CMTSCM简介及工作原理

1、CMTS+CM简介及工作原理一、什么是CMTS+CMCMTS(Cable Modem Terminal Systems)，CMTS是管理控制Cable Modem（CM）的设备，CMTS名为电缆调制解调器，又名线缆调制解调器。它是近几年随着网络应用的扩大而发展起来的，主要用于有线电视网进行数据传输。CMTS+CM方案与以往的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。其传输机理与普通Modem相同，不同之处在于它是通过有线电视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交换机之间是独立的，即用户独享通讯介质。 CMTS+C

2、M方案属于共享介质系统，其它空闲频段仍然可用于有线电视信号的传输。CMTS+CM方案彻底解决了由于声音图像的传输而引起的阻塞，其传输速率上行已达10Mbit/s以上，下行传输速率更高。而传统的Modem虽然已经开发出传输速率为56Kbit/s的产品，但其理论传输极限为64Kbit/s，再想提高已不大可能。CMTS+CM方案也是组建城域网的关键设备，光纤同轴电缆混合网(HFC)主干线用光纤，光结点小区内用树枝型总线同轴电缆网连接用户，其传输频率可达550/750MHz。在HFC网中传输数据就需要使用CMTS+CM技术。我们可以看出，CMTS+CM方案是未来网络发展的必备之物，但是，目前尚无CMT

3、S+CM方案的国际标准，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的组建还有待于CMTS+CM方案标准的出台。二、CMTS+CM技术原理CMTS+CM从下行的模拟信号中划出6MHz频带，将信号转化为符合以太网协议的格式，与电脑实现通讯。用户需要给电脑配置以太网卡和相应的网卡驱动程序。同轴电缆中的6MHz频带用于提供数据通讯。电视和电脑可以同时使用，互不影响。 射频信号在用户和前端之间沿同轴电缆上行或下行。上行和下行信号共享6MHz频带，但是调制在不同的载波频率上，以避免相互干扰。1、物理层下行通道的频率范围为88860MHz（最大的数据速率美标27Mbps，欧标38Mbps），每个

4、通道的带宽为6MHz (NTSC 6MHz，PAL 8MHz)，采用64QAM或256QAM调制方式，对应的数据传输速率为30342Mbit/s或42884Mbit/s。上行通道的频率范围为 565MHz，每个通道的带宽可为200、400、800、1600、3200kHz，采用QPSK或16QAM调制方式（数据速率320kbps-10Mbps），对应的数据传输速率为 3205120Kbit/s或64010240Kbit/s。上行通道的带宽可根据所需的数据传输速率设定。在同样的带宽内，QPSK调制的速率比16QAM调制方式低，但其抗干扰性能好，适用于噪声干扰较大的上行通道，而16QAM调制适用于

5、信道质量好且要求高速传输数据的场合。在CMTS设备中，为了减小上行通道的干扰，一个下行通道一般对应多个不同频率的上行通道，CMTS设备根据信道的噪声状况自动跳频到干扰较小的通道，而用户察觉不到该跳频过程。（NTSC：美标 PAL：欧标）2、媒体通路控制层MAC(Media Access Control Layer)和逻辑链接控制层LLC(Logical Link Control Layer) 这两个协议层规定了不同信号和用户怎样共享公共带宽。由于目前还没有统一的行业标准，故不同的Cable Modem厂家采用不同的协议，较常见的协议有：用于以太网的公共CSMA/CD(Carrier Sense

6、 Multiple Access/Collision Detection，载波复用通路/冲突检测)和先进的ATM(Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式)协议。这些协议都可以有效地使用上行通道，可以根据需要分配带宽，保证通讯质量。 3、有线电视前端在上行方向，Cable Modem从电脑接收数据包，把它们转换成模拟信号，传送给网络前端设备。该设备用于分离出数据信号，转换为数据包，并传送给Internet服务器。同时该设备还可以剥离出语音(电话)信号，并传送给交换机。4、Cable Modem系统的配置、使用和管理（CM工作原理）Cable Modem和前端设备的配置

7、是分别进行的。Cable Modem有用于配置的Consol接口，可通过VT终端或Win9x的超级终端程序进行设置。Cable Modem加电工作后，首先自动搜索前端的下行频率，找到下行频率后，从下行数据中确定上行通道，与前端设备CMTS建立连接，并交换信息，包括上行电平数值、动态主机配置协议(DHCP)和小文件传送协议(TFTP)服务器的IP地址等。Cable Modem具有在线功能，即使用户不使用，只要不切断电源，就与前端始终保持信息交换，用户可随时上线。（这样也多少占用一部分带宽资源） Cable Modem具有记忆功能，在断电后再次上电时，使用断电前存储的数据与前端进行信息交换，可快速

8、地完成搜索过程。从上述可看出，在实际使用中，Cable Modem一般不需要人工配置和操作。如果进行了设置，例如改变了上行电平数值，则会在信号交换过程中自动设置到CMTS指定的合适数值上。 每一台Cable Modem在使用前，都需在前端登记，在TFTP服务器上形成一个配置文件。一个配置文件对应一台Cable Modem，其中含有设备的硬件地址，用于识别不同的设备。 Cable Modem的硬件地址标示在产品的外部，有RF和以太网两个地址。TFTP服务器的配置文件需要地址。有些产品的地址需通过Consol接口联机后才能读出。对于只标示一个地址的产品，该地址为通用地址。5、前端CMTS系统的配置

9、、使用和管理前端CMTS是管理控制Cable Modem的设备，其配置可通过Consol接口或以太网接口完成。通过Consol接口的配置与Cable Modem配置类似，以行命令的方式逐项进行，而通过以太网接口的配置，需使用厂家提供的专用软件。CMTS的配置内容主要有：下行频率、下行调制方式、下行电平等。下行频率在指定的频率范围内可以任意设定，但为了不干扰其它频道的信号，应参照有线电视的频道划分表选定在规定的频点上。调制方式的选择应考虑信道的传输质量。此外，还必须设置DHCP、TFTP服务器的IP地址，CMTS的IP地址等。 上述设置完成后，如果中间的线路无故障，信号电平的衰减符合要求，则启动

10、DHCP、TFTP服务器，就可以在前端和Cable Modem间建立正常的通信通道。一般地说，CMTS的下行输出电平为110121dBV，接收的输入电平为4486dBV；Cable Modem接收的电平范围为4575dBV；上行信号的电平为68118dBV(QPSK)或68115dBV(16QAM)。上下行信号在经过HFC网络传输衰减后，电平数值应满足这些要求。CMTS设备中的上行通道接口和下行通道接口是分开的，使用时需经过高低通滤波器混合为一路信号，再送入同轴电缆。在实际使用中，也可用分支分配器完成信号的混合，但对CMTS设备内部的上下行通道的干扰较大。在CMTS和Cable Modem间的

11、通道建立后，可使用简单网络管理协议(SNMP)进行网络管理。SNMP是一个通用的网络管理程序，对于不同厂家的CMTS和Cable Modem设备，需将厂家提供的管理信息库(MIB)文件装入到SNMP中，才能管理相应的设备。也可使用行命令的方式进行管理，但操作不直观，容易出现错误。三、CMTS+CM网络系统前端的结构CMTS+CM网络系统的前端一般位于有线电视网络的前端，或者在管理中心的机房，完成数据到RF转换，并与有线电视网络中原有的视频信号混合，送入HFC 网络中。除了与高速网络连接外，也可以作为业务接入设备，通过Ethernet 网口挂接本地服务器提供本地业务。下行信号流向：从前端主干网来

12、的数字信号经CMTS 按DOCSIS 规范处理后变为中心频率为43.75MHz、带宽为6 MHz 的中频（IF）模拟电信号，经下行调制器（或叫上行变换器）将频谱搬移到中心频率为91857MHz 的射频（RF）范围内的某一空闲频道，再通过混合器与有线电视信号相混合，再通过分配器、光发、光放等进行电光转换后馈入HFC网络。上行信号流向：经由HFC 网络传输来的上行信号经由光分配器、光收的完成光电转换后变为542 MHz 频带内的模拟电信号，再由混合器、分配器等处理后馈入CMTS 的各个上行信号接收口，经CMTS 按DOCSIS 规范处理后变为数字信号馈入前端主干网。四、CMTS+CM网络系统Cab

13、le Modem的结构Cable Modem由调谐器、解调器、脉冲调制器、处理器和接口组成。 信号从CM进入调谐器后，它把输入的RF信号下变频为IF（640MHz范围内）信号，由设置的双工器来完成上、下行信号的分离；解调器对输入的RF信号进行64/256QAM解调，并采用RS技术（PeedSolomon）进行误码纠错和MPEG同频操作；而脉冲调制器的工作主要是对上行信号进行处理，包括RS编码，16QAM/QPS调制、频率转换等；而对信号的串/并转换、帧标志符的识别或插入、MPEG中数据信号的换取，非本机数字信号的过滤等工作都由CM中的处理器承担这项工作。每台CM都拥有一个48位的物理地址外，还

14、有一个 14 位的服务标识（Service ID），并由 CMTS 分配，每个服务标识对应一种服务类型，通过服务标识在 CM 与 CMTS 之间建立一个映射，CMTS根据这个映射为每台CM分配带宽，实现QoS管理。CMTS一般情况下需配一台 CM 来对应一个光节点所承载的用户端的 CM，CM 在系统中每个68MHz 频率可供高达30Mbps40Mbps 的传输速率，为上百个终端用户共享。如果是500人同时上网，每人分得的传输速率为64128kbps。由于CM 的连接，实际占用的带宽不是固定的，它只是在发送和接收数据的瞬间才占用网络的带宽，而其它的时间不占用网络的资源，正是由于带宽的共享，在实际

15、传输中可实现带宽的动态分配管理，在规定的频段内若上网的人数很少，此时每个上网的用户所分配的带宽就远超过64128kbps的传输速率，而上网高峰期就会出现网上拥塞现象。l TOD服务器用于提供CM（Cable Modem）工作所需系统时间，l TFTP服务器用来存放CM工作所需的配置文件和可能的更新软件版本，l DHCP服务器进行动态的IP 地址管理，l SNMP服务器用来网络管理。上述服务器组构成CMTS+CM系统的基本网络管理系统，再加上Billing 系统构成比较完整的CMTS+CM网络管理系统。CMTS+CM网络管理系统主要负责完成整个HFC 数据系统管理,采用SNMP 协议,包括: 故障管理、配置管理、安全管理、性能管理、账户管理等 。VoIP 服务器 、VOD 服务器、FTP 服务器、缓存服务器和其