01CableModem技术综述及应用分析

1、Cable Modem技术综述及应用分析Cable Modem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1. DOCSIS 标准2. DVB/DA VIC 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

2、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 Moden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虽然已经开发岀了速率 56Kbps的产品，但其理论传输极限为 64Kbps，再

3、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CableModem。可以看岀 Cable Modem 是未来网络发展的一种重要选择，但是，目前尚没有Cable Modem 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国际统一标准的岀台。二、Cable Modem 分类随着 Cable Modem 技术的发展，也岀现了不少 Cable Modem 类型，大至可以分为

4、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，Cable 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 C

5、able 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，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

6、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、Cable Modem 技术原理Cable Modem本身不单纯是调制解调器，它集Modem调谐器、力卩/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lOBaseT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

7、是从 42MHl 750MHz电视频道中分离岀一条 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)输岀到用户端，同时接收上行岀来的数据转换成以太网帧。用户端Cable Modem 的基

8、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帧中解岀数据，形成以太网的数据，通过10-BaseT 的端口输岀。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空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、流量监空和诊断。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

9、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，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、 Cable Modem 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/DA VIC 则是欧 洲标准。1 DOCSIS 标准1998年有线电视实验室(Cable Labs)就提供了 DOCSIS的正

10、式程序以保证各个不同的厂家岀来的产 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 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6 MHz带宽的通信 速率，另一频段是5 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5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

11、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4月有线电视实验室发表了第二代的标准，叫做DOCSIS1.

12、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，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 CableModem 在相同的网络及相同的频段中工作。2DVB/DA VIC 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/DA VIC 是 DOCSIS 标准在 欧洲的强有力的挑战者。欧洲有

13、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/DA VIC为基础的欧洲调制解调器”。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

14、.5标准。五、Cable Modem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

15、宽带网络。而且，HFC可以简单地过渡到 FTT H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.

16、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In ternet 冲浪。由此可见，Cable Modem能使用户进入一个虚拟现实世界。采用这种非对称技术，主要考虑到目前数据业务 的信息量集中在下行，如In ternet 网页的浏览，E-mail的收发，视频点播，家用办公等。系统遵照国际标准DOCSIS或 DVB/DAVIC的规定，通信协议采用TCP/IP。2 话音的传输采用IP技术，提供话音业务，可通过VoIP技术来实现。这时整个系统走的全是IP数据，包括用户家的电话，也用的是IP电话。通过In ternet 网络，可与全球任何

17、的联网用户实现In ter netPho ne功能。但是，目前的电话用户还是电信PSTN网，要真正通过 HFC网提供话音业务必须与PST N互通。实现互通的方法有两种。如图 2。一种方法是从In ter net 通过IP Pho ne网关来与PST N公网相连。另一种方法是从 HFC的局端设备CMTS过IP Phone网关联向PSTN公网。IP Phone学六、现行HFC网改造常规的用于CATV的HFC网络是单向传输的，而数据传输系统是双向的，这就需对现有的HFC网络进行改造。按改造的难易和成本可分为三种情形：1 采用电话上行、HFC下行：这种方法用在 CMTS和Cable Modem中具有电

18、话线接口、无需对 HFC 进行双向的改造。这是一种低成本迅速占领市场的策略，或者用在改造网络确实存在困难的地方。一般不推荐这种方法，原因有二：一是影响原有电话业务，二是电话的带宽毕竟有限，不利于系统扩展。2 对现有的单向 HFC网络进行改造，增加反向传输模块，如反向光发和光收，原有链路中单向的放大器换成双向放大器等。目前，现有的城市CATV的 HFC网已初具规模，主要是双向改造问题。3 铺设新的双向 HFC网络，在新建的城市小区中，直接建设双向网络。七、Cable Modem的应用前景由于在HFC的数据通信系统 Cable Modem中采用了 IP协议，所以很容易开展基于 IP的业务，如IP VOD 业务、IP Phone等。IP phone： Cable Modem的传输协议采用IP，增加一定的软件和硬件可以实现电话业务。目前，新的Cable Modem 标准中就准备加进 IP Phone的内容。DTV （ Digital TV :数字电视）：在Cable Modem系统中，物理层的数字调制与解调技术符合DVB标准，只需