【正文】 ................ 42 致 謝 .................................................. 45 參考文獻(xiàn) ................................................ 46 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 1 前 言 1996 年美國(guó)通過(guò)的電信法案是持續(xù)至今的、改變電信運(yùn)營(yíng)管制體系這一歷史潮流的重要標(biāo)志之一，盡管偏之于一隅，但是該法案本身確實(shí)也是對(duì)業(yè)已發(fā)生的電信體制變革運(yùn)動(dòng)的承認(rèn)。 增長(zhǎng)中的市場(chǎng)必定會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)?？梢?jiàn)，接入網(wǎng)是用戶與核心網(wǎng)之間的中介網(wǎng)，也可以看成是公共通信網(wǎng)的末端網(wǎng)。傳統(tǒng)的電纜接入網(wǎng)就是這種結(jié)構(gòu)。 V接口是數(shù)字交換機(jī)的數(shù)字用戶接口，定義在本地交換機(jī)的用戶側(cè)。 （ 5） 無(wú)線接入 無(wú)線用戶環(huán)路（ WLL）指利用無(wú)線技術(shù)為固定用戶和移動(dòng)用戶提供電信業(yè)務(wù)，因此無(wú)線接入可分為固定無(wú)線接入和移動(dòng)無(wú)線接入，采用的無(wú)線技術(shù)可以包括微波，衛(wèi)星等。根據(jù) ATM論壇的統(tǒng)計(jì)， 2020年第一季度全球已有 7340 多萬(wàn) ADSL寬帶用戶，其他寬帶接入技術(shù)的用戶量都不是很大。這種網(wǎng)絡(luò)中模擬信息與數(shù)字信息并存，其結(jié)構(gòu)就是在光纖到饋線（ FTF）的有線電視網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展（或升級(jí)）起來(lái)的光纖 /同軸混合（ HFC）網(wǎng)。 各組塊的功能如下： （ 1） 局端（又稱前端）設(shè)備 完成電信號(hào)調(diào)制 /解調(diào)、電 /光和光 /電轉(zhuǎn)換（即光發(fā) 送和光接收）、合路 /分路、應(yīng)答控制等功能。 PC 電纜 分路器 。 Cable Modem 的上行信道一般采用較可行的 QPSK（正交相移鍵控）調(diào)制方式，上行速 率最高可達(dá) 10Mb/s。但是光纖主干一般不采用樹(shù)枝結(jié)構(gòu)因?yàn)槠鋬?yōu)點(diǎn)只是光纖量較省，而缺點(diǎn)有三： 一、 光纖主干經(jīng)多次光分路器分配后插入損耗較大，浪費(fèi)光功率；二、 由各光分路器和各熔接點(diǎn)造成的多重反射將光鏈路的噪聲的增加，非線性失真變大，劣化了系統(tǒng)的指標(biāo)； （ 2） 星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 星形網(wǎng)絡(luò)的干線光纖和同軸分配網(wǎng)都為星形結(jié)構(gòu)，為點(diǎn)到點(diǎn)連接，傳輸容量大、可靠性高、便于雙向業(yè)務(wù)的傳輸，缺點(diǎn)是光纜和電纜設(shè)置大，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)復(fù) 雜，尤其是大中城市建設(shè)有一定難度，適合有實(shí)力的小城市。 HFC 網(wǎng)的基本模式 有線電視 HFC 網(wǎng) ,無(wú)論是大型網(wǎng)絡(luò) ,還是中小型網(wǎng)絡(luò) ,其網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕灸Ｊ接袃煞N： （ 1） 獨(dú)立總前端模式 同一城市或同一區(qū)域的有線電視網(wǎng)共用一個(gè)前端 ,所有信號(hào)都匯集在總前端。 歐、美兩大標(biāo)準(zhǔn)體系的頻道劃分、頻道帶寬及 信道參數(shù)等方面的規(guī)定，都存在較大差異，因而互不兼容。 Cable Modem 的前端設(shè)備 CMTS 采用 10Base—T， 100Base—T 等接口通過(guò)交換型 HUB 與外界設(shè)備相聯(lián)，通過(guò)路由器與 Inter 連接，或者可以直接聯(lián)到本地服務(wù)器，享受本地業(yè)務(wù)。為此， CCITT 設(shè)計(jì)了一種新的信息交換方式，實(shí)時(shí)性很強(qiáng)。前端需要增加具有接收、運(yùn)算、處理、顯示信息等功能的設(shè)備， 干線傳輸網(wǎng)必須增加雙向?yàn)V波器，需要用新的雙向放大器來(lái)取代原有的單向放大器，每個(gè)光節(jié)點(diǎn)也需由單向改造為雙向，要增加電 /光轉(zhuǎn)換器，還要為上行信道增加回傳激光束和回傳光纜 (或光波分復(fù)用器 )，用戶分配網(wǎng)的同軸電河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 19 纜的帶寬應(yīng)升級(jí)到 750MHz 以上，用戶終端設(shè)備除電視機(jī)外，還需配備能接收、發(fā)出指令和信息的設(shè)備，如 PC 機(jī)、電話機(jī)、攝像機(jī)、機(jī)頂盒STB、線纜調(diào)制解調(diào)器 CM(Cable Modem)等。 頻分 復(fù)用法是將光節(jié)點(diǎn)以下的電纜的工作頻率作頻率分割，利用不同的頻段實(shí)現(xiàn)上下行信號(hào)的同時(shí)傳輸，一般低頻段用于上行信道，高頻段用于下行信道，上下行頻段的分割點(diǎn)頻率的高低，主要取決于 HFC接入網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)的功能和所需傳輸?shù)男畔⒘俊? （ 3） ITV(Interactive CATV,交互式有線電視 )： Cable modem 系統(tǒng)設(shè)備使得原來(lái)單向分配的 HFC 網(wǎng)絡(luò)，變成了雙向可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕换ナ较到y(tǒng)，因而可以結(jié)合原有的電視業(yè)務(wù)開(kāi)展 ITV。 回傳信號(hào)均衡是指由于各用戶上行信號(hào)經(jīng)由不同的路由，其傳輸增益不同，造成各用戶上行信號(hào)回傳匯聚后呈現(xiàn)電平值嚴(yán)重不一致，這就是 HFC網(wǎng)絡(luò)上行通道的電平匯聚均衡問(wèn)題。 ④ 反射噪聲：由于樹(shù)型結(jié)構(gòu)的 HFC網(wǎng)絡(luò)中同軸電纜的特性阻抗（ 75 Ω）與線路中的放大器、分支器等部件的接口阻抗不匹配，造成上行信號(hào)的反射，引起上行信道的信號(hào)間干擾。當(dāng)用戶要求雙向服務(wù)時(shí)，移走全阻濾波器并為用戶安裝一個(gè)低通濾波器（ LPF）以限制反向通道。而有時(shí)這是不可能的。只有電平均衡了，才能不產(chǎn)生噪聲干擾，也解決了回傳信號(hào)均衡的技術(shù)瓶頸問(wèn)題，從而緩解了反向通道傳輸中的功率管理問(wèn)題。 上述三種多路接入技術(shù)具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，且對(duì)不同的 干擾噪聲源表現(xiàn)出不同的抗干擾噪聲的能力。上行信道的干擾噪聲來(lái)源通?？煞譃樗念悾? （ 1）窄帶短波噪聲：頻帶為 5~30MHz，與上行信道的頻帶重合，影響較大； （ 2）沖擊噪聲：頻帶為 60Hz~2MHz，雖然沖擊噪聲的頻譜不在上行信道的頻帶范圍內(nèi)，但由于它的幅度較高，它的各次諧波對(duì)上行信道則會(huì)產(chǎn)生影響； （ 3）共模失真噪聲：主要是由信號(hào)傳輸設(shè)備的非線性所引起的，在上行信道中呈離散的噪聲尖峰； 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 28 （ 4）本地干擾噪聲：用戶 住宅內(nèi)在使用各種電器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生頻率在 30MHz以下的干擾噪聲，它們一旦耦合進(jìn)入上行信道，便會(huì)形成上行干擾噪聲。 （ 2）由于電纜損 耗小，各上行信號(hào)電纜路由雖然在工程中有長(zhǎng)度誤差，但造成的信號(hào)電平損耗差也很小，這是上行回傳設(shè)計(jì)的有利條件。 因?yàn)榧€式分配方式是從噪聲的源頭開(kāi)始，采用高品質(zhì)的集線器分配入戶，以堵住噪聲。當(dāng)前作為移動(dòng)通信流行技術(shù)的 CDMA技術(shù)，可以有效河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 31 克 服 這 二 個(gè) 問(wèn) 題 。 SCDMA采用的是直接序列擴(kuò)頻，就是用具有高 碼率的擴(kuò)頻序列在發(fā)端擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，而在收端用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解擴(kuò)，把展開(kāi)的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原來(lái)的信號(hào)，故而，多個(gè)擴(kuò)頻設(shè)備可共用各自獨(dú)立的擴(kuò)展碼，這就產(chǎn)生了碼分多址 (CDMA).SCDMA通過(guò)測(cè)距和均衡兩個(gè)過(guò)程使 頻譜擴(kuò)展碼正交，減少用戶間的相互干擾，河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 32 并提高信息容量。如圖 32 所示。總之，要大范圍普及這種系統(tǒng)還有大量工作要做。但是 LAN接入要達(dá)到和 CABLE MODEM一樣的安全性時(shí)，每戶投入的成本要比CABLE MODEM接入大很多。一是現(xiàn)有的局域網(wǎng)交換機(jī)并不能勝任樓道環(huán)境。 HFC 寬帶接入技術(shù)與 ADSL 技術(shù)的比較 ADSL（非對(duì)稱高速用戶環(huán)路） ADSL所支持的主要業(yè)務(wù)是因特網(wǎng)和電話，其次才是視頻點(diǎn)播業(yè)務(wù)。 ADSL（不對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路）和 HFC(光纖同軸混合網(wǎng) )是最具有競(jìng)爭(zhēng)力的兩種。從理論上講，在這樣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下， CABLE MODEM應(yīng)完全能夠正常運(yùn)行。單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的脈沖個(gè)數(shù)越多，誤碼率越大，且當(dāng)每個(gè)脈沖平均功率很大時(shí)，誤碼率隨載噪 比增大下降的很慢。 （ 4） OFDM頻譜均勻一致，易于察覺(jué)窄帶強(qiáng)干擾。 SCDMA則是利用同步擴(kuò)頻通信方式，使用正交偽隨機(jī)編碼或正交編碼，保證了網(wǎng)內(nèi)用戶 端各電纜調(diào)制解調(diào)器在上行通道中進(jìn)行擴(kuò)頻編碼時(shí)具有同步性，既有效利用了上行帶寬，又有效抑制了上行噪聲。 HFC具備強(qiáng)大的功能和高度的靈活性，這些特性已經(jīng)使之成為有線電視（ CATV）和電信服務(wù)供應(yīng)商的首選技術(shù)。我國(guó)雖然起步晚，但發(fā)展較快，深圳、上海以及北方的很多城市都開(kāi)通了實(shí)驗(yàn)網(wǎng)。 SCDMA 技術(shù) SCDMA同步碼分多址技術(shù)是解決噪聲問(wèn)題的一個(gè)很好的方法。 （ 2） OFDM方案不需進(jìn)行自適應(yīng)均衡，只需周期性插入保護(hù)間隔就河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 42 可以抗符號(hào)間干擾（ ISI）。 調(diào)制解調(diào)器 根據(jù) 的建議生產(chǎn)的調(diào)制解調(diào)器，反向都采用具有極強(qiáng)的抗噪聲能力的 QPSK調(diào)制方式來(lái)進(jìn)行上行數(shù)據(jù)的傳送。要求反向通道的載噪比大于 25DB，數(shù)字調(diào)制解調(diào)器的誤碼率要小于 10。 ADSL采用離散多頻傳輸編碼和無(wú)載波調(diào)幅、調(diào)相技術(shù)。因此， CABLE MODEM系統(tǒng)進(jìn)入門檻低。所以 CABLE MODEM系統(tǒng)管理員只要管理好頭端系統(tǒng)，鏈路完全可以有有線電視維護(hù)人員按照有線電視的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)完成，人力成本較少。 CABLE MODEM接入方案：在有線電視單向 HFC改造的基礎(chǔ)上，增加回傳通道的投資，電纜部分只要控制在二級(jí)放大器以內(nèi)，滿足有線電視改造標(biāo)準(zhǔn)， 每個(gè)用戶入 戶端增加高 通濾波器 就可以滿足 CABLE MODEM的要求。 HFC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是介于全光纖網(wǎng)絡(luò)和早期 CATV 同軸電纜網(wǎng)絡(luò)之間的一個(gè)系統(tǒng)，它具有頻帶寬、用戶多、傳輸速率高、靈活性和擴(kuò)展性強(qiáng)及經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)寬帶綜合信息雙向傳輸提供了可能，許多廠商都在瞄準(zhǔn)這一領(lǐng)域。 SCDMA技術(shù)允許在低于 20MHz并存在高噪聲的頻段內(nèi)展開(kāi)服務(wù)。擴(kuò)頻信號(hào)具有與噪聲類似的特性，故可與常規(guī)設(shè)備同用一個(gè)頻段，而且干擾極小。在技術(shù)進(jìn)步及市場(chǎng)需求的二大強(qiáng)力推拉作用下，將目前的單向單一業(yè)務(wù)的有線電視網(wǎng)改造雙向的綜合業(yè)務(wù)寬帶網(wǎng)呼之欲出。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 30 集中分配式 HFC 網(wǎng)的抗噪聲技術(shù) 過(guò)去網(wǎng)絡(luò)器件均采用分散件，加上器件的質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)的施工工藝差，鏈路的維護(hù)調(diào)試水平低，終端用戶的亂接線，線纜，器件接頭多，到用戶電纜長(zhǎng)度相差太大，使上行用戶傳輸增益相差過(guò)大，電平過(guò)分懸殊，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng) 的噪聲干擾，影響上行通道的傳輸質(zhì)量，這也是產(chǎn)生噪聲的主要原因。上行頻帶噪聲問(wèn)題比較嚴(yán)重，但上行傳輸與下行相比也有有利的條件，可以充分利用，以提高抗噪聲性能。噪聲的漏斗效應(yīng)對(duì)上行信道的信噪比影響很大。 碼分多址接入是一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的通信方式，每個(gè)用戶分配一個(gè)特定的擴(kuò)展序列，所有用戶的調(diào)制解調(diào)器共用一個(gè)射頻信道，每個(gè)用戶的調(diào)制解調(diào)器用一個(gè)偽隨機(jī)碼序列對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。適用于共模噪聲。比如 LanCity和Zenith的調(diào)制解調(diào)器使用 6MHz的反向通道頻帶。 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 24 反向通道的噪聲及干擾對(duì)數(shù)據(jù)通信的影響 由于在 5~42MHz頻段內(nèi)受各干擾較為嚴(yán)重，同時(shí)由于 HFC網(wǎng)絡(luò)的樹(shù)型結(jié)構(gòu)造成漏斗效應(yīng)，從而引起反向噪聲的疊加，使得反向通道的載噪比下降，引起數(shù)據(jù)通信中誤碼增加甚至通信中斷。 ② 窄帶短波噪聲：通常可以理解為在大氣層中高頻電磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁波在空氣中傳播，通過(guò)電磁耦合進(jìn)入 HFC網(wǎng)絡(luò)的上行信道形成的。就其網(wǎng)絡(luò)特性而言， HFC上行信道存在噪聲匯聚干擾和回傳信號(hào)均衡等技術(shù)瓶頸。 （ 2） DTV(Digital TV:數(shù)字電視 )：在 Cable modem 系統(tǒng)中，物理層的數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)符合 DVB 標(biāo)準(zhǔn)，只需在有線電視前端和用戶端增加視頻編解碼設(shè)備。 時(shí)分復(fù)用法是在相同的傳輸介質(zhì)上，對(duì)上行和下行信號(hào)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，由于其技術(shù)較復(fù)雜，成本也較高，所以實(shí)際應(yīng)用也不很廣泛。物理層是解決底層連接的電氣特性問(wèn)題，其中用戶設(shè)備 Cable Modem 的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)目前已推出，其產(chǎn)品已上市；但 MAC 層協(xié)議 標(biāo)準(zhǔn)尚未制定出來(lái)，以前的 MAC層協(xié)議（如 等）在運(yùn)用于 HFC 廣域網(wǎng)時(shí)都有各自的局限性。比如運(yùn)用幀間預(yù)測(cè)、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)、變換編碼等技術(shù)制定的各種壓縮圖像標(biāo)準(zhǔn) JPEG（傳真等）、 PX64（會(huì) 議電視、視頻電話等）、 MPEG（多媒體、 CD－ ROM、廣播等）。 CMTS（ Cable Modem的前端設(shè)備）與 CM（ Cable Modem）的通信過(guò)程為： CMTS 從外界網(wǎng)絡(luò)河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 17 接收的數(shù)據(jù)幀封裝在 MPEG—TS 幀中，通過(guò)下行數(shù)據(jù)調(diào)制（頻帶調(diào)制）后與有線電視模擬信號(hào)混合輸出 RF 信號(hào)到 HFC 網(wǎng)絡(luò)， CMTS 同時(shí)接收上行接收機(jī)輸出的信號(hào)，并 將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)幀給數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊。 Cable Modem 的通信和普通 Modem 一樣，是數(shù)據(jù)信號(hào)在模擬信道上交互傳輸?shù)倪^(guò)程，但也存在差異，普通 Modem 的傳輸介質(zhì)在用戶與訪問(wèn)服務(wù)器之間是獨(dú)立的，即用戶獨(dú)享傳輸介質(zhì)，而 Cable Modem 的傳輸介質(zhì)是 HFC 網(wǎng)，將數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制到某個(gè)傳輸帶寬與有線電視信號(hào)共享介質(zhì)；另外， Cable Modem 的結(jié)構(gòu)較普通 Modem 復(fù)雜，它由調(diào)制解調(diào)器、調(diào)諧器、加 /解密模塊、橋接器、網(wǎng)絡(luò)接口卡、以太網(wǎng)集線器等組成，它無(wú)須撥號(hào)上網(wǎng)，不占用電話線，可提供隨時(shí)在線連接的全天候服務(wù) 。 （ 4） 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 光纖主干是具有一主一備兩條沿相反方向傳輸?shù)碾p數(shù)字光纖環(huán)，故可靠性更高，覆蓋面更廣。 （ 1） 樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)的干線光纖和同軸分配網(wǎng)都為樹(shù)形結(jié)構(gòu)。此外， Cable Modem 還具備與外部主干網(wǎng)的接口、協(xié)議轉(zhuǎn)換、智能化的網(wǎng)絡(luò)控制與管理等功能。 。圖 21 所示為 HFC網(wǎng)絡(luò)體系組成簡(jiǎn)圖。下面將重點(diǎn)從技術(shù)角度來(lái)分析幾種主要寬帶光纖接入技術(shù)的特征、問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)。 寬帶接入網(wǎng)的優(yōu)勢(shì) 寬帶接入網(wǎng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段有多種，包括銅線上