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时间: 2004-12-5 12:40

作者: enuoCM 标题: [转帖]骨干网接入技术

Cable Modem 接入技术
Cable Modem是一种通过有线电视网络实现高速接入的装置。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局域网接口运行（一般是通过TCP/IP运行）。用户所在地和电缆公司之间的同轴电缆能够按照用户的需求向远处延伸，它不象ISDN和ADSL那样传输距离仅限于5500米。

Cable Modem与安装在电缆公司的Cable Modem端接系统（CMTS）相通，CMTS端接来自用户处的电缆连接输出信号，并把这些信号汇聚成电缆提供商网络分配设备的输出。

Cable Modem通过分离的信道对下行和上行威尼斯人官方网站提供网络接入，但是，这些信道是非对称的。下行信道的容量和数据率比上行信道的高，电缆公司通过下行信道着重对用户提供内容数据；反之，电缆公司对上行信道要求不高，因为上行信道只需传输键盘输入和鼠标光标移动信号即可。

　　传统的同轴电缆电视网络工作频率为330MHz或450MHz。新的混合型光纤同轴系统工作频率为750MHz，每个信道占用6MHz的频带。因此，400MHz的电缆系统能提供约60个信道，700MHz的系统能提供多达110个信道。每个6MHz的信道在下行频率上能够提供40Mbps的传输速率，上行传输速率为500kbps-10Mbps。从Cable Modem到PC的最大传输速率目前为10Mbps，这是由于Cable Modem采用了10BaseT以太网接口所致。

宽带IP城域网和接入网的技术进展

一宽带IP城域网

传统澳门威尼斯人app下载城域网采用SDH系统以TDM方式提供专线服务，系统成本高、带宽有限、布设周期长，远远不能满足新一代宽带城域网的需求。对新一代宽带城域网的要求可以概括成以下几点： (1)扩展性，其带宽可以扩展至几十、几百Gb/s，乃至Tb/s以上；(2)可以有多达几百个结点；(3)低成本，包括低建设成本和运营成本；(4)支持新一代基于IP的业务，可支持各种物理接口、QoS、SLA、监视和计费系统；(5)支持传统的话音和数据业务；(6)强大和便于使用的网络管理系统；(7)健壮性，具有99.999%工作时间、硬件冗余、光缆环故障保护自愈能力。

在光网上直接架构千兆位以太网正在成为城域网主流。目前的发展趋势是将以太网与波分复用(WDM)技术结合在光缆网上直接架构成宽带IP城域网。现在采用千兆位以太网的很快将成为万兆位以太网。

DWDM技术在广域网应用获得巨大成功，从而成为主流，但是不能简单地将其植于城域网。DWDM系统中相邻波长间隔仅0.8nm(100GHz)或更低，而且对激光器的频率精确性、单色性和滤波器要求很高，价格也昂贵。但由于广域网传输距离长，所用的放大器多，DWDM系统中多个波长通道共用光纤和放大器，因此在广域网上仍然可以大幅度降低成本。而城域网由于距离短(一般100公里以内)，不需要使用放大器，增加一根光纤的成本也不高，因此简单地采用与广域网一样的DWDM设备不一定合算。解决的方法是采用稀疏波分复用(CWDM)技术。它使用1200～1700nm 的宽窗口，对激光器和滤波器的要求可以大大降低，并大幅度降低成本。另外一个方法是将WDM光传输设备和路由交换机结合在一起，路由交换机端口直接驱动光传输设备。最简单情况，一根光纤只传输一路数据时，在裸光纤上直接运行千兆以太网。如果需要传输多路数据可采用波分复用系统，根据需要逐步增加波长通道。

在结点的路由交换机连接各个波长通道，即负责选路交换又起分出/插入的作用。这种分/插作用不仅可以对波长也可以对任务、对数据流甚至对数据包。

用千兆位以太网在光网上直接架构宽带IP城域网以满足新一代城域网的要求和兼顾传统实践业务，需要解决以下问题：(1)根据SLA、QoS，分配带宽；(2)提供基于TDM的传统澳门威尼斯人app下载业务，如租用专线等；(3)用作接入网集中器时，要解决同一楼内局域网不同用户之间互相隔离问题、每个用户多业务流的分别管理(提高不同的QoS)和计费问题，以及以多播方式提供视频广播、不对称的服务方式；(4)光缆环路被切断时的保护和自愈恢复。

目前L2/L3一体化的千兆位以太网路由交换机的背板容量已经达到几百Gb/s，数据包通过量达每秒1亿个以上；可以以线速进行第三层IP/IPX路由和第二层无阻塞交换；支持冗余端口、生成树、多选择路由和冗余路由器协议增加系统可靠性；可以提供上百个1000Base-X端口；提供带宽管理、优先权和基于策略的QoS；可以方便地通过HTTP、SNMP、RMON、本地和远程CLI进行灵活管理。有的设备可以支持数千个IEEE 802.1Q VLANs，并且兼容IEEE 802.1ad的链路聚合技术，将多个千兆位以太网端口结合成一条干线，在多个端口之间进行负载平衡。对于以太网城域网而言，最困难的是如何在无连接的IP网上提供端到端的连接、仿真TDM电路。一些公司(如Extreme)的产品已经开始可以提供IP TDM业务。核心网的VMAN和接入网的VLAN配合，可以以固定延时传输语音和视频，为公共电话网提供等效E1的IP TDM通道，但是这还不是真正的TDM通道。RAD公司的TDM over IP，在IP网上建立透明的T1/E1电路，其方法是：在数据包中插入同步比特流，加上IP包头送入IP网传输，数据包通过IP网转发到终点后，在终点重建同步钟，除去包头，提供同步的比特流。当然IP网必须对传输的数据流给以QoS保证，用户接口基于标准租用专线(T1, E1)；网络接口是低成本10/100Base-T以太网；可以配置QoS选件: VLAN用于第二层优先级(802.1D)、ToS 用于IP层优先级确定、UDP口用于第四层优先级补偿包延时变化。这种系统具有外部的/自适应时钟再生，处理延时很短(小于1ms)，可扩展, 有冗余备份和管理及诊断功能。采用这种设备可以在IP网上提供TDM E1专线，比SDH网提供的E1和ATM要便宜。以太网城域网不使用SDH设备，当光缆环路被切断时如何能够象SDH一样在50ms内完成自愈恢复是需要解决的问题。目前在网络的第一层到第三层均有解决方案。DWDM系统用光交换可以于光路上在50ms内完成自愈恢复。第二层的弹性分组环(Resilient Packet Ring，RPR)可以像SDH一样快速进行自愈恢复，而又能利用环路备份部分传输数据。最新的路由交换机则可以在第三层完成环网或网状网出现故障时的快速自愈恢复。一种方法是事先计算好各种可能出现故障时的恢复路径的路由表，一旦监视发现故障快速转换到备份路径；另外一种方法是利用MPLS来实现自愈恢复。

新一代千兆位路由交换机支持热插拔模块和元件，有双系统软件和双系统配置，达到澳门威尼斯人app下载级的可靠性；具有灵活管理能力，可以方便地从本地或远程，通过浏览器用SNMP、RMON命令进行灵活管理。

1. RPR多业务供应平台

新一代信息网络中，IP网成为基础网。一方面各种业务将转向基于Web在互联网上进行，这就是所谓的Everything on IP；另一方面，在IP网上提供TDM电路、ATM、 FR等，以支持传统业务，这就是所谓Everything over IP。因此，有观点认为，在发展基于IP的城域网平台时，应能支持多种协议，最好能提供透明的端到端的连接，这种平台被称为多业务供应平台(Multiple Service Provisioning Platform，MSPP)。

这种被称为RPR的新结构方案融合了千兆位以太网、DWDM和SDH的优点。在环型网上传输IP数据包，环路的两侧都可以用来传输数据，又可以发挥自愈恢复环的功能，大大提高利用效率。目前IEEE正在准备成立802.17工作组，IETF正在准备成立IPoPTR组来发展这一技术，制定相应标准。多数建议采用万兆位以太网帧格式，万兆位以太网标准的初稿已经发表，明年将有首批产品面世。目前采用环形网的第二层包传输概念的产品有：Cisco公司的DPT、Nortel公司的IPT和Luminous公司的RPT。

2. 智能光网和以太网路由交换机构成宽带城域网

传统城域网在支持IP业务时，是在SDH网上通过分/插复用、交叉互连提供专线连接在网络边缘的路由器。由于其成本高、供应准备周期长、灵活性差、容量有限、效率低等问题，已成为发展的瓶颈。
前述的CWDM以太网和RPR方案是在裸光纤网上直接架设IP网。QoS、流量工程、自愈恢复等完全靠路由器通过MPLS等协议完成。这对路由器构成很大的压力，限制了性能的进一步提高。在光路由器没有发展成熟之前，目前的发展趋势是采用由波长路由器(光交换机)和DWDM(CWDM)系统构成的智能光网核心网，以及设置在边缘的以太网路由器构成的宽带城域网。在核心光网上采用以太网帧传输，称为以太路径，边缘则为万兆位或千兆位以太网。这种核心可以采用网状网结构，采用MPLmS协议等提供QoS和流量工程，这样可以减少对电路由器性能要求的压力，提供更高的性能。对这种系统可以称之为智能光网以太网。

宽带城域网的发展由于其应用的复杂性和兼顾传统数据业务的要求，出现了多样性的局面。在光缆网上直接架构CWDM以太网(千兆位和万兆位)宽带IP城域网正在成为主流，RPR将发展成新标准用于一些环型骨干网。这些，不仅为相互竞争的运营商广泛采用，而且促使传统澳门威尼斯人app下载运营商也加入到建设宽带IP城域网的竞争中。而从SDH演化来的多业务平台将主要被一些传统运营商用作向IP业务过渡的工具。原有基于ATM的多业务平台将逐渐退出这一领域。对于Tb/s以上的宽带城域核心网，将采用智能光网以太网城域网。运营商建设宽带城域网时采用何种方案和设备，将取决于他的市场定位、服务对象要求以及他所拥有的资源情况。

时间: 2004-12-5 12:41

作者: enuoCM

二宽带IP接入网

目前全世界有6亿个以太网端口。随着千兆位以太网的成熟和万兆位以太网的出现，以及低成本在光纤上直接架构千兆位和万兆位以太网技术的成熟，以太网开始进入城域网和广域网领域。如前所述目前以太网已经成为宽带IP城域网的首选方案，也已经开始用于广域网。到2002年，万兆位以太网标准完成后将被广泛用于城域和广域网。如果接入网也采用以太网，将形成从局域网、接入网、城域网到广域网全部是以太网的结构。采用与IP一致的统一的以太网帧结构，各网之间无缝连接，中间不需要任何格式转换。这将可以提高运行效率，方便管理，降低成本。这种结构可以提供端到端的连接，根据与用户签订的服务协议，保证服务质量。

基于上述原因，最近以太网接入网得到了快速发展和广泛重视。2001年初IEEE成立了802.3EFM工作组，发展制定以太网接入网标准。随着标准的制定完成，将会有一批以太网接入网设备出现。

1. 宽带接入网的服务对象和要求

接入网的服务对象主要可以分为两类。一类是供企事业单位办公、生产使用的。需要接入的地方包括单位的办公楼、厂房或出租的共用办公楼的MTU；另外一类是接入到居民住宅区，包括一户一幢的别墅式住宅楼和公寓型居民住宅楼的MDU。宽带接入网可以考虑使用的传输媒体包括目前已经大量布设使用的三类双绞线(Cat3)市内电话网和有线电视双向HFC网，以及正在发展的光缆入户接入网、五类线(Cat5)入户局域网和空中激光或无线接入网等。

用户对宽带接入网的要求首先是带宽，目前接入速率为几个Mb/s，今后应该能够升级到100Mb/s。带宽最好是上下行对称的，用户应可以按业务，根据QoS保证协议和实践使用量付费并可根据需要以小增量增减，一旦用户提出要求可以快速供应。

运营商对宽带接入网的要求是：支持QoS和多播；要便于管理，按照使用(SLA、QoS和流量)计费；在速率和规模方面具有可扩展性；增加新用户不需要中断业务；有灵活的子网粒度；对延时、统计、安全的控制和反馈；某用户设备故障不影响或只影响少数其他用户，并能快速发现并确定故障点；在MTU和MDU内使用同样的部件，家庭和企业使用同样设备，以保证配置的灵活性。

2. 用以太网做宽带接入网必须解决的问题

用以太网做宽带接入网用来作为公共网，还必须解决两个重要问题：一是安全性，二是开放接入和商业运营问题。

为了便于管理和安全，必须对各户进行隔离，目前主要的方法是用虚拟局域网(VLAN)实现各户之间的隔离。问题是802.1Q规定的VLAN标记(Tag)只有12位，只能支持4000个VLAN。这个数目对于接入网运营商在更大的范围内采用统一的标记设置VLAN，显得不够。一种建议是将标记长度增加到24位，以支持1600万个VLAN，但是这需要修改802.1标准。另一种方法是在VLAN的标记前面再加虚拟城域网VMAN标记，目前已经在一些公司产品中采用，但还不是通用标准。

信息产业部传输所提出的方案不再使用现有的VLAN协议和L2交换机，而是采用专门硬件在链路层对用户隔离。在这种系统中，楼头的L2交换机被专门设计的只起复用器作用的楼头设备取代，而小区的L2/L3路由交换机被一种类似路由器的局端设备取代。楼头设备的功能仅仅是复用和解复用，没有交换功能，它在物理层和链路层上提供了同一个楼内不同用户之间的相互隔离。局端设备维护端口—主机地址映射表，根据用户IP地址来连接用户，并负责用户IP地址的动态分配。局端设备可以控制楼头设备连接每个用户的端口速率，根据每个用户的SLA来分配带宽，保证其QoS，并可以支持多播业务。这种方案有不使用VLAN的优点，但因此而不能使用价格低廉的L2交换机。

开放接入要求提供开放平台给其他ICP、ASP、ISP使用，这就要求对每个用户认证、授权并按照不同的使用(服务商、内容、QoS保证)分别计费。在基于VLAN 的方案中，这些功能在接入服务器(集中器)中提供。目前已有的多业务接入服务器，大多是基于ATM的，价格很高，因此需要发展专门为以太网接入网设计高功能低价格的接入服务器。而在采用专门楼头设备的方案中这些功能由局端设备完成。

3. 已经提出的以太网接入网方案

目前已经提出的以太网接入网方案，根据使用媒体的不同，可以分为以下几类。

a. 基于电话线Cat 3的以太网接入网，分为基于DSL的以太网(Ethernet over DSL)和Etherloop两种，速率最高为10Mb/s，不能再提高。

b. 光缆入户的以太网接入网，分为以太网无源光结点(EPON)和千兆位以太网进家庭(GTTH)两种。对于EPON，为了降低光缆接入网的成本，用分光器将一根光缆分支连接相邻住宅。对于GTTH，每户独立光缆连接小区的以太网交换机。

c. 光缆到楼头，五类线入户，以太网接入网。这种方法适合用于公寓型住宅楼。每户接入速率可达10Mb/s，如果需要可以达到100Mb/s。

d. 空中激光和无线电以太网接入网。对于各种以太网接入网都是通过可以管理的以太网交换机连接用户，为每一个用户设置一个VLAN, 用户设备可以是装有以太网卡(10Mb/s或10/100Mb/s自适应网卡)的计算机、机顶盒或客户端设备(家庭信息中心)，小区设接入服务器(接入集中器)负责客户的管理和计费。

4. 我国的机会和对策

笔者1999年开始推动在一些地方的居民小区(如天津南开区、宁波市等)建立光缆到楼头五类线入户的以太网接入网(以下简称以太网接入网)，取得成功。笔者认为，用以太网接入网作为宽带接入网的方案符合我国国情，它将成为宽带接入网的主流而得到快速发展。2000年，随着一些不拥有电话网和有线电视网的城市信息港公司和宽带网络公司的建立，开始大规模在新建居民区布设以太网接入网，出现了建设以太网接入网的高潮，甚至在一些老市区也开始布设以太网宽带接入网。这项工作与智能小区建设相结合，得到建设部的支持。2001年，中国澳门威尼斯人app下载、中国网通等澳门威尼斯人app下载运营商也进入了建设者的行列，出现了更大的建设高潮和激烈的竞争。

以太网宽带接入网为我国建设宽带接入网实现跨越式发展提供了历史机会，但应认识，到目前出现的以太网接入网的建设高潮带有一定的“跑马圈地”和炒作成分，有人形容其带有.com公司的泡沫成分。

判断是否是泡沫，要看是否有市场，居民的消费水平能否承受。考虑到我国发展彩色电视、VCD和DVD在拥有量和普及率方面取得的成就，尽管我国经济发展总体水平不高，宽带接入网的发展仍然有可能达到较高的水平，成为新的消费热点。按照目前的消费水平，在3～5年内发展3000万宽带接入用户是完全可能的，问题是如何快速发展用户喜爱的交互宽带内容和服务。

目前一些小区宽带接入网发展商的策略是先占地盘，布好五类线网络，送到用户门口。为了降低成本，在楼头只设集线器或无管理的简单的交换机，在管理和用户安全隔离方面也存在很多问题。考虑到网上宽带内容和服务的建立和发展有一个过程，用户数量的增长也需要一个发展过程，在开始阶段为降低成本，采用上述简单系统是可以的。好在以太网良好的可扩展性使得今后升级不困难，也不会造成多少浪费。但是从发展看，宽带接入网必须是一个安全的，可扩展的，支持开放服务的平台。尽管目前还没有一个能很好满足上述要求的商品设备，随着有关标准的制定(我国信息产业部传输所和中国澳门威尼斯人app下载也在制定以太网宽带接入网的标准和规范)，将会不断出现低成本、高性能的设备来满足不同的需求。对于设备制造商来说，这也将是一个巨大的市场发展机会。

客户端设备是以太网宽带接入网的重要组成部分，关系到能否被用户接受和快速发展。它也将经历一个发展过程。最初设置在用户家里的设备是很简单的，可以是一个装有以太网卡的计算机。当同时使用多种设备时，采用集线器来共享输入的以太网口。经过发展将出现各种功能更齐全的客户端设备以提供综合业务。客户端设备作为家庭信息中心，它应该具备以下功能：(1)家庭网络的交换机，提供多个以太网端口，连接多台计算机、网络电视、智能小区设备和其他电器；(2)交互式网络电视机顶盒(连接普通模拟电视机)；(3)IP电话网关(可连接普通电话机提供IP电话业务)；(4)1394总线端口(连接摄象机等)。

不同的运营商对接入网的要求是不同的，发展系列产品，根据用户需要，每类产品只具有其中部分功能。随着业务发展和技术的进步，经历一个从简单到复杂的发展过程，是合理的也是可行的。

有线电视宽带网络结构

1. 概述
　　光技术的快速发展给有线网络带来了革命性的变化，有线网络需要考虑所有业务(E-mail、语音、视频等)的基带传输(模拟的和数字的)以及IP数据传输的特性。问题的关键是能提供一个灵活的、可升级的而且在未来若干年内能够使用的网络。有线电缆正通过提供新的和强制性的业务来解决这 “最后一英里”的问题。

　　本文的焦点是放在物理层或者实际的网络。与任何其它的网络相比，宽带有线电视使光纤应用于网络之中。其目标是建成特定宽带业务网。有线网络开创性地把光纤和传统的同轴电缆结合在一起成为一个混合网络。这个混合光纤同轴(HFC)网络对于有线网络来说具有战略上的重要性。光纤把模拟和数字电视从前端向终端发送。该技术目前可把光纤信号往用户家庭的几英里范围内发送。同轴电缆再把宽带业务传送至家庭。最后一英里的同轴电缆被用于支持譬如电话之类的可选业务的传输媒体。

　　有线运营商已经把同轴电缆网络进行升级以支持双向威尼斯人官方网站，从而使用户可以享受他们的多项服务,这当然要追加投资。当新的HFC网络完全实现后，将具有许多好处，它们包括:
·有线电话的能力
·高速Internet接入
·有线电视频道数目的增加(超过200个模拟的和压缩的数字频道)
·利用机顶盒的视频点播(VOD)能力
·交互式电视
·为满足新的数字电视标准而建立的基础结构，所有标准都是基于HFC骨干网。

　　本文将阐述两种HFC网络结构：“供电范围节点”(PDN)和“小型光纤节点”(MFN)。PDN结构或类似的变种是北美配置的HFC网络的主要代表，它能支持许多新的业务。PDN与其它HFC结构的不同之处在于，节点的大小并不是由固定用户数决定的，而是由光纤节点接收机的数量决定的。RF放大器和网络用户终端可以由单个网络供电(AC)。MFN是网络发展的下一步，它表现了一个深层次光纤结构。MFN是非常重要的，因为它可去除同轴有线电缆段上所有的放大器(除了必不可不的以外)。这不仅仅增加了可靠性，而且还保证了宽带业务所需要的带宽。首先，本文将定义一些术语和有线电视产业和正在建造的HFC网络的相关信息。

2. 传统的同轴有线电视网络
　　一个简单的有线电视系统从前端到终端,包括接收卫星等电视信号源的接收设备。从这些源来的信号将通过有线网络发送。然后被放大,再把模拟视频传送给传统的全同轴有线电缆网络。

　　有线电视系统是基于载波的，每套节目均占用一个载频。载波的幅度是不断变化的，这叫幅度调制(AM)。所有的视频信道将在一个频分多路复用器(FDM)内合并起来，北美每个载波距离是6MHz。有线电视系统以两个方向传送信息，一个是向用户传送，称为前向路径(或称下行)，另一个是从用户那里来，称为反向路径(或称上行)。在美国，前向信道被放置在54MHz以上的频率上，而5到42MHz之间的频率就被分配给反向信道。
图1显示了一个代表性的有线电视袭用的传输频谱，它的前向路径信道达到了860MHz。在前向路径，模拟信道是从54到550MHz，而数字信道是从550MHz到860MHz。

　　有线电视网络是由三个主要部分构成的:干线、馈线和引线。干线是用于覆盖广大的距离，经常超过10英里。当干线是由同轴电缆组成时，那么每2000英尺就需要一个放大器。令人吃惊的是，有线电视系统的干线部分只占了整个系统总长度的百分之十二。放大器的级联限制了带宽，典型的级联具有20到40个放大器。因为每个放大器都是有源部件，所以每个放大器都会给信号加入噪声和非线性失真，并且会带来放大器链的不可靠性。
有线电视系统的馈线部分面向用户的接口。它最大的长度约为1.5英里。这一限制是因为RF能量被分配对各个家庭进行馈送。因此，RF电平与在长距离干线部分的电平相比,要相对更高一些。这些更高电平进入了放大器的非线性区。结果，导?柿恐副晗陆怠Ｔ谟邢叩缡酉低持校笤及俜种说某ざ仁抢∠卟糠帧?

　　引线是从分散的馈线进入家庭的同轴电缆。它最大的长度为400英尺，但在典型情况下要少于150英尺。一个有线电视系统中的大约一半的长度是引线和家庭中的布线。有线电视系统中的馈线部分是变化很平凡的部分。每天都有新的用户增加，和老用户退出。美国每年大约有20%的人搬往新的住处。这样就造成20%的用户数波动。对于馈线而言，支持这一持续不断的用户数波动是非常重要的。它必须使网络具备工作有效性、物理健壮性并且易于配置。

　　　　　　　　

　　放大器被用于补偿传输电缆和信号分配器、分支器的频率失真。因为放大器的电路是单向的，所以放大器单元必须先在两个方向上分离信号流。信号分离是利用双工器电路进行的。在经过双工之后，每个信号被放大，然后利用同样的双工器连接到同轴电缆上。

　　总而言之，这些早期的有线电视网络向用户发送模拟视频信号是非常好的。但由于放大器的级联，这些网络并不适合于实时的双向高带宽业务，最主要的是网络中单收集点聚集所有回传信号的漏斗效应。使之从80年代中期陆续开始实施光纤同轴电缆混合(HFC)传输结构。

时间: 2004-12-5 12:42

作者: enuoCM

3. 混合光纤同轴(HFC)有线电视系统
　　因为有线电视和威尼斯人官方网站公司不断努力引入新的业务，必须找到一个合理的成本提高网络容量的方法。这个困难问题的一个极其出色的解决方案,就是HFC系统中的光电子学的实现。光电子学技术在高容量交互式多媒体传输所需的HFC网络的发展上具有极其巨大的影响。这种技术的引入使得最初为视频业务而设计的网络能够为各种交互式视频、数据和语音业务提供可靠的带宽。

　　HFC结构使以一种成本高效的方式提高带宽、信号质量和可靠性成为可能，这种方式能够减少维护成本和保持*作人员界面友好性。它使两种业务成为现实。在干线部分覆盖低损耗的光纤能够去除干线上的放大器。这也就使同轴电缆大大缩短，典型的是四到六个放大器。这样带来的好处包括大大减少放大器中断的脆弱性、减少带宽限制和由于放大器串联而导致的噪声积累,以及大大简化输入部分。采用双向传输有两个原因。第一，光纤本身不再是干扰信号的入口了。第二，有线电视系统被分割成大量的小型有线电视系统，而且这些小型系统彼此隔离。如果在某个小型有线电视系统入口形成干扰的话，该干扰将不会削弱整个有线电视系统其它部分的性能。
有线电视信号的光传输用单模光纤来完成，该光纤在1310nm的波长处大约有0.35dB/km的衰减，在1550nm的波长处大约有0.25dB/km的衰减。激光波长的选择是基于网络设计标准，包括成本、模拟性能要求以及传输距离要求等。光纤的衰减在合理的温度范围内是固定的，而且与RF频率无关。

　　引入HFC网络的光节点或者光纤节点(FN),经常被安放在户外，譬如一个基座上或者悬挂在架空绞线上。光纤节点接收光信号，把它转化为澳门威尼斯人app下载号，并放大，然后向本地用户发送。在返回方向上，节点收集5-42MHz带宽范围内的信号，并把它们以光的方式传送回前端进行处理。在 “传统”的HFC网络中，每个光节点名义上服务500-2000个家庭。核心网络驱动器是低成本的，而且在噪声和失真方面对模拟视频信号有良好的性能。终端用户可以接收到经模拟视频残留边带(VSB)调制的78个RF信道。收费频道的可选择控制和收看前预付费通过用户机顶盒终端实现。

　　HFC结构的主要优势之一,是用户数可增加，并以多种格式携带多种类型信息的能力。

　　HFC有线电视网络和电话网之间的区别是可用宽带宽传送模拟电视。在美国，大约有3亿模拟电视机在使用，基本上都接入了有线电视。实际上，在这个国家有电视的家庭比有电话的家庭多。HFC为利用低成本电视发送设备提供了充足的带宽。

要达到这些目标，需要四种关键技术:
·高能量的1550nm光纤可用于携带交互式数字电视并经“多电平正交调幅”(M-QAM) 的载频信号,以及为简化光纤结构而降低网络成本的接入技术。
·利用同步光纤网络(SONET)多路复用器来进行综合数字业务传输,对于建造高速多媒体接入网络是非常关键的。
·波分复用(WDM)和密集波分复用(DWDM)不仅仅增加带宽，而且还用于光路由和降低接入成本。
·当网络光纤数量不断增长时,无源光技术对成本和性能有着极其关键的作用。
　　决定最佳接入结构的是足够的带宽宽度, 这对于广播和交互式小范围广播而言是必须的。HFC网络有四个与传送交互式带宽有关的因素:频率、空间多路复用、光谱效率以及光波长。

　　频率决定通道大小(750MHz、862MHz或1GHz),以及决定副载波提供什么类型信号的能力。每个频率都可以当业务设置改变时,随时使用，这与其它结构相比提供了一种独特的灵活性。空分复用决定了骨干网中的光纤是如何运行和如何达到每个节点的，以及如何装载它们。频谱效率允许随256-QAM或64-QAM调制技术改变,这些技术能够有效地提高频谱利用率。最后，多种光波长，不管是DWDM或者1310/1550的结合，都可以用于一个特定的光纤中以用来提高容量。

　　处理好HFC反向信道是极其重要的。为了解决潜在的光纤性能的问题，Fabry Perot(FP)和无冷却分布式反馈(DFB)激光现今均被用于网络中,靠的是业务数量的增加和性能的提高。从前端到用户端距离一定时，光纤配置得越长，网络对电入口的影响就会越小。由于光纤被配置得很长以进行前向传输，使RF的级联长度缩短,提高了可靠性和降低了成本。

　　对于语音和数据而言，通常的选择----至少在目前----便是SONET技术。但是SONET在视频传输方面的效率并不高。把一个或多个视频信号压缩至数字业务第三层次(DS-3)速率的视频编解码器的成本很高，而且与传统传输系统相比，它们的性能规格比更差。此外，SONET网络管理使用的是DS-3电路：它无法自我监视视频性能。因此，许多宽带运营商就安装了两个并行的网络:一个用于语音和数据的SONET网络, 另一个用于视频的专有数字系统。为了解决基本的传输问题，要安装SONET多路复用器。

4. 供电节点
　　几年前，有线电视运营商开始从事于一项全国范围内的计划，把系统升级为 “全业务”HFC网络。在那时，节点的大小根据固定用户数设置，最初可能是2000、1000或500个家庭。当然，节点的大小是受放大器级联限制的，这样可以确保产生的噪声和互调指标极限不超标。但在高密度区域内的节点经常遇到超过500个用户 (一直到800个用户极限)，但是在低密度区域的节点经常由于级联的限制大大少于500个用户。

　　一个提供干线电话业务的有线电视公司,利用分布式拓扑技术，采用传统的90V AC供电(PS)，50%的负荷。对90V供电方案中,超过4000英里干线的分析表明，许多节点需要三个PS，并且平均每节点大约要达到2.5PS。对许多节点设计的更进一步的考察指出，供电必须加强，以便能承受住两个PS无法处理的负载量。对PS相对来说负载较轻(少于它名义上额定值的50%)，明显处于低效状态。供电增加了系统*作和维护的麻烦，而且对网络可靠性有不良的影响。

一个更新的HFC升级结构可提高效率，并达到以下目标：
·减少HFC网络系统升级的资本花费
·提高网络可靠性
·减少系统运作和维护的成本
·提高前向和反向的带宽，并提高模拟信号的质量
·通过减少升级系统的时间和花费来缩短打入市场的时间，并确保新的节点提供更高级的业务。

　　网络供电问题在节点大小策略的讨论中占有中心的地位。如果节点变的很小以至于它的功率负载不能够有效地消耗电能供应的容量，那么通过多个节点聚集功率,来获得比较经济实惠就变得非常值得。这便设计出一个功率分布系统(譬如 “功率馈线”电缆),它的安装是非常便宜的，但是对于减少传输电?械哪芰坷朔讶词亲愎挥行У摹?

　　PDN定义了由PS支持的最大用户数量的节点大小。这正好与以前的设计形成对比，在后者中节点的大小或者是由覆盖范围内的家庭的固定数目定义的，或者由级联的放大器数量的限制定义的。

　　人们对更大型的节点有趣的观察：用于这些节点的总AC功率经常达到用于单个15amp PS的期望的75%的负载因数。这种情况发生在高密度区域内，在这些区域内，大量的家庭被少量的级联所覆盖，而且有线电话网络接口单元(NIU)的功率负载是与每英里的NIU的数量成比例的。

　　人们立即意识到PDN结构中的节点大小是极其重要的, 这对设计师提出新的挑战,把多大范围的区域隔开以便在不过载的前提下, 对节点进行供电。

　　与每节点具有500个家庭的传统设计相比。在PDN的设计上具有一定积极的影响，所有这些都在中密度和高密度的早期节点设计中被证实:
·每英里干线上放大器的数量大约减少15%到20%左右，可以大大提高干线延伸的长度。
·节点的数量提高50%到75%，能提高低密度区域的比例
·备用能源供应的数量大约减少20%到30%
·平均能源供应负载因子大约提高10%到15%
·减少同轴电缆覆盖,从目前的15%到25%的范围减少到少于5%
·提高光纤覆盖的用户数量，提高幅度少于5%

　　PDN的设计者们很自信地认为，这样对于成本的减少将在中密度和高密度的区域变得非常普通。但是在低密度区域(每平方英里少于75个家庭)成本的减少将变得更加困难，因为需要更大的光纤覆盖的比例,以达到100-250个家庭的节点。但是现今的HFC-500结构中几乎没有低密度节点能够达到500个家庭，因为级联的限制。

5. PDN结论
　　网络设计者正在把供电从最初的15安培输出容量到18安培，最终到21安培。因为骨干网络很可能安排电话和高速数据的传输，所以对网络升级必须做到 “热交换”的方式和完全无业务中断的方式。
PDN是一种较好的HFC解决方案，它能够很好地降低初装费、运作的成本以及提高网络性能和可靠性等方面的问题。这对中等密度和高密度区域系统的吸引力是非常大的。

6. 微型光纤节点
　　提供无限带宽的光纤,配置得离用户越近，则能提供越多的业务量和性能越灵活。DWDM技术促使扩大光纤的覆盖范围。例如，HFC网络中的光纤数量在过去的12年中不断增长，从光纤骨干网结构的5%到MFN结构的30%。DWDM技术与数字信号处理(DSP)以及RF技术,在网络*作和业务方面提供了更大的灵活性。这种趋势将会继续下去，而且有线电视将会通过这些机会得到更大的益处。

　　PDN把光纤延伸致用户有源放大器的范围之内。微型光纤节点使得更深层次的光纤渗透,,以及使网络中高级光子技术的开展应用成为可能。其目标是：
·建立起一个能经受住未来考验的网络
·继续简化*作并减少运营成本
·极大地提高网络可靠性

　　所有这些考虑都会导致工业界,对于HFC网络解决方案的持续不断的定义,和重新定义，目的是为了捕捉新技术解决方案、业务需求和可实施性(成本利益比)的不断变化的前景。

　　随着光纤的不断深入的延伸，关键的结构问题,就变成了如何利用HFC网络的同轴电缆的最后一英里。光纤延伸的结构使节点大小变为50个家庭，这与一个有500个家庭的节点相比,就能够使用户潜在地产生多出10倍的交互带宽,这是由于具有了使用小范围广播频谱的能力。AT&T宽带已经提出了这样一个网络的实现计划，并把它叫做LightWire结构。在这个结构中，同轴电缆段基本上所有的放大器都被去除了(除了那些在节点接收机内部的)。只有无源的同轴电缆才被用于向用户家庭传送信号。这种最终的同轴电缆也被用于电路交换或IP上的语音(VoIP)业务的家庭终端的网络电力供应。这种结构特性保持了对各种不同信号格式和协议对整个HFC网络的透明性，因此它完全支持目前业务的已有的*作。

　　工业界面临的另一项挑战,是在减少不断增加的成本的同时，为未来的业务扩展和增长提供灵活性。为了解决这个问题，在它们的地理位置的基础上，MFN与三条光纤以雏菊链的方式相连：一个携带下行流的广播信号，一个携带剩下的下行流小范围广播信号，一个携带上行流信号。这种拓扑技术实现了光纤总线(物理的)结构。它的好处是简化了处理并减少了相关成本，以及带来了未来扩展的灵活性(光纤总线以后可以扩展以覆盖更多的区域)。分析显示，这种结构的成本与传统的HFC网络的成本相同。

　　在物理总线的基础上，逻辑星型或总线*作都可以实现。譬如在使用反向传输的情况下，每个MFN能够进行循环功能以实现总线*作。另一方面，利用WDM技术，逻辑星型可以由不同波长携带的每个MFN来实现反向传输。

7. 结论
　　线性光波技术使得在HFC基础结构上的RF副载波链路得以实现。这种端到端的透明链路,为有线电缆提供了许多不同的业务传输机制和新的业务机会。本文中举例说明的PDN和MFN是HFC网络结构的两个高级的例子。
MFN的下一步甚至会更加令人兴奋。这种网络将使得HFC有线网络能够向用户提供接近对称的数字带宽，包括向住宅用户和商业用户提供交换10Mb/s和100Mb/s业务的能力。这种额外的带宽将通过减少有线电视系统上的模拟信号的数量来获得，为数字业务释放出更多的容量。这些数字业务将包括视频和数据。

　　这些网络将显示出无源光网络(PON)的许多特性，但是成本却低得多。不但新的业务机会将成为现实，而且网络本身也将变得更加可靠。

　　为了达到端到端的可管理宽带业务的潜能，基础网络必须发展成能够支持几乎无处不在的高速对称带宽。有线HFC网络正处在提供这些能力的轨道之上。随着光电子技术的不断发展，HFC将能够提供最容易升级的高带宽网络。

时间: 2004-12-6 14:46

作者: shujuren

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