CABLEMODEM

   

   CableModem技術(shù)綜述及應(yīng)用分析



　　有線電視網(wǎng)是一個(gè)非常寶貴的資源，通過雙向化和數(shù)字化的發(fā)展，有線電視系統(tǒng)除了能夠提供更多、更豐富、質(zhì)量更好的電視節(jié)目外，還有著足夠的頻帶資源來提供其他非廣播業(yè)務(wù)。CableModem與以往的Modem在原理上都是將數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制后在Cable(電纜)的一個(gè)頻率范圍內(nèi)傳輸，接收時(shí)進(jìn)行解調(diào)，傳輸機(jī)理與普通Modem相同。不同之處在于它是通過有線電視CATV的某個(gè)傳輸頻帶進(jìn)行調(diào)制解調(diào)的。而普通Modem的傳輸介質(zhì)在用戶與訪問服務(wù)器之間是獨(dú)立的，即用戶獨(dú)享通信介質(zhì)。CableModem屬于共享介質(zhì)系統(tǒng)，其他空閑頻段仍然可用于有線電視信號的傳輸。


　　CableModem徹底解決了由于聲音圖像的傳輸而引起的阻塞，其速率已達(dá)10Mbps以上，下行速率則更高。而傳統(tǒng)的Modem雖然已經(jīng)開發(fā)出了速率56Kbps的產(chǎn)品，但其理論傳輸極限為64Kbps，再想提高已不大可能。


　　CableModem也是組建城域網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，混合光纖同軸網(wǎng)(HFC)主干線用光纖，光結(jié)點(diǎn)小區(qū)內(nèi)用樹型總線同軸電纜網(wǎng)連接用戶，其傳輸頻率可高達(dá)550/750MHz。在HFC網(wǎng)中傳輸數(shù)據(jù)就需要使用CableModem。


　　可以看出CableModem是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一種重要選擇，但是，目前尚沒有CableModem的國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各廠家產(chǎn)品的傳輸速率均不相同。因此，高速城域網(wǎng)寬帶接入網(wǎng)的組建還有待于CableModem國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的出臺。


CableModem分類



　　隨著CableModem技術(shù)的發(fā)展，也出現(xiàn)了不少CableModem類型，大至可以分為以下幾種：


　　1．從傳輸方式上可分為雙向?qū)ΨQ式傳輸和非對稱式傳輸。對稱式傳輸速率為2Mbps～4Mbps、最高能達(dá)到10Mbps。非對稱式傳輸下行速率為30Mbps，上行速率為500KMbps～2.56Mbps。


　　2．從數(shù)據(jù)傳輸方向上有單向和雙向CableModem之分。


　　3．從網(wǎng)絡(luò)通信角度看，CableModem可分為同步(共享)和異步(交換)兩種方式。同步類似以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)用戶共享同樣的帶寬。當(dāng)用戶增加到一定數(shù)量時(shí)，其速率急劇下降，碰撞增加，登錄入網(wǎng)困難。而異步的ATM技術(shù)與非對稱傳輸成為CableModem技術(shù)的發(fā)展主流。


　　4．從接入角度來看，可分為個(gè)人CableModem和寬帶CableModem(多用戶)，寬帶CableModem可以具有網(wǎng)橋的功能，可以將一個(gè)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)接入。


　　5．從接口角度分，可分為外置式、內(nèi)置式和交互式機(jī)頂盒。外置CableModem的外形象一個(gè)小盒子，通過網(wǎng)卡連接電腦，所以連接CableModem前需要給計(jì)算機(jī)添置一塊網(wǎng)卡，這也是外置CableModem的缺點(diǎn)。不過優(yōu)點(diǎn)是可以支持局域網(wǎng)上的多臺計(jì)算機(jī)同時(shí)上網(wǎng)。


　　內(nèi)置CableModem是一塊PCI插卡，這是最便宜的解決方案。缺點(diǎn)是只能用在臺式電腦上，在蘋果電腦和筆記本電腦上無法使用。


　　交互式機(jī)頂盒是真正CableModem的偽裝。機(jī)頂盒的主要功能是在頻率數(shù)量不變的情況下提供更多的電視頻道。通過使用數(shù)字電視編碼（DVB），交互式機(jī)頂盒提供一個(gè)回路，使用戶可以直接在電視屏幕上訪問網(wǎng)絡(luò)，收發(fā)E－mail和瀏覽網(wǎng)頁等。


CableModem技術(shù)原理



　　CableModem本身不單純是調(diào)制解調(diào)器，它集Modem、調(diào)諧器、加/解密設(shè)備、橋接器、網(wǎng)絡(luò)接口卡、虛擬專網(wǎng)代理和以太網(wǎng)集線器的功能于一身。它無須撥號上網(wǎng)，不占用電話線，可提供隨時(shí)在線的永久連接。服務(wù)商的設(shè)備同用戶的Modem之間建立了一個(gè)虛擬專網(wǎng)連接，CableModem提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的10BaseT或10/100BaseT以太網(wǎng)接口同用戶的PC設(shè)備或以太網(wǎng)集線器相聯(lián)。


　　CableModem的技術(shù)實(shí)現(xiàn)一般是從42MHz～750MHz電視頻道中分離出一條6MHz的信道用于下行傳送數(shù)據(jù)。通常下行數(shù)據(jù)采用64QAM（正交調(diào)幅）調(diào)制方式，最高速率可達(dá)27Mbps，如果采用256QAM，最高速率可達(dá)36Mbps。上行數(shù)據(jù)一般通過5MHz～42MHz之間的一段頻譜進(jìn)行傳送，為了有效抑制上行噪音積累，一般選用QPSK調(diào)制，QPSK比64QAM更適合噪音環(huán)境，但速率較低。CMTS（CableModem頭端設(shè)備）從外界網(wǎng)絡(luò)接收的數(shù)據(jù)幀封裝在MPGE-TS幀中，通過下行數(shù)字調(diào)制和RF(RadioFrequency）輸出到用戶端，同時(shí)接收上行出來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)幀。用戶端CableModem的基本功能就是將上行數(shù)字信號調(diào)制成RF信號，將下行的RF信號解調(diào)為數(shù)字信號，從MPEG-TS幀中解出數(shù)據(jù)，形成以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)，通過10-BaseT的端口輸出。在HFC網(wǎng)是頻分復(fù)用的，但在某一頻率上的信道則是被很多用戶所共享，通過MAC控制用戶信道分配與競爭的問題，同時(shí)還支持不同等級的業(yè)務(wù)。可以通過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對HFC網(wǎng)絡(luò)中CableModem進(jìn)行配置、狀態(tài)、流量監(jiān)控和診斷。


　　在CableModem系統(tǒng)中，采用了雙向非對稱技術(shù)，在下行方向有6MHz的模擬帶寬供系統(tǒng)中的用戶共享。但這種共享技術(shù)不會降低傳輸速率。CableModem不同于線路交換的電話網(wǎng)定向呼叫連接，用戶在連接時(shí)并不占用一固定帶寬，而是與其他活動用戶共享，僅在發(fā)送、接收數(shù)據(jù)的瞬間使用網(wǎng)絡(luò)資源。在毫秒級甚至兆秒級的時(shí)間內(nèi)，抓住一切利用帶寬的機(jī)會下載數(shù)據(jù)包。如果在網(wǎng)絡(luò)使用的高峰期中有擁塞，可以通過靈活的分配附加帶寬來解決。只需簡單分配一個(gè)6MHz頻段，就能倍增下行速度。另一種方法是在用戶段從新劃分物理網(wǎng)絡(luò)，按照訪問頻度給用戶合理分配帶寬，速度可與專線媲美。


CableModem標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范



　　CableModem產(chǎn)品有兩個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)，DOCSIS是北美及其他國際市場的標(biāo)準(zhǔn)，而DVB/DAVIC則是歐洲標(biāo)準(zhǔn)。

　　1．DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)　　

　　1998年有線電視實(shí)驗(yàn)室（CableLabs）就提供了DOCSIS的正式程序以保證各個(gè)不同的廠家出來的產(chǎn)品有兼容性。在1998年3月，國際電信聯(lián)盟接受DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)，作為CableModem的標(biāo)準(zhǔn)，稱為ITUJ.112標(biāo)準(zhǔn)。通過有線電視網(wǎng)執(zhí)行DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在50MHz～750MHz頻段里下傳到戶６MHz帶寬的通信速率，另一頻段是５MHz～42MHz波段，則用來上傳信號。


　　一個(gè)帶有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器的CMTS通過這些頻段與放置在用戶家中的CableModem進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。許多CableModem是外設(shè)裝置，通過標(biāo)準(zhǔn)的10M以太網(wǎng)卡和５類雙絞線連接到個(gè)人電腦，也可以用外部的通用串行總線（USB）接口的調(diào)制解調(diào)器或者內(nèi)置PCI插卡。


　　有線電視實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)產(chǎn)品認(rèn)證工作，以保證各個(gè)廠家生產(chǎn)的CableModem遵照同一標(biāo)準(zhǔn)并且能夠互相兼容。


　　產(chǎn)品如果通過測試，符合DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)的CableModem的外包裝上就會被貼上“有線電視實(shí)驗(yàn)室認(rèn)定”的標(biāo)簽，表明這個(gè)產(chǎn)品能夠與其他認(rèn)定產(chǎn)品通用。


　　自從設(shè)備被有線電視經(jīng)營者購買后，有線電視實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)品就不再是唯一正規(guī)的符合DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)的CableModem終端設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，但是它的產(chǎn)品仍是最合標(biāo)準(zhǔn)的CableModem終端系統(tǒng)。標(biāo)簽代表CMTS產(chǎn)品的穩(wěn)定性及互動性。1999年４月有線電視實(shí)驗(yàn)室發(fā)表了第二代的標(biāo)準(zhǔn)，叫做DOCSIS1.1,功能比以前增強(qiáng)了許多，例如改進(jìn)了QoS和以硬件為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)包的壓縮，支持IP電話，穩(wěn)定了數(shù)據(jù)傳輸速率，簡而言之，DOCSIS提供了寬帶、高質(zhì)量的語音，商業(yè)級的數(shù)據(jù)服務(wù)，以及通過網(wǎng)絡(luò)共享CableModem提供多媒體服務(wù)。下一代的標(biāo)準(zhǔn)可以說是兼容性的進(jìn)步，能夠使DOCSIS1.0與DOCSIS1.1標(biāo)準(zhǔn)的CableModem在相同的網(wǎng)絡(luò)及相同的頻段中工作。


　　2．DVB/DAVICEuroModem標(biāo)準(zhǔn)

　　數(shù)字廣播（DVB）和數(shù)字廣播聯(lián)盟（DAVIC）負(fù)責(zé)設(shè)立歐洲技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，DVB/DAVIC是DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)在歐洲的強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)者。歐洲有線電視實(shí)驗(yàn)室，是在歐洲有線電視通信聯(lián)盟的指導(dǎo)下，一直支持以DVB/DAVIC為基礎(chǔ)的“歐洲調(diào)制解調(diào)器”。

作為DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)的替換裝置，DVBCableModem是一些歐洲經(jīng)營者的首選，并且符合他們的結(jié)構(gòu)設(shè)置，當(dāng)然也有支持歐洲本地產(chǎn)品的原因，而不是簡單引進(jìn)美國供應(yīng)商的解決方案。


　　DVB2.0標(biāo)準(zhǔn)被歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會正式采用，稱為ETS300800，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)描述了頻段內(nèi)與頻段外的傳輸切換，可以應(yīng)用到互動機(jī)頂盒和CableModem，相對應(yīng)的是，能夠發(fā)展交互式電視，交互式數(shù)據(jù)，聲音交互傳遞，這些都通過普通平臺實(shí)現(xiàn)。ETS300800已經(jīng)被DAVIC選擇作為CableModem的DAVIC1.5標(biāo)準(zhǔn)。


CableModem接入實(shí)現(xiàn)



　　有線電視系統(tǒng)中普遍采用HFC(光纖/電纜)結(jié)構(gòu)。采用光纜將信號傳輸?shù)叫�區(qū)節(jié)點(diǎn)，再用同軸分配網(wǎng)絡(luò)將信號送到用戶家中。由于用光纖代替同軸電纜后網(wǎng)絡(luò)性能獲得極大的改進(jìn)，以致于在實(shí)現(xiàn)高效率寬帶交互通信時(shí)，早期的“光纖到戶”目標(biāo)不再認(rèn)為是必須的。這樣HFC為將寬帶信號帶入家庭鋪平了最后一公里。


　　HFC本身是一個(gè)CATV網(wǎng)絡(luò)，視頻信號可以直接進(jìn)入用戶的電視機(jī)，采用新的數(shù)字調(diào)制技術(shù)和數(shù)字壓縮技術(shù)，可以向用戶提供數(shù)字電視和HDTV。同時(shí)，話音和高速的數(shù)據(jù)可以調(diào)制到不同的頻段上傳送，來提供電話和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這樣HFC支持全部現(xiàn)存的和發(fā)展中的窄帶和寬帶業(yè)務(wù)，成為所謂的全業(yè)務(wù)寬帶網(wǎng)絡(luò)。而且，HFC可以簡單地過渡到FTTH網(wǎng)絡(luò)，為光纖用戶環(huán)路的建設(shè)提供了一種循序漸進(jìn)的手段。


采用HFC網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一，目前只能通過CableModem技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示:





　　1．?dāng)?shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)

　　在圖1的CableModem系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，用戶可在PC機(jī)中運(yùn)行視頻點(diǎn)播軟件，通過HFC網(wǎng)絡(luò)到運(yùn)營商CMTS頭端設(shè)備，由運(yùn)營商提供視頻點(diǎn)播服務(wù)。由于在CableModem技術(shù)中，采用了雙向非對稱技術(shù)，在頻譜中分配90到860MHz間的一個(gè)頻段作為下行的數(shù)據(jù)信道，傳輸速率達(dá)到27Mbps和36Mbps。同時(shí)在頻譜中分配5到50MHz中的一個(gè)頻段作為上行回傳，傳輸速率達(dá)到0.3Mbps至10Mbps的速率。通過上行和下行數(shù)據(jù)信道形成數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕芈�。用戶也可在PC機(jī)中運(yùn)行瀏覽器軟件，實(shí)現(xiàn)Internet沖浪。由此可見，CableModem能使用戶進(jìn)入一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)世界。采用這種非對稱技術(shù)，主要考慮到目前數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的信息量集中在下行，如Internet網(wǎng)頁的瀏覽，E-mail的收發(fā)，視頻點(diǎn)播，家用辦公等。系統(tǒng)遵照國際標(biāo)準(zhǔn)DOCSIS或DVB/DAVIC的規(guī)定，通信協(xié)議采用TCP/IP。


　　2．話音的傳輸

　　采用IP技術(shù)，提供話音業(yè)務(wù)，可通過VoIP技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。這時(shí)整個(gè)系統(tǒng)走的全是IP數(shù)據(jù)，包括用戶家的電話，也用的是IP電話。通過Internet網(wǎng)絡(luò)，可與全球任何的聯(lián)網(wǎng)用戶實(shí)現(xiàn)InternetPhone功能。但是，目前的電話用戶還是電信PSTN網(wǎng)，要真正通過HFC網(wǎng)提供話音業(yè)務(wù)必須與PSTN互通。實(shí)現(xiàn)互通的方法有兩種。如圖2。一種方法是從Internet通過IPPhone網(wǎng)關(guān)來與PSTN公網(wǎng)相連。另一種方法是從HFC的局端設(shè)備CMTS通過IPPhone網(wǎng)關(guān)聯(lián)向PSTN公網(wǎng)。





現(xiàn)行HFC網(wǎng)改造


　　常規(guī)的用于CATV的HFC網(wǎng)絡(luò)是單向傳輸?shù)模�而�?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是雙向的，這就需對現(xiàn)有的HFC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造。按改造的難易和成本可分為三種情形：


　　1．采用電話上行、HFC下行：這種方法用在CMTS和CableModem中具有電話線接口、無需對HFC進(jìn)行雙向的改造。這是一種低成本迅速占領(lǐng)市場的策略，或者用在改造網(wǎng)絡(luò)確實(shí)存在困難的地方。一般不推薦這種方法，原因有二：一是影響原有電話業(yè)務(wù)，二是電話的帶寬畢竟有限，不利于系統(tǒng)擴(kuò)展。


　　2．對現(xiàn)有的單向HFC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造，增加反向傳輸模塊，如反向光發(fā)和光收，原有鏈路中單向的放大器換成雙向放大器等。目前，現(xiàn)有的城市CATV的HFC網(wǎng)已初具規(guī)模，主要是雙向改造問題。


　　3．鋪設(shè)新的雙向HFC網(wǎng)絡(luò)，在新建的城市小區(qū)中，直接建設(shè)雙向網(wǎng)絡(luò)。


CableModem的應(yīng)用前景


　　由于在HFC的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)CableModem中采用了IP協(xié)議，所以很容易開展基于IP的業(yè)務(wù)，如IPVOD業(yè)務(wù)、IPPhone等。


　　IPphone：CableModem的傳輸協(xié)議采用IP，增加一定的軟件和硬件可以實(shí)現(xiàn)電話業(yè)務(wù)。目前，新的CableModem標(biāo)準(zhǔn)中就準(zhǔn)備加進(jìn)IPPhone的內(nèi)容。


　　DTV（DigitalTV：數(shù)字電視）：在CableModem系統(tǒng)中，物理層的數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)符合DVB標(biāo)準(zhǔn)，只需在有線電視前端和用戶端增加視頻編解碼設(shè)備。這樣可以使得CableModem具有多功能的特點(diǎn)，可以避免進(jìn)行數(shù)字電視廣播的重復(fù)投資，同樣也減少了用戶端設(shè)備的成本。


　　ITV（InteractiveCATV，交互式有線電視）：CableModem系統(tǒng)設(shè)備使原來單向分配的HFC網(wǎng)絡(luò)變成雙向可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕换ナ较到y(tǒng)，因而可以結(jié)合原有的電視業(yè)務(wù)開展ITV、提供VOD、MOD等業(yè)務(wù)。


　　高速Web頁面瀏覽：由于CableModem下行數(shù)據(jù)信道傳輸速率可達(dá)27Mbps，上行回傳可達(dá)10Mbps的速率，所以完全可以利用CableModem高速沖浪、多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、網(wǎng)上游戲、開展電子商務(wù)等業(yè)務(wù)。


　　除了上述業(yè)務(wù)，開發(fā)多功能的CableModem。除了具有計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)功能、提供Internet瀏覽外，同時(shí)具有數(shù)字電視接收和VOD機(jī)頂盒的功能，只需加一個(gè)VCD／CD機(jī)芯配件就能實(shí)現(xiàn)�？傊�，擁有CATV的用戶（多數(shù)為家庭用戶）必將會從HFC網(wǎng)絡(luò)的多數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中獲得真正的多媒體數(shù)字高速公路。
摘自《網(wǎng)絡(luò)世界》

   

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