对放大器的上行进行调试的目的就是要对站点之间的损耗和斜率进行适宜的补偿。,71,、上行放大器的调试,正向系统中,放大器的增益G= 前一段链路损耗L + 放大器输入衰减R,所以，衰减器R放在正向放大器的输入端,反向系统中,反向放大器增益G= 反向链路损耗L + 输出衰减器R,所以，衰减器R放在反向放大器的输出端,72,正向系统单位增益原理,放大器G2的输入端只对应一个路径L1；,放大器G2输出端那么对应两个路径 L2、L3。所以，放大器的增益是补偿上一段链路的传输和分配损耗，其衰减器、均衡器的位置是在放大器的输入端。,调整放大器G2的衰减器、均衡器即可补偿链路L1的损耗；而将衰减器、均衡器加在放大器的输出端，就无法同时补偿链路L2、L3的损耗。,73,反向系统单位增益,反向放大器G2的输出端只有唯一的路径L1；而输入端那么来自两个路径L2、L3，所以,放大器的衰减器、均衡器的位置应该在其输出端，用来补偿、均衡链路L1的损耗。,74,假设反向放大器的增益为20dB，L1链路反向损耗为10dB、L2链路反向损耗5dB，那么放大器G2的衰减器R2应该调整为10dB，放大器G3的衰减器R3应该调整为15dB，两个反向放大器的输入电平都是17dBmV，输出电平都是37dBmV，如果放大器的噪声系数为8dB，那么对于的上行带宽来说，两个放大器的CNR都为：,CNR = Vi-NF-NB,=17dBmV输入电平 8dB噪声系数 60dBmV 带宽的根底热噪声=69dB。,两级放大器的合成CNR为69dB。,75,如果将反向衰减器加在反向放大模块输入端：,为了保持端口的单位增益点 17dBmV不变，放大器G2的衰减器仍然为10dB，放大器G3的衰减器仍然为15dB，那么放大器G2的输入电平为：,Vo2 = 17dBmV10 dB=7 dBmV,载噪比为：,CNRG2=7 dBmV输入电平8dB噪声系数60 dBmV=59dB,放大器G3的输入电平为： Vo3 = 17 dBmV15dB=2 dBmV，,载噪比为：,CNRG3=2 dBmV输入电平8dB噪声系数60 dBmV=54dB,两个放大器的合成载噪比为CNR总，比前一种情况低了。,76,、上行光接收机到CMTS的调试,假设CM的工作带宽为，并且接收机输出口的总功率为108dBuV。,根据每Hz功率法的公式，此时CM的实际工作电平应该为,108dBuV 10 log (60MHz/3.2MHz) = 95dBuV,一般将,CMTS,的端口接收电平设为,0dBmV,即,60dBuV,。这样从上行接收机的输出到,CMTS,上行端口的总衰减应控制为精确等于,95dBuV 60dBuV = 35dB,77,10、CM常见故障处理,1.用户不能上网,1 CM工作不正常,“电源状态灯熄灭，我们要检查电源适配器、电源插头等。,“接收状态灯一直闪烁，检查同轴电缆线的连接、分支分配器、用场强仪检查CMTS下行信号是否正常。,“发送状态灯一直闪烁表示上行链路有问题，要检查用户同轴电缆线的连接、分支分配器。,“在线状态灯一直闪烁表示DHCP/TFTP有问题，需要检查DHCP效劳器、上行链路的SNR。,2网络连接不正常,CM的PC/ Active灯不亮，表示网络连接不正常。需要检查网线的连接是否松动、计算机的网卡是否被禁用,78,10 、CM常见故障处理,2.上网速率低,上网速率问题是非常复杂的问题，从用户端到Internet的效劳器，中间的设备、故障点可能出现的环节非常多。判断时我们分为三步：,判断用户计算机问题；,判断用户端到CMTS的问题；,判断CMTS与上联出口问题,79,10 、CM常见故障处理,1用户计算机问题,计算机中了病毒或木马 ；,系统本身的问题 ；,我们维护时可以自己带一台“没有问题的笔记本电脑，采用替代法判断是否计算机有问题。,2用户端到CMTS的问题,判断：通过Ping CMTS设备的地址，看丢包的情况以及时延。如果有丢包现象或时延比较大正常的时延应该在20ms以内表示用户端到CMTS有问题。,有条件的情况下，可以在CMTS的以太网口接一台内网测试效劳器，通过在这台效劳器上上传、下载文件的速度判断用户端到CMTS是否有问题。,80,10 、CM常见故障处理,原因分析：,CM的CNR/SNR偏低。CM要正常调制解调数据，下行的CNR和上行的SNR必须到达一定的要求，上下行功率电平也必须在其正常范围内。,CMTS的利用率过高。如果CMTS的上、下行利用率超过100%，那么CMTS会按照一定的规那么丢掉一些数据包。建议在实际运营时要限制每个用户的带宽，当上行或下行的利用率如果超过80时，需要增加带宽或将调制方式改得更高。,网络中病毒的影响。如果按照前面的检测步骤判断CM和CMTS的工作都正常，只是网络中IP数据包的拥塞，有可能是网络中病毒造成的影响。我们需要在CMTS上通过ACL或其它命令限制病毒对网络造成影响。,81,10 、CM常见故障处理,3CMTS与上联出口问题,CMTS与上联出口问题最主要表现在时延比较大。现在网络游戏、语音、视频等网络应用，除了对带宽的要求以外，还对网络时延有要求。,判断：通过下载上传文件，判断下载上传的速率。如果下载上传速率比较快，只是网络游戏比较慢、游戏常常掉线等，表示网络时延比较大。,82,10 、CM常见故障处理,3.上行通道低端干扰大,上行通道低端干扰大是双向HFC网络常见的问题，因此标准规定520Mhz不用作上行宽带数据业务，可以用作HFC网管等业务。,问题判断：上行通道低端干扰大可能会造成用户网络时好时坏，在前端可以用频谱仪看到。,解决方法：可以在网络建设的时候每个用户加一个滤波器虑掉20M以下的信号。,83,10 、CM常见故障处理,4.白天正常，晚上掉线,由于晚上家电设备的大量开启，造成了网络的信噪比的下降。上行的信噪比晚上要比白天低36dB，如果配置CMTS时没有考虑这些情况，并保存一定的余量，就容易出现白天正常、晚上掉线的情况。,解决方法：,使用FEC更大的Modulation-profile，提高对数据的纠错能力。,降低调制方式，每降低一个调制级别可以降低3dB的信噪比要求。,84,第四局部 ：EPON技术,85,概述,光纤的理论带宽几乎是无限的,单个波长上的传输速率可以到达10Gbps；,假设采用WDM技术，在一根光纤上承载64个波长，传输速率可以到达6410Gbps；,假设采用DWDM技术，40个波长和1Tbps的DWDM已经商用；实验室最高水平目前可以做到256个波长，传输速率可以到达10Tbps。,光纤中信号传输时衰减很小。,86,一、FTTX,光纤通信最先用于核心网：长途网和城域网；直到现在开展到接入网。,接入光纤需要用到光网络单元ONU来完成光电转换和分接功能。,FTTX是指光纤在接入网中的推进程度或使用策略，不是具体的接入技术。,根据ONU光网络单元的具体位置，可以分成四种根本类型：,FTTC/FTTB/FTTO/FTTH,87,二、光接入网根底,1.开展背景,PON的概念最早由英国电信公司于1987年提出：不含任何有源器件，价格低，安装、维护方便。,开展阶段：APONEPONGPON,最早的PON标准：ITU-T G.983-1998,基于ATM的APON；,2000年底提出了EPON，最终纳入了以太接入网2004标准。,2002年提出了GPON，于2003年通过GPON系列标准、。,88,2.系统结构,OLT光线路终端；ODN光分配网；ONU光网络单元。,OLT连至一个或多个ODN，为ODN提供网络接口；,ODN为OLT和ONU提供传输手段；,ONU与ODN连接，为ODN提供用户侧接口。,ODN,光网络 单元,ONU,光分路器,OBD,光线路终端,OLT,骨干,网络,用户1,用户n,ODN,89,3.复用方式,1.空分复用,上下行双向通信各使用一根光纤。,性能最正确，设计简单。,光传输设备和线缆双倍，本钱高。,90,分路器,User 1,User 2,User 3,2,2,1,3,2,2,1,3,2,2,1,3,2,2,1,3,3,2,2,1,OLT,局 端,ONU 1,ONU 2,ONU 3,下行传输主要特征,点对多点广播式传输,端口地址被用作数据包,ID,用户只能获取属于自己的数据包,2.时分复用,在同一光载波波长上，把时间分成周期性的帧，每一个帧再分成假设干时隙。,每个ONU分配一个固定时隙。每个ONU在每帧内只能在所分配的固定时隙内向OLT上传数据。,91,分路器,User 1,User 2,User 3,3,2,2,1,2,1,1,1,2,2,2,3,1,1,2,2,2,Time Slot,3,OLT,局 端,ONU 2,ONU 3,ONU 1,上行传输主要特征,时分复用,(TDMA),数据在属于自己的时隙里传输,光信号在分光器处进行耦合,冲突检测与避免,92,3.波分复用,不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送，每个波长作为一个独立的通道传输一种预定波长的光信号。,WDM：不同窗口的光波进行复用。,DWDM：同一窗口的光波进行复用。,93,三、GPON,特点,上下行速率不对称,下行,上行,传输距离至少达20KM。,系统分路比可以为1:16、1:32,1:64乃至1:128。,94,2.系统结构,OLT位于中心机房，向上提供广域网接口，包括GE、ATM、DS-3等；,ONU放在用户端，提供10/100BaseT等接口；,WDM和网络单元NE为可选项，用于在OLT和ONU之间采用另外的工作波长传输业务。,ONU,OBD,OLT,WDM,NE,WDM,NE,广域网,接口,95,3、基于GPON的FTTH/FTTB中国传媒大学家属区案例,概况：为1#楼实现FTTH，共64户；2#楼9#楼共8栋楼实现FTTB。,1#楼共64户，那么需64个ONU，每个OLT按照32分路比，那么需2台OLT。,2#9#楼8栋楼，根据ONU输出电平为90dB，计算出每个楼需4台ONU，那么共32个，需1台OLT。,96,1设备标准,型号:flexlight,ONU/ONT输入光功率：62dB,ONU/ONT输出射频电平：8096dBuv，典型值90dBuv。,2波长分配,TV信号：1550nm,数据信号:上行1310nm,下行1490nm,97,3光链路损耗,光纤损耗：1550nm，5km为1dB。,光分损耗：1:32,OLT损耗：,总的损耗为22dB,对于FTTH的ONU输入光功率为6dB输出电平为80dB，那么OLT的输入光功率为16dB。,对于FTTB的ONU输入光功率为2dB输出电平96dB，那么输入OLT的输入光功率为24dB。,98,4光发射机,选用1550nm的光发射机；,输出光功率为010dB；,输出经二光分送往两台EDFA。,5光放大EDFA,需两台EDFA,一台输出光功率为24dB，供FTTB的OLT使用。,另一台输出光功率为20dB，然后进行二光分输出，供FTTH的2台OLT使用。,99,校园骨干网,分光网络,分光网络,分光网络,CATV信号,FTTH单元1,FTTH,单元2,FTTH,单元3,FTTH,单元4,F,T,T,B,F,T,T,B,OLT,100,四、EPON概述,1.开展背景,以太无源光网络Ethernet PON，EPON是指采用PON的拓扑结构实现以太网的接入。,2001年7月IEEE 802 LAN/MAN标准委员会正式成立了IEEE 802.3ah EFM工作组，推广以太网在接入网中的应用。标准于2004年6月正式公布 。,两种EPON光接口,1000BasePX10-U/D,1000BasePX20-U/D,分别工作在10KM范围和20KM范围的光接口。,101,2、EPON特点,兼容现有以太网,传输距离和ODN：两种格式,OLT和ONU之间最大传输距离10KM，支持的最大分路比至少为1:32;,OLT和ONU之间最大传输距离20KM，支持的最大分路比至少为1:16;,传输速率：上下行速率均为,单纤双向系统：,上行使用12601360nm波长；,下行使用14801500nm波长；,如果实现CATV，应使用15401560nm波长。,102,3.拓扑结构,1树型拓扑结构采用1N分路器,2总线型拓扑结构采用12分接耦合器,103,3环型拓扑结构采用22分接耦合器,104,序号,以太网口,数量,POTS口,数量,CATV,RF口,SFU-1,1(GE/FE),0,可选,SFU-2,4(FE）,0,可选,SFU-3,1(GE/FE）,2,可选,SFU-4,4(FE）,2,可选,4、ONU的类型,1SFU单住户单元型ONU,主要用于单独家庭用户。,105,2HGU家庭网关单元型ONU,主要用于单独家庭用户，具有家庭网关功能。,主要应用于FTTH 的场合。,序号,以太网口数量,POTs口数量,WLAN口数量,USB口数量,CATV,RF口,HGU1,4（FE）,0,1,1,可选,HGU2,4（FE）,2,1,1,可选,106,3MDU多住户单元型ONU,主要用于多个住宅用户，主要应用于FTTB/FTTC/FTTCab 的场合。,序号,以太网口数量,ADSL+/VDSL接口数量,POTS 口数量,CATV RF 口,MDU-1,8/16/24,0,0,可选,MDU-2,8/16/24,0,8/16/24,可选,MDU-3,0,24/32/48/64/72/96,0,0,107,5、 EPON的保护倒换,1馈线光纤保护：采用1:N 或2:N 光分路器，在分路器和OLT之间建立2 条独立的、互相备份的光纤链路，一旦主用馈线光纤发生故障，通过人工改接的方式，在备用光纤链路可用的情况下切换至备用光纤的保护方式。,108,2OLT 保护就是采用2:N 的光分路器，在分路器和2 个互为备份的OLT 之间建立2 条独立的光纤链路，一旦主用馈线光纤或OLT 发生故障，在备用光纤链路和备用OLT 可用的情况下自动切换至备用OLT 的保护方式。,109,3全保护就是PON 系统对OLT、ODN、ONU 均提供备份的保护方式，属于采用互为热备份保护方式。,110,光纤保护倒换准那么,EPON系统中，对以上三种光纤保护类型，当发生以下条件之一时，必须进行光纤保护倒换：,1 输入光信号丧失LOS；,2 输入通道信道劣化：,输入光信号功率过高或过低；,误码率越限；,111,1.根本原理,下行方向,下行传输采用TDM方式，OLT将数据以可变长度的数据包播送给所有PON上的ONU。,每个包携带一个具有传输目的地ONU标识符的信头。,当数据到达ONU时，它接收属于自己的数据包，丢弃其他的数据包。,帧结构如以下图所示,五、EPON工作原理,112,1,N,2,1,2ms,1,3,3,2ms,同步标识符,同步标识符,净荷,长度可变,信头,误码检测域,下行帧固定时长为2ms，传输速率是，由一个被分割成固定长度帧的连续信息流组成。,每帧携带多个可变长度的数据包时隙，图中的1、2、N等是每个时隙的标号，即第1个、第2个和第N个ONU的时隙。,每帧的开头是同步标识符，携带时钟信息，占1个字节，每2ms发送一次，用于OLT和ONU的同步。,每个ONU分配一个数据包，每个数据包由信头、可变长度净负荷和无码检测域组成。,113,上行传输,上行传输采用TDMA方式，将各个ONU发出的上行信息流通过光耦合器耦合进入光纤，以TDM的方式复合成一个连续的TDM数据流送到OLT。,TDMA技术是将合路时隙分配给每个ONU，每个ONU的信号在经过不同长度的光纤不同的时延传输后，进入共用光纤后正好占据分配给它的一个指定时隙，以防止发生相互碰撞。,上行帧结构如以下图所示：,114,1,2,3,.,N,1,2,3,.,N,1,2,3,.,N,1,2,3,.,N,帧长2ms,2,2,净荷,信头,误码检测域,1上行帧长同下行帧长一样，均为2ms。,2每帧有一个帧头，表示该帧的开始。每帧进一步分割成可变长度的时隙，每个时隙分配给一个ONU，用于发送上行数据到OLT。,3例如：时隙2第2个ONU的时隙表示传送ONU-2的数据，该时隙含有2个可变长度的数据包和一些时隙开销。,4当ONU没有数据发送时，就用空闲字节填充它自己的时隙。,115,2、测距技术,为什么要测距？,各ONU到OLT的物理距离各不相同：导致不同ONU发出的信息到达OLT的时间不同步，具有一定的时延差异。,时延差异造成各个ONU上行时隙重叠，从而发生碰撞。,为了保证各个ONU的发送时隙在经过光合路器后在时间上互不重叠的复用在一起，需要知道各个ONU上行发送的起止时刻，以及各个ONU至OLT的时延，也就是距离，然后对时延差异进行补偿，使所有ONU到OLT具有相等的逻辑距离，从而确保不同ONU所发出的信号能够在OLT处准确的复用到一起，防止碰撞。,这种测量ONU到OLT时延或者说距离的过程就称为测距。,116,测距的根本思想：,测量出各个ONU到OLT的信号环路延迟时间，然后为每个ONU插入一个特定的均衡时延Td，使得所有的ONU在插入Td后的环路延迟时间都相等，也就是使每个ONU都移到与OLT相同的逻辑距离处。,测距的过程：,第一步，是在ONU安装调测阶段进行静态粗测，实现对物理距离差异进行的固定时延补偿。在此阶段ONU没有传输用户业务。,第二步，是在ONU通信过程中进行的实时动态精测，以校正由于环境温度变化和器件老化等因素引起的动态时延漂移。这种时延变化一般是慢变化的、微小的，因此一般动态调整值都不大。,117,4、带宽分配,1静态带宽分配,静态带宽分配对带宽采取固定配置，OLT按照ONU预定的带宽进行初始配置，运行期间保持不变。,静态带宽分配有两种分配准那么：,一种是以各ONU的峰值速率为基准进行带宽分配，这样能够保证系统的传输性能。但是由于各ONU的数据流往往不是同时处于峰值速率，就会导致整个系统带宽没有被充分利用，系统资源利用率大大降低。,第二种是以各ONU的平均速率为基准进行带宽分配，这样在一定程度上能够提高带宽的利用率。但是常常会出现当一些ONU有大的突发数据分组到来时，数据不能及时的发送出去，从而导致数据的丢包率和时延增加。另外，如果大多数ONU的数据量都小于平均速率，系统的资源也没有被充分利用。,118,2动态带宽分配,对带宽采取实时调度方式，OLT根据ONU的需求情况，实时的改变授权给ONU的时隙大小带宽多少。,一般PON系统的动态带宽分配功能包括四个局部：,OLT和ONU检测带宽需求情况，或者报告网络拥塞状况；,ONU报告带宽请求和拥塞状况给OLT；,OLT根据带宽请求更新带宽分配；,OLT根据更新后的带宽发送授权。,119,5、ONU的自动发现,1ONU的自动发现,系统开通运行后增加新的ONU，或者故障修复后的ONU重新参加到系统中时，这些ONU能够自动的参加，不影响正常工作的其他ONU。,对ONU的自动发现做了相关规定，要求系统在很短时间