广电CMTS系统技术方案.docx

广电CMTS系统

技术方案

汉柏科技有限公司
2010年8月30日

目 录

1 目前广电系统现状描述 4
2 基于CM的双向改造技术 4
3 解决方案原则 5
3.1 保护投资原则 5
3.2 全面覆盖原则 6
3.3 满足需求原则 6
3.4 渐进发展原则 6
3.5 符合趋势原则 6
4 Cisco ubr系列产品介绍 7
4.1 UBR系列产品线 7
4.2 UBR 10012系列 8
4.3 UBR7200系列 9
4.3.1 uBR7225VXR系列 9
4.3.2 uBR7225VXR系列 9
5 CMTS部署方式 10
5.1 CMTS+CM改造方案 10
5.1.1 CMTS+CM的特点 11
5.2 CMTS与CM链接过程 11
5.2.1 CMTS网络设计 11
5.2.2 Cable Modem注册过程 11
5.3 DOCSIS综述 13
5.3.1 DOCSIS的发展 13
5.3.2 DOCSIS的过去、现在---特征 14
5.4 DOCSIS 3.0 14
5.4.1 DOCSIS 3.0特点 14
5.4.2 DOCSIS 1.0/2.0向DOCSIS 3.0过度 15
5.4.3 满足DOCSIS 3.0的条件 17

1 目前广电系统现状描述
中国的有线电视经过二十多年的发展，现在已经形成了巨大的规模，全国有线模拟电视用户达到1.3亿户堪称世界第一。随着数字电视发展时代的到来，欧美日韩等发达国家和地区已经启动了数字电视的实施计划，在2002年我国也启动了数字电视发展战略，国家广电总局已制定了我国数字电视的实施计划和试点城市，有线数字电视整体转换成为电视数字化的首要任务和目标，数字化和信息化技术引发了电视传输技术和方式的革命，有线电视数字化使广播电视向双向交互电视的演进成为可能，有线电视网络的双向化更是提供了全面提供电视、数据和语音等综合业务发展的新机会，实现有线电视网络的价值充分提升。在我国有线电视数字化进程中，2004年10月杭州数字电视首创以双向网络为基础的广播交互电视业务的成功运营，引领了数字电视走入交互电视的新阶段。
　　发展交互电视的基础是有线电视网络具有双向数据传输能力，但是我国大部分城市的有线电视网络是单向广播网，上海、深圳等经济发达城市的部分网络采用CMTS构建了双向HFC网，杭州等城市采用LAN接入方式构建了市区的双向宽带数据网，总体上看有线电视网络完成双向化改造的规模非常小，面对有线电视数字化和双向化的发展趋势，亟待解决的问题是全网覆盖的有线电视双向化改造解决方案。
　　有线电视双向改造传统的方式是采用DOCSIS技术的CMTS系统的双向HFC网络，以美国有线电视运营商在全美成功应用。
综上所述，有线电视双向化技术起始于DOCSIS提出的双向HFC来计算已经发展了十年之久，有线电视双向全网覆盖的设计需要根据投资、性能、业务、工程、维护等若干方面去考虑进行比较。

2 基于CM的双向改造技术
Cable Modem接入网方案是基于双向HFC网的数据传输系统，系统包括前端设备CMTS和终端设备Cable Modem（CM），采用DOCSIS1.0/2.0/3.0技术标准，利用有线电视网下行频段和上行频段分别提供数据回传和下载通道，下行通道的频率范围为88～860MHz，每个通道按频道带宽8MHz设定，采用64QAM或256QAM调制方式，下行数据传输速率最大为40Mbps。上行通道的频率范围为5～65MHz，每个通道的带宽可为200、400、800、1600、3200kHz，采用QPSK或16QAM调制方式，对应的数据传输速率为5Mbps或10Mbps。
　　Cable Modem在组网方式上，很适合于原先的有线电视网络，光节点以下采用树型总线结构。CMTS输出端的CABLE电缆通过分配器和分支器输入到用户家庭的Cable Modem的RF输入端，完成视频与数据的接入。
　　CABLE MODEM在实际应用中的组网架构如下图：

图2-1 CABLE MODEM组网架构示意图
　　基于Cable Modem的双向有线电视网络具有的优势是充分利用了HFC网络已有的接入网资源，对入户线路没有安装工程。

3 解决方案原则
3.1 保护投资原则
有线电视新的业务需要，如交互电视、信息服务等要求网络提供双向交互承载能力的支持，网络的升级改造必须要充分考虑原有可用网络资产，网络的升级改造是完整的、渐进的投资，而不是局部的、不兼容的替代。毕竟经过十几年的发展有线电视网已经逐步发展完善为HFC网架构、光节点覆盖500户、频道达到750（862）MHz，对于单向广播电视而言可以满足开展数字电视业务的要求，因此双向化改造要遵循保护已有投资的原则。

3.2 全面覆盖原则
有线电视广播业务已经进入千家万户是一个大众业务，作为交互电视和信息服务的增值业务是一种分众业务，需要进行市场化培育的过程。对于运营商而言通过提供增值业务提高ARPU值来获得新的收入增长点，从客户方面讲是为新增业务支付额外费用满足个性化需求，业务的目标客户基础是所有大众业务用户，因此增值业务所需要的网络基础应该覆盖全部用户才有利于新业务的迅速开展，这就要求双向化改造要遵循短时间全面覆盖的原则。

3.3 满足需求原则
有线电视广播业务转型到广播与交互综合业务的网络承载需求已经发生变化，传统广播电视是单向下行的广播网，而交互电视和综合业务网需要双向的交互网络。交互电视和综合业务的承载网也是根据具体业务、用户数、并发数等要求有不同的差异，交互电视要求提供较小数据回传通道、而信息化服务需要宽带数据通信，用户数较少时带宽较小也能保证服务质量、而用户数或并发数增加都会对网络带宽提出更高需求，所以不同阶段需求是有差异的，不要期望完全的一步到位的思路，遵循满足需求的原则是十分务实的做法。

3.4 渐进发展原则
渐进发展的原则是投资效益的原则，避免周期长、投入大、产出低的情况发生，运营商开展新业务要在短期内以尽可能小的投入获得业务快速的推广，新业务具有品种多样、个性化和高附加值的特点，会有一定的市场风险，因此投资一定要采取控制初期投资、滚动发展的策略，规避风险便于快速调整业务。

3.5 符合趋势原则
网络投资建设符合发展趋势的原则是技术选型和投资的基本判断原则，网络建设是一项长期投资过程，选择的技术方案一定要符合主流发展趋势，网络演进也可以跟随技术的发展而平滑升级，从而最大限度保护已有投资、发挥存量资产的效益最大化。

4 Cisco ubr系列产品介绍

4.1 UBR系列产品线

4.2 UBR 10012系列

基本特性
The Cisco uBR10012 features these components:
l A maximum of eight RF line cards
l A maximum of six Wideband SPAs for Wideband channel bonding
l A maximum of two 4-SPA interface processors (SIPs), the carrier card for the Wideband SPAs
l A maximum of two WAN SPAs to connect to the IP backbone and external networks
l A maximum of two Cisco performance routing engine (PRE) modules
l Two Cisco Timing, Communication, and Control cards
l Two AC or DC power entry modules (PEMs)

所支持的RF line card
l UBR10-MC5X20H-D：uBR10K High-Performance Card, 5DS w/upx, 20US, Spec An

支持DOCSIS1.0/2.0/3.0
4.3 UBR7200系列
4.3.1 uBR7225VXR系列

基本特性
Cisco uBR7225VXR Universal Broadband Router Features and Benefits Summary
l Provides up to 16 upstreams and 4 downstreams in a 2-RU form factor.

所支持的RF line card
l UBR-E-28U：UBR7225 Modem Card, 2 DS w/Upx, 8 US, ATDMA, Adv PHY, CPU

l UBR-MC28U：uBR7200 Modem Card, 2 DS w/Upx, 8 US, ATDMA, Adv PHY, CPU

l UBR-MC88V：uBR7200 DOCSIS3.0 Modem Card, 8 DS w/Upx, 8 US, SCDMA,

支持DOCSIS1.0/2.0

4.3.2 uBR7225VXR系列

基本特性
Cisco uBR7246VXR features:
l Four cable line cards to connect to the cable plant.
l Two port adapters (one slot for dual-width port adapter) to connect to the IP backbone and external networks; a range of network interfaces is available. Not required for chassis that contains the Cisco uBR7200 Series NPE-G2 or NPE-G1.
l Cisco uBR7200 Series NPE-G2 Network Processing Engine.
l One cable clock card to lock onto and propagate a T1 clock signal throughout the router midplane.

所支持的RF line card
l UBR-MC28U：uBR7200 Modem Card, 2 DS w/Upx, 8 US, ATDMA, Adv PHY, CPU

l UBR-MC88V：uBR7200 DOCSIS3.0 Modem Card, 8 DS w/Upx, 8 US, SCDMA,

支持DOCSIS1.0/2.0/3.0

5 CMTS部署方式
5.1 CMTS+CM改造方案

5.1.1 CMTS+CM的特点
l 一个头端覆盖范围大，初期设备投资低

l 充分利用现有 充分利用现有cable cable资源，充分考虑广电系统特点

l 技术相对成熟，在欧美大量使用 技术相对成熟，在欧美大量使用

5.2 CMTS与CM链接过程
5.2.1 CMTS网络设计
根据光节点用户的多少，可以混合2至4个光接收机的回传信号，连接到CMTS的一个回传通道。譬如这个机房有80个光节点，需要配置20-40个上行通道 ，下行通道可以配置为8个 ，CMTS分为4个MAC区域，每一个下行端口（最大包含2个下行频点）搭配5-10个左右上行通道为一个MAC域，这样的一个MAC域下行速度最大可达100M，这样整台CMTS可以支持最大400M的下行流量。
CMTS用户可以是宽带用户，也可以是VOD的点播用户，由于VOD点播 用户数据流量少 ，一台C2200可以带更多的VOD用户。同时通过给modem下发不同的配置文件，可以给不同的MODEM分配不同的带宽，例如可以分为：1M，2M，4M，从而实现用户的区分服务。同时我们可以开展其它双向增值业务。如视频点播（VOD），IP电话，电视游戏等等。
5.2.2 Cable Modem注册过程
CMTS和Cable Modem通过DOCSIS协议进行通讯，以下为DOCSIS网络结构：

DOCSIS网络系统的主要组件：
l Provisioning Systems
– DHCP Server: 在CM初始化过程中给CM提供ip地址
– TFTP Server: 提供CM 配置文件
– Time Server: 给CM提供时间(可选)
– 软件升级服务器: 提供CMTS/CM软件版本升级

l Network Management System (NMS)
– SNMP Manager
– Syslog server
– IPDR server
– 其他(提供安全访问控制的RADIUS/TACACS Server)

CM上线流程：

1. Tuning：锁定下行频点,获取上行数据
2. Ranging:：测距
3. DHCP：获取IP地址
4. TFTP：获取配置文件
5. Registration：注册

5.3 DOCSIS综述
DOCSIS:有线数据业务
l DOCSIS = Data-Over-Cable Service Interface Specifications
l DOCSIS Cable Modem 系统的主要作用是在前端和用户端之间透明地传输IP包
l DOCSIS 系统包括:
– CMTS－电缆调制解调器终端系统，位于前端
– 电缆网络
– CM-电缆调制解调器，位于用户端

5.3.1 DOCSIS的发展
DOCSIS 1.0/1.1:
• 为了有线运营商提供宽带服务而提出

DOCSIS 2.0:
• 上行带宽优化: ATDMA, SCDMA, 逻辑信道Logical Channels
• 侵入噪声消除: 增加上行带宽

DOCSIS 3.0:
• 上下行多个信道进行捆绑创造更高带宽
• IPv6

5.3.2 DOCSIS的过去、现在---特征
• DOCSIS 1.0提供基本的宽带互联网连接，并提供了用户数据速率控制基本方法

• DOCSIS 1.1提供了改善业务的灵活性，安全性和服务质量（ QoS ）

• DOCSIS 2.0增加了应对对称服务需要的上行可靠性和数据吞吐量

• DOCSIS 3.0提供了数据传输的增强功能。
– 其中最值得注意的是，通道绑定，对IPv6的支持，和对IPTV的支持 。通道绑定为有线电视运营商提供了一个灵活的方式，可为用户提供超过160 Mbps的下行速度，和超过120 Mbps的上行速度

5.4 DOCSIS 3.0
5.4.1 DOCSIS 3.0特点
• 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。

• 上下行频率物理范围有所扩展
-下行频率从750M可扩展到1GHz
-上行频率范围从5-65 MHz可扩展为5-85 MHz.

• 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。

• 安全性
- 增加Eae提前加密技术,使注册过程更有安全保障

• 支持IPv6
-CM可选择的支持模式和双栈管理模式

• 增强的IP组播
-所有绑定通道都可以传输组播信息（源域间组播、组播的QoS和授权）

• 管理扩展
- IPDR （Internet Protocol Detail Record），可按业务使用对用户做到精细计费。
- 扩展的MIB库（较前一版标准扩充了超过50%的MIB），更利于用户对设备的管理和控制
-更完备的信号质量的监测和远程诊断。可促进客户服务和维修

5.4.2 DOCSIS 1.0/2.0向DOCSIS 3.0过度
• 目前的CMTS系统：

• 改造后的CMTS系统：

5.4.3 满足DOCSIS 3.0的条件
• CMTS can be submitted for Bronze, Silver, or Full

• Cablelabs
– Qualified 3 CMTS vendors for Bronze for CW56
– CW 58 currently underway and will conclude with results in early May 2008

• CMs are only allowed to go for "Full 3.0 Certification"
– No 3.0 CMs have been certified by CableLabs

• Only silicon that exists to build a FULL capable 3.0 CPE is the Texas Instruments PUMA5 chip
– PUMA5 is chip used in most vendor CMs going through CableLabs CW-58 testing

• Broadcom is working on a competing chip for 3.0 CPE but it is not available yet

• DPC3000 in CW-58 certification for Full 3.0
– Plan is to ship in volume by June 2008

• Operators
– Working on models to determine QAM requirements
– Testing pre and DOCSIS 3.0 compliant DS Bonding
– Testing IPV6 in labs
– Developing management tools and provisioning

综上所述：CMTS系统和CM要同时具备DOCSIS 3.0的功能才能实现