CN100448213C - 基于MoCA技术的HFC网络宽带接入*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MoCA技术实现的HFC网宽带接入***。该***主要由安装在HFC网络光节点处的宽带接入网关和安装在用户家中的宽带接入Modem构成，网关和Modem的电缆接口采用MoCA技术实现。每台宽带接入网关可为一个光节点下的200-500用户提供400Mbps的共享接入带宽，支持120个以上的用户同时上网，并提供完善的QoS保障和数据加密功能。该发明解决了现有HFC网络宽带接入技术带宽低、稳定性差、改造成本高等方面问题。为有线运营商提供了一种接入带宽高、改造成本低、易于安装实施的新型双向网改造方案。从而使有线网络运营商可以方便地为家庭用户提供视频点播、视频会议、宽带上网、网络游戏等多种双向互动增值业务。

Description

基于MoCA技术的HFC网络宽带接入***

技术领域

本发明涉及网络通讯领域中HFC网络宽带接入技术。

背景技术

随着网络通讯和视频压缩技术的发展，通过宽带网为家庭用户提供视频点播、视频会议、网络游戏等宽带视频服务正逐步成为网络运营商的主要业务发展方向。但是，由于视频内容占用带宽要远高于语音和传统数据业务，开展这些视频服务对核心网和接入网的传输带宽也提出了更高的要求。

现有SDH、DWDM以及线速路由交换等核心网传输交换技术经过前些年的高速发展，已经非常成熟，可以满足大容量视频节目传输对带宽的需求，而接入网络带宽的不足成为主要瓶颈。

HFC网络作为目前覆盖范围最广的接入网络之一，本身具有非常高的物理带宽。但是由于现有基于HFC网的Cable Modem接入技术上的限制，使得HFC网大带宽优势未能得以充分发挥。

Cable Modem接入***由头端设备CMTS和用户端Cable Modem构成。CMTS一般安装在有线网前端/分前端机房，实现IP数据与射频信号转换功能，提供IP网接口和HFC网上下行通道射频接口。Cable Modem置于用户家中，从有线电缆传来的射频信号中解调出IP数据，并输出给电脑、IP机顶盒等网络终端。

Cable Modem接入技术发源于美国，标准主要由一些美国高科技公司制定。美国一般家庭居住的比较分散，每个HFC网光节点覆盖的用户数少，网络质量又比较好，因而平均接入带宽高，网络连接稳定可靠，市场占有率高于基于电话线的ADSL接入技术。而在中国和其他一些国家，Cable Modem接入技术市场占有率却大大低于ADSL，这主要是由于以下几方面的原因：

1.接入带宽不足

按照带宽最高的Euro DOCSIS 2.0标准，每个CMTS的下行通道支持52Mbps的带宽，上行通道支持30Mbps的带宽。由于国内用户居住密集，每个光节点下有200-500个用户，每台CMTS设备需要为4-8个光节点下的2000-4000个用户提供接入服务，平均到每个用户只有几百K比特的速率。

2.网络连接稳定性差

根据DOCSIS标准，每个Cable Modem下行信道占用87-860MHz频段范围内的一个模拟电视通道，上行信道工作在5-42MHz(美标)或5-65MHz(欧标)的低频段。上行信号从用户端的Cable Modem发出，汇聚到CMTS上行输入口，所有在用户端引入的噪声都会随上行信号汇聚，形成漏洞噪声。而我国各地HFC网络质量参差不齐，上行信道质量无法保证，用户上网容易掉线。

3.网络改造工程量大，投资高

应用Cable Modem***，必须先对现有HFC网络进行双向改造。改造内容包括增加反向光发射机、反向光接收机、反向放大器等设备。同时，为改善上行信道信号质量，还需要更换用户盒及屏蔽性较差的用户电缆，这使得网络改造的工程量和投资都比较大。同时CMTS设备价格也很高，从而大大增加了运营商的运营风险，难以保证前期的投资能顺利收回。

由于以上原因，Cable Modem***在国内没有得以广泛应用。

随着网络通讯技术的发展，HFC网络整体架构和网络传输技术都发生了很大的变化。目前，大部分地区光纤已经铺设到了居民小区，每个小区光节点一般都会留有4-6根光纤接口，除去用于传输有线电视占有1根光纤外，还有富余的光纤可用于传输宽带数据。采用技术成熟、价格低廉的以太网光交换机和光收发器设备，只需再使用其中1根光纤，就可以实现从小区光节点到有线网前端/分前端机房的宽带网络接入，接入速度可以达到100Mbps或者1000Mbps。

从用户家中到小区光节点可利用有线同轴电缆实现宽带接入。同轴电缆本身具有非常高的带宽，可以达到1GHz以上。有线运营商只利用了其中的750MHz或者860Mhz以下的低频部分传输单向电视节目，高频部分基本没有使用。同轴电缆高频段具有信道干扰少，可利用频带宽等优点，用于传输双向数据信号，可以为用户提供非常高的接入带宽，同时可以保证网络连接的稳定性，还不会影响电视节目的正常传输。

MoCA技术是基于同轴电缆实现家庭内部网络设备之间互联的国际标准，工作在高频段，可以提供非常高的物理层传输带宽。将MoCA技术用于HFC网络的宽带接入，可以很好的解决现有CableModem***存在的接入带宽低，网络连接稳定性差的问题。

MoCA是英文Multimedia over Coax Alliance的缩写，是由Cisco、Comcast、EchoStar、Entropic、Motorola、Toshiba等公司共同发起建立的一个国际标准组织。该标准主要应用于家庭内部网络设备之间的互联，规定了网络视频、语音、游戏等宽带多媒体数据利用同轴电缆在各种家庭网络接入设备和终端设备之间传输的物理层和数据链路层标准。

每个MoCA数据通道占用的模拟带宽为50MHz，工作频率范围是800MHz到1500MHz，并可根据实际工作需要在该频段内选择不同工作频点。数据调制采用QAM调制方式，物理层传输带宽达到了270Mbps，实际应用的数据吞吐量可以达到100Mbps以上。不同数据传输通道模拟通道之间没有频率重叠，可叠加使用，从而可以为用户提供更高的带宽。

发明内容

本发明为一种利用MoCA技术实现的HFC网络宽带接入***。整个接入***由宽带接入网关、宽带接入Modem以及跨接器构成。

1.宽带接入网关

宽带接入网关安装在HFC网络光节点处使用，主要实现以下功能：(1)与核心网的连接(2)IP数据包的路由、转发(3)IP数据包与高频调制信号之间的转换。

宽带接入网关提供光以太网接口，可通过单模光纤与位于有线电视网前端或分前端机房的以太网光收发器、交换机等网络设备连接，实现从光节点到核心网的宽带接入，接入带宽可以达到1Gbps。

宽带接入网关提供1路或多路电缆接口，分别对应1路或多路电缆分配网络。从核心网传来的IP数据包根据目的地址，查找出其所处电缆分配网络，在网关内进行路由转发，送入对应MoCA模块进行处理。

宽带接入网关内包括1个或多个MoCA调制解调和变频模块，与电缆接口一一对应。IP数据包经过MoCA模块调制变频后，与光工作站输出的电视信号混合，并将混合信号通过电缆分配网传输到用户家中。电视信号与高频调制信号的混合可以在宽带接入网关内实现，也可以在网关外实现。

2.宽带接入Modem

宽带接入Modem安装在有线电视用户家中使用。接到用户家中的同轴电缆包含电视信号和高频调制信号，宽带接入Modem从中取出包含IP数据包的高频调制信号，在MoCA处理模块中进行变频和解调处理，还原出IP数据包，经过路由转发，送入计算机、IP机顶盒、SOHO路由器等设备。

3.跨接器

在电缆分配网中使用了放大器的地方需要安装跨接器。由于现有HFC网络中的放大器只能对下行电视信号进行放大，最高工作频率一般只有750MHz或860MHz。采用MoCA技术调制的高频射频信号为双向信号，而且工作频率更高，无法通过现有单向放大器。利用跨接器可以解决这一问题。

包含电视信号和高频调制信号的混合信号首先送入跨接器，跨接器将这两个信号在内部分开，电视信号输出给原有放大器放大，高频调制信号在跨接器内部再生或直接放大。经过放大的电视信号再送入跨接器，与经过放大或再生的高频调制信号混合后，再送入下游电缆分配网。从而解决了经过MoCA技术调制的高频调制信号无法通过单向放大器的问题。

宽带接入网关和跨接器均需安装在野外环境，因而均采用防水型铝壳，设计为防水型设备。宽带接入网关和跨接器都支持220V和60V两种供电方式，确保在没有220V供电条件的地方，可以通过电缆供电。

与现有各种HFC网络接入技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明在不需要重新铺设光纤和电缆的前提下，利用现有HFC网络资源，就可以为用户提供极高的接入带宽。宽带接入网关的每路电缆输出可以提供270Mbps的物理接入带宽，100Mbps以上的数据吞吐量。与光工作站输出对应，每台网关一般有4路输出，从而可为一个光节点下的200-500用户提供1000Mbps的物理接入带宽，400Mbps数据吞吐量，是现有Cable Modem***的几十倍。完全可以满足全部用户进行视频点播、视频通讯、网络游戏等所有业务对接入带宽的需求。

(2)由于MoCA技术上下行通道都工作在高频段，并且可以根据实际需要选用不同频点，可以避开易受噪声干扰频段，解决了低频噪声干扰的问题，网络稳定连接非常稳定。

(3)网关与前端连接采用了技术成熟、成本低廉的光以太网技术，可以显著降低设备成本，并提供非常高的接入带宽。

(4)宽带接入网关可根据光工作站实际输出路数，配置为1路或多路输出，方便地实现与现有HFC网络的融合。

(5)基于MoCA技术提供QoS机制以及网络安全加密功能，使得该接入***可以确保视频会议、IP电话等实时性通讯业务的服务质量，并为使用该接入***的宽带用户提供充足的安全性保障。

附图说明

图1为***连接结构示意图；

图2为宽带接入网关结构示意图；

图3为跨接器结构示意图；

图4为宽带接入Modem结构示意图。

具体实施方式

现结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参考图1，整个接入***结构如图所示。数据信号104通过光纤从前端/分前端的以太网设备101传到宽带接入网关102，光工作站103输出1路或多路电视信号105给宽带接入网关102。宽带接入网关将电视信号与经过MoCA技术处理的数据信号混合，输出1路或多路混合信号106。混合信号106通过同轴电缆和分支分配器107、108等送入用户家中。宽带接入Modem 109从混合信号中取出数据信号解调后，分别送给计算机111，机顶盒112。

计算机111、机顶盒112发送的数据先进入宽带接入Modem 109，经过MoCA技术处理后，通过分支分配器107和同轴电缆送入宽带接入网关102，在网关中解出原始数据信号104，通过光纤送入位于前端/分前端的以太网设备101。

参考图2，数据信号104通过光纤送入宽带接入网关，先进入光电转换模块201转换为电信号，再进入路由转发模块202。路由转发模块202根据数据包目的地址所处电缆分配网络，将数据包转发到相应端口，数据包从该端口进入对应MoCA处理模块203完成MAC层协议转换、调制和变频处理。得到的高频调制信号进入双工器204与电视信号105混合，得到混合信号106。混合信号106通过对应电缆分配网络送入有线电视用户家中。

通过电缆分配网络传来的上行混合信号106进入双工器204，上行信号不包含电视信号直接输出给MoCA处理模块203。MoCA处理模块203经过变频、解调、MAC层协议转换得到IP数据包，送入路由转发模块202。路由转发模块202将上行数据包送入光电转换模块201，得到数据信号104，通过光纤传送给有线前端/分前端网络设备。

参考图3，混合信号进入跨接器，在双工器301中将低频电视信号105与数据信号104分开，电视信号105送入原有单向放大器302放大，数据信号104在跨接器中通过MoCA信号再生或放大模块303进行再生或放大。输出分别送入双工器304混合，得到经过放大的混合信号106送给下游电缆分配网络。

参考图4，混合信号106通过同轴电缆送入宽带接入Modem，先在双工器401中将数据信号104与电视信号105分开，数据信号104送入MoCA处理模块402实现变频、解调、MAC层协议转换得到IP数据包。根据IP数据包实际目的地址，路由转发模块403将数据包送入IP机顶盒404、计算机405或其他网络终端设备。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，本发明不限于上述实施例，对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都属于本发明的构思和所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种HFC网络宽带接入***，主要由宽带接入网关、宽带接入Modem和跨接器构成，其特征在于：

宽带接入网关和宽带接入Modem的同轴电缆接口物理层和媒体存取控制层基于MoCA技术实现；

宽带接入网关安装在HFC网络光节点处使用，支持光以太网接口，通过光纤与位于有线电视网前端或分前端机房的数据网设备连接，实现网络接入；

宽带接入网关利用MoCA技术将IP数据包分别调制变频为1路或多路高频调制信号，并分别与光工作站输出的1路或多路电视信号混合，混合信号通过电缆分配网传送到有线电视用户家中；

宽带接入Modem安装在有线电视用户家中使用，它取出同轴电缆传来的混合信号中包含IP数据包的高频调制信号，并基于MoCA技术变频解调出IP数据包，送入计算机或机顶盒终端设备；

电缆分配网中使用了放大器的地方安装跨接器，实现高频调制信号通过有线电视放大器的双向传输，电视信号与高频调制信号在跨接器内分开，电视信号送入放大器放大后再输入到跨接器，高频调制信号在跨接器内部经过放大或再生后与经过放大的电视信号混合，送入下游电缆分配网。

2.如权利要求1所述***，其特征在于：

宽带接入网关和跨接器为室外型防雨设备；

宽带接入网关和跨接器支持220V和60V两种供电方式。

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