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1、 Cable Modem 技术综述及应用分析技术综述及应用分析第 1 页 Cable Modem 技术综述及应用分析技术综述及应用分析目目 录录Cable Modem 技术综述及应用分析技术综述及应用分析一、前言二、Cable Modem 分类 三、Cable Modem 技术原理四、Cable Modem 标准和规范1DOCSIS 标准2DVB/DAVIC EuroModem 标准五、Cable Modem 接入实现1数据传输的实现2话音的传输 六、现行 HFC 网改造 七、Cable Modem 的应用前景Cable Modem 技术综述及应用分析技术综述及应用分析Cable Modem
2、技术综述及应用分析技术综述及应用分析第 2 页 一、前言一、前言有线电视网是一个非常宝贵的资源，通过双向化和数字化的发展，有线电视系统除了能够提供更多、更丰富、质量更好的电视节目外，还有着足够的频带资源来提供其他非广播业务。Cable Modem 与以往的 Modem 在原理上都是将数据进行调制后在 Cable(电缆)的一个频率范围内传输，接收时进行解调，传输机理与普通 Modem 相同。不同之处在于它是通过有线电视 CATV 的某个传输频带进行调制解调的。而普通 Modem 的传输介质在用户与访问服务器之间是独立的，即用户独享通信介质。Cable Modem 属于共享介质系统，其他空闲频段仍
3、然可用于有线电视信号的传输。 Cable Modem 彻底解决了由于声音图像的传输而引起的阻塞，其速率已达 10Mbps 以上，下行速率则更高。而传统的 Modem 虽然已经开发出了速率 56Kbps 的产品，但其理论传输极限为 64Kbps，再想提高已不大可能。 Cable Modem 也是组建城域网的关键设备，混合光纤同轴网(HFC)主干线用光纤，光结点小区内用树型总线同轴电缆网连接用户，其传输频率可高达 550/750MHz。在 HFC 网中传输数据就需要使用 Cable Modem。 可以看出 Cable Modem 是未来网络发展的一种重要选择，但是，目前尚没有 Cable Mode
4、m 的国际统一标准，各厂家产品的传输速率均不相同。因此，高速城域网宽带接入网的组建还有待于 Cable Modem国际统一标准的出台。 二、二、CableCable ModemModem 分类分类随着 Cable Modem 技术的发展，也出现了不少 Cable Modem 类型，大至可以分为以下几种： 1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为 30Mbps，上行速率为 500KMbps2.56Mbps。 2从数据传输方向上有单向和双向 Cable Modem 之分。 3从网络通信角度看，Cabl
5、e Modem 可分为同步(共享)和异步(交换)两种方式。同步类似以太网，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，碰撞增加，登录入网困难。而异步的 ATM 技术与非对称传输成为 Cable Modem 技术的发展主流。 4从接入角度来看，可分为个人 Cable Modem 和宽带 Cable Modem(多用户)，宽带 Cable Modem 可以具有网桥的功能，可以将一个计算机局域网接入。 5从接口角度分，可分为外置式、内置式和交互式机顶盒。外置 Cable Modem 的外形象一个小盒子，通过网卡连接电脑，所以连接 Cable Modem 前需要给计算机添置一块网卡
6、，这也是外置 Cable Modem 的缺点。不过优点是可以支持局域网上的多台计算机同时上网。 内置 Cable Modem 是一块 PCI 插卡，这是最便宜的解决方案。缺点是只能用在台式电脑上，在苹果电脑和笔记本电脑上无法使用。 交互式机顶盒是真正 Cable Modem 的伪装。机顶盒的主要功能是在频率数量不变的情况下提供更多的电视频道。通过使用数字电视编码（DVB），交互式机顶盒提供一个回路，使用户可以直接在电视屏幕上访问网络，收发 Email 和浏览网页等。三、三、CableCable ModemModem 技术原理技术原理Cable Modem 本身不单纯是调制解调器，它集 Mode
7、m、调谐器、加/解密设备、桥接器、网络接口卡、虚拟专网代理和以太网集线器的功能于一身。它无须拨号上网，不占用电话线，可提供随时在线的永久连接。服务商的设备同用户的 Modem 之间建立了一个虚拟专网连接，Cable Modem 提供一个标准的10BaseT 或 10/100BaseT 以太网接口同用户的 PC 设备或以太网集线器相联。 Cable Modem 的技术实现一般是从 42MHz750MHz 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）调制方式，最高速率可达 27Mbps，如果采用 256QAM，最高Cable Modem 技术综述
8、及应用分析技术综述及应用分析第 3 页 速率可达 36Mbps。上行数据一般通过 5MHz42MHz 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 头端设备）从外界网络接收的数据帧封装在 MPGE-TS 帧中，通过下行数字调制和 RF(Radio Frequency)输出到用户端，同时接收上行出来的数据转换成以太网帧。用户端 Cable Modem 的基本功能就是将上行数字信号调制成 RF 信号，将下行的 RF 信号解调为数字信号，从 MPEG-TS 帧中解出数据，形成以太网的
9、数据，通过10-BaseT 的端口输出。在 HFC 网是频分复用的，但在某一频率上的信道则是被很多用户所共享，通过MAC 控制用户信道分配与竞争的问题，同时还支持不同等级的业务。可以通过网络管理系统对 HFC 网络中 Cable Modem 进行配置、状态、流量监控和诊断。在 Cable Modem 系统中，采用了双向非对称技术，在下行方向有 6MHz 的模拟带宽供系统中的用户共享。但这种共享技术不会降低传输速率。Cable Modem 不同于线路交换的电话网定向呼叫连接，用户在连接时并不占用一固定带宽，而是与其他活动用户共享，仅在发送、接收数据的瞬间使用网络资源。在毫秒级甚至兆秒级的时间内，
10、抓住一切利用带宽的机会下载数据包。如果在网络使用的高峰期中有拥塞，可以通过灵活的分配附加带宽来解决。只需简单分配一个 6MHz 频段，就能倍增下行速度。另一种方法是在用户段从新划分物理网络，按照访问频度给用户合理分配带宽，速度可与专线媲美。四、四、CableCable ModemModem 标准和规范标准和规范Cable Modem 产品有两个国际标准，DOCSIS 是北美及其他国际市场的标准，而 DVB/DAVIC 则是欧洲标准。1DOCSIS 标准 1998 年有线电视实验室（Cable Labs）就提供了 DOCSIS 的正式程序以保证各个不同的厂家出来的产品有兼容性。在 1998 年
11、3 月，国际电信联盟接受 DOCSIS 标准，作为 Cable Modem 的标准，称为 ITU J.112 标准。通过有线电视网执行 DOCSIS 标准数据，在 50MHz750MHz 频段里下传到户MHz 带宽的通信速率，另一频段是MHz42MHz 波段，则用来上传信号。 一个带有数据转发器的 CMTS 通过这些频段与放置在用户家中的 Cable Modem 进行数据传输。许多Cable Modem 是外设装置，通过标准的 10M 以太网卡和类双绞线连接到个人电脑，也可以用外部的通用串行总线（USB）接口的调制解调器或者内置 PCI 插卡。有线电视实验室负责产品认证工作，以保证各个厂家生产
12、的 Cable Modem 遵照同一标准并且能够互相兼容。产品如果通过测试，符合 DOCSIS 标准的 Cable Modem 的外包装上就会被贴上“有线电视实验室认定”的标签，表明这个产品能够与其他认定产品通用。自从设备被有线电视经营者购买后，有线电视实验室的产品就不再是唯一正规的符合 DOCSIS 标准的Cable Modem 终端设备数据转换器，但是它的产品仍是最合标准的 Cable Modem 终端系统。标签代表CMTS 产品的稳定性及互动性。1999 年月有线电视实验室发表了第二代的标准，叫做 DOCSIS1.1,功能比以前增强了许多，例如改进了 QoS 和以硬件为基础的数据包的压缩
13、，支持 IP 电话，稳定了数据传输速率，简而言之，DOCSIS 提供了宽带、高质量的语音，商业级的数据服务，以及通过网络共享Cable Modem 提供多媒体服务。下一代的标准可以说是兼容性的进步，能够使 DOCSIS1.0 与 DOCSIS1.1标准的 Cable Modem 在相同的网络及相同的频段中工作。 2DVB/DAVIC EuroModem 标准 数字广播（DVB）和数字广播联盟（DAVIC）负责设立欧洲技术标准，DVB/DAVIC 是 DOCSIS 标准在欧洲的强有力的挑战者。欧洲有线电视实验室，是在欧洲有线电视通信联盟的指导下，一直支持以DVB/DAVIC 为基础的“欧洲调制解
14、调器”。 作为 DOCSIS 标准的替换装置，DVBCable Modem 是一些欧洲经营者的首选，并且符合他们的结构设置，当然也有支持欧洲本地产品的原因，而不是简单引进美国供应商的解决方案。 DVB2.0 标准被欧洲通信标准协会正式采用，称为 ETS300800，这个标准描述了频段内与频段外的传输切换，可以应用到互动机顶盒和 Cable Modem，相对应的是，能够发展交互式电视，交互式数据，声Cable Modem 技术综述及应用分析技术综述及应用分析第 4 页 音交互传递，这些都通过普通平台实现。ETS300800 已经被 DAVIC 选择作为 Cable Modem 的DAVIC1.5
15、 标准。五、五、CableCable ModemModem 接入实现接入实现有线电视系统中普遍采用 HFC(光纤/电缆)结构。采用光缆将信号传输到小区节点，再用同轴分配网络将信号送到用户家中。由于用光纤代替同轴电缆后网络性能获得极大的改进，以致于在实现高效率宽带交互通信时，早期的“光纤到户”目标不再认为是必须的。这样 HFC 为将宽带信号带入家庭铺平了最后一公里。 HFC 本身是一个 CATV 网络，视频信号可以直接进入用户的电视机，采用新的数字调制技术和数字压缩技术，可以向用户提供数字电视和 HDTV。同时，话音和高速的数据可以调制到不同的频段上传送，来提供电话和数据业务。这样 HFC 支持
16、全部现存的和发展中的窄带和宽带业务，成为所谓的全业务宽带网络。而且，HFC 可以简单地过渡到 FTTH 网络，为光纤用户环路的建设提供了一种循序渐进的手段。 采用 HFC 网络实现三网合一，目前只能通过 Cable Modem 技术来实现，系统结构如图 1 所示: 1数据传输的实现 在图 1 的 Cable Modem 系统结构中，用户可在 PC 机中运行视频点播软件，通过 HFC 网络到运营商CMTS 头端设备，由运营商提供视频点播服务。由于在 Cable Modem 技术中，采用了双向非对称技术，在频谱中分配 90 到 860MHz 间的一个频段作为下行的数据信道，传输速率达到 27Mbps 和 36Mbps。同时在频谱中分配 5 到 50MHz 中的一个频段作为上行回传， 传输速率达到 0.3Mbps 至 10Mbps 的速率。通过上行和下行数据信道形成数据传输的回路。用户也可在 PC 机中运行浏览器软件，实现 Intern
