Cable modem 技术-待完善

Cable Modem 技術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。

随着全球互联网的迅猛发展，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很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经达到了8000万户，有线电视网络的里程超过了240万公里，中国已经成为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开发价值，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，可以使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与普通Modem的比较Cable Modem的通信和普通Modem一样，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的传输介质在用户与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与有线电视信号共享介质；另外，Cable Modem的结构较普通Modem复杂，它由调制解调器、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，它无须拨号上网，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的类型大致可以分为以下几种：（1）从数据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2Mbps～4Mbps，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/64QAM),上行速率为256kbps～10.24Mbps(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，但采用有关技术可以避免或减少网络拥塞现象。

异步方式是基于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，可以具有网桥的功能，可以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，可以分为外置式和内置式。

外置式Cable Modem置于PC机外，通过网卡与电脑连接，它提供一个标准的10Base—T/100Base—T以太网接口同用户的PC机或以太网集线器相联，其优点是可以支持局域网上的多台计算机同时上网，内置式Cable Modem是一块PCI卡，其价格比外置式CM便宜，缺点是只能用在台式电脑上，不能在手提电脑上使用。

（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，它综合了前两种机顶盒的所有功能，可以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的正式程序以保证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ITU—J.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，其功能比以前有很多改进，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。

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）以及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 Modem规范，DVB Cable Modem是欧洲经营者的首选。

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技术要求（征求意见稿）类似于这一标准。

三、Cable Modem的主要参数1. 北美标准下行频率50~1002MHZ下行调制方式64QAM、256QAM载波带宽6MHZ信号速率64QAM 30.336 Mbps 256QAM 42.884 Mbps上行频率5—85MHZ上行调制方式QPSK、8QAM、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM 载波带宽200—3200KHZ信号速率320Kbps—10.24 Mbps上行误码率23dBCNR 1*10E—9下行信号接收电帄-15dBmV—+15dBmV上行信号发射电帄8dBmV—58dBmV2. 欧洲标准下行频率108—1002MHZ下行调制方式64QAM、256QAM载波带宽8MHZ信号速率64QAM 41.71 Mbps 256QAM 55.62 Mbps上行频率5—65 MHZ上行调制方式QPSK, 8 QAM, 16 QAM, 32 QAM, 64 QAM, and 128 QAM 载波带宽200—6400KHZ信号速率320Kbps—30.72 Mbps上行误码率23dBCNR 1*10E—9下行信号接收电帄-15dBmV—+15dBmV上行信号发射电帄8dBmV—58dBmV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 MHZ—860MHZ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）调制方式或256QAM调制方式。

上行数据一般通过5 MHZ—65 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）与CM（Cable Modem）的通信过程为：CMTS从外界网络接收的数据帧封装在MPEG—TS帧中，通过下行数据调制（频带调制）后与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10Base—T，100Base—T等接口通过交换型HUB与外界设备相联，通过路由器与Internet连接，或者可以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10Base—T接口，与用户计算机相联。

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一个由小时隙（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 是一个由CMTS发出的MAC管理报文，它描述了上行信道的小时隙如何使用，如：一个MAP可以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可以描述不同数量的小时隙数，最小为一个小时隙，最大可以持续几十毫秒，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可以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与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，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。

3〃CM与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的初始化是经过与CMTS的一系列交互过程来实现的。

Cable Modem的初始化过程如图一所示：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。