第14章 数字信号终端设备

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1、第十四章第十四章 数字信号终端设备数字信号终端设备(IRD(IRDCableCable Modem)Modem)1 1 综合解码机综合解码机(IRD)(IRD)综合解码接收机(Integrated Receiver Decoder)是数字电视的接收设备。它接收卫星或有 线电视前端发送的数字电视信号。经过信道解码，信源解码将传送的数字码流转换到原来压 缩前的形式，再经 D/A 和视频编码送往普通电视接收机。根据卫星、有线电视和地面广播方 式 的不同，分为卫星 IRD，有线 IRD 和地面广播 IRD。三者使用的通道调制方式不同，卫星通道采用 QPSK调制解调；有线大多采用 QAM 调制解调；地面

2、广播欧洲使用 COFDM 调制解调；美国使 用 VSB 调制解调。根据使用场合的不同，又分为家用和商用(CONSUMER AND CONNERCIAL)两种 ，前者适用于家庭，如有遥控、屏幕显示功能：而后者往往用于有线前端集体接收，要求更高的质量和更多的接口，以供设备间的连接，如数字传送码流输出口接到再复用器等应用。 同时商业应用也要求更高的可靠性。 下面我们简单介绍 Philips 的商用卫星 IRD DVS3824 的结构，大致框图如图 141。主要部分 有调谐器、QPSK 解调、去扰码、纠错、解复用、解码、PALNTSC 编码、系统控制和智能卡 读出器等部 分组成。调谐器部分有两个独立的

3、射频输入和 70Hz 中频输出。调谐器能工作在 C 波段和 Ku 波 段。根据不同的应用可以设计成 MCPC 接收或 SCPC 接收。MCPC 指一个载波包含多路不同信号， 称为多路单 载波(Multiple Channel Per Carrier)系统。由于一个转发器只有一个载波，因此没有多载 波的谐波干扰问题，频带和功率的利用率较高。但多路信号要在同一地点上星，不同节目需 要地面传输设备将节目传送到地面站复用后送往上星设备。SCPC(Single Channel Per Carr ier)是单路单载波系统。每路信号占据一个载波，优点是可在不同的地点上星。由于 C波段 和 Ku 波段的频谱位

4、置左右不一样，因此 Philips 的调谐器具有频谱倒置功能，便于不同卫星 节目的接收。两个不同的射频输入端可以用于两种不同极化方式，即水平或垂直极化方式的 接收。由于防雷击的原因，通常调谐器输入端子是不允许用来提供电源的，LNB 通常由室外电源提供。然而，在特殊情况下，失去外部电源时，商用 IRD 可通过输入接口向 LNB 供电，该电压通常不接通。2 2 电缆调制解调器电缆调制解调器(Cable(Cable Modem)Modem)2.12.1 CableCable ModemModem 的作用和发展前景的作用和发展前景Cable Modem 可以提供高速数据通信，比如：Internet 接

5、入、在线娱乐、VOD、电视会议 、远程工作组以及局域网互联等等，是 HFC 网络的关键设备。 现有的电话 Modem 有其不足之处，已不能满足迅速发展的信息社会的需要，例如： (1)通信速率太低，大部分为 28.8kbps，传输速率很低，尤其是传输多媒体画面耗时很长, 而图像的信息往往比声音和其它数据要丰富和直观，是不能忽视的重要信息内容； (2)通信费用过高； (3)电话普及率不如有线电视。 而上述问题恰恰是有线电视网的优点： (1)有线电视网是一个宽带网，可以从 5MHz 到 750MHz，甚至 1000MHz 的频率范围，可以选其中 的两个频段作为下行和上行通带，下行速率可以高到达56M

6、bps，上行数据速率最高也可到 10 Mbps，一般上行速率可在200kbps2Mbps 之间，这就大大缩短了数据传输的时间，尤其对信息量很大的图像信息具有十分重要的意义；(2)有线电视是我国所有入户信息工具中收费最低的； (3)有线电视的用户已接近 6000 万户，大大超过了电话的用户数。 综上所述，可以预计在迅速迈向信息社会的今天，随着信息网络化的发展，Cable Modem 在 有线电视系统中的应用会获得飞速的发展。 2.22.2 CableCable ModemModem 的标准的标准 Cable Modem 的标准化问题是一个十分重要的问题，否则不同厂家的产品不能在同一个系统 中共用

7、，没有互换性，不论对消费者或是生产厂家都是十分不利的。 尽管目前 Cable Modem 还没有统一的国际标准，但是人们已经认识到了这个问题的重要性， 并做了大量的工作，可以相信统一的国际标准的制定将很快会提到议事日程上来。 目前从事 Cable Modem 领域标准化工作的组织主要有：MCNS(Multimedia Cable Network Sys t em Partners)，IEEE802.14，DAVIC(Digital Audio Video Council 等，其中最有影响的是 MCNS 和 IEEE802.14。 (1)MCNS MCNS 是“Multimedia Cable

8、Network System”的缩写。 MCNS 由 Comcast、Cox Communications、TCI、Time Warner、MdeiaOne、Rogers Cablesyste ms 和 CableLabs 等公司组成，它的目标是制定在 HFC 网上通过 Cable Modem 进行数据通信的接 口规范，使各生产厂商接受这一规范，从而达到不同厂家的 Cable Modem 具有互换性。 MCNS 制定的 DOCSIS(Data Over Cable Service Interface Specification)由 12 个规范组成 ，在这些文件中，定义了数据、射频和电话回传接

9、口以及安全、管理和业务支持。 MCNS 已成为美国现行标准，并提交 ITUT 审议已成为今后国际标准。 MCNS 文件的主要技术内容有： MCNS 网络层使用 IP 协议。 数据链路层分为三个子层，即逻辑链路控制子层，链路层安全子层和媒体访问控制子层(M AC)。 MAC 为所有下行数据流的传输定义了一个前端设备，即 CMTS(Cable Modem Termination Syst em)，每个 CM(Cable Modem)都侦听下行的所有数据而只有地址匹配的 CM 才能接收数据，CM 之 间的通信也要通过 CMTS，上行通道为多个 CM 对一个 CMTS 进行时分复用。 物理层划分为两个

10、子层，即传输收敛子层和物理媒体依靠子层。 传输收敛子层只适用于下行通道，提供附加服务。 物理媒体依靠子层，下行通道，遵循北美数字视频传输规范，采用64/256QAM 调制，6MHz 带 宽和可变深度交织等，上行通道，在 CMTS 控制下，CM 具有灵活性和可编程等特点，上行调制 采用 QPSK 或 16QAM。 (2)IEEE802.14 802.14 是 IEEE 的一个工作组，主要定义 MAC 层和 PHY(物理层)接口规范，包括：MAC 接口、PHY 接口、安全协议、基于 ATM 信元的接口技术(QoS 及带宽分配等)。 (3)两种标准的比较 MCNS 和 IEEE802.14 两种标准

11、的物理层接口非常相近； MCNS 基于帧结构而 IEEE802.14 是基于 ATM 信元； MAC 层接口不同； MCNS 定义了安全规范、管理和业务支持，而 IEEE802.14 没有。 MCNS 在实用方面走在了 IEEE802.14 前面，已有半导体厂商宣布能生产支持 MCNS 的标准芯片 。2.32.3 CableCable ModemModem 的分类的分类 依据系统的类型和用户功能的不同 Cable Modem 有不同的类型。 (1)按数据传输的方式，可分为对称型业务和不对称型业务 Cable Modem； (2)按使用功能，可分为公共信息型和专用信息型 Cable Modem；

12、 (3)按带宽速率分配方式，可分为动态分配带宽速率与固定带宽速率 Cable Modem。 动态分配带宽速率方式适用于 Internet 的接入，公共信息查询等业务。 固定带宽速率方式适用于电话、数据、专线等业务。 上述这些区分方法并非固定不变，也可以有其他分类方法，在一个 Cable Modem 上可能体现 几种分类。 2.42.4 CableCable ModemModem 系统的组成系统的组成 所谓 Cable Modem 系统，即采用 Cable Modem，借助于有线电视传输网络，开展计算机网络业 务的系统。 系统通常由前端系统，具有双向功能的 CATV 传输网和用户端子系统三部分构

13、成。根据 MCNS 的定义，前端主要设备是电缆调制解调器端接系统，即CMTS(Cable Modem Termination Syste m)，CMTS 中包括网络接口，调制器和解调器，CMTS 的网络侧包括有如下设备：远端服务器、 骨干网适配器和本地服务器。 CMTS 的射频侧包括有如下设备：混合器、上行信号频分器、光发射机和光接收机等。 CSTV 双向传输网络，包括光纤及同轴电缆传输网，即 HFC 网。 用户端子系统主要包括 Cable Modem 和用户室内设备(计算机等)。 Cable Modem 系统的组成框图示于图 142。 2.52.5 CableCable ModemModem

14、 的组成和功能的组成和功能 CM 有多种型号，一个典型的 CM 包含调制解调单元、电视调谐单元、解密单元，有的 CM 还具有 以太网集线器功能、桥接器功能、路由器功能以及网络控制功能等单元。 CM 是一个双向接收发送设备。 下行方向，数字信号调制在 88860MHz 内某一个 8MHz 带宽的一个载波上频率上，调制方式多 采用 QPSK 或 64QAM。 上行信道设置在 542MHz 频段上，该频段的噪声干扰比较大，例如无线干扰，家用电器的脉 冲噪声干扰和各种工业干扰，同轴电缆的失配和屏蔽不良也会侵入噪声，因此大多采用抗干 扰能力较强的 QPSK 或 OFDM 调制方式。对于某些不对称 CM，

15、上行信道带宽不超过 2MHz，可采用频分法，不同的 CM 采用不同的载波向前端传输上行信号，上行频率范围仍在 542MHz 范围内 。 2.6 生产厂家和产品举例 目前世界上已有数十家公司在生产和研制 Cable Modem，例如： Com21，Bay Networks(LANcity)，SA，GI，Motorola，Hybrid Network，IBM，Eenith 等美 国公司，此外还有以色列的 Phasecom，日本的NEC，NTT 和澳大利亚的 Telstra 等，我国也有 企业开始研制和生产 Cable Modem，如深圳的傲能公司。 现将 Phasecom，LANcity 和 Co

16、m21 三种产品的主要技术参数示于表 141。 每个公司的 Cable Modem 有一个产品系列，以适应不同用户的需要，用户应根据自己的情况 来选择产品型号，现以 LANcity 产品为例介绍于下：表 141 PHASECOM、LANCITY 与 COM21 技术参数 产品项目PHASECOM21LANCITY下行频率范围50860MHz54750MHz80860MHz上行频率范围542MHz542MHz540MHz下行频率带宽6MHz6MHz6MHz上行频率带宽2MHz6MHz1.80MHz下行调制64QAMQPSK64QAM上行调制QPSKQPSKQPSK下行传输速率31.824Mb/s10Mb/s30.336Mb/s 有效下行传输速率27.00Mb/s10e-9(C/N22dB)23.96Mb/s 误码率10e-12(C/N30dB）10e-9(C/N