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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,*,*,*,第章：接入技术,引言,网络,网络基本结构,电缆调解器(),电缆调解器的标准演变,9/16/2024,1,引言,网络,有线电视运营商最重要、最普及的入户基础设施,最初只使用频段提供单向广播电视业务,但使用新技术，可使用其他剩余频段,在的基础上进行双向改造,保留原有有线电视业务,并可提供交互式数据业务,技术一种典型的接入技术,9/16/2024,2,第章：接入技术,引言,网络,网络基本结构,电缆调解器( ),电缆调解器的标准演变,9/16/2024,3,网络,传统的有线电视网络,的特点,为特定的业务设计,将广播视频业务传送到家而优化设计,通信方式：单向（下行）、广播式,介质：同轴电缆或以同轴电缆为基础,广播业务使用频段：,复用技术：,模拟传输方式,9/16/2024,4,同轴电缆物理结构,内导体：单根或多股铜线或敷铜箔膜的铝导体,传输信号,绝缘层：聚氯乙稀（）塑料或特富龙塑料,防止内、外导体接触导致电缆短路,外导体：网状铝层或铜屏蔽层,接地，并为内导体信号传输提供电磁干扰屏蔽功能,保护套：塑料,保护电缆,内、外导体和绝缘层的电参数与机械尺寸决定了同轴电缆的特性参数,9/16/2024,5,同轴电缆实物图,保护套,外导体,（网状物）,内导体,（铜芯）,绝缘层,BNC接头,9/16/2024,6,网络,网络组成：头端、干线网、配线网、下引线,设备组成：头端设备、放大器、分配器、分支器,拓扑结构：树状、鱼骨状结构（分支结构）,视频信号,接收机,合路,器,信号分配器,分支器,配线网,头端,干线网,单向放大器,下引线,主配线,9/16/2024,7,网络系统结构,头端,信号的接收与处理中心,接收来自各种信号源的电视信号（卫星、本地）,将接收到的各路信号调制到一个（）频道,通过合路器下传到干线，最终送到千家万户,干线（网）,连接头端和信号分配点之间的电缆与设备,距离一般为,信号分配器：将干线信号分成几路，覆盖更大范围(将干线信号分配到楼群、单元),配线：连接信号分配点与分支器，中间有放大器,分支器：用户的接入点,下引线（引入线）：用户接入线缆,放大器：对信号放大，使信号能达到更大的范围,9/16/2024,8,网络的局限性,业务单一：视频,单向通信：只能下行通信，不能双向交互,网络结构脆弱：鱼骨形结构，只要一个地方或设备故障，可能导致中断对众多用户的服务,传统的已不能满足现代业务（交互式、综合业务）的要求，双向改造势在必行,9/16/2024,9,第章：接入技术,引言,网络,网络基本结构,电缆调解器( ),电缆调解器的标准演变,9/16/2024,10,网络,：光纤同轴混合网络,干线部分,用光传输系统代替传统网络中的同轴电缆,用户分配网,仍保留同轴电缆网络结构,可提供业务,保留传统单向电视广播业务,利用加宽的频带提供宽带数据业务,便于在原有网络基础上进行双向改造,网络中的放大器等有源器件均需双向改造,9/16/2024,11,双向的网络结构,光纤到服务区结构（),每个服务区物理上为一个独立的子网,不同的服务区可采用相同的频谱，彼此不干扰,头端,电话网,因特网,双向放大器,视频,信号,光纤,同轴缆,服务区,光纤,干线,网,光节点,5002000用户,配线网,下引线,9/16/2024,12,网络结构,头端,信号的接收与处理中心,接收来自各种信号源的电视信号（卫星、本地）,接入到、,光纤干线网,头端到服务区光节点之间的部分（光纤）,拓扑结构为星形,配线网和下引线,完全同（放大器除外）,配线网的拓扑结构为树形,9/16/2024,13,双向的优势,取消主干上的放大器，提高信号质量和可靠性,在主干上采用光纤，提高了容量，为宽带接入奠定了基础,为双向交互式通信提供了网络条件,通过 可实现全业务通信（数、话、图）,9/16/2024,14,的频谱划分,地区,北美,欧洲,中国,日本,上行信道,业务,数字下行,下行信道,数字上行,个人通信,9/16/2024,15,网络特点及面临的问题,特点,共享介质、点到多点结构,上行信道多干扰环境,面临问题,上行信道的分配问题（需要协议）,上行信道多干扰（各种噪声）,安全性问题,可靠性问题（单点故障）,供电问题（户外设备供电）,9/16/2024,16,第章：接入技术,引言,网络,网络基本结构,电缆调解器( ),电缆调解器的标准演变,9/16/2024,17,系统概述,系统结构,工作原理,协议模型,物理层,层,9/16/2024,18,系统概述,：电缆调制解调器（简称）,基于双向的宽带接入技术,频分复用，实现,数据业务和传统业务共存,（典型频段）：,（典型频段）：，,上、下行双向通信,（上行） （下行）,非对称速率方式,下行 最高,上行 最高 ( 最高),两种标准,，基于传输,，基于传输,9/16/2024,19,系统概述,系统结构,工作原理,协议模型,物理层,层,9/16/2024,20,的系统结构,: （头端电缆调解器端接系统）,: （电缆调解器）,以太网接口,以太网接口,9/16/2024,21,的系统结构,:电缆调解器,连接用户的与网络,对网络和用户数据进行调制解调，并传输,实现网络与用户数据的双向交互,: 头端设备,连接数据网与,对数据的调制解调与传输，对所有的接入进行控制（认证许可）,给分配带宽并进行管理,9/16/2024,22,系统概述,系统结构,工作原理,协议模型,物理层,层,9/16/2024,23,工作原理,每个都有一个（位，制造商）,的接收器能调谐到所有个下行信道的任何一个接收数据,能在所有个上行信道中的任何一个发送数据,头端,信道,下行,上行,上行,信道,Cable Modem1,Cable Modem2,Cable Modemn,9/16/2024,24,工作过程描述(),加电初始化,与头端同步,扫描所有下行信道，寻找有效控制信息（广播信息）,一般首选对上次使用过的频道进行搜索（内存保存）,获取上行信道参数并请求注册,收到头端发来的上行信道传输参数,上行信道描述符()：包含目前可用的上行信道,根据所选上行信道的带宽分配信息，在中指定的上行通路向头端发送注册请求消息,注册认可，开始认证、密钥交换、测距、初始化,9/16/2024,25,工作过程描述(),预约带宽传送数据,向申请带宽，由分配,在分配的带宽里上传数据，实现与网络的交互,只要不断电，就一直处于在线状态,9/16/2024,26,系统概述,系统结构,工作原理,协议模型,物理层,层,9/16/2024,27,协议参考模型,模型包括: 物理层和层,承载的高层数据主要为两种,信元（标准）,（ 标准）,其他,接收,发送,层,层,下行,上行,子层,接收,发送,子层,其他,9/16/2024,28,系统概述,系统结构,工作原理,协议模型,物理层,层,9/16/2024,29,物理层功能,组成：子层、子层,子层：物理介质相关子层,分为上行（接收)和下行（发送),提供物理接口、信号的调制解调、比特流同步等,子层：传输会聚子层（下行数字信道）,目的：,提高下行解调的鲁棒性,方便使用通用的接收硬件来同时接收视频和数据,为今后在下行比特流上实现对视频信号和数据的多路复用预留下扩展空间,提供与的接口，对帧进行分片与重组,形成在信道上传输的格式,的定界,完成同步、测距和功率调整,9/16/2024,30,下行信道物理层,下行信道物理层采用了 视频信号的数字传输附件( ),子层由连续的分组构成,每个分组固定长度为字节：字节头部字节载荷,载荷部分可以是数据（）、视频信息（），或是其它类型的数据,9/16/2024,31,分组格式,用来区分载荷的类型,对于数据其对应的是,帧之间的空隙由填充字节()来填满，作为填充字节,指针域（）是否有效是由头部的（）比特来指示的,当为，那么分组头后的第一个字节为指针，它指示了在接收时必须跳过的字节数,9/16/2024,32,层支持的定界,帧可以出现在分组的任意位置，它可以跨越多个分组，或是几个帧合并在一个分组当中,9/16/2024,33,上行信道物理层,通过将网络上行带宽划分成多个信道，在指定的某个上行信道传输,技术将每个上行的信道进一步划分成若干时隙，共享某条信道的通过动态分配时隙实现突发的数据传输,上行帧结构：由小时隙（）构成,是上行信道带宽分配的基本单位,PDU,PDU,Request PDU,去头端,t,miniSlot,Data PDU,PDU,Manage PDU,9/16/2024,34,上行信道物理层,上行信道可承载三种（不同的在头部由不同的类型表示）,用于请求上行带宽，含 ，所需时隙数等,承载数据，可以是定长信元或变长帧,用于测距、功率调整等,Request PDU,去头端,Data PDU,Manage PDU,占多个时隙,占1个时隙,占多个时隙,CM,9/16/2024,35,物理层的调制技术,调制技术的选择,满足抗干扰性能、提高信道利用率,调制方式比较：和,的抗干扰性更好,的信道利用率高,上下行的调制技术,上行： 、 ，抗干扰性能好,下行： 、，信道利用率高,9/16/2024,36,系统概述,系统结构,工作原理,协议模型,物理层,层,9/16/2024,37,协议环境,（上行信道）共享介质,同一服务区的用户共享带宽,需要介质访问控制（）技术,无法实现载波侦听（）,收发信道完全分开,很难实现分布式协调控制,集中仲裁,对多个进行集中控制,9/16/2024,38,的层功能,接入的合法性认证,上行信道竞争的冲突分解,带宽的请求、分配与管理,层最核心技术,9/16/2024,39,层的运行机制,上行总带宽由许多小时隙（）表示,向预约上行带宽，实现无竞争传送数据,请求带宽发生冲突时，进行冲突分解,采用基于树的分解算法和坚持,采用二进制指数退避算法,9/16/2024,40,层：上行带宽分配,与交互实现,向请求，由进行分配与管理,专门请求捎带请求相结合,有数据要发时,先向头端申请带宽（小时隙数量）,给指定上行发送小时隙,在指定上行时隙内发送,在发送数据时有新数据要发时,直接在发送数据时捎带对新数据发送带宽的请求,9/16/2024,41,层：带宽分配过程,待发数据的，从下行信道获取头端对上行带宽分配( )的广播信息,从中选取一个空闲的，通过上行信道在选取的内发送一个,如果请求冲突，则按某种算法进行冲突分解，并再次请求,请求成功，会收到正确的，对的发送时刻及允许发送的个数（可能与申请的个数相同，也可不同）,根据分配信息，在指定的上行时隙内发送 （发送数据时是不会产生冲突的）,9/16/2024,42,层带宽分配状态图,，,Ready,9/16/2024,43,层带宽分配时序图,t,0,9/16/2024,44,第章：接入技术,引言,网络,网络基本结构,电缆调解器( ),电缆调解器的标准演变,9/16/2024,45,的标准演进,年月成立，年月停止活动,制定了标准草案：,物理层采用 建议,层基于信元，协议机制相当精致,9/16/2024,46,的标准演进,是由有线电视实验室（ ，）于年年初发布,年月， 被接受为国际标准,年发布了 版本，为 版本的扩展,年 月发表了,在年期间，为适应双向网络多功能业务开发的需求，在 标准的基础上，先后发表了开放电缆（ ）、数据包电缆（ ）、电缆家庭（ ）等三个业务应用层面上的技术规范,经多次修改后发表于年月年月，它描述了在 系统上接入多业务商用的用户驻地设备（）的网络接口特性和规范，即在双向网上建立开放式的业务应用平台（ ），以适应视、音频、数据及紧急发布系统（）等多种业务开发的需求。,经多次修改后发表于年月年 月，它描述了在 系统上建立（ ）和视频会议（ ）等通信业务的接口规范，即在双向光纤电缆混合（）网上建立实时多媒体业务应用平台，以适应电话、视频会议、交互式游戏等多种业务开发的需求。,经多次修改后发表于 的 月，它描述了通过 系统上的 在双向 网上管理家庭网络的接口规范，即充分利用 网络的宽带特性、通过住宅网关使网络运营商能为客户提供更多的服务,年 月 日发表了,9/16/2024,47,的标准演进,年月，由个主要运营商发起成立,年月发布，接受为：,版本： 、,物理层：,承载的高层数据：,9/16/2024,48,的标准演进,与之争,工作组已于年停止工作,标准已从现行的标准中拆下,占了上风，但技术本身发展相对不快,：发布，已接受,上行速率：,调制方式：、,9/16/2024,49,走向数字化,今天绝大多数有线电视信号采用模拟传输,数字传输是发展方向,要在上实现数字传输，模拟双向放大器必须改成数字中继器,数字化的有线电视，不需要,全部采用数字传输之日，也就是退出市场之日,9/16/2024,50,参考资料,综合宽带接入技术,陶智勇等编著，北邮版2002年,宽带接入技术,Albert Azzam，Niel Ransom著，电子版2001年,宽带有线电视接入网：从技术到应用,Shlomo Ovadia著，韩煜国等译，人邮版2002年,9/16/2024,51,
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