CableModem接入技術(shù)

Cable Modem接入技術(shù)

隨有線電視寬帶網(wǎng)傳輸新技術(shù)的不斷發(fā)展，光纖電纜混合網(wǎng)HFC傳輸技術(shù)日趨成熟，正

向應(yīng)用階段發(fā)展，目前有線電視均采用HFC傳送模擬電視信號，要想達(dá)到傳送數(shù)字電視信號

的目的，就要對現(xiàn)在傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行寬帶調(diào)制，也就是要采用Cable Modem來實現(xiàn)數(shù)字信號

的傳輸。

1．Cable Modem接入技術(shù)概覽

（1）Cable Modem與CMTS

Cable Modem是HFC網(wǎng)絡(luò)用戶終端接收設(shè)備，稱為電纜調(diào)制解調(diào)器，它可承載幾個至幾

十個用戶，也可為單獨用戶使用，它負(fù)責(zé)接收CMTS(Cable Modem Termination System)送

來的下行數(shù)據(jù)信息，并將信息調(diào)制成用戶所需的信號，Cable Modem還具備路由器和網(wǎng)橋功

能，與Cable Modem相連的終端設(shè)備就是PC機(jī)，Cable Modem有內(nèi)置和外置式兩種。內(nèi)置

式Cable Modem通過PCI接口與PC機(jī)相連，外置式Cable Modem可通過串行接口或以太網(wǎng)

接口與PC機(jī)相連。

Cable Modem是通過HFC有線電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)接入的設(shè)備，終端用戶安裝Cable

Modem后即可在有線電視網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳輸，它具備較高的上、下行傳輸速率，用

Cable Modem開展寬帶多媒體綜合業(yè)務(wù)，可為有線電視用戶提供寬帶高速Internet的接入、

視頻點播、各種信息資源的瀏覽、網(wǎng)上多種交易等增值業(yè)務(wù)。

CMTS稱為頭端設(shè)備，可設(shè)置在前端機(jī)房，也可設(shè)置在分中心或者片區(qū)光節(jié)點。CMTS能

在有線電視網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)之間起到網(wǎng)關(guān)的作用。其主要工作就是發(fā)送下行數(shù)據(jù)信號和接收上行

數(shù)據(jù)信號，并能提供因特網(wǎng)、局域網(wǎng)和有線電視網(wǎng)的路由連接。CMTS能提供100Mbps的端

口與局域網(wǎng)的交換機(jī)相連，把HFC寬帶網(wǎng)、與國家光纖干線網(wǎng)連接。

（2）Cable Modem的信號傳輸過程

在HFC網(wǎng)絡(luò)中，視頻信號和數(shù)字信號（包括衛(wèi)星、微波、開路接收的電視節(jié)目，以及從

主干光纖網(wǎng)和因特網(wǎng)的信息）通過廣電中心的各路調(diào)制器的信號調(diào)制，混合后的各路信號(模

擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號)經(jīng)光發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)換成光信號送入HFC寬帶網(wǎng)絡(luò)，再通過光纖媒體把光信號

送到接收端的光接收機(jī)，遠(yuǎn)端的光接收機(jī)把所收到的光信號還原成射頻信號送入同軸電纜分

配網(wǎng)，最終送到HFC網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備（即Cable Modem）。Cable Modem將信號分離陳數(shù)字信

號和模擬視頻信號，數(shù)據(jù)信號送到PC機(jī)等智能終端，模擬視頻信號送到電視機(jī)。

所有下行信號送到終端后，由用戶PC機(jī)發(fā)出的回傳數(shù)據(jù)信號先送到終端設(shè)備Cable

Modem，Cable Modem將數(shù)據(jù)信號調(diào)制成射頻信號，經(jīng)同軸電纜、集線器、雙向放大器、回

傳光發(fā)射機(jī)，最終轉(zhuǎn)換成光信號經(jīng)光纖回傳到前端的光接收機(jī)，光接收機(jī)將收到的光信號轉(zhuǎn)

換成電信號，通過與其它回路的信號混合后送回CMTS數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。用戶即可通過CMTS

設(shè)備與因特網(wǎng)連接，與其它主干光纖網(wǎng)、局域網(wǎng)和局域計算機(jī)網(wǎng)相連，通過CMTS電纜數(shù)據(jù)

傳輸?shù)那岸嗽O(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，使用戶實現(xiàn)交互式雙向傳輸。Cable Modem的數(shù)據(jù)傳輸在HFC

網(wǎng)絡(luò)中要占用5～45MHz和50～750MHz上、下行兩個頻道才能完成雙向傳輸工作。

HFC寬帶網(wǎng)雙向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸實際上就是CMTS與Cable Modem之間的數(shù)據(jù)交換工作。

Cable Modem開機(jī)后必須先與CMTS建立初始化連接。連接建立后，CMTS就會發(fā)出一系列初

始化數(shù)據(jù)，Cable Modem自動掃描找到數(shù)據(jù)頻道，確定QAM調(diào)制的定時同步，鎖定數(shù)據(jù)頻道，

Cable Modem從下行數(shù)據(jù)中獲取傳輸下行數(shù)據(jù)的參數(shù)，還要獲取上行頻道數(shù)據(jù)調(diào)制方式、糾

錯格式和符號率，這時CMTS和Cable Modem之間即可進(jìn)行正常通信，整個過程自動進(jìn)行，

無須用戶操作。

2．Cable Modem如何傳輸數(shù)字信號

在HFC網(wǎng)絡(luò)中，由于計算機(jī)之間的數(shù)字脈沖信號的交換速度很高，如果把計算機(jī)上運行

的基帶數(shù)字信號直接像視頻信號一樣進(jìn)行幅度調(diào)制后再傳輸，無論從技術(shù)上，還是在抗干擾

等方面都是難以實施的。為了實現(xiàn)數(shù)字信號的傳輸，在HFC網(wǎng)絡(luò)中采用了QPSK四相相移健

控和QAM正交振幅調(diào)制兩種數(shù)字信號載波調(diào)制方式。QAM具有較高頻帶利用率的特點，而QPSK

技術(shù)有抗干擾性強(qiáng)的特點，把它們兩種技術(shù)結(jié)合在一起，融入雙向傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)中，在頻道干

擾嚴(yán)重，信噪比嚴(yán)重惡化的條件下，都能使所傳輸?shù)男盘柡托畔⒄＿\行。

Cable Modem傳輸數(shù)字信號的過程是，因特網(wǎng)信息通過CMTS網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)入CMTS，CMTS

再通過RF接口將信號通過光發(fā)射機(jī)變成光信號后送入HFC網(wǎng)絡(luò)中，光信號到達(dá)遠(yuǎn)端的光接

收機(jī)變成RF信號后通過RF接口送入Cable Modem，然后Cable Modem通過CPE接口將信號

送到用戶PC機(jī)。

從接入用戶數(shù)量上看，Cable Modem有兩種類型，一類是單用戶設(shè)備，形式上就是一塊

電腦上的接口卡，另一類是可支持多個用戶的外置式設(shè)備，通過一個局域網(wǎng)HUB可接多個用

戶（注意，不能用交換機(jī)連接）。

Cable Modem由調(diào)諧器、解調(diào)器、脈沖調(diào)制器、處理器和接口組成。信號進(jìn)入Cable Modem

中的調(diào)諧器后，輸入的RF信號下變頻為IF（6～40MHz）信號，由設(shè)置的雙工器來完成上、

下行信號的分離；解調(diào)器對輸入的IF信號進(jìn)行64/256QAM解調(diào)，并采用RS技術(shù)（Reed —

Solomon）進(jìn)行誤碼糾錯和MPEG同頻操作；而脈沖調(diào)制器的工作主要是對上行信號進(jìn)行處理，

包括RS編碼，16QAM/QPS調(diào)制、頻率轉(zhuǎn)換等；而對信號的串/并轉(zhuǎn)換、幀標(biāo)志符的識別或插

入、MPEG編碼中數(shù)據(jù)信號的換取，非本機(jī)數(shù)字信號的過濾等工作都由Cable Modem中的處

理器承擔(dān)。Cable Modem不僅具備調(diào)制解調(diào)功能，還能提供集線器、路由器、加解密器等設(shè)

備的功能。使用Cable Modem不僅解決了高速訪問因特網(wǎng)的問題，還能提供音視頻服務(wù)、訪

問CD—ROM服務(wù)器及其它一些增值業(yè)務(wù)的服務(wù)內(nèi)容。

3．Cable Modem的傳輸標(biāo)準(zhǔn)

（1）傳輸標(biāo)準(zhǔn)

國際電聯(lián)電信標(biāo)準(zhǔn)部1999年3月通過了J.112建議（DOCSIS：交互式有線電視業(yè)務(wù)傳

輸系統(tǒng)），基于DOCSIS V1.0、DOCSIS V1.1標(biāo)準(zhǔn)的Cable Modem系統(tǒng)下行采用了64QAM或

256QAM信號調(diào)制方式，上行采用了QPSK/16QAM信號調(diào)制方式。

Cable Modem在6MHz（NTSC）或8MHz（PAL-D）的帶寬中，若采用64QAM調(diào)制，其下行

傳輸速率能達(dá)到40Mbps；在1.8MHz的帶寬時，當(dāng)采用QPSK/16QAM調(diào)制技術(shù)時，其下行傳

輸速率大約為10Mbps；上行傳輸速率可達(dá) 到5.12Mbps，但是它的上、下行帶寬均為用戶共

享。

Cable Modem采用RS編碼技術(shù)進(jìn)行前向糾錯，大幅度提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，而且

能有效的使脈沖干擾的持續(xù)時間縮短，減小碼流的誤碼率。Cable Modem提供的速率是非對

稱的，下行信道是連續(xù)的，數(shù)據(jù)流以信元或者分組的方式來進(jìn)行信息的傳輸，它可根據(jù)數(shù)據(jù)

流信元或者分組信息中的地址信息來認(rèn)可某個終端來接收數(shù)據(jù)，而上行數(shù)據(jù)需要媒體接入控

制，用于控制用戶數(shù)據(jù)分組或信元進(jìn)入公用信道。

（2）頻率配置

根據(jù)GY/T106廣播電視技術(shù)規(guī)范行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，5～65MHz為上行頻率配置；65～87MHz

為過渡頻率帶；87～108MHz為調(diào)頻廣播范圍；108～1000MHz為模擬、數(shù)字、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)下行

帶寬。

根據(jù)IEEE802.14F規(guī)定，Cable Modem上行數(shù)字傳輸使用5～45MHz頻帶，50-450MHz

用于傳輸下行模擬信號，450-750MHz用于下行數(shù)字傳輸。

由此可見Cable Modem有豐富的頻率帶寬資源，當(dāng)信息量的需求越來越大時，它有著自

己獨特的優(yōu)勢，是普通電信網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。

4. Cable Modem與CMTS在寬帶網(wǎng)中的應(yīng)用

在HFC網(wǎng)絡(luò)上利用 Cable Modem可實現(xiàn)因特網(wǎng)寬帶接入，為用戶提供在線娛樂、VOD、

電視會議、遠(yuǎn)程工作組以及局域網(wǎng)互聯(lián)等各種寬帶綜合業(yè)務(wù)。

Cable Modem進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時主要由前端CMTS和終端Cable Modem組成，下行數(shù)據(jù)先

進(jìn)行射頻調(diào)制，再用頻分復(fù)用方式同模擬電視信號混合，然后經(jīng)光調(diào)制后向各光節(jié)點傳輸，

終端Cable Modem是用戶設(shè)備與同軸網(wǎng)絡(luò)的接口，Cable Modem備有以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)接口，它

可與PC機(jī)或局域網(wǎng)相連接。Cable Modem負(fù)責(zé)接收下行數(shù)據(jù)，經(jīng)解調(diào)后送到PC機(jī)，同時把

PC機(jī)傳輸?shù)纳闲行盘栠M(jìn)行射頻調(diào)制，經(jīng)光纖傳向前端機(jī)房。

每臺Cable Modem都擁有一個48位的物理地址外，還有一個14位的服務(wù)標(biāo)識（Service

ID），一個服務(wù)標(biāo)識就對應(yīng)一種服務(wù)類型，由CMTS進(jìn)行分配。通過服務(wù)標(biāo)識在Cable Modem

與CMTS之間建立一個映射，CMTS根據(jù)這個映射為每臺Cable Modem分配帶寬，實現(xiàn)QoS管

理。

Cable Modem利用HFC系統(tǒng)的6～8MHz帶寬可提供30Mbps～40Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，

為多個終端用戶共享。如果10個用戶共享上網(wǎng)，則每個用戶可使用的平均傳輸速率為3～

4Mbps。實際上，Cable Modem的連接實際占用的帶寬并不是固定的，它只在發(fā)送和接收數(shù)

據(jù)的瞬間才占用網(wǎng)絡(luò)的帶寬，而其它時間并不占用網(wǎng)絡(luò)的資源，正是由于這一點，在實際應(yīng)

用中可實現(xiàn)帶寬的動態(tài)分配管理，在規(guī)定的頻段內(nèi)若上網(wǎng)的人數(shù)很少，每個上網(wǎng)的用戶所分

配的帶寬就遠(yuǎn)超過3～4Mbps的傳輸速率，當(dāng)然在上網(wǎng)高峰期也會出現(xiàn)擁塞現(xiàn)象。同時上網(wǎng)

的用戶越多，每個用戶所能獲得的平均傳輸速率就會大幅度下降。