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CM系统选型测试及在我台HFC网络上的应用〔摘要〕介绍了独创性的CMTS及CM产品实际选型测试方案及CM系统在我台HFC网络上的具体应用，作为有线电视网络营运商，避开了CMTS及CM产品测试中涉及到的复杂标准及技术参数，同时又能从应用层面准确反映CM系统在HFC网络上的数据传输的性能，应用选型成果构建了我台HFC网络平台上的CM系统，并进入商业运营。〔关键词〕CMTS；CableModem；HFC接入网；选型测试；回传通道〔Abstract〕ThispaperintroducestheuniquemodalselectiontestingmethodforCMTSandCMproductsaswellastheapplicationofCMsystemintheHFCnetworkofourstation.ForacableTVnetworkoperationcompany,thismethodavoidsthecomplexstandardsandtechnicalparametersinvolvedintestingCMTSandCMproductsandatthesametime,reflectsfromauser’sperspectivethedatatransmissionperformanceofCMsysteminHFCnetwork,thusestablishingtheCMsysteminourstation’sHFCnetwork.〔Keyword〕CMTS；CableModem；HFCnetwork；Modalselectiontest；returnpath我台根据网络总体规划和发展于2001年上半年对CableModem系统进行了选型测试，下半年开始在我台HFC网络上发展CM业务。从目前运行的情况看，基本达到了商业运营的要求。在实际运行过程中，我们还结合我台网络的具体情况，合理规划，不断完善，已初步建成可运营、可持续发展的CM业务平台，为今后业务进一步发展打下了坚实的基础。一、CM系统选型测试CableModem通讯方式是在有线电视网上开展双向交互业务的一项新兴技术，同传统业务相比国内尚无可以完整借鉴的测试方法和手段，在缺乏可借鉴的测试范例、众多测试设备条件不具备的情况下，我们克服种种困难，从本台实际出发，通过技术人员的共同努力，凭借以往对CableModem系统的研究经验，不断总结提高，最后顺利完成选型测试工作。1、CM系统原理CCM接入系统原理如图一所示。交换机路由器INTERNETOOS服务器CMTS是数据网络和HFC模拟射频网络的连接设备，主要完成网络数据的转发、协议处理和调制解调等功能。其中上变频器完成将CMTS输出的中频模拟信号进行频率的上变换，输出到任意有线电视下行频道上；OOS提供接入系统运行所需要的各种服务器支持，如：动态主机配置服务器（DHCP）、简单文件传输服务器（TFTP）、时间服务器（TOD）等；CM主要完成HFC网络和用户设备之间的数据转发、协议处理和调制解调等功能。CM和CMTS建立通信的启动过程分为8个步骤：第一步，搜索下行信道。CM上电后，CM不断调整自己的下行接收频率搜索下行信号，直到得到某个下行通道的SYNC（同步帧）。第二步，获取上行信道参数UCD（上行通道的描述报文，由CMTS针对每个上行通道周期性下发）。CM根据接收到的UCD，选择合适的上行通道，如果没有接收到UCD帧，则CM返回到第一步，重新搜索下行信道。第三步，CM进行测距，校准参数。第四步，建立IP连接能力。通过DHCP协议从OSS服务器获取CM、TFTP服务器和TOD服务器IP地址以及CM的配置文件名。第五步，根据前面获得的TOD服务器地址，通过TOD协议从OSS服务器获取当前时间。第六步，根据前面获取的TFTP服务器地址以及CM配置文件名，通过TFTP协议从OSS服务器下载CM的配置文件。第七步，CM向CM注册。CMTS验证CM的合法性,为CM分配正式的SID(ServiceID,用于区分CM及服务等级的标识)。第八步，CM注册成功，可以开始正常工作。符合DOCSIS标准或其它标准的CM系统的技术参数、指标及要求，很多文献上都有介绍，这里不再涉及。2、选型测试技术考虑及具体方案方案考虑：CMTS上变频器HFCCMPC图一系统原理图这次CMTS和CableModem都有多种型号产品参加我台的选型测试，包括DOCSIS和非DOCSIS(S-CDMA)两种不同的技术产品。如何克服时间紧、仪器少并且要有效地把各个型号的产品性能如实反映是我们首先考虑的问题。我台作为网络营运商，不可能对产品的各种参数按照CM系统产品标准（如MNCS制定的DOCSIS标准）一一加以测量和验证，我们便从系统的实际应用出发，考察系统产品的主要技术参数以及它们在实际网络环境下的性能表现。在制定测试技术方案之前，我们考虑测试方案应该体现如下一些要求：•相对客观公平，测试环境相同，并且便于测试；•从传输层考虑性能比较，克服全面测试遇到的时间紧和仪器缺等困难；•能够和实际应用紧密结合，测试CM和CMTS在我台网络环境下的实际表现；•有较强的可操作性和可重复性；•测试数据能够反映设备的性能差异，为选型提供技术支持。具体方案介绍：我们在本地搭建了CM系统测试平台，如图二所示。图二CM系统测试环境我们用QCHECK软件对CMTS和CM之间的通讯情况进行测试，并作为测量数据，包括通讯速率和数据丢失情况。QCHECK软件是一款提供网络性能测试的共享软件，可以从上免费下载，该软件提供两台计算机之间多种协议（TCP、UDP、SPX、IPX）的通讯测量。我们使用该软件作为测量工具主要依据是，作为用户更多关心数据的通讯，特别是数据传输的速度和丢包情况，而QCHECK可以提供这些数据的测量，并且不存在读写硬自制测试环境锁金4村HFC回传光收噪声源盘的过程。我们在局域网环境中用两台高档微机（带百兆网卡）对QCHECK软件进行了验证，稳定正常。自制的测试环境如图三所示。CMTS下行信号123456102110CATV104CMTS上行信号test收60发110噪声源1310光发1X4光分路器1310光发1X4光分路器68(CATV78)946868CATV78CATV7886CMCMCMCMCM1201104128911890(CATV100)82110来自光节点的回传光上行回传光收98CMTSCMTS12345678910111282dB131572dB110dB114dB14TESTATESTBTESTCTESTDTESTETESTF图三本地测试线路图我们分别对CMTS和CM进行测试：测试TCP、UDP通讯速率及UDP的丢包率。针对每一项测试，又分成四种情况：•引入实际噪声（锁金四村回传噪声），CM和CMTS通讯在不同的上行频率；•不同的调制方式（下行QAM,上行QPSK和QAM）；•在不同的网络电平下，主要测试下行链路最长（衰减大），上行链路短和长（衰减小和大）的情况下CM和CMTS通信的能力；•不同的噪声条件（人为加宽带噪声）。第一种情况考察CM和CMTS在不同上行频率下的通讯，我们引入了实际的光节点噪声，和CM的上行信号通过分配器（器件编号13）倒混后送CMTS上行接收；第二种情况改变通讯的调制方式，考察通讯速率和丢包情况，下行分64QAM和256QAM，上行区别QPSK和16QAM；第三种情况改变下行衰减值和上行衰减值，考察CM及CMTS发射和接收电平的动态范围；第四种情况是人为引入噪声（从TESTB处），和CM上行信号通过二分配器（器件编号9）混合。噪声类型为6MHz带宽的宽带（相对CM上行带宽）QAM信号，调节噪声强度，分别低于CM上行信号30dB、20dB和10dB，测量通讯速率和丢包情况。四种测试都是考虑到网络通讯中可能出现的情况以及这些情况下CM系统的实际表现。3、测试结论从测试中我们得到了大量数据，分为CMTS和CM两组。通过对两组数据的整理和分析，有效反映了参测产品的性能以及同类产品之间的性能差异，达到了选型测试方案的要求。二、CM系统在我台HFC网络上的具体应用1、HFC网络平台及CM系统调试CM系统选型的目的是要将CMTS和CM运用在我台的HFC网络中，为用户提供可靠有效的商业服务。图四我台HFC网络拓扑结构图根据我台网络规划，整个HFC网络由一级光纤环网和二级光纤环网构成主要拓扑，见图四，再由二级站通过光纤到小区或大楼和光电设备相通，最终用放大器、交换机、电缆和千家万户连接，实现承载模拟电视传输网（A网）和宽带数据网（B网）两个业务平台的HFC网络。CM系统跨接A、B两个平台，CM用户端的CPE和数据网的交换路由设备通过CMTS连接，其间和模拟电视信号走过一段相同的HFC物理通道。机房前端CMTS的下行QAM信号（一般在550－750MHz频率范围，一个频道占用6MHz或8MHz）和广播模拟电视信号在前端或分前端混合后，经光发射机、光节点、电放大器送到用户终端盒，用户室内CM的上行信号同样经用户终端盒、电放大器的反向通道到达光节点，经光节点反向回传光发将电信号转换成光信号上传到机房的回传光接收机，再由回传光接收机转换成电信号送CMTS的上行接收端，完成CM和CMTS之间的双向通讯。我台根据HFC网络规划，首先由总前端将广播信号通过一级环网传送到各分前端（四个局间站），光电接收转换后，分前端或二级站各自插入需要开展的业务信号，如VOD、CM信号，经1310nm光发将光信号传送到光节点，光节点下最多带一级楼放，用户数500左右。考虑到实际情况，目前我台光节点下带了一级“模拟光机”（由楼放充当，以后由光节点取代），再由“模拟光机”带一级楼放。根据我台网络和设备的使用情况，特别是双向楼放、回传光发、回传光接收机的技术指标，我们绘出CM上行通道模型见图五，并对各级信号电主前端城西局间站城东局间站城北局间站64芯64芯64芯64芯二级站二级站二级站16芯16芯16芯16芯16芯HFC接入网一级环网二级环网平作出了要求和规定，见图五。回传光接收机（光电转换、放大输出电路等）CM35dB衰减楼放回传（＋24dB）光机回传光发70--75dBuV78--83dBuV衰减小于18dB105--110dBuV模拟光机（加输入衰减）78--83dBuV衰减小于18dB94--99dBuV70--75dBuV94--99dBuV站外线路站内机房CMTS上行接收CMTS站内混合分配网衰减25--30dB－10--0dBm85--90dBuV57--63dBuV图五CM上行通道模型及信号电平分配网络中同一光站和不同光站的电平调试都要求遵循上述要求，保证网络中光站覆盖的用户回传损耗应大致相等，为了保证指标，调试应该逐级进行，禁止开始就头尾联调。根据实际统计和研究，70%以上的上行噪声干扰是从用户端侵入的，在保证下行传输设计以及满足回传通道设备激励电平的前提下，优化设计上行通道并保证CM的上行发射电平对提高C/N比和抗干扰有显著作用，在终端安装上线后，应该对相关上下行指标进行测量，以保证通信质量。2、CMTS组网CM宽带接入系统组网的首要问题是确定网络拓扑结构，特别是CMTS头端系统的安装位置。集中式拓扑结构将CMTS集中安装在总前端，覆盖整个HFC网络。集中式拓扑结构投资少，但用户容量有限，适用于较小的系统。分布式拓扑结构将CMTS分布安装在分前端，甚至二级站，仅覆盖部分HFC网络。分布式拓扑结构需要较多的CMTS，投资较大，但扩展性强，适用于较大的系统。网络拓扑结构需要根据系统的规模和A、B平台的具体情况进行设计。目前我台有线电视宽带综合业务网（A平台）由环星形光缆网、电缆接入网和地下管线网三部分构成。城区以广电大厦为信息中心，建设东西南北四个核心站，通过64芯光缆连接4个局间站形成56公里的市区主环网。每个核心站下建设数个二级站，构成二级环网。通过核心站和二级站覆盖市区光节点。目前4个局间站和4个二级站已投入使用，