调制解调器的工作原理

调制解调器的工作原理

您可能认为电视频道会占据有线电缆相当大的电路“空间”或带宽。事实上，在有线电缆中，每个电视信号都分配有一个6兆赫兹（MHz）的信道。而用于传输有线电视信号的同轴电缆可以传输好几百兆赫兹的信号，足够您收看各种频道和其他内容。

在有线电视系统中，系统为每个频道的信号都分配了6MHz的电缆可用带宽，然后将电缆铺设到您家中。在某些系统中，同轴电缆是用于传输信号的唯一介质。而另外一些系统则采用光纤电缆，光纤电缆从有线电视公司接入邻近地区或其他区域。然后用同轴电缆接替光纤电缆，将信号传输给各个家庭。

当有线电视公司提供通过电缆访问互联网这项服务时，也可以使用同一电缆来传输互联网信息，这是因为电缆调制解调器系统将下行数据（从互联网送往单个计算机的数据）输入一个6MHz信道。在电缆中，这些数据看起来就像是一个电视频道。因此，互联网下行数据所占据的电缆空间与单个节目频道占据的空间相同。上行数据（从单个计算机送回互联网的数据）所需电缆带宽则更少，只有2MHz，这是因为我们认为大多数人下载的信息要比上载的多得多。

在有线电视系统中传输上行和下行数据需要以下两种设备：客户这一端的电缆调制解调器和有线电视提供商这一端的电缆调制解调器终端系统(Cable Modem Termination System, CMTS)。人们正是在这两种设备之间构建起了所有计算机网络，并制定了通过有线电视访问互联网的安全规则和管理措施。

电缆调制解调器既可以存在于计算机的内部，也可以存在于计算机的外部。有时候，它包含在有线电视机顶盒中，您只需添加键盘和鼠标就可以访问互联网。事实上，如果您的有线电视系统已升级为数字有线电视，则不管是否通过CATV连接访问互联网，您都可以使用有线电视公司提供的新机顶盒连接到互联网。不管外观怎样，所有电缆调制解调器都包含某些主要组件：

调谐器

解调器

调制器

介质访问控制(Media Access Control, MAC)装置

微处理器

最普通的解调器有四种功能。正交幅度调制解调器(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)接收通过改变波的幅度和相位来对信息进行编码的射频信号，然后将其转变为可由模拟-数字(Analog-to-Digital, A/D)转换器处理的简单信号。A/D转换器接收这些电压不同的信号，然后将其转化为由1和0组成的数字序列。接着，纠错模块按照已知标准对收到的信息进行检查，以便可以找到并解决传输中出现的问题。在大多数情况下，网络帧或数据组为MPEG格式，因此往往使用MPEG同步器来确保数据组符合标准且顺序正确。

有些电缆调制解调器使用有线电视系统进行上行通信，这些电缆调制解调器用调制器将数字计算机网络数据转化为传输使用的射频信号。由于用户和互联网之间的大多数通信都具有不规则性质，因此有时候也将此组件称作脉冲调制器，该组件由以下三部分组成：

1.插入用于在接收端纠错的信息的部分

2.QAM调制器

3.数字-模拟(Digital-to-Analog, A/D)转换器

微处理器的任务或多或少取决于是将电缆调制解调器设计为大型计算机系统的一部分，还是设计为在没有其他计算机支持的情况下提供互联网访问。在调用外连计算机的情况下，内部微处理器仍然承担专用MAC模块的大多数MAC功能。在电缆调制解调器是访问互联网所需要的唯一装置的系统中，微处理器将承接MAC较慢的功能和更多其他功能。无论哪种情况，摩托罗拉的PowerPC处理器都是系统设计者的惯常选择之一。

在有线电视提供商前端，CMTS提供的许多功能与DSL系统中DSLAM提供的功能相同。CMTS接收单个信道中来自一组客户的传入通信，然后将其发送给互联网服务提供商(Internet Service Provider, ISP) 以连接到互联网。在前端，有线电视提供商拥有（或出租空间，以便第三方ISP拥有）用于记帐和登录的服务器、用于为所有有线电视系统用户分配和管理IP地址的动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP)和用于处理称作CableLabs认证电缆调制解调器协议的控制服务器。CableLabs认证电缆调制解调器协议以前称为有线电视数据服务接口规范(Data Over Cable Service Interface Specification, DOCSIS)，是美国有线电视系统在为用户提供互联网访问时采用的主要标准。

下行信息传输至所有连接的用户，就像在以太网中那样（是否传输特定数据块取决于单个网络连接）。上行时，信息从用户发送到CMTS，而其他用户根本看不到这些信息。较窄的上行带宽被分为以毫秒为单位的时间片，用户采用时间片一次可以将一个“脉冲”传输到互联网。这种时间划分对于极短命令、查询和地址来说非常适合，正是这些内容构成了大多数用户传回互联网的大容量信息。

使用CMTS可使多达一千名的用户通过单个6MHz信道连接到互联网。由于单个信道的总输出量可达每秒30-40兆位(Mbps)，因此用户可能发现其性能远远超过标准的拨号调制解调器。但是，某些用户在使用电缆调制解调器时，也会遭遇一些因单信道所导致的问题。

如果您是通过特定电缆信道连接到互联网的首批用户之一，那么您几乎拥有可用信道的全部带宽。当新用户（尤其是大访问量用户）连接此信道时，您将不得不与他们共享此带宽，并可能发现您的访问性能因此下降。当有很多已连接的用户同时访问互联网时，其性能有可能远低于理论上的最大值。令人欣慰的是，有线电视公司还可以通过增加新信道和分割用户群来解决这个特定的性能问题。

使用电缆调制解调器访问互联网的另一优点是，其性能不取决于中央有线交换局距离的远近，这一点与ADSL不同。数字CA TV系统旨在为客户家庭提供特定品质的数字信号。上行通信时，使用与前端之间的距离来设定电缆调制解调器中的脉冲调制器，从而使脉冲调制器能够提供进行精确传输所需的相应信号强度。

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