5章广电宽带城域网交互信道接入网技术小结

5章广电宽带城域网交互信道接入网技术小结 第5章 广电宽带城域网交互信道接入网技术小结 一、宽带接入技术概述 1、宽带接入:速率超过1Mbps的接入。 2、:Cable接入、以太网接入、xDSL接入、光纤接入和无线宽带接入等。 3、有线电视网络逻辑结构图 3、目前有线电视双向网主要接入技术: HFC接入，也即CMTS+ Cable Modem接入， (1) (2)EPON+LAN， (3)EPON +EOC(C- DOCSIS、HINOC、C- Home plug AV)， (4)FTTH等。 4、面向NGB的三种接入网技术 (1)适用于家庭用户的PON+缆桥技术方案 (2)适合企业数据用户的PON以太交换机技术方案 (3)适合于未来发展的PON光纤到桌面技术方案 5、NGB接入网的三个最新标准 (1)HINOC(High performance Network Over Coax) (2)C-DOCSIS(China,Data-over-Cable Service Interface Specification) (3)C-Homeplug AV(China,Homeplug AV) 二、HFC宽带接入技术 (一)双向HFC的实际组网图 1、实现前端和用户端之间符合IP的数据包的透明传输。 :(1)直接与相关的服务器连接;并可通过网络与远端服务器相连。(2)通过HFC网与用户的CM 连接。(3)给每个CM授权，分配带宽，解决信道竞争，并根据不同需求提供不同的服务质量。 3、:(1)通过HFC网与前端CMTS连接。(2)接受CMTS授权，并根据CMTS传来的参数，实现对自身的配臵。(3)在用户侧可与用户设备(CPE)连接，包括用户计算机，HUB或局域网;部分地完成网桥，路由器，网卡和集线器功能。 (二)HFC双向改造 1 (1)光链路参考增益准则:选择一个最长的回传光链路作为“参考光链路”，以它的光链路增益或损耗为基准，将其他所有的光链路增益或损耗调整到与参考光链路相同。 (2)合适的光端输入等级:回传光发射机激光器的输出光功率一般为-3~+3dBm 光接收机的接收功率为-16~0dBm。 (3)前端长短链路混合准则:将长、短不一的4,6路上行光链路回传接收机在前端混合，在混合时，长的链路应该和短的链路搭配，使所有信号的载噪比都在一个合适的范围。 率以1Hz增量划分，然后以每种 (4)每Hz固定功率法:首先将总的可用功 业务占有的带宽为依据，将每Hz的功率指派到每个业务信道上。 2、 (1)回传最大无源路径电损耗控制在32dB以内:从最差 的用户至最近的放大器站点回传电损耗控制在32dB以下。 (2)回传最大的电平差控制在8dB以内:尽力减少无源分配网中用户的电平差，回传最大的电平差不能超过8dB。 (3)每个放大器之间都按“单位增益法”设计:在两个回传放大器单位增益设定点之间一段电缆链路上，放大器“增益”和电缆“衰减”应当相等，保证回传系统的电平一致性。 (1)光链路0dB准则(光链路单位增益准则) (2)每Hz固定功率法准则 (3)射频线路 0dB准则( RF单位增益准则—同轴线路单位增益准则 ) (4)前端混合准则(高低信号混合准则) ((32dB准则)—从最差用户到最近放大器损耗在5) 适当RF运行电平准则 30,32dB以下。 (6)用户电平差异准则( 8dB准则)—用户之间的电平差在6 ,8dB以内。 单位增益准则:每个站点的增益精确补偿站点之间和站点内部的损耗，相邻站点的净增益为零dB。 (三)双向HFC网基本特性 1、双向HFC网频率规划 2、下行通道的特性 主要技术参数应达到GY/T 106,1999《有线电视广播系统技术规范》中1的规定。 3、上行通道的特性 必须满足GY/T 180-2001《HFC网络上行传输物理通道技术规范》的要求。 经纠错后数字传输误码率(BER)应达到:一级光节点BER?10-8，二级光节 点BER?10-7，用户终端点BER?10-6。 4、数字信号调制方式 上行通道信号调制方式:QPSK和16QAM方式， 下行通道信号调制方式:64QAM和256QAM。 (四)CM接入技术标准,DOCSIS标准 1、:电缆数据业务接口规范，在Cable上传输数据的接口协议。 2、DOCSIS四个版本:DOCSIS 1.0、DOCSIS 1.1 、DOCSIS 2.0和DOCSIS 3.0。 3、DOCSIS 3.0主要特点: (1)信道捆绑(Channel Bonding):下行速率可以达到200Mbps以上，上行速率可以达到120Mbps以上。 (2)上下行频率物理范围有所扩展:下行频率从750MHz可扩展到1GHz，上行频率范围从5-65 MHz可扩展为5-85 MHz。 (3)兼容性:3.0网络同样可以向下兼容使用2.0,1.1,1.0的Cable Modem，3.0的Cable Modem也可以在非3.0的网络环境中使用。 (4)其它改进:增强安全保障，支持IPv6，增强的IP组播，管理扩展。 2、DOCSIS制定的具体标准: 在数据链路层:(1)链路安全子层(Link Security基线加密标准BPI)。(2)MAC(DOCSIS MAC子层( DOCSIS MAC)标 准。 在物理层:(1)下行传输汇聚子层(TC)，(2)物理媒体子层(PMD)。 3、 (1) CMTS—NSI接口:前端CMTS与数据网络边界之间的接口。CMCI接口:CM与用户侧设备(CPE)之间的接口。 (2) CMTS与操作支持系统(OSS)间的接口。 (3)有线电视网络各系统间的射频接口:包括CMTS与HFC网络间的上下行射频接口，HFC网络与CM间的射频接口，安全及接入控制系统接口。 4、相关概念 (1)“测距”:一种保证CM获得正确的定时偏移、动态调节CM的传输与正确的微时隙边界对齐的机制。测距补偿因为CMTS 与CM之间的距离不同而引起的传输时延差异, 使所有CM 感觉到与CMTS 的逻辑距离相等。 (2)大环负反馈电路(长环路AGC): CMTS 和CM 之间构成的动态AGC大环路。 CMTS将定时偏移和功率电平调整、频率偏移调整等信息发送到CM，CM据此信息进行正确调整。 (3)上行带宽分配映射MAP:由CMTS发出的可变长度的MAC管理信息，用来定义上行通道每个时间单位(可能是多 个时隙)的使用参数和用途。 (4)上行信道描述符UCD:由CMTS定期发出描述上行信道特性的信息。 (五)HFC光链路组网方式。 1、共享回传组网方式 2、独立回传组网方式 (六)实用方案 光纤到小区、电缆调制入户(FTTC+CMTS) 1、组网说明:分前端部署机房反向光接收机、搭建反向射频混合线路;增加光节点和放大器的反向模块;开通光节点至机房的1310nm反向光链路，在所有覆盖用户门头增加高通滤波器;配臵机房CMTS设备，完成系统开通。网络拓扑结构为“环-星”型，光站输出带一级电放大器或直接覆盖用户，电缆网络采取“双向传输、集中接入”的原则设计。光站和放大器(可选)均需要配臵回传模块。光节点覆盖用户数范围为500户以内。 2、各部分结构分别描述如下: (1)分前端部署汇聚交换机和CMTS头端等设备，提供双向数据业务信号。 (2)分前端至小区接入线路占用2芯双向光纤。 (3)小区接入点放臵光站，实现正向和回传的1310nm波长光信号进行光电和电光转换。 (4)楼栋接入点放臵楼栋设备箱，箱内可配臵电放大器。 (5)用户信息终端:部署数字机顶盒接收广播式或交互式数字电视信号，并可通过Cable Modem向用户提供数据业务。 三、以太网接入技术 (一)以太网接入网 1、国际标准:IEEE802.3ah,2004，也叫第一公里以太网EFM(只支持全双工链路)。 信息产业部行业标准:《接入网技术要求—基于以太网技术的宽带接入网》 2、物理层的两个发展 (1)传输速率提高:10Gbps (2)传输介质改变:基带同轴电缆双绞线光纤 3、交换以太网(Switched Ethernet):以数据链路层的帧为数据交换单位，以以太网交换机为基础构成的网络。它从根本上解决了共享以太网所带来的问题。 4、IP Over Ethernet协议模型: 5、以太网远端馈电标准:IEEE 802.3af-2003 (二)网络结构 1、局侧设备的功能:(1)负责汇聚(透传或代理)用户侧设备的流量。(2) 具有对接入用户的管理控制功能。 2、用户侧设备功能:完成链路层帧的复用与解复用。 (三)宽带接入认证 1、: :验证用户的身份与可使用的网络服务 ?认证(Authentication) ?授权(Authorization):依据认证结果开放网络服务给用户 ?计帐(Accounting):用户对各种网络服务的用量，并提供给计费系统 2、宽带接入认证主要方式: 有三种认证方式:?PPPoE认证，?WEB认证，?802.1x认证。 (三)以太网接入组网方案 1、三层交换机接入组网方案。 2、BRAS接入组网方案。 3、802.1x接入组网方案。 四、光接入网技术 (一)ITU-T定义的光接入网(OAN) 1、接入网:在业务节点接口(SNI )和与其关联的每一个 用户网络接口(UNI )之间由提供电信业务的传送实体组成的系统。有三类接口:(1)SNI。(2)UNI。(3)Q3。 2、光接入网OAN (Optical Access Network):接入网中部分或全部使用光纤作为传输介质，并利用光波作为光载波传送信号的接入网。 3、 SNIUNI(1)光线路终端OLT(Optical Line Termination):提供网络侧与本地交换机之间的接口并经一个或多个ODN与用户侧的ONU通信。 (2)光配线网ODN(Optical Distribution Network):为OLT与ONU之间提供光传输手段，完成光信号功率的分配。由光纤光缆、光连接器和光分路器等组成。 (3)光网络单元ONU(Optical Network Unit):提供直接的或远端的用户侧接口。 (4)适配功能AF(Adapter Function):为ONU和用户设备提供适配功能。 (二)以太无源光网络 EPON 1、无源光网络PON(Passive Optical Network):基于点到多点(P2MP)拓扑结构、利用光纤和光无源器件进行物理层传输的光网络。ODN全部由光分路器等无源器件组成，且不含任何有源节点的光接入网。 2、(Ethernet Passive Optical Network):一种基于高速以太网和TDM时分MAC媒体访问控制方式、采用点到多点网络结构、无源光纤传输、提供多种综合业务的宽带接入技术。采用PON的拓扑结构实现以太网的接入网。 3、:IEEE的802.3ah 定义内容:EPON的物理层、MPCP(多点控制协议)、OAM(运行管理维护)等相关内容。EPON的OLT和ONU之间的连接也要通过逻辑链路的控制，即LLID技术。 4、EPON的结构 成:光线路终端(OLT)、光合,分路器和光网络单元(ONU)。OLT (1)组 放臵在中心局端， ONU放臵在用户侧， OLT与ONU之间通过无源光合,分路器连接。 (2)拓扑结构:树形。 (3)使用技术:波分复用(WDM)，同时处理双向信号传输，上、下行信号分别用不同的波长，但在同一根光纤中传送。 (4)通信方式:下行采用纯广播的方式，上行采用时分多址接入(TDMA)技术。 5、EPON的组成 5、EPON的协议模型 6、MAC控制子层MPCP (Multi-Point Control Protoco)功能 (1)ONU的自动发现和注册 (2)ONU的动态测距 (3)提供OLT给ONU进行带宽分配的机制 7、 (1)下行原理(由OLT到ONU):采用802.3帧广播技术，下行方向光信号向所有ONU广播，通过ONU的过滤机制(逻辑链路标识LLID)，仅仅接收属于ONU自身需要的数据帧而不会接收无关的信号。 (2)上行原理(由ONU到OLT):采用时分多址(TDMA)共享技术，执行时分复用相关接入协议。为了避免数据碰撞和公平的信道共享，采用OLT分配静态或者动态带宽的方式，给每个ONU分配一个时间没有重叠、时隙可变的传输窗口，用于ONU数据的传递。每个ONU只按指定的时隙发送信号。 OLT 必须测定它与各个ONU的距离，并在下行信号中规定ONU的严格发送定时。 8、EPON的测距 (1)“测距”:测量每个ONU与OLT之间的传输距离。在信号传输速度一定的情况下，传输距离等效于传输时延。 (2)测距的实质:测量ONU与OLT之间的传输时延。 (3)测距的原因:在TDMA系统中，为了避免各ONU信号在共享馈线光纤中发生碰撞，OLT必须采用测距技术，精确测出每个ONU的发送信号到达OLT的传输时延，并指挥每个ONU调整其发送时刻，以保证各ONU的上行信号在馈线光纤中时隙位臵的严格的同步关系。 (4)测距的实现:通过计算不同ONU到OLT之间的往返时间RTT (Round-Trip Time)来完成。 9、EPON实际系统 (1)单光纤系统:1490nm/1310nm分别为EPON下行/上行光波长，1550nm为有线电视信号光波长，这三个光波长通过波分复用在单根光纤上传输，可以覆盖20km以内32个光节点。但需要两个高隔离度的WDM器件。 (2)双光纤系统:将EPON1490nm/1310nm光信号和有线电视光信号在两根光纤上分别传输。不需要更动原有的HFC网络。HFC网络的光波长既可以用1550nm，也可以用1310nm。 (3)ODN设计要点是:?ODN的可逆性要好;?采用等分光; ?支持宽波段分光。 10、EPON入户方案 (三)EPON+LAN方案 1、特点 (1)为家庭用户和网吧、企业、政府等行业用户提供综合接入。 (2)工程部署不影响有线电视的正常业务运营。不改动原有的单向有线电视网，在当前光纤铺设到楼道的趋势下，通过EPON技术单芯组网，ONU交换机部署在楼道，通过双绞线入户。适用于新建小区和现有小区方便入户网改的情况。 (3)可向用户提供64Kbps-1Gbps范围内的带宽，满足用户的多样化的接入需求。 缺点:需重新入户，施工量及施工难度都较大;二张网络分开运营，维护人员素质要求高。 2、实用方案 光纤到楼、五类线入户(FTTB+EPON+LAN)方案 组网方法:采用“光纤到楼、双网覆盖、光机直带用户、点对多点连接”的网络结构。双向网络采用基于EPON的点对多点光以太网传输技术，楼栋至用户采用五类线方式。网络拓扑结构为“环-星”型。采用G.652标准单模光纤。双向网络利用一根光 纤，分别选用1490、1310nm波长进行数据信号传输。 各部分结构分别描述如下: (1)分前端部署汇聚交换机和OLT等设备，提供双向数据业务信号。 (2)分前端至小区接入线路，平均距离为3000至5000米。 (3)小区接入点放臵光交接箱，在交接箱内对主干光缆和小区分配网光缆进行接续、分配和调度。 (4)楼栋接入点放臵楼栋设备箱，箱内配臵ONU，楼栋接入点覆盖用户数平均为50户。 (5)楼栋接入点至用户终端线路采用五类线敷设，接入距离应小于80米。 (6)家庭网关:用于为用户提供多端口数据业务接口。 (四)EPON+EOC方案 1、特点 (1)可以充分利用现有的同轴电缆资源，无需对入户电缆重新改造。适用于已经交付使用、同轴电缆已经入户、不方便入户进行网改的情况。 (2)一根同轴电缆把数据和有线电视信号接入室内。即插即用，无需在客户端进行复杂的调试。 (3)用户端无需有源设备，网络运行稳定，安全。 (4)无需考虑回路中的侵入噪声。 (5)每户可单独提供10Mbps上下行对称带宽，确保用户业务传送。 缺点:系统采用带宽共享机制，提供给用户的带宽随用户量增加而下降;由于需要在光站或放大器后混入，对电视信号有一定的插损。 2、EOC分类: (1)无源的EOC---基带型 (2)有源的EOC---调制型 3、有源EOC方案: 有源EOC系统组成:通常由局端设备、终端设备、桥接器组成。 (1)高性能同轴网络 HiNOC接入技术(High performance Network Over Coax) (2)家庭电话线网络联盟Home PNA(Home Phoneline Networking Alliance)，也称HPNA。 (3)同轴线多媒体联盟MOCA(Media over Coax Alliance) (4)广播交互同轴网络BIOC (Broadcasting Interactivity over Cable) (5)家庭插电联盟Home Plug(Home Plug Power Line Alliance) (6)无线局域网WLAN或无线保真WiFi(Wireless Fidelity) 4、实用方案 光纤到小区、同轴缆入户(FTTC+EPON+EOC)方案 组网说明:双向网络分前端至小区接入点采用EPON技术，小区接入点后采用EOC技术。网络拓扑结构为“环-星”型，光站输出带一级电放大器或直接覆盖用户。光节点覆盖用户数范围为500户以内。 各部分结构分别描述如下: (1)分前端:分前端部署汇聚交换机和OLT等设备，提供双向数据业务信号。 (2)分前端至小区接入线路占用2芯光纤(其中，双向数据网占用1芯光纤)。 (3)小区接入点:放臵ONU和EOC头端。 (4)楼栋接入点:放臵楼栋设备箱，箱内配臵楼栋放大器和EOC旁路器或EOC有源延长器。 (5)EOC终端:向用户提供数据业务。 五、C-DOCSIS(China DOCSIS) 1、标准:GY/T 266—2012《NGB宽带接入系统 C-DOCSIS技术规范》 2、C-DOCSIS系统组成四个部分: (1)C-DOCSIS终端设备:连接运营商的同轴分配网络和用户设备，负责它们之间的数据转发。用户设备可以嵌入终端设备之中，也可以作为独立的设备存在。典型的用户设备包括个人电脑、eMTA、家庭路由器和机顶盒设备等。 (2)C-DOCSIS头端:连接同轴分配网络和汇聚网络，负责它们之间的数据转发，通过汇聚网络接入运营商的配臵系统及 网络管理系统。 (3)C-DOCSIS配臵系统:提供C-DOCSIS系统的业务和设备配臵服务，实现配臵文件的生成、下发、终端设备的软件升级等功能，包括DHCP服务器、配臵文件服务器、软件下载服务器、时钟协议服务器等。 (4)C-DOCSIS网络管理系统:包括SNMP管理系统和Syslog服务器。 六、HINOC(High performance Network Over Coax) 1、标准: GY/T 265—2012《NGB宽带接入系统HINOC 传输和媒质接入控制技术规范》 2、技术原理 (1)使用频段:750MHz,1006MHz (2)传输信号:IP为主的数据信号传输 (3)信道带宽:16MHz (4)调制方法: 自适应调制，可根据电缆的噪声、衰减等 情况自适应使用DQPSK到1024QAM共十种。 (5)传输体制:多载波OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing ) ，总子载波数目为256，循环前缀长度16，避免多径引发码间干扰、同时考虑信道利用率 (6)信道编码:采用BCH截短码 七、RFoG(Radio Frequency over Glass) ON的网络 1、RFoG:美国有线通信工业协会制定的新标准。用于定义一种P构架，可以在光纤上传输语音、视频和基于DOCSIS的数据。用户只需要安装一个光电转换器就可以观赏高清和其他节目。 2、RFOG关键点:反向激光器控制电路，反向激光器采用突发模式。通过检测CM的信令来控制反向激光器的通断。 3、RFOG组网: (1)单纤方式的PON结构。(2)双纤双向拓朴结构。(3)波分复用方式。 基于EPON协议的同轴分配网络EPOC(EPON Protocol over Coaxial Distribution Network):IEEE制定的RFOG标准。使EPOC技术的标准实现国际化统一，从根本上保证同轴接入技术的规范化。 八、宽带无线接入 1、本地多点分配业务LMDS:属于无线宽带固定接入技术。 工作在24,38GHz频段，一般在毫米波的波段附近，可用频谱往往达到1GHz以上。 2、:一种工作在2GHz,5GHz频段，采用点对多点网络结构，频率复用分割 (FDD)双工方式，提供宽带业务的无线技术。 3、第二代固定宽带无线接入系统(FBWA):一种工作在 3.5 GHz点对多点、提供宽带业务的无线技术。 4、无线局域网(WLAN):一种计算机网络与无线通信技术相结合，能支持较高速率，采用微蜂窝或微微蜂窝的自我管理的计算机局域网技术。 5、移动通讯宽带接入 第二代数字移动电话系统分为GSM和CDMA两大类。 (1)无线应用协议(WAP):既可用于GSM，也可以用于CDMA系统。 (2)通用分组无线业务GPRS:采用GSM的1,8个时隙合并为一个信道，提供9.6kbps,112kbps的速率，可以为小型办公室提供无线接入手段。 (3)国际移动通信标准——IMT-2000:快速移动接入速率144kbps，步行移动 接入速率384kbps，静止接入速率2Mbps。