電纜調(diào)制解調(diào)器(Cable Modem)的現(xiàn)狀與發(fā)展

李樹山　甘肅省康縣廣播電臺
　　摘要：詳細介紹電纜調(diào)制解調(diào)器的工作原理、傳輸模式及應(yīng)用前景。


　　關(guān)鍵詞：電纜調(diào)制解調(diào)器



　　1有線電視網(wǎng)的資源潛力��



　　我國擁有世界上最大的有線電視網(wǎng)絡(luò)。目前在我國有線電視網(wǎng)有兩大優(yōu)勢：最后“一公里”帶寬很寬；覆蓋率高于電信網(wǎng)。電信網(wǎng)形成時，只是為了一個業(yè)務(wù)，那就是打電話，而打電話只要求64K的帶寬。所以整個網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計也就僅局限于這64K，包括入戶的雙絞線。這樣一來，電信網(wǎng)的“最后一公里”就成了瓶頸，限制了網(wǎng)絡(luò)速度的提高。盡管電信采取了ISDN（綜合服務(wù)數(shù)字網(wǎng)）、ADSL（非對稱線性環(huán)路），目前可以做到10M、8M、6M，但在當(dāng)前價位上提高的余地不大。再往前走，成本將非常高。而CATV（有線電視）的同軸電纜的帶寬很容易可以做到800M，就現(xiàn)在的帶寬需求而言，CATV網(wǎng)的最后“一公里”是暢通的。當(dāng)然，由于有線電視網(wǎng)當(dāng)初是用于廣播式的電視傳播，也就是說，是單向的，所以要用于電腦網(wǎng)絡(luò)，必須對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)前端和用戶端進行改造，使之具有雙向傳輸功能。總的來說，有線電視網(wǎng)相對電信網(wǎng)絡(luò)具有以下優(yōu)勢：��



　　1)高傳輸速率；��


　　2)線路始終通暢（不用撥號，沒有忙音）；��


　　3)多用戶使用一條線路（包括完整的電視信號）；��


　　4)不占用公用電話線；��


　　5)提供真正的多媒體功能。��


　　2電纜調(diào)制解調(diào)器的原理和使用��


　　2��1電纜調(diào)制解調(diào)器的基本概念��


　　電纜調(diào)制解調(diào)器是一種可以通過有線電視網(wǎng)絡(luò)進行高速數(shù)據(jù)接入的裝置。它一般有兩個接口，一個用來連接有線電視端口，另一個與計算機相聯(lián)。電纜調(diào)制解調(diào)器不僅包含調(diào)制解調(diào)部分，它還包括電視接收調(diào)諧、加密解密和協(xié)議適配等部分，它還可能是一個橋接器、路由器、網(wǎng)絡(luò)控制器或集線器。一個電纜調(diào)制解調(diào)器要在兩個不同的方向上接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，把上、下行數(shù)字信號用不同的調(diào)制方式調(diào)制在雙向傳輸?shù)哪骋粋�6MHz或8MHz帶寬的電視頻道上。它把上行的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬射頻信號，在有線電視網(wǎng)上傳送。接收下行信號時，電纜調(diào)制解調(diào)器把它轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便電腦處理。電纜調(diào)制解調(diào)器的傳輸速率一般可達3～50Mbit/s，距離可以是100km甚至更遠。電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)（CMTS）能和所有的電纜調(diào)制解調(diào)器通訊，但是電纜調(diào)制解調(diào)器只能和CMTS通訊。如果兩個電纜調(diào)制解調(diào)器需要通訊，那么必須由CMTS轉(zhuǎn)播信息。��



　　2��2電纜調(diào)制解調(diào)器的速度��



　　電纜調(diào)制解調(diào)器通過有線電視網(wǎng)絡(luò)進行高速數(shù)據(jù)傳輸，從網(wǎng)上下載信息的速度比現(xiàn)有的電話 Modem快1000倍。通過電話線下載需要20min完成的工作，使用電纜調(diào)制解調(diào)器只需要1��2s。電纜調(diào)制解調(diào)器的速度范圍可以從500Kbit/s到10Mbit/s。��



　　2��3電纜調(diào)制解調(diào)器的傳輸模式��



　　2��3��1對稱式傳輸��



　　所謂對稱式傳輸是指上/下行信號各占用一個普通頻道8M帶寬，上/下行信號可能采用不同的調(diào)制方法，但用相同傳輸速率(2～10Mbit/s)的傳輸模式。在有線電視網(wǎng)里利用5～30(42)MHz作為上行頻帶，對應(yīng)的回傳最多可利用3個標(biāo)準(zhǔn)8MHz頻帶：500～550MHz傳輸模擬電視信號，550～650MHz為VOD(視頻點播)，650～750MHz為數(shù)據(jù)通訊。利用對稱式傳輸，開通一個上行通道(中心頻率26MHz)和一個下行頻道(中心頻率251MHz)。上行的26MHz信號經(jīng)雙向濾波器檢出，輸入給變頻器，變頻器解出上行信號的中頻(36～44MHz)再調(diào)制為下行的251MHz，構(gòu)成一個邏輯環(huán)路，從而實現(xiàn)了有線電視網(wǎng)雙向交互的物理鏈路。��



　　2��3��2非對稱式傳輸��



　　由于用戶上網(wǎng)發(fā)出請求的信息量遠遠小于信息下行量，而上行通道又遠遠小于下行通道，人們發(fā)現(xiàn)非對稱式傳輸能滿足客戶的要求，而又避開了上行通道帶寬相對不足的矛盾。

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　　頻分復(fù)用、時分復(fù)用的配合加之以新的調(diào)制方法，每8MHz帶寬下行速率可達30Mbit/s，上行傳輸速率為512Kbit/s或2��048Mbit/s。很明顯，非對稱式傳輸最大的優(yōu)勢在于提高了下行速率，并極大地滿足網(wǎng)上數(shù)以萬計的客戶的應(yīng)用申請，相對應(yīng)的非對稱式傳輸?shù)那岸嗽O(shè)備是較為復(fù)雜的，它不僅有對稱式應(yīng)用中的數(shù)字交換設(shè)備，還必須有一個線纜路由器（Cable Router），才能滿足網(wǎng)絡(luò)交換的需要。而對稱式傳輸中執(zhí)行的IEEE802��4令牌網(wǎng)協(xié)議在同一鏈路用戶較少時還能達到設(shè)計速率，當(dāng)用戶達到一定數(shù)量時，其速率迅速下降，不能滿足客戶多媒體應(yīng)用的需求。此時，非對稱式傳輸就比對稱式傳輸有了更多更大的應(yīng)用范圍，它可以開展電話、高速數(shù)據(jù)傳遞、視頻廣播、交互式服務(wù)和娛樂等服務(wù)，它能最大限度地利用可分離頻譜，按客戶需要提供帶寬。��



　　2��3��3傳輸模式的選擇��



　　 很明顯，不同的用途，不同的范圍和規(guī)模，就應(yīng)該注意選擇不同的傳輸模式和不同的產(chǎn)品。寫字樓、辦公樓、學(xué)校和小區(qū)主要是用網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)、資料以及Internet接入，那么就選擇對稱模式的電纜調(diào)制解調(diào)器，而且該類產(chǎn)品易用、易維護、價格低廉。如果網(wǎng)絡(luò)結(jié)點設(shè)計合理的話(500個電視終端，200個數(shù)據(jù)用戶)，利用有線電視網(wǎng)，采用對稱式傳輸模式建立一個企業(yè)的Intranet通信平臺也是可行的。��



　　2��4電纜調(diào)制解調(diào)器的種類��



　　隨著電纜調(diào)制解調(diào)器技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了不少的類型。按不同的角度劃分，大概可以分為以下幾種。��



　　2��4��1從傳輸方式的角度，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2～4Mbit/s、最高能達到10Mbit/s。非對稱式傳輸下行速率為30Mbit/s，上行速率為500Kbit/s～2��56Mbit/s。��



　　2��4��2從數(shù)據(jù)傳輸方向上看，有單向、雙向之分。

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　　2��4��3從網(wǎng)絡(luò)通信角度上看，Modem可分為同步(共享)和異步(交換)兩種方式。同步(共享)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，其速率急劇下降，碰撞增加，登錄入網(wǎng)困難。而異步(交換)的ATM技術(shù)與非對稱傳輸正在成為電纜調(diào)制解調(diào)器技術(shù)的發(fā)展主流趨勢。��



　　2��4��4從接入角度來看，可分為個人電纜調(diào)制解調(diào)器和寬帶電纜調(diào)制解調(diào)器(多用戶)，寬帶電纜調(diào)制解調(diào)器可以具有網(wǎng)橋的功能，可以將一個計算機局域網(wǎng)接入。��



　　2��4��5從接口角度分，可分為外置式、內(nèi)置式和交互式機頂盒。��



　　外置電纜調(diào)制解調(diào)器的外形象小盒子，通過網(wǎng)卡連接電腦，所以連接電纜調(diào)制解調(diào)器前需要給電腦添置一塊網(wǎng)卡，這也是外置電纜調(diào)制解調(diào)器的缺點。不過好處是可以支持局域網(wǎng)上的多臺電腦同時上網(wǎng)。電纜調(diào)制解調(diào)器支持大多操作系統(tǒng)和硬件平臺。內(nèi)置電纜調(diào)制解調(diào)器是一塊PCI 插卡。這是最便宜的解決方案。缺點是：只能用在臺式電腦上，在麥金塔電腦和膝上電腦無法使用。��



　　交互式機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），交互式機頂盒提供一個回路，使用戶可以直接在電視屏幕上訪問網(wǎng)絡(luò)，收發(fā)E－Mail等。��2��5CATV網(wǎng)上的加密��



　　因為有線電視網(wǎng)屬于共享資源，所以電纜調(diào)制解調(diào)器需要具有加密和解密功能。當(dāng)給數(shù)據(jù)加密時，電纜調(diào)制解調(diào)器對數(shù)據(jù)進行編碼和擾碼，使得黑客盜取數(shù)據(jù)沒那么容易。當(dāng)通過Internet發(fā)送數(shù)據(jù)時，本地電纜調(diào)制解調(diào)器對數(shù)據(jù)進行加密，有線電視網(wǎng)服務(wù)器端的電纜調(diào)制解調(diào)器對數(shù)據(jù)解密，然后送給Internet。接收數(shù)據(jù)時則相反，有線電視網(wǎng)服務(wù)器端的Internet。接收數(shù)據(jù)時則相反，有線電視網(wǎng)服務(wù)器端的電纜調(diào)制解調(diào)器加密數(shù)據(jù)，送上有線網(wǎng)，然后本地電腦上的電纜調(diào)制解調(diào)器解密數(shù)據(jù)。與Netscape 的Navigator 和 Microsoft 的Internet Explorer的加密不同的是，電纜調(diào)制解調(diào)器只是在有線電視網(wǎng)兩端對數(shù)據(jù)加密/解碼，數(shù)據(jù)通過Internet時是不被加密的。��



　　2��6電纜調(diào)制解調(diào)器的標(biāo)準(zhǔn)��



　　目前，電纜調(diào)制解調(diào)器主要存在兩種不同的標(biāo)準(zhǔn)，一個是由美國有線電視運營公司成立的行業(yè)組織MCNS（多媒體線纜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)）起草的、已被ITU批準(zhǔn)的J��112標(biāo)準(zhǔn)；還有一個是IEEE802��14，此標(biāo)準(zhǔn)正在制訂中。從技術(shù)上講IEEE802��14比ITUJ��112先進。��



　　2��7電纜調(diào)制解調(diào)器的連接使用��



　　電纜調(diào)制解調(diào)器與傳統(tǒng)的用電話線（標(biāo)準(zhǔn)雙絞線）連接電話和電腦調(diào)制解調(diào)器的情況稍顯復(fù)雜。最基本的有線電視網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括5個重要部分：前端設(shè)備、干線系統(tǒng)、鄰近分配系統(tǒng)、入戶系統(tǒng)和終端設(shè)備。首先你要把電纜調(diào)制解調(diào)器連接到墻上的電視插孔，再把電視機和電腦連接到電纜調(diào)制解調(diào)器。在有線電視網(wǎng)的另一端是電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)（CMTS－Cable Modem Termination System），作為網(wǎng)絡(luò)前端。當(dāng)然，安裝網(wǎng)卡時必須同時安裝TCP/IP協(xié)議。電話 Modem一般接在電腦的串行通訊口上。最近10來年，串口一直是電腦的標(biāo)準(zhǔn)配置，但串口原本是用來作低速通訊的，不能支持電纜調(diào)制解調(diào)器這樣的高速設(shè)備。所以電纜調(diào)制解調(diào)器通過網(wǎng)絡(luò)適配卡與電腦相連。網(wǎng)卡插在PCI，ISA 或PCMCIA插槽中。網(wǎng)卡提供的速度比串口快得多。��



　　2��8電纜調(diào)制解調(diào)器工作原理��



　　電纜調(diào)制解調(diào)器從下行的模擬信號中劃出6MHz頻帶，將信號轉(zhuǎn)化為符合以太網(wǎng)協(xié)議的格式，從而與電腦實現(xiàn)通訊。用戶需要給電腦配置以太網(wǎng)卡和相應(yīng)的網(wǎng)卡驅(qū)動程序。同軸電纜中的6MHz頻帶被用來提供數(shù)據(jù)通訊。電視和電腦可以同時使用，互不影響。有線電視網(wǎng)絡(luò)實際運行過程。射頻信號在用戶和前端之間沿同軸電纜上行或下行。上行和下行信號共享6MHz頻帶，但是調(diào)制在不同的載波頻率上以避免相互干擾。一般速率下行為10Mbit/s，上行速率為786Kbit/s。通過上下行協(xié)議及相應(yīng)的軟硬件配置保證其通信質(zhì)量。��



　　 有線電視前端在上行方向，電纜調(diào)制解調(diào)器從電腦接收數(shù)據(jù)包，把它們轉(zhuǎn)換成模擬信號，傳給網(wǎng)絡(luò)前端設(shè)備。該設(shè)備負責(zé)分離出數(shù)據(jù)信號，把信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)包，并傳給Internet服務(wù)器。同時該設(shè)備還可以剝離出語音（電話）信號并傳給交換機。為實現(xiàn)上述功能，需要將目前的單向有線電視網(wǎng)轉(zhuǎn)變成雙向光纖—同軸電纜混合網(wǎng)，以便實現(xiàn)寬帶應(yīng)用。除了前端設(shè)備和現(xiàn)存的下行信號放大器外，還需要在干線上插入上行信號放大器。��



　　3國外的發(fā)展情況��



　　利用電纜調(diào)制解調(diào)器在有線電視混合光纜同軸網(wǎng)上傳送數(shù)據(jù)，用其做為互聯(lián)網(wǎng)的寬帶接入網(wǎng)是非常誘人的，有著良好的發(fā)展前景。原因是這種方法成本低、頻帶寬，是現(xiàn)有有線電視網(wǎng)寬帶技術(shù)發(fā)展的熱點。在美國有50個地方做試驗網(wǎng)，而像加州Ahome網(wǎng)已開始商業(yè)運行。在1996年12月舉行的96Westernshow有線電視大展上，有20家公司推出電纜調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)品。一些大公司如DEC、Philips等采用多家公司的產(chǎn)品做系統(tǒng)集成服務(wù)，用HFC網(wǎng)做接入網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的操作支撐系統(tǒng)(OSS)軟件也已出現(xiàn)�？傊�，電纜調(diào)制解調(diào)器經(jīng)過幾年的發(fā)展已開始進入實用期。目前已發(fā)展的、供家庭用戶接入互聯(lián)網(wǎng)使用的電纜調(diào)制解調(diào)器大多是雙向不對稱的。一般來說，下行占用一個NTSC 6MHz通道，采用64QAM調(diào)制提供高達30Mbit/s的傳送速率，而上行通道則在5～40MHz帶中選擇干擾較低的位置，占用1～2MHz帶寬，用QPSK(或BPSK)調(diào)制提供500Kbit/s～2Mbit/s傳送速率，第一代電纜調(diào)制解調(diào)器的標(biāo)準(zhǔn)大致是這樣。典型產(chǎn)品如Motorola的Cybersurfr電纜調(diào)制解調(diào)器，下行30Mbit/s，上行786Kbit/s(占用600kHz帶寬)。IBM則推出其雙向的Cableonline系統(tǒng)。它的下行速率為30Mbit/s，上行為2��5Mbit/s。這種電纜調(diào)制解調(diào)器輸入按照以太網(wǎng)協(xié)議連接用戶，輸出為ATM信號，在前端可用ATM交換機進行交換，解決了對來自多個光結(jié)點的數(shù)據(jù)進行交換的問題。上行噪聲是影響電纜調(diào)制解調(diào)器性能的主要因素。為此不少公司在探索除QPSK(BPSK)以外的新的有高抗干擾能力的調(diào)制方法，在這方面1996年也有新突破。Terayon公司采用S-CDMA同步碼分多址法取得很好效果，這種電纜調(diào)制解調(diào)器能工作在一個由8個光結(jié)點連接3萬戶居民的小區(qū)中，估計今后第二代電纜調(diào)制解調(diào)器會采用新的上行調(diào)制方法增強抗干擾能力。��



　　4國內(nèi)CATV網(wǎng)開發(fā)情況��



　　目前，我國正在建更大規(guī)模的HFC寬帶接入試驗網(wǎng)。863計劃通信主題也設(shè)立了全功能服務(wù)網(wǎng)課題。中國數(shù)據(jù)廣播中心與中國科學(xué)院科健集團合資成立的廣通聯(lián)數(shù)據(jù)廣播網(wǎng)絡(luò)有限責(zé)任公司主營推廣電纜調(diào)制解調(diào)器互聯(lián)網(wǎng)高速接入業(yè)務(wù)。作為信息重要載體和傳播途徑的網(wǎng)絡(luò)（局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和網(wǎng)間網(wǎng)）必將在社會的信息化和信息化的社會中發(fā)揮不可替代的作用




摘自《西部廣播電視》