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1、随着信息时代的到来，网络在人们的生活中显得越来越重要。随着全球互连网的迅猛发展，上网人数正以几何级数快速增长，以因特网技术为主导的数据通信在通信业务总量中的比列迅速上升，因特网业务已成为多媒体通信业中发展最为迅速、竞争最为激烈的领域。 目前，Internet 通过电信拨号的接入速度极其缓慢，一般电话的 Modem 只能提供几十 Kbit/S 的传输速率，其速率和带宽不可能非常好地支持多媒体信息等宽带业务。 随着多媒体通信的发展，因特网接入宽带化的需求日益迫切。而有线电视网拥有丰富的带宽资源，同时，目前我国有线电视用户已达到了 8000 万户，有线电视网络的里程超过了 240 万公里，中国已成为
2、世界第一大有线电视用户国。有线电视网络具有巨大的产业研发价值，构筑基于有线电视网的 Internet 宽带信息网，不仅仅是广大用户的企盼，更是有线电视网实现第二次腾飞的关键所在。 我国的城市有线电视网络经过近年来的升级改造，正逐步从传统的同轴电缆网升级到以光纤为主干的双向 HFC 网，大大提高了网络传输的可靠性、稳定性，而且扩展了网络的传输带宽。HFC 的数字通信系统可通过电缆调制解调器（Cable Modem）系统实现，能使 Internet 高速接入，有由窄带向宽带过渡。通过 HFC 网络可获得高于电话 Modem 几百倍的接入速度。 一、Cable Modem 和普通 Modem 的比较
3、 Cable Modem 的通信和普通 Modem 相同，是数据信号在模拟信道上交互传输的过程，但也存在差异，普通 Modem 的传输介质在用户和访问服务器之间是独立的，即用户独享传输介质，而 Cable Modem 的传输介质是 HFC 网，将数据信号调制到某个传输带宽和有线电视信号共享介质；另外，Cable Modem 的结构较普通 Modem 复杂，他由调制解调器、调谐器、加/解密模块、桥接器、网络接口卡、以太网集线器等组成，他无须拨号上网，不占用电话线，可提供随时在线连接的全天侯服务。 二、Cable Modem 的分类 Cable Modem 的类型大致能分为以下几种： （1）从数据
4、传输方向上有单向和双向 Cable Modem 之分。 （2）从传输方式上可分为双向对称式传输和非对称式传输。对称式传输速率为 2Mbps4Mbps，最高能达到 10Mbps。非对称式传输下行速率理论值为 41.7Mbps(Euro DOCSIS V1.1 标准 /640AM),上行速率为 256kbps10.24Mbps(Euro DOCSIS V1.1 标准)。 （3）从网络通信角度上有同步（共享）和异步（交换）两种方式。同步方式是以 IP 交换的数据通信为基础的以太网技术，网络用户共享同样的带宽，当用户增加到一定数量时，其速率急剧下降，但采用有关技术能避免或减少网络拥塞现象。异步方式是基
5、于 ATM 分组交换技术，其电路实现较前一种复杂，系统造价较前一种高。 （4）从接入角度来看，可分为个人 Cable Modem 和多用户宽带 Cable Modem，宽带 Cable Modem 是多用户共享方式，能具有网桥的功能，能将一个计算机局域网接入。但宽带共享式存在安全性不好等缺点。（5）从硬件接口角度分，能分为外置式和内置式。外置式 Cable Modem 置于 PC 机外，通过网卡和计算机连接，他提供一个标准的 10BaseT/100BaseT 以太网接口同用户的 PC 机或以太网集线器相联，其好处是能支持局域网上的多台计算机同时上网，内置式 Cable Modem 是一块 PC
6、I 卡，其价格比外置式CM 便宜，缺点是只能用在台式计算机上，不能在手提计算机上使用。 （6）从功能上分，可分为数字电视机机顶盒、网络机顶盒和多媒体交互式机顶盒。交互式机顶盒是真正Cable Modem 的化身，他综合了前两种机顶盒的所有功能，能支持几乎所有的广播和交互式多媒体应用。三、Cable Modem 的标准体系 目前 Cable Modem 产品有欧、美两大标准体系，DOCSIS 是北美标准，DVB/DAVIC 是欧洲标准。 （1）北美标准体系 北美标准体系包括 MCNS（多媒体有线电视网络系统）和 Cable Labs（有线电视实验室）两大组织。1995 年 12 月，MCNS 组
7、织先后发表了 MCNS 的 8 个文件，统称为“Data Over Cable 射频接口规范”，即后来的 DOCSIS 标准。1998 年有线电视实验室提供了 DOCSIS 的正式程式以确保各个不同厂商的产品有兼容性。在 1998 年 3 月，国际电信联盟接受 DOCSIS 标准，作为 Cable Modem 的标准，称为ITUJ.112交互式有线电视业务传输系统。1999 年 4 月有线电视实验室发表了第二代标准，即DOCSIS1.1，其功能比以前有非常多改进，2000 年又发表了 Euro DOCSIS1.1 欧洲规范，其系统在频道划分、频道带宽、信道参数的规定上完全兼容欧洲标准。DOCS
8、IS 提供了宽带、高质量的语音、商业级的数据服务及通过网络共享 Cable Modem 提供的多媒体服务。 （2）欧洲标准体系 欧洲标准体系包括 DVB（数字视频广播）、DAVIC（数字音视频理事会）及 ECCA（欧洲有线电视运营商联盟）三个组织。DVB 和 DAVIC 组织长期致力于数字视频标准的制订。DVB/DAVIC 是 DOCSIS标准在欧洲的强有力的挑战者。Euro Cable Labs(欧洲有线电视实验室)在欧洲有线电视联盟的指导下，一直支持以 DVB/DAVIC 的为基础的“欧洲调制解调器”1999 年 5 月欧洲有线电视实验室发布了基于DVB/DAVIC 的 Euro Mode
9、m 规范，DVB Cable Modem 是欧洲经营者的最佳选择。 上述两大标准体系的频道划分、频道带宽及信道参数等方面的规定，都存在较大差异，因而互不兼容。北美标准是基于 IP 的数据传输系统，侧重于对系统接口的规范，具有灵活的高速数据传输优势；欧洲标准是基于 ATM 的数据传输系统，侧重于 DVB 交互信道的规范，具有实时视频传输优势。从目前情况看，兼容欧洲标准的 Euro DOCSIS1.1 标准前景看好，我国信息产业部CM 技术需求（征求意见稿）类似于这一标准。 四、Cable Modem 的主要参数 下行频率 54860MHZ 下行调制方式 64QAM、256QAM 载波带宽 6MH
10、Z 信号速率 64QAM 30.336 Mbps 256QAM 42.884 Mbps 上行频率 565 MHZ 上行调制方式 QPSK、16QAM 载波带宽 2003200KHZ 信号速率 320Kbps10.24 Mbps 上行误码率 23dBCNR 1*10E9 下行信号接收电平 -15dBmV+15dBmV 上行信号发射电平 8dBmV58dBmV 五、Cable Modem 的工作过程 以 DOCSIS 标准为例，Cable Modem 的技术实现一般是从 87 MHZ860MHZ 电视频道中分离出一条 6MHZ 的信道用于下行传送数据。通常下行数据采用 64QAM（正交调幅）调制方
11、式或 256QAM 调制方式。上行数据一般通过 5 MHZ65 MHZ 之间的一段频谱进行传送，为了有效抑制上行噪音积累，一般选用 QPSK 调制（QPSK 比 64QAM 更适合噪音环境，但速率较低）。CMTS（Cable Modem 的前端设备）和 CM（Cable Modem）的通信过程为：CMTS 从外界网络接收的数据帧封装在 MPEGTS 帧中，通过下行数据调制（频带调制）后和有线电视模拟信号混合输出 RF 信号到 HFC 网络，CMTS 同时接收上行接收机输出的信号，并将数据信号转换成以太网帧给数据转换模块。用户端的 Cable Modem 的基本功能就是将用户计算机输出的上行数字
12、信号调制成 5 65 MHZ 射频信号进入 HFC 网的上行通道，同时，CM 还将下行的 RF 信号解调为数字信号送给用户计算机。 六、Cable Modem 接入在有线电视网络的实现 1系统结构 Cable Modem 的前端设备 CMTS 采用 10BaseT，100BaseT 等接口通过交换型 HUB 和外界设备相联，通过路由器和 Internet 连接，或能直接联到本地服务器，享受本地业务。CM（Cable Modem）是用户端设备，放在用户的家中，通过 10BaseT 接口，和用户计算机相联。 2.上行信道带宽的分配 MCNS（多媒体有线电视网络系统）把每个上行信道看成是个由小时隙（
13、mini-slot）组成的流，CMTS 通过控制各个 CM 对这些小时隙的访问来进行带宽分配。CTMS 进行带宽分配地机制是分配映射（MAP）。MAP 是个由 CMTS 发出的 MAC 管理报文，他描述了上行信道的小时隙怎么使用，如：一个MAP 能把一些时隙分配给一个特定的 CM，另外一些时隙用于竞争传输。每个 MAP 能描述不同数量的小时隙数，最小为一个小时隙，最大能持续几十毫秒，所有的 MAP 描述了全部小时隙的使用方式。MCNS没有定义具体的带宽分配算法，只定义进行带宽请求和分配的协议机制，具体的带宽分配算法可由生产厂商自己实现。 (1）上行信道访问方式 CMTS 根据带宽分配算法可将一
14、个小时隙定义为预约小时隙或竞争小时隙，因此，CM 在通过小时隙向 CMTS 传输数据时也有预约和竞争两种方式。CM 能通过竞争小时隙进行带宽请求，随后在 CMTS 为其分配的小时隙中传输数据。当 CM 使用竞争小时隙传输带宽请求或数据时有可能产生碰撞，若产生碰撞。CM 采用截断的二进制指数后退算法进行碰撞解析。 (2）对服务类型的支持 MCNS 除了给每个 CM 分配了一个 48 比特的物理地址之外，还给每个 CM 分配了至少一个服务标识（Service ID），服务标识在 CMTS 和 CM 之间建立一个映射，CMTS 将基于该映射，给 CM 分配带宽。CMTS 通过给 CM 分配多个标识，
15、来支持不同的服务类型，每个服务标识对应于一个服务类型。MCNS采用服务类型的方式来实现 QoS 管理。 3CM 和 CMTS 的交互 CM 在加电之后，必须进行初始化，才能进入网络，接收 CMTS 发送的数据及向 CMTS 传输数据。CM 的初始化是经过和 CMTS 的一系列交互过程来实现的。Cable Modem 的初始化过程如下： (1）检测 RSM：当 CM 接通电源后，CM 首先要确认可移去的安全模块（Removable Security Module, RSM）是否存在于 RSM 时隙中。 (2）和 CMTS 建立同步：在初始化或信号丢失时，CM 必须和一个下行信道建立同步。CM 有
16、一个存储器，其中存放上次的操作参数，CM 将首先尝试重新获得存储的那个下行通道，如果尝试失败，CM 将连续地对下行信道进行扫描，直到发现一个有效的下行信号。CM 和下行信号同步的标准为：和 QAM 码元定时同步、和 FEC 帧同步，和 MPEG 分组同步并能识别下行 MAC 的 SYNC 报文。 (3）获得上行信道的传输参数：建立同步之后，CM 必须等待一个从 CMTS 发送出来的上行信道扫描符（UCD），以获得上行信道的传输参数。CMTS 周期性地传输 UCD 给所有的 CM，CM 必须从其中的信道描述参数中确定他是否可能使用该上行信道。若该信道不适合，那么 CM 必须等待，直到有一个信道描述符指定的信道适合于他。如在一定的时间内没有找到这样的上行信道，那么 CM 必须连续扫描，找到另一个下行信道，再重复该过程。在找到一个上行信道后，CM 必须从 UCD 中取出参数，然后等待下一个SYNC 报文，并从该报文中取出上行小时隙的时间标记（time stamp），随后他能按照 MAC 操作和带宽分配机制在上行信道中传输信息。 (4）校准：
