CableModem及其系統(tǒng)的配置和使用

曾光裕趙晶

【提要】本文介紹了線纜調(diào)制解調(diào)器（CableModem）系統(tǒng)的主要特點(diǎn)、系統(tǒng)配置及使用中需注意的問(wèn)題，給出了幾種系統(tǒng)連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】線纜調(diào)制解調(diào)器（CableModem）線線調(diào)制解調(diào)終接系統(tǒng)（CMTS）光纖同軸電纜混合（HFC）網(wǎng)絡(luò)寬帶網(wǎng)絡(luò)

有線電視HFC網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)寬帶網(wǎng)絡(luò)，具有實(shí)現(xiàn)用戶寬帶接入的基礎(chǔ)。1998年3月，ITU組織接受了MCNS的DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)，確定了在HFC網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通信的規(guī)范，為線纜調(diào)制解調(diào)器（CableModem）系統(tǒng)的發(fā)展提供了保證。通過(guò)CableModem系統(tǒng)，用戶可在有線電視網(wǎng)絡(luò)內(nèi)實(shí)現(xiàn)國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)、IP電話、視頻會(huì)議、視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)絡(luò)游戲等功能。

1.CableModem的特點(diǎn)及其系統(tǒng)連接

CableModem和非對(duì)稱數(shù)字用戶線路（ADSL）是實(shí)現(xiàn)用戶寬帶接入的兩種技術(shù)，它們傳輸數(shù)據(jù)的速度可達(dá)到幾至幾十Mb／s。這兩種技術(shù)的工作原理完全不同，有著各自的特點(diǎn)。ADSL技術(shù)采用普通電話線傳輸數(shù)據(jù)，用戶與前端的通信為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，前端需為每一個(gè)撥入的用戶提供一個(gè)接口電路板，因此前端設(shè)備會(huì)隨著用戶數(shù)量的增加而逐用有線電視電纜傳輸數(shù)據(jù)，用戶與前端的通信為總線方式，一臺(tái)前端設(shè)備可為多個(gè)用戶提供服務(wù)。例如，一臺(tái)CMTS1000型前端設(shè)備可以連接500～2000個(gè)CableModem用戶，其體積僅為一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的19”機(jī)箱大小。

CableModem系統(tǒng)包括前端設(shè)備CMTS和用戶端設(shè)備CableModem（CM），兩設(shè)備通過(guò)雙向HFC網(wǎng)絡(luò)連接。

系統(tǒng)的主要性能分為上行通道和下行通道兩部分。下行通道的頻率范圍為88～860MHz，每個(gè)通道的帶寬為6MHz，采用64QAM或256QAM調(diào)制方式，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為30.342Mb／S或42.884Mb／S。上行通道的頻率范圍為5～65MHz，每個(gè)通道的帶寬可為200、400、800、1600、3200kHZ，采用QPSK或16QAM調(diào)制方式，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為320～5120kb／s或640～10240kb／s。

系統(tǒng)的每一個(gè)下行通道可支持500～2000個(gè)CableModem用戶，工作時(shí)每個(gè)CableModem用戶實(shí)時(shí)分析下行數(shù)據(jù)中的地址，通過(guò)地址匹配確定數(shù)據(jù)的接收。當(dāng)用戶數(shù)量較多時(shí)，下行數(shù)據(jù)量增大，每個(gè)用戶的平均速度下降。例如，一個(gè)下行通道中有1000個(gè)用戶，平均速度為40Mb／s/1000=40kb／s。這個(gè)速度是指每個(gè)用戶同時(shí)下載數(shù)據(jù)的情況，實(shí)際傳輸中，系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)地分配帶寬，使某個(gè)用戶在很短的時(shí)間內(nèi)，占用一切可用的帶寬完成數(shù)據(jù)的下載。因此，平均速度只是一個(gè)最小數(shù)據(jù)。在前述情況中，每個(gè)用戶的實(shí)際傳輸速度應(yīng)為40kb／s--40Mb／s。

在上行通道中，數(shù)據(jù)傳輸速率比下行通道低，整個(gè)通道被分成多個(gè)時(shí)間片，每個(gè)CableModem根據(jù)前端設(shè)備提供的參數(shù)，確定使用相應(yīng)的時(shí)間片。上行通道的帶寬可根據(jù)所需的數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)定。在同樣的帶寬內(nèi)，QP－SK調(diào)制的速率比16QAM調(diào)制方式低，但其抗干擾性能好，適用于噪聲干擾較大的上行通道，而16QAM調(diào)制適用于信道質(zhì)量好且要求高速傳輸數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。

在CMTS設(shè)備中，為了減小上行通道的干擾，一個(gè)下行通道一般對(duì)應(yīng)有多個(gè)不同頻率的上行通道，CMTS根據(jù)信道的噪聲狀況自動(dòng)跳頻到干擾較小的通道，而用戶察覺(jué)不到跳頻的過(guò)程。

2.CableModem系統(tǒng)的配置、使用和管理

CableModem和前端設(shè)備的配置是分別進(jìn)行的。CableModem設(shè)備有用于配置的Consol接口，可通過(guò)VT終端或Win9x的超級(jí)終端程序進(jìn)行設(shè)置。

CableModem加電工作后，首先自動(dòng)搜索前端的下行頻率，找到下行頻率后，從下行數(shù)據(jù)中確定上行通道，與前端設(shè)備CMTS建立連接，并交換信息，包括上行電平數(shù)值、動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DHCP）和小文件傳送協(xié)議（TFTP）服務(wù)器的IP地址等。CableModem有在線功能，即使用戶不使用，只要不切斷電源，則與前端始終保持信息交換，用戶可隨時(shí)上線。CableModem具有記憶功能，斷電后再次上電時(shí)，使用斷電前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)與前端進(jìn)行信息交換，可快速地完成搜索過(guò)程。

從以上可看出，在實(shí)際使用中，CableModem一般不需要人工配置和操作。如果進(jìn)行了設(shè)置，例如改變了上行電平數(shù)值，它會(huì)在信，氨交換過(guò)程中自動(dòng)設(shè)置到CMTS指定的合適數(shù)值上。

每一臺(tái)CableModem在使用前，都需在前端登記，在TFTP服務(wù)器上形成一個(gè)配置文件。一個(gè)配置文件對(duì)應(yīng)一臺(tái)CableModem，其中含有設(shè)備的硬件地址，用于識(shí)別不同的設(shè)備。CableModem的硬件地址標(biāo)示在產(chǎn)品的外部，有RF和以太兩個(gè)地址，TFTP服務(wù)器的配置文件需要RF地址。有些產(chǎn)品的地址需通過(guò)Consol接口聯(lián)機(jī)后讀出。對(duì)于只標(biāo)示一個(gè)地址的產(chǎn)品，該地址為通用地址。

前端設(shè)備CMTS是管理控制CableModem的設(shè)備，其配置可通過(guò)Consol接口或以太網(wǎng)接口完成。通過(guò)Consol接口配置的過(guò)程與CableModem配置類似，以行命令的方式逐項(xiàng)進(jìn)行，而通過(guò)以太網(wǎng)接口的配置，需使用廠家提供的專用軟件，例如北電網(wǎng)絡(luò)公司的LCN配置軟件。

CMTS的配置內(nèi)容主要有：下行頻率、下行調(diào)制方式、下行電平等。下行頻率在指定的頻率范圍內(nèi)可以任意設(shè)定，但為了不干擾其它頻道的信號(hào)，應(yīng)參照有線電視的頻道劃分表選定在規(guī)定的頻點(diǎn)上，例如，選擇DS34頻道的中心頻率682MHz。調(diào)制方式的選擇震考慮信道的傳輸質(zhì)量。此外，還必須設(shè)置DHCP、TFTP服務(wù)器的IP地址、CMTS的IP地址等。

上述設(shè)置完成后，如果中間的線路無(wú)故障，信號(hào)電平的衰減符合要求，則啟動(dòng)DHCP、TFTP服務(wù)器，就可以在前端和CableModem間建立正常的通信通道。

一般地說(shuō)，CMTS的下行輸出電平為50～61dBmV（110～121dBμV），接收的輸入電平為一16～26dBmV；CableModem接收的電平范圍為一15～15dBmV；上行信號(hào)的電平為8～58dBmV（QPSK）或8～55dBmV（16QAM）。上下行信號(hào)經(jīng)過(guò)HFC網(wǎng)絡(luò)傳輸衰減后，電平數(shù)值應(yīng)滿足這些要求。

CMTS設(shè)備中的上行通道接口和下行通道接口是分開(kāi)的，使用時(shí)需經(jīng)過(guò)高低通濾波器混合為一路信號(hào)，再送入同軸電纜。實(shí)際使用中，也可用分支分配器完成信號(hào)的混合，但對(duì)CMTS設(shè)備內(nèi)部的上下行通道的干擾較大。

在CMTS和CableModem間的通道建立后，可使用簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理。SNMP是一個(gè)通用的網(wǎng)絡(luò)管理程序，對(duì)于不同廠家的CMTS和CableModem設(shè)備，需將廠家提供的管理信息庫(kù)（MIB）文件裝入到SNMP中，才能管理相應(yīng)的設(shè)備。也可使用行命令的方式進(jìn)行管理，但操作不直觀，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。

3.多臺(tái)CMTS設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)中一個(gè)下行通道最多支持2048個(gè)用戶，不同廠家的CMTS支持的下行通道數(shù)也不同，一臺(tái)北電網(wǎng)絡(luò)公司的CMTS1000支持一個(gè)下行通道，Cisco的UBR7246有4個(gè)插槽，全部插滿時(shí)可支持4個(gè)下行通道。當(dāng)用戶數(shù)較多或傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大時(shí)，必須考慮使用多個(gè)下行通道，可將多臺(tái)CMTS設(shè)備連成網(wǎng)絡(luò)。

在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，一個(gè)CMTS對(duì)應(yīng)一個(gè)CableModem用戶群，采用一對(duì)光纖連接，CMTS間通過(guò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的連接。各CMTS可使用相同或不同的下行頻率。如果使用不同的下行頻率，則可將多個(gè)CMTS的下行輸出混合成一路信號(hào)，送入HFC網(wǎng)絡(luò)，而在前端TFTP服務(wù)器的配置文件中，將同一個(gè)用戶群內(nèi)的CableModem編排分配在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，并將其下行頻率設(shè)成相同的數(shù)值。

在這種結(jié)構(gòu)中，可在分中心配置一些服務(wù)器，例如視頻服務(wù)器等，以減少用戶對(duì)總中心的訪問(wèn)量，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)速度。分中心可以將適合自己特點(diǎn)的信息源放入服務(wù)器，供本區(qū)用戶訪問(wèn)。網(wǎng)絡(luò)中各CMTS是獨(dú)立的。其下行頻率可以不同。

在用戶端，CableModem后通常接一臺(tái)PC機(jī)，但考慮到價(jià)格因素，也常接多臺(tái)PC機(jī)，這時(shí)需在CableModem后接一臺(tái)以太網(wǎng)集線器（HUB）或交換機(jī)（Switch）。多數(shù)CableModem具有帶16個(gè)PC用戶的能力，每個(gè)用戶均可通過(guò)一條雙絞線連到HUB的一個(gè)RJ45接口。這種使用方法的不足之處是，需要重新布線，沒(méi)有發(fā)揮原有同軸電纜入戶的優(yōu)越性。

摘自《廣播與電視技術(shù)》