CMTS基础知识培训华课件.ppt
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- CMTS 基础知识 培训 课件
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1、前前 言言CMTS(Cable Modem Termination System)是连接有线电视HFC网络和IP数据网络,使用DOCSIS(Data Over Cable Service Interface Specification)协议,配合FFBPM(FastFlow Broadband Manager)终端管理服务器,通过终端CM(Cable Modem)实现Internet网络接入以及本地IP数据业务接入的设备。Bigband公司提供的CMTS有CUDA12000 和CUDA3000。本胶片主要是对Bigband公司的CMTS配置、排错及相关的基础知识做一个简要介绍。目录HFC网络基
2、础知识网络基础知识DOCSIS协议介绍协议介绍CMTS介绍及其配置介绍及其配置FFBPM介绍及其配置介绍及其配置常见故障与排除方法常见故障与排除方法实际组网应用实际组网应用HFC网络概念与现状网络概念与现状HFC(Hybrid Fiber Coax 混合光纤同轴网)指的就是有线电视网络。混合光纤同轴网是这样一个网络:在局端有前端设备进行有线电视信号处理,把信号调制到指定的载波上,主干线路使用光纤或低损耗同轴电缆传输载波信号,在用户小区使用同轴分配网络分配下行载波信号。我国HFC网络经过多年发展,已经形成遍布城乡、用户数超过1亿户、居世界首位的有线电视传输覆盖网。到2005年底国家光缆干线网将与
3、除西藏外全国30个省(市、区)的网络全部实现互联互通,光缆里程达32000多公里,省级干线网规模已超过7万公里,光缆干线40万公里,有线电视传输网络300万公里,市县通达率接近70%传统有线电视网络组成与信号流向传统有线电视网络组成与信号流向光接收机光发射机分配器调制器混合器卫星接收机卫星接收机解调器模拟电视载波数字电视载波TV分配器信号源前 端干线分配网HFC网络常见拓扑结构网络常见拓扑结构“星树”型:建立一个总前端(中心),由此总前端星型引出光纤干线到各个光节点,各个光节点再树型引出电缆分配网到用户,常见于小型城镇。“多星树”型:建立一个总前端,并有若干分前端,由总前端星型引出一级光缆干线
4、到各个分前端,各个分前端再星型引出二级光缆干线到各个光节点,各个光节点再引出电缆分配网到用户,常见于中小型城市。“环星树”型:建立一个总前端,并有若干分前端,由总前端通过一级光缆干线连接各个分前端,并形成一个双向闭合环路,各个分前端再星型引出二级光缆干线到各个光节点,各光节点再引出电缆分配网络到用户,常见于大中型城市。HFC网络常用术语网络常用术语前端(head end):在有线电视系统中,用以处理需要传输的由天线接收 的各种无线信号和自办节目信号的设备。载噪比(C/N):图象或声音载波电平与噪波电平之比,用 dB表示。电平:信号功率P1与基准功率P0比的分贝值,即10lgP1/P0,通常也用
5、dBuV表示。光发送机(optical transmitter):一种将电信号转换成光信号的设备,它由光源(如激光器)及其有关部件组成。光接收机(optical receiver):一种将光信号转换成电信号的设备,它由检波器(如PIN二极管)及其有关部件组成。光节点(optical node):在混合光纤同轴网中是光纤干线和同轴分配网之间的连接点。在光节点处,通常设有下行光接受机、上行光发送机和双向放大器等设备。HFC网络常用计量单位与公式网络常用计量单位与公式dB:分贝,常用来测量和计算电压、电流及功率的增益或衰减值。功率增益表达式:K=10*lgP2/P1(dB)P1为输入功率,P2为输出
6、功率 如果P2=P1,则K=0,表示传输网络无损耗;如果P2P1,则KP1,则K0,表示传输网络有增益。电压增益表达式:K=20*lgU2/U1(dB)电流增益表达式:K=20*lg I2/I1(dB)dBm制(分贝毫瓦制):取1毫瓦作为基准值(规定1mW的功率电平为”0分贝”)以分贝表示的绝对功率电平,mW表示毫瓦 依此可计算出不同功率下的dBm制电平值,即分贝毫瓦制电平,例如:10mW的电平为 10lg 10mW/1mW =10dBm 0.1mW的电平为 10 lg 0.1mW/1mW=-1dBmHFC网络常用计量单位与公式(续)网络常用计量单位与公式(续)dBW制(分贝瓦制):取1瓦作为
7、基准制,以分贝表示的绝对功率电平。dBW与dBm的换算:dBW=dBm 30 dBmV 制(分贝毫伏制):规定在75欧阻抗上产生1mV电压时的功率作为标准参考功率,此时的电平为0分贝,写成“0dBmV”10mV的电平为20lg 10mV/1mV=20dBmV 0.1mV的电平为20lg 0.1mV/1mV=-20dBmV 在阻抗为75欧的情况下,从dBm制转换成dBmV制,只需在dB数加上 48.75mV,即为dBmV制下的dB读数。dBuV 制(分贝微伏制):规定在75欧阻抗上产生1微伏电压的功率为标准参考功率,此时的电平为0 dBuV 10uV的电平为 20lg 10uV/1uV=20 d
8、BuV dBuV与dBmV的换算:dBuV=60+dBmVHFC 网网 络络 常常 用用 器器 件件HFC网络中常用器件有放大器、衰减器、分支分配器、混合器等。衰减棒 常见衰减值有6dB、8 dB、10 dB、16 dB二分配器 衰减值3dB-4dBSignalLeveldBFrequency 有有 线线 电电 视视 载载 波波有线电视信号有线电视信号u不同频道的信号间频分复用,每频道带宽uPAL:8MHz(欧洲制式,中国使用该制式)uNTSC:6MHz(北美制式)u有线电视信号占用频段:uPAL:87750/860MHzuNTSC:54750/860MHz有线电视网络的双向改造有线电视网络的
9、双向改造5-65MHzUpstreamdata750-860MhzDownstreamdata87-750MhzTV programs下行信号:局端前端或CMTS发送的数据载波,以广播形式到达用户,也称为正向信号上行信号:CM发送的数据载波以点到点的形式从用户到达局端,也称为反向信号双向改造后的双向改造后的HFC网络组成与数据流向网络组成与数据流向正向光接收机正向光发射机分配器反向光接收机卫星接收机卫星接收机解调器调制器混合器下行信号模拟电视载波数字电视载波TVPCCM分配器上行信号CMTSFFBPM反向光发射机双双 向向 改改 造造双向改造是给传统的单向有线电视网络增加上行通道的过程,这使得
10、在HFC网络中开展双向式、交互式的数据传输业务成为可能,双向改造的好坏直接影响到日后开展数据传输业务的效果,必须予以足够的重视。上行通道传输系统由数字调制的载波复用电缆传输系统(用户到光节点)和副载波复用的光纤传输系统(光节点到前端)两部分组成,前者是多点到点,后者是点到点。从总体上看,整个上行通道是多点到点,而下行通道是点到多点。大体上看来,在同轴电缆上,上行、下行信号同缆;在光缆上,上行、下行信号分纤而行。在同轴电缆系统的双向放大器上,上行、下行信号通过双工滤波器分开,其任务是补偿同轴电缆及其配件(分支器、分配器)对上行信号所造成的损耗。上行通道的前端是用户,必须减少从用户端来的各种噪声。
11、上行通道的噪声来源上行通道的噪声来源 上行通道的信号是从用户端进入上行回传系统,同时也将自身引入的各种噪声送入上行信道,汇集到一起向前端传送,因此,从同轴分配网各用户到光节点,上行通道形成一个“漏斗”,将上行通道的噪声带到光节点,然后通过光纤上行信道,并和光纤信道的噪声一起,一同传至前端。上行通道的噪声比下行通道的噪声复杂得多,严重得多。上行通道的噪声主要有下列三种:热噪声:由有源器件(放大器和接收机)产生,源自电子无规则热运动。光纤链路噪声:由回传激光器、光纤和前端接受机产生。侵入噪声:是最主要的噪声,主要来自不连续的窄带干扰如短波广播、无线寻呼、业余无线频段、太阳黑子等以及宽频谱干扰如电弧
12、、开关切换、电子点火装置和家用电器,另外分支分配器屏蔽不良或接头脱落、用户盒打开、线路匹配不好和接地不好、没接匹配负载等都会引入侵入噪声。上行通道侵入噪声特点上行通道侵入噪声特点噪声分布与频率有关:在520MHZ,主要是短波干扰,可超过60dB,20MHZ以上一般只有30dB。在晚上家电使用高峰时噪声最严重,白天和午夜维持在一个相对较低的水平。还与网络光节点的规模有关,光节点带的用户数越多,侵入机会越多,也与网络所用器材质量(如屏蔽性)有关。主要是从用户家到分支分配器之间、分支分配器到前端之间侵入。降低上行通道侵入噪声措施降低上行通道侵入噪声措施减少每个光节点覆盖的用户数,建议不超过500户。
13、减少同轴电缆的长度,从光节点引出的同轴电缆只能作分配线,不能再作为干线。选择屏蔽性能好的网络器材,如铝管屏蔽物理发泡电缆或网状四层屏蔽物理发泡电缆,入户线可用铝箔高密度编织物理发泡电缆,选用背面后盖焊接的分支器和铝锌合金压铸终端盒,保证低频段具有良好的屏蔽性能。提高网络的施工质量。如电缆弯曲半径要严格按照厂家规定,否则屏蔽系数下降;不用的分支分配端口要用75欧电阻终接;F头要用专用压接钳压接;网络各种接头要紧固;接地要好。对非双向用户端装高通滤波器,隔离上行频段的信号。靠近电视机的34M电缆可盘成直径15CM(约56圈)之盘,可有效降低脉冲噪声,对入侵噪声也有抑制作用。上下行通道频段上下行通道
14、频段5-65MHzUpstreamdata750-860MhzDownstreamdata87-550MhzAnalog TV550-750Digital TV 上行通道的载波频率与带宽上行通道的载波频率与带宽 在5-42/65MHz的频段内,可任选一个固有噪声小、突发噪声少的频带作为上行载波。但一般选择在20MHz以上,最好能选择在40MHZ以上,因为20MHz以下一般噪声较大。可以使用频谱分析仪观察上行频段噪声情况。按照DOCSIS协议标准,上行载波的频率带宽有5种:200KHz、400KHz、800KHz、1600KHz、3200 KHz,可根据噪声和速率要求选择,频率带宽越宽,速率会越
15、大,但同时也有可能会引入更多的噪声。下行通道频率与电平下行通道频率与电平 下行通道载波频率规定在750MHz以上,下行RF信号频谱如下图所示,图中频谱由2个模拟的电视信号频道和一个数据载波组成。每个模拟频道占8MHz带宽。兰色是数据载波,占8MHz带宽(DOCSIS标准为6MHz,EuroDOCSIS标准为8MHz)。一般下行数据载波的电平要求比模拟电视的图象载波电平低10dB左右,注意这个值是平均电平的差值,如果考虑峰值电平的话,数据载波的电平应该比模拟电视的电平低约24dB。8.0MHz频率频率 MHzdBmV 503010-10 8.0MHz8.0MHz 模拟电视载波 数据载波 24dB
16、目录HFC网络基础知识网络基础知识DOCSIS协议介绍协议介绍CMTS介绍及其配置介绍及其配置FFBPM介绍及其配置介绍及其配置常见故障与排除方法常见故障与排除方法实际组网应用实际组网应用DOCSIS协议的定义与发展协议的定义与发展 DOCSIS协议(Data-Over-Cable Service Interface Specifications 电缆数据业务服务接口规范)定义了Cable Modem通过HFC网络进行数据传输的接口需求,它是由美国有线电视实验室(CableLabs)推出并通过 ITU(国际电信联盟)认证许可。现在DOCSIS协议有三个版本:DOCSIS 1.0:1997年3月
17、发布,支持高速传输数据业务,主要定义了物理层和数据链路层。DOCSIS 1.1:1999年4月发布,改进了Qos和以硬件为基础的数据包的容量,支持IP电话,更稳定的数据传输速率,兼容DOCSIS 1.0。DOCSIS 2.0:2002年12月发布,增加对称服务能力,整个上行频段在更高速率下增加了频道容量,并且提高了抗干扰能力,提供同步码分多址技术(S-CDMA)和改进的时分多址技术(A-TDMA),兼容DOCSIS 1.0和DOCSIS 1.1。OSI七层模型与七层模型与DOCSIS协议的对应关系协议的对应关系DOCSIS协议的传输机制协议的传输机制 DOCSIS 是基于TDMA技术的,TDM
18、A(时分多址)是一种简单、成熟的多址技术,得到了广泛应用。它通过给不同的用户分配不同的时隙(Time Slot)来实现多址接入,一旦某个时隙被分配给某个用户,就不能为其他用户所使用,因而用户之间不会出现冲突。下行通道:点到多点传输,连续的广播数据流上行通道:点到点传输,各用户数据时分复用,在由CMTS分配的时隙中发送。CM与与CMTS的交互过程的交互过程HFC网络DHCP服务器服务器TFTP服务器服务器TOD服务器服务器网管服务器网管服务器INTERNETCMTSROUTERSWITCHFFBPMCM1)1)搜索下行通道,获得同步搜索下行通道,获得同步 2)2)搜索上行通道描述信息搜索上行通道
19、描述信息3)3)做测距做测距4)4)通过通过DHCP,DHCP,获取获取CM IPCM IP地址、地址、OSSOSS服务器地址和配置文件名服务器地址和配置文件名5)5)通过通过TODTOD协议协议获取当前时间获取当前时间6)6)通过通过TFTPTFTP下载配置文件下载配置文件7)7)向向CMTSCMTS注册注册 8)CM8)CM上线,正常工作上线,正常工作CM上线的各个状态上线的各个状态InitRngRcvd CMTS从CM收到Initial Ranging Request消息,且测距过程未完成。Ranging CM在测距过程中。RangingComplete CMTS向CM发送Range R
20、esponse(成功)消息。DhcpDiscRcvd CMTS已收到发自CM的DHCP Discover消息。DhcpReqRcvd CMTS已收到发自CM的DHCP Request消息。TimeReqRcvd CMTS已收到Time Request消息。TftpReqRcvd CMTS已收到发自CM的TFTP Request消息。Registered CM已注册,且禁用基线保密。RegNoNetAccess CM已注册,但禁用网络接入。RegBPIKek CM已注册,且启用基线保密。已分配关键加密密钥匙RegBPITek CM已注册,且启用基线保密。已分配业务加密密钥RegFailBadMi
21、c CM注册失败,原因是CMTS MIC比较失败。共享密钥不匹配。RegFailBadCos CM注册失败,原因是业务类别失败。RegFailAuth CM注册失败,原因是授权失败。RegKekReject CM已注册,且启用基线保密。关键加密密钥匙被拒绝。RegTekReject CM已注册,且启用基线保密。业务加密密钥被拒绝。UsDisabled 操作员已禁止CM的传输。Offline CM离线。上行通道、下行通道的调制方式上行通道、下行通道的调制方式 HFC网络本质上是传输射频载波信号的模拟网络,模拟信号是以频分复用的方式传输的,数字/数据信号必须经过数字载波调制才能在HFC网络中传输。
22、常用的调制方式有多值正交幅度调制MQAM(其中M=2m,当m=2,3,4,5,6,8时,分别对应QPSK,8QAM,16QAM,32QAM,64QAM,256QAM)上行通道和下行通道的调制方式有所不同:上行通道用QPSK、16QAM,DOCSIS 2.0增加了8QAM、32QAM、64QAM三种上行调制方式下行通道用64QAM、256QAM 不同调制方式对信噪比的要求不同调制方式对信噪比的要求上行通道的传输速率上行通道的传输速率上行通道的传输速率可以用以下公式计算:速率(Mb/s)0.8带宽log2M其中带宽为上行通道载波的带宽,单位MHz,取值为0.2,0.4,0.8,1.6,3.2,6.
23、4,M为QAM调制的等级,对16QAM来说是16,对64QAM来说是64,QPSK取值4。例如:对带宽6.4MHz,调制方式64QAM的上行通道来说,速率0.86.4log264=30.72Mb/s下行通道的传输速率下行通道的传输速率14 EuroDOCSIS1.1接口板 当调制方式为64QAM时,总物理下行带宽为:6.952 M sym/sec 6bits/sym=41.71 Mbps。除掉线路开销,有效比特率约为36 Mbps.当调制方式为256QAM时,总物理下行带宽为:6.952 M sym/sec 8bits/sym=55.61 Mbps。除掉线路开销,有效比特率约为52 Mbps1
24、6 DOCSIS1.1接口板当调制方式为64QAM时,总物理下行带宽为:5.05694 M sym/sec 6bits/sym=30.34 Mbps。除掉线路开销,有效比特率约为27 Mbps.当调制方式为256QAM时,总物理下行带宽为:5.360537 M sym/sec 8bits/sym=42.88 Mbps。除掉线路开销,有效比特率约为39 Mbps上行通道、下行通道对比上行通道、下行通道对比DOCSIS协议版本对比协议版本对比目录HFC网络基础知识网络基础知识DOCSIS协议介绍协议介绍CMTS介绍及其配置介绍及其配置FFBPM介绍及其配置介绍及其配置常见故障与排除方法常见故障与排
25、除方法实际组网应用实际组网应用CMTS介绍介绍 Bigband公司提供的CMTS有CUDA12000 和CUDA3000,应用业界领先的下一代解决方案,为HFC网络提供电信级高速IP业务,通过差别服务特性的设置,使运营商能够开展多种宽带业务,包括VoIP业务、高级的VPN服务等丰富的业务,并能取得良好的投资收益。CUDA12000业务框高11U,安装于19英寸标准机柜,共有14个槽位,1#-10#槽位安装HFC接口板,11#-12#槽位安装网络接口板,13#-14#槽位安装主控板。CUDA3000业务框高4U,安装于19英寸标准机柜,共有3个槽位,位于顶部的2#槽位用于安装HFC接口板,位于中
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