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Cable Modem,Cable Modem是什么意思

2010年04月06日 10:51 m.1cnz.cn 作者:佚名 用戶評論(0

Cable Modem,Cable Modem是什么意思

Cable Modem是一種通過有線電視網絡進行數據高速接入的設備。Cable Modem在兩個不同的方向上發送和接收數據,它把上、下行的數字信號用不同的調制方式調制在雙向有線電視網的某一個6MHZ/8MHZ帶寬的電視頻道上。Cable Modem把上行的數字信號轉換成模擬射頻信號,通過有線電視網傳送。接收下行的信號時,Cable Modem把他轉換為用戶計算機能夠識別的數字信號,然后發送給用戶計算機。

Cable Modem的傳輸速率根據調制方式而有所不同,傳輸距離可以達到100公里以上。系統前端的Cable Modem局端系統(CMTS)能和所有的Cable Modem進行通訊,Cable Modem只能和CMTS進行通訊,如果兩個Cable Modem間需要進行通訊,那么必須由CMTS進行轉發。

Cable Modem的標準
目前,Cable Modem存在多種不同的標準,其中最主要的一個是由MCNS起草的、已被ITU批準的J.112標準。此外還有DVB/DAVIC EuroModem 、CDLP及IEEE802.14等,IEEE802.14正在制訂中。特別是隨著Cable Lab的基于MCNS標準的DOCSIS/Euro DOCSIS方案的制定,確定了Cable Modem設備的互操作性,使得Cable Modem規范化和標準化,不同廠商之間的產品可以通用,這樣兼容性和互換性就得到了保障,從而有效地降低了成本。現在廠商主要執行的標準是MCNSDOCSIS1.0/1.1。

MCNSDOCSIS標準的主要特征包括更高效的傳輸速率,頻分-時分復用,優化的MAC協議,更高效的上下行調制協議。

MCNSDOCSIS1.0/1.1標準上行采用QPSK、QAM16調制方式,抗干擾性能好,還可以把上行信號更進一步細分xkHZ頻帶,把上行信號動態轉入干凈、無噪聲的頻帶,通過現在的HFC網絡技術和上行模塊設置能夠滿足抗干擾性的要求。下行主要采用64QAM、256QAM調制方式。 Euro DOCSIS 在DOCSIS1.0/1.1規范基礎上提供了適合歐洲的物理層標準。它對于頻譜劃分、頻道帶寬、信道參數的規定兼容歐洲標準。它使用的信道帶寬是8M,而基于DOCSIS1.0/1.1的Cable Modem使用的信道帶寬是6M。 MCNSDOCSIS定義了三種接口:(1)CMTS--NSI接口,是CMTS和數據網絡邊界(NSI)之間的接口。(2)DOCS-OSSI接口,是CMTS與操作支持系統(OSSI)之間的接口。(3)RF接口。包含CMTS與HFC網絡間的上下行射頻接口,HFC網絡與Cable Modem間的射頻接口和安全及接入控制系統接口。

HFC網絡數據通信協議
用戶數據在HFC網絡中進行傳輸就需要有相應的數據通信協議來保證數據的準確、安全快速傳輸。HFC網絡數據通信協議由網絡層、數據鏈路層、物理層以及各子層協議組成。

網絡層采用IP協議。數據鏈路層由邏輯連接控制層(LLC)、鏈路安全子層和介質訪問子層(MAC)三個子層構成。MAC 和邏輯連接控制層這兩個協議層規定了不同信號和用戶怎樣共享公共帶寬。MAC層控制用戶信道的分配和競爭,可以支持不同等級的業務。

MAC層的功能是:時間同步;初始測距,維持測距;注冊;時隙請求,時隙分配;上行通道實時改變(多點對一點時分復用);安全加密管理和QOS支持。物理層由傳輸匯聚子層(Trans Conv)和物理介質相關子層(PMD)組成,傳輸匯聚子層只存在于HFC網下行信道中。物理介質相關子層(PMD)上下行信道特征所有不同,下行信道PMD子層特征是: 64/256QAM及級聯的RS和Trellis前向糾錯解碼。上行信道PMD子層特征為:QPSK或16QAM調制,TDMA(時分復用)技術及可編程的RS塊。

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Cable Modem的傳輸模式
Cable Modem有兩種傳輸模式,根據不同的業務、范圍、規模和用戶選取不同的模式。


對稱式傳輸
在有線電視網里把5~45MHZ(可以擴展為5~65MHZ)作為上行頻帶,回傳可以使用3~6個標準6M/8MHZ頻道帶寬。50~550MHZ用于傳輸模擬電視信號,550~750MHZ作為話音、數據和其它交互式數字業務的下行通道,750MHA以上可以用于將來的網絡拓展服務。對稱式傳輸是指上/下行信號各占用一個普通頻道6M/8M帶寬,上下行信號采用不同的調制方法,但用相同傳輸速率傳輸的傳輸模式。通過有線電視網開展IP電話、進行會議電視業務或滿足用戶特定需求時使用對稱式傳輸技術,開通一個上行通道和一個下行頻道。上行的信號經雙向濾波器檢出,輸入給變頻器,變頻器解出上行信號的中頻后調制到下行的頻道上,這樣就構成了一個邏輯環路,從而實現了有線電視網對稱式雙向交互的物理鏈路。

非對稱式傳輸
因為絕大部分時候用戶的上行請求的數據量遠遠小于下行數據量,同時又由于上行頻帶資源相對下行頻道資源而言非常貧乏。所以使用非對稱傳輸技術既能滿足絕大部分上行請求,而同時解決了上行通道帶寬相對不足的問題。非對稱傳輸技術采用新的調制方法并與頻分復用(FDMA)、時分復用(TDMA)等技術配合,大大提高了數據的下行速率,并盡可能地滿足大量用戶的上行請求,增加了系統的容量。非對稱式傳輸的前端設備比對稱式傳輸的前端設備復雜,它不僅有對稱式中的數字交換設備,還必須有一個線纜路由器,通過線纜路由器能夠滿足網絡交換的需要。非對稱式傳輸就比對稱式傳輸的應用范圍廣,使用非對稱式傳輸可以開展高速數據傳送、視頻廣播、交互式娛樂等服務,能夠最大限度地利用可分離頻譜,按用戶的需求提供相應的帶寬。


Cable Modem工作原理
Cable Modem內部結構包括濾波器、調制解調器、(去)交織/FEC模塊、數據成幀模塊、數據編碼模塊、網卡、中央處理器、存儲器和未知擴展功能模塊。在下行鏈路中,濾波器接收來自HFC網絡的射頻信號,將信號送到解調器進行解調。解調后的信號經過去交織/FEC模塊去交織和糾錯后再經過數據成幀,然后通過網卡送入用戶計算機。在上行鏈路中,用戶的訪問請求先經過MAC處理器進行處理,系統前端接納申請后,用戶計算機產生上行數據,經網卡送入Cable Modem。之后對上行數據進行編碼,再經過交織/FEC模塊處理。然后解調器對上行數據進行調制,最后通過濾波器送入HFC網。

在系統的前端放置Cable Modem局端設備(CMTS),Cable Modem置于用戶端。CMTS和Cable Modem間能夠進行數據包雙向傳輸,HFC網絡上的數據通信協議確保數據包的傳輸。HFC網絡是頻分復用的,在某一頻率上的信道是共享的,CMTS與Cable Modem的通訊是頻分復用和時分復用的結合。CMTS直接與本地服務器連接或者通過主干網與遠端服務器相連,根據不同用戶的要求來安排是基于競爭還是基于專線的服務方式以及提供不同的服務質量,給每個通過Cable Modem上行請求的用戶分配帶寬,對用戶Cable Modem進行授權。Cable Modem與用戶的計算機連接,通過HFC網上行信道與CMTS連接,接收CMTS傳來的參數,自動地實現對自身的配置。

Cable Modem首先掃描所有下行頻率,捕捉CMTS為此Cable Modem發送的下行信息,下行信息中包含CMTS指定的上行頻率。然后進行測距,測距后可以實現定時信息的同步和發射功率的控制。當用戶發送/接收數據時,Cable Modem在上行通道中發送申請IP地址的請求,前端的DHCP服務器收到請求后,向其返回一個IP地址。確定了上下行頻率和IP地址后,就可以通過Cable Modem訪問網絡。

下行采用廣播形式,Cable Modem對數據信號進行調制解調和同步處理等后傳送給用戶計算機。上行采用FDMA/TDMA接入方式。上行數據信號經過Cable Modem處理后送入HFC網絡。FDMA技術的使用不僅能增加上行信道的容量,又能夠減弱上行數據的沖突,同時為避免信道資源的浪費,對信道采用TDMA技術,將信道劃分成時隙。上下幀由DS(數據時隙)和CS(競爭時隙)兩種時隙組成,CMTS集中控制Cable Modem處信道/時隙的選擇。進行測距和同步確保Cable Modem能準確地將數據送入指定的時隙。帶寬申請信息使用CS時隙上傳(CS時隙由多個Cable Modem競爭獲取),CMTS進行上行帶寬動態分配。當一個從CMTS到Cable Modem的平臺搭建起來后,只需在前端和用戶端配置適當的設備。便能在有線電視網上提供IP電話、可視電話、會議電數據廣播以及視頻點播等增值業務。

前端:

網管服務器。

提供智能化的網絡控制與管理。

CMTS。

具備與外部網絡的接口,能夠進行協議轉換,具有分復用和調制解調功能,可以對Cable Modem進行調度管理。

TFTP服務器。

為Cable Modem下載配置文件。

DHCP服務器。

分配Cable Modem的IP地址。

TOD服務器:

為整個系統提供當前時間和日期,同步設備時鐘

終端:

Cable Modem。

將數據調制到HFC網絡頻帶中進行傳輸。接收時進行解調。Cable Modem和多用戶Cable Modem,多用戶Cable Modem具有網橋的功能,可以將一個計算機局域網接入,但它的安全性較弱。

PC(已安裝以太網卡及相應驅動程序)。

HFC網中的6MHZ/8MHZ頻帶可以同時用來提供數據通訊、普通模擬電視或者普通數字電視。電視和電腦可以同時使用,互不影響。射頻信號在用戶和前端之間的HFC網絡上上行或下行。上行和下行信號共享6MHZ/8MHZ頻帶,為避免相互干擾調制在不同的載波頻率上。

CMTS將數據封裝在MPEGTS幀中,以QAM等調制方式將數據調制在有線電視網的一個下行頻道上,在用戶端Cable Modem將下行RF信號轉化為符合以太網卡和相應的驅動程序,就能夠實現數據通信。在上行方向,Cable Modem從用戶計算機中接收數據包,然后把它們轉換成模擬信號,通過HFC網傳送給網絡前端CMTS設備。CMTS從模擬信號中提取出數據信號,轉換成數據包格式,并傳送給本地服務器和遠程服務器等設備。

通過網管進行配置,可以采用對稱或非對稱傳輸模式,滿足不同用戶需求的QOS,并可提供恒定比特率和可變比特率等業務。


基于S-CDMA(同步碼分多址)技術的Cable Modem
因為HFC網絡為樹型結構,所以用戶端的噪聲會在系統前端疊加,現有FDMA和TDMA技術容易受窄帶噪聲干擾,盡管通過HFC網絡技術和上行模塊進行設置可以抑制窄帶干擾,但這不足以從根本上解決干擾性問題。同時HFC網絡上行信道資源相對貧乏,這對網絡容量有很大的限制。S-CDMA技術的出現可以較完美地解決干擾性和容量問題。S-CDMA應用了調節技術來適應電纜設備的動態噪聲特征,他通過減少調制方式產生的干擾和動態地調整任一Cable Modem發射器的功率電平從而增加了系統的穩定性和可靠性。S-CDMA(碼分多址)技術是利用相互正交的地址碼,對已經被用戶信息調制過的載波再次進行調制,使得載波頻譜展寬,經過傳輸后在接收端用本地產生的相同的地址碼對載波進行篩選,把地址碼與本地地址碼一致的信號還原為窄帶信號,其它與本地地址碼不相關的信號略去。在HFC網絡中,每個用戶發送的上行信號由于經過的物理線路不同,信號到達前端接收機時會有不同的延時,為保持擴頻碼的互不相干性,S-CDMA系統通過同步工作機制對前端收到的擴頻信號進行同步。在系統前端設立參考時鐘,各用戶的擴頻信號與前端的擴頻碼不同步時,通過下行信道將信息送回用戶端,用戶端調整擴頻碼發生器的相位。獲取最佳的同步狀態。

S-CDMA技術使用HFC網提供的上、下行對稱6MHZ帶寬的獨立傳輸通道,在6MHZ帶寬中下行的傳輸速率是14Mbps,使用擴頻技術,使上行窄帶干擾降低,不影響鄰頻傳輸,可與HFC網中其他調制方式的傳輸共存。在基于S-CDMA技術的系統中,采用并行多碼擴頻技術來傳輸用戶的數據信息,由每個含有64kbps的多個數據碼來組成凈負載為14Mbps的數據總容量。每個數據流用自身擴展碼進行編碼、交織、并擴展到6MHZ。把用戶輸入的數據信息(串行)經過轉換分為多個碼流比特率為64kbps的并行數據碼流,分別進行擴頻調制后相加送入上行通道,在前端解調后轉換回原來的串行數據流輸出。這樣就可以根據用戶數據速率的大小,按需分配信道。帶寬的使用和分配由前端設備(CMTS等)控制,支持常碼率、變碼率和待用碼率。根據用戶的需求不僅可以提供固定帶寬,而且其余帶寬還可以動態靈活分配運用,這樣就可以針對不同用戶提供不同種類、不同價位的服務,擴大了服務的層次。

基于S-CDMA技術的Cable Modem對HFC 網絡上行信道的噪聲和窄帶干擾有很強的抑制能力,即使在上行頻帶中5~20MHZ這個干擾較大的頻率范圍以及其他Cable Modem無法正常運行的范圍內均能運行。基于S-CDMA技術的HFC網絡上行通信方案可充分利用整個上行頻帶,由于采用了多址同步技術,用戶之間的多址干擾大大降低,系統容量得到很大提高。但由于現在S-CDMA的標準還沒有制定,所以基于S-CDMA的技術的Cable Modem的兼容性較差,系統擴展性不強。

進行生產的廠家很少,市場規模很小,由于無法進行量產導致成本很高,相對于采用MCSNDOCSIS標準和解決兼容性和成本的問題,它一定會得到廣泛的應用。

HFC網絡通過Cable Modem實現雙向功能后就能夠支持所有的寬帶和窄帶業務,如:普通模擬電視、數據廣播、數字電視、視頻點播、IP電話及數據業務等業務,這樣就實現了計算機數據網、通信網和廣播電視網這三網的融合,構成了一個完整的信息平臺。

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